JP2002506227A - ポリマ導波管に鏡を製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光学素子に対するポリマ導波管（１）内部の斜め鏡構造の位置が、導波管構造の上面に光リソグラフィーを使用して定めた金属の集積マスクを使用することにより正確に定義される。導波管の表面をレーザー光により照射する時、これは金属が残されていない場所のみを通して進行し、従って形成される窪み（１９）は金属層のストリップ（１５）の縁により定義される。同じ金属層で電気接触パッド（１３）も作成されてレーザーや光ダイオードのような素子の自己整合フリップチップ取付けに使用される。導波管コアの下の適所の導波管構造の内部に他の金属層（２１）を印加可能で、これはレーザー光に当りこれを止める。レーザーのエネルギは金属を原子化し、拡散金属は次いで窪み（１９）の壁に蒸着される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （技術分野） 本発明はポリマ導波管に鏡を製造する方法に関係する。

【０００２】 （発明の背景と技術の現状） 異なる導波管での光伝播を使用した電気通信システムは現在ますます拡大して
いる。個人の家庭や市内の事務所までの光学ネットワーク、「家庭への（入出力
）ファイバ（Fibre To (In/From) the Home）」、「顧客（仕事）への（入出力 ）ファイバ（Fibre To (In/From) the Customer(Business)）」等とも呼ばれる いわゆるローカル・アクセス・ネットワークを延長することは多大な利益がある
。又、事務所でのコンピュータを相互接続するために使用されるＬＡＮ、すなわ
ちローカルエリア・ネットワークや、さらにコンピュータ装置内部の通信やコン
ピュータとプリンタ等のような周辺装置との間の通信に光学ネットワークの使用
を拡大することにも多大の利益がある。この拡大を達成するためには、光学ネッ
トワークの部品のコストをもちろん出来る限り減少しなければならない。その重
要なコストは、レーザー、ＬＥＤ等を含む光学送信器及び受信器モジュールとそ
の他の能動又は受動素子の生産に関係している。

【０００３】 光用の導波管を集積した光学送信器と受信器モジュールとその他の光学製品で
は、光を導波管からある受信器へ偏向させるためのように光線を反射可能な、又
は一般的に光学導波管中を伝播する光の方向の急激な変化を生じさせる鏡の必要
性がある。一般的に光学導波管の端部表面に形成可能な鏡は異なる方法を使用し
て作成可能である。表面で空中への反射を行なう導波管面の鏡はハネウェルによ
り開示され、例えば導波管で鋭角９０°の曲がりを作成し、導波管面から外へ光
を偏向させる鏡はデュポンとＩＢＭにより開示され、例えばローレンス・エー・
ホーナック編の「集積光学における光波用ポリマ」、１９９２年ニューヨーク州
のマーセル・デッカＫＫのビー・ブース、デュポンによる第９章を参照されたい
。エリクソン社では、ＭＩＲＣ部門が光学研究施設と協力して、ＵＶエキシマ・
レーザーにより作成された導波管面から偏向させる導波管中の鏡を開示し、１９
９４年９月１５日のストックホルム、王立技術研究所、トリタ物理２１３８頁の
ガンナー・ボストロームによる「導波管グレーティング・カップラ」卒業報告を
参照されたい。

【０００４】 米国特許第５，３２７，４１５号の図２ａ−２ｃを参照すると、半導体材料に
レーザー用の反射器を作成する方法が記載されている。部分２８、３４を有する
金属マスクが材料の表面における反射器の開口部を定義する。

【０００５】 （発明の要約） 本発明の目的は、基板の表面層に形成したチャネル型式導波管に正確に結合さ
れるべき光学電子素子又はチップを正確に位置決めする方法を提供することであ
る。

