(57)【要約】【課題】  光を閉じ込めて伝送する空洞部の断面が矩形の中空光導波路であっても、空洞部の内部に反射膜の厚さを容易に一定に形成することのできる中空光導波路の製造方法を提供することにより、基板上に集積した中空光導波路やこれを用いた光スイッチを提供する。【解決手段】  光を伝送する空洞部を有する中空光導波路を基板上に製造する中空光導波路の製造方法において、前記空洞部の外壁となる外壁層部を形成する外壁層部形成工程と、前記外壁層部を折り曲げる時の回転軸となるヒンジ部を複数形成するヒンジ部形成工程と、前記外壁層部上に光の反射膜を形成する反射膜形成工程と、各々の前記ヒンジ部を回転軸として前記外壁層部を折り曲げることにより前記空洞部を形成する空洞部形成工程と、を有する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を伝送する空洞部を有する中空光導波路を基板上に製造する中空光導波路の製造方法において、
前記空洞部の外壁となる外壁層部を形成する外壁層部形成工程と、
前記外壁層部を折り曲げる時の回転軸となるヒンジ部を複数形成するヒンジ部形成工程と、
前記外壁層部上に光の反射膜を形成する反射膜形成工程と、
各々の前記ヒンジ部を回転軸として前記外壁層部を折り曲げることにより前記空洞部を形成する空洞部形成工程と、を有することを特徴とする中空光導波路の製造方法。
【請求項２】
前記基板と前記外壁層部とを容易に分離することができる分離層部を形成する分離層部形成工程を有することを特徴とする請求項１に記載の中空光導波路の製造方法。
【請求項３】
前記ヒンジ部を弾性体又は可塑材料で形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の中空光導波路の製造方法。
【請求項４】
前記空洞部形成工程において、前記の各々のヒンジ部を回転軸として前記外壁層部を折り曲げることによりコ字状の外壁を形成した後、光反射膜を形成した第２基板を配設することにより、空洞部を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の中空光導波路の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の中空光導波路の製造方法により製造した中空光導波路を用いることを特徴とする光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号伝達や光スイッチに用いられ、基板上に集積される中空光導波路の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、大容量光通信用の光伝送媒体としては、光ファイバが使用されている。一方で、伝送損失をさらに小さくするために、特開２００１−１０００５１号公報（特許文献１）に開示されているように、中空光導波路もあわせて使用されている。このものは、特許文献１に示されているように、反射膜を被覆した円筒状の空洞部の内部に光を閉じ込めることにより光信号を伝送させるものである。しかし、特許文献１に示されている中空光導波路は、空洞部の断面が円形であるために、シリコン基板等の平面基板上に形成することが容易でなく、光スイッチ等の光デバイスに適用することが容易ではなかった。
【０００３】
これに対して、特許３４４００９０号公報（特許文献２）や米国特許ＵＳＰ６５０１８６９Ｂ１（特許文献３）には、基板上に中空光導波路を集積化できるように、断面が矩形の中空光導波路が開示されている。ここで、特許文献１に示すような断面が円形の中空光導波路の場合には、空洞部が円筒対称であるために反射膜の厚さを一定に形成することは、比較的容易であった。しかしながら、特許文献３に示すような空洞部が矩形の中空光導波路の場合には、反射膜を均一の厚さに形成することが容易でなかった。
【特許文献１】特開２００１−１０００５１号公報
【特許文献２】特許３４４００９０号公報
【特許文献３】米国特許ＵＳＰ６５０１８６９Ｂ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記背景技術に鑑みて発明されたものであり、光を閉じ込めて伝送する空洞部の断面が矩形の中空光導波路であっても、空洞部の内部に反射膜の厚さを容易に一定に形成することのできる中空光導波路の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の中空光導波路の製造方法は、光を伝送する空洞部を有する中空光導波路を基板上に製造する中空光導波路の製造方法において、前記空洞部の外壁となる外壁層部を形成する外壁層部形成工程と、前記外壁層部を折り曲げる時の回転軸となるヒンジ部を複数形成するヒンジ部形成工程と、前記外壁層部上に光の反射膜を形成する反射膜形成工程と、各々の前記ヒンジ部を回転軸として前記外壁層部を折り曲げることにより前記空洞部を形成する空洞部形成工程と、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の中空光導波路の製造方法は、外壁層部形成工程と、ヒンジ部形成工程と、反射膜形成工程と、空洞部形成工程とを有するので、空洞部を形成する前にあらかじめ外壁層部上に反射膜を形成することができ、このために、反射膜の厚さを容易に一定とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
