用于光电、光学或光子部件的底座的制作方法

用于光电、光学或光子部件的底座的制作方法
【专利摘要】一种光学底座，具有位于其底表面上的被界定的4-面凹陷部和位于其底表面的边缘处的3-面凹陷部。光信号透射通过3-面凹陷部的一个面并且从4-面凹陷部的一个面内反射。底座底表面上的一组附加的凹陷部和居间区域充当对准标记。
【专利说明】用于光电、光学或光子部件的底座
【技术领域】
[0001]本发明的领域涉及用于光电、光学或光子部件的光学底座。特别地，在此公开了的底座(i)包括作为底座底表面上的4-面或3-面凹陷部的面的折射和反射光学表面，或者
(ii)包括包含一组4-面凹陷部和居间区域的对准标记。
【背景技术】
[0002]光学底座在多种情况下用于间接地附连到衬底并支撑光电、光学或光子部件。底座一般布置成把基本上与衬底表面平行传播的光重定向到被支撑的部件(反之亦然)。光学底座可以用于一种或多种附加用途，包括但不限于:机械支撑、定位或对准、散热或者电连接。一个例子在例如于2005年7月26日授予Yang等人的、题为“Opticalapparatus usingvertical light receiving element” 的美国专利第 6，921，956 号中公开。

【发明内容】

[0003]一种装置包括由一定体积的半导体或介电材料形成的光学底座，所述材料在工作波长范围上是基本透明的。底座的底表面包括位于底座底表面的前向边缘处的第一 3-面凹陷部，还包括一个4-面凹陷部。底座布置成引导或透射光信号的一部分以在所述第一
3-面凹陷部的后向面的透射区域与底座的顶表面的透射区域之间在所述一定体积的半导体或介电材料中传播。光信号至少部分地被所述4-面凹陷部的前向面内反射。所述4-面凹陷部基本上被底座底表面的一个或多个基本平坦、基本水平、基本共面的区域界定。所述
4-面凹陷部与第一3-面凹陷部由底座底表面的一个或多个基本平坦、基本水平、基本共面区域中的一个隔开。
[0004]另一种装置包括布置成附连到第二光学元件的第一光学元件，第一光学元件的接合表面在第二光学元件的对应接合表面上。所述第一光学元件的接合表面包括一组或多组4-面凹陷部；每一组都包括两个或更多个相邻的4-面凹陷部和该第一光学元件的接合表面的一个或多个居间的基本平坦、基本水平、基本共面区域。每一组的居间区域都形成布置成用于在第二光学元件上定位第一光学元件的对应对准标记。
[0005]当参考附图中例示并在以下说明或所附权利要求中公开的示例性实施方式时，关于光学底座或对准标记的目的与优点会变得显见。本
【发明内容】
部分被提供用于以简化的形式介绍在以下【具体实施方式】部分中进一步描述的概念的选择。本
【发明内容】
部分不是要识别所请求保护主题的关键特征或者本质特征，也不是要用于帮助确定所请求保护主题的范围。
【专利附图】

【附图说明】
[0006]图1至3分别是示例性光学底座的底视图、侧视图和前视图。图4和5是图1至3的示例性光学底座的示意性截面图。图6是图1至5的示例性光学底座的示意性立体图。
[0007]图7是另一不例性光学底座的不意性立体图。[0008]图8A至SC示意性地例示了用于制作多个图1至7的光学底座的示例性制造工序。
[0009]图9至12示意性地例示了由两个或更多个4-面凹陷部形成的各种示例性对准标记。 [0010]图13是另一示例性光学底座的示意性立体图。
[0011]图14示意性地例示了通过示例性光学底座的光学路径，在所述光学底座上安装有光电探测器。
[0012]图15是传统光学底座的示意性立体图。
[0013]图16A至16C不意性地例不了用于制作多个图15的传统光学底座的传统制造工序。
[0014]图17至19分别是另一不例性光学底座的底视图、侧视图和如视图。图20和21是图17至19的示例性光学底座的示意性截面图。图22是图17至21的示例性光学底座的示意性立体图。
[0015]应当指出，本公开内容中所述的实施方式仅仅是示意性地示出的，而且可能不是所有特征都全面详细地或者以正确的比例示出了。为了清晰，某些特征或结构可能相对于其它特征或结构夸大了。还应当指出，所示出的实施方式仅仅是示例性的，不应当认为是限制说明书或所附权利要求的范围。
【具体实施方式】
[0016]光学底座有时候用于把部件间接地附连到衬底；部件附连到底座，而底座又附连到衬底。光学底座在多种情况下用于间接地把光电、光学或光子部件附连到衬底，并且把基本上与衬底表面平行传播的光重定向到被支撑的部件(反之亦然)。底座可以用于一种或多种附加用途，包括但不限于:机械支撑、定位或对准、散热或者电连接。附连可以利用粘合剂、焊料或者其它合适的方式进行。如果采用焊料，那么就需要金属化的区域(即，金属触点)，以便允许焊料粘附到非金属性的衬底、底座或者部件。这种金属触点与焊料可以用来只提供机械附连，或者除了提供机械附连之外还可以用来在所附连的元件之间(例如，部件到底座或者底座到衬底)提供电或热传导路径。
[0017]总的来说，光学底座可以包括一定体积的任何合适的固体材料，所述材料在期望的工作波长范围上是基本透明的，使得光信号可以通过底座的透射而被重定向。给定材料的适合性可以由其他光学属性、可用性、成本、处理的简易性、尺寸稳定性、热传递性质或电输送性质或者其它相关的材料属性或参数中的任意一个或多个来确定。例子包括半导体材料(例如，掺杂或未掺杂的硅或另一种掺杂或未掺杂的IV族半导体、掺杂或未掺杂的II1-V族半导体或者掺杂或未掺杂的I1-VI族半导体)或者介电材料(例如，玻璃质材料，晶体材料，陶瓷材料，金属氧化物、氮化物或氧氮化物，或者半导体氧化物、氮化物或氧氮化物)。对材料的选择可以至少部分地通过要由底座提供的功能性来确定。针对例如从大约1.2i!m到大约1.7 iim延伸的工作波长范围可以采用半导体材料。针对例如从大约0.4 iim到大约
