專利名稱：微機(jī)電式法布里-珀羅裝置制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微機(jī)電式法布里-珀羅裝置(MEMS Fabry-PerotDevice)制造方法，尤其涉及一種能精確定位法布里-珀羅裝置的二平行構(gòu)件的微機(jī)電式法布里-珀羅裝置制造方法。
背景技術(shù)：
法布里-珀羅裝置因可濾出多個(gè)特定頻率的波長(zhǎng)，故通常應(yīng)用于如可調(diào)式濾波器(Tunable Filter)、波長(zhǎng)鎖定器(Wavelength Locker)及可調(diào)式雷射(Tunable Laser)等光學(xué)元件中。如圖1所示，一法布里-珀羅裝置100，系由兩平行構(gòu)件102及104中間間隔多個(gè)厚度為d的間隔元件106結(jié)合而成。構(gòu)件102及104的一表面需鍍上一層反射膜，以形成相對(duì)的平行鏡面102A及104A。當(dāng)入射光以一角度α進(jìn)入該裝置100，會(huì)于平行鏡面102A及104A構(gòu)成的空腔內(nèi)共振，而輸出如圖2所示的周期性光譜。
為使該法布里-珀羅裝置微小化，近年來(lái)有將微機(jī)電(Micro-Electro-Mechanical System；MEMS)工藝應(yīng)用于制造該類裝置的趨勢(shì)，然而也因此提高構(gòu)件制造及組裝的困難度，因?yàn)殓R面102A及104A需保持極高的平行度(角度誤差需小于10-5度)，且間距d也需有極佳的精度(公差需小于0.5nm)才能產(chǎn)生上述的法布里-珀羅共振腔較佳的效應(yīng)，再者間距d通常為一至數(shù)十μm的極小尺寸，而使制造相同厚度的間隔元件相當(dāng)困難，且鏡面102A及104A也需符合入/50P-V值的光學(xué)鏡面平坦度要求。
圖3A至圖3D為顯示習(xí)知微機(jī)電式法布里-珀羅裝置制作程序的剖面示意圖。
如圖3A所示，習(xí)知方法系首先將光阻204涂布于一硅晶片或玻璃基板之類的基材202上，再蓋上光罩206后以適當(dāng)光源曝光。接著，使用顯影液將被曝光的光阻清除而形成如圖3B的構(gòu)造。繼而以蝕刻液蝕刻基材202至產(chǎn)生如圖3C所不的所需厚度d后，將剩余的光阻204去除，再將另一硅晶片或玻璃基板之類的基材208置于基材202上方，以高溫高壓或陽(yáng)極結(jié)合法等方式將兩片基材結(jié)合，而形成如圖3D所示的具有間距d的微機(jī)電式法布里-珀羅裝置200。
然而，上述蝕刻基材202以產(chǎn)生法布里-珀羅裝置的間距d的做法，根本難以將蝕刻深度控制在0.5nm的精度要求內(nèi)，且蝕刻時(shí)容易破壞基材202的表面，造成表面平坦度無(wú)法符合作為一光學(xué)鏡面的入/50P-V值的平坦度要求。
圖4A至圖4E為一制作程序的剖面示意圖，以顯示習(xí)知微機(jī)電式法布里-珀羅裝置的另一種制造方法。如圖4A所示，該方法于涂布光阻304前，先于基材302上涂布一如熱固化膠之類的厚度為d的膠層310，接著同前述方法進(jìn)行曝光、顯影后，再蝕刻該膠層310(如圖4B及圖4C所示)。繼而去除光阻304，以獲得如圖4D所示，由剩余膠層310所構(gòu)成的厚度為d的間隔元件310，再與另一片基材308結(jié)合后高溫固化該間隔元件310，形成圖4E所示的具有間距d的微機(jī)電式法布里-珀羅裝置300。
