JP3372745B2 - 光電子混在基板 - Google Patents
光電子混在基板Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は一つの基板上にOE
IC(光電集積回路)もしくは光IC(光集積回路)お
よび光導波路ならびにICやLSI等の集積回路または
高周波電気回路などを混在させて成る光電子混在基板に
関し、特にシロキサン系ポリマから成る光導波路を具備
した光電子混在基板に関するものである。
IC(光電集積回路)もしくは光IC(光集積回路)お
よび光導波路ならびにICやLSI等の集積回路または
高周波電気回路などを混在させて成る光電子混在基板に
関し、特にシロキサン系ポリマから成る光導波路を具備
した光電子混在基板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光通信システムやコンピュータにおける
情報処理の高速化の要求から、集積回路チップ間やそれ
らを搭載した基板間あるいは複数の回路基板を集積した
ボード間の信号伝送への光の使用が研究されているが、
信号伝送に光を使用する場合においても伝送される信号
の処理は電子部品が担うため、そのような光情報処理に
は光信号と電気信号の間の信号変換が必要となる。
情報処理の高速化の要求から、集積回路チップ間やそれ
らを搭載した基板間あるいは複数の回路基板を集積した
ボード間の信号伝送への光の使用が研究されているが、
信号伝送に光を使用する場合においても伝送される信号
の処理は電子部品が担うため、そのような光情報処理に
は光信号と電気信号の間の信号変換が必要となる。
【0003】そのような光信号と電気信号の変換領域に
は光ファイバーもしくは光導波路からなる光の伝送路や
レーザダイオード・フォトダイオード等の光電子変換素
子が用いられ、光情報処理を行なうための回路には、そ
れら光の伝送路や光電子変換素子と、光電素子と電子回
路とを組み合わせた光電集積回路(OEIC)や光波の
みで情報処理をする光集積回路(光IC)・電子素子の
制御や電気信号の処理を行なうためのICやLSI等の
集積回路・電子部品を高速で駆動するための高周波電気
回路等とが混在することとなる。
は光ファイバーもしくは光導波路からなる光の伝送路や
レーザダイオード・フォトダイオード等の光電子変換素
子が用いられ、光情報処理を行なうための回路には、そ
れら光の伝送路や光電子変換素子と、光電素子と電子回
路とを組み合わせた光電集積回路(OEIC)や光波の
みで情報処理をする光集積回路(光IC)・電子素子の
制御や電気信号の処理を行なうためのICやLSI等の
集積回路・電子部品を高速で駆動するための高周波電気
回路等とが混在することとなる。
【0004】これまでは光電子変換装置としては個別の
光部品および電子部品により組み立てられたモジュール
が用いられていた。また、光源システムとしては光源に
ガスレーザを用いてプリズム・レンズ・ミラーによる光
学系を組み合わせたものが用いられていたが、近年はレ
ーザダイオードとフォトダイオード・光ファイバー・ロ
ッドレンズ等を組み合わせた縮小光学系が用いられてい
る。そして現在では、光情報処理の回路基板としてさら
に縮小集積化を進めて、1つの基板上にOEICや光I
C・光導波路・OEIC制御用LSIを始めとする集積
回路・高周波電気回路等を混在させて成る光電子混在基
板の実用化に向けて研究開発が進められている。
光部品および電子部品により組み立てられたモジュール
が用いられていた。また、光源システムとしては光源に
ガスレーザを用いてプリズム・レンズ・ミラーによる光
学系を組み合わせたものが用いられていたが、近年はレ
ーザダイオードとフォトダイオード・光ファイバー・ロ
ッドレンズ等を組み合わせた縮小光学系が用いられてい
る。そして現在では、光情報処理の回路基板としてさら
に縮小集積化を進めて、1つの基板上にOEICや光I
C・光導波路・OEIC制御用LSIを始めとする集積
回路・高周波電気回路等を混在させて成る光電子混在基
板の実用化に向けて研究開発が進められている。
【0005】このような光電子混在基板によれば、高密
度集積化により低電力化・高速化・高信頼性・量産性の
向上・組立の簡易化・組立後の安定性の向上などが図ら
れるが、光電子混在基板の実現には、セラミック基板上
あるいはセラミック電気回路基板に積層して薄膜回路を
形成した基板上に光導波路を形成する技術が必要とな
る。
度集積化により低電力化・高速化・高信頼性・量産性の
向上・組立の簡易化・組立後の安定性の向上などが図ら
れるが、光電子混在基板の実現には、セラミック基板上
あるいはセラミック電気回路基板に積層して薄膜回路を
形成した基板上に光導波路を形成する技術が必要とな
る。
【0006】この光導波路に対してはシングルモードの
光伝送を行なうために精密な屈折率制御が必要であり、
光導波路の形成においては特にコア部の加工とコア部と
クラッド部の屈折率の制御が必要である。例えば、シリ
カ系シングルモード導波路の場合の典型的な仕様はコア
サイズが7μm×7μm、コア部の屈折率とクラッド部
の屈折率との差が約0.25%というものである。
光伝送を行なうために精密な屈折率制御が必要であり、
光導波路の形成においては特にコア部の加工とコア部と
クラッド部の屈折率の制御が必要である。例えば、シリ
カ系シングルモード導波路の場合の典型的な仕様はコア
サイズが7μm×7μm、コア部の屈折率とクラッド部
の屈折率との差が約0.25%というものである。
【0007】光導波路の形成方法としては、適当な厚さ
の光学薄膜を形成した後にパターン加工を施してコア部
とする方法が一般的であり、光学薄膜の形成方法として
はCVD法や火炎堆積法・真空蒸着法・スパッタリング
法・SOG(Spin On Glass)法等が知られている。中
でもSOG法は低コストであり、比較的低温かつ短時間
での薄膜形成が可能という点で注目されている。
の光学薄膜を形成した後にパターン加工を施してコア部
とする方法が一般的であり、光学薄膜の形成方法として
はCVD法や火炎堆積法・真空蒸着法・スパッタリング
法・SOG(Spin On Glass)法等が知られている。中
でもSOG法は低コストであり、比較的低温かつ短時間
での薄膜形成が可能という点で注目されている。
【0008】一方、光導波路用材料としてフッ化ポリイ
ミドを用いた光電子混在基板の提案がなされている。
ミドを用いた光電子混在基板の提案がなされている。
【0009】また、特開平5−66301 号公報には
光導波路用材料としてシロキサン系ポリマおよびそれを
用いた光学材料が提案され、シリコン元素と置換した他
の元素との組合せにより容易に屈折率制御ができること
が開示されている。これによれば、シロキサン系ポリマ
中のシリコン元素を部分的にシリコン以外の4価の元素
あるいは希土類以外の3価の元素で置換し、未置換のポ
リマに対して屈折率を変化させるというものであり、置
換の方法としてシラン塩化物とAl等の置換の対象とな
る元素の塩化物あるいはアルコラートとの加水分解・重
合により目的のシロキサン系ポリマを得るというもので
ある。
光導波路用材料としてシロキサン系ポリマおよびそれを
用いた光学材料が提案され、シリコン元素と置換した他
の元素との組合せにより容易に屈折率制御ができること
が開示されている。これによれば、シロキサン系ポリマ
中のシリコン元素を部分的にシリコン以外の4価の元素
あるいは希土類以外の3価の元素で置換し、未置換のポ
リマに対して屈折率を変化させるというものであり、置
換の方法としてシラン塩化物とAl等の置換の対象とな
る元素の塩化物あるいはアルコラートとの加水分解・重
合により目的のシロキサン系ポリマを得るというもので
ある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、SOG
法の一つであるアルコキシシランを出発物質とするゾル
−ゲル法は、ほぼ完全な無機シリカが得られるものの膜
堆積時の体積収縮が大きくクラックが生じやすいため数
μm以上の厚さの膜を得ることが困難であることから、
シリカ系シングルモード光導波路としてはコア部とクラ
ッド部を併せて少なくとも15μmの厚さが必要であるの
で、光導波路の作製への適用が困難であるという問題点
