DE102018207396A1

DE102018207396A1 - Gamma-nut-anordnungen für zwischenverbindungs- und anbringungsvorrichtungen

Info

Publication number: DE102018207396A1
Application number: DE102018207396.1A
Authority: DE
Inventors: Yamin HUANG; Bo Liu; Zhihong Mai; Jeffrey C. Lam
Original assignee: GlobalFoundries Singapore Pte Ltd
Current assignee: GlobalFoundries Singapore Pte Ltd
Priority date: 2018-01-04
Filing date: 2018-05-14
Publication date: 2019-07-04
Anticipated expiration: 2038-05-15
Also published as: TWI693439B; CN110007396A; US20190204525A1; DE102018207396B4; CN110007396B; US10656362B2; TW201930938A

Abstract

Es werden Vorrichtungen mit Gamma- (γ) -Nuten offenbart. Die γ-Nuten können verwendet werden, um Anordnungen von optischen Fasern zu bilden. Die γ-Nuten können unter Verwendung einer Trockenätzung, wie etwa RIE, durch Modifizieren von Lackmerkmalen einer Ätzmaske mit konvex gekrümmten Seitenwänden gebildet werden. Das Profil der Lackmerkmale wird durch Trockenätzen auf das Substrat übertragen, um die γ-Nuten zu bilden. Die γ-Nuten werden ohne K enthaltende Ätzmittel gebildet, wodurch eine Kontamination von Prozesswerkzeugen durch K-Ionen und Gesundheitsprobleme vermieden werden, die durch die Handhabung von Alkali-enthaltenden Vorrichtungen verursacht werden.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen Vorrichtungen mit Gamma-Nuten. Die Gamma-Nuten können in optischen Faser-Arrays eingesetzt werden, um optische Fasern in vorbestimmten Positionen zu halten.
HINTERGRUND
Faser-Arrays werden in verschiedenen Arten von Anwendungen eingesetzt, z.B. in photonischen Silizium (SiPh) -Systemen, einschließlich optischer Schalter zur Schaltung in der Kommunikation, sowie Anwendungen in Erfassungesgeräten, in denen räumliche optische Daten verwendet werden, z.B. in der DNA-Sequenzierung, Astronomie und Nuklearforschung. Die Enden von optischen Fasern der Faser-Array werden unter Verwendung eines Faser-Array-Blocks mit Nuten oder Kanälen in festen Positionen gehalten. Die optischen Fasern sind in Relation zu anderen Komponenten des optischen Systems ausgerichtet, wie etwa zu anderen optischen Fasern, einem planaren Wellenleiter oder einer optoelektronischen Vorrichtung.
Herkömmliche Faser-Arrayblöcke verwenden V-Nuten, um die Positionen der optischen Fasern zu fixieren. Die V-Nuten werden mittels einer nasschemischen Ätztechnik gebildet, die die Verwendung von alkalischen Lösungen erfordert, die KOH enthalten. Solche KOH-Lösungen verursachen jedoch häufig Kontaminationsprobleme. Das K⁺-Ion stellt insbesondere ein extrem schnell diffundierendes Alkalimetallion dar, das für Metalloxidhalbleiter (MOS) -Vorrichtungen schädlich ist Darüber hinaus kann die Handhabung von Faser-Arrays, die mit K⁺-Ionen kontaminiert sind, gesundheitliche Probleme verursachen, so dass sie ein Sicherheitsrisiko darstellen.
Es wurden Faser-Arrayblöcke mit U-Nuten untersucht. U-Nuten werden durch eine Ablationstechnologie gebildet, in der Excimer-Laser eingesetzt werden. Die Laserablation ist jedoch aufgrund der Größe eines Laserstrahls, die typischerweise einige Quadratzentimeter beträgt, nicht in der Lage, kleine Kernabstände präzise zu steuern. Dies kann dazu führen, dass optische Fasern in die U-Nuten lose eingepasst werden, was die Kopplungseffizienz nachteilig beeinflusst. Außerdem ist die Laserablation wegen der langen Verarbeitungszeit aufgrund der geringen Strahlgröße für die Herstellung von kommerziellen Anordnungen von Fasern nicht geeignet.
Die vorliegende Erfindung ist auf Anordnungsblöcke für Fasern und auf Anordnungen von Fasern gerichtet.
ZUSAMMENFASSUNG
Ausführungsformen beziehen sich allgemein auf Vorrichtungen mit Gamma-Nuten. In einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Bilden einer Vorrichtung offenbart. Es wird ein Substrat wird. Auf dem Substrat wird eine Ätzmaske aus strukturiertem Photolack gebildet. Die Ätzmaske aus strukturiertem Photolack enthält erste und zweite längliche sphärische Photolackmerkmale mit konvex gekrümmten Photolackseitenwänden. Die ersten und zweiten länglichen sphärischen Photolackmerkmale werden durch einen Raum getrennt, der die Substratoberfläche freilegt. Es wird eine Trockenätzung unter Verwendung der Ätzmaske aus strukturiertem Photolack durchgeführt. Das Ätzen ätzt die freiliegende Oberfläche des Substrats, um eine Gamma (γ) - Nut mit konvex gekrümmten Nutseitenwänden zu bilden.
In einer anderen Ausführungsform wird eine Vorrichtung offenbart. Die Vorrichtung umfasst ein Substrat. Auf dem Substrat ist eine Gamma (γ) -Nut angeordnet. Die γ-Nut enthält konvexe Nutseitenwände.
In einer wieder anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Bilden einer Vorrichtung offenbart. Es wird ein Substrat bereitgestellt. Auf dem Substrat wird eine Ätzmaske aus strukturiertem Photolack gebildet. Die Ätzmaske aus strukturiertem Photolack enthält eine Vielzahl von länglichen sphärischen Photolackmerkmalen mit konvex gekrümmten Photolackseitenwänden. Benachbarte längliche sphärische Photolackmerkmale werden durch einen Raum getrennt, der die Substratoberfläche freilegt. Unter Verwendung der Ätzmaske aus strukturiertem Photolack wird eine Trockenätzung durchgeführt. Das Ätzen ätzt die freiliegende Oberfläche des Substrats, um eine Anordnung von Gamma (γ) -Nuten mit konvex gekrümmten Nutseitenwänden zu bilden.
Diese und andere Vorteile und Merkmale der hierin offenbarten Ausführungsformen werden durch die Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen ersichtlich. Weiterhin schließen sich die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen nicht gegenseitig aus und können in verschiedenen Kombinationen und Permutationen existieren.
Figurenliste
In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten im Allgemeinen auf gleiche Elemente. Auch sind die Zeichnungen nicht unbedingt maßstabsgetreu und stattdessen sollen die Prinzipien der Erfindung veranschaulicht werden. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:

1a eine dreidimensionale Ansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung mit Gamma- (γ) -Nuten zeigt;
1b eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung mit γ-Nuten zeigt;
2 eine Querschnittsansicht einer Anordnung von Fasern mit γ-Nuten zeigt;
3a - 3f Querschnittsansichten einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Bilden einer Vorrichtung mit γ -Nuten zeigen;
4a - 4d SEM-Bilder verschiedener Stadien einer Bildung von γ-Nuten zeigen; und
5 ein SEM-Bild einer Anordnung von γ-Nuten und eine optische Faser zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen Vorrichtungen. Insbesondere betreffen Ausführungsformen Vorrichtungen, die Gamma (γ) -Nuten umfassen. Die γ-Nuten können für verschiedene Zwecke verwendet werden. In einer Ausführungsform umfassen die Vorrichtungen Anordnungen von Fasern mit γ-Nuten, um Enden der optischen Fasern in festen vorbestimmten Positionen zu positionieren. Die Anordnungen von Fasern können zum Beispiel in verschiedene Arten von SiPh-Systemen integriert werden, wie beispielsweise Kommunikationssysteme mit optischen Fasern und Erfassungssysteme, in denen räumliche optische Daten verwendet werden, wie etwa in der DNA-Sequenzierung, Astronomie und Nuklearforschung.
Die 1a-1b zeigen verschiedene Ansichten einer Ausführungsform einer Vorrichtung 100. Insbesondere zeigt 1a eine vereinfachte dreidimensionale Ansicht einer Vorrichtung 100, während 1b eine Querschnittsansicht der Vorrichtung 100 entlang der x-Richtung zeigt. Mit Bezug auf die 1a - 1b umfasst die Vorrichtung ein Substrat 101. Die Vorrichtung kann einen Anordnungsblock von Fasern zum Haltern der Fasern der Faseranordnung in Position darstellen. Es können auch andere Arten von Vorrichtungen verwendet werden. In einer Ausführungsform stellt das Substrat ein Siliziumsubstrat dar. Es können auch andere Arten von Substrate bereitgstellt werden. Das Siliziumsubstrat kann ein Substrat aus (100)-Silizium sein. Es können auch Substrate mit anderen kristallinen Orientierungen verwendet werden. Das Substrat kann beispielsweise etwa 1000 µm dick sein. Es können auch andere Dicken verwendet werden.
Das Substrat umfasst mindestens eine γ-Nut 160. Die γ-Nut ist zwischen benachbarten länglichen Elementen 150 angeordnet. Das Substrat umfasst darstellzungsgemäß eine Vielzahl von γ-Nuten und länglichen Elementen. Die Seitenwände 160a-b einer Nut sind konvexe Seitenwände, was zu einer γ-Nut führt. Die Nuten sind, wie gezeigt, entlang der y-Richtung angeordnet. Die γ-Nut oder -Nuten können verwendet werden, um Enden von optischen Fasern einer Anordnung von Fasern zu positionieren. Es können γ-Nuten auch für andere Zwecke vorgesehen werden.
