JP2012147007A - デバイスパッケージ、ならびにその製造方法および試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】気密封止されたオプトエレクトロニクスデバイスパッケージを提供する。
【解決手段】パッケージは、ベース基体であって、前記ベース基体の表面上のオプトエレクトロニクスデバイス１２の取り付け領域１０と、蓋２００の取り付け領域とを含むベース基体を含む。ベース基体と蓋との間に密閉容積が形成され、オプトエレクトロニクスデバイスは密閉容積内にある。前記蓋は、前記オプトエレクトロニクスデバイスを出入りする光路に沿って所与の波長の光を伝送するのに好適な光伝送領域を有し、前記蓋取り付け領域の少なくとも一部は、前記ベース基体の表面より下で前記光路より下の深さで光路に沿って配置される。
【選択図】図５Ａ

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下に２００３年９月１５日に提出された特許文献１の利益を主張し、その記載内容を本明細書に援用する。

本発明は、一般にデバイスパッケージに関し、限定するものではないが、特に気密封止されたミクロ光学デバイスパッケージに関する。さらに本発明は、漏れの検査方法、ならびにデバイスパッケージを電気的および光学的に試験する方法などのデバイスパッケージの試験方法にも関する。さらに本発明は、封止されたビア構造、コネクターが取り付けられたオプトエレクトロニクスデバイス、およびオプトエレクトロニクスデバイスパッケージの蓋に関する。さらに、本発明は、コンポーネントを互いに接合させる方法に関する。

オプトエレクトロニクスデバイスは、データ通信において重要な役割を果たしている。このようなデバイスの採用および使用を進展させるために、要求されている低コストの目標を達成できるようオプトエレクトロニクスデバイスを効率的に製造する能力が望まれている。オプトエレクトロニクス通信デバイスのコストの大部分（最大７５％）が実装コストであるので、特に重要なことは、オプトエレクトロニクスデバイスの実装プロセスのコスト削減である。典型的には実装はユニットごとに実施される。したがって、大規模、たとえばウエハレベルまたはグリッドレベルでのオプトエレクトロニクスデバイスパッケージの製造を可能とする技術は、コストの点から好都合である。

気密封止されたオプトエレクトロニクスデバイスパッケージが知られている。このようなパッケージは、封入されたデバイスおよびコンポーネントを格納し、パッケージ外部の雰囲気中に存在する汚染物質および水蒸気から保護する。このようなパッケージは、実装されたオプトエレクトロニクスデバイスを光ファイバーなどの他の光学コンポーネントと連結させることもできる。これらのパッケージは典型的には、コバール（Ｋｏｖａｒ）で作製された蓋なしのケースを含み、このケースはレーザーが搭載されるキャビティ領域を有する。ケースの側壁のフィードスルーを介してこのキャビティ内に延びる光ファイバーが提供され、このケースにカバーが取り付けられてキャビティが密封される。このようなファイバーのフィードスルーの使用に関しては種々の欠点が存在する。たとえば、気密封止する場合にメタライズされたファイバーが使用されると、コストが非常に高くなる場合がある。さらに、フィードスルー内にファイバーを効率的に封止することは困難であるため、パッケージの漏れおよび気密性の低下が起こりやすくなる。したがって、ファイバーのフィードスルーに依拠しない気密性パッケージが望ましい。

さらに、デバイスパッケージの漏れによって、典型的に、収容されるコンポーネントが水蒸気および汚染物質にさらされて、コンポーネントの性能の低下が起こる。これは、オプトエレクトロニクスコンポーネントおよび光学コンポーネントの場合に特に発生する。したがって、封止されたデバイスパッケージの気密性を試験するための簡単な試験法があれば好都合である。

米国仮出願第６０／５０２，８６８号明細書 米国特許出願公開第０９／５１９，１６５号明細書 欧州特許出願公開第０８９５１１１号明細書 米国特許第６，０３４，４０５号明細書

現行の最先端技術における上記問題の１以上を克服または明らかに改善するための技術が当技術分野において必要とされている。

本発明の第１の態様によると、オプトエレクトロニクスデバイスパッケージが提供される。このパッケージは、ベース基体の表面上にあるオプトエレクトロニクスデバイス取り付け領域と、蓋取り付け領域とを有するベース基体を含む。オプトエレクトロニクスデバイス取り付け領域上にはオプトエレクトロニクスデバイスが搭載される。蓋取り付け領域上には蓋が搭載されて、ベース基体と蓋との間に密閉容積が形成される。オプトエレクトロニクスデバイスはこの密閉容積内にある。蓋は、オプトエレクトロニクスデバイスを出入りする所与の波長の光を光路に沿って伝送するのに好適な光伝送領域を有し、蓋取り付け領域の少なくとも一部は、光路に沿ってベース基体の表面下に、光路の下のある深さで配置される。

本発明のさらに別の態様によると、ウエハレベルまたはグリッドレベルのオプトエレクトロニクスデバイスパッケージ蓋が提供される。この蓋は、複数のダイを有するシリコンウエハまたはグリッドを含み、各ダイは複数の側壁と、側壁と連結するルーフとを有し、これによってキャビティが形成される。１以上の側壁は、側壁を通過する光軸に沿って所与の波長の光を伝送するのに好適な光伝送領域を有する。

本発明のさらに別の態様によると、ウエハレベルまたはグリッドレベル上にオプトエレクトロニクスデバイス蓋を形成する方法が提供される。この方法は、複数のダイを有するシリコンウエハまたはグリッドを提供するステップと、前記ウエハまたはグリッドをエッチングして、それぞれが複数の側壁と、前記側壁と連結するルーフとを有しキャビティを形成する複数の蓋構造体を形成するステップとを含む。各蓋構造体の１以上の側壁は、側壁を通過する光軸に沿って所与の波長の光を伝送するのに好適な光伝送領域を有する。

本発明のさらに別の態様によると、コネクターが取り付けられたオプトエレクトロニクスデバイスが提供される。このデバイスは、内部キャビティおよび光ポートを有するコネクターと、そのキャビティ内に配置され光ポートと光通信するオプトエレクトロニクスデバイスパッケージとを備える。

このオプトエレクトロニクスデバイスパッケージは、オプトエレクトロニクスデバイス取り付け領域および蓋取り付け領域を有するベース基体と、オプトエレクトロニクスデバイス取り付け領域上に搭載されたオプトエレクトロニクスデバイスと、蓋取り付け領域上に搭載された蓋とを含み、ベース基体と蓋との間に密閉容積を形成することができる。この蓋は、オプトエレクトロニクスデバイスへの、またはオプトエレクトロニクスデバイスからの光軸に沿って所与の波長の光を伝送するのに好適な光伝送領域を有する。

本発明のさらに別の態様によると、封止されたビア構造を形成する方法が提供される。この方法は、（ａ）第１の表面と、前記第１の表面の反対側の第２の表面とを有する半導体基体を提供するステップと、（ｂ）前記基体の前記第１の表面上に層を形成するステップと、（ｃ）前記第２の表面から前記層まで前記基体を通過するビアホールをエッチングするステップであって、前記ビアホールは前記第１の表面に第１の境界を有するステップと、（ｄ）前記層にアパーチャを形成するステップであって、前記アパーチャは前記第１の境界の内部に第２の境界を有するステップと、（ｅ）前記ビア構造を封止するための導電性構造体を提供するステップとを含む。

本発明のさらに別の態様によると、封止されたビア構造を形成する方法が提供される。この方法は、（ａ）第１の表面と、前記第１の表面の反対側の第２の表面とを有する半導体基体を提供するステップと、（ｂ）前記基体の前記第１の表面上に絶縁層を形成するステップと、（ｃ）前記第２の表面から前記絶縁層まで前記基体を通過するビアホールをエッチングするステップと、（ｄ）前記層にアパーチャを形成するステップと、（ｅ）前記ビア構造を封止するためのメタライゼーション構造体を提供するステップとを含む。

本発明のさらに別の態様によると、封止されたビア構造が提供される。このビア構造は、第１の表面および前記第１の表面の反対側の第２の表面を有する半導体基体と、前記基体の前記第１の表面上の層と、前記第２の表面から前記層まで前記基体を通過するビアホールであって、前記第１の表面に第１の境界を有するビアホールと、前記層中のアパーチャであって、前記アパーチャが前記第１の境界の内部に第２の境界を有するアパーチャと、前記ビア構造を封止するメタライゼーション構造体とを含む。

本発明のさらに別の態様によると、封止されたビア構造が提供される。この封止されたビア構造は、第１の表面および前記第１の表面の反対側の第２の表面を有する半導体基体と、前記基体の前記第１の表面上の絶縁層と、前記第２の表面から前記層まで前記基体を通過するビアホールと、前記絶縁層中のアパーチャと、前記ビア構造を封止するメタライゼーション構造体とを含む。

本発明のさらに別の態様によると、封止されたデバイスパッケージの漏れを検出する方法が提供される。この方法は、（ａ）デバイスを収容する封止されたパッケージを提供するステップであって、前記パッケージの壁に測定可能なたわみが生じる条件下で前記パッケージが封止され、たわみの程度は前記パッケージの内側の圧力に依存するステップと、（ｂ）前記パッケージを封止した後に前記壁の前記たわみを測定するステップとを含む。

本発明のさらに別の態様によると、封止されたデバイスパッケージが提供される。このパッケージは、基体と、前記基体を覆う半導体材料を含む蓋と、前記基体と前記蓋との間の封止された容積と、前記封止された容積中のデバイスとを含む。この封止された容積は蓋の壁が測定可能なたわみを有する圧力におけるものであり、このたわみの程度は封止された容積の圧力に依存する。

本発明のさらに別の態様によると、デバイスパッケージが提供される。このデバイスパッケージは、第１の表面を有する基体と、前記基体の前記第１の表面上に搭載されたデバイスと、前記基体中のキャビティと、前記デバイスによって発生する熱を除去するための前記キャビティ内の冷却構造とを含む。

本発明のさらに別の態様によると、デバイスパッケージが提供される。このデバイスパッケージは、蓋取り付け領域およびデバイス取り付け領域を含む基体と、前記蓋取り付け領域上の蓋であって、前記基体と前記蓋との間に密閉容積を形成する蓋と、前記密閉容積内の前記デバイス取り付け領域上のデバイスと、前記キャビティ内の冷却構造とを含む。

本発明のさらに別の態様によると、第１のコンポーネントを第２のコンポーネントに接合する方法が提供される。この方法は、（ａ）第１のコンポーネントと第２のコンポーネントとの間に複数の層を提供するステップであって、前記複数の層は第１の構成層と、前記第１の構成層とは異なる組成の第２の構成層と、拡散障壁層とを含み、前記拡散障壁層は前記第１の構成層と前記第２の構成層との間に配置され、前記第２の構成層は前記第１のコンポーネントと前記拡散障壁層との間に配置されるステップと、（ｂ）前記第１のコンポーネントに圧力を加えて、前記第１のコンポーネントと前記第２の構成層との間に接合を形成するステップと、（ｃ）前記第１の構成層と前記第２の構成層との間で原子の相互拡散が起こるために有効な温度および時間で、前記接合させた構造体を加熱するステップとを含む。結果として得られる構造体は、全体の融点が加熱温度よりも高い。

以上の概要、および本発明の代表的実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面と合わせて読むことによって最もよく理解できるであろう。

図１Ａは、製造のある段階における本発明による光学マイクロベンチの概略斜視図である。 図１Ｂは、製造のある段階における本発明による光学マイクロベンチの概略斜視図である。 図１Ｃは、製造のある段階における本発明による光学マイクロベンチの概略斜視図である。 図２Ａは、分割線２Ａに沿って取られた図１Ａのマイクロベンチの概略垂直断面図である。 図２Ｂは、分割線２Ｂに沿って取られた図１Ｃのマイクロベンチの概略垂直断面図である。 図３Ａは、図１Ａ〜Ｃに示されるものとは異なる配置のくぼんだ領域を有する本発明によるマイクロベンチの別の構成の概略垂直断面図である。 図３Ｂは、図１Ａ〜Ｃに示されるものとは異なる配置のくぼんだ領域を有する本発明によるマイクロベンチの別の構成の概略垂直断面図である。 図４Ａは、本発明による複数の光学マイクロベンチを含むベースウエハの概略上面図である。 図４Ｂは、本発明による複数の蓋を含むウエハの概略上面図（蓋キャビティが見える方向）である。 図４Ｃは、１列のマイクロベンチに沿って取られた断面を有する、図４Ａのベースウエハ上に封止された図４Ｂの蓋ウエハの概略垂直断面図である。 図４Ｄは、蓋ウエハから蓋が１つずつ分離された後の図４Ｃの蓋ウエハとベースウエハとの組立体の水平断面図である。 図４はＥ、蓋ウエハから蓋が１つずつ分離された後の図４Ｃの蓋ウエハとベースウエハとの組立体の垂直断面図である。 図４Ｆは、蓋ウエハから蓋が１つずつ分離された後の図４Ｃの蓋ウエハとベースウエハとの組立体の垂直断面図である。 図５Ａは、本発明によるミクロ光学デバイスパッケージを組み立てるための部品の概略斜視図である。 図５Ｂは、図５Ａに示される部品から組み立てられる本発明によるミクロ光学デバイスパッケージの概略斜視図である。 図６Ａは、図５Ａのミクロ光学デバイスパッケージの光軸に沿って取られた概略垂直断面図である。 図６Ｂは、レーザーの発光領域をファイバーの端面に集中させる１つのレンズを有することを除けば図６Ａに示される図と同様であるミクロ光学デバイスパッケージの光軸に沿って取られた概略垂直断面図である。 図７Ａは、冷却構造を有する本発明によるミクロ光学デバイスパッケージの概略垂直断面図である。 図７Ｂは、冷却構造を有する本発明によるミクロ光学デバイスパッケージの概略垂直断面図である。 図７Ｃは、冷却構造を有する本発明によるミクロ光学デバイスパッケージの概略垂直断面図である。 図８Ａは、本発明によるさらに別のミクロ光学デバイスパッケージの概略垂直断面図である。 図８Ｂは、本発明によるさらに別のミクロ光学デバイスパッケージの概略垂直断面図である。 図９Ａは、気密封止されたキャビティ内部からパッケージ外部まで延在する気密ビアを有する本発明によるミクロ光学デバイスパッケージの概略垂直断面図である。 図９Ｂは、気密封止されたキャビティ内部からパッケージ外部まで延在する気密ビアを有する本発明によるミクロ光学デバイスパッケージの概略上面図である。 図１０Ａは、本発明によるミクロ光学デバイスパッケージが収容されるコネクターの概略垂直断面図である。 図１０Ｂは、本発明によるミクロ光学デバイスパッケージが収容されるコネクターの概略斜視図である。 図１１Ａは、本発明のミクロ光学デバイスパッケージを収容するコネクターと、ミクロ光学デバイスパッケージを冷却するためのヒートシンクとの概略斜視図である。 図１１Ｂは、本発明のミクロ光学デバイスパッケージを収容するコネクターと、ミクロ光学デバイスパッケージを冷却するためのヒートシンクとの概略斜視図である。 図１１Ｃは、本発明のミクロ光学デバイスパッケージを収容するコネクターと、ミクロ光学デバイスパッケージを冷却するためのヒートシンクとの概略斜視図である。 図１２Ａは、導電性リード線を有する光学マイクロベンチを製造するための本発明による方法を示すフローチャートである。 図１２Ｂは、導電性リード線を有する光学マイクロベンチを製造するための本発明による方法を示すフローチャートである。 図１３Ａは、気密封止された導電性ビアを有する光学マイクロベンチを製造するための本発明による方法を示すフローチャートである。 図１３Ｂは、気密封止された導電性ビアを有する光学マイクロベンチを製造するための本発明による方法を示すフローチャートである。 図１３Ｃは、気密封止された導電性ビアを有する光学マイクロベンチを製造するための本発明による方法を示すフローチャートである。 図１４Ａは、気密封止された導電性ビアを製造するための本発明による方法を示す概略図である。 図１４Ｂは、気密封止された導電性ビアを製造するための本発明による方法を示す概略図である。 図１４Ｃは、気密封止された導電性ビアを製造するための本発明による方法を示す概略図である。 図１４Ｄは、気密封止された導電性ビアを製造するための本発明による方法を示す概略図である。 図１４Ｅは、気密封止された導電性ビアを製造するための本発明による方法を示す概略図である。 気密封止された導電性ビアを製造するための本発明による方法を示す概略図である。 図１４Ｇは、気密封止された導電性ビアを製造するための本発明による方法を示す概略図である。 図１５Ａは、気密封止された導電性ビアを製造するための本発明による別の方法を示す概略図である。 図１５Ｂは、気密封止された導電性ビアを製造するための本発明による別の方法を示す概略図である。 図１５Ｃは、気密封止された導電性ビアを製造するための本発明による別の方法を示す概略図である。 図１５Ｄは、気密封止された導電性ビアを製造するための本発明による別の方法を示す概略図である。 図１５Ｅ１は、気密封止された導電性ビアを製造するための本発明による別の方法を示す概略図である。 図１５Ｅ２は、気密封止された導電性ビアを製造するための本発明による別の方法を示す概略図である。 図１５Ｆは、気密封止された導電性ビアを製造するための本発明による別の方法を示す概略図である。 図１５Ｇは、気密封止された導電性ビアを製造するための本発明による別の方法を示す概略図である。 図１５Ｈは、気密封止された導電性ビアを製造するための本発明による別の方法を示す概略図である。 図１６Ａは、蓋ウエハ上のキャビティが形成された蓋を製造するための本発明による方法の概略上面図である。 図１６Ｂは、蓋ウエハ上のキャビティが形成された蓋を製造するための本発明による方法の概略上面図である。 図１６Ｃは、蓋ウエハ上のキャビティが形成された蓋を製造するための本発明による方法の概略上面図である。 図１６Ｄは、蓋ウエハ上のキャビティが形成された蓋を製造するための本発明による方法の概略上面図である。 図１７Ａは、蓋ウエハ上のキャビティが形成された蓋を製造するための本発明による別の方法の概略上面図である。 図１７Ｂは、蓋ウエハ上のキャビティが形成された蓋を製造するための本発明による別の方法の概略側面図である。 図１８Ａは、ガラス状側壁部分を有する蓋の概略図である。 図１８Ｂは、ガラス状側壁部分を有する蓋の概略図である。 図１８Ｃは、ガラス状側壁部分を有する蓋の概略図である。 図１８Ｄは、ガラス状側壁部分を有する蓋の概略図である。

