JP2019158977A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のショット領域を含む半導体チップに搭載され、隣り合うショット領域同士の境界を跨いで形成される光導波路において、光通信時に光損失が生じることを防ぐ。【解決手段】互いに隣り合うショット領域同士の境界線ＤＬ１と平面視で重なり合う領域において、短手方向の幅が大きい幅広部を備えた光導波路ＯＷ１を形成する。これらのショット領域のそれぞれの露光位置のずれに起因して、光導波路ＯＷ１の幅広部の短手方向の両側の側面のそれぞれには、平面視において段部ＤＰが形成されている。【選択図】図９

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、光通信を行う半導体装置およびその製造方法に適用して有効な技術に関するものである。

光通信を行う半導体装置として、シリコンフォトニクス装置が知られている。

特許文献１（国際公開第２０１４／１１２０７７号）には、半導体ウェハに形成された検査対象となる２つのチップのうち、一方のチップに設けられた送信部と、他方のチップに設けられた受信部とを互いに接続する光導波路を、それらのチップ同士の境界を通るように形成することが記載されている。

国際公開第２０１４／１１２０７７号

シリコンフォトニクス装置は、半導体チップ上に設けられた光導波路を通じて、例えば互いに離間する発光部と受光部との間で光を媒体として通信を行う装置であり、通信経路が長くなれば、当該半導体チップのサイズも増大する。半導体チップのサイズが大きい場合、その製造工程において１回の露光ではチップ領域の全体を露光処理できないため、複数回の分割露光処理を行うことで１つのチップ領域を露光する。

分割露光を行う場合、１つの半導体チップの形成領域（チップ領域）内で互いに隣り合う第１の露光領域と第２の露光領域との境界において、それらの露光領域の相互間の露光位置のずれに起因して、形成されたパターンにずれが生じることが考えられる。この場合、当該境界を通る光導波路において光通信時に光損失が生じ、これにより半導体装置の性能が低下する問題がある。

その他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

一実施の形態である半導体装置の製造方法は、互いに隣り合うショット領域同士の境界と平面視で重なり合う領域において、短手方向の幅が大きい幅広部を備えた光導波路を形成するものである。

また、他の一実施の形態である半導体装置は、延在する光導波路の途中に、短手方向の幅が大きい幅広部を備えており、平面視において、当該幅広部の当該短手方向の２つの側面のそれぞれに段部が形成されているものである。

本願において開示される一実施の形態によれば、半導体装置の性能を向上させることができる。特に、シリコンフォトニクス装置を用いた通信時の光損失を低減することができる。

本発明の実施の形態１である半導体装置の製造工程中の断面図である。 図１に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 本発明の実施の形態１である半導体装置の製造工程中のウェハに対する露光の順序を示す平面図である。 図２に続く半導体装置の製造工程中の平面図である。 図４に続く半導体装置の製造工程中の平面図である。 図５に続く半導体装置の製造工程中の平面図である。 図６のＡ−Ａ線における断面図である。 図７に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 図８に続く半導体装置の製造工程中の平面図である。 図９のＡ−Ａ線における断面図である。 図１０に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 図１１に続く半導体装置の製造工程中の平面図である。 図１２のＡ−Ａ線における断面図である。 図１３に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 図１４に続く半導体装置の製造工程中の平面図である。 本発明の実施の形態１の変形例１である半導体装置の製造工程中の平面図である。 本発明の実施の形態１の変形例１である半導体装置の製造工程中の平面図である。 本発明の実施の形態１の変形例２である半導体装置の製造工程中の平面図である。 本発明の実施の形態１の変形例２である半導体装置の製造工程中の平面図である。 本発明の実施の形態１の変形例３である半導体装置を示す平面図である。 図２０のＢ−Ｂ線における断面図である。 本発明の実施の形態２である半導体装置を示す平面図である。 図２２のＣ−Ｃ線における断面図である。 本発明の実施の形態２である半導体装置を示す平面図である。 本発明の実施の形態２である半導体装置を示す平面図である。 本発明の実施の形態３である半導体装置を示す平面図である。 本発明の実施の形態３の変形例１である半導体装置を示す平面図である。 本発明の実施の形態３の変形例２である半導体装置を示す平面図である。 比較例である半導体装置を示す平面図である。 図２９のＤ−Ｄ線における断面図である。

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その言及した数に限定されるものではなく、言及した数以上でも以下でもよい。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことはいうまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。また、実施の形態を説明する図面においては、構成を分かりやすくするために、平面図または斜視図等であってもハッチングを付す場合がある。

（実施の形態１）
本実施の形態の半導体装置は、光導波路を含むシリコンフォトニクス装置に係るものであり、２つのショット領域（フォトリソグラフィ工程での露光領域）の境界を跨ぐ光導波路を形成する場合に、当該境界近傍の光導波路を太く形成し、これにより光導波路での光の損失を防ぐことを主な特徴とするものである。

「シリコンフォトニクス」という用語は、光媒体としてＳｉ（シリコン）を使用するフォトニックシステムの技術に関する。光を用いた信号の伝達を行う際、Ｓｉは光の流れを誘導するために使用することが可能である。Ｓｉは約１．１マイクロメートルを越える波長を有する赤外線光を透過する材料である。Ｓｉは約３．５という高い屈折率も有する。この高い屈折率により提供される厳しい光学的制約により、例えば数百ｎｍ²の断面積を有する微小な光導波路が実現可能であり、シリコンフォトニクス装置は既存の半導体製造技術を使用して作ることが可能である。シリコンフォトニクス装置を用いた通信は、省電力であるため、例えばサーバ内部またはサーバ同士の間での通信にシリコンフォトニクス装置を使用することで、大幅な省電力化が可能となる。なお、本明細書では、主としてＳｉを用いた場合について説明するが、光導波路は、その内部を光が伝送できればよく、Ｓｉ以外にもＧｅ（ゲルマニウム）を含む材料で構成されていてもよい。

光導波路は、内部を通る光の進行方向を規定する。すなわち、光導波路は、内部を通る光の進行方向（または光路）に沿って延在する。

シリコンフォトニクス装置は、例えば互いに離間する装置同士の間で光を媒体として通信を行う装置であり、光を送るために用いられる光導波路は、半導体チップに搭載される。このため、通信経路が長くなれば、当該半導体チップのサイズも増大する。半導体装置の製造工程でフォトリソグラフィ技術を用いて半導体ウェハ上に光導波路のパターンを形成する場合、フォトリソグラフィ工程でエッチング阻止マスクとして用いられるフォトレジスト膜を露光できる範囲（面積）には限りがある。半導体チップのサイズが１回の露光処理で露光できる範囲（ショット領域）よりも大きい場合、当該製造工程において１回の露光処理ではチップ全体を露光できない。したがって、半導体ウェハのうち、１つの半導体チップとなる領域（チップ領域）を、複数回の露光処理（分割露光処理）を行うことで露光する。以下では、分割露光を行って形成される半導体装置について説明を行う。

＜半導体装置の製造方法＞
以下に、本実施の形態の半導体装置の製造方法について、図１〜図１５を用いて説明する。図１、図２、図７、図８、図１０、図１１、図１３および図１４は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の断面図である。図３は、本発明の半導体装置の製造工程中のウェハに対する露光の順序を示す平面図である。図４〜図６、図９、図１２および図１５は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の平面図である。図７には、図６のＡ−Ａ線における断面を示している。図１０には、図９のＡ−Ａ線における断面を示している。図１３には、図１２のＡ−Ａ線における断面を示している。以下で平面図を用いて説明を行う場合には、図１５の光導波路ＯＷ２を除き、光導波路内を通る光が、平面図の左側から右側に向かって通過する場合を想定して説明を行う。これは、図２７を除き、本実施の形態の変形例および後述する実施の形態２、３の説明で用いる平面図でも同様である。

まず、図１に示すように、半導体基板ＳＢと、半導体基板ＳＢ上の絶縁膜ＢＯＸと、絶縁膜ＢＯＸ上の半導体膜（半導体層、ＳＯＩ層）ＳＬとから成る積層基板であるＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板（半導体ウェハ）を準備する。半導体基板ＳＢは、例えば単結晶Ｓｉ（シリコン）から成る。半導体膜ＳＬは、例えば単結晶Ｓｉ（シリコン）またはポリシリコン膜から成る。伝搬中の光の損失を低減する観点から、絶縁膜ＢＯＸの厚さは、光導波路からの光の染み出し距離よりも大きいことが好ましく、例えば、１μｍ以上であり、２〜３μｍ程度であることが好ましい。絶縁膜ＢＯＸは、埋込み酸化（ＢＯＸ：Buried Oxide）膜であり、例えば酸化シリコン膜から成る。ただし、基板としては、支持用の半導体基板ＳＢを有するものに限定されるものではなく、例えば、ＳＯＳ（Silicon on Sapphire）基板のように、支持基板として機能する絶縁層（サファイア）上に半導体層を設けた２層構造の基板であってもよい。

次に、図２に示すように、半導体膜ＳＬ上に、フォトレジスト膜ＰＲ１を塗布する。ここでは、ポジティブ型のフォトレジスト膜ＰＲ１を形成する場合について説明する。

次に、図３〜図１０を用いて説明するように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング法を用いて、半導体膜ＳＬを加工（パターニング）し、これにより光導波路ＯＷ１（図１０参照）を形成する。

ここで行うフォトリソグラフィ工程では、図３に示すように、半導体ウェハＷＦの主面にアレイ状に並ぶ複数のショット領域ＳＲを順に露光処理する。ショット領域ＳＲは、１回の露光処理によりフォトレジスト膜を露光することができる範囲であり、平面視で矩形の形状を有している。ショット領域ＳＲは、例えば、ＡｒＦ（フッ化アルゴン）液浸スキャナーを用いて露光できる最大の範囲である。平面視で矩形のレイアウトを有するショット領域ＳＲの１辺の長さは、例えば２．５ｃｍである。

半導体ウェハＷＦに対して露光処理を行う際は、図３において矢印で示すように、半導体ウェハＷＦの主面の端部のショット領域ＳＲに対して露光処理を行い、続いて、隣接する他のショット領域ＳＲに対して露光処理を行い、このような工程を繰り返し行うことで、半導体基板ＳＢの全てのショット領域ＳＲを露光する。

ここで、本実施の形態の半導体装置の製造工程で形成される半導体チップは、図３で太い線で囲まれたチップ領域ＣＰＲに形成される。つまり、製造する半導体チップは、Ｘ方向に並ぶ２つのショット領域ＳＲと、それらのショット領域ＳＲのそれぞれに対し、Ｙ方向で隣り合う２つのショット領域ＳＲとの、計４つのショット領域ＳＲを含むチップ領域ＣＰＲにより構成される。Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれは、半導体ウェハＷＦ（半導体基板、ＳＯＩ基板）の主面に沿う方向であり、Ｘ方向とＹ方向とは互いに直交している。チップ領域ＣＰＲは平面視で矩形のレイアウトを有している。チップ領域ＣＰＲの１辺の長さは、例えば４〜５ｃｍである。

チップ領域ＣＰＲは１つのショット領域ＳＲよりも大きい面積を有しているため、１回の露光処理でチップ領域ＣＰＲの全体を露光することはできない。よって、ここでは、チップ領域ＣＰＲ内を４つの領域に分割し、それらの領域をそれぞれ別々に露光する。本願では、このように１つのチップ領域ＣＰＲを構成する複数の領域に分けて露光することを、分割露光と呼ぶ。以下では、チップ領域ＣＰＲ内においてフォトレジスト膜ＰＲ１を分割露光する際に、隣り合うショット領域ＳＲの境界を通過する（跨ぐ）ように光導波路を形成することについて説明する。

