-
Hintergrund
der Erfindung Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
von Halbleiterbauelementen mit Kristallstrukturen mit dreidimensionaler periodischer
Brechungsindexverteilung.
-
Stand der
Technik
-
Photonische
Kristalle sind spezifische Halbleiterbauelemente, die darin eine
dreidimensionale (3D) periodische Brechungsindexverteilungsstruktur haben;
von ihnen wird erwartet, daß sie
als neue optische Materialien Verwendung finden. Mit solchen Kristallen
wird eine Bandstruktur (photonisches Band) bezüglich der Photonenenergie auf
eine Weise gebildet, die einer Elektronenenergiebandstruktur bei Kristallen
im festen Zustand entspricht. Dadurch wird der Energiezustand eines
Photons, der innerhalb eines photonischen Kristalls vorliegen kann,
beschränkt,
was es wiederum möglich
macht, eine weite Vielfalt von Lichtregelbarkeiten zu erreichen,
die bis heute als unmöglich
angesehen wurden, einschließlich
freikrümmender
Lichtstrahlen ohne Verluste, Kontrolle der spontanen Lichtemission
und dgl. 3D-Strukturen der photonischen Kristalle, die oben beschrieben
wurden, umfassen eine asymmetrische kubischflächenzentrierte (FCC)-Struktur
mit Asymmetrie, die in Standard FCC-Strukturen eingeführt ist, eine
Diamantstruktur und andere. Darüber
hinaus sind eine Vielzahl von Anwendungen möglich, einschließlich, aber
nicht beschränkt
auf Herstellung eines Wellenleiterwegs durch Bildung eines linearen Arrays
von Defekten in diesen photonischen Kristallen, Kontrollieren des
Ausgangslichts mit einem Lichtemittierenden Element, das darin eingebettet
ist. In Anbetracht der Anwendbarkeit der optischen Vorrichtungen
können
einige vorteilhafte Bedingungen für diese Kristalle typischerweise
umfassen: (1) verwendete Materialien sind solche auf Halbleiterbasis;
(2) es ist einfach, das Lichtemittierende Element in die Kristalle
einzubetten; (3) es ist einfach, Defekte zu bilden (Störung des
Brechungsindex), und (4) ein Stromfluß ist möglich.
-
N.
Yamamoto und S. Nodas "100-nm-scale alignment
using laser beam diffraction pattern obervation techniques and wafer
fusion for realizing three-dimensional photonic crystal structure", Jpn. J. Appl. Phys.,
Bd. 37 (1998), S. 3334–3338,
offenbaren ein Verfahren zur Verwirklichung von dreidimensionalen
photonischen Kristallen, wobei zweidimensionale Grundstrukturen
unter Verwendung einer Laserstrahldiffraktionsmuster-Betrachtungstechnik
angeordnet werden und mittels Waferfusion gestapelt werden. Das
eingesetzte Anordnungssystem basiert auf einer Laserstrahldiffraktionsmuster-Betrachtungstechnik.
-
S.
Noda et al.: "Alignment
and stacking of semiconductor photonic bandgaps by wafer-fusion", J. Lightwave Technol.,
Bd. 17, Nr. 11 (Nov. 1999), S. 1948–1955, lehrt ein Verfahren
der dreidimensionalen photonischen Kristallherstellung durch Waferfusion
und Anordnung.
-
JP-02-312220
offenbart ein Anordnungssystem zum wechselseitigen Ausrichten von
zwei Wafern durch Verwendung eines Infrarotmikroskops.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Photonische
Kristalle werden durch mehrere vorgeschlagene Verfahren hergestellt,
einschließlich Verfahren
mit Hilfe einer Selbstordnung z.B. ein Opalverfahren und ein Selbstklonierungsverfahren, und
eines Dreirichtungs-Halbleiter-Trockenätzverfahrens.
Das Opalverfahren ist für
die Herstellung einer 3D-Kristallstruktur bestimmt, wobei Halbleitermikropartikel,
zum Beispiel Siliciummikropartikel, in einer Suspensionsflüssigkeit
auf den Boden absetzen gelassen werden. Dieser Ansatz ist dazu geeignet,
FCC-Strukturen zu
erhalten. Allerdings ist es schwierig, vollständige Band-Gaps bei diesem
Verfahren zu erzeugen. Auch die Bildung von Defekten ist schwierig.
-
Das
Selbstklonierungsverfahren ist geeignet, einfache kubische Kristallstrukturen
zu erhalten. Allerdings ist es wie im Opal-Verfahren schwierig,
vollständige
Band-Gaps zu schaffen. Defekte können sich
nur in einer einzigen Richtung ausbilden.
-
Das
Dreirichtungs-Halbleiter-Trockenätzverfahren
ist zur Bildung von 3D-Strukturen durch Verwendung einer anisotropen
Halbleiterätztechnik
bestimmt und geeignet, asymmetrische FCC-Strukturen zu erhalten.
Allerdings sind hohe Dimensionsverhältnisse in diesem Verfahren
erforderlich und es ist sehr schwierig, sie mit ausreichender Genauigkeit herzustellen.
Außerdem
ist die Bildung der Defekte schwierig.
-
Ein
Ansatz, diese Schwierigkeiten zu vermeiden, besteht in einem Herstellungsverfahren
unter Verwendung von Präzisionsmehrschichtstapeltechnologien,
die auf Waferfusionstechnik (wafer bonding) basieren. Dieses Verfahren
beinhaltet zum Beispiel die Schritte Herstellen von Wafern, die
jeweils eine Halbleiter/Luftbeugungsgitterschicht (Gitterschicht,
zweidimensionale Struktur) wie auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet
haben, und dann Stapeln und Fusionieren dieser Wafer-Gitterschichten miteinander,
während
vorbestimmte Positionsbeziehungen zwischen ihnen (zum Beispiel miteinander bildende
Winkel, Perioden, usw.) entwickelt werden, wodurch periodische 3D-Strukturen,
zum Beispiel eine asymmetrisch FCC-Struktur, erhalten werden.
-
In
dem oben beschriebenen Fusionsmehrschichtenstapelverfahren sollte
es erforderlich sein, daß entsprechende
Wafer (Gitterschichten auf Wafer) genau in der Position zueinander
angeordnet sind. Spezifischer ausgedrückt, um das photonische Band
zu erhalten, muß die
Positionsbeziehung zwischen den Gitterschichten genau beim Stapeln
der Gitterschichten bestimmt werden, zum Beispiel durch Stapeln
von zwei Gitterschichten übereinander,
wobei eine Strukturperiode derselben um eine halbe Periode positionsverschoben
wird.
-
Allerdings
ist eine solche Präzisionspositionsanordnung
bzw. -ausrichtung zwischen zwei getrennten Gitterschichten an einem
Wafer nicht einfach zu erreichen. Somit treten die Probleme auf,
die das Problem einschließen,
daß ausreichende
Leistungsfähigkeit
von photonischen Kristallen kaum erhältlich sind, und auch das Problem,
daß eine
längere
Zeit für
ein derartiges Positionsausrichtungsverfahren bei der Herstellung
der photonischen Kristalle erforderlich ist.
