模斑转换器中楔形结构的制备方法及楔形结构与流程

1.本公开涉及光电子技术领域，具体涉及一种模斑转换器中楔形结构的制备方法及楔形结构。


背景技术：

2.在光纤通信应用中，波导型pin探测器通常需要光纤光作为入射光源。一般情况下，光纤模场与探测器波导所支持的模场不易匹配。例如，单模光纤的模场直径在1550nm波段约为10μm，而工作在相应波段的磷化铟基探测器单模波导宽度在1到2μm左右。两者的模场失配不利于提升波导探测器的响应度特性。因此，需要模斑转换器来实现光纤与探测器波导之间的高效耦合。
3.常见的光纤
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波导耦合器有光栅耦合器、棱镜耦合器和楔形模斑转换器等。其中楔形模斑转换器因具有较高的对准容忍度、便于集成和封装的优点，使用较广。目前研究较多的楔形模斑转换器主要采用水平楔形结构，即宽度在水平方向上变化，形成所谓的“正锥形”或“倒锥形”结构，且多见于硅基材料。垂直楔形模斑转换器，其结构呈斜坡状，制备工艺较难，目前楔形模斑转换器的工艺制作多使用灰度光刻等方法，灰度光刻所需的设备十分昂贵，且制作灰度掩模的速度慢，成本高，加工效率与加工风险异常的高，很难从实验室走向具体应用。


