(57)【要約】【課題】所望の性能を確保し，且つ高精度な実装を可能とする光学素子および該光学素子の製造方法を提供すること。【解決手段】結晶基板の表面に複数のレンズ部２を列状に形成し，一列中のレンズ部２を連結支持するようにレンズ部２の列方向に沿って伸長する取扱・支持部４を形成してレンズアレイ１０を製造する。その後，取扱・支持部４に設けられた切れ目１２の位置で切断して，レンズ素子１に分離する。この切断により形成される切断面６が劈開面となるようにあらかじめ面方位を定めて製造する。【選択図】　　　図３
2004069892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶基板の表面に複数の光束変換部を列状に形成する第１工程と，
前記複数の光束変換部を連結支持するように延設された取扱・支持部を形成して光学素子集合体を得る第２工程と，
前記取扱・支持部の所定位置を切断して，少なくとも１つの前記光束変換部を有する光学素子に分離する第３工程と，を含み，
前記第３工程の切断により形成される切断面が劈開面となるよう構成することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項２】
シリコン結晶基板の表面に複数の光束変換部を列状に形成する第１工程と，
前記複数の光束変換部を連結支持するように延設された取扱・支持部を形成して光学素子集合体を得る第２工程と，
前記取扱・支持部の所定位置を切断して，少なくとも１つの前記光束変換部を有する光学素子に分離する第３工程と，を含み，
前記第３工程の切断により形成される切断面が（１１１）面および／または（−１−１−１）面となるよう製造することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１工程において，前記光束変換部を（０１−１）面に製造することを特徴とする請求項２に記載の光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記シリコン結晶基板は（１−１／２−１／２）面に設けられたオリエンテーションフラットを有することを特徴とする請求項２または３に記載の光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記第２工程において前記取扱・支持部には切断用の目印が形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記光束変換部は回折光学素子からなることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項７】
前記光束変換部はレンズであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の光学素子の製造方法によって形成され，少なくとも１つの前記光束変換部と，側面に前記切断面を有することを特徴とする光学素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，光通信機器に適用するのに好適な光学素子およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信等に用いられる光モジュールを安価に大量生産する技術の１つとして，表面実装が広く知られている。これは例えば，光モジュールを構成する半導体レーザやレンズ素子等の部品をシリコン基板上に形成されたＶ溝にサブミクロン精度で配置する。あるいは実装部品に位置決め用のアライメントマークを高精度に設けておき，そのマークをＣＣＤ等で取り込み，画像認識技術を応用して配置する技術である。この技術を用いた場合には，アライメントの際に以前に行われていた，半導体レーザを発光させて光ファイバに入射させ，その入射光量をモニタするという作業が不要になり，簡易かつ高精度に各部品を配置できる。
【０００３】
上記光モジュールで用いられる光学部品は，高精度に製造されている必要がある。レンズ素子の場合は，Ｖ溝に配置されることから，特に高い外形精度が要求される。高い外形精度をもつレンズ素子として，フォトリソ・エッチングプロセスを用いて製造されたレンズ素子が考案されている。このプロセスを用いる製造方法では，シリコン基板上にレンズ部となる部分の所望の形状をフォトリソグラフィ工程で形成した後，エッチングを行ってシリコンの不要な部分を除去して所望のレンズ素子を形成する。また，この製造方法では，製造時の取り扱いを容易にするために，複数のレンズ部を連結してアレイ状のレンズ部材を製造し，これを適当な位置で切断して，所望の個数のレンズ部を有するレンズ素子に分離することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，レンズ素子へ分離するための切断は，分離すべき位置に力を加えることにより行われており，切断の方向によっては，切断面が乱れ，微小な破片が発生する。この微小な破片は，レンズ部の表面またはレンズ素子の外面に付着し，このためにレンズ素子の性能が所望の性能を満たさなくなるという問題が生じていた。また，切断面を保持してレンズ素子をＶ溝に実装する場合，切断面が乱れていると，高精度にレンズ素子を配置できなくなり，光学部品に組み込んだとき，所望の性能に比べて性能が劣化するという問題が生じていた。