これより図面を参照すると、同様の要素は同様の番号が付けられており、本発明によるミクロ光学デバイスパッケージ５００が提供されている。ミクロ光学デバイスパッケージ５００は、蓋２００中の光路通過開口部が不要となることによって、蓋２００の光学マイクロベンチ１００への気密封止が容易になる構成をしている。蓋２００は、側壁２２０を含み、これは、蓋の下に配置されたオプトエレクトロニクスデバイス１２、１８が受け取るまたはこれらより伝達される光の波長に対して光学的に十分透明である。本明細書で使用される場合、用語「光」は、可視スペクトルに限定されるものではなく、可視スペクトル外にある電磁放射線を含む。

側壁２２０および残りの光学系を透過する光がさらに妨害されることなく伝播できるようにするため、蓋２００の封止面２２６は、光学マイクロベンチ１００に向かってくぼんでいてもよく、これによって光学系の透明アパーチャが光学マイクロベンチ１００の任意の表面に囲まれることがなくなる。これに関連して、くぼんだクリアランス面５０、５２、５４を形成することができる。このようなクリアランス面５０、５２、５４の使用、およびくぼんだ蓋の搭載は、多くのミクロ光学系において有用である。これに関連して、オプトエレクトロニクスデバイス１２として機能しうるレーザーダイなどの発光源は、通常、活性ストライプ側を下向きにしてマイクロベンチ１００上に接合することで、マイクロベンチ１００上のフィーチャーに対して活性ストライプを正確に配置することができる。このように配置することによって、マイクロベンチ１００の上面７０に接近するよう光軸を配置できる。蓋２００にくぼみがないと、光ビームが蓋ボンドラインおよびマイクロベンチ１００と干渉することがある。蓋（または蓋ウエハ）をマイクロベンチ１００（またはマイクロベンチウエハ）の方向にくぼませることによって、ビームの吸蔵による望ましくない光の損失が起こらずに、全アパーチャのビームが、蓋側壁２２０およびマイクロベンチ１００上の残りの光学系を通過することができる。たとえば、光源によって発生した光の半分までは、くぼんだ蓋２００がなければ損失しうる。しかし、ある用途では、マイクロベンチ１００のくぼんでない部分に蓋２００が搭載できるようになっていてもよい。

（Ａ．マイクロベンチ）
（１．微細機械加工されたマイクロベンチフィーチャーの配置）
これより図１Ａ〜１Ｃ、２Ａ、および２Ｂを参照すると、本発明によるミクロ光学デバイスパッケージ５００のベースとして使用される例示的な光学マイクロベンチ１００が示されている。図１Ａ〜１Ｃにおいてマイクロベンチ１００は分離したコンポーネントとして示されているが、マイクロベンチ１００は、ベースウエハ（グリッド）１１０の一部であってもよいし、図４Ａに示されるように完全なベースウエハ１１０の上に複数の光学マイクロベンチ１００が形成されてもよい。マイクロベンチの基体材料は、マイクロベンチ１００に形成されるフィーチャーと関連して選択される。たとえば、マイクロベンチ材料は、熱伝導性微細成形プラスチック、およびスリップ−キャストセラミックを含むことができ、微細機械加工されたマスターウエハから複製することができる。マイクロベンチ１００に特に好適な材料の１つは単結晶性シリコンであり、これを確立されたフォトリソグラフィー技術を使用した異方性方法によってエッチングして、マイクロベンチ１００上に正確な方向でコンポーネントを提供することができる。限定ではなく説明の目的で、異方性エッチングが可能な単結晶材料を含むものとして、以下でマイクロベンチ１００が説明されるが、光学マイクロベンチ１００の構造を実現することができる他の材料および方法も本発明で考慮されることを理解されたい。

図１Ａおよび２Ａに注目すると、１以上の搭載用フィーチャーを形成することができる上面７０を含む例示的なマイクロベンチ１００が示されている。光学素子を保持するための搭載用フィーチャーの一般的な配置は、典型的に、それらの光学素子が相互作用する光学モデルを含む。たとえば、第１および第２のピット２０、３０、モニター溝１１、ファイバー溝４０、ならびに前部および後部蓋取り付けチャネル６２、６４を、上面７０に形成することができる。以下により詳細に説明するように、これらのフィーチャーは、（１００）シリコン基体に異方性エッチングすることができる。ピット２０、３０、溝１１、４０、および取り付けチャネル６２、６４の間で正確に位置合わせするために、このようなフィーチャーは同じマスキングおよびエッチングプロセス中に形成することができる。エッチングの結果得られる各構造は、｛１１１｝結晶面である傾斜側壁を含む。上面７０のエッチングされていない部分は、デバイス取り付け領域１０となり、この上に、１以上のオプトエレクトロニクスデバイス、電子デバイス、機械的デバイス（たとえば、ＭＥＭＳ）、またはオプトメカニカルデバイスを搭載し、接合して、電気的に相互接続することができる。

たとえば、透明な蓋２００、および任意に光アイソレーターが光路中に配置される場合、図５Ａ、５Ｂ、および６Ａに示されるように、２つのレンズ２２、３２を使用することができ、第１のレンズ２２がビームをセミコリメートすることで、ビームが透明蓋２００および任意の光アイソレーターを透過することができ、第２のレンズ３２は光を光ファイバー４２に結合させることができる。オプトエレクトロニクスデバイス１２から離れる方向に光路があるようにデバイスが記載されているが、オプトエレクトロニクスデバイスが光を受け取る場合には光路が逆方向であってもよいことは明らかであろう。光学素子の間隔、およびそれらの機械的位置合わせに使用される対応する搭載用フィーチャーは、それらの接合位置またはそれらの光学性能に最終的に影響を与えうるあらゆる封入剤、はんだパッド、またはその他のフィーチャーによって決定されるべきである。

シリコンへのエッチ深さを最小限にして、より厳格な許容範囲が維持されるようにするため、典型的に、搭載用フィーチャーはできるだけ小さくなるように作製される。一例として取り付け領域１０上に、活性領域を下向きにして搭載されるファブリ・ペロー（Ｆａｂｒｅｙ−Ｐｅｒｏｔ）（ＦＰ）または分布帰還型（ＤＦＢ）レーザーダイ１２については、光軸は光学マイクロベンチ１００の上面７０の数ミクロン上になることがある。この場合、搭載用要素の配置は、図６Ａおよび６Ｂに示されるように、ボールレンズ２２、３２（たとえば、グレード（Ｇｒａｄｅ）１０またはより厳しい許容範囲の直径５００ミクロンのスピネル（Ｓｐｉｎｅｌ））の中心、および光ファイバー４２の中心がレーザーダイ１２活性領域の高さに配置されるように設計することができる。ボールレンズ２２、３２、および系中の他の光学表面は反射防止コーティングでコーティングしてもよい。たとえば、ＬＰＣＶＤによって付着させた酸窒化ケイ素１／４波層は、好適なコンフォーマルコーティングとなりうる。反射防止コーティングは、たとえば、所望のコーティング厚さおよび屈折率の均一性が得られるように調節された気流および圧力でＮ_２Ｏ、ＮＨ_３、およびＳｉＣｌ_２Ｈ_２を使用することによって形成することができる。

オプトエレクトロニクスデバイスは熱を発生する傾向にあるので、気密性キャビティから熱を除去することができる冷却構造が提供されることが望ましい場合がある。図７Ａ〜Ｃに、使用することができる例示的な冷却構造が示されている。たとえば、図７Ａは、レーザーダイ１２の位置の下にあるマイクロベンチ１００中の冷却キャビティ７４を示している。冷却キャビティは、たとえば、ウェットエッチングまたはドライエッチング（たとえばＲＩＥエッチング）方法を使用して、典型的にはベースウエハの厚さの５０〜９０％の間の深さにベースウエハをエッチングすることによって形成することができる。小型熱電冷却器（ＴＥＣまたはペルチェ（Ｐｅｌｔｉｅｒ）効果冷却器）、またはＴＥＣ冷却器と連結することができる金属スタッドなどの冷却構造７６をキャビティ内に提供することによって、レーザーダイ領域を効率的に、ある程度選択的に冷却（または温度制御）することができる。これによって、冷却に必要な電力を軽減し、凝縮を制御することができる。図に示されるように、ヒートシンク７７をベース基体に取り付けて、熱伝達を促進させることができる。図７Ｂおよび７Ｃは、さらに別の冷却構造を示しており、これらの冷却構造は、微細加工技術を使用して、気密性キャビティ２３０内部のベースウエハ１１０の上面または下面７０、７２に直接に（図７Ｂ）、あるいは蓋２００の内部または表面上（図７Ｃ）に形成することができる。冷却構造７６とオプトエレクトロニクスデバイス１２との間の熱接触を向上させるために、熱伝導性グリースなどの熱伝導性材料７８を使用することができる。

再び図１Ｃを参照すると、光学マイクロベンチ１００の境界にあり、光学マイクロベンチ１００の長さ方向に沿って延在する、長手方向の２つの蓋取り付けチャネル６６、６８を提供することができる。長手方向の蓋取り付けチャネル６６、６８は、前部および後部蓋取り付けチャネル６２、６４と交差して、堀の形状を有する蓋取り付け領域６０を提供する。したがって、蓋取り付け領域６０は、デバイス取り付け領域１０を取り囲むくぼんだ境界、第１のピット２０、および蓋２００を封止することができる第１のくぼんだクリアランス面５０を含むことができる。図に示されるように、この堀は長方形であってよい。長手方向のチャネル６６、６８の深さは、蓋取り付けチャネル６２、６４の深さと同じであってよい。蓋２００の表面下の封止が望ましい場合、この堀は、光学マイクロベンチ１００の上面７０の下で、ミクロ光学系の光路の下の深さまでくぼんでいてもよい。

（２．マイクロベンチの導電性経路）
オプトエレクトロニクスデバイス１２、１８に電気接続を提供するため、図１Ｂに示されるように、導電性リード線１４の形態の電気接続を、マイクロベンチ１００の上面７０の選択された領域上にパターン形成することができる。図５Ａおよび５Ｂに示されるように、デバイス取り付け領域１０と、デバイス取り付け領域１０を覆い密閉する気密封止された蓋２００の外側のマイクロベンチ１００の領域との間で電気的に導通するように、導電性リード線１４の方向を決めることができる。たとえば、蓋２００の一部は後部蓋取り付けチャネル６４内に取り付けられるので、導電性リード線１４は後部蓋取り付けチャネル６４の表面６１、６３に沿って延在することができる。したがって、電気的信号は、後部取り付けチャネル６４内に取り付けられる蓋２００の縁端部下の導電性リード線１４に沿って伝達することができる。導電性リード１４に沿って選択された位置において、たとえばデバイス取り付け領域１０内の導電性リード線１４の終端などにはんだパッド１６を提供することができる。

これとは別にまたはこれに加えて、たとえば図９Ａおよび９Ｂに示されるように、デバイス取り付け領域１０内のデバイス１２、１８と、気密封止された蓋２００の外部との間に電気接続を形成するために、１以上の気密封止された導電性ビア９０を提供することができる。典型的に、導電性ビア９０は、デバイス取り付け領域１０の上面７０からマイクロベンチ１００を通って伸び、それによってマイクロベンチ１００の下面７２と電気的な導通を提供する。導電性リード線１４、およびこのような線を覆う蓋２００の封止が不必要となるという点から、導電性ビアは好都合である。これによって、蓋の下に延在するリード線と比較すると、伝達速度などの電気伝達特性が向上すると考えられる。気密封止された導電性ビア９０によって、たとえば１０〜６０ＧＨｚの高速で動作可能な導電性経路を提供することができる。さらに、導電性ビア９０を使用すると、導電線１４を覆って封止する場合に典型的に使用されるソルダーガラスなどの誘電性シールまたは誘電性封入剤層などの封止剤の代わりに、Ａｕ−Ｓｎ共晶などの金属はんだ（たとえば、厚さ３〜８ミクロン）を使用してマイクロベンチ１００に蓋２００を封止することができる。導電性ビアを使用することのさらなる利点としては、リード線のための傾斜側壁を使用する必要がないことであり、この場合、蓋の堀が使用される場合には、これはダイシングによって簡単に形成することができる。気密封止された導電性ビア９０は、本明細書で後述する方法によって形成することができる。

（３．マイクロベンチの光学列）
図１Ａ〜１Ｃに戻ると、必要である場合、マイクロベンチ１００に設置された光学系を光ビームが通過するためのクリアランスを提供するために、別のくぼんだフィーチャーを光学マイクロベンチ１００中に提供することができる。くぼんだクリアランス面５０、５２、５４は、クリアランス面５０、５２、５４におけるマイクロベンチ１００の領域を光ビームが自由に通過でき、これらの領域において光学マイクロベンチ１００にビームが衝突することがないように、光路に沿った位置に提供される。たとえば、図１Ｃに示されるように、第１のくぼんだクリアランス面５０は第１のピット２０と隣接して形成され、第２のくぼんだクリアランス面５２は第２のピット３０と隣接して形成され、第３のくぼんだクリアランス面５４は第２のピット３０とファイバー溝４０との間に形成される。くぼんだクリアランス面の深さは、光ビームをクリアにするために必要な深さによって最小値が決定され、エッチングされたフィーチャーと、エッチングされたフィーチャー内に接合された光学素子との間の接触点の深さによって最大値が決定される。

今度は図４Ａ〜４Ｅ、５Ａおよび５Ｂを参照すると、光学マイクロベンチ１００への光学素子および封止素子の追加が示されており、最終的に組み立てられたミクロ光学デバイスパッケージ５００が示されている。組み立てられたミクロ光学デバイスパッケージ５００は、搭載用フィーチャーにおいて、たとえば、第１および第２のピット２０、３０において光学マイクロベンチ１００上に搭載される光学素子およびオプトエレクトロニクスデバイスを含む。本明細書で使用される場合、用語「オプトエレクトロニクスデバイス」は、光ビームを放出、検出、またはその他に変化させる能動デバイスを含み、たとえば光源、光学検出器、およびＭＥＭＳデバイスを含む。用語「光学素子」は、オプトエレクトロニクスデバイス、および受動光学素子、たとえばレンズ、グレーティング、プリズム、フィルターなどを含む。

図５Ａを参照すると、本発明による例示的なミクロ光学デバイスパッケージ５００の分解組立図が示されている。ミクロ光学デバイスパッケージ５００は、光学マイクロベンチ１００および蓋２００を備えている。半導体レーザーダイなどのオプトエレクトロニクスデバイス１２は、はんだパッド１６と電気的に導通した状態でデバイス取り付け領域１０上に配置される。さらに、任意のバックファセットモニターフォトダイオード１８が、レーザーダイ１２を監視するためにデバイス取り付け領域に取り付けられる。レーザーダイ１２と同様に、モニターフォトダイオード１８は、それぞれのはんだパッドと電気的に接触して搭載され、それぞれの導電性リード線１４と電気的に導通することができる。追加のはんだパッドを表面上に配置して機械的接合を提供することができ、これらは電気接続に使用されるものと同じ組成であってもよいし、異なっていてもよい。種々の組成物を使用して、適合可能な接合の階層構造を形成することができる。これらの組成物は、接合されるパーツと、マイクロベンチ表面との間で分割することができ、そのためはんだ合金は形成されないか、または両方のパーツが互いに接触するまでは完全には形成されない。このため接合階層構造の自由度が増し、所与の共晶の周辺の異なる組成で数種類の溶融温度および接合温度を得ることができる。

マイクロベンチ上のレーザーダイ１２などの能動デバイスの受動的な観察による位置合わせを可能とするために、本発明の能動デバイスは、好適な基準点を有してもよい。これらの基準点は、レーザーダイ１２の活性領域と同時に画定されることができ、これによってリソグラフィーの偏りが防止され、接合の誤りが最小限となる。接合後の検査を容易にするために、ダイ基準点とは正反対の側のダイ１２には金属を使用しないことが可能である。これにより、マイクロベンチ１００およびレーザー材料の両方を観察した場合に、レーザーダイ基準点に対してシリコンベンチ基準点の位置合わせを観察することによって位置合わせのＩＲ受動的検査が可能となる。接合後精度を決定するための、「加重平均」に基づくクアドラントごとの強度が典型的に使用される受動的検査方法が、接合精度を向上させるために、ある精密ボンダーで使用される場合がある。さらに、これらによって、レーザーダイ１２に電力が供給される前に、実現される結合効率の指標を得ることができる。

任意に、たとえば約１ｎｍのスペクトル線幅が得られるグレーティングを有するＤＦＢ型ダイまたはＦＰダイを作製することができる。この値は、設計によって数種類（たとえば、２〜６種類）のモードを使用可能な典型的なＤＦＢレーザーで使用される値よりもはるかに広いが、ＦＰ単独で得られる値よりも狭い線幅である。この方法は、ＦＰダイの到達距離を伸ばすことができ、アイソレーターを使用せずにＤＦＢ型ダイを使用することができる。これは、同等のＦＰレーザーで通常得られるよりも狭いスペクトル幅を得ることによって、および利得曲線の単純なｄｎ／ｄｔではなくグレーティングのｄｎ／ｄｔに依存させることで中心波長の熱ドリフトを低減しやすくすることによって実現することができる。最後に、単一モードＤＦＢよりも「数種類のモード」のダイを使用することの利点として、ある延長された到達距離（たとえば、１〜２０ｋＭ用途）の場合に系からアイソレーターを取り外せることが挙げられる。これと関連して、単一スペクトルモードレーザー（ＤＦＢ）ほどには、すべてのモードで同程度に後方反射は干渉しなし。このため、非冷却操作において、より安価なＦＰ型ダイをより長いリンク長さで使用することができ、これはＤＦＢとアイソレーターを使用するよりも歩留まりおよびコストの面から好ましい。

