(57)【要約】【課題】  接合面にあらかじめレンズや光ファイバの設置用Ｖ字型溝が形成されたシリコン基板とガラス基板を陽極接合した場合、溝部の内部に閉塞された空気が、オプチカルベンチのレーザダイオードやホトダイオード、配線や薄膜抵抗などの製作工程における熱膨張により、ガラス面に反りが生じ、レーザダイオード搭載精度が低下する問題があった。【解決手段】  シリコン基板に形成したレンズや光ファイバの設置溝を通り、シリコン基板の外周端まで連通する溝をシリコン基板に形成する。【効果】  レンズや光ファイバの設置溝に空気の閉塞がなく外気と連通しており、陽極接合後のレーザダイオードの設置部およびホトダイオードの設置部と薄膜素子からなる配線を形成する工程における熱による温度上昇があっても、閉塞空気の膨張の影響がなく、高精度にオプチカルベンチを製造することができる。【選択図】      図１
2005208328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板と、
前記シリコン基板の第１の面に設置された第一の基板と、
前記シリコン基板の第１の面と反対側の第２の面に設置された第二の基板と、
前記第一の基板上に設置された配線と、
前記シリコン基板に設けられ、レンズ又は光ファイバの設置に使用される設置溝と、
前記設置溝を通り、前記シリコン基板の外周端まで連通する溝とを有することを特徴とするオプチカルベンチ。
【請求項２】
シリコン基板と、
前記シリコン基板の第１の面に設置された第一の基板と、
前記シリコン基板の第１の面と反対側の第２の面に設置された第二の基板と、
前記第一の基板上に設置された配線と、
前記シリコン基板の第１の面に設けられ、レンズ又は光ファイバの設置に使用される設置溝と、
前記設置溝を通り、前記シリコン基板の外周端まで連通する第１の溝と、
前記シリコン基板の第２の面に、前記シリコン基板の外周端まで連通する第２の溝とを有することを特徴とするオプチカルベンチ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のオプチカルベンチにおいて、
前記第１及び第二の基板は、誘電体基板、若しくはガラス基板であることを特徴とするオプチカルベンチ。
【請求項４】
レーザダイオード、レーザダイオードに電気的に接続される配線、前記レーザダイオードと光学的に接続されるレンズまたは光ファイバ、前記レーザダイオードと光学的に接続されるホトダイオード、前記ホトダイオードに電気的に接続される配線とを設置する設置部を有するオプチカルベンチの製造方法であって、
シリコン基板に異方性エッチングによってエッチング溝を形成する工程と、
前記シリコン基板に前記エッチング溝を通り前記シリコン基板の外周端まで連通する溝を形成する工程と、
前記シリコン基板と第一の基板および第二の基板とを接合する工程と、
前記第一の基板上にレーザダイオード設置部と配線とホトダイオード設置部とを形成する工程と、
前記第一の基板の一部をエッチングし前記シリコン基板に形成された前記溝を露出させる工程とを有することを特徴とするオプチカルベンチの製造方法。
【請求項５】
レーザダイオード、レーザダイオードに電気的に接続される配線、前記レーザダイオードと光学的に接続されるレンズまたは光ファイバ、前記レーザダイオードと光学的に接続されるホトダイオード、前記ホトダイオードに電気的に接続される配線とを設置する設置部を有するレーザダイオードモジュールであって、
シリコン基板と、前記シリコン基板の表面に設置された第一の基板と、前記シリコン基板の裏面に設置された第二の基板とを備え、前記第一の基板上に前記レーザダイオードの設置部、前記配線、前記ホトダイオードの設置部を備え、
前記シリコン基板に前記レンズまたは前記光ファイバの設置部と、前記レンズまたは前記光ファイバの設置部を通り前記第一の基板の外周端まで連通する溝を備え、
前記第一の基板と前記第二の基板は、ガラス基板であることを特徴とするレーザダイオードモジュール。
【請求項６】
レーザダイオード、レーザダイオードに電気的に接続される配線、前記レーザダイオードと光学的に接続されるレンズまたは光ファイバ、前記レーザダイオードと光学的に接続されるホトダイオード、前記ホトダイオードに電気的に接続される配線とを設置する設置部を有するレーザダイオードモジュールであって、
シリコン基板と、前記シリコン基板の表面に設置された第一の基板と、前記シリコン基板の裏面に設置された第二の基板とを備え、前記第一の基板上に前記レーザダイオードの設置部、前記配線、前記ホトダイオードの設置部を備え、
前記シリコン基板に前記レンズまたは前記光ファイバの設置部と、前記レンズまたは前記光ファイバの設置部を通り前記第一の基板の外周端まで連通する溝を備え、
前記シリコン基板の前記レンズまたは前記光ファイバ設置部とは反対の面に、前記第一の基板の外周まで連通する溝を備え、
前記第一の基板と前記第二の基板は、ガラス基板であることを特徴とするレーザダイオードモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部品実装用のシリコン製基板であるオプチカルベンチに関する。特に、光半導体素子と光ファイバまたはレンズ等の光学部品とを光結合させ、それらを固定するための基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザダイオードやホトダイオードから成る光半導体素子と光ファイバまたはレンズとの光結合を行う光学素子実装用基板で、最大伝送信号周波数１０ＧＨｚ高周波信号伝送を可能とする光学素子実装用基板として，特開２００２−５０８２１号公報に開示された構造があった。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−５０８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記従来例で開示された光学素子実装用基板には次のような問題点があった。
