專利名稱：聚合物光波導(dǎo)管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚合物光波導(dǎo)管及其制造方法，具體地說，本發(fā)明涉及一種通過改善蝕刻速率、蝕刻平面的均一性和垂直的剖面，降低對光波導(dǎo)管損壞的聚合物光波導(dǎo)管，以及制造這種聚合物光波導(dǎo)管的方法。
在含有近紅外區(qū)域的光通信波長區(qū)域中，在由光聚合物形成的具有低的光損失的光波導(dǎo)管中，在核芯和外包層之間的界面處需要降低光散射損失。為了降低光散射損失，當(dāng)對光波導(dǎo)管進行蝕刻時，必需適當(dāng)?shù)乜刂评缥g刻的光波導(dǎo)管的側(cè)壁的均一性，蝕刻的光波導(dǎo)管的側(cè)壁的垂直剖面和蝕刻速率等特征。由于這些特征在蝕刻過程中直接受等離子體濃度和離子能量影響，并在相反的條件下進行優(yōu)化，等離子體濃度和離子能量必需單獨地進行控制。特別是，在對由含有鹵素原子的聚合物形成的光波導(dǎo)管進行蝕刻的情況下，通過提高蝕刻速率，降低對等離子體的暴露，從而降低光波導(dǎo)管的損傷是非常重要的。因而，需要單獨控制等離子體濃度和離子能量。
下文將描述制造光波導(dǎo)管的總的方法。
首先，一個下外包層在基底上形成，然后一個核芯層在該下外包層上形成。然后，一個光刻膠層在該核芯層上形成，然后曝光和顯影，形成光刻膠圖形。使用該光刻膠圖形對核芯層進行蝕刻然后形成圖形。然后，在形成圖形的核芯層上形成一個上外包層，完成光波導(dǎo)管。
作為核芯層的蝕刻方法，考慮到加工穩(wěn)定性，精確性和產(chǎn)率，廣泛使用的是一種活性離子蝕刻(RIE)。
但是，按照RIE方法，蝕刻速率很低，即不大于500納米/分鐘，這造成基底長時間暴露于等離子體，造成損害。除了對蝕刻平面的損害，其垂直剖面不是均一的。并且，在為了提高蝕刻速率而提高等離子體濃度的情況下，離子能量提高，從而造成蝕刻平面的損壞。再者，在為了降低對蝕刻平面損害而降低等離子體濃度的情況下，蝕刻速率降低，基底長時間暴露于等離子體，造成膜損壞。
為解決上述問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種聚合物光波導(dǎo)管，它通過改善蝕刻速率，均一性，蝕刻率和光波導(dǎo)管蝕刻平面的垂直剖面，可降低對光波導(dǎo)管的損害，及其制造方法。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種聚合物光波導(dǎo)管，它含有一種由聚合物形成的核芯，該聚合物基于聚合物的總重量含有12-37％(重量)的氟化物(F)，并且具有至少兩個-C(＝O)-N-C(＝O)功能基團或至少四個-N-C(＝O)-功能基團的重復(fù)單元；和一個與該核芯接觸的并且由聚合物形成的外包層，該聚合物的折射率低于形成核芯的聚合物的折射率。
本發(fā)明另一方面提供了一種用于制造聚合物光波導(dǎo)管的方法，包括如下步驟在一個基底上形成一個下外包層；在該下外包層上形成一個核芯層；通過以預(yù)先確定的圖形蝕刻該核芯層使核芯層形成圖形；在形成圖形的核芯層上形成一個上外包層，其中核芯層的蝕刻是通過電感耦合等離子體(ICP)方法進行的，其條件是ICP功率和RF插接功率(RFchuck power)分別為170-750W和20-34W，并且核芯層是由一種聚合物形成的，該聚合物基于聚合物的總重量含有12-37％(重量)的氟化物(F)，并且具有至少兩個-C(＝O)-N-C(＝O)功能基團或至少四個-N-C(＝O)-功能基團的重復(fù)單元。附圖簡要說明通過參照附圖對優(yōu)選實施方案的詳細描述，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點將顯而易見，其中

圖1是用于本發(fā)明的電感耦等離子體(ICP)蝕刻裝置的概念圖。
圖2和4描述的是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，根據(jù)聚合物的ICP功率蝕刻速率和離子能量(DC-偏壓)的變化。
