TW502125B - Self-alignment hybridization process and component - Google Patents

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502125 Α7 Β7 五、發明説明（I ) 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 發明背景： 本發明係關於平面光學裝置以及特別是關於對準系統 將主動裝置對準平面被動性光學裝置。 技術背景： 使用於通訊業界之光學網路需要許多複雜的光學組件 ，該光學組件範例包含NxM切換器，增益平坦濾波器，可變衰 減器，以及加入移除多工器。設計該組件有效的方式在於 使用平面光學裝置，由於許多的光學功能能夠實施於相同 的基質上除此，主動裝置能夠加入平面平台以產生混合 式組件，其能夠將傳送光學網路中所需要之功能集中於相 當緊密的包裝中以使用作為切換，監測，波長多工性，解多 工化，波長轉變等。 ’ 製造合裝置之一項困難在於精確地對準主動裝置例 如為半導體雷射，光二極體等與被動性裝置例如為波導，耦 合器，以及切換器於相同的基質上。過去，已使用主動性對 準，其中當主動裝置實際地移動對準時監測混合式組件之 光學性能，持續到半導體雷射與被動性矽石波導對準。監 測波導輸出持續到監測到最隹輸出，同時主動裝置 接固定至被動雜置平台。該方法非魏_及需θ要複雜 試驗組立以進行該對準。 另外-項績驗使财法騎崎準記餘光學波 導基質以及賴著當主紐置平台與被動性料連接時各 別對準記驗鱗準。此需餘㈣騎準峨綱地放 置於兩個平台上以及接續著在連接以及黏接過程中精確地

午 (諸先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---訂 經濟部中央樣準扃員工消費合作杜印製 502125 A7 ___B7 五、發明説明€ 將主動與被動平台對準。 系統以及所形成混合式組件存在一項需求，其中主動 裝置能夠精確地鮮於被料自之平面鱗組件使得主動 裝置精確地粞合至組件。混合式光學組件需求增加以及在 單一晶片上產生光學功能數目亦需要使被動以及主動光學 裝置達成有效以及精確的對準。 發明大要： 本發明方法以及所產生之結構藉由形成對準隔離元件 於被動平台上產生該精確的混合式組件精確的對準，其將 匹配地承受絲平台反概祕結構，其含社動性以牛 對準於被動平台之波導。兩個平台精確地彼此自行對準而 不需要將主動性裝置試驗定位相對於被動裝置或使用指標 記號使被動與主動平台對準。依據本發明混合式裝置方法 包含一些下列步驟:將平面光學組件心蕊層遮罩以及蝕刻 以界定出至少一個隔離對準元件以及光學元件以及接續^卜 包覆光學元件以形成被動平台，其暴露光學元件例如為波 導以及隔離解元件以承受絲平台之反射像對準元 件例如為固態雷射。 實施本發明之混合式組件包含被動平台，其具有至少 一個分離對準元件以及光學組件形成於其中以承受具有相 匹配反射鏡影像鮮元件之絲平台。該製造方法以及所 形成光學組件提供高度有效，自行對準之被動以及主動組 本紙張尺舰财國國 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央檫準扃消費合作社印装 502125 A7 B7 五、發明説明（3 ) 件平台，其大大地減小混合式光學組件製造費用以及改善 其重現性以及降低費用。 本發明其他特性及優點揭示於下列詳細說明中以及熟 知此技術者能夠由該說明了解或實施本發明詳細說明，申 請專利範圍以及附圖而明瞭。 、人捫了解先前一般說明以及下列詳細說明僅作為本發 明之範例，以及提供一個架構以了解本發明原理及特性。 附圖在於提供更進一步說明本發明，以及在此加入構成本 發明說明書之一部份。附圖顯示出本發明各種特性以及實 施例，以及隨同說明書以解釋本發明之原理及操作。 附圖簡單說明： 第一圖（圖1)為本發明製造混合式光學組件處理過程 之一個步驟示意圖。 第二圖（圖2)為本發明製造混合式光學組件處理過程 之另一個步驟示意圖。 第三圖（圖3)為本發明製造混合式光學組件處理過程 之另一個步驟示意圖。 第四國（圖4)為本發明製造混合式光學組件處理過程 之另一個步驟示意圖。 第五圖（圖5)為本發明製造混合式光學組件處理過程 之另一個步驟示意圚。 第六圖（圖6)為本發明製造混合式光學組件處理過程 之另一個步輝示意圖。 王 第七圖（圖7)為本發明製造混合式光學組件處理過程

