专利名称：微机电式法布里-珀罗装置制造方法
技术领域：
本发明涉及一种微机电式法布里-珀罗装置(MEMS Fabry-PerotDevice)制造方法，尤其涉及一种能精确定位法布里-珀罗装置的二平行构件的微机电式法布里-珀罗装置制造方法。
背景技术：
法布里-珀罗装置因可滤出多个特定频率的波长，故通常应用于如可调式滤波器(Tunable Filter)、波长锁定器(Wavelength Locker)及可调式雷射(Tunable Laser)等光学元件中。如图1所示，一法布里-珀罗装置100，系由两平行构件102及104中间间隔多个厚度为d的间隔元件106结合而成。构件102及104的一表面需镀上一层反射膜，以形成相对的平行镜面102A及104A。当入射光以一角度α进入该装置100，会于平行镜面102A及104A构成的空腔内共振，而输出如图2所示的周期性光谱。
为使该法布里-珀罗装置微小化，近年来有将微机电(Micro-Electro-Mechanical System；MEMS)工艺应用于制造该类装置的趋势，然而也因此提高构件制造及组装的困难度，因为镜面102A及104A需保持极高的平行度(角度误差需小于10-5度)，且间距d也需有极佳的精度(公差需小于0.5nm)才能产生上述的法布里-珀罗共振腔较佳的效应，再者间距d通常为一至数十μm的极小尺寸，而使制造相同厚度的间隔元件相当困难，且镜面102A及104A也需符合入/50P-V值的光学镜面平坦度要求。
图3A至图3D为显示习知微机电式法布里-珀罗装置制作程序的剖面示意图。
如图3A所示，习知方法系首先将光阻204涂布于一硅晶片或玻璃基板之类的基材202上，再盖上光罩206后以适当光源曝光。接着，使用显影液将被曝光的光阻清除而形成如图3B的构造。继而以蚀刻液蚀刻基材202至产生如图3C所不的所需厚度d后，将剩余的光阻204去除，再将另一硅晶片或玻璃基板之类的基材208置于基材202上方，以高温高压或阳极结合法等方式将两片基材结合，而形成如图3D所示的具有间距d的微机电式法布里-珀罗装置200。
然而，上述蚀刻基材202以产生法布里-珀罗装置的间距d的做法，根本难以将蚀刻深度控制在0.5nm的精度要求内，且蚀刻时容易破坏基材202的表面，造成表面平坦度无法符合作为一光学镜面的入/50P-V值的平坦度要求。
图4A至图4E为一制作程序的剖面示意图，以显示习知微机电式法布里-珀罗装置的另一种制造方法。如图4A所示，该方法于涂布光阻304前，先于基材302上涂布一如热固化胶之类的厚度为d的胶层310，接着同前述方法进行曝光、显影后，再蚀刻该胶层310(如图4B及图4C所示)。继而去除光阻304，以获得如图4D所示，由剩余胶层310所构成的厚度为d的间隔元件310，再与另一片基材308结合后高温固化该间隔元件310，形成图4E所示的具有间距d的微机电式法布里-珀罗装置300。
然而，此一方法虽因蚀刻液只针对胶层310快速蚀刻，而较不会破坏基材302的表面平坦度，然而，涂布厚度为d的胶层310时，其厚度也难以控制在约0.5nm的精度要求，且于基材308与基材302结合时，也会因胶层310的材质与硅晶片或玻璃基板相比较不坚硬，容易造成胶层厚度的变化而改变该法布里-珀罗装置300的间距d。
因此，前述运用微机电工艺制造法布里-珀罗装置的习知做法，均难以满足对工艺参数的精度要求，而无法制造出精确符合所需的输出波形的微机电式法布里-珀罗装置。
发明内容
因此，本发明的目的在提供一种能精确定位法布里-珀罗装置的二平行构件的微机电式法布里-珀罗装置制造方法，以符合工艺上的各种精度要求并确保该平行构件的表面平坦度，以使该微机电式法布里-珀罗装置能精确滤出符合所需波形的光谱。