然而，此一方法雖因蝕刻液只針對(duì)膠層310快速蝕刻，而較不會(huì)破壞基材302的表面平坦度，然而，涂布厚度為d的膠層310時(shí)，其厚度也難以控制在約0.5nm的精度要求，且于基材308與基材302結(jié)合時(shí)，也會(huì)因膠層310的材質(zhì)與硅晶片或玻璃基板相比較不堅(jiān)硬，容易造成膠層厚度的變化而改變?cè)摲ú祭?珀羅裝置300的間距d。
因此，前述運(yùn)用微機(jī)電工藝制造法布里-珀羅裝置的習(xí)知做法，均難以滿足對(duì)工藝參數(shù)的精度要求，而無(wú)法制造出精確符合所需的輸出波形的微機(jī)電式法布里-珀羅裝置。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在提供一種能精確定位法布里-珀羅裝置的二平行構(gòu)件的微機(jī)電式法布里-珀羅裝置制造方法，以符合工藝上的各種精度要求并確保該平行構(gòu)件的表面平坦度，以使該微機(jī)電式法布里-珀羅裝置能精確濾出符合所需波形的光譜。
依本發(fā)明的一實(shí)施例，其系以薄膜沉積方法將介電材料沉積至一基材表面，以于各個(gè)由光罩或光阻劑所定義出的鍍膜區(qū)域沉積出多個(gè)間隔元件，再以膠黏方式結(jié)合另一基材。該基材系為鍍有一層反射膜的硅晶片或玻璃基板所構(gòu)成。當(dāng)于基材表面進(jìn)行沉積時(shí)，利用一膜厚控制器來(lái)監(jiān)控鍍膜厚度，其能監(jiān)控膜厚至0.1nm或更精密等級(jí)，以精確控制間隔元件的沉積厚度為所需的法布里-珀羅裝置間距d。
依本發(fā)明另一實(shí)施例，系先于兩不同基材分別沉積間隔元件，并以膜厚監(jiān)控器控制使該分別沉積的間隔元件厚度和為所需間距d，當(dāng)兩不同基材對(duì)應(yīng)個(gè)別的間隔元件結(jié)合時(shí)，即可構(gòu)成間距為d的微機(jī)電式法布里-珀羅裝置。
本發(fā)明利用薄膜沉積方法制造出間隔元件，并搭配膜厚控制器監(jiān)控間隔元件厚度的做法，可精確控制影響光輸出波形的各個(gè)重要工藝參數(shù)，并確保該平行構(gòu)件的表面平坦度，以使制造出微機(jī)電式法布里-珀羅裝置能精確濾出符合所需波形的光譜。


圖1為習(xí)知的法布里-珀羅裝置示意圖。
圖2為光線通過(guò)法布里-珀羅裝置輸出的周期性光譜圖。
圖3A至圖3D為習(xí)知微機(jī)電式法布里-珀羅裝置制造方法的一例，顯示其制作流程的剖面示意圖。
圖4A至圖4E為習(xí)知微機(jī)電式法布里-珀羅裝置制造方法的另一例，顯示其制作流程的剖面示意圖。
圖5A至5C為依本發(fā)明的微機(jī)電式法布里-珀羅裝置制造方法的一較佳實(shí)施例，顯示其制作程序的剖面示意圖。
圖6A為一俯視圖，顯示依本發(fā)明制造出的微機(jī)電式法布里-珀羅裝置其間隔元件的配置。
圖6B為一俯視圖，顯示依本發(fā)明制造出的微機(jī)電式法布里-珀羅裝置，其間隔元件的配置的一變化例。
圖7為運(yùn)用一支撐物與光罩搭配的剖面示意圖。
圖8為一剖面示意圖，顯示一光阻劑代替光罩作為進(jìn)行薄膜沉積時(shí)的區(qū)隔物。
圖9A及圖9B為依本發(fā)明的微機(jī)電式法布里-珀羅裝置制造方法的另一較佳實(shí)施例，顯示其制作程序的剖面示意圖。
元件符號(hào)說(shuō)明10、40 微機(jī)電式法布里-珀羅裝置12、20、32、42、44 基材12A、20A 反射膜14光罩16膜厚監(jiān)控器17鍍膜材料源18沉積材料22、36、46A、46B、46 間隔元件24、48 黏膠34光阻38支撐物100、200、300微機(jī)電式法布里-珀羅裝置102、104 平行構(gòu)件102A、104A 反射鏡面106間隔元件202、208、302、308 基材204、304 光阻206、306 光罩310 膠層具體實(shí)施方式
