JP6798996B2 - 光集積回路の特性評価及びパッケージ化のためのマルチポート光学プローブ - Google Patents

Description

本発明は、光集積回路チップに対する光学的結合に関する。

光集積回路（ＰＩＣ）チップに対する光ファイバの結合は、特に複数のファイバの結合を一度に行う場合は、困難な作業である。これは、ＰＩＣ導波路内の光場のサイズが約１μｍ（ミクロン）であり、光学的結合を実現するためには、ファイバ接続を３次元において１μｍの十分の１（サブミクロン）の精度で位置決めする必要があるためである。１または２つのファイバを単一のＰＩＣ出力／入力導波路に結合させる場合は、残念ながら高コストではあるが、標準的な方法が存在する。しかし、複数のファイバをＰＩＣチップに結合させる場合には、良好で、信頼性が高く、安価な方法は存在しない。

従来、ＰＩＣチップに対する複数のファイバの結合は、ＰＩＣチップの出力に対して正確に位置合わせして固定され固定後に微調節可能なレンズドファイバアレイを使用して行われていた。しかし、これは困難かつ高コストであり、ファイバアレイの製造精度は約１μｍ（ミクロン）であり、１μｍの十分の１（サブミクロン）の精度を実現するためには個々のファイバを注意深く選択する必要がある。別の方法は、ビーム拡大のためのレンズアレイを使用する。第２のレンズアレイの注意深い位置合わせが必要とされる。上記の両方の方法は、ＰＩＣチップ上で光を生成または検出し、光ファイバアレイに対する結合光出力を最大化することによって光学的結合を最適化する「能動的な位置合わせ（アクティブアライメント）」を必要とする。一方、受動的な位置合わせ（パッシブアライメント）は、より単純な方法であり、光を発生させ光信号を最適化することなく、光学部品の位置合わせを行うことができる。

受動的な位置合わせを用いたＰＩＣチップに対する高性能の光学的結合を提供することは、当分野を進歩させるであろう。

本発明は、上記の問題に対する解決策を提供するものであり、多数のファイバ（または他の光学部品）をチップに、長さ方向、横方向、縦方向においてサブミクロンの位置合わせ精度で光学的結合することができ、最新式の産業用機器によって受動的に実現することができる最初の受動的な位置合わせのみを必要とする。これは、完全に自動化されたアセンブリを可能にする。加えて、このアプローチは、光信号のウェハレベル検査を可能にするために、光信号のオンウェハプロービングを提供するのに使用される。初期製造段階（ダイシングまたはクリービングの前）におけるＰＩＣチップの光学的検査は、非常に望ましい機能であるが、回折格子結合器を使用可能な膜型導波路以外では、現在は行うことができない。

本発明の主要原理は、一方の面に１以上の標準的な光ファイバ（または他の光学部品）を、他方の面にＰＩＣチップを、それぞれ容易に接続することができるインターポーザを使用することである。インターポーザと光ファイバとの接続は、光場のサイズを整合させる確立された技術である。ＰＩＣチップとの接続は、通常はリソグラフィにより画定され、光場を導くための導波路を各々有する、多数の長くて薄いフレキシブル光導波路部材（本明細書中では、「フィンガ（finger）」とも称する）により提供される。これらのフィンガは、導波路としての性質と、必要とされるフレキシブルさを提供するための物理的性質との両方を有するインターポーザ材料に作製される。同一の材料において、光を導く導波路は、光ファイバアレイにルーティングされることができる。拡大された導波路を光ファイバアレイにより緩やかな精度で取り付けることにより、フィンガとファイバとの間のインターポーザ内で光場を拡大することができる。このようにして、この構造体は、ファイバアレイとＰＩＣチップとの間のサイズ調節手段としての役割を果たすことができる。

一般的に、導波路は、基板上に成長または堆積された導光材料の頂部数マイクロメートル（ミクロン）に作製することができる。この基板は、通常はシリコンである。基板におけるフィンガの下側部分を除去することにより、これらのフィンガは、一般的に５００μｍ−１．５ｍｍの長さと約１０×１０μｍの断面を有する、フリーハンギング片持ち梁構造を有することとなる。基板におけるフィンガの下側部分を完全に除去することにより、フィンガは、インターポーザ構造体の頂部及び底部側から視認できるようになり、これにより、位置合わせの助けとなるとともに、フィンガを移動させるためのスペースを提供することができる。

