(57)【要約】【課題】デバイスを光学的に結合する光バンプに関する装置及び方法を提供すること。【解決手段】一形態による装置は第１デバイス、第２デバイス及び少なくとも１つの光バンプを含む。第１デバイスは、少なくとも１つの第１の光学的にアクティブな領域を含む第１面を有する。第２デバイスは、少なくとも１つの第１の光学的にアクティブな領域と離間され対向する位置関係に設けられた、少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域を含む第２面を有する。第１面は第２面と或る距離を隔てている。少なくとも１つの光バンプは、第１の光学的にアクティブな領域及び第２の光学的にアクティブな領域の間で第１面に結合される。少なくとも１つの光バンプは第１面及び第２面間の距離より短い高さを有する。少なくとも１つの光バンプは少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域及び少なくとも１つの第１の光学的にアクティブな領域の間で光を結合するよう構成される。【選択図】図３
2006259730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの第１の光学的にアクティブな領域を含む第１面を有する第１デバイスと、
前記少なくとも１つの第１の光学的にアクティブな領域と離間され対向する位置関係に設けられた、少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域を含む第２面を有する第２デバイスであって、前記第１面は前記第２面と或る距離を隔てているところの第２デバイスと、
前記第１の光学的にアクティブな領域及び前記第２の光学的にアクティブな領域の間で前記第１面に結合された少なくとも１つの光バンプと、
を有し、前記少なくとも１つの光バンプは前記第１面及び前記第２面間の距離より短い高さを有し、前記少なくとも１つの光バンプは前記少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域及び前記少なくとも１つの第１の光学的にアクティブな領域の間で光を結合するよう構成される
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記第１デバイスがフォトダイオードを含み、
前記第２デバイスがレーザ又は発光ダイオードを含む
ことを特徴とする請求項l１記載の装置。
【請求項３】
前記第２デバイスが、前記少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域からの光を伝送するように構成され、
前記少なくとも１つの光バンプは、前記第２デバイスから出力された光を前記少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域を介して受信し、前記第１の光学的にアクティブな領域を通じて前記光を前記第１デバイスに伝達するように構成される
ことを特徴とする請求項l１記載の装置。
【請求項４】
前記第２面及び前記少なくとも１つの光バンプの間に結合されたゲルを更に有する
ことを特徴とする請求項l１記載の装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの光バンプの少なくとも一部をカバーするクラッディング材料で形成されたクラッディング層を更に有する
ことを特徴とする請求項l１記載の装置。
【請求項６】
前記第２デバイスは、少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域からの光を伝送するよう構成され、
前記第１デバイスは、前記少なくとも１つの第１の光学的にアクティブな領域に光学的に整合したミラーと、前記ミラーに光学的に整合させられ且つ光伝送を支援するよう構成されたウエーブガイドとを有し、
前記少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域から送信され且つ前記第１の光学的にアクティブな領域を通じて前記第１デバイスに結合される前記光は、前記ミラーで反射され、前記ウエーブガイドに結合される
ことを特徴とする請求項l１記載の装置。
【請求項７】
少なくとも１つの第１の光学的にアクティブな領域を含む第１面を有する第１デバイスと、
前記第１デバイスに電気的に結合されるよう構成された第２デバイスであって、前記少なくとも１つの第１の光学的にアクティブな領域と離間され対向する位置関係に設けられた、少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域を含む第２面を有する第２デバイスと、
前記第１の光学的にアクティブな領域及び前記第２の光学的にアクティブな領域の間で前記第１面に結合された少なくとも１つの光バンプと、
を有し、前記少なくとも１つの光バンプは前記第１面から前記第２面に伸び、前記少なくとも１つの光バンプは、剛直であり、前記少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域及び前記少なくとも１つの第１の光学的にアクティブな領域の間で光を結合するように構成され且つ前記第１デバイスが前記第２デバイスに電気的に結合される場合に前記第１面及び前記第２面間で支えとして機能するように構成される
ことを特徴とする装置。
【請求項８】
前記第２面が前記第１面と近似的に平行になるように、前記少なくとも１つの光バンプは前記第２デバイスを前記第１デバイスから隔てるように構成される
ことを特徴とする請求項l７記載の装置。
【請求項９】
第１デバイスの第１面の第１の光学的にアクティブな領域の中に、第２デバイスの第２面の第２の光学的にアクティブな領域からの光を結合するよう構成される光バンプであって、前記第１面は前記第２面から或る距離を隔てて設けられ、当該光バンプは、
前記第１の光学的にアクティブな領域に隣接する前記第１面に構築された光学材料より成り、前記光学材料は、前記第１面から離れるように伸び、前記第１面及び前記第２面間の距離より短い高さを有する
ことを特徴とする光バンプ。
【請求項１０】
光学的にアクティブな領域を含む表面を有するデバイスに光バンプを形成する方法であって、
硬化性の液体を用意するステップと、
前記光学的にアクティブな領域に隣接する前記表面の或る領域を前記硬化性の液体でコーティングするステップと、
前記液体の一部を硬化させ、前記液体の硬化した部分と前記液体の未硬化の部分とを形成するステップと、
前記液体の前記未硬化の部分を除去し、前記液体の硬化した部分を露出させるステップと、
前記液体の硬化した部分を研磨するステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記硬化させるステップが、前記液体の一部を化学線放射に晒すステップを有する
ことを特徴とする請求項l１０記載の方法。
【請求項１２】
硬化及び除去を行うステップが、
前記液体を部分的に硬化させるステップと、
部分的に硬化した液体の一部を更に硬化させ、前記液体の硬化した部分と前記液体の未硬化の部分とを形成するステップと、
前記液体の前記未硬化の部分を除去し、前記液体の硬化した部分を露出させるステップと、
前記液体の硬化した部分について更なる硬化処理を実行するステップと、
を含むことを特徴とする請求項l１０記載の方法。
【請求項１３】
第１の光学的にアクティブな領域を含む第１面を有する第１デバイス及び第２の光学的にアクティブな領域を含む第２面を有する第２デバイスの間に光インターフェースを形成する方法であって、
硬化性の液体を用意するステップと、
前記第１の光学的にアクティブな領域に隣接する前記第１面の或る領域を前記硬化性の液体でコーティングするステップと、
前記液体の一部を硬化させ、前記液体の硬化した部分と未硬化の部分とを形成するステップと、
前記液体の前記未硬化の部分を除去し、前記液体の硬化した部分を露出させるステップと、
前記液体の硬化した部分を研磨し、光バンプを形成するステップと、
前記第１の光学的にアクティブな領域が、前記第２の光学的にアクティブな領域と離間され対向する位置関係になるように、前記第１デバイス及び前記第２デバイスを位置決めするステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記硬化させるステップが、前記液体の一部を化学線放射に晒すステップを有する
ことを特徴とする請求項l１３記載の方法。
【請求項１５】
前記硬化させるステップが、前記第１の光学的にアクティブな領域から出力された化学線放射に前記液体の一部を晒すステップを含む
ことを特徴とする請求項l１３記載の方法。
【請求項１６】
前記第２面及び前記光バンプの間にゲルを加えるステップを更に有する
ことを特徴とする請求項l１３記載の方法。
【請求項１７】
クラッディング材料を用意するステップと、
研磨するステップの後で、前記光バンプの少なくとも一部を前記クラッディング材料のコーティングでカバーするステップと、
を有することを特徴とする請求項l１３記載の方法。
【請求項１８】
前記光バンプを前記第２面に接続するステップを更に有する
ことを特徴とする請求項l１３記載の方法。
【請求項１９】
