(57)【要約】【課題】光の伝搬効率を損なうことなく高い光利用効率で信号伝送を行うことができる光導波路基板を、高い生産効率で、確実に得ることができる光導波路基板の製造方法、光導波路基板、及び光反射構造体を提供することある。【解決手段】基板を異方性エッチングすることにより光反射構造体を作製する工程と、基材表面に前記光反射構造体が挿入される空孔と下部クラッド層とが形成され、さらに該下部クラッド層の表面にコア層を形成する工程と、空孔、下部クラッド層、及びコア層が形成された基材を溶液中に浸漬させて、前記光反射構造体を溶液中で沈下させることにより前記空孔に挿入させる工程と、光反射構造体が挿入された基材に上部クラッド層及び側部クラッド層を形成する工程と、を含むことを特徴とする光導波路基板の製造方法である。【選択図】    図２
2004233406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を異方性エッチングすることにより光反射構造体を作製する工程と、基材表面に前記光反射構造体が挿入される空孔と下部クラッド層とが形成され、さらに該下部クラッド層の表面にコア層を形成する工程と、空孔、下部クラッド層、及びコア層が形成された基材を溶液中に浸漬させて、前記光反射構造体を溶液中で沈下させることにより前記空孔に挿入させる工程と、光反射構造体が挿入された基材に上部クラッド層及び側部クラッド層を形成する工程と、を含むことを特徴とする光導波路基板の製造方法。
【請求項２】
基体表面に下部クラッド層の凸部及び空孔の凹部を形成したものを原盤とし、該原盤表面に液状のシリコーン樹脂を塗布し硬化させたシリコーン樹脂製の型に、１ヶ所以上の液体の入出口部及び構造強化材を設けて成形用鋳型を作製し、該成型用鋳型に光導波路基板の基材を密着させた後、前記１ヶ所以上の液体の入出口部のうち、入口部から未硬化の紫外線硬化樹脂を進入させ、その後紫外線を照射して固化させることにより、前記空孔及び下部クラッド層を形成することを特徴とする請求項１に記載の光導波路基板の製造方法。
【請求項３】
基体表面にコア層の凸部を形成したものを原盤とし、該原盤表面に液状シリコーン樹脂を塗布し硬化させたシリコーン樹脂製の型に、１ヶ所以上の液体の入出口部及び構造強化材を設けて成形用鋳型を作製し、該成型用鋳型に光導波路の基材を密着させた後、前記１ヶ所以上の液体の入出口部のうち、入口部から未硬化の紫外線硬化樹脂を進入させ、その後紫外線を照射して固化させることにより、光導波路となるコア層を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の光導波路基板の製造方法。
【請求項４】
結晶方位（１００）面を表面及び裏面とした基板を、該表面及び裏面からエッチング底面が対向するように異方性エッチングすることにより、光反射部となる面及び光導波路基板の基材表面の空孔に嵌合される部分の側面を複数形成し、さらに、金属薄膜を前記光反射部となる側の面に形成した後、前記空孔に嵌合する部分の断面が矩形形状となるように前記エッチング底面で切断することにより、前記光反射構造体を作製することを特徴とする請求項１に記載の光導波路基板の製造方法。
【請求項５】
前記光導波路基板の基材が、シリコン基板、ガリウム砒素基板、サファイヤ基板、石英基板、ガラス基板、セラミック基板、及びプラスチック基板のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の光導波路基板の製造方法。
【請求項６】
前記光反射構造体の作製に用いられる基板が、シリコン基板、ガリウム砒素基板、サファイヤ基板、石英基板、ガラス基板、セラミック基板、プラスチック基板、及び金属基板のいずれかであることを特徴とする請求項１または４に記載の光導波路基板の製造方法。
【請求項７】
前記コア層の幅が、３０〜２００μｍの範囲であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光導波路基板の製造方法。
【請求項８】
前記下部クラッド層、側部クラッド層、及び上部クラッド層である樹脂と、コア層である樹脂との屈折率の差が、０．０５以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光導波路基板の製造方法。
【請求項９】
基板の片側の面に、基板面に対して一定角度傾斜した面が形成された光反射部を有し、基板の該光反射部が形成された面と反対側の面に、断面が矩形形状の空孔に嵌合される部分を有することを特徴とする光反射構造体。
【請求項１０】
基材表面に、光反射部を有する複数の光反射構造体を該光反射部が突出するように一定間隔で嵌め込んだ下部クラッド層が形成され、該下部クラッド層表面の前記光反射部間にコア層が形成され、さらに前記光反射部、コア層、及び下部クラッド層の全体を覆うようにして上部クラッド層及び側部クラッド層が形成されていることを特徴とする光導波路基板。
【請求項１１】