があった。また、得られた膜の内部応力が大きいために
複屈折の原因となるという問題点もあった。
法の一つであるアルコキシシランを出発物質とするゾル
−ゲル法は、ほぼ完全な無機シリカが得られるものの膜
堆積時の体積収縮が大きくクラックが生じやすいため数
μm以上の厚さの膜を得ることが困難であることから、
シリカ系シングルモード光導波路としてはコア部とクラ
ッド部を併せて少なくとも15μmの厚さが必要であるの
で、光導波路の作製への適用が困難であるという問題点
があった。また、得られた膜の内部応力が大きいために
複屈折の原因となるという問題点もあった。
【0011】これに対して、シリカ材料の他にポリイミ
ドやPMMA(ポリメチルメタクリレート)・ポリカー
ボネート等の有機系の材料も成膜がしやすいことや低コ
ストであることから良く用いられるが、これら有機系の
材料は、シリカ系の材料と比較して屈折率が大きいため
に伝送損失や光ファイバーとの接続部での損失等が大き
くなるという問題点があった。また、ポリイミドを除い
ては吸湿性が大きい、耐熱性が低い、ガラス転移点が低
い等の問題点もあった。
ドやPMMA(ポリメチルメタクリレート)・ポリカー
ボネート等の有機系の材料も成膜がしやすいことや低コ
ストであることから良く用いられるが、これら有機系の
材料は、シリカ系の材料と比較して屈折率が大きいため
に伝送損失や光ファイバーとの接続部での損失等が大き
くなるという問題点があった。また、ポリイミドを除い
ては吸湿性が大きい、耐熱性が低い、ガラス転移点が低
い等の問題点もあった。
【0012】一方、光導波路用材料としてフッ化ポリイ
ミドを用いた場合は、フッ化ポリイミドの屈折率が1.53
程度であってシリカの屈折率1.44との差が大きいため、
シリカ系光ファイバーとの接続の際のフレネル反射損が
大きくなるという問題点があった。また、光伝送がマル
チモードであるためシリカ系シングルモード光ファイバ
ーとの接続が困難であるという問題点もあった。
ミドを用いた場合は、フッ化ポリイミドの屈折率が1.53
程度であってシリカの屈折率1.44との差が大きいため、
シリカ系光ファイバーとの接続の際のフレネル反射損が
大きくなるという問題点があった。また、光伝送がマル
チモードであるためシリカ系シングルモード光ファイバ
ーとの接続が困難であるという問題点もあった。
【0013】また、特開平5−66301 号公報の提案によ
っても、原料として反応性に富むもの同士を混合してい
るために反応の制御が困難であるという問題点があり、
そのため任意の混合比率で安定な混合物を生成するには
高度の技術力と高価な設備が必要であるという問題点が
あった。
っても、原料として反応性に富むもの同士を混合してい
るために反応の制御が困難であるという問題点があり、
そのため任意の混合比率で安定な混合物を生成するには
高度の技術力と高価な設備が必要であるという問題点が
あった。
【0014】さらに、光導波路には一般に、光導波路の
コア部を形成するためには膜表面は平滑でなければなら
ず表面粗さ(Ra)として少なくとも使用光源波長の1
/10以下であることが低伝搬損失とするためには望まし
いこと、光導波路を製造する場合には内部の屈折率を任
意の値に設定する必要があり特にシングルモード光導波
路の製造にはきめ細かな屈折率制御が必要であること、
薄膜回路基板上に光導波路を形成する場合には下地基板
表面の凹凸や表面粗さにかかわらず成膜後の平坦性に優
れていること、下地基板との密着性が必要であること、
光電子混在基板に形成する場合にはレーザダイオードや
フォトダイオード等の光デバイスやLSI等の電子デバ
イスを半田により実装する際の耐熱性も必要であること
などが要求されており、光電子混在基板の実用化のため
に、SOG法によっても屈折率の制御が容易でかつ簡単
な設備で作製できる光導波路ならびにその製造方法が望
まれていた。
コア部を形成するためには膜表面は平滑でなければなら
ず表面粗さ(Ra)として少なくとも使用光源波長の1
/10以下であることが低伝搬損失とするためには望まし
いこと、光導波路を製造する場合には内部の屈折率を任
意の値に設定する必要があり特にシングルモード光導波
路の製造にはきめ細かな屈折率制御が必要であること、
薄膜回路基板上に光導波路を形成する場合には下地基板
表面の凹凸や表面粗さにかかわらず成膜後の平坦性に優
れていること、下地基板との密着性が必要であること、
光電子混在基板に形成する場合にはレーザダイオードや
フォトダイオード等の光デバイスやLSI等の電子デバ
イスを半田により実装する際の耐熱性も必要であること
などが要求されており、光電子混在基板の実用化のため
に、SOG法によっても屈折率の制御が容易でかつ簡単
な設備で作製できる光導波路ならびにその製造方法が望
まれていた。
【0015】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みて案出されたものであり、その目的は、セラミック基
板上に形成した光電子混在基板であって、その光導波路
がシリカの屈折率に近い屈折率を有するとともにその屈
折率を安定して容易に制御することができ、下地基板表
面の凹凸や表面粗さにかかわらず成膜後の表面粗さが小
さくて平坦性に優れ、下地基板との密着性に優れ、半田
実装に対する十分な耐熱性を有する、簡単な設備で短時
間・低コストで作製できるものである光電子混在基板を
提供することにある。
みて案出されたものであり、その目的は、セラミック基
板上に形成した光電子混在基板であって、その光導波路
がシリカの屈折率に近い屈折率を有するとともにその屈
折率を安定して容易に制御することができ、下地基板表
面の凹凸や表面粗さにかかわらず成膜後の表面粗さが小
さくて平坦性に優れ、下地基板との密着性に優れ、半田
実装に対する十分な耐熱性を有する、簡単な設備で短時
間・低コストで作製できるものである光電子混在基板を
提供することにある。
【0016】また本発明の目的は、前記の優れた特性を
有する光導波路を具備した光電子混在基板により、高密
度集積化が可能で低電力化・高速化が図れ、信頼性・量
産性・組立の簡易性・組立後の安定性に優れた、高性能
の光電子混在基板を提供することにある。
有する光導波路を具備した光電子混在基板により、高密
度集積化が可能で低電力化・高速化が図れ、信頼性・量
産性・組立の簡易性・組立後の安定性に優れた、高性能
の光電子混在基板を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
光電子混在基板は、セラミック基板上に光導波路と、光
電素子と電子回路とを組み合わせて成る光電集積回路も
しくは光集積回路と、集積回路または高周波電気回路と
を具備して成る光電子混在基板であって、前記光導波路
が、金属アルコキシドを添加したシロキサン系ポリマ膜
形成用溶液を前記基板上で熱重合させた、前記金属アル
コキシドが金属酸化物となってポリマ中に混在している
部分と前記金属アルコキシドの金属がポリマ内に取り込
まれている部分とから成る構造を有する金属含有シロキ
サン系ポリマ膜から成ることを特徴とするものである。
光電子混在基板は、セラミック基板上に光導波路と、光
電素子と電子回路とを組み合わせて成る光電集積回路も
しくは光集積回路と、集積回路または高周波電気回路と
を具備して成る光電子混在基板であって、前記光導波路
が、金属アルコキシドを添加したシロキサン系ポリマ膜
形成用溶液を前記基板上で熱重合させた、前記金属アル
コキシドが金属酸化物となってポリマ中に混在している
部分と前記金属アルコキシドの金属がポリマ内に取り込
まれている部分とから成る構造を有する金属含有シロキ
サン系ポリマ膜から成ることを特徴とするものである。
【0018】また、本発明の請求項2に係る光電子混在
基板は、前記の請求項1に係る光電子混在基板におい
て、前記セラミック基板と光導波路との間に金属非含有
シロキサン系ポリマ膜を介在させたことを特徴とするも
のである。
基板は、前記の請求項1に係る光電子混在基板におい
て、前記セラミック基板と光導波路との間に金属非含有
シロキサン系ポリマ膜を介在させたことを特徴とするも
のである。
【0019】本発明の光電子混在基板によれば、光導波
路の作製に当たって、光導波路の材料として比較的安定
なシロキサン系ポリマに金属アルコキシドを添加するこ