フォトレジスト膜ＰＲ１の露光処理を行う際には、まず、図４に示すように、第１のショット領域ＳＲ１内のフォトレジスト膜ＰＲ１を露光する。図４では、１つのチップ領域ＣＰＲ（図３参照）内において、Ｘ方向に互いに隣り合う２つのショット領域のうち、一方のショット領域ＳＲ１を露光した状態を示している。図４は平面図であるが、図を分かり易くするため、ショット領域ＳＲ１内において、ポジティブ型のフォトレジスト膜ＰＲ１を露光した領域にハッチングを付しており、露光されていない領域であるパターンＰＴ１にはハッチングを付していない。また、ここではショット領域ＳＲ１の輪郭およびパターンＰＴ１の輪郭を破線で示している。

パターンＰＴ１は、Ｘ方向に隣り合うショット領域ＳＲ１およびショット領域ＳＲ２（図５参照）の相互間の境界に接し、Ｘ方向に延在しており、ショット領域ＳＲ２側のショット領域ＳＲ１の端部に接している。図示していない領域では、パターンＰＴ１は平面視で曲がっていてもよく、Ｘ方向以外の方向に延在していてもよい。ショット領域ＳＲ１とショット領域ＳＲ２との境界近傍以外の領域において、パターンＰＴ１は短手方向（Ｙ方向）の幅ａ１を有し、ショット領域ＳＲ１とショット領域ＳＲ２との境界近傍、つまりショット領域ＳＲ１の端部を含む端部近傍において、パターンＰＴ１は幅ａ１より大きい当該短手方向の幅ｂ１を有している。すなわち、パターンＰＴ１は、幅ａ１を有する第１部分（第１マスク部）１Ｐと、幅ｂ１を有する第２部分（第２マスク部）２Ｐと、第１部分１Ｐおよび第２部分２Ｐを互いに接続する第１接続部１Ｃとを備えている。第１部分１Ｐはショット領域ＳＲ１の端部に対して離間しており、第２部分２Ｐはショット領域ＳＲ１の端部に接している。幅ｂ１は、例えば幅ａ１の２倍以上の大きさを有している。

本工程では、露光により、ショット領域ＳＲ１内のフォトレジスト膜ＰＲ１のうち、互いに接続された第１部分１Ｐおよび第２部分２Ｐを有するパターンＰＴ１以外の領域について、溶解用の現像液に対する溶解性を増大させる。言い換えれば、露光により、フォトレジスト膜ＰＲ１内に、現像液の溶解能に対する耐性を有するパターンＰＴ１を形成する。

次に、図５に示すように、第２のショット領域ＳＲ２内のフォトレジスト膜ＰＲ１を露光する。図５では、１つのチップ領域ＣＰＲ（図３参照）内において、Ｘ方向に互いに隣り合う２つのショット領域のうち、ショット領域ＳＲ１とは異なるもう一方のショット領域ＳＲ２を露光した状態を示している。図５は平面図であるが、図を分かり易くするため、ショット領域ＳＲ２内において、ポジティブ型のフォトレジスト膜ＰＲ１を露光した領域にハッチングを付しており、露光されていない領域であるパターンＰＴ２にはハッチングを付していない。また、ここではショット領域ＳＲ２の輪郭およびパターンＰＴ２の輪郭を破線で示している。

パターンＰＴ２は、Ｘ方向において隣り合うショット領域ＳＲ１とショット領域ＳＲ２との境界に接し、Ｘ方向に延在しており、ショット領域ＳＲ１側のショット領域ＳＲ２の端部に接している。図示していない領域では、パターンＰＴ２は平面視で曲がっていてもよく、Ｘ方向以外の方向に延在していてもよい。ショット領域ＳＲ２とショット領域ＳＲ１との境界近傍以外の領域において、パターンＰＴ２は短手方向（Ｙ方向）の幅ａ２を有し、ショット領域ＳＲ２とショット領域ＳＲ１との境界近傍、つまりショット領域ＳＲ２の端部を含む端部近傍において、パターンＰＴ２は幅ａ２より大きい当該短手方向の幅ｂ２を有している。すなわち、パターンＰＴ２は、幅ａ２を有する第３部分（第３マスク部）３Ｐと、幅ｂ２を有する第４部分（第４マスク部）４Ｐと、第３部分３Ｐおよび第４部分４Ｐを互いに接続する第２接続部２Ｃとを備えている。第３部分３Ｐはショット領域ＳＲ２の端部に対して離間しており、第４部分４Ｐはショット領域ＳＲ２の端部に接している。幅ｂ２は、例えば幅ａ２の２倍以上の大きさを有している。

本工程では、露光により、ショット領域ＳＲ２内のフォトレジスト膜ＰＲ１のうち、互いに接続された第３部分３Ｐおよび第４部分４Ｐを有するパターンＰＴ２以外の領域について、溶解用の現像液に対する溶解性を増大させる。ここで、ショット領域ＳＲ２と平面視で重なるショット領域ＳＲ１内のフォトレジスト膜ＰＲ１のうち、露光された箇所は、現像液に対する溶解性が増大する。言い換えれば、露光により、フォトレジスト膜ＰＲ１内に、現像液の溶解能に対する耐性を有するパターンＰＴ２を形成する。

幅ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２は、光導波路ＯＷ１の内部を通過する光の波長、光のモード、または光導波路ＯＷ１の高さ（半導体膜ＳＬの厚さ）などに応じて、設定され得る。幅ａ１および幅ａ２は、互いに同じ大きさであってもよいし、互いに異なる大きさであってもよい。また、幅ｂ１および幅ｂ２も、互いに同じ大きさであってもよいし、互いに異なる大きさであってもよい。本実施の形態において、幅ａ１と幅ａ２とは同じ大きさであり、幅ｂ１と幅ｂ２とは同じ大きさであり、幅ｂ１、ｂ２はいずれも幅ａ１、ａ２のいずれよりも大きい。幅ａ１、ａ２のそれぞれは、第１部分１Ｐおよび第３部分３Ｐの内部をシングルモードの光が通過できればよく、例えば当該光の波長の１／４程度、すなわち数百ｎｍであり、好ましくは３００〜４００ｎｍである。幅ｂ１、幅ｂ２は、第２部分２Ｐおよび第４部分４Ｐの内部をマルチモードの光が通過できればよく、例えば当該光の波長の２倍程度、すなわち２〜３μｍ程度である。幅ｂ１、ｂ２は、例えば、幅ａ１、ａ２のそれぞれよりも１．３〜３．０倍大きく、４００〜６００ｎｍ大きい。幅ｂ１、ｂ２は、幅ａ１、ａ２のそれぞれよりも２倍以上大きいことが好ましい。

ここで、Ｘ方向において、互いに隣り合うショット領域ＳＲ１およびショット領域ＳＲ２同士は、互いの端部が重なっている。これは、ショット領域ＳＲ１の露光位置とショット領域ＳＲ２の露光位置のうち、いずれか一方または両方に位置ずれが生じた場合に、ショット領域ＳＲ１とショット領域ＳＲ２との間に亘って形成されるパターンが途切れることを防ぐためである。つまり、ショット領域ＳＲ１およびショット領域ＳＲ２のそれぞれのＸ方向の端部同士が予め重なるように各ショット領域の露光位置を規定することで、Ｘ方向において露光の位置ずれが生じた場合であっても、パターンの分断を防ぐことができる。

このため、パターンＰＴ１の端部（第２部分２Ｐ）とパターンＰＴ２の端部（第４部分４Ｐ）とは互いに重なる。つまり、第２部分２Ｐと第４部分４Ｐとは、互いに接続されている。ただし、第２部分２Ｐと第４部分４ＰのそれぞれのＸ方向の長さは、パターンＰＴ１、ＰＴ２が互いに重なる領域のＸ方向の長さより大きい。このため、平面視において、パターンＰＴ１の細い部分である第１部分１Ｐと、パターンＰＴ２とは互いに重なっておらず、パターンＰＴ２の細い部分である第３部分３Ｐと、パターンＰＴ１とは互いに重なっていない。本願では、ショット領域ＳＲ１とショット領域ＳＲ２との境界線ＤＬ１を、ショット領域ＳＲ１のショット領域ＳＲ２側の端部と、ショット領域ＳＲ２のショット領域ＳＲ１側の端部との中間を通る線と定義する。よって、境界線ＤＬ１は、パターンＰＴ１とパターンＰＴ２とが重なる領域のＸ方向の中心に位置している。

本来、ショット領域ＳＲ１、ＳＲ２のそれぞれの露光位置は、ずれないことが望ましい。例えば、Ｙ方向において、ショット領域ＳＲ１の全体とショット領域ＳＲ２の全体とは、互いにずれること無く隣り合っていることが望ましい。つまり、Ｙ方向の座標において、ショット領域ＳＲ１、ＳＲ２は同じ座標に形成されることが理想的である。露光の位置ずれが生じなければ、パターンＰＴ１の第１部分１Ｐの全体とパターンＰＴ２の第３部分３Ｐの全体とは、互いにＸ方向に隣り合って形成される。しかし、技術的に露光の位置ずれを完全に防ぐことは困難である。

すなわち、隣り合う露光領域同士の相互間の位置ずれは、Ｘ方向に限らず、Ｙ方向に置いても起こり得る。本実施の形態では、ショット領域ＳＲ１に対し、ショット領域ＳＲ２の位置が図の下方にずれた場合について説明する。パターンＰＴ１の第２部分２ＰとパターンＰＴ２の第４部分４Ｐとは、Ｙ方向において互いに同じ幅を有している。しかし、第２部分２Ｐと第４部分４ＰとはＹ方向で完全に重なっておらず、ショット領域ＳＲ２がショット領域ＳＲ１に対してＹ方向において図の下方にずれている分、第４部分４Ｐは第２部分２Ｐに対してＹ方向において図の下方にずれている。以下では、第２部分２Ｐと第４部分４Ｐとが互いに重なっている部分を、第５部分（第５マスク部）５Ｐと呼ぶ。第５部分５Ｐは、平面視で境界線ＤＬ１を跨ぐ位置にあり、第２部分２Ｐと第４部分４Ｐとに挟まれている。すなわち、第５部分５Ｐは、第２部分２Ｐと第４部分４Ｐとの相互間を接続する部分である。

次に、図６および図７に示すように、フォトレジスト膜ＰＲ１を現像する。すなわち、フォトレジスト膜ＰＲ１が露光された領域を、現像液により溶解して除去する。図７は、フォトレジスト膜ＰＲ１の第２部分２Ｐを示す断面図である。このとき、図４および図５を用いて説明した２回の露光工程のいずれにおいても露光されず、当該現像液に対して耐性を有している部分のフォトレジスト膜ＰＲ１は、除去されずに残る。これにより形成されたレジストパターン（マスクパターン）であるフォトレジスト膜ＰＲ１は、Ｘ方向において順に並んで連続的に接続された第１部分１Ｐ、第１接続部１Ｃ、第２部分２Ｐ、第５部分５Ｐ、第４部分４Ｐ、第２接続部２Ｃおよび第３部分３Ｐにより構成されており、Ｘ方向に延在している。第５部分５ＰのＹ方向の幅ｃ１は、幅ａ１、ａ２のいずれよりも大きく、幅ｂ１、ｂ２のいずれよりも小さい。

