(57)【要約】  ガラスベースの微細位置決めのシステム及び方法が開示される。微細位置決めシステム及び方法はガラス基板（１２または１００）に形成されるマイクロバンプ（４０）を利用する。マイクロバンプはガラス基板のある領域を、熱が印加されたガラスの局所急速膨張をおこさせる、局所加熱にさらすことによって形成される。マイクロバンプの高さ及び形状はガラス基板のタイプ並びに基板に送り込まれる熱の量及び形態に依存する。マイクロバンプにより、プレーナ型導波路及び光ファイバを含む、光学素子の能動的及び受動的な微細位置決めが可能になる。マイクロバンプ微細位置決めを用いて形成された集成光デバイスも開示される。
2009528572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子を微細位置決めするためのマイクロバンプを形成する方法において、
上面を有するガラス基板であって、局所的に加熱されると局所的に膨張することができるガラス基板を提供する工程、
前記基板上面にマイクロバンプを形成するように前記基板の局所膨張をおこさせるために前記基板を局所的に加熱する工程、及び
前記マイクロバンプを固定するように前記基板の加熱を終結する工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ガラス基板が光吸収基板を含み、前記基板を局所的に加熱する工程が、前記基板を光ビームで局所的に照射する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法
【請求項３】
前記光ビームが、可視波長、近赤外波長及び赤外波長の内の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ガラス基板が上面及び下面を有し、前記基板を局所的に照射する工程が、前記基板上面上にマイクロバンプを形成するために前記基板上面を照射する工程を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記基板を局所的に加熱する工程が、前記基板上面またはその近傍に配置された加熱素子から熱を供給する工程を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記光吸収基板がモノリシック基板であり、少なくとも１つの光吸収種がドープされていることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記光吸収基板が積層基板であり、光吸収ベース層、前記ベース層の面上に配置された有機接着剤層及び前記接着剤層の面上に配置された薄い最上光吸収層を有し、前記有機接着剤層が、前記薄い最上光吸収層を局所的に変形させて前記マイクロバンプを形成するように、前記局所加熱時に局所的に膨張することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記基板上面または別の光学素子に対して前記光学素子を微細位置決めするように前記マイクロバンプを形成する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記光学素子がプレーナ型導波路または光ファイバを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記マイクロバンプの高さを変えるため、前記マイクロバンプが形成された後に前記マイクロバンプを加熱する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、２００６年２月２８日に出願された、名称を「ガラスベース微細位置決めシステム及び方法（Glass-Based Micropositioning Systems and Methods）」とする、米国特許出願第１１/３６５３９１号に関する優先権を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、全般的には微細位置決めに関し、特に、ガラスベース微細位置決めシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
微細位置決め装置は、比較的高い確度及び精度で、小さな対象物を所望の場所においてそこに保持することができる装置である。そのような位置決めはときに「微細位置決め」または「微細位置合せ」と称される。（「微動アクチュエータ」とも称される）微細位置決め装置は、電磁装置、機械装置、圧電装置、微小電気機械装置（ＭＥＭＳ）等のような多くの様々な形態をとり、広汎な用途に用いられる。
【０００４】
微細位置決め装置は光学の分野において、特に導波光学系及び集積光学系に対して、益々重要になっている。例えば、プレーナ型導波路技術により、光機能の高密度集積が可能になり、標準的半導体プロセス手法を用いる集積光デバイスの低コスト作成が可能になる。数１００もの複雑な受動デバイス及び能動デバイス（例えば、アレイ化導波路回折格子（ＡＷＧ）、マルチプレクサ／デマルチプレクサまたは半導体光増幅器（ＳＯＡ））を、高インデックス導波路技術を用いて単一のプレーナ基板上に作成することができる。
【０００５】
プレーナ型集積光デバイスには一般に外部光コンポーネントへの複数の導波路相互接続が必要であり、これは一般に光ファイバピグテイル相互接続によって与えられる。プレーナ型導波路モードフィールド径が単一モード光ファイバのモードフィールド径（例えば、〜９μｍ）とほぼ正確に一致している場合には、精密ファイバアレイピグテイルブロックに載せられた光ファイバアレイを用いて、複数の外部相互接続を与えることができる。シリコンＶ溝アレイあるいは機械加工されたガラスまたはセラミックのブロックを用いて作成される、これらのブロックは一般に、ファイバアレイにわたり理想的なピッチ整合位置からのオフセットが＜０.５μｍの横方向位置ずれをもって、ファイバコアと揃う（低偏心性）。
【０００６】
小さいモードフィールド径（一般に３.５〜４.０μｍ）ほど横方向位置ずれに敏感になるから、ファイバアレイピグテイルブロックを用いる高インデックスプレーナ型導波路アレイへの低損失結合は一層困難になり得る。例えば、０.５μｍのコア位置ずれは０.３〜０.４ｄＢの相互接続挿入損失をもたらす。ファイバアレイピグテイルブロックの使用にはプレーナ型導波路を光ファイバの直径に等しいかまたはそれより大きい（一般に１２５μｍ径ファイバに対して１２７μｍの）ピッチで位置合せすることも必要である。いくつかの（例えばＳＯＡアレイの）場合、このピッチ要件のため、プレーナ型デバイスチップの寸法が過大になり、面積が浪費され、デバイスコストが高くなり得る。チップ実装の前または後に誘起されるＳＯＡアレイチップの反り（例えば導波路「両端上反り」）による導波路中心の縦方向位置ずれを最小限に抑えるためにも、挟ピッチＳＯＡアレイ導波路が望ましい。ピグテイルブロックの使用は一般に、有機接着剤を用いるプレーナ型導波路基板へのファイバアレイブロックの直接的な機械的取付けを含む。
【０００７】
いくつかのプレーナ型デバイス基板（例えばＳＯＡアレイ）は薄すぎ、及び／または小さすぎるため、この取付手法は実用にならない。熱硬化またはＵＶ硬化前の接着剤フローの制御も、空気クラッド導波路及び能動デバイスへの取付けを行う場合には、急激なクラッド屈折率変化が望ましくない戻り反射及び／または散乱を生じさせ得るから、問題である。
【０００８】
ファイバピグテイルブロックについての上述した難点のため、小モードフィールド径導波路への低損失接続はプレーナ型導波路の個々の光ファイバの能動微細位置決めによってなされることが多い。小さなプレーナ型導波路モードと大きな単一モードファイバ（ＳＭＦ）導波路モードの間の低損失モードフィールド変換を提供する、レンズ付先端またはくさび形先端をもつ光ファイバを作成することができる。そのような光ファイバは一般に能動的に位置合せされ、次いで、鑞材、レーザ溶接または有機接着剤を用いて所定の位置に固定される。一般に、接着材料によって誘起される取付後横方向変位により、ファイバをプレーナ型導波路と揃う位置に戻すための、曲げ、突きまたは（レーザ溶接の場合には）レーザハンマリングの追加が必要になる。
【０００９】
それぞれのプレーナ型導波路相互接続には個別の光ファイバ位置合せ工程が必要であるから、導波路相互接続数の増加にともなって、位置合せプロセスは益々複雑になる。これは集成デバイスの歩留、したがってコストに直接影響する。さらに、取付け（例えばチップのレーザ溶接）中にファイバを所定の位置に保持するために必要な固定用ハードウエアのため、一般にプレーナ型導波路のピッチが広くなるから、プレーナ型デバイスの寸法がさらに大きくなり、コストがさらに高まる。再曲げ工程が必要になるレーザ溶接取付け方法は一般に、プレーナ基板の面内での光アレイインターフェースの再曲げが、望ましくない、アレイの一方の末端または他方の末端における導波路間の軸分離を誘起するから、プレーナ型アレイ相互接続用途には望ましくない。
【００１０】
プレーナ型導波路デバイス微細位置決めは一般に、外部精密位置決めシステム（例えば、圧電型微細位置決め装置によって駆動される多軸平行移動／回転ステージ）によって与えられる。そのようなシステムは一般に、０.２μｍより小さい横方向位置ずれ範囲内で２つのプレーナ型導波路デバイス上の導波路アレイを位置合せすることができるが、肝要な課題は、取付後の再作業が必要にならないように、合せられた導波路位置を接着剤硬化中も維持することである。結晶ブロックアタッチメントは基板へのデバイスのゼロ変位取付けの一方策であるが、中間ブロックを介する共通位置合せ基板へのプレーナ型デバイス取付けのカンチレバー的性質により、ワイアボンディング相互電気接続を必要とするプレーナ型デバイスにこの手法はほとんど適していない。さらに、２つの基板の位置を合せるには６軸位置決めシステムが必要である。
【００１１】
