(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状のコア層中に光信号を伝播させるための光路変換用構造体を有する二次元光導波路の製造方法であって、
基板上の所定の位置に熱可塑性材料の第１構造体を形成する第１の工程と、
熱処理により前記第１構造体を変形させ、半球形状の前記光路変換用構造体を形成する第２の工程と、
前記光路変換用構造体上に反射膜を形成する第３の工程と、
前記光路変換用構造体及び前記基板上にシート状の光導波部を形成する第４の工程と、
を有することを特徴とする二次元光導波路の製造方法。
【請求項２】
前記熱可塑性材料が、レジスト、感光性樹脂、光硬化樹脂、あるいは電子線硬化樹脂のいずれかである請求項１記載の二次元光導波路の製造方法。
【請求項３】
前記反射膜がCrとAuを含む請求項１記載の二次元光導波路の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の前記二次元光導波路に、発光素子を実装する第５の工程を含む二次元光導波装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次元光導波路ないし二次元光導波装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話や個人情報端末の急速な普及に伴い、機器の更なる小型・軽量化また高機能化が求められている。しかし、小型・軽量化と高機能化により回路基板の高速化と高集積化が進み、配線遅延、EMI（Electromagnetic Interference：電磁干渉ノイズ）の発生などの問題への対応が急務となっている。
【０００３】
これらの問題を解決する手段として、従来の電気配線で問題となっていた配線遅延、信号劣化が解決され、配線から放射される電磁干渉ノイズが低減され、かつ高速伝送が可能である光配線技術が期待されている。例えば、この光配線の利点を用いた一つの提案では、次の様な光回路基板が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この光回路基板では、光配線部と電気配線部を分離し、電子機器からの電圧信号により基体上の光スイッチ或いは光変調器を駆動させて該基体上に設けられた光導波路を伝送する光を変調し、こうして電気信号を光信号に変換して伝送する。そして、該基体或いは他の基体上に設けられた受光素子により該光信号を受けて電気信号に変換し、他の電子機器または同一の電子機器の他の部分に信号を伝達する。
【０００４】
また、他の提案においては、光導波路に対して垂直に出入射される光を効率良く結合させるために、45度傾いたミラーを用いている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平9-96746号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開2000-199827号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の方法は、電気配線における問題点を光配線で補ったものであるが、光配線が伝送線路（線状のポリマー導波路）であるため、電気／光信号変換或いは光／電気信号変換を行う場所が規定されてしまう。また、特許文献２の方法は、光導波路への入射光の結合のため及び光導波路を伝播してきた光を受光素子に結合させるために45度ミラーを用いているので、伝送路が線路となり、複数の伝送路を形成する場合には、発光素子及び受光素子の位置が制限されて設計の自由度が小さくなる。
【０００８】
本発明の目的は、光信号の伝送路が線路(主として一方向にのみ光伝搬を許す光導波路)であるために設計の自由度が制限されるという前述の課題に鑑み、光の集光や散乱に好適な光路変換部を備えた二次元型の光導波路ないし二次元光導波装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る二次元光導波路の製造方法は、
シート状のコア層中に光信号を伝播させるための光路変換用構造体を有する二次元光導波路の製造方法であって、
基板上の所定の位置に熱可塑性材料の第１構造体を形成する第１の工程と、
熱処理により前記第１構造体を変形させ、半球形状の前記光路変換用構造体を形成する第２の工程と、
前記光路変換用構造体上に反射膜を形成する第３の工程と、
前記光路変換用構造体及び前記基板上にシート状の光導波部を形成する第４の工程と、
を有することを特徴とする。
また、本発明に係る二次元光導波装置の製造方法は、前記二次元光導波路に、発光素子を実装する第５の工程を含むことを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記第２の工程により前記構造体に曲面を形成し、光路変換部として機能させることができる。前記第４の工程は、前記基板及び前記構造体上にコア層を形成し、該コア層上にクラッド層を形成する工程を含んでもよい。前記構造体を構成する材料としては、レジスト、感光性樹脂、光硬化樹脂、あるいは電子線硬化樹脂、さらには比較的低温の融点を持つ金属や金属ペーストを用いることができる。前記二次元光導波路と、電子デバイスが搭載されたプリント配線基板とを、発光素子と受光素子の少なくとも一方を介して接合することもできる。
【００１２】
更に、本発明は、以下のより具体的な製造方法及び二次元光導波装置を含む。すなわち、電気信号を光信号に変換する発光素子や、光信号を電気信号に変換する受光素子の配置が制限されることなく、光を二次元光導波路全域に拡散させ得る光散乱体及び二次元光導波路を伝搬してきた光を所望方向に出射させ得る光散乱体の少なくとも一方を有した二次元光導波装置及び光電融合配線基板の容易かつ低コストな製造方法を含む。
