专利名称：在玻璃膜上形成高高宽比图案的方法
发明的背景1.发明的领域本发明涉及在基片上形成玻璃图案。更具体地说，本发明涉及形成精确玻璃薄膜图案用于平面光学器件。
2.技术背景在平面光学器件、半导体介电层、等离子体寻址光电显示板(常称为PALC显示装置)的阻挡结构、生物化学传感器和其他装置中采用包含带图案玻璃膜的结构。缺乏各向异性的蚀刻难以形成带图案的玻璃薄膜结构。例如，与光纤技术相容的平面光学结构需要沉积厚度均匀并且相对较厚(例如约5-8微米)的膜并形成膜图案，它具有精确限定的侧壁图形以形成平面波导。目前，常用干蚀刻或离子交换形成平面光学器件的图案。干蚀刻速度缓慢并且昂贵，使用离子交换技术制得的波导在形状上通常是各向异性的，形成光偏振。
能用化学加工法加工含有成核剂(例如Ag和CeO2)和敏化剂(例如F)的光敏硅酸锂、硅酸钡和硅酸锂钡玻璃的玻璃结构。用紫外光、X-射线或电子束照射产生贵金属晶核，经热处理后它可作为针状二硅酸锂或二硅酸钡晶体的取向附生位。对于硅酸锂，可以用化学加工法制得高度各向异性的结构，因为与剩余的玻璃相比，晶相玻璃在稀HF中的蚀刻速度高10-50倍。但是，在光敏玻璃中形成图案的常规技术不适合形成平面用途中的亚微米级图案，因为在最长的方向二硅酸锂或二硅酸钡的尺寸通常约为5微米。
因此，需要相对容易和便宜的技术，用于形成具有亚微米特征的带图案玻璃膜。
发明的概述本发明提供一种相对容易和相对价廉的方法，用于精确形成具有亚微米尺寸特征的带图案的玻璃膜，并提供制得的产品。
本发明在基片上形成玻璃图案的方法包括如下步骤在基片上沉积一层可结晶的玻璃，在所述可结晶玻璃的主平面上形成含成核剂的带图案的晶种层。可先在基片上形成所述带图案的晶种层，随后在该带图案的晶种层上和未被带图案的晶种层覆盖的露出基片部分上沉积可结晶的玻璃层。或者，先在基片上沉积可结晶的玻璃层，随后在该可结晶的玻璃层上形成带图案的晶种层。随后，对带图案的晶种层和可结晶的玻璃层进行热处理，将可结晶的玻璃层的选定部分转化成晶体材料。转化成晶体材料的可结晶玻璃层的选定部分与晶种层的图案相一致。最后，蚀刻晶体材料，形成所需的玻璃图案。
下面的详细描述给出了本发明的其他特征和优点。本领域的普通技术人员根据下列说明书的描述并结合权利要求书和附图或者通过实施本发明可容易地理解本发明的其他特征和优点。
应理解上述描述仅用于举例说明本发明，用于总体上理解权利要求书限定的本发明的性能和特征。附图用于进一步理解本发明并插入本说明书作为其一部分。
本发明的各种性能和实例，它与
一起用于说明本发明的原理和操作。
附图简述图1A-1J示意性地说明本发明用于在基片上形成带图案玻璃层(具体为形成用于光学器件的带图案的波导纤芯)方法的一个实例在各个阶段形成的结构。
图2A-2G示意性地说明本发明用于在基片上形成带图案玻璃层(具体为形成用于光学器件的带图案的波导纤芯)方法的另一个实例在各个阶段形成的结构。
如图1A所示，第一步提供基片10。基片10可以是半导体(如单晶硅)、陶瓷或玻璃。但是权利要求书中使用的术语“基片”一般包括一种固体材料，在它的一个表面上可用本发明方法形成带图案的玻璃层。
下一步是在基片10的一个主表面11上施加一层内包玻璃层12。形成的结构如图1B所示。举例来说，对于硅基片，内包层12可以是在高压和高温下在将基片置于氧气中的同时施涂的高石英玻璃。内包层12的合适厚度约为10-20微米。可将一层与层12相同的玻璃施加在基片10上与施加有层12的表面相反的主表面上，以防止热失配造成的基片翘曲。内包层12的热膨胀系数约等于或小于基片的热膨胀系数时较好。选择内包层12时，应使其折射率小于用作波导纤芯材料的折射率。通常，内包层材料的折射率比波导纤芯材料的折射率低约0.5-1％。用于将内包层12沉积在基片10上的其他已知技术包括等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、常压化学气相沉积(APCVD)和火焰水解沉积(FHD)和物理气相沉积(PVD)。
