JP4330197B2

JP4330197B2 - 垂直流体充填ホールを備えた全内反射光学スイッチ

Info

Publication number: JP4330197B2
Application number: JP03692699A
Authority: JP
Inventors: ジュリー・イー・フォウクエット; パトリシア・エー・ベック; ダトン・チェン
Original assignee: アバゴ・テクノロジーズ・ファイバー・アイピー（シンガポール）プライベート・リミテッド
Priority date: 1998-02-18
Filing date: 1999-02-16
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2019-02-16
Also published as: US6055344A; JPH11271651A; EP0938013B1; EP0938013A3; DE69804933D1; US6324316B1; DE69804933T2; EP0938013A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、光学スイッチング素子に関するものであり、とりわけ、導波路間における光学結合が流体の操作によって決まるスイッチの製作方法に関するものである。
【０００２】
【背景となる技術】
遠隔通信及びデータ通信ネットワーク内の信号は、従来、導電性の回線を介して電気信号を伝送することによって交換されてきたが、データ交換の代替手段として、光ファイバを介した光信号の伝送がある。光信号を効率よく発生し、伝送するための装置が、設計され、実施されてきたが、遠隔通信及びデータ通信ネットワークに用いられる光学スイッチの設計には、問題が多い。
【０００３】
本発明の譲受人に譲渡されたＦｏｕｑｕｅｔ他に対する米国特許第５，６９９，４６２号には、いくつかの並列入力光ファイバの任意の１つからいくつかの並列出力光ファイバの任意の１つに光信号を経路指定するために用いることが可能な、スイッチング・マトリックスの記載がある。Ｊａｃｋｅｌ他に対する米国特許第４，９８８，１５７号には、機能的に関連したスイッチング素子のマトリックスの記載がある。図１には、分離されたスイッチング素子１０が示され、図２には、スイッチング素子の４×４マトリックス３２が示されている。図１の光学スイッチは、基板上に形成されている。基板は、シリコン基板とすることができるが、他の材料を利用することも可能である。光学スイッチ１０には、下部クラッド層１４、コア１６、及び、上部クラッド層１８によって形成された平面導波路が含まれている。コアは、主として二酸化珪素であるが、コアの屈折率に影響のある他の材料も含まれている。クラッド層は、光信号がコア材料に沿ってガイドされるように、屈折率がコア材料の屈折率と大幅に異なる材料から形成されることが望ましい。
【０００４】
第１の導波路の入力導波路２０及び出力導波路２６を形成し、第２の導波路の入力導波路２４及び出力導波路２２を形成するために、コア材料１６にパターン形成が施される。次に、パターン形成されたコア材料に上部クラッド層１８が堆積させられる。コア材料及び２つのクラッド層を通って、基板に達する、トレンチ２８のエッチングが施される。導波路は、トレンチに蒸気またはガスが充填された場合の全内反射（ＴＩＲ）の臨界角を超える入射角でトレンチと交差する。従って、アライメントのとれた導波路２０と２６の間のギャップ内に、屈折率整合材料が配置されない限り、ＴＩＲによって、光は入力導波路２０から出力導波路２２に方向転換させられる。トレンチ２８は、トレンチの側壁の１つが、導波路の軸の交差点を通るか、前記交差点からわずかにオフセットするように、４つの導波路に対して位置決めされている。
【０００５】
図２の４×４マトリックス３２の場合、４つの入力導波路３４、３６、３８、及び、４０の任意の１つと、出力導波路４２、４４、４６、及び、４８の任意の１つを光学的に結合することが可能である。スイッチング構成は、そのスイッチング構成を通じて、どの接続が既に行われているかに関係なく、任意の自由な入力ファイバと任意の自由な出力ファイバを接続することができるので、「非ブロッキング」と呼ばれる。１６の光学スイッチが、それぞれ、同一直線上にある導波路間のギャップに屈折率整合液体が存在しなければ、ＴＩＲを生じさせるトレンチを備えているが、特定の導波路の経路の同一直線上にある導波路は、同一直線上にある導波路間のギャップに屈折率整合流体が充填されると、光学的に結合される。導波路ギャップが流体によって充填されるトレンチは、ある角度をなして、アレイをなす光導波路の交差点を通る細い線で表示されている。一方、ギャップに屈折率整合流体の存在しないトレンチは、交差点を通る太い線で表示されている。
【０００６】
図１及び２の入力導波路２０は、トレンチ２８の空のギャップにおける反射の結果として、出力導波路２２と光学的に通じている。入力導波路３４と出力導波路４４が通じるようにすることが可能な他の全ての交差点が、透過状態にあるため、入力導波路３４において発生する信号は、出力導波路４４において受信される。同様に、入力導波路３６は、第１の出力導波路４２に対して光学的に結合され、第３の入力導波路３８は、第４の出力導波路４８に対して光学的に結合され、第４の入力導波路４０は、第３の出力導波路４６に対して結合される。
【０００７】
図１に示すタイプの光学スイッチを透過状態から反射状態に変更するために利用可能な技法がいくつか存在する。上述のＪａｃｋｅｌ他に対する特許では、電気化学的に発生する泡が形成されるまで、水または屈折率整合液体が導波路間のギャップ内に存在する。電解的に液体を気泡に変換するため、１つの電極が配置されている。同一直線上にある導波路間のギャップにおける気泡によって、屈折率の不整合が生じ、トレンチの側壁から光が反射されることになる。気泡は、適合する極性を備えた第２のパルスによって破壊することが可能である。気泡を除去すると、スイッチは透過状態に戻される。
【０００８】
サトウ他の特願平６−２２９８０２号（特開平８−９４８６６号）には、ヒータを利用した、２つの導波路が交差するギャップに対する屈折率整合液体の供給及び前記ギャップからの除去について記載がある。スリット（すなわち、トレンチ）内における液体の流れは、ヒータ素子を選択的に起動することによって制御される。屈折率整合液体は、粘性の低いシリコン・オイルとすることが可能である。表面キャップ基板と導波路が製作される基板の結合前に、スリットのほぼ１／３の容積が、こうした液体によって充填される。定量の封入液体が、２つのヒータ素子の一方を選択的に起動することによって操作される。第１のヒータ素子を起動すると、封入液体が２つの導波路間のギャップに位置決めされ、もう一方のヒータ素子を起動すると、導波路間のギャップから封入液体が除去される。
【０００９】