前記第１面及び前記第２面の間にアンダーフィルを加えるステップを更に有する
ことを特徴とする請求項l１３記載の方法。
【請求項２０】
硬化及び除去を行うステップが、
前記液体を部分的に硬化させるステップと、
部分的に硬化した液体の一部を更に硬化させ、前記液体の硬化した部分と前記液体の未硬化の部分とを形成するステップと、
前記液体の前記未硬化の部分を除去し、前記液体の硬化した部分を露出させるステップと、
前記液体の硬化した部分について更なる硬化処理を実行するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に半導体装置を相互接続する技術分野に関する。特に本発明は光電子素子を光学的に結合するための装置及び方法に関連する。
【背景技術】
【０００２】
音声及びデータ信号の高速データ転送を処理することができるネットワークの進展は光ネットワークの必要性を生み出した。情報は非常に長距離にわたって光学的に伝送可能であるが、光ネットワークの光学的部分と電子素子及び光電子素子とのインターフェースをとる必要もある。例えば光ネットワークは光線（光ビーム）を強めるための増幅器と、信号をルーティングするためのスイッチと、ネットワークの何れかの端部での電気及び光信号間の変換部とを含む。光素子、電気光学素子及び電子素子を含む装置によってこれらの機能は実行される。
【０００３】
電子素子を利用する場合には、光素子及び電気光学素子をチップ状配列に並べることが有利であり、その配列は素子間の光学的及び電気的な相互接続を支援する。より具体的には光学素子及び／又は光電子素子（例えば、光電子集積回路（OEIC:  optoelectronic  integrated  circuits））のチップ状配列は、或る光学素子若しくは電気光学素子又はチップと別のチップとを半導体パッケージレベルで（即ち、第１のチップから第２のチップへ）、及び回路基板レベルで（即ち、或るチップから基板へ）光学的に結合することを含む。
【０００４】
集積回路チップ（ＩＣ又はチップ）の光学的な相互接続について多数の方法が提案されている。これらの各方法は、素子間の光ビームの整合性に関する問題、及び／又は光ビーム伝搬損失に関する問題を有する。これらの方法に関する更なる問題は、その方法に伴うコスト及びその方法に関連する製造非容易性を含む。提案済みの方法を大量の光ビームに適応させるようにスケール変更しようとする場合には別の問題も生じる。
【０００５】
例えば２つの光学素子間の光信号通信は第1の相補型金属酸化物半導体（CMOS）チップを用いて電気信号を光信号に先ず電光（EO）変換することによって行われ、CMOSチップは光源として機能する縦型空洞面発光レーザ（VCSEL）チップに結合されている。その結果の光ビームはVCSELチップからフォトディテクタ（PD）に結合され、別のチップ内に収容される。PDは受信した光信号の光電（OE）変換を実行し、第２のCMOSチップに伝送される電気信号をもたらす。
【０００６】
図１の縦断面図に示されるICパッケージ１０を参照するに、電気光学チップ１２は基板１４上に設けられ、チップはボールグリッドアレイ（BGA）１６を用いて基板に結合され且つ離間されている（ボールグリッドアレイのはんだバンプの内の唯1つが図示されている。）。チップ内の発光素子は基板内にあるミラー（鏡）１８に合わせられている。信号は介在する材料なしにチップ及び基板間で光ビームで光学的に伝送され、即ちチップ及び基板間の光学的な相互接続は自由空間（空気）を介している。チップ及び基板間でビームを案内するものは何もないので、そのような光結合法は光損失の影響を受けやすく、光損失の多くは素子の不整合（ミスアライメント）及び光線の発散に起因する。
【０００７】
２つの光電子集積回路（OEIC）１２が互いに接続されている場合、別個のVCSELチップ及び／又はPDによるOE変換及び／又はEO変換なしに、一方のチップから他方のチップへ光信号は直接的に伝わる。チップ１２が基板１４に結合される場合、基板には一般に少なくとも１つのミラー１８及びウエーブガイド２２が備わり、それらは基板内の地点から地点への光信号の伝搬を支援するよう連合する。光信号の基板内での伝送距離はチップ及び基板間の光結合距離（例えば、約１００マイクロメートル（μｍ））よりも非常に長い距離（例えば、約１００ミリメートル（ｍｍ））にすることができる。
【０００８】
光学的に結合されるチップ１２及び基板１４の実装（パッケージング）法は、ある意味では、CMOSチップのような電子チップの基板への従来のフリップチップ実装に類似し、その実装は一般的にはBGA１６を用いて行われる。
【０００９】
２つの光学素子１２，１４間の光インターフェースはおそらくは電気的接続部１６と併存し、その理由は全ての上述の素子は光信号入力及び出力に加えて電気入力及び出力を必要とするからである。電気接続部は一般的なハンダバンプ、プルアップハンダピラー又は導電性接着剤（図示せず）とすることができる。この種の全ての電気接続部は約８０μｍ乃至約１２００μｍの高さにある。
【００１０】
デバイス１２，１４間の電気接続部１６の高さに起因して、一方の素子１２から出力された光ビーム２０の幅は、その光ビームが他方の素子１４で受信される前に増える。例えばVCSELチップの場合に、チップの出力での光ビーム幅は約２０μｍであり、光ビームの発散角は約９°乃至約１５°の範囲内にあり得る。従ってビームを出力する素子１２及びビームを受ける素子１４間の距離が長くなるほど、ビームが受信される場合のビーム幅は広くなる。
【００１１】
上記の例に関し、デバイス間の距離（デバイス間のハンダ接続部１６の高さX（１つしか図示されていない））が約４０μｍより長い場合に、VCSELチップから出力された光ビーム２０はそのビームが他方の素子で受信される地点で３０μｍより広い直径に発散し得ることが予測される。図１に示されるように、基板１４に含まれるミラー１８の横断面領域よりもビーム幅Wが広くなると、基板内のミラー及びウエーブガイド２２はもはやチップ１２から出力された光の全てを受けることはできない。従って図１に示されるシステムでは光信号の損失が生じてしまうおそれがある。
【００１２】
更に図２の縦断面図を参照するに、ビーム２０の発散に起因する光損失を減らすため、例えばチップ及び基板であるデバイス１２，１４間の光インターフェース２４内にマイクロレンズ２６（１つのレンズしか図示されていない）が導入され、ビームをコリメートする又は収束させようとする。このマイクロレンズは有益である、なぜなら２つのデバイス間に僅かなズレが生じた場合でもそれらを利用してビームの焦点を自己調整できるからである。しかしながらマイクロレンズは費用が嵩むこと、それらは他の素子と精密に整合する必要があること、それらは付加的な光損失を招く後方反射性を特有に有すること等の点で問題である。
【００１３】
自由空間伝送構成は構築するのに簡易且つ経済的であるので、２つの光素子１２，１４間の光信号について自由空間伝送を行うことは一般的である。しかしながら２素子間に物理的接続部は一切ないので、２素子の間で水分及び／又はゴミ粒子が付くと、自由空間光インターフェース２４の安定性及び信頼性は落ちるかもしれない。
【００１４】
ビーム２０の発散及び水分やゴミの蓄積に起因する光損失を減らすため、光ポリマ材料が素子１２，１４間に接続され、そのポリマ材料は素子間の光伝送経路（即ち、ウエーブガイド）として機能する。しかしながらポリマ材料は硬化するとバンプ又は球状にしばしば固まる。ポリマ材料は硬化プロセスが完了した後は堅く、ポリマ材料は双方のデバイスに接続されるので、デバイス間のインターフェースは作り直せない。
【００１５】
チップ１２及び基板１４間のインターフェース２４の手直しが望まれるのは、何れのデバイスも１００％の歩留まりではないからである。場合によっては何れのデバイスも或いは２つのデバイスの組み合わせが、例えばハンダで物理的に共に結合される前にテストできないかもしれない。既知の良好なダイを利用する場合でさえ、２素子間の光インターフェースは依然として手直しを必要とし、その理由は組み立ての歩留まりが必ずしも１００％ではないからである。更に変形（クリーピング）やつぶれに起因してポリマ材料の形状は時間と共に変化することがあり、デバイスの双方に物理的に接続されるポリマ材料を利用することに付随する問題を更に招く。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従って次のような性質を有する光結合インターフェース及び関連する方法を得ることが望ましい：（１）既存の相互接続技術と両立可能であること、（２）最小の光信号損失しか生じないこと、（３）信頼性が高いこと、（４）手直し可能であること、（５）比較的高価でないこと、（６）大規模な処理を要しないこと、（７）素子間の光学経路内に水分及び／又は粒子が蓄積されるのを防ぐこと、及び（８）マイクロレンズを必要とせずに、多くの光ビーム２０を伝送する装置用にスケール変更可能であることである。本発明はこれらの必要性の少なくとも１つを満たす。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明による形態は光学素子又は電気光学素子間で光相互接続を行う光相互接続部及び方法をもたらし、その光相互接続部等は、既存の相互接続技術と両立可能であり、光信号損失を最小化し、高い信頼性を有し、手直しが可能であって比較的高価でなく、大規模な素子処理工程を必要とせず、素子間の光学経路内に水分及び／又は粒子が蓄積されるのを防ぎ、複数の光ビームを伝送する装置用にスケール変更可能である。
