(57)【要約】【課題】Ｓｉの異方性エッチングを利用してエッチング量の制御された＜１１１＞面からなる溝構造を、一回（一度）の異方性エッチングだけで作製する。【解決手段】＜１００＞面の単結晶Ｓｉ基板に異方性エッチングを用いて＜１１１＞面からなる溝構造を形成する溝構造作製方法において、前記溝構造を形成するためのエッチングマスクには、オリフラから予想される＜１１１＞面の方向に対して１度よりも大きく４４度よりも小さい角度の線分からなる円弧または多角形の凹形状が対向して周期的に形成された形状のものを用いる。【選択図】　　　図４
2004037607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
＜１００＞面の単結晶Ｓｉ基板に異方性エッチングを用いて＜１１１＞面からなる溝構造を形成する溝構造作製方法において、前記溝構造を形成するためのエッチングマスクには、オリフラから予想される＜１１１＞面の方向に対して１度よりも大きく４４度よりも小さい角度の線分からなる円弧または多角形の凹形状が対向して周期的に形成された形状のものを用いることを特徴とする溝構造作製方法。
【請求項２】
＜１１０＞面の単結晶Ｓｉ基板に異方性エッチングを用いて側面が＜１１１＞面からなる溝構造を形成する溝構造作製方法において、前記溝構造を形成するためのエッチングマスクには、オリフラから予想される＜１１１＞面の方向に対して１度よりも大きく３４．２６度よりも小さい角度の線分からなる円弧または多角形の凹形状が対向して周期的に形成された形状のものを用いることを特徴とする溝構造作製方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の溝構造作製方法において、＜１１１＞面に対するエッチングマスクの凹形状を三角形としたことを特徴とする溝構造作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の溝構造作製方法において、エッチングマスクの凹形状の周期Ｐが、エッチングレートをＲとし、エッチング時間をＴとして、
ＲＴ＜Ｐ≦２ＲＴ
の関係を満たすことを特徴とする溝構造作製方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の溝構造作製方法において、エッチングマスクを窒化膜で形成したことを特徴とする溝構造作製方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の溝構造作製方法で作製した溝構造を有するＳｉ基板。
【請求項７】
請求項６記載の溝構造を有するＳｉ基板において、前記溝構造には、光ファイバーが実装されることを特徴とする溝構造を有するＳｉ基板。
【請求項８】
請求項７記載の溝構造を有するＳｉ基板において、該Ｓｉ基板は、溝構造と同じ基板表面上に光学部品実装部を有し、光学部品実装部に実装される光学部品の光軸と前記溝構造に実装される光ファイバーの光軸とが一致していることを特徴とする溝構造を有するＳｉ基板。
【請求項９】
請求項７記載の溝構造を有するＳｉ基板において、該Ｓｉ基板は、溝構造と同じ基板表面上に導波路を有し、該導波路の光軸と前記溝構造に実装される光ファイバーの光軸とが一致していることを特徴とする溝構造を有するＳｉ基板。
【請求項１０】
請求項８または請求項９記載の溝構造を有するＳｉ基板において、前記溝構造は、複数形成され、アレイ構造になっていることを特徴とする溝構造を有するＳｉ基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバーを固定するＳｉプラットホームや金型等に利用される溝構造作製方法及び溝構造を有するＳｉ基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
単結晶Ｓｉは、ＫＯＨやＴＭＡＨ等の特定のエッチング液に対して、面方位によりエッチングレートが異なるいわゆるエッチングレートの異方性を持っている。特にＫＯＨでは＜１１１＞面に対するエッチングレートが他の面に対するエッチングレートより二桁以上小さいため、エッチングを行うことにより＜１１１＞面が選択的に現れてくる。この＜１１１＞面は基板表面に対して結晶学的に決まる一定の角度を持っているため、これを利用した微細構造が精力的に検討されている。最も代表的な例として＜１００＞面のＳｉ基板に対して＜１１１＞面の方向にスリットを形成し、異方性エッチングでＶ溝を形成する方法が知られている。
【０００３】
図１（ａ），（ｂ），（ｃ）は、＜１００＞面のＳｉ基板に対して＜１１１＞面の方向にスリットを形成し、異方性エッチングでＶ溝を形成する方法を説明するための図である。図１（ａ）は、＜１００＞Ｓｉ基板に＜１１１＞面の方向にスリット状のエッチングマスクを形成した図である（なお、この図では、基板上面のみにエッチングマスクが形成されているが、実際はその他の面も保護されている）。この基板をＫＯＨによる異方性エッチングを行なうことで、図１（ｂ）に示すような＜１１１＞面からなるＶ溝が形成される。このＶ溝に図１（ｃ）に示すように光ファイバーを固定することができる。
