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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Bauelement, bei dem störende Reflexionen von elektromagnetischer Strahlung im Arbeitsbereich des optischen Bauelements vermieden werden. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf mikromechanische ein- und zweidimensionale Scannerspiegel, phasenschiebende Spiegel und andere optische Elemente, bei denen die Funktionalität durch Reflexe einer mit dem optischen Bauelement wechselwirkenden elektromagnetischen Strahlung, an einem Abdeckglas beziehungsweise einer Schutzstruktur beeinträchtigt werden kann.
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Bei solchen Elementen kann das Abdeckglas beziehungsweise die Schutzstruktur die Funktion haben, das Bauelement vor Staub und vor Verunreinigungen zu schützen und/oder eine bestimmte Umgebungsatmosphäre, z. B. einen bestimmten Druck, eine bestimmte Feuchtigkeit oder eine bestimmte Gasart, im Innern des optischen Bauelements zu gewährleisten. Gleichzeitig soll ein Lichtstrahl beziehungsweise eine elektromagnetische Strahlung ein- und ausgekoppelt werden können. Das Abdeckglas kann dabei im Rahmen der Herstellung bereits auf Waferebene, dem sogenannten Waferlevel-Packaging aufgebracht werden oder auch zum Beispiel als Verschluss im Rahmen eines Gehäusungsprozesses aufgebracht werden.
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Unter mikromechanisch hergestellten Chips oder Bauelementen mit optischer Funktion sind beispielsweise Scannerspiegel, sogenannte Scanning-Gratings, Bolometer, Photodioden und Photodiodenarrays, Charge-Coupled-Devices(CCD)-Arrays, Complementary-Metal-Oxide-Semicondcutor(CMOS)-Bildsensoren Displayanwendungen oder Lichtmodulatoren zu verstehen. Diese Chips bzw. Bauelemente sollen z. B. gegen Verschmutzung durch Partikel, gegen Feuchtigkeit oder auch hochenergetische Strahlung aus dem ultravioletten (UV) und dem harten ultravioletten (DUV) Strahlungsbereich geschützt werden oder unter Vakuum oder bestimmten Inertgasbedingungen betrieben werden. Außerdem benötigen die optischen Bauelemente mindestens eine optische Schnittstelle, die durch ein für das Bauelement benötigten Wellenlängenbereich transparentes Fenster oder Schutzstruktur realisiert wird.
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Für die Herstellung solcher optischer Bauelemente mit Schutzstruktur existieren eine Reihe von Herstellungsverfahren.
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Die vereinzelten Chips können gehäust werden. Dabei werden zunächst die einzelnen Chips oder Bauelemente durch Sägen, Laserschneiden oder gezieltes Brechen eines Wafers erzeugt. Danach werden die vereinzelten Chips in entsprechenden Standard- oder Spezialgehäusen gebondet. Anschließend kann eine elektrische Kontaktierung des Bauelements mittels Drahtbonden durchgeführt werden. Alternativ kann der Chip beispielsweise auf der Rückseite eine Kugelgitteranordnung – ein sogenanntes Ball-Grid-Array – mit Kontaktstellen aufweisen, über die die elektrische Kontaktierung durchgeführt werden kann. Das Gehäuse kann anschließend durch Aufbringen eines transparenten Deckels, die als Schutzstruktur dient, verschlossen werden. Bei diesem Verfahren kann vor der eigentlichen Häusung oder Deckelung ein Test des Chips auf Waferebene durchgeführt werden, so dass nur funktionsfähige Chips weiterverarbeitet werden. Allerdings werden die Chips ohne Schutz der Oberfläche aus dem Wafer, zum Beispiel durch Sägen und Brechen, herausgelöst werden, was den Prozess verkompliziert und zusätzliche Ausfälle nach dem Funktionstest auf Waferebene hervorrufen kann. Ein weiterer und wesentlicher Nachteil dieser Lösung ist die Verwendung von verhältnismäßig teuren Einzelgehäusen.
