JP4008287B2 - 光学モジュール及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学モジュール及びその製造方法に係り、特に多数の光ファイバまたは光学部品などが実装される少なくとも１つ以上の溝が相異なる深さに形成され、コンベックスコーナー現象が生じないようにストッパホールを製造して光軸を正確に整列させる光学モジュール及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、光通信システムの伝送方式は、光通信網での伝送データの増加につれて波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：以下、ＷＤＭと略称する）伝送方式に変わってきた。このようなＷＤＭシステムにおいてネットワーク間の接続が要求されることによって、回線分配器（Ｏｐｔｉｃａｌ ｃｒｏｓｓｉｎｇ Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ：以下、ＯＸＣと略称する）、すなわち、光スイッチのような光学モジュールは必須的な核心素子となった。
【０００３】
このような光学モジュールは、図１Ａを参照すれば、マイクロミラー１０が配置されており、このマイクロミラー１０を駆動させるアクチュエータ１５と、前記アクチュエータ１５の回りに前記マイクロミラー１０に光信号を伝送する入力光ファイバ２０と、前記マイクロミラー１０から反射された光信号を受信して伝送する出力光ファイバ２２と、前記入力及び出力光ファイバ２０、２２とマイクロミラー１０との間に配置されて光を集束させるボールレンズ２５、２７が整列されている光学モジュール３０とで構成される。ここで、前記入力及び出力光ファイバ２０、２２はＶ溝３５に、前記ボールレンズ２５、２７はこのＶ溝３５に連通しているマイクロピット４０に各々配置される。そして、前記光ファイバ２０、２２、ボールレンズ２５及びマイクロミラー１０は光軸に一致するように配列される。
【０００４】
前述したように構成された光学モジュールは、前記入力光ファイバ２０から伝えられた光信号が前記ボールレンズ２５を経てマイクロミラー１０に反射された後、再び所定のボールレンズ２７を経て出力光ファイバ２２を通じて出力されて所定位置に光信号を伝送することになっている。前記ボールレンズ２５、２７は光信号を集束させて光損失を減らし、光路を最小化するのに使われる。
【０００５】
一方、図１Ｂに示されたように前記アクチュエータ１５を設置するためのホール１７とマイクロピット４０、及びマイクロピット４０とＶ溝３５との間に連結される部分にはコンベックスコーナー４５が形成されている。そして、前記アクチュエータ１５、ボールレンズ２５、２７及び前記光ファイバ２０、２２は各々その大きさが異なるために、その中心を光軸に整列させるためには、かかる素子を収容する前記ホール１７、前記Ｖ溝３５及び前記マイクロピット４０が相異なる深さを持たねばならない。
【０００６】
ところが、前記のような構造の光学モジュールの製造過程におけるエッチング時、エッチングしようとする溝の幅や深さによって時間や温度などの最適のエッチング条件が各々異なる。換言すれば、前記ホール１７、前記Ｖ溝３５及び前記マイクロピット４０が相異なる幅及び深さを有するので、それぞれのパターニングの通りにエッチングさせるためにはそれぞれのエッチング条件によってエッチングを行なわなければならない。しかし、従来には一回のパターニングによりエッチングが行われるために、エッチング時に何れか一箇所にエッチング条件を合せるか、あるいはこれらの平均的な条件でエッチング条件を設定するしかない。したがって、この場合、標準となった溝以外の他の溝ではそのエッチング条件が不適合であるために、パターニングの通りにはエッチングされず、平均的な条件によるとしてもそれぞれのエッチングに欠陥を持つしかない。
【０００７】
特に、前記マイクロピット４０やホール１７などのコンベックスコーナーパターン４５では、その形状が正確にエッチングされず、パターン形状が損傷される、いわゆるコンベックスコーナー現象が生じる。図１Ｂはエッチング以前のコンベックスコーナーのパターン４５がエッチング以後に大きく損傷されることを示している。斜線部分がコンベックスコーナーの損傷、例えば凹みによる損傷を示している。このようなコンベックスコーナーによる損傷により元の設計通りに正確な寸法の規格を得られなくて前記光ファイバ２０、２２やボールレンズ２５、２７などの光学素子の配置が異なる。その結果、光軸による各素子の整列が一致しなくなるので、光信号の正確な伝送が難しくなり、光損失を引き起こす。
【０００８】
したがって、このようなコンベックスコーナー現象によるパターンの損傷を防止するように、図２に示されたような特殊なコーナー補償パターン５０、５２が要求される。すなわち、コンベックスコーナー効果を考慮してエッチング時にこのような現象の発生を抑制するように補完する補償パターンをエッチングマスク６５上に形成し、それを用いて光学モジュールを製造することによって所望の形の光学モジュールが得られる。ここで、１７'及び４０'は、前記エッチングマスク６５に各々形成されたホール対応領域及びマイクロピット対応領域を示す。
【０００９】
このようなコーナー補償パターン５０、５２を用いて光学モジュールを製造する方法について説明する。
図３Ａ及び図３Ｂのように、両面研磨された（１００）方向の上部シリコンウェーハ６０にシリコンジオキシド(SiO2)６３を塗布した後、その上にシリコンエッチングマスクとして用いるためにＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いてシリコンナイトライド(Si3N4)６５を両面に蒸着する。次いで、図３Ｃのように前記両側のシリコンナイトライド層６５に各々反応イオンエッチング（ＲＩＥ）工程を通じてパターニングする。前記シリコンナイトライド層６５にはエッチング過程中にコンベックスコーナー効果によりパターン形状が損傷されないようにコーナー補償パターン５０、５２が追加される。
【００１０】
また、図４Ａ及び図４Ｂのように、下部シリコンウェーハ７０にもシリコンオキシド７２及びシリコンナイトライド７５を順次に蒸着した後、図４Ｃのように反応イオンエッチング（ＲＩＥ）工程によりパターニングする。
次いで、前記上部及び下部ウェーハ６０、７０を各々ＫＯＨ水溶液を用いて非等方性湿式エッチングを行い、図３Ｄ及び図４ＤのようにＶ溝対応領域６７、マイクロピット対応領域６８及びホール対応領域６９、６９'を形成する。そして、このように形成された前記上部ウェーハ６０と下部ウェーハ７０とを図５Ａ及び図５Ｂのように接着させる。
【００１１】
このように形成された光学モジュールのホール１７に前記マイクロミラーアクチュエータ１５を設け、Ｖ溝３５及びマイクロピット４０に各々光ファイバ２０、２２及びボールレンズ２５、２７を光軸に合わせて設ける。
前記製造工程と同様に、現在は一般にコーナー補償パターン５０、５２を用いて光学モジュールを製造しているが、コーナー補償パターン５０、５２の長さはエッチング深さの３倍以上が要求され、Ｖ溝３５とマイクロピット４０との深さの差が少ない場合にのみ望ましく用いられる。合わせて、コーナー補償パターンによって光学モジュールの製造のための全体的なパターンが複雑になり、その大きさも大きくなる。
【００１２】
また、光軸の位置が変われば、エッチング深さを異ならせねばならないために新たな形の補償パターンが要求される。すなわち、前記マイクロピット４０やホール１７の幅や深さによって補償パターン５０、５２を異ならして設計しなければならない。したがって、光軸が変わる度に補償パターンを新たに用意すべき煩わしさがある。
【００１３】
