CN101097275A - 制造光波导器件的晶片级方法和由此制得的波导器件 - Google Patents

制造光波导器件的晶片级方法和由此制得的波导器件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种制造光波导器件的晶片级方法，特别涉及脊形波导器件的制造，和由此制得的改进的脊形波导。本发明已经发现对光波导层的厚度实现次微米级的控制的方法，其通过尺寸稳定的晶片组合实现，其中粘接剂被引入而不改变晶片级制造的载体晶片和光透射晶片间的平面关系。本方法允许晶片级制造的脊形波导器件中的脊和板的所期望的尺寸控制。更一般地，本方法允许包含薄光学透射层的光波导器件的晶片级制造。特别地，隔离物支座图案通过沉积和回蚀产生，或通过表面蚀刻方法产生以准确地将来自主表面的表面信息转到载体晶片到薄的光学透射晶片。根据该方法可实现的公差提供横跨晶片的一致产量。该方法还为完成的器件提供加强的结构完整性。

Description

制造光波导器件的晶片级方法和由此制得的波导器件
技术领域
[01]本发明涉及一种制造光波导器件的晶片级方法，特别涉及脊形波导器件的制造，和由此制得的改进的脊形波导。
背景技术
[02]光波导器件在光波导层的尺寸方面要求高度的准确度。过去，在晶片级制造方法中不可能实现平行度和均匀度而使横跨晶片，以及从晶片到晶片实现足够的产量。当光学透射材料晶片被变薄并抛光到大约1-10微米波导尺寸时，不具有被抛光或保持所期望平面，甚至被无破坏的操作的尺寸稳定性。为了在这种薄光学材料中实现所需要的平行度，在载体基片晶片上必须设置主参考平面。本领域已知的是将晶片抛光到0.005微米以内的平行均匀度。然而，对于晶片级制造，由于固定波导层到载体基片的粘结层引入的变化，这种精度不能转移到薄波导层。诸如平面光波电路，电光调制器和脊形波导器件的光学器件都是光波导器件的例子，对于这些光波导器件，尺寸均匀度是实现晶片级制造不可缺少的。
[03]利用脊形波导器件的二次谐波产生应用(倍频)已经被开发出来以产生用于许多技术中的紫外光，可见光和红外光波长谱的激光输出。这些器件的要求是较高的。然而，脊形波导器件的制造已经被限制到单独器件加工。用于二次谐波产生应用的脊形波导的制造中发生的一个问题是脊的尺寸控制。特别地，由于上变频波长对脊的整个尺寸的灵敏度的原因，脊形波导的厚度必须精确控制。横向尺寸利用光刻方法控制，而垂直尺寸通过蚀刻和抛光方法控制。
[04]在这种应用中，用于二次谐波产生的脊形波导器件在波导中具有相位匹配泵浦和输出信号的周期性极化区域。支撑载体晶片和光学透射晶片的粘接组合是优选的。为了获得足够的产量，脊和平面板的厚度范围必须控制在几十微米以内。为了实现横跨晶片和从晶片到晶片的这种级别的均匀度，透射晶片和载体晶片之间的粘接剂厚度必须控制在这种相同的范围内。在现有技术中，晶片级制造的这种级别的控制还未被论证。
[05]松下电气工业有限公司于2003年10月7日以Kiminori Mizuuchi等人名义公开的US专利No.6,631,231中公开了一种光波长转换元件。在该专利中，利用非晶材料的连续结合层将极化波导结构结合到基片层。尽管该公开认识到一些重要的对粘接剂厚度的光限制，但是并没有公开控制粘接剂厚度的方法。替代的，公开了重要定位组件的精加工。这些是用于制造单独器件的劳动密集方法。这种方法不能获得高产量。此外，Mizuuchi的设计取决于粘结层的光学特性，这限制了设计选择。
[06]粘结层间隔在各种光学工业中是已知的。例如US专利No.4,390,245公开了用作LCD显示屏层间的隔离物的玻璃光纤颗粒。公开了标准具的晶片级制造的US专利No.6,896,949同样利用小珠子来简化多个组合标准具间的间隔，或多孔玻璃被以特定厚度应用并被加热到其熔点来结合标准具元件。US专利No.5,433,911中公开的图像传感器同样公开了单独器件的装配，利用通过抗图案结构构造的隔离物以确保防护罩具有控制的平行度。然而，这些公开中没有一个提供适用于本申请的粘接组合的说明，本申请能够提供横跨晶片和从晶片到晶片的晶片级生产控制所必须的精度级。工业中可利用的珠子和隔离物不能提供确保横跨晶片的公差控制所必须的0.1微米偏差内的均匀度。