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Die Deckelung des Chips kann alternativ durch Waferboden durchgeführt werden. Dabei kann der die optischen Bauelemente bzw. die Sensor/Aktor-Chips aufweisende Wafer mit einem zweiten Wafer, dem sogenannten Deckelwafer, derart verbunden werden, dass ein ganzflächiger Deckel entsteht. Der Deckelwafer kann dabei beispielsweise ein Glaswafer für den benötigen sichtbaren Wellenbereich sein oder aus Silizium für den infraroten Wellenlängenbereich sein. Gegebenenfalls wird ein sogenannter Spacer verwendet, der dafür sorgt, dass zwischen dem Wafer, der die optischen Bauelemente beziehungsweise die Sensor/Aktor-Chips, enthält und dem Deckelwafer ein bestimmter Abstand besteht. Dies kann erforderlich sein, wenn mechanische Elemente des Sensors/Aktorwafers in ihrer Bewegung nicht eingeschränkt werden dürfen. Beispielsweise kann auf die Rückseite des Sensors/Aktorwafers auch ein Bodenwafer gebondet werden. Dies kann zum Beispiel erforderlich sein, wenn Vakuum für den Betrieb notwendig ist, der Sensor/Aktorwafer perforiert ist, aber Vakuumversiegelt werden soll. Dieses Verfahren des Waferbondens zur Deckelung der Chips hat den Vorteil, dass die Chips vor der Vereinzelung gedeckelt sind und damit erheblich unempfindlicher gegenüber dem weiteren Vereinzelungs- und Weiterverarbeitungsprozess sind.
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Eine andere Möglichkeit zur Herstellung optischer Bauelemente mit Schutzstruktur besteht in der Verwendung von sogenannten Pick&Place-Maschinen, mit deren Hilfe einzelne Deckel bzw. Schutzstrukturen mit hoher Ortsgenauigkeit und Präzision auf einen Wafer aufgesetzt werden können. Unter Verwendung von bondenden Schichten, wie zum Beispiel Kleber oder Lot, kann eine Verbindung zwischen dem Sensor/Aktorwafer und dem aufgesetzten Deckel hergestellt werden. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass die Chips vor der Deckelung auf Waferebene charakterisiert werden können und dann Deckel nur auf die funktionsfähigen Chips aufgesetzt werden. Die funktionsfähigen zur Weiterverarbeitung bestimmten Chips, sind dann, wie beim Waferbonden, erheblich unempfindlicher gegenüber dem Vereinzelungs- und Weiterverarbeitungsprozess. Gegebenenfalls kann dieses Verfahren mit einem Waferbondverfahren für die Rückseite des Sensor/Aktorwafers also des Wafers, der das optische Bauelement aufweist, kombiniert werden.
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Bei allen beschriebenen Fällen sind die transparenten Deckel beziehungsweise Schutzstrukturen stets parallel zur Chipoberfläche aufgebracht. Die Parallelität von Deckel- und Chipoberfläche stellt für reine optische Sensoren im Allgemeinen kein Problem dar. Wird die elektromagnetische Strahlung beziehungsweise das Licht jedoch nicht nur ein-, sondern auch wieder ausgekoppelt, wie beispielsweise im Falle von Lichtmodulatoren oder Scannerspiegel, so können aufgrund der Parallelität des Deckels und der Chipoberfläche störende Lichtreflexionen an der Schutzstruktur bzw. dem Abdeckglas auftreten. Antireflexionsschichten auf der Ober- und Unterseite des Deckels können diesen Effekt verringern, aber nicht vollständig beseitigen. Beispielhaft sei ein zweidimensional ablenkender Scannerspiegel für die Bildprojektion genannt. Durch die zweidimensionale Auslenkung des Scannerspiegels wird ein auf den Scannerspiegel gerichteter Laserstrahl über ein Bildfeld, das dem Arbeitsbereich entspricht, geführt. Durch Modulation der Laserintensität in Abhängigkeit von der Position des Laserspots entsteht das gewünschte Bild. Der Laserstrahl wird jedoch, bevor er auf den Scannerspiegel trifft, teilweise auch am Abdeckglas reflektiert. Wird der Scannerspiegel symmetrisch um seine Nulllage ausgelenkt, so verursacht die Restreflexion am Deckel einen Laserpunkt in der Bildmitte des Arbeitsbereiches.
