(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光配線を面内に有する光配線層を複数層積層した構造の多層光配線において、
当該光配線は端部の全てあるいは一部に光路を９０°変換するミラーを有するマルチモード光配線であり、各光配線を通って前記ミラーで反射された光はクラッド中を空間光として伝搬し前記多層光配線表面へ出射するものであって、前記マルチモード光配線端部の９０゜光路変換ミラーから出射面である多層光配線表面までの距離が長いほど、開口数が小さいことを特徴とする多層光配線。
【請求項２】
複数の光配線を面内に有する光配線層を複数層積層した構造の多層光配線において、
当該光配線は端部の全てあるいは一部に光路を９０°変換するミラーを有するマルチモード光配線であり、各光配線を通って前記ミラーで反射された光はクラッド中を空間光として伝搬し前記多層光配線表面へ出射するものであって、前記マルチモード光配線端部の９０゜光路変換ミラーから出射面である多層光配線表面までの距離が長いほど、比屈折率差が小さいことを特徴とする多層光配線。
【請求項３】
シングルモード光配線を有する光配線層とマルチモード光配線を有する光配線層が積層されており、シングルモード光配線、マルチモード光配線の双方の端部に９０゜光路変換ミラーを有する多層光配線であって、各光配線を通って前記ミラーで反射された光はクラッド中を空間光として伝搬し前記多層光配線表面へ出射するものであって、シングルモード光配線を有する光配線層が出射面である多層光配線表面までの距離が最も短い最外層に位置することを特徴とする多層光配線。
【請求項４】
１．仮基板上に第一のクラッド層を形成する工程、
２．前記第一のクラッド層上にコアパターンを形成する工程、
３．前記第一のクラッド層とコアパターン上に第二のクラッド層を形成し、第一の光配線層を得る工程、
４．１乃至３の工程を必要回数繰り返し、複数の光配線層を得る工程、
５．前記複数の光配線層を貼り合わせて多層光配線とする工程、
を具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の多層光配線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光インターコネクション等に使用する多層光配線に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信技術の進展によって、光の優位性が実証されてきた。また、ＬＳＩ等の信号の高速化に伴い、電気信号を光信号に置き換える技術の研究開発が進められている。
【０００３】
光通信のように信号数が比較的少なく伝送距離が大きい場合には、伝送媒体として光ファイバが適している。しかし、ＬＳＩのように信号数が多く伝送距離が比較的短い場合には、伝送媒体として光導波路が適している。
【０００４】
これら光ファイバおよび光導波路のような伝送媒体をここでは光配線と称する。光ファイバを面内に有する光配線層として光ファイバボードが開発されている。光導波路を面内に有する光配線層はリソグラフィ技術を用いて形成できるが、高分子導波路材料を使用することによって大きなものも作製できるようになってきた。
【０００５】
また、信号数の増大に対応するため、特開平１１−１８３７４７号公報のような多層光配線も作製されている。しかし、従来の多層光配線は、図９のように同種の光配線層を積層した構造であった。これは、同種の光信号を並列伝送することが想定されているためである。
【０００６】
しかし光配線には、高ビットレートが要求されるもの、多少遅くてもよいもの、ほぼ直線でよいもの、急激な曲がりを必要とするものなど様々であり、すべての光配線を同一の規格で満足させられない問題も生じていた。
【０００７】
【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、異なる仕様を満足する光配線層を提供することを課題とする。
