CN1244828C - 光波导管的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种光波导管的制造方法，在芯子层表面设置掩膜、接着进行干腐蚀，其中，干腐蚀工序包括腐蚀和灰化。这样在制造光波导管时形成在芯子图形外周部的凹凸被消除，能提供光传递损失小的光波导管。

Description

光波导管的制造方法
技术领域
本发明涉及光传递损失少的光波导管的制造方法。
背景技术
现有技术中光波导管的芯子层是使用的石英玻璃系材料，所以其折射率和热膨胀系数等材料的物性值由石英玻璃的值大致决定了。作为近年来的愿望是要改变芯子层的物性值。因此使用含有碱元素、碱土元素、或稀土元素等元素的多成分玻璃来形成光波导管被提案。若用多成分玻璃来形成光波导管的芯子层时，则通过适当变化玻璃的组成就能把折射率、热膨胀系数、或玻璃转移温度这些玻璃的物性值在更广泛的范围自由设计。具体的方法是在第一包层上用含有碱元素的玻璃形成芯子层，接着把芯子层用干腐蚀加工，然后形成第二包层。
在用所述多成分玻璃来形成芯子层时成为问题的是光波导管的光传递损失变大。即从现有的用多成分玻璃形成的芯子层制作芯子图形时、在芯子层上设有掩膜或保护层的图形，通过干腐蚀进行加工。这时在形成的芯子图形外周部有大的凹凸，因此光波导管的光传递损失就变大了。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光传递损失少的光波导管。为了达到该目的，本发明的在第一包层上具有芯子的光波导管的制造方法，包括：形成工序，在所述第一包层上形成芯子层；形成掩膜工序，在所述芯子层的表面形成掩膜图形；芯子腐蚀工序，用干腐蚀把所述芯子层进行布图，所述芯子腐蚀工序通过将进行腐蚀工序后再进行灰化工序的处理反复交替进行多次，形成无凹凸形状的芯子图形。
根据本发明的光波导管制造方法，在芯子层表面设置被布图的掩膜或保护层，然后进行干腐蚀，其中，所述干腐蚀具有腐蚀和灰化。干腐蚀通过不仅腐蚀而且包括灰化能在进行腐蚀时把形成的凹凸形状通过灰化减少。这样就能提供光传递损失少的光波导管。
附图说明
图1是表示本发明制造工序一个过程的立体图；
图2是表示本发明一实施例的分解立体图；
图3是表示本发明一实施例制造工序的剖面图；
图4是表示现有技术例的立体图；
图5是表示本发明制造工序一个过程的剖面图；
图6是包括图4中Y-Y’线的面的剖面图；
图7是表示现有技术例一个过程的剖面图；
图8是包括图4中X-X’线的面的剖面图；
图9是表示本发明一实施例制造工序的剖面图。
具体实施方式
下面使用附图说明本发明的实施例。
(实施例1)
图1是表示本发明制造工序一个过程的立体图。基板1例如是硅Si和各种玻璃。在此所说的各种玻璃是指例如含有碱元素、碱土元素、或稀土元素中至少一种以上元素的玻璃。第一包层2是用SiO2和各种玻璃形成的。
基板1与第一包层2的热膨胀系数不同时、有时产生热应力。因此最好是它们的热膨胀系数相等，但能使用它们的近似值。基板1是Si时、Si被氧化形成SiO2，把它作为第一包层也可。而且基板1和第一包层2是相同材料也可。芯子图形3是用SiO2和各种玻璃形成，比第一包层2折射率稍大。
第一包层2上形成有覆盖芯子图形3的第二包层4，并形成光波导管。图2是形成的光波导管的分解立体图。芯子图形3的剖面也可以不一定是矩形，也可以是梯形。芯子图形在图1、图2中仅表示了一根，但这种直线状、曲线状的图形是被形成多根。对第二包层4使用比芯子图形3的材料折射率稍小的材料。对第二包层4可以使用与第一包层2相同的材料。