【０００５】
周波数が１０GHｚを超える信号においては、最大膜厚１０ｕｍの誘電体層（例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）から構成）では厚さが不十分なため、伝送損失を抑制した（例えば，３ｄB/cm以下）伝送線路すなわち薄膜配線パターンを形成することが困難である。また、シリコン基板を抵抗率１００００Ω・ｃｍ以上と指定しているが、この抵抗率を達成するためにはノンドープのシリコン基板を用いなければならず、その値を制御することは製法上困難である。実際には、１０００Ω・ｃｍ以上のシリコン基板を入手することは容易であるが、１００００Ω・ｃｍ以上と規定することは難しい。さらに、このような特殊な抵抗率の基板を用いなければ伝送信号劣化を低減することができないので，生産性が低いだけでなく、低コスト化にも対応しにくい。
【０００６】
次に、誘電体層がシリコン基板の全面に成膜されるので、光ファイバ用のＶ溝内部にもおよそ１０ｕｍの誘電体層が形成される。そのため、この誘電体層は、シリコンの異方性エッチングによって形成された高精度なＶ溝の形状精度を低下させやすい。その結果、光ファイバの搭載精度（パッシブアライメント精度）を低下させやすい。
【０００７】
次に、誘電体層がシリコン基板の一方の面だけに成膜されているため、シリコン基板には反りが発生しやすい。このようにシリコン基板の一方の面だけに誘電体層があるので、温度変動によって基板の反りが助長されやすい。この結果、レーザダイオードと光ファイバとの光結合にずれを生じやすく、結合損失が大きくなりやすい。
【０００８】
そこで、本発明は，１０ＧＨｚ以上の高周波信号の伝送損失を抑制・低減させるとともに、伝送損失がシリコン基板の抵抗率に依存せず、汎用的なシリコン基板を用いることが可能な構造を提供する。さらに、光ファイバやレンズを搭載するためのＶ溝の精度を確保すると同時に，基板の反りが発生し難い構造、特に温度変動による基板の反り量の増大を抑制する、すなわちレーザダイオードと光ファイバとの光結合の損失増大を抑制する構造を提供することにある。
【０００９】
本発明者らは、上記の発明として、シリコン基板の表面に第一のガラス基板、裏面に第二のガラス基板を接合して誘導体層を実質的に厚くした光学素子実装用基板（オプチカルベンチ）を提案した。しかし、ガラス基板とシリコン基板とを接合するときに、それらの界面に、空気が閉塞して残留するような場合がある。また、接合後は、シリコンのＶ溝部分は、ガラス基板により蓋をされる構造で、空気が密閉される。そのため接合後に、配線や電極を形成する製造工程において、密閉された空気が膨張、収縮して加工寸法精度に影響するといった問題がある。
【００１０】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明における解決手段は次のような手段である。
【００１３】
第一の手段は、レーザダイオード、レーザダイオードに電気的に接続される配線、前記レーザダイオードと光学的に接続されるレンズまたは光ファイバ、前記レーザダイオードと光学的に接続されるホトダイオード、前記ホトダイオードに電気的に接続される配線とを設置する設置部を有するオプチカルベンチであって、シリコン基板と、前記シリコン基板の表面に設置された第一の基板と、前記シリコン基板の裏面に設置された第二の基板とを備え、前記第一の基板上に前記レーザダイオードの設置部、前記配線、前記ホトダイオードの設置部を備え、前記シリコン基板に前記レンズまたは前記光ファイバの設置部と、前記レンズまたは前記光ファイバの設置部を通り前記第一の基板の外周端まで連通する溝を備えるオプチカルベンチである。
【００１４】
第二の手段は、レーザダイオード、レーザダイオードに電気的に接続される配線、前記レーザダイオードと光学的に接続されるレンズまたは光ファイバ、前記レーザダイオードと光学的に接続されるホトダイオード、前記ホトダイオードに電気的に接続される配線とを設置する設置部を有するオプチカルベンチであって、シリコン基板と、前記シリコン基板の表面に設置された第一の基板と、前記シリコン基板の裏面に設置された第二の基板とを備え、前記第一の基板上に前記レーザダイオードの設置部、前記配線、前記ホトダイオードの設置部を備え、前記シリコン基板に前記レンズまたは前記光ファイバの設置部と、前記レンズまたは前記光ファイバの設置部を通り前記第一の基板の外周端まで連通する溝を備え、前記シリコン基板の前記レンズまたは前記光ファイバ設置部とは反対の面に、前記第一の基板の外周まで連通する溝を備えるオプチカルベンチである。
【００１５】
第三の手段は、レーザダイオード、レーザダイオードに電気的に接続される配線、前記レーザダイオードと光学的に接続されるレンズまたは光ファイバ、前記レーザダイオードと光学的に接続されるホトダイオード、前記ホトダイオードに電気的に接続される配線とを設置する設置部を有するオプチカルベンチであって、シリコン基板と、前記シリコン基板の表面に設置された第一の基板と、前記シリコン基板の裏面に設置された第二の基板とを備え、前記第一の基板上に前記レーザダイオードの設置部、前記配線、前記ホトダイオードの設置部を備え、前記シリコン基板に前記レンズまたは前記光ファイバの設置部と、前記レンズまたは前記光ファイバの設置部を通り前記第一の基板の外周端まで連通する溝を備え、前記第一の基板と前記第二の基板は、誘電体基板であるオプチカルベンチである。
【００１６】
