[发明专利]一种狭缝装置及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种狭缝装置及其制作方法，特别是涉及一种能用来进行光路选取的狭缝装置，以及这种狭缝装置的制作方法。

背景技术

近几年来，光学技术的不断发展促使光学仪器的精确度、微型化要求进一步提高。光缝、光阑属于光学实验中的工作部件，是光学实验和现代光学技术测量中的关键部件。传统的狭缝是通过调节两个平行刀片之间的间隙达到的，这种设计现在多用于光路选取，由于其可调性，能达到大多数光路的要求(潘德江，杨岳军，陈冬颖，狭缝刀片的制造工艺，合肥工业大学学报(自然科学版)，1998，21(S1)，110-113)。在高、中级的光谱仪器中，狭缝刀片是仪器的重要零件，它不仅精度要求高，制造难度大，加工工艺复杂(通常包括冲料、铣、磨、钻孔、锉、热处理等多道工艺程序)，还直接影响线光源的质量和整台仪器的灵敏度；同时，狭缝机构是由调宽机构和读数机构两部分组成，其传动形式分螺旋、杠杆、楔形框和斜块传动等，狭缝机构体积大，难于实现节省空间的设计，刀片的平行性允差要求非常高高；而且，由于在组装的过程中需要特定的夹具或者工具，组装的步骤地数目增加，组装的操作不能简化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种狭缝装置及其制作方法，以克服现有的狭缝设计与制作技术的不足。本发明采用微机电系统(MEMS)工艺制作狭缝装置，并提供了一套制作该狭缝装置的工艺流程。该狭缝装置分两个部分：位于中心的狭缝芯片和狭缝芯片辅助装置，如图1所示。狭缝装置主要用于滤光，选取一定大小的入射光束透过，狭缝芯片中心含有一定尺寸大小的狭缝，狭缝部分可以让光线通过，而狭缝外侧是由不透光的材料制成，用于屏蔽和滤除不需要的入射光束；狭缝芯片辅助装置起着固定、安装或调节狭缝芯片的作用。狭缝芯片上狭缝的大小可根据实际需要进行选取，狭缝芯片辅助装置也可根据实际光路进行改进。

本发明所要解决的技术问题是：1、狭缝芯片主体材料的选取，硅材料在KOH腐蚀液中会发生各向异性腐蚀，尤其晶面为(100)的硅片在氧化层保护下可以在KOH腐蚀液中腐蚀形成凹槽结构；2、单面腐蚀和双面腐蚀的选择，根据二氧化硅与硅在KOH腐蚀液中选择比，合理利用一定厚度的氧化层作为狭缝的保护层进行腐蚀，双面腐蚀可以比单面腐蚀快一倍，而且所需的氧化层厚度要薄很多；3、狭缝尺寸的设计与控制，晶面为(100)的硅片腐蚀形成的斜面与硅片表面成54.74°的倾角，所以在进行狭缝设计的时候必须计算好氧化层开孔大小，如氧化层开孔尺寸太大，腐蚀后形成的狭缝宽度就会大于入射光束，不能达到滤光作用，相反，如果氧化层开孔尺寸太小就可能发生不能腐蚀穿的现象；4、狭缝芯片辅助装置的设计与调节，在外围轮廓上制作出可以正好卡住狭缝的凹槽，利用轮廓上制作好的凹槽可以调节狭缝的方向，在该辅助装置的四周加螺钉固定。

本发明中狭缝装置的主体结构——狭缝芯片的制作方法有两种方法。1、晶面为(100)的硅片氧化后，光刻胶保护背面氧化层，进行正面氧化层开孔；然后进行背面对准，光刻胶保护正面氧化层，进行背面氧化层开孔；最后将两侧氧化层都开孔的硅片放入一定温度和一定浓度的氢氧化钾(KOH)溶液中进行各向异性腐蚀，一直到硅片被腐蚀穿，就形成了一定大小的狭缝。2、晶面为(100)的硅片氧化后，光刻胶在正面，光刻、显影、坚膜后，再在背面进行对准、光刻、显影、坚膜，然后进行氧化层开孔，最后在KOH溶液中进行各向异性腐蚀。

具体地说，该狭缝装置的制作过程可分三大步骤进行：

首先，用L-Edit版图设计软件(L-Edit Win32 9.00，A Division of TannerResearch，Inc.提供)设计掩膜版，其中涉及到设计狭缝的数目和分布、狭缝宽度和长度、狭缝芯片的尺寸大小。假设硅片厚度为T，进行双面腐蚀后所需得到的狭缝尺寸为L×W(L为狭缝长度，W为狭缝宽度)，先应根据腐蚀倾角θ来计算氧化层开孔的尺寸为(L+T×ctg(θ))×(W+T×ctg(θ))，氧化层开孔尺寸就是掩模版上设计狭缝的尺寸。狭缝芯片的大小可以根据实际需要设计，可大可小。