(57)【要約】      （修正有）【課題】シリコン基板を用い、シリコン基板上に形成された光学通路用ビアホール内部に球形のボールレンズを挿入固定し、大量生産が可能で、既存のＰＣＢ基板に比べて良い熱特性を持たせるようにした光配線構造物およびその製造方法を提供する。【解決手段】上面に曲率半径を有するように少なくとも一つのレンズ形成用溝が備えられたシリコン基板１０および前記レンズ形成用溝の形状が維持されるように前記レンズ形成用溝を含むシリコン基板上に形成されたシリカ層３０を含むことにより、大部分の工程が半導体工程装置を介して行われ、大量生産が可能で、既存のＰＣＢ基板に比べて良い熱特性を有する効果がある。【選択図】図７
2012103720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの光学通路用ビアホールが備えられたシリコン基板；および
前記ビアホールの一側内部に挿入固定され、入射される光を屈折させるための球形のボールレンズを含む光配線構造物。
【請求項２】
前記シリコン基板の全体上部面に形成された下部クラッド層と、前記下部クラッド層の上面に形成されたコア層と、前記コア層の上面に形成された上部クラッド層とからなる光導波路がさらに備えられることを特徴とする、請求項１に記載の光配線構造物。
【請求項３】
前記ビアホールが各々一定間隔離隔した二つの第１および第２ビアホールとして形成され、
前記第１および第２ビアホールが閉鎖されるように前記シリコン基板の下面に各々付着されるレーザおよびフォトダイオードがさらに備えられ、前記シリコン基板下面の一側に前記レーザダイオードを駆動させるドライバーおよび受信した光信号を電気信号に切り換える受信モジュールが各々付着されることを特徴とする、請求項２に記載の光配線構造物。
【請求項４】
前記第１および第２ビアホール上に位置した光導波路の上面に互いに対向するように一定角度に傾斜した第１および第２ミラー溝がさらに形成されることを特徴とする、請求項３に記載の光配線構造物。
【請求項５】
（ａ’）シリコン基板に少なくとも一つの光学通路用ビアホールを形成するステップ；および
（ｂ’）前記ビアホールの上側内部に入射される光を屈折させるための球形のボールレンズを挿入固定させるステップを含む光配線構造物の製造方法。
【請求項６】
前記シリコン基板の全体上部面に下部クラッド層、コア層、および上部クラッド層を順次積層して光導波路を形成するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載の光配線構造物の製造方法。
【請求項７】
前記ビアホールが各々一定間隔離隔した二つの第１および第２ビアホールとして形成され、
前記第１および第２ビアホールが閉鎖されるように前記シリコン基板の下面に各々レーザおよびフォトダイオードをさらに付着し、前記シリコン基板下面の一側に前記レーザダイオードを駆動させるドライバーおよび受信した光信号を電気信号に切り換える受信モジュールをさらに付着するステップと、
前記第１および第２ビアホール上に位置した光導波路の上面に互いに対向するように一定角度に傾斜した第１および第２ミラー溝を形成するステップとをさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載の光配線構造物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光配線構造物およびその製造方法に関し、より詳しくは、シリコンを基にするマイクロレンズが集積されるか、シリコン基板上に形成された光学通路用ビアホール内部に球形のボールレンズが挿入固定された光配線構造物およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、光配線技術は、既存の電気的配線が有するデータ伝送速度の制限、配線間における高い漏話などの短所を解消することができるため、最近研究が活発に行われている。
このような光配線技術としては光ファイバーリボンを用いた方式、自由空間を通した光連結方式、平面光導波路を用いた方式などがあり、応用分野に応じてそれぞれ異なる構造で開発されている。
【０００３】
一方、このような光配線技術は、大部分既存の印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ：以下、ＰＣＢという）を変形して光配線構造物の製作がなされている。一例として、平面光導波路を用いた光連結は、光導波路が集積されたＰＣＢ基板上に垂直光結合のための４５度反射鏡または格子結合器を利用して光信号を連結する。
【０００４】
この場合、ＰＣＢ基板として用いられる物質であるＦｒ４の熱特性が良くなく、半導体工程が可能ではないために光配線構造物の大量生産が難しい。また、素子と光導波路間の距離が数百マイクロメーターから数ミリメートル程度になるために別途のレンズが必要となる短所がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は前述した問題点を解決するために導き出されたものであり、本発明は、シリコン基板を用い、大量生産が可能で、既存のＰＣＢ基板に比べて良い熱特性を持たせるようにした光配線構造物およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、シリコン基板上に形成された光学通路用ビアホール内部に球形のボールレンズを挿入固定し、大量生産が可能で、既存のＰＣＢ基板に比べて良い熱特性を持たせるようにした光配線構造物およびその製造方法を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した目的を達成するために、本発明の第１側面は、上面に曲率半径を有するように少なくとも一つのレンズ形成用溝が備えられたシリコン基板；および前記レンズ形成用溝の形状が維持されるように前記レンズ形成用溝を含むシリコン基板上に形成されたシリカ層を含む光配線構造物を提供する。
ここで、前記シリコン基板の下面に前記レンズ形成用溝に形成されたシリカ層の下面の一部分が露出するようにビアホールがさらに形成されることが好ましい。