また、光の広がりを抑えて良好な信号伝達が可能な多層光配線を提供し、特にマルチモード光配線においてはクロストークを小さくすることを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するために、まず請求項１の発明は、複数の光配線を面内に有する光配線層を複数層積層した構造の多層光配線において、当該光配線は端部の全てあるいは一部に光路を９０°変換するミラーを有するマルチモード光配線であり、各光配線を通って前記ミラーで反射された光はクラッド中を空間光として伝搬し前記多層光配線表面へ出射するものであって、前記マルチモード光配線端部の９０゜光路変換ミラーから出射面である多層光配線表面までの距離が長いほど、開口数が小さいことを特徴とする多層光配線としたものである。
【０００９】
請求項２の発明は、複数の光配線を面内に有する光配線層を複数層積層した構造の多層光配線において、当該光配線は端部の全てあるいは一部に光路を９０°変換するミラーを有するマルチモード光配線であり、各光配線を通って前記ミラーで反射された光はクラッド中を空間光として伝搬し前記多層光配線表面へ出射するものであって、前記マルチモード光配線端部の９０゜光路変換ミラーから出射面である多層光配線表面までの距離が長いほど、比屈折率差が小さいことを特徴とする多層光配線としたものである。
【００１５】
請求項３の発明は、シングルモード光配線を有する光配線層とマルチモード光配線を有する光配線層が積層されており、シングルモード光配線、マルチモード光配線の双方の端部に９０゜光路変換ミラーを有する多層光配線であって、各光配線を通って前記ミラーで反射された光はクラッド中を空間光として伝搬し前記多層光配線表面へ出射するものであって、シングルモード光配線を有する光配線層が出射面である多層光配線表面までの距離が最も短い最外層に位置することを特徴とする多層光配線としたものである。
請求項４の発明は、１．仮基板上に第一のクラッド層を形成する工程、２．前記第一のクラッド層上にコアパターンを形成する工程、３．前記第一のクラッド層とコアパターン上に第二のクラッド層を形成し、第一の光配線層を得る工程、４．１乃至３の工程を必要回数繰り返し、複数の光配線層を得る工程、５．前記複数の光配線層を貼り合わせて多層光配線とする工程、を具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の多層光配線の製造方法としたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、以下詳細に説明する。
前述したように、光配線には、高ビットレートが要求されるもの、多少遅くてもよいもの、ほぼ直線でよいもの、急激な曲がりを必要とするものなど様々である。高ビットレートが必要な光配線にはシングルモード光配線が適しており、遅くてよい光配線はマルチモードでよい。ほぼ直線状の光配線ならば比屈折率差は小さくてよいが、急激な曲がりを必要とする光配線には比屈折率差の大きい光配線が必要である。
【００１７】
このような各種光配線を形成する際、光配線として光導波路を用いた場合には、工程上、同一層には同種の光導波路を形成するのが適当である。少なくとも、単一膜をパターニングしてコアを形成する限り、コアの屈折率と高さは同一にせざるを得ない。従って、異種の光配線１、２、２Ａ、２Ｂを設けるには、層ごとに異なる種類の光配線を有する多層光配線１３とすることが望ましい（図１〜２）。
【００１８】
そして、高ビットレートが必要な光配線をシングルモード光配線層１１に、遅くてよい光配線をマルチモード光配線層１２に配置する（図１）。あるいは、ほぼ直線状の光配線を比屈折率差が小さい光配線層２Ｂに、急激な曲がりを必要とする光配線を比屈折率差が大きい光配線層２Ａに配置する（図２）。
【００１９】
光配線として光ファイバを用いる場合でも、同一の層には単一の布線機を用いて同種の光ファイバを布線することが望ましい。従ってこの場合でも、異種の光配線５、６を設けるには、層ごとに異なる種類の光配線を有する多層光配線１３とすることが望ましい（図３）。
【００２０】
また、光配線の端部に90゜光路変換ミラー７を設けた構造が用いられるが、光配線１、２、２Ａ、２Ｂを通ってミラー７で反射された光はクラッド３中を空間光として伝搬するので、出射面である多層光配線表面までの距離１４が長いほど広がる傾向にある。そこで、広がりを嫌うシングルモード光配線については、90゜光路変換ミラーを用いないか（図４）、あるいは出射面である多層光配線表面までの距離１４が最も短い最外層に配置する（図５）。