2u m延伸的工作波长范围可以采用介电材料。也可以采用其它材料或者其它的工作波长范围。
[0018]对于本公开内容或者所附权利要求，术语“4-面凹陷部”将表示在材料的表面上具有4-边开口而且具有延伸到材料大部分当中的四个基本平坦侧面的凹陷部。所述4-边开口一般，但不一定，是方形或矩形的。4-面凹陷部的每个侧面都是三角形或四边形的；四边形包括梯形、平行四边形、菱形、矩形或方形。4-面凹陷部的例子可以包括如下凹陷部:(i)被截成在平端部终止(具有四个梯形侧面和方形或矩形的开口 ；每个梯形面可以与表面形成锐角、直角或钝角)，(ii)形成V形槽(具有两个梯形侧面、两个三角形侧面和方形或矩形的开口 ；每个梯形侧面与表面形成钝角而每个三角形侧面与表面可以形成锐角、直角或钝角)，或者(iii)在一个点终止(即，完全金字塔形的凹陷部，具有四个三角形侧面和基本上方形的开口，每个三角形侧面与表面形成钝角)。
[0019]对于本公开内容或者所附权利要求，术语“3-面凹陷部”将表示如下凹陷部，该凹陷部被其所处的表面的边缘横向截断，使得其开口只有三边，而且凹陷部只包括三个基本平坦的侧面。开口的第四边及第四个侧面没有(由此形成开口的横向扩展)，但是3-面凹陷部在其它方面与以上所述的4-面凹陷部类似。3-面凹陷部的每个侧面都是三角形或者四边形。3-面凹陷部的例子可以包括以上所述4-面凹陷部的那些例子，只是没有开口的第四边而且没有第四个侧面。
[0020]在第一个具体例子中，4-面和3-面凹陷部可以通过对单晶硅晶片的(100)表面的掩模各向异性湿蚀刻形成。方形或矩形的开口可以在蚀刻掩模中形成并且与(100)和几个{111}表面的交线对准(每个{111}表面都关于(100)表面形成54.7°的二面角)。热的KOH水溶液可以用作蚀刻剂，以{111}表面蚀刻率的大约100至200倍的速率选择性地蚀刻(100)表面；其它适合的方向选择性蚀刻剂也可以采用。结果产生的渐细凹陷部具有三角形或梯形侧面，每个侧面都与(100)表面形成125.3° (S卩，180°减去54.7° )的钝角而且基本上与{111}晶面中对应的一个一致。蚀刻可以被认为“完成”对金字塔形的凹陷部(如果掩模开口是方形的，例如，就象图1至5中那样)或者V形槽(如果掩模开口是矩形的)的形成。较短的蚀刻时间产生平底的凹陷部，即，截短的金字塔或者V形槽。
[0021]在第二个具体的例子中，4-面和3-面凹陷部可以通过对单晶磷化铟晶片的(100)表面的掩模各向异性湿蚀刻形成。方形或矩形的开口可以在蚀刻掩模中形成并且与(100)和几个{111}A和表面的交线对准(每个{111}表面都关于(100)表面形成54.7°的二面角)。可以采用合适的方向选择性蚀刻剂来形成具有三角形或梯形侧面的凹陷部。不同的磷化铟{111}表面以不同的蚀刻率蚀刻，表面以比{111}A表面高的蚀刻率蚀亥IJ。侧面中的两个与(100)表面形成125.3°的钝角而且基本上与{111}A晶面中对应的晶面一致。另外两个侧面的角度依赖蚀刻时间而变，从蚀刻早期关于(100)表面的125.3°的钝角(基本上与表面中对应的一个一致)到如果蚀刻被认为“完成”的话关于(100)表面的54.7°的锐角(基本上与{111} A表面中对应的表面一致；例如，就象在图17至21中一样)。
[0022]在其它例子中，方向性(S卩，各向异性)干蚀刻(例如，等离子蚀刻或者反应性离子蚀刻)可以用于在如下材料中形成4-面或3-面凹陷部:(i)单晶材料，其中侧面不一定与晶面一致；或者(ii)非单晶的材料，例如非晶、多晶或非均质材料。在本公开内容或者所附权利要求的范围内，可以米用任何合适的空间选择性材料处理技术(例如，光刻、蚀刻、掩蔽、淀积、剥离等)来形成4-面或3-面凹陷部。
[0023]在图1至6中不意性地例不了一种不例性的光学底座10。光学底座10是由一定体积的半导体或介电材料形成的，所述材料在工作波长范围上是基本透明的。底座10的底表面16包括第一 3-面凹陷部30 (在底座底表面16的前向边缘)、第二 3-面凹陷部40 (在底座底表面16的后向边缘)及第一和第二 3-面凹陷部30和40之间的4-面凹陷部20。“底”是指底座10的要靠在该底座所要附连到的衬底的“顶”表面上的表面；“顶”是指底座10的与其底表面相对的表面，部件一般附连到该顶表面。“顶”和“底”都不是要表示绝对的空间方向。底座布置成引导或者透射光信号的一部分以在(i)第一 3-面凹陷部30的后向面32的透射区域和(ii )底座顶表面的透射区域之间在一定体积的材料中传播，光信号至少部分地被4-面凹陷部20的前向面24内反射(部分或者全内反射)(就象在图2和14中一样)。“前向”表示基本上与衬底表面平行地传播的光信号沿其进入附连到衬底的光学底座10的方向；“后向”表示相反的方向。“前向”和“后向”都不是要指示绝对的空间方向。光信号一般在透射通过第一 3-面凹陷部30的后向面32时被折射。在所示出的例子中，4-面凹陷部20具有四个三角形的侧面，而3-面凹陷部30和40每个都具有一个梯形的侧面和两个三角形的侧面。但是，可以假定4-面和3-面凹陷部是以上所述的任何一种形式，但仍然在本公开内容或者权利要求的范围之内。
[0024]4-面凹陷部20基本上被底座底表面16的一个或多个基本平坦、基本水平、基本共面的区域界定。4-面凹陷部20与第一和第二 3-面凹陷部30和40是由底座底表面16的基本平坦、基本水平、基本共面区域中的一个或多个隔开的。在所示出的例子中，底座底表面16的单个连续区域包围了 4面凹陷部20。但是，在那个界限内可以有间隙，但不管怎样仍然“基本上界定了”4-面凹陷部20。为了与3-面凹陷部区分开，4-面凹陷部的开口的四边中的每一边的至少一部分应当被底座底表面16界定，使得凹陷部被认为是“基本上被界定的”；否则，如果有一个或多个边没有被这样界定，那么该凹陷部就将只是3-面的。