圖3和5描述的是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，根據(jù)聚合物的RF插接功率蝕刻速率和離子能量(DC-偏置)的變化。實施本發(fā)明的最好方式本發(fā)明的聚合物光波導(dǎo)管包括一個核芯和一個與核芯接觸的外包層。該核芯是由聚合物形成的，該聚合物基于聚合物的總重量含有12-37％(重量)的氟化物(F)，并且具有至少兩個-C(＝O)-N-C(＝O)功能基團或至少四個-N-C(＝O)-功能基團的重復(fù)單元。這里，該外包層是由聚合物形成的，該聚合物的折射率低于形成核芯的聚合物的折射率。在具有上述結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)管中，在含有近紅外區(qū)域的光通信波長區(qū)域中光損失降低，并且在核芯和外包層之間的界面處光散射損失降低。
優(yōu)選形成核芯的聚合物是由式1或2表示的化合物
其中，n1是一個在10和500之間的整數(shù)，n2是一個在10和500之間的整數(shù)。
下文將參照附圖對本發(fā)明的制造聚合物光波導(dǎo)管的方法進行詳細描述。
本發(fā)明的制造聚合物光波導(dǎo)管的方法的特征在于在預(yù)先確定的ICP功率和RF插接功率的條件下通過電感等離子體(ICP)蝕刻過程對核芯層進行蝕刻。結(jié)果，蝕刻速率至少是常規(guī)的蝕刻核芯層的方法中蝕刻速率的三倍。而且，包括蝕刻平面的均一性和蝕刻平面的垂直剖面的蝕刻特性得到改善。
按照電感耦等離子體(ICP)蝕刻方法，通過惰性氣體流中放置的線圈中的電流產(chǎn)生一個非極性的排放等離子體，放置在該氣體中的物體被蝕刻。按照這一方法，由于等離子體濃度和離子能量分別通過使用兩個RF電源控制，從而改善光波導(dǎo)管的垂直剖面，蝕刻速率和蝕刻平面的均一性。而且，作為蝕刻氣體，可使用一種氣體，即氧氣。在使用與氧氣組合的惰性氣體例如氦，氬或氮氣的情況下，蝕刻速率可更容易地控制。
作為用于本發(fā)明的聚合物光波導(dǎo)管的聚合物，可使用在光通信波長區(qū)域具有低的光損失的光聚合物。優(yōu)選使用具有聚酰亞胺，聚醚酰亞胺，聚酯酰亞胺，聚砜酰亞胺(polysulfoneimide)，或聚酰胺酰亞胺作為基本單元，基于該聚合物的總重量它含有12-37％(重量)的氟化物(F)，并且具有至少兩個-C(＝O)-N-C(＝O)功能基團或至少四個-N-C(＝O)-功能基團的重復(fù)單元。這里，F(xiàn)含量在上述范圍內(nèi)，根據(jù)聚合物中的F含量，光損失略微變化。
換句話說，當(dāng)聚合物中F含量低時，即大于或等于12％(重量)并小于25％(重量)，ICP功率為170-1000W，優(yōu)選500±150W，并且RF插接功率為30-310W，優(yōu)選180±80W。如果光波導(dǎo)管在這一條件下蝕刻，蝕刻速率大于或等于500納米/分鐘，特別是大于或等于1500納米/分鐘，并且在水平和垂直方向上可得到均一的蝕刻平面。
當(dāng)聚合物中F含量低大于或等于25％(重量)并小于37％(重量)，ICP功率為190-750W，優(yōu)選440±180W，并且RF插接功率為20-340W，優(yōu)選200±60W。如果光波導(dǎo)管在這一條件下蝕刻，蝕刻速率大于或等于500納米/分鐘，特別是大于或等于2000納米/分鐘，并且在水平和垂直方向上可得到均一的蝕刻平面。
室壓和蝕刻氣體的流速不論聚合物中的F含量如何均相同。室壓和蝕刻氣體流量優(yōu)選被分別控制在2-20mtorr和15-50sccm。而且，蝕刻速率被優(yōu)選控制在大于或等于500納米/分鐘。
圖1是用于本發(fā)明的電感耦等離子體(ICP)蝕刻裝置的概念圖。
參照圖1，兩個RF電源被用于ICP蝕刻裝置，即RF插接電源12和ICP電源13。
從圖1可以看出，RF1被施加在插頭10上，其上放置從RF插接電源12的物品，和RF2被施加在從ICP電源13的RF線圈14上。
如果一個電壓從ICP電源13被施加在FR線圈上，沿電流被誘導(dǎo)出一個磁場。這樣誘導(dǎo)出的磁場改變等離子體中電子的運動。電子產(chǎn)生線性運動和螺旋運動。因而，電子，原子和離子之間更經(jīng)常地發(fā)生碰撞。由于電子之間的碰撞等離子體密度提高，等離子體中粒子的數(shù)量，原子團(中性原子)和電子提高。