芯子图形3的折射率比第一包层2的折射率和第二包层4的折射率的哪个都大，所以通过折射率的差而光能被关闭在芯子图形内进行光传递。若芯子图形3的外周部表面有凹凸形状、则由其凹凸形状而光散射，其结果是产生光传递损失。因此进行光波导部分的芯子图形3的外周部表面最好是光滑的。
下面用图3说明光波导管的制造方法。在基板准备工序301中准备基板1。在第一包层形成工序302中把第一包层2形成在基板1上。且也可以基板1与第一包层2是同一材料，这时则能省略第一包层形成工序302。接着、在芯子层形成工序303中用各种玻璃形成芯子层5。在接着的掩膜层形成工序304中形成掩膜层6。掩膜层6是硅和钛、钨、镍或铬等金属、半导体或它们的合金。用溅射和蒸镀等各种方法成膜。
接着在保护层工序305中涂布保护层、并通过光刻法形成保护层图形7。然后在掩膜加工工序306中通过干腐蚀把保护层图形7作为掩膜来加工掩膜层6、得到掩膜图形8。一般来说保护层图形7薄的话就容易提高图形精度。因此在腐蚀时保护层图形7的腐蚀率对掩膜层6的腐蚀率的比最好是小的。接着在芯子腐蚀工序307中把掩膜图形8作为掩膜通过干腐蚀对芯子层5进行加工。对芯子腐蚀工序307在下面进行详细说明。
干腐蚀以反应性离子腐蚀作为例子使用。作为腐蚀气体可考虑有：包括CF4、CHF3、或C4F8等的碳氟化合物的气体，SF6等硫化合物系的气体，Ar或Xe等惰性气体，氢、氧或含有它们的混合气体等。掩膜图形8是腐蚀芯子层5形成图形时的掩膜。该掩膜图形8在腐蚀芯子层5时实际上在同时被腐蚀。一般来说掩膜图形8薄的话就容易提高图形精度。
因此在腐蚀时芯子层5的腐蚀率对掩膜图形8的腐蚀率的比(以下叫做选择比)最好是高的。掩膜图形8是含有钨和硅的材料时能提高该选择比。这时掩膜层6和需要把含有钨和硅的材料成膜。在该多元素材料的成膜中使用溅射进行。而且作为腐蚀气体在使用包括CF4、CHF3、或C4F8等的碳氟化合物的气体进行腐蚀时能得到更高的选择比。
在通过干腐蚀形成芯子图形3时有下面的问题。即在把含有碱元素、碱土元素、或稀土元素等元素的玻璃用包括碳氟化合物的气体进行腐蚀时，有时在芯子图形3的外周部表面上产生由这些元素引起的凹凸形状。即当把不含这些元素的第一玻璃A与含有这些元素的第二玻璃用相同条件进行腐蚀时，与第一玻璃不产生凹凸形状而能平坦地腐蚀相反，有时在第二玻璃上产生凹凸形状而不能平坦地腐蚀。
把以SiO2为主要成分并含有碱元素钠的玻璃用以CF4作为腐蚀气体进行腐蚀时为例来说明产生凹凸的机理。玻璃中含有的硅元素与CF4反应、作为氟化硅被除去。氟化硅沸点低而挥发性高，所以容易被除去。而玻璃中含有的钠元素与CF4反应、作为氟化钠被除去。该氟化钠沸点高而挥发性低，所以难于被除去。除去氟化钠与氟化硅的难易程度的差就是产生凹凸的主要原因。
这样在把含有碱元素、碱土元素、或稀土元素等元素的玻璃进行腐蚀时、在腐蚀进行中就有时产生凹凸形状。该凹凸形状也发生在形成的芯子图形外周部表面，这样光波导管的光传递损失变大。为了减少该凹凸形状、优先采用使元素间腐蚀率的差少的物理性腐蚀是有效果的。把Ar或Xe等惰性气体混合成腐蚀气体，再使用通过感应结合方式等离子源、表面波方式等离子源、天线方式等离子源、磁控管方式等离子源、螺旋波方式等离子源、电子回旋加速器共鸣方式等离子源、或磁中性线方式等离子源等产生的高密度等离子源来进行腐蚀，这样物理性腐蚀具有优势、能减少凹凸形状。
