專利名稱：采用光刻技術(shù)制造光纖陣列v槽的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造光纖陣列v槽的方法，尤其是一種采用光刻技術(shù)制造光纖陣列v槽的方法。
背景技術(shù)：
FTTX、 FTTB是光纖到戶(大樓)，是下一代寬帶網(wǎng)的發(fā)展方向?，F(xiàn)在除日本韓國以外，中國是世界上光纖到戶發(fā)展比較領(lǐng)先的國家。目前，國內(nèi)正在大規(guī)模推廣光纖到戶項目。光纖到戶中比較關(guān)鍵的器件就是光波導(dǎo)光纖陣列分路器(PLC SPILITER)。分路器中的關(guān)鍵器件之一就是光纖尾纜陣列的制造。而光纖陣列中的關(guān)鍵就是石英V型槽的大規(guī)模生產(chǎn)。
光纖陣列的V槽是生產(chǎn)制作PLC的關(guān)鍵零件，需滿足以下幾個要求
1.精度要非常高，槽與槽之間的間距為納米級的精度(+/-0. 1微米)；
2.制造工藝性好，適宜于大規(guī)模生產(chǎn)； 3.要采用熔融石英作為襯底基材V型槽的變型小，穩(wěn)定性好；
4.材料成本和制造成本低。 目前國內(nèi)外生產(chǎn)光纖陣列V型槽大都分為二類，第一類采用機(jī)械加工的方法，其優(yōu)點(diǎn)是采用金鋼砂切割刀，可以做成任意的V槽角度和形狀，但是此方法有很多的不足之處l，因?yàn)槭⒉Ａв捕群芨?，在切割時金鋼砂成形切割刀的壽命會很短，在切割了一些槽后，成形刀的形狀和角度就會變化，以至V槽的形狀產(chǎn)生了變化，不能滿足精度要求，所以要不斷的修磨金鋼砂切刀，以確保切刀的形狀和鋒利，但這樣就降低了 v槽的精度和生產(chǎn)效率。2，超精密加工設(shè)備是非常昂貴的，目前大都是從國外進(jìn)口，同樣金鋼砂切割刀也是非常昂貴，同時還是易耗品，使得加工生產(chǎn)成本增加。3，由于金鋼砂切割刀修磨，大大降低了生產(chǎn)效率。4，在切割制作多槽的V形槽，如大于32槽時，由于精度問題，使產(chǎn)品的合格率大大降低，因此使光纖陣列V形槽的價格居高不下，因此采用機(jī)械方法加工V形槽是成本很高的。 第二類采用的硅晶片作為基材用濕式腐蝕的方法加工V型槽，此方法也是采用了光刻的技術(shù)，利用了硅片的各向異性的特點(diǎn)，在硅片上(100)和(110)的面上，用K0H+2PA混合水熔液腐蝕，腐蝕出帶角度的斜面，形成了底角為90。的V型槽，此方法有以下的優(yōu)點(diǎn)1、采用了硅晶片各向異性的腐蝕特性，可以非常容易的得到形狀極佳的V型槽。2、由于采用了掩膜板，光刻的加工工藝，使V型槽具有非常高的精度，可以達(dá)到納米極。3、對于槽的多少，比如大于32槽，其制作精度仍可達(dá)到，不受V槽數(shù)量的限制，幾乎是相同的合格率。4、生產(chǎn)效率很高，投資成本較低，具有大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)越性。其缺點(diǎn)如下1、最大的缺限就是在用硅晶片的材料上，因?yàn)镻LC光纖器件是所有材料都采用石英來制作的，如光纖、PLC波導(dǎo)、芯片、蓋板、支座等，都是采用石英作為原材料，而硅晶片具有與石英很多不同的物理和化學(xué)特性，熔融石英玻璃具有均勻性好，硬度高，不易變形，更重要是石英的熱膨脹系數(shù)為4*10-7，而硅晶片為5. 0*10-6，具有一個數(shù)量級的差異，當(dāng)這些關(guān)鍵材料組裝在一起，在全溫度測試〔-40°C， +85°C〕和可靠性試驗(yàn)時〔85。C溫度，85X相對濕度〕，硅材料做的V型槽，就會產(chǎn)生一定的不穩(wěn)定因素，而容易造成可靠性問題，因此大部分PLC生產(chǎn)廠不采用硅晶片做V型槽。