[发明专利]一种薄膜铌酸锂光波导芯片抛光装置的抛光方法

说明书

本发明所提出的一种薄膜铌酸锂光波导芯片抛光装置及其抛光方法利用磁力搅拌台驱动磁转子在抛光溶液中转动，进而搅拌抛光溶液与芯片表面发生流动接触，其中的抛光颗粒与干法刻蚀后的芯片表面发生半接触或滑动接触，并伴有少量的粒子轰击，同时抛光溶剂中的碱性离子与刻蚀表面发生化学刻蚀反应，利用抛光溶液的不断搅动实现沿刻蚀表面平行方向的化学刻蚀和粒子轰击，进而去除沉积在干法刻蚀表面的刻蚀生成物以及干法刻蚀产生的尖峰和凸起，达到刻蚀表面和波导侧壁光滑化的效果，与传统的接触式机械研磨抛光和化学机械抛光方法相比，具有结构简单、操作简便、成本低、表面损伤小的优点。

技术领域

本发明涉及集成光学芯片制造及微纳米加工领域，特别涉及一种薄膜铌酸锂光波导芯片抛光装置的抛光方法。

背景技术

光波导是构建集成光学功能器件和芯片的基本单元，其传输损耗主要取决于光波导侧壁和表面粗糙产生的散射损耗，而光波导表面和侧壁的粗糙度又取决于光波导的刻蚀工艺，尤其对于薄膜铌酸锂晶体材料，其加工工艺难度比氧化硅、硅和聚合物等材料大，薄膜铌酸锂光波导的刻蚀目前主要采用氩离子干法刻蚀，其原理是采用氩离子对薄膜铌酸锂材料的表面进行轰击，经干法刻蚀后的光波导侧壁和表面粗糙度通常较大，且该刻蚀过程中产生的刻蚀生成物会不断聚集在光波导的侧壁和表面，进一步恶化光波导的表面粗糙度，导致较高的光波导传输损耗。

目前降低薄膜铌酸锂光波导表面粗糙度的方法主要包括两种：一是采用感应耦合等离子体干法刻蚀，通过不断优化射频功率和刻蚀气压减少刻蚀生成物的沉积，但这种方法对刻蚀设备的性能要求很高，价格昂贵，且对刻蚀表面粗糙度的降低效果有限；二是采用抛光技术将光波导的表面进行光滑处理，抛光技术在微纳加工工艺中主要用于晶圆衬底平面的抛光，其方法是将晶圆衬底固定在抛光夹具上，将待抛光平面倒置于抛光机的抛光垫上，利用抛光液对该平面进行物理摩擦和化学腐蚀，从而实现对衬底平面的抛光处理，然而对于刻蚀过后的光波导，由于光波导图形的存在，传统的抛光工艺难以对光波导的侧壁进行抛光，且抛光过程会对光波导的表面产生损伤。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种薄膜铌酸锂光波导芯片抛光装置的抛光方法，能够有效降低薄膜铌酸锂光波导刻蚀表面和侧壁粗糙度，同时不会对其产生损伤。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种薄膜铌酸锂光波导芯片抛光装置，所述装置包括：

抛光机构，包括操作台以及设于操作台上的磁力搅拌台，所述磁力搅拌台上放置有用于抛光的抛光容器；

夹持机构，包括设于操作台上的支撑架和用于夹持待抛光薄膜铌酸锂光波导芯片的芯片夹具；

所述芯片夹具倒置安装在支撑架的下方，并浸入抛光容器中的抛光溶液。

优选的是，所述支撑架包括垂直固定杆、水平悬臂梁以及垂直支架，所述垂直固定杆通过第一连接件与水平悬臂梁活动连接，所述水平悬臂梁通过第二连接件与垂直支架活动连接，所述垂直支架一端向下延伸至抛光容器中且其端部与芯片夹具的夹具底座连接。

优选的是，所述水平悬臂梁通过第一连接件在垂直固定杆的长度范围内移动，垂直支架通过第二连接件在水平悬臂梁的长度范围内移动。

优选的是，所述抛光容器中放置有磁转子。

一种薄膜铌酸锂光波导芯片的抛光方法，包括以下步骤：

步骤一：在抛光容器中加入粗抛光溶液，然后将待抛光薄膜铌酸锂光波导芯片安装在芯片夹具上，并浸入粗抛光溶液，之后启动磁力搅拌机开始粗抛光；

步骤二：将步骤一中粗抛光后的薄膜铌酸锂光波导芯片进行清洗；

步骤三：将抛光容器中的粗抛光溶液倒出，然后加入细抛光溶液，将清洗后的薄膜铌酸锂光波导芯片浸入细抛光溶液中，启动磁力搅拌机开始细抛光，最后得到光波导侧壁和表面光滑的薄膜铌酸锂光波导芯片。