(57)【要約】【課題】光路変換ミラーの接続効率が良く、素子の位置ずれ余裕を大きくでき、構造が簡単で、安価な光配線層およびその製造方法を提供する。【解決手段】垂直方向からの入射光をコア内に光路変換するミラーをコア端部に有する光配線層７において、該ミラーが凹面鏡４、６であり、かつ、その焦点距離が垂直方向に設置する発光素子４０の発光点までの距離とほぼ一致させる。それにより、凹面鏡で反射された光８はほぼ平行光としてコアに入射するので、出射光の広がりが小さく、コアから受光素子への接続効率が良くなる。また、コア内を通過した光を垂直方向に光路変換するためのミラーをコア端部に有する光配線層において、該ミラーが凹面鏡であり、かつ、その焦点距離が光配線層に垂直方向に設置する受光素子までの距離の１／２倍以上とする。それにより光が集光した状態で受光素子に入るので位置ずれ余裕が大きくなる。【選択図】図１
2004258076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直方向からの入射光をコア内に光路変換するミラーをコア端部に有する光配線層において、
該ミラーが凹面鏡であり、かつ、その焦点距離が垂直方向に設置する発光素子の発光点までの距離とほぼ一致することを特徴とする光配線層。
【請求項２】
コア内を通過した光を垂直方向に光路変換するためのミラーをコア端部に有する光配線層において、
該ミラーが凹面鏡であり、かつ、その焦点距離が光配線層に垂直方向に設置する受光素子までの距離の１／２倍以上であることを特徴とする光配線層。
【請求項３】
コア端部に凹面鏡を有する光配線層を製造する方法であって、
コア端部に斜め凸面部を有するコアパターン形状の凸部を平板上に有する原型を作製する工程と、
該原型を元に少なくとも表面がシリコーン樹脂からなる凹型を作製する工程と、
該凹型から光配線層を作製する工程と、
を有することを特徴とする光配線層の製造方法。
【請求項４】
上記凹型から光配線層を作製する工程が、
クラッド付き基板と上記凹型の間に液状のコア剤を挟み込み、硬化させてコアパターンを形成することを特徴とする請求項３記載の光配線層の製造方法。
【請求項５】
上記コア端部に斜め凸面部を有するコアパターン形状の凸部を平板上に有する原型を作製する工程が、
基板上に、フォトリソグラフィによってレジストパターンを形成した後、レジスト端部に概略円状の影を有するレーザ光を照射・蒸発させることにより、斜め凸面部を作製することを特徴とする請求項３〜４の何れかに記載の光配線層の製造方法。
【請求項６】
上記コア端部に斜め凸面部を有するコアパターン形状の凸部を平板上に有する原型を作製する工程が、
基板上に、フォトリソグラフィによってレジストパターンを形成した後、レジスト端部に方向の異なる複数回のレーザ加工を施すことにより、斜め凸面部を作製することを特徴とする請求項３〜５の何れかに記載の光配線層の製造方法。
【請求項７】
上記コア端部に斜め凸面部を有するコアパターン形状の凸部を平板上に有する原型を作製する工程が、
基板上に、フォトリソグラフィによってレジストパターンを形成した後、レジスト端部にレーザ加工によって斜め面を作製し、さらに温度を上げてレジストを流動させて凸状に変形させることを特徴とする請求項３〜５の何れかに記載の光配線層の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光インターコネクション等に使用する光配線層及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信技術の進展によって、光の優位性が実証されてきた。また、ＬＳＩ等の信号の高速化に伴い、電気信号を光信号に置き換える技術の研究開発が進められている。光信号を伝送する媒体が光配線層であり、通常、コアがクラッドで狭持された構造を有している。
【０００３】
近年開発が進められている高分子材料による光配線層は、大面積に形成することが可能であり、１ｃｍ〜１ｍのオーダーの光インターコネクションへの適用が図られている。また、コア上に光路変換するミラーを形成して、光配線層の表面に受光素子又は発光素子である光部品を実装することが行われている。
