JPH07505728A - マイクロシステムの作製方法およびこの方法からマイクロシステムレーザー源の形成 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 マイクロシステムの作製方法およびこの方法からマイクロシステムレーザー源の 形成 この発明は、請求の範囲第１項の前段に規定するマイクロシス力すの製造方法お よびこの方法からマイクロシステムレーザー源を形成することに関する。

例えば非等方エツチングにより、シリコンやガリュウム砒素のような、半導体材 料にパターン処理を行う方法は周知である。特に、一定の順序の異なった処理で 相当複雑なパターン構造を個々のウェハに付けることができる。

しかし、これに相当する従来の技術のどんな方法でも、マイクロシステムの不均 一の個別の要素が共通の基材上に集積される。これは、各システムをほぼ個々に 作製する必要があることを意味する。個々の要素を調節したり位置決めすること を同時に省き、似た要素を同時に加工することは、例えば刊行物、ドイツ特許第 ３９２５２０１号明細書およびドイツ特許第４０４１１３０．３−３３号明細書 （内部整理番号１１０３５）から分かるように、従来の技術により今のところ不 可能である。

例えば、特にドイツ特許第４１４０４０４．１−３３号明細書（内部整理番号１ １１９７）で本出願人によってもウェハを接触する方法、つまり種々のボンディ ング法と所謂光学接触法が知られている。

この発明の課題は、全てのウェハを互いに調節して、相互に接触し、マイクロシ ステムを並列にしかも互いに無関係に制御することができ、バッチ法で周知の半 導体パターン処理法によりマイクロシステムを形成するため、水平なパターン構 造の外に、主に垂直なパターン構造も有する複合マイクロシステムを作製できる 方法を提示することにある。

上記の課題は請求の範囲第１項の提示する処置により解決されている。従属請求 項には他の構成が提示されている。そして、以下の記載では実施例を説明し、図 面に記載する。ここで、 第１図、垂直にパターンを付けたマイクロシステムを作製する方法を説明する模 式図、 第２図、個々のシステムの機能に符号を付けたマイクロ固体レーザー源を形成す る実施例の模式展開図、 第３図、レーザーシステムのビーム通路を記入した第２図の実施例の模式第４図 、特別な機能を形成する個々のウェハの接触部を伴う第２図の実施例の模式図、 を示す。

第１図は提案する方法を簡単で模式的な方法で示す。この実施例ではウェハ１０ ０〜７００を重ねて相互に接触させである。この場合、個々のウェハは一定のマ イクロシステムの特別な機能を持っている。つまり、個々のウェハは、例えばマ イクロメカニック駆動素子（アクチェータ）、光学部品（レーザーで活性化する 媒体、鏡、結像システム）、センサ（光ダイオード、温度センサ、圧力センサあ るいは距離センサ等）、電気部品（ダイオード、トランジスタ、これ等の部品の 駆動、センサの評価および制御信号の取出を行う集積回路）、冷却システム（調 節されるマイクロ冷却体）を有するか、あるいはそれ等の組み合わせを有する。

これ等のウェハ１００〜７００は一方で使用する各基板内で良好に作製でき、他 方で似たプロセスによりパターン処理化できるような構造を有すると有利である 。

電気接触部も実質上ウェハ内で形成できる。周知の半導体材料から成るが、ウェ ハ状に仕上がる基板、ガラス、石英あるいは結晶からも構成される種々のウェハ はパターン処理化された後、全体的に調節され（この場合、例えば光学または機 械的な位置の助けが有効である）１通常の方法（ボンディング、光学接触）によ り相互に接触を行い、平面１０，２０．３０・・・に沿って分割されるので、最 後には主に垂直な構造体１．　２等が形成される。この構造体は複合機能を有す る完全なマイクロシステムである。

ウェハの分割を断念すれば、マイクロシステムの面状配置は並列にしかも互いに 無関係に駆動するように使用される。第２図はマイクロシステムの固体レーザー 源の実施例を示す。このレーザー源は、この場合、レーザーダイオードで汲み出 される固体結晶である。この場合、レーザーダイオードのビームはカブラ光学シ ステム７１１，７１２を介して結晶ディスクに集束する。