-
Die
vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der oben beschriebenen
Probleme gemacht, und ihre Aufgabe besteht in der Bereitstellung
eines verbesserten Verfahrens und einer verbesserten Apparatur zur
Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer 3D-periodischen
Brechungsindexverteilung unter Verwendung einer Präzisionsmehrschicht-Stapeltechnik
mit Hilfe einer Waferfusion, die fähig sind, eine Präzisionsausrichtung
in der Position zwischen Gitterschichten, die übereinandergestapelt sind,
zu erreichen, während
die Komplexität
des Positionsausrichtungsverfahrens verringert wird.
-
Um
die vorstehende Aufgabe zu lösen,
ist ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements
mit einer Kristallstruktur mit dreidimensionaler periodischer Brechungsindexverteilung,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Verfahren umfaßt:
(a) einen Wafer-Herstellungsschritt des Ausbildens zweier Halbleiterwafer,
die jeweils auf einer ihrer Oberflächen mindestens eine Gitterschicht,
die eine zweidimensionale Struktur aufweist und einen Kristallgitterbereich
mit einer Kristallgitterperiode und einen Ausrichtungsbereich mit
einer Ausrichtungsgitterperiode größer als diejenige des Kristallgitterbereichs
einschießt,
ausgebildet haben; (2) einen Wafer-Halteschritt des Zusammenhaltens
der zwei Halbleiterwafer, wobei die Gitterschichten einander gegenüberliegen;
(3) einen ersten Ausrichtungsschritt des Bestrahlens der zwei Halbleiterwafer,
die zusammengehalten werden, mit Beobachtungslicht zur Detektion eines
Gitterbildes, das von dem Ausrichtungsgitterbereich erhalten wird,
um dadurch eine grobe Ausrichtung zwischen den Halbleiterwafern
durchzuführen;
(4) ein zweiter Ausrichtungsschritt des Strahlens von Laserlicht
auf die zwei Halbleiterwafer mit grober Ausrichtung zur Detektion
eines Beugungsbildes, das von dem Kristallgitterbereich erhalten
wurde, um dadurch eine Feinausrichtung der Halbleiterwafer durchzuführen, und
(5) einen Waferfusionsschritt des Fusionierens der zwei Halbleiterwafer
nach Beendigung der Feinausrichtung, während die Gitterschichten übereinandergestapelt
sind, wobei die Gitterschichten einander gegenüberliegen.
-
Außerdem ist
eine Apparatur zur Herstellung eines Halbleiterbauelements eine
Apparatur zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer
Kristallstruktur mit 3D-periodischer
Brechungsindexverteilung, dadurch gekennzeichnet, daß die Apparatur umfaßt: (a)
Waferhaltemittel zum Zusammenhalten von zwei Halbleiterwafern, die
jeweils auf einer Oberfläche
mindestens eine Gitterschicht, die eine zweidimensionale Struktur
darauf ausgebildet aufweist, haben, wobei die Gitterschichten einander
gegenüberliegen;
(b) eine erste Lichtquelle für
Strahlen von Beobachtungslicht auf die zwei Halbleiterwafer, die
zusammengehalten werden; (c) erstes Detektionsmittel zum Detektieren
eines Gitterbildes, erhalten durch das Beobachtungslicht, um dadurch
eine grobe Ausrichtung zwischen den Halbleiterwafern durchzuführen; (d)
eine zweite Lichtquelle zum Strahlen von Laserlicht auf die zwei
Halbleiterwafer, die zusammengehalten werden, und (e) ein zweites
Detektionsmittel zum Detektieren eines Beugungsbildes, das durch das
Laserlicht erhalten wurde, um dadurch eine Feinausrichtung zwischen
dem Halbleiterwafern durchzuführen.
-
Mit
dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren und der oben beschriebenen
Apparatur wird ein Beugungsbild, wie es durch eine Mehrschichtgitterstruktur
bei Bestrahlung mit Laserlicht gebildet wird, verwendet, um eine
Positionsausrichtung bzw. Positionsanordnung zwischen Gitterschichten
von zwei Halbleiterwafer, die gestapelt und miteinander fusioniert
sind, durchzuführen.
Spezifischer ausgedrückt,
von jeder Gitterschicht wird erwartet, daß sie als Beugungsgitter bei
Bestrahlung mit dem Laserlicht wirkt. Zu dieser Zeit wird jeder Beugungslichtpunkt
im Beugungsbild, der detektiert wird, zum Beispiel ein Beugungslichtpunkt 1.
Ordnung, sich unter Änderung
seiner Intensität
durch die wechselseitige Positionsrelation zwischen gestapelten
Gitterschichten (zum Beispiel als Verschiebung in der Gitterperiode)
verhalten. Somit ist es möglich, durch
Nutzung dieser Intensitätsänderung
eine genaue Positionsausrichtung zu erreichen.
-
Ein
anderes wichtiges Merkmal der Erfindung ist, daß vor der Positionsausrichtung
unter Verwendung des Laserlichtbeugungsbildes eine grobe Positionsausrichtung
durch Verwendung eines Gitterbildes, welches durch das Beobachtungslicht
unter Verwendung von normalem Licht ohne Kohärenz erhalten wird, durchgeführt wird.
Während
die Laserlicht-unterstützte
Positionsausrichtung für
eine Feinausrichtung zwischen den Gitterschichten zur Wirkung als
Beugungsgitter wirksam ist, kann eine ausschließliche Verwendung dieses Ausrichtungsverfahrens
bzw. Anordnungsverfahrens allein in einer Abnahme bei der Ausrichtungseffizienz
resultieren. Dagegen machen ein erstes Durchführen einer Grobausrichtung,
während
das Beobachtungslicht-Beugungsbild (Bild einer Gitterstruktur) betrachtet
wird, und eine anschließende
Durchführung
einer Feinausrichtung (Feinpositionseinstellung) unter Verwendung
des Laserstrahlbeugungsbildes es möglich, in effizienter Weise
eine genaue Positionsausrichtung zwischen den Gitterschichten zu
erreichen.
-
Ein
weiteres Merkmal des Herstellungsverfahrens der Erfindung ist es,
daß jede
Gitterschicht der zu stapelnden Halbleiterwafer mit einer Struktur gebildet
wird, die einen normalen Kristallgitterbereich und einen Ausrichtungsgitterbereich
umfaßt,
wobei die letztgenannte eine größere Gitterperiode
als der erstgenannte hat. Die Ausstattung des Ausrichtungsgitterbereichs
mit einer größeren Gitterperiode
als die, die für
photonische Kristalle verwendet wird, erleichtert die Positionsausrichtung
unter Verwendung des Gitterbildes. Vorzugsweise wird ein derartiger Ausrichtungsgitterbereich
an einem spezifizierten Teil, zum Beispiel einem Randteil der Gitterschicht bereitgestellt,
da dieser Bereich einer ist, der keine photonischen Kristalle bildet.
