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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Submillimeterwellenlängenabbildungsvorrichtung
und insbesondere, aber nicht ausschließlich eine Umgebungstemperaturkamera,
die entweder Einfach- oder Vielfach-Heterodyndetektoren verwendet.
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Das
elektromagnetische Terahertzspektrum erstreckt sich über einen
Frequenzbereich, bei dem sich Radio- bzw. Funkwellen und optische
Wellen vermischen und demzufolge die Erfassung einer Terahertzstrahlung
eine Mischung aus einer optischen Technologie und einer Radiowellentechnologie
verwendet. Als Folge der Abmessungen der einzelnen Komponenten,
die benötigt
werden, um bei Terahertzfrequenzen abzubilden, sind die Kosten der
Terahertzabbildungssysteme im Allgemeinen zu hoch.
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Terahertzfrequenzen
sind jedoch lange Zeit nicht als möglicherweise sehr nützliche
Frequenzen für Abbildungszwecke
erkannt worden, da viele Materialien, die in dem sichtbaren Bereich
des Spektrums undurchsichtig sind, für Terahertzwellen transparent
werden. Insbesondere sind Abbildungsvorrichtungen mit Terahertzfrequenzen
zum Abbilden der Erdoberfläche
geeignet, da die meisten Wetterbedingungen wie z.B. Nebel für Terahertzwellen
transparent sind. Dieses macht außerdem eine Terahertzabbildungsvorrichtung
zu einer möglicherweise
nützlichen
Abbildungsvorrichtung beispielsweise beim Fliegen eines Flugzeugs
oder beim Fahren eines Landfahrzeugs bei schlechtem Wetter. Die
Transparenz vieler Materialien für
Terahertzfrequenzen wurde ebenfalls als ein nützliches Werkzeug für Sicherheitszwecke
erkannt. Beachtenswert ist, dass Kleidung bei diesen Frequenzen
transparent wird, was es ermöglicht,
verborgene Waffen, die unter der Kleidung getragen werden, deutlich
zu sehen, und Leute, die in Lastkraftwagen mit Zeltwänden verborgen
sind, zu erfassen. Außerdem
wurde im Hinblick auf die Tatsache, dass menschliche Körper bei
diesen Frequenzen strahlen, eine Terahertzstrahlung als ein möglicherweise
leistungsfähiges
diagnostisches Werkzeug beispielsweise bei der Früherkennung
von Hautkrebs identifiziert. Außerdem
wurden Anwendungen von Terahertzabbildungsvorrichtungen in den chemischen
und Lebensmittelindustrien identifiziert, beispielsweise bei der
Erfassung von einem oder mehreren Bestandteilen, die jeweils unterschiedliche
Durchlass-/Reflexionseigenschaften bei diesen Frequenzen aufweisen.
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Die
vorliegende Erfindung will daher eine Abbildungsvorrichtung schaffen,
die in der Lage ist, eine passive Terahertzstrahlung niedriger Energie
zu erfassen und die bei Umgebungstemperaturen betrieben werden kann,
und zwar im Submillimeter- (d.h. Terahertz) und/oder Millimeterwellenlängenbereich.
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Eine
Abbildungsvorrichtung gemäß der Präambel des
Anspruchs 1 ist aus der PCT
WO
98/42486 bekannt.
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Die
US 6 229 411 beschreibt
einen Mischer, der in einem Mischerkanal befestigt ist, und eine
Wellenleiterstruktur, die mit dem Mischer gekoppelt ist und einen
Signaleingang zur Verbindung mit einem örtlichen Oszillator aufweist.
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Dementsprechend
schafft die vorliegende Erfindung eine Abbildungsvorrichtung, die
mit Millimeter- und/oder Submillimeterstrahlung zu verwenden ist
und die mindestens ein Paar von Substraten aufweist, wie es in Anspruch
1 definiert ist.
