專利名稱：在玻璃膜上形成高高寬比圖案的方法
發(fā)明的背景1.發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及在基片上形成玻璃圖案。更具體地說，本發(fā)明涉及形成精確玻璃薄膜圖案用于平面光學(xué)器件。
2.技術(shù)背景在平面光學(xué)器件、半導(dǎo)體介電層、等離子體尋址光電顯示板(常稱為PALC顯示裝置)的阻擋結(jié)構(gòu)、生物化學(xué)傳感器和其他裝置中采用包含帶圖案玻璃膜的結(jié)構(gòu)。缺乏各向異性的蝕刻難以形成帶圖案的玻璃薄膜結(jié)構(gòu)。例如，與光纖技術(shù)相容的平面光學(xué)結(jié)構(gòu)需要沉積厚度均勻并且相對較厚(例如約5-8微米)的膜并形成膜圖案，它具有精確限定的側(cè)壁圖形以形成平面波導(dǎo)。目前，常用干蝕刻或離子交換形成平面光學(xué)器件的圖案。干蝕刻速度緩慢并且昂貴，使用離子交換技術(shù)制得的波導(dǎo)在形狀上通常是各向異性的，形成光偏振。
能用化學(xué)加工法加工含有成核劑(例如Ag和CeO2)和敏化劑(例如F)的光敏硅酸鋰、硅酸鋇和硅酸鋰鋇玻璃的玻璃結(jié)構(gòu)。用紫外光、X-射線或電子束照射產(chǎn)生貴金屬晶核，經(jīng)熱處理后它可作為針狀二硅酸鋰或二硅酸鋇晶體的取向附生位。對于硅酸鋰，可以用化學(xué)加工法制得高度各向異性的結(jié)構(gòu)，因為與剩余的玻璃相比，晶相玻璃在稀HF中的蝕刻速度高10-50倍。但是，在光敏玻璃中形成圖案的常規(guī)技術(shù)不適合形成平面用途中的亞微米級圖案，因為在最長的方向二硅酸鋰或二硅酸鋇的尺寸通常約為5微米。
因此，需要相對容易和便宜的技術(shù)，用于形成具有亞微米特征的帶圖案玻璃膜。
發(fā)明的概述本發(fā)明提供一種相對容易和相對價廉的方法，用于精確形成具有亞微米尺寸特征的帶圖案的玻璃膜，并提供制得的產(chǎn)品。
本發(fā)明在基片上形成玻璃圖案的方法包括如下步驟在基片上沉積一層可結(jié)晶的玻璃，在所述可結(jié)晶玻璃的主平面上形成含成核劑的帶圖案的晶種層?？上仍诨闲纬伤鰩D案的晶種層，隨后在該帶圖案的晶種層上和未被帶圖案的晶種層覆蓋的露出基片部分上沉積可結(jié)晶的玻璃層?；蛘?，先在基片上沉積可結(jié)晶的玻璃層，隨后在該可結(jié)晶的玻璃層上形成帶圖案的晶種層。隨后，對帶圖案的晶種層和可結(jié)晶的玻璃層進行熱處理，將可結(jié)晶的玻璃層的選定部分轉(zhuǎn)化成晶體材料。轉(zhuǎn)化成晶體材料的可結(jié)晶玻璃層的選定部分與晶種層的圖案相一致。最后，蝕刻晶體材料，形成所需的玻璃圖案。
下面的詳細描述給出了本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)下列說明書的描述并結(jié)合權(quán)利要求書和附圖或者通過實施本發(fā)明可容易地理解本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點。
應(yīng)理解上述描述僅用于舉例說明本發(fā)明，用于總體上理解權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的性能和特征。附圖用于進一步理解本發(fā)明并插入本說明書作為其一部分。


本發(fā)明的各種性能和實例，它與

一起用于說明本發(fā)明的原理和操作。
附圖簡述圖1A-1J示意性地說明本發(fā)明用于在基片上形成帶圖案玻璃層(具體為形成用于光學(xué)器件的帶圖案的波導(dǎo)纖芯)方法的一個實例在各個階段形成的結(jié)構(gòu)。