Das Substrat ist darstelllungsgemäß ein blankes Substrat, auf dem die γ-Nuten ausgebildet sind. In einigen Ausführungsformen kann das Substrat eine Vorrichtungsschicht (nicht gezeigt) umfassen. Die Vorrichtungsschicht kann als eine Schicht dienen, auf der γ-Nuten gebildet werden. Zum Beispiel kann die Vorrichtungsschicht ausreichend dick sein, um die γ-Nuten aufzunehmen. Die Vorrichtungsschicht kann zum Beispiel eine Siliziumoxidschicht sein. Es können auch andere Arten von Vorrichtungsschichten, wie etwa Polymerschichten, als eine Vorrichtungsschicht vorgesehen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die γ-Nuten des Anordnungsblocks aus Fasern symmetrisch. Zum Beispiel sind die Breite w der Nuten, die Höhe h und die Krümmung c der konvexen Seitenwände symmetrisch, wobei symmetrische γ-Nuten gebildet werden. Im Fall einer Anordnung aus Fasern werden die Abmessungen einer Breite w ausgewählt, um eine genaue und genaue Positionierung von optischen Fasern mit dem gewünschten Durchmesser zu ermöglichen. Der Faserdurchmesser umfasst zum Beispiel die Umhüllung und den Faserkem. Der Durchmesser der Fasern sollte größer sein als w. Da die γ-Nuten konvex gekrümmte Seitenwände haben, können die Fasern in den γ-Nuten präzise in der Position fixiert werden. Ferner können die γ-Nuten aufgrund der konvex gekrümmten Seitenwände zu einem weiten Bereich von Faserbreiten passen. Es können auch asymmetrische Nuten vorgesehen werden. Asymmetrische Nuten können zum Beispiel für Fasern mit unterschiedlichen Durchmessern vorgesehen werden.
Gemäß einem Beispiel kann die Höhe h der Nuten ungefähr 80 µm betragen und die Breite w kann ungefähr 100 µm betragen. Es können auch andere Höhen und Breiten vorgesehen werden. Die Höhe und Breite kann vom Durchmesser der Fasern abhängen. Zum Beispiel sollte die Breite w ausreichen, um die Fasern aufzunehmen. Zum Beispiel kann die Breite w der Nuten mit größerem Durchmesser der optischen Fasern größer werden und umgekehrt.
In einer Ausführungsform weisen die γ-Nuten des Anordungsblocks von Fasern eine symmetrische Steigung auf. Ein Abstand d zwischen benachbarten Nuten kann z.B. für die Nuten des Anordnungsblocks gleich sein. Der Abstand d kann als der Kernabstand bezeichnet werden. Der Abstand d stellt zum Beispiel den Abstand zwischen den Kernen benachbarter Fasern dar. Der Abstand d kann ungefähr 125 µm betragen. Es können auch γ-Nuten mit anderen Kernabständen oder asymmetrischen Beabstandungen vorgesehen werden. Der Kernabstand der Anordnung kann von den Anwendungen der optischen Kopplungsvorrichtung abhängen. Beispielsweise hängt der Kernabstand der Anordnung von Gitterabstände (pitch oft he gratings) einer photonischen Silizium (SiPh) -Vorrichtung ab. Die Anzahl der γ-Nuten bestimmt beispielsweise die Anzahl der Kanäle zur Aufnahme von optischen Fasern.
In einer Ausführungsform werden die länglichen Elemente unter Verwendung von Masken- und Ätztechniken erzeugt, ohne Ätzmittel zu verwenden, die K⁺-Ionen enthalten. In einer Ausführungsform wird eine Trockenätzung unter Verwendung einer strukturierten Ätzmaske verwendet, um die länglichen Elemente zu bilden. Die Trockenätzung umfasst beispielsweise eine Plasmaätzung, eine reaktive Ionenätzung oder ein Ionenstrahlätzen. Tabelle 1 unten zeigt eine beispielhafte Rezeptur eines Trockenätzverfahrens ohne K⁺-ionen, um längliche Elemente zu bilden: Tabelle 1