とにより任意の混合比での混合が容易となるとともに、
これを熱重合して得られる、金属アルコキシドが金属酸
化物となってポリマ中に混在している部分と金属アルコ
キシドの金属がポリマ内に取り込まれている部分とから
成る構造を有する金属含有シロキサン系ポリマ膜から成
る光導波路の屈折率の値を、金属アルコキシドの添加量
によって任意の値に設定することが可能となることか
ら、シングルモード光導波路の製作においてきめ細かい
屈折率制御が可能となる。しかも、SOG法によって短
時間かつ低コストでしかも比較的低温での膜形成が可能
である。また成膜時の熱プロセスによる体積収縮が小さ
いことから得られる膜の内部応力が小さいので15μm以
上の膜厚でもクラックが生じることがなく、複屈折の原
因となることもない。さらにシリカの屈折率にほぼ等し
いシロキサン系ポリマを用いるのでシリカ系光ファイバ
ーとの結合係数が高い光導波路が得られるとともに、シ
リカ系シングルモード光ファイバーとの高効率接続が可
能な光導波路が得られる。
路の作製に当たって、光導波路の材料として比較的安定
なシロキサン系ポリマに金属アルコキシドを添加するこ
とにより任意の混合比での混合が容易となるとともに、
これを熱重合して得られる、金属アルコキシドが金属酸
化物となってポリマ中に混在している部分と金属アルコ
キシドの金属がポリマ内に取り込まれている部分とから
成る構造を有する金属含有シロキサン系ポリマ膜から成
る光導波路の屈折率の値を、金属アルコキシドの添加量
によって任意の値に設定することが可能となることか
ら、シングルモード光導波路の製作においてきめ細かい
屈折率制御が可能となる。しかも、SOG法によって短
時間かつ低コストでしかも比較的低温での膜形成が可能
である。また成膜時の熱プロセスによる体積収縮が小さ
いことから得られる膜の内部応力が小さいので15μm以
上の膜厚でもクラックが生じることがなく、複屈折の原
因となることもない。さらにシリカの屈折率にほぼ等し
いシロキサン系ポリマを用いるのでシリカ系光ファイバ
ーとの結合係数が高い光導波路が得られるとともに、シ
リカ系シングルモード光ファイバーとの高効率接続が可
能な光導波路が得られる。
【0020】また、上記光導波路はその製造方法として
液体を基板上に塗布するので、塗布された液表面は下地
である基板表面の状態によらず平坦になり、しかも熱硬
化時の体積収縮が小さいため、優れた平坦性および表面
粗さを有する光導波路が得られ、シロキサン結合(−S
i−O−Si−)を骨格としているため耐熱性(熱安定
性)に優れたものとなることから、セラミック基板上の
光電子混在基板に好適であり、これにより高性能な光電
子混在基板が得られる。
液体を基板上に塗布するので、塗布された液表面は下地
である基板表面の状態によらず平坦になり、しかも熱硬
化時の体積収縮が小さいため、優れた平坦性および表面
粗さを有する光導波路が得られ、シロキサン結合(−S
i−O−Si−)を骨格としているため耐熱性(熱安定
性)に優れたものとなることから、セラミック基板上の
光電子混在基板に好適であり、これにより高性能な光電
子混在基板が得られる。
【0021】さらに本発明者は、金属アルコキシドとし
てエルビウム(Er)を含有する金属アルコキシドを用
いた場合、きめ細かい屈折率の制御とともに導波光の増
幅作用が得られるという作用効果があることも知見し
た。
てエルビウム(Er)を含有する金属アルコキシドを用
いた場合、きめ細かい屈折率の制御とともに導波光の増
幅作用が得られるという作用効果があることも知見し
た。
【0022】また、セラミック基板と上記光導波路との
間に金属非含有シロキサン系ポリマ膜を介在させること
により、セラミック基板の表面の凹凸や表面粗さが上記
より大きい場合であっても、その基板上に形成した金属
非含有シロキサン系ポリマ膜は本発明に係る金属含有シ
ロキサン系ポリマ膜と同様に液体を基板上に塗布して形
成するので、同じく表面平坦性に優れていることから基
板表面の凹凸や表面粗さの影響を低減することができる
ため、より平坦性に優れた光導波路を形成することがで
きるとともに、基板と光導波路との密着性をより一層高
める点でも有利なものとなる。
間に金属非含有シロキサン系ポリマ膜を介在させること
により、セラミック基板の表面の凹凸や表面粗さが上記
より大きい場合であっても、その基板上に形成した金属
非含有シロキサン系ポリマ膜は本発明に係る金属含有シ
ロキサン系ポリマ膜と同様に液体を基板上に塗布して形
成するので、同じく表面平坦性に優れていることから基
板表面の凹凸や表面粗さの影響を低減することができる
ため、より平坦性に優れた光導波路を形成することがで
きるとともに、基板と光導波路との密着性をより一層高
める点でも有利なものとなる。
【0023】
【発明の実施の形態】本発明の光電子混在基板において
光導波路の作製に用いるシロキサン系ポリマ膜形成用溶
液としては、例えば末端基にフェニル基あるいはメチル
基を有するシロキサン系ポリマやブチル基・プロピル基
等のアルキル基、フェニル基・トリル基等のアリール
基、また一部がフッ素で置換された官能基、水酸基等を
末端基に有するシロキサン系ポリマと、プロピレングリ
コールモノメチルエーテルや3メトキシ3メチル1ブタ
ノール・エチレングリコールモノブチルエーテル等との
混合溶液を用いるが、中でも末端基にフェニル基あるい
はメチル基を有するシロキサン系ポリマとプロピレング
リコールモノメチルエーテルとの混合溶液を用いると好
適である。
光導波路の作製に用いるシロキサン系ポリマ膜形成用溶
液としては、例えば末端基にフェニル基あるいはメチル
基を有するシロキサン系ポリマやブチル基・プロピル基
等のアルキル基、フェニル基・トリル基等のアリール
基、また一部がフッ素で置換された官能基、水酸基等を
末端基に有するシロキサン系ポリマと、プロピレングリ
コールモノメチルエーテルや3メトキシ3メチル1ブタ
ノール・エチレングリコールモノブチルエーテル等との
混合溶液を用いるが、中でも末端基にフェニル基あるい
はメチル基を有するシロキサン系ポリマとプロピレング
リコールモノメチルエーテルとの混合溶液を用いると好
適である。
【0024】また、シロキサン系ポリマ膜形成用溶液に
添加する金属アルコキシドとしては、例えばテトラ−n
−ブトキシチタンやテトラメトキシチタン・テトラプロ
ポキシチタン・テトラメトキシゲルマニウム・テトラエ
トキシゲルマニウム・テトラプロポキシゲルマニウム・
テトラブトキシゲルマニウム・トリメトキシエルビウム
があり、中でも同じ金属種のアルコレートにおいてはC
(炭素)の数の多いアルコレートを用いると、化学的な
安定性がC数の少ないものよりも優れ、混合の際にゲル
化を起こしにくく容易に混合可能となって好適である。
添加する金属アルコキシドとしては、例えばテトラ−n
−ブトキシチタンやテトラメトキシチタン・テトラプロ
ポキシチタン・テトラメトキシゲルマニウム・テトラエ
トキシゲルマニウム・テトラプロポキシゲルマニウム・
テトラブトキシゲルマニウム・トリメトキシエルビウム
があり、中でも同じ金属種のアルコレートにおいてはC
(炭素)の数の多いアルコレートを用いると、化学的な
安定性がC数の少ないものよりも優れ、混合の際にゲル
化を起こしにくく容易に混合可能となって好適である。
【0025】このようにシロキサン系ポリマ膜形成用溶
液に金属アルコキシドを添加することによって、従来提
案されていたようなモノマを直接反応させる方法よりも
安定した反応によって金属含有シロキサン系ポリマ膜を
形成することができ、シロキサン系ポリマ膜形成用溶液
に金属アルコキシドを任意の割合で添加混合させること
ができることから、光導波路の屈折率を精密に制御する
ことが可能となる。
液に金属アルコキシドを添加することによって、従来提
案されていたようなモノマを直接反応させる方法よりも
安定した反応によって金属含有シロキサン系ポリマ膜を
形成することができ、シロキサン系ポリマ膜形成用溶液
に金属アルコキシドを任意の割合で添加混合させること
ができることから、光導波路の屈折率を精密に制御する
ことが可能となる。
【0026】さらに、本発明により得られる金属含有シ
ロキサン系ポリマ膜は、その構造が金属アルコキシドが
金属酸化物となってそのまま混在している部分とポリマ
