JPH11344632A - 光集積回路マイクロベンチ系 - Google Patents
光集積回路マイクロベンチ系Info
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- JPH11344632A JPH11344632A JP12771299A JP12771299A JPH11344632A JP H11344632 A JPH11344632 A JP H11344632A JP 12771299 A JP12771299 A JP 12771299A JP 12771299 A JP12771299 A JP 12771299A JP H11344632 A JPH11344632 A JP H11344632A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
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-
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- G02B6/423—Passive alignment, i.e. without a detection of the degree of coupling or the position of the elements using guiding surfaces for the alignment
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光学装置同士の間の光エネルギーを結合する
ためのモノリシック集積光学マイクロベンチ系と、ＩＩ
Ｉ−Ｖ半導体の異方性エッチ特性を使用したその製造方
法とを提供する。 【解決手段】 リン化インジウム（ＩｎＰ）等のＩＩＩ
−Ｖ半導体基板３６、ファイバ溝３８、及び反射鏡４０
を含む光学マイクロベンチ系であり、ファイバ溝３８
は、精密な光ファイバ位置決めのための自然のチャネル
となり、そしてそこで、光エネルギー４２は光ファイバ
４４から放射され、反射鏡４０で方向変換され、光学検
出器装置４６で集められる。
ためのモノリシック集積光学マイクロベンチ系と、ＩＩ
Ｉ−Ｖ半導体の異方性エッチ特性を使用したその製造方
法とを提供する。 【解決手段】 リン化インジウム（ＩｎＰ）等のＩＩＩ
−Ｖ半導体基板３６、ファイバ溝３８、及び反射鏡４０
を含む光学マイクロベンチ系であり、ファイバ溝３８
は、精密な光ファイバ位置決めのための自然のチャネル
となり、そしてそこで、光エネルギー４２は光ファイバ
４４から放射され、反射鏡４０で方向変換され、光学検
出器装置４６で集められる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学装置同士の間
の光エネルギーを結合するためのモノリシック集積光学
マイクロベンチ系と、ＩＩＩ−Ｖ半導体の異方性エッチ
特性を使用したその製造方法とに関し、この方法では、
一方の直交の（orthogonal）エッチ方向はファイバ位置
決めのための自然のチャネル（natural channel）を提
供し、他方の直交のエッチ方向はファイバまたは導波路
と光学装置との間の光エネルギーの方向変換のための反
射表面を提供する。
の光エネルギーを結合するためのモノリシック集積光学
マイクロベンチ系と、ＩＩＩ−Ｖ半導体の異方性エッチ
特性を使用したその製造方法とに関し、この方法では、
一方の直交の（orthogonal）エッチ方向はファイバ位置
決めのための自然のチャネル（natural channel）を提
供し、他方の直交のエッチ方向はファイバまたは導波路
と光学装置との間の光エネルギーの方向変換のための反
射表面を提供する。
【０００２】
【従来の技術】マイクロ光学装置用のコンパクトでかつ
簡易な光学結合系は、光通信系において不可欠である。
加えて、マイクロ光学結合系の実装における簡略化され
た組立方法は、低コストで高信頼度の系を製造する際に
非常に重要である。光学装置と系との間で光エネルギー
を結合するための次第に普及しつつある方法は、ファイ
バとマイクロ光学レンズとに依っている。ファイバは、
結合効率と通信遅れとを改良することで、光学装置同士
の間の効果的な伝達媒体となる。マイクロ光学レンズ
は、光ファイバ端部からの発散性の光エネルギー出力を
集束することにより、さらなる結合効率を与える。現在
の光学結合系は、マイクロ光学装置同士の間の効果的な
結合を得るために、様々な結合機構を使用している。
簡易な光学結合系は、光通信系において不可欠である。
加えて、マイクロ光学結合系の実装における簡略化され
た組立方法は、低コストで高信頼度の系を製造する際に
非常に重要である。光学装置と系との間で光エネルギー
を結合するための次第に普及しつつある方法は、ファイ
バとマイクロ光学レンズとに依っている。ファイバは、
結合効率と通信遅れとを改良することで、光学装置同士
の間の効果的な伝達媒体となる。マイクロ光学レンズ
は、光ファイバ端部からの発散性の光エネルギー出力を
集束することにより、さらなる結合効率を与える。現在
の光学結合系は、マイクロ光学装置同士の間の効果的な
結合を得るために、様々な結合機構を使用している。
【０００３】Oikawa et al.によるJournal of Lightwav
e Technology Vol. 12 No.2 pp.343-352,１９９４年２
月の刊行物"Packaging Technology for a 10-Gb/a Phot
oreceiver Module"が開示する光学結合系は、図１に示
す通り、ファイバフェルール１２に固定された傾斜端面
付き（slant-ended）ファイバ１０を含み、ファイバフ
ェルール１２はフラットパッケージ１６の側壁１４に溶
接され、マイクロレンズ１８はフォトダイオード２０上
にモノリシックに製造され、フォトダイオード２０はフ
ラットパッケージ１６にフリップチップボンディングさ
れている。光信号２２は水平に入り、ファイバ１０の傾
斜縁で垂直に反射する。次にマイクロレンズ１８が、光
信号２２をフォトダイオード２０の感光性領域上に集束
する。
e Technology Vol. 12 No.2 pp.343-352,１９９４年２
月の刊行物"Packaging Technology for a 10-Gb/a Phot
oreceiver Module"が開示する光学結合系は、図１に示
す通り、ファイバフェルール１２に固定された傾斜端面
付き（slant-ended）ファイバ１０を含み、ファイバフ
ェルール１２はフラットパッケージ１６の側壁１４に溶
接され、マイクロレンズ１８はフォトダイオード２０上
にモノリシックに製造され、フォトダイオード２０はフ
ラットパッケージ１６にフリップチップボンディングさ
れている。光信号２２は水平に入り、ファイバ１０の傾
斜縁で垂直に反射する。次にマイクロレンズ１８が、光
信号２２をフォトダイオード２０の感光性領域上に集束
する。
【０００４】Oikawaの刊行物においては、ファイバとフ
ォトダイオードチップとの間でアラインメントを維持す
ることが、光信号の最適結合のためには不可欠である。
ミスアラインメントは、ファイバフェルールへの機械的
応力または系全体の熱変動の結果として起きることがあ
る。こうした因子を克服するための試みにおいて、複雑
な組立と製造技術が使用されている。ファイバの取付け
は、複雑なフェルール取付けであり、これは、取付けの
機械的強度を最適化し、従ってファイバ移動の影響を最
小にしようと試みるものである。フォトダイオードチッ
プはフラットパッケージにフリップチップボンディング
されているので、高精密アラインメントには複雑なボン
ディング装置が必要である。最後に、高い光学結合効率
を得るために、広いミスアラインメント許容度をフォト
ダイオードチップに製造最中に組み込み、ファイバ取付
けによる移動と温度変動による変形との両方を補償しな
ければならない。
ォトダイオードチップとの間でアラインメントを維持す
ることが、光信号の最適結合のためには不可欠である。
ミスアラインメントは、ファイバフェルールへの機械的
応力または系全体の熱変動の結果として起きることがあ
る。こうした因子を克服するための試みにおいて、複雑
な組立と製造技術が使用されている。ファイバの取付け
は、複雑なフェルール取付けであり、これは、取付けの
機械的強度を最適化し、従ってファイバ移動の影響を最
小にしようと試みるものである。フォトダイオードチッ
プはフラットパッケージにフリップチップボンディング
