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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
optischen Vorrichtung, sowie eine hiermit hergestellte optische
Vorrichtung.
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Ein
Drucksensor des optischen Typs zur Erkennung beispielsweise eines
Drucks eines Fluides auf optischem Weg ist als in Frage stehende
optische Vorrichtung bekannt. Die 9A bis 9D zeigen Ansichten eines
Drucksensors des optischen Typs, wobei 9A eine Draufsicht ist, 9B eine Ansicht von vorne ist, 9C eine vergrößerte Teilansicht
ist und 9D eine Schnittdarstellung
entlang Pfeil IXD-IXD in 9C ist.
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Der
Drucksensor 50 des optischen Typs hat einen optischen Wellenleiterpfad 51.
Optische Fasern 52 und 53 sind mit beiden Enden
des optischen Wellenleiterpfads 51 verbunden. Ein Bragg-Gitter 55 ist
an einem Zwischenabschnitt eines optischen Pfads des optischen Wellenleiterpfads 51 ausgebildet.
Dieses Bragg-Gitter 55 hat
eine periodische Struktur, in der sich konkave Abschnitte und konvexe Abschnitte
abwechseln. Das Bragg-Gitter 55 hat die Funktion der Reflexion
oder Transmission von nur Licht einer konstanten Wellenlänge.
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Der
optische Wellenleiterpfad 51 ist an einer Substratfläche eines
Siliziumsubstrats 55 durch eine Kleberschicht 59 angeheftet.
Ein Glassubstrat 54 ist an der anderen Substratfläche des
Siliziumsubstrats 55 angeheftet. Eine Druckaufnahmekammer 57,
in welche Fluid als ein zu erkennendes Objekt fließen kann,
ist in einem Abschnitt gebildet, der durch das Siliziumsubstrat 56 und
das Glassubstrat 54 und eine entsprechende rückwärtige Fläche des
Bragg-Gitters 55 gebildet ist. Eine Membran 58 ist
in einem Abschnitt entsprechend der rückwärtigen Fläche des Bragg-Gitters 55 in
dieser Druckaufnahmekammer 57 ausgebildet, in dem das Siliziumsubstrat 56 entsprechend
verdünnt
wird. Wenn der Drucksensor 50 des optischen Typs verwendet
wird, wird ein nicht dargestelltes Lichtemissionselement mit der
optischen Faser 52 verbunden und ein Lichtempfangselement
wird ebenfalls mit der optischen Faser 53 verbunden.
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Wenn
der Druck des Fluides, welches in die Druckaufnahmekammer 57 fließt, sich ändert, wird die
Membran 58 in Vertikalrichtung verschoben oder ausgelenkt
und eine ungleichmässige
periodische Eigenschaft des Bragg-Gitters 55 wird geändert. Somit wird
ein Teil des von dem Lichtemissionselement in den optischen Wellenleiterpfad 51 emittierten
Lichts, welches sonst an dem Bragg-Gitter 55 totalreflektiert wird,
durch das Bragg-Gitter 55 durchgelassen
und von dem Lichtempfangselement empfangen. Der Druck des Fluides
wird auf der Grundlage der Intensität, etc. des von diesem Lichtempfangselement empfangenen
Lichts erkannt.
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Der
obige Sensor ist beispielsweise in "Technical Digest of 16th International
Conference on Optical Fiber Sensors (2003) (Seiten 694–697)" und in der JP-A-2000-221085
beschrieben.
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Der
bekannte Drucksensor des optischen Typs gemäß obigen Aufbaus hat jedoch
eine Anordnung, bei der der optische Wellenleiter 51 an
dem Siliziumsubstrat 56 durch die Kleberschicht 59 angeheftet
ist. Damit wird der auf die Membran 58 aufgebrachte Druck
von der Kleberschicht 59 gepuffert, also abgeschwächt oder
gedämpft.
Insofern besteht ein Problem, dass es Nachteile bei der Erkennungsgenauigkeit
für den
Druck gibt.
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Weiterhin
gibt es das Problem, dass die Herstellungseffizienz gering ist,
da die Mehrzahl von konkaven Abschnitten (Vertiefungen) und konvexen
Abschnitten auf dem Bragg-Gitter 55 nacheinander durch
einen Laser herausgearbeitet werden müssen, beispielsweise durch
einen Excimer-Laser.
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Wenn
weiterhin der Druck des Fluides an einer Mehrzahl von Messpunkten
erkannt wird, müssen
Sätze von
Lichtemissionselementen und Drucksensoren 50 des optischen
Typs aufgrund der Anzahl von Messpunkten verwendet werden. Somit
besteht das Problem, dass die Kosten anwachsen.
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Angesichts
hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Herstellung einer optischen Vorrichtung, sowie eine hiermit
hergestellte optische Vorrichtung be reitzustellen, mit der zumindest
einer der genannten Nachteile beseitigt ist.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Herstellung einer optischen Vorrichtung geschaffen, welche einen optischen
Wellenleiterpfad und einen beweglichen Abschnitt enthält. Der
optische Wellenleiterpfad enthält
ein Bragg-Gitter, welches im Wesentlichen mittig des optischen Wellenleiterpfades
angeordnet ist. Der bewegliche Abschnitt ist nahe dem Bragg-Gitter
angeordnet und abhängig
von einer physikalischen Größe bewegbar,
welche auf dem beweglichen Abschnitt aufgebracht wird. Eine Verschiebung
oder ein Versatz des beweglichen Abschnittes schafft eine Abstandsänderung
im Bragg-Gitter, so dass ein Licht, welches durch den optischen
Wellenleiterpfad läuft,
geändert
wird. Die optische Vorrichtung erkennt die physikalische Größe basierend
auf einer Änderung
des Lichts, welches durch den optischen Wellenleiterpfad läuft. Das
Verfahren enthält
die Schritte: Ausbilden des optischen Wellenleiterpfades mit dem Bragg-Gitter
auf einem ersten Teil eines Siliziumsubstrats und Ausbilden des
beweglichen Abschnitts auf einem zweiten Teil des Siliziumsubstrats,
wobei der zweite Teil dem ersten Teil entspricht.
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In
diesem Fall ist es somit nicht notwendig, eine Kleberschicht zwischen
den optischen Wellenleiterpfad und das Substrat zu setzen, wie es
im Stand der Technik notwendig ist, so dass eine auf dem beweglichen
Abschnitt aufgebrachte physikalische Größe von der Kleberschicht nicht
absorbiert oder gedämpft
wird. Folglich kann die physikalische Größe von der Vorrichtung genau
erkannt werden. Weiterhin ist das Erkennungsansprechverhalten auf die
physikalische Größe durch
die Vorrichtung verbessert. Weiterhin ist der Herstellungsprozess
vereinfacht und die Herstellungskosten sind verringert.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Herstellung einer optischen Vorrichtung geschaffen. Das Verfahren enthält die Schritte
von: Ätzen
einer ersten Seite eines Siliziumsubstrats, so dass eine Mehrzahl
von strukturellen Körpern
aus Silizium gebildet wird, wobei benachbarte zwei strukturelle
Körper
zwischen sich einen Freiraum aufweisen; und thermisches Oxidieren
des Siliziumsubstrats, so dass jeder strukturelle Körper in
einem strukturellen Siliziumoxidkörper gewandelt wird und der
Abstand oder Freiraum teilweise mit Siliziumoxid einbettet wird,
wobei ein teilweise eingebetteter Freiraum oder Abstand einen Luftspalt
liefert und wobei die strukturellen Siliziumoxidkörper mit
dem teilweise eingebetteten Freiraum einen optischen Block schaffen.
Der optische Block enthält
eine Linse und ein Diffraktionsgitter. In diesem Fall werden der
optische Block mit der Linse und dem Diffraktionsgitter in einem
Arbeitsdurchgang auf dem Substrat gebildet. Folglich sind Erkennungsgenauigkeit,
Herstellungseffizienz und Herstellungskosten der Vorrichtung verbessert.
Weiterhin ist es nicht notwendig, die Linse und das Diffraktionsgitter
zueinander zu positionieren.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine optische Vorrichtung
auf: einen optischen Wellenleiterpfad mit einem Bragg-Gitter im
wesentlichen mittig des optischen Wellenleiterpfads; und einen beweglichen
Abschnitt, der nahe dem Bragg-Gitter angeordnet ist und abhängig von einer
physikalischen Größe bewegbar
ist, die auf dem beweglichen Abschnitt aufgebracht wird. Eine Verschiebung
oder ein Versatz des beweglichen Abschnitts liefert eine Änderung
des Abstandes im Bragg-Gitter,
so dass ein durch den optischen Wellenleiterpfad laufendes Licht
geändert
wird. Die optische Vorrichtung erkennt die physikalische Größe basierend
auf einer Änderung
des Lichts, welches durch den optischen Wellenleiterpfad läuft. Der
optische Wellenleiterpfad mit dem Bragg-Gitter liegt an einer ersten
Seite eines Siliziumsubstrats. Der bewegliche Abschnitt liegt an
einer zweiten Seite des Siliziumsubstrats und die zweite Seite liegt
gegenüber
der ersten Seite.
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Mit
der obigen Vorrichtung ist es nicht notwendig, eine Kleberschicht
zwischen den optischen Wellenleiterpfad und das Substrat wie beim
Stand der Technik vorzusehen, so dass die auf dem beweglichen Abschnitt
aufgebrachte physikalische Größe von der
Kleberschicht nicht absorbiert oder gedämpft wird. Folglich kann die
physikalische Größe durch
die Vorrichtung genau erkannt werden. Weiterhin ist das Erkennungsansprechverhalten
auf die physikalische Größe durch
die Vorrichtung verbessert. Schließlich sind der Herstellungsprozess
vereinfacht und damit die Herstellungskosten verringert.
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Gemäß einem
vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine optische Vorrichtung
auf: eine Linse aus Siliziumoxid, welche an einer ersten Seite eines
Siliziumsubstrats angeordnet ist und ein Diffraktionsgitter mit
einem Freiraum hierin, welches auf der Seite des Siliziumsubstrats
angeordnet ist. Die Linse ist der Lage, eine Strahlform eines Lichts zu ändern, welches
durch die Linse läuft,
indem ein Linseneffekt verwendet wird. Ein geändertes Licht wird von dem
Diffraktionsgitter in eine Mehrzahl von Lichtteilen unterteilt,
und das Diffraktionsgitter mit der Linse gibt jedes Lichtteil in
einer Richtung aus, welche durch die Periode des Freiraums definiert
ist.
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Bei
der obigen Vorrichtung werden die Linse und das Diffraktionsgitter
in einem Arbeitsdurchgang auf dem Substrat ausgebildet. Folglich
werden die Erkennungsgenauigkeit, die Herstellungseffizienz und
die Herstellungskosten der Vorrichtung verbessert. Weiterhin ist
es nicht notwendig, die Linse und das Diffraktionsgitter zueinander
zu positionieren.
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Weitere
Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben
sich besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme
auf die beigefügte
Zeichnung.