圖2A-2G示意性地說明本發(fā)明用于在基片上形成帶圖案玻璃層(具體為形成用于光學(xué)器件的帶圖案的波導(dǎo)纖芯)方法的另一個實例在各個階段形成的結(jié)構(gòu)。
如圖1A所示，第一步提供基片10?；?0可以是半導(dǎo)體(如單晶硅)、陶瓷或玻璃。但是權(quán)利要求書中使用的術(shù)語“基片”一般包括一種固體材料，在它的一個表面上可用本發(fā)明方法形成帶圖案的玻璃層。
下一步是在基片10的一個主表面11上施加一層內(nèi)包玻璃層12。形成的結(jié)構(gòu)如圖1B所示。舉例來說，對于硅基片，內(nèi)包層12可以是在高壓和高溫下在將基片置于氧氣中的同時施涂的高石英玻璃。內(nèi)包層12的合適厚度約為10-20微米?？蓪⒁粚优c層12相同的玻璃施加在基片10上與施加有層12的表面相反的主表面上，以防止熱失配造成的基片翹曲。內(nèi)包層12的熱膨脹系數(shù)約等于或小于基片的熱膨脹系數(shù)時較好。選擇內(nèi)包層12時，應(yīng)使其折射率小于用作波導(dǎo)纖芯材料的折射率。通常，內(nèi)包層材料的折射率比波導(dǎo)纖芯材料的折射率低約0.5-1％。用于將內(nèi)包層12沉積在基片10上的其他已知技術(shù)包括等離子體增強的化學(xué)氣相沉積(PECVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、常壓化學(xué)氣相沉積(APCVD)和火焰水解沉積(FHD)和物理氣相沉積(PVD)。
或者，基片10本身也可包括內(nèi)包層玻璃，此時無需內(nèi)包層沉積步驟。
在本發(fā)明的本實例中，下一步是在內(nèi)包層12的表面13上沉積一層可熱結(jié)晶的玻璃層14。形成的結(jié)構(gòu)如圖1C所示?？蔁峤Y(jié)晶的玻璃包括稱為光敏玻璃、光敏陶瓷和光敏不透明(opacifible)玻璃的材料?？晒鉄峤Y(jié)晶的材料有依次經(jīng)紫外輻照和熱處理后會原位生長晶體的玻璃和陶瓷材料。長成的晶體在氫氟酸中的溶解度遠高于生長晶體的玻璃的溶解度。合適的可結(jié)晶玻璃的例子包括硅酸鋰、硅酸鋇和硅酸鋰鋇玻璃。市售的光敏玻璃和陶瓷材料的例子包括康寧公司制造的商標(biāo)為FOTOFORM和FOTOCERAM的材料。光敏玻璃和陶瓷(例如市售的材料)適用于本發(fā)明的某些實例。但是，在本發(fā)明的某些實例中，較好的可熱結(jié)晶玻璃材料是與市售的可光熱結(jié)晶的玻璃相似但是不含成核劑(例如Ag或CeO2)的材料。使用可熱結(jié)晶但不能光熱結(jié)晶的玻璃能使該可熱結(jié)晶的玻璃從平的主表面上定向生長晶體，晶體生長方向為可熱結(jié)晶玻璃層的厚度方向。
沉積在基片10或內(nèi)包層12上的可光熱結(jié)晶玻璃層可具有適合波導(dǎo)纖芯的任何厚度。通常，層14的厚度約為3-10微米，約5-7微米更好。波導(dǎo)纖芯的合適厚度取決于包層和波導(dǎo)纖芯層的折射率。一般來說，當(dāng)波導(dǎo)纖芯層和包層的折射率差下降時，需要較厚的波導(dǎo)纖芯層。對于通訊用途，波導(dǎo)纖芯層的厚度(從而使可熱結(jié)晶的玻璃層14的厚度)約等于光纖的典型直徑(例如6.0-6.5微米)。一般可使用任何已知的方法(該方法可用于將內(nèi)包層12沉積在基片10上，例如PECVD、LPCVD、APCVD、FHD或PVD)將可熱結(jié)晶的玻璃層14施加在基片10或內(nèi)包層12上。
下一步在層14的表面15上施加光刻膠材料的臨近層16。形成的結(jié)構(gòu)如圖1D所示。光刻膠材料可以是正光刻膠材料或負光刻膠材料。正光刻膠材料是輻照后可溶的材料，從而僅僅光刻膠材料的受照部分可用溶劑除去。負光刻膠材料以相反的方式發(fā)揮作用。