【００２１】
次に、マルチモード導波路については、まず同じ開口数（ＮＡ）の光配線が積層された従来例を示す（図１０）。ＮＡは、導波路を伝搬しうる光の角度を規定する。光配線には界面のゆらぎ・組成のゆらぎ等の様々な要因が作用し、入射角が小さくても出射角が大きくなることがある。このような出射角の大きい成分が、他の光路に侵入してクロストークとなる。そこで、それを回避するため、出射面である多層光配線表面までの距離１４が長い層には、ＮＡの小さい光配線２Ｃ、あるいは比屈折率差の小さい光配線２Ｃを用いることで、広がり角１５を抑制して、クロストークの小さい良好な信号伝達が可能になる（図７）。
【００２２】
マルチモード光配線の場合、クラッド３中での広がり角１５の最大半角θmaxは、コアの屈折率ｎ1 、クラッドの屈折率ｎ2 とすると、次式で与えられる。ただし、Δは比屈折率差である。
θmax＝ＮＡ／ｎ2 ≒(ｎ12−ｎ22)0.5／ｎ2 ＝(2Δ／(1-2Δ))0.5
従って、ＮＡが小さいほど、あるいは比屈折率差が小さいほど、広がり角は小さくなる。出射面である多層光配線表面までの距離１４をＬとすれば、ＮＡはＬにおおよそ反比例するように選ぶとよい。
【００２３】
また、マルチモード光配線について、出射面である多層光配線表面までの距離１４が短い層には、ＮＡの大きい光配線２Ａや２Ｂ、あるいは比屈折率差の大きい光配線２Ａや２Ｂを用いるのであるから、その層に曲率の大きい光配線を配置できることは前述した通りである。
【００２４】
なお、入出射面である多層光配線表面にマイクロレンズ８を設けてもよい。マイクロレンズ８は、型を用いて作製してもよいし、ディスペンサ等で光学樹脂を滴下後・硬化してもよい。90゜光路変換ミラー７としては、空気を相手とする全反射ミラーでもよいが、個々の光配線に精密な位置精度で形成するために、金属ミラーが好ましい。また、光配線層の積層方法としては、各層を順次形成する方法、別途形成した光配線層を接着剤で貼り合わせる方法、光配線層のクラッドの一部を半硬化して重ねてから完全硬化させる方法等のいずれも可能である。
【００２５】
また、電気配線基板と組み合わせることで光・電気配線基板とすることができることは言うまでもない。
【００２６】
【実施例】
＜実施例１＞
［シングルモード光配線とマルチモード光配線の積層例１］
本発明の実施例について、図６を用いて説明する。まず、仮基板２１（ガラス基板）を用意し、ＵＶ硬化型樹脂を塗布・全面ＵＶ照射することにより、屈折率ｎ2 ＝１．５１３、厚さ２０μｍのクラッド層３ａを形成した。次に、別のＵＶ硬化型樹脂を塗布・部分ＵＶ照射・溶剤現像することにより、屈折率ｎ1 ＝１．５１７、厚さ６μｍ、幅６μｍのコアパターン１を形成した（図６（ａ））。この場合、比屈折率差Δ＝０．３％である。次に、ＫｒＦエキシマレーザ斜め照射によってコア端部を斜めに加工した。さらに、あらかじめミラー部以外にレジストパターンを形成しておき、金属を蒸着後にレジストを除去するいわゆるリフトオフ法により、コア端部に金属を成膜して90゜光路変換ミラー７とした（図６（ｂ））。そして、ＵＶ硬化型樹脂を塗布・全面ＵＶ照射することにより、屈折率ｎ2 ＝１．５１３、厚さ２０μｍのクラッド３ｂを形成してシングルモード光配線層１１を形成した（図６（ｃ））。
【００２７】
次に、同様の方法（図６（ｄ）〜（ｆ））によってマルチモード光配線層１２を形成した。ただし、コア１の屈折率ｎ1 ＝１．５６０、厚さ４０μｍ、幅４０μｍとした。この場合、Δ＝３％、ＮＡ＝０．３８である。さらに、フッ酸処理によってマルチモード光配線層をフィルム化した（図６（ｇ））。
【００２８】
そして、シングルモード光配線層１１上にマルチモード光導波路フィルム１２をクラッドと同じＵＶ硬化型樹脂を用いてアライメント貼り合わせ（図６（ｈ））した後、フッ酸処理によって多層光配線１３をフィルム化し（図６（ｉ））、多層光配線１３が完成した。
【００２９】
＜実施例２＞
