JP2010135630A - 光素子モジュール及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 受光又は発光を行う光素子と半導体回路素子、及び光素子と光接続される光ファイバとを備える光素子モジュールにおいて、光素子と光ファイバとの光接続が高機能的になされる光素子モジュールとその効率的な製造方法を提供する。
【解決手段】 シリコン基板２の一方の面に光素子８と半導体回路素子９が搭載され、他方の面に、略４５度傾斜するミラー面２ａが形成されるとともに、ミラー面に対面する光ファイバ７が、他方の面に沿って形成されたＶ溝に配置される光素子モジュール１の製造方法であって、他方の面に対して、ミラー面２ａと、Ｖ溝のＶ状側面とを第１の結晶異方性エッチングにより同時に形成する工程と、一方の面及び他方の面に略垂直で、Ｖ溝の先端側に形成されて光ファイバ７先端が突き当てられる当接面２ｂを、第１の結晶異方性エッチングとは異なる結晶面方位での第２の結晶異方性エッチングによって形成する工程とを含むことを特徴とする。
【選択図】 図１３
【解決手段】 シリコン基板２の一方の面に光素子８と半導体回路素子９が搭載され、他方の面に、略４５度傾斜するミラー面２ａが形成されるとともに、ミラー面に対面する光ファイバ７が、他方の面に沿って形成されたＶ溝に配置される光素子モジュール１の製造方法であって、他方の面に対して、ミラー面２ａと、Ｖ溝のＶ状側面とを第１の結晶異方性エッチングにより同時に形成する工程と、一方の面及び他方の面に略垂直で、Ｖ溝の先端側に形成されて光ファイバ７先端が突き当てられる当接面２ｂを、第１の結晶異方性エッチングとは異なる結晶面方位での第２の結晶異方性エッチングによって形成する工程とを含むことを特徴とする。
【選択図】 図１３
Description
本発明は、受光又は発光を行う光素子を備える光素子モジュール及びその製造方法に関する。
近年、通信システムや情報処理システムにおいて、大量の情報を伝達するために、レーザ発振素子等の発光素子から発振した光信号を、光導波手段としての光ファイバを介して送信することや、光ファイバを介して送られてきた光信号をホトダイオード等の受光素子により受信することが欠かせない技術となっている。
そのため、光通信モジュール、光インターコネクションモジュール、光計測モジュール等において、小型化、大容量化した機器により、容易に、かつ安価に、受発光素子と光ファイバを光学的に接続するための技術開発がなされている。
そのため、光通信モジュール、光インターコネクションモジュール、光計測モジュール等において、小型化、大容量化した機器により、容易に、かつ安価に、受発光素子と光ファイバを光学的に接続するための技術開発がなされている。
従来、受発光素子と光ファイバとの正確な位置合わせをするためには、両者間の相対位置を変化させつつ実際に光信号の送受信を行って、その最大強度で位置設定をする、いわゆるアクティブな調芯手法が採用されていた。
しかし、このような調芯手法は手間がかかり、受発光素子と光ファイバを光接続するための光素子モジュールの生産性、歩留まりを低下させる。
特に、複数の光素子を並列に配置した光素子アレイと、同じく複数を並列に配置した光ファイバアレイにおいて、それぞれの光素子と光ファイバとを調芯して光接続する場合には、その問題は顕著である。
また、別の問題として、光素子やそれと電気接続される半導体回路素子が配置される基板に対して、光ファイバが角度をなして接続されていると、例えばバックプレーンのように複数の基板を近接して配置せざるを得ない場合には、光ファイバが物理的な障害となる。
しかし、このような調芯手法は手間がかかり、受発光素子と光ファイバを光接続するための光素子モジュールの生産性、歩留まりを低下させる。
特に、複数の光素子を並列に配置した光素子アレイと、同じく複数を並列に配置した光ファイバアレイにおいて、それぞれの光素子と光ファイバとを調芯して光接続する場合には、その問題は顕著である。
また、別の問題として、光素子やそれと電気接続される半導体回路素子が配置される基板に対して、光ファイバが角度をなして接続されていると、例えばバックプレーンのように複数の基板を近接して配置せざるを得ない場合には、光ファイバが物理的な障害となる。
このような問題から、図２０のような光素子モジュールが提案されている。Ａ図は側面図で、Ｂ図はＡ図のＢ−Ｂ断面である。
基板２’の表面には、光素子８’と半導体回路素子９’が搭載され、バンプ５２’によって基板２の表面のメタル回路に電気的に接続されている。基板２’の同じく表面側には、Ｖ溝２Ｂ’が形成されていて、そこに光ファイバ７’が配置されている。光ファイバ７’と光素子８’との光接続経路には、同じく基板の表面側に形成された４５度ミラー面２ａ’が形成されている。
そして、光素子８’をフリップチップボンディング等でのバンプ５２’接続によって所定の位置に配置し、光ファイバ７’をＶ溝によって所定の位置に配置することで、上記のようなアクティブな調芯を行うことなく、光素子の受発光部と光ファイバとを位置合わせすることができる。
また、光素子８’と半導体回路素子９’を搭載した基板２’と光ファイバ７’とは平行であるから、複数の基板２’を近接配置する際にも、光ファイバ７’が設置の邪魔になることがない。
基板２’の表面には、光素子８’と半導体回路素子９’が搭載され、バンプ５２’によって基板２の表面のメタル回路に電気的に接続されている。基板２’の同じく表面側には、Ｖ溝２Ｂ’が形成されていて、そこに光ファイバ７’が配置されている。光ファイバ７’と光素子８’との光接続経路には、同じく基板の表面側に形成された４５度ミラー面２ａ’が形成されている。
そして、光素子８’をフリップチップボンディング等でのバンプ５２’接続によって所定の位置に配置し、光ファイバ７’をＶ溝によって所定の位置に配置することで、上記のようなアクティブな調芯を行うことなく、光素子の受発光部と光ファイバとを位置合わせすることができる。
また、光素子８’と半導体回路素子９’を搭載した基板２’と光ファイバ７’とは平行であるから、複数の基板２’を近接配置する際にも、光ファイバ７’が設置の邪魔になることがない。
そして、このような光素子モジュールの基板へのＶ溝等の形成において、結晶異方性エッチングを利用することが、特許文献１に開示されている。
特開２００５−１０７６６号公報
ところが、図２０のような光素子モジュールにおいては、光素子８’及び半導体回路素子９’とともに、光ファイバ７’も基板２’の同一面である表面に配置されることから、どちらを先に基板２’に組み込むにしても、後の組み込みの際に、先に組み込んだ部材が障害になったり、先に組み込んだ部材が損傷を受ける恐れがある。
特に、光素子８’及び半導体回路素子９’については、外部環境の影響を避けるためにパッケージに組み込んで不活性ガスを封入するハーメチックパッケージ等の気密封止がなされることがあるが、同一面に近接配置される光ファイバ７’のために光ファイバから独立したパッケージが困難となる。光ファイバを同時にパッケージに組み込もうとすれば、封止の信頼性やコスト上の問題が生じる。
また、光ファイバ７’から光素子８’に光が伝達される場合を考えると、光ファイバ７’から空気中に出射されて、ミラー面２ａ’で反射され、光素子８’に入射される。そして、それぞれの境界と空気中での伝播において、光の反射や広がりを生じる。例えば、光ファイバ７’のクラッド径が１２５μｍの場合、光ファイバ７’の先端での出射から４５度傾斜ミラー２ａ’で反射されて光素子８’に入射されるまでの空気中での距離は、最小としても１２５μｍであって、コア径や開口数によって異なるが、かなりの光の広がりが発生する。特に、マルチモード光ファイバの場合は、ビーム径の大きな広がりにより、ミラー面２ａ’での反射光の一部が光ファイバ７’に当たることを防止するために、光ファイバ７’をミラー面２ａ’からさらに離す必要が生じて、入射までの距離がますます大きくなる。