サトウ他の装置における液体が、スイッチング装置のエッジからトレンチに送られる場合、そのチャネルは、装置のフットプリントにおいてかなりのスペースを必要にする。導波路、ヒータ、及び、ヒータに対する薄膜電気接続は、適正なマッピングを施し、製作しなければならない。問題は、チャネルを形成するという追加要件によって、スペースの要件がスペースの利用可能度を超えることになる点にある。典型的な用途において、並列導波路間における中心間の距離は、従来の光ファイバ・リボン・ケーブルのピッチに一致するように、２５０μｍとすることが可能である。スイッチング素子の適正な動作を確保するために十分な容積を備える液体送りチャネルの設計及び生産は、こうした用途では困難であろう。もう１つの問題は、導波路基板に追加チャネルが形成されると、装置に追加光学損失が生じる可能性があるという点である。
【００１０】
逆に、サトウ他による教示に従って、トレンチ内に屈折率整合液体を封入することに関する問題は、装置を完全にアセンブルした後、液体の量を調整することができないという点である。すなわち、封入量が最適でないと判断された場合に、液体の追加または除去が不可能である。
【００１１】
流体送りチャネルの形成が、スイッチ構造の製作プロセスにおける妨げにならないようにして、間隔の接近した導波路と交差したトレンチに対する十分な大きさの流体充填チャネルを提供するスイッチング装置と製造方法が要求されている。
【００１２】
【発明の概要】
スイッチング素子を製作する方法には、導波路基板及びヒータ基板を設けることが含まれ、また、ヒータ表面の主表面にほぼ垂直な方向に、ヒータ基板を通る少なくとも１つの流体充填ホールを形成することが含まれる。導波路基板は、トレンチと交差する第１と第２の導波路を含む、少なくとも２つの光導波路を備えている。第１と第２の導波路間における光学結合は、導波路とトレンチの交差点における流体の有無によって決まる。充填ホール、ヒータ、及び、導波路の構造が完成すると、２つの基板は、トレンチがヒータ基板に通る少なくとも１つの充填ホールと流体で通じ、ヒータ基板の表面における少なくとも１つのヒータと熱的に通じるようにアライメントがとられて、結合される。
【００１３】
望ましい実施態様の場合、ヒータ及び流体充填ホールを形成するステップの前に、ヒータ基板の両側に誘電体層が設けられる。誘電体は、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）のような熱酸化物とすることが可能である。ヒータは、インク・ジェット・プリントヘッド用ヒータの製作にとって一般的な製作技法を利用して、ヒータ基板の一方の表面に形成される。ヒータの形成に加えて、ヒータ駆動回路要素に対する接続に備えてヒータからボンド・パッドへの電気リードを設けるため、導電層にパターン形成が施される。本発明を利用して、単一スイッチング素子を形成することが可能であるが、一般には、スイッチング素子マトリックスが形成される。望ましい実施態様の場合、各スイッチング素子は、トレンチ内における気泡の生成及び／または移動によって、透過状態から反射状態に選択的にスイッチされる。気泡が導波路端部間のギャップに送り込まれ、送り出される実施態様の場合、各スイッチング素子毎に、２つのヒータが設けられる。一方のヒータは、導波路端部間のギャップに配置され、もう一方のヒータは、ギャップを含むが、前記一方の端部から距離をあけたトレンチとアライメントがとられる。また、望ましい実施態様の場合、各トレンチは、２つ以上の流体充填ホールとアライメントがとられる。流体充填ホールをギャップの両側に配置することによって、気泡の移動がより確実に制御される。
【００１４】
ヒータ基板または導波路基板を通る流体充填ホールの形成には、問題が多い。シリカ基板上の導波路層を含む導波路構造は、十分に小さい流体充填ホールを形成するために利用されるドリル加工技法には適応しない。シリコン基板上の導波路構造の場合、導波路は、わずか２５０μｍだけしか間隔があいていない可能性があるが、厚さが５００μｍ〜１ｍｍの市販のシリコン・ウェーハ上に製作されるので、従来の湿式エッチング技法（ＫＯＨまたはＥＤＰのような）では所望の結果が得られない。湿式エッチングによる側壁の勾配は、約５５゜のため、垂直方向のエッチングが完了する前に、流体充填ホールが水平方向において合併することになりがちである。より薄いウェーハを利用すれば、垂直方向におけるエッチング寸法を短くすることが可能であるが、厚さが減ることによって、取扱い、ウェーハの反り、及び、破損に関連した問題が、さらに生じることになる。
【００１５】
ドリル加工技法を利用すれば、ヒータ基板を貫通し、ほぼ垂直な側壁が得られるようにすることが可能である。技法の１つに、サンド・ドリル加工があるが、この技法に関する現状では、流体充填ホールを形成する用途に対する適応は容易ではない。必要な金属「ドリル・ビット」、すなわち、アスペクト比が５０：１の、極めて狭い直径のホールを備えた部品を製作して、サンド・スプレイを集束させるのは困難である。もう１つの技法は、レーザ・ドリル加工である。必要なアスペクト比になるようにホールを形成することが可能であるが、この作業で発生する熱によって、数百ミクロンの充填ホール内における回路要素が溶融する可能性がある。ヒータ及びヒータへの導電性リードが、ヒータ基板の表面に近接した間隔で配置される用途において、この結果を許容することはできない。これらのドリル加工プロセスは、両方とも、各ホールを個別にドリル加工しなければならないので、比較的低速である。
【００１６】
基板に垂直方向に通る流体充填ホールの形成にうまく機能するドリル加工技法は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）反応イオン・エッチング（ＲＩＥ）と呼ばれる。ＩＣＰは、時間変化軸方向磁界を発生して、プラズマ電流を有効に閉じ込める電界を誘導するという原理に基づくものである。このプロセスには、エッチング・ガスとパッシベーション・ガスを交互に用いることが含まれる。ＩＣＰＲＩＥを利用して、マイクロ電子機械システムを形成する、シリコン・ウェーハの異方性エッチングが、英国ウェールズのＳＴＳＬｔｄ（ＳｕｒｆａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＳｙｓｔｅｍｓ）によって開発された。このプロセスには、全てのホールが同時に形成されるという利点がある。
【００１７】