[0025]在其制造过程和接合到衬底的过程中，4-面凹陷部20被衬底底表面16的界定都影响光学底座10的整体机械强度。底座10的光学布置类似于传统光学底座的布置,传统光学底座例如是在以上提及的美国专利第6，921，956号(下文中称为’ 956专利)中所公开的光学底座。但是，’ 956专利只公开了形成折射表面132和反射表面124的槽120和130(如图15中一样)。尤其是槽120，由于其跨底座100的整个宽度延伸，因而会从结构上显著地削弱底座。在底座100接合到衬底的过程中或者随后由于底座100和它所附连到的衬底的热循环，那种结构性弱点会作为沿槽120的裂缝显现出来。在图16A至16C中示意性地例示从晶片190制造许多传统底座100的示例性传统制造过程。掩模层193淀积到晶片表面192上并且构图成使得伸长区域194中的晶片表面暴露(图16A)。蚀刻(一般是对晶体材料的各向异性湿蚀刻)产生跨晶片190的宽度延伸的槽120和130 (图16B)，槽120和130从结构上削弱晶片，有可能会在后续步骤中导致破裂(例如，晶片190分成多个单行的底座100，或者单行分成多个单独的底座100，就象图16C中一样；即使槽120/130没有跨整个晶片190延伸，后一种破裂也可能发生)。
[0026]通过采用4-面和3-面凹陷部20、30和40，可以在光学底座10中避免以上所述的结构性弱点。底座底表面16中界定4-面凹陷部20的一个或多个区域的存在确保底座10的整体结构性强度不会显著地受损。因此，光学底座10可以更鲁棒地容忍它在例如接合到衬底过程中或者后续热循环过程中要经受的机械压力。类似地，晶片90上没有蚀刻的槽也会减小底座10制造过程中晶片破裂的可能性。图8A至SC中示意性地例示了一种示例性制造过程。将掩模层93淀积到晶片表面92上并且将其构图成使得方形或矩形区域94中的晶片表面暴露(图8A)。蚀刻(一般是晶体材料的各向异性湿蚀刻)产生4-面凹陷部95(图SB)。因为那些4-面凹陷部95基本上被晶片表面92界定，因此晶片90或者单行底座10有很少或者没有显著的结构性削弱。
[0027]4-面凹陷部95可以在多个基本上平行的行中布置。在形成4-面凹陷部95之后，晶片90被划分(S卩，切分)以形成多个单独的光学底座10 (图SC)。利用任何合适的技术，例如，通过划线并折断、通过机械锯开或者通过激光切割，沿切割线(即，沿管芯间隔(diestreet))把晶片90切成块。切割线布置成避开4_面凹陷部95的阵列的某些行，使得在通过将晶片90切分所形成的多个单独底座10中的每一个上都保留阵列的至少一个4-面凹陷部20。切割线还布置成贯穿4面凹陷部95的阵列的某些行，使得在通过将晶片90切分所形成的多个单独底座10中的每一个的前向和后向边缘处分别留有3-面凹陷部30和40。
[0028]第二 3-面凹陷部40的存在对于底座10的光学功能是不需要的。图13中示意性地例示了缺少第二 3-面凹陷部40的一种示例性光学底座10。制造包括第二 3-面凹陷部40的底座10对于使得能够在晶片90上形成更高密度的底座10会是有利的。可以沿切割线分开未划分晶片90上的一个4-面凹陷部95,从而在一个底座10的前向边缘处形成3-面凹陷部30并且在相邻底座10的后向边缘上形成3-面凹陷部40。
[0029]底座底表面16可以包括包含金属涂层50的一个或多个区域，其中金属涂层便于例如通过焊接把底座附连到衬底。可以采用任何合适数量或布置的这种金属涂覆区域50。四个这种区域的一种布置在图6中例示；两个这种区域的一种不同布置在图7和13中例示。金属涂覆区域50从图1至5和8A至SC中省略了以使得不会使那些图太杂乱。金属涂覆区域可以包括利用任何合适技术淀积的任何合适的一种或多种金属或合金。这种区域常常是在把晶片90分成单独的底座10之前在图8A至8C的制造工序期间同时在多个底座10上形成的。
[0030]在许多情况下，4-面和3-面凹陷部20、30或40的面或者衬底底表面16中的一个或多个(或者全部)基本上与构成光学底座10体积的晶体材料的对应晶面一致。当用于形成4-面和3-面凹陷部20、30和40时(一般是通过在晶片90上形成4-面凹陷部95)，各向异性湿蚀刻一般得到这种结晶表面。底座底表面16常常基本上与基本平行于晶片90表面的对应晶面一致。但是，可以采用任何合适的方法来形成4-面和3-面凹陷部，包括不必然包括各向异性湿蚀刻、不必然包括掩模、不必然需要晶体材料或者不必然为了同时产生多个底座而以晶片规模实现的方法。例如，可以采用非晶或多晶材料的方向性干蚀刻或者所谓灰度级光刻来形成光学底座10。在另一个例子中，可能期望在某些情况下分开制造单独的底座10，在制造过程中作为彼此不连接的离散单元。这种用于制造底座10的另选方法将属于本公开内容或者所附权利要求的范围。
[0031]图14中不意性地例不光学底座10的使用的一个例子。光学底座10可以以任何合适的方式(例如，通过底座底表面16上金属涂覆区域50的焊接)附连到衬底80。底座10的顶表面可以以任何合适的方式改造成用于透射光信号。例如，底座顶表面可以包括任何合适类型的抗反射涂层(包括以下公开的例子)。底座顶表面还可以包括任何合适类型、材料、数量和布置的金属接触区域87，以便在接收透射通过底座顶表面的光信号的位置把光电探测器85 (例如，p-1-n型或者雪崩光电二极管或者其它的光电探测器)附连到底座顶表面。如图14的例子中所示出的，基本上与衬底80的表面平行地传播的光信号(例如，从衬底80上的光波导的端部出射)可以(i)通过3-面凹陷部30的后向面32进入光学底座10，(ii)在透射通过面32时被折射，(iii)在底座10中传播到4-面凹陷部20的前向面24，(iv)被面24内反射，(v)在底座10中传播到底座10顶表面的透射区域，(vi)透射通过底座顶表面，及(vii)入射到光电探测器85。
