JP2005215054A - 光導波路およびその製造方法並びに光回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 光導波路中を伝搬する光線の伝搬角を自由に設定することができ、かつ、工程数を増加させることなく光導波路表面の平坦性を十分に確保することができると共に、コアに内部応力が集中することを抑制することができる光導波路およびその製造方法並びに光回路基板を提供する。
【解決手段】 基板上に形成された下部クラッド層上に、第２の有機材料層を積層し、該第２の有機材料層を、コア部を囲むように一部除去することにより、互いに離間した、同一の有機材料層からなるコア部３と周辺部５とを形成する。そして、このコア部３および周辺部５上に、上部クラッド層４を積層する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光導波路およびその製造方法並びに光回路基板に関するものであり、より詳細には、光を導くコア部の上に形成される上面クラッド層の表面が平坦化された光導波路およびその製造方法並びに上記光導波路を用いた光回路基板に関するものである。

プロセッサのクロック周波数が数ＧＨｚにまで高速化されるに伴い、これまでの電気配 線を用いた配線では電磁雑音等の影響により大容量伝送の実現が難しくなってきている。そこで、近年では、例えば電磁雑音等の影響のない光配線を光導波路により作製し、伝送容量を高める光インターコネクションに関する様々な方法が提案されている。

ところで、これまで、光導波路には石英材料が用いられることが多く、石英材料を用いた光導波路は、作製が難しく、また、受光素子や発光素子（以下、これらを総称して受発光素子と記す）と光導波路との結合において、高精度が求められるなど、実用化に際して様々な困難があるととともに、高コストな構造であった。このため、近年、有機材料を用いた光導波路に関して、様々な検討が行われている。

光導波路に有機材料を用いる場合、石英材料を用いた場合に比べて、コア（コア部）の寸法（コア寸法）を約１０倍以上の数十μｍの大きさにすることができるという利点がある。その結果、受発光素子と光導波路とを容易に結合させることが可能になるため、高精度を必要としない安価で実用的な光配線を得ることができる。

このように光導波路のコアに有機材料を用いた場合には、コア寸法を大きくすることができるが、コア法を大きくすると、コアによって生じるコア上のクラッド（上部クラッド層）の段差が顕著になり、それゆえ光導波路の表面の平坦性が著しく低下するという問題がある。光導波路を用いた光回路基板では、光導波路に抵抗やコンデンサ等のチップ部品や電気配線が形成される。このため、光導波路表面の平坦性の低下は、光導波路上に設けられるチップ部品の取り付け不良や金属配線の形成不良などを招くという問題がある。

そこで、光導波路の上部クラッド層表面に平坦化層を設けたり（例えば、特許文献１参照）、光照射によって特性が変化する感光性の有機材料を用いてコアと、該コアに隣接するクラッド（側面クラッド部）とを形成したりすることにより、光導波路を作製する方法（例えば、特許文献２参照）など、光導波路の表面を平坦化する方法が盛んに検討されている。

図８（ａ）は、特許文献１に記載の光導波路の要部の概略構成を示す断面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す光導波路の要部の概略構成を示す平面図である。

図８に示すように、特許文献１に記載の光導波路は、基板１０１上に下部クラッド層１０２が設けられ、下部クラッド層１０２上にコア部として、矩形状にパターニングされたコア層１０３が設けられ、該コア層１０３を覆うように、上記下部クラッド層１０２およびコア層１０３上に上部クラッド層１０４および平坦化層１１２がこの順に設けられている構成を有している。

上記平坦化層１１２は、コア層１０３によって上部クラッド層１０４の上面に生じた段差を埋めるように設けられているため、平坦化層１１２におけるコア層１０３の上部部分１１３には凹凸がほとんどなく、平坦化層１１２の上面は、ほぼ平面になっている。

下部クラッド層１０２、コア層１０３、上部クラッド層１０４、平坦化層１１２はいずれもポリイミドからなり、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により周辺部をエッチングすることにより形成したコア層１０３の寸法は、高さ、幅共に約８μｍ程度である。また、コア層１０３の屈折率は、下部クラッド層１０２および上部クラッド層１０４の屈折率に比べて約０．５％大きく、上記平坦化層１１２は、上部クラッド層１０４に使用したポリイミドよりガラス転移温度の低いポリイミドにより形成されている。

また、図９（ａ）〜（ｅ）は、特許文献２に記載の光導波路の製造工程を示す断面図である。まず、図９（ａ）に示すように、基板２０１の表面に有機材料をスピンコーティング法により塗布し、ベーキングを行うことによってバッファ層（下部クラッド層）２０２を形成する。さらに、図９（ｂ）に示すように、バッファ層２０２を形成した方法と同様の方法により、バッファ層２０２上に、感光性有機材料層２０５を形成する。次に、図９（ｃ）に示すように、上記感光性有機材料層２０５の表面に、ＣＯ^２レーザ用マスク２１４を載置し、ＣＯ^２レーザ光２１６を照射する。ＣＯ^２レーザ用マスク２１４には、ＣＯ^２レーザ光２１６を透過しないパターン部２１５が形成されている。

上記感光性有機材料層２０５を構成する材料は、照射されたＣＯ^２レーザ光２１６のエネルギー量に応じて、その一部が蒸発するので、ＣＯ^２レーザ光２１６を照射することによって、上記感光性有機材料層２０５におけるＣＯ^２レーザ光２１６の透過領域の屈折率を変化させることができる。しかしながら、上記感光性有機材料層２０５における、前記パターン部２１５の下方に相当する部分、つまり、図９（ｄ）に示すコア部２０３となる部分は、ＣＯ^２レーザ光２１６が透過しないので、屈折率は変化しない。このため、ＣＯ^２レーザ用マスク２１４を取り除くと、図９（ｄ）に示すように、互いに屈折率が異なるコア部２０３と側面クラッド部２０６とが得られる。このようにして形成されたコア部２０３および側面クラッド部２０６の表面は一様に平坦になっているので、図９（ｅ）に示すように、コア部２０３および側面クラッド部２０６上に上部クラッド層２０４を形成すると、表面が平坦化された光導波路を製造することができる。
特開平２００１−０７４９５８号公報（公開日：２００１年３月２３日） 特開平１０−２３２３２３号公報（公開日：平成１０年９月２日）

