TWI453380B - Method of manufacturing spectrometer - Google Patents
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Description
一種製造光譜儀之方法，本發明尤指一種透過微機電製程技術，以於一基板或一氧化層上成型有微結構的製造光譜儀之方法。
按，光譜儀係為一種可將成分複雜的光，分解成一光譜線的儀器，而光譜儀係可透過光的發射、反射、吸收、散射以及漫射等方式進行物質的檢測，例如檢測物質表面所反射的光線，藉由光譜儀對光訊號的擷取，而得以分析出物質所含有的成分及元素，也因此光譜儀被廣泛的應用在各種檢測實驗上，諸如食品檢測、環境檢測以及金屬檢測等，又，所稱的光譜儀隨著科技的演進，係產生有多種不同類型的光譜儀，常見的例如繞射式分光儀、干涉式分光儀等，但無論上述那一種光譜儀，皆有組成結構複雜，導致所製成之光譜儀結構龐大的缺點，如此一來，光譜儀無法產生具體的微型化，而無法與現有電子裝置或外部裝置進行微型化的整合運用，進而侷限了光譜儀的實施範圍與應用領域；再者，現今的半導體製程隨著製程的演化，以及微機電製程的進步，並隨著矽微細加工(Silicon micromachining)技術的成熟，現今已可透過矽微細加工的製程，於矽基板上成型有一三維的微結構，故，若能將上述微機電製程中，所稱的矽微細加工製程應用於光譜儀的製造上，必能大幅縮減現有光譜儀因結構組成所產生的侷限，而得以大幅增加光譜儀所能產生的應用領域以及整合實施，且使光譜儀得以具體微型化，再者，現有光譜儀主要係由數個大大小小構件所組成，構件生產的過程或構件相互組設的過程中難免會產生公差，此公差亦會導致光譜儀所檢測的結果產生誤差，對於現今精準檢測的要求，實為一大問題，且構件的增加，亦會產生生產成本的增加，故，若能透過上述技術降低光譜儀於組設或構件生產過程中所產生的公差，必能提升光譜儀本身所具的檢測準確度。
有鑒於上述問題，本發明人係依據多年來，從事相關光譜儀結構設計的經驗，針對現有光譜儀的結構以及微機電矽微細加工製程的實施方法，進行相關的分析及研究，期能設計出解決上述光譜儀結構無法具體微型化以及結構間的公差問題，緣此，本發明主要的目的在於一種藉由微機電製程以製造光譜儀之方法。
為達上述之目的，本發明所稱之製造光譜儀之方法，其實施時，係透過多次的矽微細加工製程，以於一基板上成型有光譜儀的相關組成結構，所述的光譜儀結構諸如入射狹縫、光通道以及分光反射部等，而本發明係可於製程後製得一光通道模組，光通道模組僅需再與一光感測模組產生連結，便製成一光譜儀，據此，本發明透過微機電製程的實施，使光譜儀結構得以具體的微型化，進而大幅提升光譜儀的實施範圍與應用領域。
以上關於本發明內容之說明及以下之實施方式之說明，係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利範圍更進一步解釋。
請參閱「第1圖」，圖中所示係為本發明之實施步驟示意圖，如圖所示，本發明所稱的製造光譜儀之方法，其主要係透過微機電製程，例如矽微細加工製程等，以於一基板(本圖未示)上，成型有光譜儀結構，進而製得一光譜儀，又，本發明詳細的實施方式係如下所述：
(1) 成型入射狹縫11：請搭配參照「第2圖」，圖中所示係為本發明之實施示意圖(一)，如圖所示，本發明實施的初始，係於一基板20上，塗佈一光阻層21，光阻層21係完整的披覆於基板20上，光阻層21經光罩轉印顯影後，成型有一蝕刻部211，此蝕刻部211經蝕刻後，便於基板20上成型有一入射狹縫部201；
(2) 成型光通道12：請再搭配參照「第3圖」，圖中所示係為本發明之實施示意圖(二)，承上所述，本發明再一次於基板20上，塗佈有另一光阻層22，而此光阻層22再次經過光罩轉印顯影後，係成型有另一蝕刻部221，蝕刻部221係延伸成型於基板20上的入射狹縫部201，以使所蝕刻完成的結構，與入射狹縫部201呈相連通，又，基板20再次進行蝕刻製程後，蝕刻部221係被蝕刻成一光通道202，如此一來，光線便可由入射狹縫部201，經光通道202貫穿整個基板20；
(3) 組裝分光件13：請再搭配參照「第4圖」，圖中所示係為本發明之實施示意圖(三)，承成形光通道12步驟所述，光通道202成型後，本發明進一步於光通道202中的適當位置，組設一分光件203，所述的分光件203例如一光柵等光學元件，其係可預先由外部製程所製得，完成組設後，係可用於分光使用，而分光件203所組設的位置係可經光學路徑分析後得到；