特に、光素子８’及び半導体回路素子９’については、外部環境の影響を避けるためにパッケージに組み込んで不活性ガスを封入するハーメチックパッケージ等の気密封止がなされることがあるが、同一面に近接配置される光ファイバ７’のために光ファイバから独立したパッケージが困難となる。光ファイバを同時にパッケージに組み込もうとすれば、封止の信頼性やコスト上の問題が生じる。
また、光ファイバ７’から光素子８’に光が伝達される場合を考えると、光ファイバ７’から空気中に出射されて、ミラー面２ａ’で反射され、光素子８’に入射される。そして、それぞれの境界と空気中での伝播において、光の反射や広がりを生じる。例えば、光ファイバ７’のクラッド径が１２５μｍの場合、光ファイバ７’の先端での出射から４５度傾斜ミラー２ａ’で反射されて光素子８’に入射されるまでの空気中での距離は、最小としても１２５μｍであって、コア径や開口数によって異なるが、かなりの光の広がりが発生する。特に、マルチモード光ファイバの場合は、ビーム径の大きな広がりにより、ミラー面２ａ’での反射光の一部が光ファイバ７’に当たることを防止するために、光ファイバ７’をミラー面２ａ’からさらに離す必要が生じて、入射までの距離がますます大きくなる。
一方、これらの光素子モジュール等の基板の製造において、Ｖ溝等の形成に結晶異方性エッチングを採用することが、特許文献１に開示されている。
しかし、結晶異方性エッチングによる溝の形成を他のドライエッチングを利用して停止すること等が工夫されているに過ぎず、結晶異方性エッチングの特異性を用いて、複数箇所のエッチングを効率的に行う等の考慮はされていなかった。
しかし、結晶異方性エッチングによる溝の形成を他のドライエッチングを利用して停止すること等が工夫されているに過ぎず、結晶異方性エッチングの特異性を用いて、複数箇所のエッチングを効率的に行う等の考慮はされていなかった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、受光又は発光を行う光素子と半導体回路素子、及び光素子と光接続される光ファイバとを備える光素子モジュールにおいて、光素子と光ファイバとの光接続が高機能的になされる光素子モジュールとその効率的な製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る光素子モジュールの製造方法は、シリコン基板の表面又は裏面の一方の面に光素子と半導体回路素子が搭載され、他方の面に、当該一方の面及び他方の面に略４５度傾斜するミラー面が形成されるとともに、ミラー面に対面する光ファイバが、他方の面に沿って形成されたＶ溝に配置される光素子モジュールの製造方法であって、他方の面に対して、ミラー面と、Ｖ溝のＶ状側面とを第１の結晶異方性エッチングにより同時に形成する工程と、一方の面及び他方の面に略垂直で、Ｖ溝の先端側に形成されて光ファイバ先端が突き当てられる当接面を、第１の結晶異方性エッチングとは異なる結晶面方位での第２の結晶異方性エッチングによって形成する工程とを含むことを特徴とする。
本発明の光素子モジュールの製造方法によれば、シリコン基板の同一面に、略４５度のミラー面と光ファイバを位置決め配置するためのＶ溝のＶ状側面とを、１回の結晶異方性エッチングによって、効率よく同時に、かつ精度よく形成することができる。また、Ｖ溝の先端側において光ファイバ先端を当接して位置決めするための垂直な当接面を他の結晶面方位での結晶異方性エッチングによって形成することで、当接面がミラー面及びＶ状側面と所定の角度をなすように容易に形成できる。
また、本発明の製造方法は、光素子の受光部又は発光部とミラー面との間のシリコン基板内に、一方の面から基板厚さ方向に延びる円筒状の光ガイド部を、ディープドライエッチングにより形成する工程をさらに含むことを特徴とする。
本発明の製造方法によれば、光素子の受光部又は発光部とミラー面との間のシリコン基板に、たとえ長さが長いものであっても、ディープドライエッチングによって、円筒状の孔を形成でき、それによって、その間を通過する光が拡散することを防止することができる。
本発明の製造方法によれば、光素子の受光部又は発光部とミラー面との間のシリコン基板に、たとえ長さが長いものであっても、ディープドライエッチングによって、円筒状の孔を形成でき、それによって、その間を通過する光が拡散することを防止することができる。
また、本発明の製造方法は、シリコン基板は、（１００）シリコン単結晶であって、第１の結晶異方性エッチングは｛１１０｝面を出現させるエッチングであり、第２の結晶異方性エッチングは｛１００｝面を出現させるエッチングであることを特徴とする。
本発明の製造方法によれば、ミラー面とＶ溝のＶ状側面は、ともに断面が略４５度の傾斜をなす面として同時に形成される。そして、それらの面の深さもほぼ同一に形成されることから、Ｖ溝に配置される光ファイバとミラー面との基板厚さ方向での相対的な位置が、エッチング条件等が変化しても一定であることから、光ファイバとミラー面との位置決めがさらに容易になる。
本発明の製造方法によれば、ミラー面とＶ溝のＶ状側面は、ともに断面が略４５度の傾斜をなす面として同時に形成される。そして、それらの面の深さもほぼ同一に形成されることから、Ｖ溝に配置される光ファイバとミラー面との基板厚さ方向での相対的な位置が、エッチング条件等が変化しても一定であることから、光ファイバとミラー面との位置決めがさらに容易になる。
また、本発明の製造方法は、第１の結晶異方性エッチングを、シリコン酸化膜とその上にシリコン窒化膜を積層したマスクによって行い、その後エッチングされた面に保護膜を成膜した後に、第２の結晶異方性エッチングを、シリコン窒化膜を除去することでシリコン酸化膜の開口を露出させたマスクによって行うことを特徴とする。
本発明の製造方法によれば、ミラー面とＶ溝のＶ状側面の形成のための第１の結晶異方性エッチングの工程のマスクとして、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜を積層したマスクを用い、次の略垂直な当接面を形成するための第２の結晶異方性エッチングにおいては、前工程でエッチングされた保護すべき箇所に保護膜を成膜し、さらに上層のシリコン窒化膜を除去することで、それまでシリコン窒化膜で覆われていたシリコン酸化膜における開口（次の略垂直な当接面を形成するための結晶異方性エッチングでの開口となる）を露出させて、この開口を備えたシリコン酸化膜をマスクとして用いる。
第１の結晶異方性エッチングによって、ミラーやＶ溝形成のための凹部が形成されたシリコン基板の他方の面に、新たなシリコン酸化膜のマスクを形成しようとすれば、シリコン酸化膜を成膜した後に、その上にレジスト膜を塗布してレジスト膜に開口をパターニングして、その開口をシリコン酸化膜に転写することになるが、レジストを凹部が形成された面に塗布することは困難である。本発明の製造方法の場合、そのような困難を生じることなく、シリコン酸化膜のマスクを用いることができる。
第１の結晶異方性エッチングによって、ミラーやＶ溝形成のための凹部が形成されたシリコン基板の他方の面に、新たなシリコン酸化膜のマスクを形成しようとすれば、シリコン酸化膜を成膜した後に、その上にレジスト膜を塗布してレジスト膜に開口をパターニングして、その開口をシリコン酸化膜に転写することになるが、レジストを凹部が形成された面に塗布することは困難である。本発明の製造方法の場合、そのような困難を生じることなく、シリコン酸化膜のマスクを用いることができる。
また、本発明の製造方法は、垂直な面及び光素子搭載面の少なくとも１面における光通過箇所に、光反射膜としてのシリコン窒化膜を形成する工程を、さらに含むことを特徴とする。