されているので、高精密アラインメントには複雑なボン
ディング装置が必要である。最後に、高い光学結合効率
を得るために、広いミスアラインメント許容度をフォト
ダイオードチップに製造最中に組み込み、ファイバ取付
けによる移動と温度変動による変形との両方を補償しな
ければならない。
【０００５】米国特許第5,346,583号に開示されている
のは、マイクロレンズとファイバとの間の光エネルギー
伝達のためのモノリシック結合系であり、これは図２に
示す通りである。特許‘５８３に開示されている形状
は、標準的なフォトリソグラフィ工程により基板３４の
表面３３に接して形成された、少なくとも一つの予め成
形されたフォトレジスト（ＰＲ）マイクロレンズ２４を
含み、基板３４の対立する表面３１に接して、光ファイ
バガイド２６が標準的なフォトリソグラフィ工程によっ
て形成されている。ファイバガイド２６を使用して、光
ファイバ２８の中心軸３０がＰＲマイクロレンズ２４の
中心軸３２に実質的に一致するように光ファイバ２８を
取り付ける。ファイバ２８がマイクロレンズ２４に接近
していることで、ファイバ２８と光学装置との間の光エ
ネルギーの効果的な結合が可能になるが、これには幾つ
かの大きな不利益がある。第一に、基板３４の表面３１
に対するファイバ２８の方向が理由となって、系はあま
りコンパクトではない。さらに重要なことには、ＰＲマ
イクロレンズ２４は、変化の多い温度サイクルに耐える
ことができず、系の長期的信頼性が問題となると思われ
る。
のは、マイクロレンズとファイバとの間の光エネルギー
伝達のためのモノリシック結合系であり、これは図２に
示す通りである。特許‘５８３に開示されている形状
は、標準的なフォトリソグラフィ工程により基板３４の
表面３３に接して形成された、少なくとも一つの予め成
形されたフォトレジスト（ＰＲ）マイクロレンズ２４を
含み、基板３４の対立する表面３１に接して、光ファイ
バガイド２６が標準的なフォトリソグラフィ工程によっ
て形成されている。ファイバガイド２６を使用して、光
ファイバ２８の中心軸３０がＰＲマイクロレンズ２４の
中心軸３２に実質的に一致するように光ファイバ２８を
取り付ける。ファイバ２８がマイクロレンズ２４に接近
していることで、ファイバ２８と光学装置との間の光エ
ネルギーの効果的な結合が可能になるが、これには幾つ
かの大きな不利益がある。第一に、基板３４の表面３１
に対するファイバ２８の方向が理由となって、系はあま
りコンパクトではない。さらに重要なことには、ＰＲマ
イクロレンズ２４は、変化の多い温度サイクルに耐える
ことができず、系の長期的信頼性が問題となると思われ
る。
【０００６】多くの場合に、外部レンズを使用すること
で、光ファイバまたは導波路と光学装置との間の光エネ
ルギーを結合する。そのような結合技術の例は、米国特
許第5,247,597号、同第4,653,847号、同第4,433,898
号、同第4,875,750号、及び同第5,343,546号に開示され
ている。外部マイクロレンズを使用することで、結合は
極めて複雑なものになり、ほとんどの場合には信頼性の
ないものになる。
で、光ファイバまたは導波路と光学装置との間の光エネ
ルギーを結合する。そのような結合技術の例は、米国特
許第5,247,597号、同第4,653,847号、同第4,433,898
号、同第4,875,750号、及び同第5,343,546号に開示され
ている。外部マイクロレンズを使用することで、結合は
極めて複雑なものになり、ほとんどの場合には信頼性の
ないものになる。
【０００７】検討したように、現在の光学結合系は、様
々な結合機構を使用して、マイクロ光学装置同士の間の
効果的な結合を得る。しかしながらこうした機構は、多
くの構成要素を使用し、複雑な組立方法を必要とし、コ
ンパクトではない。加えて、こうした構成要素は典型的
には様々な材料で作られており、様々な熱膨張係数を有
する。こうした差異は、軍事用または宇宙用には一般的
な温度変化の最中に、光学的なミスアラインメントを引
き起こす可能性がある。その上、個別のバルク光学構成
要素を使用する際には、アラインメントするべき個別の
構成要素がより多くなるため、組立方法の複雑さは増大
する。より複雑になれば、組立コストはますます増大
し、信頼性は低減する。
々な結合機構を使用して、マイクロ光学装置同士の間の
効果的な結合を得る。しかしながらこうした機構は、多
くの構成要素を使用し、複雑な組立方法を必要とし、コ
ンパクトではない。加えて、こうした構成要素は典型的
には様々な材料で作られており、様々な熱膨張係数を有
する。こうした差異は、軍事用または宇宙用には一般的
な温度変化の最中に、光学的なミスアラインメントを引
き起こす可能性がある。その上、個別のバルク光学構成
要素を使用する際には、アラインメントするべき個別の
構成要素がより多くなるため、組立方法の複雑さは増大
する。より複雑になれば、組立コストはますます増大
し、信頼性は低減する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】光電子結合機構に関す
る従来技術において周知の技術に基づくと、ファイバま
たは導波路と光学装置との間で光エネルギーを結合する
ために、モノリシック光学マイクロベンチ系は非常に望
ましい。
る従来技術において周知の技術に基づくと、ファイバま
たは導波路と光学装置との間で光エネルギーを結合する
ために、モノリシック光学マイクロベンチ系は非常に望
ましい。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の態様は、結晶面
を有する基板ウェーハと；基板ウェーハの結晶面中でエ
ッチされた鏡と；鏡の結晶面と交差して基板ウェーハの
側面上にエッチされた溝と；を含む、光学装置同士の間
の光結合のためのモノリシック光学マイクロベンチ系を
提供することにある。
を有する基板ウェーハと；基板ウェーハの結晶面中でエ
ッチされた鏡と；鏡の結晶面と交差して基板ウェーハの
側面上にエッチされた溝と；を含む、光学装置同士の間
の光結合のためのモノリシック光学マイクロベンチ系を
提供することにある。
【００１０】また本発明の態様は、光学装置同士の間の
光結合のためのモノリシック光学マイクロベンチを製造
するための方法を提供することにある。本方法は、第一
の対立する表面と、第二の対立する表面と、第一の結晶
面と、第二の結晶面と、を有する基板ウェーハを提供す
る工程と；基板ウェーハの第一の対立する表面全体をラ
ッピングしてから、基板ウェーハの第一の対立する表面
全体をポリシングする工程と；基板ウェーハの第一の対
立する表面全体を覆うようにフォトレジスト材料の第一
の層をコートし、基板ウェーハの第二の対立する表面全
体を覆うようにフォトレジスト材料の第二の層をコート
する工程と；基板ウェーハの第一の対立する表面と第二
の対立する表面をベークする工程と；基板ウェーハの第
一の対立する表面のための第一のマスクと、基板ウェー
ハの第二の対立する表面のための第二のマスクを提供す
る工程と；第一のマスクを基板ウェーハの第一の対立す
る表面に、第二のマスクを基板ウェーハの第二の対立す
る表面に選択的にアラインメントする工程と；フォトレ
ジスト材料の第一の層でコートされた基板ウェーハの第
一の対立する表面を、光源により露光して、第一のフォ
トレジストマスクを形成し、フォトレジスト材料の第二
の層でコートされた基板ウェーハの第二の対立する表面
を、光源により露光して、第二のフォトレジストマスク
を形成する工程と；基板ウェーハの第一の対立する表面
と第二の対立する表面を現像する工程と；基板ウェーハ
の第一の対立する表面と第二の対立する表面をエッチン
グする工程と；第一のフォトレジストマスクを除去して
から、基板ウェーハの第一の対立する表面を洗浄し、第
二のフォトレジストマスクを除去してから、基板ウェー
ハの第二の対立する表面を洗浄する工程と；最後に基板
ウェーハ全体をメタライズする工程とを含む。
光結合のためのモノリシック光学マイクロベンチを製造
するための方法を提供することにある。本方法は、第一
の対立する表面と、第二の対立する表面と、第一の結晶
面と、第二の結晶面と、を有する基板ウェーハを提供す
る工程と；基板ウェーハの第一の対立する表面全体をラ
ッピングしてから、基板ウェーハの第一の対立する表面
全体をポリシングする工程と；基板ウェーハの第一の対
立する表面全体を覆うようにフォトレジスト材料の第一
の層をコートし、基板ウェーハの第二の対立する表面全
体を覆うようにフォトレジスト材料の第二の層をコート