[07]光波导器件，并且特别是脊形波导器件的晶片级制造方法，在工业上仍然是非常渴望得到的。
[08]本发明的一个目的是提供具有次微米(sub micron)精度和高产量的生产光波导器件的晶片级制造方法。
[09]本发明进一步的目的是提供根据本发明的制造方法制造的脊形波导器件，所述脊形波导器件包含处于精密尺寸的不连续粘结层内的刚性间隔元件。
发明内容
[10]本发明已经发现了对光波导层的厚度实现次微米级控制的方法，通过尺寸稳定的晶片组合实现，粘接剂可以被引入到所述晶片组合而不改变晶片级制造中的载体晶片和光透射晶片间的平面关系。本方法允许晶片级制造中脊形波导器件中的脊和板的所期望的尺寸控制。更一般地，本方法允许包含薄光学透射层的光波导器件的晶片级制造。特别地，隔离物支座图案通过沉积和回蚀(etch back)产生，或通过表面蚀刻方法准确地定位光学透射晶片的结合表面到载体晶片的结合表面，该载体晶片的结合表面必须平行于该载体晶片的暴露表面，该载体晶片的暴露表面反过来被定位到可再用的主表面。根据本方法可实现的公差提供横跨晶片的一致产量。本方法还给完成的器件提供加强的结构完整性。
[11]因此，本发明提供的制造光波导器件的晶片级方法包括以下步骤：
提供具有结合表面和外部表面的光学透射材料的透射晶片；
提供具有结合表面和与所述结合表面基本平行的外部表面的载体晶片；
在所述两个晶片之一的结合表面上产生凹凸图案，所述凹凸图案包含具有基本均匀高度的支座；
使所述支座和另一个所述晶片的结合表面接触并将粘接剂材料引入到由所述凹凸图案产生的空间；
抛光并使所述透射晶片变薄到预定的尺寸；
在所述透射晶片中产生波导结构；
将所述组合晶片结构切割成单独波导器件。
[12]本发明包括如上所述的晶片级方法，其中所述波导结构选自由脊形波导，未扩散波导，和平面波导组成的组。
[13]本发明包括的晶片级方法，其中所述载体晶片的结合表面和外部表面横跨所述晶片基本平行，具有0.5微米以内的表面平行度。
[14]本发明包括的晶片级方法，其中所述载体晶片的结合表面和外部表面横跨所述晶片基本平行，具有0.1微米以内的表面平行度。
[15]本发明包括的晶片级方法，还包括抛光所述切割的单独波导器件的输入和输出端面的步骤。
[16]本发明包括的晶片级方法，其中所述支座横跨所述晶片具有在0.05微米以内的基本均匀的高度。
[17]本发明包括的晶片级方法，其中所述支座横跨所述晶片具有在0.01微米以内的基本均匀的高度。
[18]本发明包括的晶片级方法，其中所述抛光的透射晶片横跨所述晶片具有少于0.1微米的厚度偏差。
[19]本发明包括的晶片级方法，其中所述凹凸图案适于毛细吸收所述透射晶片和所述载体晶片间的粘接剂。
[20]本发明包括的晶片级方法，其中使所述透射晶片变薄的步骤包括通过在感应耦合的等离子体中的反应性离子蚀刻使其变薄。
[21]本发明包括的晶片级方法，其中所述波导包括脊形波导，还包括在形成所述脊形波导结构之前在所述透射晶片上，至少在与所述波导结构一致的区域中产生周期性极化区域的步骤。
[22]本发明包括的晶片级方法，其中所述光学脊形波导器件在每个100mm晶片内具有小于100nm的厚度偏差。
[23]本发明包括的晶片级方法，还包括在使所述支座接触另一个所述晶片的结合表面之前施加包层材料到所述透射晶片的结合表面的步骤。
[24]本发明包括的晶片级方法，还包括步骤：在抛光和使所述透射晶片变薄的步骤之后，在将所述组合晶片结构切割成单独波导器件之前，施加包层材料到所述透射晶片的外部表面。
[25]本发明包括的晶片级方法，其中所述波导结构是在所述透射晶片的结合表面上产生的脊形波导，并且产生凹凸图案的步骤包括步骤：