本発明の製造方法によれば、垂直な面及び前記光素子搭載面の少なくとも１面に光反射膜としてのシリコン窒化膜を効率よく形成することができる。
本発明の製造方法によれば、垂直な面及び前記光素子搭載面の少なくとも１面に光反射膜としてのシリコン窒化膜を効率よく形成することができる。
また、本発明の光素子モジュールは、光素子及び半導体回路素子を表面及び裏面の一方の面に搭載し、他方の面に光ファイバを搭載するシリコン基板と、一方の面に搭載され、当該一方の面に形成されたメタル配線にバンプを介して接続される光素子及び半導体回路素子と、他方の面に、当該他方の面に沿って搭載される光ファイバとを備え、シリコン基板の他方の面には、一方の面及び他方の面に略４５度傾斜するミラー面と、ミラー面に対面する光ファイバを他方の面に沿って位置決め配置するためのＶ溝と、Ｖ溝の先端側に形成されて光ファイバ先端が当接される一方の面及び他方の面に略垂直な当接面とが形成され、シリコン基板の一方の面には、光素子の受光部又は発光部とミラー面との間に、一方の面から基板厚さ方向に延びる円筒状の孔からなる光ガイドが形成されていることを特徴とする。
本発明の光素子モジュールによれば、光素子と半導体回路素子が搭載される面と、光ファイバが搭載される面は、基板の表裏が異なる面であることから、それぞれを独立に基板に組み込むことができる。
特に、光素子と半導体回路素子の半導体デバイスを基板の一方の面に搭載して、その面をハーメチックパッケージ等で気密封止して保護した状態で、他方の面での光ファイバの組み込みを行うことが可能な構成とできる。
また、光ファイバと光素子との間の光伝達経路は、空気中を通過することがほぼなく、シリコン基板の内部を通過することができることから、空気中におけるような光の広がりを防止することができる。
しかも、４５度ミラー面と光素子の受発光面の間のシリコン基板内には、円筒状の孔からなる光ガイドが形成されていることから、シリコンと空気との光屈折率の相違から、光が光ガイドの外に拡散することを防止でき、基板の厚さが厚い場合であっても、効率のよい光伝達が可能である。
特に、光素子と半導体回路素子の半導体デバイスを基板の一方の面に搭載して、その面をハーメチックパッケージ等で気密封止して保護した状態で、他方の面での光ファイバの組み込みを行うことが可能な構成とできる。
また、光ファイバと光素子との間の光伝達経路は、空気中を通過することがほぼなく、シリコン基板の内部を通過することができることから、空気中におけるような光の広がりを防止することができる。
しかも、４５度ミラー面と光素子の受発光面の間のシリコン基板内には、円筒状の孔からなる光ガイドが形成されていることから、シリコンと空気との光屈折率の相違から、光が光ガイドの外に拡散することを防止でき、基板の厚さが厚い場合であっても、効率のよい光伝達が可能である。
本発明によれば、シリコン基板の一方の面に光素子及び半導体回路素子が搭載され、他方の面に略４５度傾斜するミラー面が形成されるとともに、ミラー面に略４５度の角度をもって対面する光ファイバが、前記他方の面に沿って形成されたＶ溝に配置される光素子モジュールを精度よくかつ効率的に製造することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
図１〜図１３は、本発明の第１の実施形態の製造方法の説明図である。なお、各図とも、（ａ）図は上方から見た表面、（ｂ）図はその中央部での縦断面、（ｃ）図は、下方から見た裏面を表している。
図１〜図１３は、本発明の第１の実施形態の製造方法の説明図である。なお、各図とも、（ａ）図は上方から見た表面、（ｂ）図はその中央部での縦断面、（ｃ）図は、下方から見た裏面を表している。
先ず、図１３によって完成された光素子モジュール１を説明する。シリコン基板２の表面には、絶縁膜であるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）４が成膜されており、その上面に所定形状のメタル配線５が配置されている。その上面にはパッシベーション膜６が成膜されており、その開口に位置するバンプ５２を介して、メタル配線５と光素子８及び半導体回路素子９が電気的に接続されている。
光素子８は、ホトダイオード等の受光素子又は面発光レーザ等の発光素子であり、光素子８が受光素子の場合、半導体回路素子９は例えば増幅回路であり、光素子８が発光素子であれば、半導体回路素子９は例えばそのレーザ発振の駆動回路である。これらの光素子８及び半導体回路素子９は、シリコン基板２の表面側に搭載されている。
光素子８は、ホトダイオード等の受光素子又は面発光レーザ等の発光素子であり、光素子８が受光素子の場合、半導体回路素子９は例えば増幅回路であり、光素子８が発光素子であれば、半導体回路素子９は例えばそのレーザ発振の駆動回路である。これらの光素子８及び半導体回路素子９は、シリコン基板２の表面側に搭載されている。
一方、シリコン基板２の裏面には、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）が成膜されており、その一部３ａは反射防止膜の機能を果たしている。また、その上面には、表面と同様のシリコン酸化膜４が成膜されている。
そして、裏面には、ミラー面形成凹部２Ａが形成されていて、その図面右方の面がミラー面２ａとなっている。このミラー面２ａは、基板の表面及び裏面に４５度の傾斜で形成されている。また、当然のことながら、基板２の厚さ方向に対しても４５度となっている。
ミラー面２ａに先端が対面するように、光ファイバ７が配置されている。光ファイバ７は、シリコン基板２の裏面に形成されたＶ溝内に、先端がシリコン基板２に形成され表面及び裏面に垂直な当接面２ｂに当接して装着されている。
そして、裏面には、ミラー面形成凹部２Ａが形成されていて、その図面右方の面がミラー面２ａとなっている。このミラー面２ａは、基板の表面及び裏面に４５度の傾斜で形成されている。また、当然のことながら、基板２の厚さ方向に対しても４５度となっている。
ミラー面２ａに先端が対面するように、光ファイバ７が配置されている。光ファイバ７は、シリコン基板２の裏面に形成されたＶ溝内に、先端がシリコン基板２に形成され表面及び裏面に垂直な当接面２ｂに当接して装着されている。
シリコン基板２の表面側には、光素子８の受光部又は発光部とミラー面２ａとの間に、シリコン基板２の表面から基板厚さ方向に延びる円筒状の孔からなる光ガイド２Ｃが形成されている。また、光ガイド２Ｃ内のシリコン基板表面には、前記垂直面２ｂの表面の反射防止膜３ａと同様のシリコン窒化膜の反射防止膜３ｂが成膜されている。
図１３においては、光素子８は受光素子であり、光ファイバ７から出射された光が、４５度傾斜したミラー面２ａで反射して、光ガイド２Ｃ内を通過して光素子８の受光部に入射するものとして、光を矢示している。
ここで、基板２の表面及び裏面は逆であってもよく、また表面と裏面は完全な平行である必要はなく、また、ミラー面２ａの傾斜角度、当接面の角度とも完全な４５度、垂直ではない略４５度、略垂直の範囲となる。
図１３においては、光素子８は受光素子であり、光ファイバ７から出射された光が、４５度傾斜したミラー面２ａで反射して、光ガイド２Ｃ内を通過して光素子８の受光部に入射するものとして、光を矢示している。
ここで、基板２の表面及び裏面は逆であってもよく、また表面と裏面は完全な平行である必要はなく、また、ミラー面２ａの傾斜角度、当接面の角度とも完全な４５度、垂直ではない略４５度、略垂直の範囲となる。
次に、この光素子モジュール１を製造する工程を図１〜１３によって説明する。
シリコン基板２としては、両面が研磨された（１００）シリコン単結晶を用いる。ここで、（１００）シリコン単結晶は、表裏が（１００）結晶面として作製されている。