する工程と；基板ウェーハの第一の対立する表面と第二
の対立する表面をベークする工程と；基板ウェーハの第
一の対立する表面のための第一のマスクと、基板ウェー
ハの第二の対立する表面のための第二のマスクを提供す
る工程と；第一のマスクを基板ウェーハの第一の対立す
る表面に、第二のマスクを基板ウェーハの第二の対立す
る表面に選択的にアラインメントする工程と；フォトレ
ジスト材料の第一の層でコートされた基板ウェーハの第
一の対立する表面を、光源により露光して、第一のフォ
トレジストマスクを形成し、フォトレジスト材料の第二
の層でコートされた基板ウェーハの第二の対立する表面
を、光源により露光して、第二のフォトレジストマスク
を形成する工程と；基板ウェーハの第一の対立する表面
と第二の対立する表面を現像する工程と；基板ウェーハ
の第一の対立する表面と第二の対立する表面をエッチン
グする工程と；第一のフォトレジストマスクを除去して
から、基板ウェーハの第一の対立する表面を洗浄し、第
二のフォトレジストマスクを除去してから、基板ウェー
ハの第二の対立する表面を洗浄する工程と；最後に基板
ウェーハ全体をメタライズする工程とを含む。
【００１１】
【実施例】簡潔に述べると、本発明は、ＩＩＩ−Ｖ半導
体モノリシック光学マイクロベンチと、光学装置同士の
間で光エネルギーを結合するためのその製造方法とに関
する。モノリシック組立体であるマイクロベンチは、光
ファイバまたは導波路を正確にアラインメントでき、反
射表面を使用して光学装置への及び光学装置からの光エ
ネルギーを方向変換し、集束できる。マイクロベンチ系
の構成は、ＩＩＩ−Ｖ半導体の異方性エッチ特性を使用
することにより実現される。一つの方向でのエッチング
は、精密なファイバ位置決めのための自然のチャネルを
作り出し、第一の方向に直交する別の方向でのエッチン
グは、光エネルギーを方向変換し集束するためにファイ
バチャネルの一端に反射表面を作り出す。マイクロ光学
装置のためのモノリシックでコンパクトかつ簡易な光学
結合系を形成するための能力は、幾つかの利点を有す
る。第一に、マイクロベンチは装置と同じ半導体材料で
作ることができるため、マイクロベンチとマイクロ光学
装置との間には、より良好な熱膨張の整合がある。最良
の熱膨張の整合があることは、熱膨張係数の相違が温度
変化の最中に光学的なミスアラインメントを引き起こし
得る場合、安定性にとっては重要である。さらに効果的
な結合を、ファイバ、反射表面、及び装置の間に実現で
き、その際、多くの構成要素と複雑な組立方法とを必要
とする複雑な結合とアラインメント機構とを使用するこ
とがない。他の利点としては、一つの光学構成要素を使
用した光エネルギーの方向変換及び集束と、屈折レンズ
と比較して前方表面反射体を使用したより低い損失及び
球面収差と、コンパクトな構成及び低減されたパッケー
ジプロフィルと、反射体の光学装置への非常に正確なア
ラインメントと、受動（passive）アラインメントによ
る、反射体のマイクロ光学装置へのアラインメントに必
要な時間の低減と、多数の反射体を一つの構造に集積す
る拡張可能性と、光エレクトロニクス系のより効果的な
実装を提供することが挙げられる。最後に、非常に精密
な製造が、標準的なフォトリソグラフィ法を使用するこ
とで可能であり、そして、ウェーハレベルの製造は、大
量生産と高い再現性とをもたらすことができる。
体モノリシック光学マイクロベンチと、光学装置同士の
間で光エネルギーを結合するためのその製造方法とに関
する。モノリシック組立体であるマイクロベンチは、光
ファイバまたは導波路を正確にアラインメントでき、反
射表面を使用して光学装置への及び光学装置からの光エ
ネルギーを方向変換し、集束できる。マイクロベンチ系
の構成は、ＩＩＩ−Ｖ半導体の異方性エッチ特性を使用
することにより実現される。一つの方向でのエッチング
は、精密なファイバ位置決めのための自然のチャネルを
作り出し、第一の方向に直交する別の方向でのエッチン
グは、光エネルギーを方向変換し集束するためにファイ
バチャネルの一端に反射表面を作り出す。マイクロ光学
装置のためのモノリシックでコンパクトかつ簡易な光学
結合系を形成するための能力は、幾つかの利点を有す
る。第一に、マイクロベンチは装置と同じ半導体材料で
作ることができるため、マイクロベンチとマイクロ光学
装置との間には、より良好な熱膨張の整合がある。最良
の熱膨張の整合があることは、熱膨張係数の相違が温度
変化の最中に光学的なミスアラインメントを引き起こし
得る場合、安定性にとっては重要である。さらに効果的
な結合を、ファイバ、反射表面、及び装置の間に実現で
き、その際、多くの構成要素と複雑な組立方法とを必要
とする複雑な結合とアラインメント機構とを使用するこ
とがない。他の利点としては、一つの光学構成要素を使
用した光エネルギーの方向変換及び集束と、屈折レンズ
と比較して前方表面反射体を使用したより低い損失及び
球面収差と、コンパクトな構成及び低減されたパッケー
ジプロフィルと、反射体の光学装置への非常に正確なア
ラインメントと、受動（passive）アラインメントによ
る、反射体のマイクロ光学装置へのアラインメントに必
要な時間の低減と、多数の反射体を一つの構造に集積す
る拡張可能性と、光エレクトロニクス系のより効果的な
実装を提供することが挙げられる。最後に、非常に精密
な製造が、標準的なフォトリソグラフィ法を使用するこ
とで可能であり、そして、ウェーハレベルの製造は、大
量生産と高い再現性とをもたらすことができる。
【００１２】前述したように、本発明は、光学装置同士
の間の光エネルギーの結合の改良に関する。現在の光学
系が使用している様々な結合機構は、非常に複雑なかつ
信頼性のないものになり得る。光ファイバまたは導波路
及びマイクロ光学装置の間の、より複雑でなく、より効
果的な結合を作るために、反射鏡とファイバ溝とを同一
の半導体材料からモノリシックに形成することで、マイ
クロベンチを形成できる。モノリシック集積は、光ファ
イバの正確なアラインメントを可能にして、マイクロベ
ンチと光学装置との間でエネルギーを効果的に結合す
る。加えて、マイクロベンチ材料は光学装置と同一の材
料であるため、熱膨張特性が同様となることで、得られ
た光学結合はより高信頼度なものになる。
の間の光エネルギーの結合の改良に関する。現在の光学
系が使用している様々な結合機構は、非常に複雑なかつ
信頼性のないものになり得る。光ファイバまたは導波路
及びマイクロ光学装置の間の、より複雑でなく、より効
果的な結合を作るために、反射鏡とファイバ溝とを同一
の半導体材料からモノリシックに形成することで、マイ
クロベンチを形成できる。モノリシック集積は、光ファ
イバの正確なアラインメントを可能にして、マイクロベ
ンチと光学装置との間でエネルギーを効果的に結合す
る。加えて、マイクロベンチ材料は光学装置と同一の材
料であるため、熱膨張特性が同様となることで、得られ
た光学結合はより高信頼度なものになる。
【００１３】本発明の原則を、多くのタイプの反射鏡及
びマイクロ光学装置、例えば平面鏡、放物面鏡、導波路
装置、ダイオードレーザー装置、ファイバオプティカル
装置、フォトダイオード装置、及び光集積回路に適用可
能なことは、当業者には理解できるはずである。本発明
の原則を、多くのタイプのＩＩＩ−Ｖ半導体、例えばリ
ン化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡ
ｓ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、及びリン化ガリウ
ム（ＧａＰ）及び／またはシリコンにも適用可能であ
る。
びマイクロ光学装置、例えば平面鏡、放物面鏡、導波路
装置、ダイオードレーザー装置、ファイバオプティカル
装置、フォトダイオード装置、及び光集積回路に適用可
能なことは、当業者には理解できるはずである。本発明
の原則を、多くのタイプのＩＩＩ−Ｖ半導体、例えばリ
ン化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡ
ｓ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、及びリン化ガリウ
ム（ＧａＰ）及び／またはシリコンにも適用可能であ
る。
【００１４】本発明は、光学マイクロベンチ系に関し、
特に、図３に示す通り、リン化インジウム（ＩｎＰ）等
のＩＩＩ−Ｖ半導体基板３６、ファイバ溝３８、及び反
射鏡４０を含む光学マイクロベンチ系に関する。本発明
の重要な態様は、マイクロベンチ系のモノリシックな集