適用于本發(fā)明目的的正光刻膠包括含有在一種成膜聚合物粘合劑中的光敏化合物的雙組分體系，受輻照后該光敏組分發(fā)生光化學(xué)變化。在雙組分光刻膠體系中最常用的光敏化合物是由二疊氮化鄰苯醌磺酸和羧酸(尤其是二疊氮化萘醌的磺酸酯)制得的酯和酰胺。這些酯和酰胺是已知的并見述于文獻中。
作為正光刻膠與二疊氮化鄰苯醌一起使用的最常用的聚合物粘合劑是堿溶性酚醛樹脂(稱為酚醛清漆樹脂)。另一類與二疊氮化鄰苯醌一起使用的粘合劑是乙烯基苯酚的均聚物和共聚物。
雙組分體系的一個具體例子是酚醛清漆樹脂和二疊氮化萘醌化合物的混合物，其中二疊氮化萘醌化合物控制酚醛清漆樹脂的堿溶性。光照后，二疊氮化萘醌化合物變成茚基羧酸，并失去對堿溶性的控制。結(jié)果，曝光區(qū)的光刻膠具有在顯影劑(如堿性水溶液)中的溶解性。許多市售的這種類型的正光刻膠是眾所周知的。
單組分光刻膠包括發(fā)生斷鏈的聚合物。一個例子是使用聚戊酰亞胺聚合物作為粘合劑的光刻膠。另一種已知的光刻膠使用聚甲基丙烯酸甲酯作為單組分體系。作為單組分正光刻膠的聚酯和聚酮也是已知的。
適用于本發(fā)明的其他正光刻膠包括分子中具有成鹽基團(如胺或羧基、磺酸或磷酸基團)的可電極沉積的光刻膠。具體例子包括聚氧亞甲基聚合物、鄰硝基甲醇酯、鄰硝基苯基乙縮醛、其聚酯和封端衍生物，二疊氮苯醌磺酸酯和二疊氮萘醌磺酸酯。
負光刻膠包括光致聚合型和光致交聯(lián)型光刻膠。光致交聯(lián)型光刻膠受照后發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，變得不溶于有機溶劑或堿性水溶液。這種類型的負光刻膠的例子包括含環(huán)化橡膠作為高分子量組分和少量芳香二疊氮化化合物作為光交聯(lián)劑的環(huán)化橡膠/二疊氮化體系，和含堿溶性酚醛樹脂和芳香疊氮化合物的酚醛樹脂/疊氮化物體系。
可使用常規(guī)技術(shù)(如旋轉(zhuǎn)涂覆)施涂光刻膠層16。在將光刻膠層16施涂在可熱結(jié)晶的玻璃層14上以后，根據(jù)本領(lǐng)域已知的方法干燥光刻膠層16。
在形成干的光刻膠層16以后，下一步包括對干的光刻膠層成像。成像包括透過具有所需圖案的掩模用光化輻照源照射光刻膠層16。所需的輻照劑量取決于使用的光刻膠。用于使光刻膠層16成像的光線波長約為200-600nm。合適的光化輻照源包括碳弧、汞蒸氣弧、帶有發(fā)射紫外光的磷光體的熒光燈、氬光和氙光燈、鎢燈、照相泛光燈等。其中最合適的是汞蒸氣燈，尤其是太陽燈、熒光太陽燈和金屬鹵化物燈。曝光所需的時間取決于各種因素，舉例來說，包括使用的各種化合物、在組合物中這些化合物的比例、光源的種類及其與組合物的距離。熟悉光照相技術(shù)的技術(shù)人員可容易地決定合適的時間。
下一步包括對經(jīng)曝光的光刻膠進行顯影。如本領(lǐng)域已知的那樣，顯影步驟的目的是以比背景部分更快的速率并以可復(fù)現(xiàn)和受控的方式除去曝過光的光刻膠層16上經(jīng)曝光的光刻膠(正光刻膠)或未經(jīng)曝光的區(qū)域(負光刻膠)。這可通過將光刻膠涂層與顯影劑接觸來完成。顯影步驟和顯影劑組合物可參見Semiconductor Lithography，Principles，Practices and Materials，PlenumPress，New York，第10章，1988。以重氮萘醌-酚醛清漆樹脂正光刻膠為例，顯影是將其與堿性顯影劑水溶液(如堿金屬氫氧化物溶液或季銨鹽氫氧化物溶液)接觸而完成的。要求顯影劑的強度和顯影時間能夠除去(顯影)光刻膠層16的露出部分，形成所需的圖案。
