(57)【要約】    【課題】作製が容易で、低伝搬損失であり、コア部とクラッディング層材料双方の選択が限定されず、コア部とクラッディング層の屈折率差を大きくとることができ、電気配線板用のガラスエポキシ基板を基板として用いることができる低温プロセスに対応した光配線部材を提供する。    【解決手段】溝を有する金属層と、前記溝に沿って形成されるコア部と、コア部と金属層との間に形成されるコア部より屈折率が小さいクラッディング層を有する光配線部材およびその製造方法。【選択図】  図１
2007086122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溝を有する金属層と、前記溝に沿って形成されるコア部と、コア部と金属層との間に形成されるコア部より屈折率が小さいクラッディング層を有する光配線部材。
【請求項２】
コア部の表面の少なくとも一部がクラッディング層に覆われている請求項１記載の光配線部材。
【請求項３】
溝の断面形状において溝の上面部の幅が溝の底面部の幅より広く、溝の側面と溝の底面のなす角が、３０°以上９０°以下である請求項１記載の光配線部材。
【請求項４】
溝の深さが１０μｍ以上２００μｍ以下である請求項１記載の光配線部材。
【請求項５】
金属層に溝を形成し、次いで溝の底面および側面に沿ってコア部より屈折率が小さいクラッディング層を形成し、金属層の溝の位置に存在するクラッディング層の窪み部分に前記クラッディング層に接してコア部を形成する光配線部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号伝送を行う装置間や、装置内部の配線基板内の光接続に用いる光導波路に応用できる光配線部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＴＴＨ(Fiber to the Home)などのブロードバンドの進展などによりＩＴの高度化が進展し、ルーターなどに代表される高速・大容量の信号処理を行う機器において、装置間／装置内のインターコネクションの光伝送化が進みつつある。
【０００３】
また、ＬＳＩ技術の進歩により、その情報処理速度、集積規模が増大し、マイクロプロセッサの高性能化やメモリチップの大容量化が急速に進んできている。これに伴い、これらの機能を利用したパソコンや、ハードディスクレコーダー、ＤＶＤレコーダーなどの映像情報を主体とする情報家電など多様な電子機器が市場に登場してきている。
【０００４】
そこで、従来の電気信号により行われてきた機器内のボード間、あるいはボード内のチップ間など比較的短距離間の信号伝送において、（１）高速化に対しては、配線のＣＲ（Ｃ：配線の静電容量、Ｒ：配線の抵抗）時定数による信号遅延が問題となり、（２）電気配線の高密度化に対しては、ＥＭＩ（Electromagnetic Interference）ノイズやチャンネル間のクロストークが問題となり、より一層の高速化および高密度化が困難となってきた。
【０００５】
そこで、これらの課題を解消する技術のひとつとして、光配線（光インターコネクション）技術がある。光配線は、装置間、装置内のボード間、あるいはボード内のチップ間など種々の箇所に適用可能である。装置間や装置内の可動部を跨ぐボード間の光接続にはフレキシブルな光配線材料を用いることが有用である。可動部を跨ぐボード間接続を有する機器としては、折りたたみ式の携帯電話やノートパソコンなどがある。
【０００６】
このような光信号伝送システムは、電気信号を光信号に変換するための発光素子、光信号を電気信号に変換するための受光素子、および発光素子や受光素子を制御するための電気信号の授受を行うためのＩＣなどが必要であり、またこれらの素子への電力供給も必要であり、光インターコネクションのシステムには電気配線も必要である。
【０００７】
光配線には様々な形態があるが、光の通り道であるコア部と、その周囲を覆うコア部よりも屈折率の低いクラッディング層を有している、チャネル型と呼ばれる光導波路が現在主流となっている。チャネル型は光エネルギーの減損が少なく信頼性が高い。またシングルモード伝搬タイプではコア部の径は１〜数μｍ程度であるが、マルチモード伝搬タイプでは数十μｍとなる。
【０００８】
光導波路材料としては、光ファイバーや光学素子の材料として使用されている石英やガラスが挙げられ、これらの材料は透過率などの光学特性が良好で信頼性も高い。しかし、これらの無機材料は高温で加工する必要があり、生産性が高くないことから、最近では光導波路に高分子材料を利用しようという動きが高まってきている。
【０００９】
高分子材料による光導波路の形成方法としては、感光性を持つ光導波路材料を成膜後、露光・現像する方法（特許文献１参照）、成膜した材料を、レジストによるマスキングを施した上で、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）によりエッチングする方法（特許文献２参照）、露光により屈折率変化を生じる材料を成膜後、選択露光する、ポリシランを材料として用いたフォトブリーチング法（特許文献３参照）、コア部のパターンを型により形成するスタンピング法（特許文献４参照）などがある。図３に、これら手法によって作製される光導波路の断面形状を模式的に示す。この図において、符号１が基板であり、符号３が第１のクラッディング層、符号４がコア部、符号５が第２のクラッディング層である。なお、図のようにコア部全体を、第１と第２のクラッディング層で覆う構造をチャネル型と呼ぶ。また、第２のクラッディング層が存在しないリッジ型と呼ばれる光導波路の構造も存在する。
【００１０】