第四の手段は、レーザダイオード、レーザダイオードに電気的に接続される配線、前記レーザダイオードと光学的に接続されるレンズまたは光ファイバ、前記レーザダイオードと光学的に接続されるホトダイオード、前記ホトダイオードに電気的に接続される配線とを設置する設置部を有するオプチカルベンチであって、シリコン基板と、前記シリコン基板の表面に設置された第一の基板と、前記シリコン基板の裏面に設置された第二の基板とを備え、前記第一の基板上に前記レーザダイオードの設置部、前記配線、前記ホトダイオードの設置部を備え、前記シリコン基板に前記レンズまたは前記光ファイバの設置部と、前記レンズまたは前記光ファイバの設置部を通り前記第一の基板の外周端まで連通する溝を備え、前記シリコン基板の前記レンズまたは前記光ファイバ設置部とは反対の面に、前記第一の基板の外周まで連通する溝を備え、前記第一の基板と前記第二の基板は、誘電体基板であるオプチカルベンチである。
【００１７】
第五の手段は、レーザダイオード、レーザダイオードに電気的に接続される配線、前記レーザダイオードと光学的に接続されるレンズまたは光ファイバ、前記レーザダイオードと光学的に接続されるホトダイオード、前記ホトダイオードに電気的に接続される配線とを設置する設置部を有するオプチカルベンチであって、シリコン基板と、前記シリコン基板の表面に設置された第一の基板と、前記シリコン基板の裏面に設置された第二の基板とを備え、前記第一の基板上に前記レーザダイオードの設置部、前記配線、前記ホトダイオードの設置部を備え、前記シリコン基板に前記レンズまたは前記光ファイバの設置部と、前記レンズまたは前記光ファイバの設置部を通り前記第一の基板の外周端まで連通する溝を備え、前記第一の基板と前記第二の基板は、ガラス基板であるオプチカルベンチである。
【００１８】
第六の手段は、レーザダイオード、レーザダイオードに電気的に接続される配線、前記レーザダイオードと光学的に接続されるレンズまたは光ファイバ、前記レーザダイオードと光学的に接続されるホトダイオード、前記ホトダイオードに電気的に接続される配線とを設置する設置部を有するオプチカルベンチであって、シリコン基板と、前記シリコン基板の表面に設置された第一の基板と、前記シリコン基板の裏面に設置された第二の基板とを備え、前記第一の基板上に前記レーザダイオードの設置部、前記配線、前記ホトダイオードの設置部を備え、前記シリコン基板に前記レンズまたは前記光ファイバの設置部と、前記レンズまたは前記光ファイバの設置部を通り前記第一の基板の外周端まで連通する溝を備え、前記シリコン基板の前記レンズまたは前記光ファイバ設置部とは反対の面に、前記第一の基板の外周まで連通する溝を備え、前記第一の基板と前記第二の基板は、ガラス基板であるオプチカルベンチである。
【００１９】
さらに、上記第一から第六の手段のオプチカルベンチの製造方法としては、シリコン基板に異方性エッチングによってエッチング溝を形成する工程と、前記シリコン基板に前記エッチング溝を通り前記シリコン基板の外周端まで連通する溝を形成する工程と、前記シリコン基板と第一の基板および第二の基板とを接合する工程と、前記第一の基板上にレーザダイオード設置部と配線とホトダイオード設置部とを形成する工程と、前記第一の基板の一部をエッチングし前記シリコン基板に形成された前記溝を露出させる工程からなる製造方法が挙げられる。
【００２０】
また、レーザダイオード、レーザダイオードに電気的に接続される配線、前記レーザダイオードと光学的に接続されるレンズまたは光ファイバ、前記レーザダイオードと光学的に接続されるホトダイオード、前記ホトダイオードに電気的に接続される配線とを設置する設置部を有するレーザダイオードモジュールであって、シリコン基板と、前記シリコン基板の表面に設置された第一の基板と、前記シリコン基板の裏面に設置された第二の基板とを備え、前記第一の基板上に前記レーザダイオードの設置部、前記配線、前記ホトダイオードの設置部を備え、前記シリコン基板に前記レンズまたは前記光ファイバの設置部と、前記レンズまたは前記光ファイバの設置部を通り前記第一の基板の外周端まで連通する溝を備え、前記第一の基板と前記第二の基板は、ガラス基板であるオプチカルベンチを搭載したレーザダイオードモジュールである。
【００２１】
さらに、レーザダイオード、レーザダイオードに電気的に接続される配線、前記レーザダイオードと光学的に接続されるレンズまたは光ファイバ、前記レーザダイオードと光学的に接続されるホトダイオード、前記ホトダイオードに電気的に接続される配線とを設置する設置部を有するレーザダイオードモジュールであって、シリコン基板と、前記シリコン基板の表面に設置された第一の基板と、前記シリコン基板の裏面に設置された第二の基板とを備え、前記第一の基板上に前記レーザダイオードの設置部、前記配線、前記ホトダイオードの設置部を備え、前記シリコン基板に前記レンズまたは前記光ファイバの設置部と、前記レンズまたは前記光ファイバの設置部を通り前記第一の基板の外周端まで連通する溝を備え、前記シリコン基板の前記レンズまたは前記光ファイバ設置部とは反対の面に、前記第一の基板の外周まで連通する溝を備え、前記第一の基板と前記第二の基板は、ガラス基板であるオプチカルベンチを搭載したレーザダイオードモジュールである。
【発明の効果】
【００２２】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００２３】