前述のように、ヒータ基板の両面に熱酸化層を設けるのが望ましい。熱酸化層の一方には、流体充填ホールの位置を限定するために、パターン形成が施され、もう一方の熱酸化層は、エッチング・ストップとして用いられる。ＩＣＰＲＩＥ技法は、熱酸化層と比べて基板に対するエッチングの選択性が高い。熱酸化エッチング・ストップ層は、もとのままにしておかれるが、付着が弱まる。しかし、熱酸化物層の出口に達すると同時に、ＩＣＰＲＩＥステップを終了しなければ、垂直エッチングがヒータ表面に達した後、側方エッチング（すなわち、アンダーカット・エッチング）が生じることになる。問題の１つは、エッチング方向が、ヒータ基板の裏面からヒータ及びリードを備えた表面に向かう場合、側方エッチングによって、ホールに近い回路要素を支持する基板材料（例えば、シリコン）が除去されるという点である。エッチング速度は、基板の中心よりエッジの方が速くなるので、基板の中央の出口側において、熱酸化層にホールが貫通する前に、エッジのホールには、かなりの側方エッチングが施される可能性がある。従って、望ましい実施態様では、エッチング方向が、ヒータ表面から裏面に向かうことになる。
【００１８】
流体充填ホールの形成後、ヒータ基板は導波路基板と結合させられる。インク・ジェット装置の製作においてよく用いられるより厚いドライ・フィルム接着材よりも、スピン・オン塗布に適合するタイプの液体接着剤が望ましい。液体接着剤によれば、ドライ・フィルム接着材よりも薄い結合層（５μｍ以下）が得られる。さらに、（１）結果得られるデバイスの光学特性に悪影響を及ぼす可能性が少ない、（２）一般に用いられるダイシングを施された導波路構造に対して接着剤を塗布するよりも退屈でなく、再現性が高い、（３）導波路構造はヒータ構造より高価であり、従って、最適な歩留まりにはほど遠いプロセス開発に用いるべきではない、（４）回転塗布されるフィルムは、トポロジの変化がより小さいため、ヒータ基板をより均一に被覆するといった理由から、導波路基板ではなく、ヒータ基板に接着剤を回転塗布するほうが望ましい。
【００１９】
ＩＣＰＲＩＥステップにおけるエッチング方向が、ヒータ基板の裏面からヒータ表面に向かう場合、熱酸化層は、接着層を塗布する際、残されていることが望ましい。熱酸化層は、接着層の塗布時に、流体充填ホールを覆う膜の働きをし、これによって、均一な厚さの接着層の形成に対応する。この膜は、その後、ガス銃からの圧力または追加エッチング・ステップで破断することによって簡単に除去することが可能である。
【００２０】
もう１つの問題は、所定位置に対するヒータ基板の結合が済んでみると、結合損失を少なくするため、導波路基板のエッジにおける導波路の端部が十分に露出していない可能性があるという点である。実施態様の１つでは、導波路の中心から上部クラッド層までの垂直距離は、２５μｍだけしかないが、従来の光ファイバの中心から光ファイバのクラッドの外側までの距離は、６２．５μｍである。従って、光ファイバは、導波路のエッジに到達する前に、ヒータ基板と接触することになりがちである。２つの基板を互いに結合する前は、ヒータ基板のエッジ部分は構造的に弱いことが望ましい。個別導波路基板と個別ヒータ基板を結合することが可能であるが、一般に、導波路基板は、「ヒータ基板」アレイを含むウェーハに対して個別に結合される。次に、ウェーハにダイシングが施されて、それぞれ、スイッチング素子マトリックスを備えた、一群のスイッチング・デバイスが得られる。構造的に弱いエッジ部分は、結合ステップ後に除去される。
【００２１】
望ましい実施態様の場合、ＩＣＰＲＩＥステップ時に、構造が弱められる。一連の間隔をあけた小さいスルー・ホール、連続したライン、または、小さいスルー・ホール及び１つ以上のスロットの組み合わせを形成することによって、構造的に弱いエッジ部分を形成する穿孔を設けることが可能である。これらのより小さい特徴部分は、ほとんどウェーハを貫通するようにエッチングされるが、完全には貫通しないほうが望ましい。エッジ部分は、エッジ部分の鋸引きを必要とすることなく、後で除去することが可能である。
【００２２】
【好適な実施例の詳細な説明】
図３を参照すると、スイッチング素子マトリックス５０には、４つの光ファイバ・アレイ基板５４、５６、５８、及び、６０に取り付けられた導波路基板５２が含まれている。導波路基板は、シリコンまたはシリカ・チップが望ましいが、他の材料を利用することも可能である。
【００２３】
導波路基板５２は、ヒータ基板５３の上に示されている。ヒータ基板は、ヒータ、及び、ヒータからヒータ基板エッジのボンド・パッド５５まで延びる相互接続部といった、インク・ジェト・プリントヘッドの従来の装置を形成する技法の利用に適応する材料から形成されるのが望ましい。次に、結合パッドが、ヒータを作動させる（不図示の）ヒータ駆動回路要素に接続される。さらに詳細に後述するように、導波路基板５２表面のトレンチ９４に屈折率整合流体を供給するため、流体充填ホール５７がヒータ基板内に形成される。ヒータ基板５３に許容可能な材料には、シリコン及びシリカが含まれる。
【００２４】
導波路基板５２は、４辺構造になっている。基板が正方形で、各導波路が、基板のエッジから垂直に延びるように製作される場合、各光学スイッチング素子は、図１に示すスイッチング素子１０とほぼ同一になる。ただし、望ましい実施態様は、トレンチに対する導波路の入射角が４５゜〜６０゜の範囲のものである。
【００２５】
図３の平面図には示されていないが、導波路基板５２と各光ファイバ・アレイ基板５４、５６、５８、及び、６０の間の界面には、意図的に、例えば８度といった角度の傾斜をつけることが可能である。この故意の傾斜は、基板５２における導波路と基板５４、５６、５８、及び、６０における光ファイバとの間における反射の強さを低減させようとするものである。
【００２６】
図３において、導波路基板５２には、１６の入力／出力導波路６２、６４、６６、６８、７０、７２、７４、７６、７８、８０、８２、８４、８６、８８、９０、及び、９２が含まれている。さらに、スイッチング構成のフレキシビリティを高めるため、２４の中間導波路が設けられている。一般に、最も問題となるスイッチング・マトリックスの働きは、導波路６２〜６８と導波路８６〜９２との光学的結合を決定する働きである。残りの導波路７０〜８４は、追加及び除去操作に利用することもできるし、あるいは、他のスイッチを接続して、大規模なスイッチング・マトリックスの形成に利用することも可能である。
【００２７】
図１に関連して既述のように、導波路間の光学結合は、導波路端部間のギャップにおける屈折率整合流体の有無によって決まる。図３の最も低いトレンチが、ギャップに屈折率整合流体を含んでいなければ、導波路６２からの信号は、全内反射によって導波路９２に方向転換させられる。一方、導波路６２と９２の交差点におけるギャップに屈折率整合流体が充填されている場合、導波路６２からの光信号は、トレンチを通って、次のトレンチに伝搬する。流体の有無に従って、導波路６２からの入力信号は、４つの導波路８６〜９２の任意の１つに方向転換される場合もあるしか、あるいは、まっすぐに導波路８４まで伝搬する場合もある。この可変性は、導波路６２に隣接した他の３つの導波路６４、６６、及び、６８にも当てはまる。
【００２８】