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Um die Größenordnung dieses Effekts zu verdeutlichen, sei angenommen, dass der Laser nicht moduliert wird, also ein maximal helles Bildfeld generiert wird. Die Laserintensität 1 wird beispielsweise auf 640 × 480 = 307.200 Bildpunkte verteilt. Damit entfällt unter Annahme einer hundertprozentigen Transmission des Deckelglases auf jeden Bildpunkt eine mittlere Intensität von 1/307.200. Unter der Annahme, dass der Deckel eine Antireflexionsschicht besitzt und damit eine Restreflexion von 1 – 99,9% = 0,01% aufweist, entfällt auf dem Bildpunkt in der Mitte eine zusätzliche Intensität von ca. 1/10.000. Diese ist etwa 30 mal so hoch wie die Intensität der übrigen Bildpunkte und damit für einen Betrachter störend.
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Bezugnehmend auf 1 wird der schematische Aufbau eines mikromechanischen Scannerspiegels in einem Standardgehäuse mit Glasdeckel nach dem Stand der Technik beschrieben. Bei dem optischen Bauelement 1 handelt es sich um einen Scannerspiegel 2. Der Scannerspiegel 2 weist eine um eine senkrecht zur Zeichenebene befindliche Achse drehbare und verspiegelte Platte 3 auf. Der Scannerspiegel 2 kann beispielsweise über einen Kleber bzw. Klebeverbindung 15 mit dem Gehäuseboden 11 verbunden sein. Auf dem Rahmen 9 des Gehäuses ist ein entspiegelter Glasdeckel 7 aufgebracht, der zum Beispiel mittels eines Glaslots oder mittels eines Klebers mit dem Rahmen 9 verbunden sein kann und insbesondere die Aufgabe hat, Verschmutzung und Partikel vom Scannerspiegel und der verspiegelten Platte 3 fernzuhalten. Über Kontaktflächen beziehungsweise Bondpads 13 kann eine elektrische Verbindung zum Gehäuse, bestehend aus den Teilen 11, 9, 7 hergestellt werden. Zur Vereinfachung sind entsprechende Kontaktier- beziehungsweise Bonddrähte und Kontakte in 1 nicht gezeigt. Falls die verspiegelte Platte 3 im unausgelenkten Zustand parallel zur Chipoberfläche und zum Glasdeckel angeordnet ist und der Hauptstrahlengang 5 eines Lichtstrahls den transparenten Glasdeckel 7 durchdringt und auf die Spiegelplatte 3 trifft, entsteht durch die Reflexion des Hauptstrahlengangs 5 am Spiegel 3 der reflektierte Hauptstrahlengang 5a. Wird die Spiegelplatte 3 ausgelenkt, wie in der Zeichnung durch die gestrichelt gezeichnete Platte 3b gezeigt, so entsteht durch die Reflexion des Hauptstrahlengangs 5 der reflektierte Hauptstrahlengang 5c. Dabei ist der Winkel zwischen den Lichtstrahlen 5a und 5c doppelt so groß wie der Auslenkwinkel zwischen den Positionen der Platten 3 und 3b. Nicht gezeichnet ist der Fall, dass die Platte 3 um den gleichen Betrag in die entgegengesetzte Richtung zu 3b ausgelenkt wird. Dadurch würde sich ein weiterer Hauptstrahlengang beziehungsweise Lichtstrahl ergeben und zwar so, dass der Hauptstrahlengang 5 genau die Winkelhalbierende zwischen diesen Lichtstrahl und dem Lichtstrahl 5a ergeben würde. Da eine Antireflexionsschicht des Glasdeckels 7 eine Restreflexion aufweist, ergibt sich ein Nebenstrahlengang 5b. Dieser hat eine deutlich geringere Intensität, als der Hauptstrahlengang 5a bzw. 5c, wirkt sich jedoch, wie weiter oben schon durch die Abschätzung für ein Projektionsdisplay demonstriert, in der Anwendung störend aus. Weitere durch die Reflexion an dem Glasdeckel 7 und der Platte 3 entstehenden Mehrfachreflexionen sind in 1 nicht dargestellt.