ＰＩＣチップ上のフィンガの位置決め、及び導波路の位置合わせのために、ＰＩＣチップ上のランディング領域は、インターポーザとＰＩＣとを光学的結合するための正確な位置へのフィンガの物理的な案内を提供する。インターポーザを介した恒久的なファイバチップ結合は、フィンガを所定の位置に恒久的に固定することにより提供することができる。また、インターポーザは、光学プローブとしての役割を果たすこともでき、ウェハから個々のチップを切り出す前に、一時的な光学的結合を介してオンウェハ光学特性評価を実施するのに使用することができる。

フレキシブルなフィンガの表面、及びランディング領域またはその近傍に金属層を設けることにより、光学的検査と電気的検査とを同時に行うことが可能となる。これは、同一のフィンガを介して光学的及び電気的信号の両方を独立的に行ってもよいし、電気接続用の別個のフィンガのセットを用いて行ってもよい。

このインターポーザアプローチは、重要な利点を提供する。

（１）ＰＩＣチップと１以上の他の光学部品との間の正確な受動的な位置合わせを可能にする。ＰＩＣチップ内に、ＰＩＣチップの導波路に対するフレキシブルフィンガの物理的な位置合わせを容易にするためのランディング領域が画定される。ＰＩＣ導波路、ランディング領域、及びフレキシブルフィンガの寸法は、物理的な結合によって光学モードの位置合わせが提供されるように選択される。要求される製造公差は、現在の能力内に良好に収まる。

（２）最終的な位置合わせ精度に対する様々なエラーソースとなる公差鎖を短くする。フィンガの直接的なランディング領域が位置合わせ要素上に存在するので、これにより、インターポーザとＰＩＣチップとの間の可能性のある公差鎖を最小限に抑えることができる。

（３）ＰＩＣに対する高密度の光学的接続を提供する。フィンガは小さいサイズに形成することができるので、ピッチも小さくすることができる（例えば、約２５μｍ）。これは、一般的に１２７または２５０μｍのピッチを有する標準的な光ファイバアレイに対して、５−１０倍の密度である。インターポーザは、このピッチの不整合をブリッジすることができる。例えば、６４本のフィンガとの２５μｍのピッチでの接続は、わずか１．６ｍｍ幅ですむ。

（４）従来の方法の問題点は、マルチポート光学的結合及びＰＩＣチップの熱膨張の差異であり、熱依存性位置合わせを必要とする、または材料内の応力の原因となる。フィンガはフレキシブルさを有するので、熱膨張の差異の影響を受けない。

（５）フィンガはフレキシブルさを有するので、それらの全てを使用する必要はない。例えば、６４本のフィンガを有する標準的なインターポーザを用い、そのうちの１０本のフィンガだけを使用してオンチップ導波路に対して正確に接続することができる。他のフィンガは、フローティングさせておくが、フィンガはフレキシブルさを有するので、物理的損傷などの問題が生じることはない。

（６）大部分のＰＩＣチップにおいて伝搬される光は、面内に保たれ、サンプルの縁部から出て結合される。従来は、回路の性能を特性評価するためには、ウェハからＰＩＣチップをクリービングまたはダイシングした後に、検査のための光学ファイバを光学入力／出力に結合させる必要があった。しかし、本発明のアプローチでは、ウェハを個々のチップに分割することなく、ウェハ上のＰＩＣチップに対して光ファイバを結合させることができる。代わりに、導波路の端面はエッチングにより形成される。詳細については後述するが、導波路のエッチングされた端面は、反射を減少させるために傾けられる。

（７）低損失材料内にインターポーザを設けることにより、例えば、偏光調節、光分離、波長多重化、波長逆多重化、波長選択ルーティング、波長選択スイッチング、スイッチング、干渉分光、１以上の共振器による共鳴の提供、及び光学的な遅延、分割、または混合の提供などの追加的な（任意選択の）機能をインターポーザに持たせることを可能にする。

（８）光学的検査と電気的検査とを同時に実施することができる。

本方法は、面内のアウトカップリングに、必ずしも限定されない。同様の方法を用いて、面外回折格子結合器に対する結合を行うこともでき、この場合の主な利点は、ファイバアレイと比較してピッチを短くできることである。

