(57)【要約】【課題】光学特性の性能向上、並びに工程処理時間の大幅な短縮化による低コスト化を実現し、以って高性能・低価格の光スイッチを提供することにある。【解決手段】光導波路基板１上で互いに交差する光導波路の交差部に光導波路の光軸と所定の角度を持つ壁面を有する管路３と、管路３の一部に光導波路と屈折率が等しい屈折率整合液が封入され、更に管路３の近傍に発熱手段を有し、屈折率整合液を管路３内で移動させることで、互いに交差する光導波路問で光路の切り替えを行う光スイッチの製造方法において、前記管路３をダイシング技術と樹脂形成技術により形成することを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波路基板上で互いに交差する光導波路の交差部に前記光導波路の光軸と所定の角度を持つ壁面を有する管路の一部に前記光導波路と屈折率が等しい屈折率整合液が封入され、更に前記管路の近傍に発熱手段が設けられ、前記屈折率整合液を前記管路内で移動させることで、互いに交差する前記光導波路間で光路の切り替えを行う光スイッチを製造する方法において、前記管路をダイシング技術と樹脂形成技術により形成することを特徴とする光スイッチの製造方法。
【請求項２】
前記ダイシング技術により、前記導波路基板に直線的な溝を形成し、前記樹脂形成技術により樹脂を埋め込んで前記溝を分離することにより、前記管路を形成することを特徴とする請求項１記載の光スイッチの製造方法。
【請求項３】
前記ダイシング技術により形成された直線的な溝に対して前記樹脂形成技術により断面の狭い部分と広い部分とからなる段違い構造を形成して、前記管路を形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の光スイッチの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に利用される光スイッチを製造する方法に関する。詳しくは、光路中に設置された管路内で、屈折率整合液を移動させ、反射状態、透過状態を切り替えて、以って、光路を切り替える光スイッチの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、導波路基板中の互いに交差する光導波路の交差点に管路を設け、屈折率整合液が管路にある場合には、光を透過させて直進させ、また、屈折率整合液が管路にない場合には、その管路の側壁で全反射させて光路を切り替える光スイッチが提案されている。
【０００３】
このような構成の光スイッチの中では、特許文献１に示されるように、管路近傍に薄膜ヒータを備え、適切な箇所を加熱することにより、管路の中の屈折率整合液の表面張力に勾配を与え、液を管路の中で移動させて光路を切り替え、更に、特許文献２に示すように、管路の断面に狭い部分と広い部分とを設けて、移動した液体が毛管現象により所定の位置で固定・保持される光スイッチが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特許３０６８４１５号公報
【特許文献２】
特開平９−１３３９３２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これらの光スイッチでは、マイクロファブリケーション技術により製作されるが、そのキー技術は、管路形成技術である。
従来は、反応性イオンエッチング法により、管路幅が約５〜１０μｍ、深さが約４０〜５０μｍの狭小・高アスペクト比を有する溝が形成されているが、以下に述べるように（１）光学特性等の性能、並びに（２）スイッチ製造の経済性・生産性に関して課題が残されていた。
【０００６】
即ち、（１）に関しては、例えば最も特性が優れ、商用化されている光スイッチである光ファイバ型スイッチの性能（挿入損失１ｄＢ）を得るには、少なくとも管路の位置を理想反射面位置から０．５μｍ以下、管路断面の傾きを０．５°以下、管路側壁の粗さが１０ｎｍの全てを同時に満足しなくてはならない等、加工要求仕様が極めて厳しい値となる。
研究レベルでは、ドライエッチング技術の工夫により、その実現性が報告されているものの、再現性・量産性を付与するには極めて難しい技術である。
【０００７】
また（２）に関しては、元々ＬＳＩ技術を転用する形で反応性イオンエッチング法が適用されてきたが、加工寸法そのものが４０〜５０μｍに及ぶため、反応性イオンエッチング装置の加工速度である数十ｎｍ／ｍｉｎ程度の加工速度で処理すると少なくとも半日以上の時間を要し、数〜数十ｍｉｎ程度の処理で終わる通常のＬＳＩプロセスとは様相が大きく異なっており、光スイッチのコスト低減にはプロセス処理時間の大幅な短縮化が必要となっていた。
