JP4688297B2 - 測定システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体膜を利用する測定システムを提供する。
【０００２】
【従来の技術】
英国特許第１５０４６９１号明細書及び対応するドイツ国特許第２５１１３５０号明細書から第２構造群に対する第１構造群の移動が検出される測定システムが公知である。このために互いに一定の距離を有する２つの格子が設けられており、その中それぞれ１つが１つの構造群に固定される。第２格子が光源の発散光で照射されると、第１格子が第２格子の周期的像を生じ、その際この像は両構造群の間に相対運動が行われる場合に移動する。更に光電検出器が設けられ、光電検出器は周期的構造を有しかつ第２構造群に固着されている。その際第１の反射格子及び第２格子及び光電検出器が実質的に一平面内に位置する。光源及び第２格子は一体的に構成された光源によっても置換されることができ、この光源は従来の光源及び格子と同様な像を生させる。光電検出器の構造は、第１構造群と第２構造群との間に相対移動がある場合に、光電検出器の出力信号の周期的な変化を生じるように像と協働する。
【０００３】
その際個々の構造群が不連続的にかつ別々に実現されることは不利である。それによって全装置の比較的大きな組み込み空間を必要とする。
【０００４】
ドイツ国特許出願第１９７０１９４１号明細書から、光透過性の担持体の測定尺に面した側に走査格子が配設されていることが公知である。走査格子は、格子の像が測定尺上に投影されるように光源によって照射される。測定尺上には像を一体的に構成された光電検出器上に反射する第２格子がある。その際第１格子用の光透過性の担持体は、一体的に構成された光電検出器が設けられる半導体材料と結合され、その結合状態は、走査格子及び光電検出器が専ら測定方向において互いにずらされているが、測定尺からは同一の距離を有するようになっている。ドイツ国特許出願第１９７０１９４１号明細書の第２実施形態では、走査格子が光透過性の担持体の測定尺とは反対側に配設されている。走査格子と同一の側には同一の光透過性の担持体上には光電検出器を含むオプトチップが配設されている。この構成によって走査格子と一体的に構成された光電検出器とが大凡測定尺から同一の距離を有することが達成される。
【０００５】
第１実施形態では、走査格子が取り付けられる光透過性の担持体が一体的に構成された光電検出器が設けられる半導体材料と結合されなければならないという欠点がある。この結合は非常に正確に行われなければならず、その結果光電検出器の構造は格子に対して平行に向けられかつ構造及び格子は測定尺から同一の距離を有する。従って担持体と半導体材料との間のこの正確な結合は、実現するのが非常に困難である。更に第２実施形態は、オプトチップが光透過性の担持体上に固定されなければならないという欠点を有する。チップ・オン・チップ技術による固定によって、必然的にオプトチップと担持体との間の距離が生じ、それによって送り格子と測定尺との間並びに光電検出器と測定尺との間の距離が実質的に互いに相違し、このことは装置の光学的特性の明らかな悪化に繋がる。
【０００６】
ドイツ国特許第４０９１５１７号明細書から、測定システム用のセンサを半導体材料から成る単一ブロックによって実現することが公知である。その際偏平に形成された発光ダイオードの表面上に格子線として形成されて、発光ダイオードが光を透過させることができる光電検出器が設けられている。それによってその上方又は下方に一体的に構成された光源が配設される一体的に構成された光電検出器が形成される。
【０００７】
このセンサは、光電検出器構造及び一体的に構成された光源が必然的に測定尺に対して同一距離を有することができないという欠点を有する、そのわけは発光ダイオード及び光電検出器は重なって設けられるからである。測定尺に対するこの相異なる距離は、更に明らかにセンサの光学的特性を悪化させる。
【０００８】
ヨーロッパ特許出願第５４３５１３号明細書から、例えば亜砒酸ガリウム塩ＧａＡｓのようなＩＩＩ／Ｖ半導体から成る共通の半導体膜上に構成された光電検出器もセンサの少なくとも１つの発光ダイオードの形の構成された光源も実現されることが公知である。一体的に構成された光源及び一体的に構成された光電検出器のこのような構成によって、投受光構造ができる限り一平面内において実現されるべきであるという要求が非常に良好に満足されることができる。更に単一フィールド走査が行われ、その際光電要素は９０°＋ｋ★３６０°（ｋは偶数）だけずらされる。複数の光電池が９０°に３６０°の偶数倍プラスした角度だけ測定方向において互いにずらして配設される。それによって走査が特別に障害に敏感で無くなる。
【０００９】
その際構成された光電検出器及び構成された光源の製造がＧａＡｓから成る共通の半導体材料上にどのように行われるかが記載されていなことは不利である。技術水準から公知の半導体製造技術が使用される場合に、この製造プロセスは非常にコスト高でありかつ従って高価である。
【００１０】
ヨーロッパ特許出願第７２０００５号明細書から、測定システム用の光学的センサが公知であり、光学的センサは、発光する構成部分、受光する構成部分及び少なくとも１つの光学的構成部分を有し、光学的構成部分は光線が受光する構成部分に達する前に発光する構成部分から送られた光線上に作用する。このセンサは、発光する若しくは受光する構成部分と光学的構成部分との間の距離を特定する距離要素を有する。その際距離要素は、他の構成要素と結合されるように構成されている。それによって光学的センサがその一側に光学的信号を送りかつ受光し、従って光学的構成部分はこの側に配設されており、他の側には電気的信号のための導体を有する。
【００１１】
その際受光する構成部分、発光する構成部分、少なくとも１つの光学的構成部分及び距離要素の全てが別個に製造されかつ集積されなければならない別個の構成部分から成ることは不利である。このことは測定システムの光学的センサに必要とされる精度では非常に高価である。更に光学的センサは比較的嵩張る、そのわけは個々の構成部分が別々にも取り扱われなければならないからである。ドイツ国特許出願第１９７２０３００号明細書から、チップ・オン・チップ装置において植設されたチップが担持体基板上に配設される電子的ハイブリッド構成要素が公知である。このために担持体基板は少なくとも１つのキャビティを有し、キャビティには電気的絶縁膜がその上に金属被覆を備えて配設されている。キャビティ内に植設されたチップは、金属被覆と接触し、それによって金属被覆は導電体として使用される。植設されたチップが発光ダイオードである場合、金属被覆は光線をキャビティの壁で反射するためにも利用される。
【００１２】
この構成は、発光ダイオードの光線方向も電気的接点も半導体膜の一側に配設されており若しくはこの一側に照射されるという欠点を有する。
【００１３】
ドイツ国特許出願第１９６１８５９３号明細書から、アクチブ領域を備えた感光検出器要素が公知であり、その際層構造の互いに境を接する２つの層領域の間のアクチブ領域は相異なる帯電粒子によって形成されておりかつアクチブ領域の内方において入射する電磁波の電気信号への変換が行われる。その際境を接する両表面に対するアクチブ領域の位置は、評価回路への検出器要素の接続のための少なくとも２つの接触要素が、進入する光線が現れる感光表面に対向して位置する表面に集積可能であるように、光線の入射深さを考慮して選択されている。そのような検出器の製造方法では、次の方法ステップが使用される。特定されたドープされた半導体膜における腐食防止膜が境を接する第１の表面の下方に形成される。それから腐食防止膜が区画された第２表面を形成するまで、腐食防止膜の下方に存在する基板の空間的に選択的な路長腐食が行われる。続いて半導体膜とは相違するドーピングを有する、腐食防止膜の上方の空間的に境を接する膜領域が形成されかつ検出器要素は第２表面に対して向かい合って位置する側で少なくとも２つの接触要素と接触する。
【００１４】
その際ここではフオトダイオードのみが開示されているが、完全なオプトロニックセンサは開示されていないことは不利である。
【００１５】
