DE69908325T2

DE69908325T2 - Integrierte mikrooptische systeme

Info

Publication number: DE69908325T2
Application number: DE69908325T
Authority: DE
Inventors: R. Michael FELDMAN; D. Alan KATHMAN; Hudson William WELCH
Original assignee: Tessera North America Inc
Current assignee: DigitalOptics Corp East
Priority date: 1998-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2019-03-27
Also published as: EP1064650B1; US6061169A; JP2010044855A; CA2324600C; AU3365699A; CN1129023C; US6741380B2; ATE241811T1; US20020012157A1; US6483627B2; JP2003524849A; DE69908325D1; US20030095343A1; EP1064650A2; EP1064650A4; WO1999049455A3; WO1999049455A2; CN1295678A; US6295156B1; CA2324600A1

Description

Hintergrund der Erfindung Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist auf integrierende Optiken auf dem Wafer-Level mit einem Aktivelement gerichtet, insbesondere zur Verwendung mit magnetooptischen Köpfen.
Beschreibung des Standes der Technik
Magnetooptische Köpfe werden verwendet, um aktuelle hochdichte magnetooptische Medien zu lesen. Insbesondere wird eine magnetische Spule verwendet, um ein magnetisches Feld auf das Medium anzuwenden und Licht wird dann auch zum Medium geliefert, um das Medium zu beschreiben. Das Licht wird auch verwendet, um das Medium, entsprechend den durch die Anwendung des magnetischen Feldes und Lichtes veränderten Charakteristiken des Mediums, auszulesen.
Ein Beispiel einer solchen Konfiguration ist in 1 gezeigt. In 1 gibt eine optische Faser 8 Licht an einen Kopf ab. Der Kopf umfasst einen Gleitblock 10, der eine Objektivlinse 12 aufweist, die an einer seiner Seiten befestigt ist. Ein Spiegel 9, der auch an der Seite des Gleitblocks 10 befestigt ist, lenkt Licht aus der optischen Faser 8 auf die Objektivlinse 12. Eine magnetische Spule 14, die an der Linse 12 ausgerichtet ist, ist auch an der Seite des Gleitblocks 10 befestigt. Der Kopf sitzt oben auf einem Sandwich 16 mit Luft, die zwischen dem Kopf und dem Medium 18 angeordnet ist. Der Gleitblock 10 erlaubt es dem Kopf, über das Medium 18 zu gleiten und das Medium 18 auszulesen oder zu beschreiben.
Die Höhe des Gleitblocks 10 ist beschränkt, typischerweise auf zwischen 500 bis 1500 Mikrons, und sie ist vorzugsweise so klein wie möglich. Deshalb ist die Anzahl der Linsen, die an einem Gleitblock befestigt sein können, auch beschränkt. Zusätzlich ist eine axiale Ausrichtung von mehr als einer Linse an dem Gleitblock schwierig. Des weiteren müssen die Optiken oder das gesamte optische System des Kopfes aufgrund des erforderlichen kleinen Leuchtpunktes eine hohe numerische Apertur vorzugsweise größer als 0,6 aufweisen. Dieses ist mit einer einzelnen Objektivlinse schwer zu erreichen aufgrund der großen Durchbiegung, die damit verbunden ist. Der gesamt Kopf ist somit schwierig zusammenzubauen und noch nicht zur Massenherstellung geeignet.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gleitblock zur Verfügung zu stellen, der ein darin integriertes aktives Element aufweist, d. h. ein Element, das eine Charakteristik aufweist, die sich als Reaktion auf ein angelegtes Feld ändert, und das im wesentlichen eines oder mehrere der Probleme durch die Beschränkungen und Nachteile des Standes der Technik löst. Solche Elemente umfassen eine magnetische Spule, eine Lichtquelle, einen Detektor usw.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mehrere optische Elemente und einen Gleitblock zu integrieren, der ebenfalls ein darauf integriertes Element aufweist. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Objekte auf einem Wafer-Level herzustellen, eine Vielzahl von Wafern zu verbinden und das aktive Element auf einer Bodenfläche eines Bodenwafers zur Verfügung zu stellen.
Wenigstens einer der oben genannten oder anderer Nachteile kann gelöst werden, indem ein integriertes mikrooptisches System zur Verfügung gestellt wird, mit einem aus mehr als einem miteinander verbundenen Wafern geformten Plättchen, wobei jeder Wafer eine Kopfoberfläche und eine Bodenoberfläche aufweist, wobei verbundene Wafer geschnitten sind, um viele Plättchen zu ergeben und einem auf einer Bodenoberfläche des Plättchens integrierten aktiven Element, das eine Charakteristik hat, die sich als Reaktion auf ein angelegtes Feld ändert, wobei auf mehr als eine Oberfläche des Plättchens optische Elemente gebildet sind.
