(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を伝搬させるための光配線を有する光配線層の製造方法であって、
仮基板上に少なくとも第１クラッド層およびコア層に続いて、仮第２クラッド層を積層する工程と、
仮基板から第１クラッド層、コア層及び仮第２クラッド層を剥離した後、同一又は別の仮基板に貼り付ける工程と、
コア層及び仮第２クラッド層を光配線形状にパターニングする工程と、
仮第２クラッド層上に、厚さが前記第１クラッド層よりも薄く、屈折率が前記第１クラッド層の屈折率よりも小さい第２クラッド層を積層する工程と、
本基板に第１クラッド層、コア層、仮第２クラッド層及び第２クラッド層を転写する工程と、を有し
前記光配線形状にパターニングする工程には、前記仮第２クラッド層上にレジストパターンを形成する工程と、ドライエッチングによってコア層をパターニングする工程と、レジストパターンをドライエッチングする工程とが含まれ、
前記第２クラッド層を積層する工程と本基板に第１クラッド層、仮第２クラッド層、コア層及び第２クラッド層を転写する工程の間に、コア層に斜めミラーを形成する工程と、を有することを特徴とする光配線層の製造方法。
【請求項２】
光信号を伝搬させるための光配線を有する光配線層の製造方法であって、
仮基板上に少なくとも第１クラッド層およびコア層に続いて、仮第２クラッド層を積層する工程と、
仮基板から第１クラッド層、コア層及び仮第２クラッド層を剥離した後、同一又は別の仮基板に貼り付ける工程と、
コア層及び仮第２クラッド層を光配線形状にパターニングする工程と、
仮第２クラッド層上に、厚さが前記第１クラッド層よりも薄く、屈折率が前記第１クラッド層の屈折率よりも小さい第２クラッド層を積層する工程と、
本基板に第１クラッド層、コア層、仮第２クラッド層及び第２クラッド層を転写する工程と、を有し
前記光配線形状にパターニングする工程には、前記仮第２クラッド層上にレジストパターンを形成する工程と、ドライエッチングによってコア層をパターニングする工程と、レジストパターンをドライエッチングする工程とが含まれ、
前記コア層及び仮第２クラッド層を光配線形状にパターニングする工程と前記第２クラッド層を積層する工程の間にコア層に斜めミラーを形成する工程と、を有することを特徴とする光配線層の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、光配線層の製造方法、光配線層および光・電気配線基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
より速く演算処理が行えるコンピュータを作るために、ＣＰＵのクロック周波数は益々増大する傾向にあり、現在では１ＧＨｚオーダーのものが出現するに至っている。この結果、コンピュータの中のプリント基板上の銅による電気配線には高周波電流が流れる部分が存在することになるので、ノイズの発生により誤動作が生じたり、また電磁波が発生して周囲に悪影響を与えることにもなる。
【０００３】
このような問題を解決するために、プリント基板上の銅による電気配線の一部を光配線に置き換え、電気信号の代わりに光信号を利用することが行われている。なぜなら、光信号の場合は、ノイズ及び電磁波の発生を抑えられるからである。
【０００４】
当初は、光配線として、光ファイバが用いられていた。光ファイバは、光通信システムとして技術がほぼ確立していたので、転用することは比較的容易であった。しかし、配線数が多くなると、光ファイバでの接続は容易ではなく、光導波路での配線が検討されるようになった。光導波路としても、当初は、光ファイバと同様に石英系が用いられたが、作製が容易なこと、大面積化に対応しやすいことから、高分子系が検討されるようになってきた。
【０００５】
光導波路は、光の大部分を通すコア層という部分と、それを囲むクラッド層から成る。コア層は、クラッド層よりも大きな屈折率を有し、光はクラッド層との界面で全反射しながら、コア層に沿って伝搬する。基本的にはコア層は線状であり、クラッド層はそれらを覆っている。そこで、内部の線状のコア層を光配線と呼び、コア層と面状のクラッド層の全体を光配線層と呼ぶことにする。
【０００６】