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X 】 經濟部中夬榛率局員Η消費合作枉印製 A7

之另一個步驟示意圖。 第八圖（圖8)為本發明製造混合式光學組件處理過程 之另一個步驟示意圖。 第九圖（圖9)為本發明製造混合式光學組件處理過程 之另一個步驟示意圖。 、第十圖（圖1〇)為本發明製造混合式光學組件處理過程 之另一個步驟示意圖。 第十圖a(圖10a)為圖1〇通過直線xa—xa之斷面圖。 第十圖（圖11)為依據本發明方法所製造被動性平台 之示意圖。 第十二圖（圖12)為主動裝置之主動平台示意圖，其與 被動性平台相匹配。 第十三圖（圖13)為依據本發明製造出之混合式光學組 件之示意圖，以及包含圖12主動平台連接至圖11之被動性 平台。 附圖元件數字符號說明： 平面矽石10;底下包層12;心蕊層14;光抗钱材料 15;金屬層16;隔離對準元件18, 22;分離肢件17,19, 21， 23;光學元件20;光抗蝕層材料25;波導重疊部份26,27; 端部28;外包層30;金屬層32;光抗蝕層34;溝槽35， 36, 37;壁板38;被動平台40;主動平台50;溝槽底側表面 51;壁板52;波導54;主動端部55;對準元件58,62;混合 式組件60;溝槽70, 72, 74,76。 詳細說明： 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格Ul〇X29<7公嫠） Ί {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .#· • I— ttls— JT mB · %τ t M)2125 五、發明説明（ς)

