DE60202640T2

DE60202640T2 - Optisches Modul und seine Herstellungsmethode

Info

Publication number: DE60202640T2
Application number: DE60202640T
Authority: DE
Inventors: Sang-chae Paldal-gu Kim; Hyung Seongnam-city Choi; Yong-sung Gang-dong-gu Kim
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2001-05-08
Filing date: 2002-05-08
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2022-05-09
Also published as: EP1258769B1; EP1258769A1; JP4008287B2; CN1402035A; US6986609B2; DE60202640D1; CN1221827C; JP2003014980A; ATE287547T1; US20020172474A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Modul und ein Verfahren zu dessen Herstellung und konkret ein optisches Modul, bei dem eine oder mehrere Nuten, in der/denen eine Vielzahl optischer Fasern angebracht ist, oder optischer Teile in verschiedener Tiefe ausgebildet ist, und eine Arretieröffnung hergestellt ist, um das Phänomen einer konvexen Ecke zu verhindern, so dass eine optische Achse genau ausgerichtet ist, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
2. Beschreibung des dazugehörigen Standes der Technik
In jüngster Zeit sind Übertragungsverfahren in einem optischen Kommunikationssystem durch Wellenlängenmultiplex-(WDM)-Übertragungsverfahren ersetzt worden, wobei gleichzeitig die Übertragungsdatenmenge in einem optischen Kommunikationsnetzwerk zunahm. Als Verbindung zwischen Netzwerken wird in dem WDM-System ein optischer Kreuzverteiler (OXC) benötigt, das heißt, ein optisches Modul ist ein wesentliches Element.
Wie aus 1A hervorgeht, verfügt ein optisches Modul über einen Mikrospiegel 10, ein Stellglied 15 zum Ansteuern des Mikrospiegels 10, eine optische Eingangsfaser 20 zum Übertragen eines optischen Signals um das Stellglied 15 herum zu dem Mikrospiegel 10, eine optische Ausgangsfaser 22 zum Empfangen eines optischen Signals, das von dem Mikrospiegel 10 reflektiert wird, und zum Übertragen des optischen Signals, und ein optisches Modul 30, bei dem Kugellinsen 25 und 27, die zum Fokussieren von Licht zueinander ausgerichtet sind, zwischen der optischen Eingangs- und Ausgangsfaser 20 und 22 und dem Mikrospiegel 10 angeordnet sind. Die optischen Eingangs- und Ausgangsfasern 20 und 22 sind in den V-Nuten 35 angeordnet, und die Kugellinsen 25 und 27 sind in Mikro-Pits 40 vorgesehen, die mit den V-Nuten 35 verbunden sind. Die optischen Fasern 20 und 22, die Kugellinse 25 und der Mikrospiegel 10 sind sämtlich zu einer optischen Achse ausgerichtet.
In einem optischen Modul mit der obigen Struktur gelangt ein optisches Signal, das von der optischen Eingangsfaser 20 übertragen wird, durch die Kugellinsen 25, wird von dem Mikrospiegel 10 reflektiert, passiert die Kugellinse 27 und wird durch die optische Ausgangsfaser 22 ausgegeben und zu einem vorgegebenen Ort übertragen. Die Kugellinsen 25 und 27 fokussieren das optische Signal so, dass der optische Verlust verringert und der Lichtweg minimiert wird.
Wie aus 1B hervorgeht, entsteht eine konvexe Ecke 45 in einem Abschnitt, in dem eine Öffnung 17 zum Installieren des Stellgliedes 15 mit dem Mikro-Pit 40 verbunden und der Mikro-Pit 40 mit den V-Nuten 35 verbunden ist. Da die Größen des Stellgliedes 15, der Kugellinsen 25 und 27 und der optischen Fasern 20 und 22 verschieden sind, müssen sich auch die Tiefen der Öffnung 17, der V-Nut 35 und des Mikro-Pits 40 zur Aufnahme dieser Elemente unterscheiden, um deren Mittelpunkte auf der optischen Achse auszurichten.
Beim Herstellen des optischen Moduls mit dem obigen Aufbau mittels Ätzen unterscheiden sich jedoch die optimalen Bedingungen zum Ätzen, beispielsweise die Zeit oder Temperatur, entsprechend der Breite oder Tiefe der zu ätzenden Nut. Anders ausgedrückt, da die Öffnung 17, die V-Nut 35 und der Mikro-Pit 40 eine unterschiedliche Breite und Tiefe haben, muss das Ätzen unter unterschiedlichen Bedingungen für die Öffnung 17, die V-Nut 35 und den Mikro-Pit 40 erfolgen. Nach dem bisherigen Stand der Technik findet das Ätzen jedoch durch einen einmaligen Strukturierungsprozess unter den Idealbedingungen für entweder lediglich die Öffnung 17, die V-Nut 35 oder den Mikro-Pit 40 statt, oder unter Bedingungen, die den Durchschnitt der Idealbedingungen für die Öffnung 17, die V-Nut 35 und den Mikro-Pit 40 bilden. Somit sind in diesem Fall die Bedingungen zum Ätzen für keine anderen Bereiche als für die Nut angemessen, wenn die Nut den Standard bildet, und das Ätzen kann nicht entsprechend den vorgesehenen Strukturen ausgeführt werden; selbst unter den Durchschnittsbedingungen treten Defekte beim Ätzen auf.