(4) 疊合另一基板14：請再搭配參照「第5圖」，圖中所示係為本發明之實施示意圖(四)，承上所述，本發明於各結構蝕刻完成後，係於基板20的上端疊合有另一基板23，兩基板(20、23)完成疊合後，基板20上所成型的結構係受到基板23的覆蓋，而略呈一封閉狀，並成形為一波導層；
(5) 與光感測模組組設15：請再搭配參照「第6圖」，圖中所示係為本發明之實施示意圖(五)，承疊合另一基板14步驟所述，上述兩基板(20、23)疊合後，係可得一光通道模組24，此時，本發明僅需將光通道模組24與一光感測模組25產生組設，以製得一光譜儀，而兩模組(24、25)在組設時，光通道202的末端係與光感測模組25的一光接收部251相組設，組設完成的光譜儀，係如圖中所示的A，承上，如此一來，光線L1便可經由入射狹縫部201進光通道202之中，並經過分光件203的作用，將符合分光件203作動之光波長的光，再次導入光通道202之中，最後由光感測模組25的光接收部251所接收，經光接收部251的分析，便可得到光線L1的光譜分析。
又，上述實施例中所述的組裝分光件13步驟，其係以組設預先成型的分光件203進行舉例，但本發明亦可進一步於微機電製程之中，直接成型有一分光部，以達到相同之功效，詳細實施情況係如下所述，並請搭配參閱「第7圖」，圖中所示係為本發明之另一實施例(一)，承成型光通道12步驟所述，光通道202成型後，係再一次塗佈另一光阻層26，而此光阻層26經光罩轉印顯影後，於光通道202成型有一蝕刻部261，此蝕刻部261經蝕刻後，係於光通道202中成型有一分光部204，此分光部204於光罩轉印顯影制定蝕刻部位的同時，便設計使分光部204成型為一鋸齒狀，如此一來，蝕刻完成的分光部204其平面與其鋸齒結構的一斜面，成型有一閃耀角，此閃耀角係為分光部204作動時的重要依據，主要用於分光使用，又，本實施例係以成型鋸齒狀的分光部204進行舉例，但分光部204成型時，並不以此為限，可成型為一波浪狀或一不規則狀等。
又，上述實施例主要係以基板蝕刻成型的方式進行舉例，但本發明實施時，並不以此為限，亦可透過基板上成型有一氧化層(或一矽層)，再於氧化層上生成相關結構，又或是透過磊晶的方式生成相關結構，又，上述所稱的氧化層係可透過氧化製程所生成，而所述的矽層可經過絕緣層上矽製程所製得，為使上述的實施方式更加具體，本發明進一步以上述生成氧化層再生成相關結構的實施方式進行舉例，並請再搭配參照「第1圖」，詳細的實施方式係如下所述：
(1) 成型入射狹縫11：請搭配參照「第8圖」，圖中所示係為本發明之實施例(二)之實施示意圖(一)，本實施例實施的初始，基板30係經過氧化製程，於其表緣生成有一氧化層31，氧化層31生成後，再進一步於氧化層31的表緣塗佈一光阻層32，光阻層32經光罩轉印顯影後，成型有一蝕刻部321，此蝕刻部321經蝕刻製程後，於氧化層31上成型有一入射狹縫部311；
(2) 成型光通道12：請再搭配參照「第9圖」，圖中所示係為本發明之實施例(二)之實施示意圖(二)，本發明係進一步於氧化層31上，塗佈另一光阻層33，光阻層33經光罩轉印顯影後，成型有另一蝕刻部331，且蝕刻部331係延伸成型於入射狹縫部311，以使所蝕刻完成的結構，與入射狹縫部311呈相連通，經蝕刻後，蝕刻部331的位置係被蝕刻成型為一光通道312，且光通道312的一端，係與入射狹縫部311相連通；
(3) 組裝分光件13：請再搭配參照「第10圖」，圖中所示係為本發明之實施例(二)之實施示意圖(三)，承成型光通道12步驟所述，上述光通道312成型後，本實施例係進一步於光通道312的一緣，組設有一分光件313，而所述的分光件313係與上述的分光件203相同，且組設位置的設計亦相同，故，在此不於贅述；
(4) 疊合另一基板14：請再搭配參照「第11圖」，圖中所示係為本發明之實施例(二)之實施示意圖(四)，承上所述，本實施例於各結構蝕刻生成後，係於氧化層31的上緣疊合有另一基板34，完成疊合後，氧化層31則被夾設於兩基板(30、34)之間，並使氧化層31上所成型的各結構(311、312、313)受到覆蓋，略呈一封閉狀；
(5) 與光感測模組組設15：請再搭配參照「第12圖」，圖中所係為本發明之實施例(二)之實施示意圖(五)，承上述，基板34與氧化層31產生疊合後，係可得一光通道模組35，此時，本實例係將光通道模組35與一光感測模組36組設，便可製成一光譜儀，而本實施例所製程之光譜儀的實施方式，係如本發明中的「第6圖」所示，請參閱上述，在此不於贅述。