【０００５】
本発明の目的は，このような問題に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，所望の性能を確保し，且つ高精度な実装を可能とする光学素子および該光学素子の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明の第１の観点によれば，結晶基板の表面に複数の光束変換部を列状に形成する第１工程と，前記複数の光束変換部を連結支持するように延設された取扱・支持部を形成して光学素子集合体を得る第２工程と，前記取扱・支持部の所定位置を切断して，少なくとも１つの前記光束変換部を有する光学素子に分離する第３工程と，を含み，前記第３工程の切断により形成される切断面が劈開面となるよう構成することを特徴とする光学素子の製造方法が提供される。
【０００７】
結晶基板は例えばシリコン結晶基板を用いることができる。また，その他の結晶基板としては，ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＧａＰ，ＳｉＣ，Ｇｅ等を材料とする基板が挙げられる。
【０００８】
光束変換部とは光束を変換する機能を有するものであり，例えば光束を収束，発散，反射，偏向等するものである。また，光束変換部は，配置条件により入射光束を平行光に変換するものも含む。光束変換部の具体例としては，レンズや，回折光学素子からなる素子等が挙げられる。
【０００９】
光学素子とは例えばレンズ素子のことであり，光学素子集合体とは例えばアレイ状のレンズであるレンズアレイのことである。
【００１０】
かかる構成によれば，劈開面が切断面となるため，容易に切断することが可能になり，破片の飛散を抑え，切断面を平坦にすることができる。破片の飛散が抑えられるため，光束変換部の表面に付着する破片を低減でき，光学素子の性能を確保できる。また，平坦な切断面が得られるため，切断面を保持して光学素子を高精度に実装することが可能になる。
【００１１】
また，本発明の第２の観点によれば，シリコン結晶基板の表面に複数の光束変換部を列状に形成する第１工程と，前記複数の光束変換部を連結支持するように延設された取扱・支持部を形成して光学素子集合体を得る第２工程と，前記取扱・支持部の所定位置を切断して，少なくとも１つの前記光束変換部を有する光学素子に分離する第３工程と，を含み，前記第３工程の切断により形成される切断面が（１１１）面および／または（−１−１−１）面となるよう製造することを特徴とする光学素子の製造方法が提供される。
【００１２】
（１１１）面または（−１−１−１）面はシリコン結晶の劈開面であり，劈開面が切断面となるため，容易に切断することが可能になり，破片の飛散を抑え，切断面を平坦にすることができる。破片の飛散が抑えられるため，光束変換部の表面に付着する破片を低減でき，光学素子の性能を確保できる。また，平坦な切断面が得られるため，切断面を保持して光学素子を高精度に実装することが可能になる。
【００１３】
この際に，前記第１工程において，前記光束変換部を（０１−１）面に製造するようにしてもよく，また，前記シリコン結晶基板は（１−１／２−１／２）面に設けられたオリエンテーションフラットを有するようにしてもよい。
【００１４】
また，上記製造方法の前記第２工程において前記取扱・支持部には切断用の目印が形成されることが好ましい。目印は例えば切れ目によって構成してもよく，これによって切断位置を示し，かつ切断を容易にすることができる。
【００１５】
また，本発明の第３の観点によれば，上記記載の光学素子の製造方法によって形成され，少なくとも１つの前記光束変換部と，側面に前記切断面を有することを特徴とする光学素子が提供される。
【００１６】
かかる構成によれば，製造された光学素子は従来のものに比べ，性能を確保できる。また，製造された光学素子は平坦な切断面を有するため，切断面を保持して光学素子を高精度に実装することが可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下，図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお，以下の説明および添付図面において，略同一の機能および構成を有する構成要素については，同一符号を付すことにより，重複説明を省略する。本発明の典型的な形態の光学素子の製造方法では，レンズアレイを形成し，このレンズアレイの所定位置で切断することにより素子状のマイクロレンズを形成し，このとき形成される切断面が劈開面となるようにあらかじめ面方位を定めて製造する。
