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Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil, welches als Mikrospiegel ausgebildet ist. Ebenso betrifft die Erfindung eine Optikvorrichtung mit einem derartigen mikromechanischen Bauteil. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für einen Mikrospiegel als mikromechanisches Bauteil und ein Herstellungsverfahren für eine Optikvorrichtung.
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Stand der Technik
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Aus der
US 6,404,313 B2 ist ein Mikrospiegel-Aktuator bekannt, welcher in einem Gehäuse aus zwei beidseitig an dem Mikrospiegel-Aktuator fest gebondeten Silizium-Abstandshaltern und zwei an den Außenseiten der Silizium-Abstandshalter gebondeten Glassubstraten angeordnet ist. Zum Bilden des Gehäuses werden zuerst die beiden Glassubstrate durch Ausführen eines ersten und eines zweiten Bond-Verfahrens an dem jeweils zugeordneten Silizium-Abstandshalter befestigt. Die auf diese Weise gewonnenen Aufbauten werden anschließend durch Ausführen eines dritten und eines vierten Bond-Verfahrens beidseitig fest an dem Mikrospiegel-Aktuator angebracht. Anhand der
1 wird eine weitere Eigenschaft des in dem Gehäuse angeordneten Mikrospiegel-Aktuators dargestellt.
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Das Dokument
US 2009/0 080 075 A1 beschreibt einen optischen Filter als mikromechanisches Bauteil. Ein transparentes Substrat als Komponente des optischen Filters weist hierbei eine Mottenaugenstruktur auf.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Funktionsprinzip eines herkömmlichen Mikrospiegels.
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Der in 1 teilweise schematisch wiedergegebene Mikrospiegel 10 mit einer verstellbaren Spiegelfläche ist in einem Gehäuse mit mindestens einer Glasplatte 12 angeordnet. Die verstellbare Spiegelfläche ist in Bezug zu der Glasplatte 12 um mindestens eine Drehachse 14 in einem Bereich zwischen einer ersten Extremstellung 16a und einer zweiten Extremstellung 16b verstellbar. Über das Verstellen der verstellbaren Spiegelplatte um die mindestens eine Drehachse 14 kann ein auf die Spiegelfläche auftreffender Lichtstrahl 18 auf einen bevorzugten Punkt einer Projektionsfläche 20 zwischen einem ersten Außenpunkt 22a, welcher der ersten Extremstellung 16a entspricht, und einem der zweiten Extremstellung 16b entsprechenden zweiten Außenpunkt 22b projiziert werden.
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Vor einem Auftreffen auf der Spiegelfläche durchdringt der Lichtstrahl 18 die Grenzflächen der Glasplatte 12. Dies führt in der Regel zu einer Reflexion 24 des Lichtstrahls 18 an der Glasplatte 12, welche häufig auf die Projektionsfläche 20 gerichtet ist und somit einen statischen Reflexpunkt 26 auf der Projektionsfläche 20 bewirkt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Optikvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5, ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und ein Herstellungsverfahren für eine Optikvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Unter einem mikromechanischen Bauteil ist auch ein optisches, ein elektronisches und/oder ein optoelektronisch ausgebildetes Bauteil zu verstehen.
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Die auf der Komponente angeordnete (biomimetische) Mottenaugenstruktur gewährleistet beispielsweise eine Mottenaugen-Entspiegelung der damit abgedeckten Teiloberfläche der Komponente. Die gewährleistete Mottenaugen-Entspiegelung ist effizient, Lichteinfallswinkel-unabhängig und für ein breites Spektrum von Wellenlängen geeignet. Eine Mottenaugenstruktur mit lateralen Strukturen unterhalb der Lichtwellenlänge eines Lichtstrahls führt zu einem „weichen“ Brechungsindex-Profil ohne eine signifikante Reflexion. Somit ist die gewährleistete Mottenaugen-Entspiegelung insbesondere bezüglich eines Lichtstrahls mit mehreren Intensitätsmaxima, beispielsweise in den Farben Rot, Grün und/oder Blau vorteilhaft. Die Breitbandigkeit und Lichteinfallswinkelunabhängigkeit der Mottenaugen-Entspiegelung ist über herkömmliche Entspiegelungsschichten (Interferenzschichten, Anti-Reflexions-Schichten) auf eine Mikrokomponente in der Regel nicht realisierbar. Zusätzlich können sich dünne Entspiegelungsschichten leicht von einer Oberfläche der Mikrokomponente lösen. Die Mottenaugenstruktur lässt sich auch einsetzen, um die Komponente mit der Mottenaugenstruktur fest an einer Kontakt-Komponente des mikromechanischen Bauteils