在包括所述波导结构的所述透射晶片的结合表面上施加具有均匀厚度的包层；以及
蚀刻所述包层以产生等于所述包层厚度的支座而不从所述波导结构移去所述包层。
[26]本发明包括的晶片级方法，还包括步骤：在切割所述组合晶片结构之前，施加包层到所述透射晶片的抛光的和变薄的外部表面。
[27]本发明包括的晶片级方法，其中划片格线(dicing streets)限定在所述组合晶片结构上的波导器件之间，并且其中形成所述凹凸图案的所述支座与所述划片格线对准，以致当切割后将该支座从完成的波导器件上移除。
[28]本发明包括的晶片级方法，其中划片格线限定在所述组合晶片结构上的波导器件之间，并且其中形成所述凹凸图案的所述支座与所述划片格线对准，所述支座具有一宽度以致于当切割后所述支座的一部分保留在完成的波导器件上。
[29]本发明包括的晶片级方法，其中划片格线限定在所述组合晶片结构上的波导器件之间，并且其中将至少一个形成所述凹凸图案的支座设置在划片格线之间并在切割后保留在完成的波导器件上。
[30]本发明包括一种制造光波导器件的方法，包括以下步骤：
提供具有结合表面和外部表面的光学非线性透射材料的透射晶片；
提供具有结合表面和外部表面的载体晶片；
在所述光学透射晶片的结合表面上产生脊形波导结构；
施加包层到包括所述波导结构的所述光学透射晶片的所述结合表面上；
蚀刻所述结合表面的所述包层的一部分，而不移去所述波导结构上的包层，以产生适于结合表面之间粘接的凹凸图案；
使所述包层和所述载体晶片的结合表面接触，并将粘接剂引入到所述凹凸图案产生的空间；
抛光并使所述透射晶片的外部表面变薄；
将所述组合晶片结构切割成单独波导器件。
[31]本发明包括的制造光波导器件的方法还包括在所述透射晶片的结合表面上，至少在与所述脊形波导结构一致的位置上产生周期性极化区域的步骤。
[32]本发明包括的制造光波导器件的方法，其中在每个光波导器件内的所述脊形波导结构包括多个波导结构，每个所述脊形波导结构具有不同的转换波长。
[33]本发明还包括光波导器件，包括：
具有基本上平行于外部表面的结合表面的载体基片；
光学透射基片，粘接地结合到其内形成有波导的所述载体基片；
与所述载体基片的结合表面和所述透射基片的结合表面邻接的多个刚性支座；以及
包围所述支座并将所述载体基片的结合表面固定到所述透射基片的结合表面的不连续的粘接剂层，所述粘接剂层具有由所述支座的高度限定的均匀的厚度。
[34]本发明包括光波导器件，其中所述波导具有选自由脊形波导，未扩散波导，和平面波导组成的组的结构。
[35]本发明包括光波导器件，其中所述波导包括具有周期性极化晶体结构的脊形波导。
[36]本发明包括光波导器件，其中所述光波导器件包括多个形成在所述透射基片上的脊形波导，所述多个脊形波导的每一个具有不同的转换波长。
[37]本发明包括光波导器件，还包括所述透射基片的结合表面上的包层。
[38]本发明包括光波导器件，其中所述载体基片的热膨胀系数基本匹配所述透射基片的热膨胀系数。
[39]本发明包括光波导器件，其中所述载体基片是铌酸锂且所述透射基片是镁掺杂的铌酸锂。
[40]本发明包括光波导器件，还包括所述透射基片的外部表面上的包层。
[41]本发明包括光波导器件，其中所述透射基片的外部表面上的包层是导电的以驱散热电产生的电荷。
[42]本发明包括光波导器件，其中所述载体基片是导电的铌酸锂。
附图说明
[43]本发明将参考代表本发明优选实施例的附图作更加详细的描述，其中：
[44]图1是根据本发明的脊形波导器件的截面图，其中支座在从组合晶片结构切割之前沿着划片格线设置在载体晶片上。
[45]图2是本发明另一实施例的一部分的放大截面图，其中支座横跨波导器件分布。
[46]图3说明的是根据本发明的方法中的第一步骤，其中在载体晶片中蚀刻出沟槽以形成支座；