【００１８】
以下，本発明の実施の形態にかかる光学素子の製造方法を説明する。本製造工程は，レンズ部形成工程，レンズアレイ形成工程，分離工程の３つの工程を有する。レンズ部形成工程では図１に示すようにシリコン結晶基板３０の表面に複数のレンズ部２を所定の間隔をおいて列状に形成する。
【００１９】
ここでは，レンズ素子を形成する結晶基板としてシリコン結晶基板３０を用いている。シリコン結晶基板３０には図１に示すようにオリエンテーションフラット３２が設けられている。オリエンテーションフラット３２は基板設置方向を決める際等に重要な指標となる。
【００２０】
シリコン結晶基板３０の上面は（０１−１）面になっており，レンズ部形成工程ではこの（０１−１）面にレンズ部２を形成する。また，オリエンテーションフラット３２はシリコン結晶基板３０の（１−１／２−１／２）面に設けられている。
【００２１】
レンズ部２はここでは円形形状をしており，エッチングにより形成された回折光学素子からなる。レンズ部２は，回折光学素子の１つであるＣＧＨ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ　Ｈｏｌｏｇｒａｍ）素子により形成してもよい。ＣＧＨ素子は，所望の光学特性を示す光学素子の光路差関数から所望の光学特性を得るに必要なフォトマスクのパターンをコンピュータを用いて求め，そのマスクパターンを用いて光学基板の表面の所望箇所にエッチング処理を施すことにより，所望の光学特性を有する回折型光学素子を形成したものである。
【００２２】
したがって，前記のマスクパターンを用いた光学基板の所望の箇所へのエッチング処理により，所望の回折光学特性を有するレンズ部２を一括的かつ高精度に形成することができる。
【００２３】
次のレンズアレイ形成工程では，図２に示すように各レンズ部２の周囲に縁部３と取扱・支持部４を形成する。縁部３は各レンズ部２の外周の一部に沿った円弧状となるように形成されている。また，取扱・支持部４はレンズ部２の外周の他部側でレンズ部２と接続し，レンズ部２表面に略平行な面上でレンズ部２を越えてレンズ部２の列方向に沿って伸長し，１列中の全レンズ部２を接続して一体化するように形成されている。
【００２４】
取扱・支持部４の伸長方向はオリエンテーションフラット３２と平行になるよう形成される。上記のように，一列に配置された複数のレンズ部２とそれらレンズ部２を一体化して一方向に伸長した取扱・支持部４を主要部としてレンズアレイ１０が構成される。
【００２５】
取扱・支持部４には切断用の目印として切れ目１２が形成されている。切れ目１２は取扱・支持部４において隣接するレンズ部２間に位置する。切れ目１２は目印になると共に，後述の分離工程で取扱・支持部４を切断する際に，切断を容易にする機能を有する。切れ目１２はここではレンズ部２表面に略平行な面内にＶ字型の断面を有する溝である。このＶ字方向は取扱・支持部４の伸長方向に垂直であり，オリエンテーションフラット３２に垂直である。
【００２６】
なお，切れ目１２の断面形状はＶ字形に限定されず，Ｕ字形や長方形等，別の形状で構成することもできる。また，切断用の目印として上記構成の切れ目１２の代わりに，取扱・支持部４の所定位置にレンズ部２表面を延長した面側に開口部を有し，レンズ部２表面に垂直な方向を深さ方向とする溝を設けてこれを用いてもよい。ここでは切断用の目印は隣接する各レンズ部２間に位置するようにしているが，これに限定するものではない。目印の位置は分離工程後に形成されるレンズ素子が含むレンズ部２の数により，適宜設定することが好ましい。
【００２７】
レンズアレイ１０は，レンズアレイ１０に対応する形状のフォトマスクパターンを用いてＲＩＥ法（反応性イオンエッチング法）あるいはＩＣＰ−ＢＯＳＣＨ法等を用いて，任意の深さまでシリコン基板にエッチングを行うことにより製造可能である。
【００２８】
図３に上記方法により形成されたレンズアレイ１０の部分斜視図を示す。図３に示すようにレンズアレイ１０は，レンズ部２と，レンズ部２の一側に設けられた縁部３と，レンズ部２の他側に延設された略バー状の取扱・支持部４を有する。縁部３の円弧形状を呈する外形はレンズ部２の形成面側からその対向面側まで延びており，レンズ部２の光軸を中心軸とする略円柱形状の一部である略蒲鉾形の形状となっている。取扱・支持部４から下方に張り出すこの略蒲鉾形の部分を張出部５と呼ぶ。張出部５は製造されたレンズ素子がＶ溝に配置されるときにＶ溝に当接し，位置決めする部分となる。
【００２９】
次の分離工程では，取扱・支持部４の所定位置を切断してレンズアレイ１０からレンズ素子１を形成する。図３において，分離工程で切断される部分を点線で示す。切断位置は切れ目１２の位置と一致し，切断方向は切れ目１２のＶ字方向と同じである。分離工程では，切れ目１２があるため，レンズアレイ１０に弱い力を与えるだけで切れ目１２の位置で取扱・支持部４は容易に破断され，個々のレンズ素子に分離される。