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Es
zeigt:
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1A eine
Draufsicht auf einen Drucksensor des optischen Typs, 1B eine
Schnittdarstellung durch den Sensor entlang Linie IB-IB in 1A und 1C eine
vergrößerte Schnittdarstellung,
welche ein Bragg-Gitter in dem Sensor zeigt;
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2A eine
Draufsicht auf eine Maske zur Herstellung eines optischen Wellenleiterpfads, 2B eine
vergrößerte Draufsicht
auf einen Teil der Maske und 2C eine
Draufsicht auf den optischen Wellenleiterpfad nach der thermischen
Oxidation;
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3A, 3C, 3E und 3G jeweils Querschnittsdarstellungen
durch den Sensor entlang Linie IIIA-IIIA in 2B und 3B, 3D, 3F und 3H jeweils
Querschnittsdarstellungen durch den Sensor entlang Linie IIIB-IIIB
in 2A;
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4A bis 4C jeweils
Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens
des Sensors;
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5 eine
schematische Darstellung eines anderen Drucksensors des optischen
Typs;
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6 eine
vergrößerte Draufsicht
auf einen Teil des Sensors von 5;
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7A eine
Draufsicht auf eine Maske zur Ausbildung des Sensors und 7B eine
Draufsicht auf den Sensor nach der thermischen Oxidation;
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8A bis 8E perspektivische
und Querschnittsansichten zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens
für eine
optische Vorrichtung in dem Sensor; und
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9A eine
Draufsicht auf einen Drucksensor des optischen Typs nach dem Stand
der Technik, 9B eine Ansicht von vorne auf
den bekannten Sensor, 9C eine vergrößerte Ansicht
von vorne auf einen Teil des bekannten Sensors und 9D eine
Querschnittsdarstellung durch den Sensor entlang Linie IXD-IXD in 9C.
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Eine
optische Vorrichtung und ein Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung
erläutert.
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Bei
dieser Ausführungsform
sei als Beisüiel einer
optischen Vorrichtung ein Drucksensor des optischen Typs beschrieben.
Die 1A, 1B und 1C sind
erläuternde
Darstellungen eines Hauptaufbaus des Drucksensors des optischen
Typs gemäß dieser
Ausführungsform,
wobei 1A eine Draufsicht auf den Drucksensor
des optischen Typs, 1B eine Querschnittsdarstellung
entlang Pfeil IB-IB in 1A ist und 1C eine
vergrößerte Ansicht
eines Bragg-Gitters von 1B ist.
Die Erläuterungen
von Anordnungen und Funktionen, welche mit einem bekannten Drucksensor
des optischen Typs gemeinsam sind, sind nachfolgend weggelassen.
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Der
Drucksensor 1 des optischen Typs gemäß der dargestellten Ausführungsform
hat einen optischen Wellenleiterpfad 3, der auf einer Substratfläche eines
Siliziumsubstrats 1 ausgebildet ist, eine Druckaufnahmekammer 5,
die an der anderen Substratfläche
ausgebildet ist und eine Membran 6 in einem Bodenabschnitt
dieser Druckaufnahmekammer 5. Genauer gesagt, der optischen
Wellenleiterpfad 3, die Druckaufnahmekammer 5 und
die Membran 6 sind einstückig in einem Siliziumsubstrat
ausgebildet.
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Wenn
daher die Membran 6 in vertikaler Richtung beispielsweise
durch den Druck eines Fluids verschoben wird, welches in die Druckaufnahmekammer 5 fließt, wird
diese Verschiebung genau und direkt auf ein Bragg-Gitter 4 übertragen.
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Folglich
kann der Druck des Fluides mit hoher Präzision und mit gutem Ansprechverhalten
erkannt werden.
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Die
Bezeichnung "Fluid" bedeutet, dass ein solches
Fluid beispielsweise ein Brenngemisch aus Kraftstoff und Luft sein
kann, ein semi-fluodisierter Körper
sein kann, ein superkritisches Fluid sein kann, ein Fluid gebildet
durch granulatartige Gegenstände sein
kann, sowie eine Flüssigkeit
wie Wasser etc. oder ein Gas wie Luft etc.
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Ein
Glassubstrat 9 ist auf die andere Substratfläche des
Siliziumsubstrats 2 aufgebracht. Ein Flusseinlass 10,
der mit der Druckaufnahmekammer 5 in Verbindung steht,
ist in dem Glassubstrat 9 ausgebildet, so dass das Glassubstrat 9 in
Vertikalrichtung durchsetzt wird. Das Fluid als zu erkennendes Objekt
wird durch den Flusseinlass 10 in die Druckaufnahmekammer 5 eingebracht
und die Membran 6 wird in vertikaler Richtung abhängig von
einer Druckänderung
des so eingebrachten Fluides verschoben oder ausgelenkt. Bei der
dargestellten Ausführungsform
ist ein Abschnitt der Druckaufnahmekammer 5 gebildet, indem
die einander gegenüberliegenden
Endabschnitte des Glassubstrats 9 in Richtung der Druckaufnahmekammer 5 vorstehen. Es
kann jedoch ein jeder Endabschnitt des Glassubstrats 9 und
jedes Öffnungsende
an einer unteren Fläche
der Druckaufnahmekammer 5 so gebildet sein, dass sie aneinander
angepasst sind. In diesem Fall wird die Druckaufnahmekammer 5 alleine
in dem Siliziumsubstrat 2 ausgebildet.
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Eine
optische Faser 7 ist mit einem Ende des optischen Wellenleiterpfades 3 in
Verbindung und eine optische Faser 8 ist mit dem anderen
Ende in Verbindung. Ein Lichtemissionselement, beispielsweise eine
Laserdiode oder dergleichen zur Emission von Licht in den optischen
Wellenleiterpfade 3 ist in der optischen Faser 7 angeordnet
und ein Lichtempfangselement wie beispielsweise eine Photodiode
zum Empfang von Licht, welches durch das Bragg-Gitter 4 übertragen
wurde, ist in der optischen Faser 8 angeordnet; das Lichtemissionselement
und das Lichtempfangselement sind in der Zeichnung nicht dargestellt.
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Ein
Herstellungsverfahren für
den optischen Wellenleiterpfad 3 wird nachfolgend noch
näher erläutert, es
kann jedoch schon jetzt festgehalten werden, dass der optische Wellenleiterpfad 3 durch Ätzen und
thermisches Oxidieren einer Substratfläche des Siliziumsubstrats 2 gebildet
wird. Genauer gesagt, der optische Wellenleiterpfad 3 wird
gebildet, indem die Natur von Silizium verwendet wird, welches in
transparentes Glas umgewandelt wird und durch thermische Oxidation
ausgedehnt wird.
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Der
optische Wellenleiterpfad 3 hat das Bragg-Gitter 4 im
Wesentlichen mittig seines optischen Pfads. Das Bragg-Gitter 4 wird
durch Ätzen und
thermisches Oxidieren einer Substratfläche des Siliziumsubstrats 2 gebildet.
Das Bragg-Gitter 4 ist innerhalb des optischen Wellenleiterpfads 3 im
gleichen Herstellungsprozess wie zur Ausbildung des optischen Wellenleiterpfades 3 gebildet.
D.h., das Bragg-Gitter 4 wird ebenfalls durch Verwendung
der Natur von Silizium gebildet, welches in transparentes Glas geändert und
durch die thermische Oxidation ausgedehnt wurde.
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Gemäß 1C ist
das Bragg-Gitter 4 gebildet durch abwechselndes und periodisches
Anordnen von Luftschichten 4a und Glasschichten 4b im Wesentlichen
senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung des Lichts. Wenn eine Länge entlang
der Fortpflanzungsrichtung von Licht als Breite definiert sei, so
ist die Breite L1 der Luftschicht 4a auf 1/4 der Wellenlänge von
Licht gesetzt, welches durch diese Luftschicht 4a bei dieser
Ausfüh rungsform übertragen
wird. Die Breite L2 der Glasschicht 4b wird auf 1/4 der
Wellenlänge
von Licht gesetzt, welches durch diese Glasschicht 4b übertragen
wird.
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In
einem unveränderten
Zustand einer jeden der Breiten L1 und L2 wird somit das gesamte
auf das Bragg-Gitter 4 einfallende Licht durch die bestimmte
Glasschicht 4b in Einfallsrichtung reflektiert. Wenn jedoch
die Breiten L1 und L2 geändert
werden und sich die Periode des Bragg-Gitters 4 ändert, wird nur
Licht einer Wellenlänge
entsprechend dieser geänderten
Periode von dem Bragg-Gitter 4 durchgelassen.
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Folglich
kann der Druck des Fluides, der die Membran 6 verschiebt,
auf der Grundlage der Intensität
etc. von Licht erkannt werden, welches von dem Bragg-Gitter 4 durchgelassen
und von dem Lichtempfangselement empfangen wird.
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Wenn
weiterhin der obige Wert von 1/4 auf 1/2 gesetzt wird, wird alles
Licht, welches auf das Bragg-Gitter 4 fällt, vom Bragg-Gitter 4 durchgelassen.
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Wenn
somit jede der Breiten L1 und L2 geändert wird und die Periode
des Bragg-Gitters 4 geändert
wird, wird nur Licht einer Wellenlänge entsprechend dieser geänderten
Periode am Bragg-Gitter 4 reflektiert.
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Folglich
kann der Druck des Fluides, der die Membran 6 verschiebt,
auf der Grundlage der Intensität
etc. von Licht erkannt werden, welches vom Bragg-Gitter 4 durchgelassen
und vom Lichtempfangselement empfangen wird.
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Das
Herstellungsverfahren für
den obigen Drucksensor 1 des optischen Typs wird nachfolgend unter
Bezugnahme auf die 2A bis 4C beschrieben.
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Die 2A bis 2C sind
erläuternde
Darstellungen, welche den Herstellungsprozess des Drucksensors 1 des
optischen Typs zeigen, wobei 2A eine
Draufsicht auf eine Ätzmaske
zur Ausbildung des optischen Wellenleiterpfades 3 ist, 2B eine
vergrößerte Ansicht
von 2A ist und 2C eine
Draufsicht auf den optischen Wellenleiterpfad 3 nach der
ther mischen Oxidation ist. Die 3A bis 3H sind
erläuternde
Darstellungen für
den Herstellungsprozess des Drucksensors 1 des optischen
Typs, wobei 3A eine Querschnittsansicht
in Richtung des Pfeils IIIA-IIIA in 2B ist, 3B eine
Querschnittsdarstellung in Richtung des Pfeils IIIB-IIIB in 2B ist,
die 3C und 3D Querschnittsdarstellungen
in Richtung des Pfeils IIIA-IIIA und eine Querschnittsdarstellung
in Richtung des Pfeils IIIB-IIIB nach Beendigung eines DRIE-Prozesses sind, die 3E und 3F Querschnittsdarstellungen
in Richtung des Pfeils IIIA-IIIA und eine Querschnittsdarstellung
in Richtung des Pfeils IIIB-IIIB nach Entfernung einer Ätzmaske
sind und die 3G und 3H Querschnittsdarstellungen
entlang des Pfeils IIIA-IIIA und des Pfeils IIIB-IIIB nach der thermischen
Oxidation sind. Die 4A, 4B und 4C sind
erläuternde
Darstellungen für
einen Herstellungsprozess der Druckaufnahmekammer, wobei 4A eine
Querschnittsdarstellung des Anordnungszustandes der Ätzmaske
ist, 4B eine Querschnittsdarstellung des Ausbildungszustands der
Druckaufnahmekammer ist und 4C eine Querschnittsdarstellung
des entfernten Zustands der Ätzmaske
ist. 2B wird bei jedem Prozess verwendet.
