CN1469140A - 制造锥形光波导的方法 - Google Patents

Abstract

一种制造锥形光波导的方法，通过该方法，可将不同尺寸的波导彼此光学地连接起来。在这种方法中，通过灰度级掩模在中心层上形成具有倾斜外形的光敏抗蚀剂图案，然后，通过控制光敏抗蚀剂图案的外形和光敏抗蚀剂与中心层之间的蚀刻选择比例，可以精确地控制锥形波导的外形。

Description

制造锥形光波导的方法

技术领域

本发明涉及一种制造光波导的方法，更特别地是涉及一种制造锥形光波导的方法，通过该方法，两个不同尺寸的光波导能光学地连接在一起。

背景技术

在高速光通信网中，波导是集成的光组件中不可缺少的元件。波导应用广泛，其可用于光功率分裂器、光耦合器、光调制器、基于干涉仪的交换机、半导体激光器和用于密集波分多路复用通信的平面设备。

图1是利用了阵列波导光栅的波分多路复用器的示意图。该波导光栅包括输入和输出波导11a和11b、两个平面波导13a和13b、以及一个阵列波导光栅15。在如图1所示的多路复用器中，被虚线围住的部分，也就是一个波导或多个波导的宽度突然改变的部分，必须需要进行一些修改。当具有不同结构的光波导彼此直接地连接在一起时，毗邻的光波导宽度差产生了光损失。在连接点间n个这种突然的改变就会使光信号辐射状发出，而不是通过波导传播。光信号的辐射状发出产生附加的损失和噪声，由此，也在不同的通道间产生了串话干扰。

为了克服上述问题，已经采用了一种锥形波导，其插入在两个不同宽度之间，以便彼此光学地连接在一起。

图2是传统的线性锥形波导的示意图。如图中所示，锥形波导22具有一个从基本波导21的一端到目标波导23的另一端逐渐增加的宽度。但是，为了减小由模式失配而产生的耦合损失，应该同时形成一个水平锥形体和一个垂直锥形体。在传统的形成垂直锥形体的方法中，淀积具有厚度外形(thickness profile)的薄膜，然后利用荫罩(shadow mask)进行蚀刻，由此形成锥形波导。在另一种方法中，通过荫罩蚀刻一具有均匀厚度的薄膜，同时，调整薄膜被蚀刻的深度，以使该薄膜具有一厚度外形，然后，再一次蚀刻具有该厚度外形的薄膜，由此形成锥形波导。但是，在传统的利用荫罩的方法中，由于该荫罩必须放置在基片的上面，因此，很难控制锥形部分的位置、倾斜度、形状等，并且很难大量生产该锥形波导。

根据另一种传统的制造锥形波导的方法，在阶梯式基片上淀积薄膜，然后执行平坦化处理，以使该薄膜具有厚度外形。最后，蚀刻具有厚度外形的薄膜，由此形成锥形波导。但是，在这种方法中，很难控制锥形部分的倾斜度和形状。另外，还必须要进行单独的平坦化处理。

根据另一种传统的制造锥形波导的方法，在形成具有均匀厚度的波导之后，对该波导局部地加热，由此扩大该波导的预定的部分。在这种方法中，不可能在形成波导的过程中进行精确的控制。

在如上述传统的方法中，必须进行复杂的处理，并且在控制锥形外形方面有局限性。此外，很难将这些传统的方法用于波导的大量生产。

发明内容

因此，本发明通过提供一种制造锥形光波导的方法，已经解决了现有技术中存在的上述问题，在该方法中，可以通过简单的制造过程制造在垂直和水平侧视图方向都具有锥形结构的光波导。

因此，本发明提供了一种制造锥形光波导的方法，该方法包括以下步骤：(1)按顺序在基片上形成下包覆层和中心层；(2)通过灰度级掩模在中心层上形成具有倾斜外形的光敏抗蚀剂图案；(3)蚀刻光敏抗蚀剂图案和中心层，以形成侧边外形与要制造的锥形光波导的侧边外形相同的第一锥形中心层；(4)在第一锥形中心层上形成掩模图案，该掩模图案的平面外形与要制造的锥形光波导的平面外形相同；(5)利用作为蚀刻掩模的掩模图案蚀刻第一锥形中心层，由此形成第二锥形中心层；以及，(6)在第二锥形中心层上形成上包覆层。