任意のバックファセットモニターフォトダイオード１８が使用される場合は、半導体レーザーダイ１２とモニターフォトダイオード１８との間に配置された任意のクリアランス溝１１を提供することが望ましい。クリアランス溝１１は、レーザーダイ１２によって発せられる光のクリアランスを提供し、光は上方に反射されフォトダイオード１８に到達する前に下方に伝播してクリアランス溝１１に到達する。クリアランス溝１１は傾斜した端面１３を含むことができ、これはレーザーダイ１２から発せられた光を受け取り、そのように受け取った光を光学マイクロベンチ１００から上方のフォトダイオード１８の方向に反射する。モニターフォトダイオード１８の位置は、このように偏向した光ビームを受光するように選択される。モニターフォトダイオード１８の位置は、最大量の光がモニターフォトダイオード１８のダイナミックレンジ内となるために望まれるよりも多くの光が存在する場合に、レーザーバックファセットとの最大結合点から離れるように調整することができる。端面１３は、たとえば、メタライズしてもよいし、または反射率を改善するその他のコーティングを行ってもよい。任意のクリアランス溝１１は、第１および第２のピット２０、３０を提供するための異方性エッチングステップ中に形成することができる。このような場合、傾斜した端面１３は異方性エッチングした（１００）単結晶シリコンの｛１１１｝面を含むことができる。

典型的に、レーザーダイ１２は、マイクロベンチ１００の上面７０に対して垂直な面内にある上部および下部境界光線を有するとともに光軸を含むほぼ円錐形の光線８０を放出する。図６Ａに示されるように、レーザーダイ１２から放出される円錐形の光８０を受光するために、第１のボールレンズ２２などの光学素子を、第１のピット２０内に配置することができる。任意に、第１のピット２０は、第１のレンズ２２を内部に配置するために必要な大きさよりも大きくてもよい。たとえば、第１のピット２０は光軸の方向に沿ってより長い寸法を有してもよく、この場合、ピット２０の４つの側壁の中の３つのみと接触することによって第１のレンズ２２が第１のピット２０内に配置される。同様に、第２のピット３０も第２のレンズ３２より大きくてもよい。

第１のボールレンズ２２は、レンズをぬらすソルダーガラスまたははんだなどの好適な接着剤または接合剤を使用してピット２０に接着することができる。このようなはんだは、シャドーマスクを介した蒸発またはスパッタリングによってピット２０に直接付着させてもよいし、または他の方法の中でも特にはんだボールを使用することによって付着させることもできる。レーザーダイ１２から放出される下部境界光線が不明瞭になるのを防止するため、レーザーダイ１２の発光端はピット２０と隣接して配置されると望ましい場合があり、それによって、光学マイクロベンチ１００のあらゆる部分と衝突することなく、下部境界光線は下方に進行してピット２０に到達し、第１のレンズ２２を捕捉する。あるいは、レーザーダイ１２は、ボールレンズ２２と間隔を開けて配置することもでき、図９Ａに示されるようにくぼんだクリアランス面５６を提供することで、妨害されずに下部境界光線をボールレンズ２２に到達させることができる。第１のレンズ２２の光学的性質は、図６Ａに示されるように、第１のレンズ２２がレーザーダイ１２から受光する光錐８０を所望の角度にコリメートさせるため、レーザーダイ１２の発光領域がレンズの焦点となるよう位置するように選択されることが望ましい。あるいは、図６Ｂに示されるように、第１のレンズ２２の光学的性質は、ファイバー溝４０に向かう光軸に沿って伝播するビームを集束させるように選択することができる。

（４．気密封止されたキャビティ）
ミクロ光学デバイスパッケージ５００は蓋２００を備えてもよく、これは、蓋取り付け領域、たとえば、存在するなら、蓋取り付けチャネル６２、６４、６６、６８内でマイクロベンチ１００上に配置することで、レーザーダイ１２、第１のレンズ２２、フォトダイオード１８、および第１のくぼんだクリアランス面５０の周囲で封止された筐体が提供される。蓋２００は、たとえば、長方形のキャビティ２３０を蓋２００内部に形成するために、４つの側壁２２０およびルーフ２５０を含むことができる。別の代表的実施形態では、蓋２００は１つのアーチ型の側壁を含むことができ、または屈折力を得るためにレンズ型の蓋側壁を含むことができる。典型的に、蓋２００のルーフ２５０は厚さが１０〜１００ミクロンの範囲である。ルーフ２５０の厚さの、キャビティ２３０の最長寸法（スパン）に対する比率は、典型的には１／１０〜１／５０である。このような比率であれば、気密性の変化または低下に応答して、ルーフ２５０が十分湾曲することができる。このような湾曲を測定して、パッケージの気密性の指標を得ることができる。たとえば、キャビティ全長が１ｍｍの蓋２００の場合、蓋の厚さが４０ミクロンであれば、一般に十分なたわみおよび耐久性を得ることができる。典型的に、蓋キャビティの深さは、くぼんだトレンチ（存在する場合）の深さおよび中に入るコンポーネントの高さによって決定される。典型的な蓋の深さは、たとえば１００〜６００ミクロンである。

前部および後部蓋取り付けチャネル６２、６４の傾斜側壁６５、６３は、蓋２００のそれぞれの側壁２２０のガイディングを助け、蓋取り付けチャネル６２、６４内部の所望の位置に配置させることができる。蓋取り付けチャネル６２、６４、６６、６８の深さ、および前部および後部蓋取り付けチャネル６２、６４の幅は、蓋２００の下部封止面２２６が光学マイクロベンチ１００に十分な深さで取り付けられて、封止面２２６が光学系の光路から外れるように選択されることが望ましい。したがって、前部および後部蓋取り付けチャネル６２、６４の幅は、下部封止面２２６が光路から外れるのであれば、配置される側壁２２０の幅と同じでも、より大きくても小さくてもよい。さらに、蓋２００を光学マイクロベンチ１００に封止して、レーザーダイ１２への後方反射を防止するために十分な程度、たとえば１°または２°だけ光軸に対して垂直からわずかに外して光軸と交差する蓋側壁２２１を配置することができる。レーザーダイ１２への後方反射は、ＤＦＢレーザーなどの一部のデバイスの光学性能に悪影響を与えうる。

典型的には、光路内にある側壁２２１の少なくとも一部が、レーザーダイ１２によって伝達される光の波長に対して光学的に透明となるように蓋２００が構成される。これによって、レーザーダイ１２と蓋２００の外部との間で伝達される光学信号の損失が最小限となる。場合によっては、側壁部分が光導波路を含むと望ましいこともある。透明な側壁部分は、透過する光ビームに適合した物理的特性を有するべきである。たとえば、ビームが通過する側壁表面の厚さ、平行度、および平滑性によって、許容される光学性能が得られ、ビームの許容されない劣化は生じないようすべきである。たとえば、蓋側壁２２０はケイ素を含むことができ、１０〜１００ミクロンの厚さを有することができる。厚さまたは表面粗さのばらつきに対する光ビームの感受性を最小限にするため、ほぼコリメートされたビームが蓋２００の側壁部分を通過することが望ましい。この理由のため、上述の第１のレンズ２２のコリメーション機能が提供されることが望ましい。さらに、側壁部分は、反射を軽減するため、１／４波長厚さの窒化ケイ素などの反射防止コーティングでコーティングしてもよい。

ソルダーガラスまたは金属はんだなどのあらゆる好適な接合材料２４０によって、蓋２００をマイクロベンチ１００の蓋取り付け領域に気密封止することができる。接合材料２４０を最初に蓋封止面２２６に適用すると好都合である場合がある。あるいは、溶接またはその他の技術を直接使用してマイクロベンチ１００に蓋２００を直接気密封止することができる。好適な接合材料としては、たとえば、ＳｎＦ_２、ＳｎＯ、ＰＯ_２．５、ＰｂＦ_２、ＮｂＯ_２．５、ＺｎＦ_２、およびＢａＦ_２の１以上を含有するようなソルダーガラス、ダイマット・インコーポレイテッド（Ｄｉｅｍａｔ，Ｉｎｃ．）（米国マサチューセッツ州バイフィールド（Ｂｙｆｉｅｌｄ，ＭＡ）より入手可能なＤＭ２７００ＰＦソルダーガラスなどのソルダーガラス、および金属はんだ、たとえば、Ｃｒ／Ｎｉなどの下層の上のたとえば共晶または共晶に近いＡｕ−Ｓｎが挙げられる。

導電性リード線１４がマイクロベンチ１００の上面に沿って配置される場合、金属はんだなどの導電性接合材料２４０は、リード線１４と電気的に導通しないようにすべきである。この場合、導電性リード線１４と導電性接合材料との間に誘電体を配置することができる。しかし、このような構成は、容量性効果のために導電性リード線１４を通って信号が移動することができる速度が低下することがある。したがって、エポキシまたはガラスはんだなどの誘電性接合材料を、リード線１４上の蓋２００の気密封止に使用することができる。しかし、ガラスはんだでも、高ＲＦ送信用途には適さない場合があり、この場合には気密封止された導電性ビア９０が好ましいこともある。導電性リード線１４上の封止の影響を最小限にするために、リード線１４上に配置される少なくとも蓋側壁２２０部分は、薄く作製することができる。

図５Ｂおよび６Ａに示されるようにボールレンズ３２などの第２の光学素子を、第２のピット３０中に配置して、第１のレンズ２２でコリメートされ蓋２００の側壁２２１を通過するビームを受光させることができる。第２のボールレンズ３２は、好適な接着剤または接合剤を使用してピット３０に接着させることができる。分離後、光ファイバー４２を、ファイバー溝４０中に配置し、好適な接着剤または接合剤を使用して接着させることができる。ファイバー溝４０は、光ファイバーセグメント４２が光軸に沿って存在するように十分な深さを有する。光学マイクロベンチ１００の長さを超えて延在するセラミック製フェルール４４中に光ファイバー４２を配置して、ファイバー４２を機械的に支持し、光ファイバー４２と他の光学コンポーネントとの結合を促進することができる。あるいは、セラミック製分離スリーブまたはプラスチック製受け器を、光ファイバー受け器設計の一部として、ファイバーの代わりに接合させることもできる。これによって、外部ファイバー光コネクターを正確に位置合わせすることができ、次にこれを受け器に差し込んで、デバイスパッケージ５００と再現性のある光学的結合を形成することができる。

第２のレンズ３２の光学的性質は、ファイバー４２の近接する端面４３にレンズの焦点がくるように選択すると好都合でありうる。この場合、第２のレンズ３２によって、コリメートされたビームがファイバー端面４３上に集束して、レーザーダイ１２から放出された光がファイバー４２と効率的に結合する。ほこりなどの汚染物質の影響から光学系を保護するため、図５Ａおよび５Ｂに示されるように、ファイバー端面４３および第２のレンズ３２の上に封入剤３４を提供することができ、これは第２のレンズ３２と蓋２００の近接する側壁２２１との間の光路に沿った空隙を充填することもできる。封入剤３４および第２のレンズ３２の光学的性質は、ファイバー端面４３上にビームが希望通りに集束するように選択される。市販の材料を使用することができ、たとえば、シリコーン封入剤、屈折率整合性エポキシ、ナイ・オプティカル・プロダクツ・インコーポレイテッド（Ｎｙｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．）（米国マサチューセッツ州フェアヘーブン（Ｆａｉｒｈａｖｅｎ，ＭＡ）より入手可能なＳｍａｒｔＧｅｌ（商標）封入剤、およびダウ・コーニング（Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ）より入手可能なその他の封入剤が挙げられる。

図１〜６に示される例示的なミクロ光学デバイスパッケージ５００以外に、本発明によるミクロ光学デバイスパッケージの他の構成も可能である。たとえば、ミクロ光学デバイスパッケージ５００は、第１の側壁２２０を通過した光ビームを受光し、デバイスパッケージ５００中の光学素子によってそのビームを光学的に変化させ、続いて、変化させたビームをパッケージ５００から１以上の同じ側壁２２０を通って、別の側壁２００、または蓋ルーフ２５０に伝達させることができる。さらに、同じまたは異なる構成の一連のデバイスパッケージ５００をデイジーチェーン方式でつないで、デバイスパッケージ５００の光学列を提供することができる。さらに、図８Ａおよび８Ｂを参照すると、ミクロ光学デバイスパッケージ５００は、１以上の光ファイバーセグメント４２および第２のボールレンズ３２を含まないように提供することができる。その代わりに、ミクロ光学デバイスパッケージ５００は、ファイバーフェルール２１０ａ、２１０ｂに取り付けられるように構成することができ、フェルール内に任意に球面レンズ３２を含むことができる。任意に、デバイスパッケージ５００の間の間隙６７は、フェルール２１０をデバイスパッケージ５００に固定して取り付けるための接合材料を含むことができる。さらに、屈折率整合性材料を間隙６７に設けてもよい。

（Ｂ．コネクターの取り付け）
ミクロ光学デバイスパッケージ５００は、オプトエレクトロニクスの種々のシステム構成に使用することができ、たとえばプリント配線基板（ＰＷＢ）などの電子デバイス基体に搭載したり、コネクターが取り付けられたデバイスの一部として使用することができる。たとえば、図１０Ａおよび１０Ｂに示されるように、本発明によるミクロ光学デバイスパッケージ５００を受け入れるコネクター５２０を提供することによって、ミクロ光学デバイスパッケージ５００を他のシステムのコンポーネントと光学的に結合させることができる。本発明のミクロ光学デバイスパッケージは小さな寸法を実現することが可能なため、ミクロ光学デバイスパッケージ５００は、コネクター５２０の内部キャビティ５１２の内部に収容することができる。さらに、本発明のミクロ光学デバイスパッケージは、現在市販されているコネクター内に組み込むのによく適している。たとえば、コネクター５２０は、ＬＣコネクターまたはその他の好適なコネクターであってよい。したがって、本発明の光学マイクロベンチを含むコネクターは、光ファイバーコネクターを光学的な送信機、受信機、またはトランシーバーとして機能させることができる。

ミクロ光学デバイスパッケージ５００は、好適な接合材料を使用してハウジングマウント５０６上に搭載することができる。ハウジングマウント５０６は、機械的支持および熱散逸の両方が得られるように設計することができる。フェルールハウジング５０８は、ミクロ光学パッケージデバイス５００に光学的に取り付けられるファイバーセグメント４２を含むフェルール４４を受け入れて支持するために、コネクター５２０に配置することができる。フェルールハウジング５０８は、好適な接合材料を使用してハウジングマウント５０６に取り付けられる。あるいは、ハウジングマウント５０６およびフェルールハウジング５０８は、１つのモノリシック部分で形成されてもよい。望ましくは、フェルールハウジング５０８およびハウジングマウント５０６は金属を含むことができる。ミクロ光学デバイスパッケージ５００のフェルール４４は、ファイバーフェルール４４の終端がフェルールハウジング５０８の終端と重なるような長さを有すると好都合である。フェルールハウジング５０８は、ファイバーフェルール４４上にスエージ加工してもよい。

電気的信号および電力は、フレックス回路５１０によってミクロ光学デバイスパッケージ５００に供給することができ、このフレックス回路は、導電性リード線またはビアのいずれが使用されるかに依存して、導電性リード線および／またはビアと電気的に接続される。フレックス回路５１０は、たとえば３Ｍで製造されているようにポリイミド上にメッキされた銅から製造することができる。フレックス回路５１０によって、デバイスパッケージ５００を、ＰＷＢなどの電子デバイス基体と機械的に結合させたり分離したりすることができ、このことはＣＴＥの差による接合破壊を防止するために望ましい。フレックス回路５１０は、ＰＷＢとデバイスパッケージ接触パッドとの間のピッチ差を調節することができ、末端部にはんだを含むことができ、その長さに沿って末端抵抗器を含むことができ、またＰＷＢとデバイスパッケージ５００との間でＲＦ信号を適切に伝達するためのインピーダンスが制御された伝送線を含む。

フェルールハウジング５０８は、コネクター５２０内でスライドするように取り付けることができ、このためフェルールハウジング５０８はコネクター５２０内部でピストン運動することができる。これと関連して、コネクター５２０は、コイルばねなどのフェルールばね５０２を含むことができ、これはフェルールハウジング５０８の一部を覆ってコネクターキャビティ５１２の内部に配置される。フェルールばね５０２の前端５０３は、フェルールハウジング５０８のショルダー５０９で止まり、フェルールばね５０２の後端５０５はコネクターキャビティ５１２のショルダー５０７で止まる。あるいは、ミクロ光学デバイスパッケージ５００は、コネクター５２０内部に固定されてピストン運動ができなくてもよい。

ミクロ光学デバイスパッケージ５００の冷却を促進するために、図１１Ａ〜１１Ｃに示されるようにコネクター５２０にヒートシンク５４０、５４５を取り付けることができる。内部コンポーネントを含むコネクター５３０は、コネクター５２０と実質的に同一であってよい。しかし、例示的なヒートシンク５４０、５４５を収容するために、コネクター５２０のハウジングを改良して、コネクターのハウジング内にスロット５３２を形成し、ヒートシンク５４０、５４５が、コネクターのキャビティの領域を超えて延在できるようにすることが望ましい。図１１Ｂに示されるように、ヒートシンク５４０は、金属フェルールハウジングの近接端部５４１の断面形状と類似した断面形状を有する通路５４３を含むことができ、これによって金属フェルールハウジングの近接端部５４１上にヒートシンクをスライド可能に搭載することができ、その結果、ヒートシンクと金属フェルールコネクター５０８との間で熱交換され、ミクロ光学デバイスパッケージ５００との間でも熱交換がなされる。ヒートシンク５４５も同様に金属フェルールハウジング５０８と接続することができる。ヒートシンク５４０、５４５は、ヒートシンクからの熱の散逸を促進するために複数のフィン５４２、５４６を備えることが望ましい。典型的に、ヒートシンクは金属などの十分な熱伝導性を有する材料を含む。さらに、コネクターハウジングの裏面５１９は、熱伝導性プラスチックから作製することで、コネクターまたは受け器ハウジングの熱の出入りを促進させることができる。好適なプラスチックは市販されており、たとえば、米国ロードアイランド州ウォリック（Ｗａｒｗｉｃｋ，ＲＩ）のクール・ポリマーズ（Ｃｏｏｌ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ）より入手可能なＣｏｏｌ Ｐｏｌｙ（商標）が挙げられる。ＰＷＢに取り付けられる場合、デバイスパッケージ５００からの熱を散逸させるためにＰＷＢにもヒートシンクを取り付けてもよい。

（Ｃ．マイクロベンチの製造）
（１．導電性リード線を有するマイクロベンチ）
図１２Ａおよび１２Ｂを参照すると、本発明による導電性リード線１４を有する光学マイクロベンチ１００を製造するための代表的方法のフローチャートが示されている。このフローチャートおよび方法は、１つの光学マイクロベンチ１００をベースウエハ１１０上に製造することに関する例として説明するものであり、実際には、１つのベースウエハ１１０またはウエハから取り出したグリッドの上に複数の光学マイクロベンチ１００を製造することが望ましいことを理解されたい。

