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Hintergrund
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft faseroptische Kopplerstrukturen und insbesondere Strukturen, die gegenüber Abweichungen in der Herstellung empfindlich sind.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Viele Kommunikationssysteme nutzen Licht zur Datenübertragung, um die Übertragungsgeschwindigkeit und Bandbreite zu erhöhen. Für die Zwecke hierin schließt der Begriff „Licht“ alle Formen von elektromagnetischer Strahlung ein, einschließlich derjenigen innerhalb der vom Menschen sichtbaren Wellenlängen und außerhalb dieser Wellenlängen.
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Zur Durchführung der Lichtübertragung werden optische Fasern aus Materialien hergestellt, die ein hohes internes Reflexionsvermögen aufweisen, wie Glas, Kunststoff usw. Diese optischen Fasern sind oft mit einer elektronischen Schaltung verbunden, die die Daten im Licht erkennen kann. Faseroptische Koppler werden häufig verwendet, um die Schaltung mit den optischen Fasern physikalisch zu verbinden. Zum Beispiel können Lichtwellen innerhalb von Wellenleitern viele Moden aufweisen, darunter transversale elektromagnetische (TEM) Moden, transversale elektrische (TE) Moden, transversale magnetische (TM) Moden usw. Einige optische Fasern können Lichtwellen mit vielen Moden übertragen (Multimodenfasern), während andere optische Fasern nur einen einzigen Modus übertragen können (Monomodenfasern).
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Ein Problem, das manchmal auftritt, betrifft die Kopplungs- und Umwandlungsverluste, die mit Verbindungen zwischen den optischen Fasern und dem Koppler verbunden sind. Insbesondere die Einfügedämpfung am optischen Kantenkoppler reagiert empfindlich auf Fabrikationsfehler, einschließlich des Versatzes in der kritischen Abmessung (CD) und unregelmäßiger Größen/Abstände, die durch ein Überätzen verursacht werden. Dies gilt insbesondere für Kantenkoppler auf Siliziumbasis, die einen hohen Kontrast im Brechungsindex zwischen dem Kern und dem Mantel aufweisen und Selbstausrichtungsmechanismen verwenden. Die Einfügedämpfung schließt Kopplungsverluste und Umwandlungsverluste am optischen Kantenkoppler ein und beide sind sehr empfindlich gegenüber einem Versatz in der kritischen Dimension (CD) und unregelmäßigen Größen/Abstände, die durch ein Überätzen verursacht werden.
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Die Schrift US 2014 / 0 140 655 A1 offenbart Systeme und Verfahren für eine chipintegrierte markierungsfreie Detektion und Absorptionsspektroskopie mit hohem Durchsatz, hoher Empfindlichkeit und Spezifität, umfassend verpackte Chips zum Multiplexen von Photonenkristall-Mikrokavitätswellenleitern und Photonenkristall-Schlitzwellenleitern. Die verpackten Chips umfassen sich kreuzende Wellenleiter, um das Austreten von Flüssigkeiten aus mikrofluidischen Kanälen aus Gräben oder Hohlräumen um die lichtleitenden Wellenleiter zu verhindern.
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Aus der Schrift US 2018 / 0 335 365 A1 ist ein Siliziumchip für optische Schaltung bekannt, umfassend eine optische Schaltung, die auf einem Substrat des Siliziumchips für die optische Schaltung ausgebildet ist, einem optischen Wellenleiter, der entlang mindestens eines Abschnitts einer Kontur der optischen Schaltung mit der vorbestimmten Funktion angeordnet ist, und einer Umwandlungseinrichtung für einen optischen Pfad, die an beiden Enden des optischen Wellenleiters angeordnet ist. Die optische Schaltung umfasst optische Schaltungselemente, wobei die optische Schaltung eine durch die optischen Schaltungselemente vorbestimmte Funktion aufweist, und der optische Wellenleiter ist in der Nähe der optischen Schaltung angeordnet.
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Die Schrift
CN 1 04 570 404 A bezieht sich auf einen Netzwerkchip für optische Wellen, der auf thermischer optischer Modulation basiert. Der Netzwerkchip zur Bildung optischer Wellen wird gebildet, indem eine Siliziumsubstratschicht, eine Siliziumdioxid-Vergrabungsschicht, eine Strukturschicht zur Leitung optischer Wellen und eine Strukturschicht zur thermischen optischen Modulation von unten nach oben aufeinander geschichtet werden, wobei die Strukturschicht zur Leitung optischer Wellen einen einfallenden Kopplungsgitterblock, einen optischen Wellenleiterkörper am einfallenden Ende, einen ersten langsamen optischen Wellenleiter aus einem photonischen Kristall, einen ersten optischen Wellenleiterkörper mit austretendem Ende, einen ersten Block mit austretendem Kopplungsgitter, einen zweiten langsamen optischen Wellenleiter mit photonischem Kristall, einen zweiten optischen Wellenleiterkörper mit austretendem Ende, einen zweiten Block mit austretendem Kopplungsgitter und einen Substratblock mit einer thermischen optischen Modulationsstrukturschicht umfasst, und die optische Wellenleitungsstrukturschicht eine thermische optische Zickzack-Elektrode, einen negativen Elektrodenblock und einen positiven Elektrodenblock umfasst. Das Herstellungsverfahren umfasst die folgenden drei Schritte: die Strukturen der langsamen optischen Wellenleiter aus photonischem Kristall, die optischen Wellenleiterkörper und die Kopplungsgitter werden hergestellt; die thermische optische Elektrode aus Chrommaterialien wird hergestellt; eine Deckschicht aus Gold wird hergestellt.
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Zusammenfassung
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Optische Kopplerstrukturen umfassen hier (neben anderen Elementen) eine Isolatorschicht auf einem Substrat, eine Wellenleiterstruktur in der Isolatorschicht und eine Mantelschicht auf der Wellenleiterstruktur und der Isolatorschicht. Auf der Mantelschicht befinden sich optische Gitterkoppler und die Wellenleiterstruktur ist zwischen den optischen Gitterkopplern verbunden. Das Substrat weist eine untere Schicht auf, die mit einer oberen Schicht dort verbunden ist, wo sich die obere Schicht zwischen der unteren Schicht und der Isolatorschicht befindet. Die untere Schicht umfasst eine Nut, die zu der Wellenleiterstruktur ausgerichtet ist und sich parallel zu ihr befindet.
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Die Wellenleiterstruktur weist diskontinuierliche Abschnitte zwischen den optischen Gitterkopplern auf. Die Isolatorschicht umfasst eine Anordnung in einem Transmissionssperrbereich, der sich zwischen den diskontinuierlichen Abschnitten der Wellenleiterstruktur befindet. In verschiedenen Ausführungsformen kann diese Anordnung eine Hohlraumöffnungsanordnung aus Öffnungen oder eine Anordnung von Sperrelementen aus unverbundenen Elementen in der Isolatorschicht sein.
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In den Hohlraumöffnungsanordnungsstrukturen erstrecken sich die Öffnungen der Hohlraumöffnungsanordnung vollständig von der Oberseite der Mantelschicht durch die Mantelschicht, die Isolatorschicht und die obere Schicht des Substrats bis zur Nut in der unteren Schicht des Substrats. Die Wellenleiterstruktur ist entlang einer ersten Linie linear, und die Öffnungen der Hohlraumöffnungsanordnung sind entlang des Übertragungssperrbereichs in der Isolatorschicht zu der ersten Linie parallel und dazu versetzt. Die Öffnungen der Hohlraumöffnungsanordnung können linear oder krummlinig ausgerichtet sein.
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In den Sperrelementanordnungsstrukturen können die unverbundenen Elemente der Sperrelementanordnungen eine oder mehrere Ebenen von leitenden unverbundenen Elementen oder isolierenden unverbundenen Elementen innerhalb der Isolatorschicht darstellen. Die unverbundenen Elemente der Sperrelementanordnungen sind entlang des Übertragungssperrbereichs in der Isolatorschicht zu der ersten Linie parallel und dazu versetzt.
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Die Wellenleiterstruktur kann kontinuierliche oder segmentierte, sich verjüngende Wellenleiterenden aufweisen, die den Übertragungssperrbereich begrenzen. Diese Strukturen können auch einen strukturierten Leiter auf wenigstens einem der diskontinuierlichen Abschnitte der Wellenleiterstruktur umfassen.
