硅基光纤夹具及制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种硅基光纤夹具及制造方法，夹具单元本体材料为硅；夹具由导向孔和限位孔组成，导向孔大于限位孔。本发明使用成熟的半导体制造工艺，使用常用的硅片作为基板进行硅基光纤夹具的制造，同时利用光刻设备对其尺寸和距离等物理尺寸进行严格控制，可以实现亚微米级的限位精度，远高于目前常用的机械加工方式。同时通过超大规模集成半导体工艺，单片硅片上可以大批量产生规格相同，严格受控的夹具单元，大大降低了单个夹具单元的成本，和传统的机械加工方式比，具有明显的成本优势。
【专利说明】硅基光纤夹具及制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微电子芯片制造领域中的半导体制造方法。
【背景技术】
[0002]光信号相比电信号其载体频率更高，因此载波宽度更大，可以携带的信息量更多，因此对于大容量信息传输，光通信是主要的技术手段。
[0003]对于光通信设备，光纤是最常用的光传输设备和接入设备，用以传输光信号和连接不同的光信号处理模块。和传统的电信号连接不同，如图1所示，光纤之间的连接需要两个光纤之间有严格平行的切面、紧密的接触及中心准直性，以保证光信号可以低损耗的从一个光纤通过接面传输到另一个光纤。
[0004]由于光信号频率极高，波长很短，因此光纤的内径比传统电线细很多，以单模光纤为例，其直径只有125微米，因此本身不具备很强的刚性。同时为了保证其接面光滑，平整、紧密结合且中心准直，必须使用光纤夹具对光纤进行限位和定位，通过光纤夹具进行两个光纤接口的对接。
[0005]目前常用的光纤夹具材料一般为金属、塑料、陶瓷、玻璃等，通过模具或物理切割、打磨、钻孔等加工方法进行制造，一般为先用模具产生夹具单元的本体，然后采用机械打孔设备进行开孔，无法大规模成批量量产，同时其限位精度受加工机床或模具的限制，加工精度通常都在几十到几百微米之间，因此需要使用一些其它辅助设备来提高其定位精度。或者使用超精密机械加工设备，从而导致其生产成本极高。因此目前光通信相关设备及部件的价格长期居高不下。同时由于各部件间的加工误差、单个夹具内开孔尺寸的误差、不同光纤限位孔之间的误差，导致实际使用时，光纤对接一次成功率不高，容易造成光纤与夹具损坏,运营维护成本也很高。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种硅基光纤夹具，它可以降低单个光纤夹具的制造成本，提高光纤夹具的精度，降低运营维护成本。
[0007]为了解决以上技术问题，本发明提供了一种硅基光纤夹具，夹具单元本体材料为硅；夹具由导向孔和限位孔组成，导向孔大于限位孔。
[0008]本发明的有益效果在于:使用成熟的半导体制造工艺，使用常用的硅片作为基板进行硅基光纤夹具的制造，同时利用光刻设备对其尺寸和距离等物理尺寸进行严格控制，可以实现亚微米级的限位精度，远高于目前常用的机械加工方式。同时通过超大规模集成半导体工艺，单片硅片上可以大批量产生规格相同，严格受控的夹具单元，大大降低了单个夹具单元的成本，和传统的机械加工方式比，具有明显的成本优势。
[0009]单个夹具单元可以相互组合。
[0010]单个夹具单元厚度为200至800微米，典型的为350至550微米。
[0011]其导向孔深度为20至150微米；其导向孔倾斜度为20至60度；其导向孔倾斜度为35至55度。
[0012]其限位孔深度为250至500微米，尺寸为光纤特征尺寸+0.1至10微米，典型的为+0.5至2微米；相邻两限位孔中心之间的间距其尺寸与设计尺寸偏离为0.1至10微米，典型的为+/至0.5至2微米。
[0013]本发明还提供了一种硅基光纤夹具的制造方法，包括以下步骤:
[0014]步骤1、在硅基板上旋涂光刻胶，进行导向孔图形光刻；
[0015]步骤2、以光刻胶为掩模，刻蚀硅基板形成导向孔，其深度为20至150微米；
[0016]步骤3、去胶后在已经刻蚀出导向孔的硅衬底上全面沉积硬掩模层，厚度为0.5至10微米，典型的为0.5至2微米；
