JP5350859B2 - 光学部材および光学装置の製造方法と光学装置 - Google Patents

Description

この発明は、シリコン基板又はシリコンウエハを使用した少なくとも反射面を有する光学部材の製造方法、およびその光学部材を用いた光学装置の製造方法と、その光学装置に関する。

光通信や光インタコネクション等を実現するための光学装置、あるいはＣＤやＤＶＤ等の記録媒体に情報を記録したりその記録情報を読み出すための光ピックアップ等に使用される各種の光学装置には、反射面（ミラー）を有する光学部材が多用されている。
また、そのような光学装置として、反射面を有する光学部材に、半導体レーザや発光ダイオード等の発光デバイスと、フォトダイオードやフォトトランジスタあるいはＣＣＤ等の受光デバイス、導光デバイスあるいはＳＨＧ（第２高調波発生素子）等の波長変換デバイスなどの光学デバイスを設け、発光デバイスから出射した光が反射面で反射して光学デバイスに入射するようにした光学装置が従来から用いられている。

例えば特許文献１には、シリコン基板に楕円球曲面ミラーを形成し、そのシリコン基板の上部に搭載した面発光レーザ等の発光デバイスから出射する光を、その楕円球曲面ミラーで反射させて、シリコン基板上に設けた受光デバイス又は導波路に入射させるように構成した光学装置が開示されている。

また、特許文献２には、シリコンやＧａＡｓによって構成され、フォトダイオード等の受光素子が設けられた受光素子基板に、その一部を掘り込んで凹部を形成し、その凹部の底面上にミラー部材を設置して、受光素子基板上に搭載した半導体レーザから出射されるレーザ光線を上記ミラー部材の反射面によって略直角に反射させて、記録媒体に向けて出射させるように構成した光学装置が開示されている。

特開２００１−１４１９６５号公報 特開２００５−３４０４０８号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている光学装置は、シリコン基板に常に所定形状の楕円球曲面ミラーを形成することが極めて困難であり、さらにシリコン基板上に搭載した面発光レーザ等の発光デバイスと受光デバイス又は導波路とを、その発光点と受光点とが楕円球曲面ミラーの２つの焦点にそれぞれ一致するように位置決め配置しなければならず、その調整と配置には熟練した技術を要するという問題があった。

一方、特許文献２に記載されている光学装置は、受光素子が設けられた受光素子基板に凹部を形成し、その凹部の底面上に反射面が底面に対して４５°の角度をなすミラー部材を別に作成して設置する必要がある。しかし、シリコン基板等の半導体に異方性エッチングによって４５°の角度で反射面を形成するための条件は限られており、例えばミラー部材として、結晶軸が（１００）面に対して[１１０]方向にほぼ９．７°に傾斜するように作製されたシリコン基板を用い、ＫＯＨ（水酸化カリウム）やＴＨＭＡ（水酸化テトラメチルアンモニウム）によってエッチングし、そのエッチングによって形成された傾斜面に反射膜を蒸着する方法がとられる。

このような方法では、ミラー部材の材料が限られるという問題があると共に、受光素子基板の凹部の所定位置に、別に作成したミラー部材を接着しなければならないため、製造工数が多くかかり、コスト高の要因となるという問題もあった。

この発明はこのような現状に鑑みてなされたものであり、任意の角度あるいは曲面をなす反射面を有する光学部材、およびその光学部材を用いた光学装置を容易に製造できるようにすることを目的とする。また、発光デバイスと、受光デバイス、導光デバイスあるいは波長変換デバイス等の光学デバイスとを反射面を介して連携させた光学装置を安価に提供することも目的とする。

この発明は上記の目的を達成するため、その基本的な光学部材の製造方法は、シリコン基板の表面からその表面に垂直な方向にエッチングを行って、その表面に対して垂直な２平面と該２平面間を接続する斜面とを含む凹部を形成し、その斜面に反射性金属膜を被覆して反射面を形成する。

上記エッチングは、シリコン基板の表面に塗付されて上記凹部の平面形状と同じ開口又は切欠きが形成されたフォトレジストをエッチングマスクとして、異方性ドライエッチングで行う。
上記斜面への反射性金属膜の被覆は、シリコン基板の表面側から、該表面上に上記斜面に対応する位置から該斜面に垂直な方向に延びる開口を有するステンシルマスクを配置して、銀、アルミニウム又は金による斜め蒸着又はチルトスパッタリングによって行う。

上記２平面は互いに段違いで平行な面であり、上記反射面はその２平面に対して４５°の角度をなすことができる。
上記エッチングは、前述と同様に異方性ドライエッチングで行うことができるが、それをフッ化硫黄系のガスを酸素で希釈したガスによるエッチング処理と、フッ化炭素系ガスによる側壁保護膜形成処理とを交互に繰り返すボッシュ法によって行うとよい。

この発明による光学装置の製造方法は、上記の製造方法によって製造された光学部材を用い、上記２平面の一方に発光デバイスを、他方に受光デバイス、導光デバイス、あるいは波長変換デバイス等の光学デバイスをそれぞれ位置決め固定し、その発光デバイスから出射した光が上記反射面で反射して上記光学デバイスに入射するようにする。

この発明による光学装置は、上記の製造方法によって製造された光学部材と、その光学部材に形成された上記２平面の一方に位置決め固定された発光デバイスと、他方に位置決め固定された受光デバイス、導光デバイス、あるいは波長変換デバイス等の光学デバイスとからなり、その発光デバイスから出射した光が上記反射面で反射して上記光学デバイスに入射するように構成した光学装置である。