このシリコン基板２の表面及び裏面に、熱酸化によってシリコン酸化膜４１を成膜した後、裏面側のシリコン酸化膜４１には、図１のとおりの開口をリソグラフィーによって形成する。そのためには、裏面側のシリコン酸化膜４１の表面にレジストを塗布し、レジスト膜に開口を形成した後に、その開口の部分のシリコン酸化膜４１をドライエッチングによって除去し、さらにレジスト膜を除去する。
ここで、開口４１Ａはシリコン基板２にミラー面形成のための凹部を第１の結晶異方性エッチングによって形成するための開口であり、開口４１Ｂ１は、それと同時にＶ溝を形成するための開口である。また、開口４１Ｂ２は、その後での第２の結晶異方性エッチングによってシリコン基板に垂直な当接面を形成するための開口である。
これらの開口は、図１（ｃ）における各開口の図面左右の横方向ラインが、結晶の〈１００〉方位に一致するように設定する。そのためには、シリコン基板２のオリエンテーションフラット面が（１１０）面の場合、その面に垂直な線との間の角度が４５度となるように横方向ラインを設定すればよい。
シリコン基板２としては、両面が研磨された（１００）シリコン単結晶を用いる。ここで、（１００）シリコン単結晶は、表裏が（１００）結晶面として作製されている。
このシリコン基板２の表面及び裏面に、熱酸化によってシリコン酸化膜４１を成膜した後、裏面側のシリコン酸化膜４１には、図１のとおりの開口をリソグラフィーによって形成する。そのためには、裏面側のシリコン酸化膜４１の表面にレジストを塗布し、レジスト膜に開口を形成した後に、その開口の部分のシリコン酸化膜４１をドライエッチングによって除去し、さらにレジスト膜を除去する。
ここで、開口４１Ａはシリコン基板２にミラー面形成のための凹部を第１の結晶異方性エッチングによって形成するための開口であり、開口４１Ｂ１は、それと同時にＶ溝を形成するための開口である。また、開口４１Ｂ２は、その後での第２の結晶異方性エッチングによってシリコン基板に垂直な当接面を形成するための開口である。
これらの開口は、図１（ｃ）における各開口の図面左右の横方向ラインが、結晶の〈１００〉方位に一致するように設定する。そのためには、シリコン基板２のオリエンテーションフラット面が（１１０）面の場合、その面に垂直な線との間の角度が４５度となるように横方向ラインを設定すればよい。
次に、シリコン酸化膜４１の上面に図２のとおりのシリコン窒化膜３１を形成する。
そのためには、シリコン窒化膜３１をシリコン基板２の表面、裏面の全面に、低圧化学的気相成長法（ＬＰ−ＣＶＤ）によって成膜し、その表面にレジストを塗布し、レジスト膜に開口を形成した後に、その開口の部分のシリコン窒化膜３１をドライエッチングによって除去し、さらにレジスト膜を除去する。
ここで、開口３１Ａは、先に形成したシリコン酸化膜４１の開口４１Ａより大きく形成することで、シリコン酸化膜４１の開口４１Ａの周辺部が露出している。また、開口３１Ｂ１は、先に形成したシリコン酸化膜４１の開口４１Ｂ１の幅より大きく形成されることで、シリコン酸化膜４１の開口４１Ｂの幅方向周辺部が露出している。
なお、シリコン酸化膜４１の開口４１Ｂ２は、シリコン窒化膜３１によって覆われている。
そのためには、シリコン窒化膜３１をシリコン基板２の表面、裏面の全面に、低圧化学的気相成長法（ＬＰ−ＣＶＤ）によって成膜し、その表面にレジストを塗布し、レジスト膜に開口を形成した後に、その開口の部分のシリコン窒化膜３１をドライエッチングによって除去し、さらにレジスト膜を除去する。
ここで、開口３１Ａは、先に形成したシリコン酸化膜４１の開口４１Ａより大きく形成することで、シリコン酸化膜４１の開口４１Ａの周辺部が露出している。また、開口３１Ｂ１は、先に形成したシリコン酸化膜４１の開口４１Ｂ１の幅より大きく形成されることで、シリコン酸化膜４１の開口４１Ｂの幅方向周辺部が露出している。
なお、シリコン酸化膜４１の開口４１Ｂ２は、シリコン窒化膜３１によって覆われている。
次に、図３のとおり、シリコン単結晶に対する結晶異方性エッチング（第１の結晶異方性エッチング）によって、ミラー面形成凹部２ＡとＶ溝部２Ｂ１を形成する。
なお、以下の説明では、結晶の（１００）面、（０１０）面、（００１）面を区別せずに等価なものとして表す場合、｛１００｝面として記載する。｛１１０｝面、｛１１１｝面も同様である。
通常、（１００）シリコン単結晶の結晶異方性エッチングにおいては、｛１１１｝面がエッチングレートが最も遅いことから、｛１１１｝面を横切るようなラインを開口としてエッチングをすると、｛１００｝面に対して５４．７度の傾斜を持った｛１１１｝面が出現する。
しかし、開口４１Ａ、４１Ｂ１、４１Ｂ２を上記のような方向に設定すると、開口のラインは｛１１１｝面を横切ることがなく、結晶異方性エッチングによっては、｛１１１｝面は出現しない。
そして、使用するエッチャントによって、｛１００｝面と｛１１０｝面のエッチングレートが異なることから、エッチャントを選択することにより、エッチングレートの遅い方の｛１００｝面又は｛１１０｝面を出現させることができる。
なお、以下の説明では、結晶の（１００）面、（０１０）面、（００１）面を区別せずに等価なものとして表す場合、｛１００｝面として記載する。｛１１０｝面、｛１１１｝面も同様である。
通常、（１００）シリコン単結晶の結晶異方性エッチングにおいては、｛１１１｝面がエッチングレートが最も遅いことから、｛１１１｝面を横切るようなラインを開口としてエッチングをすると、｛１００｝面に対して５４．７度の傾斜を持った｛１１１｝面が出現する。
しかし、開口４１Ａ、４１Ｂ１、４１Ｂ２を上記のような方向に設定すると、開口のラインは｛１１１｝面を横切ることがなく、結晶異方性エッチングによっては、｛１１１｝面は出現しない。
そして、使用するエッチャントによって、｛１００｝面と｛１１０｝面のエッチングレートが異なることから、エッチャントを選択することにより、エッチングレートの遅い方の｛１００｝面又は｛１１０｝面を出現させることができる。
この第１の結晶異方性エッチングでは、エッチャントにＥＰＷ（エチレンジアミン、ピロカテール、水の混合液）又はヒドラジン（Ｎ２Ｈ４・Ｈ２Ｏ）を用いることにより、｛１１０｝面を出現させるエッチングを行う。
エッチャントとしては、水酸化カリウム（ＫＯＨ）とイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）の混合液を使用しても｛１１０｝面を形成できるが、本実施形態では、シリコン酸化膜を開口４１Ａ、４１Ｂ１の周縁のマスクとしており、シリコン酸化膜はＫＯＨによって浸食されるために、ＫＯＨとＩＰＡ混合液を使用するのであれば、シリコン酸化膜を１００μｍエッチングについて０．５μｍ以上の厚みとして、厚みの大きいものとするか、後記の第２実施形態のようにシリコン酸化膜４１をシリコン窒化膜３１で覆うことにより、マスクの機能をシリコン窒化膜３１にさせることが好ましい。
エッチャントとしては、水酸化カリウム（ＫＯＨ）とイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）の混合液を使用しても｛１１０｝面を形成できるが、本実施形態では、シリコン酸化膜を開口４１Ａ、４１Ｂ１の周縁のマスクとしており、シリコン酸化膜はＫＯＨによって浸食されるために、ＫＯＨとＩＰＡ混合液を使用するのであれば、シリコン酸化膜を１００μｍエッチングについて０．５μｍ以上の厚みとして、厚みの大きいものとするか、後記の第２実施形態のようにシリコン酸化膜４１をシリコン窒化膜３１で覆うことにより、マスクの機能をシリコン窒化膜３１にさせることが好ましい。
