專利名稱：光纖陣列定位組件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種光纖陣列定位組件及其制造方法，屬于光纖通信中的無源器件技術領域。
背景技術：
為加速我國信息社會建設，三大運營商及廣電系統(tǒng)都加大了對FTTX (光纖接入網)和三網融合(語音網、數據網、有線電視網)建設的投入。但由于接入成本、核心技術等因數，至今進展還比較緩慢，尚未得到大規(guī)模推廣與發(fā)展。運營商們極カ降低成本，而光纖陣列分路器是FTTX中的核心器件，占總體成本的一大部分。作為光纖陣列里面的關鍵器件之一的固定光纖用的組件成本及精度在推廣過程中也顯得非常重要。目前的主流產品固定光纖用的組件的一種生產方法為機械切割法，生產出的固定光纖用的組件通常稱V槽，材質為石英或玻璃。該類產品對切割設備的要求非常高，目前只有進ロ機床才能滿足要求，前期設備投入較大。由于V槽是由金剛刀切割而成，因為固有的累積機械誤差，通道數越多，誤差越大，精度越低，從而導致更高的成本。另外ー種固定光纖用的組件的生產方法是采用半導體光刻技術，生產出的固定光纖用的組件通常稱U形槽。通過微加工方法加工石英或玻璃晶圓而成的U型槽，此類產品采用光刻技術來確定其初始圖形，且所有通道為同時加工成型，不存在機械切割時的累積誤差，在加工大通道組件吋，能保證定位精度。使用該方法加工的U形槽，分為干法和濕法刻(腐)蝕兩種。干法刻蝕采用比較昂貴的反應離子干法刻蝕，該方法能保證極高的精度及均勻性，但單片加工時間長，且費用高。濕法腐蝕采用貴重金屬(如金/鉻薄膜結構)作為エ藝材料，但該エ藝與成熟的集成電路生產線不能兼容(金會沾污CMOS生產線)，只能實行手動エ藝加工，且每批次加工的片數有限，貴金屬材料較貴，因而成本還是非常高，且生產效率較低，不利于大規(guī)模生產。除此之外，用該方法生產的U形槽，因為槽側壁與基板上表面的夾角小于90度(由其特殊的薄膜結構特性決定)，意味著槽側壁的坡度比較小，比較平滑；這會導致在排纖時，裸纖容易滾動，甚至相鄰的光纖相互錯位，増加了排纖的難度，降低了生產效率。加上其掩膜特性的限制，目前U形槽深度有限，光纖底部與U形槽底部的距離較??；在點膠時，UV膠水很容易出現氣泡或流動性差等問題，影響可靠性及生產效率。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種低成本、高精度、均勻性好、生產效率高且與現有半導體生產線相兼容，可大規(guī)模生產，更加適于實用的光纖陣列定位組件及其制造方法。本發(fā)明的技術方案是
ー種光纖陣列定位組件，包括基板，基板包括前后兩個區(qū)域，前端區(qū)域為裸光纖定位固定區(qū)域，含有均勻分布的U形槽，相鄰的兩個U形槽之間由寬度均勻相等的脊背間隔，脊背的寬度在IO-1Sum之間，U形槽的側壁與基板上表面的交接處為脊背的棱，U形槽的側壁與基板上表面垂直；
后端區(qū)域為整體往下凹陷的平臺階，用來固定帶塑料包層光纖，所述平臺階距離基板上表面的凹陷深度為200-350um，平臺階與前端U形槽區(qū)域緊密連接，之間無任何隔斷。U形槽的數量為8的整倍數?；宀牧蠟槭⒒虿Ａ?。U形槽的開ロ寬度小于裸光纖的直徑，U形槽的深度大于光纖置于槽內部分圓弧的高度。ー種光纖陣列定位組件的制作方法按如下步驟進行
a.選取，純度在99.999%以上，雜質含量低，晶圓內部無微小氣泡的石英或玻璃晶圓作為基板材料；
b.通過氣相沉積的方法，在上述基板的上下表面同時沉積掩膜層；掩膜層為多晶硅薄膜，厚度在 1000-1200nm;