[0032]在另一个使用示例中(未示出)，光源可以安装到底座10的顶表面并且布置成垂直向下朝着底座顶表面的透射区域发射光信号。发射出的光信号可以(i)通过底座顶表面的透射区域进入光学底座10，(ii)在底座10中传播到4-面凹陷部20的前向面24，(iii)被面24内反射，(iv)在底座10中传播到3-面凹陷部30的后向面32，(v)在透射通过面32时被折射，(vi)传播到底座10外面。如果期望光信号在离开底座10时基本上与衬底平行地传播，则面24或32的朝向可以相应地布置。前面的例子仅仅是其中可以采用光学底座10来支撑光电、光子、光学或其它部件(例如，光电探测器或者光源)并且向所述部件或者从所述部件路由光信号的无数配置或布置中的两种，这些配置或布置中的任何一种都属于本公开内容或所附权利要求的范围。
[0033]除了为光电探测器85 (或者其它部件)提供一个机械附着点，金属触点87中的至少一个(如果存在的话)还可以在有些实施方式中用于提供部件与底座10之间的导电路径。如果用于电连接，那么金属触点87中的一个或多个可以包括引线接合区域，以使得，如果需要或者期望的话，方便经金属触点87到部件的电连接。如果需要或者期望的话，金属触点87中的一个或多个还可以用于在部件和光学底座10之间提供热传导路径。
[0034]抗反射层(如果在底座顶表面的透射区域上存在的话)可以包括与光学底座10的半导体或介电材料兼容的任何合适的介电材料。例子包括金属氧化物、氮化物或氧氮化物，或者半导体氧化物、氮化物或氧氮化物。一个具体的例子包括在包含硅(掺杂的或者未掺杂的)的半导体底座上的包含硅氮化物的抗反射层。抗反射层可以包括在工作波长范围内选定波长下的单个四分之一波(入/4)层。例如，对于硅氮化物和大约1.2-1.7iim的工作波长范围，结果产生的厚度一般是在大约IOOnm和大约300nm之间。也可以采用其它的材料或厚度，或者抗反射层可以布置成在不同的工作波长范围上使用。也可以采用其它的抗反射层布置，例如，多层的抗反射涂层。
[0035]常常期望采用标准的芯片接合机或粘片机来定位光电、光子或光学部件，并把其直接地或者通过把底座附连到衬底并把部件附连到底座而附连到衬底。这种接合机常常采用真空吸盘或者其它设备来抓住部件或底座、移动部件或底座并将其定位到衬底上，并使它保持在那里直到附连到衬底上。常常采用一种可视化系统(例如，机器视觉系统)来引导部件或底座相对于衬底的正确放置。常常在部件或底座上形成对准标记或套准标记，并且在衬底上形成对应的标记，以便为可视化系统提供参考点。例如，底座上和衬底上的对准标记可以布置成使得，只有当底座在衬底上的期望位置时，它们看起来才象是彼此重叠的。这种标记的形成会有问题。标记必须在部件、底座或衬底上以足够的准确度定位，以便使得那些被标记对象的相对定位有足够的准确度。标记的边缘必须充分好地定义并精确地定位，使得被标记对象的相对定位有足够的精度。标记必须充分可见，使得可视化系统可以检测和定位。
[0036]金属涂覆的区域或特征是用于形成对准标记的良好候选。许多金属涂层或薄膜(例如，金)的不透明性和反射性一般使得对准标记很容易被机器视觉系统或者操作人员看至IJ。传统的光刻技术(例如，淀积之后跟着掩模蚀刻，掩模淀积之后跟着剥离、光刻，或者其它的空间选择性材料处理技术)可以用来在部件、底座或衬底上精确地定位金属薄膜对准标记。但是，已经观察到，小的特征尺寸(例如，只有几微米跨度的一条金属薄膜)或者整齐的边缘实现起来会有问题，因为去除掩模、构图金属或者后续的处理步骤常常也会在不经意间除去金属薄膜对准标记的一部分。此外，许多传统的构图技术在使用近似显著垂直的外形(例如，凹陷部20、30或40)时是有问题的，近似显著垂直的外形会使金属薄膜对准标记定位的准确度或精度降级。另外，通过与用于形成凹陷部20、30或40的那些步骤分开的处理步骤形成对准标记需要小心，以便提供标记相对于凹陷部的准确定位。
[0037]附图中所示的各种示例性实施方式例示了用于提供缓解或避免以上提到的问题的对准标记的另选布置。底座10的底表面(或者光电、光子或光学部件的底表面,或者衬底的顶表面；一般地说，“光学元件”可以包含所有三种可能性:衬底、底座或者部件)可以包括一组或多组4-面凹陷部60 (如图1、6、7、9-13、17和22中所见)。每一组60都可以包括两个或更多个相邻的4-面凹陷部66和底座底表面16的一个或多个居间的基本平坦、基本水平、基本共面区域68。每一组60的居间区域68形成布置用于在衬底上定位光学底座10的对应对准标记。凹陷部66及凹陷部20、30和40的同时形成确保那些结构性特征充分准确和精确的相对定位。凹陷部66和居间区域68的面的不同朝向一般为机器视觉系统或者观察人员提供那些区域之间充分的视觉对比。凹陷部66和居间区域68的面之间的边缘一般不会由于所采用的任何蚀刻掩模的去除而降级，因为底座10的大部分材料一般来说比薄的金属涂层更加鲁棒。
[0038]结果产生的对准标记可以布置在任何期望的配置中。一般来说，伸长的、基本线性的特征用于在与那个线性特征基本垂直的方向确定相对的平移定位。相对定位的精度是由线性特征的宽度和可视化系统的视觉分辨率确定的。沿单个轴的平移定位需要对准标记只包括单个线性对准特征。图12的例子例示了提供单个线性对准特征的两个4-面凹陷部66和一个居间区域68的组60。二维平移定位一般需要包括两个不平行线性特征的对准标记，例如十字形(“ + ”)、T形或者L形对准标记。图9的例子例示了形成对应十字形对准标记的四个4-面凹陷部66 (在基本矩形的布置中)和四个居间区域68的组60。图10和11的例子例示了形成对应L形(图10)或者T形(图11)对准标记的三个4-面凹陷部66和两个居间区域68的组60。
