專利名稱：薄膜分束器的制造技術(shù)
薄膜分束器的制造背景 分束器用于各種各樣的分離或組合光能的光子學(xué)應(yīng)用。分束器使用部分反射面 來反射入射光的一部分，同時(shí)允許其余光透射過該分束器。然而，許多分束器配置使用 沉積于相對(duì)較厚襯底上的分束涂層。該厚襯底可導(dǎo)致雜散反射、重像、束偏移、不合需 要的光波干擾、以及其它問題。附圖簡述附圖例示本文中所述原理的各個(gè)實(shí)施例，并且是說明書的一部分。所示實(shí)施例 僅僅是示例并且不限制權(quán)利要求的范圍。
圖1是根據(jù)本文中所述原理的平行板分束器的一示例性實(shí)施例的示圖。圖2是根據(jù)本文中所述原理的用于利用光刻工藝制造薄膜分束器的一示例性方 法的示圖。圖3是根據(jù)本文中所述原理的用于利用光刻工藝制造薄膜分束器的一示例性方 法的示圖。圖4是根據(jù)本文中所述原理的用于利用光刻工藝制造薄膜分束器的一示例性方 法的示圖。圖5是根據(jù)本文中所述原理的用于利用光刻工藝制造薄膜分束器的一示例性方 法的示圖。圖6A和6B是根據(jù)本文中所述原理的用于在聯(lián)合襯底上制造薄膜分束器的示例 性方法的示圖。圖7A和7B是根據(jù)本文中所述原理的用于利用光刻工藝制造薄膜分束器的示例 性方法的示圖。圖8是根據(jù)本文中所述原理的用于利用光刻工藝制造薄膜分束器的一示例性方 法的流程圖。圖9是根據(jù)本文中所述原理的用于利用光刻工藝制造薄膜分束器的一示例性方 法的流程圖。圖10是根據(jù)本文中所述原理的用于利用光刻工藝制造薄膜分束器的一示例性方 法的流程圖。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記指示相似但并非必然相同的元件。詳細(xì)描述如上所述，分束器用于各種各樣的分離或組合光能的光子學(xué)應(yīng)用。分束器使用 部分反射面來反射入射光的一部分，同時(shí)允許其余光透射過該分束器。例如，分束器允 許一小部分的主光束轉(zhuǎn)向以用于測量，同時(shí)允許其余的光束繼續(xù)通過該光學(xué)系統(tǒng)。在許多應(yīng)用中，分束器必須被精確構(gòu)建以獲取所需分束比、低損耗、溫度穩(wěn)定 性、以及適當(dāng)?shù)钠駥傩?。常用的?chuàng)建分束器的方法使用介質(zhì)干涉濾光片來將入射光分 束。同樣，可使用各種各樣其它類型的分束方法。作為示例而非限制，分束層可包括薄金屬層、圓點(diǎn)金屬結(jié)構(gòu)、亞波長孔隙、以及許多其它光學(xué)涂層。雖然介質(zhì)干涉濾光片或其它分束器層提供大多數(shù)所需光學(xué)特性， 但它們通常被沉積在厚襯底上。厚襯底保持分束器的機(jī)械完整性，并避免將引起光學(xué)涂 層的裂化、翹曲或彎曲的應(yīng)力。然而，襯底的厚度導(dǎo)致若干不合需要的光學(xué)特性，包括 由于吸收所傳輸光束以及可導(dǎo)致重像、對(duì)齊和耦合問題的所傳輸光束偏移所引起的較高 光學(xué)損失。通過將分束涂層沉積在薄襯底上，這些不合需要的光學(xué)特性可被最小化。用諸 如拉伸有機(jī)材料或氮化物膜的極薄襯底構(gòu)建的分束器被稱為薄膜分束器。盡管薄膜分束 器適于各種各樣的自由空間應(yīng)用，但它們可能是不穩(wěn)定的、難以構(gòu)建的、和易碎的。