導波路６２〜９２は、それぞれ、第１の屈折率を確定するため、ＧｅまたはＴｉＯ₂がドープされたＳｉＯ₂のようなコア材料から形成される。クラッド材料は、主としてＳｉＯ₂であるが、第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を確定するため、Ｂ₂Ｏ₃及び／またはＰ₂Ｏ₅のような異なるドーパントが用いられる。屈折率が異なるため、光信号は、導波路のコアに沿ってガイドされる。
【００２９】
光ファイバ・アレイ５４、５６、５８、及び、６０には、それぞれ、４つの光ファイバ９６が含まれている。光ファイバのピッチは、導波路基板５２における入力／出力導波路のピッチに一致する。許容可能なピッチは、約２５０μｍであるが、５００μｍといった、他の中心間距離を利用することも可能である。導波路は、光ファイバと同じ断面幾何学形状を備えているのが理想である。しかし、円形断面を備えた基板導波路を製作するのは実行不可能である。さらに、従来の光ファイバの８μｍという寸法は、１つの導波路からほぼ同一直線上にある導波路に受け渡すため、光信号が流体を充填したトレンチを伝搬しなければならない導波路にとって、必ずしも最適ではない。流体を充填したギャップの両端間における伝送損失は、導波路の断面積を増すことによって減少することが確認されている。従って、導波路６２〜９２は、トレンチ９４の内部端部における比較的大きい断面積から光ファイバ９６との界面におけるより小さい断面積へと断熱的にテーパ状にすることが可能である。内部端部における断面の形状寸法は、トレンチの両端間における効率のよい光学結合を実現するように選択されているが、外部端部における断面の形状寸法は、光ファイバに対する結合効率を高くするように選択されている。実施態様の１つでは、断熱テーパ付けは、１６μｍ×８μｍの断面形状寸法から８平方μｍの断面形状寸法になるように施される。代替案として、例えば、熱拡散膨張コア（ＴＥＣ）光ファイバを用いることによって、光ファイバ９６に沿って断熱的テーパを取り入れることも可能である。当該技術において周知のように、ＴＥＣ光ファイバは、光ファイバの端部に拡大部分を備える。
【００３０】
本発明の譲受人に譲渡され、本明細書に援用されている、Ｆｏｕｑｕｅｔ他に対する米国特許第５，６９９，４６２号には、透過状態と反射状態の間におけるスイッチング素子のスイッチングに対するいくつかの代替アプローチについて記載がある。マトリックス内の各スイッチング素子毎に、スイッチング素子の状態をスイッチするため、流体内における気泡の生成及び／または操作に利用可能な１つ以上のヒータを設けることが可能である。図４及び５には、１つのアプローチが例示されている。このアプローチの範囲内で、流体を含むトレンチ１０６内における気泡１０４の位置を制御する２つのマイクロ・ヒータ１００及び１０２が設けられている。トレンチ内の流体は、４つの導波路１０８、１１０、１１２、及び、１１４のコア材料の屈折率にほぼ一致する屈折率を備えている。許容可能な流体は、イソプロピル・アルコールとグリセロールの組み合わせである。他の許容可能な液体には、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、及び、Ｍパイロールがある。
【００３１】
マイクロ・ヒータ１００とアライメントのとれたギャップの反対側の端部には、流体充填ホール１１６及び１１８が設けられている。流体充填ホールは、流体抵抗を小さくするため、トレンチ１０６の幅より広いことが望ましい。しかし、流体充填ホールは、間隔の接近した導波路間に納まり、ヒータ１００及び１０２をヒータ駆動回路要素に接続する導電性リードのパターン形成に十分なスペースを残さなければならない。流体充填ホールの直径は、７０μｍ〜１００μｍの範囲内とすることが可能である。
【００３２】
図４及び５のスイッチング素子１２０の動作時、ヒータ１００及び１０２の一方は、気泡を形成するのに十分な高さの温度にされる。気泡は、形成されると、ヒータへの電流を減少させて、所定位置に保持することが可能である。図４の場合、気泡は、４つの導波路１０８〜１１４のギャップに位置している。従って、導波路１０８に沿った入力信号は、トレンチ１０６に達すると、屈折率が整合しなくなる。従って、スイッチング素子は、図４の場合、反射状態になる。ヒータ１００が作動すると、気泡はギャップに留められるので、ヒータが作動している限り、反射状態が保たれる。
【００３３】
図５において、導波路１０８〜１１４の端部間のギャップにおけるヒータ１００が停止し、第２のヒータ１０２が作動している。気泡１０４は、作動状態のヒータに引き寄せられる。これによって、屈折率整合流体が導波路の交差点のギャップを充填することが可能になる。入力導波路１０８が、同一直線上の導波路１１２と光学的に結合し、入力導波路１１４が、２つの導波路間にクロストークが生じないように同一直線上の導波路１１０に結合しているので、スイッチング素子１２０は透過状態にある。
【００３４】
図６〜１６に関連して、本発明に基づいてスイッチング素子を形成する製作方法の実施態様の１つについて解説する。この実施態様の場合、流体充填ホールは、ヒータ基板の裏面から形成されるが、裏面は、ヒータを含まない表面と定義される。流体充填ホールがヒータ表面から裏面に向かって形成される代替実施態様については、図１７〜２９に関連して後述する。
【００３５】
図６を参照すると、最初のステップは、ヒータ基板１２２を設けることである。前述のように、ヒータ基板は、従来のインク・ジェット装置及び集積回路の製作技法の利用を容易にする材料から形成されるのが望ましい。望ましい材料はシリコンであるが、これはクリティカルではない。図６の場合、基板１２２の両方の主表面は、熱酸化層１２４及び１２６を備えている。さらに詳細に後述するように、前記熱酸化層は、それぞれ、流体充填ホールのパターン形成並びに他の機能において重要な役割を果たす。望ましい材料は、ＳｉＯ₂であるが、他の材料を用いることも可能である。また、望ましい実施態様の場合、熱酸化層１２４及び１２６の形成前に、ヒータ基板１２２に両面研磨が施される。
【００３６】
図７の場合、２つの導電層１２８及び１３０が、ヒータ基板１２２のヒータ表面に形成されている。許容可能な材料は、下層１２８がＴａ₂Ｎで、上層１３０がＡｕである。下層は、主として、ヒータを形成するための抵抗材料として機能し、上層は、導電性が高く、ヒータをヒータ駆動回路要素に接続するリードを形成するため、パターン形成が施される。ヒータの形成に許容可能な他の材料には、ＴａＡｌ、Ｗ、及び、ポリシリコンが含まれる。
【００３７】
図８の場合、２つの導電層１２８及び１３０は、リードを形成するため、均一なパターン形成が施されている。パターン形成は、従来のフォトリソグラフィ技法を利用して実施可能である。図９の場合、導電性の高い上層１３０は、より抵抗の大きい下層１２８の領域１３２を露出させるように、パターン形成が施されている。この露出領域は、パターン形成された導電性の上層１３０から電流を導通させられると、熱エネルギを発生するヒータ領域である。
