CN107555398A - 一种提高蓝宝石基f‑p腔底部表面质量的mems工艺新方法 - Google Patents

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马志波
苑伟政
张晗
郭雪涛
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Abstract

本发明属于微机电系统(MEMS)领域，涉及蓝宝石晶片的一种MEMS工艺新方法，尤其涉及使用蓝宝石晶片加工F‑P腔结构时，提高底部表面质量的MEMS工艺新方法。该方法首先通过在蓝宝石晶片上加工通孔，然后与另一蓝宝石晶片进行高温键合，最后通过对带有通孔的蓝宝石晶片进行减薄抛光，实现高光学质量的蓝宝石基F‑P腔腔体的制备。该方法实现了原蓝宝石晶片表面作为F‑P腔底部光学反射面，其F‑P腔底部的表面质量与原表面质量相同。有效提高了蓝宝石基F‑P腔底部的粗糙度和表面质量，提高了F‑P腔底部表面的光学性能，进一步提高了蓝宝石基光纤F‑P传感器的稳定性和精度。

Description

一种提高蓝宝石基F-P腔底部表面质量的MEMS工艺新方法
(一)技术领域
本发明属于微机电系统(MEMS)领域，涉及蓝宝石晶片的一种MEMS工艺新方法，尤其涉及使用蓝宝石晶片加工F-P腔结构时，提高底部表面质量的MEMS工艺新方法。
(二)背景技术
蓝宝石材料具有优异的光学性能、机械性能和化学稳定性，可在接近2000℃高温的恶劣条件下工作，具有巨大的高温应用潜力。目前，蓝宝石材料被广泛应用于LED衬底材料，光学透镜，F-P腔(法布里-珀罗干涉仪)等结构上。
基于光纤F-P解调原理的传感器，由于光纤传输具有的不受电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀等独特优点，在高温、高压等恶劣环境下具有广泛的应用前景。然而，该类传感器对F-P腔上下表面的表面质量要求较高，表面粗糙度、光洁度、平整度等参数都会对光信号传输产生重大影响。
目前使用蓝宝石晶片加工F-P腔结构的方法主要有激光刻蚀、等离子体干法刻蚀等。由于蓝宝石材料的化学稳定性极高，采用等离子体干法刻蚀对蓝宝石晶片进行F-P腔结构加工时，加工效率极低，加工成本高，底部刻蚀面形貌无法保证，难以满足光学解调对F-P腔结构上下反射面的平整度、表面粗糙度等表面质量的要求；采用激光刻蚀方法加工蓝宝石F-P腔结构的效率较高，但激光刻蚀产生的高温烧灼会使刻蚀底面光洁度降低，且会破坏刻蚀底面形貌，降低刻蚀底部的表面质量，难以满足光学解调对F-P腔结构作为反射面的表面质量的要求。
(三)发明内容
为了提高蓝宝石基F-P腔体刻蚀底部的表面质量，本发明提出了一种提高蓝宝石基F-P腔底部表面质量的MEMS工艺新方法。采用本发明的MEMS工艺新方法制备蓝宝石基F-P腔结构包括三个工艺步骤：蓝宝石通孔加工、蓝宝石-蓝宝石高温键合和蓝宝石减薄抛光。
本发明提出的提高蓝宝石基F-P腔底部表面质量的MEMS工艺新方法，其加工工艺过程见图1，工艺步骤包括：
1)在蓝宝石晶片1上加工通孔，如图1(a)所示。
2)将具有通孔的蓝宝石晶片1和蓝宝石晶片2进行高温直接键合，如图1(b)所示。
3)对蓝宝石晶片1的另一表面进行减薄抛光，使其厚度达到F-P腔腔长要求，并将表面抛光至粗糙度小于0.5nm，如图1(c)所示。
本发明提出的一种提高蓝宝石基F-P腔底部表面质量的MEMS工艺新方法，该方法首先通过在蓝宝石晶片上加工通孔，然后与另一蓝宝石晶片进行高温键合，最后通过对带有通孔的蓝宝石晶片进行减薄抛光，实现高光学质量的蓝宝石基F-P腔腔体的制备。该方法的有益效果是，采用提出的工艺新方法，实现了原蓝宝石晶片表面作为F-P腔底部光学反射面，其F-P腔底部的表面质量与原表面质量相同。该方法相比传统蓝宝石刻蚀技术，有效提高了蓝宝石基F-P腔底部的粗糙度和表面质量，提高了F-P腔底部表面的光学性能，进一步提高了蓝宝石基光纤F-P传感器的稳定性和精度。
(四)附图说明
图1是本发明提出的工艺方法步骤
图1(a)蓝宝石通孔加工
图1(b)蓝宝石晶片与具有通孔蓝宝石晶片高温直接键合
图1(c)具有通孔的蓝宝石晶片进行减薄抛光
(五)具体实施方法
实施例：
本实施例提出以蓝宝石作为中间层和基底材料，采用蓝宝石-蓝宝石高温直接键合工艺制备F-P腔腔体结构。具体包括如下步骤：
1)选取两片厚度为660μm直径为4英寸的蓝宝石双面抛光片，进行标准清洗，使用激光切割技术对其中一片蓝宝石晶片切割直径1.3mm的通孔作为中间层；
2)取另一片蓝宝石晶片与中间层蓝宝石晶片进行高温直接键合，键合参数：底板温度450℃，真空度5.0×10-3mbar，压力头压力500mbar，键合时间60mins。对键合好的晶片进行热处理，消除内应力，热处理温度1000℃，时间60mins；
3)使用金刚石研磨液和SF1抛光液对键合片带孔面进行减薄抛光，使其厚度达到20～21μm，表面粗糙度Ra≤0.5nm；
采用该新工艺方法可以用来制备基于F-P腔的蓝宝石基高温压力传感器，该工艺方法提高了F-P腔下表面的表面质量，改善了传感器的光学性能，进一步提高了基于F-P腔的蓝宝石高温压力传感器的可靠性和稳定性。

Claims (1)

1.提高蓝宝石基F-P腔底部表面质量的MEMS工艺新方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：在蓝宝石晶片1上加工通孔；
步骤二：将具有通孔的蓝宝石晶片1和蓝宝石晶片2进行高温直接键合；
步骤三：宝石晶片1的另一表面进行减薄抛光，使其厚度达到F-P腔腔长要求，并将表面抛光至粗糙度小于0.5nm。
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