JP4507315B2

JP4507315B2 - Manufacturing method of optical / electrical wiring board

Info

Publication number: JP4507315B2
Application number: JP33287099A
Authority: JP
Inventors: 健太四井; 健人塚本; 守石崎; 浩二市川; 孝夫湊
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1999-11-24
Filing date: 1999-11-24
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2019-11-24
Also published as: JP2001154049A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光配線と電気配線とが積層されている光・電気配線基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
より速く演算処理が行えるコンピュータを作るために、ＣＰＵのクロック周波数は益々増大する傾向にあり、現在では１ＧＨｚオーダーのものが出現するに至っている。この結果、コンピュータの中のプリント基板上の銅による電気配線には高周波電流が流れる部分が存在することになるので、ノイズの発生により誤動作が生じたり、また電磁波が発生して周囲に悪影響を与えることにもなる。
【０００３】
このような問題を解決するために、プリント基板上の銅による電気配線の一部を光ファイバー又は光導波路による光配線に置き換え、電気信号の代わりに光信号を利用することが行われている。なぜなら、光信号の場合は、ノイズ及び電磁波の発生を抑えられるからである。
【０００４】
高密度実装又は小型化の観点からは、電気配線と光配線とが同一の基板上で積み重なっている光・電気配線基板を作ることが望ましい。たとえば、特開平３−２９９０５号公報にて述べられているように、電気配線基板上に光ファイバを絶縁膜にて固定させた基板が提案されている。しかし、光配線として光ファイバを用いる場合、その屈曲性の限界から、複雑な形状の光配線には対応しきれず、設計の自由度が低くなってしまい、高密度配線あるいは基板の小型化に対応できないという問題がある。
【０００５】
このため、電気配線基板の上に、光配線として、いわゆる、光導波路を用いた光・電気配線基板の構成がいくつか提案されている。光導波路の構成は光信号が伝搬するコア層が、光信号をコア層に閉じこめるクラッド層に埋設されている。コアパターンの形成方法は、フォトリソグラフィ技術により、メタルマスクを形成し、ドライエッチングで作製するか、コア材料に感光性が付与されている場合は、露光、現像処理にて作製できる。このため、フォトマスクのパターンを基に光配線を形成できるため、その設計の自由度は高くなる。また、比較的短距離の伝送にも対応が可能となる。
【０００６】
しかし、電気配線基板上に光配線層として光導波路を形成する際、光配線層の下地としての電気配線基板表面は、電気配線が多層化されていることで、非常に大きな凹凸が形成されている。このため、その表面直に光導波路を形成すると、その凹凸のために光信号の伝搬損失が大きくなるという問題点が発生する。
【０００７】
この問題点を解決するため、光配線層をフィルム形状にして、電気配線基板に接着剤にて貼り合わせることが提案されている。光配線フィルムをラミネータ等で貼り合わせることにより、下地の凹凸による光配線のうねりの曲率を可能な限り大きくすることにより損失を抑えることが狙いである。しかし、このフィルム化の際、フィルムにかかる応力の影響でフィルムがそる、もしくは丸まるという問題があった。
【０００８】
また、このようにして作られた導波路フィルム内にドライエッチングやダイシングソー、電子線露光を用いて、ミラーや回折格子といった光学素子を形成するという提案がなされている。しかし、ドライエッチングは真空引き等も含めて時間と手間がかかる方法であり、量産に向かない。一方、ダイシングソーを用いる場合、細かい部分への加工には向かない上に、やはり量産には向いていない。電子線露光も量産には適さない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は係る従来技術の欠点に鑑みなされたもので、光配線層にかかる応力を緩和し、光配線層のそりやまるまりを抑えることを課題とする。
【００１０】
また、ドライエッチングや、ダイシングソー、電子線露光などをなるべく用いずに導波路パターンや、ミラーや回折格子といった光学素子を形成することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明において上記の課題を達成するために、請求項１記載の発明は、コアとクラッドを有する光配線層と、電気配線とを有する光・電気配線基板の製造方法であって、
第１支持体上にコアの型が形成されており、該第１支持体上に少なくともコアと第１クラッドを形成する工程と、第２支持体にコアと第１クラッドを転写する工程と、前記コア上に第２クラッドを形成する工程と、第２支持体より光配線層を剥離する工程と、を経ることにより光配線層を製造し、
その後、ガラス基板を第３支持体として、前記光配線層を該第３支持体に貼り合わせたうえ、該光配線層側を前記電気配線を有する基板に接着させ、該第３支持体より該光配線層を剥離する工程を行うこと、
を特徴とする光・電気配線基板の製造方法である。
請求項２記載の発明は、前記コアの型が異方性エッチングにより形成されていること、を特徴とする請求項１に記載の光・電気配線基板の製造方法である。
請求項３記載の発明は、前記第１支持体上に、光学素子の型が形成されていること、を特徴とする請求項１記載の光・電気配線基板の製造方法である。
請求項４記載の発明は、前記光学素子がミラーであることを特徴とする請求項３に記載の光・電気配線基板の製造方法である。
請求項５記載の発明は、前記光学素子が回折格子であること、を特徴とする請求項３に記載の光・電気配線基板の製造方法である。