anzubringen. Als Kontakt-Komponente wird eine weitere Komponente des mikromechanischen Bauteils bezeichnet, an welcher die Komponente mit der Mottenaugenstruktur fest angebracht/angeordnet wird. Die Kontakt-Komponente kann beispielsweise ein Gehäuseteil oder ein Innenteil des mikromechanischen Bauteils sein. Unter einem festen Anbringen wird das Bilden einer Verbindung zwischen der Komponente mit der Mottenaugenstruktur und der Kontakt-Komponente verstanden, welche sich nur unter Aufbringen einer signifikanten Kraft lösen lässt. Man könnte das feste Anbringen auch als ein Zusammenfügen, zumindest teilweises Ineinanderverkeilen, Aneinanderanhaften der Komponenten bezeichnen. Ist eine Kontaktfläche der Kontaktkomponente mit einer nadelförmigen Mikrostruktur versehen, so ist mittels eines Ineinanderdrückens der Mottenaugenstruktur und der nadelförmigen Mikrostruktur somit auch ein mechanisches- fertigungstechnisches Problem mit einem vergleichsweise geringen Arbeitsaufwand lösbar. Beispielsweise ist es somit möglich, zwei Komponenten, insbesondere zwei Gehäuseuntereinheiten, des mikromechanischen Bauteils ohne einen Bond-Schritt aneinander zu befestigen. Auf diese Weise ist die zum Herstellen des mikromechanischen Bauteils auszuführende Anzahl von Kleb-, Löt-, Schweiß und Bond-Schritten reduzierbar. Dies erleichtert die Herstellung des mikromechanischen Bauteils, verbessert dessen Funktion und/oder reduziert dessen Herstellungskosten. Das Anordnen der Komponente mit der zumindest die Teiloberfläche der Komponente abdeckenden Mottenaugenstruktur ist somit für das mikromechanische Bauteil besonders vorteilhaft.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht beispielsweise eine (vorzugsweise beidseitige) breitbandige und winkelunabhängige Entspiegelung eines Deckglases/ Lichtfensters eines Mikrospiegels. Gleichzeitig kann eine Teilfläche mit der für die Entspiegelung gebildeten Mottenaugenstruktur auch für eine feste Verbindung zwischen dem Deckglas und mindestens einer Kontakt-Komponente des Mikrospiegels mit einer nadelförmigen Mikrostruktur verwendet werden. Dies ist durch ein einfaches Anpressen des Deckglases an die Kontakt-Komponente, bei welchem die Mottenaugenstruktur zumindest teilweise mit der nadelförmigen Mikrostruktur verzahnt wird, realisierbar.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Funktionsprinzip eines herkömmlichen Mikrospiegels;
- 2 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
- 3 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Optikvorrichtung;
- 4 ein Flussdiagramm zum Darstellen einer ersten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil; und
- 5 einen schematischen Querschnitt durch einen Wafer zum Darstellen einer zweiten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens.
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Ausführungsformen der Erfindung
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2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
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Das in 2 schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil umfasst eine Spiegeleinrichtung 50, welche in einem Innenraum 52 des mikromechanischen Bauteils angeordnet ist. Es wird darauf hingewiesen, dass das hier beschriebene mikromechanische Bauteil jedoch nicht auf eine Ausbildung des mikromechanischen Bauteils als Mikrospiegel beschränkt ist. Die Spiegeleinrichtung 50 ist lediglich ein Beispiel für eine mögliche Ausstattung des mikromechanischen Bauteils. Anstelle oder als Ergänzung zu der Spiegeleinrichtung 50 kann auch eine andere optische Komponente, Aktoreinrichtung und/oder Sensoreinrichtung in dem Innenraum 52 angeordnet sein. Eine geeignete optische Komponente kann beispielsweise eine Lichtdetektiereinrichtung, einen Strahlteiler und/oder eine Linse umfassen.
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Die Spiegeleinrichtung 50 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine Spiegelfläche 54 der Spiegeleinrichtung 50 in Bezug zu den Wänden des Innenraums 52/des Gehäuses verstellbar ist. Die Spiegeleinrichtung 50 kann beispielsweise einen elektrostatischen Aktor, einen magnetischen Aktor und/oder einen piezoelektrischen Aktor zum Verstellen der Spiegelfläche 54 aufweisen. Das mikromechanische Bauteil ist jedoch nicht auf eine bestimmte Ausbildung einer Verstellkomponente zum Verstellen einer in dem Innenraum 52 angeordneten verstellbaren Komponente, welche eine optische Komponente, eine Aktoreinrichtung und/oder eine Sensoreinrichtung umfassen kann, beschränkt.