Speziell tritt das Phänomen einer konvexen Ecke, bei dem die Formen des Mikro-Pits 40 oder der Öffnung 17 nicht präzise geätzt und deren Strukturformen beschädigt sind, in der konvexen Ecke 45 des Mikro-Pits 40 oder der Öffnung 17 auf. 1B verdeutlicht, dass die Strukturen der konvexen Ecken 45, die vor dem Ätzen vorhanden waren, nach dem Ätzen stark beschädigt sind. Infolge der Beschädigung der konvexen Ecke 45 können die konstruktionsmäßig korrekten Standardabmessungen nicht erreicht werden, weshalb die Anordnung optischer Elemente, wie beispielsweise der optischen Fasern 20 und 22 oder der Kugellinsen 25 und 27, variiert. Dadurch sind die optischen Achsen der Elemente nicht zueinander ausgerichtet, weshalb das optische Signal nicht genau übertragen werden kann und es zu einem optischen Verlust kommt.
Um Schäden an Strukturen zu verhindern, die durch den Effekt der konvexen Ecke hervorgerufen werden, sind spezielle Eckenkompensationsstrukturen 50 und 52 erforderlich, wie in 2 abgebildet. Das heißt, in Anbetracht des Effektes der konvexen Ecke werden zusätzlich Kompensationsstrukturen auf einer Ätzmaske 65 ausgebildet, so dass das Phänomen während des Ätzens unterdrückt wird und das optische Modul mit der gewünschten Form hergestellt werden kann. Hierbei kennzeichnen die Bezugsziffern 17' und 40' einen Öffnungsbereich und einen Mikro-Pit-Bereich, die jeweils in der Ätzmaske 65 ausgebildet sind.
Ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Moduls unter Verwendung der Eckenkompensationsstrukturen 50 und 52 wird nach nachstehend beschrieben.
Wie aus 3A und 3B hervorgeht, wird Siliziumdioxid (SiO₂) 63 auf einen oberen Silizium-Wafer 60 von (100) aufgebracht, wobei beide Flächen des oberen Silizium-Wafers 60 poliert sind, und mittels chemischer Niederdruck-Dampfphasenabscheidung (LPCVD) wird Siliziumnitrat (Si₃N₄) 65 auf beiden Flächen des oberen Silizium-Wafers 60 abgeschieden, so dass Siliziumdioxid als Silizium-Ätzmaske auf dem oberen Silizium-Wafer verwendet werden kann. Als Nächstes werden, wie in 3C dargestellt, Siliziumnitritschichten (Si₃N₄) 65 mittels reaktivem Ionenätzen (RIE) als Strukturen auf beiden Flächen des oberen Silizium-Wafers 60 ausgebildet. Zu den Siliziumnitritschichten (Si₃N₄) 65 werden die Eckenkompensationsstrukturen 50 und 52 hinzugefügt, so dass die Strukturformen während des Ätzens nicht durch den Effekt der konvexen Ecke beschädigt werden.
Wie in 4A und 4B dargestellt, werden weiterhin Siliziumoxid (SiO) 72 und Siliziumnitrit (Si₃N₄) 75 nacheinander auf einem unteren Silizium-Wafer 70 abgeschieden und mittels RIE-Prozess strukturiert, wie in 4C abgebildet.
Als Nächstes erfolgt unter Verwendung einer wässrigen KOH-Lösung ein anisotropes Nassätzen des oberen und unteren Silizium-Wafers 60 und 70, wodurch ein V-Nuten-Bereich 67, ein Mikro-Pit-Bereich 68 und eine Öffnungsbereich 69 und 69' entsteht, wie in 3D und 4D abgebildet. Der obere und untere Silizium-Wafer 60 und 70 werden miteinander verbunden (gebondet), wie in 5A und 5B dargestellt.
Das Stellglied 15 für einen Mikrospiegel wird in der Öffnung 17 des optischen Moduls installiert, und die optischen Fasern 20 und 22 sowie die Kugellinsen 25 und 27 werden jeweils so in der V-Nut 35 bzw. dem Mikro-Pit 40 angebracht, dass sie zu der optischen Achse ausgerichtet sind.
Gegenwärtig wird das optische Modul durch den oben erwähnten Herstellungsprozess unter Verwendung der Eckenkompensationsstrukturen 50 und 52 hergestellt. Die Ecken kompensationsstrukturen 50 und 52 sind jedoch nur dann geeignet, wenn es einen geringen Unterschied zwischen der Tiefe der V-Nut 35 und des Mikro-Pits 40 gibt; und deren Länge sollte etwa das Dreifache der Ätztiefe betragen. Durch die Eckenkompensationsstrukturen 50 und 52 werden die gesamten Strukturen für die Herstellung des optischen Moduls komplizierter und größer.
Wenn sich die Position der optischen Achse ändert, muss sich die Ätztiefe ebenfalls ändert, wodurch neue Kompensationsstrukturen notwendig werden. Anders ausgedrückt, die Kompensationsstrukturen 50 und 52 müssen entsprechend der Breite oder Tiefe des Mikro-Pits 40 oder der Öffnung 17 konstruiert sein. Immer dann, wenn sich die optische Achse ändert, müssen also neue Kompensationsstrukturen angefertigt werden.