Das aktive Element kann ein Dünnfilmleiter sein, dessen magnetische Eigenschaften wechseln, wenn ein Strom darauf angewendet wird. Das aktive Element kann als Anordnung aktiver Elemente auf dem Bodenwafer integriert sein, bevor die verbundenen Wafer geschnitten werden. Das Plättchen kann aus zwei Wafern gebildet werden und optische Elemente werden auf einer Kopfoberfläche und einer Bodenoberfläche eines Kopfwafers ausgeformt und einer Kopfoberfläche des Bodenwafers. Das Plättchen kann ein optisches System mit hoher numerischer Apertur aufweisen.
Der Bodenwafer des mehr als einen Wafers kann einen höheren Brechungsindex als andere Wafer aufweisen. Dort brauchen keine optischen Elemente auf einem Bodenwafer des Plättchens sein. Die Bodenoberfläche des Plättchens kann des weiteren Merkmale zur Erleichterung eines Gleitens des darauf geätzten integrierten mikrooptischen Systems umfassen. Der Bodenwafer des Plättchens kann ein brechendes Element haben, das in einem Material mit hoher numerischer Apertur ausgebildet ist. Metallbereiche, die als Aperturen dienen, können auf wenigstens einer der Oberflächen des Plättchens integriert sein.
Eine Materialschicht wird auf der Bodenoberfläche des Bodenwafers angeordnet, bevor das aktive Element auf ihr integriert wird. Ein optisches Element kann auf der Bodenoberfläche des Bodenwafers ausgebildet werden, wobei die Schicht einen Brechungsindex hat, der von dem Brechungsindex des Bodenwafers verschieden ist. Die Schicht kann in Übereinstimmung mit einer Differenz zwischen der gewünschten Dicke und einer gemessenen Dicke aufgebracht werden.
Auf jeder Oberfläche des Wafers kann ein optisches Überwachungssystem, das ein optisches Element enthält, ausgebildet werden. Der Abstand zwischen Wafern kann in Übereinstimmung mit der Differenz zwischen einer gemesse nen Dicke eines Wafers und einer benötigten Dicke eines Wafers variiert werden.
Eine Kopfoberfläche des Plättchens kann geätzt werden und mit einer reflektierenden Schicht überzogen werden, um Licht auf die optischen Elemente zu lenken. Ein weiteres Substrat kann oben auf dem Kopf des Plättchens befestigt werden, das einen MEMS Spiegel aufweist. Auf dem Plättchen kann ein Aufnahmepunkt zum Aufnehmen einer optischen Faser zur Verfügung stehen. Der Aufnahmepunkt kann auf einer Seite des Plättchens angeordnet sein und das System weist weiterhin einen Reflektor zum Umlenken von aus der Faser austretendem Licht auf.
Ein brechendes Element im Plättchen kann eine sphärische Linse sein und das Plättchen kann weiterhin ein Kompensationselement umfassen, welches Aberrationen kompensiert, die durch die sphärische Linse verursacht werden. Das Kompensationselement kann auf einer Oberfläche ausgebildet sein, die der sphärischen Linse direkt benachbart ist. Das Kompensationselement kann ein beugendes Element sein. Das beugende Element kann eine asphärische Linse sein. Das Plättchen kann wenigstens ein zusätzliches brechendes Element umfassen, wobei alle brechenden Elemente des Plättchens in einem Material mit einer hohen numerischen Apertur ausgeformt sind.
Wenigstens einer der obigen oder anderer Nachteile kann durch zur Verfügung stellen einer integrierten mikrooptischen Vorrichtung überwunden werden mit einem aus mehr als einem miteinander verbundenen Wafern geformten Plättchen, wobei jeder Wafer eine Kopfoberfläche und eine Bodenoberfläche aufweist, verbundene Wafer geschnitten werden, um mehrere Plättchen hervorzubringen, wenigstens zwei optische Elemente auf jeweiligen Oberflächen jedes Plättchens ausgeformt sind, wenigstens eines der wenigstens zwei optischen Elemente ein brechendes Element ist, ein resultierendes optisches Systems jedes Plättchens eine hohe numerische Apertur aufweist.
Das brechende Element kann eine sphärische Linse sein, und das Plättchen umfasst des weiteren ein kompensierendes Element, das Abberationen kompensiert, die durch die sphärische Linse verursacht werden. Das kompensie rende Element kann auf einer Oberfläche direkt benachbart zur asphärischen Linse angeordnet sein. Das kompensierende Element kann ein beugendes Element sein. Das brechende Element kann eine asphärische Linse sein.