【００１３】
こうした本発明の二次元光導波装置の製造方法は、シート状のコア層を少なくとも含み、発光素子または受光素子の配置されるべき個所の近傍に光路変換用微小構造体が配置された二次元光導波装置の製造方法であって、熱可塑材料の第1の微小構造体を基板上の所定の位置に形成する第1の工程と、第1の微小構造体を熱処理により溶融・再固化して第2の微小構造体に変形する第2の工程と、第2の微小構造体を含む基板全体をコア層で覆う第3の工程とを含むことを特徴とする。
【００１４】
この製造方法において、以下の如き具体的な実施の態様が可能である。
前記二次元光導波装置はシート状のコア層とそれを挟む第1及び第2のクラッド層が積層される構造を有し、前記第1の工程で、第1の微小構造体を前記基板である第1のクラッド層の所定の位置に形成し、前記第3の工程で、第2の微小構造体を含む基板全体をコア層及び第2のクラッド層で覆う態様を採り得る。更に、前記第2の微小構造体の表面に反射膜を形成する第4の工程を含み得る。この場合、典型的には、第4の工程おいて、反射膜が金属の蒸着により形成される。更に、前記コア層上或いはコア層中、または前記第2のクラッド層上或いは第2のクラッド層中に、発光素子と受光素子の少なくとも一方を実装する第5の工程を含み得る。この第5の工程において、典型的には、光素子の実装ガイドをフォトリソグラフィー及びエッチング技術を用いて形成して該ガイドに光素子を実装する。
【００１５】
前記第1の工程では、複数の第1の微小構造体を前記基板上の所定の位置に配置して形成し、前記第2の工程で、複数の第1の微小構造体を熱処理により複数の第2の微小構造体に一括して変形する様にできる。この場合、第1の工程で、形状の揃った複数の第1の形状を有する微小構造体を前記基板上の所定の位置に配置して形成し、前記第2の工程で、複数の第1の形状を有する微小構造体を第2の形状を有する微小構造体に一括して均一に変形する様にもできる。この態様において、本発明の製造方法の特徴が大いに発揮される。
【００１６】
前記第1の工程において、前記構造体を構成する材料としては、レジスト、感光性樹脂、光硬化樹脂、あるいは電子線硬化樹脂、さらには比較的低温の融点を持つ金属や金属ペーストを用いることができる。また、前記第1の工程において、典型的には、前記第1の微小構造体の形状が円柱などの柱状であり、前記第2の微小構造体の形状がほぼ半球状である。この場合、基板表面を適当に撥水処理するなどして、熱処理変形される熱可塑材料の形状及び曲率を適当に制御することもできる。基板の表面エネルギーは撥水処理により小さくなり、熱可塑材料はより強く弾かれることになる。撥水処理の例としては、フッ素を有する官能基を持つシランカップリング剤で基板表面を処理して撥水面を形成する例がある。
【００１７】
また、前記基板の材料はガラスであったり、前記コア層及び第2のクラッド層の材料は有機高分子ないし樹脂であったりする。
【００１８】
更に、上記課題を解決するために、本発明のより具体的な光電融合配線基板の製造方法は、上記の二次元光導波装置の製造方法を用いて製造された二次元光導波装置と、LSI等の電子素子が混載されたプリント配線基板とを接合し、プリント配線基板上の電子素子から出力される全て或いは一部の電気信号が、発光素子を介して光信号に変換され、該光信号が光路変換用微小構造体により散乱されてコア層中を二次元的に伝搬し、任意の受光素子近傍において光路変換用微小構造体により散乱されて該受光素子を介して電気信号に変換され、該変換された電気信号がプリント配線基板上の電気素子に電気的に結合される光電融合配線基板の製造方法であって、二次元光導波装置とプリント配線基板を接合するのに際し、電子素子の電気信号出力端子に発光素子を実装し、電子素子の電気信号入力端子に受光素子を実装する工程と、電子素子に実装された該発光素子及び受光素子を該二次元光導波装置の実装ガイドに接合する工程を有することを特徴としたり、二次元光導波装置とプリント配線基板を接合するのに際し、該発光素子及び受光素子を該二次元光導波装置の実装ガイドに実装する工程と、該二次元光導波装置に実装された発光素子及び受光素子の電極と、プリント配線基板上に実装された電子素子の出力端子及び入力端子とをそれぞれ接合する工程を有することを特徴としたりする。
【００１９】
上記構成の製造方法において、例えば、形状の揃った複数の第1の形状を有する微小構造体を第1のクラッド層の任意の位置に配置する工程において、微小構造体熱可塑材料としてフォトレジスト（例えばAZ9260）を用い、円形パターン（例えば開口径50μm）のフォトマスクを用い且つ垂直に露光現像する条件を用いることで、円柱状のパターンを一括して容易に作製することができる。
【００２０】
前記第1の微小構造体を第2の微小構造体に変形する工程（形状の揃った複数の微小構造体の場合は、一括して均一に変形する工程）において、一定の熱処理を行うことで、例えば、円柱状の微小構造体を半球状の微小構造体に変形できることが実験的に見出された。例えば、窒素雰囲気、摂氏160度のオーブンにて30分間熱処理を行うと、半径50μmの半球状のパターンが一様に形成できる。この工程において特徴的なことは、例えば、第１の工程の円柱状のパターン精度が多少悪くても、第２の工程では一括して均一な形状の半球パターンに変形できることにあり、低コストに光路変換用微小構造体を形成できる点にある。この半球形状は、二次元光導波路を有する光電融合配線基板にとって不可欠な光散乱体或いは光集光体の理想的な形状であり、本製造方法は極めて効果的な製造工程となっている。また、レジスト以外の熱可塑材料（例えば、感光性樹脂、紫外線硬化樹脂などの光硬化樹脂、電子線硬化樹脂、更には比較的低温の融点を持つ金属や金属ペースト）でも同様の効果が見出されている。