高分子の光配線層は、シリコン等の無機物に比べて熱膨張係数が大きいため、無機基板上で作製した場合に、大きな残留応力を有する。そのため、転写の段階で破壊が起こりやすかった。また、複屈折率が大きくなり、伝送特性を悪化させていた。
【０００７】
一方、光配線層作製後に光配線層を基板から剥離させると、光配線層が収縮して応力が緩和されるが、その収縮が不均一に起こるため、パターンの精度を保つことが困難であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、係る従来技術の状況に鑑みてなされたもので、パターン精度を保ちながら、残留応力を小さく抑えた、光配線層の製造方法、光配線層および光・電気配線基板を提供することを課題とする。
【０００９】
上記の課題を達成するために、まず請求項１の発明は、光信号を伝搬させるための光配線を有する光配線層の製造方法であって、仮基板上に少なくとも第１クラッド層およびコア層に続いて、仮第２クラッド層を積層する工程と、仮基板から第１クラッド層、コア層及び仮第２クラッド層を剥離した後、同一又は別の仮基板に貼り付ける工程と、コア層及び仮第２クラッド層を光配線形状にパターニングする工程と、コア層及び仮第２クラッド層上に、厚さが前記第１クラッド層よりも薄く、屈折率が前記第１クラッド層の屈折率よりも小さい第２クラッド層を積層する工程と、本基板に第１クラッド層、コア層、仮第２クラッド層及び第２クラッド層を転写する工程と、を有し前記光配線形状にパターニングする工程には、前記仮第２クラッド層上にレジストパターンを形成する工程と、ドライエッチングによってコア層をパターニングする工程と、レジストパターンをドライエッチングする工程とが含まれ、前記第２クラッド層を積層する工程と本基板に第１クラッド層、仮第２クラッド層、コア層及び第２クラッド層を転写する工程の間に、コア層に斜めミラーを形成する工程と、を有することを特徴とする光配線層の製造方法としたものである。請求項２の発明は、光信号を伝搬させるための光配線を有する光配線層の製造方法であって、仮基板上に少なくとも第１クラッド層およびコア層に続いて、仮第２クラッド層を積層する工程と、仮基板から第１クラッド層、コア層及び仮第２クラッド層を剥離した後、同一又は別の仮基板に貼り付ける工程と、コア層及び仮第２クラッド層を光配線形状にパターニングする工程と、コア層及び仮第２クラッド層上に、厚さが前記第１クラッド層よりも薄く、屈折率が前記第１クラッド層の屈折率よりも小さい第２クラッド層を積層する工程と、本基板に第１クラッド層、コア層、仮第２クラッド層及び第２クラッド層を転写する工程と、を有し前記光配線形状にパターニングする工程には、前記仮第２クラッド層上にレジストパターンを形成する工程と、ドライエッチングによってコア層をパターニングする工程と、レジストパターンをドライエッチングする工程とが含まれ、前記コア層及び仮第２クラッド層を光配線形状にパターニングする工程と前記第２クラッド層を積層する工程の間にコア層に斜めミラーを形成する工程と、を有することを特徴とする光配線層の製造方法としたものである。
【００１０】
本発明の実施の形態について、以下詳細に説明する。
【００１１】
本発明の光配線層の製造方法について説明する。本発明では図１のように、仮基板１上に第１クラッド層１１およびコア層１０を形成後（ａ）、各層を剥離することによって応力を緩和させる。各層は応力が緩和されて１１Ａ、１０Ａとなる。この段階では、まだパターンが形成されていないので、収縮が起きても問題はない。次に、仮着剤を用いる等の方法によって第１クラッド層等を同一又は別の仮基板２に貼り付けた後（ｂ）、コア層１０Ａのパターニングを行って１０Ｂ、１０Ｃとする（ｃ）。そして、第２クラッド層１２を形成した後（ｄ）、本基板３にアライメントを併せて転写する。転写は、第１クラッド層等を本基板３に位置合わせ接着した後（ｅ）、仮基板２を剥離することにより実施される（ｆ）。コア層のパターニング後、アライメント転写まで、第１クラッド層等が収縮することはなく、パターン精度を保つことができる。また、第１クラッド層１１Ａおよびコア層１０Ｂの分の残留応力は既に解放されているため、光配線層２０に残る応力は第２クラッド層１２の分のみであり、残留応力を低減でき、複屈折を小さく抑えるとともに転写後の信頼性を高めることができる。