在以下描述中，為解釋起見，闡明了眾多具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)本發(fā)明系統(tǒng)和方法 的全面理解。然而對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，沒有這些具體細(xì)節(jié)也可實(shí)踐本發(fā) 明的裝置、系統(tǒng)和方法。說明書中對(duì)“實(shí)施例”、“示例”或類似語言的引用表示結(jié)合 該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在該至少一個(gè)實(shí)施例中，但并非必 然被包括在其它實(shí)施例中。說明書中各處短語“在一個(gè)實(shí)施例中”或類似短語的各個(gè)實(shí) 例并非必然都指同一實(shí)施例。圖1是常規(guī)平行板分束器(100)的一個(gè)示例性實(shí)施例。在該示例中，平行板分 束器(100)包括相對(duì)較厚的襯底(118)。襯底(118)提供機(jī)械和光學(xué)上穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，其上 可沉積光學(xué)涂層。通常，平行板分束器將具有在襯底(118)第一側(cè)上的分束涂層(102) 和在襯底(118)的第二側(cè)上的抗反射涂層(104)。入射束(108)被示為沿中心線(106)傳 播。入射束(108)照射到分束涂層(102)并分成反射束(110)和透射束(112)。在此實(shí)施例中，反射束(110)由分束器(110)導(dǎo)向垂直于入射束的方向。反射束 (110)中光的量和反射束(110)的方向由入射束(108)的特性、分束涂層(102)的成分、 入射束(108)照射到分束器表面(102)的角度以及其它因素確定。入射束(108)的一部分通過分束涂層(102)，并作為透射束(112)進(jìn)入分束器襯 底(118)。透射束(112)的方向在透射束(112)通過分束器襯底(118)時(shí)改變。這是由 于光在周圍介質(zhì)與分束器襯底(118)之間的界面上折射引起的。透射束(112)以與入射 束(108)進(jìn)入分束器相同的角度離開分束器，但偏離中心線如偏移尺寸(114)所示。在 一些實(shí)施例中，此偏移可引起光能的額外損失，因?yàn)橥干涫鴷?huì)變得與目標(biāo)波導(dǎo)未對(duì)準(zhǔn)。此外，透射束(112)的一部分在分束器襯底(118)與周圍介質(zhì)之間的界面上反 射?？狗瓷渫繉?104)嘗試使該不合需要的反射最小化。然而，透射束的至少一部分可 透過分束器襯底反射回去，并與反射束(110)平行地但與之有偏移地離開。該不合需要 的反射稱為重像(116)。具有相當(dāng)大厚度的諸如立方體分束器的其它幾何形狀的分束器可 能具有表面反射和內(nèi)部干擾的類似問題。若干這些不合需要的特性可通過使用薄膜分束器最小化。薄膜分束器比常規(guī)的 板式分束器薄得多。通常，薄膜分束器使用拉伸膜作為襯底。分束和抗反射涂層可被沉 積在該膜的一個(gè)或多個(gè)表面上。因?yàn)楸∧し质鞯暮穸葮O小，所以重像束(116)與反射 束(110)之間的偏移可被顯著地減小。同樣，透射束(112)與入射束(108)之間的偏移 可被顯著地減小。然而，薄膜分束器具有各種各樣的問題，包括足夠支承構(gòu)成薄膜分束器的膜。 除支承問題外，由于膜的脆弱性質(zhì)，薄膜分束器可能是易碎的且對(duì)外部震動(dòng)敏感的。
在本說明書通篇中，例示了單個(gè)光學(xué)組件的構(gòu)建。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解許多 相似功能部件可使用相似步驟和工藝來并行地構(gòu)建。圖2是用于使用半導(dǎo)體制造技術(shù)制造薄膜分束器的一示例性方法的示圖。在該 示例性實(shí)施例中，微尺度的薄膜分束器使用諸如玻璃或其它光學(xué)材料的可靠襯底材料來 構(gòu)建。作為示例且非限制，玻璃襯底可以是諸如BK7光學(xué)玻璃的硼硅玻璃、熔凝硅石/ 熔融石英、藍(lán)寶石或其它玻璃。在一些應(yīng)用中，使用其它諸如鍺、硒化鋅、氟化鈣、氟 化鋇、氟化鎂或其它材料的可靠光學(xué)襯底可能是合乎需要的。這些襯底比在常規(guī)薄膜分 束器中用作分束器襯底的膜顯著地更具結(jié)構(gòu)性。