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Die Erfindung betrifft eine Abdeckvorrichtung für ein mikro-opto-mechanisches Bauteil. Ebenso betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für eine Abdeckvorrichtung für ein mikro-opto-mechanisches Bauteil. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein mikro-opto-mechanisches Bauteil und ein Herstellungsverfahren für ein mikro-opto-mechanisches Bauteil.
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Stand der Technik
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In der
EP 1 688 776 A1 sind ein Gehäuse für eine optische Rastereinheit und ein Herstellungsverfahren zum Herstellen des Gehäuses beschrieben. Das Gehäuse weist eine Glasabdeckung auf, welche mittels zweier mit unterschiedlicher Höhe ausgebildeter Stützteile geneigt zu einer Oberfläche eines Grundsubstrats mit einem verstellbaren Spiegel ausgerichtet ist. Auf diese Weise soll gewährleistet sein, dass die Reflexionen eines auf die Glasabdeckung auftreffenden Lichtstrahls, welcher auf den verstellbaren Spiegel gerichtet werden soll, nicht auf eine Auftrefffläche des mittels des verstellbaren Spiegels abgelenkten Lichtstrahls treffen. An einer Grenzfläche der Glasabdeckung kann mindestens eine Anti-Reflexions-Schicht ausgebildet sein.
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Des Weiteren beschreibt die
US 2007/0024549 A1 ein Gehäuse einer Mikrospiegelvorrichtung mit einem an einem Grundsubstrat befestigten Fensterdeckel, welcher einen an dem Grundsubstrat angeordneten Mikrospiegel abdeckt. Der Fensterdeckel umfasst einen aus dem Fensterdeckelmaterial gebildeten Lichttransmissionsabschnitt, durch welchen ein Laserstrahl auf den Mikrospiegel zu richten ist, wobei zumindest die Außenfläche des Lichttransmissionsabschnitts geneigt zu dem Mikrospiegel ausgerichtet ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung schafft eine Abdeckvorrichtung für ein mikro-opto-mechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Herstellungsverfahren für ein mikro-opto-mechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
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Vorteile der Erfindung
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Durch die Anordnung des mindestens einen (optischen) Fensters innerhalb der mindestens einen durchgehenden Aussparung ist das Fenster vor einer Beschädigung, wie beispielsweise einem Verkratzen, und einer Ablagerung von Partikeln geschützt. Dieser Vorteil ist bereits nach einem Anordnen des mindestens einen Fensters in der durchgehenden Aussparung während der weiteren Prozessierung gewährleistet. Auf diese Weise ist verhinderbar, dass das mindestens eine Fenster bereits während eines nachfolgenden Verfahrens, während eines Verkaufs, eines Transports oder bei einer Verwendung der Abdeckvorrichtung/des mikro-opto-mechanischen Bauteils beschädigt oder verschmutzt wird.
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Durch die geneigte Ausrichtung des mindestens einen Fensters in Bezug zu der Maximaloberfläche des Substrats kann die Abdeckvorrichtung auf einfache Weise so an einem Funktionsträger eines mikro-opto-mechanischen Bauteils mit einer optisch aktiven Komponente befestigt werden, dass das mindestens eine Fenster geneigt zu einer unverstellbaren optisch aktiven Komponente oder zu einer in ihrer Ruhelage vorliegenden verstellbaren optisch aktiven Komponente, bzw. geneigt zu deren optisch aktiven Fläche, ausgerichtet ist. Damit kann leicht verhindert werden, dass Reflexionen eines durch das mindestens eine Fenster gerichteten Lichtstrahls auf eine Soll-Auftrefffläche, auf welche der Lichtstrahl gerichtet wird, auftreffen. Somit können bei einer Bilderzeugung häufig als störend empfunden Reflexionen, welche herkömmlicher Weise oft beim Durchtritt eines optischen Strahls durch ein herkömmliches transparentes Fenster an den Fenster-Grenzflächen entstehen und auf die Soll-Auftrefffläche auftreffen, unterbunden werden. Insbesondere wenn die ortsfesten Reflexe im Scanbereich eines als optisch aktive Fläche ausgebildeten Mikrospiegels liegen, was herkömmlicher Weise oft der Fall ist, übersteigt ihre Intensität häufig die des projizierten Bildes und kann somit das projizierte Bild signifikant beeinträchtigen. Während diese störenden Reflexe durch eine nach dem Stand der Technik häufig verwendete Anti-Reflex-Beschichtung des Lichtfensters nur in ihrer Intensität reduziert werden können, kann mittels der vorliegenden Erfindung das Auftreten eines derartigen Reflexes in einem zu projezierenden Bild verlässlich unterbunden werden.