そして、請求項６記載の発明は、前記光配線層と前記電気配線基板を接着させた後、ビアホールによって基板の電気配線と電気接続しているパッドを作ること、を特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光・電気配線基板の製造方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
［第１の形態：光配線層］
本発明の請求項１記載の光配線層の製造方法の実施形態について、図１を用いて説明する。
【００１３】
光配線層の製造方法を図１に示す。第１支持体１（例えばシリコンウエハ）上に第１剥離層２（例えばＡｌの薄膜層）を形成した（工程（ａ））。その上に、コア層３として有機光学層を形成する（工程（ｂ））。例えば、ポリイミドＯＰＩ−Ｎ３４０５（日立化成工業（株）製）をスピンコートし、３５０℃にてイミド化させることによって可能である。このときの膜厚は５〜２００μm 程度が望ましい。
【００１４】
この第１支持体はシリコンウエハに限定するものではなく、表面が平滑であり、適度の耐熱性があり、堅牢な材料であれば良い。また、剥離性があれば、剥離層は不要である。
【００１５】
工程（ｃ）のように、第１クラッド層４として、コア層３より屈折率の小さい有機光学層を形成する。例えば、ポリイミドＯＰＩ−Ｎ３３０５（日立化成工業（株）製）をスピンコートし、３５０℃にてイミド化させることによって可能である。このときの膜厚は１０〜５００μm 程度が望ましい。
【００１６】
さらに必要に応じて第２剥離層６（例えばＮｉの薄膜層）を形成した後、耐熱性の接着剤を用いて、第２支持体５を貼り合わせる（工程（ｄ））。
【００１７】
剥離材あるいは加熱等の方法によって、第１剥離層２を除去あるいは変性させ、第１支持体を剥離、第２支持体にコアと第１クラッドを転写する（工程（ｅ））。このとき、第２剥離層６が剥離されないような剥離剤あるいは処理条件を用いる。
【００１８】
次に、コアをパターニングして光配線を形成する。例えば、コア層表面にＡｌを蒸着し、フォトレジストの所定のパターンを形成し、エッチング処理を行い、Ａｌのメタルマスクを形成する。さらに、酸素ガスを用い、反応性イオンエッチングにてコア層をエッチングし、Ａｌ膜をエッチング除去して、光配線を形成する（工程（ｆ））。このとき、光配線と同時に、電気配線基板との貼り合わせ精度を高めるためのアライメントマーク（図示せず）を形成することもできる。
【００１９】
その上から第２クラッド層７としてコア層より屈折率の小さい有機光学層を形成する（工程（ｇ））。例えば、ＯＰＩ−Ｎ３３０５をコーティングし、イミド化させることによって可能である。このときのクラッド層の膜厚は、コア層上の光配線上で１０〜５００μｍ程度が望ましい。
【００２０】
剥離剤あるいは加熱等の方法によって、第２剥離層６を除去あるいは変性させ、フィルム状の光配線層８を剥離する（工程（ｈ））。
【００２１】
［第２の形態：コアパターンとミラーを型で形成］
本発明の請求項２〜５記載の光配線層の製造方法の実施形態について、図２、図３を用いて説明する。例えば第１支持体９としてシリコンウエハの（００１）面上に熱酸化によって酸化膜をつけ、それをパターニングしてマスクとし、ＫＯＨによる異方性エッチングで、シリコンウエハ上に光導波路パターンの凹版に相当するパターン１０を作りこむ（工程（ａ））。このとき、パターン両端の傾いた面をミラーの型１１とすることができる。
【００２２】
この場合、第１支持体９はシリコンウエハに限らないが、異方性エッチングが可能な単結晶基板である必要がある。また他の面方位、他の方向を用いることも可能である。
【００２３】
第１支持体９にパターンを作りこむ方法としては、反応性イオンエッチングによる異方性エッチングを用いることもできる。また、機械加工を用いることもできる。これらの場合、第１支持体９は単結晶に限定される必要はなく、金属やガラス等も使用できる。
【００２４】
このパターニングされた第１支持体９上に第１剥離層１２（例えばＡｌの薄膜層）を形成した（工程（ｂ））。その上に、コア層１３として有機光学層を形成する（工程（ｃ））。例えば、ポリイミドＯＰＩ−Ｎ３４０５（日立化成工業（株）製）をスピンコートし、３５０℃にてイミド化させることによって可能である。
【００２５】
パターンよりはみ出した部分は除去しておくことが好ましい（工程（ｄ））。その方法としてはアッシングや研磨等が使用できる。
【００２６】
工程（ｅ）のように、第１クラッド層１４として、コア層より屈折率の小さい有機光学層を形成する。例えば、ポリイミドＯＰＩ−Ｎ３３０５（日立化成工業（株）製）をスピンコートし、３５０℃にてイミド化させることによって可能である。このときの膜厚は１０〜５００μm 程度が望ましい。
【００２７】
さらに第２剥離層１６（例えばＮｉ薄膜層）を形成した後、耐熱性の接着剤を用いて、第２支持体１５を貼り合わせる（工程（ｆ））。
【００２８】
剥離剤あるいは加熱等の方法によって、第１剥離層１２を除去あるいは変性させ、第１支持体を剥離し、第２支持体にコアと第１クラッドを転写する（工程（ｇ））。
【００２９】
この後、工程（ｈ）の様に、スパッタ等により、ミラーに相当する部分に金属薄膜１７をつけてもよい。
【００３０】
その上からクラッド層１８として、コア層より屈折率の小さい有機光学層を形成する（工程（ｉ））。例えばＯＰＩ−Ｎ３３０５をコーティングし、イミド化させることによって可能である。このときのクラッド層の膜厚は、コア層光配線上で１０〜５００μm 程度が望ましい。
【００３１】
剥離剤あるいは加熱等の方法によって、第２剥離層１６を除去あるいは変性させ、フィルム状の光配線層１９を剥離する（工程（ｊ））。
【００３２】
［第３の形態：ミラーと回折格子を型で形成］
本発明の請求項４〜６記載の光配線層の製造方法の実施形態について、図４、図５を用いて説明する。第１支持体２０（例えばシリコンウエハ）上に切削加工や異方性エッチング等によってミラーの型２１となる部分を作製する。さらに、２光線法や電子線露光等によって回折格子の型２２となるレジストパターンを形成する（工程（ａ））。