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Die
Anordnung der örtlichen
Oszillatorspeisung in einem spitzen Winkel zu dem Mischer verbessert die
Bandbreite an dem Mischerübergang
und verringert den Platz, der von jedem Detektor belegt wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
weist das Paar von Substraten eine Musterung auf, die eine Kombination
aus mehreren Antennen mit jeweiligen Mischkanälen und örtlichen Oszillatorwellenleiterstrukturen
definiert. Außerdem
kann eines des Paars von Substraten auf gegenüberliegenden Oberflächen gemustert
sein, und die Abbildungsvorrichtung kann außerdem ein drittes Substrat
aufweisen, das auf einer dieser Oberflächen derart gemustert ist,
dass die drei Substrate gemeinsam mittels ihrer Musterung zwei Reihen von
Antennen und jeweiligen Mischkanälen
und örtlichen
Oszillatorwellenleiterstrukturen definieren.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
weist die Abbildungsvorrichtung mehrere Abbildungspixel zur Verbesserung
der Abbildungsauflösung
auf und ist in der Lage, Bilder mehrerer Farben zu erzeugen.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen
einer dreidimensionalen Struktur in einem Substrat, das aufweist:
Anbringen mehrerer unterschiedlich gemusterter Masken auf eine Oberfläche des
Substrats direkt aufeinander und danach Ätzen durch eine Maske und dann
Entfernen der Maske, bevor der Prozess für jede der verbleibenden Masken
wiederholt wird. Diesbezüglich
betrifft die Erfindung einen Prozess zu Herstellung eines Substrats
für eine
Abbildungsvorrichtung wie sie oben definiert ist, wie es in den
Ansprüchen
8 bis 13 definiert ist.
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1 ist
ein schematisches Diagramm einer Zwei-Farben-Terahertzkamera gemäß der vorliegenden Erfindung,
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2 ist
eine vergrößerte Darstellung
des Detektors der Terahertzkamera der 1,
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3 ist
eine fotografische Draufsicht der Wellenleiterstruktur, die in der
Terahertzkamera der 1 verwendet wird,
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4 ist
eine fotografische perspektivische Ansicht der Wellenleiterstruktur
der 2, die die doppelseitige Ätzung der Wellenleiterstruktur
darstellt,
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5 ist
eine Strichzeichnung der Wellenleiterstruktur der 2,
und
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die 6a, 6b, 6c und 6d stellen
die Herstellungsschritte zur Herstellung der Wellenleiterstruktur
der 2 und 3 dar.
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Die
Terahertzkamera 1 der 1 weist
eine X-Y-Bühne 2 auf,
auf der die Scannoptiken bzw. Abtastoptiken 3 und der Terahertzdetektor 4 sowie
ein Prozessor 5 angebracht sind. Die Anordnung der Abtastoptiken 3 ist
bekannt und weist mehrere Spiegel 6, 7, wie z.B.
ebene, parabolische oder hyperbolische Spiegel auf. Jeder Spiegel 6, 7 ist
beweglich auf jeweiligen orthogonalen Schienen bzw. Führungen 8, 9 angebracht und
derart angeordnet, dass er einfallende Strahlung von einer Probe
auf einem festen Probenträger
(nicht dargestellt) auf den Terahertzdetektor 4 richtet.
Die Relativbewegung der beiden Spiegel 6, 7 auf
ihren Schienen ermöglicht
es somit, dass die Probe in orthogonalen Richtungen abgetastet werden
kann. Die Abtastung kann andererseits beispielsweise mittels Dreh-
oder Kipp-Spiegeln bewirkt werden.
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Selbstverständlich sollten
die Spiegel 6, 7 ein hohes Reflexionsvermögen für die spezielle
Strahlung aufweisen, um Verluste insbesondere dann zu minimieren,
wenn passive Strahlung einer Probe abgebildet wird, da die Energie
einer derartigen Strahlung in der Größenordnung von 10–12 W
liegt.
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Bei
der Ausführungsform
der Terahertzkamera, die in 1 dargestellt
ist, wird die Bewegung der beiden Spiegel 6, 7 durch
getrennte Linearmotoren 10, 11 gesteuert, die
Schrittmotoren sein können,
um eine genaue Positionierung der Spiegel in der X-Y-Ebene zu gewährleisten.
Jeder der Motoren 10, 11 enthält einen Datenanschluss 12,
der mit dem Prozessor 5 verbunden ist und Daten über die
Momentanpositionen der Spiegel zuführt und ebenfalls Steuersignale
von dem Computer empfängt.
