JP2007015022A - 溝部形成方法及び平面光波回路 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明では、溝部の側壁面の傾斜角度を垂直に近く形成することが可能な溝部形成方法及び当該溝部を備えた平面光波回路を提供することを目的とする。
【解決手段】
本発明に係る溝部形成方法は、被加工物の上面に所定のレジストパターンを形成した後、砥粒を出射するノズルの前記砥粒の出射口からの砥粒の出射中心線が前記被加工物の前記砥粒の当たる上面の法線に対して傾斜するように前記ノズルを配置して前記出射口から前記砥粒を出射させ、前記レジストパターンをマスクにして前記被加工物の前記上面に溝部を形成することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、溝部を形成する溝部形成方法及び当該溝部を備えた平面光波回路に関する。

従来からサンドブラスト装置は、圧縮空気で加速された微細砥粒をノズルから噴射させ、ガラス、シリコン等の材料に高速且つ高密度に衝突させることにより、溝部を形成したりバリ取りをしたりする。

ここで、図６に従来のサンドブラスト装置の概略構成図を示す。図６において、（１）は従来のサンドブラスト装置の正面図、（２）は（１）の円Ｂで囲まれた部分の部分拡大図をそれぞれ示している。また、図７に、従来のサンドブラスト装置により形成された溝部の壁面の拡大切断面図を示す。

図６に示すサンドブラスト装置１００は、被加工物６０の上面に砥粒７２を噴射するノズル７１と、ノズル７１を固定するノズル台７０と、ノズル台７０と共にノズル７１を水平に移動させるレール７３ａ、７３ｂと、を有する。

従来のサンドブラスト装置１００では、砥粒７２を噴射するノズル７１の出射中心線７４が被加工物６０を乗せるステージ７５に対して垂直になるように固定されている。このため、図６（２）に示す点線の砥粒密度線２６のように、被加工物６０の上面への砥粒７２の衝突数は、砥粒７２の出射口７６の中心付近から出射される砥粒７２が最も多く、
中心から離れるほど少なくなる。そのため、深さ３００μｍ程度の溝部を形成する場合、図７に示すように、加工された溝部の側壁面６１は、溝部のへり６３から側壁面６１の終端点（側壁面６１の傾斜角度が底面６２と一致した点６４）を見下ろす角度が４０°程度の丸みをおびた面ダレ形状となる。
特開平１１−２２６８７４号公報 特開２００１−９６４６２号公報

しかし、デバイスによっては、溝部の側壁面６１の傾斜角度が垂直に近いことが要求されることがある。そのため、図６に示す従来のサンドブラスト装置１００では、この要求には答えられない。

そこで、本発明では、溝部の側壁面の傾斜角度を垂直に近く形成することが可能な溝部形成方法及び当該溝部を備えた平面光波回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、ノズルを被加工物上面に対して傾けることによって、砥粒を被加工物上面に斜めに衝突させることとした。

具体的には、本発明に係る溝部形成方法は、被加工物の上面に所定のレジストパターンを形成した後、砥粒を出射するノズルの前記砥粒の出射口からの砥粒の出射中心線が前記被加工物の前記砥粒の当たる上面の法線に対して傾斜するように前記ノズルを配置して前記出射口から前記砥粒を出射させ、前記レジストパターンをマスクにして前記被加工物の前記上面に溝部を形成することを特徴とする。

ノズルの出射中心線が被加工物の砥粒の当たる上面に対して斜めになるようにノズルを配置することにより、砥粒の出射口の中心付近から出射される砥粒を溝部の側壁面に衝突させることができる。そのため、砥粒の衝突数を落とさずに砥粒を被加工物の上面に衝突させて、溝部の側壁面の傾斜角度を垂直に近く形成することが可能となる。

上記溝部形成方法において、さらに、前記出射中心線の前記法線に対する傾斜を維持したまま、前記ノズルと前記被加工物の前記上面との相対位置を前記法線及び前記出射中心線を含む面に対して略垂直方向に変化させることが望ましい。