しかしながら、特許文献１に記載の方法は、上部クラッド層１０４上に平坦化層１１２を設けるため、上部クラッド層１０４上に有機材料を塗布し、加熱・乾燥処理等を行う必要があり、工程数が増加するという問題がある。さらに、上部クラッド層１０４の上面にさらに平坦化層１１２が設けられていることによって、光導波路表面からコア層１０３までの間隔が大きくなるため、光導波路上に配置された受発光素子とコア層１０３とを直接光結合させることが困難になるという、別の課題が発生する。

また、特許文献２に記載の方法は、光照射による有機材料の構造変化を利用してコア部２０３と側面クラッド部２０６とを形成するため、光照射によって構造が変化する光感光性の有機材料を用いて光導波路を作製する場合にのみ適用可能で、ポリイミドのように感光性を有していない有機材料を用いる場合には適用することができないという問題がある。また、光照射された領域の屈折率が低下することを利用して側面クラッド部２０６を形成するため、コア部２０３と側面クラッド部２０６との屈折率差を自由に設定することが難しく、光導波路中を伝搬する光線の伝搬角が制限されてしまう。このため、有機材料を用いることによって光導波路のコア部２０３の寸法を拡大したとしても、光導波路は伝搬角の大きい光線を伝搬させることができず、コア寸法を拡大した効果を十分に得ることができない。

なお、光導波路中を伝搬する光線の伝搬角を大きくするために、光照射された領域が可溶性となることを利用し、アルカリ溶液等でウエットエッチングを行うことによりコア部周囲の有機材料を除去することでコア部２０３を形成すれば、前記特許文献１に示すようにＲＩＥ等の真空装置を用いる方法に比べて、プロセスの簡略化や低コスト化を実現することができる。しかしながら、この場合、コア部２０３を覆う上部クラッド層の上面に段差が生じるため、前記特許文献１に示すように、上部クラッド層２０４の平坦化のための別の方法を検討する必要が生じる。

さらに、上記いずれの方法により形成した光導波路においても、コア（コア部）を有する平面領域において、コア以外の部分（領域）は、コアの形成に用いた有機材料を全て除去するか、あるいは、屈折率を低下させる等、その特性を変化（変質）させて使用することから、コアを形成する有機材料が上記平面領域全体に占める割合はわずかであり、コア以外の部分は、クラッド（例えば上部クラッド層１０４、側面クラッド部２０６）を形成する有機材料で占められている。このため、従来の光導波路では、コアを含む平面領域において、クラッドを構成する有機材料の影響が支配的となる。したがって、例えばクラッドを形成する有機材料の熱膨張係数が、コアを形成する有機材料の熱膨張係数に比べて大きい場合には、コアを含む平面領域においてクラッドを形成する有機材料の熱膨張係数の影響が支配的となるため、コアに内部応力が集中するという問題がある。この結果、光導波路のコア内に閉じ込められた光線が外部に漏れ出し、光線の伝搬損失が増加したり、場合によっては、コアの一部が破断して光線を伝搬させることができなくなるといった問題が生じる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光導波路中を伝搬する光線の伝搬角を自由に設定することができ、かつ、工程数を増加させることなく光導波路表面の平坦性を十分に確保することができると共に、コアに内部応力が集中することを抑制することができる光導波路およびその製造方法並びに光回路基板を提供することにある。

本発明の光導波路は、上記課題を解決するために、光を伝播するコア部を有するコア部形成層と、該コア部形成層を覆うクラッド層とを備えた光導波路において、上記コア部形成層は、コア部と、該コア部と同一の有機材料からなり、コア部の側面を囲むようにコア部と離間して設けられた周辺部とを備えていることを特徴としている。

また、本発明の光導波路は、上記課題を解決するために、上記コア部形成層は、上記コア部を複数備えると共に、隣り合うコア部間に、上記コア部と同一の有機材料からなり、コア部とは離間して設けられた周辺部を備えていることを特徴としている。

さらに、本発明の光導波路は、上記コア部と周辺部との間には、上記コア部形成層を覆うクラッド層を形成する有機材料と同じ有機材料が充填されていることを特徴としている。

また、本発明の光導波路は、上記課題を解決するために、上記コア部と周辺部との間には、上記コア部形成層を覆うクラッド層を形成する有機材料と同じ有機材料が充填されていることを特徴としている。

また、本発明の光回路基板は、上記課題を解決するために、本発明にかかる上記光導波路を備えていることを特徴としている。

また、本発明の光導波路の製造方法は、光を伝播するコア部を有するコア部形成層と、該コア部形成層を覆うクラッド層とを備えた光導波路の製造方法であって、上記コア部を形成する有機材料層に、コア部となる領域を囲むように溝部を形成することにより、コア部と、該コア部と同一の有機材料からなり、コア部の側面を囲むように上記溝部でコア部と離間して設けられた周辺部とを形成する工程と、上記コア部および周辺部を覆うようにクラッド層を形成する工程とを備えていることを特徴としている。

