KR20020025699A - 광 배선 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판(1) 상에 제1 클래드층(2)과 광 도파 코어층(4)과 제2 클래드층(5)의 3층을 순차 적층하여 이루어지는 광 도파로를 포함한 광 배선 기판에 있어서, 제1 클래드층(2)은 거의 평탄하게 형성되고, 제1 클래드층(2) 상에 광 도파 코어층(4)을 차단하도록 횡단하고, 광 도파로의 도파 광을 광 도파로의 도파 방향 이외의 방향으로 반사하는 종단 미러(3)를 설치하여 이루어진다.
Description
본 발명은 광 배선 기판(optical interconnection circuit board) 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 LSI 간을 고속으로 광학적으로 상호 접속하기 위한 광 도파로(optical wave guide)를 포함한 광 배선 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 바이폴라 트랜지스터나 전계 효과 트랜지스터 등의 전자 디바이스의 성능이 향상되고, LSI는 그 내부에서의 동작 클럭 주파수가 높아지고, 비약적으로 고속 동작이 가능해지고 있다. 그러나, LSI의 내부에서의 동작은 고속화되고 있지만, 이들을 실장(mount)한 프린트 기판 레벨에서의 동작 속도는 LSI의 동작속도(operation speed) 보다 낮게 억제되고 있다. 또한, 이 프린트 기판을 장착한 래크 레벨에서는 더욱 동작 속도가 낮게 억제되게 된다. 이 이유는 동작 클럭 주파수의 상승에 따라 전기 배선에서의 전송 손실이나 잡음, 전자 장해가 증대하고, 신호를 열화시키지 않도록 하기 위해서 상호 접속을 위한 배선이 길어지면 길어질수록 동작 주파수를 내릴 필요가 있기 때문이다. 따라서, 전기 배선 장치(electronic wiring module)에서는 능동 소자인 LSI의 동작 속도가 향상되어도 그 실장에 있어서 시스템의 동작 속도의 저하는 어쩔 수 없다는 문제가 있다.
한편, 상술한 바와 같은 전기 배선 장치의 문제에 감안하여 LSI 간을 광학적으로 접속하는 몇몇 광 배선 장치가 제안되고 있다. 광학적 배선은 직류로부터 수십 ㎓ 이상의 주파수 영역에서의 손실 등의 주파수 의존성은 거의 없고 또한 배선 경로의 전자 장해나 접지 전위 변동 잡음이 없기 때문에 수십 Gbps에서의 신호의 전송이 가능해진다. 이 때문에, 광 배선 장치에서는 프린트 기판 혹은 래크의 레벨로 초고속의 동작을 기대할 수 있다.
이 광 배선 장치를 실현하기 위해서는 광 도파로 혹은 광 파이버(optical fiber)로 LSI를 상호 접속하는 실장이 필요해진다. 일반적으로, 광 배선 장치에서의 광학적 접속은 평판상의 광 도파로가 형성된 기판이 서로 맞대어지거나 혹은 광 파이버가 서로 맞대어져 실현된다. 이러한 광 배선 장치에서의 실장은 전기적인 LSI의 보우트 실장 등과 비교하여 생산성이 낮다는 문제가 있다. 특히, 광 도파로가 설치되어 있는 광 배선 기판으로 부품을 실장하는 것은 광 도파로의 일부에 절입하여, 그 부분에 광 소자, 예를 들면 반도체 레이저, 포토다이오드 등을 장착하는 방법이 채용되어 범용성에 부족한 문제가 있다. 또한, 일반적으로 기판이 평판상이기 때문에 광 입출력부가 기판의 수직 방향으로 설치되고, 기판 내의 광 도파로에 광로를 직각으로 구부리는 90°의 광로 변환 기구(optical path angle converter)가 설치되고 광 부품이 기판 표면에 실장된다. 그러나, 실용성이 높은 90° 변환 기구, 즉, 생산성이 높고 또한 효과적인 90° 변환 기구는 아직 실현되지 않았다.
종래, 광 부품의 표면 실장에서는 광 빔을 직각으로 구부리기 위해 광 도파로가 기계적으로 45°로 절단되는 방법, 혹은 45° 미러 부품이 그 광 도파로의 출력 포트에 독립적으로 장착되는 방법이 있다. 광 도파로를 기계적으로 45° 절단하는 방법은 배선판의 단부에 한정되고, 일반적으로는 다이싱이나 레이저 가공에 의해 비스듬하게 광 도파로를 절입하는 방법이 채용되고, 광 도파로를 기판마다 비스듬하게 연마하는 방법 등도 알려져 있다.
한편, 45° 미러 부품이 별도로 장착되는 방법으로는 개별의 미소(微小) 45° 미러를 광 단자에 얼라인(align)시켜 배치해 가는 방법이 가장 단순하지만, 기계적인 배치 공정을 단축하기 위해서 광 도파로 기판과 미러 기판을 별개로 작성하여 접합시키는 방법(예를 들면, Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers: SPIE Vol.3288, p.79)이 제안되고 있다.
도 1에는 상기 문헌에 기재된 광 도파로 기판(optical wave guide board)과 미러 기판(micro mirrors)이 모식적으로 나타나고 있다. 도 1에 있어서, 참조 부호 1은 미러 기판(micro mirrors), 참조 부호 3은 미러 기판(1)에 설치된 45° 미러, 참조 부호 15는 광 도파로 기판, 참조 부호 4는 광 도파 코어층, 참조 부호 2 및 5는 클래드층(cladding layer)이다. 또한, 도 1 중의 화살표는 광 신호의 흐름을 나타내고, 실장하는 광 소자나 LSI 등은 기판(15) 상에 전기 배선을 설치하고 실장되어 있다.
이들의 방법은 확실하게 광 빔(beam)을 직교 변환할 수 있다. 그러나, 광 도파로를 절단하는 방법은 광 입출력부를 기판 내의 임의의 위치 및 임의의 방향으로 형성하는 것이 어렵고, 더욱 다수의 광 입출력부를 설치하는 경우에는 생산성이 부족하다는 문제가 있다. 또한, 외부 미러 부품을 장착하는 방법은 기판의 구성이 복잡해질 뿐만아니라, 미러 부품이 기계적인 장착이고, 장착 불량이나 오염의 문제가 발생하기 쉽다는 문제가 있다. 이들의 문제는 광 배선 기판의 생산성 향상을 저해하고, 저비용으로 범용성이 높은 광 실장을 실현하는데 큰 장해가 되고 있다.
이에 대하여, 광 배선 기판에 능동 소자, 예를 들면 반도체 레이저, 포토다이오드, 구동 IC 등이 매립되고, 이들의 능동 소자가 전기적 배선 기판에 전기적으로 접속되어 광 배선 기판에 전기적 배선 기판이 실장되는 방법이, 예를 들면 시간 2000-114581호 공보에 개시되어 있다. 또한, 기판에 요철을 형성하여 기초 클래드층을 변형시켜, 그 변형부에 매립 미러가 형성되는 방법이, 예를 들면 Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers: SPIE Vol.3288, p.133에 개시되어 있다.
전자의 방법은 LSI의 실장이 통상의 전기 접속이기 때문에, 땜납 리플로우 등의 일반적인 전기 실장 방법을 적용할 수 있다. 그러나, 실장 기판에 능동 소자가 매립되는 구조를 위해서는, 열 왜곡의 영향에 의해 수 10㎝ 규모의 대형화가 어렵고, 또한 실장 배선이 범용적으로 변경할 수 있는 구조가 아니라는 문제가 있다. 한편, 후자의 방법은 광 배선 기판에 광 도파로나 전기 배선을 형성하는 것만으로도 좋고, 대형화가 용이한 것 외에, 실장 배선 패턴의 변경도 포토리소그래피의 마스크 변경만으로 가능하다.
도 2에서는 후자의 방법에 따른 문헌에 기초하는 구조가 개념적으로 나타나고 있다. 도 2 중 참조 부호 1은 기판, 참조 부호 2는 광 도파로의 클래드층, 참조 부호 4는 광 도파로의 코어층, 참조 부호 5는 광 도파로의 클래드층, 참조 부호 3은 광 도파 코어층(4)에 직접 접하여 설치된 매립 미러이다. 도 2에 도시한 구조에서는 기판(1)에 요철이 설치되고, 이 요철에 대응하여 클래드층(2)에 요철이 형성되고, 매립 미러(3)는 클래드층(2)의 요철의 경계에 상당하는 사면(斜面)에 금속이 증착되고 형성되어 있다. 이 종래의 구조에서는 광 도파로 가이드(guide)되는 광파(light wave)가 부분적으로 추출된다. 즉, 도 2에 도시한 구조에서는 광 버스의 중간 단자, 즉 광탭의 기능이 실현된다. 여기서, 미러(3)는 광 분기 미러로서 기능을 갖고 있다.