プレーナ型デバイスの微細位置決め及び取付けの別の手法には、共通位置合せ基板上への微細位置決め装置の一体化または搭載がある。そのような微細位置決め装置は、圧電材料の膨張及び／または収縮、電歪材料、磁歪材料及び磁性材料のような、多くの様々な技術に基づいていた。そのような微細位置決め装置は、プレートと基板の間の静電力、高分子材の電気誘起形状変化及び屈曲素子の超音波励起に基づいても作成されていた。別の共通集積化微細位置決め装置手法は熱機械効果による材料の膨張及び／または収縮を利用する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述した微細位置決め手法の全てにおいては、その位置を維持するために連続制御入力（例えば電気信号）が一般に必要である。このことは、その製品の寿命にわたって制御入力が維持されなければならないから、微細位置決めハイブリッド光コンポーネントの重大な欠点である。さらに、上述した微細位置決め手法の多くには、製品コストを高める、複雑で高価な精密微小構造（例えばＭＥＭＳ）が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様は、光学素子の微細位置決めを行うためのマイクロバンプを形成する方法である。本方法は、上面を有するガラス基板であって、局所的に加熱されると局所的に膨張することができる、ガラス基板を提供する工程及び、次いで、基板上面にマイクロバンプを形成するように基板の局所膨張をおこさせるために基板を局所的に加熱する工程を含む。本方法はマイクロバンプを固定するために基板の加熱を終結する工程も含む。
【００１４】
本発明の第２の態様は上述した方法であって、ガラス基板が光吸収基板であり、基板を局所的に加熱する工程が基板を光ビームで局所的に照射する工程を含む方法である。
【００１５】
本発明の第３の態様は、第１及び第２の光学素子を互いに対して微細位置決めする方法である。本方法は、第１及び第２の光学素子の相互の粗い位置合せがなされるように、第１及び第２の光学素子を配置する工程を含み、第１及び第２の光学素子の少なくとも一方は局所的に加熱されると局所的に膨張することができるガラス基板によって支持される。本方法は、第１及び第２の光学素子のさらに厳密な位置合せを行うために第１及び第２の光学素子の少なくとも一方を移動させるために、ガラス基板を局所的に加熱することによってガラス基板に１つないしさらに多くのマイクロバンプを形成することで第１及び第２の光学素子の少なくとも一方の微細位置決めを行う工程も含む。
【００１６】
本発明の第４の態様は、表面に１つないしさらに多くのマイクロバンプが形成されているガラス基板を有する集成光デバイスであり、マイクロバンプは対応する１つないしさらに多くの位置における基板の局所加熱による基板の局所的ガラス膨張によって基板表面に形成される。集成デバイスは、基板表面に対して、あるいは別の光学素子に対して微細位置合せされるように、１つないしさらに多くのマイクロバンプによって支持された第１の光学素子も有する。
【００１７】
本発明のさらなる態様、特徴及び利点は、以下の詳細な説明に述べられ、ある程度は、当業者にはその説明から容易に明らかであろうし、あるいは、以下の詳細な説明及び添付される特許請求の範囲を含み、さらに添付図面も含む、本明細書に説明されるように本発明を実施することによって認められるであろう。
【００１８】
上述の全般的説明及び以下の詳細の説明のいずれもが、本発明の実施形態を提示し、特許請求されるような本発明の性質及び特徴の理解のための概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。添付図面は本発明のさらなる理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて、本明細書の一部をなす。図面は本発明の様々な実施形態を示し、記述とともに本発明の原理及び動作の説明に役立つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
ここで、その例が添付図面に示されている、本発明の現在好ましい実施形態を詳細に参照する。可能であれば必ず、全図面にわたり同じ参照数字及び記号が同じかまたは同様の要素を指すために用いられる。
【００２０】
本発明は、光吸収ガラス基板における１つないしさらに多くのマイクロバンプの形成に依存する、微細位置決めシステム及び方法を含む。以下の説明においては、光吸収基板における様々なマイクロバンプ形成方法が初めに説明される。続いて、光吸収基板における１つないしさらに多くのマイクロバンプの形成による光学素子を微細位置決めするための方法の例示実施形態が説明される。次いで、本発明のマイクロバンプ微細位置決め方法を用いて形成される集成光デバイスの例示実施形態が説明される。
【００２１】
以下の説明においてはパイレックス（登録商標）ガラスが参照され、「パイレックス」は米国ニューヨーク州コーニング（Corning）のコーニング社（Corning, Inc.）の登録商標である。また、用語「マイクロバンプ」は、以下で説明される方法を用いてＩＲ吸収ガラス基板に形成されるような、円形の島、細長い畝等のような様々な形状を含むと広く解される。
【００２２】
さらに、用語「光学素子」は、微細位置決めが施され得る、光ファイバ、プレーナ型導波路基板、レンズ、マイクロレンズ、回折格子、ビームスプリッタ等のようないずれかのタイプの光コンポーネントを意味すると解される。同様に、本明細書に用いられるような用語「集成光デバイス」は、単独の、あるいは、電気素子、電気光学素子、電気機械素子または機械素子のような、別のタイプの素子と組み合わせられた、光学素子を有するシステムまたは構造を含む。
【００２３】
また術語「光吸収基板」は、可視波長、近赤外波長及び／または赤外波長におけるような、吸収波長において光を吸収する基板を意味すると解され、１つないしさらに多くの吸収波長における基板による光の局所吸収によって、基板は局所的に加熱される。
【００２４】
モノリシックＩＲ吸収ガラス基板におけるマイクロバンプ形成
図１は、基板体１４，下面１５及び上面１６を有するモノリシック光吸収ガラス基板１２の斜視図である。図２は図１の線２-２に沿ってとられた基板１２の断面図である。基板１２は、対向する面１７及び１８並びに対向する面１８及び２０も有する。図２はさらに、基板１２を支持し、一例示実施形態においては基板平面内で平行移動可能である、可動支持ステージ２４を示す。好ましい実施形態において、基板１２は局所領域において光エネルギーまたは熱エネルギーを吸収することができ、吸収エネルギーに応じて、その局所加熱領域において急速に膨張または膨潤することができるガラス基板である。基板１２の適する例には、コーニング社から入手できる一連のＩＲ吸収「パイレックス」ガラスのような、ＩＲ吸収ガラスがある。一例示実施形態において、基板１２は、与えられた場所において急速に加熱されると劇的で局所的の密度低下をガラスに受けさせ、その結果ガラス膨張をおこさせる、金属ドーパント（例えば、Ｃｕ，Ｆｅ，ＣｏまたはＶ）のようないくつかのＩＲ吸収種を含む。一例示実施形態において、基板１２の厚さはほぼ１ｍｍ程度である。
【００２５】
基板１２にマイクロバンプを形成する方法は、基板を局所的に加熱する工程を含む。一例示実施形態において、この工程は基板上面１６上に光ビーム２６によって形成されるビームスポット２８（図１）により定められるような基板１２の局所領域に光ビーム２６を導く工程を含む。基板１２は基板を局所的に加熱するように照射される。一例示実施形態において、光ビーム２６は収束ビームである。
【００２６】
上面１６上のビームスポット２８の位置は支持ステージ２４を移動させることによるかまたは単に光ビーム２６の位置を調節することによって選択できる。一例示実施形態において、ＣＯ２レーザのようなレーザが（例えば１０.６μｍで）発光し、よってＩＲ波長を有するレーザビーム２６を発生する。別の例示実施形態において、光ビーム２６は８１０ｎｍの近赤外（ＮＩＲ）波長を有する。レーザ発生光ビーム２６の比較的長いレイリー波長範囲により、（例えば、基板１２の僅かな研磨ウエッジによって生じる集束誤差のような）ビーム集束の小さな変動ではステージの平行移動中にビームスポット２８の径が大きな影響を受けないことが保証される。別の例示実施形態において、光ビーム２６は、可視波長、ＮＩＲ波長及びＩＲ波長の内の少なくとも１つを含む。一例示実施形態において、可視波長は〜４００ｎｍから〜７５０ｎｍの範囲にあり、ＮＩＲ波長は〜７５０ｎｍから〜１１００ｎｍの範囲にあり、ＩＲ波長は〜１１００ｎｍから〜１６８０ｎｍの範囲の波長を含む。
【００２７】
基板体１４による光ビーム２６からの光の吸収は基板を局所的に加熱し、初めに、基板体のその領域の温度を光ビームの強度に比例して上昇させる。光ビーム２６がガウス分布のような円形対称断面強度分布を有していれば、ビームスポット２８は円形であり、円形領域にわたって基板膨張もおこる。
【００２８】
本発明の一例示実施形態において、光ビーム２６によって基板体１４に導入される熱量は上面１６からの距離にしたがって減衰する。一例示実施形態において、基板体１４は実質的に一様な吸収を有し、よって光ビーム２６は上面１６からの距離にしたがって指数関数的に減衰し、深さにともなう加熱の指数関数的減退を生じる。
【００２９】
別の例示実施形態において、深さにともなうガラス吸収の変化は、例えば、吸収の異なるガラスを重ね合せるかまたは基板体１４の組成を局所的に変えることによって、非指数関数的である。例えば、基板加熱は基板体１４の厚さにわたって比較的一様である。この効果を達成するため、一例示実施形態において、ガラスの吸収は非照射面からの距離の逆数にしたがって変化させられる。別の例においては、減衰が非照射面から離れるにしたがっておこる指数関数的減衰ガラス吸収を用い、ガラス吸収の指数関数的減衰率を調整することによって光吸収ピークが生じる深さが変えられる。一般に、適切なガラス吸収プロファイルを与えることによって任意の相対加熱プロファイルをつくることができる。本発明の一例示実施形態において、下面側からの照射による上面ガラスバンプ形成を可能にするためにこの原理が用いられる。
【００３０】
基板体１４によって光ビーム２６が局所的に吸収されると、基板体内に限定された膨張域３０がつくられる。膨張域３０内において、急速な温度変化が劇的な基板密度の低下を誘起する。すなわち、本発明の一例示的実施形態は、光ビーム２６の強度、ビームスポット２８の径及び／または照射持続時間を調節することによって膨張域３０の深さを変える工程を含む。一例示実施形態において、膨張域３０の深さは、上述したように、基板内のＩＲ吸収材料の濃度を調節することによって変えられるかまたは選択可能にされる。
【００３１】
