KR100702978B1 - 레이저 가공에 의해 형성된 경면을 구비한 광도파로 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은, 임의적으로 광전기 회로 기판을 포함하는 광회로 기판 중의 임의의 장소에, 고효율로 광결합할 수 있는 수단을 구비한 광도파로를 제공하는 것이다. 또한, 광회로 중에서, 광도파로의 급격한 광로 변환이나, 합분파를 행하는 광도파로를 소형으로 실현하는 광도파로를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 코어와 클래드층을 구비한 광도파로로서, 레이저 조사에 의해 코어의 두께 방향의 적어도 일부가 절단되어 형성된 코어의 적어도 일부를 가로지르는 벽면이 경면인 광도파로를 제공한다.
광도파로, 광전기 회로 기판, 광집적회로, 광 인터커넥션용 광학 부품.
Description
도 1은 본 발명의 경사 조사 레이저 가공을 이용한 제조 공정의 일례를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 렌즈 기능을 가진 미소 미러를 형성하는 광도파로의 제작방법의 일례를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 렌즈 기능을 가진 미소 미러의 형성 공정의 일례를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 렌즈 기능을 가진 미소 미러의 일례를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 관통 구멍을 가진 광도파로를 이용한 T자 광분기의 일례를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 관통 구멍을 가진 광도파로를 이용한 L자 광로 변환의 일례를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 관통 구멍에 의한 광로 변환을 이용한 Y자 광분기의 일례를 나타내는 도면.
도 8은 광도파로의 단부를 레이저로 잘라낸 도면.
도 9는 코어의 도중까지를 절단한 광도파로의 도면.
도 10은 코어의 도중까지를 절단한 광도파로의 도면.
본 발명은 광로 변환 가능한 고분자 광도파로(optical waveguide)에 관한 것으로, 특히 광집적회로, 광 인터커넥션용 광학 부품, 광전기 회로 기판 등을 제조하는 방법에 관한 것이다.
광부품, 혹은 광섬유의 기재(基材)로서는, 광전파 손실이 작고, 전송 대역이 넓다고 하는 특징을 갖는 석영 유리나 다성분 유리 등의 무기계 재료가 널리 사용되고 있지만, 최근에는 고분자계 재료도 개발되어, 무기계 재료에 비해 가공성이나 가격의 점에서 우수하기 때문에, 광도파로용 재료로서 주목받고 있다. 예를 들면, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 혹은, 폴리스티렌(polystyrene)과 같은 투명성이 우수한 고분자를 코어(core)로 하고, 그 코어 재료보다도 굴절률이 낮은 고분자를 클래드(clad) 재료로 한 코어-클래드 구조로 이루어지는 평판형 광도파로가 제작되어 있다(특개평 3-188402호). 이에 반해, 내열성이 높은 투명성 고분자인 폴리이미드(polyimide)를 이용하여 저손실의 평판형 광도파로가 실현되어 있다(특개평 4-9807호).
저비용화 등의 요구 때문에 광 인터커넥션 분야에 있어서, 면발광형 레이저(surface-emitting laser)(VCSEL; vertical cavity surface emitting laser)가 탑재되도록 하고 있지만, 기판에 대해서 수직으로 출사하는 레이저광을 기판에 대해 서 수평인 광도파로에 입사시킬 때, 약 90°의 광로 변환이 필요하게 된다. 고분자 광도파로에서는, 다이싱 소(dicing saw)에 의해 약 45°로 절삭하여, 90°광로 변환을 가능하게 하고 있다(특허 문헌 1：특개평 10-300961). 그러나, 다이싱 소를 이용했을 경우, 불필요한 개소까지도 45°로 잘라내 버린다. 그 때문에, 다이싱 소를 이용하면, 기판 내의 임의의 장소에 광로 변환을 위한 광결합을 형성하는 것은 불가능하다고 할 수 있다.
