TW519578B - Method for fabricating integrated micro spherical lens for optical fiber switch and the device made therefrom - Google Patents

Description

519578 f /年？月// a 修正 案號 90107342 五、發明說明（1) 【發明之應用範圍】 本發明係有關於一種積體化微球透鏡光纖切換裝置之 製造方法，特別是指一種將複數個微球透鏡直接積體化於 光纖陣列基板之突塊上，以快速構成一種積體化微球透鏡 之光纖切換裝置。 【發明之背景】 所謂光纖通信，即是利用光學纖維作為傳輸媒介的一 種通信方式。其真正開始於西元一九七〇年，美國康寧 (Corning Glass)公司製成低損失率之單模光纖，再加上

傳送光訊號用雷射二極體技術之進步，使光纖通信商業化 時機得以提早來臨。 光纖通信可以將聲音或許多不同人的聲音，壓縮在各 個獨立的時間槽内傳送，因此，能同時提供幾千幾萬個人 溝話’這是銅線所做不到的事。光纖不但有大容量的傳輸 優點，還有更多好處，譬如：體積小、重量輕、速度快、 不會有雜音及失真等問題。此外，光纖通信還具有無電磁 干擾、寬頻帶、低損失等諸多優點，故適合長距離、大容 量的數位傳輸需求。

光纖切換裝置是光纖通信產業的關鍵元件之一。如何 使兩段光纖間的訊號完全續接而不發生訊號損失，向來是 各國光電產業共同不斷努力改良的一項重點技術。 由於雷射光在離開光纖之後’其自由行走的距離愈長 則光束的直徑愈大，當光束的直徑大於接收端光纖的模場 直徑（module field diameter，MFD)時，將無可避免地發

第5頁 5!9578 修正 案號90107342 Yf 车γ 月日 五、發明說明⑵ ^光損的現象，輕微時會使訊號減弱，嚴重時甚至會產生 “、、法收訊的結果。 為了解決這種耦合介面上的光損問題，某些光纖切換 ^ ^已開始在光束的路徑上裝設透鏡，使雷射光束經重新 ς ^再進入接收端光纖。未來的趨勢為質輕、體積小、成 =的產品，因此如何將微球透鏡的體積縮小，但又不失 點微球透鏡原有的特性與優點，{有關微球透鏡之研發重 可，以生產直徑約2 0 0〜3 0 0 此種透鏡儘管已十分微 一半，但在組裝上卻已經 ’故必須仰賴人工植入才 必須使微球透鏡精密地對 號耦接品質時即加以瞬間 的是一組透鏡陣列時，更 方向的光束路徑，往往才 向卻又不慎跑掉，如此往 一迅速對準而固定。因此 其植入透鏡的人工費用必 的路徑上裝設透鏡，以產 此種微透鏡的價格十分昂 ’因此品質難以穩定以致 ，故若不予改良，將無法 就目前的微透鏡生產技術， 以岐右的微球透鏡或圓柱透鏡， 小’其直徑約為人類頭髮直徑的 :J、到無法以自動化設備妥善夾持 月匕組裝；在植入的過程，操作者 準在光的路徑上，當測得理相 口疋。同此道理，若操作者組裝 必須使每一微透鏡同時對準兩^ 往復復、周而復始，極難完全一 要完成此種光耦合介面的製 ， 然昂貴。 σ ’ 雖然光纖切換裝置可以在 生較佳的光耦合介面效果，但β 貝，其組裝又完全仰賴人工植入 其生產量能無法有效突破及提昇 移動對準好一個方向，另一個方

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519578 --^-90107342 θ/年 ^ 月 //_j_ 修正 . 五、發明說明（3) ~ " 滿足舉世迅速成長的市場需求。 【發明之目的與概述】 有鑑於目前微球透鏡商品的直徑仍然不完全符合最佳 微透鏡規格，加上單價昂貴、使用人工植入對準困難且費 用昂貴，無法大量生產。本發明的主要目的就是要提供一 種以批次方式生產微球透鏡陣列的製造方法，其僅需要在 構建光纖切換裝置的初期，就設計好其所需之光路與微球 、 透鏡之佈局，並利用半導體製程技術將微球透鏡直接積體 化於一光纖陣列基板上，可達到精/密定位、降低成本，以 及省卻生產組裝上的種種不便之目的。 為讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易 懂’下文特舉一種最佳實施例，並配合所附圖式，進一步 詳細說明如下。 【發明之實施例說明】 本發明所揭係為一種以積體化微球透鏡光纖切換裝置 之製造方法，本發明之製造方法係包括使用兩個半導體製 程，其中定義第一半導體製程係為包括一半導體微影製程 及一微機電一體微加工技術之濕式蝕刻製程；定義第二半 導體製程係為包括一微影製程與蝕刻製程。 首先在一半導體基板上，利用第一道光罩定義佈局， 籲 並以第一半導體製程，先製備好一光纖陣列基板n 〇 〇，使 該基板的表面形成具有若子V型槽1101與上窄下寬之梯形 - 小突塊（Μ E S A) 11 0 2 ;其中V塑槽為供架設光纖陣列之用， 其終端處置有一突塊，該突塊為置放微球透鏡陣列之用。 ·