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Das den Innenraum 52 umschließende Gehäuse des mikromechanischen Bauteils umfasst eine als Lichtfenster ausgebildete Abdeckplatte 56, einen Abstandshalter 58 und ein Bodenteil 60. Die als Lichtfenster ausgebildete Abdeckplatte 56 ist zumindest teilweise aus einem lichtdurchlässigen Material, wie beispielsweise Glas, geformt. Eine Realisierung des mikromechanischen Bauteils ist allerdings nicht auf eine Beschränkung des im Weiteren beschriebenen Gehäuses mit den Untereinheiten 56 bis 60 beschränkt. Anstelle des Bodenteils 60 oder als Ergänzung zu den Untereinheiten 56 bis 60 kann das Gehäuse noch mindestens eine weitere Untereinheit aufweisen.
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Einige Oberflächen der Abdeckplatte 56, des Abstandshalters 58 und des Bodenteils 60 bilden die Grenzflächen des Innenraums 52 und grenzen den Innenraum 52 von einer äußeren Umgebung des mikromechanischen Bauteils ab. Die Grö-ße des Innenraums 52 ist so gewählt, dass eine ausreichende Verstellbarkeit der mindestens einen darin angeordneten verstellbaren Komponente, wie beispielsweise der Spiegelfläche 54, in Bezug auf das Gehäuse gewährleistet ist. Insbesondere durch die Verwendung des Abstandshalters 58, welcher beispielsweise aus einem Halbleitersubstrat herausstrukturiert sein kann, bei der Bildung des Gehäuses aus den Untereinheiten 56 bis 60 ist ein ausreichend großer Innenraum 52 für eine vorteilhafte Verstellbarkeit der mindestens einen in dem Innenraum 52 angeordneten verstellbaren Komponente auf einfache Weise gewährleistet.
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Vorzugsweise sind die Untereinheiten 56 bis 60 des Gehäuses so ausgebildet und so aneinander angeordnet, dass der Innenraum 52 hermetisch verkapselt ist. Eine derartige hermetische Verkapselung des Innenraums 52 ermöglicht einen Unterdruck in dem Innenraum 52 gegenüber dem Außendruck in der äußeren Umgebung des mikromechanischen Bauteils. Der in dem Innenraum 52 herrschende Unterdruck erleichtert insbesondere aufgrund einer reduzierten Reibung das Verstellen einer in dem Innenraum 52 angeordneten verstellbaren Komponente, wie beispielsweise das Verstellen der verstellbaren Spiegelfläche 54. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Untereinheiten 56 bis 60 des Gehäuses auch so ausgebildet und zusammengesetzt sein können, dass, sofern dies bevorzugt wird, ein Luftstrom zwischen dem Innenraum 52 und der äußeren Umgebung auftreten kann.
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Die Abdeckplatte 56 weist eine Mottenaugenstruktur auf, welche zumindest eine Teiloberfläche der Abdeckplatte 56 abdeckt. Bei der dargestellten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils werden eine Außenseite 62, eine dem Innenraum 52 zugewandte freiliegende Innenseite 64 und eine den Abstandshalter 56 kontaktierende Abdeckplatte-Kontaktfläche 66 von der Mottenaugenstruktur abgedeckt. Die auf den Flächen 62 bis 66 ausgebildete Mottenaugenstruktur kann beispielsweise aus einem amorphen Material gebildet sein. Bevorzugter Weise ist die Mottenaugenstruktur auf den Flächen 62 bis 66 aus dem amorphen Material der Abdeckplatte 56 gebildet. In diesem Fall ist die Mottenaugenstruktur auf den Flächen 62 bis 66 auf einfache Weise mittels der bekannten Verfahren zum Bilden einer Mottenaugenstruktur realisierbar.