【０００６】 本発明の別な目的は、基板の表面層に形成した反射器に対して光学電子素子を
位置決めする方法を提供することである。

【０００７】 本発明の別な目的は、反射面の同時金属化を可能とする、光学導波管に反射器
を作成する方法を提供することである。

【０００８】 従って、ポリマ導波管内側の斜め鏡構造の位置は、導波管構造の上面に光リソ
グラフィーを使用して定める金属の集積マスクを使用することにより正確に定義
される。金属マスクは、１つ又はいくつかの鏡を製造するために、材料を除去す
る、すなわち融除すべき所にのみレーザー光線を進入させる。反射器を作成する
ための意図の金属マスクを定めるリソグラフィー・マスクが、レーザーと光ダイ
オードのフリップチップ（flip-chip）取付け用に意図した接触パッドを定めパ ターンも含むことが可能なため、レーザー放射光線の空間位置の高度な精度の必
要性を削減可能である。半田付けアイル（isles）を含む自己整合フリップチッ プ取り付けにより、得られた鏡に対して正確な位置を有する光学部品の非常に正
確な位置決めが可能となる。反射面の位置を定める集積金属マスク内側の縁は直
線又は曲線でも良く、例えばレーザー・ダイオードから発散するより多くの光が
導波管構造で収集されるよう、又は導波管からの光が例えば光ダイオードの入力
面により良好に焦点を結ぶように、例えば放物線輪郭を有するものも可能である
。

【０００９】 鏡面を金属化するためにこれを使用するため、他の金属層を下部クラッディン
グの下に又はさらに導波管コアの下の適切な場所に直接塗布することが可能であ
る。鏡を形成するための表面の金属化は、キャビティが作成された後に放射光線
がこの金属表面に到達する時、直接同じプロセスで行なわれる。レーザー光線は
この内部金属層にも影響を与えるが、ポリマ材料より実質的に低速度である。次
いで金属は、その中に高速度の粒子を有する非常に微細に分割された形式で除去
される。次いでこれらは利用可能な表面、従って鏡表面上に蒸着され、これによ
り内部金属領域の表面に非常に近接して位置する。内部金属化の表面は、レーザ
ー光線の反射による融除を最小にするため有利に拡散反射される。

【００１０】 （望ましい実施例の説明） 図１に、基板３の表面に印可した導波管構造１の部分断面図を示す。基板３は
適当なプラスチック材料から構成可能である。光学導波管構造１は３層、即ち、
下部クラッディング５、導波管コア層７及び上部クラッディング９を含む。全て
の導波管層は適切なポリマ材料から構成されるものと想定する。ポリマ材は、エ
ム・ロバートソン、エー・ダベック、ジー・グスタフソン、オー・ジェー・ハー
ゲル、エム・ポーパルの「ＭＣＭ−Ｌ／Ｄ−及びｏ／ｅ−ＭＣＭパッケージング
用の新たなパターン可能な誘電及び光学材料」、スウェーデン、ノールケーピン
の１９９７年１０月２６−３０日のポリマー電子工学パッケージングに関する第
１回ＩＥＥＥ国際シンポジウムに示唆されるようなものから選択可能であり、光
学導波管１０は同時に提出されたスウェーデン特許出願「光学電子複数チップ・
モジュール」に開示されるようなものから形成可能である。上部クラッディング
９の上面には、パッド１３と図示していない電源又は制御回路との間のような図
示していない光学電子又は電子光学部品と図示していない電導体を接続するため
の半田付けアイランド又はパッド１３を含む、正確に定めた形状にパターンされ
た金属層１１が塗布される。

【００１１】 これらの領域に加えて、金属層１１は、４５°の反射器を形成すべき位置を定
める細長い開口部を有するフレーム状構造１５を含む。金属層１１とその異なる
区域１３、１５は図３の上面図でも見ることが出来る。レーザー１８からの強力
なレーザー光線１７を構造１の表面に所要の角度で指向させてフレーム１５、特
にその中の開口部に当てることにより、斜めの窪み又は溝１９が形成可能である
。レーザー光線１７はフレーム１７の図３にも示す長い内縁１６、１６’に対し
て配置されているため、窪み１９を形成するため光線が移動可能な方向に沿った
少なくとも１つのこれらの内縁に当る。光線１７を発生するレーザー１８は例え
ばＵＶエキシマ・レーザーで良い。