【０００４】
このＶ溝構造の優れた点は、Ｖ溝を構成する＜１１１＞面の角度が結晶の構造から決まるため、Ｖ溝の深さがエッチングマスクのスリット幅によって制御できる点である。通常、半導体プロセスでは基板表面のエッチングマスクのスリット幅は、サブμｍオーダーの精度を得ることができるが、エッチング深さに関しては、深さの数％程度は誤差を含んでしまう。従って、光ファイバーを固定するＶ溝は１００μｍ以上の深さになるので、この深さをサブμｍオーダーで制御することは非常に困難である。しかし、Ｓｉの異方性エッチングを使えば、スリットの幅で溝深さを制御できるので、容易にサブμｍオーダーで溝深さを制御することが可能となる。
【０００５】
特開平６−２５８５５４には、このような応用例が示されている。図２は特開平６−２５８５５４に示されている図である。図２では、太さの異なる光ファイバー４，５を光軸をそろえて実装できるように、Ｖ溝２と３の溝深さを変えて形成している。このようにエッチングマスクの幅により溝深さが制御できるので、任意の深さの溝を自由に形成することができる。
【０００６】
このように、Ｓｉの異方性エッチングを利用したＶ溝の作製は、非常に優れた加工法であるが、実際にこれを行なう時には、エッチングマスクを＜１１１＞面の方向に対して非常に厳密にマスク合わせを行なわなければならない。すなわち、正確な＜１１１＞面に対して完全に平行にエッチングマスクを形成しなければ、エッチングレートの異方性から期待されるほど制御された溝深さを得ることができない。
【０００７】
図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は、正確な＜１１１＞面に対して完全に平行にエッチングマスクを形成しなければ、エッチングレートの異方性から期待されるほど制御された溝深さを得ることができないことを説明するための図である。図３（ａ）は、＜１００＞Ｓｉ基板の実際の＜１１１＞面の方向（上面図の上部に示されている斜めの線）に対して角度を持ってスリット状のエッチングマスクが形成された場合の図である。図３（ａ）において、＜１１１＞面の方向に引かれた矢印は、エッチングマスクの各点から＜１１１＞面に沿って異方性エッチングが進行する方向を示している。この基板に対してＫＯＨによる異方性エッチングを行なうと、図３（ｂ）に示すように、エッチングマスクから少し後退したＶ溝が形成されることになる。このＶ溝に図３（ｃ）に示すように光ファイバーを固定すると、本来は破線で示した位置に固定されるはずの光ファイバーがそれよりも低い位置に固定されることになってしまう。このずれ量は、次のように見積もられる。すなわち、マスク幅をＬとし、エッチングレートをＲとし、エッチング時間をＴとし、＜１１１＞面に対するマスクの角度ずれをθとすると、
（１）マスクが傾くことによるマスク幅変化：Ｌ＊ｃｏｓθ
（２）異方性エッチングによるマスク幅の拡大：Ｒ＊Ｔ＊ｔａｎθ
（３）マスク幅変化による光ファイバーのずれ率：ｔａｎ（５４．７）
となるから、光ファイバーの高さずれ量は、
ｔａｎ（５４．７）＊（Ｌ＊（１−ｃｏｓθ）＋Ｒ＊Ｔ＊ｔａｎθ）
と予想される。この式の形から明らかなように、エッチング時間Ｔに比例して光ファイバーの高さずれ量が大きくなっているので、＜１１１＞面に期待される自己停止的なエッチング深さの制御も得ることができない。このようなずれを起こさないためには、＜１１１＞面に対して完全に平行にエッチングマスクを形成すれば良いが、現実の問題として、正確な＜１１１＞面に対して完全に平行にエッチングマスクを形成するということはそれほど簡単なことではない。これは、Ｓｉ基板の面方位の目安となるオリフラ（オリエンテーション・フラットの略：基板の方位を見分けるための基板に付けられた印（基板に施された切欠き））が±１度程度の誤差を持っているためである。そのため、従来は、０．１度程度の間隔で角度を変えた数十本のラインアンドスペースからなるＦＡＮパターンと呼ばれる形状を一度エッチングして正確な面方位を確認し、それから目的のエッチングマスクを形成していた。このように面方位の確認に、一度、異方性エッチングを行い、それから実際のエッチングを行うということで、プロセス工程は本来必要な工程の２倍の手間がかかっていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来知られていたＳｉの異方性エッチングを利用してエッチング量の制御された＜１１１＞面からなる溝を形成する方法は、面方位の確認のため、一度、異方性エッチングを行う必要があるため、非常に手間がかかっていた。そのため、Ｓｉの異方性エッチングを利用してエッチング量の制御された＜１１１＞面からなる溝構造を、一回（一度）の異方性エッチングだけで作製することはできなかった。