ここでは、図４を用いて説明した露光工程で露光されなかった第２部分２Ｐの一部であっても、図５を用いて説明した露光工程で露光された箇所は除去される。同様に、図５を用いて説明した露光工程で露光されなかった第４部分４Ｐの一部であっても、図４を用いて説明した露光工程で露光された箇所は除去される。このため、当該レジストパターンの第２部分２Ｐと第４部分４Ｐとの間には、第２部分２Ｐおよび第４部分４Ｐのいずれよりも幅が小さい第５部分５Ｐが形成される。また、当該レジストパターンには、第５部分５Ｐと第２部分２Ｐとの境界とＹ方向で並ぶ位置、並びに、第５部分５Ｐと第４部分４Ｐとの境界とＹ方向で並ぶ位置のそれぞれに、段部（段差）ＲＤＰが形成される。

当該レジストパターン（マスクパターン）のうち、平面視でパターンＰＴ１（図５参照）の第２部分２ＰとパターンＰＴ２（図５参照）の第４部分４Ｐとが互いに重なる第５部分５Ｐの短手方向の幅ｃ１は、幅ａ１、幅ａ２よりも大きい。

次に、図８に示すように、フォトレジスト膜ＰＲ１をエッチング阻止マスクとして用いてエッチングを行うことで、半導体膜ＳＬから成る光導波路ＯＷ１を形成する。このエッチング工程により、絶縁膜ＢＯＸの上面を露出させる。

次に、図９および図１０に示すように、アッシングを行うことで、フォトレジスト膜ＰＲ１を除去し、これにより、光導波路ＯＷ１の上面を露出させる。図１０は、光導波路ＯＷ１の第２部分２Ｐを示す断面図である。ここでは、図４〜図７を用いて説明したフォトレジスト膜ＰＲ１をマスクとして用いて形成した光導波路ＯＷ１の部分のうち、フォトレジスト膜ＰＲ１の第１〜第５部分に対応する箇所を、光導波路ＯＷ１の第１〜第５部分と呼んで説明を行う。すなわち、図９に示す光導波路ＯＷ１の平面レイアウトは、図６を用いて説明したフォトレジスト膜ＰＲ１の形状に対応して、Ｘ方向において順に並んで連続的に接続された第１部分１Ｐ、第２部分２Ｐ、第５部分５Ｐ、第４部分４Ｐおよび第３部分３Ｐにより構成されており、Ｘ方向に延在している。つまり、第１部分１Ｐ、第２部分２Ｐ、第５部分５Ｐ、第４部分４Ｐおよび第３部分３Ｐのそれぞれは、絶縁膜ＢＯＸの上面に沿って延在している。

第５部分５ＰのＹ方向の幅ｃ１は、幅ａ１、ａ２のいずれよりも大きく、幅ｂ１、ｂ２のいずれよりも小さい。第５部分５Ｐは、境界線ＤＬ１を跨ぐ位置に存在している。フォトレジスト膜ＰＲ１から成るレジストパターンのレイアウトに対応して、第２部分２Ｐの幅ｂ１は、第１部分１Ｐの幅ａ１の１．３〜３．０倍であり、２倍以上の大きさを有していることが好ましく、第４部分４Ｐの幅ｂ２は、第３部分３Ｐの幅ａ２の１．３〜３．０倍であり、２倍以上の大きさを有していることが好ましい。

また、光導波路ＯＷ１の第１部分１Ｐと第２部分２Ｐとを接続する部分（第１接続部１Ｃ）は、第１部分１Ｐ側から第２部分２Ｐ側に向かって徐々に太くなるパターンから成り、当該パターンはＸ方向において長さｄ１を有している。第１部分１Ｐと第２部分２Ｐとを接続する当該パターンの全体の平面視の輪郭（側面）は直線的ではなく、曲線状になっている。つまり、第１部分１Ｐから第２部分２Ｐに向かって、光導波路ＯＷ１の幅はなだらかに大きくなる。これは、第１部分１Ｐから第２部分２Ｐに向かって光導波路ＯＷ１の幅が急激に大きくなることに起因する光の損失が生じることを防ぐためである。ただし、当該損失が小さい場合は、第１接続部１Ｃの側面が平面視で直線であってもよい。このように、第１部分１Ｐと第２部分２Ｐとは、第１部分１Ｐ側から第２部分２Ｐ側に向かって徐々に幅が大きくなる第１接続部１Ｃを介して接続されている。

また、光導波路ＯＷ１の第４部分４Ｐと第３部分３Ｐとを接続する部分（第２接続部２Ｃ）は、第４部分４Ｐ側から第３部分３Ｐ側に向かって徐々に細くなるパターンから成り、当該パターンはＸ方向において長さｄ２を有している。第４部分４Ｐと第３部分３Ｐとを接続するパターンの全体の平面視の輪郭（側面）は直線的ではなく、曲線状になっている。つまり、第４部分４Ｐから第３部分３Ｐに向かって、光導波路ＯＷ１の幅はなだらかに小さくなる。これは、第４部分４Ｐから第３部分３Ｐに向かって光導波路ＯＷ１の幅が急激に小さくなることに起因する光の損失が生じることを防ぐためである。ただし、当該損失が小さい場合は、第２接続部２Ｃの側面が平面視で直線であってもよい。このように、第４部分４Ｐと第３部分３Ｐとは、第４部分４Ｐ側から第３部分３Ｐ側に向かって徐々に幅が小さくなる第２接続部２Ｃを介して接続されている。

ここでは、長さｄ１と長さｄ２とは互いに同等の大きさを有している。第１接続部１Ｃは、光導波路ＯＷ１の短手方向の幅が、幅ｂ１から幅ａ１に変化する部分である。また、第２接続部２Ｃは、光導波路ＯＷ１の短手方向の幅が、幅ｂ２から幅ａ２に変化する部分である。長さｄ１、ｄ２は、幅ａ１、ａ２のそれぞれの５倍以上の大きさを有している。これは、光導波路ＯＷ１の幅を入射側で緩やかに広げ、出射側で緩やかに狭めるためである。このように、長さｄ１、ｄ２は、幅ａ１、ａ２のそれぞれの５倍以上の大きさを有していることで、光導波路ＯＷ１において光損失が生じることを防いでいる。

また、光導波路ＯＷ１には、第５部分５Ｐと第２部分２Ｐとの境界に対しＹ方向で並ぶ位置、並びに、第５部分５Ｐと第４部分４Ｐとの境界に対しＹ方向で並ぶ位置のそれぞれに、段部（段差）ＤＰが形成される。２つの段部ＤＰのうち、一方の段部ＤＰは光導波路ＯＷ１のＹ方向の第１側面側に形成されおり、他方の段部ＤＰは、光導波路ＯＷ１の側面のうち、Ｙ方向において第１側面とは反対側に位置する第２側面側に形成されている。

言い換えれば、幅広部の複数の側面のうち、幅広部に接続された第１部分１Ｐおよび第３部分３Ｐの相互間の領域をＹ方向で挟む両側の側面のそれぞれに１つずつ段部ＤＰが形成されている。すなわち、幅広部の短手方向の２つの側面のそれぞれに段部ＤＰが形成されている。当該２つの側面とは、幅広部に接続された第１部分１Ｐの端部と第３部分３Ｐの端部との間の領域を挟んで位置する２つの側面を意味する。また、平面視で光導波路ＯＷ１の両側の側面に形成された２つの段部ＤＰは、Ｘ方向（光導波路ＯＷ１の長手方向）で境界線ＤＬ１を挟んで形成されている。境界線ＤＬ１は、当該２つの段部ＤＰのＸ方向の中心に位置している。

上記２つの段部ＤＰは、平面視で点対称な形状を有しており、平面視で線対称な形状を有していない。これは、段部ＤＰが、境界線ＤＬ１を挟む２つのショット領域のそれぞれで行った露光処理の相互間の位置ずれに起因して、幅広部の一部のパターンが他の一部のパターンに対し１方向にずれたことに起因して形成されているためである。図５に示すショット領域ＳＲ１の終端部とショット領域ＳＲ２の終端部とが平面視で重なる場合には、上述した第５部分５Ｐは形成されず、２つの段部ＤＰのそれぞれは境界線ＤＬ１と重なる位置においてＹ方向に並んで形成される。

次に、図１１に示すように、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて、絶縁膜ＢＯＸ上に、光導波路ＯＷ１を覆う層間絶縁膜ＩＬ１を形成する。層間絶縁膜ＩＬ１は例えば酸化シリコン膜から成る。その後、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いて、層間絶縁膜ＩＬ１の上面を平坦化する。続いて、図示していない領域で、層間絶縁膜ＩＬ１を貫通する接続孔を複数形成する。続いて、層間絶縁膜ＩＬ１上に金属膜を形成することで、各接続孔内を完全に埋め込む。当該金属膜は、例えば主にＷ（タングステン）またはＣｕ（銅）から成る。その後、例えばＣＭＰ法を用いて、層間絶縁膜ＩＬ１上の当該金属膜を除去することで、各接続孔内に残された当該金属膜から成るプラグ（導電性接続部）を形成する。伝搬中の光の損失を低減する観点から、層間絶縁膜ＩＬ１の厚さは、光導波路からの光の染み出し距離よりも大きいことが好ましく、例えば、１μｍ以上であり、２〜３μｍ程度であることが好ましい。

光導波路ＯＷ１は、その内側を光が通過するコア層であり、絶縁膜ＢＯＸおよび層間絶縁膜ＩＬ１は、当該コア層の周囲を囲むクラッド層である。クラッド層である絶縁膜ＢＯＸおよび層間絶縁膜ＩＬ１は、コア層である光導波路ＯＷ１に接しており、光導波路ＯＷ１を覆っている。より具体的には、光導波路ＯＷ１の下面は、絶縁膜ＢＯＸにより覆われており、光導波路ＯＷ１の側面および上面は、層間絶縁膜ＩＬ１により覆われている。
コア層はクラッド層より高い屈折率を有する材料で構成されており、コア層の屈折率とクラッド層の屈折率に差があることで、コア層内の光がクラッド層内に漏れ出ることを防ぐことができる。光導波路ＯＷ１は、幅が小さい第１部分１Ｐおよび第３部分３Ｐ、並びに、幅が比較的大きい第２部分２Ｐ、第４部分４Ｐおよび第５部分５Ｐを含め、１つの材料膜（例えばシリコン膜）から成り、その屈折率は、例えば３．５である。また、絶縁膜ＢＯＸおよび層間絶縁膜ＩＬ１は例えば主に酸化シリコン膜から成り、それらの屈折率は、例えば１．５である。すなわち、光導波路ＯＷ１を構成する材料の屈折率は、絶縁膜ＢＯＸおよび層間絶縁膜ＩＬ１を構成する材料の屈折率より大きい。

次に、図１２および図１３に示すように、例えばスパッタリング法を用いて、プラグ（図示しない）上および層間絶縁膜ＩＬ１上に、金属膜を形成する。当該金属膜は、例えばＡｌ（アルミニウム）膜から成る。その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング法を用いて当該金属膜を加工する。つまり、当該金属膜上に塗布した、例えばポジティブ型のフォトレジスト膜（図示しない）をフォトリソグラフィ工程において露光・現像し、当該フォトレジスト膜をマスクとして用いてエッチングを行う。これにより、層間絶縁膜ＩＬ１の上面の一部を露出する。これにより、例えばＸ方向に延在し、プラグの上面に接続された当該金属膜から成る配線Ｍ１を形成する。なお、図１２では、層間絶縁膜の図示を省略している。

ここでは、光導波路ＯＷ１と同様に、２つのショット領域を跨ぎ、Ｘ方向に延在する配線Ｍ１を形成する。このため、配線Ｍ１は、当該２つのショット領域の露光位置のいずれか一方、または両方にずれが生じた場合、それらの２つのショット領域の相互間の境界で配線Ｍ１にもパターンのずれおよび段部（段差）ＤＰ１が生じる。