本発明のオプチカルベンチは、シリコン基板とガラス基板を陽極接合し、ガラス基板表面にレーザダイオードの設置部およびホトダイオードの設置部と薄膜素子からなる配線（伝送線路）とが形成される。このとき、シリコン基板のレンズまたは光ファイバ設置用のエッチング溝を通るようにシリコン基板の外周端まで連通する溝を形成するので、エッチング溝に空気の閉塞がなく外気と連通している。そのため、陽極接合によるガラス／シリコン／ガラスの３層基板形成後の、上記のレーザダイオードの設置部およびホトダイオードの設置部と薄膜素子からなる配線を形成する工程における熱による温度上昇があっても、閉塞空気の膨張の影響がなく、高精度にオプチカルベンチを製造することができる。そのため、伝送信号が１０ＧＨｚ以上の場合でも、損失を抑制した伝送線路を容易に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の第一の実施例であるオプチカルベンチの斜視図である。オプチカルベンチはシリコン基板１と第一のガラス基板２と第二のガラス基板３とから構成される。シリコン基板１は、第一のガラス基板２および第二のガラス基板３よりも厚い基板である。また、第一のガラス基板２と第二のガラス基板３とはおよそ同じ厚さの誘電体基板であり、同じ材料のガラスから成る。これらの誘電体基板は半導体のシリコン基板１よりも抵抗率は当然ながら高い絶縁性のある基板である。
【００２６】
シリコン基板１と第一のガラス基板２とは自然酸化膜４すなわち酸化シリコン（ＳｉＯ２）薄膜を介して接合されており、シリコン基板１と第二のガラス基板３とは同様に自然酸化膜４すなわち酸化シリコン薄膜を介して接合されている。すなわち、自然酸化膜４の酸化シリコン薄膜上に第一のガラス基板２や第二のガラス基板３が位置する。シリコン基板１は結晶面方位（１００）の単結晶シリコン基板で、その表面には自然酸化膜４すなわち酸化シリコン薄膜が形成されており、一部にはシリコンの異方性エッチングにより形成されたエッチング溝５および逆ピラミッド溝６が形成されている。
【００２７】
エッチング溝５の近傍のエッチング溝５の中心線を線対称に、逆ピラミッド溝６が形成されている。第一のガラス基板２の表面には、窒化タンタル薄膜抵抗８、酸化タンタル薄膜キャパシタ９、レーザダイオードと電気的接続を行うためのレーザダイオード用共通薄膜電極１０、レーザダイオード用共通薄膜電極１０上に形成され、レーザダイオードを実装するためのはんだ膜であるレーザダイオード用ＡｕＳｎはんだ薄膜１１、ホトダイオードと電気的接続を行うためのホトダイオード用薄膜電極１４、同じくホトダイオード用第一共通薄膜電極１２、ホトダイオード用第二共通薄膜電極１３、ホトダイオード用薄膜電極１４上に形成されホトダイオードを実装するためのはんだ膜であるホトダイオード用第一ＡｕＳｎはんだ薄膜１７、ホトダイオード用第一共通薄膜電極１２上に形成されホトダイオードを実装するためのはんだ膜であるホトダイオード用第二ＡｕＳｎはんだ薄膜１５、ホトダイオード用共通薄膜電極１３上に形成されホトダイオードを実装するためのはんだ膜であるホトダイオード用第三ＡｕＳｎはんだ薄膜１６、レーザダイオードが動作している時の基板の表面温度を測定するための薄膜温度センサ１８、レーザダイオードからの出射光を反射させホトダイオードに光を入射させるためのガラスエッチング溝７がそれぞれ形成されている。
【００２８】
図のように、窒化タンタル薄膜抵抗８および酸化タンタル薄膜キャパシタ９は、レーザダイオードが実装されるレーザダイオード用ＡｕＳｎはんだ薄膜１１が形成されている位置の近傍に形成されている。上記の窒化タンタル薄膜抵抗８やレーザダイオード用共通薄膜電極１０等の薄膜素子に、レーザダイオードやホトダイオードに伝えられる１０ＧＨｚを超える高周波電気信号が伝送される。さらに、エッチング溝５は、光ファイバやレンズを実装するために利用される溝であり、逆ピラミッド溝６は、光ファイバやレンズを実装する位置を求めるために利用されるマーカー用溝である。例えば、外形が円筒形のレンズをエッチング溝５に実装した場合、レンズの実装高さすなわちレンズの光軸中心は、エッチング溝５の幅で決定される。なぜなら、エッチング溝５はシリコンの異方性エッチングにより形成されるので、エッチング溝５の側面はシリコンの結晶面の｛１１１｝面から構成され、底面の（１００）面と５４．７°の角度を常に成すからである。
【００２９】
このように、エッチング溝５の側面と底面との角度が一定であるので、エッチング溝５の幅でレンズの中心高さが決まる。このとき、第一のガラス基板２上にレーザダイオード用ＡｕＳｎはんだ薄膜１１を介して実装されるレーザダイオードのスポット（光出射口）とレンズの中心とが一致すれば、光の結合が取れ、光軸が一致する。これらの光軸が一致するように、エッチング溝５の幅を求めればよい。また、レンズの長手方向の位置決めは、エッチング溝５の近傍に形成された逆ピラミッド溝６を基準マーカーとして用いることができる。
【００３０】
なお、シリコン基板１は面方位｛１００｝を表せばその他の方位でもよく、シリコン基板１の抵抗率はいずれの抵抗率でもよい。好ましくは、１０００Ωｃｍ以下である。なぜなら、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送する第一のガラス基板２がスパッタ法やＣＶＤ（Ｃhemical Ｖapor Ｄeposition）法によって形成される薄膜に比べて十分に厚い基板であるので、下地の基板であるシリコン基板１の抵抗率が第一のガラス基板２上の薄膜素子で構成された高周波伝送路（電極パターン）の伝送特性に影響を及ぼさないからである。
【００３１】
ここで、一般的に、伝送線路の損失は導体損失と誘電体損失に二分される。本実施例では、誘電体損失の低い第一のガラス基板２に薄膜素子からなる伝送線路が形成されるので、ほぼ導体損失が支配的となる。膜厚が厚い金属膜を伝送線路に用いれば、導体損失はほぼ無視することができる。本実施例では金属膜の厚膜化は容易に対応できるので、伝送線路の損失を低減することができる。
【００３２】