ノズルと被加工物の上面との相対位置を被加工物の上面の法線及び出射中心線を含む面に対して略垂直方向に変化させることにより、溝部の側壁面の傾斜角度を垂直に近く保ったまま、溝部を線状に形成することが可能となる。

また、上記溝部形成方法において、前記ノズルを、前記出射中心線の前記法線に対する傾斜の角度が２０°以上５０°以下となるように配置することが望ましい。

被加工物の上面の法線に対する出射中心線の傾斜角度が２０°以上５０°以下となるようにノズルを配置することで、効果的に砥粒を被加工物上面に衝突させることができる。

また、本発明に係る平面光波回路は、基板に入り込む側壁面により囲まれる溝部を備える平面光波回路であって、前記側壁面は、前記溝部の底面からの高さ１ｍｍまでの間に前記基板の前記上面の法線に対する前記側壁面の傾斜の角度を１０°以下にして形成されていることを特徴とする。

基板の上面の法線に対する溝部の側壁面の角度を溝部の底面からの高さ１ｍｍまでの間に１０°以下としたことで、当該側壁面への設計要求を十分に満たして高精度の平面光波回路を提供することが可能となる。

本発明では、溝部の側壁面の傾斜角度を垂直に近く形成することが可能な溝部形成方法及び当該溝部を備えた平面光波回路を提供することが可能である。

以下、具体的に実施形態を示して本願発明を詳細に説明するが、本願の発明は以下の記載に限定して解釈されない。

図１に、本実施形態に係るサンドブラスト装置の概略構成図を示す。図１において、（１）はサンドブラスト装置の正面図、（２）は（１）の円Ｃで囲まれた部分の部分拡大図をそれぞれ示している。

図１に示すサンドブラスト装置２は、砥粒１３を出射する出射口２２からの出射中心線１２をステージ３上に配置される被加工物５の砥粒１３の当たる上面の法線８に対して斜めにして配置されたノズル１１と、ノズル１１と被加工物５の上面との相対位置を法線８及び出射中心線１２を含む面に対して略垂直方向（つまり、図面前後方向）に変化させる相対位置可変手段と、を有する。

ノズル１１の出射口２２から出射される砥粒１３は、例えば、シリコン、酸化珪素、炭化珪素若しくは酸化アルミナの粒子またはこれらを組み合わせたものを適用することができる。また、砥粒１３の粒径は、例えば、平均粒径５μｍから３０μｍのものを適用でき、また被加工物５への溝部の形成精度に応じて可変させてもよい。例えば、溝部の荒削りの段階では、粒径の大きいものを選択し、仕上げに近づくにつれ小さいものを選択する。また、ノズル１１の出射口２２は、例えば、角型や丸型とする。本実施形態では、内径８ｍｍのボロン材質の丸型ノズルを適用した。

また、ノズル１１は、ノズル台１０に取り付けられており、被加工物５の上面の法線８に対する角度αを可変する構成としている。ここで、ノズル１１が取り付けられている砥粒出射部２０について具体的に説明する。

図２に、本実施形態に係る砥粒出射部の概略構成図を示す。図２において、（１）は、砥粒出射部の正面図、（２）はＡ−Ａ´の断面図、（３）はＢ−Ｂ´の断面図をそれぞれ示す。

図２に示す砥粒出射部２０は、ノズル１１を配置するノズル台１０と、ノズル台１０上でノズル１１の配置角度を可変して固定する冶具２１ａ、２１ｂと、を有する。

冶具２１ａは、図２（１）（２）に示すように軸１６ａを中心に回転可能にノズル台１０に取り付けられている。また、冶具２１ａは、切り欠き１５ａを貫通する貫通穴にねじ１４ａを通してノズル１１を固定する構成としている。また、他方の冶具２１ｂは、軸１６ｂをノズル台１０に設けた円弧状の貫通溝１７に通すことによりノズル１１をノズル台１０上をスライドさせる構成としている。また、冶具２１ａと同様に、冶具２１ｂは、切り欠き１５ｂを貫通する貫通穴にねじ１４ｂを通してノズル１１を固定する構成としている。これにより、ノズル１１を冶具２１ａ、２１ｂに固定した場合、軸１６ａを中心にしてノズル１１の角度αを変えることができる。また、ノズル台１０にはノズル１１の法線８に対する角度αの設定のための角度メモリ１８（例えば、５°毎の角度メモリ）を設けてある。そして、冶具２１ｂに設けた切り欠き１９を角度メモリ１８に合わせることによりノズル１１の角度αが分かるようになっている。