[0039]为了确定角位置，一般需要两个或更多个对准标记。在附图中的各个例子中示出了两个空间上不同的对准标记。如果足够大的话(如由可视化系统的分辨率及角定位所需的准确度和精度所确定的)，单个十字形、L形或T形对准标记就可以提供角定位。
[0040]就象关于4-面和3-面凹陷部20、30和40 —样,4-面凹陷部66的面可以基本上与形成底座10的晶体材料半导体或介电材料的对应晶面一致，或者凹陷部可以按产生包括以上所述那些的期望形状或位置的任何其它合适方式形成。如以上所讨论的，任何合适的制造方法都可以用于形成凹陷部66和区域68的组60，包括以晶片规模或者以单独底座10实现的那些。
[0041]如果期望的话，4-面凹陷部66和居间区域68的每个组60还可以包括金属薄膜或者涂层50。金属薄膜50可以淀积在4-面凹陷部66和居间区域68的整个组60上；不需要设法选择性地只在区域68上淀积金属薄膜。因此，消除了不经意间除去金属薄膜的一部分的问题。居间区域68和4-面凹陷部66的面的不同朝向提供了那些区域之间充分的视觉对比，即使二者都用金属涂覆。
[0042]如以上所指出的,4-面凹陷部66可以与4-面和3_面凹陷部20、30或40同时形成在底座10的底表面上，或者与衬底上或者另一个部件上的其它蚀刻特征同时形成，这潜在地减少了所需的处理步骤的总数或者确保了凹陷部66与凹陷部20、30或40的充分准确和精确的相对放置。例如，图8A至8C示出了晶片表面92的无掩模区域96 (图8A)，以便在蚀刻时形成4-面凹陷部97 (图8B) ；4-面凹陷部97对应于在从晶片90分开之后底座10的底表面上的4-面凹陷部66 (图1、6、7、8C、13、17和22)。金属涂层50—般在把晶片90切分之前淀积在凹陷部66和区域68之上。单个金属薄膜50可以淀积在4-面凹陷部66和居间区域68的组60上，而且在底座底表面16上形成接触或附连区域(如在图6、7、13和22中)。对准标记上的金属薄膜可以与附连区域(如在图6和22中)上的金属薄膜从空间上分开或者那些区域可以是连续的(如在图7和13中)。
[0043]在一个具体的例子中，可以制造大约300-400 iim长(图13中沿进入的光的方向)、大约600-800 u m宽和大约300-400 u m高的硅底座10。底座是从具有基本上与(100)表面平行的表面92的单晶晶片90制造的。掩模各向异性湿蚀刻(例如，利用热的KOH水溶液，对于单晶硅的(100)表面相对于各{111}表面，有大约100:1或200:1的蚀刻选择性)产生关于(与晶片90的表面92基本平行的)底座10的底表面16形成125.3°钝角(S卩，180°减去54.7° )的4-面和3-面凹陷部20、30、40和66的面。4-面凹陷部20在其开口处是大约100-200 iim宽而且是基本方形的。4-面凹陷部66在其开口处是大约10-30 y m宽而且居间区域68是大约5-15 y m宽。那些值只代表可以在广泛变化的实现中采用的许多合适组合中的一种组合；在本公开内容或者所附权利要求的范围内，材料与维度的任何合适组合都可以采用。
[0044]本公开内容包含的示例性装置和方法包括，但不限于，以下例子:
[0045]例子I。一种装置，包括由一定体积的半导体或介电材料形成的光学底座，所述材料在工作波长范围上是基本透明的，其中:(a)底座的底表面包括4-面凹陷部和位于底座底表面的前向边缘的第一 3-面凹陷部；(b)底座布置成引导或透射光信号的一部分以在所述第一 3-面凹陷部的后向面的透射区域与底座的顶表面的透射区域之间在所述一定体积的半导体或介电材料中传播，光信号至少部分地被所述4-面凹陷部的前向面内反射；(c)所述4-面凹陷部基本上被底座底表面的一个或多个基本平坦、基本水平、基本共面区域界定；及(d)所述4-面凹陷部与第一 3-面凹陷部由底座底表面的一个或多个基本平坦、基本水平、基本共面区域中的一个隔开。
[0046]例子2。例子I的装置，其中底座的底表面包括位于底座底表面的后向边缘处的第二 3-面凹陷部，所述4-面凹陷部与第二 3-面凹陷部由底座底表面的一个或多个基本平坦、基本水平、基本共面区域中的一个隔开，而且该4-面凹陷部位于第一和第二 3-面凹陷部之间。
[0047]例子3。例子I或2中任意一个的装置，其中半导体或介电材料包括晶体材料，而且其中每一个4-面和3-面凹陷部的每个面都基本上与晶体材料的对应晶面一致。
[0048]例子4。例子I至3中任意一个的装置，其中半导体或介电材料包括晶体材料，而且底座底表面的一个或多个基本平坦、基本水平、基本共面区域基本上与晶体材料的对应
晶面一致。
[0049]例子5。例子I至4中任意一个的装置，其中底座底表面的一个或多个基本平坦、基本水平、基本共面区域中至少一个的至少一部分包括金属涂层。
[0050]例子6。例子I至5中任意一个的装置，还包括底座顶表面上的一个或多个接触区域，这些接触区域布置成用于在使得光电探测器能够接收通过底座顶表面的透射区域离开底座的光信号的透射部分的位置把所述光电探测器附连到底座顶表面。
[0051]例子7。例子I至6中任意一个的装置，还包括光电探测器，该光电探测器在如下位置被附连到底座顶表面，该位置使得该光电探测器能够接收通过第一 3-面凹陷部的后向面的透射区域进入光学底座、从4-面凹陷部的前向面被内反射并且通过底座顶表面的透射区域离开光学底座的光信号的一部分。
[0052]例子8。例子I至7中任意一个的装置，其中半导体或介电材料是半导体材料。
[0053]例子9。例子8的装置，其中半导体材料包括掺杂或未掺杂的IV族半导体、掺杂或未掺杂的II1-V族半导体或者掺杂或未掺杂的I1-VI族半导体。
