CN108169841B - 一种掩模版及光波导反射面和光波导的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种掩模版及光波导反射面和光波导的制备方法，涉及光传输结构及制造技术领域。其通过一种特殊设计的掩模版实现对光刻过程的透光量的控制，当紫外光穿过掩模版时，不同透光量位置处的光刻深度不同，从而形成一个坡面结构，同时，相邻的两个微型透光区域之间会形成光的衍射，因此，光刻出的坡面并非是一个凹凸不平的阶梯面，而是一个平滑的反射面。这种利用掩模版通过光刻形成反射面的方式简单易行，且该种掩模版也具有结构简单、成本低廉、易于制备的特点，可见本发明方法极大地简化了光波导反射面的制备过程，降低了反射面的制备成本，具有极强的可推广性，相对于现有技术是一种重要进步。

Description

一种掩模版及光波导反射面和光波导的制备方法

技术领域

本发明涉及光电子、光通信、光传输结构及制造等技术领域，特别涉及一种掩模版及光波导反射面和光波导的制备方法。

背景技术

随着通信技术的快速发展，系统对于传输速率、带宽等方面的需求也随之增长。电互连方式下，传输功耗逐渐增加、传输延迟逐渐增大，使得集成电路高传输、大带宽的发展受到阻碍。光互连与电互连相比，主要优势表现在互连密度高、抗干扰能力强、能耗低、延时低，可满足系统需求，成为研究的热点。将光波导植入基板制成光电互连基板，可以提供高宽带的数据传输，降低发射噪音，提高传输的安全性，降低传输损耗。

集成光波导作为光信号传输的介质，可通过与半导体兼容的光刻方式制造，集成光波导与柱形光纤相比，具有实现便利、质量可控、一致性好的优势。采用集成光波导进行传输的过程中，为提高传输效率和系统集成度，光发射激光器阵列发射的激光垂直偏转后在光波导内进行传输，而后光束在光波导到光电探测器之间前也需要进行垂直偏转。

目前，常用的光束偏转方式有抛磨基底、预置反射镜等反射形式，对组装精度、镜面角度控制等均有较高要求。可见，现有技术中光波导反射面的制备工艺还存在工艺复杂、成本较高、精度难以控制等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种掩模版及光波导反射面和光波导的制备方法，其能够以低成本、易操作、高精度的方式实现对光波导反射面的制备。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种光波导反射面的制备方法，其反射面由用于形成光波导芯层的光刻胶经光刻工艺形成，光刻过程中所使用的掩膜版上具有多个微圆图形，所述掩膜版通过对应于反射面不同高度处的微圆图形的大小和密度控制该处掩模版的透光量，透过掩模版的光线通过衍射现象实现对反射面处光刻胶的平滑光刻。

此外，本发明还提供一种用于制备光波导反射面的掩模版，其具有多个用于控制透光量的微圆图形，所述微圆图形通过大小和密度控制掩模版不同位置处的透光量，所述微圆图形的尺寸及相邻间距均满足透射光的衍射条件。

可选的，所述微圆图形的直径为3μm～20μm，相邻两个微圆图形的间距为2μm～100μm。

另外，本发明还提供一种含反射面的光波导的制备方法，其包括以下步骤：

（1）选取基材制作基板；

（2）将所述基板进行金属层制备和表面平整化处理，并进行清洗和烘干；

（3）将所述步骤（2）处理后的基板进行等离子活化，并采用四氟化碳和氧气对基板的金属表面进行干法处理；

（4）将所述步骤（3）处理后的基板进行粘附层涂覆；

（5）将所述步骤（4）处理后的基板进行第一外包层光刻，通过匀胶、前烘、泛曝光、后烘和坚膜的方式完成光波导第一外包层的制备；

（6）在所述步骤（5）处理后的基板上进行芯层光刻，通过匀胶、曝光、后烘、显影和坚膜的方式完成光波导芯层的制备，芯层光刻的同时在芯层上依据如上所述的光波导反射面制备方法形成反射面结构；

（7）在所述步骤（6）处理后的基板上进行第二外包层光刻，通过匀胶、前烘、泛曝光、后烘和坚膜的方式完成光波导第二外包层的制备；

（8）在所述步骤（7）处理后的基板的背面上进行激光打孔，打孔深度为基板厚度，打孔位置为对应于所述反射面结构的光入射处和/或光出射处。

可选的，所述步骤（2）具体包括以下子步骤：

（201）在所述基板上采用表面覆铜和溅射的方式进行厚度为50nm～10μm的金属层制备，并进行化学机械研磨和抛光处理；

（202）将所述步骤（201）处理过的基板用丙酮和乙醇清洗，然后再使用1%～20%的稀盐酸超声清洗0.5min～5min，之后水洗；

（203）将所述步骤（202）处理过的基板在纯氮气保护下进行烘干，烘干温度不超过60℃，烘干时间不少于1小时。

可选的，所述步骤（6）具体包括以下子步骤：

（601）在所述步骤（5）处理过的基板表面采用阶梯转速的方式旋涂光刻胶，并置于50℃～150℃阶梯温度热板上烘烤20min～60min；

（602）在所述步骤（601）处理后的基板上，采用特定掩膜版进行曝光，曝光量控制在300mJ～600mJ，在芯层上形成反射面结构；所述特定掩膜版具有多个用于控制透光量的微圆图形，所述微圆图形通过大小和密度控制掩模版不同位置处的透光量；