【００２１】
前記第２の微小構造体の表面に反射膜を形成する工程は、散乱効果を高めるために、表面反射率を上げるための工程であり、例えば、メタル蒸着による一括して形成する方法を用いている。伝搬波長に対して適切な反射率を有するメタル或いは誘電体層（多層膜ミラー）を用いることが効果的である。微小構造体の屈折率がコア層の屈折率より小さい場合は、反射膜を設けなくても良い場合もある。更には、微小構造体の表面を粗面にして散乱効果を高める方法もある。
【００２２】
前記微小構造体を含む基板全体をコア層（或いは、コア層及び第2のクラッド層）で覆う工程は、前記微小構造体を平坦に埋め込むための工程であり、少なくともコア層に関しては、簡便に平坦化できる塗布法を用いている。
【００２３】
前記コア層上或いはコア層中、または該第2のクラッド層上或いは第2のクラッド層中に、前記発光素子或いは受光素子を実装する工程では、実装を容易にするために発光素子或いは受光素子を嵌合するためのガイドを形成することで、前記光路変換用微小構造体との位置合わせ精度を向上させられる。
【００２４】
以上のように、光散乱体や光集光体として用いる光路変換用微小構造体を、低コストに任意パターンで形成できることが本発明の製造方法の特徴の１つである。
【００２５】
また、上記二次元光導波装置は、従来のプリント配線基板と積層することで光電融合基板として機能することを特徴とする。二次元光導波装置とプリント配線基板の積層方法として、発光素子或いは受光素子を二次元光導波路に前記実装ガイドを介して実装した後にプリント配線基板と電気的に接続するか、或いはプリント配線基板に発光素子或いは受光素子を実装した後に、前記実装ガイドを介して二次元導波路とプリント配線基板を電気的に接続してもよい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。この実施形態では、まず、図１（ａ）に示されるように基板１００上に熱可塑性材料を含み構成される構造体１０２を備えた部材を用意する（第１の工程）。次に、図１（ｂ）に示すように該構造体１０２を熱処理により変形させる（第２の工程）。熱処理による変形は、構造体の溶融、及び再固化という現象を経て行われる。当該変形により該構造体は光路変換部として機能する形状（例えば曲面形状）を有することになる。その後、基板１００と構造体１０４上に光導波部を形成し、光路変換部を備えた二次元光導波路を得る（不図示）。
【００２７】
なお、必要に応じて該構造体表面に反射膜を形成するための処理を行なう。具体的には、図１（ｃ）に示すように該基板１００上にレジストマスク１０６を形成する。該レジストマスク１０６上と該構造体１０４上に反射膜１０８を形成し（図１（ｄ））、該レジストマスク１０６を除去する（図１（ｅ））。
【００２８】
また、上記した光導波部の形成は、以下のように行なってもよい。
即ち、図1(f)に示すように、コア層112及び第2のクラッド層114を形成するのである。なお、前記した基板１００がコア層１１２に対して、クラッド層として機能するように基板の材料を選択すれば、クラッド層／コア層／クラッド層という構成の光導波路が得られる。
【００２９】
また更に、図1(ｇ)に示すように、発光素子116及び受光素子118を実装して二次元光導波装置を得ることができる。そして、この二次元光導波装置を含む配線基板（光電融合基板）を用いた情報処理装置の提供も可能である。
【００３０】
本実施の形態によれば、前記構造体１０２を熱処理により変形させて光路変換部を形成するので、基板上に複数の構造体がある場合においても、それらを一括して変形させることができる。
【００３１】
前記基板１００としては、例えばガラス基板などを用いることができる。但し、前記基板としては前記光導波部を構成する材料よりも屈折率の低い材料を用いることが好ましい。前記構造体１０２としては、熱可塑性を有する材料であれば特に限定されるものではないが、ポジレジスト、ネガレジスト、感光性ポリシラン樹脂、ハンダ（錫-銀−銅）などの比較的融点の低い金属、銀ペーストなどの金属ペーストを用いることもできる。
【００３２】
前記構造体１０２の形状を円柱、四角柱あるいは多角柱形状にして、所望の光路変換部を作製することもできる。なお、前記構造体の上面図を長方形や正方形にしておけば、それぞれ、かまぼこ型や半球型の光路変換部を形成することができる。
【００３３】
また、前述の第１工程と第２の工程の間で、前記構造体１０２を部分的に露光したり、レーザ照射することで、前記構造体の加熱による変形度合いを制御してもよい。また、前記基板１００と前記構造体１０２を同一の材料で構成することもできる。例えば、基板及び構造体を構成する材料として、感光性を有したポリシラン樹脂（感光性ポリシラン系樹脂）を用いて、図１の（ａ）に示す部材を用意するのである。
【００３４】
【実施例】
以下に、より具体的な実施例を図面に沿って説明する。
（第1の実施例）
図2は、微小構造体熱可塑材料としてレジストを用いた第1の実施例の二次元光導波装置の製造方法を説明する模式的断面図である。同図において、200は基板としての第1クラッド層、202は微小構造体材料、204は光路変換用微小構造体の配置に合わせて所望の遮光部パターンを有するフォトマスク、206は第1の形状を有する複数の微小構造体、208は第2の形状を有する複数の微小構造体、210は第1クラッド層200上に形成されるレジストマスク、212は第1クラッド層200と微小構造体208の上に形成される反射膜材料、214は微小構造体208上の反射膜、216はコア層、218は第2のクラッド層、220は発光素子、222は受光素子である。