依本发明的一实施例，其系以薄膜沉积方法将介电材料沉积至一基材表面，以于各个由光罩或光阻剂所定义出的镀膜区域沉积出多个间隔元件，再以胶黏方式结合另一基材。该基材系为镀有一层反射膜的硅晶片或玻璃基板所构成。当于基材表面进行沉积时，利用一膜厚控制器来监控镀膜厚度，其能监控膜厚至0.1nm或更精密等级，以精确控制间隔元件的沉积厚度为所需的法布里-珀罗装置间距d。
依本发明另一实施例，系先于两不同基材分别沉积间隔元件，并以膜厚监控器控制使该分别沉积的间隔元件厚度和为所需间距d，当两不同基材对应个别的间隔元件结合时，即可构成间距为d的微机电式法布里-珀罗装置。
本发明利用薄膜沉积方法制造出间隔元件，并搭配膜厚控制器监控间隔元件厚度的做法，可精确控制影响光输出波形的各个重要工艺参数，并确保该平行构件的表面平坦度，以使制造出微机电式法布里-珀罗装置能精确滤出符合所需波形的光谱。
图1为习知的法布里-珀罗装置示意图。
图2为光线通过法布里-珀罗装置输出的周期性光谱图。
图3A至图3D为习知微机电式法布里-珀罗装置制造方法的一例，显示其制作流程的剖面示意图。
图4A至图4E为习知微机电式法布里-珀罗装置制造方法的另一例，显示其制作流程的剖面示意图。
图5A至5C为依本发明的微机电式法布里-珀罗装置制造方法的一较佳实施例，显示其制作程序的剖面示意图。
图6A为一俯视图，显示依本发明制造出的微机电式法布里-珀罗装置其间隔元件的配置。
图6B为一俯视图，显示依本发明制造出的微机电式法布里-珀罗装置，其间隔元件的配置的一变化例。
图7为运用一支撑物与光罩搭配的剖面示意图。
图8为一剖面示意图，显示一光阻剂代替光罩作为进行薄膜沉积时的区隔物。
图9A及图9B为依本发明的微机电式法布里-珀罗装置制造方法的另一较佳实施例，显示其制作程序的剖面示意图。
元件符号说明10、40 微机电式法布里-珀罗装置12、20、32、42、44 基材12A、20A 反射膜14光罩16膜厚监控器17镀膜材料源18沉积材料22、36、46A、46B、46 间隔元件24、48 黏胶34光阻38支撑物100、200、300微机电式法布里-珀罗装置102、104 平行构件102A、104A 反射镜面106间隔元件202、208、302、308 基材204、304 光阻206、306 光罩310 胶层具体实施方式
以下将参照相关附图，说明本发明的较佳实施例。
图5A至图5C为依本发明的微机电式法布里-珀罗装置制造方法的一较佳实施例，显示其制作程序的剖面示意图。
如图5A所示，首先提供一基材12，该基材12系为镀有一层反射膜12A的硅晶片或玻璃基板所构成。接着，将一光罩14覆盖于基材12上方，该光罩14系用以定义出接续程序所需的镀膜区域。
继而如图5B所示，利用如物理气相沉积法(Physical VaporDeposition；PVD)或化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition；CVD)的薄膜沉积方法，将介电材料或金属材料(如银或铝)之类的沉积材料18从镀膜材料源17沉积至基材12表面由光罩14所定义出的镀膜区域，以于各个不同的镀膜区域沉积出多个间隔元件22。介电材料可为SiO2、TiO2等任何可用物理气相沉积法或化学气相沉积法进行薄膜沉积的材料。