이 종래의 구조에서는 분기 미러(3)(signal splitting mirror)의 높이가 광 도파로 코어층(4)의 두께보다 낮게 설정되고, 광 도파로 코어층(4) 내에 매립되어 있다. 따라서, 이 구조에서는 도파 광(guided light wave)의 일부가 분기 미러(3)에 의해서 확실하게 수직으로 분기됨과 함께, 남는 도파 광은 분기 미러(3)의 후단 광 도파로로 분배 가능하다. 또한, 이 종래의 구조에서는 광 도파로가 멀티모드도파로이기 때문에, 광 분기부에서 분기되는 광 전파 모드와 단순하게 광 분기부 상을 통과하는 광 전파 모드 양쪽이 혼재 가능하고, 광선 추적 등의 방법에 의해 광 분배를 비교적 용이하게 설계할 수 있다. 또한, 광 분기부에 외부로부터 도파 광을 입력할 수 있어, 신호 버스로서의 기본 기능을 단순한 구성으로 실현할 수 있다.
그러나, 이 종래의 구조에서는 기판(1) 및 기초 클래드층(3)이 요철을 갖고 있기 때문에, 코어층(4)에 요철이 형성되어 광 도파로로서의 도파 손실이 지나치게 커진다는 문제가 있다. 즉, 코어층(4)의 요철에 의해 도파되는 도파 광이 요철부의 경계, 즉 코어층(4)의 절곡부에서 모드 변환 손실이 생겨서, 평탄한 광 도파로에 비하여 지나친 손실이 생긴다는 문제가 있다. 따라서, 이 종래의 구조에서는 필요 이상으로 도파 광이 손실되고 시스템에 큰 부하를 끼친다는 문제가 있다. 매립 미러(3)가 부분 분기용이기 때문에, 광 송신용 광로 변환 미러로서 이용한 경우, 광 입사부의 개구 면적이 광 도파로의 단면적에 비하여 작아진다는 문제도 있다. 예를 들면, 매립 미러(3)의 수직 분기 효율을 10%(1/10 분기)로 하면, 기본적으로는 광 송신 빔의 단면적을 광 도파로 단면적의 1/10로 하지 않으면 안된다.
일반적으로, 광 빔을 작게 집광하는(converge) 것은 빔의 방사각(divergent angle)을 크게 하게 되어, 광 도파로의 개구수(Numerical Aperture)를 넘는 각도가 될 때까지 집광하는 것은 무의미하게 된다. 따라서, 경우에 따라 광 송신부의 광 결합 효율이 낮아진다는 문제가 있고, 이것은 광 신호 버스에 적용하기 위해서 원리적인 필연성으로서 받아들이지 않을 수 없지만, 클럭 신호 등 일방 통행적인 신호 분배의 광 송신에 있어서는 단순한 손실이 되는 문제이다. 또한, 광 도파로의 종단부(terminate section)에 있어서는 분기 광 이외의 도파 광이 도파로 외에 방사 또는 역 방향으로 반사되어, 다른 광 도파로로의 크로스토크를 생기게 하거나, 광 도파로 내에서 다중 반사가 생겨서 지연 잡음 신호를 발생시키기도 한다는 문제도 있다.
또한, 상기한 종래의 구조로는 분기 미러 즉 매립 미러(3)가 기판의 변형에 의해 기울어지고, 기판에 요철이 형성되어 이에 대응하여 기초 클래드층이 요철에 형성되는 것이 필요하다. 이러한 구조는 기판 재료, 기판 사이즈 등에 제약이 있음과 함께, 요철 형상이나 그 깊이의 제어 등, 제조 공정의 복잡함 등 제조 공정의 제어가 어렵다는 문제가 있다. 또한, 이 문제를 회피하기 위해 금형(金型)에 의해 기초 기판을 제조하는 방법도 고려된다. 그러나, 이 방법은 동일한 기판을 대량 생산하는 경우에만 적용할 수 있고, 일반적으로는 금형의 초기 투자가 부담이 되기 쉬운 데다가 배선 패턴의 변경이 용이하지 않은 등, 제조 방법의 일반성이 부족하다는 문제도 있다.
이와 같이 종래, LSI 간을 광학적으로 접속하는 광 배선 기판에 있어서는 실용성이 높은 90° 광로 변환 기구가 아직 실현되지 못하여, 이것이 생산성의 저하나 제조 비용의 증대를 초래하는 요인이 되고 있다.
본 발명의 목적은 LSI를 범용적으로 광 배선 실장할 때에 광 결합 손실을 최소로 하고, 또한 확실하게 광 종단(terminate)할 수 있는 90° 광로 변환 기구를실현할 수 있어 생산성의 향상 및 제조 비용의 저감을 도모할 수 있는 광 배선 기판 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따르면,
기판 상에 제1 클래드층과 광 도파 코어층과 제2 클래드층 중 적어도 3층을 순차 적층하여 이루어지는 광 도파로를 포함한 광 배선 기판으로써, 제1 클래드층은 거의 평탄하게 형성되고 제1 클래드층 상에 상기 광 도파 코어층을 차단하도록 횡단하고, 상기 광 도파로의 도파 광을 상기 광 도파로의 도파 방향 이외의 방향으로 반사하여 종단하는 종단 미러(terminate mirror)를 설치하고 있는 광 배선 기판이 제공된다.
여기서, 본 발명의 바람직한 실시 형태로서는 다음의 예를 들 수 있다.
(1) 제1 클래드층 상에 광 도파 코어층을 부분적으로 횡단하여 광 도파로의 도파 광을 일부 반사하여 분기하는 분기 미러를 더 설치하여 이루어진 것.
(2) 적어도 하나의 종단 미러의 광축 상에 그 종단 미러에 의해 반사된 도파 광을 흡수하는 광 흡수체를 설치하여 이루어진 것.
(3) 광 도파로 상에 탑재 부품의 위치 결정을 위한 오목부 또는 볼록부를 갖는 커버층을 설치하여 이루어진 것.
(4) 광 도파로와 커버층 간에 광 입출력부를 제외하고 차광막을 설치하여 이루어진 것.
(5) 차광막을 반사막으로 형성하고, 분기 미러 또는 종단 미러를 광 도파로의 광 도파 방향에 대하여 45° 근방으로 기울여서 횡단시키고, 그 미러로 반사시킨 광을 차광막으로 반사시키고, 다시 그 미러로 반사시킴으로써, 광 도파로와는 90° 기운 관계에 있는 다른 광 도파로에 광 결합시키는 것. 여기서, 45° 근방이란 45°를 포함하는 것이다.
또한, 본 발명에 따르면, 기판 상에 제1 클래드층을 거의 평탄하게 형성하는 공정과, 제1 클래드층 상에 미러 금속을 형성하는 공정과, 상기 미러 금속을 패턴 단부가 사면을 갖도록 에칭하여 분기 미러 또는 종단 미러를 형성하는 공정과, 제1 클래드층 상에 상기 종단 미러의 높이 이내의 두께로 광 도파 코어층을 원하는 광 배선 패턴으로 형성하는 공정과, 상기 광 도파 코어층을 덮도록 제2 클래드층을 형성하는 공정을 포함하는 광 배선 기판의 제조 방법이 제공된다.
또한, 본 발명은 광 배선 기판의 제조 방법에 있어서, 기판 상에 제1 클래드층을 거의 평탄하게 형성하는 공정과, 제1 클래드층 상의 미러 형성부에 개구를 갖는 마스크를 소정 거리 분리하여 설치하는 공정과, 상기 마스터의 개구 내에 패턴 단부가 사면을 갖도록 미러 금속을 피착하여 분기 미러, 또는 종단 미러를 형성하는 공정과, 제1 클래드층 상에 상기 종단 미러의 높이 이내의 두께로 광 도파 코어층을 원하는 광 배선 패턴에 형성하는 공정과, 상기 광 도파 코어층을 덮도록 제2 클래드층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 광 배선 기판의 제조 방법에 있어서, 제2 클래드층 상에 차광막을 형성하고, 그 차광막 상에 커버층을 설치하고, 그 커버층에 탑재 부품의 광 입출력 단자를 위치 결정하기 위한 오목부를 형성한 후, 커버층의 오목부를 창으로 하여 상기 차광막을 에칭 제거하는 공정을 포함한다.
본 발명의 광 배선 기판에 있어서는, 광 결합 방향을 90° 변환하는 45° 미러를 광 도파로 내에 내장하고 있기 때문에, 광 도파로의 기계 가공 부분이나 외부 미러가 없고, 외견 상은 완전한 평탄 기판이라고 하는 특징을 갖고 있다. 이 때문에, 실장 부품의 실장 공정이나 배선 패턴 설계에 있어서, 광 배선에 따른 요철의 고려가 불필요하고, 또한 기계적인 가공 부분이 기본적으로 없기 때문에, 땜납의 리플로우 공정이나 플럭스 등의 세정 공정 등에 있어서 미러면이나 기계 가공부가 오염되는 잔사(殘渣)가 남는 등의 트러블이 없다는 특징을 가지고 있다.
