TW201538957A

TW201538957A - 光譜儀、光譜儀的波導片的製造方法及其結構

Info

Publication number: TW201538957A
Application number: TW103112455A
Authority: TW
Inventors: Chien-Hsiang Hung; Jan-Liang Yeh
Original assignee: Oto Photonics Inc
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2014-04-03
Publication date: 2015-10-16
Also published as: TWI510774B

Abstract

本發明關於一種光譜儀的波導片的製造方法及其結構，其在製造方法上，以矽晶圓為基礎，利用微機電製造程序使矽晶圓形成至少一個波導片，此波導片具有至少一定位側邊以及至少一雜光散逸側邊。於具有前述波導片之光譜儀中，光譜儀組件可精確定位於前述定位側邊，減少光譜儀組件間於抵靠波導片時存在錯位現象，並讓雜光經由前述雜光散逸側邊而離開，減少雜訊誤差，可提升光譜儀的感度和解析度。

Description

光譜儀、光譜儀的波導片的製造方法及其結構

【0001】

本發明關於一種光譜儀(Spectrometer)構成，尤指包含一種經由微機電製造程序所產生具有精密接觸定位面之波導片(Waveguide)，此波導片得以令與之接觸的光譜儀組件能被準確定位。

【0002】

按，光譜儀是一種應用光學原理將複雜的光解析為光譜之儀器，其主要用來量測樣品的吸收、穿透或反射，由於光譜分析的特點包括非破壞性、具化學鑑別力、具波長變通性、靈敏度高及分析速度快，因此使得光譜儀廣泛應用於冶金、地質、石油化工、醫藥衛生、環境保護等領域，更是軍事偵察、宇宙探索、資源和水文勘測等所倚重的方法技術與儀器設備。

【0003】

習知光譜儀經微型化後，以中華民國新型專利M370071為例，其所揭示之微光譜儀的構件組成如第1圖所示，微光譜儀90內具有空間91以設置上下成對之反射片作為波導片，此成對波導片之間具有間隙通道供光線行進。微光譜儀90亦包含了多個光譜儀組件，例如入射狹縫裝置92、微型光柵93與線型偵測器94。當入射光從入射狹縫裝置92進入，接著會於波導片之間的間隙通道前進，並接續投射於微型光柵93進行分光，而分出來各波長的光再投射於線型偵測器94。最後，線型偵測器94可經由光電轉換而使接收到的光譜線轉換為電流，再經外部元件分析而獲得相應光譜線強度的訊息。

【0004】

在前述的微型光譜儀當中，各個光譜儀組件在組裝上需要透過定位而確保儀器成品的精確性；然而習知的微型光譜儀並沒有特別設置定位處，而是透過機械加工成型之殼體讓光譜儀組件承靠，此些經線切割程序而形成的承靠處並沒有精確定位的能力，導致組裝後的微光譜儀缺乏精確性。

【0005】

進一步而言，習知的微光譜儀是使用線切割程序加工鋁片而形成承靠處，但此種承靠處會因線切割過程中的電火花燒灼而具有毛邊、不平整等特徵，精確定位的能力很有限。且由於線切割加工方式及後續之拋光作業等之機械加工精度約為20~30um，會累積複合公差，導致狹縫件、光柵等光譜儀組件之設置有錯位現象，嚴重影響光投射之準確度與接收精確度，進而導致光譜儀所分析、量測之光訊號產生精確度之問題。

【0006】

再者，習知微光譜儀當中的波導片於線切割時需冷卻伴隨切割液，使得波導片表面被污染，需後續進行清洗工序，將增加製程工序及製造成本，顯不符製造經濟效益；又於線切割加工後之拋光作業，將使得波導片容易產生導角，亦影響了組裝的精確性，不利於微光譜儀使用時之光投射傳遞與處理運作。因此，如何解決現有光譜儀組件，特別是波導片於製造與安裝使用精確度之缺失，應為業界或有智之士應努力解決、克服之重要課題。

【0007】

緣此，本發明人有鑑於現有光譜儀相關組件其製造與精密組配使用之缺失問題及其定位結構設計上未臻理想之事實，本案發明人即著手研發其解決方案，希望能開發出一種更具定位精密性、光精準傳輸性符合製造經濟效率之光譜儀與其波導片的製造方法及其結構，以促進此業之發展，遂經多時之構思而有本發明之產生。

【0008】

本發明之主要目的在提供一種光譜儀的波導片的製造方法，其經由微機電製造程序，能使所生產的波導片具有精密之接觸定位面供光譜儀組件抵靠，能降低錯位現象，確保光訊號傳輸之品質及路徑之精準性、穩定性，進而達到光譜儀極佳之分析、量測效果者。

【0009】

本發明之另一目的在提供一種光譜儀的波導片的製造方法，其能使波導片之製造具有加工時間短之效率性，且能消除其製造之形狀限制，能積極配合光譜儀之光路設計而精確定位光譜儀組件。