于基材12表面进行沉积时，本发明利用一膜厚控制器16来监控镀膜厚度，该膜厚控制器16可为一石英震荡膜厚监控器(Quartz CrystalOscillator Film Thickness Monitor)或光学膜厚监控器(Optical FilmThickness Monitor)，其能监控膜厚至0.1nm或更精密等级。利用该膜厚控制器16可精确控制间隔元件22的沉积厚度，以将膜厚镀至所需的法布里-珀罗装置间距d相等即停止。接着如图5C所示，将光罩14移走再于基材12上间隔该间隔元件22贴附另一基材20，该基材20同样为镀有一层反射膜20A的硅晶片或玻璃基板。最后以如用黏胶24黏合之类的物理性接合方式结合基材20与基材12，该黏胶24涂布于两不同基材的间或间隔元件与基材的间均可，而形成图5C所示的具有间距d的平行构件的微机电式法布里-珀罗装置10。
如下详述依本发明的制造方法所带来的优点。
首先参考图2，如图2所示的通过法布里-珀罗装置的光谱输出波形，主要由如下的参数定义1.自由频谱范围(Free Spectrum Ratio；FSR)FSR＝入2/(2ndcos(θ))………(式1)其中λ为入射光波长，n为介质折射率，d为法布里-珀罗装置两平行构件的间距，θ为入射光进入共振空腔的夹角；2.精细度(Finesse；F)1F2=1FR2+1FT2+1FP2]]>FR=π(R1·R2)141-R1·R2]]>………(式2)FT=λ2Dδ]]>其中FP为平行镜面102A及104A的表面精细度，R1为图1的镜面102A的反射率及R2为镜面104A的反射率，D为法布里-珀罗装置的通光孔径，δ为两平行构件的夹角。
3.半高全宽值(FWHM)FWHM＝FSR/F…………(式3)故由(式1)至(式3)可知，两平行构件的间距d及夹角δ皆会影响半高全宽值FWHM，而为改变法布里-珀罗装置的光输出波形的关键因子。因此，本发明利用薄膜沉积方法制造出间隔元件22，并以一膜厚控制器16精确控制间隔元件22厚度的做法，因高精确度的膜厚监控器16能监控膜厚至nm等级的精密度，而能确保所制造出的微机电式法布里珀罗装置其两平行构件的距离为要求的间距d，以获得精确的自由频谱范围FSR及半高全宽值FWHM；再者，因膜厚监控器16会监控不同间隔元件22的厚度，故可藉由控制共面的不同间隔元件的厚度至nm等级，而轻易地保持两个构件的平行度(两构件的夹角δ为零)。
再者，本发明利用薄膜沉积方法制造间隔元件22，不需蚀刻硅晶片或玻璃基板而能维持较高的光学表面精度，且也不会如习知使用胶层作为间隔元件的做法般，因胶层不够坚硬而造成间距d的变化。
因此，本发明利用薄膜沉积方法制造出间隔元件22，并搭配膜厚控制器16监控间隔元件22厚度的做法，可精确控制影响光输出波形的各个重要工艺参数，并确保该平行构件的表面平坦度，以使制造出微机电式法布里-珀罗装置能精确滤出符合所需波形的光谱。
图6A为一俯视图，以显示依本实施例制造出的微机电式法布里-珀罗装置10其间隔元件22的配置。由图上可看出4个俯视为圆形的间隔元件22分布于基材四周。然而，间隔元件22的外形及数量并不限定，举例而言，也可为图6B所示于基材上呈三角分布的3个俯视为矩形的间隔元件。但间隔元件22的数量以三个以上较佳，因三个以上的间隔元件能形成一共面关系(Coplanar)，更能确保该法布里-珀罗装置两构件间的平行度。
再者，定义镀膜区域的光罩14，仅需提供与基材12表面间隔一大于所需间距d的距离的镀膜空间，而可为任意外形。例如也可如图7所示，利用具相同厚度的支撑物38将平板状光罩14垫高，使其能产生大于所需间距d的镀膜空间即可。
图8显示以一光阻剂34作为进行薄膜沉积时的区隔物的做法。如图8所示，也可将光阻剂34涂布于基材32上，以代替光罩14定义出所需镀膜的区域。当沉积至光阻剂34所定义的区域的介电材料，累积成厚度为d的间隔元件36后，即可将该光阻剂34去除。