【００３５】
まず、図2(a)に示すように、第1のクラッド層として機能するガラス基板（Corning7059）200上に、微小構造体材料であるレジスト（AZ9260）202をスピンコーターを用いて塗布し、フォトマスク204（直径50μmの円形遮光部パターンを複数有する）を用いてレジスト202を選択的に露光する。その後、図2(b)に示すように、現像過程を経て、半径50μm、高さ35μmの円柱状の第1の形状を有する微小構造体206を形成する。この状態で、図2(c)に示すように、窒素雰囲気、摂氏160度のオーブンに30分間導入し、レジストで形成した前記第1の形状を有する微小構造体206に対して熱処理による溶融・再固化を行い、半径50μmの半球状に変形した第2の形状を有する微小構造体208を形成する。上記円柱形状のアスペクトは、場合に応じて、自由に設定できる。
【００３６】
次に、スピンコーターを用いてフォトレジストを全面に塗布し、露光・現像過程を経た後、図2(d)に示す如く、半球状に変形した第2の形状を有する微小構造体208の表面のみを露出するようにレジストマスク210を形成する。続いて、図2(e)に示すように、電子ビーム蒸着装置を用いて反射膜材料212であるCr/Au（Crの厚さ：50nm、Auの厚さ：200nm）を全面に蒸着する（ここで、CrはAuの反射膜と微小構造体208の表面との接合を強化する為の接着剤の役目をする）。この反射膜により、波長600nm以上の光において反射率90％以上を得ることができる。そして、図2(f)に示すように、図2(e)の基板を摂氏80度に加熱したリムーバー液に浸し、超音波洗浄機にかけて、半球状に変形した第2の形状を有する微小構造体208の表面のみに反射膜214をリフトオフにより形成する。
【００３７】
続いて、図2(g)に示すように、ガラス基板200よりも屈折率の大きい高分子材料（ポリカーボネート樹脂、屈折率：1.58）を塗布し硬化させて、層厚100μmのコア層216を形成する。更に、コア層216よりも屈折率の小さい高分子材料（ノルボルネン樹脂、屈折率：1.51）を塗布し硬化させて、層厚40μmの第2のクラッド層218を形成する。本実施例では、微小構造体208上に反射膜214を形成するので、微小構造体208の屈折率とコア層216の屈折率の大小関係はあまり重要ではない。
【００３８】
次に、図2(h)に示すように、半球状の第2の形状を有する微小構造体208上の位置に、光素子実装用の溝を形成するためのレジストマスク（図示せず）を形成する。この状態で、二次元光導波路を反応性イオンエッチング（RIE）装置に導入し、第2のクラッド層218の選択的なエッチングを行う。このときのエッチング条件はRFパワー：500W、圧力：2Pa、O2ガス流量：20sccmである。このエッチングにより、光素子実装ガイド（図示せず）が形成され、このガイドに発光素子220或いは受光素子222を実装することで、二次元光導波装置が得られる。
【００３９】
この様にして作製された二次元光導波装置では、図3に示すように反射膜214を有した半球状に変形した第2の形状の微小構造体208が配置されているため、半球状の微小構造体208の上部から入射された光は（この光は微小構造体208のほぼ全体に当るようにするのが良い）、反射膜214付き微小構造体208で効率良く散乱され、ほぼこの周り360度にわたりコア層216全域に伝搬させられる。また、コア層216を伝搬してきた光は、半球状に変形した第2の形状の反射膜214付き微小構造体208により散乱され、半球状の微小構造体208の上方へ出射させられる。こうして発光素子220からの光は受光素子222に確実に伝送される。
【００４０】
本実施例では、第1のクラッド層200、コア層216及び第2のクラッド層218の材料の組み合わせとして、それぞれガラス基板、ポリカーボネート樹脂及びノルボルネン樹脂を用いたが、これらに限定されるものではない。コア層材料が第1、第2のクラッド層材料と比較して屈折率の大きい材料であれば、ポリイミド樹脂やアクリル樹脂やフッ素化ポリイミドや感光性を有したポリシラン系樹脂などを用いた組み合わせであってもよい。これらの材料が適宜利用できることは、後述の実施例でも同様である。
【００４１】
また、本実施例では、第1クラッド層200の材料としてガラス基板を用いたが、これに限定されるものではない。コア層216の材料と比較して屈折率の小さな樹脂フィルムなどであってもよく、この場合、折り曲げ可能な二次元光導波装置を得ることが出来る。更には、コア層のみで二次元光導波路を構成してもよい。この場合、コア層は形成後に基板から剥離したり、光素子はコア層上或いはコア層内に実装したりすればよい。
【００４２】
また、本実施例では、コア層216及び第2のクラッド層218の層厚をそれぞれ100μm及び40μmとしたが、これらに限定されるものではなく、所望の機能を果たすものであれば任意の層厚であってもよい。
【００４３】
また、本実施例では、第1の形状を有する微小構造体206を半径50μm、高さ35μmの円柱形状としたが、これに限定されるものではなく、楕円柱、角柱などの形状また任意のサイズでもよい。
【００４４】
また、本実施例では、光素子実装ガイドをエッチングにより形成するが、これに限定されるものではない。感光性を有した樹脂材料を第2のクラッド層218の材料として用いることで、露光・現像過程を経て光素子実装ガイドを形成してもよい。
【００４５】
また、本実施例では、露光・現像過程を経て、第1の形状を有する微小構造体206を形成するが、これに限定されない。熱可塑材料の塗布・エッチング処理、熱可塑材料の所望パターンでの滴下などで形成してもよい。材料、目的等に応じて適当に選択すればよい。
