JPH01501828A - レーザ用の反射鏡組立体 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 レーザ用の反射鏡組立体 発明の背景 本発明はリングレーザ角速度センナ用の新規な構造に関するものであり、更に詳 しくいえばそのようなセンナ用の、従来の構造より製作費が安い反射鏡組立体の 構造に関するものである。

何年もの研究の後で、一般にリングレーザジャイロと呼ばれているリングレーザ 角速度センサが商業的に成功した製品になってきた。今日では、市販のほとんど のリングレーザ角速度センサは、ティー・ボドゴルスキー（Ｔ、Ｐｏｄｇｏｒｓ ｋｉ）に対して発行された米国特許第３．３９０．６０６号およびデユー・キル パトリック（Ｊ、Ｋ１１ｌｐａｔｒｉｃｋ）に対して発行された米国特許第３． ４６７．４７２号と第３．３７３．６５０号に示されている、機械的および熱的 に安定なブロック構造および機械的な震動の概念を用いる。それらの特許を参考 のためにここに示した。

それらの従来のリングレーザ角速度センサの動作は非常に満足なことが判明して いる。しかし、それら従来のリングレーザ角速度センナは製作費が高い。

す／グレーザ角速度センサの主な要素は反射鏡組立体である。従来の構造を用い ている反射鏡組立体は、ガスが充されている空所を含むレーザブロックのために 選択された材料と同じ材料で通常構成される基板を含む。ブロックと反射鏡基板 はたとえばサーピット（Ｃｅｒｖｉｔ）、ゼロデユー　ル（Ｚｅｒｏｄｕｒ　） 、溶融シリカ、ＢＫ−７ガラス等で構成できる。

従来の反射鏡組立体基板は少くとも１つの非常に良く研磨された表面を有する。

反射鏡を形成するために、非常に良く研磨された基板表面上に多層誘電体被覆が 直接付着される。第２に、反射鏡組立体を、光学的接触技術と呼ばれる技術によ り、反射鏡基板組立体をブロックに固定するため−に、非常に良く研磨された基 板を非常に良く研磨された整合ブロックに接合できる。すなわち、表面がそのよ うに良く研磨されているから、基板とブロックが一緒に押しつけられると、接着 剤なしに基板はブロックに固定される。

当業者には周知のように、反射鏡はリングレーザ角速度センサの重要な部品であ る。その理由は、反射率の低い反射鏡はレーザ角速度センサが必要とする高い反 射率を得ることができないからである。反射鏡の反射率は９ｇ、９％が通常望ま しい０反射率が低いとリングレーザ中でレーザビームが散乱させられ、そのため に速度センサの性能が低くなる。反射率を高くするために、被覆を基板表面上に 付着する前に表面を極めて良く研磨するために極端なやり方を必要とする。反射 鏡基板表面を極めて良く研磨するためには通常は数日間の研磨剤による研磨を必 要とする０ 反射鏡基板の表面を極めて良く研磨する工程の後で多層被覆を付着する。反射鏡 組立体製造方法の最終工程は品質検査である。反射鏡組立体が品質検査に不合格 になったとすると、研磨工程と付着工程を反復せねばならない。それらの理由か ら、反射鏡組立体は製作コストが非常に高い。

発明の概要 本発明の目的は、安価に製作することができるようにするリングレーザ反射鏡組 立体の新規な構造を提供することである。簡単にいえば、本発明は、熱により封 止できる接合剤の薄い膜により反射鏡基板へ固定されるシリコンウェハーすなわ ちシリコンチップを提供するものである。チップが基板に固定される前、または 固定された後で、チップに反射鏡被層がチップに付着される。

図面の簡単な説明 第１図はリングレーザ角速度センサの平面図、第２図は多層誘電体パターン゛が 上に付着されている研磨されたシリコンウェハーを示し、第３図は反射鏡チップ の側面図を示す。

発明の詳細な説明 第１図は、前記米国特許にとくに記載されているり／グレーザ角速度センサを構 成する部品を示す。

簡単にいえば、機械的および熱的に安定なブロック１０にトンネル１２ａ、１２ ｂ、１２Ｃが貫通させられて三角形のレーザ作用受側を形成する。反射鏡基板１ ５ａ、ＩＳｂ、１５Ｃと反射膜１６ａ１１６ｂ１１６Ｃを反射鏡組立体１４ａ、 １４ｂ、１４Ｃのそれぞれが含む。