Wie zuvor erwähnt
können
Kippspiegel oder andere Spiegel ebenfalls zum Abtasten verwendet
werden.
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Der
Terahertzdetektor 4 ist mit einer elektronischen Zwischenfrequenz(IF)-Schaltung 28 und
einer elektronischen Basisbandschaltung 29 gekoppelt, die
einen Ausgangsdatenanschluss 13 in Kommunikation mit der
Steuerung 5 aufweist. Die Steuerung 5, die vorzugsweise
ein herkömmlicher
Desktop oder ein tragbarer Computer ist, empfängt und synchronisiert die
Bilddaten von dem Detektor 4 und die Positionsdaten von den
Ansteuerungen des Motors 10, 11 und bildet aus
den Daten ein Bild der abgetasteten Probe. Herkömmliche Datenerlangungssoftware
kann zu diesem Zweck verwendet werden. Dieses Bild kann auf einem
Bildschirm angezeigt werden und/oder an einen Drucker ausgegeben
werden, ebenso wie es als herkömmliche Datei
gespeichert werden kann. In 2 ist der
Terahertzdetektor 4 im Detail dargestellt. Dessen Komponenten
werden in einem Halbleiter wie z.B. einer Siliziumstruktur, wie
sie beispielsweise in den 3 und 4 gezeigt
ist, hergestellt oder auf diesem angebracht. Alternativ kann eine
Metallstruktur verwendet werden. Die Komponenten des Detektors 4 weisen
eine Antenne, die aus einer Trichterantenne 14 und einem
Wellenleiter 15 besteht, einen Mischer 16 und
eine örtliche
Oszillatorspeisung 17 auf. Die Antenne empfängt wahlweise eine
vorbestimmte Frequenz einer elektromagnetischen Strahlung ("Signaleingang"), wobei der Wellenleiter 15 in
Kommunikation mit einem Mischer 16 ist, der sich ebenfalls
in Kommunikation mit einer örtlichen
Oszillatorspeisung 17 befindet, die aus einer Wellenleiterstruktur
besteht und einen Signaleingang zur Verbindung mit einem örtlichen
Oszillator aufweist. Der Mischer 16 überlagert (heterodyn) den Signaleingang
und den Eingang des örtlichen
Oszillators, um einen Ausgang einer Zwischenfrequenz ("IF") zu erzeugen. Mit
anderen Worten wird bei dieser Ausführungsform ein IF-Signal in
dem Detektor anstatt außerhalb
erzeugt, wie es in 1 gezeigt ist. Der Mischer 16 enthält einen
Mikrostreifen eines ersten Durchlassbandfilters 18 zum
Isolieren des örtlichen
Oszillatoreingangs gegenüber
dem Wellenleiter 15 und ein zweites Durchlassbandfilter 19, das
als ein Rückwärtsstopp
bzw. hinterer Anschlag dient, der nur den im Voraus ausgewählten IF-Ausgang durchlässt.
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Wie
es in den Figuren zu sehen ist, ist der Mischer 16 derart
angeordnet, dass er im Wesentlichen orthogonal zum Wellenleiter 15 ist.
Der Schnittpunkt der Achse des Mischers 16 mit der Achse
der örtlichen Oszillatorspeisung 17 ist
jedoch nicht orthogonal und beschreibt stattdessen einen spitzen
Winkel. Diese Anordnung der örtlichen
Oszillatorspeisung 17 in einem spitzen Winkel zum Mischer 16 verringert
die Rückkurzlänge über eine
breite Bandbreite und verbessert somit die Bandbreite des Mischerübergangs
im Vergleich zu einer herkömmlicheren
90°-Anordnung.
Außerdem
schafft diese Anordnung des örtlichen
Oszillatoreingangs 17 und des Mischers 16 einen
zusätzlichen
Vorteil insbesondere für
Abbildungssysteme bei diesen Frequenzen. Sie verringert den Raum,
der von jedem Detektor belegt wird, wodurch diese dichter und mit
einer größeren Anzahl
platziert werden können,
was die Auflösung
der Kamera verbessert.
