(57)【要約】態様においては、本発明は、大面積基板上に光デバイスを形成するための方法及び装置を提供する。大面積基板は、好ましくは石英、シリカ又は溶融シリカで作られる。大面積基板は、大きな光デバイスが単一ダイ上に形成されることを可能にする。他の態様においては、本発明は、石英、シリカ又は溶融シリカの基板上に集積光デバイスを形成するための方法及び装置を提供する。他の態様においては、本発明は、大面積基板又はシリコン基板上にダマシーン技術を用いて光デバイスを形成するための方法及び装置を提供する。他の態様においては、下クラッドとコア上に上クラッドを結合することにより光デバイスを形成するための方法が提供される。
2004535592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波管構造を形成する方法であって、
下クラッド内に光伝達チャネルを形成するステップと、
該光伝達チャネルをコア材料で充填してコアを形成するステップと、
該コアの上に上クラッドを形成するステップと、
を含む、前記方法。
【請求項２】
該コアの上に上クラッドを形成する前に該コア材料と該下クラッドを平坦化するステップを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
該コア材料と該下クラッドを平坦化するステップがエッチング又は化学機械的研磨を含んでいる、請求項２記載の方法。
【請求項４】
該下クラッドを基板上に堆積させる、請求項１記載の方法。
【請求項５】
該下クラッドが、屈折率が該コア材料の該屈折率より小さい材料を含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項６】
該下クラッドが基板である、請求項１記載の方法。
【請求項７】
該下クラッド内に該光伝達チャネルを形成するステップが、該下クラッド内に光伝達チャネルをパターン形成しエッチングする工程を含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項８】
該下クラッド内に該光伝達チャネルを形成するステップが該基板内に光伝達チャネルをパターン形成しエッチングする工程を含んでいる、請求項６記載の方法。
【請求項９】
該コア材料がＰＳＧ、ＧｅＯ2、ＳｉＯＮ、Ｓｉ3Ｎ4、又はシリコンを含んでいる、請求項４記載の方法。
【請求項１０】
該下クラッドがＵＳＧ及びドープされていないシリカの群より選ばれた材料を含んでいる、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
該上クラッドがＢＰＳＧを含んでいる、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
該上クラッドを形成するステップが、化学気相成長法又は物理気相成長法を用いて膜を堆積させる工程を含んでいる、請求項９記載の方法。
【請求項１３】
上クラッドを形成するステップが、予備形成された上クラッドを該下クラッドと該コアに結合する工程を含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項１４】
該上クラッドがゾルゲル法を用いて形成される、請求項１記載の方法。
【請求項１５】
該上クラッドを該コアに接着剤を用いて結合させる、請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
該接着剤がエポキシ樹脂を含んでいる、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
該接着剤の屈折率が該上クラッドと同一か又はほぼ同一である、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
該光伝達チャネルが該下クラッド内に形成され、該下クラッドの少なくとも一部が該光伝達チャネルの下に配置される、請求項７記載の方法。
【請求項１９】
該光伝達チャネルが該下クラッド内に形成され、該下クラッドが堆積する基板が該コアの下面を形成している、請求項７記載の方法。
【請求項２０】
該コアの下に配置された該下クラッドが５μｍ未満である、請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
該コアの下に配置された該下クラッドが３μｍ未満である、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
屈折率が該コアを通り抜ける光の損失又は散乱を最小にするのに適するように該接着剤が選ばれる、請求項１５記載の方法。
【請求項２３】
該下クラッドの一部が該コアの下に配置されて複屈折率の影響を最小にする、請求項１８記載の方法。
【請求項２４】
該基板がクラッドとして働くとともに該コアの少なくとも一部を画成する適切な光学的性質を有するように該基板が選ばれる、請求項６記載の方法。
【請求項２５】
該上クラッドが、該基板と該コア材料の上にパネルを配置することにより形成される、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
該パネルが石英、シリカ、及び溶融シリカからなる群より選ばれる、請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
該コアが該下クラッド内に形成され、該上クラッドが該コアの上面に隣接して形成される、請求項１記載の方法。
【請求項２８】
該下クラッド、該コア、該上クラッドが、化学気相成長、物理気相成長、又はゾルゲル処理の群より選ばれた１種以上の処理法によって形成される、請求項１記載の方法。
【請求項２９】
該コア材料の屈折率が該下クラッドと該上クラッドの屈折率より大きい、請求項１記載の方法。
【請求項３０】
導波管構造を形成する方法であって、
下クラッドを基板上に堆積させるステップと、
該下クラッド内に光伝達チャネルを形成するステップと、
該光伝達チャネル内にコア材料を堆積させるステップと、
上クラッドを該下クラッドと該コアの上面に結合するステップと、
を含む、前記方法。
【請求項３１】
該下クラッドがＵＳＧ又はドープされていないシリカより選ばれた材料を含んでいる、請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
該パネルが石英、シリカ、又は溶融シリカより選ばれた材料を含んでいる、請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
該上クラッドが該コアに隣接して配置されたクラッドとして用いるのに適した光学的性質を有する材料を含んでいる、請求項３１記載の方法。
【請求項３４】
該上クラッドを該下クラッドの上面と該コアの上面に屈折率が該上クラッドと同一か又はほぼ同一である接着剤を用いて結合させる、請求項３０記載の方法。
【請求項３５】
該光伝達チャネルがドライエッチング法を用いて該下クラッドをパターン形成しエッチングすることにより形成される、請求項３０記載の方法。
【請求項３６】
該コア材料を化学気相成長法を用いて堆積させる、請求項３５記載の方法。
【請求項３７】
該下クラッドを該光伝達チャネルの高さより高い厚みまで堆積させる、請求項３０記載の方法。
【請求項３８】
該下クラッドを該光伝達チャネルの高さに等しい厚みまで堆積させる、請求項３０記載の方法。
【請求項３９】
該下クラッドを８μｍ以上の厚みまで堆積させる、請求項３７記載の方法。
【請求項４０】
該下クラッドを８μｍ以下の厚みまで堆積させる、請求項３８記載の方法。
【請求項４１】
上クラッドを結合させるステップが該コアの上に前駆流体を流すとともに該前駆流体を硬化させる工程を含んでいる、請求項３０記載の方法。
【請求項４２】
光デバイスを形成する方法であって、
基板上に下クラッドを堆積させるステップと、
該下クラッド上にコア材料を堆積させるステップと、
該コア材料をパターン形成しエッチングして１以上のコア構造を画成するステップと、
該コア上に上クラッドをゾルゲル法を用いて形成するステップと、
を含む、前記方法。
【請求項４３】
該コア構造の上に前駆溶液を流してから該前駆溶液を硬化させることにより該上クラッドが形成される、請求項４２記載の方法。
【請求項４４】
集積光デバイスを形成する方法であって、
面積が約４００ｃｍ2より大きい基板上に１以上の光導波管コンポーネントを形成するステップ
を含む、前記方法。
【請求項４５】
該基板上に１以上の活性及び／又は受動光コンポーネントを貼付けるステップを更に含む、請求項44記載の方法。
【請求項４６】
該光導波管コンポーネントがスプリッタ、フィルタ、カプラ、アレー導波路格子、減衰器、マルチプレクサ、デマルチプレクサおよびその組合せの群より選ばれる、請求項４４記載の方法。
【請求項４７】
１以上の入力／出力接続部を更に含んでいる、請求項４６記載の方法。
【請求項４８】