内に化学的に取り込まれている部分とから成ることが特
徴であり、特開平5−66301号公報に開示された方法に
よる膜の構造が金属がシロキサン系ポリマのSi原子と
一部置換されたものとなるのに対して異なった構造を有
していることから、屈折率制御がより容易となるもので
ある。
ロキサン系ポリマ膜は、その構造が金属アルコキシドが
金属酸化物となってそのまま混在している部分とポリマ
内に化学的に取り込まれている部分とから成ることが特
徴であり、特開平5−66301号公報に開示された方法に
よる膜の構造が金属がシロキサン系ポリマのSi原子と
一部置換されたものとなるのに対して異なった構造を有
していることから、屈折率制御がより容易となるもので
ある。
【0027】この金属アルコキシドの添加量としては、
前記原料のそれぞれの組合せによるシロキサン系ポリマ
膜形成用溶液に対して、金属アルコキシドの添加量に対
するポリマ膜の屈折率を予め測定しておき、それに基づ
いて所望の添加量に設定することが望ましい。
前記原料のそれぞれの組合せによるシロキサン系ポリマ
膜形成用溶液に対して、金属アルコキシドの添加量に対
するポリマ膜の屈折率を予め測定しておき、それに基づ
いて所望の添加量に設定することが望ましい。
【0028】また、添加する方法並びに条件としては、
例えば十分な量のアルコールによりアルコレートを希釈
し、還流しながらシロキサン系ポリマ膜形成用溶液に混
合するとよい。なお、このときに用いるアルコールは、
アルコレートのアルコキシに一致するものが良い。
例えば十分な量のアルコールによりアルコレートを希釈
し、還流しながらシロキサン系ポリマ膜形成用溶液に混
合するとよい。なお、このときに用いるアルコールは、
アルコレートのアルコキシに一致するものが良い。
【0029】このシロキサン系ポリマ膜形成用溶液をス
ピンコート法やディップコート法・ローラコート法等の
塗布法により、銅ポリイミド基板やSi基板・セラミッ
ク基板・多層セラミック電気回路基板・薄膜多層回路基
板・Si回路基板などの基板上に塗布した後、例えばオ
ーブンやホットプレート等により加熱処理を行なって熱
重合させることにより、シロキサン結合の架橋反応が進
んでシリカ系のシロキサン系ポリマ被膜が得られる。
ピンコート法やディップコート法・ローラコート法等の
塗布法により、銅ポリイミド基板やSi基板・セラミッ
ク基板・多層セラミック電気回路基板・薄膜多層回路基
板・Si回路基板などの基板上に塗布した後、例えばオ
ーブンやホットプレート等により加熱処理を行なって熱
重合させることにより、シロキサン結合の架橋反応が進
んでシリカ系のシロキサン系ポリマ被膜が得られる。
【0030】ここで、熱重合させるための加熱処理温度
は270 ℃程度であり、本発明により光導波路を形成する
薄膜回路基板の絶縁層として一般的に用いられるポリイ
ミドの分解温度(典型的な値は約450 ℃である)より十
分低いため、薄膜回路基板等の下地基板に対して熱処理
によるダメージを与えることなく光導波路を形成するこ
とが可能である。
は270 ℃程度であり、本発明により光導波路を形成する
薄膜回路基板の絶縁層として一般的に用いられるポリイ
ミドの分解温度(典型的な値は約450 ℃である)より十
分低いため、薄膜回路基板等の下地基板に対して熱処理
によるダメージを与えることなく光導波路を形成するこ
とが可能である。
【0031】光導波路を形成する下地基板としては前述
のように銅ポリイミド基板やSi基板・セラミック基板
・多層セラミック電気回路基板・薄膜多層回路基板・S
i回路基板などがあるが、光導波路を形成する表面の状
態としては、凹凸や表面粗さが光学的に平滑・平坦であ
っても、また下地基板による凹凸や表面粗さが無視でき
ない程度であっても、熱硬化時の収縮が小さいためシロ
キサン系ポリマ膜形成用溶液を塗布した時の平坦性が保
たれることから、それらにかかわらず平坦性に優れた光
導波路を形成することができる。
のように銅ポリイミド基板やSi基板・セラミック基板
・多層セラミック電気回路基板・薄膜多層回路基板・S
i回路基板などがあるが、光導波路を形成する表面の状
態としては、凹凸や表面粗さが光学的に平滑・平坦であ
っても、また下地基板による凹凸や表面粗さが無視でき
ない程度であっても、熱硬化時の収縮が小さいためシロ
キサン系ポリマ膜形成用溶液を塗布した時の平坦性が保
たれることから、それらにかかわらず平坦性に優れた光
導波路を形成することができる。
【0032】これについては、例えば基板上に4μmの
高さを有する20〜60μm幅およびピッチのラインパター
ンを形成してその上に本発明に係るシロキサン系ポリマ
膜を形成して平坦化の効果を調べたところ、4μmの厚
さのシロキサン系ポリマ膜を形成した場合には膜表面の
凹凸高さが0.15μm以下となり、8μmの厚さのシロキ
サン系ポリマ膜を形成した場合には膜表面の凹凸高さが
0.07μm以下となって、良好な改善(平坦化)効果があ
ることが確認できた。
高さを有する20〜60μm幅およびピッチのラインパター
ンを形成してその上に本発明に係るシロキサン系ポリマ
膜を形成して平坦化の効果を調べたところ、4μmの厚
さのシロキサン系ポリマ膜を形成した場合には膜表面の
凹凸高さが0.15μm以下となり、8μmの厚さのシロキ
サン系ポリマ膜を形成した場合には膜表面の凹凸高さが
0.07μm以下となって、良好な改善(平坦化)効果があ
ることが確認できた。
【0033】また、表面粗さが例えばRa=0.23μmの
アルミナ基板上に厚さ4μmの本発明よ係るシロキサン
系ポリマ膜を形成して、その膜表面の表面粗さを測定し
たところRa=0.026 μmとなり、優れた平坦化効果と
ともに良好な表面平滑性を併せ持つことも確認できた。
アルミナ基板上に厚さ4μmの本発明よ係るシロキサン
系ポリマ膜を形成して、その膜表面の表面粗さを測定し
たところRa=0.026 μmとなり、優れた平坦化効果と
ともに良好な表面平滑性を併せ持つことも確認できた。
【0034】これらにより、以上のような本発明に係る
シロキサン系ポリマ膜を用いれば、基板表面の状態によ
らずに優れた平坦性を有する光導波路が得られることが
分かった。
シロキサン系ポリマ膜を用いれば、基板表面の状態によ
らずに優れた平坦性を有する光導波路が得られることが
分かった。
【0035】しかも、本発明者が実験的に確認した結果
によれば、積層のための加工に十分な下地基板との密着
性を有していることから、下地基板との密着性に優れた
光導波路が得られる。
によれば、積層のための加工に十分な下地基板との密着
性を有していることから、下地基板との密着性に優れた
光導波路が得られる。
【0036】従って、以上のような本発明に係るシロキ
サン系ポリマ膜から成る光導波路を具備することによ
り、その光導波路がシリカの屈折率に近い屈折率を有す
るとともにその屈折率を安定して容易に制御することが
でき、下地基板表面の凹凸や表面粗さにかかわらず成膜
後の表面粗さが小さくて平坦性に優れ、下地基板との密
着性に優れ、半田実装に対する十分な耐熱性を有する、
簡単な設備で短時間・低コストで作製できるものである
ことから、高密度集積化が可能で低電力化・高速化が図
れ、信頼性・量産性・組立の簡易性・組立後の安定性に
優れた、高性能の光電子混在基板が得られる。
サン系ポリマ膜から成る光導波路を具備することによ
り、その光導波路がシリカの屈折率に近い屈折率を有す
るとともにその屈折率を安定して容易に制御することが
でき、下地基板表面の凹凸や表面粗さにかかわらず成膜
後の表面粗さが小さくて平坦性に優れ、下地基板との密
着性に優れ、半田実装に対する十分な耐熱性を有する、
簡単な設備で短時間・低コストで作製できるものである
ことから、高密度集積化が可能で低電力化・高速化が図
れ、信頼性・量産性・組立の簡易性・組立後の安定性に
優れた、高性能の光電子混在基板が得られる。
【0037】
【実施例】以下、本発明の光電子混在基板における光導
波路について、その製造方法とともに具体例を述べる。
波路について、その製造方法とともに具体例を述べる。
【0038】〔例1:シロキサン系ポリマ膜の形成とそ
の特性〕シロキサン系ポリマとして末端基にフェニル基
とメチル基とを有するシロキサンポリマを用い、これを
プロピレングリコールモノメチルエーテルに40wt%混合