Trockenätzrezept

Druck 5 mTorr

Kühlertemperatur 20 °C

CHF₃/100 sccm 60 sccm

O₂/100 sccm 20 sccm

He / 50 sccm 5 sccm

RF-Vorwärtsleistung 90 Watt
Die Rezeptur in Tabelle 1 ist beispielhaft und es können auch andere Trockenätzrezepte verwendet werden.
Die Maske umfasst eine strukturierte Photolackmaske. Die strukturierte Photolackmaske wird zum Beispiel unter Verwendung von Photolithographie strukturiert, beispielsweise durch Belichten der Lackschicht mittels einer Belichtungsquelle unter Verwendung eines Retikels mit dem gewünschten Muster. Das Muster des Retlkels wird nach der Entwicklung auf die Lackschicht übertragen, wodurch Bereiche des zu ätzenden Substrats freigelegt werden. Die Merkmale der strukturierten Photolackmaske weisen eine gleichmäßige Dicke auf. Die strukturierte Photolackmaske ist so gestaltet, dass sie gekrümmte oder γ-Merkmale bildet Dies erleichtert die Bildung von γ-Nuten auf dem Substrat. Im Falle von gleichförmig beabstandeten γ-Nuten sind die Merkmale der strukturierten Photolackmaske gleichmäßig beabstandet. Alternativ können ungleichmäßig beabstandete γ -Nuten gebildet werden, indem der Abstand zwischen den strukturierten Photolackmaskenmerkmalen variiert wird.
Die γ-Nuten werden, wie beschrieben ist, ohne ein Ätzmittel erzeugt, das K⁺-Ionen enthält. Dies vermeidet Zuverlässigkeitsprobleme von MOS-Vorrichtungen, die mit der Kontamination durch K⁺-Ionen einhergehen, sowie Sicherheits- oder Gesundheitsprobleme, die mit der Handhabung von Alkali zur Bildung solcher Vorrichtungen verbunden sind. Zusätzlich kann die Fähigkeit zur Erzeugung der γ-Nuten unter Verwendung von Masken- und Ätztechniken, ein hoher Durchsatz und niedrige Kosten von Anordnungen von Fasern mit einer präzisen Positionierung erreicht werden.
2 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung 200. Die Vorrichtung stellt darstellungsgemäß eine Anordnung von Fasern dar. Es können auch andere Arten von Vorrichtungen vorgesehen werden. Die Anordnung von Fasern umfasst einen Anordnungsblock von Fasern 100, wie in den 1a-1b beschrieben ist. Gemeinsame Elemente sind nicht im Detail beschrieben oder werden nicht beschrieben. Der Anordnungsblock von Fasern umfasst eine Mehrzahl von γ-Nuten, um optische Fasern 280 mit einem Durchmesser D aufzunehmen. Eine optische Faser umfasst, wie gezeigt, eine Faserumhüllung 284, die einen optischen Faserkem 282 umgibt oder ummantelt. Eine γ-Nut 160 ist zwischen länglichen Elementen 150 mit konvexen Seitenwänden angeordnet. Eine γ-Nut dient als ein Kanal der Anordnung aus Fasern. Der Faserfeldblock umfasst darstellungsgemäß N Nuten, die eine N-Kanal-Faseranordung bilden. Die γ-Nuten des Anordnungsblocks aus Fasern weisen darstellungsgemäß einen gleichförmigen Kernabstand d auf. Es kann auch ein Anordnungsblock mit einer ungleichmäßigen Beabstandung von Kernen vorgesehen werde.
Über dem Anordnungsblock aus Fasern ist eine Abdeckung 290 angeordnet, zum Beispiel eine Siliziumabdeckung. Es können auch andere Arten von Abdeckungen vorgesehen sein. Die Abdeckung kann die Fasern in den γ-Nuten hinsichtlich ihrer Position sichern. Die Abdeckung kann zum Beispiel durch Klemmen oder ein Gehäuse (nicht gezeigt) über dem Faserfeldblock befestigt werden. Das Befestigen der Abdeckung durch andere Techniken, wie z. B. durch Verwendung von Klebstoffen, erreicht werden.