積である。ファイバ溝３８は、精密な光ファイバ位置決
めのための自然のチャネルとなり、そしてそこで、光エ
ネルギー４２は光ファイバ４４から放射され、反射鏡４
０で方向変換され、光学検出器装置４６で集められる。
本発明の原則はまた、導波路から光学装置への光エネル
ギーの結合に適用可能なことは、理解できるはずであ
る。本反射鏡は、放射体または導波路からの光エネルギ
ーの発散する出力を方向変換しかつ集束するために使用
できるか、または、導波路または検出器の入力に至る光
エネルギーを集めるために使用できることは、さらに理
解できるはずである。
特に、図３に示す通り、リン化インジウム（ＩｎＰ）等
のＩＩＩ−Ｖ半導体基板３６、ファイバ溝３８、及び反
射鏡４０を含む光学マイクロベンチ系に関する。本発明
の重要な態様は、マイクロベンチ系のモノリシックな集
積である。ファイバ溝３８は、精密な光ファイバ位置決
めのための自然のチャネルとなり、そしてそこで、光エ
ネルギー４２は光ファイバ４４から放射され、反射鏡４
０で方向変換され、光学検出器装置４６で集められる。
本発明の原則はまた、導波路から光学装置への光エネル
ギーの結合に適用可能なことは、理解できるはずであ
る。本反射鏡は、放射体または導波路からの光エネルギ
ーの発散する出力を方向変換しかつ集束するために使用
できるか、または、導波路または検出器の入力に至る光
エネルギーを集めるために使用できることは、さらに理
解できるはずである。
【００１５】解説のために、本モノリシック光学マイク
ロベンチ系を製造するための方法をさらに、図４、図５
〜１７、及び図１８において、基板ウェーハ４８、溝８
２、及び反射鏡６６と６８を用いて説明しかつ図示す
る。
ロベンチ系を製造するための方法をさらに、図４、図５
〜１７、及び図１８において、基板ウェーハ４８、溝８
２、及び反射鏡６６と６８を用いて説明しかつ図示す
る。
【００１６】具体的にまた図面と関連させて、マイクロ
ベンチ製造の第一の工程は、図４、図５〜１７、及び図
１８に示す通り、標準的なフォトリソグラフィ法によっ
て半導体材料から溝と反射鏡とを形成することに関す
る。マイクロベンチの構成は、ＩＩＩ−Ｖ半導体の異方
性エッチ特性を活用することで実現される。ＩＩＩ−Ｖ
半導体材料の独特の結晶面特性により、図４に示す通
り、基板の一つの（１１１）結晶面４７中で反射表面を
優先的にエッチすることと、基板の対立する（１００）
結晶面３５に沿って交差する溝をエッチすることが可能
になる。
ベンチ製造の第一の工程は、図４、図５〜１７、及び図
１８に示す通り、標準的なフォトリソグラフィ法によっ
て半導体材料から溝と反射鏡とを形成することに関す
る。マイクロベンチの構成は、ＩＩＩ−Ｖ半導体の異方
性エッチ特性を活用することで実現される。ＩＩＩ−Ｖ
半導体材料の独特の結晶面特性により、図４に示す通
り、基板の一つの（１１１）結晶面４７中で反射表面を
優先的にエッチすることと、基板の対立する（１００）
結晶面３５に沿って交差する溝をエッチすることが可能
になる。
【００１７】マイクロベンチ製造方法の第一の工程は、
図５に示す通り、リン化インジウム（ＩｎＰ）基板ウェ
ーハ４８の第一の対立する表面５４全体をラッピングし
てから、第一の対立する表面５４全体をポリシングして
厚さ約１３５〜１７５ミクロンにすることを含む。ラッ
ピングとポリシングの工程を実行して、基板ウェーハ４
８に所望の厚さを与え、その間基板ウェーハ４８はキャ
リア５０上にワックス５２等の手段により固定して実行
する。
図５に示す通り、リン化インジウム（ＩｎＰ）基板ウェ
ーハ４８の第一の対立する表面５４全体をラッピングし
てから、第一の対立する表面５４全体をポリシングして
厚さ約１３５〜１７５ミクロンにすることを含む。ラッ
ピングとポリシングの工程を実行して、基板ウェーハ４
８に所望の厚さを与え、その間基板ウェーハ４８はキャ
リア５０上にワックス５２等の手段により固定して実行
する。
【００１８】ラッピングとポリシングの工程に続くの
は、反射鏡製造工程である。反射鏡製造方法の第一の工
程は、図６に示す通り、フォトレジスト材料５６の層
で、リン化インジウム（ＩｎＰ）基板ウェーハ４８の第
一の表面５４全体を覆ってコートすることである。好ま
しいフォトレジスト材料５６は、キシレンとヘキサメチ
ルジシロザン（hexametyldisilozane）（ＨＤＭＳ）と
の中の２−エトキシエチルアセテート（2-ethoxpyethyl
acetate）（６０％）とｎ−酢酸ブチル（５％）であ
り、これは様々なエッチ技術と共に使用するのに適して
いるため好ましい。リン化インジウム基板ウェーハ４８
を、その結晶学的エッチング特性という理由から選択す
る。他の材料を、基板ウェーハ４８用及びフォトレジス
トコーティング５６用に使用できることに留意するのは
重要である。例えば、基板ウェーハ４８は、任意のＩＩ
Ｉ−Ｖ半導体材料とすることができ、ヒ化ガリウム（Ｇ
ａＡｓ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、及びリン化ガ
リウム（ＧａＰ）を挙げることができる。フォトレジス
トコーティング材料５６としては、キシレン溶媒中の２
−エトキシエチルアセテート＋ｎ−酢酸ブチル、キシレ
ン中の２−エトキシエチルアセテート＋ｎ−酢酸ブチル
と二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、キシレン中の２−エトキ
シエチルアセテート＋ｎ−酢酸ブチルと窒化ケイ素（Ｓ
ｉ3Ｎ4）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）と複合（complex）
窒化ケイ素（ＳｉxＮy）、または酸化アルミニウム（Ａ
ｌ2Ｏ3）を挙げることができる。
は、反射鏡製造工程である。反射鏡製造方法の第一の工
程は、図６に示す通り、フォトレジスト材料５６の層
で、リン化インジウム（ＩｎＰ）基板ウェーハ４８の第
一の表面５４全体を覆ってコートすることである。好ま
しいフォトレジスト材料５６は、キシレンとヘキサメチ
ルジシロザン（hexametyldisilozane）（ＨＤＭＳ）と
の中の２−エトキシエチルアセテート（2-ethoxpyethyl
acetate）（６０％）とｎ−酢酸ブチル（５％）であ
り、これは様々なエッチ技術と共に使用するのに適して
いるため好ましい。リン化インジウム基板ウェーハ４８
を、その結晶学的エッチング特性という理由から選択す
る。他の材料を、基板ウェーハ４８用及びフォトレジス
トコーティング５６用に使用できることに留意するのは
重要である。例えば、基板ウェーハ４８は、任意のＩＩ
Ｉ−Ｖ半導体材料とすることができ、ヒ化ガリウム（Ｇ
ａＡｓ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、及びリン化ガ
リウム（ＧａＰ）を挙げることができる。フォトレジス
トコーティング材料５６としては、キシレン溶媒中の２
−エトキシエチルアセテート＋ｎ−酢酸ブチル、キシレ
ン中の２−エトキシエチルアセテート＋ｎ−酢酸ブチル
と二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、キシレン中の２−エトキ
シエチルアセテート＋ｎ−酢酸ブチルと窒化ケイ素（Ｓ
ｉ3Ｎ4）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）と複合（complex）
窒化ケイ素（ＳｉxＮy）、または酸化アルミニウム（Ａ
ｌ2Ｏ3）を挙げることができる。
【００１９】フォトレジスト材料５６の層を基板ウェー
ハ４８の第一の表面５４を覆ってコーティングした後、
基板ウェーハ４８を約１００℃の温度で約４５分間ソフ
トベークし、フォトレジスト材料５６から溶媒を除去す
る。
ハ４８の第一の表面５４を覆ってコーティングした後、
基板ウェーハ４８を約１００℃の温度で約４５分間ソフ
トベークし、フォトレジスト材料５６から溶媒を除去す
る。
【００２０】次に図７に示す通り、パターンマスク５８
を使用して、反射鏡パターン６０をマスク５８から基板
ウェーハ４８に転写する。マスク５８を基板ウェーハ４
８にアラインメントし、次にフォトレジスト材料５６の
層を紫外ＵＶ光源６２によりマスク５８を通して露光
し、反射鏡パターン６０をフォトレジスト材料５６に転
写する。次に図８に示す通り、図７のフォトレジスト材
料５６の層を現像して、基板ウェーハ４８の第一の表面
５４上にフォトレジストマスク６４を形成する。フォト
レジスト材料の現像は、フォトリソグラフィ処理の標準
的な工程である。代わりに基板ウェーハ４８を、ＳｉＯ
