JP3858683B2 - 多層光配線及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【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 ≒(n1 2−n2 2)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
Claims (4)
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
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