[0054]例子10。例子8的装置，其中半导体材料是掺杂或未掺杂的硅。
[0055]例子11。例子I至10中任意一个的装置，其中工作波长范围在大约1.2iim和大约1.7iim之间。
[0056]例子12。例子I至7中任意一个的装置，其中半导体或介电材料是介电材料。
[0057]例子13。例子12的装置，其中介电材料包括(i )玻璃质材料，(i i )晶体材料，(i i i )陶瓷材料，(iv)金属氧化物、氮化物或氧氮化物，或者(V)半导体氧化物、氮化物或氧氮化物。
[0058]例子14。例子I至7、12或13中任意一个的装置，其中工作波长范围从大约0.4 iim延伸到大约2iim。
[0059]例子15。例子I至14中任意一个的装置,其中底座顶表面的透射区域包括在其上形成的介电抗反射层。
[0060]例子16。例子15的装置，其中介电抗反射层包括硅氮化物或者硅氧氮化物。
[0061]例子17。例子15或16中任意一个的装置，其中介电抗反射层是用于工作波长范围内选定波长的单个四分之一波层。
[0062]例子18。例子15至17中任意一个的装置，其中介电抗反射层的厚度在大约IOOnm和大约300nm之间。
[0063]例子19。例子I至18中任意一个的装置，其中:(e)底座底表面包括一组或多组
4-面凹陷部，每一组都包括两个或更多个相邻的4-面凹陷部及底座底表面的一个或多个居间的基本平坦、基本水平、基本共面区域?,及Cf)每一组的居间区域都形成布置成用于在衬底上定位光学底座的对应对准标记。
[0064]例子20。例子19的装置，其中每一组4-面凹陷部和居间区域都包括金属涂层。
[0065]例子21。例子19或20中任意一个的装置，其中每一组都包括(i)矩形布置中的四个4-面凹陷部和(ii)形成对应十字形对准标记的底座底表面的四个居间区域。
[0066]例子22。例子19或2 0中任意一个的装置，其中每个阵列都包括(i)三个4-面凹陷部和(ii)形成对应L形或T形对准标记的底座底表面的两个居间区域。[0067]例子23。例子19或20中任意一个的装置，其中每个阵列都包括(i)两个4-面凹陷部和(ii)形成对应线性对准标记的底座底表面的一个居间区域。
[0068]例子24。例子19至23中任意一个的装置，其中半导体或介电材料包括晶体材料，而且其中每一组的每个4-面凹陷部的每个面都基本上与晶体材料的对应晶面一致。
[0069]例子25。一种用于制造例子I至24中任何一个的光学底座的方法，该方法包括:
(i)在底座底表面上形成4-面凹陷部；及6)在底座底表面的前向边缘处形成第一 3-面凹陷部。
[0070]例子26。例子25的方法，还包括在底座底表面的后向边缘处形成第二 3-面凹陷部，其中所述4面凹陷部与第二 3-面凹陷部由底座底表面的一个或多个基本平坦、基本水平、基本共面区域中的一个隔开，而且其中所述4-面凹陷部位于第一和第二 3-面凹陷部之间。
[0071]例子27。例子25或26中任意一个的方法，其中:(i)半导体或介电材料包括晶体材料；(ii)形成4-面和3-面凹陷部包括掩模各向异性湿蚀刻；(iii)每个4-面和3-面凹陷部的每一面都基本上与晶体材料的对应晶面一致；及(“)底座底表面的一个或多个基本平坦、基本水平、基本共面区域基本上与晶体材料的对应晶面一致。
[0072]例子28。例子25至27中任意一个的方法，该方法还包括在底座底表面上形成一组或多组4-面凹陷部。
[0073]例子29。例子28的方法，其中:(i)光学元件包括晶体材料；(ii)形成一组或多组4-面凹陷部包括掩模各向异性湿蚀刻；(iii)每组的每个4-面凹陷部的每一面都基本上与晶体材料的对应晶面一致 '及每组的每个居间区域都基本上与晶体材料的对应
晶面一致。
[0074]例子30。一种用于制造多个如例子I至24中任何一个的光学底座的方法，该方法包括:Ca)在晶片的第一表面上形成布置在多个基本平行的行中的4-面凹陷部的阵列 '及(b)沿两组或多组基本平行的切割线把晶片分成多个光学底座，其中:(C)切割线布置成避开4-面凹陷部阵列的某些行，使得在多个底座的每一个中保留该阵列的至少一个4-面凹陷部；及((1)切割线布置成贯穿4-面凹陷部阵列的某些行，从而在多个底座中的每一个的前向边缘处留有对应的3-面凹陷部。
[0075]例子31。例子30的方法，切割线布置成贯穿4-面凹陷部阵列的某些行，从而在多个底座中的每一个的后向边缘处留有对应的3-面凹陷部。
[0076]例子32。例子31的方法，其中切割线布置成使得阵列贯穿行的每个4-面凹陷部都被分成在从晶片划分的对应底座的前向边缘上的3-面凹陷部并且在从晶片划分的相邻底座的后向边缘上的3-面凹陷部。
[0077]例子33。例子30至32中任意一个的方法，其中:(i)晶片包括晶体材料；(ii)形成4-面凹陷部的阵列包括对晶片的第一表面的掩模各向异性湿蚀刻；(iii)每个4-面和3-面凹陷部的每个面都基本上与晶体材料的对应晶面一致 '及Civ)底座底表面的一个或多个基本平坦、基本水平、基本共面区域基本上与晶体材料的对应晶面一致，其中晶体材料的对应晶面基本上与第一晶片表面平行。
[0078]例子34。一种用于使用例子19至24中任何一个的光学底座的方法，该方法包括:Ca)使用粘片机的拾取工具接合光学底座；(b)使用可视对准系统，可视化光学底座上的对准标记和衬底上的对应对准标记；(C)使用粘片机，在衬底上的附连位置处定位与拾取工具接合的光学底座，使得光学底座上的对准标记可视地与衬底上对应的对准标记对准；
(d)在所述附连位置把光学底座固定到衬底；及(e)将拾取工具与光学底座脱离。
