(57)【要約】【課題】            焼結体素材に対するパターン形成方法、およびプレス成形によって低コスト、高性能に光導波路を形成するための成形型の作製方法を提供する。【解決手段】        焼結体素材の基板１の表面にエッチングマスク２を形成する工程と、前記エッチングマスク２をマスクとしてドライエッチングする工程を含むパターン形成方法において、前記エッチングマスク２の断面形状が台形をなす。【選択図】          図１
2006001814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結体素材の表面にエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクをマスクとしてドライエッチングする工程を含むパターン形成方法において、前記エッチングマスクの断面形状が台形をなすことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
焼結体素材からなる基板の基板表面にエッチングマスクを形成し、露出する基板表面をドライエッチング法で除去することにより基板表面にパターンを形成する焼結体素材からなる成形型の作製方法において、前記エッチングマスクの断面形状が台形をなすことを特徴とする成形型の作製方法。
【請求項３】
エッチングマスクのドライエッチング量Ａと焼結体素材のドライエッチング量Ｂの比をＢ／Ａ＝ｘとし、基板表面に対してエッチングマスクの側面が傾斜する角度をαとするとき、７０°≦ａｒｃｔａｎ（ｘ・ｔａｎα）≦９０°となることを特徴とする請求項２に記載の成形型の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン形成方法および成形型の作製方法に関し、光導波路型光部品の製造時に使用するプレス成形用の成形型の作製におけるドライエッチング技術に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の成形型の製作技術としては、例えば図３に示すように、パターン形成にドライエッチング法を用いたものがある。図３（ａ）は、基板１の上にエッチングマスク２を形成するプロセスを示しており、エッチングマスク２にはフォトリソグラフィーにより形成されるレジスト膜やＣｒ，Ｎｉ等の金属薄膜を用いている。
【０００３】
次に、図３（ｂ）に示すように、露出する基板表面３をドライエッチングにより除去する。そして、図３（ｃ）に示すように、基板１をエッチングマスク２の剥離液に浸漬して不要になったエッチングマスク２を除去した基板１を得る。
【０００４】
この場合に、ドライエッチングにより除去された後のエッチング面５の面粗さはエッチング前の基板表面３の面粗さよりも大きくなるが、基板１を加熱することにより粗さの増大を抑える方法が提案されている（例えば特許文献１）。
【０００５】
一方、光通信においては、光ファイバを使用した伝送路の途中に、必要に応じて、変調器、スイッチなど光導波路型光部品を挿入している。光導波路型光部品は、基板上に光導波路を形成した光機能部品であり、小型、高速、高効率、高信頼性などの特徴から広く用いられている。例えば、石英ガラスを主成分とした石英ガラス系の光導波路型部品は、光伝送損失が低く石英ガラス系光ファイバとの低損失な接続が可能であること、また多くの光機能を集積できることから、将来光通信網の構築に大量に使用されることが期待されている。このような状況の中、光導波路型光学部品の光導波路と、光ファイバとを低反射、低損失で、かつ最良の光学特性が得られるように接続する技術が求められている。
【０００６】
また、光送受信器として集積化、小型化のために光導波路を用いた光実装回路基板が提案されている。これはシリコン基板上に所望の機能を有する石英系光導波路を形成し、さらに金属電極を配線して半導体素子や電気回路を実装するもので、Ｖ溝のガイドによって光ファイバをアレイ状に配列したものを光導波路と接続することにより光モジュールを構成している（例えば特許文献２、特許文献３）。このように光導波路を用いることにより、集積化、小型化された光モジュールが実現できる。
【０００７】
しかしながら、これらの光モジュールを始めとする光通信デバイス、システムにおいては共通課題として光ファイバと光導波路などの光接続に高精度な位置決めが必要でコスト高という点がある。
【０００８】
図５に示すように、一般的な光モジュールにおいては、光導波路型光部品における基板をなす光導波路形成基板３１に光導波路３２を形成し、光ファイバ３３を固定するための光ファイバ固定用のガイド溝３４ａを光ファイバ保持基板３４に形成し、光導波路形成基板３１と光ファイバ保持基板３４とを個々に独立、分離させている。光導波路形成基板３１にはレーザーダイオード３５、フォトダイオード３６、電気回路パターン３７を設けている。
