光学部件的制造方法及由该方法制成的光学部件技术

通过这样一种工艺来制造包括与一个或多个波导（２５’）的末端对准的一个或多个光学元件（３５’）的光学部件，其中，首先在衬底（１０）（或在衬底的缓冲层上）上淀积经掺杂的氧化硅核心层（２０），随后在核心层上淀积通常为１－５μｍ厚的局部外包层（３０Ａ）。对局部外包层和核心层进行构图和蚀刻，从而同时限定光学元件和波导核心。其后，通过淀积另一外包层（３０Ｂ）而完成外包层。在把此制造方法应用于基于光栅的ＮＢＷＤＭ器件时，光栅的金属化可在淀积第二外包层部分（３０Ｂ）之前或之后进行。在任一种情况下，淀积此第二外包层部分都需要低温淀积工艺。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学部件制造的领域，尤其涉及集成(或平面)光学部件。尤其是，本专利技术涉及这样的光学部件的制造，其中同与波导的末端对准的一个或多个其它光学元件相结合地形成一个或多个波导。在集成光学领域中，通常需要制造其中一个或多个光学元件与一个或多个波导的末端对准的部件。例如，在制造波分多路复用器(wavelengthdivision multiplexer)时就是这样的情况。通常，在制造过程的第一阶段，把构成波导的层相继淀积在衬底上并跟踪其中的图案。其后，在波导结构完成时(核心层、外包层，还可能有位于衬底和核心层之间的缓冲层)，通过对完成的波导结构进行构图和蚀刻，使形成的有关光学元件根据需要与波导的末端对准。制造过程的第二阶段包括在例如20-30μm厚的厚分层结构上进行光刻和蚀刻工艺，引起了许多问题。将参考附图说明图1，通过描述基于衍射光栅的窄带波分多路复用器或多路分用器(NBWDM)的制造工艺来更详细地说明常规制造工艺中所固有的问题。通常，基于衍射光栅的窄带波分多路复用器或多路分用器(NBWDM)包括与为几个(通常为32或更多)通道服务的输入和输出波导的末端对准的衍射光栅。依据常规工艺，把通常由具有光学平滑表面的硅或二氧化硅构成且通常为1mm厚的晶片用作制造光学部件的衬底10。如图1A所示，通过例如火焰水解(flame hydrolysis)淀积或化学淀积工艺或等离子体淀积工艺等把二氧化硅层20淀积在衬底10上。为了提高二氧化硅的折射率，用锗、钛等对二氧化硅进行掺杂。(在利用硅衬底的情况下，为了光学隔离的目的，在淀积掺杂的二氧化硅核心层20前在衬底10上设置缓冲层。可通过热氧化来获得缓冲层)。二氧化硅层20的厚度通常在5到10μm之间，例如6.5μm厚。通过以光刻步骤进行构图，随后蚀刻到适当的厚度(例如在利用6.5μm厚的核心层的情况下为7μm)，从而由层20形成波导的核心25以及平面波导28(见图1B)。在此第一光刻步骤期间形成用于随后光刻步骤的对准标志。接着，通过诸如低压化学汽相淀积(LPCVD)、等离子体增强化学汽相淀积(PECVD)、大气压化学汽相淀积(APCVD)、火焰水解等适当的工艺淀积由未掺杂二氧化硅或掺有例如硼或磷的二氧化硅构成的通常为10-20μm厚的外包层30(见图1C)。其后，通过在尝试使掩模与先前形成的对准标志对准的光刻步骤中进行构图且通常通过反应离子蚀刻把完成的层状结构蚀刻到20-30μm之间的深度来形成衍射光栅35(见图1D)。通过淀积由铝或金构成的层36，从而对光栅35进行金属化来完成基于光栅的窄带波分多路复用器或多路分用器(NBWDM)(见图1E)。在常规工艺中，有许多问题困扰着第二光刻和蚀刻步骤。由于先前淀积的核心和外包层的厚度(17-30μm)，使得衬底明显地翘曲，对于4″(100mm)的晶片，通常为100μm左右。这种严重的翘曲使得难于获得高分辨率的光刻，这是制造需要非常精确地限定被蚀刻部件的窄带WDM元件等所存在的严重问题。此外，在两个光刻步骤中所使用的掩模需要完全对准，但由于外包层的厚度大导致可见度的损失而带来了困难。此外，在常规的工艺中，需要深的二氧化硅蚀刻，它本身是极为困难的。蚀刻时间很长，通常为5到10小时，且对蚀刻掩模有严格的限制(高厚度、高耐蚀刻性、低应力和高蚀刻分辨率)。此外，蚀刻期间分辨率的损失导致光栅的磨圆(rounding)在3和4μm之间。针对以上问题，本专利技术为光学部件的制造提供了一种新工艺，这种工艺免除了在这样的厚分层结构上进行光刻和蚀刻步骤的需要。