該入力／出力接続部によって光ファイバと導波管コンポーネント間を移行する、請求項４７記載の方法。
【請求項４９】
該入力／出力接続部が、約８μｍ〜約５μｍの変化を与える、請求項４８記載の方法。
【請求項５０】
該基板がシリカ、石英、溶融シリカ、又は光導波管コンポーネントのクラッドとして用いるのに適した光学的性質を有する他の材料を含んでいる、請求項４６記載の方法。
【請求項５１】
該基板がシリカ、石英、溶融シリカ、又は厚みが上クラッドより薄い下クラッドがコアを閉じ込めることを可能にするのに適した光学的性質を有する他の材料を含んでいる、請求項４２記載の方法。
【請求項５２】
下クラッドを堆積させ、該下クラッド上にコアを堆積させ、次に該コア上に上クラッドを形成することにより、該基板上に形成された１以上の受動デバイスが形成される、請求項４４記載の方法。
【請求項５３】
該下クラッドと該下クラッド内に形成された該コアの上に膜を堆積させるか又は該下クラッドと該下クラッド内に形成された該コア上にパネルを結合させることにより該上クラッドが形成される、請求項４４記載の方法。
【請求項５４】
該下クラッド上にコア材料のブランケット層を堆積させ、該コア材料をパターン形成し、該コア材料をエッチングして該コア光伝達チャネルを画成することにより該コアが形成される、請求項５２記載の方法。
【請求項５５】
コア光伝達チャネルを該下クラッドの中にエッチングし、次に該コア光伝達チャネルをコア材料で充填することにより該コアが形成される、請求項５３記載の方法。
【請求項５６】
１以上の光導波管コンポーネントを形成する該基板の利用％が約７０％より多い、請求項４４記載の方法。
【請求項５７】
該上クラッドを形成する前に行われる平坦化ステップを更に含む、請求項５３記載の方法。
【請求項５８】
基板上に光デバイスを形成する方法であって、
基板上に下クラッドを形成するステップと、
該下クラッド上にコア材料を堆積させるステップと、
該コア材料をパターン形成しエッチングして１以上の光デバイスを形成するステップと、
上クラッドの少なくとも一部を堆積させるとともに堆積した該一部をインサイチュで熱処理することにより該下クラッドと該光デバイス上に上クラッドを堆積させるステップと、
を含む、前記方法。
【請求項５９】
該堆積ステップと処理ステップを少なくとも２サイクル反復させるステップを更に含む、請求項５８記載の方法。
【請求項６０】
該上クラッドを堆積させる該ステップが、ドープした材料を堆積させるステップを含んでいる、請求項５８記載の方法。
【請求項６１】
該ドープした材料がＢＰＳＧである、請求項５９記載の方法。
【請求項６２】
該ドープした材料の屈折率が該コア材料の該屈折率より小さい、請求項５８記載の方法。
【請求項６３】
フロー温度が該コア材料より低いように、該ドープした膜が選ばれる、請求項５８記載の方法。
【請求項６４】
熱処理が急速熱プロセスを含んでいる、請求項５８記載の方法。
【請求項６５】
該急速熱プロセスが単一基板プロセスである、請求項６４記載の方法。
【請求項６６】
該急速熱アニールプロセスが、該ドープした材料を流動させるのに十分な温度である、請求項６１記載の方法。
【請求項６７】
該急速熱アニールプロセスが少なくとも約１０００℃の温度で行われる、請求項６１記載の方法。
【請求項６８】
該急速熱アニールが約７０秒未満で行われる、請求項６３記載の方法。
【請求項６９】
該コア材料がＰＳＧ、ＧｅＯ2、ＳｉＯＮ、Ｓｉ3Ｎ4、又はシリコンである、請求項５８記載の方法。
【請求項７０】
該コアを高密度化するステップを更に含む、請求項５８記載の方法。
【請求項７１】
基板上に複数の光デバイスを製造する方法であって、
基板を第１処理チャンバ内に配置するステップと、
そのガラスパネル上に下クラッドを堆積させるステップと、
堆積した下クラッドを高密度化するステップと、
該ガラスパネルを第２処理チャンバ内に配置するステップと、
該下クラッド上にコア層を堆積させるステップと、
該コア層をパターン形成しエッチングして光デバイスのパターンを画成するステップと、
該ガラスパネルを第３処理チャンバ内に配置するステップと、
パターン形成した該光デバイスの上に上クラッドを堆積させるステップと、
を含む、前記方法。
【請求項７２】
該上クラッドが堆積後に高密度化される、請求項７１記載の方法。
【請求項７３】
該矩形パネルが１以上のダイを画成し、該ダイがその上に形成された１つ以上の光デバイスを有し、更に、長い方の寸法が短い方の寸法より大きい、請求項７１記載の方法。
【請求項７４】
該ガラスパネルの利用が約７５％である、請求項７１記載の方法。
【請求項７５】
単一ダイ上に形成された該デバイスの面積が少なくとも約４００ｃｍ2である、請求項７２記載の方法。
【請求項７６】
１以上の光デバイスを含む単一ダイの形が該ガラスパネルとほぼ同一である、請求項７３記載の方法。
【請求項７７】
堆積させる該ステップが１以上の処理システムで行われ、高密度化を必要とする各堆積ステップが少なくとも１つの堆積チャンバと少なくとも１つの高密度化チャンバを有するシステムについて行われる、請求項７３記載の方法。
【請求項７８】
該ダイと該基板の形状因子が同一である、請求項７３記載の方法。
【請求項７９】
ダイの少なくとも２つの面が該ダイが形成される該ガラスパネルの少なくとも２つの面に平行している、請求項７３記載の方法。
【請求項８０】
該矩形パネルが４００ｍｍ×５００ｍｍである、請求項７１記載の方法。
【請求項８１】
該矩形パネルの面積が約４００ｃｍ2以上である、請求項７１記載の方法。
【請求項８２】
該矩形パネルがＴＦＴパネルである、請求項７１記載の方法。
【請求項８３】
該矩形パネルが石英、シリカ、溶融シリカ又はその組合わせの群より選ばれた材料でできている、請求項７１記載の方法。
【請求項８４】
該下クラッドがＵＳＧ、ドープされていないシリカ、又はその組合せの群より選ばれた材料でできている、請求項７１記載の方法。
【請求項８５】
該コアがＰＳＧ、ＧｅＯ2、ＳｉＯＮ、Ｓｉ3Ｎ4、及びシリコンの群より選ばれた材料でできている、請求項８４記載の方法。
【請求項８６】
該上クラッドがＢＰＳＧの群より選ばれた材料でできている、請求項８５記載の方法。
【請求項８７】
下クラッドを堆積させる該ステップと該下クラッドを高密度化する該ステップが同一処理システムについて行われる、請求項７１記載の方法。
【請求項８８】
該コア材料を堆積させるステップがダマシーンプロセスで行われる、請求項７１記載の方法。
【請求項８９】
光デバイスを製造する処理システムであって、
ロボットが配置された搬送チャンバと、
該搬送チャンバに接続された、ＵＳＧチャンバ、ＰＳＧチャンバ、及びＢＰＳＧチャンバの群より選ばれた１以上の堆積チャンバと、
該搬送チャンバに接続された少なくとも一つの高密度化チャンバと、
を含む、前記処理システム。
【請求項９０】
該堆積チャンバが熱ＣＶＤチャンバ、ＰＥＣＶＤチャンバ、混合周波数ＰＥＣＶＤチャンバ又はＰＶＤチャンバを含んでいる、請求項８９記載の処理システム。
【請求項９１】
少なくとも一つの該高密度化チャンバが急速熱アニールチャンバを含んでいる、請求項９０記載の処理チャンバ。
【請求項９２】
該ＰＥＣＶＤチャンバが平行なプレート型チャンバである、請求項９１記載の処理チャンバ。
【請求項９３】
少なくとも一つの該急速熱アニールチャンバがランプ型熱処理チャンバを含んでいる、請求項９１記載の処理システム。
【請求項９４】
少なくとも一つのＵＳＧ堆積チャンバと、少なくとも一つのＰＳＧ堆積チャンバと少なくとも一つの高密度化チャンバを含んでいる、請求項８９記載の処理システム。
【請求項９５】
少なくとも一つのＢＰＳＧ堆積チャンバと少なくとも一つの高密度化チャンバとを含んでいる、請求項８９記載の処理システム。
【請求項９６】
該処理システムが、面積が少なくとも約４００ｃｍ2である処理基板に適合している、請求項９４記載の処理システム。
【請求項９７】
該処理システムが、面積が少なくとも約４００ｃｍ2である処理基板に適合している、請求項９４記載の処理システム。
【請求項９８】
フラットパネル上に光デバイスの一部を形成する方法であって、
フラットパネルを処理システムの第1処理チャンバ内に配置するステップと、
その基板上に下クラッドを堆積させるステップと、
該基板を同一該処理システムの高密度化チャンバ内に配置し、その中で該基板を処理するステップと、
該基板を第２堆積チャンバ内に配置して該下クラッド上にコア層を堆積させるステップと、
該基板を該処理システムの該高密度化チャンバ内に配置し、その中で該基板を処理するステップと、
を含む、前記方法。
【請求項９９】
該下クラッドがＵＳＧを含み、該コア層がＰＳＧを含んでいる、請求項９８記載の方法。
【請求項１００】
該基板を該高密度チャンバ内で処理するステップが該基板を急速熱アニールプロセスに晒す工程を含んでいる、請求項９９記載の方法。
【請求項１０１】
該基板が約１０００℃より高い温度に加熱する、請求項１００記載の方法。