[47]图4说明的是方法中是比图3更进一步的步骤，其中在结合两个晶片之前，施加SiO2包层到MgO掺杂的LN透射晶片；
[48]图5说明的是方法中比图4更进一步的步骤，其中通过毛细吸收(wicking)将粘接剂引到晶片间的空间；
[49]图6说明的是方法中比图5更进一步的步骤，其中使MgO掺杂的LN透射晶片变薄；
[50]图7说明的是方法中比图6更进一步的步骤，其中在变薄的MgO掺杂的LN晶片中蚀刻出沟槽以形成脊形波导；
[51]图8说明的是方法中比图7更进一步的步骤，其中在蚀刻的MgO掺杂的LN晶片上沉积SiO2包层涂层；
[52]图9是根据本发明的脊形波导器件的另一个实施例的截面图，其中脊形波导形成在透射晶片的结合表面上，在从组合晶片结构上切割之前，载体晶片中的支座与划片格线上对准。
[53]图10是图9的波导器件的一部分的截面图；
[54]图11是本发明波导器件的再一个实施例，其中透射晶片的结合表面上的SiO2支座被该器件的每个脊形波导包围；
[55]图12说明的是根据本发明的可替换方法的第一步骤，其中在MgO掺杂的LN透射晶片的结合表面上蚀刻出沟槽以形成脊形波导；
[56]图13说明的是该方法比图12更进一步的步骤，其中在透射晶片的结合表面上沉积SiO2包层；
[57]图14说明的是该方法比图13更进一步的步骤，其中该SiO2包层被回蚀而不从脊形波导区域移除包层；
[58]图15说明的是该方法比图14更进一步的步骤，其中透射晶片的结合表面被结合到载体晶片的结合表面，示出了保留的SiO2包层的支座形成的间隔；
[59]图16说明的是该方法比图15更进一步的步骤，其中通过毛细吸收将粘接剂引入间隔；
[60]图17说明的是该方法比图16更进一步的步骤，其中使MgO掺杂的LN透射晶片的外部表面变薄；
[61]图18说明的是该方法比图17更进一步的步骤，其中在透射晶片的外部表面上沉积SiO2包层；
[62]图19是包括载体晶片和透射晶片的组合晶片结构的截面图，其中载体晶片具有被两晶片间的粘接剂包围的支座。
具体实施方式
[63]二次谐波产生通常是从长波长激光源中获得短波长相干光的熟练技术。在非线性方法中，光束，称为泵浦光束，与光学非线性介质相互影响，在这种情况下二次谐波产生，以产生二次谐波光束，其中二次谐波的频率是泵浦光束的两倍。等价地，二次谐波的自由空间波长是泵浦光束自由空间波长的一半。缺少镜面对称的任何材料都可用作二次谐波产生的光学非线性介质。通常利用的材料包括铌酸锂，MgO-掺杂铌酸锂和KTP(KTiOPO4)。二次谐波产生是共同知道的非线性混频方法中的一种，其使用相似的脊形波导结构来产生或放大来自输入或泵浦的所期望波长的相干光。
[64]图1是说明根据本发明制造的完成的脊形波导组件10(在从晶片上切割之前)的截面图。在该实施例中，多个脊形波导30，在这种情况下是11个，形成在单一芯片上。每个波导30具有轻微不同的转换波长，这增加了位于该器件内的脊形波导30具有正确的转换波长的概率。该波导被设计成在特定激光输入和输出波长操作。该波导的接收带宽窄，且该波导尺寸的小偏差可能使操作中心波长(CWL)远离特定激光输入波长。由加工导致的尺寸变化可通过在一个器件上形成几个相邻波导补偿。器件10内的每个脊形波导30可以具有轻微不同的横向尺寸，或包括轻微不同周期的周期性极化区域。测量每个脊形波导30的转换波长，并识别合适的波导。因此，多个轻微不同的脊形波导30的使用提高了产量。
