TWI715599B - 光譜儀模組及其製作方法 - Google Patents
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Abstract
一種光譜儀模組的製作方法，包括：提供至少一基板；以及藉由微機電系統製程在單一的上述基板上形成至少一定位側邊及至少一光學組件。一種光譜儀模組亦被提出。
Description
本發明是有關於一種光學模組及其製作方法，且特別是有關於一種光譜儀模組及其製作方法。
目前已有小尺寸的微型光譜儀問世。這種微型光譜儀具有多個光學組件，例如狹縫(slit)、一對波導片與微型光柵。當光線從狹縫進入後，光線會在這對波導片之間所形成的間隙(gap)行進，並入射於微型光柵。微型光柵能分光(dispersing)此光線，以形成多道譜線光(spectral ray)。這些譜線光從微型光柵入射於於線型偵測器，而線型偵測器可將接收到的光譜線轉換為電信號，再經外部元件(例如處理器)分析而得知這些光譜線的光強度。
由於微型光譜儀的尺寸小，所以微型光譜儀內的這些光學組件的配置(arrangement)必須要相當精準，且組裝各個光學組件所產生的公差(tolerance)必須要控制在相當低的數值範圍內，否則微型光譜儀內部會產生許多雜光(stray light)，導致量測結果失真，降低微型光譜儀的量測準確性。
本發明提供一種光譜儀模組，其利用精準的多個光學組件配置來幫助提升量測準確性。
本發明提供一種光譜儀模組的製作方法，其能精準地配置多個光學組件。
本發明的一實施例提出一種光譜儀模組的製作方法，其包括：提供至少一基板；以及藉由微機電系統製程在單一的上述基板上形成至少一側邊及至少一光學組件，其中上述光學組件包括一圖案層以及一覆蓋圖案層的反射層。
本發明的一實施例提出一種光譜儀模組，其包括多個基板以及形成於這些基板其中至少一者上的至少一光學組件。這些基板其中至少一者具有至少一定位側邊，其中側邊與光學組件是用微機電系統製程所形成。
基於上述，利用微機電系統製程在單一的基板上形成至少一側邊及至少一光學組件，因此定位側邊的定位精準度可以被有效提升，且光學組件的結構及位置精準度也可以被有效地提升，進而有效提升光譜儀模組整體的精準度。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
20:光機
50:入射光
52:譜線光
61、150、240、340:反射層
611:附著層
612:反射金屬層
613:保護層
63、71:波導片成品
64、65:波導片圖案
81、603:遮罩層
82:非等向性蝕刻斜面
100、100a、100b、200a、200b、300b、400b、500、600:光譜儀模組
110、110a、120、200、310、320:基板
112、112a、112a1、112b、112b’、112b1、112c、112c1、122、122a、122b、231、232:定位側邊
1122:凹陷
114、114a、114a’、114b、114b’、114c、114d、114e、114f、124a、124b、124c、312、322:光學組件
116:第一表面
118:第二表面
119、1191、709:雜光散逸側邊
1142:圖案化遮罩層
130、1301:狹縫元件
140、221:光柵
62、160:固定膜
180、280、1801:光偵測器
212:第一矽層
213:絕緣層
214:第二矽層
214a:平面
221s:繞射面
222a、222b、223:間隔層
225:島狀物
233:側邊
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
607:背面層
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
1401:羅倫圓光柵
A1:夾角
E13、E14:光輸出邊緣
G、G12:間隙
H13、H14:發散開口
L13、L14:距離
N1、N2、425:網狀圖案
N3:開口
S1、S2:槽壁
S1e:延伸平面
T1、T2:溝槽
圖1A為本發明之一實施例之光譜儀模組的上視示意圖。
圖1B為圖1A之光譜儀模組的下視示意圖。
圖1C為圖1A之光議儀模組沿著I-I線的剖面示意圖。
圖2A至圖2F為圖1A之光譜儀模組的製作方法的流程之剖面示意圖。
圖3A至圖3C為圖1A之光譜儀模組的製作方法的另一種流程的一部分之剖面示意圖。
圖4為本發明之另一實施例之光譜儀模組的局部示意圖。
圖5A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。
圖5B為本發明之又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。
圖6A至圖6G為本發明另一實施例之光譜儀模組的製作方法的流程之立體示意圖。
圖7A至圖7C為本發明一實施例中，使用矽晶圓為基板之示意圖。
圖8為本發明另一實施例使用矽晶圓為基板之區域劃分示意圖。
圖9為本發明另一實施例所製作之波導片結構示意圖。
圖10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。
圖11A為本發明之另一實施例之光譜儀模組的剖面示意圖。
圖11B為圖11A中之基板的上視示意圖。
圖12A至圖12H是本發明另一實施例之光譜儀模組的製作方法的流程之示意圖。
圖13是本發明另一實施例之光譜儀模組的俯視示意圖。
圖14是本發明另一實施例之光譜儀模組的俯視示意圖。
圖15A與圖15B是本發明另一實施例之光譜儀模組的製作方法的流程之示意圖。
圖16是在本發明另一實施例之光譜儀模組的製作方法中所形成的網狀圖案。
本發明一實施例的光譜儀模組包括多個基板。這些基板其中至少一者具有至少一定位側邊，而每一邊定位側邊是利用微機電系統製程而形成，所以這些定位側邊的公差是在3微米(μm)以下。這些定位側邊能定位(aligning)
多個光學組件，以使這些光學組件能準確地配置(arranged)，其中這些光學組件為一光譜儀的部件(part)，其例如是入光狹縫或繞射光柵。此外，上述微機電系統製程可包括多道步驟，例如微影(photolithography，也可稱光刻)以及蝕刻(etching)，其中此蝕刻可以是乾蝕刻或濕蝕刻。
請參閱圖1A至圖1C，其中圖1A為本發明之一實施例之光譜儀模組的上視示意圖，圖1B為圖1A之光譜儀模組的下視示意圖，而圖1C為圖1A之光議儀模組沿著I-I線的剖面示意圖。以圖1A至圖1C為例，光譜儀模組100包括基板110與120。基板110具有定位側邊112a、112b與112c，而基板120具有定位側邊122a及122b，其中定位側邊112a與定位側邊122a切齊(be flush with)。此外，在本實施例中，光譜儀模組100還包括一光譜儀的多個光學組件114a、114b、114c、114d、124a、124b及124c。不過，在其他實施例中，光譜儀模組100所包括的光學組件的數量可以僅為一個。此外，基板110與120兩者至少一者可以構成外殼(housing)的一部分。