特に、光ファイバの入出力端が隣接している部分やコンベックスコーナーの影響が大きく現れる部分では、この補償パターン５０、５２が複雑になるので光路を最小化できなくなる。これにより、光路差による光損失を引き起こす。また、光学モジュールのチャンネル数が多くなるほど補償パターンを形成しにくく、補償パターンを使用するとしても、図６のＳＥＭ写真のようにコンベックスコーナー４５'の一部が損傷される問題が相変らず残って光学素子の小型化に対する要求を満たせなくなる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記問題点を解決するために案出されたものであって、コンベックスコーナーを補償するための補償パターン無しにコンベックスコーナー現象が防止されるように相異なる深さの少なくとも１つ以上の溝が備えられ、これらの間に基板を貫通したり、所定深さにエッチングされてストッパホールが形成された光学モジュール及びその製造方法を提供することが目的である。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本願第１発明は、ウェーハの第１面に、光学部品が配置され、前記第１面での開口が一定幅であり、少なくとも１つ以上の溝を形成する第１エッチング段階と、前記第１面とは前記ウェーハを介して反対面の前記ウェーハの第２面から、前記ウェーハが貫通するようにエッチングして、前記溝よりも幅が狭く、前記光学部品を安着させる少なくとも１つ以上のストッパホールを形成する第２エッチング段階とを含み、前記ストッパホールは、前記溝と連通しており、前記溝と交互に配置されており、前記第１エッチング段階の後、前記第２エッチング段階が行われるか、あるいは前記第２エッチング段階の後、前記第１エッチング段階が行われることを特徴とする光学モジュールの製造方法を提供する。
【００１６】
本願第２発明は、第１発明において、前記ウェーハの第１面及び第２面に各々第１エッチングマスク層を蒸着する段階と、前記第１面にある第１エッチングマスク層に少なくとも１つ以上の溝対応領域を１次パターニングする段階と、前記１次パターニングによって前記ウェーハの第１面から第１エッチングを行う段階と、前記ウェーハの第２面に第２エッチングマスク層を蒸着し、少なくとも１つ以上のストッパホール対応領域を２次パターニングする段階と、前記２次パターニングによって前記ウェーハの第２面から前記ウェーハが貫通するように第２エッチングを行う段階とを含むことを特徴とする光学モジュール製造方法を提供する。
本願第３発明は、第２発明において、前記１次パターニング段階において、光ファイバを実装するＶ溝対応領域、光学部品を実装するマイクロピット対応領域及びアクチュエータ組立て用ホール対応領域が露出されるようにパターニングすることを特徴とする光学モジュールの製造方法を提供する。
【００１７】
本願第４発明は、第３発明において、前記第１エッチング段階において、Ｖ溝対応領域、マイクロピット対応領域及びホール対応領域は相異なる深さでエッチングされることを特徴とする光学モジュールの製造方法を提供する。
本願第５発明は、第２乃至第４発明のいずれかにおいて、前記第１エッチングマスク層は、ＳｉＯ2またはＳｉ3Ｎ4を用いて形成されたことを特徴とする光学モジュールの製造方法を提供する。
【００１８】
本願第６発明は、第２乃至第４発明のいずれかにおいて、前記第２エッチングマスク層は、ＳｉＯ2、ＡＬまたはフォトレジストを用いて形成されたことを特徴とする光学モジュールの製造方法を提供する。
本願第７発明は、第１又は第２発明において、前記第１エッチングはＫＯＨ、ＮＨ4ＯＨまたは（ＣＨ3）4ＮＯＨを選択的に用いた湿式エッチングであることを特徴とする光学モジュールの製造方法を提供する。
【００１９】
本願第８発明は、第７発明において、前記第２エッチングは、乾式エッチング、サンドブラスト、レーザードリルのうち選択された何れか１つ以上によって行なわれることを特徴とする光学モジュールの製造方法を提供する。
本願第９発明は、第１発明において、前記ウェーハの第１面及び第２面に各々第１エッチングマスク層を蒸着する段階と、前記第１面にある第１エッチングマスク層に少なくとも１つ以上の溝対応領域を１次パターニングする段階と、前記ウェーハの第２面に第２エッチングマスク層を蒸着し、少なくとも１つ以上のストッパホール対応領域を２次パターニングする段階と、前記第２エッチングマスク層上に湿式エッチングマスク層を蒸着する段階と、前記１次パターニングによって前記ウェーハの第１面から第１エッチングを行う段階と、前記２次パターニングによって前記ウェーハの第２面から前記ウェーハが貫通するように第２エッチングを行う段階とを含むことを特徴とする光学モジュールの製造方法を提供する。
本願第１０発明は、第２発明において、前記第２エッチングの実行前に前記ウェーハの第１面にＡｌ、酸化物またはフォトレジストを蒸着する段階をさらに含むことを特徴とする光学モジュール製造方法を提供する。
【００２０】
本願第１１発明は、基板、前記基板上に光ファイバを実装するためのＶ溝、光学部品を実装するためのマイクロピット及びアクチュエータ組立て用ホールを備えた光学モジュールにおいて、前記光学部品を安着させ、前記Ｖ溝と前記マイクロピットとの間に相互連通するように位置し、前記基板を貫通して形成され、前記Ｖ溝及び前記マイクロピットよりも幅が狭い第１ストッパホールと、前記光学部品を安着させ、前記マイクロピットと前記ホールとの間に相互連通して位置し、前記基板を貫通して形成され、前記マイクロピット及び前記ホールよりも幅が狭い第２ストッパホールと、を含むことを特徴とする光学モジュールを提供する。
【００２１】
本願第１２発明は、基板上に少なくとも１つ以上の光学部品を実装するための少なくとも１つ以上の溝を有する光学モジュールにおいて、前記光学部品を安着させ、前記溝間を連通する領域に、前記基板の下面から貫通形成された、前記溝よりも幅が狭いストッパホールを含み、前記溝は、前記基板表面での開口が一定幅であり、前記ストッパホールは、前記溝と連通しており、前記溝と交互に配置されていることを特徴とする光学モジュールを提供する。
【００２２】
本願第１３発明は、ウェーハの下面から前記ウェーハが貫通するようにエッチングして少なくとも１つ以上のストッパホールを形成する第１エッチング段階と、前記ウェーハの上面に、前記上面での開口が一定幅であり、前記ストッパホールよりも幅が大きい、光素子実装用の少なくとも１つ以上の溝を形成する第２エッチング段階とを含み、前記ストッパホールは、前記光素子を安着させ、前記溝と連通しており、前記溝と交互に配置されており、前記第１エッチング段階の後、前記第２エッチング段階が行われるか、あるいは前記第２エッチング段階の後、前記第１エッチング段階が行われることを特徴とする光学モジュール製造方法。を提供する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明を詳しく説明する。
図７は本発明に係る光学モジュールを示す一部切開斜視図であって、本発明に係る光学モジュールは基板１０１上に相異なる深さを有する少なくとも１つ以上の溝を具備する。前記少なくとも１つ以上の溝は、例えば光ファイバ１００を実装するためのＶ溝１０５と、グリーンレンズやボールレンズのような光学部品１１０を実装するためのマイクロピット１１５と、アクチュエータ（図示せず）が設けられるホール１２５とで構成されうる。
【００２４】
そして、前記Ｖ溝１０５と前記マイクロピット１１５との間に前記溝１０５より狭幅の第１ストッパホール１０７が形成されている。前記マイクロピット１１５と前記ホール１２５との間に前記マイクロピット１１５より狭幅の第２ストッパホール１１７が形成されている。前記第１及び第２ストッパホール１０７、１１７は前記光ファイバ１０５及びグリーンレンズやボールレンズのような光学部品１１０が流動されず、安定的に装着させる。
【００２５】
また、前記Ｖ溝１０５、マイクロピット１１５及びホール１２５は前記第１及び第２ストッパホール１０７、１０９を通じて順序に連通している。したがって、前記Ｖ溝１０５に収容される光ファイバ１００を通じて伝送される光信号が前記第１ストッパホール１０７の上部を通過して前記マイクロピット１１５に収容される光学部品１１０を経て前記第２ストッパホール１１７の上部を通じてアクチュエータ（図示せず）まで障害なしに伝えられる。 次いで、前記のような光学モジュールを本発明の望ましい実施例によって製造する方法を説明する。
【００２６】
図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｄは、各々図７のI−I、III−III、V−V線を切断して見た場合の製造工程を対照して示した図面であって、図８Ｃ及び図８Ｅは各々図６のII−II、IV−IV、V−V線を切断して見た場合の製造工程を対照して示した図面である。