【０００８】
好ましくは、前記シリコン基板のレンズ形成用溝に埋められるように前記シリカ層の全体上部面に形成された下部クラッド層と、前記下部クラッド層の上面に形成されたコア層と、前記コア層の上面に形成された上部クラッド層とからなる光導波路がさらに備えられ得る。
好ましくは、前記レンズ形成用溝および前記ビアホールが各々一定間隔離隔した二つの第１および第２レンズ形成用溝と第１および第２ビアホールとして形成される場合、前記第１および第２ビアホールが閉鎖されるように前記シリコン基板の下面に各々付着されるレーザおよびフォトダイオードがさらに備えられ、前記シリコン基板下面の一側に前記レーザダイオードを駆動させるドライバーおよび受信した光信号を電気信号に切り換える受信モジュールが各々付着され得る。
【０００９】
好ましくは、前記第１および第２レンズ形成用溝上に位置した光導波路の上面に互いに対向するように一定角度に傾斜した第１および第２ミラー溝がさらに形成され得る。
好ましくは、前記第１および第２ミラー溝は、地面から互いに対向するように４５度角度に傾斜してＶ字形で形成されるか、前記第１および第２レンズ形成用溝間の方向に互いに対向するように４５度角度に傾斜して直角三角形の形態で形成され得る。
【００１０】
好ましくは、前記シリコン基板のレンズ形成用溝に埋められるように前記シリカ層上に形成されたマイクロレンズがさらに備えられ得る。
好ましくは、前記レンズ形成用溝、前記ビアホール、および前記マイクロレンズが各々一定間隔離隔した二つの第１および第２レンズ形成用溝、第１および第２ビアホール、および第１および第２マイクロレンズとして形成される場合、前記第１および第２ビアホールが閉鎖されるように前記シリコン基板の下面に各々付着されるレーザおよびフォトダイオードがさらに備えられ、前記シリコン基板下面の一側に前記レーザダイオードを駆動させるドライバーおよび受信した光信号を電気信号に切り換える受信モジュールが各々付着され、第１および第２光ファイバーが内蔵された光接続部材が前記シリカ層の上面に付着されており、前記光接続部材は前記第１および第２光ファイバーを介して前記第１および第２マイクロレンズに光が伝達されるように前記シリカ層の上面に付着され得る。
【００１１】
好ましくは、前記光接続部材と前記シリカ層はスペーサーによって一定間隔離隔するように付着され得る。
好ましくは、前記レンズ形成用溝の曲率半径は５０μｍ〜２００μｍ範囲で形成され得る。
【００１２】
本発明の第２側面は、少なくとも一つの光学通路用ビアホールが備えられたシリコン基板；および前記ビアホールの上側内部に挿入固定され、入射される光を屈折させるための球形のボールレンズを含む光配線構造物を提供する。
ここで、前記シリコン基板の全体上部面に形成された下部クラッド層と、前記下部クラッド層の上面に形成されたコア層と、前記コア層の上面に形成された上部クラッド層とからなる光導波路がさらに備えられることが好ましい。
【００１３】
好ましくは、前記ビアホールが各々一定間隔離隔した二つの第１および第２ビアホールとして形成される場合、前記第１および第２ビアホールが閉鎖されるように前記シリコン基板の下面に各々付着されるレーザおよびフォトダイオードがさらに備えられ、前記シリコン基板下面の一側に前記レーザダイオードを駆動させるドライバーおよび受信した光信号を電気信号に切り換える受信モジュールが各々付着され得る。
好ましくは、前記第１および第２ビアホール上に位置した光導波路の上面に互いに対向するように一定角度に傾斜した第１および第２ミラー溝がさらに形成され得る。
【００１４】
好ましくは、前記第１および第２ミラー溝は、地面から互いに対向するように４５度角度に傾斜してＶ字形で形成されるか、前記第１および第２ビアホール間の方向に互いに対向するように４５度角度に傾斜して直角三角形の形態で形成され得る。
好ましくは、前記シリコン基板の全面に酸化層を形成して、前記ボールレンズと接触するビアホールの内周面部位の体積膨張により、ビアホール内周面の接触部位が前記ボールレンズと接触して付着され得る。
【００１５】
本発明の第３側面は、（ａ）シリコン基板の上面に曲率半径を有するように少なくとも一つのレンズ形成用溝を形成するステップ；および（ｂ）前記レンズ形成用溝の形状が維持されるように前記レンズ形成用溝を含むシリコン基板の全体上部面にシリカ層を形成するステップを含む光配線構造物の製造方法を提供する。
ここで、前記ステップ（ａ）は、（ａ−１）前記シリコン基板の上面にマスクパターンを形成するステップ；および（ａ−２）湿式または乾式エッチング法によって前記シリコン基板の上面をエッチングして、曲率半径を有する少なくとも一つのレンズ形成用溝を形成するステップを含むことが好ましい。
【００１６】
好ましくは、前記湿式エッチング法はフッ酸、硝酸、および酢酸溶液を一定比率で混合した溶液でエッチングし、各溶液の体積比により、エッチング率、表面粗度、および等方性の程度を調節することができる。
好ましくは、前記シリコン基板の全体上部面に下部クラッド層、コア層、および上部クラッド層を順次積層して光導波路を形成するステップをさらに含むことができる。
【００１７】
好ましくは、前記シリコン基板の下面に前記レンズ形成用溝に形成されたシリカ層の下面の一部分が露出するようにビアホールを形成するステップをさらに含むことができる。
好ましくは、前記レンズ形成用溝および前記ビアホールが各々一定間隔離隔した二つの第１および第２レンズ形成用溝と第１および第２ビアホールとして形成される場合、前記第１および第２ビアホールが閉鎖されるように前記シリコン基板の下面に各々レーザおよびフォトダイオードがさらに付着され、前記シリコン基板下面の一側に前記レーザダイオードを駆動させるドライバーおよび受信した光信号を電気信号に切り換える受信モジュールがさらに付着され得る。
【００１８】
好ましくは、前記第１および第２レンズ形成用溝上に位置した光導波路の上面に互いに対向するように一定角度に傾斜した第１および第２ミラー溝を形成するステップをさらに含むことができる。