【００１８】
本発明の一形態で使用される装置は第１デバイス、第２デバイス及び少なくとも１つの光バンプを含む。第１デバイスは、少なくとも１つの第１の光学的にアクティブな領域を含む第１面を有する。第２デバイスは、少なくとも１つの第１の光学的にアクティブな領域と離間され対向する位置関係に設けられた、少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域を含む第２面を有する。第１面は第２面と或る距離を隔てている。少なくとも１つの光バンプは、第１の光学的にアクティブな領域及び第２の光学的にアクティブな領域の間で第１面に結合される。少なくとも１つの光バンプは第１面及び第２面間の距離より短い高さを有する。少なくとも１つの光バンプは少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域及び少なくとも１つの第１の光学的にアクティブな領域の間で光を結合するよう構成される。
【００１９】
本発明の別の形態では、第１デバイスがフォトダイオードを含み、第２デバイスがレーザ又は発光ダイオードを含む。また、第１面及び第２面が互いに近似的に平行に向き、第１面及び第２面間の距離が約１０μｍ乃至約１５０μｍの範囲内にある。更に、第２デバイスが、少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域からの光を伝送するように構成され、少なくとも１つの光バンプは、第２デバイスから出力された光を少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域を介して受信し、第１の光学的にアクティブな領域を通じて光を第１デバイスに伝達するように構成されてもよい。また、本装置は第１デバイス及び第２デバイス双方に接する少なくとも１つのハンダバンプを更に有してもよい。
【００２０】
本発明の別の形態では、本装置は第２面及び少なくとも１つの光バンプの間に結合されたゲルを更に有する。ゲルは屈折率マッチング液でもよい。更に、第２デバイスが、少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域から光を発するよう構成され、少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域が少なくとも１つの第１の光学的にアクティブな領域に整合していなかった場合に、少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域から送信された光を少なくとも１つの光バンプに結合するようにゲルが用意されてもよい。
【００２１】
本発明の別の形態では、本装置は少なくとも１つの光バンプの少なくとも一部をカバーするクラッディング材料で形成されたクラッディング層を更に有する。クラッディング材料は光グレードポリマでもよい。更に本装置は第１面及び第２面の間に設けられたアンダーフィルを更に有してもよく、クラッディング層はアンダーフィルが少なくとも１つの光バンプに接触することを防ぐ。更に少なくとも１つの光バンプは、ポリウレタン、ポリカーボネート、アクリル酸ポリマ、ビニルポリマ、熱硬化性ポリマ、感光性ポリマ及び色退性ポリマよりなる群から選択された硬化性ポリマで形成されてもよい。
【００２２】
本発明の別の形態では、第２デバイスは、少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域からの光を伝送するよう構成される。第１デバイスは、少なくとも１つの第１の光学的にアクティブな領域に光学的に整合したミラーと、ミラーに光学的に整合させられ且つ光伝送を支援するよう構成されたウエーブガイドとを有する。少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域から送信され且つ第１の光学的にアクティブな領域を通じて第１デバイスに結合される光は、ミラーで反射され、ウエーブガイドに結合される。
【００２３】
本発明の更に別の形態による装置は第１デバイス、第２デバイス及び少なくとも１つの光バンプを含む。第１デバイスは少なくとも１つの第１の光学的にアクティブな領域を含む第１面を有する。第２デバイスは第１デバイスに電気的に結合されるよう構成される。第２デバイスは、少なくとも１つの第１の光学的にアクティブな領域と離間され対向する位置関係に設けられた、少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域を含む第２面を有する。少なくとも１つの光バンプは、第１の光学的にアクティブな領域及び第２の光学的にアクティブな領域の間で第１面に結合される。少なくとも１つの光バンプは第１面から第２面に伸び、少なくとも１つの光バンプは、剛直であり、少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域及び少なくとも１つの第１の光学的にアクティブな領域の間で光を結合するように構成され且つ第１デバイスが第２デバイスに電気的に結合される場合に第１面及び第２面間で支えとして機能するように構成される。
【００２４】
本発明の別の形態では、第２面が第１面と近似的に平行になるように、少なくとも１つの光バンプは第２デバイスを第１デバイスから隔てるように構成される。また、本装置は  第１デバイスを第２デバイスに電気的に結合する少なくとも１つのハンダバンプを更に有する。
【００２５】
本発明の更に別の形態による光バンプは、第１デバイスの第１面の第１の光学的にアクティブな領域の中に、第２デバイスの第２面の第２の光学的にアクティブな領域からの光を結合するよう構成される。第１面は第２面から或る距離を隔てて設けられる。当該光バンプは、第１の光学的にアクティブな領域に隣接する第１面に構築された光学材料より成り、光学材料は、第１面から離れるように伸び、第１面及び第２面間の距離より短い高さを有する。
【００２６】
本発明の別の形態では光学材料が光ポリマである。また、光ポリマは、ポリウレタン、ポリカーボネート、アクリル酸ポリマ、ビニルポリマ、熱硬化性ポリマ、感光性ポリマ及び色退性ポリマよりなる群から選択されたものでもよい。更に、光学材料は、円形、楕円形、正方形及び長方形よりなる群から選択された横断面形状を有するように構成されてもよい。
【００２７】
本発明の更に別の形態により提供される方法は、光学的にアクティブな領域を含む表面を有するデバイスに光バンプを形成する。本方法は、硬化性の液体を用意するステップと、光学的にアクティブな領域に隣接する表面の或る領域を硬化性の液体でコーティングするステップと、液体の一部を硬化させ、液体の硬化した部分と液体の未硬化の部分とを形成するステップと、液体の未硬化の部分を除去し、液体の硬化した部分を露出させるステップと、液体の硬化した部分を研磨するステップとを有する。
【００２８】
本発明の別の形態では、硬化させるステップが、液体の一部を約２０℃乃至約２００℃の範囲内の温度に加熱するステップを有する。また、硬化させるステップが、液体の一部を化学線放射に晒すステップを有してもよい。更に、液体は、色退性ポリマ又は感光性ポリマを含んでもよい。
【００２９】
本発明の更に別の形態では、硬化及び除去を行うステップが、液体を部分的に硬化させるステップと、部分的に硬化した液体の一部を更に硬化させ、液体の硬化した部分と液体の未硬化の部分とを形成するステップと、液体の未硬化の部分を除去し、液体の硬化した部分を露出させるステップと、液体の硬化した部分について更なる硬化処理を実行するステップとを含む。また、部分的に硬化させるステップが、液体を約８０℃乃至約１００℃の範囲内の温度で加熱するステップを含む。
【００３０】
本発明の更に別の形態により提供される方法は、第１の光学的にアクティブな領域を含む第１面を有する第１デバイス及び第２の光学的にアクティブな領域を含む第２面を有する第２デバイスの間に光インターフェースを形成する。本方法は、硬化性の液体を用意するステップと、第１の光学的にアクティブな領域に隣接する第１面の或る領域を硬化性の液体でコーティングするステップと、液体の一部を硬化させ、液体の硬化した部分と未硬化の部分とを形成するステップと、液体の未硬化の部分を除去し、液体の硬化した部分を露出させるステップと、液体の硬化した部分を研磨し、光バンプを形成するステップと、  第１の光学的にアクティブな領域が、第２の光学的にアクティブな領域と離間され対向する位置関係になるように、第１デバイス及び第２デバイスを位置決めするステップとを有する。
【００３１】
本発明の更に別の形態では、硬化させるステップが、第１の光学的にアクティブな領域から出力された化学線放射に液体の一部を晒すステップを含む。また、本方法は第２面及び光バンプの間にゲルを加えるステップを更に有してもよい。更に、本方法は、クラッディング材料を用意するステップと、研磨するステップの後で、光バンプの少なくとも一部をクラッディング材料のコーティングでカバーするステップとを有してもよい。更に本方法は光バンプを第２面に接続するステップを更に有してもよい。また、本方法は第１面及び第２面の間にアンダーフィルを加えるステップを更に有してもよい。