用來構(gòu)建薄膜分束器的半導(dǎo)體制造技術(shù)可包括沉積、材料去除、掩蔽、接合、 搬運(yùn)、摻雜、清除、涂敷、以及其它技術(shù)。根據(jù)一示例性實(shí)施例，該過程以氮化硅 (Si3N4)層(204、206)作為硬掩膜層低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)在支承襯底(202)上開 始。在其最終形式中，支承襯底(202)提供增加薄膜分束器的堅(jiān)固性且允許其安全搬運(yùn) 的機(jī)械結(jié)構(gòu)。根據(jù)一示例性實(shí)施例，支承襯底(202)可以是雙面拋光的硅襯底。 低壓化學(xué)氣相沉積是用來產(chǎn)生高純度薄膜的化學(xué)工藝。支承襯底(202)被暴露 于一個(gè)或多個(gè)揮發(fā)性原始化學(xué)化合物，其在襯底表面上反應(yīng)和/或分解以產(chǎn)生所需膜。 在低壓化學(xué)氣相沉積中，此過程在亞大氣壓下執(zhí)行以減少不想要的氣相反應(yīng)且改進(jìn)支承 襯底(202)上膜的均勻性。掩膜材料和工藝不限于本文中所述的示例，而可包括耐受濕 法或干法蝕刻工藝的各種適當(dāng)材料和工藝。作為示例而非限制，這些材料和工藝可包括 沉積致密氧化硅、低應(yīng)力氮化硅、金屬層和聚合物層。在第二步驟中，光致抗蝕劑(208)被涂敷至上氮化硅層(204)的頂面。光致抗 蝕劑是用來形成表面上的圖案化涂層的光敏材料。根據(jù)一示例性實(shí)施例，使用負(fù)性光致 抗蝕劑。負(fù)性光致抗蝕劑(208)的各部分被暴露于紫外光。紫外光固化它所照射到的光 致抗蝕劑部分。光致抗蝕劑層(208)的固化區(qū)域變得相對(duì)不可溶于光致抗蝕顯影劑。光 致抗蝕顯影劑然后溶解光致抗蝕劑層(208)的未固化部分，從而在氮化硅層(204)的頂面 上留下固化光致抗蝕劑的圖案(或掩膜)。氮化硅層(204)然后被干法蝕刻以通過氮化硅 層(204)中的窗口暴露底層硅襯底(202)的一部分。干法蝕刻指通過用離子轟擊去除暴 露材料，這將移去暴露材料的多個(gè)部分。然后用化學(xué)方法去除固化光致抗蝕劑(208)。在另一實(shí)施例中，硬掩膜層(204、206)可在不使用光致抗蝕劑(208)的情況下 圖案化。在此實(shí)施例中，用激光微機(jī)械加工或類似工藝去除硬掩膜層(204、206)。在 激光微機(jī)械加工中，在硬掩膜層(204、206)上掃描聚焦的激光束。激光的強(qiáng)度在掩膜材 料(204、206)的燒蝕閾值之上。通過控制掃描或脈沖的數(shù)量，硬掩膜(204、206)被選 擇性地去除以暴露底層襯底的一部分。在第三步驟中，使用化學(xué)蝕刻工藝來去除暴露襯底(202)的多個(gè)部分。根據(jù)一 示例性實(shí)施例，氫氧化鉀(KOH)濕法蝕刻被用來去除通過上氮化硅層(204)中的窗口暴 露的硅襯底(202)的多個(gè)部分。在濕法蝕刻期間可控制各個(gè)參數(shù)以獲取所需幾何形狀。 例如，空穴的深度可由蝕刻化學(xué)物接觸襯底材料的時(shí)間長度控制。下切(或偏移)的距離 可通過選擇具有所需各向同性或各向異性特性的蝕刻劑來控制。根據(jù)一示例性實(shí)施例， 下氮化硅層(206)阻擋氫氧化鉀濕法蝕刻并保護(hù)硅襯底的下表面。在此示例中，氫氧化 鉀濕法蝕刻產(chǎn)生穿透硅襯底的整個(gè)厚度的孔隙(214)，且上開口比下開口寬。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，孔隙的最終幾何形狀取決于硅襯底(202)的晶體取向、硅襯底(202)的厚 度、以及上氮化硅層(204)的窗口開度。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將知曉諸如氫氧化四甲 銨(TMAH)的其它濕法蝕刻劑或干法蝕刻方法可代替氫氧化鉀使用。在第四步驟中，從硅襯底(202)去除氮化硅層(204、206)。