ただし、配線Ｍ１を形成する際に行う露光工程は、図４および図５を用いて説明した露光工程とは別の露光工程であるため、ショット領域のずれの方向および大きさは、ショット領域ＳＲ１、ＳＲ２（図５参照）の位置ずれの方向および大きさのそれぞれと同じになるとは限らない。このため、配線Ｍ１を形成する際に露光される２つのショット領域の相互間の境界線ＤＬ２は、境界線ＤＬ１に完全に重なるとは限らない。ただし、平面視において境界線ＤＬ１、ＤＬ２は互いに近傍に位置してＹ方向に延びている。つまり、平面視において、光導波路ＯＷ１の段部ＤＰおよび境界線ＤＬ１は、境界線ＤＬ２の近傍に位置している。

次に、図１４に示すように、例えばＣＶＤ法を用いて、層間絶縁膜ＩＬ１上に、配線Ｍ１を覆う層間絶縁膜ＩＬ２を形成する。層間絶縁膜ＩＬ２は例えば酸化シリコン膜から成る。その後、例えばＣＭＰ法を用いて、層間絶縁膜ＩＬ２の上面を平坦化する。

続いて、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチングを用いて、層間絶縁膜ＩＬ２の上面に、配線Ｍ１の上面に達しない配線溝を、配線Ｍ１の直上に形成する。その後、層間絶縁膜ＩＬ２を貫通し、配線Ｍ１の上面を露出する接続孔を当該配線溝の下面に形成する。その後、当該配線溝および接続孔のそれぞれの内部を完全に埋め込むように、層間絶縁膜ＩＬ２上に金属膜を形成する。当該金属膜は、例えば主にＣｕ（銅）から成る。その後、例えばＣＭＰ法を用いて、層間絶縁膜ＩＬ２上の当該金属膜を除去することで、各接続孔内に残された当該金属膜から成るプラグＰＧと、当該配線溝内に埋め込まれた当該金属膜から成る配線Ｍ２とを形成する。つまり、ここでは所謂デュアルダマシン法を用いて、配線Ｍ２と配線Ｍ２の下のプラグ（ビア）ＰＧとを共に形成する。

次に、図示は省略するが、プラグＰＧの上面および層間絶縁膜ＩＬ２の上面を絶縁膜で覆う。

次に、図１５に示すように、チップ領域ＣＰＲ（図３参照）の輪郭である太線（スクライブライン、スクライブ領域）に沿って半導体ウェハＷＦ（図３参照）を切削することで、半導体ウェハＷＦを個片化する。言い換えれば、チップ領域ＣＰＲの輪郭である太線はスクライブ領域であるが、チップ領域ＣＰＲ内で隣り合うショット領域ＳＲ（図３参照）同士の間の境界は、スクライブ領域ではない。当該切削工程により、図１５に示す半導体チップＣＨＰを複数得ることができる。よって、半導体チップＣＨＰから成る本実施の形態の半導体装置が略完成する。

半導体チップＣＨＰは、平面視で並ぶ４つのショット領域ＳＲ１〜ＳＲ４を有しており、１つのショット領域内に収まるようなサイズの半導体チップに比べて大型のチップである。ショット領域ＳＲ１とショット領域ＳＲ２とは互いにＸ方向に並んで互いに隣接しており、ショット領域ＳＲ４とショット領域ＳＲ３とは互いにＸ方向に並んで互いに隣接している。また、ショット領域ＳＲ１とショット領域ＳＲ４とは互いにＹ方向に並んで互いに隣接しており、ショット領域ＳＲ２とショット領域ＳＲ３とは互いにＹ方向に並んで互いに隣接している。つまり、ショット領域ＳＲ１〜ＳＲ４は、行列状に並んでいる。

ショット領域ＳＲ１、ＳＲ２の相互間の境界線ＤＬ１と、ショット領域ＳＲ３、ＳＲ４の相互間の境界線ＤＬ４とは、いずれもＹ方向に延びている。また、ショット領域ＳＲ１、ＳＲ４の相互間の境界線ＤＬ５と、ショット領域ＳＲ２、ＳＲ３の相互間の境界線ＤＬ３とは、いずれもＸ方向に延びている。ただし、境界線ＤＬ１と境界線ＤＬ４とは、必ずしも同一直線上に位置してはいない。これは、各境界線の位置は、当該境界線を挟むショット領域の露光位置のずれる大きさおよび方向によって決まるためである。同様に、境界線ＤＬ３と境界線ＤＬ５とは、必ずしも同一直線上に位置してはいない。

ここでは、ショット領域ＳＲ１、ＳＲ２の境界線ＤＬ１を通るように配置された光導波路ＯＷ１と、ショット領域ＳＲ３、ＳＲ４の境界線ＤＬ４を通るように配置された光導波路ＯＷ２とを示している。図示はしていないが、ショット領域ＳＲ１、ＳＲ４の境界線ＤＬ５を通るように配置された光導波路、または、ショット領域ＳＲ２、ＳＲ３の境界線ＤＬ３を通るように配置された光導波路が形成されていてもよい。

光導波路ＯＷ１の一方の端部は、ショット領域ＳＲ１内において、光照射部（発光部、光源）ＬＥＰに光学的に接続されている。光照射部ＬＥＰは、例えばレーザーダイオードと、当該レーザーダイオードと光導波路ＯＷ２との間を接続する変調器とから成る。レーザーダイオードは、レーザ光を放射するレーザ発振器である。変調器はシリコンフォトニクス装置の一種であり、例えば、当該レーザーダイオードから放射されたレーザ光が光導波路を通る際、その光の位相を変化させるために用いられる素子である。光導波路ＯＷ１の他方の端部は、ショット領域ＳＲ２内において、Ｉ／Ｏ（Input/Output）素子ＩＯ１に光学的に接続されている。Ｉ／Ｏ素子ＩＯ１は、例えばグレーティングカプラ（ＧＣ：Grating Coupler）から成る。グレーティングカプラは、波長分解能を有し、入射した光から所望の波長の光を出射する素子である。ここでは、光導波路ＯＷ１内を通る光は、例えば、光照射部ＬＥＰ側からＩ／Ｏ素子ＩＯ１側に向かって進む。光導波路ＯＷ１、ＯＷ２のそれぞれは直線状に延びる導波路のみでなく、曲線状に延びる導波路も備えている。

光導波路ＯＷ２の一方の端部は、ショット領域ＳＲ４内において、受光部ＬＲＰに光学的に接続されている。受光部ＬＲＰは、例えばフォトダイオードから成る。フォトダイオードは、例えば、縦型のｐｉｎ接合ダイオード構造を有する受光素子であり、受光した光を電荷（電気信号）に変換する機能を有する。光導波路ＯＷ２の他方の端部は、ショット領域ＳＲ３内において、Ｉ／Ｏ素子ＩＯ２に光学的に接続されている。Ｉ／Ｏ素子ＩＯ２は、例えばスポットサイズ変換器（ＳＳＣ：Spot Size Converter）から成る。スポットサイズ変換器は、光のビームスポットの大きさを変換する機能を持つ素子であり、光入出力における光の損失を低減するために設けられる。Ｉ／Ｏ素子ＩＯ１は、例えば半導体チップＣＨＰの端部に配置されており、半導体チップＣＨＰの外部の太い光ファイバなどから入射される光を、直径の小さい光導波路ＯＷ１内に導く役割を有している。ここでは、光導波路ＯＷ２内を通る光は、例えば、Ｉ／Ｏ素子ＩＯ２側から受光部ＬＲＰ側に向かって進む。

このように、光導波路ＯＷ１、ＯＷ２のそれぞれは、光照射部ＬＥＰ、受光部ＬＲＰ、Ｉ／Ｏ素子ＩＯ１またはＩＯ２などのそれぞれの間の通信に用いられる光の伝送路としての役割を有する。つまり、光導波路ＯＷ１、ＯＷ２のそれぞれは光回路を構成している。また、半導体チップＣＨＰは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、光ファイバまたはその他の装置などの相互間で光信号を伝送する光インターポーザとしての役割を有している。

光導波路ＯＷ１の短手方向の幅は、基本的に一定であり、図９の幅ａ１、ａ２と同等の大きさを有している。ただし、光導波路ＯＷ１は、隣り合うショット領域ＳＲ１、ＳＲ２同士の境界（境界部、境界線ＤＬ１）と平面視で重なる位置およびその近傍で、幅ａ１、ａ２よりも幅が大きい幅広部（拡幅部）を有している。ここでいう幅広部は、図９に示す光導波路ＯＷ１の幅ｂ１を有する第２部分２Ｐ、幅ｃ１を有する第５部分５Ｐおよび幅ｂ２を有する第４部分４Ｐを含むパターンを指す。つまり、幅広部は、Ｘ方向で並ぶ第１部分１Ｐと第３部分３Ｐとの間において、第１部分１Ｐの延在方向における端部と、第３部分３Ｐの延在方向における端部とに接続されている。幅広部の延在方向の長さは、導波光の基本モードを維持できる範囲内であることが望ましく、例えば、幅広部の幅の３〜１０倍である。幅広部の短手方向の最小の幅は、幅ａ１、ａ２よりも大きい。図９は、図１５に示す境界線ＤＬ１と重なる光導波路ＯＷ１を破線で囲んだ領域を示すものである。

光導波路ＯＷ２も同様に、基本的に一定の幅を有しているが、隣り合うショット領域ＳＲ３、ＳＲ４同士の境界（境界部、境界線ＤＬ４）と平面視で重なる位置およびその近傍で、当該幅よりも幅が大きい幅広部を有している。なお、図９に示すように、ショット領域ＳＲ２内の光導波路ＯＷ１のパターンの、ショット領域ＳＲ１内の光導波路ＯＷ１に対するずれ方と、図１５に示すショット領域ＳＲ３内の光導波路ＯＷ２のパターンの、ショット領域ＳＲ４内の光導波路ＯＷ２に対するずれ方とは、必ずしも一致しない。これは、光導波路ＯＷ１を形成するために行われるショット領域ＳＲ１、ＳＲ２での２回の露光処理と、光導波路ＯＷ２を形成するために行われるショット領域ＳＲ３、ＳＲ４での２回の露光処理とは別々の工程であり、各露光工程での露光位置のずれの方向および大きさは工程毎に変わるためである。

これに対し、図示はしていないが、例えばショット領域ＳＲ１、ＳＲ２の相互間の境界線ＤＬ１を通る光導波路が、光導波路ＯＷ１の他にも形成されている場合、当該光導波路の平面視におけるパターンのずれ方は、光導波路ＯＷ１の平面視のパターンのずれ方と同様となる。つまり、境界線ＤＬ１を跨ぐ光導波路ＯＷ１が複数形成されている場合、複数の光導波路ＯＷ１は、いずれも平面視で境界線ＤＬ１と重なる位置で幅広部を有しており、それらの幅広部は、平面視において、光導波路ＯＷ１の短手方向の両側の側面に段部ＤＰ（図９）を有している。このとき、複数の光導波路ＯＷ１のうち、１つの光導波路ＯＷ１の段部ＤＰと、他の光導波路ＯＷ１の段部ＤＰとは、Ｙ方向に並んで位置している。段部ＤＰは、光導波路ＯＷ１の短手方向の両側の側面のそれぞれに形成されており、光導波路ＯＷ１は、所定の点（例えば境界線ＤＬ１と重なる点）を中心として点対称な平面レイアウトを有している。