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Der
dargestellte Detektor 4 besteht beispielsweise aus sechzehn
getrennten Trichterantennen, die ein Zwei-Farben-Array mit acht
Pixeln bereitstellen. Die Größe der Öffnung des
Detektors 4, die benötigt
wird, um Bilder bei Terahertzfrequenzen zu erzeugen, ist derart,
dass in dem dargestellten Beispiel der Abstand zwischen den einzelnen
Trichterantennen auf näherungsweise
2,5 mm begrenzt ist. Der Abstand ist nicht aus reichend, dass er
den herkömmlicheren
Aufbau des Mischers mit 90° zur örtlichen
Oszillatorspeisung ermöglicht, und
somit stellt die Detektoröffnung
eine Grenze für
die Anzahl der Antennen dar. Durch Anordnen der Achse der örtlichen
Oszillatoreingangsspeisung derart, dass sie im Wesentlichen zur
Antenne des Antennentrichters 14 ausgerichtet ist, und
durch Anordnen des Schnittpunktes der Achse des Mischers mit der örtlichen
Oszillatorspeisung 17 mit 45°, kann die Anzahl der Detektoren
in demselben Bereich erhöht
werden, wodurch die Auflösung
des Detektors verbessert wird.
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Während die
dargestellte Anordnung des Mischers 16 und der örtlichen
Oszillatorspeisung 17 insbesondere bevorzugt wird, wenn
der Detektor aus einem Array von Antennen zur Erhöhung der
Auflösung
besteht, ist es selbstverständlich,
dass das hier beschriebene Terahertzabbildungssystem ebenfalls herkömmlichere
Anordnungen eines Mischers und einer örtlichen Oszillatorspeisung
umfassen soll.
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Wie
zuvor erwähnt
wird der Detektor 4 aus einem Halbleiter wie z.B. einer
Siliziumstruktur, die aus drei getrennten geätzten Schichten besteht, d.h.
einer oberen Schicht 23, einer mittleren Schicht 20 und
einer unteren Schicht 24, die in 1 dargestellt
sind, hergestellt. Die 3 und 4 zeigen
die mittlere Schicht 20, die sowohl auf ihrer oberen Oberfläche 21 als
auch auf ihrer unteren Oberfläche 22 geätzt ist.
Die obere Schicht 23 und die untere Schicht 24 sind
nur auf einer Seite geätzt
und das Muster des Ätzens
ist in jedem Fall ein Spiegelbild des Ätzmusters der jeweiligen oberen
Oberfläche 21 und
unteren Oberfläche 22 der
mittleren Schicht 20. Somit stimmen, während für jede einzelne Schicht aus
Silizium das Ätzmuster
offen ist, wenn drei Schichten zusammengebracht werden, die Ätzmuster
ihrer Oberflächen überein,
um Wellenleiterstrukturen zu definieren, die sich entlang des Übergangs
zwischen den Oberflächen
erstrecken. Kooperierende Anordnungslöcher und Stifte 25 sind
ebenfalls in den Oberflächen
jeder der Schichten vorgesehen, um eine genaue Positionierung der
Schichten in Bezug zueinander zu gewährleisten.
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Hinsichtlich
der mittleren Schicht 20, die in den 3 und 4 dargestellt
ist, sind acht getrennte Trichterantennen auf der oberen Oberfläche 21 der
mittleren Schicht 20 gezeigt. In 4 kann der
Umriss einer zweiten Reihe von acht Trichterantennen auf der gegenüberliegenden
unteren Oberfläche 22 der
mittleren Schicht 20 ebenfalls ge sehen werden. Jede Trichterantenne 14 ist
individuell mit ihrem jeweiligen Wellenleiter 15 und Mischer 16 verbunden.
Einzelne örtliche
Oszillatorspeisungen 17 sind mit jeweiligen Mischern 16 verbunden,
sind aber selbst stromauf des Mischers in einem einzelnen gemeinsamen örtlichen
Oszillatoreingang 26 miteinander verbunden. Somit sind
zwei getrennte örtliche
Oszillatoreingänge 26 vorhanden,
wobei einer für
jede Oberfläche
der mittleren Schicht 20 (für jeden Satz von acht Antennen)
vorgesehen ist, und vorzugsweise gehen diese beiden Eingänge 26 von
der Kante der mittleren Schicht 20 an unterschiedlichen
Orten zur Vereinfachung der Verbindung mit der örtlichen Oszillatorquelle (nicht
dargestellt) aus.