在第五步驟中，玻 璃襯底(208)被接合至硅襯底(202)。玻璃襯底(208)然后被重修表面。根據(jù)一個(gè)示例 性實(shí)施例，重修表面可包括實(shí)現(xiàn)玻璃襯底(208)的所需厚度、面形精度和表面光潔度的 磨削、研磨及拋光工藝。在第六步驟中，分束涂層(210)和抗反射涂層(212)被沉積在玻璃襯底(208)的 上下表面上。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，分束涂層(210)可由具有變化組分和厚度的多層 不同光學(xué)膜構(gòu)成。以此方式，微尺度的薄膜分束器可被構(gòu)建成特別適用于光纖或波導(dǎo)應(yīng)用。根據(jù) 一個(gè)示例性實(shí)施例，薄膜分束器(200)可被就地構(gòu)建為更大光學(xué)系統(tǒng)的一集成部分。在 替代實(shí)施例中，構(gòu)建在硅晶片上的各種薄膜分束器(200)可被單片化為分立組件，并通 過機(jī)械手段置入光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的所需位置。圖3示出用于放置多層和抗反射涂層的替代配置。與圖2相似，氮化硅層(204、 206)被沉積在硅襯底(202)上。上氮化硅層(204)被干法蝕刻以形成暴露底層硅襯底的 窗口。氫氧化鉀濕法蝕刻在底層硅襯底(202)中形成孔隙(214)。然后從硅襯底(202) 剝?nèi)サ飳?204、206)。分束器襯底(208)然后被接合至硅襯底(202)。如上所述， 分束器襯底(208)和硅襯底(202)可被研磨和拋光以實(shí)現(xiàn)分束器應(yīng)用所需的期望面形精 度。在此示例性實(shí)施例中，抗反射涂層(212)被沉積在玻璃襯底(208)的上表面上， 而分束涂層(210)被沉積在玻璃襯底(208)的下表面上。通常，入射束首先照射到分束涂 層從而不需要反射束通過分束器襯底(208)是合乎需要的。其余光將透過分束涂層(210) 進(jìn)入分束器襯底(208)。理想地，100%的該透射束將通過抗反射涂層(212)離開。在入 射束從硅襯底側(cè)靠近分束器(300)的應(yīng)用中，該配置可以是有利的。圖4描述用于利用半導(dǎo)體制造技術(shù)創(chuàng)建薄膜分束器(400)的替代方法。根據(jù)一 示例性實(shí)施例，分束器襯底(406)在接合至硅襯底(202)之前用分束涂層(402)加以涂 敷。然后利用低壓化學(xué)氣相沉積用氮化硅涂敷硅襯底(202)以形成上層(204)和下氮化 硅層(206)。如前所述，光致抗蝕劑掩膜可用來干法蝕刻暴露底層硅襯底(202)的氮化硅 窗口。濕法蝕刻然后可用來在硅襯底(202)中產(chǎn)生孔隙(214)。然后從硅襯底(202)剝 去氮化硅層(204、206)。然后分束器襯底(406)連同所沉積的分束涂層(202)被接合至 硅襯底(202)。在所需的任何進(jìn)一步研磨和拋光之后，抗反射涂層(404)能被沉積在玻璃 襯底(406)的上表面上。圖5示出薄膜分 束器(500)，其中分束涂層(402)和抗反射涂層(404)的位置相 反?？狗瓷渫繉?404)沉積在支承襯底(406)上。硅襯底(202)中的孔隙以基本上與前 述方式相似的方式形成。在產(chǎn)生孔隙之后，支承襯底(406)用下面的抗反射涂層(404) 接合至硅襯底。支承襯底(406)然后被研磨/磨削至所需厚度，并被拋光以實(shí)現(xiàn)所需面 形精度。然后分束涂層(402)通過孔隙沉積到支承襯底(406)的下表面上。圖6A示出用于利用聯(lián)合襯底(608)創(chuàng)建薄膜分束器(600)的方法。根據(jù)該示例性實(shí)施例，聯(lián)合襯底(608)提供支承襯底(參見例如圖2的202)與分束器襯底(參見例 如圖2的208)兩者的功能。聯(lián)合襯底(608)的上表面被研磨和拋光成所需面形精度和表 面光潔度。