また、図９に示す段部ＤＰは、幅広部の側面に形成されており、Ｙ方向における１つの段部ＤＰの大きさ（ずれの大きさ）は幅ｂ１と幅ａ１との差の１／２よりも小さい。このため、第１部分１Ｐの幅広側の端部の全体と、段部ＤＰとは、互いにＸ方向において隣り合っていない。同様に、Ｙ方向における１つの段部ＤＰの大きさ（ずれの大きさ）は幅ｂ２と幅ａ２との差の１／２よりも小さい。このため、第３部分３Ｐの幅広側の端部の全体と、段部ＤＰとは、互いにＸ方向において隣り合っていない。

すなわち、Ｙ方向の座標において、第１部分１Ｐの幅広側の端部および第３部分３Ｐの幅広側の端部は、段部ＤＰと異なる座標に位置している。言い換えれば、段部ＤＰは、第１部分１Ｐの幅広側の端部と第３部分３Ｐの幅広側の端部との間の領域から離間した位置に存在している。なお、ここでいう第１部分１Ｐの端部とは、短手方向の大きさが幅ａ１の部分の、Ｘ方向（延在方向）の幅広部（境界線ＤＬ１）側の終端部を指し、第３部分３Ｐの端部とは、短手方向の大きさが幅ａ２の部分の、Ｘ方向（延在方向）の幅広部（境界線ＤＬ１）側の終端部を指す。

図９に示す光導波路ＯＷ１を構成する第１部分１Ｐおよび第３部分３Ｐ、つまり、相対的に小さい幅ａ１、ａ２（幅広部より小さい幅）を有する部分では、光を伝送する際、内部をシングルモード（単一モード）の光が通過する。言い換えれば、第１部分１Ｐおよび第３部分３Ｐはコア層の幅が小さいため、それらの内部を通過する光はマルチモードにはならず、シングルモードとなる。つまり、光導波路ＯＷ１の第１部分１Ｐおよび第３部分３Ｐは、シングルモードの光が内部を通過するシングルモード光導波路である。これに対し、第２部分２Ｐおよび第４部分４Ｐの短手方向の幅は、光導波路ＯＷ１内を通る光の波長よりも大きい。よって、光導波路ＯＷ１のうち、比較的短手方向の幅が大きい第２部分２Ｐおよび第４部分４Ｐでは、光を伝送する際、それらの部分内をマルチモードの光が通過する。つまり光導波路ＯＷ１の第１部分１Ｐおよび第３部分３Ｐの間の部分（第２部分２Ｐおよび第４部分４Ｐ）は、マルチモードの光が内部を通過するマルチモード光導波路である。

すなわち、第１部分１Ｐから第２部分２Ｐに向かって光導波路ＯＷ１を通過する光のモードは、第１部分１Ｐでは１つのみであるが、第１部分１Ｐから第２部分２Ｐに浸入する際に多数のモードに分かれる。その後、多数のモードの光は、第４部分４Ｐから第３部分３Ｐに浸入する際に１つのモードに戻る。このように、幅広部で光がマルチモードになり、他の部分で光がシングルモードとなる点は、光導波路ＯＷ２（図１５参照）も同様である。

＜本実施の形態の効果＞
半導体装置の大面積化に伴い、光インターポーザとして用いられる半導体チップのサイズは、露光装置（例えば、ＡｒＦ液浸スキャナー）の最大露光サイズ以上のサイズになり得る。このようにサイズの大きい半導体チップは、分割露光処理により形成する必要があり、半導体チップ内では、光導波路が複数のショット領域に亘って形成される。

ここで、図２９および図３０を用いて、一定の幅で延在するよう設計された光導波路が、２つのショット領域の境界を跨ぐように形成された場合の問題点について説明する。図２９は、比較例の半導体装置を示す平面図であり、図３０は、比較例の半導体装置を示す断面図である。図３０は、図２９のＤ−Ｄ線における断面図である。

当該比較例の半導体装置は、本実施の形態の半導体装置と同様に、分割露光処理により形成される半導体チップであり、複数のショット領域に亘って延在する光導波路を有するものである。比較例の半導体装置は、互いに隣り合うショット領域の境界近傍の光導波路の平面レイアウトを除き、本実施の形態の半導体装置と同様の構造を有している。図２９に示す比較例の光導波路ＯＷＡは、半導体チップ内においてＸ方向に隣り合う２つのショット領域の相互間に亘って、一定の幅で延在するように設計された半導体膜のパターンから成る。ここでいう一定の幅とは、図２９に示す幅ａ１、ａ２であり、幅ａ１と幅ａ２とは互いに同じ大きさである。光導波路ＯＷＡ内を通る光のモードは、シングルモードである。図に示す光導波路ＯＷＡは、ポジティブ型のフォトレジスト膜を用いて加工されたパターンから成る。

しかし、一定の幅で延在するように設計された光導波路（コア層）ＯＷＡであっても、光導波路ＯＷＡを隣り合う２つのショット領域の境界を跨ぐように形成する場合、当該２つのショット領域の相互間で露光の位置にずれが生じることで、当該境界で光導波路ＯＷＡのパターンの形状にずれが生じる。すなわち、２つのショット領域の境界線ＤＬＡの近傍において、Ｘ方向における境界線ＤＬＡの前後のそれぞれで光導波路ＯＷＡの側面に段部ＤＰが形成される。このため、当該２つの段部の間で境界線ＤＬＡと平面視で重なる光導波路ＯＷＡの幅ｃ３は、幅ａ１、ａ２のいずれよりも小さくなる。すなわち、図３０に示す光導波路ＯＷＡの幅は、図１０に示す光導波路ＯＷ１の幅に比べて小さくなる。また、光導波路ＯＷＡの幅ａ１、ａ２は比較的小さいため、光導波路ＯＷＡ内を通る光の密度は高い。そのため、光導波路ＯＷＡ内を通過する光が段部ＤＰに当たることで、大きな損失（光損失、伝搬損失）が生じる。

特に、光導波路ＯＷＡ内を通過する光はシングルモードであるため、光導波路ＯＷＡに段部ＤＰが存在することによる損失は大きい。つまり、段部ＤＰにより光全体が反射した場合には光信号自体を伝送することができない問題が生じる。また、光導波路ＯＷＡを通り、段部ＤＰに当たった光はシングルモードからマルチモードとなる場合がある。この場合、マルチモードとなった光が、後に光導波路ＯＷＡ内でシングルモードに戻る場所がないため、大きな光損失が生じる。

なお、ネガティブ型のフォトレジスト膜を用いて光導波路を形成する場合も同様である。つまり、一定の幅を有する光導波路を、２つのショット領域の境界を通過するように形成しようとすると、フォトリソグラフィ工程における露光位置のずれに起因して、当該境界の前後において光導波路の側面に段部が形成される。したがって、光導波路内を直進する光は、光導波路内での高い密度を保ったまま当該段部に当たるため、大きな光損失が生じる虞がある。

これに対し、本実施の形態では、図９に示すように、互いに隣り合うショット領域の境界線ＤＬ１と平面視で重なる領域およびその近傍において、光導波路ＯＷ１の幅を広げている。これにより、半導体装置の製造工程において、互いに隣り合うショット領域のそれぞれで行う露光工程の相互間の露光位置のずれに起因して光導波路ＯＷ１のパターンに段部ＤＰが生じた場合であっても、光損失が生じることを防ぐことができる。

すなわち、光導波路ＯＷ１のうち、幅が細い第１部分１Ｐから幅が太い第２部分２Ｐに浸入した光はマルチモードとなり、光導波路ＯＷ１内での単位面積（断面積）当たりの密度が低下する。つまり、光導波路ＯＷ１の第２部分２Ｐ内で光がマルチモードに分散する。このため、幅広部（第２部分２Ｐおよび第４部分４Ｐ）で光の一部のモードが段部ＤＰに起因して、損失が生じたとしても、シングルモードのときの光の密度と比較して、当該一部の光の密度は相対的に低く、また、光導波路ＯＷ１内を通る光の他のモードには損失が生じない。また、光の密度が相対的に低い状態では、比較例に比べて段部ＤＰに起因する反射は起こり難い。したがって、光導波路ＯＷ１内を通る光の全体での光損失を低減することができる。また、幅広部では光がマルチモードとなっているが、光導波路ＯＷ１の第４部分４Ｐから細い第３部分３Ｐに光が浸入する際、光導波路ＯＷ１は徐々に細くなる。よって、多モードからシングルモードに移行する際に光損失が生じることを抑制することができる。

このように、複数のショット領域を跨いで形成される光導波路ＯＷ１のパターンに、製造工程における各ショット領域での露光位置のずれに起因して段部が生じた場合でも、境界線ＤＬ１近傍で光導波路ＯＷ１の幅を大きく形成することで、通信時の光損失の発生を防ぐことができる。すなわち、半導体装置の性能を向上させることができる。

＜変形例１＞
本実施の形態は、ネガティブ型のフォトレジスト膜を用いて光導波路をパターニングする場合にも適用することができる。本実施の形態の変形例１である半導体装置の製造工程中の平面図を、図１６および図１７に示す。図１６を用いて説明する工程は、図５を用いて説明した工程に対応し、図１７を用いて説明する工程は、図９を用いて説明した工程に対応している。

本変形例の半導体装置の製造工程では、まず、図１および図２を用いて説明した工程を行う。ただし、半導体層上に形成するフォトレジスト膜は、ネガティブ型のフォトレジスト膜である。続いて、図３〜図５を用いて説明した工程と同様に、隣り合うショット領域ＳＲ１およびＳＲ２を順に露光し、これにより、図１６に示す構造を得る。ただし、ここでは、ネガティブ型のフォトレジスト膜ＰＲ２に対し、レジストパターンとして残そうとする領域を露光する。フォトレジスト膜ＰＲ２のうち、露光された領域であるパターンＰＴ１、ＰＴ２は、溶解用の現像液の溶解能に対する耐性が高まる。言い換えれば、露光により、フォトレジスト膜ＰＲ２内に、現像液の溶解能に対する耐性を有するパターンＰＴ１、ＰＴ２を形成する。このとき、第１部分１Ｐおよび第２部分２Ｐを含むパターンＰＴ１の平面形状、並びに、第３部分３Ｐおよび第４部分４Ｐを含むパターンＰＴ２の平面形状は、図５に示すパターンＰＴ１、ＰＴ２と同様である。

次に、図示は省略するが、フォトレジスト膜ＰＲ２の現像工程を行う。これにより、図１６を用いて説明した露光工程で露光されなかった部分のフォトレジスト膜ＰＲ２は除去され、露光されたパターンＰＴ１、ＰＴ２のそれぞれの全体は残る。

次に、図１７に示すように、フォトレジスト膜ＰＲ２をマスクとして用いてエッチングを行うことで、半導体膜ＳＬを加工し、その後、フォトレジスト膜ＰＲ２を除去する。これにより、半導体膜ＳＬから成る光導波路ＯＷ３を形成する。光導波路ＯＷ３の平面視における形状は、幅ａ１を有する第１部分１Ｐ、第１部分１Ｐと第１接続部１Ｃを介して接続され、幅ａ１より大きい幅ｂ１を有する第２部分２Ｐ、幅ａ２を有する第３部分３Ｐ、および、第３部分３Ｐと第２接続部２Ｃを介して接続され、幅ａ２より大きい幅ｂ２を有する第４部分４Ｐを備えている点で、図９を用いて説明した光導波路ＯＷ１と同様の形状を有している。ただし、光導波路ＯＷ３は、第２部分２Ｐと第４部分４Ｐとの間に、境界線ＤＬ１と平面視で重なり、第２部分２Ｐの幅ｂ１および第４部分４Ｐの幅ｂ２のいずれよりも大きい幅ｃ２を有する第６部分６Ｐを備えており、この点で、光導波路ＯＷ１と相違する。