或者，基片10本身也可包括内包层玻璃，此时无需内包层沉积步骤。
在本发明的本实例中，下一步是在内包层12的表面13上沉积一层可热结晶的玻璃层14。形成的结构如图1C所示。可热结晶的玻璃包括称为光敏玻璃、光敏陶瓷和光敏不透明(opacifible)玻璃的材料。可光热结晶的材料有依次经紫外辐照和热处理后会原位生长晶体的玻璃和陶瓷材料。长成的晶体在氢氟酸中的溶解度远高于生长晶体的玻璃的溶解度。合适的可结晶玻璃的例子包括硅酸锂、硅酸钡和硅酸锂钡玻璃。市售的光敏玻璃和陶瓷材料的例子包括康宁公司制造的商标为FOTOFORM和FOTOCERAM的材料。光敏玻璃和陶瓷(例如市售的材料)适用于本发明的某些实例。但是，在本发明的某些实例中，较好的可热结晶玻璃材料是与市售的可光热结晶的玻璃相似但是不含成核剂(例如Ag或CeO2)的材料。使用可热结晶但不能光热结晶的玻璃能使该可热结晶的玻璃从平的主表面上定向生长晶体，晶体生长方向为可热结晶玻璃层的厚度方向。
沉积在基片10或内包层12上的可光热结晶玻璃层可具有适合波导纤芯的任何厚度。通常，层14的厚度约为3-10微米，约5-7微米更好。波导纤芯的合适厚度取决于包层和波导纤芯层的折射率。一般来说，当波导纤芯层和包层的折射率差下降时，需要较厚的波导纤芯层。对于通讯用途，波导纤芯层的厚度(从而使可热结晶的玻璃层14的厚度)约等于光纤的典型直径(例如6.0-6.5微米)。一般可使用任何已知的方法(该方法可用于将内包层12沉积在基片10上，例如PECVD、LPCVD、APCVD、FHD或PVD)将可热结晶的玻璃层14施加在基片10或内包层12上。
下一步在层14的表面15上施加光刻胶材料的临近层16。形成的结构如图1D所示。光刻胶材料可以是正光刻胶材料或负光刻胶材料。正光刻胶材料是辐照后可溶的材料，从而仅仅光刻胶材料的受照部分可用溶剂除去。负光刻胶材料以相反的方式发挥作用。
适用于本发明目的的正光刻胶包括含有在一种成膜聚合物粘合剂中的光敏化合物的双组分体系，受辐照后该光敏组分发生光化学变化。在双组分光刻胶体系中最常用的光敏化合物是由二叠氮化邻苯醌磺酸和羧酸(尤其是二叠氮化萘醌的磺酸酯)制得的酯和酰胺。这些酯和酰胺是已知的并见述于文献中。
作为正光刻胶与二叠氮化邻苯醌一起使用的最常用的聚合物粘合剂是碱溶性酚醛树脂(称为酚醛清漆树脂)。另一类与二叠氮化邻苯醌一起使用的粘合剂是乙烯基苯酚的均聚物和共聚物。
双组分体系的一个具体例子是酚醛清漆树脂和二叠氮化萘醌化合物的混合物，其中二叠氮化萘醌化合物控制酚醛清漆树脂的碱溶性。光照后，二叠氮化萘醌化合物变成茚基羧酸，并失去对碱溶性的控制。结果，曝光区的光刻胶具有在显影剂(如碱性水溶液)中的溶解性。许多市售的这种类型的正光刻胶是众所周知的。
单组分光刻胶包括发生断链的聚合物。一个例子是使用聚戊酰亚胺聚合物作为粘合剂的光刻胶。另一种已知的光刻胶使用聚甲基丙烯酸甲酯作为单组分体系。作为单组分正光刻胶的聚酯和聚酮也是已知的。
适用于本发明的其他正光刻胶包括分子中具有成盐基团(如胺或羧基、磺酸或磷酸基团)的可电极沉积的光刻胶。具体例子包括聚氧亚甲基聚合物、邻硝基甲醇酯、邻硝基苯基乙缩醛、其聚酯和封端衍生物，二叠氮苯醌磺酸酯和二叠氮萘醌磺酸酯。