Da die Kompensationsstrukturen 50 und 52 insbesondere dort kompliziert werden, wo die Eingangs-/Ausgangsanschlüsse der optischen Fasern zueinander benachbart sind oder wo der Effekt der konvexen Ecke besonders stark auftritt, kann der Lichtweg nicht minimiert werden, wodurch es zu einem optischen Verlust infolge der unterschiedlichen Lichtwege kommt. Da weiterhin die Anzahl der Kanäle des optischen Moduls zunimmt, ist es schwierig, die Kompensationsstrukturen auszubilden, und ein Teil der konvexen Ecke 45' kann beschädigt werden, auch wenn die Kompensationsstrukturen verwendet werden, die in dem Foto aus 6 abgebildet sind, so dass die Anforderungen an kleinste optische Elemente nicht erfüllt werden können.
JP 01 094 305 beschreibt eine optische Schaltungsvorrichtung, wobei eine Öffnung vorgesehen ist, welche ein Substrat zwischen einem optischen Wellenleiter und einer Nut durchquert, um eine effiziente optische Verbindung herzustellen. Die Öffnung 6 durch das Substrat 1 hat dieselbe Breite wie die Nut 3, die die optische Faser trägt.
Helin et al. beschreiben im Journal of Lightwave Technology IEEE, Band 18, Nr. 12, Seiten 1785–1791, einen sich selbst ausrichtenden Mikromaschinenprozess für große optische Kreuzverbinder im freien Raum. Der darin offen gelegte Prozess ermöglicht die gleichzeitige Herstellung vertikaler Spiegel und Faserführungen mit lediglich einer einzigen Maske. Bei dem Prozess wird das Trockenätzen mit dem anisotropen Nassätzen kombiniert.
EP 0674194 beschreibt eine Silizium-Mikrostruktur und deren Herstellung. Diese Patentschrift befasst sich mit dem so genannten seitlichen Unterätzen, das zu den Merkmalen der konvexen Ecke führt. Aufgrund dieser Merkmale der konvexen Ecke kann die Forderung nach komplexen geometrischen Mikrostrukturen nicht erfüllt werden. Das Problem wird durch so genannte Eckenkompensationsstrukturen gelöst.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Zum Lösen des obigen Problems besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Schaffung eines optischen Moduls, bei dem eine oder mehrere Nuten mit verschiedener Tiefe vorhanden sind, so dass das Phänomen einer konvexen Ecke ohne Kompensationsstruktur verhindert wird, und bei dem ein Substrat durch die Nuten gelangt oder bis zu einer vorgegebenen Tiefe geätzt wird, so dass eine Arretieröffnung entsteht, und ein Verfahren dessen Herstellung.
Dementsprechend wird zur Lösung der obigen Aufgabe ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Moduls gemäß Anspruch 1 und ein optisches Modul gemäß Anspruch 15 geschaffen. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen definiert. Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Moduls geschaffen. Das Verfahren enthält die Schritte des ersten Ätzens, um eine oder mehrere Nuten auf einer ersten Fläche eines Wafers auszubilden, und eines zweiten Ätzens, um eine oder mehrere Arretieröffnungen auszubilden, so dass eine zweite Fläche des Wafers derart geätzt wird, dass der Wafer durchdrungen wird.
Weiterhin umfasst das Verfahren die Schritte des Abscheidens erster Ätzmasken-Schichten auf der ersten und der zweiten Fläche des Wafers, Strukturieren eines oder mehrerer Nutbereiche auf der ersten Ätzmasken-Schicht auf der ersten Fläche des Wafers, um eine erste Struktur auszubilden, Ätzen der ersten Struktur von der ersten Fläche des Wafers entsprechend der ersten Struktur, Abscheiden einer zweiten Ätzmasken-Schicht auf der zweiten Fläche des Wafers und Strukturieren wenigstens eines Arretieröffnungs-Bereiches, um eine zweite Struktur auszubilden, und zweites Ätzen der zweiten Struktur, so dass die zweite Fläche des Wafers so geätzt wird, dass der Wafer entsprechend der zweiten Struktur durchdrungen wird.
Ein V-Nut-Bereich zum Anbringen einer optischen Faser, ein Mikro-Pit-Bereich zum Anbringen optischer Teile und ein Öffnungs-Bereich zum Montieren eines Stellgliedes werden durch Strukturierung beim Schritt des Strukturierens zum Ausbilden der ersten Struktur freigelegt.
Der V-Nut-Bereich, der Mikro-Pit-Bereich und der Öffnungs-Bereich werden beim Schritt des ersten Ätzens auf verschiedene Tiefen geätzt.
Die ersten Ätzmasken-Schichten werden aus Siliziumdioxid (SiO₂) oder Siliziumnitrit (Si₃N₄) ausgebildet.
Die zweite Ätzmasken-Schicht wird aus Siliziumdioxid (SiO₂), Aluminium (Al) oder einem Fotoresist ausgebildet.
Das erste Ätzen ist Nassätzen unter selektiver Verwendung von KOH, NH₄OH oder (CH₃)₄NOH. Das zweite Ätzen wird mit einem oder mehreren Verfahren durchgeführt, das aus Trockenätzen, Sandstrahlen und Laserbohren ausgewählt wird.
Eine Nassätzmasken-Schicht wird des Weiteren auf der zweiten Ätzmasken-Schicht abgeschieden.