し、シリカ系被膜形成用のシロキサン系ポリマ溶液を用
意した。
の特性〕シロキサン系ポリマとして末端基にフェニル基
とメチル基とを有するシロキサンポリマを用い、これを
プロピレングリコールモノメチルエーテルに40wt%混合
し、シリカ系被膜形成用のシロキサン系ポリマ溶液を用
意した。
【0039】この溶液を表面粗さがRa=3nmのSi
ウエハ基板上にスピンコート法により1,500 rpm/15
秒間回転の条件で塗布した後、大気雰囲気中でバッチ式
オーブンにより85℃/30分+270 ℃/30分の条件で加熱
処理を行ない、熱重合させて厚さ4μmのシロキサン系
ポリマ膜を得た。
ウエハ基板上にスピンコート法により1,500 rpm/15
秒間回転の条件で塗布した後、大気雰囲気中でバッチ式
オーブンにより85℃/30分+270 ℃/30分の条件で加熱
処理を行ない、熱重合させて厚さ4μmのシロキサン系
ポリマ膜を得た。
【0040】この膜の屈折率をプリズムカップラーを利
用した屈折率測定装置を用いて測定したところ、波長63
2.8 nmの光に対しては1.451 であり、波長1550nmの
光に対しては1.441 であった。
用した屈折率測定装置を用いて測定したところ、波長63
2.8 nmの光に対しては1.451 であり、波長1550nmの
光に対しては1.441 であった。
【0041】また、膜形成後の基板について反りの曲率
半径を測定して膜の内部応力を測定したところ20MPa
の引張応力であり、スパッタリング法によるSiO
2 (シリカ)膜における160 MPaの圧縮応力やゾル−
ゲル法によるSiO2 膜における100 MPaの引張応力
に比べて極めて小さいことが分かった。
半径を測定して膜の内部応力を測定したところ20MPa
の引張応力であり、スパッタリング法によるSiO
2 (シリカ)膜における160 MPaの圧縮応力やゾル−
ゲル法によるSiO2 膜における100 MPaの引張応力
に比べて極めて小さいことが分かった。
【0042】また、膜構造をNMR(核磁気共鳴)によ
り調べたところ、下記の化1で表わされる構造を持つこ
とが分かった。
り調べたところ、下記の化1で表わされる構造を持つこ
とが分かった。
【0043】
【化1】
【0044】なお、化1においてRは−CH3 または−
C6 H5 であり、このシロキサン系ポリマ膜にはSiが
35.5wt%、CH3 が18.0wt%、C6 H5 が16.2wt%含ま
れていた。
C6 H5 であり、このシロキサン系ポリマ膜にはSiが
35.5wt%、CH3 が18.0wt%、C6 H5 が16.2wt%含ま
れていた。
【0045】さらに、この膜の吸水率を測定したところ
シロキサン結合を骨格としているため吸水率は1%以下
と非常に小さい値であり、耐湿性の評価においても2a
tm、120 ℃、100 %RH、100 時間の条件で外観・密
着性とも変化なしという結果を得た。
シロキサン結合を骨格としているため吸水率は1%以下
と非常に小さい値であり、耐湿性の評価においても2a
tm、120 ℃、100 %RH、100 時間の条件で外観・密
着性とも変化なしという結果を得た。
【0046】また、このシロキサン系ポリマ膜の表面粗
さを測定したところRa=4nmであり、光導波路のコ
ア壁面の粗さとして十分小さい値であることが分かっ
た。
さを測定したところRa=4nmであり、光導波路のコ
ア壁面の粗さとして十分小さい値であることが分かっ
た。
【0047】さらにまた、この膜の熱安定性を熱重量測
定およびFT−IR(フーリエ変換赤外吸収分光)によ
り評価したところ、400 ℃以上の熱安定性を有してお
り、光電子混在基板の光導波路に用いた場合でもチップ
素子実装時の半田温度に十分耐えられることも分かっ
た。
定およびFT−IR(フーリエ変換赤外吸収分光)によ
り評価したところ、400 ℃以上の熱安定性を有してお
り、光電子混在基板の光導波路に用いた場合でもチップ
素子実装時の半田温度に十分耐えられることも分かっ
た。
【0048】そして、このシロキサン系ポリマ膜をポリ
イミド膜上に形成して、この膜上に形成した1mm×1
mmのCu/MoドットパターンにCuワイヤを半田付
けし、ロードセルにより垂直上方向に引いて荷重を測定
することにより、それらの膜が界面で剥がれる時の荷重
を測定して界面の密着強度を求めたところ、平均で2.2
kgf/mm2 の値が得られ、ポリイミド基板上に光導
波路を形成するのに十分な密着性を有することも確かめ
られた。
イミド膜上に形成して、この膜上に形成した1mm×1
mmのCu/MoドットパターンにCuワイヤを半田付
けし、ロードセルにより垂直上方向に引いて荷重を測定
することにより、それらの膜が界面で剥がれる時の荷重
を測定して界面の密着強度を求めたところ、平均で2.2
kgf/mm2 の値が得られ、ポリイミド基板上に光導
波路を形成するのに十分な密着性を有することも確かめ
られた。
【0049】以上により、光電子混在基板の光導波路用
材料としてシロキサン系ポリマが適当であることが確認
できた。
材料としてシロキサン系ポリマが適当であることが確認
できた。
【0050】〔例2:Ti含有シロキサン系ポリマ膜の
形成〕テトラ−n−ブトキシチタン(Ti(O−C4 H
9 )4 )1.91gとn−ブタノール5mlとの混合液と、
〔例1〕のシロキサン系ポリマ溶液5g(固形分1.50
g)とを混合攪拌して、透明なシロキサン系ポリマ膜形
成用溶液を得た。この溶液を4インチ径のSiウエハ上
にスピンコート法により200 rpm/2秒+1500rpm
/10秒の条件で塗布し、次いで大気雰囲気中でバッチ式
オーブンにより85℃/30分+300 ℃/30分の条件で加熱
処理を行なって熱重合させて、Ti含有シロキサン系ポ
リマから成る厚さ1.6 μmの透明な被膜を得た。
形成〕テトラ−n−ブトキシチタン(Ti(O−C4 H
9 )4 )1.91gとn−ブタノール5mlとの混合液と、
〔例1〕のシロキサン系ポリマ溶液5g(固形分1.50
g)とを混合攪拌して、透明なシロキサン系ポリマ膜形
成用溶液を得た。この溶液を4インチ径のSiウエハ上
にスピンコート法により200 rpm/2秒+1500rpm
/10秒の条件で塗布し、次いで大気雰囲気中でバッチ式
オーブンにより85℃/30分+300 ℃/30分の条件で加熱
処理を行なって熱重合させて、Ti含有シロキサン系ポ
リマから成る厚さ1.6 μmの透明な被膜を得た。
【0051】この金属含有シロキサン系ポリマ膜の屈折
率をプリズムカップラーを利用した屈折率測定装置を用
いて測定したところ、波長632.8 nmの光に対して1.51
14であった。
率をプリズムカップラーを利用した屈折率測定装置を用
いて測定したところ、波長632.8 nmの光に対して1.51
14であった。
【0052】また、膜形成後の基板について反りの曲率
半径を測定してこの膜の内部応力を測定したところ20M
Paの引張応力であり、極めて小さいことが分かった。
半径を測定してこの膜の内部応力を測定したところ20M
Paの引張応力であり、極めて小さいことが分かった。
【0053】さらに、〔例1〕と同様にこの膜の表面粗
さを測定したところRa=2nmと光導波路のコア壁面
の粗さとして十分小さい値であることが分かった。
さを測定したところRa=2nmと光導波路のコア壁面
の粗さとして十分小さい値であることが分かった。
【0054】さらにまた、この膜の熱安定性を〔例1〕
と同様にして評価したところ、400℃以上の熱安定性を
有しており、光電子混在基板の光導波路に用いた場合の
チップ素子実装時の半田温度に十分耐えられることも分
かった。
と同様にして評価したところ、400℃以上の熱安定性を
有しており、光電子混在基板の光導波路に用いた場合の
チップ素子実装時の半田温度に十分耐えられることも分
かった。
【0055】そして、この金属含有シロキサン系ポリマ
膜をポリイミド膜上に形成して〔例1〕と同様にしてそ
れらの膜の界面の密着強度を測定したところ、平均で2.
2 kgf/mm2 の値が得られ、ポリイミド基板上に光
導波路を形成するのに十分な密着性を有することも確か
められた。
膜をポリイミド膜上に形成して〔例1〕と同様にしてそ
れらの膜の界面の密着強度を測定したところ、平均で2.