负光刻胶包括光致聚合型和光致交联型光刻胶。光致交联型光刻胶受照后发生交联反应，变得不溶于有机溶剂或碱性水溶液。这种类型的负光刻胶的例子包括含环化橡胶作为高分子量组分和少量芳香二叠氮化化合物作为光交联剂的环化橡胶/二叠氮化体系，和含碱溶性酚醛树脂和芳香叠氮化合物的酚醛树脂/叠氮化物体系。
可使用常规技术(如旋转涂覆)施涂光刻胶层16。在将光刻胶层16施涂在可热结晶的玻璃层14上以后，根据本领域已知的方法干燥光刻胶层16。
在形成干的光刻胶层16以后，下一步包括对干的光刻胶层成像。成像包括透过具有所需图案的掩模用光化辐照源照射光刻胶层16。所需的辐照剂量取决于使用的光刻胶。用于使光刻胶层16成像的光线波长约为200-600nm。合适的光化辐照源包括碳弧、汞蒸气弧、带有发射紫外光的磷光体的荧光灯、氩光和氙光灯、钨灯、照相泛光灯等。其中最合适的是汞蒸气灯，尤其是太阳灯、荧光太阳灯和金属卤化物灯。曝光所需的时间取决于各种因素，举例来说，包括使用的各种化合物、在组合物中这些化合物的比例、光源的种类及其与组合物的距离。熟悉光照相技术的技术人员可容易地决定合适的时间。
下一步包括对经曝光的光刻胶进行显影。如本领域已知的那样，显影步骤的目的是以比背景部分更快的速率并以可复现和受控的方式除去曝过光的光刻胶层16上经曝光的光刻胶(正光刻胶)或未经曝光的区域(负光刻胶)。这可通过将光刻胶涂层与显影剂接触来完成。显影步骤和显影剂组合物可参见Semiconductor Lithography，Principles，Practices and Materials，PlenumPress，New York，第10章，1988。以重氮萘醌-酚醛清漆树脂正光刻胶为例，显影是将其与碱性显影剂水溶液(如碱金属氢氧化物溶液或季铵盐氢氧化物溶液)接触而完成的。要求显影剂的强度和显影时间能够除去(显影)光刻胶层16的露出部分，形成所需的图案。
根据具体使用的负光刻胶，用于负光刻胶的显影剂包括水、甲醇、异丙醇、丙三醇、双丙酮醇等。如本领域已知的那样，特定的光刻胶体系使用特定的显影剂。光刻胶显影后，如图1E所示留下带图案的光刻胶层。该带图案的光刻胶复制具有所需图案的玻璃用于随后形成的波导纤芯。
下一步是在带图案的光刻胶层16和从该带图案的光刻胶层16露出的可热结晶玻璃层14的表面15上沉积一层晶种层18。形成的结构(如图1F所示)包括仅与从带图案的光刻胶层16露出的可热结晶玻璃层14部分接触的带图案的晶种层18。所述晶种层18包括成核剂。这里所用的术语“成核剂”是指一种材料，在适当热处理下它能促进晶核的形成和随后在可热结晶玻璃中晶体的生长。因此，这里所用的术语“成核剂”包括光敏金属，如金、银和铜，它们在紫外光辐照时在受照区形成结晶中心，在随后的热处理过程中该结晶中心形成晶核并在可热结晶的玻璃中生长晶体。该术语还包括胶体颗粒(即粒径在约1nm至1微米的颗粒)，例如二氧化钛(TiO2)胶体颗粒。
晶种层18可用已知的方法(例如PECVD、LPCVD、APCVD、FHD或PVD)以胶体颗粒状直接沉积在可热结晶层14的露出表面15上，有时偶尔也沉积在带图案的光刻胶材料16上。