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Zunächst wird
gemäß 2A eine Ätzmaske 11 zur
Ausbildung des optischen Wellenleiterpfades 3 und des Bragg-Gitters 4 auf
einer Substratfläche
des Siliziumsubstrats 2 gemustert. Eine Mehrzahl von langgestreckten
ersten Öffnungsabschnitten 11a und
eine Mehrzahl von langgestreckten zweiten Öffnungsabschnitten 11b werden
jeweils in der Ätzmaske 11 ausgebildet
und geöffnet.
Jeder erste Öffnungsabschnitt 11a ist
ein Öffnungsabschnitt
zur Ausbildung eines ersten Grabens 21 in einem nachfolgenden
DRIE-Prozess (DRIE
= deep reactive ion etching). Jeder zweite Öffnungsabschnitt 11b ist
ein Öffnungsabschnitt
zur Bildung eines zweiten Grabens 31.
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Jeder
erste Öffnungsabschnitt 11a ist
entlang einer Fortpflanzungsrichtung von Licht ausgebildet, welches
sich innerhalb des optischen Wellenleiterpfades 3 fortpflanzt
und sie liegen zueinander parallel mit einem bestimmten Abstand
zwischen sich. Jeder zweite Öffnungsabschnitt 11b ist
einer Ausrichtung senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung des Lichts ausge bildet
und sie sind parallel mit einem bestimmten Abstand zwischen sich
angeordnet.
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Da
weiterhin Silizium eine Natur dahingehend hat, dass es durch thermische
Oxidation expandiert wird, wird die Ätzmaske 11 unter Berücksichtigung
dieses Ausdehnungskoeffizienten (z.B. 2,22) gemustert. Beispielsweise
ist eine Öffnungsweite
eines jeden ersten Öffnungsabschnitts 11a senkrecht zur
Fortpflanzungsrichtung des Lichts und eine Öffnungsweite eines jeden zweiten Öffnungsabschnitts 11b entlang
der Fortpflanzungsrichtung von Licht auf Breiten oder Weiten gesetzt,
wobei der Ausdehnungskoeffizient bei der Berechnung so berücksichtigt
wird, dass die Sollweiten erreicht werden.
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Nachfolgend
wird DRIE von der Substratfläche
her durchgeführt,
auf der die Ätzmaske 11 angeordnet
ist. Somit wird gemäß den 3C und 3D ein
erster Graben 21 in einem Abschnitt entsprechend einem
jeden ersten Öffnungsabschnitt 11a ausgebildet,
und ein erster struktureller Körper 20 wird
zwischen den jeweiligen ersten Gräben 21 ausgebildet.
Ein zweiter Graben 31 wird in einem Abschnitt entsprechend
einem jeden zweiten Öffnungsabschnitt 11b ausgebildet
und ein zweiter struktureller Körper 30 wird
zwischen den jeweiligen zweiten Gräben 31 gebildet.
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Jede
der Längsschnittformen
eines jeden ersten strukturellen Körpers 20 und eines
jeden zweiten strukturellen Körpers 30 ist
so, dass ein struktureller Körper
mit einem hohen Strekkungsverhältnis (beispielsweise
einem Streckungsverhältnis
von 50) erhalten wird. Genauer gesagt, wenn eine Substratfläche des
geätzten
Siliziumsubstrats 2 von einer Ebene aus gesehen wird, wird
sie so gesehen, dass eine Mehrzahl von tiefen Vertiefungen gemeinsam parallel
entlang der Fortpflanzungsrichtung von Licht verläuft. Weiterhin
ist die Betrachtung so, dass eine Mehrzahl von tiefen und kurzen
Ausnehmungen oder Vertiefungen senkrecht zu den zuerst genannten
tiefen Ausnehmungen oder Vertiefungen gemeinsam parallel in Zwischenabschnitten
der Verlaufsrichtung der jeweiligen tiefen Vertiefung angeordnet
ist.
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Eine
irreguläre
Form kann auch durch eine andere Ätztechnik wie z.B. RIE etc.
gebildet werden, es ist jedoch vorteilhaft, DRIE zu verwenden, um
die Ungleichmäßigkeiten
mit hohem Strekkungsverhältnis
gemäß obiger
Beschreibung auszubilden.
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Nachfolgend
wird gemäß den 3E und 3F die Ätzmaske 11 entfernt.
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Nachfolgend
werden ein Abschnitt, gebildet durch jeden ersten strukturellen
Körper
und jeden ersten Graben 21 und ein Abschnitt, gebildet
durch jeden zweiten strukturellen Körper 30 und jeden zweiten
Graben 31 thermisch oxidiert und jeder strukturelle Körper wird
als transparentes Glas ausgebildet. Somit wird jeder erste strukturelle
Körper 20,
der aus Silizium gebildet ist, durch oxidiertes Silizium ersetzt
und transparentes Glas ausgebildet. Jeder erste Graben 21 wird
von dem ersten strukturellen Körper 20,
der durch die thermische Oxidation ausgeweitet wurde, vergraben,
d.h. durch einen oxidierten ersten strukturellen Körper 20a,
der aus dem oxidierten Silikon gebildet worden ist. Somit wird der
optische Wellenleiterpfad 3, der aus Glas hergestellt ist,
vervollständigt.
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Zu
diesem Zeitpunkt wird jeder erste Graben 21 durch die Ausdehnung
des benachbarten ersten strukturellen Körpers 20 vergraben
oder eingebettet. Hierbei kann der erste Graben 21 als
Luftspalt zwischen den oxidierten ersten strukturellen Körpern 20a geringfügig verbleiben.
In den 3G und 3H ist
dieser eingebettete erste Graben 21a durch eine gestrichelte
Linie dargestellt. In einer Kernschicht (Lichtbegrenzungsbereich)
und einer Deckschicht, welche den optischen Wellenleiterpfad 3 bilden,
wird ein Ausbildungsbereich abhängig
von Form und Größe des eingebetteten
ersten Grabens 21a geändert.
Beispielsweise wirkt ein oberer Abschnitt (ein oberer Abschnitt
im Schnitt des optischen Wellenleiterpfads 3 gemäß den 3G und 3H) entlang
der Fortpflanzungsrichtung von Licht als Kernschicht 2a und
ein unterer Abschnitt (ein unterer Abschnitt im Schnitt des optischen
Wellenleiterpfads 3 gemäß den 3G und 3H)
dient als Deckschicht 3b.
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Es
liegt somit ein Verfahren zum Vergraben des Inneren eines jeden
ersten Grabens 21 durch das oxidierte Silizium durch Verwendung
der Expansion oder Ausdehnung des Siliziums bei der thermischen
Oxidation vor. Unter Berücksichtigung
der thermi schen Ausdehnung werden somit die jeweiligen Weiten oder
Breiten des ersten strukturellen Körpers 20 und des ersten
Grabens 21, d.h. die Öffnungsweite
des ersten Öffnungsabschnitts 11a und das
Anordnungsintervall des ersten Öffnungsabschnitts 11a in
der Ätzmaske 11 festgelegt.
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Da
weiterhin jeder zweite strukturelle Körper 30 durch die
thermische Oxidation expandiert oder ausgeweitet wird, wird die
Weite eines jeden zweiten Grabens 31 in Weiten- oder Breitenrichtung
verringert. Das Bragg-Gitter 4 wird gebildet durch jeden zweiten
strukturellen Körper
(Glasschicht) 4b, der durch das oxidierte Silizium in Form
transparenten Glases ersetzt wird und durch jeden zweiten Graben (Luftschicht) 4a,
der in seiner Größe verringert
ist.
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Da
jeder zweite strukturelle Körper 30 durch die
thermische Oxidation expandiert wird, ist es daher notwendig, einen
Ziel- oder Sollwert
einer jeden Breite des zweiten strukturellen Körpers 4b und des zweiten
Grabens 4a nach der thermischen Oxidation unter Berücksichtung
dieser thermischen Ausdehnung zu wählen. Daher ist jede Weite
oder Breite des zweiten strukturellen Körpers 30 und des zweiten Grabens 31,
d.h. die Öffnungsweite
des zweiten Öffnungsabschnitts 11b und
das Anordnungsintervall des zweiten Öffnungsabschnitts 11b in
der Ätzmaske 11 unter
Berücksichtigung
der obigen Überlegungen gewählt.
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Nachfolgend
wird gemäß 4A eine Ätzmaske 12 in
einer Form entsprechend einer Öffnungsform
der Druckaufnahmekammer 5 in einem Abschnitt entsprechend
der rückwärtigen Oberfläche des
Bragg-Gitters 4 auf der anderen Substratfläche des
Siliziumsubstrats 2 angeordnet. Weiterhin wird ein oberer
Abschnitt des optischen Wellenleiterpfades 3, der in der
einen Fläche
des Siliziumsubstrats 2 ausgebildet ist, mit einem Schutzmaterial 13,
beispielsweise einem Resistmaterial oder dergleichen bedeckt.
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Nachfolgend
wird die Druckaufnahmekammer 5 ausgebildet und die Membran 6 wird
in ihrem Bodenabschnitt ausgebildet, in dem Nassätzen unter Verwendung einer
wässrigen
Kaliumhydroxidlösung (KOH)
oder einer wässrigen
Tetramethylammoniumhydroxidlösung
(TMAH) oder Trockenätzen
wie Plasmaätzen
oder dergleichen durchgeführt
wird (4B).
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Danach
werden die Ätzmaske 12 und
das Schutzmaterial 13 entfernt (4C). Wie
in 1B gezeigt, wird dann das Glassubstrat 9,
durch welches der Flusseinlass 10 in Verbindung mit der
Druckaufnahmekammer 5 in vertikaler Richtung verläuft, an der
anderen Substratfläche
des Siliziumsubstrats 2 angebracht.
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Die
obigen Abläufe
der Maskenmusterung, von DRIE und Ätzmaskenentfernung entsprechen
einem ersten Prozess, wie er in einem vierten Aspekt beschrieben
ist und der Prozess der thermischen Oxidation entspricht einem zweiten
Prozess.
- (1) Wie oben beschrieben, kann bei
dem Drucksensor 1 des optischen Typs und bei seinem Herstellungsverfahren
gemäß der ersten
Ausführungsform
der optische Wellenleiterpfad 3 mit dem Bragg-Gitter 4 auf
einer Substratfläche
des Siliziumsubstrats 2 ausgebildet werden und die Membran 6 kann
auf der anderen Substratfläche ausgebildet
werden.