Das Plättchen kann wenigstens ein zusätzliches brechendes Element umfassen, alle brechenden Elemente des Plättchens sind in einem Material mit einer hohen numerischen Apertur ausgebildet. Das brechende Element kann auf einem Bodenwafer angeordnet sein und aus einem Material mit einem höhern Brechungsindex als der des Bodenwafers bestehen.
Der weitere Umfang der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung wird anhand der detaillierten Beschreibung weiter unten offensichtlich. Jedoch sollte zu verstehen gegeben werden, dass die detaillierte Beschreibung und die speziellen Ausführungsbeispiele, während sie bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anzeigen, nur als Darstellungen dargeboten werden, wobei verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Schutzumfanges und Offenbarungsgehaltes der Erfindung liegen und für den Durchschnittsfachmann anhand der detaillierten Beschreibung offensichtlich werden.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden detaillierten Beschreibung und der beigefügten Figuren genauer verständlich, die nur als Darstellung angegeben sind und somit die vorliegende Erfindung nicht beschränken und in denen:
1 eine Konfiguration einer hochdichten magnetooptischen Lese/Schreibvorrichtung mit Schwebekopf darstellt;
2A eine Konfiguration der Optiken darstellt, die zur Ausbildung eines Gleitblocks verwendet werden sollen;
2B die Verteilungsfunktion des in 2A gezeigten optischen Systems dar stellt;
3A eine zweite Ausführungsform der Optiken zur Verwendung in Gleitblöcken der vorliegenden Erfindung darstellt;
3B die Verteilungsfunktion des in 3A dargestellten optischen Systems darstellt;
4A eine dritte Ausführungsform eines optischen Systems, das in einem Gleitblock der vorliegenden Erfindung verwendet werden soll, darstellt;
4B die Streufunktion des in 4A gezeigten optischen Systems dar stellt;
5 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Gleitblocks gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines Gleitblocks der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines Gleitblocks der vorliegenden Erfindung zeigt;
8A eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines Gleitblocks gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
8B eine Untenansicht der Ausführungsform in 8A zeigt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform Alle in den 2A–4B gezeigten optischen Systeme stellen befriedigende Ergebnisse zur Verfügung, d. h. eine hohe numerische Apertur mit guten optischen Eigenschaften. Das Schlüsselelement dieser optischen Systeme ist die Verteilung der optischen Leistung über mehrere zur Verfügung stehende Oberflächen. Vorzugsweise ist die Verteilung über die mehreren Oberflächen gleichmäßig. Eine für die erforderliche hohe numerische Apertur hinreichende Verteilung wird über mehr als eine Oberfläche realisiert. Aufgrund der erforderlichen hohen numerischen Apertur reduziert diese Verteilung der optischen Leistung die Aberrationen der brechenden Oberflächen und erhöht den Beugungswirkungsgrad der beugenden Oberflächen, indem der von jeder Oberfläche geforderte Ablenkwinkel reduziert wird.
Des weiteren wäre es schwierig, eine einzelne beugende Oberfläche mit einer hohen numerischen Apertur in einem Wafer zu inkorporieren, weil die zunehmende Krümmung, die erforderlich ist, um solch eine beugende Oberfläche herzustellen, zu sehr dünnen Bereichen eines typischen Wafers führen würde, was zu Bedenken hinsichtlich der Zerbrechlichkeit führt oder dicke Wafer erforderlich machen würde, die in vielen Anwendungen nicht wünschenswert sind, in denen Größe eine Hauptrandbedingung ist. Des weiteren würde die im Herstellungsverfahren einer einzelnen beugenden Oberfläche mit hoher NA erforderliche genaue Gestaltsteuerung eine bedeutende Herausforderung darstellen. Letztendlich sind Oberflächen mit verteilter optischer Leistung leichter herzustellen, haben eine bessere Reproduzierbarkeit und erhalten eine Wellenfront höherer Qualität aufrecht.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann mehr als eine Oberfläche mit einem aktiven Element integriert sein, wie einer magnetischen Spule, indem Wafer zusammengebunden werden. Jede Waferoberfläche kann auf ihr photolithographisch integrierte Optiken haben, entweder direkt oder durch Formen oder Prägen. Jeder Wafer enthält eine Anordnung der gleichen optischen Elemente. Wenn mehr als zwei Oberflächen benötigt werden, werden Wafer zusammengebunden. Wenn die Wafer in individuelle Apparaturen geschnitten werden, wird das resultierende Produkt ein Plättchen genannt. Die Seitenansichten der 2A, 3A und 4A stellen solche Plättchen dar, welche aus zwei oder drei durch ein Bindematerial 25 zusammengebundenen Chips besteht.