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Diese und andere Merkmale sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt, auf die weiter unten eingegangen wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Ausführungsformen hierin sind anhand der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die Zeichnungen besser verständlich, die nicht unbedingt maßstabsgetreu sind und in denen:
- 1A eine Aufsicht ist, die schematisch eine faseroptische Kopplerstruktur gemäß Ausführungsformen hierin darstellt;
- 1B eine perspektivische Ansicht ist, die schematisch eine in 1A gezeigte faseroptische Kopplerstruktur auf einem Wafer gemäß Ausführungsformen hierin darstellt;
- 2A eine Ansicht ist, die schematisch in Aufsicht einen Abschnitt der in 1A gezeigten faseroptischen Kopplerstruktur darstellt;
- 2B-2C schematische Querschnittdarstellungen der in 2A gezeigten faseroptischen Kopplerstruktur sind;
- 3A-3D Aufsichten sind, die schematisch einen Abschnitt der in 1A dargestellten faseroptischen Kopplerstruktur darstellen;
- 4A eine Aufsicht ist, die schematisch einen Abschnitt der in 1A dargestellten faseroptischen Kopplerstruktur darstellen;
- 4B eine schematische Querschnittsansicht der in 4A dargestellten faseroptischen Kopplerstruktur ist;
- 5A eine Aufsicht ist, die schematisch einen Abschnitt der faseroptischen Kopplerstruktur gemäß Ausführungsformen hierin darstellt;
- 5B eine schematische Querschnittsansicht ist, die die in 5A gezeigte faseroptische Kopplerstruktur darstellt;
- 6A eine Aufsicht ist, die schematisch einen Abschnitt der faseroptischen Kopplerstruktur gemäß Ausführungsformen hierin darstellt;
- 6B eine schematische Querschnittsansicht der in 6A dargestellten faseroptischen Kopplerstruktur ist;
- 7 eine Aufsicht ist, die schematisch die in den 5A-6B dargestellte faseroptische Kopplerstruktur darstellt;
- 8A eine Aufsicht ist, die schematisch einen Abschnitt der in 1A dargestellten faseroptische Kopplerstruktur zeigt;
- 8B-8C schematische Querschnittsansichten der in 8A gezeigten faseroptischen Kopplerstruktur sind; und
- 9 eine Aufsicht ist, die schematisch einen Abschnitt der in 1A dargestellten faseroptischen Kopplerstruktur zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
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Wie oben erwähnt, gibt es manchmal Kopplungs- und Umwandlungsverluste, die mit Verbindungen zwischen den optischen Fasern und dem Koppler einhergehen, und diese Verluste werden durch Abweichungen in der Herstellung beeinflusst. Um solche Verluste zu prüfen oder zu überwachen, können optische Kopplerstrukturen neben optischen Kopplern (gleichzeitig auf demselben Wafer, mit derselben Verarbeitung usw.) gebildet werden. Da die optischen Kopplerstrukturen gleichzeitig oder in Reihe mit den optischen Kopplern gebildet werden, leiden die optischen Kopplerstrukturen unter den gleichen Abweichungen in der Herstellung, die auch bei den optischen Kopplern auftreten. Für solche optischen Kopplerstrukturen können Eingaben eingespeist werden und die Ausgaben dieser optischen Kopplerstrukturen liefern einen genauen Indikator für die Qualität der optischen Koppler, die auf demselben Wafer gleichzeitig gebildet sind.
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Optische Kopplerstrukturen mit einem Gitterkoppler können Eingaben einspeisen, bevor der Wafer in einzelne Chips zerteilt wird, da die Gitterkoppler zur Waferoberfläche parallel liegen. Auf diese Weise können die optischen Fasern, die die Eingaben bereitstellen, mit den Gitterkopplern in einer zur Waferoberfläche annähernd senkrechten Richtung verbunden sein. Bei anderen optischen Kopplerstrukturen, die eine Kantenkopplung verwenden, werden die optischen Kopplerstrukturen erst nach der Aufteilung des Wafers in einzelne Dies/Chips eingesetzt. Nach einem Zerschneiden des Wafers werden die optischen Fasern, die die Eingaben bereitstellen, mit den Schnittkanten von Teststrukturen solcher „kantenverbundenen“ optischen Koppler verbunden.
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Teststrukturen von kantenverbundenen optischen Kopplern werden üblicherweise zur Messung von Kopplungs- und Umwandlungsverlusten bevorzugt, die durch einen Versatz in der kritischen Dimension und unregelmäßiger Größen/Abstände infolge von Überätzen verursacht werden, da solche Verluste mit einer Ausrichtung von Kantenverbindungen stark korreliert sind. Insbesondere die Kantenverbindungen zu den mit den Kanten verbundenen optischen Kopplerstrukturen zeigen präzise Probleme bei der Ausrichtung der Kantenverbindungen auf, die nicht messbar wären, wenn man die ungefähren Verbindungen senkrecht zur Waferoberfläche von mit Gitterkopplern verbundenen optischen Kopplerstrukturen verwenden würde. Darauf zu warten, bis der Wafer in einzelne Chips zerteilt wurde, führt jedoch zu zusätzlichen Verarbeitungsschritten und Verarbeitungszeiten, die durch die Gitterkoppler-Optokoppler-Strukturen vermieden werden.
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Damit die Ausgabe der hier beschriebenen Strukturen von mit Gitterkopplern verbundenen optischen Kopplern genau das wiedergibt, was die mit den Kanten verbundenen optischen Koppler erzeugen, verwenden die hier beschriebenen Strukturen von mit Gitterkopplern verbundenen optischen Kopplern einen fertigungsempfindlichen Übertragungssperrbereich, der eine Anordnung aufweist, die so gestaltet ist, dass Probleme bei der Ausrichtung der Kantenverbindungen sichtbar gemacht werden. Um die Vorteile der reduzierten Verarbeitungsschritte und der reduzierten Verarbeitungszeit zu nutzen, die durch mit Gitterkopplern verbundenen optischen Kopplerstrukturen geboten werden, und gleichzeitig die Messung von Kopplungs- und Umwandlungsverlusten zu verbessern, die mit Problemen bei der Ausrichtung von Kantenverbindungen verbunden sind, verwenden die optischen Kopplerstrukturen hier eine Wellenleiterstruktur mit diskontinuierlichen Abschnitten zwischen dem Kantenkoppler und dem Punktgrößen-Wandler, der mit den optischen Gitterkopplern verbunden ist, mit einem optischen Modengleichrichter, der eine Anordnung in einem Übertragungssperrbereich verwendet, der sich zwischen den diskontinuierlichen Abschnitten der Wellenleiterstruktur befindet. In verschiedenen Ausführungsformen kann diese Anordnung eine „Hohlraumöffnungsanordnung" aus Öffnungen oder eine „Sperrelementanordnung“ aus unverbundenen Elementen in der Isolatorschicht sein. Die Anordnung und der Übertragungssperrbereich wirken wie ein optischer Modengleichrichter, um die Ausgabe der optischen Kopplerstruktur zu verändern.
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Dieser optische Modengleichrichter in den optischen Kopplerstrukturen hierin verbessert die Messgenauigkeit der Kopplungs- und Umwandlungsverluste, die mit Problemen bei der Ausrichtung von Kantenverbindungen einhergehen, im Vergleich zu denen von Geräten mit Kantenverbindungen, indem er die Ausbreitungsverluste quantitativ charakterisiert. Insbesondere ändern physikalische Abweichungen in der Herstellung dieses optischen Modengleichrichters bekannte Eingaben in vorhersehbarer Weise an den Ausgängen der hierin enthaltenen optischen Kopplerstrukturen. Abweichungen von dem, was als akzeptable Ausgabe eines optischen Modengleichrichters bekannt ist, zeigen die Höhe der Kopplungs- und Umwandlungsverluste, die durch Ausrichtungsprobleme wie Versatzfehler kritischer Dimensionen und unregelmäßiger Größen/Abstände infolge von Überätzen verursacht werden (und die gleichen Verluste werden bei den optischen Kopplern, die auf demselben Wafer wie die optische Kopplerstruktur hergestellt werden, auftreten).