【００３８】
次に図１０を参照すると、パッシベーション層１３４が、ヒータ基板１２２のヒータ表面に形成される。パッシベーション層によって、２つの導電層１２８及び１３０が、スイッチング素子の動作中、屈折率整合液体から電気的に分離される。パッシベーション層は、ＳｉＣ_x、ＳｉＣ_x＋Ｓｉ_xＮ_y、Ｓｉ_xＮ_y、または、同様の材料とすることが可能である。図１１の場合、パッシベーション層は、導電層１３０の表面領域１３６を露出させるようにパターン形成が施されている。この表面領域１３６によって、領域１３２におけるヒータを作動させるために用いられるヒータ駆動回路要素に後で接続するためのボンド・パッドが得られる。パッシベーション層１３４のパターン形成によって、流体充填ホールが形成される領域１３８も露出する。
【００３９】
図１２の場合、ヒータ基板１２２の裏面に、厚いフォトレジスト１４７が回転塗布されている。フォトレジスト及び熱酸化層１２６は、領域１３８とアライメントのとれる第１の領域１４０、及び、第２の領域１４２を露出させるように、パターン形成が施されている。露出領域１４０によって、流体充填ホールの形成手段が得られる。露出領域１４２によって、基板のエッジ部分を構造的に弱めるために、一連のホール及び／または狭い連続したスロットを形成する手段が得られる。すなわち、一連のホール（または狭いスロット）によって、図１２に示すように、後で基板の残されたエッジを除去するための穿孔が得られる。
【００４０】
流体充填ホールは、ヒータ基板１２２の主表面に対して垂直な方向に形成される。従って、屈折率整合流体の供給が、ヒータ領域１３２に対する薄膜電気接続の妨げになることはあまりない。しかし、基板表面に沿った流体トレンチの形成に比べると、ヒータ基板を通る流体通路の形成には、多少の問題がある。従来の湿式エッチング技法は、導波路の間隔が２５０μｍだけしかなく、標準的な４インチの市販シリコン・ウェーハ（すなわち、１００ｍｍウェーハ）の厚さがほぼ５００μｍほどであるため、多くの用途に利用することはできない。従来の湿式エッチングを利用して形成される側壁の勾配は約５５゜のため、垂直方向のエッチングが完了する前に、流体充填ホールが、水平方向において合併することになる。もっと薄いウェーハを利用して、垂直方向のエッチング寸法を減少させることもできるが、ウェーハが薄くなると、取扱いがより困難になり、破損しやすくなる。
【００４１】
流体充填ホールを形成するために、３つのドリル加工技法が検討された。サンド・ドリル加工は、オプションの１つであるが、必要な金属「ドリル・ビット」、すなわち、アスペクト比が５０：１の、極めて狭い直径のホールを備えた部品を製作して、サンド・スプレイを集束させるのは極めて困難である。もう１つのオプションは、流体充填ホールを製作するためにレーザ・ドリル加工を用いることであったが、薄膜回路要素が、半径数百ミクロンのレーザでドリル加工したホール内にある場合、このプロセスで発生する熱によって、ウェーハのヒータ表面における薄膜回路要素が溶融する可能性がある。従って、本発明の用途によっては、レーザ・ドリル加工は不可能な場合がある。適合する技法は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）反応イオン・エッチング（ＲＩＥ）と呼ばれるものである。この技法は、半導体ウェーハ上におけるマイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）の製作に利用される。サンド・ドリル加工及びレーザ・ドリル加工技法に関する問題は、各流体充填ホールを個別にドリル加工しなければならないので、ドリル加工プロセスが比較的低速になるという点である。
【００４２】
図１３〜１６に示されたステップを実施するための技法の選択には互いに関連するいくつかの要素がある。ただ単に流体充填ホール及び穿孔を形成するだけでは不十分である。大規模な製造のためには、流体充填ホールを製作するだけではなく、ヒータ基板と導波路基板を互いに結合するための接着層を設けることも必要になる。接着層の付着後に実行すると、ホール製作テクノロジの実施によって、接着層の品質及び／または接着層の平坦性が劣化する可能性がある。さらに、導波路チップをヒータ基板に結合した後で、ホールが形成される場合には、スイッチが損傷を被る可能性もある。ヒータ基板１２２の表面に接着層をローラ・コーティングするのもオプションであるが、その結果は、一般に、回転塗布層に比べると均一性に劣ることになる。一方、流体充填ホールが存在すると、回転塗布によって均一なコーティングを得るのが困難になる。図１２〜１６の実施態様の場合、この問題は、エッチング・ストップ層として熱酸化層１２４を用いることにって克服される。
【００４３】
従って、ヒータ基板１２２のヒータ表面における熱酸化層１２４は、いくつかの機能を果たす。熱酸化層は、基板材料から領域１３２におけるヒータを分離する上での熱バリアの働きをする。さらに、ＩＣＰＲＩＥプロセスは、二酸化珪素に比べてシリコンのエッチングに対する選択性が極めて高い。熱酸化層１２４がＳｉＯ₂の場合、垂直方向のエッチングは、熱酸化層１２４に達すると、終了する。図１３を参照すると、裏側のＳｉＯ₂層１２６からフォトレジストが除去されているが、表側のＳｉＯ₂層の膜１４４は、図１４に示すように、付着した接着層１４６を依然として支持している。ＳｉＯ₂をそのままにしておくことには、半導体基板１２２の露出面のエッチングに用いられる反応性ガスと、反対側の面、すなわち、ウェーハのヒータ表面と接触している冷却ガス（ヘリウムのような）との分離を維持するというもう１つの利点がある。ウェーハを完全に貫通するホールをあけるプロセスの場合、冷却ガスが漏れて、主エッチング室に流入する。ガス冷却には、液体冷却よりも有利な点があり、側壁の質を保持するため、長時間のエッチング時には、基板を冷却しなければならない。
【００４４】
図１４の場合、接着層１４６が用いられている。他の材料を利用することも可能であるが、この接着層は、フォトイメージ形成可能ベンゾシクロブテン（フォトＢＣＢ）のような、フォトイメージ形成可能ポリマとすることが可能である。接着層１４６は、スピン・オン・プロセスを用いて、ヒータ基板１２２の上部表面に塗布される。薄い接着層（例えば、５μｍ以下）が望ましいので、多くのインク・ジェット装置の製作プロセスにおいて標準的なより厚めのドライ・フィルム接着材（１２〜５０μｍ）よりも、スピン・オン・プロセスに用いるのに適した液体接着剤のほうが望ましい。（１）光学的反射界面が、界面に接着層を塗布することによって汚染される可能性がある、（２）導波路が、鋸引きによって、ウェーハ形態からチップ形態になった後で、ベンダから購入される場合が多く、接着層を塗布する部分が多数の場合には、退屈で、再現性に劣る接着剤の塗布が必要になる、（３）導波路構造は、ヒータ構造よりも高価であり、従って、最適な歩留まりにはほど遠いプロセス開発のために利用すべきではない、（４）トポロジの変化がより小さいため、回転塗布されるフィルムが、ヒータ・ウェーハに比べてより均一になるという４つの理由から、導波路基板に接着層を回転塗布するのは望ましくない。
