(57)【要約】【課題】    チップ切り分けと同時に接続端面を形成でき、光ファイバとの接続時の補強材も備えた光導波路部品及びその製造方法を提供する。【解決手段】  複数の光導波路部品１を有する光導波路ウエハ２上に接合用Ｓｉ層３を介して補強用ガラス板４を陽極接合により接合した後、回転砥石５により、光導波路部品２を補強用ガラス板４と共に切断端面が斜めになるように切り分ける。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光導波路部品を有する光導波路ウエハ上にガラス板を陽極接合により接合した後、前記光導波路部品を前記ガラス板と共に切り分けて製造することを特徴とする光導波路部品の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載する光導波路部品の製造方法において、
前記陽極接合は、前記光導波路ウエハの上に接合用Ｓｉ層を形成した後、前記ガラス板を接合することを特徴とする光導波路部品の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載する光導波路部品の製造方法において、
前記光導波路部品を前記ガラス板と共に切り分ける際に、切断端面が前記光導波路ウエハの表面と垂直ではなく、斜めの切断端面であることを特徴とする光導波路部品の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載する光導波路部品の製造方法において、
前記ガラス板は、パイレックスガラスであることを特徴とする光導波路部品の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載する光導波路部品の製造方法において、
前記光導波路部品における前記ガラス板との接合面には溝が形成されており、
前記ガラス板は、前記溝の蓋としての機能を有すると共に、前記製造後の光導波路部品を光ファイバと接続する際の補強材としての機能を有することを特徴とする光導波路部品の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載する光導波路部品の製造方法において、
前記ガラス板には、当該ガラス板を貫通する貫通孔と、当該貫通孔と前記光導波路部品に形成された溝とを接続する溝とが設けられていることを特徴とする光導波路部品の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載する光導波路部品の製造方法において、
前記ガラス板における前記光導波路ウエハとの接合面には、エッチング加工により前記貫通孔の周囲に及ぶ円板状の溝が形成されていることを特徴とする光導波路部品の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載する光導波路部品の製造方法において、
前記円板状の溝は、前記貫通孔の形成に先立って形成されることを特徴とする光導波路部品の製造方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載する光導波路部品の製造方法において、
前記円板状の溝は、フォトリソグラフィにより形成され、
前記貫通孔は、ドリル加工、サンドブラスト加工または超音波研削加工のいずれかにより形成されることを特徴とする光導波路部品の製造方法。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載する光導波路部品の製造方法により製造されることを特徴とする光導波路部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路部品及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光信号伝送、光信号処理の分野において、基板内に光導波路やその他の光素子を形成した光導波路部品が広く利用されている。このような光導波路部品への光信号の入出力は光ファイバを整列配置してなる光ファイバ部品を用いて行われており、その光ファイバ部品を光導波路部品に接続させるために、光導波路部品の光導波路端部を切断し、所定の角度に研磨した後、光ファイバ部品を光導波路端部に突き合わせて、光学接着剤で固定するのが一般的である。
【０００３】
ここで、光ファイバ部品と光導波路部品との間で光信号を低損失に入出力させるためには、光ファイバ部品と光導波路部品との接続部分の構造が適切でなければならない。すなわち、光導波路の入出力部の光軸と光ファイバの入出力部の光軸とがサブミクロンの精度で一致するように調整して加工する必要がある。
【０００４】