參考圖1，其存在平面光學線路之最始平台，其整體包 含數個光學組件例如為切換器，輕合器，或多工器，以及其 中包含平面養性光軸件錢主練置，例如為光二ς 體，固體雷射等。為了清楚地顯示，附圖顯示為單一被動組 件以及單-主動組件，其形成整體光學線路之零件。在圖工 中、顯示出該光學線路晶片斷面以及包含一層平面石夕石或石夕 10形成於基質上，為石夕石及摻雜劑例如為硼，鍺等之底下包 層12,其在1550mn波長下折射率約為]L 44至1 55 包層12上以傳統方式沉積出矽石心蕊層14,其具有不同的 但是為傳統摻雜劑混合物以產生折射率大於底下包層12折 射率1%而例如為1· 5至1· 6。圖1所顯示結構籍由一般處理 過程例如為火焰水解沉積，加強電漿化學汽相沉積法 或類似底下包覆於基質上及心蕊層於底下包層上而形成。 處理過程之下一步驟顯示於圖2中以及包含藉由喷塗 沉積出或金屬層16汽化於心蕊層14之暴露表面上。金屬層 能夠為任何適當導電性或半導電性材料例如為鋁，鉻，矽，曰 鎳等，其沉積厚度約為〇. 2至5微米。 接著，如圖3所示，光抗蝕材料15圖案沉積於金屬表面 16上，其使用遮罩以界定出最終隔離對準元件18及22，每一 元件包含一對分離肢件17與19,以及21與23。如底下詳細 說明，圖案化光抗蝕層15界定出隔離對準元件與被動光學 元件20例如為波導之形狀及位置，及其各別位置。因而，隔 離元件18以|22在印製圖案化抗光層15於圖3結構金屬層 16上以及接續處理步驟之過程中精確地固定關係加以定位 本紙張尺度適财國國家標準（CNS)从驗（21〇Χ297公釐） -I- .......... — If—· f f請先聞讀背面之注意事项再填寫本1·) ί - fen »( !. · .01· 502125 經濟部中央樣準局舅工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（& ) 以及對準波導20 〇 下一步驟顯示於圖4中以及餘刻外露金屬層16如圖3 所示以暴露出在光抗截層15底下具有金屬層16之心蕊材料 14,以界定出剩餘元件18, 20以及22。其次，光抗蝕層藉由 化學清洗光抗餞層加以清除如圖5所示，該金屬遮罩暴露具 有·相同圖案之相對元件18, 20及22金屬性遮罩以及相對對 準於原先光抗餘層圖案，該圖案只由導電性材料外露之 其餘圖案所構成。如圖6所示，心蕊材料籍由活性離子蝕刻 法加以蝕刻，其產生三度空間結構如圖6所示，其餘心蕊材 料14在隔離對準元件18,波導2〇以及隔離對準元件22之金 屬表面16底下。底下包層12再暴露於波導2〇以及元件18及 22之區域中。底下包層丨2能夠部份地加以蝕刻。 其次，平行長方形以及分離肢件17及19之上側表面以 及隔離元件22之肢件21及23塗覆光抗蝕層材料25以在下一 步驟過程中保護在其上面之金屬表面，如圖8所示，其中波 導20之金屬表面16以及隔離元件18及22之波導重疊部份26 及27分別地藉由傳統溼式或乾式蝕刻加以蝕刻開。光抗蝕 層材料25被清除使得隔離對準元件18及22之肢件π，19, 21 ，及23金屬表面16分別地暴露出。 外包層30再籍由例如火焰水解沉積於圖9結構上，如圖 9所示。外包層30為具有掺雜劑之矽石，其產生折射率與底 下包層12折射率相同，但是具有較低熔融點例如約為1240 °C，其與底T包層以及基質1〇及12之熔融點例如134〇°c不 同。因而，外包層30火焰水解沉積並不影響底下包層基質， 本紙張尺度適用中晒家樣準（CNS ) A4祕（21GX 297公釐） (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