ここで、ミラー面２ａはもちろんであるが、光が通過する当接面２ｂや光ファイバの側面の位置決めをするＶ状側面２ｄについても、平滑な鏡面とする必要がある。そのためには、第１の結晶異方性エッチング及び後記の第２の結晶異方性エッチングにおいて、エッチャントとしてＥＰＷを使用するときは、低速エッチング用の溶液を使用し、低温でのエッチングが望ましい。また、ＫＯＨとＩＰＡの混合液で｛１１０｝面を出す場合は、ＫＯＨについて３０重量％以上の高濃度、温度約６０℃でのエッチングが、ヒロック（エッチングで生じる突起物）の出現を抑える上からも望ましい。
この工程でのエッチングによって形成される｛１１０｝面は、｛１００｝面に対して、４５度の傾斜を持っていることから、図３のように、エッチングされたミラー面形成凹部２ＡとＶ溝部２Ｂ１の周囲の面は、いずれも、αで示すように４５度の傾斜を持っている。そして、ミラー面形成凹部２ＡにおけるＶ溝部２Ｂ１側の４５度傾斜面がミラー面２ａとなり、Ｖ溝部２Ｂ１の幅方向（図面（ｃ）で上下方向）の４５度傾斜面が、光ファイバを位置決め配置するＶ状側面２ｄとなる。
ここで、ミラー面形成凹部２ＡとＶ溝部２Ｂ１とのエッチングは、１回の同じエッチングによって、しかも結晶の同等な面についてなされることから、効率的なことはもちろんであるが、さらに、エッチャント、エッチング時間、温度等によって、当初設定していたよりも多くエッチングされたり、逆に少なくされた場合であっても、ミラー面形成凹部２ＡとＶ溝部２Ｂ１との深さは、常にほぼ同じとなる。そのため、光ファイバをＶ溝に配置した際の光ファイバとミラー面との相対的な位置はほぼ同じであり、この点でも、光ファイバの位置決めが容易になされ得る。
ここで、ミラー面形成凹部２ＡとＶ溝部２Ｂ１とのエッチングは、１回の同じエッチングによって、しかも結晶の同等な面についてなされることから、効率的なことはもちろんであるが、さらに、エッチャント、エッチング時間、温度等によって、当初設定していたよりも多くエッチングされたり、逆に少なくされた場合であっても、ミラー面形成凹部２ＡとＶ溝部２Ｂ１との深さは、常にほぼ同じとなる。そのため、光ファイバをＶ溝に配置した際の光ファイバとミラー面との相対的な位置はほぼ同じであり、この点でも、光ファイバの位置決めが容易になされ得る。
次に、図４のとおり、エッチングによって現れた、ミラー面形成凹部２ＡとＶ溝部２Ｂ１の各内面に、熱酸化によってシリコン酸化膜４２を成膜する。これは、次工程の第２の結晶異方性エッチングにおいて、これらの面がエッチングされないように保護するためである。
その後、シリコン窒化膜３１を熱リン酸によって除去することで、図５のように、下層のシリコン酸化膜４１が表面に現れ、図１の段階で既に形成されていた開口４１Ｂ２が再び出現する。
この開口４１Ｂ２を垂直な当接面２ｂ形成のための第２の結晶異方性エッチングの際のマスクとする。
ここで、仮に、このようなマスクの形成ではなく、前の工程のミラー面形成凹部２ＡとＶ溝部２Ｂ１形成の第１の結晶異方性エッチングにおいて、そのためだけの１層のマスクを用いるとすれば、次の垂直面形性のための第２の結晶異方性エッチングにおいては、図５で示されるマスクを新たに形成する必要がある。
その後、シリコン窒化膜３１を熱リン酸によって除去することで、図５のように、下層のシリコン酸化膜４１が表面に現れ、図１の段階で既に形成されていた開口４１Ｂ２が再び出現する。
この開口４１Ｂ２を垂直な当接面２ｂ形成のための第２の結晶異方性エッチングの際のマスクとする。
ここで、仮に、このようなマスクの形成ではなく、前の工程のミラー面形成凹部２ＡとＶ溝部２Ｂ１形成の第１の結晶異方性エッチングにおいて、そのためだけの１層のマスクを用いるとすれば、次の垂直面形性のための第２の結晶異方性エッチングにおいては、図５で示されるマスクを新たに形成する必要がある。
そのためには、先ず、シリコン基板２の表面にシリコン酸化膜を形成した後に、その上面全面にリソグラフィーのためのレジストを塗布することになる。しかし、本実施形態のように、既に前の工程の第１の結晶異方性エッチングによって、表面に凹部が形成されている場合、レジストの塗布は困難である。
通常、レジストの塗布はスピンコーターによって基板を回転させて、その上にレジストを滴下して、遠心力でレジストを広げることで、レジスト膜が形成されることから、このような通常のレジスト塗布方法では、レジスト塗布は特に困難となる。
本実施形態では、第１の結晶異方性エッチングの工程のマスクとして、シリコン酸化膜４１とシリコン窒化膜３１を積層したマスクを用い、次の工程の第２の結晶異方性エッチングにおいては、前工程でエッチングされた保護すべき箇所に保護膜を成膜し、さらに上層のシリコン窒化膜３１を除去することで、それまでシリコン窒化膜３１で覆われていたシリコン酸化膜４１における開口４１Ｂ２を露出させることで、新たにレジスト塗布工程が必要なマスクを形成することなく、シリコン酸化膜４１をマスクとして用いることができる。本実施形態では、２種類の異方性エッチングのマスクとして、このように、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜で、予め仕込んでおくことで実現しているが、45度の結晶面を形成する工程を垂直面を形成する工程よりも先に行うならば、レジスト塗布にスプレーコータを用いることにより45度の結晶面を形成した後で、垂直面を形成するためのマスクを形成して行うこともできる。
通常、レジストの塗布はスピンコーターによって基板を回転させて、その上にレジストを滴下して、遠心力でレジストを広げることで、レジスト膜が形成されることから、このような通常のレジスト塗布方法では、レジスト塗布は特に困難となる。
本実施形態では、第１の結晶異方性エッチングの工程のマスクとして、シリコン酸化膜４１とシリコン窒化膜３１を積層したマスクを用い、次の工程の第２の結晶異方性エッチングにおいては、前工程でエッチングされた保護すべき箇所に保護膜を成膜し、さらに上層のシリコン窒化膜３１を除去することで、それまでシリコン窒化膜３１で覆われていたシリコン酸化膜４１における開口４１Ｂ２を露出させることで、新たにレジスト塗布工程が必要なマスクを形成することなく、シリコン酸化膜４１をマスクとして用いることができる。本実施形態では、２種類の異方性エッチングのマスクとして、このように、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜で、予め仕込んでおくことで実現しているが、45度の結晶面を形成する工程を垂直面を形成する工程よりも先に行うならば、レジスト塗布にスプレーコータを用いることにより45度の結晶面を形成した後で、垂直面を形成するためのマスクを形成して行うこともできる。
そして、図６のように、光ファイバの先端を当接して位置決めするための垂直な当接面２ｂ形成のための、第２の結晶異方性エッチングを行う。
ここでは、エッチャントとしては、｛１１０｝面に対するよりも｛１００｝に対してのエッチングレートが遅くなる、ＴＭＡＨ（テトラメチル アンモニウム ヒドロキサイド、（ＣＨ３）４ＮＯＨ）を用いる。
他にも、ＫＯＨ（ＩＰＡは混合しない）、ＣｓＯＨ等によっても、｛１００｝面を出すエッチングが可能である。
第１の結晶異方性エッチングにおいても述べたように、当接面２ｂについても、平滑な鏡面とする必要があり、ＴＭＡＨを使用する場合、濃度２２重量％以上の高濃度でエッチングすることが望ましく、ＫＯＨを使用する場合、前記第１の結晶異方性エッチングで、ＩＰＡとの混合液での条件と同様に、ＫＯＨについて３０重量％以上の高濃度、温度約６０℃でのエッチングが、ヒロックの出現を抑える上からも望ましい。
このエッチングにおいては、本来、開口４１Ｂ２から基板２の厚さ方向（深さ方向）へのエッチングと開口４１Ｂ２の周囲４辺が図６（ｃ）において拡大する方向へのエッチングがなされ、直方体状の垂直面形成部２Ｂ２が形成されて、そのうちのミラー面２ａに対面する垂直面が光ファイバ先端の当接面２ｂとなるものである。