フォトブリーチング法は、光の照射によって屈折率が変化する材料の特性を利用したものであり、露光によって屈折率が下がる材料を用いる場合はクラッディング層に該当する部分のみを露光し、露光によって屈折率が上がる材料を用いる場合はコア部に該当する部分のみを露光する。この方法は、クラッディング層とコア部が同一膜から出発しているので、他の方法と比べて両者の密着性は良好である。
【００１１】
スタンピング法は、コア部の型となる凹部を持った鋳型を予め作製し、コア部形成用の材料の膜に鋳型を押し込むか、または、鋳型上にコア部形成用の材料を塗布して成型し、別に成膜したクラッディング層と接着させる方法である。
【００１２】
その他、第１のクラッディング層上に表面処理を施し、コア部を表面張力にて自己形成させるものがある（特許文献５参照）。表面張力にてコア部を形成する方法ではコア部とクラッディング層との界面は平滑となる。
【特許文献１】特開２００５−２２１５５６号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】特開２００１−１６６１６６号公報（第３頁）
【特許文献３】特開２００４−３３３８８３号公報（特許請求の範囲）
【特許文献４】特開２００４−７８０８４号公報（特許請求の範囲）
【特許文献５】特開２００３−２１７４０号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、高分子材料を用いた従来の光導波路形成方法はそれぞれ課題が多い。特に、コア部の径が大きいマルチモード光導波路を作製する場合に、クラッディング層に感光性材料を用いると、高分子材料をコア部の径である数十μｍの深さまで掘り込む必要があり、現像に多くの時間を費やすことになる。また、現像で形成される高分子材料の界面を平滑にするには限界があり、コア部とクラッディング層との境界が平滑でなくなるために導波光散乱が大きくなり、光伝搬損失が増大する。また、ＲＩＥによるエッチングでは、エッチングに多くの時間を費やすことやコア部とクラッディング層の界面が粗くなることに加え、真空でのプロセスであるため生産コストが高い。
【００１４】
フォトブリーチング法は１種類の材料で屈折率差を発現させているため、コア部とクラッディング層の屈折率差を大きくすることが困難である。現在使用できる材料における相対屈折率差Δｎは０．０３程度であり、このような小さな相対屈折率差であると光導波路の形状が曲線を描き、かつその曲率半径が小さい場合に導波光がコア部からクラッディング層を通って外部へ漏出しやすくなったり、複数のコア部が近接している場合に導波光が干渉するクロストークが起きやすくなる。また、フォトブリーチングに用いられるポリシランは硬化温度が３００℃以上と高くなるため、光導波路の周辺部材に用いられる材料の選択幅が小さくなってしまう。ここで、相対屈折率差Δｎとは、「（コア部の屈折率−クラッディング層の屈折率）／コア部の屈折率」で与えられる。
【００１５】
スタンピング法は鋳型により形状を固定した状態で硬化させるため高分子材料に内部応力が発生したり、硬化後のコア部を鋳型から低応力で剥離させる必要があるため、コア部に用いる高分子材料にあわせて予め鋳型に施す界面処理の処理剤や処理方法などを選別しなければならない。
【００１６】
コア部を表面張力で形成する方法は、界面の親和力のコントロールのみでコア部を所定の位置に定着させているため、用いる材料により表面処理方法を細かく最適化する必要がある。さらに表面処理剤をクラッディング層に設けるため、表面処理剤の屈折率をも考慮して光導波路を設計しなければならず、製造工程の精密な制御が要求される。
【００１７】
その他、光導波路材料に吸湿性が高いものを用いる場合は、吸湿による屈折率の変化が光学特性を劣化させるため、光導波路の周囲にバリア層を別途に設ける必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
すなわち本発明は、溝を有する金属層と、前記溝に沿って形成されるコア部と、コア部と金属層との間に形成されるコア部より屈折率が小さいクラッディング層を有する光配線部材であり、本発明のもう一つは、金属層に溝を形成し、次いで溝の底面および側面に沿ってコア部より屈折率が小さいクラッディング層を形成し、金属層の溝の位置に存在するクラッディング層の窪み部分に前記クラッディング層に接してコア部を形成する光配線部材の製造方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の光配線部材によれば、光導波路の製造が容易であり、また、コア部とクラッディング層の界面を平滑にすることができるため導波光散乱が少ない優れた光学特性を有する光導波路が得られる。さらに、使用できる材料の選択範囲が広いため、コア部とクラッディング層の屈折率差が大きくなるように設計することが可能であり、導波光の閉じこめ効果を大きくすることができる。また、エポキシ樹脂など比較的低温で硬化できる材料を用いることができるので、電気配線板として一般的に用いられるガラスエポキシ基板上へ光導波路を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明における光配線部材の断面図を模式的に図１に示す。基板１上の金属層２に形成された溝上に第１のクラッディング層３とコア部４、第２のクラッディング層５が順に積層されている。ただし、第２のクラッディング層５は必ずしも必要ではない。好ましくは第２のクラッディング層を設けることで、導波光が主に伝搬するコア部を覆うことができ、このため、光伝搬特性が湿度などの周囲の雰囲気の影響を受けにくくなる。第２のクラッディング層を設ける場合、コア部の表面の少なくとも一部が覆われていればよく、コア部の表面全体が第２のクラッディング層で覆われていることがさらに好ましい。コア部の一部が外気に曝される部分があっても、空気の屈折率は１であるためコア部の屈折率より小さく、伝搬光をコア部に閉じこめる効果は得られる。
