JP6000355B2 - ガラス質材料からなる平面基板の構造化方法及び光学素子 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態として例えば以下を挙げることができる。
[実施形態1]
ガラス質材料からなる平面基板の粘性流動プロセスを介した構造化方法であって、前記ガラス質平面基板を、表面にある周縁部によって画定された少なくとも1つの窪みを有する平面基板の表面上に接合し、それに続く熱処理プロセスを介して粘性流動可能な状態に変え、前記平面基板の粘性流動可能なガラス質材料の少なくとも一部が前記周縁部上から半導体平面基板の前記窪みへと流入する前記構造化方法において、
少なくとも1つの窪みが少なくとも1つの濡れ面を有する平面基板を用意することであって、前記濡れ面は、前記平面基板の表面に対して下方にあり、かつ少なくとも部分的に線状縁部によって画定されており、前記線状縁部は、同時に前記濡れ面に対して下方にあり、窪みの内側に設けられた溝構造の一つの縁部でもあり、かつ/又は前記濡れ面に帰属できる、前記流動可能なガラス質材料についての濡れ特性の不連続な変化によって決められていることと、
前記熱処理プロセスの間に前記流動可能なガラス質材料は、前記濡れ面と、前記線状縁部に沿って濡れ先頭部が形成されるように接触されることと、
前記熱処理プロセスは、濡れ先頭部と前記周縁部との間で平面基板と接触せずに延びている、窪みの部分領域とともに空隙を取り囲むガラス質材料の表面が形成されたら終了させることと、
を特徴とする、前記構造化方法。
[実施形態2]
前記濡れ面の濡れ特性は、表面変性によって選定され、それにより、その濡れ面が前記流動可能なガラス質材料で濡れるときに、動的に拡がる濡れ先頭部を形成し、前記先頭部が、表面変性されていない表面上より速やかに拡がることを特徴とする、実施形態1に記載の方法。
[実施形態3]
前記ガラス質平面基板の、前記平面基板の表面上への接合は、陽極接合又は直接接合(融着)によって行われることを特徴とする、実施形態1又は2に記載の方法。
[実施形態4]
前記ガラス質平面基板は、少なくとも1つの窪みを気密に閉じることで、閉じた空隙が形成されることと、
前記ガラス質平面基板の接合は、設定可能なプロセス圧を有するガス雰囲気の存在下で行われ、こうして前記接合直後に、形成された空隙の内側に前記ガス雰囲気の一部が閉じ込められることと
を特徴とする、実施形態1〜3のいずれかに記載の方法。
[実施形態5]
前記熱処理の間に、プロセス圧を制御して変化させることにより、前記濡れ先頭部と前記周縁部との間で平面基板に接触せずに延びている、前記ガラス質材料の表面の形状に影響が及ぼされることを特徴とする、実施形態4に記載の方法。
[実施形態6]
前記濡れ先頭部と前記周縁部との間で平面基板に接触せずに延びている、前記ガラス質材料の表面は、プロセス圧の低減によって凹型に変形し、かつプロセス圧を高めた場合に凸型に変形することを特徴とする、実施形態5に記載の方法。
[実施形態7]
前記熱処理操作を少なくとも一回中断し、前記少なくとも1つの空隙への開放通路を作製し、かつ前記熱処理操作を続けることを特徴とする、実施形態4に記載の方法。
[実施形態8]
前記熱処理操作を少なくとももう一度中断し、前記少なくとも1つの開放通路を閉じ、かつ前記熱処理操作を続けることを特徴とする、実施形態7に記載の方法。
[実施形態9]
前記熱処理プロセスの終了後に、前記ガラス質平面基板と前記平面基板とを形状を保って分離することで、前記ガラス質平面基板の構造化された表面が得られ、かつ前記ガラス質平面基板の構造化された表面を複製型として使用することを特徴とする、実施形態1〜8のいずれかに記載の方法。
[実施形態10]
前記熱処理プロセスの終了後に、前記ガラス質平面基板と前記平面基板とを完全に又は部分領域で形状を保って分離することで、前記ガラス質平面基板の構造化された表面を得ることと、
少なくとも、前記濡れ先頭部の間で又は本来前記濡れ先頭部と前記周縁部との間で平面基板に接触せずに延びている、前記ガラス質材料の表面を、光学エレメントの光学作用表面として使用することと、