各反射鏡組立体基板１５は、光学接点、インジウムシール、エポキシおよび熱に より形成されるシール（フリットシール）を含む各種の技術によりブロック１０ に固定される。第１図において、基板１５ｃは大きい曲率半径の表面を有するも のとして示される。

この基板の表面には基板１５Ｃの輪郭に追従する反射膜１６Ｃを含む。

本発明においては、反射膜の代りに反射鏡チップが用いられる・。反射鏡チップ は熱により封止可能な接合剤により反射鏡基板１５へ固定される。第２図および 第３図には本発明の発射鏡チップが示されている。第２図は、研磨後の仕上げ厚 さ「Ｗ」が約０．０７６〜０．１２７の（０，０３〜０．０５インチ）である非 常に薄いシリコンウェハーで構成された反射鏡チップを表す。

表面２０４として識別されているシリコンウエノ・−２００の裏側は、後で説明 するように、熱で封止可能々接合剤２５０の薄い膜を受けるのに十分に研磨され る。好ましくは、ウェハ−２００接合剤が付着された後で、そのウニ・・−の表 面２０２が、後で述べるように反射膜を受けるために極めて良く研磨される０好 適な実施例においては、薄膜接合剤２５０は、反射鏡チップ基板２００の表面２ ０４に真空スパッタ付着により初めに付着されたガラスの薄膜で機成される。

熱によりシールできる接合剤２５０の非常に薄くて一様な膜を得るために、ガラ スその他の接合剤を基板２００上に付着することもできる。１つの付着法におい ては、真空室内でターゲットとしてガラスが選択され、加工物として用いられて いる反射鏡チップ基板表面２０４上にスパッタされる。使用できるガラスの例と しては、酸化鉛ガラスであるコーニング・ガラス（Ｃｏｒｎｉｎｇ　Ｇｌａｓｓ ）Ｎｏ、７７２３およびＮｏ、７５９４またはホウケイ酸ガラスであるＮｏ、０ ２１１のような低熱膨張ガラスがちる。真空スパッタされるガラスの厚さは、満 足に熱シールできる接合剤の場合には、１ミクロ７以下から約１０ミクロンの範 囲とすることができる。−緒に接合すべき材料の熱膨張率のどのような不一致に よってもひき起される有害な影響を防止するために、層の厚さはできるだけ薄く 保つべきである。ガラスその他の熱によりシールできる接合剤は融点ができるだ け低いものを選択することが好ましい。融点が高すぎると、接合作業中に反射鏡 材料が損傷を受ける結果となることがある０熱によりシールできる接合剤の温度 特性は、選択したウェハーの材料の温度特性に良く一致しなければならない。本 発明においては、コーニング・ガラスＮｏ、７７２３がシリコンウェハーの温度 特性に一致することか見出されている。もちろん、厚さが厚くなが生ずる傾向が 大きくなる。

接合剤がウェハー２００の表面２０４に付着され、表面２０２が前記のように非 常に良く研磨された後で、反射率が高い多層誘電体膜、たとえば二酸シリコンと 二酸化ジルコニウムの重ね合わされた層２１２゜２１４が表面２０２に付着され る。それらの層は反射鏡を形成する反射鏡材料である。シリコ／ウェハーへの誘 電体膜の付着は周知の半導体またはその他の物質の処理技術のいずれかにより行 うことができる。

更に、多層誘電体膜の付着はイオンビーム、電子ビーム等を含むその他の技術に より行うことができる。

しかし、標準の半導体付着技術が最低コストを達成するものと信ぜられる。

反射鏡チップ基板は、溶融石英、ゼロデュール、サーピットおよび所期の機能を 果すその他の任意の材料の薄膜のような他の材料で構成できることに注目すべき である。反射鏡チップは反射鏡材料を上に付着できる必要があるだけである。更 に、研磨により反射鏡機能自体を得ることができるウエノ・−材料で構成できる 。しっ）シ、シリコン研磨技術の現在の状態では、シリコンを溶融石英等のよう な他の材料の研磨より１０倍のオーダーも良く研磨できるから、シリコンウエノ ・−を選択する方が好ましい。

