[发明专利]硅基光纤夹具及制造方法

说明书

技术领域

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

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，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。 

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。 

发明内容

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。 

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。 

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。 

单个夹具单元可以相互组合。 

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；其导向孔倾斜度为35至55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，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。 

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： 

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，典型的为0.5至2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。 

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。 

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。 

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）1～3次。 

附图说明

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。