【００３２】
様々な付随的な手段及び特徴と共にこれらの特徴は、以下の詳細な説明により当業者に更に明瞭になり、本発明に関する光結合構造及びそれらの構造を製造する方法により得られ、本発明の好適実施例は単なる例として添付図面に関連して説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明に関する上記の形態及び付随する利益は添付図面に関連する以下の詳細な説明を参照することで更に明白になるであろう。
【００３４】
図１は２素子間の従来の自由空間光伝送経路の概略断面図を示す。
【００３５】
図２は２素子間の光伝送経路内に設けられた従来のマイクロレンズを備えた図１の光学的に結合された２素子の概略断面図を示す。
【００３６】
図３は基板の上面に結合された本発明による光バンプの概略断面図を示す。
【００３７】
図４は基板の上面に結合された本発明による光バンプを備えた基板にチップが結合されている様子を示す概略断面図であり、光バンプは基板の上面から上方に伸びるが、基板の上面とチップの底面との間の離間された全長の一部までしか伸びていない。
【００３８】
図５は基板の上面に結合された本発明による光バンプを備えた基板にチップが結合されている様子を示す概略断面図であり、光バンプは基板の上面から上方に伸び、基板の上面とチップの底面との間の離間された全長の大部分に伸びている。
【００３９】
図６は基板の上面に結合された本発明による光バンプを備えた基板にチップが結合されている様子を示す概略断面図であり、３つの光バンプが基板の上面から上方に伸び、基板の上面とチップの底面との間の離間された全長を網羅している。
【００４０】
図７は本発明による光バンプの概略断面図であり、光バンプはクラッディング材料で被膜され且つ基板の上面に結合されている。
【００４１】
図８は基板の上面に結合された本発明による光バンプを備えた基板にチップが結合されている様子を示す概略断面図であり、光バンプが基板の上面から上方に伸び、基板の上面とチップの底面との間の離間された全長の大部分に伸び、光バンプはクラッディング材料で被膜され、基板及びチップの間にアンダーフィル材料が設けられている。
【００４２】
図９は基板の上面に結合された本発明による光バンプを備えた基板にチップが結合されている様子を示す概略断面図であり、光バンプが基板の上面から上方に伸び、基板の上面とチップの底面との間の離間された全長の大部分に伸び、チップの底面と光バンプの間にゲルが設けられている。
【００４３】
図１０は基板の上面に結合された本発明による光バンプを備えた基板にチップが結合されている様子を示す概略断面図であり、光バンプが基板の上面から上方に伸び、基板の上面とチップの底面との間の離間された全長の大部分に伸び、チップの底面と光バンプの間にゲルが設けられ、チップ底面の光学的にアクティブな領域は基板上面の光学的にアクティブな領域に整合していない。
【００４４】
図示される或る素子、様子又は特徴を示すために図中で参照記号が使用され、図示されている複数の図面で共通する参照記号は同様な素子、様子又は特徴を示す。
【実施例１】
【００４５】
本発明は、フォトダイオード、レーザ、発光ダイオード等のような光学素子を結合する光相互接続構造及びそのような構造の製造方法に関し、そのような光学素子は異なる光学素子又は電気光学素子に実装される又はその中に形成される。光学装置はそのようなアクティブな複数の光学素子と結びつき、その装置及び他の光学装置の間で光通信を可能にする。特に本発明は光バンプに関し、光バンプはウエーブガイドとして機能し且つ光学装置間に位置し、装置間の光信号通信を支援する。光バンプは光信号損失を最小化するよう構成される。ここで説明される実施例は本発明による光バンプを例示するものであり、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
【００４６】
概して本発明による光バンプは例えば光ポリマのような材料より成り、光バンプを解する光の伝送を促す。光バンプは自由空間で又は他の材料（例えばクラッディング材料又はアンダーフィル材料）で包囲することができ、その材料は光バンプを介する光の伝搬に干渉しない。
【００４７】
以下に提示される説明に関して図面が参照され、本発明の実施例の同様な部分は同様な番号で区別され、図３は装置１４の上面３０に結合された本発明の好適実施例による光バンプ２８を示す断面図であり、装置１４は基板のような第１装置として言及される。基板の表面に１つの光バンプだけが結合されるように図示されているが、２以上の光バンプが基板の上面に結合可能である。
【００４８】
光配線板でもよい基板１４は好ましくは光学素子１８，２２に加えて電気配線（図示せず）を含む。特に図３に示される基板は光学層３２を含む多層印刷回路基板装置であり、基板を通じて光ビームを伝送及びルーティングするために光学層にウエーブガイドコア３４が組み込まれるよう構成されている。基板はフォトダイオード、半導体レーザ、発光ダイオード、フォトディテクタ等のようなアクティブな光学素子を含んでもよく、その光学素子の各々は光学的に活性な領域を含む。ここで使用されるように「光学的に活性（アクティブ）な領域」なる用語は、デバイス１２，１４又は素子の表面に位置する領域であって、そこを介する光は他の光素子又はデバイスと光通信するように伝搬可能な領域を意味する。光は光学的にアクティブな領域を通じて或る方向に伝搬し、一般にその方向は光学的にアクティブな領域を囲む平面に垂直である。
【００４９】
図４の断面図を更に参照するに、基板１４に結合される例えばチップのような第２装置としても言及されるデバイス１２は、他のデバイスと通信する電気的、光学的又は電気光学的素子の１以上を含んでよく、それらの素子は基板に実装されてもよいし或いは光学的及び／又は電気的信号を利用して外部にあってもよく、その信号は基板内又は基板上に形成された例えばウエーブガイド２２のような伝送路を通じて伝送される。かくて光学層３２に加えて基板１４は少なくとも１つの電気層（図示せず）を含み、電気層は電気信号をルーティングするために及び／又は基板に結合されるデバイスに電力を供給するためにビア等のような少なくとも１つの導電性経路を有する。図４ではチップがハンダバンプ１６によって基板に電気的に結合されている。図４には１つのハンダバンプしか図示されていないが、典型的には複数のハンダバンプがチップと基板を結合する。
【００５０】
ウエーブガイド２２はクラッディング材料３６によって包囲されたコア層３４を含み、例えばコア層は図３に示される上位クラッディング層３８及び低位クラッディング層４０内に組み込まれ、クラッディング材料はコア層の屈折率とは異なる屈折率の値を有する。ウエーブガイドコア層の屈折率及びクラッディング層の屈折率の相違は光２０の閉じこめ効果をもたらし、周知の光学原理に従ってウエーブガイドの中心軸方向に沿ってウエーブガイドを通じて光を伝搬する。コア材料及びクラッディング材料間の屈折率の変化は段階的な変化でもよいし、グレーデッドインデックス(graded-index)ウエーブガイドのように徐々に変化してもよい。ウエーブガイドを形成するためのコア材料及びクラッディング材料の光学特性を選択することは当該技術分野で周知である。
【００５１】
本発明の一実施例ではウエーブガイドコア材料３４は感光性ポリマであり、クラッディング材料３６は熱硬化性ポリマである。好ましい感光性ポリマは：フッ素化光ポリマ（例えばウルトラデル(Ultradel)、英国ロンドンのビーピーアモコ（BPAmoco）から供給されるフッ素化ポリイミドを含むポリマ）；XU35121、ミシガン州ミッドランドのダウケミカルカンパニー（Dow  Chemical  Company）から供給されるパーフルオロシクロブテン(perfluorocyclobutene)を含むポリマ；及び日本国東京都の日立化学株式会社で製造されているフッ素化ポリマを含んでよいがこれらに限定されない。好ましい熱硬化性ポリマは例えば日本国東京都の新日鐵化学株式会社から入手可能なV259EHを含む。
【００５２】
本発明の他の実施例では、ウエーブガイドコア材料３４及びクラッディング材料３６は同じ光脱色性(photobleachable)のポリマから形成され、ウエーブガイドコア２２又はクラッディング層３８，４０の何れかに使用する屈折率の値を変えるために光脱色される。これらの実施例ではウエーブガイド材料はUV光のような化学線放射で照射され、それにより屈折率変化を受けているという点でのみウエーブガイドコア材料はクラッディング材料と異なる。適切な光脱色性ポリマは、ドイツ国フランクフルトのヘキストセラニーズ(Hoechst  Celanese)で製造されているP2ANA，PPMAのようなダイドープ(dye-doped)ポリマ；日本国大阪府の日本ペイント株式会社から供給されている感光性ポリシラン、グラシア（Grasia）を含む。
【００５３】