以上所有定位側邊與所有光學組件皆採用微機電系統製程所形成，因此定位側邊112a~112c、122a與122b，以及光學組件114a~114d與124a~124c都具有高精準度。所以，當狹縫元件130抵靠於定位側邊112a與122a，而光柵140抵靠於定位側邊112b時，狹縫元件130與光柵140兩者的配置可被精準地確定。也就是說，定位側邊112a、122a與112b能幫助狹縫元件130與光柵140兩者處於正確的位置(position)與方位(orientation)。如此，入射光50能正確地通過狹縫元件130，並入射於光柵140，以使光柵140將入射光50分光而產生多道波長不同的譜線光52。
此外，定位側邊112c與122b可供光偵測器(圖1A至圖1C未繪示)來抵靠，以使光偵測器能精準地配置，讓這些譜線光52全部或部分能正確地入射至光偵測器，其中光偵測器例如是感光耦合元件(Charge-Coupled Device，
CCD)或互補式金氧半場效電晶體影像感測器(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Image Sensor，CMOS Image Sensor)。
基板110、120皆為光反射板，並彼此面對面(face to face)。在本實施例中，光學組件114a、114b、114c與114d可以是間隔層(spacer)，並且被夾置(sandwich)在基板110與120之間，以使基板110與120彼此隔開而形成一間隙G。從入光狹縫進入到光譜儀模組100的光線會在基板110與120之間反射，從而在間隙G內傳遞。所以，本實施例的基板110、120可以是波導片。此外，光學組件114a、114b、114c與114d還能遮擋雜光，以減少雜光入射至光偵測器的機率，從而提升量測準確性。
在本實施例中，圖1A所示的至少一光學組件能配合(fitting)圖1B所示的至少一光學組件，以使基板110與基板120能精準地組裝。舉例而言，光學組件114a、114c與114d各自具有至少一孔洞(未標示，圖1A所示的未被斜線填滿的空白圓形)，而光學組件124a、124b與124c三者的形狀都是圓柱。光學組件124a、124b與124c能分別插設(inserted)於光學組件114a、114c與114d的孔洞中，以使光學組件114a能配合光學組件124a，光學組件114c能配合光學組件124b，而光學組件114d能配合光學組件124c，其中這些光學組件之間的配合可以是過渡配合(transition fit)或餘隙配合(clearance fit)。利用上述光學組件的配合，例如光學組件124a、124b與124c對光學組件114a、114c與114d三者孔洞的插設，有助於提升在組裝基板110與120時的定位，減少光譜儀模組100內部雜光的生成。
圖2A至圖2F為圖1A之光譜儀模組的製作方法的流程之剖面示意圖。請參閱圖2A，在光譜儀模組100的製作方法中，首先，提供至少一基板110a，其中基板110a具有相對之一第一表面116與一第二表面118。在圖2A至圖2F的實施例中，基板110a是用來製作成基板110，但在其他實施例中，基板110a也可製
作成基板120，即基板110與120兩者可採用實質相同的方法製成。所以，基板110a可以用來製作波導片。
基板110a可為半導體基板，例如為矽晶圓。然而，在其他實施例中，基板110a亦可以是其他種類的基板，例如鋁基板等金屬板，或是拋光後的基板，例如藍寶石基板。當然，一般的矽晶圓也是拋光後的基板。由於基板110a可以是拋光後的基板，因此由基板110a所製成的波導片不需要再進一步拋光，從而減少加工工序以及降低導角的形成。
接著，如圖2B至圖2F所示，進行微機電系統製程，以在基板110a上形成至少一定位側邊112及至少一光學組件114，其中定位側邊112可以是圖1A所示的定位側邊112a、112b與112c其中一者。光學組件114可以是圖1A所示的光學組件114a、114b、114c與114d其中一者。在其他實施例中，單一個光學組件114也可以是入光狹縫(例如狹縫元件130)、準直面鏡、聚焦鏡、反射鏡、遮光層、定位件、光柵、聚焦鏡或反射鏡。
上述遮光層能阻擋雜光，減少雜光進入光偵測器的機率，以提升量測準確性。此外，單一個光學組件114或基板110a可以具有一個或一個以上的發散開口，其可形成在光譜儀的預定光路(intended optical path)上，其中預定光路例如是圖1A所示的譜線光52與入射光50，而發散開口可位於預定光路投影至基板110a的延伸面的位置。所以，發散開口可以設計在入光狹縫(例如狹縫元件130)與繞射光柵(例如光柵140)之間的光傳遞路徑上，或繞射光柵(例如光柵140)與光偵測器之間的光傳遞路徑上。例如，發散開口也可以設計在光偵測器附近，甚至緊靠於光偵測器。發散開口能讓大發散角的光線導出波導，使大發散角的光線離開間隙G，減少大發散角光線被光偵測器接收的機率。如此，有助於提升光譜儀的解析度與量測準確性。
另外，當光學組件114為光柵時，光學組件114可以是反射式光柵，且光學組件114更可以是平面光柵、羅倫圓光柵或凹面光柵。此凹面光柵的繞射面可以是曲面、自由曲面或凹狀柱面，其中此凹狀柱面可以是圓柱曲面、拋物柱面或自由曲柱面。當光學組件114的繞射面為自由曲柱面時，作為光柵的光學組件114可以設計成例如美國專利公告號9146155所公開的凹面光柵，其具有反曲點。
請參閱圖2B，微機電系統製程可包括蝕刻基板110a，以在基板110a上形成至少一凹陷1122，其中凹陷1122的側壁(sidewall)為定位側邊112。在蝕刻基板110a的過程中，是從第一表面116蝕刻基板110a，但第二表面118沒有暴露凹陷1122。所以，凹陷1122具有底部以及顯露於第一表面116的開口。此外，在進行蝕刻基板110a以前，可預先在基板110a的第一表面116上形成遮罩(mask，未繪示)，其例如是圖案化後的光阻(photoresist)，其中此遮罩具有開口，其形狀與凹陷1122的開口形狀相同。之後，利用此遮罩來蝕刻基板110a，以形成從第一表面116延伸的凹陷1122。
請參閱圖2C，接著，在基板110a的第一表面116上形成一圖案化遮罩層1142。形成圖案化遮罩層1142的方法可以是微影。詳細而言，首先，在第一表面116上塗佈整面的光阻層。然後，利用曝光(exposure)及顯影(development)來移除部分光阻層，從而定義出圖案化遮罩層1142，其中圖案化遮罩層1142不會覆蓋凹陷1122，且圖案化遮罩層1142的側壁可與凹陷1122的側壁切齊，如圖2C所示。此外，圖案化遮罩層1142可由為厚膜光阻所形成，而上述厚膜光阻例如是SU-8光阻(SU-8 photoresist)。
請參閱圖2D，本實施例中的微機電系統製程還可包括在蝕刻基板110a之後，在第一表面116上形成一反射層150，並使反射層150覆蓋圖案化遮罩層1142。被反射層150覆蓋的圖案化遮罩層1142會形成至少一個光學組件114，
即光學組件114可包括圖案化遮罩層1142以及覆蓋圖案化遮罩層1142的反射層150。反射層150可以是金屬層，並可利用化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，CVD)或物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，PVD)來形成，其中物理氣相沉積可以是蒸鍍(evaporation)或濺鍍(sputtering)。當反射層150是由物理氣相沉積而形成時，反射層150能共形地(conformally)覆蓋圖案化遮罩層1142與凹陷1122。