を特徴とする、実施形態1〜8のいずれかに記載の方法。
[実施形態11]
前記平面基板が、前記ガラス質平面基板より高い溶融温度を有する材料からなることを特徴とする、実施形態1〜10のいずれかに記載の方法。
[実施形態12]
平面基板として、半導体基板又はセラミック基板を使用することを特徴とする、実施形態1〜11のいずれかに記載の方法。
[実施形態13]
光学作用面を有する光学素子であって、前記面は、ガラス質材料からなる構造化された平面基板の一部であり、かつ前記面に光軸を割り当てることができ、前記光軸は、前記平面基板に割り当てることができる平面基板面と0゜及び90゜ではない角度αを形成し、この場合に、前記光学作用面は、ガラス質材料から非接触に製造された表面の表面平滑性に相当する表面平滑性を有する、前記光学素子。
[実施形態14]
前記のガラス質材料からなる構造化された平面基板の一部である光学作用面が、実施形態1〜8のいずれかに記載の方法で間接的に又は直接的に製造されており、その場合に、前記光学作用面は、前記濡れ先頭部と前記周縁部との間で半導体基板に接触せずに延びている、前記ガラス質材料の表面又はこの表面の複製型に相当することを特徴とする、実施形態13に記載の光学素子。
[実施形態15]
前記のガラス質材料からなる構造化された平面基板は、構造化された表面と、この表面の反対側にある前記平面基板面と一致する平坦な表面とを有することと、
前記の平坦な表面上に間接的に又は直接的に光源が配置されており、前記光源は光を前記平坦な表面を経由して前記のガラス質材料からなる構造化された平面基板中に、その光が前記ガラス質材料からなる平面基板内の光学作用面で向きを変えられるように伝送することと、
を特徴とする、実施形態13又は14に記載の光学素子。
2 半導体平面基板
2’ 半導体平面基板の表面
3 窪み
3’ 窪みの周縁部
3’’ 窪み底部
3’’’ 窪み壁部
3* 窪み底部の縁線
4 表面変性された窪み底部、つまり補助面又は濡れ面
5 非接触に延びている、ガラス質材料の表面
6 1の平面基板よりも低融点の材料からなるガラスウェハ
7 シリコンウェハ
8 透明窓
9 発光体、レーザダイオード
10 溝構造
11 第二の窪み
12 反射層
13 駆動用チップ
14 接続導線
B 濡れ先頭部
K 空隙
L レーザ線
Claims (15)
- ガラス質材料からなる平面基板(1)(以下、ガラス質平面基板)の粘性流動プロセスを介した構造化方法であって、前記ガラス質平面基板(1)を、表面(2’)にある周縁部(3’)によって画定された少なくとも1つの窪み(3)を有する別の平面基板(2)の表面(2’)上に接合し、それに続く熱処理プロセスを介して粘性流動可能な状態に変え、前記ガラス質平面基板(1)の粘性流動可能なガラス質材料の少なくとも一部が前記周縁部(3’)を経由して前記別の平面基板(2)の窪み(3)へと流入する前記構造化方法において、以下のプロセスステップ:
− 少なくとも1つの窪み(3)中に少なくとも1つの濡れ面(4)が存在するように前記別の平面基板(2)を用意するプロセスステップであって、前記濡れ面(4)は、前記別の平面基板(2)の表面(2’)に対して下方にあり、かつ少なくとも部分的に線状縁部によって画定されており、前記線状縁部は、同時に前記濡れ面(4)に対して下方にあり窪み(3)の内側に設けられた溝構造(10)の一つの縁部(3*)でもあるプロセスステップと、
− 前記熱処理プロセスを、前記ガラス質平面基板(1)の流動可能なガラス質材料が、前記濡れ面(4)と、前記線状縁部に沿って濡れ先頭部(B)が形成されるように接触されるように実施するプロセスステップと、
− 前記熱処理プロセスを、濡れ先頭部(B)と前記周縁部(3’)との間で別の平面基板(2)と接触せずに延びている、窪み(3)の部分領域とともに空隙(K)を取り囲むガラス質材料の表面(5)が形成された後に終了させるプロセスステップと、