한편, 광프린트 기판에 엑시머 레이저(excimer laser)를 이용하여 원형의 홀을 형성하는 방법도 보고되어 있다(비특허 문헌 1). 홀이 원형인 경우, 미소 렌즈가 형성되어 있는 것과 등가이며, 통상, 광이 발산해 버려, 결합 효율이 크게 악화되어 버린다. 결합 효율을 향상시키려고 했을 경우, 복잡한 비대칭의 결합 광학계가 필요하게 되고, 그것들을 미크론(micron) 이하의 오더(order)로 배치할 필요가 있다. 이것은 광전기 회로 기판에 있어서 비현실적이다.
또 근래, 광도파로를 이용한 광부품의 소형화가 더욱 더 요구되고 있다. 그 때문에, 단거리로 광을 구부리거나, 분기, 합파(合波)하거나 할 필요가 있다. 또,광전기 회로 기판에 있어서는, 다양한 개소에 최단 거리로 광을 배선할 필요가 있다. 그러나, 종래의 곡선형 광도파로나 합분파 광도파로(light coupling-and-splitting optical waveguide)의 경우, 비굴절률 차이의 제한 때문에 제작할 수 있는 광도파로는 임의의 크기 혹은 길이 이하로는 할 수 없다. 따라서, 이러한 회로를 작게 할 수 있는 광도파로가 요구되어 왔다.
[특허 문헌 1] 특개평 3-188402호
[특허 문헌 2] 특개평 4-9807호
[특허 문헌 3] 특개평 10-300961호
[비특허 문헌 1] 전자 정보 통신 학회 논문지, 2001/9, Vol.J84-C, No.9, 724쪽~725쪽
본 발명의 목적은, 상기한 문제를 회피하기 위해, 광전기 회로 기판을 포함하는 광회로 기판 중의 임의의 장소에, 고효율로 광결합할 수 있는 수단을 구비한 광도파로를 제공하는 것이다. 또한, 광회로 중에서, 광도파로의 급격한 광로 변환이나, 합분파를 행하는 광도파로를 소형으로 실현하는 광도파로를 제공하는 것이다.
본 발명자는, 예의 검토한 결과, 광도파로의 임의의 장소에 레이저를 이용하여 구멍 뚫기 가공을 실시하는 것에 의해, 상기 과제를 해결하는 것을 발견하고, 본 발명을 완성시켰다. 즉, 본 발명은, 코어와 클래드층을 구비한 광도파로로서, 레이저 조사에 의해 코어의 두께 방향의 적어도 일부가 절단되어 형성된, 코어의 적어도 일부를 가로지르는 벽면이 경면(specular surface)인 광도파로이다.
여기서, 상기 레이저 조사가 광도파로면에 대해서 수직 방향이고, 상기 경면이 광도파로면에 대해서 수직이고 또한 코어의 연장 방향에 대해서 경사져 있는 것이 하나의 바람직한 형태이다. 이것에 의해, 미소 미러 등을 설치하지 않아도 광도파로면 내에서의 광로 변환이 가능해진다.
또, 상기 레이저 조사가 광도파로면에 대해서 경사 방향이고, 상기 경면이 코어의 연장 방향에 대해서 경사져 있는 것이 다른 바람직한 형태이다. 이것에 의해, 별도로 미소 미러 등을 설치하지 않아도 광도파로의 면 외 방향, 예를 들면 면에 대해서 수직 방향으로의 광로 변환이 가능해진다.
또, 본 발명에 있어서 클래드층의 상면에 코어의 형상을 반영한 볼록부(convex portion)가 형성되어 있고, 상기 레이저 조사에 의한 절단 방향이 상기 볼록부를 통과하여 코어에 대해 경사 방향이고, 상기 경면이 곡면인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 면 내 이외로 광로 변환 시에, 더욱 렌즈 효과를 얻을 수 있다.
또, 본 발명은, 코어와 클래드층을 구비한 광도파로로서, 코어의 단면이 광로 변환을 행하기 위한 곡면 형상의 경면인 광도파로이다. 이것에 의해, 렌즈 효과를 갖춘 광로 변환이 가능해진다.