【０００９】
本発明は、Ｓｉの異方性エッチングを利用してエッチング量の制御された＜１１１＞面からなる溝構造を、一回（一度）の異方性エッチングだけで作製することの可能な溝構造作製方法及び溝構造を有するＳｉ基板を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、＜１００＞面の単結晶Ｓｉ基板に異方性エッチングを用いて＜１１１＞面からなる溝構造を形成する溝構造作製方法において、前記溝構造を形成するためのエッチングマスクには、オリフラから予想される＜１１１＞面の方向に対して１度よりも大きく４４度よりも小さい角度の線分からなる円弧または多角形の凹形状が対向して周期的に形成された形状のものを用いることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項２記載の発明は、＜１１０＞面の単結晶Ｓｉ基板に異方性エッチングを用いて側面が＜１１１＞面からなる溝構造を形成する溝構造作製方法において、前記溝構造を形成するためのエッチングマスクには、オリフラから予想される＜１１１＞面の方向に対して１度よりも大きく３４．２６度よりも小さい角度の線分からなる円弧または多角形の凹形状が対向して周期的に形成された形状のものを用いることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の溝構造作製方法において、＜１１１＞面に対するエッチングマスクの凹形状を三角形としたことを特徴としている。
【００１３】
また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の溝構造作製方法において、エッチングマスクの凹形状の周期Ｐが、エッチングレートをＲとし、エッチング時間をＴとして、
ＲＴ＜Ｐ≦２ＲＴ
の関係を満たすことを特徴としている。
【００１４】
また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の溝構造作製方法において、エッチングマスクを窒化膜で形成したことを特徴としている。
【００１５】
また、請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の溝構造作製方法で作製した溝構造を有するＳｉ基板である。
【００１６】
また、請求項７記載の発明は、請求項６記載の溝構造を有するＳｉ基板において、前記溝構造には、光ファイバーが実装されることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項８記載の発明は、請求項７記載の溝構造を有するＳｉ基板において、該Ｓｉ基板は、溝構造と同じ基板表面上に光学部品実装部を有し、光学部品実装部に実装される光学部品の光軸と前記溝構造に実装される光ファイバーの光軸とが一致していることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項９記載の発明は、請求項７記載の溝構造を有するＳｉ基板において、該Ｓｉ基板は、溝構造と同じ基板表面上に導波路を有し、該導波路の光軸と前記溝構造に実装される光ファイバーの光軸とが一致していることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項１０記載の発明は、請求項８または請求項９記載の溝構造を有するＳｉ基板において、前記溝構造は、複数形成され、アレイ構造になっていることを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
第１の実施形態
前述したように、Ｓｉの異方性エッチングを使えば、スリットの幅で溝深さを制御できるので、容易にサブμｍオーダーで溝深さを制御することが可能となるが、そのためには、＜１１１＞面の方向に対して非常に厳密なマスク合わせが必要となる。これは、理論上は容易なことであるが、現実的には非常に難しい。しかも、Ｓｉ基板の面方位の目安となるオリフラ（オリエンテーション・フラットの略：基板の方位を見分けるための基板に付けられた印（基板に施された切欠き））は±１度程度の誤差を持っているため、これを基準にして＜１１１＞面の方向にマスク合わせを行った場合、形成したマスクも正確な＜１１１＞面に対して±１度程度の誤差を持つことになってしまう。
【００２２】
本願の発明者は、このようなオリフラの誤差を許容して、なおかつ、制御されたエッチング溝深さを得るためには、エッチングマスクの形状を＜１１１＞面に対して適切な角度を持った凹形状にしてやれば、凹形状の頂点に接する＜１１１＞面に沿ってエッチングが進行するため、制御された＜１１１＞面を得ることができることを見出した。