膨張域３０は膨張域を囲む基板体１４の無加熱（したがって非膨張）領域によって拘束されるから、膨張域内の基板材料は上方に変形することによる内部応力の解放を強いられ、よって、図３に示されるように、マイクロバンプ４０が形成される。一例示実施形態において、マイクロバンプ４０の表面プロファイルは光ビーム強度分布に対応し、マイクロバンプピークは光強度が最高の場所に対応する。一例示実施形態において、様々な形状及び寸法のマイクロバンプ４０を形成するため、光ビーム２６は（例えば支持ステージ２４を移動させることによって）基板面１６にわたってスキャンされ、特定の位置で停止させられる。単一バンプに対し、バンプ形成プロセスの過程中に光ビームパワー、掃引速度及び掃引経路を調節することにより様々な寸法及び形状のバンプを形成することもできる。
【００３２】
マイクロバンプ４０を形成する方法は、基板の加熱領域を迅速に冷却することによってマイクロバンプを固定する工程をさらに含む。一例示実施形態において、これはＩＲ光ビーム２６による基板上面１６の照射を単に終結することで達成される。
【００３３】
図４Ａは８１０ｎｍのＮＩＲ波長を有する光ビーム２６を発するレーザを用いてＣｕドープＩＲ吸収「パイレックス」ガラス試料に形成したマイクロバンプ４０についてのマイクロバンプ高（μｍ）対レーザショット数のグラフである。ショット（パルス）の持続時間は１００ｍｓとし、ショットあたりのエネルギーは０.２Ｊとした。レーザ誘起熱の基板内での放散を可能にするため、複数のショットがなされるときはショット間に１秒の時間間隔をおいた。レーザを集束させて基板面１６上で〜４００μｍのモードフィールド径スポット２８まで縮小した。
【００３４】
マイクロバンプ高は干渉計を用いて測定した。マイクロバンプ高測定によって、光ビーム２６が基板１２に送り込むエネルギー量を大きくすることでマイクロバンプ高を大きくし得ることを確認した。結果は、基板に送り込まれるエネルギーが多くなるほど、与えられた高さに対して得られるマイクロバンプの径は大きくなり、次いで飽和することを示す。図４Ａのグラフに示される測定値は、高さが〜７μｍのマイクロバンプ４０を上述した基板１２につくり得ることを示す。さらに、一般には、ハイブリッド光コンポーネントの縦横の位置合せに対しては３０〜１００μｍのマイクロバンプ高が一般に好ましいといわれている。
【００３５】
図４Ｂは、図４Ａと同様であるが、Ｆｅドープ「パイレックス」タイプのガラス基板上の既製マイクロバンプ４０に光ビーム２６からのＩＲ光の形態で追加の熱が与えられたときのグラフである。図４Ｂのグラフにともなう測定結果は、追加の熱エネルギーをマイクロバンプに送り込むことによって既製マイクロバンプ４０の高さを大きくし得ることを示す。マイクロバンプ高の増大は、熱の順次印加が同量の熱エネルギーを有する（例えば、順次光パルスが同じ強度を有する）ときに見られた。
【００３６】
すなわち、本発明の一例示実施形態において、マイクロバンプ４０の高さはマイクロバンプへの熱の選択的追加によって選ばれた目標高に変えられる。熱の追加によってマイクロバンプ高を変えることができる能力により、以下で説明されるように、光学素子の精密微細位置決めが可能になる。
【００３７】
一例示実施形態において、マイクロバンプ高の変化は、選択された熱量の印加の間、例えば光吸収基板１２によって吸収される光パルス間の、マイクロバンプ高の閉ループモニタリングを用いて達成される。一例示実施形態においてマイクロバンプ高モニタリングは直接的（例えばマイクロバンプ高の物理的測定）であるが、別の例示実施形態においては、能動位置合せを介して間接的であり、例えばマイクロバンプの頂上に載る光コンポーネントを介して結合される光パワーの測定によってマイクロバンプ高が決定される。後者の例示実施形態は以下でさらに詳細に論じられる。
【００３８】
別の例示実施形態においては、例えば５００℃と６５０℃の間の、高温でマイクロバンプをアニールすることによって、マイクロバンプ高が下げられる。マイクロバンプ４０の寸法を大きくするため、スポット２８の径をビームデフォーカスによって大きくして、同様のＩＲ吸収ガラス上で実験を行った。大径ＩＲレーザビームを用いて〜７７μｍまでのマイクロバンプを形成した。マイクロバンプ高の増大には、スポット２８の径の増大による、より大きな膨張域３０の形成がともなう。大径ビームは増大した面積にわたりレーザエネルギーを分布させるから、劇的な密度低下がおこる温度まで局所的に基板を急速に加熱するにはより大きなエネルギードーズ量が必要である。この手法の利点は、小さな高さで最大マイクロバンプ高が飽和することはおこりそうもないことである。
【００３９】
実験は、熱エネルギーが光吸収ガラス基板に送り込まれるレートにマイクロバンプ高が強く依存することを示す。一実験において、２.４Ｊのレーザエネルギードーズ量で４つのマイクロバンプを形成した。パワーレベルが８Ｗの３００ｍｓレーザパルス１発では高さが約５０μｍと４５μｍの２つのマイクロバンプが形成されたが、パワーレベルが４Ｗの６００ｍｓレーザパルス１発では高さが約１０μｍの２つのマイクロバンプが形成された。この２つの場合に対する総エネルギードーズ量は同じであっても、ガラス密度低下（したがってガラス膨張）は、より短く、より高パワーの光パルスに対してより大きな、加熱及び冷却のレートに依存することが示された。このことは、光ビームのパワーレベルは大きなガラス密度変化を誘起するに十分に大きくなければならず、しかし過剰な局所ガラス溶融及び流動による過早マイクロバンプ高飽和及び大きな高さ変化を回避するに十分に小さくなければならないから、大きなマイクロバンプが必要な場合のプロセス最適化に関する指針を与える。実験結果は、同じガラス基板が、（高さが０〜５μｍの）小マイクロバンプ及び（高さが＞５０μｍの）大マイクロバンプをともにサポートすることを示す。
【００４０】
Ｆｅ及びＣｕがドープされた別のタイプのＩＲ吸収ガラスについて、マイクロバンプ高一様性測定も行った。図５はレーザで発生させた集束ＩＲ光ビーム２６を用いて形成した４つの別々のマイクロバンプ４０についてのマイクロバンプ高（μｍ）対位置（μｍ）のグラフである。３.６Ｗの単発レーザパルスを用いた。図５のグラフはほぼ１００μｍのマイクロバンプ高を示す。大マイクロバンプ高はある程度基板加熱中のガラスのＩＲ吸収の局所的変化によると考えられる。特に、発明者等は光誘起加熱が、新しい酸化状態が基の酸化状態より低いＩＲ吸収を有する、ガラス内のＦｅ酸化状態の変化を誘起すると考えている。このＩＲ吸収の変化により、基板内のより深くへのより多くの光の進入が可能になる。このより深く進入するレーザ光は続いて局所加熱を誘起し、ガラス膨張及び、ＩＲ光のさらに深くへの進入を可能にする、Ｆｅ酸化状態変化を誘起する。Ｔｉ及びＣｅがドープされたホウケイ酸ガラスにおいては、より低い吸収が２７Ｊで１ｓの長レーザパルスを用いた〜１９５μｍ高バンプの形成に役立った。
【００４１】
一例示実施形態において、一様な高さのマイクロバンプ４０の形成をもたらす、スポット２８の径の一様性及び反復可能性を保証するためにパワー安定化光ビーム２６が用いられる。また、一例示実施形態においては、一様なマイクロバンプ高をさらに保証するために、それぞれのサンプル内においてもサンプル間においても高レベルの組成一様性を有する基板１２が用いられる。
【００４２】
[積層ガラス基板におけるマイクロバンプ形成]
いくつかの用途においては、比較的狭いギャップ（例えば１００〜２００μｍ）で微細位置決めを行うことが望ましい。上述したようにモノリシック光吸収ガラス基板上に形成されたマイクロバンプが挟ギャップ構成で劇的に膨張するとは考えられず、この状況におけるマイクロバンプ形成による微細位置決め範囲は比較的小さい値（例えば５〜１０μｍ）に限定されるであろう。
【００４３】
比較的大きなマイクロバンプ（例えば２０〜４０μｍ）が必要とされる挟ギャップ微細位置決め用途においては、マイクロバンプの別の実施形態が用いられる。その方法は上述した方法と同様であるが、モノリシック基板ではなく積層基板が用いられる。
【００４４】
図６は、それらの例が以下で説明される、本発明にしたがう様々な微細位置決め用途のために、１つないしさらに多くのマイクロバンプを形成することができる積層ＩＲ吸収基板１００の一例示実施形態の簡略な断面図である。積層光吸収基板１００は、下面１０４及び上面１０６をもつベース基板１０２を有する。一例示ベース基板１０２は上述した透明「パイレックス」ガラスの１つのような透明ガラスである。有機接着剤層１０８がベース基板上面１０６に施される。一例示実施形態において、有機接着剤層１０８はアクリルベースエポキシ樹脂であるかまたはそれを含む。一例示実施形態において、有機接着剤層１０８の厚さは７μｍ程度である。一例示実施形態において、有機接着剤層１０８の厚さは、接着剤に直径が精確な微小球または微小ロッドを満たすことによって（必要であれば、例えば＜０.２μｍに）制御される。
【００４５】
次いで、上面１１４をもつ薄い光吸収ガラス層１１２が有機接着剤層１０８に貼り付けられる。一例示実施形態において、光吸収ガラス層１１２はＩＲ吸収「パイレックス」ガラスでつくられる。一例示実施形態において、光吸収ガラス層１１２の厚さは９０μｍ程度である。一例示実施形態において、光吸収ガラス層１１２の厚さは、厚さ許容度が一般に±１０μｍの、精密研磨作業によって制御される。
【００４６】
本発明にしたがうマイクロバンプ４０を形成する一例示方法は、上述したように積層光吸収基板１００を形成する工程及びその積層光吸収基板１００を提供する工程を含む。本方法は光吸収ガラス層１１２の上面１１４の局所化領域に熱を与える工程も含む。一例示実施形態において、これは、図６に示されるように、光ビーム２６を用いて達成される。一例示実施形態において、光ビーム２６は、モノリシック光吸収基板１２に関連して上述したように、レーザを用いて形成される。一例示実施形態において、光ビーム２６は、可視波長、近ＩＲ波長またはＩＲ波長を含む。
【００４７】
先に説明した、モノリシック光吸収基板１２を用いる例示実施形態におけるように、ガラス層１１２の内部に導入される熱量はガラス層上面１１４からの距離にしたがって減衰する。この結果、膨張域３０がガラス内に形成され、温度変化がガラスの軟化を誘起する。一例示実施形態において、膨張域３０の深さは、光ビームパワー、ビームスポット２８の径または照射持続時間を調節することで変えられる。別の例示実施形態において、膨張域３０の深さはガラス内の光吸収材料の濃度を調節することで変えられるかまたは選択可能にされる。
【００４８】
