專利名稱：漂白的掩模的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)波導(dǎo)元件。通常制成這樣的波導(dǎo)管，以致光可在用折射率較波導(dǎo)材料低的材料包裹的波導(dǎo)材料的界限范圍內(nèi)傳播。
本發(fā)明涉及使用一種受適當(dāng)波長(zhǎng)的輻射照射時(shí)可以改變折射率的波導(dǎo)材料(也就是可漂白的聚合物)制成聚合物光學(xué)波導(dǎo)元件的方法。該法包括以下步驟用掩模選擇地覆蓋所述的波導(dǎo)材料的一部分；然后通過所述的掩模照射波導(dǎo)材料，以便改變未覆蓋的波導(dǎo)材料部分的折射率。
更具體地說，本發(fā)明涉及含有層狀聚合物光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的層狀波導(dǎo)元件，該結(jié)構(gòu)在兩個(gè)折射層之間夾有一可漂白聚合物的光導(dǎo)層，折射層的折射率比光導(dǎo)層低。因此，在垂直方向(也就是垂直于各層的方向)的波界限由層狀結(jié)構(gòu)確定。波導(dǎo)通道在側(cè)面通過選擇地改變光導(dǎo)層中可漂白的聚合物的折射率來限定。
上述的方法從US5142605(相應(yīng)的EP358476)已知道，因此實(shí)際上此專利公開的內(nèi)容已作為參考結(jié)合到本說明書中。折射率通常都變低，其結(jié)果是通過照射在所希望的波界限周圍的材料的方法，可產(chǎn)生波導(dǎo)通道。聚合物材料選擇地暴露到輻射中可通過對(duì)所用輻射一部分是透明的而一部分不透明的掩模來實(shí)現(xiàn)。
在實(shí)踐中，已知的唯一可行的掩模是金屬掩模。雖然金屬(通常為金或鋁)可十分有效地阻止漂白的輻射到達(dá)波導(dǎo)聚合物不應(yīng)漂白的那個(gè)部分，但金屬掩模的應(yīng)用有許多缺點(diǎn)。
一個(gè)缺點(diǎn)是該法昂貴而復(fù)雜。它通常包括以下一些步驟(a)制成層狀波導(dǎo)管；(b)將金屬膜涂覆在波導(dǎo)管上。(c)將光刻膠層涂在金屬膜上；(d)通過確定所希望的側(cè)向波界限圖形的掩模使光刻膠選擇地曝光；(e)使光刻膠顯影，以便使金屬膜選擇地露出；(f)蝕刻掉露出的金屬膜部分，以便形成窗口；(g)剝?nèi)ス饪棠z；(h)通過所述的窗口用能引起波導(dǎo)聚合物的折射率改變的輻射照射波導(dǎo)；(i)蝕刻掉金屬膜。
如果制成電—光有源波導(dǎo)元件，就有可能避免除去金屬掩模，因?yàn)樗梢杂米麟姌O。但是，在這種情況下電極與作為漂白的掩模要有相同的形狀，因此有很大的設(shè)計(jì)限制。對(duì)于無源波導(dǎo)元件和熱—光波導(dǎo)元件來說，金屬層始終是多余的東西，必須除去。
這樣一種包括涂覆和除去昂貴的貴金屬的方法既麻煩又不經(jīng)濟(jì)。此外，它還需要使用昂貴的設(shè)備。還有，在除去金屬掩模后，通常還會(huì)留下一些不希望有的金屬殘留物。
還有其他一些缺點(diǎn)。用光刻膠掩模蝕刻金屬通常會(huì)產(chǎn)生“刻蝕不足”，也就是生成的金屬條，因此最后的波界限的寬度會(huì)比其上的光刻膠條的寬度更小。此外，金屬的蝕刻可產(chǎn)生有不希望有的粗糙度的側(cè)壁。因此，希望提供這樣一種方法，用這一方法能更精確地限定波界限。此外，因?yàn)橛糜诮饘俚奈g刻劑可能對(duì)波導(dǎo)聚合物有害，如果能不使用它們是有利的。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種漂白的方法，在這一方法中上述這些缺點(diǎn)都不存在。為此，本發(fā)明是第一段中描述的方法，掩模是一種基本上對(duì)輻射波長(zhǎng)不透明的光刻膠。
最后所得到的方法包括下列各步驟(a)制成層狀波導(dǎo)；(b)將光刻膠層涂覆在波導(dǎo)上；(c)通過限定所希望的側(cè)向波界限圖形的掩模使光刻膠曝光；(d)使光刻膠顯影，以便產(chǎn)生窗口，因此使波導(dǎo)選擇地露出；(e)通過所述的窗口用能引起波導(dǎo)層聚合物的折射率變化的輻射照射波導(dǎo)；(f)除掉光刻膠。