[0017]步骤4、旋涂负性光刻胶，进行限位孔图形光刻，在导向孔内形成限位孔图形；
[0018]步骤5、以光刻胶为掩模，刻蚀硬掩模层，然后再用硬掩模层为掩模刻蚀硅基板，最终形成限位孔，其深度为250至500微米，硅基板剩余未刻蚀层厚度为50至250微米；
[0019]步骤6、硅片背面研磨减薄露出限位孔。
[0020]步骤3中其硬掩模层材料为SiO2。
[0021]可以在步骤3和4之间增加一步负性光刻胶填充，并进行回刻，去除导向孔区域以外其它区域的光刻胶，然后再进行步骤4，再次旋涂光刻胶，进行限位孔图形光刻。
[0022]步骤4的负胶旋涂使用光刻胶量为2毫升至20毫升，典型的为4至8毫升；可以采用多次旋涂；导向孔刻蚀也可以采用硬掩模为中间阻挡层。
[0023]步骤4的负胶旋涂的多次旋涂工艺其各步骤为:1)吐出量为I?10毫升，转速500-1200rpm，旋转2_15秒后静止0.5-5秒再重复上述步骤，通过I?5次循环完成；2)重复步骤I) I至3次；3)吐出量为0.2?5毫升，转速800rpm-1500rpm，旋转2-15秒；4)重复步骤3) I?3次。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0025]图1是光纤对接示意图；
[0026]图2是本发明的光纤夹具单元；
[0027]图3是多个夹具单元组合使用示意图；
[0028]图4是所述制造方法的示意图。
[0029]附图标记说明:
[0030]I衬底，2光刻胶，3硬掩模，4负性光刻胶。
【具体实施方式】
[0031]如图2所示，同时采用两步法分别形成导向孔和限位孔，此时在导向孔形成后，光刻胶需要填满限位孔，且曝光需要在导向孔图形内形成限位孔，因此必须使用负性光刻胶，利用其不曝光可以被去除的特性，使其在限位孔图形区不被曝光，从而去除，保证该区域光刻胶可以被充分去除，形成限位孔图形。
[0032]如果此处使用正性光刻胶，则需要通过曝光才能去除，而此时导向孔深度达20至150微米，现有光刻设备无法实现均匀可控的如此深度的光刻工艺，因此必须采用负性光刻胶。
[0033]大幅度降低单个光纤夹具的制造成本，同时提高光纤夹具的精度，降低运营维护成本。
[0034]选取常用的725微米厚，200mm直径的8英寸硅片为基片为例，如图4所示，本发明所述的硅基光纤夹具的制造方法包括:
[0035]I)在硅基板上旋涂光刻胶，进行导向孔图形光刻，此时光刻胶种类任意，厚度大于I微米即可。
[0036]2)以光刻胶为掩模，刻蚀硅基板形成导向孔，其深度为20至150微米，刻蚀可以采用湿法刻蚀，或干法刻蚀均可，保证侧壁倾斜角度为20至60度，且光滑无尖刺或倾斜角度过大或过小的区域，避免光纤插入时对接面由于碰擦导致接面损伤。
[0037]3)沉积硬掩模层，厚度为0.5至10微米，典型的为0.5至2微米，其材料为S102。
[0038]4)旋涂负性光刻胶，进行限位孔图形光刻，在导向孔内形成限位孔图形。为了保证填充效果，光刻胶旋涂时吐出量需大于2毫升，典型的为4至8毫升。且曝光时焦点设置于硅片表面，而非导向孔底部。保证硅片表面光刻胶被曝光而保留，限位孔图形处未曝光而去除。
[0039]5)以光刻胶为掩模，刻蚀硬掩模层，然后再用硬掩模层为掩模刻蚀硅基板，最终形成限位孔，其深度为250至500微米，硅基板剩余未刻蚀层厚度为50至250微米。
[0040]6)硅片背面研磨减薄露出限位孔。
[0041]如图3所示，当多个光纤夹具单元合用时，可以有两种组合方式:
[0042]平面型，适合多个光纤使用同一个夹具，如图3中A所表示，可以在制造中在一个夹具芯片中放置多个夹具单元，其相邻限位孔之间的距离由光刻制版所决定，因此其精度很高，可以控制在0.1至I微米，远高于常用的机械加工方法。
[0043]垂直型，适合夹具具有一定厚度要求时，可以将减薄划片后多个夹具单元在垂直方向进行堆叠，达到一定的厚度。