本発明の光導波路は、以上のように、コア部形成層が、コア部と、該コア部と同一の有機材料からなり、コア部の側面を囲むようにコア部と離間して設けられた周辺部とを備えていることで、コア部と周辺部とは、互いに同一平面を形成するようにほぼ同じ高さを有している。このため、上記の構成によれば、上記クラッド層上に必ずしも平坦化層を設ける必要はなく、また、上記クラッド層表面を平坦化するために複雑な工程を必要とせず、工程数を増加させることなく、上記クラッド層を形成した後の光導波路の上面、すなわち、上記クラッド層の表面の平坦性を十分に確保することができる
また上記の構成によれば、前記特許文献２に示すようにコア部を有する平面領域において、コア部以外の部分（領域）の屈折率を低下させる等、コア部を形成する有機材料層を部分的に変質させることによりコア部と側面クラッド部とを形成する場合のようにコア部の形成に使用できる有機材料が制限されることがなく、また、その屈折率、および屈折率差を自由に設定することができるため、光導波路中を伝搬する光線の伝搬角を自由に設定することができる。

しかも、上記の構成によれば、コア部を有する平面領域、つまり、上記コア部形成層においてコア部を形成する有機材料が占める割合は、前記特許文献１・２と比較して格段に大きく、コア部に内部応力が集中することを抑制することができる。このため、上記の構成によれば、コア部の変形や破損を防止し、コア部からの光線漏れや伝搬損失のない光導波路を提供することができるという効果を併せて奏する。

さらに、上記の構成によれば、上記クラッド層表面の膜厚ばらつきを小さくすることができるので、上記クラッド層の形成に使用する有機材料の使用量を削減することができる。このため、上記の構成によれば、低コスト化が可能であり、また、焼結時間の短縮化等、当該光導波路の製造に要する時間の短縮化を図ることができるという効果を併せて奏する。

また、本発明の光導波路は、以上のように、上記コア部形成層は、上記コア部を複数備えると共に、隣り合うコア部間に、上記コア部と同一の有機材料からなり、コア部とは離間して設けられた周辺部を備えているので、上記コア部に複数の受発光素子を光結合させる場合に、上記複数のコア部を、これら受発光素子同士が干渉することがないように十分な間隔をあけて配置したとしても、上記クラッド層表面の平坦性を十分に確保することが可能になるという効果を併せて奏する。

さらに、本発明の光導波路は、以上のように、上記コア部と周辺部との間には、上記コア部形成層を覆うクラッド層を形成する有機材料と同じ有機材料が充填されているので、
上記コア部を伝搬する光線が周辺部に伝搬することをより一層確実に防止することができる。また、上記の構成によれば、上記クラッド層を形成する際に、上記コア部と周辺部との間に上記クラッド層を形成する有機材料を充填することができるので、新たに有機材料を充填する必要がなく、光導波路の製造工程の簡略化を図ることができるという効果を併せて奏する。さらに、上記の構成によれば、上記コア部と周辺部との間に上記クラッド層を形成する有機材料が充填されていることで、屈折率差をより一層自在に調節することができるという効果を併せて奏する。

また、本発明の光回路基板は、以上のように、本発明にかかる上記光導波路を備えているので、光導波路中を伝搬する光線の伝搬角を自由に設定することができ、かつ、工程数を増加させることなく光導波路表面の平坦性を十分に確保することができると共に、コアに内部応力が集中することを抑制することができる光回路基板を提供することができる。また、上記の構成によれば、上記光回路基板は光導波路表面の平坦性に優れているため、光導波路上に設けられるチップ部品や金属配線の接続不良を防止することができるという効果を併せて奏する。

本発明の光導波路の製造方法は、以上のように、コア部を形成する有機材料層に、コア部となる領域を囲むように溝部を形成することにより、コア部と、該コア部と同一の有機材料からなり、コア部の側面を囲むように上記溝部でコア部と離間して設けられた周辺部とを形成する工程と、上記コア部および周辺部を覆うようにクラッド層を形成する工程との有機的な結合により、工程数を増加させることなく光導波路表面の平坦性を十分に確保することが可能となると共に、光導波路中を伝搬する光線の伝搬角を自由に設定することができ、かつ、コア部（コア）に内部応力が集中することを抑制することができる光導波路を容易に提供することができる。

また、上記の構成によれば、光導波路表面の平坦性を十分に確保することができるので、光導波路上にチップ部品や金属配線を設ける場合にも、チップ部品の取り付け不良や配線の形成不良などが発生することを防止することができると共に、上記クラッド層上に平坦化層を設ける必要がないため、光導波路の製造工程を短縮することができるという効果を併せて奏する。

さらに、上記の方法によれば、上記クラッド層表面の膜厚ばらつきを小さくすることができるので、上記クラッド層の形成に使用する有機材料の使用量を削減することができる。このため、上記の構成によれば、低コスト化が可能であり、また、焼結時間の短縮化等、当該光導波路の製造に要する時間の短縮化を図ることができるという効果を併せて奏する。

〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１〜図３に基づいて説明すれば以下のとおりである。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態にかかる光導波路の概略構成を一部破断にて示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す光導波路のＡ−Ａ’線矢視断面図である。

本実施の形態にかかる光導波路（光導波路基板）は、図１（ｂ）に示すように、光を伝播するコア部（コア）３と、該コア部３を囲むクラッド部（クラッド）としての下部クラッド層２および側面クラッド部６および上部クラッド層４とを備え、基板１上に、下部クラッド層２と、コア部３、周辺部５、および側面クラッド部６を含むコア部形成層７と、上部クラッド層４とが、この順に積層された構成を有している。

これら下部クラッド層２、コア部形成層７、上部クラッド層４は、何れも、ポリイミドやポリシラン等の有機材料からなり、コア部３と各クラッド部とは、両者の間に屈折率差が生じるように、互いに屈折率が異なる有機材料にて形成されている。

一方、上記下部クラッド層２上に形成されたコア部３および周辺部５は、互いに同じ有機材料により形成されており、両者は、図１（ａ）・（ｂ）に示すように、コア部３を伝搬する光線が周辺部５に伝搬しないように互いに離間して設けられている。コア部３と周辺部５とは、後述するように、コア部形成層７においてコア部３および周辺部５を形成する有機材料層、つまり、第１の有機材料層である下部クラッド層２上に設けられた第２の有機材料層に、コア部３を囲むように数μｍ〜数十μｍ程度の幅を有する溝部１０を設けることにより互いに分離した状態で近接配置されている。

