JP2007519234A - 移送表面上における素子の組付 - Google Patents

Abstract

本発明は、移送表面（２０）上への取付を意図した光学素子（３０）に関するものである。本発明においては、素子の少なくとも１つの面（Ａ）が、少なくとも１つの金属化結合ランド（３７，３８）を備えている。各ランドは、移送表面上の金属化結合ランド上への移送および半田付け（２７，２８）による素子の組立を可能とし得るよう、配置されている。好ましくは、素子の少なくとも１つの金属化結合ランドは、移送面（Ａ）がなす表面（３９）から引っ込んだ凹所ノッチに配置されている。

Description

本発明は、マイクロエレクトロニクスデバイスの分野に関するものであり、より詳細には、光学デバイスの分野に関するものである。特に、本発明は、移送表面上へと取り付けられるような、光学素子に関するものである。また、本発明は、特に光学素子といったようなそのような素子を集積化したデバイスに関するものであり、また、そのような素子の組立プロセスに関するものであり、さらに、そのような素子の製造プロセスに関するものである。

図１Ａは、光学的ベンチという構成に対応した集積型光学デバイスの一例を示している。このデバイスは、レーザー放射２，６の放射源１を備えている。レーザー放射２，６は、焦点合わせレンズシステム４上へと案内され、その後、『マイクロレーザー』タイプの素子１０へと案内される。例えば、放射源１は、レーザー発光ダイオード（ＬＥＤ）とすることができ、一対をなすレンズ３，５として概略的に図示されている焦点合わせシステム４は、一体型光学回路あるいは一体型光学素子（ＩＯＣ）から構成することができる。

この特定の例においては、共振セル１０は、多層部材とされ、通常は直方体形状とされ、レーザー材料からなるボディ１１と、このボディ１１に対して結合されかつ可飽和吸収材料からなる層１２と、を備えている。

このタイプのデバイスにおいては、図１Ａから理解されるように、様々な光学素子どうしを互いに位置決めして保持しさらに位置合わせするという試みが、行われる。特に、レーザーチップは、活性面に対して垂直な面上に取り付けられなければならない。

図１Ｂは、従来技術におけるチップ移送の一例を示している。支持プラットホーム２０は、平面２１を備えており、この平面２１上に、直方体形状のチップ１０が配置されており、これにより、図１Ａにおけるレーザー共振セルと同様の光学素子を形成している。

光学素子をなすチップ１０は、端部ミラー１３，１４がなす面に対して垂直な１つの側面をプラットホームの表面２１に対して接触させることにより、移送される。

その後、デバイス１００の他の複数の光学素子を、例えば、レーザーダイオードからなるチップ１と、可能であれば、焦点合わせシステム４に対応した一体型光学素子とを、同様にして移送することができ、プラットホーム２０の表面２１に対して接触させることができる。

デバイスをなす様々な素子１，４，１０は、同一平面２１上に支持され、この平面上において移動可能とされる。これにより、互いに位置決めして位置合わせすることができる。

その後、素子１，４，１０は、接着により、プラットホーム２０上に固定される。したがって、固定対象をなす各素子の下方のところに接着液滴１９を滴下し、その後、各素子を、プラットホーム２０の表面２１上へと、所定位置に移送する。

公知の接着技術においては、多くの欠点が存在する。

−現在使用されている接着剤は、素子の外部構造を損傷する可能性がある。特に、ポリマーからの脱ガスによって、レーザーの外表面を汚染してしまったり、あるいは、レーザーキャビティのミラーの反射面を汚染してしまったり、する。これにより、レーザー１００の効率が低減したり無効になったりする。

−接着剤は、熱伝導性が小さい。小型の光学素子であっても、熱を放出する。特に、レーザーダイオードのポンピングエネルギーや、レーザー『キャビティ』内において吸収されたエネルギーは、大きな熱損失を生成する。そのため、破壊的な温度上昇を回避し得るよう、熱を逃がさなければならない。しかしながら、熱伝導性接着剤であっても、熱伝導率は、数Ｗ／ｍＫ（ワット／（メートル、ケルビン））（１０Ｗ／ｍＫ）の程度に制限されている。

このような熱伝導性の悪さのために、プラットホーム上において、大きなエネルギー放散状態でもって光学素子を取り付けることができない。このことは、この技術を使用して組み立て得る素子のパワーを制限する。

−接着剤の厚さ制御が困難であり、過度の厚さとなってしまう。このため、光学素子どうしを正確に位置合わせすることが困難となる。接着剤の厚さを制御し得ないというこの欠点は、例えば、レーザーや、光ファイバと導波路との界面や、ネットワーク、等といったような、光学的位置合わせが重要であるような光学デバイスにおいては、深刻な欠点である。

他の問題点は、接着技術においては、移送される素子の位置決めや位置合わせを制御し得ないことである。このため、集積型光学デバイスの製造の自動化が阻害される。

最後に、他の欠点は、接着による取付が、恒久的なものであって、光学デバイスを分解しなければ、光学素子の位置修正を行えないことである。なお、本出願人の知る限りにおいては、本出願に関連性を有する先行技術文献は存在しない。

本発明の目的は、上記欠点を有することなく、信頼性高くかつ堅固な態様での取付を可能としつつ、移送表面上において、特に光学素子といったような素子を組み立てることである。

本発明のある格別の目的は、素子の位置決め精度や素子の位置合わせ精度を制御し得るような、さらには、対応移送表面上への素子の自動組立さえをも可能とし得るような、組立システムを提供することである。