ウエーブガイド２２の一端４２ではミラー１８がウエーブガイドに対して光学的に整合しており、ミラーは好ましくはウエーブガイドの中心軸に対して４５°傾斜している。基板の上面３０に垂直な方向に伝搬する光２０をウエーブガイドの中心軸に沿う方向に向け直すようにミラーは構成される。本発明の一実施例ではウエーブガイド材料の傾斜面は本来的に反射性を備えていてもよいし、例えば金のような反射性被膜４４が傾斜面に塗布されてもよい。
【００５４】
図４に示される本発明の実施例では上位クラッディング層３８は透明材料３６より成り、そのクラッディング層を通じてミラー１８に光２０が伝搬することを可能にする。光が基板の上面を通過する場合の基板の上面３０は第１の光学的にアクティブな領域４６を規定する。
【００５５】
或いは開口又は穴が基板の上面３０及び上位クラッディング層３８を通じて形成され、外部ソース１２から基板１４に光が伝搬できるようにし、その光がミラー１８でウエーブガイド２２内に反射されるようにしてもよい。これらの実施例では開口はエッチング、レーザドリル穿孔又は他の既知の技術で形成可能であり、開口は光学的にアクティブな領域を規定する。
【００５６】
図４の実施例では本発明による光バンプ２８がチップ１２及び基板１４間の実装インターフェース２４内に組み込まれている。しかしながら本発明がそのような組み合わせ例に限定されることは意図されない。１つのチップ及び１つの基板のみが図示されているが、本発明による光相互接続構造は、別のチップに直接的に実装される、即ち２以上のチップの光結合による、又はチップ及び光配線板若しくは基板間に設けられる「インターポーザ」基板に実装される、チップ又は同様なデバイス間で接続を行うことに有益であることを当業者は理解するであろう。本発明による光相互接続構造は２つの光配線板間の接続を行うことに有益であることも当業者は理解するであろう。概して本発明は例えば「フリップチップ」構成の２つのデバイスの対向面における光学的にアクティブな領域間で光接続部を形成するために使用され、本発明による方法はそのような実装技術と両立可能である。
【００５７】
チップ１２は発光素子（図示せず）を含み、チップ底面５０の第２の光学的にアクティブな領域を通じて光２０を発する。光は、基板の上面３０の第１の光学的にアクティブな領域４６を通じて伝送され、第２の光学的にアクティブな領域に光学的に整合しているミラー１８で反射され、そのミラーに光学的に整合しているウエーブガイド２２を通じて伝送され、光受信素子（図４には図示されていない）に伝送される。上述したように、チップ及び基板の光学的にアクティブな領域は、デバイス又は素子における領域又は開口にすることができ、そこを通じて光は例えばVCSELのような光伝送素子から送信され、或いはそこを通じて光は例えばPDのような光受信素子によって受信される。
【００５８】
チップの底面５０の第２の光学的にアクティブな領域４８から基板上面３０の第1の光学的にアクティブな領域に発せられる光２０の結合性を促進するため、光学的にアクティブな領域は互いに対向して向き合う。チップの底面は基板の上面に近似的に平行に向けられる。また、光学的にアクティブな領域は距離「X」だけ離間される。本発明はチップの底面及び基板上面間の幅間隔が広い場合にも有益であり、例えば距離Xは約１０μｍ乃至約１５０μｍの範囲内にすることができる。
【００５９】
図４に示されるように、光バンプ２８は、チップ及び基板１２，１４の光学的にアクティブな領域４６，４８の間で基板の上面３０に接続され、基板の上面からチップの底面５０に向かって、基板上面及びチップ底面間の距離Xの半分程度伸びている。光バンプはチップの光学的にアクティブな領域４８から出力された光２０を受信するのに使用され、且つ光を基板の光学的にアクティブな領域４６に導く光ウエーブガイドとして機能する。従って光バンプはチップ及び基板間の光伝送用の光学経路の一部を形成する。光バンプは光学材料から形成され、即ちその材料は光学的にアクティブな領域の間で伝送される光の波長に関して光学的に透明である。
【００６０】
光バンプ２８は硬化性液状ポリマから形成され、例えば空気やクラッディング材料のような包囲する如何なる材料の屈折率よりも高い屈折率を有することが好ましい。適切な光ポリマ材料は周知であり、ポリウレタン、ポリカーボネート、アクリルポリマ及びビニルポリマのような材料を含む。メタアクリルアミドのポリマのようなアクリル性ポリマや、ポリメチルメタアクリレート（PMMA）のようなアクリル性メタアクリレートのポリマは、可視領域近辺の短い波長に有用である。光バンプに使用するのに相応しい他のポリマは、例えば、熱硬化性ポリマ、感光性ポリマ、及び基板のウエーブガイド２２に関して上述したもののような色退性ポリマを含む。
【００６１】
UV硬化性エポキシ又はゲルのような感光性ポリマは、ポリマの一部を例えばUV光のような或るパターンの化学線放射に晒すことで光バンプ２８のような固体特性（solid  feature）を形成するのに使用され、そのパターンは所望の固体特性に対応する。化学線放射に晒されるまで感光性ポリマは液体のままであり、化学線放射に晒されると、ポリマは１以上の光学特性（例えば、ポリマの屈折率）の変化を受ける。ポリマは例えば色素（dye）を含むことができ、その色素は化学線放射の吸収に起因する化学変化を受け、ポリマ／色素混合物の特性を変える。化学線放射が感光性ポリマに選択的に適用される場合には、ポリマはそのポリマの中で異なる屈折率を有する選択された領域を形成するように使用可能である。露出していない（晒されていない）ポリマはエッチングされ、そのパターンで規定された所望の形態で硬化したポリマを残す。
【００６２】
光バンプ２８の製造中に、液状ポリマ層が先ず基板上面３０に塗布される。ポリマはスピンコートやカーテンコーティングのような当該技術分野で既知の手法を用いて塗布される。コーティング後にポリマは部分的に硬化され、塗布時には液状であった材料を適切に機能するように充分に固める。部分的な硬化はソフトベーキングによって実行可能である。ポリマの種類に依存するが、ソフトベーキングは一般に約８０°乃至約１００°の範囲内でなされる。
【００６３】
次に、ポリマ層−特に感光性ポリマ層−は或るパターンの化学線放射（例えばUV光）にさらされ、選択されたポリマの領域を更に硬化させる。光バンプ２８の所望の場所に対応するポリマ部分の選択的な硬化は、基板の光学的にアクティブな領域４６上のポリマ層の部分をマスクを用いて化学線放射にさらすことで達成される。他の実施例では基板の光学的にアクティブな領域上のポリマ層の選択的な硬化は、ウエーブガイド２２を通じた及び基板面３０の第１の光学的にアクティブな領域を通じたUV光の伝達によって促進される。
【００６４】
化学線放射の波長及び化学線放射にポリマを晒す時間の長さは、ポリマの色退特性及び必要な屈折率変化に依存する。化学線放射の硬化工程の後に、露光されていない如何なるポリマ（即ち、未硬化ポリマ）も、ウエットエッチング等により除去され、光バンプ２８を残す。残ったポリマは以後に例えば一般的には約１５０°乃至約１８０°の温度にポリマを加熱することで熱硬化される。
【００６５】
硬化処理工程の後に、硬化したポリマは研磨面を形成するために研磨され、研磨は機械研磨で実行されてもよいが、好ましくは化学機械研磨で実行される。光バンプ２８の高さ「H1」は研磨工程で調整され及び一様にされる。光バンプが研磨されるにつれて、光バンプの上面５４は平坦に磨かれ、光バンプの高さは減少する。研磨は光バンプの上面から散乱する光を減らし、それによりビーム２０の光バンプへの結合性を強化する。光バンプが研磨された後に、チップ１２及び基板１４は、チップの光学的にアクティブな領域４８が光バンプに整合し、チップの光学的にアクティブな領域が基板の光学的にアクティブな領域４６から離間され、そこに対向するように設けられる。
【００６６】
光バンプ２８は基板のウエーブガイド及びミラーを形成するのに使用されたのと同じ手法（例えばフォトリソグラフィ等）により作成することができる。特に製造工程中に所定量の液状ポリマが基板の光学的にアクティブな領域４６に近接する基板上面３０に塗布され、基板上面の領域が液状ポリマで覆われるようにする。そして液状ポリマの一部分が好ましくはUV光に晒すことによって又は熱によって硬化される。液状ポリマが加熱される場合に、ポリマが硬化する温度は、そのポリマに依存するが、約２０℃の温度から約２００℃に至る上昇温度までの範囲内にあり、数分間又はことによると何時間も維持される。液状ポリマの一部が硬化させられた後に、未硬化の部分は除去され、光バンプ形状の硬化した液状ポリマ部分を明らかにする。
【００６７】
光バンプ２８を形成するプロセスはウエーブガイド２２のような他の素子を基板１４に形成するのに使用可能な材料を含み、光バンプを形成するプロセスは基板の一部を製造するのにも使用可能なプロセスを利用するので、全体的な材料コストにはほとんど影響がないし、基板製造プロセスに関連する全体的な処理工程に光バンプ製造工程を追加することに付随する付加的な処理の如何なる困難性もない。
【００６８】
基板の上面３０に接触する光バンプ２８の端部５６は基板１４の第1の光学的にアクティブな領域４６に等しい又はそれより広い領域をカバーすることが好ましい。本発明の好適実施例では、光バンプに関する横断面形状（即ち、基板の光学的にアクティブな領域に近接する基板表面に平行な方向に切断した断面形状）は近似的に円形である。他の実施例では光バンプの横断面形状は例えば楕円、正方形又は長方形等のような他の形状をとってもよい。また、理想的には、光バンプの好ましい形状は図示されるように長さ方向に円筒状である。しかしながら光バンプは円筒形状以外の縦断面形状でもよい。