前記光反射構造体が、請求項９に記載の光反射構造体であることを特徴とする請求項１０に記載の光導波路基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速信号処理装置における信号処理回路チップ間の信号伝送に光を用いるいわゆる光インターコネクションに用いられる光導波路基板及びその製造方法等関し、特に、基板上に発光素子、受光素子を実装し、基板表面、内部あるいは基板反対面に光導波路を設けた構成の光導波路基板において必要とされる、光の進行方向を垂直から水平もしくは水平から垂直へ直角に折り曲げるミラー（光反射部）の実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＰＵのデータ処理速度の高速化に代表される電子回路による信号処理装置の高速化は止まるところを知らない。一方、それに伴い信号処理チップ間の配線接続においても高速信号伝送が要求されているが、これらチップ間の配線は、その配線容量が大きいため信号波形がなまってしまい、高速での信号伝送ができない、信号伝送に必要とする消費電力が増大する、高速信号によるノイズ発生が大きくなるなど、電気信号による配線には限界が生じ始めている。
【０００３】
これらの問題を解消する方法として、信号を光に変換してチップ間を配線する、いわゆる光インターコネクションが考案されている。これは、ＬＳＩチップからの出力を一旦光信号に変換し、光導波路または導光路等のいわゆる光導波路（以下、単に「導波路」という場合がある）により別のチップに伝送し、そこで再び光信号を電気信号に変換した後に信号処理を行うというものである。この方法によれば、従来消費電力の発生源である信号配線における電気的充放電が不要となるため、信号波形のなまりがなく、消費電力の大幅な低減が実現されると共に、配線からの電磁輻射によるノイズがなくなるなど多大な効果が期待される。
【０００４】
図１に従来の光導波路基板の断面構造を示すが、チップ間を光導波路で結んだ基板である光導波路基板の実現には、図１に示すように、光導波路基板１の図面における上側に実装した発光素子２から放出された光導波路基板１に垂直方向の信号光３を、一旦４５°傾斜（対下部クラッド層面）ミラー４で光導波路基板１に水平方向に直角に折り曲げ、光導波路５の一方の端から入射させ、光導波路５中を伝搬する信号光６とし、他方の端から出射させて、再度４５°ミラー７により垂直方向に直角に折り曲げ、光導波路基板１に垂直方向の信号光８とし、図面における光導波路基板１の上側に実装した受光素子９により、前記信号光８を受光させる方式が一般に考えられている。
【０００５】
このような構造を実現する手段として、例えば、基材１０表面に光導波路のクラッドとなる低屈折率の下部クラッド層１１を塗布等により形成し、その表面にコアとなる高屈折率の層を、塗布等により形成した後にドライエッチング等のパターニング手段により所望の形状に形成して光導波路５を形成し、同時に光反射部４、７をマスク下部にアンダーカットが入る方式により形成し、さらに側部クラッド層１２及び上部クラッド層１３を形成する方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
この方式では、光反射部４、７の傾斜面がアンダーカットによるサイドエッチングで形成されるため、傾斜面の平坦性が損なわれ、その面での光の散乱により伝搬効率が損なわれる恐れがある。また、エッチング処理に起因するバラツキにより傾斜角度が４５°からはずれてしまい、光利用効率が低下する等、安定した再現性が得られないことが往々にしてある。
【０００７】
このように上記従来の作製方式は、要求される特性として、片や光導波路として屈折率の異なる部材を透過率を良好に所望のパターンにある長さで形成し、他方、直角曲げミラーとして反射率の良好な４５°の傾斜面を局所的に形成するという、全く異なる部材を同一材料と同一プロセスとにより作製しようとしており、本質的に無理がある。
従って上記構造の作製方式としては、光導波路部、光反射部はそれぞれその材料及び性能が最適であり、かつ生産性に優れた方式で別々に作製し、その後両者を混成して実装できる方式が理想的である。
【０００８】
一方、マイクロデバイスの実装技術においては、マイクロデバイスを溶媒中に分散させ、それが充填する空孔が形成された別材料の基板を接触させて、自己整合的に異種のデバイスを実装する方法が提案されている（例えば、特許文献２〜４参照）。
【０００９】
しかし、上記方法をそのまま用いても、実際溶媒中に分散させたマイクロデバイスを所定の空孔に効率的に充填させることは困難であった。また、この方式は電子回路からなるマイクロデバイスを異種基板に実装することを目的にしたものであるため、マイクロデバイスが空孔に充填した場合でも電気的な接触としては充分であっても、光導波路基板を構成する部材のような配置位置・向きに精度が要求される部材の配置方法としては、そのままの採用は不適当であった。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−４７０４４号公報
【特許文献２】
特開２００２−１４１８７号公報
【特許文献３】
米国特許第５７８３８５６号明細書
【特許文献４】
米国特許第６４２０２６６号明細書