他の目的は、複数の素子を集合的に製造する際に、基板のスケールにおいて集合的に組立システムを製造する技術を開発することである。

上記目的は、接着剤を使用した組立に代えて、素子の半田付け取付を行うことにより、特に、光学タイプの素子の半田付け取付を行うことにより、達成され、その際、半田付け取付という目的のために、素子の面上には、１つまたは複数の金属化ランドが成膜される。

そのような金属化結合は、半田付けに関する表面濡れ性を形成する。濡れ表面は、有利には、素子の周囲（移送面のエッジ）に配置され、また、その位置に形成されたキャビティの底面のところに配置される。

本発明は、特に、移送表面上に取り付けられるような、例えば光学素子といったような素子に関するものである。その場合、素子の少なくとも１つの面は、少なくとも１つの金属化結合ランドを備えており、この少なくとも１つの金属化結合ランドは、素子の移送によって、および、移送表面上の金属化結合ランドの半田付けによって、組立を行うに際して、使用することができる。

素子上における金属化ランドの設置により、移送表面上における組立を実行することができる。

本発明の他の利点は、熱ブリッジを形成することである。すなわち、半田付けのために使用される溶融可能合金は、１０〜５０Ｗ／ｍＫという程度の熱伝導度を有している。これにより、良好に熱を放散することができ、例えばレーザーといったような素子の冷却に際して、格別に効果的なものである。その結果、そのような素子のパワーを飛躍的に向上させることができる。

有利には、溶融可能合金による組立は、移送プラットホームの表面に対応した金属化箇所上へと、素子を自動的に位置合わせすることができる。このような自己位置合わせは、３つの軸上において有効である。

本発明による素子は、平面を規定する層を備えることができる。例えば、この平面は、移送表面に対して実質的に垂直なものとすることができる。

素子は、活性層を備えることができる、例えば平面を規定する上層を備えることができる、例えば光学的活性層を備えることができる。

したがって、本発明においては、素子は、移送表面を形成する支持プラットホームと関連することができる。プラットホームは、素子の属化結合ランドに対応する金属化取付ランドを備えている。

各金属化結合ランドは、移送面がなす平面状外表面から奥方に引っ込んだ組立ノッチの底面上に成膜することができる。組立ノッチは、例えば、素子の移送面のエッジの周囲に配置されている。

移送面は、移送面の互いに反対側に位置した２つのエッジに沿って配置された少なくとも２つの金属化ランドを備えることができる。あるいは、移送面は、移送面の各コーナー部分に形成された金属化ランドを備えることができ、例えば、４つの金属化ランドを備えることができる。

さらに、中間介在部材を、素子と移送プラットホームとの間に介装した状態で、移送表面上に配置することができる。中間介在部材は、例えば、ヒートシンクとしての機能または冷却器としての機能を果たすことができ、また、シムとしての機能すなわち位置決め調整係止機能を果たすことができる。

本発明は、特に、互いに個別の媒体から形成された複数の層を具備した素子に対して適用され、素子は、例えば、移送面に対して垂直に配置された光学媒体を備えることができる。本発明は、より詳細には、マイクロレーザータイプの素子に対して適用される。

プラットホームを使用したような本発明による組立プロセスにおいては、添加材料を含有した半田を使用する。半田は、例えば、素子の各金属化結合ランドとプラットホーム表面との間に配置された溶融可能材料またはろう付け材料とすることができる。

移送表面上における金属化ランドの半田付けとは、一様なタイプの半田付けを意味している（金属化ランドと同じタイプの材料の添加を使用してあるいは使用しないで）、あるいは、ヘテロタイプの半田付けを意味している（溶融可能材料タイプの添加を使用して）。

金属化成膜は、また、プラットホームの表面上においても行うことができる。

そのような組立手段を使用することにより、設計者の意図に応じたプラットホーム上の任意の要求された場所に素子を配置することができる。移送される素子の数は、要望に応じて多数とすることができる。唯一の制限は、選択されるプラットホームのサイズのみである。

そのような組立手法は、素子の組立操作を容易なものとし、金属化ランドは、半田付けを容易に行い得るものとされる。半田付け操作は、半田付けツールを使用して自動的に行うことができ、半田付けツールは、素子の金属化ランドと、プラットホームの金属化ランドと、の間の境界上に適用される。

他の利点は、本発明による素子組立モードであれば、プラットホームの取付ランド上へと素子の自己位置決めを行い得ることであり、また、素子の受動的な自己位置合わせを行い得ることである。これは、光学素子に関し、光学の分野において、特に好適である。

これに代えて、あるいは、これに加えて、使用者は、半田付け時に実行することによって、素子の動的な位置合わせを行うことができる。これにより、１つの、あるいは、２つの、あるいは、３つの、自由度でもって、素子の位置合わせの調節を行うことができる。

素子が、移送面上に複数の結合ランドを有している場合には、チップと取付ランドとの間の平行関係を調節することができる。４つの金属化ランドを備えた実施態様は、自己位置合わせを２つの軸に沿って行い得ることにより、受動的位置合わせに関して、最も魅力的なものである。

素子の移送面から引っ込んだ位置に配置された１つまたは複数の凹所ノッチは、素子の１つまたは複数の面上に前もって形成され、素子の移送面から引っ込んだ位置に形成された各ノッチの底面上（あるいは、面上には）には、金属化成膜が実施される。

本発明は、また、素子の製造プロセスに関するものであって、本発明によるプロセスにおいては、
−１つまたは複数の光学素子が既に形成されている基板ウェハ内に一連をなす複数の平行スリットをエッチング形成し、この場合、各スリットを、基板から材料の一部を厚さ方向に除去したものとし、
−ウェハの厚さ方向において既にエッチング形成されたスリットの底面のところにおいて、金属化成膜を形成する。

