JP2006208426A - Optical switch and method of manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、光スイッチ及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to an optical switch and a manufacturing method thereof.
光通信システムで用いられる光スイッチとして、導波路である複数の光ファイバ間で出力光の進行方向を切り替えるための静電アクチュエータを備えたものが在る。この静電アクチュエータは、先端にミラーが取り付けられた支持アームと、各光ファイバ間にミラーを出し入れするように支持アームを移動させる駆動系とを備えている。(例えば特許文献1参照) Some optical switches used in an optical communication system include an electrostatic actuator for switching the traveling direction of output light between a plurality of optical fibers that are waveguides. The electrostatic actuator includes a support arm having a mirror attached to the tip, and a drive system that moves the support arm so that the mirror is inserted and removed between the optical fibers. (For example, see Patent Document 1)
ベース部材と、端面同士が対向するようにベース部材上に配置された第1光ファイバ及び第2光ファイバと、ベース部材上に設けられ、第1光ファイバ及び第2光ファイバの軸芯方向に延在する可動部材と、第1光ファイバと第2光ファイバとの間に位置するように可動部材に固定され、第1光ファイバから出射した光を反射させる光学部品と、第1光ファイバから出射した光を反射させる第1位置と第1光ファイバから出射した光を第2光ファイバに向けて通す第2位置との間を光学部品が移動するように、可動部材を駆動する駆動手段とを備える光スイッチであり、このように光学部品が固定された可動部材を、第1光ファイバ及び第2光ファイバの軸芯方向に延在するようにベース部材上に設けることにより、水平面内における第1光ファイバ及び第2光ファイバの軸芯に垂直な方向(光スイッチの幅方向)に対する可動部材の専有スペースを狭くすることができる。これにより、光スイッチを幅方向に小型化することが可能となる。また、光スイッチを幅方向にアレイ化することで、高集積化を図ることが可能となるというものである。 A base member, a first optical fiber and a second optical fiber disposed on the base member so that the end faces face each other, and a base member provided in the axial direction of the first optical fiber and the second optical fiber An extending movable member, an optical component fixed to the movable member so as to be positioned between the first optical fiber and the second optical fiber, and reflecting light emitted from the first optical fiber; Driving means for driving the movable member so that the optical component moves between a first position for reflecting the emitted light and a second position for passing the light emitted from the first optical fiber toward the second optical fiber; By providing the movable member with the optical components fixed in this manner on the base member so as to extend in the axial direction of the first optical fiber and the second optical fiber, First light It is possible to narrow the space occupied of the movable member with respect to Aiba and perpendicular to the axis of the second optical fiber (the width direction of the optical switch). Thereby, it becomes possible to reduce the size of the optical switch in the width direction. Further, high integration can be achieved by arraying optical switches in the width direction.
図3は従来技術による光スイッチの水平方向断面図であり、図4は垂直方向断面図である。光スイッチ1は、ベース基板2、溝部3、ファイバ位置決め用V溝4、光ファイバ5a〜5d、(MEMS構造体6)、MEMS基板7、静電アクチュエータ8、位置保持用アクチュエータ9、片持ち梁10、櫛歯部11、支持部12、ミラー部13、光反射面13a、電極14、櫛歯部15、電圧源16、可動部材17、弾性体18、櫛歯部19、係止用突起部20、係止受け部21、電極22、櫛歯部23、電圧部24で構成されている。
ベース基板2とMEMS構造体6は接着されている。
FIG. 3 is a horizontal sectional view of an optical switch according to the prior art, and FIG. 4 is a vertical sectional view. The
The
前記第一基板であるベース基板2と前記MEMS基板7である第二基板は陽極接合されるが、MEMS基板7の表面に異物があると、前記第一基板と前記第二基板の陽極接合が出来ない。
The
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、製造工程を増やさず前記第二基板の表面に異物が存在しても、前記第一基板と前記第二基板の陽極接合を可能とすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and enables anodic bonding of the first substrate and the second substrate even if foreign matter exists on the surface of the second substrate without increasing the number of manufacturing steps. The purpose is to do.
少なくとも、光が伝搬できる複数の光路を有する光導波路層を有する第一基板と、前記複数の光路のうち光が伝搬する光路を変更する可動ミラー部を備えるアクチュエータ部を形成した第二基板とで構成され、前記第一基板光導波路層の表面上または表面部内にアルカリ金属を含有するガラス膜を形成し、前記第一基板と前記第二基板とを陽極接合する光スイッチであって、前記陽極接合部は各基板の外縁部とし、前記第二基板の陽極接合部以外で前記第一基板と面接触する部分は、前記陽極接合部より低くなるよう凹部に形成した光スイッチとする。 At least a first substrate having an optical waveguide layer having a plurality of optical paths through which light can propagate, and a second substrate having an actuator section provided with a movable mirror section that changes an optical path through which light propagates among the plurality of optical paths. An optical switch configured to form a glass film containing an alkali metal on or in the surface portion of the first substrate optical waveguide layer, and anodically bonding the first substrate and the second substrate, wherein the anode The joining portion is an outer edge portion of each substrate, and the portion other than the anode joining portion of the second substrate that is in surface contact with the first substrate is an optical switch formed in a recess so as to be lower than the anode joining portion.