In dem in 2A gezeigten Beispiel ist eine beugenden Oberfläche 20 von einer brechenden Oberfläche 22 gefolgt, welche von einer beugenden Oberfläche 24 und dann letztlich von einer brechenden Oberfläche 26 gefolgt ist. In dem in 3A gezeigten Beispiel ist eine brechende Oberfläche 30 von einer beugenden Oberfläche 32 gefolgt, welche von einer brechenden Oberfläche 34 gefolgt ist, welche letztlich von einer beugenden Oberfläche 36 gefolgt ist. In dem in 4A gezeigten optischen System ist eine brechende Oberfläche 40 von einer beugenden Oberfläche 42 gefolgt, welche von einer brechenden Oberfläche 44 gefolgt ist, welche von einer beugenden Oberfläche 46 gefolgt ist, welche von einer brechenden Oberfläche 48 und letztlich von einer beugenden Oberfläche 50 gefolgt ist. Die zugehörige Funktion jeder dieser Gestaltungen wird in der zugehörigen Intensitätsverteilungsfunktion der 2B, 3B und 4B gezeigt.
Wenn die in den 2A, 3A und 4A gezeigten sphärisch brechenden Elemente verwendet werden, ist es sinnvoll, diesen sphärisch brechenden Elementen mit dicht beabstandeten beugenden Elementen zu folgen, um die sphärische Aberration bei der Bedienung zu kompensieren. Eine asphärische Brechung erzeugt nicht solche Aberrationen, so dass die abwechselnde Anordnung von Brechungen und Beugungen nicht notwendigerweise die Bevorzugte sein wird.
Während die optischen Elemente durch Verwenden irgendeiner Technik ausgebildet werden können, um die erforderliche hohe numerische Apertur zu erlangen, ist es vorzuziehen, dass die brechenden Linsen vorzugsweise im Photolack verbleiben, als dass sie ins Substrat übertragen werden. Es ist auch bevorzugt, dass das Bodensubstrat, d. h. das Substrat, das den Medien am dichtesten ist, einen hohen Brechungsindex relativ zum geschmolzenen Silizium aufweist, für welches n = 1,36 ist. Vorzugsweise ist der Index wenigstens 0,3 größer als der des Substrates. Ein Beispiel eines Kandidatenmaterials, SF56A, hat einen Brechungsindex von 1,785. Wenn das Bodensubstrat in sehr enger Nachbarschaft zum Medium ist, z. B. weniger als 0,5 Mikron, erlaubt die Verwendung eines Substrates mit hohem Index, eine kleinere Lichtpunktgröße zu realisieren. Die numerische Apertur N. A. wird wie folgt definiert: N. A. = n·sin θ, wobei n der Brechungsindex des Bildraumes und Θ der halbe Winkel des maximalen Kegels des von der Linse aufgefangenen Lichtes ist. Auf diese Weise ist, wenn das Bodensubstrat in sehr kurzer Entfernung zum Medium ist, der Brechungsindex des Bodensubstrates desto höher ist, je kleiner der Auffanghalbwinkel für die gleiche Leistung ist. Diese Verminderung des Winkels vergrößert den Wirkungsgrad des Systems.
Wie in 5 gezeigt, umfasst e er Gleitblock, gemäß der vorliegenden Erfindung, ein Plättchen, das aus eine r Vielzahl von Chips besteht, von denen jede Oberfläche zur Verfügung steht, um optische Strukturen auf ihr aufzunehmen. Das Plättchen wird aus Wafern g bildet mit einer Anordnung zugehöriger optischer Elemente, die auf entweder einer oder weiteren ihrer Oberflächen ausgebildet sind. Die individuellen optischen Elemente können entweder Beugungs-, Brechungs- oder Hybridelemente sein. Bindematerial 25 ist auf strategischen Positionen auf jedem Substrat angeordnet, um die Anbringung darauf zu erleichtern. Indem die optischen Elemente umgeben werden, welche letztendlich das integrierte Plättcher ausbilden sollen, bildet das Bindematerial oder Klebstoff 25 ein Siegel zwischen den Wafern an diesen kritischen Verbindungen aus. Während des Schneidens hindert das Siegel Schneidflüssigkeit daran, zwischen die Elemente zu gelangen, was zu ihrer Verunreinigung führen würde. Weil die Elemente zusammen verbunden bleiben, ist es unmöglich, irgendeine Schneidflüssigkeit, die dort gefangen ist, zu entfernen. Die Schneidflüssigkeit verursacht sogar mehr Probleme, wenn Beugungselemente zusammengebunden werden, weil die Strukturen von Beugungselementen dazu tendieren, Flüssigkeit einzufangen.
