专利名称：制造阵列波导器件的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种制造阵列波导光栅器件的方法及装置，其利用离子束溅射或高密度等离子体(SHDP，super high density plasma)镀覆，并通过四步骤制作阵列波导光栅(AWG，Arrayed WaveGuide)，从而消除传统化学环境污染。
背景技术：
已知阵列波导光栅器件是采用热氧化、金属有机化学气相沉积(MOCVD，Metal Organic Chemical Vapor Deposition)和等离子体增强型化学气相沉积(PECVD，Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition)制作。金属有机化学气相沉积和等离子体增强型化学气相沉积均为化学方法，在工厂内必需要求复杂的设备和废气处理设施。
参照图1，已知阵列波导光栅层结构至少包括四层，Si或SiO2基底1、热氧化SiO22、核心层3和等离子体增强型化学气相沉积SiO2外层4。
15μm厚的热氧化物SiO22沉积于Si或SiO2基底1，核心层3包括两种材料，掺有GeO2的SiO25和SiO2+P2O5+B2O36，两者均通过金属有机化学气相沉积或等离子体增强型化学气相沉积或火焰水解沉积(FHD，Flame Hydrolysis Deposition)方法沉积于热氧化SiO2层2。核心层中，掺有GeO2的SiO25通过SiO2+P2O5+B2O36隔离。外覆层4为通过等离子体增强型化学气相沉积于核心层3的15～20μm厚SiO2。
已知制造方法具有四步，包括具有一掩膜制程的四个厚膜层沉积步骤。首先，在Si或SiO2基底上沉积15μm厚的热氧化SiO2，生长15μm厚的热氧化SiO2约需三周时间。然后，利用等离子体增强型化学气相沉积制作核心层，核心层材料为通过金属有机化学气相沉积或等离子体增强型化学气相沉积或火焰水解沉积制作掺有GeO2的SiO2，核心层通过SiO2+P2O5+B2O3隔离，其相对于核心层材料具有不同的折射率，外覆层为15～20μm厚的SiO2，等离子体增强型化学气相沉积是该厚外覆层的沉积方法。可以理解，已知化学气相沉积方法所需时间较久并且会产生污染。因此，提供一种无污染且高效制造高质量阵列波导光栅器件的方法及装置实为必要。
发明内容本发明的目的在于提供一种无污染且高效制造高质量阵列波导光栅器件的方法及装置。
本发明的目的是这样实现的本发明阵列波导光栅层结构至少有四个加工步骤，包括具有一掩膜制程的多个厚膜层沉积步骤。第一层是离子束溅射或离子镀覆15μm SiO2膜层代替热氧化SiO2沉积。其次，采用离子束溅射或离子镀覆以形成核心层掺有GeO2的SiO2膜，在半导体掩膜制程及反应离子蚀刻(RIE，Reactive IonEtching)加工下，核心层材料掺有GeO2的SiO2能产生与附着层不同的折射率，核心宽度为4μm，核心高度为4～8μm，其间间隔大约为2μm。核心之间是通过SiO2+P2O5+B2O3材料隔离，其与核心材料具有不同折射率，离子束溅射或离子镀覆的沉积方法用来代替金属有机化学气相沉积或等离子体增强型化学气相沉积方法。外层是15～20μm的SiO2，其沉积采用离子束溅射或离子镀覆。
制造阵列波导光栅器件的装置包括一空腔、将该空腔抽至高真空的装置、多个离子源，位于空腔内且围绕该空腔外围放置、多个目标靶，位于空腔内围绕空腔外围且相对于对应离子源，其中，该系统为制造阵列波导光栅器件创造一干净且高密度等离子体沉积结构。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点通过离子束溅射或包括高密度等离子体镀覆步骤的离子镀覆沉积来代替金属有机化学气相沉积或等离子体增强型化学气相沉积等常规化学气相沉积方法，由于制程中所涉及的方法均是物理现象的变化，不涉及化学变化，所以不会产生有毒的废物亦不致产生环境污染。
图1是通过金属有机化学气相沉积或等离子体增强型化学气相沉积或火焰水解沉积方法制造的传统阵列波导光栅层结构。
图2是通过一种物理气相沉积方法，即高密度等离子体镀覆制造的新型阵列波导光栅层结构。
图3是实现本发明制造阵列波导光栅器件方法的装置的示意图，其中包括射频能量供应器、离子源、基底、快门、流速控制器及真空腔中的高真空泵。
具体实施方式
请参阅图2，新型阵列波导光栅层结构包括四层，Si或SiO2基底7、离子束溅射或离子镀覆SiO28、核心层9及离子束溅射或离子镀覆SiO2外覆层10。
Si或SiO2基底7厚度为0.6～1mm。15～20μm厚的离子束溅射或离子镀覆SiO28沉积于Si或SiO2基底7。核心层9包括两种材料，掺有GeO2的SiO211和SiO2+P2O5+B2O312均通过离子束溅射或离子镀覆沉积于离子束溅射或离子镀覆SiO2层8，掺有GeO2的SiO211宽为4～8μm，高为4～8μm，其间隔为2～4μm。在核心层9中，掺有GeO2的SiO211通过SiO2+P2O5+B2O312隔离。核心层9厚度为8～16μm，外覆层10是通过离子束溅射或离子镀覆沉积于核心层9的15～20μm厚的SiO2。