[65]如图1所示，脊形波导器件10包括载体晶片12和光学非线性材料的透射晶片14，每个都具有由粘合剂层16固定的结合表面。如上所述的透射层14是诸如铌酸锂，MgO掺杂铌酸锂，或KTP的光学非线性材料。载体晶片12优选为在所有方向都具有与透射层14的热膨胀系数(CTE)接近的热膨胀系数的材料。抛光该载体晶片12成具有0.005微米以内的表面平行度。优选的组合包括铌酸锂载体晶片12和MgO掺杂铌酸锂透射层14。载体晶片12被蚀刻成具有宽沟槽18(参见图3)，留下沿划片格线的支座20。支座20的顶部保留抛光的载体晶片12的基准平面。支座20可以是窄的以致于它们可以被切割机(dicing saw)移去，可替换地，它们足够宽以致于支座保留在切割后的器件中。沟槽是深度大约是1微米。因此，1微米高的支座控制沟槽18中的粘接剂层16到该厚度，同时载体晶片12的基准平面上的支座20顶部支撑透射晶片14。可替换地，可更加清楚地在图2所示的实施例11的放大部分中看出，粘接剂层16被器件内的多个支座20中断，该多个支座20没有被通过切割移去。支座20由硬的，密致材料构造，其形成固体凹凸结构直接与晶片12，14接触。粘接剂被引入到晶片12，14间的间隔并包围支座20。支座20可通过光掩模从载体晶片12的表面蚀刻沟槽18形成。可替换地，支座20可通过在载体晶片12的结合表面13，或透射晶片14的结合表面15上沉积高度均匀的薄层形成。回蚀这种沉积层以产生支座20的凹凸图案，其中可通过例如毛细吸收或挤压将粘接剂引入。该沉积层通过遮光板或光刻掩模施加以产生支座20的凹凸图案。可替换地，支座20可通过在图案化的光致抗蚀剂上的沉积和随后的离地升空(lift-off)形成。
[66]优选地，支座20由沉积层形成，该沉积层是选自与载体晶片不同蚀刻的材料。例如，SiO2或Ta2O5层易于化学蚀刻而铌酸锂用作蚀刻阻挡层(etch stop)。此外，如果沉积层是选自与粘接剂光学相似的材料是有优点的，因为这简化了厚度计量。多数的氧化物电介质是合适的，因为它们是耐用金属，例如Cr，Ni和Ti/W。精确均匀层可通过物理气相沉积(PVD)提供，例如，包括溅射，电子束，离子辅助或原子层沉积。化学气相沉积(CVD)技术也是足够的，例如等离子体增强CVD。对于制造公差，沉积的支座20必须具有0.05微米以内的高均匀度，最好是在0.01微米以内。
[67]凹凸图案优选地产生在任一端开设有助于粘接剂毛细吸收的连续通道。可替换地，粘接剂可在装配之前引入到一个或两个结合表面13，15，随后施加压力以使结合表面与支座20接触。图2示出了器件11的每个脊形波导30间的窄支座20，而图1示出了只位于器件10的周围的宽支座20，其中切割机将切割该组件成单独的器件。宽支座被设计成可通过切割机完全移去，或保留在完成的器件中。此外，器件可包含窄支座或宽支座或它们两者。在最终的器件周围保留支座的一个优点是减少粘接剂的除气速度。这对气密封装的器件寿命是特别重要的。支座同样有助于提供尺寸更稳定的抗滑动结构，该滑动可能破坏波导随着时间的对准。
[68]结合表面的光学特性不影响波导器件的光学功能。粘接剂可以是非晶的或结晶的，可以是透明的，散射或不透明的并可以具有任何折射率和吸收系数。优选地粘接剂是低粘度，颗粒自由，无放出气体固化，具有低收缩，低应力，能够抵挡随后的加工步骤且是耐久的。优选的粘接剂的例子包括MasterBond的UV15LV。
[69]与现有方法制造单个器件所花费的生产时间和能量消耗相同时，根据本发明的晶片级方法根据波导设计可以在3英寸晶片上生产大约200个器件。此外，根据本发明的晶片级方法制造的器件和上述现有技术相比具有多个优点。
[70]图3-8示出的是根据本发明的第一方法。在根据图3所示的该第一方法中，抛光铌酸锂载体晶片12成具有0.005微米以内的表面均匀度，最好是具有0.001微米以内的表面均匀度。图案化并蚀刻载体晶片12以在结合表面13中形成宽的浅沟槽18并在它们之间留有支座20。沟槽18具有0.5微米和5微米之间的深度，优选地是1.0微米的深度。载体晶片12优选地是与MgO掺杂的铌酸锂波导层具有相同定向的同成分铌酸锂(congruent lithium niobate)，比波导层更便宜的材料，并且可在各种尺寸的晶片上使用。支座20可以位于每个脊形波导30之间或只位于每个器件10的周边，如图1所示。在脊形波导30之间添加支座20改善了波导层对准载体晶片表面的控制。然而，增加支座20的数量的确减少了粘接剂的表面积，降低了粘合接头(adhesive bond)的强度。因此，支座的凹凸图案必须平衡这些因素。本发明的精度级是横跨直达3英寸直径的晶片控制，并且可被用到更大的晶片。