第一のガラス基板２および第二のガラス基板３は、熱膨張係数がおよそ３３×１０−７／℃でシリコン基板１の熱膨張係数（２３．３×１０−７／℃）に近く、内部に４％程度のＮａ２Ｏを多く含むガラス（例えば、ホウケイ酸ガラス）で、シリコン基板１との陽極接合が可能なガラスが好ましい。
【００３３】
図のように、シリコンの異方性エッチングで形成されたエッチング溝５や逆ピラミッド溝６が形成され、自然酸化膜４すなわち酸化シリコン（ＳｉＯ２）薄膜が表面に形成されたシリコン基板１に第一のガラス基板２と第二のガラス基板３とが陽極接合されてガラス／シリコン／ガラスの３層構造で構成される。第一のガラス基板２はエッチング溝５や逆ピラミッド溝６が形成されたシリコン基板１の表面に陽極接合され、第二のガラス基板３はシリコン基板１の裏面に陽極接合される。第一のガラス基板２は、シリコン基板１に接合後エッチング溝５や逆ピラミッド溝６が隠れないような形状であることが必要である。図２に示す第一のガラス基板２の形状は一例で、エッチング溝５や逆ピラミッド溝６を被覆しない形状であればどのような形状でも良い。
【００３４】
また、シリコン基板１には、エッチング溝５を通過するように溝２０が設けられている。この溝２０は、シリコン基板１とガラス基板２との陽極接合時に、エッチング溝５が密閉された空間となることを防止するために設けている。そのため、溝２０は、エッチング溝５を通過していれば、その形状は、直線状でなくてもよく、曲線でもよい。
【００３５】
このような実施例の構造は、シリコン基板１を第一のガラス基板２と第二のガラス基板３とで挟み込む構造なので、温度変動による基板の反りを助長し難い構造と言える。なぜなら、第一のガラス基板２と第二のガラス基板３とが同一材料であれば、それらの線膨張係数が同じなので、基板は温度変動により長手方向に伸びるだけで反ることはほとんど無いからである。
【００３６】
図２は、他の実施例を示すオプチカルベンチの斜視図である。図１で示した実施例との違いは、溝２０の深さがエッチング溝５の深さよりも深いことである。エッチング溝５の底面より下に溝２０が掛かるため、レンズまたは光ファイバを設置するときの、余剰接着材を吸収する逃げ溝の効果が現れる。
【００３７】
図３は、エッチング溝５と溝２０を形成したシリコン基板１を示す上面図である。溝２０は、エッチング溝５を通り、シリコン基板１の外周端まで連通しており、エッチング溝５の空気の閉塞を防止する。また、陽極接合中においても、シリコン基板１とガラス基板２との間の接合不良となる空気閉塞を防止する効果がある。
【００３８】
図４は、その他の実施例を示すオプチカルベンチの斜視図である。シリコン基板１のガラス基板３と接合する面にも、溝２１を形成した構造で、これにより、シリコン基板１とガラス基板３との陽極接合においても、接合不良となる空気閉塞が防止できる。
【００３９】
次に、図４に示した構造のオプチカルベンチの製造方法について図５（ａ）及び図５（ｂ）を用いて説明する。この製造方法には、シリコンの異方性エッチングによって、シリコン基板に複数の異種形状の溝（深さの異なる溝または、大きさの異なる溝）を形成し、その後、シリコン基板にガラス基板を接合し、薄膜抵抗や薄膜電極等の薄膜素子をガラス基板に形成した後、ドライエッチングによりガラス基板をエッチングする特徴がある。
【００４０】
ここで、図５（ａ）及び図５（ｂ）は、特徴的な構造をもつオプチカルベンチの製作法を理解しやすいように示した断面図である。そのため、図４に示したオプチカルベンチの断面とは一致していない。図５（ａ）及び図５（ｂ）の工程ａ）から工程ｈ）に従って製造方法を説明する。
【００４１】
ａ）加工前のシリコン基板１を示す。自然酸化膜４がすでに形成されている。
【００４２】
ｂ）はじめに、結晶面方位（１００）のシリコン基板１の両面に窒化シリコン／酸化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４／ＳｉＯ２）積層膜（図示せず）を成膜する。ＳｉＯ２膜（例えば、膜厚１２０ｎｍ）は熱酸化により形成された熱酸化膜で、Ｓｉ３Ｎ４膜（例えば、膜厚１６０ｎｍ）は減圧ＣＶＤ（Ｃhemical Ｖapor Ｄeposition）法により成膜された膜である。次に、このSi3N4/SiO2積層膜にエッチング溝５および逆ピラミッド溝６を形成するための開口部を設ける。この方法には、従来の半導体技術で用いられるホトリソグラフィ（レジスト塗布、露光、現像、レジストパターン形成とレジストをマスク剤としてＳｉ３Ｎ４／ＳｉＯ２積層膜にパターンを転写する。）を適用し、Ｓｉ３Ｎ４／ＳｉＯ２積層膜のエッチングにはＲＩＥ（Ｒeactive Ｉon Ｅtching）を適用する。その後、濃度４０ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液（温度７０℃）にてシリコンの異方性エッチングを行う。このとき、エッチング溝５の深さが所望の深さ、例えば４５０μｍになるまでエッチングする。逆ピラミッド溝６（図５では図示せず）は、Ｓｉ３Ｎ４／ＳｉＯ２積層膜によるマスク開口部が小さいので、エッチング溝５のエッチング深さが４５０μmになる前に｛１１１｝面が出現してＶ形状の溝すなわち逆ピラミッドの形状となり、見かけ上エッチングが停止した状態となる。このように、シリコンの異方性エッチングによる異種形状溝（深さの異なる溝、大きさの異なる溝）の形成は、深さが最も深い溝のエッチングに律速されるが、同時に複数の溝を形成することができる。次に、Ｓｉ３Ｎ４／ＳｉＯ２積層膜を熱りん酸、ＢＨＦ（ＨＦ＋ＮＨ4Ｆ混合水溶液）を用いて順次剥離する。その後、大気中にシリコン基板１が放置されると自然酸化膜４がシリコン基板１の表裏面に形成される。
【００４３】