ノズル１１の角度αは、加工中に固定していてもよいし、図１に示す被加工物５の上面形状に応じて、機械的に可変させることとしてもよい。例えば、被加工物５の上面が曲面となっている場合にノズル１１を被加工物５の上面に沿わせることができる。ノズル１１を機械的に可変させる場合は、例えば、被加工物５の上面の形状をセンシングしておいて、センシングデータを基にノズルの角度αを予め決定することとしてもよいし、被加工物５の上面の形状をセンシングしながらセンシングデータを基にノズルの角度αを随時決定することとしてもよい。また、ノズル１１の法線８に対する角度αは、２０°以上５０°以下とすることが望ましい。法線８に対する角度αを２０°以上５０°以下となるようにノズル１１を配置することで、効果的に砥粒１３を被加工物５の上面に衝突させることができる。

また、本実施形態では、相対位置可変手段として図１に示すようにノズル台１０を法線８及び出射中心線１２を含む面に対して略垂直方向（つまり、図面前後方向）に移動させるレール３０ｃ、３０ｄを有している。さらに本実施形態では、ノズル台１０を法線８及び出射中心線１２を含む面に対して平行（つまり、図面左右方向）に移動させるレール３０ａ、３０ｂを有している。ノズル台１０は、固定壁２５ａ、２５ｂに固定されたレール３０ｃ、３０ｄにそれぞれ連結されたローラー軸受け２４ａ、２４ｂ及び冶具２３ａ、２３ｂを介することでレール３０ｃ、３０ｄに沿って平行に移動させることができる。また、ノズル台１０は、ローラー軸受け（不図示）を介してレール３０ａ、３０ｂに接続させることで、レール３０ａ、３０ｂに沿って平行に移動させることができる。なお、ノズル台１０は、被加工物５に対して相対的に移動すればよいので、逆にステージ３を図面前後左右方向に移動可能としてもよい。また、さらにステージ３又はノズル台１０を法線８に垂直方向に移動させてもよい。被加工物５の上面がどのような形状であっても、前述のように被加工物５の上面をセンシングすることによりノズル１１と被加工物５との距離を一定に維持させたまま被加工物５の上面にノズル１１を沿わせることができる。

このようにして被加工物５の上面へ向かう出射中心線１２が被加工物５の砥粒１３の当たる上面に対して斜めになるようにノズル１１を配置することにより、図１（２）に示すように砥粒密度線２６と出射中心線１２の交わる部分、つまり、出射口２２の中心付近から出射される砥粒１３を溝部４６の側壁面４５に衝突させることができる。そのため、砥粒１３の衝突数を落とさずに砥粒１３を被加工物５の上面に衝突させて、溝部４６の側壁面４５の傾斜角度を垂直に近く形成することが可能となる。なお、図１（２）に示す被加工物６０は、比較のため出射中心線１２を被加工物６０に対して垂直にした場合を示している。また、ノズル１１と被加工物５の上面との相対位置を被加工物５の上面の法線８及び出射中心線１２を含む面に対して略垂直方向に変化させることにより、溝部４６の側壁面４５の傾斜角度を垂直に近く保ったまま、溝部４６を線状に形成することが可能となる。

次に、本実施形態に係るサンドブラスト装置による溝部形成方法を平面光波回路の作成に適用した場合について図１、図３を参照して説明する。

図３は、平面光波回路製造方法を説明する概略図である。図３において、（１）から（３）は、平面光波回路を製造する各工程後のものをそれぞれ示している。なお、（１）から（３）は、それぞれ平面光波回路の製造途中における概略切断面図を示している。