然后分束涂層(602)被沉積在聯(lián)合襯底(608)的上表面上。在第二步驟中，聯(lián)合襯底(602)的背面被蝕刻以形成凹口(606)。根據(jù)一個(gè)示例 性實(shí)施例，凹口(606)的底部基本上是平的，且抗反射涂層(604)被沉積在凹口(606)的 底部。因?yàn)槿肷涞椒质魃系墓饽艿囊徊糠滞ㄟ^襯底(608)，所以襯底(608)在目標(biāo)光能 的波長上是至少部分透明的。此結(jié)構(gòu)可用由感光玻璃構(gòu)成的聯(lián)合襯底(608)制成。制造過程涉及將感光玻璃 暴露于紫外光。作為示例而非限制，一毫米厚的FOTURAN 感光玻璃襯底可使用以下 步驟來圖案化。首先，利用掩膜來覆蓋襯底的將保持耐蝕刻工藝的那些部分。根據(jù)一個(gè)示例性 實(shí)施例，該掩膜可由鉻層制成。
接著，感光玻璃襯底的未掩蔽部分被暴露于波長在290nm與330nm之間且能量 密度在2J/cm2以上的紫外光。根據(jù)一示例性實(shí)施例，該紫外光的能量密度可以為20J/ cm2。UV光可利用包括水銀燈或掃描UV激光器的各種方法來施加。在第三步驟中，感光玻璃襯底在500-600°C下熱處理達(dá)數(shù)小時(shí)。感光玻璃襯底的 暴露區(qū)域在熱處理期間結(jié)晶化，且具有比未暴露區(qū)域高最多20倍的蝕刻速率。然后涂敷 蝕刻劑溶液。根據(jù)一示例性實(shí)施例，該蝕刻劑是室溫下10%的氫氟酸溶液，并且產(chǎn)生約 IOum/分鐘的蝕刻速率。該蝕刻速率受包括溫度、材料成分、材料結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、以 及其它因素的各種因素影響。該過程可被用來產(chǎn)生凹口(606)或聯(lián)合襯底(608)中形成 的其它結(jié)構(gòu)。在圖6B中示出的替換實(shí)施例中，分束器(612)由分束涂層(602)構(gòu)成，該分束 涂層(602)無附加支承地跨在聯(lián)合襯底(608)中的孔隙(610)上。在第一步驟中，分束 涂層(602)被涂敷至聯(lián)合襯底(608)。蝕刻工藝被用來產(chǎn)生穿透聯(lián)合襯底(608)的厚度的 孔隙(610)。該蝕刻工藝不觸及分束涂層(602)。例如，該過程的蝕刻時(shí)間可被控制成 不觸及分束涂層，或者可結(jié)合蝕刻阻止層以防止蝕刻過程傷及分束器。分束涂層(610) 本身變成整個(gè)分束元件。不需要支承分束器襯底。此外，不需要抗反射涂層，因?yàn)榉质?涂層被設(shè)計(jì)成單獨(dú)工作，且入射光的透射部分不與第二表面相互作用?？梢岳斫?，所述原理可使用各種各樣的方法和工藝來應(yīng)用，這里僅僅描述了其 中的一部分。例如，硬掩膜層可被施加到硅襯底的兩側(cè)。第一硬掩膜層被蝕刻以形成所 需窗口圖案。濕法蝕刻過程然后被用來在硅襯底中產(chǎn)生所需孔隙或凹口。第二硬掩膜層 保持在原位，并用作多層分束涂層的支承襯底。在形成所需窗口之后，可以移除或者可 以不移除第一硬掩膜層。圖7A和7B示出用于利用半導(dǎo)體制造工藝創(chuàng)建薄膜分束器的替代方法。在第一 步驟中，硬掩膜層(702、704)被沉積在支承襯底(700)上。根據(jù)一示例性實(shí)施例，利用 氧化物或氮化硅材料的低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)來沉積硬掩膜。支承襯底(700)可以 是包括硅的多種適當(dāng)材料的任一種。例如，襯底(700)可以是4英寸或8英寸直徑硅晶 片。在第二步驟中，激光器被用來去除低硬掩膜層(704)的多個(gè)部分。這產(chǎn)生了穿過硬掩膜層(704)的多個(gè)窗口，且暴露了支承襯底(700)的多個(gè)部分。然后執(zhí)行濕法蝕刻 以產(chǎn)生襯底(700)中的凹口(718)。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，氫氧化四甲銨(TMAH)被 用作硅襯底(700)的各向異性蝕刻劑。