這一意想不到簡(jiǎn)單的方法可借助于對(duì)輻射波長(zhǎng)有較低透射率的光刻來實(shí)現(xiàn)。大約50％的透射率足以使漂白的和未漂白的聚合物之間的折射率的差別達(dá)到0.003。在此基礎(chǔ)上，產(chǎn)生適合的波導(dǎo)通道。作為確定光刻膠適用性的一個(gè)指標(biāo)，一般來說它應(yīng)有至少50％的不透明度(也就是透射率至多50％)。但是，為了使光刻膠對(duì)輻射波長(zhǎng)基本上是不透明的，或者高得多的透射率(如75％)仍可得到可接受的折射率差別，或者透射率應(yīng)低得多(如25％)仍可得到可接受的折射率差別，這要視射波長(zhǎng)以及波導(dǎo)聚合物的漂白敏感度而定。優(yōu)選的是，通過使用含有適當(dāng)波長(zhǎng)吸收帶的染料分子的光刻膠來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。也可使用含有金屬或半導(dǎo)體顆粒的光刻膠，如含硅的光刻膠。
所用的波長(zhǎng)取決于在波導(dǎo)層中使用的聚合物。適合的聚合物已被描述，尤其是在EP358476中已描述過。本發(fā)明不限于任何特定類型的聚合物，只要它受到一定波長(zhǎng)或一定波長(zhǎng)范圍的輻射時(shí)，對(duì)改變折射率敏感就行。
漂白輻射通常為紫外光或可見光，在大多數(shù)情況下蘭光是優(yōu)選的。適用的光刻膠通常稱為“染色的抗蝕劑”。它們包括由HoechstAG公司以商品名AZ6618—2DG、AZ6218B—3DG銷售的光刻膠(它們吸收率為436nm)，以及AZ7510—2DG(它吸收率為365nm)。其他染色的抗蝕劑是Shipley公司以商品名microposit(S1813—J2、S1818—J2、S1400—27D1、S1400—31D1)銷售的光刻膠。如果漂白輻射的波長(zhǎng)范圍為200—300nm，許多傳統(tǒng)的光刻都可用作漂白掩模。對(duì)紫外光輻射部分透明，部分不透明的模板已在DD114717中描述，它用于制造印刷電路板。
要求光刻膠可用顯影劑顯影，顯影劑應(yīng)不損害覆蓋有光刻膠(通常為上折射層)的聚合物。上述光刻膠可用無金屬離子的顯影劑或金屬離子的顯影劑顯影。適用的顯影劑通常由光刻的供應(yīng)商推薦。
基本上，本發(fā)明的方法可用于制造所有類型的聚合物光學(xué)波導(dǎo)元件。例如，電—光元件在這種情況下，可漂白的聚合物可被用來創(chuàng)造電—光有源的元件(也就是NLO聚合物)、熱—光元件和無源元件。通常，對(duì)于本專業(yè)熟練的技術(shù)人員來說，這樣一些元件是已知的。對(duì)于本發(fā)明來說，不需要在這里作進(jìn)一步的說明。
本發(fā)明的方法用附圖作進(jìn)一步地說明，不應(yīng)把這些附圖看成是以任何方式對(duì)本發(fā)明的限制。


圖1說明傳統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)的方法，圖2說明本發(fā)明的方法。在兩圖中，說明了連續(xù)方法的各步驟，上面還使用了字母。也就是說現(xiàn)有技術(shù)的方法包括步驟(1a)至(1i)，而本發(fā)明的方法包括步驟(2a)至(2f)。在兩圖中，有關(guān)每步驟顯示的結(jié)構(gòu)為各層的剖面，垂直于光導(dǎo)方向。
在圖1a中，表示出層狀波導(dǎo)，它包括基質(zhì)層(1)、下折射層(2)、波導(dǎo)層(3)和上折射層(4)。也可在這一階段省去上折射層，在波界限形成后再涂覆它。
在圖1b中，表示出相同結(jié)構(gòu)，金屬層(5)涂覆在上折射層(4)上。
在圖1c中，表示出將光刻膠層(6)涂覆在金屬層上。
在圖1d中，表示出如何通過掩模暴露光刻膠層(6)，hv—E表示所用的曝光輻射(一般在約3至5秒期間)，以便使光刻膠層活化。
在圖1e中，表示出通過掩模如何使光刻膠層(6)的曝光和顯影，從而選擇性地露出金屬。
在圖1f中，表示出蝕刻掉露出的金屬部分，以便在金屬層(5)中產(chǎn)生窗口(8)。
在圖1g中，表示出已剝除光刻膠。波導(dǎo)仍被金屬(5)和窗口(8)組成的掩模所覆蓋。
在圖1h中，描述了通過窗口輻射波導(dǎo)，hv—B表示所用的漂白輻射(一般在約4至12秒期間)，以便在波導(dǎo)層聚合物中引起所希望的折射率變化。