本発明の第１実施例に係る光学モジュールの製造方法は、図８Ａに示されたようにウェーハ１２８の第１面及び第２面に各々第１エッチングマスク層１３０、１４０を塗布する段階を含む。前記第１面は、例えば前記ウェーハ１２８の上面を、前記第２面は、例えば下面を各々示す。ここで、前記ウェーハ１２８の上面には、Ｓｉ3Ｎ4またはＳｉＯ2などを用いたシリコン湿式エッチングマスク層１３０を、下面にはＳｉＯ2、ＡＬまたはフォトレジスト層を用いた乾式エッチングマスク層１４０を各々蒸着しうる。または、前記ウェーハ１２８の上面及び下面の両面に湿式エッチングマスク層を蒸着しうる。
【００２７】
次いで、図８Ｂに示されたように前記上面の第１エッチングマスク層１３０を露光及びＲＩＥ工程により１次パターニングする。１次パターニング時、光ファイバ実装用Ｖ溝対応領域１３２、グリーンレンズやボールレンズのような光学部品実装用マイクロピット対応領域１３４、マイクロミラーアクチュエータ組立て用ホール対応領域１３６が形成される。そして、図８Ｃのように前記下面の第１エッチングマスク層１４０を２次パターニングして、第１ストッパホール対応領域１５２、第２ストッパホール対応領域１５４及びホール対応領域１５６を形成し、その上に第２エッチングマスク層として湿式エッチングマスク層１５０を蒸着する。
【００２８】
そして、図８Ｂに示した１次パターニングにより露出された面１３２、１３４、１３６を第１エッチングする。例えば、ＫＯＨ、ＮＨ4ＯＨまたは（ＣＨ3）4ＮＯＨを選択的に用いた湿式エッチングでＶ溝１０５、マイクロピット１１５及びホール１２５ａを形成する。この際、エッチング深さはグリーンレンズやボールレンズのような光学部品１１０の直径と光軸Ｃの位置を考慮して決定する。そうすると、前記Ｖ溝１０５はその幅によりエッチング深さが決定されて所定深さまでエッチングされ、前記Ｖ溝１０５より広幅の前記光学部品実装用マイクロピット１１５はエッチングし続けられて前記Ｖ溝１０５よりさらに深くエッチングされる。
【００２９】
次いで、図８Ｃに示した２次パターン１５２、１５４、１５６を用いて乾式エッチング、サンドブラスト、レーザードリルのうち選択された何れか１つ以上によって第２エッチングを行う。前記乾式エッチングは、例えば反応イオンエッチング工程で有り得る。この際、図８Ｅに示したように前記ウェーハ１２８の下面からエッチングし、上面まで貫通させることによって第１ストッパホール１０７、第２ストッパホール１１７及びアクチュエータ組立て用ホール１２５が形成される。
【００３０】
ここで、前記第１エッチング段階と第２エッチング段階は、その順番が変わっても関係ない。すなわち、前記ウェーハ１２８の下面から前記ウェーハ１２８が貫通するようにエッチングして第１及び第２ストッパホール１０７、１１７を形成した後、前記ウェーハの上面に光学部品を実装するための少なくとも１つ以上の溝を形成しうる。
【００３１】
次は本発明の第２実施例に係る光学モジュールの製造方法について説明する。図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｄは、各々図７のI−I、III−III、V−V線を切断して見た場合の製造工程を対照して示したものであって、図９Ｃ及び図９Ｅは各々図７のII−II、IV−IV、V−V線を切断して見た場合の製造工程を対照して示した図面である。図９Ａ及び図９Ｂに示したように、ウェーハ１５５の上面及び下面に各々第１エッチングマスク層１６０、１７０を蒸着し、前記下面の第１エッチングマスク層１７０上に第２エッチングマスク層１８０を塗布する。前記第１エッチングマスク層１６０、１７０は湿式エッチングマスク層であり、前記第２エッチングマスク層１８０は深反応イオンエッチング（deep-reactive ion etching：ＤＲＩＥ）用マスク層で有り得る。
【００３２】
そして、前記上面の第１エッチングマスク層１６０に露光及び反応イオンエッチング工程により１次パターニングして少なくとも１つ以上の溝対応領域を形成する。例えば、Ｖ溝対応領域１６２、マイクロピット対応領域１６４及びホール対応領域１６６を形成する。次いで、前記下面の第２エッチングマスク層１８０に２次パターニングして前記少なくとも１つ以上の溝対応領域間に第１及び第２ストッパホール対応領域１８２、１８４及びホール対応領域１８６を形成する。
【００３３】
次いで、図９Ｃに示されたように前記ウェーハ１５５の下面の２次パターニング上に第３エッチングマスク層１８５を蒸着する。この第３エッチングマスク層１８５は湿式エッチングマスク層である。そして、図９Ｄのように前記ウェーハ１５５の上面側で前記１次パターニングによって湿式エッチングを行ってＶ溝１０５とマイクロピット１１５とを形成する。次いで、図９Ｃに示されたように、前記第３エッチングマスク層１８５を除去し、深反応イオンエッチング工程で前記２次パターニングによってエッチングしてウェーハ１２８の下面から上面まで貫通させる。これにより、第１ストッパホール１０９、第２ストッパホール１１９及びアクチュエータ組立て用ホール１２５を形成する。
【００３４】
ここで、前記ウェーハ１５５の上面の第１エッチングマスク層１６０としてはＳｉＯ2またはＳｉxＮy、例えば、Ｓｉ3Ｎ4を使用し、前記第２エッチングマスク層１８０は、シリコン乾式エッチング工程のエッチングマスクとしてＳｉＯ2、ＡＬまたはフォトレジストを用いられる。
一方、前記第１及び第２実施例において第１エッチング、すなわち、シリコン湿式エッチング時に前記ウェーハ１２８、１５５の下面側に湿式エッチングマスク層１５０、１８５の代りに保護ジグまたは保護層を塗布しうる。
【００３５】
さらに他の第３実施例として、本発明の光学モジュールの製造方法は、ウェーハの上面に光ファイバ実装用Ｖ溝対応領域と光学部品実装用マイクロピット対応領域とを１次パターニングして第１エッチングする段階と、次いで前記ウェーハの上面で第１及び第２ストッパホール対応領域とアクチュエータ組立て用ホール対応領域とを２次パターニングして第２エッチングする段階とを含む。前記１次パターニング及び第１エッチング過程は前述した第１及び第２実施例と同様に行われるので、ここでは１次パターニング及び第１エッチングについてその詳細な説明を略す。
【００３６】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、図７のII−II、IV−IV、V−V線を切断して見た場合の製造工程を対照して示した図面である。ウェーハ１２８'の上面及び下面に各々第１エッチングマスク層１３０'、１４０'を蒸着し、第１エッチング後に前記ウェーハ１２８'の上面にある第１エッチングマスク層１３０'上に第２エッチングマスク層１５０'を蒸着する。次いで、図１０Ａに示されたように、前記第２エッチングマスク層１５０'を第２パターニングして第１及び第２ストッパホール対応領域１５２'、１５４'、及びホール対応領域１５６'を形成する。そして、前記第２パターニングに従って乾式エッチング工程により前記ウェーハ１２８'の上面からエッチングして第１及び第２ストッパホール１０７、１１７を形成する。
【００３７】
ここで、前記第１及び第２ストッパホール１０７、１１７は、前記ウェーハ１２８'を貫通させて形成する。また、前記ウェーハ１２８'の上面から第２エッチングを行う場合にウェーハ１２８'を貫通させず、所定深さだけエッチングすることもある。次いで、図６に示されたように、光信号が前記光ファイバ１００を通じてグリーンレンズまたはボールレンズのような光学部品１１０に伝達されるか、あるいは前記光学部品１１０からアクチュエータ（図示せず）方向に伝達される間に前記第１及び第２ストッパホール１０７、１１７による閉塞または妨害無しに伝送されうる。
【００３８】
また、前記第１、第２及び第３実施例において前記第２エッチングの前に前記ウェーハ１２８、１５５の上面にＡｌ、酸化物またはフォトレジストを蒸着する段階をさらに含みうる。こうして、ウェーハの下面から第２エッチング、すなわち、深反応イオンエッチング工程を行う時、前記ウェーハの上面の一部が貫通され、深反応イオンガスによりエッチング可能な上面の溝１０５やマイクロピット１１５などが損傷されることを防止しうる。
【００３９】
また、前記第１、第２及び第３実施例において、湿式エッチングの第１エッチング段階と乾式エッチングの第２エッチング段階との順番は変わっても関係ない。すなわち、本発明において光伝送を行うためにストッパホールをウェーハの上下面から乾式エッチングで予め形成した後、湿式エッチングでＶ溝対応領域、マイクロピット対応領域及びホール対応領域を形成しうる。
【００４０】
