專利名稱：一種用于離子交換的玻璃基材的掩膜工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及掩膜工藝，尤其涉及用于離子交換的玻璃基材的掩膜工藝及相關掩膜材料的選擇。
背景技術：
光纖通信技術是當今信息社會信息傳送的支撐技術。無源光網絡是解決光纖到戶的主流技術，發展迅速。這其中對無源光分路器提出了巨大需求。平面集成光路(PLC) 技術是制備光分路器的主流技術，而玻璃基離子交換PLC技術具有器件性能優、制備成本低等優勢。在玻璃基離子交換PLC技術中，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、制備簡單的基本掩膜工藝要求基礎上，更是要求能夠滿足玻璃基離子交換的特殊要求，這包括能夠適應離子交換的工藝溫度、能夠耐受離子交換的熔鹽(即不會與熔鹽發生反應)、不會與玻璃材料發生反應、能夠容易地從玻璃基材上去除。用于玻璃基材的傳統掩膜材料是金屬鋁，具有易成膜、易腐蝕等特點，但研究中發現，金屬鋁膜作為掩膜材料，會與熔鹽和玻璃基材發生反應，導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”，這最終導致PLC玻璃光波導損耗上升、 制備重復性差等問題。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種損耗低、重復性好的用于離子交換的玻璃基材的掩膜工藝。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現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生反應的介質材料或者金屬材料或者聚合物材料。所述的介質材料為Fe203、A1203、SiO2, CuO, TiO2, SiN中的一種或幾種的混合。所述的介質材料用作掩膜材料成膜采用電子束熱蒸發沉積、或者濺射沉積、或者化學汽相沉積、或者Sol-Gel旋涂；掩膜材料成膜所得掩膜的厚度為50nm-l μ m，圖形轉移時，對掩膜材料進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沉積、或者濺射沉積、或者化學汽相沉積；掩膜材料成膜所得掩膜的厚度為50nm-l μ m，圖形轉移時，對掩膜材料進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，圖形轉移時，對掩膜材料進行刻蝕采用光敏曝光顯影方法或者干法刻蝕方法。
與現有技術相比，采用本發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，在離子交換過程中可以制備出低損耗的離子交換光波導和PLC光分路器。
圖I為本發明實施例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為本發明實施例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為本發明所涉及的離子交換工藝裝置；圖4為基于本發明的掩膜工藝所制備出的PLC玻璃基波導芯片。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。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例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)的過程為掩膜材料的沉積生長、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300nm厚(要能夠足以阻擋離子交換熔鹽直接透過薄膜到達玻璃基材表面，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進行光刻獲得帶有光刻膠窗口的圖案，形成光刻膠掩膜；在對光刻后的玻璃基材進行堅膜后，利用光刻膠掩膜，對SiN薄膜進行干法刻蝕，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，對具有SiN掩膜的玻璃基21材進行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， 離子交換時間I小時。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32，沒有出現掩膜圖形邊緣偏移和銀線。最終制備獲得的光波導損耗小于
0.2dB/cm。實施例2如圖2所示，從(a)到(e)的過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、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；在對光刻后的玻璃基材進行堅膜后，采用電子束熱蒸發方法，在玻璃基材表面沉積生長50nm厚的Al2O3薄膜12 ;將沉積生長了 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。對具有Al2O3掩膜的玻璃基材進行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，離子交換時間I小時。離子交換后，沒有出現掩膜圖形邊緣偏移和銀線。最終制備獲得的光波導損耗小于O. 2dB/cm。實施例3采用金屬材料Au用作掩膜材料，采用電子束熱蒸發沉積法成膜，所得掩膜的厚度為50nm，圖形轉移時，對掩膜材料采用濕法腐蝕進行刻蝕。其余同實施例I。實施例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， 圖形轉移時，對掩膜材料采用干法刻蝕方法進行刻蝕。其余同實施例I。實施例5采用金屬材料Ti用作掩膜材料，采用化學汽相沉積成膜，所得掩膜的厚度為 I μ m,圖形轉移時，對掩膜材料采用干法刻蝕方法進行刻蝕。其余同實施例I。實施例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，圖形轉移時，對掩膜材料采用干法刻蝕方法進行刻蝕。其余同實施例I。實施例7采用聚酰亞胺衍生物用作掩膜材料，采用化學汽相沉積法成膜，所得掩膜的厚度為50nm，圖形轉移時，對掩膜材料采用光敏曝光顯影方法進行刻蝕。其余同實施例I。實施例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，圖形轉移時，對掩膜材料采用濕法腐蝕方法進行刻蝕。其余同實施例I。實施例9采用CuO用作掩膜材料，采用化學汽相沉積法成膜，所得掩膜的厚度為50nm，圖形轉移時，對掩膜材料采用干法刻蝕方法進行刻蝕。其余同實施例I。
權利要求
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生反應的介質材料或者金屬材料或者聚合物材料。
2.根據權利要求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，所述的介質材料為Fe203、A1203、SiO2, CuO, TiO2, SiN中的一種或幾種的混合。
3.根據權利要求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，所述的介質材料用作掩膜材料成膜采用電子束熱蒸發沉積、或者濺射沉積、或者化學汽相沉積、或者Sol-Gel旋涂；掩膜材料成膜所得掩膜的厚度為50nm-l μ m，圖形轉移時，對掩膜材料進行刻蝕采用濕法腐蝕或者干法刻蝕方法。
4.根據權利要求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.根據權利要求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沉積、或者濺射沉積、或者化學汽相沉積；掩膜材料成膜所得掩膜的厚度為50nm-l μ m,圖形轉移時，對掩膜材料進行刻蝕采用濕法腐蝕或者干法刻蝕方法。
6.根據權利要求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.根據權利要求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，圖形轉移時，對掩膜材料進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)圖形轉移；所用的掩膜材料為與熔融銀鹽和玻璃基材不發生反應的介質材料或者金屬材料或者聚合物材料。與現有技術相比，采用所選用的掩膜材料和相應的工藝，可以避免掩膜與離子交換熔鹽和玻璃基材的反應，在離子交換過程中可以制備出低損耗的離子交換光波導和PLC光分路器。
文檔編號G02B6/13GK102590944SQ20121009364
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月31日 優先權日2012年3月31日
發明者商惠琴, 楊建義, 王明華, 王毅強, 郝寅雷 申請人:上海光芯集成光學股份有限公司