【００２１】
金属層に形成される溝は図１のように、その底面部１０が第１のクラッディング層で形成されていてもよく（溝が金属層を貫通している状態）、また図２にように溝の底面部１０が金属層で形成されていてもよい（溝が金属層を貫通していない状態）。本発明の光配線部材の構成において、コア部および第１のおよび第２のクラッディング層からなる部分は光導波路としての機能を持ち、溝を有する金属層は光導波路を所定の位置に形成するための型としての機能を持つ。また、金属層は、それ以外に電気配線として、もしくは光導波路の吸湿などを抑える対環境のバリア層として活用することもできる。また基板を用いることにより、光導波路を含む光配線部材の強度を高めることができる。
【００２２】
図１および図２では、金属層２が基板１上に形成されている形態を示しているが、基板１は本発明では必ずしも必要としない。基板を用いる場合、その材料は特に限定されないが、金属基板やセラミックス基板、ガラス基板、石英基板、シリコンウエハーなどの無機基板や、プラスチックフィルムやガラスエポキシ基板などを挙げることができる。
【００２３】
本発明において、金属層は金属箔や、基板上にスパッタリングやめっきによって形成されたものが挙げられ、特に限定されない。金属層に用いる材料としては特に限定されないが、銅、アルミニウム、クロム、金、銀、ステンレス、ニッケル、チタン、タングステンなどを含むものなどを用いることができる。金属層はパターニングして電気配線として使用することも可能であり、この場合は、電気抵抗が低く電気回路材料としての汎用性が高い、銅または銅を含む合金を好ましく用いることができる。銅箔を用いる場合、公知の配線基板用の圧延箔、電解箔などを用いることができる。
【００２４】
本発明のクラッディング層やコア部を形成するための高分子材料は、コア部に光を閉じ込め伝搬させる光導波路として機能させるため、屈折率がｎ１である第１のクラッディング層、屈折率ｎｃであるコア部、屈折率がｎ２である第２のクラッディング層（用いる場合）とすると、ｎ１＜ｎｃ、かつｎ２＜ｎｃの関係を満たす高分子材料であれば良い。上記の関係を満たすＵＶ硬化樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化樹脂、アラミド樹脂などを用いることができる。
【００２５】
熱可塑性樹脂は柔軟であり、屈曲性の高い光配線部材が得られやすい。また、光配線部材製造時の加熱プロセスなどで、金属層などの硬い材料との線膨張率の違いから生じる内部ひずみを緩和することができ、好ましい。本発明で用いる熱可塑性樹脂は特に限定されないが、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエーテルイミド、シクロオレフィン、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルフォンなどが好ましい。
【００２６】
熱硬化樹脂は、高い耐熱性と機械強度を有するという特徴を持っている。本発明で用いる熱硬化樹脂は特に限定されないが、ポリイミド、フッ素化ポリイミド、重水素化ポリイミド、ポリノルボルネン、エポキシ樹脂、エポキシ−ノボラック樹脂、シアネート樹脂、ＢＴ（ビスマレイミド・トリアジン）樹脂、ベンゾシクロブテン、フッ素化ベンゾシクロブテン、ポリシロキサン、重水素化ポリシロキサン、アルキル置換型シロキサン、シリコーン樹脂、重水素化シリコーン樹脂、フッ素化ポリエーテル、ポロフルオロメタクリレートなどが好ましい。
【００２７】
本発明で用いるＵＶ硬化樹脂は特に限定されないが、ＵＶ硬化型エポキシ樹脂、ＵＶ硬化型アクリル樹脂、ＵＶ硬化型ハロゲン化アクリル樹脂などが好ましい。
【００２８】
その他、アラミド樹脂、フッ素化アラミド樹脂、スルフォン化アラミド樹脂なども用いることができる。
【００２９】
必要に応じて光導波路のクラッディング層やコア部用の高分子材料に無機フィラーを添加してもよい。無機フィラーを加えることにより、形成されるコア部またはクラッディング層の屈折率の温度依存性や線膨張係数を低減することができる。また、無機フィラーの粒径が小さく、無機フィラーの屈折率が混合する高分子材料の屈折率に近い方が、無機フィラーを加えることによる導波光散乱の増大を抑えることができ、好ましい。無機フィラーとしては特に限定されないが、Ｓｉ−Ｏ結合、Ｍｇ−Ｏ結合、Ａｌ−Ｏ結合のいずれかの結合を含む材料から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。Ｓｉ−Ｏ結合、Ｍｇ−Ｏ結合、Ａｌ−Ｏ結合を有する材料は、化学的に安定であり、そのため固体状態でエネルギーギャップが大きい、つまり透明であるものが多い。また、これらの材料は、固体状態の屈折率が高分子材料の屈折率域である１．４〜１．８の間になるものが多く好ましい。例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４やＡｌとＳｉ、ＭｇとＡｌ、ＭｇとＳｉ、ＴｉとＳｉの複酸化物や固溶体などがあり、さらにこれらに、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕなどの酸化物を固溶させたものを用いることができる。その他の複酸化物として、ＣａＳｉＯ３、ＺｒＳｉＯ４、ＢａＣｒＯ４、ＺｎＣｒＯ４などを用いることができる。