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Unter einer Mottenaugenstruktur wird vorzugsweise eine Mikrostruktur (Mikrooberflächenstruktur) verstanden, welche auf einer von der Mottenaugenstruktur abgedeckten Fläche eine statische oder deterministische Anordnung von Struktureinheiten aufweist. Bei diesen Struktureinheiten kann es sich beispielsweise um Säulen, Zylinder, Kegel, Pyramiden, Noppen, Nadeln oder komplexerer Formen, bzw. eine Kombination verschiedener solcher Struktureinheiten handeln. Merkmale können sein, dass die Abmessungen der individuellen Struktureinheiten parallel zu der makroskopischen Oberfläche der abgedeckten Fläche kleiner als die jeweils anwendungsrelevanten Lichtwellenlängen sind, und/oder dass eine Querschnittsfläche einer Struktureinheit zu einem der strukturierten Oberfläche abgewandten Ende hin zunimmt. Für Lichtwellenlängen oberhalb eines struturspezifischen Grenzwerts vermischen sich die Brechungsindizes des Materials und der Umgebung zu einem effektiven mittleren Brechungsindex, der sich senkrecht zur Oberfläche graduell ändert und dadurch die scharfe Grenze zwischen Material und Umgebung verwischt. Entsprechend können die Struktureinheiten auch so ausgebildet sein, dass die Abmessungen der individuellen Struktureinheiten parallel zu der makroskopischen Oberfläche kleine als 900 nm, insbesondere kleiner als 500 nm, sind. Zur Beschreibung eines Beispiels für eine Mottenaugenstruktur und deren Herstellung wird auf die Veröffentlichung „Biomimetic Interfaces for High-Performance Optics in the Deep-UV Light Range“ von T. Lohmüller, M. Heigert, M. Sundermann, R. Brunner, J. Spatz (Nano Letters, 2008, Vol. 8. No. 5,1429-1433) verwiesen.
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Eine Mottenaugenstruktur kann beispielsweise eine Vielzahl von Mikrosäulen aufweisen, wobei die Mikrosäulen insbesondere an einem von der abgedeckten Fläche abgewandten Ende eine Einbuchtung haben können, welche von einem Teilbereich der Mikrosäulen umrahmt wird. Bevorzugter Weise ist die Einbuchtung mittig an der zugehörigen Mikrosäule ausgebildet und/oder verjüngt sich in Richtung zu der von der Mottenaugenstruktur abgedeckten Fläche. Die maximale Höhe der Einbuchtung senkrecht zu der abgedeckten Fläche ist vorzugsweise kleiner als die senkrecht zu der abgedeckten Fläche ausgerichtete maximale Höhe der zugehörigen Mikrosäule. Die maximale Höhe der Einbuchtung liegt beispielsweise in einem Bereich zwischen 10 nm und 100 nm, bevorzugter Weise in einem Bereich zwischen 30 nm und 80 nm. Die maximale Höhe der zugehörigen Mikrosäule kann in einem Bereich zwischen 30 nm und 300 nm, insbesondere in einem Bereich zwischen 50 nm und 150 nm liegen. Die Mikrosäulen können einen runden oder hexagonalen Umfang aufweisen. Die parallel zu der abgedeckten Fläche ausgerichtete Breite der Mikrosäule kann in einem Bereich zwischen 10 nm und 150 nm, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 30 nm und 100 nm, liegen und/oder an einem der abgedeckten Fläche zugewandten Ende der Mikrosäule zunehmen.
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Die Mottenaugenstruktur ermöglicht eine Mottenaugen-Entspiegelung auf den damit abgedeckten Flächen 62 und 64. Somit kann ein Lichtstrahl auf die Flächen 62 und 64 gerichtet werden, ohne dass eine signifikante Reflexion des Lichtstrahls an einer der Flächen 62 und 64 auftritt. Unter einer nichtsignifikanten Reflexion wird eine Reflexion mit einem niedrigen Reflexionskoeffizienten verstanden, wobei der Reflexionskoeffizient beispielsweise unter 4% (0,04), vorzugsweise unter 1% (0.01), insbesondere unter 0.5% (0.005) liegt.
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Durch das Unterdrücken/Reduzieren der Reflexion eines die Flächen 62 und 64 durchdringenden Lichtstrahls ist die Intensität des in dem Innenraum 52 eintretenden Lichtstrahls steigerbar. Dies erleichtert insbesondere das Nachweisen eines auf die Außenseite 62 auftreffenden Lichtstrahls und/oder ermöglicht das genauere Ermitteln einer Intensität des auf die Außenseite 62 auftreffenden Lichtstrahls mittels einer in den Innenraum 52 angeordneten Lichtdetektiereinrichtung. Es vermindert auch Verluste, die bei der Mikrospiegelanwendung durch zweimaligen Durchgang des Strahls durch beide Deckglasoberflächen auftreten.
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Ebenso verhindert die Mottenaugen-Entspiegelung der Flächen 62 und 64 das Auftreten eines statischen Reflexpunktes, beispielsweise im Auge einer Person und/oder auf einer Projektionsfläche, wie dies bei einer Reflexion eines Lichtstrahls an einer optischen Grenzfläche herkömmlicher Weise manchmal der Fall ist. Da ein statischer Reflexpunkt einer herkömmlichen optischen Vorrichtung oft in einem zentralen Bereich der Projektionsfläche auftritt und/oder eine hohe Intensität aufweist, wird er von einem Betrachter häufig als störend empfunden. Dieser Nachteil ist bei dem hier beschriebenen mikromechanischen Bauteil behoben.