ステップＳ１０で開始し、（１００）両面研磨シリコンウエハなどのベースウエハ１１０が提供される。典型的には、ベースウエハ１１０の厚さは５２５ミクロンであり、抵抗率は、高周波数用途の場合には１０００オーム・ｃｍを超えることが望ましい。ベースウエハ１１０は、最低酸素濃度を有し、微細加工工程における欠陥を最小限にするために実際的に利用可能な欠陥密度を有するように選択されることが望ましい。

ステップＳ２０において、第１のハードマスクがベースウエハ１１０上に提供される。このハードマスクは、たとえば、低応力窒化ケイ素層などの窒化ケイ素層を含むことができる。第１のハードマスク層の好適な厚さは、たとえば、２００〜２５０ｎｍである。任意に、結晶位置合わせステップを実施して、結晶学的位置合わせの正確な軸を決定することができ、それによって、エッチングされるフィーチャーを、要求される精度で結晶軸に位置合わせすることができる。

ステップＳ３０では、金属リフトオフのためにベースウエハ１１０にパターンが形成される。場合によっては、金属リフトオフ用のパターン形成は、パターン形成されたより厚いレジストの下に配置されたリフトオフレジスト層を使用してもよく、後の工程で薄いリフトオフレジストはアンダーカットすることができる。任意に内側にくぼんだレジストプロフィールを使用して、金属のパターン形成の場合にきれいなリフトオフを実現することができる。

続く工程のステップＳ４０では、パターン形成されたハードマスクを通して曝露されるベースウエハ１１０の領域上に１以上の金属層を堆積させる。これは、スパッタリングまたは蒸発などの物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、あるいはその他の好適な方法によって実施することができる。金属層としては、たとえば、接着層（たとえば、Ｔｉ、ＴｉＷ、ＴｉＮ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、Ｗ、またはその他の好適な材料）、拡散障壁層（たとえば、Ｎｉ、Ｐｔ、またはその他の好適な材料）、および表面金属（たとえば、Ａｕ、Ａｌ、またはその他の好適な材料）の１以上が挙げられる。典型的な厚さは、接着層の場合（存在する場合）で５〜１００ｎｍ、たとえば４０〜６０ｎｍ、たとえば５０ｎｍであり、拡散障壁の場合で１００〜３００ｎｍ、たとえば、２００〜２７５ｎｍ、たとえば２５０ｎｍであり、表面金属の場合で２００ｎｍ〜１ミクロン、たとえば、５００ｎｍ〜１ミクロンである。金属は、ウェットエッチング、はんだ付け、および熱加工などの後の工程に適合するように選択されるべきである。たとえば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、ＴｉＷ／Ａｕ、ＴｉＮ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ、またはＮｉＣｒ／Ｎｉ／Ａｕの積層体を使用してもよい。導電性リード線１４およびはんだパッド１６が抵抗器および／またははんだダムの両方の機能を有することも可能となる拡散障壁または接着層の厚さを希望に応じて使用すると有用な場合があり、この場合、表面金属を導電性リード線１４の区画から選択的に剥離することができる。はんだダムは、はんだパッドのすぐ外側に配置して、リフロー中に導電性（表面金属）リード線１４に沿った、はんだのウィッキングを防止することができる。抵抗器は、伝送線の末端抵抗器を、レーザーダイ１２に適合させて、ドライバーによってたとえば、２５オームまたは５０オームの必要なインピーダンスにすると望ましいことが多い。希望する場合、表面のメタライゼーションおよび接合におけるギャップは、集積的な要素の代わりに離散的な要素を搭載することができる。

ステップＳ５０では、パターン形成されたリフトオフ金属部分をリフトオフして、ベースウエハ１１０の上面７０および位置合わせ基準点上に導電性リード線１４などの第１の組の表面メタライゼーションを形成することができる。後のシリコンの微細機械加工に望ましい形状の金属「リング」またはトレースを、別のレジストコーティングおよびハードマスク（窒化ケイ素）を介したドライエッチパターン形成を使用して、ベースウエハ１１０の上面７０上でエッチングされる搭載用フィーチャーの自己位置合わせのために形成することもでき、このことは、たとえば、２０００年３月６日に提出され「複数種類の表面フィーチャーのパターン形成のための単一マスクリソグラフィー法（Ｓｉｎｇｌｅ Ｍａｓｋ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｔｙｐｅｓ ｏｆ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｅａｔｕｒｅｓ）」と題された同時係属中の米国特許出願第０９／５１９，１６５号に記載されており、この記載内容は本明細書に援用される。別の方法では、導電性リード線１４および金属リングのためのメタライゼーションを、独立したステップとして実施することができる。さらに、導電性リード線１４のためのメタライゼーション、ならびに一般的なレジストパターン形成およびハードマスクドライエッチングには、従来方法を使用してもよい。

ステップＳ５０では、レンズ２２、３２のためのピット２０、３０、前部および後部蓋取り付けチャネル６２、６４、モニター溝１１、ファイバー溝４０、ならびにレーザーおよびバックファセットモニターの位置合わせ基準点などの搭載用フィーチャーを画定するための金属マスクもパターン形成することができる。微細機械加工されたフィーチャーを形成するためのパターン形成方法は、微細機械加工される領域を取り囲む典型的に５〜２０ミクロンの金属リングを形成することを含む。したがって、伝送線、金属位置合わせ基準点、および微細機械加工される領域のメタライゼーションは、１つのリソグラフィーステップで実施できる場合が多い。次に、これらの金属リングを覆うレジスト層に開口部を残す、より精度の低い第２のリソグラフィーステップを実施することができる。これによって、金属リングの内縁部が、プラズマエッチステップの正確なハードマスクとして機能することができ、リング内部から窒化ケイ素または酸化ケイ素が除去される。レジストのストリッピング後、ウエハのシリコンの異方性エッチングを行うことができる。実施されるエッチングの特定のエッチング化学反応の種類に依存して、種々のマスキング材料を使用することができる。微細機械加工されたフィーチャーを形成するためのパターン形成方法は、金属リングの内部から窒化物ハードマスクを除去することを含む。これらの内部は、エッチングによって微細機械加工される領域であり、これはＣＦ_４または他のフッ素含有プラズマ中のドライエッチングによって実施することができる。これらの技術の詳細は上記にに引用した米国特許出願０９／５１９，１６５号に記載されている。

任意に、抵抗器またははんだダムが望まれる場合には、別のリソグラフィーステップ、およびたとえばヨウ素もしくはヨウ化カリウム溶液などの溶液中のウェットエッチングを使用して表面金属層を選択的に剥離することができる。単位面積当たりの抵抗率がより高いことが望ましい場合は、拡散障壁層を剥離して、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、Ｗ、ＴｉＷ、ＴｉＮ、またはＴｉなどの接着層を使用することが望ましいことがある。レジストは、たとえば、スピンコーティングされるレジストや電気泳動レジストであってよい。電気泳動レジストは、シプレイ・カンパニーＬ．Ｌ．Ｃ．（Ｓｈｉｐｌｅｙ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｌ．Ｌ．Ｃ．）（米国マサチューセッツ州マールボロ（Ｍａｒｌｂｏｒｏｕｇｈ，ＭＡ））より市販されている。リフトオフ法を使用する代わりに、ステップＳ４０〜Ｓ６０は、最初に金属を堆積し、レジストを適用して、ウェットエッチングまたはドライエッチングで金属を除去して、パターンを形成することによって実施することもできる。

ステップＳ７０においては、たとえば、ほぼ８０：２０のＡｕ−Ｓｎはんだ、またはその他の好適なはんだから形成することができるはんだパッド１６を、上記方法と同じリフトオフ方法を使用して堆積することができる。はんだパッド１６は、わずかにスズが多く、リフロー時間をより長くするように形成することができる。典型的な厚さは、たとえば２．５〜３．５ミクロンである。典型的に、はんだパッドの組成は、ベースのメタライゼーション中、および接合されるレーザーおよびモニターダイ１２、１８上で、金などの金属を組成物中に最終的に含むように設計される。

搭載用フィーチャーを形成するために、異方性ウェットエッチなどの微細機械加工ステップを実施することができる。好適なエッチャントとしては、たとえば、エチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、ヒドラジン、またはアルカリ金属水酸化物、たとえば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム、もしくは水酸化ルビジウムなどが挙げられる。エッチャントは、たとえば、結晶面に対する特定の選択性、ハードマスク材料の選択、均一性、表面粗さ、表面上の金属の保護、およびその他の設計／製造上の考慮事項に依存する。

ステップＳ８０では、鋸引きなどの機械的方法によるくぼんだクリアランス面５０、５２、５４の形成を実施することができる。特定の場合には、鋸引きはエッチングよりも望ましい。エッチングは、第１のピット２０などの隣接する異方性エッチングされた搭載用フィーチャーを攻撃し、異方性エッチングされた搭載用フィーチャーの正確に配置された境界を変化させることがある。異方性エッチングされた搭載用フィーチャーのこのような後のエッチングによって、異方性エッチングされた搭載用フィーチャー中の光学オポネント（ｏｐｔｉｃａｌ ｏｐｐｏｎｅｎｔ）の間の相対位置が変化しうる。機械的方法を使用することによって、エッチングされた各搭載用要素の露出外部角部分を保護するように設計される補償フィーチャーが不要となり、なお、エッチングされた搭載用フィーチャー上に｛１１１｝側壁を提供する。図３Ｂに示されるように、前部および後部蓋取り付けチャネル６２、６４は、エッチングの代わりにダイシングによって提供することもできる。これと関連して、前部および後部蓋取り付けチャネル６２、６４はエッチング操作後に形成してもよい。

たとえば、導電性リード線１４の間で電気的に絶縁させることが望まれ、かつベースウエハ１１０の抵抗率が適切な電気的絶縁を提供しない場合には、ステップＳ９０のパッシベーションステップが望ましいことがある。たとえば、ＰＥＣＶＤ酸化ケイ素、窒化ケイ素、または酸窒化ケイ素を、パッシベーションコーティングとして後部取り付けチャネル６４内に堆積させることができる。典型的に、パッシベーションコーティングは、たとえば、スピンコーティングまたはめっきされるレジストを使用した別のリソグラフィーステップを必要とし、続いてドライエッチングまたはウェットエッチング、たとえば、バッファード酸化物エッチ（ＢＯＥ）を行って、接触面とはんだパッド表面とを開放する。この層の厚さは、典型的に５０〜２５０ｎｍ、またはピンホールのない被覆を提供するために望ましい厚さである。

後部取り付けチャネル６４内に配置される導電性リード線部分を形成するために、別の一連の金属パターン形成ステップを実施することができ、これはステップＳ３０〜Ｓ５０と同様であってよい。開始のステップＳ１００で、コンフォーマルレジスト技術を使用して後部取り付けチャネル６４においてリフトオフのために金属をパターン形成することができる。前述と同じメタライゼーション構造を使用することができる。適切にメタライゼーションを行うため、傾斜した表面、たとえば、後部取り付けチャネル表面６１、６３は、後部取り付けチャネル表面６１、６３の両方が十分被覆されるように、蒸発物の角度に対して配置されるべきである。あるいは、シャドーマスクを使用して、後部取り付けチャネル表面６１、６３上に配置する導電性リード線１４のパターンを形成することもできる。ウェットエッチングを使用して後部取り付けチャネル６４と適合させ、ドライエッチングによって後部取り付けチャネル６４中の導電性リード線および電気的トレースを画定した、別のエッチングされたウエハから作製されたコンフォーマルシャドーマスクを使用することができる。

ステップＳ１００に先行してドライエッチング、たとえば５０〜２５０ｍＴｏｒｒでフッ素を使用する反応性イオンエッチングを実施することができる。これによって、表面上のマスキング層を完全に剥離することなく、上面７０から伸び、かつ後部蓋取り付けチャネル６４をオーバーハングして存在しうる窒化物シェルフを除去することができる。エッチング中に比較的高い圧力を使用することで、シェルフは両面から活性イオンによって攻撃され、表面でおこるエッチングの速度よりも速い正味のエッチング速度が得られる。シェルフを除去することによって、後部取り付けチャネル６４のいずれかのサイド上の金属１トレース間の電気的不連続性などの、シェルフ下の金属に対するシャドーイング効果が防止される。シェルフの寸法は、たとえば結晶面間のエッチング比、およびエッチャントの種類などの関数である。これに関して、ＥＤＰなどのある種のエッチャントでは、他のエッチャントよりも有意に大きなシェルフが得られることがある。表面のパッシベーションが使用されないか、または前述のように導体を供給するためにトレンチのパッシベーションを行う場合などの後のステップで実施される場合、金属またはレジストでマスクされていないすべての表面パッシベーションを除去してもよい。

はんだまたはその他の金属接合面（たとえば、ＥＰ０８９５１１１Ａ１号および米国特許第６，０３４，４０５号に記載されるＡｌＯ接合）を使用してレンズまたはファイバーなどの光学コンポーネントを取り付けることが望ましい場合、その時点でベースウエハ１１０と接触するエッチングされた金属のシャドーマスクを使用してはんだを提供することができる。この適用目的において、過渡的液相（ＴＬＰ）はんだ、および熱活性化拡散（ＴＡＤ）はんだが特に有用となる。はんだによるファイバーの接合を提供することが計画される場合、使用される接合階層に依存して、はんだはステップＳ１００または後のステップにおいて提供され得る。接合階層は、たとえば設計の複雑さ（無機接合を使用して接合される光学素子の数など）に依存する。典型的には、はんだの厚さは３〜５ミクロンとなりうる。均一性および厚さの制御は、レーザーダイ１２からファイバー４２までの光学素子の間で受動的位置合わせが使用される場合など、系の所望の光学性能が実現されるように十分厳密に行うべきである。

光学マイクロベンチ１００への光学素子の設置は、ステップＳ１３０で実施することができる。光学素子の設置順序は変化させてもよい。しかし、使用される典型的な一方法では、はんだまたはソルダーガラスなどの好適な接合材料を使用して最初に第１のレンズ２２を接合させる。ウエハ全体、またはウエハから取り出した部品のグリッドは、プロセスを最大限まで効率化するために同時に設置することができる。次に、レーザーダイ１２を接合させることができる。

圧着または熱圧着は、ダイ接合ステップが完了するまではんだ層の反応を防止することができるので、光学素子の接合に好適な技術である。はんだ層の反応によって、組成変化が起こり、ダイ接合がうまく進行するための適切なはんだのリフローが阻害されることがある。光ファイバーセグメント４２、レンズ２２、３２およびその他の光学素子は、本発明によって提供される熱活性化拡散（ＴＡＤ）接合技術を使用して基体上の所定位置に有益に固定することができる。典型的に、この技術は、光ファイバー４２または光学素子が固定されるピット２０、３０、溝１１、４０、またはシリコン基体のその他の表面の上に少なくとも３層の接合構造体を用いる。この構造体は、少なくとも１つの拡散阻害／障壁層で分離された第１および第２の構成層を少なくとも含む。

第１および第２の構成層を形成する材料は組成が異なり、典型的には金属および合金から選択される。材料の選択は、第１および第２の構成層を相互拡散する原子の能力に基づいて行われ、その結果、最初に配置した第２の構成層の融点よりも高い融点を有する組成物が得られる。第１および第２の構成層に好適な材料としては、たとえば、それぞれ金およびインジウム、銅およびインジウム、銀およびインジウム、銅およびスズ、銀およびスズ、ならびにビスマスおよびスズ、金およびビスマスが挙げられる。それぞれの場合で、典型的に、融点の高い金属が融点の低い金属の下に配置される。あるいは、組成物１の薄膜はんだスタックが組成物２の薄膜はんだスタックの上にある場合、組成物１はより高い融点を有する。２成分系以外に、３成分、４成分、およびより高次の系を使用することができる。多成分組成物は、改質して公知の効果を得ることができる。第１および第２の構成層の厚さは、たとえば、接合の形成に望まれる融点に基づいて選択され、熱処理および相互拡散が行われた後では、それより高温でも接合は安定となるべきである。典型的には、これらの層を合わせた厚さは２〜１０ミクロンである。構成層を、公知の技術、たとえば蒸発またはスパッタリング技術などの物理蒸着（ＰＶＤ）、または化学蒸着（ＣＶＤ）を使用して堆積させることができる。使用される個別の技術は、たとえば、堆積させる材料および厚さに依存する。

第１の構成層と第２の構成層との間の１以上の拡散障壁層は、製造中に基体が所定の閾値温度にかけられるまで構成層間の原子の相互拡散を最小限にするか、または防止する。基体が閾値温度以上の温度にかけられると、拡散障壁はその有効性を失って、構成層間の有意な相互拡散が起こり、閾値温度および第２の構成層の融点よりも高い融点を有する組成物が得られる。拡散障壁層に好適な材料としては、たとえば、白金、ニッケル、ＴｉＷ、ＴｉＮ、Ｔａなどが挙げられる。

拡散障壁層の厚さは、少なくとも、実際的な動作時間の間、たとえば、室温において少なくとも数十時間から無限大まで、およびある部品を基体に接合する（または２つの部品を互いに接合する）ために基体が維持される温度において数分または数時間の間、構成層間の相互拡散を抑制するのに効果的な厚さである。必要な時間は、たとえば、同じ基体上に接合される部品の数、および部品の接合に必要な時間に依存する。拡散障壁層の厚さは、たとえば、拡散障壁層および構成層の材料、ならびにその構造体が受けた熱履歴に依存する。典型的に、熱処理後の最終構造体中の拡散障壁層の構成成分の濃度を最小限にするために、拡散障壁層の厚さを最小限にすることが望ましい。しかし、拡散障壁層は、たとえば最終構造体の硬化または軟化、接着力の増加、融点の上昇など、所望の方法で最終構造体の特性を変化させるために使用することができる。拡散障壁層の厚さは典型的には５〜１００ｎｍである。構成層と同様に、拡散障壁層はＰＶＤまたはＣＶＤなどの公知技術によって堆積させることができる。