金属硫酸塩も無機フィラーとして好ましく用いることができ、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸ストロンチウムなどが挙げられる。硫酸バリウムとしては、粒子径が小さいものを得やすいという点から、沈降性硫酸バリウムが好ましい。その他の無機物として、炭酸バリウム、炭酸カルシウムなどの炭酸塩や、フッ化マグネシウム、フッ化ナトリウム、フッ化バリウム、フッ化カルシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化リチウムなどのフッ化物を用いることができる。これらの無機物以外でも、屈折率が１．４〜２．４の範囲であれば単独で、もしくは２種類以上を複合させた形で用いることができる。
【００３０】
本発明の光配線部材を形成するには、まず、金属層に光導波路（コア部）が収まる溝を形成し、溝の底面および側面に沿って第１のクラッディング層を形成する。次いで、金属層の溝に位置する第１のクラッディング層の窪み上にコア部を形成する。好ましくは、引き続き、第１のクラッディング層と第２のクラッディング層とでコア部全体を覆う形状となるように第２のクラッディング層を形成する。第１のクラッディング層と第２クラッディング層は、ｎ１＜ｎｃ、かつｎ２＜ｎｃの関係を満たすものであればｎ１＝ｎ２であってもよく、また同じ材料であっても、異なる材料であってもよい。
【００３１】
本発明における相対屈折率差Δｎは、大きければ大きい程、コア部への伝搬光を閉じこめる効果が大きくなる。Δｎは、０．０４以上０．４以下が好ましい。Δｎが０．０４以上となると、コア部への伝搬光閉じこめ効果が大きくなり、光導波路を小さい曲率半径で曲げても、伝搬光の光導波路外への漏れを小さくするもしくは無くすることができる。Δｎが０．４より大きくなると、コア部材料に高分子材料として極端に屈折率が大きいものを用い、かつクラッディング層に極端に屈折率が小さいものを用いることになり、材料選択の幅が狭くなる。
【００３２】
金属層に光導波路を設けるための溝を形成する方法として、フォトレジストで溝を形成する部分以外をマスクし、金属層をエッチングする方法が挙げられる。金属層が基板上に形成されている場合は、エッチングにより溝の金属層を全て除去してもよい。基板がなく金属層のみの場合は、溝が金属層を貫通しないように窪み形状にすると、第１のクラッディング層形成用の材料を塗布する際に塗液が溝の底面から漏れ出すのを防ぐことができる。
【００３３】
また、金属層に溝を形成する他の方法としては、溝となる部分以外の部分に金属材料を形成する方法等が挙げられる。この方法によれば、金属層を貫通した形状の溝が形成される。金属層を溝以外の部分へ選択的に形成する方法は、例えば、電気回路基板の金属配線をめっきによって形成するセミアディティブ法やフルアディティブ法を応用することができる。セミアディティブ法は、基板上に電荷供給用の下地金属層をスパッタリングなどにより形成し、溝を形成する部分をフォトレジストでマスクした上で、電解めっきにより溝以外の部分へめっきを成長させる方法である。フルアディティブ法は、基板上の溝を形成する部分以外の部分へパラジウムなどの触媒を付与し、無電解めっきにより溝以外の部分へめっきを成長させる方法である。
【００３４】
その他、レーザーによって溝加工を行う方法やダイシングブレードなどを用いた機械研削法が挙げられる。ただし、レーザーやダイシングブレードによる方法は１次元の線状加工形成であるため、エッチングやめっきによる方法が２次元面に溝を一度に形成できるのに対し、光導波路パターンを大面積に高密度で形成する場合などにおいて、生産性という観点からは劣る。
【００３５】
本発明では、光導波路を形成する型として金属層に溝を形成するため、溝の形状は、断面形状において溝の側面が底面に対し垂直か、あるいは溝の上面部が溝の底面部よりも広がるように傾斜していることが好ましい。溝の側面と底面のなす角は図１および図２におけるＡで示される角度であり、角度Ａは３０°以上９０°以下であることが好ましい。角度Ａが３０°以上であるとコア部の材料を溝の位置に局在化させやすくなり、また、角度Ａが９０°以下であると、溝の上面部の幅が底面部よりも広くなり、溝内にクラッディング層やコア部が隙間なく形成しやすくなる。
【００３６】
次に金属層に形成される溝の深さについての好ましい範囲を述べる。ここで溝の深さとは、金属層の上表面から金属層に形成された溝の底面へ下ろした垂線の長さであり、図１あるいは図２のｄで示される長さである。金属層に形成される溝の深さは、光導波路を埋め込むことができるだけの深さがあればよいが、後述するように、溝が浅くてもコア部に用いた材料が自己凝集力が大きく、溝内に容易に局在化できる場合は、コア部を十分埋め込むほどの深い溝である必要はない。溝が浅すぎると、第１のクラッディング層形成用の材料を塗布した際に、表面のレベリングにより溝の窪んだ形状が第１のクラッディング層の表面に反映されない、あるいは第１のクラッディング層表面に窪みが形成されたとしても浅いために、コア部形成用の材料が溝に局在化しない、などの問題が生じる可能性があるので、溝の深さは１０μｍ以上であることが好ましい。一方、溝が深すぎると、溝の形成に要する時間が長くなり経済的でないため、溝の深さは２００μｍ以下であることが好ましい。
【００３７】
本発明では、図１のように、金属層に設けられた溝の側面に沿うように第１のクラッディング層を形成し、溝の位置に存在する第１のクラッディング層の窪みに、コア部形成用の材料を重力、自己凝集力、第１のクラッディング層との濡れ性などにより局在化させる。ここでいう局在化とは、コア部形成用の材料が第１のクラッディング層の窪みに集中的に存在する現象のことを言う。