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Zusätzlich wird durch die Mottenaugen-Entspiegelung der Flächen 62 und 64 die Lichtintensität eines an der Spiegelfläche 54 reflektierten und aus dem mikromechanischen Bauteil austretenden Lichtstrahls gesteigert. Somit ist beispielsweise bei einer Verwendung des mikromechanischen Bauteils für einen Lichtprojektor eine bessere Bildintensität gewährleistet.
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Als Ergänzung zu den in den oberen Absätzen beschriebenen Vorteilen der Mottenaugenstruktur auf den Flächen 62 und 64 bietet die auf der Abdeckplatte-Kontaktfläche 66 gebildete Mottenaugenstruktur auch eine einfach ausführbare Möglichkeit zum Bilden eines vergleichsweise festen Kontaktes zwischen der Abdeckplatte 56 und dem als Kontakt-Komponente der Abdeckplatte 56 fungierenden Abstandshalter 58. Dazu kann auf einfache Weise an einer Abstandshalter-Kontaktfläche 68 des Abstandshalters 58, welche die Abdeckplatte-Kontaktfläche 66 kontaktiert, eine nadelförmige Mikrostruktur ausgebildet und die Mottenaugenstruktur der ersten Kontaktfläche 66 und die nadelförmige Mikrostruktur der zweiten Kontaktfläche 68 zumindest teilweise ineinander verzahnt werden/sein. Man kann die nadelförmige Mikrostruktur auch als Nadelstruktur oder als Mikronadelstruktur bezeichnen.
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Vorzugsweise ist die nadelförmige Mikrostruktur auf der Abstandshalter-Kontaktfläche 68 aus einem kristallinen Halbleitermaterial gebildet. Insbesondere kann die nadelförmige Mikrostruktur aus dem kristallinen Halbleitermaterial, aus welchem der gesamte Abstandshalter 58 herausstrukturiert ist, gebildet sein. Bevorzugter Weise ist die nadelförmige Mikrostruktur der Abstandshalter-Kontaktfläche 68 eine schwarze Halbleiter-Beschichtung eines aus einem Halbleitermaterial herausstrukturierten Abstandshalters 58. Insbesondere kann die nadelförmige Mikrostruktur der Abstandshalter-Kontaktfläche 68 eine Silizium-Beschichtung (Black Silicon, Schwarzes Silizium) eines aus Silizium herausstrukturierten Abstandshalters 58 sein. Die Black-Silicon-Beschichtung kann beispielweise mittels eines reaktiven lonentiefenätzens oder über die Mazur-Methode gebildet sein.
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Durch ein einfaches Inkontaktbringen der Kontaktflächen 66 und 68 kann bereits mittels einer vergleichsweise kleinen Kraft eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Abdeckplatte 56 und dem Abstandshalter 58 gebildet werden. Dabei werden die Mottenaugenstruktur auf der Abdeckplatte-Kontaktfläche 66 und die nadelförmige Mikrostruktur auf der Abstandshalter-Kontaktfläche 68 zumindest teilweise ineinander gedrückt/verzahnt. Die auf diese Weise gebildete kraftschlüssige Verbindung kann einen guten Haftfestigkeitswert von beispielsweise mindestens 5 MPa, vorzugsweise mindestens 10 MPa, insbesondere mindestens 18 MPa aufweisen. Das Bilden der kraftschlüssigen Verbindung erfordert keine Temperaturerhöhung, wie dies beispielsweise bei einem Bilden einer Bond-Verbindung der Fall ist. Somit entfällt das Risiko, dass bei einem Zusammenfügen von Komponenten mit einer Mottenaugenstruktur und einer nadelförmigen Mikrostruktur durch ein zumindest teilweises Verzahnen der Mottenaugenstruktur mit der nadelförmigen Mikrostruktur Temperaturbeschädigungen bei den zusammengefügten Komponenten auftreten.
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Die Vorteile der Mottenaugenstruktur als Mittel zur Entspiegelung und als Mittel zum Zusammensetzen von verschiedenen Komponenten eines mikromechanischen Bauteils lassen sich unabhängig voneinander realisieren. Die in den oberen Absätzen beschriebene Synergie der beiden Vorteile ist lediglich ein zusätzlicher Nutzen der Mottenaugenstruktur.
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In einer Weiterbildung kann zumindest eine Außenseite der kraftschlüssigen Verbindung zwischen der Abdeckplatte 56 und dem Abstandshalter 58 eine Beschichtung aufweisen. Die Beschichtung kann beispielsweise ein aushärtendes Material, beispielsweise einen Klebstoff, umfassen. Dies gewährleistet eine Verbesserung der hermetischen Abdichtung des Innenraums 52.