또, 이들 광도파로는, 전기 회로가 탑재된 회로 기판의 한 면에 설치되어 광·전기 회로 기판을 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 코어에 대응한 볼록부를 갖는 전사형(mold)으로 제1 클래드층을 형성하는 공정, 제1 클래드층을 전사형으로부터 박리하는 공정, 제1 클래드층의 전사형에 접하고 있던 제1 면에 형성된 오목부에 코어가 될 재료를 매립하는 공정, 제1 클래드층의 제1 면에 제2 클래드층을 형성하는 공정, 제1 클래드층의 외측 표면에 형성되어 있는 코어에 대응한 볼록부의 일부에 코어에 대해서 비스듬하게 레이저를 조사하여 코어의 두께 방향의 적어도 일부를 절단하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광도파로의 제조 방법이다.
임의의 장소에 광결합용의 구멍을 뚫는 방법으로서, 포토리소그래피(photolithography)와 드라이 에칭(dry etching)을 조합한 방법도 고려할 수 있다.그러나, 수십 미크론의 두께를 드라이 에칭하지 않으면 안되어, 생산성 면이나 비용 면에서 실제적이지 않다.
광도파로 면 내의 임의의 개소에 구멍을 뚫고, 코어의 도중의 절단면에 경면을 형성하는 것뿐만 아니라, 도 8에 나타내는 바와 같이, 코어(42)를 구비한 광도파로(41)의 코어의 끝에 걸리도록 레이저 조사하고, 광도파로의 말단부를 잘라내어 형성한 코어의 벽면(43)을 경면으로 하는 것도 가능하다. 또, 레이저로 코어의 두께 방향 전체를 절단해서 얻은 벽면을 경면으로서 이용할 수 있는데, 이 경우에는 코어를 전파하는 광 전부를 광로 변환할 수 있다. 한편, 코어의 두께의 도중까지 를 절단해서 얻은 벽면을 경면으로서 이용하면, 코어를 전파하는 광의 일부를 광로 변환하고, 다른 일부를 그대로 직진시킬 수도 있다.
본 발명에 있어서 레이저 조사 중, 레이저 빔은 광도파로에 대해서 상대적으로 정지하고 있는 것은 물론이다.
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. 여기에서는, 폴리이미드 광도파로를 예로 들어 설명하지만, 광도파로의 재료로서 폴리이미드 이외의 광학용 재료의 수지를 이용해서, 광로 변환을 위한 구조를 형성하는 것도 물론 가능하다. 또, 본 발명의 광도파로가 형성된 기판의 표면이나 내부에 전기 회로나 다른 광 회로가 형성되어 있어도 좋다.
우선, 실리콘 웨이퍼 위에 폴리이미드로 된 하부 클래드층을 형성한다. 그위에 일부가 코어로 되는 폴리이미드층과 레지스트층을 순차적으로 형성한다. 다음에, 원하는 코어 패턴이 그려져 있는 마스크 패턴을 이용하여 노광하는 것에 의해, 마스크가 되는 레지스트 패턴이 형성된다. 이 레지스트 패턴을 마스크로 해서 산소 플라즈마에 의해 일부가 코어로 되는 층을 드라이 에칭한다. 다음에, 마스크의 레지스트를 박리액으로 제거한다. 이어서, 그 위에 폴리이미드로 된 상부 클래드층을 형성한다. 그리고, 다층으로 형성된 실리콘 웨이퍼마다 플루오르화수소산(hydrofluoric acid) 수용액에 침지시켜, 실리콘 웨이퍼로부터 광도파로가 되는 다층을 박리한다. 이렇게 해서 광도파로가 형성된 필름상 광도파로를 얻을 수 있다.
이 광도파로 면에 수직이고 또한 코어의 연장 방향을 포함하는 면내에서, 레이저를 광도파로 면으로부터 약 45도의 각도로 조사하는 것에 의해, 광도파로의 코어에는, 코어의 연장 방향에 대해서 45도 경사진 경면을 형성할 수 있다. 이 45도 경면을 거쳐서 광로를 광도파로 면에 대해 수직 방향으로 변환할 수 있다. 이 45도 경면에는 필요에 따라서 반사율이 높은 금속층을 설치해도 좋다. 이 경면을 이용했을 경우, 개별 부품으로서의 미소 미러를 별도로 설치할 필요가 없다.