一般而言，物理氣相沉積所形成的反射層150，其厚度小於1微米(μm)，例如10奈米(nm)，所以反射層150的厚度相當薄。雖然反射層150會覆蓋定位側邊112(即凹陷1122的側壁)，但由於反射層150厚度很薄，所以定位側邊112本身的定位功能實質上不會受到反射層150的影響，即被反射層150覆蓋的定位側邊112仍可以精準地配置狹縫元件130、光柵140以及光偵測器。此外，在進行物理氣相沉積之前，也可使用遮罩，例如膠帶或顯影後的光阻，來遮住凹陷1122，以使反射層150不會沉積於凹陷1122內。
請參閱圖2E與圖2F，接著，在第一表面116上貼附一固定膜160，其中固定膜160跨越上述凹陷1122，並可遮蓋凹陷1122。在本實施例中，固定膜160例如為固定膠布。之後，從第二表面118研磨基板110a，直到凹陷1122的底部被移除，以使基板110a沿著凹陷1122而分裂，從而形成一個或多個基板110。當然，在其他實施例中，在凹陷1122的底部被移除之後，也可形成一個或多個基板120。此外，上述基板110a的研磨可以是化學機械研磨(Chemical-Mechanical Polishing，CMP)。由於在進行研磨基板110a之前，固定膜160已貼附於第一表面116上，所以當凹陷1122的底部剛被移除時，分裂出來的多個基板110會被固定膜160固定而不會突然掉落。之後，撕去固定膜160，並取出完成後的基板110。
特別一提的是，在以上所述的實施例中，定位側邊112是由蝕刻基板110(或基板120)而形成，而光學組件114包括反射層150與圖案化遮罩層
1142。然而，在其他實施例中，定位側邊112也可以是由在基板110上的圖案化遮罩層1142所形成，即定位側邊112可以是圖案化遮罩層1142的側邊，而光學組件114可以是先蝕刻基板110，然後在被蝕刻的部分基板110上鍍上反射層150而形成。所以，定位側邊112可以是圖案化遮罩層1142的側面或蝕刻基板110或120而成的表面，而光學組件114可由圖案化遮罩層1142或被蝕刻的部分基板110或120而形成。此外，光柵140也可由微機電系統製程所形成的反射式繞射光柵。
圖3A至圖3C為圖1A之光譜儀模組的製作方法的另一種流程的一部分之剖面示意圖。本實施例之光譜儀模組的製作方法與圖2A至圖2F所繪示的光譜儀模組的製作方法類似，而兩者的不同之處在於製程順序不同。詳細而言，在完成圖2B的步驟之後，先在第一表面116貼附固定膜160，並使固定膜160跨越如圖2B之凹陷1122。接著，從第二表面118研磨基板110a，直到凹陷1122的底部被移除，以使基板110a沿著凹陷1122而分裂，從而形成一個或多個基板110，如圖3A所示。然後，撕去固定膜160，並在第一表面116上形成圖案化遮罩層1142，如圖3B所示。再來，在第一表面116上形成反射層150，並使反射層150覆蓋圖案化遮罩層1142，如圖3C所示。
值得一提的是，上述圖2A至圖2F以及圖3A至圖3C實施例中的微機電系統製程包括微影與蝕刻，但在其他實施例中，微機電系統製程可包括電鑄。利用電鑄，可在基板110或120上形成光學組件114的至少其中之一的至少一部分。舉例而言，可以先在基板110a上形成阻鍍層，其例如是圖案化光阻，其中此阻鍍層覆蓋基板110a，並暴露部分基板110a。
接著，進行電鍍，以在阻鍍層所暴露的基板110a上形成電鑄圖案層，其例如是金屬層，其中電鑄圖案層不覆蓋阻鍍層。之後，移除此阻鍍層，以暴露電鑄圖案層未覆蓋的部分基板110a，從而形成光學組件114。因此，圖2F與圖3C中的圖案化遮罩層1142可以替換成金屬材料所構成的電鑄圖案層。再
來，形成覆蓋電鑄圖案層的反射層150，從而形成包括電鑄圖案層與反射層150的光學組件114。
另外，由於電鑄圖案層可為金屬層，所以電鑄圖案層本身具有相當高的反射率。縱使後續不在電鑄圖案層上覆蓋反射層150，光學組件114仍具備相當高的反射率。所以，光學組件114可以是由電鑄圖案層所形成，且不具備反射層150。此外，在進行上述電鍍的過程中，可沉積較厚的電鑄圖案層，其連阻鍍層也完全覆蓋。之後，移除阻鍍層以及基板110a，從而形成基板以及光學組件兩者材料都相同的一體成型式的光譜儀模組。
圖4為本發明之另一實施例之光譜儀模組的局部示意圖。請參照圖4，本實施例之光譜儀模組100b與圖1A之光譜儀模組100類似，而兩者的差異如下所述。在本實施例中，光譜儀模組100b所包括的光學組件114e為準直面鏡，其可使來自狹縫元件130的入射光50更準直地傳遞至抵靠於定位側邊112b’的光柵140。由於圖1A之光譜儀模組100不採用準直面鏡，因此圖1A光柵140的繞射面可以是曲面、自由曲面或凹狀柱面。當圖1A的光柵140的繞射面為自由曲柱面時，作為光柵的光學組件114可設計成美國專利公告號9146155的凹面光柵。
反觀，圖4的光柵140為平面光柵，因此圖4中的光柵140所產生的譜線光會從光柵140發散地出射。光譜儀模組100b還包括光學組件114f，其配置於上述譜線光的傳遞路徑，並用於匯聚譜線光，以使譜線光能聚焦於光偵測器。此外，在本實施例中，光學組件114a’及114b’是用來作為擋光與間隔層的用途。因為這些光學組件114a’及114b’沒有孔洞而無法如圖1A所繪示之光學組件114a、114c及114d那樣進行配合與組裝。
請參閱圖5A，其為具有雜光散逸側邊119之一實施例之結構示意圖，除了定位側邊112a、112b與112c以外，基板110或120的其他側邊可作為雜光散逸側邊119，其中雜光散逸側邊119可以由微機電系統製程所形成。雜光散
逸側邊119可形成在光譜儀的預定光路以外之處，其中預定光路例如是圖5B所示的虛線。如此，雜光散逸側邊119能讓雜光離開光譜儀，不再回到光譜儀中。
此外，雜光散逸側邊119可以不緊鄰於狹縫元件130、光柵140與光偵測器180，也不位於狹縫元件130、光柵140與光偵測器180的對面。所以，在本實施例中，雜光散逸側邊119可以不用抵靠任何光學組件(例如狹縫元件130、光柵140與光偵測器180)。如此，從雜光散逸側邊119離開基板110的雜光不會入射於狹縫元件130、光柵140以及光偵測器180等光學組件。
由於雜光散逸側邊119可不用來抵靠任何光學組件，所以雜光散逸側邊119可以不用被精準地定位，並可進行刀切程序來形成。因此，雜光散逸側邊119的公差可以超過3微米。儘管這樣的雜光散逸側邊119可能不夠平整、精確，但仍不至於影響光譜儀模組的精準度與光學品質。當然，在其他實施例中，雜光散逸側邊119也可以用微機電系統製程來形成。此外，定位側邊112c是用以讓光偵測器180精確抵靠。
請參閱圖5B，其為本發明又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系統製程形成為一非直線圖形。如圖5B所示，定位側邊112b1的形狀為圓弧，且定位側邊112b1可供羅倫圓(Rowland circle)光柵1401抵靠，而狹縫元件1301與光偵測器1801也可分別抵靠於圓弧形的定位側邊112a1與112c1。另外，雜光散逸側邊1191也可為非直線形。