この発明による光学部材の製造方法はさらに、上記シリコン基板としてシリコンウエハを使用し、そのシリコンウエハの表面からその表面に垂直な方向にエッチングを行って、上記凹部をその平面形状の長手方向及び短手方向にそれぞれ複数個ずつ整列して形成し、その各凹部の上記斜面にそれぞれ反射性金属膜を被覆して上記反射面を形成する。
その後、上記シリコンウエハを、上記各凹部の上記２平面と上記反射面とからなる壁面側のシリコンウエハを所定幅だけ残して上記長手方向に沿って切断すると共に、該壁面と対向する壁面を除去するように長手方向に沿って切断して、複数個の光学部材が長手方向に連続した複数の短冊状部材とし、その各短冊状部材を上記各凹部の一対の短辺をなす各壁面を除去するようにそれぞれ短手方向に沿って切断して、個々の光学部材にする。

この光学部材の製造方法を利用したこの発明による光学装置の製造方法は、次の各工程を有する。
（ａ）シリコンウエハの表面からその表面に垂直な方向にエッチングを行って、その表面に対して垂直な２平面とその２平面間を接続する斜面とを含む凹部を、その平面形状の長手方向及び短手方向にそれぞれ複数個ずつ整列して形成する工程、
（ｂ）その各凹部の上記斜面にそれぞれ反射性金属膜を被覆して反射面を形成する工程、
（ｃ）その後、上記シリコンウエハを、上記各凹部の上記２平面と反射面とからなる壁面側のシリコンウエハを所定幅だけ残して長手方向に沿って切断すると共に、その壁面と対向する壁面を除去するように長手方向に沿って切断して、複数個の光学部材が長手方向に連続した複数の短冊状部材とする工程、
（ｄ）各短冊状部材のそれぞれ上記２平面と反射面とを設けた各光学装置の光学部材となる部分に、上記２平面の一方に発光デバイスを、他方に受光デバイス、導光デバイス、あるいは波長変換デバイス等の光学デバイスをそれぞれ位置決め固定して、その上記発光デバイスから出射した光が上記反射面で反射して上記光学デバイスに入射するようにする工程、
（ｅ）その後に、上記各短冊状部材を上記各凹部の一対の短辺をなす各壁面を除去するようにそれぞれ短手方向に沿って切断して、個々の光学装置にする工程、
そして、上記エッチングは、上記シリコン基板の表面に塗付されて上記凹部の平面形状と同じ開口又は切欠きが形成されたフォトレジストをエッチングマスクとして、異方性ドライエッチングで行い、上記斜面への反射性金属膜の被覆は、上記シリコン基板の表面側から、該表面上に上記斜面に対応する位置から該斜面に垂直な方向に延びる開口を有するステンシルマスクを配置して、銀、アルミニウム又は金による斜め蒸着又はチルトスパッタリングによって行う。

この発明による光学部材の製造方法は、シリコン基板の表面に垂直な方向にエッチングを行って、その表面に対して垂直な２平面とその２平面間を接続する斜面とを含む凹部を形成し、その斜面に反射性金属膜を被覆して反射面を形成するので、エッチングマスクの開口又は切欠きの形状によって任意の角度をなす反射面を容易に形成することができる。
そして、上記斜面への反射性金属膜の被覆を、シリコン基板の表面側から、該表面上に上記斜面に対応する位置から該斜面に垂直な方向に延びる開口を有するステンシルマスクを配置して、銀、アルミニウム又は金による斜め蒸着又はチルトスパッタリングによって行うので、上記斜面に選択的に反射性金属膜を被覆して、反射面以外の部分に金属膜が形成されないようにすることができ、光学部品を搭載したときに絶縁性を損なうことがない。

また、そのエッチングマスクの開口又は切欠きの形状によって、反射面と共に光学部品の載置面となる２平面も同時に形成した光学部材も容易に製造することができる。
さらに、その光学部材を用いて、発光デバイスと、受光デバイス、導光デバイスあるいは波長変換デバイス等の光学デバイスとを反射面を介して連携させた光学装置を容易に製造することもできる。
一枚のシリコンウエハから、多数の光学部材や光学装置を同時に製造することも可能になる。

この発明の製造方法によって製造された光学部材を用いた光学装置の一実施例を示す正面図である。 図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 図１の矢示Ａ方向から見た底面図である。 この発明による光学部材を製造するために使用するシリコン基板を得るための第１工程を示す正面図である。 同じくその第２工程を示す正面図である。 同じくその第３工程を示す正面図である。 この発明による光学部材の製造方法の第１実施例を説明するための第１工程を示す縦断面図である。 同じくその第２工程を示す縦断面図である。 図８におけるフォトマスクの平面図である。

図８に続く第３工程を示す図であり、（ｂ）は平面図、（ａ）そのＡ−Ａ線に沿う断面図である。 同じくその第４工程を示す図１０の（ａ）（ｂ）と同様な断面図と平面図である。 同じくその第５工程を示す図１０の（ａ）（ｂ）と同様な断面図と平面図である。 同じくその第６工程を示す図であり、（ｂ）は平面図、（ａ）そのＡ−Ａ線に沿う断面図である。 同じくその第７工程を示す図１３の（ａ）（ｂ）と同様な断面図と平面図である。 同じくその第８工程を示す図１３の（ａ）（ｂ）と同様な断面図と平面図である。 光学部材を切り出すためのシリコン基板のダイシングラインを示す拡大平面図である。 切り出した光学部材の平面図である。 図１７の光学部材を反時計回りに１８０°回転させた状態でさらに拡大して示す斜視図である。