Die 3a - 3f zeigen Querschnittsansichten einer Ausführungsform eines Prozesses 300 zum Bilden einer Vorrichtung. Die Vorrichtung kann eine optische Kopplungsvorrichtung sein. Zum Beispiel kann die Vorrichtung eine Anordnung aus Fasern darstellen. Es können auch andere Arten von Vorrichtungen vorgesehen werden. Mit Bezug auf 3a wird ein Substrat 301 bereitgestellt. Das Substrat dient zum Beispiel als ein Substrat für einen Anordnungsblock aus Fasern. Das Substrat kann ein Siliziumsubstrat sein. Das Siliziumsubstrat kann ein Substrat mit (100)-Silizium sein. Es kann auch ein Siliziumsubstrat mit anderen Kristallorientierungen vorgesehen werden. Es können auch andere Arten von Substrate verwendet werden. Die Dicke des Substrats sollte ausreichen, so dass es als ein Anordnungsblock aus Fasern dienen kann. Das Substrat kann zum Beispiel etwa 1000 µm dick sein. Es können auch andere Dicken können vorgesehen sein.
Auf dem Substrat 301 wird eine Photolackschicht 320 gebildet. Die Photolackschicht kann zum Beispiel durch Schleuderbeschichtung gebildet werden. Es können andere Verfahren vorgesehen werden, um eine Photolackschicht auf dem Substrat zu bilden. In einer Ausführungsform stellt die Photolackschicht eine Schicht aus positivem Photolack dar. Die Dicke der Photolackschicht sollte ausreichen, so dass sie als eine Ätzmaske für ein nachfolgendes Bilden von γ-Nuten dienen kann. Die Dicke der Photolackschicht kann beispielsweise 1 µm bis 100 µm betragen. Es können auch andere Dicken vorgesehen werden. Die Gleichförmigkeit der Dicke der Photolackschicht kann in der Größenordnung von etwa ± 2% liegen.
Die Photolackschicht kann vorgebacken werden. Beispielsweise kann die Photolackschicht etwa 1 Stunde bei einer Temperatur von etwa 80 °C bis 90 °C vorgebacken werden. Nach dem Vorbacken der Photolackschicht wird sie mit einer Belichtungsquelle, z.B. einer UV-Belichtungsquelle, durch ein Retikel mit dem gewünschten Muster belichtet.
Die belichtete Photolackschicht wird entwickelt, wobei das Muster des Retikels auf die Photolackschicht übertragen wird, wie in 3b gezeigt ist. Die strukturierte Photolackschicht 322 weist z.B. längliche Lackmerkmale 325 auf, die durch Räume 327 getrennt sind, denen Stellen entsprechen, an denen nachfolgend γ-Nuten gebildet werden. Die strukturierte Lackschicht umfasst zum Beispiel eine Anordnung von länglichen Lackstrukturen, die durch Zwischenräume getrennt sind. Die Breite der Zwischenräume kann etwa Breiten der Öffnungen der γ-Nuten definieren, während die Breiten der länglichen Lackmerkmale etwa die Bebstandung von γ-Nuten festlegen.
Die Zwischenräume können vorzugsweise eine einheitliche Breite aufwesien, um γ-Nuten zu erzeugen, die eine gleichförmige Breite aufweisen. Es können auch ungleichförmige Zwischenräume vorgesehen werden, um γ-Nuten mit unterschiedlichen Breiten zu erzeugen. Beispielsweise können γ-Nuten mit unterschiedlicher Breite vorgesehen werden, um unterschiedliche Fasern mit unterschiedlichen Durchmessern aufzunehmen. Die γ-Nuten können auch einen gleichförmigen Abstand aufweisen. Der Abstand kann z.B. ungefähr 125 µm betragen. Es kann auch ein anderer Abstand von γ-Nuten vorgesehen werden. Der Abstand kann beispielsweise von dem Gitterabstand einer SiPh-Vorrichtung abhängen. Der Abstand kann durch Variieren der Breite der länglichen Photolackmerkmale gesteuert werden. In anderen Ausführungsformen weisen die γ-Nuten einen ungleichförmige Beabstandung auf, die erreicht werden kann, indem längliche Photolackmerkmale mit unterschiedlichen Breiten bereitgestellt werden.