例えば、一連をなす複数の平行スリットは、長手方向に延在する複数のスリットを備えている。これにより、ウェハの表面内に、複数のトレンチまたはグルーブを形成することができる。あるいは、一連をなす複数の平行スリットは、短いスリット（あるいは、貫通スリット）からなる少なくとも２つの平行バンド（あるいは、平行ストリップ）を備えている。これにより、移送面内に複数のキャビティからなるネットワークを形成することができる。

金属化成膜の形成ステップにおいては、複数の個別の金属からなる複数の層を成膜するための複数の操作を行うことができる。特に、チタンの成膜操作と、ニッケルの成膜操作と、金の成膜操作と、を連続して行うことができ、これにより、Ａｕ／Ｎｉ／Ｔｉからなる三層積層構造を形成することができる。金属化成膜の形成ステップは、カソードスパッタリング操作、または、金属の蒸着操作、によって行うことができる。

エッチングによって素子をカットするという付加的なステップは、各スリットの軸線方向に延長線上に沿って、化学的エッチングによりあるいは機械的カットにより、行うことができる。その際のカットラインは、スリットどうしの離間間隔よりも狭いものとされる。

本発明の他の利点や特徴点や目的は、添付図面を参照しつつ、本発明を何ら限定するものではなく単なる例示としての好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明を読むことにより、明瞭となるであろう。

以下の説明においては、光学素子という特別の場合を、例示として使用する。

本発明による光学素子の組立に関する一般的な原理が、図２Ａおよび図２Ｂに示されている。図２Ａおよび図２Ｂは、支持プラットホーム２０上への素子３０の移送を示している。

図２Ａは、素子を示しており、素子は、ミラー層を有した２つの面Ｅ，Ｆ（それぞれ、前面、および、背面）を備えている。

ここで想定している光学素子３０は、例えば、レーザー共振セルをなす多層素子とすることができる。光学素子３０は、例えば欧州特許出願公開第６５３ ８２４号明細書に記載されているような、積層を備えてなるマイクロレーザー素子とすることができる。

図２Ａに概略的に示すように、レーザー材料からなる第１層３１が、素子３０の活性媒体を形成している。この第１層３１に対して、可飽和吸収材料からなる第２層３２が、取り付けられている。最後に、ミラーをなす反射層３３，３４が、前面Ｆおよび背面Ｅに対してコーティングされている。

本発明においては、素子上に、１つまたは複数の金属化されたランドが形成される。図示の例においては、金属化されたランドは、光学素子チップの各エッジに沿って配置されている。

図２Ａの実施形態においては、互いに反対側に位置しておりなおかつ素子の層３１，３２に対してほぼ垂直に配置された２つの面Ａ，Ｃは、各面の両端部に形成された金属化ランド３５，３６，３７，３８を有している。

よって、面Ａは、前面Ｅ（レーザーセルの入力ミラー）に対して隣接しており先端部とも称される部分上に成膜された第１金属ランド３７と、背面Ｆ（レーザーセルの出力ミラー）に対して隣接しておりなおかつ先端部とは反対側に位置した第２金属ランド３８と、を有している。

金属化ランドは、好ましくは光学素子のエッジに沿って配置された小さなノッチ形状の切欠３５，３６，３７，３８からなる凹所のところにおいて、形成されているあるいは成膜されている。この場合には、４つの平行エッジＣ／Ｅ，Ｃ／Ｆ，Ａ／Ｅ，Ａ／Ｆに沿ってセットバックされた凹所のところにおいて、形成されているあるいは成膜されている。有利には、各金属化ランドは、ノッチすなわち切欠の凹状表面を厳密にカバーしたものとされる。

移送時には、光学素子３０のチップの面Ａを、プラットホーム２０の平面２１に対して接触させる向きとすることができる。プラットホームは、例えばシリコンやアルミナなどといったような基板から形成されている。

プラットホーム２０の上面２１上においては、素子３０の金属化ランド３７，３８を移送すべき位置のところに、金属化ランド２５，２６が成膜されている。

一実施形態においては、プラットホーム２０の金属化された取付ランド２５，２６が、素子３０の金属化ランド３７，３８を移送すべき位置に対応した表面積と比較して、かなり大きな表面積を占有している。したがって、移送時には、取付ランドの表面積が大きいことが、素子３０を移動に際しての、および、複数の軸線に沿っての位置決めおよび位置合わせの調整に際しての、ある種の許容度をもたらす。

したがって、この実施形態においては、素子の動的な位置合わせ（手動での位置合わせ、あるいは、機械による位置合わせ）に関し、許容度がもたらされる。

溶融可能材料２７，２８が、融点以上に加熱されたときには、溶融可能材料２７，２８は、液体状態へと変化する。その後、素子３０が、位置合わせされ位置決めされる。アセンブリ２０，３０等が冷却された際には、溶融可能材料２７，２８は、固体状態へと戻り、これにより、素子３０を固定することができる。

単一の金属化された取付ランドによって、素子の移送の面Ａのすべての金属化結合ランド３７，３８にわたっての表面全体をカバーして囲むことができる、言い換えれば、素子３０の全断面と比較してそれ以上の連結表面をカバーして囲むことができる、すなわち、移送面Ａのうちの、ノッチ３７，３８を含む全面積をカバーして囲むことができる。

これに代えて、単一の金属化された取付ランドは、また、移送対象をなす複数の素子のすべての箇所を囲む連結表面をカバーすることもできる。

ある単純な実施形態においては、プラットホーム２０の平面２１の主要な部分あるいは一部分が金属化され、これにより、一連をなす複数の光学素子をプラットホーム上に自由に配置することを可能とする単一の金属化された取付ランドを形成することができる。