また、前記ストッパホールは、Ｖ溝とマイクロピットとの間に形成される第１ストッパホール、及びマイクロピットとホールとの間に形成される第２ストッパホールを少なくとも含む。それぞれのストッパホールは光部品などを固定する役割と共に光伝送を円滑にする。
本発明に係る光学モジュール及びその製造方法は、前述したように１次パターニングと２次パターニング、そして第１エッチング及び第２エッチングが独立して行われるので、コンベックスコーナー現象が起こらない。このようにコンベックスコーナーの影響を補償するためのマスク補償パターンが不要なので光入出力端の光路を最小化でき、これにより光損失の最小化、入出力チャンネルの多数化及び集積化を図れる。また、コンベックスコーナーが複雑で補償パターンの適用が不可能な部分にもコンベックスコーナー現象が生じないように光学部品を実装できるＶ溝及びマイクロピットが形成可能なので適用範囲に制約がない。
【００４１】
また、湿式エッチング工程を１回に減らすことによってマスク層配列の誤差によって生じる光学特性エラーを除去できて光信号伝送の信頼性を向上させうる。図１１は本発明によって製造された光学モジュールの光学ベンチを撮影したＳＥＭ写真であってストッパホールを中心にコンベックスコーナーのパターンが元の設計通りに正確に形成されることを確認した。１０５はＶ溝であり、１０７は第１ストッパホールであり、１１５はマイクロピットである。
【００４２】
【発明の効果】
本発明に係る光学モジュール及びその製造方法によれば、コンベックスコーナーを補償するための補償パターン無しにコンベックスコーナー現象が防止されるように相異なる深さの少なくとも１つ以上の溝が備えられ、これらの間に基板を貫通したり、所定深さにエッチングしてストッパホールを形成する。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】従来の光学モジュールの概略的な図面であり、
【図１Ｂ】従来の光学モジュールのエッチング前後の状態を比較した図面である。
【図２】従来の光学モジュールの製造工程時、コンベックスコーナー補償パターンが形成されたことを示す図面である。
【図３Ａ】従来の光学モジュールを製造する工程を示す図面である。
【図３Ｂ】従来の光学モジュールを製造する工程を示す図面である。
【図３Ｃ】従来の光学モジュールを製造する工程を示す図面である。
【図３Ｄ】従来の光学モジュールを製造する工程を示す図面である。
【図４Ａ】従来の光学モジュールを製造する工程を示す図面である。
【図４Ｂ】従来の光学モジュールを製造する工程を示す図面である。
【図４Ｃ】従来の光学モジュールを製造する工程を示す図面である。
【図４Ｄ】従来の光学モジュールを製造する工程を示す図面である。
【図５Ａ】従来の光学モジュールを製造する工程を示す図面である。
【図５Ｂ】従来の光学モジュールを製造する工程を示す図面である。
【図６】従来の方法によって製造された光学モジュールの損傷されたコンベックスコーナーを示すＳＥＭ写真である。
【図７】本発明に係る光学モジュールの一部切開斜視図である。
【図８Ａ】本発明の一実施例に係る製造工程を、図７のI−I、III−III、V−V線に沿って切断した部分別に対照して示す図面である。
【図８Ｂ】本発明の一実施例に係る製造工程を、図７のI−I、III−III、V−V線に沿って切断した部分別に対照して示す図面である。
【図８Ｃ】本発明の一実施例に係る製造工程を、図７のII−II、IV−IV、V−V線に沿って切断した部分別に対照して示す図面である。
【図８Ｄ】本発明の一実施例に係る製造工程を、図７のI−I、III−III、V−V線に沿って切断した部分別に対照して示す図面である。
【図８Ｅ】本発明の一実施例に係る製造工程を、図７のII−II、IV−IV、V−V線に沿って切断した部分別に対照して示す図面である。
【図９Ａ】本発明の他の実施例に係る製造工程を図７のI−I、III−III、V−V線に沿って切断した部分別に対照して示す図面である。
【図９Ｂ】本発明の他の実施例に係る製造工程を図７のI−I、III−III、V−V線に沿って切断した部分別に対照して示す図面である。
【図９Ｃ】本発明の他の実施例に係る製造工程を図７図７のII−II、IV−IV、V−V線に沿って切断した部分別に対照して示す図面である。
【図９Ｄ】本発明の他の実施例に係る製造工程を図７のI−I、III−III、V−V線に沿って切断した部分別に対照して示す図面である。
【図９Ｅ】本発明の他の実施例に係る製造工程を図７のII−II、IV−IV、V−V線に沿って切断した部分別に対照して示す図面である。
【図１０Ａ】本発明のさらに他の実施例に係る製造工程を図７のII−II、IV−IV、V−V線に沿って切断した部分別に対照して示す図面である。
【図１０Ｂ】本発明のさらに他の実施例に係る製造工程を図７のII−II、IV−IV、V−V線に沿って切断した部分別に対照して示す図面である。
【図１１】本発明によって製造された光学モジュールの光学ベンチを撮影したＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
１１０ 光ファイバ
１０１ 基板
１０５ Ｖ溝
１１０ 光学部品
１１５ マイクロピット
１２５ ホール
【発明の属する技術分野】
本発明は光学モジュール及びその製造方法に係り、特に多数の光ファイバまたは光学部品などが実装される少なくとも１つ以上の溝が相異なる深さに形成され、コンベックスコーナー現象が生じないようにストッパホールを製造して光軸を正確に整列させる光学モジュール及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、光通信システムの伝送方式は、光通信網での伝送データの増加につれて波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：以下、ＷＤＭと略称する）伝送方式に変わってきた。このようなＷＤＭシステムにおいてネットワーク間の接続が要求されることによって、回線分配器（Ｏｐｔｉｃａｌ ｃｒｏｓｓｉｎｇ Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ：以下、ＯＸＣと略称する）、すなわち、光スイッチのような光学モジュールは必須的な核心素子となった。
【０００３】
このような光学モジュールは、図１Ａを参照すれば、マイクロミラー１０が配置されており、このマイクロミラー１０を駆動させるアクチュエータ１５と、前記アクチュエータ１５の回りに前記マイクロミラー１０に光信号を伝送する入力光ファイバ２０と、前記マイクロミラー１０から反射された光信号を受信して伝送する出力光ファイバ２２と、前記入力及び出力光ファイバ２０、２２とマイクロミラー１０との間に配置されて光を集束させるボールレンズ２５、２７が整列されている光学モジュール３０とで構成される。ここで、前記入力及び出力光ファイバ２０、２２はＶ溝３５に、前記ボールレンズ２５、２７はこのＶ溝３５に連通しているマイクロピット４０に各々配置される。そして、前記光ファイバ２０、２２、ボールレンズ２５及びマイクロミラー１０は光軸に一致するように配列される。
【０００４】
前述したように構成された光学モジュールは、前記入力光ファイバ２０から伝えられた光信号が前記ボールレンズ２５を経てマイクロミラー１０に反射された後、再び所定のボールレンズ２７を経て出力光ファイバ２２を通じて出力されて所定位置に光信号を伝送することになっている。前記ボールレンズ２５、２７は光信号を集束させて光損失を減らし、光路を最小化するのに使われる。
【０００５】
一方、図１Ｂに示されたように前記アクチュエータ１５を設置するためのホール１７とマイクロピット４０、及びマイクロピット４０とＶ溝３５との間に連結される部分にはコンベックスコーナー４５が形成されている。そして、前記アクチュエータ１５、ボールレンズ２５、２７及び前記光ファイバ２０、２２は各々その大きさが異なるために、その中心を光軸に整列させるためには、かかる素子を収容する前記ホール１７、前記Ｖ溝３５及び前記マイクロピット４０が相異なる深さを持たねばならない。
【０００６】