面内オンウェハ光学プロービングについては、従来技術では、現実的な解決策は存在しない。面内オンウェハ光学プロービングのために、本発明に係るＰＩＣ導波路及びランディング領域は、オンウェハプロービングのため使用されるオンウェハ導波路が、チップがウェハからクリービングまたはダイシングされた後の最終的な位置合わせに使用されるものと同一となるように設計することができる。

本発明の実施形態の上面図 本発明の実施形態の上面図 本発明の実施形態の上面図 例示的な光集積回路の位置合わせ要素の詳細図 例示的な光集積回路の位置合わせ要素の詳細図 例示的な光集積回路の位置合わせ要素のさらなる詳細図 例示的な光集積回路の位置合わせ要素のさらなる詳細図 光学的結合に加えて、フレキシブル光導波路部材によりなされる電気接続を示す図 フレキシブル光導波路部材とは独立してなされる電気接続を有する本発明の一実施形態の上面図 インターポーザユニットのモードサイズ制御の一例を示す図 本発明の実施形態において光学反射を減少させる方法を示す図 本発明の実施形態において光学反射を減少させる方法を示す図 本発明の実施形態において光学反射を減少させる方法を示す図 製造されたフレキシブル光導波路部材の画像 光集積回路チップの位置合わせ要素の画像 光集積回路チップの位置合わせ要素内に配置されたインターポーザユニットのフィンガの画像 光集積回路（ＰＩＣ）チップのオンチップ光導波路に対する光学的位置合わせを提供するために、インターポーザユニットのフィンガがＰＩＣチップの位置合わせ要素と完全に結合した状態を示す画像 インターポーザユニットのフィンガをＰＩＣチップに固定するための接着剤の使用を示す画像 インターポーザユニットのフィンガをＰＩＣチップに固定するための例示的なボンディングコンセプトを示す図 インターポーザユニットのフィンガをＰＩＣチップに固定するためのフリップチップ・ボンディングコンセプトを示す図 インターポーザユニットのフィンガをＰＩＣチップに固定するための別のフリップチップ・ボンディングコンセプトを示す図

図１Ａは、本発明の例示的な実施形態の上面図である。この例では、複数の光ファイバ１０２、１０４、及び１０６が、インターポーザユニット１０８を介して、光集積回路（ＰＩＣ：Photonic Integrated Circuit）チップ１１８に光学的に結合されている。インターポーザユニット１０８は、１以上のフレキシブル光導波路部材１１２、１１４、及び１１６を含む。各光導波路部材は、単一の光導波路を有する。これらの光導波路は、黒い太線で示されており、参照符号１１０が付されている。図示のように、フレキシブル光導波路部材（flexible optical waveguide member）は、その先端部を介して、ＰＩＣチップ１１８のオンチップ光導波路１２０と、インターポーザユニット１０８とを光学的に結合するように構成されている。

図１Ａの例では、インターポーザユニット１０８は、光ファイバ１０２、１０４、及び１０６のアレイのピッチ（すなわち、光ファイバ間の間隔）を、オンチップ光導波路１２０のピッチ（オンチップ光導波路間の間隔）と整合させる機能を提供する。本発明の実施は、ＰＩＣチップに対する光学的結合に加えてインターポーザユニットで実施される他の機能（たとえあったとしても）に決定的に依存しない。図１Ｂは、インターポーザユニット１０８に組み込まれた汎用機能ブロック１２２を示す。インターポーザユニット１０８により提供することができる機能は、これらに限定されないが、偏光調節、光分離、波長多重化、波長逆多重化、波長選択ルーティング、波長選択スイッチング、スイッチング、干渉分光、１以上の共振器による共鳴の提供、及び、光学的な遅延、分割、または混合の提供を含む。

図１Ａ及び１Ｂは、ＰＩＣチップの縁部（端部）またはその近傍での光学的結合を示す。しかし、これは、本発明の実施に必須ではない。詳細については後述するが、ＰＩＣチップの縁部へのアクセスは必須ではない。本開示の原理に従った光学的結合は、チップの中央、さらに重要なことには、ウェハの中央で実施することができる（例えば、製造された光集積回路のウェハを個々のＰＩＣチップにダイシングする前に検査するときに）。図１Ｃは、この可能性を概略的に示す。