【００１２】 基板３と下部クラッディング５との間の境界面に、金属層が塗布されパターン
化される。レーザー光線を止めて、これが基板３を貫通出来なくするため、窪み
１９の底部に部分２１が残される。光学導波管１０を形成する層と、特に導波管
コア層７の材料の適切な屈折率のため、構造の表面、従って異なる層と基板面に
対しても４５°の角度を共に有する窪み１９の２つの平行面の上部に対して、導
波管構造１０を伝播する光はその境界面で導波管１０から空中へ反射されて例え
ば図示しない光検出器に当る。図２に示すように、反射器窪み１９上に表面発光
レーザー２３のような光発生装置を例えば上面を下にして配置した場合、導波管
に光を注入するために同じ反射面を使用可能である。

【００１３】 表面発光レーザー２３のように表面上に取り付けた部品は、部品の底部の正確
に定めた位置に塗布された半田球又はドット２５の半田の表面張力を使用して正
確に定めた位置に整合又は位置決めされることが望ましい。これらの球又はドッ
ト２５は溶解した時かつ部品を適切な位置に配置する時に、半田付けパッド１３
に接着しこれを湿らせ、フレーム状構造１５と窪み１９及びその反射面に対して
意図した位置へ部品を移動させる。このようにして、部品の位置決めは、複雑な
整合操作を必要とすることなく容易に実行可能である。

【００１４】 反射面を埃や汚染に対して敏感でなくするためかつ空洞又は窪み１９の再充填
を可能とするため、空洞窪み１９の表面を金属化可能である。次いで空洞１９は
適切な材料、例えば光により硬化するポリマ、通常の屈折率を有するポリマによ
り再充填可能である。

【００１５】 内部金属域２１の適切な材料に対して、レーザー光線１７が当てられると、金
属は蒸発可能である。蒸発した金属は次いで隣接する表面、すなわち空洞１９内
側の表面、従って導波管構造を伝播する光の鏡として使用されるべき表面に蒸着
可能である。金属化表面は、反射光線による融除を最小にするため、都合よく、
レーザー光線の光の拡散反射を有する。

【００１６】 図３から分かるように、空洞１９の開口部を定めるフレーム状構造１５は、最
も簡単な場合には、強力なレーザー光線１７に対して不透明な金属材料の２つの
長い平行辺を有する。また、フレームを閉じる端部は、これらの長い、側部の端
部に配置可能である。反射面を形成するフレーム１５の長い平行辺のこの辺縁１
６、１６’の位置のみが重要である。従って、一般的に、反射窪みの反射辺を正
確に位置決めするため、マスク金属材料の１ストリップのみ、即ち、フレーム状
構造１５の長辺に対応するストリップが必要とされる。レーザー光線はそのスト
リップの意図した縁の沿って移動してこの縁のポリマ構造の表面に当り、基板３
に着くまで、ポリマ材料が融除される十分長期間の間、レーザーは各位置に留ま
る。

【００１７】 例えば放物面形状の反射面を形成するため、フレーム構造１５の長辺の内部縁
は、図３の１６”に見られるように、曲面であることも可能である。従って、図
示していない光検出器素子に照射される導波管１０を伝播する光の焦点合わせを
、例えば、行うことが可能である。

【００１８】 図５に図示するように、既に形成された底部ポリマ構造１の上面に配置された
図１及び図２に示した種類の、例えばポリマ構造１’により形成される複数光学
導波管構造を得ることも可能である。次いで接触パッド１３は最上ポリマ構造１
’にのみ配置される。各個別の構造の導波管を伝播する光波の反射面は上記のよ
うに作成される。次いで最初に適切に配置した光学導波管を含む最下部のポリマ
構造が作成され、次いでこの構造の鏡が形成され、さらに既に形成された構造の
上面に新たなポリマ構造が形成される。この新たな構造に第１ポリマ層を塗布す
る時、鏡の窪み１９はポリマ材により充填可能である。その上に新たな構造の導
波管の反射窪みが作成される、等である。