ところが、前記のような構造の光学モジュールの製造過程におけるエッチング時、エッチングしようとする溝の幅や深さによって時間や温度などの最適のエッチング条件が各々異なる。換言すれば、前記ホール１７、前記Ｖ溝３５及び前記マイクロピット４０が相異なる幅及び深さを有するので、それぞれのパターニングの通りにエッチングさせるためにはそれぞれのエッチング条件によってエッチングを行なわなければならない。しかし、従来には一回のパターニングによりエッチングが行われるために、エッチング時に何れか一箇所にエッチング条件を合せるか、あるいはこれらの平均的な条件でエッチング条件を設定するしかない。したがって、この場合、標準となった溝以外の他の溝ではそのエッチング条件が不適合であるために、パターニングの通りにはエッチングされず、平均的な条件によるとしてもそれぞれのエッチングに欠陥を持つしかない。
【０００７】
特に、前記マイクロピット４０やホール１７などのコンベックスコーナーパターン４５では、その形状が正確にエッチングされず、パターン形状が損傷される、いわゆるコンベックスコーナー現象が生じる。図１Ｂはエッチング以前のコンベックスコーナーのパターン４５がエッチング以後に大きく損傷されることを示している。斜線部分がコンベックスコーナーの損傷、例えば凹みによる損傷を示している。このようなコンベックスコーナーによる損傷により元の設計通りに正確な寸法の規格を得られなくて前記光ファイバ２０、２２やボールレンズ２５、２７などの光学素子の配置が異なる。その結果、光軸による各素子の整列が一致しなくなるので、光信号の正確な伝送が難しくなり、光損失を引き起こす。
【０００８】
したがって、このようなコンベックスコーナー現象によるパターンの損傷を防止するように、図２に示されたような特殊なコーナー補償パターン５０、５２が要求される。すなわち、コンベックスコーナー効果を考慮してエッチング時にこのような現象の発生を抑制するように補完する補償パターンをエッチングマスク６５上に形成し、それを用いて光学モジュールを製造することによって所望の形の光学モジュールが得られる。ここで、１７'及び４０'は、前記エッチングマスク６５に各々形成されたホール対応領域及びマイクロピット対応領域を示す。
【０００９】
このようなコーナー補償パターン５０、５２を用いて光学モジュールを製造する方法について説明する。
図３Ａ及び図３Ｂのように、両面研磨された（１００）方向の上部シリコンウェーハ６０にシリコンジオキシド(SiO2)６３を塗布した後、その上にシリコンエッチングマスクとして用いるためにＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いてシリコンナイトライド(Si3N4)６５を両面に蒸着する。次いで、図３Ｃのように前記両側のシリコンナイトライド層６５に各々反応イオンエッチング（ＲＩＥ）工程を通じてパターニングする。前記シリコンナイトライド層６５にはエッチング過程中にコンベックスコーナー効果によりパターン形状が損傷されないようにコーナー補償パターン５０、５２が追加される。
【００１０】
また、図４Ａ及び図４Ｂのように、下部シリコンウェーハ７０にもシリコンオキシド７２及びシリコンナイトライド７５を順次に蒸着した後、図４Ｃのように反応イオンエッチング（ＲＩＥ）工程によりパターニングする。
次いで、前記上部及び下部ウェーハ６０、７０を各々ＫＯＨ水溶液を用いて非等方性湿式エッチングを行い、図３Ｄ及び図４ＤのようにＶ溝対応領域６７、マイクロピット対応領域６８及びホール対応領域６９、６９'を形成する。そして、このように形成された前記上部ウェーハ６０と下部ウェーハ７０とを図５Ａ及び図５Ｂのように接着させる。
【００１１】
このように形成された光学モジュールのホール１７に前記マイクロミラーアクチュエータ１５を設け、Ｖ溝３５及びマイクロピット４０に各々光ファイバ２０、２２及びボールレンズ２５、２７を光軸に合わせて設ける。
前記製造工程と同様に、現在は一般にコーナー補償パターン５０、５２を用いて光学モジュールを製造しているが、コーナー補償パターン５０、５２の長さはエッチング深さの３倍以上が要求され、Ｖ溝３５とマイクロピット４０との深さの差が少ない場合にのみ望ましく用いられる。合わせて、コーナー補償パターンによって光学モジュールの製造のための全体的なパターンが複雑になり、その大きさも大きくなる。
【００１２】
また、光軸の位置が変われば、エッチング深さを異ならせねばならないために新たな形の補償パターンが要求される。すなわち、前記マイクロピット４０やホール１７の幅や深さによって補償パターン５０、５２を異ならして設計しなければならない。したがって、光軸が変わる度に補償パターンを新たに用意すべき煩わしさがある。
【００１３】
特に、光ファイバの入出力端が隣接している部分やコンベックスコーナーの影響が大きく現れる部分では、この補償パターン５０、５２が複雑になるので光路を最小化できなくなる。これにより、光路差による光損失を引き起こす。また、光学モジュールのチャンネル数が多くなるほど補償パターンを形成しにくく、補償パターンを使用するとしても、図６のＳＥＭ写真のようにコンベックスコーナー４５'の一部が損傷される問題が相変らず残って光学素子の小型化に対する要求を満たせなくなる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記問題点を解決するために案出されたものであって、コンベックスコーナーを補償するための補償パターン無しにコンベックスコーナー現象が防止されるように相異なる深さの少なくとも１つ以上の溝が備えられ、これらの間に基板を貫通したり、所定深さにエッチングされてストッパホールが形成された光学モジュール及びその製造方法を提供することが目的である。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本願第１発明は、ウェーハの第１面に、光学部品が配置され、前記第１面での開口が一定幅であり、少なくとも１つ以上の溝を形成する第１エッチング段階と、前記第１面とは前記ウェーハを介して反対面の前記ウェーハの第２面から、前記ウェーハが貫通するようにエッチングして、前記溝よりも幅が狭く、前記光学部品を安着させる少なくとも１つ以上のストッパホールを形成する第２エッチング段階とを含み、前記ストッパホールは、前記溝と連通しており、前記溝と交互に配置されており、前記第１エッチング段階の後、前記第２エッチング段階が行われるか、あるいは前記第２エッチング段階の後、前記第１エッチング段階が行われることを特徴とする光学モジュールの製造方法を提供する。
【００１６】
本願第２発明は、第１発明において、前記ウェーハの第１面及び第２面に各々第１エッチングマスク層を蒸着する段階と、前記第１面にある第１エッチングマスク層に少なくとも１つ以上の溝対応領域を１次パターニングする段階と、前記１次パターニングによって前記ウェーハの第１面から第１エッチングを行う段階と、前記ウェーハの第２面に第２エッチングマスク層を蒸着し、少なくとも１つ以上のストッパホール対応領域を２次パターニングする段階と、前記２次パターニングによって前記ウェーハの第２面から前記ウェーハが貫通するように第２エッチングを行う段階とを含むことを特徴とする光学モジュール製造方法を提供する。
本願第３発明は、第２発明において、前記１次パターニング段階において、光ファイバを実装するＶ溝対応領域、光学部品を実装するマイクロピット対応領域及びアクチュエータ組立て用ホール対応領域が露出されるようにパターニングすることを特徴とする光学モジュールの製造方法を提供する。
【００１７】
本願第４発明は、第３発明において、前記第１エッチング段階において、Ｖ溝対応領域、マイクロピット対応領域及びホール対応領域は相異なる深さでエッチングされることを特徴とする光学モジュールの製造方法を提供する。
本願第５発明は、第２乃至第４発明のいずれかにおいて、前記第１エッチングマスク層は、ＳｉＯ2またはＳｉ3Ｎ4を用いて形成されたことを特徴とする光学モジュールの製造方法を提供する。
【００１８】
本願第６発明は、第２乃至第４発明のいずれかにおいて、前記第２エッチングマスク層は、ＳｉＯ2、ＡＬまたはフォトレジストを用いて形成されたことを特徴とする光学モジュールの製造方法を提供する。
本願第７発明は、第１又は第２発明において、前記第１エッチングはＫＯＨ、ＮＨ4ＯＨまたは（ＣＨ3）4ＮＯＨを選択的に用いた湿式エッチングであることを特徴とする光学モジュールの製造方法を提供する。
【００１９】
本願第８発明は、第７発明において、前記第２エッチングは、乾式エッチング、サンドブラスト、レーザードリルのうち選択された何れか１つ以上によって行なわれることを特徴とする光学モジュールの製造方法を提供する。