好ましくは、前記第１および第２ミラー溝は、レーザまたはブレードを利用して、地面から互いに対向するように４５度角度に傾斜してＶ字形で形成されるか、前記第１および第２レンズ形成用溝間の方向に互いに対向するように４５度角度に傾斜して直角三角形の形態で形成され得る。
【００１９】
好ましくは、前記シリコン基板のレンズ形成用溝に埋められるように前記シリカ層上にマイクロレンズを形成するステップをさらに含むことができる。
好ましくは、前記レンズ形成用溝、前記ビアホール、および前記マイクロレンズが各々一定間隔離隔した二つの第１および第２レンズ形成用溝、第１および第２ビアホール、および第１および第２マイクロレンズとして形成される場合、前記第１および第２ビアホールが閉鎖されるように前記シリコン基板の下面に各々レーザおよびフォトダイオードがさらに付着され、前記シリコン基板下面の一側に前記レーザダイオードを駆動させるドライバーおよび受信した光信号を電気信号に切り換える受信モジュールがさらに付着され、第１および第２光ファイバーが内蔵された光接続部材が前記シリカ層の上面に付着されており、前記光接続部材は前記第１および第２光ファイバーを介して前記第１および第２マイクロレンズに光が伝達されるように前記シリカ層の上面に付着され得る。
【００２０】
好ましくは、前記光接続部材と前記シリカ層はスペーサーによって一定間隔離隔するように付着され得る。
好ましくは、前記レンズ形成用溝の曲率半径は５０μｍ〜２００μｍ範囲で形成され得る。
【００２１】
本発明の第４側面は、（ａ’）シリコン基板に少なくとも一つの光学通路用ビアホールを形成するステップ；および（ｂ’）前記ビアホールの上側内部に入射される光を屈折させるための球形のボールレンズを挿入固定させるステップを含む光配線構造物の製造方法を提供する。
ここで、前記シリコン基板の全体上部面に下部クラッド層、コア層、および上部クラッド層を順次積層して光導波路を形成するステップをさらに含むことが好ましい。
【００２２】
好ましくは、前記ビアホールが各々一定間隔離隔した二つの第１および第２ビアホールとして形成される場合、前記第１および第２ビアホールが閉鎖されるように前記シリコン基板の下面に各々レーザおよびフォトダイオードがさらに付着され、前記シリコン基板下面の一側に前記レーザダイオードを駆動させるドライバーおよび受信した光信号を電気信号に切り換える受信モジュールがさらに付着され得る。
好ましくは、前記第１および第２ビアホール上に位置した光導波路の上面に互いに対向するように一定角度に傾斜した第１および第２ミラー溝を形成するステップをさらに含むことができる。
【００２３】
好ましくは、前記第１および第２ミラー溝は、インプリントリソグラフィ工程によって地面から互いに対向するように４５度角度に傾斜してＶ字形で形成されるか、前記第１および第２ビアホール間の方向に互いに対向するように４５度角度に傾斜して直角三角形の形態で形成され得る。
好ましくは、前記インプリントリソグラフィ工程は、前記光導波路上にレジスト層を塗布する第１過程と；前記レジスト層の上面にミラー溝形成用パターンが形成されたスタンパーを接触させて一定圧力で加圧した後、紫外線で露光するか熱を加えてミラー溝形成のためのレジストパターンを形成する第２過程；および前記レジストパターンをエッチング阻止マスクとし、乾式エッチングによって残留レジストを除去して、前記光導波路上に第１および第２ミラー溝を形成する第３過程を含むことができる。
【００２４】
好ましくは、前記第１および第２ミラー溝は、地面から互いに対向するように４５度角度に傾斜してＶ字形で形成されるか、前記第１および第２ビアホール間の方向に互いに対向するように４５度角度に傾斜して直角三角形の形態で形成され、前記光導波路上に一定厚さのシリコン層を形成する第１過程と；前記シリコン層上に補助ミラー溝形成のためのマスクパターンを形成する第２過程と；前記シリコン層をエッチングして、前記第１および第２ミラー溝と同一形状で第１および第２補助ミラー溝を形成した後、前記マスクパターンを除去してシリコンパターンを形成する第３過程；および前記シリコンパターンをエッチング阻止マスクとし、乾式エッチングによって残留シリコン層を除去して、前記光導波路上に第１および第２ミラー溝を形成する第４過程を含むことができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上で説明したような本発明の光配線構造物およびその製造方法によれば、シリコンを基にするマイクロレンズが集積された光配線構造物を製造することにより、大部分の工程が半導体工程装置を介して行われ、大量生産が可能で、既存のＰＣＢ基板に比べて良い熱特性を有する利点がある。
また、本発明によれば、マイクロレンズが集積された光配線構造を有するために、追加のレンズを別途に取り付ける必要がない利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態による光配線構造物の製造方法を説明するための断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による光配線構造物の製造方法を説明するための断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による光配線構造物の製造方法を説明するための断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による光配線構造物の製造方法を説明するための断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による光配線構造物の製造方法を説明するための断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態による光配線構造物の製造方法を説明するための断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態による光配線構造物の製造方法を説明するための断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態による光配線構造物の製造方法を説明するための断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態による光配線構造物の製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による光配線構造物の製造方法を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態による光配線構造物の製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態による光配線構造物の製造方法を説明するための平面図である。