膨張域３０は有機接着剤層１０８に延び込まされ、その中で膨張域は加熱域として作用する。この加熱域内の温度は一般に光吸収ガラス層１１２の温度より低いが、隣接する有機接着剤層１０８における局所加熱は、膨張または有機接着剤層１１２内に気体副生成物をつくる化学反応をおこさせる、有機接着剤層の接着剤機械特性の変化を誘起する。光ビーム２６の形状が膨張／加熱域３０の大きさを定めるから、接着剤層１０８における材料膨張及び／または気体発生の結果、光吸収ガラス層１１２に上向きの圧力がかかる。ガラス層１１２は既にＩＲ光ビーム２６からの光の吸収によってガラスの軟化点まで加熱されているから、接着剤層１０８の接着剤の膨張によって生じた上向きの圧力が光吸収ガラス層１１２の局所変形をおこさせる。この結果、図７の積層光吸収基板１００の断面図に示されるように、マイクロバンプ４０の形成がおこる。マイクロバンプ４０の表面プロファイルは光ビーム強度分布に対応し、そのピークは光ビームのピーク強度に対応する。先に説明したモノリシック光吸収基板１２を用いる例示実施形態におけるように、様々な形状及び寸法のマイクロバンプ４０を形成するため、光吸収ガラス層上面１１４にかけて光ビーム２６をスキャンすることができる。
【００４９】
本方法の次の工程において、例えば光吸収ガラス層１１２の光照射を終結することにより、光吸収ガラス層１１２を冷却することでマイクロバンプ４０が固定される。バンプ４０の湾曲プロファイルにより、マイクロバンプ１０の機械的強度が高められ、印加力の下での上向きまたは下向きの変形はおこりにくくなる。
【００５０】
上述した方法は積層光吸収基板１００及びガラス層１１２の「上面側」光照射を用いる。この構成は、ベース基板１０２が光学的に不透明である場合に好ましい。透明基板１０２を用いる別の実施形態においては、図８に示されるように、底面側光照射が用いられる。
【００５１】
[ジュール加熱を用いるマイクロバンプ形成]
上述した例示実施形態においては、マイクロバンプ４０を形成するために、吸収された光ビーム２６の形態の熱が光吸収基板１２または１００に与えられた。マイクロバンプ形成の本例示実施形態では、基板に熱を与えるために、加熱素子によるジュール加熱を利用する。
【００５２】
図９はモノリシック光吸収基板１２（図１）または積層光吸収基板１００（図６）のようなＩＲ吸収基板にマイクロバンプを形成するために用いられる一例示装置２００の斜視図である。本例示実施形態において、光吸収基板１２は、熱が基板に直接に印加されるから、「ＩＲ吸収基板」と称される。
【００５３】
図１０は線１０-１０に沿ってとられた図９の装置２００の断面図である。装置２００は、例示実施形態において、モノリシックＩＲ吸収基板１２を有するが、上述したように、積層基板１００を同様に有することもできよう。装置２００は、基板上面１６上に形成されている、隔てて配置された２つの金属電極２０４及び２０６を有する。電極２０４及び２０６は変形可能であるように十分に薄い導電性加熱素子２１０を介して電気的に結合されている。加熱素子１０は基板上面１６に熱的に結合されるように配置される。一例示実施形態において、加熱素子２１０は基板上面１６上またはその近傍に配置される。一例示実施形態において、加熱素子２１０は２つの電極を隔てているギャップをまたいで電極材料の狭いセグメントを延ばすことによって形成される。電極２０４及び２０６並びに加熱素子２１０について簡単な構成が示されているが、別の実施形態においては、加熱素子からの熱を閉じ込め、集束させて、ＩＲ吸収基板１２に所望の態様で熱を送り込むために、さらに複雑な電極及び加熱素子のパターン及び形状が用いられる。
【００５４】
装置２００は、それぞれワイアボンディングボール２３４及び２３６を介して、電極２０４及び２０６にそれぞれ接合された２本の外部ワイア２２４及び２２６も有する。電極２０４及び２０６は、例えば、従来の堆積プロセス、蒸着プロセスまたはスパッタリングプロセスによって形成され、例えば、（被着中の）シャドウマスクがけ、フォトリソグラフィ選択エッチング、（被着後の）リフトオフプロセス等によってパターニングされる。電極２０４及び２０６のための代表的金属には、Ａｕ，Ｐｔ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｔｉまたはその他の普通の電極金属または合金がある。
【００５５】
装置２００を用いて１つないしさらに多くのマイクロバンプを形成する方法の一例示実施形態は、上述したような基板を形成する工程及びそれを提供する工程を含む。次いで、加熱素子２１０を通って流れる電流ｉを生じさせる電圧が、ワイア２２４及び２２６を介して電極２０４と２０６にかけて印加される。加熱素子２１０は比較的高い抵抗値Ｒを有し、よって加熱素子１０を通って流れる電流ｉがｉ２Ｒの大きさのジュール熱２４０を放散する。熱２４０は熱伝導によって基板体１４内に散逸する。基板体１４内に導入される熱２４０の量は基板上面１６からの距離にしたがって減少する。この結果、急速な温度変化が基板密度の劇的な低下を誘起する、ガラス膨張域３０が基板体１４内に形成される。一例示的実施形態において、膨張域３０の深さは、例えば印加電流ｉの大きさ及び持続時間を変えることによって加熱素子２１０で印加される熱２４０の量を調節することで変えられる。膨張域の深さは、基板１２のＩＲ吸収材料の濃度を調節することによっても変えることができ、あるいは選択可能とすることができる。
【００５６】
膨張域３０は、膨張域を囲む、基板体１４の無加熱（したがって非膨張）材料によって拘束されるから、ガラス材料は上向きに変形することによって内部応力を解放して、図１１に示されるように、加熱素子２１０の下側にマイクロバンプ４０が形成される。加熱素子２１０はマイクロバンプ４０の形状と共形に変形するに十分に薄くつくられることに注意されたい。
【００５７】
次いで、マイクロバンプ４０は加熱領域を急速に冷却することによって固定される。この急速冷却は、例えば加熱素子を通る電流ｉを断つことによって、達成される。マイクロバンプ４０が所定の位置に固定されると、一例示実施形態においては、ワイア２２４及び２２６，電極２０４及び２０６並びに加熱素子２１０が標準的な微細エレクトロニクスプロセスを用いて除去される。一実施形態において、これらのワイア、電極及び加熱素子は、以降の基板接着剤の局所熱硬化での使用のために、所定の場所に維持される。
【００５８】
図１２は、ＩＲ吸収「パイレックス」ガラス基板（コーニングコード７０７ＺＴ）で形成された基板１２上で実施された実験についての、加熱素子２１０に沿う位置（μｍ）の関数としてのマイクロバンプ４０の測定された高さ（μｍ）のグラフである。基板１２は〜３００Å厚のＴｉ接着層上の〜１１００Å厚のＰｔで形成された薄膜電極２０４及び２０６で金属被覆した。加熱素子２１０は電極の挟領域として形成し、幅を１ｍｍとした。（ワイア２２４及び２２６の役割を果たす）２つの電極プローブを〜６ｍｍ離れたそれぞれの電極上に配置し、１８Ｖの電圧を印加した。この結果、電極電力消費は９.２Ｗになり、表面接触熱電対を用いて測定したままの加熱素子温度測定値は〜５３０℃であった（実基板表面温度はさらに高いと考えられる）。２〜３秒の加熱後、電極への電気的相互接続を瞬時に断ち、加熱素子２１０の下の基板１２の領域の急速冷却を可能にした。得られたマイクロバンプ４０の高さを、表面プロファイルメータを用いて測定した。図１２のグラフから明らかなように、得られたマイクロバンプ４０の最大高さの測定値は２６μｍであり、マイクロバンプの形状は極めて対照的であることがわかった。
【００５９】
電極に印加される電圧及び電流は直接に測定することができるから、加熱素子２１０を用いてマイクロバンプ４０を形成することにより、エネルギードーズ量制御が簡単になる。一実施形態において、電極２０４及び２０６に供給される電流及び電圧の大きさを制御して、基板１２に供給される熱量を変えて、マイクロバンプ形成プロセスを最適化するために、ソフトウエアが用いられる。基板上面１６の温度の直接測定は、例えば加熱素子２１０を抵抗温度検出器（ＲＴＤ）として用いることによって、実施され、マイクロバンプ１０の正確な閉ループ制御を可能にする。
【００６０】
電極ベースマイクロバンプ形成方法を、上述したように、モノリシックＩＲ吸収基板１２との関連において説明したが、本方法は図６から８に関連して上述した積層基板構造１００にも直接適用できる。また、ＩＲ吸収基板１２の上面１６上に直接に被着された電極２０４及び２０６並びに加熱素子２１０を示したが、別の実施形態において、電極及び加熱素子は、ＩＲ吸収基板の直近にまたはＩＲ吸収基板に接して、一時的または永続的に配置される独立基板上に形成される。
【００６１】
一例示的実施形態において、同一の基板面上に複数の電極及び加熱素子が形成される。これにより、例えば規則的パターンに配置され、必要に応じて、形状及び寸法が相異なる、複数のマイクロバンプ４０の形成が可能になるように、（ワイアボンディングまたはその場プロービングによる）一時的または永続的な電気的相互接続ための標準化されたパターンをもつ、さらに複雑な微細位置決めプラットフォーム及び回路の作成が可能になる。複数のマイクロバンプ４０は、マイクロバンプの相対位置が電極パターン形成によって定められるから、他の基板または光コンポーネントへのマイクロバンプの位置合せの簡易化に役立つ。同一のガラス基板上に複数の電極２０４及び２０６を形成できる能力により、加熱素子２１０のコストが低減された作成も可能になる。一例示実施形態において、複数の電極及び加熱素子をもつ単一金属被覆ＩＲ吸収ガラス基板が形成され、次いで、ダイシングされて、微細位置決めチップとしてはたらく、数１００または数１０００の小型ＩＲ吸収基板１２または１００が得られる。
【００６２】
[マイクロバンプ微細位置決め方法及び応用]
本発明の一例示実施形態において、説明される方法を用いて形成されたマイクロバンプ４０は光学素子の高速微細位置決めのための精密スタンドオフとして用いられる。一例示実施形態において、光学素子は、能動的に、すなわち結合界面を通して結合されるパワー量を測定しながら、あるいは半受動的に、すなわち集成前または集成中に光学素子を測定し、次いで、縦方向及び横方向の位置ずれを補償するために、１つないしさらに多くの（その場でまたはオフラインで）慎重に考えられた大きさにつくられて、慎重に考えられた位置に配されるマイクロバンプを構成することにより、光学素子を所定の位置に「寄せていく」ことによって、微細位置決めされる。
【００６３】