Mit Bezug auf 3c wird das Substrat bearbeitet, um die vertikalen Seitenwände der länglichen Photolackmerkmale in konvex gekrümmte Seitenwänden umzuwandeln. Es werden z.B. längliche Photolackmerkmale von Merkmalen mit rechteckigen Oberflächenprofilen in Merkmale mit sphärischen Oberflächenprofilen 342 umgewandelt In einer Ausführungsform umfasst das Berarbeiten des Substrats einen Reflow-Prozess, um längliche Photolackmerkmale mit sphärischen Profilen zu bilden. Der Reflow-Prozess kann beispielsweise einen thermischen Prozess in einer Stickstoff (N₂) -umgebung darstellen. Die Reflowtemperatur kann etwa 80 bis 90 ° C für eine Dauer von etwa 1 Stunde betragen. Der Reflow-Prozesses kann auch bei anderen Temperaturen und mit anderen Zeitdauern durchgeführt werden.
Der Reflow-Prozess erwärmt die länglichen Photolackmerkmale über ihren Erweichungspunkt (z. B. Glasübergangstemperatur). Der Lack schmilzt und wandelt das rechteckige Profil der Photolackmerkmale in ein sphärisches Profil um. Die Oberflächenspannung bewirkt zum Beispiel, dass sich das Profil der Photolackmerkmale in ein sphärisches Profil ändert. Das endgültige Profil des Lackmerkmals kann von der Temperatur des Reflowprozesses und den Querschnittsabmessungen der Photolackmerkmale, wie etwa Dicke und Breite, abhängen.
Der Reflow-Prozess bewirkt ferner, dass sich die Breite der länglichen Photolackmerkmale am Boden ausdehnt, wodurch die Zwischenräume 344 zwischen den Merkmalen verringert werden. Um die Ausdehnung aufzunehmen, sollte der Abstand zwischen den langgestreckten Photolackmerkmalen die Ausdehnung berücksichtigen, so dass das Zusammenwachsen von Merkmalen vermieden und γ-Nuten mit gewünschten Breiten erzeugt werden. Um ein Zusammenfließen zu vermeiden, sollte die Dicke der Lackmerkmale und der Abstand oder das Spaltverhältnis etwa 10:1 betragen. Es können auch andere Verhältnisse von Dicke zu Lücke vorgesehen sein.
In 3d wird das Substrat anschließend unter Verwendung der Photolackmerkmale als Ätzmaske geätzt. In einer Ausführungsform stellt das Ätzen ein anisotropes Trockenätzen dar. Das Trockenätzen verwendet kein Ätzmittel mit K⁺-Ionen-. Das Ätzen stellt z.B. ein K-freies oder alkalifreies Ätzen dar. Die Trockenätzung kann zum Beispiel eine Plasmaätzung, ein RIE oder eine Ionenätzung sein. Die Trockenätzrezeptur kann beispielsweise sein, wie zuvor in Tabelle 1 beschrieben ist. Es können auch andere K-freie Trockenätzrezepte verwendet werden. Obwohl das Substrat unter Verwendung der Ätzmaske anisotrop geätzt wird, wird die Ätzmaske 322 beim Ätzen erodiert. Aufgrund des sphärischen Profils werden die Kanten der Photolackmerkmale 342 erodiert, wodurch das Substrat freigelegt wird, wie in 3e gezeigt ist. Während das Ätzen fortschreitet, werden mehr und mehr der Photolackmerkmale erodiert, wodurch das Substrats mehr und mehr freigelegt wird. Dies erzeugt längliche Elemente 350 mit einem konvex gekrümmten Profil in dem darunterliegenden Substrat oder oder der darunterliegenden Vorrichtungsschicht, so dass die γ-Nuten 360 gebildet werden.
Das Profil der länglichen Elemente oder Nuten kann durch das Profil der länglichen Photolackmerkmale und durch die Länge der Ätzung gesteuert werden. Sobald das gewünschte Profil der Nuten erreicht ist, kann das Ätzen beendet werden. Wenn die Photolackmerkmale zurückbleiben, können sie beispielsweise durch Veraschen entfernt werden, wie in 3f gezeigt ist In einigen Fällen kann das Ätzen die Photolackmerkmale vollständig erodieren. Darüber hinaus kann das Ätzen fortgesetzt werden, selbst nachdem die Photolackmerkmale vollständig entfernt wurden. Dies erzeugt Seitenwände mit einem steileren Kurvenprofil. Wenn zum Beispiel das Ätzen fortgesetzt wird, wird die Seitenwand der Nuten eine linearere Eigenschaft haben. Außerdem vergrößert dies die Größe der Öffnungen der γ-Nuten, wodurch darin Fasern mit größerem Durchmesser positioniert werden können.