Das Verfahren umfasst des Weiteren vor dem zweiten Ätzen den Schritt des Abscheidens von Al oder Oxid oder einem Fotoresist auf der ersten Fläche des Wafers.
Zum Lösen der obigen Aufgabe wird nach einen anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Moduls geschaffen. Das Verfahren umfasst die Schritte des erstens Ätzens, um eine oder mehrere Nuten auf einer ersten Fläche eines Wafers auszubilden, und ein zweites Ätzen, um eine oder mehrere Arretieröffnungen aufzubilden, so dass die erste Fläche des Wafers derart geätzt wird, dass der Wafer durchdrungen wird oder auf eine vorgegebene Tiefe geätzt wird.
Zum Lösen der obigen Aufgabe wird nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ein optisches Modul mit einem Substrat, einer V-Nut zum Anbringen einer optischen Faser auf dem Substrat, einem Mikro-Pit zum Anbringen optischer Teile und einer Öffnung zum Montieren eines Stellgliedes geschaffen. Das optische Modul umfasst eine erste Arretieröffnung, die so ausgebildet ist, dass eine Verbindung zu der V-Nut und dem Mikro-Pit hergestellt wird, wobei das Substart in vertikaler Richtung durchdrungen wird, und eine zweite Arretieröffnung, die ausgebildet ist, um eine Verbindung zu dem Mikro-Pit und der Öffnung herzustellen, wobei das Substrat in vertikaler Richtung durchdrungen wird.
Zum Lösen der obigen Aufgabe wird nach einem anderen Aspekt der Erfindung ein optisches Modul mit einem oder mehreren Nuten zum Anbringen eines oder mehren optischer Teile auf einem Substrat geschaffen. Das optische Modul enthält Arretieröffnungen, die ausgebildet werden, indem die Bodenfläche des Substrates, die einer vorgegebenen Region zwischen den Nuten entspricht, durchdrungen wird.
Um die obige Aufgabe zu lösen, wird nach einem anderen Aspekt der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Moduls geschaffen. Das Verfahren umfasst die Schritte des ersten Ätzens, um eine oder mehrere Arretieröffnungen zu bilden, so dass die Bodenfläche eines Wafers derart geätzt wird, dass der Wafer durchdrungen wird, und des zweiten Ätzens um eine oder mehrere Nuten auszubilden und optische Elemente auf der Oberseite des Wafers anzubringen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen Aufgaben und erfindungsgemäßen Vorteile werden durch die genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnungen deutlicher, worin:
1A ein schematisches Diagramm eines konventionellen optischen Moduls ist;
1B den Zustand des konventionellen optischen Moduls vor und nach dem Ätzen vergleicht;
2 einen Fall veranschaulicht, bei dem eine Kompensationsstruktur für eine konvexe Ecke während der Herstellung des konventionellen optischen Moduls ausgebildet wird;
3A bis 3G den Prozess der Herstellung des konventionellen optischen Moduls verdeutlichen;
4A bis 4G den Prozess der Herstellung des konventionellen optischen Moduls veranschaulichen;
5A bis 5G den Prozess der Herstellung des konventionellen optischen Moduls verdeutlichen;
6 das Foto eines Rasterelektronenmikroskops (REM) ist, welches eine beschädigte konvexe Ecke des konventionellen optischen Moduls zeigt;
7 eine fragmentarische Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen optischen Moduls ist;
8A, 8B und 8D den Prozess der Herstellung eines optische Moduls gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung anhand der Ansichten entlang der Linien 1–1, III–III und V–V aus 7 veranschaulichen;
8C und 8E den Prozess der Herstellung eines optischen Moduls gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung anhand der Ansichten entlang der Linien II–II, IV–IV und V–V aus 7 veranschaulichen;
9A, 9B und 9D den Prozess der Herstellung eines optischen Moduls gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung anhand der Ansichten entlang der Linien I–I, III-III und V–V aus 7 veranschaulichen;
9C und 9E den Prozess der Herstellung eines optischen Moduls gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung anhand der Ansichten entlang der Linien II–II, IV–IV und V–V aus 7 veranschaulichen;
10A und 10B den Prozess der Herstellung eines optischen Moduls gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung anhand der Ansichten entlang der Linien II–II, IV-IV und V–V aus 7 veranschaulichen und
11 ein REM-Foto einer optischen Bank des erfindungsgemäßen optischen Moduls ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
7 ist eine fragmentarische Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen optischen Moduls. Wie aus 7 hervorgeht, verfügt das optische Modul über eine oder mehrere Nuten verschiedener Tiefe in einem Substrat 101. Zu den Nuten gehören beispielsweise eine V-Nut 105 zum Anbringen einer optischen Faser 100 auf dem Substrat 101, ein Mikro-Pit 115 zum Anbringen optischer Teile 110, zum Beispiel einer grünen Linse oder einer Kugellinse, auf dem Substrat 101, und eine Öffnung, in der ein Stellglied (nicht abgebildet) angebracht wird.