2 kgf/mm2 の値が得られ、ポリイミド基板上に光
導波路を形成するのに十分な密着性を有することも確か
められた。
【0056】以上により、本発明に係る金属含有シロキ
サン系ポリマは光電子混在基板の光導波路用材料として
好適であることが確認できた。
サン系ポリマは光電子混在基板の光導波路用材料として
好適であることが確認できた。
【0057】〔例3:Ti含有シロキサン系ポリマ膜の
形成〕テトラ−n−ブトキシチタン4.78gとブタノール
5mlとの混合液と、〔例1〕のシロキサン系ポリマ溶
液5g(固形分1.50g)とを混合攪拌して、透明なシロ
キサン系ポリマ膜形成用溶液を得た。この溶液を4イン
チ径のSiウエハ上にスピンコート法により200 rpm
/2秒+1500rpm/10秒の条件で塗布し、次いで大気
雰囲気中でバッチ式オーブンにより85℃/30分+300 ℃
/30分の条件で加熱処理を行なって熱重合させて、Ti
含有シロキサン系ポリマから成る厚さ0.96μmの透明な
被膜を得た。
形成〕テトラ−n−ブトキシチタン4.78gとブタノール
5mlとの混合液と、〔例1〕のシロキサン系ポリマ溶
液5g(固形分1.50g)とを混合攪拌して、透明なシロ
キサン系ポリマ膜形成用溶液を得た。この溶液を4イン
チ径のSiウエハ上にスピンコート法により200 rpm
/2秒+1500rpm/10秒の条件で塗布し、次いで大気
雰囲気中でバッチ式オーブンにより85℃/30分+300 ℃
/30分の条件で加熱処理を行なって熱重合させて、Ti
含有シロキサン系ポリマから成る厚さ0.96μmの透明な
被膜を得た。
【0058】この金属含有シロキサン系ポリマ膜の屈折
率をプリズムカップラーを利用した屈折率測定装置を用
いて測定したところ、波長632.8 nmの光に対して1.59
49であった。
率をプリズムカップラーを利用した屈折率測定装置を用
いて測定したところ、波長632.8 nmの光に対して1.59
49であった。
【0059】また、この膜の内部応力は20MPaの引張
応力であり、吸水率は1%以下と非常に小さい値であ
り、膜の表面粗さはRa=2nmと光導波路のコア壁面
の粗さとして十分小さい値であった。
応力であり、吸水率は1%以下と非常に小さい値であ
り、膜の表面粗さはRa=2nmと光導波路のコア壁面
の粗さとして十分小さい値であった。
【0060】さらに、この膜も熱安定性およびポリイミ
ド膜との界面の密着強度において〔例1〕ならびに〔例
2〕と同様の優れた結果が得られた。
ド膜との界面の密着強度において〔例1〕ならびに〔例
2〕と同様の優れた結果が得られた。
【0061】以上により、本発明に係る金属含有シロキ
サン系ポリマは光電子混在基板の光導波路用材料として
好適であることが確認できた。
サン系ポリマは光電子混在基板の光導波路用材料として
好適であることが確認できた。
【0062】〔例4:Ti含有シロキサン系ポリマ膜に
おけるTi含有量と屈折率〕〔例2〕および〔例3〕と
同様にしてテトラ−n−ブトキシチタンの添加量を異な
らせたシロキサン系ポリマ膜成膜用溶液を調製していく
つかのTi含有シロキサン系ポリマ膜を形成し、それぞ
れの膜について屈折率を測定した。
おけるTi含有量と屈折率〕〔例2〕および〔例3〕と
同様にしてテトラ−n−ブトキシチタンの添加量を異な
らせたシロキサン系ポリマ膜成膜用溶液を調製していく
つかのTi含有シロキサン系ポリマ膜を形成し、それぞ
れの膜について屈折率を測定した。
【0063】その結果、テトラ−n−ブトキシチタンと
シロキサン系ポリマ溶液の固形分との重量比と得られた
膜の屈折率との間には、図1の線図に示したような関係
があることが確認された。同図において下側の横軸はテ
トラ−n−ブトキシチタン(Ti(O−C4 H9 )4 )
とシロキサン系ポリマ溶液の固形分との重量比xを、ま
た上側の横軸はそれに対応したTiとSi(シリコン)
とのモル比を表わし、縦軸はそれらの膜形成用溶液から
得られたTi含有シロキサン系ポリマ膜の屈折率nを表
わしている。また、図中の○ならびに点線は波長632.8
nmの光に対する屈折率の測定値ならびにその特性曲線
を示し、●ならびに実線は波長1550nmの光に対する屈
折率の測定値ならびにその特性曲線を示している。
シロキサン系ポリマ溶液の固形分との重量比と得られた
膜の屈折率との間には、図1の線図に示したような関係
があることが確認された。同図において下側の横軸はテ
トラ−n−ブトキシチタン(Ti(O−C4 H9 )4 )
とシロキサン系ポリマ溶液の固形分との重量比xを、ま
た上側の横軸はそれに対応したTiとSi(シリコン)
とのモル比を表わし、縦軸はそれらの膜形成用溶液から
得られたTi含有シロキサン系ポリマ膜の屈折率nを表
わしている。また、図中の○ならびに点線は波長632.8
nmの光に対する屈折率の測定値ならびにその特性曲線
を示し、●ならびに実線は波長1550nmの光に対する屈
折率の測定値ならびにその特性曲線を示している。
【0064】図1の結果より、テトラ−n−ブトキシチ
タンとシロキサン系ポリマ溶液の固形分との重量比xと
膜の屈折率nとの間には線形の関係があることが分か
る。本例の結果によればxとnとの関係は、波長632.8
nmの光に対してはn=0.04436 x+1.451 で、波長15
50nmの光に対してはn=0.04406 x+1.439 で与えら
れることが分かった。
タンとシロキサン系ポリマ溶液の固形分との重量比xと
膜の屈折率nとの間には線形の関係があることが分か
る。本例の結果によればxとnとの関係は、波長632.8
nmの光に対してはn=0.04436 x+1.451 で、波長15
50nmの光に対してはn=0.04406 x+1.439 で与えら
れることが分かった。
【0065】〔例5:Ti含有シロキサン系ポリマ膜の
構造〕〔例2〕から〔例4〕で得られたシロキサン系ポ
リマ膜の構造を調べるため、〔例3〕のシロキサン系ポ
リマ膜形成用溶液を用いてFT−IR測定を行なった。
その結果、−Si−O−Ti−結合に起因する吸収が確
認された。また、加熱処理によりその吸収が増大したこ
とも確かめられた。これは、シラノールとテトラ−n−
ブトキシチタンとの間で脱アルコール重合が起きて−S
i−O−Ti−結合が生じるものと考えられる。
構造〕〔例2〕から〔例4〕で得られたシロキサン系ポ
リマ膜の構造を調べるため、〔例3〕のシロキサン系ポ
リマ膜形成用溶液を用いてFT−IR測定を行なった。
その結果、−Si−O−Ti−結合に起因する吸収が確
認された。また、加熱処理によりその吸収が増大したこ
とも確かめられた。これは、シラノールとテトラ−n−
ブトキシチタンとの間で脱アルコール重合が起きて−S
i−O−Ti−結合が生じるものと考えられる。
【0066】さらに、〔例3〕のTi含有シロキサン系
ポリマ膜の構造をNMRにより調査したところ、この被
膜は上記化1で表わされる構造(ただし、Rは−CH3
または−C6 H5 であり、〔例3〕のシロキサン系ポリ
マ膜ではCH3 /C6 H5 のモル比は5.7 であった)
と、下記化2で表わされる構造とを持つことが確認され
た。
ポリマ膜の構造をNMRにより調査したところ、この被
膜は上記化1で表わされる構造(ただし、Rは−CH3
または−C6 H5 であり、〔例3〕のシロキサン系ポリ
マ膜ではCH3 /C6 H5 のモル比は5.7 であった)
と、下記化2で表わされる構造とを持つことが確認され
た。
【0067】
【化2】
【0068】なお、特開平5−66301 号公報のシロキサ
ン系ポリマ膜はモノマの合成から出発しており、Si以
外のAlやTi等の元素が分子内に取り込まれた構造と
なっているのに対し、本発明に係るシロキサン系ポリマ
膜はシロキサンポリマに金属アルコキシドを混合するの
で、その金属の一部はポリマ内に取り込まれるが、その
他は取り込まれずに単体の金属酸化物としてポリマ中に
混在しているものと思われる点で構造上の差違がある。
ン系ポリマ膜はモノマの合成から出発しており、Si以
外のAlやTi等の元素が分子内に取り込まれた構造と
なっているのに対し、本発明に係るシロキサン系ポリマ
膜はシロキサンポリマに金属アルコキシドを混合するの
で、その金属の一部はポリマ内に取り込まれるが、その
他は取り込まれずに単体の金属酸化物としてポリマ中に
混在しているものと思われる点で構造上の差違がある。
【0069】〔例6:光導波路の形成〕図2に示す製造
プロセスにより、金属アルコキシドを添加したシロキサ
ン系ポリマ膜形成用溶液を基板上で熱重合させて金属含
有シロキサン系ポリマ膜から成る光導波路を形成した。
図2(a)〜(d)は、かかる製造プロセスの例を示す
断面図である。
プロセスにより、金属アルコキシドを添加したシロキサ
ン系ポリマ膜形成用溶液を基板上で熱重合させて金属含
有シロキサン系ポリマ膜から成る光導波路を形成した。
図2(a)〜(d)は、かかる製造プロセスの例を示す
断面図である。
【0070】図2(a)において1は薄膜回路基板等の
基板であり、本例ではSiウエハを用いた。2は、この
基板1上に〔例1〕のシロキサン系ポリマ溶液を塗布
し、85℃/30分+270 ℃/30分の条件で加熱処理を行な
って形成した、シロキサン系ポリマ膜から成るクラッド
層である。このクラッド層2の厚さは5μm、波長1550
nmの光に対する屈折率は1.4405であった。
基板であり、本例ではSiウエハを用いた。2は、この
基板1上に〔例1〕のシロキサン系ポリマ溶液を塗布
し、85℃/30分+270 ℃/30分の条件で加熱処理を行な
って形成した、シロキサン系ポリマ膜から成るクラッド
層である。このクラッド層2の厚さは5μm、波長1550
nmの光に対する屈折率は1.4405であった。
【0071】3は、このクラッド層2の上にテトラ−n
−ブトキシチタン/シロキサン系ポリマ固形分の重量比
を0.082 として調製した金属含有シロキサン系ポリマ膜