【図１３】本発明の第３実施形態による光配線構造物の製造方法を説明するための平面図および断面図である。
【図１４】本発明の第３実施形態による光配線構造物の製造方法を説明するための平面図である。
【図１５】本発明の第４実施形態による光配線構造物を説明するための断面図である。
【図１６】本発明の第４実施形態による光配線構造物の製造方法を説明するための断面図である。
【図１７】本発明の第４実施形態による光配線構造物の製造方法を説明するための断面図である。
【図１８】本発明の第４実施形態による光配線構造物の製造方法を説明するための断面図である。
【図１９】本発明の第４実施形態による光配線構造物の製造方法を説明するための断面図である。
【図２０】本発明の第４実施形態による光配線構造物の製造方法を説明するための断面図である。
【図２１】本発明の第４実施形態による光配線構造物の製造方法を説明するための断面図である。
【図２２】本発明の第４実施形態に適用されたミラー溝を形成する方法の一例を説明するための断面図である。
【図２３】本発明の第４実施形態に適用されたミラー溝を形成する方法の一例を説明するための断面図である。
【図２４】本発明の第４実施形態に適用されたミラー溝を形成する方法の一例を説明するための断面図である。
【図２５】本発明の第４実施形態に適用されたミラー溝を形成する方法の一例を説明するための断面図である。
【図２６】本発明の第４実施形態に適用されたミラー溝を形成する方法の他の例を説明するための断面図である。
【図２７】本発明の第４実施形態に適用されたミラー溝を形成する方法の他の例を説明するための断面図である。
【図２８】本発明の第４実施形態に適用されたミラー溝を形成する方法の他の例を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態についてより詳細に説明する。但し、以下にて例示する本発明の実施形態は色々な他の形態に変形することができ、本発明の範囲は下記にて詳述する実施形態に限定されない。本発明の実施形態は当業界で通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
【００２８】
（第１実施形態）
図１〜図７は本発明の第１実施形態による光配線構造物の製造方法を説明するための断面図である。
先ず、本発明の第１実施形態による光配線構造物の基本的な構成を見てみれば、大きく、シリコン基板１０およびシリカ層３０を含んで構成されている。
【００２９】
ここで、シリコン基板１０の上面には所定の曲率半径を有するように少なくとも一つのレンズ形成用溝１０ａが備えられている（図２参照）。このようなレンズ形成用溝１０ａは、例えば、半球形で形成されており、その曲率半径は約５０μｍ〜２００μｍ範囲であり得る。
また、シリカ層３０は、レンズ形成用溝１０ａの形状がそのまま維持されるように、レンズ形成用溝１０ａを含むシリコン基板１０の上面に数マイクロメーターの厚さで形成されている（図３参照）。
【００３０】
さらに、シリコン基板１０の下面に、レンズ形成用溝１０ａに形成されたシリカ層３０の下面一部分（好ましくは、中央部分）が露出するように、ビアホール７０がさらに形成され得る（図５参照）。
また、シリコン基板１０のレンズ形成用溝１０ａに埋められるようにシリカ層３０の全体上部面に形成された下部クラッド層４０と、下部クラッド層４０の上面に形成されたコア層５０と、コア層５０の上面に形成された上部クラッド層６０とからなる光導波路がさらに備えられ得る。
【００３１】
さらに、図２〜図７に示すように、レンズ形成用溝１０ａおよびビアホール７０が各々一定間隔離隔して二つ形成される場合、各ビアホール７０が閉鎖されるようにはんだバンプ１４０などを利用してシリコン基板１０の下面に各々付着されるレーザダイオード（ＬＤ：９０）およびフォトダイオード（ＰＤ：１００）がさらに備えられ得る。
【００３２】
この時、フォトダイオード１００は、例えば、ＲＣ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｃａｖｉｔｙ）フォトダイオード、ｏ−ｉ−ｎフォトダイオード、金属−半導体−金属（Ｍｅｔａｌ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ：ＭＳＭ）構造のフォトダイオード、またはアバランシェ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ）フォトダイオードなどを利用することが好ましい。
また、シリコン基板１０の下面の一側に、レーザダイオード９０を駆動させるドライバー１１０、受信した光信号を電気信号に切り換える受信モジュール（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）１２０、ＶＬＳＩ（Ｖｅｒｙ Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）１３０などが各々付着されることができる。
【００３３】
また、各レンズ形成用溝１０ａの上に位置した光導波路の上面に、例えば、レーザまたはブレードを利用して、互いに対向するように一定角度に傾斜した１対のミラー（Ｍｉｒｒｏｒ）溝８０がさらに形成されることもできる。
このような１対のミラー溝８０は地面から互いに対向するように一定角度（好ましく、約４５度程度）に傾斜してＶ字形で形成することが好ましいが、それに限定されず、各レンズ形成用溝１０ａ間の方向に互いに対向するように４５度角度に傾斜して直角三角形の形態で形成することもできる。また、反射率を一層上げるために、ミラー溝８０の傾斜面に金属を蒸着することもできる。