【００２３】
図４（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、エッチングマスクの形状を＜１１１＞面に対して適切な角度を持った凹形状にすることで、制御された＜１１１＞面を得ることができることを説明するための図である。図４（ａ）は、＜１００＞Ｓｉ基板上に設けられたエッチングマスクで、周期的な凹形状をもっている。ここで、凹形状を構成する斜辺の傾きが＜１１１＞面の傾きより大きければ、凹形状の頂点に接する＜１１１＞面に沿ってエッチングが進行する。図４（ａ）の上部には＜１１１＞面の方向が示されており、マスクの凹形状の頂点が接する＜１１１＞面に沿ってエッチングが進行する方向を図中の矢印で示している。
【００２４】
これをＫＯＨにて異方性エッチングを行なうと、図４（ｂ）に示すように、個々の凹形状に応じたＶ溝が形成される。図４（ｂ）の上面図から明らかなように、＜１１１＞面に対するマスクのずれによって、各凹形状から生じる＜１１１＞面は、境界部分でわずかなずれが生じることになるが、これはあくまで水平方向のずれであり、垂直方向の溝深さは一定のままである。
【００２５】
このＶ溝の幅は、図４（ｃ）に示すように、マスク幅をＬとし、＜１１１＞面に対するマスクのずれ角度をθとすると、Ｌ＊ｃｏｓθとなることから、光ファイバーの高さずれ量を見積もると、
（１）マスクが傾くことによるマスク幅変化：Ｌ＊ｃｏｓθ
（２）異方性エッチングによるマスク幅の拡大：０
（３）マスク幅変化による光ファイバーのずれ率：ｔａｎ（５４．７）
となるから、光ファイバーの高さずれ量は、
ｔａｎ（５４．７）＊（Ｌ＊（１−ｃｏｓθ））
と予想される。θが１度以下の場合には、（１−ｃｏｓθ）は非常に小さい値となることに加えて、＜１１１＞面で自己停止的にエッチング深さが制御できるので、非常に高い精度でエッチング量を制御することができる。これにより、図４（ｄ）に示すように、エッチング深さが制御されているので、光ファイバーの高さずれは生じない。
【００２６】
なお、図４（ｄ）では、横方向のずれが大きく示されているが、これは、ずれがわかりやすいように誇張して示したもので、実際のずれ量は、非常に小さな値である。
【００２７】
また、凹形状を円弧とし、対向する一対の円弧が一つの円をなすように設計すれば、マスクが傾くことによるマスク幅変化を無くすことができるので、Ｖ溝幅の精度を更に高めることができる。ここで、凹形状を構成する斜辺と＜１１１＞面とのなす角は、オリフラの誤差量である１度よりも大きくなければならない。また、凹形状を構成する斜辺が実際の＜１１１＞面に対して４５度を超えた場合には、別な＜１１１＞面に対するマスクのように機能してしまうので、凹形状を構成する斜辺と＜１１１＞面とのなす角は、これよりも小さな角度でなければならない。この場合も、同様にオリフラの誤差量である１度を考慮すると、凹形状を構成する斜辺とオリフラから予想される＜１１１＞面のなす角は４４度よりも小さな角度でなければならない。
【００２８】
そこで、本発明の第１の実施形態は、＜１００＞面の単結晶Ｓｉ基板に異方性エッチングを用いて＜１１１＞面からなる溝構造を形成する溝構造作製方法において、前記溝構造を形成するためのエッチングマスクには、オリフラから予想される＜１１１＞面の方向に対して１度よりも大きく４４度よりも小さい角度の線分からなる円弧または多角形の凹形状が対向して周期的に形成された形状のものを用いるようにしている。これにより、オリフラの誤差が±１度と大きくても、Ｓｉの異方性エッチングを利用してエッチング量の制御された＜１１１＞面からなる溝構造を、一回（一度）の異方性エッチングだけで作製することが可能となる。
【００２９】
第２の実施形態
また、＜１１０＞面の単結晶Ｓｉ基板に異方性エッチングを用いて＜１１１＞面からなる溝構造を形成すると、基板表面に対して垂直な＜１１１＞面を持つ溝構造を形成することができる。このような構造においても、第１の実施形態と同様の手法が利用でき、一回（一度）の異方性エッチングだけで、制御されたエッチング溝幅を得ることが可能である。ただし、＜１１０＞面の単結晶Ｓｉ基板では、隣り合う＜１１１＞面の形成される角度が３５．２６度であることから、オリフラの誤差量である１度を考慮すると、凹形状を構成する斜辺と＜１１１＞面とのなす角は、３４．２６度よりも小さな角度でなければならない。
【００３０】