【００４６】
（第2の実施例）
図4は、第2の実施例の二次元光導波路を用いた光電融合配線基板の製造方法を説明する模式的断面図である。同図において、300は第1のクラッド層、302は微小構造体材料、304はフォトマスク、306は第1の形状を有する微小構造体、308は第2の形状を有する微小構造体、310はレジストマスク、312は反射膜材料、314は反射膜、316はコア層、318は第2のクラッド層、320は二次元光導波路、322はレジストマスク、324は光素子実装ガイド、326はLSIチップ、328はプリント配線基板、330は発光素子、332は受光素子、334は光電融合配線基板である。
【００４７】
まず、図4(a)に示すように、第1のクラッド層として機能するガラス基板（Corning7059）300上に、微小構造体材料であるレジスト（AZ9260）302をスピンコーターを用いて塗布し、これをフォトマスク304（直径50μmの円形パターン）を用いて露光する。その後、図4(b)に示すように、現像過程を経て、半径50μm、高さ35μmの円柱状の第1の形状を有する微小構造体306を形成する。この状態で、図4(c)に示すように、窒素雰囲気、摂氏160度のオーブンに30分間導入し、レジストで形成した前記第1の形状の微小構造体306に対して熱処理による溶融・再固化を行い、半径50μmの半球状に変形した第2の形状を有する微小構造体308を形成する。
【００４８】
次に、スピンコーターを用いてフォトレジストを全面に塗布し、露光・現像過程を経た後、図4(d)に示すように、半球状に変形した第2の形状の微小構造体308の表面のみを露出するようにレジストマスク310を形成する。続いて、図4(e)に示すように、電子ビーム蒸着装置を用いて、反射膜材料312であるCr/Au（Crの厚さ：50nm、Auの厚さ：200nm）を全面に蒸着する。この反射膜により、波長660nmの光において反射率90％以上を得ることができる。そして、図4(f)に示すように、摂氏80度に加熱したリムーバー液に浸し、超音波洗浄機にかけて、半球状に変形した第2の形状の微小構造体308の表面のみに反射膜314が形成される。
【００４９】
続いて、図4(g)に示すように、ガラス基板300よりも屈折率の大きい高分子材料（ポリカーボネート樹脂、屈折率：1.58）を塗布し硬化させて、層厚100μmのコア層316を形成する。続いて、コア層316よりも屈折率の小さい高分子材料（ノルボルネン樹脂、屈折率：1.51）を塗布し硬化させて、層厚40μmの第2のクラッド層318を形成し、二次元光導波路320を得る。
【００５０】
次に、図4(h)に示すように、半球状の第2の形状を有する微小構造体308上に、光素子実装用の溝を形成するためのレジストマスク322を形成する。この状態で、二次元光導波路を反応性イオンエッチング（RIE）装置に導入し、第2のクラッド層318のエッチングを行う。このときのエッチング条件はRFパワー：500W、圧力：2Pa、O2ガス流量：20sccmである。このエッチングにより、図4(i)に示すように、光素子実装ガイド324が得られる。以上の過程は第1の実施例と実質的に同じである。
【００５１】
次に、図4(j)に示すように、電気信号の入出力端子をパッケージの上面に備えたLSIチップ326の実装されたプリント配線基板328を形成する。続いて、プリント配線基板328上に実装されたLSIチップ326上に発光素子330及び受光素子332を実装する。そして、図4(k)に示すように、プリント配線基板328上に実装されたLSIチップ326上の発光素子330及び受光素子332を、光素子実装ガイド324内に嵌め込み、光学接着剤を介して二次元光導波路320と接合し、光電融合配線基板334を得る。
【００５２】
この様にして作製される光電融合配線基板334は、LSIチップ326からのロジック信号を電気信号として伝送する場合と比較して、基本的に電磁無誘導である光で伝送するため、EMIの発生が抑制される。また、この様にして作製される光電融合配線基板334は、プリント配線基板328の設計を変更することなく作製できるため、コストの点においても有利である。また、電気信号の入出力端子をパッケージの上面に備えたLSIチップ326を用いることで、電気信号と光信号を変換する発光素子や受光素子をプリント配線基板328上に直接配置する必要がないため、プリント配線基板328の実装面積の増大を抑制できる。
【００５３】
本実施例でも、第1の実施例の所で説明した変更と同様な変更が可能である。
【００５４】
（第3の実施例）
図5は、第3の実施例の二次元光導波路を用いた光電融合配線基板の製造方法を説明する模式的断面図である。同図において、400は第1のクラッド層、402は微小構造体材料、404はフォトマスク、406は第1の形状を有する微小構造体、408は第2の形状を有する微小構造体、410はレジストマスク、412は反射膜材料、414は反射膜、416はコア層、418は第2のクラッド層、420は二次元光導波路、422はレジストマスク、424は光素子実装ガイド、426は発光素子、428は受光素子、430はLSIチップ、432はプリント配線基板、434は光電融合配線基板である。
【００５５】
まず、図5(a)に示すように、第1のクラッド層として機能するガラス基板（Corning7059）400上に、微小構造体材料であるレジスト（AZ9260）402をスピンコーターを用いて塗布し、フォトマスク404（直径50μmの円形パターン）を用いて露光する。その後、図5(b)に示すように、現像過程を経て、半径50μm、高さ35μmの円柱状の第1の構造を有する微小構造体406を形成する。この状態で、図5(c)に示すように、窒素雰囲気、摂氏160度のオーブンに30分間導入し、レジストで形成した前記第1の形状の微小構造体に対して熱処理による溶融・再固化を行い、半径50μmの半球状に変形した第2の形状を有する微小構造体408を形成する。