しかし、実際上は、マスクの開口４１Ｂ２のコーナー部から、Ｘの線で示すような｛１１１｝面の出現する異方性エッチングが進行する。そこで、本実施形態では、当接面２ｂをできるだけ広く維持するために、予め、開口４１Ｂ２をミラー面２ａに沿う方向に長く形成している。なお、場合によっては、結晶異方性エッチングにおけるコーナー部補償法を用いることもできる。
ここでは、エッチャントとしては、｛１１０｝面に対するよりも｛１００｝に対してのエッチングレートが遅くなる、ＴＭＡＨ（テトラメチル アンモニウム ヒドロキサイド、（ＣＨ３）４ＮＯＨ）を用いる。
他にも、ＫＯＨ（ＩＰＡは混合しない）、ＣｓＯＨ等によっても、｛１００｝面を出すエッチングが可能である。
第１の結晶異方性エッチングにおいても述べたように、当接面２ｂについても、平滑な鏡面とする必要があり、ＴＭＡＨを使用する場合、濃度２２重量％以上の高濃度でエッチングすることが望ましく、ＫＯＨを使用する場合、前記第１の結晶異方性エッチングで、ＩＰＡとの混合液での条件と同様に、ＫＯＨについて３０重量％以上の高濃度、温度約６０℃でのエッチングが、ヒロックの出現を抑える上からも望ましい。
このエッチングにおいては、本来、開口４１Ｂ２から基板２の厚さ方向（深さ方向）へのエッチングと開口４１Ｂ２の周囲４辺が図６（ｃ）において拡大する方向へのエッチングがなされ、直方体状の垂直面形成部２Ｂ２が形成されて、そのうちのミラー面２ａに対面する垂直面が光ファイバ先端の当接面２ｂとなるものである。
しかし、実際上は、マスクの開口４１Ｂ２のコーナー部から、Ｘの線で示すような｛１１１｝面の出現する異方性エッチングが進行する。そこで、本実施形態では、当接面２ｂをできるだけ広く維持するために、予め、開口４１Ｂ２をミラー面２ａに沿う方向に長く形成している。なお、場合によっては、結晶異方性エッチングにおけるコーナー部補償法を用いることもできる。
次に、図７のとおり、基板２の表面の酸化膜４１をフッ化水素によって除去する。この図７において、基板２の裏面の構造は完成しており、ミラー面形成凹部２Ａの垂直面形成部２Ｂ２側の４５度面がミラー面２ａであり、Ｖ溝部２Ｂ１と垂直面形成部２Ｂ２とが連通して、光ファイバのためのガイド溝２Ｂが形成されている。そして、Ｖ溝部２Ｂ１のＶ状側面２ｄが光ファイバの側方への位置決めを行い、垂直面形成部２Ｂ２においてミラー面２ａに対面する垂直な面が光ファイバの前後方向の位置決めをする当接面２ｂとなる。
次に、図８のとおり、基板２の裏面の全面と表面の光が通過する箇所にシリコン窒化膜３２を形成する。ここで、裏面側の当接面２ｂの部分のシリコン窒化膜３ａと表面側の３ｂとは、反射防止膜として機能させることから、使用する光の波長の約４分の１（波長λ／４）の厚さで成膜する。
このシリコン窒化膜３２の形成のためには、基板２の表面及び裏面の全面にＬＰ−ＣＶＤ又はプラズマＣＶＤによってシリコン窒化膜３２を成膜する。そして、基板２の表面において、レジストを塗布して、そのレジスト膜を３ｂに相当する箇所だけ残すパターニングをし、さらに他の箇所のシリコン窒化膜をドライエッチングで除去する。
このシリコン窒化膜３２の形成のためには、基板２の表面及び裏面の全面にＬＰ−ＣＶＤ又はプラズマＣＶＤによってシリコン窒化膜３２を成膜する。そして、基板２の表面において、レジストを塗布して、そのレジスト膜を３ｂに相当する箇所だけ残すパターニングをし、さらに他の箇所のシリコン窒化膜をドライエッチングで除去する。
次に、図９のとおり、基板２の表面及び裏面にＣＶＤによってシリコン酸化膜４３を成膜し、表面のその上面に、所定のパターンのメタル配線５を形成する。
ここで形成された表面側のシリコン酸化膜４３は、絶縁膜として機能する。また、裏面側には、必ずしもシリコン酸化膜４３を形成しなくてもよいが、表面だけに形成した場合は、その成膜による基板２の反りを生じることから、反りの最小化のためには、表裏を同じ厚さで裏面にも成膜しておくことが望ましい。
ここで形成された表面側のシリコン酸化膜４３は、絶縁膜として機能する。また、裏面側には、必ずしもシリコン酸化膜４３を形成しなくてもよいが、表面だけに形成した場合は、その成膜による基板２の反りを生じることから、反りの最小化のためには、表裏を同じ厚さで裏面にも成膜しておくことが望ましい。
次に、図１０のとおり、表面のメタル配線５の上からＣＶＤによってシリコン酸化膜を主とするパッシベーション膜６を形成し、その上に、メタル配線５との電気接続のための電極、及び光ガイド２Ｃ形成のためのレジストマスクＭを作成する。そのためには、塗布したレジスト膜に、電極部に対応する開口ＭＥと光ガイドに対応する環状の開口ＭＣをパターニングする。
それから、図１１のとおり、マスクＭの開口部を通じてドライエッチングを行って、電極部分においては、メタル配線５が露出するまでパッシベーション膜６を除去し、光ガイド部分においてはシリコン基板２が露出するまでパッシベーション膜６及びシリコン酸化膜４３を除去する。
次に、レジスト膜Ｍを形成し直して、光ガイドＭＣ部を環状でなく円形として露出させる開口ＭＣとしたマスクＭを形成し、そこから、シリコン基板２に対するディープドライエッチングを、図１２のとおり行って、光ガイド２Ｃを形成する。
この際、開口ＭＣの平面視中央部に残された円形のシリコン酸化膜４３が、エッチングに対する保護膜として機能する。
このディープドライエッチングは、ＳＦ６をエッチャントとし、Ｃ４Ｆ８を保護膜形成のためのデポジション用ガスとして用いるBoschプロセスにより行う。すなわち、最初にＳＦ６で等方性エッチングをし、エッチングされた面にＣ４Ｆ８により保護膜を形成し、次に、ＳＦ６のプラズマを電界によって開口の底面にスパッタして底面の保護膜を除去し、再度ＳＦ６の等方性エッチングによって、保護膜の除去された底面を掘り下げ、この工程を繰り返して深堀を行う。
この際、開口ＭＣの平面視中央部に残された円形のシリコン酸化膜４３が、エッチングに対する保護膜として機能する。
このディープドライエッチングは、ＳＦ６をエッチャントとし、Ｃ４Ｆ８を保護膜形成のためのデポジション用ガスとして用いるBoschプロセスにより行う。すなわち、最初にＳＦ６で等方性エッチングをし、エッチングされた面にＣ４Ｆ８により保護膜を形成し、次に、ＳＦ６のプラズマを電界によって開口の底面にスパッタして底面の保護膜を除去し、再度ＳＦ６の等方性エッチングによって、保護膜の除去された底面を掘り下げ、この工程を繰り返して深堀を行う。
光ガイド２Ｃを所定深さまで形成すれば、その後、開口ＭＣ内で保護膜として機能していた円形のシリコン酸化膜４３をフッ酸（ＨＦ）によって除去して、反射防止膜としてのシリコン窒化膜３ｂを露出する。
その後、マスクＭを除去し、図１３のとおり、基板表面には、光素子８及び半導体回路９を、フリップチップボンディング等でのバンプ５２を介した接続によって、メタル配線５の電極箇所に電気接続して搭載し、裏面には、光ファイバ７をＶ状側面２ｄによる側方の位置決めと当接面２ｂによる前後方向の位置決めをして配置する。
この際、光素子８及び半導体回路素子９については、ハーメチックパッケージに組み込んで保護を図った後に、光ファイバ７を接着剤によってガイド溝２Ｂに固定する。
光ファイバ７の固定においては、光ファイバ７の先端を当接面２ｂに突き当てる際に、光ファイバと同じ屈折率１．５の紫外線硬化樹脂を塗布して、端面の損傷を防止するとともに、光ファイバ７の側面をＶ溝に固定するときの接着剤に同じ紫外線硬化樹脂を用いて、作業の容易化を図ることもできる。
