自对准硅基光纤夹具及制造方法技术

本发明专利技术公开了一种自对准硅基光纤夹具及制造方法，夹具单元本体材料为硅；单个夹具单元厚度为200至700微米；夹具由导向孔和限位孔组成，导向孔大于限位孔。本发明专利技术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自对准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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电子芯片制造领域中的半导体器件及制造方法。
技术介绍
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。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，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。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。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。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种自对准硅基光纤夹具，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。为了解决以上技术问题，本专利技术提供了一种自对准硅基光纤夹具，夹具单元本体材料为硅；单个夹具单元厚度为200至700微米；夹具由导向孔和限位孔组成，导向孔大于限位孔。本专利技术的有益效果在于: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自对准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。单个夹具单元厚度为200至800微米，典型的为350至550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。优选的，其导向孔倾斜为35至55度。其导向孔底部尺寸为限位孔+0.4至8微米。优选的，导向孔底部尺寸为限位孔+0.4至1.6微米。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。优选的，限位孔尺寸为光纤特征尺寸为+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。优选的，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。可以由单个夹具单元组合形成夹具组合体。本专利技术还提供了一种自对准硅基光纤夹具的制造方法，其工艺步骤为: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，控制其底部尺寸为最终的限位孔尺寸+硬掩模侧墙厚度；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填充；并通过曝光去除导向孔区域的光刻胶。只对导向孔以外的区域进行曝光，并在后续的显影中被保留，而导向孔区域不曝光，该区域的负性光刻胶可以自然被显影去除；步骤5、以光刻胶为掩模，进行硬掩模层回刻，在导向孔侧壁形成硬掩模层侧墙，同时去除底部硬掩模层，同时在其他非导向孔区域的硬掩模层被光刻胶保护；步骤6、然后再用硬掩模层为掩模刻蚀硅基板，自对准形成限位孔，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7、硅片背面研磨减薄露出限位孔。导向孔的产生也可以采用硬掩模作为掩模层，将步骤1、2采用以下步骤:步骤1、在硅基板上沉积硬掩模层，厚度为0.5-50微米；步骤2、旋涂光刻胶，进行导向孔图形光刻；步骤3、以光刻胶为掩模，刻蚀硬掩模层，再利用硬掩模层作为掩模层刻蚀硅基板形成导向孔，其深度为20至150微米。步骤3中其硬掩模层材料为SiO2。所述导向孔刻蚀也可以采用硬掩模为中间阻挡层。步骤4的负胶旋涂使用光刻胶量为2毫升至20毫升，优选的步骤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。因为本工艺流程中，导向孔的深度极深(20?150um)，远远超过普通半导体加工工艺中的台阶高度(<10um)，因此普通的涂胶工艺包括多次旋涂工艺均无法满足需求。其主要需要通过吐出量的增加，配合转速的控制(匀胶步骤转速约800rpm?1500rpm)，先在前I?2次使光刻胶填入导向孔内，在后几步中在娃片表面形成一定厚度的光刻月父。步骤5回刻后，导向孔内光刻胶与衬底间台阶差小于5微米。步骤3沉积硬掩模层厚度为0.5至2微米。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1~5次循环完成；2)重复步骤1) 1-3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) 1~3次。【附图说明】下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术作进一步详细说明。图1是光纤对接示意图；图2是本专利技术的光纤夹具单元示意图；图3a_b是多个夹具单元组合使用示意图；图4a_f是本专利技术所述制造方法不意图。图中附图标记说明:I衬底，2光刻胶，3硬掩模，4负性光刻胶。【具体实施方式】本专利技术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。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。如图4所示，选取常用的725微米厚，200mm直径的8英寸硅片为基片为例:I)在硅基板上旋涂光刻胶，进行导向孔图形光刻。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，控制其底部尺寸为最终的限位孔尺寸+硬掩模侧墙厚度。比如以125微米单模光纤夹具为例，限位孔尺寸为125.5至126.5微米，沉积硬掩模层厚度为1.5微米，其台阶覆盖率为80%，则侧墙厚度为1.2微米，因此导向孔底部尺寸为125.5+1.2至126.5+1.2微米。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。4)旋涂负性光刻胶进行填充。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。其旋涂方法可以采用以下方式:1)吐出量为1~10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1~5次循环完成；2)重复本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种准硅基光纤夹具，其特征在于，夹具单元本体材料为硅；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。

【技术特征摘要】
1.一种准硅基光纤夹具，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。2.如权利要求1所述的自对准硅基光纤夹具，其特征在于，单个夹具单元厚度为350至550微米；其导向孔深度为20至150微米；其导向孔倾斜度为20至60度；其导向孔底部尺寸为限位孔+0.4至8微米；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。3.如权利要求2所述的自对准硅基光纤夹具，其特征在于，其导向孔倾斜为35至55度；导向孔底部尺寸为+0.4至1.6微米；限位孔尺寸为光纤特征尺寸为+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+/-0.5至2微米。4.如权利要求1所述的自对准硅基光纤夹具，其特征在于，由单个夹具单元组合形成夹具组合体。5.一种自对准硅基光纤夹具的制造方法，其特征在于，其工艺步骤为: 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，控制其底部尺寸为最终的限位孔尺 寸+硬掩模侧墙厚度； 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填充； 步骤5、以光刻胶为掩模，进行硬掩模层回刻，在导向孔侧壁形成硬掩模层侧墙，同时去除底部硬掩模层，光刻胶光刻后的开口要大于限位孔的开口同时小于导向孔的开口 ； 步骤6...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雷，刘鹏，
申请(专利权)人：上海华虹宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：