【００３３】
このパターニングされた第１支持体２０上に第１剥離層２３（例えばＡｌの薄膜層）を形成した（工程（ｂ））。その上に、コア層２４として有機光学層を形成する（工程（ｃ））。例えば、ポリイミドＯＰＩ−Ｎ３４０５（日立化成工業（株）製）をスピンコートし、３５０℃にてイミド化させることによって可能である。
【００３４】
フォトリソグラフィおよびＲＩＥによってコアの面内パターニングを行う（工程（ｄ））。
【００３５】
工程（ｅ）のように、第１クラッド層２５としてコア層２４より屈折率の小さい有機光学層を形成する。例えば、ポリイミドＯＰＩ−Ｎ３３０５（日立化成工業（株）製）をスピンコートし、３５０℃にてイミド化さることによって可能である。このときの膜厚は１０〜５００μm 程度が望ましい。
【００３６】
さらに第２剥離層２６（例えばＮｉ薄膜層）を形成した後、耐熱性の接着剤を用いて、第２支持体２７を貼り合わせる（工程（ｆ））。
【００３７】
剥離剤あるいは加熱等の方法によって、第１剥離層２３を除去あるいは変性させ、第１支持体を剥離し、第２支持体にコアとクラッドを転写する（工程（ｇ））。
【００３８】
この後、工程（ｈ）の様に、スパッタ等により、ミラーに相当する部分に金属薄膜２８をつけてもよい。
【００３９】
その上から第２クラッド層２９として、コア層より屈折率の小さい有機光学層を形成する（工程（ｉ））。例えば、ＯＰＩ−Ｎ３３０５をコーティングし、イミド化させることによって可能である。このときのクラッド層の膜厚は、コア層光配線上で１０〜５００μｍ程度が望ましい。
【００４０】
剥離剤あるいは加熱等の方法によって、第２剥離層２５をを除去あるいは変性させ、フィルム状の光配線層３０を剥離する（工程（ｊ））。
【００４１】
［第４の形態：フィルム仮貼り後転写］
次に本発明の請求項５記載の光配線層を電気配線を有する基板に接着させる方法の実施形態について、図６を用いて説明する。第３支持体３１（例えばガラス基板）に第１の接着剤３２をコートし、光配線層３３をラミネーター等で貼り合わせる。第３支持体３１と光配線層３３の位置合わせは不要であり、ラミネータにより光配線層表面は非常に平滑となる。接着剤の種類により、加熱処理または紫外線照射処理を行う（工程（ａ））。
【００４２】
電気配線基板３４として、ポリイミド多層配線基板を用いた。その最表面には電気配線３５が形成されており、その膜厚段差１８μm の凹凸が形成されている。電気配線層はポリイミド多層配線基板に限らず、単層の絶縁基板でも、電気配線と絶縁層が交互に積層された多層配線基板でも良い。また、構成材料として、ガラス布に樹脂を含浸させた絶縁基板でも、ポリイミドフィルムでも、セラミック基板でも良い。
【００４３】
この電気配線基板上に、第２の接着剤３６として熱可塑性を示す変性ポリイミド樹脂を、電気配線上に約２０μm 形成できるように、塗布、乾燥を行った。
【００４４】
第２の接着剤としては、熱可塑性接着剤が良い。たとえば、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−ポリ（メタ）アクリル酸エステル、ブチラール樹脂、ポリアミド系樹脂、変性ポリイミド樹脂等があげられる。こられの中で、光・電気配線基板上のハンダ耐熱性を考慮すると、好ましくは、貼り合わせ温度が２５０℃から３００℃のものが良く、変性ポリイミド樹脂が最適である。
【００４５】
最後に光配線層を、第３支持体から、第１の接着剤ごと剥離する必要があるため、第１の接着剤と第２の接着剤の光配線層に対する接着強度は第２の接着剤のほうが大きくなるように設計する必要がある。
【００４６】
工程（ｂ）の際、第２の接着剤３６をコーティングした電気配線基板上に設けたアライメントマーク（図示せず）と、第３支持体であるガラス基板に貼り合わせた光配線層に設けたアライメントマークを、ガラス基板越しに合わせ、双方の位置を決めた。
【００４７】
ガラス基板並びに光配線層は可視光に対し透過性が高く、また、第１の接着剤の厚さも充分に薄いため、第３支持体裏面から、光配線層のアライメントマークと電気配線基板のアライメントマークを見ることが可能である。
【００４８】
次に、第２支持体上から加圧しながら、２５０℃、１時間加熱処理を行った（工程（ｃ））。必要に応じて、雰囲気を減圧して接着を行うこともできる。
【００４９】
工程（ｄ）のように、第３支持体３１を第１の接着剤ごと剥離して、電気配線基板と光配線層の転写、貼り合わせが完了した。このとき、光配線層は、下地の電気配線基板の凹凸の影響を受けず、第３の支持体の平滑性を維持しながら接着固定された。
【００５０】
［第５の形態：貼り合わせ後剥離］
配線を有する基板に接着させる方法の実施形態について、図７を用いて説明する。電気配線基板３７として、ポリイミド多層配線基板を用いた。その最表面には電気配線３８が形成されており、その膜厚段差１８μm の凹凸が形成されている。電気配線層はポリイミド多層配線基板に限らず、単層の絶縁基板でも、電気配線と絶縁層が交互に積層された多層配線基板でも良い。また、構成材料として、ガラス布に樹脂を含浸させた絶縁基板でも、ポリイミドフィルムでも、セラミック基板でも良い。
【００５１】
この電気配線基板上に、接着剤３９として熱可塑性を示す変性ポリイミド樹脂を、電気配線上に約２０μm 形成できるように、塗布、乾燥を行った。
【００５２】
接着剤としては、熱可塑性接着剤が良い。たとえば、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−ポリ（メタ）アクリル酸エステル、ブチラール樹脂、ポリアミド系樹脂、変性ポリイミド樹脂等があげられる。こられの中で、光・電気配線基板上のハンダ耐熱性を考慮すると、好ましくは、貼り合わせ温度が２５０℃から３００℃のものが良く、変性ポリイミド樹脂が最適である。
【００５３】
工程（ａ）の際、接着剤３９をコーティングした電気配線基板上に設けたアライメントマーク（図示せず）と、第２の支持体４２に設けたアライメントマークを合わせ、双方の位置を決めた。第２の支持体４２には金属剥離層４１を介して光配線層４０がついている。
【００５４】