一実施形態においては、金属化された取付ランド２５，２６は、素子３０の金属化結合ランド３７，３８の配置表面積とほぼ同じ表面積を占有することができる。

有利には、素子３０の金属化結合ランド３７，３８とプラットホーム２０のランド２５，２６との間におけるこの表面対応性により、素子３０を、プラットホーム２０上における予定通りの正確な位置において、自動的にかつ必然的に位置決めすることができる。このような自己位置決めは、光学分野においては、特に有利である。自己位置決めの効果は、液体状態における半田の濡れ性（位置決めシムが無い状態での、半田液滴の毛管現象、および、液滴上における素子の浮遊性）に関連する。自己位置決めは、第１に、金属パッド２５，２６上における濡れ性効果によって、Ｘ軸方向およびＹ軸方向において起こる、言い換えれば、素子は、移送表面に対して平行な平面内において位置決めされる。第２に、Ｚ軸方向における位置決め（移送面に対して垂直な方向における位置決め）は、半田容積の制御によって実行される。

さらに、図２Ｂからわかるように、溶融可能合金２７，２８の量が低減された場合には、素子３０の下面Ａにおいて露出している平面表面３９が、プラットホームの平面２１に対して接触するようになる。これにより、素子の光学軸線ＯＯが、光学デバイスアセンブリの光学軸線に対して、自動的に位置合わせされる。

これに代えて、各間隔２５〜３７，２６〜３８内に配置されるとともにそれぞれ対応する金属化ランドどうしを分離している溶融可能材料２７，２８の量は、制御することができ調整することができる。これにより、半田の厚さを微調整することができ、したがって、素子の各エッジに関する離間高さを微調整することができる。これにより、素子３０の光学軸線ＯＯの位置合わせを、最終的に組み立てられたデバイスの光学軸線に対して、正確なものとすることができる。

図２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂ，３Ｃに図示されているような素子の第１実施形態においては、素子３０の下面Ａは、２つの金属化されたランド３７，３８を備えている。これらランド３７，３８は、前端エッジＥ／Ａに対応する表面領域と後端エッジＡ／Ｆに対応する表面領域とを有してなるような、先端部とも称される、２つの部分上に延在している。これら２つの金属化されたランド３７，３８は、チップ３０の両エッジに対して隣接しているとともに、素子からわずかに突出している中央ランド３９によって、互いに離間されている。

溶融可能材料２７，２８の量は、素子３０をわずかに後傾させ得るように、調節することができる。これは、素子３０の光学軸線ＯＯの位置を１つの自由度でもって調節するための手段をもたらす。

図３Ｄ〜図３３Ｆに示す変形例においては、素子３０の下面３９’には、素子のこの下面３９’の４つのコーナー部分のところに、４つの金属化ランド３７’，３７”，３８’，３８”を備えている。４つの金属化ランド３７’，３７”，３８’，３８”は、好ましくは、素子３０’の移送面の４つのコーナー部分のところに形成された４つのキャビティをなす凹所のところに、配置されている。その場合、セットバックされた４つの金属化ランドは、十字形状の突出表面３９’によって、互いに離間されている。

各結合ランド３７’，３７”，３８’，３８”と、対応する結合ランド（図示せず）と、の間における溶融可能合金の厚さを調節することにより、この構成においては、十字形状における２つの軸線に対応した２つの傾斜軸線に沿って、素子３０’の傾斜を調節することができる。

素子の面の４つのコーナー部分のところに４つの結合ランドを有したこのような構成の利点は、素子の光学軸線ＯＯの位置合わせを、２つの自由度でもって調節し得ることである。

図２Ａ〜図３Ｆに示す実施形態においては、金属化された結合ランド３７，３８，３５，３６が、素子３０，３０’の互いに反対側に位置した両面Ａ，Ｃ上に設けられていることがわかる。この構成は、図７Ａ〜図７Ｆに示す基板ウェハに対しての大量生産プロセス後に、光学素子どうしを互いにカットすることに対応している。素子３０，３０’の互いに反対側に位置した両面Ａ，Ｃ上に結合ランドを設けた構成は、上面Ｃに対して当接させつつ他の素子を移送するための手段を提供する。

図４Ａ〜図４Ｄは、第２実施形態を示しており、この実施形態においては、素子４０のうちの単一の面だけが、ここでは下面Ａ（移送面）だけが、金属化結合ランド４７，４８を備えている。

上述したように、突出領域４９上にわたって下面Ａ上に形成された金属化成膜体４９は、図４Ａに示すように、下面Ａのうちの、突出領域４９の両サイドに位置した両側方エッジに沿って延在する２つの金属化ランド４７，４８を形成することができる。これに代えて、図４Ｃは、この第２実施形態の範疇において、突出領域４９’の周囲において移送面上に４つの金属化ランド４７’，４７”，４８’，４８”を形成し得ることを、示している。

図５Ａおよび図５Ｂに示す第３実施形態においては、素子５０の移送下面Ａは、面Ａのうちの、素子５０の突出面５９からセットバックされた部分（引っ込んだ部分、退避した部分）に、単一の金属化結合ランドを備えている。

図５Ｃは、代替可能な例を示している。この場合、光学素子５０の下面Ａは、光学素子５０’の面５９’に対して隣接した２つのコーナー部分の内部に形成された２つのキャビティをなす凹所に成膜された２つの金属結合パッド５７’，５８’を備えることができる。

上記様々な実施形態に関する説明において、素子の（１つまたは複数の）面上における金属化ランドの数や配置や幾何形状を、本発明の範囲を逸脱することなく、様々に変更したり、互いに組み合わせたり、し得ることは、全く自明であろう。