そして、上記側面クラッド部６は、上記溝部１０に、第３の有機材料層である上部クラッド層４を構成する有機材料が流れ込んで該溝部１０を埋めることにより形成されている。これにより、上記側面クラッド部６は、上記コア部３の周囲（側面）を囲むと共に、上記コア部３と周辺部５とを隔てるように上記コア部３と周辺部５との間に介在して設けられている。

なお、コア部３は、光源（例えば発光素子）からの光を、該コア部３の長手方向に伝播させ、その入射側の長手方向端面とは反対側の長手方向端面から出射させるようになっている。このため、上記光導波路は、例えば図１（ａ）に示すように、必要に応じて、コア部３の長手方向端部に、コア部３を伝搬する光線の光路を変換するためのミラー９・９（例えば４５度ミラー）を備え、該ミラー９・９を用いて、上部クラッド層４上に配置された発光素子からの光を、上記コア部３を介して、上部クラッド層４上に配置された受光素子に導くようになっていてもよい。なお、このようにミラー９・９を形成する場合は、図１（ａ）に示すようにコア部３だけでなくミラー９・９を含んだコア部３の周辺に溝部１０を設けた光導波路構造とすれば、ミラー９・９を有する場合においても、後述する本発明の効果を得ることができる。

本実施の形態において、上記下部クラッド層２の膜厚は、数μｍ〜数十μｍ程度の範囲内となるように設定される。下部クラッド層２の膜厚が、数μｍ〜数十μｍ程度であれば、コア部３を伝搬する光線の閉じ込めを行うことが可能である。

また、コア部形成層７の膜厚、特に、コア部３の大きさは、特に限定されるものではないが、コア部３の膜厚は、数μｍ〜数十μｍ程度、具体的には、５μｍ〜３０μｍの範囲内、好適には１０μｍ〜２０μｍの範囲内となるように設定されることが望ましい。コア部３の膜厚を厚くしすぎると、プリポストベークやＲＩＥ加工の時間が長くなったり、内部応力が大きくなるなどの問題がある。また、上記コア部３の長手方向の幅は、特に限定されるものではなく、本発明の光導波路を用いる光回路基板に応じて設定することが可能である。また、コア部３の短手方向の幅は、数μｍ〜数十μｍ程度、具体的には、５μｍ〜３０μｍの範囲内、好適には１０μｍ〜２０μｍの範囲内となるように設定されることが望ましい。コア部３の短手方向の幅が、この範囲であることにより、光が効率よくコア部３を通過することができる。

なお、コア部３の長手方向、すなわち、光伝播方向に垂直な断面は、特に限定されるものではないが、正方形であることが好ましい。これにより、コア部３を通過する光の伝播効率や、光導波路と受発光素子との光結合の効率を向上することが可能である。

上記溝部１０の幅、つまり、上記側面クラッド部６の幅は、数μｍ〜数十μｍ程度であればよく、好適には５μｍ〜１０μｍの範囲内となるように設定される。上記溝部１０の幅が、数μｍ〜数十μｍ程度であれば、コア部３を伝搬する光線が周辺部５に伝搬することを防止することができると共に、上部クラッド層４上に平坦化層を設けることなく上部クラッド層４上面の平坦性を確保することができる。また、上記溝部１０の幅が、数μｍより小さい場合には、溝部１０を形成することが困難になる。また、上記溝部１０の幅が、数十μｍより大きい場合には、上部クラッド層４の膜厚を大きくする必要が生じる。

また、上部クラッド層４の膜厚は、コア部３に設ける溝部１０の幅に応じて最適化すればよく、例えば、溝部１０の幅が狭い場合は、上部クラッド層４の膜厚を薄くして溝部１０上の近傍にある余分な有機材料を少なくしても平坦性を向上させることができる。一方、溝部１０の幅が広い場合には、上部クラッド層４の膜厚をわずかに厚くすれば、溝部１０上近傍の余分な有機材料が多くなるため、同様に平坦性を向上させることができる。

上部クラッド層４の膜厚は、コア部３と受発光素子とを直接光結合させる上で、１０μｍ〜３０μｍの範囲内に設定されることが望ましい。上部クラッド層４の膜厚がこの範囲内であれば、後述するように、コア部３の膜厚を、例えば、２０μｍとした場合、上部クラッド層４上面の平坦性を確保することができる。

また、下部クラッド層２、コア部形成層７、上部クラッド層４は、何れも、有機材料にて形成されている。このように、光導波路に有機材料を用いることにより、光導波路の厚膜化が可能になるとともに、光導波路と受発光素子との光結合が容易になる。すなわち、光導波路に対する受発光素子の高いアライメント精度を必要としなくなる。

次に、本実施の形態にかかる光導波路の製造方法について、図２（ａ）〜（ｅ）に基づいて以下に説明する。
図２（ａ）〜（ｅ）は、本実施の形態にかかる光導波路の製造方法を模式的に示す断面図である。

まず、図２（ａ）に示すように、基板１上に、クラッド層を形成するための有機材料（本実施の形態ではポリイミド材料を用いるものとする）を、下部クラッド層２の厚みが所望の厚み（数μｍ〜数十μｍ程度）となるようにスピンコートにより塗布し、乾燥および硬化させることで、下部クラッド層２（第１の有機材料層）を形成する。なお、上記基板１上に塗布する有機材料の厚みは、スピンコートの回転数を調整することにより数μｍから数十μｍの間で自由に調整することができるため、必要に応じて回転数を調整することにより、所望の膜厚を有する下部クラッド層２を得ることができる。