【００１２】
なお、応力緩和は、剥離させることで行うだけでなく、剥離後に加熱を行ってもよい。
【００１３】
転写は、アライメントマーク１０Ｃ、３Ｃを用いて位置合わせることができるが、別途形成したアライメントマークを用いてもよい。また、接着剤１４を用いて本基板３と固定される。
【００１４】
また、斜めミラー１５を有する光配線層の製造方法としては、図２のように、コア層１０Ａを光配線形状にパターニングして１０Ｂとする工程（ｃ）と、第２クラッド層１２を積層する工程（ｄ）の間に、光配線上に斜めミラー１５を形成する工程（ｃｃ）を有する。または、図３のように、第２クラッド層１２を積層する工程（ｄ）と、本基板３にアライメントを取りながら第１クラッド層等を転写する工程（ｅ）の間に、光配線上に斜めミラー１５を形成する工程（ｄｄ）を有する。
【００１５】
また、レジストパターニングの工程としては、図４のように、レジストパターン１６を形成する工程（ｃ１）と、ドライエッチングによってコア層１１Ａをパターニングして１１Ｂ、１１Ｃにする工程（ｃ２）と、ドライエッチングによってレジストパターン１６を除去する工程（ｃ３）からなる。従来、レジストパターン１６の除去にはウェット処理が用いられていたが、第１クラッド層等が仮基板から剥がれる可能性があった。ドライエッチング処理することにより、これを回避することができる。コア層パターニングのドライエッチングとレジスト除去のドライエッチングとではエッチングガスの種類、流量、圧力、パワー等の条件を変えることができるが、同じでもよい。同じ場合、両プロセスは同時に進行し、区別されない。
【００１６】
仮基板１上に第１クラッド層１１およびコア層１０を形成する際、図５のように、さらに仮第２クラッド層１３を形成することができる（ａ）。応力緩和後（ｂ）、仮第２クラッド層１３Ａは、コア層１０Ａと同時にパターニングされる（ｃ１〜ｃ２）。そして、レジスト１６をドライエッチング除去する際（ｃ３）、仮第２クラッド層パターン１３Ｂが存在することによって、コア層１０Ｂが損傷を受けずに済む。また、仮第２クラッド層１３Ｂの応力が既に緩和されている分、第２クラッド層１２の残留応力がコア層パターン１０Ｂに及ぼす影響を小さくすることができる。
【００１７】
残留応力が第２クラッド層１２に起因するのであるから、第２クラッド層１２の厚さが薄ければ影響が小さい。従って、第２クラッド層１２を第１クラッド層１１Ａに比べて相対的に薄くするのがよい（図６）。
【００１８】
第２クラッド層１２（屈折率ｎ12）が第１クラッド層１１Ａ（屈折率ｎ11A ）より相対的に薄くても動作するためには、コア層（屈折率ｎ10B ）／第２クラッド層間の屈折率差を、コア層／第１クラッド層間の屈折率差よりも大きくすることが望まれる。従って、第２クラッド層１２の屈折率が第１クラッド層１１Ａの屈折率よりも小さいことが望ましい（図７）。
【００１９】
以上で、光配線層２０を本基板３にアライメント転写できるわけであるが、本基板３の例としては、電気配線基板２１や、素子を内蔵するシリコン基板等が挙げられる。本基板３として電気配線基板２１を用いた場合、光・電気配線基板となる。発光部品２２、受光部品２３、電気部品２４を実装した状態を図８、９に示している。光・電気配線基板は、電気配線基板の応答速度や電磁環境適合性を改良した部材として用いることができる。
【００２０】
なお、第２クラッド層１２が接着層１４を兼ねることも可能である。即ち、第２クラッド層１２を積層後、未硬化のまま本基板３に重ねた後、硬化を行なう。そして、仮基板２をはずせばよい。
【００２１】
【実施例】
［光配線層の製造方法１］
本発明の実施例について、図１および図４を用いて説明する。まず、仮基板１（酸化膜付きシリコン基板）を用意し、フッ素化ポリアミック酸溶液を塗布・ベークすることにより、第１クラッド層１１としてフッ素化ポリイミド層を形成した。次に、同様の方法により、コア層１０としてフッ素化ポリイミド層を形成した（図１（ａ））。コア層１０の屈折率は、クラッド層１１よりも若干大きくする。コア層１０の厚さは、６μｍであった。次に、フッ酸処理によって、第１クラッド層等を剥離し、仮着剤によって仮基板２（ガラス基板）に固定した（図１（ｂ））。