図５Ａおよび図５Ｂに示すように、結合金属５７が、好ましくは、移送面の大部分を占有することに注意されたい。より詳細には、結合金属５７が、チップ５０の横断面積の大部分を占有することに注意されたい。この構成は、図２〜図６において図示したすべての実施形態についても、当てはまる。

取付ランドの幅は、例えばチップの幅が１ｍｍである場合には、典型的には、５０μｍ〜４５０μｍという程度とされる。

移送面の大部分を金属化するという利点は、光学素子と支持プラットホームとの間の熱伝導度を増大させることである。そのような熱ブリッジ部分は、素子に関して、とりわけレーザーに関して、冷却を改良することができる。

図６は、熱放散を改良させ得るような他の構成を示している。この構成においては、中間介在部材６０が、素子４０の移送面Ａの突出表面４９と、移送プラットホーム２０の平面２１との間に、設置されている。中間介在部材６０は、ヒートシンクとして機能する、すなわち、冷却システムとして機能する。これにより、デバイスからの熱エネルギーの放散性を、さらに改良する。

中間介在部材６０の他の機能は、調節可能な位置決めシムとしての機能である。すなわち、機械的係止体としての機能である。これにより、光学素子４０の位置決めおよび位置合わせを調節することができる。

本発明においては、各素子は、単純であり有利であるような大量生産プロセスを使用して、製造することができる。

技術的な困難性は、基板スケールにおいて大量に金属化を行うことである。特別の幾何形状を有した光学素子チップは、特定のプロセスを適用することによって得られる。

図７Ａ〜図７Ｆは、本発明による光学素子の製造プロセスにおける各ステップを示している。第１ステップにおいては、光学素子構造を埋設することとなる基板ウェハ７０を準備する（図７Ａ）。上記適用例の範囲に応じて、基板は、互いに積層された２つの層７１，７２を備えている。すなわち、レーザー材料からなる層７１と、可飽和吸収材料からなる層７２と、を備えている。

その後、基板７０の下面および上面を、反射層によってコーティングし、これにより、ミラー７３，７３’を形成する。

次なるステップ（図７Ｂ）においては、基板ウェハの一方のまたは双方の表面に、感光性樹脂を成膜する。

感光性樹脂層７４，７４’（ポジタイプのもの、あるいは、ネガタイプのもの）を、エッチングマスクを介して露光し、これにより、所望のパターンを形成する。その後、感光性樹脂を、現像する。

また、基板の予備的カットを行うことができる。

エッチングマスク（図示せず）は、一連をなす互いに平行な複数の開口スリットを提供する。スリットの長さおよび構成は、所望の実施形態に応じて変更される。図２，３，４Ａ，５Ａに示す実施形態でのように、素子の両サイドエッジに沿って延在する凹所金属化ランドを得るために必要とされることは、ウェハの長さ全体にわたって長手方向に沿って延在する一連をなす複数の平行スリットを形成することのみである。

化学的エッチングステップを行うことにより、ウェハ７０を厚さ方向に除去し、一連をなす複数のトレンチすなわちグルーブ７５，７５’，７５”，７５''' ，７６，７６’，７６”，７６''' を形成する（図７Ｃ）。

これに代えて、上述したいくつかの実施形態の場合のように、素子のコーナー部分だけに配置された凹所金属化ランドを得るに際しては、エッチングマスクのパターンを、横断方向および長手方向において互いに追従する短い平行スリット７５，７５’，７５”，…，７６''' からなるネットワークを備えたものとする。そのようなスリットは、短いものであって、化学的エッチングによって、互いに離間した複数のキャビティ７５，７５’，…，７６''' からなるネットワークをエッチングするために使用される。

化学的エッチングは、基板７０の表面から中心に向けて垂直に行われ、基板の残部７９を無傷なままに維持しつつ、基板の十分な厚さ部分を除去した後に、終了される。

トレンチすなわちキャビティ７５，…，７６''' の全深さが、基板の残部無傷厚さ部分７９，７９’，７９”，７９''' よりも厚い場合には、結合ランドは、素子の最終表面の大部分を占有する。

有利には、トレンチすなわちキャビティ７５，…，７６''' の形成により、最終的には素子をなすチップを形成し得るよう、ウェハの予備的カットを形成することができる。有利には、ウェハ厚さの残部７９は、製造時には互いに固定されている将来的な複数の素子を保持している基板ブリッジを形成する。

次なるステップ（図７Ｄ）においては、例えばカソードスパッタリングや蒸発によって、ウェハ７０の一方の面あるいは双方の面上に、結合金属Ｍを成膜する。

引き続く数回にわたって金属化操作を行うことにより、複数の層からなる複雑な金属積層を形成することができる。例えば、チタンの成膜操作と、ニッケルの成膜操作と、金の成膜操作と、を連続して行うことにより、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕという三層構造を得ることができる。

図７Ｄに示すように、本発明によるプロセスにおいては、基板の厚さ方向に形成されたトレンチまたはキャビティ７５〜７６の底部に、金属化膜７７，７８が成膜される。有利には、金属化層７７'''，７８'''が、トレンチまたはキャビティ７５，７６の底面７７’，７７”および側面７８’，７８”を被覆する。

その結果、このようにして成膜された金属化ランドは、将来的な素子のエッジまたはコーナー部分のところに形成されたノッチまたはキャビティ内において、セットバックされる。