さらに、実用的な接続光学特性を実現するためには、光軸の位置だけでなく光軸の角度ずれも角度１度以下に抑え、光導波路端部と光ファイバ端部との間隙も１０μｍ以下にすることが要求される。光導波路端部と光ファイバ端部とは光学接着剤で固定される関係上、密着させずに数μｍの隙間をあけるのが通常である。この隙間は、光学接着剤で埋められるので、当該隙間の屈折率はガラスの屈折率に近く、接続箇所を通過する際の光学的損失は極めて少ない。ただし、この隙間が１０μｍを超えると、損失として無視できなくなる。
【０００５】
また、半導体レーザー素子などを構成素子として有する光回路部品（本明細書では「光導波路部品」の一種とする。）では、接続端面からの反射戻り光が半導体レーザーの発振不安定の原因となるため、高い反射減衰量が要求される。これを目的として、接続端面は光軸に垂直でなく、所定の傾斜角度をなすように形成され、接続端面で屈折率不整合などの原因で反射戻り光が発生しても光導波路、あるいは光ファイバに反射光が結合しないように設計される。
【０００６】
通常、このようにして形成される接続端面の傾斜角度は、通信波長が１３００ｎｍから１５５０ｎｍの場合には、約８度である。また、反射減衰量をさらに増加させる目的で、傾斜角度を約１２度まで増加させることもある。
【０００７】
したがって、光導波路部品と光ファイバ部品の接続端面は、接続損失を低くすると共に反射減衰量を高くするため、上記所定の傾斜角度をなすように斜めに加工される。そして、光導波路部品と光ファイバ部品とは、この斜めに加工された端面同士を突合せた後、接着剤で固定することにより接続される。
【０００８】
光軸合わせは、位置と角度についておこなうが、角度（光導波路の光軸と光ファイバの光軸の平行度）の合わせについては、光導波路部品と光ファイバ部品の外形から必要な精度を持って調整することができる。すなわち、どちらの部品も一般的には平坦な基板の上に形成されるので、その基板の裏面もしくは表面の平坦な面を基準とすることにより、互いの光軸の存在する面を平行に調整することができる。
【０００９】
互いの光軸の存在する面を平行に調整した後、その面内での回転方向の光軸平行調整が必要である。光導波路はフォトリソグラフィ等の技術で形成された平面パターンなので、基板の上方から観察することで、面内でのその光軸方向は容易に観察される。また、光ファイバ部品も平面的に光ファイバを整列固定した部品なので、面内での光軸は同様に観察により容易に確認できる。直接、導波路とファイバの向きを確認しなくても、それぞれの接続端面は、上方から観察する場合、光軸に対して垂直に形成されているので互いの外形となる辺を平行に調整することで面内の光軸合わせは実現される。
【００１０】
上述する光軸の角度調整作業は、顕微鏡観察により手作業で調整するか、あるいは画像処理により自動的に行うことができる。また、光導波路部品に光ファイバ部品を押し当てた状態で角度を固定することにより、角度調整を行うこともあり、この方法は機械的な方式であるため、画像による観察が不要であり、自動調整に適している。いずれの方法を用いる場合にも、外形形状を基準に調整が行われる。
【００１１】
光軸の角度調整が完了した後は、光軸位置の調整及び両端部の間隙の調整を行う。光軸の位置合わせについては、光信号を通して結合効率が最大になる位置を走査することで行う。間隙の調整については、接続したい箇所の近傍で互いの部品を押し当てて接触させた位置を基準として、その位置から所定の距離を引き離すことで容易に行える。なお、この間隙は数ミクロンである。
【００１２】
以上説明した手順により光導波路部品と光ファイバ部品とを接続するので、光導波路部品と光ファイバ部品における入出力端部の加工精度は、直接的に光ファイバ接続の光学特性に影響を与えることがわかる。
【００１３】
ところで、光ファイバ部品は比較的に機能が限定されているため規格化しやすく、大量に生産される部品である。寸法精度についても、接続の際に要求される仕様を十分満たしたものが自動かつ大量に生産され、安価に市場で入手することができる。これに対し、光導波路部品は、その機能や、種類、仕様により形や大きさが多岐にわたるため、部品ごとに接続端部の加工を施す必要がある。したがって、光ファイバ接続の光学特性は、実質的には光導波路部品の接続端部の加工精度で決まるといえる。
【００１４】
プロセスの完了した光導波路ウエハには、複数の光導波路部品が作製されている。これを１００μｍ程度の極めて薄い回転砥石を取り付けたダイサーと呼ばれる切断装置で部品毎にチップとして切り分ける。通常のダイサーでは、チップを切り分ける際に、切断端面は垂直となる。
【００１５】
これに対して、回転砥石の回転軸を傾斜させた特殊なダイサーを用いることにより、接続端面に要求される傾斜角度を切断工程で実現することが提案されている（下記特許文献１を参照。）。この方法を用いれば、切断工程のみで光ファイバ接続に十分な加工精度を有する接続端面を形成することができる。
【００１６】
