JP2005351652A - 光干渉型振動センサとその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 SOI基板などの貼り合わせ済みの多層基板を使用し、ガラスではなくシリコンのような基板材料にフォトリソグラフィーとドライエッチングを用いた一括加工で深い孔を形成する。これに伴い、センサの加工手順も変更する。
【選択図】 図1
Description
(1)SOI基板を用いシリコンにファイバ挿入用の孔を開けるので、ガラスに孔を開ける必要がなくなる。孔開け加工にかかる時間およびコストの大幅な削減がもたらされ、振動センサの普及が広がる。そのほかにもシリコンとガラスの接合、シリコン基板への不純物拡散、全反射ミラーのパターニングの工程もSOIの基板を使用することで省け、時間とコストの削減に寄与する。
(2)SOI基板を用いることでSOI基板とガラスの二層構造となること、またおもりと梁の形状を自由に設計できるため、体積サイズが従来に比べて数十分の1程度になる。また、実施例2の場合にはセンサの小型化により、おもりを引っ張るために必要な電圧が従来の構造の光干渉型振動センサの十分の1程度、数十ボルト程度になる。
(3)梁の厚さを上層シリコンの厚さにより決定しているため、高精度に厚みを制御できる。
図5:SOI基板を用いる。SOI基板下層シリコン部3はファイバ固定とこの孔のエッチング加工を考えると300μm程度の厚さが適当である。SOI上層シリコン部5は、おもりとガラス上の導電性膜との間隔におもりの厚さを加えた分の厚さにする。上層、下層とも所定の厚さよりも厚い場合には事前にエッチングなどで厚さを調整する。中間のSiO2層4の厚さは振動子と下層シリコン部との間隔になる。ミクロな構造の場合、気体の粘性によりその振動が妨げられるためこの間隔は数μm以上必要である。
図6:ウェットエッチングあるいはドライエッチングにより上層シリコン部5に掘り込み部分を加工する。ウェットの場合はSOI基板を酸化しフォトリソ後、酸化膜をマスクとしてエッチングを行い、ドライエッチングの場合もレジストあるいは酸化膜など適当なマスク材を用いる。
図7:上層シリコン部5にエッチングによりおもりおよび梁を加工する。おもりと梁から成る振動子が複雑形状の場合、ドライエッチングでシリコンをエッチングするのが適当である。
図8:ドライエッチングによりSOI基板の下層シリコン部3にファイバ挿入用の孔2を開ける。レジスト、酸化膜などの適当なマスク材を使用し深孔を加工する。
図9:エッチングにより振動子の下側のSiO2を除去し空洞部を加工する。
図10:ガラス基板6と接合する。陽極接合を行う場合はパイレックスガラスを用いる必要がある。また、ガラスには導電性膜9を形成し接合時にシリコンと一部がショートするように形成しておく。
図11:全反射ミラー膜8をファイバ挿入孔を通しておもりの表面に成膜する。ダイシングで各チップに切り分ける。
図12:端面にハーフミラー膜7を成膜した光ファイバ1を固定用の孔2に挿入し、接着剤11で固定する。
ガラス上への電極版の形成:実施例1では貼り付き防止のための導電性膜であったが、実施例2ではおもりを引っ張る目的としても使用する。ガラスとの陽極接合を行う場合は、静電引力による貼り付き防止のために導電性膜を一部シリコンとショートさせておく必要があるが、ダイシングでチップに分割する際にこのショートさせておいた部分が切り離されるような導電性膜をパターンしておく。
ワイヤーボンディング:おもりを引っ張るための電極版に電圧を加えるために電極パッドに配線を施す。
図3、図4に示す従来の光干渉型振動センサの構造において、図15に示すようにファイバ挿入孔が加工されるパイレックスガラスの代わりにシリコン基板のような深孔の一括加工が可能な基板材料34を使用する。
2、16 ファイバ挿入孔
3 SOI基板下層シリコン
4 SOI基板中間層SiO2
5 SOI基板上層シリコン
6、17、19、 パイレックスガラス基板
7、21 ハーフミラー膜
8、22 全反射ミラー膜
9、23 導電性膜
10 振動子部
11、26 接着剤
12、27 リード線
13、28 電圧印加用配線
18 シリコン基板
20 不純物拡散層
24 梁(不純物拡散層)
25 おもり
30 光ファイバ挿入孔の一括加工が可能な下層基板
31 除去加工が可能な中層部分
32 振動子構造が加工可能な上層部分
33 シリコン基板
34 光ファイバ挿入孔の一括加工が可能な基板材料
Claims (6)
- SOI基板の上層のシリコン層に形成された振動子構造、下層のシリコン層に形成された光ファイバ挿入用の孔、中間層のSiO2をエッチングにより除去した空間部、振動子の裏面に形成された全反射ミラー膜、上層のシリコンと接合されたパイレックスガラスから成る振動子部と、端面にハーフミラー膜が形成された光ファイバが上記振動子部の光ファイバ挿入用の孔に挿入され固定された構造を特徴とする光干渉型振動センサ。
- 請求項1に記載の光干渉型振動センサの構造に、金属配線と配線パッドが形成されたパイレックスガラス、配線パッドに取り付けられたリード線を付加したことを特徴とする光干渉型振動センサ。
- SOI基板の上層に振動子をエッチングにより形成する工程、下層に光ファイバ挿入孔を一括加工で形成する工程、中層部をエッチングにより除去し空間部を形成する工程、上層部にパイレックスガラスを接着する工程、光ファイバ挿入孔を通して振動子の裏面に全反射ミラーを成膜する工程、端面にハーフミラーを形成した光ファイバを孔に挿入し固定する工程、を基本として製作される光干渉型振動センサの製造方法。
- 振動子構造が加工可能な上層材料、空間部を形成するためにエッチングが可能な中間層材料、光ファイバ挿入用の孔を一括加工可能な下層材料からなる3層基板をSOI基板の代わりに使用した請求項1および請求項2に記載の光干渉型振動センサ。
- 上層材料に接合されるパイレックスガラスの代わりに、振動子部分を保護しうるシリコンあるいはその他の基板材料を用いることを特徴とする請求項1、2および4に記載の光干渉型振動センサ
- ファイバ挿入用の孔を開けるパイレックスガラスをシリコン基板などの光ファイバ挿入用の孔を一括加工可能な基板材料に替えた構造を特徴とする光干渉型振動センサ。
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