根據(jù)具體使用的負光刻膠，用于負光刻膠的顯影劑包括水、甲醇、異丙醇、丙三醇、雙丙酮醇等。如本領(lǐng)域已知的那樣，特定的光刻膠體系使用特定的顯影劑。光刻膠顯影后，如圖1E所示留下帶圖案的光刻膠層。該帶圖案的光刻膠復(fù)制具有所需圖案的玻璃用于隨后形成的波導(dǎo)纖芯。
下一步是在帶圖案的光刻膠層16和從該帶圖案的光刻膠層16露出的可熱結(jié)晶玻璃層14的表面15上沉積一層晶種層18。形成的結(jié)構(gòu)(如圖1F所示)包括僅與從帶圖案的光刻膠層16露出的可熱結(jié)晶玻璃層14部分接觸的帶圖案的晶種層18。所述晶種層18包括成核劑。這里所用的術(shù)語“成核劑”是指一種材料，在適當(dāng)熱處理下它能促進晶核的形成和隨后在可熱結(jié)晶玻璃中晶體的生長。因此，這里所用的術(shù)語“成核劑”包括光敏金屬，如金、銀和銅，它們在紫外光輻照時在受照區(qū)形成結(jié)晶中心，在隨后的熱處理過程中該結(jié)晶中心形成晶核并在可熱結(jié)晶的玻璃中生長晶體。該術(shù)語還包括膠體顆粒(即粒徑在約1nm至1微米的顆粒)，例如二氧化鈦(TiO2)膠體顆粒。
晶種層18可用已知的方法(例如PECVD、LPCVD、APCVD、FHD或PVD)以膠體顆粒狀直接沉積在可熱結(jié)晶層14的露出表面15上，有時偶爾也沉積在帶圖案的光刻膠材料16上。
在晶種層18沉積在可熱結(jié)晶的玻璃層14的露出表面15上以及偶爾沉積在帶圖案的光刻膠層16上以后，用光刻膠清除劑除去帶圖案的光刻膠層16，所述清除劑能溶解光刻膠或者從可熱結(jié)晶的玻璃層14上剝離光刻膠，但是基本不能從可熱結(jié)晶的玻璃層14的表面上溶解或剝離晶種層18。可用于除去正光刻膠的光刻膠清除劑包括含水溶性溶劑(例如N-甲基-2-吡咯烷酮)的堿性水溶液，或者堿(如氫氧化鉀或氫氧化鈉)的水溶液。還可用有機溶劑(例如丙酮或甲乙酮)除去正的光刻膠層。用于除去正光刻膠的其他已知的清除組合物包括如美國專利3,871,929所述的含苯酚和線型烷基苯磺酸的組合物，其他已知的有機清除組合物如美國專利4,165,295所述含有式RSO3H的有機磺酸，其中R是有機基團。顯影后除去光刻膠的步驟可在進一步光化輻照后實施或者無需這種進一步光化輻照就實施。除去步驟可采用與顯影步驟相同的溶劑或溶液，或者更活潑的溶劑，或者更濃的溶液，或者可延長清除介質(zhì)與光刻膠的接觸時間，以確保完全除去光刻膠。進行進一步非成像輻照的優(yōu)點在于可采用更溫和的條件來除去光刻膠，從而減少帶圖案的晶種層18受損的風(fēng)險。同樣，對于負光刻膠，可用有機溶劑(如丙酮或甲乙酮)處理，從玻璃層14上除去發(fā)生了光致交聯(lián)或光致聚合的多余光刻膠材料。
除去光刻膠材料后，如圖1G所示，在可熱結(jié)晶的玻璃層14的上表面留下了帶圖案的晶種層18。如下所述，被帶圖案的晶種層18覆蓋的部分可熱結(jié)晶的玻璃層14將轉(zhuǎn)變成晶體材料，而未被帶圖案的晶種層18覆蓋的剩余部分將在熱處理過程中和熱處理后保持玻璃狀態(tài)。
在將晶種層18沉積在可熱處理的玻璃層14的露出表面15上以后，處理該晶種層以引發(fā)成核。它涉及將晶種層18置于紫外光下輻照(成核劑是光敏金屬，例如金、銀或銅的情況)，或者涉及將引發(fā)劑(例如膠體氧化鈦)加熱至足以引發(fā)成核的溫度。作為一個具體的例子，合適的晶種層可由可光熱結(jié)晶的玻璃(例如市售的FOTOFORM玻璃)組成。