[71]图4中，厚的Mg掺杂铌酸锂晶片14，其表面涂覆有适当包层材料22(例如位于结合表面15上的SiO2)，与载体晶片12的结合表面13接触。表面必须是干净和颗粒自由的。优选地，施加外部均匀的压力。尽管SiO2涂层可以提高组件的粘附力，但是如果支座20不位于脊形波导30之下，SiO2涂层可以除去。图5中，粘接剂15通过毛细吸收进入支座20产生的间隙。包层22的使用消除了对于粘接剂材料的任何光学特性说明。
[72]图6中，使MgO掺杂铌酸锂材料14变薄，优选地通过光磨盘(optical lap)研磨和抛光，但是可以通过诸如反应性离子蚀刻(RIE)的蚀刻使其变薄。在变薄之后，在变薄的铌酸锂层14中形成沟槽28，如图7所示。如，沟槽可通过反应性离子蚀刻(RIE)或激光铣削(laser milling)形成。保留在这些蚀刻的沟槽28之下的铌酸锂层被称为平板区域26。变薄和蚀刻的铌酸锂层14可被施加涂层24，如图8所示。顶部涂层24是可选的。其保护变薄的铌酸锂层14免受污染。顶部涂层14起到包层的作用，并且也减少了污染对器件10的操作特性的影响。涂层24也可以包括一些导体，以驱散热电产生的电荷。
[73]感应耦合等离子体中的反应性离子蚀刻(ICP-RIE)是蚀刻沟槽28的优选方法。其包括的方法在波导层14的表面上化学的施加外形改变。当外形包括窄间隔的沟槽时，通过移去窄脊两侧的材料形成波导30。当脊在低包层22上形成必要的宽度和高度时，脊变成波导30。ICP-RIE不是机械加工方法。
[74]图9-11示出了倍频器件100的优选实施例，其中脊形波导130是倒置的。平板区域126位于脊130上方，而不是在其下方。载体晶片112仍旧位于脊130之下，如其在图1-8中所示。在图9和10中，粘接剂层116是连续地位于所有脊130之下。如图1所示，蚀刻载体晶片112以产生由支座120隔开的宽沟槽118。如图9所示，这些以划片格线为中心。因此，支座120没有在图10所示的切割后的芯片中示出。图11示出了倒置脊的第二版本，其中粘接剂层在横跨器件宽度的方向不是连续的。对于该实施例，在波导区域之外蚀刻SiO2包层124，包括脊130和该沟槽128上的平板区域126，以形成包括控制粘接剂厚度的支座120的凹凸图案。在从包层124中形成支座120中实现了附加的效率。
[75]图12-18描述了该第二版本的倒置脊100的制造方法。在图12中，在MgO掺杂LN晶片114中蚀刻出沟槽128。在这种情况下，在结合表面115中。晶片114的定向示出沟槽128位于底部上，简化成与以下附图一致。在图13中，在沟槽128和脊130上施加SiO2涂层124。在图14中，将特定区域的SiO2涂层去除，形成控制粘接剂厚度所必须的支座120。
[76]图15中，将MgO掺杂的铌酸锂晶片114与载体晶片112接触，优选地是同成分铌酸锂晶片。图16中，将粘接剂116被引入由图案化的SiO2涂层支座120和沟槽128产生的间隙，该支座和沟槽形成脊130。图17中，通过抛光或蚀刻使MgO掺杂的铌酸锂材料114变薄。图18中，施加可选的SiO2顶部涂层122。如前所述，顶部涂层122起到包层的作用，保护变薄的LN层免受污染，并且其中可以包括一些导体，以驱散热电产生的电荷。
[77]本发明的实现横跨4”晶片的晶片级生产方法中的公差必须在完成的器件中具有0.5微米以内的波导层的厚度变化，优选地是具有0.1微米以内的波导层的厚度变化。为了获得这种效果，载体晶片必须具有等于0.5微米或更好的完成公差的表面平行度，并且沉积的支座高度必须具有0.05微米以内的均匀度，或最好是0.01微米以内的均匀度。