金属化に続くステップにおいては、感光性樹脂７４と、この感光性樹脂上に成膜された過剰の金属Ｍと、を除去する（図７Ｅ）。この除去操作は、例えば、『リフトオフ』プロセスにより行い、その場合、溶媒を使用してウェハを被覆している感光性樹脂層を溶解させる。感光性樹脂層７４，７４’の先端エッジが、感光性樹脂７４の表面とキャビティ７５〜７６の底面との間にわたってオーバーハングしていることのために、感光性樹脂の表面上に位置した金属成膜と、トレンチあるいはキャビティの底面上に位置した金属成膜と、の間には、不連続性が存在する。したがって、感光性樹脂層の除去によって、過剰の金属層Ｍが除去される。

製造プロセスを完了させるために、トレンチ７５，７５’，…，７６''' の形成に起因する予備的カットを延長する。この延長は、トレンチがなす軸線に沿って相補的なカット操作を行うことにより、実行する。この最終カットステップ（図７Ｆ）は、好ましくは、微細なツールを使用して行い、トレンチ７５，７６，７５’，７６’，７５”，７６”，７５'''，７６'''の各中央に沿ったカットライン８０に沿ってカットする。

その結果、光学素子からなる複数のチップが得られ、これらチップは、すぐにでも組み立てに供し得る状態となっている。

カットライン８０が、トレンチまたはキャビティ７７，７８の幅よりも狭い場合には、結果的に得られるカット表面は、図２〜図５において図示した素子３０，４０，５０の当接面３９，４９，５９に対応した突出表面３９，４９を有することとなる。

その場合、金属化結合ランド３５，３６，３７，３８あるいは４７，４８は、素子の突出表面３９，４９よりも引っ込んで位置したノッチがなす凹所のところにおいてセットバックされている。

図７Ｆからわかるように、そのようなプロセスを使用することにより、両面Ａ，Ｃ上に金属化ランド３５，３６，３７，３８を備えた素子３０（図２および図３の実施形態に対応する）、あるいは、単一の面Ａ上に１つまたは複数の金属化ランド４７，４８を備えた素子４０（図４〜図６の実施形態に対応する）、のいずれかを、得ることができる。単一の面上に金属成膜を有した素子４０を得ることが要望された場合には、付加的な中央カット操作（図示せず）を行うべきである。

本発明によるプロセスは、特に単純であるという利点と、ステップ数が少ないという利点と、を有している。特に、本発明によるプロセスは、単一のエッチングマスクを使用することによって、キャビティのエッチングと金属化成膜とを行い得るという利点を有している。このことは、セットバック内に形成されたノッチ面積に対して厳密に一致しているものとして、金属化ランドを形成し得ることを意味している。さらに、金属化結合ランドおよび／または半田ランドは、大量生産的に形成される。

上記説明においては、本発明を、『マイクロレーザー』とも称されるような、レーザーキャビティ機能を有した光学素子の製造に関して、（例示の目的のために）適用した。マイクロレーザー技術の応用は、様々な分野に波及している。例えば、バイオ医療や、半導体産業や、環境分野や、計量分野や、計測分野や、遠隔測定、などに波及している。マイクロレーザー素子は、もっと複雑なシステム内へと組み込むことができる。

より一般的には、本発明は、有利には、多層光学素子の製造に関して適用され、その際、複数の層がなす平面に対して直交する１つまたは複数の面上に、言い換えれば、光学媒体どうしを隔離している界面（反射面）に対して直交する１つまたは複数の面上に、金属化されたランドが成膜される。

有利には、本発明によるこの構成を使用することにより、光学ビームの入射面および出射面を一般に形成する前面および背面Ｅ，Ｆに対して直交した側面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ上に、金属化半田付けランドを成膜することができる。これにより、素子の成長平面に対して直交した面上において、素子を容易に組み立てることができる。

本発明は、活性面に対して直交する面上への組立を必要するすべての応用に対して、適用することができる。例えば、光学素子からなるネットワークや、検出器からなるネットワークや、センサからなるネットワーク、に対して適用することができる。

一般に、本発明を使用することにより、任意のタイプの光学素子を製造したり組み立てたりすることができる。

本明細書においては、『光学素子』という用語は、純粋な光学分野で使用される素子や、オプトエレクトロニクス素子や、オプトロニクス素子や、厳密な意味合いにおいてレンズの一部を形成のではなくなおかつ光と相互作用するような例えば放射源やセンサや検出器や流体システム等といったような一般的素子、を意味している。

従来技術による、移送表面上における光学デバイスの光学素子の配置および組立を示す図である。 従来技術による、移送表面上における光学デバイスの光学素子の配置および組立を示す図である。 本発明による光学素子の第１実施形態を示す図である。 プラットホーム上への、本発明による光学素子の第１実施形態の取付状況を示す図である。 本発明の第１実施形態に基づき、光学素子の上面および底面への金属化を示す底面図である。 本発明の第１実施形態に基づき、光学素子の上面および底面への金属化を示す側面図である。 本発明の第１実施形態に基づき、光学素子の上面および底面への金属化を示す平面図である。 本発明の第１実施形態に基づき、光学素子の上面および底面への金属化を示す底面図である。 本発明の第１実施形態に基づき、光学素子の上面および底面への金属化を示す側面図である。 本発明の第１実施形態に基づき、光学素子の上面および底面への金属化を示す平面図である。 本発明の第２実施形態に基づき、光学素子の底面のみへの金属化を示す図である。 本発明の第２実施形態に基づき、光学素子の底面のみへの金属化を示す図である。 本発明の第２実施形態に基づき、光学素子の底面のみへの金属化を示す図である。 本発明の第２実施形態に基づき、光学素子の底面のみへの金属化を示す図である。 本発明の第３実施形態に基づき、光学素子の底面上の単一の金属化ランドを示す図である。 本発明の第３実施形態に基づき、光学素子の底面上の単一の金属化ランドを示す図である。 本発明の第３実施形態に基づき、光学素子の底面上の単一の金属化ランドを示す図である。 本発明の第３実施形態に基づき、光学素子の底面上の単一の金属化ランドを示す図である。 本発明の代替可能な実施形態に基づき、中間介在部材を有したプラットホーム上へと移送され固定された光学素子を示す断面図である。 本発明による素子の製造プロセスに関する各ステップを示す図である。 本発明による素子の製造プロセスに関する各ステップを示す図である。 本発明による素子の製造プロセスに関する各ステップを示す図である。 本発明による素子の製造プロセスに関する各ステップを示す図である。 本発明による素子の製造プロセスに関する各ステップを示す図である。 本発明による素子の製造プロセスに関する各ステップを示す図である。

