在本章節裡我們將介紹 Hybrid ARROW waveguide 以及 V-groove 的製作流程。
3-1. Hybrid ARROW Waveguide 的製作流程
Hybrid ARROW waveguide 元件的整個製程包含了以下的步驟 步驟（一）矽晶片清洗
1. 將晶片置於丙酮溶液中，以超音波震盪器強度 9 振 10 分鐘。
2. 將晶片置於異丙醇溶液中，以超音波震盪器強度 9 振 10 分鐘。
3. 將晶片置於去離子水溶液中，以超音波震盪器強度 9 振 10 分鐘。
4. 以氮氣吹乾，置於烤箱中以 1200C 烤 30 分鐘。
步驟（二）波導材料的成長 (1) 第二披覆層的成長
1. 以塗抹機塗鋪 Coupler，轉速 4000 rpm，時間 30 秒，
置於烤箱中以 1500C 硬烤 30 分鐘。
2. 以塗抹機塗鋪 4
µ
m OPI-2005 Polyimide，慢轉 200 rpm，時間 90 秒；
快轉 3600 rpm，時間 40 秒，置於烤箱中以 900C 軟烤 30 分鐘 固化。
3. 用硬烤控制所需要的折射率，以下圖為硬烤條件
2. 用硬烤控制所需要的折射率，以下圖為硬烤條件
於烤箱中以 1200硬烤 30 分鐘。
步驟（五）保護層的濕蝕刻
以 H3PO4 : CH3COOH : HNO3 : H2O = 16:2:2:1 的比例蝕刻保護層 Al，以定義出脊樑的位置，蝕刻率為 1028 Å/min。
步驟（六）導光層的乾蝕刻 蝕刻 Polyimide 的配方為
蝕刻功率: 250 W，O2: 19.84 sccm，
操作壓力: 15 mtorr，蝕刻速率: 0.32
µ
m/min。步驟（七）保護層的清除
以 H3PO4:CH3COOH:HNO3:H2O=16:2:2:1 的比例清除 Al，
蝕刻率為 240 Å/min。
以下為 Hybrid ARROW waveguide 的製程流程圖 ( 1 ) 塗鋪 OPI-Coupler
( 2 ) 塗鋪 OPI-Polyimide ( second cladding )
( 3 ) 成長 Ta2O5 ( first cladding )
( 4 ) 塗鋪 OPI-Polyimide ( core )
coupler
polyimide
Ta2O5
polyimide
( 5 ) 熱篜鍍保護層 Al 和塗鋪光阻
( 6 ) 光微影術及濕蝕刻
( 7 ) RIE 乾蝕刻
( 8 ) 清除保護層 Al
圖 3-3. Hybrid ARROW waveguide 製程流程圖
光阻 保護層 Al
圖 3-4. Hybrid ARROW waveguide 的三層材料結構 SEM 圖
圖 3-5. ARROW waveguide 的脊樑圖
3-2. V-groove 的製作流程
V 型凹槽製作的目的是使得單模光纖 (SMF)能夠固定於內，與 ARROW waveguide 能夠耦合，在 SMF 的中心對準 ARROW waveguide 的中心時，其耦合效率最高。我們是選擇以 EDP 溶液對 Si 作蝕刻，而 蝕刻後的 V 型凹槽會產生側蝕的情形且表面粗糙度會因蝕刻劑的浸泡而 有所改變。側蝕會影響中心的對準而產生偏移，而粗糙度則會影響導光 效率，故對這兩點需加以做一個探討。
以下為製作流程：
步驟（一）矽晶片清洗
1. 將晶片置於丙酮溶液中，以超音波震盪器強度 9 振 10 分鐘。
2. 將晶片置於異丙醇溶液中，以超音波震盪器強度 9 振 10 分鐘。
3. 將晶片置於去離子水溶液中，以超音波震盪器強度 9 振 10 分鐘。
4. 以氮氣吹乾，置於烤箱中以 1200C 烤 30 分鐘。
步驟（二）背面保護層 Ta2O5的成長
以磁式濺鍍法在 Si 背面成長 0.4
µ
m 的 Ta2O5；成長條件如下:(1)成長功率:80 W (2)操作壓力:0.7 mtorr (3)流量控制:7.5 sccm (4)沉積速率:32 Å/min
步驟（三）矽晶片清洗，同步驟（一）
步驟（四）光微影術
1.以光阻塗抹機塗鋪 AZ 4210 光阻，轉速 6000 rpm，時間 40 秒，
置於烤箱中以 900C 軟烤 30 分鐘。
2.以 I-line 曝光 35 秒，再以 AZ 400K 顯影液顯影 35 秒
步驟（五）正面保護層 Ta2O5的成長
以磁式濺鍍法在 Si 正面成長 0.5778
µ
m 的 Ta2O5；成長條件如下:(1)成長功率:80 W (2)操作壓力:0.7 mtorr (3)流量控制:7.5 sccm (4)沉積速率:32 Å/min
步驟（六）保護層 Ta2O5的剝離
將試片放入丙酮中，直至要剝離的部分完全剝落為止。
步驟（七）使用 EDP 蝕刻試片
蝕刻 V 型凹槽的 EDP 配方如下表所示:
H2O 120c.c.
P.C(C6H6O2) 45g EDA(NH2CH2CH2NH2) 255c.c.
表 3-1. EDP 配方
以下為 V-groove 的製程流程圖 ( 1 ) 背面成長保護層 Ta2O5
( 2 ) 正面做光微影術
( 3 ) 正面成長保護層 Ta2O5
( 4 ) 掀離保護層 Ta2O5
( 5 ) 使用 EDP 蝕刻
Ta2O5
Ta2O5
光阻
保護材料 溫度 蝕刻率 側蝕寬度 Ta2O5 900C 0.665
µ
m/min 2.80µ
m Ta2O5 1000C 0.825µ
m/min 2.61µ
m Ta2O5 1100C 1.053µ
m/min 2.30µ
m Ta2O5 1200C 1.358µ
m/min 1.61µ
mEDP 蝕刻前的粗糙度 43.75 ± 7.51 Å
EDP 蝕刻 90℃ etching 2.5 hr 49.5 ± 13.92 Å
EDP 蝕刻 100℃ etching 2.5 hr 67 ± 7.54 Å
EDP 蝕刻 110℃ etching 2.5 hr 47 ± 8.37 Å
EDP 蝕刻 120℃ etching 2.5 hr 45 ± 11.17 Å
表 3-2.不同溫度所造成的側蝕寬度
圖 3-7. 在溫度為 1200C 下蝕刻 Si 的側蝕圖
表 3-3.Ta2O5對 4 種蝕刻溫度的粗糙度比較
圖 3-8. V 型凹槽 SEM 圖
3-3. 結果與討論
在製作 V-groove 的實驗中可以得知，在越高的溫度下所產生的側 蝕現象會較小，這是由於在高溫下蝕刻至相同深度所需的時間較少，
故可推測得知試片浸泡在 EDP 溶液中的時間長短將會影響側蝕的大 小，其中以 120℃所造成的側蝕 1.6μm 最小。
而在粗糙度部份，經由實驗結果可以得知蝕刻前後不論是哪種溫 度對於表面粗糙度都並不會有太大的變化，約在數十 Å 左右，這對於 導光時因表面不平整所造成的光損耗將可減至最小，同時也可知道 Ta2O5是非常適合當蝕刻矽基材時的保護層。