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決することを目的とする。
すなわち本発明は、光の伝搬効率を損なうことなく高い光利用効率で信号伝送を行うことができる光導波路基板を、高い生産効率で、確実に得ることができる光導波路基板の製造方法、光導波路基板、及び光反射構造体を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を達成するための手段】
本発明は上記課題を達成するために、導波路部と光反射部を有する光反射構造体とを個別に作製し、その後両者を実装させる方法を採用する。
具体的には、下部クラッド層、光導波路については鋳型により低価格で簡便に形成する方式を採用し、一方、光反射部はシリコン基板等の異方性エッチングにより光反射構造体として形成する。さらに、この両者を生産性高く実装するものとして、前記マイクロデバイスを溶媒中に分散させ、それが充填する空孔が形成された別材料の基板を接触させて、自己整合的に異種のデバイスを実装する方法を用いる。
【００１３】
前記従来技術は、電子回路からなるマイクロデバイスを異種基板に実装することを目的にしたものであるが、本発明では、該マイクロデバイスを上記光反射部を有する光反射構造体とするだけでなく、該光反射部はシリコン基板の異方性エッチングにより形成し、かつ、その光反射部を有する光反射構造体が挿入される基材表面の空孔形状についても、鋳型によりミラー（光反射部）の向きを規制するような形状を持たせることにより、光導波路に対し所望の向きに自動的に整合させる方法を提案するものである。
【００１４】
すなわち本発明は、
＜１＞  基板を異方性エッチングすることにより光反射構造体を作製する工程と、基材表面に前記光反射構造体が挿入される空孔と下部クラッド層とが形成され、さらに該下部クラッド層の表面にコア層を形成する工程と、空孔、下部クラッド層、及びコア層が形成された基材を溶液中に浸漬させて、前記光反射構造体を溶液中で沈下させることにより前記空孔に挿入させる工程と、光反射構造体が挿入された基材に上部クラッド層及び側部クラッド層を形成する工程と、を含むことを特徴とする光導波路基板の製造方法である。
【００１５】
＜２＞  基体表面に下部クラッド層の凸部及び空孔の凹部を形成したものを原盤とし、該原盤表面に液状のシリコーン樹脂を塗布し硬化させたシリコーン樹脂製の型に、１ヶ所以上の液体の入出口部及び構造強化材を設けて成形用鋳型を作製し、該成型用鋳型に光導波路基板の基材を密着させた後、前記１ヶ所以上の液体の入出口部のうち、入口部から未硬化の紫外線硬化樹脂を進入させ、その後紫外線を照射して固化させることにより、前記空孔及び下部クラッド層を形成することを特徴とする＜１＞に記載の光導波路基板の製造方法である。
【００１６】
＜３＞  基体表面にコア層の凸部を形成したものを原盤とし、該原盤表面に液状シリコーン樹脂を塗布し硬化させたシリコーン樹脂製の型に、１ヶ所以上の液体の入出口部及び構造強化材を設けて成形用鋳型を作製し、該成型用鋳型に光導波路の基材を密着させた後、前記１ヶ所以上の液体の入出口部のうち、入口部から未硬化の紫外線硬化樹脂を進入させ、その後紫外線を照射して固化させることにより、光導波路となるコア層を形成することを特徴とする＜１＞または＜２＞に記載の光導波路基板の製造方法である。
【００１７】
＜４＞  結晶方位（１００）面を表面及び裏面とした基板を、該表面及び裏面からエッチング底面が対向するように異方性エッチングすることにより、光反射部となる面及び光導波路基板の基材表面の空孔に嵌合される部分の側面を複数形成し、さらに、金属薄膜を前記光反射部となる側の面に形成した後、前記空孔に嵌合する部分の断面が矩形形状となるように前記エッチング底面で切断することにより、前記光反射構造体を作製することを特徴とする＜１＞に記載の光導波路基板の製造方法である。
【００１８】
＜５＞  前記光導波路基板の基材が、シリコン基板、ガリウム砒素基板、サファイヤ基板、石英基板、ガラス基板、セラミック基板、及びプラスチック基板のいずれかであることを特徴とする＜１＞に記載の光導波路基板の製造方法である。
【００１９】
＜６＞  前記光反射構造体の作製に用いられる基板が、シリコン基板、ガリウム砒素基板、サファイヤ基板、石英基板、ガラス基板、セラミック基板、プラスチック基板、及び金属基板のいずれかであることを特徴とする＜１＞または＜４＞に記載の光導波路基板の製造方法である。
【００２０】
＜７＞  前記コア層の幅が、３０〜２００μｍの範囲であることを特徴とする＜１＞〜＜６＞のいずれかに記載の光導波路基板の製造方法である。
【００２１】
＜８＞  前記下部クラッド層、側部クラッド層、及び上部クラッド層である樹脂と、コア層である樹脂との屈折率の差が、０．０５以上であることを特徴とする＜１＞〜＜７＞のいずれかに記載の光導波路基板の製造方法である。
【００２２】
＜９＞  基板の片側の面に、基板面に対して一定角度傾斜した面が形成された光反射部を有し、基板の該光反射部が形成された面と反対側の面に、断面が矩形形状の空孔に嵌合される部分を有することを特徴とする光反射構造体である。
【００２３】
