[发明专利]一种用于离子交换的玻璃基材的掩膜工艺

说明书

技术领域

本发明涉及掩膜工艺，尤其涉及用于离子交换的玻璃基材的掩膜工艺及相关掩膜材料的选择。

背景技术

光纤通信技术是当今信息社会信息传送的支撑技术。无源光网络是解决光纤到户的主流技术，发展迅速。这其中对无源光分路器提出了巨大需求。平面集成光路(PLC)技术是制备光分路器的主流技术，而玻璃基离子交换PLC技术具有器件性能优、制备成本低等优势。在玻璃基离子交换PLC技术中，用于离子交换的玻璃基材的掩膜工艺是其中的基本工艺，它要求在满足成膜方便、制备简单的基本掩膜工艺要求基础上，更是要求能够满足玻璃基离子交换的特殊要求，这包括能够适应离子交换的工艺温度、能够耐受离子交换的熔盐(即不会与熔盐发生反应)、不会与玻璃材料发生反应、能够容易地从玻璃基材上去除。用于玻璃基材的传统掩膜材料是金属铝，具有易成膜、易腐蚀等特点，但研究中发现，金属铝膜作为掩膜材料，会与熔盐和玻璃基材发生反应，导致掩膜形成的图形边缘偏移，或是在边缘附近的玻璃表层置换出金属银，形成“银线”，这最终导致PLC玻璃光波导损耗上升、制备重复性差等问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种损耗低、重复性好的用于离子交换的玻璃基材的掩膜工艺。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于离子交换的玻璃基材的掩膜工艺，主要工艺步骤包括：(一)玻璃基材表面清洗；(二)掩膜材料成膜；(三)图形转移；其特征在于，所用的掩膜材料为与熔融银盐和玻璃基材不发生反应的介质材料或者金属材料或者聚合物材料。

所述的介质材料为Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂、CuO、TiO₂、SiN中的一种或几种的混合。

所述的介质材料用作掩膜材料成膜采用电子束热蒸发沉积、或者溅射沉积、或者化学汽相沉积、或者Sol-Gel旋涂；掩膜材料成膜所得掩膜的厚度为50nm-1μm，图形转移时，对掩膜材料进行刻蚀采用湿法腐蚀或者干法刻蚀方法。

所述的金属材料为Au、Ag、Pt、Ti中的一种或几种的混合。

所述的金属材料用作掩膜材料成膜采用电子束热蒸发沉积、或者溅射沉积、或者化学汽相沉积；掩膜材料成膜所得掩膜的厚度为50nm-1μm，图形转移时，对掩膜材料进行刻蚀采用湿法腐蚀或者干法刻蚀方法。

所述的聚合物材料为聚酰亚胺及其衍生材料。

所述的聚合物材料用作掩膜材料成膜采用旋涂成膜、或者化学汽相沉积；掩膜材料成膜所得掩膜的厚度为50nm-1μm，图形转移时，对掩膜材料进行刻蚀采用光敏曝光显影方法或者干法刻蚀方法。

与现有技术相比，采用本发明用于离子交换的玻璃基材的掩膜工艺，可以避免掩膜与离子交换熔盐和玻璃基材的反应，在离子交换过程中可以制备出低损耗的离子交换光波导和PLC光分路器。

附图说明

图1为本发明实施例1的基于光刻和刻蚀的用于离子交换的玻璃基材的掩膜工艺；

图2为本发明实施例2的基于光刻和剥离的用于离子交换的玻璃基材的掩膜工艺；

图3为本发明所涉及的离子交换工艺装置；

图4为基于本发明的掩膜工艺所制备出的PLC玻璃基波导芯片。

图中：11为玻璃基材、12为掩膜材料、13为光刻胶、14为光刻版、21为带掩膜的玻璃基材、22为离子交换用熔盐、23为离子交换容器、31为离子交换后的玻璃基材、32为玻璃基材中的光波导。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示，一种用于离子交换的玻璃基材的掩膜工艺，从(a)到(f)的过程为掩膜材料的沉积生长、形成的掩膜材料薄膜、完成光刻胶旋涂后的玻璃基材、掩膜材料表面的光刻、掩膜材料表面光刻后的玻璃基材、利用光刻胶掩膜刻蚀后的制备出用于离子交换的玻璃基材的掩膜。在完成对玻璃基材11表面的清洗后，采用LPCVD的方法，在玻璃基材表面沉积生长300nm厚(要能够足以阻挡离子交换熔盐直接透过薄膜到达玻璃基材表面，典型值)的SiN薄膜12；在玻璃基材的SiN薄膜表面旋涂光刻胶13，用光刻版14进行光刻获得带有光刻胶窗口的图案，形成光刻胶掩膜；在对光刻后的玻璃基材进行坚膜后，利用光刻胶掩膜，对SiN薄膜进行干法刻蚀，完成带有离子交换窗口的SiN薄膜掩膜图案形成，获得用于离子交换的玻璃基材表面的SiN掩膜。