【００５６】
次に、スピンコーターを用いてフォトレジストを全面に塗布し、露光・現像過程を経た後、図5(d)に示すように、半球状に変形した第2の形状を有する微小構造体408の表面のみを露出するようにレジストマスク410を形成する。続いて、図5(e)に示すように、電子ビーム蒸着装置を用いて、反射膜材料412であるCr/Au（Crの厚さ：50nm、Auの厚さ：200nm）を全面に蒸着する。この反射膜により、波長600nm以上の光において反射率90％以上を得ることができる。そして、図5(f)に示すように、摂氏80度に加熱したリムーバー液に浸し、超音波洗浄機にかけて、半球状に変形した第2の形状を有する微小構造体408の表面のみに反射膜414を形成する。
【００５７】
続いて、図5(g)に示すように、ガラス基板400よりも屈折率の大きい高分子材料（ポリカーボネート樹脂、屈折率：1.58）を塗布し硬化させて、層厚100μmのコア層416を形成する。そして、コア層416よりも屈折率の小さい高分子材料（ノルボルネン樹脂、屈折率：1.51）を塗布し硬化させて、層厚40μmの第2のクラッド層318を形成し、二次元光導波路420を得る。
【００５８】
次に、図5(h)に示すように、半球状の第2の形状を有する微小構造体408上に、光素子実装用の溝を形成するためのレジストマスク422を形成する。この状態で、二次元光導波420を反応性イオンエッチング（RIE）装置に導入し、第2のクラッド層418のエッチングを行う。このときのエッチング条件はRFパワー：500W、圧力：2Pa、O2ガス流量：20sccmである。このエッチングにより、図5(i)に示すように、光素子実装ガイド424を得る。次に、図5(j)に示すように、光素子実装ガイド424に、発光素子426及び受光素子428を光学接着剤を用いて実装する。以上の過程は第1の実施例と実質的に同じである。
【００５９】
続いて、図5(k)に示すように、電気信号の入出力端子をパッケージの上面に備えたLSIチップ430を実装したプリント配線基板432を形成する。次に、図5(l)に示すように、発光素子426或いは受光素子428の電極パッドをLSIチップ430の入出力端子に接続するように、二次元光導波装置420とプリント配線基板432を接合し、光電融合配線基板434を得る。
【００６０】
この様にして作製される光電融合配線基板434も、LSIチップ430からのロジック信号を電気信号として伝送する場合と比較して、基本的に電磁無誘導である光で伝送するため、EMIの発生が抑制される。その他、第2の実施例と同様な効果が得られる。
【００６１】
本実施例でも、第1の実施例の所で説明した変更と同様な変更が可能である。
【００６２】
（第4の実施例）
図6は、微小構造体材料として紫外線硬化樹脂を用いた第4の実施例の二次元光導波装置の作製方法を説明する模式的断面図である。同図において、500は第1のクラッド層、502は微小構造体材料、504はフォトマスク、506は第1の形状を有する微小構造体、508は第2の形状を有する微小構造体、510はレジストマスク、512は反射膜材料、514は反射膜、516はコア層、518は第2のクラッド層、520は発光素子、522は受光素子である。
【００６３】
まず、図6(a)に示すように、第1のクラッド層として機能するガラス基板（Corning7059）500上に、微小構造体材料である紫外線硬化樹脂502をスピンコーターを用いて塗布し、フォトマスク504（半径30μmの円形紫外光透過部パターン）を用いて露光する。その後、図6(b)に示すように、紫外線未照射部を除去して半径30μm、高さ50μmの円柱状の第1の形状を有する微小構造体506を形成する。この状態で、図6(c)に示すように、窒素雰囲気、摂氏200度のオーブンに60分間導入し、紫外線硬化樹脂で形成した第1の形状を有する微小構造体に対して熱処理による溶融・再固化を行い、半径50μmの半球状に変形した第2の形状を有する微小構造体508を形成する。
【００６４】
次に、スピンコーターを用いてフォトレジストを全面に塗布し、露光・現像過程を経た後、図6(d)に示すように、半球状に変形した第2の形状を有する微小構造体508の表面のみを露出するようにレジストマスク510を形成する。続いて、図6(e)に示すように、電子ビーム蒸着装置を用いて、反射膜材料512であるCr/Au（Crの厚さ：50nm、Auの厚さ：200nm）を蒸着する。この反射膜により、波長600nm以上の光において反射率90％以上を得ることができる。そして、図6(f)に示すように、摂氏80度に加熱したリムーバー液に浸し、超音波洗浄機にかけて、半球状に変形した第2の形状を有する微小構造体508の表面のみに反射膜514を形成する。
【００６５】
続いて、図6(g)に示すように、ガラス基板500よりも屈折率の大きい高分子材料（ポリカーボネート樹脂、屈折率：1.58）を塗布し硬化させて、層厚100μmのコア層516を形成する。続いて、コア層516よりも屈折率の小さい高分子材料（ノルボルネン樹脂、屈折率：1.51）を塗布し硬化させて、層厚40μmの第2のクラッド層518を形成する。
【００６６】
次に、図6(h)に示すように、半球状の第2の形状を有する微小構造体508上に、光素子実装用の溝を形成するためのレジストマスク（図示せず）を形成する。この状態で、二次元光導波素子を反応性イオンエッチング（RIE）装置に導入し、第2のクラッド層518のエッチングを行う。このときのエッチング条件は、RFパワー：500W、圧力：2Pa、O2ガス流量：20sccmである。このエッチングにより、光素子実装ガイド（図示せず）を形成し、発光素子520或いは受光素子522を実装し、二次元光導波装置を得る。
