CN103018848A - 光纤阵列定位组件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤阵列定位组件及其制造方法，一种光纤阵列定位组件，包括基板，基板包括前后两个区域，前端区域为裸光纤定位固定区域，含有均匀分布的U形槽，相邻的两个U形槽之间由宽度均匀相等的脊背间隔，脊背的宽度在10-18um之间，U形槽的侧壁与基板上表面的交接处为脊背的棱，U形槽的侧壁与基板上表面垂直；后端区域为整体往下凹陷的平台阶，用来固定带塑料包层光纤，所述平台阶距离基板上表面的凹陷深度为200-350um，平台阶与前端U形槽区域紧密连接，之间无任何隔断。本发明只采用多晶硅薄膜作为单一掩膜层，大大减少了整个工艺流程步骤，缩短了生产周期，且各道工艺都与集成电路工艺兼容，可进行大批量生产，生产成本低、周期短。

Description

光纤阵列定位组件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种光纤阵列定位组件及其制造方法，属于光纤通信中的无源器件技术领域。

背景技术

为加速我国信息社会建设，三大运营商及广电系统都加大了对FTTX（光纤接入网）和三网融合（语音网、数据网、有线电视网）建设的投入。但由于接入成本、核心技术等因数，至今进展还比较缓慢，尚未得到大规模推广与发展。运营商们极力降低成本，而光纤阵列分路器是FTTX中的核心器件，占总体成本的一大部分。作为光纤阵列里面的关键器件之一的固定光纤用的组件成本及精度在推广过程中也显得非常重要。

目前的主流产品固定光纤用的组件的一种生产方法为机械切割法，生产出的固定光纤用的组件通常称V槽，材质为石英或玻璃。该类产品对切割设备的要求非常高，目前只有进口机床才能满足要求，前期设备投入较大。由于V槽是由金刚刀切割而成，因为固有的累积机械误差，通道数越多，误差越大，精度越低，从而导致更高的成本。

另外一种固定光纤用的组件的生产方法是采用半导体光刻技术，生产出的固定光纤用的组件通常称U形槽。通过微加工方法加工石英或玻璃晶圆而成的U型槽，此类产品采用光刻技术来确定其初始图形，且所有通道为同时加工成型，不存在机械切割时的累积误差，在加工大通道组件时，能保证定位精度。使用该方法加工的U形槽，分为干法和湿法刻（腐）蚀两种。

干法刻蚀采用比较昂贵的反应离子干法刻蚀，该方法能保证极高的精度及均匀性，但单片加工时间长，且费用高。

湿法腐蚀采用贵重金属(如金/铬薄膜结构)作为工艺材料，但该工艺与成熟的集成电路生产线不能兼容（金会沾污CMOS生产线），只能实行手动工艺加工，且每批次加工的片数有限，贵金属材料较贵，因而成本还是非常高，且生产效率较低，不利于大规模生产。除此之外，用该方法生产的U形槽，因为槽侧壁与基板上表面的夹角小于90度（由其特殊的薄膜结构特性决定），意味着槽侧壁的坡度比较小，比较平滑；这会导致在排纤时，裸纤容易滚动，甚至相邻的光纤相互错位，增加了排纤的难度，降低了生产效率。加上其掩膜特性的限制，目前U形槽深度有限，光纤底部与U形槽底部的距离较小；在点胶时，UV胶水很容易出现气泡或流动性差等问题，影响可靠性及生产效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低成本、高精度、均匀性好、生产效率高且与现有半导体生产线相兼容，可大规模生产，更加适于实用的光纤阵列定位组件及其制造方法。

本发明的技术方案是：

一种光纤阵列定位组件，包括基板，基板包括前后两个区域，前端区域为裸光纤定位固定区域，含有均匀分布的U形槽，相邻的两个U形槽之间由宽度均匀相等的脊背间隔，脊背的宽度在10-18um之间，U形槽的侧壁与基板上表面的交接处为脊背的棱，U形槽的侧壁与基板上表面垂直；