まず、図３（１）に示すように、クラッド４０の間に光導波路４１を有する平面光波回路を被加工物５として、図３（２）に示すように被加工物５の上面に所定のレジストパターン４２を形成する。所定のレジストパターン４２は、例えば被加工物５の上面に５０μｍの厚さのネガ型ドライレジストフィルムをラミネータ装置で貼り付け、その上にガラスマスクを被せて紫外線で露光した後、アルカリ液で現像して形成する。これにより、ガラスマスクに設けたパターンの部分のドライレジストが除去され、レジストパターン４２を形成することができる。なお、本実施形態に係る溝部形成方法は、被加工物として一般的なＳｉ、ガラス又はセラミックスに対しても適用することもできる。

次に、この被加工物５上にレジストパターン４２を形成した基板６を図１に示すサンドブラスト装置２のステージ３上に配置する。そして、砥粒１３を出射するノズル１１の砥粒１３の出射口２２から出射中心線１２が被加工物５の砥粒１３の当たる上面の法線８に対して傾斜するようにノズル１１を配置して出射口２２から砥粒１３を出射させ、レジストパターン４２をマスクにして被加工物５の上面に溝部４６を形成する。

このように、出射中心線１２が被加工物５の砥粒１３の当たる上面の法線８に対して斜めになるようにノズル１１を配置することにより、出射口２２の中心付近から出射される砥粒１３を溝部４６の側壁面４５に衝突させることができる。そのため、砥粒１３の衝突数を落とさずに砥粒１３を被加工物５の上面に衝突させて、溝部４６の壁面４５の傾斜角度を垂直に近く形成することが可能となる。

ここで、法線８に対する角度αが２０°以上５０°以下となるようにノズル１１を配置することが望ましい。角度αが２０°以上５０°以下となるようにノズル１１を配置することで、効果的に砥粒１３を被加工物５の上面に衝突させることができる。本実施形態では、ノズル１１の角度αを４０°とした。

そして、出射中心線１２の法線８に対する傾斜を維持したまま、ノズル１１と被加工物５の上面との相対位置を法線８及び出射中心線１２を含む面に対して略垂直方向（図面前後方向）に変化させる。本実施形態では、平均粒径５μｍから３０μｍの炭化珪素粒子及び酸化アルミナ粒子の砥粒１３を９０分噴射した。

このようにノズル１１と被加工物５の上面との相対位置を図面前後方向に変化させることにより、溝部４６の側壁面４５の傾斜角度を垂直に近く保ったまま、溝部４６を図面前後方向に線状に形成することが可能となる。

その後、レジストパターン４２を基板６から剥離させ、図３（３）に示すように、溝部４６ａを有する平面光波回路５０が完成する。

図４に、溝部を形成した平面光波回路の概略構成図を示す。図４において、（１）は平面光波回路の上面図、（２）は（１）のＢ−Ｂ´線の断面図、（３）は（１）のＡ−Ａ´線の断面図をそれぞれ示している。

本実施形態に係る平面光波回路５０は、分岐点を２箇所有する光導波路４１と、上記の方法により形成した溝部４６ａ、４６ｂと、を有している。

ここで、図５に、本実施形態に係る溝部形成方法により形成した溝部の部分拡大概略切断面図を示す。図５では、図４（２）の円Ａで囲った部分を示している。

前述の溝部形成方法により形成した溝部は、図５に示すように、溝部４６の底面４８からの高さｈが１ｍｍまでの間に、基板としての平面光波回路５０の上面の法線４７に対する側壁面４５の傾斜角度θを１０°以下とすることができる。本実施形態では、溝部４６の底面４８からの高さｈが１６０μｍで側壁面４５の基板に入り込む傾斜角度θを１０°以下とすることができた。このように、平面光波回路５０の上面の法線４７に対する側壁面４５の角度θを溝部４６の底面４８からの高さ１ｍｍまでの間に１０°以下としたことで、側壁面４５への設計要求を十分に満たして高精度の平面光波回路を提供することが可能となる。