2、硅晶體材料價格高，當(dāng)采用lmm厚的硅片作為V型槽的基板材料，其材料成本為石英基板的數(shù)倍之高。3、硅晶片做成V型槽的工藝性較差，材料太脆，在加工過程中極易破損，并且在用膠水固定粘合時，表面處理是一個必需的工藝步驟。4、特別是在研磨光纖陣列的端面時，對硅晶片和石英玻璃蓋板和石英光纖一起研磨，由于材質(zhì)、硬度、脆性和顆粒的不同，會降低光纖陣列的端面研磨質(zhì)量和效率。所以目前大部分還是采用熔融石英玻璃來制作V槽。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種采用光刻技術(shù)制造光纖陣
列v槽的方法，精度極高、可靠性好、成本低。 按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述采用光刻技術(shù)制造光纖陣列v槽的方法，包括
如下步驟 (1)在清潔后的熔融石英基板上鍍一層保護(hù)層； (2)在所述保護(hù)層上涂一層光刻膠，并甩膠、烘干； (3)在經(jīng)過以上工藝的石英基板上蓋上掩膜板，再紫外光曝光； (4)顯影去除光刻膠中的露光部分，然后清洗烘干； (5)采用氫氟酸腐蝕液濕法腐蝕石英基板上保護(hù)層的露光部分，最后形成V型槽；
(6)去除所述保護(hù)層。 所述保護(hù)層為鉻層，步驟6中用鉻酸去除所述鉻層。所述鉻層采用高溫離子濺射的方法鍍于所述熔融石英基板表面。鉻層的厚度為2000士200A。。
所述V型槽兩側(cè)面夾角90° 100° 。
所述V型槽深度為50 60微米。 所述清潔后的熔融石英基板是指對表面進(jìn)行了研磨拋光的熔融石英基板。
經(jīng)曝光、顯影后所述鉻層上形成線寬小于或等于2微米的窗口。
用本發(fā)明制成的石英V型槽具有以下優(yōu)點(diǎn) 1、精度極高，可以達(dá)到光刻的±0. IO微米的幾何尺寸精度，而且不受V槽多少影響，即使64槽也能達(dá)到如此精度。2、由于V型槽也采用了熔融石英玻璃，具有與光纖、波導(dǎo)芯片和蓋板一樣的材料，使PLC器件的可靠性、熱穩(wěn)定性有了很大的提高，并且在端面研磨時，也不會因?yàn)楣璨牧虾褪⒉牧弦黄鹧心ザa(chǎn)生不良影響。3、成本極低，由于熔融石英的基板成本很低，只有硅片的幾分之一，而且制作成本也低，合格率高，除了在后加工用的損耗以外，光刻腐蝕成V型槽的合格率幾乎是100%，因此具有非常強(qiáng)的成本優(yōu)勢。4、投資設(shè)備成本很低，而且產(chǎn)能非常大，并且可以不受限制的擴(kuò)大生產(chǎn)，以滿足市場不斷擴(kuò)大的需求。


圖1是干法腐蝕熔融石英制作的矩形槽剖面圖。
圖2是光纖安置在圖1的石英矩形槽中的示意圖。
圖3濕法腐蝕硅晶片制作的V形槽剖面圖。 圖4是光纖安置在圖3的硅片V形槽中的示意圖。 圖5本發(fā)明所述方法制作的V形槽剖面圖。 圖6是光纖安置在圖5的石英V形槽中的示意圖。 圖7是本發(fā)明熔融石英基板的V型槽制作工藝流程示意圖。 圖中，掩模保護(hù)層l，光刻膠2，掩膜板3，V型槽4，熔融石英基板5，光纖6，石英蓋板7，紫外膠8，單晶硅片9。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
如圖7所示所述采用光刻技術(shù)制造光纖陣列V槽的方法，包括如下步驟 (1)清潔石英基板，在石英基板上鍍一層保護(hù)層； (2)在保護(hù)層上涂一層光刻膠，并甩膠，烘干； (3)在經(jīng)過以上工藝的石英基板上蓋上掩膜板，再紫外光曝光； (4)顯影去除光刻膠中的露光部分； (5)濕法腐蝕去除保護(hù)層中的露光部分，然后烘干； (6)濕法氫氟酸腐蝕石英基板上保護(hù)層的露光部分，最后產(chǎn)生V型槽；