例えば、（モードフィールド径が〜４μｍの）高インデックス導波路コアの低損失結合には、横方向位置ずれが０.１〜０.２μｍ以内に制御されることが必要である。与えられなければならない縦横調節の範囲は、ハイブリッド型集積デバイスに含まれる特定のコンポーネントに依存するが、代表的な値は、特定の用途に依存して、２０〜１００μｍの範囲にある。例えば、挟ギャップ微細位置合せ用途では、例えば１０〜３０μｍの範囲にあるであろう。値の範囲は基板厚の不確定性及び接着層厚の違いによる基板積層高の変動にある程度よっている。
【００６４】
基板上の光ファイバ微細位置決め
本発明の一例示実施形態において、光吸収基板上に形成されたマイクロバンプ４０は他の導波路にまたは集成光デバイスの他の光コンポーネントに対するその場微細位置決めのために光ファイバを縦方向に位置決めするために用いられる。図１３は、マイクロバンプ形成に先立つ、光ファイバ３０が基板上面１６上に配置されている光吸収基板１２の（端面正面から見た）側断面図である。基板１２の平面に平行な方向（すなわち横方向）にある他の導波路または光ファイバの横位置合せに必要なさらに別のコンポーネントは図示の容易さのために図１３には示されていない。本例示実施形態において、横（水平）方向の光ファイバ微細位置決めは能動位置合せデバイス（例えば圧電微細位置決めデバイス）によるかまたは受動位置合せ構造（例えば高分子材グリッパーまたはＶ溝構造）によって与えられる。
【００６５】
縦方向に光ファイバ３００を微細位置決めする方法は、光ビーム２６を提供する工程及び、図１３に示されるように、光ビーム２６を光ファイバ上に導く工程を含む。光ファイバ３００は光ビーム２６にともなう可視波長、ＮＩＲ波長及びＩＲ波長に対して本質的に透明であるから、光ビームは光ファイバを通って（すなわち横切って）進行し、基板上面１６に当る。光ファイバ３００の円形断面はレンズとして作用し、ＩＲ光ビーム２６の一部を光ファイバ直下の基板領域３０２において上面１６上に集束させる。光ファイバの直径に対する光ビーム２６の直径に依存して、光ファイバ３００の両側の基板領域３１０及び３１２においても基板吸収及び加熱がおこり得る。それぞれの照射領域３０２，３１０及び３１２に膨張域３０が示される。光ビーム２６の小率部分が光ファイバ表面から反射され、よって基板上面１６にある角度で打ち当ることにも注意されたい。
【００６６】
基板領域３０２の加熱の結果、図１４に示されるように、マイクロバンプ４０の形成がおこる。照射領域３１０及び３１２においても、これらの領域に発生する熱量に依存して、基板１２上に副マイクロバンプ３４０が形成され得る。マイクロバンプ４０は光ファイバ３００を縦方向に、すなわち基板上面１６から離れる方向に、押し上げるように作用する。そのようにして形成されたマイクロバンプ４０により、光ファイバ３００の微小位置決めが可能になる。本方法の一例示実施形態において、マイクロバンプ４０で支持された新しい縦位置に光ファイバ３００を保持するために、留付け構造または接着剤ビードを含めることができる（破線で示される）支持部材３４４が用いられる。
【００６７】
基板Ｖ溝内の光ファイバ微細位置決め
いくつかのハイブリッド型集積化用途においては、プレーナ型導波路基板上に形成されたプレーナ型導波路アレイを別のプレーナ型導波路アレイまたは光ファイバアレイに対して微細位置決めすることが望ましいことがある。代表的な微細位置決め手法は、１本ないしさらに多くの光ファイバをファイバアレイブロック（例えば、精密な機械加工またはエッチングでＶ溝が形成されているＳｉまたはガラスの基板）に接合する工程及び、次いでこのファイバアレイブロックを、有機接着剤を用いてプレーナ型導波路基板に直接に接合する工程を含む。この手法は、一般的な単一モード光ファイバのモードフィールド径と同様の径をもつモードフィールドをサポートするプレーナ型導波路への結合によく適している。プレーナ型導波路寸法がより小さい（例えば４μｍ×４μｍ）場合、低損失結合には基板上に（例えばテーパの）、またはファイバ端面上に（例えばファイバレンズの）モードフィールド変換器構造が必要である。いずれの場合にも、光ファイバアレイに対する横方向位置合せ許容度が非常に厳しくなり得るから、（ファイバコアの偏心によるかまたはＶ溝側壁位置における限界による）一般的なファイバ偏心誤差は受け入れられない。偏心誤差は対処され得るとしても、ファイバレンズ照準誤差は望ましくない結合損失を導入する、等価な横方向位置ずれを生じさせる。
【００６８】
これらの光ファイバ位置ずれの要因を回避するための別の手法は、能動位置合せプロセスを用いてそれぞれの光ファイバを対応するプレーナ型導波路に個別に位置合せすることである。図１５は、細長Ｖ溝３６０を定める、２つの傾斜側壁３６０及び３６４が基板上面１６に形成されている光吸収基板１２の拡大側面図である。光ファイバ３００がその長さに沿ってＶ溝内に支持され、端面正面から図１５に示される。
【００６９】
Ｖ溝３６０内の光ファイバ３００を微細位置決めする方法の一例示実施形態は、光吸収基板及びＶ溝を提供する工程及び、上述したように、光ファイバの末端部分をＶ溝内に配置する工程を含む。本方法は、図１６に示されるように、右上方から光ファイバの側面を通して光ビーム２６を導くことによってＶ溝３６０内の光ファイバ３００の末端部分を微細位置決めする工程も含む。光ファイバ３００は、光ファイバが側壁３６２に接している領域３０２に光ビーム２６を集束させる。この結果の加熱により、マイクロバンプ４０が側壁３６２に形成される。マイクロバンプ４０はＶ溝３６０内の光ファイバ３００の位置を図１６において上方及び右方に移動させるように作用する。
【００７０】
本方法の一例示実施形態においては、側壁３６４が光ファイバを通して照射されて、側壁３６４に第２のマイクロバンプ４０が形成されるように、逆の方向で上述した照射プロセスが反復される。これにより、光ファイバ３００が上方及び左方に移動する。マイクロバンプ高がその底幅に比較して小さい限りにおいて、この工程における右上方への移動の合成距離は限定されるべきである。このプロセスの結果が図１７に示される。一例示実施形態において、マイクロバンプ４０は同じ寸法につくられ、この結果、光ファイバ３００はＶ溝３６０内の初期位置に対し総合して垂直方向にしか移動しない。
【００７１】
光ファイバ３００はＶ溝３６０内の、側壁３６２及び３６４のマイクロバンプ４０の高さによって定められる、所定の位置に留まる。追加の光ファイバ微細位置決めが必要とされる本方法の一例示実施形態において、マイクロバンプ４０はその高さを変えるために再加熱される。この光ファイバ位置合せ手法の利点は、比較的細かいピッチ（例えば２５０μｍピッチ）のファイバアレイを位置合せできることである。ファイバ対ファイバベースでのファイバ位置合せの別の手法には、変位後に光ファイバを所定の位置に保持するために、さらに別の留付け用のハードウエア、ブロックまたはクリップが一般に必要である。
【００７２】
基板溝内の光ファイバ微細位置決め
光ファイバを微細位置決めする方法の別の例示実施形態は、光ファイバをその長さに沿う１つないしさらに多くの点において光ファイバを拘束する工程及び、次いで光ファイバの末端の位置を制御するために溝の壁上に形成されたマイクロバンプを用いる工程を含む。
【００７３】
図１８は、基板上面１６に形成された、図１７のＶ溝３６０、またはＵ字形溝のような、中央溝４００を有する光吸収基板１２の平面図を示す略図である。溝４００は対向する表面部分４０６及び４０８を有する。光ファイバ３００は末端３０１を有し、その長さの一部に沿って溝４００により支持される。光ファイバ３００の末端部分は、例えば溝の一方の端の近傍の接着剤ビードを用いて、溝内に保持される。このカンチレバー型配置により、接着剤ビード４１０によって保持されている点のまわりでの光ファイバ３００の旋回運動が可能になり、よって自由端３０１を微細位置決めすることができる。
【００７４】
図１９を参照すれば、光ファイバ末端３０１を微細位置合せするための方法の一例示実施形態において、上述した配置が提供されると、上述したマイクロバンプ形成方法の１つを用いて、溝表面部分４０６または４０８の一方にマイクロバンプ４０が形成される。溝表面の一方、例えば表面４０６に熱が与えられると、マイクロバンプ４０が成長して光ファイバに接し、光ファイバ末端に示される垂直方向矢印で示されるように、光ファイバ末端３０１を上方に振れさせる。
【００７５】
この上方の振れが所望の振れより大きければ、本方法の一例示実施形態において、図２０に示されるように、第１のマイクロバンプと光ファイバ末端３０１の間の位置において、対向する溝表面４０８上に第２のマイクロバンプ４０が形成される。第２のマイクロバンプ４０は光ファイバ末端３０１を下方に振れさせる。下方の振れが大きすぎれば、光ファイバの再位置決めを行うに適切な溝表面にまた別のマイクロバンプを形成することができる。
【００７６】
図２０に示される実施形態と同様の一例示実施形態において、自由光ファイバ末端３０１をさらに上方に振れさせるため、第１のマイクロバンプ４０と接着剤ビード４１０の間に表面４０８上の第２のマイクロバンプ４０が配置される。
【００７７】
光学素子の基板微細位置決め
マイクロバンプ形成及び特性決定プロセスの確度が十分であれば、マイクロバンプを用いてプレーナ型導波路基板のような光学素子を受動的に相互に位置決めすることができる。一方、計測学上、材料上またはプロセス上の限界により、必要な微細位置決め許容度（例えば、≦０.２μｍのオフセット許容度ｄＴ）を、基板特性決定またはマイクロバンプ形成プロセスが満たせないことがあり得る。したがって、本発明の一例示実施形態は、プレーナ型導波路基板のようなプレーナ型光コンポーネントの能動微細位置合せを行う方法を含む。
【００７８】
図２１は、光吸収基板１２を有する一例示集成プレーナ型導波路５００の簡略な側面図である。光吸収基板上面１６上に、基板体５０４，下面５０５及び上面５０６を有する透明プレーナ型導波路基板５０２が配置されている。プレーナ型導波路５０８のアレイが上面５０６上に載っている。透明プレーナ型導波路基板の一例は、ＰＣＴ特許国際公開第２００５/０２９５７６号パンフレットに説明されているように、「パイレックス」７７４０またはコーニングコード１７３７のような、シリコンとＣＴＥを整合させたガラス基板上に厚さが４〜５μｍまでのシリコン導波路が作成された、ガラス上シリコン（ＳＯＧ）構造である。
【００７９】
