(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアとクラッドを有する光配線層と、電気配線とを有する光・電気配線基板を製造する方法であって、
第１支持体上にコアの型が形成されており、該第１支持体上に少なくともコアと第１クラッドを形成する工程、
第２支持体にコアと第１クラッドを転写する工程、
前記コア上に第２クラッドを形成する工程、
及び、第２支持体より光配線層を剥離する工程、
を経ることにより光配線層を製造し、
その後、ガラス基板を第３支持体として、前記光配線層を該第３支持体に貼り合わせたうえ、該光配線層側を前記電気配線を有する基板に接着させ、該第３支持体より該光配線層を剥離する工程を行うこと、
を特徴とする光・電気配線基板の製造方法。
【請求項２】
前記コアの型が異方性エッチングにより形成されていること、を特徴とする請求項１に記載の光・電気配線基板の製造方法。
【請求項３】
前記第１支持体上に、光学素子の型が形成されていること、を特徴とする請求項１記載の光・電気配線基板の製造方法。
【請求項４】
前記光学素子がミラーであることを特徴とする請求項３に記載の光・電気配線基板の製造方法。
【請求項５】
前記光学素子が回折格子であること、を特徴とする請求項３に記載の光・電気配線基板の製造方法。
【請求項６】
前記光配線層と前記電気配線基板を接着させた後、ビアホールによって基板の電気配線と電気接続しているパッドを作ること、を特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光・電気配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光配線と電気配線とが積層されている光・電気配線基板の製造方法に関する。
【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ファイバー又は光導波路による光配線に置き換え、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】
高密度実装又は小型化の観点からは、電気配線と光配線とが同一の基板上で積み重なっている光・電気配線基板を作ることが望ましい。たとえば、特開平３−２９９０５号公報にて述べられているように、電気配線基板上に光ファイバを絶縁膜にて固定させた基板が提案されている。しかし、光配線として光ファイバを用いる場合、その屈曲性の限界から、複雑な形状の光配線には対応しきれず、設計の自由度が低くなってしまい、高密度配線あるいは基板の小型化に対応できないという問題がある。
【０００５】
このため、電気配線基板の上に、光配線として、いわゆる、光導波路を用いた光・電気配線基板の構成がいくつか提案されている。光導波路の構成は光信号が伝搬するコア層が、光信号をコア層に閉じこめるクラッド層に埋設されている。コアパターンの形成方法は、フォトリソグラフィ技術により、メタルマスクを形成し、ドライエッチングで作製するか、コア材料に感光性が付与されている場合は、露光、現像処理にて作製できる。このため、フォトマスクのパターンを基に光配線を形成できるため、その設計の自由度は高くなる。また、比較的短距離の伝送にも対応が可能となる。
【０００６】
しかし、電気配線基板上に光配線層として光導波路を形成する際、光配線層の下地としての電気配線基板表面は、電気配線が多層化されていることで、非常に大きな凹凸が形成されている。このため、その表面直に光導波路を形成すると、その凹凸のために光信号の伝搬損失が大きくなるという問題点が発生する。
【０００７】
この問題点を解決するため、光配線層をフィルム形状にして、電気配線基板に接着剤にて貼り合わせることが提案されている。光配線フィルムをラミネータ等で貼り合わせることにより、下地の凹凸による光配線のうねりの曲率を可能な限り大きくすることにより損失を抑えることが狙いである。しかし、このフィルム化の際、フィルムにかかる応力の影響でフィルムがそる、もしくは丸まるという問題があった。