【００３４】
以下では本発明の第１実施形態による光配線構造物の製造方法についてより詳細に説明する。
図１を参照すれば、先ず、シリコン基板１０に通常のフォトリソグラフィ（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）工程によって円形のマスクパターン２０を形成する。この時、マスクパターン２０は、例えば、フォトレジスト（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）、ＳｉＯ２、またはＳｉＮｘなどが利用され得る。
【００３５】
図２を参照すれば、シリコン基板１０を、例えば、湿式または乾式エッチング法でエッチングし、半径が約５０μｍ〜２００μｍであるレンズ曲面、すなわち、レンズ形成用溝１０ａを形成した後、マスクパターン２０を除去する。
この時、シリコン基板１０の湿式エッチング法は、例えば、フッ酸、硝酸、および酢酸溶液を混合した溶液（例えば、ＨＮＡなど）を用いることができ、各溶液の体積比により、エッチング率、表面粗度、等方性の程度などを調節することができる。
【００３６】
一方、シリコン基板１０は化学気相エッチング法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｅｔｃｈｉｎｇ、ＣＶＥ）を利用してエッチングすることができ、この時、シリコン基板１０の化学気相エッチングはシリコン基板１０をフッ酸と硝酸が混合された蒸気状態の酸（ａｃｉｄ ｖａｐｏｕｒｓ）に露出させることによって行うことができ、各溶液の体積比および蒸気化させる時の温度などにより、エッチング率、表面粗度、等方性の程度などを調節することができる。
【００３７】
図３を参照すれば、レンズ形成用溝１０ａを有するシリコン基板１０に、例えば、酸化（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）法、化学気相蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＣＶＤ）法、スパッタリング（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）法、火炎加水分解（Ｆｌａｍｅ Ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＦＨＤ）法、ゾル・ゲル（Ｓｏｌ−Ｇｅｌ）法などを利用して数マイクロメーターのシリカ層３０を形成する。
【００３８】
この時、前記酸化させる方法としては、例えば、湿式酸化、乾式酸化、高圧酸化のような一般的な酸化法を利用することができる。
一方、シリカ層３０は、レンズ形成用溝１０ａの形状がそのまま維持されるように、レンズ形成用溝１０ａを含むシリコン基板１０の全体上部面に形成することが好ましい。
【００３９】
図４を参照すれば、光導波路を形成するために、シリカ層３０の全体上部面に下部クラッド層４０、コア層５０、および上部クラッド層６０を順次積層する。
この時、下部および上部クラッド層（４０および６０）およびコア層５０を形成する物質としては、例えば、ポリマーまたはシリカなどを用いることができ、形成方法としては、ポリマー物質である場合、半導体工程で利用する、例えば、フォトリソグラフィ、ＲＩＥ、モールディンググ、熱エンボス加工、ＵＶパターニング、Ｌａｓｅｒ ｄｉｒｅｃｔ ｗｒｉｔｉｎｇなどの方法を利用することができる。
【００４０】
一方、シリカ物質である場合、例えば、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法、スパッタリング法、火炎加水分解（ＦＨＤ）法、ゾル・ゲル法などを利用することができる。
特に、下部クラッド層４０を形成する時、レンズ形成用溝１０ａまで同一物質で全て詰められるようにし、下部クラッド層４０の上面が平坦になるように形成する。必要により、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程を経て下部クラッド層４０の上面の平坦化を行うこともできる。
【００４１】
図５を参照すれば、レンズ形成用溝１０ａを有するシリコン基板１０の下面にビアホール７０を形成する。ビアホール７０の形成は、例えば、異方性エッチングによって行われ、レンズ形成用溝１０ａが現れる時まで、すなわち、シリカ層３０の下面の一部分が露出するようにエッチングする。
また、レンズ形成用溝１０ａはシリカによって変形されたため、シリコンとシリカ間の選択的エッチングとなる物質を介してエッチングを行い、レンズ形成用溝１０ａの形状がそのまま維持されるようにする。
【００４２】
図６を参照すれば、シリコン基板１０の下面に、電気的信号によってレーザダイオード（９０、図７参照）を駆動させるドライバー１１０、受信した光信号を電気信号に切り換えるフォトダイオードレシーバー（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）、すなわち、受信モジュール１２０、ＶＬＳＩ１３０などを一般的なＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）工程によって形成する。
【００４３】
図７を参照すれば、各レンズ形成用溝１０ａの上に位置した光導波路の上面に互いに対向するように一定角度（好ましくは、約４５度程度）に傾斜した１対のミラー溝８０を形成する。
【００４４】
次に、シリコン基板１０の下面に、各ビアホール７０が閉鎖されるように、はんだバンプ１４０などを利用してレーザダイオード１００およびフォトダイオード１１０を各々付着する。
この時、ミラー溝８０の形成は、例えば、レーザまたはブレードなどを利用して形成することができ、ミラー溝８０の反射率を一層上げるために傾斜面部分に金属蒸着を行うことができる。
【００４５】
（第２実施形態）
図８〜図１１は本発明の第２実施形態による光配線構造物の製造方法を説明するための断面図である。