前記第二基板は、少なくとも、中間層をシリコン基板とシリコン活性層とで狭持してなるシリコン積層体であり、前記可動ミラー部と前記凹部は前記シリコン活性層に形成した光スイッチとする。 The second substrate is a silicon laminate in which at least an intermediate layer is sandwiched between a silicon substrate and a silicon active layer, and the movable mirror portion and the concave portion are optical switches formed in the silicon active layer.
少なくとも、光が伝搬できる複数の光路を有する光導波路層と、前記複数の光路のうち光が伝搬する光路を変更する可動部とを備える光スイッチの製造方法であって、第一基板上に、前記光導波路層を形成し、アルカリ金属を含有するガラス膜を前記光導波路層の表面上又は表層部内に形成し、第二基板にミラー部が設けられた可動部と、該可動部を前記第二基板に対して支持する梁部とを形成し、前記第一基板と前記第二基板とを陽極接合することにより、前記光導波路層と前記光が伝搬する光路を変更する可動部を一体化する光スイッチの製造方法とする。 An optical switch manufacturing method comprising at least an optical waveguide layer having a plurality of optical paths through which light can propagate, and a movable part that changes an optical path through which light propagates among the plurality of optical paths, on a first substrate, The optical waveguide layer is formed, a glass film containing an alkali metal is formed on the surface of the optical waveguide layer or in a surface layer portion, a movable portion in which a mirror portion is provided on a second substrate, and the movable portion is the first portion. A beam portion that supports two substrates is formed, and the first substrate and the second substrate are anodically bonded, thereby integrating the optical waveguide layer and a movable portion that changes an optical path through which the light propagates. An optical switch manufacturing method is provided.
前記第二基板は、少なくとも、中間層をシリコン基板とシリコン活性層とで狭持してなるシリコン積層体であり、該シリコン活性層表面に第一のマスキングパターンを形成する第一のマスキング工程と、前記第一のマスキングパターンをマスクとして、露出領域の前記シリコン活性層をドライエッチングにより除去する工程と、前記第一のマスキングパターンを除去する工程と、シリコン活性層表面に第二のマスキングパターンを形成する第二マスキング工程と、前記第二のマスキングパターンをマスクとして、露出領域の前記シリコン活性層をドライエッチングにより一定量除去する工程と、前記第二のマスキングパターンを除去する工程を有し、前記凹部は、第一のマスキングパターンをマスクとして、露出領域の前記シリコン活性層をドライエッチングにより除去する工程で形成する光スイッチの製造方法とする。 The second substrate is at least a silicon laminate in which an intermediate layer is sandwiched between a silicon substrate and a silicon active layer, and a first masking step for forming a first masking pattern on the surface of the silicon active layer; , Using the first masking pattern as a mask, removing the silicon active layer in the exposed region by dry etching, removing the first masking pattern, and forming a second masking pattern on the surface of the silicon active layer Forming a second masking step, using the second masking pattern as a mask, removing a predetermined amount of the silicon active layer in an exposed region by dry etching, and removing the second masking pattern; The recess is formed by exposing the silicon active layer in the exposed region using the first masking pattern as a mask. A manufacturing method of an optical switch formed in the process of removing by dry etching.
本発明によれば、前記第一基板と前記第二基板を貼りあわせる際、前記第一基板と陽極接合することにより接触する前記第二基板のシリコン活性層表面の一部を工程内のドライエッチング工程で除去することで、前記第一基板と前記第二基板の接触面積を減らし、第二の基板のシリコン活性層表面に異物が存在しても、前記第一基板と接触しにくい構造になっているため、製造工程を増やさず前記第一基板と前記第二基板の陽極接合を行い、光スイッチの製造をすることができる。 According to the present invention, when the first substrate and the second substrate are bonded together, a part of the surface of the silicon active layer of the second substrate that comes into contact with the first substrate by anodic bonding is dry-etched in the process. By removing in the process, the contact area between the first substrate and the second substrate is reduced, and even if foreign matter is present on the surface of the silicon active layer of the second substrate, it is difficult to contact the first substrate. Therefore, the optical switch can be manufactured by performing anodic bonding of the first substrate and the second substrate without increasing the number of manufacturing steps.