【００４５】
さらに図１４を参照すると、ＩＣＰＲＩＥステップの完了後、流体充填ホール１４８を覆う熱酸化膜１４４を含む、ヒータ基板１２２の表面に、接着層１４６が回転塗布される。図１５の場合、接着層１４６は、もう一度ボンド・パッド１３６、ヒータ領域１３２、及び、流体充填ホール１４８とアライメントのとれる領域１３８が露出するように、パターン形成が施される。膜１４４は、ガス銃からの圧力で破断することによって、または、従来のエッチング・ステップを利用することによって、後で簡単に除去することが可能である。結果得られる構造が図１６に示されているが、導波路基板１５０は、ヒータ基板１２２に結合される。図１６は、一定の拡大率で描かれた図面を意図したものではなく、図３及び１６の実施態様は、完全には一致しないが、図３及び１６を相関させることは、有益である。図１６のヒータ基板１２２及び導波路基板１５０は、図３のヒータ基板５３及び導波路基板５２に相当する。ボンド・パッド１３６は、図３におけるボンド・パッド５５の最も低いアレイにおける中央のボンド・パッド５５とすることが可能である。従って、ボンド・パッド１３６及び５５は、ヒータ駆動回路要素に対する接続のために露出させられる。図３におけるボンド・パッド５５から導波路６２及び９２の交差点への垂直線に沿って、これら２つの導波路６２及び９２の軸の交差点が、図１６のヒータ領域１３２の位置につく可能性がある。すなわち、図３における最も低いトレンチ９４が、図１６におけるヒータ領域１３２とアライメントがとれる位置のトレンチ１５２と同様である。
【００４６】
もう１度、図３の導波路６２及び９２の交差点から上方に延びる垂直線を参照すると、図３のスイッチング・マトリックス５０の次の特徴は、最も低いトレンチの上に位置するトレンチ９４の中央流体充填ホールの交差点である。この流体充填ホールは、図１６の流体充填ホール１４８に相当し、トレンチ９４は、図１６のトレンチ１５４に相当する。図１６にはスイッチング・マトリックス５０の縦断面の残りの部分は示されていない。
【００４７】
製作しやすくするため、ダイシングが済むと、導波路基板のそれ以上の鋸引きを回避することが望ましい。しかし、基板自体は、光ファイバ９６と導波路を効率よく結合して、挿入損失を少なくすることができるように、図３の導波路６２〜９２のエッジと同一平面上に位置するか、あるいは、それより後退しなければならない。その難しさは、導波路の中心から導波路の上部クラッドまでの距離は、２５μｍであるが、光ファイバの中心からクラッドの外側までの距離は、６２．５μｍであるという点にある。従って、光ファイバは、導波路のエッジに達する前に、ヒータ基板５３に当たる可能性がある。導波路基板に鋸引きを施さずに、凹所を設けるため、ヒータ・チップの鋸引き後、導波路チップをヒータ・チップに結合することが可能である（鋸引き経路は直線のため）。代わりに、導波路チップをヒータ・チップのウェーハ・アレイに結合した後、ヒータ・チップの「ノック・アウト」・エッジ部分を除去することも可能である。チップ間の結合も可能であるが、（１）ダイ・ウェーハ間のアライメントではなく、個別にダイ・ダイ間のアライメントをとることが必要になる、（２）ヒータ・ウェーハの鋸引き中に、回転塗布接着剤の保護が必要になる、（３）本質的によりコストが高くつくという理由から、第２の代替案ほど望ましくはない。従って、「ノック・アウト」・アプローチによれば、より低コストで、大面積のアライメントが可能になる。第３の代替案として、ボンディング・プロセスの前に、ウェーハに鋸引きを施して、ヒータ・チップのストリップにし、これによって、どのデバイスも、隣接デバイスのボンディング中に受けねばならない熱サイクリングの量を低減させることが可能である。
【００４８】
図１２に戻ると、裏面の熱酸化層１２６にパターン形成することによって露出させられるヒータ基板１２２の裏面の領域１４２を利用して、ヒータ基板の構造的に弱いエッジを形成することが可能である。図１２には示されていないが、領域１４２は一連のこうした領域内の１つにすぎない。ＩＣＰＲＩＥステップにおいて、基板材料にエッチングを施して、図１３に示すホール１５６のような一連のホールが形成される。ホール１５６は、流体充填ホール１４８よりも側方の寸法が小さく、基板１２２の構造的に弱いエッジ部分１５８を形成するようにアライメントがとられる。一連のホール（またはスロット）は、エッジ部分１５８に沿った穿孔または「点線」を形成する。図１３には示されていないが、ホール１５６は、基板材料１２２を完全に貫通しないことが望ましい。しかし、これらの穿孔より向こうに位置するウェーハの部分が、ウェーハの破損を防止するため、そのまま残されている限りにおいて、穿孔が基板材料を完全に貫通することも可能である。狭い穿孔のエッチングは、広い流体充填ホールより遅い速度で実施されるので、穿孔（またはスロット）のエッチングを行い、その一方で、流体充填ホール１４８のエッチングを完了させることが可能である。
【００４９】
次に、図１６を参照すると、図１６に示すヒータ基板を含むウェーハに対する導波路基板１５０の結合ステップの後、ヒータ基板は鋸引きが施されて、個別ダイになる。次に、一連のホール１５６によって形成された穿孔に沿って、図１５の構造的に弱いエッジ部分１５８が破断される。構造的に弱いエッジ部分１５８を除去することによって、導波路基板１５０上の導波路に対する光ファイバのアクセスが可能になる。例証を目的として、導波路６２〜６８との結合に備えて、基板６０の光ファイバ９６のアクセスに対応するように下部ヒータ基板５３から除去されたエッジ部分を表示するため、図３の点線１５９が含まれている。
【００５０】
構造的に弱いエッジ部分１５８を形成する場合、図１２の領域１４２を形成するためのウェーハ・マスクは、異なるデバイス間におけるホールの接続が生じないように設計されるので、ウェーハが、穿孔によって形成されるラインに沿って偶発的に裂ける確率が低下する。他の点については、ウェーハは構造的にもとのままであり、ダイシング工程中に穿孔に沿って破断することはない。
【００５１】
図１３をもう一度参照すると、ＩＣＰＲＩＥステップの実行に関する問題は、ＳｉＯ₂熱酸化層１２４に比べて基板材料１２２へのエッチングの選択性が強いため、流体充填ホール１４８が熱酸化層１２４に達してしまうと、側方エッチングを生じる可能性があるという点である。側方エッチングは、スイッチング素子の働きに悪影響を及ぼす可能性がある。図１７〜２９には、スイッチング素子の製作に対する代替実施態様が示されている。図１７〜２９による方法では、流体充填ホール及びヒータ基板の構造的に弱いエッジエッジ部分を形成するホールが、ヒータ表面から基板の裏面に向かって形成される。図１７を参照すると、熱酸化層１６２及び１６４が、シリコン・ウェーハのようなウェーハ１６０の両側の主表面に形成される。このプロセス及び考慮事項は、図６に関連して既述のものと同じである。