Vorteilhafterweise weisen die zusammengebundenen Wafer irgendwo auf sich Vergleichsmarken auf, günstigenfalls an einem äußeren Rand, um die Ausrichtung der Wafer sicherzustellen, so dass alle individuellen Elemente auf ihnen gleichzeitig ausgerichtet sind. Alternativ können die Vergleichsmarken dazu verwendet werden, die Ausrichtung und Bildung von mechanischen Ausrichtungsmerkmalen auf den Wafer zu erleichtern. Eine oder beide der Vergleichsmarken und der Ausrichtungsmerkmale können verwendet werden, um die Wafer auszurichten. Die Vergleichsmarken und/oder Ausrichtungsmerkmale sind auch nützlich, um die aktiven Elemente und irgendwelche Bedienungsstrukturen, z. B. eine metallische Spule und Kontaktanschlüsse dafür, auf einer Bodenoberfläche zu registrieren und zu platzieren. Diese aktiven Elemente können entweder vor oder nach dem Schneiden des Wafers integriert werden.
Auf einer Bodenoberfläche 67 des Gleitblocks 61, gemäß der vorliegenden Erfindung, ist ein magnetischer Kopf 63 integriert, der einen Dünnfilmleiter oder eine magnetische Spule umfasst, in dem Dünnfilmtechniken verwendet werden, wie sie z. B. in dem US Patent Nr. 5,314,596 von Shukovsky et al. offenbart ist. Es ist mit „Process for Fabricating Magnetic Film Recording Head for use with Magnetic Recording Media" betitelt. Die erforderlichen Kontaktflächen für die magnetische Spule sind vorzugsweise auch an der Bodenoberfläche zur Verfügung gestellt.
Weil die magnetische Spule 63 auf der Bodenoberfläche 67 integral ausgebildet ist und der Lichtstrahl durch das Zentrum der magnetischen Spule gehen soll, ist es typischerweise nicht praktisch, auch optische Strukturen auf dieser Bodenoberfläche zur Verfügung zu stellen. Dieses lässt die verbleibenden fünf Oberflächen 50–58 für die Modifikation in der Gestaltung eines optischen Systems frei. Des weiteren können auch zusätzliche Wafer zur Verfügung gestellt werden, wobei insgesamt sieben Oberflächen zur Verfügung gestellt werden. In den in den 2A und 3A gezeigten Beispielen würde die Oberfläche 50 mit den Oberflächen 20 bzw. 40 korrespondieren, die Oberfläche 52 würde mit den Oberflächen 22 bzw. 32 korrespondieren, die Oberfläche 54 würde mit den Oberflächen 24 bzw. 34 korrespondieren und die Oberfläche 56 würde mit den Oberflächen 26 bzw. 36 korrespondieren.
Jede dieser Wafer-Level kann sehr dünn hergestellt werden, bspw. in der Größenordnung von 125 Mikrons, so können bis zu vier Wafer sogar unter engsten Bedingungen verwendet werden. Wenn es Größen- und Hitzebeschränkungen erlauben, könnte besser eine Lichtquelle auf dem Kopf des Gleitblocks integriert werden, als dass eine Faser zur Lieferung von Licht dorthin verwendet wird. Zusätzlich zum dünn sein erlaubt die Verwendung der Waferskalierung eine genaue Ausrichtung vieler Objekte, wobei die Anzahl von Obeflächen mit optischer Leistung, die verwendet werden können, ansteigt. Die Waferskalierung gestattet auch die Verwendung passiver Ausrichtungstechniken. Die anderen Abmessungen des Gleitblocks 61 werden von den Größen der Kontakte auf der Oberfläche 67 für die magnetische Spule bestimmt, welche typischerweise 1500 Mikrons ist, welche viel größer sein wird als irgendeine der verbleibenden Optiken auf der Oberfläche und irgendeine Größe, die zur Stabilität des Gleitblocks 61 benötigt wird. Die Bodenoberfläche 67 kann auch Ätzmerkmale enthalten, die das Rutschen des Gleitblocks 61 erleichtern.
Viele Konfigurationen optischer Oberflächen können in dem Block 61 inkorporiert sein. Das Binden, Verarbeiten und passive Ausrichten der Wafer wird in der mitanhängigen, gemeinsam übertragenen US-Anmeldung Nr. 08/727,837, die den Titel „Integrated Optical Head for Disk Drivers and Method of Forming Same" hat und der US-Anmeldung Nr. 08/943,274, die den Titel „Wafer Level Integration of Multiple Optical Heads" hat, offenbart, welche hiermit durch die Referenz vollständig umfasst werden.