502125 Α7 Β7 五、發明説明（叮） 經濟部中央檫準局舅工消費合作社印製 波導或先前所形成以及顯示於圖8隔離對準元件之幾何形 狀。接著外包覆，外包層30之上侧表面藉由傳統喷塗或汽 化技術塗覆铭，鉻，或石夕金屬層32(圖9)以覆蓋外包層3〇之 整個上侧表面。 其次，光抗蝕層34長方形圖案在圖9所顯示結構後侧之 金屬層32上。波導元件20以及重疊區段26及27部份地覆蓋 。在波導元件20以及隔離元件18及22上方暴露出之金屬表 面32籍由溼式或乾燥蝕刻暴露出外包層3〇加以去除如圖1〇 以及斷面圖l〇a所示。光抗虫層34接著加以清除，暴露出先 前由光抗顧層34先前所保護金屬層32。在該處理過程結束 時，在部份元件20, 26,及27上之金屬層32暴露出，以及在隔 離對準元件18及22上結構前端斷面處外包層30暴露出。光 抗ϋ層遮罩34界定出所形成結構前端及後端斷面間之精破 的界面，該結構形成於垂直壁板38中（圖11)。一項主要處 理過程之步驟為在外包覆沉積之前在高於對準元件心蕊蝕 刻過程中在適當位置遺留下遮罩。該埋嵌層在部份外包層 蝕刻過程中作為停止蝕刻層。 如圖11所示，在被動平台40前所形成之未覆蓋外包覆 30再次使用傳統蝕刻處理過程例如為活性離子蝕刻被蝕刻 出以再次地暴露隔離元件22之平行縱向延伸肢件21及23。 埋嵌層16作為停止蝕刻層以保護隔離元件17,19, 21，及23 °蚀刻可延伸較為深入底下包層12以形成隔離元件17與19 以及21與23間之溝槽35及37,以及肢件19及21間寬廣之溝 槽36。底下所說明主動裝置ζ軸對準參考表面為隔離元件 本紙張尺度逋用伞圓 干 - r Μ y (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) • nn n·— ft 訂 五、發明説明（g ) 18及22上側金屬外露表面16。其餘外包層3〇之垂直端部壁 板38在蝕刻過程中精確地形成以在主動平台在被動平台40 上產生Y軸對準。當主動裝置例如為固態雷射放置於被動 平台上時如圖12及13所示，心蕊材料14所形成波導20之端 部表面28可塗覆二氧化鈦(Ti〇2)或其他材料以減小反射。 主動平台50顯示於圖12中，其具有被動平台仙隔離對 準元件18及22反射鏡影像之對準元件。主動平台由週期 表族屬III-V元素非晶質材料化合物例如InP以及inGaAsP主 動層所構成以形成埋嵌雷射波導54位於其中央以及精確地 與對準元件58及62成一直線，其包含縱向延伸，長方形，向 下凸出部份，其匹配地裝配於被動平台4〇溝槽35及3?内。 主動平台50對準於被動平台4〇使得當主動平台位於被動平 台40上以及籍由例如熱壓縮或藉由其他適當方式例如為傳 統黏接劑時雷射波導54主動端部55對準波導2〇端部28以及 位於中央，如圖13所示。製造主動平台方式將提供反射鏡 影像内部固定對準元件58以及62,其固定於平台4〇溝槽祁 及37以及溝槽70, 72, 74及76内，其分別地承受平台4〇隔離 對準元件18及22肢件17,19, 21及23。主動裝置之對準元件 為被動平台對準元件之反射影像以及直接地蝕刻於主動裝 置之頂部表面上。 一主動平台50之後侧壁板52緊鄰以及對準於主動平台4〇 前端壁板38使Y軸對準如圖13箭頭γ所示，同時内部固定對 準元件以及溝槽使X軸對準如圖13箭頭χ所示。2軸對準藉 由將隔離元件18及22頂部上金屬表面16固定於每一溝槽^ 502125 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 五、發明説明（（| ) ，72, 74及76底侧表面51上，其精確地蝕刻以使主動雷射波 導54位於中央對準於波導2〇。形成於主動平台5〇上反射鏡 影像對準藉由活性離子光束截刻或類似使用於被動性平台 40中反射鏡影像遮罩形成。 顯示於圖13中混合式組件60只作為處理過程之範例以 及顯示出混合式組件，其包含固態雷射54耦合及對準波導 20。光學線路包含許多其他光學組件，其能夠在波導2〇形 成以及相同的處理步驟過程中整體地形成。由於被動平台 正對準元件為自行對準於主動平台之負元件，反之亦然，χ 軸對準精確性藉由精確地形成正/負對準元件，其控制在· 5 微米範圍内。Υ軸精確度同樣地藉由主動以及被動平台端 部壁板38及54精確地對準界定出，其亦控制在〇· 5微米範圍 内。Ζ軸對準精確性籍由蝕刻主動裝置表面深度加以控制 以及能夠使用標準活性離子蝕刻或反應離子光束蝕刻處理 過程立即地控制在〇· 1微米。雖然在優先實施例中對準元 件為平行的，通常長方形延伸凸出物以及具有整體端部壁 板之溝槽例如為壁板38及52,人們了解對準元件之形狀，位 置以及數目能夠加以變化，只要其在χ，γ，及ζ方向之被動平 台與主動平台間產生交互目絲面。目而，鮮元件能夠 使用方形，長方形，或三角形塊狀物及類似形狀之承受口。 利用本發明方法，複雜混合光學組件能夠以競爭性價 格之製造方法在娜與絲树生精補對準。人們 了解熟知此技術者製糾本發珊先實酬之各種變化而 並不會脫離下财請專利範目界定出之本發鴨神及範圍。