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Die
US 2006/0176539 A1 zeigt einen optischen Scanner mit einem Abdeckglas, welches abgeschrägt über das parallel zu einer Substratoberfläche angeordnete Scanner-Element angeordnet ist. Durch das abgeschrägte Deckglas sollen störende, an dem Deckglas auftretende Lichtreflexe, in dem eigentlichen Scanbereich des Scanner-Spiegels vermieden werden.
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Die
US 2007/0024549 A1 befasst sich mit einem Mikrospiegel und einem entsprechenden Gehäuse, wobei das Gehäuse einen zu dem Mikrospiegelbauelement verkippten, lichtdurchlässigen Bereich aufweist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Bauelement zu schaffen, bei dem Reflexionen der mit dem optischen Bauelement wechselwirkenden elektromagnetischen Strahlung an einem transparenten Deckel beziehungsweise einer Schutz- bzw. Gehäusestruktur keine Beeinträchtigung der Funktionalität des optischen Bauelements bewirken.
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Diese Aufgabe wird durch ein optisches Bauelement nach Anspruch 1 gelöst.
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Gemäß Ausführungsbeispielen schafft die vorliegende Erfindung ein optisches Bauelement, mit folgenden Merkmalen:
einer auslenkbaren, optischen Funktionsstruktur zur Wechselwirkung mit einer darauf einfallenden elektromagnetischen Strahlung;
einer der optischen Funktionsstruktur zugeordneten und für die elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise durchlässigen Schutzstruktur, wobei die Schutzstruktur parallel einer Oberfläche eines Substrats angeordnet ist, in welchem die auslenkbare optische Funktionsstruktur ausgebildet ist;
wobei die optische Funktionsstruktur gegenüber der Schutzstruktur verkippt angeordnet ist, so dass in einer nicht ausgelenkten Position der optischen Funktionsstruktur ein Hauptstrahlengang der elektromagnetischen Strahlung, der durch die Schutzstruktur mit der optischen Funktionsstruktur wechselwirkt, einen Winkel gegenüber einem an der Schutzstruktur reflektierten Nebenstrahlengang der elektromagnetischen Strahlung aufweist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen ein optisches Bauelement, bei dem die Verkippung der auslenkbaren, optischen Funktionsstruktur gegenüber der Schutzstruktur durch eine Vorrichtung zum Verkippen der auslenkbaren, optischen Funktionsstruktur erreicht wird.
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Nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, kann die optische Funktionsstruktur gegenüber der Schutzstruktur durch einen Bimorph verkippt werden.
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Die optische Funktionsstruktur des optischen Bauelements kann zum Beispiel einen Rahmen aufweisen, in dem ein auslenkbarer Spiegel angeordnet ist. Der Rahmen mit den auslenkbaren Spiegeln kann zum Beispiel nach seiner Verkippung formschlüssig, kraftschlüssig oder materialschlüssig fixiert sein. Des Weiteren kann die optische Funktionsstruktur in einem Substrat, zum Beispiel einem Wafersubstrat aus Silizium, ausgebildet sein und in einem Gehäuse eingebaut sein, wobei die Oberfläche des Gehäusebodens beziehungsweise die Waferoberfläche parallel zu der Schutzstruktur für das optische Bauelement ausgerichtet sein kann.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines mikromechanischen Scannerspiegels in einem Gehäuse mit Glasdeckel nach dem Stand der Technik;
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2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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3 eine schematische Querschnittsdarstellung eines mikromechanischen Scannerspiegels in einem Gehäuse mit Glasdeckel gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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4 eine Draufsichtdarstellung eines optischen Bauelements mit einem verkippbaren Rahmen und einer darin angeordneten auslenkbaren Spiegelplatte, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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5 eine Draufsichtdarstellung des Ausführungsbeispiels des optischen Bauelements aus 4 mit einem Bimorph zur Verkippung des Rahmens; und
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6 eine Draufsichtdarstellung des Ausführungsbeispiels des optischen Bauelements aus 5, bei dem der Bimorph durch Stege fixiert ist.