【００３８】
溝が形成された金属層に形成する第１のクラッディング層は、第１のクラッディング層形成用の材料をスピンコーターやスクリーン印刷、ブレードコーター、ダイコーターなどを用いて塗布した後、乾燥、固化することによって得られる。第１のクラッディング層の窪みに形成するコア部は、第１のクラッディング層上にコア部形成用の材料をスピンコーターやスクリーン印刷、ブレードコーター、ダイコーターなどを用いて塗布し、乾燥、固化する方法が挙げられる。また、インクジェット法やディスペンサー法で塗布してもよい。
【００３９】
コア部が第１のクラッディング層の窪みに収まるためには、第１のクラッディング層とコア部形成用の材料の塗れ性と、コア部形成用の材料の流動性の制御が重要である。塗布するコア部形成用の材料の分量や粘度などを変え流動性を制御することにより、コア部形成用の材料を窪み部分を特に狙うことなく第１のクラッディング層上に単に塗布するだけで、第１のクラッディング層上の窪みへコア部形成用の材料を最適な形状で埋め込むことも可能である。両者の塗れ性が良すぎると、コア部形成用の材料を塗布した際にコア部形成用の材料が第１のクラッディング層の窪み部分だけでなく窪み以外の部分に広がってしまい、逆に塗れ性が悪すぎると、第１のクラッディング層とコア部との接着性が悪くなり、コア部形成用の材料が第１のクラッディング層の窪みに埋め込まれなくなる。第１のクラッディング層とコア部形成用の材料との塗れ性が最適ではない場合の塗れ性の制御方法として、第１のクラッディング層表面にＵＶを照射し塗れ性を向上させるなどの方法が挙げられる。ＵＶを照射する場合は、溝とそれ以外の部分でマスクによりＵＶの透過光量を変えることで、両者の塗れ性を制御することができる。
【００４０】
コア部形成用の材料が窪み以外の部分に広がる場合には、エアーや窒素ガスなどを基板表面に吹きつける、バキュームで吸引する、無塵布やバフで拭くなど行うことにより、余分なコア部形成用の材料を除去することができる。
【００４１】
第１のクラッディング層およびコア部を形成した後、第２のクラッディング層を形成する方法は、第１のクラッディング層を形成する方法に準ずる。
【００４２】
本発明の製造方法によると、第１のクラッディング層やコア部形成用の材料を塗布した際に、それぞれの表面は液状もしくは溶液状の高分子材料を用いているため、表面張力によって滑らかな形状となる。また、金属層の溝でコア部の形状を確保しているため、形成された第１のクラッディング層やコア部に対しエッチングなどの加工を施す必要がなく、それぞれの領域の表面は平滑に保たれる。したがって、クラッディング層とコア部の界面が非常にはっきりとしている。一方、従来の手法である、現像またはエッチングでコア部を作製する方法ではコア部の界面は粗くなり、特にフォトブリーチング法ではコア部とクラッディング層との界面がぼやける傾向にある。界面が平滑な光導波路の方が、導波モードの劣化や光伝搬損失が少ないなど光学特性に優れていることから、本発明で得られる光導波路は有用である。また、本発明における金属層のエッチングは高分子材料のエッチングや現像に比較して短時間で行うことができるため、本発明の製造方法の生産性は高い。
【００４３】
第２のクラッディング層を形成した後、さらにその表面に金属層（以下、表面金属層という）を形成してもよい。この金属層の形成方法は、金属箔のラミネートやスパッタリング、めっきなどが挙げられる。表面金属層は、光導波路への水分の浸入を防ぐバリア層として用いても良いし、パターニングし電気配線として用いても良い。
【００４４】
本発明における光配線部材作製の出発材料として、金属層が基板上に形成されている場合、第２のクラッディング層を形成した後に基板を除去することも可能である。基板と金属層が再剥離性の粘着剤などで弱粘着力で貼り合わされている場合はそのまま剥離すれば良いし、強固に接着している場合はエッチングにより基板を溶解し除去しても良い。基板に屈曲性がないものを用いている場合は、基板を除去することで光配線部材に屈曲性が増し、光配線部材として引き回しの自由度が増し好ましい。
【００４５】
基板を剥離した後、基板にもともと形成されていた金属層（以下、下部金属層という）は上述した表面金属層と同様に、光導波路への水分の浸入を防ぐバリア層として活用しても良いし、パターニングし電気配線として用いても良い。ただし、下部金属層をバリア層として用いる場合は、下部金属層へ溝を形成する際に、下部金属層を貫通させないで溝の底面に金属層を残しておく方が好ましい。
【００４６】
本発明の光配線部材の表面や内部に、光電変換素子や光受動部品などを組み込んだり、電気配線を形成したり、本発明の光配線部材を別の基板に貼り合わすなどして、様々な目的に合った光配線基板を作製することができる。光電変換素子としては、レーザーやフォトディテクターが挙げられる。これらの素子の中でも端面でなく素子表面で発光や受光を行う面発光型レーザーや、面受光型のフォトディテクターを用いると、光伝搬時の光の広がりを小さくしやすい、信号強度を大きく取りやすい、受発光部分の実装構造を簡単にしやすいことなどから好ましい。また、受発光素子と光導波路の光結合のために、必要に応じて、ミラーやレンズを組み込むことができる。例えば、ミラーは光導波路端面を４５°にダイシングブレードなどで切り込むことで形成することができる。その他、光の合分波器、波長フィルター、波長多重器などの受動光回路を光配線基板内に作り込んでもよい。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