少なくとも、光が伝搬できる複数の光路を有する光導波路層を有する第一基板と、前記複数の光路のうち光が伝搬する光路を変更する可動ミラー部を備えるアクチュエータ部を形成した第二基板とで構成され、前記第一基板の光導波路層の表面上または表面部内にアルカリ金属を含有するガラス膜を形成し、前記第一基板と前記第二基板とを陽極接合する光スイッチであって、前記陽極接合部は各基板の外縁部とし、前記第二基板の陽極接合部以外で前記第一基板と面接触する部分は、前記陽極接合部より低くなるよう凹部に形成した光スイッチとする。 At least a first substrate having an optical waveguide layer having a plurality of optical paths through which light can propagate, and a second substrate having an actuator section provided with a movable mirror section that changes an optical path through which light propagates among the plurality of optical paths. An optical switch configured to form a glass film containing an alkali metal on or in the surface portion of the optical waveguide layer of the first substrate, and anodically bonding the first substrate and the second substrate, The anodic bonding portion is an outer edge portion of each substrate, and a portion other than the anodic bonding portion of the second substrate that is in surface contact with the first substrate is an optical switch formed in a recess so as to be lower than the anodic bonding portion.
図1は、本発明による光スイッチの製造方法を説明するための図で、工程毎の要部断面図(図2(b)のA―A断面)である。図に示す従来技術の工程と同じ工程は省略してある。図2(a)は第二基板の完成斜視図、図2(b)は第二基板の上面図である。以下、図1、図2を参照して本発明の第一形態について説明する。なお、第一基板の製造方法については省略する。
工程(a):第二基板はシリコン活性層31a(例えば100μm)、中間層31b(例えば2μm)、シリコン支持基板31c(例えば400μm)によりなるシリコン積層体(SOI基板)31である。まず、シリコン活性層31aの表面全体に、マスキング用の耐性膜32をスパッタリング等により形成する。耐性膜32は例えばクロム(Cr)よりなり、シリコン加工の深異方性の反応性イオンエッチングとウェットエッチングで使用するフッ酸(HF)に対して耐性のある膜である。
工程(b):前工程で形成された耐性膜32をウェットエッチングにより所望のパターン形状にパターニングして、第一のマスキングパターン32a(ミラー部形成用)を形成する。パターニングする際には、まず、感光性レジスト(ポジ型)(不図示)を前記耐性膜32上面にスピンコートにより均一に塗布する。塗布後、所望のマスキングパターン形状を有するフォトマスクを被せて感光性レジストの紫外線露光を行い、露光後、現像液を用いて露光された領域の感光性レジストを除去する。その後、以上の工程により形成された感光性レジストパターンをマスクとして、露光領域の耐性膜32をウェットエッチングにより除去する。その後感光性レジストは、有機溶剤(アセトン等)か、O2アッシングにて除去する。
工程(c):前工程(b)で形成された第一のマスキングパターン32a上面を含め、シリコン活性層31aの表面全体に、新たにマスキング用の耐性膜33を形成する。この耐性膜33は、例えば感光性レジスト(ポジ型)からなり、スピンコートにより均一に塗布する。
工程(d)前工程(c)で形成された耐性膜33を前工程(b)と同様に露光・現像により所望のパターン形状にパターニングして第二のマスキングパターン33aを形成する。
工程(e):前工程(d)で形成された第二のマスキングパターン33aをマスクとして、シリコン活性層31aの露出領域を深異方性の反応性イオンエッチングにより、エッチングのストップ層である中間層31bが露出するまで除去する。この時点で、前記第一基板と接する領域の一部も深異方性の反応性イオンエッチングにより、エッチングのストップ層である中間層31bが露出するまで除去する。これにより陽極接合する外縁部以外の大部分は第一基板と接触しない凹部37が形成される。
工程(f):前工程(e)でマスクとして用いた第二のマスキングパターン33aを有機溶剤(アセトン等)、もしくはO2アッシングにより除去する。
工程(g):前工程(f)で第二のマスキングパターン33aを除去することにより露出した、前記第一のマスキングパターン32aをマスクとして、露出領域のシリコン活性層31aを深異方性の反応性イオンエッチングにより一定量(例えば、深さ方向に50μm)除去する。これによりシリコン活性層31aにミラー部34が形成される。
工程(h):前工程(g)でマスクとして用いた第一のマスキングパターン32aをウェットエッチングにて除去する。
工程(i):中間層31bを一部を除いて等方性のウェットエッチングにより選択的に除去し、可動部35をシリコン支持基板31cより切り離す。ウェットエッチングに用いるエッチング液としては、、例えばフッ酸(HF)が挙げられるが、中間層31bのみを選択的にエッチングするものであれば、他のエッチング液を用いても構わない。
工程(j):第一基板よりなる光導波路層36と前工程により完成した第二基板(MEMSチップ)31とが、互いに一致するように位置合わせを行い、重ね合わせる。位置合わせはアライナーを用いて行う。次に重ね合わせた光導波路層36とMEMSチップ31を加熱炉に入れる。この加熱炉内において、リード線を光導波路チップ基板36とMEMSチップ31の静止部にそれぞれ接続する。加熱炉内を真空引きして、加熱炉内に残存する空気に含まれる水分を取り除く。又、乾燥窒素ガス又は乾燥空気で加熱炉内を置換しても良い。加熱炉を400℃程度に加熱した後、光導波路層36とMEMSチップ31に接続されているリード線(不図示)に300V程度の直流電圧を印加し、陽極接合により両者の貼りあわせを行う。第二基板に形成された可動部と対向する第一基板表面に凹部が形成されていることはいうまでもない。