在晶种层18沉积在可热结晶的玻璃层14的露出表面15上以及偶尔沉积在带图案的光刻胶层16上以后，用光刻胶清除剂除去带图案的光刻胶层16，所述清除剂能溶解光刻胶或者从可热结晶的玻璃层14上剥离光刻胶，但是基本不能从可热结晶的玻璃层14的表面上溶解或剥离晶种层18。可用于除去正光刻胶的光刻胶清除剂包括含水溶性溶剂(例如N-甲基-2-吡咯烷酮)的碱性水溶液，或者碱(如氢氧化钾或氢氧化钠)的水溶液。还可用有机溶剂(例如丙酮或甲乙酮)除去正的光刻胶层。用于除去正光刻胶的其他已知的清除组合物包括如美国专利3,871,929所述的含苯酚和线型烷基苯磺酸的组合物，其他已知的有机清除组合物如美国专利4,165,295所述含有式RSO3H的有机磺酸，其中R是有机基团。显影后除去光刻胶的步骤可在进一步光化辐照后实施或者无需这种进一步光化辐照就实施。除去步骤可采用与显影步骤相同的溶剂或溶液，或者更活泼的溶剂，或者更浓的溶液，或者可延长清除介质与光刻胶的接触时间，以确保完全除去光刻胶。进行进一步非成像辐照的优点在于可采用更温和的条件来除去光刻胶，从而减少带图案的晶种层18受损的风险。同样，对于负光刻胶，可用有机溶剂(如丙酮或甲乙酮)处理，从玻璃层14上除去发生了光致交联或光致聚合的多余光刻胶材料。
除去光刻胶材料后，如图1G所示，在可热结晶的玻璃层14的上表面留下了带图案的晶种层18。如下所述，被带图案的晶种层18覆盖的部分可热结晶的玻璃层14将转变成晶体材料，而未被带图案的晶种层18覆盖的剩余部分将在热处理过程中和热处理后保持玻璃状态。
在将晶种层18沉积在可热处理的玻璃层14的露出表面15上以后，处理该晶种层以引发成核。它涉及将晶种层18置于紫外光下辐照(成核剂是光敏金属，例如金、银或铜的情况)，或者涉及将引发剂(例如胶体氧化钛)加热至足以引发成核的温度。作为一个具体的例子，合适的晶种层可由可光热结晶的玻璃(例如市售的FOTOFORM玻璃)组成。
接着通过适当的热处理，促进沿可热结晶玻璃层14的定向晶体生长(沿着晶种层18至层14的厚度方向)。一般来说，通过加热由基片10、内包层12、层14、带图案的光刻胶层16和晶种层18组成的复合材料，可实现由晶种层18和层14之间界面上的表面成核引发的高定向晶体生长，加热的温度一般在比玻璃层14的软化点(约600℃)低约100℃至比该软化点高约50℃的范围内。加热时间约5分钟至约6小时，取决于材料的处理温度。尽管宜采用较高的温度以缩短热处理的时间，但是需要较低的温度以减少层14中的无规成核和有机层14中的无规定向晶体生长。合适的热处理取决于具体使用的材料并可用常规方法决定。
在热处理过程中，层14上与晶种层18接触的部分将形成高度定向的针状晶体，其长度方向定向于层14的厚度方向并且晶体长度方向的横向尺寸为亚微米级，其余部分保持玻璃态。因此，热处理后，可热结晶的玻璃层14将转化成包括玻璃图案的层，例如，它可包括一个或多个被结晶材料22包围的波导纤芯20(参见图1H)。
热处理步骤完成并且可热结晶的玻璃层14的所需部分结晶后，将包括带图案的玻璃20和周围结晶部分22的层14置于蚀刻剂中来除去结晶部分。合适的且最好的蚀刻剂是氢氟酸(HF)。由于在氢氟酸中，晶体材料22的溶解度比带图案的玻璃部分20高数倍，因此可完全除去晶体部分22而带图案的玻璃部分20基本不受影响，或者仅受很小影响。结果，可使用上述方法形成非常精确的玻璃图案20，其侧壁基本垂直于内包层12的主平面B(例如，侧壁角与内包层12的露出主平面13的直角相差约小于4°)。
得到的形成于内包层12(它附着在基片10上)上的带图案的玻璃结构20如图1I所示。带图案玻璃20的最小特征尺寸在亚微米范围内。因此，本方法相对容易实施，并能便宜地制造精确限定的亚微米级玻璃图案，它可非常有利地用于制造光学器件中的波导纤芯图案。