以下將參照相關(guān)附圖，說(shuō)明本發(fā)明的較佳實(shí)施例。
圖5A至圖5C為依本發(fā)明的微機(jī)電式法布里-珀羅裝置制造方法的一較佳實(shí)施例，顯示其制作程序的剖面示意圖。
如圖5A所示，首先提供一基材12，該基材12系為鍍有一層反射膜12A的硅晶片或玻璃基板所構(gòu)成。接著，將一光罩14覆蓋于基材12上方，該光罩14系用以定義出接續(xù)程序所需的鍍膜區(qū)域。
繼而如圖5B所示，利用如物理氣相沉積法(Physical VaporDeposition；PVD)或化學(xué)氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition；CVD)的薄膜沉積方法，將介電材料或金屬材料(如銀或鋁)之類的沉積材料18從鍍膜材料源17沉積至基材12表面由光罩14所定義出的鍍膜區(qū)域，以于各個(gè)不同的鍍膜區(qū)域沉積出多個(gè)間隔元件22。介電材料可為SiO2、TiO2等任何可用物理氣相沉積法或化學(xué)氣相沉積法進(jìn)行薄膜沉積的材料。
于基材12表面進(jìn)行沉積時(shí)，本發(fā)明利用一膜厚控制器16來(lái)監(jiān)控鍍膜厚度，該膜厚控制器16可為一石英震蕩膜厚監(jiān)控器(Quartz CrystalOscillator Film Thickness Monitor)或光學(xué)膜厚監(jiān)控器(Optical FilmThickness Monitor)，其能監(jiān)控膜厚至0.1nm或更精密等級(jí)。利用該膜厚控制器16可精確控制間隔元件22的沉積厚度，以將膜厚鍍至所需的法布里-珀羅裝置間距d相等即停止。接著如圖5C所示，將光罩14移走再于基材12上間隔該間隔元件22貼附另一基材20，該基材20同樣為鍍有一層反射膜20A的硅晶片或玻璃基板。最后以如用黏膠24黏合之類的物理性接合方式結(jié)合基材20與基材12，該黏膠24涂布于兩不同基材的間或間隔元件與基材的間均可，而形成圖5C所示的具有間距d的平行構(gòu)件的微機(jī)電式法布里-珀羅裝置10。
如下詳述依本發(fā)明的制造方法所帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)。
首先參考圖2，如圖2所示的通過(guò)法布里-珀羅裝置的光譜輸出波形，主要由如下的參數(shù)定義1.自由頻譜范圍(Free Spectrum Ratio；FSR)FSR＝入2/(2ndcos(θ))………(式1)其中λ為入射光波長(zhǎng)，n為介質(zhì)折射率，d為法布里-珀羅裝置兩平行構(gòu)件的間距，θ為入射光進(jìn)入共振空腔的夾角；2.精細(xì)度(Finesse；F)1F2=1FR2+1FT2+1FP2]]>FR=π(R1·R2)141-R1·R2]]>………(式2)FT=λ2Dδ]]>其中FP為平行鏡面102A及104A的表面精細(xì)度，R1為圖1的鏡面102A的反射率及R2為鏡面104A的反射率，D為法布里-珀羅裝置的通光孔徑，δ為兩平行構(gòu)件的夾角。
