专利名称：漂白的掩模的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学波导元件。通常制成这样的波导管，以致光可在用折射率较波导材料低的材料包裹的波导材料的界限范围内传播。
本发明涉及使用一种受适当波长的辐射照射时可以改变折射率的波导材料(也就是可漂白的聚合物)制成聚合物光学波导元件的方法。该法包括以下步骤用掩模选择地覆盖所述的波导材料的一部分；然后通过所述的掩模照射波导材料，以便改变未覆盖的波导材料部分的折射率。
更具体地说，本发明涉及含有层状聚合物光波导结构的层状波导元件，该结构在两个折射层之间夹有一可漂白聚合物的光导层，折射层的折射率比光导层低。因此，在垂直方向(也就是垂直于各层的方向)的波界限由层状结构确定。波导通道在侧面通过选择地改变光导层中可漂白的聚合物的折射率来限定。
上述的方法从US5142605(相应的EP358476)已知道，因此实际上此专利公开的内容已作为参考结合到本说明书中。折射率通常都变低，其结果是通过照射在所希望的波界限周围的材料的方法，可产生波导通道。聚合物材料选择地暴露到辐射中可通过对所用辐射一部分是透明的而一部分不透明的掩模来实现。
在实践中，已知的唯一可行的掩模是金属掩模。虽然金属(通常为金或铝)可十分有效地阻止漂白的辐射到达波导聚合物不应漂白的那个部分，但金属掩模的应用有许多缺点。
一个缺点是该法昂贵而复杂。它通常包括以下一些步骤(a)制成层状波导管；(b)将金属膜涂覆在波导管上。(c)将光刻胶层涂在金属膜上；(d)通过确定所希望的侧向波界限图形的掩模使光刻胶选择地曝光；(e)使光刻胶显影，以便使金属膜选择地露出；(f)蚀刻掉露出的金属膜部分，以便形成窗口；(g)剥去光刻胶；(h)通过所述的窗口用能引起波导聚合物的折射率改变的辐射照射波导；(i)蚀刻掉金属膜。
如果制成电—光有源波导元件，就有可能避免除去金属掩模，因为它可以用作电极。但是，在这种情况下电极与作为漂白的掩模要有相同的形状，因此有很大的设计限制。对于无源波导元件和热—光波导元件来说，金属层始终是多余的东西，必须除去。
这样一种包括涂覆和除去昂贵的贵金属的方法既麻烦又不经济。此外，它还需要使用昂贵的设备。还有，在除去金属掩模后，通常还会留下一些不希望有的金属残留物。
还有其他一些缺点。用光刻胶掩模蚀刻金属通常会产生“刻蚀不足”，也就是生成的金属条，因此最后的波界限的宽度会比其上的光刻胶条的宽度更小。此外，金属的蚀刻可产生有不希望有的粗糙度的侧壁。因此，希望提供这样一种方法，用这一方法能更精确地限定波界限。此外，因为用于金属的蚀刻剂可能对波导聚合物有害，如果能不使用它们是有利的。
本发明的一个目的是提供一种漂白的方法，在这一方法中上述这些缺点都不存在。为此，本发明是第一段中描述的方法，掩模是一种基本上对辐射波长不透明的光刻胶。
最后所得到的方法包括下列各步骤(a)制成层状波导；(b)将光刻胶层涂覆在波导上；(c)通过限定所希望的侧向波界限图形的掩模使光刻胶曝光；(d)使光刻胶显影，以便产生窗口，因此使波导选择地露出；(e)通过所述的窗口用能引起波导层聚合物的折射率变化的辐射照射波导；(f)除掉光刻胶。
这一意想不到简单的方法可借助于对辐射波长有较低透射率的光刻来实现。大约50％的透射率足以使漂白的和未漂白的聚合物之间的折射率的差别达到0.003。在此基础上，产生适合的波导通道。作为确定光刻胶适用性的一个指标，一般来说它应有至少50％的不透明度(也就是透射率至多50％)。但是，为了使光刻胶对辐射波长基本上是不透明的，或者高得多的透射率(如75％)仍可得到可接受的折射率差别，或者透射率应低得多(如25％)仍可得到可接受的折射率差别，这要视射波长以及波导聚合物的漂白敏感度而定。优选的是，通过使用含有适当波长吸收带的染料分子的光刻胶来实现这一点。也可使用含有金属或半导体颗粒的光刻胶，如含硅的光刻胶。
所用的波长取决于在波导层中使用的聚合物。适合的聚合物已被描述，尤其是在EP358476中已描述过。本发明不限于任何特定类型的聚合物，只要它受到一定波长或一定波长范围的辐射时，对改变折射率敏感就行。
漂白辐射通常为紫外光或可见光，在大多数情况下兰光是优选的。适用的光刻胶通常称为“染色的抗蚀剂”。它们包括由HoechstAG公司以商品名AZ6618—2DG、AZ6218B—3DG销售的光刻胶(它们吸收率为436nm)，以及AZ7510—2DG(它吸收率为365nm)。其他染色的抗蚀剂是Shipley公司以商品名microposit(S1813—J2、S1818—J2、S1400—27D1、S1400—31D1)销售的光刻胶。如果漂白辐射的波长范围为200—300nm，许多传统的光刻都可用作漂白掩模。对紫外光辐射部分透明，部分不透明的模板已在DD114717中描述，它用于制造印刷电路板。