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Der Vorteil der vorliegenden Erfindung ist im vorhergehenden Absatz anhand eines als Rastervorrichtung (Scanvorrichtung) ausgebildeten mikro-opto-mechanischen Bauteils mit einer erfindungsgemäßen Abdeckvorrichtung beschrieben, bei welchem ein Mikrospiegel aus seiner Ruhelage ausgelenkt wird, um beispielsweise symmetrisch um seine Ruhelage zu schwingen. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass der oben beschriebene Vorteil der vorliegenden Erfindung nicht auf dieses Anwendungsbeispiel beschränkt ist.
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Die erfindungsgemäße Abdeckvorrichtung kann auf einfache Weise an einem Funktionsträger zum Abdecken einer an den Funktionsträger angeordneten optisch aktiven Komponente angeordnet/befestigt werden. Dies gewährleistet einen verlässlichen Schutz der optisch aktiven Komponente vor schädlichen äußeren Umwelteinflüssen, wie beispielsweise einer Luftfeuchtigkeit oder einem in einer äußeren Umgebung der Abdeckvorrichtung und des Funktionsträgers vorhandenen aggressiven Medium. Ebenso ist ein Schutz der optisch aktiven Komponente vor mechanischer Berührung/Zerstörung gewährleistet.
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Insbesondere kann nach einem Anordnen einer Vielzahl von Abdeckvorrichtungen im Waferverbund an einer Vielzahl von im Waferverbund vorliegenden Funktionsträgern ein Chip aus einer einzelnen Abdeckvorrichtung und einem einzelnen Funktionsträger herausgetrennt, beispielsweise herausgesägt werden, ohne dass eine Beschädigung der optisch aktiven Komponente zu befürchten ist. Ebenso kann auch durch eine hermetische Verkapselung der optisch aktiven Komponente mittels der Abdeckvorrichtung ein Einstellen einer bevorzugten Atmosphäre, wie beispielsweise einer vorteilhaften Gasart, eines bestimmten Druckwerts (z. B. Vakuum), in der unmittelbaren Umgebung der optisch aktiven Komponente auf einfache Weise ausgeführt werden. Die optisch aktive Komponente, mittels welcher die Abdeckvorrichtung zusammenwirken kann, kann beispielsweise einen Filter, einen Strahlteiler, einen statischen Spiegel, ein um mindestens eine Drehachse verstellbaren Spiegel, ein Gitter und/oder einen CCD-Detektor umfassen. Die optisch aktive Komponente ist jedoch nicht auf die hier aufgezählten Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist kostengünstig ausführbar. Ebenso ist das Herstellungsverfahren serientauglich. Im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Stand der Technik ist es bei der Ausführung des Herstellungsverfahrens nicht notwendig, eine als Abdeckvorrichtung ausgebildete Glasabdeckung geneigt zu einem Trägersubstrat auszurichten. Somit entfällt die Notwendigkeit, die Glasabdeckung mit Stützteilen unterschiedlicher Höhen auszustatten und einen vergrößerten Stauraumbedarf und/oder ein höheres Beschädigungsrisiko der geneigt ausgerichteten Glasabdeckung in Kauf zu nehmen. Des Weiteren ist es beim Ausführen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens nicht notwendig, dreidimensionale Oberflächenstrukturen auf einer als Fensterdeckel ausgebildeten Abdeckvorrichtung zu bilden, was entweder sehr teuer ist und/oder kaum die erforderliche optische Güte gewährleistet. Ein Wafer mit einer derartigen dreidimensionalen Oberflächenstruktur kann außerdem bei der Prozessierung leicht beschädigt werden. Demgegenüber gewährleistet die vorliegende Erfindung ein kostengünstiges und großserientaugliches Herstellungsverfahren.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