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2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines optischen Bauelementes 1 gemäß einem Ausführungsbeispiels der Erfindung. Das optische Bauelement 1 weist eine auslenkbare, optische Funktionsstruktur 3 zur Wechselwirkung mit einer darauf einfallenden elektromagnetischen Strahlung 5 auf. Die optische Funktionsstruktur 3 kann aus mehreren Teilen, wie z. B. einer zusätzlichen Rahmenstruktur 4 bestehen. Ferner weist das optische Bauelement 1 eine der optischen Funktionsstruktur 3 zugeordnete und für die elektromagnetische Strahlung 5 durchlässige Schutzstruktur 7 auf. Die optische Funktionsstruktur 3 ist gegenüber der Schutzstruktur 7 verkippt angeordnet, so dass in der nicht ausgelenkten Position ein Hauptstrahlengang 5a der elektromagnetischen Strahlung, der durch die Schutzstruktur 7 mit der optischen Funktionsstruktur 3 wechselwirkt, einen Winkel α gegenüber einem an der Schutzstruktur 7 reflektierten Nebenstrahlengang 5b der elektromagnetischen Strahlung aufweist. In der 2 ist der Winkel α durch die Parallelverschiebung des Nebenstrahlenganges von 5b nach 5b' verdeutlicht.
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In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass das optische Bauelement mit der optischen Funktionsstruktur mit einer elektromagnetischen Strahlung aus dem sichtbaren Spektralbereich, dem infraroten Spektralbereich oder auch dem ultravioletten Spektralbereich wechselwirken kann und dementsprechend die Schutzstruktur für den jeweiligen Spektralbereich eine entsprechend hohe Transmission aufweist.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die optische Funktionsstruktur 3 ähnlich wie in 1, hier z. B. eine Spiegelplatte 3, innerhalb eines Rahmens 4 aufgehängt ist. Die auslenkbare, optische Funktionsstruktur ist in diesem Beispiel die Spiegelplatte 3, die innerhalb des Rahmens 4 aufgehängt ist. Der Rahmen 4 ist um einen Winkel gegenüber der parallelen Fläche des Deckels 7 und des Gehäusebodens 11 ausgelenkt und fest in dieser ausgelenkten Position fixiert. Befindet sich die Spiegelplatte 3 in der nicht-ausgelenkten Position, das heißt parallel zum verkippten Rahmen 4, so ist der an der Spiegelplatte 3 reflektierte Hauptstrahlengang 5a nicht mehr parallel zu dem am Glasdeckel 7 reflektierten Nebenstrahlengang 5b. Vielmehr tritt zwischen dem reflektierten Hauptstrahlengang 5 und dem Nebenstrahlengang 5a der Winkel α (siehe Bezugszeichen 8) auf. Dies ist in der Figur durch die Parallelverschiebung des Nebenstrahlenganges 5b nach 5b' verdeutlicht. Solange die Auslenkung der Spiegelplatte 3 entgegen dem Uhrzeigersinn kleiner als der Winkel α ist, wird der an der Glasplatte 7 reflektierte Nebenstrahl 5b nicht in dem an der Spiegelplatte 3 reflektierten Arbeitsbereich, dem gescannten Bereich, liegen. Im Uhrzeigersinn, wie in der 3 durch die gestrichelte Spiegelplatte 3b und den dazugehörigen Hauptstrahlengang 5c angedeutet, kann die Spiegelplatte ohnehin weiter ausgelenkt werden, ohne dass der an der Glasplatte 7 reflektierte Strahl 5b im Arbeitsbereich des Scanners liegen würde. Ist die Spiegelplatte 3 so aufgehängt, dass sie eine zweidimensionale Ablenkung eines Lichtstrahls durchführen kann, d. h. die Spiegelplatte kann über eine weitere Achse, die senkrecht zur ersten Achse steht (nicht gezeigt in 3) in zwei Dimensionen verkippt werden, so reicht eine hinreichend große Auslenkung oder Verkippung des Rahmens 4 in eine Richtung aus, um den an der Glasplatte, beziehungsweise allgemeiner an der Schutzstruktur oder den transparenten Deckel reflektierten Nebenstrahl außerhalb des Scanbereiches zu lenken. Dadurch kann zum Beispiel bei der Projektion von Bildern ein Reflex innerhalb des projizierten Bildes vermieden werden.