【0010】

本發明之再一目的在提供一種光譜儀的波導片的結構，其配合光譜儀之光路設計，可使非主要光路上的雜光從雜光輸出口離開，降低其在光譜儀的兩片波導片間持續行進的可能，藉此減少光譜儀的雜訊誤差。

【0011】

本發明之更一目的在提供一種光譜儀，其在結構組成上包含前述具有精密之接觸定位面的波導片，使其所具有的光譜儀組件被準確定位，並且得以讓雜光逸散，整體改善光譜儀的感度和解析度。

【0012】

為了達到上述之目的，本發明揭示了一種光譜儀、光譜儀的波導片的製造方法及其結構，其在製造波導片的方法上，包含步驟：設定一微機電製程圖案，該微機電製程圖案包括該光譜儀的一第一波導片圖案；以及依據該微機電製程圖案進行一微機電製造程序以產生至少一波導片，其中上述波導片具有由該微機電製造程序所形成的至少一定位側邊與至少一雜光散逸側邊，上述定位側邊用以供該光譜儀的一光譜儀組件抵靠而使該光譜儀組件定位於上述定位側邊，上述雜光散逸側邊用以作為一雜光輸出口的一側。透過上述之製造方法，即可獲得具有高度定位精密性之波導片，得用於搭配光譜儀組件而組裝高品質的光譜儀，突破困擾相關業者之技術瓶頸。

1‧‧‧波導片、第二波導片

1’‧‧‧第一波導片

11‧‧‧第一表面

110‧‧‧反射層

12‧‧‧第一定位側邊

13‧‧‧第一雜光散逸側邊

14‧‧‧第一雜光輸出口

14a‧‧‧雜光輸出口

15‧‧‧第二表面

16‧‧‧第二定位側邊

17a、17b‧‧‧第三定位側邊

18a‧‧‧第二雜光散逸側邊

18b‧‧‧第三雜光散逸側邊

19a‧‧‧第二雜光輸出口

19b‧‧‧第三雜光輸出口

20‧‧‧雜光散逸側邊

23‧‧‧間隙通道

31‧‧‧第一光譜儀組件

32‧‧‧第二光譜儀組件

33‧‧‧第三光譜儀組件

41‧‧‧主要光路區域

42‧‧‧非主要光路區域

60、70、80‧‧‧基板

601‧‧‧頂面

602‧‧‧背面

603、81‧‧‧遮罩層

604、701‧‧‧待加工區域

605‧‧‧非等向性蝕刻溝槽

606、708‧‧‧非等向性蝕刻面

606a‧‧‧定位側邊

606b、709‧‧‧雜光散逸側邊

607‧‧‧背面層

608‧‧‧溝槽底面

61‧‧‧鍍膜層

611‧‧‧附著層

612‧‧‧反射層

613‧‧‧保護層

62‧‧‧貼膜

63、71‧‧‧波導片成品

64‧‧‧第一波導片圖案

65‧‧‧第二波導片圖案

66‧‧‧第三波導片圖案

702‧‧‧切割預線

703、704、705、706‧‧‧局部加工圖案

707‧‧‧切割面

710‧‧‧雜光輸出口

82‧‧‧非等向性蝕刻斜面

90‧‧‧微光譜儀

91‧‧‧空間

92‧‧‧入射狹縫裝置

93‧‧‧微型光柵

94‧‧‧線型偵測器

AB‧‧‧剖面線

C‧‧‧交角

α‧‧‧斜角

L1‧‧‧光線

L2‧‧‧有效光

S10~S15‧‧‧步驟

S20~S25‧‧‧步驟

【0013】

第1圖：其為先前技術之微光譜儀內部結構部分示意圖；

第2圖：其為本發明之一實施例所製造之波導片於應用時之結構示意圖；

第3A圖：其為本發明之一實施例中，波導片依據光路設計而包含主要光路區以及非主要光路區之示意圖；

第3B圖：其為本發明之一實施例所組裝之光譜儀剖視結構示意圖；

第3C圖：其為本發明之另一實施例所使用刀切製作波導片的雜光散逸側邊之結構示意圖；

第3D圖：其為本發明之再一實施例製作非直線之定位側邊以及雜光散逸側邊之結構示意圖；

第4圖：其為本發明之第一方法實施例之步驟流程圖；

第5A~5H圖：其為本發明第一方法實施例中，基板之結構變化流程圖；

第6A~6C圖：其為本發明一實施例中，使用矽晶圓為基板之示意圖；

第7圖：其為本發明第二方法實施例之步驟流程圖；

第8圖：其為本發明第二方法實施例使用矽晶圓為基板之區域劃分示意圖；

第9圖：其為本發明第二方法實施例所製造之波導片結構示意圖；

第10圖：其為本發明一實施例中，製作非等向性蝕刻斜面之結構示意圖；以及

第11圖：其為本發明一實施例中，光譜儀之上、下兩片波導片之組合示意圖。

【0014】

為使本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：

【0015】

請參閱第2圖，其為本發明一較佳實施例所製造之波導片之結構示意圖；如圖所示，波導片1在結構上包含了第一表面11，與第一表面11相連接的邊緣為第一定位側邊12以及第一雜光散逸側邊13；其中的第一定位側邊12是由微機電製造程序所形成，因此第一定位側邊12的表面具有微機電製造程序所產生的第一表面特徵，為一種微機電製造程序特徵，使第一定位側邊12可用以供光譜儀的第一光譜儀組件31抵靠，而使第一光譜儀組件31定位於第一定位側邊12。

