JP6150951B2 - 集積マイクロメカニカル流体センサコンポーネントの製造方法、集積マイクロメカニカル流体センサコンポーネント、及び、集積マイクロメカニカル流体センサコンポーネントを用いた流体の識別方法 - Google Patents
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Description
流体、例えばガス混合物の成分(分析物)を識別するための分光分析法は、分析物と光子との相互作用を基礎としている。測定のために、通常、発光デバイス、例えばLED若しくはレーザダイオードと、検出器、例えばフォトダイオード若しくはサーモパイルと、光学測定区間とから成る構造体が使用される。当該光学測定区間が少なくとも部分的に分析すべき流体を通って延在しているか、又は、分析すべき流体が当該測定区間内に導入される。このことは、例えば、流れを形成することによって能動的に行うこともできるし、又は、対流若しくは発散流を許容することによって受動的に行うこともできる。検出器の信号が読み出され、例えば流体種類又は分子濃度の推定に用いられる。この場合、放出された光が分析すべき流体及び/又は分析物によって部分的に吸収されるという事実が利用される。
本発明は、請求項1の特徴を有する集積マイクロメカニカル流体センサコンポーネントの製造方法と、請求項9の特徴を有する集積マイクロメカニカル流体センサコンポーネントと、請求項10の特徴を有する集積マイクロメカニカル流体センサコンポーネントを用いた流体中の分子濃度の測定方法とを開示する。
第1の基板上に第1のブラッグ鏡と発光素子とを含む第1のウェーハを形成するステップが行われ、発光素子は、光ビームを、自身の、第1のブラッグ鏡とは反対側の表面から放出方向へ向かって放出するように形成され、
第1のブラッグ鏡及び発光素子は、第1の基板の第1の表面上に形成され、放出方向は当該第1の基板の第1の表面に対して直立しており、発光素子及び第1のブラッグ鏡は、放出されて放出方向の反対方向へ進行し第1のブラッグ鏡へ入射する光ビームを第1のパーセンテージだけ放出方向へ反射できるように構成され、
第2の基板上に第2のブラッグ鏡とフォトダイオードとを含む第2のウェーハを形成するステップが行われ、フォトダイオードは、第2のブラッグ鏡の、第2の基板に近い側の表面上に設けられ、
発光素子の、第1のブラッグ鏡とは反対側の面上、及び、第2のブラッグ鏡の、フォトダイオードとは反対側の表面上に、流体を導入でき且つ光ビームが通過可能な中空室が形成されるように、第1のウェーハを第2のウェーハにボンディング又は接着するステップが行われ、
発光素子及び第2のブラッグ鏡は、放出されて放出方向へ向かって進行し第2のブラッグ鏡へ入射する光ビームを、第2のパーセンテージだけ放出方向の反対方向へ反射でき且つ別のパーセンテージだけ透過できるように構成及び配置され、
フォトダイオードは、光ビームが中空室を通過した後及び光ビームが第2のブラッグ鏡を透過した後に、その少なくとも一部を自身へ入射させるように構成及び配置され、
第1のウェーハ及び第2のウェーハから流体センサコンポーネントを個別化するステップが行われる。
本発明の基礎となる知見は、きわめてコンパクトな構造を有し且つ技術的に簡単に製造できる流体センサへの需要が存在するということである。
図1には、本発明の第1の実施形態の流体センサコンポーネント100の概略断面図が示されている。
第1のウェーハW1‐4上、特に第3のブラッグ鏡DBR3の、発光素子112とは反対側の表面DBR3‐f上で、第1のコンタクトパッド155を処理するステップと、
第2のウェーハW2‐4上、特に第2のブラッグ鏡DBR2の、第2の基板120とは反対側の表面DBR2‐f上で、第2のコンタクトパッド156を処理するステップと、
第1のコンタクトパッド155上で、金属柱状部材154を処理するステップと、
第1のウェーハW1‐4を第2のウェーハW2‐4にボンディングするために、金属柱状部材154を第2のコンタクトパッド156にボンディングするステップと
によって行われる。
第1のウェーハW1‐6上、特に発光素子112の、第1のブラッグ鏡DBR1とは反対側の表面112‐f上で、第1のコンタクトパッド155を処理するステップと、
第2のウェーハW2‐6上、特に第2のブラッグ鏡DBR2の、第2の基板120とは反対側の表面DBR2‐f上で、第2のコンタクトパッド156を処理するステップと、
第1のコンタクトパッド155上で、金属柱状部材154を処理するステップと、
第1のウェーハW1‐6を第2のウェーハW2‐6にボンディングするために、金属柱状部材154を第2のコンタクトパッド156にボンディングするステップと
によって行われる。
Claims (10)
- 集積マイクロメカニカル流体センサコンポーネントの製造方法であって、