또한, 본 발명은 분기 미러에 의해 종래 기술과 마찬가지인 광 버스 기능을 실현함과 함께, 종단 미러에 의해 광 도파로 단부에서의 광 도파로 밖으로의 광 방사나 역 방향으로 광 도파하는 반사광을 막는 것으로 확실한 광 종단을 행하고, 다른 광 도파로로의 크로스토크나 광 도파로 내의 다중 반사를 억제할 수 있다는 특징을 가지고 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 종단 미러를 광 분배형 배선의 송신부 광 결합기로 함으로써, 광 송신 결합 효율을 기본적으로 100%로 할 수 있는 특징을 갖고 있다. 즉, 본 발명의 광 배선 기판은 광 도파로 간 크로스토크나 광 도파로 내의 다중 반사 잡음이 적고, 광 입출력부의 광 결합 손실을 최소로 한 표면 실장형의 광 배선 기판을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 광 배선 기판의 제조 방법에 따르면, 분기 미러 및 종단 미러를 기본적으로 평탄한 기판 상에서 제작하고, 더구나 그 형성은 평탄면으로의 포토리소그래피나 메탈 마스크 증착 등으로 패턴을 결정할 수 있기 때문에, 통상의전기 배선 기판에서의 다층 적층 기판 등과 동등한 생산성을 구비하고, 또한 배선 패턴이나 미러 방향의 변경을 포토마스크나 메탈 마스크의 변경으로 용이하게 행할 수 있다는 특징을 갖고 있다. 따라서, 본 발명에 따른 광 배선 기판 및 그 제조 방법은 광 배선 실장의 저비용화와 범용화를 촉진하고, 시스템 적용을 용이하게 하여, 초 고속 정보 통신 시스템 등의 고도화에 공헌할 수 있다.
본 발명의 추가적 이점과 목적들은 아래에서 기술될 것이며, 이 내용으로부터 보다 명백해지거나, 본 발명의 실시를 통해서 알려질 것이다. 본 발명의 목적 및 이점은 본 명세서에서 특정하게 지적한 방법과 그 결합들을 통해 알려지고 획득될 것이다.
도 1은 종래의 광 배선 기판의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 2는 종래의 광 배선 기판의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 광 배선 기판의 일부를 모식적으로 나타내는 사시도.
도 4는 도 3에 도시한 광 배선 기판을 광 도파로 코어의 중심 상에서 세로로 절단하여 개략적으로 나타내는 단면도.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 광 배선 기판의 일부를 모식적으로 나타내는 사시도.
도 6은 도 5의 광 배선 기판을 광 도파로 코어의 중심 상에서 세로로 절단하여 개략적으로 나타내는 단면도.
도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 광 배선 기판의 일부를 모식적으로 나타낸 단면도.
도 8a 내지 도 8f는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 광 배선 기판의 제조 공정을 개략적으로 나타내는 단면도.
도 9a 및 도 9b는 도 7에 도시한 광 배선 기판에서의 미러 부분의 제조 공정을 개략적으로 나타내는 단면도.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 제5 실시 형태에서의 미러 부분의 제조 공정을 개략적으로 나타내는 단면도.
도 11은 본 발명의 제6 실시 형태에 따른 광 배선 기판의 일부를 모식적으로 나타내는 단면도.
도 12는 도 11에 도시한 광 배선 기판에 광 로드를 결합한 상태를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 13은 본 발명의 제7 실시 형태에 따른 광 배선 기판의 일부를 모식적으로 나타내는 상면도.
도 14는 도 13에 도시한 광 배선 기판의 일부를 모식적으로 나타내는 사시도.
도 15는 본 발명의 제8 실시 형태에 따른 광 배선 기판의 일부를 모식적으로 나타내는 단면도.
도 16a 내지 도 16c는 본 발명의 제9 실시 형태에 따른 광 배선 기판의 제조 공정을 나타내는 단면도.
도 17은 본 발명의 제10 실시 형태에 따른 광 배선 기판의 일부를 모식적으로 나타내는 상면도.
도 18은 본 발명의 제10 실시 형태에 따른 광 배선 기판의 일부를 모식적으로 나타내는 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 미러 기판
2, 5 : 클래드층
3 : 종단 미러
4 : 광 도파 코어층
6 : 분기 미러
7 : 광 흡수체
8 : 포토레지스트
13 : 반사막
15 : 광 도파로 기판
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 따른 광 배선 기판을 상세히 설명한다.
처음에, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 광 배선 기판을 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 광 배선 기판의 일부를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 3에 있어서, 참조 부호 1은 광 도파로가 형성되는 기판, 참조 부호 2는 광파 또는 광 신호(light wave or optical signal)를 차광하기 위한 기초 클래드층, 즉 제1 클래드층, 참조 부호 3은 반사면을 갖는 종단 미러(termination mirror)로써 그 내측이 굴절체로 채워지거나 혹은 공동부(空洞部)에 형성된다. 참조 부호 4는 광파 또는 광 신호가 전파되는 광 도파로 코어,즉 광 도파 코어층, 참조 부호 5는 광 차광을 위한 상부 클래드층, 즉 제2 클래드층(파선으로 가상적으로 도시)이고, 도 3에 있어서 화살표는 광파 또는 광 신호의 진행 방향을 나타내고 있다.
또한, 도 4는 도 3의 실시 형태를 광 도파로 코어(4)의 중심선 상에서 세로로 절단하여 광 배선 기판의 단면을 나타내는 도면으로, 도 3과 동일한 부분에는 동일한 부호가 부여되고 있다. 종단 미러(3)는 광 도파로 코어(4)를 완전하게 분단하도록 광 도파로 코어(4)의 높이와 동일한 높이로 형성되고, 광 도파로의 광 도파의 진행 방향에 대하여 대략 45°의 경사면을 가지고 있다. 따라서, 광 신호는 종단 미러(3)의 경사면에서 90°의 각도로 상측으로 반사된다.
각 요소의 구체예로서, 기판(1)은 Si, 세라믹, 유리 첨가 에폭시 등, 기본적으로 광 도파로 재료를 형성할 수 있는 재료이면 특별한 제한은 없다. 클래드층(2, 5) 및 광 도파로 코어(4)는, 예를 들면 석영(SiO2)이나 다성분 유리에 불순물 첨가하여 굴절율이 조정된 유리계 재료, 불화 폴리이미드나 아크릴, 에폭시 등의 폴리머 재료 등을 이용할 수 있어, 광 도파로 코어(4)의 굴절율이 클래드층(2, 5)의 굴절율에 의해 소정비만큼 높아지도록 설정된다. 광 도파로 코어(4)는 높이(두께) 5㎛, 폭 20㎛의 치수를 일례로 가지고 있다.
종단 미러(3)는 금속 등과 같이 재료 자체가 광 신호를 반사하는 재료, 혹은 45° 입사로 모든 반사가 되는 굴절율 차를 갖는 저 굴절율 재료를 매립하거나, 혹은 스페이서 등을 이용하여 공극을 만드는 등의 방법에 의해 형성할 수 있다. 종단 미러(3)의 치수는 상술한 광 도파로 코어의 치수의 경우, 정점 높이를 5㎛로 하고 광 도파로 코어(4)를 횡단하는 방향의 폭을 예를 들면 30㎛로 하면 된다.
도 4에 도시한 구조에서는 1 광 입력에 대하여 1 광 출력되는 예를 나타내고 있다. 즉, 도 4의 좌측의 종단 미러(3)가 광 입력측의 결합기로 기능하고, 광 신호는 광 배선 기판의 표면에 대하여 수직으로 입력된다. 입력된 광 신호는 한쪽의 종단 미러(3)로 반사되어, 광 도파로 코어(4)를 진행하여 다른 쪽의 종단 미러(3)로 반사되어 출력된다. 이 구조에서 종단 미러(3)는 광 도파로 코어(4)를 횡단하도록 연장되어 있기 때문에, 광 도파로 코어(4)의 개구 수 이내의 입사각으로 종단 미러(3)와 도파로 코어(4)의 경계, 즉 경사면에 입사하는 광 신호는 대부분이 광 도파로에 결합, 즉 도입된다. 또한, 도 4에 도시한 구조에서는 종단 미러(3)가 광 도파로 코어(4) 내에 매립되어 있기 때문에, 상부 클래드층(5)은 평탄화가 용이하고, 45°의 광 도파로 절단부 혹은 외부 미러, 기판의 요철 등이 없어 광 배선 기판 전체의 표면도 평탄하게 할 수 있다.
또한, 광 도파로의 광 배선 단부, 즉 종단 미러부에서는 도파되는 광 신호의 대부분이 90° 반사되기 때문에, 도 3, 도 4와 같이 종단 미러(3)보다 먼저 광 도파로가 연장되어 있어도 종단 미러(3)보다 먼저 광이 누설되지는 않는다. 이 때문에, 종단 미러(3)를 경계로 다른 광 배선로를 계속해서 형성할 수 있고, 광 도파로 단부에 배선 분리를 위한 스페이스를 설치할 필요가 없어 광 배선 기판으로서 고밀도의 광학적 배선, 즉 광 도파로를 형성할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 광 배선 기판에대하여 설명한다. 여기서, 도 5는 광 배선 기판의 일부를 모식적으로 나타내는 사시도, 도 6은 도 5의 광 도파로 코어(4)의 중심 상에서 세로로 절단하여 광 배선 기판의 단면을 나타내는 도면이다. 또, 도 3, 도 4의 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고, 그 자세한 설명은 생략한다.