このディスクは固体レーザー源は出力を調整し、周波数を同調させ、最後に基準 空洞に対して安定化される。レーザーダイオード６４１，６４２で生じる熱負荷 はマイクロチャンネル冷却体７０１，７０２によりシステムから排出される。第 ２図はこのようなウェハ配置からの切り抜きを示すが、典型的には一つのウェハ は、以下で詳しく説明する図面に示すような多数の要素を含む。見通しを良くす るため、ただ二重にして示しである。

ウェハ７００はこの実施例でマイクロ冷却体を有する。このウェハ自体はシリコ ン基板７０２であり、この基板中に冷却チャンネル７０１がエツチングされてい る。これ等のチャンネルは第二の平坦なウェハ７０３により面状に封止されてい る。このようなマイクロ冷却体を通過する流量は例えば組み込まれたマイクロ弁 で調整できる。

上記ウェハ７００上には、例えばガリウム砒素基板６３１で作製されたウェハ６ ００が接続する。この中には、ポンプレーザーダイオード６０１，６０２か一体 に集積されている。非等方エツチングと、場合によっては、光学的な蒸着により ビーム偏向素子６１１，６１２を組み込む。これ等のビーム偏向素子は水平に放 出されたレーザーダイオードのビームを垂直に偏向する。

レーザーダイオード６０１，６０２の傍には、通常のダイオード６４１，６４２ がパターン処理化されている。これ等の通常のダイオードはレーザーダイオード の温度に対する温度センサとして働き、これ等の通常のダイオードから冷却に対 する制御信号を取り出せる。

ウェハ６００に続くウェハ５００は、ポンプレーザービームをレーザー結晶に集 束させる結像光学システム５１１，５１２を育する。各レンズ５１１゜５１２は シリコンが透明を呈する赤外波長のシリコン基板５０１を成形して形成されるか 、他の波長に対しては組み込みガラスレンズあるいはガラス球で構成されるか、 あるいはホログラフィク光学素子としても構成できる。最後の場合では、基板５ ０１として主にガラスを使用し、このガラスにエツチング処理で位相格子を書き 込む。そして、このガラスはレンズシステムの結像特性を有する。特定な場合に は、ウェハ５ｏｏを省いてもよい。

次に続くウェハ４００はレーザー結晶あるいはレーザーガラスである。ランタン グループのイオンを添加したレーザーで活性化する研磨層４０２は両面を光学的 に被覆されている。つまり、層４０３は短波長通過光学フィルタとなる。このフ ィルタはレーザーダイオードのポンプ光の波長に対して透過率が大きく、固体レ ーザー波長に対して反射率が大きい。コーティング４゜ｌはレーザー波長に対す る反射防止層として、そして、場合によっては、ポンプ光波長に対して反射能が あるように構成されている。

ウェハ３００は実質上有効に制御される固体レーザー源用のレーザー鏡３３１． ３３２を有する。これ等の鏡は大体レーザー波長に対して部分的に反射する鏡層 で構成されている。この鏡層は、例えばシリコン基板３５１の上に蒸着されてい て、透過鏡として形成されている。更に、鏡３３１．３３２を有効に運動させる ため、それぞれ一つのマイクロメカニックアクチェータ３１１．３２１および３ １２，３２２が配設されている。このウェハ３００はアクチェータ素子を適当に 構成するため互いに連結する二つの基板３５１と３５２で合成される。この場合 、上の基板には光ダイオード３４１，３４２と３０１，３０２も入れである。最 初の二つはレーザー出力を測定するセンサを形成し、後の二つはレーザー源の周 波数を安定化するセンサを形成する。

ウェハ４００とウェハ３００の間には、内部空洞素子を存する他のウェハも配設 されている。例えば周波数を多重倍したり、位相変調する非線形光学結晶のよう な素子も配設されている。

この実施例の他のウェハ２００は、出力を測定するためウェハ３００の光ダイオ ード３４１，３４２に向けて偏向する強度の弱い分割ビームを取り出すビーム偏 向部と、レーザー源の周波数を安定化する基準空洞とを有する。

ビーム偏向部は部分反射する透過［２５１，２５２および反射率の大きい鏡層２ ６１，２６２で形成され、これ等の鏡を斜めエツチングされた基板に付けるので 、分割ビームを所望の方向に反射する。ビーム偏向部は原理的に他の方法でも形 成できる。例えばホログラフィック格子でも形成でき、この格子は一度の弱い分 割ビームを一次反射させる。あるいは適当に成形された集積光学システム（導波 路構造体）でも形成できる。