【００４８】
各特性の測定方法、条件は以下の通りである。
＜屈折率＞
メトリコン社製のプリズムカップラー装置２０１０と専用のＰ−１プリズムを用いて２５℃で測定した。
＜光伝搬損失＞
ＪＰＣＡ規格（ＪＰＣＡ-ＰＥ０２−０５−０１Ｓ−２００４）に準じてカットバック法で測定した。  
【００４９】
実施例１
厚さ０．８ｍｍのガラスエポキシ基板上に厚さ７０μｍの銅箔が貼り合わされたガラスエポキシ銅張積層板“ニカプレックス”Ｌ−６５０４Ｃ（ニッカン工業（株）製）上にフォトレジスト層を形成し、露光、現像後、図４に示す幅１００μｍで１ｍｍピッチのストライプ状開口部をレジストに形成した。図４の符号６で示された部分がレジスト形成部分で、符号７で示された部分がレジストの開口部である。次いで、基板を塩化鉄系エッチング液に浸漬し、液を攪拌しながらフォトレジスト開口部に露出している部分の銅箔をエッチングし、溝を形成した。エッチング後の溝の断面形状をＦＥ−ＳＥＭ（Field Emission- Scanning Electron Microscope）Ｓ−４８００（（株）日立ハイテクノロジーズ製）にて観察したところ、溝の深さは７０μｍで銅箔を貫通しており、溝の上面部の幅は１２０μｍであり、溝の底面部の幅は７０μｍであり、溝の側面と底面のなす角（図１で示した角度Ａ）は７０°で上部が開いた形状となった。エッチングは８分行った。
【００５０】
レジストを除去した後、第１のクラッディング層形成用の樹脂組成物として、液状エポキシ樹脂“ＥＰＯ−ＴＥＫ”＃３１４（エポキシテクノロジー（ＥＰＯＸＹ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ）社製）をスピンコーターにて塗布し、オーブンを用いて大気中８０℃で５分間乾燥した後、窒素中１５０℃で１時間加熱し、硬化した。得られた第１のクラッディング層の厚さは２０μｍであり、波長８５０ｎｍでの屈折率は１．５１であった。
【００５１】
第１のクラッディング層上に、スピンコーターにてコア部形成用の樹脂組成物としてナフタレン系エポキシ樹脂“エピクロン”ＨＰ−４０３２Ｄ（大日本インキ化学工業（株）製）と４−エチル−２−メチルイミダゾール（硬化促進剤）とシクロヘキサノン（溶剤）を１００：２：１５０の重量比で混合した溶液を塗布し、エアーで溝以外の部分に塗布された樹脂組成物を除去した。次いで、溝上に塗布したコア部形成用樹脂組成物を、オーブンを用いて大気中８０℃で５分間乾燥した後、窒素中１８０℃で１時間加熱し、硬化し、コア部を形成した。得られたコア部の断面をＦＥ−ＳＥＭにて観察したところ、コア部は第１のクラッディング層の窪み部に局在化しており、断面形状は直径が３５μｍの円形であった。なお、前記のコア部形成用の樹脂組成物の単一膜を別途作製し、その屈折率を測定したところ、波長８５０ｎｍでは１．６１であった。
【００５２】
さらに、第１のクラッディング層とコア部の上に、液状エポキシ樹脂“ＥＰＯ−ＴＥＫ”＃３１４（エポキシテクノロジー（ＥＰＯＸＹ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ）社製）をスピンコーターにて塗布し、オーブンを用いて大気中８０℃で５分間乾燥した後、窒素中１５０℃で１時間加熱し、硬化することで、第２のクラッディング層を形成した。得られた第２のクラッディング層の厚さは２０μｍであった。
【００５３】
こうして得られた光配線部材の波長８５０ｎｍの光伝搬損失を測定したところ、０．１ｄＢ／ｃｍと良好だった。また（コア部の屈折率−クラッディング層の屈折率）／コア部の屈折率で与えられる相対屈折率差Δｎは、０．０６２であった。また、クラッディング層の屈折率の温度依存性は−７０ｐｐｍ／℃であり、コア部の屈折率の温度依存性は−５２ｐｐｍ／℃であった。
【００５４】
実施例２〜３
表１に示すような溝の断面形状になるよう、銅箔に溝を形成する際のエッチング時間や液の攪拌条件を変えたこと以外は、実施例１と同様に試料を作製し、評価した。表１に評価結果を示した。
【００５５】
実施例４
厚さ２５μｍのポリイミドフィルム“カプトン１００ＥＮ”（東レ・デュポン（株）製）上に厚さ１００ｎｍの銅層をスパッタリングにて形成した。次いで銅層上にフォトレジスト層を形成し、露光、現像により、図５に示す幅１００μｍで１ｍｍピッチのストライプ状にレジストを加工した。図５の符号６がレジスト形成部分で、符号７がレジスト開口部である。上記スパッタリングにて形成した銅層を電極とし、硫酸銅めっき液中で電解めっきを行い、厚さ１８μｍの銅膜をスパッタリングにより成膜した銅層上に形成した。レジスト除去後、銅膜に形成された溝の形状をＦＥ−ＳＥＭにて観察したところ、上面部の幅は９０μｍであり、底面部の幅は１００μｍであり、溝の側面と底面のなす角（図１で示した角度Ａ）は１０５°であった。
【００５６】
レジストを剥離後、実施例１と同様の方法で、第１のクラッディング層とコア部、第２のクラッディング層を形成し、評価した。表１に評価結果を示した。ただし、光配線部材上いくつかの箇所にて、第１のクラッディング層が溝へ十分に収まっておらず、その上に存在するコア部が溝からはみ出していた。
【００５７】
実施例５
ガラスエポキシ銅張積層板の代わりに厚さ２５μｍのポリイミドフィルム上に厚さ３５μｍの銅箔が貼り合わされた銅張ポリイミドフィルム（東レ（株）製）を用いたこと以外は、実施例１と同様に試料を作製し、評価した。表１に評価結果を示した。得られた光配線部材は屈曲性が高く、自由に曲げることができた。
【００５８】
実施例６