도 5 및 도 6에 도시한 광 배선 기판에서는 두개의 종단 미러(3) 간에 광 신호를 분기(split)하기 위한 3개의 분기 미러(6)가 설치되어 있다. 이들의 분기 미러(6)는 종단 미러(3)와 마찬가지로 광 도파로의 광 도파 방향으로 대략 45°의 경사면을 갖고 광 도파로 코어(5)를 횡단하도록 연장되어 있다. 그러나, 분기 미러(6)는 종단 미러(3)와는 달리 광 도파로 코어(5)의 높이, 즉 두께보다도 작은 높이를 갖고 분기 미러(6) 상에는 광 신호를 전파시키기 위한 코어의 영역이 형성되어 있다. 이에 따라, 도파 광은 분기 미러(6)에서는 그 일부의 광이 90° 상측으로 반사되고, 다른 부분이 코어의 영역을 통과하여 종단 미러(3)를 향하면 종단 미러(3)에서는 거기에 도달한 광 신호 전부가 90° 상측으로 반사된다.
각 요소의 구체예로서는 제1 실시 형태에서 진술한 바와 마찬가지이다. 즉, 분기 미러(6)는 종단 미러(3)와 마찬가지로, 금속 등과 같이 재료 자체가 광을 반사하는 재료, 혹은 45° 입사각으로 입사하는 광 신호를 모두 반사하는 굴절율 차를 갖는 저굴절율 재료를 매립하거나 혹은 스페이서 등을 이용하여 공극을 만드는 등의 방법에 의해 형성할 수 있다. 또한, 종단 미러(3)의 치수는 제1 실시 형태와 마찬가지로, 정점 높이를 5㎛로 하고 광 도파로 코어를 횡단하는 방향의 폭을 예를 들면 30㎛로 하면 된다. 그리고, 분기 미러(6)의 치수는 상술한 광 도파로 코어의치수인 경우, 정점 높이를 예를 들면 1.5㎛로 하고 광 도파로 코어를 횡단하는 방향의 폭을 예를 들면 30㎛로 하면 된다.
이 도 5 및 도 6에 도시한 배선 기판은 클럭 신호 등의 일방 통행의 신호를 분배하는 데 적합하다. 즉, 도 6 좌측의 한쪽의 종단 미러(3)가 광 입력 결합기로서 기능하고, 광 신호는 배선 기판의 표면에 대하여 수직으로 입력된다. 이 종단 미러(3)는 광 도파로 코어(4)를 횡단하도록 연장되어 있기 때문에, 광 도파로 코어(4)의 개구 수 이내의 입사각으로 종단 미러(3)와 도파로 코어(4)의 경계, 즉 경사면에 입사하는 광 신호의 대부분이 광 도파로에 결합된다.
결합한 광 신호는 광 도파로 안으로 도파되어 전파되고, 분기 미러(6)에서는 분기 미러(6)의 단면적에 따른 광 신호가 90° 상측으로 반사된다. 또한, 분기 미러(6)의 반사면에서 반사되지 않고 남은 광 신호는 광 도파로를 더욱 도파시켜 다음의 분기 미러(6) 또는 종단 미러(3)에 달한다. 상기한 광 도파로 코어(4)와 분기 미러(6)의 치수예의 경우, 예를 들면 최초의 분기 미러(6)에서 30%, 2번째의 분기 미러(6)에서 21%, 3번째의 분기 미러(6)에서 15%, 최종 단의 종단 미러(3)에서 34%와 같은 비율로 광 신호를 분배할 수 있다.
도 7을 참조하여 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 광 배선 기판에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 광 배선 기판의 일부를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 또, 도 6과 동일 부분에는 동일 부호를 붙여서 그 자세한 설명은 생략한다.
도 7에 도시된 광 배선 기판에서는 불필요한 광 신호를 흡수하는 광 흡수체(7)가 설치되어 있다. 즉, 상부 클래드층(5) 상에는 종단 미러(3)로부터 반사된 광 신호를 흡수하는 광 흡수체(7)가 설치되어 있다. 각 요소의 구체예로서는 제1 및 제2 실시 형태에서 진술한 바와 같이, 광 흡수체(7)는 사용하는 파장에 맞추어서 적절하게 재료가 선택 가능하고, 예를 들면 광 배선의 광 파장이 0.85㎛인 경우, Si나 Ge 등의 반도체 재료, 카본이나 염료 등을 포함하는 폴리머 재료 등을 적층하여 흡수체로 할 수 있다.
도 7에 도시된 광 배선 기판에서는 각각 분기 미러(6)가 광탭으로서 기능하고, 광 배선 기판은 분배형 광 버스의 기능을 갖고, 도 7 우측의 제1 분기 미러(6)가 광 송신하고, 제2 및 제3 분기 미러(6)가 광 신호를 출력하고 있다.
광 송신 단자에서는 제1 분기 미러(6)의 정점에 광 빔의 중심을 맞추어서 입력되고, 광 신호를 제1 분기 미러(6)의 좌우에 분배하고 있다. 분배된 광 신호는 광 도파로 안을 도파시켜, 제2 분기 미러(6)에서 그 분기 미러(6)의 단면적에 따른 광 신호가 90° 상측으로 반사된다. 또한, 제2 분기 미러(6)의 반사면에서 반사되지 않고 남은 광 신호는 광 도파로를 더욱 도파하여 제3 분기 미러(6)에서 광 신호가 90° 상측으로 반사된다. 또한, 남는 광 신호는 종단 미러(3)에 달한다. 이 종단 미러(3)에 달한 광 신호가 반사하여 복귀되면, 각 분기 미러(6)에서 다시 신호를 수신하게 되어, 최초로 받은 신호에 중첩하여 데이터 에러를 일으킬 우려가 있다. 따라서, 종단 미러(3)에서 반사된 광 신호는 광 흡수체(7)를 향하여 이 광 흡수체(7)로 흡수되고, 다시 분기 미러(6)로 복귀시키는 것이 방지된다. 그 결과,광 신호의 다중 수신이 방지된다.
또, 광 송신 단자는 도 7과 같이 우측의 분기 미러(6)에 고정되지는 않고, 각 분기 미러(6)가 광 송신 및 광 수신의 기능을 갖고, 동적으로 그 기능을 전환해도 된다. 또한, 도 7에 도시한 구조에서는 양측의 광 흡수체(7)가 단순히 광 신호를 흡수하는 만큼의 기능을 갖고 있지만, 이것은 수광 소자로 치환하여 광 버스 모니터로 하는 것도 가능하다.
또한, 상술한 광 송신 단자에서는 광 빔의 중심을 분기 미러의 정점에 맞추도록 하였지만, 이것을 변이시켜서 좌우의 광 분배 비율을 바꾸어도 된다. 예를 들면, 도 7의 동작 상태에서 우측은 종단 미러, 즉 광 종단 단자 혹은 광 버스 모니터만이지만, 좌측은 분기 미러가 두 개 있고, 좌측에 광 신호를 많이 분배하는 것이 바람직하다. 따라서, 이러한 구조에서는 광 빔의 중심을 분기 미러의 정점보다 좌측에 두는 것이 바람직하고, 그 설정은 광 배선의 구성 내용에 의해 결정할 수 있다.
도 8a 내지 도 8c를 참조하여 도 7에 도시한 배선 기판의 제조 공정을 설명한다. 도 8a 내지 도 8c에서는 광 배선 MCM(Multi-Chip Module)을 상정하고, Si 기판 상에 폴리머계 광 도파로를 형성하는 구조예를 나타내고 있다.
처음에, 도 8a에 도시된 바와 같이 Si 기판(1) 전면에 평탄한 기초 클래드층(2)이 형성되고, 이 기초 클래드층(2) 상에 평탄한 분기 미러 재료(6A)가 형성된다. 이 분기 미러 재료(6A) 상에는 포토레지스트(8)에 의해 분기 미러 형성을 위한 마스크 패턴이 형성된다. 기초 클래드층(2)은, 예를 들면 저굴절율 불소화 폴리이미드로 하고, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 디스펜서 도포 등의 방법으로 최종적으로 예를 들면 50㎛의 두께가 되도록 형성하고 가열 경화한다. 계속해서, 분기 미러 재료(6A)를 예를 들면 구리로 하고, 스퍼터, 증착 등의 방법에 의해 예를 들면 1.5㎛의 두께로 형성한다. 그리고, 포토레지스트(8)를 패터닝함으로써, 도 8a의 상태가 된다.
이 포토레지스트(8)는 분기 미러(6)의 최종 패턴 폭보다 분기 미러 재료(6A) 두께의 몇배, 예를 들면 2배인 3㎛ 큰 패턴으로 한다. 즉, 분기 미러(6)가 높이 1.5㎛, 폭이 30㎛으로 하면, 광 도파로의 도파 방향 폭은 3㎛가 되기 때문에, 포토레지스트(8)의 패턴은 6㎛×33㎛의 장방형으로 한다. 이 이유는 후술한다.