【請求項１０２】
該基板上でリソグラフィステップを行ってコアパターンを画成するステップと、その後、該コアパターン上に上クラッドを堆積させるステップと、その後、該基板を高密度化チャンバ内で処理するステップと、を更に含む、請求項１００記載の方法。
【請求項１０３】
該フラットパネルの面積が少なくとも約４００ｃｍ2である、請求項１０２記載の方法。
【請求項１０４】
該フラットパネルの長い方の面が短い方の面より長い、請求項１０３記載の方法。
【請求項１０５】
該フラットパネルが石英、シリカ、及び溶融シリカの群より選ばれた材料でできている、請求項１０３記載の方法。
【請求項１０６】
１以上の下クラッドと、コアと、上クラッドとを堆積させるステップと、その堆積後にインサイチュで１以上の該下クラッドと、コアと、上クラッドとを熱処理するステップと、を含む、前記方法。
【請求項１０７】
該コア層を堆積させるステップと、該コア内に１以上の光伝達チャネルを形成するステップとを更に含む、請求項１０６記載の方法。
【請求項１０８】
該上クラッドをその堆積後にインサイチュで熱処理する、請求項１０７記載の方法。
【請求項１０９】
該下クラッドをその堆積後にインサイチュで熱処理する、請求項１０８記載の方法。
【請求項１１０】
該下クラッドをその堆積後にインサイチュで熱処理する、請求項１０６記載の方法。
【請求項１１１】
該上クラッドをその堆積後にインサイチュで熱処理する、請求項１１０記載の方法。
【請求項１１２】
該コアをその堆積後にインサイチュで熱処理する、請求項１０６記載の方法。
【請求項１１３】
該上クラッドの上に封入層を堆積させるステップを更に含む、請求項１０８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【開示の背景】
【０００１】
発明の分野
本発明は、光集積回路（ＩＣ）のような光デバイスを製造するための方法及びデバイスに関する。
背景技術の説明
【０００２】
光コンポーネント（例えば、スプリッタ、ルータ、カップラ、フィルタ等）を利用する通信システムは、通信産業において帯域幅問題に取り組むために用いられている。そのような光コンポーネントは、平面の光導波管構造として製造することができる。図１は、典型的な導波管構造１００の横断面である。平面の光導波管構造は、基板１０２の平面の表面上で形成され、典型的には１つ以上のクラッド１０６、１０８によって囲まれたコア１０４を含んでいる。コア材料の屈折率は、光学上光導波管内に伝達する光線を制限するために１以上の被覆材料層に相対して高い。現在、コア１０４、下クラッド１０６、上クラッド１０８の各々を形成するために別個の材料が用いられている。
【０００３】
シリコンとシリカの基板上の、平面の光コンポーネントの製造は現在存在する。これらの製造法は、有利には集積回路（ＩＣ）の製造において伝統的に使用された処理デバイスを使うように努めている。現在、共通の基板上の光デバイスや集積回路のサイズ、形、集積化の程度は、基板のサイズおよび形によって制限されている。更に、ＩＣデザイナーがＩＣデバイス設計と製造において垂直構造と水平構造の両方をふつう用いるのと異なり、光デバイスは経路湾曲について厳しい制約を伴う単一面で進む経路に対してたいてい制限される。これらの制約の結果、光デバイスのレイアウトと製造法は矩形寸法を伸ばしたダイの形が好ましい。
【０００４】
集積光デバイスシステムの製造については、単一の基板上に製造し得るデバイスの数は、円形基板上に形成し得るデバイスとそれらを共に結合するのに必要とされるデバイスの相互接続部の大きさによって制限される。光デバイスの大きさが制限されることから、しばしば、多数の光デバイスを含む回路は、１以上の基板上に形成されなければならず、所望される光システムを形成するために光ファイバによって外部的に接続されなければならない。光デバイスを結合する外部光ファイバの使用は、光学的損失とそれらを用いた光システムの信頼性を増加させ、満足な性能の回路にしない。
【０００５】
シリコン基板に関する問題は円形の形に加えて、導波管の下に進行する光波の干渉を避けるために導波管から分離させなければならないことである。導波管内を進行する光波は２つの直交して偏光する方式を含んでいる。導波管適用の場合、一方の偏光は基板に水平であり、もう一方の偏光は基板に垂直である。下クラッドが薄すぎる場合、２つの直交方式は異なる有効な屈折率に見え、結果として伝送ウインドウの幅を制限する必然の分散現象である複屈折率を生じる。シリコン基板上に形成される光デバイスに対する複屈折率の影響を最小限にするために、比較的厚い、例えば、約１５μｍ〜約３０μｍの下クラッドがバッファ層として働くために必要である。
【０００６】
従来の導波管の構造には少なくとも３の堆積ステップと一つのマスクレベルが必要である。例えば、下クラッドはまず導波管から基板を分離するため堆積させなければならない。次に、コア層は導波管通路を形成するために堆積されパターン形成される。次に、上クラッドがその上に堆積される。上クラッドは、外部周囲光、即ち、デバイスの外側の環境からの光からの干渉を防ぐように十分に厚くなければならない。更に、これらの層の各々は所望される光学的性質を得るために堆積後の熱処理を必要とすることがあり、現在行われている。
【０００７】
基板と、導波管構造を含む材料層の熱膨張係数（ＣＴＥ）が各々異なることから、光デバイス製造におけるシリコン基板に付随した他の問題が生じる。製造中に、基板と導波管構造の材料層がいくつかの熱サイクルに暴露される。これら熱サイクルと異なるＣＴＥは、導波管構造の材料層を基板より縮ませることがあり、基板を望ましくないように曲げる。このことにより膜に応力がかかる。ますます大きなシリコン基板が用いられるのでこの影響は増大する。
【発明の要約】
【０００８】
面積が約４００ｃｍ2より大きい基板上に１以上の光導波管コンポーネントを形成するステップを含む、集積光デバイスを形成する方法。
【０００９】
１以上の下クラッド、コア、上クラッドを堆積させるステップと、その堆積後にインサイチュで１以上の下クラッド、コア、上クラッドを熱処理するステップを含む、基板上に光デバイスを形成する方法。
【００１０】
基板上に下クラッドを形成するステップと、下クラッド上にコア材料を堆積させるステップと、コア材料をパターン形成しエッチングして１以上の光デバイスを形成するステップと、上クラッドの少なくとも一部を堆積し、その堆積した部分をインサイチュで熱処理することにより下クラッドと光デバイス上に上クラッドを堆積させるステップとを含む、基板上に光デバイスを形成する方法。
【００１１】
第１処理チャンバ内に基板を配置するステップと、ガラスパネル上に下クラッドを堆積させるステップと、その堆積した下クラッドを高密度化するステップと、第２処理チャンバ内でガラスパネルを配置するステップと、下クラッド上にコア層を堆積させるステップと、コア層をパターン形成しエッチングして光デバイスのパターンを画成するステップと、第３処理チャンバ内でガラスパネルを配置するステップと、パターン形成光デバイス上に上クラッドを堆積させるステップとを含む、基板上の複数の光デバイスを製造する方法。
【００１２】
ロボットが配置させた搬送チャンバと、ＵＳＧチャンバ、ＰＳＧチャンバ、及びＢＰＳＧチャンバの群より選ばれた、搬送チャンバに連結した１以上の堆積チャンバと、搬送チャンバに連結した少なくとも一つの高密度化チャンバとを含む、光デバイスを製造するための処理システム。
【００１３】
処理システムの第１処理チャンバ内にフラットパネルを配置するステップと、基板上に下クラッドを堆積させるステップと、同一処理システムの高密度化チャンバ内に基板を配置し、そこで基板を処理するステップと、第２堆積チャンバに基板を配置して下クラッド上にコア層を堆積させるステップと、処理システムの高密度化チャンバ内に基板を配置し、そこで基板を処理するステップとを含む、フラットパネル上に光デバイスの一部を形成する方法。
【００１４】
下クラッド内に光伝達チャネル形成するステップと、光伝達チャネルをコアコア材料で充填してコアを形成するステップと、コア上に上クラッドを形成するステップとを含む、導波管構造を形成する方法。
【００１５】
基板上に下クラッドを堆積させるステップと、下クラッド内に光伝達チャネルを形成するステップと、光伝達チャンネル内にコア材料を堆積させるステップと、下クラッドとコアとの上面に上クラッドを結合するステップとを含む、導波管構造を形成する方法。
【００１６】
態様においては、本発明は、一般的には、複屈折率を最小にするために又はデバイスの一部として働くように十分な光学的性質を有する基板上に平面の光デバイスを形成する方法及びデバイスを提供する。
【００１７】
他の態様においては、ダマシーン処理を用いて光デバイスを形成する方法が提供される。
【００１８】
他の態様においては、上クラッドが下クラッドとコアとの上面に結合している光デバイスを形成する方法が提供される。
【００１９】