【０００８】
また、このようにして作られた導波路フィルム内にドライエッチングやダイシングソー、電子線露光を用いて、ミラーや回折格子といった光学素子を形成するという提案がなされている。しかし、ドライエッチングは真空引き等も含めて時間と手間がかかる方法であり、量産に向かない。一方、ダイシングソーを用いる場合、細かい部分への加工には向かない上に、やはり量産には向いていない。電子線露光も量産には適さない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は係る従来技術の欠点に鑑みなされたもので、光配線層にかかる応力を緩和し、光配線層のそりやまるまりを抑えることを課題とする。
【００１０】
また、ドライエッチングや、ダイシングソー、電子線露光などをなるべく用いずに導波路パターンや、ミラーや回折格子といった光学素子を形成することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明において上記の課題を達成するために、請求項１記載の発明は、コアとクラッドを有する光配線層と、電気配線とを有する光・電気配線基板の製造方法であって、
第１支持体上にコアの型が形成されており、該第１支持体上に少なくともコアと第１クラッドを形成する工程と、第２支持体にコアと第１クラッドを転写する工程と、前記コア上に第２クラッドを形成する工程と、第２支持体より光配線層を剥離する工程と、を経ることにより光配線層を製造し、
その後、ガラス基板を第３支持体として、前記光配線層を該第３支持体に貼り合わせたうえ、該光配線層側を前記電気配線を有する基板に接着させ、該第３支持体より該光配線層を剥離する工程を行うこと、
を特徴とする光・電気配線基板の製造方法である。
請求項２記載の発明は、前記コアの型が異方性エッチングにより形成されていること、を特徴とする請求項１に記載の光・電気配線基板の製造方法である。
請求項３記載の発明は、前記第１支持体上に、光学素子の型が形成されていること、を特徴とする請求項１記載の光・電気配線基板の製造方法である。
請求項４記載の発明は、前記光学素子がミラーであることを特徴とする請求項３に記載の光・電気配線基板の製造方法である。
請求項５記載の発明は、前記光学素子が回折格子であること、を特徴とする請求項３に記載の光・電気配線基板の製造方法である。
そして、請求項６記載の発明は、前記光配線層と前記電気配線基板を接着させた後、ビアホールによって基板の電気配線と電気接続しているパッドを作ること、を特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光・電気配線基板の製造方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
［第１の形態：光配線層］
本発明の請求項１記載の光配線層の製造方法の実施形態について、図１を用いて説明する。
【００１３】
光配線層の製造方法を図１に示す。第１支持体１（例えばシリコンウエハ）上に第１剥離層２（例えばＡｌの薄膜層）を形成した（工程（ａ））。その上に、コア層３として有機光学層を形成する（工程（ｂ））。例えば、ポリイミドＯＰＩ−Ｎ３４０５（日立化成工業（株）製）をスピンコートし、３５０℃にてイミド化させることによって可能である。このときの膜厚は５〜２００μm 程度が望ましい。
【００１４】
この第１支持体はシリコンウエハに限定するものではなく、表面が平滑であり、適度の耐熱性があり、堅牢な材料であれば良い。また、剥離性があれば、剥離層は不要である。
【００１５】
工程（ｃ）のように、第１クラッド層４として、コア層３より屈折率の小さい有機光学層を形成する。例えば、ポリイミドＯＰＩ−Ｎ３３０５（日立化成工業（株）製）をスピンコートし、３５０℃にてイミド化させることによって可能である。このときの膜厚は１０〜５００μm 程度が望ましい。
【００１６】