2、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉxＮy、Ａｌ2Ｏ3または同様の材料を
使用して予めコートする場合は、フォトレジスト材料５
６で覆われていない予めコートされた層の諸部分を、プ
ラズマまたは緩衝（buffer）ＨＦ（緩衝フッ化水素）エ
ッチングにより、後に続く優先的なエッチ工程に進む前
にエッチして除去しなければならない。
を使用して、反射鏡パターン６０をマスク５８から基板
ウェーハ４８に転写する。マスク５８を基板ウェーハ４
８にアラインメントし、次にフォトレジスト材料５６の
層を紫外ＵＶ光源６２によりマスク５８を通して露光
し、反射鏡パターン６０をフォトレジスト材料５６に転
写する。次に図８に示す通り、図７のフォトレジスト材
料５６の層を現像して、基板ウェーハ４８の第一の表面
５４上にフォトレジストマスク６４を形成する。フォト
レジスト材料の現像は、フォトリソグラフィ処理の標準
的な工程である。代わりに基板ウェーハ４８を、ＳｉＯ
2、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉxＮy、Ａｌ2Ｏ3または同様の材料を
使用して予めコートする場合は、フォトレジスト材料５
６で覆われていない予めコートされた層の諸部分を、プ
ラズマまたは緩衝（buffer）ＨＦ（緩衝フッ化水素）エ
ッチングにより、後に続く優先的なエッチ工程に進む前
にエッチして除去しなければならない。
【００２１】前述したフォトリソグラフィ工程に続い
て、基板ウェーハ４８を、フォトレジストマスク６４で
保護されていない領域で優先的にエッチし、図９及び１
０に示す通り、平面反射鏡６６を形成する。この優先的
なエッチ工程を、湿式化学エッチ法により行うが、この
方法では基板４８を、図４に示す（１１１）第一の結晶
面４７に沿って直交方向にエッチする。好適な実施例に
示すように、ＩＩＩ−Ｖ半導体材料の独特の結晶面特性
により、平面でかつ傾斜付きの（flat angled）反射表
面を３６と５３度の間で優先的にエッチすることが可能
になる。好適な実施例のために、図９に示す基板ウェー
ハ４８の表面５４を、脱イオン水：重クロム酸カリウ
ム：酢酸：臭化水素酸（Ｈ2Ｏ：Ｋ2Ｃｒ2Ｏ7：Ｈ3ＣＣ
ＯＯＨ：ＨＢｒ）、４５０ml：６６g：１００ml：３０
０mlの溶液中で温度４０℃〜６０℃で湿式化学エッチす
る。代わりの湿式化学エッチ溶液としては、臭素：メタ
ノール（Ｂｒ2：Ｈ3ＣＯＨ）、臭素：イソプロパノール
（Ｂｒ2：Ｈ5Ｃ2ＯＨ）、脱イオン水：臭化水素酸：酢
酸（Ｈ2Ｏ：ＨＢｒ：Ｈ3ＣＣＯＯＨ）、脱イオン水：重
クロム酸カリウム：硫酸：塩酸（Ｈ2Ｏ：Ｋ2Ｃｒ2Ｏ7：
Ｈ2ＳＯ4：ＨＣｌ）、リン酸：塩酸（Ｈ3ＰＯ4：ＨＣ
ｌ）、リン酸：塩酸：脱イオン水（Ｈ3ＰＯ4：ＨＣｌ：
Ｈ2Ｏ）、リン酸：塩酸：過酸化水素（Ｈ3ＰＯ4：ＨＣ
ｌ：Ｈ2Ｏ2）、照射下の塩化鉄：塩酸（ＦｅＣｌ3：Ｈ
Ｃｌ）、過ヨウ素酸カリウム：塩酸（ＫＩＯ3：ＨＣ
ｌ）、塩酸：酢酸：過酸化水素（ＨＣｌ：酢酸：Ｈ
2Ｏ2）、塩酸：過酸化水素：脱イオン水（ＨＣｌ：Ｈ2
Ｏ2：Ｈ2Ｏ）、硫酸：過酸化水素：脱イオン水（Ｈ2Ｓ
Ｏ4：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ）、クエン酸：過酸化水素：脱イオ
ン水（クエン酸：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ）、臭素：メタノール
（Ｂｒ2：ＣＨ3ＯＨ）、硝酸：フッ酸：脱イオン水（Ｈ
ＮＯ3：ＨＦ：Ｈ2Ｏ）、または過酸化水素：水酸化アン
モニウム（amonium hydroxide）：脱イオン水（Ｈ
2Ｏ2：ＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ）を挙げることができる。
て、基板ウェーハ４８を、フォトレジストマスク６４で
保護されていない領域で優先的にエッチし、図９及び１
０に示す通り、平面反射鏡６６を形成する。この優先的
なエッチ工程を、湿式化学エッチ法により行うが、この
方法では基板４８を、図４に示す（１１１）第一の結晶
面４７に沿って直交方向にエッチする。好適な実施例に
示すように、ＩＩＩ−Ｖ半導体材料の独特の結晶面特性
により、平面でかつ傾斜付きの（flat angled）反射表
面を３６と５３度の間で優先的にエッチすることが可能
になる。好適な実施例のために、図９に示す基板ウェー
ハ４８の表面５４を、脱イオン水：重クロム酸カリウ
ム：酢酸：臭化水素酸（Ｈ2Ｏ：Ｋ2Ｃｒ2Ｏ7：Ｈ3ＣＣ
ＯＯＨ：ＨＢｒ）、４５０ml：６６g：１００ml：３０
０mlの溶液中で温度４０℃〜６０℃で湿式化学エッチす
る。代わりの湿式化学エッチ溶液としては、臭素：メタ
ノール（Ｂｒ2：Ｈ3ＣＯＨ）、臭素：イソプロパノール
（Ｂｒ2：Ｈ5Ｃ2ＯＨ）、脱イオン水：臭化水素酸：酢
酸（Ｈ2Ｏ：ＨＢｒ：Ｈ3ＣＣＯＯＨ）、脱イオン水：重
クロム酸カリウム：硫酸：塩酸（Ｈ2Ｏ：Ｋ2Ｃｒ2Ｏ7：
Ｈ2ＳＯ4：ＨＣｌ）、リン酸：塩酸（Ｈ3ＰＯ4：ＨＣ
ｌ）、リン酸：塩酸：脱イオン水（Ｈ3ＰＯ4：ＨＣｌ：
Ｈ2Ｏ）、リン酸：塩酸：過酸化水素（Ｈ3ＰＯ4：ＨＣ
ｌ：Ｈ2Ｏ2）、照射下の塩化鉄：塩酸（ＦｅＣｌ3：Ｈ
Ｃｌ）、過ヨウ素酸カリウム：塩酸（ＫＩＯ3：ＨＣ
ｌ）、塩酸：酢酸：過酸化水素（ＨＣｌ：酢酸：Ｈ
2Ｏ2）、塩酸：過酸化水素：脱イオン水（ＨＣｌ：Ｈ2
Ｏ2：Ｈ2Ｏ）、硫酸：過酸化水素：脱イオン水（Ｈ2Ｓ
Ｏ4：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ）、クエン酸：過酸化水素：脱イオ
ン水（クエン酸：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ）、臭素：メタノール
（Ｂｒ2：ＣＨ3ＯＨ）、硝酸：フッ酸：脱イオン水（Ｈ
ＮＯ3：ＨＦ：Ｈ2Ｏ）、または過酸化水素：水酸化アン
モニウム（amonium hydroxide）：脱イオン水（Ｈ
2Ｏ2：ＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ）を挙げることができる。
【００２２】代わりに図１８に示す通り、湾曲反射鏡６
８を、基板ウェーハ４８を非選択的にエッチングするこ
とにより形成でき、その際、前述したものと同じ湿式化
学エッチ溶液を温度約６０〜６５℃で使用する。非選択
的エッチングに使用されるフォトレジスト層を温度約１
５０℃でベークして、フォトレジストマスクが、エッチ
ング温度が約６０℃を超えるような高いエッチ温度に耐
えることができるようにする。
８を、基板ウェーハ４８を非選択的にエッチングするこ
とにより形成でき、その際、前述したものと同じ湿式化
学エッチ溶液を温度約６０〜６５℃で使用する。非選択
的エッチングに使用されるフォトレジスト層を温度約１
５０℃でベークして、フォトレジストマスクが、エッチ
ング温度が約６０℃を超えるような高いエッチ温度に耐
えることができるようにする。
【００２３】基板ウェーハ４８の表面５４をエッチして
平面反射鏡６６を形成した後、図１１に示す通りフォト
レジストマスク６４を基板ウェーハ４８の表面５４から
除去する。フォトレジストマスク６４を除去してから、
基板ウェーハ４８の表面５４を洗浄するために、まずア
セトンを使用してフォトレジストマスク６４を除去す
る。フォトレジストマスク６４の除去に続いて、アセト
ンを、基板ウェーハ４８の表面５４からイソプロパノー
ルを用いて除去し、イソプロパノールを、基板ウェーハ
４８の表面５４から脱イオン水を使用して除去する。最
後に、酸化物類とフォトレジスト残留物とを、基板ウェ
ーハ４８の表面５４から水酸化カリウム（ＫＯＨ）を使
用して除去し、エッチ残渣を、硫酸：過酸化水素：脱イ
オン水（Ｈ 2ＳＯ4：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ）の溶液を使用し
て、基板ウェーハ４８の表面５４から除去する。
平面反射鏡６６を形成した後、図１１に示す通りフォト
レジストマスク６４を基板ウェーハ４８の表面５４から
除去する。フォトレジストマスク６４を除去してから、
基板ウェーハ４８の表面５４を洗浄するために、まずア
セトンを使用してフォトレジストマスク６４を除去す
る。フォトレジストマスク６４の除去に続いて、アセト
ンを、基板ウェーハ４８の表面５４からイソプロパノー
ルを用いて除去し、イソプロパノールを、基板ウェーハ
４８の表面５４から脱イオン水を使用して除去する。最