但即使进行上述的腐蚀，也仍然有时在腐蚀的进行中产生凹凸形状。在腐蚀进行中玻璃表面上有附着物堆积，该堆积物就成为使被腐蚀材料玻璃的表面产生凹凸形状的原因。
用图4说明附着物的堆积。在腐蚀芯子层5而形成芯子图形3时，图4中虽未表示、但掩膜图形8也与芯子层5同时被腐蚀。芯子层5所含元素的反应生成物和掩膜图形8所含元素的反应生成物与腐蚀气体一起被除去。这时这些反应生成物的一部分没有被完全除去而附着在芯子层5和芯子图形3的表面上，形成附着物9。
图7表示了图4中X-X’的剖面。如图7所示，附着物9在腐蚀中象掩膜那样动作。因此当腐蚀进行时就如图8所示在芯子层5的表面上形成凹凸形状10。图6表示了图4中Y-Y’的剖面。如图5所示，若没有附着物9的话则芯子图形就成为例如矩形等那样希望的形状。附着物9也附着在芯子图形3的外周部表面上。其结果是如图6所示，在腐蚀进行时凹凸形状10形成在芯子图形3的外周部表面上。
光的波导的一部分的芯子图形3的外周部表面最好是光滑的。存在凹凸形状10时，光通过该凹凸形状10被散射而产生光传递损失。为了减少光传递损失就需要除去或至少减少该凹凸形状10。为了减少凹凸形状10就需要除去腐蚀中产生的附着物9。通过灰化能除去这些附着物9。把CF4作为腐蚀气体对芯子层5进行腐蚀时，若使用氧气进行灰化、则能减少凹凸形状10。
使用CF4和Ar的混合气体，设定腐蚀条件、进行10分钟腐蚀，在腐蚀进行中附着物9堆积在表面上而形成凹凸形状10。这时以相同的条件设定进行3分钟腐蚀、然后进行3分钟灰化来除去附着物9。
如以上所说明，芯子腐蚀工序307通过包括腐蚀和灰化能减少凹凸形状10。
为了边减少凹凸形状10边增加腐蚀量，首先进行3分钟腐蚀、接着进行3分钟灰化，然后再进行3分钟腐蚀和3分钟灰化这样地把腐蚀和灰化交替反复进行是有效的。
这时的腐蚀时间作为例子定的是3分钟，但可以任意决定，而且也可以腐蚀时间与灰化时间不同。也可以把二个以上不同的腐蚀条件和灰化条件各反复进行任意时间。例如在第一工序中用规定的条件E01进行8分钟腐蚀，然后用另外的条件E02进行2分钟腐蚀，然后用规定的条件A01进行3分钟灰化。之后在第二工序中再用条件E01腐蚀5分钟、用条件E02腐蚀1分钟、用条件A01灰化2分钟这样的顺序进行。进而在之后把第二工序再进行一次，从而也可以把腐蚀与灰化交替反复进行。通过把腐蚀与灰化有效地组合处理就能减少凹凸形状10，加工成希望形状的芯子图形。
以上以反应性离子腐蚀为例进行了说明，但使用在真空装置中使产生等离子而进行的其他腐蚀方法和灰化方法也能得到同样的效果。
接着上面说明的芯子腐蚀工序307、在除去掩膜工序308中把掩膜图形8除去而露出芯子图形3。图1表示了芯子图形3被形成的状态的一例。然后在图3的第二包层形成工序309中形成第二包层4而得到光波导管。图3中以二根芯子图形进行了例示。在说明完成了的光波导管的图2中仅以一根芯子图形进行了例示。
若归纳一下以上实施例1时则如下。
即在第一包层板2上形成芯子层5，然后在芯子层5的表面上设置掩膜图形8，接着进行干腐蚀而形成芯子图形3，然后在第一包层2上形成如把该芯子图形3覆盖的第二包层4。
(实施例2)
用图9说明其他的实施例。