ドイツ国特許第１９８５９６７０．７号明細書から、目盛を備えた測定尺用の走査ヘッドが公知であり、その際走査ヘッドは実質的に単一の半導体膜から成り、走査ヘッドは測定尺に面した側に一体的に構成された複数の光電検出器を有し、走査ヘッドは更に測定尺に面した側で送り格子によって区画される袋穴を有する。その際送り格子は半導体膜上に付けられた層で又は袋穴の形成のためのプロセスの特別な構成によって実現される。更に送り格子の方向に放射する光源が袋穴中に配設されている。
【００１６】
その際送り格子と光源との間に比較的大きな距離があることは不利である。更に光電検出器が測定尺に面した側で接触されることは不利である。
【００１７】
ドイツ国特許第１９８５９６６９．３号明細書から、目盛の走査のための集積されたオプトロニックセンサが公知である。センサは、目盛とは反対の側に複数の光電検出器を有する単一の半導体膜から成る。光電検出器の領域に半導体材料が少なくとも平行に距離を隔てており、その結果光はセンサの目盛に面した側から光電検出器の光を検出する領域に入射することができる。目盛と反対側ではセンサは光源を有し、光源の領域ではセンサの光を透過する構成部分の全厚さが破断されており、その結果光源はセンサによって光を通される。半導体膜は目盛に面した側で透明な担持体と接続しており、担持体は光源の光に光学的に影響を与える少なくとも１つの他の目盛を有する。
【００１８】
その際担持体上に付けられる少なくとも１つの目盛は光電検出器の領域に光電検出器から比較的離れてかつ光源の領域で光源から比較的離れている。それによって光学的特性が悪化する。他の欠点は、光電検出器の領域で製造の際に特別の方法ステップで半導体膜が除去されなければならないことにある。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
従って光学格子と光電検出器並びに光源との間の距離ができる限り小さいような集積されたオプトロニックセンサ及びその製造方法を提供することが課題の基礎とされる。その際集積されるオプトロニックセンサの製造方法はできる限りコスト安くされるべきである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、請求項１から８までに記載された測定システムによって解決される。
【００２１】
本発明によるセンサ及び本発明による方法の有利な実施形態は、それぞれの従属請求項から得られる。
【００２２】
本発明によるセンサは、光電検出器が実現される半導体膜が、非常に薄く形成されるという利点を有する。それによって担持体上に付けられた格子と光電検出器並びに光源と光電検出器との間の距離が非常に小さい。それによってセンサの光学的特性が完全される。この利点は、光電検出器の領域で半導体膜の厚さを減少させるために、特別な方法ステップは必要とされないことにある。半導体膜は既に光電検出器の誘電的領域が担持体の境界まで延びる程度に薄い。
【００２３】
他の有利な構成は、それぞれ従属請求項及び明細書から把握される。
【００２４】
本発明によるセンサ及び本発明による方法の他の利点並びに詳細は図面に基づく実施例の次の記載から得られる。
【００２５】
【実施例】
本発明によるセンサを次に長さ測定システムを含む実施例に基づいて説明する。しかし実質てきな変更なしに、本発明による薄膜センサを角度測定システム又は二次元測定システムでも使用する可能性がある。
【００２６】
図１には、本発明によるオプトロニック薄膜センサ及び測定尺１０が図式的に表されている。薄膜センサは好ましくはシリコンから成り、光電検出器２．１及び２．２が集積されている薄い半導体膜１１．３から成る。半導体膜１１．３の測定尺１０と反対側には酸化シリコン及び又は窒化シリコンから成る不動態膜１１．１及び１１．２が配設されている。光電検出器２．１及び２．２は、直接半導体膜１１．３に形成され、半導体膜は本発明による薄膜センサを形成する。両光電検出器２．１及び２．２は、象徴的に少なくともそれぞれ機能的な１つの構造群のみ、即ち例えば単一フィールド走査のための複数のフオトダイオード又は互いに接続された光電検出器群を含む。更に光電検出器２．１及び２．２は、一体的に形成されることができる。
【００２７】
これらの機能的な光電検出器２．１及び２．２は、好ましくは発光ダイオード１によって実現される電磁波、特に光の光源に対して対称的に配設されている。その際発光ダイオード１は図示のように、別個の構成部分として、半導体膜１１．３と接続されることができる。選択的に半導体膜１１．３においても光電検出器２．１及び２．２が実現されることができる。それから相応したドーピングによって半導体膜１１．３における光源１が好適な半導体材料、例えば亜砒酸ガリウム塩から製造される。
【００２８】
発光ダイオード１は、選択的に有機又は無機ポリマーフィルムによっても実現されることができる。ポリマーフィルムは、それから直接担持体７上に付けられる。発光ダイオード１用の接触部３．２は、それから半導体膜１１．３の測定尺１０とは反対側からポリマーフィルムに移行する。
【００２９】
しかし図によれば、発光ダイオード１として別個のＳＭＤ−構成部分が好適である。半導体膜１１．３のフオトダイオード２．１及び２．２と同一側に配設される発光ダイオード１の光線が半導体膜１１．３の他の側に達することができるために、半導体膜１１．３のこの個所は、例えば異方性の腐食によって腐食されて貫通される。
【００３０】
更に半導体膜１１．３の測定尺１０とは反対側には他の電気的構造群が集積されている。電気導体３．１及び接触部３．２の他に複雑な半導体膜回路１２もこの共通の半導体膜１１．３に集積されている。その際好ましくはフオトダイオード群２．１及び２．２の出力信号の騒音のない増幅器１２並びに騒音のない増幅器１２の出力信号のための補間構造群１２が対象とされる。
【００３１】
半導体膜１１．３は、測定尺１０とは反対側で発光ダイオード１から照射される光を通す担持体７と結合している。この結合は、接着、熱及び又は陽極ボンディングによって達成されることができる。この透明な担持体７は、１つ又は複数の目盛８．１、８．２及び８．３を有し、その正確な構造及び格子定数は実現されるべき測定システムに依存する。これらの目盛８．１、８．２及び８．３は、図１に示すように、担持体７の測定尺に面した側に付けられる。選択的に目盛８．１、８．２及び８．３の配列は、図７に示すように、担持体７の他の側にも可能である。その際目盛８．１、８．２及び８．３は、図７に示すように、前もって相応した凹部が目盛８．１、８．２及び８．３のために担持体７に設けられた場合に、担持体７の表面にも設けられることができる。
【００３２】
図１及び７に表されたように構成されたオプトロニック薄膜センサは、目盛９を有する測定尺１０に対向して配設されている。発光ダイオード１が光束を測定尺１０の方向に送ると、この光束は目盛８．２でまず回折され、それから測定尺１０の目盛９上に現れ、そこで再び回折されて、光束が光束の強度が検出されるフオトダイオード２．１及び２．２に達する前に、目盛８．１及び８．３で改めて回折される。フオトダイオード２．１及び２．２の出力信号は、少なくとも増幅器１２にかつその出力信号は少なくとも補間部１２に供給され、その際これら全ての構造群は半導体膜１１．３に集積され又は別個に実現されることができる。
【００３３】
電気配線を一平面内に実施することができるために、フオトダイオード２．１及び２．２は図１及び７に表されるように、半導体膜１１．３の表面で測定尺１０とは反対側に設けられる。フオトダイオード２．１及び２．２の活性膜の厚さは、それぞれ波長に従って最適に、例えば発光ダイオード１から照射される電磁波の波長が８６０ｎｍである場合にフオトダイオード２．１及び２．２の活性領域の厚さは２５μｍに適合されることができる。このようにフオトダイオード１．１及び２．２に必要な厚さにより半導体膜１１．３の全厚さが決定される。
【００３４】