さらに必要に応じて第２剥離層６（例えばＮｉの薄膜層）を形成した後、耐熱性の接着剤を用いて、第２支持体５を貼り合わせる（工程（ｄ））。
【００１７】
剥離材あるいは加熱等の方法によって、第１剥離層２を除去あるいは変性させ、第１支持体を剥離、第２支持体にコアと第１クラッドを転写する（工程（ｅ））。このとき、第２剥離層６が剥離されないような剥離剤あるいは処理条件を用いる。
【００１８】
次に、コアをパターニングして光配線を形成する。例えば、コア層表面にＡｌを蒸着し、フォトレジストの所定のパターンを形成し、エッチング処理を行い、Ａｌのメタルマスクを形成する。さらに、酸素ガスを用い、反応性イオンエッチングにてコア層をエッチングし、Ａｌ膜をエッチング除去して、光配線を形成する（工程（ｆ））。このとき、光配線と同時に、電気配線基板との貼り合わせ精度を高めるためのアライメントマーク（図示せず）を形成することもできる。
【００１９】
その上から第２クラッド層７としてコア層より屈折率の小さい有機光学層を形成する（工程（ｇ））。例えば、ＯＰＩ−Ｎ３３０５をコーティングし、イミド化させることによって可能である。このときのクラッド層の膜厚は、コア層上の光配線上で１０〜５００μｍ程度が望ましい。
【００２０】
剥離剤あるいは加熱等の方法によって、第２剥離層６を除去あるいは変性させ、フィルム状の光配線層８を剥離する（工程（ｈ））。
【００２１】
［第２の形態：コアパターンとミラーを型で形成］
本発明の請求項２〜５記載の光配線層の製造方法の実施形態について、図２、図３を用いて説明する。例えば第１支持体９としてシリコンウエハの（００１）面上に熱酸化によって酸化膜をつけ、それをパターニングしてマスクとし、ＫＯＨによる異方性エッチングで、シリコンウエハ上に光導波路パターンの凹版に相当するパターン１０を作りこむ（工程（ａ））。このとき、パターン両端の傾いた面をミラーの型１１とすることができる。
【００２２】
この場合、第１支持体９はシリコンウエハに限らないが、異方性エッチングが可能な単結晶基板である必要がある。また他の面方位、他の方向を用いることも可能である。
【００２３】
第１支持体９にパターンを作りこむ方法としては、反応性イオンエッチングによる異方性エッチングを用いることもできる。また、機械加工を用いることもできる。これらの場合、第１支持体９は単結晶に限定される必要はなく、金属やガラス等も使用できる。
【００２４】
このパターニングされた第１支持体９上に第１剥離層１２（例えばＡｌの薄膜層）を形成した（工程（ｂ））。その上に、コア層１３として有機光学層を形成する（工程（ｃ））。例えば、ポリイミドＯＰＩ−Ｎ３４０５（日立化成工業（株）製）をスピンコートし、３５０℃にてイミド化させることによって可能である。
【００２５】
パターンよりはみ出した部分は除去しておくことが好ましい（工程（ｄ））。その方法としてはアッシングや研磨等が使用できる。
【００２６】
工程（ｅ）のように、第１クラッド層１４として、コア層より屈折率の小さい有機光学層を形成する。例えば、ポリイミドＯＰＩ−Ｎ３３０５（日立化成工業（株）製）をスピンコートし、３５０℃にてイミド化させることによって可能である。このときの膜厚は１０〜５００μm 程度が望ましい。
【００２７】
さらに第２剥離層１６（例えばＮｉ薄膜層）を形成した後、耐熱性の接着剤を用いて、第２支持体１５を貼り合わせる（工程（ｆ））。
【００２８】
剥離剤あるいは加熱等の方法によって、第１剥離層１２を除去あるいは変性させ、第１支持体を剥離し、第２支持体にコアと第１クラッドを転写する（工程（ｇ））。
【００２９】
この後、工程（ｈ）の様に、スパッタ等により、ミラーに相当する部分に金属薄膜１７をつけてもよい。
【００３０】
その上からクラッド層１８として、コア層より屈折率の小さい有機光学層を形成する（工程（ｉ））。例えばＯＰＩ−Ｎ３３０５をコーティングし、イミド化させることによって可能である。このときのクラッド層の膜厚は、コア層光配線上で１０〜５００μm 程度が望ましい。
