DE60127012T2 - Verfahren zur Herstellung einer photonischen Kristallstruktur - Google Patents

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Description

  • 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.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer Kristallstruktur mit dreidimensionaler periodischer Brechungsindexverteilung, das die sequenziellen Schritte des: i) (S101) Ausbildens zweier Halbleiterwafer (10, 101, 102), die jeweils auf einer ihrer Oberflächen mindestens eine Gitterschicht (14, 141, 142), die eine zweidimensionale Struktur aufweist und einen Kristallgitterbereich (14a) mit einer Kristallgitterperiode und einen Ausrichtungsgitterbereich (14b) mit einer Gitterperiode größer als diejenige des Kristallgitterbereichs (14a) einschließt, ausgebildet haben; ii) (S102) Zusammenhaltens der Wafer (10, 101, 102) mit Waferhaltemitteln (2), wobei die Gitterschichten (14, 141, 142) einander gegenüberliegen; iii) (S103) Bestrahlens der zwei Wafer (10, 101, 102) mit nicht-kohärentem Beobachtungslicht und der Detektion eines Transmissionsbildes der Ausrichtungsgitterbereiche (14b), um die Position der Wafer (10, 101, 102) relativ zueinander grob auszurichten; iv) (S104) Bestrahlens der zwei Wafer (10, 101, 102) mit Laserlicht und der Detektion eines Beugungsbildes der Kristallgitterbereiche (14a), um die Feinausrichtung der Wafer relativ zueinander durchzuführen; und v) (S105) Fusionierens der zwei Wafer (10, 101, 102), die übereinander gestapelt sind, wobei die Gitterschichten (14, 141, 142) einander gegenüberliegen, umfaßt.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, in dem das Beobachtungslicht in Schritt iii) eine Wellenlänge von 0,85 bis 2 μm hat.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1, in dem die Ausrichtungsgitterperiode in den in Schritt i) hergestellten Wafern (10, 101, 102) 2 bis 5 μm ist.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 1, in dem die Gitterperiode des Ausrichtungsgitterbereichs (14b) auf ein ungeradzahliges Vielfaches der Gitterperiode des Kristallgitterbereichs (14a) eingestellt ist.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 1, in dem vor Schritt v) eine hydrophile Bearbeitung durchgeführt wird.
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