接著通過適當(dāng)?shù)臒崽幚恚龠M沿可熱結(jié)晶玻璃層14的定向晶體生長(沿著晶種層18至層14的厚度方向)。一般來說，通過加熱由基片10、內(nèi)包層12、層14、帶圖案的光刻膠層16和晶種層18組成的復(fù)合材料，可實現(xiàn)由晶種層18和層14之間界面上的表面成核引發(fā)的高定向晶體生長，加熱的溫度一般在比玻璃層14的軟化點(約600℃)低約100℃至比該軟化點高約50℃的范圍內(nèi)。加熱時間約5分鐘至約6小時，取決于材料的處理溫度。盡管宜采用較高的溫度以縮短熱處理的時間，但是需要較低的溫度以減少層14中的無規(guī)成核和有機層14中的無規(guī)定向晶體生長。合適的熱處理取決于具體使用的材料并可用常規(guī)方法決定。
在熱處理過程中，層14上與晶種層18接觸的部分將形成高度定向的針狀晶體，其長度方向定向于層14的厚度方向并且晶體長度方向的橫向尺寸為亞微米級，其余部分保持玻璃態(tài)。因此，熱處理后，可熱結(jié)晶的玻璃層14將轉(zhuǎn)化成包括玻璃圖案的層，例如，它可包括一個或多個被結(jié)晶材料22包圍的波導(dǎo)纖芯20(參見圖1H)。
熱處理步驟完成并且可熱結(jié)晶的玻璃層14的所需部分結(jié)晶后，將包括帶圖案的玻璃20和周圍結(jié)晶部分22的層14置于蝕刻劑中來除去結(jié)晶部分。合適的且最好的蝕刻劑是氫氟酸(HF)。由于在氫氟酸中，晶體材料22的溶解度比帶圖案的玻璃部分20高數(shù)倍，因此可完全除去晶體部分22而帶圖案的玻璃部分20基本不受影響，或者僅受很小影響。結(jié)果，可使用上述方法形成非常精確的玻璃圖案20，其側(cè)壁基本垂直于內(nèi)包層12的主平面B(例如，側(cè)壁角與內(nèi)包層12的露出主平面13的直角相差約小于4°)。
得到的形成于內(nèi)包層12(它附著在基片10上)上的帶圖案的玻璃結(jié)構(gòu)20如圖1I所示。帶圖案玻璃20的最小特征尺寸在亞微米范圍內(nèi)。因此，本方法相對容易實施，并能便宜地制造精確限定的亞微米級玻璃圖案，它可非常有利地用于制造光學(xué)器件中的波導(dǎo)纖芯圖案。
在如上所述制得帶圖案的玻璃20以后，將外包層24沉積在帶圖案的玻璃層20上以及內(nèi)包層12的表面13上，從而使由帶圖案的玻璃部分20確定的波導(dǎo)纖芯完全被包層材料所圍繞，即內(nèi)包層12和外包層24一起完全包封帶圖案的玻璃部分20。為了使帶圖案的玻璃部分20能夠用作波導(dǎo)纖芯，內(nèi)包層12和外包層24的折射率必須小于帶圖案的玻璃部分20的折射率。外包層24的折射率與內(nèi)包層12的折射率可相同，也可不同。通常，內(nèi)包層和外包層的折射率各自比波導(dǎo)纖芯的折射率低約0.5-1％。與內(nèi)包層不同，由于外包層不經(jīng)受熱處理可熱結(jié)晶玻璃層14的過程中使用的高溫，因此外包層可由各種材料組成。例如，外包層24可包括玻璃材料、聚合物材料、溶膠-凝膠材料、或溶膠-凝膠混合材料?？刹捎萌魏魏线m的方式(例如PECVD、LPCVD、APCVD、FHD或PVD)施加玻璃外包層。可采用流延技術(shù)、旋轉(zhuǎn)涂覆、蘸涂或其他合適的技術(shù)施加溶膠-凝膠、溶膠-凝膠混合物或聚合物外包層。形成的光學(xué)器件包括波導(dǎo)22、外包層24、內(nèi)包層12和基片10，如圖1J所示。
除了可以使用負光刻膠或正光刻膠以外，還可使用圖像翻轉(zhuǎn)或“提升”技術(shù)。舉例來說，這種技術(shù)可參見美國專利5,858,824。
制備圖1J所示光學(xué)器件的另一種方法總體上示于圖2A-2G。根據(jù)這種方法，一層相鄰晶種層18如上所述直接沉積在如1B所示的結(jié)構(gòu)的內(nèi)包層12的表面13上，得到如圖2A所示的結(jié)構(gòu)。隨后，將相鄰的光刻膠層16沉積在晶種層18的表面19上，得到如圖2B所示的結(jié)構(gòu)。接著，如圖1A-AJ的實例所述對光刻膠層16進行輻照和顯影，得到如圖2C所示的帶圖案的光刻膠層，該帶圖案的光刻膠層是所需玻璃圖案的負復(fù)制品。隨后，蝕刻除去從帶圖案的光刻膠層16露出的晶種層18的表面19，例如用等離子體蝕刻技術(shù)除去層18的露出部分，形成如圖2D所示包括基片10、內(nèi)包層12、帶圖案的晶種層18和帶圖案的光刻膠層16的結(jié)構(gòu)。