이와 같이 해서, 이 광도파로에 전기 회로나 광 소자나 광 회로를 형성하거나, 전기 회로 기판에 접합함으로써, 임의의 장소에서 광결합이 가능한 광전기 회로 기판을 제조할 수 있다.
본 발명의 광도파로는 클래드층, 코어층 모두 수지로 이루어지는 것이 바람직하고, 그 중에서도 폴리이미드 수지 또는 에폭시 수지로 이루어지는 것이 특히 바람직하다. 수지를 이용하는 것에 의해, 레이저 조사에 의해 형성되는 구멍의 벽면이 평활한 경면으로서 용이하게 얻어진다.
다음에, 경면이 곡면으로 되는 형성 방법을 도 2, 도 3을 이용하여 설명한다. 우선, 원하는 코어 패턴이 형성되어 있는 전사형(11)을 준비한다(도 2(a)). 그 위에 클래드층(12)이 될 폴리이미드의 전구체인 폴리(아믹)산 용액을 스핀 코트 등에 의해 도포한다. 다음에, 열처리에 의해 이미드화시킨다. 이 때, 폴리(아믹)산 용액의 수지 농도를 적절히 조정함으로써, 코어 패턴 상부의 클래드층 표면에 코어 패턴을 반영해서 솟아 오른 형태의 볼록부(12a)를 형성할 수 있다(도 2(b)). 다음에, 이 폴리이미드 필름을 전사형으로부터 박리한다(도 2(c)). 박리한 폴리이미드 필름을 상하 반전시켜서, 코어(13)가 될 폴리이미드의 전구체인 폴리(아믹)산 용액을 그 홈부에 매립하는 형태로 도포하고, 가열해서 이미드화시킨다(도 2(d)). 이어서, 그 위로부터 하부 클래드층(14)이 될 폴리이미드의 전구체인 폴리(아믹)산 용액을 도포, 가열해서 이미드화시킨다. 이와 같이 해서, 코어(13)의 임의의 장소에 클래드층이 솟아 올라 형성된 볼록부(12a)를 갖는 광도파로를 작성할 수 있다(도 2(e)).
이렇게 해서 얻어진 광도파로 필름의 위로부터 도 3(a)와 같이, 볼록부(12a)를 향해서 또한 광도파로면에 대해서 45도 기울여서, 엑시머 레이저 혹은 이산화탄소 레이저 등의 고출력 레이저광(15)을 조사하여, 도파로 면에 대해서 약 45도의 각도로 구멍 뚫기를 행한다. 이 때, 사각의 창이 뚫린 마스크(도시하지 않음)를 이용한다. 솟아 오른 볼록부(12a)가 있는 상부 클래드층 측으로부터 볼록부를 향해서 레이저를 조사하는 것에 의해, 코어를 절단하는 구멍(16)이 형성된다. 이 때, 광도파로의 코어를 가로지르는 구멍(16)의 벽면(17)에는, 용이하게 평활한 구면 혹은 원통면이 얻어진다(도 3(b)). 이 때, 형성한 구멍이 코어 패턴 방향에 대해서 수직 방향으로 약간의 위치 어긋남이 발생했다고 하더라도, 클래드의 볼록부에 형성되기 때문에 문제없다. 클래드층의 볼록부가 없는 평탄한 광도파로를 이용하는 경우는, 사각이 아니라, 원하는 곡선이 형성된 마스크를 이용하는 것에 의해, 곡면의 경면이 얻어진다.