【０００４】
通常は、光路変換ミラーとして平面鏡が用いられているが、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）等の発光素子からの光をコアに接続する際や、コアからの光をフォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子に接続する際に、接続効率が小さいという問題と、位置ずれ余裕が小さいという問題があった。発光素子からコアへの接続には、通常、発光素子からの発散光を凸レンズによって収束光に変換して光路変換ミラーに集光させることが行われる。コアから受光素子への接続には、接続効率および受光素子の位置ずれ余裕を改善するため、コア端部の光路変換ミラーから出た光を凸レンズによって収束光にしてからＰＤに入射する方法が用いられる（特許文献１参照）。しかし、これらの方法では、コア径に比べて充分に大きな凸レンズと長い光路が必要であり、全体構造が大きくなるという欠点があった。また、レンズの外は屈折率が小さい必要があり、通常は空気が用いられる。従って、透明樹脂封止等の高信頼性構造を使用できないという欠点もあった。
【０００５】
発光素子、受光素子とも光路変換ミラーに近接させ、発光径＜コア径＜受光径とすることにより、光が大きく広がる前に次の素子に到達させて凸レンズを省略する方法もあるが（図８）、受光径が大きいので受光素子の応答速度が遅いという問題があった。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１８５７５２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の状況に鑑みてなされたもので、光路変換ミラーの接続効率が良く、素子の位置ずれ余裕を大きくでき、構造が簡単で、安価な光配線層およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するために、まず請求項１記載の発明は、垂直方向からの入射光をコア内に光路変換するミラーをコア端部に有する光配線層において、該ミラーが凹面鏡であり、かつ、その焦点距離が垂直方向に設置する発光素子の発光点までの距離とほぼ一致することを特徴とする光配線層である。
請求項２記載の発明は、コア内を通過した光を垂直方向に光路変換するためのミラーをコア端部に有する光配線層において、該ミラーが凹面鏡であり、かつ、その焦点距離が光配線層に垂直方向に設置する受光素子までの距離の１／２倍以上であることを特徴とする光配線層である。
請求項３記載の発明は、コア端部に凹面鏡を有する光配線層を製造する方法であって、コア端部に斜め凸面部を有するコアパターン形状の凸部を平板上に有する原型を作製する工程と、該原型を元に少なくとも表面がシリコーン樹脂からなる凹型を作製する工程と、該凹型から光配線層を作製する工程と、を有することを特徴とする光配線層の製造方法である。
請求項４記載の発明は、上記凹型から光配線層を作製する工程が、クラッド付き基板と上記凹型の間に液状のコア剤を挟み込み、硬化させてコアパターンを形成することを特徴とする請求項３記載の光配線層の製造方法である。
請求項５記載の発明は、上記コア端部に斜め凸面部を有するコアパターン形状の凸部を平板上に有する原型を作製する工程が、基板上に、フォトリソグラフィによってレジストパターンを形成した後、レジスト端部に概略円状の影を有するレーザ光を照射・蒸発させることにより、斜め凸面部を作製することを特徴とする請求項３〜４の何れかに記載の光配線層の製造方法である。
請求項６記載の発明は、上記コア端部に斜め凸面部を有するコアパターン形状の凸部を平板上に有する原型を作製する工程が、基板上に、フォトリソグラフィによってレジストパターンを形成した後、レジスト端部に方向の異なる複数回のレーザ加工を施すことにより、斜め凸面部を作製することを特徴とする請求項３〜５の何れかに記載の光配線層の製造方法である。