尤其是，本专利技术提供了一种形成光学部件的方法，此光学部件包括至少一个波导和面向波导的末端放置的至少一个光学元件，这种方法包括在衬底上淀积核心层来形成每个波导的核心的步骤，其特征是还包括以下步骤在所述核心层上淀积局部外包层；对所述核心层和局部外包层进行构图，从而同时限定光学元件和波导的核心；以及淀积另一外包层。通过以两个阶段淀积外包层并通过刻穿(etch through)核心层和局部外包层来同时限定光学元件与波导，本专利技术的方法避免了常规制造方法中所存在的深度蚀刻工艺，从而可实现光学元件的高分辨率。此外，通过省略常规制造方法中的第二光刻步骤，本专利技术大大简化了工艺且保证了波导与光学元件的完全对准。此外，通过减小蚀刻深度，降低了对蚀刻掩模的要求，减少了蚀刻时间，且进一步提高了分辨率(1μm左右的磨圆)。局部外包层的厚度最好在1-5μm的范围内，以核心与外包层的折射率之差的函数来确定此精确值。例如，2-3μm厚的局部外包层适用于使用核心层(例如，n=1.46)与外包层(例如，n=1.45)的折射率之间的相对差为0.69％的波导的情况。如果局部外包层的厚度太低，则在所获得的光学部件中，面对波导末端的光学元件将与波导核心及其上的一小部分外包层(对应于局部外包层)相对，且将只控制在这些元件中传输的光。然而，实际上，光并不维持限制于波导核心，在使用期间光还将依据高斯分布在外包层上传播。核心层外的这种传播的程度将随核心与外包层的折射率之差变得越来越接近或减小而增大。因而，为了把光学损失减到最少，想要使光学部件不仅与波导核心相对，而且也与一部分外包层相对，这部分外包层的厚度足以保证在核心层外传播的大多数光位于这部分外包层内。由于这些光学元件通过蚀刻局部外包层来形成且面向对应于局部外包层的这部分外包层，因而，局部外包层的厚度应使得在核心层外传播的大多数光位于局部外包层内。另一方面，如果局部外包层制作得太厚，则本专利技术的优点(较好的分辨率、较少的翘曲)开始消失。通过进行刻穿核心层和1-5μm的局部外包层的蚀刻步骤，保持了获得的光学部件具有良好的效率。本专利技术还提供一种光学部件，它包括至少一个波导，以及通过蚀刻而形成并放置成面向波导末端的光栅，其中波导的核心由二氧化硅制成，最好是掺杂的二氧化硅，且蚀刻引起的光栅的磨圆＜3μm，最好近似等于或小于1μm。从以下对通过举例给出的并如附图所示的本专利技术较佳实施例的描述，将使本专利技术的进一步特征和优点变得明显起来，其中图1示出NBWDM元件的常规制造工艺，该工艺经历了从图1A到1E所示的中间步骤；以及图2示出应用于制造NBWDM元件的依据本专利技术的制造工艺的第一较佳实施例，该工艺经历了从图2A到2E所示的中间阶段；以及图3示出应用于制造NBWDM元件的依据本专利技术的制造工艺的第二较佳实施例，该工艺经历了从图3A到3F所示的中间阶段。在以下描述中，通过讨论制造NBWDM元件的两个实施例来说明依据本专利技术的方法。然而，应理解，本专利技术不限于制造这种类型的元件，而可应用于通过蚀刻完成的波导结构而使光学元件与一个或多个波导形成对准的常规情况。现在将参考图2A到2E来描述依据本专利技术的方法的第一较佳实施例。依据第一实施例的方法的第一步骤与常规方法中的相同的，此第一步骤包括通过任何适当的技术在衬底10上淀积掺杂的二氧化硅层20(见图2A)。通常，如1的例子，衬底可以是1mm厚且直径为100mm的二氧化硅衬底，核心层20可以是掺有锗、钛等的6.5μm厚的二氧化硅。随后的步骤不同于常规方法的那些步骤。接着，在本实施例中，通过例如APCVD、PECVD、LPCVD、火焰水解等一种适当的工艺淀积近似于本文档来自技高网...

【技术保护点】
光学部件的制造方法，所述光学部件包括至少一个波导以及放置成面向每个波导的末端的至少一个光学元件，所述方法包括在衬底上淀积核心层以形成每个波导的核心的步骤，其特征在于还包括以下步骤：在所述核心层上淀积局部外包层；对所述核心层和局部外包 层进行构图，从而同时限定光学元件和每个波导的核心；以及淀积另一外包层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：A贝甘，P勒于得，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]