接著，從支承襯底(700)剝?nèi)ヒ粋€(gè)或多個(gè)硬掩膜 層(702、704)。支承襯底(700)然后被接合至把持晶片(708)。作為示例而非限制，支 承襯底(700)可利用熱釋放帶、水溶臘、或類似臨時(shí)接合手段來接合至把持晶片(708)， 這允許在其余處理步驟中把持薄晶片?，F(xiàn)在參看圖7B，把持晶片(708)被用來在諸如背面研磨和化學(xué)機(jī)械拋光(CMP) 工藝的各種背端工藝中支承襯底(700)。這些研磨和拋光工藝去除上硬掩膜層(702)，并 減薄襯底(700)直至凹口(718)變成穿透襯底(700)的孔隙(720)。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施 例，襯底的最終厚度約為250 μ m。玻璃分束器襯底(710)然后被接合至襯底(700)的上表面。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí) 施例，玻璃分束器襯底(710)已用多層分束涂層(712)涂覆。圖7B示出玻璃分束器襯底 (710)和用下面的分束涂層(712)接合至襯底(700)的分束器。在下一步驟中，玻璃襯底 (710)然后被減薄至所需尺寸，且抗反射涂層(714)被沉積在其上表面上。在替代實(shí)施例 中，在將玻璃襯底(710)接合至支承襯底之前，可用諸如臘或光致抗蝕劑的適當(dāng)犧牲材 料填充孔隙(720)。犧牲材料可通過揉搓涂覆、噴墨、或其它適當(dāng)方法來施加以在整個(gè)襯 底上實(shí)現(xiàn)填充的孔隙和平面化表面。犧牲材料將向玻璃襯底(710)提供附加機(jī)械支承， 并且可在后來的處理步驟中去除。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，玻璃厚度被減至10 μ m。在替代實(shí)施例中，玻璃襯底首先可用抗反射涂層(714)涂覆，且用下面的抗反 射涂層(714)接合至支承襯底(700)。然后分束涂層可被沉積在支承襯底(700)的上表面 上。在最后的步驟中，各個(gè)薄膜分束器(716)被單片化并從把持晶片(708)釋放。然 后各個(gè)薄膜分束器(716)能被插入制造中光學(xué)系統(tǒng)的所需之處。圖8描述用于利用光刻工藝創(chuàng)建薄膜分束器的一種示例性方法。在第一步驟 中，孔隙被蝕刻到支承襯底內(nèi)(步驟800)。然后分束器襯底被接合至支承襯底(步驟 810)。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，分束器襯底在被接合至支承襯底之前可具有一個(gè)或多個(gè) 光學(xué)涂層。然后可涂敷分束器襯底上尚未包含的任何附加光學(xué)涂層(步驟820)。在完成 各個(gè)薄膜分束器之后，分束器可在原位使用或單片化成不同組件以供在單獨(dú)應(yīng)用中使用 (步驟830)。圖9描述用于利用光刻工藝創(chuàng)建薄膜分束器的一種示例性方法。在第一步驟 中，硬掩膜層被施加在支承襯底之上(步驟900)。使用諸如光掩蔽和蝕刻的標(biāo)準(zhǔn)光刻工 藝，在硬掩膜層中形成窗口(步驟910)。通過硬掩膜層中的窗口，孔隙被蝕刻到支承襯 底內(nèi)(步驟920)。然后去除硬掩膜層(步驟930)。分束器襯底被接合至支承襯底(步 驟940)。根據(jù)一示例性實(shí)施例，可在有或沒有分束涂層或抗反射涂層的情況下接合分束 器襯底。在接合過程完成后可涂敷附加涂層(步驟950)。薄膜分束器可被創(chuàng)建為集成光 學(xué)回路的一個(gè)組成部分，或者可被單片化以便于單獨(dú)應(yīng)用(步驟960)。圖10描述用于利用標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝創(chuàng)建薄膜分束器的一種示例性方法。