請求項７記載の発明は、上記コア端部に斜め凸面部を有するコアパターン形状の凸部を平板上に有する原型を作製する工程が、基板上に、フォトリソグラフィによってレジストパターンを形成した後、レジスト端部にレーザ加工によって斜め面を作製し、さらに温度を上げてレジストを流動させて凸状に変形させることを特徴とする請求項３〜５の何れかに記載の光配線層の製造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、以下詳細に説明する。
【００１０】
請求項１は、光源からの光をほぼ平行光に変換しながらコア１に接続することにより、接続効率を改善するものである。図８のような平面鏡５、６を用いた場合、発光素子４０からの光が角度分布を持ったままコア１に入射されるので、光８は角度を持ったまま進行し、出射時に大きな広がりをもたらす。これに対し、図１のように凹面鏡の焦点を光配線層の垂直方向に配置する発光素子４０の発光点にほぼ一致させることにより、凹面鏡４、６で反射された光はほぼ平行光としてコアに入射するので、出射光の広がりが小さく、コアから受光素子への接続効率が良くなる。図１は断面図なので紙面内の集光のみが示されているが、紙面に垂直な方向に関しても凹面にすることにより、紙面に垂直な成分についても集光作用を有する。なお、紙面内と紙面に垂直な方向のどちらか一方のみの集光でも、部分的な効果を有するので本発明に含まれる。凹面鏡の曲率半径が３００μｍの場合、焦点距離は１００μｍ程度になる。また、ほぼ一致するとは、誤差３０％以内に収まることをいう。なお、通常「焦点距離」とは、ミラーに垂直な方向から平行光を照射し、ミラーの中心から反射光が集光する点までの距離を意味することが多いが、本発明でいう「焦点距離」は、ミラーに垂直な方向に対して４５゜傾いた方向から平行光を入射し、ミラーの中心から反射光が集光する点までの距離である。焦点距離は、実測も可能であるが、ミラーの形状から計算することもできる。
【００１１】
請求項２は、コア１からの光を集光させながら受光素子に照射することにより、受光素子４１の位置ずれ余裕を大きくするものである。即ち、図２のように凹面鏡４、６を使用し、凹面鏡の焦点距離を光配線層の垂直方向に設置する受光素子４１までの距離の１／２倍以上にすれば、光８が集光した状態で受光素子に入るので位置ずれ余裕が大きくなる。特に焦点距離を受光素子までの距離にほぼ等しくした場合、位置ずれ余裕を最も大きくできる。図２は断面図なので紙面内の集光のみが示されているが、紙面に垂直な方向に関しても凹面にすることにより、紙面に垂直な成分についても集光作用を有する。なお、紙面内と紙面に垂直な方向のどちらか一方のみの集光でも、部分的な効果を有するので本発明に含まれる。なお、焦点距離を受光素子までの距離の１／２以下にすると、光が発散し、かえって位置ずれ余裕あるいは接続効率が小さくなる。また、ほぼ一致するとは、誤差３０％以内に収まることをいう。なお、通常「焦点距離」とは、ミラーに垂直な方向から平行光を照射し、ミラーの中心から反射光が集光する点までの距離を意味することが多いが、本発明でいう「焦点距離」は、ミラーに垂直な方向に対して４５゜傾いた方向から平行光を入射し、ミラーの中心から反射光が集光する点までの距離である。焦点距離は、実測も可能であるが、ミラーの形状から計算することもできる。
【００１２】
請求項３〜４は、凹面鏡を有する光配線層を簡単に作製する方法を示している。まず最初に、端部にミラー相当面（凸面）４‘を有するコアパターン形状の感光性樹脂３２を基板３１上に有する原型を作製する（図７（ａ））。次に、該原型を元に少なくとも表面がシリコーン樹脂からなる凹型１０を作製する（図７（ｂ））。そして、該凹型から光配線層を作製する。
【００１３】
上記凹型から光配線層を作製する方法は、具体的には、クラッド２付き基板２０と上記凹型の間に液状のコア材１‘を挟み込み（図７（ｃ））、硬化させ（図７（ｄ））、凹型を剥がしミラー面４を有するコアパターンを形成する（図７（ｅ））。次に、ミラー部に反射膜６を形成する（図７（ｆ））。さらに、クラッド３で全体を覆う（図７（ｇ））。
【００１４】