（実施形態１）
本発明の実施形態１の中空光導波路の製造方法を図１〜９に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態の中空光導波路は、シリコン基板１の表面上にＣＶＤ（化学気相成長）法により第１のＰＳＧ（リンガラス）膜２ａを形成し、この表面上にＣＶＤ法により第１のポリシリコン膜３ａを形成し、この表面上にＣＶＤ法により第２のＰＳＧ膜２ｂを形成し、さらに、この表面上にＣＶＤ法により第２のポリシリコン膜３ｂを形成した基板を用いる。
【０００８】
まず、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、このものをフォトリソグラフィ法により第２のポリシリコン膜３ｂ及び第２のＰＳＧ膜２ｂを部分的に除去して、中空光導波路の外壁となる外壁層部１０ａを形成するとともに、この端部に平面視で凹凸形状となっている切欠き部１１ａを形成する。次いで、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、第１のポリシリコン膜３ａ及び第１のＰＳＧ膜２ａも部分的に除去して、外壁層部１０ｂ、１０ｃを形成するとともに、外壁層部１０ｃの端部に平面視で凹凸形状となっている切欠き部１１ｂを形成する（外壁層部形成工程）。
【０００９】
次に、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、スパッタ法により基板全体の表面上に金属の反射膜４を形成する（反射膜形成工程）。そして、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、この表面上にＣＶＤ法により第３のＰＳＧ膜２ｃを全面に形成した後、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ法でヒンジ部を形成する所定の部分のＰＳＧ膜を除去する。この状態で、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、ＣＶＤ法により第３のポリシリコン膜３ｃを全面に形成した後フォトリソグラフィ法と反応性イオンエッチング（ＲIＥ）によりヒンジ部を形成する所定の部分以外のポリシリコン膜を除去する。そして、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、エッチング液で第１のＰＳＧ膜２ａ、第２のＰＳＧ膜２ｂ及び第３のＰＳＧ膜２ｃを除去することによりヒンジ部１２ａ、１２ｂ、１２ｃを形成する（ヒンジ部形成工程）。ここで、第１のＰＳＧ膜２ａ、第２のＰＳＧ膜２ｂ及び第３のＰＳＧ膜２ｃが存在していたために、シリコン基板１及び第１のポリシリコン膜３ａから、それぞれ外壁層部１０ｂ（第１のポリシリコン膜３ａ）及び外壁層部１０ａ（第２のポリシリコン膜３ｂ）を容易に分離できることが可能となっている。つまり、第１のＰＳＧ膜２ａ、第２のＰＳＧ膜２ｂ及び第３のＰＳＧ膜２ｃは、それぞれ分離層部であり、これらの分離層部を形成する工程が分離層部形成工程となっている。
【００１０】
最後に図９に示すようにヒンジ部１２ａ、１２ｂ、１２ｃで外壁層部１０ａ、１０ｂ、１０ｃを折り曲げて、切欠き部１１ａと切欠き部１１ｂとを嵌合させることにより、外壁層部１０ａ、１０ｂ、１０ｃを外壁１３ａ、１３ｂ、１３ｃとした、断面が口字状の空洞部５を形成する（空洞部形成工程）。こうすることにより、シリコン基板１の表面上に中空光導波路が作成される。
【００１１】
本実施形態の中空光導波路の製造方法によって製造される中空光導波路の空洞部の断面は矩形であり、直接シリコン基板上に形成することができるので、基板上に集積化することが容易となる。また、外壁層部形成工程と、ヒンジ部形成工程と、反射膜形成工程と、空洞部形成工程とを有するので、空洞部を形成する前にあらかじめ外壁層部上に反射膜を形成することができ、このために、反射膜の厚さは容易に制御することが可能となり、厚さを一定とすることができる。さらに、基板と外壁層部とを分離する分離層部を形成する分離層部形成工程を有するので、外壁層部を基板から容易に分離することが可能となり、中空光導波路の生産性が向上する。