次に、図２（ｂ）に示すように、下部クラッド層２を形成した場合と同様にして、下部クラッド層２上に、コア部３および周辺部５を形成するための有機材料（本実施の形態では下部クラッド層２および上部クラッド層４を形成するためのポリイミド材料とは屈折率の異なるポリイミド材料、具体的には、下部クラッド層２および上部クラッド層４を形成するためのポリイミド材料よりも屈折率の低いポリイミド材料）を積層することにより、コア部３形成用の第２の有機材料層１５を形成する。

続いて、図２（ｃ）に示すように、第２の有機材料層１５上に、スピンコートによりレジストを塗布することにより、レジスト層１１を形成する。そして、上記第２の有機材料層１５のうち除去する部分（溝部形成予定領域）のパターンが設けられたマスクを用いて、該パターンをＵＶ光等の光源によりレジスト層１１に転写した後、アルカリ現像液等により現像処理を行う。これにより、図２（ｃ）に示すように、上記レジスト層１１のうち、第２の有機材料層１５の溝部形成予定領域の上部に相当する部分が除去される。その後、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等により、レジスト層１１が除去された部分に対応する第２の有機材料層１５を除去することにより、図２（ｄ）に示すように、上記第２の有機材料層１５に、前記したように数μｍ〜数十μｍ程度の幅を有する溝部１０を設ける。さらに、上記第２の有機材料層１５上に残ったレジストをアッシング等で除去する。これにより、図２（ｄ）に示すように、下部クラッド層２上に、第２の有機材料からなる、互いに分離されたコア部３および周辺部５を形成することができる。

次に、図２（ｅ）に示すように、コア部３および周辺部５の上に、下部クラッド層２を形成した場合と同様の方法を用いて、上部クラッド層４（第３の有機材料層）を形成する。なお、このとき、コア部３と周辺部５との間の溝部１０に、上部クラッド層４を形成する有機材料が流れ込むことで、コア部３と周辺部５との間に、上記上部クラッド層４を形成する有機材料からなる側面クラッド部６が形成される。

最後に、これら下部クラッド層２、コア部３、周辺部５、側面クラッド部６、および上部クラッド層４を一括してオーブン等で加熱することにより焼結処理を行う。これにより、本実施の形態にかかる光導波路を形成することができる。

なお、図２（ａ）〜（ｅ）に示す説明においては、上記光導波路に前記ミラー９・９を設ける場合の説明については省略したが、図１（ａ）に示すようにコア部３の長手方向両端部にミラー９・９を設ける場合には、コア部３を形成した後に、例えば、ダイサー等を用いることでコア部３の長手方向両端部にミラー面を形成し、さらに上記ミラー面に金属メッキ処理等を行うことでミラーの反射面を形成することができる。また、上部クラッド層４を形成した後に、所望の位置に同様の方法でミラー９・９を形成することも可能である。

次に、本実施の形態にかかる光導波路と一般的な光導波路とを、各々の表面の平坦性に
ついて計算によって比較した結果を図３に基づいて説明する。

図３は、本実施の形態にかかる光導波路のコア部周辺の概略構成、特に、上記コア部周辺における上部クラッド層４の構成を模式的に示す断面図であり、図１に示す構成要素と同様の機能を有する構成要素には同一の番号を付している。

図４は、従来の一般的な光導波路における平坦化層形成前のコア部周辺の概略構成を模式的に示す断面図である。図４に示す光導波路は、基板１１上に、下部クラッド層１２が形成され、下部クラッド層１２上にコア部１３が形成されており、さらにコア部１３を覆うように上部クラッド層１４が形成された構成を有している。

本実施の形態では、図３に示すように、コア部３の高さ方向の寸法（膜厚）をＡ、コア部３と周辺部５との間隔、即ち、側面クラッド部６の幅をｔ、上部クラッド層４の膜厚をｈ、上部クラッド層４に生じた膜厚ばらつきをΔｈとし、各膜厚ｈ（μｍ）における膜厚ばらつきΔｈ（μｍ）を測定することにより、膜厚ｈ（μｍ）と膜厚ばらつきΔｈ（μｍ）との関係を求めた。同様にして、図４に示す光導波路における膜厚ｈ（μｍ）と膜厚ばらつきΔｈ（μｍ）との関係を求めた。なお、上部クラッド層４の膜厚ｈは、コア部３および周辺部５の表面位置、つまり、コア部形成層７の表面位置を基準とした上部クラッド層４の表面位置の高さ（膜厚）を示し、上部クラッド層１４の膜厚ｈは、下部クラッド層１２の表面位置を基準とした上部クラッド層１４の表面位置の高さ（膜厚）を示す。

膜厚ばらつきΔｈは、上部クラッド層４表面における最上面の高さと最下面の高さとの差、言い換えれば、上記膜厚ｈの最大値と最小値との差を示す。膜厚ばらつきΔｈは、溝部１０の上部およびその周辺の有機材料のうち、溝部１０の形状を考慮した場合の減少量を計算により算出することで求めた。

図５に、Ａ＝２０μｍ、ｔ＝１０μｍとしたときの、図３および図４に示す光導波路における上部クラッド層４、１４の膜厚ｈと膜厚ばらつきΔｈを示す。

図５に示されるように、本発明の光導波路では、従来の光導波路に比べて全体的に膜厚ばらつきΔｈが抑制されている。

また、従来の光導波路において膜厚ｈが３０μｍのときに膜厚ばらつきΔｈは５μｍとなっているが、本発明の光導波路では膜厚１０μｍのときに膜厚ばらつきが５μｍとなっている。したがって、本発明の光導波路は従来に比べて、１／３の膜厚で膜厚ばらつきΔｈを抑えることができる。

さらに、従来の光導波路では、膜厚ｈがコア部３の膜厚Ａより厚い場合（ｈ＞Ａ）、つまり膜厚ｈが２０μｍより厚い場合に、膜厚ばらつきΔｈが小さくなるのに対して、本実施の形態にかかる光導波路では、膜厚ｈがコア部３の膜厚Ａより薄い場合（ｈ＜Ａ）、すなわち膜厚ｈが２０μｍより薄い場合にも、膜厚ばらつきΔｈは５μｍ以下となっており、膜厚ｈに対して膜厚ばらつきΔｈが抑制されていることがわかる。