ＴＡＤ接合層構造体は、１以上の追加の層、たとえば、基体と第１の構成層との間の拡散を防止するための障壁層、および／または基体とその上の層との間の良好な接着を促進するための第１の構成層の下の接着層を任意に含むことができる。たとえば、第１の構成層が金層である場合、クロム障壁層およびニッケル接着層をシリコン基体上に提供することができる。さらには、第２の構成層、または雰囲気と接触する任意の層の上に酸化防止層を使用すると望ましい場合もある。たとえば、なにもなければ主要層が酸化され、減圧、還元性雰囲気、またはフラックスの使用が望ましくない場合には、金などの貴金属の薄層または薄いポリマーフィルムが有用となりうる。場合によっては、他の材料、たとえばＬｕなどの希土類金属を加えると、金属と酸化物との間の接合効果が改善されることがある。

接合層構造体は、典型的に基体表面上に１層ごとに形成される。あるいは、接合層構造体の１以上の層をあらかじめ形成した後、基体に接合させることもできる。

圧着または熱圧着は、光学素子と第２の構成層との間で行うことができる。これは、たとえば、金の薄層（たとえば、０．１ミクロン）をインジウム層の上に使用することで実施することができ、ここでインジウム層はその下にあるＴＡＤ系の異なる元素を有する。このような系がコーティングされたピットにレンズを圧着または熱圧着し、続いてアニーリングしてＴＡＤ系に望まれるリフロー温度の上昇を行うことによって、金の機械的な置換が起こる。この方法は、インジウム表面を酸化から保護し、さらにレンズ表面をインジウムと機械的および化学的に接触させて、酸化物と金属の結合を提供することができる。任意に、第２の構成層上に形成される表面酸化物の存在下で圧着または熱圧着を提供することができる。薄い酸化物は接合中に破壊され、第２の構成層中の新しい金属が露出し、これによってＳｉ−Ｏ−金属結合を提供することができる。

任意の特定の理論に拘束されるものではないが、この方法は、表面を機械的に変形させて、第２の構成層上に存在する表面酸化物を破壊し、よって光ファイバー４２または素子と第２の構成層との間に結合が形成されると考えられる。たとえば、酸化ケイ素がコーティングされたレンズと、金（構成層１）およびインジウム（構成層２）の構造体から形成される構造体との場合、Ｓｉ−Ｏ−Ｉｎ結合界面が形成されうる。

次にこの構造体は、拡散障壁層がもはや有効ではなくなって第１の構成層と第２の構成層との間の原子の相互拡散が防止されなくなる温度に加熱される。この温度は、構成層の融点より上または下であってよいが、典型的には、光学素子の移動を最小限にする、または移動をなくすために、各構成層の融点より低温である。この温度は、たとえば、構成層および拡散障壁層の材料に依存する。典型的には、この熱処理温度は、リフロー温度より低いあらゆる温度であってよく、たとえば、接合の形成に使用される温度よりも２５〜１００℃低温である。この高温において、十分な時間が経過すると、拡散障壁層が破壊され、第１の構成層と第２の構成層との間で原子の拡散が起こる。たとえば、熱処理温度および時間、ならびに構成層および拡散障壁層の厚さおよび組成に依存して、接合構造体は、均一な組成物、種々の相の混合溶液、または段階的に変化する組成を有する組成物となりうる。結果として得られる構造体の全体の融点（構造体中の融点は組成の不均一性のために変動しうる）は、熱処理度および第２の構成層の融点のどちらよりも高温となる。結果として、光学素子は、所定の位置に強固に接合することができ、素子の接合に使用した温度よりも高温であっても、さらなる熱処理加工を行うことができる。

この技術により、種々の光ファイバー、レンズ２２、３２、およびその他の光学素子を、基体表面上の所定位置に精密に接合させて固定することができ、接合の階層構造において大きな自由度が得られる。光学素子の接合には比較的低温が使用されるので、より高温での加工によって生じる悪影響が発生することなく、Ａｕ−Ｓｎ共晶などの標準的なはんだを使用することができる。接合した光学素子は高温で安定性であるため、これらの標準的なはんだは、レーザーダイなどのよりコストのかかるデバイスを後に基体表面に接合するために使用することができる。

薄膜Ａｕ−Ｓｎ共晶および共晶に近い組成のはんだは、融点より少しでも高温では可使時間が比較的短い（たとえば１０〜４５秒）。したがって、ベースウエハ１１０の温度をその融点より低温に維持し、さらに、レーザーダイを基体に取り付ける場合はできるだけ低温にすることが望ましい。これは、レーザーダイ１２に圧力とパルス加熱とを併用して、各ダイを所定位置に付着させることによって実施することができる。はんだが表面に堆積していない場合の、バックファセットモニターフォトダイオード１８の場合も同様に実施することができる。すべての光学素子を接合した後、後のあらゆる熱加工（蓋の接合、フレックス回路の取り付け、基板の取り付けなど）の間、ベースウエハ１１０を加熱して、はんだを固体状態で相互拡散させ、その有効融点を、ダイの有意な動き（はんだのクリープ、緩和、表面張力による再成形などによって生じる）を防止するために十分な高温まで上昇させることができる。レーザーダイ１２は、たとえば、ドイツのカール・ジュス（Ｋａｒｌ Ｓｕｓｓ）または日本の東レ（Ｔｏｒａｙ）などの企業から市販されている高精度ダイ接合設備を使用して接合させることができる。このような設備は、赤外可視後検査に適合させることができ、この設備によって、レーザーダイ１２および／またはベースウエハ１１０を通して、レーザーダイ１２および光学マイクロベンチ１００の両方の基準点を観察して、非破壊的にダイ位置合わせを決定し、この情報を使用して高精度の接合を実現することができる。レーザーダイ１２の光軸位置合わせの能動的フィードバックの利点は使用せず、高精度接合設備を使用してダイを接合させることが望ましいので、ＩＲカメラを使用した非破壊的位置合わせ検査を行うために、マイクロベンチ部品およびレーザーダイ１２は、基準点の部品を透過してそれらのそれぞれの位置合わせを観察することを妨害する金属を有さないことが望ましい。さらに、レーザーダイ１２は、活性領域および位置合わせ基準点が存在する場合に、これらが同じリソグラフィーステップで画定されて製造されると最も好ましい。これによって、レーザー、導波路、およびマイクロベンチの正確な位置合わせが可能となる。

蓋２００内に収容されるレーザーダイ１２、バックファセットモニターフォトダイオード１８、第１のレンズ２２、およびその他のあらゆる光学的、電気的、もしくは機械的な素子（たとえば、波長ロッカー、または波長セレクター、内部に取り付けられることが望ましい場合のアイソレーターなど）が所定位置に接合されると、蓋接合ステップのステップＳ１４０を実施することができ、これを以下に詳細に説明する。別の方法では、蓋２００を接合する前に、ステップＳ１６０で残りの光学素子をベースウエハ１１０に取り付けてもよい。

ステップＳ１４０における蓋の取り付けに関して、ソルダーガラスなどの蓋接合材料２４０をペースト形態で蓋封止面２２６に適用することができる。あるいは、たとえば、スクリーン印刷、パッド印刷、または計量分配操作によってソルダーガラスを適用してもよい。接合材料２４０は、硬化中に発生する気体を除去するために、蓋２００上で硬化させてもよい。次に、図４Ｃに示されるように、蓋ウエハ２１０をベースウエハ１１０に（または蓋ウエハ部分をベースウエハ部分に）取り付けることができる。次に、蓋ウエハ２１０およびベースウエハ１１０は、たとえば１００℃を超える温度で、部分真空、乾燥窒素、または他の乾燥不活性ガス中でベークを行って、ウエハ１１０、２１０を脱水することができる。次に、ウエハをソルダーガラスの接合温度まで加熱し、続いて蓋ウエハ２１０とベースウエハ１１０との間に圧力を加えて、各蓋２００とそれぞれの光学マイクロベンチ１００との間を気密封止する。希望するなら、蓋ウエハ２１０およびベースウエハ１１０は、数気圧のヘリウム雰囲気中で封止し、蓋２００を膨張させ、その膨張の程度を検査することによって総合的な漏れを調べることができる。

蓋ウエハ２１０は、蓋側壁２２０を含む蓋ウエハ２１０の上に酸窒化ケイ素層などの誘電層を有することができ、これは反射防止コーティングとして機能することができる。さらに、蓋ウエハ２１０は、蓋ウエハ２１０の上面上にあらかじめパターン形成されたハードマスクを有してもよい。これによって、接合された組立体を、分離チャネル２２８でウェットエッチまたはドライエッチして開口部２３２を形成することができ、この開口部を介して、蓋ウエハ２１０の上面の上から、およびミクロ光学デバイスパッケージの一体化の前に、ミクロ光学デバイスパッケージの電気的および／または光学的検査を行うことができ、これは図４Ｂおよび４Ｅに示される。あるいは、上面を通って部分的にダイシングして蓋２００を分離して、開口部２３２を形成し、ベースウエハ上面７０上のメタライゼーションを検査することができる。これによって、ステップ１５５のウエハレベルでのレーザーダイのバーンインおよび高周波数試験を行うことができる。

第２のレンズ３２がそれぞれのマイクロベンチ１００の上に配置される前に蓋２００がベースウエハ１１０上に封止された場合は、一部のビームは、ベースウエハ１１０のそれぞれの傾斜面によって、蓋ウエハ２１０中にエッチングまたはダイシングで形成された開口部２３２を通って上方に偏向することがある。ウエハレベルで光学マイクロベンチ１００を試験するために、試験されるマイクロベンチ１００の面から光ビームを外すビームデフレクターを使用することができる。光ビームは光学マイクロベンチ１００から離れて上方に向かうため、複数のこのようなマイクロベンチ１００がウエハ形態で互いに連結している光学マイクロベンチ１００を試験することができる。

異方性エッチングされた（１００）シリコンベースウエハ１１０の場合、傾斜面は｛１１１｝面を含みうる。この傾斜面は、第３のくぼんだクリアランス面５４が形成される前の、第２のレンズのピット３０の傾斜側壁３３であってもよい。図１Ａおよび２Ａに示されるように、傾斜側壁３３は、光軸に沿って配置することができ、レーザーダイ１２の方向に向かっている。あるいは、図２Ｂに示されるように、この傾斜面はファイバー溝４０の傾斜側壁４１であってよい。傾斜面の反射率を増加させるために、メタライズまたはその他の処理を行ってよい。いずれの場合も、光が傾斜側壁３３、４１から偏向して、開口部２３２を通る方向に向かうことができるような位置に、蓋ウエハ２１０中のダイシングまたはエッチングされた開口部２３２を配置することができる。バーンインなどの操作の場合、多くのデバイスを一度に効率的に監視することができるように、光学信号を映像化し分析することができる。発せられた光が表面に対して垂直であることがパッケージに必要である場合は、これらの表面をそのまま残しておくことができ、これらの場合、希望するのであれば、（１００）シリコンカットオフ軸が４５°の反射面を提供できる。

蓋２００の外部にある第２のボールレンズ３２は、たとえば、ソルダーガラス、エポキシ、あるいはその他の好適な材料および方法を使用して接合させることができる。次にマイクロベンチ１００をダイシングして、ファイバーセグメント４２を受け入れる一端上に、開放されたファイバーＶ字溝別に残すことができる。あるいは、図８Ｂに示されるように、ベースウエハ１１０を第２のレンズ３２近傍でダイシングして、フェルールまたはスリーブ組立体と能動的に位置合わせすることができる。

（２．気密封止された導電性ビアを有するマイクロベンチ）
（ａ．異方性エッチ）
図１３Ａ〜１３Ｃを参照すると、本発明による気密封止された導電性ビア９０を有する光学マイクロベンチ１００の例示的な製造方法のフローチャートが提供されている。この方法は図１４Ａ〜１４Ｇに示されている。この方法は、図１２Ａおよび１２Ｂに示される導電性リード線１４を有するミクロ光学デバイスパッケージ５００の製造方法といくつかの点で類似しているであろう。したがって、類似の工程ステップが含まれる場合、図１２Ａおよび１２Ｂに使用されている同じ参照番号が、図１３Ａ〜１３Ｃでも使用されている。しかしながら、同じ参照番号を特定のステップで使用することができるが、このようなステップはビアプロセスおよびリード線プロセスの両方で完全に同じである必要はなく、考え得るいくつかの差異について以下に示す。リード線プロセスと同様に、ビアのフローチャートおよびプロセスは、ベースウエハ１１０上に１つの光学マイクロベンチ１００を製造することに関する例として説明される。しかし実際には、１つのベースウエハ１１０上に複数の光学マイクロベンチ１００を製造し、組み立てて、試験することが望ましいことを理解されたい。

ここで図１３Ａに戻ると、最初のステップＳ１０で、（１００）両面研磨シリコンウエハなどのベースウエハ１１０が提供される。ベースウエハ１１０の厚さは、５２５±２５ミクロンが好都合であり、高周波数用途では抵抗率は典型的には１０００オーム・ｃｍを超えるが、より低い抵抗率も使用することができる。前述のステップＳ２０および図１４Ａにおいて、低応力窒化ケイ素の第１のハードマスク３０１がベースウエハ１１０上に設けられる。

ステップＳ２１において、ベースウエハ１１０の裏面７２上に配置されたハードマスク３０１は、標準的なリソグラフィー技術およびドライエッチング技術を使用してパターン形成することができ、たとえば、図１４Ｂに示されるように各ビアに開口部３０４を提供することができる。次に、ステップＳ２２において、ベースウエハ１１０を貫通して、窒化ケイ素ハードマスク膜３０２が残り、開口部３０４からビア開口部３０７まで及ぶ角錐型ピット３０３が形成されるまで、ベースウエハ１１０は、ハードマスク３０１中の開口部３０４から異方性エッチングすることができる。角錐型ピット３０３の側壁３０５は｛１１１｝結晶面の表面を含む。既知のベースウエハの厚さ、側壁の角度、および所望の膜全長３０７に基づいて、目標ビア開口部３０７を形成するために裏面７２に形成される目標開口部３０４の寸法を計算することができる。

ピット３０３をエッチングするステップである、ステップＳ２２の間、開口部３０４におけるハードマスク３０１は、開口部３０４の側面上に窒化物シェルフ３０６を形成するためアンダーカットとなる。ピット側壁３０５をメタライゼーションする前に、窒化物シェルフ３０６を除去することが望ましい場合があり、こうすることで、シェルフ３０６の下にあるピット側壁３０５のメタライゼーションを妨害する影を窒化物シェルフ３０６が形成することがなくなる。シェルフ３０６の下のメタライゼーションが妨害されると、後に堆積される金属層との電気的導通が妨げられることがある。

窒化物シェルフ３０６は、ステップＳ２３において、たとえば、典型的には５０〜２００ｍＴの圧力でＣＦ_４を使用するドライエッチングステップによって除去することができる。典型的にはこの圧力は、ウエハのエッチングされた面上にあり典型的には膜が除去されずにピット側壁３０５をオーバーハングしている窒化物シェルフ３０６を、十分にエッチングする値である。窒化ケイ素はエッチング工程中にフッ素イオンおよび他のフッ素含有化学種によって化学的に攻撃されることができ、また圧力は短距離において分子を十分散乱できる高さであるので、窒化物シェルフ３０６の両面がエッチングされるが、それに対してすべての他の表面の窒化ケイ素は、シリコンウエハの一方の面上に結合するか、または他の理由で遮蔽される（反応器プレートと面する）表面を有するなどの理由で、すべての他の表面上においては窒化ケイ素は一方の表面のみが攻撃される。したがって、アパーチャ膜３０２、またはベースウエハ１１０の残りの部分の上の窒化物を完全に除去することなく、窒化物シェルフ３０６を除去することができる。このステップは、次の窒化物コーティング（このようなコーティングが使用される場合）の後などの他の段階で実施することができるが、表面上および側壁３０５上のメタライゼーションの連続性を確実にするため、メタライゼーション前に実施すべきである。堆積プロセス中に大きな散乱が起こる場合、窒化物シェルフが小さい場合、またはコンフォーマル導体堆積が使用される場合などでは、このステップを省略することができる。窒化物の代わりに、自己腐食性ではないあらゆる他のハードマスク、たとえば、酸化ケイ素または二酸化チタンを使用してもよい。

次にステップＳ２４において、図１４Ｃに示されるように低応力窒化物３０８の第２の層が設けられる。第２の窒化物層３０８は、第１の窒化物層３０１と同様の厚さ（たとえば、２００〜５００ｎｍ）の任意の絶縁層であり、ビア９０を電気的に絶縁するために使用される。

プロセスのこの段階で、１つの平面３１０は、窒化物膜３０２、および１つのエッチングされた表面７２で覆われ、第２の窒化物層３０８の厚さの２倍と、第１の窒化ケイ素層３０１の厚さとの和の厚さである窒化ケイ素膜３０２で終わる｛１１１｝面を含む１以上のエッチングされたピット−ビアを有する。ウェットエッチングまたはドライエッチングのいずれかが実施される本発明のビア方法によって、高い平面性を有するベースウエハ１１０の少なくとも１つの表面が提供され、これによりレジストの精密スピンコーティング、および任意に接触リソグラフィーによって、シリコンベンチ上の光学素子の位置合わせに使用される後の搭載用フィーチャーをパターン化することができる。さらに、本発明の方法は、あらゆる金属またははんだが適用される前に第２の窒化物によるコーティングを実施することができ、そのため、ＬＰＣＶＤ窒化ケイ素および酸化ケイ素を使用して所定の応力でコンフォーマルコーティングを行うことができる。

図１３および１４に示されている方法に戻ると、次にステップＳ２５において図１４Ｄに示されるように、ベースウエハ１１０は、その裏面７２を金属層３０９でメタライズすることができる。任意に、このメタライゼーションステップは、シャドーマスクを通して、コンフォーマルなリフトオフレジストを通して、積層されパターン形成されたレジストを通してなど、実施することができる。側壁３０５上にパターン形成技術を使用することの利点は、２以上の独立した導電性リード線１４を、１つのトレンチおよび膜を通してパターン形成することが可能なことである。たとえば、１つの膜を有する長方形のトレンチにおいて、裏面金属、側壁金属のパターン形成、適宜窒化ケイ素膜のパターン形成およびエッチング、ならびに上面金属のパターン形成を行うことによって、一連のフィードスルーを提供することができる。

この構造のため、側壁の下およびビアを通るインピーダンスの向上、ならびに導電体のより高い実装密度が維持されるストリップラインを提供することができる。この方法において、１つのトレンチは複数、好都合には多数の導体のコンジットとなることができる。