【００２２】
次に、通常のフォトリソグラフィによって、コア層１０Ａを光配線１０Ｂおよびアライメントマーク１０Ｃに加工するためのシリコン含有レジストパターン１６を形成する（図４（ｃ１））。そして、反応性イオンエッチングにより、光配線パターン１０Ｂおよびアライメントマーク１０Ｃに加工する（図４（ｃ２））。反応性イオンエッチングの条件を変えてシリコン含有レジストパターン１６を除去する（図４（ｃ３））。
【００２３】
続いて、第２クラッド層１２を形成し（図１（ｄ））、本基板３（電気配線基板）に接着剤１４を用いて固定する（図１（ｅ））。その際、アライメントマーク１０Ｃ、３Ｃを用いて位置合わせを行った。最後に仮基板２をはずして転写が完了し、光・電気配線基板となった（図１（ｆ））。
【００２４】
［光配線層の製造方法２］
本発明の実施例について、図２および図４を用いて説明する。まず、仮基板１（酸化膜付きシリコン基板）を用意し、フッ素化ポリアミック酸溶液を塗布・ベークすることにより、第１クラッド層１１としてフッ素化ポリイミド層を形成した。次に、同様の方法により、コア層１０としてフッ素化ポリイミド層を形成した（図２（ａ））。コア層１０の屈折率は、クラッド層１１よりも若干大きくする。コア層１０の厚さは、６μｍであった。次に、フッ酸処理によって、第１クラッド層等を剥離し、仮着剤によって仮基板２（ガラス基板）に固定した（図２（ｂ））。
【００２５】
次に、通常のフォトリソグラフィによって、コア層１０Ａを光配線１０Ｂおよびアライメントマーク１０Ｃに加工するためのシリコン含有レジストパターン１６を形成する（図４（ｃ１））。そして、反応性イオンエッチングにより、光配線パターン１０Ｂおよびアライメントマーク１０Ｃに加工する（図４（ｃ２））。反応性イオンエッチングの条件を変えてシリコン含有レジストパターン１６を除去する（図４（ｃ３））。
【００２６】
ここで、レーザ加工により、コア層パターン１０Ｂの端を斜めに加工し、金属を蒸着してミラー１５を形成した（図２（ｃｃ））。
【００２７】
続いて、第２クラッド層１２を形成し（図２（ｄ））、本基板３（電気配線基板）に接着剤１４を用いて固定する（図２（ｅ））。その際、アライメントマーク１０Ｃ、３Ｃを用いて位置合わせを行った。最後に仮基板２をはずして転写が完了し、光・電気配線基板となった（図２（ｆ））。
【００２８】
［光配線層の製造方法３］
本発明の実施例について、図３および図５を用いて説明する。まず、仮基板１（酸化膜付きシリコン基板）を用意し、フッ素化ポリアミック酸溶液を塗布・ベークすることにより、第１クラッド層１１としてフッ素化ポリイミド層を形成した。次に、同様の方法により、コア層１０としてフッ素化ポリイミド層を形成した。さらに、仮第２クラッド層１３としてフッ素化ポリイミド層を形成した（図５（ａ））。コア層１０の屈折率は、第１クラッド層１１よりも若干大きくする。コア層１０の厚さは、６μｍであった。次に、フッ酸処理によって、第１クラッド層等を剥離し、仮着剤によって仮基板２（ガラス基板）に固定した（図５（ｂ））。
【００２９】
次に、通常のフォトリソグラフィによって、コア層１０Ａを光配線１０Ｂおよびアライメントマーク１０Ｃに加工するためのシリコン含有レジストパターン１６を形成する（図５（ｃ１））。そして、反応性イオンエッチングにより、光配線パターン１０Ｂおよびアライメントマーク１０Ｃに加工する。その際、仮第２クラッド層も１３Ｂおよびアライメントマーク１３Ｃに加工される（図５（ｃ２））。やがてシリコン含有レジストパターン１６が除去される（図５（ｃ３））。
【００３０】
続いて、第２クラッド層１２を形成し（図３（ｄ））、ダイシングにより、コア層パターン１０Ｂの端を斜めに加工し、金属を蒸着してミラー１５を形成した（図３（ｄｄ））。
【００３１】
そして、本基板３（電気配線基板）に接着剤１４を用いて固定する（図３（ｅ））。その際、アライメントマーク１０Ｃ、３Ｃを用いて位置合わせを行った。最後に仮基板２をはずして転写が完了し、光・電気配線基板となった（図３（ｆ））。
【００３２】
［光配線層１］