このような問題を解決しようとするのが本発明である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係る光スイッチの製造方法は、導波路基板上で互いに交差する光導波路の交差部に前記光導波路の光軸と所定の角度を持つ壁面を有する管路の一部に前記光導波路と屈折率が等しい屈折率整合液が封入され、更に前記管路の近傍に発熱手段が設けられ、前記屈折率整合液を前記管路内で移動させることで、互いに交差する前記光導波路間で光路の切り替えを行う光スイッチを製造する方法において、前記管路をダイシング技術と樹脂形成技術により形成することを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係る光スイッチの製造方法は、請求項１において、前記ダイシング技術により、前記導波路基板に直線的な溝を形成し、前記樹脂形成技術により樹脂を埋め込んで前記溝を分離することにより、前記管路を形成することを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する本発明の請求項３に係る光スイッチの製造方法は、請求項１又は２において、前記ダイシング技術により形成された直線的な溝に対して前記樹脂形成技術により断面の狭い部分と広い部分とからなる段違い構造を形成して、前記管路を形成したことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、上記のような課題を解決するために、管路形成に関しては従来技術に記載したドライエッチング技術でなく、ダイシング等の機械技術と樹脂形成技術とを融合させる管路形成技術を用いる工夫を施している。
これが本発明の大きな特徴である。
即ち、本発明は、高精度な位置決めが可能なダイシング装置に５〜１０μｍ程度で、高平滑な端面を持つ高精度・超薄型ブレードを装着して、高速で溝を形成する。
【００１２】
更に、管路の狭い部分と広い部分の形成と言った段違い構造の形成や、ダイシングにより形成されてしまった管路構造が不要な部分の修復には、塗布、並びに任意形状のパターン形成が容易な樹脂形成技術を用いる。
このように、本発明は、全くの異種プロセスを融合させて光スイッチを製作すると言う極めて斬新的な製作方法であり、目的とする高精度・高アスペクト比を有する深溝の管路を実現することができる。
【００１３】
〔作用〕
本発明の光スイッチ製造方法では、管路形成に関して、ダイシングによる機械加工技術と樹脂形成技術とを融合させた方法により実現している。
まずダイシング等による機械加工技術では、５〜１０μｍ程度の極めて薄型で、数ｎｍ程度の平坦な端面を持つ高精度・超薄型ブレードを用い、これをダイシング装置に装着し、元々この装置が有する位置決め精度（±０．５μｍ程度）で位置決めを行い、所望の幅を有する溝を形成する。
【００１４】
ダイシングにより形成された溝は、４０μｍ〜５０μｍの深さに渡り垂直度は９０°が可能であり、かつ断面の粗さはブレード表面と同等となるため、平均粗さ（Ｒａ）で数ｎｍが可能である。
このような位置精度、垂直度、加工面粗さのために、反射損失は従来技術を凌ぐ０．５ｄＢ／管路を容易に実現可能である。
【００１５】
更に、ダイシング装置の切断速度は、概ね５〜１０ｃｍ／ｍｉｎであるため、例えば４インチウェハ内に加工すべき数十のパターンがあっても、３０ｍｉｎ程度で容易に形成可能である。
更に、一旦、ダイシングにより形成された溝に、幅の狭い部分と広い部分の形成と言った段違い構造の形成や、ダイシングにより形成された溝のうち不要な部分の修復には、樹脂形成技術を用いる。
【００１６】
即ち、ダイシングにより管路が形成されたウェハ上に光硬化性の樹脂材料を一面に塗布し、適量の光（紫外線）照射等を行ない、ダイシングにより溝が形成されたウェハ上の必要な部分のみに樹脂パターンを形成する。
この際、樹脂材料の塗布からパターン形成までは３０ｍｉｎ程度である。
【００１７】
本発明に係る光スイッチ製造方法を適用すれば、良好な溝の加工形状（溝の位置ずれ、溝の傾き、溝の加工側壁粗さ）・性能（反射損失は計算によれば、０．３ｄＢ、導波路損失（通常０．１ｄＢ）、更にファイバー導波路損失（通常０．１ｄＢ×２）を合わせた挿入損失は、０．６ｄＢであり、従来以上の性能）を実現しつつ、然もプロセス処理時間の大幅な短縮が見込めるために（プロセス処理時間は１時間程度であり、従来技術の１／１０以下）、光スイッチ自体のコストの大幅な低減が可能である。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
本実施例では、光スイッチの構造にあたっては、特開平１０−０７３７７５（光スイッチ及び組立方法）に記載のように、導波路基板上にヒータや電極パッドの形成、その上への絶縁層の堆積、更に接合用のＳｉ膜の堆積等の一連のプロセス工程が必要であり、そのまま適用した。また、光スイッチの組立法についても、同様とした。
【００１９】
即ち、光導波路基板は、シリコン基板の上にガラス層である光導波路層が堆積されると共にこの光導波路層に互いに交差するように二本の光導波路が埋め込まれている。光導波路基板の上面から、光導波路の交差部に達するように管路が掘り込まれ、この管路は、蓋側基板により蓋がされる。
管路内には、コア部と比屈折率を等しく調整された屈折率整合液体が約半分程度封入され、管路の両端付近には、金属薄膜よりなる薄膜ヒータ（発熱手段）が形成されている。
更に、その上には金属膜よりなるヒータ配線が施され、その上には、ガラスによる絶縁層が形成され、更にその上にシリコンの接合層が形成されている。
【００２０】
従って、上記薄膜ヒータに通電して加熱することにより管路中の屈折率整合液の表面張力に勾配を与えて、管路内で屈折率整合液を移動させることができる。
これにより、一方の光導波路に入射した光信号は、屈折率整合液体が交差部に当たる部分に存在するとき交差部を横切って直進し、屈折率整合液体が交差部に当たる部分に存在しないとき、管路壁面で全反射し、他の光導波路へと導かれる。
これにより、互いに交差する二本の導波路間で光路の切り替えを行うことができる。