Eine erste Arretieröffnung 107 mit einer Breite, die geringer ist als jene der V-Nut 105, ist zwischen der V-Nut 105 und dem Mikro-Pit 115 ausgebildet. Eine zweite Arretieröffnung 117 mit einer Breite, die geringer ist als jene des Mikro-Pits 115, ist zwischen dem Mikro-Pit 115 und der Öffnung 125 ausgebildet. Die erste und die zweite Arretieröffnung 107 und 117 sollten stabil angebracht werden, ohne dass dabei die optische Faser 105 und die optischen Teile, wie beispielsweise eine grüne Linse oder eine Kugellinse, bewegt werden. Weiterhin stehen die V-Nut 105, der Mikro-Pit 115 und die Öffnung 125 über die erste und die zweite Arretieröffnung 107 und 117 miteinander in Verbindung. Somit durchquert ein optisches Signal, welches durch die in der V-Nut 105 untergebrachte optische Faser 100 übertragen wird, einen oberen Abschnitt der ersten Arretieröffnung 107, die optischen Teile 110 in dem Mikro-Pit 115 und wird ungehindert durch einen oberen Abschnitt der zweiten Arretieröffnung 117 in ein Stellglied (nicht abgebildet) übertragen. Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung des optischen Moduls nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
8A, 8B und 8D veranschaulichen den Prozess der Herstellung eines optischen Moduls gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung anhand der Ansichten entlang der Linien I–I, III–III und V–V aus 7.
8C und 8E veranschaulichen den Prozess der Herstellung eines optischen Moduls gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung anhand der Ansichten entlang der Linien II–II, IV–IV und V–V aus 7.
Das Verfahren zur Herstellung des optischen Moduls gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung umfasst den Schritt des Auftragens der ersten Ätzmasken-Schichten 130 und 140 auf die erste und zweite Fläche eines Wafers 128, wie in 8A abgebildet. Die erste und zweite Fläche des Wafers 128 kennzeichnen die Oberseite des Wa fers 128 und die Unterseite 128. Eine Silizium-Nassätzmasken-Schicht 130 unter Verwendung von Siliziumnitrit (Si₃N₄) oder Siliziumdioxid (SiO₂) kann auf der Oberseite des Wafers 128 abgeschieden werden und eine Trockenätzmasken-Schicht 140 unter Verwendung von SiO₂, Aluminium (Al) oder einer Fotoresist-Schicht kann auf der Unterseite des Wafers 128 abgeschieden werden. Andernfalls kann eine Nassätzmasken-Schicht sowohl auf der Oberseite als auch der Unterseite des Wafers 128 abgeschieden werden. Als Nächstes wird eine erste Ätzmasken-Schicht 130 durch Belichtung und ein reaktives Ionenätzverfahren (RIE) auf der Oberseite des Wafers 128 strukturiert, wie in 8B abgebildet. Als erste Struktur werden ein V-Nut-Bereich 132 zum Anbringen einer optischen Faser, ein Mikro-Pit-Bereich 134 zum Anbringen optischer Teile, wie beispielsweise einer grünen Linse oder einer Kugellinse, und ein Öffnungs-Bereich 136 zur Montage eines Stellgliedes ausgebildet. Wie in 8C abgebildet, wird die erste Ätzmasken-Schicht 140 auf der Unterseite des Wafers 128 als zweite Struktur ausgebildet, wodurch ein erster Arretieröffnungs-Bereich 152, ein zweiter Arretieröffnungs-Bereich 154 und ein Öffnungs-Bereich 156 entstehen, und eine Nassätzmasken-Schicht 150 wird als zweite Ätzmasken-Schicht auf dem ersten Arretieröftnungs-Bereich 152, dem zweiten Arretieröffnungsbereich 154 und dem Öffnungs-Bereich 156 abgeschieden.
Die Flächen 132, 134 und 136, die wie in 8B mit der ersten Struktur belichtet werden, werden zuerst geätzt. Zum Beispiel erfolgt das Nassätzen mit einer wässrigen KOH-, NH₄OH- oder (CH₃)₄NOH-Lösung, wodurch die V-Nut 105, der Mikro-Pit 115 und eine Öffnung 125a entstehen. Die Ätztiefe wird unter Berücksichtigung des Durchmessers der optischen Teile 110, zum Beispiel einer grünen Linse oder einer Kugellinse, und der Position einer optischen Achse C festgelegt. Anschießend wird die Ätztiefe der V-Nut 105 durch deren Breite bestimmt und somit wird die V-Nut 105 auf eine vorgegebene Tiefe geätzt, und der Mikro-Pit 115 zum Anbringen der optischen Teile, die breiter sind als die V-Nut 105, wird kontinuierlich tiefer geätzt als die V-Nut 105.
Als Nächstes erfolgt wie in 8C unter Zuhilfenahme der zweiten Strukturen 152, 154 und 156 das zweite Ätzen mit einem oder mehreren Verfahren, das/die aus Trockenätzen, Sandstrahlen und Laserbohren ausgewählt wird/werden. Bei dem Trockenätzen kann es sich beispielsweise um den RIE-Prozess handeln. Wie in 8E dargestellt, wird zuerst die Unterseite des Wafers 128 geätzt, um die Oberseite des Wafers 128 zu durchdringen, wodurch eine erste Arretieröffnung 107, eine zweite Arretieröffnung 117 und Öffnung 125 zum Montieren eines Stellgliedes entstehen.