【００１２】
ここで、反射膜として使用する金属としては、反射率が大きくて製造が容易である金又はアルミニウムを用いることが望ましい。ただし、他の金属を用いてもかまわない。また、シリコン（Ｓｉ）、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）等の誘電体を光の１／４波長の厚さで交互に積層した多層膜とすることにより、光を高効率で反射させることができ、伝播効率をさらに高くすることができる。特に、本実施形態の中空光導波路の製造方法によれば、この種の多層膜も比較的容易に反射膜として形成することが可能となる。
【００１３】
なお、本実施形態の中空光導波路の製造方法によって製造される中空光導波路の空洞部の断面において、コーナー部分はヒンジ部となっているために、信号の光を反射することはできない。しかし、ほとんどの光は空洞部の内面に形成されている反射膜によって反射されて伝播されるので、コーナー部での光の減衰は小さく、ほとんど影響を受けることはない。
【００１４】
また、シリコン基板１の表面上に第１のＰＳＧ膜２ａと第１のポリシリコン膜３ａのみを形成したものを用いて前述と同様の工程により、表面に反射膜４をコーティングした外壁１３ｂ、１３ｃ及びヒンジ部１２ｂ、１２ｃとを有するコ字状の構造体をシリコン基板１上に形成する。図１０に示すように、この構造体の上部に、あらかじめ表面に反射膜７を形成した第２のシリコン基板６を配設することによっても中空光導波路を製造することができる。この状態で、さらに、図１１に示すように、シリコン基板１と第２のシリコン基板６との間に、シリコン基板等を加工した支柱部１５、１５を形成することもできる。一方、図１２に示すように、外壁１３ｂ、１３ｃの周囲にポリイミド等の有機物等の充填層１６、１６を形成することもできる。
【００１５】
空洞部形成工程において、各々のヒンジ部を回転軸として外壁層部を折り曲げることによりコ字状の外壁を形成した後、光反射膜を形成した第２基板を配設することにより、空洞部を形成するので、ヒンジ部の数が少なくなり外壁層部を、折り曲げる作業も短縮でき、空洞部の形成が容易となり中空光導波路の生産性が向上する。また、シリコン基板と第の第２のシリコン基板との間に支柱部を形成したり、外壁の周囲に充填層を形成したりすることにより、中空光導波路の機械的強度が向上する。
【００１６】
また、図１３に示すように、シリコン基板１の表面上に本実施形態の中空光導波路の製造方法により、中空光導波路２０を交点に切れ目を入れた網目状に作成する。そして、この網目の交点部分にアクチュエータ（図示せず）によって移動可能な４×４個のミラー２６をマトリックス状に設置する。上面視でシリコン基板１の上方に入力光ファイバ２１を、右方に分岐入力光ファイバ２２を、左方に出力光ファイバ２３を、下方に分岐出力光ファイバ２４をそれぞれ４本ずつ配置する。また、それぞれの光ファイバに対応するようにシリコン基板１の上に入出力結合用レンズ２７を配置する。こうした構造を有する光スイッチを用いることにより、各々の入力光ファイバ２１又は分岐入力光ファイバ２２から入射した信号用光線２８に対して、ミラー２６を移動させることにより、任意の出力光ファイバ２４又は分岐出力光ファイバ２５へと出射させることができる。なお、本実施例では４入力４出力の光スイッチを示したが、入力数及び出力数はそれに限られるものではない。
【００１７】
本実施形態の中空光導波路の製造方法により製造した中空光導波路を用いることを特徴とする光スイッチは、基板上に容易に中空光導波路を作成することができるので、集積度が高くて伝送損失が小さく、製造コストの安価な光スイッチを提供することができる。
（実施形態２）
本発明の実施形態２の中空光導波路の製造方法を図１４〜１８に基づいて説明する。図１４に示すように、本実施形態の中空光導波路は、シリコン基板１の表面上にＣＶＤ法によりＰＳＧ膜２を形成し、この表面上にＣＶＤ法によりポリシリコン膜３を形成し、さらに、この表面上にスパッタ法により反射膜４を形成した基板を用いる。
【００１８】