以上のように、本実施の形態によれば、コア部形成層７は、コア部３と、該コア部３と離間して設けられた周辺部５とを備え、前記第２の有機材料層に溝部１０を設けることで、コア部３の周辺の有機材料層を、数μｍ〜数十μｍの幅で除去した以外は、コア部３の形成に用いられる有機材料層を、除去せずにそのまま周辺部５として残した構成を有している。すなわち、本実施の形態にかかる光導波路は、上記コア部３と同層に、該コア部３と同一の有機材料からなり、コア部３の側面を囲むようにコア部３と離間して設けられた周辺部５を備えている。

このため、本実施の形態にかかる光導波路は、コア部形成層７におけるコア部３および該コア部３と溝部１０を挟んで隣り合う周辺部５、つまり、コア部形成層７の殆どの部分が同じ有機材料層からなることで、コア部形成層７の殆どの部分、つまり、コア部３と周辺部５とが、互いに同一平面を形成するようにほぼ同じ高さを有し、該コア部形成層７上に上部クラッド層４を形成することで、例えば前記特許文献１に示すようにコア部を含む平面領域においてコア部以外の部分（領域）におけるコア部の形成に用いた有機材料を全て除去した場合のように上部クラッド層表面に顕著な段差が生じず、表面の平坦性に優れた光導波路を得ることができる。これにより、光導波路上にチップ部品や金属配線を設ける場合にも、チップ部品の取り付け不良や配線の形成不良等が発生することを防止することができる。

しかも、本実施の形態によれば、前記特許文献１に示すように光導波路表面を平坦化するために上部クラッド層の上面に平坦化層を設ける必要は必ずしもない。このため、本実施の形態によれば、工程数を増加させることなく光導波路表面の平坦性を十分に確保することができると共に、光導波路表面からコア部３までの間隔を、前記特許文献１と比較して小さくすることができる。しかも、本実施の形態にかかる光導波路によれば、図５に示すように上部クラッド層４表面の膜厚ばらつき（Δｈ）を抑えることができ、上部クラッド層４の膜厚（ｈ）を従来よりも薄くすることができるため、上部クラッド層４に使用する有機材料の使用量を削減することができ、低コスト化を図ることができると共に、上部クラッド層４の膜厚（ｈ）を従来よりも薄くすることができることによる焼成時間の短縮化、すなわち、プロセスの短縮化等を図ることができる。

なお、本実施の形態にかかる光導波路においても従来同様、平坦性をより向上させるために、上部クラッド層４上に平坦化層を設けることもできるが、このように平坦化層を形成する場合であっても、本実施の形態にかかる光導波路によれば、上部クラッド層４表面に従来のように顕著な段差が生じないことから、平坦化層の膜厚を従来よりも薄くすることができる。

また、上記図２（ａ）〜（ｅ）に示す方法によれば、上部クラッド層４を形成する際に上記溝部１０に上記上部クラッド層４を形成する有機材料が流れ込むことで上記溝部１０に側面クラッド部６を形成することができるため、上記溝部１０に新たに有機材料を充填する必要がなく、光導波路の製造工程の簡略化を図ることができる。また、上記溝部１０に、上部クラッド層４を形成する有機材料、つまり、クラッドを形成する有機材料が充填されていることで、上記コア部３を伝搬する光線が周辺部５に伝搬することをより一層確実に防止することができると共に、屈折率差をより一層自在に調節することが可能となる。

また、本実施の形態によれば、前記特許文献２に示すようにコア部を有する平面領域において、コア部以外の部分（領域）の屈折率を低下させる等、コア部を形成する有機材料層を部分的に変質させることによりコア部と側面クラッド部とを形成する場合のようにコア部の形成に使用できる有機材料が制限されることがなく、また、その屈折率、および屈折率差を自由に設定することができるため、光導波路中を伝搬する光線の伝搬角を自由に設定することができる。

さらに、本実施の形態によれば、コア部３を有する平面領域において、コア部３を形成する有機材料が占める割合は、前記特許文献１・２と比較して格段に大きく、コア部３に内部応力が集中することを抑制することができる。つまり、本実施の形態によれば、コア部３と周辺部５とは、同じ有機材料で構成されているため、コア部３を有する平面領域ではコア部３を形成する有機材料の影響が支配的となる。このため、上記溝部１０に流入した有機材料の熱膨張係数が上記コア部３を形成する有機材料の熱膨張係数に比べて大きい場合にも、コア部形成層７にかかる内部応力は周辺部５とコア部３とに分散するようにはたらくため、コア部３のみに内部応力が集中することがない。このため、従来のようにコア部３に内部応力が集中することがないので、コア部３の変形や破損を防止し、コア部３からの光線漏れや伝搬損失のない光導波路を提供することができる。

なお、本実施の形態では、上記下部クラッド層２、コア部形成層７、上部クラッド層４の形成方法、つまり、第１〜第３の有機材料層の形成方法として、スピンコートにより有機材料溶液を塗布する方法を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、印刷法等、その他の方法を用いることも可能である。これら有機材料溶液の塗布方法は、基板１の大きさや材質、構成に応じて適宜選択すればよく、特に限定されるものではない。

また、本実施の形態では、上記各層を構成する有機材料として、ポリイミド材料を用いた場合について説明したが、上記各層に使用する有機材料は、これに限定されるものではなく、上記ポリイミド材料に代えて、ポリシラン等、光感光性を有する有機材料を使用してもよい。