在圖1i中，表示出金屬已被蝕刻掉，波導(dǎo)層(3)已適當(dāng)?shù)仄祝员惆ㄓ善椎牟牧?10)包圍的波界限(9)。
在圖2a中，表示出層狀波導(dǎo)，它包括基質(zhì)層(1)、下折射層(2)、波導(dǎo)層(3)和上折射層(4)。同樣，在這一階段也可省去上折射層，在波界限形成后再涂覆它。
在圖2b中，表示出相同的結(jié)構(gòu)，用光刻膠層(11)涂覆在上折射層(4)上。
在圖2c中，表示出如何通過掩模(7)暴露光刻膠層(11)，hv—E表示所用的曝光輻射(一般在約3至5秒期間)，以便使光刻膠活化。
在圖2d中，表示出光刻膠層(11)通過曝光和顯影如何產(chǎn)生窗口(12)。
在圖2e中，描述了通過光刻膠層(11)中的窗口(12)輻射波導(dǎo)，hv—B表示所用的漂白輻射(一般在約4至12秒期間)以便在波導(dǎo)層聚合物中引起所希望的折射率變化。
在圖2f中，表示出剝除了光刻膠，波導(dǎo)層(3)已適當(dāng)?shù)仄?，以便包括由漂白材?10)包圍的波界限(9)。
權(quán)利要求
1.一種使用受適當(dāng)波長(zhǎng)的射線照射時(shí)可以改變折射率的波導(dǎo)材料制作聚合物光波導(dǎo)元件的方法，該法包括以下步驟用掩模選擇地覆蓋所述的波導(dǎo)材料的一些部分；然后通過所述的掩模輻射波導(dǎo)材料，以便改變未覆蓋的波導(dǎo)材料部分的折射率，其特征是，所述掩模是一種已顯影的對(duì)輻射波長(zhǎng)基本上不透明的光刻膠層。
2.一種在聚合物光波導(dǎo)元件中制成側(cè)向限定的波導(dǎo)通道的圖形的方法，該法包括以下各步驟(a)制成有層狀結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)，它包括夾在兩折射層(2，4)之間的聚合物波導(dǎo)層(3)，折射層的折射率比波導(dǎo)層低；(b)將光刻膠層(11)涂覆到所述的層狀波導(dǎo)上；(c)通過限定所希望圖形的掩模(7)，曝光光刻膠；(d)使光刻膠顯影，以便產(chǎn)生層狀波導(dǎo)的覆蓋部分和露出部分圖形限定的窗口(12)；(e)用能引起波導(dǎo)層聚合物的折射率變化的波長(zhǎng)的輻射以圖形方式覆蓋著的波導(dǎo)；已顯影的光刻膠就是對(duì)輻射光波長(zhǎng)基本上不透明的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，已顯影的光刻膠基本上吸收所用的波長(zhǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，光刻膠含有能吸收適當(dāng)波長(zhǎng)能量的染料分子。
5.光刻膠的應(yīng)用，為了在板式光波導(dǎo)中確定一種或多種波導(dǎo)通道的圖形，通過用所述波長(zhǎng)的輻射或在所述波長(zhǎng)范圍內(nèi)輻射，照射所述的波導(dǎo)，光刻膠對(duì)于一定波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍的光基本上是不透明的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用受適當(dāng)波長(zhǎng)的輻射時(shí)可以改變折射率的波導(dǎo)材料，也就是可漂白的聚合物制成聚合物光波導(dǎo)元件的方法。在該法中為了限定要漂白的區(qū)域，所使用的掩模為已顯影的光刻膠，它對(duì)輻射的波長(zhǎng)基本上是不透明的。因此，提供了一種簡(jiǎn)單化的方法，用這一方法在聚合物光波導(dǎo)中可以制成側(cè)向限定的波導(dǎo)通道圖形。光刻膠基本上吸收用于漂白的波長(zhǎng)。這一點(diǎn)可通過使用能吸收適當(dāng)波長(zhǎng)能量的染料分子來實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)G02B6/13GK1125850SQ9510766
公開日1996年7月3日 申請(qǐng)日期1995年6月22日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月23日
發(fā)明者T·H·豪克思特拉 申請(qǐng)人:阿克佐諾貝爾公司