优选地，在步骤2中，可通过调整灰度级掩模的紫外线透射比来控制光敏抗蚀剂图案的倾斜外形。

更优选地，在步骤3中，可通过调整光敏抗蚀剂和中心层之间的蚀刻选择比例来控制第一锥形中心层侧边外形的倾斜度。

本发明的另一方面提供了一种制造锥形光波导的方法，该方法包括以下步骤：(1)在基片上形成下包覆层；(2)通过灰度级掩模在下包覆层上形成具有倾斜外形的光敏抗蚀剂图案；(3)蚀刻光敏抗蚀剂图案和下包覆层，以形成侧边外形与要制造的锥形光波导的侧边外形相同的锥形下包覆层；(4)在锥形下包覆层上淀积中心层，并使该中心层变平坦，由此形成第一锥形中心层；(5)在第一锥形中心层上形成掩模图案，该掩模图案的平面外形与要制造的锥形光波导的平面外形相同；(6)利用作为蚀刻掩模的掩模图案蚀刻第一锥形中心层，由此形成第二锥形中心层；以及，(7)在第二锥形中心层上形成上包覆层。

附图说明

从下面结合附图的详细描述中，本发明的上述特征和优点将更明显，其中：

图1是根据现有技术的波分多路复用器的示意图；

图2是现有技术锥形波导的示意图；

图3A到3G是示出了根据本发明的一个实施例制造锥形波导的过程的剖视图；

图4是通过如图3A到3G所示的过程制造的锥形光波导的透视图；以及，

图5A到5F是示出了根据本发明的另一个实施例制造锥形波导的方法的剖视图。

具体实施方式

下面，参考附图详细说明本发明优选的实施例。在附图中，虽然示于不同的附图中，但相同的附图标记用于表示相同的或相似的组件。为了清楚和简明，包含在这里的已知的功能和结构的详细描述将被省略，否则它们将使本发明的主题不清楚。

图3A到3G是示出了根据本发明的一个实施例制造锥形波导的过程的剖视图，在这个实施例中，形成了一个在垂直和水平侧视图方向具有倾斜外形的中心层。在本说明书中，“在垂直侧边的锥形”的表述的意思是该外形从侧视图方向看朝向右或朝向左倾斜，同时，“在水平侧边的锥形”的表述的意思是该外形从平面图方向看朝向右或朝向左倾斜。

首先，如图3A所示，下包覆层32和中心层33按顺序淀积于基片31上。之后，如图3B所示，光敏抗蚀剂34被施加到中心层33上，然后被暴露给通过灰度级掩模100的光。这里，通过逐渐地增加或减小灰度级掩模100的紫外线透射比，可得到具有想要形状的光敏抗蚀剂外形。

图3C示出了如上所述已经形成了光敏抗蚀剂图案34’的情况。通过控制光敏抗蚀剂的曝光程度和持续时间，可以改变光敏抗蚀剂的深度，从而形成锥形的外形。

接下来，如图3D所示，通过干蚀刻光敏抗蚀剂图案34’和中心层33，形成了具有倾斜外形的中心层33’。所以，光敏抗蚀剂图案34’的形状就转录到中心层上。注意，该转录改变的程度根据光敏抗蚀剂和中心层之间的蚀刻选择比例而改变。例如，当光敏抗蚀剂和中心层之间的蚀刻选择比例是1∶1时，光敏抗蚀剂图案34’的外形完整地转录到中心层33上。因此，为了得到具有所需外形的中心层，必须同时考虑光敏抗蚀剂图案34’的外形和蚀刻选择比例。

之后，如图3E所示，光敏抗蚀剂施加到中心层33’上，该中心层33’当从垂直侧边看时其已是锥形，然后，执行普通的光刻法，由此，形成了光敏抗蚀剂掩模图案35，用于形成从水平侧视图看是锥形的光波导。

图3F是图3E中所示的叠片结构的平面图，其中，当从水平侧边看时，用于形成光波导的光敏抗蚀剂掩模图案35的形状已经成锥形。

最后，如图3G所示，通过利用光敏抗蚀剂掩模图案35作为掩模，在光敏抗蚀剂掩模图案35的下面蚀刻中心层33’，形成了波导33”，然后，将上包覆层36淀积于波导33”的上面。所以，光敏抗蚀剂掩模图案35起蚀刻掩模的作用。需要时，可以使用硬蚀刻掩模。也就是说，一个可起到硬掩模作用的金属或无机材料，在施加用于形成掩模图案的光敏抗蚀剂之前，被淀积于中心层上，然后通过光刻法在已淀积的金属或无机材料上形成光敏抗蚀剂掩模图案35。然后，利用用上述方法形成的光敏抗蚀剂掩模图案蚀刻已淀积的金属或无机材料，由此形成硬掩模图案。该硬掩模图案可以在蚀刻中心层时作为蚀刻掩模使用。