また、光導波路部品の端部には、光ファイバ部品との接着強度を確保するため、補強用のガラス板が接着剤で貼り合わされる。光導波路部品を個々のチップとして切り分けた後に補強用ガラス板を接着する場合には、光導波路部品と補強用ガラス板の端面に段差が生じることは避けられない。また、接着剤が接続端部にはみ出てしまうことも回避できないので、たとえ上述する方法で接続端部が形成されていたとしても、別途、接続端面の研磨作業が必須となる。
【００１７】
これに対して、チップに切り分ける前の光導波路ウエハの表面に、予め補強用ガラス板を接着した後、斜めに切断して切り分ければ、切断後の接続端面の研磨工程を省くことが期待できる。しかし、接着剤で貼り合わせた補強用ガラス板は、ダイサーによる切断の機械的負荷で容易に剥離してしまう。特にチップ面積が小さい場合には剥離が顕著となる。
【００１８】
さらに、光導波路部品のサイズが小さい場合、ウエハ表面における光ファイバを接続する端部に相当する部分のみに補強用ガラス板を接着する作業は、きわめて面倒な作業となる。これは、ウエハ表面の所定の箇所に、補強用の小さなガラス片を整列して接着しなければならないからである。
【００１９】
これを避けるためには、ウエハ表面の全面を覆う補強用ガラス板を貼り合わせるか、あるいは補強用ガラス板をある程度の大きさに分けて貼り合わせるという方法が考えられる。しかしながら、光導波路部品の種類によっては、光導波路上部にガラス板を貼り付けることが好ましくないものもある。
【００２０】
光導波路上部にガラス板を貼り付けることが好ましくないものとしては、例えば、光導波路の途中に横断する溝を加工して、この溝に波長板やフィルターなどの薄片を挿入することにより、偏波特性や波長特性等の機能の発現もしくはこれらの機能を改善しているものがあげられる。また、溝にポリマーやオイルなどの透明固体や液体を注入することにより、光学特性や温度特性等の機能の発現もしくはこれらの機能を改善しているものがあげられる。これは、このような光導波路部品では、補強用ガラス板を貼り合わせる際に用いる接着剤が溝に流れ込むと、上記機能性素材を挿入または注入できなくなってしまうからである。
【００２１】
【特許文献１】特開２０００−１５５２３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
以上説明するように、光導波路部品を製造する際に、ウエハからのチップ切り分けと同時に切断端面、すなわち接続端面を光接続に適した端面構造に仕上げることを目的として、補強用ガラス板をウエハに貼り合わせると、接着剤が光導波路部品の機能を制約するという問題があり、事実上このような作業は困難であった。
【００２３】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、光導波路部品をチップとして切り分ける際に、同時に光ファイバとの接続端面を形成することができる光導波路部品の製造方法を提供することを目的とする。また、光ファイバとの接続の際に必要となる補強材も備えた光導波路部品及びその製造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】
【００２４】
上記課題を解決する本発明に係る光導波路部品の製造方法は、
複数の光導波路部品を有する光導波路ウエハ上にガラス板を陽極接合により接合した後、前記光導波路部品を前記ガラス板と共に切り分けて製造することを特徴とする光導波路部品の製造方法である。
【００２５】
また、上記光導波路部品の製造方法において、
前記陽極接合は、前記光導波路ウエハの上に接合用Ｓｉ層を形成した後、前記ガラス板を接合することを特徴とする光導波路部品の製造方法である。
【００２６】
また、上記光導波路部品の製造方法において、
前記光導波路部品を前記ガラス板と共に切り分ける際に、切断端面が前記光導波路ウエハの表面と垂直ではなく、斜めの切断端面であることを特徴とする光導波路部品の製造方法である。
【００２７】
また、上記光導波路部品の製造方法において、
前記ガラス板は、パイレックスガラスであることを特徴とする光導波路部品の製造方法である。
【００２８】
また、上記光導波路部品の製造方法において、
前記光導波路部品における前記ガラス板との接合面には溝が形成されており、
前記ガラス板は、前記溝の蓋としての機能を有すると共に、前記製造後の光導波路部品を光ファイバと接続する際の補強材としての機能を有することを特徴とする光導波路部品の製造方法である。
【００２９】
また、上記光導波路部品の製造方法において、
前記ガラス板には、当該ガラス板を貫通する貫通孔と、当該貫通孔と前記光導波路部品に形成された溝とを接続する溝とが設けられていることを特徴とする光導波路部品の製造方法である。
【００３０】
また、上記光導波路部品の製造方法において、
前記ガラス板における前記光導波路ウエハとの接合面には、エッチング加工により前記貫通孔の周囲に及ぶ円板状の溝が形成されていることを特徴とする光導波路部品の製造方法である。
【００３１】
また、上記光導波路部品の製造方法において、
前記円板状の溝は、前記貫通孔の形成に先立って形成されることを特徴とする光導波路部品の製造方法である。