フォトダイオード２．１及び２．２の感度を高めるために、フォトダイオード２．１及び２．２の表面で不動態膜１１．２の下に反射体４．１及び４．２が付けられることができる。反射体は例えばアルミニウムから成りかつスパッタリング技術によってフォトダイオード２．１及び２．２上に付けられる。この反射体４．１及び４．２は導電的で、反射体はフォトダイオード２．１及び２．２の電気的端子としても利用されることができる。反射体４．１及び４．２によってさもなければ外に洩れる光束がもう一度フォトダイオード２．１及び２．２の活性領域で反射されかつそれによって光電流を高める。更にフォトダイオード２．１及び２．２の接点の構成が可能である。それによって接点がフォトダイオード２．１及び２．２の全表面上に分配されることができる。このために接点はジグザグ状又はフィンガ状の構造を有する。このことは、フォトダイオード２．１及び２．２の全面に亘って局部的に均一な感度を作用する。
【００３５】
光入射に面した側、即ち担持体７の下側は、ＳｉＯ2 及び又はＳｉ3 Ｎ 4から成る追加の膜によって反射防止されることができる。その際反射防止膜の膜厚は、発光ダイオード１から放射される光線の波長に依存して選択される。
【００３６】
光源、例えば発光ダイオード１は、図１及び７に表されるように、フォトダイオード２．１及び２．２及び増幅器及び補間ユニット１２と同一平面上に集積されかつ電気的に接触される。このために腐食プロセスにおいて半導体膜１１．３に完全に貫通した開口が形成される発光ダイオード１は上方からＳＭＤ要素として設けられる。図４に表されるように、発光ダイオード１の射出平面の高さを変更するために、選択的に発光ダイオード１用の担持体１．２を設ける可能性もある。
【００３７】
選択的に発光ダイオード１は担持体７上にも付けられることができかつそこで接触されることができる。半導体膜１１．３に設けられた開口は、そのために相応して充分な大きさでなければならない。発光ダイオードの接点用の導体路は、完全に担持体７上に配設されるか又は導体路は、先ず半導体膜１１．３の測定尺１０とは反対側を延び、それからそこに配設されている発光ダイオード１に接触するために、これと垂直に半導体膜の厚さに沿って担持体１０まで進む。
【００３８】
発光ダイオード１の実現のための他の選択的な構成は、半導体膜１１．３に例えば弗化水素酸中での陽極腐食によって集積されることにある。更に相応したＰＮ接合は、多孔質の半導体構造の領域におけるドーピングによって配設され、その結果発光ダイオード１が形成される。
【００３９】
発光ダイオード１の担持体１．２として、図４に表されるように、シリコン又は特に亜砒酸ガリウム塩から成るハウジングが利用されることができる。それによって担持体１．２が一般にＧａＡｓから実現される発光ダイオード１と同様な熱膨張率を有することが確保される。発光ダイオード１用の担持体１．２としての前記材料の使用では、担持体１．２の良好な熱伝導度に基づいて発光ダイオード１のための良好な熱低下が行われることも保証される。このことは、寿命及び発光ダイオード１の能率に関してポジテブに作用する。発光ダイオード１の担持体１．２の裏側は、熱進入に対してセラミックシールドによって保護されることができ、同様にそれによって熱放射が阻止されることができる。
【００４０】
発光ダイオード１の担持体１．２は、同時に半導体膜１１．３の表面上のＳＭＤ部材用の電気的接触片として及び発光ダイオード１の接点としても役立つ。発光ダイオード１の照射される表面上に、図２に表すように８、光路に影響するレンズ１．１が付けられることができる。
【００４１】
それによって発光ダイオード１用の電気端子、フォトダイオード２．１及び２．２並びに増幅器及び補間ユニット１２が一平面内に位置することによって、オプトロニック構造２．１、２．２の出力信号のための処理構造１２に対する連結導体３．１が簡単に実施される。好適な技術は、増幅器−及び補間ユニット１２の集積のための両立し得る技術プロセスのＣＭＯＳである。
【００４２】
接点平面の全表面は、半導体膜１１．３のように同様にＣＶＤプロセス（化学蒸着）のようにして付けられる、不動態膜によって被覆されることができる。
【００４３】
半導体膜１１．３用の好適な材料は、結晶方向（１−０−０）を有するシリコンである。増幅器及び補間ユニットのＣＭＯＳ集積用の材料もこの方向性を有するシリコンが好適である。
【００４４】
半導体膜１１．３の測定尺１０に面した側に配設される担持体７は、図１及び７に象徴的に表されたように、光学的作用に必要な格子構造８．１、８．２及び８．３を有する。格子構造８．１，８．２及び８．３は、位相格子として及び／又はクロム格子の形の振幅格子として実施されることができる。格子構造８．１、８．２及び８．３は、好ましくは半導体膜１１．３と反対側に付けられる。しかし格子構造８．１、８．２及び８．３は、図７に表すように、担持体７の半導体膜１１．３に面した側に付けられることも可能である。それから担持体７と半導体膜１１．３との間の連結を達成するために、アンダフィラー８（Ｕｎｄｅｒｆｉｌｌｅｒ）が使用されることができる。しかしアンダフィラーを回避するために、先ず格子構造８．１、８．２及び８．３が担持体７上に、そして続いて半導体膜１１．３が格子構造８．１、８．２及び８．３上に付けられることもできる。他の選択において、格子構造８．１、８．２及び８．３が付けられる担持体７に格子構造８．１、８．２及び８．３の寸法の凹部も設けられることができ、その結果担持体７は格子構造を含めて半導体膜１１．３を付けるための平坦な表面を形成する。
【００４５】
担持体７の測定尺１０とは反対側に発光ダイオード１用の格子構造８．２が付けられる場合、このことは担持体７の領域における発光ダイオード１用の開口の腐食の際に図６に表すように、所望の光学的作用を有する格子構造８．２を形成する半導体膜から成るウエブが残されることによって行われることができる。
【００４６】
選択的な構成において、担持体７がその測定尺１０とは反対側にも測定尺１０に面した側にもそれぞれ少なくとも１つの格子構造を有することができる。これらの、担持体７の両側に付けられた少なくとも２つの格子構造は、位相格子としても振幅格子としても位相格子と振幅格子の組合せとしても実現されることができる。その際位相格子の構造は測定尺１０上の目盛９の格子線に対して平行であるだけではなく、これに対して垂直にも選択されることができる。格子構造のこのような方位配置によって、目盛９上の多くの領域が同時に走査され、それぞれ汚れ感度は減少される。
【００４７】
他の選択は図３に表すように、発光ダイオード１の放射平面の下方の担持体７中の光学レンズ１．１である。シリコン開口に基づいて、担持体７中のレンズは担持体７の測定尺１０に面した側及び又は測定尺１０とは反対側に付けられることができる。技術的にはそのようなレンズ１．１は、例えばＰＭＭＡ−レジスト中の電子リゾグラフィによって形成される。レジスト中のレンズ１．１の湾曲は、レジスト中の相異なる照射量によって形成され、レジスト構造はそれからプラズマ腐食によって担持体７中に移動される。この技術ではレンズ１．１自体に構造、例えば位相格子８．２を圧刻することも可能である。担持体７中の光学レンズ１．１の形成のための方法ステップは、既に半導体膜１１．３の切断前にも行われることができる。
【００４８】
担持体７は、有利にパイレックス（Ｒ）ガラス材料から成り、パイレックス（Ｒ）ガラス材料はシリコンと同一の線膨張率を有する。このことは、応力を最少にし、シリコン中の機械的安定性を高めかつそれによって電気的故障個所に繋がるシリコン中の線ずれを回避する。担持体７にとって好適他の材料は、サファイヤ及び好適な珪酸硼素ガラスである。
【００４９】
本発明によるセンサが利用される測定システムは、長さ又は角度測定システムのような一次元測定システムにも、測定尺としてクロス線又は市松模様状格子を有するクロス格子測定システムのような二次元測定システムでも利用されることができる。このために必要な走査システムは、択一的な本発明により有利に対角線状に互いに向けられた２つのセンサを有する。選択的に１つのセンサに一次元の構造を有する２群の光電池も集積されることができ、その方向は測定方向に対応し又は互いに対角線状になっている。送り格子は、それから二次元格子、例えばクロス線又は市松模様状格子として形成されかつそれによって簡単にのみ必要である。
【００５０】