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Die
Abmessungen des Ätzmusters,
das die Wellenleiterstruktur definiert, sind für die Funktion des Detektors
4 wichtig,
und diese Abmessungen können
durch herkömmliche
Modellierungstechniken bestimmt werden. Der in den Figuren dargestellte
Detektor ist ein Zwei-Farben-Detektor mit einem Satz von acht Antennen, die
eine erste Terahertzfrequenz erfassen, und einem zweiten parallelen
Satz von acht Antennen, die eine zweite, andere Terahertzfrequenz
erfassen. Dieses bedingt wiederum, dass sich die Abmessungen des Ätzmusters
für jeden
der zwei Sätze
von acht Antennen leicht in Abhängigkeit
von den Frequenzen des Eingangssignals und des örtlichen Oszillatorsignals
unterscheiden. Außerdem
kann aus
4 gesehen werden, dass zur Maximierung
der Strukturfestigkeit die jeweiligen Reihen der Trichterantennen
gegeneinander versetzt sind. Die folgenden Maße der
5 sind daher
allein zur beispielhaften Darstellung typischer Abmessungen vorgesehen.
| Elementstruktur | Antennenreihe
1 (mm) | Antennenreihe
2 (mm) |
| a – Schichtdicke | 2,4 | 2,4 |
| b – Schichtbreite | 25 | 25 |
| c – Schichtlänge | 29 | 29 |
| d – Konuswinkel
des Trichters | 23,5° | 27,7° |
| e – Breite
der Hornöffnung | 0,78 | 1,04 |
| f – Breite
der Signaleingangsabstimmungsschaltung | 0,1 | 3 |
| g – Abstand
des ersten Zweiges der örtlichen
Oszillatorspeisung von der Kante | 12,74 | 11,62 |
| h – Abstand
des zweiten Zweiges der örtlichen
Oszillatorspeisung von der Kante | 7,86 | 6,62 |
| i – Abstand
des dritten Zweiges der örtlichen
Oszillatorspeisung von der Kante | 5,36 | 4,42 |
| j – Breite
der örtlichen
Oszillatorspeisung benachbart zum Mischer | 0,39 | 0,43 |
Tabelle
1
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Stromab
des Mischers 16 gelangt der IF-Ausgang für jede Antenne
zu einer äußeren Oberfläche der Siliziumschichtstruktur
entlang eines Drahtes, der sich durch ein jeweiliges Durchgangsloch
bzw. Kontaktierungsloch 27 erstreckt. Somit erstreckt sich
eine Folge von acht IF-Ausgangs-Kontaktierungslöchern durch den Körper der
oberen Siliziumschicht 23, und eine entsprechende Folge
von acht IF-Ausgangs-Kontaktierungslöchern erstreckt
sich durch den Körper
der unteren Siliziumschicht 24. Von diesen gelangen die
IF-Ausgänge
durch eine herkömmliche
Folge von zweistufigen Verstärkern 28 zu
einem integrierten Detektor 29 und von diesem zu dem Dateneingangsanschluss
des Prozessors 5.
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Zur
Erfassung einer passiven Strahlung bei 250 GHz kann beispielsweise
ein örtliches
Oszillatorsignal von 245 GHz verwendet werden, um ein IF-Signal
bei 5 GHz zu extrahieren. Selbstverständlich sind die oben genannten
Frequenzen nur beispielhaft, und es kann eine herkömmliche Überlagerungs-
bzw. Heterodyntheorie verwendet werden, um andere geeignete örtliche
Oszillatorfrequenzen und IF-Frequenzen zu identifizieren.