下文將描述按照本發(fā)明優(yōu)選實施方案的聚合物光波導(dǎo)管的蝕刻過程。
使用ICP蝕刻方法對由式1表示的聚酰亞胺(F含量25％重量)形成的光波導(dǎo)管進行蝕刻。這里，氧被用作蝕刻氣體。觀察根據(jù)RF插接功率，ICP功率，室壓，蝕刻氣體的流速變化對光波導(dǎo)管的蝕刻特性的改變。結(jié)果顯示，RF插接功率和ICP功率極大地影響了光波導(dǎo)管的蝕刻特性，但室壓和流速影響很小。
其中n1是一個50和300之間的整數(shù)。
首先，為了觀察ICP功率對光波導(dǎo)管的蝕刻特性的改變，改變ICP功率，同時將RF插接功率，室壓，氧氣流速分別保持在150W，5mtorr和40sccm。觀察依賴ICP功率變化的蝕刻速率的變化()和離子能量(DC-偏壓)的變化(○)，結(jié)果示于圖2。
參照圖2，當(dāng)ICP功率從0提高至750W，蝕刻速率從450納米/分種至2160納米/分鐘線性提高。另一方面，DC-偏壓從551V降低至220V。
對在各種條件下蝕刻的光波導(dǎo)管的觀察顯示，當(dāng)ICP功率為500W時可得到具有良好的蝕刻平面的均一性和垂直剖面的光波導(dǎo)管。
其次，為了觀察基于RF插接功率的光波導(dǎo)管蝕刻特性的改變，改變RF插接功率，而將ICP功率，室壓，氧氣的流速分別保持在500W，5mtorr和40sccm。觀察依賴RF插接功率變化的蝕刻速率的變化()和離子能量(DC-偏壓)的變化(○)，結(jié)果示于圖3。
參照圖3，當(dāng)RF插接功率從0提高至50W，150W，250W和350W時，蝕刻速率分別從30納米/分種線性提高至1060納米/分鐘，1500納米/分鐘，1735納米/分鐘和1950納米/分鐘。DC-偏壓從0V線性提高至500V。
對在各種條件下蝕刻的光波導(dǎo)管的狀態(tài)進行的觀察顯示，當(dāng)RF插接功率大于或等于150W時可得到具有良好的蝕刻平面的均一性和垂直剖面的光波導(dǎo)管。
下文將描述按照本發(fā)明另一個優(yōu)選實施方案的聚合物光波導(dǎo)管的蝕刻過程。
使用ICP蝕刻方法對由式2表示的聚酰亞胺(F含量37％重量)形成的光波導(dǎo)管進行蝕刻。這里，氧被用作蝕刻氣體。觀察根據(jù)RF插接功率，ICP功率，室壓，蝕刻氣體的流速變化對光波導(dǎo)管的蝕刻特性的改變。結(jié)果顯示，RF插接功率和ICP功率極大地影響了光波導(dǎo)管的蝕刻特性，但室壓和流速影響很小。
其中n2是一個40和200之間的整數(shù)。
首先，為了觀察ICP功率對光波導(dǎo)管的蝕刻特性的改變，改變ICP功率，同時將RF插接功率，室壓，氧氣流速分別保持在150W，5mtorr和40sccm。觀察依賴ICP功率變化的蝕刻速率的變化()和離子能量(DC-偏壓)的變化(○)，結(jié)果示于圖4。
參照圖4，當(dāng)ICP功率從0提高至750W，蝕刻速率從540納米/分種至2030納米/分鐘線性提高。另一方面，DC-偏壓從550V降低至220V。
對在各種條件下蝕刻的光波導(dǎo)管的觀察顯示，當(dāng)ICP功率為500W時可得到具有良好的蝕刻平面的均一性和垂直剖面的光波導(dǎo)管。
因而，可以得出結(jié)論，當(dāng)ICP功率提高，離子能量降低，而蝕刻速率提高。當(dāng)離子能力(DC-偏壓)很大時，光波導(dǎo)管的蝕刻特性差，其原因是大的離子能量(DC-偏壓)造成的光波導(dǎo)管的損壞。
其次，為了觀察基于RF插接功率的光波導(dǎo)管蝕刻特性的改變，改變RF插接功率，而將ICP功率，室壓，氧氣的流速分別保持在500W，5mtorr和40sccm。觀察依賴RF插接功率變化的蝕刻速率的變化()和離子能量(DC-偏壓)的變化(○)，結(jié)果示于圖5。
參照圖5，當(dāng)RF插接功率從0提高至50W，150W，250W和350W時，蝕刻速率分別從30納米/分種線性提高至980納米/分鐘，1530納米/分鐘，1620納米/分鐘和1870納米/分鐘。DC-偏壓從0V線性提高至500V。
對在各種條件下蝕刻的光波導(dǎo)管的狀態(tài)進行的觀察顯示，當(dāng)RF插接功率大于或等于150W時可得到具有良好的蝕刻平面的均一性和垂直剖面的光波導(dǎo)管。