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Wie oben erwähnt, wird ein optischer Modengleichrichter in den optischen Kopplerstrukturen bereitgestellt. Dieser optische Modengleichrichter bildet eine Schnittstelle zum Anfangsmodus und formt das Modenprofil um, indem ein Teil des Modus physikalisch blockiert oder gestreut wird. Die Übertragung wird spezifisch auf einen angepassten Modus trunkiert, der sich an das umgestaltete Modenprofil anpasst. Abweichungen in der Herstellung (CD-Abweichungen, Überätzen) verändern das anfängliche Modenprofil (z.B. verursachen Abweichungen eine Vergrößerung oder Verkleinerung der Siliziumkernabmessungen eine Änderung des Modenprofils in entgegengesetzte Richtungen, wodurch dieses in der Modengröße entweder größer oder kleiner wird). Daher wirkt sich diese Anpassung an das durch den Gleichrichter gesteuerte umgeformte Modenprofil auf die gesamte übertragene Leistung aus. Die tatsächliche Änderung der Ausgangsleistung der optischen Kopplerstruktur hier (von einem bekannten Eingang) kann mit einem bekannten Standard (z.B. einem Einfügedämpfungsmaß) verglichen werden, um den Verlust in der Ausbreitung zu bestimmen, der in den optischen Kopplern aufgetreten ist, die auf demselben Wafer wie die optische Kopplerstruktur hergestellt wurden, um dadurch zu zeigen, ob die Strukturen auf dem Wafer Versatzdefekte kritischer Dimensionen und unregelmäßige Größen/Abstände infolge von Überätzen erlitten haben.
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Mit nunmehrigem Bezug auf die Zeichnungen zeigt 1A eine beispielhafte faseroptische Kopplerstruktur 100, die (neben anderen Elementen) optische Gitterkoppler 102, 104 auf einem Substrat 130, eine Wellenleiterstruktur 106, die zwischen die optischen Gitterkoppler 102, 104 geschaltet ist, und periodische Hinterschneidungslöcher 112, die während des „far Back End of Line“ (FBEOL) verwendet werden, um V-Nut-Hinterschneidungen usw. zu erzeugen, sowie ähnliche Endproduktverarbeitungen umfasst. 1A zeigt auch einen Übertragungssperrbereich 110, der als ein optischer Modengleichrichter fungiert, wie im Folgenden näher erläutert wird. Der rechteckige Bereich 101 stellt kein physikalisches Merkmal dar, sondern ist in der Zeichnung als Referenz bereitgestellt, und der rechteckige Bereich 101 stellt den Bereich der optischen Kopplerstrukturen 100 dar, der in 2A näher erläutert wird.
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Mit Bezug auf 1B ist eine sehr stark vereinfachte und übermäßig vergrößerte (nur zur Veranschaulichung) perspektivische Ansicht der optischen Kopplerstruktur 100 dargestellt, die sich auf dem Wafer 114 befindet (davon ist nur ein Teil abgebildet). Während in 1B nur eine optische Kopplerstruktur 100 dargestellt ist, könnten viele optische Kopplerstrukturen 100 auf anderen Bereichen des Wafers 114 ausgebildet sein.
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Der Wafer 114 umfasst ein Substrat 130, auf dem die optische Kopplerstruktur 100 und die Chips 116 (von denen einige optische Koppler aufweisen) gleichzeitig oder nacheinder gebildet werden. Nachdem der Wafer 114 fertiggestellt ist, kann er in einzelne Stücke (Chips 116 usw.) zerteilt werden. Die optischen Koppler können an den Kanten der Chips 116 angeordnet sein, so dass optische Fasern an die Kanten (Schnittbereiche) der Chips 116 angeschlossen werden können, wodurch die Chips 116 mit optischen Signalen versorgt werden können. Merkmale der optischen Kopplerstruktur 100 und der optischen Koppler innerhalb der Chips 116 werden aus Gründen der Fertigungseffizienz mit denselben Masken, denselben Ätzverfahren, denselben Beschichtungsverfahren, denselben Implantationsverfahren usw. zur gleichen Zeit (z.B. gleichzeitig, simultan usw.) hergestellt. Diese gleichzeitige Herstellung der Chips 116 mit optischen Kopplern und optischen Kopplerstrukturen 100 führt dazu, dass die optische Kopplerstruktur 100 unter den gleichen Herstellungsvariationen leidet, die auch die optischen Koppler innerhalb der Chips 116 erfahren. Mit anderen Worten: Defekte in den Chips 116 mit optischen Kopplern werden auch in der optischen Kopplerstruktur 100 auftreten.
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1 B zeigt auch die optischen Fasern 124, 126, die verwendet werden, um einen Testprozessor 128 oder eine andere ähnliche Vorrichtung mit den optischen Gitterkopplern 102, 104 zu verbinden. Wie in 1B dargestellt, werden die optischen Fasern 124, 126 mit dem Wafer 114 verbunden, bevor der Wafer in einzelne Chips 116 zerschnitten wird. Daher sind die optische Fasern 124, 126 so positioniert, dass ihre Längenabmessung senkrecht zur Oberfläche des Wafers 114 verläuft, und sie sind so verbunden, dass Lichtenergie innerhalb der optischen Fasern 124, 126 in die optischen Gitterkoppler 102, 104 übertragen und aus diesen übertragen werden kann. Daher können Signale in die optischen Gitterkoppler 102, 104 eingespeist und aus diesen ausgelesen werden, ohne den Wafer 114 zu zerteilen oder zu zerschneiden, was Zeit und Kosten im Zusammenhang mit dem Zerteilen/Zerschneiden des Wafers spart und möglicherweise Tests ermöglicht, bevor der Wafer 114 vollständig fertiggestellt ist, so dass teilweise hergestellte defekte Wafer entsorgt werden können, bevor unnötige zusätzliche Verarbeitungsschritte durchgeführt werden. Auf diese Weise spart die Verwendung von senkrechten Verbindungen zu den Gitterkopplern 102, 104 mit den hierin enthaltenen optischen Kopplerstrukturen 100 Zeit und Kosten im Vergleich zu den über Kanten verbundenen optischen Kopplerstrukturen, die erst nach dem Aufteilen des Wafers in Chips verwendet werden können.
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2A ist eine schematische Darstellung in Aufsicht, die den rechteckigen Bereich 101 in 1A darstellt, der den Übertragungssperrbereich 110 zwischen den Enden der Wellenleiterstruktur 106 aufweist. 2B ist eine kombinierte Querschnittsansicht von 2A entlang eines Teils der ersten Linie (A-A) und der zweiten Linie (die in den 4A, 5A, 6A und 8A deutlicher als Linie C-C dargestellt ist). 2C ist eine Querschnittsansicht der 2A und 2B entlang der Linie B-B. Die erste Linie und die zweite Linie sind nicht in jeder Aufsichtsdarstellung gezeigt, aber solche Linien befinden sich konzeptionell in jeder dieser Beschreibung beigefügten Aufsichtsdarstellung an der gleichen Stelle.
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Die 2B und 2C stellen dar, dass diese Kopplerstruktur 100 eine Isolatorschicht 136 auf einem Zweischichtsubstrat 130, 132 (z.B. Substrat mit vergrabenem Oxid (BOX-Substrat)) umfasst und dass sich die Wellenleiterstruktur 106 in dieser Isolatorschicht 136 befindet. Außerdem befindet sich eine Mantelschicht 108 auf der Wellenleiterstruktur 106 und der Isolatorschicht 136. In einigen Ausführungsformen können die Mantelschicht 108 und die Isolatorschicht 136 die gleiche Schicht und die gleichen Materialien darstellen, während in anderen Ausführungsformen die beiden unterschiedlich und voneinander verschieden sein können. Das Substrat 130 weist eine untere Schicht 130 auf, die mit einer oberen Schicht 132 (beide willkürlich benannt) verbunden ist, wobei sich die obere Schicht 132 zwischen der unteren Schicht 130 und der Isolatorschicht 136 befindet. Die untere Schicht 130 umfasst eine Nut 134, die zu der Wellenleiterstruktur 106 ausgerichtet und zu dieser parallel ist. Die optischen Gitterkoppler 102, 104 können sich auf dem Substrat 130, der Mantelschicht 108 oder anderen Schichten des Substrats 130 so befinden, dass die optischen Gitterkoppler 102, 104 während und/oder nach der Herstellung einen Teil der oberen (äußeren, oberseitigen usw.) Oberfläche des Wafers bilden, damit die optischen Fasern 124, 126 mit den optischen Gitterkopplern 102, 104 direkt physisch verbunden werden können, ohne dass der Wafer zerstückelt oder anderweitig zerteilt werden muss.