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1A bis 1D schematische Darstellungen eines Substrats zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens, wobei in den 1Aa bis 1Da Draufsichten auf das Substrat gezeigt sind, in den 1Ab bis 1Db Querschnitte durch das Substrat entlang einer ersten Achse gezeigt sind und in den 1Ac bis 1Dc Querschnitte durch das Substrat entlang einer senkrecht zu der ersten Achse ausgerichteten zweiten Achse gezeigt sind;
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2A und 2B schematische Draufsichten auf eine Platte aus einem lichtdurchlässigen Material zum Erläutern von zwei Ausführungsbeispielen zu Herstellen eines Fensters für das Herstellungsverfahren;
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3 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels zu Bestücken eines Wafers mit Fenstern für das Herstellungsverfahren; und
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4A und 4B zeigen eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels zum Bestücken eines Wafers mit Fenstern für das Herstellungsverfahren.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1A bis 1D zeigen schematische Darstellungen eines Substrats zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens, wobei in den 1Aa bis 1Da Draufsichten auf das Substrat gezeigt sind, in den 1Ab bis 1Db Querschnitte durch das Substrat entlang einer ersten Achse gezeigt sind und in den 1Ac bis 1Dc Querschnitte durch das Substrat entlang einer senkrecht zu der ersten Achse ausgerichteten zweiten Achse gezeigt sind.
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1Aa zeigt eine Draufsicht auf ein Substrat 10. Dargestellt ist in 1Aa der Bereich des Substrats 10, welcher nach dem Ausführen der im Weiteren beschriebenen Verfahrensschritte beispielsweise als Abdeckvorrichtung eines einzelnen mikro-opto-mechanischen Bauteils, insbesondere eines einzelnen Chips, verwendbar ist. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Ausführbarkeit der im Weiteren beschriebenen Verfahrensschritte nicht auf ein (vereinzeltes) Herstellen einer für lediglich ein mikro-opto-mechanisches Bauteil einsetzbaren Abdeckvorrichtung beschränkt ist. Stattdessen sind die beschriebenen Verfahrensschritte auch großserientauglich und können somit an einem Wafer, beispielsweise einem Kappenwafer, zur gemeinsamen Herstellung einer Vielzahl von Abdeckvorrichtungen für ein gleichzeitiges Verkappen einer Mehrzahl von mikro-opto-mechanischen Bauteilen ausgeführt werden. Als Substrat 10 kann somit auch ein Wafer verwendet werden, an welchem die nachfolgend beschriebenen Komponenten in einer Vielzahl ausbildbar sind. Die bildliche Darstellung der im Weiteren beschriebenen Verfahrensschritte an dem Substrat 10 für die Abdeckung lediglich eines mikro-opto-mechanischen Bauteils erfolgt nur der besseren Anschaulichkeit wegen.
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Das Substrat 10 kann ein Halbleitermaterial, wie beispielsweise Silizium, umfassen. Insbesondere kann das Substrat 10 vollständig aus einem Halbleitermaterial, insbesondere aus Silizium, bestehen. Anstelle eines Substrats 10 aus einem Halbleitermaterial, bzw. einem Halbleiterwafer, kann für die nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritte jedoch auch ein Substrat 10 aus einem anderen Material, wie beispielsweise aus einem Metall oder einem Kunststoff, oder ein Substrat 10 umfassend mindestens ein Halbleitermaterial, ein Metall und/oder einen Kunststoff, eingesetzt werden.
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1Ab zeigt einen Querschnitt durch das Substrat 10 entlang einer Achse A-A'. In 1Ac ist ein weiterer Querschnitt durch das Substrat 10 entlang einer senkrecht zu der Achse A-A' ausgerichteten Achse B-B' dargestellt. Die von den beiden Achsen A-A' und B-B' aufgespannte Fläche entspricht der Flächenausdehnung des Substrats 10.