全センサのコンパクトな構成を達成するために、本発明によれば、他の電子回路１２は、別個の半導体膜１１．４にも集積されることができ、半導体膜は、図５に示されるように、オプトロニック構造群を有する別個の半導体膜１１．３上に配設されている。電気的接点は本発明によれば、専らオプトロニック構造群を有する半導体膜１１．３の上面上に配設されるので、その上に配設される半導体膜１１．４との接触はチップオンチップ技術で非常に簡単に可能である。それによってオプトロニック構造群と電子構造群との間の連結線の長さは、実質的に短縮され、このことは改善された故障不敏感性に繋がりかつ高いタイミング割合に基づく迅速な信号処理を可能にする。
【００５１】
当業者には本発明によるセンサの相異なる実施例に基づいて記載された特徴が任意に互いに組合せられ得ることは明らかである。
【００５２】
次に３つの相異なる方法を示しかつ部分的に既に述べた図８、９及び１０による本発明によるセンサの製造のための個々の方法ステップを詳しく記載する。
【００５３】
実質的に製造方法は、担持体７の３つの領域：即ち担持体７の加工、半導体膜１１．３の加工及びこれらの両部分の結合に分けられる。原理的には担持体７及び半導体膜１１．３は、互いに分離されるか又はこれらが既に互いに結合している場合には加工されることができる。
【００５４】
それによって先ず担持体７が加工され続いて既に作られた半導体膜１１．３が付けられるか又は半導体膜が担持体７との連結後に初めて加工される。選択的に先ず半導体膜１１．３も、場合によっては既に作られて、担持体７上に付けられかつそれから担持体７及び場合によっては半導体膜１１．３が作られることができる。担持体７、半導体膜１１．３及びそれら相互の結合の順序は、実質的に自由に選択されることができ、それによって選択的な複数の方法プロセスが得られる。半導体膜１１．３と担持体７の測定尺１０とは反対側との結合の後に、担持体７の測定尺１０とは反対側で格子構造８．１、８．２及び８．３は最早付けられることができない。
【００５５】
半導体膜１１．３の製造のための本発明による方法では、担持体７の測定尺１０とは反対側に半導体膜、好ましくはシリコンが所望の厚さ付けられる。このことは、ＣＶＤプロセス又は技術水準から公知の他の方法で行われることができる。その際単結晶、多結晶、アモルファス、多孔質、マイクロ又はナノ結晶半導体膜１１．３が分離される。これとは選択的に担持体７の個所で半導体膜１１．３が先ずウエハ上で処理されかつ後で担持体７と結合されることができる。
【００５６】
更に選択的に半導体膜１１．３がスパッタリングされかつ続いてレーザで溶解され、その結果半導体膜の冷却後に必要な半導体膜１１．３が形成される。
【００５７】
他の選択によれば、半導体膜は機械加工によって略３０μｍの厚さまで減少されかつ続いて化学的にラッピングされる。この薄い半導体膜１１．３は、その後担持体７と例えばボンディング方法によって結合される。
【００５８】
第２ステップにおいて、フォトダイオード２．１及び２．２はフォトダイオードが配設されている領域の相応するドーピングによって形成される。このステップで、増幅器及び補間ユニット１２が同一の半導体膜１１．３に設けられる場合に、増幅器及び補間ユニット１２と同様に他の構造群の形成も行われることができる。
【００５９】
第３ステップにおいて、フォトダイオード２．１及び２．２の裏側の金属膜４．１及び４．２同様に導体路３．１及び接点３．２が付けられる。このことは公知の光化学的プロセスにおいて相応して形成されるアルミニウム−酸化チタンから成る金属被膜の半導体膜１１．３上への被覆によって行われる。
次のステップで、発光ダイオード１は、場合によっては、半導体材料から成るハウジング中でかつセラミックから成るシールドと、接触片３．２を介して導電的に接続される。ポリマー発光ダイオード１が使用される場合に、この発光ダイオードは、後にキャリア７と連結後に半導体層１１・３と接続される
【００６０】
増幅器及び補間ユニット１２のような他の構造群がオプトロニック構造群１、２．１、２．２等の傍らに設けられない場合、続いて追加の構造群１２で実現される追加の半導体膜１１．４が上方から半導体膜１１．３と結合されることができる。この結合はチップオンチップ技術で実施されることができ、その結果両半導体膜１１．３及び１１．４は互いに電気的に伝導結合される。
【００６１】
本発明による担持体７の製造方法では、レンズ１．１を発光ダイオード１の光が平行光線にされる担持体７中に集積することが可能である。このためにＰＭＭＡ−レジスト中に電子ビームリゾグラフィによるレンズの原型が形成される。電子による照射の間の照射量は、現像プロセス後に光学レンズ１．１の形が得られるように変形される。これは例えばプラズマ腐食プロセスによって担持体７の材料中に伝達される。
【００６２】
続いて格子構造８．１、８．２及び８．３が担持体７上に付けられる。位相格子はレンズについては上に記載したと同様な方法で担持体７上に形成されることができる。振幅格子は公知の方法で、例えばクロム格子として担持体７上に付けられる。
【００６３】
担持体７と半導体膜１１．３の連結は、図８、９及び１０によれば任意の時点に行われることができる。担持体７及び半導体膜１１．３が仕上げ加工されている場合には、有利に連結が実施される、そのわけはその場合担持体７及び半導体膜１１．３は図８に示されるように、互いに別々に加工されることができるからである。これとは選択的に半導体膜１１．３が任意の加工状態にある担持体７上に直接切断されることは有利であり得る。
【００６４】
選択的に、代わりにセンサの半導体群も設けられる担持体７上で半導体材料が切断されることも可能である。このことは既に記載したように、半導体材料が半導体膜１１．３として担持体７の測定尺１０とは反対側に配設されかつ続いて必要ない半導体材料がリゾグラフィプロセスで再び除去されることによって達成される。これとは選択的に半導体材料は半導体群も設けられる担持体７上にのみ選択的に付けられることもできる。
【００６５】
当業者には記載の方法ステップが任意に組み合わされることができそれによってここでは全ては詳しく記載されないセンサの製造方法のための多数の組合せ可能性が得られることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、所属の目盛板を備えた可能な本発明による薄膜センサの断面図である。
【図２】 図２は、選択的な構成を有する図１の破断図である。
【図３】 図３は、選択的な構成を有する図１の破断図である。
【図４】 図４は、選択的な構成を有する図１の破断図である。
【図５】 図５は、所属の目盛板を有する可能な本発明による薄膜センサの断面図である。
【図６】 図６は、選択的な構成を有する図１の破断図である。
【図７】 図７は、所属の目盛板を有する他の可能な本発明による薄膜センサの断面図である。
【図８】 図８は、本発明による方法のための可能な図式的方法プロセスを示す図である。
【図９】 図９は、本発明による方法のための他の図式的な方法プロセスを示す図である。
【図１０】 図１０は、本発明による方法のための他の図式的な方法プロセスを示す図である。
【符号の説明】
１ 光源
２．１ 光電検出器
２．２ 光電検出器
７ 担持体
８．１ 目盛
８．２ 目盛
８．３ 目盛
９ 目盛板
１０ 目盛板
１１．３ 半導体膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体膜を利用する測定システムを提供する。
【０００２】
【従来の技術】
英国特許第１５０４６９１号明細書及び対応するドイツ国特許第２５１１３５０号明細書から第２構造群に対する第１構造群の移動が検出される測定システムが公知である。このために互いに一定の距離を有する２つの格子が設けられており、その中それぞれ１つが１つの構造群に固定される。第２格子が光源の発散光で照射されると、第１格子が第２格子の周期的像を生じ、その際この像は両構造群の間に相対運動が行われる場合に移動する。更に光電検出器が設けられ、光電検出器は周期的構造を有しかつ第２構造群に固着されている。その際第１の反射格子及び第２格子及び光電検出器が実質的に一平面内に位置する。光源及び第２格子は一体的に構成された光源によっても置換されることができ、この光源は従来の光源及び格子と同様な像を生させる。光電検出器の構造は、第１構造群と第２構造群との間に相対移動がある場合に、光電検出器の出力信号の周期的な変化を生じるように像と協働する。