Genauer gesagt, eine Struktur zur Ausbildung des Bragg-Gitters 4 auf
einer Substratfläche
des gleichen Siliziumsubstrats 2 und zur Ausbildung der Membran 6 auf
der anderen Substratfläche
wird anstelle einer Struktur verwendet, bei der der optische Wellenleiterpfad
an die Substratfläche durch
eine Kleberschicht angeheftet wird, wie dies im Stand der Technik
der Fall ist. Somit wird kein auf die Membran 6 einwirkender
Druck durch die Kleberschicht 6 gepuffert oder gedämpft.
Folglich
kann auf die Membran 6 einwirkender Druck genau auf das
Bragg-Gitter 4 übertragen werden.
Die Erkennungsgenauigkeit des Drucks, der auf die Membran 6 einwirkt,
kann somit erhöht werden.
- (2) Weiterhin wird der optische Wellenleiterpfad 3, der
das Bragg-Gitter 4 aufweist, durch Ätzen von einer Substratfläche her
und durch thermische Oxidation des geätzten Abschnitts gebildet.
Somit kann die Herstellungseffizienz im Vergleich zu einem Verfahren
erhöht
werden, bei dem ein konkaver Abschnitt (Vertiefung) und ein konvexer
Abschnitt zur Bildung des Bragg-Gitters
durch einen Laser nacheinander und nebeneinander ausgebildet werden,
wie dies im Stand der Technik der Fall ist.
- (3) Weiterhin wirken ein Abschnitt eines Teils entlang der Fortpflanzungsrichtung
von Licht aus einem Abschnitt, gebildet durch jeden oxidierten ersten
strukturellen Körper 20a,
ersetzt durch oxidiertes Silizium und jeder eingebettete erste Abstand 21a,
der in einer Größe verringert
ist, als Kernschicht und ein Abschnitt des jeweils anderen Teils
wirkt als Deckschicht. Somit kann der optische Wellenleiterpfad 3 genau
hergestellt werden.
- (4) Die Membran 6 wird gebildet durch Ätzen eines
Abschnitts entsprechend der rückwärtigen Fläche des
Bragg-Gitters 4 von der anderen Substratfläche her.
Damit kann die Herstellungseffizienz erhöht werden und die Herstellungskosten können im
Vergleich zu einem Verfahren verringert werden, bei dem die Membran
hergestellt wird, indem ein separates Bauteil getrennt von dem Siliziumsubstrat 2 bearbeitet
wird.
- (5) Die Druckaufnahmekammer 5, in welche das Fluid
als zu messendes Objekt strömt,
ist in der anderen Substratfläche
ausgebildet und die Bodenfläche
dieser Druckaufnahmekammer 5 wird von der Membran 6 gebildet.
Da es somit nicht notwendig ist, die Membran separat von der Druckaufnahmekammer
auszubilden, kann die Herstellungseffizienz erhöht werden.
- (6) Da die Druckaufnahmekammer 5 und die Membran 6 gebildet
werden können,
indem lediglich das Ätzen
von der anderen Substratfläche des
Siliziumsubstrats 2 her durchgeführt wird, kann die Herstellungseffizienz
erhöht
werden.
- (7) Eine Struktur als Basis des optischen Wellenleiterpfades 2 und
des Bragg-Gitters 4 wird gebildet durch Ätzen einer
Substratfläche
des Siliziumsubstrats 2 durch DRIE und der optische Wellenleiterpfad
mit dem Bragg-Gitter 4 kann durch Durchführung der
thermischen Oxidation hergestellt werden.
Genauer gesagt, der
optische Wellenleiterpfad 3 mit dem Bragg-Gitter 4 kann
durch alleiniges Durchführen
des Ätzens
und der thermischen Oxidation an dem gleichen Siliziumsubstrat 2 hergestellt
werden. Daher kann die Herstellungseffizienz im Vergleich zu einem
Verfahren höher
gemacht werden, bei dem der optische Wellenleiterpfad in einem separaten
Prozess bergestellt wird und das Bragg-Gitter durch Laserbearbeitung
dieses optischen Wellenleiterpfads ausgebildet wird.
- (8) In dem DRIE-Prozess werden jeder zweite strukturelle Körper 30 und
jeder zweite Graben 31 entsprechend so ausgebildet, dass
sie verlaufsmässig
senkrecht zum ersten Graben 21 verlaufen. Somit kann ein
Teil oder können
alle Teile von Licht, welches auf das Bragg-Gitter 4 einfällt, in Einfallsrichtung
reflektiert werden.
- (9) Da der zweite strukturelle Körper 30 und der zweite
Graben 31 abwechselnd in dem DRIE-Prozess ausgebildet werden,
kann die Periode des Bragg-Gitters 4 geändert werden, indem jede Breite
des zweiten strukturellen Körpers 30 und des
zweiten Grabens 31 und ihre jeweiligen Ausbildungsanzahlen
geändert
werden. Folglich kann nur Licht einer bestimmten Wellenlänge geändert werden,
um das Bragg-Gitter 4 zu durchlaufen oder am Bragg-Gitter 4 reflektiert
zu werden.
- (10) Wenn die Länge
entlang der Fortpflanzungsrichtung von Licht als Weite definiert
wird, wird die Weite L2 des zweiten strukturellen Körpers (Glasschicht) 4b,
der durch oxidiertes Silizium ersetzt wird, so eingestellt, dass
sie 1/4 der Wellenlänge des übertragenen
Lichts innerhalb dieses zweiten strukturellen Körpers 4b beträgt, und
die Weite L1 des zweiten Grabens (Luftschicht) 4a, die
sich ihrer Größe verringert,
wird so eingestellt, dass sie 1/4 der Wellenlänge des durchgelassenen Lichts innerhalb
dieses zweiten Grabens 4a wird. D.h., wenn die Membran 6 nicht
verschoben wird, d.h., wenn die periodische Struktur des Bragg-Gitters nicht
geändert
wird, kann das gesamte auf das Bragg-Gitter einfallende Licht in
Einfallsrichtung reflektiert werden.
-
Folglich
kann auf die Membran 6 einwirkender Druck auf der Grundlage
der Intensität
etc. von Licht von Null an gemessen werden, welches durch das Bragg-Gitter 4 läuft.
-
Nachfolgend
werden eine optische Vorrichtung und ihr Herstellungsverfahren gemäß einer zweiten
beispielhaften Ausfüh rungsform
unter Bezugnahme auf die 5 bis 8E beschrieben.
-
5 ist
eine perspektivische Ansicht eines Drucksensors des optischen Typs
gemäß dieser Ausführungsform. 6 ist
eine Draufsicht, welche einen Teil von 5 vergrößert darstellt.
Die 7A und 7B sind
erläuternde
Ansichten eines Herstellungsverfahrens für die Drucksensor des optischen
Typs von 5, wobei 7A eine
Draufsicht auf eine Ätzmaske
ist und 7B eine Draufsicht auf den Drucksensor
des optischen Typs nach der thermischen Oxidation ist. Die 8A bis 8E sind erläuternde
Darstellungen eines Herstellungsverfahrens für ein optisches Element, welches
in dem Drucksensor des optischen Typs von 5 angeordnet
ist, wobei 8A eine perspektivische Ansicht des
optischen Elements mit der hieran angeordneten Ätzmaske ist, 8E eine
Querschnittsdarstellung entlang Pfeil VIIIB-VIIIB in 8A ist, 8C eine Querschnittsdarstellung
eines Ätzzustandes
ist, 8D eine Querschnittsdarstellung des entfernten Zustands
der Ätzmaske
ist und 8D eine Querschnittsdarstellung
nach der thermischen Oxidation ist.
-
Gemäß 5 ist
ein Laserdiodenelement (nachfolgend als LD-Element bezeichnet) 64 auf
einer Substratfläche
eines Siliziumsubstrats 2 angeordnet. Eine Stablinse 62 als
eine Linse für
eine schnelle Achse zum Kollimieren eines Laserstrahls von dem LD-Element 64 ist
an der Emissionsseite des LD-Elements 64 angebracht. Das
LD-Element 64 und die Stablinse 62 sind in einem
Zustand gehalten, in welchem das LD-Element 64 und die
Stablinse 62 auf der Substratfläche positioniert sind und durch
ein Positionierteil 63 gehalten sind.
-
Ein
optisches Element 70 als Linse für eine langsame Achse ist integral
an der Substratfläche
auf der Emissionsseite der Stablinse 62 ausgebildet. Das optische
Element 70 hat sowohl die Funktionen eines Diffraktionsgitters
als auch einer Linse. Gemäß 6 ist
ein dritter Graben 71a als Diffraktionsgitter innerhalb
des optischen Elements 70 in einem bestimmten Intervall
angeordnet. Das optische Element 70 teilt und emittiert
einfallendes Licht in einem Intervall, welches von jedem dritten
Graben 71a vorgeschrieben wird. Bei dieser Aus führungsform
teilt das optische Element 70 den Laserstrahl (das einfallende
Licht), der von der Stablinse 62 emittiert wird, in drei
Lichter oder Lichtanteile, bestehend aus Licht nullter Ordnung,
Licht der Ordnung +1 und Licht der Ordnung –1 und kollimiert und emittiert
jeden dieser Lichtanteile aufgrund des Linseneffekts. In dieser
Ausführungsform
hat das optische Element 70 die Funktion einer zylindrischen
Linse des flachen Konvextyps mit einer flachen Einfallsfläche und
einer konvexen Emissionsfläche.
In 6 ist der Aufbau zum Unterteilen des einfallenden
Lichts in die drei Lichter oder Lichtanteile als ein Beispiel dargestellt;
das einfallende Licht kann auch in zwei Lichtanteile, oder vier
oder mehr Lichtanteile unterteilt werden.
-
In
Fortpflanzungsrichtung des Lichts der Ordnung +1 und des Lichts
der Ordnung –1,
welche vom optischen Element 70 emittiert werden, ist ein Spiegel 61 zum
Reflektieren des unterteilten Lichts auf ein Einfallsende des optischen
Wellenleiterpfades 3 einstückig mit der Substratfläche ausgebildet.
-
In
Fortpflanzungsrichtung des von jedem Spiegel 61 reflektierten
Lichts ist der optische Wellenleiterpfad 3 bei der genannten
ersten Ausführungsform
einstückig
mit der Substratfläche
ausgebildet. Weiterhin ist der optische Wellenleiterpfad 3 auch
in Fortpflanzungsrichtung des Lichts nullter Ordnung ausgebildet.
-
Die
Druckaufnahmekammer 5 ist in einem Abschnitt entsprechend
der rückwärtigen Fläche eines
jeden Bragg-Gitters 4 in jedem optischen Wellenleiterpfad 3 auf
der anderen Substratfläche
des Siliziumsubstrats 2 ausgebildet. Jeweils eine Membran 6 ist
in einem Bodenabschnitt einer jeden Druckaufnahmekammer 5 ausgebildet.
Jede Membran 6 ist entlang des Flusses eines Fluides als
zu erkennendes Objekt angeordnet und ist so aufgebaut, dass Druck
etc. an einer Mehrzahl von Orten in dem Fluid erkannt wird.
