一种提高蓝宝石基F‑P腔底部表面质量的MEMS工艺新方法技术

本发明专利技术属于微机电系统(MEMS)领域，涉及蓝宝石晶片的一种MEMS工艺新方法，尤其涉及使用蓝宝石晶片加工F‑P腔结构时，提高底部表面质量的MEMS工艺新方法。该方法首先通过在蓝宝石晶片上加工通孔，然后与另一蓝宝石晶片进行高温键合，最后通过对带有通孔的蓝宝石晶片进行减薄抛光，实现高光学质量的蓝宝石基F‑P腔腔体的制备。该方法实现了原蓝宝石晶片表面作为F‑P腔底部光学反射面，其F‑P腔底部的表面质量与原表面质量相同。有效提高了蓝宝石基F‑P腔底部的粗糙度和表面质量，提高了F‑P腔底部表面的光学性能，进一步提高了蓝宝石基光纤F‑P传感器的稳定性和精度。

A new method of MEMS technology to improve the surface quality of sapphire based F cavity at the bottom of the P

The invention belongs to the field of micro electro mechanical system (MEMS), a new method for MEMS process involves Sapphire Wafers, in particular the use of sapphire wafer processing F P cavity structure, a new method of MEMS technology to improve the quality of the bottom surface. The method begins by processing holes on sapphire wafer, and then another high temperature sapphire wafer bonding, by the end of the sapphire wafer with a through hole for thinning and polishing, sapphire based realization of high optical quality F P cavity preparation. The method realizes the original sapphire wafer surface as the F P cavity bottom optical reflector, the surface quality of the F P at the bottom of the chamber is identical with the original surface quality. To effectively improve the sapphire based F P cavity bottom roughness and surface quality, improve the F P cavity bottom surface optical properties, further improve the precision and stability of sapphire based fiber F P sensor.

【技术实现步骤摘要】
一种提高蓝宝石基F-P腔底部表面质量的MEMS工艺新方法(一)
本专利技术属于微机电系统(MEMS)领域，涉及蓝宝石晶片的一种MEMS工艺新方法，尤其涉及使用蓝宝石晶片加工F-P腔结构时，提高底部表面质量的MEMS工艺新方法。(二)
技术介绍
蓝宝石材料具有优异的光学性能、机械性能和化学稳定性，可在接近2000℃高温的恶劣条件下工作，具有巨大的高温应用潜力。目前，蓝宝石材料被广泛应用于LED衬底材料，光学透镜，F-P腔(法布里-珀罗干涉仪)等结构上。基于光纤F-P解调原理的传感器，由于光纤传输具有的不受电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀等独特优点，在高温、高压等恶劣环境下具有广泛的应用前景。然而，该类传感器对F-P腔上下表面的表面质量要求较高，表面粗糙度、光洁度、平整度等参数都会对光信号传输产生重大影响。目前使用蓝宝石晶片加工F-P腔结构的方法主要有激光刻蚀、等离子体干法刻蚀等。由于蓝宝石材料的化学稳定性极高，采用等离子体干法刻蚀对蓝宝石晶片进行F-P腔结构加工时，加工效率极低，加工成本高，底部刻蚀面形貌无法保证，难以满足光学解调对F-P腔结构上下反射面的平整度、表面粗糙度等表面质量的要求；采用激光刻蚀方法加工蓝宝石F-P腔结构的效率较高，但激光刻蚀产生的高温烧灼会使刻蚀底面光洁度降低，且会破坏刻蚀底面形貌，降低刻蚀底部的表面质量，难以满足光学解调对F-P腔结构作为反射面的表面质量的要求。(三)
技术实现思路
为了提高蓝宝石基F-P腔体刻蚀底部的表面质量，本专利技术提出了一种提高蓝宝石基F-P腔底部表面质量的MEMS工艺新方法。采用本专利技术的MEMS工艺新方法制备蓝宝石基F-P腔结构包括三个工艺步骤：蓝宝石通孔加工、蓝宝石-蓝宝石高温键合和蓝宝石减薄抛光。本专利技术提出的提高蓝宝石基F-P腔底部表面质量的MEMS工艺新方法，其加工工艺过程见图1，工艺步骤包括：1)在蓝宝石晶片1上加工通孔，如图1(a)所示。2)将具有通孔的蓝宝石晶片1和蓝宝石晶片2进行高温直接键合，如图1(b)所示。3)对蓝宝石晶片1的另一表面进行减薄抛光，使其厚度达到F-P腔腔长要求，并将表面抛光至粗糙度小于0.5nm，如图1(c)所示。本专利技术提出的一种提高蓝宝石基F-P腔底部表面质量的MEMS工艺新方法，该方法首先通过在蓝宝石晶片上加工通孔，然后与另一蓝宝石晶片进行高温键合，最后通过对带有通孔的蓝宝石晶片进行减薄抛光，实现高光学质量的蓝宝石基F-P腔腔体的制备。该方法的有益效果是，采用提出的工艺新方法，实现了原蓝宝石晶片表面作为F-P腔底部光学反射面，其F-P腔底部的表面质量与原表面质量相同。该方法相比传统蓝宝石刻蚀技术，有效提高了蓝宝石基F-P腔底部的粗糙度和表面质量，提高了F-P腔底部表面的光学性能，进一步提高了蓝宝石基光纤F-P传感器的稳定性和精度。(四)附图说明图1是本专利技术提出的工艺方法步骤图1(a)蓝宝石通孔加工图1(b)蓝宝石晶片与具有通孔蓝宝石晶片高温直接键合图1(c)具有通孔的蓝宝石晶片进行减薄抛光(五)具体实施方法实施例：本实施例提出以蓝宝石作为中间层和基底材料，采用蓝宝石-蓝宝石高温直接键合工艺制备F-P腔腔体结构。具体包括如下步骤：1)选取两片厚度为660μm直径为4英寸的蓝宝石双面抛光片，进行标准清洗，使用激光切割技术对其中一片蓝宝石晶片切割直径1.3mm的通孔作为中间层；2)取另一片蓝宝石晶片与中间层蓝宝石晶片进行高温直接键合，键合参数：底板温度450℃，真空度5.0×10-3mbar，压力头压力500mbar，键合时间60mins。对键合好的晶片进行热处理，消除内应力，热处理温度1000℃，时间60mins；3)使用金刚石研磨液和SF1抛光液对键合片带孔面进行减薄抛光，使其厚度达到20～21μm，表面粗糙度Ra≤0.5nm；采用该新工艺方法可以用来制备基于F-P腔的蓝宝石基高温压力传感器，该工艺方法提高了F-P腔下表面的表面质量，改善了传感器的光学性能，进一步提高了基于F-P腔的蓝宝石高温压力传感器的可靠性和稳定性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
提高蓝宝石基F‑P腔底部表面质量的MEMS工艺新方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：在蓝宝石晶片1上加工通孔；步骤二：将具有通孔的蓝宝石晶片1和蓝宝石晶片2进行高温直接键合；步骤三：宝石晶片1的另一表面进行减薄抛光，使其厚度达到F‑P腔腔长要求，并将表面抛光至粗糙度小于0.5nm。

【技术特征摘要】
1.提高蓝宝石基F-P腔底部表面质量的MEMS工艺新方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：在蓝宝石晶片1上加工通孔；步骤二：将具有通孔的蓝宝石...

【专利技术属性】
技术研发人员：马志波，苑伟政，张晗，郭雪涛，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61