【００３１】
剥離剤あるいは加熱等の方法によって、第２剥離層１６を除去あるいは変性させ、フィルム状の光配線層１９を剥離する（工程（ｊ））。
【００３２】
［第３の形態：ミラーと回折格子を型で形成］
本発明の請求項４〜６記載の光配線層の製造方法の実施形態について、図４、図５を用いて説明する。第１支持体２０（例えばシリコンウエハ）上に切削加工や異方性エッチング等によってミラーの型２１となる部分を作製する。さらに、２光線法や電子線露光等によって回折格子の型２２となるレジストパターンを形成する（工程（ａ））。
【００３３】
このパターニングされた第１支持体２０上に第１剥離層２３（例えばＡｌの薄膜層）を形成した（工程（ｂ））。その上に、コア層２４として有機光学層を形成する（工程（ｃ））。例えば、ポリイミドＯＰＩ−Ｎ３４０５（日立化成工業（株）製）をスピンコートし、３５０℃にてイミド化させることによって可能である。
【００３４】
フォトリソグラフィおよびＲＩＥによってコアの面内パターニングを行う（工程（ｄ））。
【００３５】
工程（ｅ）のように、第１クラッド層２５としてコア層２４より屈折率の小さい有機光学層を形成する。例えば、ポリイミドＯＰＩ−Ｎ３３０５（日立化成工業（株）製）をスピンコートし、３５０℃にてイミド化さることによって可能である。このときの膜厚は１０〜５００μm 程度が望ましい。
【００３６】
さらに第２剥離層２６（例えばＮｉ薄膜層）を形成した後、耐熱性の接着剤を用いて、第２支持体２７を貼り合わせる（工程（ｆ））。
【００３７】
剥離剤あるいは加熱等の方法によって、第１剥離層２３を除去あるいは変性させ、第１支持体を剥離し、第２支持体にコアとクラッドを転写する（工程（ｇ））。
【００３８】
この後、工程（ｈ）の様に、スパッタ等により、ミラーに相当する部分に金属薄膜２８をつけてもよい。
【００３９】
その上から第２クラッド層２９として、コア層より屈折率の小さい有機光学層を形成する（工程（ｉ））。例えば、ＯＰＩ−Ｎ３３０５をコーティングし、イミド化させることによって可能である。このときのクラッド層の膜厚は、コア層光配線上で１０〜５００μｍ程度が望ましい。
【００４０】
剥離剤あるいは加熱等の方法によって、第２剥離層２５をを除去あるいは変性させ、フィルム状の光配線層３０を剥離する（工程（ｊ））。
【００４１】
［第４の形態：フィルム仮貼り後転写］
次に本発明の請求項５記載の光配線層を電気配線を有する基板に接着させる方法の実施形態について、図６を用いて説明する。第３支持体３１（例えばガラス基板）に第１の接着剤３２をコートし、光配線層３３をラミネーター等で貼り合わせる。第３支持体３１と光配線層３３の位置合わせは不要であり、ラミネータにより光配線層表面は非常に平滑となる。接着剤の種類により、加熱処理または紫外線照射処理を行う（工程（ａ））。
【００４２】
電気配線基板３４として、ポリイミド多層配線基板を用いた。その最表面には電気配線３５が形成されており、その膜厚段差１８μm の凹凸が形成されている。電気配線層はポリイミド多層配線基板に限らず、単層の絶縁基板でも、電気配線と絶縁層が交互に積層された多層配線基板でも良い。また、構成材料として、ガラス布に樹脂を含浸させた絶縁基板でも、ポリイミドフィルムでも、セラミック基板でも良い。
【００４３】
この電気配線基板上に、第２の接着剤３６として熱可塑性を示す変性ポリイミド樹脂を、電気配線上に約２０μm 形成できるように、塗布、乾燥を行った。
【００４４】
第２の接着剤としては、熱可塑性接着剤が良い。たとえば、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−ポリ（メタ）アクリル酸エステル、ブチラール樹脂、ポリアミド系樹脂、変性ポリイミド樹脂等があげられる。こられの中で、光・電気配線基板上のハンダ耐熱性を考慮すると、好ましくは、貼り合わせ温度が２５０℃から３００℃のものが良く、変性ポリイミド樹脂が最適である。