１枚のシリコンウエハから複数の光学部材を同時に製造する場合のエッチング完了状態を示す斜視図である。 図１９における一点鎖線で示す各ダイシングラインで切断して得た２個の光学部材が長手方向に連続した短冊状部材の斜視図である。 図２０に示した短冊状部材を本体部となる側を下側にした状態の正面図（ａ）と平面図（ｂ）である。 図２１に示した短冊状部材に光学部品を取り付けた状態の正面図（ａ）と平面図（ｂ）である。 図２１に示した短冊状部材を図２２に示した一点鎖線で示す各ダイシングラインで切断して得た一個の光学装置の正面図（ａ）と平面図（ｂ）である。 図１に示した光学装置の光学部材の形状を一部変更した例を光学部材の本体部を縦断面にして示す正面図である。

傾斜した平面状の反射面のみを設けた光学部材の製造方法における反射面作成工程を示す平面図である。 図２５におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 完成した傾斜した平面状の反射面のみを設けた光学部材の斜視図である。 楕円筒面状の反射面のみを設けた光学部材の製造方法における反射面作成工程を示す平面図である。 図２８におけるＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 完成した楕円筒面状の反射面のみを設けた光学部材の斜視図である。 この発明による光学部材の製造方法の変更例を示す図１９と同様な斜視図である。

以下、この発明を実施するための形態を図面に基づいて具体的に説明する。
〔光学装置の一実施例〕
まず、後述するこの発明の製造方法によって製造される光学部材を用いた光学装置の一実施例を図１から図３によって説明する。図１はその光学装置の正面図、図２は図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図、図３は図１の矢示Ａ方向から見た底面図である。

この光学装置は、シリコン（Ｓｉ）基板から形成された反射面１３を有する光学部材１に光学部品を搭載している。すなわち、発光デバイスとして半導体レーザ発生素子であるレーザダイオード２と、光学デバイスとして波長変換デバイスである第２高調波発生（ＳＨＧ：Second Harmonic Generation）素子３を搭載している。

光学部材１は、段違いで平行な２平面からなる上部載置面１１および下部載置面１２と、その２平面を接続する斜面にアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等の反射性金属膜が被覆された反射面（ミラー）１３とを有する本体部１０と、図１で本体部１０の後面から上方へ長方形に延びている壁部１５とからなる。その壁部１５は、図２に示すようにシリコン層１５ａの表面に二酸化珪素（ＳｉＯ_２）膜１５ｂが被覆されている。

レーザダイオード２は、図１に示すように本体部１０の上部載置面１１上に位置決め載置され、上部載置面１１と壁部１５に接着剤（図示を省略）で固定されている。そして、図１で右端側の所定部分が反射面１３上に張り出して延びており、その部分の下面に発光部２ａが設けられている。

そのレーザダイオード２上には放熱用のサブマウント（Ｓｉ又はＡｌＮからなる基板）４が載置されており、レーザダイオード２の上面と壁部１５に接着剤（図示を省略）によって固定されている。上記いずれの接着剤としても銀ペーストのような金属性接着剤を用いるのが放熱性を高めるために望ましい。
レーザダイオード２で発生した熱は、その下面から本体部１０に放熱されると共に、上面からサブマウント４を通して壁部１５に放熱される。

一方、波長変換デバイスであるＳＨＧ素子３は、一端面３ａを反射面１３に向けて本体部１０の下部載置面１２上に位置決め載置され、その下部載置面１２と壁部１５に銀ペーストのような熱の伝導性のある接着剤で固定されている。
反射面１３は互いに平行な上部載置面１１および下部載置面１２の延長線に対する傾斜角度θが４５°になっている。

そして、レーザダイオード２の発光部２ａから略垂直下方に反射面１３に向けて出射されるレーザ光が反射面１３によって反射され、９０°偏向されて略水平な方向に向きを変え、ＳＨＧ素子３の受光面である一端面３ａに入射する。ＳＨＧ素子３に入射したレーザ光はＳＨＧ素子３によってその波長が１／２（振動数は２倍）に変換されて他端面３ｂから出射する。例えば、レーザダイオード２が出射するレーザ光の波長が１０６４ｎｍの場合、ＳＨＧ素子３から出射するレーザ光の波長は５３２ｎｍになる。

また、図３に示すように、レーザダイオード２とＳＨＧ素子３の幅は、本体部１０の上部載置面１１及び下部載置面１２の幅より広く、本体部１０の壁部１５がない側の幅方向にはみ出している。このようにすれば、レーザダイオード２およびＳＨＧ素子３の各裏面におけるこのはみ出した部位に、Ｔ１、Ｔ２で例示するように配線用の端子を設けることができ、他のデバイスとの配線をワイヤボンディング等によって容易に行うことができる。
この光学装置（ＳＨＧ素子を用いたレーザ光源）は、小型プロジェクタ等の光源用のレーザモジュールに利用可能である。そして、構造が簡単で製造容易であり、安価でコンパクトなレーザモジュールを提供することができる。

発光デバイスとして、レーザダイオードに代えて発光ダイオード（ＬＥＤ）やその他の発光デバイスを用いてもよい。また、他方の光学デバイスとしてＳＨＧ素子に代えて、フォトトランジスタやフォトダイオードなどの受光デバイスや、光ファイバのような導波路等の導光デバイス、セルフォックレンズ（登録商標）などを用いることもできる。

なお、レーザダイオードとして端面発光のものを使用することもでき、その場合は、レーザダイオードを下部載置面１２上に搭載して、その先端面から出射するレーザ光を反射面１３で反射させて上方に向けてそのまま出射させるか、受光デバイスや導光デバイスなどの光学デバイスを上部載置面１１から反射面１３上に張り出して設けたり、あるいは壁部１５に固定して設け、反射面１３で反射されたレーザ光をその光学デバイスに入射させるようにすればよい。上部載置面１１と下部載置面１２は必ずしも互いに平行でなくてもよいし、それらの面に対する反射面１３の傾斜角度も４５°に限るものではない。