-
Genauer
gesagt, der Drucksensor 60 des optischen Typs ist aufgebaut
aus dem einzelnen LD-Element 64, der einzelnen Stablinse 62,
dem einzelnen optischen Element 70, der Mehrzahl von Spiegeln 61,
der Mehrzahl optischer Wellenleiterpfade 3, der Mehrzahl
von Druckaufnahmekammern 5 und der Mehrzahl von Membranen 6.
-
Zunächst werden
gemäß der 7A eine Ätzmaske 63a zum
Bilden eines Positionierteils 63, eine Ätzmaske 73 zum Bilden
des optischen Elements 70, eine Ätzmaske 61b zum Bilden
des Spiegels 61 und eine Ätzmaske 11 zum Bilden
des optischen Wellenleiterpfads 3 auf einer Substratfläche des
Siliziumsubstrats 2 gemustert.
-
Gemäß 8B wird
die Ätzmaske 73 des optischen
Elements 70 in einer Form gemustert, dass ein dritter Graben 71 und
ein dritter struktureller Körper 72 im
nächsten Ätzprozess
gebildet werden.
-
Danach
wird DRIE von einer Substratfläche her
durchgeführt,
nämlich
von der, wo sich die Ätzmaske
befindet. Somit wird die Substratfläche in einer Form entsprechend
der Musterung einer jeden Ätzmaske
bearbeitet. Wie in 8C gezeigt, wird das optische
Element 70 in einer Form hergestellt, bei der dritte Graben 71 und
der dritte strukturelle Körper 72 abwechselnd
angeordnet sind. Jeder dritte Graben 71 hat eine Vertiefungsform
mit einem hohen Streckungsverhältnis
(z.B. Streckungsverhältnis 50). Jeder
dritte strukturelle Körper 72 hat
im Querschnitt Säulenform
mit einem hohen Streckungsverhältnis (z.B.
Strekkungsverhältnis 50).
-
Weiterhin
ist jeder optische Wellenleiterpfad 3 in einer Form gemäß 3B der
ersten Ausführungsform
ausgebildet. Weiterhin ist das Positionierteil 63 von 5 auf
der Substratfläche
entsprechend der Ätzmaske 63a gebildet.
Der Spiegel 61 gemäß 5 ist
auf der Substratfläche
entsprechend der Ätzmaske 61b ausgebildet.
Der Spiegel 61 verwendet Charakteristiken, bei denen eine
geätzte
Fläche
des Siliziumsubstrats 2 eine Spiegelfläche wird. Diese geätzte Fläche wird
als reflektierende Fläche 61a (6)
verwendet.
-
Danach
wird jede Ätzmaske
entfernt.
-
Nachfolgend
wird eine oxidierte Maske auf einem Abschnitt angeordnet, der keiner
thermischen Oxidation unterworfen werden soll, beispielsweise dem
Positionierteil 63, dem Spiegel 61 etc. Danach wird
jeder strukturelle Körper
auf der Substratfläche entsprechend
den Ätzmasken 73 und 11 thermisch oxidiert.
Somit wird gemäß 8E jeder
dritte strukturelle Körper 72 durch
oxidiertes Silizium ersetzt und als transparentes Glas ausgebildet.
Jeder dritte Graben 61 wird in seiner Größe in Weitenrichtung
durch den oxidierten dritten strukturellen Körper 72a verringert,
der durch oxidiertes Silizium ersetzt worden ist und wird zu einem
dritten Graben 71a mit verringerter Größe. Jeder dritte Graben 71a mit
verringerter Größe wirkt
als Diffraktionsgitter. Weiterhin wird der optische Wellenleiterpfad 3 entsprechend
in einem Abschnitt einer jeden Ätzmaske 11 ausgebildet,
wie in den 3G und 3H der
obigen ersten Ausführungsform
gezeigt.
-
Nachfolgend
wird gemäß der 4A der obigen
ersten Ausführungsform
die Ätzmaske 12 in einer
Form entsprechend der Öffnungsform
der Druckaufnahmekammer 5 entsprechend in einem Abschnitt
entsprechend der rückwärtigen Fläche eines
jeden Bragg-Gitters 4 auf der anderen Substratfläche des
Siliziumsubstrats 2 ausgebildet. Weiterhin wird eine Fläche des
Siliziumsubstrats 2 mit einem Schutzmaterial 13,
beispielsweise einem Resist oder dergleichen bedeckt.
-
Nachfolgend
wird jede Druckaufnahmekammer 5 ausgebildet und die Membran 6 wird
im Bodenabschnitt hiervon ausgebildet, indem Nassätzen mit einer
wässrigen
Lösung
von KOH oder einer wässrigen
Lösung
von TMAH durchgeführt
wird, oder indem Trockenätzen
wie Plasmaätzen
bei der gleichen durchgeführt
wird (4B).
-
Nachfolgend
werden ein LD-Element 64 und eine Stablinse 62 entsprechend
positioniert und auf der Substratfläche angebracht, indem das Positionierteil 63 auf
der Substratfläche
verwendet wird (5).
-
Jeder
der obigen Abläufe
von Maskenmusterung, DRIE und Ätzmaskenentfernung
entspricht dem ersten Prozess, wie er in einem 15. Aspekt beschrieben
wird und der Prozess der thermischen Oxidation entspricht einem
zweiten Prozess und der Ausbildungsprozess der Membran entspricht
einem dritten Prozess.
- (1) Wie oben erwähnt können bei
dem Drucksensor 60 des optischen Typs und seinem Herstellungsverfahren
gemäß der zweiten
Ausführungsform
mehrere Drucksensoren des optischen Typs zur Erkennung des Drucks
eines Fluides an einer Mehrzahl von Messpunkten gemeinsam auf einem
Siliziumsubstrat ausgebildet werden. Daher wird die Herstellungseffizienz
im Vergleich zu einem Verfahren angehoben, bei dem die Mehrzahl von
Drucksensoren des optischen Typs individuell hergestellt wird.
Da
weiterhin jeder Drucksensor des optischen Typs den gleichen Aufbau
wie der Drucksensor 1 des optischen Typs gemäß der obigen
ersten Ausführungsform
hat, lässt
sich der Druck an einer Mehrzahl von Messpunkten mit hoher Präzision erkennen.
- (2) Weiterhin kann das optische Element 70, welches
die beiden Funktionen einer Linse und eines Diffraktionsgitters
hat und kann die Mehrzahl von optischen Wellenleiterpfaden 3,
die in Fortpflanzungsrichtung eines jeden Lichtanteils, welche von
diesem optischen Element 70 emittiert werden, gemeinsam
auf dem gleichen Siliziumsubstrat 2 mit dem gleichen Herstellungsprozess
hergestellt werden.
Genauer gesagt, das optische Element 70 und
jeder optische Wellenleiterpfad 3 wird in Abschnitten gebildet,
welche vorab auf dem gleichen Siliziumsubstrat 2 positioniert
werden. Daher kann die Positioniergenauigkeit im Vergleich zu einer
Anordnung erhöht
werden, bei der das optische Element und jeder optische Wellenleiterpfad 3 individuell
hergestellt und dann kombiniert werden.
Weiterhin ist es möglich, die
Herstellungseffizienz des Drucksensors 60 des optischen
Typs zu erhöhen,
der durch das optische Element 70 und die Mehrzahl von
optischen Wellenleiterpfaden 3 gebildet ist.
- (3) Weiterhin kann jeder Spiegel 61 auf der Substratfläche des
gleichen Siliziumsubstrats durch den gleichen Herstellungsprozess
wie für
das optische Element 70 und jeden optischen Wellenleiterpfad 3 ausgebildet
werden.
Folglich kann die Positioniergenauigkeit und Herstellungseffizienz
im Vergleich zu einem Herstellungsverfahren erhöht werden, bei dem jeder Spiegel 61 in
einem separaten Herstellungsprozess hergestellt werden muss und
dann jeder Spiegel 61 auf der Substratfläche des
Siliziumsubstrats 2 angeordnet werden muss.
- (4) Da jeder Spiegel 61 thermisch nicht oxidiert wird,
gibt es keinen Fall, bei dem seine reflektierende Fläche 61 in
transparentes Glas umgewandelt wird und somit unterteiltes Licht
nicht genau reflektieren kann.
- (5) Es ist ausreichend, eine einzelne Lichtquelle (LD-Element 64)
zur Emission von Licht auf eine Einfallfläche des optischen Elements 70 vorzusehen.
Damit kann die Herstellungseffizienz erhöht werden und die Herstellungskosten
können
im Vergleich zu einem Herstellungsverfahren verringert werden, bei
dem die Lichtquelle für
jeden optischen Wellenleiterpfad 3 angeordnet werden muss.
- (6) Das optische Element mit sowohl der Funktion einer Linse
als auch eines Diffraktionsgitters kann durch Ätzen und thermische Oxidation
des Siliziumsubstrats 2 hergestellt werden. Damit ist es nicht
notwendig, separat und unabhängig
voneinander eine Linse und ein Diffraktionsgitter herzustellen und
dann zu kombinieren.
Folglich kann die Herstellungseffizienz
für die
optische Vorrichtung mit der Linse und dem Diffraktionsgitter erhöht werden
und die Herstellungskosten können
verringert werden.
Da weiterhin die Funktionen von Linse und
Diffraktionsgitter einfach durch das optische Element 70 erzeugt
werden können,
ist es nicht notwendig, die Linse und das Diffraktionsgitter zu
positionieren, wie es der Fall wäre,
wenn Linse und Diffraktionsgitter unabhängig voneinander hergestellt und
dann angeordnet werden.
- (7) Es ist möglich,
das optische Element 70 herzustellen, in welchem eine Strahlform
von einfallendem Licht durch einen Linseneffekt geändert wird, das
geänderte
Licht in einer Mehr zahl von unterteilten Lichtanteilen in einer
Richtung emittiert wird, welche als Intervall eines jeden dritten
Grabens 71a vorgeschrieben ist, der verringerte Größe hat und
als Diffraktionsgitter wirkt.
Folglich kann eine optische Vorrichtung
zur Emission der Lichtanteile des Strahls mit der durch die Linse
geänderten
Form dadurch hergestellt werden, dass das optische Element 70 so
hergestellt wird, dass die dritten Gräben 71a entsprechend der
benötigten
Anzahl von Lichtanteilen gebildet werden.
- (8) Jeder optische Wellenleiterpfad 3 mit dem Bragg-Gitter 4 in
einem mittigen Abschnitt des optischen Pfades wird durch Ätzen und
thermisches Oxidieren einer Substratfläche gebildet. Somit können die
optischen Wellenleiterpfade 3 gemeinsam mit dem gleichen
Herstellungsprozess wie das optische Element 70 ausgebildet
werden.
Folglich ist es nicht notwendig, das optische Element 70 und
jeden optischen Wellenleiterpfad 3 wie bei einer Konstruktion
zu positionieren, bei der die Mehrzahl von optischen Wellenleiterpfaden 3 in
einem separaten Herstellungsprozess auf einer Substratfläche ausgebildet
wird.