【００３２】
また、上記光導波路部品の製造方法において、
前記円板状の溝は、フォトリソグラフィにより形成され、
前記貫通孔は、ドリル加工、サンドブラスト加工または超音波研削加工のいずれかにより形成されることを特徴とする光導波路部品の製造方法である。
【００３３】
また、上記課題を解決する本発明に係る光導波路部品は、
上記光導波路部品の製造方法においてにより製造されることを特徴とする光導波路部品である。
【発明の効果】
【００３４】
本発明に係る光導波路部品及びその製造方法によれば、光導波路ウエハ単位での補強用ガラス板の接合が実現され、作業手順の簡略化、部品点数の削減により、大幅なコストダウンを図ることができる。また、全反射型光導波路部品では、屈折率整合オイルの注入工程をウエハのまま一括に処理できるので生産性を向上させることができる。そのほか、フィルター挿入などの作業も、ウエハのままでまとめて行えるため取り扱いが楽になり生産性が向上する。
【００３５】
また、上述するように、補強用ガラス板を光導波路ウエハに接合する際に、直接接合の一種である陽極接合の手段をとっているため、接着剤を必要とせず、光導波路部品に形成された溝や孔を埋めることなく接合工程を行うことができる。さらに、陽極接合による接合強度は、接合材料であるガラス自体の破壊強度に匹敵するほど高いため、接合面積が小さい場合でもダイサーによる切断で剥離することがない。また、接合端面が斜めになるように切断することにより、接合端面の研磨工程を省略することができる。研磨工程の削減は、光導波路部品の製造コスト低減に大きな効果がある。
【００３６】
また、補強用ガラス板における必要箇所に貫通孔を形成することにより、補強用ガラス板を接合した後に、波長板やフィルター、ポリマー材やオイルなどを光導波路部品へ挿入もしくは注入することができる。
【００３７】
さらに、補強用ガラス板に貫通孔を形成する前に、フォトプロセスにより当該貫通孔が形成される周辺を浅くエッチングし、そのエッチングパターンの内側でドリル加工などの機械加工により貫通孔を形成した場合には、機械加工による生じる貫通孔の縁の欠けが直接に光導波路部品の表面に接触することを防ぐことができる。これにより、貫通孔と光導波路部品に形成された溝とを接続するための補強用ガラス板に形成された溝の容積を精密に制御することが可能となる。この容量制御は、特に貫通孔から光導波路部品に形成された溝に規定量の液体を精密に注入する必要のある光部品に対して有効である。また、貫通孔を機械加工する際に、上記エッチング加工をあらかじめ施すことにより、貫通孔の加工位置を決める工程が容易となり、貫通孔の加工精度を確保することができるという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
＜第１の実施形態＞
本発明に係る第１の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る光導波路部品の製造方法を示す製造工程図である。また、図２は、本実施形態に係る光導波路部品の製造方法の各工程について、光導波路ウエハの断面構造を用いて説明する製造工程図である。なお、図１に示す各工程と図２に示す各工程とは、各工程（ａ）〜（ｄ）が対応する関係にある。
【００３９】
図１（ａ）に示すように、光導波路の製造プロセスを完了した光導波路ウエハ１には、複数の光導波路部品２が整列して形成されている。通常、光導波路はシリコン（Ｓｉ）基板に、シリカ（ＳｉＯ2）を堆積して形成される。光信号を閉じ込めて伝播するコア部は、周囲のシリカ（クラッド）よりもわずかに高い屈折率を有する。
【００４０】
図２（ａ）に示すように、このコア部１０は、フォトプロセスで形成され、コア部１０の上にさらにシリカを堆積させることにより、クラッド１１中に埋め込まれている。このため、コア部１０の上部表面は周囲よりも１〜２μｍほど凸状に盛り上がっている。
【００４１】
従来の接着剤による補強用ガラス板の接着では、このままの表面で構わないが、本実施形態に係る製造方法では、陽極接合により光導波路ウエハ１の全表面に補強用ガラス板を貼り合わせるため、光導波路ウエハ１の表面を平坦に研磨する必要がある。
【００４２】
したがって、コア部１０を横断して溝などを形成する場合には、この研磨工程の後に行うことが好ましい。研磨工程後に溝などの形成を行うと、溝などを形成する際に光導波路ウエハ１の表面が平坦であるため、フォトプロセスによるエッチング作業が精度良く行えるという利点がある。また、研磨工程における溝内の汚染防止を目的として、形成した溝にレジスト等を埋め込んで保護するという作業を行う必要がなくなり、研磨工程後のレジスト等の除去作業もなくすことができる。
【００４３】