本願第９発明は、第１発明において、前記ウェーハの第１面及び第２面に各々第１エッチングマスク層を蒸着する段階と、前記第１面にある第１エッチングマスク層に少なくとも１つ以上の溝対応領域を１次パターニングする段階と、前記ウェーハの第２面に第２エッチングマスク層を蒸着し、少なくとも１つ以上のストッパホール対応領域を２次パターニングする段階と、前記第２エッチングマスク層上に湿式エッチングマスク層を蒸着する段階と、前記１次パターニングによって前記ウェーハの第１面から第１エッチングを行う段階と、前記２次パターニングによって前記ウェーハの第２面から前記ウェーハが貫通するように第２エッチングを行う段階とを含むことを特徴とする光学モジュールの製造方法を提供する。
本願第１０発明は、第２発明において、前記第２エッチングの実行前に前記ウェーハの第１面にＡｌ、酸化物またはフォトレジストを蒸着する段階をさらに含むことを特徴とする光学モジュール製造方法を提供する。
【００２０】
本願第１１発明は、基板、前記基板上に光ファイバを実装するためのＶ溝、光学部品を実装するためのマイクロピット及びアクチュエータ組立て用ホールを備えた光学モジュールにおいて、前記光学部品を安着させ、前記Ｖ溝と前記マイクロピットとの間に相互連通するように位置し、前記基板を貫通して形成され、前記Ｖ溝及び前記マイクロピットよりも幅が狭い第１ストッパホールと、前記光学部品を安着させ、前記マイクロピットと前記ホールとの間に相互連通して位置し、前記基板を貫通して形成され、前記マイクロピット及び前記ホールよりも幅が狭い第２ストッパホールと、を含むことを特徴とする光学モジュールを提供する。
【００２１】
本願第１２発明は、基板上に少なくとも１つ以上の光学部品を実装するための少なくとも１つ以上の溝を有する光学モジュールにおいて、前記光学部品を安着させ、前記溝間を連通する領域に、前記基板の下面から貫通形成された、前記溝よりも幅が狭いストッパホールを含み、前記溝は、前記基板表面での開口が一定幅であり、前記ストッパホールは、前記溝と連通しており、前記溝と交互に配置されていることを特徴とする光学モジュールを提供する。
【００２２】
本願第１３発明は、ウェーハの下面から前記ウェーハが貫通するようにエッチングして少なくとも１つ以上のストッパホールを形成する第１エッチング段階と、前記ウェーハの上面に、前記上面での開口が一定幅であり、前記ストッパホールよりも幅が大きい、光素子実装用の少なくとも１つ以上の溝を形成する第２エッチング段階とを含み、前記ストッパホールは、前記光素子を安着させ、前記溝と連通しており、前記溝と交互に配置されており、前記第１エッチング段階の後、前記第２エッチング段階が行われるか、あるいは前記第２エッチング段階の後、前記第１エッチング段階が行われることを特徴とする光学モジュール製造方法。を提供する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明を詳しく説明する。
図７は本発明に係る光学モジュールを示す一部切開斜視図であって、本発明に係る光学モジュールは基板１０１上に相異なる深さを有する少なくとも１つ以上の溝を具備する。前記少なくとも１つ以上の溝は、例えば光ファイバ１００を実装するためのＶ溝１０５と、グリーンレンズやボールレンズのような光学部品１１０を実装するためのマイクロピット１１５と、アクチュエータ（図示せず）が設けられるホール１２５とで構成されうる。
【００２４】
そして、前記Ｖ溝１０５と前記マイクロピット１１５との間に前記溝１０５より狭幅の第１ストッパホール１０７が形成されている。前記マイクロピット１１５と前記ホール１２５との間に前記マイクロピット１１５より狭幅の第２ストッパホール１１７が形成されている。前記第１及び第２ストッパホール１０７、１１７は前記光ファイバ１０５及びグリーンレンズやボールレンズのような光学部品１１０が流動されず、安定的に装着させる。
【００２５】
また、前記Ｖ溝１０５、マイクロピット１１５及びホール１２５は前記第１及び第２ストッパホール１０７、１０９を通じて順序に連通している。したがって、前記Ｖ溝１０５に収容される光ファイバ１００を通じて伝送される光信号が前記第１ストッパホール１０７の上部を通過して前記マイクロピット１１５に収容される光学部品１１０を経て前記第２ストッパホール１１７の上部を通じてアクチュエータ（図示せず）まで障害なしに伝えられる。 次いで、前記のような光学モジュールを本発明の望ましい実施例によって製造する方法を説明する。
【００２６】
図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｄは、各々図７のI−I、III−III、V−V線を切断して見た場合の製造工程を対照して示した図面であって、図８Ｃ及び図８Ｅは各々図６のII−II、IV−IV、V−V線を切断して見た場合の製造工程を対照して示した図面である。
本発明の第１実施例に係る光学モジュールの製造方法は、図８Ａに示されたようにウェーハ１２８の第１面及び第２面に各々第１エッチングマスク層１３０、１４０を塗布する段階を含む。前記第１面は、例えば前記ウェーハ１２８の上面を、前記第２面は、例えば下面を各々示す。ここで、前記ウェーハ１２８の上面には、Ｓｉ3Ｎ4またはＳｉＯ2などを用いたシリコン湿式エッチングマスク層１３０を、下面にはＳｉＯ2、ＡＬまたはフォトレジスト層を用いた乾式エッチングマスク層１４０を各々蒸着しうる。または、前記ウェーハ１２８の上面及び下面の両面に湿式エッチングマスク層を蒸着しうる。
【００２７】
次いで、図８Ｂに示されたように前記上面の第１エッチングマスク層１３０を露光及びＲＩＥ工程により１次パターニングする。１次パターニング時、光ファイバ実装用Ｖ溝対応領域１３２、グリーンレンズやボールレンズのような光学部品実装用マイクロピット対応領域１３４、マイクロミラーアクチュエータ組立て用ホール対応領域１３６が形成される。そして、図８Ｃのように前記下面の第１エッチングマスク層１４０を２次パターニングして、第１ストッパホール対応領域１５２、第２ストッパホール対応領域１５４及びホール対応領域１５６を形成し、その上に第２エッチングマスク層として湿式エッチングマスク層１５０を蒸着する。
【００２８】
そして、図８Ｂに示した１次パターニングにより露出された面１３２、１３４、１３６を第１エッチングする。例えば、ＫＯＨ、ＮＨ4ＯＨまたは（ＣＨ3）4ＮＯＨを選択的に用いた湿式エッチングでＶ溝１０５、マイクロピット１１５及びホール１２５ａを形成する。この際、エッチング深さはグリーンレンズやボールレンズのような光学部品１１０の直径と光軸Ｃの位置を考慮して決定する。そうすると、前記Ｖ溝１０５はその幅によりエッチング深さが決定されて所定深さまでエッチングされ、前記Ｖ溝１０５より広幅の前記光学部品実装用マイクロピット１１５はエッチングし続けられて前記Ｖ溝１０５よりさらに深くエッチングされる。
【００２９】
次いで、図８Ｃに示した２次パターン１５２、１５４、１５６を用いて乾式エッチング、サンドブラスト、レーザードリルのうち選択された何れか１つ以上によって第２エッチングを行う。前記乾式エッチングは、例えば反応イオンエッチング工程で有り得る。この際、図８Ｅに示したように前記ウェーハ１２８の下面からエッチングし、上面まで貫通させることによって第１ストッパホール１０７、第２ストッパホール１１７及びアクチュエータ組立て用ホール１２５が形成される。
【００３０】
ここで、前記第１エッチング段階と第２エッチング段階は、その順番が変わっても関係ない。すなわち、前記ウェーハ１２８の下面から前記ウェーハ１２８が貫通するようにエッチングして第１及び第２ストッパホール１０７、１１７を形成した後、前記ウェーハの上面に光学部品を実装するための少なくとも１つ以上の溝を形成しうる。
【００３１】
次は本発明の第２実施例に係る光学モジュールの製造方法について説明する。図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｄは、各々図７のI−I、III−III、V−V線を切断して見た場合の製造工程を対照して示したものであって、図９Ｃ及び図９Ｅは各々図７のII−II、IV−IV、V−V線を切断して見た場合の製造工程を対照して示した図面である。図９Ａ及び図９Ｂに示したように、ウェーハ１５５の上面及び下面に各々第１エッチングマスク層１６０、１７０を蒸着し、前記下面の第１エッチングマスク層１７０上に第２エッチングマスク層１８０を塗布する。前記第１エッチングマスク層１６０、１７０は湿式エッチングマスク層であり、前記第２エッチングマスク層１８０は深反応イオンエッチング（deep-reactive ion etching：ＤＲＩＥ）用マスク層で有り得る。