在如上所述制得带图案的玻璃20以后，将外包层24沉积在带图案的玻璃层20上以及内包层12的表面13上，从而使由带图案的玻璃部分20确定的波导纤芯完全被包层材料所围绕，即内包层12和外包层24一起完全包封带图案的玻璃部分20。为了使带图案的玻璃部分20能够用作波导纤芯，内包层12和外包层24的折射率必须小于带图案的玻璃部分20的折射率。外包层24的折射率与内包层12的折射率可相同，也可不同。通常，内包层和外包层的折射率各自比波导纤芯的折射率低约0.5-1％。与内包层不同，由于外包层不经受热处理可热结晶玻璃层14的过程中使用的高温，因此外包层可由各种材料组成。例如，外包层24可包括玻璃材料、聚合物材料、溶胶-凝胶材料、或溶胶-凝胶混合材料。可采用任何合适的方式(例如PECVD、LPCVD、APCVD、FHD或PVD)施加玻璃外包层。可采用流延技术、旋转涂覆、蘸涂或其他合适的技术施加溶胶-凝胶、溶胶-凝胶混合物或聚合物外包层。形成的光学器件包括波导22、外包层24、内包层12和基片10，如图1J所示。
除了可以使用负光刻胶或正光刻胶以外，还可使用图像翻转或“提升”技术。举例来说，这种技术可参见美国专利5,858,824。
制备图1J所示光学器件的另一种方法总体上示于图2A-2G。根据这种方法，一层相邻晶种层18如上所述直接沉积在如1B所示的结构的内包层12的表面13上，得到如图2A所示的结构。随后，将相邻的光刻胶层16沉积在晶种层18的表面19上，得到如图2B所示的结构。接着，如图1A-AJ的实例所述对光刻胶层16进行辐照和显影，得到如图2C所示的带图案的光刻胶层，该带图案的光刻胶层是所需玻璃图案的负复制品。随后，蚀刻除去从带图案的光刻胶层16露出的晶种层18的表面19，例如用等离子体蚀刻技术除去层18的露出部分，形成如图2D所示包括基片10、内包层12、带图案的晶种层18和带图案的光刻胶层16的结构。
接着，使用上面所述常规光刻胶清除剂除去光刻胶层16，得到如图2E所示包括带图案的晶种层(它是所需玻璃图案的负复制品)的结构。接着，在图2E所示结构上沉积可热结晶的玻璃层14得到图2F所示的结构，该结构中部分可热结晶层14与带图案的晶种层18接触，其他部分可热结晶的玻璃层14不与晶种层18接触。对图2F所示结构，热处理可结晶的玻璃层14，以便沿从晶种层至可热结晶层的厚度方向高定向地生长晶体，形成图2G所示包括被结晶部分22围绕的带图案玻璃20的结构。带图案玻璃相当于从包层12上蚀刻除去晶种层18部分后留下的图案。
图2G所示结构的结晶部分22可如上所述通过蚀刻(例如用氢氟酸)除去得到与图1I所示结构基本相同的结构。随后，可在带图案的玻璃上沉积外包层24，得到结构与图1J基本相同的光学器件。
根据本发明方法，晶种层18是相对薄的膜，含有光-热成核剂或热成核剂。例如可使用市售可光热结晶的玻璃材料(如FOTOFORM)形成晶种层18，所述玻璃材料可使用诸如化学气相沉积或物理气相沉积技术施涂，随后将该可光热结晶的玻璃置于紫外辐照下，并热处理该材料以便形成晶核并在晶种层和可热结晶的玻璃层14的界面上引发晶体生长。在某些情况下，需要使用加热程序，此时将晶种层18和可结晶的玻璃层14在相对高的温度(例如大致为可热结晶的玻璃的软化温度)加热，加热时间足以在晶种层引发成核，随后在相对低的温度(例如比可热结晶的玻璃的软化温度低约50-100℃的温度)下热处理，它可促进晶体生长但可抑制进一步形成晶核。结果是由可热结晶的玻璃层生长出高定向的针状晶体，该晶体在晶体生长方向(即可热结晶的玻璃层14的厚度方向)的横向最大尺寸在亚微米范围内。由于带图案玻璃的最小特征尺寸受到层14中形成的晶体最大横向尺寸的控制，因此形成的带图案玻璃20的最小特征尺寸也在亚微米范围内。本发明采用受控表面成核的方法，可将它用于制造具有高高宽比(即高度与宽度之比如波导纤芯的高宽比)的带图案的玻璃20。