계속해서, 도 8b에 도시한 바와 같이 에칭에 의해 45° 미러, 즉 분기 미러(6)가 형성되고 포토레지스트(8)가 제거된다.
계속해서, 도 8c에 도시한 바와 같이, 분기 미러(6)가 포토레지스트(9)에 의해 보호되고, 종단 미러 재료(3A)가 포토레지스트(9) 및 기초 클래드층(2)의 전면 상에 형성되고, 포토레지스트(10)에 의해 분기 미러 형성을 위한 마스크 패턴이 형성된다. 종단 미러 재료(3A)는, 예를 들면 구리로 하고, 스퍼터, 증착 등의 방법에 의해 예를 들면 5㎛의 두께로 형성한다. 또한, 포토레지스트(10)는 종단 미러(3)의 최종 패턴 폭보다 종단 미러 재료(3A)의 두께의 몇 배, 예를 들면 2배인 10㎛ 큰 패턴으로 한다. 즉, 분기 미러(6)가 높이 5㎛, 폭이 30㎛로 하면, 광 도파로의 도파 방향 폭은 10㎛가 되기 때문에, 포토레지스트(10)의 패턴은 20㎛×40㎛의 장방형으로 한다. 이 이유도 후술한다.
계속해서, 도 8d에 도시한 바와 같이, 에칭에 의해 45° 미러, 즉 종단 미러(3)가 형성되고 포토레지스트(10, 9)가 제거된다. 계속해서, 광 도파로 코어(4)가 분기 미러(6), 종단 미러(3) 및 기초 클래드층(2) 상의 전면에 형성된다. 광 도파로 코어(4)는, 예를 들면 고굴절율 불소화 폴리이미드로 하고, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 디스펜서 도포 등의 방법으로 최종적으로 예를 들면 5㎛의 두께가 되도록 형성하여 가열 경화한다. 이 때, 광 도파로 코어(4)는 분기 미러(6)와 종단 미러(3)를 덮고, 각 미러부에서 부풀어오르는 형상이 된다. 이것을 연마나 더미 레지스트 도포에 의한 평탄화와 드라이 에칭 등의 방법에 의해 종단 미러(3)의 꼭대기부가 나타나도록 평탄화 가공한다. 그리고, 원하는 폭, 예를 들면 20㎛ 폭의 배선 패턴이 되도록 광 도파로 코어(4)를 패턴화 가공한다. 이것에는 포토레지스트를 이용한 드라이 에칭, 즉 패턴부 이외의 제거나 광 도파로 코어 재료의 광 조사에 의한 굴절율 시프트, 즉 굴절율 패턴의 가공에 의해 행한다.
계속해서, 도 8e에 도시한 바와 같이, 평탄하게 상부 클래드층(5)이 종단 미러(3) 및 기초 클래드층(2) 상의 전면에 형성된다. 상부 클래드층(5)은, 예를 들면 저굴절율 불소화 폴리이미드로 하고, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 디스펜서 도포 등의 방법으로 최종적으로 예를 들면 20㎛의 두께가 되도록 형성하여 가열 경화한다. 여기서, 광 도파로 코어(4)가 패턴부 이외를 제거하는 방법으로 형성되어 있는 경우, 광 도파로 코어(4)가 있는 부분과 없는 부분으로 표면에 단차가 형성되는 경우가 있다. 그 경우, 광 도파로 패턴이 없는 부분에 더미의 광 도파로 코어를 남기는 방법이나 상부 클래드층(5)을 사전에 두껍게 형성해두고 연마 등으로 원하는 두께까지 깎는 등의 평탄화 방법을 적용할 수 있다.
다음으로, 도 8f에 도시한 바와 같이 상부 클래드층(5)의 전면 상에 광 흡수체(7)가 형성된다. 광 흡수체(7)는 예를 들면 Ge으로 하고, 스퍼터, 증착 등의 방법에 의해 예를 들면 5㎛의 두께로 형성한다. 이 후, 포토레지스트를 이용한 에칭 등에 의해 광 흡수체(7)가 종단 미러(3)의 상부에 부분적으로 남도록 가공한다. 또한, 광 흡수체(7)는 리프트 오프나 메탈 마스크를 이용한 선택적 피착에 의해 제작해도 된다. 이들이 공정을 거쳐서 도 7에 도시한 구조를 작성할 수 있게 된다.
상술한 방법에서는, 45° 미러를 기계적인 절삭으로 형성하거나 외부 부품을 장착하기도 하는 공정이 없고, 통상의 적층 프로세스, 즉 이미 실용화되고 있는 프린트 기판이나 반도체의 양산 프로세스로 형성할 수 있어 양산성, 저비용성에 우수한 광 배선 기판을 얻을 수 있다.
다음에, 상술한 45° 미러의 가공 공정의 상세한 내용을 설명한다. 도 9a 및 도 9b는 에칭에 의한 45° 미러의 형성 공정을 나타내는 공정 단면도이고, 여기서는 종단 미러(3)를 형성하는 공정에 대하여 나타내고 있다.
이 방법에서는, 우선 도 9a에 도시한 바와 같이, 하부 클래드층(2) 상에 미러 재료(3A)가 형성되고, 포토레지스트(10)에 의한 45° 미러의 패턴이 형성된다. 미러 재료(3A)는 근적외(近赤外)로부터 적외(赤外)의 파장, 예를 들면 0.85㎛, 1.3㎛와 같은 파장 영역에서는 구리, 금, 은, 알루미늄 등의 재료를 적용할 수 있어, 스퍼터, 증착 등의 방법에 의해, 예를 들면 5㎛의 두께로 형성된다.
또한, 포토레지스트(10)는 종단 미러(3)의 최종 패턴 폭보다 미러 재료(3A)의 두께의 몇배, 예를 들면 2배인 10㎛ 큰 패턴으로 한다. 즉, 분기 미러(6)가 높이 5㎛, 폭 30㎛로 하면, 광 도파로의 도파 방향 폭은 10㎛가 되기 때문에, 포토레지스트(10)의 패턴은 20㎛×40㎛의 장방형으로 한다.
그 후, 도 9b에 도시한 바와 같이, 미러 재료(3A)가 에칭된다. 에칭의 방법으로는, 웨트 에칭이나 드라이 에칭이 있어, 조건 설정에 의해 어느 하나의 방법도 적용 가능하지만, 여기서는, 예로서 웨트 에칭을 이용한 경우를 나타내고 있다.
미러 금속이 구리인 경우, 이용하는 에칭액은 염화 제2철 용액, 염화 제2구리 용액, 황산과 과산화 수소의 혼합액, 희염산 등이고, 또한 미러 금속이 금인 경우, 이용하는 에칭액은 왕수(王水)(염산, 질산 혼합액), 옥소와 옥화 칼륨과 수산화 칼륨의 혼합 수용액, 염산과 과산화수소의 혼합액 등이고, 또한 미러 금속이 은인 경우, 이용하는 에칭액은 희초산, 암모니아와 과산화수소의 혼합액 등이고, 또한 미러 금속이 알루미늄인 경우, 이용하는 에칭액은 수산화 나트륨 수용액, 인산과 질산과 아세트산의 혼합액 등으로서, 각각의 재료에 따라 많은 종류의 에칭액을 적용할 수 있다. 이들의 에칭액은 이용하는 재료에 따라 적절하게 선택 가능하다.
통상, 금속의 에칭은 소위 등방성 에칭이고, 도 9a에 파선으로 도시한 바와 같이 에칭이 포토레지스트의 단부에서 호(弧)를 그리도록 진행해간다. 일반적으로는, 도 9a의 상태에서 에칭이 종료되지만, 여기서는 미러 재료(3A)에 45°근방의 사면이 형성되기 때문에 더욱 에칭을 속행한다. 그 결과, 레지스트 하부의 미러 재료(3A)가 에칭되어 가는, 소위 언더컷트(undercut)가 생기지만 강고한 레지스트를 이용한 경우, 언더컷트에 의해 그 단부가 수직에 가까운 형상으로 되어 가는 경향이 있다.
반대로, 얇은 포토레지스트의 경우와 같이, 레지스트가 에칭 진행에 따라 말려 올라가는 경향이 있는 경우, 언더컷트의 단부가 완만하게 경사지게 된다. 이에 따라, 포토레지스트의 종류와 두께, 가열 처리 조건을 적당하게 선택하는 것으로 45° 부근의 경사를 갖는 언더컷트의 형성이 가능하다. 그 상태를 도 9b에 도시하였다. 상술한 포토레지스트 패턴을 미러 재료(3A)의 두께보다 몇 배 크게 형성하는 이유는, 언더컷트 에칭에 의해 실제의 패턴이 축소하는 것을 보정하는 것이 목적이다.