別の方法では、ロータリープラネタリーでの蒸発などによってブランケットフィルムを堆積させることができる。金属層３０９は、後に前述のレジスト方法を使用したウェットエッチングによってパターン提供することができる。このメタライゼーションによって、金属層３０９（たとえば、Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ、ＴｉＷ／Ａｕ、またはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ）が形成され、これは裏面７２から窒化ケイ素膜３０２を覆い、ピット側壁３０５から下がって裏面７２までに導電性を付与する。この金属は、ベースウエハ１１０の平坦面側から窒化ケイ素膜３０２を除去または部分的に除去した後で、自立するようになるのに十分な機械的強度を有するように選択される。これによって、ビア開口部３０７全体にわたって導電性となり気密封止される。たとえば、厚さ２０ｎｍのＣｒ、続いて２００ｎｍの厚さのＮｉが、厚さ５００ｎｍのＡｕで覆われて積層された層は、たとえばビア開口部３０７の２０〜３５ミクロンの範囲にわたって十分な機械的強度を有する。より薄いまたはより厚い金属層を使用してもよい。さらに、より強い強度、より大きな膜、またはより大きな電流が望まれる場合、経済的にこのような金属をより厚く電気めっきすることができる。

裏面７２上にブランケットのメタライゼーションが使用される場合、パターン形成によって複数の電気的接触を分離できるようにすべきである。このステップは、都合のよいあらゆる時点で実施することができる。パターン形成は、市販のレジスト、たとえば、シプレイ・カンパニーＬ．Ｌ．Ｃ．の電着レジスト、または積層レジストを使用して実施することができる。さらに、金属を機械的にダイシングして、わずかにシリコン中まで貫入させ、フィルムを別々のビア９０に電気的に分けることもできる。別の方法として、ベースウエハ１１０の両面からビアをウェットエッチまたはまたはドライエッチして、同じ空間内のビアの充填密度を高めることもできる。たとえば、両面ウェットエッチングが使用されると、傾斜した各｛１１１｝面は互いに接近しうる。これは、接地したストリップラインまたは接地したコプレーナー構造を形成するために精密なシリコンの厚さが望まれる場合に有用となりうる。ウエハの裏面上、または蓋側上にはビアが使用されない場合、任意のシリコンのトポロジーを明らかにするために好適な高さのはんだボールまたははんだ柱を、シリコンパッケージに適用することができる。これは、たとえば、はんだボールシューター、マスクテンプレート、めっきなどによって実施することができる。希望する場合、パッケージをＰＷＢに直接的に表面搭載することができる。さらに、パッケージの電気的接合パッドは、分離後のリードフレーム組立体に直接取り付けられ得るように配置することができる。

図１４Ｄに戻ると、ベースウエハ１１０は、気密性金属層３０９を有し、典型的には金で覆われており、これによって裏面７２からその下の１以上の側壁まで電気的導通が得られ、この金属層は窒化ケイ素膜３０２を覆っている。ステップＳ２６では、図１４Ｅに示されるように、ベースウエハ１１０がレジストでコーティングされ、パターン形成され、平坦面側からドライエッチされて、ビア開口部に配置された金属層３０９はエッチングされることなく、膜から窒化ケイ素が除去される。平坦面３１０から任意のパターンを開口させることができる。たとえば、金属層３０９を覆う窒化物層３０１、３０８中に一連の孔、グリッド、またはその他の形状を開口させることができ、希望するなら窒化物に機械的安定性を付与することができる。金属層３０９は、プラズマエッチの好適なエッチストップ層として機能させることができる。さらに、ビア９０は、誘電性材料３１１を充填することができるし、または、プロセスの任意の好適な段階で、図１４Ｇに示されるようにより厚くめっきすることもできる。前述したように、両面および側壁上の金属に適宜パターン提供することができるのであれば、複数の導体が形成されるように窒化物をパターン形成することもできる。典型的には、パターン形成および間隔調整を容易にするため、長方形が使用される。

プロセスのこの段階から、処理は、図１２のフローチャートに示される導電線方法に関して前述した方法と同様の方法のステップＳ３０〜Ｓ８０およびＳ１１０〜Ｓ１６０で進行させることができる。本発明のビア方法の図１３を参照すると、ステップＳ３０〜Ｓ５０は、図１４Ｆに示されるように、平坦面３１０のメタライゼーションによって、導電線１４を形成して、ビア９０の金属層３０９と電気的に導通させることができる。後部蓋取り付けチャネル６４には導電性リード線１４が必要ではないので、本発明のビア方法ではステップＳ９０を省略してもよい。しかし、ステップＳ１００は、後部蓋取り付けチャネル６４に導電性リード線を形成せずに蓋２００をベースウエハ１１０に封止する目的で、蓋取り付け領域６０の基部に金属層（または、堀が使用されない場合には封止リングとして）を形成するように改変することができる。

再び、前述したような標準的メタライゼーションは、蓋２００の封止面２２６と形状および寸法が同じ封止リングを形成するために使用することができる。金属またはガラスはんだを、ベースウエハ１１０上、または蓋ウエハ２１０上、またはその両方に堆積させることができる。シリコンベースウエハ１１０またはベースウエハ１１０上に存在することがある、任意の絶縁性誘電性フィルムをぬらすソルダーガラスまたはその他の接着剤を使用して蓋２００が封止される場合は、メタライゼーションステップＳ１００は不要である。金属層はたとえば、マイクロエレクトロニクス技術分野で公知の方法の中では特にシャドーマスク、リフトオフ、または金属の化学エッチングによって適用することができる。当業者には明らかであろうが、蒸発またはスパッタリングが指定されているほとんどのステップにおいて、希望するならシード方法およびパターン形成されたマスクを使用する１種類以上の金属の電気化学的および無電解化学的金属堆積方法（めっき）を利用してもよい。これは、比較的厚い層、たとえば、厚いＡｕ−Ｓｎ層などの厚い金含有層および一部のＲＦ伝送線などに特に有用であると思われる。化学メッキ方法、ＣＶＤ方法、およびＰＶＤ方法の任意の組み合わせを使用することができる。

さらに、蓋の取り付けに関して、ステップＳ１４０において、蓋接合材料２４０は、従来方法で説明されるソルダーガラスを含むことができる。あるいは、本発明のビア方法の後部取り付けチャネル６４中に導電性リード線１４は存在しないので、蓋接合材料は、金属はんだ、たとえば、８０：２０のＡｕ−Ｓｎを３〜８ミクロンの厚さで蓋封止面２２６、ベースウエハ１１０、またはその両方の上に含むことができる。金属はんだを有さない表面は、典型的にはぬらすことができ、かつ付着性であるメタライゼーション、たとえばＣｒ−Ｎｉ−Ａｕを使用してメタライズされるが、その他の材料を使用することもできる。たとえば、ＰｔをＮｉの代わりに使用したりＮｉと併用したりすることができる。蓋取り付けステップＳ１４０中に望ましい場合には、金属はんだが所用の領域に選択的に流れ込み、多少はんだのウィッキングが起こるような方法で、任意にＡｕ層をパターン形成し、または全体の封止リングをパターン形成することができる。遷移状態の領域が存在する場合、またはより高い表面粗さおよびより厚い金属はんだ層がその領域の封止に望ましい場合に、このような配置は有用となり得る。金属はんだは、Ａｕがコーティングされた金属皮膜と比較すると窒化ケイ素またはシリコンの表面を容易にぬらさないので、この技術はＡｕ−Ｓｎ層の下に同様に、下にあるＣｒ−Ｎｉ接着／障壁層のパターン形成によって使用することができる。

封止工程は、典型的には、蓋ウエハおよび接合されたレーザーダイ１２を有するベースウエハ１１０のベークを含むことができ、これは制御された環境中、たとえば、Ｈｅ、Ａｒ、またはＮ_２などの不活性ガスの使用、または減圧下で行われて、存在するすべての水蒸気が除去される。次に、蓋２００にはある程度の圧力が加えられ、その部品は金属はんだのリフロー温度まで加熱される。任意に、リフロー温度に到達した後で圧力を加えてもよい。冷却したときに、封止された領域が大気圧よりも有意に高い圧力を有するように、Ｈｅの圧力下で封止すると好都合となる場合がある。この技術によって、気密封止形成後の任意の時点においてパッケージの気密性の程度、または漏れの速度を監視することができる。これによって、自動干渉計を使用して任意の時点で蓋２００のたわみまたは湾曲を検査することができる。このような測定の結果から、パッケージの気密性の程度、およびパッケージが測定可能な漏れによって障害を受けたかどうかの指標を得ることができる。たとえば、パッケージ体積が１０００ｎｌ未満である場合、１０^−８ｔｏｒｒ−リットル／秒を超える漏れのドウェル時間が比較的短いと、蓋２００の曲率が実質的に変化する。残りのプロセスステップは、導電性リード線方法で前述したように進行させることができる。

ビア９０を形成するための前述の方法以外に、いくつかの変形が可能である。たとえば、前述の方法では、金属層３０９は窒化物膜３０２のエッチングされた側の上に形成され、平坦面３１０の方から窒化物膜３０２が切り開かれる。この逆も可能であり、最初に窒化物膜３０２の平坦面３１０上に金属層を配置して、裏面７２から窒化物膜３０２を切断することができる。この方法を容易にするためには、コンフォーマルなレジストが使用される。さらに、たとえば電気的設計にこのレベルの絶縁が必要でなければ、第２の窒化物層３０８は省略してもよい。より高いレベルの電気的絶縁が必要な場合は、第２の窒化物層３０８を形成する代わりまたは形成の前に熱酸化ステップを実施することができ、これによってピンホールの防止を促進することができる。ビア９０がドライエッチングによって形成され、エッチングされた表面上が高トポロジーを有しうる場合には、この方法が有用となることがある。

これも、ウエハ加工および微細機械加工の当業者には明らかであろうが、他の材料および方法を代用して、同じまたは類似した結果を得ることができる。たとえば、レーザー機械加工をエッチングステップの代わりに使用することができ、ある種のプラズマエンハンスト化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）により皮膜を形成することができ、これはＬＰＣＶＤの代わりに使用して十分な品質を得ることができる。有機金属化学蒸着（ＯＭＣＶＤ）を使用すると、熱収支を減少させることができ、さらにステップの順序を大きく変更させることができ、たとえば、メタライゼーションステップの前ではなく、ウエハ加工の後半で絶縁性ビアを提供することができる。ニッケルおよび金の無電解シーディングおよび無電解めっきを、蒸着方法の代わりに実施することができる。この方法は他の方法で均一電着性が非常に限定される場合には高アスペクト比のビアに使用すると有用となり、たとえば、塩化パラジウム／塩化第一スズ溶液が使用され、その中に部品が浸漬され撹拌される。塩化物塩は、酸浸漬によって還元され、表面上にＰｄおよび／またはＳｎのシードが形成される。次に、部品を無電解Ｎｉ溶液に浸漬して、めっきが行われる。Ｎｉが引張応力を有する状態でめっきされる場合、気密性で凹凸のあるシールがビアの内側に形成される場合に最良の結果が得られることが分かっており、これによってニッケルはビアピット３０３と密接に接触するようになる。この後に、無電解金への浸漬を行うことができる。

（ｂ．開口されたビア）
図１５Ａ〜１５Ｈは、複数のアパーチャが内部に形成されている導電性で気密封止されたビアを製造するための本発明による別の方法を概略的に示している。図１５Ａを参照すると、エッチストップ層６０２がウエハ６１０上に形成される。エッチストップ層６０２は、後のビア形成エッチング中にエッチストップとして効率的に機能することができる材料である。エッチストップ層は、たとえば熱酸化によって生成される二酸化ケイ素などの酸化ケイ素、またはその他の公知の材料であってよい。エッチストップ層は、後のエッチング工程中に完全には腐食しないような厚さで堆積される。典型的にはこの厚さは０．５〜２ミクロンであり、たとえば１〜２ミクロンである。

図１５Ｂを参照すると、エッチストップ層は、フォトリソグラフィーおよびドライエッチング方法によってパターン形成されて、エッチストップパターン６０３が形成される。エッチング後に残留するパターンは、形成されるビアホールの境界と同じまたは異なる形状であってよく、ビアホール境界を越えて延在することができる。

好適な材料、厚さ、および応力の構造用コーティング６０４を設けることができ、これは、ウエハ６１０上の１つの表面上で後に自立性膜となる。構造用コーティング６０４は、１以上の層を含むことができ、たとえば、低応力窒化ケイ素層、ポリシリコン層、またはそれらの組み合わせを含むことができる。構造用コーティング６０４の厚さは典型的には０．２〜１ミクロンである。エッチストップパターン６０３および構造用コーティング６０４の形成に使用される材料は、たとえばエッチャントなどに依存して同種でも異種でもよい。たとえば、形成される膜の材料がビアエッチングプロセス中の好適なエッチストップとして機能することができる場合、またはビアエッチングプロセス中に膜を形成するために十分高い均一性がある場合には、同じ材料を使用することができる。構造用コーティングは、フォトリソグラフィーおよびエッチング方法を使用してパターン形成される。この目的では、場合によっては金属マスクを使用してもよい。

図１５Ｃおよび１５Ｄ（１６Ｃの部分拡大図）を参照すると、ビアホール６０６は、窒化物層６０４およびウエハ６１０においてエッチストップ６０３の反対側の第１の面からエッチストップまでエッチングされる。このエッチングは典型的にはドライエッチングによって異方的に実施され、たとえば、ディープ反応性イオンエッチングにより実施される。窒化物およびケイ素のエッチングは、同じまたは異なるステップで実施することができる。ビアの寸法は種々の要因に依存する。寸法は、たとえば、直径が１５０〜２５０ミクロン、および深さが約５００ミクロンであってよい。ビアホールは種々の形状であってよく、典型的には円筒形である。

図１５Ｅ１および１５Ｅ２（図１５Ｅ１を下から見た図）を参照すると、あらかじめ形成された膜のパターン形成は以下のように実施される。フォトリソグラフィーおよび１以上のエッチング方法、たとえば、反応性イオンエッチングなどのドライエッチングによって、複数のアパーチャ６０９が、エッチストップパターン中および構造用コーティング中に形成される。構造体上に残留するマスクは除去される。これらのアパーチャは、たとえば、円形、正方形、長方形、弓形など、およびそれらの組み合わせの種々の形態であってよい。たとえば、アパーチャ６０９は図示されるようにすべて円形であってもよいし、あるいは、たとえば、同軸のような形態で中央の円を取り囲む一連の円で形成される円弧などの種々のアパーチャ形態を含むことができる。アパーチャの寸法は、金属またはその他の導電性材料、たとえば、ドープされたポリシリコンを後に充填できるような寸法であるべきである。典型的には、アパーチャ６０９は、両端の距離が１〜３ミクロンである、少なくとも１つの軸を有する。使用される設計は、高周波数が含まれる場合に、信号がウエハの一面からもう一方の面に最小のひずみおよび損失で伝達されるようにするべきである。さらに、アパーチャ６０９のパターンは、機械的強度、導電性、充填しやすさなどの１以上の要素に関して最適化することができる。ビアホールの反対側の膜の表面はほぼ平坦であり、たとえば、数ミクロン以内にあり、そのため、スピンコーティングおよび精密リソグラフィーに適している。

図１５Ｆを参照すると、次に、レジストマスクがウエハ上に形成され、ビアの側壁は、たとえば、低応力窒化ケイ素などの窒化ケイ素、または熱二酸化ケイ素もしくは低温酸化ケイ素などの酸化物、およびそれらの組み合わせの１以上の誘電層６０５でパッシベーションされる。誘電層６０５は、後の加工中にビア側壁の露出した領域を保護する。好都合には、誘電層は、ピンホールの存在を最小限にし、あるいはなくすために、第１の層として熱二酸化ケイ素層を含むことができる。典型的には、誘電層６０５は、０．１〜０．２５ミクロンの厚さでコンフォーマルに堆積され、アパーチャ６０９をふさぐべきではない。任意に、膜６０８中にアパーチャ６０９を形成する前に誘電層を提供することができる。

図１５Ｇおよび１５Ｈを参照すると、次にビアホール６０６は、たとえば１以上の金属層６１２で気密封止される。このコーティングは、ウエハのいずれかの面または両面と、アパーチャ６０９とに適用して、その中にプラグを形成することができる。１以上の金属層は、たとえば、接着層、拡散障壁、および最上部の導体層の１以上を含むことができる。金属層６１２は、たとえば、タングステン、チタン、白金、パラジウム、クロム、銅、クロム、ニッケル、金、ならびにそれらの合金および組み合わせ、たとえば、Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｃｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕなどを含むことができる。技術的には金属ではないが、この構造体は、ドープされたポリシリコンなどのポリシリコン層をさらに含むことができる。金属層は、たとえば、スパッタリングもしくは蒸発などのＰＶＤ、ＣＶＤ、または無電解めっき、もしくは電解めっき方法によって堆積させることができる。これは、たとえば、ＣＶＤまたはめっき方法によって選択的に堆積させることができる。例示的なビア封止方法についてこれより説明する。

第１の例示的な方法では、選択的にＣＶＤで蒸着されるタングステンなどの金属が利用される。最初に、選択的金属層のためのシード層を、金属が形成される表面上に堆積させることができる。タングステンの場合、たとえば、高度にドープされたポリシリコンなどのポリシリコン皮膜を、シード／接着層として堆積させることができる。ポリシリコン層が、任意にウエハ６１０の上面および下面、ならびにビア側壁にパターン形成される。タングステンは、たとえばＷＦ_６を使用するＣＶＤによってポリシリコン上に選択的かつコンフォーマルに堆積され、膜のアパーチャ６０９を充填することができる。あるいは、最上面のアパーチャ６０９は、導電性のプラグを使用して当業者に公知の他の技術で閉じることができる。

さらに別の例示的な方法では、無電解めっきが利用される。最初に、ウエハを、種々の化学物質、たとえば、ＰｄＣｌ／ＳｎＣｌを使用してシーディングし、還元して、たとえばニッケルなどの金属で無電解めっきし、アパーチャ６０９をふさぎ、ビア側壁を覆う層を形成することができる。この後で、たとえば浸漬金などの浸漬めっき法を実施することができる。代わりに、その他の材料およびめっき方法を使用することもできる。堆積された皮膜の厚さは、最大のアパーチャ６０９の幅の半分を超えるべきである。この金属は、表面への接着を促進するために圧縮応力を加えて提供することができる。