이렇게 해서 얻어진, 코어의 절단면이 곡면인 미소 미러를 이용한 광의 전파 상태를 도 4에 나타낸다. 여기에서는 코어부와 미러부만 나타낸다. 광도파로(21)를 전파해 온 전파광(22)은, 약 45도의 각도로 가공된 미소 미러(24)에 의해 반사된다. 이 경우, 반사광(25)은, 구면의 곡률 반경의 절반의 거리에서 초점을 맞추도록 광은 수속된다. 이와 같이 광을 포커싱(focusing)할 수 있어, 예를 들면 위쪽으로 수광 소자를 배치하면 효율적으로 수광할 수 있다.
다음에, 광로를 광도파로 면내에서 광로 변환하거나 분기하는 기능을 구비한 광도파로에 대해서 설명한다. 코어의 패턴을 목적에 따라, T자형, L자형 혹은 Y자형으로 패터닝(patterning)한 광도파로를 이용한다.
이 광도파로의 위로부터, 엑시머 레이저를 광도파로면에 수직 방향으로, 또한 코어가 구부러진 개소에 조사하여, 그곳에 관통 구멍을 형성한다. 즉, 구멍 형상의 마스크를 이용하여 엑시머 레이저를 광도파로의 코어에 관련되는 부분에 조사시키면, 코어의 일부가 절단되어 구멍이 형성된다. 구멍에 의해 형성된 코어의 절 단면은, 공기와 코어의 계면인 경면이 되고, 광은 이 경면에서 반사되어 급격한 광로 변환 혹은 분기가 가능하게 된다. 코어의 절단면을 고반사율의 재료로 피복하거나, 혹은 구멍을 클래드보다 저굴절의 재료로 메우는 것도 가능하다.
도 5는 작성한 코어(31)의 형상이 T자형인 것이고, 도면 중, 위로부터 온 1개의 광(33)을 좌우로 분기하기 위한 구멍의 각 형상을 나타낸다. 도 5(a)는 광축에 대해서 45도의 면에서 반사 분기시키도록 구멍(32)이 형성된 것이다. 도 5(b)는 광학 계면이 2단으로 꺾인 면에서 반사 분기시키기 위한 관통 구멍(34)을 뚫은 것이고, 도 5(c)는 광학 계면이 곡면 형상으로 되도록 반사 분기시키기 위한 관통 구멍(35)을 뚫은 것이다. 도 5의 경우, 관통 구멍의 횡방향 위치에 따라 분기비를 변경할 수 있다. 또, 광의 진행 방향을 반대로 해서, 합파(合波)시킬 수도 있다.
도 6에는 L자로 광로 변환시키기 위한 구멍의 각 형상을 나타낸다. 도 6(a)는 직각으로 광로 변환하기 위해 코어가 직각으로 구부러진 개소에, 광 축에 대해서 45도로 경사진 경면이 형성되도록 구멍(36)을 뚫은 것이다. 도 6(b)는, 2단으로 꺾인 면에서 광로 변환시키기 위한 구멍(37)을 뚫은 것이고, 도 6(c)는 곡면 형상으로 광로 변환하기 위한 구멍(38)을 뚫은 것이다. 이와 같이 구멍의 형상을 변경하는 것만으로 여러 가지 소형 광도파로를 제작할 수 있다.
도 7은 T자 앞에 Y분기한 형상을 갖는 코어의 Y분기(39) 근처에 광로를 변환하기 위한 관통 구멍(40)을 형성한 것이다. 분기는 Y분기부에서 행할 수 있으므로, 관통 구멍의 횡방향의 위치 오차가 커도, 보다 정확하게 1：1의 분기가 가능해진다.