他の態様においては、大面積基板上に光デバイスを形成する方法が提供される。
【００２０】
他の態様においては、石英、シリカ又は溶融シリカの基板がボードとして用いられ、その上にデバイスを形成あるいは取付け可能な集積光デバイスを製造する方法が与えられる。
【００２１】
本発明の教示は、下記の詳細な説明を添付の図面とともに考慮することによって容易に理解することができる。
【詳細な説明】
【００２２】
一態様においては、本発明の実施形態は、石英、シリカ、溶融シリカ等の材料で作られた大面積基板上に光デバイスを製造する方法を提供する。フラットパネルディスプレイ技術において既知の技術を用いて、シリコン上に形成されたものより性能が優れた光デバイスが製造され、大面積基板に集積化することができ、よって複雑な接続やデバイスの回路集積化を可能にする。他の態様においては、大面積基板は、それに直接デバイスを製造すること、また少なくともいくつかのデバイスが製造された基板へ他のデバイスのアセンブリを可能にするために用いられる。他の態様においては、材料の堆積と堆積した層のインサイチュでの高密度化、即ち、層を大気に暴露せずに高密度化を可能にする集積処理システム及びプロセスが提供される。他の態様においては、本発明の実施形態は、ダマシーン製造技術を用いた光デバイスの製造に関する。更に他の態様においては、実施形態は、光デバイス上に上クラッドを形成するために用いられる積層製造技術に関する。
【００２３】
発明の態様に従って形成された光デバイスは、デバイスの一部として機能するか又は複屈折率の影響を最小にするために十分な光学的特性の基板上に形成されることが好ましい。基板に望ましい性質は、光デバイスにおける被覆材料として基板を適切にする屈折率である。基板は、コア材料の効率のよい光動作に悪影響せずにクラッドとして用いることを可能にするのに十分な光学的性質を持った材料で作ることができる。発明の実施形態に適した基板の例としてはガラスパネル、例えば、石英、シリカ又は溶融シリカの基板が挙げられるがそれらに限定されない。
【００２４】
有利にするために使用し得る基板としては、面積が約４００ｃｍ2より大きい円形でない基板が挙げられるがこれに限定されない。典型的な基板としては、大きさが、例えば、約３７０ｍｍ×４７０ｍｍ以上のフラットパネルディスプレイ製造に用いられる矩形又は正方形の基板が挙げられるがこれらに限定されない。矩形の大きさが１ｍ×１.５ｍ程度の基板が、フラットパネルディスプレイ製造に用いるために現在研究され、光デバイス製造に適している。
Ａ．大面積基板及び光デバイスの大面積集積化
一態様では、本発明は、大きな寸法の光処理デバイス、高容量光処理デバイスの製造と単一の基板上に形成された光処理デバイスへの複数の光処理機能の集積化を可能にするために大面積基板を用いる実施形態を提供する。本発明の他の態様においては、基板材料は、例えば、基板がクラッドとして働く場合に、基板がデバイスの一部を形成することができるように選択することができる。
１．大面積基板
大面積基板の使用によって、全体の大きさが現在の光デバイス製造技術を用いて利用できる最大の慣例的なサイズと形をした基板より大き大きい単一ダイ光学処理構造の製造が可能になる。光デバイスの現在の製造は、デバイスが製造される基板の用いうる面積によって制限される。従来の製造技術は、円形基板、例えば、直径が１００ｍｍ、１２５ｍｍ又は１５０ｍｍのシリコンを用いている。基板上に形成される光デバイスは、一般に平面の伝達経路を用いる傾向があることから、より長い伝達経路を求める設計は、基板のリアルエステイトに設計を適合させるために湾曲を加える設計を課すことができる。湾曲によって更に損失が生じ、妥協した設計によってデバイスに悪影響を与える他の負の動作制約が生じてしまう。大面積基板の光処理デバイスの製造、例えばフラットパネルディスプレイを製造するために用いられる基板は、小さな基板上に現在製造し得るものより長い直線的伝達経路を含むことができるコンポーネント又はデバイスの製造を可能にする。例えば、伝達経路の長さが約１５インチの光処理コンポーネントの直線又はほぼ直線的配置は、４００ｍｍ×５００ｍｍ（約１５.７インチ×１９.６インチ）のフラットパネルのような大面積基板上に形成し得る。一部のフラットパネルは、１平方メートルより大きいので更に大きなコンポーネントを実現することができる。具体的な光デバイス用の光コンポーネントの直線的又はほぼ直線的な段階的配置を形成する能力によって、慣例的なサイズと形の基板に見られない設計が自由になる。対照的に、円形基板について同一程度のコンポーネントの集積化には、典型的には、所望のコンポーネントに適合させるために曲げ半径が設計に組込まれることが必要である。慣例的なサイズと形の基板に用いうる小さな面積は、結果として他の場所で製造されてから基板上に組み立てられる多くの光コンポーネントになる。外部で形成されたコンポーネントの集積化には、所望の設計を実現するために追加のコンポーネントの間に追加の光経路を設けることが必要である。典型的には、光ファイバケーブルは所望の設計を達成するためにコンポーネント間の光コネクタとして機能する。しかしながら、慣例的な大きさと形の基板と共に用いられる曲げ半径と光コネクタは共に、処理されている光信号の伝達損失が導入される。結果として、信号処理設計に対するそのような変更は有用なレベル以下に信号を弱めることがあり、増幅が必要となる。
【００２５】
従って、本発明の実施形態においては、光デバイスは、面積が約４００ｃｍ2より大きい大面積基板上に形成される。大面積基板と効率よく処理されるように設計された装置を用いたそのような基板は、デバイスが損失の少ない伝達経路（即ち、設計又は外部の光コネクタを曲げることに頼る必要のない伝達経路）で設計されることを可能にする。
【００２６】
光デバイスの製造において大面積基板を用いることの他の利点は、基板のリアルエステイトの利用が増えることである。商業的生産では、円形でない大面積基板は、基板の利用％が増加した単一基板上に多くの従来の光デバイスを生産するために使用することができる。
【００２７】
更に、正方形又は矩形基板の使用によって、基板とデバイスが形成されるダイとの間に共通の形状因子が得られ、結果として基板の効率のよい利用がをもたらされる。表１は、この利用が好ましくは約７５％より大きく１００％であり得ることを示している。
【００２８】
各々矩形ダイが形成した矩形と円形の基板を比べて例が示されているが、本発明の態様は円形でないすべての大面積基板を企図している。一般に、本発明の態様は、全面積が少なくとも約４００ｃｍ2のダイが形成することができる基板を企図している。表１は、例示として４ｍｍ×１００ｍｍ又は２ｍｍ×５０ｍｍのデバイスと、３００ｍｍの円形基板と４００ｍｍ×５００ｍｍ基板で達成し得る利用面積の、デバイスの数の比較を示すものである。
【００２９】
【表１】
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更に６２０×７５０ｍｍ基板から、基板を１００％利用した４６５０の２ｍｍ×５０ｍｍデバイスが得られ、９６％利用した１１２２の４ｍｍ×１００ｍｍのデバイスが得られる。大面積のほかにダイと基板の同様の形状因子によって、基板が効率よく商業的に利用されダイの歩留まりが高い。
【００３０】
更に、ダイの長さが長いと面積の大きな基板を用いて製造することができる。例えば、従来の４００ｍｍ×５００ｍｍ基板は、長さが２０ｃｍの複数のダイを作るために使用し得る。２００ｍｍの円形の基板を用いると、ダイの長さは２０ｃｍ未満に制限され、基板のリアルエステイトの制約により長さが約２０ｃｍのダイを１つだけ各基板上に製造し得る。しかしながら、面積が４００ｃｍ2より大きい円形でない基板を用いると、長さが、例えば、２０ｃｍ以上の、複数のデバイスの製造が可能である。更に、例えば、１平方メートルまで基板サイズが大きくなるにつれて、長さが長いデバイスを多く製造することができる。単一基板上に製造し得るダイサイズには、複数の、例えば、１を超える長さが少なくとも約６インチから約１.５メートルまでのダイが含まれる。
【００３１】
実施形態においては、大面積基板は、光コンポーネント又はデバイスダイの大きな方の寸法が約１５ｃｍより長い大きな寸法と小さな寸法をもつ光コンポーネント又はデバイスダイを製造するために有利に用いられる。他の実施形態においては、光コンポーネント又はダイの大きな方の寸法は、デバイスを形成するために使われる大面積基板の大きな方の寸法とほぼ同一長さである。更に他の実施形態においては、単一の光デバイス又はコンポーネントダイの大きな方の寸法は約１５ｃｍ〜約１.５ｍである。
２．大面積集積化
ｉ．信号処理集積化