即接着基板准备工序901、在第一包层形成工序902中把第一包层12形成在基板11上。在芯子层形成工序903中把芯子层15形成在第一包层板2上，接着在保护层工序904中把保护层图形17设置在芯子层15的表面上。接着在芯子腐蚀工序905中干腐蚀芯子层15而形成芯子图形13。在除去保护层工序906中把保护层图形17除去后、在第二包层形成工序907中如把芯子图形13覆盖地在第一包层12上形成第二包层14，这样来形成光波导管。即在实施例2中保护层图形17自身起在干腐蚀时的掩膜作用。
在实施例1和2中，以使用由含有碱元素、碱土元素、或稀土元素等元素的玻璃材料构成的芯子层的光波导管制造方法为例进行了说明。
把芯子层部分用不是玻璃材料的单晶体材料代替时也能得到同样的效果。即把使用由含有碱元素、碱土元素、过渡元素、或稀土元素等元素的单晶体材料构成的芯子层的光波导管、如在图3中所示的从基板准备工序301到除去掩膜工序309那样形成光波导管。
代替如图2所示作为光波导管第二包层4而形成的SiO2等材料、有时把空气看作为第二包层使用。这时不进行除去掩膜工序309或907便可。
即本发明在芯子层的表面设置布了图掩膜或保护层、然后进行干腐蚀而形成芯子图形的光波导管制造方法中，具有在把芯子层进行干腐蚀的工序中不只是腐蚀、而是还含有灰化的特点。这样能把在进行腐蚀时形成的凹凸形状通过灰化减少。作为所述的芯子层可以使用含有碱元素、碱土元素、或稀土元素中至少一种以上元素的玻璃材料。或作为芯子层也可以使用含有碱元素、碱土元素、过渡元素、或稀土元素中至少二种以上元素的单晶体材料。
通过把腐蚀和灰化反复进行、能使凹凸形状较少保持原状地增加腐蚀量。
在把形成了所述芯子层的材料进行腐蚀时，把芯子层的腐蚀率对掩膜或保护层的腐蚀率的比叫做选择比。在所述腐蚀之际通过使用包括CF4、CHF3、或C4F8等的碳氟化合物的气体能把选择比取得比较大。
作为使用的掩膜、通过使用含有钨和硅的材料，也能把选择比取得比较大。
通过使用加入Ar、Kr、Xe等惰性气体的混合气体能把在进行腐蚀时形成的凹凸形状变得更少。而在灰化时通过使用包括氧的气体能把在进行腐蚀时形成的凹凸形状进一步变少。
把含有两种以上元素的材料用于掩膜时通过溅射容易形成掩膜。在用干腐蚀的掩膜形成加工中能形成具有良好形状的掩膜。
作为在真空处理室内的等离子发生源、可使用感应结合方式等离子源、表面波方式等离子源、天线方式等离子源、磁控管方式等离子源、螺旋波方式等离子源、电子回旋加速器共鸣方式等离子源、磁中性线方式等离子源的至少一个。通过使用真空处理室内发生的等离子来进行干腐蚀、能把在进行腐蚀时形成的凹凸形状变少。在干腐蚀中通过使用能进行各向异性腐蚀的反应性离子腐蚀，也能在腐蚀芯子层时得到希望的形状。
通过把掩膜的干腐蚀加工和芯子层的干腐蚀加工在同一个处理室内进行而能连续处理，能提高操作性。
例如在使用含有碱元素、碱土元素、或稀土元素中至少一种以上元素的多成分玻璃，或含有碱元素、碱土元素、过渡元素、或稀土元素中至少二种以上元素的单晶体材料形成的光波导管制造方法中，能把第一包层板、第二包层板、或芯子层的形成利用溅射法来进行。
本发明在芯子层表面设置掩膜或保护层、接着进行干腐蚀并形成芯子图形的光波导管制造方法中，通过干腐蚀不仅是腐蚀、而且包括灰化，能把在进行腐蚀时形成的凹凸形状用灰化变少。
产业上利用的可能性
如以上所述，本发明是在芯子层表面设置掩膜或保护层，接着进行干腐蚀的光波导管制造方法中，所述干腐蚀工序具有腐蚀处理和灰化处理的光波导管制造方法。通过在干腐蚀工序中包括腐蚀处理后的灰化处理、能把在进行腐蚀时形成的凹凸形状用灰化变少。这样就能提供光传递损失少的光波导管。