c.在上述掩膜層上旋涂光刻膠層，并依據光刻板的設計的圖形對光刻膠層進行曝光顯影エ藝，將光刻版上的圖形轉移至光刻膠層上；
d.在光刻膠的保護下，對上述掩膜層進行濕法腐蝕，在晶圓上表面形成腐蝕U形槽所需的開ロ ；
e.在上述光刻膠層及掩膜層的共同保護下，采用濕法腐蝕エ藝，腐蝕液通過開ロ對晶圓進行選擇性腐蝕，從而得到所需要的U形槽；
f.進ー步腐蝕，鈍化脊背的棱；
g.除去掩膜層；
h.研磨出后端區(qū)域的平臺階。有益效果本發(fā)明運用半導體加工技術來制備，在加工過程中，氟化銨和氫氟酸混合溶液對玻璃或石英(主要成分是SiO2)在各個方向的腐蝕速度是相同的。另外多晶硅薄膜與石英(玻璃)表面的粘附性極好，在U形槽腐蝕過程中，在橫向極少出現過度腐蝕。因此，U形槽的側壁與基板上表面之間夾角接近于90度。在排光纖的過程中，這樣的角度可有效避免目前U形槽中出現的裸纖容易滾動，甚至相鄰的光纖相互錯位的情況。但脊背的棱比較直，比較鋒利，為避免脊背的棱過于鋒利損壞光纖表面，在U形槽腐蝕完成后，再超時腐蝕一段時間，以鈍化脊背的棱，増加其與光纖側壁的接觸面積，減少光纖劃傷及組裝過程中出現的損壞。同時因為多晶硅薄膜與石英(玻璃)表面的粘附性要優(yōu)于金/鉻薄膜，且橫向過度腐蝕較少，本發(fā)明中的U形槽深度要比金/鉻薄膜制備的U形槽深(U形槽過深，金/鉻薄膜就會從脊背上脫落)，這樣就増加了光纖底部與U形槽底部的距離；在點膠時，UV膠水就不會出現氣泡的問題；同時氟化銨和氫氟酸混合溶液腐蝕石英或玻璃后的粗糙度比較小，U形槽的表面比較光滑，流動性得到很大的改善。各個微型U形槽同時腐蝕成型，定位精度可達0. 1-0. 3um，避免了機械加工的V槽所出現的累計誤差。與多層掩膜層(金/鉻薄膜)制備的U形槽比較，本發(fā)明只采用多晶硅薄膜作為單ー掩膜層(一次可同時沉積200-300片晶圓)，大大減少了整個エ藝流程步驟，縮短了生產周期，且各道エ藝都與集成電路エ藝兼容，因而可在現有的半導體代エ廠進行大批量生產，其生產成本和生產周期與其它方法相比，具有非常大的優(yōu)勢。
圖1為本發(fā)明中U形槽基板；
圖2為本發(fā)明U形槽的端面局部 圖3為本發(fā)明U形槽基板與光纖及蓋板組裝成光纖陣列后的端面示意 圖4-圖9為本發(fā)明在各道エ藝流程中的端面剖視 圖4為晶圓上下面沉積掩膜層 圖5為上述掩膜層帶有顯影后的光刻膠層 圖6為掩膜層上表面形成的腐蝕U形槽所需的開口 圖7為腐蝕后得到的U形槽 圖8為除去掩膜層后的U形槽 圖9為研磨完臺階后，整個U形槽側面圖。圖中I一基板、2—前端區(qū)域、3—后端區(qū)域、4ー蓋板、5—光纖、6—膠水、7— U形槽、8—脊背、9一掩膜層、10—光刻膠層、11一光刻膠層上的開ロ、12—掩膜層上的開ロ。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進ー步說明。ー種光纖陣列定位組件，包括基板I，基板I包括前后兩個區(qū)域，前端區(qū)域2為裸光纖定位固定區(qū)域，含有均勻分布的U形槽7，相鄰的兩個U形槽7之間由寬度均勻相等的脊背8間隔，脊背8的寬度在IO-1Sum之間，U形槽7的側壁與基板上表面的交接處為脊背的棱，U形槽7的側壁與基板上表面垂直；
后端區(qū)域3為整體往下凹陷的平臺階，用來固定帶塑料包層光纖，平臺階距離基板上表面的凹陷深度為200-350um，平臺階與前端U形槽區(qū)域緊密連接，之間無任何隔斷。U形槽7的數量為8的整倍數，或客戶定制數量。基板I材料為石英或玻璃。U形槽7的開ロ寬度小于裸光纖的直徑，U形槽7的深度大于光纖置于槽內部分圓弧的高度。ー種光纖陣列定位組件的制作方法按如下步驟進行