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4 zeigt eine Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels des optischen Bauelements 1, bei dem die Verkippung des Rahmens 4 um eine Achse 24 erfolgt, die senkrecht zu der Achse 22 der Spiegelplatte 3 verläuft. Die Achse 24 ist in einem Substrat 40 gelagert. Die optische Funktionsstruktur umfasst den Rahmen und die Spiegelplatte. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Verkippungsachse 24 des Rahmens 4 nicht die Symmetrieachse des beweglichen Rahmens. Prinzipiell kann durch die Wahl der Lage der Achse bei bekanntem Abstand zum Gehäuseboden der Verkippungswinkel eingestellt werden. Die Verkippung des Rahmens kann dabei in Richtung des Gehäusebodens beziehungsweise der Substratoberfläche oder in Richtung des Glasdeckels beziehungsweise der Schutzstruktur erfolgen. Die optische Funktionsstruktur 3 mit dem Rahmen 4 kann beispielsweise in der sogenannten Silicon-On-Insulator(SOI)-Technologie hergestellt werden und die Flächen 21 können durch Ätzen einer oberen einkristallinen Siliziumschicht, dem Substrat 40 realisiert werden und Grabenstrukturen darstellen.
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Zur Verkippung der optischen Funktionsstruktur kann ein externer Mechanismus beziehungsweise eine externe Vorrichtung, wie z. B. eine Nadel oder ein Dorn eingesetzt werden. Eine andere Möglichkeit zur Verkippung besteht zum Beispiel in der Integration eines Aktors, der beispielsweise nach dem piezoelektrischen, dem elektrostatischen, dem thermischen Prinzip, dem magnetischen Prinzip oder einem anderen Prinzip arbeitet, um eine Kraft auf den Rahmen 4 derart auszuüben, dass dieser in die gewünschte Position verkippt werden kann. Der Rahmen kann dann am Gehäuseboden 11, am Rahmen 9 oder am Gehäusedeckel 7 beziehungsweise am Substratboden fixiert werden. Denkbar ist auch, dass der Rahmen mit der darin angeordneten Spiegelplatte durch einen auf die Chipoberfläche aufgebrachten Kleber, durch Photolack, ein Metall oder ein Lot fixiert wird. Der Rahmen kann auch durch eine mechanische Fixierung, die im optischen Bauelement ausgebildet ist, festgehalten beziehungsweise arretiert wird. Der Rahmen mit der Spiegelplatte kann auch spezielle Federmechanismen und Kontaktflächen, sogenannte Pads, aufweisen, auf welche eine Kraft zur Auslenkung angreifen kann und welche eine einfache Verkippung und/oder Fixierung erlauben.