接著，使用上面所述常規(guī)光刻膠清除劑除去光刻膠層16，得到如圖2E所示包括帶圖案的晶種層(它是所需玻璃圖案的負復(fù)制品)的結(jié)構(gòu)。接著，在圖2E所示結(jié)構(gòu)上沉積可熱結(jié)晶的玻璃層14得到圖2F所示的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中部分可熱結(jié)晶層14與帶圖案的晶種層18接觸，其他部分可熱結(jié)晶的玻璃層14不與晶種層18接觸。對圖2F所示結(jié)構(gòu)，熱處理可結(jié)晶的玻璃層14，以便沿從晶種層至可熱結(jié)晶層的厚度方向高定向地生長晶體，形成圖2G所示包括被結(jié)晶部分22圍繞的帶圖案玻璃20的結(jié)構(gòu)。帶圖案玻璃相當(dāng)于從包層12上蝕刻除去晶種層18部分后留下的圖案。
圖2G所示結(jié)構(gòu)的結(jié)晶部分22可如上所述通過蝕刻(例如用氫氟酸)除去得到與圖1I所示結(jié)構(gòu)基本相同的結(jié)構(gòu)。隨后，可在帶圖案的玻璃上沉積外包層24，得到結(jié)構(gòu)與圖1J基本相同的光學(xué)器件。
根據(jù)本發(fā)明方法，晶種層18是相對薄的膜，含有光-熱成核劑或熱成核劑。例如可使用市售可光熱結(jié)晶的玻璃材料(如FOTOFORM)形成晶種層18，所述玻璃材料可使用諸如化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積技術(shù)施涂，隨后將該可光熱結(jié)晶的玻璃置于紫外輻照下，并熱處理該材料以便形成晶核并在晶種層和可熱結(jié)晶的玻璃層14的界面上引發(fā)晶體生長。在某些情況下，需要使用加熱程序，此時將晶種層18和可結(jié)晶的玻璃層14在相對高的溫度(例如大致為可熱結(jié)晶的玻璃的軟化溫度)加熱，加熱時間足以在晶種層引發(fā)成核，隨后在相對低的溫度(例如比可熱結(jié)晶的玻璃的軟化溫度低約50-100℃的溫度)下熱處理，它可促進晶體生長但可抑制進一步形成晶核。結(jié)果是由可熱結(jié)晶的玻璃層生長出高定向的針狀晶體，該晶體在晶體生長方向(即可熱結(jié)晶的玻璃層14的厚度方向)的橫向最大尺寸在亞微米范圍內(nèi)。由于帶圖案玻璃的最小特征尺寸受到層14中形成的晶體最大橫向尺寸的控制，因此形成的帶圖案玻璃20的最小特征尺寸也在亞微米范圍內(nèi)。本發(fā)明采用受控表面成核的方法，可將它用于制造具有高高寬比(即高度與寬度之比如波導(dǎo)纖芯的高寬比)的帶圖案的玻璃20。
晶種層18也可用諸如化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積技術(shù)在層14的表面上均勻沉積膠體顆粒，或者沉積含有金屬氧化物(例如TiO2)的水溶液而制得，如上所述，所述金屬氧化物沉淀形成金屬氧化物薄膜。