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Die Wellenleiterstruktur 106 ist zwischen den optischen Gitterkopplern 102, 104 diskontinuierlich. Daher weist die Wellenleiterstruktur 106 diskontinuierliche Abschnitte (z.B. Brüche, Lücken, fehlende Teile usw.) zwischen den optischen Gitterkopplern 102, 104 auf. Wie in den 2A-2B dargestellt, sind die Endabschnitte 122 der Wellenleiterstruktur 106 verjüngt und segmentiert, um Metamaterialabschnitte der Wellenleiterstruktur 106 zu bilden (und diese verjüngten „Segmente“ oder „Metamaterialabschnitte“ sind in den Zeichnungen mit der Identifikationsnummer 122 gekennzeichnet).
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Die Segmente 122 an den Enden dieser diskontinuierlichen Abschnitte der Wellenleiterstrukturen 106 sind verjüngt, d.h. sie haben eine fortschreitend abnehmende (oder fortschreitend zunehmende) Größe/Breite (z.B. Größe/Breite, gemessen in einer Richtung senkrecht zur 1. Linie), die den Brechungsindex des Wellenleiters 106 relativ zur Mantelschicht 108 und/oder Isolatorschicht 136 verändert (und damit den Lichtaustritt bzw. - eintritt in den Wellenleiter fördert oder verhindert). Diese Verjüngung und Segmentierung der Metamaterialanteile (122) bewirkt, dass Lichtenergie aus einem der Enden der Wellenleiterstrukturen 106 austritt und bewirkt, dass Lichtenergie in dem gegenüberliegenden Ende der Wellenleiterstrukturen 106 absorbiert wird (eintritt).
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Daher wird ein Teil der Lichtenergie (wie durch die Lichtdurchlässigkeitsbeschränkung der Isolatorschicht 136 begrenzt) von einem Ende der Wellenleiterstrukturen 106 über die Isolatorschicht 136 zum gegenüberliegenden Ende der Wellenleiterstrukturen 106 übertragen, und ein Teil der Lichtenergie geht innerhalb der Isolatorschicht 136 verloren. Diese Lichtenergie, die über die Isolatorschicht 136 übertragen wird, wird von einem der Gitterkoppler 102, 104 ausgegeben und kann mit einem optischen Sensor innerhalb der Testschaltung 128 gemessen werden (1B). Unterschiede in der Ausgangsleistung verschiedener optischer Kopplerstrukturen 100, die auf verschiedenen Wafern 114 hergestellt wurden (bei gleicher Eingangsleistung), sind das Ergebnis von Fertigungsvariationen, die bei der Herstellung der verschiedenen Wafer 114 auftraten.
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So umfasst die Mantelschicht 108 und die Isolatorschicht 136 das, was hier als Transmissionssperrbereich 110 oder optischer Modengleichrichter bezeichnet wird, der sich zwischen den diskontinuierlichen Abschnitten der Wellenleiterstruktur 106 befindet (siehe 2A). Die Isolatorschicht 136 weist im Transmissionssperrbereich 110 das auf, was hier als eine „Anordnung“ bezeichnet wird. Diese Anordnung im Transmissionssperrbereich 110 weist Strukturen auf, die auf Ausrichtungsprobleme sehr empfindlich reagieren, die durch Versatzfehler kritischer Abmessungen und unregelmäßige Größe/Abstände infolge von Überätzung verursacht werden. Aus diesem Grund verändern Ausrichtungsprobleme, die bei allen gleichzeitig auf dem Wafer 114 gebildeten Strukturen auftreten, die Menge, Polarität, Intensität usw. der Lichtenergie, die von einem Ende der Wellenleiterstrukturen 106 über die Isolatorschicht 136 zum gegenüberliegenden Ende der Wellenleiterstrukturen 106 wandert. In verschiedenen Ausführungsformen kann diese Anordnung eine „Hohlraumöffnungsanordnung“ mit Öffnungen 120 (z.B. in 2A, siehe unten) oder eine „Sperrelementanordnung“ mit unverbundenen Elementen 170 in der Isolatorschicht 136 sein (z.B. in 8A, siehe unten).
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In den in den 2A-2C dargestellten Strukturen der Hohlraumöffnungsanordnung erstrecken sich die Öffnungen 120 der Hohlraumöffnungsanordnung vollständig von der Oberseite der Mantelschicht 108 durch die Mantelschicht 108, die Isolatorschicht 136 und die obere Schicht 132 des Substrats 130 bis zur Nut 134 in der unteren Schicht 130 des Substrats 130, 132. Die Wellenleiterstruktur 106 ist entlang der in 2A gezeigten ersten Linie linear, und die Öffnungen 120 der Hohlraumöffnungsanordnung sind in der Isolatorschicht 136 parallel und zur ersten Linie nur entlang des Übertragungssperrbereichs 110 versetzt ausgerichtet. Die Öffnungen 120 stehen im Kontrast zu den periodisch hinterschnittenen Löchern 112, die sich außerhalb des Transmissionssperrbereichs 110 befinden. Außerdem sind die periodischen Hinterschneidungslöcher 112 entlang einer Linie ausgerichtet, die parallel zu einer zweiten Linie, die durch die Öffnungen 120 gebildet wird (und parallel zur ersten Linie), aber zu dieser versetzt ist; und daher sind die periodischen Hinterschneidungslöcher 112 nicht mit den Öffnungen 120 ausgerichtet, und die Öffnungen 120 sind relativ zu den periodischen Hinterschneidungslöchern 112 näher an der ersten Linie.
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Die Position und Größe der Öffnungen 120 verändern (z.B. vergrößern/verkleinern) die Lichtübertragungseigenschaften des Transmissionssperrbereichs 110. Eine unsachgemäße Ausrichtung der Öffnungen 120 beim Hersteller der optischen Kopplerstrukturen 100 und der entsprechenden optischen Koppler innerhalb der Chips 116 (verursacht z.B. durch Maskenfehlausrichtung oder unsachgemäßes Ätzen) führt dazu, dass eine der Reihen der Öffnungen 120 näher an die 1. Linie rückt und dadurch die Lichtübertragungseigenschaften der Isolatorschicht 136 innerhalb des Transmissionssperrbereichs 110 verändert werden. Änderungen in den Lichtübertragungseigenschaften des Transmissionssperrbereichs 110, die dadurch verursacht werden, dass eine der Reihen der Öffnungen 120 näher an der ersten Leitung liegt (oder dadurch, dass die Öffnungen 120 größer oder kleiner als ausgelegt sind), ändern wiederum die Menge der Lichtenergie, die über den Transmissionssperrbereich 110 von einem Ende der Wellenleiterstrukturen 106 zum anderen übertragen wird, was zu einer Änderung des Ausgangssignals führt, das an einem Ausgang eines der Gitterkoppler 102, 104 bereitgestellt wird (relativ zu dem ausgelegten/erwarteten Ausgangssignal). Daher werden Ausrichtungs-/Größenabweichungen durch eine Maskenfehlausrichtung/Überätzung, die innerhalb der optischen Koppler in den Chips 116 auftreten, durch Änderungen des an einem der Gitterkoppler 102, 104 bereitgestellten Ausgangssignals angezeigt.
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Um den Ausrichtungs-/Größenänderungen der Öffnungen 120 eine Bedeutung zu verleihen, werden die Öffnungen 120 unter Verwendung derselben Masken gebildet, die zur Bildung von ausrichtungssensitiven Merkmalen der optischen Koppler innerhalb der Chips 116 verwendet werden. Zum Beispiel kann die Maske, die verwendet wird, um einige oder alle der Öffnungen 120 in der optischen Kopplerstruktur 100 zu strukturieren, dieselbe Maske sein, die verwendet wird, um die V-Nut zu strukturieren, die die optische Faser innerhalb der optischen Kopplervorrichtungen der Chips 116 selbst ausrichtet, oder sie kann dieselbe Maske sein, die verwendet wird, um den Wellenleiter innerhalb der optischen Kopplervorrichtungen der Chips 116 zu strukturieren, usw. Ein Überätzen / eine Fehlausrichtung der V-Nut oder des Wellenleiters innerhalb der optischen Kopplungsvorrichtungen der Chips 116 führt zu Änderungen in der Ausrichtung/Größe der Öffnungen 120, da die gleiche Maske und die gleichen Ätzverfahren gleichzeitig/simultan zur Herstellung dieser beiden Elemente verwendet werden.