【0016】

第一雜光散逸側邊13亦是由微機電製造程序所形成，因此第一雜光散逸側邊13的表面具有微機電製造程序所產生的第二表面特徵，同樣為一種微機電製造程序特徵，此第一雜光散逸側邊13是用以作為光譜儀的第一雜光輸出口14的一側。上述第一定位側邊12與第一雜光散逸側邊13可選擇透過同一道的微機電製造程序製作，使第一表面特徵與第二表面特徵具有相同的微機電製造程序特徵。例如利用非等向性蝕刻同時形成第一定位側邊12與第一雜光散逸側邊13，如此就可使第一表面特徵與第二表面特徵具有相同的微機電製造程序特徵。在其他實施例中，上述第一定位側邊12與第一雜光散逸側邊13也可選擇透過不同的微機電製造程序製作，使第一表面特徵與第二表面特徵不相同，兩者具有不同的微機電製造程序特徵。例如利用非等向性蝕刻製作第一定位側邊12，以及利用電鑄製作第一雜光散逸側邊13，如此就可使第一表面特徵與第二表面特徵不相同；或者是在兩者都使用非等向性蝕刻，而其中的第一定位側邊12使用反應式離子蝕刻，第一雜光散逸側邊13則使用電子束蝕刻，使第一表面特徵與第二表面特徵不相同。換言之，在本發明的實施例中，定位側邊以及雜光散逸側邊可同時或分別由電子束蝕刻程序、離子蝕刻程序、反應式離子蝕刻程序、深反應式離子蝕刻程序、濕蝕刻程序、光刻程序、電鑄程序、奈米壓印程序或掀離程序所形成。

【0017】

此較佳實施例中，波導片1是配合了光譜儀的光路設計而具有特定的外觀樣式；請輔以參考第3A圖，此波導片1的第一表面11依據光路設計而包含一主要光路區域41(網點表示之區域)以及非主要光路區域42(非網點表示之區域)，其中的主要光路區域41是光譜儀所預設要利用之有效光L2的行徑路線，必須讓光線L1在經由作為狹縫件之第二光譜儀組件32或類似之光源組件進入光譜儀內後，精確地投射於作為光柵之第一光譜儀組件31以及作為光感測器之第三光譜儀組件33上；換言之，主要光路區域41是由光譜儀的多個光譜儀組件所定義。舉例來說，光線自第二光譜儀組件32進入後，其可投射於第一光譜儀組件31之最大範圍，以及第三光譜儀組件33接收第一光譜儀組件31所分光之光線之最大範圍。光譜儀組件是於此主要光路區域41的範圍內進行有效光訊號的傳輸。而行經非主要光路區域42的光線則是不需利用之雜光，其可能是來自於光譜儀組件缺陷所產生的散射光，或者是非光譜儀組件產生的反射光，其可能在經過反射後仍被第三光譜儀組件33所接收，為造成光譜儀誤差之雜光，因此有必要透過雜光輸出口之設計而讓雜光能在被第三光譜儀組件33接收前離開。故如第3A圖所示，在本實施例中，波導片1的各邊都是採用微機電製造程序所形成。微機電製造程序所採用的圖形，例如曝光顯影圖案，就可以決定波導片1的幾何形狀。需一提的是，本實施例中波導片1中沒有用來定位光譜儀組件的側邊都可以作為雜光散逸側邊而具有雜光削除的效果，例如雜光散逸側邊20。再從另一角度來看，第一雜光散逸側邊13是位於非主要光路區域42，此第一雜光散逸側邊13的任一區段都可讓雜光離開而具有雜光削除的效果。而若進一步透過微機電製造程序製作此第一雜光散逸側邊13，可使第一雜光散逸側邊13的一端精確地接觸主要光路區域41與非主要光路區域42之間的邊界，藉此而盡可能地在讓行經非主要光路區域42的雜光能夠經由第一雜光輸出口14離開，在不影響有效光L1的傳輸之下，進一步地提升雜光散逸的效率。