そこで、本発明の第２の実施形態は、＜１１０＞面の単結晶Ｓｉ基板に異方性エッチングを用いて側面が＜１１１＞面からなる溝構造を形成する溝構造作製方法において、前記溝構造を形成するためのエッチングマスクには、オリフラから予想される＜１１１＞面の方向に対して１度よりも大きく３４．２６度よりも小さい角度の線分からなる円弧または多角形の凹形状が対向して周期的に形成された形状のものを用いるようにしている。これにより、オリフラの誤差が±１度と大きくても、Ｓｉの異方性エッチングを利用してエッチング幅の制御された＜１１１＞面からなる溝構造を、一回（一度）の異方性エッチングだけで作製することが可能となる。
【００３１】
第３の実施形態
上述した第１または第２の実施形態において、凹形状のマスクを設計する場合、最も設計が容易な形状は三角形の凹形状である。
【００３２】
そこで、本発明の第３の実施形態では、第１または第２の実施形態の溝構造作製方法において、＜１１１＞面に対するエッチングマスクの凹形状を三角形としている。これにより、エッチングマスクの設計が容易になり、オリフラの誤差が±１度と大きくても、Ｓｉの異方性エッチングを利用してエッチング量の制御された＜１１１＞面からなる溝構造を、一回（一度）の異方性エッチングだけで作製することが可能となる。
【００３３】
第４の実施形態
本発明では、周期的な凹形状の各頂点から＜１１１＞面に沿って横方向にエッチングが進行していくが、周期的な構造であることから、
（１）少なくとも１周期分は横方向にエッチングが進まなければならない。
（２）２周期分以上横方向にエッチングが進んではいけない。
という制約が生じる。これを、エッチングマスクの凹形状の周期をＰとし、エッチングレートをＲとし、エッチング時間をＴとして表すと、
（１）Ｐ≦２ＲＴ
（２）ＲＴ＜Ｐ
となる。
【００３４】
図５（ａ），（ｂ），図６（ａ），（ｂ）は上記制約を説明するための図である。ここで、図５（ａ）は三角形の凹形状を持つエッチングマスクを示している。図５（ａ）中の矢印は、凹形状の各頂点から＜１１１＞面に沿って横方向にエッチングが進行していく方向を示している。また、図５（ｂ）は横方向へのエッチングがある程度進んだ場合の状態を示している。エッチングマスクの凹形状の頂点から破線で示されているのがＳｉのエッチング面であり、ここまでエッチングが進行している。図５（ｂ）において、領域２の部分は、横方向のエッチングが進み、＜１１１＞面となっている。一方、領域１の部分は、横方向のエッチングがまだ進んでいないため、＜１１１＞面が完全には現れていない部分である。図６（ａ）に示すように、この領域１が無くなれば、Ｖ溝が出来上がる。この時が、Ｐ＝２ＲＴとなっている。
【００３５】
さらにエッチングが進むと、図６（ｂ）に示すように、設計通りの幅を持つ領域２に加えて、設計値より広い幅を持つ領域３が現れるようになる。この領域３は、エッチング時間と共に増えていき、ＲＴ＝Ｐの時、設計通りの幅を持つ領域２が無くなってしまう。以上より、
ＲＴ＜Ｐ≦２ＲＴ
の関係を満たすようにすれば、設計通りの幅を持つ領域２を得ることができる。
【００３６】
そこで、本発明の第４の実施形態では、第１乃至第３の実施形態のいずれかの溝構造作製方法において、エッチングマスクの凹形状の周期Ｐが、エッチングレートをＲとし、エッチング時間をＴとして、
ＲＴ＜Ｐ≦２ＲＴ
の関係を満たすようにしている。これにより、オリフラの誤差が±１度と大きくても、Ｓｉの異方性エッチングを利用してエッチング量の制御された＜１１１＞面からなる溝構造を、一回（一度）の異方性エッチングだけで作製することが可能となる。
【００３７】
第５の実施形態
上述した第１乃至第４の実施形態の溝構造作製方法では、Ｓｉの＜１１１＞面のエッチングレートが非常に遅いことを利用して溝構造を作製しているが、エッチングマスクのエッチングレートは、これよりも更に遅いエッチングレートである必要がある。しかしながら、酸化膜をエッチングマスクに使用した場合、エッチングの条件によっては酸化膜のエッチングレートが＜１１１＞面のエッチングレートを超えてしまうことがありうる。一方、窒化膜をエッチングマスクに使用した場合、どのようなエッチング条件でも、窒化膜のエッチングレートが＜１１１＞面のエッチングレートを超えてしまうことはない。
【００３８】
そこで、本発明の第５の実施形態では、第１乃至第４の実施形態のいずれかの溝構造作製方法において、エッチングマスクを窒化膜で形成している。これにより、エッチング条件によってマスクが後退することなく、安定して高精度な溝構造を容易に作製することが可能となる。
【００３９】
第６の実施形態
前述したように、従来では、Ｓｉ基板に高精度な溝構造を作るのに厳密なマスク合わせが必要となるため、二倍の工程が必要になり、加工コストが増大していた。そのため、従来では、エッチングにより高精度な溝構造を容易に得ることが難しかったが、上述した第１乃至第５の実施形態のいずれかの溝構造作製方法を用いれば、これを容易に実現できる。
【００４０】
本発明の第６の実施形態は、第１乃至第５の実施形態のいずれかの溝構造作製方法で作製した溝構造を有するＳｉ基板であり、第１乃至第５の実施形態のいずれかの溝構造作製方法を用いることにより、高精度な溝構造を持つＳｉ基板を低コストで容易に得ることが可能となる。
