將buried waveguide 結構確定後，便開始繼續光波導製程，所 採用的有機無機混成材料，具有可曝光成像之特性，可以利用此材 料特性去定義波導之凹槽結構，即便是採用黃光微影技術去決定 它，這樣可以減少在採用乾式蝕刻（Plasma-etching）的複雜技術和 蝕刻保護層金屬的成長。本章第一節裡，將說明如何去用黃光微影 術去做出凹槽結構，第二節裡，會說明利用 splitter 的光罩去做黃光 微影會得到什麼效果，第三節裡，會將做出的結果做分析探討。
4-1.黃光微影技術應用在有機無機混成材料
我們已經知道有機無機混成材料，具有可曝光成像的效果，所 以可以用光罩對準機去對此材料做曝光，在用顯影劑去做顯影，便 可以定義出所需的凹槽結構。
首先，我們先準備一片 silicon 的試片，給予清洗，再將清洗過 的試片上以spin coator 鋪上一層厚度 7 µm 的有機無機混成材料作 為底批覆層(Bottom cladding)，再鋪上一層厚度 3 µm 的有機無機混 成材料 (Side cladding)，對材料做黃光微影術，如下示意圖 4-1.
圖 4-1.以黃光微影術定義出凹槽結構。
將要定義出的凹槽結構，放上附上鉻膜的光罩，再用光罩對準 機去對材料做曝光，此時須特別注意，因為此有機無機混成材料在 未曝光之前，是呈現濕膜的狀態，所以必需採用非接觸式曝光的方 法，就是光罩和材料需保有一定的距離，這樣才不會使得光罩會沾 黏到材料，而造成在曝光後，材料硬固在光罩上面，而使得光罩的 使用壽命減短。且再做曝光顯影時，還須注意有機無機混成材料屬 於負光阻類型的，所以當 UV 光照射下來，被光照射到的材料部分，
會產生分子間的改變，而使得分子間產生斷鍵，然後再去抓其他可 以鍵結的分子鍵，產生交聯鍵結(Cross link)，所以凹槽(Trench)的結 構是沒有被UV 光照到的部份，無法交聯鍵結，到時就可以用顯影
Silicon Bottom cladding
Side cladding Mask
UV light
Trench
4-2.Splitter 實驗製作測試結果
為了知道在對有機無機混成材料進行黃光微影術而定義出的凹 槽結構，會出現什麼情況，我們先用實驗室現有一片7 µm 的 splitter 光罩去做標準的曝光顯影測試，發現藉由改變不同的曝光時間，再 經由顯影製程，發現如圖 4-2.可以使得在製作分光器可以成功地在 Y-branch 尖端處達到小於 1 µm 的製程寬度，這對 Splitter 來說可以 減少分光之插入損失。
圖 4-2.曝光顯影後的 Y-branch 結構圖。
另外由實驗結果測試我們也發現了一項重要的結果，曝光顯影 後的凹槽結構形狀，和splitter 的 Y-branch 尖端好壞，是有很大的 Side cladding
Y-branch 尖端 Trench Trench
Side cladding
關係，如下圖4-3.和 4- 4.