Hierbei kann die Reihenfolge von erstem Ätzen und zweitem Ätzen geändert werden. Das heißt, nachdem zuerst die Unterseite des Wafers 128 geätzt worden ist, um die Oberseite des Wafers 128 zu durchdringen und die erste Arretieröffnung 107 und die zweite Arretieröffnung 117 zu bilden, lassen sich eine oder mehrere Nuten zum Anbringen optischer Teile auf der Oberseite des Wafers 128 ausbilden.
Anschließend wird ein Verfahren zur Herstellung des optischen Moduls nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
9A, 9B und 9D veranschaulichen den Prozess der Herstellung eines optischen Moduls nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung anhand der Ansichten entlang der Linien I–I, III–III und V–V aus 7.
9C und 9D stellen den Prozess der Herstellung eines optischen Moduls nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung anhand der Ansichten entlang der Linien II–II, IV-IV und V–V aus 7 dar.
Wie in 9A und 9D abgebildet, werden die ersten Ätzmasken-Schichten 160 und 170 jeweils auf der Ober- und Unterseite eines Wafers 155 abgeschieden, und eine zweite Ätzmasken-Schicht 180 wird auf der ersten Ätzmasken-Schicht 170 auf der Unterseite des Wafers 155 aufgetragen. Bei den ersten Ätzmasken-Schichten 160 und 170 handelt es sich um Nassätzmasken-Schichten, und bei der zweiten Ätzmasken-Schicht 180 kann es sich um Maskenschicht für das Silizium-Tiefenätzen handeln (DRIE).
Als Nächstes wird eine erste Ätzmasken-Schicht 160 auf der Oberseite des Wafers 155 als Struktur ausgebildet, um eine erste Struktur mittels Freilegung und eines RIE-Prozesses zu bilden, wodurch ein V-Nut-Bereich 162, ein Mikro-Pit-Bereich 164 und ein Öffnungs-Bereich 166 entstehen. Daraufhin wird die zweite Ätzmasken-Schicht 180 auf der Unterseite des Wafers 155 zur Ausbildung einer zweiten Struktur hergestellt, wodurch der erste und zweite Arretieröffnungs-Bereich 182 und 124 und ein Öffnungs-Bereich 186 entstehen.
Wie in 9C abgebildet, wird eine dritte Ätzmasken-Schicht 185 auf einer zweiten Struktur auf der Unterseite des Wafers 155 abgeschieden. Bei der dritten Ätzmasken-Schicht 185 handelt es sich um eine Nassätzmasken-Schicht. Wie in 9D dargestellt, erfolgt das Nassätzen auf der Oberseite des Wafers 155 entsprechend der ersten Struktur, wodurch eine V-Nut 105 und ein Mikro-Pit 115 ausgebildet werden. Wie in 9E abgebildet, wird die dritte Ätzmasken-Schicht 185 entfernt, und die zweite Struktur wird durch das Silizium-Tiefätzen (DRIE) geätzt, so dass der Wafer 155 von der Unterseite bis zur Oberseite durchdrungen wird. Dadurch entstehen eine erste Arretieröffnung 107, eine zweite Arretieröffnung 117 und eine Öffnung 125 zum Montieren eines Stellgliedes. Hierbei können die erste Ätzmasken-Schicht 160 auf der Oberseite des Wafers 155 aus SiO₂ oder Si_xN_y hergestellt werden, zum Beispiel aus Si₃N₄, und die zweite Ätzmasken- Schicht 180 kann als Ätzmaske für einen Silizium-Trockenätzprozess aus SiO₂, Al oder einem Fotoresist hergestellt werden.
Unterdessen kann bei der ersten und zweiten Ausführungsform anstelle der Nassätzmasken-Schichten 150 und 185 beim ersten Ätzvorgang, das heißt beim Silizium-Nassätzen, eine Schutzeinrichtung bzw. Passivierung auf die Unterseite der Wafer 128 und 155 aufgetragen werden.
Ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Moduls gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Schritte des Strukturierens eines V-Nut-Bereiches zum Anbringen einer optischen Faser auf der Oberseite eines Wafers und eines Mikro-Pit-Bereiches zum Anbringen optischer Teile, um die erste Struktur zu bilden und das erste Ätzen auszuführen, und des Strukturierens eines ersten und zweiten Arretieröffnungs-Bereiches und eines Öffnungs-Bereiches zum Montieren eines Stellgliedes auf einer Oberseite des Wafers, um eine zweite Struktur auszubilden und ein zweites Ätzen auszuführen. Der Schritt des ersten Strukturierens und des ersten Ätzens erfolgt wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform, weshalb auf eine detaillierte Beschreibung des ersten Strukturierungs- und ersten Ätzvorganges verzichtet wird.
10A und 10B veranschaulichen den Prozess der Herstellung eines optischen Moduls nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung anhand der Ansichten entlang der Linien II–II, IV–IV und V–V aus 7. Die ersten Ätzmasken-Schichten 130' und 140' werden jeweils auf der Ober- und Unterseite eines Wafers 128' abgeschieden. Nachdem die ersten Ätzmasken-Schichten 130' und 140' zuerst geätzt worden sind, wird eine zweite Ätzmasken-Schicht 150' auf der ersten Ätzmasken-Schicht 130' auf der Oberseite des Wafers 128' abgeschieden. Als Nächstes wird wie in 10A die zweite Ätzmasken-Schicht 150' als Zweites geätzt, wodurch der erste und der zweite Arretieröffnungs-Bereich 152' und 154' und ein Öffnungs-Bereich 156' gebildet werden. Die zweite Ätzmasken-Schicht 150' wird entsprechend der zweiten Struktur durch Trockenätzen von der Oberseite des Wafers 128' her geätzt, wodurch die erste und zweite Arretieröffnung 109 und 119 gebildet werden.