光デバイスの増加分が通信や他のシステムでの使用を増加させたので、より精巧なデバイスを形成するデバイスの集積化が予想される。本発明の実施形態は、シームレス伝達経路又はコアが種々の光処理コンポーネントを連結している単一基板上に形成された多数の光信号処理コンポーネントを提供する。大面積集積化は光信号処理コンポーネント集積化を可能にし、よって所望の信号処理ステップを達成するために単一の集積光信号処理デバイスダイに多数のコンポーネントを製造することができる。これに関連して、集積光信号処理デバイスは、個々の光コンポーネントを共に結合するシームレス伝達経路又はコアの使用を示している。従って、大面積基板の使用によって、種々の平面の光処理コンポーネント間に光ファイバの外部の接続を用いずに単一基板に多数の光信号処理コンポーネントの集積化が可能になる。
【００３２】
光処理コンポーネントの大面積集積化によって、所望の光信号を生成するために光コンポーネントデザイナーが複数の光処理コンポーネントを配列させることを可能になる。一実施例では、集積光デバイスは、本発明によれば、全体に共に形成されシームレス伝達経路によって連結されたいくつかの受動光処理コンポーネントを製造することにより形成することができる。図２は、マルチプレクサ又はデマルチプレクサ２０２、アッド／ドロップフィルタ２０４、スイッチ２０６、マルチプレクサ又はデマルチプレクサ２０８のようなコンポーネントを含むことができ、すべて単一のダイで製造することができ、シームレスコアを用いてデバイスの種々のコンポーネント間で光信号を伝達する光デバイス２００の一例を示すものである。上記の実施例は例示のためであり、限定するものでなく、典型的な集積光コンポーネントの光信号処理デバイスのみを示している。例えば、カプラ、スプリッタ、フィルタ、アレー導波路格子、ブラッグ格子、タップ、減衰器、マルチプレクサ、デマルチプレクサのような種々の光コンポーネントは単一の基板上に集積化することができ、共に接続して所望の信号処理を達成するために集積光回路を形成することができる。本発明の大面積集積化態様は、種々の集積化コンポーネントの、光処理デバイスの製造を可能にする。当業者は、発明の実施形態によって種々の集積コンポーネントの光処理デバイスが設計され製造されることが可能になることを理解するであろう。集積コンポーネントの光デバイスの動作が達成されるシームレスコアによって個々の光コンポーネントが共に集積化されることは理解されるべきである。
【００３３】
従来の製造技術には、別個のコンポーネントが製造され、全体のデバイスを形成するために外部接続を用いて相互に接続されることが必要である。外部接続の使用によって、伝達損失がデバイスへ導入される。コンポーネント間のシームレスコアの使用によって、個々の光コンポーネント間の、外部光ファイバ接続の使用に付随した損失が排除又はほとんど最小になる。これらの損失は、光ファイバコネクタと光コンポーネント間に存在する任意のギャップに関連した伝達と挿入の損失、接続された光コンポーネント構造の変化あるいはコネクタ自体を構築する材料の変化によって導入された光ファイバコネクター中のミスアラインメントを含むことができる。デバイスの集積化は、外部ファイバ接続の除去によって生じる高い信頼性の利点がある。更に、丸いファイバコネクタとほぼ正方形のコア構造の連結によって生じる典型的な挿入損失は、少なくとも形成される集積デバイスにおいては排除される。
【００３４】
本発明の他の態様においては、大面積集積化は光デバイスに多数の入力／出力光ファイバを直接接続することを容易にするために用いられる。図３は、多くのＩ／Ｏ接続部３０２Ａ−３０２Ｂをもつ光コンポーネント３００を示すものである。一般的に言えば、基板面積の増大は、そのような基板上に形成された光処理デバイスのＩ／Ｏ容量の増大を可能にする。一般に、光ファイバの円形コアは、直径が８ミクロンであり、構造の全直径が約１２５ミクロンであるようなクラッドによって囲まれている。デバイスに接続される光ファイバの数が増えるにつれて、各光ファイバの入力／出力接続の全体のコア／クラッド構造に適合させるために大きな面積が必要である。
【００３５】
この大面積集積化の利点は、より多くの入力／出力光ファイバを適合させるために寸法が大きくなることである。デバイスの使用が増え帯域幅の必要が増えるにつれて、多くの入力及び／又は出力を持つより大きな基板上に形成される大きなデバイスの集積化を作ることができる。ほとんどのデバイスがある点で、長い距離又はデバイス間を超えて光を伝送するために用いられる外部の光ファイバに現在接続されていることから、ファイバと光デバイスの間を接続するために追加の面積が必要とである。一実施例として、デバイスの要求された容量の増加に適合させるために接続とコアの数が増加した交差接続（相互連結）が有利に作られる。交差接続の実施例においては、大面積基板の使用によって、光ケーブルに対して多くの入力と出力の接続を適合させることのできる大きな交差接続ダイの設計が可能になる。更に石英、シリカ、溶融シリカの基板の使用は光ファイバと光コンポーネント間に溶融結合が有利である。慣用的なサイズと形の基板を用いて形成された光処理デバイスは製造し得るデバイスのサイズと光ファイバケーブルの増加数に適合させるためのサイズデバイスの能力が制限される。従って、デバイスに多数の光ファイバを接続する能力は、光コンポーネントに物理的な接続を適合させるために十分な基板のリアルエステイトを必要とする。物理的に追加の光ファイバ接続に適合させる能力は、広範囲の光信号処理を可能にする。
【００３６】
本発明の他の態様においては、大面積の集積化は光信号処理デバイスのデザイナーが高容量光信号処理コンポーネントを設計し使用することを可能にさせる。単一の光ファイバへの光信号の多重化能が増加するとともに光デバイスに結合することができる個々の光ファイバケーブルの数が増加するにつれて、処理される個々の光信号の数も増加する。従って、デザイナーは、光信号処理容量が増加した個々の光処理コンポーネントを設計する自由を持つことが求められている。いくつかの設計は、複数の個々の光信号が同時に処理されることができる伝達経路を設計する大面積から有益である。図４は、デバイスの中に導入された多くの光信号を処理し得る多数の光コンポーネントを持った集積光デバイス４００を示す図である。図４に示された代表的なデバイスは、左側の入力と右側の出力と“高信号処理容量”を示している光処理デバイス４０４Ａ−４０４Ｂとを含んでいる。例えば、（ａ）デバイスに接続された多くの光ファイバ及び／又は（ｂ）各々が高度多重化光信号を保有する光ファイバからの信号の流入を処理する能力があるフィルタ。信号は、例えば、基板上に形成された高容量の処理コンポーネントによって更に処理するために、入力され非多重化される。処理コンポーネントは、追加の伝達経路に適合させて所望の処理容量を達成するために面積を更に必要とする。
ｉｉ．大面積基板へのデバイスのアセンブリ集積化
他の態様においては、大面積基板はデバイスを直接形成することができかつ他の光デバイスを取付けることができる共通のキャリアとして用いられる。次にデバイスは、光ファイバ接続部又はピグテールを利用する従来の技術を用いて相互に接続される。光コンポーネントは、光信号処理パネルとも本明細書で言われる大面積基板上に形成することができ、他のコンポーネントは大面積基板に取付け又は貼付けられる。本明細書に記載される光処理パネルは、光処理デバイスを形成するために集積光処理コンポーネントを製造するアセンブリプロセスを示している。実施形態においては、本発明の態様の光処理パネルは、光処理パネル上に形成された又は製造された複数の受動光処理コンポーネントを含んでいる。一態様においては、これらの受動光処理コンポーネントのクラッド又はコアの一部又は全部が本明細書に記載された処理システムと方法を用いて形成される。例えば、光処理パネルは、複数の光処理コンポーネントが形成されたクラッドの一部を形成するのに十分な光学特性と特性を備えた基板を含むことができる。本発明の他の態様においては、複数の光処理コンポーネントの一部又は全部は、更に詳細に記載されるようなダマシーン処理技術を用いて形成される。更に他の態様においては、後述されるクラスタツール処理技術も光処理パネル上に形成された複数の光処理コンポーネントの全部又は一部を製造するために用いることができる。発明の他の実施形態が本明細書に示された本発明の様々な態様の組合わせを用いることができることは理解されるべきである。例えば、光処理パネルは、被覆材料として基板を用いて形成された複数の受動光処理コンポーネントを含むことができ、コア又は他の堆積被覆材料の堆積及び／又は高密度化がクラスタ処理システムにおいてインサイチュで行われるダマシーンプロセスを用いてシームレスコアが形成されている。
【００３７】
光処理パネルの代替実施形態においては、いくつかの受動光処理コンポーネントは上記のように光処理パネル上に形成され、他のコンポーネントは他で製造されてから光処理パネルに結合、連結、積層、又は適切には貼付られる。他で製造されたコンポーネントは受動光処理コンポーネント、能動光処理コンポーネント又は電子コンポーネントを含むことができる。ガラス技術についてのＩＣは、光処理デバイスの動作に電子集積回路の動作をと集積化するために用いることができることは理解されるべきである。