＜１０＞  基材表面に、光反射部を有する複数の光反射構造体を該光反射部が突出するように嵌め込んだ下部クラッド層が形成され、該下部クラッド層表面の前記光反射部間にコア層が形成され、さらに前記光反射部、コア層、及び下部クラッド層の全体を覆うようにして上部クラッド層及び側部クラッド層が形成されていることを特徴とする光導波路基板である。
【００２４】
＜１１＞  前記光反射構造体が、＜９＞に記載の光反射構造体であることを特徴とする＜１０＞に記載の光導波路基板である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
図２は、本発明の光導波路基板の一例を示す概略断面図である。図２においては、基材１０表面に導波路の下部クラッド層となる低屈折率の下部層１１が、一定間隔の空孔１４、１５とともに形成されており、その下部クラッド層表面の前記空孔１４、１５間に導波路５（コア層）が形成されている。一方、空孔１４、１５には、４５°（対下部層面）の傾斜面を有するミラー（光反射部）が、下部クラッド層から図面において上側に突出し、下側の空孔と嵌合される部分と一体となった光反射部を有する光反射構造体１６、１７が嵌め込まれ、光反射部と導波路５とが整合されている。さらに、側部層１２及び上部層１３は、側部クラッド層及び上部クラッド層となる低屈折率部材で充填されている。
この光導波路基板には、基板表面に配線パターン２８が形成された後、発光素子２、受光素子９が実装される。
【００２６】
上記本発明の光導波路基板は、上記構成、構造であれば如何なる方法により製造されてもよいが、本発明の光導波路基板の製造方法により製造されることが、高い生産効率で、より精度、光利用効率の高い光導波路基板を確実に製造することができる点で好ましい。
以下、上記本発明の光導波路基板の製造方法について、順次説明する。
【００２７】
（成型用鋳型の作製）
図３は、前記下部層１１及び空孔１６、１７を形成するための成型用鋳型の作製工程の一例を示す断面図である。
まず、図３（ａ）に示すように、シリコン基板またはガラス基板のような基体３０の表面に、厚膜レジスト３１（例えば、マイクロケミカル社製：ＳＵ−８）をスピンコートなどにより塗布し、その後、図３（ｂ）のように、厚膜レジストのエッチングマスクとなるクロム、アルミ等の金属層３２を蒸着またはスパッタにより形成する。なお、上記厚膜レジスト３１の膜厚は、５０〜３００μｍの範囲であることが好ましい。
【００２８】
次に図３（ｃ）に示すように、上記金属層３２を空孔に対応するパターンにフォトリソグラフィー、エッチングにより形成した後、それをマスクとして厚膜レジスト３１をエッチングする。このときエッチングの条件を等方的になるようにすることにより、図３（ｄ）のように、空孔部の側面３３は傾斜を持った形にすることができる。
この傾斜の角度は、後述する空孔への光反射構造体の挿入をより効率的に行う観点から、基体３０の表面に対して２０〜８０°の範囲であることが好ましく、４０〜６０°の範囲であることがより好ましい。
【００２９】
そして、図３（ｅ）に示すように、金属層３２を除去した後に樹脂注入孔（液体の入出口部）となる部材３４を厚膜レジスト３１表面につけることにより、下部層１１の原盤３５ができる。なお、上記樹脂注入孔は、１ヶ所であってもよいし、２ヶ所以上であってもよい。
【００３０】
次に、この原盤３５表面に離形剤を塗布した後、図３（ｆ）のように、鋳型形成用硬化性樹脂である液状シリコーン樹脂３６を塗布し、１２０℃で３０分加熱することにより固化させた後、原盤３５から剥離することにより、下部層１１に対応するシリコーン樹脂製の型を作製する。
【００３１】
このシリコーン樹脂製の型には、前記樹脂注入孔から硬化性樹脂を加圧充填（圧入）する際、圧力を大きくしても鋳型が変形したり、鋳型と基材との間でずれが生ずることのないよう構造強化材が設けられ、成型用鋳型１９とされる。上記構造強化材は図示しないが、金属材料、セラミック材料、硬質プラスチック材料等で、前記シリコーン樹脂製の型の基材と密着する側と反対側の面に、該型と一体となるように設けられ、その厚さは１〜４０ｍｍの範囲程度が好ましい。これにより、下部クラッド層やコア層の形状の精度を犠牲にすることなく、硬化性樹脂の充填速度を大きくすることができる。
【００３２】
上記鋳型形成用硬化性樹脂としては、その硬化物が原盤３５から容易に剥離することができること、鋳型（繰り返し用いる）として一定以上の機械的強度・寸法安定性を有することが好ましい。
鋳型形成用硬化性樹脂は、原盤に形成された個々の光導波路を正確に写し取らなければならないので、ある限度以下の粘度、たとえば、２０００〜７０００ｍＰａ・ｓの範囲程度を有することが好ましい。また、粘度調節のために溶剤を、溶剤の悪影響がない程度に加えることができる。（なお本発明において用いる鋳型形成用硬化性樹脂としては、硬化性シリコーンゴムオリゴマーのように、硬化後、弾性を有するゴム状体となるものも含まれる。）
【００３３】