本実施形態では、図４（１）に示すように溝部４６ａを囲む４つの側壁面を総て、溝部の底面からの高さｈの１ｍｍまでにおいて、法線に対する角度を１０°以下とできるため、平面光波回路５０の上面に平面光波回路５０を横切らない溝部を複数形成することができる。そのため、図４（１）に示す溝部４６ａ、４６ｂに波長フィルタを配置して波長多重分割することとした場合、平面光波回路５０をコンパクトで高密度及び高実装の光合分波器とすることが可能である。このことは、例えば回転式のカッターで溝部を形成した場合では、カッターの回転軸に平行な側壁面がカッターの面に沿って傾斜してしまうため、実現不可能である。

本発明は、平面光波回路の上面に溝部を形成することに限らず、ＡＷＧ（アレイ導波路格子）や光スターカプラ等の光導波路を形成する際の溝部形成方法としても適用できる。また、電子部品に適用するシリコンやセラミックスに精密に溝部を形成する溝部形成方法としても適用できる。さらに、また、銀等の材料に装飾を施す場合の溝部形成方法としても適用できる。また、本発明の平面光波回路は、波長分割する光合分波器や光分岐する光分岐回路として適用できる。

１実施形態に係るサンドブラスト装置の概略構成図である。 図１に示すサンドブラスト装置の砥粒出射部の概略構成図である。 平面光波回路製造方法を説明する概略図である。 １実施形態に係る平面光波回路の概略構成図である。 １実施形態に係る溝部形成方法により形成した溝部の部分拡大概略切断面図である。 従来のサンドブラスト装置の概略構成図である。 従来のサンドブラスト装置により形成された溝部の壁面の拡大切断面図である。

符号の説明

２：サンドブラスト装置
３：ステージ
５：被加工物
６：基板
８：法線
１０：ノズル台
１１：ノズル
１２：出射中心線
１３：砥粒
１４ａ：ねじ
１４ｂ：ねじ
１５ａ：切り欠き
１５ｂ：切り欠き
１６ａ：軸
１６ｂ：軸
１７：貫通溝
１８：角度メモリ
１９：切り欠き
２０：砥粒出射部
２１ａ：冶具
２１ｂ：冶具
２２：出射口
２３ａ：冶具
２３ｂ：冶具
２４ａ：ローラー軸受け
２４ｂ：ローラー軸受け
２５ａ：固定壁
２５ｂ：固定壁
２６：砥粒密度線
３０ａ：レール
３０ｂ：レール
３０ｃ：レール
３０ｄ：レール
４０：クラッド
４１：光導波路
４２：レジストパターン
４５：側壁面
４６：溝部
４６ａ、４６ｂ、４６ｃ：溝部
４７：法線
４８：底面
５０：平面光波回路
６０：被加工物
６１：側壁面
６２：底面
６３：へり
６４：点
７０：ノズル台
７１：ノズル
７２：砥粒
７３ａ：レール
７３ｂ：レール
７４：出射中心線
７５：ステージ
７６：出射口
１００：サンドブラスト装置

Claims (4)

1. 被加工物の上面に所定のレジストパターンを形成した後、砥粒を出射するノズルの前記砥粒の出射口からの砥粒の出射中心線が前記被加工物の前記砥粒の当たる上面の法線に対して傾斜するように前記ノズルを配置して前記出射口から前記砥粒を出射させ、前記レジストパターンをマスクにして前記被加工物の前記上面に溝部を形成することを特徴とする溝部形成方法。
2. さらに、前記出射中心線の前記法線に対する傾斜を維持したまま、前記ノズルと前記被加工物の前記上面との相対位置を前記法線及び前記出射中心線を含む面に対して略垂直方向に変化させることを特徴とする請求項１に記載の溝部形成方法。
3. 前記ノズルを、前記出射中心線の前記法線に対する傾斜の角度が２０°以上５０°以下となるように配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の溝部形成方法。
4. 基板に入り込む側壁面により囲まれる溝部を備える平面光波回路であって、前記側壁面は、前記溝部の底面からの高さ１ｍｍまでの間に前記基板の前記上面の法線に対する前記側壁面の傾斜の角度を１０°以下にして形成されていることを特徴とする平面光波回路。
   

Images