【０００３】
その際個々の構造群が不連続的にかつ別々に実現されることは不利である。それによって全装置の比較的大きな組み込み空間を必要とする。
【０００４】
ドイツ国特許出願第１９７０１９４１号明細書から、光透過性の担持体の測定尺に面した側に走査格子が配設されていることが公知である。走査格子は、格子の像が測定尺上に投影されるように光源によって照射される。測定尺上には像を一体的に構成された光電検出器上に反射する第２格子がある。その際第１格子用の光透過性の担持体は、一体的に構成された光電検出器が設けられる半導体材料と結合され、その結合状態は、走査格子及び光電検出器が専ら測定方向において互いにずらされているが、測定尺からは同一の距離を有するようになっている。ドイツ国特許出願第１９７０１９４１号明細書の第２実施形態では、走査格子が光透過性の担持体の測定尺とは反対側に配設されている。走査格子と同一の側には同一の光透過性の担持体上には光電検出器を含むオプトチップが配設されている。この構成によって走査格子と一体的に構成された光電検出器とが大凡測定尺から同一の距離を有することが達成される。
【０００５】
第１実施形態では、走査格子が取り付けられる光透過性の担持体が一体的に構成された光電検出器が設けられる半導体材料と結合されなければならないという欠点がある。この結合は非常に正確に行われなければならず、その結果光電検出器の構造は格子に対して平行に向けられかつ構造及び格子は測定尺から同一の距離を有する。従って担持体と半導体材料との間のこの正確な結合は、実現するのが非常に困難である。更に第２実施形態は、オプトチップが光透過性の担持体上に固定されなければならないという欠点を有する。チップ・オン・チップ技術による固定によって、必然的にオプトチップと担持体との間の距離が生じ、それによって送り格子と測定尺との間並びに光電検出器と測定尺との間の距離が実質的に互いに相違し、このことは装置の光学的特性の明らかな悪化に繋がる。
【０００６】
ドイツ国特許第４０９１５１７号明細書から、測定システム用のセンサを半導体材料から成る単一ブロックによって実現することが公知である。その際偏平に形成された発光ダイオードの表面上に格子線として形成されて、発光ダイオードが光を透過させることができる光電検出器が設けられている。それによってその上方又は下方に一体的に構成された光源が配設される一体的に構成された光電検出器が形成される。
【０００７】
このセンサは、光電検出器構造及び一体的に構成された光源が必然的に測定尺に対して同一距離を有することができないという欠点を有する、そのわけは発光ダイオード及び光電検出器は重なって設けられるからである。測定尺に対するこの相異なる距離は、更に明らかにセンサの光学的特性を悪化させる。
【０００８】
ヨーロッパ特許出願第５４３５１３号明細書から、例えば亜砒酸ガリウム塩ＧａＡｓのようなＩＩＩ／Ｖ半導体から成る共通の半導体膜上に構成された光電検出器もセンサの少なくとも１つの発光ダイオードの形の構成された光源も実現されることが公知である。一体的に構成された光源及び一体的に構成された光電検出器のこのような構成によって、投受光構造ができる限り一平面内において実現されるべきであるという要求が非常に良好に満足されることができる。更に単一フィールド走査が行われ、その際光電要素は９０°＋ｋ★３６０°（ｋは偶数）だけずらされる。複数の光電池が９０°に３６０°の偶数倍プラスした角度だけ測定方向において互いにずらして配設される。それによって走査が特別に障害に敏感で無くなる。
【０００９】
その際構成された光電検出器及び構成された光源の製造がＧａＡｓから成る共通の半導体材料上にどのように行われるかが記載されていなことは不利である。技術水準から公知の半導体製造技術が使用される場合に、この製造プロセスは非常にコスト高でありかつ従って高価である。
【００１０】
ヨーロッパ特許出願第７２０００５号明細書から、測定システム用の光学的センサが公知であり、光学的センサは、発光する構成部分、受光する構成部分及び少なくとも１つの光学的構成部分を有し、光学的構成部分は光線が受光する構成部分に達する前に発光する構成部分から送られた光線上に作用する。このセンサは、発光する若しくは受光する構成部分と光学的構成部分との間の距離を特定する距離要素を有する。その際距離要素は、他の構成要素と結合されるように構成されている。それによって光学的センサがその一側に光学的信号を送りかつ受光し、従って光学的構成部分はこの側に配設されており、他の側には電気的信号のための導体を有する。
【００１１】
その際受光する構成部分、発光する構成部分、少なくとも１つの光学的構成部分及び距離要素の全てが別個に製造されかつ集積されなければならない別個の構成部分から成ることは不利である。このことは測定システムの光学的センサに必要とされる精度では非常に高価である。更に光学的センサは比較的嵩張る、そのわけは個々の構成部分が別々にも取り扱われなければならないからである。ドイツ国特許出願第１９７２０３００号明細書から、チップ・オン・チップ装置において植設されたチップが担持体基板上に配設される電子的ハイブリッド構成要素が公知である。このために担持体基板は少なくとも１つのキャビティを有し、キャビティには電気的絶縁膜がその上に金属被覆を備えて配設されている。キャビティ内に植設されたチップは、金属被覆と接触し、それによって金属被覆は導電体として使用される。植設されたチップが発光ダイオードである場合、金属被覆は光線をキャビティの壁で反射するためにも利用される。
【００１２】
この構成は、発光ダイオードの光線方向も電気的接点も半導体膜の一側に配設されており若しくはこの一側に照射されるという欠点を有する。
【００１３】
ドイツ国特許出願第１９６１８５９３号明細書から、アクチブ領域を備えた感光検出器要素が公知であり、その際層構造の互いに境を接する２つの層領域の間のアクチブ領域は相異なる帯電粒子によって形成されておりかつアクチブ領域の内方において入射する電磁波の電気信号への変換が行われる。その際境を接する両表面に対するアクチブ領域の位置は、評価回路への検出器要素の接続のための少なくとも２つの接触要素が、進入する光線が現れる感光表面に対向して位置する表面に集積可能であるように、光線の入射深さを考慮して選択されている。そのような検出器の製造方法では、次の方法ステップが使用される。特定されたドープされた半導体膜における腐食防止膜が境を接する第１の表面の下方に形成される。それから腐食防止膜が区画された第２表面を形成するまで、腐食防止膜の下方に存在する基板の空間的に選択的な路長腐食が行われる。続いて半導体膜とは相違するドーピングを有する、腐食防止膜の上方の空間的に境を接する膜領域が形成されかつ検出器要素は第２表面に対して向かい合って位置する側で少なくとも２つの接触要素と接触する。
【００１４】
その際ここではフオトダイオードのみが開示されているが、完全なオプトロニックセンサは開示されていないことは不利である。
【００１５】
ドイツ国特許第１９８５９６７０．７号明細書から、目盛を備えた測定尺用の走査ヘッドが公知であり、その際走査ヘッドは実質的に単一の半導体膜から成り、走査ヘッドは測定尺に面した側に一体的に構成された複数の光電検出器を有し、走査ヘッドは更に測定尺に面した側で送り格子によって区画される袋穴を有する。その際送り格子は半導体膜上に付けられた層で又は袋穴の形成のためのプロセスの特別な構成によって実現される。更に送り格子の方向に放射する光源が袋穴中に配設されている。
【００１６】
その際送り格子と光源との間に比較的大きな距離があることは不利である。更に光電検出器が測定尺に面した側で接触されることは不利である。
【００１７】
ドイツ国特許第１９８５９６６９．３号明細書から、目盛の走査のための集積されたオプトロニックセンサが公知である。センサは、目盛とは反対の側に複数の光電検出器を有する単一の半導体膜から成る。光電検出器の領域に半導体材料が少なくとも平行に距離を隔てており、その結果光はセンサの目盛に面した側から光電検出器の光を検出する領域に入射することができる。目盛と反対側ではセンサは光源を有し、光源の領域ではセンサの光を透過する構成部分の全厚さが破断されており、その結果光源はセンサによって光を通される。半導体膜は目盛に面した側で透明な担持体と接続しており、担持体は光源の光に光学的に影響を与える少なくとも１つの他の目盛を有する。