そして、図１５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、所定位置の反射膜４とポリシリコン層３及びＰＳＧ膜２の一部をエッチング等により除去して３箇所に凹部８と、両端に切欠き１１ａ、１１ｂと形成する。次に、図１６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、スピンコート法により反射膜４の上面と凹部８にフォトレジスト９を全面に塗布した後、フォトリソグラフィ法でヒンジ部の所定の部分を除き除去する（ヒンジ部形成工程）。次に、図１７（ａ）、（ｂ）に示すように、ヒンジ部１２ａ、１２ｃの形成されていない凹部８からエッチング液を入れて、ＰＳＧ膜２を除去して、外壁となる外壁層部１０ａ、１０ｂ、１０ｃを形成する（外壁層部形成工程）。さらに、図１８（ａ）、（ｂ）に示すように、ヒンジ部１２ａ、１２ｂ、１２ｃを回転軸として外壁層部１０ａ、１０ｂ、１０ｃを直角に折り曲げて、外壁１３ａ、１３ｂ、１３ｃとして空洞部５を形成する（空洞部形成工程）。なお、フォトレジスト９はポリイミド等の弾性体又は可塑材料であってもよい。
【００１９】
本実施形態の中空光導波路の製造方法は、ヒンジ部を弾性体又は可塑材料で形成するので、ヒンジ部を回転軸として外壁層部を部分的に折り曲げて空洞部を形成することが容易となり、中空光導波路の生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態１の中空光導波路の製造方法の第１の工程を示す断面図である。
【図２】実施形態１の中空光導波路の製造方法の第２の工程を示す図であり、（ａ）はＸ―Ｘ断面図で、（ｂ）はＹ―Ｙ断面図で、（ｃ）は上面図である。
【図３】実施形態１の中空光導波路の製造方法の第３の工程を示す図であり、（ａ）はＸ―Ｘ断面図で、（ｂ）はＹ―Ｙ断面図で、（ｃ）は上面図である。
【図４】実施形態１の中空光導波路の製造方法の第４の工程を示す図であり、（ａ）はＸ―Ｘ断面図で、（ｂ）はＹ―Ｙ断面図である。
【図５】実施形態１の中空光導波路の製造方法の第５の工程を示す図であり、（ａ）はＸ―Ｘ断面図で、（ｂ）はＹ―Ｙ断面図である。
【図６】実施形態１の中空光導波路の製造方法の第６の工程を示す図であり、（ａ）はＸ―Ｘ断面図で、（ｂ）はＹ―Ｙ断面図で、（ｃ）は上面図である。
【図７】実施形態１の中空光導波路の製造方法の第７の工程を示す図であり、（ａ）はＸ―Ｘ断面図で、（ｂ）はＹ―Ｙ断面図である。
【図８】実施形態１の中空光導波路の製造方法の第８の工程を示す図であり、（ａ）はＸ―Ｘ断面図で、（ｂ）はＹ―Ｙ断面図で、（ｃ）は上面図である。
【図９】実施形態１の中空光導波路の製造方法により出来上がった中空光導波路の断面図であり、（ａ）はＸ―Ｘ断面図で、（ｂ）はＹ―Ｙ断面図である。
【図１０】実施形態１の他の中空光導波路を示す断面図である。
【図１１】実施形態１の別の中空光導波路を示す断面図である。
【図１２】実施形態１の別の中空光導波路を示す断面図である。
【図１３】実施形態１の光スイッチを示す上面図である。
【図１４】実施形態２の中空光導波路の製造方法の第１の工程を示す断面図である。
【図１５】実施形態２の中空光導波路の製造方法の第２の工程を示す図であり、（ａ）はＸ―Ｘ断面図で、（ｂ）はＹ―Ｙ断面図で、（ｃ）は上面図である。
【図１６】実施形態２の中空光導波路の製造方法の第３の工程を示す図であり、（ａ）はＸ―Ｘ断面図で、（ｂ）はＹ―Ｙ断面図で、（ｃ）は上面図である。
【図１７】実施形態２の中空光導波路の製造方法の第４の工程を示す図であり、（ａ）はＸ―Ｘ断面図で、（ｂ）はＹ―Ｙ断面図である。
【図１８】実施形態２の中空光導波路の製造方法により出来上がった中空光導波路の断面図であり、図であり、（ａ）はＸ―Ｘ断面図で、（ｂ）はＹ―Ｙ断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１              シリコン基板
２、２ａ〜２ｃ  ＰＳＧ膜
３、３ａ〜３ｃ  ポリシリコン膜
４、４ａ〜４ｄ  反射膜
５              空洞部
６              第２基板
７              反射膜（第２基板）
８              凹部
９              フォトレジスト
１０ａ〜１０ｃ    外壁層部
１１ａ、１１ｂ    切欠き部
１２ａ〜１２ｃ    ヒンジ部
１３ａ〜１３ｄ    外壁
１５              支柱部
１６              充填層
２０              中空光導波路
２１              入力光ファイバ
２２              分岐入力光ファイバ
２３              出力光ファイバ
２４              分岐出力光ファイバ
２５              信号用光線
２６              ミラー
２７              入出力結合用レンズ
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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