次に、第２支持体上から加圧しながら、２５０℃、１時間加熱処理を行った（工程（ｂ））。必要に応じて、雰囲気を減圧して接着を行うこともできる。
【００５５】
工程（ｃ）のように、第２支持体を剥離層を除去あるいは変性させることにより剥離して、電気配線基板と光配線層の転写、貼り合わせが完了した。このとき、光配線層は、下地の電気配線基板の凹凸の影響を受けず、第２支持体の平滑性を維持しながら接着固定された。
【００５６】
［第６の形態：ビアホール付き］
次に本発明の請求項７記載の電気配線基板に貼り合わされた光配線層に、光部品や電気部品を搭載するためのパッドと、電気配線基板との電気的導通を取るためのビアホールを形成する工程を図８に示す。
【００５７】
工程（ａ）に示すように、レーザを用いて、電気配線基板上のアライメントマーク（図示せず）を基準に、ビアホール形成のための孔部４３を形成する。穿孔方法としては、炭酸ガスレーザやＵＶ−ＹＡＧレーザやエキシマレーザ、あるいは、反応性イオンエッチングなどのドライエッチングなどを用いることができる。この場合、下地の電気配線が穿孔のストッパの役割を果たす。
【００５８】
次に、スパッタによりＣｒ、Ｃｕの順で金属薄膜４４を形成する（工程（ｂ））。さらに、フォトレジスト４５としてＰＭＥＲ（東京応化工業（株）製）を１０μm 、スピンコータにて塗布し、９０℃で乾燥させる。所定のパターンを有するフォトマスクを用い、電気配線基板上に形成したアライメントマーク（図示せず）を基準に露光、現像処理を行い、ビアホール形成のための開口部４６、並びに、パッド形成のための開口部４７を作製した。さらに、１１０℃にてポストベークを行った（工程（ｃ））。
【００５９】
金属薄膜を陰極として、硫酸銅浴中でＣｕめっきを行った。めっきの膜厚は１０μm であった（工程（ｄ））。
【００６０】
最後に、フォトレジストを専用の剥離液にて除去し（工程（ｅ））、エッチング液にて金属薄膜４４を溶解除去し、ビアホール４８、パッド４９を作製した。これにより、本発明による光・電気配線基板が完成した（工程（ｆ））。
【００６１】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明には、以下の効果がある。
【００６２】
コアの上下両方からクラッドをつけているので、フィルム状の光配線層にかかる応力を緩和することができ、例えばポリイミドからなる光配線層が丸まるのを防止することができる。
【００６３】
第２に、あらかじめ型が形成された第１支持体を用いることによって、ドライエッチング等の手間がかかる工程を省くことができる上、より精密な光学素子を作ることができる。
【００６４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光・電気配線基板の製造方法において、光配線層を形成する工程を示す説明図。
【図２】本発明の光・電気配線基板の製造方法において、光配線層を形成する工程を示す説明図。
【図３】本発明の光・電気配線基板の製造方法において、光配線層を形成する工程を示す説明図。
【図４】本発明の光・電気配線基板の製造方法において、光配線層を形成する工程を示す説明図。
【図５】本発明の光・電気配線基板の製造方法において、光配線層を形成する工程を示す説明図。
【図６】本発明の光・電気配線基板の製造方法において、光配線層フィルムと電気配線基板とを貼り合わせる工程を示す説明図。
【図７】本発明の光・電気配線基板の製造方法において、光配線層フィルムと電気配線基板とを貼り合わせる工程を示す説明図。
【図８】本発明の光・電気配線基板の製造方法において、パッド並びにビアホールを形成する工程を示す説明図。
【符号の説明】
１第１支持体
２第１剥離層
３コア層
４第１クラッド層
５第２支持体
６第２剥離層
７第２クラッド層
８光配線層フィルム
９第１支持体
１０光導波路パターンの凹版に相当するパターン
１１ミラーの型
１２第１剥離層
１３コア層
１４第１クラッド層
１５第２支持体
１６第２剥離層
１７金属薄膜
１８第２クラッド層
１９光配線層フィルム
２０第１支持体
２１ミラーの型
２２回折格子の型
２３第１剥離層
２４コア層
２５第１クラッド層
２６第１剥離層
２７第２支持体
２８金属薄膜
２９第２クラッド層
３０光配線層フィルム
３１第３支持体
３２第１の接着剤
３３光配線層フィルム
３４電気配線基板
３５電気配線
３６第２の接着剤
３７電気配線基板
３８電気配線
３９接着剤
４０光配線層
４１剥離層
４２第２支持体
４３ビアホール形成のための孔
４４金属薄膜
４５フォトレジスト
４６ビアホール形成のためのフォトレジスト開口部
４７パッド形成のためのフォトレジスト開口部
４８ビアホール
４９パッド[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing an optical / electrical wiring board in which optical wiring and electrical wiring are laminated.
[0002]
[Prior art]
In order to make a computer that can perform arithmetic processing faster, the clock frequency of the CPU tends to increase more and more, and now the one of the order of 1 GHz has appeared. As a result, there is a part where high-frequency current flows in the copper electrical wiring on the printed circuit board in the computer, so that malfunctions may occur due to the generation of noise, and electromagnetic waves may be generated, adversely affecting the surroundings. It will also be.