[78]在这个优选的实施例中，通过导电的基片可以提高波导稳定性和制造产量。为了最佳匹配形成层和基片的波导的CTE，在先描述的波导器件利用铁电材料作为波导(例如铌酸锂)和实质相同的材料作为基片。CTE匹配最小化或消除了波导中热引入的应变(thermally induced strain)，从而提高了其波长的稳定性和长期可靠性。
[79]一旦切割完成的晶片组件，将单独的脊形波导器件的端面抛光成激光质量级。根据提高耦合效率的需要，可施加用于输入和输出波长的抗反射涂层。
[80]晶片级方法，如图19的晶片组件所示，是一种粘接地将光学透射材料晶片14固定到具有0.5微米以内的，更优选地具有0.1微米以内的平行度的载体晶片12上，并精确地将该表面信息转移到透射晶片14的结合表面15的方法。因此，可以产生具有0.1微米以内厚度变化的非常薄的光波导层。这通过蚀刻载体晶片12的结合表面13以产生包括空间18的凹凸图案实现，当放置透射晶片14与载体晶片12的基准表面13直接接触时引导粘接剂进入空间18。可替换地，通过遮光板或光刻掩模在载体晶片12或透射晶片14的结合表面13，15上沉积均匀层产生凹凸图案，或通过在图案化的光致抗蚀剂上沉积均匀层并随后的离地升空产生凹凸图案。在凹凸图案中的支座20具有0.1微米内的均匀高度，其从载体晶片12转移表面信息到透射晶片14的结合表面15。
[81]本发明可以应用于具有高度均匀的尺寸的平面光波导电路(PLC)的晶片级制造。作为选择，本发明可以应用于具有非常薄的非扩散波导以减少所需电压的电光波导器件的晶片级制造。
[82]本发明上述实施例的目的只是作为示例。因此，本发明的范围只在后附加的权利要求的范围限定。

Claims (32)

1、一种用于制造光波导器件的晶片级方法，包括以下步骤：
提供具有结合表面和外部表面的光学透射材料的透射晶片；
提供具有结合表面和与所述结合表面基本平行的外部表面的载体晶片；
在所述两个晶片之一的结合表面上产生凹凸图案，所述凹凸图案包含具有基本均匀高度的支座；
使所述支座和另一个所述晶片的结合表面接触并将粘接剂材料引入到由所述凹凸图案产生的空间；
抛光并使所述透射晶片变薄到预定的尺寸；
在所述透射晶片中产生波导结构；
将所述组合晶片结构切割成单独波导器件。
2、根据权利要求1所述的晶片级方法，其中所述波导结构选自由脊形波导，未扩散波导，和平面波导组成的组。
3、根据权利要求1所述的晶片级方法，其中所述载体晶片的结合表面和外部表面横跨所述晶片基本平行，具有0.5微米以内的表面平行度。
4、根据权利要求3所述的晶片级方法，其中所述载体晶片的结合表面和外部表面横跨所述晶片基本平行，具有0.1微米以内的表面平行度。
5、根据权利要求1所述的晶片级方法，还包括抛光所述被切割的单独波导器件的输入和输出端面的步骤。
6、根据权利要求3所述的晶片级方法，其中所述支座横跨所述晶片具有在0.05微米以内的基本均匀的高度。
7、根据权利要求4所述的晶片级方法，其中所述支座横跨所述晶片具有在0.01微米以内的基本均匀的高度。
8、根据权利要求6所述的晶片级方法，其中所述抛光的透射晶片横跨所述晶片具有少于0.1微米的厚度偏差。
9、根据权利要求1所述的晶片级方法，其中所述凹凸图案适于毛细吸收所述透射晶片和所述载体晶片间的粘接剂。
10、根据权利要求1所述的晶片级方法，其中使所述透射晶片变薄的步骤包括通过在感应耦合的等离子体中的反应性离子蚀刻使其变薄。
11、根据权利要求2所述的晶片级方法，其中所述波导包括脊形波导，还包括在形成所述脊形波导结构之前在所述透射晶片上，至少在与所述波导结构一致的区域中产生周期性极化区域的步骤。
12、根据权利要求11所述的晶片级方法，其中所述光学脊形波导器件在每个100mm晶片内具有小于100nm的厚度偏差。
13、根据权利要求11所述的晶片级方法，还包括在使所述支座接触另一个所述晶片的结合表面之前施加包层材料到所述透射晶片的结合表面的步骤。