ビアをメタライズするためのさらに別の代表的方法では、たとえばロータリープラネタリー蒸発システムなどを使用した蒸発が利用される。

ビアが気密状態でふさがれると、さらなる表面金属パターン形成および／または微細機械加工ステップを実施して、マイクロベンチ要素を形成することができる。本出願の他の箇所に記載される従来方法は、上（平坦）面を処理する方法を含む。ビアホール６０９（これらがふさがれていない場合）を有する裏面は、シプレイ・カンパニーＬ．Ｌ．Ｃ．より入手可能なＥＡＧＬＥ（商標）レジストなどの電気泳動レジスト、積層レジスト、またはシャドーマスクなどを使用して、レジストでパターン形成をすることができる。任意に、ビアは、ＰＶＤ、ＣＶＤ、またはめっき方法によって銅またはニッケルなどの金属でふさぐことができる。

上述のリード線およびビアを形成する工程ステップについて例示的な順に提示してきたが、当業者には理解できるように、いくつかのステップの順序を変更することができる。その変法に応じて、これらのステップ、それらの順序の変更、いくつかのさらなるステップの挿入、層厚および／または目標応力の変更などが可能である。さらに、シリコン微細機械加工の当業者であれば、適切な清浄化ステップの挿入、適切なリソグラフィー、ストリッピング、コーティング技術などが理解できるであろう故に、これらについてはこれまで言及してこなかった。さらに、導電性となる正方形部分を取り囲む導電性スロットを形成することによって、コプレーナーおよびストリップライン路型伝導要素の効果をシミュレートすることができる。さらに、底面側のビアパターン形成は、ピンおよびソケットなどの相互接続の形成が容易になるように、あるいは後にリフローさせてバンプを形成するはんだボールを収容するように実施することができる。

（３．蓋の製造）
シリコン蓋ウエハ２１０から蓋２００をエッチングして、図４Ｂに示される蓋２００のグリッドを提供することができる。このグリッドは、キャビティ２３０のグリッドを含み、各キャビティ２３０は側壁で囲まれている。例示される実施形態では、４つの側壁２２０がそれぞれの側壁端部で交差して、各キャビティ２３０を画定する長方形の境界を形成する。図４Ｂの上面図に示されるように、側壁２２０は、紙面から離れる方向に延在している。各蓋２００の間のスペースも、場合によっては蓋キャビティ２３０と同じ深さまで、エッチングまたはダイシングまたはその両方で除去して、蓋２００の間で分離したチャネル２２８を提供することができる。

本発明によると、図４Ｂに示される蓋２００のエッチングされたグリッドを形成するための種々の方法が提供される。これらの方法の主な変形は、使用されるエッチング技術および蓋ウエハ２１０におけるものである。エッチング技術および蓋ウエハ２１０の選択は、たとえば、設計、側壁２２０に望まれる光学的仕上を実現するための方法の可能性、および蓋２００の最終寸法に依存する。蓋側壁に加えてまたはこれの代わりに、蓋ルーフ２５０またはそれが取り付けられる基部を通して光を投射することができる場合、それらの表面の光学的仕上も、蓋ウエハ２１０を形成するために選択されるエッチングの種類およびウエハの種類（たとえば、ＳＯＩ）に影響を与える。

側壁の厚さは、好適な機械的性質が得られる限り薄くなるように選択することができ、その理由は厚さを最小限にすると、実装密度が最大限に到達し、導電性リード線１４が蓋２００の下を通過する場合、または封止ガラスなどが使用される場合に蓋２００の下の誘電層の下を通過する場合にＲＦ性能への影響が最小限となるからである。ＲＦ出力または信号を伝達する導電性リード線１４の場合、ＲＦの不連続性が最小限になることが望ましい。したがって、リード線１４に沿って伝達される最高波長でのＲＦ波長のごく僅かの長さに壁幅を維持するか、あるいはその他の方法で境界条件におけるそのような変化において場の相互作用を最小限にするか、または制御するかが望ましい。より大きな蓋の壁の厚さでは、意図する周波数において誘電率または吸収係数の正味の変化を補償するために、リード線寸法を変化させることができる。しかしより小さな蓋２００の場合、不連続性の大きさ自体を最小限にすると好都合であり得ると思われる。ＲＦ設計の当業者には明らかなように、これらの考慮点はフィーチャーのサイズおよび波長と関連があり、ＲＦ伝送を最もうまく取り扱うためには種々の周波数で異なる決定が行われる。たとえば、シリコン表面７０の上および蓋２００の下を信号が伝播する場合、より高い周波数では、基体上の厚い酸化物および非常に薄い側壁（たとえば１０〜５０ミクロン）を使用することができる。この方法では、より高い誘電率材料（たとえば、ケイ素およびソルダーガラス）との場の相互作用を最小限にすることができる。

一般に、（１１０）シリコンウエハの非常に低い粗さの異方性ディープシリコンドライエッチングまたはウェットエッチング、またはこれら２種類の方法の組み合わせを使用して、薄い側壁２２０のグリッドを形成し、蓋取り付けチャネル６２、６４、６６、６８内部またはベースウエハ１１０の表面に封止するための開放キャビティ２３０のグリッドを得ることができる。たとえば、Ｂｏｓｃｈ法またはＣｙｒｏｇｅｎｉｃ法、あるいはその他の任意の好適な異方性ドライエッチング方法を使用して垂直ディープエッチングを行うことができる。アルカテル（Ａｌｃａｔｅｌ）、サーフェス・テクノロジー・システム（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｙｓｔｅｍ）、およびプラズマサーモ（ＰｌａｓｍａＴｈｅｒｍ）で製造されているような市販のプラズマエッチャーを使用することができる。

エッチングされた側壁２２０は、典型的には、少なくとも光が側壁２２０を通過する領域において、非常に平滑な表面を有する。たとえば、１２５０〜１６５０ｎｍの波長において散乱損失を１０％未満に維持するためには、約２５ｎｍ未満の粗さが望ましいと思われる。所与の粗さおよび所与の波長における散乱の程度が、たとえば、存在する表面粗さの種類、光の波長、および入射角の関数となることを明らかにすべきである。所望の側壁の高さおよび蓋の厚さは、たとえば、キャビティ内部に収容されるデバイスの高さ、および必要な表面積の関数となる。

（ａ．シリコンのドライエッチング）
本発明による蓋グリッドを製造するための第１の方法は、シリコン蓋ウエハ２１０のドライエッチング、たとえば、異方性ドライエッチングを含む。シリコンウエハ２１０は、（１００）、（１１０）、または（１１１）シリコンなどの任意の標準的な方位を含むことができる。ドライエッチングは、たとえばボッシュ法を使用して、パッシベーションおよびエッチングサイクルを交互に実施することができる。典型的には、これらのサイクルは比較的間隔が短く、比較的速度が遅い。任意に、所望の表面粗さレベルを実現しやすくするために、後研磨処理を使用することができる。このような研磨は、たとえば、酸化およびストリッピング法、または等方性化学研磨を含むことができる。

（ｂ．シリコンのＳＯＩドライエッチング）
前述の方法と同様の方法で、蓋２００のグリッドは、ＳＯＩ蓋ウエハ２１０のドライエッチング、たとえば、異方性ドライエッチングによって製造することができる。ＳＯＩ蓋ウエハ２１０は、たとえば、ハンドル層（たとえば厚さ４００ミクロン）とデバイス層（たとえば厚さ４０ミクロン）との間に厚い酸化物層（たとえば厚さ１ミクロン）を含むことができる。蓋ルーフ２５０はデバイス層から形成され、蓋側壁２２０はハンドル層から形成される。

ＳＯＩ蓋ウエハ２１０は同品質のシリコンウエハよりも一般に高価であるが、ＳＯＩウエハのドライエッチングによって、酸化物層がエッチストップとして機能することができるのでエッチ深さをより良く制御することができる。ウエハのエッチ深さのばらつきを最小限にすることができるので、均一な構造および平滑で均一なデバイス層（または蓋）表面を得ることができる。

前述の両方のドライエッチング方法では、ドライエッチングを使用して、箱の平面が平行な４つの側面以外の形状を有する光学的側壁２２０を画定することができる。たとえば、グレーティング、プリズム、または円柱レンズなどの形状を、１以上のシリコン表面上、たとえば側壁２２０の上に画定することができる。したがって、追加の光学的機能を蓋２００に組み込むことができ、より複雑な光学的および機械的設計が可能となる。

（ｃ．シリコンの湿式結晶学的エッチング）
本発明による蓋を製造するための第３の方法は、（１１０）シリコンの結晶学的エッチングを含み、マスクアパーチャの選択された縁端部の位置合わせは［１１０］軸に沿って行われる。次に、結晶学的エッチは、たとえばＫＯＨおよびＥＤＰに基づくものなどの公知の結晶学的エッチを使用してマスク開口部を通してエッチングすることによって実施することができる。（１１０）ウエハの表面に適切に位置合わせされると、エッチングによって複数の蓋キャビティが形成され、各キャビティは、蓋ウエハの面に対して実質的に垂直であるとともに非常に平滑な側壁表面を有する、平面が平行な２つの対向する側壁を有する。

この方法では、＜１１１＞エッチ速度を抑制すると有益となる場合があり、これは｛１１１｝面は平面状の垂直な側壁を形成し、これらが光学的ＩＲ伝送に使用されるからである。たとえば、エッチ速度は、｛１１１｝面が｛１００｝面よりも約６０〜１５０倍遅い。｛１００｝面に対する｛１１１｝面のエッチ速度は、異なるエッチャントの種類について変動する。エッチ速度の差を使用すると、｛１１１｝表面の平坦化を容易にすることができる。これは、たとえば、マスクおよびシリコンウエハの位置のずれによってステップの欠陥が生じる場合、最初の表面粗さが大きすぎる場合、および／またはより高い平坦度の側壁が望まれる場合には望ましいと思われる。キャビティの他の２つの側壁は、第１の縦方向の側壁に対してたとえば７０．５度の角度で傾斜した縦方向の側面を有する形状であってよい。あるいは、９０°の角度を有する箱をエッチングすることもできる。

湿式結晶学的エッチングが単独で使用される場合、エッチング中にわずかなウェッジングが生じうることにも注意すべきである。ウェッジングは、壁を通過するコリメートされたビームをある程度偏向させると考えられている。任意の特定の理論に束縛されるものではないが、ウェッジングの原因は、｛１１１｝の攻撃速度が遅く、さらに、エッチングされた側壁２２０の頂部がこの攻撃に対して、エッチング終了時またはほぼ終了時にのみさらされる側壁の底部での｛１１１｝面の領域よりも、有意に長時間さらされることであると考えられる。撹拌方法の変更、エッチ速度の低下、または結晶面の相対的エッチ速度の変更によって、この効果を軽減またはほぼなくすことができる。

（ｄ．ＳＯＩの湿式結晶学的エッチング）
さらに別の蓋製造方法として、前述の湿式結晶学的エッチング方法においてＳＯＩウエハ（前述の種類のもの）を使用することができる。ＳＯＩの場合、絶縁層をエッチストップとして使用することができる。ＳＯＩウエハの結晶学的エッチングによって、シリコンウエハエッチング技術よりも、均一な蓋ルーフ厚さが得られ、光ビームが蓋ルーフ２５０を通過するために好適な平滑性を得ることができる。

（ｅ．ドライおよびウェット複合エッチング）
本発明によるさらに別の蓋製造方法として、前述のＳＯＩウエハについて、ディープ反応性イオンエッチングなどのドライエッチを行い、続いてウェットエッチステップを行うことができる。この方法は、「シリコンのＳＯＩドライエッチング」に関して前述したような第１のドライエッチステップを含むことができる。このドライエッチステップは、光学的に平滑であり蓋ウエハ２１０の面と垂直である側壁２２０、２２１を提供する方法で実施することができる。ドライエッチはマスクを結晶軸に位置合わせして注意深く実施され、それによって次のウェットエッチステップでは最小の表面不規則性の除去が必要とされるのみである。

結果として得られた粗さおよび垂直からの角度のばらつきを修正するために、次に結晶学的ウェットエッチを実施することができる。要求される表面平滑性の程度に依存して、このウェットエッチは典型的には数分から最長３０分間続けられる。より短いエッチング時間で平滑性が得られることが好ましいと思われる。したがって、初期のドライエッチステップで低い表面粗さ（たとえば、５０ｎｍ未満〜１００ｎｍ）が得られることが望ましい。

ノッチングによって、結晶学的ポストエッチ中に攻撃されることができる別の結晶面が露出することで、｛１１１｝結合側壁表面の品質が低下しうる。エッチングプロセス中、酸化物停止部分上で、より遅い領域が平坦化するまでエッチングが続けられる。この「オーバーエッチ」期間中、プラズマエッチャントとの相互作用のために、最初に酸化物を露出した領域は、酸化物表面上に表面電荷が蓄積されうる。これによって、より低い周囲の側壁上の局所的なパッシベーションが破壊され、シリコンが側方にエッチングされたり、または酸化物表面に沿ってアンダーカットされたりすることがある。ドライエッチングのみが使用される場合、この効果は、ポストウェットエッチングが使用される場合ほど大きくない。アンダーカットによって結晶面が露出することがあり、異方性ウェットエッチによる側壁の表面清浄化はより困難となる。したがって、エッチ終点を検出できる機械、またはノッチング効果が最小限となるようにエッチング方法を変化させることができる機械を使用すると望ましいと思われる。終点検出システムは、米国ニューハンプシャー州ポーツマス（Ｐｏｒｔｓｍｏｕｔｈ，ＮＨ）のＳＴＳシステムズ（ＳＴＳ Ｓｙｓｔｅｍｓ）などから市販されている。

上述のドライおよびウェットエッチ方法はＳＯＩウエハ上で実施することができるが、ＳＯＩウエハ以外のシリコンウエハを使用することも可能である。

（ｆ．「ベネチアンブラインド」（Ｖｅｎｅｔｉａｎ Ｂｌｉｎｄ）法）
図１６Ａ〜１６Ｄを参照すると、本発明によるさらに別の蓋の製造方法は、「ベネチアンブラインド」法を利用する。この方法は、一連の薄い長方形のピット２３１が蓋ウエハ２１０に互いに近接してエッチングされるウェットエッチ（湿式異方性結晶学的エッチ）を含む。蓋ウエハ２１０は、たとえば（１１０）シリコンを含むことができる。図１６Ａに示されるように、ピット２３１は、蓋ウエハ２１０の表面にパターン形成され、各キャビティ２３０が形成されるシリコン蓋ウエハ２１０の領域が覆われる。図１６Ａに示されるように、薄い分離壁２３３が、それぞれのスロットの組の間に配置される。典型的には、分離壁２３３の厚さはたとえば０〜５０ミクロンである。マスク上のエッチングされるピット開口部の間隔は、エッチングプロセスの終了時近くに、分離壁２３３が破壊される、および／またはエッチングにより除去されるように選択することができる。あるいは、等方性エッチを使用して分離壁２３３を除去することもできるが、光学信号の伝達に使用される２つの側壁２２１上の表面粗さが増大しうるので、これはあまり望ましくない。

ベネチアンブラインド法は、他の方法で各キャビティ２３０のために１つの開口部を有するマスクを通してエッチングすることによって可能なキャビティよりも小さいキャビティを提供することができる。たとえば、図１６Ｃおよび１６Ｄを参照すると、１つのキャビティ２４１としてのキャビティの形成とベネチアンブラインド法との相違が示されている。たとえば図１６Ｃは、全体で同じ幅（幅とはピット２３１の長軸に沿った寸法を意味する）であり、破線２２２の間の除去された部分の幅が同じであるキャビティを形成する２つの方法を示している。図１６Ｄは、ピット２３１を合わせた長さと一致する長さを有する１つのピット２４２を示している（長さは線２２２に沿った方向を意味する）。破線２２２の間の領域は、ピット２３１で囲まれた全体のキャビティ２３７内部の完全に除去された領域を表している。すなわち、破線２２２と平行な辺を有する立方体をキャビティ２３７に挿入することができ、通常、この立方体は、キャビティ２３７中に見られるファセット２３５のいずれをも妨害しない。この立方体は、ピット２３１底部上に実質的に平坦に配置される。当然ながらこの立方体の長さはキャビティ２３７の長さに依存する。

代表的キャビティ２４１は、大きな開口部のパターンを形成し、深さＤまでエッチングすることによって提供することができる。Ｄにおいて、このキャビティ２４１、２４２は、破線２２２間にある幅を含む。対応する除去された長さは、キャビティ２４１の長さによって決まる。対照的に、キャビティの形成にベネチアンブラインド法を使用すると、一連のピット２３１は、エッチング深さＤを有するように形成される。

通常、図１６Ｃに示される２つのキャビティ２３７、２４１は同じ幅、同じ除去面積、および異なる長さを有する。１つの隣接するマスクアパーチャからエッチングされたピット２３１の除去される幅は、たとえば、エッチ深さを減少させる、マスクパターンの幅を広げる、またはそれらの組み合わせによって広げることができる。深さおよび幅が固定される場合、またはより小さい蓋を形成するためにそれらを最小限に維持することが望ましい場合、ピット２３１の長さは深さおよび幅によって束縛される。図１６Ｄは、幅とは無関係に１つのキャビティ２４２の長さが延長された場合の結果を示している。この場合、深さは変化していない。キャビティ２４１は、所与の幅および深さに対するキャビティ長さの限界（または「単位長さ」）を示している。しかし、図１６Ｃに示されるように、キャビティ２３７を複数のピット２３１に分割することによって、幅の増加や深さの減少なしにキャビティ２３７の長さを延長することができ、キャビティ２４１とは対照的である。言い換えると、キャビティ２３７の最終長さは、使用するピット２３１の数を変動させることによって自由に選択することができる。所与の長さ、幅、および深さにおいて、キャビティ２３７を形成するためのピット２３１の数は、所望の全長の、個々のピットの長さに対する比を次の整数まで切り上げることで求められる。キャビティ２３７は最小で２つのピット２３１から提供することができる。

図１６Ａ〜１６Ｄに示される蓋を形成する場合、この方法は、好ましいキャビティ２３７の所望の寸法に基づいた適切な方位および寸法の蓋ウエハ２１０を選択することから始めることができる。次に、希望するシリコンエッチャント（たとえば、窒化ケイ素マスクとＫＯＨエッチャント）に基づいて、シリコンウェットエッチングに適したハードマスク材料を付着させることができる。次に、ハードマスクは位置合わせを行い、窒化ケイ素の単純なフォトリソグラフィー、あるいはドライエッチングまたはウェットエッチングでパターン形成する。その後、蓋ウエハ２１９を、選択された深さまでエッチャント中でエッチングする。

