JP4475805B2 - ポリマ導波管に鏡を製造する方法 - Google Patents

Description

【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、１９９４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１６、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。

Claims (5)

1. 基板（３）の表面層に形成されたポリマ光学導波管（１）に光発生又は光受信を行う光学電子素子（２３）を接続する方法において、
   前記表面層の表面に金属層（１１）を塗布する段階と、
   前記金属層（１１）をパターニングして反射領域（１５）の内縁（１６、１６’）を形成すると共に金属領域（１３）を同時に形成する段階であって、該内縁は形成すべき前記反射領域の反射面の位置を定義し、前記金属領域は前記内縁に対して、従って前記反射領域に対して前記素子を正確に定義された位置に位置決めする前記素子の接続用金属パッドである、前記金属層をパターニングする段階と、
   前記表面層に窪み（１９）を形成するよう前記内縁で囲まれた領域の表面に対してレーザ光（１７）を斜め方向から照射して該表面層の材料を除去する段階と、を備え、
   該窪みは前記素子からの光を前記光学導波管に向けて反射し、または前記光学導波管の中を進行する光を前記素子に向けて反射するための斜めの反射面を形成する光反射側壁を有し、該光反射側壁は前記内縁から開始し前記光学導波管の中に延びる、前記方法。
2. 請求項１記載の方法において、前記表面層の材料を除去する段階において、前記領域を照射する時、前記導波管に沿って伝播された光が前記窪みの前記光反射側壁で反射され焦点合わせされるよう、前記光反射側壁が対応した曲線形状を有するよう、前記金属層（１１）をパターニングする際に前記内縁（１６、１６’）は放物線輪郭を有する曲線形状とされる、前記方法。
3. 請求項１または２に記載の方法において、前記表面を照射する前に、前記光学導波管（１）の下又は内部の位置の表面層内部に内部金属層（２１）を配置し、それにより光線を前記表面に照射する時に、前記光学導波管の材料を除去した後の光線が前記内部金属層に当り、これにより前記内部金属層の材料が蒸発、スパッタ又は原子化して前記側壁に蒸着される、方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法において、前記斜めの光反射側壁に金属を蒸着した、方法。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の方法において、前記窪み（１９）をポリマ材料で充填した、方法。

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