-
Die
vorliegende Erfindung wird aus der unten angegebenen detaillierten
Beschreibung und den beigefügten
Zeichnungen vollständiger
verständlich, wobei
diese nur zur Erläuterung
angeführt
werden und demnach nicht als beschränkend für die vorliegende Erfindung
anzusehen sind.
-
Aus
der im folgenden gegebenen detaillierten Beschreibung wird außerdem der
Rahmen der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung klar werden.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
Die 1A bis 1E stellen
schematisch Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung von
photonischen Kristallen unter Verwendung einer Präzisionsmehrschichtstapeltechnik
durch eine Waferfusion dar.
-
2 ist
ein Fließschema,
das den Aufbau einer Herstellungsapparatur für photonische Kristalle zeigt,
die zur Durchführung
des Verfahrens gemäß der Erfindung
geeignet ist.
-
3 ist
eine perspektivische Darstellung, die ein Beispiel einer Struktur
eines Waferhaltemittels zeigt, das in der in 2 gezeigten
Herstellungsapparatur verwendet wird.
-
4 ist
ein Fließschema,
das die Schritte eines Verfahrens zur Herstellung photonischer Kristalle
unter Verwendung der in 2 gezeigten Herstellungsapparatur
gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung zeigt.
-
5 ist
eine vergrößerte Teildraufsicht
einer Gitterschicht eines Halbleiterwafers zur Verwendung bei der
Herstellung eines photonischen Kristalls.
-
6 ist
eine Draufsicht, die ein Beispiel eines durch Infrarotlicht erhaltenen
Gitterbildes zeigt.
-
7 ist
eine Draufsicht, die ein Beispiel eines durch Laserlicht erhaltenen
Beugungsbildes zeigt.
-
8 ist
ein Graph zur Erläuterung
eines Positionsausrichtungsverfahrens unter Verwendung des in 7 gezeigten
Beugungsbildes.
-
Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
-
Die
bevorzugten Ausführungsformen
des Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterbauelements gemäß der vorliegenden
Erfindung werden nachfolgend detailliert anhand der Zeichnungen
beschrieben. Dieselben Elemente werden durch dieselben Bezugszeichen
in der Beschreibung der Zeichnungen bezeichnet und eine redundante
Beschreibung wird weggelassen. Es wird auch betont, daß Dimensionsverhältnisse
in den Zeichnungen nicht immer genau mit denen in der Beschreibung übereinstimmen.
-
Die 1A bis 1E stellen
schematisch Verfahrensschritte eines Herstellungsverfahrens für photonische
Kristalle nach einer Ausführungsform unter
Verwendung der Präzisionsmehrschichtstapeltechnik
mittels Waferfusion dar. Der photonische Kristall ist ein Halbleiterbauelement
mit einer dreidimensionalen (3D) periodischen Brechungsindexverteilung.
-
Wie
in 1A gezeigt ist, werden zuerst eine AlGaAs-Ätzstoppschicht 12 und
eine GaAs-Halbleiter-Dünnfilmschicht 13,
worin GaAs zur Verwendung als das Material des photonischen Kristalls
bestimmt ist, auf einem GaAs-Halbleitersubstrat (Halbleiterwafer) 11 gebildet.
Als nächstes
wird, wie in 1B gezeigt, eine vorbestimmte
zweidimensionale (2D) Grundstruktur auf der Halbleiter-Dünnfilmschicht 13 durch
Elektronenstrahllithographie oder Photolithographie und ein Trockenätzverfahren
gebildet.
-
In 1B ist
die 2D-Grundstruktur einer Gitterschicht 14, erhalten nach
dem Ätzverfahren,
die auf die Halbleiter-Dünnfilmschicht 13 aufgetragen
ist, als Streifenmuster dargestellt. So wird das GaAs-Halbleitersubstrat 11 erhalten;
dieses hat an einer Oberfläche
die GaAs-Gitterschicht 14 ausgebildet und die AlGaAs-Ätzstoppschicht 12 dazwischen angeordnet.
Das resultierende Halbleiterbauelement, das aus dem Halbleitersubstrat 11,
der Ätzstoppschicht 12 und
der Gitterschicht 14 besteht, wird als Zwischenelement
zur Herstellung des Halbleiterbauelements verwendet, wie es nachfolgend
erläutert wird.
Im Rest der Beschreibung wird das Halbleiterelement, das die 2D-Struktur
auf dem Wafer ausgebildet hat, im folgenden als Halbleiter-Waferelement 10 oder
einfach als Halbleiterwafer 10 bezeichnet.
-
Es
sollte betont werden, daß obgleich
AlGaAs/GaAs-Halbleiter als Halbleitermaterialien in dem hierin diskutierten
Beispiel verwendet wird, auch andere Materialien eingesetzt werden
können.
Ein Beispiel für
diese alternativen Materialien ist ein InGaAsP/InP-Halbleiter. Wenn
dies der Fall ist, kann das Halbleiter-Waferelement 10 mit
dem Halbleitersubstrat aus InP, der Ätzstoppschicht 12 aus
InGaAsP und der Halbleiter-Dünnfilmschicht 13 (Gitterschicht 14) aus
InP gebildet werden.
-
Wie
in 1C gezeigt ist, werden anschließend zwei
Stücke
Halbleiterwafer 101 und 102, die jeweils die oben
angegebene Struktur haben, hergestellt. Diese Wafer 101 und 102 werden mit
den Gitterschichten 141 und 142 einander gegenüberliegend
gestapelt und durch ein Wafer-Fusionsverfahren fusioniert. Die Gitterschichten 141 und 142 werden
so gestapelt, daß ihr
Streifenmuster quer im rechten Winkel zu liegen kommt, wie es in
der Figur gezeigt ist. Unter diesen Bedingungen werden die Halbleiterwafer 101 und 102 durch
Erhitzen in einer Wasserstoffatmosphäre miteinander fusioniert.
-
Es
wird hier betont, daß es
vor Stapeln der Halbleiterwafer 101 und 102 vorteilhaft
sein wird, die entsprechenden Waferoberflächen zu reinigen und natürliche Oxidfilme
zu entfernen, und dann eine hydrophile Behandlung an den Waferoberflächen zur Terminierung
mit OH-Gruppen durchzuführen.
Zu dieser Zeit werden die so gestapelten Halbleiterwaferelement 101 und 102 durch
Wasserstoffbindung selbst unter Raumtemperatur kombiniert werden. Darüber hinaus
erlaubt die Anwendung einer Wärmebehandlung,
daß eine
Dehydratisierungsreaktion stattfindet, die bewirkt, daß sie dichter
miteinander fusioniert werden, um dadurch die resultierende Fusionsstärke zu verbessern.