前記鋳型形成用硬化性樹脂としては、硬化性の液状シリコーン樹脂が好ましく、特に硬化性シリコーンゴムオリゴマー（熱硬化型、室温硬化型）が、剥離性、機械強度・寸法安定性の観点から好ましく用いられる。また、前記樹脂であって低分子量の液体樹脂は、十分な浸透性が望め好ましく用いられる。前記樹脂の粘度は５００〜７０００ｍＰａ・ｓの範囲、さらには、２０００〜５０００ｍＰａ・ｓの範囲程度のものが好ましい。
【００３４】
上記硬化性の液状シリコーン樹脂としては、具体的には、メチルシロキサン基、エチルシロキサン基、フェニルシロキサン基を含むものが好ましく、特に硬化性ジメチルシロキサン樹脂が好ましい。
【００３５】
また、前記原盤３５には、前記のようにあらかじめ離型剤塗布などの離型処理を行なって成型用鋳型１９との剥離を促進させることが望ましい。
前記シリコーン樹脂製の型の厚さは、鋳型としての取り扱い性を考慮して適宜決められるが、０．１〜５０ｍｍの範囲であることが好ましい。シリコーン樹脂製の型の硬化樹脂層の表面エネルギーは、１０〜３０ｍＮ／ｍの範囲、好ましくは１５〜２４ｍＮ／ｍの範囲にあることが、光導波路基板の基材との密着性の点からみて好ましい。
【００３６】
シリコーン樹脂製の型のショア（Ｓｈｏｒｅ）ゴム硬度は、型取り性能や剥離性の観点から１５〜８０°の範囲であることが好ましく、２０〜６０°の範囲であることがより好ましい。上記鋳型のゴム硬度は、デュロメーターを用いて測定することができる。
また、シリコーン樹脂製の型の表面粗さ（二乗平均粗さ（ＲＭＳ）Ｒｑ）は、型取り性能の点からみて、０．５μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以下であることがより好ましい。上記型の表面粗さは、接触式表面粗さ計（αステップ５００、テンコール社製）を用いて測定することができる。
【００３７】
さらに、成型用鋳型１９に注入される硬化性樹脂が紫外線硬化性樹脂の場合は、成型用鋳型１９は光透過性であることが必要で、３５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域における光透過率が８０％以上であることが好ましい。
【００３８】
（導波路部の作製）
図４は、本発明における導波路部（下部クラッド層及びコア層）の作製工程の一例を示す断面図である。
まず、図４（ａ）において、基材１０に導波路の下部層１１となり、かつ光反射部を有する光反射構造体１６、１７が充填される空孔１４、１５を設けたシリコーン系ゴムよりなる成型用鋳型１９を密着させる。
【００３９】
本発明により製造される光導波路基板は、チップ間光配線以外に、光分岐、光合波用導波路基板としても使用しうるので、その用途に応じて前記基材１０の材料としては、該材料の屈折率、光透過性等の光学的特性、機械的強度、耐熱性、鋳型との密着性、フレキシビリティー（可撓性）等を考慮して選択される。本発明においては、シリコン基板、ガリウム砒素基板、サファイヤ基板、石英基板、ガラス基板、セラミック基板、及びプラスチック基板のいずれかを用いて、光導波路基板を作製することが好ましい。
【００４０】
本発明においては、後述する液体の入口部等からの硬化性樹脂導入や、ピン（樹脂押し出し部材）による押し付けが伴うため、それらに対する不要な変形を防止するためや作業性を向上させるためにも、基材１０が平坦な剛体基材であることが望ましい。また前記基材１０をフレキシブルなフィルム状のプラスチック基板にしたい場合は、導波路作製プロセス時に平坦な剛体、例えばガラス基板などによって裏面を支えることによって、同様の効果が期待できる。
【００４１】
用いられる上記フィルム状のプラスチック基板としては、屈折率が比較的小さく透明性を有するという観点から、脂環式アクリルフイルム、脂環式オレフィンフイルム、三酢酸セルロースフイルム、含フッ素樹脂フイルム等が挙げられる。
【００４２】
次に、図４（ｂ）に示すように、樹脂注入孔から屈折率１．５１０の紫外線硬化樹脂２０を充填し、強度５０ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を１０分間照射して固化させた後、成型用鋳型１９を剥離し、図４（ｃ）に示すような下部層１１に下部クラッド層と空孔との形状を作製する。
【００４３】
さらに、図３に示した下部層１１用の成型用鋳型の作製と同様の方法により得た光導波路（コア層）用の成型用鋳型２１を、図４（ｄ）に示すように下部層１１の下部クラッド層表面に密着させ、図４（ｅ）に示すように、樹脂注入孔から光導波路形成用硬化性樹脂である屈折率１．５９１の紫外線硬化樹脂２２を充填し、強度５０ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を１０分間照射して固化させた後、光導波路用の成型用鋳型２１を剥離し、図４（ｆ）に示すような光導波路５を形成する。
【００４４】
用いるクラッド層、光導波路（コア層）形成用硬化性樹脂は、凹部内への充填が容易なように十分低粘度である他、コア層形成用硬化性樹脂の硬化後の屈折率は、クラッド層を構成する高分子材料よりも高い（クラッド層との差が０．０５以上）ことが必要である。また、原盤に形成された光導波路用凸部が有する元の形状を高精度に再現するため、前記硬化性樹脂の硬化前後の体積変化が小さいことが好ましい。例えば、硬化後に体積が減少すると導波損失の原因になる。したがって、前記硬化性樹脂は、硬化前後で体積変化ができるだけ小さいものが望ましく、体積変化率が１０％以下であることが好ましく、６％以下であることがより好ましい。なお、溶剤を用いて低粘度化することは、硬化前後の体積変化が大きいので避ける方が好ましい。