이 언더컷트 에칭을 더욱 진행시켜 가면, 마지막으로는 포토레지스트와 미러 재료(3A)의 접촉 부분이 없어지고 포토레지스트가 박리한다. 그 상태에서 바로 에칭을 정지할 수 있으면 문제는 없지만, 일반적으로는 이것이 곤란하고, 또한 기판 전체의 에칭 얼룩에 의해 포토레지스트가 박리하는 타이밍이 갖추어지지 않기 때문에, 어느 정도 포토레지스트와 미러 재료의 접촉부가 남아 있는 단계에서 종료하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 포토레지스트와 미러 재료의 접촉부는 1㎛ 정도 남도록 공정을 관리한다. 또한, 에칭을 정지하는 타이밍을 제어하기 쉽도록, 에칭 속도는 비교적 느리고, 예를 들면 매분 0.5㎛ 이하로 하면 제조 관리가 용이해진다.
또, 언더컷트에 의한 에칭 단부의 경사를 재현성(再現 性) 좋게 형성하기 위해서, 포토레지스트와 미러 재료(3A) 간에 미러 재료보다 약간 에칭 속도가 빠른 재료를 얇게 삽입하여 에칭하는 방법도 유효하다. 예를 들면, 미러 재료(3A)가 알루미늄인 경우, 그 표면을 양극 산화에 의해 산화시켜 두고, 인산과 아세트산과 질산과 물과 불화 암모늄의 혼합 에칭액(용적비 76 : 15 : 3 : 5 : 1)을 이용하면, 양극 산화막쪽이 알루미늄보다 에칭이 빨라져서, 레지스트 재료가 말려 올라가는 것을 이용하지 않아도 에칭 단부에 경사면을 만들 수 있다.
도 10a 및 도 10b를 참조하여 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 광 배선 기판의 제조 방법을 설명한다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 제조 공정을 나타내는 단면도이고, 상술한 바와 마찬가지인 제조 과정 중에서 45° 미러의 제조 과정을 추출하여 나타낸 것이다.
여기서 나타내는 방법은, 미러 재료를 일단 전면 형성하는 것은 아니고, 원하는 부분에 미러 재료를 선택 피착하여 미러를 형성하는 방법이다. 도 10a는 하부 클래드층 상에 이중 마스크를 형성한 상태를 나타내고 있다. 이 이중 마스크는 다층 레지스트나 포토레지스트 상에 메탈 마스크를 중첩하는 등의 방법을 적용할 수 있다. 여기서는 마스크 정밀도의 관점에서 우수한 다층 레지스트에 대하여 나타낸다.
도 10a에 있어서, 참조 부호 10A는 기초 레지스트, 참조 부호 10B는 상부 레지스트이고, 예를 들면 포토 레지스트의 형성 공정을 2회 거듭 행하여 형성된다. 그 때, 도 10a에 도시한 바와 같이, 하부 레지스트는 공동부에서 상부 레지스트보다도 넓은 공간을 규정하도록 상부 레지스트에 대하여 오목해지도록 형성된다. 또한, 네가티브형 포토레지스트를 이용한 경우, 노광 공정의 노광량을 작게함으로써포토레지스트의 표면으로부터 하부 클래드층(2)을 향하여 패턴이 넓어지는 소위 역테이퍼를 형성할 수 있지만, 이것을 이용해도 된다. 또한, 상부 레지스트(10B)와 하부 레지스트(10A)를 이종(異種) 레지스트로 하고, 일괄 노광 현상했을 때의 현상 특성의 차이를 이용해도 된다.
다음에, 도 10a의 상태에서 미러 재료(3A)를 스퍼터, 증착 등의 방법으로 피착해 간다. 일반적으로, 스퍼터, 증착 등의 막 피착은 포토레지스트의 패턴 단부에서 도 10b에 도시한 바와 같은 피착막의 돌출이 발생한다. 이것은 레지스트 단부의 측벽에서 측벽 피착물을 지지대로 하는 상면 피착이 발생하기 때문에, 서서히 측벽 피착이 돌출됨에 따른다. 측벽 피착이 서서히 돌출된 결과, 돌출부의 하부가 가려져서 막 두께가 감소하고, 레지스트의 패턴 단부에서의 막 두께의 증가와 함께 측부의 사면이 형성되어 간다.
이 실시 형태의 경우, 도 9에서 도시한 실시 형태와 같이 미러(3)의 꼭대기부에 일부 평탄면을 남길 필요는 없어진다. 즉, 도 10b의 상태에서 종료하는 것은 아니고, 또한 미러 재료(3A)의 피착을 계속하고, 좌우의 측벽 피착의 돌출이 완전하게 결합할 때까지 계속하여, 꼭대기부의 평탄면이 없어질 때까지 계속해도 상관없다. 이에 따라, 분기 미러(6)를 형성한 경우 등, 꼭대기부에 평탄면이 없어지기 때문에 일부의 입사 광 신호가 원래의 방향으로 반사된다는 손실을 저감할 수 있다.
여기서, 포토레지스트를 2층으로 하고 하부 레지스트를 상부 레지스트보다 오목하게 하는 이유는 경사면을 갖는 미러(3)와 포토레지스트 상에 피착하는 미러재료(3A)가 접촉하여 분리하기 어려워지는 것을 막기 위해서, 또한 접촉에 의해 미러(3)의 사면이 거칠어지는 것을 막기 위해서이다. 또한, 이 실시 형태에 있어서, 미러(3)의 사면 각도는 미러 재료의 피착 속도로 조정할 수 있고, 또한 스퍼터나 증착 시에 기판을 기울여서 회전시켜서 기울이는 방법으로 각도를 조정하는 것도 가능하다.
또한, 도 11을 참조하여 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 광 배선 기판을 설명한다.
도 11은 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 광 배선 기판의 일부를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 또, 도 6과 동일 부분에는 동일 부호를 붙여서, 그 자세한 설명은 생략한다.
도 11에 도시한 광 배선 기판에서는, 광 단자를 가이드하기 위한 커버층(11)을 새롭게 설치하고 있다. 이 커버층(11)은 상기 도 6에 도시한 구성 외에 상부 클래드층(5) 상에 폴리이미드 등을 도포하고, 광 입출력부를 선택적으로 제거하여 형성한다. 광 입출력부에 설치된 오목부는 광 배선 기판에 탑재하는 부품의 광 단자를 기계적으로 가이드하는 기능을 갖고 있다.
탑재 부품의 광 단자는, 예를 들면 앞이 둥근 테이퍼의 광 로드로 하고, 도 12에 도시한 바와 같이 커버층(11)의 오목부에 기계적으로 삽입하도록 한다. 이에 따라, 탑재 부품의 광 단자와 광 배선 기판의 광축 조정이 불필요해지고, 광 배선 기판으로의 부품 실장 공정을 대폭 단축할 수 있다는 효과를 갖는다.
또한, 도 13 및 도 14를 참조하여 본 발명의 제6 실시 형태에 따른 광 배선기판을 설명한다.
도 13 및 도 14는 광 배선 기판의 일부를 모식적으로 나타낸 상면도 및 사시도이다. 또, 도 6과 동일 부분에는 동일 부호를 붙여서, 그 자세한 설명은 생략한다.
도 13 및 도 14에 도시한 배선 기판에는 클럭 분배 등의 일방 통행형의 배선에 적용하는 것으로, 종단 미러(3-1)에 입력된 광 신호가 각 분기 미러(6-1, 6-2, 6-3) 및 종단 미러(3-2)에 균일하게 광 신호가 분배되도록, 각 분기 미러(6-1, 6-2, 6-3)의 폭, 즉 코어(4)를 횡단하여 연장하는 길이가 바뀌고 있다. 예를 들면, 도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이, 종단 미러도 포함시켜서 4개의 광 입출력부에 광 신호를 분배하는 경우, 즉 각각 25%의 광 출력으로 하기 위해서는 분기 미러(6-1)가 25%, 분기 미러(6-2)가 약 33%, 분기 미러(6-3)가 50%의 광 분기율이 되도록 설정하면 된다. 이 경우, 분기 미러(6-1, 6-2, 6-3)는 종단 미러(3-2)의 폭보다도 좁은 폭을 갖고 있으면 된다.
예를 들면, 광 도파로 코어(4)를 두께 5㎛, 폭 30㎛으로 하여, 종단 미러(3-1, 3-2)를 높이 5㎛, 폭 40㎛로 한다. 이 때, 분기 미러(6-1, 6-2, 6-3)는 수직 단면적이 도파로 코어(4)의 수직 단면적의 비로서, 전술한 비율이 되는 종단 미러를 형성하면 되고, 각 사면이 45°, 꼭대기부의 폭이 W, 높이가 t, 도파로 코어(4)의 폭이 W0으로 하면, 광 분기율 η=(W+t)/W0이라는 관계식으로 결정할 수 있다. 즉, 꼭대기부의 폭이 2.5㎛(6-1), 4.9㎛(6-2), 10㎛(6-3)가 되도록 형성하면, 전술한 비율이 된다. 단지, 실제의 종단 미러에서는 꼭대기부의 끝 및 측면의 각은 형상이 완만해지기 때문에, 유효 단면적으로 패턴 폭을 보정할 필요가 있다.
또한, 도 15를 참조하여 본 발명의 제7 실시 형태에 따른 광 배선 기판을 설명한다.
도 17은 본 발명의 제7 실시 형태에 따른 광 배선 기판의 일부를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 또, 도 11과 동일 부분에는 동일 부호를 붙여서, 그 자세한 설명은 생략한다.