图9A及图9B为一剖面示意图，以显示本发明另一较佳实施例的制作程序。如图9A所示，首先可于两不同基材42及44分别沉积具一定厚度的多个间隔元件46A及46B，该间隔元件46A及46B的形成方法与前述的实施例相同。本实施例系以膜厚监控器16分别监控间隔元件46A及46B的厚度，举例而言，控制使间隔元件46A及46B的厚度分别为所需间距的一半(d/2)，接着再图9B所示，以黏胶48将基材42及44对应个别沉积元件结合，而构成间距为d的微机电式法布里-珀罗装置40。
由该实施例的做法可知，依本发明的制造方法，仅需满足二不同基材上的间隔元件46A与46B的厚度和与所需间距d相等的条件，而可任意变化二不同基材表面上的个别沉积厚度。
以上所述的实施例仅是举例性的，而不是限制性的。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于所附权利要求的保护范围中。
权利要求
1.一种微机电式法布里-珀罗装置制造方法，其特征在于其能精确定位二平行构件以符合一所需间距，该制造方法包含如下步骤提供二基材；于该二基材表面的预定区域形成沉积物；利用一膜厚监控器控制该沉积物的厚度；及结合该沉积物间隔该二基材；其中该二基材间的该沉积物厚度与该所需间距相等。
2.如权利要求1所述的微机电式法布里-珀罗装置制造方法，其特征在于还包含以一区隔物定义该预定区域的步骤。
3.如权利要求1所述的微机电式法布里-珀罗装置制造方法，其特征在于该区隔物为一光罩或光阻剂。
4.如权利要求1所述的微机电式法布里-珀罗装置制造方法，其特征在于该基材系为其上镀有一层反射膜的硅晶片或玻璃基板。
5.如权利要求1所述的微机电式法布里-珀罗装置制造方法，其特征在于该膜厚监控器系为一石英震荡膜厚监控器或光学膜厚监控器。
6.如权利要求1所述的微机电式法布里-珀罗装置制造方法，其特征在于其中采用物理气相沉积法沉积介电材料或金属材料于该预定区域上。
7.如权利要求1所述的微机电式法布里-珀罗装置制造方法，其特征在于于其中采用化学气相沉积法沉积介电材料或金属材料于该预定区域上。
8.如权利要求1所述的微机电式法布里-珀罗装置制造方法，其特征在于其中该二基材采用胶黏的方式间隔该沉积物结合。
9.一种微机电式法布里-珀罗装置制造方法，其特征在于其能精确定位二平行构件以符合一所需间距，该制造方法包含如下步骤提供一第一基材；于该第一基材的多个预定区域形成沉积物；利用一膜厚监控器控制各该沉积物的厚度使与该所需间距相等；及提供一第二基材间隔该沉积物与该第一基材接合。
10.一种微机电式法布里-珀罗装置制造方法，其特征在于其能精确定位二平行构件以符合一所需间距，该制造方法包含如下步骤于一第一基材的预定区域形成第一沉积物；于一第二基材对应该第一沉积物的配置形成第二沉积物；运用一膜厚监控器监控该第一及该第二沉积物的厚度；及连结该第一及第二沉积物以接合该第一及该第二基材；其中该第一与该第二沉积物的组合厚度与该所需间距相等。
全文摘要
一种微机电式法布里－珀罗装置制造方法，包含如下步骤提供二不同基材，并以薄膜沉积方法于该基材表面的预定区域形成沉积物，再结合该沉积物间隔该不同基材。于进行薄膜沉积时以一膜厚监控器精确控制该沉积物的厚度，使介于二基材中间的沉积物的厚度等于该法布里－珀罗装置的所需间距。
文档编号G02B6/132GK1508581SQ0215666
公开日2004年6月30日 申请日期2002年12月17日 优先权日2002年12月17日
发明者张绍雄, 张起豪 申请人:台达电子工业股份有限公司