JP2009265676A - 光配線構造物およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【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;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
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (20)
- 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設けられたシリコン基板と、;
前記レンズ形成用溝が設けられた前記シリコン基板上に、前記レンズ形成用溝の形状が維持されるように形成されたシリカ層とを含む光配線構造物。 - 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を特徴とする、請求項1に記載の光配線構造物。
- 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ることを特徴とする、請求項2に記載の光配線構造物。
- 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ることを特徴とする、請求項3に記載の光配線構造物。 - 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ることを特徴とする、請求項4に記載の光配線構造物。
- 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ることを特徴とする、請求項2に記載の光配線構造物。
- 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ることを特徴とする、請求項6に記載の光配線構造物。 - 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。 - 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8に記載の光配線構造物。
- 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ることを特徴とする、請求項9に記載の光配線構造物。 - 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10に記載の光配線構造物。
- (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。 - 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、および
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
をさらに含むことを特徴とする、請求項12に記載の光配線構造物の製造方法。 - 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ることを特徴とする、請求項13に記載の光配線構造物の製造方法。 - 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を特徴とする、請求項14に記載の光配線構造物の製造方法。
- 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を特徴とする、請求項12に記載の光配線構造物の製造方法。
- 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ることを特徴とする、請求項16に記載の光配線構造物の製造方法。 - (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。 - 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18に記載の光配線構造物の製造方法。
- 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19に記載の光配線構造物の製造方法。
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