Die 4a-4d zeigen Rasterelektronenmikroskop (SEM) -Bilder an verschiedenen Stufen eines Prozesses 400 zum Bilden von γ-Nuten. In 4a ist ein Substrat 401 mit einer strukturierten Photolackmaske 422 mit sphärischen länglichen Photolackmerkmalen 442 dargestellt. Das Substrat wird unter Verwendung von RIE geätzt, um Gräben oder γ-Nuten 460 zwischen einer Anordnung von länglichen Elementen 450 zu bilden. Die Öffnung der Oberseite der Gräben beträgt ungefähr 50 µm und die Tiefe der Gräben beträgt ungefähr 54 µm. Der Kernabstand, z. B. der Abstand zwischen dem Boden benachbarter Gräben, beträgt ungefähr 125 um. In diesem Stadium der Berarbeitung ähneln die länglichen Elemente Halbzylindern mit einem sphärischen Profil, jedes mit stellen und gekrümmten Seitenwänden und einem flachen Scheitel oder einer flachen oberen Oberfläche.
Während das Ätzen fortgesetzt wird, werden mehr und mehr Lackmerkmale erodiert. Mit Bezug auf 4b erodiert das Ätzmittel vollständig die Photolackmerkmale auf den länglichen Elementen. In diesem Stadium des Ätzens wird die Öffnung der Gräben auf etwa 73 µm vergrößert und die Tiefe der Gräben erhöht sich auf etwa 66 µm. Die Kembeabstandung bleibt, wie gezeigt, bei etwa 125 µm gleich. Als ein Ergebnis eines weiteren Ätzens nehmen die länglichen Elemente oder Halbzylinderstrukturen einen spitzen Scheitel oder eine spitze obere Oberfläche und Seitenwände an, die sich nach außen krümmen.
In 4c führt das weitere Ätzen des Substrats, nachdem Photolackmerkmale vollständig erodiert wurden, zu tieferen Gräben mit breiteren Öffnungen. Die Öffnung der Gräben vergrößert sich z.B. auf etwa 92 µm und die Tiefe der Gräben erhöht sich auf etwa 77 µm. Die Kembeabstandung bleibt, wie gezeigt, bei etwa 125 µm gleich. Darüber hinaus schärft das Ätzen weiterhin die obere Oberfläche der Halbzylinderstrukturen.
Mit Bezug auf 4d weist ein weiteres Ätzen eine größere Auswirkung auf die Öffnungsbreite auf, als auf die Tiefe der Gräben. Dies ist auf den Effekt der RIE-Verzögerung zurückzuführen, wobei die Böden der tiefen Gräben eine Verarmung von Ätzionen erfahren. Die Tiefe der Gräben beträgt darstellungsgemäß etwa 78 µm und die Öffnungsbreite beträgt etwa 102 µm. Der Kernabstand bleibt bei etwa 125 µm gleich. Das Ätzen schärft auch weiterhin die obere Oberfläche der Halbzylinderstrukturen.
5 zeigt ein SEM-Bild einer optischen Faser 590, die in einer γ-Nut 560 einer zuvor beschriebenen optischen Vorrichtung befestigt ist. Die optische Faser weist einen Durchmesser von etwa 125 ± 0,5 µm auf. Die Öffnung der γ-Nut ist, wie gezeigt, ausreichend schmal, um die optische Faser aufzunehmen. Die optische Faser ruht darstellungsgemäß auf den Ecken der Öffnung der γ-Nut. Die optische Vorrichtung ist auch für optische Fasern mit kleineren Durchmessern geeignet. Die γ-Nut ist in diesem Fall ausreichend groß, um die optische Faser aufzunehmen, indem ermöglicht wird, dass die optische Faser tief in der γ-Nut ruht.
Die Ausführungsformen können in anderen spezifischen Formen ausgeführt sein, ohne von den wesentlichen Merkmalen davon abzuweichen. Die vorstehenden Ausführungsformen sind daher in jeder Hinsicht als anschaulich und nicht beschränkend anzusehen. Der Umfang der Erfindung wird somit eher durch die beigefügten Ansprüche als durch die vorstehende Beschreibung angegeben, und alle Änderungen, die In die Bedeutung und den Bereich der Äquivalenz der Ansprüche fallen, sollen darin enthalten sein.