-
Danach
wird, wie es in 1D gezeigt ist, ein selektives Ätzen an
dem Halbleiterwafer 102 aus den so gestapelten und miteinander
fusionierten Halbleiterwafern 101 und 102 durchgeführt, um
dadurch das Halbleitersubstrat 112 und die Ätzstoppschicht 122 zu
entfernen. Auf diese Weise wird ein Halbleiterbauelement 1 mit
einer 3D-Mehrschichtgitterstruktur erhalten, in dem die Gitterschicht 142 an die
2D-Gitterschicht 14 (Gitterschicht 141)
des Halbleiterwafers 10, der in 1B gezeigt
ist, so addiert ist, daß ihr
Streifenmuster sich im rechten Winkel kreuzt.
-
Durch
Wiederholen des Zyklus dieser Stapel-, Fusionier- und selektiven
Substratentfernungsverfahren (siehe 1C und 1D)
für eine
Vielzahl von Malen wird darüber
hinaus der photonische Kristall mit 3D-Struktur als das Halbleiterbauelement 1 erhalten.
Durch Spalten des Halbleiterbauelements 1, das in 1D gezeigt
ist, in zwei Stücke,
Stapeln und Fusionieren dieser Stücke, so daß sie in Gitterschichten einander
gegenüberliegen,
und dann Durchführen
der Entfernung eines Substrats kann ein Halbleiterbauelement 1,
das in 1E gezeigt ist, das vier Gitterschichten 141 bis 144 gestapelt
und miteinander fusioniert hat, erhalten werden. Mit diesem Verfahren
wird die resultierende Kristallschichtdicke (Stapelzahl von Gitterschichten)
durch Wiederholung der Verfahren verdoppelt werden. Wenn ein solches
Verfahren zum Beispiel etwa zwei- oder
dreimal wiederholt wird (etwa 8 oder 16 Schichten als Stapelzahl),
kann das ausreichende photonische Band erhalten werden.
-
Bei
der Mehrschichtstruktur der Gitterschichten 14, wie sie
auf dem oben diskutierten Weg gebildet wird, bildet die eine, die
zwei Gitterschichten 14 mit senkrechten Streifenmustern
aufeinandergestapelt hat, die {001}-Ebene einer kubischflächenzentrierten
(FCC)-Struktur, und als Resultat wird eine asymmetrische FCC-Struktur
erhalten. Es wird hier betont, daß ein wichtiges Merkmal des
oben beschriebenen Präzisionsmehrschichtstapelverfahrens
als Mehrschichtstrukturherstellungsverfahren in der Ausrichtung
einer Gitterperiode (Positionsbeziehung) der Streifen zwischen entsprechenden
Gitterschichten 14 liegt.
-
Spezifischer
ausgedrückt,
um den photonischen Kristall zu verwirklichen, müssen zwei überlappende Gitterschichten 14,
die mit einer anderen Schicht dazwischen angeordnet vielschichtig
sind und parallel im Streifenmuster sind, zum Beispiel die Gitterschichten 141 und 143 oder
die Gitterschichten 142 und 144 in 1E genau
angeordnet werden, so daß ihre
Streifenmusterpositionen um eine halbe Periode zueinander verschoben
sind, wie es in 1E gezeigt ist. Dementsprechend
wird eine Ausrichtung in der Position zwischen diesen Gitterschichten 14 bei
der Herstellung des photonischen Kristalls sehr wichtig werden.
Das Verfahren und die Apparatur zur Herstellung von Halbleiterbauelementen,
zum Beispiel den photonischen Kristallen gemäß der vorliegenden Erfindung,
werden bei Erreichung einer derartigen genauen Stapelung der Gitterschichten
erreicht, während
gleichzeitig das Positionsausrichtungsverfahren einfacher gemacht
wird.
-
2 ist
eine schematische Darstellung, die einen Aufbau einer Apparatur
zur Herstellung eines Halbleiterbauelements (photonischer Kristall)
zeigt, die zur Durchführung
eines Verfahrens nach einer Ausführungsform
der Erfindung geeignet ist. Die hierin gezeigte Herstellungsapparatur
ist eine zur Verwendung in der Positionsausrichtung zwischen entsprechenden
Gitterschichten von zwei Stücken
der Halbleiterwaferelemente 101 und 102, die in
mehreren Schichten aufeinander geschichtet werden. Als die zwei
Halbleiterwafer 101 und 102, die gestapelt und
miteinander fusioniert werden sollen, kann der Wafer, der in 1B gezeigt
ist, wie er durch Wachstum der entsprechenden Schichten und Ätzprozesse hergestellt
wird, der Wafer, der in 1D oder 1E gezeigt
ist, wie er durch einen oder mehrere zusätzliche Schichtstapel- und
-fusionsprozesse hergestellt wird, usw. verwendet werden.
-
Die
zwei Halbleiterwafer 101 und 102 werden durch
ein Waferhaltemittel integral zusammengehalten, wobei die entsprechenden
Gitterschichten 14 einander gegenüberliegen (gegenüberliegend), und
sie werden dann wechselseitigen Positionsausrichtungsverfahren (Positionuntersuchung
und Positionsausrichtung) unterworfen. Eine Waferhalteeinheit 2 zur
Verwendung als das Waferhaltemittel in dieser Ausführungsform
ist mit Waferhalter 201 und 202 konstruiert. Die
Halbleiterwafer 101 und 102 werden über Subhalter 211 bzw. 212 an
den Waferhaltern 201 und 202 gehalten, während entsprechende Gitterschichten
an der Innenseite angebracht werden.
-
Diese
Waferhalter 201 und 202 werden integral durch
einen Trägermechanismus
gestützt,
wobei auf diese Weise die Waferhalteeinheit 2 zum integralen
Halten der Halbleiterwafer 101 und 102 zusammen
gebildet wird. 3 ist eine perspektivische Ansicht,
die ein Beispiel einer Struktur einer solchen Waferhalteeinheit
in dem Zustand zeigt, in dem sie keine Wafer hält. In dieser Waferhalteeinheit 2 ist eine
Trägerplatte 221,
an der der Waferhalter 201 mit kreisförmiger Gestalt zum Halten des
Halbleiterwafers 101 gesichert ist, am unteren Teil des
Haltemechanismus 23 befestigt. Außerdem ist eine Trägerplatte 222,
an der der Waferhalter 202 mit kreisförmiger Gestalt zum Halten des
Halbleiterwafers 102 gesichert ist, am oberen Teil des
Trägermechanismus 23 befestigt.
Die zwei Halbleiterwafer 101 und 102 werden integral
und unter Verwendung dieser Einheit gehalten. Darüber hinaus
ist ein vorbestimmter Teil des Trägermechanismus 23,
der zwischen den Waferhaltern 201 und 202 liegt,
als Lichtdurchgangsteil 23a, mit einer Öffnung, die glasbedeckt ist,
usw. ausgebildet.
-
Eine
entsprechende Ausführungsform
der Waferhalter 201 und 202 ist eine Unterdruckspannvorrichtung.