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Wenn also in einem nicht beschränkenden Beispiel dieselbe Maske verwendet wird, um die Öffnungen 120 und die V-Nut innerhalb der optischen Kopplereinheiten der Chips 116 zu strukturieren, würde eine Fehlausrichtung oder ein Überätzen dazu führen, dass die Öffnungen 120 und die V-Nut falsch ausgerichtet sind oder eine andere Größe aufweisen als ihre Entwurfsgröße (z.B. zu groß, zu klein). Eine Fehlausrichtung oder unterschiedlich große Öffnungen 120 führen zu Änderungen der Lichtleitungseigenschaften des Übertragungssperrbereichs 110, was dazu führt, dass das Ausgangssignal an einem der Gitterkoppler 102, 104 bereitgestellt wird, was ein Anzeichen dafür ist, dass die optische Faser in der V-Nut an den Kanten der optischen Kopplervorrichtungen der Chips 116 nicht richtig ausgerichtet ist. Auch hier wird diese Fehlausrichtungsanzeige ohne Verwendung von an den Kanten verbundenen optischen Kopplerstrukturen erzeugt, da die optische Kopplerstruktur 100 hier die Gitterkoppler 102, 104 verwendet.
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Während oben einige wenige Masken erwähnt werden (z.B. V-Nut-Strukturierungsmaske, Wellenleiter-Strukturierungsmaske usw.), kann jede Maske oder jeder andere Verarbeitungsschritt, der zur Herstellung einer beliebigen Komponente der optischen Kopplervorrichtungen der Chips 116 verwendet wird, zur Strukturierung der Öffnungen 120 verwendet werden. Daher konnten viele verschiedene ausrichtungssensitiven Merkmale der optischen Kopplervorrichtungen der Chips 116 identifiziert werden und die Bildung der Öffnungen 120 kann gleichzeitig mit solchen Merkmalen erfolgen (unter Verwendung derselben Herstellungsverfahren und Strukturen), um Variationen der Öffnungen 120 zu ermöglichen, die einen Hinweis auf Herstellungsvariationen der optischen Kopplervorrichtungen der Chips 116 geben.
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Zusätzlich können verschiedene der Öffnungen 120 in verschiedenen Verarbeitungsstufen der Bildung von optischen Kopplern gebildet werden. Wenn beispielsweise drei Masken/Ätzprozesse als für die korrekte Ausrichtung von Komponenten innerhalb der optischen Koppler in den Chips 116 kritisch bestimmt werden, kann daher mindestens eine der Öffnungen 120 in jeder der Reihen von Öffnungen 120 unter Verwendung von einer ersten der drei Masken gebildet werden, kann mindestens eine weitere der Öffnungen 120 in jeder der Reihen von Öffnungen 120 unter Verwendung einer zweiten der drei Masken gebildet werden, und dennoch kann eine zusätzliche eine oder mehrere der Öffnungen 120 in jeder der Reihen von Öffnungen 120 unter Verwendung einer letzten der drei Masken gebildet werden. Eine Fehlausrichtung von einer dieser drei Masken führt dazu, dass mindestens einige der Öffnungen 120 näher an der ersten Linie liegen, wodurch sich das an einem der Gitterkoppler 102, 104 bereitgestellte Ausgangssignal ändert. Auf diese Weise können einige der Öffnungen 120 die Bildung einer Komponente der optischen Koppler innerhalb der Chips 116 darstellen, während andere Öffnungen 120 die Bildung einer anderen Komponente der optischen Koppler innerhalb der Chips 116 darstellen können. Daher sind die Öffnungen 120 nicht auf die Überwachung einer einzelnen Komponente der optischen Koppler innerhalb der Chips 116 beschränkt, sondern können stattdessen zur gleichzeitigen Überwachung der Herstellung von mehreren Komponenten der optischen Koppler innerhalb der Chips 116 verwendet werden, die in verschiedenen Herstellungsprozessen gebildet werden.
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Eine Verwendung unterschiedlicher Öffnungen 120 zur Darstellung verschiedener Verarbeitungsstufen in der Herstellung der optischen Koppler in den Chips 116 kann auch verwendet werden, um den Schweregrad der Fehlausrichtung anzuzeigen, da eine Fehlausrichtung einer relativ größeren Anzahl von Öffnungen 120 im Allgemeinen eine relativ größere Divergenz des Ausgangssignals erzeugt (relativ zu dem Design-Ausgangssignal, das von keinen Herstellungsfehlern ausgeht). Wenn z.B. nur eine dieser drei Masken falsch ausgerichtet ist, kann die Änderung des Ausgangssignals geringfügig sein; wenn jedoch alle drei Masken falsch ausgerichtet sind, wird die Änderung des Ausgangssignals größer sein, was auf ein größeres Versatzproblem hinweist. Auf diese Weise kann eine größere Abweichung des Ausgangssignals auf schwerwiegendere Ausrichtungsprobleme hindeuten, wenn verschiedene Öffnungen 120 verwendet werden, um verschiedene Verarbeitungsstufen in der Herstellung der optischen Koppler in den Chips 116 darzustellen.
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In einem konzeptionell verwandten Merkmal der Strukturen hierin kann die relative Bedeutung der Ausrichtung von verschiedenen Komponenten der optischen Koppler in den Chips 116 mit unterschiedlicher Ausrichtungskritikalität bei der Prüfung berücksichtigt werden. Wenn z.B. verschiedene Öffnungen 120 verwendet werden, um verschiedene Stufen der Fertigungsverarbeitung der optischen Koppler innerhalb der Chips 116 darzustellen, können relativ mehr Öffnungen 120 mit einer ersten Komponente der optischen Koppler innerhalb der Chips korreliert werden. Diese erste Komponente kann als für die Ausrichtung relativ kritisch angesehen werden, da die ordnungsgemäße Funktion dieser ersten Komponente innerhalb der optischen Koppler in den Chips 116 stark mit der ordnungsgemäßen Ausrichtung korreliert sein kann. Im Gegensatz dazu können weniger Öffnungen 120 mit einer zweiten Komponente der optischen Koppler in den Chips 116 korreliert sein, deren ordnungsgemäße Funktion auf eine korrekte Ausrichtung möglicherweise nicht so empfindlich reagiert. Damit bewirkt eine Fehlausrichtung des ersten Merkmals (und eine entsprechende Fehlausrichtung einer relativ größeren Anzahl von Öffnungen 120 im Übertragungssperrbereich 110) eine größere Änderung des Ausgangssignals im Verhältnis zur Fehlausrichtung des zweiten Merkmals (was zu einer Fehlausrichtung einer relativ kleineren Anzahl von Öffnungen 120 führt). Auf diese Weise kann, wenn verschiedene Öffnungen 120 verwendet werden, um verschiedene Verarbeitungsstufen in der Fertigung der optischen Koppler innerhalb der Chips 116 darzustellen, eine größere Divergenz des Ausgangssignals darauf hinweisen, dass eine für die Ausrichtung kritischere Komponente einen Fertigungsfehler erlitten hat.
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Daher sind nicht alle Öffnungen 120 im gleichen Prozess zu bilden (aber sie können es), und bei einigen Implementierungen von Strukturen hierin können verschiedene Öffnungen 120 gleichzeitig mit verschiedenen Verarbeitungsstufen der optischen Koppler innerhalb der Chips 116 gebildet werden. Alternativ kann auch der CD-Versatz und die Fehlausrichtung der segmentierten Struktur 106 die Lichtdurchlässigkeit beeinflussen und damit dessen Fertigungsqualität zeigen, selbst wenn die Öffnung 120 gut gefertigt ist.