厚さ２５μｍのポリイミドフィルム上に厚さ３５μｍの銅箔が貼り合わされた銅張ポリイミドフィルム（東レ（株）製）上にダイシング装置ＤＦＤ−６２４０（（株）ディスコ製）にて図６に示す幅２００μｍで１ｍｍピッチのストライプ状の溝を形成した。図６の符号９が溝である。溝の断面形状をＦＥ−ＳＥＭにて観察したところ、溝の深さは３５μｍで銅箔を貫通しており、上面部の幅は２００μｍであり、底面部の幅は５０μｍであり、溝の側面は２５°の傾斜を持って、上部が開いた形状となった。
【００５９】
溝を形成後、実施例１と同様の方法で、第１のクラッディング層とコア部、第２のクラッディング層を形成し、評価した。表１に評価結果を示した。ただし、コア部の断面形状は、両側面が第１のクラッディング層の窪み部分からはみ出して横に広がり、楕円に近い形だった。得られた光配線部材は屈曲性が高く、自由に曲げることができた。
【００６０】
実施例７
ガラスエポキシ銅張積層板の代わりに厚さ２５μｍのポリイミドフィルム上に厚さ９μｍの銅箔が貼り合わされた銅張ポリイミドフィルム（東レ（株）製を用いたこと以外は、実施例１と同様に試料を作製し、評価した。表１に評価結果を示した。ただし、コア部の断面形状は、両側面が第１のクラッディング層の窪み部分からはみ出して横に広がり、楕円に近い形だった。得られた光配線部材は屈曲性が高く、自由に曲げることができた。
【００６１】
実施例８
ガラスエポキシ銅張積層板の代わりに、厚さ１ｍｍの銅板上に厚さ５０μｍの銅箔（古河サーキットフォイル（株）製）が再剥離性粘着剤“ＳＫダイン”１４９５（綜研化学（株）製）を介して貼り合わされた基板を用いたこと以外は、実施例１と同様に試料を作製し、評価した。表１に評価結果を示した。さらに、光配線部材を銅板から剥離した。波長８５０ｎｍの光伝搬損失は剥離前と変わらず、０．１ｄＢ／ｃｍと良好だった。剥離後の光導波路基板は屈曲性が高く、自由に曲げることができた。
【００６２】
実施例９
ガラスエポキシ銅張積層板の代わりに、厚さ１ｍｍの銅板上に厚さ２１０μｍの銅箔（古河サーキットフォイル（株）製）が再剥離性粘着剤“ＳＫダイン”１４９５（綜研化学（株）製）を介して貼り合わされた基板を用いたこと以外は、実施例１と同様に試料を作製し、評価した。表１に評価結果を示した。さらに、光配線部材を銅板から剥離した。波長８５０ｎｍの光伝搬損失は剥離前と変わらず、０．１ｄＢ／ｃｍと良好だった。
【００６３】
実施例１０
コア部形成用の樹脂組成物として、９，９−ビス（４−アミノ−３−フルオロフェニル）フルオレンと２クロロ−テレフタル酸ジクロライドを重合させて得たアラミド樹脂の２０重量％ジメチルアセトアミド溶液を用い、加熱条件を１５０℃から１８０℃に変更した以外は実施例１と同様にして試料を作製し、評価した。表１に評価結果を示した。前記のコア部形成用の樹脂組成物の単一膜を別途作製し、その屈折率を測定したところ、波長８５０ｎｍでは１．６４であった。Δｎは０．０７９であった。
【００６４】
実施例１１
第１および第２のクラッディング層形成用の樹脂組成物、およびコア部形成用の樹脂組成物として、次のものを用いたこと以外は実施例１と同様にして試料を作製した。表１に評価結果を示した。なお、クラッディング層の屈折率の温度依存性は−４２ｐｐｍ／℃であり、コア部の屈折率の温度依存性は−４４ｐｐｍ／℃であった。
【００６５】
第１および第２のクラッディング層形成用の樹脂組成物
液状エポキシ樹脂“ＥＰＯ−ＴＥＫ”＃３１４（エポキシテクノロジー（ＥＰＯＸＹ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ）社製）に、γ−ブチロラクトンに分散した平均粒子径１２ｎｍのオルガノシリカゾルＯＳＣＡＬ−１０３（触媒化成工業（株）製）を、硬化後の体積比で、エポキシ樹脂：シリカ＝５７：４３となるようボールミルを用いて混合し、第１および第２のクラッディング層形成用の樹脂組成物とした。
【００６６】
コア部形成用の樹脂組成物
ビーズミル“ウルトラアペックスミル”ＵＡＭ−０５（寿工業（株）製）を用いて、硫酸バリウムＢＦ−４０（堺化学工業（株）製）１７．４重量部を、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド６９重量部、分散剤“Ｄｉｓｐｅｒｂｙｋ”１１１（ビックケミー・ジャパン（株）製）０．９重量部と混合、分散し、分散液を得た。硬化後の体積比で、エポキシ樹脂：硫酸バリウム＝７３：２７となるように分散液とナフタレン系エポキシ樹脂“エピクロン”ＨＰ−４０３２Ｄ（大日本インキ化学工業（株）製）と硬化促進剤２−エチル−４−メチルイミダゾールをボールミルを用いて混合し、コア部形成用の樹脂組成物とした。液状エポキシ樹脂と硬化促進剤の混合比は、重量比で１００：２となるようにした。
【００６７】
比較例１
＜フォトブリーチング法＞
紫外線を遮断したイエロールーム内で、トルエン４００ｍｌとナトリウム１０ｇの混合液を高速攪拌することによりナトリウムを分散させた。これに、フェニルメチルジクロロシラン４０ｇとテトラクロロシラン４ｇを添加し、３時間攪拌することで重合を行った。得られた試料をエタノール中で沈殿させ、分岐型ポリシランを得た。
【００６８】
厚さ０．８ｍｍのガラスエポキシ基板上に厚さ７０μｍの銅箔が貼り合わされたガラスエポキシ銅張積層板“ニカプレックス”Ｌ−６５０４Ｃ（ニッカン工業（株）製）上に、第１のクラッディング層形成用の樹脂組成物として、液状エポキシ樹脂“ＥＰＯ−ＴＥＫ”＃３１４（エポキシテクノロジー（ＥＰＯＸＹ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ）社製）をスピンコーターにて塗布し、オーブンを用いて大気中８０℃で５分乾燥した後、窒素中１５０℃で１時間加熱し、硬化した。得られた第１のクラッディング層の厚さは２０μｍであり、波長８５０ｎｍでの屈折率は１．５１であった。