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Eventuell wird mindestens eine Vertiefung 14 und 16 in einer ersten Seite des Substrats 10, welche nachfolgend als Innenseite 12 des Substrats 10 bezeichnet wird, gebildet. Bevorzugter Weise wird die mindestens eine Vertiefung 14 und 16 in diesem Verfahrensschritt nicht als durch das Substrat 10 durchgehende Aussparung gebildet. Die mindestens eine Vertiefung 14 und 16 kann beispielsweise über einen Ätzschritt, wie ein KOH-Ätzen, oder Trenchen gebildet werden. Als Alternative zu einem Ätzschritt ist auch ein (mechanisches) Material-Abtragverfahren, wie beispielsweise ein Sandstrahl-Verfahren, ein mechanisches Bohr-Verfahren und/oder ein Schleif-Verfahren, zum Bilden der mindestens einen Vertiefung 14 und 16 ausführbar. Ebenso kann die mindestens eine Vertiefung 14 und 16 mittels eines Lasers an der Innenseite 12 ausgebildet werden. Das hier beschriebene Verfahren ist jedoch nicht auf das Ausbilden mindestens einer Vertiefung 14 oder 16 in die erste Seite des Substrats beschränkt.
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Mittels der mindestens einen Vertiefung 14 und 16 kann mindestens ein an der Innenseite 12 hervorstehendes Befestigungsteil 18 als Untereinheit der späteren Abdeckvorrichtung gebildet werden. Mittels des mindestens einen Befestigungsteils 18 kann die spätere Abdeckvorrichtung an einer vergleichsweise kleinen Befestigungsfläche eines (nicht dargestellten) Funktionsträgers eines mikro-opto-mechanischen Bauteils angeordnet/befestigt werden. Insbesondere kann das mindestens eine Befestigungsteil 18 so ausgebildet werden, dass es die mindestens eine Vertiefung 14 und 16 umrahmt. Damit kann an der Innenseite 12 des Substrats 10/der späteren Abdeckvorrichtung mindestens ein Freiraum gebildet werden, in welchen mindestens eine Komponente des später daran angeordneten Funktionsträgers hineinragen kann. Als Beispiele für eine derartige Komponente des Funktionsträgers sind ein Mikrospiegel 20 und Bondpads 22 dargestellt. Der Mikrospiegel 20 und die Bondpads 22 sind jedoch nur mögliche Beispiele für geeignete Komponenten des an der späteren Abdeckvorrichtung anordbaren Funktionsträgers. Beispielsweise kann der Funktionsträger anstelle oder als Ergänzung zu dem Mikrospiegel 20 auch eine anders ausgebildete optisch aktive Komponente, wie beispielsweise einen Filter, einen Strahlteiler, einen CCD-Detektor und/oder ein Gitter aufweisen. Anstelle oder als Ergänzung zu den Bondpads 22 kann der Funktionsträger auch einen anders ausgebildeten elektrischen Kontakt haben.
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Der Mikrospiegel 20, die Bondpads 22, die andere optisch aktive Komponente und/oder der anders ausgebildete elektrische Kontakt kontaktieren vorzugsweise das Substrat 10/die spätere Abdeckvorrichtung nicht direkt. In diesem Fall gehören der Mikrospiegel 20, die Bondpads 22, die andere optisch aktive Komponente und/oder der anders ausgebildete elektrische Kontakt nicht zur späteren Abdeckvorrichtung selbst dazu, bzw. berühren diese nicht. Stattdessen können der Spiegel 20, die Bondpads 22, die andere optisch aktive Komponente und/oder der anders ausgebildete elektrische Kontakt den später an der fertig hergestellten Abdeckvorrichtung angeordneten Funktionsträger (direkt) kontaktieren. Das Einzeichnen des Mikrospiegels 20 und der Bondpads 22 in die im Weiteren beschriebenen Figuren dient lediglich der Veranschaulichung einer vorteilhaften Lage und Ausdehnung der an dem Substrat 10 ausgebildeten Strukturen und dem besseren Verständnis der nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritte.
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Nach dem Bilden der mindestens einen Vertiefung 14 und 16 weist das Substrat eine Maximaloberfläche 24 auf, welche bevorzugter Weise glatt ausgebildet ist, und deren. Flächeninhalt größer oder gleich einem Einzel-Flächeninhalt jeder anderen Oberfläche des Substrats 10 ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht die Maximaloberfläche 24 einer von der Innenseite 12 weggerichteten (glatt ausgebildeten) Außenseite 26 des Substrats 10. Das hier beschriebene Verfahren ist jedoch nicht auf eine glatte Ausbildung der Außenseite 26 beschränkt. Stattdessen kann die Maximaloberfläche 24 auch ein Teilbereich der Außenseite 26 oder eine Bodenfläche der mindestens einen Vertiefung 14 und 16 sein.