在第一 步驟中，硬掩膜層被施加在支承襯底之上(步驟1000)。在硬掩膜層中形成窗口(步驟 1010)。利用濕法蝕刻工藝通過窗口將孔隙蝕刻到支承襯底內(nèi)(步驟1020)。然后去除硬掩膜層(步驟1030)。接著，支承襯底被可分離地接合至把持晶片(步驟1040)。支承襯 底然后被背面研磨和/或化學(xué)或機(jī)械拋光以在支承襯底上獲得所需厚度和表面光潔度(步 驟1050)。然后玻璃分束器襯底被接合至減薄的支承襯底(步驟1060)。根據(jù)一示例性 實(shí)施例，玻璃分束器襯底可具有在其被接合至襯底之前涂敷的一個(gè)或多個(gè)分束或抗反射 涂層。在接合過程之后可涂敷任何附加的分束涂層(步驟1070)。如上所述，薄膜分束 器可原位使用或被單片化以便單獨(dú)應(yīng)用(步驟1080)。 概言之，將可靠的分束器襯底結(jié)合到微機(jī)械加工的硅框架實(shí)現(xiàn)許多光子學(xué)應(yīng)用 所需的溫度和機(jī)械穩(wěn)定性?？煽糠质饕r底的使用允許使用成熟的光學(xué)涂覆技術(shù)，從而 導(dǎo)致低偏振敏感和最小光學(xué)損失。總體結(jié)構(gòu)可被設(shè)計(jì)成要結(jié)合在具體光子學(xué)系統(tǒng)中。所 呈現(xiàn)的設(shè)計(jì)可能在光學(xué)總線架構(gòu)中特別有用，其中分束器被結(jié)合到波導(dǎo)中以便于信號(hào)路 前面的描述僅被用來例示和描述所述原理的實(shí)施例和示例。該描述并不旨在窮 舉這些原理或?qū)⑦@些原理限于所公開的任何精確形式。鑒于上述教導(dǎo)，許多修改和變型 都是可能的。
權(quán)利要求
1.一種薄膜分束器(200、300、400、500、600、612、716)，包括具有孔隙(214、606、610、718、720)的支承襯底(202、608、700)，所述孔隙 (214、606、610、718、720)是利用半導(dǎo)體制造工藝在所述支承襯底(202、608、700)中 形成的；以及覆蓋所述孔隙(214、606、610、718、720)的分束涂層(210、402、602、712)。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜分束器，其特征在于，所述孔隙(606)不完全穿透所述支 承結(jié)構(gòu)(608)，所述支承結(jié)構(gòu)(608)在目標(biāo)光學(xué)波長處至少部分地透明，所述孔隙(606) 具有底面，光學(xué)涂層(604)被沉積在所述底面上。
3.如權(quán)利要求1所述的薄膜分束器，其特征在于，所述孔隙(610)穿透所述支承結(jié)構(gòu) (608)；所述分束涂層(602)無附加支承地跨過所述孔隙(610)。
4.如權(quán)利要求1所述的薄膜分束器，其特征在于，還包括分束器襯底(208、406、 608、710)，所述分束涂層(210、402、712)被沉積在所述分束器襯底(208、406、608、 710)的第一側(cè)。
5.如權(quán)利要求4所述的薄膜分束器，其特征在于，所述孔隙(214、718、720)穿透 所述支承襯底(202、700)；所述分束器襯底(208、406、710)被接合至所述支承襯底 (202、700)。
6.如權(quán)利要求5所述的薄膜分束器，其特征在于，還包括抗反射涂層(212、404、 714),所述抗反射涂層(212、404、714)被沉積在所述分束器襯底(208、406、710)的第 二側(cè)上。
7.如權(quán)利要求6所述的薄膜分束器，其特征在于，所述孔隙(214、606、610、718、 720)具有錐形幾何形狀，所述孔隙具有第一較大開口和第二較小開口，所述分束器襯底 (208、406、710)被接合在所述第二較小開口上。
8.如權(quán)利要求4所述的薄膜分束器，其特征在于，所述分束器襯底(208、406、710) 的所述第一側(cè)被接合至所述支承襯底(202、700)。