(실시예 1)
5인치 실리콘 웨이퍼 위에 2,2-비스(3,4-디카복시페닐)헥사플루오로프로판 2무수물(2,2-bis-(3,4-dicarboxyphenyl)hexafluoropropane dianhydride)(6FDA)과 2,2-비스(트리플루오로메틸)-4,4'-디아미노비페닐(2,2-bis(trifluoromethyl)-4,4′-diaminobiphenyl)(TFDB)로부터 형성되는 폴리이미드를 상하의 클래드층으로 하고, 6FDA와 4,4'-옥시디아닐린(4,4'-oxydianiline)(ODA)으로부터 형성되는 폴리이미드를 상하의 클래드층 사이에 배치된 코어층으로 한다. 공지의 포토리소그래피와 드라이 에칭 기술에 의해 하부 클래드층 상의 코어를 패터닝하고, 그 후 상부 클래드층을 형성해서 필름상 광도파로를 형성한다. 여기에 길이 방향이 서로 평행한 복수의 코어층이 형성되어 있어, 멀티 어레이(multi-array)의 광도파로가 되고 있다. 그 후, 이 광도파로가 형성된 실리콘 웨이퍼를 5wt%의 플루오르화수소산 수용액 중에 침지시켜, 실리콘 웨이퍼로부터 광도파로를 박리시키고, 필름상 광도파로를 제작했다. 필름상 광도파로의 두께는 80㎛로 했다.
도 1에 있어서, 이 불소화 폴리이미드를 이용하여 코어층(3)을 구비한 필름상 광도파로를 제작했다. 필름상 광도파로(1)를 엑시머 레이저의 광 축에 대해서 45도 기울어지게 하여, 엑시머 레이저(2)를 조사해서 구멍 뚫기를 실시했다(도 1(a)). 조사 조건은, 조사 에너지 총 0.4 J/펄스 및 에너지 밀도 1 J/(cm2·펄스), 그리고 반복 주파수 200 펄스/초로 2초간으로 했다. 이 때, 형성된 구멍의 코어를 가로지르는 벽면(4)은, 필름상 광도파로 면에 대해서 45도의 각도로 되어 있었다( 도 1(b)). 광도파로 면에 대해 수직 방향으로부터 면발광 레이저(도시하지 않지만, 도면에서는 필름상 광도파로의 아래쪽으로부터)로 45도의 경면에 레이저광을 조사한 결과, 광 축(5)을 따른 광도파로의 코어의 타단면으로부터 광출력을 관측할 수 있었다(도면 1(c)). 45도 경면에는 금속막을 형성해도 좋고, 형성하지 않아도 좋다.
벽면이 45도 기울어진 구멍은 임의의 장소에 몇군데라도 형성할 수 있어, 광회로의 설계의 자유도가 높다. 또, 개별 부품으로서의 미소 미러를 구멍 안에 설치하지 않아도 좋으므로, 광 축 맞춤이 용이하다.
(실시예 2)
5인치 실리콘 웨이퍼를 드라이 에칭에 의해, 폭 50㎛, 높이 40㎛의 릿지(ridge)상의 코어 패턴을 형성한다. 이것이 전사형으로 된다. 이 위에 2,2-비스(3,4-디카복시페닐)헥사플루오로프로판 2무수물(6FDA)과 2,2-비스(트리플루오로메틸)-4,4'-디아미노비페닐(TFDB)로부터 형성되는 폴리(아믹)산 용액을 스핀 코트하고, 가열해서 이미드화시킨다. 이 때, 폴리(아믹)산 용액의 농도를 25%로 했다. 코어 패턴 상부의 클래드층 상면에는 코어 패턴을 따라 솟아 오른 볼록부가 형성된다. 다음에, 폴리이미드의 클래드층을 증류수에 침지시키는 것에 의해 실리콘 웨이퍼로부터 박리한다. 이어서, 6FDA와 4,4'-옥시디아닐린(ODA) 및 6FDA/TFDB로 이루어지는 공중합 폴리이미드를 성형한 홈에 스핀 코트와 열처리에 의해 매립한다. 또한, 그 위에 6FDA/TFDB로 이루어지는 클래드층을 형성한다. 이와 같이 해서, 필름 광도파로를 제작했다. 필름 도파로의 두께는 90㎛로 했다.