Claims

Verfahren, umfassend: ein Bereitstellen eines Substrats; ein Bilden einer Ätzmaske aus strukturiertem Photolack auf dem Substrat, wobei die Ätzmaske mit strukuriertem Photolack erste und zweite second längliche sphärische Photolackmerkmale mit konvex gekrümmten Photolackseitenwänden umfasst, wobei die ersten und zweiten länglichen sphärischen Photolackmerlmale durch einen die Substratoberfläche freilegendenden Zwischenraum getrennt sind; und ein Durchführen eines Trockenätzens unter Verwendung der Ätzmaske aus strukturiertem Photolack, wobei das Ätzen freiliegende Oberflächen des Substrats ätzt, um eine Gamma (γ) -Nut mit konvex gekrümmten Nutseitenwänden zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: das Bilden der Ätzmaske aus strukturiertem Photolack eine Anordnung aus länglichen Photolackmerkmalen bildet, die durch Zwischenräume getrennt sind, wobei die länglichen Photolackmerkmale konvex gekrümmte Photolackseitenwände umfassen; und das Durchführen des Trockenätzens eine Anordnung aus γ-Nuten im Substrat in den Zwischenräumen zwischen den länglichen Photolackmerkmalen bildet, wobei die γ-Nuten konvex gekrümmte Nutseitenwände umfassen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Beabstandung der Anordnung von γ-Nuten gleichförmig ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Beabstandung der Anordnung von γ-Nuten ungleichförmig ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei Nutöffnungen der Anordnung von γ-Nuten are gleichförmig große Nutöffnungen sind.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei Nutöffnungen der Anordnung von γ-Nuten von ungleichförmiger Größe sind.
Verfahren nach Anspruch 2, umfassend: ein Positionieren von Enden von optischen Fasern auf der Anordnung von γ-Nuten; und Anbringen einer Abdeckung auf dem Substrat, wobei die optischen Fasern auf der Anordnung von γ-Nuten positioniert sind, um eine Anordnung von Fasern zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bilden der Ätzmaske aus strukturiertem Photolack auf dem Substrat umfasst: ein Bilden einer Photolackschicht auf dem Substrat; ein Strukturieren der Photolackschicht, um erste und zweite strukturierte längliche Photolackmerkmale mit rechteckigen Querschnitten zu bilden, die durch einen anfänglichen Spalt getrennt sind; und ein Schmelzen der ersten und zweiten strukturierten länglichen Photolackmerkmale, um die ersten und zweiten länglichen sphärischen Photolackmerkmale zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Schmelzen eine Breite des anfänglichen Spalts verringert, um den Zwischenraum zwischen den ersten und zweiten länglichen sphärischen Photolackmerkmalen zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Schmelzen ein Durchführen eines thermischen Reflowprozesses umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Trockenätzen mit fortgesetztem ätzen mehr und mehr von Seiten der länglichen sphärischen Photolackmerkmale erodiert, um die γ-Nut zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei: das Trockenätzen das Ätzen des Substrats fortsetzt, nachdem die länglichen sphärischen Photolackmerkmale vollständig erodiert wurden; und die konvex gekrümmten Nutseitenwände der γ-Nut steiler werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat ein Siliziumsubstrat umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: das Substrat eine Vorrichtungsschicht umfasst, die auf dem Substrat angeordnet ist; und die γ-Nut in der Vorrichtungsschicht gebildet ist.
Vorrichtung, umfassend: ein Substrat; und eine Gamma (γ) -Nut, die auf dem Substrat angeordnet ist, wobei die γ-Nut konvexe Nutseitenwände umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei das substrate eine Anordnung von γ-Nuten mit konvexen Nutseitenwände umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 16, umfassend: Enden von optischen Fasern, die in der Anordnung von γ-Nuten positioniert sind; und eine Abdeckung, die auf dem Substrat angeordnet ist, wobei Enden der optischen Fasern in der Anordnung von γ-Nuten angeordnet sind, wobei the Vorrichtung eine Anordnung von Fasern umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei: das Substrat Silizium umfasst; und die Abdeckung Silizium umfasst.
Verfahren zum Bilden einer Vorrichtung, umfassend: ein Bereitstellen eines Substrats; ein Bilden einer Ätzmaske aus strukturiertem Photolack auf dem Substrat, wobei die Ätzmaske mit struktiertem Photolack eine Mehrzahl von länglichen sphärischen Photolackmerkmalen mit konvex gekrümmten Photolackseitenwänden umfasst, wobei benachbarte längliche sphärische Photolackmerkmale durch einen Zwischenraum getrennt sind, der die Substratoberfläche freilegt; und ein Durchführen eines Trockenätzens unter Verwendung der Ätzmaske mit struktiertem Photolack, wobei das Ätzen die freiliegende Oberfläche des Substrats ätzt, um eine Anordnung von Gamma (γ) -Nuten mit konvex gekrümmten Nutseitenwänden zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 19 wobei das Bilden der Ätzmaske aus strukturiertem Photolack auf dem Substrat umfasst: ein Bilden einer Photolackschicht auf dem Substrat; ein Strukturieren der Photolackschicht, um erste und zweite strukturierte längliche Photolackmerkmale mit rechteckigen Querschnitten zu bilden, die durch einen anfänglichen Spalt getrennt werden; und ein Schmelzen der ersten und zweiten strukturierten länglichen Photolackmerkmale, um die ersten und zweiten länglichen sphärischen Photolackmerkmale zu bilden.