（603）将所述步骤（602）处理后的基板进行后烘，温度为50℃～100℃，时间为10min～50min；

（604）将所述步骤（603）处理后的基板进行显影，温度为30℃～80℃；

（605）将所述步骤（604）处理后的基板进行坚膜，温度为100℃～200℃，时间为20min～2h。

可选的，所述步骤（6）中的反射面结构为45°反射面。

采用上述技术方案的有益效果在于：

1、现有技术中带有反射面的光波导或者采用组装的方式，或者采用一体化的方式。其中，组装光波导虽然工艺简单，但是存在一致性较差的问题。而本发明为一体化的光波导制备方法，具有操作兼容性好，一致性高的优点。

2、本发明的反射面通过光刻形成，不同于抛磨形成发射面的方式，具有过程简单、简便易行的特点。

3、本发明通过一种特殊设计的掩模版实现对光刻过程的透光量的控制，当紫外光穿过掩模版时，不同透光量位置处的光刻深度不同，从而形成一个坡面结构，同时，相邻的两个微型透光区域之间会形成光的衍射，因此，光刻出的坡面并非是一个凹凸不平的阶梯面，而是一个平滑的反射面。这种利用掩模版通过光刻形成反射面的方式简单易行，且该种掩模版也具有结构简单、成本低廉、易于制备的特点，可见本发明方法极大地简化了光波导反射面的制备过程，降低了反射面的制备成本，具有极强的可推广性，相对于现有技术是一种重要进步。

附图说明

图1是本发明实施例中一种掩膜版的结构示意图。

图2是本发明实施例中一种含45°反射面的光波导的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种用于制备光波导反射面的掩模版，其具有多个用于控制透光量的微圆图形，微圆图形通过大小和密度控制掩模版不同位置处的透光量，微圆图形的尺寸及相邻间距均满足透射光的衍射条件。

可选的，微圆图形的直径为3μm～20μm，相邻两个微圆图形的间距为2μm～100μm。

使用上述掩模版可以方便地制备光波导中的反射面结构，具体方式为：反射面由用于形成光波导芯层的光刻胶经光刻工艺形成，光刻过程中，在对应于反射面位置的曝光处设置有上述掩膜版，该掩膜版通过对应于反射面不同高度处的微圆图形的大小和密度来控制该处掩模版的透光量，同时，透过掩模版的光线通过衍射现象实现对反射面处光刻胶的平滑光刻。

这种方式不同于抛磨形成发射面的方式，具有过程简单、简便易行的特点。

此外，上述方法通过掩模版实现对光刻过程的透光量的控制，当紫外光穿过掩模版时，不同透光量位置处的光刻深度不同，从而形成一个坡面结构，同时，相邻的两个微型透光区域之间会形成光的衍射，因此，光刻出的坡面并非是一个凹凸不平的阶梯面，而是一个平滑的反射面。这种利用掩模版通过光刻形成反射面的方式简单易行，且该种掩模版也具有结构简单、成本低廉、易于制备的特点。因此，上述方法极大地简化了光波导反射面的制备过程，降低了反射面的制备成本，具有极强的可推广性，相对于现有技术是一种重要进步。

如图2所示是一个含45°反射面的光波导，其具有基板1、第一外包层2、芯层3和第二外包层4，其中，芯层3的两端分别具有一个45°反射面30，基板1的底部具有入射口51和出射口52。其制备方式如下：

（1）基材选择：PCB基板、Si基板、陶瓷基板等；

（2）将步骤（1）的基板进行金属层制备、研磨抛光等表面平整化处理，并清洗、烘干；

采用表面覆铜、溅射的方式进行厚度50nm～10μm的金属层制备，并进行化学机械研磨、抛光处理；处理过的基板用丙酮、乙醇清洗后，再使用1%～20%的稀盐酸超声清洗0.5min～5min，之后水洗；基板用进行纯氮气保护下的烘干，温度不超过60℃，时间不少于1h。

（3）将步骤（2）处理后的基板进行等离子活化，采用四氟化碳和氧气对金属表面进行干法处理；

（4）将步骤（3）处理后的基板进行粘附层涂覆；

（5）将步骤（4）处理后的基板进行第一外包层光刻，通过匀胶、前烘、泛曝光、后烘、坚膜的方式完成光波导第一外包层的制备；

（6）将步骤（5）处理后的基板进行芯层光刻，通过匀胶、曝光、后烘、显影、坚膜的方式完成光波导芯层的制备，45°反射面结构曝光中所用的掩膜版为含有微圆图形的掩膜版，且依靠调整圆密度实现含反射面曝光；