符号の説明

２０ 支持プラットホーム
２１ 移送表面
２５ 金属化取付ランド
２６ 金属化取付ランド
２７ 半田付け
２８ 半田付け
３０ 素子
３１ 層
３２ 層
３３ 反射層
３４ 反射層
３５ 金属化結合ランド
３６ 金属化結合ランド
３７ 金属化結合ランド
３８ 金属化結合ランド
３９ 表面
４０ 素子
４７ 金属化結合ランド
４８ 金属化結合ランド
４９ 表面
５０ 素子
５７ 金属化結合ランド
５９ 表面
６０ 中間介在部材

Claims (28)

1. 移送表面（２０，２１）上への取付対象をなす素子（３０，４０，５０）であって、
   平面を規定する少なくとも１つの層を具備し、
   前記素子の少なくとも１つの移送面（Ａ，Ｃ）が、前記平面に対して平行ではなく、
   前記素子が、前記移送表面上の金属化結合ランド上への移送および半田付け（２７，２８）による前記素子の組立を可能とし得るよう、少なくとも１つの金属化結合ランド（３５，３６，３７，３８，４７，４８，５７）を具備し、
   このような素子において、
   前記素子の前記少なくとも１つの金属化結合ランドが、前記移送面（Ａ）がなす表面（３９，４９，５９）から引っ込んだ凹所ノッチ（３７，３８，４７，４８，５７）に配置されていることを特徴とする素子。
2. 請求項１記載の素子において、
   少なくとも１つの活性層を具備していることを特徴とする素子。
3. 請求項２記載の素子において、
   前記活性層が、光学的活性層であることを特徴とする素子。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の素子において、
   前記移送表面（２１）を形成する支持プラットホーム（２０）が付設され、
   このプラットホームが、前記素子の前記金属化結合ランド（３７，３８）に対応した位置に、金属化取付ランド（２５，２６）を備えていることを特徴とする素子。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の素子において、
   前記金属化結合ランドが、前記素子の前記移送面（Ａ）のエッジのところに配置されていることを特徴とする素子。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の素子において、
   前記表面（３９，４９）が、この表面の互いに反対側に位置した２つのエッジに沿って配置された少なくとも２つの金属化ランド（３７，３８，４７，４８）を備えていることを特徴とする素子。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の素子において、
   前記表面（３９’，４９’）が、前記面（Ａ）の各コーナー部分のところに配置された４つの金属化ランド（３７’，３７”，３８’，３８”，４７’，４７”，４８’，４８”）を備えていることを特徴とする素子。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の素子において、
   前記素子のうちの、前記移送面を形成している複数の面（Ａ，Ｃ）が、金属化結合ランドを備えていることを特徴とする素子。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の素子において、
   前記各移送面（Ａ，Ｃ）上に形成された前記金属化結合ランド（３７，３８，３５，３６，４７，４８，５７）が、前記面（Ａ）の表面積のうちの主要部分を占めていることを特徴とする素子。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の素子において、
    前記素子（４０）の前記移送面（Ａ）と、前記移送表面（２１）と、の間に、中間介在部材（６０）が配置されていることを特徴とする素子。
11. 請求項１０記載の素子において、
    前記中間介在部材（６０）が、シムすなわち位置決め調整係止機能を有した部材を使用して、前記素子（４０）と前記移送表面（２１）との間に配置されていることを特徴とする素子。
12. 請求項１０記載の素子において、
    前記中間介在部材（６０）が、ヒートシンクまたは冷却器であることを特徴とする素子。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の素子において、
    互いに個別の媒体から形成された複数の層（３１，３２）を具備し、
    これら層が、前記平面に対して平行に配置されていることを特徴とする素子。
14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の素子において、
    前記素子が、コヒーレント光のための光共振セル（３０）を形成し、
    前記平面に対して平行とされかつ互いに反対側に位置した２つの側面（Ｅ，Ｆ）が、反射層（３３，３４）を備えていることを特徴とする素子。
15. デバイスの組立方法であって、
    前記デバイスを構成する少なくとも１つの素子（３０，４０，５０）が、平面を規定する少なくとも１つの層を具備しており、
    前記素子を移送表面（２０，２１）上へと移送することによって前記デバイスを組み立てるものとされている場合に、
    −前記素子のうちの、前記平面に対して平行ではない少なくとも１つの移送面（Ａ，Ｃ）上に、金属成膜（７７，７８）を成膜し、これにより、１つまたは複数の金属化結合ランド（３５，３６，３７，３８，４７，４８，５７）を形成し、
    −前記移送表面上へと前記素子を移送し、
    −前記素子の前記各金属化結合ランド（３７，３８）と前記移送表面（２１）との間に、半田（２７，２８）を形成し、
    このような方法において、前記金属化ランドの形成を行う前に、
    −前記素子（３０，４０，５０）の前記移送面（Ａ）がなす表面（３９，４９，５９）から引っ込んだ位置に材料除去によって少なくとも１つのノッチ（３７，３８，４７，４８，５７）を形成し、