【００２１】
本発明により実現される管路パターンの一例を図１に示す。
図１に示すように、光導路基板１内に配置された光スイッチ用導波路チップ２に、ダイシングによる機械加工技術と樹脂形成技術との融合により、段違いの構造となった管路３が作製されている。
【００２２】
以下、本発明の一実施例について、具体的なプロセスの工程に沿って説明する。
最初に、ダイシングブレードを用いて、図２（ａ）の示す基板１上に直線溝４を形成する。
このダイシング工程では、図１で示したように最終的に形成する管路３に鑑み、段違いとなっているパターンの最もパターン幅の広い部分を製作して直線溝４とした。
【００２３】
ダイシングにより作成した溝断面を図２（ｂ）に示す。
図２に示すダイシングにより形成された直線溝４を樹脂形成技術により部分的に埋め込んで、最終的に形成する管路３として分離し、幅の狭い部分と幅の広い部分よりなる段違い構造とする。
【００２４】
即ち、ダイシングにより直線溝４が形成された光導波路基板１に、光導波路のコアの屈折率と一致する屈折率を持つ感光性ポリイミド等を塗布する。
良く知られたように、感光性ポリイミド等の材料は、通常のレジスト等と同様に、使用する材料の粘度、塗布する際のスピナー装置の回転数により、塗布できる膜厚を容易に制御することができる。
これによって、図３に示すように、ダイシング法により形成された直線溝４には樹脂５が完全に充填されると共に、基板１の表面も樹脂５が覆った形となる。
【００２５】
その後、定められた熱処理を施した後、フォトプロセス（露光・現像）によって、図４（ａ）に示すように、直線溝４のある部分は樹脂５を完全に残して、直線溝４を埋め込んだ構造とし、また、図４（ｂ）に示すように、直線溝４のある部分は一旦埋め込まれた樹脂５を完全に除去した構造とし、更に、図４（ｃ）に示すように、直線溝４のある部分は一部に樹脂５を残す構造とし、これにより、幅の広い部分と幅の狭い部分よりなる段違い構造の管路３とした。
【００２６】
尚、このポリイミドが残った部分では、場合によっては基板上面から盛り上がった構造となるが、フォトプロセスでの現像時間の増加、酸素アッシングによる除去、簡単な平坦化研磨等を適用することで簡単に除去可能と考えられる。
このようにして、光スイッチの組立に必要な管路３を有し、かつ表面が平坦な光スイッチ用導波路チップが製作できる。
【００２７】
図５（ａ）（ｂ）に、本発明により完成した管路構造と従来の管路構造を比較して示した。
図５に示すように、本発明によれば、従来と同様な管路構造をより簡便な方法により、製作された。
次に、特開平１０−０７３７７５（光スイッチ及び組立方法）に記載のような方法に基づき、製作した光スイッチを組立て、次いで屈折率整合液を注入し、接着剤を用いて液封止する工程を取る。
【００２８】
本発明の製造法では、３００〜４００℃の耐熱性を持ち、化学的な耐性にも優れているポリイミド等の樹脂材料を用いているため、樹脂材料の変質・劣化に伴う特性変化はなく、そのために光スイッチに要求される光学特性は勿論のこと、高温高湿等の耐環境試験等での損失変動は全く生じないと考えられ、極めて良好な光スイッチが提供できる。
【００２９】
このように説明したように、本発明は、光導波路基板上で互いに交差する光導波路の交差部に光導波路の光軸と所定の角度を成す壁面を持つ管路が設けられ、この管路の一部に光導波路と屈折率が等しい屈折率整合液が封入され、この屈折率整合液を移動させることで光路の切替を行う光スイッチの製造方法であって、特に前記管路をダイシングによる加工と感光性樹脂のパターニングで形成することを特徴とし、これにより、光学特性の向上と製造工程の簡易化が可能となり、高性能・低価格の光スイッチが実現される。
【００３０】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発明はダイシング等の機械技術と樹脂形成技術とを融合させる管路形成技術を用いた光スイッチの製造方法であり、光学特性の性能向上、並びに工程処理時間の大幅な短縮化による低コスト化が実現でき、以って高性能・低価格の光スイッチを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光スイッチの管路パターンを示す説明図である。
【図２】図２（ａ）はダイシングにより形成された直線溝を示す平面図、同図（ｂ）は図２（ａ）中のＩ−Ｉ′断面構造である。
【図３】樹脂材料によって覆われた直線溝を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）は図３の直線溝が樹脂により完全に埋め込まれた部分を示す図１中のＡ−Ａ′線断面図、図４（ｂ）は直線溝の樹脂が完全に除去された部分を示す図１中のＢ−Ｂ′線断面図、図４（ｃ）は直線溝の一部分に樹脂が残った部分を示す図１中のＣ−Ｃ′線断面図である。
【図５】図５（ａ）の本発明により完成した管路を示す説明図、図５（ｂ）は従来の管路構造を示す説明図である。
【符号の説明】
１  光導波路基板
２  光スイッチ用導波路チップ
３  管路
４  直線溝
５  樹脂材料
【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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