FIG. 1 is a view for explaining a method of manufacturing an optical switch according to the present invention, and is a cross-sectional view of an essential part for each step (cross section AA in FIG. 2B). The same steps as those of the prior art shown in the figure are omitted. FIG. 2A is a completed perspective view of the second substrate, and FIG. 2B is a top view of the second substrate. The first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In addition, it abbreviate | omits about the manufacturing method of a 1st board | substrate.
Step (a): The second substrate is a silicon laminate (SOI substrate) 31 including a silicon active layer 31a (for example, 100 μm), an
Step (b): The
Step (c): A masking
Step (d) The
Step (e): Using the
Step (f): The
Step (g): Using the
Step (h): The
Step (i): The
Step (j): The
光スイッチの主要部であるミラー部とミラー可動部をSOI基板で形成し、その製造工程内で第一基板との接触面を少なくするための凹部を形成するので、陽極接合が容易となるが製造工程はそのままである。 Although the mirror part and the mirror movable part, which are the main parts of the optical switch, are formed with an SOI substrate and a recess for reducing the contact surface with the first substrate is formed in the manufacturing process, anodic bonding becomes easy. The manufacturing process remains the same.
凹部形成部表面に小さな異物、汚れ等により柱状のエッチング残りが発生した場合でも、本発明の製造方法では、工程(i)により、柱状下部の中間層の除去に伴い除去されるので問題ない。大きさとしては、本実施例では可動部で最大であるミラー部下面の大きさまでは除去される。 Even when a columnar etching residue is generated on the surface of the recess forming part due to small foreign matter, dirt, etc., in the manufacturing method of the present invention, there is no problem because it is removed along with the removal of the intermediate layer of the columnar lower part in step (i). As for the size, in the present embodiment, the size of the lower surface of the mirror portion, which is the largest in the movable portion, is removed.
1 光スイッチ
2 ベース基板
3 溝部
4 ファイバ位置決め用V溝
5a 光ファイバ
5b 光ファイバ
5c 光ファイバ
5d 光ファイバ
6 MEMS構造体
7 MEMS基板
8 静電アクチュエータ
9 位置保持用アクチュエータ
10 片持ち梁
11 櫛歯部
12 支持部
13 ミラー部
13a 光反射面
14 電極
15 櫛歯部
16 電圧源
17 可動部材
18 弾性体
19 櫛歯部
20 係止用突起部
21 係止受け部
22 電極
23 櫛歯部
24 電圧部
31 シリコン積層体
31a シリコン活性層
31b 中間層
31c シリコン支持基板
32 耐性膜
32a 第一のマスキングパターン
33 耐性膜
33a 第二のマスキングパターン
34 ミラー部
35 可動部
36 光導波路層
DESCRIPTION OF
Claims (4)
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JP2005016382A JP2006208426A (en) | 2005-01-25 | 2005-01-25 | Optical switch and method of manufacturing the same |
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JP2005016382A Pending JP2006208426A (en) | 2005-01-25 | 2005-01-25 | Optical switch and method of manufacturing the same |
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Cited By (1)
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US20140376589A1 (en) * | 2013-06-24 | 2014-12-25 | General Electric Company | Optical monitoring system for a gas turbine engine |
-
2005
- 2005-01-25 JP JP2005016382A patent/JP2006208426A/en active Pending
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US20140376589A1 (en) * | 2013-06-24 | 2014-12-25 | General Electric Company | Optical monitoring system for a gas turbine engine |
US9482596B2 (en) * | 2013-06-24 | 2016-11-01 | General Electric Company | Optical monitoring system for a gas turbine engine |
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