〔光学部材の製造方法の第１実施例〕
次に、上述した光学装置に使用した光学部材のこの発明による製造方法の第１実施例について説明する。
先ず、この発明による光学部材の製造方法に使用するシリコン基板を得るための工程を、図４から図６によって説明する。これらの図は、いずれもシリコン基板の表面に平行な方向から見た正面図である。

図４はその第１工程を示し、同じ大きさの第１のシリコン（Ｓｉ）基板５１と第２のシリコン（Ｓｉ）基板５２とを用意する。第１のシリコン基板５１はシリコンのみからなる基板であり、第２のシリコン基板５２は一方の表面全体が酸化されて二酸化珪素（ＳｉＯ_２）膜５３が形成されている。

図５は第２工程を示し、ＳＯＩ基板を作製する場合と同様に、第１のシリコン基板５１と第２のシリコン基板５２とを二酸化珪素膜５３を挟んで表面活性化させて接合する。
図６は第３工程を示し、第２のシリコン基板５２を二酸化珪素膜５３が形成されていない面側から研磨してその厚さを薄くし、前述した光学部材１の壁部１５として必要なだけを残す。このようにして、エッチングストッパとして機能する二酸化珪素膜５３を設けたシリコン基板５を準備することができる。

そこで、このシリコン基板５を使用して前述した光学部材１を製造する方法を、図７から図１８によって工程順に説明する。
先ず第１工程では、図７に示すようにシリコン基板５の表面全体に感光性樹脂であるフォトレジスト６を塗付する。フォトレジストは光や電子線等によって現像液に対する溶解性が変化する組成物であり、ネガ型とポジ型とがある。ここでは、露光されると現像液に対する溶解性が増大し、現像によって露光部が除去されるポジ型のフォトレジストを使用する。

次の第２工程では、図８に示すようにフォトレジスト６の上面にフォトマスク７を載置する。そのフォトマスク７には、図９に示すように開口７ｈが形成されている。その開口７ｈは一対の長辺と一対の短辺とからなる略長方形であるが、その一対の長辺の一方（図９では上側）が変形しており、この例では互いに段違いで平行な２部分７ａ，７ｂとその２部分の間を接続する４５°の傾斜辺７ｃとからなっている。したがってその開口７ｈは、幅が狭い部分と幅が広い部分と幅が変化する部分とからなる。このフォトマスク７をフォトレジスト６の上面に密着させずに、離間させて配置する場合もある。

そして、第３工程で図８において上方から紫外線を照射して露光すると、フォトマスク７の開口７ｈに対応する部分だけフォトレジスト６が露光されて現像液に対する溶解性が増大する。そこで、アルカリ溶液による現像液で現像すると、図１０に示すようにフォトレジスト６にフォトマスク７の開口７ｈと同じ形状の開口６ｈが形成され、その開口６ｈ内だけシリコン基板５の表面５ａが露出する。
図１０において、（ｂ）は平面図であり、（ａ）はそのＡ−Ａ線に沿う断面図である。以下の図１１から図１５においても、（ｂ）は平面図であり、（ａ）は図１０の（ａ）と同様な断面図である。

次の第４工程では、フォトレジスト６をエッチングマスクにして、シリコン基板５に対してその表面５ａからその表面５ａに垂直な方向にエッチングを行って、図１１に示すように内壁面５ｂが表面５ａに対して垂直で、フォトレジスト６の開口６ｈと同じ平面形状の凹部５ｈを形成する。シリコン基板５の二酸化珪素膜５３がエッチングストッパとして機能するため、エッチングはそこで止まり、第１のシリコン基板５１だけがエッチングされ、穴状の凹部が形成される。
そして、このシリコン基板５の凹部５ｈの内壁面５ｂにおける変形した長辺に対応する面は、互いに段違いで平行な２平面５１ａ，５１ｂと、その２平面５１ａ，５１ｂの間を接続する斜面５１ｃとから成っている。

このように、シリコン基板５に対してその表面５ａに垂直な方向にエッチングするために、この実施例では異方性ドライエッチングを行なうが、その代表的な方法としてボッシュ法（ガスチョッピング法とも称す）がある。このエッチング方法は、エッチング処理と側壁保護膜形成処理とを交互に繰り返すことによって、異方性の高いエッチングを可能にする。
エッチング処理は、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）のようなフッ化硫黄系のガスを酸素（Ｏ_２）で希釈したガスによって行なう。側壁保護膜形成処理は、Ｃ_４Ｆ_８のようなフッ化炭素系ガスによって側壁保護膜を形成する。
例えば、次のような条件でエッチング処理と側壁保護膜形成処理を行なう。

エッチング処理 側壁保護膜形成処理
ＳＦ_６ １００sccm ０sccm
Ｏ_２ ５sccm ０sccm
Ｃ_４Ｆ_８ ０sccm １００sccm

ＲＦ電力 ４００Ｗ ４００Ｗ
バイアス電力 ３０Ｗ ０Ｗ
時 間 １０sec ５sec

上記の条件で、エッチング処理を１０秒、側壁保護膜形成処理を５秒の１サイクルで、０．５μｍエッチングされ、４００μｍ削るには８００サイクルを要する。上記の条件における「sccm」は、大気圧（１．０１３ｈＰａ）で０℃あるいは２５℃などの一定温度で規格化した流量（ｃｃ／ｍｉｎ）である。
ボッシュ法以外の異方性ドライエッチングとしては、Ｆ原子でシリコン表面を飽和被覆している状態にアルゴン（Ａｒ）イオンを衝撃させるイオン誘起増速エッチングや、塩素（Ｃｌ_２）とアルゴンイオン照射の複合効果によるエッチングなどもある。