１つの例示的な設計では、インターポーザユニットは、５ｍｍ×５ｍｍのサイズを有し、３２個の光学入力／出力（Ｉ／Ｏ）ポートを有する。光ファイバ側は、１２７μｍのピッチを有する３２個のファイバアレイユニットが結合可能である。ＰＩＣチップ側のピッチは５０μｍであり、ＩｎＰまたはＳｉ製ＰＩＣチップの高密度光学Ｉ／Ｏに適合する。本発明の実施は、ＰＩＣチップに使用される材料に決定的に依存しない。適切な材料は、これに限定されないが、ＩｎＰ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、酸化物、及び窒化物を含む。ＰＩＣチップ側のピッチが２５μｍに設計されたインターポーザユニットも作製されている。４−１２８個の範囲の様々な数の光学入力／出力（Ｉ／Ｏ）ポートを有する他のセル設計も作製されている。この特定の設計におけるフィンガ（フレキシブル光導波路部材）は、７５０μｍの長さを有するが、５００−１５００μｍの範囲の長さを有するフィンガを有するインターポーザユニットも設計及び製造されている。

ＰＩＣチップのオンチップ光導波路に対するインターポーザユニットのフレキシブル光導波路部材の受動的な位置合わせ（パッシブアライメント）を可能にするために、ＰＩＣチップは、ＰＩＣチップのオンチップ光導波路に対するフレキシブル光導波路部材の先端部の横方向、縦方向、及び長さ方向の受動的な位置合わせを容易にするための位置合わせ要素を含む。この位置合わせ要素は、本明細書では、ランディング領域（landing zone）とも称する。

図２Ａ及び２Ｂは、このような位置合わせ要素の例を示す。図２Ａは、ＰＩＣチップ２０２の一部を示す。図示のように、導波路２０６は、それに隣接する領域２０４をエッチングすることにより形成されている。導波路２０６は、横方向テーパ（図示のように）とストッパ部２１０とを有する溝部（trench）２０８に隣接して位置している。導波路２０６の代わりに、他のオンチップ構造体を使用して、光を結合領域の端面に導いてもよい。図２Ｂは、光導波路２１４を内部に有するフレキシブル光導波路部材２１２が、位置合わせ要素（溝部２０８）と物理的に結合（係合）した場合に、これらの位置合わせ要素がどのように作用するかを示す。図示のように、溝部２０８の横方向テーパの効果は、フレキシブル光導波路部材２１２の先端部のオンチップ光導波路２０６の端面に対する横方向の位置合わせを提供することである。ストッパ部２１０の効果は、フレキシブル光導波路部材２１２の先端部のオンチップ光導波路２０４／２０６の端面に対する長さ方向の位置合わせを提供することである。図示のように、ストッパ部２１０の効果は、オンチップ光導波路２０４／２０６と、フレキシブル光導波路部材２１２の先端部との間に、正確に制御された間隔２１６を提供することである。いくつかの場合では、間隔２１６は、自由空間（何も配置されていない空間）として構成されている。あるいは、この領域（間隔２１６）に、屈折率整合材料を配置してもよい。

この位置合わせ要素と、オンチップ光導波路の端面は、エッチングにより形成することができる。オンチップ光導波路の端面の前側（図中右側）に、光を自由空間に導くための開口部２１６が形成される。この開口部の幅は、オンチップ光導波路またはフィンガから出力される光の回析に基づき決定することができる。フレキシブル光導波路部材２１２の先端部の端面よりも狭い幅を有するこの開口部は、光学的結合を制御するためのｚ軸方向（長さ方向）の距離の制御と、オンチップ光導波路の端面との接触に対する保護の提供との両方の役割を果たす。いくつかの場合では、オンチップ光導波路の端面は、インターポーザユニットのフレキシブル光導波路部材の先端部との直接的な接触に耐えることができるように、物理的に頑丈であり得る。この場合、ストッパ部２１０は省略することができる。フレキシブル光導波路部材の先端部がオンチップ光導波路の端面と物理的に接触（当接）することにより、フレキシブル光導波路部材の先端部のオンチップ光導波路の端面に対する長さ方向の位置合わせが提供される。