【0018】

第3A圖亦揭示了雜光散逸側邊交角C之設計，此雜光散逸側邊交角C為兩個第一雜光散逸側邊13相交而形成，且雜光散逸側邊交角C是相鄰於波導片1依據光路設計而包含的主要光路區域41之邊緣。於此，基於第一雜光散逸側邊13是由微機電製造程序所形成，因此可確保雜光散逸側邊交角C的位置之精確性，透過其準確相鄰於主要光路區域41的邊緣，得以讓雜光盡可能地由第一雜光輸出口14離開。

【0019】

請輔以參考第3B圖，其為包含第2圖中的剖面線AB之切面結構，以及搭配另一波導片組裝之示意圖；如圖所示，此實施例中的光譜儀包含了作為另一波導片之第一波導片1’以及第2圖中經剖面線AB切過之第二波導片1，兩個波導片中間具有一間隙通道23。在此結構中，光譜儀中的光線可在間隙通道23反覆反射並行進，並讓不同的光譜儀組件能夠透過光譜儀上、下波導片之間的間隙通道23達成光學耦接，其反射的機制是透過第一波導片1’以及第二波導片1當中，分別位於其第一表面11的反射層110而達成。承前所述，光譜儀當中所需排除的雜光於本實施例中，可在經由位於非主要光路區域42的第一雜光輸出口14離開。第一雜光散逸側邊13即是位於非主要光路區域42，用以作為第一雜光輸出口14的一側。第一雜光輸出口14可透過在波導片之一側製作第一雜光散逸側邊13而形成，也可透過在單一波導片當中鏤空設置開口而形成，本發明並不特別限定其樣式。另外，本發明不限制僅於其中一個波導片設置第一雜光輸出口14，第一波導片1’以及第二波導片1都可透過微機電製造程序製作第一雜光散逸側邊13而使兩者都具有第一雜光輸出口14。

【0020】

另外，在單一波導片的結構中，以第3B圖中的第二波導片1為例，其更包含一第二表面15，其連接第一定位側邊12與第一雜光散逸側邊13，位於第一表面11的對向側，此第二表面15具有一研磨程序所產生的研磨製程特徵，並不具有反射層之結構。此第二表面並不需要用於反射光線，因此不需作拋光處理。

【0021】

本發明於一較佳實施例所製造的波導片並不限制只製作單一一個定位側邊，而是依光譜儀所使用的光譜儀組件數量而製作相對應的定位側邊，以降低複合公差，這些光譜儀組件可為光感測器、光柵、狹縫件、濾光片、光擋片、反射鏡、聚焦鏡或準平面鏡等。如第2圖所示，單一光譜儀組件可抵靠之定位側邊可不只一個，例如此較佳實施例中的第一光譜儀組件31是同時抵靠於第一定位側邊12以及第二定位側邊16。第二定位側邊16連接第一表面11，且也是由微機電製造程序所形成，具有微機電製造程序的第一表面特徵。藉由第一定位側邊12以及第二定位側邊16同時供第一光譜儀組件31定位，可使第一光譜儀組件31於X軸及Y軸方向上都獲致精確定位之效果。

【0022】

更進一步而言，此較佳實施例更包含了用以抵靠第二光譜儀組件32和第三光譜儀組件33之第三定位側邊17a、17b，此些第三定位側邊17a、17b連接第一表面11，也都是由微機電製造程序所形成，具有微機電製造程序的第一表面特徵，可以讓光譜儀當中的多個光譜儀組件皆有精確定位面可抵靠，以降低複合公差。第一定位側邊12、第二定位側邊16以及第三定位側邊17a、17b若是於微機電製造程序中的不同道製程所分別製作完成，各個定位側邊也能提供光譜儀組件精確抵靠的能力；而若是在同一道製程中製作完成，則兼具有製作快速且更為精準之優點，例如，在同一道製程中各邊的相對精準度較高，不會衍生不同道製程的對位誤差。

【0023】

雜光散逸側邊的數量可如同定位側邊而不僅只有一個，其可於波導片的不同位置，使用相同或不相同的微機電製造程序形成多個雜光散逸側邊，進而形成多個雜光輸出口。此所謂相同或不相同的微機電製造程序，是指可利用不同類型的微機電製造程序製作不同的雜光散逸側邊，並且不限定是在同一道製程中完成所有的雜光散逸側邊之製作；換言之，只要是雜光散逸側邊有利用微機電製造程序參與製作，都可對光譜儀的雜光散逸效率有所改善。例如第2圖所示之較佳實施例即是具有第一雜光散逸側邊13以外的第二雜光散逸側邊18a，此第二雜光散逸側邊18a連接第一表面11，並可具有不同於形成第一雜光散逸側邊13之微機電製造程序所產生的第二表面特徵，第二雜光散逸側邊18a用以作為光譜儀的第二雜光輸出口19a的一側。

【0024】

請參考第3C圖，其為具有第三雜光散逸側邊18b之另一較佳實施例之結構示意圖，此第三雜光散逸側邊18b連接第一表面11，其並非由是由微機電製造程序所產生，而是透過刀切程序所形成，此第三雜光散逸側邊18b具有刀切程序所產生的第三表面特徵，第三雜光散逸側邊18b用以作為光譜儀的第三雜光輸出口19b的一側。