形成用溶液を用いて〔例2〕と同様にして形成した、金
属(Ti)含有シロキサン系ポリマ膜から成るコア層で
ある。このコア層3の厚さは7μmであり、波長1550n
mの光に対する屈折率は1.4437であった。
−ブトキシチタン/シロキサン系ポリマ固形分の重量比
を0.082 として調製した金属含有シロキサン系ポリマ膜
形成用溶液を用いて〔例2〕と同様にして形成した、金
属(Ti)含有シロキサン系ポリマ膜から成るコア層で
ある。このコア層3の厚さは7μmであり、波長1550n
mの光に対する屈折率は1.4437であった。
【0072】また、4はコア層3の上にスパッタリング
法により形成した、コア層3の加工の際にマスクとなる
金属層4であり、厚さ0.5 μmのAl層を用いた。さら
に、5は金属層4の上にフォトリソグラフィの手法によ
り形成した、コア層3のパターンとなるライン幅1〜15
μmのレジストパターンである。
法により形成した、コア層3の加工の際にマスクとなる
金属層4であり、厚さ0.5 μmのAl層を用いた。さら
に、5は金属層4の上にフォトリソグラフィの手法によ
り形成した、コア層3のパターンとなるライン幅1〜15
μmのレジストパターンである。
【0073】次に、H3 PO4 とCH3 COOHとHN
O3 との混合溶液によりAl層4をエッチングして、図
2(b)に示すように、レジストパターン5が転写され
たAlパターン6を得た。
O3 との混合溶液によりAl層4をエッチングして、図
2(b)に示すように、レジストパターン5が転写され
たAlパターン6を得た。
【0074】次に、レジストパターン5を除去した後、
RIE(反応性イオンエッチング)によりコア層3のパ
ターニングを行なった。ここで、RIEの条件はO2 流
量60sccm、反応圧力5Pa、RF出力600 Wとし
た。これにより、図2(c)に示すように、サイドウォ
ールがほぼ垂直なコア7を形成した。
RIE(反応性イオンエッチング)によりコア層3のパ
ターニングを行なった。ここで、RIEの条件はO2 流
量60sccm、反応圧力5Pa、RF出力600 Wとし
た。これにより、図2(c)に示すように、サイドウォ
ールがほぼ垂直なコア7を形成した。
【0075】その後、Alパターン6を除去し、図2
(d)に示すように、クラッド層2と同様にして第2の
クラッド層8を形成した。この第2のクラッド層8の厚
さは15μmであり、波長1550nmの光に対する屈
折率は1.451 であった。
(d)に示すように、クラッド層2と同様にして第2の
クラッド層8を形成した。この第2のクラッド層8の厚
さは15μmであり、波長1550nmの光に対する屈
折率は1.451 であった。
【0076】以上により、コア高さが7μm、波長1550
nmの光に対するコア部の屈折率が1.4437であり、波長
1550nmの光に対するクラッド部の屈折率が1.4405であ
る、埋め込み型光導波路を作製した。
nmの光に対するコア部の屈折率が1.4437であり、波長
1550nmの光に対するクラッド部の屈折率が1.4405であ
る、埋め込み型光導波路を作製した。
【0077】そして、以上と同様にして種々のコア幅の
光導波路を作製し、波長1550nmの光を入射して出射光
の近視野像(NFP)を観察したところ、コア幅が8.5
μm以下の光導波路において特に好適にシングルモード
で機能することが確認された。また、カットバック法に
よって伝搬損失の測定を行なったところ、いずれも0.5
dB/cmと小さな値であった。
光導波路を作製し、波長1550nmの光を入射して出射光
の近視野像(NFP)を観察したところ、コア幅が8.5
μm以下の光導波路において特に好適にシングルモード
で機能することが確認された。また、カットバック法に
よって伝搬損失の測定を行なったところ、いずれも0.5
dB/cmと小さな値であった。
【0078】以上により、本発明の製造方法により作製
した金属含有シロキサン系ポリマ膜から成る光導波路は
優れた特性を持つことが確認できた。
した金属含有シロキサン系ポリマ膜から成る光導波路は
優れた特性を持つことが確認できた。
【0079】〔例7:光電子混在基板の作製〕〔例6〕
と同様の工程により、セラミック多層回路基板上に金属
(Ti)含有シロキサン系ポリマ膜から成る光導波路を
作製するとともに、カプラ・OEIC・OEICを制御
するGaAsIC・演算処理用のMPUを実装して、本
発明の光電子混在基板を作製した。
と同様の工程により、セラミック多層回路基板上に金属
(Ti)含有シロキサン系ポリマ膜から成る光導波路を
作製するとともに、カプラ・OEIC・OEICを制御
するGaAsIC・演算処理用のMPUを実装して、本
発明の光電子混在基板を作製した。
【0080】上記光導波路の作製に当たっては、まずセ
ラミック多層回路基板上に〔例6〕のシロキサン系ポリ
マ溶液を塗布し、85℃/30分+270 ℃/30分の加熱処理
を行なって、厚さ5μmのシロキサン系ポリマ膜から成
るクラッド層2(波長1550nmの光に対する屈折率1.44
05)を形成した。
ラミック多層回路基板上に〔例6〕のシロキサン系ポリ
マ溶液を塗布し、85℃/30分+270 ℃/30分の加熱処理
を行なって、厚さ5μmのシロキサン系ポリマ膜から成
るクラッド層2(波長1550nmの光に対する屈折率1.44
05)を形成した。
【0081】次いで、クラッド層2の上に、テトラ−n
−ブトキシチタン/シロキサン系ポリマ固形重量比=0.
082 として調製したシロキサン系ポリマ膜形成用溶液を
用いて厚さ7μmの金属(Ti)含有シロキサン系ポリ
マ膜から成るコア層3(波長1550nmの光に対する屈折
率1.4437)を形成した。
−ブトキシチタン/シロキサン系ポリマ固形重量比=0.
082 として調製したシロキサン系ポリマ膜形成用溶液を
用いて厚さ7μmの金属(Ti)含有シロキサン系ポリ
マ膜から成るコア層3(波長1550nmの光に対する屈折
率1.4437)を形成した。
【0082】次に、コア層3の上に、厚さ0.5 μmのA
l層から成る金属層4をスパッタリング法により形成
し、さらに、ライン幅1〜15μmのレジストパターン5
をフォトリソグラフィの手法により形成した。
l層から成る金属層4をスパッタリング法により形成
し、さらに、ライン幅1〜15μmのレジストパターン5
をフォトリソグラフィの手法により形成した。
【0083】その後、H3 PO4 とCH3 COOHとH
NO3 との混合溶液によりAl層4をエッチングしてレ
ジストパターン5が転写されたAlパターン6を得、レ
ジストパターン5を除去した後、RIE(条件:O2 流
量60sccm、反応圧力5Pa、RF出力600 W)によ
りコア層3のパターニングを行なって、サイドウォール
がほぼ垂直なコア7を形成した。
NO3 との混合溶液によりAl層4をエッチングしてレ
ジストパターン5が転写されたAlパターン6を得、レ
ジストパターン5を除去した後、RIE(条件:O2 流
量60sccm、反応圧力5Pa、RF出力600 W)によ
りコア層3のパターニングを行なって、サイドウォール
がほぼ垂直なコア7を形成した。
【0084】そして、Alパターン6を除去し、クラッ
ド層2と同様にして第2のクラッド層8(波長1550nm
の光に対する屈折率1.451)を形成して、コア高さが7
μm、波長1550nmの光に対するコア部の屈折率が1.44
37であり、波長1550nmの光に対するクラッド部の屈折
率が1.4405である、埋め込み型光導波路を作製した。
ド層2と同様にして第2のクラッド層8(波長1550nm
の光に対する屈折率1.451)を形成して、コア高さが7
μm、波長1550nmの光に対するコア部の屈折率が1.44
37であり、波長1550nmの光に対するクラッド部の屈折
率が1.4405である、埋め込み型光導波路を作製した。
【0085】以上のようにして作製した金属含有シロキ
サン系ポリマ膜から成る光導波路を具備した本発明の光
電子混在基板の例を図3に斜視図で示す。
サン系ポリマ膜から成る光導波路を具備した本発明の光
電子混在基板の例を図3に斜視図で示す。
【0086】図3の光電子混在基板10において、11はセ
ラミック多層回路基板、12は外部との光信号の入出力を
行なうための光ファイバー、13は光ファイバー12を多層
回路基板11に接続するためのカプラ、14は本発明に係る
シロキサン系ポリマ膜を用いた光導波路であり、例えば
前記のようにして形成したものである。この光導波路14
により、光ファイバー12からの光信号はOEIC15に入
力され、あるいはOEIC15からの光信号が光ファイバ
ー12へ出力される。また、16はOEIC15を制御するG
aAsIC、17は演算処理用のMPUであり、これらと
OEIC15とは多層回路基板11上に実装されて電気伝送
線路18や多層回路基板11中の回路配線により接続されて
いる。
ラミック多層回路基板、12は外部との光信号の入出力を
行なうための光ファイバー、13は光ファイバー12を多層
回路基板11に接続するためのカプラ、14は本発明に係る
シロキサン系ポリマ膜を用いた光導波路であり、例えば
前記のようにして形成したものである。この光導波路14
により、光ファイバー12からの光信号はOEIC15に入
力され、あるいはOEIC15からの光信号が光ファイバ
ー12へ出力される。また、16はOEIC15を制御するG
aAsIC、17は演算処理用のMPUであり、これらと
OEIC15とは多層回路基板11上に実装されて電気伝送
線路18や多層回路基板11中の回路配線により接続されて
いる。
【0087】このような光電子混在基板10としたことに
より、屈折率が精密に制御されたシングルモードの光導
波路14で安定した低損失の光信号の伝送を行なうことが
できるとともに回路の高密度集積化ができ、光信号と電
気信号を用いた低電力・高速かつ高信頼性の光情報処理