Die Halbleiterwafer 101 und 102 werden an den
Waferhaltern 201 durch Vakuumpumpen aus einer Pumpöffnung 20a unter
Verwendung eines Evakuiersystems 24 gehalten und fixiert
(siehe 2). Darüber
hinaus ist einer der zwei Waferhalter 201 und 202 so
konstruiert, daß eine
genaue Positionsausrichtung in den Richtungen X, Y und θ durch Piezo-Betätigungselemente
möglich
ist. Es wird betont, daß in 3 die
Waferhalteeinheit 2 in dem Zustand gezeigt ist, daß beide
Trägerplatten 221 und 222 aus
dem Trägermechanismus 23 gezogen
sind, um so die Struktur der Waferhalter 201 und 202 zu zeigen.
-
Die
Positionsausrichtung zwischen den Halbleiterwafern 101 und 102 wird
unter Verwendung von Beobachtungslicht und Laserlicht durchgeführt. In
der in 2 gezeigten Herstellungsapparatur werden ein Infrarotlichtsystem 3,
das eine Infrarotlichtquelle (erste Lichtquelle) 30 zur
Ausgabe von Infrarotlicht als das Beobachtungslicht einschließt, und ein
Laserlichtsystem 4, das eine Laserlichtquelle (zweite Lichtquelle) 40 zur
Ausgabe des Laserlichts (Laserstrahl) einschließt, bereitgestellt, um die
Halbleiterwafer 101 und 102 mit dem Beobachtungslicht und
dem Laserlicht zur Positionsausrichtung zu versorgen.
-
In
dem Infrarotlichtsystem 3 wird der Infrarotlichtoutput
aus der Infrarotlichtquelle 30 auf die Halbleiterwafer 101 und 102,
die zusammengehalten werden, direkt oder indirekt über ein
gegebenes optisches System gestrahlt. Im Laserlichtsystem 4 wird der
Laserlichtoutput aus der Laserlichtquelle 40 über zwei
optische Isolatoren 41, einen optischen Kollimator 42 und
ein gegebenes optisches System auf die Halbleiterwafer 101 und 102 gestrahlt.
-
Die
optische Leitung dieser Lichtstrahlen ist auch durch die Verwendung
von optischen Leitern, zum Beispiel optischen Fasern oder anderen,
erreichbar. Die Output-Lichtstrahlen aus diesen optischen Systemen 3, 4 werden
jeweils auf die Halbleiterwafer 101 und 102 von
der Unterseite derselben gestrahlt. Daher sind die optischen Systeme 3, 4 jeweils
beweglich angeordnet und bei Ausführung der Positionsausrichtung
unter Verwendung des Infrarotlichts oder Laserlichts wird eines
von ihnen in Richtung einer Lichtbestrahlungsposition an die Unterseite
bewegt, um dadurch die Ausführung
der vorgesehenen Ausrichtung zu ermöglichen. Es wird allerdings
betont, daß in 2 die
optischen Systeme 3, 4 zur Veranschaulichung an
den jeweiligen Lichtbestrahlungspositionen gezeigt sind.
-
Das
Infrarotlicht oder Laserlicht, das aus dem optischen System 3, 4 ausgestrahlt
wird und das durch die Halbleiterwafer 101 und 102,
die durch die Waferhalteeinheit 2 gehalten werden, geht,
wird durch eine Detektionseinheit 5 detektiert. Die Detektionseinheit 5 in
dieser Ausführungsform
ist mit einem Photodetektor 50, der in der Lage ist, ein
zweidimensionales (2D) Lichtbild zu detektieren, und mit einem Mikroskop 51,
das an den Photodetektor 50 angeschlossen ist, konstruiert.
Das durch das Infrarotlicht oder Laserlicht, das durch die Halbleiterwafer 101 und 102 geht,
erzeugte Lichtbild wird durch den Photodetektor 50 über das
Mikroskop 51 detektiert. Detektionssignale, die von dem
Photodetektor 50 ausgehen, werden durch eine Signalverarbeitungseinheit 60 verarbeitet.
Ein Beispiel für
den Photodetektor 50 ist eine CCD (charge-coupled device
= ladungsgekoppeltes Bauelement)-Kamera. Darüber hinaus kann ein Displayelement,
zum Beispiel eine Displayvorrichtung 70, die mit der Signalverarbeitungseinheit 60 verbunden
ist, zum Zeigen des 2D-Lichtbildes, zum Beispiel als Gitterbild
oder Beugungsbild, wie es später
beschrieben werden wird, als 2D-Bild angewendet
werden, um dadurch dem Operator zu ermöglichen, das 2D-Lichtbild zu
sehen.
-
Die
Detektionseinheit 5 ist mit zwei Detektionseinheiten konstruiert,
nämlich
mit einer ersten Detektionseinheit zum Detektieren eines Gitterbildes, das
durch das Infrarotlicht erhalten wird, welches aus der Infrarotlichtquelle 30 kommt
und dann durch die Halbleiterwafer 101 und 102 geht,
und einer zweiten Detektionseinheit zum Detektieren eines Beugungsbildes,
das durch das Laserlicht erhalten wird, welches aus der Laserlichtquelle 40 kommt
und dann durch die Halbleiterwafer 101 und 102 geht.
In dieser Ausführungsform
sind die erste Detektionseinheit und die zweite Detektionseinheit
zu einer einzigen Detektionseinheit 5 konstruiert, die
zusammen das identische Detektionssystem verwendet, das den Photodetektor 50 einschließt. Es wird allerdings
betont, daß,
wenn die Notwendigkeit besteht, diese erste Detektionseinheit und
zweite Detektionseinheit getrennt als unabhängige Einheiten bereitgestellt
werden können,
die sich zusammen mit dem Infrarotlichtsystem 3 und dem
Laserlichtsystem 4 bewegen können, während die Möglichkeit eines Ersatzes dieser Detektionseinheiten
in entsprechender Weise entsprechend einem Ersatz der optischen
Systeme erlaubt wird.
-
Nachfolgend
wird eine Erläuterung
des Verfahrens zur Herstellung eines photonischen Kristalls unter
Verwendung der in den 2 und 3 gezeigten
Herstellungsapparatur auch anhand der 1A bis 1E gegeben. 4 ist
ein Fließschema,
das die Verfahrensschritte des Verfahrens zur Herstellung eines
photonischen Kristalls gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
-
Erstens,
zwei getrennte Halbleiterwaferelemente 10 werden hergestellt,
die jeweils das Halbleitersubstrat 11 und die Gitterschicht 14 auf
dem Substrat 11 ausgebildet haben, welches eine 2D-Struktur,
zum Beispiel das Streifenmuster hat (Stufe S101). Ein entsprechender
der Halbleiterwafer 10, der hier hergestellt wird, kann
der sein, der eine Gitterstruktur 14 hat, wie es in 1B gezeigt
ist, oder kann alternativ einer der Halbleiterwafer sein, die in den 1D und 1E gezeigt
sind, der mehrere Gitterschichten 14 hat, wie er durch
Durchführung
eines oder einer Vielzahl der Schichtenstapel- und Fusionsprozesse
hergestellt wird. Es ist auch möglich, daß die zwei
Halbleiterwafer 10 in der Stapelzahl der Gitterschichten
voneinander unterschiedlich sind.