【００３８】
集積光デバイスを形成する方法は、面積が約４００ｃｍ2より大きい基板上に１以上の受動光デバイスを形成するステップを含んでいる。好ましくは、基板は、光デバイスが形成されたダイの共通の形にあてはまるように形が正方形又は矩形である。更に、１以上の能動及び／又は受動のデバイスは、集積光デバイスを形成するために受動のデバイスが形成された基板に組み立てることができる。基板上に形成することができる受動デバイスの例は、導波管、スプリッタ、フィルタ、カプラ、交差接続部分、マルチプレクサ、デマルチプレクサ、又はその組合わせを含むがそれらに限定されない。
【００３９】
上記の説明は個々の光デバイスが詳述しているが、本発明の方法及び装置は、単一の基板上に形成された単一の集積構造へいくつかの光コンポーネントを集積化する光デバイスを製造するために有利に用いることができる。そのような集積光デバイスは、いくつかの個々のデバイスが個別に製造されてから共に連結してデバイスを形成するか又は共に接続されて指定された光処理機能を行う場合に必要とされる多くの相互接続ステップとしては必要とされない。
ｉｉｉ．電気コンポーネントと光コンポーネントの集積化
他の面積の集積化には、同一基板上に光学デバイスと電子デバイスの両方を製造するステップが含まれている。一実施形態においては、集積光処理デバイスにおいて光信号処理コンポーネントと電子信号処理コンポーネントの両方を用いる光処理デバイスを形成するために光処理パネルが用いられる。電子信号処理コンポーネントは他で形成されてから、例えば、上記のようにガラス技術についてのＩＣを用いて光処理パネルに貼付けることができる。しかしながら、本発明の実施形態の方法と装置は、光処理コンポーネントと電子処理コンポーネントの両方が光処理パネルに全体に形成された光処理パネルを製造するために用いることができる。一実施形態においては、光処理パネルがパターン形成されて光コンポーネントを形成し、電子処理コンポーネントのために別にされた面積はマスクされる。光処理コンポーネントとデバイスの製造が完了した後、それらの面積はマスクされ、電子処理コンポーネントのために別にされた面積はマスクされず、電子処理コンポーネントがその上に形成される。光処理コンポーネントか又は電子処理コンポーネントを製造する順序は最初に逆にされてもよいことは理解されるべきである。本発明の実施形態は、本明細書に記載されたクラスタツール又はプロセスシーケンスの実施形態と方法を用いて同時に電子処理コンポーネントと光処理コンポーネントを製造するために使用し得ることも理解されるべきである。
Ｂ．集積処理システム
本明細書の実施形態による集積処理システムは、具体的な材料の堆積を可能にする堆積プロセス選定と具体的な構造の順序堆積を可能にするプロセスシーケンス選定を示している。堆積プロセス選定の実施例としては、光コンポーネントを形成するために用いられるクラッドまたはコアの材料を堆積させるプロセスが含まれるがこれに限定されない。プロセス選定には、光信号処理コンポーネントの製造において有用な他の材料を堆積させるために用いられるプロセスも含まれている。例えば、封入材料は、配置された層又は材料の水分吸収、微粒子損傷又は他の分解を防止するために光処理コンポーネント層の上に堆積させることができる。具体的な実施例においては、水分がＢＰＳＧ膜に吸収されることを防ぐために、堆積され高密度化されたＢＰＳＧクラッド上に封入層を堆積させることができる。プロセス選定は、また、例えば、クラッドあるいは、後にリソグラフィとパターン形成処理ステップで用いられるクラッド又はコアの上に堆積されたハードマスク材料のように、他の材料の堆積を含むことができる。種々の材料の堆積を可能にするこれらのタイプと他のタイプのプロセス選定を可能にするために選択される処理チャンバには、ドープしていないシリカガラス（ＵＳＧ）；ドープしたシリカガラス、例えば、はホウ素やリンでドープしたシリカガラス（ＢＰＳＧ）又はリンドープシリカガラス（ＰＳＧ）；アモルファスシリコン、ポリシリコン、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、シリコンオキシニトリド（ＳｉＯＮ）、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ2）、他のドープした材料、例えば、希土類（ランタニド系列材料、例えば、エルビウム、プラセオジム等）をドープした材料が含まれるがこれらに限定されない。
【００４０】
集積処理システムは、光デバイスとコンポーネントの、製造の個々の挑戦に取り組むために高スループット光コンポーネントとデバイス製造だけでなく処理シーケンスの専門の集積化も可能にするクラスタツールについての具体的な処理チャンバの有利な配置を示している。
【００４１】
光コンポーネントと光デバイス製造にプロセスシーケンス選定とクラスタツール処理チャンバ能の両方を与えることができる処理システムはカリフォルニア州サンタクララにあるＡＫＴ社から入手できる。そのようなシステムは図５に概略図で示されているＡＫＴ１６００処理システムである。処理システム５００は、１以上の処理システム、処理チャンバ５０２Ａ−５０２Ｃ、例えば、ＵＳＧチャンバ、ＰＳＧチャンバ及び／又はＢＰＳＧチャンバ、物理気相成長（ＰＶＤ）チャンバ、又は熱アニールチャンバのような少なくとも一つの後堆積処理チャンバ５０４が含まれるがこれらに限定されないチャンバを含むように構成され得る。他の処理チャンバも含むことができ、上記チャンバは封入材料やマスキング材料の堆積に用いることができる。上記の及び本明細書に示される光デバイスにおいて１以上の材料を形成するために、スピンオンコーティング、シルクスクリーニング、キャピラリコーティング、スプレーオンコーティング、ゾルゲルコーティング、又は有機（ポリマーコーティング）又は無機材料の堆積と形成のような他の堆積システムとプロセスも企図される。
【００４２】
後処理チャンバ５０４は、必要とされる場合、光処理コンポーネントとデバイスに用いられる堆積膜の高密度化処理、強化処理、応力緩和処理を行うのに用いられる。光信号コンポーネントとデバイス製造の関連に適切な熱処理プロセスには、材料の高密度化、強化、応力緩和が含まれるが必ずしもこれらに限定されない。典型的な処理チャンバはＡＫＴ１６００ＰＥＣＶＤチャンバであり、典型的な熱アニールチャンバはカリフォルニア州サンタクララにあるアプライドマテリアルズ社から入手できるランプ加熱熱アニールチャンバのような急速熱アニールチャンバである。他のチャンバとプロセスには物理気相成長（ＰＶＤ）チャンバとプロセスを含むことができる。リソグラフィやエッチングシステムのような追加システムも従来のパターン形成プロセスとエッチングプロセスによって所望の構造を形成するために用いられる。
【００４３】
後堆積処理チャンバが配置された上記ＡＫＴシステムのようなクラスタツールシステムの利点は、そのシステムで堆積した膜をインサイチュで高密度化、強化、熱処理（即ち、炉のような外部熱処理装置を用いずに）し、よって熱処理されていない堆積膜を大気に晒すことに関連のある危険が排除されるということである。更に、チャンバの数やそれらのチャンバを作動させるシーケンスは、基板を大気に晒さずに、連続して行われる多数の堆積プロセスと高密度化プロセスを与えるように有利に選択することができる。一実施形態においては、急速熱アニールチャンバを処理システムにおいて堆積した膜を急速にアニールし高密度化するために用いることができる。処理システムは、後述されるプロセスシーケンスや光処理コンポーネントとデバイスの製造において用いられる他のものを行うように形成することができる。
【００４４】
集積処理システムを用いる一つのプロセスシーケンスにおいて、クラッドと次にコア層は、単一プロセスチャンバ内で堆積させることができる。処理システムは、クラッドとコア層に適した材料を堆積させることができる少なくとも一つのチャンバを含むように構成される。例えば、クラッドはＵＳＧ層を堆積させることにより形成され、コア層はＰＳＧ層を堆積させることにより形成することができる。次に、基板は適切なパターン形成とエッチングが行われうる他のシステムに移動し得る。コアの光伝達チャネルをパターン形成し形成した後、基板を同一堆積処理システムに又はＢＰＳＧのような上クラッドがパターン形成コア構造上に堆積可能な異なる処理システムに戻すことができる。上クラッドを堆積した後、基板を急速熱アニールチャンバ、又は他の熱アニールチャンバにインサイチュで移動させることができるので、適切な熱処理プロセスを上クラッド上で行うことができる。上記プロセスは多層スタック全体の配置後に熱処理チャンバの使用を記載しているが、多層スタックにおける単一層を形成するプロセスシーケンスには、堆積チャンバと熱処理チャンバで行われる連続プロセスが含まれてもよい。
【００４５】