從上述結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，由式1或2表示的聚合物形成的光波導(dǎo)管是在ICP功率為500W和RF插接功率為150-300W的蝕刻速率為1500-2000納米/分鐘的條件下進行蝕刻。這里，對光波導(dǎo)管的損傷很小，蝕刻平面的均一性良好。
上述實施方案只是以舉例的方式對本發(fā)明進行說明，不是為了限定其范圍。
如果按照本發(fā)明的ICP蝕刻方法對核芯層進行蝕刻，蝕刻速率至少是常規(guī)的RIE蝕刻方法的蝕刻速率的三倍。而且，包括蝕刻平面的均一性和蝕刻平面的垂直剖面得到改善，從而降低對光波導(dǎo)管的損害。因而，可降低光波導(dǎo)管的光散射損失。
本發(fā)明的制造聚合物光波導(dǎo)管的方法可用于聚合物光波導(dǎo)管的大量生產(chǎn)。
本發(fā)明的聚合物光波導(dǎo)管可被用于制造光通信裝置，例如塑料光纖，多芯片摸件或雜合集成裝置。
權(quán)利要求
1.一種聚合物光波導(dǎo)管，它含有一種由聚合物形成的核芯，該聚合物基于聚合物的總重量含有12-37％(重量)的氟化物(F)，并且具有至少兩個-C(＝O)-N-C(＝O)功能基團或至少四個-N-C(＝O)-功能基團的重復(fù)單元；和一個與該核芯接觸的并且由聚合物形成的外包層，該聚合物的折射率低于形成核芯的聚合物的折射率。
2.按照權(quán)利要求1所述的聚合物光波導(dǎo)管，形成核芯的聚合物是由式1或2表示的化合物
其中，n1是一個在10和500之間的整數(shù)，n2是一個在10和500之間的整數(shù)。
3.一種用于制造聚合物光波導(dǎo)管的方法，包括如下步驟在一個基底上形成一個下外包層；在該下外包層上形成一個核芯層；通過以預(yù)先確定的圖形蝕刻該核芯層使核芯層形成圖形；在形成圖形的核芯層上形成一個上外包層，其中核芯層的蝕刻是通過電感耦合等離子體(ICP)方法進行的，其條件是ICP功率和RF插接功率(RF chuck power)分別為170-750W和20-34W，并且核芯層是由一種聚合物形成的，該聚合物基于聚合物的總重量含有12-37％(重量)的氟化物(F)，并且具有至少兩個-C(＝O)-N-C(＝O)功能基團或至少四個-N-C(＝O)-功能基團的重復(fù)單元。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其中，聚合物中F含量為大于或等于12％(重量)并小于25％(重量)，ICP功率和RF插接功率分別被控制在190-750W和20-340W。
5.按照權(quán)利要求3所述的方法，其中，聚合物中F含量為大于或等于25％(重量)并小于37％(重量)，ICP功率和RF插接功率分別被控制在170-1000W和30-310W。
6.按照權(quán)利要求3所述的方法，其中，在ICP蝕刻過程中室壓被控制在2-20mtorr。
7.按照權(quán)利要求3所述的方法，其中，在ICP蝕刻過程中蝕刻氣體流量被保持在15-50sccm。
8.按照權(quán)利要求3所述的方法，其中，在ICP蝕刻過程中，蝕刻氣體是選自氬，氦，氮氣和氧氣中的至少一種。
9.按照權(quán)利要求3所述的方法，其中，蝕刻速率為大于或等于500納米/分鐘。
全文摘要
一種聚合物光波導(dǎo)管及其制造方法,該聚合物光波導(dǎo)管含有一種由聚合物形成的核芯,該聚合物基于聚合物的總重量含有12—37%(重量)的氟化物(F),并且具有至少兩個－C(=O)－N－C(=O)功能基團或至少四個－N－C(=O)－功能基團的重復(fù)單元;和一個與該核芯接觸的并且由聚合物形成的外包層,該聚合物的折射率低于形成核芯的聚合物的折射率。本發(fā)明的光波導(dǎo)管可降低光散射損失。本發(fā)明的制造聚合物光波導(dǎo)管的方法可用于聚合物光波導(dǎo)管的大量生產(chǎn)。
文檔編號H01L21/302GK1277677SQ98810616
公開日2000年12月20日 申請日期1998年11月4日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月5日
發(fā)明者金銀枝, 金定姬, 張祐赫, 韓官秀, 李泰衡 申請人:三星電子株式會社