このエッチング処理後、第５工程で図１２に示すように、用いたフォトレジストに応じた剥離液もしくはアッシング（灰化処理）によってフォトレジスト６を除去する。
さらに、シリコン基板５の凹部５ｈの内壁面５ｂには上記エッチング処理により細かな縞状の凹凸ができているので、酸化とＨＦガスによる平坦化処理を行い、特に斜面５１ｃの平面度を高める。

次の第６工程では、図１３に示すようにシリコン基板５の表面５ａ上に金属製のステンシルマスク８を位置合わせして設置する。そのステンシルマスク８には、シリコン基板５の凹部５ｈを覆う部分に、斜面５１ｃに対応する位置からその斜面５１ｃに垂直な方向に延びる開口８ｈが形成されている。

そして、第７工程ではこのようにステンシルマスク８を設置したシリコン基板５をスパッタ装置に入れ、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）又は金（Ａｕ）を蒸着材あるいはスパッタ材として、図１４に平行な３本の矢印線で示すようにステンシルマスク８の開口８ｈを通して、斜面５１ｃに対して斜め蒸着あるいはチルトスパッタリングを行なう。それによって、シリコン基板５の凹部５ｈの内壁面５ｂのうち、斜面５１ｃに選択的に反射性金属膜を被覆して、図１５に示す反射面１３にする。その他の部分にはなるべく金属膜が形成されないようにすることが、光学部品を搭載したときに絶縁性を損なわないために好ましい。

反射性金属膜の材料として、銀、アルミニウム又は金のいずれを使用するかによって反射面の反射特性が異なる。したがって、発光デバイス（レーザダイオードやＬＥＤ）の発光波長特性に応じて、反射性金属膜の材料を選択するとよい。
その後、第８工程でシリコン基板５をスパッタ装置から取り出し、ステンシルマスク８を除去すると図１５に示すようになる。

図１６は、このように反射面１３等を形成したシリコン基板５から、次の第９工程で光学部材を切り出すためのシリコン基板のダイシングラインを示す拡大平面図である。
シリコン基板５の凹部５ｈの平面５１ａ，５１ｂと反射面１３がある側の辺だけは、光学部材の本体部１０となる部分のシリコン基板５を所定幅だけ残して横ダイシングラインＨ１に沿って切断するが、それ以外の各辺は、いずれも凹部５ｈの内壁面の内側近傍を通る横ダイシングラインＨ２と縦ダイシングラインＶ１，Ｖ２に沿って切断する。これらの切断はダイシングソーによって行う。

図１７はその切り出した光学部材の平面図であり、図１８は完成した図１７の光学部材を反時計回りに１８０°回転させた状態でさらに拡大して示す斜視図である。これらの図では、図１から図３で説明した光学装置の光学部材１における各部の名称と符号を用いる。
この光学部材１は本体部１０と壁部１５からなり、本体部１０は、図１６においてシリコン基板５の表面５ａに垂直な凹部５ｈの内壁面５ｂの一部である互いに段違いで平行な２平面に５１ａ，５１ｂが上部載置面１１と下部載置面１２となり、その間に斜面５１ｃに反射性金属膜を被覆した反射面１３が設けられている。

長方形の壁部１５を構成するシリコン層１５ａと二酸化珪素膜１５ｂは、図１５等におけるシリコン基板５の第２のシリコン基板５２とその表面に形成された二酸化珪素膜５３である。
この光学部材１を用いて、図１から図３によって説明した光学装置を容易に製造することができる。

この発明による光学部材の製造方法は、シリコン基板に反射面にするための面を形成するのに、シリコン基板の表面に対して垂直方向にエッチングを行って、エッチングマスクとなるフォトレジストの開口の平面形状によって、シリコン基板の表面に垂直な面を形成するので、シリコン基板の面方位や結晶軸の方向等に係わりなく任意の角度の斜面あるいは曲面を形成することがきる。また、発光デバイス等の光学デバイスを載置するための載置面も同時にエッチングによって形成することができる。

上述した実施例では、シリコン基板５に二酸化珪素膜を設けたものを使用して、それをエッチングストッパとしてエッチングの深さを規制したが、二酸化珪素膜を設けないシリコン基板を使用して、エッチング時間あるいはボッシュ法によるエッチングのサイクル数によって、エッチングの深さを制御することもできる。

また、上述した実施例では、表面に垂直な内壁面を有する凹部を形成したシリコン基板から光学部材として必要な部分を切り出す前に、その内壁面の一部をなす斜面に斜め蒸着やチルトスパッタリングによって反射性金属膜を被覆して反射面を形成したが、光学部材として必要な部分を切り出した後に、その斜面に蒸着やスパッタリングによって反射性金属膜を被覆して反射面を形成するようにしてもよい。

〔光学部材の製造方法の第２実施例〕
次に、この発明による光学部材の製造方法の第２実施例について図１９から図２３によって説明する。
この実施例は１枚のシリコンウエハから複数（多数）の光学部材を同時に製造する方法であり、光学装置も複数個一緒に製造できる。

そのため、図１９に示すようにシリコン基板として大径で充分な厚さを有するシリコンウエハ５０を使用する。このシリコンウエハ５０は、図４から図６で説明したシリコン基板５と同様に、シリコンだけのシリコンウエハと表面に二酸化珪素膜を形成したシリコンウエハとを貼り合わせて、二酸化珪素膜を形成したシリコンウエハを研磨して厚さを薄くしたものであるが、図１９ではその層構成は図示を省略している。