-
Hier
wird betont, daß die
Gitterschicht 14 jedes der Halbleiterwafer 14,
die gestapelt und miteinander fusioniert sind, zu einer Struktur
gebildet wird, die zwei Gitterbereiche hat, die sich in der Gitterperiode
voneinander unterscheiden, d.h. ein Kristallgitterbereich 14a,
der mit einer Kristallgitterperiode d1 ausgebildet ist, und ein
Ausrichtungsgitterbereich 14b mit einer Ausrichtungsgitterperiode
d2, wie es in 5 gezeigt ist. Der Kristallgitterbereich 14a ist
ein Bereich, der die 3D-Struktur
des photonischen Kristalls nach Beendigung der Mehrschichtenstapel-
und -fusionsprozesse aufbaut und der zur Feinpositionsausrichtung
zwischen den Halbleiterwafern 101 und 102 verwendet
werden wird. Der Ausrichtungsgitterbereich 14b ist dagegen
der Bereich, der so gebildet wird, daß er eine Ausrichtungsgitterperiode
d2 hat, die größer ist
als die Kristallgitterperiode d1, und dieser Bereich wird zur groben
Positionsausrichtung zwischen den Halbleiterwafern 101 und 102 verwendet.
-
Der
Ausrichtungsgitterbereich 14b ist der Bereich, der keine
photonischen Kristalle bildet. Dieser Bereich wird vorzugsweise
zum Beispiel am Randbereich des Halbleiterwafers 10 ausgebildet.
In 5 umfassen entsprechende Streifen, die die Gitterschicht 14 aufbauen,
drei benachbarte Streifen 141, 142 und 143,
von denen ein Streifen 141 so gebildet ist, daß er sich
aus dem Kristallgitterbereich 14a zu dem Ausrichtungsgitterbereich 14b,
der sich am Waferrand befindet, erstreckt, und zwei restliche Streifen 142, 143 nur
im Kristallgitterbereich 14a ausgebildet sind.
-
Durch
Wiederholen dieses Musters mit drei Streifen werden die Gitterstruktur
des Kristallgitterbereichs 14a mit der Periode d1 und die
Gitterstruktur des Ausrichtungsgitterbereichs 14b mit der
Periode d2, die dreimal größer ist
als die Periode d1, vervollständigt.
Hier ist es vorteilhaft, daß die
Gitterperiode d2 der Ausrichtungsgitterregion 14b so konzipiert
ist, daß sie
in einen Bereich von 2 μm
bis 5 μm
(Mikrometer) fällt,
was der Wellenlänge
von Infrarotlicht entspricht, da dieser Bereich 14b zur
Positionsausrichtung unter Verwendung des Infrarotlichts eingesetzt wird,
wie es später
noch beschrieben wird.
-
Die
zwei Halbleiterwafer 101 und 102, jeder mit der
Gitterschicht 14 mit der oben angegebenen Struktur, werden
auf die Waferhalter 201 und 202 der Herstellungsapparatur,
die in 2 gezeigt ist, gelegt und von diesen gehalten.
Zu dieser Zeit werden die Halbleiterwafer 101 und 102 zusammen
an der Waferhalteeinheit 2 so gehalten, daß ihre spezifischen
Oberflächen,
an denen die Gitterschichten ausgebildet sind, an der Innenseite
liegen, während diese
Gitterschichten einander gegenüberliegengelassen
werden (Stufe S102, siehe 1C).
-
Als
nächstes
wird eine grobe Positionsausrichtung unter Verwendung des Infrarotlichts
(Beobachtungslicht) zwischen den zwei Wafern 101 und 102,
die zusammengehalten werden, durchgeführt (Stufe S103). Hier wird
das Infrarotlicht aus dem Infrarotlichtsystem 3 auf die
Halbleiterwafer 101 und 102 gestrahlt und dann
wird das resultierende 2D-Lichtbild des Gitterbildes, das durch
das durchgehende Infrarotlicht erhalten wird, über das Mikroskop 51 durch
den Photodetektor 50 detektiert. Vorzugsweise kann das
Infrarotlicht zur Verwendung als das Beobachtungslicht ein Infrarotlichtstrahl
mit einer Wellenlänge
im Bereich von 2 μm
bis 3 μm
sein.
-
Ein
Beispiel für
das resultierende Gitterbild ist in 6 gezeigt.
Dieses Gitterbild ist eins, das erhältlich ist durch Betrachtung
von der Seite der Detektoreinheit 5, und wenn der Halbleiterwafer 101 mit den
darauf ausgebildeten Gitterschichten 141 und 142 und
der Halbleiterwafer 102 mit den darauf ausgebildeten Gitterschichten 143 und 144 integral
gehalten werden, wobei sie einander gegenüberliegen. Entsprechende Gitterschichten 141, 142, 143 und 144 werden
in dieser Reihenfolge ausgehend vom Halbleitersubstrat 11 der
Halbleiterwafer 101-Seite (in 2 von der
unteren Seite) geschichtet. In dem in 6 gezeigten
Gitterbild ist das Gitterbild gezeigt, das von den jeweiligen Ausrichtungsgitterbereichen 14b der
Gitterschichten 141 bis 144 erhalten wird.
-
In
dem in 6 gezeigten Beispiel sind die Gitterschichten 141 und 143 parallel
mit einer Positionsverschiebung um die halbe Periode dazwischen angeordnet
und entsprechend sind die Gitterschichten 142 und 144 parallel
mit einer Positionsverschiebung um die halbe Periode dazwischen
angeordnet, wodurch der photonische Kristall durch die 3D-Mehrschichtengitterstruktur
gebildet wird (siehe 1E). Außerdem sind die Gitterschichten 141 und 143 und die
Gitterschichten 142 und 144 so angeordnet, daß senkrechte
Richtungen (d.h. die X-Achse-Richtung und Y-Achse-Richtung, in 6 gezeigt)
die entsprechenden Längsrichtungen
der Streifenmuster bzw. der gestreiften Muster sind. Mit einer solchen
Positionsbeziehung zwischen diesen Gitterschichten wird die grobe
Ausrichtung zwischen den Halbleiterwafern 101 und 102 durch
Positionsausrichtung bei gleichzeitiger Prüfung des Gitterbildes durch
das Infrarotlicht durchgeführt.
-
Was
diese Positionsausrichtung auf der Basis des Gitterbildes angeht,
ist es hier vorteilhaft, daß die
Gitterperiode d2 des Ausrichtungsgitterbereichs 14b einem
ungeradzahligen Vielfachen der Gitterperiode d1 des Kristallgitterbereichs 14a entspricht.