又，上述實施例(二)中所述的組裝分光件13步驟，係以組裝分光件313進行舉例，但本實施例亦可直接透過製程技術，將分光件313生成於氧化層31之上，請搭配參照「第13圖」，圖中所示係為本發明之另一實施例(三)，承成型光通道12步驟所述，上述光通道312成型後，係再次於氧化層31表緣塗佈一光阻層37，而光阻層37經光罩轉印顯影後，係在光通道312的周緣，成型有另一蝕刻部371，此蝕刻部371於光罩轉印顯影制定蝕刻部位的同時，便設計此蝕刻部371於蝕刻後，可呈特定結構，係如前述實施例中的組裝分光件13步驟所述，在此不於贅述，蝕刻部371蝕刻後，係於氧化層31上成型有一分光部314。
再者，上述兩實施例中，各結構部位所蝕刻的深度等數值，係可依設計進行適度的調整，例如透過蝕刻深度調整光通道所成型的高度，又或是透過蝕刻於光通道兩側分別成型一抗雜散光結構等，或者是成型有一擋光部，上述兩實施例中所繪僅為舉例，並不以此為限，又，上述兩實施例中所述的光通道(202或312)係可進一步於另一基板(23、34)覆蓋之前，成形有一反射層，而反射層係可為一鋁、金、銀或鈦等金屬，其主要係用於增加光通道(202或312)內的光反射率，再者，本發明中所揭露的兩實施例，僅以成形單一光通道(202或312)進行舉例，但光譜儀的作動態樣繁多，若為反射式的光譜儀，在上述成型光通道12步驟中，亦可於蝕刻時便產生一個以上的光通道，例如其一為入射光通道，另一則為反射光通道，而光通道所成形的態樣可依設計進行調整，又，若成形有一個以上之光通道時，分光件(203、313)所組設的位置或分光部(204、314)所成形的位置係可於光通道與光通道之間，例如上述的入射光通道與反射光通道的連接處。
又，上述所稱的基板(20或30)，其係可為一矽基板或一矽晶圓等，又，上述的成型入射狹縫11步驟與成型光通道12步驟係可一同實施，另，上述兩實施例中所使用的蝕刻製程，係可為一乾式蝕刻、一濕式蝕刻或為一電漿蝕刻。
另，上述兩實施例中所提及的光通道模組(24、35)係可為一CCD影像感測器或一CMOS影像感測器。又，上述兩實施例中所稱的光感測模組(25或36)，其係可為一集成式積體電路等，另，本發明中所舉之兩實施例，皆成型有一光通道模組(24或35)，光通道模組(24或35)再與光感測模組(25或36)組設，以製成光譜儀，但本發明中所舉之實施例僅為舉例，並不以此為限，光通道模組(24或35)與光感測模組(25或36)，亦可同時透過半導體製程或微機電製程，同時製得，或製於同一積體電路之中，再者，本發明透過微機電製程或半導體製程，以將光譜儀結構產生具體的微型化，如此一來，經本發明所製得的光譜儀，係可與一電子裝置或一可攜式電子裝置進行整合運用，例如，數位影像拍攝裝置與光譜儀的結合應用，可供使用者經光譜儀的光源分析，而可拍攝出較貼近當下環境光的色溫影像，又或是與可攜式通訊裝置進行整合，以供使用者可隨時依需求對某物質或物體進行檢測的動作。
綜上所述，本發明所稱之製造光譜儀之方法，其係透過微機電製程的實施，使光譜儀結構得以具體的微型化，而本發明實施時，係透過多次矽微細加工製程，以於一基板或一氧化層上，成型有光譜儀相關的組成結構，所述的光譜儀結構諸如入射狹縫、光通道以及分光部等，又，本發明係於製程實施後，製成有一光通道模組，此光通道模組僅需再與一光感測模組產生組設，便可製得一光譜儀，藉此，光譜儀可產生具體的微型化，更可進一步與一電子裝置或外部裝置進行微型化的整合運用，進而擴展了光譜儀的實施範圍與應用領域，並且減少構件分產以及組裝上所產生的公差問題，據此，本發明其據以實施以後，確實可達到提供一種透過微機電製程技術，以於一基板或一氧化層上成型有光譜儀微結構之製造光譜儀之方法。
唯，以上所述者，僅為本發明之較佳之實施例而已，並非用以限定本發明實施之範圍；任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神與範圍下所作之均等變化與修飾，皆應涵蓋於本發明之專利範圍內。
綜上所述，本發明之功效，係具有發明之「產業可利用性」、「新穎性」與「進步性」等專利要件；申請人爰依專利法之規定，向 鈞局提起發明專利之申請。
11．．．成型入射狹縫
12．．．成型光通道
13．．．組裝分光件
14．．．疊合另一基板
15．．．與光感測模組組設
20．．．基板
201．．．入射狹縫部
202．．．光通道
203．．．分光件
204．．．分光部
21．．．光阻層
22．．．光阻層
211．．．蝕刻部
221．．．蝕刻部
23．．．基板
24．．．光通道模組
25．．．光感測模組
26．．．光阻層
251．．．光接收部
261．．．蝕刻部
30．．．基板
31．．．氧化層
311．．．入射狹縫部
312．．．光通道
313．．．分光件
314．．．分光部
32．．．光阻層
33．．．光阻層
321．．．蝕刻部
331．．．蝕刻部
34．．．基板
35．．．光通道模組
36．．．光感測模組
37．．．光阻層
371．．．蝕刻部
A．．．光譜儀