a.選取純度在99.999%以上，雜質含量低，晶圓內部無微小氣泡的石英或玻璃晶圓作為基板材料；
b.通過氣相沉積的方法，在上述基板的上下表面同時沉積掩膜層；掩膜層為多晶硅薄膜，厚度在 1000-1200nm;
c.在上述掩膜層上旋涂光刻膠層，并依據光刻板的設計的圖形對光刻膠層進行曝光顯影エ藝，將光刻版上的圖形轉移至光刻膠層上；
d.在光刻膠的保護下，對上述掩膜層進行濕法腐蝕，在晶圓上表面形成腐蝕U形槽所需的開ロ ；所用的腐蝕液帶堿性，如KOH，TMAH (四甲基氫氧化銨)；
e.在上述光刻膠層及掩膜層的共同保護下，采用濕法腐蝕エ藝，腐蝕液通過開ロ對晶圓進行選擇性腐蝕，從而得到所需要的U形槽；所用的腐蝕液氟化銨和氫氟酸混合溶液； f.進ー步腐蝕，鈍化脊背的棱；
g.除去掩膜層；
h.研磨出后端區(qū)域的平臺階。鑒于現有U形槽技術成本高，大規(guī)模生產難度大，排纖困難且效率低等問題，本發(fā)明U形槽定位精度高，生產エ藝簡單，與現有半導體生產線相兼容，可大規(guī)模生產，大幅度降低成本低。如圖1所示，本發(fā)明包括前端區(qū)域2和后端區(qū)域3兩個區(qū)域，前端區(qū)域2區(qū)域為裸光纖(去掉塑料包層的光纖)的定位固定區(qū)域，如圖2所示，前端區(qū)域2區(qū)域內含有n個(n=8, 16，32，48，64，128等，或客戶定制數量)均勻分布的U形槽7，相鄰的兩個U形槽之間由寬度均勻的脊背8間隔。后端區(qū)域3區(qū)域為端區(qū)域為帶塑料包層光纖的固定區(qū)域，前端區(qū)域2緊密連接，之間無任何隔斷。該平臺階整體往下凹陷，保證在組裝光纖陣列過程光纖不被折斷。因為掩膜9與石英(玻璃)表面的粘附性極好，在U形槽腐蝕過程中，橫向極少出現過度腐蝕，因此U形槽7的側壁與基板I上表面之間夾角接近于90度。這樣的角度下，脊背8的側壁比較陡直，光纖5的側面與排光纖的過程中，裸纖不容易滾動，也不易出現光纖相互錯位的情況。經過鈍化后的脊背8的棱比較圓滑，不會損壞光纖5表面。在圖3中，光纖5被蓋板4和脊背8的兩個棱固定，通過這種3點固定法，光纖5被精確定位。用于固化用的UV膠6覆蓋整個光纖的外表面，并填滿U形槽7位于光纖5下面的底部區(qū)域(深度為H)。本發(fā)明中的槽深要大于目前U形槽；也就是說，増加了深度H，在點膠時，UV膠水就不會因為毛細現象而出現氣泡被液封在膠水6里面的情況，這樣就提高了成品的可靠性。同時U形槽7的表面粗糙度變小，膠水6在里面的流動性能也得到極大改善，提高了光纖5的組裝效率。本發(fā)明可通過圖4-9所示步驟來制備，具體描述如下
a.基本材質為石英或玻璃基板1，純度在99.999%以上，雜質含量要低，基板I內部無微小氣泡，表面無微小劃痕；
b.如圖4所示，通過氣相沉積的方法，在上述基板I的上下表面同時沉積掩膜層9;該掩膜層9為多晶硅薄膜，厚度在1000-1200nm，因為掩膜層9對氫氟酸和氟化銨的混合溶液有很好的抗腐蝕性，且具有極好的致密性，可避免酸液滲透掩膜9腐蝕到基板1，而產生缺陷；
c.如圖5所示，在上述掩膜層9上旋涂光刻膠層10，并依據光刻板的設計的圖形對光刻膠層10進行曝光顯影エ藝，將光刻版上的圖形轉移至光刻膠層上，在這道エ藝中，腐蝕U形槽7所需的光刻膠層上的開ロ 11在光刻膠層10成型；
d.如圖6所示，在光刻膠層10的保護下，對上述掩膜層9進行濕法腐蝕，在基板I上表面形成腐蝕U形槽所需的開ロ 12，在腐蝕掩膜層9時，要控制好時間，避免過度腐蝕；
e.如圖7所示，在光刻膠層10及掩膜層9的共同保護下，采用濕法腐蝕エ藝，腐蝕液通過掩膜層上的開ロ 12對基板I進行選擇性腐蝕，從而得到所需要的U形槽7 ;