また、第２の有機材料層１５に、感光性を有するポジ型の有機材料を使用した場合には、コア部３および周辺部５の形成工程において、コア部３および周辺部５となる部分をマスクで遮光し、マスク上からＵＶ光等による露光処理を行うことでコア部３と周辺部５との間の有機材料を可溶性とし、アルカリ溶液等によりウエットエッチングすることによって除去することができる。この方法によれば、ＲＩＥ等の真空装置を使用する必要がなく、光導波路の製造プロセスのさらなる簡略化や低コスト化を図ることができる。

なお、上部クラッド層（第３の有機材料層）４には、下部クラッド層（第１の有機材料層）２と同じ有機材料を用いることもできるが、異なる有機材料を用いてもよい。

また、前記した光導波路の製造方法では、上部クラッド層４を形成した後、下部クラッド層２、コア部３、周辺部５、側面クラッド部６、および上部クラッド層４を一括してオーブン等で加熱することにより焼結処理を行う場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各有機材料からなる層、つまり、下部クラッド層２（第１の有機材料からなる層）、コア部３および周辺部５（第２の有機材料からなる層）、側面クラッド部６および上部クラッド層４（第３の有機材料からなる層）を形成する度に焼結処理を行ってもよい。

さらに、本実施の形態では、光導波路の構造が直線状である場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、屈曲形状を有する構成であっても構わない。

また、本実施の形態によれば、上記光導波路における上部クラッド層４上に、抵抗やコンデンサ等のチップ部品を形成するとともに、金属メッキ処理を行うことによって電気配線（いずれも図示せず）を形成し、さらに図示しない発光素子や受光素子（発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザ、フォトダイオード等の受発光素子）、あるいは、これら発光素子や受光素子がそれぞれアレイ状に一体化されてなるアレイ型の受発光素子等を、半田を用いて取り付け、これら受発光素子を、ミラー９を介して、または直接、コア部３の端面と光結合させることによって、本実施の形態にかかる光回路基板を得ることができる。上記光回路基板は、光導波路表面の平坦性に優れているため、光導波路表面に設けられるチップ部品や金属配線の接続不良を防止することができる。

〔実施の形態２〕
本発明にかかる実施の他の形態について図６（ａ）・（ｂ）および図７（ａ）・（ｂ）に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施の形態１にかかる光導波路における構成要素と同様の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。本実施の形態では、主に、前記実施の形態１との相違点について説明するものとする。

図６（ａ）は、コア部が２つ設けられた本実施形態にかかる光導波路の概略構成を一部破断にて示す平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す光導波路のＢ−Ｂ'線矢視断面図である。また、図７（ａ）は２つのコア部が１本の溝部を介して互いに隣接する構造を有する光導波路上に発光素子を配した場合の該光導波路（光回路基板）の概略構成を模式的に示す平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す光導波路の概略構成を示すＣ−Ｃ'線矢視断面図である。

前記実施の形態１で説明したように、光導波路に対して、受発光素子は、ミラー９を介するか、あるいは直接、コア部３端面と光結合させる構成をとることができる。このとき、複数の受光素子や発光素子を有するアレイ状の受発光素子と複数本のコア部３とを光結合させる場合においては、発光素子や受光素子同士が隣接した配置となるため、隣接する光導波路の間隔が狭いと、受光素子同士や発光素子同士が互いに干渉するという問題が発生するおそれがある。

このため、図７（ａ）に示すように、コア部３の端部に光結合されている受発光素子２４の幅（コア部３の短手方向の幅）をＢμｍ、隣り合うコア部３・３の中心軸同士の間隔をＨμｍとすると、コア部３・３が１本の溝部１０を挟んで設けられている場合、Ｈ／２よりもＢ／２の方が大きければ、上記溝部１０をＨ／２≧Ｂ／２となるように拡幅する必要がある。

例えば、図７（ａ）・（ｂ）において、幅２０μｍのコア部３・３の間に、幅１０μｍの側面クラッド部２６が設けられている場合、隣り合うコア部３・３の中心軸同士の間隔Ｈは３０μｍである。

このとき、例えば、５０μｍ角の大きさ、つまり幅Ｂが５０μｍの受発光素子２４をコア部３・３に光結合させる場合、隣り合う受発光素子２４同士の干渉を防ぐために、隣接するコア部３・３の中心軸同士の間隔Ｈは少なくとも５０μｍ以上とする必要がある。このためには、コア部３・３の中心軸同士の間隔Ｈをさらに２０μｍ以上離す、すなわち、側面クラッド部６の幅を、１０μｍから３０μｍに拡幅する必要が生じる。しかしながら、側面クラッド部６の幅を広げると、図７（ｂ）に示すように、上部クラッド層４表面の平坦性が大きく悪化することとなり、上面クラッドを層４の膜厚を大きくする必要が生じることから、本発明における効果を十分に得ることができない。

そこで、本実施の形態にかかる光導波路においては、図６（ａ）・（ｂ）に示すように、同一平面上、つまり、コア部形成層７に、複数のコア部３を設ける場合、互いに隣り合うコア部３・３間に、必要に応じて周辺部５が設けられている構成とすること、より具体的には、隣り合う２つのコア部３・３間に側面クラッド部６を介して周辺部５が配置されていることで、コア部３・３のそれぞれの端面に光結合（実装）される、互いに隣り合う受発光素子２４・２４同士が干渉し合うことがない配置とすることができる。

これにより、上述した例では、上記溝部１０を拡幅することによりコア部３・３の中心軸同士の間隔Ｈをさらに２０μｍ以上離す必要があったが、図６（ａ）・（ｂ）に示す構成によれば、コア部３・３の間に幅２０μｍ以上の周辺部５を設けることにより、溝部１０を拡幅することなく、隣り合うコア部３・３の中心軸同士の間隔Ｈを５０μｍ以上にすることができる。

このように、本実施の形態によれば、コア部３・３間に周辺部５が設けられているため、コア部３・３の中心軸同士の間隔Ｈを大きくする場合にも、受発光素子２４の大きさや、受発光素子２４同士の位置関係に関係なく、表面の平坦性に優れた光導波路を得ることができる。