【００１８】
その際担持体上に付けられる少なくとも１つの目盛は光電検出器の領域に光電検出器から比較的離れてかつ光源の領域で光源から比較的離れている。それによって光学的特性が悪化する。他の欠点は、光電検出器の領域で製造の際に特別の方法ステップで半導体膜が除去されなければならないことにある。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
従って光学格子と光電検出器並びに光源との間の距離ができる限り小さいような集積されたオプトロニックセンサ及びその製造方法を提供することが課題の基礎とされる。その際集積されるオプトロニックセンサの製造方法はできる限りコスト安くされるべきである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、請求項１から８までに記載された測定システムによって解決される。
【００２１】
本発明によるセンサ及び本発明による方法の有利な実施形態は、それぞれの従属請求項から得られる。
【００２２】
本発明によるセンサは、光電検出器が実現される半導体膜が、非常に薄く形成されるという利点を有する。それによって担持体上に付けられた格子と光電検出器並びに光源と光電検出器との間の距離が非常に小さい。それによってセンサの光学的特性が完全される。この利点は、光電検出器の領域で半導体膜の厚さを減少させるために、特別な方法ステップは必要とされないことにある。半導体膜は既に光電検出器の誘電的領域が担持体の境界まで延びる程度に薄い。
【００２３】
他の有利な構成は、それぞれ従属請求項及び明細書から把握される。
【００２４】
本発明によるセンサ及び本発明による方法の他の利点並びに詳細は図面に基づく実施例の次の記載から得られる。
【００２５】
【実施例】
本発明によるセンサを次に長さ測定システムを含む実施例に基づいて説明する。しかし実質てきな変更なしに、本発明による薄膜センサを角度測定システム又は二次元測定システムでも使用する可能性がある。
【００２６】
図１には、本発明によるオプトロニック薄膜センサ及び測定尺１０が図式的に表されている。薄膜センサは好ましくはシリコンから成り、光電検出器２．１及び２．２が集積されている薄い半導体膜１１．３から成る。半導体膜１１．３の測定尺１０と反対側には酸化シリコン及び又は窒化シリコンから成る不動態膜１１．１及び１１．２が配設されている。光電検出器２．１及び２．２は、直接半導体膜１１．３に形成され、半導体膜は本発明による薄膜センサを形成する。両光電検出器２．１及び２．２は、象徴的に少なくともそれぞれ機能的な１つの構造群のみ、即ち例えば単一フィールド走査のための複数のフオトダイオード又は互いに接続された光電検出器群を含む。更に光電検出器２．１及び２．２は、一体的に形成されることができる。
【００２７】
これらの機能的な光電検出器２．１及び２．２は、好ましくは発光ダイオード１によって実現される電磁波、特に光の光源に対して対称的に配設されている。その際発光ダイオード１は図示のように、別個の構成部分として、半導体膜１１．３と接続されることができる。選択的に半導体膜１１．３においても光電検出器２．１及び２．２が実現されることができる。それから相応したドーピングによって半導体膜１１．３における光源１が好適な半導体材料、例えば亜砒酸ガリウム塩から製造される。
【００２８】
発光ダイオード１は、選択的に有機又は無機ポリマーフィルムによっても実現されることができる。ポリマーフィルムは、それから直接担持体７上に付けられる。発光ダイオード１用の接触部３．２は、それから半導体膜１１．３の測定尺１０とは反対側からポリマーフィルムに移行する。
【００２９】
しかし図によれば、発光ダイオード１として別個のＳＭＤ−構成部分が好適である。半導体膜１１．３のフオトダイオード２．１及び２．２と同一側に配設される発光ダイオード１の光線が半導体膜１１．３の他の側に達することができるために、半導体膜１１．３のこの個所は、例えば異方性の腐食によって腐食されて貫通される。
【００３０】
更に半導体膜１１．３の測定尺１０とは反対側には他の電気的構造群が集積されている。電気導体３．１及び接触部３．２の他に複雑な半導体膜回路１２もこの共通の半導体膜１１．３に集積されている。その際好ましくはフオトダイオード群２．１及び２．２の出力信号の騒音のない増幅器１２並びに騒音のない増幅器１２の出力信号のための補間構造群１２が対象とされる。
【００３１】
半導体膜１１．３は、測定尺１０とは反対側で発光ダイオード１から照射される光を通す担持体７と結合している。この結合は、接着、熱及び又は陽極ボンディングによって達成されることができる。この透明な担持体７は、１つ又は複数の目盛８．１、８．２及び８．３を有し、その正確な構造及び格子定数は実現されるべき測定システムに依存する。これらの目盛８．１、８．２及び８．３は、図１に示すように、担持体７の測定尺に面した側に付けられる。選択的に目盛８．１、８．２及び８．３の配列は、図７に示すように、担持体７の他の側にも可能である。その際目盛８．１、８．２及び８．３は、図７に示すように、前もって相応した凹部が目盛８．１、８．２及び８．３のために担持体７に設けられた場合に、担持体７の表面にも設けられることができる。
【００３２】
図１及び７に表されたように構成されたオプトロニック薄膜センサは、目盛９を有する測定尺１０に対向して配設されている。発光ダイオード１が光束を測定尺１０の方向に送ると、この光束は目盛８．２でまず回折され、それから測定尺１０の目盛９上に現れ、そこで再び回折されて、光束が光束の強度が検出されるフオトダイオード２．１及び２．２に達する前に、目盛８．１及び８．３で改めて回折される。フオトダイオード２．１及び２．２の出力信号は、少なくとも増幅器１２にかつその出力信号は少なくとも補間部１２に供給され、その際これら全ての構造群は半導体膜１１．３に集積され又は別個に実現されることができる。
【００３３】
電気配線を一平面内に実施することができるために、フオトダイオード２．１及び２．２は図１及び７に表されるように、半導体膜１１．３の表面で測定尺１０とは反対側に設けられる。フオトダイオード２．１及び２．２の活性膜の厚さは、それぞれ波長に従って最適に、例えば発光ダイオード１から照射される電磁波の波長が８６０ｎｍである場合にフオトダイオード２．１及び２．２の活性領域の厚さは２５μｍに適合されることができる。このようにフオトダイオード１．１及び２．２に必要な厚さにより半導体膜１１．３の全厚さが決定される。
【００３４】
フォトダイオード２．１及び２．２の感度を高めるために、フォトダイオード２．１及び２．２の表面で不動態膜１１．２の下に反射体４．１及び４．２が付けられることができる。反射体は例えばアルミニウムから成りかつスパッタリング技術によってフォトダイオード２．１及び２．２上に付けられる。この反射体４．１及び４．２は導電的で、反射体はフォトダイオード２．１及び２．２の電気的端子としても利用されることができる。反射体４．１及び４．２によってさもなければ外に洩れる光束がもう一度フォトダイオード２．１及び２．２の活性領域で反射されかつそれによって光電流を高める。更にフォトダイオード２．１及び２．２の接点の構成が可能である。それによって接点がフォトダイオード２．１及び２．２の全表面上に分配されることができる。このために接点はジグザグ状又はフィンガ状の構造を有する。このことは、フォトダイオード２．１及び２．２の全面に亘って局部的に均一な感度を作用する。
【００３５】
光入射に面した側、即ち担持体７の下側は、ＳｉＯ2 及び又はＳｉ3 Ｎ 4から成る追加の膜によって反射防止されることができる。その際反射防止膜の膜厚は、発光ダイオード１から放射される光線の波長に依存して選択される。
【００３６】