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Der Abstandshalter 58 kann beispielsweise mittels einer Bond-Verbindung an dem Bodenteil 60 befestigt sein. Als Alternative zu einer Bond-Verbindung kann jedoch auch eine kraftschlüssige Verbindung mittels zweier nadelförmiger Mikrostrukturen oder mittels einer nadelförmigen Mikrostruktur und einer Mottenaugenstruktur zwischen den Untereinheiten 58 und 60 des Gehäuses ausgebildet sein.
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Das Bodenteil 60 kann, bevorzugter Weise zusammen mit mindestens einer Einheit der Spiegeleinrichtung 50, aus einem Halbleitersubstrat herausstrukturiert sein. Auch eine als andere optische Komponente, Aktoreinrichtung und/oder Sensoreinrichtung ausgebildete Einrichtung des späteren Innenraums 52 kann zusammen mit dem Bodenteil 60 aus dem Halbleitersubstrat herausstrukturiert sein.
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Bei der in den oberen Absätzen beschriebenen Ausführungsform ist die mit der Mottenaugenstruktur ausgestattete Komponente des mikromechanischen Bauteils als Abdeckplatte ausgebildet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass das mikromechanische Bauteil nicht auf eine Ausbildung der Komponente mit der Mottenaugenstruktur als Abdeckplatte 56 beschränkt ist. Als Alternative oder als Ergänzung zu der Abdeckplatte 56 kann auch eine weitere Komponente des mikromechanischen Bauteils eine Mottenaugenstruktur aufweisen.
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3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Optikvorrichtung.
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Die im Weiteren beschriebene Optikvorrichtung ist als Projektor, insbesondere als Laserprojektor, ausgebildet. Ein Vorteil des Projektors ist, dass er aufgrund seiner vergleichsweise kleinen Größe auch als portabler Projektor ausbildbar ist. Es wird hier jedoch darauf hingewiesen, dass die im Weiteren beschriebene Optikvorrichtung nicht auf eine Ausbildung als Projektor beschränkt ist.
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Die Optikvorrichtung umfasst eine Lichtemittiereinrichtung 100 und ein als Ablenkspiegel ausgebildetes mikromechanisches Bauteil 102. Zusätzlich kann die Optikvorrichtung weitere Komponenten umfassen, welche zusammen mit der Lichtemittiereinrichtung 100 und dem mikromechanischen Bauteil 102 in dem Gehäuse 110 angeordnet sind.
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Die Lichtemittiereinrichtung 100 kann beispielsweise ein Laser sein. Bevorzugter Weise ist die Lichtemittiereinrichtung 100 dazu ausgelegt, einen mehrfarbigen Laserstrahl zu emittieren. Insbesondere kann mittels der Lichtemittiereinrichtung 100 ein dreifarbiger Laserstrahl mit einer Rot-, einer Grün- und einer Blau-Komponente emittierbar sein. Eine derartige Ausbildung ist insbesondere bei einer Verwendung der Optikvorrichtung als Projektor besonders vorteilhaft, obwohl die hier beschriebene Optikvorrichtung nicht auf eine derartige Lichtemittiereinrichtung 100 beschränkt ist.
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Das als Ablenkvorrichtung ausgebildete mikromechanische Bauteil 102 kann auch als Mikrospiegel bezeichnet werden. Bei der dargestellten Ausführungsform weist das mikromechanische Bauteil eine Spiegelfläche 104 auf, welche mittels einer Aktoreinrichtung 106 um mindestens eine Drehachse verstellbar ist. Die Aktoreinrichtung 106 kann insbesondere dazu ausgebildet sein, die Spiegelfläche 104 um zwei Drehachsen zu verstellen. Auf diese Weise ist mittels eines Verstellens der Spiegelfläche 104 ein Bild auf eine Projektionsfläche 108 projizierbar.
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Das mikromechanische Bauteil 102 weist mindestens eine Komponente 112 mit einer Mottenaugenstruktur auf, die zumindest eine Teiloberfläche der Komponente 112 abdeckt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Komponente 112 mit der Mottenaugenstruktur als Lichtfenster ausgebildet, welches eine Untereinheit eines Gehäuses des mikromechanischen Bauteils 112 bildet. Zumindest die Außenseite 114 oder die Innenseite 116 der als Lichtfenster ausgebildeten Komponente 112 ist zumindest teilweise von der Mottenaugenstruktur abgedeckt. Insbesondere können zumindest Teiloberflächen der Seiten 114 und 116 die Mottenaugenstruktur aufweisen. Bevorzugter Weise sind die Lichtemittiereinrichtung 100 und das mikromechanische Bauteil 102 so zueinander angeordnet und ausgerichtet, dass ein von der Lichtemittiereinrichtung 100 emittierter Lichtstrahl 118 auf die von der Mottenaugenstruktur abgedeckten Teiloberflächen der Seiten 114 und 116 trifft.