9.如權(quán)利要求4所述的薄膜分束器，其特征在于，所述分束器襯底(208、406、710) 的所述第二側(cè)被接合至所述支承襯底(202、700)。
10.—種用于制造薄膜分束器的方法，包括在支承襯底(202、608、700)中蝕刻孔隙(214、606、610、718、720)；將分束器襯底(208、406、710)結(jié)合至所述支承襯底(202、608、700)的上表面，所 述分束器襯底(208、406、710)覆蓋所述孔隙(214、606、610、718、720)；以及將至少一個(gè)光學(xué)涂層(210、212、402、404、602、604、712、714)沉積在所述分束 器襯底(208、406、710)上。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括將硬掩膜層(204、206、702、704)涂敷在所述支承襯底(202、608、700)上；在所述硬掩膜層(204、704)中形成窗口 ；以及通過所述窗口蝕刻所述孔隙(214、718、720)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括去除所述硬掩膜層(204、206、702、704) 并將所述支承襯底(202、608、700)的所述上表面重修表面。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括將把持晶片(718)可分離地接合至所述支承襯底(700)； 從所述支承襯底(700)去除材料以減小所述支承襯底(700)的尺寸。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在所述分束器襯底(208、406、710)接 合至所述支承襯底(202、608、700)之后沉積抗反射涂層(212、404、604、714)。
15.一種在聯(lián)合襯底(608)上制造薄膜分束器的方法，包括在所述聯(lián)合襯底(608)上沉積分束器層(602)，所述聯(lián)合襯底(608)在目標(biāo)光學(xué)波長 處可光透射，所述聯(lián)合襯底(608)進(jìn)一步被配置成提供對(duì)所述分束器層(602)的結(jié)構(gòu)支 承；蝕刻所述聯(lián)合襯底(608)以在所述聯(lián)合襯底(608)中產(chǎn)生凹口(606)，所述凹口具有 底面，抗反射涂層(604)被涂敷于所述底面。
全文摘要
一種用于制造薄膜分束器(200、300、400、500、600、612、716)的方法，包括在支承襯底(202、608、700)中蝕刻孔隙(214、606、610、718、720)；將分束器襯底(208、406、710)結(jié)合至支承襯底的上表面以使分束器襯底(208、406、710)覆蓋該孔隙(214、606、610、718、720)；以及將至少一個(gè)光學(xué)涂層(210、212、402、404、602、604、712、714)沉積在分束器襯底(208、406、710)上。一種薄膜分束器包括支承襯底(202、608、700)、利用半導(dǎo)體制造工藝在支承襯底(202、608、700)中產(chǎn)生的孔隙(214、606、610、718、720)、以及覆蓋該孔隙(214、606、610、718、720)的分束涂層(210、402、602、712)。
文檔編號(hào)G02B6/35GK102016665SQ200880129130
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2008年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月6日
發(fā)明者J-S·約, M·R·T·譚, S·V·馬塔伊 申請(qǐng)人:惠普發(fā)展公司，有限責(zé)任合伙企業(yè)