【００４５】
以上の観点から、前記硬化性樹脂の粘度は、１０〜２０００ｍＰａ・ｓの範囲が好ましく、２０〜１０００ｍＰａ・ｓの範囲がより好ましく、３０〜５００ｍＰａ・ｓの範囲が特に好ましい。
また、前記硬化性樹脂としては、クラッド層形成用としてエポキシ系、ポリイミド系、アクリル系の紫外線硬化性樹脂が、コア層形成用としてもエポキシ系、ポリイミド系、アクリル系の紫外線硬化性樹脂が好ましく用いられる。
【００４６】
そして前記のように、コア層となる硬化性樹脂の硬化物の屈折率は、クラッド層より大きいことが必要であるため、硬化後のクラッド層の屈折率は、１．４〜１．５３の範囲とすることが好ましいのに対し、硬化後のコア層の屈折率は、１．５３以上であることが好ましく、１．５５以上であることがより好ましい。また、クラッド層とコア層との屈折率の差は、０．０５以上であることが好ましく、０．０８以上であることがより好ましい。
【００４７】
充填させた硬化性樹脂２０、２２を硬化させるには、紫外線ランプ、紫外線ＬＥＤ、ＵＶ照射装置等が用いられる。こうして形成されたコア層の幅は３０〜２００μｍの範囲であることが好ましく、５０〜１５０μｍの範囲であることがより好ましい。また、コア層の高さは後述する光反射構造体の光反射部の高さ（エッチング深さ）とほぼ一致させる必要があり、５０〜１５０μｍの範囲であることが好ましい。
【００４８】
（光反射構造体の作製）
図５は、本発明の光反射構造体の作製工程の一例を示す断面図である。
まず、図５（ａ）に示すように、結晶方位（１００）面が表面及び裏面となるよう形成されたシリコン基板４０（基板）の両面に、所望のレジストパターン４１、４２を形成する。用いられる基板としては、シリコン基板に限られるものではなく種々のものを用いることができるが、シリコン基板、ガリウム砒素基板、サファイヤ基板、石英基板、ガラス基板、セラミック基板、プラスチック基板、及び金属基板のいずれかであることが好ましい。
また、基板の厚さは２００〜１０００μｍの範囲であることが好ましい。
【００４９】
次に、前記レジストパターンが形成されたシリコン基板４０を、低濃度のＫＯＨのイソプロパノール（ＩＰＡ）溶液に浸漬し、基板の表面及び裏面からエッチング底面が対向するように一定時間いわゆる異方性エッチング処理を行なうことにより、図５（ｂ）に示すように、基体の両面に各々レジストパターン４１、４２の端面を基準とした傾斜角４５°の結晶方位（１１０）面４３、４４が複数形成される。なお、本実施形態では面４３、４４は同時に異方性エッチングされるため同一の傾斜角を有するが、異なる角度の傾斜面とすることもできる。
【００５０】
上記面４３が、本発明の光反射構造体の光反射部となり、面４４が、後述する光導波路基板の空孔に嵌合される部分の側面となる。この場合、各ブロックが切り離されないよう約１０μｍ程度の厚さの連結部分４５（対向するエッチング底面）を残してエッチングを終了させる。結果として、エッチング深さは３０〜２００μｍの範囲とすることが好ましいが、後に基板の空孔と嵌合する面４４が形成される側のエッチング深さは、前記空孔の深さ（厚膜レジスト３１の膜厚）とほぼ一致させる必要があり、両者の深さの誤差は±５μｍ以内であることが好ましい。
【００５１】
前記エッチングの方式としては、良好な異方性エッチングを行う観点から湿式の異方性エッチングが好ましい。また、前記傾斜角としては、４０〜５０°の範囲が好ましく、４２．５〜４７．５°の範囲がより好ましい。なお、上記傾斜角は、後述するように光反射構造体が、前記光導波路基板の空孔１４、１５の挿入され、空孔の形状と嵌合するものであるため、前述の空孔の側面３３の傾斜角とほぼ一致することが好ましく、両者の傾斜角の誤差は±１．５°以内であることが好ましい。
【００５２】
次に、レジストパターン４１、４２を剥離した後、図５（ｃ）に示すように光反射部の反射率を上げるため、ＡｌまたはＡｕなどの反射用金属薄膜４６をスパッタ等により光反射部となる側の表面に蒸着し、最後に連結部分４５（エッチング底面）で各ブロックを切り離すことにより、図５（ｄ）に示すように光反射部を有する光反射構造体１６が完成する。
【００５３】
以上のようにして作製された本発明の光反射構造体は、基板の片側の面に、基板面に対して一定角度傾斜した面が形成された光反射部（図５（ｄ）の図面上側の部分）を有し、基板の該光反射部が形成された面と反対側の面に、断面が矩形形状の空孔に嵌合される部分（図５（ｄ）の図面下側の部分）を有した構造となっている。
【００５４】
上記光反射部の形状は特に制限されないが、図５（ｄ）に示すように断面形状が山形（台形）になっており、山の頂点（台形の上底の中点）を通る垂線に対して図面上左右が対称となっていることが好ましい。このような形状とすることにより、例えば図２の光導波路基板の空孔１５に嵌合した光反射構造体１７のように、どちらの面が光導波路５側に向くように挿入されても、光反射部としての反射機能を達成することができる。