【0025】

請參考第3D圖，其為本發明再一較佳實施例之結構示意圖，其揭示了波導片之定位側邊以及雜光散逸側邊為並不侷限為一直線，兩者也可分別透過微機電製造程序形成為一非直線圖形。如圖所示，第一定位側邊12為圓弧型，可在作為光柵之第一光譜儀組件31為羅倫圓(Rowland circle)時，讓第一光譜儀組件31在得以較方便地抵靠於波導片1的第一定位側邊12；第二光譜儀組件32和第三光譜儀組件33也可分別定位於圓弧型的第三定位側邊17a、17b。另外，波導片1的第一雜光散逸側邊13和第二雜光散逸側邊18a也可為非直線圖形，不同於前述較佳實施例之直線樣式。在圖3D中，光譜儀組件31～33可由微機電製程製作而具有羅倫圓輪廓特徵。

【0026】

本發明的實施例於光譜儀的波導片的製造方法，其於步驟上可先設定一微機電製程圖案，此微機電製程圖案包括光譜儀的一第一波導片圖案，其可依照所要製作之光譜儀系統而作相對應之設計，且圖案當中可包含單一或複數個波導片。接著，再依據上述微機電製程圖案進行微機電製造程序以產生至少一波導片，其中上述波導片具有由微機電製造程序所形成的至少一定位側邊與至少一雜光散逸側邊，此微機電製造程序不限定為何種類型或是製程方法，也不限定同時或是分別形成定位側邊與雜光散逸側邊。上述定位側邊用以供該光譜儀的光譜儀組件抵靠而使其定位於上述定位側邊，上述雜光散逸側邊則是用以作為雜光輸出口的一側。

【0027】

本發明的實施例當中所運用之微機電製造程序包含了非等向性蝕刻、電鑄、奈米壓印或掀離(lift-off)等技術手段，但並不限於此，只要是讓微機電製程材料得以形成微米級、或更精細之立體結構的微機電製造程序皆可。其中，電鑄是透過離子沉積的極細微的單元特性而複製母模的形狀，而建構出精確立體結構；奈米壓印則是將母模或圖樣壓入一種保形材料中，這種材料將按照範本的圖形產生變形，再經過紫外曝光或者熱處理的方法就可以使其成形，不只可以複製X軸、Y軸方向的圖形，還可以在Z軸方向上壓出臺階和輪廓線的結構，使精確立體結構成形；而掀離則是在已具有圖案化光阻之表面上上蒸鍍金屬，再將光阻去除，使光阻上的金屬脫離，留下具有特定圖案之金屬，具有精密的立體結構。而在非等向性蝕刻的處理上，則可透過反應式離子蝕刻、離子蝕刻、深反應式離子蝕刻、電子束蝕刻、光刻或非等向性濕蝕刻等方法程序，形成定位側邊以及雜光散逸側邊，但並不限定於上述所列舉的幾個非等向性蝕刻程序。以下係以非等向性蝕刻程序為操作上的實施例，經此非等向性蝕刻程序所製作的定位側邊以及雜光散逸側邊具有非等向性蝕刻特徵，並且具有良好的精度等級，優於使用刀具或線切割的機械加工精度水準，可達到3um以下，讓光譜儀當中的各式光譜儀組件運作效果能如預期發揮，完成正確之分析、量測結果。

【0028】

請參閱第4至5H圖，其為光譜儀的波導片在製造方法的第一實施例，其製造方法包括︰

(1) 步驟S10：形成一遮罩層於一基板的一頂面上方，再圖案化該遮罩層；基板為一矽晶圓(或如藍寶石基板等已經過拋光處理之基板)，用以待製成波導片成品，或是光譜儀內需提供精確定位功能之元件，於此以波導片為例。由於矽晶圓已具有良好的拋光品質，因此將之製作為波導片後不需要再進一步為拋光作業，得以減少加工工序並降低於結構上產生導角之可能性。如第5A圖所示，基板60具有相對的一頂面601及背面602，頂面601上先設有遮罩層603，其可為光阻層、硬遮罩或光罩，在利用蝕刻機台所設定包括有第一波導片圖案之微機電製程圖案而將遮罩層603圖案化處理後，圖案化的遮罩層603可暴露出頂面601的一待加工區域604。

(2) 步驟S11：非等向性蝕刻基板，使頂面形成至少一非等向性蝕刻溝槽；如第5C圖所示，於基板60進行非等向性蝕刻加工，基板60會由待加工區域604向下形成一非等向性蝕刻溝槽605，以及位於非等向性蝕刻溝槽605兩側邊之非等向性蝕刻面606；換言之，對基板60之非等向性蝕刻加工並未穿透基板60，而是使基板60仍具有一用以連結之背面層607，而非等向性蝕刻面606則待作為接觸光譜儀組件之定位側邊或雜光散逸側邊。

