CN1206841A

CN1206841A - 光波导器件的生产方法

Info

Publication number: CN1206841A
Application number: CN 98103043
Authority: CN
Inventors: 李泰衡; 李炯宰; 俞炳权
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1997-07-28
Filing date: 1998-07-21
Publication date: 1999-02-03

Abstract

一种用于制造不需诸如电极的外偏置的光波导器件的简化方法,其中光波导器件具有下包层、光波导及下包层。该方法包含如下步骤:(a)在平面基片上形成下包层;(b)在下包层上形成光波导层;(c)在光波导层上形成上包层;(d)在上包层上形成预定的光波导图形;(e)根据光波导图形蚀刻上包层及光波导层;及(f)在蚀刻所得结构上形成材料层。从而可减少对光波导的损害及外力对其的影响。

Description

光波导器件的生产方法

本发明涉及一种光波导器件的生产方法，且尤其是涉及这样一种光波导器件，其在传统方法的基础上，不需要诸如电极等外部偏置。

很多的光波导器件已通过使用平面波导技术形成在平面基片上，且已对此种器件的高集成化进行了研究。一般讲，使用半导体生产技术或微电机系统(MEMS)技术制造光波导器件。

图1A到1F描述了传统的制造光波导器件的方法。在传统的生产光波导器件的方法中，首先，如图1A中所示，在平面基片100上沉积一下包层110，并如图1B中所示沉积一用于形成波导的核心层140。然后，如图1C中所示，用波导图形对核心层140进行掩膜，并通过进行光刻及蚀刻而形成用于波导的掩膜图形150。然后，如图1D中所示蚀刻核心层140以形成波导130。这里，标号170表示被蚀刻的区域。在生产完波导后，如图1E中所示去除掩膜图形150，然后如图1F所示形成上部包层160，从而完成光波导器件的制作。

上述的制造光波导器的常用方法不存在特别的实际问题，并已一直用到现在。然而，如果不严格按照上述传统方法的步骤的话，可以很容易地制造出能够工作在没有诸如电信号或热量等外部偏置的器件。同样，因为波导在生产过程中被充分地暴露，所以其很容易受到损坏。

为了解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种生产光波导器件的方法，其不需要电极等外部偏置，其中当形成波导时的暴露程度被减至最小，这样对波导的损害被降低，且也不需要在形成波导后的用于去除外部应力的额外步骤。

相应地，为了实现上述目的，提供了一种用于生产光波导器件的方法，其中的光波导器件具有一下包层、一光波导及一上包层，而该方法包含如下步骤：(a)在平面基片上形成下包层；(b)在下包层上形成光波导层，其比下包层具有更高的折射率；(c)在光波导层上形成上包层，其具有比光波导层低的折射率；(d)在上包层上形成预定的光波导图形；(e)根据光波导图形蚀刻上包层及光波导层；(f)在所蚀刻的产物上形成具有与上包层同样材料的材料层。

最好地，形成下包层的材料与基片相同，而下包层、光波导层及上包层通过旋涂形成为具有在工作波长低的传输损耗的光学聚合物。同样，对在沉积每个下包层、光波导层及上包层后所形成的结构进行加热以提高膜质量。

最好地，形成预定光波导图形的步骤(d)包含如下步骤：(d1)在上包层上形成材料薄膜，比光波导层具有更强的抗干蚀性；(d2)在材料薄膜上沉积光刻胶；(d3)校准在步骤(d2)所形成的结构上具有光波导图形的光掩膜并通过光掩膜紫外暴露光刻胶；(d4)在显像溶液中处理光刻胶以显像光刻胶图形；及(d5)通过干刻蚀材料薄膜形成作为光波导图形的掩膜图形，用光刻胶图形作为蚀刻掩膜。

同样，步骤(d)还包含如下步骤：(d11)将光刻胶沉积到上包层上；(d21)将具有预定光波导图形的光掩膜与步骤(d11)所形成的结构校准，并通过光掩膜紫外暴露光刻胶；(d31)在显像液中处理光刻胶以显像光刻胶图形；(d41)在光刻胶及上包层上沉积金属薄膜；及(d51)通过将子步骤(d41)所得的结构浸在有机溶剂中用于去除从而形成作为光波导图形的掩膜图形。

最好地，在蚀刻步骤(e)中，下包层被部分地或完全地蚀刻。同样，在蚀刻后形成材料层的步骤(e)中，也可通过旋涂方法或浸泡方法形成材料层。

通过参考附图及对最佳实施例的详细描述对本发明的目的及优点有更清楚的了解。其中：

图1A到1F描述了生产光波导器件的传统方法；及

图2A到2F描述了根据本发明最佳实施例的生产光波导的方法。

根据本发明用于波导的光学聚合物在光波长处具有低的传输损耗。这样的一种光学聚合物，与包层相比具有大于0.3％的高折射率差(Δn)，其用作波导的聚合物。下面将对根据本发明的用此种光学聚合物的生产光波导的方法进行描述。

具有好的表面平整度诸如硅基片或玻璃的平面基片200被用作图2A中所示的基片。在基片200上形成下包层210。这里，具有比波导低的折射率且在工作波长处具有光学透明度的材料被用作下包层210。通过用在半导体生产中的旋涂方法沉积下包层210。最好地，所形成的下包层210的厚度大约为20μm。沉积后，对所得结构进行烘干以提高膜质量。构成下包层210的材料可与基片210相同。

如图2B中所示，用于波导的光学聚合体，与下包层210相比，具有低的传输损耗及大于0.3％的折射率差(Δn)，并通过旋涂方法沉积到下包层210，从而形成核心层240。在沉积后，进行烘干以提高膜质量。这里，所形成的核心层240的厚度大约为7μm。

然后，如图2C中所示，用与下包层210相同的聚合物将上包层220旋涂到核心层240上。这里，上包层的最佳厚度大约为20μm。根据本发明的最佳实施例例，图2C示出的下包层210，具有比下包层210高的折射率的核心层240及上包层220，被顺序叠积到基片200上。

图2D描述了用于制造波导图形的形成掩膜图形250的步骤。用于掩膜图形的材料为聚合物、金属、硅石或硅，它们具有比核心层240更强的抗干蚀性。同样，由铬(Cr)制成的金属薄膜也可用于脱离工艺。

下面将对图2D中所示的通过干蚀形成掩膜图形250的步骤进行描述。首先，通过诸如溅射、E-束及热蒸发方法的真空沉积方法，在上包层220上沉积300-500埃厚的二氧化硅膜、聚合物。在通过旋涂方法沉积光刻胶(PR)后，具有图形的光掩膜被与基片校准然后用紫外线选择地辐射到沉积的沉积光刻胶(PR)上。然后，将PR浸在显像溶液中用于显像形成PR图形，然后用作为蚀刻掩膜的PR图形干蚀所得的结构以形成掩膜图形250。

另一方面，通过下面的脱离方法可形成掩膜图形。首先，通过旋涂方法在上包层200上沉积PR，具有图形的光掩膜与基片校准，且紫外(UV)线选择地辐射到沉积的PR上，然后，将PR浸入显像溶液中用于显像以形成PR图形。通过诸如溅射、E-束或热蒸发方法的真空沉积方法，在所形成的结构上沉积含Cr的金属薄膜，然后浸入诸如丙酮的有机溶剂中用于脱离，由此形成用于波导的掩膜图形250。

在完成图2D所述的步骤后，对上包层220及核心层240进行竖直蚀刻。当在真空下对基片的顶部提供O₂等离子体时，具有掩膜图形250的部分不被等离子体蚀刻而无掩膜图形250的部分被等离子体蚀刻。在蚀刻过程中，无须精确地控制到达将成为波导230的核心层240的蚀刻深度。也即，下包层210可被部分蚀刻。图2E示出了这样一种情况，其中下包层210被部分竖直蚀刻以形成波导区域。这里，标号270表示被蚀刻的部分，标号280表示蚀刻后的下包层，而290表示蚀刻后的上包层。

图2F描述了通过旋涂或浸入方法在图2E的被蚀刻所形成的结构上沉积用于下包层210的相同聚合物以形成包层260的最后步骤，然后热处理所得的结构以完成光波导器件。在此步骤中，可不用去除掩膜图形250来沉积包层，这样外力对波导的影响会被消除。

在根据本发明的生产光波导器件的方法中，其不需诸如电极的外置，其在传统方法的基础上很容易生产。同样，波导的暴露在生产过程中被降至最小，从而减少了对波导的损害。

通过根据本发明的生产方法，当生产器件时，能在无诸如电信号或热等外部偏置的情况下工作，工艺可顺利地进行，且波导的暴露被减至最小。因此，可减少在生产过程中对波导的任意的损害。

同样，在生产波导器件后无需执行去除影响波导的外力的额外步骤。

Claims

1、一种生产具有下包层、光波导及上包层的光波导器件的方法，其特征在于该方法包含如下步骤：

(a)在平面基片上形成下包层；

(b)在下包层上形成具有比下包层低的折射率的光波导层；

(c)在光波导层上形成上形成具有比光波导层低的折射率的上包层；

(d)在上包层上形成预定的光波导图形；

(e)根据光波导图形蚀刻上包层及光波导层；及

(f)在蚀刻形成的结构上形成与上包层具有相同材料的材料层。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中形成下包层的材料与基片相同。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，下包层、光波导层及上包层由在工作波长处具有低的传输损耗的光学聚合物形成。

4、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，下包层、光波导层及上包层由在工作波长处具有低的传输损耗的光学聚合物形成。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，下包层、光波导层及上包层通过旋涂沉积。

6、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，下包层、光波导层及上包层通过旋涂沉积。

7、根据权利要求4所述的方法，其特征在于还包含在沉积每层后烘干所得结构以提高膜质量的步骤。

8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(d)还包含如下步骤：

(d1)在上包层上形成比光波导层更强的抗干蚀性的材料薄膜；

(d2)在材料薄膜上沉积光刻胶；

(d3)校准在步骤(d2)所得结构上具有光波导图形的光掩膜并通过光掩膜UV-曝光光刻胶；

(d4)在显像溶液中处理光刻胶以显像光刻胶图形；及

(d5)通过干刻蚀材料薄膜利用作为蚀刻掩膜的光刻胶图形形成作为光波导图形的掩膜图形。

9、根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(d)还包含如下步骤：

(d1)在上包层上形成比光波导层更强的抗干蚀性的材料薄膜；

(d2)在材料薄膜上沉积光刻胶；

(d4)在显像溶液中处理光刻胶以显像光刻胶图形；及

10、根据权利要求8所述的方法，其特征在于具有比光波导层有更强抗干蚀性的材料薄膜是从由聚合物、金属、二氧化硅及硅的薄膜所构成的组合中选出的。

11、根据权利要求9所述的方法，其特征在于具有比光波导层有更强抗干蚀性的材料薄膜是从由聚合物、金属、二氧化硅及硅的薄膜所构成的组合中选出的。

12、根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(d)包含如下步骤：

(d11)在上包层上沉积光刻胶；

(d21)将具有预定光波导图形的光掩膜与步骤(d11)所形成的结构校准并通过光掩膜UV-曝光光刻胶；

(d31)在显像液中处理光刻胶以显像光刻胶图形；

(d41)在光刻胶及上包层上沉积金属薄膜；及

(d51)通过将子步骤(d41)所形成的结构浸入用于脱离的有机溶剂中形成作为光波导图形的掩膜图形。

13、根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(d)包含如下步骤：

(d11)在上包层上沉积光刻胶；

(d31)在显像液中处理光刻胶以显像光刻胶图形；

(d41)在光刻胶及上包层上沉积金属薄膜；及

14、根据权利要求12所述的方法，其特征在于金属薄膜由铬(Cr)构成。

15、根据权利要求13所述的方法，其特征在于金属薄膜由铬(Cr)构成。

16、根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(e)中，下包层被部分或完全蚀刻。

17、根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(e)中，下包层被部分或完全蚀刻。

18、根据权利要求1所述的方法，其特征在于在蚀刻后形成材料层的步骤(f)中，通过旋涂方法或浸入方法形成材料层。

19、根据权利要求2所述的方法，其特征在于在蚀刻后形成材料层的步骤(f)中，通过旋涂方法或浸入方法形成材料层。