【００３２】
そして、前記上面の第１エッチングマスク層１６０に露光及び反応イオンエッチング工程により１次パターニングして少なくとも１つ以上の溝対応領域を形成する。例えば、Ｖ溝対応領域１６２、マイクロピット対応領域１６４及びホール対応領域１６６を形成する。次いで、前記下面の第２エッチングマスク層１８０に２次パターニングして前記少なくとも１つ以上の溝対応領域間に第１及び第２ストッパホール対応領域１８２、１８４及びホール対応領域１８６を形成する。
【００３３】
次いで、図９Ｃに示されたように前記ウェーハ１５５の下面の２次パターニング上に第３エッチングマスク層１８５を蒸着する。この第３エッチングマスク層１８５は湿式エッチングマスク層である。そして、図９Ｄのように前記ウェーハ１５５の上面側で前記１次パターニングによって湿式エッチングを行ってＶ溝１０５とマイクロピット１１５とを形成する。次いで、図９Ｃに示されたように、前記第３エッチングマスク層１８５を除去し、深反応イオンエッチング工程で前記２次パターニングによってエッチングしてウェーハ１２８の下面から上面まで貫通させる。これにより、第１ストッパホール１０９、第２ストッパホール１１９及びアクチュエータ組立て用ホール１２５を形成する。
【００３４】
ここで、前記ウェーハ１５５の上面の第１エッチングマスク層１６０としてはＳｉＯ2またはＳｉxＮy、例えば、Ｓｉ3Ｎ4を使用し、前記第２エッチングマスク層１８０は、シリコン乾式エッチング工程のエッチングマスクとしてＳｉＯ2、ＡＬまたはフォトレジストを用いられる。
一方、前記第１及び第２実施例において第１エッチング、すなわち、シリコン湿式エッチング時に前記ウェーハ１２８、１５５の下面側に湿式エッチングマスク層１５０、１８５の代りに保護ジグまたは保護層を塗布しうる。
【００３５】
さらに他の第３実施例として、本発明の光学モジュールの製造方法は、ウェーハの上面に光ファイバ実装用Ｖ溝対応領域と光学部品実装用マイクロピット対応領域とを１次パターニングして第１エッチングする段階と、次いで前記ウェーハの上面で第１及び第２ストッパホール対応領域とアクチュエータ組立て用ホール対応領域とを２次パターニングして第２エッチングする段階とを含む。前記１次パターニング及び第１エッチング過程は前述した第１及び第２実施例と同様に行われるので、ここでは１次パターニング及び第１エッチングについてその詳細な説明を略す。
【００３６】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、図７のII−II、IV−IV、V−V線を切断して見た場合の製造工程を対照して示した図面である。ウェーハ１２８'の上面及び下面に各々第１エッチングマスク層１３０'、１４０'を蒸着し、第１エッチング後に前記ウェーハ１２８'の上面にある第１エッチングマスク層１３０'上に第２エッチングマスク層１５０'を蒸着する。次いで、図１０Ａに示されたように、前記第２エッチングマスク層１５０'を第２パターニングして第１及び第２ストッパホール対応領域１５２'、１５４'、及びホール対応領域１５６'を形成する。そして、前記第２パターニングに従って乾式エッチング工程により前記ウェーハ１２８'の上面からエッチングして第１及び第２ストッパホール１０７、１１７を形成する。
【００３７】
ここで、前記第１及び第２ストッパホール１０７、１１７は、前記ウェーハ１２８'を貫通させて形成する。また、前記ウェーハ１２８'の上面から第２エッチングを行う場合にウェーハ１２８'を貫通させず、所定深さだけエッチングすることもある。次いで、図６に示されたように、光信号が前記光ファイバ１００を通じてグリーンレンズまたはボールレンズのような光学部品１１０に伝達されるか、あるいは前記光学部品１１０からアクチュエータ（図示せず）方向に伝達される間に前記第１及び第２ストッパホール１０７、１１７による閉塞または妨害無しに伝送されうる。
【００３８】
また、前記第１、第２及び第３実施例において前記第２エッチングの前に前記ウェーハ１２８、１５５の上面にＡｌ、酸化物またはフォトレジストを蒸着する段階をさらに含みうる。こうして、ウェーハの下面から第２エッチング、すなわち、深反応イオンエッチング工程を行う時、前記ウェーハの上面の一部が貫通され、深反応イオンガスによりエッチング可能な上面の溝１０５やマイクロピット１１５などが損傷されることを防止しうる。
【００３９】
また、前記第１、第２及び第３実施例において、湿式エッチングの第１エッチング段階と乾式エッチングの第２エッチング段階との順番は変わっても関係ない。すなわち、本発明において光伝送を行うためにストッパホールをウェーハの上下面から乾式エッチングで予め形成した後、湿式エッチングでＶ溝対応領域、マイクロピット対応領域及びホール対応領域を形成しうる。
【００４０】
また、前記ストッパホールは、Ｖ溝とマイクロピットとの間に形成される第１ストッパホール、及びマイクロピットとホールとの間に形成される第２ストッパホールを少なくとも含む。それぞれのストッパホールは光部品などを固定する役割と共に光伝送を円滑にする。
本発明に係る光学モジュール及びその製造方法は、前述したように１次パターニングと２次パターニング、そして第１エッチング及び第２エッチングが独立して行われるので、コンベックスコーナー現象が起こらない。このようにコンベックスコーナーの影響を補償するためのマスク補償パターンが不要なので光入出力端の光路を最小化でき、これにより光損失の最小化、入出力チャンネルの多数化及び集積化を図れる。また、コンベックスコーナーが複雑で補償パターンの適用が不可能な部分にもコンベックスコーナー現象が生じないように光学部品を実装できるＶ溝及びマイクロピットが形成可能なので適用範囲に制約がない。
【００４１】
また、湿式エッチング工程を１回に減らすことによってマスク層配列の誤差によって生じる光学特性エラーを除去できて光信号伝送の信頼性を向上させうる。図１１は本発明によって製造された光学モジュールの光学ベンチを撮影したＳＥＭ写真であってストッパホールを中心にコンベックスコーナーのパターンが元の設計通りに正確に形成されることを確認した。１０５はＶ溝であり、１０７は第１ストッパホールであり、１１５はマイクロピットである。
【００４２】
【発明の効果】
本発明に係る光学モジュール及びその製造方法によれば、コンベックスコーナーを補償するための補償パターン無しにコンベックスコーナー現象が防止されるように相異なる深さの少なくとも１つ以上の溝が備えられ、これらの間に基板を貫通したり、所定深さにエッチングしてストッパホールを形成する。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】従来の光学モジュールの概略的な図面であり、
【図１Ｂ】従来の光学モジュールのエッチング前後の状態を比較した図面である。
【図２】従来の光学モジュールの製造工程時、コンベックスコーナー補償パターンが形成されたことを示す図面である。
【図３Ａ】従来の光学モジュールを製造する工程を示す図面である。
【図３Ｂ】従来の光学モジュールを製造する工程を示す図面である。
【図３Ｃ】従来の光学モジュールを製造する工程を示す図面である。
【図３Ｄ】従来の光学モジュールを製造する工程を示す図面である。
【図４Ａ】従来の光学モジュールを製造する工程を示す図面である。
【図４Ｂ】従来の光学モジュールを製造する工程を示す図面である。
【図４Ｃ】従来の光学モジュールを製造する工程を示す図面である。
【図４Ｄ】従来の光学モジュールを製造する工程を示す図面である。
【図５Ａ】従来の光学モジュールを製造する工程を示す図面である。
【図５Ｂ】従来の光学モジュールを製造する工程を示す図面である。
【図６】従来の方法によって製造された光学モジュールの損傷されたコンベックスコーナーを示すＳＥＭ写真である。
【図７】本発明に係る光学モジュールの一部切開斜視図である。
【図８Ａ】本発明の一実施例に係る製造工程を、図７のI−I、III−III、V−V線に沿って切断した部分別に対照して示す図面である。
【図８Ｂ】本発明の一実施例に係る製造工程を、図７のI−I、III−III、V−V線に沿って切断した部分別に対照して示す図面である。
【図８Ｃ】本発明の一実施例に係る製造工程を、図７のII−II、IV−IV、V−V線に沿って切断した部分別に対照して示す図面である。