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1Ba bis 1Bc zeigen das Substrat 10 nach einem Bilden mindestens einer durch das Substrat 10 durchgehenden Aussparung 28 und 30. Mindestens eine durchgehende Aussparung 28 wird als optischer Zugang für eine optisch aktive Komponente, wie beispielsweise den Mikrospiegel 20, gebildet. Als Ergänzung kann auch noch mindestens eine weitere durchgehende Aussparung 30 für eine Kontaktierung des optionaler Weise vorliegenden elektrischen Kontakts des späteren Funktionsträgers, wie beispielsweise zur Kontaktierung der Bondpads 22, ausgebildet werden. Bevorzugter Weise entspricht die flächige Ausdehnung der mindestens einen durchgehenden Aussparung 28 für den optischen Zugang parallel zu der Maximaloberfläche 24 einer optisch aktiven Fläche der optisch aktiven Komponente, beispielsweise einer Spiegelfläche des Mikrospiegels 20. Zum Bilden der mindestens einen durchgehenden Aussparung 28 und 30 kann beispielsweise mindestens ein Ätzschritt ausgeführt werden.
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In einem weiteren Verfahrensschritt kann die mindestens eine durchgehende Aussparung 28 für den optischen Zugang an einer Seite so erweitert werden, dass die durchgehende Aussparung eine Verengung 32 aufweist, welche zwischen der Außenseite 26 und der Innenseite 12 in die durchgehende Aussparung 28 hineinragt. Dazu kann ein Ätzschritt ausgeführt werden. Ein mögliches Ergebnis des Ätzschrittes ist in den 1Ca bis 1Cc gezeigt, wobei die Erweiterung der mindestens einen durchgehenden Aussparung 28 für den optischen Zugang an der Außenseite 26 ausgebildet ist. Dies ist für ein späteres Bestücken der mindestens einen durchgehenden Aussparung 28 für den optischen Zugang von der Außenseite 26 vorteilhaft. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass bei einem späteren Bestücken der mindestens einen durchgehenden Aussparung 28 für den optischen Zugang von der Innenseite die Erweiterung auch an der Innenseite 12 ausbildbar ist.
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In beiden Fällen ist die Verengung 32 als Fenstersitz 34 ausbildbar, welcher in die mindestens eine durchgehende Aussparung 28 für den optischen Zugang hineinragt. Der Fenstersitz 34 weist mindestens eine zu der Seite zum Bestücken, in der Darstellung der Außenseite 26, ausgerichtete Befestigungsfläche 36 auf. Das Verbreitern jeder der durchgehenden Aussparungen 28 für den optischen Zugang an der Seite zum Bestücken erfolgt vorzugsweise so, dass eine senkrecht zu der Seite zum Bestücken verlaufende Trennfläche 35 definierbar ist, welche die verbreiterte durchgehende Aussparung 28 in zwei Teile unterteilt, wobei die durchgehende Aussparung 28 in einem ersten Verbreiterungsbereich 38a in einem ersten Teil der beiden Teile schneller und/oder tiefer geätzt wird als in einem anderen zweiten Verbreiterungsbereich 38b in einem anderen zweiten Teil der beiden Teile. Man kann den dabei ausgeführten Verfahrensschritt auch so umschreiben, dass in der mindestens einen durchgehenden Aussparung 28 für den optischen Zugang eine Senkung mit einer zu der Maximaloberfläche 24 geneigten Stirnfläche als eine Befestigungsfläche 36 für einen Fenstersitz 34 gebildet wird.
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Bevorzugter Weise wird das angewandte Verbreiterungsverfahren so ausgeführt, dass der mindestens eine dabei gebildete Fenstersitz 34 ringförmig in die zugeordnete durchgehende Aussparung 28 hineinragt. Durch die ungleiche Ätzung in den Verbreiterungsbereichen 38a und 38b wird die Befestigungsfläche 36 des mindestens einen gebildeten ringförmig Fenstersitzes 34 geneigt zu der Maximaloberfläche 24 ausgebildet. Die Befestigungsfläche 36 des mindestens einen gebildeten ringförmigen Fenstersitzes 34 ist somit nicht-parallel und nicht-senkrecht zu der Maximaloberfläche 24 ausgerichtet.