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Der Rahmen kann durch externe Hilfsmittel oder mit integrierten Aktoren ausgelenkt werden, und die Position der optischen Funktionsstruktur kann dadurch fixiert werden, dass beispielsweise ein Material, das bereits vor der Auslenkung auf dem Chip vorhanden war, oder ein Material, das während der Rahmen in einer ausgelenkten Position gehalten wird, auf den Chip aufgebracht wird, durch Erhitzen verflüssigt wird oder in den plastischen Zustand überführt wird und dann beim Abkühlen erstarrt. Der Rahmen kann anstelle von Torsionsfedern auch über Biegefedern aufgehängt sein oder wie im Folgenden gezeigt, durch im Herstellungsprozess eingebrachte, verspannte Schichten ausgelenkt werden.
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5 zeigt eine Draufsichtdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des optischen Bauelements 1, das wiederum den Rahmen 4 und den darin über eine Achse 22 auslenkbaren Spiegel 3 aufweist, wobei der zu verkippende Rahmen 4 über mechanische Verbindungen 24 mit zwei bimorphen Biegebalken 28a und 28b verbunden sind, die in der Zeichnung schraffiert eingezeichnet sind. Der Bimorph kann beipielsweise durch Aufbringen einer thermischen Oxidschicht auf eine Siliziumschicht hergestellt werden. Das thermische Oxid kann beispielsweise bei Temperaturen von ca. 1.000°C erzeugt werden. Aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Oxidschicht und der Siliziumschicht kann sich der Bimorph bei Abkühlung verbiegen. Dadurch kann der gesamte Rahmen z. B. in Richtung des Gehäusebodens bzw. des Substrates abgesenkt und somit gleichzeitig verkippt werden. Der Verkippungswinkel ist dabei temperaturabhängig, falls der Bimorph beziehungsweise der Rahmen nicht fixiert wird. Der Bimorph kann prinzipiell aus verschiedensten Schichtkombinationen bestehen. Die Abscheidung der Schicht kann auch bei anderen Temperaturen (T < 1000°C) als bei hohen Temperaturen erfolgen. Es genügt auch, Schichten mit hoher mechanischer Spannung zu verwenden, wie z. B. SiN3. Typische Schichten, aus denen zur Herstellung des Bimorphs mindestens zwei ausgewählt werden, sind amorphes Silizium, einkristallines Silizium oder polykristallines Silizium, thermisches Oxid, Oxide, welche durch Physical-Vapour-Deposition (PVD) oder Chemical-Vapour-Deposition (CVD) hergestellt werden, Siliziumnitrid oder Metalle, wie Aluminium, Aluminiumlegierungen, Gold, Silber, Kupfer, Titan, Platin und andere. Außerdem können beispielsweise Polymere, Lacke, Benzocyclobutene (BCB), Polyimide und andere organische Materialien, sowie dotierte Oxide, welche über PVD oder CVD abgeschieden wurden, eingesetzt werden.
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Falls die Herstellung des Bimorphs nicht der letzte Schritt der Prozessierung der Oberfläche ist und weitere, wie z. B. spezielle photolithographische Prozessschritte zur Definition von feinen Strukturen folgen, so kann es vorteilhaft sein, die Verkippung des Rahmens zunächst zu unterbinden. Das Aufbringen von Photolack kann bei Strukturen, die große Unterschiede in der Topologie aufweisen, problematisch sein und zudem steht dann bei der Belichtung des Fotolackes nur eine eingeschränkte Tiefenschärfe zur Verfügung.
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6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des optischen Bauelements 1, bei dem die optische Funktionsstruktur 3, die gegenüber der Schutzstruktur durch Bimorphe 28a, 28b verkippt werden soll, zunächst durch die Stege 30 fixiert ist. Das optische Bauelement 1 weist die auslenkbare, optische Funktionsstruktur, bestehend aus dem verkippbaren Rahmen 4 und der Spiegelplatte 3, die um Achsen 22 auslenkbar in dem Rahmen 4 aufgehängt ist, auf. Der Rahmen 4 mit dem Spiegel 3 ist über die mechanische Verbindungen 24 mit zwei bimorphen Biegebalken 28a und 28b verbunden. Die beiden bimorphen Biegebalken 28a und 28b sind zunächst durch die Stege 30 fixiert, die die Verkippung des Rahmens 4 mit dem auslenkbaren Spiegel 3 unterdrückt, solange die Stege 30 nicht entfernt werden. Diese Fixierung kann für sämtliche Prozessschritte, die der Herstellung des Bimorphs folgen aufrechterhalten werden.