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Die 3A-3D zeigen, dass verschiedene Strukturen von Öffnungen 120 für verschiedene Testzwecke verwendet werden können. Zum Beispiel können, wie in den 3A-3C gezeigt ist, unterschiedliche Breiten (w1 vs. w2 vs. w3) zwischen den Öffnungen verwendet werden, um den Betrag an Fehlausrichtung zu steuern, der eine Variation der Ausgangssignale verursacht. Da die Öffnungen 120 in 3C im Vergleich zu den 3A und 3B weiter voneinander entfernt sind, führt die Struktur von Öffnungen in 3A am leichtesten zu einer Variation der Ausgangssignale bei einem geringeren Versatzbetrag, während die in 3B gezeigte Struktur eine relativ geringere Variation des Ausgangssignals und die in 3C gezeigte Struktur eine noch geringere Variation des Ausgangssignals hervorrufen. Auf diese Weise kann der Abstand zwischen den Reihen von Öffnungen 120 die Empfindlichkeit der hier dargestellten optischen Kopplerstrukturen steuern.
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Während die vorhergehenden Beispiele zeigen, dass die Öffnungen 120 der Hohlraumöffnungsanordnung linear ausgerichtet sein können, zeigt 3D, dass die Öffnungen krummlinig ausgerichtet sein können, um die Prüfung auf andere Aspekte der in der Herstellung der optischen Koppler in den Chips 116 zu konzentrieren, was besonders nützlich ist, wenn verschiedene Öffnungen 120 verwendet werden, um verschiedene Verarbeitungsstufen in der Herstellung der optischen Koppler in den Chips 116 darzustellen, wie oben besprochen ist. Zum Beispiel werden die Öffnungen 120, die zu der ersten Linie näher sind, einen größeren Einfluss auf (eine größere Bedeutung für) die Änderungen des Ausgangssignals haben, weil sie die Lichttransmissionseigenschaften des Transmissionssperrbereichs 110 in größerem Maße verändern als die Öffnungen 120, die von der ersten Linie weiter entfernt sind.
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Daher können bei den in den 2A-3D gezeigten Anordnungen im Übertragungssperrbereich 110 Unterschiede in der Ausgangsleistung von verschiedenen optischen Kopplerstrukturen 100, die auf verschiedenen Wafern 114 hergestellt wurden, verwendet werden, um die Kantenausrichtungseigenschaften der gleichzeitig gebildeten faseroptischen Koppler auf diesen verschiedenen Wafern sehr genau vorherzusagen. Darüber hinaus können diese Unterschiede in der Kantenausrichtungscharakteristik der gleichzeitig gebildeten faseroptischen Koppler in den Chips 116 mit Hilfe von Eingaben und Ausgaben gefunden werden, die den Gitterkopplern 102, 104 zugeführt und von diesen empfangen werden, wodurch die Notwendigkeit vermieden wird, Signale in einer kantenverbundenen Weise zuzuführen. Mit anderen Worten: es können Unterschiede in den Ausrichtungseigenschaften der gleichzeitig mit den optischen Kopplerstrukturen 100 gebildeten faseroptischen Kopplern aufgefunden werden, ohne den Wafer zu zerschneiden oder die optischen Fasern an den Kanten der kantenverbundenen optischen Kopplerstrukturen auszurichten, da die Signale und die Ausgabe mit Hilfe von optischen Fasern bestimmt werden können, die mit den Gitterkopplern 102, 104 auf dem nichtgeschnittenen Wafer mit den hierin enthaltenen optischen Kopplerstrukturen 100 senkrecht verbunden sind.
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Die 4A-4B vermeiden die Verwendung der Segmente oder Metamaterialien 122, die in den vorhergehenden Ausführungsformen gezeigt sind. 4B ist eine schematische Querschnittsdarstellung entlang der Linie C-C (die aus Teilen der in 2A gezeigten ersten Linie und der zweiten Linie gebildet wird) der in 4A gezeigten faseroptischen Kopplerstruktur. Der in den 4A-4B gezeigte durchgehende Wellenleiter 106 verwendet durchgehende konisch zulaufende Abschnitte 122A, die die Lichtenergie ändern können, die über den Übertragungssperrbereich 110 übertragen wird (relativ zu den Segmenten oder Metamaterialien 122), was eine weitere Verfeinerung der hier dargestellten optischen Kopplerstrukturen 100 für verschiedene Testformen ermöglicht.
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Die 5A-5B und 6A-6B umfassen einen zusätzlichen Gitterkoppler 150 bzw. einen Photodetektor 160, die verwendet werden können, um verschiedene Verbindungen für die optischen Kopplerstrukturen 100 bereitzustellen. Genauer gesagt ist das Element 150 ein Gitterkoppler, der direkt innerhalb der Struktur verbunden ist, um einen direkten Lichtexport zu ermöglichen, und das Element 160 ist ein Photodetektor, der neben der Struktur aufgebaut ist, um die transmittierte Leistung ohne Lichtexport zu messen. 5B ist eine schematische Querschnittsansicht der in 5A gezeigten faseroptischen Kopplerstruktur entlang einer langen Linie C-C und in ähnlicher Weise ist 6B eine schematische Querschnittsansicht der in 6A gezeigten faseroptischen Kopplerstruktur entlang einer langen Linie C-C. In diesen verschiedenen Beispielen weist der Gitterkoppler oder Photodetektor 150, 160 verschiedene Formen auf und er kann aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. Zum Beispiel kann das Oberflächengitter 150 durch die Kombination einer unteren Siliziumplatte und eines oberen periodisch gekrümmten Gitters gebildet werden. Der Photodetektor 160 kann als ein Photodetektor mit abgeschiedenem Germanium mit einer rechteckigen Form mit evaneszierender Lichteinkopplung ausgebildet sein. Diese Gitterkoppler und der Photodetektor 150, 160 können gleichzeitig innerhalb der optischen Koppler in den Chips 116 gebildet werden. Der Gitterkoppler 150 kann daher jedes brauchbare, mit kristallinem Silizium vergleichbare Material umfassen, einschließlich polykristallinem Silizium (Polysilizium), amorphem Silizium, einer Kombination aus amorphem Silizium und Polysilizium, und unter Anwesenheit eines geeigneten Dotierstoffs leitfähig gemacht werden. Alternativ kann der hierin enthaltene Photodetektor 160 ein Metall wie Germanium für die Absorption und Detektion von Signalen im nahen IR oder Silizium für die Absorption und Detektion von Signalen mit kürzerer Wellenlänge oder alle Legierungen solcher Metalle aufweisen und kann mittels physikalischer Gasphasenabscheidung, chemischer Gasphasenabscheidung oder einer jeden anderen bekannten Technik abgeschieden werden. Diese Gitterkoppler oder Photodetektoren 150, 160 und jede andere hier besprochene Komponente sind so hergestellt und die Materialien dafür sind derart ausgewählt, dass der effektivste Betrieb der optischen Koppler innerhalb der Chips 116 und/oder der optischen Kopplerstrukturen 100 gefördert wird.
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7 stellt eine Möglichkeit dar, wie der Gitterkoppler 150 der 5A-5B oder der Photodetektor 160 der 6A-6B verwendet werden könnte. 7 veranschaulicht insbesondere viele der optischen Kopplerstrukturen 100, die mit einem Gitterkoppler 102 verbunden sind, der mehrere Wellenleiter 106 versorgt. Der Gitterkoppler oder Photodetektor 150, 160 kann mit anderen optischen Kopplerstrukturen 100 (doppelt so viele (x2), dreimal so viele (x3), viermal so viele (x4)) verbunden werden, die schließlich mit einem weiteren Gitterkoppler 104 verbunden werden, um die Cut-Back-Messung aufzubauen. Eine jede der verschiedenen optischen Kopplerstrukturen 100 kann so ausgelegt sein, dass sie den gleichen oder einen anderen Herstellungsaspekt der optischen Koppler innerhalb der Chips 116 bewerten, oder es können verschiedene optische Kopplerstrukturen 100 für bestimmte Chips 116 auf dem Wafer 114 bereitgestellt werden. Daher ermöglicht die in 7 gezeigte Struktur das gleichzeitige Testen vieler verschiedener optischer Koppler und vieler verschiedener Herstellungsaspekte der optischen Koppler.