【００６９】
図４に示されるように、光バンプ２８は高さ「H1」を有し、光バンプの上面５４の幅「WOB」及び光バンプの高さH1は、光バンプの上面の幅WOBより広い幅に光ビーム２０が発散しない限り、H1はチップの底面５０及び基板の上面３０間の全長Xより短い。例えば約４０μｍの高さH1を有する光バンプは、チップ底面及び基板上面間の全離間距離が約８０μｍである場合に、多くの損失なしに光ビームから光を導くことができる。図５を参照するに、光バンプは高さ「H2」を有し、その高さはチップ底面及び基板上面間の離間距離Xよりほんの僅か低く、光バンプによる導光効果を更に大きくする。
【００７０】
ここで説明される光インターフェース２４に加えて、チップ１２は基板１４に電気的に結合される。より具体的には当該技術分野で知られているようにチップ及び基板間に電気接続をもたらすため、チップは例えばハンダバンプ、ポスト又は同様な構造の形式で基板に電気的に接続可能である。
【００７１】
有利なことに本発明による光バンプ２８はチップ１２及び基板１４を電気的に結合するハンダバンプ１６（１つしか図示されていない）の高さXより低い高さを有し、従って光バンプはチップ及び基板間にハンダバンプを加える工程（即ち、ハンダバンプ処理工程）を妨げず或いは邪魔しないで済む。更に光バンプの処理の際に光バンプは基板上面３０に構築され、ハンダバンプ処理工程前に硬化され、かくて基板上面に光バンプを設ける工程は光バンプ形成に付随するどの熱処理工程によってもハンダバンプ処理工程に不利に影響せずに済む。
【００７２】
図６を参照するに、１より多くの光バンプ２８が基板上面３０に形成可能であり、複数の光バンプは基板上面（「フロア（床）」とも呼ばれる）からチップ底面５０（「シーリング（天井）」とも呼ばれる）に伸びることができる。従って「フロアからシーリングに至る」光バンプ５８は基板上面からチップ底面までの全長にわたって伸び、そして光バンプは基板１４及びチップ１２双方に接触する。３つの光バンプが図６に示されているが、適切な光バンプはいくつでも基板上面に結合可能である。
【００７３】
図６に示されるようにフロアからシーリングに至る光バンプ５８は有利なことにチップ１２及び基板１４の間の支えとして機能し、チップを基板から離す。かくてフロアからシーリングに至る光バンプはチップ及び基板間でハンダバンプのようなハンダ接続部１６の高さXを事実上制御することができる。多くの場合に素子の隔たりを増やすことが望ましく、その素子はハンダバンプが大きくつぶれることが許容された場合に生じる隔たりを超えてフリップチップ接続される。従ってフロアからシーリングに至る光バンプはチップ及び基板間の電気接続用のフリップチップ接続工程を支援することができる。また、チップの底面６０はフロアからシーリングに至る光バンプの上端面５４に置かれているので、チップの底面は基板の上面３０に対して或る水準で近似的に平行な位置に置かれている。かくてフロアからシーリングに至る光バンプはフリップチップ接続工程の際にチップ底面及び基板上面の間でほぼ平行に間隔をとるように（即ち、平行化するように）正確に制御する必要性を排除できる。
【００７４】
フロアからシーリングに至る光バンプ５８がチップ１２及び基板１４間の支えとして機能する場合には、基板及びチップが互いに結合される以前の、基板又はチップに設けられるハンダバンプ１６のサイズの均一性はさほど重要でなくなる。なぜなら、基板上面３０に対するチップ底面５０の均一化はハンダバンプの浮揚性(buoyancy)によっては制御されないからである。むしろ基板上面に対するチップ底面の均一性はフロアからシーリングに至る光バンプの高さ「H3」の均一性によって制御される。チップ及び基板間の支えとしてフロアからシーリングに至る光バンプを利用することに関するこの特徴は、チップ底面及び／又は基板上面に電気コンタクトを設けることに関するハンダバンプ処理その他の電気めっき及び／又はスパッタリング処理が、より大きな許容度（トレランス）を有することを可能にし、チップ及び基板の結合に関する全体的な歩留まりをより大きくする。
【００７５】
フロアからシーリングに至る光バンプ５８を使用する場合には、光バンプの上面５４はチップ底面５０に結合可能であり、その結合は例えば熱硬化性ポリマの非常に薄い層を結合される面の一方に塗布し、チップ１２が光バンプ５８に合わせられた後にそのポリマ薄膜を硬化させることでなされる。好ましくは結合層は１μｍより薄い膜厚である。選択的に、光バンプ上面をチップ底面に結合するために光バンプ上面に接着剤が用意されてもよい。但し、光バンプをチップの底面に結合することは、接続の手直しを妨げるかもしれない。
【００７６】
図３−６に示される例では光バンプ２８は空気で包囲されている。これに対して図７，８は光バンプの外面５４，６２，６４の少なくとも一部を包囲するクラッディング材料６０を示す。光バンプに加わるクラッディング材料は適切な如何なる光グレードポリマ(optical  grade  polymer)でもよい。クラッディング材料は標準的な成膜及びリソグラフィ工程を用いて処理することができる。光バンプの上面５４からクラッディング層を除去するために、及び図８の断面図に示されるように上面を平坦化するために、必要に応じて研磨処理が使用されてもよい。
【００７７】
クラッディング６０はアンダーフィル６６が光バンプに接触することを防ぐために光バンプ２８に加えられてもよい。チップを基板に接続するために及びハンダ接続部１６を補強するために、チップ及び基板１４間にアンダーフィルがしばしば設けられる。或いはクラッディングが使用されない場合のどのアンダーフィル材料も、光バンプを介する光の伝搬に干渉しない光学特性を有するべきである。そのような場合には、アンダーフィルは、バンプ材料と化学的に両立可能であって光を吸収せず、光バンプを製造するのに使用される材料の屈折率より低い屈折率を有するべきである。今日使用されているアンダーフィル材料の多くは光グレード性ではないので、光バンプを包囲するクラッディング材料を使用することが望ましい。
【００７８】
ハンダ接続工程後にチップ１２及び基板１４間にアンダーフィル６６が加えられる場合には、アンダーフィルはチップ及び基板間の空間を満たすことが可能である。しかしながら図６，８にそれぞれ示されるようにチップ底面５０及び光バンプ上面５４間に隙間６８を残さない程度に又はほんの小さな隙間７０しか残さない程度に充分に光バンプ２８が高い限り、アンダーフィルはチップ及び光バンプの間に流れ込まないであろう。チップ底面及び光バンプ上面の間にほんの小さな隙間が残される場合には、一般にアンダーフィルの表面張力に起因して、チップ及び光バンプ間の空間にアンダーフィルは流れ込まないであろう。かくてチップ及び光バンプ間にアンダーフィルは流れず、図８に示されるようにチップ及び光バンプ間の光経路は妨げられずに残るであろう。チップ及び基板間にアンダーフィルが一切設けられない場合でさえ、ハンダプロセスの結果生じる残留フラックスが光バンプの上に溜まること及び光２０の結合性や光バンプを介する光の伝搬性に不都合に影響することを防ぐ観点からは、光バンプ周囲にクラッディング材料６０を設けることが有利であろう。
【００７９】
図９，１０を更に参照するに、チップ底面５０及び光バンプ上面５４間のギャップ７０を満たす光ゲル７２が使用されている。かくて光バンプ２８にゲルを付加することはチップ１２及び基板１４間にフロアからシーリングに至る光接続部７４をもたらす。有利なことに、ゲルは、チップ底面５０及び光バンプ上面５４間の光経路に水分及びゴミ粒子が溜まることを防ぎ、チップ及び光バンプ間の光信号経路を清く維持する。かくてゲル及び光バンプを結合することで、基板及びチップの光学的にアクティブな領域４６，４８間で外来粒子が光学経路を遮ることを防ぐ。好ましくはゲルは屈折率マッチング液(IMF:  index  matching  fluid)である。
【００８０】
非硬化性のソフトゲル７２の場合には、チップ底面５０及び光バンプ２８の間でとるゲルの形状はゲルの表面張力により決定され、チップ１２及び光バンプ間に投与されるゲルの量は処理中に制御される必要がある。ソフトゲルを利用することはチップ及び基板１４間の光インターフェース２４の手直しを許容する。
【００８１】
図１０に示されるように、実装中に又は実装工程が完了した後に、チップ底面５０の第２の光学的にアクティブな領域４８が光バンプ２８及び基板ミラー１８と整合しておらず、チップ１２が光バンプに対してずれている場合に、ゲル７２はいくらかの自己整合能力を与えることができる。ゲルはいくらかの横移動を吸収することができ、基板１４に対するチップの横移動に応じたゲルの変形は、第１及び第２の光学的にアクティブな領域４６，４８間の光インターフェース２４のパフォーマンスに大きくは影響しない。なぜならチップの光学的にアクティブな領域４８から出力された光２０はゲル内の内部全反射により光バンプ内に導かれるからである。かくて本発明の実施例は有利なことにチップ及び基板間の非カリンターフェースに自己整合機能をもたらす。
【００８２】