を特徴とする、前記構造化方法。 - ガラス質材料からなる平面基板(1)(以下、ガラス質平面基板)の粘性流動プロセスを介した構造化方法であって、前記ガラス質平面基板(1)を、表面(2’)にある周縁部(3’)によって画定された少なくとも1つの窪み(3)を有する別の平面基板(2)の表面(2’)上に接合し、それに続く熱処理プロセスを介して粘性流動可能な状態に変え、前記ガラス質平面基板(1)の流動可能なガラス質材料の少なくとも一部が前記周縁部(3’)を経由して前記別の平面基板(2)の窪み(3)へと流入する前記構造化方法において、以下のプロセスステップ:
− 少なくとも1つの窪み(3)中に少なくとも1つの濡れ面(4)が存在するように前記別の平面基板(2)を用意するプロセスステップであって、前記濡れ面(4)は、前記別の平面基板(2)の表面(2’)に対して下方にあり、かつ少なくとも部分的に線状縁部によって画定されており、前記線状縁部は、前記濡れ面(4)に帰属できる、前記流動可能なガラス質材料についての濡れ特性の不連続な変化によって決められているプロセスステップと、
− 前記熱処理プロセスを、前記ガラス質平面基板(1)の流動可能なガラス質材料が、前記濡れ面(4)と、前記線状縁部に沿って濡れ先頭部(B)が形成されるように接触されるように実施するプロセスステップと、
− 前記熱処理プロセスを、濡れ先頭部(B)と前記周縁部(3’)との間で別の平面基板(2)と接触せずに延びている、窪み(3)の部分領域とともに空隙(K)を取り囲むガラス質材料の表面(5)が形成された後に終了させるプロセスステップと、
を特徴とし、前記濡れ面(4)の濡れ特性は、表面変性によって選定され、それにより、その濡れ面(4)が前記流動可能なガラス質材料で濡れるときに、動的に拡がる濡れ先頭部(B)を形成し、前記先頭部(B)が、表面変性されていない表面上より速やかに拡がることを特徴とする、前記構造化方法。 - ガラス質材料からなる平面基板(1)(以下、ガラス質平面基板)の粘性流動プロセスを介した構造化方法であって、前記ガラス質平面基板(1)を、表面(2’)にある周縁部(3’)によって画定された少なくとも1つの窪み(3)を有する別の平面基板(2)の表面(2’)上に接合し、それに続く熱処理プロセスを介して粘性流動可能な状態に変え、前記ガラス質平面基板(1)の流動可能なガラス質材料の少なくとも一部が前記周縁部(3’)を経由して前記別の平面基板(2)の窪み(3)へと流入する前記構造化方法において、以下のプロセスステップ:
− 少なくとも1つの窪み(3)中に少なくとも1つの濡れ面(4)が存在するように前記別の平面基板(2)を用意するプロセスステップであって、前記濡れ面(4)は、前記別の平面基板(2)の表面(2’)に対して下方にあり、かつ少なくとも部分的に線状縁部によって画定されており、前記線状縁部は、同時に前記濡れ面(4)に対して下方にあり窪み(3)の内側に設けられた溝構造(10)の一つの縁部(3*)でもあり、かつ前記濡れ面(4)に帰属できる、前記流動可能なガラス質材料についての濡れ特性の不連続な変化によって決められているプロセスステップと、
− 前記熱処理プロセスを、前記ガラス質平面基板(1)の流動可能なガラス質材料が、前記濡れ面(4)と、前記線状縁部に沿って濡れ先頭部(B)が形成されるように接触されるように実施するプロセスステップと、
− 前記熱処理プロセスを、濡れ先頭部(B)と前記周縁部(3’)との間で別の平面基板(2)と接触せずに延びている、窪み(3)の部分領域とともに空隙(K)を取り囲むガラス質材料の表面(5)が形成された後に終了させるプロセスステップと、
を特徴とし、前記濡れ面(4)の濡れ特性は、表面変性によって選定され、それにより、その濡れ面(4)が前記流動可能なガラス質材料で濡れるときに、動的に拡がる濡れ先頭部(B)を形成し、前記先頭部(B)が、表面変性されていない表面上より速やかに拡がることを特徴とする、前記構造化方法。 - 前記ガラス質平面基板(1)の、前記別の平面基板(2)の表面(2’)上への接合は、陽極接合又は直接接合(融着)によって行われることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 前記ガラス質平面基板(1)は、少なくとも1つの窪み(3)を気密に閉じることで、閉じた空隙(K)が形成されることと、