【００６７】
このようにして作製される二次元光導波装置は、図7に示すように反射膜514を有した半球状の第2の形状を有した微小構造体508が配置されているため、半球状の第2の形状の微小構造体508の上部の発光素子520から入射された光は、効率良く散乱され、二次元光導波装置全域に拡散させられる。また、コア層516を伝搬してきた光は、半球状の第2の形状を有した微小構造体508により散乱され、半球状の第2の形状の微小構造体508の上方の受光素子522方向へ出射させられる。
【００６８】
本実施例では、第1の構造を有する微小構造体506を半径30μm、高さ50μmの円柱形状としたが、これに限定されるものではなく、楕円柱、角柱などの形状また任意のサイズでもよい。その他、本実施例でも、第1の実施例の所で説明した変更と同様な変更が可能である。
【００６９】
（第5の実施例）
図8は、第5の実施例の二次元光導波路を用いた光電融合基板の作製方法を説明する模式的断面図である。同図において、600は第1のクラッド層、602は微小構造体材料、604はフォトマスク、606は第1の形状を有する微小構造体、608は第2の形状を有する微小構造体、610はレジストマスク、612は反射膜材料、614は反射膜、616はコア層、618は第2のクラッド層、620は二次元光導波路、622はレジストマスク、624は光素子実装ガイド、626はLSIチップ、628はプリント配線基板、630は発光素子、632は受光素子、634は光電融合配線基板である。
【００７０】
まず、図8(a)に示すように、第1のクラッド層として機能するガラス基板（Corning7059）600上に、微小構造体材料である紫外線硬化樹脂602をスピンコーターを用いて塗布し、フォトマスク604（半径30μmの円形パターン）を用いて露光する。その後、図8(b)に示すように、紫外線未照射部を除去して半径30μm、高さ35μmの円柱状の第1の形状を有する微小構造体606を形成する。この状態で、図8(c)に示すように、窒素雰囲気、摂氏200度のオーブンに60分間導入し、紫外線硬化樹脂で形成した第1の形状を有する微小構造体606に対して熱処理による溶融・再固化を行い、半径50μmの半球状に変形した第2の形状を有する微小構造体608を形成する。
【００７１】
次に、スピンコーターを用いてフォトレジストを全面に塗布し、露光・現像過程を経た後、図8(d)に示すように、半球状に変形した第2の形状を有する微小構造体608の表面のみを露出するようにレジストマスク610を形成する。続いて、図8(e)に示すように、電子ビーム蒸着装置を用いて反射膜材料612であるCr/Au（Crの厚さ：50nm、Auの厚さ：200nm）を全面に蒸着する。この反射膜により、波長600nm以上の光において反射率90％以上を得ることができる。そして、図8(f)に示すように、摂氏80度に加熱したリムーバー液に浸し、超音波洗浄機にかけて、半球状に変形した第2の形状の微小構造体608の表面のみに反射膜614を形成する。
【００７２】
続いて、図8(g)に示すように、ガラス基板600よりも屈折率の大きい高分子材料（ポリカーボネート樹脂、屈折率：1.58）を塗布し硬化させて、層厚100μmのコア層616を形成する。そして、コア層616の屈折率よりも小さい高分子材料（ノルボルネン樹脂、屈折率：1.51）を塗布し硬化させて、層厚40μmの第2のクラッド層618を形成し、二次元光導波路620を得る。
【００７３】
次に、図8(h)に示すように、半球状の第2の形状を有する微小構造体608上に光素子実装用の溝を形成するためのレジストマスク622を形成する。この状態で、二次元光導波素子を反応性イオンエッチング（RIE）装置に導入し、第2のクラッド層618のエッチングを行う。このときのエッチング条件は、RFパワー：500W、圧力：2Pa、O2ガス流量：20sccmである。このエッチングにより、図8(i)に示すように、光素子実装ガイド624を得る。
【００７４】
次に、図8(j)に示すように、電気信号の入出力端子をパッケージの上面に備えたLSIチップ626の実装されたプリント配線基板628を形成する。続いて、プリント配線基板628上に実装されたLSIチップ626上に、発光素子630及び受光素子632を実装する。次に、図8(k)に示すように、プリント配線基板628上に実装されたLSIチップ626上の発光素子630或いは受光素子632を光素子実装ガイド624内に嵌め込み、光学接着剤を介して二次元光導波路620と接合し、光電融合配線基板634を得る。
【００７５】
この様にして作製される光電融合配線基板634は、LSIチップ626からのロジック信号を電気信号として伝送する場合と比較して、基本的に電磁無誘導である光で伝送するためEMIの発生が抑制される。その他、第2の実施例と同様な効果が得られる。
【００７６】
本実施例でも、第1の形状を有する微小構造体606を半径30μm、高さ50μmの円柱形状としたが、これに限定されるものではなく楕円柱、角柱などの形状また任意のサイズでもよい。その他、本実施例でも、第1の実施例の所で説明した変更と同様な変更が可能である。
【００７７】
（第6の実施例）
図9は、第4の実施例の二次元光導波路を用いた光電融合基板の作製方法を説明する模式的断面図である。同図において、700は第1のクラッド層、702は微小構造体材料、704はフォトマスク、706は第1の形状を有する微小構造体、708は第2の形状を有する微小構造体、710はレジストマスク、712は反射膜材料、714は反射膜、716はコア層、718は第2のクラッド層、720は二次元光導波路、722はレジストマスク、724は光素子実装ガイド、726は発光素子、728は受光素子、730はLSIチップ、732はプリント配線基板、734は光電融合配線基板である。