Weiterhin ist es nicht notwendig, die Mehrzahl von optischen
Wellenleiterpfaden 3 in einem separaten Herstellungsprozess
herzustellen und das Bragg-Gitter 4 in jedem optischen
Wellenleiterpfad 3 separat durch einen Laser oder dergleichen
auszubilden. Damit ist es möglich,
die Herstellungseffizienz der Mehrzahl von optischen Wellenleiterpfaden 3 mit
den Bragg-Gittern
und des optischen Elements 70 zu erhöhen.
- (9) Die Druckaufnahmekammer 5 zur Aufnahme des Fluides
als zu messenden Objektes ist auf der anderen Substratfläche ausgebildet
und die Bodenfläche
dieser Druckaufnahmekammer 5 bildet die Membran 6.
Daher ist es nicht notwendig, die Membran 6 separat von
der Druckaufnahmekammer 5 für jeden optischen Wellenleiterpfad 3 herzustellen.
Damit kann die Herstellungseffizienz erhöht werden.
-
Alternativ
kann jeder zweite strukturelle Körper 30 zur
Bildung des Bragg-Gitters 4 und der jeder zweite Graben 31 auch
so hergestellt werden, dass der erste Graben 21 (bzw. dessen
Verlaufsrichtung) schräg
geschnitten wird.
-
Ein
Teil oder alle Teile von Licht, welches in das Bragg-Gitter 4 einfällt, kann
oder können
nach außen
in eine seitliche Richtung des optischen Wellenleiterpfades 3 reflektiert
werden, indem jeder zweite strukturelle Körper 30 und jeder
zweite Graben 31 so hergestellt werden.
-
Alternativ
kann ein Abschnitt anstelle der Membran 6 vorgesehen werden,
der sich abhängig von
der Temperatur verformt. Beispielsweise kann die Membran 6 verwendet
werden, so wie sie ist und ein Teil der Membran 6 kann
durch ein Metall gebildet werden. Weiterhin kann auch ein metallischer
Film auf einer Oberfläche
der Membran 6 ausgebildet werden. Weiterhin kann ein Abschnitt
entsprechend der rückwärtigen Fläche des
Bragg-Gitters 4 als ein zu verschiebender Abschnitt verwendet
werden, ohne eine separate Membran 6 auszubilden.
-
Auch
wenn diese Gestaltungen verwendet werden, wird der abhängig von
der Temperatur sich verschiebende Abschnitt direkt auf der rückwärtigen Fläche des
Bragg-Gitters 4 ausgebildet. Damit ist es möglich, eine
optische Vorrichtung zu realisieren, die in der Lage ist, die Temperatur
des sich verschiebenden Abschnitts oder in der Nähe des sich verschiebenden
Abschnitts mit hoher Präzision
zu erkennen. Weiterhin kann die Herstellungseffizienz dieser optischen
Vorrichtung erhöht
werden.
-
Weiterhin
kann auch ein reflektierendes Material auf der reflektierenden Fläche 61a des
thermisch oxidierten Spiegels 61 ausgebildet werden. Mit diesem
Aufbau ist es möglich,
Brechungen des unterteilten Lichts in einem Oberflächenschichtabschnitt zu
beseitigen, der als transparentes Glas ausgebildet ist. Das reflektierte
Licht kann damit korrekt und genau zu dem optischen Wellenleiterpfad 3 geführt werden.
-
Alternativ
kann das optische Element 70 auch durch ein Element gebildet
werden, welches alleine die Funktion des Diffraktionsgitters hat.
Das optische Element 70 mit diesem Aufbau entspricht der optischen
Vorrichtung, wie sie in einem 15. Aspekt beschrieben ist.
-
Alternativ
kann in dem Drucksensor 60 des optischen Typs gemäß der zweiten
Ausführungsform jeder
optische Wellenleiterpfad 3 auch entlang der Fortpflanzungsrichtung
eines jeden unterteilten Lichts oder Lichtanteils ohne Verwendung
des Spiegels 61 ausgebildet sein.
-
Alternativ
kann bei dem Drucksensor 60 des optischen Typs gemäß der zweiten
Ausführungsform ein
Lichtempfangselement, beispielsweise eine Fotodiode oder dergleichen
anstelle eines jeden optischen Wellenleiterpfades 3 angeordnet
werden.
-
Alternativ
kann in jeder Ausführungsform
anstelle des Siliziumsubstrats 2 auch ein SOI-Substrat verwendet
werden. In diesem Fall können
die gleichen Effekte wie bei den obigen Ausführungsformen erhalten werden.
-
Die
vorliegende Erfindung weist unter anderem die folgenden wesentlichen
Aspekte auf, von denen einige in der bisher erfolgten Beschreibung
bereits kurz angesprochen wurden:
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegende
Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Vorrichtung
geschaffen, welche einen optischen Wellenleiterpfad und einen beweglichen
Abschnitt enthält.
Der optische Wellenleiterpfad enthält ein Bragg-Gitter, welches
im Wesentlichen mittig des optischen Wellenleiterpfades angeordnet
ist. Der bewegliche Abschnitt ist nahe dem Bragg-Gitter angeordnet
und abhängig
von einer physikalischen Größe beweglich,
welche auf den beweglichen Abschnitt wirkt. Eine Verschiebung des
beweglichen Abschnitts liefert eine Änderung des Abstands in dem
Bragg-Gitter, so dass ein durch den optischen Wellenleiterpfad laufendes
Licht geändert
wird. Die optische Vorrichtung erkennt die physikalische Größe basierend
auf einer Änderung
des Lichts, welches durch den optischen Wellenleiterpfad läuft. Das
Verfahren enthält die
Schritte von: Ausbilden des optischen Wellenleiterpfades mit dem
Bragg-Gitter auf einem ersten Teil des Siliziumsubstrats und Ausbilden
des beweglichen Abschnitts auf einem zweiten Teil des Siliziumsubstrats,
wobei der zweite Teil dem ersten Teil entspricht.
-
In
diesem Fall ist es nicht notwendig, einen Kleber oder eine Kleberschicht
zwischen dem optischen Wellenleiterpfad und dem Substrat wie beim Stand
der Technik vorzusehen, so dass die auf den beweglichen Abschnitt
wirkenden oder hierauf aufgebrachte physikalische Größe in der
Kleberschicht keine Absorption oder Dämpfung erfährt. Folglich wird die physikalische
Größe von der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit Genauigkeit erkannt. Weiterhin ist das Erkennungsansprechverhalten
auf die physikalische Größe bei der
erfindungsgemäßen Vorrichtung verbessert.
Der Herstellungsprozess ist vereinfacht und die Herstellungskosten
sind verringert.
-
Weiterhin
kann der Schritt des Ausbildens des optischen Wellenleiterpfades
die folgenden Schritte aufweisen: Ätzen des ersten Teils des Siliziumsubstrats
und thermisches Oxidieren des ersten Teils des Siliziumsubstrats.
Mit dem obigen Verfahren wirkt der Schritt der thermischen Oxidation
des ersten Teils dahingehend, den ersten Teil des Siliziumsubstrats
in ein Glas, beispielsweise Siliziumoxid umzuwandeln, so dass das
Glas in der Lage ist, Licht durchzulassen. Mit dem obigen Verfahren
ist es nicht notwendig, eine Mehrzahl von Vertiefungen und konvexen
Abschnitten nebeneinander herzustellen, wie im Stand der Technik.
Die Herstellungseffizienz der Vorrichtung wird damit verbessert.
-
Weiterhin
kann der Schritt des Ausbildens des beweglichen Abschnitts den Schritt
des Ätzens des
zweiten Teils des Siliziumsubstrats enthalten. Der zweite Teil des
Siliziumsubstrats ist auf einer zweiten Seite des Siliziumsubstrats
angeordnet. Der erste Teil des Siliziumsubstrats liegt auf einer
ersten Seite des Siliziumsubstrats und die erste Seite liegt der
zweiten Seite gegenüber.
Bei dem obigen Verfahren wird der bewegliche Abschnitt auf dem Substrat zusammen
mit dem Bragg-Gitter ausgebildet, so dass es nicht notwendig ist,
diesen beweglichen Abschnitt unabhängig auszubilden. Die Herstellungseffizienz
der Vorrichtung wird verbessert und weiterhin werden Herstellungskosten
verringert.
-
Weiterhin
kann der Schritt des Ausbildens des optischen Wellenleiterpfads
die Schritte enthält von:
Ausbilden einer Mehrzahl erster struktureller Körper an einer ersten Seite
des Siliziumsubstrats durch Ätzen
der ersten Seite des Siliziumsubstrats, wobei einander benachbarte
zwei erste strukturelle Körper
zwischen sich einen ersten Freiraum haben und wobei jeder erster
struktureller Körper
aus Silizium ist; Ausbilden einer Mehrzahl zweiter struktureller Körper auf
der ersten Seite des Siliziumsubstrats durch Ätzen der ersten Seite des Siliziumsubstrats, wobei
einander benachbarte zwei zweite strukturelle Körper zwischen sich einen zweiten
Freiraum haben, wobei die zweiten strukturellen Körper sich
mit den ersten strukturellen Körpern
verlaufsmäßig schneiden
und wobei jeder zweite strukturelle Körper aus Silizium ist; Einbetten
des ersten Freiraums mittels Siliziumoxid und Wandeln der ersten
strukturellen Körper
(20) in erste strukturelle Siliziumoxidkörper durch
thermisches Oxidieren des Siliziumsubstrats, so dass der optische
Wellenleiter gebildet wird; und Einbetten des zweiten Freiraums
mittels Siliziumoxid und Wandeln der zweiten strukturellen Körper in zweite
strukturelle Siliziumoxidkörper
durch thermisches Oxidieren des Siliziumsubstrats, so dass das Bragg-Gitter
gebildet wird; und wobei beim Schritt des Einbettens des zweiten
Freiraums mittels Siliziumoxid der zweite Freiraum schrumpft, so
dass ein geschrumpfter zweiter Freiraum einen Luftspalt ergibt und
jeder zweite strukturelle Siliziumoxidkörper mit einem eingebetteten
zweiten Freiraum eine Glasschicht ergibt. Mit dem obigen Verfahren
liefern der Schritt des Ausbildens der Mehrzahl erster struktureller
Körper
und der Schritt des Ausbildens einer Mehrzahl zweiter struktureller
Körper
einen ersten Schritt. Der Schritt des Ausbildens einer Mehrzahl
erster struktureller Körper
liefert den optischen Wellenleiterpfad und der Schritt des Ausbildens
der Mehrzahl zweiter struktureller Körper liefert das Bragg-Gitter. Der
Schritt des Einbettens des ersten Freiraums mit Siliziumoxid und
das Umwandeln der ersten strukturellen Körper und der Schritt des Einbettens
des zweiten Freiraums mit Siliziumoxid und das Wandeln der zweiten
strukturellen Körper
liefert einen zweiten Schritt. Somit wird das Substrat geätzt und
thermisch oxidiert, so dass der optische Wellenleiterpfad mit dem
Bragg-Gitter einfach ausgebildet werden kann. Damit wird die Herstellungseffizienz
der Vorrichtung verbessert.