【００３０】
図４に分離工程で分離され，形成されたレンズ素子１を示す。レンズ素子１は１つのレンズ部２と，縁部３と，張出部５と，取扱・支持部４の一部である取扱部４ａを有する。レンズ素子１は，取扱部４ａの側面として，切れ目１２の一部である斜側面１２ａと，分離により生じた切断面６を有する。
【００３１】
切断面６の方向はＶ字方向と同じであるから，切断面６の方向は前述のレンズアレイ１０の伸長方向およびオリエンテーションフラット３２に垂直であり，（１−１／２−１／２）面に垂直となる。また，切断面６の方向はレンズ部２が形成された面に垂直であり，（０１−１）面に垂直となる。したがって，切断面６は（１１１）面または（−１−１−１）面に形成されることになる。シリコンの（１１１）面および（−１−１−１）面は劈開面である。したがって，切断面６は劈開面となるから，分離工程では容易に切断することが可能になり，かつ切断面は平坦になり，切断時に破片の飛散を抑えることができる。
【００３２】
従来では例えば，レンズ部２のレンズ面はシリコン結晶基板３０の（１００）面に形成することがあった。この場合，切断面は劈開面とならないため，切断の際に発生した微小な破片が，レンズ部２の表面あるいは図３に示す底面９に付着してレンズ素子の性能を劣化させることがあった。
【００３３】
しかし，本実施の形態によれば，切断時に破片の飛散を抑えることができるので，レンズ部２の表面やレンズ素子の外面に破片が付着するのを抑えることができる。したがって，レンズ素子１の性能を確保して，Ｖ溝が形成された基板上の他の光学部品と容易に高効率で結合することが可能になる。実際に，従来の製造方法により製造されたレンズ素子に比べ，本実施の形態の製造方法より製造されたレンズ素子では，結合効率において最大で１ｄＢ程度改善されたという結果が得られた。
【００３４】
また，本実施の形態によれば，切断面は平坦になることから，切断面を保持してレンズ素子１を配置する際に，約±０．５μｍの高精度な配置が可能になる。
【００３５】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３６】
レンズ部，縁部，取扱・支持部，取扱部，切れ目等の形状は上記例に限定されず，様々な形状が考えられる。例えば，レンズ部は，円形に限らず所望の形状で形成可能であり，また，屈折型のレンズ部としてもよい。
【００３７】
また，上記例では，光束変換部をレンズ部，また光学素子の例としてレンズ素子を例にとり説明したが，これに限定するものではない。例えば，光束変換部を光偏向部等とし，光学素子を光偏向素子等とした場合にも本発明は適用可能である。
【００３８】
なお，上記例ではレンズ素子として１つのレンズ部を有するものを例にとり説明したが，これに限定するものではなく，切断位置を適宜設定することにより，複数のレンズ部を有するレンズ素子を製造することも可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上，詳細に説明したように本発明によれば，切断面を劈開面とすることにより，容易に切断することが可能になり，かつ切断面は平坦になり，切断時に破片の飛散を抑えることができる。よって，光学素子の光束変換部への破片の付着を抑え，光学素子の性能を確保して他の光学部品と容易に高効率で結合することが可能になる。また，平坦な切断面を有するため，切断面を保持して光学素子を高精度に配置することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る製造方法のレンズ部形成工程を説明する図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る製造方法のレンズアレイ形成工程を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るレンズアレイの斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るレンズ素子の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１　　　　レンズ素子
２　　　　レンズ部
３　　　　縁部
４　　　　取扱・支持部
４ａ　　　　取扱部
５　　　　張出部
６　　　　切断面
９　　　　底面
１０　　　　レンズアレイ
１２　　　　切れ目
１２ａ　　　　斜側面
３０　　　　シリコン結晶基板
３２　　　　オリエンテーションフラット
【図１】
2004069892.tif 000003
【図２】
2004069892.tif 000004
【図３】
2004069892.tif 000005
【図４】
2004069892.tif 000006