図８を参照すれば、前述した図３までの工程を行った後、シリコン基板１０の下面にビアホール７０を形成する。ビアホール７０の形成は、前述した本発明の第１実施形態と同様であるためにその詳細な説明は省略する。
【００４６】
次に、例えば、ポリマーまたはシリカ系の物質をレンズ形成用溝（１０ａ：図３参照）に埋められるようにシリカ層３０の上に詰めてマイクロレンズ１５０を形成する。
この時、マイクロレンズ１５０に詰められる物質は上面が平坦になるようにし、必要により、例えば、全面エッチングまたはＣＭＰ工程を経て平坦化を行うこともできる。
【００４７】
図９を参照すれば、前述した図６と同じように、シリコン基板１０の下面に、ドライバー１１０、受信モジュール１２０、ＶＬＳＩ１３０などを形成する。
【００４８】
図１０を参照すれば、光ファイバー１７０が内蔵された光接続部材１６０（例えば、ＭＴフェルールなど）をシリコン基板１０の上部に付着し、前述した図７と同じように、シリコン基板１０の下面に、各ビアホール７０が閉鎖されるように、はんだバンプ１４０などを利用してレーザダイオード１００およびフォトダイオード１１０を各々付着する。
【００４９】
この時、光接続部材１６０とシリコン基板１０は、例えば、ガイドピンを利用して直接付着するか、場合によってはスペーサー（ｓｐａｃｅｒ）１８０を利用して間隔を空けることもできる（図１１参照）。
一方、光接続部材１６０は、光ファイバー１７０を介してマイクロレンズ１５０に光が伝達されるように、シリカ層３０の上面に付着することが好ましい。
【００５０】
他の一方で、光接続部材１６０に内蔵された光ファイバー１７０は、コア（Ｃｏｒｅ）の大きさが約５０μｍ〜１００μｍであるマルチモード光ファイバーを用いることが好ましく、場合によっては、スペーサーを利用してシングルモード光ファイバーを用いることもできる。
【００５１】
（第３実施形態）
図１２〜図１４は本発明の第３実施形態による光配線構造物の製造方法を説明するための平面図および断面図であり、４×４チャネル並列光接続光配線構造物を示す平面図および断面図である。
図１２を参照すれば、シリコン基板１０に複数のレーザダイオードＬＤとフォトダイオードＰＤをアレイ（Ａｒｒａｙ）するためのレンズ曲面、すなわち、レンズ形成用溝１０ａを形成する。
【００５２】
図１３を参照すれば、前述した図１〜図５の工程を行った後、前述した図６および図７と同じように、シリコン基板１０の下面にアレイされた素子全体を駆動させるか、場合により、個別的に駆動させるドライバー１１０、受信モジュール１２０、ＶＬＳＩ１３０などを通常のＣＭＯＳ工程によって形成した後、アレイされたレーザダイオード（９０−１）とフォトダイオード（１００−１）を付着する。
【００５３】
この時、レーザダイオードアレイは、通常のレーザダイオード間の間隔である約２５０μｍを維持しつつ、集積度を高めるために、図１４のように配列４×４チャネル並列光接続を特徴とする。
【００５４】
（第４実施形態）
図１５は本発明の第４実施形態による光配線構造物を説明するための断面図である。
図１５を参照すれば、本発明の第４実施形態による光配線構造物は、大きく、少なくとも一つのビアホール７０を備えるシリコン基板１０と、ビアホール７０の内部に挿入固定され、入射される光を屈折させるためのレンズＬと、シリコン基板１０の全体上面に形成され、光信号を伝達するために下部クラッド層４０、コア層５０、および上部クラッド層６０が順次積層してなっている光導波路と、シリコン基板１０の下面に各々付着されるレーザダイオード（ＬＤ：９０）およびフォトダイオード（ＰＤ：１００）とを含んでなる。
【００５５】
ここで、シリコン基板１０の上には、例えば、異方性エッチング（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｅｔｃｈｉｎｇ）により、光学通路の役割を果たすための少なくとも一つのビアホール（Ｖｉａ Ｈｏｌｅ）７０が形成されている。
また、シリコン基板１０の厚さに制限はないが、活用用途により、通常、約０．１ｍｍ〜５ｍｍ範囲の基板厚さを用いることができ、基板面は［１００］、［１１０］、［１１１］または［２１１］などの面を用いることができるが、通常、シリコン基板として最も多く用いられる［１００］面のシリコン基板を適用することが好ましい。
【００５６】
レンズＬは、例えば、シリカ（Ｓｉｌｉｃａ）またはガラス（Ｇｌａｓｓ）などからなり、例えば、球形のボールレンズ（Ｂａｌｌ Ｌｅｎｓ）で具現されることが好ましく、ビアホール７０の内部に挿入する時、基板面の上部に突出した部位は平坦に練磨してなり、レンズＬと接触するビアホール７０の内周面部位には、例えば、エポキシ（Ｅｐｏｘｙ）などを用いて堅固に接着させることもできる。
【００５７】
また、前記光導波路は、シリコン基板１０の全体上部面に形成された下部クラッド層４０と、下部クラッド層４０の上面に形成されたコア層５０と、コア層５０の上面に形成された上部クラッド層６０とからなっている。
また、各ビアホール７０の上に位置した光導波路の上面に、例えば、レーザまたはブレード（ｂｌａｄｅ）を利用して互いに対向するように一定角度に傾斜した１対のミラー（Ｍｉｒｒｏｒ）溝８０をさらに形成することもできる。
【００５８】
このような１対のミラー溝８０は、地面から互いに対向するように一定角度（好ましくは、約４５度程度）に傾斜してＶ字形で形成することが好ましいが、それに限定されず、各ビアホール７０間の方向に互いに対向するように４５度角度に傾斜して直角三角形の形態で形成することもでき、反射率を一層上げるためにミラー溝８０の傾斜面に金属を蒸着することもできる。
【００５９】
さらに、ビアホール７０が各々一定間隔離隔して二つ形成される場合、各ビアホール７０が閉鎖されるように、はんだバンプ１４０などを利用してシリコン基板１０の下面に各々レーザダイオード９０およびフォトダイオード１００を付着している。
【００６０】