を行なうことができた。
より、屈折率が精密に制御されたシングルモードの光導
波路14で安定した低損失の光信号の伝送を行なうことが
できるとともに回路の高密度集積化ができ、光信号と電
気信号を用いた低電力・高速かつ高信頼性の光情報処理
を行なうことができた。
【0088】また,このような本発明の光電子混在基板
により、信頼性・量産性・組立の簡易性・組立後の安定
性に優れた、高性能の光電子混在基板を提供することが
できた。
により、信頼性・量産性・組立の簡易性・組立後の安定
性に優れた、高性能の光電子混在基板を提供することが
できた。
【0089】なお、本発明は上述の実施例に何ら限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々の変更・改良などを加えることは何ら差し支えない。
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々の変更・改良などを加えることは何ら差し支えない。
【0090】
【発明の効果】本発明の光電子混在基板によれば、その
光導波路として金属アルコキシドを添加したシロキサン
系ポリマ膜形成用溶液を基板上で熱重合させて、金属ア
ルコキシドが金属酸化物となってポリマ中に混在してい
る部分と金属アルコキシドの金属がポリマ内に取り込ま
れている部分とから成る構造を有する金属含有シロキサ
ン系ポリマ膜から成る光導波路を形成して具備せしめた
ことにより、その光導波路がシリカの屈折率に近い屈折
率を有するとともにその屈折率を安定して容易にかつき
め細かく制御することができ、また、下地基板表面の凹
凸や表面粗さにかかわらず成膜後の表面粗さが小さくて
平坦性に優れ、下地基板との密着性に優れ、半田実装に
対する十分な耐熱性を有し、簡単な設備で短時間・低コ
ストで作製することができるため、光電子混在基板への
適用に好適な光導波路となり、それによって高密度集積
化が可能で低電力化・高速化が図れ、信頼性・量産性・
組立の簡易性・組立後の安定性に優れた、高性能の光電
子混在基板を提供することができた。
光導波路として金属アルコキシドを添加したシロキサン
系ポリマ膜形成用溶液を基板上で熱重合させて、金属ア
ルコキシドが金属酸化物となってポリマ中に混在してい
る部分と金属アルコキシドの金属がポリマ内に取り込ま
れている部分とから成る構造を有する金属含有シロキサ
ン系ポリマ膜から成る光導波路を形成して具備せしめた
ことにより、その光導波路がシリカの屈折率に近い屈折
率を有するとともにその屈折率を安定して容易にかつき
め細かく制御することができ、また、下地基板表面の凹
凸や表面粗さにかかわらず成膜後の表面粗さが小さくて
平坦性に優れ、下地基板との密着性に優れ、半田実装に
対する十分な耐熱性を有し、簡単な設備で短時間・低コ
ストで作製することができるため、光電子混在基板への
適用に好適な光導波路となり、それによって高密度集積
化が可能で低電力化・高速化が図れ、信頼性・量産性・
組立の簡易性・組立後の安定性に優れた、高性能の光電
子混在基板を提供することができた。
【図1】本発明に係る光導波路を形成する金属含有シロ
キサン系ポリマ膜におけるテトラ−n−ブトキシチタン
とシロキサン系ポリマ溶液の固形分との重量比と膜の屈
折率との関係を示す線図である。
キサン系ポリマ膜におけるテトラ−n−ブトキシチタン
とシロキサン系ポリマ溶液の固形分との重量比と膜の屈
折率との関係を示す線図である。
【図2】(a)〜(d)はそれぞれ本発明に係る金属含
有シロキサン系ポリマ膜から成る光導波路の製造プロセ
スの例を示す断面図である。
有シロキサン系ポリマ膜から成る光導波路の製造プロセ
スの例を示す断面図である。
【図3】本発明に係るシロキサン系ポリマ膜を用いた光
導波路を形成した光電子混在基板の例を示す斜視図であ
る。
導波路を形成した光電子混在基板の例を示す斜視図であ
る。
1・・・・・基板
2・・・・・クラッド層
3・・・・・コア層
4・・・・・金属層
5・・・・・レジストパターン
6・・・・・Alパターン
7・・・・・コア
8・・・・・第2のクラッド層
10・・・・・光電子混在基板
11・・・・・セラミック多層回路基板
14・・・・・光導波路
15・・・・・OEIC(光電集積回路)
16・・・・・GaAsIC(集積回路)
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 FI
G02B 6/42 G02B 6/12 M
(56)参考文献 特開 平1−269903(JP,A)
特開 平6−69490(JP,A)
特開 平7−294762(JP,A)
特開 平7−331173(JP,A)
特開 平3−55828(JP,A)
特開 平6−256523(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
G02B 6/13
C08K 5/057
C08L 83/04
C09D 183/04
G02B 1/04
G02B 6/42
Claims (2)
- 【請求項1】 セラミック基板上に光導波路と、光電素
子と電子回路とを組み合わせて成る光電集積回路もしく
は光集積回路と、集積回路または高周波電気回路とを具
備して成る光電子混在基板であって、前記光導波路が、
金属アルコキシドを添加したシロキサン系ポリマ膜形成
用溶液を前記基板上で熱重合させた、前記金属アルコキ
シドが金属酸化物となってポリマ中に混在している部分
と前記金属アルコキシドの金属がポリマ内に取り込まれ
ている部分とから成る構造を有する金属含有シロキサン
系ポリマ膜から成ることを特徴とする光電子混在基板。 - 【請求項2】 前記セラミック基板と光導波路との間に
金属非含有シロキサン系ポリマ膜を介在させたことを特
徴とする請求項1記載の光電子混在基板。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04251996A JP3372745B2 (ja) | 1996-02-29 | 1996-02-29 | 光電子混在基板 |
US08/807,620 US5972516A (en) | 1996-02-29 | 1997-02-27 | Method for manufacturing optical waveguide using siloxane polymer, and optoelectronic hybrid substrate using the optical waveguide |
US09/346,002 US6088492A (en) | 1996-02-29 | 1999-07-01 | Method for manufacturing optical waveguide using siloxane polymer, and optoelectronic hybrid substrate using the optical waveguide |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04251996A JP3372745B2 (ja) | 1996-02-29 | 1996-02-29 | 光電子混在基板 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09236731A JPH09236731A (ja) | 1997-09-09 |
JP3372745B2 true JP3372745B2 (ja) | 2003-02-04 |
Family
ID=12638337
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP04251996A Expired - Fee Related JP3372745B2 (ja) | 1996-02-29 | 1996-02-29 | 光電子混在基板 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3372745B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4529193B2 (ja) * | 1998-10-27 | 2010-08-25 | ソニー株式会社 | 光伝送路の形成方法 |
US6477284B1 (en) | 1999-06-14 | 2002-11-05 | Nec Corporation | Photo-electric combined substrate, optical waveguide and manufacturing process therefor |
JP2001004853A (ja) | 1999-06-23 | 2001-01-12 | Nec Corp | 光モジュールとその製造方法 |
JP2002090702A (ja) | 2000-09-18 | 2002-03-27 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 導波路型光変調器およびその製造方法 |
KR100990617B1 (ko) * | 2008-07-23 | 2010-10-29 | 삼성전기주식회사 | 광도파로용 인쇄회로기판의 제조방법 |
JP7410068B2 (ja) * | 2020-03-16 | 2024-01-09 | 日本碍子株式会社 | 接合体、光導波路基板および光変調器 |
-
1996
- 1996-02-29 JP JP04251996A patent/JP3372745B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH09236731A (ja) | 1997-09-09 |
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |