專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于離子交換的玻璃基材的掩膜工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及掩膜工藝，尤其涉及用于離子交換的玻璃基材的掩膜工藝及相關(guān)掩膜材料的選擇。
背景技術(shù)：
光纖通信技術(shù)是當(dāng)今信息社會(huì)信息傳送的支撐技術(shù)。無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)是解決光纖到戶的主流技術(shù)，發(fā)展迅速。這其中對(duì)無(wú)源光分路器提出了巨大需求。平面集成光路(PLC) 技術(shù)是制備光分路器的主流技術(shù)，而玻璃基離子交換PLC技術(shù)具有器件性能優(yōu)、制備成本低等優(yōu)勢(shì)。在玻璃基離子交換PLC技術(shù)中，用于離子交換的玻璃基材的掩膜工藝是其中的基本工藝，它要求在滿足成膜方便、制備簡(jiǎn)單的基本掩膜工藝要求基礎(chǔ)上，更是要求能夠滿足玻璃基離子交換的特殊要求，這包括能夠適應(yīng)離子交換的工藝溫度、能夠耐受離子交換的熔鹽(即不會(huì)與熔鹽發(fā)生反應(yīng))、不會(huì)與玻璃材料發(fā)生反應(yīng)、能夠容易地從玻璃基材上去除。用于玻璃基材的傳統(tǒng)掩膜材料是金屬鋁，具有易成膜、易腐蝕等特點(diǎn)，但研究中發(fā)現(xiàn)，金屬鋁膜作為掩膜材料，會(huì)與熔鹽和玻璃基材發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致掩膜形成的圖形邊緣偏移，或是在邊緣附近的玻璃表層置換出金屬銀，形成“銀線”，這最終導(dǎo)致PLC玻璃光波導(dǎo)損耗上升、 制備重復(fù)性差等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種損耗低、重復(fù)性好的用于離子交換的玻璃基材的掩膜工藝。本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種用于離子交換的玻璃基材的掩膜工藝，主要工藝步驟包括(一)玻璃基材表面清洗；(二)掩膜材料成膜；(三)圖形轉(zhuǎn)移；其特征在于，所用的掩膜材料為與熔融銀鹽和玻璃基材不發(fā)生反應(yīng)的介質(zhì)材料或者金屬材料或者聚合物材料。所述的介質(zhì)材料為Fe203、A1203、SiO2, CuO, TiO2, SiN中的一種或幾種的混合。所述的介質(zhì)材料用作掩膜材料成膜采用電子束熱蒸發(fā)沉積、或者濺射沉積、或者化學(xué)汽相沉積、或者Sol-Gel旋涂；掩膜材料成膜所得掩膜的厚度為50nm-l μ m，圖形轉(zhuǎn)移時(shí)，對(duì)掩膜材料進(jìn)行刻蝕采用濕法腐蝕或者干法刻蝕方法。所述的金屬材料為Au、Ag、Pt、Ti中的一種或幾種的混合。所述的金屬材料用作掩膜材料成膜采用電子束熱蒸發(fā)沉積、或者濺射沉積、或者化學(xué)汽相沉積；掩膜材料成膜所得掩膜的厚度為50nm-l μ m，圖形轉(zhuǎn)移時(shí)，對(duì)掩膜材料進(jìn)行刻蝕采用濕法腐蝕或者干法刻蝕方法。所述的聚合物材料為聚酰亞胺及其衍生材料。所述的聚合物材料用作掩膜材料成膜采用旋涂成膜、或者化學(xué)汽相沉積；掩膜材料成膜所得掩膜的厚度為50nm-l μ m，圖形轉(zhuǎn)移時(shí)，對(duì)掩膜材料進(jìn)行刻蝕采用光敏曝光顯影方法或者干法刻蝕方法。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明用于離子交換的玻璃基材的掩膜工藝，可以避免掩膜與離子交換熔鹽和玻璃基材的反應(yīng)，在離子交換過(guò)程中可以制備出低損耗的離子交換光波導(dǎo)和PLC光分路器。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例I的基于光刻和刻蝕的用于離子交換的玻璃基材的掩膜工藝；圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的基于光刻和剝離的用于離子交換的玻璃基材的掩膜工藝；圖3為本發(fā)明所涉及的離子交換工藝裝置；圖4為基于本發(fā)明的掩膜工藝所制備出的PLC玻璃基波導(dǎo)芯片。圖中11為玻璃基材、12為掩膜材料、13為光刻膠、14為光刻版、21為帶掩膜的玻璃基材、22為離子交換用熔鹽、23為離子交換容器、31為離子交換后的玻璃基材、32為玻璃基材中的光波導(dǎo)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例I如圖I所示，一種用于離子交換的玻璃基材的掩膜工藝，從(a)到(f)的過(guò)程為掩膜材料的沉積生長(zhǎng)、形成的掩膜材料薄膜、完成光刻膠旋涂后的玻璃基材、掩膜材料表面的光刻、掩膜材料表面光刻后的玻璃基材、利用光刻膠掩膜刻蝕后的制備出用于離子交換的玻璃基材的掩膜。在完成對(duì)玻璃基材11表面的清洗后，采用LPCVD的方法，在玻璃基材表面沉積生長(zhǎng)300nm厚(要能夠足以阻擋離子交換熔鹽直接透過(guò)薄膜到達(dá)玻璃基材表面，典型值)的SiN薄膜12 ;在玻璃基材的SiN薄膜表面旋涂光刻膠13，用光刻版14進(jìn)行光刻獲得帶有光刻膠窗口的圖案，形成光刻膠掩膜；在對(duì)光刻后的玻璃基材進(jìn)行堅(jiān)膜后，利用光刻膠掩膜，對(duì)SiN薄膜進(jìn)行干法刻蝕，完成帶有離子交換窗口的SiN薄膜掩膜圖案形成，獲得用于離子交換的玻璃基材表面的SiN掩膜。如圖3所示，將采用上述方法得到的帶掩膜的玻璃基材21置于裝有離子交換用熔鹽22的離子交換容器23中，對(duì)具有SiN掩膜的玻璃基21材進(jìn)行Ag+-Na+離子交換，離子交換溫度300°C，離子交換用熔鹽22為NaNO3 CaNO3 AgNO3 = 98 I. 2 O. 8配比形成， 離子交換時(shí)間I小時(shí)。離子交換后，如圖4所示，所得離子交換后的玻璃基材31上的玻璃基材中的光波導(dǎo)32，沒(méi)有出現(xiàn)掩膜圖形邊緣偏移和銀線。最終制備獲得的光波導(dǎo)損耗小于
0.2dB/cm。實(shí)施例2如圖2所示，從(a)到(e)的過(guò)程為完成光刻膠旋涂后的玻璃基材、玻璃基材表面的反形光刻、完成光刻后的掩膜材料的沉積生長(zhǎng)、帶有掩膜材料薄膜玻璃基材、利用反形光刻膠剝離后制備出的用于離子交換的玻璃基材的掩膜。在完成對(duì)玻璃基材11表面的清洗后，旋涂光刻膠13，用光刻版14光刻，形成
1.2 μ m厚的反形光刻膠圖案；在對(duì)光刻后的玻璃基材進(jìn)行堅(jiān)膜后，采用電子束熱蒸發(fā)方法，在玻璃基材表面沉積生長(zhǎng)50nm厚的Al2O3薄膜12 ;將沉積生長(zhǎng)了 Al2O3薄膜的玻璃基材放入丙酮，在超聲作用下利用光刻膜進(jìn)行剝離，完成帶有離子交換窗口的Al2O3薄膜掩膜圖案形成，獲得用于離子交換的玻璃基材表面的Al2O3掩膜。對(duì)具有Al2O3掩膜的玻璃基材進(jìn)行Ag+_Na+離子交換，離子交換溫度300°C，離子交換熔鹽為NaNO3 CaNO3 AgNO3 = 98 I. 2 O. 8配比形成，離子交換時(shí)間I小時(shí)。離子交換后，沒(méi)有出現(xiàn)掩膜圖形邊緣偏移和銀線。最終制備獲得的光波導(dǎo)損耗小于O. 2dB/cm。實(shí)施例3采用金屬材料Au用作掩膜材料，采用電子束熱蒸發(fā)沉積法成膜，所得掩膜的厚度為50nm，圖形轉(zhuǎn)移時(shí)，對(duì)掩膜材料采用濕法腐蝕進(jìn)行刻蝕。其余同實(shí)施例I。實(shí)施例4采用金屬材料Pt用作掩膜材料，采用濺射沉積法成膜，所得掩膜的厚度為lOOnm， 圖形轉(zhuǎn)移時(shí)，對(duì)掩膜材料采用干法刻蝕方法進(jìn)行刻蝕。其余同實(shí)施例I。實(shí)施例5采用金屬材料Ti用作掩膜材料，采用化學(xué)汽相沉積成膜，所得掩膜的厚度為 I μ m,圖形轉(zhuǎn)移時(shí)，對(duì)掩膜材料采用干法刻蝕方法進(jìn)行刻蝕。其余同實(shí)施例I。實(shí)施例6采用聚酰亞胺用作掩膜材料，采用旋涂成膜法成膜，所得掩膜的厚度為I μ m，圖形轉(zhuǎn)移時(shí)，對(duì)掩膜材料采用干法刻蝕方法進(jìn)行刻蝕。其余同實(shí)施例I。實(shí)施例7采用聚酰亞胺衍生物用作掩膜材料，采用化學(xué)汽相沉積法成膜，所得掩膜的厚度為50nm，圖形轉(zhuǎn)移時(shí)，對(duì)掩膜材料采用光敏曝光顯影方法進(jìn)行刻蝕。其余同實(shí)施例I。實(shí)施例8采用Fe2O3用作掩膜材料，采用Sol-Gel旋涂法成膜，所得掩膜的厚度為I μ m，圖形轉(zhuǎn)移時(shí)，對(duì)掩膜材料采用濕法腐蝕方法進(jìn)行刻蝕。其余同實(shí)施例I。實(shí)施例9采用CuO用作掩膜材料，采用化學(xué)汽相沉積法成膜，所得掩膜的厚度為50nm，圖形轉(zhuǎn)移時(shí)，對(duì)掩膜材料采用干法刻蝕方法進(jìn)行刻蝕。其余同實(shí)施例I。
權(quán)利要求
1.一種用于離子交換的玻璃基材的掩膜工藝，主要工藝步驟包括(一)玻璃基材表面清洗；(二)掩膜材料成膜；(三)圖形轉(zhuǎn)移；其特征在于，所用的掩膜材料為與熔融銀鹽和玻璃基材不發(fā)生反應(yīng)的介質(zhì)材料或者金屬材料或者聚合物材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于離子交換的玻璃基材的掩膜工藝，其特征在于，所述的介質(zhì)材料為Fe203、A1203、SiO2, CuO, TiO2, SiN中的一種或幾種的混合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于離子交換的玻璃基材的掩膜工藝，其特征在于，所述的介質(zhì)材料用作掩膜材料成膜采用電子束熱蒸發(fā)沉積、或者濺射沉積、或者化學(xué)汽相沉積、或者Sol-Gel旋涂；掩膜材料成膜所得掩膜的厚度為50nm-l μ m，圖形轉(zhuǎn)移時(shí)，對(duì)掩膜材料進(jìn)行刻蝕采用濕法腐蝕或者干法刻蝕方法。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于離子交換的玻璃基材的掩膜工藝，其特征在于，所述的金屬材料為Au、Ag、Pt、Ti中的一種或幾種的混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于離子交換的玻璃基材的掩膜工藝,其特征在于，所述的金屬材料用作掩膜材料成膜采用電子束熱蒸發(fā)沉積、或者濺射沉積、或者化學(xué)汽相沉積；掩膜材料成膜所得掩膜的厚度為50nm-l μ m,圖形轉(zhuǎn)移時(shí)，對(duì)掩膜材料進(jìn)行刻蝕采用濕法腐蝕或者干法刻蝕方法。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于離子交換的玻璃基材的掩膜工藝，其特征在于，所述的聚合物材料為聚酰亞胺及其衍生材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于離子交換的玻璃基材的掩膜工藝,其特征在于，所述的聚合物材料用作掩膜材料成膜采用旋涂成膜、或者化學(xué)汽相沉積；掩膜材料成膜所得掩膜的厚度為50nm-l μ m，圖形轉(zhuǎn)移時(shí)，對(duì)掩膜材料進(jìn)行刻蝕采用光敏曝光顯影方法或者干法刻蝕方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于離子交換的玻璃基材的掩膜工藝，主要工藝步驟包括(一)玻璃基材表面清洗；(二)掩膜材料成膜；(三)圖形轉(zhuǎn)移；所用的掩膜材料為與熔融銀鹽和玻璃基材不發(fā)生反應(yīng)的介質(zhì)材料或者金屬材料或者聚合物材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用所選用的掩膜材料和相應(yīng)的工藝，可以避免掩膜與離子交換熔鹽和玻璃基材的反應(yīng)，在離子交換過(guò)程中可以制備出低損耗的離子交換光波導(dǎo)和PLC光分路器。
文檔編號(hào)G02B6/13GK102590944SQ20121009364
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者商惠琴, 楊建義, 王明華, 王毅強(qiáng), 郝寅雷 申請(qǐng)人:上海光芯集成光學(xué)股份有限公司