-
Der
optische Wellenleiterpfad kann eine Kernschicht und eine Deckschicht
enthalten, wobei die Kernschicht und die Deckschicht entlang einer Fortpflanzungsrichtung
von Licht in dem optischen Wellenleiterpfad angeordnet sind. Mit
diesem Verfahren wird der optische Wellenleiterpfad mit der Kernschicht
und der Deckschicht korrekt auf dem Substrat ausgebildet. Die Erkennungsgenauigkeit
der Vorrichtung ist verbessert.
-
Alternativ
können
die ersten strukturellen Körper
mit dem ersten Freiraum senkrecht zu den zweiten strukturellen Körpern mit
dem zweiten Freiraum sein. Mit diesem Verfahren kann ein Teil der ersten
strukturellen Körper
mit dem ersten Freiraum senkrecht zu einem Teil der zweiten strukturellen
Körper
mit dem zweiten Freiraum sein. In diesem Fall wird in das Bragg-Gitter einzubringendes
Licht teilweise oder vollständig
in Richtung der Einfallsrichtung des Lichts reflektiert.
-
Weiterhin
können
sich die ersten strukturellen Körper
mit dem ersten Freiraum mit den zweiten strukturellen Körpern mit
dem zweiten Freiraum verlaufsmässig,
d.h. mit ihren gedachten Verlängerungslinien
schräg
schneiden. Bei obigem Fall können
die ersten strukturellen Körper
die zweiten strukturellen Körper
in einem bestimmten Winkel schräg schneiden,
der in einem Bereich zwischen 0 Grad und 90 Grad liegt. Weiterhin
kann ein Teil der ersten strukturellen Körper mit dem ersten Freiraum
einen Teil der zweiten strukturellen Körper mit dem zweiten Freiraum
schräg
schneiden. In diesem Fall wird in das Bragg-Gitter einzubringendes Licht teilweise oder
vollständig
in Richtung einer Seite des optischen Wellenleiterpfades reflektiert.
-
Auch
können
die zweiten strukturellen Körper
mit dem zweiten Freiraum periodisch so gebildet werden, dass der
Abstand des Bragg-Gitters eine bestimmte Periode hat. In diesem
Fall kann die Wellenlänge
von Licht, welches in dem Bragg-Gitter reflektiert oder von diesem
durchgelassen wird, geändert werden.
-
Die
ersten strukturellen Körper
mit dem ersten Freiraum können
parallel zu einer Fortpflanzungsrichtung von Licht in dem optischen
Wellenleiterpfad sein. Der Luftspalt kann eine erste Weite entlang
der Fortpflanzungsrichtung von Licht haben, die erste Weite kann
ein Viertel einer Wellenlänge
des Lichts betragen, welches durch den Luftspalt läuft, die
Glasschicht kann eine zweite Weite entlang der Fortpflanzungsrichtung
des Lichts haben und die zweite Weite kann ein Viertel einer Wellenlänge des Lichts
betragen, welches durch die Glasschicht läuft. Bei diesem Verfahren kann,
wenn der bewegliche Abschnitt nicht verschoben wird, d.h. wenn die
Beabstandung des Bragg-Gitters
nicht geändert
wird, in das Bragg-Gitter eingebrachte Licht vollständig in Richtung
der anfänglichen
Einfallsrichtung des Lichts reflektiert werden. Folglich kann die
physikalische Größe auf der
Grundlage der Stärke
des durch das Bragg-Gitter laufenden Lichts von Null an erkannt werden.
-
Weiterhin
können
die ersten strukturellen Körper
mit dem ersten Freiraum parallel zu einer Fortpflanzungsrichtung
von Licht in dem optischen Wellenleiterpfad sein und beim Schritt
des Ausbildens der zweiten strukturellen Körper kann jede Weite der zweiten
strukturellen Körper
entlang der Fortpflanzungsrichtung von Licht und eine Weite des zweiten
Freiraums entlang der Fortpflanzungsrichtung von Licht unter Berücksichtigung
der thermischen Ausdehnung der Glasschicht (4b) bestimmt werden.
In diesem Fall wird die Weite der zweiten strukturellen Körper und
die Weite des zweiten Freiraums bestimmt, wobei die thermische Ausdehnung mit
berücksichtigt
wird. In diesem Fall haben dann die zweiten strukturellen Körper aus
Siliziumoxid mit dem eingebetteten zweiten Freiraum die benötigte Weite und
der geschrumpfte zweite Freiraum hat ebenfalls die benötigte Weite.
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Weiterhin
kann der bewegliche Abschnitt eine Membran sein, welche abhängig von
einem Druck, der die physikalische Größe darstellt, verformbar ist.
In diesem Fall wird auf die Membran einwirkender Druck mit hoher
Erkennungsgenauigkeit erkannt. Weiterhin wird die Herstellungseffizienz
der Vorrichtung verbessert.
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Das
Verfahren kann weiterhin aufweisen: Ausbilden einer Druckaufnahmekammer
an dem zweiten Teil des Siliziumsubstrats, wobei der Druck durch
ein Fluid als zu erkennendes Objekt geliefert wird, das Fluid in
die Druckaufnahmekammer geleitet wird und die Druckaufnahmekammer
einen Boden hat, der die Mem bran bildet. In diesem Fall ist das Fluid
eine Flüssigkeit,
beispielsweise Wasser, ein Gas, beispielsweise Luft, eine Mischung
aus Brennstoff und Luft, ein semi-fluides Material, ein superkritisches
Fluid, ein Fluid bestehend aus einer Mehrzahl von Partikeln oder
dergleichen. Die Druckaufnahmekammer kann zusammen mit der Membran
ausgebildet werden. Somit ist es nicht notwendig, die Druckaufnahmekammer
unabhängig
von der Membran auszubilden. Damit ist die Herstellungseffizienz
der Vorrichtung verbessert.
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Der
Schritt des Ausbildens der Druckaufnahmekammer kann zusammen mit
dem Schritt des Ausbildens des beweglichen Abschnitts durch Ätzen des
zweiten Teils des Siliziumsubstrats durchgeführt werden, so dass die Membran
gebildet wird, wobei der zweite Teil des Siliziumsubstrats an einer
zweiten Seite des Siliziumsubstrats liegt, der erste Teil des Siliziumsubstrats
an einer ersten Seite des Siliziumsubstrats liegt und die erste
Seite gegenüber
der zweiten Seite liegt. Somit lassen sich die Druckaufnahmekammer
und die Membran einfach herstellen. Damit wird die Herstellungseffizienz
verbessert. Der bewegliche Abschnitt kann abhängig von einer Temperaturänderung
als physikalische Größe bewegbar sein.
In diesem Fall ist der bewegliche Abschnitt beispielsweise aus Silizium
oder Siliziumoxid. Der bewegliche Abschnitt kann an einer gegenüberliegenden
Seite des Bragg-Gitters angeordnet sein. Die Temperatur des beweglichen
Abschnitts oder diejenige nahe des beweglichen Abschnitts kann genau
erkannt werden. Weiterhin wird die Herstellungseffizienz der Vorrichtung
verbessert.
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Das
Verfahren kann weiterhin die Schritte aufweisen von: Ausbilden eines
optischen Blocks mit einem Diffraktionsgitter, wobei der optische
Block aus Siliziumoxid ist und wobei der optische Block in der Lage
ist, durch den optischen Block laufendes Licht zu unterteilen und
eine Mehrzahl von Lichtanteilen auszugeben; Ausbilden einer Mehrzahl
von optischen Wellenleiterpfaden mit Bragg-Gittern auf dem ersten
Teil des Siliziumsubstrats, wobei jeder optische Wellenleiterpfad
mit dem optischen Block verbunden ist, so dass von dem optischen
Block ausgehendes unterteiltes Licht in den optischen Wellenleiterpfad
eingeführt
wird; und Ausbilden einer Mehrzahl von beweglichen Abschnitten auf
dem zweiten Teil des Siliziumsubstrats, wobei der zweite Teil dem ersten
Teil entspricht und wobei im Schritt des Ausbildens des optischen
Wellenleiterpfads jeder optische Wellenleiterpfad gebildet wird
durch die Schritte von: Ausbilden einer Mehrzahl erster struktureller
Körper auf
einer ersten Seite des Siliziumsubstrats durch Ätzen der ersten Seite des Siliziumsubstrats,
wobei einander benachbarte zwei erste strukturelle Körper zwischen
sich einen ersten Freiraum haben und wobei jeder erste strukturelle
Körper
aus Silizium ist; Ausbilden einer Mehrzahl von zweiten strukturellen Körpern auf
der ersten Seite des Siliziumsubstrats durch Ätzen der ersten Seite des Siliziumsubstrats, wobei
einander benachbarte zwei zweite strukturelle Körper zwischen sich einen zweiten
Freiraum haben, wobei die zweiten strukturellen Körper sich
verlaufsmäßig mit
den ersten strukturellen Körpern
schneiden und wobei jeder zweite strukturelle Körper aus Silizium ist; Einbetten
des ersten Freiraums mittels Siliziumoxid und Wandeln der ersten
strukturellen Körper
in erste strukturelle Siliziumoxidkörper durch thermisches Oxidieren
des Siliziumsubstrats, so dass der optische Wellenleiterpfad gebildet
wird; und Einbetten des zweiten Freiraums mittels Siliziumoxid und
Wandeln der zweiten strukturellen Körper in zweite strukturelle
Siliziumoxidkörper
durch thermisches Oxidieren des Siliziumsubstrats, so dass das Bragg-Gitter
gebildet wird, wobei im Schritt des Einbettens des zweiten Freiraums
mittels Siliziumoxid der zweite Freiraum schrumpft, so dass ein
geschrumpfter zweiter Freiraum einen Luftspalt schafft und jeder
zweiter struktureller Siliziumoxidkörper mit einem eingebetteten
zweiten Freiraum eine Glasschicht schafft; der Schritt des Ausbildens
des beweglichen Abschnitts einen Schritt des Ätzens des zweiten Teils des
Siliziumsubstrats enthält,
der zweite Teil des Siliziumsubstrats an einer zweiten Seite des
Siliziumsubstrats liegt, der erste Teil des Siliziumsubstrats an
der ersten Seite des Siliziumsubstrats liegt, die erste Seite gegenüber der
zweiten Seite liegt, wobei der Schritt des Ausbildens des optischen Blocks
die Schritte aufweist von: Ausbilden einer Mehrzahl dritter struktureller
Körper
auf der ersten Seite des Siliziumsubstrats durch Ätzen der
ersten Seite des Siliziumsubstrats, wobei benachbarte zwei dritte
strukturelle Körper
einen dritten Freiraum zwischen sich haben und wobei jeder strukturelle
Körper aus
Silizium ist; Einbetten des dritten Freiraums mittels Siliziumoxid
und Wandeln der dritten strukturellen Körper in dritte strukturelle
Siliziumoxidkörper durch
thermisches Oxidieren des Siliziumsubstrats, so dass der optische
Block mit dem Diffraktionsgitter gebildet wird, und im Schritt des
Einbettens des dritten Freiraums mittels Siliziumoxid der dritte
Freiraum schrumpft, so dass ein geschrumpfter dritter Freiraum einen
Luftspalt schafft und jeder dritte strukturelle Siliziumoxidkörper mit
einem eingebetteten dritten Freiraum eine Glasschicht schafft. Bei
diesem Verfahren liefern der Schritt der Ausbildung einer Mehrzahl
der erstens strukturellen Körper
und der Schritt der Ausbildung einer Mehrzahl der zweiten strukturellen
Körper
einen ersten Schritt. Der Schritt des Einbettens des ersten Freiraums
mit Siliziumoxid und das Umwandeln der ersten strukturellen Körper und
der Schritt des Einbettens des zweiten Freiraums mit Siliziumoxid
und das Umwandeln der zweiten strukturellen Körper liefern einen zweiten
Schritt. Die ersten und zweiten Schritte liefern den optischen Block
und die Mehrzahl von optischen Wellenleiterpfaden auf dem Siliziumsubstrat
in einem Arbeitsdurchgang. Somit wird die Positionsgenauigkeit des optischen
Blocks und der optischen Wellenleiterpfade verbessert. Damit wird
die Erkennungsgenauigkeit der Vorrichtung erhöht und weiterhin die Herstellungseffizienz
der Vorrichtung verbessert.