【００４１】
第７の実施形態
従来多用されていたマルチモード光ファイバーでは、コア径が数十μｍと大きかったので、光ファイバー固定用のＶ溝にサブミクロンの精度を求められることは差程無かった。しかし、今後利用が期待されるシングルモード光ファイバーでは、コア径が数μｍと小さいため、光ファイバー固定用のＶ溝にサブミクロンの精度が求められるようになる。
【００４２】
上述した第６の実施形態による高精度な溝構造を持つＳｉ基板のＶ溝であれば、光ファイバーの固定高さを高精度に制御することが可能となる。
【００４３】
そこで、本発明の第７の実施形態では、第６の実施形態の溝構造を有するＳｉ基板において、前記溝構造には、光ファイバーが実装されるようになっている。このように、本発明では、光ファイバーの固定高さを高精度に制御することが可能な、高精度な溝構造を持つＳｉ基板を低コストで容易に得ることが可能となる。
【００４４】
第８の実施形態
上述した第７の実施形態による高精度な溝構造を持つＳｉ基板は、基板表面からの溝深さが高精度に制御されている。従って、上記の光ファイバーと結合させる光学部品も基板表面を基準として実装することにより、光ファイバーとの高い結合精度を得ることができる。具体的には、例えば基板表面にＬＤ（レーザダイオード）実装用の電極とＡｕ／Ｓｎ共晶合金層を設け、ＬＤ（レーザダイオード）をジャンクションダウンで実装することにより、基板表面から精度良くＬＤ発光点を配置することができる。この発光点高さに合うように、光ファイバーのコア高さを制御すれば、非常に高い結合効率を得ることができる。
【００４５】
そこで、本発明の第８の実施形態では、第７の実施形態の溝構造を有するＳｉ基板において、該Ｓｉ基板は、溝構造と同じ基板表面上に光学部品実装部を有し、この光学部品実装部に実装される光学部品の光軸と前記溝構造に実装される（固定される）光ファイバーの光軸とが一致するようにしている。これにより、光ファイバーと光学部品との光軸を精度良く一致させることが可能な、高精度な溝構造を持つＳｉ基板を低コストで容易に得ることが可能となる。
【００４６】
第９の実施形態
上述した第７の実施形態による高精度な溝構造を持つＳｉ基板は、基板表面からの溝深さが高精度に制御されている。従って、上記の光ファイバーと結合させる導波路を基板表面に形成することにより、光ファイバーと導波路との高い結合効率を得ることができる。この場合、光ファイバーの光軸と導波路の光軸とをそろえることによって、最も高い結合効率を得ることができる。
【００４７】
そこで、本発明の第９の実施形態では、第７の実施形態の溝構造を有するＳｉ基板において、該Ｓｉ基板は、溝構造と同じ基板表面上に導波路を有し、該導波路の光軸と前記溝構造に実装される（固定される）光ファイバーの光軸とが一致するようにしている。これにより、光ファイバーと導波路との光軸を精度良く一致させることが可能な、高精度な溝構造を持つＳｉ基板を低コストで容易に得ることが可能となる。
【００４８】
第１０の実施形態
第８または第９の実施形態の溝構造を有するＳｉ基板において、溝構造を複数にしてアレイ構造にすると、複数の光ファイバーと光学部品または導波路との光軸合わせを一括して高精度に行なうことが可能になる。
【００４９】
そこで、本発明の第１０の実施形態では、第８または第９の溝構造を有するＳｉ基板において、前記溝構造が複数形成され、アレイ構造になるようにしている。これにより、複数の光ファイバーと光学部品または導波路との光軸合わせを一括して高精度に行なうことが可能な、高精度な溝構造を持つＳｉ基板を低コストで容易に得ることが可能となる。
【００５０】
【実施例】
次に、本発明の実施例を説明する。
【００５１】
実施例１
実施例１は、第１，第４，第５の実施形態の一例となっている。図７（ａ），（ｂ）は実施例１を説明するための図である。
【００５２】
図７（ａ）に示すように、（１００）Ｓｉ基板上には、厚さ０．１μｍのＳｉＮからなる凹形状のエッチングマスクが、頂点を対向させて周期的に形成されている。この凹形状は多角形からなっており、この多角形を構成する線分は、＜１１１＞面の方向に対して８度および１５度の角度をなしている。
【００５３】
この実施例１では、凹形状の周期Ｐ、エッチングレートＲ、エッチング時間Ｔが、Ｐ＝３００μｍ、Ｒ＝１．５μｍ／分、Ｔ＝１００分となっており、Ｐ＝２ＲＴの関係を満たしている。図７（ａ）の上部には、＜１１１＞面の方向が示されており、マスクの凹形状の頂点が接する＜１１１＞面に沿ってエッチングが進行する方向を、図中の矢印で示している。
【００５４】