[0003]
In order to solve such a problem, a part of electric wiring made of copper on a printed board is replaced with an optical wiring made of an optical fiber or an optical waveguide, and an optical signal is used instead of an electric signal. This is because the generation of noise and electromagnetic waves can be suppressed in the case of optical signals.
[0004]
From the viewpoint of high-density mounting or miniaturization, it is desirable to make an optical / electrical wiring board in which electrical wiring and optical wiring are stacked on the same substrate. For example, as described in JP-A-3-29905, a substrate in which an optical fiber is fixed on an electric wiring substrate with an insulating film has been proposed. However, when optical fiber is used as optical wiring, due to its flexibility, it cannot handle optical wiring with complicated shapes, and the degree of freedom of design becomes low, and it corresponds to high-density wiring or downsizing of the board. There is a problem that you can not.
[0005]
For this reason, several configurations of so-called optical / electrical wiring boards using optical waveguides have been proposed as optical wirings on the electric wiring board. In the configuration of the optical waveguide, a core layer through which an optical signal propagates is embedded in a cladding layer that confines the optical signal in the core layer. The core pattern can be formed by photolithography using a metal mask formed by dry etching, or when the core material has photosensitivity, it can be prepared by exposure and development. For this reason, the optical wiring can be formed based on the pattern of the photomask, so that the degree of freedom in design is increased. It is also possible to cope with transmission over a relatively short distance.
[0006]
However, when an optical waveguide is formed as an optical wiring layer on the electric wiring substrate, the surface of the electric wiring substrate as a base of the optical wiring layer is formed with very large irregularities due to the multilayered electric wiring. Yes. For this reason, when an optical waveguide is formed directly on the surface, there arises a problem that propagation loss of an optical signal increases due to the unevenness.
[0007]
In order to solve this problem, it has been proposed that the optical wiring layer is formed into a film shape and bonded to an electric wiring substrate with an adhesive. The aim is to suppress the loss by bonding the optical wiring film with a laminator or the like to increase the curvature of the waviness of the optical wiring due to the unevenness of the base as much as possible. However, there has been a problem that the film is warped or rounded due to the stress applied to the film.
[0008]
Further, proposals have been made to form optical elements such as mirrors and diffraction gratings in the thus-produced waveguide film using dry etching, dicing saw, and electron beam exposure. However, dry etching is a time consuming and laborious method including vacuuming and is not suitable for mass production. On the other hand, when a dicing saw is used, it is not suitable for processing into fine parts and is also not suitable for mass production. Electron beam exposure is also not suitable for mass production.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the drawbacks of the related art, and it is an object of the present invention to alleviate stress applied to the optical wiring layer and suppress warping and rounding of the optical wiring layer.
[0010]
It is another object of the present invention to form an optical element such as a waveguide pattern, a mirror, or a diffraction grating without using dry etching, a dicing saw, or electron beam exposure as much as possible.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object in the present invention, the invention according to claim 1 is a method of manufacturing an optical / electrical wiring board having an optical wiring layer having a core and a cladding, and an electric wiring,
A core mold is formed on the first support, the step of forming at least the core and the first clad on the first support, the step of transferring the core and the first clad to the second support, An optical wiring layer is manufactured through a step of forming a second cladding on the core and a step of peeling the optical wiring layer from the second support,
Thereafter, the glass substrate is used as a third support, and the optical wiring layer is bonded to the third support, and the optical wiring layer side is bonded to the substrate having the electrical wiring. Performing a process of peeling the optical wiring layer;
This is a method for manufacturing an optical / electrical wiring board.
The invention according to claim 2 is the method of manufacturing an optical / electrical wiring board according to claim 1, wherein the core mold is formed by anisotropic etching.
The invention according to claim 3 is the method of manufacturing an optical / electrical wiring board according to claim 1, wherein a mold of an optical element is formed on the first support.
A fourth aspect of the present invention is the method of manufacturing an optical / electrical wiring board according to the third aspect, wherein the optical element is a mirror.
The invention according to claim 5 is the method for producing an optical / electrical wiring board according to claim 3, wherein the optical element is a diffraction grating.
The invention according to claim 6 is characterized in that after the optical wiring layer and the electric wiring substrate are bonded, a pad electrically connected to the electric wiring of the substrate by a via hole is formed. 5. The method for producing an optical / electrical wiring board according to claim 5.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment: Optical Wiring Layer]
An embodiment of an optical wiring layer manufacturing method according to claim 1 of the present invention will be described with reference to FIG.
[0013]
A method of manufacturing the optical wiring layer is shown in FIG. A first release layer 2 (for example, an Al thin film layer) was formed on the first support 1 (for example, a silicon wafer) (step (a)). An organic optical layer is formed thereon as the core layer 3 (step (b)). For example, it is possible by spin-coating polyimide OPI-N3405 (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) and imidizing at 350 ° C. The film thickness at this time is preferably about 5 to 200 μm.
[0014]
The first support is not limited to a silicon wafer, and may be any material that has a smooth surface, suitable heat resistance, and is robust. Moreover, if it has peelability, a peeling layer is unnecessary.
[0015]
As in the step (c), an organic optical layer having a refractive index smaller than that of the core layer 3 is formed as the first cladding layer 4. For example, it is possible by spin-coating polyimide OPI-N3305 (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) and imidizing at 350 ° C. The film thickness at this time is preferably about 10 to 500 μm.
[0016]
Furthermore, after forming the 2nd peeling layer 6 (for example, Ni thin film layer) as needed, the 2nd support body 5 is bonded together using a heat resistant adhesive (process (d)).