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Einige andere Beispiele für die Anordnungsstrukturen innerhalb des Übertragungssperrbereichs 110 sind in den 8A-9 dargestellt. In diesen Beispielen werden die zuvor besprochenen Strukturen von Öffnungen 120 nicht verwendet und stattdessen werden getrennte Elemente 170, 172, 174 verwendet, um die Lichttransmissionseigenschaften des Transmissionssperrbereichs 110 zu ändern. Auch hier ändern sowohl die Öffnungen 120 als auch die unverbundenen Elemente 170, 172, 174 die Lichtcharakteristik des Transmissionssperrbereichs 110 im Vergleich zu dem, was sonst ein kontinuierlicher, ununterbrochener, eigenschaftsloser Abschnitt der Isolatorschicht 136 wäre. Die unten besprochenen unverbundenen Elemente 170, 172, 174 können an den gleichen Stellen positioniert werden und weisen die gleichen Strukturen wie die oben beschriebenen Öffnungen 120 auf. Sie funktionieren ähnlich wie die Hohlraumöffnungen 120, um einen Teil des Lichts zu blockieren oder zu streuen, das den Transmissionssperrbereich 110 durchläuft. Im Gegensatz dazu werden die periodisch hinterschnittenen Löcher 112 verwendet, um den Hinterschnitt für die V-Nut zu erzeugen, und werden nicht als irgendeine Form eines funktionellen Blockers verwendet, wie es die Hohlraumöffnungen 120 oder die unverbundenen Elemente 170, 172, 174 sind.
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Insbesondere die 8B und 8C stellen schematische Querschnittdarstellungen der in 8A gezeigten faseroptischen Kopplerstruktur entlang der Linie C-C dar. In ähnlicher Weise wie oben beschrieben, befinden sich die unverbundenen Elemente 170 nur im Übertragungssperrbereich 110 und die unverbundenen Elemente 170 sind zu der 1. Linie versetzt angeordnet. Die unverbundenen Elemente 170 der Sperrelementanordnung sind in der Isolatorschicht 136 parallel und zur ersten Leitung entlang des Übertragungssperrbereichs 110 versetzt angeordnet. In ähnlicher Weise wie die oben besprochene Fehlausrichtung der Öffnungen 120 können Fehlausrichtung, Größenänderung oder Versatzfehler während der Herstellung zu einer entsprechenden Fehlausrichtung, Größenänderung, Versatz usw. der unverbundenen Elemente 170 führen, wodurch sich die Übertragungseigenschaften des Übertragungssperrbereichs 110 ändern. Zum Beispiel kann, wie oben erwähnt, sich eines oder mehrere der unverbundenen Elemente 170 zwischen die Enden des Wellenleiters 106 als Folge der Ausrichtung von Offset-Fertigungsfehlern bewegen, was das Ausgangssignal verändern kann, um dadurch anzuzeigen, dass diese Fertigungsfehler innerhalb der optischen Koppler in den Chips 116 aufgetreten sind.
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Die unverbundenen Elemente 170 werden gleichzeitig/simultan in den gleichen Prozessschritten in der Herstellung gebildet, die zur Bildung der Komponenten der optischen Koppler und der Chips 116 verwendet werden. Daher können die unverbundenen Elemente 170 eines von vielen verschiedenen Materialien sein. Zum Beispiel können die unverbundenen Elemente 170 aus dem gleichen Material wie die Wellenleiter 106 (z.B. Silizium) oder aus einem anderen Material (z.B. Polysilizium, Siliziumnitrid usw.) bestehen, usw. Darüber hinaus kann jedes unterschiedliche Material, das für die unverbundenen Elemente 170 verwendet wird, eine unterschiedliche Auswirkung auf die Lichtdurchlässigkeit des Übertragungssperrbereichs 110 haben, wenn Fehlausrichtungen/versetzte Herstellungsfehler vorliegen, was zu unterschiedlichen Änderungen des Ausgangssignals führen kann.
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Ähnlich zu den oben beschriebenen Öffnungen 120 können verschiedene der unverbundenen Elemente 170 verwendet werden, um verschiedene Verarbeitungsstufen in der Herstellung der optischen Koppler in den Chips 116 darzustellen. Wie oben erwähnt, kann eine größere Divergenz des Ausgangssignals auf schwerwiegendere Ausrichtungsfehler hinweisen oder darauf, dass für eine Ausrichtung kritische Komponenten der optischen Koppler in den Chips 116 betroffen sein können. Die unverbundenen Elemente 170 können daher in identischer Weise wie die oben besprochenen Öffnungen 120 verwendet werden. Während jedoch die Öffnungen 120 zum Testen von Maskierungs- und Kantenprozessen nützlich sind, sind die unverbundenen Elemente 170 stattdessen für Abscheidungs-, Implantations- und andere Materialbildungsprozesse nützlich. Daher sind die unverbundenen Elemente 170 ebenso nützlich bei der Prüfung auf Versatzdefekte von kritischen Abmessungen und unregelmäßige Abmessungen/Abstände, die sich aus Defekten in Materialbildungsprozessen ergeben.
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Die unverbundenen Elemente 170 der Sperrelementanordnung können sich auf einer oder mehreren Ebenen innerhalb der Isolatorschicht 136 und der Mantelschicht 108 befinden. 8C veranschaulicht, dass mehrere Ebenen der unverbundenen Elemente (170, 172, 174) auf verschiedenen Herstellungsstufen der optischen Koppler in den Chips 116 gebildet werden können. Die verschiedenen Strukturen und unterschiedlichen Materialien, die für die verschiedenen Ebenen der unverbundenen Elemente 170, 172, 174 verwendet werden, können ausgewählt/angepasst werden, um die Justagekritizität der verschiedenen Komponenten innerhalb der optischen Koppler innerhalb der Chips 116 auf die gleiche Weise wie oben beschrieben zu reflektieren. Beispielsweise kann eine Fehlausrichtung von einer der verschiedenen Ebenen der unverbundenen Elemente 170, 172, 174 aufgrund von unterschiedlicher Struktur und/oder unterschiedlicher Materialien, die für die verschiedenen Ebenen der unverbundenen Elemente 170, 172, 174 verwendet werden, eine Ausgabe mit einer anderen Signatur relativ zur Fehlausrichtung einer anderen Ebene hervorrufen. Auch hier zeigt die Ausgabe nicht nur an, dass eine gewisse Herstellungsvariation vorhanden ist, sondern die Ausgabe kann stattdessen die spezifische Komponente oder den spezifischen Verarbeitungsschritt anzeigen, der mit der Herstellungsvariation verbunden ist.
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Im Hinblick auf ausrichtungs- oder versatzempfindliche Verarbeitungsstufen der Ausgestaltung für optische Koppler werden die unverbundenen Elemente 170, 172, 174 also gleichzeitig mit einer solchen Verarbeitung gebildet, die die optischen Koppler in den Chips 116 bildet. Daher kann eine unsachgemäße Ausrichtung/Verschiebung von einigen oder mehreren der unverbundenen Elemente 170, 172, 174 auf ein herstellungsvariationsspezifisches Ausrichtungs- oder Verschiebungsproblem der optischen Koppler in den Chips 116 hinweisen. Der Schweregrad der Fehlausrichtung oder des Versatzproblems kann auch durch den Betrag der Änderung des Ausgangssignals angezeigt werden, die verursacht wird, wenn eines oder mehrere der unverbundenen Elemente 170, 172, 174 die Lichtdurchlässigkeitseigenschaften des Übertragungssperrbereichs 110 ändern.
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Wie bereits zu 3D oben beschrieben, zeigt 9, dass die unverbundenen Elemente 170 krummlinig ausgerichtet sein können, um die Prüfung auf andere Herstellungsaspekte der optischen Koppler innerhalb der Chips 116 zu konzentrieren oder um einigen der unverbundenen Elemente 170 (die näher zu der 1. Linie liegen) zu ermöglichen, auf die Änderungen des Ausgangssignals mehr Einfluss (größere Bedeutung) zu haben.
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Gemäß der Verwendung hierin können „Implantationsprozesse“ eine jede geeignete Form annehmen (unabhängig davon, ob sie jetzt bekannt sind oder in der Zukunft entwickelt werden) und können z.B. eine lonenimplantation usw. darstellen. Ein epitaktisches Wachstum findet in einer erhitzten (und manchmal unter Druck stehenden) Umgebung statt, die reich an einem Gas des zu züchtenden Materials ist.
