DE19818012B4 - Verfahren zur Herstellung integrierter digitaler thermooptischer Schalter - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung integrierter digitaler thermooptischer Schalter mit über einem Substrat (1) liegenden Wellenleiterstegen (5) aus einem lichtleitenden Polymermaterial, mit folgenden Schritten:
A) Aufschleudern einer Schicht (2) eines ersten Polymers auf dem Substrat (1) und anschließendes Aushärten der ersten Polymerschicht;
B1) Aufschleudern einer Schicht (3) eines zweiten Polymers auf der Schicht (2) des ersten Polymers, wobei das zweite Polymer eine höhere Brechzahl hat als das erste Polymer;
B2) Auflegen oder Anbringen einer Belichtungsmaske (4) in geringem Abstand über der Schicht (3) des zweiten Polymers, wobei die Maske (4) Öffnungen aufweist, die den zu bildenden Wellenleiterstegen (5) entsprechen, und anschließende Aushärtung der den Wellenleiterstegen (5) entsprechenden Polymerbereiche mit W-Belichtung durch die Maske (4) hindurch, dadurch gekennzeichnet, dass
C) die nicht gehärteten Bereiche in der Schicht (3) des zweiten Polymers entfernt werden,
D) die aus Schritt C) resultierenden Wellenleiterstege (5) durch Aufschleudern einer Deckschicht (2') des ersten...
A) Aufschleudern einer Schicht (2) eines ersten Polymers auf dem Substrat (1) und anschließendes Aushärten der ersten Polymerschicht;
B1) Aufschleudern einer Schicht (3) eines zweiten Polymers auf der Schicht (2) des ersten Polymers, wobei das zweite Polymer eine höhere Brechzahl hat als das erste Polymer;
B2) Auflegen oder Anbringen einer Belichtungsmaske (4) in geringem Abstand über der Schicht (3) des zweiten Polymers, wobei die Maske (4) Öffnungen aufweist, die den zu bildenden Wellenleiterstegen (5) entsprechen, und anschließende Aushärtung der den Wellenleiterstegen (5) entsprechenden Polymerbereiche mit W-Belichtung durch die Maske (4) hindurch, dadurch gekennzeichnet, dass
C) die nicht gehärteten Bereiche in der Schicht (3) des zweiten Polymers entfernt werden,
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Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung integrierter digitaler thermooptischer Schalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen damit hergestellten digitalen integrierten thermooptischen Schalter.
- Für die optische Nachrichtenübertragung in optisch transparenten Nachrichtennetzen ("OPN") nach, dem Wellenlängenmultiplexprinzip ("WDM") werden optische Schaltmatrizen benötigt, welche optische Signale eines beliebigen Eingangs auf einen beliebigen Ausgang schalten können. Desweiteren besteht in optischen Netzen ein Bedarf an Leitungsersatzschaltungen, die bei einer Funktionsstörung, beispielsweise durch Unterbrechung einer Übertragungsfaser rasch auf eine Ersatzleitung umschalten können.
- Ein dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechendes Verfahren zur Herstellung eines digitalen thermooptischen Schalters ist aus einem Fachartikel von Dr. Gerhard Benz: "Optoelektronische Mikrosysteme" in "Elektronik 21/1993" auf den Seiten 134-142 beschrieben. Bei dem bekannten Verfahren werden die nicht gehärteten Bereiche in der Schicht des zweiten Polymers nicht entfernt, sondern die ganze Schicht durch Ausheizen gehärtet, und eine UV-Bestrahlung bestimmter Bereiche führt an den belichteten Stellen zu einer lokalen Erhöhung des Brechungsindex in der zweiten Polymerschicht. In diesem Verfahren wird vorgeschlagen, über der oberen Abdeckschicht Heizelemente anzubringen, um die Funktion des thermooptischen Schalters zu gewährleisten. Dabei dient jedoch der Substrathalter nicht als Wärmesenke des thermooptischen Schalters, wodurch keine Einstellung des Schaltverhaltens über die Schichtdicke der zwischen den Elektroden und der Wärmesenke liegenden Polymerschichten möglich ist.
- Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung integrierter digitaler thermooptischer Schalter zu ermöglichen, das eine einfache Einstellung des Abstandes Wärmesenke-Wellenleiter-Elektrode ermöglicht.
- Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.
- Dadurch, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die nicht gehärteten Bereiche in der Schicht des zweiten Polymers entfernt, die resultierenden Wellenleiterstege durch Aufschleudern einer Deckschicht des ersten Polymers abgedeckt werden, die Elektroden aus einem elektrisch gut leitenden Material auf der Deckschicht des ersten Polymers über den Wellenleiterstegen durch Ätzen einer über der Deckschicht ganzflächig aufgebrachten elektrischen Leiterschicht so aufgebracht werden, dass die Elektrodenstruktur stehen bleibt und das Substrat aus einem wärmeleitfähigem Material, insbesondere aus Silizium besteht, in dem die Wärmesenke des thermooptischen Schalters als Substrathalter integriert ist, läßt sich erfindungsgemäß der das Schaltverhalten des thermooptischen Schalters bestimmende Abstand zwischen den Elektroden, den Wellenleiterstegen und der Wärmesenke durch die jeweilige Einstellung der Spin-on Parameter beim Aufschleudern der Polymerschichten einstellen.
- Sämtliche oben angeführten Fertigungsschritte sind fertigungskompatible On-Wafer-Prozesse, wie Spin-on, Fotolithografie, Entwicklung, Sputtern, Ätzen von Gold usw.