【００５２】
抵抗ヒータ層１６６及び導電性の高いリード層１６８が、ヒータ基板１６０のヒータ表面に形成される。ヒータ層及びリード層は、フォトリソグラフィのような既知の技法を用いて、パターン形成される。リード層１６８は、より抵抗の大きいヒータ層１６６の領域１７０を露出させるように、パターン形成が施されるので、リード層を通って導通する電流は、領域１７０からヒータ層に入らなければならなず、このため、この領域内において熱エネルギが発生する。
【００５３】
図１８の場合、パッシベーション層１７２が、ヒータ基板１６０のヒータ表面全体に均一に堆積させられる。パッシベーションによって、２つの導電層１６６及び１６８がスイッチング素子の動作中に用いられる屈折率整合液体から電気的に分離され、化学的に保護されることになる。パッシベーション層は、ＳｉＣ_x、ＳｉＣ_x＋Ｓｉ_xＮ_y、Ｓｉ_xＮ_y、または、同様の材料とすることが可能である。
【００５４】
図１９によって示されたステップにおいて、パッシベーション層１７２は、流体充填ホールを形成するための領域１７４、ボンド・パッドのための領域１７６、及び、基板１６０の構造的に弱いエッジ部分を形成するホールの１つを形成するための領域１７８が露出するように、パターン形成が施される。
【００５５】
図２０の場合、層１８０及び１８２によって、両面のフォトレジスト保護が施される。上面のフォトレジスト層１８０は、図２１に示すように、熱酸化層１６４にエッチングを施し、流体充填ホール領域１７４及び穿孔領域１７８を再露出させる、リソグラフィック・プロセスに用いられる。その後、表側のフォトレジスト１８０を除去することによって、図２２に示すアセンブリが得られる。
【００５６】
図２３において、接着層１８４が、ヒータ基板１６０のヒータ表面に塗布される。接着層は、フォトイメージ形成可能ポリマ（例えば、フォトＰＣＢ）の回転塗布層が望ましい。しかし、他の材料及び／または他の塗布技法を利用することも可能である。図２４の場合、接着層は、ヒータ領域１７０、充填ホール領域１７４、ボンド・パッド領域１７６、及び、穿孔領域１７８が露出するように、パターン形成される。接着層にパターン形成を施すための従来の技法を利用することが可能である。次に、流体充填ホール及び穿孔を形成するＩＣＰＲＩＥプロセス中、フォトイメージ形成可能ポリマを保護するため、基板１６０のヒータ表面にフォトレジスト層１８６が塗布される。フォトレジスト層１８６は、図２５に示すように、ＩＣＰＲＩＥプロセス中にエッチングを施されるべき領域が露出するように、パターン形成が施される。
【００５７】
ＩＣＥＲＩＥエッチング・プロセスは、ヒータ基板１６０のヒータ表面側から実施され、従って、逆方向のエッチングに比べて幾分かは楽である。側方エッチングが、基板の屈折率整合液体が供給される側において行われる場合、熱酸化層に達した直後の基板材料の側方エッチングによって、スイッチング素子の性能が向上する可能性がある。次に、図２６を参照すると、流体充填ホール１８８及び穿孔１９０が、ＩＣＰＲＩＥステップにおいて形成される。ホール１８８及び１９０には、両方とも、垂直方向エッチングが裏面の熱酸化層１６２に達すると、側方エッチングが行われる結果として得られる、拡大端部１９２及び１９４が含まれている。
【００５８】
次のステップにおいて、裏面フォトレジスト１８２及び熱酸化層１６２が除去され、図２７に示すアセンブリが得られる。ホール１９０を含む穿孔によって、構造的に弱いエッジ部分１９６が形成される。次に図２８を参照すると、さらに、フォトレジスト層が除去されて、ヒータ領域１７０及びボンド・パッド領域１７６、並びに、パターン形成された接着層１８４が露出している。
【００５９】
図２９の場合、導波路基板１９８がヒータ基板１６０と結合され、フォトイメージ形成可能接着層１８４が硬化させられる。ヒータ領域１７０と第１のトレンチ２００のアライメントがとられ、流体充填ホール１８８と隣接トレンチ２０２のアライメントがとられる。最終ステップにおいて、図２９には示されていない構造的に弱いエッジ部分が、光ファイバ（不図示）に対する導波路の光学結合に適応するため除去される。構造的に弱いエッジ部分の除去は、ヒータ・ウェーハにダイシングを施して、図３に示すスイッチング・マトリックス５０が得られた後で、行われるのが望ましい。
【００６０】
動作時、図３の流体充填ホール５７は、単一屈折率整合流体供給源に接続することが可能である。この設計の利点は、導波路チップ５２がヒータ・チップの上に位置すると、トレンチ９４が流体で容易に満たされるという点にある。スイッチング・マトリックス５０は、気泡の移動を標準的な可視光顕微鏡で検分することが可能な位置に導波路チップを配置して、テストされる。たまった屈折率整合流体が、一方の側からマトリックス５０の下方に送り込まれる場合、流体充填ホール５７は、毛管作用によって流体を上昇させ、この毛管作用によって、充填ホールからの流体がトレンチに供給される。トレンチの断面寸法は、毛管作用によって確実な流体供給が得られるように、流体供給路内において最小であることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】先行技術による全内反射を利用した光学スイッチング素子の平面図である。
【図２】先行技術によるいくつかの入力導波路の任意の１つといくつかの出力導波路の任意の１つとの接続を可能にする、図１のスイッチング素子からなる４×４マトリックスを示す図である。
【図３】流体が供給されるトレンチと交差する光路を備えた、本発明によるスイッチング素子マトリックスの平面図である。
【図４】気泡操作技法を利用して、反射状態と透過状態の間でスイッチングを行う、本発明による流体充填ホールを備えた、スイッチング素子の平面図である。現在は、反射状態にある。
【図５】透過状態にある図４のスイッチング素子の平面図である。
【図６】本発明の第１の実施態様によるスイッチング素子の製作を例示した側面断面図である。
【図７】本発明の第１の実施態様によるスイッチング素子の製作を例示した側面断面図である。
【図８】本発明の第１の実施態様によるスイッチング素子の製作を例示した側面断面図である。
【図９】本発明の第１の実施態様によるスイッチング素子の製作を例示した側面断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施態様によるスイッチング素子の製作を例示した側面断面図である。
【図１１】本発明の第１の実施態様によるスイッチング素子の製作を例示した側面断面図である。