[0044]本发明使用成熟的半导体制造工艺，使用常用的硅片作为基板进行硅基光纤夹具的制造，同时利用光刻设备对其尺寸和距离等物理尺寸进行严格控制，可以实现亚微米级的限位精度，远高于目前常用的机械加工方式。同时通过超大规模集成半导体工艺，单片硅片上可以大批量产生规格相同，严格受控的夹具单元，大大降低了单个夹具单元的成本，和传统的机械加工方式比，具有明显的成本优势。
[0045]本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对【具体实施方式】的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。以上的【具体实施方式】用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。
【权利要求】
1.一种自对准准硅基光纤夹具，其特征在于， 夹具单元本体材料为娃; 单个夹具单元厚度为200至800微米； 夹具由导向孔和限位孔组成，导向孔和限位孔相连且贯穿硅本体，导向孔宽度大于限位孔，且导向孔中心和限位孔中心距离〈2微米。
2.根据权利要求1所述的硅基光纤夹具，其特征在于，单个夹具单元可以相互组合。
3.根据权利要求1所述的硅基光纤夹具，其特征在于，单个夹具单元厚度为200至800微米；其导向孔深度为20至150微米；其导向孔倾斜度为20至60度；其限位孔深度为250至500微米，尺寸为光纤特征尺寸+0.1至10微米，相邻两限位孔中心之间的间距其尺寸与设计尺寸偏离为0.1至10微米，导向孔中心和限位孔中心距离〈0.1微米。
4.根据权利要求3所述的硅基光纤夹具，其特征在于，单个夹具单元厚度为350至550微米；导向孔倾斜度为35至55度；限位孔尺寸为光纤特征尺寸+0.5至2微米；相邻两限位孔中心之间的间距其尺寸与设计尺寸偏离为+/-0.5至2微米。
5.一种硅基光纤夹具的制造方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、在硅基板上旋涂光刻胶，进行导向孔图形光刻； 步骤2、以光刻胶为掩模，刻蚀硅基板形成导向孔，其深度为20至150微米； 步骤3、去胶后在已经刻蚀出导向孔的硅衬底上全面沉积硬掩模层，厚度为0.5至10微米; 步骤4、旋涂负性光刻胶，进行限位孔图形光刻，在导向孔内形成限位孔图形； 步骤5、以光刻胶为掩模，刻蚀硬掩模层，然后再用硬掩模层为掩模刻蚀硅基板，最终形成限位孔，其深度为250至500微米，硅基板剩余未刻蚀层厚度为50至250微米； 步骤6、硅片背面研磨减薄露出限位孔。
6.根据权利要求5所述的硅基光纤夹具的制造方法，其特征在于，步骤3中其硬掩模层材料为SiO2 ;可以在步骤3和4之间增加一步负性光刻胶填充，并进行回刻，去除导向孔区域以外其它区域的光刻胶，然后再进行步骤4，再次旋涂光刻胶，进行限位孔图形光刻。
7.根据权利要求6所述的硅基光纤夹具的制造方法，其特征在于，步骤4的负胶旋涂使用光刻胶量为2晕升至20晕升。
8.根据权利要求7所述的硅基光纤夹具的制造方法，其特征在于，步骤4的负胶旋涂使用光刻胶量为4至8毫升；步骤4的负胶旋涂可以采用多次旋涂。
9.如权利要求5所述的自对准硅基光纤夹具的制造方法，其特征在于，步骤4的负胶旋涂的多次旋涂工艺其各步骤为: 1)吐出量为I?10毫升，转速500-1200rpm，旋转2_15秒后静止0.5_5秒再重复上述步骤，通过I?5次循环完成； 2)重复步骤1)1至3次； 3)吐出量为0.2?5毫升，转速800rpm-1500rpm，旋转2-15秒； 4)重复步骤3)I?3次。
10.根据权利要求9所述的硅基光纤夹具的制造方法，其特征在于，导向孔刻蚀可以采用硬掩模为中间阻挡层；所述步骤3沉积硬掩模层厚度为0.5至2微米。
【文档编号】G03F7/00GK103698856SQ201210367925
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2012年9月28日 优先权日:2012年9月28日
【发明者】王雷 申请人:上海华虹宏力半导体制造有限公司