- Da die Herstellung der Strukturen des thermooptischen Schalters ohne Zwischenschritte, wie z. B. bei der Abformtechnik abläuft, ergibt sich während der Prozessführung kein Strukturverlust.
- Ein Re-Design kann rasch in das Produkt überführt werden, da nur die Maske geändert werden muss, um ein neues Layout umzusetzen.
- Nachstehend wird anhand der einzigen Figur ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines digitalen thermooptischen Schalters beschrieben.
- Die beiliegende Figur zeigt in Form schematischer Wafer-Querschnitte einen erfindungsgemäßen Herstellungsablauf in Schritten A-E. Zunächst wird auf ein Siliziumsubstrat
1 ein erstes Polymer2 aufgeschleudert und danach ausgehärtet (Schritt A). Danach wird ein zweites Polymer3 , welches gegenüber dem ersten Polymer2 eine höhere Brechzahl besitzt, auf die bereits bestehende Schicht des ersten Polymers2 aufgeschleudert. Durch Auflegen oder Anbringen einer Maske4 in geringem Abstand, die den herzustellenden Wellenleiterstegen entsprechende Öffnungen aufweist, werden nun ganz bestimmte Bereiche, d. h. die späteren Wellenleiter5 , mit UV-Licht ausgehärtet (Schritt B). Anschließend werden die nicht ausgehärteten Bereiche der Schicht3 des zweiten Polymers mit einer Entwicklerlösung abgespült (Schritt C). Die dadurch entstehende Wellenleiterstege5 werden wiederum mit einer Deckschicht2' aus dem ersten Polymer abgedeckt (Schritt D) . - Die Dicken der Schichten
2 ,3 ,2' in den Schritten A, B und D werden durch die jeweiligen Schleuderdrehzahlen exakt eingestellt. - Schließlich werden in einem Schritt E Elektroden
6 aus einem elektrisch gut leitenden Material, welche den thermooptischen Effekt im Wellenleiter bewirken, auf der Deckschicht2' plaziert. Dies geschieht durch ganzflächiges Aufbringen einer Goldschicht über der Deckschicht2' und durch Ätzen der Goldschicht, so dass die Elektrodenstruktur6 stehen bleibt. Als Elektrodenmaterial ist alternativ auch Nickel, Aluminium oder Platin verwendbar. - Das Schaltverhalten eines mit den oben beschriebenen und in der Figur gezeigten Verfahrensschritten A, B, C, D und E hergestellten integrierten digitalen thermooptischen Schalters wird über den Abstand: Wärmesenke-Wellenleiter-Elektrode mittels einer jeweiligen Veränderung der Spinon Parameter beim Aufschleudern exakt eingestellt.
- Bei der Herstellung entstehen durch die UV-Belichtung an den Wellenleiterwänden keinerlei Rauhigkeiten. Statt dessen entsteht eine leichte Verrundung der Strukturen, die für optische Anwendungen ideal ist.
Claims (3)
- Verfahren zur Herstellung integrierter digitaler thermooptischer Schalter mit über einem Substrat (
1 ) liegenden Wellenleiterstegen (5 ) aus einem lichtleitenden Polymermaterial, mit folgenden Schritten: A) Aufschleudern einer Schicht (2 ) eines ersten Polymers auf dem Substrat (1 ) und anschließendes Aushärten der ersten Polymerschicht; B1) Aufschleudern einer Schicht (3 ) eines zweiten Polymers auf der Schicht (2 ) des ersten Polymers, wobei das zweite Polymer eine höhere Brechzahl hat als das erste Polymer; B2) Auflegen oder Anbringen einer Belichtungsmaske (4 ) in geringem Abstand über der Schicht (3 ) des zweiten Polymers, wobei die Maske (4 ) Öffnungen aufweist, die den zu bildenden Wellenleiterstegen (5 ) entsprechen, und anschließende Aushärtung der den Wellenleiterstegen (5 ) entsprechenden Polymerbereiche mit W-Belichtung durch die Maske (4 ) hindurch, dadurch gekennzeichnet, dass C) die nicht gehärteten Bereiche in der Schicht (3 ) des zweiten Polymers entfernt werden, D) die aus Schritt C) resultierenden Wellenleiterstege (5 ) durch Aufschleudern einer Deckschicht (2' ) des ersten Polymers abgedeckt werden, und E) Elektroden (6 ) aus einem elektrisch gut leitenden Material auf die Deckschicht (2' ) des ersten Polymers über den Wellenleiterstegen (5 ) durch Ätzen einer über der Deckschicht ganzflächig aufgebrachten elektrischen Leiterschicht so aufgebracht werden, dass die Elektrodenstruktur stehen bleibt, wobei – das Substrat (1 ) aus einem wärmeleitfähigen Material, insbesondere aus Silizium besteht, – die Wärmesenke des thermooptischen Schalters als Substrathalter integriert wird, und – der das Schaltverhalten des thermooptischen Schalters bestimmende Abstand zwischen den Elektroden, den Wellenleitern und der Wärmesenke durch jeweilige Einstellung der Spin-on Parameter beim Aufschleudern der Schichten eingestellt wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt E) aufgebrachten Elektroden (
6 ) aus Gold bestehen. - Integrierter digitaler thermooptischer Schalter, hergestellt durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2.
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| BENZ, G.: Optoelektronische Mikrosysteme, In: Elektronik 21/1993, S. 134-142 * |
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