図７（ｂ）には、ＫＯＨにて異方性エッチングを行なった後の形状が示されている。図７（ｂ）から明らかなように、異方性エッチングが行なわれることによって、マスクの凹形状の頂点が接する＜１１１＞面に囲まれたＶ溝形状が形成されている。Ｖ溝は、マスクのずれに応じた横ずれがわずかに生じるが、深さ方向のずれは生じていない。
【００５５】
実施例２
実施例２は、第２，第３，第４，第５の実施形態の一例となっている。図８（ａ），（ｂ）は実施例２を説明するための図である。
【００５６】
図８（ａ）に示すように、（１１０）Ｓｉ基板上には、厚さ０．１μｍのＳｉＮからなる三角形状のエッチングマスクが、頂点を対向させて周期的に形成されている。この三角形を構成する線分は、＜１１１＞面の方向に対して８度の角度をなしている。
【００５７】
この実施例２では、三角形の周期Ｐ、エッチングレートＲ、エッチング時間Ｔが、Ｐ＝３００μｍ、Ｒ＝１．５μｍ／分、Ｔ＝１００分となっており、Ｐ＝２ＲＴの関係を満たしている。図８（ａ）の上部には、＜１１１＞面の方向が示されており、マスクの三角形状の頂点が接する＜１１１＞面に沿ってエッチングが進行する方向を、図中の矢印で示している。
【００５８】
図８（ｂ）には、ＫＯＨにて異方性エッチングを行なった後の形状が示されている。図８（ｂ）から明らかなように、異方性エッチングが行なわれることによって、マスクの凹形状の頂点が接する＜１１１＞面を側面に持つ溝形状が形成されている。溝は、マスクのずれに応じた接続部ずれがわずかに生じるが、溝幅のずれは非常に小さくなっている。
【００５９】
実施例３
実施例３は、第１，第４，第５の実施形態の一例となっている。図９（ａ），（ｂ）は実施例３を説明するための図である。
【００６０】
図９（ａ）に示すように、（１００）Ｓｉ基板上には、厚さ０．１μｍのＳｉＮからなる円弧状のエッチングマスクが、頂点を対向させて周期的に形成されている。この円弧形状を構成する線分は、＜１１１＞面の方向に対して０度〜３０度の角度をなしている。
【００６１】
この実施例３では、円弧形状の周期Ｐ、エッチングレートＲ、エッチング時間Ｔが、Ｐ＝３００μｍ、Ｒ＝１．５μｍ／分、Ｔ＝１００分となっており、Ｐ＝２ＲＴの関係を満たしている。図９（ａ）の上部には、＜１１１＞面の方向が示されており、マスクの円弧形状が一点で接する＜１１１＞面に沿ってエッチングが進行する方向を図中の矢印で示している。
【００６２】
図９（ｂ）には、ＫＯＨにて異方性エッチングを行なった後の形状が示されている。図９（ｂ）から明らかなように、異方性エッチングが行なわれることによって、マスクの円弧形状が接する＜１１１＞面に囲まれたＶ溝形状が形成されている。Ｖ溝は、マスクのずれに応じた横ずれがわずかに生じるが、深さ方向のずれは生じていない。
【００６３】
なお、この例では示されていないが、対向する円弧が一つの円をなすように設計すれば、Ｖ溝幅の精度を更に高めることができる。
【００６４】
実施例４
実施例４は、第６，第７，第８の実施形態の一例となっている。図１０は実施例４を説明するための図である。
【００６５】
図１０において、Ｓｉ基板は（１００）基板よりなっており、このＳｉ基板には、本発明によるＶ溝が形成されている。そして、このＶ溝には光ファイバーが実装され、また、基板上にはＬＤ（レーザダイオード）が実装されている。Ｖ溝の深さは、図中のＬＤの光軸と光ファイバーの光軸とが重なるように設計されており、これにより、図中に示したＬＤ放射光の最も強い強度分布の成分を、光ファイバーに取り込むことができる。
【００６６】
実施例５
実施例５は、第６，第７，第９の実施形態の一例となっている。図１１は実施例５を説明するための図である。
【００６７】
図１１において、Ｓｉ基板は（１００）基板よりなっており、このＳｉ基板には、本発明によるＶ溝が形成されている。そして、このＶ溝には光ファイバーが実装され、また、基板上には導波路が形成されている。Ｖ溝の深さは、導波路の光軸と光ファイバーの光軸とが重なるように設計されており、これにより、導波路と光ファイバーとの結合を効果的に行うことができる。
【００６８】
以上、実施例を用いて本発明を説明したが、上述の実施例に挙げた形状、その他の要素との組合わせなど、ここで示した要件に本発明が限定されるものでは決してない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそぐわない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１記載の発明によれば、＜１００＞面の単結晶Ｓｉ基板に異方性エッチングを用いて＜１１１＞面からなる溝構造を形成する溝構造作製方法において、前記溝構造を形成するためのエッチングマスクには、オリフラから予想される＜１１１＞面の方向に対して１度よりも大きく４４度よりも小さい角度の線分からなる円弧または多角形の凹形状が対向して周期的に形成された形状のものを用いるので、オリフラの誤差が±１度と大きくても、Ｓｉの異方性エッチングを利用してエッチング量の制御された＜１１１＞面からなる溝構造を、一回（一度）の異方性エッチングだけで作製することができる。