集成プレーナ型導波路５００の光吸収基板１２に対するプレーナ型導波路基板５０２の微細位置決めにおいて、上述したマイクロバンプ形成方法の１つを用いて、１つないしさらに多くのマイクロバンプ４０が形成される。モノリシック光吸収基板１２と組み合せて光ビーム２６を用いるマイクロバンプ形成方法が説明のために本実施形態において用いられるが、モノリシック基板１２と同様に積層基板１００を用いることができ、熱を基板に送り込むための加熱素子２１０を用いることもできる。
【００８０】
プレーナ型導波路基板５０２を微細位置決めする方法は図２１の集成プレーナ型導波路５０２を提供する工程を含む。本方法の次の工程は、ＩＲ吸収基板上面１６の一部を照射するために、基板上面５０６を通し、基板体５０４を通し、さらに基板下面５０５を通して、光ビーム２６を導く工程を含む。光ビーム２６からの光が基板１２で吸収されて基板体１４を局所的に加熱する結果、上述したように、膨張域３０の形成がおこる。膨張域３０の形成に応じて、基板１２が照射領域において局所的に膨張して、図２２に示されるように、マイクロバンプ４０が形成される。マイクロバンプ４０は、基板に与えられた光量に比例してプレーナ型導波路基板５０２を縦方向に変位させるように作用する。一例示実施形態において、集成プレーナ型導波路５００の作成において１つないしさらに多くの透明デバイスまたは位置合せ基板を通す、図８に関連して説明したような、底面側照射が用いられる。
【００８１】
本方法の一例示実施形態において、マイクロバンプにさらに熱を印加することでマイクロバンプ４０の高さを大きくすることができる。この手法は、例えば、ＩＲ吸収基板５０２の高さの直接測定または導波路間で結合される光パワーの能動測定によって与えられる位置合せフィードバックを用いて、光コンポーネントを所定の位置に寄せるために、用いることができる。
【００８２】
発明者等は上述した方法を用いることで微細位置決め実験を行った。実験において、モノリシックＩＲ吸収基板１２として「パイレックス」９０１ＡＷＥガラスの研磨片を用いた。さらに、（ＩＲ）透明プレーナ型導波路基板５０２に対して「パイレックス」１７３７ガラスを用いた。８１０ｎｍのＮＩＲ波長及び〜４００μｍ径のビームスポット２８を有する集束光ビーム２６を、一連の１秒幅パルスで、光吸収基板１２にＩＲ透明基板５０２を通して導いた。３.３６Ｗのレーザパワーで、パルス毎に３.３６Ｊのエネルギーを光吸収基板１２に送り込んだ。単一の場所に送るパルスの数を１から８まで変えた。〜９μｍのマイクロバンプが測定された。ＩＲ透明基板の存在の下でマイクロバンプを形成するにはＩＲ透明基板が存在しない場合より多くのエネルギーが必要であることも認められた。これは、ＩＲ透明基板によって存在する余分の熱質量が最大起因であろう。
【００８３】
能動微細位置決め
様々なアレイ型光電コンポーネントにおいては、能動及び受動プレーナ型導波路基板の位置合せが必要である。例えば、高速導波路光検出基板では、検出器導波路と受動導波路（例えば、受動プレーナ型導波路基板または光ファイバアレイ）の間の位置合せが必要である。別のハイブリッド型能動／受動集積化用途は高速導波路選択光スイッチである。光入力信号上の複数の波長チャネルが、個々の波長に分波される、１×Ｎ分波デバイスに結合される。それぞれの導波路はＳＯＡ基板上のそれぞれ自身の光増幅器に導かれる。ＳＯＡ増幅器は、一度に１つだけが作動状態にあり、選択された増幅器における波長を除く全ての波長が遮断されるように、構成される。選択された波長は増幅され、Ｎ×１合波デバイスを用いて低損失で出力導波路に結合される。
【００８４】
実用システムにおいて、ＳＯＡ機能、分波機能及び合波機能は個別のプレーナ型導波路基板を用いて実施される。上述したように、ＳＯＡ導波路アレイの受動プレーナ型導波路アレイへの位置合せにともなう難点は、それぞれを（ファイバピグテイルブロックによるようには）相互に直接接合できないことである。さらに、いずれの基板位置合せ方策も、ＳＯＡの高速電気的相互接続要件及び熱放散要件にも適合しなければならない。
【００８５】
図２３は２つの導波路の能動微細位置決めを行うために用いた実験装置５５８の立面図である。装置５５８は、検出器ユニット５６４及びＩＲ光源５６６に動作可能な態様で接続された、コンピュータのような、コントローラ５６２を備える。ＩＲ光源５６２は、コントローラ５６２に動作可能な態様で接続された、可動ステージ５６８によって支持される。図２１の集成プレーナ型導波路５００が、プレーナ型導波路５７４のアレイを有し、光源ユニット５７６が動作可能な態様でアレイのそれぞれの導波路に光結合された、第２の集成プレーナ型導波路５７２の直近に並べて装置５５８に配置される。第２の集成プレーナ型導波路５７２は、例えばＳＯＡアレイとすることができ、光源ユニット５７６は第３の集成プレーナ型導波路（図示せず）から光を受け取って増幅する、それぞれの導波路５７４のための光増幅器を有する。一例示実施形態において、第１の集成導波路５００及び第２の集成導波路５７２は共通の基板５８０に載せられ、導波路５０８の末端５１０が導波路５７４の光源５７６とは逆側の末端５７５と概略位置合せされている。導波路５０８の末端５０９は検出器ユニット５６４と光結合される。ＩＲ光源５６６は、ＩＲ波長の光ビーム２６を発生し、ステージ５６８によって可動であり、よって、図２１及び２２に関連して上で論じたように、集成導波路５００の選択領域にＩＲ光ビームを送ることができる。
【００８６】
本発明の能動微細位置決め方法は、導波路５０８及び５７４が、例えば、視認システムまたは位置決め構造に一体化された基準構造に対する１つないしさらに多くの特徴的チップ構造（例えば、精密に劈開またはエッチングされた、エッジ、メサ、トレンチまたはその他の構造）の運動学的位置合せを用いて、概略位置合せされるまでの、第１のプレーナ型導波路構造５００と第２のプレーナ型導波路構造５７２の互いに対する初期位置決め工程を含む。本方法は、次いで、光源ユニット５７６に導波路５７４の１つを通して光を送らせるための、コントローラ５６２により発生された起動信号Ｓ５７６によって光源ユニット５７６を起動する工程を含む。この光のいくらかまたはほとんどがプレーナ型導波路基板５０２の対応する導波路５０８に結合される。本方法は、次いで、検出器ユニット５６４を用いて導波路５０８を出てくる光の量（パワー）を測定する工程を含み、検出器ユニット５６４は検出された光量に対応する検出器信号Ｓ５６４をコントローラ５６２に送る。検出器ユニット５６４で測定された光量に基づいて、コントローラ５６２は、制御信号Ｓ５６８によって、ステージ５６８を移動させて位置を選択することでＩＲ光源５６６の位置を定める。
【００８７】
次に、コントローラ５６２は起動信号Ｓ５６６によってＩＲ光源５６６を起動してＩＲ波長光ビーム２６を発生させ、ＩＲ波長光ビーム２６は上述した態様で集成導波路５００を照射してマイクロバンプ４０を形成する。マイクロバンプは次いで、図２４に示されるように、ＩＲ透明プレーナ型導波路５０２を持ち上げる。
【００８８】
光吸収基板１２に局所化された熱（ＩＲ）エネルギーを与える、図９〜１１に関連して説明したような加熱素子の使用のような、その他の方法の内の１つを用い得ることに注意すべきである。
【００８９】
再位置決めされたプレーナ型導波路基板５０２は導波路５０８に結合される光パワーの量を変える。この変化は検出器ユニット５６４によって測定され、ＩＲ波長ビーム２６による反復照射によるマイクロバンプ高のその後の変化の指針を与えるために用いられる。本方法は結合パワーフィードバックが閾値または最大値に達するまで反復され、その時点でマイクロバンプ形成プロセスは終結される。本方法は、次いで、プレーナ型導波路基板５０２と光吸収基板１２の間の空隙に熱硬化接着剤５８０を注入する工程を含む。ＩＲ波長ビーム２６による追加のＩＲ加熱により、短時間の接着結合が得られる。従来と同様に、この接着剤は集成後のより長時間の熱硬化プロセスで完全に硬化させられる。本微細位置決め方法の利点は、比較的薄い接着剤層によって光コンポーネントが結合され、硬化後変位及びＣＴＥ誘起変形効果による位置ずれ量が最小限に抑えられることが保証されることである。
【００９０】
[マイクロバンプ微細位置決め装置をもつ集成光デバイス]
本発明の一例示実施形態は、マイクロバンプ微細位置決め装置を用いて形成された集成光デバイスを含む。図２５は導波路選択スイッチ（ＷＳＳ）の形態の集成光デバイス８００の形成途上の第１の構造６００の側面図である。構造６００は、上面６２２を有する伝熱性位置合せ基板６２０を支持する熱電冷却器（ＴＥＣ）６１０を有する。一例示実施形態において、位置合せ基板６２０はＡｌＮまたはＣｕＷで形成され、高速電気的相互接続金属被膜（図示せず）のアレイがあらかじめパターニングされている。
【００９１】
構造６００は、上面６３２及び対向する外縁６３４及び６３５を有するＳＯＡ基板６３０も有する。ＳＯＡ基板６３０は、上面６３２の上に形成され、外縁６３４から外縁６３５まで延びる、導波路６３６のアレイを有する。それぞれの導波路６３６は、注入電流によって電気的にポンピングされると光増幅器として作用する、能動区画６３８を有する。能動区画６３８は、能動区画６３８に供給されるバイアス電流をオン／オフすることによって、光スイッチとしても作用することができる。ＳＯＡ基板６３０は、例えば、ＳＯＡ基板を位置合せ基板金属被膜に電気的に接続する鑞材プリフォーム６４０を用いて、位置合せ基板６２０に固定される。
【００９２】
鑞材リフロー後、ＳＯＡ基板６３０の機能が、位置合せ基板６２０の直接電気的プロービングによるか、またはＳＯＡ基板と位置合せ基板電気的相互接続金属被膜の間のワイアボンディング接続形成後に、検証される。
【００９３】
ＳＯＡ機能が確認されると、薄い光吸収ガラス基板１２が、ＳＯＡ基板６３０の両側で位置合せ基板６２０の上面６２２に取り付けられる。光吸収ガラス基板１２は数多くの方法で基板に取り付けることができ、一例示実施形態においては、有機接着剤を含む薄い接着剤層６６０を用いて取り付けられ、接着剤層６６０の厚さは、例えば直径が一様な微小球または微小ロッドを用いて、制御される。
【００９４】