In der in 5 gezeigten Gitterschicht 14 beispielsweise
ist die Ausrichtungsgitterperiode d2 dreimal größer als die Kristallgitterperiode
d1. Mit dem Merkmal einer Ausrichtung auf ein ungeradzahliges Vielfaches,
wie in 6 gezeigt, kann die mehrschichtige Gitterstruktur
mit der Verschiebung von einer halben Periode selbst in dem Kristallgitterbereich 14a erhalten
werden, und zwar durch Durchführung
einer Positionsausrichtung mit der Verschiebung einer halben Periode
in dem Ausrichtungsgitterbereich 14b.
-
Anschließend wird
ein Feinpositionsausrichtung unter Verwendung des Laserlichts zwischen
den zwei Halbleiterwafern 101 und 102, die bereits
die grobe Ausrichtung vollendet haben (Schritt S104), durchgeführt. Hier
wird das Laserlicht aus dem Laserlichtsystem 4 auf die
Halbleiterwafer 101 und 102 gestrahlt und dann
wird das resultierende 2D-Lichtbild des Beugungsbildes, das durch
das dadurchgegangene Laserlicht erhalten wird, durch das Mikroskop 51 mit
dem Photodetektor 50 detektiert.
-
Ein
Beispiel für
das resultierende Beugungsbild ist in 7 gezeigt.
Dieses Beugungsbild ist das, das bei Strahlung des Laserlichts auf
die Kristallgitterbereiche 14a in den Gitterschichten 14 erhältlich ist.
Zu dieser Zeit fungieren die entsprechenden Gitterschichten 141 bis 144 als
Beugungsgitter. Hier wird angemerkt, daß die Gitterschichten in der
Struktur ähnlich
denen sind, die in den 1E und 6 gezeigt
sind. Wie in 7 gezeigt ist, werden die Beugungslichtpunkt
mit mehr als 1. Ordnung in den X-Achsen- und Y-Achsen-Richtungen erzeugt, entlang
denen, die entsprechenden Gitterschichten ausgerichtet sind, wobei
die Position des Beugungslichtpunktes 0. Ordnung das Zentrum davon
ist.
-
In
der in 2 gezeigten Apparatur sind die Waferhalter 201 und 202 aus
Metallen hergestellt, die keine Lichtstrahlen durchlassen. Außerdem ist
darin der Lichtdurchgangsbereich 20b ausgebildet, nämlich der
Teil einer Öffnung
einer kreuzartigen Form mit den X-Achsen- und Y-Achsen-Richtungen
als ihre zwei Achsen, wie es in 3 gezeigt
ist. Die Öffnungsform
dieses Lichtdurchgangsbereichs 20b ist eine Form, die sich
von der Position des Beugungslichtes 0. Ordnung des Beugungsbildes
zu den entsprechenden Richtungen, entlang denen Beugungslichtstrahlen
mit mehr als 1. Ordnung emittiert werden, erstreckt, um dadurch
ein selektives Durchgehen von Lichtkomponenten des Beugungsbilds
zu ermöglichen,
und entspricht dem in 7 gezeigten Beugungsbild. Bei
Verwendung einer solchen Form des Lichtdurchgangsteils 20b wird
es möglich,
ein Einfallen von anderen Lichtkomponenten als dem Beugungslicht
auf die Detektoreinheit 5 zu verringern. Es wird allerdings
betont, daß die
Waferhalter 201 und 202 nicht auf diese Struktur
beschränkt
sein sollten und alternativ durch andere geeignete Halter, einschließlich metallischer
Halter mit kreisförmigen Öffnungen,
aus Glas hergestellten Haltern, die fähig sind, Lichtstrahlen mit
vorbestimmten Wellenlängen durchzulassen,
zum Beispiel Infrarotlicht usw., ersetzt werden können.
-
Die
oben beschriebenen Beugungslichtpunkte mit mehr als 1. Ordnung verhalten
sich so, daß eine Änderung
der Intensität
(oder des Intensitätsverhältnisses)
mit einer Änderung
der Positionsbeziehung zwischen den entsprechenden Gitterschichten 141 bis 144 einhergeht.
Daher macht die Detektion einer solchen Intensitätsänderung es möglich, die
Feinausrichtung der Gitterschichten durchzuführen. Ein Beispiel einer solchen
Intensitätsänderung
des Beugungslichtes ist in 8 gezeigt.
In diesem Graph sind die Intensitäten von Beugungslicht –3. Ordnung
bis 0. Ordnung bis +3. Ordnung gezeigt, und zwar für die Beugungsmuster,
wenn die Streifenposition um 0, T/6, T/3, T/2, 2T/3, 5T/6 und T
zwischen dem parallel angeordneten Gitterschichten verschoben ist,
wobei "T" die Gitterperiode
der Gitterschicht angibt (entsprechend der Periode d1, die in 5 gezeigt
ist).
-
In
diesen hierin gezeigten Beugungsmustern bleiben die Intensitäten der
Punkte des Beugungslicht 1. Ordnung (–1. Ordnung und +1. Ordnung)
minimal, wenn das Gitterschichtlayout der Verschiebung einer halben
Periode entwickelt ist. Somit ist es möglich, durch Nutzung dieser
Intensitätsänderung die
Positionsausrichtung der Gitterstruktur mit einer Verschiebung einer
halben Periode durchzuführen. In
diesem Fall muß die
Positionierung mit einer Verschiebung einer halben Periode jeweils
in bezug auf zwei Richtungen entlang der X-Achse und der Y-Achse
durchgeführt
werden, wobei ein ähnliches
Ausrichtungsverfahren bezüglich
des Beugungslichtes 1. Ordnung in der X-Achsenrichtung als auch
in bezug auf Beugungslicht 1. Ordnung in der Y-Achsenrichtung angewendet
werden kann. Im Fall des 8-Schichten- oder 16-Schichten-Stapels ist es darüber hinaus möglich, die
Ausrichtung durch Verwendung des Beugungslichtes mit mehr als 2.
Ordnung in ähnlicher Weise
durchzuführen.
-
Nach
Vollendung der Feinpositionsausrichtung der Halbleiterwafer 101 und 102 durch
die Schritte S103 und S104 werden die Halbleiterwafer 101 und 102 durch
Waferfusion in dem Zustand, das die entsprechenden Gitterschichten
aufeinander gestapelt sind, miteinander fusioniert (Schritt S105).
Es wird betont, daß diese
Waferfusion eher mit der Fusionsapparatur als mit der in 2 gezeigten
Apparatur erfolgt, derart, daß die
zwei Halbleiterwafer 101 und 102, die so ausgerichtet
sind, zu der Fusionsapparatur bewegt werden, wobei die Wafer integral
zusammengehalten werden. Das Waferfusionsverfahren, wie es hierin
eingesetzt wird, ist wie vorher anhand der 1A bis 1E beschrieben.