また、本実施の形態においても、コア部３・３および周辺部５は同じ第２の有機材料で構成されているため、コア部３・３のみに内部応力が集中することがない。したがって、コア部３・３の変形や破断の発生を防ぐことができる。

なお、本実施の形態では、同一平面上にコア部３が２つ設けられている場合を例に挙げて説明したが、コア部３の個数はこれに限定されるものではなく、同一平面上にコア部３が３つ以上設けられている構成としてもよい。

以上のように、本発明にかかる光導波路は、光を伝播するコア部を有するコア部形成層と、該コア部形成層を覆うクラッド層とを備えた光導波路において、上記コア部形成層は、コア部と、該コア部と同一の有機材料からなり、コア部の側面を囲むようにコア部と離間して設けられた周辺部とを備えている構成を有しているが、本発明にかかる光導波路は、例えば、基板上に形成した第１の有機材料からなる層と、該第１の有機材料からなる層上に形成した第２の有機材料からなる層と、該第２の有機材料からなる層上に形成した第３の有機材料からなる層とからなり、前記第２の有機材料からなる層は溝によって周囲を取り囲んだコアを有し、前記第１の有機材料からなる層及び前記第３の有機材料からなる層はクラッドを形成する構成であってもよい。

また、上記光導波路は、前記第２の有機材料からなる層は、前記溝によって周囲を取り囲んだ２以上のコアを有し、隣接する前記コアの間にコアと離間して配置した前記第２の有機材料からなる領域を含む構成を有していてもよい。

さらに、上記導波路は、前記溝に、前記第３の有機材料を充填してなる構成を有していてもよい。

また、本発明にかかる光導波路の製造方法は、光を伝播するコア部を有するコア部形成層と、該コア部形成層を覆うクラッド層とを備えた光導波路の製造方法であって、上記コア部を形成する有機材料層に、コア部となる領域を囲むように溝部を形成することにより、コア部と、該コア部と同一の有機材料からなり、コア部の側面を囲むように上記溝部でコア部と離間して設けられた周辺部とを形成する工程と、上記コア部および周辺部を覆うようにクラッド層を形成する工程とを備えている方法であるが、本発明にかかる光導波路の製造方法は、基板上に第１の有機材料からなる層を形成する工程と、該第１の有機材料からなる層上に第２の有機材料からなる層を形成する工程と、該第２の有機材料からなる層に溝を形成することによって導波路を形成する工程と、前記導波路を形成した前記第２の有機材料からなる層上に第３の有機材料からなる層を形成する工程と、焼成によって燒結処理を行う工程とからなる方法であってもよい。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の光導波路は、光導波路中を伝搬する光線の伝搬角を自由に設定することができ、かつ、工程数を増加させることなく光導波路表面の平坦性を十分に確保することができると共に、コアに内部応力が集中することを抑制することができる。このため、上記光導波路は、例えば、伝送容量の高い光インターコネクションに用いられる光配線に好適であり、光回路素子等、光配線を有する種々の光通信機器等に用いることができる。

（ａ）は、本発明の一実施形態にかかる光導波路の概略構成を一部破断にて示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す光導波路のＡ−Ａ’線矢視断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、本発明の光導波路の製造方法を模式的に示す断面図である。 本発明の光導波路におけるコア部周辺の概略構成を模式的に示す断面図である。 図４は、従来の光導波路における平坦化層形成前のコア部周辺の概略構成を模式的に示す断面図である。 図３および図４に示す光導波路における上面クラッド層の膜厚と膜厚ばらつきとの関係を示すグラフである。 （ａ）は本実施形態にかかる光導波路の概略構成を一部破断にて示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す光導波路のＢ−Ｂ'線矢視断面図である。 （ａ）は、２つのコア部が１本の溝部を介して互いに隣接する構造を有する光導波路上に発光素子を配した場合の該光導波路の概略構成を模式的に示す平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す光導波路のＣ−Ｃ'線矢視断面図である。 （ａ）は、従来の光導波路の要部の概略構成を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す光導波路の要部の概略構成を示す平面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、従来の光導波路の製造工程を示す断面図である。

符号の説明

１ 基板
２ 下部クラッド層（第１の有機材料層）
３ コア部（第２の有機材料層）
４ 上部クラッド層（第３の有機材料層、クラッド層）
５ 周辺部（第２の有機材料層）
６ 側面クラッド部
９ ミラー
１０ 溝部
１１ レジスト層
１３ 遮光部
１５ 第２の有機材料層（第２の有機材料層）
２４ 受発光素子

Claims (5)

1. 光を伝播するコア部を有するコア部形成層と、該コア部形成層を覆うクラッド層とを備えた光導波路において、
   上記コア部形成層は、コア部と、該コア部と同一の有機材料からなり、コア部の側面を囲むようにコア部と離間して設けられた周辺部とを備えていることを特徴とする光導波路。
2. 上記コア部形成層は、上記コア部を複数備えると共に、隣り合うコア部間に、上記コア部と同一の有機材料からなり、コア部とは離間して設けられた周辺部を備えていることを特徴とする請求項１記載の光導波路。
3. 上記コア部と周辺部との間には、上記コア部形成層を覆うクラッド層を形成する有機材料と同じ有機材料が充填されていることを特徴とする請求項１または２記載の光導波路。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の光導波路を備えていることを特徴とする光回路基板。
5. 光を伝播するコア部を有するコア部形成層と、該コア部形成層を覆うクラッド層とを備えた光導波路の製造方法であって、
   上記コア部を形成する有機材料層に、コア部となる領域を囲むように溝部を形成することにより、コア部と、該コア部と同一の有機材料からなり、コア部の側面を囲むように上記溝部でコア部と離間して設けられた周辺部とを形成する工程と、
   上記コア部および周辺部を覆うようにクラッド層を形成する工程とを備えていることを特徴とする光導波路の製造方法。

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