CN103472542A - 用于定位光纤阵列的梯形槽的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于定位光纤阵列的梯形槽的制作方法，包括以下步骤：1）在晶圆上进行硬掩膜的生长；2）在硬掩膜上涂覆光刻胶；3）利用光刻工艺，将用于定位光纤阵列的梯形槽的图形转移到光刻胶上；4）利用等离子刻蚀技术，将梯形槽的图形进一步转移到硬掩膜上；5）利用等离子刻蚀技术，在晶圆上刻蚀出梯形槽，该梯形槽的侧壁与晶圆上表面的交界处为光滑的弧形面；6）除去晶圆上残留的硬掩膜。本发明可以解决目前制作光纤阵列定位槽通用的湿法腐蚀、机械加工等方法带来的定位精度差、成本高以及成品率低等问题，并且可以有效提高光纤阵列的组装效率及可靠性。

Description

用于定位光纤阵列的梯形槽的制作方法

技术领域

    本发明涉及一种制作光纤阵列定位槽的方法，特别是涉及一种使用等离子刻蚀技术制作用于定位光纤阵列的梯形槽的方法。

背景技术

光纤通信是用光作为信息的载体，以光纤作为传输介质的一种通信方式。相比于其他传统的通信方式，光纤通信有着巨大的优势。随着信息技术的不断发展和信息化进程的加快，光纤及光芯片的使用范围越来越广，如光纤通信系统、光纤数据网及光纤CATV等。光纤阵列是无源光网络的重要元器件，主要用于平面光波导器件，例如光分路器，阵列波导光栅等多通道微光学模块中，需要将平面光波导器件中的每条光路与光纤阵列中对应的光纤精确耦合对准、固定、封装成稳定的光学器件，以确保器件的良好、稳定的通光特性。因此光纤阵列的高精度定位是保证光器件优良性能的重要前提。目前制作光纤阵列定位槽的方法包括湿法腐蚀特定晶向硅片以及机械加工制作V型槽等，但是这些方法制作的定位槽存在定位精度差、成本昂贵及成品率低等技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制作光纤阵列定位槽的方法，利用该方法制作的定位槽不仅位置精度高，而且可以有效减低制作成本，并提高成品率。

为了实现上述目的，采用以下技术方案：一种用于定位光纤阵列的梯形槽的制作方法，包括以下步骤：

1）在晶圆上进行硬掩膜的生长；

2）在所述硬掩膜上涂覆光刻胶；

3）利用光刻工艺，将光刻版上用于定位光纤阵列的梯形槽（6）的图形转移到所述光刻胶上；

4） 利用等离子刻蚀技术，将所述梯形槽的图形进一步转移到所述硬掩膜上；

5）利用等离子刻蚀技术，在所述晶圆上刻蚀出所述梯形槽，该梯形槽的侧壁与所述晶圆的上表面的交界处为光滑的弧形面；

    6）除去所述晶圆上残留的硬掩膜。

所述梯形槽为等腰梯形槽，其位于所述晶圆的上表面处的最大槽宽小于所述光纤阵列中光纤的直径，所述梯形槽的深度大于所述光纤位于所述梯形槽内的圆弧段的高度，且小于所述晶圆的厚度。

所述梯形槽的侧壁与槽底面之间的夹角θ满足条件：90°<θ≤100°。

所述硬掩膜为多晶硅、金属Cr或金属Au。

所述等离子刻蚀技术为感应耦合等离子体刻蚀、反应离子刻蚀或离子束刻蚀。

所述晶圆为普通玻璃、石英玻璃、硼酸盐玻璃或硅基材料。

本发明的优点在于：采用等离子刻蚀这种干法刻蚀技术制作光纤阵列定位槽，在槽的深度、宽度的均匀性和一致性等控制上具有很高的精准度，能够达到和光刻版的设计完全一致的效果，可以解决目前制作光纤阵列定位槽通用的湿法腐蚀、机械加工等方法带来的定位精度差、成本高以及成品率低等问题。并且，通过优化等离子刻蚀工艺，使得梯形槽的侧壁与晶圆上表面的交界处为光滑的弧形面，光纤嵌入梯形槽时与其弧形面进行相切接触，光纤较容易进槽，既有效提高了光纤阵列的组装效率又保证了封装定位的精准度；同时，弧形面的存在亦可以有效避免尖角对光纤的损伤，可提高光纤阵列的可靠性。

附图说明

图1是本发明步骤（1）中晶圆上生长硬掩膜后的截面图。 

图2是本发明步骤（2）中在硬掩膜上涂覆光刻胶后的截面图。

图3是本发明步骤（3）中光刻版盖于光刻胶之上的截面图. 

图4是本发明步骤（4）中利用光刻工艺，梯形槽图形转移到光刻胶上的截面图. 

图5是本发明步骤（5）中利用等离子刻蚀技术，梯形槽图形转移到硬掩膜上的截面图.