次に、図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示すように、表面が平坦化された光導波路ウエハ１の上に陽極接合のための接合用Ｓｉ層３を堆積させる。この接合用Ｓｉ層３の厚さは０．０５μｍから１μｍである。なお、接合強度は接合用Ｓｉ層３の厚さに依存しない。また、シリコン（Ｓｉ）はクラッド１１を構成するシリカ材料との密着性が極めて高く、クラッド１１の層と接合用Ｓｉ層３との界面で剥離することはない。接合層用の材料は、その酸化物が安定であり、誘電性であれば特に限定されない。例えば、シリコン以外にＡｌなどが利用できる。しかし、シリコンは、そのものが化学的に安定であると共にその酸化物はガラスであり極めて安定な誘電体であるため、最も好ましい接合層用材料である。
【００４４】
この接合用Ｓｉ層３を光導波路ウエハ１の表面に堆積させると、接合用Ｓｉ層３の下部にあるコア部１０などが見えなくなるため、後に光ファイバを接続する際や、チップとして切り分ける際に基準とする目印（基準線）が確認できなくなることがある。
【００４５】
したがって、このような不都合を回避するためには、接合用Ｓｉ層３の下部を観察する必要がある箇所について、当該箇所の接合用Ｓｉ層３をエッチングにより除去することが好ましい。リフトオフによる接合用Ｓｉ層３のパターンニングであれば、１回のフォトプロセス、１枚のフォトマスクにより、正確にコア部１０のパターンに対して接合用Ｓｉ層３のパターンニングを行うことができる。
【００４６】
他の方法としては、接合用Ｓｉ層３の厚さを０．１μｍ以下に薄くすることにより、接合用Ｓｉ層３を通して下部を観察可能にするという方法がある。この方法によれば、全面に堆積させた接合用Ｓｉ層３に対してフォトプロセスが不要となり、簡便な方法とすることができる。
【００４７】
次に、図１（ｃ）及び図２（ｃ）に示すように、光導波路ウエハ１の表面に接合用Ｓｉ層３を介して補強用ガラス板４を陽極接合する。補強用ガラス板４としては、従来の補強用ガラス板と同様にパイレックスガラスを用いる。これは、パイレックスガラスの熱膨張係数が、光導波路ウエハ１を構成する基板１２の材料であるシリコン（Ｓｉ）の熱膨張係数と広範な温度範囲でほぼ一致しているからである。
【００４８】
補強用ガラス板４を陽極接合する手順は以下の通りである。まず、接合用Ｓｉ層３を介して光導波路ウエハ１と補強用ガラス板４とを密着させる。ここで、補強用ガラス板４に、光導波路ウエハ１との重ね合わせの位置関係を規定するような加工が施されている場合には、位置合わせを行って密着させる。ヒーターを組み込んだ加熱台の上で、光導波路ウエハ１と補強用ガラス板４とを密着させた状態で、４００℃から４５０℃に加熱すると共に、接合用Ｓｉ層３に陽極を、補強用ガラス板に陰極を接触させて、５００Ｖから１０００Ｖ程度の直流電圧を印加する。
【００４９】
パイレックスガラス中のナトリウムイオンが、ガラス中の電気伝導を担って電荷の移動が起こると、接合用Ｓｉ層３と対向して接近しているガラス表面に負電荷が集中し、接合用Ｓｉ層３の表面と静電気力で引き合う。ガラス表面の負電荷と接合用Ｓｉ層３の表面の正電荷との間隙の距離の２乗に反比例してこの静電引力は増大し、最終的には、原子間距離にまで接近して、接合用Ｓｉ層３の表面のシリコン（Ｓｉ）が電子を受け取ることで酸化し、補強用ガラス板４と一体化する。これにより、補強用ガラス板４と光導波路ウエハ１とは強固に接合する。
【００５０】
上述するように、接着剤など用いずに直接に材料同士を接合するため、光導波路ウエハ１側に形成した微細な溝などを接着剤などにより埋めてしまうといった問題がなく、さらに、極めて大きな強度をもって確実に補強用ガラス板４を貼り合わせることができる。
【００５１】
後述するように、光導波路ウエハ１に形成された溝などに波長板やフィルターを挿入して接着剤で固定する場合や、溝にオイルを注入する場合には、補強用ガラス板４として、波長板やオイル等を入れる貫通孔を予め形成したガラス板を光導波路ウエハ１に接合する。または、補強用ガラス板を接合した後に、エッチング等の技術によりこの貫通穴を形成する。これにより、陽極接合の工程とチップの切り離し工程との間の工程において、光導波路ウエハ１に対して波長板等の設置を行う。
【００５２】
最後に、図１（ｄ）及び図２（ｄ）に示すように、回転砥石５により光導波路ウエハ１から個々の光導波路部品２をチップとして切り離す。この際に、回転軸を傾斜させた特殊な回転砥石５を用いることにより、チップの切り離しと同時に、光導波路部品２の切断端面１３（ファイバ接続端面）を斜めに切断することができる。
【００５３】
本実施形態において、良好な切断端面１３を得られる切断条件は、番手＃６００〜８００の回転砥石５を回転数３００００ｒｐｍで回転させて、移動ステージ６の切断送り速度を１ｍｍ／ｓとした条件であった。なお、上記特許文献１には、切断条件として、砥石番手＃３００、切断送り速度５ｍｍ／ｓが推奨されているが、この条件では切断端面のエッジ部分が欠ける頻度が高くなってしまうため好ましくない。
【００５４】