その後、マスクＭを除去し、図１３のとおり、基板表面には、光素子８及び半導体回路９を、フリップチップボンディング等でのバンプ５２を介した接続によって、メタル配線５の電極箇所に電気接続して搭載し、裏面には、光ファイバ７をＶ状側面２ｄによる側方の位置決めと当接面２ｂによる前後方向の位置決めをして配置する。
この際、光素子８及び半導体回路素子９については、ハーメチックパッケージに組み込んで保護を図った後に、光ファイバ７を接着剤によってガイド溝２Ｂに固定する。
光ファイバ７の固定においては、光ファイバ７の先端を当接面２ｂに突き当てる際に、光ファイバと同じ屈折率１．５の紫外線硬化樹脂を塗布して、端面の損傷を防止するとともに、光ファイバ７の側面をＶ溝に固定するときの接着剤に同じ紫外線硬化樹脂を用いて、作業の容易化を図ることもできる。
このように、光素子８と半導体回路素子９の搭載と、光ファイバ７の搭載は、それぞれ独立的に基板に組み込むことができ、しかも、光素子８と半導体回路素子９がパッケージによって保護された後に、光ファイバ７を組み込むことができ、半導体素子類の一層の保護と、作業能率の向上を図ることができる。
また、光ファイバ７と光素子８との間の光伝達経路は、空気中を通過することなく、シリコン基板の内部を通過することができることから、空気中におけるような光の広がりを防止することができる。しかも、４５度ミラー面２ａと光素子８の受発光面の間のシリコン基板２内には、円筒状の孔からなる光ガイド２Ｃが形成されていることから、シリコンと空気との光屈折率の相違から、光が光ガイド２Ｃの外に拡散することを防止でき、基板の厚さが厚い場合であっても、効率のよい光伝達が可能となる。
また、光ファイバ７と光素子８との間の光伝達経路は、空気中を通過することなく、シリコン基板の内部を通過することができることから、空気中におけるような光の広がりを防止することができる。しかも、４５度ミラー面２ａと光素子８の受発光面の間のシリコン基板２内には、円筒状の孔からなる光ガイド２Ｃが形成されていることから、シリコンと空気との光屈折率の相違から、光が光ガイド２Ｃの外に拡散することを防止でき、基板の厚さが厚い場合であっても、効率のよい光伝達が可能となる。
この実施形態においては、裏面におけるミラー面形成凹部２Ａとガイド溝２Ｂとの形成を行った後に、改めて、表面の反射防止膜３ｂの形成を行っているが、図１のマスクパターンされたシリコン酸化膜４１の形成段階で、表面のシリコン酸化膜４１についても、後に反射防止膜３ｂを形成する箇所を開口としておき、次に、基板の表裏にシリコン窒化膜３１を成膜する際のシリコン窒化膜３１の該当箇所の部分を反射防止膜としてもよい。
次に、本発明の第２の実施形態を、図１４〜１７によって説明する。
上記のように、第１の結晶異方性エッチングにおいては、ＫＯＨとＩＰＡとの混合液をエッチャントとし、シリコン酸化膜をマスクとしても、｛１１０｝面を出現させることができるが、その場合、シリコン酸化膜の厚さを厚くする必要がある。
そのために、本実施形態では、第１の結晶異方性エッチングのマスクをシリコン窒化膜とする。
図１４に示すように、第１の実施形態の場合よりも、シリコン酸化膜４１の開口４１Ａを大きく、開口４１Ｂ１の幅を広く形成する。そして、その上面に形成するシリコン窒化膜３１の開口３１Ａをそれよりも小さく形成し、開口３１Ｂ１の幅も狭く形成することで、図のように、シリコン酸化膜４１が各開口で露出しないようにする。
上記のように、第１の結晶異方性エッチングにおいては、ＫＯＨとＩＰＡとの混合液をエッチャントとし、シリコン酸化膜をマスクとしても、｛１１０｝面を出現させることができるが、その場合、シリコン酸化膜の厚さを厚くする必要がある。
そのために、本実施形態では、第１の結晶異方性エッチングのマスクをシリコン窒化膜とする。
図１４に示すように、第１の実施形態の場合よりも、シリコン酸化膜４１の開口４１Ａを大きく、開口４１Ｂ１の幅を広く形成する。そして、その上面に形成するシリコン窒化膜３１の開口３１Ａをそれよりも小さく形成し、開口３１Ｂ１の幅も狭く形成することで、図のように、シリコン酸化膜４１が各開口で露出しないようにする。
次に、図１５のとおり、シリコン窒化膜３１を各開口の周辺を覆うマスクとして機能させて、ＫＯＨとＩＰＡの混合液をエッチャントした第１の結晶異方性エッチングを行う。これによって、第１の実施形態と同じく、ミラー面形成凹部２ＡとＶ溝部２Ｂ１の周囲の面に、αで示す４５℃の傾斜を持った｛１１０｝面を出現させて、ミラー面２ａ及びＶ状側面２ｄを形成する。
その後、第１実施形態と同様に、図１６のように、エッチングしたミラー面形成凹部２ＡとＶ溝部２Ｂ１の周囲の面に熱酸化によってシリコン酸化膜を成膜する。
次に、第１７図のとおり、熱リン酸によって、シリコン窒化膜３１を除去することにより、第１実施形態の図５と同じく、第２の結晶異方性エッチングのための、開口４１Ｂ２を有するシリコン酸化膜４１のマスクを表面に出すことができる。
以上の説明以外は、第１の実施形態と同様である。
その後、第１実施形態と同様に、図１６のように、エッチングしたミラー面形成凹部２ＡとＶ溝部２Ｂ１の周囲の面に熱酸化によってシリコン酸化膜を成膜する。
次に、第１７図のとおり、熱リン酸によって、シリコン窒化膜３１を除去することにより、第１実施形態の図５と同じく、第２の結晶異方性エッチングのための、開口４１Ｂ２を有するシリコン酸化膜４１のマスクを表面に出すことができる。
以上の説明以外は、第１の実施形態と同様である。
ただし、第１の結晶異方性エッチングにおいて、マスクの下のアンダーエッチングがマスクの開口３１Ａ，３１Ｂ１まで達するようなエッチングとする必要がある。
例えば、図１８においては、アンダーエッチングがＬ１まで達していることから、エッチングされた面にシリコン酸化膜４２を成膜すると、その膜が基板２裏面のシリコン酸化膜４１と連続することになって、第２の結晶異方性エッチングにおける保護膜が形成される。
しかし、アンダーエッチングが、開口の縁部Ｌ２に達しないＬ３の位置までとすれば、エッチングされた面にシリコン酸化膜４２を成膜しても、Ｌ２とＬ３の間には、開口が形成されてしまい、この箇所で不要な第２の結晶異方性エッチングがなされてしまうことになる。なお、第１の結晶異方性エッチングにおける｛１１０｝面と｛１００｝面とのエッチングレートは、ほぼ１：１０であるので、例えば、１００μｍエッチングする場合は１０μｍ程度のアンダーエッチングを見込んで設定しておけばよい。
例えば、図１８においては、アンダーエッチングがＬ１まで達していることから、エッチングされた面にシリコン酸化膜４２を成膜すると、その膜が基板２裏面のシリコン酸化膜４１と連続することになって、第２の結晶異方性エッチングにおける保護膜が形成される。
しかし、アンダーエッチングが、開口の縁部Ｌ２に達しないＬ３の位置までとすれば、エッチングされた面にシリコン酸化膜４２を成膜しても、Ｌ２とＬ３の間には、開口が形成されてしまい、この箇所で不要な第２の結晶異方性エッチングがなされてしまうことになる。なお、第１の結晶異方性エッチングにおける｛１１０｝面と｛１００｝面とのエッチングレートは、ほぼ１：１０であるので、例えば、１００μｍエッチングする場合は１０μｍ程度のアンダーエッチングを見込んで設定しておけばよい。
次に、本発明の第３の実施形態を、図１９によって説明する。
この実施形態においては、（１１０）シリコン単結晶をシリコン基板２として使用する。
そして、第１の実施形態における図１のシリコン酸化膜４１の開口４１Ａの図（ｃ）上下方向のライン（ミラー面２ａの延びる方向）を（１００）面を横切る方向に設定する。
この場合、第１の結晶異方性エッチングによって、ミラー面２ａには、｛１００｝面が出現し、基板２の表裏面（１１０）に対して、４５度のミラー面２ａが形成される。一方、Ｖ溝部２Ｂ１のＶ状壁面２ｄには、３５．３度の傾斜の｛１１１｝面が出現する。