[0079]例子35。一种装置，包括布置成附连到第二光学元件的第一光学元件，第一光学元件的接合表面在第二光学元件的对应接合表面上，其中:(a)第一光学元件的接合表面包括一组或多组4-面凹陷部，每一组都包括两个或更多个相邻的4-面凹陷部及第一光学元件接合表面的一个或多个居间的基本平坦、基本水平、基本共面区域；及6)每一组的居间区域都形成布置用于在第二光学元件上定位第一光学元件的对应对准标记。
[0080]例子36。例子35的装置，其中每一组4-面凹陷部和居间区域都包括金属涂层。
[0081]例子37。例子35或36中任意一个的装置，其中每一组都包括:(i)矩形布置中的四个4-面凹陷部和(ii)形成对应十字形对准标记的底座底表面的四个居间区域。
[0082]例子38。例子35或36中任意一个的装置，其中每一组都包括:(i)三个4_面凹陷部和(ii)形成对应L形或T形对准标记的底座底表面的两个居间区域。
[0083]例子39。例子35或36中任意一个的装置，其中每个阵列都包括:(i)两个4_面凹陷部和(ii)形成对应线性对准标记的底座底表面的一个居间区域。
[0084]例子40。例子35至39中任意一个的装置，其中:第一光学元件包括晶体材料，每一组的每个4-面凹陷部的每个面都基本上与晶体材料的对应晶面一致，而且每一组的每个居间区域都基本上与晶体材料的对应晶面一致。
[0085]例子41。例子35至40中任意一个的装置，其中光学元件包括光学底座。
[0086]例子42。一种用于制造例子35至41中任意一个的光学元件的方法，该方法包括在第一光学元件的接合表面上形成一组或多组4-面凹陷部。
[0087]例子43。权利要求42的方法，还包括在所述一组或多组4_面凹陷部中的每一组上形成金属涂层。
[0088]例子44。例子42或43中任意一个的方法，其中:(i)光学元件包括晶体材料；
(ii)形成一组或多组4-面凹陷部包括掩模各向异性湿蚀刻；(iii)每一组的每个4-面凹陷部的每个面都基本上与晶体材料的对应晶面一致；及(^)每一组的每个居间区域都基本上与晶体材料的对应晶面一致。
[0089]例子45。一种用于使用例子35至41中任何一个的光学元件的方法，该方法包括:Ca)使用粘片机的拾取工具接合第一光学元件；(b)使用可视对准系统，可视化第一光学元件上的对准标记和第二光学元件上对应的对准标记；(C)使用粘片机，在第二光学元件上的附连位置处定位与拾取工具接合的第一光学元件，使得第一光学元件上的对准标记可视地与第二光学元件上对应的对准标记对准；(d)在所述附连位置把第一光学元件固定到第二光学元件；及(6)将拾取工具与第一光学元件脱离。
[0090]例子46。一种用于使用例子35至41中任何一个的光学元件的方法，该方法包括:Ca)使用粘片机的拾取工具接合第二光学元件；(b)使用可视对准系统，可视化第一光学元件上的对准标记和第二光学元件上对应的对准标记；(C)使用粘片机，在第一光学元件上的附连位置处定位与拾取工具接合的第二光学元件，使得第一光学元件上的对准标记可视地与第二光学元件上的对应对准标记对准；(d)在所述附连位置把第二光学元件固定到第一光学元件；及(6)将拾取工具与第二光学元件脱离。[0091]所公开示例性实施方式与方法的等同物将属于本公开内容或所附权利要求的范围。在仍属于本公开内容或所附权利要求范围的情况下，所公开示例性实施方式与方法及其等同物可以被修改。
[0092]在以上的“【具体实施方式】”中，为了精简所公开的内容，几种示例性实施方式中的各种特征可以组合到一起。公开内容的这种方法不应当解释为反映任何所述实施方式都需要比对应权利要求中明确阐述的情形更多特征的意图。相反，就像所附权利要求所反映的，发明性主题可以存在于少于单个所公开示例性实施方式的全部特征。因此，所附权利要求在此结合到“【具体实施方式】”中，每项权利要求都自己代表一种独立公开的实施方式。但是，本公开内容还应当被解释为隐式公开了具有本公开内容或所附权利要求中出现的一个或多个公开或保护特征的任何合适集合(即，不兼容或者相互排斥的特征集合)的任何实施方式，所述特征集合包括那些可能没有在此明确公开的集合。还应当指出，所附权利要求的范围不一定包含在此所公开的全部主题。
[0093]对于本公开内容和所附权利要求来说，除非:(i)明确地另外陈述，例如，通过使用“不是…就是…”、“只有其中一个”或者类似的语言；或者(ii)所列出的备选方案中的两个或者更多个在特定的背景下相互排斥，在这种情况下“或者”将只包含涉及非相互排排斥选方案的那些组合，否则连接词“或者”应当认为是包含性的(例如，“一只狗或者一只猫”将解释为“一只狗或者一只猫或者二者兼有”;例如，“一只狗、一只猫或者一只老鼠”将解释为“一只狗或者一只猫或者一只老鼠或者任何两个或者全部三个”)。对于本公开内容或所附权利要求来说，不管在哪里出现，措辞“包含”、“包括”、“具有”及其变体都应当认为是开放性术语，具有就象在其每个实例之后附上短语“至少” 一样的意义。
[0094]在所附权利要求中，如果在装置权利要求中期望引用美国法典第35卷112节第6段的规定，那么措辞“装置(means)”将出现在那项设备(apparatus)权利要求中。如果在方法权利要求中期望引用那些规定，那么措辞“用于…的步骤”将出现在那项方法权利要求中。相反，如果措辞“装置”或“用于…的步骤”没有在一项权利要求中出现，那么对那项权利要求就不打算引用美国法典第35卷112节第6段的规定。
[0095]如果任何一个或多个公开物要通过引用并入于此而且这种引入的公开物部分或全部与本公开内容冲突或者其范围与本公开内容不同，那么，就冲突、更广的公开内容或者术语的更广定义而言，以本公开内容为准。如果这种引入的公开物彼此部分或全部冲突，那么，就冲突而言，以日期在后的公开物为准。
[0096]按照要求提供了摘要，作为对本专利著作中具体主题的那些搜索的帮助。但是，摘要不是要暗示所陈述的任何元件、特征或限制有必要被任何特定的权利要求包含。由每项权利要求包含的主题的范围应当只由那项权利要求的陈述来确定。