技术实现要素：

4.有鉴于上述问题，本公开提供一种模斑转换器中楔形结构的制备方法及楔形结构，具体如下。
5.本公开一方面提供了一种模斑转换器中楔形结构的制备方法，包括：提供一衬底；在上述衬底上通过至少两次接触式曝光形成阶梯式光刻胶层；通过热融上述阶梯式光刻胶层，得到楔形图案；通过刻蚀，将上述楔形图案转移至上述衬底上，得到上述楔形结构。
6.根据本公开的实施例，其中，上述在上述衬底上通过至少两次接触式曝光形成阶梯光刻胶层，包括：根据第n层阶梯高度和相邻两层阶梯的高度差值确定第n 1层阶梯的高度；根据上述第n 1层阶梯高度确定形成上述第n 1层阶梯所需的曝光剂量；根据上述第n 1层阶梯所需的曝光剂量，通过接触式曝光在上述第n层阶梯上形成上述第n 1层阶梯光刻胶层；其中，n为自然数。
7.根据本公开的实施例，其中，上述相邻两层阶梯的高度差值包括50～100nm。
8.根据本公开的实施例，其中，上述在上述衬底上通过至少两次接触式曝光形成阶梯式光刻胶层，包括在上述衬底上，采用胶厚1.3～1.5μm的正性光刻胶通过至少两次接触式曝光形成阶梯式光刻胶层。
9.根据本公开的实施例，其中，上述通过热融上述阶梯式光刻胶层，得到楔形图案，包括在180～230℃，热融30～60min上述阶梯式光刻胶层，得到楔形图案。
10.根据本公开的实施例，其中，上述通过热融上述阶梯式光刻胶层，得到楔形图案，
还包括：在热融上述阶梯式光刻胶层之前，稀释上述阶梯式光刻胶层。
11.根据本公开的实施例，其中，上述在热融上述阶梯式光刻胶层之前，稀释上述阶梯式光刻胶层，包括：在热融上述阶梯式光刻胶层之前，采用电子级丙二醇甲醚醋酸酯蒸汽稀释上述阶梯式光刻胶层。
12.根据本公开的实施例，其中，上述阶梯式光刻胶层的厚度包括1～3μm。
13.根据本公开的实施例，其中，上述通过刻蚀，将上述楔形图案转移至上述衬底上，得到上述楔形结构，包括：通过干法刻蚀工艺，将上述楔形图案转移至上述衬底上，得到上述楔形结构。
14.本公开另一方面提供了一种楔形结构，包括采用上述的方法制备的楔形结构。
15.本公开提供的模斑转换器中楔形结构的制备方法利用接触式光刻机多次套刻形成台阶，然后进行热融回流与刻蚀得到模斑转换器中楔形结构。该方法工艺简单，成本较低，只需普通的接触式光刻机即可满足需求。
附图说明
16.图1示意性示出了本公开实施例制备模斑转换器中楔形结构的工艺流程；
17.图2示意性示出了本公开实施例制备模斑转换器中楔形结构的工艺流程中每个工艺步骤得到的结构图；
18.图3示意性示出了将阶梯式光刻胶层热融为楔形结构的过程；
19.图4示意性示出了本公开实施例利用接触式光刻机多次套刻形成阶梯式光刻胶层的过程。
具体实施方式
20.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
21.本公开一方面提供了一种模斑转换器中楔形结构的制备方法，包括：提供一衬底；在衬底上通过至少两次接触式曝光形成阶梯式光刻胶层；通过热融阶梯式光刻胶层，得到楔形图案；通过刻蚀，将楔形图案转移至衬底上，得到楔形结构。
22.图1示意性示出了本公开实施例制备模斑转换器中楔形结构的工艺流程。
23.图2示意性示出了本公开实施例制备模斑转换器中楔形结构的工艺流程中每个工艺步骤得到的结构图。
24.图3示意性示出了将阶梯式光刻胶层热融为楔形结构的过程。
25.如图1和图2所示，提供一衬底；在衬底上通过至少两次接触式曝光形成阶梯式光刻胶层；如图3所示，通过热融阶梯式光刻胶层，得到楔形图案；通过刻蚀，将楔形图案转移至衬底上，得到楔形结构。
26.本公开提供的模斑转换器中楔形结构的制备方法利用接触式光刻机多次套刻形成台阶，然后进行热融回流与刻蚀得到模斑转换器中楔形结构。该方法工艺简单，成本较低，只需普通的接触式光刻机即可满足需求。
27.根据本公开的实施例，其中，在衬底上通过至少两次接触式曝光形成阶梯光刻胶层，包括：根据第n层阶梯高度和相邻两层阶梯的高度差值确定第n 1层阶梯的高度；根据第
n 1层阶梯高度确定形成第n 1层阶梯所需的曝光剂量；根据第n 1层阶梯所需的曝光剂量，通过接触式曝光在第n层阶梯上形成第n 1层阶梯光刻胶层；其中，n为自然数。
28.图4示意性示出了本公开实施例利用接触式光刻机多次套刻形成阶梯式光刻胶层的过程。
29.如图4所示，采用接触式曝光，利用接触式光刻机多次套刻形成阶梯，掩膜版每次移动约100μm，根据前一次梯度曝光得到的台阶高度数据进行拟合，绘制曝光剂量——残胶厚度曲线，根据前一次梯度曝光得到的台阶高度和相邻两层阶梯的高度差值确定下一次梯度曝光的台阶高度，然后根据拟合曲线确定下一次梯度曝光所需的曝光剂量，如根据第一个台阶实际的曝光剂量d1和拟合曲线确定第二个台阶实际的曝光剂量d2，或根据第二个台阶实际的曝光剂量d2和拟合曲线确定第三个台阶实际的曝光剂量d3，进行下一次梯度曝光，多次重复，得到相邻台阶高度满足要求的阶梯光刻胶层。
30.根据前一层的阶梯高度和相邻两层阶梯的高度差确定后一层光刻阶梯层高度，从而确定后一层光刻阶梯层光刻所需曝光剂量，可以确保阶梯结构的相邻高度差符合设计要求，从而实现均匀的楔形结构。
31.根据本公开的实施例，其中，相邻两层阶梯的高度差值包括50～100nm。根据本公开的实施例，相邻两层阶梯的高度差值例如可以是50nm、75nm和100nm。
32.根据本公开的实施例，其中，在衬底上通过至少两次接触式曝光形成阶梯式光刻胶层，包括在衬底上，采用胶厚1.3～1.5μm的正性光刻胶通过至少两次接触式曝光形成阶梯式光刻胶层。根据本公开的实施例，采用的正性光刻胶厚度例如可以是1.3μm、1.4μm或1.5μm。
33.根据本公开的实施例，其中，通过热融阶梯式光刻胶层，得到楔形图案，包括在180～230℃，热熔30～60min阶梯式光刻胶层，得到楔形图案。根据本公开的实施例，热融温度例如可以是180℃、205℃或230℃，热融时间例如可以是30min、45min或60min。
34.根据本公开的实施例，其中，通过热融阶梯式光刻胶层，得到楔形图案，还包括：在热融上述阶梯式光刻胶层之前，稀释上述阶梯式光刻胶层。
35.根据本公开的实施例，其中，在热融上述阶梯式光刻胶层之前，稀释上述阶梯式光刻胶层，包括：在热熔上述阶梯式光刻胶层之前，采用电子级丙二醇甲醚醋酸酯蒸汽稀释上述阶梯式光刻胶层。
36.在热融之前先对光刻胶进行稀释，可以提高光刻胶的流动性，从而确保热融均匀。
37.根据本公开的实施例，其中，阶梯式光刻胶层的厚度包括1～3μm。根据本公开的实施例，阶梯式光刻胶层的厚度例如可以是1μm、2μm或3μm。
38.根据本公开的实施例，其中，通过刻蚀，将楔形图案转移至衬底上，得到楔形结构，包括：通过干法刻蚀工艺，将楔形图案转移至衬底上，得到楔形结构。
39.本公开另一方面提供了一种楔形结构，包括采用上述的方法制备的楔形结构。
40.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。