圖6A至圖6G為本發明另一實施例之光譜儀模組的製作方法的流程之立體示意圖。本實施例的製作方法與前述實施例的製作方法相似。例如，本實施例也是採用微機電系統製程來製作光譜儀模組。所以，相同的技術特徵、手段及功效基本上不再重複贅述。不過，本實施例所採用的微機電系統製程與前述實施例有些不同，其如下所述。
請參閱圖6A，首先，提供基板110a，其中基板110a可以製作成基板110或120，而基板110a可經由圖6A至圖6F的微機電系統製程而製成波導片。請參閱圖6B，接著，形成遮罩層603於基板110a的第一表面116上，其中遮罩層603為暴露部分第一表面116的圖案層，而遮罩層603所暴露的區域為待加工區域604。遮罩層603可為光阻層或硬遮罩(hard mask)，其中此硬遮罩可以是矽晶圓表面被氧化而成的氧化矽層。
請參閱圖6B與圖6C，接著，利用遮罩層603來蝕刻基板110a，也就是對基板110a進行非等向性蝕刻，以從待加工區域604向下蝕刻基板110a，從而形成非等向性蝕刻溝槽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。上述非等向性蝕刻可以是濕蝕刻或乾蝕刻，而此乾蝕刻可為電子束蝕刻或離子蝕刻，其中此離子蝕刻例如是反應離子蝕刻(Reactive Ion Etch，RIE)或深反應式離子蝕刻(Deep Reactive Ion Etch，DRIE)。
非等向性蝕刻溝槽605具有底部而非穿透基板110a而形成，即基板110具有位於非等向性蝕刻溝槽605底部的背面層607。非等向性蝕刻面606可作為雜光散逸側邊(例如雜光散逸側邊119或1191)、抵靠前述光學組件(例如光柵140)的定位側邊或前述光學組件的表面。之後，去除基板110a上的遮罩層603，其中遮罩層603可使用丙酮等劑料來去除。
請參閱圖6D，接著，進行鍍膜程序，以形成反射層61於第一表面116上方，其中反射層61可用蒸鍍、濺鍍或電鍍形成於基板110上。反射層61可作為波導片的反射面，並可以是單一膜層(single layer)或多層膜(multilayer)，其中圖6D所示的反射層61為多層膜，並且包括附著層611、反射金屬層(reflective metallic layer)612及保護層613。附著層611設於第一表面116上，且可為鈦層。反射金屬層612設於附著層611上，並可為鋁層，其中反射金屬層612
可以是前述實施例中的反射層150。保護層613設於反射金屬層612上，並可用氟化鎂或二氧化來製作，其中保護層613的作用包括抗氧化。
請參閱圖6E與圖6F，接著，進行貼膜程序，即貼附一層固定膜62於反射層61上方。之後，研磨基板110a，以去除背面層607，即研磨基板110的第二表面118，以使基板110a沿著非等向性蝕刻溝槽605而分裂，從而形成基板110(或是基板120)。此外，上述基板110a的研磨可以是化學機械研磨。
請參閱圖6G，在研磨基板110a之後，波導片成品63基本上已製作完成。在圖6G實施例所示的波導片成品63中，定位側邊112用以供光譜儀的光學組件(如狹縫元件130、光柵140或光偵測器180或1801)抵靠，而雜光散逸側邊119用以作為雜光輸出口的一側。
值得一提的是，上述圖6G所示的波導片成品63可以是根據微機電製程圖案來製作，其中此微機電製程圖案可以包括至少一種波導片圖案。以圖6G為例，波導片圖案可為波導片成品63的俯視圖，所以波導片圖案可對應圖6B中的待加工區域604。利用微機電製程圖案，單一塊基板110a可以製作成多個波導片成品63，有利於大量生產。
圖7A至圖7C揭露多種微機電製程圖案的實施例。請參閱圖7A與圖7B，微機電製程圖案會預先設計於基板110a上，並且包括多個波導片圖案64，而這些波導片圖案64的形狀實質上相同。圖7A所示的這些波導片圖案64彼此分散(spread)，但圖7B所示的這些波導片圖案64彼此相連，並共用至少一邊界(boundary)。
請參閱圖7C，其所示的微機電製程圖案包括至少兩種形狀不同的波導片圖案64與65，其中波導片圖案64與65也是共用至少一邊界，且波導片圖案64與65可分別是同一組波導中的上下兩波導圖案。所以，波導片圖案64與65所形成的兩種波導片可裝在同一台光譜儀中。另外，由於圖7B與圖7C所示的波
導片圖案(例如波導片圖案64與65)都是共用至少一邊界，所以圖7B與圖7C的實施例能充分利用矽晶圓，有利於大量生產。
請參閱圖8與圖9，其為光譜儀模組(例如波導片)在製作方法的另一實施例。本實施例的製作方法與前述實施例的製作方法相似。例如，本實施例也是採用微機電系統製程來製作光譜儀模組。所以，相同的技術特徵、製作步驟及功效基本上不再重複贅述。不過，本實施例所採用的微機電系統製程與前述實施例有些不同，其如下所述。
請參閱圖8，首先，提供基板110a。基板110a具有多個待加工區域701，而任一待加工區域701的X軸方向及Y軸方向周邊上具有切割預線702而為多個區塊。待加工區域701上設有圖案化遮罩層(圖8未繪示)，而圖案化遮罩層可為光阻層或硬遮罩。待加工區域701具有局部加工圖案703、704、705、706，其中局部加工圖案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不一定需鄰接切割預線702。
接著，蝕刻基板110a，即於局部加工圖案703、704、705、706進行非等向性蝕刻，使基板110a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。在本實施例中，可研磨基板110的背面層而讓非等向性蝕刻溝槽消失，或者於本步驟中直接經由非等向性蝕刻而貫穿基板110，形成貫穿開口，這些貫穿開口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學組件而作精確定位之表面，或是作為雜光散逸側邊。此外，這些待加工區域701之間存有相鄰但尚未進行切割(dicing)的切割預線702，以供後續基板110a切割之用。
之後，移除上述圖案化遮罩層，其中圖案化遮罩層可以部分移除或全部移除。然後，在基板110a上形成反射層，其可以是圖6D所示的反射層61。接著，可在基板110a的背面上貼附固定膜(例如固定膜62或160)。不過，若待
加工區域701的圖案分佈能讓波導片成品於後述切割中並不會任意散開(如圖7A所示)，則可省略此貼膜程序。
請參閱圖8與圖9，接著，沿著切割預線702切割基板110a，以使這些待加工區域701分離並形成多個如圖9所示之波導片成品71，其中圖9的波導片成品71是沿著其中一個待加工區域701的邊緣(即切割預線702)切割後而形成，且波導片成品71相對於切割加工處形成切割面707。相較於微機電系統製程，此些經切割加工而形成之切割面707較不平整，適合作為雜光散逸側邊。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公差在3微米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精確定位光學組件之區位，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。