Wenn es notwendig ist, wird ein Substrat nach Vollendung des Waferfusionsverfahrens,
wie es in 1D gezeigt ist, entfernt. Alternativ
ist es auch zulässig,
daß eine
Reihe aus den oben beschriebenen Ausrichtungs-, Mehrschichtenstapel- und Fusionsverfahren
mehrmals wiederholt wird.
-
In
dem photonischen Kristall (Halbleiterbauelement)-Herstellungsverfahren und in der Apparatur,
die oben beschrieben wurden, wird eine präzise Positionsausrichtung zwischen
den Gitterschichten an zwei Halbleiterwafern, die gestapelt werden
sollen und miteinander fusioniert werden sollen, effizient realisiert,
indem zuerst die Grobausrichtung auf der Basis des Gitterbildes,
das bei Bestrahlung mit Beobachtungslicht auf die Halbleiterwafer
erhalten wird, durchgeführt
wird und dann die Feinausrichtung auf der Basis des Beugungsbildes,
das bei Bestrahlung mit dem Laserlicht erhalten wird, durchgeführt wird.
-
Spezifischer
ausgedrückt,
wenn das Laserlicht auf die 3D-Gitterstruktur,
die aus mehreren Gitterschichten besteht, jede mit 2D-Struktur,
gestrahlt wird, fungiert jede Gitterschicht als Beugungsgitter und
das Beugungsbild kann erhalten werden. Durch Detektieren der Intensitätsänderung
des Beugungslichtes bei diesem Beugungsbild wird es möglich, die genaue
Positionsausrichtung zwischen den Gitterschichten (zwischen den
Halbleiterwafern) durchzuführen.
-
Obgleich
das Laserlicht unterstützte
Ausrichtungsverfahren für
die Feinpositionierungsausrichtung sehr wirksam sind, würde eine
Ausrichtung mit diesem Verfahren alleine in einer Erhöhung der
Zeit resultieren, die für
das Positionsausrichtungsverfahren notwendig ist. Durch Verwendung
des Zweistufen-Positionsausrichtungsverfahrens, nämlich zuerst Durchführen der
Grobausrichtung auf der Basis des Gittertransmissionsbildes, das
durch normales Beobachtungslicht erhalten wird, anstelle der Beugungsbilder
und danach Durchführen
der Feinausrichtung (Feinpositionseinstellung) auf der Basis des
Beugungsbildes wird dagegen die Komplexität des Positionsausrichtungsverfahrens
verringert und das Ausrichtungsverfahren kann in der Effizienz stark
verbessert werden.
-
Ein
anderes Verfahren, das sich auf die Struktur der Gitterschichten
der Halbleiterwafer, die gestapelt und miteinander fusioniert werden,
bezieht, ist das, bei dem der Ausrichtungsgitterbereich mit größerer Gitterperiode
getrennt von dem Kristallgitterbereich bereitgestellt wird, welcher die
photonische Kristallstruktur nach Beendigung der Mehrschichtenstapel-
und -fusionsprozesse bildet, was dem oben beschriebenen Zweistufenausrichtungsverfahren
entspricht. Obgleich der Kristallgitterbereich als Beugungsgitter
während
der Positionsausrichtung durch das Laserlicht verwendet werden kann,
ist dieser Bereich bezüglich
der Gitterperiode zu klein, um die Positionsausrichtung auf der
Basis des Gitterbildes durchzuführen,
was es wiederum schwierig macht, die Grobausrichtung durchzuführen. Dagegen
wird es durch getrenntes Ausstatten des Ausrichtungsgitterbereichs
mit großer
Periode möglich,
die Durchführung
der Grobausrichtung unter Verwendung des Gitterbildes durch das
Beobachtungslicht zu erleichtern.
-
Es
wird betont, daß das
oben beschriebene Positionsausrichtungsverfahren eine Genauigkeit
der Ausrichtung zwischen den Gitterschichten von zum Beispiel etwa
50 nm (Nanometern) in dem Fall bietet, daß der Piezo-Aktuator für die Positionsausrichtung wie
in der oben angegebenen Ausführungsform
verwendet wird. Diese Genauigkeit ist ausreichend, um das photonische
Band zu erhalten.
-
Das
Verfahren zur Herstellung eine Halbleiterbauelements gemäß der vorliegenden
Erfindung sollte nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt
werden, sondern es können
verschiedene Modifikationen und Veränderungen an den Apparaturkonfigurationen
und den Verfahrensschritten innerhalb des Rahmens, wie er durch
die beigefügten
Ansprüche
definiert ist, durchgeführt werden.
Außerdem
ist es hinsichtlich der 3D-Mehrschichtgitterstruktur, die einen
photonischen Kristall aufbaut, selbst wenn eine Struktur, zum Beispiel
Defekte, teilweise darin zu Zwecken der Bildung eines Wellenleiters
oder zur Einbettung eine Lichtemittierenden Elements ausgebildet
ist, möglich,
das oben angegebene Ausrichtungsverfahren mit dem Präzisionsmehrschichtenstapelverfahren
anzuwenden.
-
Das
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements gemäß der vorliegenden
Erfindung kann als Verfahren und Apparatur in der Mehrschichtstapeltechnik
zur Herstellung eines Halbleiterbauelements (photonischer Kristall
oder dgl.) mit einer Kristallstruktur mit 3D-periodischer Brechungsindexverteilung
durch Fusionieren der Gitterschichten verwendet werden, wobei es
die entsprechenden Gitterschichten genau mit reduzierter Komplexität ausrichten
kann, indem eine Positionsausrichtung der jeweiligen Gitterschichten
mit dem Zweistufen-Positionsausrichtungsverfahren
unter Verwendung von Beobachtungslicht und Laserlicht durchgeführt wird.
-
Es
wird erwartet, daß der
photonische Kristall mit 3D-Kristallstruktur,
der oben beschrieben wurde, als optisches Material zur Durchführung einer Vielzahl
von Lichtregulierbarkeiten durch Vorliegen des photonischen Bandes,
die bis heute als unmöglich
erscheinen, Anwendung findet. Außerdem wird es möglich, den
photonischen Kristall für
eine weite Vielzahl von optischen Vorrichtungen einzusetzen, indem
eine spezifizierte Defektstruktur in den Kristallen ausgebildet
wird, zum Beispiel ein Wellenleiter gebildet wird oder ein Licht-emittierendes
Element eingebettet wird. Das genaue Mehrschichtenstapelverfahren
ist ein nützliches
Verfahren zur Herstellung eines photonischen Kristalls auch im Hinblick
auf die Tatsache, daß eine
derartige Defektbildung mit einem hohen Freiheitsgrad durchgeführt werden
kann. Selbst im Fall der Bildung solcher Defekte ist das oben beschriebene
Positionsausrichtungsverfahren in gleicher Weise anwendbar, was
es möglich
macht optische Hochleistungsvorrichtungen unter Verwendung photonischer
Kristalle zu erreichen.