Claims (22)

1、一种在第一包层上具有芯子的光波导管的制造方法，其特征在于，包括：形成工序，在所述第一包层上形成芯子层；形成掩膜工序，在所述芯子层的表面形成掩膜图形；芯子腐蚀工序，用干腐蚀把所述芯子层进行布图，所述芯子腐蚀工序通过将进行腐蚀工序后再进行灰化工序的处理反复交替进行多次，形成无凹凸形状的芯子图形。
2、如权利要求1所述的光波导管的制造方法，其中，所述芯子腐蚀工序进行二次以上所述腐蚀工序及所述灰化工序，且最后的工序是所述灰化工序。
3、如权利要求1所述的光波导管的制造方法，其中，在所述芯子腐蚀工序之后还有第二包层形成工序，所述第二包层覆盖所述芯子。
4、如权利要求3所述的光波导管的制造方法，其中，所述第二包层形成工序是把SiO2或玻璃材料进行溅射覆盖所述芯子而形成所述第二包层的工序。
5、如权利要求1所述的光波导管的制造方法，其中，所述干腐蚀是反应性离子腐蚀。
6、如权利要求1所述的光波导管的制造方法，其中，所述腐蚀工序是使用包括碳氟化合物的气体来进行的。
7、如权利要求1所述的光波导管的制造方法，其中，所述腐蚀工序是使用包括所述碳氟化合物的气体与惰性气体的混合气体来进行的。
8、如权利要求1所述的光波导管的制造方法，其中，所述灰化工序是使用包括氧的气体来进行的。
9、如权利要求1所述的光波导管的制造方法，其中，所述干腐蚀是使用在真空处理室内发生的等离子来进行的。
10、如权利要求1所述的光波导管的制造方法，其中，所述掩膜是保护膜、金属膜和半导体膜的任一个或二个以上的组合。
11、如权利要求1所述的光波导管的制造方法，其中，所述掩膜是由含有钨和硅的材料所形成。
12、如权利要求1所述的光波导管的制造方法，其中，所述形成掩膜工序具有通过溅射把掩膜层成膜的工序。
13、如权利要求1所述的光波导管的制造方法，其中，所述形成掩膜工序具有把形成的掩膜层通过干腐蚀进行布图的工序。
14、如权利要求13所述的光波导管的制造方法，其中，所述干腐蚀是反应性离子腐蚀。
15、如权利要求13所述的光波导管的制造方法，其中，所述干腐蚀是使用在真空处理室内发生的等离子来进行的。
16、如权利要求13所述的光波导管的制造方法，其中，把所述掩膜层的干腐蚀与所述芯子层的干腐蚀在同一处理室内进行。
17、如权利要求1所述的光波导管的制造方法，其中，把所述芯子层的形成利用溅射来进行。
18、如权利要求1所述的光波导管的制造方法，其中，把所述光波导管形成在基板上，把所述第一包层板用溅射形成在所述基板上。
19、如权利要求1所述的光波导管的制造方法，其中，所述芯子层是含有从碱元素、碱土元素、和稀土元素中选择1种或2种以上元素的玻璃材料。
20、如权利要求1所述的光波导管的制造方法，其中，所述芯子层是含有从碱元素、碱土元素、过渡元素、和稀土元素中选择1种或2种以上元素的单晶体材料。
21、如权利要求15所述的光波导管的制造方法，其中，所述等离子是使用感应结合方式等离子源、表面波方式等离子源、天线方式等离子源、磁控管方式等离子源、螺旋波方式等离子源、电子回旋加速器共鸣方式等离子源、磁中性线方式等离子源的至少一个发生的等离子。
22、如权利要求1所述的光波导管的制造方法，其中，所述芯子层是含有从碱元素、碱土元素以及稀土元素中选择1种或2种以上元素的玻璃材料，所述腐蚀工序使用含所述碳氟化合物的气体与惰性气体的混合气体。
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