ウェハーの研磨と、ウェハーへの反射膜の付着の後で、第３図に示されている円 板形反射鏡チップ２１０が、レーザトリミングまたはエツチングを含めた各種の 技術により、ウェハー２００から切取られる。

第２図と第３図は長方形の反射鏡チップを示すが、任意の形の反射鏡チップも本 発明の範囲内である。

得られた反射鏡チップ２１０は、反射鏡チップ基板を形成するウェハ一部分２０ ０ｍと、表面２０４上の接合剤２５０と、表面２０２上の反射膜とを含む。

低コストの反射鏡チップを得るために、シリコンウェハー２００の直径は約７． ６２〜１０．２の（３〜４インチ）のオーダーで、反射鏡チップは約０．２６平 方ｃｒｎ（０，０４平方インチ）のオーダーにできる。したがって、１枚のウェ ハーから多数の反射鏡テップを製作できる。各付着工程により多数のチップを処 理できる。

この処理工程には品質検査を含む。

本発明においては、反射鏡チップ２１０が熱シール法により反射鏡組立体基板１ ５へ接合される。反射鏡組立体基板１５の端面３０１にチップ２１０を接合する ために、それらの端面は適当に研磨しなければならない。要求される研磨度は光 学的接触のためにめられる研磨度より低い。接合剤２５０を含む基板１５とチッ プ２１０は炉の内部で、熱によりシールできる接合剤膜を融解させて反射鏡チッ プ基板２００ｍと基板１５を一緒にする温度まで一緒に加熱される。接合剤とし てのガラスでは、温度は選択したガラスのより低い融点または軟化点にもちろん 依存する。ガラスによる成功した結果は４５０〜８００℃の範囲のＦ温度で得ら れた。

酸化鉛その他のマイクロ波で良く結合する物質を含んているスパッタされたガラ ス膜も接合剤として利用できる。それらの状況においては、鉛ガラスと基板の接 合面の加熱はマイクロ波加熱により行うことができ、それは本発明の範囲内であ る。

反射鏡組立体で利用される全ての材料の温度特性は適当に一致せねばならず、接 合または融解の作業中の加熱温度に耐えられなければならないことを当業者は理 解すべきである。特性が一致しないと砕けたりすることが起る。反射鏡機能のた めの誘電体膜の選択はレーザ角速度センサのために優れた反射鏡を得るように行 わなければならない。反射膜としての二酸化ジルコニウムと二酸化シリコンの交 番する層は、接合温度に耐え、しかもリングレーザ角速度センサに適当な良い特 性を持つ反射膜を構成するために許容できる材料とすることができる０反射鏡チ ップ基板および反射鏡組立体のために選択された材料の間の接合の劣化を防止す るために、薄膜接合剤はできるだけ薄くなければならないことを理解すべきであ る。

上の好適な実施例に示されている工程の順序は本発明の要旨を逸脱することなし に変更できる０たとえば、あるいは熱接合剤を、ウエノ・−表面２０４の代りに 反射鏡組立体基板１５の表面３０１に付着でき、または加熱法により表面を一緒 に接合する前に両方の表面に付着できる。更に、あるいは、反射鏡チップを研磨 し、反射膜または誘電体を研磨されたチップ表面の上に付着する前に反射鏡組立 体基板１５に接合できる。ウエノ・−自体は、それに熱接合剤を付着する前また は付着した後で研磨できる。以上説明したように、本発明に従って反射鏡組立体 を製作する別の多くの方法がある０ 本発明の反射鏡組立体は、本発明の目的を満す低コストの構造と信頼できる反射 鏡組立体でおる。

以上本発明の好適な実施例を説明したこと、およびその実施例は、添附した請求 の範囲において定められる本発明の要旨を逸脱することなしに変更および修正で きることを当業者はわかるであろう０とくに、反射鏡機能を行う１つまたは複数 の材料層は、本発明の範囲内で必要である全てである。