また、光導波路ウエハ１を傾斜した状態で固定が可能な移動ステージを用いることにより、回転軸が水平な通常の回転砥石で斜めの切断端面を実現することができる。水平移動の移動ステージであっても、楔状に傾斜した補助板を当該ステージと光導波路ウエハとの間に挿入するだけで、安価に斜め切断が可能となる。ただし、この場合には、回転砥石の高さ調整を切断ラインの位置ごとに行う手間が必要となる。
【００５５】
＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。図３は、第２の実施形態に係る光導波路部品の概略断面構造図である。同図に示すように、本実施形態に係る光導波路部品は、コア部１０を横切るようにして（切断するようにして）溝１８が形成されており、この溝にフィルター１６（波長フィルター）が挿入されている。以下、本実施形態に係る光導波路部品の製造方法について、図１〜３を参照しながら説明する。
【００５６】
まず、Ｓｉ基板１２上にクラッド１１とコア部１０とからなる光導波路構造を形成した後、コア部１０上部の凸部（図２（ａ）を参照）をなくすため、ウエハ１の表面を平坦研磨する。次に、エッチング加工により、フィルター１６を挿入する溝１８を光導波路構造におけるコア部を切断するようにして形成する。なお、溝１８の形成はダイサーによる機械加工でもよい。
【００５７】
その後、光導波路ウエハ１の表面に接合用Ｓｉ層３を堆積させる。接合用Ｓｉ層３のパターニングは、リフトオフによる。このパターニングにより、光導波路部品の入出力部分におけるコア部１０の上部には、接合用Ｓｉ層３を堆積させないようにすることができる。この工程は、後に光ファイバを接続する際や、チップとして切り分ける際の基準線が確認できなくなることを避けるための工程である。また、この基準線を接合用Ｓｉ層の抜きパターンにて同時に形成することで、後の切り分け作業を容易にすることができる。なお、溝１８を形成した後に接合用Ｓｉ層３を堆積させる場合には、あらかじめ溝１８をレジスト等で埋めておき、溝内部にＳｉが堆積しないようにする。
【００５８】
補強用ガラス板４には、光導波路ウエハ１と重ね合わせたときに溝１８に対応する箇所に、貫通孔１５を形成しておく。この貫通孔１５の大きさは、溝１８にフィルター１６を挿入する作業がしやすいように、溝１８の大きさよりも若干大きめにすると良い。補強用ガラス板４に貫通孔１５を形成する方法としては、高密度プラズマエッチング、サンドブラスト、超音波カッター（超音波研削加工）、ドリルなどによる形成方法があげられる。
【００５９】
このようにして用意した補強ガラス板４を、光導波路ウエハ１に対して正確に位置合わせをして重ね合わせた後、第１の実施形態で説明するようにして陽極接合を行う。その後、貫通孔１５の底部に露出している溝１８にフィルター１６を挿入し、光学接着剤１７を滴下して固定する。このフィルター１６の設置を、光導波路ウエハ１に設けられたすべての光導波路部品２に対して行う。光学接着剤１７の屈折率とコアの屈折率とは、等しいことが好ましい。また、光学接着剤１７の種類によっては、紫外線照射、あるいは加熱により硬化させる場合もある。光学接着剤１７が硬化した後、第１の実施形態で説明するようにして、回転砥石５により切断端面１３を斜めにして、光導波路部品２をチップとして切り分ける。
【００６０】
以上の方法により製造した光導波路部品は、この後、光ファイバ部品と高い接続光学特性をもって接続することにより使用される。本実施形態では、コア部１０を横切るようにして形成された溝１８にフィルター１６を挿入したが、フィルター以外にも波長板、偏光板、回折格子などフィルム形状の光学素子であれば同様にして設置することができる。すなわち、バンドパスフィルター、バンドストップフィルター、ハイパスフィルター、ローパスフィルター、偏光フィルター、位相補償器、アイソレータ等に適用することができる。また、言うまでもなく、複数の異なる機能を有する素子を設置することもできる。
【００６１】
＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。図４は、本実施形態に係る光導波路部品の概略断面構造図である。また、図５は、本実施形態に係る光導波路部品の概略透視平面図である。これらの図に示すように、本実施形態に係る光導波路部品は、全反射型導波路スイッチである。以下、全反射型導波路スイッチのスイッチ構造と動作について簡単に説明する。
【００６２】
本実施形態に係る光導波路部品の構造としては、Ｓｉ基板１２上に形成されたコア部１０とクラッド１１とからなる光導波路層のコア部１０を横切るようにして（切断するようにして）溝１８が形成されており、この溝１８は光導波路層の上に設けられた補強用ガラス板４で覆われている。溝１８は、補強用ガラス板４を貫通して形成される貫通孔１５と補強用ガラス板４における光導波路層側の面に形成された細長く浅い注入溝２３ｂとにより、光導波路部品の外部と空間的に接続されている。図４及び図５は、溝１８内に屈折率整合オイル２０が部分的に注入された状態を示しており、溝１８内における屈折率整合オイル２０以外の部分は空気２１で満たされている。また、屈折率整合オイル２０は、貫通孔１５から注入溝２３ｂへ部分的に浸入させた封止剤２２により、溝１８及び注入溝２３ｂ内に密封されている。