ゲルの投与はフリップチップボンディング工程前になされる必要があり、フリップチップボンディング工程でゲルが残存していなければならないことに留意を要する。
【００８３】
有利なことに、上記の多くの実施例はチップ１２及び基板１４の間に永続的な光接続部を含まず、それ故に本発明の実施例による光結合手法はチップ及び基板間のインターフェース２４の手直しを許容する。また、一実施例ではチップ及び基板間の光インターフェースは有利なことにマイクロエレクトロニクスパッケージで一般的に実行されている手直しと同じ手法で手直しをすることができる。例えばチップ及び基板間のハンダ１６を溶かすだけでチップを基板から外せる。かくて新たなチップ又は新たな基板をチップ／基板構成に加えることができる。
【００８４】
上述したように、光バンプが支えとして使用されない限り、チップ底面５０から基板上面３０に至る全長Ｘにわたって光バンプ２８が伸びる必要はなく、むしろ光バンプは、光ビーム幅Ｗが光バンプ上面５４の幅WOBより広く分散する前に、チップの光学的にアクティブな領域４８から出力された光２０を捕捉できる程度に充分な高さであることしか必要としない。従って光バンプの高さH1,H2はチップ底面及び基板上面の間の全長Xにわたって伸びることを要しないので、一実施例の光バンプはチップ１２及び基板１４のハンダバンプ処理工程を邪魔しないという付加的な利点を有する。
【００８５】
これらの実施例の中の或る光バンプ２８はチップ底面５０に接触しないので、光バンプは残留ストレスによるクラックのおそれがなく、その残留ストレスはハンダバンプ１６及び他のチップ／基板インターフェース素子に含まれる材料のクリーピング及び緩和に起因してチップ／基板インターフェース２４の組み立て後に生じるものである。かくてこれらの光バンプはチップ及び基板間に高信頼性の光インターフェースをもたらす。
【００８６】
本発明の他の実施例では光バンプ５８はチップ底面５０及び基板上面３０間の全長Xにわたって延在し、これらの光バンプは有利なことに支柱として機能することができ、その支柱を利用して、チップ１２及び基板１４間の間隔を制御し、チップ／基板インターフェース２４内のハンダ接続部１６の高さを制御する。また、これらの実施例では、光バンプは有利なことに基板に対してチップを平らに揃えるよう機能することができ、最終的にはチップ底面及び基板上面は近似的に平行な位置に構成される。
【００８７】
上述の実施例に付随する別の恩恵は、光バンプ２８はチップ１２及び基板１４間を光が伝搬する際に光２０を閉じこめ、高価になり得るマイクロレンズを使用せずに、光信号損失を最小化することである。
【００８８】
また、光バンプ２８は、基板１４に含まれるウエーブガイド２２及びミラー１８を製造するのに使用されるのと同じプロセスで同じ材料から製造可能である。従って光バンプの製造プロセスは材料コストに大きな影響を与えないし、基板の製造に関して処理をさほど大きく困難にしない。
【００８９】
以上本発明によれば光学素子を結合するための装置及び方法が得られる。上述の実施例は本発明の例示であり、説明された特定の実施例に本発明の範囲を限定することは意図されていない。即ち本発明に関する１以上の実施例が説明及び記述されてきたが、本発明の精神又は本質的特徴から逸脱せずに様々な変更がなされてよいことが理解されるであろう。例えば本発明は或る光ポリマを利用するよう述べているが、他のポリマやポリマの組み合わせを利用することもできる。また、全図において光バンプ２８が基板１４上に構築されるよう示されているが、光バンプは例えばチップ１２のような他のデバイスの表面に構築されてもよい。従ってここでの説明及び記述は例示であり、添付の特許請求の範囲に記載されている本発明の範囲を限定するものではない。
【００９０】
以下、本発明により教示される手段が例示的に列挙される。
【００９１】
（付記１）
少なくとも１つの第１の光学的にアクティブな領域を含む第１面を有する第１デバイスと、
前記少なくとも１つの第１の光学的にアクティブな領域と離間され対向する位置関係に設けられた、少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域を含む第２面を有する第２デバイスであって、前記第１面は前記第２面と或る距離を隔てているところの第２デバイスと、
前記第１の光学的にアクティブな領域及び前記第２の光学的にアクティブな領域の間で前記第１面に結合された少なくとも１つの光バンプと、
を有し、前記少なくとも１つの光バンプは前記第１面及び前記第２面間の距離より短い高さを有し、前記少なくとも１つの光バンプは前記少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域及び前記少なくとも１つの第１の光学的にアクティブな領域の間で光を結合するよう構成される
ことを特徴とする装置。
【００９２】
（付記２）
前記第１デバイスがフォトダイオードを含み、
前記第２デバイスがレーザ又は発光ダイオードを含む
ことを特徴とする付記１記載の装置。
【００９３】
（付記３）
前記第１面及び前記第２面が互いに近似的に平行に向き、
前記第１面及び前記第２面間の距離が約１０μｍ乃至約１５０μｍの範囲内にある
ことを特徴とする付記１記載の装置。
【００９４】
（付記４）
前記第２デバイスが、前記少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域からの光を伝送するように構成され、
前記少なくとも１つの光バンプは、前記第２デバイスから出力された光を前記少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域を介して受信し、前記第１の光学的にアクティブな領域を通じて前記光を前記第１デバイスに伝達するように構成される
ことを特徴とする付記１記載の装置。
【００９５】
（付記５）
前記第１デバイス及び前記第２デバイス双方に接する少なくとも１つのハンダバンプを更に有する
ことを特徴とする付記１記載の装置。
【００９６】
（付記６）
前記第２面及び前記少なくとも１つの光バンプの間に結合されたゲルを更に有する
ことを特徴とする付記１記載の装置。
【００９７】
（付記７）
前記ゲルが、屈折率マッチング液である
ことを特徴とする付記６記載の装置。
【００９８】
（付記８）
前記第２デバイスが、前記少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域から光を発するよう構成され、
前記少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域が前記少なくとも１つの第１の光学的にアクティブな領域に整合していなかった場合に、前記少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域から送信された光を前記少なくとも１つの光バンプに結合するように前記ゲルが用意される
ことを特徴とする付記６記載の装置。
【００９９】
（付記９）
前記少なくとも１つの光バンプの少なくとも一部をカバーするクラッディング材料で形成されたクラッディング層を更に有する
ことを特徴とする付記１記載の装置。
【０１００】
（付記１０）
前記クラッディング材料が、光グレードポリマである
ことを特徴とする付記９記載の装置。
【０１０１】
（付記１１）
前記第１面及び前記第２面の間に設けられたアンダーフィルを更に有し、前記クラッディング層は前記アンダーフィルが前記少なくとも１つの光バンプに接触することを防ぐ
ことを特徴とする付記９記載の装置。
【０１０２】
（付記１２）
前記少なくとも１つの光バンプは、ポリウレタン、ポリカーボネート、アクリル酸ポリマ、ビニルポリマ、熱硬化性ポリマ、感光性ポリマ及び色退性ポリマよりなる群から選択された硬化性ポリマで形成される
ことを特徴とする付記１記載の装置。
【０１０３】
（付記１３）
前記第２デバイスは、少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域からの光を伝送するよう構成され、
前記第１デバイスは、前記少なくとも１つの第１の光学的にアクティブな領域に光学的に整合したミラーと、前記ミラーに光学的に整合させられ且つ光伝送を支援するよう構成されたウエーブガイドとを有し、
前記少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域から送信され且つ前記第１の光学的にアクティブな領域を通じて前記第１デバイスに結合される前記光は、前記ミラーで反射され、前記ウエーブガイドに結合される
ことを特徴とする付記１記載の装置。
【０１０４】
（付記１４）
少なくとも１つの第１の光学的にアクティブな領域を含む第１面を有する第１デバイスと、
前記第１デバイスに電気的に結合されるよう構成された第２デバイスであって、前記少なくとも１つの第１の光学的にアクティブな領域と離間され対向する位置関係に設けられた、少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域を含む第２面を有する第２デバイスと、
前記第１の光学的にアクティブな領域及び前記第２の光学的にアクティブな領域の間で前記第１面に結合された少なくとも１つの光バンプと、