(3) 步驟S12：去除基板頂面上之遮罩層；即於非等向性蝕刻溝槽605、非等向性蝕刻面606加工完成後，再將頂面601上之遮罩層603予以去除，例如使用丙酮等劑料清洗光阻劑。

(4) 步驟S13：進行一鍍膜程序，形成一鍍膜層於頂面上方；即於基板60已去除遮罩層603之頂面601上設置一鍍膜層61，鍍膜層61可以蒸鍍方式形成於基板60上，此為選擇基板60之頂面601作為波導片成品的第一表面，使其具有反射功能。如第5D圖所示，鍍膜層61進一步包括有一附著層611、反射層612及保護層613。其中附著層611設於基板60之頂面601上，其可為一鈦(Ti)層；反射層612設於附著層(鈦層)611上，其可為一鋁(Al)層，且其即為前述發揮波導片反射光線功能之反射層110；保護層613設於反射層(鋁層)612上，其可為一氟化鎂(MgF₂ )層，保護層(氟化鎂層)613作為一抗氧化層。保護層613也可使用二氧化矽製作。

(5) 步驟S14：進行一貼膜程序，貼附一貼膜於鍍膜層上方；如第5E圖所示，基板60之頂面601上經形成鍍膜層61後，貼設有一貼膜62，也就是在作為波導片成品的第一表面上貼附暫時連接用的切割膠帶。此步驟是考量到後續的步驟會使基板60分離為多個波導片成品，因此為了避免散落而先行貼膜作暫時連接，利於批量製造。選擇貼膜於鍍膜層上則是考量到另一面要進行研磨。

(6) 步驟S15：進行一研磨程序，研磨基板的一背面層；即將基板60之背面層607予以磨除，使非等向性蝕刻溝槽605的一溝槽底面608消失，也就是針對作為波導片成品的第一表面的對向面進行研磨，使此第二表面具有研磨特徵，相異於第一表面具有反射層的結構。且此第二表面並不需要反射光線，因此不需要做精細之拋光處理，只要粗略地研磨而使背面層607消失，使波導片成品得以分離即可。如第5F圖所示，經前述多道加工工序處理後的基板在其背面層被研磨後，原將快速分開成複數個波導片成品63，但由於波導片成品63之間已以貼膜62予以連結，因此尚不致於研磨背面層之工序中散開，便於整理波導片成品63。

【0029】

第5G圖為波導片成品63於移除貼膜後的單體結構示意圖，其具有非等向性蝕刻特徵的非等向性蝕刻面606可作為定位側邊或雜光散逸側邊，例如在依據最初所設定的微機電製程圖案並經上述步驟加工後，可將基板製成如第5H圖所示之波導片成品63，其定位側邊606a用以供光譜儀的光譜儀組件抵靠而使光譜儀組件定位於上述定位側邊606a，並讓雜光散逸側邊606b用以作為雜光輸出口的一側。

【0030】

請參考第6A圖，於設定微機電製程圖案之步驟中，如前一較實施例所述，微機電製程圖案包括光譜儀的第一波導片圖案64，不過參考第6B圖，其可更包括第二波導片圖案65，此第二波導片圖案65與第一波導片圖案64共用至少一邊界，可藉此縮小蝕刻面積，並且能利用同一片以矽晶圓為材料之基板60製造更多片的波導片，同時也可以使開口率下降，提高蝕刻品質。第6C圖則是揭示微機電製程圖案可更包括第三波導片圖案66，此第三波導片圖案66不同於第一波導片圖案64，而得以在光譜儀中的上、下波導片是不同圖案時，仍可以一次生產上、下波導片。

【0031】

請參閱第7至9圖，其為光譜儀的波導片在製造方法的第二實施例，其製造方法包括︰

(1) 步驟S20：形成一遮罩層於一基板的一頂面上方，再圖案化該遮罩層；如第8圖所示，基板70為一矽晶圓(或如藍寶石基板等已經過拋光處理之基板)，用以待製成波導片成品，或是光譜儀內需提供精確定位功能之元件，於此以波導片為例。基板70具有複數個待加工區域701，而任一待加工區域701的X軸方向及Y軸方向之周邊上具有切割預線702而為多個區塊；且待加工區域701上設有一經圖案化處理的遮罩層(其可為光阻層、硬遮罩或光罩)，如同前一實施例，在利用蝕刻機台所設定包括有第一波導片圖案之微機電製程圖案而將遮罩層圖案化處理後，可使待加工區域701具有局部加工圖案703、704、705、706。其中的局部加工圖案703、704、705分別鄰接至少一切割預線702，而作為形成雜光輸出口之用的局部加工圖案706則不一定需鄰接切割預線702。第8圖是以其中一個待加工區域701為舉例示意。