また、図３Ａに示すように、ＰＩＣチップに設けられた位置合わせ要素は、縦方向の位置合わせも提供する。図３Ａでは、参照符号３０４はＰＩＣチップのオンチップ光導波路を示し、オンチップ光導波路３０４は、層３０２と層３０６との間に縦方向に挟まれている。そして、図示のように、光導波路３１０を有するフレキシブル光導波路部材３０８が、その光導波路３１０が、ＰＩＣチップのオンチップ光導波路３０４と縦方向に位置合わせされるように配置されている。そして、図２Ａ及び２Ｂの溝部２０８の深さは、この縦方向の位置合わせを提供することができるように設定することができる。このプロセスは、非常に正確であり、５０ｎｍ以内（例えば、±２５ｎｍ）の精度で設定することができる。図３Ｂは、図３Ａの例と類似した例を示す。図３Ｂの例では、ウェハ上の任意の位置で、光学プロービングを実際に行うことができる。

上記の例は、ＰＩＣチップに対する光学的結合を提供するためのインターポーザユニットの使用に関する。このようなインターポーザユニットは、光学的結合を提供することに加えて、電気接続を提供するのに使用することもできる。図３Ｃの例は、図３Ａの例と類似しているが、上記した光学的結合を提供することに加えて、ＰＩＣチップの電気接続パッド３１４と接触するための金属製部材３１２がフレキシブル光導波路部材３０８に配置されている点が異なる。インターポーザユニットは、ＰＩＣチップと電気接続するための電気接点（金属製部材３１２）を含み、この電気接点は、１または複数のフレキシブル光導波路部材に設けられる。金属製部材３１２及び電気接続パッド３１４の厚さが重要である場合、これらの厚さは、ＰＩＣチップの光導波路とフレキシブル光導波路部材との縦方向の位置合わせが適切になされるように設定する必要がある。

図３Ｄの例は、図１Ｂの例と類似しているが、インターポーザユニット１０８の電気接点３２２が、フレキシブルな部材３２０を介して、ＰＩＣチップ１１８の電気接続パッド３２４に接続されている点が異なる。このような電気接点３２２を１以上設けてもよい。図３Ｄの例では、電気接点３２２は、フレキシブル光導波路部材とは別個に設けられている。

インターポーザユニットが電気接点を有する場合、インターポーザユニットは、図１Ａに示した光学的結合のピッチを整合させるときと同様に、オフチップ電気接点のピッチがＰＩＣチップのオンチップ電気接点のピッチと整合するように構成される。

本発明の実施形態に係るインターポーザユニットは、光学モードサイズ（optical mode size）を変更するための要素を含むことができる。図４はその一例を示す。導波路コア４０６は、被覆部材（cladding）４０４及び４０８により取り囲まれている。参照符号４０２は、基板（例えば、シリコン）を示す。図中の左から右に向かって、導波路コア４０６の厚さは増加し、それにより、領域４１０においてモードサイズは減少する。これは、インターポーザユニット内に光学的機能を提供するのに、及び、このデバイスの領域４１０に続く領域（すなわち、図中のさらに右側の領域）における基板４０２に対する損失を減少させるのに役立つ。領域４１２では、インターポーザユニットのフレキシブル光導波路部材４１４のモードサイズをＰＩＣチップのオンチップ光導波路のモードサイズと整合させるために、モードサイズは増加する。このようなモード整合要素の別の使用は、ＰＩＣチップのオンチップ光導波路の第１のモードサイズと、フレキシブル光導波路部材に光学的に結合された１以上の光ファイバの第２のモードサイズとのモード整合を提供することである。これは、図１Ａの例のようなファイバアレイの実施形態に用いることができる。

好適な実施形態では、後方反射は、様々な方法により減少させられる。図５Ａは、第１の例を示す。この第１の例では、ＰＩＣチップのオンチップ光導波路の内部後方反射（破線矢印で示す）を減少させるために、低屈折率領域５０２で囲まれた高屈折率領域５０４により形成されたオンチップ導波路の端面５０６は、オンチップ光導波路５０２／５０４の光軸に対して傾けられている（すなわち、オンチップ導波路の端面５０６は、オンチップ光導波路の光軸に対する垂線に対して所定の角度で傾斜している）。溝部５０８は、ＰＩＣチップの位置合わせ要素であり、参照符号５１０は、位置合わせ要素５０８内に結合されたフレキシブル光導波路部材を示し、参照符号５１２は、フレキシブル光導波路部材５１０内の光導波路を示し、参照符号５１４は、フレキシブル光導波路部材５１０の端面を示す。