［シングルモード光配線とマルチモード光配線の積層の評価例１］
実施例１の方法によって図５の多層光配線を作製した。ただし、クラッドの屈折率ｎ2 ＝１．５１３、コア１の屈折率ｎ1 ＝１．５１７、Δ＝０．３％、コア２Ａの屈折率ｎ1 ＝１．５６０、Δ＝３％、ＮＡ＝０．３８、コア２Ｂのｎ1 ＝１．５３３、Δ＝１．３％、ＮＡ＝０．２５である。（ただし屈折率は０．８５μｍでの値。）シングルモード光配線１には波長１．３μｍのレーザダイオード（ＬＤ）光を、マルチモード光配線２Ａ、２Ｂには波長０．８５μｍの面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）光を用いて光伝送テストを行い、良好に信号伝送できることを確認した。
【００３０】
＜参考例１＞
［シングルモード光配線とマルチモード光配線の積層・評価例２］
実施例１と類似の方法によって図４の多層光配線を作製した。ただし、クラッドの屈折率ｎ２＝１．５１３、コア１の屈折率ｎ１＝１．５１７、Δ＝０．３％、コア２の屈折率ｎ１＝１．５６０、Δ＝３％、ＮＡ＝０．３８である。（ただし屈折率は０．８５μｍでの値。）シングルモード光配線１には波長１．３μｍのレーザダイオード（ＬＤ）光を、マルチモード光配線２には波長０．８５μｍの面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）光を用いて光伝送テストを行い、良好に信号伝送できることを確認した。
【００３１】
＜参考例２＞
［シングルモード光配線とマルチモード光配線の積層例３］
本発明の実施例について、図３を用いて説明する。まず、樹脂基板４を用意し、あらかじめ接着剤（図示せず）を塗布しておく。次に、布線機によってシングルモード光ファイバ５を布線する。さらに全体を樹脂（図示せず）でカバーしてファイバ布線ボード１１とした。
【００３２】
次いで、樹脂基板の裏面に同様の方法によってマルチモード光ファイバ６を布線することで、多層光配線１３を作製した。
【００３３】
なお、別の樹脂基板を用いて作製したファイバ布線ボード同志を接着剤で貼り合わせてもよい。
【００３４】
＜参考例３＞
［シングルモード光配線とマルチモード光配線の積層の評価例３］
図３の多層光配線１３に対して、シングルモード光配線５にはシングルモードファイバを、マルチモード光配線６にはマルチモードファイバを接続し、良好に信号伝送できることを確認した。
【００３５】
＜実施例３＞
［マルチモード光配線の積層例］
本発明の実施例について、図８を用いて説明する。まず、マイクロレンズの型２３（ガラス）を用意し、ＵＶ硬化型樹脂を塗布・全面ＵＶ照射することにより、半硬化状態のクラッド３ａを形成した（図８（ａ））。その際、硬化後の屈折率ｎ２＝１．５１３となるＵＶ硬化樹脂を使用し、レンズを除く厚さが５０μｍになるようにした。
【００３６】
次に、別途用意した型２４Ａに別のＵＶ硬化型樹脂を埋込・全面ＵＶ照射することにより、屈折率ｎ1 ＝１．５６０、高さ４０μｍ、幅４０μｍのコアパターン２Ａを形成した（図８（ｂ））。そして、両者を貼り合わせ、ＵＶ照射してクラッド３ａを硬化した（図８（ｃ））。
【００３７】
それから型２４Ａをはずし、あらかじめミラー部以外にレジストパターンを形成しておき、金属を蒸着後にレジストを除去するいわゆるリフトオフ法により、コア端部に金属を成膜し90゜光路変換ミラー７とした（図８（ｄ））。そして、ＵＶ硬化型樹脂を塗布・全面ＵＶ照射することにより、半硬化状態のクラッド３ｂを形成した（図８（ｅ））。その際、硬化後の屈折率ｎ2 ＝１．５１３となるＵＶ硬化樹脂を使用し、厚さが５０μｍになるようにした。
【００３８】
次に、別途用意した型２４Ｂに別のＵＶ硬化型樹脂を埋込・全面ＵＶ照射することにより、屈折率ｎ1 ＝１．５３３、高さ４０μｍ、幅４０μｍのコアパターン２Ｂを形成した（図８（ｆ））。そして、両者を貼り合わせ、ＵＶ照射してクラッド３ｂを形成した（図８（ｇ））。
【００３９】