【００６３】
屈折率整合オイル２０を注入してある溝１８は、光導波路層をＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等の微細加工技術で加工することにより形成される。溝１８を形成する際には、コア部１０を横切るように細長く形成した溝の両端の幅を中央部分の幅よりもわずかに広く（例えば、中央部分の溝幅が約１０μｍに対して両端部分の溝幅は約１０．５〜１１μｍ）加工する。この溝１８に注入される屈折率整合オイル２０はシリコンオイル或いは水溶液等であり、基板材料であるシリコン、ガラス或いは石英ガラスに極めてよく濡れる液体が選ばれる。即ち、濡れの接触角が０度である。このように、両端において溝幅をわずかに広く形成した溝１８に濡れる液体を注入すると、安定な状態では液体は溝１８の片端に接触する位置に存在する（図５を参照。）。これは、液体の表面積（空間、空気又は蒸気と接する界面）を最小にしようとする表面張力の働きにより、空気２１の形状がより球状になろうとするため、空気２１は溝１８内のいずれかの端に押し付けられるようにして偏在するからである。
【００６４】
コア部１０同士の間を屈折率整合オイル２０が満たしている場合には、コア部１０を伝播している光信号は溝１８を横切って（屈折率整合オイル２０を伝播して）直進する。溝１８の幅は数十ミクロン以下に形成するので光信号が溝１８を横切る際の光損失は極めて小さい。例えば５ミクロンの幅の溝１８を横切る際の光損失は、理論的にも実験的にも０．０１ｄＢのオーダーであることが分かっている（花岡頼子、下川房男、西田安秀「低Δ溝付き交差光導波路スイッチ」1994年電子情報通信学会春季全国大会、Ｃ-321, Vol.4, p.318）。
【００６５】
屈折率整合オイル２０が上記とは反対の片側にあって、コア部１０同士の間を空気２１が満たしている場合には、コア部１０を伝播する光信号は溝１８の界面で全反射して溝１８を直進しない。この２つの状態を切替えることにより光スイッチ動作が行われる。
【００６６】
次に、溝１８の中で屈折率整合オイル２０を移動させる原理について説明する。前述したように、屈折率整合オイル２０は基板材料によく濡れる液体である。光導波路層には、細長い溝１８に沿って複数のヒーターが配置してある。例えば、細長い溝１８の両端を加熱できるようにヒーターが設置してあり、屈折率整合オイル２０が存在する溝１８の一端に近いヒーターに通電してヒーターの温度を上げると、そこに接する屈折率整合オイル２０が熱せられる。液体の表面張力は温度に依存し、一般に臨界温度より充分低い温度領域では温度の上昇に対して直線的に低下する。
【００６７】
したがって、屈折率整合オイル２０を局所的に加熱した場合、局所的に温度の上昇した部分の表面張力が他の部分の表面張力に比べて低下するため、場所による表面張力の違いによって屈折率整合オイル２０は加熱された場所を避けるように移動する。この結果、加熱された箇所には空気２１が移動し、加熱前後において、屈折率整合オイル２０と空気２１との位置が逆転する。このようにして複数のヒーターを制御することにより、屈折率整合オイル２０を溝１８の一端から他端へ移動させることができる。
【００６８】
本実施形態に係る全反射型光導波路スイッチの製造方法については、第２の実施形態における光導波路ウエハ１の表面研磨と溝加工、接合用Ｓｉ層３の堆積までは同じである。ただし、接合用Ｓｉ層３の抜きパターンにより、後に補強用ガラス板４を接合する際に基準となる位置合わせパターンが形成されている点で異なる。
【００６９】
図４及び図５に示すように、補強用ガラス板４には、ドリル加工により貫通孔１５が形成されると共に、光導波路ウエハ１と接合する面にフォトプロセスによりパターンがエッチングされている。このパターン（注入溝２３ａ，ｂ）は、図５から分かるように、貫通孔１５が形成される箇所の周囲に及ぶように円板状に掘り下げる（注入溝２３ａ）と共に、この掘り下げた箇所と溝１８とをつなぐように長細い溝（注入溝２３ｂ）を形成してなる。貫通孔１５が形成される箇所の周囲を円状に掘り下げることにより、ドリル加工時の加工基準の決定に利用できる。
【００７０】
さらに、本実施形態では、屈折率整合オイル２０の注入量の精度を上げるために、このフォトプロセスによるエッチングが重要な役割を果たす。ドリル加工などの機械加工でガラスのような脆性材料を加工すると必ず加工縁に欠けを生じる。その大きさは、数十μｍから１００μｍ程度である。このような縁の欠けが存在する状態で、補強用ガラス板４と光導波路ウエハ１とを接合すると、注入溝２３ｂの長さが、欠けの程度によって異なり、各光導波路部品２に形成した溝１８に注入される液量が異なる結果となる。