【权利要求】
1.一种装置，包括由一定体积的半导体或介电材料形成的光学底座，所述材料在工作波长范围上是基本透明的，其中: Ca)底座底表面包括4-面凹陷部和位于该底座底表面的前向边缘处的第一 3-面凹陷部; (b)底座布置成引导或透射光信号的一部分以在所述第一3-面凹陷部的后向面的透射区域与底座顶表面的透射区域之间在所述一定体积的半导体或介电材料中传播，光信号至少部分地被所述4-面凹陷部的前向面内反射； (c)所述4-面凹陷部基本上被底座底表面的一个或多个基本平坦、基本水平、基本共面区域界定；及 (d)所述4-面凹陷部与第一3-面凹陷部由底座底表面的一个或多个基本平坦、基本水平、基本共面区域中的一个隔开。
2.如权利要求1所述的装置，其中底座底表面包括位于该底座底表面的后向边缘处的第二 3-面凹陷部，所述4-面凹陷部与第二 3-面凹陷部由底座底表面的一个或多个基本平坦、基本水平、基本共面区域中的一个隔开，而且该4-面凹陷部位于第一 3-面凹陷部和第二 3-面凹陷部之间。
3.如权利要求1所述的装置，其中半导体或介电材料包括晶体材料，而且其中每一个4-面和3-面凹陷部的每个面都基本上与晶体材料的对应晶面一致。
4.如权利要求1所述的装置，其中半导体或介电材料包括晶体材料，而且底座底表面的一个或多个基本平坦、基本水平、基本共面区域基本上与晶体材料的对应晶面一致。
5.如权利要求1至4中任何一项所述的装置，其中底座底表面的一个或多个基本平坦、基本水平、基本共面区域中的至少一个的至少一部分包括金属涂层。
6.如权利要求1至4中任何一项所述的装置，还包括底座顶表面上的一个或多个接触区域，所述接触区域布置成用于在如下位置把光电探测器附连到底座顶表面，该位置使得该光电探测器能够接收通过底座顶表面的透射区域离开底座的光信号的透射部分。
7.如权利要求1至4中任何一项所述的装置，其中底座顶表面的透射区域包括在其上形成的介电抗反射层。
8.如权利要求1至4中任何一项所述的装置，还包括在如下位置附连到底座顶表面的光电探测器，该位置使得该光电探测器能够接收通过第一 3-面凹陷部的后向面的透射区域进入光学底座、从4-面凹陷部的前向面内反射并且通过底座顶表面的透射区域离开光学底座的光信号的一部分。
9.如权利要求1至4中任何一项所述的装置，其中半导体或介电材料是半导体材料。
10.如权利要求9所述的装置，其中半导体材料包括掺杂或未掺杂的IV族半导体、掺杂或未掺杂的II1-V族半导体或者掺杂或未掺杂的I1-VI族半导体。
11.如权利要求9所述的装置，其中半导体材料是掺杂或未掺杂的硅。
12.如权利要求9所述的装置，其中工作波长范围在大约1.2iim和大约1.7iim之间。
13.如权利要求1至4中任何一项所述的装置，其中半导体或介电材料是介电材料。
14.如权利要求1所述的装置，其中: (e)底座底表面包括一组或多组4-面凹陷部，每一组都包括两个或更多个相邻的4-面凹陷部及底座底表面的一个或多个居间的基本平坦、基本水平、基本共面区域；及(f)每一组的居间区域都形成布置成用于在衬底上定位光学底座的对应对准标记。
15.如权利要求14所述的装置，其中每一组4-面凹陷部和居间区域都包括金属涂层。
16.如权利要求14或15中任何一项所述的装置，其中每一组都包括(i)矩形布置中的四个4-面凹陷部和(ii)形成对应十字形对准标记的底座底表面的四个居间区域。
17.如权利要求14或15中任何一项所述的装置，其中每个阵列都包括(i)三个4-面凹陷部和(ii)形成对应L形或T形对准标记的底座底表面的两个居间区域。
18.如权利要求14或15中任何一项所述的装置,其中每个阵列都包括(i)两个4-面凹陷部和(ii)形成对应线性对准标记的底座底表面的一个居间区域。
19.如权利要求14或15中任何一项所述的装置，其中半导体或介电材料包括晶体材料，而且其中每一组的每个4-面凹陷部的每个面都基本上与晶体材料的对应晶面一致。
20.一种装置，包括第一光学元件，该第一光学元件布置成要附连到第二光学元件，第一光学元件的接合表面在第二光学元件的对应接合表面上，其中: Ca)第一光学元件的接合表面包括一组或多组4-面凹陷部，每一组都包括两个或更多个相邻的4-面凹陷部及第一光学元件接合表面的一个或多个居间的基本平坦、基本水平、基本共面区域 '及 (b)每一组的居间区域都形成布置成用于在第二光学元件上定位第一光学元件的对应对准标记。
21.如权利要求20所述的装置，其中每一组4-面凹陷部和居间区域都包括金属涂层。
22.如权利要求20或21中任何一项所述的装置，其中每一组都包括:(i)矩形布置中的四个4-面凹陷部和(ii)形成对应十字形对准标记的底座底表面的四个居间区域。
23.如权利要求20或21中任何一项所述的装置，其中每一组都包括:(i)三个4-面凹陷部和(ii)形成对应L形或T形对准标记的底座底表面的两个居间区域。
24.如权利要求20或21中任何一项所述的装置,其中每个阵列都包括:(i)两个4-面凹陷部和(ii)形成对应线性对准标记的底座底表面的一个居间区域。
25.如权利要求20或21中任何一项所述的装置，其中:第一光学元件包括晶体材料，每一组的每个4-面凹陷部的每个面都基本上与晶体材料的对应晶面一致，而且每一组的每个居间区域都基本上与晶体材料的对应晶面一致。
26.如权利要求20或21中任何一项所述的装置,其中光学兀件包括光学底座。
【文档编号】G02B6/42GK103748491SQ201280001810
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2012年8月3日 优先权日:2012年8月3日
【发明者】R·A·维斯, P·C·塞瑞卡尔 申请人:Hoya美国公司