晶种层18也可用诸如化学气相沉积或物理气相沉积技术在层14的表面上均匀沉积胶体颗粒，或者沉积含有金属氧化物(例如TiO2)的水溶液而制得，如上所述，所述金属氧化物沉淀形成金属氧化物薄膜。
对本领域普通技术人员而言，在不偏离所附权利要求限定的本发明精神或范围的情况下，可以对本文所述的本发明较好实例进行各种改进是显而易见的。
权利要求
1.一种在基片上形成带图案的玻璃层的方法，它包括如下步骤在基片上沉积一层可热结晶的玻璃层；形成一晶种材料的图案，所述晶种材料包括成核剂并位于与所述可热结晶的玻璃层表面相邻处；在所述晶种材料中引发晶体成核过程；对所述晶种材料和可热结晶玻璃进行热处理，在可热结晶的玻璃层的选定部位沿从所述晶种材料至可热结晶玻璃相邻层的厚度方向引发晶体生长，所述选定部位与晶种材料的图案相邻，将可热结晶玻璃层转化成所需的被晶体材料围绕的玻璃图案；从基片上选择性地蚀刻晶体材料，同时使所需的玻璃图案基本不受蚀刻的影响。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述可热结晶的玻璃直接沉积在基片表面上，随后在所述可热结晶的玻璃层上形成晶种材料的图案。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述晶种材料的图案是由下列步骤形成的在可热结晶玻璃层上沉积一层光刻胶材料相邻层；通过带图案的掩模用光化辐射辐照该光刻胶材料，使部分光刻胶材料可溶解于显影溶剂而另一部分光刻胶材料不可溶解于所述显影溶剂；向该光刻胶材料施加显影溶剂以除去光刻胶材料的可溶部分，在可热结晶的玻璃层上留下不溶的带图案的光刻胶材料；在露出带图案光刻胶材料的可热结晶的玻璃部分上沉积晶种材料。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述晶种材料含有光敏金属，它经紫外光照射再热处理以后，形成使可热结晶玻璃结晶的晶核。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于将晶种材料置于紫外光下照射并随后热处理，在所述晶种材料中引发晶体成核过程。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述晶种材料的图案直接形成在基片表面上，可热结晶的玻璃层沉积在晶种材料的图案上。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述晶种材料是由如下步骤形成的在基片表面上直接沉积晶种材料的相邻层；在所述晶种材料相邻层上沉积光刻胶材料相邻层；通过带图案的掩模用光化辐射辐照该光刻胶材料，使部分光刻胶材料可溶解于显影溶剂而另一部分光刻胶材料不可溶解于所述显影溶剂；向该光刻胶材料施加显影溶剂以除去光刻胶材料的可溶部分，在可热结晶的玻璃层上留下不溶的带图案的光刻胶材料；除去露出带图案光刻胶材料的晶种材料部分。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述晶种材料含有光敏金属，它在紫外光辐照再热处理后，形成用于结晶所述可热结晶玻璃的晶核。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于结晶晶核是用紫外光辐照晶种材料，随后热处理而形成的。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述基片是折射率小于玻璃图案折射率的内包层，所述玻璃图案和露出该玻璃图案的内包层部分被外包层所覆盖，所述外包层的折射率小于玻璃图案的折射率，所述玻璃图案确定了光波导纤芯。