Zusätzlich kann auf der Bodenoberfläche 67 des Bodenwafers, wie er in 6 gezeigt ist, ein optisches Element zur Verfügung gestellt werden. Wenn ein optisches Element auf dieser Bodenoberfläche 67 zur Verfügung gestellt wird, wird eine durchlässige Schicht 65, die einen anderen Brechungsindex als der Wafer selber hat, zwischen der Bodenoberfläche 67 und der Spule 63 zur Verfügung gestellt. Die Differenz im Brechungsindex zwischen der Schicht 65 und dem Wafer sollte wenigstens ungefähr 0,3 sein, um sicher zu stellen, dass der optische Effekt des optischen Elementes, das auf der Bodenoberfläche 67 zur Verfügung gestellt wird, wahrnehmbar ist. Wie auch in 6 gezeigt, kann ein einzelner Wafer verwendet werden, wenn eine hinreichende Funktion von einem oder zwei optischen Elementen erreicht werden kann.
Wie weiter in 6 gezeigt, können Metallbereiche 69 zur Verfügung gestellt werden, um als Blende für das System zu dienen. Diese Blenden können auf jeder der Waferobertlächen integriert sein. Die Blenden können auch als Blendenstopp dienen, typischerweise irgendwo in einem optischen System vor dessen Bodenoberfläche. Wenn solche Metallbereiche 69, die als Blende dienen, auf der Bodenoberfläche 67 zur Verfügung gestellt werden, ist es ein Vorteil, sicher zu stellen, dass die Metallbereiche 69 nicht mit der Funktion der Metallspule 63 interferieren.
Ein Problem, das entsteht, wenn ein System mit hoher numerischer Apertur für eine spezielle Anwendung verwendet wird, ist, dass die Tiefenschärfe des Systems sehr gering ist. Deshalb muss die Entfernung des optischen Systems zum Medium sehr genau gesteuert werden, um sicher zu stellen, dass der Strahl in einer geeigneten Stellung auf dem Medium fokussiert wird. Für die hohe numerische Apertur, die oben erwähnt wurde, ist die Tiefenschärfe ungefähr 1 Mikron oder weniger. Die Dicke der Wafer kann ungefähr innerhalb 1 –5 Mikrons gesteuert werden, abhängig von der Dicke und dem Durchmesser der Wafer. Je dünner und kleiner der Wafer, desto besser die Steuerung. Wenn mehrere Wafer verwendet werden, ist das System weniger anfällig für eine Veränderung der Gestaltungsdicke eines speziellen Wafers, weil die Leistung über alle Elemente verteilt wird.
Wenn mehrere Wafer verwendet werden, kann die tatsächliche Dicke jedes Wafers gemessen werden, und der Abstand zwischen den Wafern kann angepasst werden, um jeder Abweichung Rechnung zu tragen. Die Position der Faser oder des Quellenortes kann angepasst werden, um Dickenvariationen innerhalb der Waferanordnung auszugleichen. Alternativ kann das Design eines Streuelementes verändert werden, gemäß einer gemessenen Dicke des Gleitblocks, um eine Variationen von der erforderlichen Dicke zu kompensieren. Alternativ kann das ganze System gestaltet werden, um das Licht in einer Position tiefer als die der gewünschten Position zu fokussieren, wobei angenommen wird, dass die Dicken genau realisiert werden. Dann kann die Schicht 65 angeordnet werden, um die verbleibende erforderliche Dicke zur Verfügung zu stellen, um den Lichtpunkt an der gewünschten Position zu erzeugen. Die Anordnung der Schicht 65 kann genauer gesteuert werden als die Ausbildung der Wafer und kann variiert werden, um irgendwelchen Dickenveränderungen innerhalb des Systems selber Rechnung zu tragen, d. h. die Schicht 65 muss nicht eine gleichbleibende Dicke haben. Wenn kein optisches Element auf der Bodenoberfläche 67 zur Verfügung gestellt wird, braucht der Brechungsindex der Schicht 65 nicht von der des Wafers verschieden sein.
7 zeigt eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform des Gleitblocks. Wie in 7 gezeigt, ist die Faser 8 in den Kopfwafer gefügt und der Spiegel 9 ist in den Kopfwafer integriert, vorzugsweise in einem 45° Winkel. Licht, das vom Spiegel 9 reflektiert wird, wird auf ein beugendes Element 71 gelenkt, das von einem brechenden Element 73 gefolgt ist, das von einem beugenden Element 75 gefolgt ist, das von einem brechenden Element 77 gefolgt ist und durch die Spule 63 geleitet wird. Für solch eine Konfiguration ist die Kopfoberfläche 50 nicht länger frei, ein optisches Element zur Verfügung zu stellen.