后端区域为整体往下凹陷的平台阶，用来固定带塑料包层光纤，所述平台阶距离基板上表面的凹陷深度为200-350um，平台阶与前端U形槽区域紧密连接，之间无任何隔断。

U形槽的数量为8的整倍数。

基板材料为石英或玻璃。

U形槽的开口宽度小于裸光纤的直径，U形槽的深度大于光纤置于槽内部分圆弧的高度。

一种光纤阵列定位组件的制作方法：按如下步骤进行：

a.选取，纯度在99.999%以上,杂质含量低，晶圆内部无微小气泡的石英或玻璃晶圆作为基板材料；

b.通过气相沉积的方法，在上述基板的上下表面同时沉积掩膜层；掩膜层为多晶硅薄膜，厚度在1000-1200nm；

c.在上述掩膜层上旋涂光刻胶层，并依据光刻板的设计的图形对光刻胶层进行曝光显影工艺，将光刻版上的图形转移至光刻胶层上；

d.在光刻胶的保护下，对上述掩膜层进行湿法腐蚀，在晶圆上表面形成腐蚀U形槽所需的开口；

e.在上述光刻胶层及掩膜层的共同保护下，采用湿法腐蚀工艺，腐蚀液通过开口对晶圆进行选择性腐蚀，从而得到所需要的U形槽；

f.进一步腐蚀，钝化脊背的棱；

g.除去掩膜层；

h.研磨出后端区域的平台阶。

有益效果：本发明运用半导体加工技术来制备，在加工过程中，氟化铵和氢氟酸混合溶液对玻璃或石英（主要成分是SiO₂）在各个方向的腐蚀速度是相同的。另外多晶硅薄膜与石英（玻璃）表面的粘附性极好，在U形槽腐蚀过程中，在横向极少出现过度腐蚀。因此，U形槽的侧壁与基板上表面之间夹角接近于90度。在排光纤的过程中，这样的角度可有效避免目前U形槽中出现的裸纤容易滚动，甚至相邻的光纤相互错位的情况。但脊背的棱比较直，比较锋利，为避免脊背的棱过于锋利损坏光纤表面，在U形槽腐蚀完成后，再超时腐蚀一段时间，以钝化脊背的棱，增加其与光纤侧壁的接触面积，减少光纤划伤及组装过程中出现的损坏。同时因为多晶硅薄膜与石英（玻璃）表面的粘附性要优于金/铬薄膜，且横向过度腐蚀较少，本发明中的U形槽深度要比金/铬薄膜制备的U形槽深（U形槽过深，金/铬薄膜就会从脊背上脱落），这样就增加了光纤底部与U形槽底部的距离；在点胶时，UV胶水就不会出现气泡的问题；同时氟化铵和氢氟酸混合溶液腐蚀石英或玻璃后的粗糙度比较小，U形槽的表面比较光滑，流动性得到很大的改善。各个微型U形槽同时腐蚀成型，定位精度可达0.1-0.3um，避免了机械加工的V槽所出现的累计误差。与多层掩膜层（金/铬薄膜）制备的U形槽比较，本发明只采用多晶硅薄膜作为单一掩膜层（一次可同时沉积200-300片晶圆），大大减少了整个工艺流程步骤，缩短了生产周期，且各道工艺都与集成电路工艺兼容，因而可在现有的半导体代工厂进行大批量生产，其生产成本和生产周期与其它方法相比，具有非常大的优势。

附图说明

图1 为本发明中U形槽基板；

图2为本发明U形槽的端面局部图；

图3为本发明U形槽基板与光纤及盖板组装成光纤阵列后的端面示意图；

图4-图9为本发明在各道工艺流程中的端面剖视图；

图4 为晶圆上下面沉积掩膜层图；

图5 为上述掩膜层带有显影后的光刻胶层图；

图6 为掩膜层上表面形成的腐蚀U形槽所需的开口图；

图7 为腐蚀后得到的U形槽图；

图8 为除去掩膜层后的U形槽图；

图9 为研磨完台阶后，整个U形槽侧面图。

图中1—基板、2—前端区域、3—后端区域、4—盖板、5—光纤、6—胶水、7—U形槽、8—脊背、9—掩膜层、10—光刻胶层、11—光刻胶层上的开口、12—掩膜层上的开口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