對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不偏離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明精神或范圍的情況下，可以對本文所述的本發(fā)明較好實例進行各種改進是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種在基片上形成帶圖案的玻璃層的方法，它包括如下步驟在基片上沉積一層可熱結(jié)晶的玻璃層；形成一晶種材料的圖案，所述晶種材料包括成核劑并位于與所述可熱結(jié)晶的玻璃層表面相鄰處；在所述晶種材料中引發(fā)晶體成核過程；對所述晶種材料和可熱結(jié)晶玻璃進行熱處理，在可熱結(jié)晶的玻璃層的選定部位沿從所述晶種材料至可熱結(jié)晶玻璃相鄰層的厚度方向引發(fā)晶體生長，所述選定部位與晶種材料的圖案相鄰，將可熱結(jié)晶玻璃層轉(zhuǎn)化成所需的被晶體材料圍繞的玻璃圖案；從基片上選擇性地蝕刻晶體材料，同時使所需的玻璃圖案基本不受蝕刻的影響。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述可熱結(jié)晶的玻璃直接沉積在基片表面上，隨后在所述可熱結(jié)晶的玻璃層上形成晶種材料的圖案。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述晶種材料的圖案是由下列步驟形成的在可熱結(jié)晶玻璃層上沉積一層光刻膠材料相鄰層；通過帶圖案的掩模用光化輻射輻照該光刻膠材料，使部分光刻膠材料可溶解于顯影溶劑而另一部分光刻膠材料不可溶解于所述顯影溶劑；向該光刻膠材料施加顯影溶劑以除去光刻膠材料的可溶部分，在可熱結(jié)晶的玻璃層上留下不溶的帶圖案的光刻膠材料；在露出帶圖案光刻膠材料的可熱結(jié)晶的玻璃部分上沉積晶種材料。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述晶種材料含有光敏金屬，它經(jīng)紫外光照射再熱處理以后，形成使可熱結(jié)晶玻璃結(jié)晶的晶核。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于將晶種材料置于紫外光下照射并隨后熱處理，在所述晶種材料中引發(fā)晶體成核過程。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述晶種材料的圖案直接形成在基片表面上，可熱結(jié)晶的玻璃層沉積在晶種材料的圖案上。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述晶種材料是由如下步驟形成的在基片表面上直接沉積晶種材料的相鄰層；在所述晶種材料相鄰層上沉積光刻膠材料相鄰層；通過帶圖案的掩模用光化輻射輻照該光刻膠材料，使部分光刻膠材料可溶解于顯影溶劑而另一部分光刻膠材料不可溶解于所述顯影溶劑；向該光刻膠材料施加顯影溶劑以除去光刻膠材料的可溶部分，在可熱結(jié)晶的玻璃層上留下不溶的帶圖案的光刻膠材料；除去露出帶圖案光刻膠材料的晶種材料部分。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述晶種材料含有光敏金屬，它在紫外光輻照再熱處理后，形成用于結(jié)晶所述可熱結(jié)晶玻璃的晶核。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于結(jié)晶晶核是用紫外光輻照晶種材料，隨后熱處理而形成的。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述基片是折射率小于玻璃圖案折射率的內(nèi)包層，所述玻璃圖案和露出該玻璃圖案的內(nèi)包層部分被外包層所覆蓋，所述外包層的折射率小于玻璃圖案的折射率，所述玻璃圖案確定了光波導(dǎo)纖芯。