Zusätzlich kann der Spiegel 9 für eine genaue Scansteuerung des Lichtes durch einen microelektromechanischen System (MEMS)-Spiegel ersetzt werden, der auf einem Substrat oben auf dem Kopfchip befestigt ist. Ein Kippwinkel des MEMS wird durch Anlegen einer Spannung an die Oberfläche, an welcher der Reflektor befestigt ist, gesteuert und gemäß der gewünschten Scannung variiert. Die Standardposition wird vorzugsweise 45° sein, so wird die Konfiguration dieselbe sein, wie beim zur Verfügung stellen des Spiegels 9.
Ein zusätzliches Merkmal zur Überwachung des Lichtpunktes, der vom Gleitblock ausgegeben wird, ist in den 8A und 8B gezeigt. Wie in der 8A gezeigt, werden zusätzlich zum optischen System, das z. B. aus brechenden Elementen 87, 89, die zur Lieferung von Licht durch die magnetische Spule 63 verwendet werden, überwachungsoptische Elemente 81, 83 zur Verfügung gestellt. Die optischen Überwachungselemente 81, 83 haben das gleiche Design wie die Elemente des optischen Systems 87 bzw. 89. Mit anderen Worten, die optischen Überwachungselemente werden gestaltet, um im gleichen Abstand wie das optische System zu fokussieren. Vorteilhafterweise sind die optischen Überwachungselemente 81, 83 größer als die optischen Systemelemente zum Erleichtern der Konstruktion und Ausrichtung des Teststrahles. In der in den 8A und 8B gezeigten Konfiguration haben die optischen Überwachungselemente 81, 83 ungefähr die doppelte Größe der Elemente 87, 89. Das Überwachungssystem umfasst auch eine Blende 85, die vorzugsweise aus Metall gebildet ist. Es wird bemerkt, dass 8B nicht die magnetische Spule 63 zeigt.
Während des Testens wird Licht durch das optische Überwachungssystem gelenkt, um sicher zu stellen, dass Licht zur Blende in der gewünschten Stellung geliefert wird. Die Stärke des Lichtes, das die Blende passiert, gibt an, ob das optische System hinreichend exakt ist, d. h., dass das Licht hinreichend in der Blende fokussiert ist, um eine vorbestimmte Menge von Licht hindurchzulassen. Wenn das Licht nicht hinreichend fokussiert ist, wird die Blende zu viel des Lichtes abblocken.
Auf diese Weise kann das optische System des Gleitblocks, durch Verwenden des in den 8A und 8B gezeigten Überwachungssystems, vor seiner Einfügung in die übrige Vorrichtung getestet werden, selbst nachdem es in das aktive Element 63 integriert ist. Die Abmessungserfordernisse, die von den Kontaktanschlüssen für die magnetische Spule 63 und der Spule selbst auferlegt werden, führen zu hinreichendem Platz, der auf den Wafern frei ist, um solch ein Überwachungssystem aufzunehmen, so dass die Größe des Gleitblocks durch die Aufnahme des Überwachungssystems unbeeinflusst bleibt.
Die auf diese Weise beschriebene Erfindung kann offensichtlich auf verschiedene Arten variiert werden. Solche Variationen sollen nicht als außerhalb der Offenbarung der Erfindung betrachtet werden. Alle diese Modifikationen, wie sie für den Fachmann naheliegend sind, sollen vom Schutzbereich der folgenden Ansprüche umfasst sein.

Claims

Integriertes mikrooptisches System mit: einem aus mehr als einem miteinander verbundenen Wafern geformten Plättchen, wobei jeder Wafer eine Kopfoberfläche und eine Bodenoberfläche aufweist, wobei verbundene Wafer geschnitten sind, um mehrere Plättchen zu ergeben; und einem auf einer Bodenoberfläche des Plättchens integrierten aktiven Element, das eine Charakteristik hat, die sich als Reaktion auf ein angelegtes Feld ändert, wobei auf mehr als einer Oberfläche des Plättchens optische Elemente gebildet sind.
System nach Anspruch 1, wobei das aktive Element einen Dünnschichtleiter umfasst, dessen magnetische Eigenschaften wechseln, wenn ein Strom an diesen angelegt ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Plättchen aus zwei Wafern geformt ist und optische Elemente an einer Kopfoberfläche und einer Bodenoberfläche eines Kopfwafers und einer Kopfoberfläche des Bodenwafers gebildet sind.
System nach Anspruch 1, wobei das Plättchen ein optisches System mit hoher numerischer Apertur beinhaltet.
System nach Anspruch 1, wobei ein Bodenwafer des mehr als einen Wafers einen höheren Brechungsindex als andere Wafer hat.
System nach Anspruch 1, wobei es an einem Bodenwafer des Plättchens keine optischen Elemente gibt.