다음에, 엑시머 레이저와, 그 광 축에 구리합금판으로 된, 1변이 0.15mm인 사각의 창이 뚫린 마스크와 필름 광도파로를 배치했다. 그리고, 광도파로를 레이저의 광 축에 대해서 45도 경사지게 하였다. 필름 광도파로의 볼록부를 향해서 엑시머 레이저를 조사하여, 관통 구멍을 광도파로에 대해서 비스듬하게 형성했다. 조사 조건은, 조사 에너지 총 0.4 J/펄스 및 에너지 밀도 1 J/(cm2·펄스), 그리고 반복 주파수 200 펄스/초로 2초간으로 했다. 이 때, 코어가 가로지르는 가공면은 광도파로 면 안쪽 방향, 두께 방향 모두 곡률반경이 약 0.8mm인 구면이었다.
필름 광도파로의 일단면으로부터 광도파로로 파장 850nm의 광을 삽입한 결과, 미소 미러면에서의 반사광을 관찰할 수 있었다. 100㎛φ의 광섬유로 반사광을 수광한 결과, 수광 강도는 약 70%인 것을 알았다.
(실시예 3)
5인치 실리콘 웨이퍼 상에 2,2-비스(3,4-디카복시페닐)헥사플루오로프로판 2무수물(6FDA)과 2,2-비스(트리플루오로메틸)-4,4'-디아미노비페닐(TFDB)로부터 형성되는 폴리이미드를 상하의 클래드층으로 하고, 6FDA와 4,4'-옥시디아닐린(ODA)으로부터 형성되는 폴리이미드를 코어층으로 해서, 공지의 포토리소그래피와 드라이 에칭기술에 의해 멀티 모드 광도파로 필름을 형성한다. 이 때, T자형으로 패터닝했다. 그 후, 이 광도파로가 형성된 실리콘 웨이퍼를 5wt%의 플루오르화수소산 수용액 중에 침지시키고, 실리콘 웨이퍼로부터 광도파로를 박리하여, 필름 광도파로를 제작했다. 필름 광도파로의 두께는 80㎛로 했다.
다음에, 축소 광학계·마스크 투영 방식의 KrF 엑시머 레이저 가공 장치를 이용해서, T자의 교점에 사각의 관통 구멍을 형성했다. 조사 조건은, 조사 에너지 총 0.4 J/펄스 및 에너지 밀도 1 J/(cm2·펄스), 그리고 반복 주파수 200 펄스/초로 2초간으로 했다. 파장이 850nm이고, 분기점에서의 광학 손실이 1dB인 90도 방향 2분기가 생겼다.
(실시예 4)
지금까지는, 코어를 두께 방향 모두 절단하도록 레이저 가공한 예를 나타냈지만, 레이저 조사를 코어부를 관통하기 전에 정지시킴으로써, 절단면을 코어의 두께 방향의 임의의 위치까지로 형성할 수 있다. 이것에 의해 코어를 도파하는 광을분배하는 것도 가능해진다. 레이저 조사 시간을 코어를 관통하는데 필요한 시간의 절반으로 함으로써, 가공 깊이는 절반으로 할 수 있다. 예를 들면, 도 9에 있어서, 두께가 약 100㎛인 폴리이미드 광도파로 필름에 대해서 관통 구멍을 형성하는데 엑시머 레이저(51)를 200 펄스/초로 2초간 조사하는 것이 필요한 경우, 조사 시간을 1초로 함으로써 절반의 위치까지 가공된 구멍(54)을 형성할 수 있다. 이 경우, 코어(53)의 상부를 전파한 광(55)은 절단면에서 광로 변환하고, 코어의 하부를 전파하는 광(56)은 그대로 전파하게 된다. 코어 높이의 절반의 위치에서 가공을 멈췄을 경우, 거의 1：1의 비율로 광의 분배를 할 수 있다. 레이저 가공 깊이를 변경함으로써 분배비를 변경할 수 있다. 이와 같이, 전체 광량을 출납할 뿐만 아니라, 전체 광량 중 임의의 비율로 광을 출납하는 것이 가능해진다.