光配線層の製造方法１において、コア層の屈折率を１．５４、第１クラッド層と第２クラッド層の屈折率を１．５３とし、第１クラッド層１１Ａの厚さを２０μｍ、第２クラッド層１２の厚さを１０μｍとした（図６）。光配線を光が伝搬することを確認した。光・電気配線基板の信頼性試験（熱サイクル試験）において、５００サイクルでも破壊が起こらなかった。
【００３３】
［光配線層２］
光配線層の製造方法１において、コア層の屈折率を１．５４、第１クラッド層の屈折率を１．５３、第２クラッド層の屈折率を１．５２とし、第１クラッド層１１Ａの厚さを２０μｍ、第２クラッド層１２の厚さを５μｍとした（図７）。光配線を光が伝搬することを確認した。光・電気配線基板の信頼性試験（熱サイクル試験）において、１０００サイクルでも破壊が起こらなかった。
【００３４】
［光配線層３（比較例）］
光配線層の製造方法１において、コア層の屈折率を１．５４、第１クラッド層と第２クラッド層の屈折率を１．５３とし、第１クラッド層１１Ａ、第２クラッド層１２の厚さを共に２０μｍとした。光配線を光が伝搬することを確認したが、光・電気配線基板の信頼性試験において、５００サイクル前後で一部破壊がみられた。
【００３５】
［光配線層４（比較例）］
光配線層の製造において、剥離して応力を緩和させることなしに作製し、本基板３に転写を試みた。コア層の屈折率を１．５４、第１クラッド層と第２クラッド層の屈折率を１．５３とし、第１クラッド層１１Ａ、第２クラッド層１２の厚さを共に２０μｍとした。しかし、転写の段階で破壊が発生しやすく、正常に転写することが困難であった。
【００３６】
［光・電気配線基板１］
本基板３として電気配線基板２１を用い、光配線層の製造方法１を用いて、図８の光・電気配線基板を作製した。また、光の導波も確認した。
【００３７】
［光・電気配線基板２］
本基板３として電気配線基板２１を用い、光配線層の製造方法２を用い、さらに光配線層にビアホールおよび上部電気配線を形成することにより、図９の光・電気配線基板を作製した。また、光の導波も確認した。
【００３８】
【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。
【００３９】
第１に、第１クラッド層とコア層を剥離した後にパターニングすることで、残留応力による信頼性低下や偏波依存性を低減できる。
【００４０】
第２に、パターニングした後に剥離させることなく転写することで、パターン精度を保つことができる。
【００４１】
第３に、第２クラッド層を薄くすることで、第２クラッド層に起因する応力の影響を最小限に抑えられる。
【００４２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光配線層の製造方法の一例を示す断面図。
【図２】本発明の光配線層の製造方法の他の一例を示す断面図。
【図３】本発明の光配線層の製造方法の他の一例を示す断面図。
【図４】本発明の光配線層の製造方法のパターニングプロセスを示す詳細断面図。
【図５】本発明の光配線層の製造方法の他の一例を示す詳細断面図。
【図６】本発明の光配線層の一例を示す断面図。
【図７】本発明の光配線層の一例を示す断面図。
【図８】本発明の光・電気配線基板の一例を示す断面図。
【図９】本発明の光・電気配線基板の他の一例を示す断面図。
【符号の説明】
１    …  仮基板
２    …  仮基板
３    …  本基板
３Ｃ  …  アライメントマーク
１０  …  コア層
１０Ａ…  コア層（応力緩和後）
１０Ｂ…  コアパターン
１０Ｃ…  アライメントマーク
１１  …  第１クラッド層
１１Ａ…  第１クラッド層（応力緩和後）
１２  …  第２クラッド層
１３  …  仮第２クラッド層
１３Ａ…  仮第２クラッド層（応力緩和後）
１３Ｂ…  仮第２クラッド層パターン
１４  …  接着剤
１５  …  斜めミラー
１６  …  レジストパターン
２０  …  光配線層
２１  …  電気配線基板
２２  …  発光部品（レーザダイオード等）
２３  …  受光部品（フォトダイオード等）
２４  …  電気部品（ＬＳＩ等）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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