도 17에 도시한 배선 기판은 상부 클래드층(5)의 상면에 차광막(13)이 설치되고, 광 배선 기판의 외부나 다른 광 입출력 단자로부터 미광, 즉 잡음에 상당하는 광선이 입사하는 것을 막는 구조를 가지고 있다. 이에 따라, 내부에서 광 배선을 할 때의 외래광선을 고려하여 정해지는 광 신호 파워의 여유분이 불필요해지고, 동작 광 신호 파워를 최소로 하여 저소비 전력화를 도모할 수 있다. 차광막(13)에는 미러(3, 6)의 미러 재료와 동일한 금속(반사막)이나 흡수체(7)와 동일한 재료(흡수막)를 이용할 수 있다.
또한, 도 16a 내지 도 16c를 참조하여 도 15에 도시한 광 배선 기판의 제조 방법을 설명한다.
도 16a 내지 도 16c는 도 15에 도시한 배선 기판을 효과적으로 제작할 수 있는 제조 과정을 나타내는 공정 단면도이다.
도 15에 도시한 배선 기판의 제조 방법으로는, 도 8e의 공정 후에 도 16a에 도시된 바와 같이, 차광막(13)이 도 8e에 도시한 구조체 상의 전면에 형성된다. 그 후, 이 차광막(13) 상에 커버층(11)이 더욱 전면에 형성되고, 이 커버층(11) 상에 포토레지스트(14)가 마스크로서 형성된다. 다음에, 도 16b에 도시된 바와 같이 포토레지스트(14)를 마스크로 하여 커버층(11)에 광 입출력부의 오목부가 형성되고, 그 후, 포토레지스트(14)가 제거된다. 도 16c에 도시한 바와 같이, 또한 커버층(11)이 마스크로 하여 차광막(13)이 선택적으로 제거되고 도 15에 도시된 구조체가 제조된다. 이 제조 방법에 따르면, 포토 레지스트(14)를 바탕으로 자기 정합적으로 커버층(11) 및 차광막(13)의 광 입출력부가 형성된다.
상술한 제조 방법에 따르면, 커버층(11)의 오목부가 차광막(13)을 에칭의 스토퍼로서 이용하는 것으로 정확한 깊이로 형성할 수 있고, 또한 커버층(11)의 오목부와 차광막(13)의 창부(窓部)를 정확하게 위치 정렬시킬 수 있다. 또한, 광 입출력부의 표면이 상부 클래드층(5)을 형성했을 때 평탄 상태로 유지하기 쉽다는 효과가 있다. 이에 따라, 도 15에서 도시한 기판 구조를 효과적으로 제조할 수 있다.
또한, 도 17 및 도 18을 참조하여 본 발명의 제8 실시 형태에 따른 광 배선 기판을 설명한다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 제10 실시 형태를 설명하기 위한 것으로, 광 배선 기판의 일부를 모식적으로 나타낸 상면도 및 사시도이다. 도 17 및 도 18에 도시한 배선 기판에서는, 종단 미러(3)가 광 신호를 상측을 향하여 출력하기 위한 90°변환 미러가 아니라, 수평면 내의 90°방향으로 광 신호를 절곡시키기 위해서 이용하는 구조예이다.
도 17 및 도 18에 도시한 기판 구조는 도 15에 도시한 배선 기판 구조를 기본으로 하고, 차광막(13)을 반사경으로 하여 이용하고 있다. 즉, 이 구조에서는차광막(13)은 반사막으로서 형성되고 전술한 미러 재료를 적용한다. 또한, 종단 미러(3)는 광 도파로의 도파 방향에 대하여 45°의 각도로 배치되고, 광 도파 코어(4)로부터 입사한 광 신호는 경사 상측에 반사되어, 반사막(13)으로 경사 아래쪽으로 절첩된다.
이 때, 광 신호는 반사막(13)으로 반사가 반복되기 때문에 종단 미러(3)의 반사면을 따라 진행하는 사영(射影) 궤적을 그리고, 도 18에 도시한 바와 같이 종단 미러(3)의 반사면과 반사막(13)의 거리에 따라서 시프트되어 종단 미러(3)의 반사면으로 되돌아온다. 그리고, 종단 미러(3)에 의해 다시 반사된 광 신호는 수평면 내의 90° 방향으로 출력되고 광 도파 코어(4A)에 도입된다. 이 결과, 광 도파로의 90° 절곡이 실현된다.
이 실시 형태의 응용으로서, 반사막(13)에서 반사된 광 신호가 도달하는 면을 역 방향의 45°사면으로 해두면 광 신호의 진행 방향은 입사 방향과 일치하고, 도파 광 신호를 평행하게 이동한 바와 같은 출력이 얻어진다. 이에 따라 빔 시프터의 기능을 제공할 수 있다. 또한, 종단 미러(3) 대신에 그 높이가 광 도파 코어(4)의 두께보다 낮은 분기 미러(6)를 이용하면 수평면 내에서 90°분기, 또는 평행 시프트 분기하는 분기 소자를 구성할 수 있다.
또, 본 발명은 상술한 각 실시 형태에 한정되지는 않는다. 예를 들면, 사용하는 재료나 치수가 여기에 나타낸 내용에 한정되지는 않고, 또한 여기서는 전기 배선을 복합 형성하는 내용에 대하여 언급하지 않았지만, 광 도파로의 하부 또는 상부에 전기 배선을 형성하는 것이 가능하며, 미러가 금속인 경우, 이것을 전기 배선의 일부로 할 수도 있고, 광 도파로 코어와 동일 평면 내에 전기 배선을 형성하는 것도 가능하다. 또한, 광 도파로 자체를 다층화하여 광 배선로를 3차원적으로 형성하는 것도 가능하다.
본 발명의 추가적 이점들과 변형들은 당업자들에게 쉽게 이해될 수 있을 것이다. 그러므로, 본 발명은 넓은 측면으로, 특정한 설명 및 상술된 실시예에 제한되지 않는다. 따라서, 특허청구범위 및 그와 동등한 의미 및 범위 내에서 다양한 변형이 이루어질 수 있다.
본 발명은 LSI를 범용적으로 광 배선 실장할 때에 광 결합 손실을 최소로 하고, 또한 확실하게 광 종단할 수 있는 90°광로 변환 기구를 실현할 수 있어, 생산성의 향상 및 제조 비용의 저감을 도모할 수 있는 광 배선 기판 및 그 제조 방법을 제공하는 효과가 있다.
Claims (22)
- 다른 광학 유닛에 광 신호를 전달하는 광 배선 기판에 있어서,평탄한 면을 갖는 기판과,상기 기판의 평탄면 상에 설치된 제1 클래드층(cladding layer)과,상기 제1 클래드층 상에 광 신호를 가이드(guide)하는 방향으로 연장하도록 설치된 코어층과,상기 광 도파(optical wave guide) 코어층을 덮는 제2 클래드층과,상기 제1 클래드층 상에 설치된 제1 종단 미러부(terminate mirror section) - 상기 제1 종단 미러부는 상기 코어층을 가이드 방향에 대해 교차하는 방향으로 횡단함 - 로서, 상기 제2 클래드층을 통해 상기 코어층 안을 가이드하게 되는 광 신호를 다른 광학 유닛을 향하여 반사하는 제1 종단 미러부를 포함하는 광 배선 기판.
- 제1항에 있어서,상기 제1 클래드층 상에 설치된 제2 종단 미러부 - 상기 제2 종단 미러부는 상기 코어층을 가이드 방향에 대해 교차하는 방향으로 횡단함 - 로서, 상기 제2 클래드층을 통해 다른 광학 유닛으로부터 입력된 광 신호를 상기 코어층 안으로 반사하는 제2 종단 미러부를 더 포함하는 광 배선 기판.
- 다른 광학 유닛에 광 신호를 전달하는 광 배선 기판에 있어서,평탄한 면을 갖는 기판과,상기 기판의 평탄면 상에 설치된 제1 클래드층과,상기 제1 클래드층 상에 광 신호를 가이드하는 방향으로 연장하도록 설치된 코어층과,상기 광 도파 코어층을 덮는 제2 클래드층과,상기 제1 클래드층 상에 설치된 제1 종단 미러부 - 상기 제1 종단 미러부는 상기 코어층을 가이드 방향에 대해 교차하는 방향으로 횡단함 - 로서, 상기 제2 클래드층을 통해 상기 코어층 안을 가이드하게 되는 광 신호를 다른 광학 유닛을 향하여 반사하는 제1 종단 미러부와,상기 제1 클래드층 상에 설치된 제2 종단 미러부 - 상기 제2 종단 미러부는 상기 코어층을 가이드 방향에 대해 교차하는 방향으로 횡단함 - 로서, 상기 제2 클래드층을 통해 다른 광학 유닛으로부터 입력된 광 신호를 상기 코어층 안으로 반사하는 제2 종단 미러부와,상기 제1 클래드층 상에 설치된 분기 미러부(signal splitting mirror section) - 상기 분기 미러부는 상기 코어층을 가이드 방향에 대하여 교차하는 방향으로 횡단함 - 로서, 상기 제2 종단 미러부로부터 상기 제2 클래드층을 통해 상기 코어층 안을 가이드하게 되는 광 신호의 일부를 외부로 반사하고, 나머지 광 신호를 상기 제1 종단 미러부를 향하여 상기 코어층 안의 가이드를 허용하는 분기 미러부를 포함하는 광 배선 기판.