    −各ノッチ上において金属成膜を行い、これにより、前記素子の前記移送面から引っ込んだ位置に金属化ランドを形成する、
    ことを特徴とする方法。
16. 請求項１５記載の方法において、
    さらに、
    −前記素子のための前記移送表面を有した支持プラットホーム（２０）を準備し、
    −このプラットホームの前記移送表面（２１）上に金属化成膜（２５，２６）を形成する、
    ことを特徴とする方法。
17. 請求項１６記載の方法において、
    前記金属化成膜の形成に際しては、前記プラットホームの前記表面（２１）上にわたって分散配置された１つまたは複数の取付ランド（２５，２６）の金属化成膜を行い、
    前記取付ランド（２５，２６）の位置を、移送対象をなす前記素子（３０）の前記金属化結合ランド（３７，３８）の移送箇所に対応したものとすることを特徴とする方法。
18. 請求項１６記載の方法において、
    前記金属化成膜の形成に際しては、前記プラットホームの前記表面上の１つまたは複数の取付ランドの金属化成膜を行い、
    前記各取付ランドを、移送対象をなす前記素子の複数の前記金属化結合ランドの各移送箇所に対応しなおかつそれら各移送箇所を包囲するものとすることを特徴とする方法。
19. 請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の方法において、
    −移送対象をなす前記素子（３０，４０）の各側面（Ａ，Ｃ）上において、少なくとも２つの組立ノッチ（３７，３８，４７，４８）を材料除去によって形成し、
    −その後、移送対象をなす前記素子の前記各側面上において、少なくとも２つの金属化取付ランド（３７，３８，４７，４８）を形成し、
    −これにより、軸線（ＯＯ）に対しての前記素子（３０）の動的な調節と角度的位置とを、２つの自由度でもって実行する、
    ことを特徴とする方法。
20. 請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の方法において、
    −移送対象をなす前記素子（３０’）の各面（Ａ，Ｃ）上において、４つの組立ノッチ（３７’，３７”，３８’，３８”）を材料除去によって形成し、
    −その後、移送対象をなす前記素子の前記各面上において、４つの前記ノッチの底面のところに、４つの金属化取付ランド（３７’，３７”，３８’，３８”）を形成し、
    −これにより、軸線（ＯＯ）に対しての前記素子（３０）の動的な調節と角度的位置とを、３つの自由度でもって実行する、
    ことを特徴とする方法。
21. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載された素子を製造するためのプロセスであって、
    −素子（３０，４０）のためのブランクをなす基板ウェハ（７０）を準備し、
    −前記ウェハをエッチングすることによりあるいはカットすることにより、一連をなす複数の平行スリット（７５，７６）を形成し、これらスリットを、前記基板から材料の一部を厚さ方向に除去することにより形成されたものとし、
    −前記ウェハの厚さ方向において既にエッチング形成された前記スリットの底面のところにおいて、金属化成膜（７７，７８）を形成する、
    ことを特徴とするプロセス。
22. 請求項２１記載のプロセスにおいて、
    前記エッチングに際しては、
    −前記基板ウェハ（７０）の少なくとも１つの面をカバーする感光性樹脂からなる少なくとも１つの層（７４，７４’）を成膜し、
    −一連をなす複数の平行開口スリットを有したエッチングマスクを介して、前記感光性樹脂を露光し、
    −前記露光済み感光性樹脂を使用してエッチング（７５，７６）を行い、その際、このエッチングを、前記基板の内方に向けて行うとともに、前記ウェハ（７０）を貫通してしまわないよう、前記ウェハの厚さ部分（７９）のところにおいて停止する、
    ことを特徴とするプロセス。
23. 請求項２１または２２記載のプロセスにおいて、
    前記一連をなす複数の前記平行スリット（７５，７６）が、前記ウェハの表面上にトレンチまたはグルーブを形成し得るよう、長手方向に延在するスリットを備えていることを特徴とするプロセス。
24. 請求項２１または２２記載のプロセスにおいて、
    前記一連をなす複数の前記平行スリットが、前記ウェハの表面上に複数のキャビティ（３６’，３６”，３８’，３８”，４８’，４８”，５７’，５８’）からなるネットワークをエッチング形成し得るよう、横断方向に短く延在する少なくとも２つの平行ストリップを備えていることを特徴とするプロセス。
25. 請求項２１〜２４のいずれか１項に記載のプロセスにおいて、
    前記金属化成膜の形成ステップにおいては、互いに個別の金属からなる積層を形成し得るよう、複数回にわたって操作を行うことを特徴とするプロセス。
26. 請求項２５記載のプロセスにおいて、
    前記金属化成膜の形成ステップにおいては、チタンの成膜操作と、ニッケルの成膜操作と、金の成膜操作と、を連続して行い、これにより、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕからなる三層積層構造を形成することを特徴とするプロセス。
27. 請求項２１〜２６のいずれか１項に記載のプロセスにおいて、
    前記金属化成膜の形成ステップにおいては、カソードスパッタリング操作、または、蒸着操作、または、化学気相蒸着操作、を行うことを特徴とするプロセス。
28. 請求項２１〜２７のいずれか１項に記載のプロセスにおいて、
    前記スリットの軸線の延長方向に沿ってさらなるエッチング操作または機械的カットを行い、これにより、前記素子の最終的カットを行い、
    その際のカットライン（８０）を、前記スリット（７５，７６）どうしの離間間隔よりも狭いものとすることを特徴とするプロセス。

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