ここでいう第６部分６Ｐは、光導波路ＯＷ３を構成する部分であって、Ｘ方向で２つの段部ＤＰに挟まれた部分を指す。つまり、段部ＤＰは、第６部分６Ｐと第２部分２Ｐとの境界とＹ方向で隣り合う位置と、第６部分６Ｐと第４部分４Ｐとの境界とＹ方向で隣り合う位置とのそれぞれに形成されている。その後、図１０〜図１５を用いて説明した工程と同様の工程を行うことで、本変形例の半導体装置を形成することができる。

本変形例においても、図１〜図１５を用いて説明した半導体装置の製造方法の効果、および、当該製造方法により形成された半導体装置の効果と同様の効果を得ることができる。

＜変形例２＞
図１８および図１９に、本実施の形態１の変形例２である半導体装置の製造工程中の平面図を示す。図１８を用いて説明する工程は、図５を用いて説明した工程に対応し、図１９を用いて説明する工程は、図９を用いて説明した工程に対応している。ここでは、光導波路の幅が狭くなる箇所で、光導波路を緩やかに狭めることにより、光損失を低減することについて説明する。

本変形例の半導体装置の製造工程では、まず、図１および図２を用いて説明した工程を行う。ここでは、前記変形例１と異なり、ポジティブ型のフォトレジスト膜を形成する。続いて、図３〜図５を用いて説明した工程と同様に、隣り合うショット領域ＳＲ１およびＳＲ２を順に露光し、これにより、図１８に示す構造を得る。図１８に示すショット領域ＳＲ１の露光パターンは図５に示すショット領域ＳＲ１の露光パターンと同様である。これに対し、図１８に示すショット領域ＳＲ２のパターンＰＴ２の平面形状は、図５に示すショット領域ＳＲ２のパターンＰＴ２の平面形状に比べて、Ｘ方向に伸びている。具体的には、第３部分３Ｐと第４部分４Ｐとの間の接続部のＸ方向の長さｄ２が、図９に示す長さｄ２よりも大きい。

次に、図示は省略するが、フォトレジスト膜ＰＲ３の現像工程を行う。

次に、図１９に示すように、フォトレジスト膜ＰＲ３をマスクとして用いてエッチングを行うことで、半導体膜ＳＬを加工し、その後、フォトレジスト膜ＰＲ３を除去する。これにより、半導体膜ＳＬから成る光導波路ＯＷ４を形成する。光導波路ＯＷ４の平面視における形状は、幅ａ１を有する第１部分１Ｐ、第１部分１Ｐと第１接続部１Ｃを介して接続され、幅ａ１より大きい幅ｂ１を有する第２部分２Ｐ、幅ｃ１を有する第５部分５Ｐを介して第２部分２Ｐと接続され、幅ｂ２を有する第４部分４Ｐを備えている点で、図９を用いて説明した光導波路ＯＷ１と同様の形状を有している。また、光導波路ＯＷ４の平面視における形状は、第４部分４Ｐと第２接続部２Ｃを介して接続され、幅ｂ２より小さい幅ａ２を有する第３部分３Ｐを備えている点で、図９を用いて説明した光導波路ＯＷ１と同様の形状を有している。ただし、光導波路ＯＷ４において、第２接続部２Ｃ分のＸ方向の長さｄ２は、第１接続部１Ｃ分のＸ方向の長さｄ１よりも大きく、この点で、光導波路ＯＷ１と相違する。

その後、図１０〜図１５を用いて説明した工程と同様の工程を行うことで、本変形例の半導体装置を形成することができる。本変形例の光導波路ＯＷ４は、所定の点（例えば境界線ＤＬ１と重なる点）を中心とする点対称の平面レイアウトを有していない。本変形例の主な特徴の１つは、光導波路ＯＷ４の第３部分３Ｐと第４部分４Ｐとの間の第２接続部２Ｃの延在方向の長さが、第１部分１Ｐと第２部分２Ｐとの間の第１接続部１Ｃの延在方向の長さより大きい点である。言い換えると、光導波路ＯＷ４の第２接続部２Ｃのテーパ角（第２接続部２Ｃの両側面のなす角度）は、光導波路ＯＷ４の第１接続部１Ｃのテーパ角（第１接続部１Ｃの両側面のなす角度）より小さい。すなわち、第２接続部２Ｃの幅が、第４部分４Ｐから第３部分３Ｐに向かって緩やかに狭くなる。

言い換えれば、平面視で第２接続部２Ｃ内に形成される最大の三角形の第３部分３Ｐ側の角度θ２は、平面視で第１接続部１Ｃ内に形成される最大の三角形の第１部分１Ｐ側の角度θ１よりも小さい。ここでいう、平面視で第２接続部２Ｃ内に形成される最大の三角形とは、第２接続部２Ｃのうち、第４部分４Ｐの端部と接し、幅ｂ２を有する辺の両端と、第３部分３Ｐの第４部分４Ｐ側の端部のうち、Ｙ方向の中心点とを結ぶ三角形である。また、平面視で第１接続部１Ｃ内に形成される最大の三角形とは、第１接続部１Ｃのうち、第２部分２Ｐの端部と接し、幅ｂ１を有する辺の両端と、第１部分１Ｐの第２部分２Ｐ側の端部のうち、Ｙ方向の中心点とを結ぶ三角形である。

つまり、角度θ１は、第１接続部１Ｃと第２部分２Ｐとが接続される境界のＹ方向の両端のそれぞれと、第１部分１Ｐの第２部分２Ｐ側の端部のうち、Ｙ方向の中心点とを結ぶ２本の線のなす角度である。また、角度θ２は、第２接続部２Ｃと第４部分４Ｐとが接続される境界のＹ方向の両端のそれぞれと、第３部分３Ｐの第４部分４Ｐ側の端部のうち、Ｙ方向の中心点とを結ぶ２本の線のなす角度である。

本変形例においても、図１〜図１５を用いて説明した半導体装置の製造方法の効果、および、当該製造方法により形成された半導体装置の効果と同様の効果を得ることができる。

また、光が細い光導波路の途中に形成された幅広部を通過する場合、光が幅広部に入射する箇所に比べて、光が幅広部から出ていく箇所において、光損失が生じ易い。

そこで本変型例では、第２接続部２Ｃの角度θ２を第１接続部１Ｃの角度θ１より小さくしている。つまり、光が細い第１部分１Ｐから幅広部に入射する側の第１接続部１Ｃの長さｄ１よりも、光が幅広部から細い第３部分３Ｐ側に入射する第２接続部２Ｃの長さｄ２を大きくしており、これにより、光導波路ＯＷ４の短手方の幅が急激に小さくなることを防いでいる。つまり、光導波路ＯＷ４の幅広部のうち、光の進行方向側（受光側）の接続部（第２接続部２Ｃ）を、第３部分３Ｐに向かって緩やかに狭くしている。これにより、光が光導波路ＯＷ４の幅広部内から、より狭い第３部分３Ｐ側に通過する際、光損失が生じることを防ぐことができる。

＜変形例３＞
図２０に、本実施の形態１の変形例３である半導体装置の平面図を示し、図２１に、本実施の形態１の変形例３である半導体装置の断面図を示す。図２０は、図９および図１２に対応する箇所の平面図であるが、図２０では層間絶縁膜および配線の図示は省略している。図２１は、図２０のＢ−Ｂ線における断面図である。ここでは、光導波路の幅広部の一方の端部にスラブ導波路を設けることについて説明する。

図２０に示すように、本変形例の光導波路ＯＷ５の平面レイアウトは、幅広部を構成する第４部分４Ｐよりも第１部分１Ｐ側の構造（第１部分１Ｐ、第１接続部１Ｃおよび第２部分２Ｐ）については、図９、図１７および図１９などを用いて説明した光導波路の構造と同様である。また、光導波路ＯＷ５が、幅ｂ２を有する第４部分４Ｐと、幅ａ２を有する第３部分３Ｐとを備えている点も、図９、図１７および図１９に示す光導波路の構造と同様である。

ここで、光導波路ＯＷ５の構造は、図２０および図２１に示すように、第４部分４Ｐと第３部分３Ｐとの間に第２部分２Ｐが、リブ導波路ＲＷおよびスラブ導波路ＳＷにより構成されている点で、図９、図１７および図１９に示す光導波路の構造と異なる。すなわち、第１部分１Ｐ、第２部分２Ｐ、第３部分３Ｐ、第４部分４Ｐおよび第１接続部１Ｃが矩形の断面構造を有しているのに対し、第２接続部２Ｃは、主に幅ａ２を有し、Ｘ方向に延在するパターンから成るリブ導波路ＲＷと、リブ導波路ＲＷをＹ方向で挟み、リブ導波路ＲＷよりも高さが低いパターンから成るスラブ導波路ＳＷとにより構成されている。リブ導波路ＲＷとスラブ導波路ＳＷとは、互いに一体となっており、同じ材料（例えばシリコン）から成る。つまり、リブ導波路ＲＷおよびスラブ導波路ＳＷは、第１〜第４部分４Ｐと同じ膜から成り、光導波路ＯＷ５を構成している。すなわち、リブ導波路ＲＷおよびスラブ導波路ＳＷはいずれもコア層である。光通信を行う際、第２接続部２Ｃ内では光は主にリブ導波路ＲＷ内を通るが、一部の光はスラブ導波路ＳＷ内を通る。

スラブ導波路ＳＷは、第２接続部２Ｃの上面を半導体基板ＳＢ側に後退させた床板状の部分であり、リブ導波路ＲＷは、スラブ導波路ＳＷの上面よりも上方に突出した部分を含むパターンである。リブ導波路ＲＷの上面は第１〜第４部分４Ｐの上面と同じ高さを有し、スラブ導波路ＳＷの上面の高さは、第１〜第４部分４Ｐの上面の高さよりも低い。このような構造を形成する場合には、半導体装置の製造工程において図９および図１０を用いて説明した工程を行った後、第１〜第４部および第１接続部１Ｃと、第２接続部２Ｃのリブ導波路ＲＷを形成する部分とをフォトレジスト膜により覆い、その後エッチバックを行う。これにより、フォトレジスト膜から露出している第２接続部２Ｃに、光導波路ＯＷ５の上面が後退した部分であるスラブ導波路ＳＷが形成される。Ｙ方向でリブ導波路ＲＷを挟む一対のスラブ導波路ＳＷのそれぞれのＹ方向の端部のうち、リブ導波路ＲＷ側とは反対側の端部同士の間のＹ方向の距離は、第４部分４Ｐの幅ｂ２と同じ大きさを有している。

本変型例は、前記変形例２と同様に、幅広部の端部での光損失の発生を防ぐ効果を奏するものである。すなわち、上記のように、第１部分１Ｐ側から幅広部に入射した光が、幅広部から第３部分３Ｐ側へ通過する際、幅広部（第４部分４Ｐ）と第３部分３Ｐとの間の接続部にスラブ導波路ＳＷが形成されていることで、光損失が生じることを防ぐことができる。なお、光が幅広部に入射する側である第１接続部１Ｃでは、第２部分２Ｐに比べて光損失が生じ難いため、第２接続部２Ｃのようにスラブ導波路を有する必要はない。

（実施の形態２）
以下では、図２２〜図２５を用いて、光導波路上に屈折率がコア層より低くクラッド層より高い膜を形成することで、光損失の発生を防ぐことについて説明する。図２２、図２４および図２５は、本実施の形態の半導体装置を示す平面図である。図２３は、図２２のＣ−Ｃ線における断面図である。図２２〜図２５では、平面視で絶縁膜により覆われた箇所の光導波路の輪郭を破線で示している。