【図面の簡単な説明】

本発明は添付図面を参照して非限定の実施例により詳細に説明される。

【図１】 反射器を形成する光学導波管構造の部分断面図。

【図２】 表面発光レーザーを取付けた、図１の光学導波管構造の部分断面図。

【図３】 鏡定義縁の２つの実施例で光学導波管を形成する多層構造の上面図。

【図４】 鏡定義縁の２つの実施例で光学導波管を形成する多層構造の上面図。

【図５】 互いの上面に配置した光学導波管の図１と同様な部分断面図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，Ｇ Ｈ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の表面層に形成された光学導波管に光発生又は受信電子
   光学又は光学電子素子を接続する方法において、 表面に金属層を印可する段階と、 金属層をパターンして領域の縁を形成する段階であって、縁は形成すべき反射
   面の位置を定義する前記金属層をパターンする段階と、 縁から開始し表面層まで延びる光反射側壁を有する窪みを形成するよう縁の表
   面を照射して表面層の材料を除去する段階と、を含み、 金属層をパターンする際に、縁、従って反射側壁に対して正確に定めた位置に
   素子を位置決めする金属域を形成するようパターンする、 基板の表面層に形成された光学導波管に光発生又は受信電子光学又は光学電子素
   子を接続する方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の方法において、金属層をパターンする際に、
   領域を照射する時、窪みの側壁が、導波管に沿った光伝播の焦点合わせを可能と
   する又は導波管に注入される光が平行光線に整形されることを可能とする、対応
   した曲線形状を得るように、縁は形状を与えられる、方法。
3. 【請求項３】 請求項１−２のいずれか記載の方法において、表面を照射す
   る前に、光学導波管の下又は内部の位置の表面層内部に内部金属層を配置し、従
   って光線で表面を照射する時に、光学導波管の材料を除去した後の光線が内部金
   属層に当り、これにより内部金属層の材料が蒸発、スパッタ又は原子化して側壁
   に蒸着される、方法。
4. 【請求項４】 基板の表面層に形成した光学導波管に反射器を作成する方法
   において、 表面層の表面に金属層を印可する段階と、 金属層をパターンして金属縁と縁に金属を有しない領域とを形成する段階と、 光反射側壁を有する窪みを形成するよう、縁の領域を光線により照射して表面
   層の材料を除去する段階であって、窪みと側壁は表面層まで延びている前記照射
   段階と、を含み、 金属層をパターンする際に、領域を照射する時窪みの側壁は対応する曲線形状
   を有して導波管を伝播する光の焦点合わせを可能とする、又は導波管に注入され
   るべき光を平行光線とすることを可能とするよう、縁は曲線形状を与えられた、
   基板の表面層に形成した光学導波管に反射器を作成する方法。
5. 【請求項５】 請求項４記載の方法において、表面を照射する前に光学導波
   管の下又は内部の位置の表面層の内部に内部金属層を配置し、従って光線で表面
   を照射する時に光学導波管の材料を除去した後の光線が内部金属層に当り、これ
   により内部金属層の材料が蒸発、スパッタ又は原子化して側壁に蒸着される、方
   法。
6. 【請求項６】 基板の表面層に形成した光学導波管に反射器を作成する方法
   において、 表面層まで延びる光反射側壁を有する窪みを形成するよう、光線により表面を
   照射して表面層の材料を除去する段階と、を含み、さらに、 表面を照射する前に、光学導波管の下又は内部の位置の表面層の内部に内部金
   属層を配置する段階であって、光線で表面を照射すると、光学導波管の材料を除
   去した後に光線が金属層に当り、これにより金属層の材料が蒸発、原子化又は微
   細に拡散して側壁に蒸着されるようにその位置が選択される前記配置段階を含む
   、基板の表面層に形成した光学導波管に反射器を作成する方法。