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Die Durchtrennung der Stege 30 kann dann beispielsweise auf mechanischem Wege erfolgen, wie z. B. durch Brechen oder durch Durchtrennen der Stege mittels Laserstrahlung, durch Aufschmelzen beziehungsweise Ablatieren oder auch durch elektrisches Aufschmelzen. In letzterem Fall kann ein geeignet hoher Strom durch leitfähige Stege 30 geschickt werden. Da die Stege einen kleineren Querschnitt als die anderen Strukturen besitzen, erwärmen sich die Stege am stärksten. Durch die Erwärmung wird das Stegmaterial verflüssigt und der Bimorph kann sich verkippen. Dabei kann die mechanische Verbindung durch die Stege komplett entfernt werden. Wird jedoch die Temperatur nur so weit erhöht, dass sich die Stege plastisch verformen können, so kann der Bimorph ebenfalls auslenken. Dabei kann aber bei geeigneter Prozessführung die stoffliche Verbindung zwischen den Stegen und der Bimorphe erhalten bleiben. Wird der Stromfluss nun unterbrochen, so geht das Material wieder in den festen Zustand über und der Bimorph wird in der entsprechenden Position fixiert. Die Temperaturabhängigkeit der Verkippung ist somit nicht mehr vorhanden beziehungsweise sehr stark verringert.
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Es ist beispielsweise auch denkbar, dass das optische Bauelement einen Kontaktbereich an der auslenkbaren, optischen Funktionsstruktur aufweist, an dem mittels einer äußeren Vorrichtung, wie z. B. einer Nadel oder eines Dornes, eine Krafteinleitung erfolgen kann, mit der die auslenkbare, optische Funktionsstruktur dauerhaft ausgelenkt bzw. verkippt werden kann. Bei der Verkippung kann es sich beispielsweise um eine Auslenkung, eine Drehung durch ein entsprechendes Drehmoment oder eine translatorische Bewegung handeln.
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In den Ausführungsbeispielen der Erfindung ist ein optisches Bauelement beschrieben, welches beispielsweise auf Waferebene oder im Gehäuse das Aufbringen einer Schutzstruktur oder eines Deckels erlaubt, und zwar derart, dass das optische Fenster und die Chipoberfläche parallel zueinander angeordnet sind und ohne dass Reflexionen an dem transparenten Deckel zu einer Beeinträchtigung der Funktionalität des Bauelementes führen. Dies kann z. B. durch ein Verkippen der optischen Funktionsstruktur erfolgen. Da ein verkipptes Aufbringen von Glasdeckeln oder Schutzstrukturen herstellungstechnisch schwierig zu realisieren ist, was besonders für das Aufbringen eines Schutzwafers gilt, kann im Bauelement eine Struktur integriert sein, die das optisch aktive Element enthält und derart angeordnet ist, dass sie soweit verkippt werden kann, dass Reflexe an dem zur Chipoberfläche parallelen Glasdeckel die Funktionalität des Bauelementes nicht beeinträchtigen. Damit kann z. B. sowohl bei eindimensionalen- als auch bei zweidimensionalen Scannern, bei phasenschiebenden Spiegeln oder anderen optisch aktiven Elementen eine Apertur so in den Strahlengang gebracht werden, dass nur die von der Spiegelplatte reflektierten Strahlen die Apertur passieren können. Die an der Glasplatte reflektierten Strahlen werden von der Apertur geblockt und sind somit für den Nutzer bzw. das System nicht störend.