11.一种具有固定在基片上的玻璃图案的制品，该制品是由下列方法制得的在基片上沉积一层可热结晶的玻璃层；形成一晶种材料的图案，所述晶种材料包括成核剂并位于与所述可热结晶的玻璃层表面相邻处；在所述晶种材料中引发晶体成核过程；对所述晶种材料和可热结晶玻璃进行热处理，在可热结晶的玻璃层的选定部位沿从所述晶种材料至可热结晶玻璃相邻层的厚度方向引发晶体生长，所述选定部位与晶种材料的图案相邻，将可热结晶玻璃层转化成所需的被晶体材料围绕的玻璃图案；从基片上选择性地蚀刻晶体材料，同时保持所需的玻璃图案基本不受蚀刻的影响。
12.如权利要求11所述的制品，其特征在于所述可热结晶的玻璃直接沉积在基片表面上，随后在所述可热结晶的玻璃层上形成晶种材料的图案。
13.如权利要求12所述的制品，其特征在于所述晶种材料的图案是由下列步骤形成的在可热结晶玻璃层上沉积一层光刻胶材料相邻层；通过带图案的掩模用光化辐射辐照该光刻胶材料，使部分光刻胶材料可溶解于显影溶剂而另一部分光刻胶材料不可溶解于所述显影溶剂；向该光刻胶材料施加显影溶剂以除去光刻胶材料的可溶部分，在可热结晶的玻璃层上留下不溶的带图案的光刻胶材料；在露出带图案光刻胶材料的可热结晶的玻璃部分上沉积晶种材料。
14.如权利要求13所述的制品，其特征在于所述晶种材料含有光敏金属，它经紫外光照射再热处理以后，形成使可热结晶玻璃结晶的晶核。
15.如权利要求14所述的制品，其特征在于将晶种材料置于紫外光下照射并随后热处理，在所述晶种材料中引发晶体成核过程。
16.如权利要求11所述的制品，其特征在于所述晶种材料的图案直接形成在基片表面上，可热结晶的玻璃层沉积在晶种材料的图案上。
17.如权利要求16所述的制品，其特征在于所述晶种材料是由如下步骤形成的在基片表面上直接沉积晶种材料的相邻层；在所述晶种材料相邻层上沉积光刻胶材料相邻层；通过带图案的掩模用光化辐射辐照该光刻胶材料，使部分光刻胶材料可溶解于显影溶剂而另一部分光刻胶材料不可溶解于所述显影溶剂；向该光刻胶材料施加显影溶剂以除去光刻胶材料的可溶部分，在可热结晶的玻璃层上留下不溶的带图案的光刻胶材料；除去露出带图案光刻胶材料的晶种材料部分。
18.如权利要求17所述的制品，其特征在于所述晶种材料含有光敏金属，它在紫外光辐照再热处理后，形成用于结晶所述可热结晶玻璃的晶核。
19.如权利要求18所述的制品，其特征在于结晶晶核是用紫外光辐照晶种材料，随后热处理而形成的。
20.如权利要求11所述的制品，其特征在于所述基片是折射率小于玻璃图案折射率的内包层，所述玻璃图案和露出该玻璃图案的内包层部分被外包层所覆盖，所述外包层的折射率小于玻璃图案的折射率，从而所述玻璃图案确定了光波导纤芯。
全文摘要
一种在基片上形成玻璃层图案的相对容易、价廉的方法,包括在可热结晶的玻璃层上形成含成核剂的晶种材料图案,热处理该晶种材料和可热结晶的玻璃层,在可热结晶的玻璃层的选定区域沿从晶种材料至可热结晶层的厚度方向引发高定向的晶体生长。在热处理后,所述可热处理的玻璃层转化成被晶体材料围绕的具有所需图案的玻璃。用蚀刻剂除去晶体材料,留下所需的玻璃图案。
文档编号G02B6/136GK1387500SQ00815323
公开日2002年12月25日 申请日期2000年10月10日 优先权日1999年11月4日
发明者A·B·贝尔曼, L·尤克雷辛克 申请人:康宁股份有限公司