ｃ）ダイシングにより溝２０、２１を形成する。ここで、溝２０、２１の形成方法は、溝パターンのマスクを形成した後に、ウエットエッチング法やドライエッチング法でもよく、また、サンドブラスト法でもよい。ダイシングの利点は、マスクを形成する必要がないことであるが、溝２０、２１の数が増えると、工程時間がかかる。一方、ウエットエッチングやドライエッチング、サンドブラスト法は、マスクが必要であるが、同時に多数の溝２０、２１を形成することが可能である。
【００４４】
ｄ）次に、シリコン基板１と線膨張係数がシリコン基板１に近い、第一のガラス基板２である内部に4%程度のNa2Oを多く含むホウケイ酸ガラスとを陽極接合により接合する。接合条件としては、ガラス基板２の厚みにも依存するが、基板加熱温度３００℃以上、印加電圧５０Ｖ以上が好ましい。さらに、第一のガラス基板２と同じ厚さの第二のガラス基板３とシリコン基板１とを同様な方法で接合する。このとき、シリコン基板１に第一のガラス基板２と第二のガラス基板３とをヒーター上で積層し、第一のガラス基板２に電圧を印加、接合し、続けて第二のガラス基板３に電圧を印加、接合するほうが良い。この方法により、接合による基板の反りを極力低減することができる。
【００４５】
ｅ）第一のガラス基板２上に窒化タンタル薄膜抵抗８、酸化タンタル薄膜キャパシタ９（図５（ｂ）では図示せず）、レーザダイオード用共通薄膜電極１０、レーザダイオード用ＡｕＳｎはんだ薄膜１１（図５（ｂ）では図示せず）、ホトダイオード用薄膜電極１４（図５（ｂ）では図示せず）、ホトダイオード用第一共通薄膜電極１２（図５（ｂ）では図示せず）、ホトダイオード用第二共通薄膜電極１３（図５（ｂ）では図示せず）、ホトダイオード用第一ＡｕＳｎはんだ薄膜１７（図５（ｂ）では図示せず）、ホトダイオード用第二ＡｕＳｎはんだ薄膜１５（図５（ｂ）では図示せず）、ホトダイオード用第三ＡｕＳｎはんだ薄膜１６（図５（ｂ）では図示せず）、薄膜温度センサ１８（図５（ｂ）では図示せず）を形成する。はじめに、Ａｕ（例えば、膜厚３μｍ）／Ｐｔ（例えば、膜厚３００ｎｍ）／Ｔｉ（例えば、膜厚１００ｎｍ）薄膜（図示せず）を成膜する。成膜方法には、スパッタ法、真空蒸着法のいずれかを適用する。この場合、金属膜であればこれ以外の金属膜でもよく、Ａｌ薄膜やＣｒ薄膜等の単層膜でもよい。ただし、最表面の金属膜は膜厚３μｍ程度の厚い膜であることが薄膜パターンから構成される伝送線路の導体損失を低減・抑制するために好ましい。
【００４６】
次に、ホトリソグラフィにより、レジストパターンを形成し、これをマスクとしてイオンミリングによりＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ薄膜をエッチングする。この後、剥離液、酸素アッシングを用いてレジストを剥離し、レーザダイオード用共通薄膜電極１０、ホトダイオード用薄膜電極１４、ホトダイオード用第一共通薄膜電極１２、ホトダイオード用第二共通薄膜電極１３を形成する。
【００４７】
次に、リフトオフ法により、窒化タンタル薄膜、酸化タンタル薄膜、薄膜キャパシタ用上部Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉ薄膜、薄膜温度センサ用Ｐｔ／Ｔｉ薄膜をそれぞれ形成する。このとき、窒化タンタル薄膜および酸化タンタル薄膜は、スパッタ法により成膜することができる。この場合のスパッタには、前者はアルゴン雰囲気中に微量の窒素ガスを導入して成膜するリアクティブスパッタ法、後者はアルゴン雰囲気中に酸素ガスを導入して成膜するリアクティブスパッタ法を適用することができる。Ｐｔ／Ｔｉ薄膜はスパッタ法または真空蒸着のいずれかの方法を用いて成膜が可能である。このように、各薄膜素子を第一のガラス基板２上に形成する。
【００４８】
ｆ）例えば１０００ｃｐ程度の粘性が高いネガ型レジストを第一のガラス基板２上に塗布し、ホトリソグラフィにより厚膜レジストパターン２５を得る。厚膜レジストパターン２５の厚さは、例えば１００μｍ程度である。このとき、エッチング開口部２８とガラスエッチング溝７を形成するためのレジスト開口部２６，２７を同時に形成しておくとよい。
【００４９】
ｇ）ガラスのＩＣＰ（Ｉnductively Ｃoutled Ｐlasma）ドライエッチングにより、第一のガラス基板２にエッチング開口部２８およびガラスエッチング溝７を形成する。
【００５０】
ｈ）酸素アッシングおよびレジスト剥離液により、厚膜レジストパターン２５を剥離する。次に、スプレー塗布法によりポジ型レジスト（図示せず）を基板表面に塗布する。その後、ホトリソグラフィによりレジストパターン（図示せず）を形成する。このときのレジストパターンは、レーザダイオード用ＡｕＳｎはんだ薄膜１１（図５（ｂ）では図示せず）、ホトダイオード用第一ＡｕＳｎはんだ薄膜１７（図５（ｂ）では図示せず）、ホトダイオード用第二ＡｕＳｎはんだ薄膜１５（図５（ｂ）では図示せず）、ホトダイオード用第三ＡｕＳｎはんだ薄膜１６（図５（ｂ）では図示せず）に対応したレジストパターンである。ＡｕＳｎはんだ薄膜（例えば、Ａｕ薄膜：８０％、Ｓｎ薄膜：２０％）はＡｕ薄膜とＳｎ薄膜との積層薄膜で、合計膜厚は３μｍである。これは真空蒸着法を用いて成膜され、リフトオフ法により、各パターンが形成される。
【００５１】
以上のような工程を順次経ることで本発明のオプチカルベンチを得ることができる。
【００５２】
その他の製造方法としては、上記ｄ）で示したシリコン基板１とガラス基板２、３との陽極接合工程の前に、ガラス基板のエッチング開口部２８、ガラスエッチング溝７をあらかじめ加工しておき、その後、陽極接合し、ｆ），ｇ）のガラスのＩＣＰドライエッチング工程を削除するという方法もある。
【００５３】