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Bei der Strukturierung eines beliebigen Materials hierin kann das zu strukturierende Material auf jede bekannte Art und Weise gezüchtet oder abgeschieden werden und es kann über dem Material eine strukturierende Schicht (z.B. ein organischer Fotolack) gebildet werden. Die strukturierende Schicht (Lack) kann mit einem Muster von Lichtstrahlung belichtet werden (z.B. strukturierte Belichtung, Laserbelichtung usw.), die in einem Belichtungsmuster bereitgestellt wird, und dann wird der Lack unter Verwendung eines chemischen Mittels entwickelt. Dieser Prozess verändert die physikalischen Eigenschaften des Abschnitts des Lacks, der belichtet wurde. Dann kann ein Teil des Lacks abgespült werden, wobei der andere Teil des Lacks das zu strukturierende Material schützt (welcher Teil des Lacks abgespült wird, hängt davon ab, ob es sich um einen Negativlack (belichtete Teile bleiben erhalten) oder Positivlack (belichtete Teile werden abgespült) handelt. Dann wird ein Materialentfernungsprozess durchgeführt (z.B. Nassätzen, anisotropes Ätzen (orientierungsabhängiges Ätzen), Plasmaätzen (reaktives lonenätzen (RIE), usw.), um die ungeschützten Teile des Materials unter dem zu strukturierenden Lack zu entfernen. Der Lack wird anschließend entfernt, um das darunterliegende Material entsprechend dem Belichtungsmuster (oder einem Negativbild davon) zu strukturieren.
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Die hier verwendete Terminologie dient nur zur Beschreibung von bestimmten Ausführungsformen und ist nicht als Einschränkung des Vorstehenden gedacht. Gemäß der Verwendung hierin sollen die Singularformen „einer, eine, eines“, und „der, die, das“ auch die Pluralformen einschließen, es sei denn, aus dem Kontext geht eindeutig etwas anderes hervor. Weiterhin sollen Ausdrücke wie „rechts“, „links“, „vertikal“, „horizontal“, „oben“, „unten“, „über“, „unter“, „darunter“, „darüber“, „überlagernd“, „parallel“, „senkrecht“, usw. relative Positionen beschreiben, wie sie in den Zeichnungen ausgerichtet und dargestellt sind (sofern nicht anders angegeben). Begriffe wie „berührend“, „in direktem Kontakt“, „anstoßend“, „direkt angrenzend an“, „unmittelbar angrenzend an“ usw. sollen anzeigen, dass mindestens ein Element ein anderes Element physisch berührt (ohne dass andere Elemente die beschriebenen Elemente trennen). Der Begriff „seitlich“ wird hier verwendet, um die relativen Positionen der Elemente zu beschreiben und insbesondere um anzuzeigen, dass ein Element seitlich von einem anderen Element und nicht oberhalb oder unterhalb des anderen Elements angeordnet ist, wie diese Elemente in den Zeichnungen ausgerichtet und illustriert sind. Beispielsweise befindet sich ein Element, das seitlich neben einem anderen Element angeordnet ist, neben dem anderen Element, ein Element, das seitlich unmittelbar neben einem anderen Element angeordnet ist, befindet sich direkt neben dem anderen Element, und ein Element, das ein anderes Element seitlich umgibt, befindet sich neben den äußeren Seitenwänden des anderen Elements und grenzt an diese.
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Jede entsprechende Figur stellt nicht nur das Verfahren und die Funktion der vorliegenden Ausführungsformen in verschiedenen Stadien dar, sondern auch die Logik des Verfahrens, wie sie ganz oder teilweise durch eine oder mehrere Vorrichtungen und Strukturen implementiert wird. Diese Vorrichtungen und Strukturen sind so konfiguriert, dass sie das oben beschriebene Verfahren umsetzen (d.h. sie weisen eine oder mehrere Komponenten, wie z.B. Widerstände, Kondensatoren, Transistoren und dergleichen, auf, die miteinander verbunden sind, um die Durchführung eines Prozesses zu ermöglichen). Mit anderen Worten, es können ein oder mehrere Computer-Hardware-Geräte erstellt werden, die so konfiguriert sind, dass sie die hier beschriebenen Verfahren und Prozesse unter Bezugnahme auf die Figuren und ihre entsprechenden Beschreibungen realisieren.
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Die Ausführungsformen hierin können in einer Vielzahl von elektronischen Anwendungen verwendet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf fortschrittliche Sensoren, Speicher/Datenspeicherung, Halbleiter, Mikroprozessoren und andere Anwendungen. Eine daraus resultierende Vorrichtung und Struktur, wie z.B. ein IC-Chip, kann vom Hersteller in Form roher Wafer (d.h. als einzelner Wafer mit mehreren ungepackten Chips), als nackter Chip oder in verpackter Form vertrieben werden. Im letzteren Fall wird der Chip in einem Einzelchip-Gehäuse (wie z.B. einem Kunststoffträger, mit Anschlüssen, die auf einer Hauptplatine oder einem anderen übergeordneten Träger befestigt sind) oder in einem Multichip-Gehäuse (wie z.B. einem Keramikträger mit Oberflächenverbindungen und/oder vergrabenen Verbindungen) montiert. In jedem Fall wird der Chip dann mit anderen Chips, diskreten Schaltungselementen und/oder anderen Signalverarbeitungsgeräten als Teil von entweder (a) einem Zwischenprodukt, wie z.B. einer Hauptplatine, oder (b) einem Endprodukt integriert. Das Endprodukt kann ein jedes Produkt sein, das integrierte Schaltungschips umfasst, von Spielzeug und anderen Low-End-Anwendungen bis hin zu fortgeschrittenen Computerprodukten mit einem Bildschirm, einer Tastatur oder einem anderen Eingabegerät und einem Zentralprozessor.
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Die entsprechenden Strukturen, Materialien, Handlungen und Äquivalente aller Mittel- oder Schritt-plus-Funktion-Elemente in den nachfolgenden Ansprüchen sollen eine jede Struktur, ein jedes Material oder eine jede Handlung zur Ausführung der Funktion in Kombination mit anderen beanspruchten Elementen, wie speziell beansprucht, umfassen. Die Beschreibung der vorliegenden Ausführungsformen wurde zu Illustrations- und Beschreibungszwecken vorgelegt, soll aber weder erschöpfend noch auf die Ausführungsformen in der beschriebenen Form beschränkt sein. Viele Modifikationen und Variationen sind dem Fachmann ersichtlich ohne vom Umfang und Wesen der hierin enthaltenen Ausführungsformen abzuweichen. Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien dieser Ausführungsformen und ihre praktische Anwendung am besten zu erläutern und um es anderen als dem Fachmann zu ermöglichen, die verschiedenen Ausführungsformen mit den verschiedenen Modifikationen zu verstehen, die für die jeweilige beabsichtigte Verwendung geeignet sind.
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Obwohl das Obige im Zusammenhang mit nur einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen detailliert beschrieben wurde, sollte leicht verständlich sein, dass die Ausführungsformen hier nicht auf eine solche Offenlegung beschränkt sind. Vielmehr können die hierin enthaltenen Elemente so modifiziert werden, dass sie eine beliebige Anzahl von Variationen, Änderungen, Substitutionen oder äquivalenten Regelungen enthalten, die bisher nicht beschrieben wurden, die aber dem Geist und dem Umfang dieser Veröffentlichung angemessen sind. Darüber hinaus sind zwar verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden, aber es ist davon auszugehen, dass die hierin enthaltenen Aspekte nur in einigen der beschriebenen Ausführungsformen enthalten sein können. Dementsprechend sind die nachstehenden Ansprüche nicht als durch die vorstehende Beschreibung eingeschränkt zu betrachten. Eine Bezugnahme auf ein Element im Singular soll nicht „ein und nur ein“ bedeuten, es sei denn, es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, sondern vielmehr „ein oder mehr“. Alle strukturellen und funktionellen Äquivalente zu den Elementen der verschiedenen in dieser Erfindung beschriebenen Ausführungsformen, die bekannt sind oder später bekannt werden, werden hier ausdrücklich durch Bezugnahme einbezogen und sollen von dieser Erfindung erfasst werden. Es ist daher zu verstehen, dass Änderungen an den einzelnen beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, die in den Anwendungsbereich des Vorstehenden fallen, wie in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist.