１′ざ１５０ 国際調査報告 国際調査報告 ＵＳ８７０３３５８

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. １．反射鏡を上に形成するために少くとも１種類の反射鏡材料が付着されている 第１の表面と、この第１の表面に向き合う第２の表面とを有する第１の基板を含 む反射鏡チップと、 前記第１の基板を支持する第１の表面を有する第２の基板と、 前記第２の基板の前記第１の表面と前記第１の基板の前記第２の表面の間に一緒 に接合する熱により封止てきる接合剤の薄膜と、 を備える反射鏡組立体。
2. ２．請求の範囲第１項記載の反射鏡組立体において、前記第１の基板はシリコン で構成される反射鏡組立体。
3. ３．請求の範囲第２項記載の反射鏡組立体において、前記反射鏡材料は誘電体物 質の交番する層を含む反射鏡組立体。
4. ４．請求の範囲第１項記載の反射鏡組立体において、前記反射鏡材料は前記第１ の表面に付着される少くとも２種類の誘電体物質の複数の交番する層を含んで高 反射性の反射鏡を形成する反射鏡組立体。
5. ５．請求の範囲第１項記載の反射鏡組立体において、前記第１の基板はシリコン で構成され、前記反射鏡材料は二酸化シリコンと二酸化チタンの交番する層で構 成される反射鏡組立体。
6. ６．請求の範囲第１項記載の反射鏡組立体において、前記第１の基板はシリコン で構成され、前記反射鏡材料は二酸化シリコンと二酸化ジルコニウムの交番する 層て構成される反射鏡組立体。
7. ７．請求の範囲第１項記載の反射鏡組立体において、前記接合剤はガラス膜であ る反射鏡組立体。
8. ８．請求の範囲第１項記載の反射鏡組立体において、前記接合剤は前記第１の基 板の前記第２の表面の上に付着される真空スパツタされたガラス膜である反射鏡 組立体。
9. ９．請求の範囲第１項記載の反射鏡組立体にわいて、前記接合剤は前記第１の基 板の前記第２の表面の上に付着される真空スパッタされたガラス膜である反射鏡 組立体。
10. １０．複数の相互連結トンネルを有する機械的および熱的に安定なブロツクと、 反射鏡組立体と、 を備え、この反射鏡組立体は、 反射鏡を上に形成するために少くとも１種類の反射鏡材料が付着されている第１ の表面と、この第１の表面に向き合う第２の表面とを有する第１の基板を含む反 射鏡チツプと、 前記第１の基板を支持する第１の表面を有する第２の基板であって、その第２の 基板を前記ブロックに取付けるための第２の表面を含む第２の基板と、前記第２ の基板の前記第１の表面と前記第１の基板の前記第２の表面の間に一緒に接合す る熱により封止てきる接合剤の薄膜と、 を有し、前記反射鏡は前記相互連結トンネルの１本を遮ぎるように前記第２の基 板は前記ブロック上に位置させられる、リングレーザ角速度センサ。
11. １１．請求の範囲第１０項記載の反射鏡組立体において、前記第１の基板はシリ コンで構成される反射鏡組立体。
12. １２．請求の範囲第１１項記載の反射鏡組立体において、前記反射鏡材料は誘電 体物質の交番する層を含む反射鏡組立体。
13. １３．請求の範囲第１０項記載の反射鏡組立体において、前記反射鏡材料は前記 第１の表面に付着される少くとも２種類の誘電体物質の複数の交番する層を含ん で高反射性の反射鏡を形成する反射鏡組立体。
14. １４．請求の範囲第１０項記載の反射鏡組立体において、前記第１の基板はシリ コンで構成され、前記反射鏡材料は二酸化シリコンと二酸化チタンの交番する層 で構成される反射鏡組立体。
15. １５．請求の範囲第１０項記載の反射鏡組立体において、前記第１の基板はシリ コンで構成され、前記反射鏡材料は二酸化シリコンと二酸化ジルコニウムの交番 する層で構成される反射鏡組立体。
16. １６．請求の範囲第１０項記載の反射鏡組立体において、前記接合剤はガラス膜 である反射鏡組立体。
17. １７．請求の範囲第１０項記載の反射鏡組立体において、前記接合剤は前記第１ の基板の前記第２の表面の上に付着される真空スパッタされたガラス膜である反 射鏡組立体。
18. １８．請求の範囲第１０項記載の反射鏡組立体において、前記接合剤は前記第１ の基板の前記第２の表面の上に付着される真空スパッタされたガラス膜である反 射鏡組立体。