(7)用鉻腐蝕液去除保護(hù)層，再清洗干凈帶有V槽的石英基板；
(8)用劃片機(jī)把石英基板切開，把V槽按所需要的尺寸切割成最終產(chǎn)品。
本發(fā)明的特點(diǎn)是 1、采用熔融石英作為基材，而不采用硅晶片作為基材。 2、采用各向同性，即向深部和側(cè)面同時腐蝕的方法，而不是各向異性方法，以濕法腐蝕(氫氟酸腐蝕液)，作為腐蝕V槽的方法，在石英基板上刻蝕出近似9(T (90 100)的用于光纖陣列V槽。氫氟酸腐蝕液的配方和腐蝕時間溫度，都會影響到V槽的質(zhì)量。
3、采用了高精度掩膜板和光刻技術(shù)，以制作高精度的光纖陣列V型槽的方法。所述V型槽深度大于50微米， 一般可做到50 60微米。 4、采用了在石英基板表面鍍一層厚度2000A左右的鉻層，作為保護(hù)犧牲層，在曝光顯影后能夠做到線寬只有幾個微米的窗口。本發(fā)明采用了高精度超窄窗口，使光刻的寬度能夠達(dá)到2微米或更小，使得槽的深度和形狀更接近V型。 濕法腐蝕法形成了石英基板表層的完美V型槽，同時鉻保護(hù)層完全防止了鉆蝕現(xiàn)
象發(fā)生，使V型槽側(cè)向45度斜面能夠達(dá)到一個完整的平面。以保證光纖的精確定位。本發(fā)
明采用高溫離子濺射的方法，鍍了一層2000士200A。的鉻保護(hù)層。在鍍鉻層之前，對石英玻
璃表面進(jìn)行了研磨拋光，鍍鉻保護(hù)層與石英玻璃表面有非常好的結(jié)合力，解決了鉆蝕問題，
使90°的V形槽兩邊斜面的平面度，光法度和精度都能滿足產(chǎn)品的要求。 本發(fā)明的設(shè)計和制作原理和另外二種制作方法的比較。以下是三種制作原理 方法一 方法一也是采用熔融石英作為基板，并采用了掩膜板，制作的保護(hù)層，并在表面采用了干法離子刻蝕，由于保護(hù)層的作用，在石英表面刻蝕出垂直邊緣的矩形槽，槽寬0. 1 ii m，槽深0. 02 ii m，如圖1 示，由于矩形槽很淺，在加工光纖陣列時造成光纖入槽的困難，同時用紫外膠的量不足，特別是光纖底下的用膠量不足，使光纖和矩形槽底部的粘接力不足。同時光纖與矩形槽的定位接觸僅靠矩形槽的入口處兩邊線，如圖2所示，此接觸處為一條銳利的直秀端線，極易產(chǎn)生崩缺，就會造成對光纖的定位不準(zhǔn)和意外的壓力，從而引起光纖耦合時的光路損耗增加，這種矩型槽定位，一定沒有V型槽對光纖定位精度來得好。
方法二 方法二是采用單晶硅片作為基材，在硅基片表面制作掩護(hù)保護(hù)層，采用了單晶硅各項異性的特點(diǎn)，在(100)和(110)兩個不同晶格方向用濕法酸腐蝕，就形成了一個硅晶片的V型槽。如圖3所示，在硅片表層形成了一個與掩膜保護(hù)層寬度的臺階，因此限制了光纖切入槽的深度，可以顯而易見的看到如圖4所示，光纖與V型槽的入槽很好，光纖與V槽的斜面形成切線狀，成為最佳的定位方法。但是由于槽的深度不夠，使光纖浮在V槽上，使蓋板抬高，固定膠的量增加，使蓋板與V槽距離增加，這會降低光纖陣列的可靠性，在高溫高濕的條件下，潮氣很容易進(jìn)入膠與石英、硅片之間，而影響器件的可靠性。