この方法により、端部に斜め凸面部を有するコアパターンを形成できる。この斜め凸面部が凹面鏡になる。外から見て凸面ということは、コアパターンを通る光にとっては凹面である。反射膜は、金属でもよいし、誘電体多層膜でもよい。ただし、膜厚分布の影響のない金属の方が使いやすい。
【００１５】
請求項５〜７は、斜め凸面部を有する原型を作製する方法を示している。請求項５では、フォトリソグラフィによって感光性樹脂のレジストパターンを形成した後、図３のように、基板３１上の感光性樹脂３２の端部にマスクを介して概略円状の影を有するレーザ光３３を照射・蒸発させることにより、ミラー相当面４‘を作製する。これにより、両光軸に垂直な方向についての集光が可能になる。なお、概略円状の影を有するとは、曲線状の輪郭の外側が光照射部であるという意味である。概略円状には、２次曲線等も含まれる。
【００１６】
請求項６では、フォトリソグラフィによってレジストパターンを形成した後、レジスト端部に方向の異なる複数回のレーザ加工を施すことにより、斜め凸部を作製する。図５の（ｂ）〜（ｅ）のように長方形のレーザ光３３を多数回照射させても良いが、図４のように概略円状の影を有するレーザ光３３を用いれば少ない回数で済む。
【００１７】
請求項７では、フォトリソグラフィによってレジストパターンを形成した後、図６のようにレーザ加工によって斜め面を形成し、さらに温度を上げてレジストを流動させて凸状に変形させる。レジストはポジ型でもよいし、ネガ型でもよい。
【００１８】
【実施例】
＜実施例１＞
［概略円形の影を有するレーザ加工］
本発明の実施例について、図３を用いて説明する。基板３１（ガラス）上にドライフィルムレジストを貼り合わせ・露光・現像することにより、感光性樹脂３２パターンとして断面が４０μｍ角のコアとなる導波路状の凸パターンを形成した（図３（ａ））。
【００１９】
次に、レーザ光３３としてＫｒＦエキシマレーザを斜め照射するが、その際、マスクを用いて概略円状の影を有するビーム形状にすることにより（図３（ｂ））、凸状の斜めミラー相当面４’を作製し、凸型３０とした（図３（ｃ））。使用したマスクの円状の影の曲率半径は３００μｍであり、加工されたレジストの曲率半径もほぼ３００μｍであった。
【００２０】
＜実施例２＞
［複数回照射］
本発明の実施例について、図４を用いて説明する。基板３１（ガラス）上にドライフィルムレジストを貼り合わせ・露光・現像することにより、感光性樹脂３２パターンとして断面が４０μｍ角のコアとなる導波路状の凸パターンを形成した（図４（ａ））。
【００２１】
次に、レーザ光３３としてＫｒＦエキシマレーザを斜め照射するが、その際、マスクを用いて概略円状の影を有するビーム形状にすることにより、１回目の加工を行った（図４（ｂ））。次に、角度を１０゜変えて２回目の加工を行い（図４（ｃ））、凸状の斜めミラー相当面４’を作製し、凸型３０とした（図４（ｄ））。使用したマスクの円状の影の曲率半径は３００μｍであり、加工されたレジストの曲率半径もほぼ３００μｍになった。
【００２２】
＜実施例３＞
［リフロー］
本発明の実施例について、図６を用いて説明する。基板３１（ガラス）上に液状レジストを塗布し、露光・現像することにより、感光性樹脂３２パターンとして断面が４０μｍ角のコアとなる導波路状の凸パターンを形成した（図６（ａ））。
【００２３】
次に、レーザ光３３としてＫｒＦエキシマレーザを斜め照射するが、その際使用した光３３は長方形のビーム形状であり、平面状の加工がなされた（図６（ｂ））。次に、１３０℃１０分の熱処理を行うことにより、レジストが流動し、凸状の斜めミラー相当面４’に変化した（図６（ｃ））。加工されたレジストの曲率半径はほぼ３００μｍになった。
【００２４】
＜実施例４＞
［光配線層の作製］
実施例２の方法で作製した凸型３０（図７（ａ））に、液状のシリコーン樹脂３４を重ねて室温硬化させ、剥離することにより凹型１０を作製した（図７（ｂ））。次に、基板２０（ガラス）を用意し、クラッド材２として紫外線硬化型エポキシ樹脂をスピンコートした。全面に４Ｊ／ｃｍ２の紫外線を照射することにより、クラッド２を硬化させて３０μｍ厚の膜にした（図示せず）。