3.半高全寬值(FWHM)FWHM＝FSR/F…………(式3)故由(式1)至(式3)可知，兩平行構(gòu)件的間距d及夾角δ皆會(huì)影響半高全寬值FWHM，而為改變法布里-珀羅裝置的光輸出波形的關(guān)鍵因子。因此，本發(fā)明利用薄膜沉積方法制造出間隔元件22，并以一膜厚控制器16精確控制間隔元件22厚度的做法，因高精確度的膜厚監(jiān)控器16能監(jiān)控膜厚至nm等級(jí)的精密度，而能確保所制造出的微機(jī)電式法布里珀羅裝置其兩平行構(gòu)件的距離為要求的間距d，以獲得精確的自由頻譜范圍FSR及半高全寬值FWHM；再者，因膜厚監(jiān)控器16會(huì)監(jiān)控不同間隔元件22的厚度，故可藉由控制共面的不同間隔元件的厚度至nm等級(jí)，而輕易地保持兩個(gè)構(gòu)件的平行度(兩構(gòu)件的夾角δ為零)。
再者，本發(fā)明利用薄膜沉積方法制造間隔元件22，不需蝕刻硅晶片或玻璃基板而能維持較高的光學(xué)表面精度，且也不會(huì)如習(xí)知使用膠層作為間隔元件的做法般，因膠層不夠堅(jiān)硬而造成間距d的變化。
因此，本發(fā)明利用薄膜沉積方法制造出間隔元件22，并搭配膜厚控制器16監(jiān)控間隔元件22厚度的做法，可精確控制影響光輸出波形的各個(gè)重要工藝參數(shù)，并確保該平行構(gòu)件的表面平坦度，以使制造出微機(jī)電式法布里-珀羅裝置能精確濾出符合所需波形的光譜。
圖6A為一俯視圖，以顯示依本實(shí)施例制造出的微機(jī)電式法布里-珀羅裝置10其間隔元件22的配置。由圖上可看出4個(gè)俯視為圓形的間隔元件22分布于基材四周。然而，間隔元件22的外形及數(shù)量并不限定，舉例而言，也可為圖6B所示于基材上呈三角分布的3個(gè)俯視為矩形的間隔元件。但間隔元件22的數(shù)量以三個(gè)以上較佳，因三個(gè)以上的間隔元件能形成一共面關(guān)系(Coplanar)，更能確保該法布里-珀羅裝置兩構(gòu)件間的平行度。
再者，定義鍍膜區(qū)域的光罩14，僅需提供與基材12表面間隔一大于所需間距d的距離的鍍膜空間，而可為任意外形。例如也可如圖7所示，利用具相同厚度的支撐物38將平板狀光罩14墊高，使其能產(chǎn)生大于所需間距d的鍍膜空間即可。
圖8顯示以一光阻劑34作為進(jìn)行薄膜沉積時(shí)的區(qū)隔物的做法。如圖8所示，也可將光阻劑34涂布于基材32上，以代替光罩14定義出所需鍍膜的區(qū)域。當(dāng)沉積至光阻劑34所定義的區(qū)域的介電材料，累積成厚度為d的間隔元件36后，即可將該光阻劑34去除。
圖9A及圖9B為一剖面示意圖，以顯示本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的制作程序。如圖9A所示，首先可于兩不同基材42及44分別沉積具一定厚度的多個(gè)間隔元件46A及46B，該間隔元件46A及46B的形成方法與前述的實(shí)施例相同。本實(shí)施例系以膜厚監(jiān)控器16分別監(jiān)控間隔元件46A及46B的厚度，舉例而言，控制使間隔元件46A及46B的厚度分別為所需間距的一半(d/2)，接著再圖9B所示，以黏膠48將基材42及44對(duì)應(yīng)個(gè)別沉積元件結(jié)合，而構(gòu)成間距為d的微機(jī)電式法布里-珀羅裝置40。
由該實(shí)施例的做法可知，依本發(fā)明的制造方法，僅需滿足二不同基材上的間隔元件46A與46B的厚度和與所需間距d相等的條件，而可任意變化二不同基材表面上的個(gè)別沉積厚度。
以上所述的實(shí)施例僅是舉例性的，而不是限制性的。任何未脫離本發(fā)明的精神與范疇，而對(duì)其進(jìn)行的等效修改或變更，均應(yīng)包含于所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍中。