図５Ｂは、第２の例を示す。この第２の例では、フレキシブル光導波路部材の内部後方反射（点線矢印で示す）を減少させるために、フレキシブル光導波路部材５１０の端面５１４は、フレキシブル光導波路部材５１０の光軸に対して傾けられている（すなわち、フレキシブル光導波路部材５１０の端面５１４は、フレキシブル光導波路部材の光軸に対する垂線に対して所定の角度で傾斜している）。図５Ｂの例では、オンチップ光導波路及びフレキシブル光導波路部材の内部後方反射を減少させるために、オンチップ導波路の端面５０６及びフレキシブル光導波路部材５１０の端面５１４の両方が、前記所定の角度でそれぞれ傾けられている（すなわち、フレキシブル光導波路部材５１０の端面５１４、及びＰＩＣチップのオンチップ光導波路の端面５０６は、互いに対して角度をなして配置されている）。

このような構成は、一方の導波路の端面から他方の導波路への外部反射を減少させる役割を果たす。具体的には、図５Ｃに破線矢印及び点線矢印で示すように、フレキシブル光導波路部材の端面５１４から反射された光は、ＰＩＣチップのオンチップ光導波路の端面５０６から離れる方向に向かい、オンチップ光導波路の端面５０６から反射された光は、フレキシブル光導波路部材の端面５１４から離れる方向に向かう。

これらの端面の傾斜は、図５Ｂに示したように、２つの導波路間の伝送が適切に位置合わせされるように設定される。望ましくない後方反射をさらに減少させるために、抗反射コーティング（複雑になるのを避けるために図示しない）を、ＰＩＣチップのオンチップ光導波路の端面及び／またはフレキシブル光導波路部材の端面に設けてもよい。また、反射を減少させるために、上記のアプローチの代わりに、または上記のアプローチと組み合わせて、オンチップ光導波路の端面及び／またはフレキシブル光導波路部材の端面を、前記光軸に対して直交する角度で傾斜させてもよい。

図６は、０．７５ｍｍの長さを有するインターポーザユニットのフレキシブル光導波路部材の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。

図７は、光集積回路チップの位置合わせ要素の画像である。

図８Ａは、光集積回路チップの位置合わせ要素内に配置されたインターポーザユニットのフィンガの画像である。

図８Ｂは、ＰＩＣチップのオンチップ光導波路に対する光学的な位置合わせを提供するために、インターポーザユニットのフィンガが光集積回路チップの位置合わせ要素と完全に結合した状態を示す画像である。

本発明の実施は、インターポーザユニットのフレキシブル光導波路部材がＰＩＣチップに固定されているか否か、またはどのようにして固定されているかに決定的に依存しない。ＰＩＣチップを検査する場合、フレキシブル光導波路部材の先端部と、ＰＩＣチップとの光学的結合は、ＰＩＣチップの検査のために用いられる一時的な接続である。これは、ＰＩＣチップが、他のＰＩＣチップを含むウェハの一部である場合に、製造の時点で行われることに留意されたい。このようなＰＩＣチップのウェハスケールの検査が可能になることは、現在のアプローチの大きな利点である。

インターポーザユニットとＰＩＣチップとの恒久的な接続が望まれる場合は、いくつかの変形例を用いることができる。恒久的な接続は、屈折率整合接着剤、接着剤、またははんだなどの接着性材料を使用してなされる。接着性材料が、ＰＩＣチップとインターポーザユニットとの間の光学経路に配される場合は、屈折率整合接着剤を使用することが好ましい。接着性材料が前記光学経路に配されない場合は、通常の接着剤やはんだなどの他の材料を使用してもよい。

恒久的な接続を実現するための別のアプローチは、ＰＩＣチップ及びインターポーザユニットを、フレキシブル光導波路部材が圧縮状態に保たれ、フレキシブル光導波路部材がその弾性的復元力によって所定の位置への固定が維持されるように配置することである。このアプローチは、図９Ｂのキャリア結合アプローチ、または、図９Ｃ−９Ｄのフリップチップ結合アプローチとともに用いることができる。