後に、酸化物類とフォトレジスト残留物とを、基板ウェ
ーハ４８の表面５４から水酸化カリウム（ＫＯＨ）を使
用して除去し、エッチ残渣を、硫酸：過酸化水素：脱イ
オン水（Ｈ 2ＳＯ4：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ）の溶液を使用し
て、基板ウェーハ４８の表面５４から除去する。
【００２４】前述したように、反射表面と溝とのモノリ
シックな集積は重要である。モノリシックな集積によ
り、光学装置同士の間のより高信頼度でかつより複雑で
ない光学アラインメントが可能になる。モノリシック集
積を完成するためには、反射鏡が既に形成されている表
面に対立する基板ウェーハの表面上に溝を形成する。
シックな集積は重要である。モノリシックな集積によ
り、光学装置同士の間のより高信頼度でかつより複雑で
ない光学アラインメントが可能になる。モノリシック集
積を完成するためには、反射鏡が既に形成されている表
面に対立する基板ウェーハの表面上に溝を形成する。
【００２５】図１２に示す通り、基板ウェーハ４８をキ
ャリア５０から取り外し、ワックス材料５２を使用して
キャリア５０に再マウントし、それによって基板ウェー
ハ４８の表面７０を露出させる。基板ウェーハ４８の表
面７０を、溶媒を使用して洗浄し、ワックス残渣を除去
する。溝の製造の第一の工程は、フォトリソグラフィ工
程である。第一のフォトリソグラフィ工程は、フォトレ
ジスト材料７２の層を、反射鏡６６が既に形成されてい
る基板ウェーハ４８の表面５４に対立する基板ウェーハ
４８の全表面７０全体を覆うようにコートする。好まし
いフォトレジスト材料７２は、キシレン中の２−エトキ
シエチルアセテート＋ｎ−酢酸ブチルである。次に、基
板ウェーハ４８を温度約１００℃で４５分間ソフトベー
クし、フォトレジスト材料７２から溶媒を除去する。
ャリア５０から取り外し、ワックス材料５２を使用して
キャリア５０に再マウントし、それによって基板ウェー
ハ４８の表面７０を露出させる。基板ウェーハ４８の表
面７０を、溶媒を使用して洗浄し、ワックス残渣を除去
する。溝の製造の第一の工程は、フォトリソグラフィ工
程である。第一のフォトリソグラフィ工程は、フォトレ
ジスト材料７２の層を、反射鏡６６が既に形成されてい
る基板ウェーハ４８の表面５４に対立する基板ウェーハ
４８の全表面７０全体を覆うようにコートする。好まし
いフォトレジスト材料７２は、キシレン中の２−エトキ
シエチルアセテート＋ｎ−酢酸ブチルである。次に、基
板ウェーハ４８を温度約１００℃で４５分間ソフトベー
クし、フォトレジスト材料７２から溶媒を除去する。
【００２６】図１３にさらに示す通り、マスク７４を使
用して、溝パターン７６をフォトレジスト材料７２の層
に転写する。マスク７４を基板ウェーハ４８に選択的に
アラインメントする。標準的なフォトリソグラフィ工程
を使用して、フォトレジスト材料７２の層を、紫外光源
７８によりマスク７４を通して露光する。
用して、溝パターン７６をフォトレジスト材料７２の層
に転写する。マスク７４を基板ウェーハ４８に選択的に
アラインメントする。標準的なフォトリソグラフィ工程
を使用して、フォトレジスト材料７２の層を、紫外光源
７８によりマスク７４を通して露光する。
【００２７】図１４に示す通り、フォトレジスト材料７
２の層を現像して、基板ウェーハ４８の表面７０上にフ
ォトレジストマスク８０を作り出す。図１５と１６に示
す通り、フォトレジストマスク８０を含む基板ウェーハ
４８の表面７０を、フォトレジストマスク８０で保護さ
れていない領域で湿式化学エッチし、溝８２を形成す
る。溝８２を、図４に示すような基板ウェーハの（１０
０）結晶面３５に沿って直交の方向にエッチし、その
際、溝８２の端部８４は平面反射鏡６６の平面と交差す
るようにする。基板ウェーハ４８の異方性エッチ特性の
ために、図１５に示す通り、溝８２は半円形に形成され
る。溝８２が半円形であるために、半円溝８２におい
て、同等のｖ溝構造よりも円形光ファイバとのより大き
い表面積での接触が可能になるため、マイクロベンチ系
の熱膨張の最中の安定性を増加させることが可能にな
る。
２の層を現像して、基板ウェーハ４８の表面７０上にフ
ォトレジストマスク８０を作り出す。図１５と１６に示
す通り、フォトレジストマスク８０を含む基板ウェーハ
４８の表面７０を、フォトレジストマスク８０で保護さ
れていない領域で湿式化学エッチし、溝８２を形成す
る。溝８２を、図４に示すような基板ウェーハの（１０
０）結晶面３５に沿って直交の方向にエッチし、その
際、溝８２の端部８４は平面反射鏡６６の平面と交差す
るようにする。基板ウェーハ４８の異方性エッチ特性の
ために、図１５に示す通り、溝８２は半円形に形成され
る。溝８２が半円形であるために、半円溝８２におい
て、同等のｖ溝構造よりも円形光ファイバとのより大き
い表面積での接触が可能になるため、マイクロベンチ系
の熱膨張の最中の安定性を増加させることが可能にな
る。
【００２８】溝８２の形成に続いて、平面反射鏡の形成
において示したものと同一の工程を使用して、フォトレ
ジストマスク８０を基板ウェーハ４８の表面７０から除
去し、基板ウェーハ４８の表面７０を洗浄する。
において示したものと同一の工程を使用して、フォトレ
ジストマスク８０を基板ウェーハ４８の表面７０から除
去し、基板ウェーハ４８の表面７０を洗浄する。
【００２９】マイクロベンチ系をマイクロ光学装置に固
定するために、基板４８全体をメタライズするが、この
方法は図１７に示す通り、最初に基板ウェーハ４８全体
を覆ってチタン（Ｔｉ）の層８６を蒸着９２し、チタン
の層８６を覆って白金（Ｐｔ）の層８８を蒸着９２し、
白金の層８８を覆って金（Ａｕ）の層９０を蒸着９２
し、標準的な合金処理を諸金属層に適用して、より良好
な接着を得るために諸層を接合する。
定するために、基板４８全体をメタライズするが、この
方法は図１７に示す通り、最初に基板ウェーハ４８全体
を覆ってチタン（Ｔｉ）の層８６を蒸着９２し、チタン
の層８６を覆って白金（Ｐｔ）の層８８を蒸着９２し、
白金の層８８を覆って金（Ａｕ）の層９０を蒸着９２
し、標準的な合金処理を諸金属層に適用して、より良好
な接着を得るために諸層を接合する。
【００３０】最後に図１９に示す通り、光ファイバ９２
と基板ウェーハ４８とを、共晶接合１００を使用して固
定する。光ファイバ９２を溝８２内に固定し、基板ウェ
ーハ４８を光学装置９４にマウントする。光信号９６は
光ファイバ９２から放射され、平面反射鏡６６で反射し
て、光学活性領域９８に至る。
と基板ウェーハ４８とを、共晶接合１００を使用して固
定する。光ファイバ９２を溝８２内に固定し、基板ウェ
ーハ４８を光学装置９４にマウントする。光信号９６は
光ファイバ９２から放射され、平面反射鏡６６で反射し
て、光学活性領域９８に至る。
【００３１】明らかに本発明の多くの修正と変形とが、
上記の教示に照らして可能である。従って添付の請求の
範囲内で、本発明は、上記に具体的に説明したものとは
別の方法で実施できることは理解できるはずである。
上記の教示に照らして可能である。従って添付の請求の
範囲内で、本発明は、上記に具体的に説明したものとは
別の方法で実施できることは理解できるはずである。
【図１】マウント済みファイバ組立体とフォトダイオー
ドにモノリシックに集積されたマイクロレンズとを含
む、周知の光学結合系の図である。
ドにモノリシックに集積されたマイクロレンズとを含
む、周知の光学結合系の図である。
【図２】基板の表面に接して形成された複数のマイクロ
レンズと基板の対立する表面に接して形成された対応す
る光ファイバガイドとを含む、別の周知の光学結合系の
図である。
レンズと基板の対立する表面に接して形成された対応す
る光ファイバガイドとを含む、別の周知の光学結合系の
図である。
【図３】本発明による光学マイクロベンチ系の側面図で
ある。
ある。
【図４】ＩＩＩ−Ｖ半導体基板の自然の結晶面の図であ
る。
る。
【図５】本発明による基板のラッピングとポリシングの
側面図である。
側面図である。
【図６】本発明によるフォトリソグラフィ工程によって
反射表面の形成を始めるために、フォトレジスト材料の
層でコートされた基板の側面図である。
反射表面の形成を始めるために、フォトレジスト材料の
層でコートされた基板の側面図である。
【図７】本発明による、基板ウェーハの表面上のフォト
レジスト材料の層を含む基板ウェーハの側面図であり、
フォトレジスト材料の層は紫外光源によりマスクを通し
て露光され、後に反射鏡を形成する。
レジスト材料の層を含む基板ウェーハの側面図であり、