請參閱圖10，其進一步揭示透過微機電系統製程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10所示，基板110a在遮罩層81的部分遮蔽下，可經微機電系統製程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學組件。
透過使用於前述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學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
導片都使用微機電系統製程製作，且不限制是於同一製作程序中生產，亦不限制是使用同一材料。
圖11A為本發明之另一實施例之光譜儀模組的剖面示意圖，而圖11B為圖11A中之基板的上視示意圖。請參照圖11A與圖11B，本實施例之光譜儀模組100a與圖1A至圖1C的光譜儀模組100類似，而兩者的差異如下所述。
在圖11A的實施例中，光譜儀模組100a包括上述基板110與120及基板310與320，其中基板310與320為光譜儀的外殼。換言之，基板可包括波導片、光譜儀的外殼或其組合。基板310亦可利用上述微機電系統製程形成光學組件312(即定位結構)或其他定位側邊，且基板320亦可利用上述微機電系統製程形成光學組件322(即定位結構)或其他定位側邊。
圖12A至圖12H是本發明另一實施例之光譜儀模組的製作方法的流程之示意圖，其中本實施例與前述實施例相似，都是採用微機電系統製程來製作光譜儀模組。所以，與前述實施例相同的技術特徵、製作步驟及功效基本上不再重複贅述。
請參閱圖12A與圖12B，其中圖12A是俯視圖，而圖12B是圖12A中沿線12B-12B剖面所示的剖面示意圖。在本實施例中，首先，提供基板200，其為一種具多層結構的複合基板。詳細而言，基板200為絕緣層覆矽基板(Silicon On Insulator Substrate，SOI Substrate)，並包括第一矽層212、第二矽層214以及夾在第一矽層212與第二矽層214之間的絕緣層213，其中絕緣層213例如是氧化矽，而第一矽層212與第二矽層214兩者構成材料可以是單晶矽或多晶矽。
第一矽層212與第二矽層214兩者的厚度可彼此不同，或彼此相同。以圖12B為例，第一矽層212的厚度小於第二矽層214的厚度，而第二矽層214可作為後續承載光學組件的基板。此外，基板200可為雙面拋光後的絕緣層覆矽基板，其有利於減少散射(scattering)發生。
雖然從圖12A所示的基板200俯視圖來看，基板200的形狀為矩形，但基板200也可以是一整片完整的晶圓(wafer)，即基板200的形狀也可以是圓形。圖12A所示的基板200是以製作一個光譜儀模組作為舉例說明，而基板200為完整的晶圓的話，一塊基板200可以製作成兩個或兩個以上的光譜儀模組。
請參閱圖12C與圖12D，其中圖12C是俯視圖，而圖12D是圖12C中沿線12D-12D剖面所示的剖面示意圖。接著，進行微機電系統製程，對基板200進行微影與蝕刻，以形成多個光學組件。具體而言，本實施例是對基板200的第一矽層212進行微影與蝕刻，以移除部分第一矽層212及暴露部分絕緣層213，從而形成這些光學組件，其中這些光學組件包括光柵221以及間隔層222a、222b與223。
光柵221為反射式繞射光柵，而光柵221所具有的繞射面221s可為凹狀柱面，其可以是圓柱曲面、拋物柱面或自由曲柱面(例如，美國專利公告號9146155所公開的凹面光柵)。利用這種內凹的繞射面221s，光柵221不僅具有分光的功能，更可將因分光所產生的譜線光集中射出，以使至少部分譜線光匯聚到光偵測器280。此外，在上述微影的過程中，可採用光阻層或硬遮罩來作為圖案化遮罩層，其暴露要被移除的第一矽層212區域。
除了形成上述光學組件，在進行上述微機電系統製程的過程中，也可以在蝕刻第一矽層212的過程中，形成至少一道溝槽(trench)T1。以圖12C為例，溝槽T1有三條，分別位於左上方、右上方以及下方。在形成上述光學組件與溝槽T1之後，可對第二矽層214進行微影與蝕刻，以形成另一道溝槽T2(如圖12D所示)。此外，溝槽T1具有槽壁S1，而溝槽T2具有槽壁S2，其中槽壁S1與S2兩者可做為後續的定位側邊。
溝槽T1可對準(aligned)溝槽T2，以使槽壁S1與槽壁S2切齊(be flush with)，其中圖12C下方所示的虛線代表下方溝槽T1所對準的溝槽T2的槽
壁S2。另外，在圖12C的實施例中，兩個溝槽T1的槽壁S1皆為平面(如圖12C中位於左上方及右上方的兩溝槽T1)，且這兩槽壁S1的延伸平面S1e不平行，並形成夾角A1，其中夾角A1可以是介於90度至180度之間的鈍角。
間隔層222a、222b與223用於支撐後續組裝的波導片，並且也具有遮擋雜光的功能，而在本實施例中，間隔層222a與222b兩者之間更可以形成一條狹縫，其可供入射光通過。當然，在其他實施例中，上述狹縫也可設置在光偵測器(例如光偵測器180)前，並供光柵221所形成的譜線光通過。或者，也可形成兩間隔層222a與兩間隔層222b，其中一對間隔層222a與222b所形成的狹縫供入射光通過，另一對間隔層222a與222b所形成的狹縫供上述譜線光通過。
在本實施例中，蝕刻基板200的方法可以是非等向性蝕刻，其例如是電子束蝕刻或離子蝕刻，其中此離子蝕刻可以是反應離子蝕刻(RIE)或深反應式離子蝕刻(DRIE)，而這種非等向性蝕刻(例如電子束蝕刻或離子蝕刻)所形成的槽壁S1與S2兩者可以實質上垂直於絕緣層213的表面。當採用以上離子蝕刻來蝕刻基板200時，第一矽層212被蝕除的開口寬度(即開口率)會影響蝕刻率(etching rate)，因此為了讓不同位置的第一矽層212的蝕刻率不要差異過大，當對第一矽層212進行微影與蝕刻以移除部分第一矽層212時，殘留的第一矽層212更形成網狀圖案N1。
在圖12C所示的實施例中，網狀圖案N1為凹槽，並暴露絕緣層213，且網狀圖案N1定義出多個島狀物(island)225，其中網狀圖案N1會位於各個島狀物225的周圍。這些島狀物225是經由上述微影與蝕刻而形成，所以島狀物225、光柵221以及間隔層222a、222b與223以及溝槽T1基本上是同時形成。
在這些島狀物225中，相鄰兩個島狀物225之間的間距(pitch)P1會盡量保持一致而不會差異過大，以使不同位置的第一矽層212的蝕刻率能保持一致。此外，在圖12C所示的實施例中，各個島狀物225的形狀為圓柱，但在
其他實施例中，島狀物225的形狀可為角柱(prism)，例如長方體(cuboid)、立方體(cube)或六角柱(hexagonal prism)，而網狀圖案N1的形狀可以是蜂巢狀或方格狀(lattice network)，以使這些島狀物225能呈陣列排列。此外，各個島狀物225的寬度R1並不大，大約介於100微米至1000微米之間。相較於光學組件：光柵221及間隔層222a、222b與223，各個島狀物225佔據絕緣層213的面積比較小。