前述した第１実施例と同様に、このシリコンウエハ５０の表面５０ａからその表面５０ａに垂直な方向にエッチングを行って、第１実施例と同じ形状の凹部５０ｈをその平面形状の長手方向及び短手方向にそれぞれ複数個ずつ整列（図１９に示す例では長手方向に２個ずつ、短手方向に３個ずつ整列）して形成し、その各凹部５０ｈの内壁面の一部をなす斜面にそれぞれ反射性金属膜を被覆して反射面１３としている。その反射面１３の両側には上部載置面１１と下部載置面１２となる互いに段違いで平行な２平面を形成している。

ここまでの工程は、同時に６個の凹部を形成し、その各斜面に同時に反射性金属膜を被覆すること以外は、前述した第１実施例と同じであるから、その説明は省略する。
この状態から、図１９に一点鎖線で示す各ダイシングラインで切断して、２個の光学部材が長手方向に連続した短冊状部材とする。図２０はその短冊状部材の斜視図である。
この短冊状部材６０は、図１９のシリコンウエハ５０を、各凹部５０ｈの上部載置面１１と下部載置面１２と反射面１３とからなる壁面側のシリコンウエハを所定幅だけ残して長手方向に沿って切断すると共に、上記壁面と対向する壁面を除去するように長手方向に沿って切断している。

厚さ方向には、２組の上部載置面１１と下部載置面１２と反射面１３を形成した第１のシリコン基板６１と、二酸化珪素膜６３を設けた第２のシリコン基板６２とが貼り合わされている。図２１の（ａ）はその短冊状部材６０を本体部となる側を下側にした状態で示す正面図であり、（ｂ）はその平面図である。
この短冊状部材６０を各凹部の一対の短辺をなす各壁面を除去するようにそれぞれ短手方向に沿って切断すれば、図１８に示したような個々の光学部材１を得ることができる。

しかし、この実施例では短冊状部材６０のままで、図２２に示すように、その各上部載置面１１上にレーザダイオード２を位置決め固定し、その上に放熱用のザブマウント４を接着し、各下部載置面１２上にＳＨＧ素子３を位置決め固定して、２個の光学装置の各光学部品を取り付ける。あるいは、レーザダイオード２とザブマウント４とが一体となったものを、各上部載置面１１上に固定するようにしてもよい。
図２２の（ａ）はその各光学部品取り付け状態を示す正面図であり、（ｂ）はその平面図である。

その後、この短冊状部材６０を図２２に一点鎖線で示す各ダイシングラインに沿って短手方向に切断すれば、個々の光学装置が完成する。図２３の（ａ）はその光学装置の正面図であり、（ｂ）はその平面図である。
この光学装置は、ＳＨＧ素子３が各下部載置面１２から外に突出していない点以外は、図１から図３によって説明した光学装置と同じである。

この実施例の場合も、二酸化珪素膜を設けないシリコンウエハを使用して、エッチング時間あるいはボッシュ法によるエッチングのサイクル数によって、エッチングの深さを制御することもできる。また、光学装置を構成するために取り付ける光学部品も種々変更することが可能である。

〔光学部材と光学装置の変更例〕
ここで、この発明による光学部材と光学装置の変更例を図２４に示す。この光学装置は図１に示した光学装置の光学部材の形状を一部変更した例であり、光学部材１′の本体部１０′を縦断面にして示す正面図である。この図において、図１の各部と対応する部分には同一の符号を付してあり、それらの説明は省略する。光学部材と本体部は若干相違するので１′と１０′とする。

この光学部材１′の本体部１０′は、上部載置面１１の後端部に突き当て用段部１１ａを設け、下部載置面１２の前端部にも突き当て用段部１２ａを設けている。
このようにすれば、本体部１０′の上部載置面１１上にレーザダイオード２を取り付ける際、レーザダイオード２の後端面を突き当て用段部１１ａに突き当てて位置決めすることができる。また、下部載置面１２上にＳＨＧ素子３を取り付ける際も、ＳＨＧ素子３の前端面を突き当て用段部１２ａに突き当てて位置決めすることができる。したがって、レーザダイオード２とＳＨＧ素子３の位置決め固定を容易に、しかも正確に行うことができる。

この突き当て用段部１１ａ，１２ａを設けるには、シリコン基板又はシリコンウエハに異方性ドライエッチングによって所定の凹部を形成する際のフォトレジストの開口パターンを若干変更して、突き当て用段部１１ａ，１２ａに相当する部分がエッチングされないようにすればよい。
また、レーザダイオード２とＳＨＧ素子３のような光学部品を載置する２つの平面（載置面）は、必ずしも互いに平行である必要はない。

〔反射面のみを設けた光学部材の製造方法〕
この発明による光学部材の製造方法は、反射面（ミラー）のみを設けた光学部材を製造することもできる。そこで、以下に傾斜した平面状の反射面を設けた光学部材と、楕円筒面状の反射面のみを設けた光学部材の製造方法について、簡単に説明する。
これらの光学部材の製造方法におけるエッチングまでの処理、及び反射面を作るための反射性金属膜の形成方法などは、前述した第１実施例と共通であるから、それらの詳細な説明は省略する。

まず、傾斜した平面状の反射面を設けた光学部材の製造方法の例を、図２５から図２７によって説明する。
図２６に示すようにシリコン基板２０の表面２０ａにフォトレジスト３０を塗付し、図２５に示すようにシリコン基板２０の側面２０ｂに対して各辺を４５°傾けた正方形の開口３１を形成するようにパターニングし、そのフォトレジスト３０をエッチングマスクにして、シリコン基板２０をその表面２０ａに垂直な方向にエッチングして、平面形状が正方形で貫通した孔状の凹部２１を形成する。