【００７０】
また、請求項２記載の発明によれば、＜１１０＞面の単結晶Ｓｉ基板に異方性エッチングを用いて側面が＜１１１＞面からなる溝構造を形成する溝構造作製方法において、前記溝構造を形成するためのエッチングマスクには、オリフラから予想される＜１１１＞面の方向に対して１度よりも大きく３４．２６度よりも小さい角度の線分からなる円弧または多角形の凹形状が対向して周期的に形成された形状のものを用いるので、オリフラの誤差が±１度と大きくても、Ｓｉの異方性エッチングを利用してエッチング幅の制御された＜１１１＞面からなる溝構造を、一回（一度）の異方性エッチングだけで作製することができる。
【００７１】
また、請求項３記載の発明によれば、請求項１または請求項２記載の溝構造作製方法において、＜１１１＞面に対するエッチングマスクの凹形状を三角形としたので、エッチングマスクの設計が容易になり、オリフラの誤差が±１度と大きくても、Ｓｉの異方性エッチングを利用してエッチング量の制御された＜１１１＞面からなる溝構造を、一回（一度）の異方性エッチングだけで作製することができる。
【００７２】
また、請求項４記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の溝構造作製方法において、エッチングマスクの凹形状の周期Ｐが、エッチングレートをＲとし、エッチング時間をＴとして、
ＲＴ＜Ｐ≦２ＲＴ
の関係を満たすので、オリフラの誤差が±１度と大きくても、Ｓｉの異方性エッチングを利用してエッチング量の制御された＜１１１＞面からなる溝構造を、一回（一度）の異方性エッチングだけで作製することができる。
【００７３】
また、請求項５記載の発明によれば、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の溝構造作製方法において、エッチングマスクを窒化膜で形成したので、エッチング条件によってマスクが後退することなく、安定して高精度な溝構造を容易に形成することが可能となる。
【００７４】
また、請求項６記載の発明によれば、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の溝構造作製方法で作製した溝構造を有するＳｉ基板であるので、高精度な溝構造を持つＳｉ基板を低コストで容易に得ることが可能となる。
【００７５】
また、請求項７記載の発明によれば、請求項６記載の溝構造を有するＳｉ基板において、前記溝構造には、光ファイバーが実装されるようになっており、この場合、光ファイバーの固定高さを高精度に制御することができる。
【００７６】
また、請求項８記載の発明によれば、請求項７記載の溝構造を有するＳｉ基板において、該Ｓｉ基板は、溝構造と同じ基板表面上に光学部品実装部を有し、光学部品実装部に実装される光学部品の光軸と、前記溝構造に実装される光ファイバーの光軸とが一致しており、この場合、光ファイバーと光学部品との光軸を精度良く一致させることができる。
【００７７】
また、請求項９記載の発明によれば、請求項７記載の溝構造を有するＳｉ基板において、該Ｓｉ基板は、溝構造と同じ基板表面上に導波路を有し、該導波路の光軸と前記溝構造に実装される光ファイバーの光軸とが一致しており、この場合、光ファイバーと導波路との光軸を精度良く一致させることができる。
【００７８】
また、請求項１０記載の発明によれば、請求項８または請求項９記載の溝構造を有するＳｉ基板において、前記溝構造は、複数形成され、アレイ構造になっているので、複数の光ファイバーと光学部品または導波路との光軸合わせを一括して高精度に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な異方性エッチングによるＶ溝作製方法を説明するための図である。
【図２】Ｓｉの異方性エッチングを使ってスリットの幅で溝深さを制御する応用例を示す図である。
【図３】従来の異方性エッチングによるＶ溝作製方法の問題点を説明するための図である。
【図４】第１の実施形態を説明するための図である。
【図５】第４の実施形態を説明するための図である。
【図６】第４の実施形態を説明するための図である。
【図７】実施例１を説明するための図である。
【図８】実施例２を説明するための図である。
【図９】実施例３を説明するための図である。
【図１０】実施例４を説明するための図である。
【図１１】実施例５を説明するための図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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