【００４５】
最後に光配線層を、第３支持体から、第１の接着剤ごと剥離する必要があるため、第１の接着剤と第２の接着剤の光配線層に対する接着強度は第２の接着剤のほうが大きくなるように設計する必要がある。
【００４６】
工程（ｂ）の際、第２の接着剤３６をコーティングした電気配線基板上に設けたアライメントマーク（図示せず）と、第３支持体であるガラス基板に貼り合わせた光配線層に設けたアライメントマークを、ガラス基板越しに合わせ、双方の位置を決めた。
【００４７】
ガラス基板並びに光配線層は可視光に対し透過性が高く、また、第１の接着剤の厚さも充分に薄いため、第３支持体裏面から、光配線層のアライメントマークと電気配線基板のアライメントマークを見ることが可能である。
【００４８】
次に、第２支持体上から加圧しながら、２５０℃、１時間加熱処理を行った（工程（ｃ））。必要に応じて、雰囲気を減圧して接着を行うこともできる。
【００４９】
工程（ｄ）のように、第３支持体３１を第１の接着剤ごと剥離して、電気配線基板と光配線層の転写、貼り合わせが完了した。このとき、光配線層は、下地の電気配線基板の凹凸の影響を受けず、第３の支持体の平滑性を維持しながら接着固定された。
【００５０】
［第５の形態：貼り合わせ後剥離］
配線を有する基板に接着させる方法の実施形態について、図７を用いて説明する。電気配線基板３７として、ポリイミド多層配線基板を用いた。その最表面には電気配線３８が形成されており、その膜厚段差１８μm の凹凸が形成されている。電気配線層はポリイミド多層配線基板に限らず、単層の絶縁基板でも、電気配線と絶縁層が交互に積層された多層配線基板でも良い。また、構成材料として、ガラス布に樹脂を含浸させた絶縁基板でも、ポリイミドフィルムでも、セラミック基板でも良い。
【００５１】
この電気配線基板上に、接着剤３９として熱可塑性を示す変性ポリイミド樹脂を、電気配線上に約２０μm 形成できるように、塗布、乾燥を行った。
【００５２】
接着剤としては、熱可塑性接着剤が良い。たとえば、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−ポリ（メタ）アクリル酸エステル、ブチラール樹脂、ポリアミド系樹脂、変性ポリイミド樹脂等があげられる。こられの中で、光・電気配線基板上のハンダ耐熱性を考慮すると、好ましくは、貼り合わせ温度が２５０℃から３００℃のものが良く、変性ポリイミド樹脂が最適である。
【００５３】
工程（ａ）の際、接着剤３９をコーティングした電気配線基板上に設けたアライメントマーク（図示せず）と、第２の支持体４２に設けたアライメントマークを合わせ、双方の位置を決めた。第２の支持体４２には金属剥離層４１を介して光配線層４０がついている。
【００５４】
次に、第２支持体上から加圧しながら、２５０℃、１時間加熱処理を行った（工程（ｂ））。必要に応じて、雰囲気を減圧して接着を行うこともできる。
【００５５】
工程（ｃ）のように、第２支持体を剥離層を除去あるいは変性させることにより剥離して、電気配線基板と光配線層の転写、貼り合わせが完了した。このとき、光配線層は、下地の電気配線基板の凹凸の影響を受けず、第２支持体の平滑性を維持しながら接着固定された。
【００５６】
［第６の形態：ビアホール付き］
次に本発明の請求項７記載の電気配線基板に貼り合わされた光配線層に、光部品や電気部品を搭載するためのパッドと、電気配線基板との電気的導通を取るためのビアホールを形成する工程を図８に示す。
【００５７】
工程（ａ）に示すように、レーザを用いて、電気配線基板上のアライメントマーク（図示せず）を基準に、ビアホール形成のための孔部４３を形成する。穿孔方法としては、炭酸ガスレーザやＵＶ−ＹＡＧレーザやエキシマレーザ、あるいは、反応性イオンエッチングなどのドライエッチングなどを用いることができる。この場合、下地の電気配線が穿孔のストッパの役割を果たす。
【００５８】