この時、フォトダイオード１００は、例えば、ＲＣ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｃａｖｉｔｙ）フォトダイオード、ｏ−ｉ−ｎフォトダイオード、金属−半導体−金属（Ｍｅｔａｌ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ：ＭＳＭ）構造のフォトダイオード、またはアバランシェ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ）フォトダイオードなどを利用することが好ましい。
【００６１】
また、シリコン基板１０の下面の一側に、レーザダイオード９０を駆動させるドライバー１１０、受信した光信号を電気信号に切り換える受信モジュール（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）１２０、ＶＬＳＩ（Ｖｅｒｙ Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）１３０などを各々付着することができる。
【００６２】
以下では本発明の第４実施形態による光配線構造物の製造方法についてより詳細に説明する。
図１６〜図２１は本発明の第４実施形態による光配線構造物の製造方法を説明するための断面図である。
図１６を参照すれば、先ず、光導波路を形成するために、シリコン基板１０の全体上部面に下部クラッド層４０、コア層５０、および上部クラッド層６０を順次積層する。
【００６３】
この時、下部および上部クラッド層（４０および６０）およびコア層５０を形成する物質としては、例えば、ポリマー（Ｐｏｌｙｍｅｒ）またはシリカ（Ｓｉｌｉｃａ）などを用いることができ、形成方法としては、ポリマー物質である場合、半導体工程で利用する、例えば、フォトリソグラフィ、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）、モールディング（Ｍｏｌｄｉｎｇ）、熱エンボス加工（Ｈｏｔ Ｅｍｂｏｓｓｉｎｇ）、ＵＶパターニング、Ｌａｓｅｒ ｄｉｒｅｃｔ ｗｒｉｔｉｎｇなどの方法を利用することができる。
【００６４】
一方、シリカ物質である場合、例えば、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法、スパッタリング法、火炎加水分解（ＦＨＤ）法、ゾル・ゲル（ｓｏｌ−ｇｅｌ）法などを利用することができる。
【００６５】
図１７を参照すれば、シリコン基板１０の下面にシリコン基板１０と垂直した断面を有する光学通路であるビアホール７０を形成する。ビアホール７０の形成は、例えば、プラズマイオンエッチング法（Ｐｌａｓｍａ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ、ＰＩＥ）などで異方性エッチング（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｅｔｃｈｉｎｇ）によって行うことができ、光導波路の下部クラッド層４０が露出するようにエッチングする。
【００６６】
図１８および図１９を参照すれば、各ビアホール７０の内部に、例えば、球形のボール（Ｂａｌｌ）レンズＬを挿入した後、シリコン基板１０の全面に酸化層Ｓを形成することにより、レンズＬと接触するビアホール７０の内周面部位の体積膨張により、ビアホール７０の内周面の接触部位がレンズＬと接触して付着されるようにする。
この時、酸化方式は通常のシリコン酸化方式を利用することができ、上記のようにシリコン基板１０の全面に形成された酸化層Ｓは、必要により、一部領域を除いて酸化するか、酸化させた後に一部領域をエッチングなどによって除去することができる。
【００６７】
一方、レンズＬと接触するビアホール７０の内周面部位に、例えば、エポキシ（Ｅｐｏｘｙ）などを用いて堅固に接着（Ｂｏｎｄｉｎｇ）させることもでき、また、レンズＬと接触するビアホール７０の内周面部位に高温を加え、物質的な特性によって接触部位が付着されるようにすることもできる。
【００６８】
図２０を参照すれば、シリコン基板１０の下面に、電気的信号によってレーザダイオード（９０、図２ｆ参照）を駆動させるドライバー１１０、受信した光信号を電気信号に切り換えるフォトダイオードレシーバー（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）すなわち、受信モジュール１２０、ＶＬＳＩ１３０などを一般的なＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）工程によって形成する。
【００６９】
図２１を参照すれば、各ビアホール７０の上に位置した光導波路の上面に互いに対向するように一定角度（好ましくは、約４５度程度）に傾斜した１対のミラー溝８０を形成する。
次に、シリコン基板１０の下面に、各ビアホール７０が閉鎖されるように、はんだバンプ１４０などを利用してレーザダイオード１００およびフォトダイオード１１０を各々付着する。
【００７０】
この時、ミラー溝８０の形成は、例えば、レーザ（Ｌａｓｅｒ）またはブレード（Ｂｌａｄｅ）などを利用して形成することができ、下記にて説明するように、インプリント技術、シリコンウェハー、結晶成長されたシリコンを用いたエッチング方式を利用すれば、傾斜角を正確に調節できる長所がある。ミラー溝８０の反射率を一層上げるために傾斜面部分に金属蒸着を行うことができる。
【００７１】
図２２〜図２５は本発明の第４実施形態に適用されたミラー溝を形成する方法の一例を説明するための断面図であり、インプリント（ｉｍｐｒｉｎｔ）技術を利用してミラー溝８０を形成する方法を示したものである。
図２２を参照すれば、先ず、インプリントで製作される光導波路の上部クラッド層６０の上にレジスト層２００を塗布する。この時、レジスト層２００としては一般的にポリマー（Ｐｏｌｙｍｅｒ）系の樹脂を用い、紫外線（ＵＶ）方式の場合は紫外線硬化性高分子系を用いることが好ましい。
【００７２】
また、レジスト層２００の塗布方法は、例えば、スピンコーティング（Ｓｐｉｎ Ｃｏａｔｉｎｇ）、液滴塗布（Ｄｒｏｐｌｅｔ Ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ）、および噴射（Ｓｐｒａｙ）などの色々な方法を利用することができるが、スピンコーティング法が好ましい。