この時点で、ピット２３１が形成され、仕上が行われる。（１１０）−エッチケースでキャビティ２３７を形成するために複数のピット２３１が使用される場合、任意に追加されるステップを使用して、ピット２３１間の分離壁２３３を除去することができる。このような追加のステップとしては、たとえば、壁の機械的な破壊による除去、等方性エッチャントを使用するエッチングなどが挙げられる。最初のマスクパターンは、マスクのアンダーカットのために異方性ウェットエッチ終了時に分離壁２３１が消失するように設計することができる。この方法でも希望するならＳＯＩ蓋ウエハをエッチストップとして使用することができる。

（ｇ．４５°における結晶学的エッチ）
本発明によるさらに別の例示的な蓋製造方法として、図１７Ａおよび１７Ｂに示されるように＜１１０＞方向に対して４５°の角度にあるマスクを使用する（１００）シリコンの結晶学的エッチを使用することができる。

蓋ウエハ２１０の上に長方形のマスクアパーチャ３５１を設けることができる。蓋３００の形成において、全体的に大きな寸法の蓋が、ビームが通過することができる適切な寸法の側壁３２１を形成するために必要である場合がある。蓋３００は平坦な蓋封止面３２６を有することができ、これに接着剤を適用することができる。たとえば、蓋封止面３２６の寸法が一定であると仮定すると、本発明の方法によって形成される蓋３００の寸法は、例えば、側壁３２１の所望の寸法などによって決定される。側壁３２１が頂点Ｂを有する三角形を形成する臨界深さＢに到達する前には、側壁３２１は先端が切り取られた三角形を含む。エッチングが進行すると、同時に深くおよび狭くなることによって側壁３２１の形状はほぼ三角形に近づく。側壁のエッジの角度はほぼ一定である。臨界深さでは、側壁３２１が出会って、ほぼ三角形の側壁３２１となる。エッチングが続けられると、各側壁３２１の端部は互いに近づき続け、底部の頂点は、エッチングが実施されるウエハ上面に向かって上に移動する。エッチングが十分長時間続けられると、縦方向の三角形の側壁３２１は消失し、縦方向の面を有さない角錐型ピットのみが残留する。これは、典型的な方法で蓋ウエハ３１０がより大きなアパーチャでパターン形成され、｛１１１｝面と平行に位置合わせされる場合と同じピットとなる。

側壁３２１の最終的寸法は、たとえば、マスクパターンの幅を変化させること、ピットの所望の深さを変化させること、またはその両方によって調整することができる。マスクパターンの幅が一定の場合は、側壁３２１の寸法はピットの深さとともに減少する。ピットの深さが一定の場合は、側壁３２１の寸法はマスクパターンの幅が減少するとともに減少する。さらに、ピット全体（したがって側壁３２１）の幅は、マスクアパーチャ幅が減少するとともに減少する。図１７Ｂの説明図は、本発明の設計においてビーム「Ｂ」が側壁３２１を通過することができ、同時にビームと蓋表面との間に適切な距離が離される最小深さおよび幅（したがって全体の蓋の寸法）を示している。

前述の方法では、公知のエッチャント、たとえば、ＫＯＨおよびＴＭＡＨなどのアルカリ水酸化物、またはＥＤＰ、ならびにその他の公知のより酸化物選択性の高い異方性エッチャントを使用することができる。たとえばＥＤＰは＜１１１＞結晶面表面上により低い表面粗さを得ることができる。さらに、表面粗さを改善するための界面活性剤添加のような技術は、当技術分野で公知のように用いて、異方性エッチングで所望の最終形状および表面仕上を得ることができる。低応力窒化物などの低応力層を、ウェットエッチング用のマスク材料として使用することができる。ＳｉＯ_２などの酸化ケイ素、金属（たとえばＣｒ、Ａｌ、Ｎｉ）、レジスト、またはそれらの組み合わせを、ドライエッチング用のマスク材料として使用することができる。これらのマスクは公知の技術を使用してパターン提供することができる。

さらに、ウェットエッチング方法を使用する場合、側壁２２０上にパターン形成された薄膜はんだ（たとえば、共晶またはほぼ共晶のＡｕ−Ｓｎ組成物、Ｉｎ、Ｓｎ−Ｐｂ、Ｉｎ−Ｃｕ、過渡的液相（ＴＬＰ）材料、ＴＡＤ材料など）を用いて、窒化ケイ素のハードマスクを使用してピットを画定することができる。はんだは、いくつかの異方性エッチで好適な結果が得られるまで維持することができ、蓋２００のベースウエハ１１０への封止のために使用できる状態のはんだリングを表面上に有することを可能にする。その厚さ、組成、融点、およびパターンは、たとえば、粗さ、蓋取り付け領域６０、接合階層構造などに依存しうる。はんだの典型的な厚さは、たとえば３〜８ミクロンである。さらに、前述したような接着層および拡散障壁、たとえば、Ｃｒ／Ｎｉ、Ｃｒ／Ｐｔ、Ｔｉ／Ｗなどは、はんだの下に使用することができる。はんだは蓋２００上、ベースウエハ１１０上、またはその両方の上に存在することができる。はんだは、熱加工の他の段階中に悪影響のある反応または拡散を防止するために組成的に２つに分割することができる（ある場合には、エポキシ接合、アノード接合、溶融接合、ＨＦまたはその他の低温共有結合、Ａｕ−Ａｕ接合などで蓋２００が封止される場合には、はんだは不要である）。

蓋ウエハの封止面上のはんだまたは金属と適合するよりも高い温度で、反射防止（ＡＲ）コーティングなどの種々のコーティングを堆積させることが望ましい場合がある。蓋のエッチング後、場合によりマスクは剥離され、金属マスクは通常は剥離される。次に、ウエハは、有機金属化合物、シラン、ジクロロシラン、酸素、および窒素などの反応物質を使用するコンフォーマルＣＶＤなどによってＡＲコーティングすることができる。堆積は、典型的には４００℃を越える温度で実施され、この温度は大部分のはんだおよび金属には適合していない。ＡＲコーティングの後、所望のはんだパターンをトレースした回転対称ではない一連の開口部を有するシャドーマスク上で、ウエハまたは部品のグリッドの位置合わせを行うことができる。たとえば、蓋のグリッドが厚さ１００ミクロンのキャビティを含む場合、シャドーマスクを使用することができる。典型的にはシャドーマスクは、それを通って、気化した金属の流れを堆積することができる開口部を有する薄いエッチングされた金属である。

蓋が光伝達に使用されるか、導波路を収容する場合には、封止面を連続的に覆って、内壁表面または外壁表面上への金属堆積または「オーバースプレー」を防止することが望ましい。シャドーマスクは、例えば、蓋封止面をトレースする開放されたリングを有し、ウエハまたはグリッド上の各デバイスで繰り返されるように構成することができる。シャドーマスクは、所望の精度で部品と位置合わせすることができ、この精度は蓋封止面上のシャドーマスクの重なりおよび寸法不足の関数となる。たとえば、１００ミクロンの壁では、シャドーマスク中に７５ミクロンの開口部を使用することができ、典型的には、側壁上への金属のオーバースプレーを防止するために２つの間の位置合わせが少なくとも±１２．５ミクロンとなることが必要である。実際には、シャドーマスクと部品との間に考慮すべき間隙が存在することが多いので、位置合わせは通常はこの最小値よりよいものである。位置合わせは、たとえば位置合わせ技術、堆積される金属、ならびに蒸発源および基体の分離および位置合わせに基づいて容易に決定することができる。

マスクの設計は、蓋キャビティの内部容積をシールドする、金属を中央に有する開放リングを含むことができる。開放リングは、中央に金属を有するシャドーマスク金属本体に取り付けられるランドによって１以上の位置で分断されてもよい。蓋が１８０°回転した場合に、第２のメタライゼーションによって封止面全体が連続的に覆われるように、マスクの中央および本体に取り付けられるランドを配置することができる。封止マスクの金属の中心が１以上のランドによって取り付けられる場合、妨害されないメタライゼーションが達成されうるように非対称に配置することができる。たとえば、マスクは、厚さ３ミルのステンレス鋼で構成され、それぞれ２〜３ミルの２つのランドを有し、これらがマスクの金属の中心の内部を４ミルのリングに取り付けてもよい。ウエハまたはグリッドを１８０°回転させると、封止面の完全なメタライゼーションを実施することができるように、ランドは非対称に配置することができる。

マスクは、第１のぬれ性を有するメタライゼーション、たとえば、Ｃｒ（５０ｎｍ）／Ｎｉ（２００ｎｍ）／Ａｕ（２００ｎｍ）を堆積することによって提供することができる。たとえば９０°または１８０°の設計値で部品を回転させる。第２のメタライゼーションは、第１のメタライゼーション構造と同じまたは異なる、構造および厚さを使用して実施することができる。次に、例えば、Ａｕ−Ｓｎ（２〜１０ミクロン）などのはんだを堆積する。このように、２つの堆積ステップから、はんだ−ぬれ性を有する金属のリングを提供することができる。はんだは、接合面上に連続的に堆積させることができ、金属ランドの位置における小さな間隙を除けば同一の表面を覆う。蓋がベースウエハに取り付けられ、はんだがリフローされると、ウィッキングアクションにより小さな間隙ははんだでふさがれる。この間隙は、蓋をベースに気密封止する前に水分および凝縮性蒸気を除去するために使用できる後のベークアウトステップにおける、蒸気封止の形成防止を助けることもできる。

シリコンは１１００ｎｍを超える波長を伝達するために有効であるが、可視スペクトルおよび近ＩＲの波長を蓋２００を通して伝達できる能力を有することが、ある種の用途には望ましい場合がある。この能力は、たとえばポンプレーザー、ＶＣＳＥＬＳ、多くのセンサーなどの実装に有用であり得る。これに関連して、所望の波長において光学的に透明であるシリコン蓋中の側壁部分を提供することができる。たとえば、図１８Ａ〜１８Ｄを参照すると、シリコン蓋２００は、前述の方法によって（１００）単結晶シリコンから製造することができる。次に、側壁２２２の一部は、図１８Ａおよび１８Ｂに示されるように、５〜３０ミクロンの厚さまで薄くすることができる。次に、図１８Ｃおよび１８Ｄに示されるように、薄い側壁２２２を有する蓋は、側壁２２の深さ全体にわたって二酸化ケイ素まで酸化されるのに十分な時間、熱酸化させることができ、二酸化ケイ素は可視スペクトルに対して光学的に透明である。固体体積の変化によって生じうる機械的応力を軽減するために、エッチングされた柱または長方形を使用することができ、これらは酸化中に互いに成長して、使用されうる固体の壁を形成する。このような柱は、ドライエッチング、ウェットエッチング、またはその両方によって提供することができる。

ＳＯＩウエハを使用できる場合は、蓋ウエハ２１０は、後に接合される２つの分離したウエハを含むことができ、その一方は側壁２２０となり、他方は後に封止されてルーフ２５０となる。さらに、ドライエッチングが使用される場合、位置合わせピン用の孔、またはフェルールスリーブへの位置合わせを容易にするためのフロントノズルのような、さらなる位置合わせフィーチャーを容易に設計に組み込むことができる。

（Ｄ．気密性試験）
本発明のさらに別の態様によると、デバイスパッケージの気密性を好都合に試験することができる。気密性の変化または低下に応答するルーフ２５０のたわみが測定可能な程度となるように、蓋の寸法が選択される。この目的のために干渉計などの測定装置を使用することができる。製造中に蓋をふくらませるため、このパッケージにヘリウムまたは窒素などの不活性ガスを充填する。ルーフ２５０の厚さの、キャビティ２３０の最長寸法（全長）に対する比率は、典型的には１／１０〜１／５０である。たとえば、キャビティ全長が１ｍｍである蓋２００の場合、蓋の厚さが４０ミクロンであれば、十分なたわみおよび耐久性を得ることができる。蓋の厚さは典型的には２０〜１００ミクロンの間である。蓋のふくらみの程度は、パッケージ内の圧力と関連するので、蓋のふくらみの変化の程度が、気密性および漏洩率の指標となる。

本発明のこれらおよびその他の利点は、以上の説明から当業者には明らかであろう。したがって、当業者が理解するように、本発明の広い発明の概念から逸脱せずに、上記実施形態の変形または修正が可能である。したがって、本発明は、本明細書に記載される個々の実施形態に限定されるものではなく、請求項に記載される本発明の範囲および意図の範囲内にあるすべての変形および修正を含むことを意図していることを理解されたい。

気密性を試験するための上記技術以外に、別の方法として、ヘリウムなどの検出可能なガスでパッケージを充填し、標準的な漏れ検出装置を使用して、パッケージからの漏洩量を測定することもできる。

１０ デバイス取り付け領域
１１ モニター溝
１２ オプトエレクトロニクスデバイス
１３ 端面
１４ 導電性リード線
１６ はんだパッド
１８ オプトエレクトロニクスデバイス
２０ ピット
２２ レンズ
３０ ピット
３２ レンズ
３３ 側壁
３４ 封入剤
４０ ファイバー溝
４１ 側壁
４２ 光ファイバー
４３ 端面
４４ フェルール
５０ くぼんだクリアランス面
５２ くぼんだクリアランス面
５４ くぼんだクリアランス面
５６ くぼんだクリアランス面
６０ 蓋取り付け領域
６１ 表面
６２ 前部蓋取り付けチャネル
６３ 側壁
６４ 後部蓋取り付けチャネル
６５ 側壁
６６ 蓋取り付けチャネル
６７ 間隙
６８ 蓋取り付けチャネル
７０ 上面
７２ 下面
７４ 冷却キャビティ
７６ 冷却構造
７７ ヒートシンク
７８ 熱伝導性材料
８０ 光線
９０ ビア
１００ 光学マイクロベンチ
１１０ ベースウエハ
２００ 蓋
２０９ 全長
２１０ ファイバーフェルール
２１９ 蓋ウエハ
２２０ 側壁
２２１ 蓋側壁
２２２ 破線
２２６ 封止面
２２８ 分離チャネル
２３０ キャビティ
２３１ ピット
２３２ 開口部
２３３ 分離壁
２３５ ファセット
２３７ キャビティ
２４０ 接合材料
２４１ キャビティ
２４２ ピット
２５０ ルーフ
３００ 蓋
３０１ ハードマスク
３０２ 膜
３０３ ピット
３０４ 開口部
３０５ 側壁
３０６ 窒化物シェルフ
３０７ ビア開口部
３０８ 窒化物層
３０９ 金属層
３１０ 表面
３１１ 誘電性材料
３２１ 側壁
３２６ 蓋封止面
３５１ アパーチャ
５００ ミクロ光学デバイスパッケージ
５０２ フェルールばね
５０３ 前端
５０５ 後端
５０６ ハウジングマウント
５０７ ショルダー
５０８ フェルールハウジング
５０９ ショルダー
５１０ フレックス回路
５１２ キャビティ
５１９ コネクターハウジング裏面
５２０ コネクター
５３０ コネクター
５３２ スロット
５４０ ヒートシンク
５４１ 近接端部
５４２ フィン
５４３ 通路
５４５ ヒートシンク
５４６ フィン
６０２ エッチストップ層
６０３ エッチストップパターン
６０４ 構造用コーティング
６０５ 誘電層
６０６ ビアホール
６０８ 膜
６０９ アパーチャ
６１０ ウエハ
６１２ 金属層
６１６ 表面
Ｂ ビーム

Claims (5)

1. ベースウエハまたはベースグリッドであって、各々がオプトエレクトロニクスデバイス取り付け領域および蓋取り付け領域を含む複数のベースダイを含むベースウエハまたはベースグリッドと、
   前記オプトエレクトロニクスデバイス取り付け領域のそれぞれの上に取り付けられたオプトエレクトロニクスデバイスと、
   前記ベースウエハまたはベースグリッドに取り付けられた蓋ウエハまたは蓋グリッドであって、前記蓋ウエハまたは蓋グリッドは複数の蓋ダイを含み、各蓋ダイは、それぞれの前記蓋取り付け領域上に取り付けられて、前記ベースダイと前記蓋ダイとの間に密閉容積を形成する蓋ウエハまたは蓋グリッドと、
   を含み、
   それぞれのオプトエレクトロニクスデバイスは密閉容積内にあり、各蓋ダイは、前記オプトエレクトロニクスデバイスへのまたは前記オプトエレクトロニクスデバイスからの光軸に沿って所与の波長の光を伝送するのに好適な光伝送領域を有する、ウエハまたはグリッドレベルオプトエレクトロニクスデバイスパッケージ。
2. 前記蓋ウエハまたはグリッドが、シリコン層の間に配置されたガラス層を含むシリコン−オン−インシュレータウエハを含み、さらに各蓋ダイがシリコン側壁と、ガラスを含むルーフとを含む請求項１記載のウエハまたはグリッドレベルオプトエレクトロニクスデバイスパッケージ。
3. 複数のダイを含むシリコンウエハまたはグリッドであって、各ダイが複数の側壁と、前記側壁と連結されたルーフとを含んで、キャビティを形成し、ここで１以上の側壁が、前記側壁を通過する光軸に沿って所与の波長の光を伝送するのに好適な光伝送領域を含むシリコンウエハまたはグリッドを含む、
   ウエハレベルまたはグリッドレベルオプトエレクトロニクスデバイスパッケージ蓋。
4. 前記光伝送領域上に反射防止コーティングをさらに含む請求項３記載のウエハレベルまたはグリッドレベルオプトエレクトロニクスデバイスパッケージ蓋。
5. ウエハまたはグリッドレベル上にオプトエレクトロニクスデバイス蓋を形成する方法であって、
   複数のダイを含むシリコンウエハまたはグリッドを提供するステップと、
   前記ウエハまたはグリッドをエッチングして、複数の蓋構造を形成するステップであって、前記複数の蓋構造のそれぞれが複数の側壁と前記側壁と連結されたルーフとを含みキャビティを形成するステップと、
   を含み、各蓋構造の１以上の側壁が、前記側壁を通過する光軸に沿って所与の波長の光を伝送するのに好適な光伝送領域を含む方法。

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