【０００９】
光ファイバ３３は、その入出力端面が光ファイバ保持基板３４の接続端面と同平面に位置するように配置しており、光導波路３２は、その光導波路３２の入出力端面が光導波路形成基板３１の接続端面と同平面に位置するように形成している。
【００１０】
そして、光ファイバ保持基板３４と光導波路形成基板３１とを双方の接続端面を対向させて配置し、光ファイバ３３と光導波路３２とを調心接続機によって調心しながら接合する。光ファイバ３３と光導波路３２間の光損失を抑制するには、シングルモードの場合は±１μｍ以下の位置調整、組立、固定が必要となる。
【００１１】
これらの光軸調整は、現状では何軸もの自動調整機構を備えたシステムで行われており、量産性、経済性の面で多大な問題を有していた。また、Ｖ溝の作製についてもシリコン基板の選択ウエットエッチングや各種基板の研削加工法が用いられており、それぞれ量産性や溝形状の再現性に乏しいという欠点を有していた。
【００１２】
これを解決する方法として、非球面ガラスレンズの製造方法として既に実用化されているプレス成形を用いて光ファイバ固定用のガイド溝やコアを形成するための光導波路用溝を形成し、光導波路用溝に樹脂などのコア材料を埋め込んで光導波路を作成する方法が提案されている（例えば特許文献４）。
【００１３】
この方法は、光ファイバ固定用のガイド溝と光導波路用溝に対応した凹凸形状を備えた成形型を被加工物に押しつけて、その反転形状を転写形成するものであり、光ファイバ固定用のガイド溝、および光導波路用溝の形状再現性がよく、大量生産に向いている。
【００１４】
また、光ファイバ固定用のガイド溝と光導波路用溝がその相対位置を正確に保って形成されるので、光導波路用溝に樹脂などのコア材料を埋め込んで光導波路を形成し、光ファイバをガイド溝に配置させるだけで、特別な位置調整を必要とせずに簡単に光ファイバと光導波路を高効率で光接続させることが可能となる。
【００１５】
この成形型、つまり微細な構造の光導波路や光ファイバ固定用のガイド溝をプレス成形で転写形成するための成形型の作製方法として、石英ガラスをフォトリソグラフィーとドライエッチングで加工するものが提案されている（例えば特許文献５）。この方法は寸法差が１０倍以上ある光ファイバ固定用のガイド溝と光導波路用溝に対応した凹凸形状を、その相対位置精度がプラスマイナス１ミクロン以下となるように成形することが出来る。
【特許文献１】特開２０００−１０４１８４号公報
【特許文献２】特開平５−６０９４０号公報
【特許文献３】特開平５−２７１４０号公報
【特許文献４】特開平７−２８７１４１号公報
【特許文献５】特開２００１−２０１６４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
この成形型の素材には耐久性の優れた高強度・高耐熱性の焼結材料が選定される。この焼結体素材による成形型の作製に際して、例えば図３に示す基板１がサーメット、セラミックス、超硬合金等の焼結体素材である場合に、前述の特許文献１の方法によるドライエッチング法を用いると、ドライエッチングにより除去された後に残るパターン１１の側面１２の面粗さは大きくなる。この事象を以下に詳説する。
【００１７】
図４は焼結材料からなる成形型の素材にパターン形成を行うに際して、ドライエッチング法を用いた工程を示す斜視図である。図４（ａ）に示すように、焼結体素材からなる基板１はバインダー成分６と粒径が０．１μｍ〜数μｍの基材粒子７とからなり、基材粒子７の間をバインダー成分６で埋めている。
【００１８】
図４（ｂ）に示すように、焼結体素材からなる基板１の表面にエッチングマスク２を形成してドライエッチングを行うと、基材粒子７とバインダー成分６はドライエッチングされる速度が異なるので、例えば基材粒子７のエッチング量が小さい場合に、エッチングマスク２と基板表面３の境界線１０に沿った面、つまりドライエッチング処理後のパターン１１の側面１２は、図４（ｃ）に示すように、バインダー成分の被エッチング部８よりも基材粒子７の被エッチング部９が大きく残るために段差が生じることで、表面粗さが大きくなる。
【００１９】
このため、光導波路を形成するにあたり、焼結体素材にドライエッチングを施して作製した成形型を用いて転写成形を行うと、光導波路のコアを形成するための光導波路用溝における面粗さを小さく抑えることが出来ず、結果として光導波路において光の伝搬ロスが生じて光導波路型光学部品の性能を上げることができない。