各システムの基準空洞は二つの鏡層２１１．２０１で構成されている。この場合 、後者の鏡層はアクチェータ素子２３１．２２１により運動するが、これに反し て前者の鏡層は基板２４１に固定連結している。マイクロメカニックアクチェー タでこのように形成された共振器の透過周波数を変調できる。

これからウェハ３０のレーザー１１３０１を駆動する誤差信号を取り出せる。

ここで、当然電子回路も基板の中で一緒にパターン処理化でき、「チップ上で」 インテリゼンス・センサ評価と調節信号の発生がアクチェータとセンサを用いて 実現できる。

最後に、説明した実施例でウェハ１００も説明する必要がある。このウェハは部 分的に反射する透過鏡７１１，７１２および反射率の高い反射鏡７２１．７２２ で形成されるビーム偏向部を有する。このビーム偏向部は、ウェハ２００のビー ム偏向部と同じように、固体レーザー源の強度の弱い分割ビームを取り出し、ウ ェハ２００の基準空洞を通過させ、次にウェハ３００の光ダイオード３０１で検 出を行うために形成されている。

第３図は、先に説明した実施例と同じ構成で光学ビーム通路をもう一度示す。レ ーザーダイオードのビーム（点で示しである）は結像素子８００により固体結晶 ８０１に集束する。この結晶は片側をレーザー波長に対して反射するように蒸着 され、マイクロメマニックに移動する離散レーザー鏡８０２と一緒にレーザーで 活性化する共振器を形成する。ここで、半モノリシックレーザー構造に付いて話 そう。このレーザー源の第一分割ビーム８０３を取り出し、偏向素子２５１，１ ６１を経由してレーザー出力を測定する光ダイオード３４１に偏向する。

他の分割ビーム８０４は同調させるこのできる基準空洞により偏向される。

この空洞の透過度の最大値は二つの共振器鏡の鏡運動によって変調され、第二光 ダイオード３０１て検出して他の分割ビームから、レーザー鏡の運動により固体 レーザー源の周波数を安定化する誤差信号を取り出す。

第４図には、第２図の展開図に似た構造が示しである。ここては、ウェハ１００ 〜７００が互いに位置決めされ接触した状態で示しである。更に、ここで可能性 のあるインターフェースが記入されている。このインターフェースに沿って個々 のマイクロレーザーシステムが切り離されている。この分離を無視すれば、互い に無関係に調節できるマイクロレーザーシステムの面状配置が形成される。

補正書の写しく翻訳文）提出書 （特許法第１８４条の８） 平成６年９月３０日

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．マイクロエレクトロニクス、マイクロメカニックおよびマイクロオプテック スのシステム技術を計算に入れて複合マイクロンステムを作製する方法において 、マイクロオプテックス、マイクロメカニックあるいはマイクロエレクトロニク スの機能を有する、半導体材料、石英材料あるいは結晶材料から成るパターン処 理された異なった多数のウエハ（１００〜７００）を互いに対向させて接続し、 主に垂直方向に複合構造を有するマイクロンステムが生じ、これ等のウエハを接 触する前に互いに位置決めして調節し、これ等のウエハ上に光学的、機械的ある いは電気的な位置決め補助部が組み込まれていることを特徴とする方法。
2. ２．パターン処理された異なった多数のウエハ（１００〜７００）は調節と接触 の後、特定のインターフェース（Ｓ１，Ｓ２…）で分離され、切り離された端垂 直構造素子は複合機能を有する独立したマイクロンステムを形成することを特徴 とする請求の範囲第１項に記載の方法。
3. ３．請求の範囲第１項の方法により形成されるマイクロンステムレーザー源にお いて、互いに接触したウェハ（１００〜７００）は垂直方向に複合構造を有する 複合体を形成し、面状にまとめた個別構造素子をそれぞれ互いに無関係にマイク ロレーザーシステムとして駆動できるか、互いに所定のインターフェース（（Ｓ １，Ｓ２）で切り離せる多数の複合構造体の面状配置が生じるので（アレー）， 個々に独立した多数のマイクロンステムレーザー源が生じることを特徴とするマ イクロンステムレーザー源。