(2) 步驟S21：非等向性蝕刻基板，使頂面形成至少一非等向性蝕刻溝槽；即於局部加工圖案703、704、705、706進行非等向性蝕刻加工，使基板70同時由局部加工圖案703、704、705、706等四處向下形成一對應之非等向性蝕刻溝槽，可搭配前一實施例之步驟S15而透過研磨基板70的背面層而讓非等向性蝕刻溝槽消失，或者是於本步驟中直接經由非等向性蝕刻而貫穿基板70，形成貫穿槽孔，這些貫穿槽孔之內側面即為非等向性蝕刻面，此些非等向性蝕刻面可作為接觸光譜儀組件而作精確定位之表面，或是作為雜光散逸側邊。此時基板70之複數待加工區域701之間是藉由相鄰但尚未進行切割的切割預線702而維持連結。

(3) 步驟S22：去除基板頂面上之遮罩層；即若於局部加工圖案703、704、705、706以外之區域有殘留之遮罩層，則會先將之去除。

(4) 步驟S23：進行一鍍膜程序，形成一鍍膜層於頂面上方；即於基板70已去除遮罩層之頂面上設置一鍍膜層，此鍍膜層可以蒸鍍方式設於基板70上，此為選擇基板70之頂面作為波導片成品的第一表面，使其具有反射功能，而此鍍膜層的結構組成可同前第5D圖所示之鍍膜層61，但並不限定於此，只要是能具備反射能力之合適材料或結構皆可。

(5) 步驟S24：進行一貼膜程序，貼附一貼膜於基板的一背面；即於該基板70之背面上貼設置貼膜，此貼膜作為暫時連結作用，同第5E圖所示之貼膜62，但貼附之位置可在考量到避免汙染反射層而相異於前一實施例，改貼附於基板70的背面，也就是在作為波導片成品的第二表面上貼附暫時連接用的切割膠帶；第一表面與第二表面分別位於波導片成品的對向面。不過，若待加工區域701的圖案分佈能讓波導片成品於後述刀切程序中並不會任意散開，則可省略此貼膜程序。

(6) 步驟S25：進行一刀切程序，切割基板；即於基板70上，針對各個切割預線702使用刀具或切割線進行機械切割加工。經機械切割加工，各個待加工區域701可完成分離並形成複數個如第9圖所示之波導片成品71，且波導片成品71相對於切割加工處形成一切割面707。此些經切割加工而形成之切割面707並不平整，並不適用於作為光譜儀組件進行接觸定位之標的，但仍可作為雜光散逸側邊。另外，這些經刀切程序形成而不能作為定位側邊的其他側邊，並不與經非等向性蝕刻程序形成而作為定位側邊的非等向性蝕刻面在同一直線上。本實施例所生產的波導片成品71經過非等向性蝕刻程序加工而形成具有精度等級在3um以下之非等向性蝕刻面708，此非等向性蝕刻面708可作為發揮波導片成品71精確定位光譜儀組件之區位，而在原局部加工圖案706所形成之開孔則可作為雜光輸出口710，其內側邊即為雜光散逸側邊709，此為使用單一波導片即完成雜光輸出口設置的實施態樣。另外，由於波導片成品71之間可予以貼膜連結，因此其並不至於在切割加工工序中散開。最後經撕離貼膜即可完成製作。

【0032】

上述各實施例中，於對基板進行非等向性蝕刻程序，例如反應離子蝕刻、離子蝕刻、深反應式離子蝕刻(DRIE)、電子束蝕刻、光刻或非等向性濕蝕刻等微機電製造程序處理時，其細部操作處理上各有些許差異。例如採用反應離子蝕刻方法時，其將作為基板的以矽晶圓放置於反應室中，然後導入四氟化碳為蝕刻氣體，在施加電壓後讓蝕刻氣體電漿化而形成二氟離子與二氟化碳離子等蝕刻種源，這些蝕刻種源再與基板表面結合而發生反應，產生之四氟化矽、一氧化碳等生成物，可以為氣體之形式脫離，達成蝕刻之效果。氬離子束的加入則可大幅提升蝕刻的速率，因為其可打斷基板表面的矽原子的化學鍵結，讓四氟化矽更容易產生。更廣義而言，本發明亦可使用其他蝕刻氣體，透過電漿而讓蝕刻氣體分解產生自由基，並配合離子束的參與而使基板更快地與自由基反應而形成氣態的副產品。

【0033】

深反應式離子蝕刻是藉著高濃度的電漿以及蝕刻-沈積多晶矽保護層的交換步驟，使基板能形成高深寬比的結構。蝕刻-沈積多晶矽保護層是使用六氟化硫及氬氣，在-5至-30V的偏壓下，使得陽離子產生電漿，並加速使其幾近垂直於基板而產生蝕刻的效果。蝕刻短暫的時間後，則開始進行聚合作用。藉著使用八氟環丁烷與六氟化硫使得基板外曝的表面全都沈積上一層二氟化碳。在聚合作用後再給予一個偏壓，產生離子轟炸以將垂直面的保護層去除，只留下側壁的保護層。如此重複蝕刻-保護側壁的循環即可完成對基板的深反應式離子蝕刻。