【００６９】
次に、上記方法にて得られたポリシラン、およびシリコーンレジン３０７４（東レ・ダウコーニング（株）製）、ＢＴＴＢ（３，３’，４，４’−テトラ−（ｔ−ブチルパーオキシカルボニル）ベンゾフェノン）（日本油脂（株）製）、トルエンを重量比１００：５０：１５：１００で混合した樹脂組成物を、第１のクラッディング層上にスピンコーターにて塗布し、オーブンを用いて大気中８０℃で５分間乾燥し、厚さ３０μｍの樹脂層を形成した。得られた樹脂層は露光により屈折率が下がるフォトブリーチング性を備える。
【００７０】
この樹脂層にコア部を形成するために、幅３０μｍの線状パターンを遮光するフォトマスクを介して、波長３００ｎｍの紫外線を４Ｊ／ｃｍ２照射した。次いで、樹脂層を固化するため、窒素中３００℃で１時間加熱したところ、ガラスエポキシ基板が耐熱限界を越え分解した。このため光導波路は作製できなかった。
【００７１】
比較例２
＜感光性材料を用いた方法＞
ガラス基板上に第１のクラッディング層形成用の樹脂組成物として、液状エポキシ樹脂“ＥＰＯ−ＴＥＫ”＃３１４（エポキシテクノロジー（ＥＰＯＸＹ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ社製）をスピンコーターにて塗布し、オーブンを用いて大気中８０℃で５分間乾燥した後、窒素中１５０℃で１時間加熱し、硬化した。得られた第１のクラッディング層の厚さは２０μｍであり、波長８５０ｎｍでの屈折率は１．５１であった。
【００７２】
脂環式エポキシ樹脂“セロキサイド”２０２１Ｐ（ダイセル化学工業（株）製）と光カチオン重合開始剤ＳＰ−１７０（旭電化工業（株）製）を重量比７０：４で混合した樹脂組成物を、第１のクラッディング層上にスピンコーターにて塗布し、オーブンを用いて大気中８０℃で５分間乾燥し、厚さ３０μｍの樹脂層を形成した。得られた樹脂層上に、幅３０μｍの線状パターンのみ光を透過するフォトマスクを介して、波長３６５ｎｍの紫外線を７５０ｍＪ／ｃｍ２照射した後、酢酸エチル中で現像し未露光部を除去した後、窒素中１５０℃で１時間加熱し、固化し、３０μｍ×３０μｍの断面形状を持つコア部を形成した。波長８５０ｎｍでのコア部の屈折率は１．５６であった。
【００７３】
次に、第１のクラッディング層を形成したのと同じ材料および方法で、第１のクラッディング層とコア部上に第２のクラッディング層を形成した。
【００７４】
こうして得られた、光導波路の波長８５０ｎｍの光伝搬損失を測定したところ１．５ｄＢ／ｃｍであり、導波光の減衰が大きかった。
【００７５】
比較例３
＜スタンピング法＞
ガラス基板上に、第１のクラッディング層形成用の樹脂組成物として、液状エポキシ樹脂“ＥＰＯ−ＴＥＫ”＃３１４（エポキシテクノロジー（ＥＰＯＸＹ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ社製）をスピンコーターにて塗布し、オーブンを用いて大気中８０℃で５分間乾燥した後、窒素中１５０℃で１時間加熱し、硬化した。得られた第１のクラッディング層の厚さは２０μｍであり、波長８５０ｎｍでの屈折率は１．５１であった。
【００７６】
次に、第１のクラッディング層上に、スピンコーターにてコア部形成用の樹脂組成物としてナフタレン系エポキシ樹脂“エピクロン”ＨＰ−４０３２Ｄ（大日本インキ化学工業（株）製）と４−エチル−２−メチルイミダゾール（硬化促進剤）とシクロヘキサノン（溶剤）を１００：２：１５０の重量比で混合した溶液を塗布した。次いで、塗膜の上から幅３０μｍ、深さ３０μｍの線状の溝を持つ鋳型を押し付け、この状態でオーブンを用いて大気中８０℃で５分間乾燥した後、窒素中１８０℃で１時間加熱し、樹脂を硬化した。鋳型を基板から剥離した際、鋳型の溝内部に形成されたコア部形成用の材料の一部が鋳型から離型せず、鋳型と共に第１のクラッディング層から剥離した。また、鋳型から離型し第１のクラッディング層上に残ったコア部形成用の材料の一部は、樹脂の収縮応力により、鋳型の溝形状に比べて歪んだ断面形状をしていた。したがって、光導波路として評価できる試料は作製できなかった。
【００７７】
【表１】
2007086122.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の光配線部材の断面図
【図２】本発明の別の態様の光配線部材の断面図
【図３】従来技術における光配線部材の断面図
【図４】実施例１で用いた溝をエッチングで形成するためのフォトレジストパターン
【図５】実施例４で用いた溝をめっきで形成するためのフォトレジストパターン
【図６】実施例６のダイシング装置で形成した溝パターン
【符号の説明】
【００７９】
１    基板
２    金属層
３    第１のクラッディング層
４    コア部
５    第２のクラッディング層
６    レジスト形成部
７    レジスト開口部
８    金属層
９    溝
１０  溝の底面部
【図１】
2007086122.tif 000004
【図２】
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【図３】
2007086122.tif 000006
【図４】
2007086122.tif 000007
【図５】
2007086122.tif 000008
【図６】
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