【００５５】
また、空孔に嵌合される部分の形状も特に制限されないが、後述する溶液中で空孔に光反射構造体が自己整合的に挿入されやすくするため、図５（ｄ）に示すように、断面は矩形形状であることが好ましく、さらに前記同様、断面形状が光反射部の山の頂点を通る垂線に対して図面上左右が対称であることが好ましい。
【００５６】
また、上記空孔に嵌合される部分の大きさは、前記光反射部に比べ大きいことが好ましい。これにより光反射構造体の溶液中での沈下時に、空孔に嵌合される部分が図面において下側となって沈下することとなるため、光反射構造体がより効率的に空孔に挿入されやすくなる。
なお、空孔に嵌合される部分の大きさは、光反射部に対する大きさに対し、体積で１．５〜４倍の範囲であることが好ましい。
【００５７】
上記光反射構造体の光反射部側から見た形状は、空孔への挿入後の光反射部のコア層に対する向きが特定される形状であれば特に制限されないが、溶液中での光反射構造体の空孔への挿入のされやすさの観点から、長方形であることが好ましい。また、上記挿入のされやすさだけでなく、構造体の実装時にクラッド層、コア層等を傷つけないようにする観点から、前記長方形の角は円弧状に処理されることが好ましい。
【００５８】
このような光反射構造体の大きさは、例えば前記のように光反射部側からみた形状が長方形の場合は、該長方形の大きさとして、２０〜８０μｍ×５０〜３００μｍ程度の範囲であることが好ましく、５０μｍ×２００μｍ程度であることがより好ましい。
【００５９】
（空孔への光反射構造体の実装）
図６は、本発明の光反射構造体を光導波路基板の空孔へ実装する工程を示す断面図である。
まず、前記図４（ｆ）に示した半完成状態の光導波路基板２３を、図６（ａ）に示すように、水またはアルコール等の溶液２４を満たした浴槽２５に浸漬させる。しかる後に、図５（ｄ）に示した光反射構造体１６を、図６（ｂ）に示すように、複数個数溶液２４中に投入し、溶液２４を攪拌もしくは半完成導波路基板２３を揺することにより、図６（ｃ）に示すように、空孔１４、１５の形状・向きに合致するように光反射構造体１６及び１７を空孔１４、１５に自己整合させる。
【００６０】
この工程を経時的に、図７、８、及び９に従って概念図で説明する。
図７は、光反射構造体その他を溶液に投入した直後の、光反射構造体が溶液中に浮遊している状態を示す概念図である。図７において５は光導波路であり、下部層表面及び浴槽、溶液は図示を省略している。空孔１４、１５は光反射構造体１６、１７の向きを規制するため、図面における上方から見た形状が長方形、孔の断面形状が矩形形状に空けられている。また、光反射構造体１６、１７の形状は、空孔１４、１５に嵌合する部分の断面が矩形形状を有している。
【００６１】
図８は、光反射構造体が空孔に挿入され始めた状態を示す概念図である。
図８に示すように、一定時間経過後の状態では光反射構造体１６、１７その他は、矢印Ａのように半完成状態の光導波路基板表面に沈降するが、そのままでは空孔１４、１５に対して整合しない場合が多く、図８における光反射構造体１６、１７のように、空孔１４、１５にはまらず基板表面に載っている状態となる。
【００６２】
これに対し、溶液を攪拌したり、基板を揺することにより、図８における矢印Ｂのように光反射構造体１６、１７は再度溶液中に浮遊し、その後、図９に示すように、光反射構造体１６、１７は空孔１４、１５に整合し、同時に光反射部における光反射面２６が導波路端面２７に正対する配置が自己整合的に行なわれる。
【００６３】
（上部クラッド層及び側部クラッド層の形成）
図１０は、側部層、上部層の形成、及び光導波路基板を用いた実際のモジュールまでの作製工程の一例を示す断面図である。
まず、前記図６（ｃ）に示した光反射構造体１６、１７が自己整合した基板２３を浴槽より取り出し、図１０（ａ）において乾燥させた後に、図１０（ｂ）に示すように、屈折率１．５１０の紫外線硬化樹脂を塗布し硬化させることにより側部層１２及び上部層１３を形成し、各々側部クラッド層、上部クラッド層として光導波路基板１を完成させる。
【００６４】
上記側部層１２、上部層１３の形成は、側部層１２を形成した後に上部層１３を形成してもよいし、側部層１２と上部層１３とを同時に形成してもよい。また、側部層１２及び上部層１３はクラッド層となるため、光導波路５（コア層）に比べ低屈折率の樹脂で構成される必要があるが、本発明においては、該樹脂は下部クラッド層形成に用いた樹脂と同一の紫外線硬化樹脂を用いることが好ましい。
なお、上部層１３の層厚は３０〜１００μｍの範囲とすることが好ましい。
【００６５】
さらに、光導波路基板１の表面に電極２８を形成し、次いでその表面に、発光素子２、受光素子９をボールグリッドアレイ等を使用して実装することにより、本発明の光導波路基板を用いた光信号伝送モジュールの構成が実現される。
【００６６】
