[發明專利]一種狹縫裝置及其制作方法

有效

• 申請號: 200710039450.1
• 申請日: 2007-04-13
• 公開（公告）號: CN101055323A
• 公開（公告）日: 2007-10-17
• 發明（設計）人: 許寶建;金慶輝;程建功;趙建龍;繆金明;李躍
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00;G03F7/00;G06F17/50
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 潘振甦

技術領域

本發明涉及一種狹縫裝置及其制作方法，特別是涉及一種能用來進行光路選取的狹縫裝置，以及這種狹縫裝置的制作方法。

背景技術

近幾年來，光學技術的不斷發展促使光學儀器的精確度、微型化要求進一步提高。光縫、光闌屬于光學實驗中的工作部件，是光學實驗和現代光學技術測量中的關鍵部件。傳統的狹縫是通過調節兩個平行刀片之間的間隙達到的，這種設計現在多用于光路選取，由于其可調性，能達到大多數光路的要求(潘德江，楊岳軍，陳冬穎，狹縫刀片的制造工藝，合肥工業大學學報(自然科學版)，1998，21(S1)，110-113)。在高、中級的光譜儀器中，狹縫刀片是儀器的重要零件，它不僅精度要求高，制造難度大，加工工藝復雜(通常包括沖料、銑、磨、鉆孔、銼、熱處理等多道工藝程序)，還直接影響線光源的質量和整臺儀器的靈敏度；同時，狹縫機構是由調寬機構和讀數機構兩部分組成，其傳動形式分螺旋、杠桿、楔形框和斜塊傳動等，狹縫機構體積大，難于實現節省空間的設計，刀片的平行性允差要求非常高高；而且，由于在組裝的過程中需要特定的夾具或者工具，組裝的步驟地數目增加，組裝的操作不能簡化。

發明內容

本發明的目的在于提供一種狹縫裝置及其制作方法，以克服現有的狹縫設計與制作技術的不足。本發明采用微機電系統(MEMS)工藝制作狹縫裝置，并提供了一套制作該狹縫裝置的工藝流程。該狹縫裝置分兩個部分：位于中心的狹縫芯片和狹縫芯片輔助裝置，如圖1所示。狹縫裝置主要用于濾光，選取一定大小的入射光束透過，狹縫芯片中心含有一定尺寸大小的狹縫，狹縫部分可以讓光線通過，而狹縫外側是由不透光的材料制成，用于屏蔽和濾除不需要的入射光束；狹縫芯片輔助裝置起著固定、安裝或調節狹縫芯片的作用。狹縫芯片上狹縫的大小可根據實際需要進行選取，狹縫芯片輔助裝置也可根據實際光路進行改進。

本發明所要解決的技術問題是：1、狹縫芯片主體材料的選取，硅材料在KOH腐蝕液中會發生各向異性腐蝕，尤其晶面為(100)的硅片在氧化層保護下可以在KOH腐蝕液中腐蝕形成凹槽結構；2、單面腐蝕和雙面腐蝕的選擇，根據二氧化硅與硅在KOH腐蝕液中選擇比，合理利用一定厚度的氧化層作為狹縫的保護層進行腐蝕，雙面腐蝕可以比單面腐蝕快一倍，而且所需的氧化層厚度要薄很多；3、狹縫尺寸的設計與控制，晶面為(100)的硅片腐蝕形成的斜面與硅片表面成54.74°的傾角，所以在進行狹縫設計的時候必須計算好氧化層開孔大小，如氧化層開孔尺寸太大，腐蝕后形成的狹縫寬度就會大于入射光束，不能達到濾光作用，相反，如果氧化層開孔尺寸太小就可能發生不能腐蝕穿的現象；4、狹縫芯片輔助裝置的設計與調節，在外圍輪廓上制作出可以正好卡住狹縫的凹槽，利用輪廓上制作好的凹槽可以調節狹縫的方向，在該輔助裝置的四周加螺釘固定。

本發明中狹縫裝置的主體結構——狹縫芯片的制作方法有兩種方法。1、晶面為(100)的硅片氧化后，光刻膠保護背面氧化層，進行正面氧化層開孔；然后進行背面對準，光刻膠保護正面氧化層，進行背面氧化層開孔；最后將兩側氧化層都開孔的硅片放入一定溫度和一定濃度的氫氧化鉀(KOH)溶液中進行各向異性腐蝕，一直到硅片被腐蝕穿，就形成了一定大小的狹縫。2、晶面為(100)的硅片氧化后，光刻膠在正面，光刻、顯影、堅膜后，再在背面進行對準、光刻、顯影、堅膜，然后進行氧化層開孔，最后在KOH溶液中進行各向異性腐蝕。

具體地說，該狹縫裝置的制作過程可分三大步驟進行：

首先，用L-Edit版圖設計軟件(L-Edit?Win32?9.00，A?Division?of?TannerResearch，Inc.提供)設計掩膜版，其中涉及到設計狹縫的數目和分布、狹縫寬度和長度、狹縫芯片的尺寸大小。假設硅片厚度為T，進行雙面腐蝕后所需得到的狹縫尺寸為L×W(L為狹縫長度，W為狹縫寬度)，先應根據腐蝕傾角θ來計算氧化層開孔的尺寸為(L+T×ctg(θ))×(W+T×ctg(θ))，氧化層開孔尺寸就是掩模版上設計狹縫的尺寸。狹縫芯片的大小可以根據實際需要設計，可大可小。