一种光纤阵列定位组件，包括基板1，基板1包括前后两个区域，前端区域2为裸光纤定位固定区域，含有均匀分布的U形槽7，相邻的两个U形槽7之间由宽度均匀相等的脊背8间隔，脊背8的宽度在10-18um之间，U形槽7的侧壁与基板上表面的交接处为脊背的棱，U形槽7的侧壁与基板上表面垂直；

后端区域3为整体往下凹陷的平台阶，用来固定带塑料包层光纤，平台阶距离基板上表面的凹陷深度为200-350um，平台阶与前端U形槽区域紧密连接，之间无任何隔断。

U形槽7的数量为8的整倍数，或客户定制数量。

基板1材料为石英或玻璃。

U形槽7的开口宽度小于裸光纤的直径，U形槽7的深度大于光纤置于槽内部分圆弧的高度。

一种光纤阵列定位组件的制作方法：按如下步骤进行：

a.选取纯度在99.999%以上,杂质含量低，晶圆内部无微小气泡的石英或玻璃晶圆作为基板材料；

b.通过气相沉积的方法，在上述基板的上下表面同时沉积掩膜层；掩膜层为多晶硅薄膜，厚度在1000-1200nm；

c.在上述掩膜层上旋涂光刻胶层，并依据光刻板的设计的图形对光刻胶层进行曝光显影工艺，将光刻版上的图形转移至光刻胶层上；

d.在光刻胶的保护下，对上述掩膜层进行湿法腐蚀，在晶圆上表面形成腐蚀U形槽所需的开口；所用的腐蚀液带碱性，如KOH，TMAH（四甲基氢氧化铵）； 

e.在上述光刻胶层及掩膜层的共同保护下，采用湿法腐蚀工艺，腐蚀液通过开口对晶圆进行选择性腐蚀，从而得到所需要的U形槽；所用的腐蚀液氟化铵和氢氟酸混合溶液； 

f.进一步腐蚀，钝化脊背的棱；

g.除去掩膜层；

h.研磨出后端区域的平台阶。

鉴于现有U形槽技术成本高，大规模生产难度大，排纤困难且效率低等问题，本发明U形槽定位精度高，生产工艺简单，与现有半导体生产线相兼容，可大规模生产，大幅度降低成本低。

如图1所示，本发明包括前端区域2和后端区域3 两个区域，前端区域2区域为裸光纤（去掉塑料包层的光纤）的定位固定区域，如图2所示，前端区域2区域内含有n个（n=8,16,32,48,64,128等，或客户定制数量）均匀分布的U形槽7，相邻的两个U形槽之间由宽度均匀的脊背8间隔。后端区域3区域为端区域为带塑料包层光纤的固定区域，前端区域2紧密连接，之间无任何隔断。该平台阶整体往下凹陷，保证在组装光纤阵列过程光纤不被折断。因为掩膜9与石英（玻璃）表面的粘附性极好，在U形槽腐蚀过程中，横向极少出现过度腐蚀，因此U形槽7的侧壁与基板1上表面之间夹角接近于90度。这样的角度下，脊背8的侧壁比较陡直，光纤5的侧面与排光纤的过程中，裸纤不容易滚动，也不易出现光纤相互错位的情况。经过钝化后的脊背8的棱比较圆滑，不会损坏光纤5表面。在图3中，光纤5被盖板4和脊背8的两个棱固定，通过这种3点固定法，光纤5被精确定位。用于固化用的UV胶6覆盖整个光纤的外表面，并填满U形槽7位于光纤5下面的底部区域（深度为H）。

本发明中的槽深要大于目前U形槽；也就是说，增加了深度H，在点胶时，UV胶水就不会因为毛细现象而出现气泡被液封在胶水6里面的情况，这样就提高了成品的可靠性。同时U形槽7的表面粗糙度变小，胶水6在里面的流动性能也得到极大改善，提高了光纤5的组装效率。