11.一種具有固定在基片上的玻璃圖案的制品，該制品是由下列方法制得的在基片上沉積一層可熱結(jié)晶的玻璃層；形成一晶種材料的圖案，所述晶種材料包括成核劑并位于與所述可熱結(jié)晶的玻璃層表面相鄰處；在所述晶種材料中引發(fā)晶體成核過程；對所述晶種材料和可熱結(jié)晶玻璃進行熱處理，在可熱結(jié)晶的玻璃層的選定部位沿從所述晶種材料至可熱結(jié)晶玻璃相鄰層的厚度方向引發(fā)晶體生長，所述選定部位與晶種材料的圖案相鄰，將可熱結(jié)晶玻璃層轉(zhuǎn)化成所需的被晶體材料圍繞的玻璃圖案；從基片上選擇性地蝕刻晶體材料，同時保持所需的玻璃圖案基本不受蝕刻的影響。
12.如權(quán)利要求11所述的制品，其特征在于所述可熱結(jié)晶的玻璃直接沉積在基片表面上，隨后在所述可熱結(jié)晶的玻璃層上形成晶種材料的圖案。
13.如權(quán)利要求12所述的制品，其特征在于所述晶種材料的圖案是由下列步驟形成的在可熱結(jié)晶玻璃層上沉積一層光刻膠材料相鄰層；通過帶圖案的掩模用光化輻射輻照該光刻膠材料，使部分光刻膠材料可溶解于顯影溶劑而另一部分光刻膠材料不可溶解于所述顯影溶劑；向該光刻膠材料施加顯影溶劑以除去光刻膠材料的可溶部分，在可熱結(jié)晶的玻璃層上留下不溶的帶圖案的光刻膠材料；在露出帶圖案光刻膠材料的可熱結(jié)晶的玻璃部分上沉積晶種材料。
14.如權(quán)利要求13所述的制品，其特征在于所述晶種材料含有光敏金屬，它經(jīng)紫外光照射再熱處理以后，形成使可熱結(jié)晶玻璃結(jié)晶的晶核。
15.如權(quán)利要求14所述的制品，其特征在于將晶種材料置于紫外光下照射并隨后熱處理，在所述晶種材料中引發(fā)晶體成核過程。
16.如權(quán)利要求11所述的制品，其特征在于所述晶種材料的圖案直接形成在基片表面上，可熱結(jié)晶的玻璃層沉積在晶種材料的圖案上。
17.如權(quán)利要求16所述的制品，其特征在于所述晶種材料是由如下步驟形成的在基片表面上直接沉積晶種材料的相鄰層；在所述晶種材料相鄰層上沉積光刻膠材料相鄰層；通過帶圖案的掩模用光化輻射輻照該光刻膠材料，使部分光刻膠材料可溶解于顯影溶劑而另一部分光刻膠材料不可溶解于所述顯影溶劑；向該光刻膠材料施加顯影溶劑以除去光刻膠材料的可溶部分，在可熱結(jié)晶的玻璃層上留下不溶的帶圖案的光刻膠材料；除去露出帶圖案光刻膠材料的晶種材料部分。
18.如權(quán)利要求17所述的制品，其特征在于所述晶種材料含有光敏金屬，它在紫外光輻照再熱處理后，形成用于結(jié)晶所述可熱結(jié)晶玻璃的晶核。
19.如權(quán)利要求18所述的制品，其特征在于結(jié)晶晶核是用紫外光輻照晶種材料，隨后熱處理而形成的。
20.如權(quán)利要求11所述的制品，其特征在于所述基片是折射率小于玻璃圖案折射率的內(nèi)包層，所述玻璃圖案和露出該玻璃圖案的內(nèi)包層部分被外包層所覆蓋，所述外包層的折射率小于玻璃圖案的折射率，從而所述玻璃圖案確定了光波導(dǎo)纖芯。
全文摘要
一種在基片上形成玻璃層圖案的相對容易、價廉的方法,包括在可熱結(jié)晶的玻璃層上形成含成核劑的晶種材料圖案,熱處理該晶種材料和可熱結(jié)晶的玻璃層,在可熱結(jié)晶的玻璃層的選定區(qū)域沿從晶種材料至可熱結(jié)晶層的厚度方向引發(fā)高定向的晶體生長。在熱處理后,所述可熱處理的玻璃層轉(zhuǎn)化成被晶體材料圍繞的具有所需圖案的玻璃。用蝕刻劑除去晶體材料,留下所需的玻璃圖案。
文檔編號G02B6/136GK1387500SQ00815323
公開日2002年12月25日 申請日期2000年10月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月4日
發(fā)明者A·B·貝爾曼, L·尤克雷辛克 申請人:康寧股份有限公司