第7頁 519578 案號 90107342 1/ 日 優^^- 五、發明說明⑷ 招到補槽 藉由光罩上圖案的設計與第一半導體製程可以規劃 ^ 與突塊之間的距離，使得當光纖陣列置放於V聖槽上^姻 其光纖端點截面之下緣可以碰觸到突塊之下緣處（如第@ 實施例中之圖示）；故可確認光纖放置位置的正碟性’ y 此可避免以往在將光纖放置於V型槽上時，因無適當之/當 塊，需要調整光纖的放置位置，而增加組裝的困難與複雜 其後，在第二半導體製程中係利用半導體之微影與# 刻製程，製備完成一積體化微球透.'鏡之光纖切換裝置’其 程序如第1 A〜1 E圖繪製之步驟：首先以第一半導體製粒所 製備完成之一表面具有複數個V型槽1 1 0 1與突塊1 1 0 2的光 纖陣列基板11 0 0上（如第1 A圖），依序再塗佈形成一透鏡承 載層210 1及一厚膜光阻層2102(如第1B圖）；其後在厚膜光

阻層2 1 0 2上利用第二道光罩 定義出厚膜光阻層2 1 0 2之形 阻層做為餘刻之光罩，將形 由於製造方式與積體電路或 南解析度的特性，第一道光 於半導體微影製程的解析度 光纖陣列基板1 1 0 0上的突塊 對位。 之佈局，經由半導體微影製程 狀，並將該已定義好之厚膜光 成如第1C圖之光阻層2102,； 是微機電製程相容，同樣具備 罩與第一道光罩的對位僅受限 ’因此該光阻層2 1 〇 2，必麸盥 1102,有相對且精密正確的 ，、後再將成型區域以外的透鏡承居 使露出如第1 D圖所繪示之柱狀的透鏡承9 ^ 0 1飿刻去丨 對該厚膜光阻層2102’與透鏡承載居兄7载•，層21〇丨’；最 曰U1進行熱處理

519578 一-«-»42__&年 7 月"g_产正 五、發明說明（5) ： ' ----——— 該柱狀的厚膜光阻層2102’在高溫狀態下，因具有内聚力 的作用，同時因為透鏡承載層21〇1，的體積縮;^之故A，因 此會自動凝聚變成如第1E圖所示的微球透鏡21〇3;因而將 可形成一具有積體化微球透鏡之光纖陣列基板。 將該以積體化過程而獲得微球透鏡的光纖陣列基板， 定義為一積體化微球透鏡陣列基板11〇〇,做為光纖切換裝 由於經過第二半導體製程後所形成之積體化微球透鏡 陣列基板1100,是經過兩道光罩的'定義，再以半導體微影 及蝕刻製程製作出；因此在定義光罩時，可以一欠定義單 一或複數個微球透鏡2103之成型區域，使得當微球透鏡積 體化於突塊1 1 02上時，就能夠將微球透鏡21 〇3在光纖陣 列基板1 1 0 0有精岔的定位；故而當光纖架設在各v型槽 時，其雷射光路不必經任何人工校正或調整，即能對9準已 事先定義好佈局之微球透鏡2 103陣列，而獲得正確的聚隹、 結果。 > 如第2圖所示，為本發明之積體化微球透鏡之光纖切 換裝置第一實施例的示意圖；在該積體化微球透鏡之光纖 切換裝置内，可在積體化微球透鏡陣列基板11〇〇上，增設 ―，波導（Wave GU1de) 40與該V型槽及突塊相對；同時設 置右干光路切換元件3 0 ’以切換雷射光束的路徑；使聚焦 後的雷射光束在行進的過程中，會受到波導4〇的拘束，再 傳至其他接收裝置（如光路切換元件3〇)，才進入下一接續 傳遞之光纖陣列50内；其中該光路切換元件可自下列四種

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Ml/ a 修正 107342 五、發明說明（6) 元件中，任選其中至少一種：扭轉鏡面（T〇rsi〇 mlrror)、移動鏡面（M〇ving mirr〇r)、熱泡（Thermai bubble)與磁流（Magnetic flQW)。 如$ 3圖所示，為本發明之積體化微球透鏡之光纖切 換裝置第二實施例的示意圖；在該積體化微球透鏡之光纖 切換裝置内，僅没置若干光路切換元件3 〇，雷射光束是以 空氣做為傳輸的媒介，其經過一段自由空間與光路切換元 件3 0後，再進入另一光纖陣列5 〇内。 【發明之功效】 由於本發明之積體化微球透鏡之光纖切換裝置的製造 方法可以一次定義單一或複數個微球透鏡之成型區域， 因，:以以批次生產的方式，將複數個微球透鏡以快速且 精搶疋位的方式直接積體化於光纖陣列基板上；故而可以 省下人工植入微球透鏡的成本及麻煩，並可穩定生產成品 的品質。 本發明所生產的微球透鏡陣列，其單顆的微球透鏡生 產成本可低至0 · 3美元，但卻可利用以製造直徑僅約5 〇// ^ 左右的微球透鏡。反觀目前售價高達每顆5〇〇美元的多數 微透鏡成品，其直徑卻仍大於2 〇 m以上。就此而論，本 發明之進步性乃不言可喻。 雖然本發明已以兩種較佳實施例揭露如上，然其並非 用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之 精神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之 保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