또, 도 10에 나타내는 바와 같이, 광도파로면에 대해서 수직인 경면을 형성하는 경우에 있어서도, 도중에 레이저 가공을 멈추는 것에 의해, 광의 분배가 가능하다. 도 10(a)는 위쪽에서 본 평면도이고, 도 10(b)는 코어(61)와 클래드층(62)으로 이루어진 광도파로의 횡단면도이다. 광도파로면에 대해서 수직으로 레이저 빔을 조사해서 구멍(63)을 코어의 도중까지 형성한다. 코어의 상부를 전파하는 광(64)은 구멍(63)의 벽면(63a)에서 광도파로면에 평행인 채로 직각으로 진로가 변경된다. 한편, 코어의 하부를 전파하는 광(65)은 그대로 직진한다. 이 때도, 레이저 가공에 의해 구멍 깊이를 변경함으로써 분배비를 변경할 수 있다.
본 발명은, 특히 광집적회로, 광 인터커넥션용 광학 부품, 광전기 회로 기판 등에 응용할 수 있다.
본 발명에 의해, 임의의 장소에서, 또 다종 다양한 코어 패턴으로, 광결합을 간편하게 행할 수 있으므로, 광 회로의 설계의 자유도가 현저하게 증가한다. 또 한, 레이저를 이용하는 것에 의해, 레이저 조사에 의해 구멍을 형성하는 것과 동시에, 구멍의 벽면을 용이하게 평활한 경면으로 할 수 있다. 또, 임의의 각도로 광로 변환이나 분기가 가능해져, 광도파로 사이즈를 대폭으로 저감할 수 있다. 이 효과는, 특히 광전기 회로 기판에 적합하다. 특히, 코어의 벽면을 곡면 형상의 경면으로 함으로써, 작은 수광 지름의 수광 소자 혹은, 확대각(개구수)이 큰 발광소자에 대해서도 결합 효율이 높게 또한 간편하게 광결합을 행할 수 있다.
Claims (7)
- 코어와 클래드층을 구비한 광도파로로서, 레이저 조사에 의해 코어의 두께의 도중까지를 절단하여 형성된 코어의 일부를 가로지르는 벽면이 경면인 것을 특징으로 하는 광도파로.
- 제1항에 있어서, 상기 레이저 조사가 광도파로면에 대해서 수직 방향이고, 상기 경면이 광도파로면에 대해서 수직이고 또한 코어의 연장 방향에 대해서 경사져 있는 광도파로.
- 제1항에 있어서, 상기 레이저 조사가 광도파로면에 대해서 경사 방향이고, 상기 경면이 코어의 연장 방향에 대해서 경사져 있는 광도파로.
- 코어와 클래드층을 구비한 광도파로로서, 클래드층의 상면에 코어의 형상을 반영한 볼록부가 형성되어 있고, 레이저 조사에 의해 코어의 두께 방향의 적어도 일부가 절단되어 형성된 코어의 적어도 일부를 가로지르는 벽면이 경면이고, 상기 레이저 조사에 의한 절단 방향이 상기 볼록부를 통과하여 코어에 대해서 경사 방향이고, 상기 경면이 곡면인 것을 특징으로 하는 광도파로.
- 코어와 클래드층을 구비한 광도파로로서, 코어의 연장방향의 단면이 광로변환을 행하기 위한 곡면형상의 경면인 것을 특징으로 하는 광도파로.
- 전기 회로가 탑재된 회로 기판의 한 면에 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 광도파로가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광·전기 회로 기판.
- 코어에 대응한 볼록부를 갖는 전사형으로 제1 클래드층을 형성하는 공정, 제1 클래드층을 전사형으로부터 박리하는 공정, 제1 클래드층의 전사형에 접하고 있던 제1 면에 형성된 오목부에 코어가 될 재료를 매립하는 공정, 제1 클래드층의 제1 면에 제2 클래드층을 형성하는 공정, 제1 클래드층의 외측 표면에 형성되어 있는 코어에 대응한 볼록부의 일부에 코어에 대해서 비스듬하게 레이저를 조사해서 코어의 두께 방향의 적어도 일부를 절단하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광도파로의 제조 방법.
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