本发明可通过图4-9所示步骤来制备，具体描述如下：

a.基本材质为石英或玻璃基板1，纯度在99.999%以上,杂质含量要低，基板1内部无微小气泡，表面无微小划痕；

b.如图4所示，通过气相沉积的方法，在上述基板1的上下表面同时沉积掩膜层9；该掩膜层9为多晶硅薄膜，厚度在1000-1200nm，因为掩膜层9对氢氟酸和氟化铵的混合溶液有很好的抗腐蚀性，且具有极好的致密性，可避免酸液渗透掩膜9腐蚀到基板1,而产生缺陷；

c.如图5所示，在上述掩膜层9上旋涂光刻胶层10，并依据光刻板的设计的图形对光刻胶层10进行曝光显影工艺，将光刻版上的图形转移至光刻胶层上,在这道工艺中，腐蚀U形槽7所需的光刻胶层上的开口11在光刻胶层10成型；

d.如图6所示，在光刻胶层10的保护下，对上述掩膜层9进行湿法腐蚀，在基板1上表面形成腐蚀U形槽所需的开口12，在腐蚀掩膜层9时，要控制好时间，避免过度腐蚀；

e.如图7所示，在光刻胶层10及掩膜层9的共同保护下，采用湿法腐蚀工艺，腐蚀液通过掩膜层上的开口12对基板1进行选择性腐蚀，从而得到所需要的U形槽7；

f.为减少脊背8的棱的锐利程度，在U形槽7的深度达到设计值后，再进一步腐蚀（5-9分钟），这样脊背8的棱就会得到微钝化，变得比较圆滑；U形槽7腐蚀过程中使用的腐蚀液为氢氟酸和氟化铵的混合溶液,该混合溶液对玻璃或石英（主要成分是SiO₂）在各个方向具有相同的腐蚀速率，而且腐蚀后的粗糙度比较小，可改善胶水6在U形槽7里面的流动性；

g.如图8所示，除去掩膜层9和光刻胶层10；

h.如图9所示，机械研磨出后端区域3的平台阶。

Claims (5)

1.一种光纤阵列定位组件，包括基板（1），其特征在于：所述基板（1）包括前后两个区域，前端区域（2）为裸光纤定位固定区域，含有均匀分布的U形槽（7），相邻的两个U形槽（7）之间由宽度均匀相等的脊背（8）间隔，脊背（8）的宽度在10-18um之间，U形槽（7）的侧壁与基板上表面的交接处为脊背的棱，U形槽（7）的侧壁与基板上表面垂直；

后端区域（3）为整体往下凹陷的平台阶，用来固定带塑料包层光纤，所述平台阶距离基板上表面的凹陷深度为200-350um，平台阶与前端U形槽区域紧密连接，之间无任何隔断。

2.根据权利要求1所述的光纤阵列定位组件，其特征在于：所述U形槽（7）的数量为8的整倍数。

3.根据权利要求1所述的光纤阵列定位组件，其特征在于：所述基板（1）材料为石英或玻璃。

4.根据权利要求1所述的光纤阵列定位组件，其特征在于：所述U形槽（7）的开口宽度小于裸光纤的直径，U形槽（7）的深度大于光纤置于槽内部分圆弧的高度。

5.一种光纤阵列定位组件的制作方法：按如下步骤进行：

a.选取，纯度在99.999%以上,杂质含量低，晶圆内部无微小气泡的石英或玻璃晶圆作为基板材料；

b.通过气相沉积的方法，在上述基板的上下表面同时沉积掩膜层；掩膜层为多晶硅薄膜，厚度在1000-1200nm；

c.在上述掩膜层上旋涂光刻胶层，并依据光刻板的设计的图形对光刻胶层进行曝光显影工艺，将光刻版上的图形转移至光刻胶层上；

d.在光刻胶的保护下，对上述掩膜层进行湿法腐蚀，在晶圆上表面形成腐蚀U形槽所需的开口；

e.在上述光刻胶层及掩膜层的共同保护下，采用湿法腐蚀工艺，腐蚀液通过开口对晶圆进行选择性腐蚀，从而得到所需要的U形槽；

f.进一步腐蚀，钝化脊背的棱；

g.除去掩膜层；

h.研磨出后端区域的平台阶。

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