図９Ａは、接着剤を使用してインターポーザユニットのフィンガをＰＩＣチップに固定した様子を示す画像である。図９Ａの例では、ランディング領域の内側または外側の導波路の表面から離れた位置に、接着剤の小さな液滴を配する。そして、光学的にフレキシブルなビーム（フィンガ）が位置合わせされたときに、前記接着剤を硬化させ、それにより、インターポーザユニットのフィンガをＰＩＣチップに固定する。

図９Ｂは、キャリア９０２上に配置されたＰＩＣチップ９０４を示す。インターポーザユニットは、基板９０６と、光導波路９１２を有するフレキシブル光導波路部材９１０とを含む。参照符号９０８は、ファイバアレイユニット（ＦＡＵ：Fiber Array Unit）を示す。図９Ｂは側面図なので、複数のフレキシブル光導波路部材９１０のうちの１つだけが図示されている。ＰＩＣチップ９０４は、例えばはんだ、接着剤、またはエポキシなどの接着性材料によって、キャリア９０２に固定されている。同様に、インターポーザユニットは、例えばはんだ、接着剤、またはエポキシなどの接着性材料によって、キャリア９０２に固定されている。図示のように、キャリア９０２は、フレキシブル光導波路部材９１０を圧縮状態に保たれるように構成されている（すなわち、フレキシブル光導波路部材９１０は、キャリア９０２と基板９０６との間に挟まれることによって圧縮状態に保たれている）。これにより、フレキシブル光導波路部材９１０の先端部は所定の位置に保たれ、フレキシブル光導波路部材９１０の先端部とＰＩＣチップ９０４の位置合わせ要素との間に接着剤が存在しないにも関わらず、フレキシブル光導波路部材９１０の先端部はＰＩＣチップ９０４の位置合わせ要素と物理的に結合される。

図９Ｃは、インターポーザユニットのフィンガをＰＩＣチップに固定するためのフリップチップ・ボンディングを示す。この例では、参照符号９０２はキャリア、参照符号９０４はフリップチップ・ボンディング９１４によってキャリア９０２に結合された光集積回路チップ、参照符号９０６はインターポーザユニットの基板、参照符号９１０は光導波路９１２を有するフレキシブル光導波路部材、参照符号９０８はファイバアレイユニットをそれぞれ示す。図９Ｃは側面図なので、複数のフレキシブル光導波路部材９１０のうちの１つだけが図示されている。フレキシブル光導波路部材９１０とＰＩＣチップ９０４との光学的結合は、上述した原理にしたがってなされる。

図９Ｄは、フリップチップ・ボンディングの第２の例を示す。この例は、図９Ｃの例と類似しているが、インターポーザユニットがフリップチップ・ボンディング９１６によってキャリア９０２に結合されている点が異なる。これらの２つの例の別の差異は、図９Ｃの例では、厚みを減らした被覆部材がフレキシブル光導波路部材９１０の頂面に配置されているが、図９Ｄの例では、フレキシブル光導波路部材９１０の底面に配置されていることである。

上述したコンセプトに関連して実験が実施された。上述したように受動的な位置合わせにより行われた光学的結合についての再現検査を反復試行により行い、どの測定結果も廃棄しなかった。測定された再現性は、１つの光学的結合あたり０．５ｄＢ未満であった。使用した特定のフィンガと導波路との組み合わせでは、これは、±５０ｎｍの縦方向の位置精度に対応し、かつ少なくとも±２００ｎｍの横方向の位置精度に対応する。

Claims (16)