本發(fā)明的方法 本發(fā)明采用的實(shí)施方法具有幾乎所有的優(yōu)點(diǎn)。從圖5中可以看出，掩膜保護(hù)層很寬，而光刻的窗口非常非常窄，只有幾個微米，由于采用了濕法腐蝕(氫氟酸腐蝕液)，使得腐蝕液在深度和側(cè)面同時各向同時腐蝕，因此就得到了極好的45°的V型槽側(cè)壁，最后形成一個質(zhì)量很好的近似90。 V型槽。從圖5中可以看出，在石英板表面沒有一個平臺，只有在槽的底部有一個臺階，這使得在用膠固定光纖時不易在此處的死角產(chǎn)生氣泡。從圖6中可以看出，光纖在V槽中入槽很好，光纖與V槽45°側(cè)壁形成很好的切線位置，能夠大大提高定位的精度。同時光纖沉入槽內(nèi)較深，可以使蓋板和V槽貼近，減少膠量，從而提高了穩(wěn)定性和可靠性。 綜上，本發(fā)明就是采用了半導(dǎo)體集成電路的加工工藝——光刻技術(shù)，選擇熔融石英玻璃作為基材，具有良好的微加工性能，散熱性、穩(wěn)定性，更具有與光纖和芯片相同材質(zhì)和熱膨脹，并且利用了石英玻璃在各向同性的特征，用鉻保護(hù)膜和濕法腐蝕石英基板，在石英基板表層形成為90°的V型槽(深度為0. 05毫米)，把光纖非常精確的固定在V型槽陣列石英板上。 本發(fā)明采用熔融石英作為基材，關(guān)鍵是解決了在氫氟酸溶液腐蝕時如何形成V型槽，我們設(shè)計了特殊的掩膜板，在石英表面采用了鉻保護(hù)層，紫外膠涂布，曝光、顯影、去膠、腐蝕等步驟，最后制成石英基材的V型槽。
權(quán)利要求
采用光刻技術(shù)制造光纖陣列V槽的方法，其特征是包括如下步驟(1)在清潔后的熔融石英基板上鍍一層保護(hù)層；(2)在所述保護(hù)層上涂一層光刻膠，并甩膠、烘干；(3)在經(jīng)過以上工藝的石英基板上蓋上掩膜板，再紫外光曝光；(4)顯影去除光刻膠中的露光部分，然后清洗烘干；(5)采用氫氟酸腐蝕液濕法腐蝕石英基板上保護(hù)層的露光部分，最后形成V型槽；(6)去除所述保護(hù)層。
2. 如權(quán)利要求1所述的采用光刻技術(shù)制造光纖陣列V槽的方法，其特征是所述保護(hù)層為鉻層，步驟6中用鉻酸去除所述鉻層。
3. 如權(quán)利要求2所述的采用光刻技術(shù)制造光纖陣列V槽的方法，其特征是所述鉻層采用高溫離子濺射的方法鍍于所述熔融石英基板表面。
4. 如權(quán)利要求2所述的采用光刻技術(shù)制造光纖陣列V槽的方法，其特征是所述鉻層的厚度為2000士200A。。
5. 如權(quán)利要求1所述的采用光刻技術(shù)制造光纖陣列V槽的方法，其特征是所述V型槽兩側(cè)面夾角90° 100° 。
6. 如權(quán)利要求1所述的采用光刻技術(shù)制造光纖陣列V槽的方法，其特征是所述V型槽深度為50 60微米。
7. 如權(quán)利要求1所述的采用光刻技術(shù)制造光纖陣列V槽的方法，其特征是所述清潔后的熔融石英基板是指對表面進(jìn)行了研磨拋光的熔融石英基板。
8. 如權(quán)利要求1所述的采用光刻技術(shù)制造光纖陣列V槽的方法，其特征是經(jīng)曝光、顯影后所述鉻層上形成線寬小于或等于2微米的窗口 。
全文摘要
本發(fā)明提供一種采用光刻技術(shù)制造光纖陣列V槽的方法，包括如下步驟在清潔后的熔融石英基板上鍍一層保護(hù)層；在所述保護(hù)層上涂一層光刻膠，并甩膠、烘干；在經(jīng)過以上工藝的石英基板上蓋上掩膜板，再紫外光曝光；顯影去除光刻膠中的露光部分，然后清洗烘干；采用氫氟酸腐蝕液濕法腐蝕石英基板上保護(hù)層的露光部分，最后形成V型槽；去除所述保護(hù)層。用本發(fā)明制成的石英V型槽具有以下優(yōu)點(diǎn)精度極高，可以達(dá)到光刻的±0.10微米的幾何尺寸精度；由于V型槽也采用了熔融石英玻璃，具有與光纖、波導(dǎo)芯片和蓋板一樣的材料，使PLC器件的可靠性、熱穩(wěn)定性有了很大的提高；原料成本極低；投資設(shè)備成本很低，而且產(chǎn)能非常大。
文檔編號G03F7/00GK101762971SQ20091026470
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者程正達(dá) 申請人:無錫愛沃富光電科技有限公司