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Der
optische Block kann in der Lage sein, eine Strahlform des Lichts,
welches den optischen Block durchläuft, unter Verwendung eines
Linseneffekts zu ändern.
Ein geändertes
Licht wird von dem Diffraktionsgitter in die Lichtanteile unterteilt
und der optische Block mit dem Diffraktionsgitter gibt jeden Lichtanteil
in einer Richtung aus, welche von der Periode des Luftspalts definiert
wird. In diesem Fall ist die Linse eine zylindrische Linse, beispielsweise
eine bikonvexe Linse, eine bikonkave Linse, eine plankonvexe Linse,
eine konkav-konvexe Linse, eine zylindrische Stablinse, eine Meniskuslinse
oder dergleichen. Die Linse kann das Licht kollimieren, das Licht konzentrieren,
das Licht streuen, das Licht spektral zerlegen oder das Licht polarisieren.
Die Linse hat damit einen erwünschten
Linseneffekt. Mit dem Verfahren ist es nicht notwendig, die Linse
und das Diffraktionsgitter zu positionieren. Folglich können Linse und
Diffraktionsgitter korrekt auf dem Substrat angeordnet werden. Damit
wird die Erkennungsgenauigkeit der Vorrichtung erhöht und da
weiterhin die Vorrichtung in einem Arbeitsdurchgang hergestellt
werden kann, ist die Herstellungseffizienz der Vorrichtung verbessert.
Damit können
auch die Herstellungskosten der Vorrichtung verringert werden.
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Der
optische Block kann weiterhin eine zylindrische Linse mit einer
flachen Oberfläche
und einer konvexen Oberfläche
enthalten wobei das Licht in die zylindrische Linse von der flachen
Oberfläche
her eingegeben und von der konvexen Oberfläche ausgegeben wird. In diesem
Fall kann das Licht von der zylindrischen Linse kollimiert werden.
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Das
Verfahren kann weiterhin den Schritt des Ausbildens einer Mehrzahl
von Spiegeln aus Silizium durch Ätzen
der ersten Seite des Siliziumsubstrats aufweisen, wobei jeder Spiegel
entlang der Fortpflanzungsrichtung eines jeden Lichtanteils angeordnet ist,
der vom optischen Block ausgegeben wird und jeder Spiegel in der
Lage ist, den Lichtanteil so zu reflektieren, dass reflektiertes
Licht in jeden optischen Wellenleiterpfad eingebracht wird. Der
Spiegel hat einen Reflektionsgrad, der gleich oder kleiner als 100 ist.
Mit diesem Verfahren kann der Spiegel zusammen mit dem optischen
Block und dem optischen Wellenleiterpfad gebildet werden. Damit
wird die Positionsgenauigkeit des Spiegels und die Herstellungseffizienz
für den
Spiegel verbessert. Weiterhin hat die Oberfläche des Spiegels, welche zum Ätzen des
Siliziumsubstrats vorbereitet ist, eine Spiegeloberfläche. Damit
hat der Spiegel mit der Spiegeloberfläche einen hohen Reflektionskoeffizienten.
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Der
Schritt des Ausbildens der Spiegel kann den Schritt des Ausbildens
eines reflektierenden Bauteils auf einer reflektierenden Oberfläche eines jeden
Spiegels enthalten. Das reflektierende Bauteil wird dann durch ein
Sputter-Verfahren, ein Dampfabscheidungsverfahren oder dergleichen
gebildet. Das reflektierende Bauteil kann ein zum Material des Spiegels
unterschiedliches Material sein. In diesem Fall bricht der Oberflächenabschnitt
des Spiegels das Licht nicht wesentlich. Damit wird das reflektierte Licht
genau in den optischen Wellenleiterpfad eingebracht. Der Oberflächenabschnitt
des Spiegels wird hierbei transparent und glasig gemacht.
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Das
Verfahren kann weiterhin den Schritt aufweisen von: Ausbilden einer
einzelnen Lichtquelle zur Emission des Lichts in Richtung des optischen Blocks.
In diesem Fall ist es nicht notwendig, unterschiedliche mehrere
Lichtquellen entsprechend den optischen Wellenleiterpfaden zu bilden.
Damit können
Herstellungseffizienz und Herstellungskosten der Vorrichtung verbessert
werden.
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Die
physikalische Größe kann
durch ein Fluid als zu erkennendes Objekt erzeugt werden und der bewegliche
Abschnitt wird zusammen mit der Fließrichtung des Fluids ausgelenkt
oder verschoben. In diesem Fall kann die Fließrichtung eine Mehrzahl von Fließrichtungen
enthalten. In diesem Fall kann der Druck an unterschiedlichen Punkten
erkannt werden.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Herstellung einer optischen Vorrichtung geschaffen. Das Verfahren weist
die Schritte auf von: Ätzen
einer ersten Seite eines Siliziumsubstrats, so dass eine Mehrzahl
von strukturellen Körpern
aus Silizium gebildet wird, wobei einander benachbarte zwei strukturelle
Körper zwischen
sich einen Freiraum haben; und thermisches Oxidieren des Siliziumsubstrats,
so dass jeder strukturelle Körper
in einen strukturellen Siliziumoxidkörper umgewandelt wird und der
Freiraum zumindest teilweise mittels Siliziumoxid eingebettet wird, wobei
der teilweise eingebettete Freiraum einen Luftspalt schafft und
wobei die strukturellen Siliziumoxidkörper mit dem teilweise eingebetteten
Freiraum einen optischen Block schaffen, wobei der optische Block
eine Linse und ein Diffraktionsgitter enthält. In diesem Fall wird der
optische Block mit der Linse und dem Diffraktionsgitter auf dem
Substrat in einem Arbeitsdurchgang gebildet. Folglich werden Erkennungsgenauigkeit,
Herstellungseffizienz und Herstellungskosten der Vorrichtung verbessert.
Weiterhin ist es nicht notwendig, die Linse und das Diffraktionsgitter
zu positionieren.
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Weiterhin
kann das Verfahren den Schritt aufweisen von: Ätzen und thermisches Oxidieren
der ersten Seite des Siliziumsubstrats, so dass eine Mehrzahl von
optischen Elementen gebildet wird. Jedes optische Element entspricht
jedem Lichtteil oder Lichtanteil, so dass das unterteilte Licht
von dem optischen Block in das optische Element eingeführt wird.
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Weiterhin
kann das Siliziumsubstrat auch ein SOI-Substrat sein.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine optische Vorrichtung
geschaffen, mit: einem optischen Wellenleiterpad mit einem Bragg-Gitter,
welches im Wesentlichen mutig des optischen Wellenleiterpfads angeordnet
ist; und einem beweglichen Abschnitt, der nahe dem Bragg-Gitter
angeordnet ist und abhängig
von ein auf dem beweglichen Abschnitt aufbringbaren physikalischen
Größe bewegbar
ist, wobei eine Verschiebung des beweglichen Abschnitts eine Änderung
des Abstands im Bragg-Gitter erzeugt, so dass ein durch den optischen
Wellenleiterpad laufendes Licht geändert wird, die optische Vorrichtung
die physikalische Größe basierend
auf einer Änderung
von durch den optischen Wellenleiterpad laufenden Lichts erkennt, der
optische Wellenleiterpad mit dem Bragg-Gitter an einer ersten Seite
eines Siliziumsubstrats angeordnet ist, der bewegliche Abschnitt
an einer zweiten Seite des Siliziumsubstrats angeordnet ist, und
die zweite Seite gegenüber
der ersten Seite ist. Mit der obigen Vorrichtung ist es nicht notwendig,
eine Adhäsions-
oder Kleberschicht zwischen dem optischen Wellenleiterpfad und dem
Substrat hinzuzufügen,
wie es im Stand der Technik notwendig ist, so dass eine auf dem
beweglichen Abschnitt aufgebrachte physikalische Größe in dieser
Schicht nicht absorbiert oder gedämpft wird. Folglich kann die
physikalische Größe von der
Vorrichtung erkannt werden. Weiterhin ist auch das Ansprechverhalten
bei der Erkennung der physikalischen Größe mittels der Vorrichtung
verbessert. Der Herstellungsprozess wird darüber hinaus vereinfacht und
die Herstellungskosten werden verringert.
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Gemäß einem
vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine optische Vorrichtung
auf: eine Linse aus Siliziumoxid, die an einer ersten Seite eines
Siliziumsubstrats angeordnet ist; und ein Diffraktionsgitter mit
einem Freiraum hierin, welches an die erste Seite des Siliziumsubstrats
angeordnet ist, wobei die Linse in der Lage ist, eine Strahlform
eines durch die Linse laufenden Lichts unter Verwendung eines Linseneffekts
zu ändern,
das geänderte
Licht von dem Diffraktionsgitter in eine Mehrzahl von Lichtanteilen
unterteilt wird, und das Diffraktionsgitter mit der Linse jeden
Lichtanteil in einer durch die Periode der Spalten definierten Richtung
ausgibt.
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Bei
dieser Vorrichtung sind die Linse und das Diffraktionsgitter in
einem Arbeitsdurchgang auf dem Substrat ausgebildet. Folglich sind
Erkennungsgenauigkeit, Herstellungseffizienz und Herstellungskosten
der Vorrichtung verbessert. Weiterhin ist es nicht notwendig, die
Linse und das Diffraktionsgitter zueinander zu positionieren.
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Die
Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen
hiervon beschrieben; es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf
diese bevorzugten Ausführungsformen
und Konstruktionsbeispiele beschränkt ist. Die Erfindung soll vielmehr
verschiedenste Modifikationen und äquivalente Anordnungen umfassen.
Obgleich weiterhin die hier beschriebenen Ausgestaltungsformen momentan
als bevorzugt betrachtet werden, liegen auch andere Kombinationen,
Abwandlungen und Ausgestaltungsformen, welche mehr, weniger oder
nur ein einzelnes der oben beschriebenen Elemente enthalten, innerhalb
des Umfangs der vorliegenden Erfindung, wie es durch die nachfolgenden
Ansprüche
und deren Äquivalente
definiert ist.