その凹部２１の内壁面を平坦化処理し、その内壁面を構成する一つの長方形の壁面２１ａに、シリコン基板２０の表面側から斜め蒸着あるいはチルトスパッタリングによって、銀、アルミニウム又は金の反射性金属膜を被覆して反射面２３とする。この場合、フォトレジスト３０を斜め蒸着あるいはチルトスパッタリングのマスクとしても使用できる。

その後、フォトレジスト３０を除去し、シリコン基板２０を図２５に一点鎖線で示すダイシングラインＬ１，Ｌ２およびＢ−Ｂ線に沿って切断すると、図２７に示す傾斜した平面状の反射面２３を設けた光学部材１Ａが完成する。
この製造方法によれば、例えば特許文献２に示された光学装置に使用するミラー部材も、容易に製造することができる。
この光学部材１Ａは底面２５に対する反射面２３の傾斜角度θを４５°にしているが、フォトレジスト３０の開口形状やダイシングラインの取り方によって、任意の角度の反射面を設けることができる。

次に、楕円筒面状の反射面のみを設けた光学部材の製造方法の例を、図２８から図３０によって説明する。図２８及び図２９において図２５及び図２６と対応する部材には同一の符号を付している。
図２９に示すようにシリコン基板２０の表面２０ａにフォトレジスト３０を塗付し、図２８に示すようにシリコン基板２０の側面２０ｂに平行な長軸を有する楕円の半分と角に丸みを付けた正方形とをつなげた形状の開口３２を形成するようにパターニングし、そのフォトレジスト３０をエッチングマスクにして、シリコン基板２０をその表面２０ａに垂直な方向に異方性ドライエッチングして、平面形状がフォトレジスト３０の開口３２と同じ平面形状で貫通した凹部２２を形成する。

その凹部２２の内壁面を平坦化処理し、その内壁面を構成する楕円筒面状の壁面２２ａに、シリコン基板２０の表面側から斜め蒸着あるいはチルトスパッタリングによって、銀、アルミニウム又は金の反射性金属膜を被覆して反射面２４とする。この場合も、フォトレジスト３０を斜め蒸着あるいはチルトスパッタリングのマスクとしても使用できる。

その後、フォトレジスト３０を除去し、シリコン基板２０を図２８に一点鎖線で示すダイシングラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３に沿って切断すると、図３０に示す楕円筒面状の反射面２４を設けた光学部材１Ｂが完成する。ダイシングラインＬ３は楕円筒面状の壁面２２ａの長軸方向に沿っている。
この製造方法によれば、例えば特許文献１に示された光学装置に使用する楕円筒面状（同文献では「楕円球状」と称している）の反射面を有する光学部材も、容易に製造することができる。反射面の筒面状の曲面形状や傾きなどは、フォトレジスト３０の開口形状やダイシングラインの取り方によって、任意に変更することができる。

これらの場合にも、所望の反射面を形成するための凹部を形成したシリコン基板から光学部材として必要な部分を切り出した後で、反射面を形成する面に反射性金属膜を被覆する処理を行うようにしてもよい。

〔光学部材の製造方法の変更例〕
この発明による光学部材の製造方法について、図７以降の各図によって説明した各実施例において、エッチングマスクとなるフォトレジストを露光するためのフォトマスク（図８、図９参照）の形状を変更することによって、エッチングマスクの形状を種々に変更できる。それによって、シリコン基板（シリコンウエハも含む）に形成する凹部の形状も種々に変更でき、例えば切欠き状の凹部を形成する加工も可能である。

例えば、第２実施例の図１９に示したシリコンウエハ５０に対して、上記フォトマスクにおける右側の２個の凹部形成位置に対応する開口を、その開口の直線上の長辺部を開放した切欠きにすれば、それを用いてフォトリソグラフィ法によって成形されるフォトレジストの対応する開口も同じ切欠きになる。そのフォトレジストをエッチングマスクとして、表面５０a側から垂直方向に二酸化珪素膜６３に達するまでエッチングして複数の凹部５０ｈを同時に形成すると、図３１に示すように、右側の２個の凹部５０h′は切欠き状に形成される。その他の工程は前述した第２実施例の加工方法と同様である。

他の実施例においても同様に、フォトマスクに形成する開口を切欠きにすれば、それによって成形されるフォトレジストをエッチングマスクとしてエッチングを行うことによって、シリコン基板（シリコンウエハも含む）に切欠き状の凹部を形成する加工ができる。
この発明は、上述した各実施例に限定されることはなく、これら以外にも種々の変更や応用が可能であることは勿論である。

この発明による光学部材の製造方法およびその光学装置の製造方法は、シリコン基材を用いた反射面を有する各種光学部材の製造、光通信や光インタコネクション等を実現するための光学装置、あるいはＣＤやＤＶＤ等の記録媒体に情報を記録したりその記録情報を読み出すための光ピックアップ、小型プロジェクタの光源等に使用される各種の光学装置など、広範な利用が可能である。

１，１′，１Ａ，１Ｂ：光学部材 ２：レーザダイオード（発光デバイス）
３：第２高調波発生（ＳＨＧ）素子（波長変換素子：光学デバイス）
４：サブマウント ５，２０：シリコン基板
５ａ，２０ａ：シリコン基板の表面
５ｂ：凹部の内壁面 ５ｈ，２１，２２：シリコン基板に形成した凹部
６，３０：フォトレジスト ６ｈ，３１，３２：フォトレジストの開口
７：フォトマスク ７ｈ：フォトマスクの開口
８：ステンシルマスク ８ｈ：ステンシルマスクの開口