图6是本发明步骤（6）中利用等离子刻蚀技术，得到的梯形槽的截面图；

图7是本发明组装了光纤阵列的结构示意图；

图8是本发明定位单个光纤的梯形槽的结构示意图。

具体实施方式

如图1~6所示，一种用于定位光纤阵列的梯形槽的制作方法，包括以下步骤：

1）在晶圆1上进行硬掩膜2的生长；

2）在硬掩膜2上涂覆光刻胶3；

3）利用光刻工艺，将光刻版4上用于定位光纤阵列5的梯形槽6的图形转移到光刻胶3上；

4）利用等离子刻蚀技术，将梯形槽6的图形进一步转移到硬掩膜2上；

5）利用等离子刻蚀技术，在晶圆1上刻蚀出梯形槽6，该梯形槽6的侧壁7与晶圆1的上表面8的交界处9为光滑的弧形面；

6）除去晶圆1上残留的硬掩膜2。

如图7、8所示，梯形槽6为等腰梯形槽，其位于晶圆1的上表面8处的最大槽宽小于光纤阵列5中光纤10的直径，梯形槽6的深度大于光纤10位于梯形槽6内的圆弧段的高度，且小于晶圆1的厚度；根据光纤10的形状和组装要求，梯形槽6的侧壁7与槽底面11之间的夹角θ满足条件：90°<θ≤100°。

硬掩膜2可以采用多晶硅、金属Cr或金属Au其中之一；等离子刻蚀技术可以采用感应耦合等离子体刻蚀、反应离子刻蚀或离子束刻蚀其中之一；晶圆1可以采用普通玻璃、石英玻璃、硼酸盐玻璃或硅基材料其中之一。

以感应耦合等离子体技术在石英玻璃的晶圆1上刻蚀用于定位光纤阵列5的梯形槽6为例。采用C₄F₈、Ar、H₂等刻蚀气体，其中C₄F₈为主要的刻蚀气体，它在电场的作用下，离化成等离子体和各种活性离子，包含CFn、CF₂、CF₃、F*(游离基)、Ar+等。主要反应为：

SiO₂  +   4F  →   SiF₄ ↑+   O₂↑  

Ar气是惰性气体，一方面可以稀释反应气体，另一方面可以轰击被刻蚀表面上的聚合物CFn，加快刻蚀的速率；加入一定的H₂可以提高刻蚀选择比和保持较小的CD线宽损失，但是过量的H₂则会导致表面聚合物增加，从而影响刻蚀速率。在反应中CF基团是关键的刻蚀因子，F主要起刻蚀因素，其中CFn等聚合物基团优点是有利于提高刻蚀选择比，缺点是过多的聚合物会覆盖在被刻蚀表面造成刻蚀中止，因此合理的刻蚀气体配比至关重要。另外，等离子刻蚀设备的上下电极功率分配对刻蚀的梯形槽６的形貌影响也很大。采用上下电极功率比值为2：1、C₄F₈与H₂的流量比值为1：1的工艺参数，可以得到较为理想的CD线宽、刻蚀选择比；同时通过调整刻蚀设备反应腔室压力、温度，可以有效调整梯形槽6的侧壁7与槽底面１１之间的角度θ，使其满足设计需求；另外，为了使得梯形槽6的侧壁7与晶圆1的上表面8的交界处9呈现为光滑的弧形面，采用了分步刻蚀的工艺思路，首先将晶圆1刻蚀到接近所需梯形槽6的深度，然后再调整刻蚀气体比例及功率分配，刻蚀得到所需梯形槽6。

等离子刻蚀技术在光纤阵列5定位槽的深度、宽度的均匀性和一致性等控制上具有很高的精准度，能够达到和光刻版4的设计完全一致的效果；同时，光纤10嵌入梯形槽6时与其弧形面进行相切接触，光纤10较容易进槽，既有效提高了光纤阵列5的组装效率又保证了封装定位的精准度；同时，弧形面的存在亦可以有效避免尖角对光纤10的损伤，可提高光纤阵列5的可靠性。

    以上所述的具体实施方式，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，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，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。

Claims (6)

1.一种用于定位光纤阵列的梯形槽的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

1）在晶圆（1）上进行硬掩膜（2）的生长；

2）在所述硬掩膜（2）上涂覆光刻胶（3）；

3）利用光刻工艺，将光刻版（4）上用于定位光纤阵列（5）的梯形槽（6）的图形转移到所述光刻胶（3）上；

4） 利用等离子刻蚀技术，将所述梯形槽（6）的图形进一步转移到所述硬掩膜（2）上；

5）利用等离子刻蚀技术，在所述晶圆（1）上刻蚀出所述梯形槽（6），该梯形槽（6）的侧壁（7）与所述晶圆（1）的上表面（8）的交界处（9）为光滑的弧形面；

    6）除去所述晶圆（1）上残留的硬掩膜（2）。

2.根据权利要求1所述的用于定位光纤阵列的梯形槽的制作方法，其特征在于：所述梯形槽（6）为等腰梯形槽，其位于所述晶圆（1）的上表面（8）处的最大槽宽小于所述光纤阵列（5）中光纤（10）的直径，所述梯形槽（6）的深度大于所述光纤（10）位于所述梯形槽（6）内的圆弧段的高度，且小于所述晶圆（1）的厚度。

3.根据权利要求1或2所述的用于定位光纤阵列的梯形槽的制作方法，其特征在于：所述梯形槽（6）的侧壁（7）与槽底面（11）之间的夹角θ满足条件：90°<θ≤100°。

4.根据权利要求１所述的用于定位光纤阵列的梯形槽的制作方法，其特征在于：所述硬掩膜（2）为多晶硅、金属Cr或金属Au。

5.根据权利要求1所述的用于定位光纤阵列的梯形槽的制作方法，其特征在于：所述等离子刻蚀技术为感应耦合等离子体刻蚀、反应离子刻蚀或离子束刻蚀。

6.根据权利要求1所述的用于定位光纤阵列的梯形槽的制作方法，其特征在于：所述晶圆（1）为普通玻璃、石英玻璃、硼酸盐玻璃或硅基材料。

Images