f.為減少脊背8的棱的鋭利程度，在U形槽7的深度達到設計值后，再進ー步腐蝕(5-9分鐘)，這樣脊背8的棱就會得到微鈍化，變得比較圓滑；U形槽7腐蝕過程中使用的腐蝕液為氫氟酸和氟化銨的混合溶液，該混合溶液對玻璃或石英(主要成分是SiO2)在各個方向具有相同的腐蝕速率，而且腐蝕后的粗糙度比較小，可改善膠水6在U形槽7里面的流動性；
g.如圖8所示，除去掩膜層9和光刻膠層10；
h.如圖9所示，機械研磨出后端區(qū)域3的平臺階。
權利要求
1.一種光纖陣列定位組件，包括基板(I)，其特征在于所述基板(I)包括前后兩個區(qū)域，前端區(qū)域(2)為裸光纖定位固定區(qū)域，含有均勻分布的U形槽(7)，相鄰的兩個U形槽(7)之間由寬度均勻相等的脊背(8)間隔，脊背(8)的寬度在IO-1Sum之間，U形槽(7)的側壁與基板上表面的交接處為脊背的棱，U形槽(7)的側壁與基板上表面垂直； 后端區(qū)域(3)為整體往下凹陷的平臺階，用來固定帶塑料包層光纖，所述平臺階距離基板上表面的凹陷深度為200-350um，平臺階與前端U形槽區(qū)域緊密連接，之間無任何隔斷。
2.根據權利要求1所述的光纖陣列定位組件，其特征在于所述U形槽(7)的數量為8的整倍數。
3.根據權利要求1所述的光纖陣列定位組件，其特征在于所述基板(I)材料為石英或玻璃。
4.根據權利要求1所述的光纖陣列定位組件，其特征在于所述U形槽(7)的開口寬度小于裸光纖的直徑，U形槽(7)的深度大于光纖置于槽內部分圓弧的高度。
5.一種光纖陣列定位組件的制作方法按如下步驟進行 a.選取，純度在99.999%以上，雜質含量低，晶圓內部無微小氣泡的石英或玻璃晶圓作為基板材料； b.通過氣相沉積的方法，在上述基板的上下表面同時沉積掩膜層；掩膜層為多晶硅薄膜，厚度在 1000-1200nm; c.在上述掩膜層上旋涂光刻膠層，并依據光刻板的設計的圖形對光刻膠層進行曝光顯影工藝，將光刻版上的圖形轉移至光刻膠層上； d.在光刻膠的保護下，對上述掩膜層進行濕法腐蝕，在晶圓上表面形成腐蝕U形槽所需的開口 ； e.在上述光刻膠層及掩膜層的共同保護下，采用濕法腐蝕工藝，腐蝕液通過開口對晶圓進行選擇性腐蝕，從而得到所需要的U形槽； f.進一步腐蝕，鈍化脊背的棱； g.除去掩膜層； h.研磨出后端區(qū)域的平臺階。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖陣列定位組件及其制造方法，一種光纖陣列定位組件，包括基板，基板包括前后兩個區(qū)域，前端區(qū)域為裸光纖定位固定區(qū)域，含有均勻分布的U形槽，相鄰的兩個U形槽之間由寬度均勻相等的脊背間隔，脊背的寬度在10-18um之間，U形槽的側壁與基板上表面的交接處為脊背的棱，U形槽的側壁與基板上表面垂直；后端區(qū)域為整體往下凹陷的平臺階，用來固定帶塑料包層光纖，所述平臺階距離基板上表面的凹陷深度為200-350um，平臺階與前端U形槽區(qū)域緊密連接，之間無任何隔斷。本發(fā)明只采用多晶硅薄膜作為單一掩膜層，大大減少了整個工藝流程步驟，縮短了生產周期，且各道工藝都與集成電路工藝兼容，可進行大批量生產，生產成本低、周期短。
文檔編號G02B6/38GK103018848SQ20131002494
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月23日 優(yōu)先權日2013年1月23日
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