[0017]
The first release layer 2 is removed or modified by a release material or a method such as heating, the first support is peeled off, and the core and the first cladding are transferred to the second support (step (e)). At this time, a release agent or processing conditions that do not release the second release layer 6 are used.
[0018]
Next, the core is patterned to form an optical wiring. For example, Al is vapor-deposited on the surface of the core layer, a predetermined pattern of a photoresist is formed, an etching process is performed, and an Al metal mask is formed. Further, the core layer is etched by reactive ion etching using oxygen gas, and the Al film is removed by etching to form an optical wiring (step (f)). At this time, an alignment mark (not shown) for increasing the bonding accuracy with the electric wiring board can be formed simultaneously with the optical wiring.
[0019]
From there, an organic optical layer having a refractive index smaller than that of the core layer is formed as the second cladding layer 7 (step (g)). For example, it is possible by coating OPI-N3305 and imidizing. The thickness of the cladding layer at this time is preferably about 10 to 500 μm on the optical wiring on the core layer.
[0020]
The second release layer 6 is removed or modified by a release agent or a method such as heating, and the film-like optical wiring layer 8 is released (step (h)).
[0021]
[Second embodiment: Core pattern and mirror are formed in a mold]
Embodiments of the optical wiring layer manufacturing method according to claims 2 to 5 of the present invention will be described with reference to FIGS. For example, an oxide film is formed by thermal oxidation on the (001) surface of a silicon wafer as the first support 9 and patterned to form a mask. By anisotropic etching with KOH, an intaglio of an optical waveguide pattern is formed on the silicon wafer. A corresponding pattern 10 is created (step (a)). At this time, the inclined surfaces at both ends of the pattern can be used as the mirror mold 11.
[0022]
In this case, the first support 9 is not limited to a silicon wafer, but needs to be a single crystal substrate capable of anisotropic etching. It is also possible to use other plane orientations and other directions.
[0023]
As a method of creating a pattern on the first support 9, anisotropic etching by reactive ion etching can be used. Machining can also be used. In these cases, the first support 9 need not be limited to a single crystal, and metal, glass, or the like can be used.
[0024]
A first release layer 12 (for example, an Al thin film layer) was formed on the patterned first support 9 (step (b)). An organic optical layer is formed thereon as the core layer 13 (step (c)). For example, it is possible by spin-coating polyimide OPI-N3405 (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) and imidizing at 350 ° C.
[0025]
It is preferable to remove the portion protruding from the pattern (step (d)). As the method, ashing or polishing can be used.
[0026]
As in step (e), an organic optical layer having a refractive index smaller than that of the core layer is formed as the first cladding layer 14. For example, it is possible by spin-coating polyimide OPI-N3305 (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) and imidizing at 350 ° C. The film thickness at this time is preferably about 10 to 500 μm.
[0027]
Furthermore, after forming the 2nd peeling layer 16 (for example, Ni thin film layer), the 2nd support body 15 is bonded together using a heat resistant adhesive agent (process (f)).
[0028]
The first release layer 12 is removed or modified by a release agent or a method such as heating, the first support is peeled off, and the core and the first cladding are transferred to the second support (step (g)).
[0029]
Thereafter, as in step (h), the metal thin film 17 may be attached to the portion corresponding to the mirror by sputtering or the like.
[0030]
From there, an organic optical layer having a refractive index smaller than that of the core layer is formed as the clad layer 18 (step (i)). For example, it is possible by coating OPI-N3305 and imidizing. The thickness of the cladding layer at this time is preferably about 10 to 500 μm on the core layer optical wiring.
[0031]
The second release layer 16 is removed or modified by a release agent or a method such as heating, and the film-like optical wiring layer 19 is released (step (j)).
[0032]
[Third embodiment: Mirror and diffraction grating are formed in a mold]
Embodiments of the optical wiring layer manufacturing method according to claims 4 to 6 of the present invention will be described with reference to FIGS. On the first support 20 (for example, a silicon wafer), a portion to be a mirror mold 21 is produced by cutting or anisotropic etching. Further, a resist pattern to be a diffraction grating mold 22 is formed by a two-beam method or electron beam exposure (step (a)).
[0033]
A first release layer 23 (for example, an Al thin film layer) was formed on the patterned first support 20 (step (b)). An organic optical layer is formed thereon as the core layer 24 (step (c)). For example, it is possible by spin-coating polyimide OPI-N3405 (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) and imidizing at 350 ° C.
[0034]
In-plane patterning of the core is performed by photolithography and RIE (step (d)).
[0035]
As in step (e), an organic optical layer having a refractive index smaller than that of the core layer 24 is formed as the first cladding layer 25. For example, it is possible by spin-coating polyimide OPI-N3305 (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) and imidizing at 350 ° C. The film thickness at this time is preferably about 10 to 500 μm.
[0036]
Furthermore, after forming the 2nd peeling layer 26 (for example, Ni thin film layer), the 2nd support body 27 is bonded together using a heat resistant adhesive agent (process (f)).
[0037]
The first release layer 23 is removed or modified by a release agent or a method such as heating, the first support is peeled off, and the core and the clad are transferred to the second support (step (g)).
[0038]
Thereafter, as in step (h), the metal thin film 28 may be attached to the portion corresponding to the mirror by sputtering or the like.
[0039]
From there, an organic optical layer having a refractive index smaller than that of the core layer is formed as the second cladding layer 29 (step (i)). For example, it is possible by coating OPI-N3305 and imidizing. The thickness of the cladding layer at this time is preferably about 10 to 500 μm on the core layer optical wiring.
[0040]
The second release layer 25 is removed or modified by a release agent or a method such as heating, and the film-like optical wiring layer 30 is released (step (j)).