【図８Ｄ】本発明の一実施例に係る製造工程を、図７のI−I、III−III、V−V線に沿って切断した部分別に対照して示す図面である。
【図８Ｅ】本発明の一実施例に係る製造工程を、図７のII−II、IV−IV、V−V線に沿って切断した部分別に対照して示す図面である。
【図９Ａ】本発明の他の実施例に係る製造工程を図７のI−I、III−III、V−V線に沿って切断した部分別に対照して示す図面である。
【図９Ｂ】本発明の他の実施例に係る製造工程を図７のI−I、III−III、V−V線に沿って切断した部分別に対照して示す図面である。
【図９Ｃ】本発明の他の実施例に係る製造工程を図７図７のII−II、IV−IV、V−V線に沿って切断した部分別に対照して示す図面である。
【図９Ｄ】本発明の他の実施例に係る製造工程を図７のI−I、III−III、V−V線に沿って切断した部分別に対照して示す図面である。
【図９Ｅ】本発明の他の実施例に係る製造工程を図７のII−II、IV−IV、V−V線に沿って切断した部分別に対照して示す図面である。
【図１０Ａ】本発明のさらに他の実施例に係る製造工程を図７のII−II、IV−IV、V−V線に沿って切断した部分別に対照して示す図面である。
【図１０Ｂ】本発明のさらに他の実施例に係る製造工程を図７のII−II、IV−IV、V−V線に沿って切断した部分別に対照して示す図面である。
【図１１】本発明によって製造された光学モジュールの光学ベンチを撮影したＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
１１０ 光ファイバ
１０１ 基板
１０５ Ｖ溝
１１０ 光学部品
１１５ マイクロピット
１２５ ホール
Claims (13)
- ウェーハの第１面に、光学部品を実装するために前記第１面での開口がそれぞれ一定幅である溝を、実装される光学部品の光軸が整列するように複数形成する第１エッチング段階と、
前記第１面とは前記ウェーハを介して反対面の前記ウェーハの第２面から、前記ウェーハが貫通するようにエッチングして、前記溝よりも幅が狭く、前記溝に実装される光学部品の端部を前記溝との境界部分に位置させることによって前記光学部品を安着させる少なくとも１つ以上のストッパホールを形成する第２エッチング段階とを含み、
前記ストッパホールは、前記複数の溝に収容される光学部品の光軸に沿って前記複数の溝を連通するように配置されており、
前記第１エッチング段階の後、前記第２エッチング段階が行われるか、あるいは前記第２エッチング段階の後、前記第１エッチング段階が行われることを特徴とする光学モジュールの製造方法。 - 前記ウェーハの第１面及び第２面に各々第１エッチングマスク層を蒸着する段階と、
前記第１面にある第１エッチングマスク層に複数の溝対応領域を１次パターニングする段階と、
前記１次パターニングによって前記ウェーハの第１面から第１エッチングを行う段階と、
前記ウェーハの第２面に第２エッチングマスク層を蒸着し、少なくとも１つ以上のストッパホール対応領域を２次パターニングする段階と、
前記２次パターニングによって前記ウェーハの第２面から前記ウェーハが貫通するように第２エッチングを行う段階とを含むことを特徴とする請求項１に記載の光学モジュール製造方法。 - 前記１次パターニング段階において、
前記光学部品を実装するための複数の溝を形成するために前記各光学部品の光軸が整列するように、光ファイバを実装するＶ溝対応領域、光学部品を実装するマイクロピット対応領域及びアクチュエータ組立て用ホール対応領域が露出するようにパターニングすることを特徴とする請求項２に記載の光学モジュールの製造方法。 - 前記第１エッチング段階において、
Ｖ溝対応領域、マイクロピット対応領域及びホール対応領域は、それぞれ実装される光学部品の大きさに応じて、前記各光学部品の光軸が整列するように、相異なる深さでエッチングされることを特徴とする請求項３に記載の光学モジュールの製造方法。 - 前記第１エッチングマスク層は、ＳｉＯ2またはＳｉ3Ｎ4を用いて形成されたことを特徴とする請求項２ないし４のうち何れか１項に記載の光学モジュールの製造方法。
- 前記第２エッチングマスク層は、ＳｉＯ2、Ａｌまたはフォトレジストを用いて形成されたことを特徴とする請求項２ないし４のうち何れか１項に記載の光学モジュールの製造方法。
- 前記第１エッチングはＫＯＨ、ＮＨ4ＯＨまたは（ＣＨ3）4ＮＯＨを選択的に用いた湿式エッチングであることを特徴とする請求項１または２に記載の光学モジュールの製造方法。
- 前記第２エッチングは、乾式エッチング、サンドブラスト、レーザードリルのうち選択された何れか１つ以上によって行なわれることを特徴とする請求項７に記載の光学モジュールの製造方法。
- 前記ウェーハの第１面及び第２面に各々第１エッチングマスク層を蒸着する段階と、
前記第１面にある第１エッチングマスク層に少なくとも１つ以上の溝対応領域を１次パターニングする段階と、
前記ウェーハの第２面に第２エッチングマスク層を蒸着し、少なくとも１つ以上のストッパホール対応領域を２次パターニングする段階と、
前記第２エッチングマスク層上に湿式エッチングマスク層を蒸着する段階と、
前記１次パターニングによって前記ウェーハの第１面から第１エッチングを行う段階と、
前記２次パターニングによって前記ウェーハの第２面から前記ウェーハが貫通するように第２エッチングを行う段階とを含むことを特徴とする請求項１に記載の光学モジュールの製造方法。 - 前記第２エッチングの実行前に前記ウェーハの第１面にＡｌ、酸化物またはフォトレジストを蒸着する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の光学モジュール製造方法。
- 基板と、前記基板上に光ファイバを実装するためのＶ溝、光学部品を実装するためのマイクロピット及びアクチュエータ組立て用ホールを備えており、前記光ファイバ、光学部品およびアクチュエータの光軸が整列するように前記Ｖ溝、マイクロピット及びアクチュエータ組み立て用ホールが構成されている光学モジュールにおいて、
前記Ｖ溝およびマイクロピットに実装される光ファイバおよび光学部品の光軸に沿って前記Ｖ溝と前記マイクロピットとの間に相互連通するように位置し、前記Ｖ溝との境界部分に光ファイバの端部を位置させ前記光ファイバを安着させるために前記Ｖ溝よりも幅が狭く、前記マイクロピットとの境界部分に前記光学部品の端部を位置させ前記光学部品を安着させるために前記マイクロピットよりも幅が狭く、前記基板を貫通して形成される第１ストッパホールと、
前記マイクロピットおよびアクチュエータ組み立て用ホールに実装される光学部品およびアクチュエータの光軸に沿って前記マイクロピットとホールとの間に相互連通して位置し、前記マイクロピットの境界部分に光学部品の端部を位置させ前記光学部品を安着させるために前記マイクロピットよりも幅が狭く、前記基板を貫通して形成される第２ストッパホールと、
を含むことを特徴とする光学モジュール。 - 基板上に実装する複数の光学部品に対応して複数の溝を有する光学モジュールにおいて、
前記複数の溝に実装される光学部品の光軸に沿って前記複数の溝を連通し、前記溝との境界部分に前記光学部品の端部を位置させ前記光学部品を安着させるために前記溝よりも幅が狭く、前記基板の下面から貫通形成されたストッパホールを含み、
前記溝は、前記基板表面での開口がそれぞれ一定幅であり、
前記ストッパホールは、前記複数の溝に収容される光学部品の光軸に沿って前記複数の溝を連通するように配置されていることを特徴とする光学モジュール。 - ウェーハの下面から前記ウェーハが貫通するようにエッチングして少なくとも１つ以上のストッパホールを形成する第１エッチング段階と、
前記ウェーハの上面に、前記上面での開口がそれぞれ一定幅であり、前記ストッパホールよりも幅が大きい、光素子実装用の複数の溝を形成する第２エッチング段階とを含み、
前記ストッパホールは、前記溝との境界部分に光素子の端部を位置させ前記光素子を安着させるために前記溝よりも幅が狭く、前記溝に実装される光素子の光軸に沿って溝を連通するように配置されており、
前記第１エッチング段階の後、前記第２エッチング段階が行われるか、あるいは前記第２エッチング段階の後、前記第１エッチング段階が行われることを特徴とする光学モジュール製造方法。
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