図２２および図２３に示すように、本実施の形態の光導波路ＯＷ６は、前記実施の形態１の光導波路ＯＷ１（図９参照）と同様の構造を有している。ただし、本実施の形態は、光導波路ＯＷ６の上面に接して、Ｘ方向に延在するパターンである絶縁膜ＩＦが形成されている点で、前記実施の形態１と異なる。絶縁膜ＩＦは、例えば窒化シリコン膜から成り、光導波路ＯＷ６を構成する細い第１部分１Ｐと幅広部である第２部分２Ｐとを接続する第１接続部１Ｃ、および、第２部分２Ｐのそれぞれの直上に形成されている。

ここでは、絶縁膜ＩＦが窒化シリコン膜から成る場合について説明するが、絶縁膜ＩＦの材料は、コア層の屈折率とクラッド層の屈折率との間の屈折率を有する材料であれば、他の材料を用いてもよい。本実施の形態では、コア層を構成するシリコン膜の屈折率は例えば３．５であり、クラッド層を構成する酸化シリコン膜の屈折率は例えば１．５であり、窒化シリコン膜から成る絶縁膜ＩＦの屈折率は例えば２．０である。つまり、コア層が屈折率ｎ１を有し、クラッド層が屈折率ｎ２を有し、絶縁膜ＩＦが屈折率ｎ３を有するとき、ｎ１＞ｎ３＞ｎ２が成り立つ。言い換えれば、絶縁膜ＩＦの屈折率は、光導波路ＯＷ６の屈折率より小さく、層間絶縁膜ＩＬ１の屈折率より大きい。すなわち、絶縁膜ＩＦは、コア層とクラッド層との中間の屈折率を有する膜である。

第１接続部１Ｃおよび第２部分２Ｐのそれぞれの上面の一部は、第１部分１Ｐの上面の当該一部に接する絶縁膜ＩＦにより覆われている。絶縁膜ＩＦは、その上面および側面を層間絶縁膜ＩＬ１により覆われている。図２２および図２３では、Ｘ方向に延在する絶縁膜ＩＦが光導波路ＯＷ６上においてＹ方向に並んで３つ形成されている構造を示している。ただし、図２４に示すように、光導波路ＯＷ６上の絶縁膜ＩＦの数は２つであってもよく、図２５に示すように、光導波路ＯＷ６上の絶縁膜ＩＦの数は１つであってもよい。絶縁膜ＩＦをいくつ形成する場合であっても、絶縁膜ＩＦは、光導波路ＯＷ６内で新たにモードが発生する箇所の上部に形成する。光導波路ＯＷ６に複数の絶縁膜ＩＦを形成する場合、Ｘ方向で並ぶ絶縁膜ＩＦ同士の間は離間させる。

図２２、図２４および図２５では、光導波路ＯＷ６の幅広部に第１部分１Ｐから光が収入する箇所のみを示し、幅広部から光が第３部分３Ｐへ出ていく箇所、つまり第２接続部２Ｃ側（幅広部からの出射側）の構造を示していない。図示はしていないが、第２接続部２Ｃ上には絶縁膜ＩＦは形成されておらず、図９に示す構造と同様に、光導波路ＯＷ６の第２接続部２Ｃの上面の全体は層間絶縁膜ＩＬ１に接している。ここでは、第１接続部１Ｃ近傍において意図しない光のモード変換の発生を抑制することを目的として、絶縁膜ＩＦを形成している。このため、幅広部へ光が入射してモードが発生する側（第１接続部１Ｃ近傍）にのみ絶縁膜ＩＦを形成しており、第２接続部２Ｃ上には絶縁膜ＩＦを形成していない。

シングルモード光導波路である細い光導波路から、幅広部に光が入射する際、幅広部内において光のパワー分布に偏りが生じる場合がある。この場合、光導波路内を通る光が幅広部内で所望の高次モードに変換されず、光損失が生じる問題がある。

これに対し、本実施の形態では、コア層である光導波路ＯＷ６の第１接続部１Ｃおよび第２部分２Ｐのそれぞれの上面に接する絶縁膜ＩＦを形成しているため、第１部分１Ｐから幅広部に入射する光は、複数のモードに変換し易くなっている。すなわち、絶縁膜ＩＦが形成された領域（中間屈折率領域）において、基本モード光と、偶数次の高次モード光とが同時に励起される。これにより、当該複数のモードの光の相互作用を利用することにより、光導波路ＯＷ６内での光のパワー分布が所定の箇所に偏ることを防ぐことができる。言い換えれば、光のパワー分布を最適化することができる。よって、光導波路ＯＷ６内での光の密度の偏りに起因する光損失の発生を防ぐことができるため、半導体装置の性能を向上させることができる。

絶縁膜ＩＦは、図９および図１０を用いて説明した工程の後、図１１を用いて説明した層間絶縁膜の形成工程の前に、光導波路ＯＷ６上に例えば窒化シリコン膜をＣＶＤ法などにより形成し、その後当該窒化シリコン膜を加工することで形成することができる。

（実施の形態３）
以下では、図２６を用いて、光導波路の幅広部として多モード干渉計を用いることについて説明する。図２６は、本実施の形態の半導体装置を示す平面図である。

多モード干渉計（多モード干渉光導波路、ＭＭＩ：Multi Mode Interference）は、光等分配器であり、光ファイバまたは光導波路などから入力された光を、例えば多数本の光導波路へ等分配する素子である。また、多モード干渉計は、波長が異なる複数の光信号、または、位相差がある複数の光信号を発生させることにも用いられる。

図２６に示すように、本実施の形態の構造は、多モード干渉計ＭＭＩ１を含む光導波路ＯＷ７がポリシリコン膜のパターンから成る点、および、シングルモード光導波路である細い光導波路ＯＷ７の途中に、幅広部を有する点で、前記実施の形態１の光導波路と変わらない。ここでは、光導波路ＯＷ７を構成する部分である当該幅広部を、多モード干渉計ＭＭＩ１と呼ぶ。

多モード干渉計は第１接続部１Ｃにおいて、第１部分１Ｐに比べて急激にＹ方向の幅が大きくなっている点、第２接続部２Ｃにおいて、第３部分３Ｐに向かって急激にＹ方向の幅が小さくなっている点、および、幅広部のＹ方向の幅が非常に大きい点で、前記実施の形態１の光導波路と相違する。すなわち、本実施の形態の光導波路ＯＷ７は、第１部分１Ｐと幅広部との間の第１接続部１Ｃ、および、第３部分３Ｐと幅広部との間の第２接続部２ＣのそれぞれのＸ方向の幅が小さく、幅広部の幅が大きい。このため、幅広部内では前記実施の形態１、２に比べてより多くのモードが生じる。多モード干渉計ＭＭＩ１のＹ方向の側面には、境界線ＤＬ１のＸ方向の前後において段部ＤＰが形成されている。

多モード干渉計ＭＭＩ１は光デバイスの一種であり、多モード干渉計ＭＭＩ１内には、入射した光がＸ方向において所定の間隔で干渉する領域が複数存在しており、それらの複数の領域のそれぞれでは、１つの干渉点が存在しているか、または、複数の干渉点がＹ方向に並んで存在している。複数の干渉点が生じる箇所を多モード干渉計ＭＭＩ１のＸ方向における出射側の終端部（幅広部と第３部分３Ｐとの境界）とし、それらの干渉点のそれぞれから多モード干渉計ＭＭＩ１の外側に延びる光導波路（第３部分３Ｐ）を複数形成すれば、それらの光導波路のそれぞれに光を等分配することができる。つまり、図２６では第３部分３Ｐである出射側の光導波路ＯＷ７を１つだけ示しているが、第４部分４Ｐに接続される第３部分３Ｐの光導波路ＯＷ７は複数であってもよい。光導波路ＯＷ７の第１部分１Ｐおよび第３部分３Ｐは、シングルモード光導波路である。

図２６に示すように、多モード干渉計ＭＭＩ１の出射側の端部に接続された光導波路ＯＷ７が１つだけの場合は、例えば、多モード干渉計ＭＭＩ１内でＹ方向において干渉点が１つだけ存在する箇所を出射側の終端部（幅広部と第３部分３Ｐとの境界）とする。

上述したように、多モード干渉計ＭＭＩ１内には、入射した光がＸ方向において所定の間隔で干渉する領域が複数存在しており、本実施の形態では、段部ＤＰが形成される箇所と、当該領域とがＹ方向で並ぶことがないようにパターン設計を行う。すなわち、Ｘ方向において、段部ＤＰは、多モード干渉計ＭＭＩ１内で互いに隣り合う干渉部同士の間の領域に位置している。

本実施の形態の特徴は、上記のように、光導波路ＯＷ７の幅広部として、ショット領域同士の境界線ＤＬ１に平面視で重なる位置に多モード干渉計ＭＭＩ１を形成することにある。幅広部を有することで、本実施の形態では、前記実施の形態１、２と同様の効果を得ることができる。さらに、多モード干渉計ＭＭＩ１はＹ方向の幅が大きく、多モード干渉計ＭＭＩ１内では多くのモードが発生するため、多モード干渉計ＭＭＩ１内の光の密度は低い。このため、境界線ＤＬ１近傍に段部ＤＰが形成されることに起因する光損失の発生を、前記実施の形態１、２に比べて低減することができる。

＜変形例１＞
本実施の形態の変形例１である半導体装置の平面図を図２７に示す。図２７に示すように、本実施の形態の多モード干渉計は、平面視で、より矩形に近い形状を有していてもよい。

つまり、図２７に示す光導波路ＯＷ８の幅広部である多モード干渉計ＭＭＩ２のように、第１部分１Ｐと第２部分２Ｐとの境界で光導波路ＯＷ８の幅がより急激に大きくなり、第４部分４Ｐと第３部分３Ｐとの境界で光導波路ＯＷ８の幅がより急激に小さくなっていてもよい。例えば、第１部分１Ｐと第２部分２Ｐとの境界部分（第１接続部１Ｃ）において、光導波路ＯＷ８の側面が平面視で９０度に曲がっていてもよい。同様に、第４部分４Ｐと第３部分３Ｐとの境界部分（第２接続部２Ｃ）において、光導波路ＯＷ８の側面が平面視で９０度に曲がっていてもよい。

＜変形例２＞
本実施の形態の変形例２である半導体装置の平面図を図２８に示す。図２８に示すように、本実施の形態の光導波路は、１つの境界線ＤＬ１を跨ぐ複数の多モード干渉計を有していてもよい。

図２８に示す光導波路は、２つの多モード干渉計（分波部）ＭＭＩ３、ＭＭＩ４を備えており、例えば、ＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating、アレイ導波路）コンバイナを構成している。ＡＷＧコンバイナは、光信号の合分波を行う素子であり、高い波長分解能を有する。本変形例の光導波路は、１つの光導波路ＯＷ９と、光導波路ＯＷ９に接続された多モード干渉計ＭＭＩ３と、多モード干渉計ＭＭＩ４と、多モード干渉計ＭＭＩ３と多モード干渉計ＭＭＩ４との間を接続する複数の光導波路ＯＷ１０と、多モード干渉計ＭＭＩ４に接続された複数の光導波路ＯＷ１１とを備えている。各光導波路ＯＷ１０は、多モード干渉計ＭＭＩ３に対し、光導波路ＯＷ９が接続されている側とは反対側に接続されている。また、各光導波路ＯＷ１１は、多モード干渉計ＭＭＩ４に対し、複数の光導波路ＯＷ１０が接続されている側とは反対側に接続されている。

通信時において、光は、光導波路ＯＷ９側から順に多モード干渉計ＭＭＩ３、光導波路ＯＷ１０、多モード干渉計ＭＭＩ４および光導波路ＯＷ１１のそれぞれの内部を通過する。つまり、光導波路ＯＷ９内から多モード干渉計ＭＭＩ３内に入射した光は複数のモードに分かれて、複数の光導波路ＯＷ１０のそれぞれに分配されて出射する。複数の光導波路ＯＷ１０内から多モード干渉計ＭＭＩ４に入射された光は、複数の光導波路ＯＷ１１のそれぞれに分配されて出射する。