請參閱圖12E與圖12F，其中圖12E是俯視圖，而圖12F是圖12C中沿線12F-12F剖面所示的剖面示意圖。接著，對絕緣層213進行蝕刻。不同於對第一矽層212與第二矽層214所做的蝕刻，對絕緣層213的蝕刻是濕蝕刻，其中此濕蝕刻所用的蝕刻劑(etchant)可以是氫氟酸或含氫氟酸的溶液。如此，構成材料為氧化矽的絕緣層213能被溶解。
由於各個島狀物225的寬度R1大約介於100微米至1000微米之間，且各個島狀物225佔據絕緣層213的面積比單一光學組件(例如光柵221、間隔層222a、222b或223)佔據絕緣層213的面積小。因此，當蝕刻絕緣層213時，這些島狀物225會隨著其下方的絕緣層213消失而移除，即網狀圖案N1也被移除。如此，第二矽層214的平面214a得以裸露出來。
光柵221、間隔層222a、222b以及223等這些光學組件下方的絕緣層213也會被蝕刻劑溶解，但因為單一個光學組件佔據絕緣層213的面積較大，所以只要不進行長時間的蝕刻，這些光學組件下方的絕緣層213能保留下來而不會完全消失。此外，由於間隔層222a、222b以及223等這些光學組件下方的絕緣層213也會被溶解，所以光柵221、間隔層222a、222b以及223所覆蓋的絕緣層213會從光柵221、間隔層222a、222b以及223的側邊縮回，即光柵221、間隔層222a、222b以及223會凸出絕緣層213的邊緣。
在蝕刻絕緣層213的過程中，不用進行微影，而殘留的第一矽層212可作為蝕刻絕緣層213所用的硬遮罩。此外，在蝕刻絕緣層213之後，原來的溝槽T1與T2兩者切齊的槽壁S1與S2會形成定位側邊231與232。以圖12C至圖12F作為舉例說明，至少一個光學組件(例如間隔層222b)的側邊(即槽壁S1)與第二矽層214的側邊(即槽壁S2)會形成一面定位側邊232。
必須說明的是，雖然圖12C至圖12F的實施例所示的定位側邊231與232是由光學組件(也就是第一矽層212)與第二矽層214兩者側邊所形成，但在其他實施例中，也可以是由第一矽層212與第二矽層214兩者其中一面側邊來形成，即定位側邊231與232可由單一矽層(第一矽層212或第二矽層214)的側邊來形成。所以，圖12C至圖12F所揭露的定位側邊231與232僅為舉例說明，定位側邊231或232不一定由第一矽層212與第二矽層214兩者側邊同時形成。
由於兩個溝槽T1槽壁S1的延伸平面S1e形成夾角A1，而定位側邊232是由槽壁S1與S2所形成，所以兩定位側邊232的延伸平面也是兩延伸平面S1e，即兩定位側邊232的延伸平面S1e也形成實質上等於90度，或大於90度小於180度的夾角A1。另外，在圖12E所示的實施例中，定位側邊232是用來幫助後續的組裝工作，而定位側邊231可供光偵測器280抵靠，以準確地配置光偵測器280，其中光偵測器280可以是前述實施例中的光偵測器180或1801。
請參閱圖12F，接著，可以在光柵221、間隔層222a、222b及223與第二矽層214的平面214a上形成反射層240。反射層240的形成方法及膜層結構皆可以相同於反射層61，即反射層240可以是多層膜，並可經由化學氣相沉積(CVD)或物理氣相沉積(PVD)而形成，其中物理氣相沉積可以是蒸鍍或濺鍍。當然，反射層240也可為單一金屬膜層。此外，反射層240可共形地覆蓋光柵221以及間隔層222a、222b與223。
在圖12F的實施例中，在形成反射層240之後，一種包括反射層240、至少一基板與至少一光學組件的光譜儀模組200b基本上已製作完成。以本實施例為例，光譜儀模組200b所包括的基板的數量可以僅為一個，而光譜儀模組200b所包括的光學組件的數量可為多個，其中這些光學組件包括光柵221、間隔層222a、222b及223，並由第一矽層212經由微機電系統製程所形成，而基板包括第二矽層214與絕緣層213。不過，在其他實施例中，光譜儀模組200b所包括的基板的數量可為多個，而光譜儀模組200b所包括的光學組件的數量可以僅為一個。
絕緣層213位於第二矽層214上，並覆蓋第二矽層214，但絕緣層213暴露部分第二矽層214。具體而言，圖12F所示的絕緣層213為一種圖案層，以至於部分第二矽層214沒有被絕緣層213所覆蓋。此外，光柵221、間隔層222a、222b及223等光學組件皆形成於絕緣層213上，而絕緣層213位在第二矽層214與這些光學組件(例如光柵221與間隔層222a、222b及223)之間，其中這些光學組件接觸絕緣層213，但沒有接觸第二矽層214，如圖12F所示。
反射層240覆蓋第二矽層214與至少一個光學組件(例如光柵221、間隔層222a、222b及223)。在光譜儀模組200b中，光柵221、間隔層222a、222b及223以及絕緣層213皆設置在第二矽層214的平面214a上，而反射層240覆蓋至少一個光學組件(例如光柵221與間隔層222a、222b及223)與平面214a，其中反射層240可作為波導片的反射層。
此外，在基板200為一整片完整的晶圓條件下，在形成反射層240之後，可以沿著基板200的輪廓(如圖12C中的基板200所呈現的矩形輪廓)來切割基板200，以形成多個光譜儀模組200b。由於基板200是在形成反射層240之後才進行切割，而圖12F所示的側邊233是切割而成，因此在圖12F中，反射層240並沒有覆蓋到側邊233。
必須說明的是，在圖12F所示的實施例中，光譜儀模組200b不一定要包括反射層240。詳細而言，雖然第二矽層214的平面214a起初與絕緣層213接觸，但平面214a可以是光滑平面，並相當於拋光後的平面。加上，第一矽層212的構成材料可以是單晶矽，所以第一矽層212也具有良好的反射率。因此，縱使光柵221、間隔層222a、222b及223與第二矽層214沒有被反射層240覆蓋，光譜儀模組200b仍具有良好的光反射功能。由此可見，在其他實施例中，光譜儀模組200b不一定包括反射層240。
請參閱圖12G與圖12H，其中圖12G是俯視圖，而圖12H是圖12G中沿線12H-12H剖面所示的剖面示意圖。在完成光譜儀模組200b之後，可將另一個光譜儀模組200a組裝在光譜儀模組200b上，其中光譜儀模組200a的形狀可為板狀，且光譜儀模組200a的部分邊緣(edge)能與光譜儀模組200b的定位側邊232對準(aligned)，如圖12G所示。此外，光譜儀模組200a是由微機電系統製程所製成，且光譜儀模組200a可由矽晶圓、絕緣層覆矽基板、金屬板或藍寶石基板所製成，如前述實施例所述，故不再重複贅述。
由於兩定位側邊232的延伸平面S1e會形成夾角A1(請參閱圖12E)，而光譜儀模組200b的部分邊緣能與定位側邊232對準(aligned)，因此在組裝光譜儀模組200a與200b的過程中，可利用具有兩相交平面的凹槽來進行定位。例如，在夾角A1實質上等於90度時，提供具有兩垂直並相交的內側平面的殼體或治具，並將光譜儀模組200a與200b兩者的部分邊緣(例如定位側邊232)抵靠此殼體的兩內側平面。如此，光譜儀模組200a與200b兩者部分邊緣得以切齊，從而幫助光譜儀模組200a裝設在正確的位置上。
在光譜儀模組200a組裝在光譜儀模組200b上之後，一種光譜儀的光機20基本上已製作完成，其中光機20因具備光柵221而具有分光(dispersing)的功能。在光機20中，這些間隔層222a、222b及223能支撐光譜儀模組200b，以