以上説明した製造方法により、図２に示すような本発明の光導波路基板、さらに、光導波路基板を用いた光信号伝送モジュールを高い歩留まり（高生産性）で製造することができる。また、この光信号伝送モジュールは、光反射部が導波路部を別に作製されるため光反射面の面粗度が良好であり、また光反射部の配置も光反射構造体の空孔への自己整合という形で行われるため位置精度が高く、結果として従来の基材上で光反射部を形成する方法に比べ、光利用効率が高いモジュールを提供することができる。
【００６７】
【実施例】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。
（光導波路基板、光信号伝送モジュールの作製）
基材としてＳｉ単結晶基板（直径６インチ）を用い、前述の本発明の製造方法により、図２に示すような空孔及び光反射部の傾斜面角度が４５°である光導波路基板、及びそれを用いた光信号伝送モジュールを作製した。
なお、各部分の構成は以下の通りである。
【００６８】
−導波路部−
・下部クラッド層（紫外線硬化樹脂：ＮＴＴ−ＡＴ社製、屈折率：１．５１０、層厚：５０μｍ）
・コア層（紫外線硬化樹脂：ＰＪ３００１／ＪＳＲ社製、屈折率：１．５９１、幅：５０μｍ、長さ：４０ｍｍ、高さ：５０μｍ）
・上部クラッド層（紫外線硬化樹脂：ＮＴＴ−ＡＴ社製、屈折率：１．５１０、層厚：５０μｍ）
なお、シリコーン樹脂製の型は、熱硬化性ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）エラストマー（ＳＹＬＧＡＲＤ１８４：ダウコウニングアジア社製）を用いて作製した。
【００６９】
−光反射構造体−
基板として結晶方位（１００）面を表面及び裏面としたＳｉ基板（厚さ：１５０μｍ）を用い、異方性エッチング等により図７の光反射構造体１６、１７に示すような光反射部側から見た形状が長方形（５０μｍ×２０５μｍ、角は円弧状処理）の光反射構造体を作製した。この光反射構造体において、光反射部の高さは５０μｍ、空孔との嵌合部分の高さは５０μｍ、空孔との嵌合部分の光反射部に対する大きさ（体積比）は２．６であった。
【００７０】
（評価）
作製した光信号伝送モジュールの発光素子側からレーザ光を入射し、受光素子側での受光光強度から光伝搬損失を求めたところ、０．７ｄＢであった。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、光反射構造体が自己整合的に導波路に正対するよう実装されることから、基板のサイズの大小に関わらず、簡便に作製が可能である。よって、光の伝搬効率を損なうことなく高い光利用効率で信号伝送を行うことができる光導波路基板を、高い生産効率で、確実に得ることができる
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光導波路基板の模式的断面図である。
【図２】本発明の光導波路基板を用いた光信号伝送モジュールの一例を示す模式的断面図である。
【図３】本発明における成型用鋳型の作製工程を示す模式的断面図である。
【図４】本発明における導波路部の作製工程を示す模式的断面図である。
【図５】本発明の光反射構造体の作製工程を示す模式的断面図である。
【図６】本発明の光反射構造体の光導波路基板への実装工程を示す模式的断面図である。
【図７】本発明の光反射構造体が溶液に浮遊している状態を示す概念図である。
【図８】本発明の光反射構造体が空孔に入り込んだ状態を示す概念図である。
【図９】本発明の光反射構造体が空孔に入り込んだ他の状態を示す概念図である。
【図１０】光導波路基板及び光信号送信モジュールの作製工程を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１  導波路基板
２  発光素子
３、８  基板に垂直方向の信号光
４、７  光反射部
５  光導波路（コア層）
６  光導波路中を伝搬する信号光
９  受光素子
１０  基材
１１  下部層
１２  側部層
１３  上部層
１４、１５  空孔
１６、１７  光反射構造体
１９、２１  成型用鋳型
２０  下部クラッド層形成用紫外線硬化樹脂
２２  コア層形成用紫外線硬化樹脂
２３  半完成導波路基板
２４  溶液
２５  浴槽
２６  光反射面
２７  導波路端面
２８  配線パターン（電極）
３０  基体
３１  厚膜レジスト
３２  金属層
３３  空孔側面
３４  樹脂注入孔（液体の出入り口部）となる部材
３５  原盤
３６  液状シリコーン樹脂
４０  シリコン基板（基板）
４１、４２  レジストパターン
４３、４４  ４５°傾斜面
４５  連結部分
４６  金属薄膜
【図１】
2004233406.tif 000003
【図２】
2004233406.tif 000004
【図３】
2004233406.tif 000005
【図４】
2004233406.tif 000006
【図５】
2004233406.tif 000007
【図６】
2004233406.tif 000008
【図７】
2004233406.tif 000009
【図８】
2004233406.tif 000010
【図９】
2004233406.tif 000011
【図１０】
2004233406.tif 000012