请参阅图3，新型阵列波导光栅沉积系统包括一真空腔13、一高真空泵14、一机械泵15、一氧气流速控制器16、一氩气流速控制器17，四个射频能量供应器18，19，20，21、三个快门22，23，24、四个Si或SiO2基底25，26，27，28及四个离子源29，30，31，32。
连接于高真空泵14的机械泵15使真空腔13中气体密度降低至10-3/cm3。连接于真空腔13的高真空泵14降低真空腔13中气体密度至10-7/cm3。连接于真空腔13的氧气流速控制器16及氩气流速控制器17是保持真空腔13中氧气和氩气密度。
射频能量供应器18提供生长阵列波导光栅薄膜的基底25电流，基底25的材料Si或SiO2。配合基底25的离子源30控制生长于基底25的薄膜质量。射频能量供应器19提供放置薄膜材料如SiO2或掺有GeO2的SiO2或SiO2+P2O5+B2O3的目标靶26电流，配合基底26的离子源32轰击位于基底26的薄膜。快门22覆盖目标靶26以停止离子源32对置于目标26的薄膜材料的轰击。射频能量供应器20提供给放置薄膜材料如SiO2或掺有GeO2的SiO2或SiO2+P2O5+B2O3的目标靶27电流，配合基底27的离子源31轰击位于基底27的薄膜。快门23覆盖目标靶27以停止离子源31对置于目标27的薄膜材料的轰击。射频能量供应器21提供给放置薄膜材料如SiO2或掺有GeO2的SiO2或SiO2+P2O5+B2O3的目标靶28电流，配合基底28的离子源29轰击位于基底28的薄膜。快门24覆盖目标靶28以停止离子源29对置于目标靶28的薄膜材料的轰击。
图3中只显示了四套离子源、目标靶、能量供应器及快门，实践中，可增加至八套。
整个实施过程无等离子体增强型化学气相沉积处理，可以完全消除有毒气体产生。新设计为制造阵列波导光栅器件采用干净且高密度的等离子体。13.6MHZ的射频能量供应器结合溅射目标靶及基底的离子源以在新系统中产生高密度等离子体。新型阵列波导光栅器件在应用于密集型波分复用(DWDM)系统的光学阵列中具有很高优势。
权利要求
1.一制造阵列波导光栅器件的方法，其特征在于它包括以下步骤1)将SiO2薄膜以离子束溅射或离子镀覆于基底；2)将掺有GeO2的SiO2薄膜以离子束溅射或离子镀覆于SiO2薄膜，其中，经掩膜及反应离子蚀刻将掺有GeO2的SiO2薄膜区分为几个隔开的片段；3)将SiO2+P2O5+B2O3薄膜以离子束溅射或离子镀覆于掺有GeO2的SiO2薄膜上以隔离掺有GeO2的SiO2薄膜；4)将SiO2外覆层以离子束溅射或离子镀覆于基底上。
2.如权利要求1所述制造阵列波导光栅器件的方法，其特征在于其进一步提供一物理气相沉积系统，其包括多个离子源及多个相对于相应离子源的目标靶，该离子源及目标靶置于可控制为高真空的空腔内围绕空腔外围以实现离子束溅射或离子镀覆。
3.如权利要求2所述制造阵列波导光栅器件的方法，其特征在于该基底是部署于其中的一目标靶。
4.如权利要求2所述制造阵列波导光栅器件的方法，其特征在于部分目标靶装配有相应的快门以防止非相对离子源喷出的离子材料涂覆。
5.如权利要求4所述制造阵列波导光栅器件的方法，其特征在于当非对应目标靶的离子源工作时该目标靶对应的快门关闭。
6.一种阵列波导光栅器件，其特征在于该阵列波导光栅器件是以权利要求1所述的方法制造。
7.如权利要求1所述制造阵列波导光栅器件的方法，其特征在于每一个掺GeO2的SiO2薄膜宽为4～8μm，高为4～8μm，其间隔为2～4μm。
8.如权利要求1所述制造阵列波导光栅器件的方法，其特征在于基底厚度为0.6～1mm，位于基底上的SiO2厚度是15～20μm，SiO2+P2O5+B2O3厚度为8～16μm，SiO2外覆层厚度是15～20μm。
9.如权利要求3所述制造阵列波导光栅器件的方法，其特征在于其中部署于基座的目标靶是固定于真空腔顶部。
10.一阵列波导光栅沉积装置，其特征在于该系统包括一空腔、将该空腔抽至高真空的装置、多个离子源，位于空腔内且围绕该空腔外围放置、多个目标靶，位于空腔内围绕空腔外围且相对于对应离子源，其中，该系统为制造阵列波导光栅器件创造一干净且高密度等离子体沉积结构。
11.如权利要求10所述阵列波导光栅沉积装置，其特征在于目标靶的数目与阵列波导光栅器件的层数相一致。
12.如权利要求10所述阵列波导光栅沉积装置，其特征在于一位于空腔顶部的目标靶未装配快门。
13.如权利要求10所述阵列波导光栅沉积装置，其特征在于仅一套目标靶-离子源定期同时工作。
全文摘要
一种制造阵列波导光栅器件的方法及装置，是采用高密度等离子体技术，以消除传统加工方法如金属有机化学气相沉积(MOCVD)与等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)使用有毒的化学物质而产生的污染。
文档编号C23C14/46GK1405586SQ0210269
公开日2003年3月26日 申请日期2002年3月6日 优先权日2001年8月9日
发明者陈杰良, 吕昌岳, 姚一鼎 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司