【0034】

而在離子蝕刻的方法中，則是將基板單純受到離子的轟擊而以物理性的機制撞擊基板表面的材料，使之脫離而達成蝕刻之效果。電子束蝕刻則是使用電子槍產生電子束，而此電子束在原子尺度不會發生繞射現象，可以精密地切割出所需要的精密平整表面，達到非等向性蝕刻之效果。另外，亦可選擇使用化學蝕刻液，並且於基板的頂面上在形成遮罩層時，一併考量蝕刻液之等向性蝕刻之性質，而設計補償圖形，以獲得雷同於非等向性蝕刻之效果。而光刻則是結合曝光、顯影以及蝕刻技術，透過已成熟之尺寸精密度控制及複合照相技術等，於基板上形成精密的蝕刻結構。本發明所採用之微機電製造程序並不侷限於上述幾種方法。

【0035】

請參考第10圖，其進一步揭示透過微機電製造程序製作具有精密接觸定位面之光譜儀的波導片時，其在結構上可具有的技術特徵。如圖所示，基板80在遮罩層81的部分遮蔽下，可經微機電製造程序處理而形成具有斜角之非等向性蝕刻斜面82，如圖所示之斜角α大於90°，但不為所限，小於90°亦可。此實施例可搭配抵靠具有斜面形式之光譜儀組件。

【0036】

透過使用於前述數個實施例揭示之波導片所組裝之光譜儀，其得以在使用單一之波導片作為定位光譜儀組件以及設置雜光輸出口的樣式下，達到整體改善光譜儀的感度和解析度的目的，不過本發明也可讓光譜儀的上、下兩個波導片都使用微機電製造程序製作，且不限制是於同一製造程序中生產，亦不限制是使用同一材料。請參考第11圖，其為光譜儀之位於上方之第一波導片1’以及第二波導片1之組合示意圖，兩者之間具有間隙通道23。此實施例中的第一波導片1’以及第二波導片1可分別定位不同之光譜儀組件；如圖所示，第一光譜儀組件31是抵靠於第一波導片1’的第一定位側邊12，而第二光譜儀組件32則是定位於第二波導片1的第三定位側邊17a，兩個不同的光譜儀組件可分別被不同的波導片所定位。而在雜光輸出的部分，第一波導片1’具有經微機電製造程序所形成的第一雜光散逸側邊13，用以作為雜光輸出口14a的一側，而第二波導片1可以透過其所具有的第二雜光散逸側邊18a作為雜光輸出口14a的另一側，兩個波導片共同組成雜光輸出口之結構。第二波導片1也可使用習知的機械加工製作，不過此時各個光譜儀組件就需抵靠於第一波導片1’，而非如此實施例讓二光譜儀組件32則是定位於第二波導片1。換言之，可僅對單一波導片製作精確的定位側邊，並使所有的光譜儀組件抵靠於此波導片，而另一波導片則僅作為反射光線之用，不為抵靠之用途。

【0037】

另外，若波導片所定位的光譜儀組件為光檔片，其可發揮類似雜光散逸側邊的功能，因為雜光散逸側邊是讓雜光有出口離開，而光擋片則是可以將雜光擋住。藉由波導片的定位側邊是經由微機電製製造程序製作，相較於機械加工，精確定位光擋片也得以有效解決雜光的問題。又，針對光譜儀使用環境的溫度變化，波導片與其相抵靠的光譜儀組件，例如前述第一波導片1’與第一光譜儀組件31，兩者可藉由使用相同材料製作而得以在熱脹冷縮發生時，並不會因為元件間的熱膨脹係數存在差異而讓定位精確性降低。

【0038】

綜上所述，本發明的實施例詳細揭示了一種光譜儀、光譜儀的波導片的製造方法及其結構，其利用已經拋光之矽晶圓為基礎，結合曝光顯影技術，以及微機電製造程序而對矽晶圓作非等向性蝕刻程序處理，使之形成具有精密定位能力之波導片，這種具精密定位能力之波導片不但能讓光譜儀組件經組裝而產生的錯位現象降低，可確保光訊號傳遞之品質及路徑之精準性、穩定性，還可透過雜光散逸側邊所構成之雜光輸出口讓雜光能夠有效率地離開光譜儀，進而能發揮光譜儀理應有的極佳之分析、量測效果。在兼顧到光譜儀的品質及其結構在製作上的變化靈活性，總結而言，本發明的實施例無疑提供了充分展現經濟及應用價值之一種光譜儀、光譜儀的波導片的製造方法及其結構。

【0039】

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

1‧‧‧波導片