また、シリコン基板と誘電体基板を接合する方法として、陽極接合を選択したため、誘電体基板をガラス基板としたが、陽極接合以外の接合方法でもよい。たとえば、接合面にＡｕ膜を蒸着やスパッタ法で形成し、Ａｕ膜とＡｕ膜の面を真空中で清浄化し、その直後に接触させて接合する接合法や、１０００℃程度の高温で圧着する方法などでもよい。陽極接合以外の場合は、ガラス以外の誘電体材料を使うことができる。
【００５４】
図６は、図５（ａ）及び図５（ｂ）の製造方法によって製作したオプチカルベンチをチップごとに切り出すためのダイシングライン３０，３１を示す図である。
【００５５】
ダイシングライン３０，３１は、ハッチングで示した。ダイシングライン３０，３１に沿って、シリコン基板１と、陽極接合したガラス基板２、３を同時に切断することにより、オプチカルベンチをチップごとに分離する。この切断方法によれば、溝２０は、シリコン基板１上に残存する。残存した溝２０は、レンズ、又は光ファイバ搭載時の余剰接着剤の退避溝として効果がある。
【００５６】
図７は、図６以外の切り出し方法を示す図である。ダイシングライン３０が、溝２０に掛かるように設定されており、オプチカルベンチを各チップに切断した後には、溝２０が残らないオプチカルベンチとなる。
【００５７】
図８は、その他のオプチカルベンチの溝２２の形成構造を示す上面図である。このような溝２２の場合は、図１、図２、図４に示したオプチカルベンチの配線やレーザダイオード等と溝２２とが重なる位置関係となるが、本発明のオプチカルベンチは、ガラス基板２の上に上記の配線やレーザダイオードなどを搭載するため、溝２２はガラス基板２の搭載面の裏側となって、このような溝２２の配置でも問題がない。このように、溝は、シリコン基板１の上に自由に形成することができる。
【００５８】
図９は、図１、図２、図４に示したオプチカルベンチに光ファイバの位置合わせ用反射板４０と非球面レンズ４１を搭載した斜視図である。レーザダイオードや配線等は省略してある。溝２０に反射板４０をセットし、その反射板４０を用いて、非球面レンズ４１に位置合わせを行う。したがって、溝２０は、反射板４０セット用の溝として使用すれば、非球面レンズや光ファイバの位置合わせに有効であり、光学的に位置合わせができるため、高精度に、レンズや光ファイバがセットできる。
【００５９】
また、溝２０にセットした反射４０の代わりに光学フィルタ（図示せず）をセットすることもできる。
【００６０】
図１０は、図１に示したオプチカルベンチにレーザダイオード３２、ホトダイオード３３、非球面レンズ４１を実装したときの状態を表す模式図である。非球面レンズ４１は接着剤によってエッチング溝５に固定される。レーザダイオード３２およびホトダイオード３３は、レーザダイオード用ＡｕＳｎはんだ薄膜１１、ホトダイオード用第一ＡｕＳｎはんだ薄膜１７、ホトダイオード用第二ＡｕＳｎはんだ薄膜１５、ホトダイオード用第三ＡｕＳｎはんだ薄膜１６に熱を加えてこれらを溶かす（リフローする）ことによりオプチカルベンチ具体的には第一のガラス基板２にそれぞれ固定される。その際、レーザダイオード３２、ホトダイオード３３、非球面レンズ４１の光軸が合致するようにパッシブアライメントにより固定される。これらの光軸が一致するためには、当然ながら、エッチング溝５の幅、第一のガラス基板２の厚さ、レーザダイオード３２を実装する第一のガラス基板２上の位置、ホトダイオードを実装する第一のガラス基板２上の位置、エッチング溝５が形成されている位置が予め決められている。このような各光部品が実装されたオプチカルベンチに１０ＧＨｚ以上の高周波電気信号を印加して外部へ光信号を送信するために、ワイヤボンディングによって各部品の電気的接続を行う。高周波電気信号を取り扱うので、電気結線を行うための各ワイヤ３４の長さが短くなるように、窒化タンタル薄膜抵抗８、酸化タンタル薄膜キャパシタ９、レーザダイオード用共通薄膜電極１０、ホトダイオード用薄膜電極１４、ホトダイオード用第一共通薄膜電極１２、ホトダイオード用第二共通薄膜電極１３、薄膜温度センサ１８が予め最適な位置に形成されている。ここでの窒化タンタル薄膜抵抗８は電気信号のダンピング排除と終端抵抗の役割をする。レーザダイオード３２にて電気信号は光信号に変換され、レーザダイオード３２から出射された光信号は非球面レンズ４１を通って光ファイバ等の外部へ送信される。このとき、レーザダイオード３２から出射された光信号は、ホトダイオード３３にてモニタされる。ここでは、ワイヤ３４にてオプチカルベンチ内での配線やオプチカルベンチ外への配線を示しているがこの限りではない。オプチカルベンチ内部に貫通孔を形成し、その内部に金属を充填させたビアホール配線にて各素子を電気的に結合させて対応することもできる。この場合、ワイヤ３４の寄生インダクタンスの影響による高周波電気信号の波形の歪みを矯正することができる。
【００６１】
図１１は、図１に示したオプチカルベンチをバタフライタイプのレーザダイオードモジュールに実装した例を示す模式図である。
【００６２】
レーザダイオード３２、ホトダイオード３３が第一のガラス基板２上に実装され、非球面レンズ４１がシリコン基板１上に実装され、オプチカルベンチが、パッケージ３５の中に実装されている。なお、図示していないが、オプチカルベンチの下部には、レーザダイオード３２の発熱を抑制するための冷却用ペルチェ素子が実装される。１０ＧＨｚ以上の高周波電気信号は、高周波特性に優れたコネクタ３９を介してオプチカルベンチに印加される。レーザダイオード３２からの光信号は、非球面レンズ４１、コリメータレンズ３６、フェルール３７で固定された光ファイバ３８を通って外部に発信される。このような構成にて本発明のオプチカルベンチはレーザダイオードモジュールに適用される。
【００６３】