1. 光集積回路（ＰＩＣ）チップに対して光学的に結合するための装置であって、
   ＰＩＣチップと、
   前記ＰＩＣチップに対して光学的に結合するように構成されたインターポーザユニットとを含み、
   前記インターポーザユニットは、１以上のフレキシブル光導波路部材を含み、
   前記フレキシブル光導波路部材は、その先端部を介して、前記ＰＩＣチップと前記インターポーザユニットとを光学的に結合するように構成されており、
   前記ＰＩＣチップは、前記フレキシブル光導波路部材の前記先端部の前記ＰＩＣチップのオンチップ光導波路に対する横方向、縦方向、及び長さ方向の受動的な位置合わせを容易にするための位置合わせ要素を含み、
   前記インターポーザユニットが、前記ＰＩＣチップと電気接続するための電気接点をさらに含み、
   前記電気接点が、前記フレキシブル光導波路部材とは別個に設けられた１以上の第１の平面電気接点を含み、前記１以上の第１の平面電気接点は、前記ＰＩＣチップに設けられた第２の平面電気接点と平面的に接触するように適合され、
   前記位置合わせ要素が、前記フレキシブル光導波路部材の前記先端部の前記ＰＩＣチップの前記オンチップ光導波路の端面に対する縦方向の受動的な位置合わせを提供するための面を含み、
   前記第２の平面電気接点が、前記縦方向の受動的な位置合わせを提供する前記面の上に設けられ、前記第１の平面電気接点の厚さ及び前記第２の平面電気接点の厚さが、前記縦方向の受動的な位置合わせのために適合されていることを特徴とする装置。
2. 前記インターポーザユニットが、１以上の光ファイバのアレイのピッチを、前記ＰＩＣチップの前記オンチップ光導波路のピッチと整合させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記インターポーザユニットが、偏光調節、光分離、波長多重化、波長逆多重化、波長選択ルーティング、波長選択スイッチング、スイッチング、干渉分光、１以上の共振器による共鳴の提供、及び光学的な遅延、分割、または混合の提供からなる群より選択される少なくとも１つの機能を提供するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記フレキシブル光導波路部材の後方反射を減少させるために、前記フレキシブル光導波路部材の端面が、前記フレキシブル光導波路部材の光軸に対して傾けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記フレキシブル光導波路部材の後方反射を減少させるために、前記フレキシブル光導波路部材の端面に抗反射コーティングが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記ＰＩＣチップの前記オンチップ光導波路の後方反射を減少させるために、前記ＰＩＣチップの前記オンチップ光導波路の端面が、前記オンチップ光導波路の光軸に対して傾けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記ＰＩＣチップの前記オンチップ光導波路の後方反射を減少させるために、前記ＰＩＣチップの前記オンチップ光導波路の端面に抗反射コーティングが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 前記フレキシブル光導波路部材の端面から反射された光が、前記ＰＩＣチップの前記オンチップ光導波路の端面から離れる方向に向かい、かつ
   前記ＰＩＣチップの前記オンチップ光導波路の端面から反射された光が、前記フレキシブル光導波路部材の端面から離れた方向に向かうように、
   前記フレキシブル光導波路部材の端面、及び前記ＰＩＣチップの前記オンチップ光導波路の端面は、互いに対して角度をなして配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. １以上の前記電気接点が、１以上の前記フレキシブル光導波路部材に設けられた電気接点を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
10. 前記インターポーザユニットが、オフチップ電気接点のピッチを、前記ＰＩＣチップのオンチップ電気接点のピッチと整合させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
11. 前記インターポーザユニットが、前記ＰＩＣチップの前記オンチップ光導波路の第１のモードサイズと、前記フレキシブル光導波路部材に光学的に結合された１以上の光ファイバの第２のモードサイズとのモードを整合させるための要素をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
12. 前記フレキシブル光導波路部材の前記先端部と前記ＰＩＣチップとの光学的結合が、前記ＰＩＣチップの検査のために用いられる一時的な接続であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
13. 前記フレキシブル光導波路部材の前記先端部と前記ＰＩＣチップとの光学的結合が恒久的な光学的結合であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
14. 前記恒久的な光学的結合が、屈折率整合接着剤、接着剤、及びはんだからなる群より選択される接着性材料を使用してなされることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 前記恒久的な光学的結合が、前記ＰＩＣチップ及び前記インターポーザユニットを、前記フレキシブル光導波路部材が圧縮状態に保たれ、前記フレキシブル光導波路部材がその弾性的復元力によって所定の位置への固定が維持されるように配置することによりなされることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
16. 前記位置合わせ要素が、
    前記フレキシブル光導波路部材の前記先端部の前記ＰＩＣチップの前記オンチップ光導波路の端面に対する横方向の位置合わせを提供する横方向テーパと、
    前記フレキシブル光導波路部材の前記先端部の前記ＰＩＣチップの前記オンチップ光導波路の端面に対する縦方向の位置合わせを提供するように選択された深さと、
    前記フレキシブル光導波路部材の前記先端部の前記ＰＩＣチップの前記オンチップ光導波路の端面に対する長さ方向の位置合わせを提供するストッパ部と
    を有する溝部を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。