【００７８】
図9(j)に示すように、光素子実装ガイド724内に発光素子726或いは受光素子728を実装するまでの工程は第4の実施例で述べた工程と同じである。次に、図9(k)に示すように、電気信号の入出力端子をパッケージの上面に備えたLSIチップ730の実装されたプリント配線基板732を形成する。続いて、図9(l)に示すように、発光素子726或いは受光素子728の電極パッドをLSIチップ730の入出力端子に接続するように、二次元光導波素子720とプリント配線基板732を接合し、光電融合配線基板734を得る。
【００７９】
この様にして作製される光電融合配線基板734も、LSIチップ730からのロジック信号を電気信号として伝送する場合と比較して、基本的に電磁無誘導である光で伝送するため、EMIの発生が抑制される。その他、第2の実施例と同様な効果が得られる。
【００８０】
本実施例では、第1の形状を有する微小構造体706を半径30μm、高さ50μmの円柱形状としたが、これに限定されるものではなく楕円柱、角柱などの形状また任意のサイズでもよい。その他、本実施例でも、第1の実施例の所で説明した変更と同様な変更が可能である。
【００８１】
（第７の実施例）
前記第１の実施例では、第１のクラッド層として機能するガラス基板（Corning7059）上に、微小構造体材料であるレジスト（AZ9260）をスピンコーターを用いて塗布し、フォトマスク（直径50μmの円形遮光部パターンを複数有する）を用いてレジストを選択的に露光する。その後、現像過程を経て、半径50μm、高さ35μmの円柱状の第1の形状を有する微小構造体を形成した。この状態で、窒素雰囲気、摂氏160度のオーブンに30分間導入し、レジストで形成した前記第１の形状を有する微小構造体に対して熱処理による溶融・再固化を行い、半径50μmの半球状に変形した第2の形状を有する微小構造体を形成した。これに対して、第７の実施例は以下に説明する工程を有する。
【００８２】
第１の実施例と同様に、レジストの露光・現像工程を経て幅100μm、長さ1500μm、高さ35μmの直方体状の第1の形状を有する微小構造体を形成する（不図示）。この構造体を、摂氏150度のホットプレート上で5分間加熱し、レジストで形成した前記第1の形状を有する微小構造体に対して熱処理による溶融・再固化を行う。これにより、半径50μmの半球状の断面を有する図１０に示すような、かまぼこ状（円柱の軸と平行に円柱を分割した形状）に変形した第２の形状を有する微小構造体を形成することができた。なお、図１０（ａ）は熱変形後の微小構造体の上面図、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）はそれぞれＸ’ＸとＹ’Ｙでの断面図である。
【００８３】
第１の実施例の形状においても、摂氏150度のホットプレート上で5分間加熱することでオーブンで熱処理した場合と同様の半球状の形状を得ることができる。また、熱処理温度或いは熱処理時間を制御することにより第２の形状を有する微小構造体の形状を変化させることができる。
【００８４】
例えば、第１の実施例で示した第１の形状を有する微小構造体（図１１（ａ））に対して、摂氏135度のホットプレート上で5分間加熱し、レジストで形成した前記第１の形状を有する微小構造体に対して熱処理による溶融・再固化を行った結果、図１１（ｂ）に示すような第２の形状を有する微小構造体を得た。また摂氏150度のホットプレート上で7分間加熱し、レジストで形成した前記第１の形状を有する微小構造体に対して熱処理による溶融・再固化を行った結果、図１１（ｃ）に示すような第２の形状を有する微小構造体を得た。なお、図１１（ａ）は半径50μmの半球の側面図である。図１１（ｂ）は、底面の半径50μmの円であり、高さは40μmの若干変形した半球の側面図である。図１１（ｃ）は、底面は半径50μmの円であり、高さが65μmの若干変形した半球の側面図である。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光路変換部として機能する熱可塑性材料を含み構成された構造体を備えた二次元光導波路ないし二次元光導波装置の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を説明する断面図である。
【図２】本発明の第1の実施例における二次元光導波装置の製造工程図である。
【図３】第1の実施例で製造される二次元光導波装置の作用を説明する断面図である。
【図４】本発明の第2の実施例における光電融合配線基板の製造工程図である。
【図５】本発明の第3の実施例における光電融合配線基板の製造工程図である。
【図６】本発明の第4の実施例における二次元光導波装置の製造工程図である。
【図７】本発明の第4の実施例で製造される二次元光導波装置の作用を説明する断面図である。
【図８】本発明の第5の実施例における光電融合配線基板の製造工程図である。
【図９】本発明の第6の実施例における光電融合配線基板の製造工程図である。
【図１０】本発明の第７の実施例における第2の形状を有する微小構造体を説明する図である。
【図１１】本発明の第７の実施例における他の第2の形状を有する微小構造体を説明する図である。
【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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