519578 _ 案號90107342 則年—彳月”日 倏正_ 圖式簡單說明 【圖式說明】 第1 A至1 E圖表示本發明積體化微球透鏡光纖切換裝置之製 造方法之步驟。 第2圖表示本發明第一實施例之示意圖。 第3圖表示本發明第二實施例之示意圖。 【符號對照】 1 1 0 0光纖陣列基板，1 1 0 1 V型槽’1 1 〇 2突塊 2101透鏡承載層，2101’透鏡承载層，21〇2光阻層 2102’ 光阻層，2103微球透鏡 曰 3 0光路切換元件 4 0波導 5 0光纖陣列

Claims (1)

1. 519578 -—_ 案號 90107342 生 7 曰 // 曰 修& 六、申請專利範圍 【申請專利範圍】 卜一種積體化微球透鏡光纖切換裝置之製造方法 括以下步驟： a·製備一表面具有若干v型槽與突塊之光纖 板； b ·利用一微影與蝕刻製程，在步驟（a )之光 基板上，依序再形成一透鏡承載層及一厚膜光阻 層； c.利用一光罩在該厚膜光阻:·層上定義出微 列的成型區域，並將該成型區域以外之透鏡承載 層及厚膜光阻層蝕刻去除，使露出柱狀的透鏡承 載層與厚膜光阻層；以及 d·進行熱處理，使該柱狀的厚膜光阻層在高 下，因為内聚力與透鏡承載層體積縮小之故，自 動凝聚變成球狀的微球透鏡。 2、 如申請專利範圍第1項所述積體化微球透鏡光焉 置之製造方法’其中步驟（a )之光纖陣列基板中之 可為一擋塊，做為光纖放置V型槽時之定位。 3、 如申請專利範圍第1項所述積體化微球透鏡光 置之製造方法，其中步驟（c)之定義微球透鏡陣列 型區域，其可為單一或複數個之微球透鏡陣列。 4、 如申請專利範圍第1項所述積體化微球透鏡光為 置之製造方法，其中光纖陣列基板上尚設有波導^ 型槽與突塊相對。 ，係包 陣列基 纖陣列 .透鏡陣 溫狀態 切換裝 突塊 切換裝 i成 切換裝 該V

   519578 修正 案號 90107342 六、申請專利範圍 5、如申請專利範圍第1項所述積體化微球透鏡光纖切換裝 置之製造方法，其中光纖陣列基板上尚設有光路切換元 件。 6、一種積體化微球透鏡光纖切換裝置，其至少包括： 一由蝕刻與雙層高分子熱處理製程所製成之微球透鏡； 及一表面具有若干V型槽之光纖基板，該V型槽係供置放 光纖陣列用。 7、 如申請專利範圍第6項所述積體化微球透鏡光纖切換裝 置，其中光纖陣列基板上尚具有突.滅，用以支撐該所述 之微球透鏡。 8、 如申請專利範圍第6項所述積體化微球透鏡光纖切換裝 置’光纖陣列基板中之突塊可為一擔塊，做為光纖放置 V塑槽時之定位。 9、如申請專利範圍第6項所述積體化微球透鏡光纖切換裝 置’其中微球透鏡可為複數個，並構成一微球透鏡陣 列。 10曹如I ί ί利範圍第9項所述積體化微球透鏡光纖切換 装置 /、中光纖陣列基板上尚具有$ # 球遂鏡陣列。 /、有大塊，用以支撐該微 1 1、如申睛專利範圍第6項所述積體化泛 #爱，甘士 # , m股化微球透鏡光纖切換 裝置 /、中該光纖陣列基板上尚抓古、士 之行進。 干』土奴上尚5又有波導，以拘束光路 装 12置如述積體化微球透鏡光纖切換 該光纖陣列基板上尚設有光路切換元件，以

   519578 _案號90107342_f f年7月/ /曰 修正_ ' 六、申請專利範圍 · 切換光纖進行之方向。 1 3、如申請專利範圍第1 2項所述積體化微球透鏡光纖切換 裝置，其中該光路切換元件為一扭轉鏡面。 1 4、如申請專利範圍第1 2項所述積體化微球透鏡光纖切換 裝置，其中該光路切換元件為一移動鏡面。 . 1 5、如申請專利範圍第1 2項所述積體化微球透鏡光纖切換 裝置，其中該光路切換元件為一熱泡。 ·· 1 6、如申請專利範圍第1 2項所述積體化微球透鏡光纖切換 裝置，其中談光路切換元件為一磁.'流。

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