【００２５】
そして、凹型１０上にコア材１’として紫外線硬化型エポキシ樹脂を滴下し、クラッド２付き基板２０を重ねて加圧した（図７（ｃ））。コア材１’は凹型１０の窪みに埋め込まれた（図７（ｄ））。このままの状態で基板２０側から８Ｊ／ｃｍ２の紫外線１２を照射することにより、コア材１’はコアパターン１に硬化された。凹型１０を剥離し（図７（ｅ））、コアパターン１の斜めミラー面４に反射膜６としてＡｌをマスク蒸着した（図７（ｆ））。さらに第２クラッド３として紫外線硬化型エポキシ樹脂を塗布、全面に４Ｊ／ｃｍ２の紫外線を照射することにより、光配線層７が完成した（図７（ｇ））。
【００２６】
＜実施例５＞
［入射側ミラーの評価］
実施例４の方法によって、一端が凹面鏡、他端が平面鏡のコアを作製し、凹面鏡側の導波路の中心から１００μｍ（導波路表面から５０μｍ）の位置に波長８５０ｎｍのＶＣＳＥＬを設置し、平面鏡側の導波路の中心から１００μｍ（導波路表面から５０μｍ）の位置に設置した直径８０μｍのＰＤで受けた。ＶＣＳＥＬ・光配線層間および光配線層・ＰＤ間は、屈折率がクラッドにほぼ等しい透明樹脂で封止した。両方が平面鏡の場合に比べて信号強度が１．５倍になった。
【００２７】
＜実施例６＞
［出射側ミラーの評価］
実施例４の方法によって、両端が凹面鏡のコアを作製し、コアの中心から１００μｍ（光配線層表面から５０μｍ）の位置に波長８５０ｎｍのＶＣＳＥＬを設置し、他端の凹面鏡側のコアの中心から１００μｍ（光配線層表面から５０μｍ）の位置に設置した直径８０μｍのＰＤで受けた。ＶＣＳＥＬ・光配線層間は、屈折率がクラッドにほぼ等しい透明樹脂で封止した。光配線層・ＰＤ間には、屈折率がクラッドにほぼ等しい液体を満たした。ＰＤの横方向の位置ずれ余裕（信号強度が９０％に落ちる位置ずれ量）は３０μｍになった。一方、出射側が平面鏡の場合の位置ずれ余裕は１０μｍであった。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明には、以下の効果がある。
第１に、光路変換ミラーとして凹面鏡を用いることにより、接続効率や位置ずれ余裕を大きくできる。第２に、型を用いて製造することにより、凹面鏡を有するコアを簡単に作製できる。第３に、概略円状の影を有するレーザ加工、複数回レーザ加工、あるいはリフローを用いることにより、凹面鏡を有するコアの型を作製できる。
【００２９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光配線層の概略を示す断面図。
【図２】本発明の光配線層の概略を示す断面図。
【図３】本発明の凸面の形成方法の一例を示す斜視図。
【図４】本発明の凸面の形成方法の他の例を示す斜視図。
【図５】本発明の凸面の形成方法の他の例を示す斜視図。
【図６】本発明の凸面の形成方法の他の例を示す斜視図。
【図７】本発明の光配線層の製造方法の一例を示す断面図。
【図８】従来の光配線層の概略を示す断面図。
１    …  コア
１’  …  コア材
２    …  第１クラッド
３    …  第２クラッド
４    …  ミラー面（凹面鏡）
４’  …  ミラー相当面（凸面）
５    …  ミラー面（平面鏡）
５’  …  ミラー相当面（平面）
６    …  反射膜
７    …  光配線層
８    …  光
１０  …  凹型
２０  …  基板
３０  …  凸型
３１  …  基板
３２  …  感光性樹脂
３３  …  レーザ光
４０  …  発光素子
４１  …  受光素子
４２  …  電極またはスペーサ
４３  …  電極またはスペーサ
【図１】
2004258076.tif 000003
【図２】
2004258076.tif 000004
【図３】
2004258076.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004258076.tif 000009
【図８】
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