要求光刻胶可用显影剂显影，显影剂应不损害覆盖有光刻胶(通常为上折射层)的聚合物。上述光刻胶可用无金属离子的显影剂或金属离子的显影剂显影。适用的显影剂通常由光刻的供应商推荐。
基本上，本发明的方法可用于制造所有类型的聚合物光学波导元件。例如，电—光元件在这种情况下，可漂白的聚合物可被用来创造电—光有源的元件(也就是NLO聚合物)、热—光元件和无源元件。通常，对于本专业熟练的技术人员来说，这样一些元件是已知的。对于本发明来说，不需要在这里作进一步的说明。
本发明的方法用附图作进一步地说明，不应把这些附图看成是以任何方式对本发明的限制。
图1说明传统的现有技术的方法，图2说明本发明的方法。在两图中，说明了连续方法的各步骤，上面还使用了字母。也就是说现有技术的方法包括步骤(1a)至(1i)，而本发明的方法包括步骤(2a)至(2f)。在两图中，有关每步骤显示的结构为各层的剖面，垂直于光导方向。
在图1a中，表示出层状波导，它包括基质层(1)、下折射层(2)、波导层(3)和上折射层(4)。也可在这一阶段省去上折射层，在波界限形成后再涂覆它。
在图1b中，表示出相同结构，金属层(5)涂覆在上折射层(4)上。
在图1c中，表示出将光刻胶层(6)涂覆在金属层上。
在图1d中，表示出如何通过掩模暴露光刻胶层(6)，hv—E表示所用的曝光辐射(一般在约3至5秒期间)，以便使光刻胶层活化。
在图1e中，表示出通过掩模如何使光刻胶层(6)的曝光和显影，从而选择性地露出金属。
在图1f中，表示出蚀刻掉露出的金属部分，以便在金属层(5)中产生窗口(8)。
在图1g中，表示出已剥除光刻胶。波导仍被金属(5)和窗口(8)组成的掩模所覆盖。
在图1h中，描述了通过窗口辐射波导，hv—B表示所用的漂白辐射(一般在约4至12秒期间)，以便在波导层聚合物中引起所希望的折射率变化。
在图1i中，表示出金属已被蚀刻掉，波导层(3)已适当地漂白，以便包括由漂白的材料(10)包围的波界限(9)。
在图2a中，表示出层状波导，它包括基质层(1)、下折射层(2)、波导层(3)和上折射层(4)。同样，在这一阶段也可省去上折射层，在波界限形成后再涂覆它。
在图2b中，表示出相同的结构，用光刻胶层(11)涂覆在上折射层(4)上。
在图2c中，表示出如何通过掩模(7)暴露光刻胶层(11)，hv—E表示所用的曝光辐射(一般在约3至5秒期间)，以便使光刻胶活化。
在图2d中，表示出光刻胶层(11)通过曝光和显影如何产生窗口(12)。
在图2e中，描述了通过光刻胶层(11)中的窗口(12)辐射波导，hv—B表示所用的漂白辐射(一般在约4至12秒期间)以便在波导层聚合物中引起所希望的折射率变化。
在图2f中，表示出剥除了光刻胶，波导层(3)已适当地漂白，以便包括由漂白材料(10)包围的波界限(9)。
权利要求
1.一种使用受适当波长的射线照射时可以改变折射率的波导材料制作聚合物光波导元件的方法，该法包括以下步骤用掩模选择地覆盖所述的波导材料的一些部分；然后通过所述的掩模辐射波导材料，以便改变未覆盖的波导材料部分的折射率，其特征是，所述掩模是一种已显影的对辐射波长基本上不透明的光刻胶层。
2.一种在聚合物光波导元件中制成侧向限定的波导通道的图形的方法，该法包括以下各步骤(a)制成有层状结构的波导，它包括夹在两折射层(2，4)之间的聚合物波导层(3)，折射层的折射率比波导层低；(b)将光刻胶层(11)涂覆到所述的层状波导上；(c)通过限定所希望图形的掩模(7)，曝光光刻胶；(d)使光刻胶显影，以便产生层状波导的覆盖部分和露出部分图形限定的窗口(12)；(e)用能引起波导层聚合物的折射率变化的波长的辐射以图形方式覆盖着的波导；已显影的光刻胶就是对辐射光波长基本上不透明的。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，已显影的光刻胶基本上吸收所用的波长。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，光刻胶含有能吸收适当波长能量的染料分子。
5.光刻胶的应用，为了在板式光波导中确定一种或多种波导通道的图形，通过用所述波长的辐射或在所述波长范围内辐射，照射所述的波导，光刻胶对于一定波长或波长范围的光基本上是不透明的。
全文摘要
本发明涉及一种使用受适当波长的辐射时可以改变折射率的波导材料，也就是可漂白的聚合物制成聚合物光波导元件的方法。在该法中为了限定要漂白的区域，所使用的掩模为已显影的光刻胶，它对辐射的波长基本上是不透明的。因此，提供了一种简单化的方法，用这一方法在聚合物光波导中可以制成侧向限定的波导通道图形。光刻胶基本上吸收用于漂白的波长。这一点可通过使用能吸收适当波长能量的染料分子来实现。
文档编号G02B6/13GK1125850SQ9510766
公开日1996年7月3日 申请日期1995年6月22日 优先权日1994年6月23日
发明者T·H·豪克思特拉 申请人:阿克佐诺贝尔公司