基板表面采用阶梯转速的方式旋涂光刻胶，并置于50℃～150℃阶梯温度热板上烘烤20min～60min；处理后的基板上，采用特定掩膜版进行曝光，曝光量控制在300mJ～600mJ；对基板进行后烘，温度为50℃～100℃，时间为10min～50min；然后进行显影，温度为30℃～80℃；再对基板进行坚膜，温度为100℃～200℃，时间为20min～2h。

45°反射面结构曝光中所用的掩膜版含直径3μm～20μm的圆，且越接近反射面结构边缘，圆的密度越大。

（7）在步骤（6）处理后的基板上进行第二外包层光刻，通过匀胶、前烘、泛曝光、后烘、坚膜的方式完成光波导第二外包层的制备；

（8）在步骤（7）处理后的基板上进行激光打孔，打孔深度为基板厚度，打孔深度为基板厚度，打孔位置为光入射处和光出射处，对应于45°反射面处；

（9）对带有45°反射面的光波导进行传输损耗等性能测试；

完成含45°反射面光波导的制备。

通过测试，该光波导的损耗小于0.3dB/cm。

Claims (7)

1.一种光波导反射面的制备方法，其特征在于，所述反射面由用于形成光波导芯层的光刻胶经光刻工艺形成，光刻过程中所使用的掩膜版上具有多个微圆图形，所述掩膜版通过对应于反射面不同高度处的微圆图形的大小和密度控制该处掩模版的透光量，透过掩模版的光线通过衍射现象实现对反射面处光刻胶的平滑光刻。

2.一种用于制备光波导反射面的掩模版，其特征在于，具有多个用于控制透光量的微圆图形，所述微圆图形通过大小和密度控制掩模版不同位置处的透光量，所述微圆图形的尺寸及相邻间距均满足透射光的衍射条件。

3.根据权利要求2所述的掩模版，其特征在于，所述微圆图形的直径为3μm～20μm，相邻两个微圆图形的间距为2μm～100μm。

4.一种含反射面的光波导的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）选取基材制作基板；

（2）将所述基板进行金属层制备和表面平整化处理，并进行清洗和烘干；

（3）将所述步骤（2）处理后的基板进行等离子活化，并采用四氟化碳和氧气对基板的金属表面进行干法处理；

（4）将所述步骤（3）处理后的基板进行粘附层涂覆；

（5）将所述步骤（4）处理后的基板进行第一外包层光刻，通过匀胶、前烘、泛曝光、后烘和坚膜的方式完成光波导第一外包层的制备；

（6）在所述步骤（5）处理后的基板上进行芯层光刻，通过匀胶、曝光、后烘、显影和坚膜的方式完成光波导芯层的制备，芯层光刻的同时在芯层上依据权利要求1所述方法形成反射面结构；

（7）在所述步骤（6）处理后的基板上进行第二外包层光刻，通过匀胶、前烘、泛曝光、后烘和坚膜的方式完成光波导第二外包层的制备；

（8）在所述步骤（7）处理后的基板的背面上进行激光打孔，打孔深度为基板厚度，打孔位置为对应于所述反射面结构的光入射处和/或光出射处。

5.根据权利要求4所述的含反射面的光波导的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）具体包括以下子步骤：

（201）在所述基板上采用表面覆铜和溅射的方式进行厚度为50nm～10μm的金属层制备，并进行化学机械研磨和抛光处理；

（202）将所述步骤（201）处理过的基板用丙酮和乙醇清洗，然后再使用1%～20%的稀盐酸超声清洗0.5min～5min，之后水洗；

（203）将所述步骤（202）处理过的基板在纯氮气保护下进行烘干，烘干温度不超过60℃，烘干时间不少于1小时。

6.根据权利要求4所述的含反射面的光波导的制备方法，其特征在于，所述步骤（6）具体包括以下子步骤：

（601）在所述步骤（5）处理过的基板表面采用阶梯转速的方式旋涂光刻胶，并置于50℃～150℃阶梯温度热板上烘烤20min～60min；

（602）在所述步骤（601）处理后的基板上，采用特定掩膜版进行曝光，曝光量控制在300mJ～600mJ，在芯层上形成反射面结构；所述特定掩膜版具有多个用于控制透光量的微圆图形，所述微圆图形通过大小和密度控制掩模版不同位置处的透光量；

（603）将所述步骤（602）处理后的基板进行后烘，温度为50℃～100℃，时间为10min～50min；

（604）将所述步骤（603）处理后的基板进行显影，温度为30℃～80℃；

（605）将所述步骤（604）处理后的基板进行坚膜，温度为100℃～200℃，时间为20min～2h。

7.根据权利要求4所述的含反射面的光波导的制备方法，其特征在于，所述步骤（6）中的反射面结构为45°反射面。