光源、例えば発光ダイオード１は、図１及び７に表されるように、フォトダイオード２．１及び２．２及び増幅器及び補間ユニット１２と同一平面上に集積されかつ電気的に接触される。このために腐食プロセスにおいて半導体膜１１．３に完全に貫通した開口が形成される発光ダイオード１は上方からＳＭＤ要素として設けられる。図４に表されるように、発光ダイオード１の射出平面の高さを変更するために、選択的に発光ダイオード１用の担持体１．２を設ける可能性もある。
【００３７】
選択的に発光ダイオード１は担持体７上にも付けられることができかつそこで接触されることができる。半導体膜１１．３に設けられた開口は、そのために相応して充分な大きさでなければならない。発光ダイオードの接点用の導体路は、完全に担持体７上に配設されるか又は導体路は、先ず半導体膜１１．３の測定尺１０とは反対側を延び、それからそこに配設されている発光ダイオード１に接触するために、これと垂直に半導体膜の厚さに沿って担持体１０まで進む。
【００３８】
発光ダイオード１の実現のための他の選択的な構成は、半導体膜１１．３に例えば弗化水素酸中での陽極腐食によって集積されることにある。更に相応したＰＮ接合は、多孔質の半導体構造の領域におけるドーピングによって配設され、その結果発光ダイオード１が形成される。
【００３９】
発光ダイオード１の担持体１．２として、図４に表されるように、シリコン又は特に亜砒酸ガリウム塩から成るハウジングが利用されることができる。それによって担持体１．２が一般にＧａＡｓから実現される発光ダイオード１と同様な熱膨張率を有することが確保される。発光ダイオード１用の担持体１．２としての前記材料の使用では、担持体１．２の良好な熱伝導度に基づいて発光ダイオード１のための良好な熱低下が行われることも保証される。このことは、寿命及び発光ダイオード１の能率に関してポジテブに作用する。発光ダイオード１の担持体１．２の裏側は、熱進入に対してセラミックシールドによって保護されることができ、同様にそれによって熱放射が阻止されることができる。
【００４０】
発光ダイオード１の担持体１．２は、同時に半導体膜１１．３の表面上のＳＭＤ部材用の電気的接触片として及び発光ダイオード１の接点としても役立つ。発光ダイオード１の照射される表面上に、図２に表すように８、光路に影響するレンズ１．１が付けられることができる。
【００４１】
それによって発光ダイオード１用の電気端子、フォトダイオード２．１及び２．２並びに増幅器及び補間ユニット１２が一平面内に位置することによって、オプトロニック構造２．１、２．２の出力信号のための処理構造１２に対する連結導体３．１が簡単に実施される。好適な技術は、増幅器−及び補間ユニット１２の集積のための両立し得る技術プロセスのＣＭＯＳである。
【００４２】
接点平面の全表面は、半導体膜１１．３のように同様にＣＶＤプロセス（化学蒸着）のようにして付けられる、不動態膜によって被覆されることができる。
【００４３】
半導体膜１１．３用の好適な材料は、結晶方向（１−０−０）を有するシリコンである。増幅器及び補間ユニットのＣＭＯＳ集積用の材料もこの方向性を有するシリコンが好適である。
【００４４】
半導体膜１１．３の測定尺１０に面した側に配設される担持体７は、図１及び７に象徴的に表されたように、光学的作用に必要な格子構造８．１、８．２及び８．３を有する。格子構造８．１，８．２及び８．３は、位相格子として及び／又はクロム格子の形の振幅格子として実施されることができる。格子構造８．１、８．２及び８．３は、好ましくは半導体膜１１．３と反対側に付けられる。しかし格子構造８．１、８．２及び８．３は、図７に表すように、担持体７の半導体膜１１．３に面した側に付けられることも可能である。それから担持体７と半導体膜１１．３との間の連結を達成するために、アンダフィラー８（Ｕｎｄｅｒｆｉｌｌｅｒ）が使用されることができる。しかしアンダフィラーを回避するために、先ず格子構造８．１、８．２及び８．３が担持体７上に、そして続いて半導体膜１１．３が格子構造８．１、８．２及び８．３上に付けられることもできる。他の選択において、格子構造８．１、８．２及び８．３が付けられる担持体７に格子構造８．１、８．２及び８．３の寸法の凹部も設けられることができ、その結果担持体７は格子構造を含めて半導体膜１１．３を付けるための平坦な表面を形成する。
【００４５】
担持体７の測定尺１０とは反対側に発光ダイオード１用の格子構造８．２が付けられる場合、このことは担持体７の領域における発光ダイオード１用の開口の腐食の際に図６に表すように、所望の光学的作用を有する格子構造８．２を形成する半導体膜から成るウエブが残されることによって行われることができる。
【００４６】
選択的な構成において、担持体７がその測定尺１０とは反対側にも測定尺１０に面した側にもそれぞれ少なくとも１つの格子構造を有することができる。これらの、担持体７の両側に付けられた少なくとも２つの格子構造は、位相格子としても振幅格子としても位相格子と振幅格子の組合せとしても実現されることができる。その際位相格子の構造は測定尺１０上の目盛９の格子線に対して平行であるだけではなく、これに対して垂直にも選択されることができる。格子構造のこのような方位配置によって、目盛９上の多くの領域が同時に走査され、それぞれ汚れ感度は減少される。
【００４７】
他の選択は図３に表すように、発光ダイオード１の放射平面の下方の担持体７中の光学レンズ１．１である。シリコン開口に基づいて、担持体７中のレンズは担持体７の測定尺１０に面した側及び又は測定尺１０とは反対側に付けられることができる。技術的にはそのようなレンズ１．１は、例えばＰＭＭＡ−レジスト中の電子リゾグラフィによって形成される。レジスト中のレンズ１．１の湾曲は、レジスト中の相異なる照射量によって形成され、レジスト構造はそれからプラズマ腐食によって担持体７中に移動される。この技術ではレンズ１．１自体に構造、例えば位相格子８．２を圧刻することも可能である。担持体７中の光学レンズ１．１の形成のための方法ステップは、既に半導体膜１１．３の切断前にも行われることができる。
【００４８】
担持体７は、有利にパイレックス（Ｒ）ガラス材料から成り、パイレックス（Ｒ）ガラス材料はシリコンと同一の線膨張率を有する。このことは、応力を最少にし、シリコン中の機械的安定性を高めかつそれによって電気的故障個所に繋がるシリコン中の線ずれを回避する。担持体７にとって好適他の材料は、サファイヤ及び好適な珪酸硼素ガラスである。
【００４９】
本発明によるセンサが利用される測定システムは、長さ又は角度測定システムのような一次元測定システムにも、測定尺としてクロス線又は市松模様状格子を有するクロス格子測定システムのような二次元測定システムでも利用されることができる。このために必要な走査システムは、択一的な本発明により有利に対角線状に互いに向けられた２つのセンサを有する。選択的に１つのセンサに一次元の構造を有する２群の光電池も集積されることができ、その方向は測定方向に対応し又は互いに対角線状になっている。送り格子は、それから二次元格子、例えばクロス線又は市松模様状格子として形成されかつそれによって簡単にのみ必要である。
【００５０】
全センサのコンパクトな構成を達成するために、本発明によれば、他の電子回路１２は、別個の半導体膜１１．４にも集積されることができ、半導体膜は、図５に示されるように、オプトロニック構造群を有する別個の半導体膜１１．３上に配設されている。電気的接点は本発明によれば、専らオプトロニック構造群を有する半導体膜１１．３の上面上に配設されるので、その上に配設される半導体膜１１．４との接触はチップオンチップ技術で非常に簡単に可能である。それによってオプトロニック構造群と電子構造群との間の連結線の長さは、実質的に短縮され、このことは改善された故障不敏感性に繋がりかつ高いタイミング割合に基づく迅速な信号処理を可能にする。
【００５１】
当業者には本発明によるセンサの相異なる実施例に基づいて記載された特徴が任意に互いに組合せられ得ることは明らかである。
【００５２】
次に３つの相異なる方法を示しかつ部分的に既に述べた図８、９及び１０による本発明によるセンサの製造のための個々の方法ステップを詳しく記載する。
【００５３】