一例示実施形態において、光吸収ガラス基板１２の下面１５に鑞付可能な材料で金属被膜が施される。位置合せ基板が直接鑞付け可能でなければ、ＳＯＡ基板の鑞材接合領域との電気的相互接続を形成するために用いられるものと同じ金属被膜が、光吸収ガラス基板１２のための鑞材パッドを設けるために用いられる。本実施形態においては、鑞材プリフォームが光吸収ガラス基板１２と位置合せ基板６２０の間におかれ、リフロー作業中にガラス層が位置合せ基板上面６２２に接合される。一例示実施形態において、このリフロー作業は、ＳＯＡ基板６３０を位置合せ基板に、及び／または位置合せ基板をＴＥＣ６１０に接合するために用いられるリフローと同じである。別の例示実施形態において、光吸収ガラス基板１２は、位置合せ基板上面６２２に電界接合されるか、または位置合せ基板上面にガラスフリットの形態で与えられる。このフリットは次いで、第１の鑞材リフロー工程に先立つ焼成によるかまたは選択的レーザ加熱によって、固結させられる。
【００９５】
光吸収基板１２が位置合せ基板上面６２２に強固に取り付けられた後、それぞれの光吸収ガラス基板１２の上面１６に対するＳＯＡ基板６３０の高さを決定するための特性決定工程が行われる。距離Ｄ１は光吸収ガラス基板１２の上面１６とＳＯＡ基板６０３の上面６３２の間のオフセットを表す。距離Ｄ２は光吸収ガラス基板１２の上面１６とＳＯＡ基板の導波路６３６の中間の間のオフセットを表す。
【００９６】
オフセットＤ１は、例えば白色光干渉法または走査型レーザ共焦顕微法のような非接触法を用いて、サブミクロン精度で測定される。図２５には１つのオフセットＤ１しか示されていないが、一例示実施形態においては、Ｄ１に対する多くのオフセット測定が複数の位置でなされる。これらの測定値は、次いで、光吸収ガラス基板１２の上面１６及びＳＯＡ基板上面６３２に対する表平面を決定するために用いられる。
【００９７】
オフセットＤ２を正確に決定するためには別の測定が必要である。一例示的実施形態において、オフセットＤ２は、オーバークラッド厚のＳＥＭ特性測定によって直接的に、あるいはオーバークラッド被着中のプロセスフィードバック計測法を用いて間接的に、決定される。
【００９８】
図２５にも示されるように、集成プレーナ型導波路６８０は構造６００に一体化されることになる。集成プレーナ型導波路６８０は、下面６８４，前縁６８５及び、その上に導波路６８８が形成される、上面６８６を有する、導波路基板６８２を有する。図２５において下面６８４が上面６８６の上にある理由は、集成プレーナ型導波路６８０が実際には上下が反転されて集成微小光学品８００に組み込まれることを見越して、上下反転方向で示されているからである。
【００９９】
集成導波路６８０は、動作可能な態様で導波路基板６８２に取り付けられ、入力光ファイバ７００を有する、ピグテイルブロック６９０も有する。ピグテイルブロック６９０は導波路アレイを形成する様々な導波路６８８に入力光ファイバ７００を光結合するためにはたらく。オフセットＤ３は基板下面６８４と導波路６８８の中間の間で測定される。オフセットＤ３はオフセットＤ２と同様の態様で測定される。
【０１００】
図２６を参照すれば、オフセット測定値Ｄ１〜Ｄ３を用い、高さがＨ４０のマイクロバンプ４０が上述したマイクロバンプ形成法の１つを用いて光吸収ガラス基板１２上に形成される。マイクロバンプ４０は構造６００に集成プレーナ型導波路６８０を搭載する際の位置合せスタンドオフとしてはたらく。マイクロバンプ４０に必要な高さＨ４０は、測定されたオフセットから、Ｈ４０＝Ｄ１−Ｄ３−Ｄ２として計算される。
【０１０１】
例として、１５０〜１７０μｍ厚の代表的なＳＯＡアレイ基板６３０，２〜３μｍ厚の代表的な接着剤層６４０及び１２５〜１４５μｍ厚の代表的な光吸収ガラス基板１２を考えると、高さＨ４０は５〜４０μｍの範囲にあると考えられる。一例示実施形態において、厚さがＴ６３０のＳＯＡアレイ基板６３０及び厚さがＴ１２の光吸収ガラス基板１２に対し、最大所要マイクロバンプ高は、あらかじめ選択されたＩＲ吸収ガラス基板により、関係式：Ｔ１２〜Ｔ６３０−（Ｄ２＋Ｄ３）にしたがって減じることができる。
【０１０２】
図２７は完成した集成ＷＳＳ８００の簡略な側面図を示す。集成ＷＳＳ８００は、ＳＯＡ基板３０の両側に配置され、マイクロバンプ４０によって支持された、集成プレーナ型導波路６８０を有する。プレーナ型導波路基板６８２は熱硬化有機接着剤層８１０を介して光吸収基板上面１６（及びマイクロバンプ４０）に固着される。マイクロバンプ高Ｈ４０は導波路基板の導波路６８８がＳＯＡ導波路６３６と揃うように選ばれる。
【０１０３】
図２７の簡略な側面図においては、ＳＯＡ基板上面６３２が光吸収ガラス基板上面１６と平行であるとして示される。実際上、これが自動的におこることはない。したがって、一例示実施形態において、マイクロバンプ位置合せプロセスは、ＳＯＡ基板６３０とプレーナ型導波路基板６８２の間の傾きを補償する工程を含む。
【０１０４】
次に図２８を参照すれば、一例示実施形態においては、光吸収基板上面１６に三角形パターンの配置で３つのマイクロバンプ４０を形成することによって、そのような傾き補償が与えられる。それぞれのマイクロバンプ４０の高さＨ４０は、プレーナ型導波路基板６８２が３つのマイクロバンプの全ての上に載せられたときに、その上のプレーナ型導波路６８８が、３つのマイクロバンプ４０の頂点で定められる平面における単純な平行移動及び／または回転によって、ＳＯＡ導波路６３６に位置合せされ得るように、設定される。
【０１０５】
次いで、プレーナ型導波路基板６８２が三角形配置のマイクロバンプ４０上に載せられ、導波路６８８がＳＯＡアレイ導波路６３６と揃うように、平行移動及び回転される。一例示実施形態において、この位置合せプロセスは、トップサイド撮像によるような、位置フィードバックプロセスを用いて自動化される。
【０１０６】
別の例示実施形態において、導波路６３６と６８８の位置合せは能動光学フィードバックを用いて行われる。この場合、ＳＯＡ導波路６３６の内の１つにパワーが選択的に与えられ、プレーナ型導波路６８８に結合される光が光ファイバピグテイル６９０において検出器ヘッドまたは積分球を用いて測定される。一度に１つの外部搭載ＳＯＡ増幅器６３８を電気的に駆動することにより、導波路アレイ全体がどれだけよく位置合せされているかの測定値が得られ、平行移動／回転微細位置決めシステムへの即時フィードバックを与える。
【０１０７】
導波路アレイ６３６と６８８が位置合せされると。プレーナ型導波路基板６８２と光吸収ガラス基板１２の間の熱硬化接着剤層８１０が短時間の熱バーストを用いてある程度硬化される。比較的薄い熱硬化接着剤層により、導波路アレイの位置ずれを生じさせ得る硬化中の横方向変位が最小限に抑えられる。一例示実施形態において、接着剤層８１０を硬化させるための熱は、マイクロバンプ４０の形成に用いられた熱源と同じ熱源によるか、または光吸収ガラス基板１２の下面１５（図２を見よ）上に作成された薄膜ヒーター（図示せず）によって発生される。この接着剤半硬化により、さらに長い集成後熱硬化中にも基板が位置合せされた状態に維持されることが保証される。
【０１０８】
上述した集成ＷＳＳ８００にはその導波路側を下に向けて搭載されたプレーナ型導波路基板６８２が用いられている。この手法では、（例えばプレーナ型導波路ヒーターのために）プレーナ型導波路基板に必要とされる何らかの電気的相互接続が、フリップチップ鑞材ボール又はバンプ法を用いることで、なされることが想定されている。高さが４０μｍまでのバンプを形成するために１２５〜１４５μｍ厚の光吸収ガラス基板１２が用いられ得ることも想定されている。しかし、いくつかの用途では、プレーナ型導波路基板６８２がその導波路側を上向きにして搭載されることが望ましい。この手法により、プレーナ型導波路基板電気的相互接続をワイアボンディング相互接続で実施することが可能になる。
【０１０９】
図２９は、図２６に示された集成ＷＳＳと同様であるが、プレーナ型導波路基板６８２が「下向き」ではなく「上向き」で搭載される、集成ＷＳＳ８００の別の例示実施形態の略図である。この幾何学的配置に適合するため、集成ＷＳＳ８００は、ＳＯＡ基板を持ち上げるための、ＳＯＡ基板６３０と位置合せ基板６２０の間に配置されたＳＯＡポスト８５０をさらに有する。ＳＯＡポスト８５０により、プレーナ型導波路基板６８２の導波路６８８に対するＳＯＡ導波路６３６の低損失位置合せがなされ得るように、位置合せ基板６２０の十分上方にＳＯＡ基板６３０が配置される。ＳＯＡポスト８５０により、より厚い（例えば１〜２ｍｍ厚までの）光吸収ガラス基板１２の使用も可能になる。そのようなより厚い光吸収ガラス基板１２は薄い基板より大きなマイクロバンプ高を生じさせることができ、このことは、マイクロバンプ構造はプレーナ型導波路基板厚変動（一般に±５０μｍ）も補償しなければならないから、重要である。一例示的実施形態において、ＳＯＡポスト８５０は、伝熱性材料６４０（例えば鑞材）を用いるか、あるいは（例えば成形位置合せ基板または積層位置合せ基板を用いて）位置合せ基板構造にＳＯＡポスト８５０を一体化することによって、位置合せ基板６２０に取り付けられる。いずれの場合も、ＳＯＡポスト８５０の高さは、専用研磨治具において目標高さまでＳＯＡポスト８５０を研磨することによって、±２０μｍの範囲内で設定することができる。
【０１１０】
[微細位置決めプロセス例]
上述したプレーナ型導波路基板微細位置決め手法には、結合される導波路対について許容できる程度、例えばモードフィールド径が〜４μｍの導波路について±〜０.２μｍの、縦横位置ずれにマイクロバンプ高Ｈ４０を制御することが必要である。与えられた光吸収ガラス基板材料では（例えば組成一様性問題により）そのような精度のマイクロバンプ高制御ができない場合、別の例示実施形態において、機械的利点を強めるマイクロバンプの三角構成が用いられる。
【０１１１】
図３０は、マイクロバンプ４０の構成の一例示実施形態を示す光吸収基板上面１６の平面図である。図３０には方向を示すためのデカルト座標軸も含められ、Ｙ方向は紙面の外に向かう。基板１２は、最終的に集成ＷＳＳ８００のＳＯＡ基板６３０に隣接して配置されることになる第１の縁端１７及び第１の縁端１７の逆側の第２の縁端１８を有する。本構成は、距離ｐｘだけ隔てられ、それぞれが第１の基板縁端１７から距離ｓだけ離して配置された、２つのバンプ４０-１及び４０-２を有する。本構成は、基板縁端１７から距離ｐｚ＋ｓだけ離し、マイクロバンプ４０-１及び４０-２の中線上に配置された、もう１つのマイクロバンプ４０-３を有する。
【０１１２】