【００７３】
図２３および図２４を参照すれば、ミラー溝形成用パターン３００ａが形成されたスタンパー３００をレジスト層２００の上面に接触させ、所定圧力で加圧した後、例えば、紫外線で露光するか、熱を加える。
この時、紫外線はスタンパー３００を透過してレジスト層２００に照射される。これにより、紫外線に露出したり熱を受けたりしたレジスト層２００は硬化した後、スタンパー３００を分離させることにより、ミラー溝を形成するためのレジストパターン２００ａを形成する。
【００７４】
一般的に、インプリントを用いたリソグラフィ工程は、レジスト層２００が紫外線（ＵＶ）や熱エネルギーによって硬化することを必要とする。すなわち、熱インプリントにおいては、スタンパー３００、光導波路、または両者の全てが加熱され、インプリント工程中にレジスト層２００を軟化させた後に冷却すれば、インプリントされたレジストパターン２００ａが固体化して、スタンパー３００の除去後にインプリントされた形状を維持する。
【００７５】
一方、紫外線（ＵＶ）硬化インプリントにおいては、透明なスタンパー３００が、例えば、フォトポリマー（ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒ）レジスト層２００でコーティングされた上部クラッド層６０に対して圧力を加える。紫外線での露出後、レジスト内の光開始剤によってレジスト層２００を固体に重合させ、硬化したレジスト層２００に固体化したレジストパターン２００ａを残す。レジストパターン２００ａの完全な形成を確保するために、硬化工程中にスタンパー３００および／または光導波路が形成されたシリコン基板１０に圧力を印加することができる。
【００７６】
図２５を参照すれば、レジストパターン２００ａをエッチング阻止マスクとし、例えば、反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ、ＲＩＥ）のような乾式エッチング法によって残留レジストが除去されることにより、前述したミラー溝８０が形成された光導波路を形成する。形成されるミラー溝８０は、前述したように、互いに対向するように一定角度（好ましくは、４５度）に傾斜するように形成することが好ましい。
【００７７】
本構造においては、ミラー溝８０の傾斜角を正確に形成することが大変重要である。すなわち、４５度傾斜角を形成する場合に正確に４５度になるようにする技術が必要である。このために、本実施形態においては、インプリント技術を活用することによって正確な傾斜度を実現することができる。
【００７８】
一方、レジストパターン２００ａの乾式エッチング時、光導波路とレジスト間の選択比（ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）を利用すれば、インプリントされた傾斜角と異なる傾斜角を転移するように具現することもできる。例えば、光導波路がレジストよりエッチング速度が低い場合、インプリントされた傾斜角より傾斜角が小さくなる。したがって、２つの物質間の選択比とインプリント傾斜角を調節すれば、ミラー溝８０の傾斜角を容易に調節することができる。つまり、インプリント方式を用いる場合に傾斜角の調節が容易になる。
【００７９】
図２６〜図２８は本発明の第４実施形態に適用されたミラー溝を形成する方法の他の例を説明するための断面図であり、シリコン基板１０と同じ物質のミラー溝形成用シリコン層４００の規則的な結晶方向を利用してミラー溝８０を形成する方法を示したものである。
図２６を参照すれば、先ず、光導波路の上部クラッド層６０の上に所定厚さのシリコン層４００を形成するか、シリコン基板を付着して用いることができる。このシリコン層４００は、結晶方向にエッチングされ、一定傾斜角を有し得るものであれば、シリコンウェハーや成長したシリコンの全てを用いることができるという意味である。
【００８０】
シリコン層４００の上に通常のフォトリソグラフィ工程によって補助ミラー溝を形成するためのマスクパターン５００を形成する。この時、マスクパターン５００は、例えば、フォトレジスト（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）、ＳｉＯ２、またはＳｉＮｘなどが利用され得る。
【００８１】
図２７を参照すれば、シリコン層４００を、例えば、湿式または乾式エッチング法によって（好ましくは湿式エッチング）エッチングし、前述したミラー溝８０と同一形状で補助ミラー溝８０ａを形成した後、マスクパターン５００を除去してシリコンパターン４００ａを形成する。
【００８２】
この時、シリコン層４００の湿式エッチング法は、例えば、フッ酸、硝酸、および酢酸溶液を混合した溶液（例えば、ＨＮＡなど）を用いることができ、各溶液の体積比により、エッチング率、表面粗度、等方性の程度などを調節することができる。
一方、シリコン層４００のエッチング時、シリコンの規則的な結晶方向により、補助ミラー溝８０ａをより正確な角度（好ましく、４５度）に傾斜するように形成することができる。
【００８３】
図２８を参照すれば、シリコンパターン４００ａをエッチング阻止マスクとし、例えば、反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ、ＲＩＥ）のような乾式エッチング法によって残留シリコン層が除去されることにより、前述したミラー溝８０が形成された光導波路を形成する。この時、形成されるミラー溝８０は、前述したように、互いに対向するように一定角度（好ましくは、４５度）に傾斜するように形成することが好ましい。
【００８４】
前述したように、本発明に係る光配線構造物およびその製造方法に対する好ましい実施形態を説明したが、本発明は、それに限定されず、特許請求の範囲と発明の詳細な説明および添付図面の範囲内で様々に変形して実施することができ、それもまた本発明に属する。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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