集積処理システムにおいて行われる他のプロセスでは、ＵＳＧのような下クラッドが第１チャンバ内で堆積し、ＰＳＧのようなコアが同一チャンバ又は異なるチャンバ内で下クラッド上に堆積し、次にポリシリコン又はアモルファスシリコンのようなハードマスクが他のチャンバ内でコアの上に堆積する。処理システムは、基板がパターン形成システムとエッチングシステムに移動する前に単一のシステムにおいて処理することができるように、下クラッド、コア、ハードマスクを堆積させることができるチャンバとともに構成される。これらの膜は、同一チャンバ又は別のチャンバで堆積させることができる。膜を単一チャンバで堆積させる実施形態においては、処理システムは、膜の各々を堆積させることができる３つのチャンバとともに構成されてもよい。
【００４６】
集積処理システムにおいて行われる他のプロセスでは、単一の材料が複数のチャンバ内で連続して堆積する。そのシステムは、基板が所望の膜厚を堆積させるためにチャンバを連続して移動することができるように同一膜を堆積するように設計された１以上のチャンバと形成され得る。これは、全体の膜が単一チャンバ内で堆積する場合、膜厚が必要とされることにより粒子生成を招くことがある場合に有利である。一実施例として、選んだ量の材料が堆積した後にチャンバは典型的には洗浄される。単一層を形成するのに必要とされる堆積量が粒子問題なしにチャンバに安全に堆積することができる量を超える場合には、連続堆積ステップを用いることができる。
【００４７】
集積処理システム内で行われる他のプロセスにおいては、連続堆積して完全な膜が得られる前に膜の一部を堆積して次にアニールされる多段堆積法を行うことができる。一実施例として、システムは、下クラッド、コア、上クラッド又は上記のいずれかの組合せを堆積するように形成された１以上の処理チャンバと膜を高密度化する後処理チャンバとともにシステムが構成され得る。この堆積／高密度化サイクルは、全体の膜厚が効率よくかつ十分に高密度化され得るという点で超える場合の処理において必要とされるものである。
【００４８】
集積処理システムにおいて行われるプロセスでは、それぞれの膜、例えば下クラッド、コア、上クラッドは個別のチャンバ内で堆積させることができ、後処理チャンバは真空を壊さずに膜の処理を可能にするために設けることができる。
【００４９】
膜を堆積させるために用いられる処理チャンバは、広範囲のプロセス条件にわたってＣＶＤ膜を堆積することができるＣＶＤを含むことができる。処理チャンバは低温プロセス膜と高温プロセス膜を含む種々のＣＶＤ膜を堆積させるために用いることができる。いくつかの個々の処理には、ドープされていない酸化ケイ素（ＵＳＧ）やドープした酸化ケイ素、例えば、ホウ素ケイ酸リンガラス（ＢＰＳＧ）、ケイ酸リンガラス（ＰＳＧ）又はフッ素ドープしたケイ酸塩ガラス（ＦＳＧ）の堆積を含むＴＥＯＳ（テトラエチルオルトケイ酸塩）又はシラン系ＰＥＣＶＤやＳＡＣＶＤ（大気圧未満のＣＶＤ）化学が含まれる。同様に、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、炭化ケイ素、ＳｉＯxＮy、アモルファスシリコン又は他の層も本発明のデバイスを用いて堆積させることができる。ＣＶＤチャンバには、膜にドーパントを混入することを含む膜組成を制御することができる混合周波数チャンバを含めることができる。更に、エルビウムドープしたコア構造を製造することもできる。
【００５０】
光デバイスの製造に用いられる材料を堆積させるために用いることができる他のプロセスには、ＰＶＤチャンバ内で行われる物理気相成長（ＰＶＤ）が含まれる。チャンバはスパッタリング技術を用いて大面積基板に材料を堆積するように適合される。
【００５１】
熱アニールチャンバは、堆積した層を高密度化又はホモジナイズするために用いられる。均質化と高密度化は堆積した層の光学特性を増強するために使用し得る。熱アニーリングプロセスがデバイスの望ましくない光学性能を生じることがある層においてダングリング成分を除去すると考えられる。更に、層の熱処理は、層の光学的性質を増強する方法で膜の格子構造に影響する。熱アニールによって、ＢＰＳＧのような材料が隣接した光伝達チャネル間で流動するギャップフィルプロセスにおいても流動し得る。更に、熱アニールプロセスは、堆積した膜に応力緩和を与える。
【００５２】
上記集積処理システムと材料堆積プロセスのシーケンスは、光処理コンポーネントと、被覆材料とコアの間に約０.６％の屈折率（Δｎ）の差があるデバイスを製造するために有利に用いることができる。本発明の実施形態は、材料を堆積するとともにΔｎが約０.６％より大きい光処理コンポーネントとデバイスの製造を可能にする構造を製造するために有利に用いることができることは理解されるべきである。
Ｃ．ダマシーンプロセスシーケンスの実施形態
図６および図７は、ダマシーン型製造プロセスを用いて形成されたそれぞれ光信号処理デバイス６００および７００の断面図である。ダマシーン技術においては、デバイスの形状又は構造が下にある層にエッチングされ、次に構造又は形状が形成される材料で充填される。これは、バルク材料の堆積に続いてパターン形成し堆積した材料をエッチングして構造を形成することを含む従来の技術と対照的である。光進行コーティングコンポーネント製造に用いられるダマシーン型製造プロセスにおいて、コア又は光信号伝達経路６０２、７０２は、ある実施形態においては基板であってもよい被覆材料６０４、７０４にパターン形成される。次に、その光伝達特性に選択された適切なコア材料をパターン形成光信号伝達経路に堆積させる。コア膜は光デバイスのΔｎが〜０.６％のＰＳＧのようなドープされた膜又は光デバイスのΔｎが約０.６％より大きいドープされてない膜であってもよい。Δｎが〜０.６％の光デバイスの場合の具体的な実施形態においては、コアはＰＳＧのようなドープした材料から形成されることが好ましい。
【００５３】
ダマシーン型製造プロセスは、光伝達経路を種々の被覆材料へパターン形成するために用いることができる。図６に図示される実施形態においては、ダマシーンプロセスが基板６０６上に堆積した下クラッド６０４をパターン形成するために用いることができる。下クラッド６０４は、下層がコア６０２（図６に図示した）より下になるようにコアの高さより厚くすることができる。基板がコアの光伝達特性を妨害することを防止することを幾分厚いクラッドが所望される場合にはこの方法が適切である。例えば、基板がシリコンから形成された場合、下クラッド６０４は厚さ数ミクロン又はシリコンから導波管を分離する厚さ１０ミクロン程度であってもよい。
【００５４】
また、基板がクラッドの役割をするのに十分な光学特性を有する場合には、コア７０２を基板上に直接堆積し得るように基板は下クラッドとして働くことができる（図７に図示される）。また、非常に薄い下クラッドも使用し得る。この場合の基板はコアの下の下クラッドとして働き、堆積しパターン形成された下クラッド７０４は、コアの側壁を画成し、これらの処理においては側壁クラッドと呼ぶことができる。
【００５５】
基板がクラッドとして働くのに十分な光学特性を有する他の代替実施形態においては、コア又は光伝達経路が基板に直接パターン形成されてもよい。本実施形態においては、基板が１を超える面上に引き続き堆積したコアと接触したクラッドとして働く。
【００５６】
ダマシーン処理動作中に、被覆材料がパターン形成されエッチングされてコア又は被覆材料内の光伝達経路を画成する。光信号処理デバイスを形成するために用いられる材料と適合するドライエッチングや関連リソグラフィプロセスのような従来の技術を用いることができる。パタ―ン形成後には、コア材料がパターン形成した形状化の中に堆積する。次にクラッドとコア層の上面が平坦化されて、上クラッドが堆積し得るほぼ平面の上面を画成する。平坦化は、エッチング、化学機械的研磨、又は当該技術において既知の他の手法を用いて達成することができる。上クラッドは、下クラッドの上面とコア層の下面に位置する基板のような堆積した層又は結合した層、例えば、材料のシートであり得る（下で詳述される）。
【００５７】
本発明の実施形態においては、形成された光信号処理デバイスは、厚さが約１０〜１５μｍの下クラッドと、寸法が６×６μｍか又は８×８μｍのコア層と、厚さが約１０〜１８μｍの上クラッドを含んでいる。小型のデバイス構造も本明細書に記載されたプロセスを用いて形成することができる。本明細書に記載されたプロセスは、０.３５μｍ以下の範囲でデバイス構造、例えば、コア構造を形成する能力を有する。
【００５８】
図８は、パターン形成されエッチングされて基板自体の中にコアパターン８０２を画成する基板８００の他の実施形態を示す図である。パターンが一旦基板内に形成されると、コア材料はコアパターン内に堆積する。次に基板の上面がエッチング（例えば、エッチバック）、ＣＭＰ等の手法を用いて平坦化されて基板内に堆積したコアチャネルの上面を平坦化する。次に基板とコアの上面に上クラッドが堆積する。また、上クラッド８０６が基板とコアの上面に結合することもできる。上クラッドは、ＢＰＳＧ又は屈折率がコア材料の屈折率と異なる他の材料のような堆積した層であってもよい。基板内にコアを形成してから上クラッドとして他の同様の基板を用いる利点は、コアがすべての面で同一材料によって囲まれていることである。コアがすべての面で同様の材料によって囲まれている場合、そのようなコアの光信号伝達特性は、異なる材料によって囲まれたコアより改善されている。