例示位置合せプロセスの第１の工程において、マイクロバンプ４０-１及び４０-２がそれぞれ選ばれた高さＨ１及びＨ２に形成される。図２９を参照すれば、プレーナ型導波路基板６８２が、ＳＯＡアレイ導波路６３６に平行な、ＳＯＡ基板縁端６３５に基板縁端１７を突き合せて、２つのマイクロバンプ４０-１及び４０-２の上に載せられる。この場合、プレーナ型導波路基板縁端６３５は導波路６３６の中心を通る仮想線に平行である。実用システムにおいて、プレーナ型導波路基板縁端６３６に対するＳＯＡ導波路６３６の縦横位置ずれの差が選ばれた許容度ｄＴ、例えばｄＴ〜０.２μｍ、より小さい限り、この平行条件からの多少の偏差は許容される。
【０１１３】
ＳＯＡアレイ導波路６３６の中心間距離がｄであれば、ｄ＝（Ｎ−１）ｐアレイであり、ここで、Ｎは導波路の本数、ｐアレイは導波路アレイピッチである（ｄは図３１に辺対辺距離と示され、これは中心間距離と同じである）。図３０のマイクロバンプ構成に本来的に備えられるレバーアームを利用すれば、マイクロバンプ高Ｈ１及びＨ２をそれぞれの目標位置から（ｄＴ）（ｐｚ）/２ｄまでは変えることができ、それでも縦横位置ずれをｄＴ未満に保つことができる。代表的なシステムについては、Ｎ＝８及びｐアレイ＝１００μｍである。バンプ間隔ｐｘ＝８μｍであれば、マイクロバンプ高Ｈ１及びＨ２を１.１４μｍまでは変えることができ、それでも縦横位置ずれを０.２μｍ未満に維持することができる。したがってこの構成によりシステムに対するマイクロバンプ高の精度要件が緩和される。
【０１１４】
バンプ高Ｈ１及びＨ２が設定されると、残るバンプ４０-３の高さＨ３が設定され、図３２に示されるように、導波路６８８がＳＯＡ基板導波路６３６と揃うように、プレーナ型導波路基板６８２が回転される。この場合、マイクロバンプ４０-１及び４０-２は支点としてはたらき、バンプ４０-３の１μｍ毎の上昇をプレーナ型道路基板導波路アレイ末端領域のｓ/ｐｚだけの下降に転換する。ｓ＝１ｍｍ及びｐｚ＝５ｍｍであれば、プレーナ型導波路基板縁端１７のｄＴ＝０.２μｍだけの垂直方向移動はマイクロバンプ高Ｈ３の１μｍの変化に対応する。
【０１１５】
この微調手法はマイクロバンプ高許容度を緩和する方向にあるが、同時に、必要となる最大マイクロバンプ高を一般に大きくする。図示される線に沿うマイクロバンプ位置の慎重な選択により、マイクロバンプ高分解能及び最大高における限界のバランスをとる方法が得られ、選択された光吸収ガラスの特性への最適な整合が得られる。
【０１１６】
本発明の精神及び範囲を逸脱することなく本発明に様々な改変及び変形がなされ得ることが当業者には明らかであろう。したがって、本発明の改変及び変形が添付される特許請求項及びそれらの等価物の範囲内に入れば、本発明はそのような改変及び変形を包含すると目される。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】微細位置決めのために用いられるマイクロバンプを形成する方法の一例示実施形態において、光ビームで照射されている光吸収ガラス基板の斜視図である
【図２】ガラス基板の局所加熱領域にともなうガラス膨張域の形成を示し、光ビームに対する基板の移動に適合された可動支持ステージに保持されている基板も示す、図１の線２-２に沿ってとられた図１の基板の断面図である
【図３】図２に示される膨張域におけるガラスの膨張によるマイクロバンプの形成を示す、図２に示されるように照射された後の図１の基板の断面図である
【図４Ａ】ＣｕドープＩＲ吸収「パイレックス」ガラスに形成されたマイクロバンプについてのマイクロバンプ高（μｍ）対光ビームショット数のグラフであり、光ビームは８１０ｎｍレーザ発光を用いて形成された
【図４Ｂ】等強度光パルスの形態でマイクロバンプに熱を加えることによってどのようにマイクロバンプ高を大きくすることができるかを示す、マイクロバンプ高（μｍ）対既製マイクロバンプ加熱に用いられた光ビームのショット数のグラフである
【図５】３.６Ｗの単光パルスを発するレーザで生成された集束ＩＲ波長光ビームを用いて形成された４つの相異なるマイクロバンプについてのマイクロバンプ高（μｍ）対位置（μｍ）のグラフである
【図６】局所的に加熱されると基板表面にマイクロバンプが形成されるように配置された、光吸収ベース基板、有機接着剤層及び薄い光吸収ガラス層を有する積層光吸収基板の一例示実施形態の簡略な側面図である
【図７】局所的に加熱されてマイクロバンプが形成された後の図６の積層光吸収基板の簡略な側面図である。
【図８】光ビームの裏面照射による基板の局所加熱の別の例示実施形態を示す、図６の積層光吸収基板の簡略な側面図である
【図９】基板表面と熱接触している加熱素子を有する装置を用いて基板に熱を印加することによりマイクロバンプを形成するための基板の局所加熱の一例示実施形態を示す光吸収基板の斜視図である。
【図１０】基板表面上の加熱素子による局所加熱によっておこった基板内のガラス膨張域の形成を示す、線１０-１０に沿ってとられた図９の基板の断面図である
【図１１】ガラス膨張域における局所ガラス膨張による加熱素子の下のマイクロバンプの形成を示す、図１０の基板の断面図である
【図１２】図１１に示されるように形成されたマイクロバンプについての測定されたマイクロバンプ高（μｍ）対加熱素子に沿う位置のグラフである
【図１３】光ファイバの下の基板にマイクロバンプを形成することにより光ファイバを微細位置決めする一例示方法における工程を示す、端面から見た、光ファイバを支持する光吸収基板の側面図である
【図１４】光ファイバの直下で基板に形成されたマイクロバンプを、光ファイバによる光ビームの偏向によって光ファイバの両側に形成された副マイクロバンプとともに示し、光ファイバを所定の位置に保持している支持部材も示す、図１３の基板及びファイバの側面図である
【図１５】光ファイバの一部をその長さに沿って支持するＶ溝が形成されている光吸収基板の側面図である
【図１６】光ファイバをＶ溝内で微細位置決めするために、光ファイバの側面を通して表面を照射することによってどのようにＶ溝の一方の表面が局所的に加熱されてＶ溝にマイクロバンプが形成されるかを示す、図１５の基板の側面図である
【図１７】Ｖ溝内で光ファイバを微細位置決めするための２つのマイクロバンプの形成を示す、図１６の基板の側面図である
【図１８】溝が形成され、溝の一端において接着剤ビードによりカンチレバー態様で光ファイバの一部が溝内に支持される、光吸収基板の平面図である
【図１９】光ファイバの自由端を偏向によって微細位置決めするために溝壁の一方にマイクロバンプが形成されている、図１８の光吸収基板及び光ファイバの平面図である
【図２０】光ファイバの自由端をさらに微細位置決めするために第１のマイクロバンプに対向する壁に第２のマイクロバンプが形成されている、図１９の光吸収基板及び光ファイバの平面図である
【図２１】プレーナ型導波路基板を微細位置決めするプロセスの一部として光吸収基板を局所的に加熱するためにどのように光吸収基板が透明基板を通して照射されるかを示す、支持部材としての光吸収基板の上面に配置された透明プレーナ型導波路基板を有する集成プレーナ型導波路を簡略な側面図である
【図２２】マイクロバンプがプレーナ型導波路基板を微細位置決めするためにはたらく、下側の光吸収基板の局所加熱により基板に形成されたマイクロバンプを示す、図２１の集成プレーナ型導波路の簡略な側面図である、
【図２３】第２の集成プレーナ型導波路とインターフェースされている図２１の集成プレーナ型導波路の、２つの集成プレーナ型導波路を能動的に微細位置決めするために用いられる一例示装置に集成プレーナ型導波路のいずれもが配置されている、略図である
【図２４】２つの集成プレーナ型導波路の能動微細位置決め方法の一部としてのマイクロバンプの形成を示す、図２３の装置の略図である
【図２５】第１及び第２の集成プレーナ型導波路の中央ＳＯＡへの微細位置決めに関する３つの相異なるオフセットを示す、導波路選択スイッチ（ＷＳＳ）の形態の集成光デバイスを作成するプロセスにおいて形成された構造の一例示実施形態の簡略な側面図である
【図２６】ＳＯＡに対して集成プレーナ型導波路を微細位置決めするためにＳＯＡの両側の第１及び第２の光吸収基板上に形成されたマイクロバンプをさらに有する、図２５と同じ簡略な側面図である
【図２７】図２６と同じであるが、ＳＯＡの両側のマイクロバンプに固着され、マイクロバンプによりＳＯＡに対して微細位置合せされた、集成プレーナ型導波路をさらに示す簡略な側面図である
【図２８】ＳＯＡに対して集成プレーナ型導波路を効率的に微細位置合せするに適するマイクロバンプ構成を示す、図２７の集成ＷＳＳの光吸収基板の１つの斜視図である
【図２９】図２７の集成ＷＳＳと同様であるが、それぞれの集成プレーナ型導波路のそれぞれの導波路が「下向き」ではなく「上向き」に配置されている、集成ＷＳＳの一例示実施形態の簡略な側面図である
【図３０】ＳＯＡに対して集成プレーナ型導波路を微細位置決めするための一例示マイクロバンプ構成を示す、図２７の集成ＷＳＳの光吸収基板の平面図である
【図３１】集成プレーナ型導波路を、その導波路をＳＯＡ導波路に直交する方向に向けて、マイクロバンプ上に配置する工程を示す、図３０の平面図と同様の平面図である
【図３２】図３０の平面図と同様であるが、集成プレーナ型導波路がＳＯＡ導波路と位置合せされて光結合されるように微細位置決めされて、集成プレーナ型導波路がマイクロバンプ上の最終位置に回転されている、平面図である
【符号の説明】
【０１１８】
１２    モノリシック光吸収基板
２４    可動支持ステージ
２６    光ビーム
２８    ビームスポット
３０    膨張域
４０    マイクロバンプ
１００    積層光吸収基板
１０４    ベース基板
１０８    有機接着剤層
１１２    光吸収ガラス層
【図１】
2009528572.tif 000003
【図２】
2009528572.tif 000004
【図３】
2009528572.tif 000005
【図４Ａ】
2009528572.tif 000006
【図４Ｂ】
2009528572.tif 000007
【図５】
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【図６】
2009528572.tif 000009
【図７】
2009528572.tif 000010
【図８】
2009528572.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【国際調査報告】
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