[0041]
[Fourth Form: Transfer after Temporary Film Attachment]
Next, an embodiment of a method for adhering an optical wiring layer according to claim 5 of the present invention to a substrate having electrical wiring will be described with reference to FIG. A third adhesive 31 (for example, a glass substrate) is coated with the first adhesive 32, and the optical wiring layer 33 is bonded with a laminator or the like. The alignment of the third support 31 and the optical wiring layer 33 is not necessary, and the surface of the optical wiring layer becomes very smooth by the laminator. Depending on the type of adhesive, heat treatment or ultraviolet irradiation treatment is performed (step (a)).
[0042]
As the electrical wiring board 34, a polyimide multilayer wiring board was used. An electric wiring 35 is formed on the outermost surface, and unevenness with a film thickness step of 18 μm is formed. The electrical wiring layer is not limited to a polyimide multilayer wiring board, and may be a single-layer insulating board or a multilayer wiring board in which electrical wirings and insulating layers are alternately stacked. The constituent material may be an insulating substrate obtained by impregnating a glass cloth with a resin, a polyimide film, or a ceramic substrate.
[0043]
On this electric wiring substrate, a modified polyimide resin exhibiting thermoplasticity as the second adhesive 36 was applied and dried so as to form about 20 μm on the electric wiring.
[0044]
As the second adhesive, a thermoplastic adhesive is preferable. For example, ethylene-acrylic acid ester copolymer, styrene-poly (meth) acrylic acid ester, butyral resin, polyamide-based resin, modified polyimide resin and the like can be mentioned. Among these, considering the solder heat resistance on the optical / electrical wiring substrate, the one having a bonding temperature of 250 ° C. to 300 ° C. is preferable, and a modified polyimide resin is optimal.
[0045]
Finally, since it is necessary to peel the optical wiring layer from the third support together with the first adhesive, the adhesive strength of the first adhesive and the second adhesive to the optical wiring layer is the second adhesive. It is necessary to design so that is larger.
[0046]
In the step (b), an alignment mark (not shown) provided on the electric wiring substrate coated with the second adhesive 36 and an optical wiring layer bonded to the glass substrate as the third support were provided. The alignment mark was aligned over the glass substrate, and both positions were determined.
[0047]
Since the glass substrate and the optical wiring layer are highly permeable to visible light and the thickness of the first adhesive is sufficiently thin, the alignment mark of the optical wiring layer and the alignment of the electric wiring substrate are provided from the back surface of the third support. It is possible to see the mark.
[0048]
Next, heat treatment was performed at 250 ° C. for 1 hour while applying pressure from the second support (step (c)). If necessary, bonding can be performed by reducing the atmosphere.
[0049]
As in the step (d), the third support 31 was peeled off together with the first adhesive, and the transfer and bonding of the electric wiring substrate and the optical wiring layer were completed. At this time, the optical wiring layer was bonded and fixed while maintaining the smoothness of the third support without being affected by the unevenness of the underlying electrical wiring substrate.
[0050]
[Fifth embodiment: peeling after bonding]
An embodiment of a method for bonding to a substrate having wiring will be described with reference to FIG. A polyimide multilayer wiring board was used as the electric wiring board 37. An electric wiring 38 is formed on the outermost surface, and unevenness with a film thickness step of 18 μm is formed. The electrical wiring layer is not limited to a polyimide multilayer wiring board, and may be a single-layer insulating board or a multilayer wiring board in which electrical wirings and insulating layers are alternately stacked. The constituent material may be an insulating substrate obtained by impregnating a glass cloth with a resin, a polyimide film, or a ceramic substrate.
[0051]
On this electric wiring board, a modified polyimide resin exhibiting thermoplasticity as an adhesive 39 was applied and dried so that about 20 μm could be formed on the electric wiring.
[0052]
As the adhesive, a thermoplastic adhesive is preferable. For example, ethylene-acrylic acid ester copolymer, styrene-poly (meth) acrylic acid ester, butyral resin, polyamide-based resin, modified polyimide resin and the like can be mentioned. Among these, considering the solder heat resistance on the optical / electrical wiring substrate, the one having a bonding temperature of 250 ° C. to 300 ° C. is preferable, and a modified polyimide resin is optimal.
[0053]
During the step (a), an alignment mark (not shown) provided on the electrical wiring substrate coated with the adhesive 39 and an alignment mark provided on the second support 42 were combined to determine the positions of both. An optical wiring layer 40 is attached to the second support 42 via a metal peeling layer 41.
[0054]
Next, heat treatment was performed at 250 ° C. for 1 hour while applying pressure from the second support (step (b)). If necessary, bonding can be performed by reducing the atmosphere.
[0055]
As in the step (c), the second support was peeled off by removing or modifying the peeling layer, and the transfer and bonding of the electric wiring substrate and the optical wiring layer were completed. At this time, the optical wiring layer was adhered and fixed while maintaining the smoothness of the second support without being affected by the unevenness of the underlying electrical wiring substrate.
[0056]
[Sixth form: with via hole]
Next, in the optical wiring layer bonded to the electrical wiring board according to claim 7 of the present invention, a pad for mounting an optical component or an electrical component and a via hole for establishing electrical continuity with the electrical wiring board are formed. The process of performing is shown in FIG.
[0057]
As shown in step (a), a hole 43 for forming a via hole is formed by using a laser with reference to an alignment mark (not shown) on the electric wiring board. As a drilling method, a carbon dioxide laser, a UV-YAG laser, an excimer laser, dry etching such as reactive ion etching, or the like can be used. In this case, the underlying electrical wiring serves as a stopper for perforation.
[0058]
Next, a metal thin film 44 is formed in the order of Cr and Cu by sputtering (step (b)). Further, 10 μm of PMER (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is applied as a photoresist 45 by a spin coater and dried at 90 ° C. Using a photomask having a predetermined pattern, exposure and development are performed with reference to an alignment mark (not shown) formed on the electric wiring substrate, and an opening 46 for forming a via hole and a pad for forming a pad are formed. An opening 47 was produced. Further, post-baking was performed at 110 ° C. (step (c)).