多モード干渉計ＭＭＩ３、ＭＭＩ４のそれぞれは、図２６に示した多モード干渉計ＭＭＩ１と同様に、光導波路ＯＷ９〜ＯＷ１１に比べて短手方向の幅が大きいシリコンパターンから成る。ここでは、多モード干渉計ＭＭＩ３、ＭＭＩ４のそれぞれの短手方向の幅は、多モード干渉計ＭＭＩ３、ＭＭＩ４のそれぞれに接続された光導波路の数が多い方の端部において広くなっている。光導波路ＯＷ９〜ＯＷ１１のそれぞれ１つ１つは、シングルモード光導波路である。平面視において、多モード干渉計ＭＭＩ３、ＭＭＩ４のそれぞれの延在方向（光の進行方向）は１つの直線上に並んでおらず、それらの延在方向同士のなす角度は、例えば９０度である。つまり、多モード干渉計ＭＭＩ３と多モード干渉計ＭＭＩ４との相互間を結ぶ複数の光導波路ＯＷ１０のそれぞれには光路差がある。

ＡＷＧコンバイナに入射した光は、光導波路ＯＷ９から多モード干渉計ＭＭＩ３に入射して扇形に発散した後、複数の光導波路ＯＷ１０のそれぞれに分割されて同相入射する。その後、光路差がある各種の長さの光導波路ＯＷ１０内を通った光は、多モード干渉計ＭＭＩ４内に異なる波長で入射し、その後、複数の光導波路ＯＷ１１へ分配される。このとき、複数の光導波路ＯＷ１１のそれぞれには、波長の異なるシングルモードの光が入射する。つまり、互いに異なる波長を有する複数の波のそれぞれは、多モード干渉計ＭＭＩ４内で波長に依存して波面傾斜するため、別々の出力側導波路（光導波路ＯＷ１１）に集束する。これにより、光の波長分波を行うことができる。

シングルモード光導波路である光導波路ＯＷ９〜ＯＷ１１のそれぞれが、隣り合うショット領域同士の境界を跨いで形成された場合、露光位置がずれることに起因して生じた段部により大きな光損失が生じる。そのため、本変形例では、光導波路ＯＷ９〜ＯＷ１１よりも短手方向（光導波路の内部での光の進行方向に対して平面視で直交する方向）の幅が大きい多モード干渉計ＭＭＩ３、ＭＭＩ４の両方が平面視で境界線ＤＬ１と重なるように多モード干渉計ＭＭＩ３、ＭＭＩ４のそれぞれを配置している。これにより、多モード干渉計ＭＭＩ３、ＭＭＩ４のそれぞれは、両側の側面のそれぞれに１つずつ段部ＤＰを有している。

ここでいう多モード干渉計ＭＭＩ３の両側の側面とは、多モード干渉計ＭＭＩ３に接続された光導波路ＯＷ９と光導波路ＯＷ１０との間の光路を挟んで位置する２つの側面を意味する。同様に、多モード干渉計ＭＭＩ４の両側の側面とは、多モード干渉計ＭＭＩ４に接続された光導波路ＯＷ１０と光導波路ＯＷ１１との間の光路を挟んで位置する２つの側面を意味する。

このように、２つのショット領域の境界線ＤＬ１を跨ぐ光導波路において、幅広部である多モード干渉計ＭＭＩ３、ＭＭＩ４のみに段部ＤＰが形成されることで、シングルモード光導波路である細い光導波路ＯＷ９〜ＯＷ１１のパターンに段部が生じることを防ぐことができる。よって、光導波路における光損失の発生を防ぐことができるため、半導体装置の性能を向上させることができる。

以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、前記実施の形態１〜３では、前記実施の形態１の変形例１を除き、ポジティブ型のフォトレジスト膜を用いて光導波路のパターンを形成した場合について説明したが、前記実施の形態１の変形例１と同様に、ネガティブ型のフォトレジスト膜を用いて光導波路のパターンを形成してもよい。

また、前記実施の形態３の本変形例２で説明したように、幅広部を含む光導波路は、必ずしもショット領域の境界線に対し直交する方向に延在していなくてもよい。

ＢＯＸ 絶縁膜
ＤＬ１〜ＤＬ５、ＤＬＡ 境界線
ＤＰ、ＤＰ１ 段部（段差）
ＯＷ１〜ＯＷ１１、ＯＷＡ 光導波路

Claims (16)

1. （ａ）第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上に形成されており、平面視で互いに隣り合う第１領域および第２領域を有する半導体膜と、を備えた半導体ウェハを準備する工程、
   （ｂ）前記半導体膜の前記第１領域および前記第２領域上にフォトレジスト膜を形成する工程、
   （ｃ）前記第１領域上に位置する前記フォトレジスト膜を露光することで、短手方向の第１幅を有して延在する第１部分と、前記第１部分に接続され、かつ前記第１幅より大きい第２幅を有する第２部分とを含む第１パターンを形成する工程、
   （ｄ）前記第２領域上に位置する前記フォトレジスト膜を露光することで、前記第２幅より小さい短手方向の第３幅を有して延在する第３部分と、前記第３部分および前記第２部分に接続され、かつ前記第１幅および前記第３幅より大きい第４幅を有する第４部分とを含む第２パターンを形成する工程、
   （ｅ）前記（ｃ）工程および前記（ｄ）工程の後、前記フォトレジスト膜を現像することで前記第１パターンおよび前記第２パターンを含むマスクパターンを形成する工程、
   （ｆ）前記（ｅ）工程の後、前記マスクパターンをマスクとして用いて前記半導体膜をパターニングすることで、前記半導体膜から成る光導波路を形成する工程、
   （ｇ）前記第１絶縁膜上に、前記光導波路を覆う第２絶縁膜を形成する工程、
   を有する、半導体装置の製造方法。
2. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
   前記（ｄ）工程では、前記第１領域の端部に重なるように、前記第２領域上に位置する前記フォトレジスト膜を露光することで、前記第２パターンを形成し、
   前記（ｅ）工程では、前記第１パターンと前記第２パターンとが互いに重なる部分であり、かつ短手方向の第５幅を有する第５部分を含む前記マスクパターンを形成する、半導体装置の製造方法。
3. 請求項２記載の半導体装置の製造方法において、
   前記（ｂ）工程では、ポジティブ型の前記フォトレジスト膜を形成し、
   前記第５幅は、前記第１幅および前記第３幅より大きく、かつ前記第２幅および前記第４幅より小さい、半導体装置の製造方法。
4. 請求項２記載の半導体装置の製造方法において、
   前記（ｂ）工程では、ネガティブ型の前記フォトレジスト膜を形成し、
   前記第５幅は、前記第２幅および前記第４幅より大きい、半導体装置の製造方法。
5. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
   （ｈ）前記（ｇ）工程の後、前記半導体ウェハを個片化することで、前記第１領域および前記第２領域に亘って形成された前記光導波路を含む半導体チップを形成する工程をさらに有する、半導体装置の製造方法。
6. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
   前記第２幅は、前記第１幅の１．３〜３．０倍大きく、
   前記第４幅は、前記第３幅の１．３〜３．０倍大きい、半導体装置の製造方法。
7. 第１絶縁膜と、
   前記第１絶縁膜上に形成され、前記第１絶縁膜の表面に沿って延在する光導波路と、
   前記第１絶縁膜上に形成され、前記光導波路を覆う第２絶縁膜と、
   を有し、
   前記光導波路は、
   第１幅を有する第１部分と、
   前記第１部分の一端部に接続され、前記第１幅より大きい第２幅を有する第２部分と、
   前記第２部分の一端部に接続され、前記第２幅より小さい第３幅を有する第３部分と、
   を有し、
   平面視において、前記第２部分の短手方向の２つの側面のそれぞれには、段部が形成されている、半導体装置。
8. 請求項７記載の半導体装置において、
   前記第２部分は、
   前記第１部分に接続された、短手方向で前記第１幅および前記第３幅より大きい第４幅を有する第４部分と、
   前記第３部分に接続された、短手方向で前記第１幅および前記第３幅より大きい第５幅を有する第５部分と、
   前記第４部分と前記第５部分との相互間に接続され、短手方向で前記第１幅および前記第３幅より大きく、かつ前記第４幅および前記第５幅より小さい第６幅を有する第６部分とを有する、半導体装置。
9. 請求項７記載の半導体装置において、
   前記第２部分は、
   前記第１部分に接続された、短手方向で前記第１幅および前記第３幅より大きい第４幅を有する第４部分と、
   前記第３部分に接続された、短手方向で前記第１幅および前記第３幅より大きい第５幅を有する第５部分と、
   前記第４部分と前記第５部分との相互間に接続され、短手方向で前記第４幅および前記第５幅より大きい第６幅を有する第６部分とを有する、半導体装置。
10. 請求項７記載の半導体装置において、
    前記光導波路は、
    前記第１部分と前記第２部分とを接続し、前記第１部分側から前記第２部分側に向かって徐々に幅が大きくなる第１接続部と、
    前記第２部分と前記第３部分とを接続し、前記第２部分側から前記第３部分側に向かって徐々に幅が小さくなる第２接続部と、
    を有し、
    前記第２接続部の延在方向の長さは、前記第１接続部の延在方向の長さよりも大きい、半導体装置。
11. 請求項７記載の半導体装置において、
    前記光導波路は、
    前記第１部分と前記第２部分とを互いに接続する第１接続部と、
    前記第２部分と前記第３部分とを互いに接続する第２接続部と、
    を有し、
    前記第２接続部は、
    前記第３部分と同じ高さを有するリブ導波路と、
    前記第３部分より高さが低く、前記第２接続部の短手方向で前記リブ導波路を挟む一対のスラブ導波路と、
    を有する、半導体装置。
12. 請求項７記載の半導体装置において、
    前記光導波路は、
    前記第１部分と前記第２部分とを互いに接続する第１接続部と、
    前記第２部分と前記第３部分とを互いに接続する第２接続部と、
    を有し、
    前記第１接続部の上面に接して形成された第３絶縁膜をさらに有し、
    前記第３絶縁膜の第３屈折率は、前記光導波路の第１屈折率より小さく、前記第２絶縁膜の第２屈折率より大きい、半導体装置。
13. 請求項７記載の半導体装置において、
    前記第１部分および前記第３部分は、シングルモードの光が内部を通過するシングルモード光導波路であり、
    前記第２部分は、マルチモードの光が内部を通過するマルチモード光導波路である、半導体装置。
14. 請求項８記載の半導体装置において、
    前記第２幅は、前記第１幅の１．３〜３．０倍大きく、
    前記第４幅は、前記第３幅の１．３〜３．０倍大きい、半導体装置。
15. 請求項７記載の半導体装置において、
    前記第２部分は、多モード干渉計である、半導体装置。
16. 請求項７記載の半導体装置において、
    前記光導波路は、
    前記第１絶縁膜の上面に沿って延在し、短手方向で前記第２幅より小さい第７幅を有する複数の第７部分と、
    前記複数の第７部分に接続され、短手方向で前記第１幅、前記第３幅および前記第７幅のいずれより大きい第８幅を有する第８部分と、
    をさらに有し、
    前記光導波路は、前記第１部分、前記第２部分、複数の前記第３部分、前記第８部分および前記複数の第７部分が順に接続されることで構成されており、
    平面視において、前記第８部分の短手方向の２つの側面のそれぞれには、段部が形成されている、半導体装置。

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