【００７１】
これに対して、本実施形態では、細長い注入溝２３ｂの長さを決定する注入溝入口２４の位置は、欠けを有する貫通孔１５ではなくエッチングで形成された注入溝２３ａで決定されるため、上記のような問題は生じない。したがって、安定して、ばらつきなく屈折率整合オイル２０を注入することができる。
【００７２】
なお、このフォトプロセスにより、光導波路層に形成した溝１８とこの溝１８を外部に接続する注入溝２３ａ，ｂとを接合させる際の位置合わせの基準となる合わせパターンを、補強用ガラス板４の接合側の面に同時に形成してある。
【００７３】
上述するように貫通孔１５及び注入溝２３ａ，ｂが形成された補強用ガラス板４を接合用Ｓｉ層３を介して光導波路ウエハ１に陽極接合した後、減圧容器内に入れ、屈折率整合オイル２０の注入液量に応じた圧力まで減圧し、その圧力で屈折率整合オイル２０を貫通孔１５から注入溝入口２４へ滴下する。あるいは、屈折率整合オイル２０を満たした容器に光導波路ウエハを浸しても構わない。その後、大気圧に戻すと、溝１８に目的の量の屈折率整合オイル２０が注入された状態になる。
【００７４】
次に、貫通孔１５に封止剤２２を滴下すると、封止剤２２は注入溝２３ｂに幾らか侵入して硬化する。これにより、溝１８に屈折率整合オイル２０は封止される。その後、ウエハのまま、有機溶剤などで洗浄し、余分な屈折率整合オイル２０を除去する。最終的には、ダイサーにより各光導波路部品２をチップとして切り分けることにより、光導波路部品は完成する。以上の方法により製造した光導波路部品は、この後、光ファイバ部品と高い接続光学特性をもって接続することにより使用される。
【００７５】
なお、各実施形態では、詳しく説明しなかったが、上記光導波路部品にはヒーターが組み込まれており、ヒーターとその配線は接合用Ｓｉ層３の下の光導波路層に埋め込まれて形成されている。また、外部に電気配線を引き出すため、ワイヤーボンディングによる配線作業も光ファイバ部品の接続と前後して必要である。
【００７６】
また、光導波路部品を光スイッチとして機能させる場合には、コア部１０を直角に近い角度で交差するように構成するため、チップ面積を小さくしてコストダウンを図るためには、光信号の入出力箇所が直交する２辺または３辺や４辺すべてになる場合がある。この場合には、入出力が対向した光導波路部品のように横一列に並べて一度に接続端面を研磨するということができず、個々のチップごとに研磨しなければならない。そのため、従来の光導波路部品では、端面研磨がコスト高となり、チップ面積を削減したコスト低減効果が失われるという問題があった。また、小さなチップでは研磨装置への固定が困難であるという問題があった。これは、チップが小さいために、正確な研磨角度の設定が難しいことや堅固な保持が難しいためである。
【００７７】
これに対して、本発明の製造方法によれば、上記特有な方法により補強用ガラス板の貼り合わせを行ったため、チップとしての切り分けと同時に接続端面を斜めに仕上げることが可能となった。この結果、全反射型光導波路スイッチの低コスト化に極めて有効な手段を提供することができる。
【００７８】
また、補強用ガラス板４を溝１８の蓋としての機能も兼ねさせているので、従来のように蓋を陽極接合した後に補強用ガラスをチップ周辺に別途貼り合わせるといった面倒な作業をなくすことができ、部品点数及び加工手間の削減により製造コストを大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】第１の実施形態に係る光導波路部品の製造方法を示す製造工程図である。
【図２】第１の実施形態に係る光導波路部品の製造方法の各工程について、光導波路ウエハの断面構造を用いて説明する製造工程図である。
【図３】第２の実施形態に係る光導波路部品の概略断面構造図である。
【図４】第３の実施形態に係る光導波路部品の概略断面構造図である。
【図５】第３の実施形態に係る光導波路部品の概略透視平面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  光導波路ウエハ
２  光導波路部品
３  接合用Ｓｉ層
４  補強用ガラス板
５  回転砥石
６  移動ステージ
１０  コア部
１１  クラッド
１２  Ｓｉ基板
１３  切断端面
１５  貫通孔
１６  フィルター
１７  光学接着剤
１８  溝
２０  屈折率整合オイル
２１  空気
２２  封止剤
２３ａ，ｂ  注入溝
２４  注入溝入口
【図１】
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【図２】
2005122007.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005122007.tif 000006
【図５】
2005122007.tif 000007