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Im Gegensatz zu anderen Antireflex-Coatings beruht die entspiegelnde Wirkung der Mottenaugenstruktur nicht auf einem Interferenzeffekt, sondern auf einer graduellen Änderung des Brechungsindex senkrecht zur Oberfläche. Die Wirkung der Entspiegelung ist somit deutlich weniger abhängig vom Winkel des auf die Mottenaugenstruktur auftreffenden Lichtstrahls 118. Dies macht die Mottenaugen-Entspiegelung insbesondere für eine Anwendung bei einem variierenden Einfallswinkel und/oder bei einem breiten Wellenlängenbereich des Lichtstrahls 118 vorteilhaft.
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Das mikromechanische Bauteil 102 ist jedoch nicht auf eine Ausbildung der Komponente 112 mit der Mottenaugenstruktur als Lichtfenster beschränkt. Bezüglich weiterer Ausbildungsmöglichkeiten des mikromechanischen Bauteils 102 wird auf die vorhergehende Figurenbeschreibung verwiesen.
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4 zeigt ein Flussdiagramm zum Darstellen einer ersten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil.
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In einem optionalen Verfahrensschritt S1 wird eine Mottenaugenstruktur an einer Teiloberfläche einer Komponente eines im Weiteren hergestellten mikromechanischen Bauteils gebildet. Dabei wird die Mottenaugenstruktur so gebildet, dass sie zumindest die Teiloberfläche der Komponente abdeckt. Die Mottenaugenstruktur ist beispielsweise über einen Selbst-Organisationsprozess herstellbar. Die Mottenaugenstruktur kann beispielsweise auf einfache Weise mittels eines RIE-Ätzens (Reactive Ion Etching) unter Verwendung einer Ätzmaske aus Gold-Nanopartikeln gebildet werden. Das Bilden der Mottenaugenstruktur ist jedoch nicht auf dieses Verfahren beschränkt. Anstelle eines Bildens der Mottenaugenstruktur an der Komponente kann auch eine Komponente mit einer bereits vorhandenen Mottenaugenstruktur für das weitere Herstellungsverfahren verwendet werden.
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In einem Verfahrensschritt S2 wird die Komponente mit der Mottenaugenstruktur, welche zumindest eine Teiloberfläche der Komponente abdeckt, an oder in dem mikromechanischen Bauteil angeordnet. Beispielsweise kann bei dem Anordnen der Komponente an oder in dem mikromechanischen Bauteil zumindest ein Teil der Teiloberfläche mit der Mottenaugenstruktur als erste Kontaktfläche in Kontakt mit einer Kontakt-Komponente des mikromechanischen Bauteils an zumindest einer zweiten Kontaktfläche der weiteren Komponente, welche eine nadelförmige Mikrostruktur aufweist, gebracht werden, wobei die Mottenaugenstruktur der ersten Kontaktfläche und die nadelförmige Mikrostruktur der zweiten Kontaktfläche zumindest teilweise ineinander verzahnt werden. Dies gewährleistet eine solide Anordnung der Komponente in Kontakt mit der weiteren Komponente an oder in dem mikromechanischen Bauteil.
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Die nadelförmige Mikrostruktur kann beispielsweise aus einem HalbleiterMaterial, aus welchem auch die Kontakt-Komponente strukturiert ist, aufgebaut sein/werden. Insbesondere kann die nadelförmige Mikrostruktur eine Black-Silicon-Beschichtung einer aus Silizium strukturierten Kontakt-Komponente sein. Die Black-Silicon-Beschichtung kann über einen einfach und kostengünstig ausführbaren Ätzprozess gebildet werden.
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Die Komponente mit der Mottenaugenstruktur kann auch als Lichtfenster an oder in dem mikromechanischen Bauteil angeordnet werden. Vorzugsweise wird die Komponente mit der Mottenaugenstruktur so ausgerichtet, dass die Mottenaugenstruktur eine vorbestimmte Lichtauftrefffläche des mikromechanischen Bauteils abdeckt. Die Mottenaugenstruktur kann somit bei einer Ausführung des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens auch für ein Entspiegeln einer optischen Grenzfläche, auf welche ein Lichtstrahl trifft, verwendet werden.