前記方法は、第1の基板(110)上に第1のブラッグ鏡(DBR1)と発光素子(112)とを含む第1のウェーハ(W1;W1‐2;W1‐4)を形成するステップ(S01)を含み、前記発光素子(112)は、光ビーム(L)を、該発光素子(112)の、前記第1のブラッグ鏡(DBR1)とは反対側の表面(112‐f)から放出方向(R)へ放出するように形成され、
前記第1のブラッグ鏡(DBR1)及び前記発光素子(112)は、前記第1の基板(110)の第1の表面(110‐f)上に形成され、前記放出方向(R)は前記第1の表面(110‐f)に対して直立しており、前記発光素子(112)及び前記第1のブラッグ鏡(DBR1)は、放出されて前記放出方向(R)の反対方向へ進行し前記第1のブラッグ鏡(DBR1)へ入射する光ビーム(L)を、第1のパーセンテージだけ前記放出方向(R)へ向かって反射できるように構成され、
前記方法は、第2の基板(120)上に第2のブラッグ鏡(DBR2)とフォトダイオード(116)とを含む第2のウェーハ(W2;W2‐2;W2‐3;W2‐4)を形成するステップ(S02)を含み、前記フォトダイオード(116)は、前記第2のブラッグ鏡(DBR2)の、前記第2の基板(120;220)に近い側の表面(DBR2‐b)上に設けられ、
前記方法は、前記第2のブラッグ鏡(DBR2)の、前記フォトダイオード(116)とは反対側の表面(DBR2‐f)上に、間隔保持装置(150;152;154;155;156)によって画定され、流体(F)を導入でき且つ前記光ビーム(L)が通過可能な中空室(114)が形成されるように、前記間隔保持装置(150;152;154;155;156)を介して前記第1のウェーハ(W1;W1‐2;W1‐4)を前記第2のウェーハ(W2;W2‐2;W2‐3;W2‐4)にボンディング又は接着するステップ(S03)を含み、
前記発光素子(112)及び前記第2のブラッグ鏡(DBR2)は、放出されて前記放出方向(R)へ向かって進行し前記第2のブラッグ鏡(DBR2)へ入射する光ビーム(L)を、第2のパーセンテージだけ前記放出方向(R)の反対方向へ反射でき且つ別のパーセンテージだけ透過できるように構成及び配置され、
前記フォトダイオード(116)は、前記光ビーム(L)が前記中空室(114)を通過した後及び前記光ビーム(L)が前記第2のブラッグ鏡(DBR2)を透過した後に、その少なくとも一部を自身へ入射させるように構成及び配置され、
前記方法は、前記第1のウェーハ(W1;W1‐2;W1‐4)の構成要素として、前記発光素子(112)の、前記第1のブラッグ鏡(DBR1)とは反対側の表面(112‐f)に、第3のブラッグ鏡(DBR3)を形成するステップ(S05)を含み、前記発光素子(112)及び前記第3のブラッグ鏡(DBR3)は、放出されて前記放出方向(R)へ向かって進行し前記第3のブラッグ鏡(DBR3)へ入射する光ビーム(L)を、第3のパーセンテージだけ前記放出方向(R)の反対方向へ反射でき且つ別のパーセンテージだけ透過できるように構成され、
前記方法は、前記第1のウェーハ(W1;W1‐2;W1‐4)及び前記第2のウェーハ(W2;W2‐2;W2‐3;W2‐4)から流体センサコンポーネントを個別化するステップ(S04)を含む、
ことを特徴とする方法。 - 前記第1のブラッグ鏡(DBR1)を、前記第1の基板(110)と前記発光素子(112)との間に設ける、
請求項1に記載の方法。 - 前記第1のウェーハ(W1‐4;W1‐6)上で、第1のコンタクトパッド(155)を処理するステップと、
前記第2のウェーハ(W2‐4;W2‐6)上で、第2のコンタクトパッド(156)を処理するステップと、
前記第1のコンタクトパッド(155)上又は前記第2のコンタクトパッド(156)上で、金属柱状部材(154)を処理するステップと、
前記第1のウェーハ(W1‐4;W1‐6)を前記第2のウェーハ(W2‐4;W2‐6)にボンディングする前記ステップ(S03)のために、前記金属柱状部材(154)を前記第2のコンタクトパッド(156)又は前記第1のコンタクトパッド(155)にボンディングするステップと、
によって前記間隔保持装置(154,155,156)を形成する、
請求項2に記載の方法。 - 前記第1のウェーハ(W1‐2;W1‐5)上又は前記第2のウェーハ(W2‐2;W2‐5)上に犠牲層及び導電層の少なくとも一方を設けるステップと、
前記犠牲層及び前記導電層の少なくとも一方をパターニングするステップと、
前記第2のウェーハ(W2‐2;W2‐5)を前記第1のウェーハ(W1‐2;W1‐5)にボンディング又は接着する前記ステップ(S03)を前記犠牲層及び前記導電層の少なくとも一方を介して行った後に、前記犠牲層が設けられている場合には当該犠牲層を除去するステップと、
によって前記間隔保持装置(152)を形成する、