フォトレジスト材料の層は紫外光源によりマスクを通し
て露光され、後に反射鏡を形成する。
【図８】本発明による、基板ウェーハと、基板ウェーハ
への紫外光源による露光に続いて基板の表面上に形成さ
れたフォトレジストマスクとの側面図である。
への紫外光源による露光に続いて基板の表面上に形成さ
れたフォトレジストマスクとの側面図である。
【図９】本発明による、優先的にエッチされ平面反射鏡
が形成された、基板ウェーハの表面の断面の側面図であ
る。
が形成された、基板ウェーハの表面の断面の側面図であ
る。
【図１０】本発明による、優先的にエッチされ平面反射
鏡が形成された、基板ウェーハの表面の平面図である。
鏡が形成された、基板ウェーハの表面の平面図である。
【図１１】フォトレジストを基板の表面から除去した図
１０の基板の断面の側面図である。
１０の基板の断面の側面図である。
【図１２】本発明による、平面反射鏡が形成されている
場所に対立して、表面上にフォトリソグラフィ工程によ
って溝の形成を始めるために、フォトレジスト材料の層
でコートされた基板ウェーハの断面の側面図である。
場所に対立して、表面上にフォトリソグラフィ工程によ
って溝の形成を始めるために、フォトレジスト材料の層
でコートされた基板ウェーハの断面の側面図である。
【図１３】本発明による、基板ウェーハの表面上のフォ
トレジスト材料の層を含む基板ウェーハの側面図であ
り、フォトレジスト材料の層は紫外光源によりマスクを
通して露光され、後に溝を形成する。
トレジスト材料の層を含む基板ウェーハの側面図であ
り、フォトレジスト材料の層は紫外光源によりマスクを
通して露光され、後に溝を形成する。
【図１４】本発明による、基板ウェーハと、基板ウェー
ハへの紫外光源による露光に続いて基板の表面上に形成
されたフォトレジストマスクとの平面図である。
ハへの紫外光源による露光に続いて基板の表面上に形成
されたフォトレジストマスクとの平面図である。
【図１５】本発明による、エッチされた平面反射鏡の平
面に交差するようなエッチされた溝を備えた基板ウェー
ハの平面図である。
面に交差するようなエッチされた溝を備えた基板ウェー
ハの平面図である。
【図１６】本発明による、エッチされた平面反射鏡の平
面に交差するようなエッチされた溝を備えた基板ウェー
ハの側面図である。
面に交差するようなエッチされた溝を備えた基板ウェー
ハの側面図である。
【図１７】本発明による基板ウェーハのメタライゼーシ
ョン方法の図である。
ョン方法の図である。
【図１８】本発明による、湾曲反射鏡が形成された、本
発明の別の実施例の断面の側面図である。
発明の別の実施例の断面の側面図である。
【図１９】本発明によるマイクロベンチ系の図である。
３６ ＩＩＩ−Ｖ半導体基板 ３８ ファイバ溝 ４０ 反射鏡 ４２ 光エネルギー ４４ 光ファイバ ４６ 光学検出器装置 ４７ （１１１）結晶面 ４８ 基板ウェーハ ５０ キャリア ５２ ワックス ５４ 基板ウェーハ４８の表面 ５６ フォトレジストコーティング ５８ マスク ６０ 反射鏡パターン ６２ 紫外ＵＶ光源 ６４ フォトレジストマスク ６６ 反射鏡 ６８ 反射鏡 ７０ 基板ウェーハ４８の表面 ７２ フォトレジスト材料 ７４ マスク ７６ 溝パターン ７８ 紫外光源 ８０ フォトレジストマスク ８２ 溝 ８４ 溝８２の端部 ８６ チタンの層 ８８ 白金の層 ９０ 金の層 ９２ 蒸着（光ファイバ） ９４ 光学装置 ９６ 光信号 ９８ 光学活性領域 １００ 共晶接合
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エリック・アール・アンダーソン アメリカ合衆国カリフォルニア州90278, レダンド・ビーチ，フィスク・レーン 2515 (72)発明者 ロナルド・エル・ストリイェク アメリカ合衆国カリフォルニア州92083, ヴィスタ，カントリー・ヴュー・レーン 1466 (72)発明者 エドワード・エイ・レゼク アメリカ合衆国カリフォルニア州90505, トーランス，パセオ・トーチュガス 4720
Claims (35)
- 【請求項１】 結晶面と、該結晶面と交差して基板ウェ
ーハの側面上にエッチされた溝とを有する基板ウェーハ
と；該基板ウェーハの前記結晶面中でエッチされた鏡
と；を備える、光学装置同士の間の光結合のためのモノ
リシック光学マイクロベンチ系。 - 【請求項２】 前記基板は、ヒ化ガリウム（ＧａＡ
ｓ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、リン化インジウム
（ＩｎＰ）、またはヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）からな
る群から選択されるＩＩＩ−Ｖ半導体材料を含む、請求
項１に記載のモノリシック光学マイクロベンチ系。 - 【請求項３】 前記結晶面は（１１１）面である、請求
項１に記載のモノリシック光学マイクロベンチ系。 - 【請求項４】 前記鏡は平面反射表面を有する、請求項
１に記載のモノリシック光学マイクロベンチ系。 - 【請求項５】 前記鏡の前記平面反射表面は、約３６〜
５３度の自然の結晶面角度を有する、請求項４に記載の
モノリシック光学マイクロベンチ系。 - 【請求項６】 前記鏡は湾曲反射表面を有する、請求項
１に記載のモノリシック光学マイクロベンチ系。 - 【請求項７】 前記光学装置の少なくとも一つは導波路
である、請求項１に記載のモノリシック光学マイクロベ
ンチ系。 - 【請求項８】 前記光学装置の少なくとも一つは光電検
出器である、請求項１に記載のモノリシック光学マイク
ロベンチ系。 - 【請求項９】 前記光学装置の少なくとも一つは光ファ
イバである、請求項１に記載のモノリシック光学マイク
ロベンチ系。 - 【請求項１０】 前記溝は該溝中に前記光ファイバを位
置決めするためのチャネルとなる、請求項９に記載のモ
ノリシック光学マイクロベンチ系。 - 【請求項１１】 光学装置同士の間の光結合のためのモ
ノリシック光学マイクロベンチを製造するための方法で
あって：第一の表面と、該第一の表面に対立する第二の
表面と、第一の結晶面と、第二の結晶面とを有する基板
ウェーハを提供する工程と；前記基板ウェーハの前記第
一の表面全体をラッピングしてから、前記基板ウェーハ
の前記第一の表面全体をポリシングする工程と；前記基
板ウェーハの前記第一の対立する表面全体を覆うように
フォトレジスト材料の第一の層をコートし、前記基板ウ
ェーハの前記第二の対立する表面全体を覆うようにフォ
トレジスト材料の第二の層でコートする工程と；前記基
板ウェーハの前記第一の対立する表面と前記第二の対立
する表面をベークする工程と；前記基板ウェーハの前記
第一の対立する表面のための第一のマスクと、前記基板
ウェーハの前記第二の対立する表面のための第二のマス
クを提供する工程と；前記第一のマスクを前記基板ウェ
ーハの前記第一の対立する表面に、前記第二のマスクを
前記基板ウェーハの前記第二の対立する表面に選択的に
アラインメントする工程と；フォトレジスト材料の前記
第一の層でコートされた前記基板ウェーハの前記第一の
対立する表面を、光源により露光して、第一のフォトレ
ジストマスクを形成し、フォトレジスト材料の前記第二
の層でコートされた前記基板ウェーハの前記第二の対立
する表面を、光源により露光して、第二のフォトレジス
トマスクを形成する工程と；前記基板ウェーハの前記第
一の対立する表面と前記第二の対立する表面を現像する
工程と；前記基板ウェーハの前記第一の対立する表面と
前記第二の対立する表面をエッチングする工程と；前記
第一のフォトレジストマスクを除去してから、前記基板
ウェーハの前記第一の対立する表面を洗浄し、前記第二
のフォトレジストマスクを除去してから、前記基板ウェ
ーハの前記第二の対立する表面を洗浄する工程と；前記
基板ウェーハ全体をメタライズする工程と；を含む前記
方法。 - 【請求項１２】 前記基板ウェーハを提供する工程は、
ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化ガリウム（Ｇａ
Ｐ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、またはヒ化インジ
ウム（ＩｎＡｓ）からなる群から選択されるＩＩＩ−Ｖ
半導体材料の前記基板ウェーハを提供する工程をさらに
含む、請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１３】 前記第一と前記第二の結晶面とを有す
る前記基板ウェーハを提供する工程は、（１００）の第