を有し、前記少なくとも１つの光バンプは前記第１面から前記第２面に伸び、前記少なくとも１つの光バンプは、剛直であり、前記少なくとも１つの第２の光学的にアクティブな領域及び前記少なくとも１つの第１の光学的にアクティブな領域の間で光を結合するように構成され且つ前記第１デバイスが前記第２デバイスに電気的に結合される場合に前記第１面及び前記第２面間で支えとして機能するように構成される
ことを特徴とする装置。
【０１０５】
（付記１５）
前記第２面が前記第１面と近似的に平行になるように、前記少なくとも１つの光バンプは前記第２デバイスを前記第１デバイスから隔てるように構成される
ことを特徴とする付記１４記載の装置。
【０１０６】
（付記１６）
前記第１デバイスを前記第２デバイスに電気的に結合する少なくとも１つのハンダバンプを更に有する
ことを特徴とする付記１４記載の装置。
【０１０７】
（付記１７）
第１デバイスの第１面の第１の光学的にアクティブな領域の中に、第２デバイスの第２面の第２の光学的にアクティブな領域からの光を結合するよう構成される光バンプであって、前記第１面は前記第２面から或る距離を隔てて設けられ、当該光バンプは、
前記第１の光学的にアクティブな領域に隣接する前記第１面に構築された光学材料より成り、前記光学材料は、前記第１面から離れるように伸び、前記第１面及び前記第２面間の距離より短い高さを有する
ことを特徴とする光バンプ。
【０１０８】
（付記１８）
前記光学材料が、光ポリマである
ことを特徴とする付記１７記載の光バンプ。
【０１０９】
（付記１９）
前記光ポリマは、ポリウレタン、ポリカーボネート、アクリル酸ポリマ、ビニルポリマ、熱硬化性ポリマ、感光性ポリマ及び色退性ポリマよりなる群から選択されたものである
ことを特徴とする付記１８記載の光バンプ。
【０１１０】
（付記２０）
前記光学材料は、円形、楕円形、正方形及び長方形よりなる群から選択された横断面形状を有するように構成される
ことを特徴とする付記１７記載の光バンプ。
【０１１１】
（付記２１）
光学的にアクティブな領域を含む表面を有するデバイスに光バンプを形成する方法であって、
硬化性の液体を用意するステップと、
前記光学的にアクティブな領域に隣接する前記表面の或る領域を前記硬化性の液体でコーティングするステップと、
前記液体の一部を硬化させ、前記液体の硬化した部分と前記液体の未硬化の部分とを形成するステップと、
前記液体の前記未硬化の部分を除去し、前記液体の硬化した部分を露出させるステップと、
前記液体の硬化した部分を研磨するステップと、
を有することを特徴とする方法。
【０１１２】
（付記２２）
前記硬化させるステップが、前記液体の一部を約２０℃乃至約２００℃の範囲内の温度に加熱するステップを有する
ことを特徴とする付記２１記載の方法。
【０１１３】
（付記２３）
前記硬化させるステップが、前記液体の一部を化学線放射に晒すステップを有する
ことを特徴とする付記２１記載の方法。
【０１１４】
（付記２４）
前記液体が、色退性ポリマ又は感光性ポリマを含む
ことを特徴とする付記２１記載の方法。
【０１１５】
（付記２５）
硬化及び除去を行うステップが、
前記液体を部分的に硬化させるステップと、
部分的に硬化した液体の一部を更に硬化させ、前記液体の硬化した部分と前記液体の未硬化の部分とを形成するステップと、
前記液体の前記未硬化の部分を除去し、前記液体の硬化した部分を露出させるステップと、
前記液体の硬化した部分について更なる硬化処理を実行するステップと、
を含むことを特徴とする付記２１記載の方法。
（付記２６）
前記部分的に硬化させるステップが、前記液体を約８０℃乃至約１００℃の範囲内の温度で加熱するステップを含む
ことを特徴とする付記２５記載の方法。
【０１１６】
（付記２７）
第１の光学的にアクティブな領域を含む第１面を有する第１デバイス及び第２の光学的にアクティブな領域を含む第２面を有する第２デバイスの間に光インターフェースを形成する方法であって、
硬化性の液体を用意するステップと、
前記第１の光学的にアクティブな領域に隣接する前記第１面の或る領域を前記硬化性の液体でコーティングするステップと、
前記液体の一部を硬化させ、前記液体の硬化した部分と未硬化の部分とを形成するステップと、
前記液体の前記未硬化の部分を除去し、前記液体の硬化した部分を露出させるステップと、
前記液体の硬化した部分を研磨し、光バンプを形成するステップと、
前記第１の光学的にアクティブな領域が、前記第２の光学的にアクティブな領域と離間され対向する位置関係になるように、前記第１デバイス及び前記第２デバイスを位置決めするステップと、
を有することを特徴とする方法。
【０１１７】
（付記２８）
前記硬化させるステップが、前記液体の一部を約２０℃乃至約２００℃の範囲内の温度に加熱するステップを有する
ことを特徴とする付記２７記載の方法。
【０１１８】
（付記２９）
前記硬化させるステップが、前記液体の一部を化学線放射に晒すステップを有する
ことを特徴とする付記２７記載の方法。
【０１１９】
（付記３０）
前記硬化させるステップが、前記第１の光学的にアクティブな領域から出力された化学線放射に前記液体の一部を晒すステップを含む
ことを特徴とする付記２７記載の方法。
【０１２０】
（付記３１）
前記第２面及び前記光バンプの間にゲルを加えるステップを更に有する
ことを特徴とする付記２７記載の方法。
【０１２１】
（付記３２）
クラッディング材料を用意するステップと、
研磨するステップの後で、前記光バンプの少なくとも一部を前記クラッディング材料のコーティングでカバーするステップと、
を有することを特徴とする付記２７記載の方法。
【０１２２】
（付記３３）
前記液体が、色退性ポリマ又は感光性ポリマより成る
ことを特徴とする付記２７記載の方法。
【０１２３】
（付記３４）
前記光バンプを前記第２面に接続するステップを更に有する
ことを特徴とする付記２７記載の方法。
【０１２４】
（付記３５）
前記第１面及び前記第２面の間にアンダーフィルを加えるステップを更に有する
ことを特徴とする付記２７記載の方法。
【０１２５】
（付記３６）
硬化及び除去を行うステップが、
前記液体を部分的に硬化させるステップと、
部分的に硬化した液体の一部を更に硬化させ、前記液体の硬化した部分と前記液体の未硬化の部分とを形成するステップと、
前記液体の前記未硬化の部分を除去し、前記液体の硬化した部分を露出させるステップと、
前記液体の硬化した部分について更なる硬化処理を実行するステップと、
を含むことを特徴とする付記２７記載の方法。
【０１２６】
（付記３７）
前記部分的に硬化させるステップが、前記液体を約８０℃乃至約１００℃の範囲内の温度で加熱するステップを含む
ことを特徴とする付記３６記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】２素子間の従来の自由空間光伝送経路の概略断面図を示す。
【図２】図１における２素子間の光伝送経路途中に従来のマイクロレンズを備えた様子を示す概略断面図である。
【図３】基板の上面に結合された本発明による光バンプの概略断面図を示す。
【図４】基板の上面に結合された本発明による光バンプを備えた基板にチップが結合された様子を示す概略断面図である。
【図５】基板の上面に結合された本発明による光バンプを備えた基板にチップが結合された別の様子を示す概略断面図である。
【図６】基板の上面に結合された本発明による光バンプを備えた基板にチップが結合された別の様子を示す概略断面図である。
【図７】本発明による光バンプの概略断面図を示す。
【図８】基板の上面に結合された本発明による光バンプを備えた基板にチップが結合されている様子を示す別の概略断面図である。
【図９】基板の上面に結合された本発明による光バンプを備えた基板にチップが結合されている様子を示す別の概略断面図である。
【図１０】基板の上面に結合された本発明による光バンプを備えた基板にチップが結合されている様子を示す別の概略断面図である。
【符号の説明】
【０１２８】
１０  ICパッケージ
１２  チップ
１４  基板
１６  ハンダバンプ
１８  ミラー
２０  光ビーム
２２  ウエーブガイド（導光路）
２４  光インターフェース
２６  マイクロレンズ
２８  光バンプ
３０  上表面
３２  光学層
３６，３８，４０  クラッディング材料層
４２  ウエーブガイドの端部
５６  光バンプの端部
４４  反射コーティング部
４６，４８  光学的活性領域
５０  チップ底面
５４  光バンプの上端面（外面）
５８  光バンプ
６０  クラッディング
６２，６４  光バンプの外面
６６  アンダーフィル
６８，７０  ギャップ
７２  ゲル
７４  光接続部
【図１】
2006259730.tif 000003
【図２】
2006259730.tif 000004
【図３】
2006259730.tif 000005
【図４】
2006259730.tif 000006
【図５】
2006259730.tif 000007
【図６】
2006259730.tif 000008
【図７】
2006259730.tif 000009
【図８】
2006259730.tif 000010
【図９】
2006259730.tif 000011
【図１０】
2006259730.tif 000012