圖 4-3.差的凹槽結構對應的 Y-branch 結構。
圖 4-4.好的凹槽結構對應的 Y-branch 結構。
我們發現在上圖 4-3.的凹槽結構旁邊上緣的材料有往內凸的情 況，在這樣的情況下，做出來的Y-branch 結構尖端處會有材料歪斜 掉或翹起，嚴重的話，還會有材料斷裂的情況發生，這些不好情況，
都會使的光場在splitter Y-branch 的尖端處，會有極大的能量分支損 Smooth
Trench
Trench
Trench Trench
耗 (Branch loss)，且光場能量分布也會不均勻，而下圖 4-4.的凹槽 結構旁邊上緣的材料是圓滑(Smooth)的， 在這樣的情況下，做出來 的Y-branch 結構尖端處，就可以使得線寬能達到小於 1 µm 的製程 寬度，這對 Splitter 來說會有較均勻的光場能量，而所造成的原因 將在4-3 節處探討。
由以上結果，可知如何做出好的凹槽結構對 splitter 而言是具有 極大關聯性。同時也可以驗證出當初用埋藏式(Buried)的方法來製作 這個光波導的結構在Y-branch 結構尖端處，可以達到線寬很小的製 程寬度。
其實主要是因為在做黃光微影術時，利用凹槽的 undercutting 現 象，可以使得凹槽結構越接近Y-branch 結構尖端處，中間突起的 side cladding 材料可以由下圖 4-5.和圖 4-6. SEM 中看出會以斜坡的方式 有高往低慢慢減少，這樣的結果表示可以讓我們的光場在到達 Y-branch 結構尖端處可以由下往上慢慢的分光出來，使得可以有較 小的分光損耗，且有平均的分光能量。由以上可表示我們可以藉由 控制曝光顯影的時間就可能決定是否能做出一個漂亮的 Y-branch 結構。
圖4-5.以埋藏式(Buried)結構製作的 Y-branch。
圖4-6.經曝光顯影後之 Y-branch SEM 圖。
那為什麼我們不用脊樑式(Ridge)的結構，來做我們的光波導，
接下來我們就繼續來討論這個問題。
Mask
Side cladding Core
Sol-gel side cladding
Trench
時候，會造成在製作splitter 的 Y-branch 尖端處，在製程上會出現 以下如圖4-6(a).和圖 4-6(b).所示的兩種情形，
圖 4-7(a).以脊樑式(Ridge)結構製作 Y-branch。
如上圖4-7(a).所示，
在光罩的 Y-branch 尖端處，光罩設計的線寬會非常的小，假如 光罩和 wafer 的距離無法貼進，則當 UV 光照射曝光下來，在光罩 線寬邊緣處會產生繞射現象 (Diffraction)，使得 Y-branch 尖端處的 材料都照到UV 光，而根本顯影不出來。
圖 4-7(b).脊樑式(Ridge)結構製作 Y-branch。
Core Y branch
Core
Sol-gel film
如上圖4-7(b).所示，
即使將光罩和 wafer 的距離貼進，則當 UV 光照射曝光下來，後 做顯影的時候，會發現顯影完後，凹槽的結構也會被挖出一個大 洞，如此在Y-branch 尖端處，會出現如圖的缺陷，在分光時，也會 因此造成較大的分光損耗。所以綜合以上兩種結果，便不採用脊樑 式(Ridge)的方法去做 splitter，而採用埋藏式(Buried)的方法，同時 也經由實驗的測試結果，發現一開始的想法是正確的。
4-3.材料分析
如前所述知道曝光顯影後的凹槽結構形狀，和splitter 的 Y-branch 尖端好壞，是有很大的關係，所以如何做出好的凹槽結構是很重要 的。在實驗上，我們用過很多不同的曝光時間想要去做出好的凹 槽，不過單單只改變曝光時間，卻無法得到一個較深且上緣圓滑的 凹槽結構，後來經由工研院化工所田珮博士的指導，發現除了改變 曝光時間外，材料本身也佔著很大的因素存在。有機無機混成材料 具有曝光成像的特性，主要是因為有將感光劑的分子加入polymer 結構中主要的鍵或旁邊的鍵。所以加入感光劑的多寡成分也會影響 到作曝光顯影的效果，有了這個想法，我們將加入的感光劑成分做
了幾個改變，再去做曝光顯影測試。如下圖4-8.所示，發現在感光 劑成分減少50 %和減少 25 %時，不管如何改變曝光的時間，凹槽 結構旁邊上緣的材料仍然有往內凸的情況發生，我們再試著將感光 劑成分增加25 %，，曝光顯影後，發現凹槽上緣可以很圓滑，且可 以做出漂亮的Y-branch 尖端，但發現凹槽的深度卻因此變的較淺，
這樣的凹槽結構會使得光場在splitter 中走 bending 時，光場會侷限 不住，而有漏光的情形發生，而造成較大的bending loss，後來我們 再試著將感光劑成分維持正常，發現凹槽上緣不是很圓滑，但卻可 以讓凹槽到達快3 µm 的深度，且可以做出漂亮的 Y-branch 尖端。
圖4-8.改變不同感光劑的量所對應造成曝光顯影後的結果。
減少感光劑25 %
正常感光劑 增加感光劑25 %
Trench
減少感光劑 50 %