第２の結晶異方性エッチングにおいては、当接面２ｂとなる垂直面には、｛１１０｝面が出現する。そして、垂直面形成部２Ｂ２においてそれと直交する面は、図にＸで示すような｛１１１｝面が出現している。
以上説明した以外は、実施形態１で説明したことと同様である。
ただし、この実施形態においては、｛１１０｝面の垂直面を出すエッチングに、実施形態１，２における垂直面のエッチングに対して１０倍程度の時間を要する。また、Ｖ状壁面２ｄが表裏面となす傾斜角度が３５．３度と小さいことから、第１，第２実施形態と同様の深さに光ファイバを配置しようとすれば、溝を深くすることが必要になる。
この実施形態においては、（１１０）シリコン単結晶をシリコン基板２として使用する。
そして、第１の実施形態における図１のシリコン酸化膜４１の開口４１Ａの図（ｃ）上下方向のライン（ミラー面２ａの延びる方向）を（１００）面を横切る方向に設定する。
この場合、第１の結晶異方性エッチングによって、ミラー面２ａには、｛１００｝面が出現し、基板２の表裏面（１１０）に対して、４５度のミラー面２ａが形成される。一方、Ｖ溝部２Ｂ１のＶ状壁面２ｄには、３５．３度の傾斜の｛１１１｝面が出現する。
第２の結晶異方性エッチングにおいては、当接面２ｂとなる垂直面には、｛１１０｝面が出現する。そして、垂直面形成部２Ｂ２においてそれと直交する面は、図にＸで示すような｛１１１｝面が出現している。
以上説明した以外は、実施形態１で説明したことと同様である。
ただし、この実施形態においては、｛１１０｝面の垂直面を出すエッチングに、実施形態１，２における垂直面のエッチングに対して１０倍程度の時間を要する。また、Ｖ状壁面２ｄが表裏面となす傾斜角度が３５．３度と小さいことから、第１，第２実施形態と同様の深さに光ファイバを配置しようとすれば、溝を深くすることが必要になる。
また、各実施形態において、光ガイド２Ｃの基板２表面に集光レンズを作成することも可能である。これは、ミラー面２ａから光が光ガイド２Ｃ内を通過して、表面から光素子８の受光部に向けて出射する形態であって、特に、光ガイド２Ｃに入射する光ビームの径が大きく、したがって、光ガイド２Ｃの径も大きく設定した場合に、光素子８の受光部に向けて光を集光させる場合に有効である。
集光レンズを形成する場合には、シリコン基板２の表裏面にシリコン酸化膜４１を形成する前に、光ガイド２Ｃを後に形成する箇所に、先ず、集光レンズの形成を行う。形成方法としては、例えば、特開平６−１９４５０２号公報に開示されるような方法を用いればよい。すなわち、レンズ形成部を開口した保護膜の開口部に、平面視円形になるようにレジストを配置し、そのレジストを熱変形温度以上に加熱することで、レジストを熱変形と表面張力を利用して、所定の曲率半径の凸面形状にする。その上方から、シリコン基板に対して反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を施すことで、レジストの凸面形状をシリコン基板の表面に転写して、レンズを形成することができる。
集光レンズを形成する場合には、シリコン基板２の表裏面にシリコン酸化膜４１を形成する前に、光ガイド２Ｃを後に形成する箇所に、先ず、集光レンズの形成を行う。形成方法としては、例えば、特開平６−１９４５０２号公報に開示されるような方法を用いればよい。すなわち、レンズ形成部を開口した保護膜の開口部に、平面視円形になるようにレジストを配置し、そのレジストを熱変形温度以上に加熱することで、レジストを熱変形と表面張力を利用して、所定の曲率半径の凸面形状にする。その上方から、シリコン基板に対して反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を施すことで、レジストの凸面形状をシリコン基板の表面に転写して、レンズを形成することができる。
また、各実施形態においては、説明の都合上、１つの光素子８と１本の光ファイバ７を光接続するための、光素子モジュールについて記載したが、複数の並列の光素子と同じく複数で並列の光ファイバとをアレイとして光接続するために、光ファイバのガイド溝２Ｂ、光ガイド２Ｃ等を１つのシリコン基板２に並列に形成してもよい。
１‥光素子モジュール、２‥シリコン基板、２Ａ‥ミラー面形成凹部、２Ｂ‥ガイド溝、２Ｂ１‥Ｖ溝部、２Ｂ２垂直面形成部、２Ｃ‥光ガイド、２ａ‥ミラー面、２ｂ‥当接面、２ｄ‥Ｖ状壁面、３、３１‥シリコン窒化膜、４、４１、４２‥シリコン酸化膜、５‥メタル配線、６‥パッシベーション膜、７‥光ファイバ、８‥光素子、９‥半導体回路素子
Claims (6)
- シリコン基板の表面又は裏面の一方の面に光素子と半導体回路素子が搭載され、他方の面に、当該一方の面及び他方の面に略４５度傾斜するミラー面が形成されるとともに、前記ミラー面に対面する光ファイバが、前記他方の面に沿って形成されたＶ溝に配置される光素子モジュールの製造方法であって、
前記他方の面に対して、前記ミラー面と、前記Ｖ溝のＶ状側面とを第１の結晶異方性エッチングにより同時に形成する工程と、
前記一方の面及び他方の面に略垂直で、前記Ｖ溝の先端側に形成されて前記光ファイバ先端が突き当てられる当接面を、前記第１の結晶異方性エッチングとは異なる結晶面方位での第２の結晶異方性エッチングによって形成する工程とを含むことを特徴とする光素子モジュールの製造方法。 - 前記光素子の受光部又は発光部と前記ミラー面との間の前記シリコン基板内に、前記一方の面から基板厚さ方向に延びる円筒状の光ガイドを、ディープドライエッチングにより形成する工程を、さらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光素子モジュールの製造方法。
- 前記シリコン基板は、（１００）シリコン単結晶であって、前記第１の結晶異方性エッチングは｛１１０｝面を出現させるエッチングであり、前記第２の結晶異方性エッチングは｛１００｝面を出現させるエッチングであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光素子モジュールの製造方法。
- 前記第１の結晶異方性エッチングを、シリコン酸化膜とその上にシリコン窒化膜を積層したマスクによって行い、その後エッチングされた面に保護膜を成膜した後に、前記第２の結晶異方性エッチングを、前記シリコン窒化膜を除去することで前記シリコン酸化膜の開口を露出させたマスクによって行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光素子モジュールの製造方法。
- 前記当接面及び前記一方の面の少なくとも１面における光通過箇所に、光反射膜としてのシリコン窒化膜を形成する工程を、さらに含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光素子モジュールの製造方法。
- 光素子及び半導体回路素子を表面及び裏面の一方の面に搭載し、他方の面に光ファイバを搭載するシリコン基板と、
前記一方の面に搭載され、当該一方の面に形成されたメタル配線にバンプを介して接続される光素子及び半導体回路素子と、
前記他方の面に、当該他方の面に沿って搭載される光ファイバとを備え、
前記シリコン基板の前記他方の面には、前記一方の面及び他方の面に略４５度傾斜するミラー面と、前記ミラー面に対面する光ファイバを前記他方の面に沿って位置決め配置するためのＶ溝と、Ｖ溝の先端側に形成されて前記光ファイバ先端が当接される前記一方の面及び他方の面に略垂直な当接面とが形成され、
前記シリコン基板の前記一方の面には、前記光素子の受光部又は発光部と前記ミラー面との間に、前記一方の面から基板厚さ方向に延びる円筒状の孔からなる光ガイドが形成されていることを特徴とする光素子モジュール。
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