次に、スパッタによりＣｒ、Ｃｕの順で金属薄膜４４を形成する（工程（ｂ））。さらに、フォトレジスト４５としてＰＭＥＲ（東京応化工業（株）製）を１０μm 、スピンコータにて塗布し、９０℃で乾燥させる。所定のパターンを有するフォトマスクを用い、電気配線基板上に形成したアライメントマーク（図示せず）を基準に露光、現像処理を行い、ビアホール形成のための開口部４６、並びに、パッド形成のための開口部４７を作製した。さらに、１１０℃にてポストベークを行った（工程（ｃ））。
【００５９】
金属薄膜を陰極として、硫酸銅浴中でＣｕめっきを行った。めっきの膜厚は１０μm であった（工程（ｄ））。
【００６０】
最後に、フォトレジストを専用の剥離液にて除去し（工程（ｅ））、エッチング液にて金属薄膜４４を溶解除去し、ビアホール４８、パッド４９を作製した。これにより、本発明による光・電気配線基板が完成した（工程（ｆ））。
【００６１】
【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。
【００６２】
コアの上下両方からクラッドをつけているので、フィルム状の光配線層にかかる応力を緩和することができ、例えばポリイミドからなる光配線層が丸まるのを防止することができる。
【００６３】
第２に、あらかじめ型が形成された第１支持体を用いることによって、ドライエッチング等の手間がかかる工程を省くことができる上、より精密な光学素子を作ることができる。
【００６４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光・電気配線基板の製造方法において、光配線層を形成する工程を示す説明図。
【図２】本発明の光・電気配線基板の製造方法において、光配線層を形成する工程を示す説明図。
【図３】本発明の光・電気配線基板の製造方法において、光配線層を形成する工程を示す説明図。
【図４】本発明の光・電気配線基板の製造方法において、光配線層を形成する工程を示す説明図。
【図５】本発明の光・電気配線基板の製造方法において、光配線層を形成する工程を示す説明図。
【図６】本発明の光・電気配線基板の製造方法において、光配線層フィルムと電気配線基板とを貼り合わせる工程を示す説明図。
【図７】本発明の光・電気配線基板の製造方法において、光配線層フィルムと電気配線基板とを貼り合わせる工程を示す説明図。
【図８】本発明の光・電気配線基板の製造方法において、パッド並びにビアホールを形成する工程を示す説明図。
【符号の説明】
１  第１支持体
２  第１剥離層
３  コア層
４  第１クラッド層
５  第２支持体
６  第２剥離層
７  第２クラッド層
８  光配線層フィルム
９  第１支持体
１０  光導波路パターンの凹版に相当するパターン
１１  ミラーの型
１２  第１剥離層
１３  コア層
１４  第１クラッド層
１５  第２支持体
１６  第２剥離層
１７  金属薄膜
１８  第２クラッド層
１９  光配線層フィルム
２０  第１支持体
２１  ミラーの型
２２  回折格子の型
２３  第１剥離層
２４  コア層
２５  第１クラッド層
２６  第１剥離層
２７  第２支持体
２８  金属薄膜
２９  第２クラッド層
３０  光配線層フィルム
３１  第３支持体
３２  第１の接着剤
３３  光配線層フィルム
３４  電気配線基板
３５  電気配線
３６  第２の接着剤
３７  電気配線基板
３８  電気配線
３９  接着剤
４０  光配線層
４１  剥離層
４２  第２支持体
４３  ビアホール形成のための孔
４４  金属薄膜
４５  フォトレジスト
４６  ビアホール形成のためのフォトレジスト開口部
４７  パッド形成のためのフォトレジスト開口部
４８  ビアホール
４９  パッド
【図１】
0004507315.tif 000002
【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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