使光譜儀模組200a與200b彼此隔開而形成間隙G12。光譜儀模組200a具有反射層340，其與反射層240彼此面對面。如此，入射光以及光柵221所產生的譜線光能在間隙G12中的反射層240與340之間反射，從而能在間隙G12內傳遞。由此可知，光機20大致上已具備光譜儀在光學方面的功能。
必須說明的是，在圖12H的實施例中，由於光譜儀模組200a可由矽晶圓所製成，所以光譜儀模組200a即使沒有反射層340，仍具有良好的光反射功能。因此，在其他實施例中，光譜儀模組200a不一定要具備反射層340。此外，雖然本實施例中的光學組件，例如光柵221與間隔層222a、222b、223，都形成於光譜儀模組200b的第二矽層214上，沒有形成於光譜儀模組200a，但在其他實施例中，光柵221與間隔層222a、222b、223其中兩者可以分別形成於光譜儀模組200a與200b。例如，光柵221與多個間隔層223形成於光譜儀模組200b，而間隔層222a與222b形成於光譜儀模組200a。所以，多個光學組件不一定全部形成於一塊波導片，也可分別形成於兩塊波導片。
圖13是本發明另一實施例之光譜儀模組的俯視示意圖。請參閱圖13，圖13所示的光譜儀模組300b的結構以及製作方法皆與前述實施例中的光譜儀模組200b相似。例如，光譜儀模組300b也包括光柵221以及間隔層222a、222b與223。然而，光譜儀模組300b與200b之間的差異在於：發散開口H13的有無。
具體而言，由於光柵221所具有的繞射面221s為凹狀柱面，因此光柵221只具有單一方向的聚焦功能(例如水平方向)，以至於光柵221所聚焦形成的影像會產生像散(astigmatism)，容易導致光偵測器280的量測結果失真。具體而言，這種像散會造成降低解析度的「拖尾效應」，而這種拖尾效應在繞射光柵手冊(Diffraction Grating Handbook)第六版(作者為Newport Corporation的Christopher Palmer，第一版的作者為Erwin Loewen)的第90頁第一段及第94頁圖7-3及其說明有提到。
為了克服這種因像散所造成的問題，光譜儀模組300b可具有定位側邊331以及形成於定位側邊331的發散開口H13。發散開口H13形成於光譜儀的預定光路，並可位於預定光路投影至光譜儀模組300b基板(例如圖12F所示的第二矽層214與絕緣層213)的延伸面的位置。發散開口H13為開放式缺口，並可經由依序對第一矽層212、第二矽層214與絕緣層213蝕刻而形成(請參閱圖12B與圖12D)。發散開口H13的邊緣會與定位側邊331相連，如圖13所示。發散開口H13具有光輸出邊緣E13，其面對光偵測器280。當光偵測器280抵靠定位側邊331時，光輸出邊緣E13與光偵測器280的光接收面(未繪示)之間保持一段距離L13。
光柵221所產生的多道譜線光會從光輸出邊緣E13出射，並入射至光偵測器280。當光從光輸出邊緣E13輸出到光偵測器280時，光會從光輸出邊緣E13發散，進而增加在光偵測器280上的投影面積。如此，可以降低像散所造成的不良影響，從而維持或提升光譜儀的量測準確性。此外，發散開口H13也能將大發散角的光線導出光譜儀，以減少進入光偵測器280的大發散角光線。
圖14是本發明另一實施例之光譜儀模組的俯視示意圖。請參閱圖14，圖14所示的光譜儀模組400b的結構與前述實施例的光譜儀模組300b相似，而光譜儀模組400b的製作方法也與先前實施例中的光譜儀模組200b相似。然而，光譜儀模組300b與400b之間的差異在於：圖14所示的發散開口H14為封閉式開口，其沒有與定位側邊331相連。
當光偵測器280抵靠定位側邊231時，發散開口H14的光輸出邊緣E14與光偵測器280的光接收面(未繪示)之間也可以保持一段距離L14。如此，光也能從光輸出邊緣E14發散，進而增加在光偵測器280上的投影面積，以及減少進入光偵測器280的大發散角光線，從而降低像散所造成的不良影響。此外，必須說明的是，在圖13與圖14所示的發散開口H14也可應用於圖1A至圖11B的
實施例中，所以前述實施例中的光譜儀模組也可設計發散開口H13或H14來降低像散的影響。另外，在其他實施例中，圖14的光譜儀模組400b也可以具備圖13中的發散開口H13，所以光譜儀模組400b可具有一個以上的發散開口(例如發散開口H13與H14)。
圖15A與圖15B是本發明另一實施例之光譜儀模組的製作方法的流程之示意圖，而圖16是在本發明另一實施例之光譜儀模組的製作方法中所形成的網狀圖案的剖面示意圖。圖15A與圖15B所示的實施例以及圖16所示的實施例兩者皆與前述實施例相似，而以下將主要介紹差異之處，相同技術特徵不再重複贅述。
請參閱圖15A與圖15B，圖15B是圖15A中沿線15B-15B剖面所繪示的剖面示意圖。在圖15A與圖15B的光譜儀模組500中，網狀圖案N2的形狀為蜂巢狀，且網狀圖案N2為暴露絕緣層213的凹槽，並定義出多個島狀物325。所以，各個島狀物325的形狀為六角柱，而網狀圖案N2位於各個島狀物325的周圍，如圖15A所示。
請參閱圖16。在圖16的光譜儀模組600中，網狀圖案425的俯視圖與前面圖15A的網狀圖案N2相似，即網狀圖案425的形狀也是蜂巢狀，但圖16的網狀圖案425實際上卻與網狀圖案N2完全不同。具體而言，網狀圖案425是凸出層(elevation)，其覆蓋絕緣層213，但僅覆蓋部分絕緣層213，而非全面覆蓋絕緣層213。網狀圖案425具有多個暴露絕緣層213的開口N3，其中各個開口N3的形狀為六角形，而這些開口N3呈蜂巢狀排列。由此可知，網狀圖案425與網狀圖案N2兩者形狀的關聯如同凸版印刷與凹版印刷。此外，在本實施例中，網狀圖案425與光學組件(例如光柵221與間隔層222a、222b、223)之間可形成溝槽(未繪示)，以使網狀圖案425與光學組件彼此不會相連，從而避免在蝕刻絕緣層213的過程中，上述光學組件因網狀圖案425的移除而
遭到損傷(damage)。
綜上所述，在本發明的實施例的光譜儀模組及其製作方法中，由於藉由微機電系統製程在單一的基板上形成至少一定位側邊及至少一光學組件，因此定位精準度可以被有效提升，且光學組件的結構及位置精準度也可以被有效地提升。反觀，傳統機械加工因為容易產生電火花燒灼而具有毛邊、不平整等特徵，精確定位受到侷限，導致這種機械加工所產生的公差多半在20至30微米之間。因此，相較於上述機械加工，本發明實施例所採用的微機電系統製程能有效提升光譜儀模組整體的精準度。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
50‧‧‧入射光
52‧‧‧譜線光
100‧‧‧光譜儀模組
110‧‧‧基板
112a、112b、112c‧‧‧定位側邊
114a、114b、114c、114d‧‧‧光學組件
130‧‧‧狹縫元件
140‧‧‧光柵
Claims (43)
- 一種光譜儀模組的製作方法，包括：提供至少一基板；以及藉由一微機電系統製程在該至少一基板上形成至少一波導片、至少一側邊及一光譜儀的至少一光學組件，其中上述光學組件包括一圖案層以及一覆蓋該圖案層的反射層。