图4是在通过如图3A到3G所示的过程形成的下包覆层上的中心层的透视图，其在垂直侧视图(在侧面上看)和水平侧视图(在平面上看)方向上都是锥形的。

图5A到5F是示出了根据本发明的另一个实施例制造锥形波导的过程的剖视图，其中，通过在下包覆层上形成倾斜外形可制造锥形波导。

首先，下包覆层52被淀积于基片51上，如图5A所示。

之后，如图5B所示，把光敏抗蚀剂54施加到下包覆层52上，然后被暴露给通过灰度级掩模100的光。在这种情况下，通过逐渐地增加或减小灰度级掩模100的紫外线透射比，可得到具有想要形状的光敏抗蚀剂外形。

图5C示出了通过利用灰度级掩模100曝光和显影光敏抗蚀剂54来形成光敏抗蚀剂图案54’的情况。通过控制光敏抗蚀剂的曝光程度，可以改变光敏抗蚀剂的深度，使得可得到锥形的外形。

之后，如图5D所示，通过利用作为蚀刻掩模的光敏抗蚀剂图案54’来干蚀刻下包覆层52，形成了具有倾斜外形的下包覆层52’。所以，光敏抗蚀剂图案54’的形状就转录到下包覆层上。注意，该转录改变的程度根据光敏抗蚀剂和下包覆层之间的蚀刻选择比例而改变。当光敏抗蚀剂和下包覆层之间的蚀刻选择比例是1∶1时，光敏抗蚀剂图案54’的外形完整地转录到下包覆层上。因此，为了得到具有所需外形的下包覆层，必须同时考虑光敏抗蚀剂图案54’的外形和蚀刻选择比例。

之后，如图5E所示，中心层53置于具有倾斜外形的下包覆层52’之上，然后，已淀积的中心层53通过平坦化步骤被弄平。

最后，如图5F所示，通过蚀刻中心层，形成了波导53”，然后，把上包覆层56淀积于波导53”之上。所以，可以利用从水平侧边看具有倾斜外形的光敏抗蚀剂掩模图案或像现有实施方式那样以相似的方式利用硬蚀刻掩模来蚀刻中心层。

如上所述，在根据本发明的方法中，利用灰度级掩模制造锥形波导，也就是具有倾斜外形的波导，该制造过程相对地简化了，并且可精确地控制波导的形状。因此，根据本发明的方法可显著地减少由于光纤、合成光半导体装置和石英基片光集成电路之间光点直径失配而产生的耦合损失。

尽管本发明已经参考上述特定的优选实施例进行了描述，但是本领域的技术人员可以理解的是，在不脱离由所附的权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可在形式和细节上进行各种各样的改变。

Claims (6)

1.一种制造锥形光波导的方法，该方法包括以下步骤：

(1)在基片上形成下包覆层和中心层；

(2)通过灰度级掩模将光暴露在中心层上，以在中心层上形成具有倾斜外形的光敏抗蚀剂图案；

(3)蚀刻光敏抗蚀剂图案和中心层，以形成第一锥形中心层；

(4)在第一锥形中心层上形成掩模图案；

(5)利用作为蚀刻掩模的掩模图案蚀刻第一锥形中心层，由此形成第二锥形中心层；以及，

(6)在第二锥形中心层上形成上包覆层。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过灰度级掩模调整紫外线透射比，可以控制光敏抗蚀剂图案的倾斜外形。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过调整光敏抗蚀剂和中心层之间的蚀刻选择比例，可以控制第一锥形中心层侧边外形的倾斜度。

4.一种制造锥形光波导的方法，该方法包括以下步骤：

(1)在基片上形成下包覆层；

(2)通过灰度级掩模暴露光，以在下包覆层上形成具有倾斜外形的光敏抗蚀剂图案；

(3)蚀刻光敏抗蚀剂图案和下包覆层，形成锥形下包覆层；

(4)在锥形下包覆层上淀积中心层，并使该中心层变平，由此形成第一锥形中心层；

(5)在第一锥形中心层上形成掩模图案；

(6)利用作为蚀刻掩模的掩模图案蚀刻第一锥形中心层，由此形成第二锥形中心层；以及，

(7)在第二锥形中心层上形成上包覆层。

5.如权利要求4所述的方法，其中，通过灰度级掩模调整紫外线透射比，可以控制光敏抗蚀剂图案的倾斜外形。

6.如权利要求4所述的方法，其中，通过调整光敏抗蚀剂和下包覆层之间的蚀刻选择比例，可以控制锥形下包覆层侧边外形的倾斜度。

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