L1．．．光線
第1圖，係為本發明之實施步驟示意圖。
第2圖，係為本發明之實施示意圖(一)。
第3圖，係為本發明之實施示意圖(二)。
第4圖，係為本發明之實施示意圖(三)。
第5圖，係為本發明之實施示意圖(四)。
第6圖，係為本發明之實施示意圖(五)。
第7圖，係為本發明之另一實施例(一)。
第8圖，係為本發明之實施例(二)之實施示意圖(一)。
第9圖，係為本發明之實施例(二)之實施示意圖(二)。
第10圖，係為本發明之實施例(二)之實施示意圖(三)。
第11圖，係為本發明之實施例(二)之實施示意圖(四)。
第12圖，係為本發明之實施例(二)之實施示意圖(五)。
第13圖，係為本發明之另一實施例(三)。
11．．．成型入射狹縫
12．．．成型光通道
13．．．組裝分光件
14．．．疊合另一基板
15．．．與光感測模組組設
Claims (7)
- 一種製造光譜儀之方法，其包括：透過蝕刻的方式在一基板上成型一入射狹縫部；在該基板上延伸該入射狹縫部而蝕刻成型一光通道，其中該光通道貫穿該基板；在該光通道中組設一分光件；將另一基板疊合於該基板上成型有光通道之一面，而得到一光通道模組；以及將該光通道模組與一光感測模組組設，以製成一光譜儀。
- 如申請專利範圍第1項所述的製造光譜儀之方法，其中，組設該分光件之步驟係藉由在該基板上蝕刻成型一分光部以完成。
- 如申請專利範圍第1項所述的製造光譜儀之方法，其中，成型該入射狹縫部之步驟中該基板係預先成型有一矽層，並於該矽層上蝕刻出該入射狹縫部。
- 如申請專利範圍第1項所述的製造光譜儀之方法，其中，成型該光通道結構之步驟中該基板係預先成型有一氧化層，並於該氧化層上蝕刻出該光通道。
- 如申請專利範圍第4項所述的製造光譜儀之方法，其中，組設該分光件之步驟係藉由在該光通道所屬的該氧化層蝕刻成型一分光部以完成。
- 如申請專利範圍第5項所述的製造光譜儀之方法，其中，疊合該另一基板之步驟係藉由於該氧化層上疊合該 另一基板以完成。
- 如申請專利範圍第1項所述的製造光譜儀之方法，其中，該光感測模組為一集成式積體電路。
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| TW100142304A TWI453380B (zh) | 2011-11-18 | 2011-11-18 | Method of manufacturing spectrometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWI453380B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US9885655B2 (en) | 2012-11-13 | 2018-02-06 | Viavi Solutions Inc. | Spectrometer with a relay lightpipe |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201137328A (en) * | 2010-04-19 | 2011-11-01 | Oto Science Inc | Optical mechanism of miniaturized optical spectrometer |
| US8049887B2 (en) * | 2007-06-08 | 2011-11-01 | Hamamatsu Photonics K.K. | Spectroscopic module |
-
2011
- 2011-11-18 TW TW100142304A patent/TWI453380B/zh not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8049887B2 (en) * | 2007-06-08 | 2011-11-01 | Hamamatsu Photonics K.K. | Spectroscopic module |
| TW201137328A (en) * | 2010-04-19 | 2011-11-01 | Oto Science Inc | Optical mechanism of miniaturized optical spectrometer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201321726A (zh) | 2013-06-01 |
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