- 如申請專利範圍第1項所述的光譜儀模組的製作方法，其中該微機電系統製程包括：蝕刻該基板，以形成上述光學組件的至少其中之一的該圖案層與上述側邊。
- 如申請專利範圍第2項所述的光譜儀模組的製作方法，其中該微機電系統製程更包括：在蝕刻該基板之後，於該基板上形成該反射層。
- 如申請專利範圍第1項所述的光譜儀模組的製作方法，其中上述光學組件包括作為該圖案層的一圖案化遮罩層以及覆蓋該圖案化遮罩層的該反射層。
- 如申請專利範圍第1項所述的光譜儀模組的製作方法，其中上述光學組件的該圖案層是由一電鑄圖案層所形成。
- 如申請專利範圍第1項所述的光譜儀模組的製作方法，其中上述光學組件包括作為該圖案層的一電鑄圖案層以及覆蓋該電鑄圖案層的該反射層。
- 如申請專利範圍第1項所述的光譜儀模組的製作方法，其中該基板具有相對之一第一表面與一第二表面，且該微機電系統製程包括：從該第一表面蝕刻該基板，以在該基板上形成至少一凹陷，其中該第二表面沒有暴露該凹陷；在該第一表面上形成一圖案化遮罩層，以作為該圖案層；在該第一表面上形成該反射層，並使該反射層覆蓋該圖案化遮罩層；以及從該第二表面研磨該基板，使該基板沿著上述凹陷而分裂。
- 如申請專利範圍第7項所述的光譜儀模組的製作方法，其中該微機電系統製程更包括：在從該第二表面研磨該基板之前，在該第一表面上貼附一固定膜，其中該固定膜跨越上述凹陷。
- 如申請專利範圍第1項所述的光譜儀模組的製作方法，其中上述側邊用於供一繞射光柵、一狹縫元件、一殼體或一光偵測器抵靠。
- 如申請專利範圍第1項所述的光譜儀模組的製作方法，其中該至少一側邊的公差或該至少一光學組件的公差是在3微米以下。
- 如申請專利範圍第1項所述的光譜儀模組的製作方法，其中該至少一基板為絕緣層覆矽基板，並包括一第一矽層、一第二矽層以及一夾在該第一矽層與該第二矽層之間的絕緣層。
- 如申請專利範圍第11項所述的光譜儀模組的製作方法，其中對該第一矽層進行微影與蝕刻，以移除部分該第一矽層及暴露部分該絕緣層，從而形成多個該光學組件與至少一溝槽，其中該至少一溝槽的一槽 壁形成該至少一側邊。
- 如申請專利範圍第12項所述的光譜儀模組的製作方法，其中對該第二矽層進行微影與蝕刻，以形成另外至少一溝槽，而該第二矽層的該至少一溝槽對準該第一矽層的該至少一溝槽。
- 如申請專利範圍第13項所述的光譜儀模組的製作方法，其中對該第一矽層與該第二矽層的蝕刻為非等向性蝕刻。
- 如申請專利範圍第12項所述的光譜儀模組的製作方法，其中當對該第一矽層進行微影與蝕刻時，更形成一網狀圖案。
- 如申請專利範圍第15項所述的光譜儀模組的製作方法，其中該網狀圖案的形狀為蜂巢狀或方格狀。
- 如申請專利範圍第15項所述的光譜儀模組的製作方法，其中該網狀圖案為一暴露該絕緣層的凹槽，並定義出多個島狀物，而該網狀圖案位於各該島狀物的周圍。
- 如申請專利範圍第15項所述的光譜儀模組的製作方法，其中該網狀圖案為一覆蓋該絕緣層的凸出層，並具有多個暴露該絕緣層的開口。
- 如申請專利範圍第18項所述的光譜儀模組的製作方法，其中該些開口的形狀為六角形，且該些開口呈蜂巢狀排列。
- 如申請專利範圍第15項所述的光譜儀模組的製作方法，其中在該第一矽層進行微影與蝕刻之後，對該絕緣層進行濕蝕刻，以移除該網狀圖案與部分該絕緣層。
- 如申請專利範圍第20項所述的光譜儀模組的製作方法，其 中在移除該網狀圖案與部分該絕緣層之後，該第二矽層的一平面裸露出來，該平面接觸該絕緣層，並用於作為一波導片的一光反射面。
- 如申請專利範圍第1項所述的光譜儀模組的製作方法，其中更藉由該微機電系統製程於該至少一基板形成至少一雜光散逸側邊，而上述雜光散逸側邊形成於該光譜儀的一預定光路以外之處。
- 如申請專利範圍第1項所述的光譜儀模組的製作方法，還包括進行一刀切程序來形成至少一雜光散逸側邊，其中上述雜光散逸側邊形成於該光譜儀的一預定光路以外之處。
- 一種如申請專利範圍第1項所述的光譜儀模組的製作方法所製作的光譜儀模組，包括：多個基板，其中至少一者形成波導片且具有至少一側邊；以及一光譜儀的至少一光學組件，形成於該些基板其中至少一者上，其中該至少一側邊與該至少一光學組件是用微機電系統製程所形成，其中上述光學組件包括：一圖案層，位於上述基板上；以及一反射層，覆蓋該圖案層。
- 如申請專利範圍第24項所述的光譜儀模組，其中上述側邊為該基板的一蝕刻面或形成於該基板上作為該圖案層的一圖案化遮罩層的一側面。
- 如申請專利範圍第24項所述的光譜儀模組，其中上述光學組件包括：作為該圖案層的一圖案化遮罩層，位於上述基板上；以及 一反射層，覆蓋該圖案化遮罩層。
- 如申請專利範圍第24項所述的光譜儀模組，其中各該光學組件為入光狹縫、準直面鏡、間隔層、定位件、遮光層或繞射光柵。
- 如申請專利範圍第24項所述的光譜儀模組，其中上述定位側邊用於供一繞射光柵、一狹縫元件、一殼體或或一光偵測器抵靠。
- 如申請專利範圍第24項所述的光譜儀模組，其中該些基板的數量為兩個，且該些基板彼此面對面，上述光學組件的至少其中之一隔開該些基板，以在該些基板之間形成一間隙。
- 如申請專利範圍第24項所述的光譜儀模組，其中該至少一定位側邊的公差或該至少一光學組件的公差是在3微米以下。
- 如申請專利範圍第24項所述的光譜儀模組，其中上述光學組件是由一第一矽層經由該微機電系統製程所形成，而該些基板至少其中之一包括：一第二矽層；以及一絕緣層，位於該第二矽層上，並覆蓋該第二矽層以及暴露部分該第二矽層，其中該絕緣層位於該第二矽層與上述光學組件之間，上述光學組件接觸該絕緣層，但沒有接觸該第二矽層。
- 如申請專利範圍第31項所述的光譜儀模組，其中上述光學組件包括一光柵以及至少一間隔層。
- 如申請專利範圍第28項所述的光譜儀模組，其中上述光學組件凸出於該絕緣層的邊緣。
- 如申請專利範圍第28項所述的光譜儀模組，其中該第二矽層的一側邊或上述光學組件至少其中一者的側邊形成該至少一側邊。
- 如申請專利範圍第28項所述的光譜儀模組，其中上述光學組件至少其中一者的側邊與該第二矽層的一側邊形成該至少一側邊。
- 如申請專利範圍第24項所述的光譜儀模組，其中上述光學組件是由一電鑄圖案層所形成。
- 如申請專利範圍第24項所述的光譜儀模組，其中上述光學組件包括一電鑄圖案層以及一覆蓋該電鑄圖案層的反射層。
- 如申請專利範圍第24項所述的光譜儀模組，其中該些基板至少其中之一具有至少一雜光散逸側邊，而上述雜光散逸側邊形成於該光譜儀的一預定光路以外之處。
- 如申請專利範圍第38項所述的光譜儀模組，其中該至少一雜光散逸側邊的公差超過3微米。
- 如申請專利範圍第24項所述的光譜儀模組，其中上述光學組件的至少其中之一或上述基板至少其中之一具有至少一發散開口，其形成在該光譜儀的一預定光路上。
- 如申請專利範圍第40項所述的光譜儀模組，其中該至少一發散開口形成於該至少一側邊，且為開放式缺口，該至少一發散開口具有一面對一光偵測器的光輸出邊緣。
- 如申請專利範圍第40項所述的光譜儀模組，其中該至少一發散開口為封閉式開口，且不與上述側邊相連。
- 如申請專利範圍第40項所述的光譜儀模組，其中該至少一發散開口位於該預定光路投影至該基板的延伸面的位置。
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