- 제3항에 있어서,상기 제2 클래드층 상에 설치되고, 상기 제1 종단 미러부로부터 반사된 도파 광(guided light wave) 신호를 흡수하는 광 흡수체를 더 포함하는 광 배선 기판.
- 제3항에 있어서,제2 클래드층 상에 설치되고, 광학적으로 접속되는 다른 광학 유닛과의 위치 결정을 위한 연결부를 갖는 커버층을 더 포함하는 광 배선 기판.
- 제3항에 있어서,제2 클래드층 상에 설치되고, 제1 및 제2 종단 미러부 및 분기 미러부를 통한 광 신호의 통과를 허용하는 광 입출력부를 규정하고, 상기 코어층으로의 광선(light rays)의 입력을 저지하는 차광막과,상기 차광막 상에 설치되고, 광학적으로 접속되는 다른 광학 유닛과의 위치 결정을 위한 연결부를 갖는 커버층을 더 포함하는 광 배선 기판.
- 제3항에 있어서,상기 제1 및 제2 종단 미러부, 상기 분기 미러부는 광 신호를 반사하는 금속으로 만들어지고, 반사면을 포함하고 있는 광 배선 기판.
- 제3항에 있어서,상기 제1 및 제2 종단 미러부, 상기 분기 미러부는 굴절 재료로 만들어지고, 광 신호를 전반사하는 반사면을 포함하고 있는 광 배선 기판.
- 제3항에 있어서,상기 제1 및 제2 종단 미러부, 상기 분기 미러부는 공동(空洞)에 형성되고, 코어층과의 사이의 인터페이스가 광 신호를 전반사하는 반사면으로 규정되는 광 배선 기판.
- 다른 광학 유닛에 광 신호를 전달하는 광 배선 기판에 있어서,평탄한 면을 갖는 기판과,상기 기판의 평탄면 상에 설치된 제1 클래드층과,상기 제1 클래드층 상에 광 신호를 가이드하는 방향으로 연장하도록 설치된 코어층과,상기 광 도파 코어층을 덮는 제2 클래드층과,상기 제1 클래드층 상에 설치된 제1 종단 미러부 - 상기 제1 종단 미러부는 상기 코어층을 가이드 방향에 대해 교차하는 방향으로 횡단함 - 로서, 상기 제2 클래드층을 통해 상기 코어층 안을 가이드하는 광 신호를 다른 광학 유닛을 향하여반사하는 제1 종단 미러부와,상기 제1 클래드층 상에 설치된 제2 종단 미러부 - 상기 제2 종단 미러부는 상기 코어층을 가이드 방향에 대해 교차하는 방향으로 횡단함 - 로서, 상기 코어층 안을 가이드하게 되는 광 신호를 다른 광학 유닛을 향하여 반사하는 제2 종단 미러부와,상기 제1 클래드층 상에 설치된 분기 미러부 - 상기 분기 미러부는 상기 코어층을 가이드 방향에 대해 교차하는 방향으로 횡단함 - 로서, 상기 제2 클래드층을 통해 입력된 광 신호를 분기(split)하고 상기 코어층 안으로 반사하여 제1 및 제2 종단 미러부를 향하는 분기 미러부를 포함하는 광 배선 기판.
- 제10항에 있어서,상기 제2 클래드층 상에 설치되고, 상기 제1 종단 미러부로부터 반사된 도파 광 신호를 흡수하는 광 흡수체를 더 포함하는 광 배선 기판.
- 제10항에 있어서,제2 클래드층 상에 설치되고, 광학적으로 접속되는 다른 광학 유닛과의 위치 결정을 위한 연결부를 갖는 커버층을 더 포함하는 광 배선 기판.
- 제10항에 있어서,제2 클래드층 상에 설치되고, 제1 및 제2 종단 미러부 및 분기 미러부를 통한 광 신호의 통과를 허용하는 광 입출력부를 규정하고, 상기 코어층으로의 광선의 입력을 저지하는 차광막과,상기 차광막 상에 설치되고, 광학적으로 접속되는 다른 광학 유닛과의 위치 결정을 위한 연결부를 갖는 커버층을 더 포함하는 광 배선 기판.
- 제10항에 있어서,상기 제1 및 제2 종단 미러부, 상기 분기 미러부는 광 신호를 반사하는 금속으로 만들어지고, 반사면을 포함하고 있는 광 배선 기판.
- 제10항에 있어서,상기 제1 및 제2 종단 미러부, 상기 분기 미러부는 굴절 재료로 만들어지고, 광 신호를 전반사하는 반사면을 포함하고 있는 광 배선 기판.
- 제10항에 있어서,상기 제1 및 제2 종단 미러부, 상기 분기 미러부는 공동에 형성되고, 코어층과의 사이의 인터페이스가 광 신호를 전반사하는 반사면으로 규정되는 광 배선 기판.
- 다른 광학 유닛에 광 신호를 전달하는 광 배선 기판에 있어서,평탄한 면을 갖는 기판과,상기 기판의 평탄면 상에 설치된 제1 클래드층과,상기 제1 클래드층 상에 광 신호를 가이드하는 제1 방향으로 연장하도록 설치된 제1 코어 세그먼트층과,상기 제1 클래드층 상에 광 신호를 가이드하는 제1 방향과는 다른 제2 방향으로 연장하도록 설치된 제2 코어 세그먼트층과,상기 제1 및 제2 코어 세그먼트층에 대해 교차하는 방향으로 연장되도록 상기 제1 클래드층 상에 설치된 광로 변환 미러부(Optical path angle convert mirror section)로서, 제1 및 제2 코어 세그먼트층을 광학적으로 연결하고, 상기 제1 코어 세그먼트층 안을 가이드하게 되는 광 신호를 상기 제1 코어 세그먼트층을 향하여 반사하는 연결 미러부와,상기 제1 및 제2 코어 세그먼트층을 덮는 제2 클래드층과,상기 연결 미러부 및 상기 제2 클래드층 상에 설치되고, 상기 연결 미러부에서 반사된 광 신호를 상기 제2 코어 세그먼트에 복귀시키는 반사층을 포함하는 광 배선 기판.
- 제17항에 있어서,상기 연결 미러부는 상기 제1 및 제2 코어 세그먼트층에 대해서는 거의 45°로 기울어진 반사면을 포함하고, 제1 및 제2 코어 세그먼트층은 서로 직교하도록연장되고, 상기 연결 미러부는 제1 및 제2 코어 세그먼트층에 대하여 거의 45°를 이루도록 연장되는 광 배선 기판.
- 광 배선 기판의 제조 방법에 있어서,기판 상에 제1 클래드층을 거의 평탄하게 형성하는 공정과,제1 클래드층 상에 미러 금속을 형성하는 공정과,상기 미러 금속을 패턴 단부가 사면(斜面)을 갖도록 에칭하여 미러를 형성하는 공정과,제1 클래드층 상에 상기 종단 미러의 높이 이내의 두께로 광 도파 코어층을 원하는 광 배선 패턴으로 형성하는 공정과,상기 광 도파 코어층을 덮도록 제2 클래드층을 형성하는 공정을 포함하는 광 배선 기판의 제조 방법.
- 제19항에 있어서,제2 클래드층 상에 차광막을 형성하고, 상기 차광막 상에 커버층을 설치하고, 상기 커버층에 탑재 부품의 광 입출력 단자를 위치 결정하기 위한 오목(凹)부를 형성한 후, 상기 커버층의 오목부를 창(窓)으로 하여 상기 차광막을 에칭 제거하는 공정을 포함하는 광 배선 기판의 제조 방법.
- 광 배선 기판의 제조 방법에 있어서,기판 상에 제1 클래드층을 거의 평탄하게 형성하는 공정과,제1 클래드층 상에, 미러 형성부에 개구를 갖는 마스크를 설치하는 공정과,상기 마스크의 개구 내에 패턴 단부가 사면을 갖도록 미러 금속을 피착하여 미러를 형성하는 공정과,제1 클래드층 상에 상기 종단 미러의 높이 이내의 두께로 광 도파 코어층을 원하는 광 배선 패턴으로 형성하는 공정과,상기 광 도파 코어층을 덮도록 제2 클래드층을 형성하는 공정을 포함하는 광 배선 기판의 제조 방법.
- 제21항에 있어서,제2 클래드층 상에 차광막을 형성하고, 상기 차광막 상에 커버층을 설치하고, 상기 커버층에 탑재 부품의 광 입출력 단자를 위치 결정하기 위한 오목부를 형성한 후, 상기 커버층의 오목부를 창으로 하여 상기 차광막을 에칭 제거하는 공정을 포함하는 광 배선 기판의 제조 방법.
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