Die erste und die zweite Arretieröffnung 107 und 117 durchdringen den Wafer 128'. Im Falle des zweiten Ätzens von der Oberseite des Wafers 128' her kann der Wafer 128' auch lediglich bis zu einer vorgegebenen Tiefe geätzt und nicht vollständig durchdrungen werden. Wenn, wie in 7 abgebildet, ein optisches Signal durch die optische Faser 100 in die optischen Teile 110, zum Beispiel eine grüne Linse oder eine Kugellinse, übertragen wird oder von den optischen Teilen 110 in ein Stellglied (nicht abgebildet) hinein übertragen wird, kann das optische Signal übertragen werden, ohne von der ersten oder der zweiten Arretieröffnung 107 und 117 angehalten oder gestört zu werden.
Bei der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform enthält das Verfahren zur Herstellung des optischen Moduls vor dem zweiten Ätzen weiterhin den Schritt des Abscheidens von Aluminium (Al), Oxid oder einem Fotoresist auf der Oberseite des Wafers 128 und 155, wodurch eine Beschädigung einer Nut 105 oder eines Mikro-Pits 115 auf der Oberseite des Wafers verhindert wird, der mit einem Silizium-Tiefätz-Ionengas geätzt werden kann, wobei ein Teil der Fläche des Wafers durchdrungen wird, wenn der zweite Ätzvorgang von der Unterseite des Wafers her ausgeführt wird, d. h., wenn ein Silizium-Tiefätz-Prozess stattfindet (DRIE).
Ebenso kann bei der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform die Reihenfolge der Schritte des ersten Ätzens als Nassätzvorgang und der Schritt des zweiten Ätzens als Trockenätzvorgang geändert werden. Das heißt, um bei der vorliegenden Erfindung eine optische Übertragung zu erreichen, nachdem die Arretieröffnungen durch Trockenätzen von der Oberseite oder der Unterseite des Wafers her vorgeformt worden sind, kann ein V-Nut-Bereich, ein Mikro-Pit-Bereich und ein Öffnungs-Bereich durch Nassätzen hergestellt werden.
Weiterhin umfassen die Arretieröffnungen wenigstens eine Arretieröffnung, die zwischen der V-Nut und dem Mikro-Pit ausgebildet ist, und eine zweite Arretieröffnung, die zwischen dem Mikro-Pit und der Öffnung ausgebildet ist. Die Arretieröffnung wird dazu verwendet, optische Teile zu fixieren und eine reibungslose optische Übertragung zu ermöglichen.
Wie oben beschrieben, wird bei dem erfindungsgemäßen optischen Modul und dem Verfahren zu dessen Herstellung das erste Ätzten, das zweite Ätzen und das erste und zweite Ätzen unabhängig voneinander ausgeführt, weshalb kein Phänomen einer konvexen Ecke auftritt. Ebenso wird keine Maskenkompensationsstruktur benötigt, um den Effekt der konvexen Ecke zu kompensieren, wodurch der Lichtweg der optischen Eingangs-/Ausgangsanschlüsse minimiert wird. Dadurch lässt sich auch der optische Verlust auf ein Mindestmaß reduzieren, es kann eine Vielzahl von Eingangs-/Ausgangskanälen gebildet werden und die Eingangs-/Ausgangskanäle können integriert werden. Ebenso können die V-Nut und der Mikro-Pit zum Anbringen optischer Teile gebildet werden, so dass das Phänomen der konvexen Ecke selbst dann nicht auftritt, wenn komplexe konvexe Ecken vorhanden sind, bei denen keine Kompensationsstruktur angewendet werden kann, weshalb es keine Eingrenzung des Anwendungsbereiches gibt.
Weiterhin wird die Anzahl von Nassätzprozessen auf einen verringert, wodurch Fehler optischer Eigenschaften, die durch die Maskenschichtausrichtung verursacht werden, vermieden werden, und die Zuverlässigkeit der Übertragung des optischen Signals wird verbessert.