【図１２】本発明の第１の実施態様によるスイッチング素子の製作を例示した側面断面図である。
【図１３】本発明の第１の実施態様によるスイッチング素子の製作を例示した側面断面図である。
【図１４】本発明の第１の実施態様によるスイッチング素子の製作を例示した側面断面図である。
【図１５】本発明の第１の実施態様によるスイッチング素子の製作を例示した側面断面図である。
【図１６】本発明の第１の実施態様によるスイッチング素子の製作を例示した側面断面図である。
【図１７】スイッチング素子の製作の第２の実施態様を例示した側面断面図である。
【図１８】スイッチング素子の製作の第２の実施態様を例示した側面断面図である。
【図１９】スイッチング素子の製作の第２の実施態様を例示した側面断面図である。
【図２０】スイッチング素子の製作の第２の実施態様を例示した側面断面図である。
【図２１】スイッチング素子の製作の第２の実施態様を例示した側面断面図である。
【図２２】スイッチング素子の製作の第２の実施態様を例示した側面断面図である。
【図２３】スイッチング素子の製作の第２の実施態様を例示した側面断面図である。
【図２４】スイッチング素子の製作の第２の実施態様を例示した側面断面図である。
【図２５】スイッチング素子の製作の第２の実施態様を例示した側面断面図である。
【図２６】スイッチング素子の製作の第２の実施態様を例示した側面断面図である。
【図２７】スイッチング素子の製作の第２の実施態様を例示した側面断面図である。
【図２８】スイッチング素子の製作の第２の実施態様を例示した側面断面図である。
【図２９】スイッチング素子の製作の第２の実施態様を例示した側面断面図である。
【符号の説明】
５０スイッチング素子マトリックス
５２導波路基板
５３ヒータ基板
５４光ファイバ・アレイ基板
５６光ファイバ・アレイ基板
５８光ファイバ・アレイ基板
６０光ファイバ・アレイ基板
６２入力／出力導波路
６４入力／出力導波路
６６入力／出力導波路
６８入力／出力導波路
７０入力／出力導波路
７２入力／出力導波路
７４入力／出力導波路
７６入力／出力導波路
７８入力／出力導波路
８０入力／出力導波路
８２入力／出力導波路
８４入力／出力導波路
８６入力／出力導波路
８８入力／出力導波路
９０入力／出力導波路
９２入力／出力導波路
９６光ファイバ
１００マイクロ・ヒータ
１０２マイクロ・ヒータ
１０４気泡
１０６トレンチ
１０８導波路
１１０導波路
１１２導波路
１１４導波路
１１６流体充填ホール
１１８流体充填ホール
１２０スイッチング素子
１２２ヒータ基板
１２４熱酸化層
１２６熱酸化層
１２８導電層
１３０導電層
１３２ヒータ領域
１３４パッシベーション層
１３６表面領域
１３８領域
１４０露出領域
１４２露出領域
１４４ＳｉＯ₂層
１４６接着層
１４８流体充填ホール
１５０導波路基板
１５２トレンチ
１５４トレンチ
１５６ホール
１５８エッジ部分
１６０ヒータ基板
１６２熱酸化層
１６４熱酸化層
１６６抵抗ヒータ層
１６８リード層
１７０ヒータ領域
１７２パッシベーション層
１７４流体充填ホール領域
１７６ボンド・パッド領域
１７８穿孔領域
１８０フォトレジスト層
１８２フォトレジスト層
１８４接着層
１８６フォトレジスト層
１８８流体充填ホール
１９０穿孔
１９２拡大端部
１９４拡大端部
１９６エッジ部分
１９８導波路基板
２００トレンチ
２０２トレンチ

Claims

導波路基板のトレンチが、ヒータ基板の第１の表面上の少なくとも１つのヒータと熱的に連通するように、該導波路基板に該ヒータ基板を結合することを含む、スイッチング素子を製作するための方法であって、該少なくとも１つのヒータは、前記第１の表面上に複数の層をパターン形成することにより形成され、該導波路基板は、複数の光導波路を有しており、該複数の光導波路は、第１および第２の導波路の間の光学結合が、該第１および第２の導波路と前記トレンチとの交差点における流体の存在に依存するよう、該トレンチと交差する該第１および第２の導波路を含んでおり、
前記ヒータ基板の前記第１の表面上に、第１の誘電体層（１２４，１６４）を形成するステップと、
前記ヒータ基板の前記第１の表面の反対側の第２の表面上に、第２の誘電体層（１２６，１６２）を形成するステップと、
前記第１および第２の誘電体層のうちの一方にパターン形成を施して、前記第１の表面に垂直な方向に前記ヒータ基板を通る流体充填ホール（５７，１１６，１１８，１４８，１８８）を形成するためのエッチ・パターンを画定するステップと、
前記第１および第２の誘電体層のうちの前記一方の、前記流体充填ホールの位置を画定するための前記エッチ・パターンを用いると共に、前記第１および第２の誘電体層のうちの他方をエッチング・ストップ層として用いることにより、前記ヒータ基板を通る前記流体充填ホールをエッチングするステップと、
前記流体充填ホールを覆う前記エッチング・ストップ層の部分を除去することにより、該流体充填ホールを、前記ヒータ基板を通る流体の通路に適したものにするステップと、
前記流体充填ホールが前記トレンチと流体的に連通するように、前記ヒータ基板を前記導波路基板に結合するステップと、
を含む方法。
前記流体充填ホールをエッチングするステップは、さらに、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）反応イオン・エッチング（ＲＩＥ）を使用するステップを含む、
請求項１に記載の方法。
前記エッチング・ストップ層（１６２）は、前記ヒータ基板（１６０）の前記第２の側にあり、これによって、前記ＩＣＰＲＩＥは、前記流体充填ホール（１８８）を、前記第１の表面から前記第２の表面に向かう方向に形成する、
請求項２に記載の方法。
前記エッチング・ストップ層（１２４）は、前記ヒータ基板（１２２）の前記第１の側にあり、
前記ＩＣＰＲＩＥを使用するステップは、さらに、
前記第２の表面から始まる前記流体充填ホール（１４８）をエッチングするステップを含む、
請求項２に記載の方法。
前記ヒータ基板を前記導波路基板に結合するステップは、
ＩＣＰＲＩＥを用いた後に、前記第１の表面に接着層（１４６）を付着させて、該接着層を介して、前記ヒータ基板を前記導波路基板に結合するステップを含む、
請求項４に記載の方法。
さらに、
前記ヒータ基板を前記導波路基板に結合するステップの前に、該ヒータ基板の構造的に弱い領域（１５８，１９６）を形成するステップと、
前記光導波路の少なくとも１つの端部へのアクセスを可能にするために、前記ヒータ基板のエッジ部分を除去するステップと、を含み、
前記エッジ部分は、前記構造的に弱い領域によって画定される、
請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
さらに、
前記構造的に弱い領域を形成するステップは、前記ヒータ基板にホール（１５６）を形成することにより、前記エッジ部分の境界を画定することを含む、
請求項６に記載の方法。