(請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂--- -f « ms KBBli -m fBH ft.— —IK— i

Claims (1)

1. 經 中 央 樣 率 局 員 工消 費 合 作 社 印 製 申請專利範圍 AS B8 C8 DS 式光學組件之方法，其包含下列步驟"L積心蕊於第一基質上· 遮蔽 元件 以及界定出絲元件以及至少 '個對準 下::刻上述至少一部份對準元件過程令在適當地 出元件轉定㈣辭纟使光學元件表面暴露 出=及與相對於對準元件為預先決定之固定關係. 提供主動光學裝置； ， 鱗如戦鮮元件其為被動平台 對準7L件之反射影像；以及輕合主動平台至被動平台使得各別對準元件彼此喻接以 =主動光學錢放置有效地解於被動平台上光學元 路表面。 、^依據申料纖圍第㈣之綠射㈣麟以及触刻 步驟包含下列步驟： 沉積金屬層於心蕊上； 塗覆光抗倾®餘金屬層上以狀自絲元件以及對 準元件； ^蝕刻暴露金屬層； 去除光抗蝕層；以及 蝕刻暴露心蕊到達基質。 3·依據申請專利範圍第2項之方法，其中外包覆步驟包含下 方遺留 項 f 訂 h， 衣紙張錢^F®國家標率（CNS ) Α4祕（21GX297公釐） t飞 六 申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 3 11 經濟部令央榡率局員工消費合作社印製 列步驟： 塗覆光抗蝕層至對準元件； 蝕刻光學元件之暴露金屬表面； 去除在對準元件上之光抗蝕層； 沉積外包層於心蕊及基質上； 沉積金屬層於外包覆之暴露表面上； 塗覆光抗觸至金屬層表面以塗覆在至少_部份光學元 件上； 雀虫刻暴露金屬表面； 去除光抗餘層，·以及 蝕刻暴露之外包層。 ^據申請專利範圍第㈣之方法，其中心蕊遮罩以及錄刻 界定出波導。 5與依據申請專利範圍第丨項之方法，其中心蕊遮罩以及蚀刻 界定出一對對準元件為彼此分隔之關係。 6·依據巾請專植®织狀綠，其愤絲-基質產生 一層二氧化_及含有摻雜劑二氧化梦底下層之複合體， 該含有摻雜劑二氧化矽折射率在144至155之間。 ^依據中請專利範圍第丨項之方法，其中心蕊沉積步轉為火 焰水解沉積，其產生心蕊之折射率為丨· 5至1 6。 8·依據中請專利範圍织項之方法，其中提供第二基質為提 供週期表族屬ΠΙ-V化合物之平面基質。 9·依據申明專利範圍第丨項之方法，其中耦合步驟包含埶壓 縮以將主動及被動平台彼此固定在一起。 … 衣紙張職硏鱗(CNS) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -an n el in mi- 訂 if n tKKK— im 1- .1# nn ϋΒ— I im ϋ— κιϋ κϋ·— nn e__i^i fni · * IB— —Is— ft—·— 14

   申請專利範圍 10·:種製造混合式光學組件平台之方法，其包含下列 提供基質； ’· 沉積心蕊於第一基質上； 遮蔽以及蝕刻心蕊以界定出光學元件以及至少一個三 之對準元件； 一” 在蝕刻上述一部份三度對準元件過程中遺留下遮罩於 當地方；以及 ' 外包覆波導以界定出被動平台，其具有暴露波導以及與 相對於對準元件為預先決定之固定關係。 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部中央樣率局員Η消費合作杜印製

   表紙張尺度適用中國國句（CNS》八4麟（21〇χ29^ ------J