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Die Nummerierungen der Verfahrensschritte S1 und S2 geben keine zeitliche Reihenfolge vor. Beispielsweise kann der Verfahrensschritt S2 auch vor dem Verfahrensschritt S1 ausgeführt werden.
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In einem weiteren optionalen, nicht skizzierten Verfahrensschritt kann das hergestellte mikromechanische Bauteil zusammen mit einer Lichtemittiereinrichtung in einer Optikvorrichtung angeordnet werden. Dabei können die Lichtemittiereinrichtung und das mikromechanische Bauteil so zueinander angeordnet und ausgerichtet werden, dass ein von der Lichtemittiereinrichtung emittierter Lichtstrahl auf zumindest eine Teilfläche der Teiloberfläche mit der Mottenaugenstruktur der Komponente trifft.
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5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Wafer zum Darstellen einer zweiten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens.
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Bei dem dargestellten Herstellungsverfahren werden Muster in einen ersten Halbleiterwafer 120 strukturiert, welche die Formen eines späteren Bodenteils, einer optischen Komponente 122, einer Sensoreinrichtung und/oder einer Aktoreinrichtung für eine Vielzahl von späteren mikromechanischen Bauteilen festlegen. Über das Aufbringen von (nicht dargestellten) Schichten aus einem leitfähigen Material und/oder aus einem isolierenden Material können auch Teile der späteren Elektronik der mikromechanischen Bauteile gebildet werden.
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In einem zuvor, parallel oder danach ausführbaren Verfahrensschritt wird eine kraftschlüssige Verbindung zwischen einem Glaswafer 124 und einem zweiten Halbleiterwafer gebildet. Dabei können die bekannten Oberflächenveredelungstechniken der Mottenaugenstruktur und einer nadelförmigen Mikrostruktur, wie beispielsweise einer Black-Silicon-Beschichtung, Verwendung finden. Beispielsweise kann eine Mottenaugenstruktur auf zumindest Teilflächen einer Innenseite 126 des Glaswafers 124, welche der zweite Halbleiterwafer kontaktiert, ausgebildet sein/werden. Zusätzlich kann auf Kontaktierflächen 130 des zweiten Halbleiterwafers mit dem Glaswafer 124 eine nadelförmige Mikrostruktur, wie eine Black-Silicon-Beschichtung, ausgebildet sein/werden. Von einer Black-Silicon-Beschichtung spricht man, sofern eine Siliziumoberfläche sich bei einem Ätzprozess mit einem selbstorganisierten Nadelteppich überzieht. Da Möglichkeiten zum Festlegen der Dichte und der Länge der „Nadeln“ durch die Prozessparameter bekannt sind, wird nicht genauer darauf eingegangen. Durch das Zusammenfügen der Mottenaugenstruktur der Innenseite 126 und der nadelförmigen Mikrostruktur der Kontaktierflächen 130 lässt sich eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Glaswafer 124 und dem zweiten Halbleiterwafer realisieren.
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Auch auf einer der Innenseite 126 gegenüberliegenden Außenseite 128 des Glaswafers 124 kann eine Mottenaugenstruktur ausgebildet sein/werden. Die Seiten 126 und 128 können über einen einfach ausführbaren Selbstorganisationsprozess mit der Mottenaugenstruktur versehen werden. Ein mögliches Verfahren ist beispielsweise ein Eintauchen des Glaswafers 124 in eine Kolloid-Suspension und ein anschließendes Plasmaätzen. Dieses Verfahren ist insbesondere für kleinere Flächen effizient und einfach ausführbar. Zu den Vorteilen einer Mottenaugenstruktur auf der Außenseite 128 wird auf die Beschreibung oben verwiesen.
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Anschließend können Abstandshalter 132 aus dem zweiten Halbleiterwafer herausstrukturiert werden. Insbesondere durch die Verwendung der Abstandshalter 132 bei der Herstellung ist ein ausreichend großer Innenraum des späteren mikromechanischen Bauteils auf einfache Weise gewährleistet. Die Abstandshalter 132 können, beispielsweise über ein Bondverfahren, an dem ersten Halbleiterwafer 120 befestigt werden. Über ein mehrmaliges Durchtrennen des Aufbaus aus den Wafern 120 und 124 und den Abstandshaltern 132 lassen sich die späteren mikromechanischen Bauteile vereinzeln. Mittels des Durchtrennens wird somit jeweils ein Teilstück des Glaswafers 124 als Komponente mit einer zumindest eine Teiloberfläche abdeckenden Mottenaugenstruktur an dem mikromechanischen Bauteil angeordnet.