一の結晶面を有する前記基板ウェーハを提供する工程を
さらに含む、請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１４】 前記第一と前記第二の結晶面とを有す
る前記基板ウェーハを提供する工程は、（１１１）の第
二の結晶面を有する前記基板ウェーハを提供する工程を
さらに含む、請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１５】 前記第一と前記第二の対立する表面と
を有する前記基板ウェーハを提供する工程は、平面反射
鏡を形成するために、前記第一の対立する表面を提供す
る工程をさらに含む、請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１６】 前記平面反射鏡を形成するために、前
記基板ウェーハの前記第一の対立する表面を提供する工
程は、前記基板ウェーハの前記第一の対立する表面を約
１００℃の温度でベークする工程をさらに含む、請求項
１５に記載の方法。 - 【請求項１７】 前記平面反射鏡を形成するために、前
記第一の対立する表面を提供する工程は、前記基板ウェ
ーハの前記第一の対立する表面を選択的にエッチングす
る工程をさらに含む、請求項１５に記載の方法。 - 【請求項１８】 前記基板ウェーハの前記第一の対立す
る表面を選択的にエッチングする工程は、前記平面反射
鏡を形成するために、前記基板ウェーハの前記第二の結
晶面に沿って選択的にエッチングする工程をさらに含
む、請求項１７に記載の方法。 - 【請求項１９】 前記基板ウェーハの前記第一の対立す
る表面を選択的にエッチングする工程は、自然の結晶面
角度３６〜５３度を有する前記平面反射鏡を形成する工
程をさらに含む、請求項１７に記載の方法。 - 【請求項２０】 前記第一と前記第二の対立する表面と
を有する前記基板ウェーハを提供する工程は、湾曲反射
鏡を形成するために、前記第一の対立する表面を提供す
る工程をさらに含む、請求項１１に記載の方法。 - 【請求項２１】 前記湾曲反射鏡を形成するために、前
記基板の前記第一の対立する表面を提供する工程は、前
記基板ウェーハの前記第一の対立する表面を約１５０℃
の温度でベークする工程をさらに含む、請求項２０に記
載の方法。 - 【請求項２２】 前記湾曲反射鏡を形成するために、前
記基板ウェーハの前記第一の対立する表面を提供する工
程は、前記湾曲反射鏡を形成するために、前記基板ウェ
ーハの前記第一の対立する表面を非選択的にエッチング
する工程をさらに含む、請求項２０に記載の方法。 - 【請求項２３】 前記湾曲反射鏡を形成するために、前
記基板ウェーハの前記第一の対立する表面を非選択的に
エッチングする工程は、前記基板ウェーハの前記第二の
結晶面に沿ってエッチングする工程をさらに含む、請求
項２２に記載の方法。 - 【請求項２４】 前記第一と前記第二の対立する表面と
を有する前記基板ウェーハを提供する工程は、溝を形成
するために、前記第二の対立する表面を提供する工程を
さらに含む、請求項１１に記載の方法。 - 【請求項２５】 前記溝を形成するために、前記第二の
対立する表面を提供する工程は、前記第二の対立する表
面を提供し、前記基板ウェーハの前記第二の結晶面と交
差する溝を形成する工程をさらに含む、請求項２４に記
載の方法。 - 【請求項２６】 前記第二の対立する表面を提供し、前
記基板ウェーハの前記第二の結晶面と交差する溝を形成
する工程は、前記溝中に光ファイバを位置決めするため
の前記溝を提供する工程をさらに含む、請求項２５に記
載の方法。 - 【請求項２７】 前記基板ウェーハの前記第二の対立す
る表面を提供して溝を形成する工程は、前記溝を形成す
るために、前記基板ウェーハの前記第二の対立する表面
を非選択的にエッチングする工程をさらに含む、請求項
２５に記載の方法。 - 【請求項２８】 前記溝を形成するために、前記基板ウ
ェーハの前記第二の対立する表面を非選択的にエッチン
グする工程は、半円形の断面を有する前記溝を形成する
ために、前記基板ウェーハの前記第二の対立する表面を
非選択的にエッチングする工程をさらに含む、請求項２
７に記載の方法。 - 【請求項２９】 前記基板ウェーハの前記第一の対立す
る表面全体をラッピングしてからポリシングする工程
は、前記基板ウェーハを約１３５〜１７５ミクロンの厚
さにラッピングする工程をさらに含む、請求項１１に記
載の方法。 - 【請求項３０】 前記基板ウェーハの前記第一の対立す
る表面を覆うようにフォトレジスト材料の前記第一の層
をコートし、前記基板ウェーハの前記第二の対立する表
面を覆うようにフォトレジスト材料の前記第二の層をコ
ートする工程は、キシレン中の２−エトキシエチルアセ
テート＋ｎ−酢酸ブチル、キシレンとヘキサメチルジシ
ロザンとの中の２−エトキシエチルアセテート＋ｎ−酢
酸ブチル、キシレン中の２−エトキシエチルアセテート
＋ｎ−酢酸ブチルと二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、キシレ
ン中の２−エトキシエチルアセテート＋ｎ−酢酸ブチル
と窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）
と複合窒化ケイ素（ＳｉxＮy）、または酸化アルミニウ
ム（Ａｌ2Ｏ3）からなる群から前記フォトレジスト材料
を提供する工程をさらに含む、請求項１１に記載の方
法。 - 【請求項３１】 前記基板ウェーハの前記第一と前記第
二の対立する表面をベークする工程は、前記基板ウェー
ハの前記第二の対立する表面を約１００℃の温度でベー
クする工程をさらに含む、請求項１１に記載の方法。 - 【請求項３２】 前記第一のマスクを前記基板ウェーハ
上で前記第一の対立する表面に、前記第二のマスクを前
記基板ウェーハ上で前記第二の対立する表面に選択的に
アラインメントする工程は、前記第一と前記第二のマス
クを前記基板ウェーハの前記第一の結晶面に沿ってアラ
インメントする工程をさらに含む、請求項１１に記載の
方法。 - 【請求項３３】 前記基板ウェーハの前記第一と前記第
二の対立する表面をエッチングする工程は、湿式化学エ
ッチングする工程をさらに含む、請求項１１に記載の方
法。 - 【請求項３４】 前記基板ウェーハの前記第一と前記第
二の対立する表面をエッチングする工程は、脱イオン
水：重クロム酸カリウム：酢酸：臭化水素酸（Ｈ2Ｏ：
Ｋ2Ｃｒ2Ｏ7：Ｈ3ＣＣＯＯＨ：ＨＢｒ）、臭素：メタノ
ール（Ｂｒ2：Ｈ 3ＣＯＨ）、臭素：イソプロパノール
（Ｂｒ2：Ｈ5Ｃ2ＯＨ）、脱イオン水：臭化水素酸：酢
酸（Ｈ2Ｏ：ＨＢｒ：Ｈ3ＣＣＯＯＨ）、脱イオン水：重
クロム酸カリウム：硫酸：塩酸（Ｈ2Ｏ：Ｋ2Ｃｒ2Ｏ7：
Ｈ2ＳＯ4：ＨＣｌ）、リン酸：塩酸（Ｈ3ＰＯ4：ＨＣ
ｌ）、リン酸：塩酸：脱イオン水（Ｈ3ＰＯ4：ＨＣｌ：
Ｈ2Ｏ）、リン酸：塩酸：過酸化水素（Ｈ3ＰＯ4：ＨＣ
ｌ：Ｈ2Ｏ2）、照射下の塩化鉄：塩酸（ＦｅＣｌ3：Ｈ
Ｃｌ）、過ヨウ素酸カリウム：塩酸（ＫＩＯ3：ＨＣ
ｌ）、塩酸：酢酸：過酸化水素（ＨＣｌ：酢酸：Ｈ
2Ｏ2）、塩酸：過酸化水素：脱イオン水（ＨＣｌ：Ｈ2
Ｏ2：Ｈ2Ｏ）、硫酸：過酸化水素：脱イオン水（Ｈ2Ｓ
Ｏ4：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ）、クエン酸：過酸化水素：脱イオ
ン水（クエン酸：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ）、臭素：メタノール
（Ｂｒ2：ＣＨ3ＯＨ）、硝酸：フッ酸：脱イオン水（Ｈ
ＮＯ3：ＨＦ：Ｈ2Ｏ）、または過酸化水素：水酸化アン
モニウム：脱イオン水（Ｈ2Ｏ2：ＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ）か
らなる群から選択される湿式化学エッチ溶液を提供する
ことをさらに含む、請求項１１に記載の方法。 - 【請求項３５】 前記基板ウェーハ全体をメタライズす
る工程は：前記基板ウェーハ全体を覆うようにチタン
（Ｔｉ）の層を蒸着する工程と；チタンの前記層を覆う
ように白金（Ｐｔ）の層を蒸着する工程と；白金の前記
層を覆うように金（Ａｕ）の層を蒸着する工程と；合金
処理を前記チタン層、前記白金層、及び前記金層に適用
して、前記基板ウェーハの前記表面をチタンの前記層
に、チタンの前記層を白金の前記層に、及び白金の前記
層を金の前記層に接着させる工程と；を含む、請求項１
１に記載の方法。
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