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Mit
dem oben beschriebenen Detektor kann eine passive Strahlung bei
Terahertzfrequenzen bei Raumtemperatur erfasst werden, und die Verwendung
eines Überlage rungs-
bzw. Heterodynempfängers
gewährleistet
einen spektralspezifischen und empfindlichen Detektor. Obwohl ein
Zwei-Farben-Array mit acht Pixeln beschrieben ist, ist es unmittelbar
offensichtlich, dass eine Terahertzkamera mit einer einzigen Antenne, die
nur zwei Schichten eines gemusterten Siliziums aufweist, auf dieselbe
oben beschriebene Weise implementiert wird. Außerdem können weitere Schichten des
gemusterten Siliziums hinzugefügt
werden, wobei in jedem Fall der gemeinsame örtliche Oszillatoreingang 26 an
anderen Positionen entlang der Peripherie der Siliziumschichten
angeordnet ist. Wenn jedoch mehr als zwei Reihen von Antennen vorgesehen
sind, müssen die
IF-Ausgangs-Kontaktierungslöcher
durch Zwischen-Siliziumschichten führen, wobei die Wellenleiterstruktur
dieser Schicht vermieden bzw. umgangen wird, und somit sollte die
Musterung der Antennen für
unterschiedliche Antennenreihen gegeneinander versetzt sein.
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Selbstverständlich kann
sich die Anzahl der Antennen in einer Reihe von acht unterscheiden,
und es können
mehr als acht Antennen in einer Reihe vorgesehen sein.
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Außerdem können anstatt
der Verwendung einer Platte aus metallisiertem eigenleitendem Silizium oder
Metall für
die Herstellung der einzelnen Wellenleiterstrukturen die Antennen
in Photon-Bandlückenmaterial
hergestellt werden. Dieses würde
ein Signallecken zwischen benachbarten Antennen vermeiden und könnte eine
alternative Struktur für
den Mischer und für
die Leitung des Signaleingangs, des örtlichen Oszillator-LO-Signals
und des Zwischenfrequenz-IF-Ausgangs schaffen.
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Die
oben beschriebene Wellenleiterstruktur benötigt ein Ätzen der einzelnen Siliziumschichten,
und im Folgenden wird ein neues Verfahren zur Herstellung dieser
Strukturen beschrieben. Gemäß 6a ist
ein Siliziumsubstrat 30 auf der oberen Oberfläche dargestellt,
auf dem eine Folge von drei Masken 31, 32, 33,
die jeweils aufeinander liegen und in direktem Kontakt mit der benachbarten
Maske sind, vorgesehen ist. In der Reihenfolge von oben nach unten
ist die erste oberste Maske 31 ein Positivfotolack oder
eine Metallmaske. Direkt unterhalb der ersten Maske ist eine zweite,
Negativfotolackmaske 32 wie z.B. eine SU8-Maske oder eine Maske
aus einem anderen geeigneten Amidmaskenmaterial vorgesehen. Unterhalb
der zweiten Maske ist eine dritte Maske 33 vorzugsweise
aus Siliziumdioxid oder Aluminiumnitrid vorgesehen. Die erste Maske 31 definiert
die tiefsten Strukturen in dem Substrat und schützt andere Bereiche vor einer
frühen Ätzung. Die
zweite Maske legt zusätzlich
zu den tiefsten Ätzbereichen
Zwischentiefenätzbereiche
frei, während
sie diejenigen Bereiche des Substrats schützt, die die geringste Ätzung benötigen. Die
dritte und letzte Maske legt sämtliche Bereiche,
die zuvor geätzt
wurden, ebenso wie diejenigen Bereiche, die die geringste Ätzung benötigen, frei. Man
beachte, dass die Masken nicht notwendigerweise oben aufeinander
liegen müssen,
sondern getrennt sein können.
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Hinsichtlich
der oben beschriebenen Wellenleiterstruktur werden die tiefsten Ätzungen
für die
Trichterantennen 14 und die Wellenleiter 15 gemustert,
die Zwischenätztiefe
wird für
den Hauptteil der örtlichen
Oszillatorwellenleiterstruktur benötigt, und dann wird die geringste Ätzung für den Mischerkanal
benötigt.