以上説明してきたオプチカルベンチを構成するシリコン基板１の非球面レンズ搭載用のエッチング溝５や逆ピラミッド溝６の形成には、水酸化カリウム水溶液を用いたが、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）やＥＤＰ（エチレンジアミンピロカテコール水）等のシリコンの異方性エッチングが可能な他のエッチング液を適用してもよい。ただし、エッチング形状および取扱の観点から、水酸化カリウム水溶液が適している。
【００６４】
図１２は、本発明のその他の実施例を示すオプチカルベンチの断面図である。それぞれ個々のオプチカルベンチを分離するためのダイシングは、第一のガラス基板２と自然酸化膜４とシリコン基板１と第二のガラス基板３と切断するものであるが、シリコンとガラスとは堅さや靭性が異なるため、ダイシングブレードの回転数や送り速度を、ガラス切断中とシリコン切断中で変更する必要があり、工程が増えるとともに、切断部のエッジの欠けやクラックが発生する場合がある。同じブレード回転数、送り速度で一度に切断しようとすると、欠けやクラックはさらに増える。特に、エッチング溝５側の面には、配線や電極を形成するため、欠けやクラックは好ましくない。エッチング溝５と反対の面は、多少の欠け、クラックは許容される。上記のことから、図１２に示すように、図５（ｂ）の工程ｇ）、ｆ）で第一のガラス基板２にエッチング開口を形成するときに、同時にダイシングラインの部分にエッチング開口５０を形成する。これにより、シリコン基板１のみダイシングすることができ、第一のガラス基板２に欠けやクラックが入ることが無くなる。第二のガラス基板３は、そのままシリコン基板1と同じダイシング条件で切断しても良いし、あるいは切り残しておき、割って分割する方法もある。自然酸化膜４の厚みは薄いため無視してよい。
【００６５】
図１３は、図１２と同様に、オプチカルベンチを分離するときのダイシングラインの部分に、ガラスのエッチング開口５１を設けたオプチカルベンチの説明図である。エッチング溝５の反対の面にも欠けやクラックのない良質のオプチカルベンチが製造できる。
【００６６】
上記のガラスのエッチング開口は、本発明では、ドライエッチングを用いたが、特に限定するものではなく、ウエットエッチングでも良い。
【００６７】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第一の実施例であるオプチカルベンチの斜視図である。
【図２】本発明の他の実施例であるオプチカルベンチの斜視図である。
【図３】本発明の一実施例であるシリコン基板１の上面図である。
【図４】その他の実施例を示すオプチカルベンチの斜視図である。
【図５（ａ）】図４に示したオプチカルベンチの製造プロセスを示すプロセスフロー図である。
【図５（ｂ）】図５(ａ)に続くオプチカルベンチの製造プロセスを示すプロセスフロー図である。
【図６】本発明の実施例であるオプチカルベンチをチップごとに切り出すためのダイシングラインを示す図である。
【図７】本発明のその他の実施例であるオプチカルベンチをチップごとに切り出すためのダイシングラインを示す図である。
【図８】本発明のその他の実施例であるオプチカルベンチの溝の形成構造を示す上面図である。
【図９】オプチカルベンチに光ファイバの位置合わせ用反射板と非球面レンズを搭載した斜視図である。
【図１０】本発明のオプチカルベンチにレーザダイオード、ホトダイオード、ボールレンズを実装したときの斜視図である。
【図１１】レーザダイオードモジュールに本発明のオプチカルベンチを実装したときの上面模式図である。
【図１２】本発明のその他の実施例を示すオプチカルベンチの断面図である。
【図１３】本発明のその他の実施例を示すオプチカルベンチの断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１…シリコン基板、２…第一のガラス基板、３…第二のガラス基板、４…自然酸化膜、５…エッチング溝、６…逆ピラミッド溝、７…ガラスエッチング溝、８…窒化タンタル薄膜抵抗、９…酸化タンタル薄膜キャパシタ、１０…レーザダイオード用共通薄膜電極、１１…レーザダイオード用ＡｕＳｎはんだ薄膜、１２…ホトダイオード用第一共通薄膜電極、１３…ホトダイオード用第二共通薄膜電極、１４…ホトダイオード用薄膜電極、１５…ホトダイオード用第二ＡｕＳｎはんだ薄膜、１６…ホトダイオード用第三ＡｕＳｎはんだ薄膜、１７…ホトダイオード用第一ＡｕＳｎはんだ薄膜、１８…薄膜温度センサ、２０…溝、２１…溝、２２…溝、２５…厚膜レジストパターン、２６…レジスト開口部、２７…レジスト開口部、２８…エッチング開口部、４１…非球面レンズ、３２…レーザダイオード、３３…ホトダイオード、３４…ワイヤ、３５…パッケージ、３６…コリメータレンズ、３７…フェルール、３８…光ファイバ、３９…コネクタ、４０…反射板、５０，５１…エッチング開口、３０，３１…ダイシングライン。
【図１】
2005208328.tif 000003
【図２】
2005208328.tif 000004
【図３】
2005208328.tif 000005
【図４】
2005208328.tif 000006
【図５（ａ）】
2005208328.tif 000007
【図５（ｂ）】
2005208328.tif 000008
【図６】
2005208328.tif 000009
【図７】
2005208328.tif 000010
【図８】
2005208328.tif 000011
【図９】
2005208328.tif 000012
【図１０】
2005208328.tif 000013
【図１１】
2005208328.tif 000014
【図１２】
2005208328.tif 000015
【図１３】
2005208328.tif 000016