11 ist ein REM-Foto einer optischen Bank des erfindungsgemäßen optischen Moduls. Die Strukturen der optischen Ecke, die die Arretieröffnung zentrieren, sind präzise gemäß der Konstruktionsanweisung ausgebildet. Die Bezugsziffern 105, 107 bzw. 115 kennzeichnen eine V-Nut, eine erste Arretierung bzw. einen Mikro-Pit.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines optischen Moduls, das einen Wafer (128) umfasst, das die folgenden Schritte umfasst: erstes Ätzen, um eine erste und wenigstens eine zweite Nut (105, 115, 125), die entlang einer gemeinsamen optischen Achse ausgerichtet sind, auf einer ersten Fläche des Wafers (128) auszubilden, und eine optische Faser (100) in der ersten Nut und wenigstens ein optisches Teil (110) in der wenigstens zweiten Nut so anzubringen, dass die optische Faser (100) und das wenigstens eine optische Teil (110) entlang der optischen Achse ausgerichtet sind; gekennzeichnet durch: zweites Ätzen, um wenigstens eine Arretieröffnung (107, 117) zwischen benachbarten Nuten (105, 115, 125), die entlang der optischen Achse ausgerichtet sind, auszubilden, wobei das Arretieröffnung (107, 117) eine Breite hat, die kleiner ist als die der Nuten (105, 115, 125), so dass die benachbarten Nuten (105, 115, 125) miteinander über die Arretieröffnungen (107, 117) in Verbindung stehen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zweite Ätzen zum Ausbilden einer oder mehrerer Arretieröffnungen (107, 117) so durchgeführt wird, dass eine zweite Fläche des Wafers (128) so geätzt wird, dass der Wafer (128) durchdrungen wird, oder auf eine vorgegebene Tiefe geätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zweite Ätzen zum Ausbilden einer oder mehrerer Arretieröffnungen (107, 117) so durchgeführt wird, dass die erste Fläche des Wafers (128) so geätzt wird, dass der Wafer (128} durchdrungen wird, oder auf eine vorgegebene Tiefe geätzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste Ätzen des Weiteren die folgenden Schritte umfasst: Abscheiden erster Ätzmasken-Schichten (130, 140) auf der ersten und der zweiten Fläche des Wafers (128); Strukturieren eines oder mehrerer Nut-Bereiche (132, 134, 136) auf der ersten Ätzmasken-Schicht (130) auf der ersten Fläche des Wafers (128), um eine erste Struktur auszubilden, Ätzen der ersten Struktur von der ersten Fläche des Wafers (128) entsprechend der ersten Struktur.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das zweite Ätzen des Weiteren die folgenden Schritte umfasst: Abscheiden einer zweiten Ätzmasken-Schicht (150) auf der zweiten Fläche des Wafers (128); Strukturieren wenigstens eines Arretieröffnungs-Bereiches (152, 154), um eine zweite Struktur auszubilden, und zweites Ätzen der zweiten Struktur, so dass die zweite Fläche des Wafers (128) so geätzt wird, dass der Wafer (128) entsprechend der zweiten Struktur durchdrungen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein V-Nut-Bereich (132) zum Anbringen einer optischen Faser, ein Mikro-Pit-Bereich (134) zum Anbringen optischer Teile und ein Öffnungs-Bereich (136) zum Montieren eines Stellgliedes durch Strukturierung beim Schritt des Strukturierens zum Ausbilden der ersten Struktur freigelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der V-Nut-Bereich (132), der Mikro-Pit-Bereich (134) und der Öffnungs-Bereich (136) beim Schritt des ersten Ätzens auf verschiedene Tiefen geätzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die ersten Ätzmasken-Schichten (130, 140) aus Siliziumdioxid (SiO₂) oder Siliziumnitrid (Si₃N₄) ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die zweite Ätzmaskenschicht (150) aus Siliziumdioxid (SiO₂), Aluminium (Al) oder einem Fotoresist ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das erste Ätzen Nassätzen unter selektiver Verwendung von KOH, NH₄OH oder (CH₃)₄NON ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das erste Ätzen mit einem oder mehreren Verfahren durchgeführt wird, das aus Trockenätzen, Sandstrahlen und Laserbohren ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 sowie 8 bis 11, wobei eine Nassätzmasken-Schicht (185) des Weiteren auf der zweiten Ätzmasken-Schicht (150) abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, das des Weiteren vor dem zweiten Ätzen den Schritt des Abscheidens von Al oder Oxid oder einem Fotoresist auf der ersten Fläche des Wafers (128) umfasst.
Verfahren zum Herstellen eines optischen Moduls, wobei ein erstes Ätzen und ein zweites Ätzen, wie sie durch einen der Ansprüche 1 bis 13 definiert sind, umgekehrt worden sind.
Optisches Modul, das ein Substrat umfasst, das eine erste und wenigstens eine zweite Nut (105, 115, 125) hat, um eine optische Faser (100) in der ersten Nut und wenigstens ein optisches Teil (110) in der wenigstens zweiten Nut auf dem Substrat so anzubringen, dass die optische Faser (100) und das wenigstens eine optische Teil (110) entlang der optischen Achse ausgerichtet sind, gekennzeichnet durch wenigstens eine Fixieröffnung (107, 117) zwischen benachbarten Nuten (105, 115, 125), die entlang der optischen Achse ausgerichtet sind, wobei die Ar retieröffnung (107, 117) eine Breite hat, die geringer ist als die der Nuten (105,115, 125), so dass die benachbarten Nuten (105, 115, 125) miteinander über die Arretieröffnung (107, 117) in Verbindung stehen.
Optisches Modul nach Anspruch 15, das ein Substrat, eine V-Nut (105) zum Anbringen einer optischen Faser auf dem Substrat, ein Mikro-Pit (115) zum Anbringen optischer Teile und eine Öffnung (125) zum Montieren eines Stellgliedes hat, wobei das optische Modul umfasst: eine erste Arretieröffnung (107), die so ausgebildet ist, dass sie mit der V-Nut (105) und dem Mikro-Pit (115) in Verbindung steht, und in der das Substrat in einer vertikalen Richtung durchdrungen ist; und eine zweite Arretieröffnung (117), die so ausgebildet ist, dass sie mit dem Mikro-Pit (115) und der Öffnung (125) in Verbindung steht und in der das Substrat in einer vertikalen Richtung durchdrungen ist.