前記ガラス質平面基板(1)の接合は、設定可能なプロセス圧を有するガス雰囲気の存在下で行われ、こうして前記接合直後に、形成された空隙(K)の内側に前記ガス雰囲気の一部が閉じ込められることと
を特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。 - 前記熱処理の間に、プロセス圧を制御して変化させることにより、前記濡れ先頭部(B)と前記周縁部(3’)との間で前記別の平面基板(2)に接触せずに延びている、前記ガラス質材料の表面(5)の形状に影響が及ぼされることを特徴とする、請求項5に記載の方法。
- 前記濡れ先頭部(B)と前記周縁部(3’)との間で前記別の平面基板(2)に接触せずに延びている、前記ガラス質材料の表面(5)は、プロセス圧の低減によって凹型に変形し、かつプロセス圧を高めた場合に凸型に変形することを特徴とする、請求項6に記載の方法。
- 前記熱処理操作を少なくとも一回中断し、前記少なくとも1つの空隙(K)への開放通路を作製し、かつ前記熱処理操作を続けることを特徴とする、請求項5に記載の方法。
- 前記熱処理操作を少なくとももう一度中断し、前記少なくとも1つの開放通路を閉じ、かつ前記熱処理操作を続けることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
- 前記熱処理プロセスの終了後に、前記ガラス質平面基板(1)と前記別の平面基板(2)とを形状を保って分離することで、前記ガラス質平面基板(1)の構造化された表面が得られ、かつ前記ガラス質平面基板(1)の構造化された表面を複製型として使用することを特徴とする、請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
- 前記熱処理プロセスの終了後に、前記ガラス質平面基板(1)と前記別の平面基板(2)とを完全に又は部分領域で形状を保って分離することで、前記ガラス質平面基板(1)の構造化された表面を得ることと、
少なくとも、前記濡れ先頭部(B)の間で又は本来前記濡れ先頭部(B)と前記周縁部(3’)との間で前記別の平面基板(2)に接触せずに延びている、前記ガラス質材料の表面(5)を、光学エレメントの光学作用表面として使用することと、
を特徴とする、請求項1〜9のいずれかに記載の方法。 - 前記別の平面基板(2)が、前記ガラス質平面基板(1)より高い溶融温度を有する材料からなることを特徴とする、請求項1〜11のいずれかに記載の方法。
- 別の平面基板(2)として、半導体基板又はセラミック基板を使用することを特徴とする、請求項1〜12のいずれかに記載の方法。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の方法で間接的に又は直接的に製造された光学作用面(5)を使用して光学素子を製造する方法であって、前記光学作用面(5)は、前記濡れ先頭部(B)と前記周縁部(3’)との間で別の平面基板(2)に接触せずに延びている、前記ガラス質材料の表面(5)又はこの表面の複製型に相当する、方法。
- 前記のガラス質材料からなる構造化された平面基板(1)は、構造化された表面と、この表面の反対側にある前記平面基板面と一致する平坦な表面とを有することと、
前記の平坦な表面上に間接的に又は直接的に光源(9)が配置されており、前記光源は光を前記平坦な表面を経由して前記のガラス質材料からなる構造化された平面基板(1)中に、その光(L)が前記ガラス質材料からなる平面基板(1)内の光学作用面(5)で向きを変えられるように伝送することと、
を特徴とする、請求項14に記載の方法。
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