Wenn sämtliche
einzelne Masken angebracht sind, wird die erste Ätzung unter Verwendung der
Positivfotolackmaske 31 durchgeführt. Die Ätzung wird bis zu einer Ätztiefe
fortgesetzt, die äquivalent
zu der Differenz zwischen der gewünschten Endtiefe der tiefsten
Strukturen und der Endtiefe der Zwischenstrukturen ist. Die Positivfotolackmaske 31 wird
dann unter Verwendung eines normalen Abstreifers wie z.B. ein Abstreifer
vom Amintyp, der die darunter liegende Negativfotolackmaske 32 nicht
beeinflusst, entfernt (6b). Die nächste Ätzstufe wird dann durch die
SU8-Maske 32 bis zu einer Tiefe durchgeführt, die äquivalent
zu der Differenz zwischen der gewünschten Endtiefe der Zwischenstrukturen
und der flachsten Strukturen ist. Da das geätzte Muster von der ersten Ätzstufe
freigelegt bleibt, wird dieses Muster erneut geätzt, und das Muster wird tiefer
in das Substrat getrieben. Wenn die zweite Ätzung einmal beendet ist, wird
die zweite Maske 32 entfernt (6c), was
die darunter liegende dritte Maske 33 nicht beeinflusst,
und dann kann die dritte und letzte Ätzstufe durchgeführt werden,
während
der die flachsten Merkmale des Musters geätzt werden, und das vorhandene
Muster erneut noch tiefer bis zu seiner Endtiefe in das Substrat 30 geätzt wird.
Die dritte Maske 33 wird dann entfernt (6d).
Diese Prozedur unterscheidet sich von der herkömmlichen Prozedur, da sie die
Verwendung mehrerer unterschiedlicher Masken, die direkt jeweils über einer
benachbarten Maske liegen, und einer Ätzprozedur beinhaltet, bei
der keine neuen Masken auf die Oberfläche des Wafers zwischen den Ätzschritten
angebracht werden.
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Danach
wird das Silizium in den gewünschten
Bereichen (Wellenleiter und Kontaktierungslöcher) metallisiert.
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Obwohl
hier Bezug auf die Verwendung einer herkömmlichen X-Y-Bühne zum
Abtasten bzw. Scannen einer Probe mittels einer statischen Terahertzkamera
und mobilen Abtastoptiken genommen wurde, ist es selbstverständlich,
dass Alternativen zu dieser Anordnung möglich sind. Beispielsweise
kann die Probe auf einer X-Y-Bühne
angebracht sein und derart bewegt werden, dass unterschiedliche
Bereiche der Probe aufeinanderfolgend abgetastet werden.
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Alternativ
kann ein Abtasten vollständig
elektronisch durch Einstellung der Phase des örtlichen Oszillatoreingangs
durchgeführt
werden. Diesbezüglich
kann ein Phasenschieber in die einzelnen örtlichen Oszillatorspeisungen 17 eingeführt werden.
Wie es bekannt ist, besteht der Phasenschieber aus einem Wellenleiter, der
eine Platte aus eigenleitendem Silizium mit hohem spezifischem Widerstand
aufweist, die auf der Innenseite einer Wand des Wellenleiters angebracht
ist. Die Platte aus Silizium ist einfallendem Licht ausgesetzt, was
bewirkt, dass das Silizium Widerstands- und/oder Metalleigenschaften
zeigt. Die Energie des einfallenden Lichtes bestimmt die Tiefe,
mit der die Änderungen
in das Silizium eindringen, wodurch die Abmessungen des Wellenleiters
und dadurch dessen Dispersionscharakteristika geändert werden.
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Die
hier beschriebene Abbildungsvorrichtung ist zur Erfassung einer
passiven elektromagnetischen Millimeter- und Submillimeterstrahlung
geeignet, und diesbezüglich
ist sie insbesondere hinsichtlich ihrer kompakten Größe, ihrer
Möglichkeiten
hinsichtlich der Transportierbarkeit und ihrer Möglichkeit zum Betrieb bei Raumtemperatur
vorteilhaft. Somit liegen unmittelbare Anwendungsbereiche für die Abbildungsvorrichtung
sowohl in der Luftfahrt als auch bei den Land- bzw. Bodenfahrzeugen,
in Sicherheitssystemen, in den chemischen und Lebensmittelindustrien
und in medizinischen Diagnostiken. Der Bereich der Anwendungen ist
jedoch nicht auf die oben identifizierten beschränkt und ist aufgrund der niedrigen
Energieanforderungen des Abbildungssystems insbesondere beispielsweise
für die
Abbildung aus dem Weltraum geeignet.