１０，１０′：本体部 １１：上部載置面 １１ａ：突き当て用段部
１２：下部載置面 １２ａ：突き当て用段部
１３，２３，２４：反射面 １５：壁部
５０：シリコンウエハ ５０ａ：シリコンウエハの表面
５０ｈ，５０ｈ′：シリコンウエハに形成した凹部
５１，６１：第１シリコン基板 ５１ａ，５１ｂ：平面 ５１ｃ：斜面
５２，６２：第２シリコン基板 ５３，６３：二酸化珪素膜
６０：短冊状部材

Claims (7)

1. シリコン基板の表面から該表面に垂直な方向にエッチングを行って、該表面に対して垂直な２平面と該２平面間を接続する斜面とを含む凹部を形成し、前記斜面に反射性金属膜を被覆して反射面を形成し、前記エッチングは、前記シリコン基板の表面に塗付されて前記凹部の平面形状と同じ開口又は切欠きが形成されたフォトレジストをエッチングマスクとして、異方性ドライエッチングで行い、
   前記斜面への反射性金属膜の被覆は、前記シリコン基板の前記表面側から、該表面上に前記斜面に対応する位置から該斜面に垂直な方向に延びる開口を有するステンシルマスクを配置して、銀、アルミニウム又は金による斜め蒸着又はチルトスパッタリングによって行うことを特徴とする光学部材の製造方法。
2. 前記２平面は互いに段違いで平行な面であり、前記反射面は前記２平面の延長線に対して４５°の角度をなしていることを特徴とする請求項１に記載の光学部材の製造方法。
3. 前記異方性ドライエッチングを、フッ化硫黄系のガスを酸素で希釈したガスによるエッチング処理と、フッ化炭素系ガスによる側壁保護膜形成処理とを交互に繰り返すボッシュ法によって行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学部材の製造方法。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の光学部材の製造方法によって製造された光学部材を用い、
   前記２平面の一方に発光デバイスを、他方に受光デバイス、導光デバイス、あるいは波長変換デバイス等の光学デバイスをそれぞれ位置決め固定し、
   前記発光デバイスから出射した光が前記反射面で反射して前記光学デバイスに入射するようにする光学装置の製造方法。
5. 請求項１から３のいずれか一項に記載の光学部材の製造方法によって製造された光学部材と、該光学部材に形成された前記２平面の一方に位置決め固定された発光デバイスと、他方に位置決め固定された受光デバイス、導光デバイス、あるいは波長変換デバイス等の光学デバイスとからなり、
   前記発光デバイスから出射した光が前記反射面で反射して前記光学デバイスに入射するように構成した光学装置。
6. 請求項１から３のいずれか一項に記載の光学部材の製造方法であって、
   前記シリコン基板としてシリコンウエハを使用し、
   該シリコンウエハの表面から該表面に垂直な方向にエッチングを行って、前記凹部をその平面形状の長手方向及び短手方向にそれぞれ複数個ずつ整列して形成し、
   その各凹部の前記斜面にそれぞれ反射性金属膜を被覆して前記反射面を形成した後、
   前記シリコンウエハを、前記各凹部の前記２平面と前記反射面とからなる壁面側のシリコンウエハを所定幅だけ残して前記長手方向に沿って切断すると共に、該壁面と対向する壁面を除去するように前記長手方向に沿って切断して、複数個の光学部材が長手方向に連続した複数の短冊状部材とし、
   その各短冊状部材を前記各凹部の一対の短辺をなす各壁面を除去するようにそれぞれ短手方向に沿って切断して、個々の光学部材にする
   ことを特徴とする光学部材の製造方法。
7. シリコンウエハの表面から該表面に垂直な方向にエッチングを行って、前記表面に対して垂直な２平面と該２平面間を接続する斜面とを含む凹部を、その平面形状の長手方向及び短手方向にそれぞれ複数個ずつ整列して形成する工程と、
   その各凹部の前記斜面にそれぞれ反射性金属膜を被覆して反射面を形成する工程と、
   その後、前記シリコンウエハを、前記各凹部の前記２平面と前記反射面とからなる壁面側のシリコンウエハを所定幅だけ残して前記長手方向に沿って切断すると共に、該壁面と対向する壁面を除去するように前記長手方向に沿って切断して、複数個の光学部材が長手方向に連続した複数の短冊状部材とする工程と、
   該各短冊状部材のそれぞれ前記２平面と前記反射面とを設けた各光学装置の光学部材となる部分に、前記２平面の一方に発光デバイスを、他方に受光デバイス、導光デバイス、あるいは波長変換デバイス等の光学デバイスをそれぞれ位置決め固定して、前記発光デバイスから出射した光が前記反射面で反射して前記光学デバイスに入射するようにする工程と、
   その後に、前記各短冊状部材を前記各凹部の一対の短辺をなす各壁面を除去するようにそれぞれ短手方向に沿って切断して、個々の光学装置にする工程と
   を有し、
   前記エッチングは、前記シリコン基板の表面に塗付されて前記凹部の平面形状と同じ開口又は切欠きが形成されたフォトレジストをエッチングマスクとして、異方性ドライエッチングで行い、
   前記斜面への反射性金属膜の被覆は、前記シリコン基板の前記表面側から、該表面上に前記斜面に対応する位置から該斜面に垂直な方向に延びる開口を有するステンシルマスクを配置して、銀、アルミニウム又は金による斜め蒸着又はチルトスパッタリングによって行うことを特徴とする光学装置の製造方法。

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