14、根据权利要求13所述的晶片级方法，还包括步骤：在抛光和使所述透射晶片变薄的步骤之后，在将所述组合晶片结构切割成单独波导器件之前，施加包层材料到所述透射晶片的外部表面。
15、根据权利要求11所述的晶片级方法，其中所述波导结构是在所述透射晶片的结合表面上产生的脊形波导，并且产生凹凸图案的步骤包括以下步骤：
在包括所述波导结构的所述透射晶片的结合表面上施加具有均匀厚度的包层；以及
蚀刻所述包层以产生等于所述包层厚度的支座而不从所述波导结构移去所述包层。
16、根据权利要求15所述的晶片级方法，还包括步骤：在切割所述组合晶片结构之前，施加包层到所述透射晶片的抛光的和变薄的外部表面。
17、根据权利要求11所述的晶片级方法，其中划片格线限定在所述组合晶片结构上的波导器件之间，并且其中形成所述凹凸图案的所述支座与所述划片格线对准，以致当切割后将该支座从完成的波导器件上移除。
18、根据权利要求11所述的晶片级方法，其中划片格线限定在所述组合晶片结构上的波导器件之间，并且其中形成所述凹凸图案的所述支座与所述划片格线对准，所述支座具有一宽度以致于当切割后所述支座的一部分保留在完成的波导器件上。
19、根据权利要求11所述的晶片级方法，其中划片格线限定在所述组合晶片结构上的波导器件之间，并且其中将至少一个形成所述凹凸图案的支座设置在划片格线之间并在切割后保留在完成的波导器件上。
20、一种制造光波导器件的方法，包括以下步骤：
提供具有结合表面和外部表面的光学非线性透射材料的透射晶片；
提供具有结合表面和外部表面的载体晶片；
在所述光学透射晶片的结合表面上产生脊形波导结构；
施加包层到包括所述波导结构的所述光学透射晶片的结合表面上；
蚀刻所述结合表面的所述包层的一部分，而不移去所述波导结构上的包层，以产生适于结合表面之间粘接的凹凸图案；
使所述包层和所述载体晶片的结合表面接触，并将粘接剂引入到所述凹凸图案产生的空间；
抛光并使所述透射晶片的外部表面变薄；
将所述组合晶片结构切割成单独波导器件。
21、根据权利要求20所述的制造光波导器件的方法，还包括在所述透射晶片的结合表面上，至少在与所述脊形波导结构一致的位置上产生周期性极化区域的步骤。
22、根据权利要求21所述的制造光波导器件的方法，其中在每个所述光波导器件内的所述脊形波导结构包括多个波导结构，每个所述脊形波导结构具有不同的转换波长。
23、一种光波导器件，包括：
载体基片，其具有基本上平行于外部表面的结合表面；
光学透射基片，粘接地结合到其内形成有波导的所述载体基片；
与所述载体基片的结合表面和所述透射基片的结合表面邻接的多个刚性支座；以及
包围所述支座并将所述载体基片的结合表面固定到所述透射基片的结合表面的不连续的粘接剂层，所述粘接剂层具有由所述支座的高度限定的均匀的厚度。
24、根据权利要求23所述的光波导器件，其中所述波导具有选自由脊形波导，未扩散波导，和平面波导组成的组的结构。
25、根据权利要求24所述的光波导器件，其中所述波导包括具有周期性极化晶体结构的脊形波导。
26、根据权利要求25所述的光波导器件，其中所述光波导器件包括多个形成在所述透射基片上的脊形波导，所述多个脊形波导的每一个具有不同的转换波长。
27、根据权利要求25所述的光波导器件，还包括所述透射基片的结合表面上的包层。
28、根据权利要求25所述的光波导器件，其中所述载体基片的热膨胀系数基本匹配所述透射基片的热膨胀系数。
29、根据权利要求28所述的光波导器件，其中所述载体基片是铌酸锂且所述透射基片是镁掺杂的铌酸锂。
30、根据权利要求29所述的光波导器件，还包括所述透射基片的外部表面上的包层。
31、根据权利要求30所述的光波导器件，其中所述透射基片的外部表面上的包层是导电的以驱散热电产生的电荷。
32、根据权利要求28所述的光波导器件，其中所述载体基片是导电的铌酸锂。
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