權(quán)利要求
1.一種微機(jī)電式法布里-珀羅裝置制造方法，其特征在于其能精確定位二平行構(gòu)件以符合一所需間距，該制造方法包含如下步驟提供二基材；于該二基材表面的預(yù)定區(qū)域形成沉積物；利用一膜厚監(jiān)控器控制該沉積物的厚度；及結(jié)合該沉積物間隔該二基材；其中該二基材間的該沉積物厚度與該所需間距相等。
2.如權(quán)利要求1所述的微機(jī)電式法布里-珀羅裝置制造方法，其特征在于還包含以一區(qū)隔物定義該預(yù)定區(qū)域的步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的微機(jī)電式法布里-珀羅裝置制造方法，其特征在于該區(qū)隔物為一光罩或光阻劑。
4.如權(quán)利要求1所述的微機(jī)電式法布里-珀羅裝置制造方法，其特征在于該基材系為其上鍍有一層反射膜的硅晶片或玻璃基板。
5.如權(quán)利要求1所述的微機(jī)電式法布里-珀羅裝置制造方法，其特征在于該膜厚監(jiān)控器系為一石英震蕩膜厚監(jiān)控器或光學(xué)膜厚監(jiān)控器。
6.如權(quán)利要求1所述的微機(jī)電式法布里-珀羅裝置制造方法，其特征在于其中采用物理氣相沉積法沉積介電材料或金屬材料于該預(yù)定區(qū)域上。
7.如權(quán)利要求1所述的微機(jī)電式法布里-珀羅裝置制造方法，其特征在于于其中采用化學(xué)氣相沉積法沉積介電材料或金屬材料于該預(yù)定區(qū)域上。
8.如權(quán)利要求1所述的微機(jī)電式法布里-珀羅裝置制造方法，其特征在于其中該二基材采用膠黏的方式間隔該沉積物結(jié)合。
9.一種微機(jī)電式法布里-珀羅裝置制造方法，其特征在于其能精確定位二平行構(gòu)件以符合一所需間距，該制造方法包含如下步驟提供一第一基材；于該第一基材的多個(gè)預(yù)定區(qū)域形成沉積物；利用一膜厚監(jiān)控器控制各該沉積物的厚度使與該所需間距相等；及提供一第二基材間隔該沉積物與該第一基材接合。
10.一種微機(jī)電式法布里-珀羅裝置制造方法，其特征在于其能精確定位二平行構(gòu)件以符合一所需間距，該制造方法包含如下步驟于一第一基材的預(yù)定區(qū)域形成第一沉積物；于一第二基材對(duì)應(yīng)該第一沉積物的配置形成第二沉積物；運(yùn)用一膜厚監(jiān)控器監(jiān)控該第一及該第二沉積物的厚度；及連結(jié)該第一及第二沉積物以接合該第一及該第二基材；其中該第一與該第二沉積物的組合厚度與該所需間距相等。
全文摘要
一種微機(jī)電式法布里－珀羅裝置制造方法，包含如下步驟提供二不同基材，并以薄膜沉積方法于該基材表面的預(yù)定區(qū)域形成沉積物，再結(jié)合該沉積物間隔該不同基材。于進(jìn)行薄膜沉積時(shí)以一膜厚監(jiān)控器精確控制該沉積物的厚度，使介于二基材中間的沉積物的厚度等于該法布里－珀羅裝置的所需間距。
文檔編號(hào)G02B6/132GK1508581SQ0215666
公開(kāi)日2004年6月30日 申請(qǐng)日期2002年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月17日
發(fā)明者張紹雄, 張起豪 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司