【００２０】
本発明は上記課題を解決するものであり、焼結体素材に対するパターン形成方法、およびプレス成形によって低コスト、高性能に光導波路を形成するための成形型の作製方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、請求項１に係る本発明のパターン形成方法は、焼結体素材の表面にエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクをマスクとしてドライエッチングする工程を含むパターン形成方法において、前記エッチングマスクの断面形状が台形をなすものである。
【００２２】
上記した構成により、エッチングマスクに覆われずに露出する焼結体素材の表面をドライエッチングで除去する際に、ドライエッチングの進行に伴ってエッチングマスクも少しずつ除去される。
【００２３】
エッチングマスクはその断面形状が台形をなすことで、焼結体素材の表面との境界線に近いほどに層が薄くなっている。このため、ドライエッチングの進行に伴ってエッチングマスクと焼結体素材の表面との境界線が後退し、エッチングマスクから露出する焼結体素材の表面がエッチングマスクの側に広がり、ドライエッチング開始前にエッチングマスクに覆われていた焼結体素材の表面が徐々に露出してドライエッチングされ、先に露出した部位と後に露出する部位とにおいてエッチング量に差が発生する。
【００２４】
したがって、エッチングマスクと焼結体素材の表面との境界線が後退することで、ドライエッチング後にエッチングマスクに覆われて焼結体素材の表面に残るパターンは、その側面が傾斜する形状に形成される。
【００２５】
このため、焼結体素材の基材粒子とバインダー成分とのドライエッチング速度の相違に起因して、バインダー成分の被ドライエッチング部と基材粒子の被ドライエッチング部との間に段差が生じても、パターンの側面はその傾斜によって面粗さを抑えることができる。
【００２６】
請求項２に係る本発明の成形型の作製方法は、焼結体素材からなる基板の基板表面にエッチングマスクを形成し、露出する基板表面をドライエッチング法で除去することにより基板表面にパターンを形成する焼結体素材からなる成形型の作製方法において、前記エッチングマスクの断面形状が台形をなすものである。
【００２７】
この構成により、パターンは側面が傾斜する形状となり、焼結体素材の基材粒子とバインダー成分とのドライエッチング速度の相違に起因して、バインダー成分の被ドライエッチング部と基材粒子の被ドライエッチング部との間に段差が生じても、パターンの側面はその傾斜によって面粗さを抑えることができる。
【００２８】
請求項３に係る本発明の成形型の作製方法は、エッチングマスクのドライエッチング量Ａと焼結体素材のドライエッチング量Ｂの比をＢ／Ａ＝ｘとし、基板表面に対してエッチングマスクの側面が傾斜する角度をαとするとき、７０°≦ａｒｃｔａｎ（ｘ・ｔａｎα）≦９０°となるものである。
【発明の効果】
【００２９】
以上のように、本発明の成形型の作製方法によれば、パターンの側面を傾斜面に形成することで、焼結体の基材粒子とバインダー成分とのドライエッチング速度の相違に起因する面粗さを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１のパターン形成方法の工程を示すものであり、図１において図４と同じ構成要素については同符号を用いてその説明を省略する。
【００３１】
図１（ａ）に示すように、マスク形成工程において基板１の上にエッチングマスク２を形成する。このエッチングマスク２はその断面形状が台形をなしており、エッチングマスク２の傾斜面をなす側面４は基板１の表面に対して角度αに傾斜している。
【００３２】
エッチングマスク２は、一般に入手可能で断面形状が台形状となるフォトレジストや、断面形状が逆台形形状となるフォトレジストを用いてリフトオフ法により台形に形成することができるが、硬度の高い焼結材料のドライエッチング用エッチングマスク２としては、Ｃｒ，Ｎｉ等の金属薄膜がその選択比が高くなるために扱いやすい。
【００３３】
次いで、図１（ｂ）に示すように、ドライエッチング工程では、エッチングマスク２に覆われずに露出する基板表面３をドライエッチングにより除去する。ドライエッチング条件はエッチングマスク２のエッチング量が基板１のエッチング量よりも小さくなるように設定する。
【００３４】