請求項2に記載の方法。 - 前記第2の基板(120;220)と前記第2のブラッグ鏡(DBR2)との間に前記フォトダイオード(116)を設ける、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の方法。 - 前記第2の基板(220)は、前記光ビーム(L)に対して透明な基板(220)であり、
前記第2の基板(220)を、前記第2のブラッグ鏡(DBR2)と前記フォトダイオード(116)との間に設ける、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の方法。 - 前記中空室(114)は、前記発光素子(112)の、前記第1のブラッグ鏡(DBR1)とは反対側の面(112‐f)上に形成される、
請求項1に記載の方法。 - 集積マイクロメカニカル流体センサコンポーネントであって、
第1の基板(110)上に第1のブラッグ鏡(DBR1)と発光素子(112)とを含む第1のウェーハ(W1;W1‐2;W1‐4)が設けられており、前記発光素子(112)は、光ビーム(L)を、該発光素子(112)の、前記第1のブラッグ鏡(DBR1)とは反対側の表面(112‐f)から放出方向(R)へ放出するように形成されており、
前記第1のブラッグ鏡(DBR1)及び前記発光素子(112)は、前記第1の基板(110)の第1の表面(110‐f)上に形成されており、前記放出方向(R)は前記第1の表面(110‐f)に対して直立しており、前記発光素子(112)及び前記第1のブラッグ鏡(DBR1)は、前記放出方向(R)の反対方向へ進行し前記第1のブラッグ鏡(DBR1)へ入射する光ビーム(L)を第1のパーセンテージだけ前記放出方向(R)へ向かって反射できるように構成され、
第2の基板(120)上に第2のブラッグ鏡(DBR2)とフォトダイオード(116)とを含む第2のウェーハが設けられており、前記フォトダイオード(116)は、前記第2のブラッグ鏡(DBR2)の、前記第2の基板(120;220)に近い側の表面(DBR2‐b)上に設けられており、
前記第2のブラッグ鏡(DBR2)の、前記フォトダイオード(116)とは反対側の表面(DBR2‐f)上に、間隔保持装置(150;152;154;155;156)によって画定され、流体(F)を導入でき且つ前記光ビーム(L)が通過可能な中空室(114)が形成されるように、前記第1のウェーハ(W1;W1‐2;W1‐4)が前記間隔保持装置(150;152;154;155;156)を介して前記第2のウェーハ(W2;W2‐2;W2‐3;W2‐4)にボンディング又は接着されており、
前記発光素子(112)及び前記第2のブラッグ鏡(DBR2)は、放出されて前記放出方向(R)へ向かって進行し前記第2のブラッグ鏡(DBR2)へ入射する光ビーム(L)を、第2のパーセンテージだけ前記放出方向(R)の反対方向へ反射でき且つ別のパーセンテージだけ透過できるように構成及び配置されており、
前記フォトダイオード(116)は、前記光ビーム(L)が前記中空室(114)を通過した後及び前記光ビーム(L)が前記第2のブラッグ鏡(DBR2)を透過した後に、その少なくとも一部を自身へ入射させるように構成及び配置されており、
前記第1のウェーハ(W1;W1‐2;W1‐4)の構成要素として、前記発光素子(112)の、前記第1のブラッグ鏡(DBR1)とは反対側の表面(112‐f)に、第3のブラッグ鏡(DBR3)が設けられており、前記発光素子(112)及び前記第3のブラッグ鏡(DBR3)は、放出されて前記放出方向(R)へ向かって進行し前記第3のブラッグ鏡(DBR3)へ入射する光ビーム(L)を、第3のパーセンテージだけ前記放出方向(R)の反対方向へ反射でき且つ別のパーセンテージだけ透過できるように構成されている、
ことを特徴とする集積マイクロメカニカル流体センサコンポーネント。 - 前記中空室(114)は、前記発光素子(112)の、前記第1のブラッグ鏡(DBR1)とは反対側の面(112‐f)上に形成されている、
請求項8に記載の集積マイクロメカニカル流体センサコンポーネント。 - 請求項8又は9に記載の集積マイクロメカニカル流体センサコンポーネントを用いた流体の識別方法であって、
流体(F)が中空室(114;114’)に存在している期間において、光ビーム(L)を放出する前記発光素子(112)に供給される電流をIとし、フォトダイオード(116)へ入射する光ビーム(L)に応答して該フォトダイオード(116)に生じ、該フォトダイオード(116)で読み出される電力をPとしたP−I特性曲線(K1)を記録するステップ(S11)と、
前記P−I特性曲線(K1)にしたがって電力Pが前記フォトダイオード(116)で終端値を取るときの電流Iの値である閾値電流(Is,mg)を求めるステップ(S12)と、
求められた前記閾値電流(Is,mg)を、流体(F)の識別のために予め定められた基準閾値電流(Is,og)と比較するステップ(S13)と
を含む、
ことを特徴とする方法。
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