System nach Anspruch 1, wobei die Bodenoberfläche des Plättchens des weiteren Merkmale zur Erleichterung eines Gleitens des darauf geätzten integrierten mikrooptischen Systems umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei als Blenden dienende Metallabschnitte auf wenigstens einer der Obertlächen des Plättchens integriert sind.
System nach Anspruch 1, des weiteren mit einer auf der Bodenoberfläche des Bodenwafers angeordneten Materialschicht, bevor das aktive Element darauf integriert wird.
System nach Anspruch 9, des weiteren mit einem auf der Bodenoberfläche des Bodenwafers gebildeten optischen Element, wobei die Schicht einen vom Brechungsindex des Bodenwafers verschiedenen Brechungsindex hat.
System nach Anspruch 9, wobei die Schicht in Übereinstimmung mit einer Differenz zwischen einer Solldicke und einer gemessenen Dicke aufgebracht ist.
System nach Anspruch 1, des weiteren mit einer ein optisches Element enthaltenden optischen Überwachungseinrichtung, die auf jeder Oberfläche des Wafers gebildet ist.
System nach Anspruch 1, des weiteren mit Mitteln zum Verändern eines Abstandes zwischen den Wafern in Übereinstimmung mit einer Differenz zwischen einer gemessenen Dicke eines Wafers und einer Solldicke eines Wafers.
System nach Anspruch 1, wobei das aktive Element als ein Gitter von aktiven Elementen auf dem Bodenwafer integriert wird, bevor die verbundenen Wafer geschnitten werden.
System nach Anspruch 1, wobei eine Kopfoberfläche des Plättchens geätzt ist und mit einer Reflektionsschicht beschichtet ist, um Licht auf die optischen Elemente zu richten.
System nach Anspruch 1, des weiteren mit einem einen MEMS-Spiegel aufweisenden weiteren Substrat, das oben auf den Plättchenkopf aufgebracht ist.
System nach Anspruch 1, des weiteren mit einem Einführungspunkt auf dem Plättchen, um eine optische Faser darin aufzunehmen.
System nach Anspruch 17, wobei der Einführungspunkt auf einer Seite des Plättchens ist und das System des weiteren einen Reflektor zum Umlenken des aus der Faser austretenden Lichtes umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei ein Bodenwafer des Plättchens ein in einem Material hoher numerischer Apertur ausgeformtes brechendes Element aufweist.
System nach Anspruch 19, wobei das brechende Element eine sphärische Linse ist und das Plättchen des weiteren ein kompensierendes Element umfasst, das von der sphärischen Linse hervorgebrachte Aberrationen kompensiert.
System nach Anspruch 20, wobei das kompensierende Element auf einer der sphärischen Linse unmittelbar benachbarten Oberfläche angeordnet ist.
System nach Anspruch 20, wobei das kompensierende Element ein beugendes Element ist.
System nach Anspruch 19, wobei das brechende Element eine asphärische Linse ist.
System nach Anspruch 19, wobei das Plättchen wenigstens ein zusätzliches brechendes Element umfasst, wobei alle brechenden Elemente des Plättchens in einem Material mit hoher numerischer Apertur gebildet sind.
Integrierte mikrooptische Vorrichtung mit einem aus mehr als einem miteinander verbundenen Wafern geformten Plättchen, wobei jeder Wafer eine Kopfoberfläche und eine Bodenoberfläche aufweist, verbundene Wafer zur Hervorbringung mehrerer Plättchen geschnitten sind, wenigstens zwei optische Elemente auf jeweiligen Oberflächen jedes Plättchens ausgeformt sind, wenigstens eines der wenigstens zwei optischen Elemente ein brechendes Element ist, ein resultierendes optisches System jedes Plättchens eine hohe numerische Apertur aufweist.
Integrierte mikrooptische Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei das brechende Element eine sphärische Linse ist und das Plättchen des weiteren ein kompensierendes Element umfasst, das von der sphärischen Linse hervorgebrachte Aberrationen kompensiert.
Integrierte mikrooptische Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei das kompensierende Element auf einer der sphärischen Linse unmittelbar benachbarten Oberfläche angeordnet ist.
Integrierte mikrooptische Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei das kompensierende Element ein beugendes Element ist.
Integrierte mikrooptische Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei das brechende Element eine asphärische Linse ist.
Integrierte mikrooptische Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei das Plättchen wenigstens ein zusätzliches brechendes Element umfasst, wobei alle brechenden Elemente des Plättchens in einem Material mit hoher numerischer Apertur gebildet sind.
Integrierte mikrooptische Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei das brechende Element auf einem Bodenwafer angeordnet ist und aus einem Material mit höherem Brechungsindex als dem des Bodenwafers besteht.