実質的に製造方法は、担持体７の３つの領域：即ち担持体７の加工、半導体膜１１．３の加工及びこれらの両部分の結合に分けられる。原理的には担持体７及び半導体膜１１．３は、互いに分離されるか又はこれらが既に互いに結合している場合には加工されることができる。
【００５４】
それによって先ず担持体７が加工され続いて既に作られた半導体膜１１．３が付けられるか又は半導体膜が担持体７との連結後に初めて加工される。選択的に先ず半導体膜１１．３も、場合によっては既に作られて、担持体７上に付けられかつそれから担持体７及び場合によっては半導体膜１１．３が作られることができる。担持体７、半導体膜１１．３及びそれら相互の結合の順序は、実質的に自由に選択されることができ、それによって選択的な複数の方法プロセスが得られる。半導体膜１１．３と担持体７の測定尺１０とは反対側との結合の後に、担持体７の測定尺１０とは反対側で格子構造８．１、８．２及び８．３は最早付けられることができない。
【００５５】
半導体膜１１．３の製造のための本発明による方法では、担持体７の測定尺１０とは反対側に半導体膜、好ましくはシリコンが所望の厚さ付けられる。このことは、ＣＶＤプロセス又は技術水準から公知の他の方法で行われることができる。その際単結晶、多結晶、アモルファス、多孔質、マイクロ又はナノ結晶半導体膜１１．３が分離される。これとは選択的に担持体７の個所で半導体膜１１．３が先ずウエハ上で処理されかつ後で担持体７と結合されることができる。
【００５６】
更に選択的に半導体膜１１．３がスパッタリングされかつ続いてレーザで溶解され、その結果半導体膜の冷却後に必要な半導体膜１１．３が形成される。
【００５７】
他の選択によれば、半導体膜は機械加工によって略３０μｍの厚さまで減少されかつ続いて化学的にラッピングされる。この薄い半導体膜１１．３は、その後担持体７と例えばボンディング方法によって結合される。
【００５８】
第２ステップにおいて、フォトダイオード２．１及び２．２はフォトダイオードが配設されている領域の相応するドーピングによって形成される。このステップで、増幅器及び補間ユニット１２が同一の半導体膜１１．３に設けられる場合に、増幅器及び補間ユニット１２と同様に他の構造群の形成も行われることができる。
【００５９】
第３ステップにおいて、フォトダイオード２．１及び２．２の裏側の金属膜４．１及び４．２同様に導体路３．１及び接点３．２が付けられる。このことは公知の光化学的プロセスにおいて相応して形成されるアルミニウム−酸化チタンから成る金属被膜の半導体膜１１．３上への被覆によって行われる。
次のステップで、発光ダイオード１は、場合によっては、半導体材料から成るハウジング中でかつセラミックから成るシールドと、接触片３．２を介して導電的に接続される。ポリマー発光ダイオード１が使用される場合に、この発光ダイオードは、後にキャリア７と連結後に半導体層１１・３と接続される
【００６０】
増幅器及び補間ユニット１２のような他の構造群がオプトロニック構造群１、２．１、２．２等の傍らに設けられない場合、続いて追加の構造群１２で実現される追加の半導体膜１１．４が上方から半導体膜１１．３と結合されることができる。この結合はチップオンチップ技術で実施されることができ、その結果両半導体膜１１．３及び１１．４は互いに電気的に伝導結合される。
【００６１】
本発明による担持体７の製造方法では、レンズ１．１を発光ダイオード１の光が平行光線にされる担持体７中に集積することが可能である。このためにＰＭＭＡ−レジスト中に電子ビームリゾグラフィによるレンズの原型が形成される。電子による照射の間の照射量は、現像プロセス後に光学レンズ１．１の形が得られるように変形される。これは例えばプラズマ腐食プロセスによって担持体７の材料中に伝達される。
【００６２】
続いて格子構造８．１、８．２及び８．３が担持体７上に付けられる。位相格子はレンズについては上に記載したと同様な方法で担持体７上に形成されることができる。振幅格子は公知の方法で、例えばクロム格子として担持体７上に付けられる。
【００６３】
担持体７と半導体膜１１．３の連結は、図８、９及び１０によれば任意の時点に行われることができる。担持体７及び半導体膜１１．３が仕上げ加工されている場合には、有利に連結が実施される、そのわけはその場合担持体７及び半導体膜１１．３は図８に示されるように、互いに別々に加工されることができるからである。これとは選択的に半導体膜１１．３が任意の加工状態にある担持体７上に直接切断されることは有利であり得る。
【００６４】
選択的に、代わりにセンサの半導体群も設けられる担持体７上で半導体材料が切断されることも可能である。このことは既に記載したように、半導体材料が半導体膜１１．３として担持体７の測定尺１０とは反対側に配設されかつ続いて必要ない半導体材料がリゾグラフィプロセスで再び除去されることによって達成される。これとは選択的に半導体材料は半導体群も設けられる担持体７上にのみ選択的に付けられることもできる。
【００６５】
当業者には記載の方法ステップが任意に組み合わされることができそれによってここでは全ては詳しく記載されないセンサの製造方法のための多数の組合せ可能性が得られることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、所属の目盛板を備えた可能な本発明による薄膜センサの断面図である。
【図２】 図２は、選択的な構成を有する図１の破断図である。
【図３】 図３は、選択的な構成を有する図１の破断図である。
【図４】 図４は、選択的な構成を有する図１の破断図である。
【図５】 図５は、所属の目盛板を有する可能な本発明による薄膜センサの断面図である。
【図６】 図６は、選択的な構成を有する図１の破断図である。
【図７】 図７は、所属の目盛板を有する他の可能な本発明による薄膜センサの断面図である。
【図８】 図８は、本発明による方法のための可能な図式的方法プロセスを示す図である。
【図９】 図９は、本発明による方法のための他の図式的な方法プロセスを示す図である。
【図１０】 図１０は、本発明による方法のための他の図式的な方法プロセスを示す図である。
【符号の説明】
１ 光源
２．１ 光電検出器
２．２ 光電検出器
７ 担持体
８．１ 目盛
８．２ 目盛
８．３ 目盛
９ 目盛板
１０ 目盛板
１１．３ 半導体膜
Claims (8)
- 測定尺（１０）と、少なくとも１つの格子構造（８．１、８．２、８．３）を備え、測定尺（１０）に向かい合って位置する透明の担持体（７）と、並びに担持体（７）の測定尺（１０）と反対側の面上に配設されかつ薄い層として形成された半導体膜（１１．３）とを備えた測定システムにおいて、
半導体膜（１１．３）には少なくとも１つの光電検出器（２．１、２．２）が内蔵されており、
半導体層（１１．３）の開口を介して、測定尺（１０）の方向に発光する発光ダイオード（１）が配設されており、
担持体（７）の測定尺（１０）と反対側かつ発光ダイオード（１）の下方に、腐食工程によって構成された半導体層（１１．３）のウエブから成る格子構造（８．２）が形成されており、かつ、
半導体層（１１．３）の厚さは、少なくとも光電検出器（２．１，２．２）の検出されるべき領域の厚さに対応することを特徴とする測定システム。 - 半導体膜（１１．３）がシリコンから成る、請求項１に記載の測定システム。
- 発光ダイオード（１）がＳＭＤ−要素として形成されている、請求項１又は２に記載の測定システム。
- 光電検出器（２．１、２．２）が光源（１）に対して対称的に配設されている、請求項１から３までのうちのいずれか１つに記載の測定システム。
- 光源（１）が発散光を発する、請求項１から４までのうちのいずれか１つに記載の測定システム。
- 担持体（７）が、半導体層（１１．３）と同様な膨張係数を有する、請求項１から５までのうちのいずれか１つに記載の測定システム。
- 担持体（７）が硼素珪酸塩ガラス又はサファイアから成る、請求項１から６までのうちのいずれか１つに記載の測定システム。
- 導電線（３．１）及び接触片（３．２）が半導体層（１１．３）の測定尺（１０）と反対側の面上に配設されている、請求項１から７までのうちのいずれか１つに記載の測定システム。
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