それから型２４Ｂをはずし、あらかじめミラー部以外にレジストパターンを形成しておき、金属を蒸着後にレジストを除去するいわゆるリフトオフ法により、コア端部に金属を成膜し90゜光路変換ミラー７とした（図８（ｈ））。そして、ＵＶ硬化型樹脂を塗布・全面ＵＶ照射することにより、クラッド３ｃを形成した（図８（ｉ））。その際、硬化後の屈折率ｎ2 ＝１．５１３となるＵＶ硬化樹脂を使用し、厚さが５０μｍになるようにした。
【００４０】
最後に、フッ酸処理によって多層光配線１３をフィルム化し（図８（ｊ））、多層光配線１３が完成した。
【００４１】
＜実施例４＞
［マルチモード光配線の積層の評価例］
実施例３の方法によって図７の多層光配線を作製した。ただし、クラッドの屈折率ｎ２＝１．５１３、コア２Ａの屈折率ｎ１＝１．５６０、Δ＝３％、ＮＡ＝０．３８、コア２Ｂのｎ１＝１．５３３、Δ＝１．３％、ＮＡ＝０．２５、コア２Ｃの屈折率ｎ１＝１．５１７、Δ＝０．３％、ＮＡ＝０．１１である。（ただし屈折率は０．８５μｍでの値。）波長０．８５μｍの面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）光を用いて光伝送テストを行い、良好に信号伝送できることを確認した。
＜比較例１＞
［マルチモード光配線の比較例］
実施例３と同様だが各光配線層のコアの屈折率を同じｎ１＝１．５６０、Δ＝３％、ＮＡ＝０．３８にすることによって、図１０の多層光配線を作製した。波長０．８５μｍの面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）光を用いて光伝送テストを行ったが、クロストークが大きく、良好に信号伝送できなかった。
【００４２】
【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。
【００４３】
第１に、異なる種類の光配線を有するため、通信速度の異なる信号を用いたり、曲率の異なる光配線を形成することが容易になる。第２に、シングルモード光配線については、90゜光路変換ミラーを用いないか、あるいは多層光配線の最外層に設けることにより、光の広がりを抑えて良好な信号伝達が可能になる。第３に、マルチモード光配線については、90゜光路変換ミラーから出口である多層光配線表面までの距離が長いほど、開口数が小さいことあるいは比屈折率差が小さいことにより、光の広がりを抑えてクロストークの少ない良好な信号伝達が可能になる。
【００４４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多層光配線の一例を示す斜視図。
【図２】本発明の多層光配線の他の例を示す斜視図。
【図３】本発明の多層光配線の他の例を示す斜視図。
【図４】本発明の多層光配線の他の例を示す断面図。
【図５】本発明の多層光配線の他の例を示す断面図。
【図６】本発明の多層光配線の製造方法例を示す断面図。
【図７】本発明の多層光配線の他の例を示す断面図。
【図８】本発明の多層光配線の製造方法例を示す断面図。
【図９】従来の多層光配線の一例を示す断面図。
【図１０】従来の多層光配線の他の例を示す断面図。
【符号の説明】
１    シングルモード光配線のコア
２    マルチモード光配線のコア
２Ａ  マルチモード光配線のコア
２Ｂ  マルチモード光配線のコア（２Ａより低屈折率）
２Ｃ  マルチモード光配線のコア（２Ｂより低屈折率）
３    クラッド
３ａ  クラッド
３ｂ    クラッド
３ｃ    クラッド
４      樹脂基板
５      シングルモード光ファイバ
６      マルチモード光ファイバ
７      90゜光路変換ミラー
８      マイクロレンズ
９      光配線
１１    シングルモード光配線層
１２    マルチモード光配線層
１２Ａ  マルチモード光配線層
１２Ｂ  マルチモード光配線層
１３    多層光配線
１４    ミラーから多層光配線表面までの距離
１５    広がり角
２１    仮基板
２２    仮基板
２３    マイクロレンズの型
２４Ａ  ミラー付きコアの型
２４Ｂ  ミラー付きコアの型
【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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