【００５９】
上記のダマシーンプロセスは、図６、図７、図８に示された埋設コア構造のような具体的なコア構造の形成に限定されない。上記のダマシーン方法の実施形態は、例えば、リブ付きコア構造のような他のコア構造を形成するために有利に用いることができることは理解されるべきである。図９は、代表的なリブ付きコア構造９００を示す図である。リブ付きコア構造に適したサイズと形をした光信号伝達チャネル９１０での模様を、基板９０５をパターン形成することによりリブ付きコア９００が形成される。
【００６０】
基板９０５が一旦パターン形成されると、光信号伝達チャネル９１０が適切なコア材料９１５で充填される。適切なコア材料９１５は基板の上の厚み９２０まで与える。コア材料の厚み９２０は、コア材料９１５の光学的性質、リブ付きコア構造９００の動作環境、他の要因に依存して選択される。リブ付きコア構造９００の実施形態においては、コア材料９１５の屈折率は大きく、コアの厚み９２０は本実施形態のリブ付きコア構造９００が上クラッド（即ち、個別の上被覆材料はコア層９１５の上に堆積も、結合も、形成も、供給もされてない）として空気と機能することができる十分な厚みである。リブ付きコア構造９００の代替実施形態においては、上記のように、コア層９１５が形成され、更に、クラッドをコア層９１５の上に堆積させる。
【００６１】
コア構造９１５の製造が本明細書に記載された技術のいずれかによって達成することができることは理解されるべきである。例えば、コア９１５は、ＣＶＤ又はＰＶＤ堆積技術または上記の他の層製造技術によって堆積させることができる。更に、その場における堆積したコア及び／又は上クラッドのインサイチュ高密度化も用いることができる。
【００６２】
本明細書に記載されたダマシーンの実施形態は大面積基板又はガラスパネル型基板に限定されない。光信号デバイスの製造において用いられる慣例的なサイズと形の基板は、上記の光信号処理デバイスの製造に適したダマシーン製造技術の利点を享受することができる。
Ｄ．積層プロセスシーケンスの実施形態
発明の他の態様は、下クラッドの中に又はその上にコアを製造した後にデバイス上に上クラッドを結合することにより光デバイスを形成するものである。光デバイスの形成に対するこの方法は、堆積プロセスを排除し、上クラッドの堆積をアセンブリプロセスで置き換える。石英、シリカ又は溶融シリカのような基板が、コアと下クラッドの上面に結合している上クラッドを形成するために使用し得ると考えられる。例えば、上クラッドは上記ように、ダマシーンシーケンスによって形成された基板の上に構築し得る。
【００６３】
上クラッドが他の基板のような結合された材料片である処理においては、上クラッドが基板とコア材料に結合、溶融、接着される。実施形態においては、上クラッドが下にある基板と同様の材料から構成された第２基板であり得る。ダマシーン法が基板の中にコアを形成するために用いられる具体的なプロセスシーケンスにおいては、必要とされる堆積ステップのみがコア材料を形成するためのものである。その結果、例えば、ＢＰＳＧのような上被覆材料の堆積が排除される。ＢＰＳＧ堆積ステップの排除と共に、ＢＰＳＧの堆積後に必要とされる任意のフロー又はリフロープロセスが除去される。結果として、製造プロセスは高スループットプロセスシーケンスに移すことができるステップの数がわずかになる。
【００６４】
一例として、光デバイスを形成する方法には、基板上に下クラッドを堆積させるステップと、下クラッド内に光伝達チャネルを形成するステップと、光伝達チャネル内にコア材料を堆積させるステップと、上クラッドを下クラッドとコアの上面に結合するステップとが含まれる。下クラッドは、ＵＳＧ、ドープされいないシリカ、又は望ましい光学的性質を有する他のドープされていない材料の群より選ばれた材料から作ることができる。上クラッドは、下クラッドの上面とコアの上面に屈折率が上クラッド又は下クラッドと用いるのに適合する接着剤を用いて結合される。接着剤の一例はエポキシ樹脂である。
【００６５】
上被覆材料をコアと被覆構造に結合する代替方法は、バルク材料を加えてからその材料を硬化してクラッドが残る方法である。上クラッドを形成するための液体／硬化法の使用は、コアとクラッドの上面の平面が所望されなくてもよく、上記のように単一のパネルクラッドの積層が実際的でない場合に特に有効である。平面でないコアとクラッドの上面によって導入される難しさを克服する一つの例は、揮発性の材料に懸濁した無機材料を含む被覆材料混合物を適用することができるものである。被覆材料混合物をコア被覆構造に適用した後、揮発性の材料は追い出されてコアと被覆構造の上の適所に無機材料が残る。無機材料は屈折率が被覆材料として機能するのに適した大きさであるように選択される。無機材料又は有機材料が被覆材料として後に用いられる揮発性材料に懸濁することができることは理解されるべきである。
【００６６】
実施形態は、例えば、図６に示される埋設コア構造のような矩形や正方形断面コア構造によって本明細書に記載されてきたが、他の形のコア構造とこれらのコア構造を形成するプロセスも本明細書に企図される。図１０は、下クラッド１０５４が基板１０５２上に形成されたコア構造１０５０を示す図である。続いてのパターン形成プロセスは、形を作るためにコア１０５６の断面が用いられる。そのときに得られたコア構造１０５６の上にクラッドが形成される。
【００６７】
図１１は、オーバーエッチングコア構造１１７０と呼ばれる別のコア構造を示す図である。オーバーエッチングコア構造１１７０は、コアパターンステップがコア層を通って下にあるクラッドに続き、結果としてコア層１１７２が隆起したクラッド１１７４の上に形成されることからそのように名づけられている。図１２はリブ付きコア構造１２８０を示す図である。オーバーエッチングコア構造１２７０と対照的に、エッチング／パターン形成プロセスを進めた後にコア層を通って下にあるクラッドをエッチングすることによりコア構造１２８２のエッチング／パターン形成が生じる。コア構造１２８０のようなリブ付きコア構造のパターン形成／エッチングプロセスは、得られたコア層１２８２が隆起した部分１２８４を含むように停止される。
【００６８】
更に、正方形又はほぼ矩形の断面のコア構造を示してきたが、例証されていた一方、切子面のある角、曲がった面又は円形の断面のような他の断面の形も発明の範囲内で企図されることは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】典型的な導波管構造の断面である。
【図２】集積光デバイスの概略図である。
【図３】複数の入力／出力接続のある大面積デバイスの概略図である。
【図４】大容量集積光デバイスの概略図である。
【図５】本明細書に記載された実施形態の実施に使用し得る典型的な処理システムの概略計画図である。
【図６】本発明の実施形態の基板上又は基板内に形成された種々のデバイスの断面図である。
【図７】本発明の実施形態の基板上又は基板内に形成された種々のデバイスの断面図である。
【図８】本発明の実施形態の基板上又は基板内に形成された種々のデバイスの断面図である。
【図９】光デバイスの代替コア構造の断面図である。
【図１０】光デバイスの代替コア構造の断面図である。
【図１１】光デバイスの代替コア構造の断面図である。
【図１２】光デバイスの代替コア構造の断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０４…コア、１０６…下クラッド、１０８…上クラッド、２００…光デバイス、２０４…アッド／ドロップフィルタ、２０８…マルチプレクサ又はデマルチプレクサ、３００…光コンポーネント、３０２…Ｉ／Ｏ接続部、４０４…光処理デバイス、５００…処理システム、５０２…処理チャンバ、５０４…後堆積処理チャンバ、６０２…光信号伝達経路、コア、６０４…下クラッド、６０６…基板、７０２…光信号伝達経路、コア、７０４…下クラッド、８００…基板、８０２…コアパターン、８０６…上クラッド、９００…リッドコア構造、９０５…基板、９１０…光信号伝達経路、９１５…コア層、９２０…コアの厚み、１０５０…コア構造、１０５２…コア、１０５４…下クラッド、１１７０…オーバーエッチングコア構造、１１７２…コア層、１１７４…隆起したクラッド、１２８０…リブ付きコア構造、１２８２…コア層、１２８４…隆起した部分。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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