ドライエッチング工程では、ドライエッチングの進行により、エッチングマスク２も少しずつ除去されていく。このとき、エッチングマスク２はその断面形状が台形をなすことで、基板表面３との境界線１０に近いほどに層が薄くなっている。このため、ドライエッチングの進行に伴って境界線１０の側から徐々にエッチングマスク２が消失し、エッチングマスク２と基板表面３との境界線１０が後退する。そして、エッチングマスク２から露出する基板表面３がエッチングマスク２の側に広がり、ドライエッチング開始前にエッチングマスク２に覆われていた基板表面３が徐々に露出してドライエッチングされ、先に露出した部位と後に露出する部位とにおいてエッチング量に差が発生する。このため、ドライエッチング後にエッチングマスク２に覆われて基板表面３に残るパターン１１は、その側面１２が傾斜する形状に形成される。
【００３５】
一方、基材粒子７とバインダー成分６はドライエッチングされる速度が異なり、バインダー成分の被ドライエッチング部８と基材粒子７の被ドライエッチング部９とで段差を生じる。しかし、パターン１１の側面１２が傾斜する形状をなすことで側面１２の表面粗さを抑えることができる。
【００３６】
次に、図１（ｃ）に示すように、基板１およびエッチングマスク２を剥離液に浸漬し、不要になったエッチングマスク２を除去することで、傾斜した側面１２を備えたパターン１１を基板１に形成する。よって、側面１２の面粗さの悪化を抑えたパターン１１を所望の形状に形成できる。
【００３７】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における成形型の作製方法を示す断面図である。図２において図１と同じ構成要素については同符号を用いてその説明を省略する。
【００３８】
図２（ａ）に示すように、焼結体素材からなる基板１の基板表面３にエッチングマスク２を形成する。焼結体素材にはサーメット、セラミックス、超硬合金等から強度、熱伝導率、熱膨張係数などの成形条件に適したものを選定することができる。
【００３９】
図２（ｃ）に示すように、パターン１１は転写形成によって光導波路のコアを形成する部位となるため、断面形状を矩形とするのが一般的だが、光導波路に優れた性能を実現するためにはエッチング面５に対して側面１２が傾斜する角度を６０°以上９０°以下とすることが必要である。
【００４０】
このため、エッチングマスク２のドライエッチング量Ａと焼結体素材からなる基板１のドライエッチング量Ｂの比をＢ／Ａ＝ｘであらわし、断面形状において基板表面３に対して側面１２が傾斜する角度をαとするとき、７０°≦ａｒｃｔａｎ（ｘ・ｔａｎα）≦９０°とする。
【００４１】
図２（ｂ）に示すように、ドライエッチングの進行に伴ってエッチングマスク２から露出する基板表面３がエッチングマスク２の側に広がり、ドライエッチング開始前にエッチングマスク２に覆われていた基板表面３が徐々に露出してドライエッチングされ、先に露出した部位と後に露出する部位とにおいてエッチング量に差が発生し、ドライエッチング後にエッチングマスク２に覆われて基板表面３に残るパターン１１は、その側面１２が傾斜する形状に形成され、エッチング面５に対して側面１２が傾斜する角度が６０°以上９０°以下となり、伝搬損失の少ない光導波路をプレス成形で得るために必要な成形型を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の成形型の作製方法は、形成されるパターン側面の面粗さを抑えたドライエッチングができるので、配線等の薄膜部品製造の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の実施の形態１におけるパターン形成の工程図
【図２】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の実施の形態２における成形型作製の工程図
【図３】従来のドライエッチングの工程図
【図４】従来のドライエッチングの工程図
【図５】従来の光学部品の斜視図
【符号の説明】
【００４４】
１    基板（焼結体素材）
２    エッチングマスク
３    基板表面
４    エッチングマスクの側面
５    エッチング面
６    バインダー成分
７    基材粒子
８    バインダーの被エッチング部
９    基材粒子の被エッチング部
１０  エッチングマスクの側面と基板表面との境界線
１１  パターン（光導波路のコアを転写成形する部位）
１２  パターンの側面
α    エッチングマスクの側面と基板表面との角度
【図１】
2006001814.tif 000003
【図２】
2006001814.tif 000004
【図３】
2006001814.tif 000005
【図４】
2006001814.tif 000006
【図５】
2006001814.tif 000007