[0059]
Cu plating was performed in a copper sulfate bath using the metal thin film as a cathode. The plating film thickness was 10 μm (step (d)).
[0060]
Finally, the photoresist was removed with a special stripping solution (step (e)), and the metal thin film 44 was dissolved and removed with an etching solution, whereby a via hole 48 and a pad 49 were produced. Thereby, the optical / electrical wiring board according to the present invention was completed (step (f)).
[0061]
【The invention's effect】
As can be understood from the above description, the present invention has the following effects.
[0062]
Since the clad is provided from both the upper and lower sides of the core, the stress applied to the film-like optical wiring layer can be relaxed, and for example, the optical wiring layer made of polyimide can be prevented from being rounded.
[0063]
Secondly, by using the first support on which a mold is formed in advance, it is possible to omit a time-consuming process such as dry etching and to make a more precise optical element.
[0064]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing a step of forming an optical wiring layer in the method for manufacturing an optical / electrical wiring board of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view showing a process of forming an optical wiring layer in the method for manufacturing an optical / electrical wiring board according to the present invention.
FIG. 3 is an explanatory view showing a process of forming an optical wiring layer in the method for manufacturing an optical / electrical wiring board according to the present invention.
FIG. 4 is an explanatory view showing a process of forming an optical wiring layer in the method for manufacturing an optical / electrical wiring board according to the present invention.
FIG. 5 is an explanatory view showing a process of forming an optical wiring layer in the method for manufacturing an optical / electrical wiring board according to the present invention.
FIG. 6 is an explanatory view showing a process of bonding an optical wiring layer film and an electric wiring board in the method for manufacturing an optical / electrical wiring board of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory view showing a process of bonding an optical wiring layer film and an electric wiring board in the method for manufacturing an optical / electrical wiring board of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory view showing a process of forming pads and via holes in the method for manufacturing an optical / electrical wiring board according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st support body 2 1st peeling layer 3 Core layer 4 1st cladding layer 5 2nd support body 6 2nd peeling layer 7 2nd cladding layer 8 Optical wiring layer film 9 1st support body 10 Intaglio of an optical waveguide pattern Corresponding pattern 11 Mirror mold 12 First release layer 13 Core layer 14 First cladding layer 15 Second support 16 Second release layer 17 Metal thin film 18 Second cladding layer 19 Optical wiring layer film 20 First support 21 Mirror Type 22 diffraction grating type 23 first release layer 24 core layer 25 first cladding layer 26 first release layer 27 second support 28 metal thin film 29 second cladding layer 30 optical wiring layer film 31 third support 32 first 1 adhesive 33 optical wiring layer film 34 electrical wiring board 35 electrical wiring 36 second adhesive 37 electrical wiring board 38 electrical wiring 39 adhesive 40 optical wiring layer 41 release layer 42 second support 43 Hole 44 for forming a hole Metal thin film 45 Photoresist 46 Photoresist opening 47 for forming a via hole Photoresist opening 48 for forming a pad Via hole 49 Pad

Claims

コアとクラッドを有する光配線層と、電気配線とを有する光・電気配線基板を製造する方法であって、
第１支持体上にコアの型が形成されており、該第１支持体上に少なくともコアと第１クラッドを形成する工程、
第２支持体にコアと第１クラッドを転写する工程、
前記コア上に第２クラッドを形成する工程、
及び、第２支持体より光配線層を剥離する工程、
を経ることにより光配線層を製造し、
その後、ガラス基板を第３支持体として、前記光配線層を該第３支持体に貼り合わせたうえ、該光配線層側を前記電気配線を有する基板に接着させ、該第３支持体より該光配線層を剥離する工程を行うこと、
を特徴とする光・電気配線基板の製造方法。A method of manufacturing an optical / electrical wiring board having an optical wiring layer having a core and a clad, and electric wiring,
Forming a core mold on the first support, and forming at least the core and the first cladding on the first support;
Transferring the core and the first cladding to the second support;
Forming a second cladding on the core;
And a step of peeling the optical wiring layer from the second support,
The optical wiring layer is manufactured by going through
Thereafter, the glass substrate is used as a third support, and the optical wiring layer is bonded to the third support, and the optical wiring layer side is bonded to the substrate having the electrical wiring . Performing a process of peeling the optical wiring layer;
A method of manufacturing an optical / electrical wiring board characterized by the above.

前記コアの型が異方性エッチングにより形成されていること、を特徴とする請求項１に記載の光・電気配線基板の製造方法。 2. The method of manufacturing an optical / electrical wiring board according to claim 1, wherein the core mold is formed by anisotropic etching.

前記第１支持体上に、光学素子の型が形成されていること、を特徴とする請求項１記載の光・電気配線基板の製造方法。 2. The method of manufacturing an optical / electrical wiring board according to claim 1, wherein an optical element mold is formed on the first support.

前記光学素子がミラーであることを特徴とする請求項３に記載の光・電気配線基板の製造方法。 4. The method for manufacturing an optical / electrical wiring board according to claim 3, wherein the optical element is a mirror.

前記光学素子が回折格子であること、を特徴とする請求項３に記載の光・電気配線基板の製造方法。 The method of manufacturing an optical / electrical wiring board according to claim 3, wherein the optical element is a diffraction grating.

前記光配線層と前記電気配線基板を接着させた後、ビアホールによって基板の電気配線と電気接続しているパッドを作ること、を特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光・電気配線基板の製造方法。 6. The optical / electrical device according to claim 1, wherein after the optical wiring layer and the electric wiring substrate are bonded, a pad electrically connected to the electric wiring of the substrate is formed by a via hole. A method for manufacturing a wiring board.