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Auch bei einer nicht-ringförmigen Ausbildung des Fenstersitzes 34 kann dieser mehrere voneinander getrennte Abschnitte mit mehreren Befestigungsflächen 36 aufweisen, welche aufgrund der vorausgehend beschriebenen Erweiterung mit unterschiedlichen Tiefen in einer Ebene liegen, welche geneigt, d. h. nicht-parallel und nicht-senkrecht zu der Maximaloberfläche 24, ausgerichtet ist.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird mindestens ein (optisches) Fenster 40 innerhalb der mindestens einen durchgehenden Aussparung 28 für den optischen Zugang geneigt zu der Maximaloberfläche 34 des Substrats 10 angeordnet (Bestückung). Zwischen einer Mittelfläche 41 jedes Fensters 40, welche sich entlang der Flächenausdehnung des Fensters 40 erstreckt, und der Maximaloberfläche 34 des Substrats 10 liegt somit ein Neigungswinkel α zwischen 0° und 90° vor. Auch die Fensterflächen 44a und 44b jedes Fensters 40 können in dem Neigungswinkel a zwischen 0° und 90° zu der Maximaloberfläche 34 des Substrats 10 liegen.
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Vorzugsweise wird das mindestens eine Fenster 40 an jeweils einem Fenstersitz 34, insbesondere an dessen mindestens einer Befestigungsfläche 36, befestigt. Auf diese Weise ist nach einer Anordnung des mindestens einen Fensters 40 an jeweils einem Fenstersitz 34 ohne einen zusätzlichen Arbeitsaufwand gewährleistet, dass das mindestens eine Fenster 40 geneigt zu der Maximaloberfläche 34 des Substrats 10 ausgerichtet ist. Anstelle eines Anordnens des mindestens einen Fensters 40 an jeweils einem Fenstersitz 34 kann auch ein zwischen den beiden Fensterflächen 44a und 44b liegender Rand des mindestens einen Fensters 40 eine Seitenwand der durchgehenden Aussparung 28 kontaktieren.
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Das mindestens eine Fenster 40 besteht vorteilhafter Weise aus einem lichtdurchlässigen Material mit einem Brechungsindex ungleich dem Luft-Brechungsindex. Bevorzugter Weise ist die Außenkontur des mindestens einen Fensters 40 ein Dreieck, ein Viereck und/oder ein Sechseck. Vorteilhafte Formen des mindestens einen Fensters 40 sind unten noch genauer beschrieben.
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Bevorzugter Weise wird das mindestens eine Fenster 40 hermetisch mit dem Substrat 10 verbunden. Dies ist gewährleistbar, indem das mindestens eine Fenster 40 vor einem Einsetzen in die mindestens eine durchgehende Aussparung 28 für den optischen Zugang, vorzugsweise vor einem Heraustrennen des mindestens einen Fensters 40 aus einer Platte eines lichtdurchlässigen Materials, mit einem geeigneten Fügemittel 42 versehen wird. Als Fügemittel 42 kann ein Glaslot oder ein Kleber verwendet werden. Zur Gewährleistung einer hermetischen Verbindung des mindestens einen Fensters 40 an das Substrat 10 kann das Fügemittel ringförmig aufgetragen werden. Insbesondere kann das Fügemittel 42 als Glaslot- oder Kleberraupe auf dem mindestens einen Fenster 40 abgeschieden werden. Optional wird das Fügemittel 42 vor dem Einsetzen des Fensters 40 in die mindestens eine durchgehende Aussparung 28, insbesondere vor dem Heraustrennen des mindestens einen Fensters 40 aus der Platte des lichtdurchlässigen Materials, aufgeschmolzen, bzw. vorgehärtet.
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Vorteilhafte Verfahrensschritte zum Bestücken der mindestens einen durchgehenden Aussparung 28 für den optischen Zugang mit dem mindestens einen Fenster 40 werden unten noch genauer beschrieben. 1Da bis 1Dc zeigen das Substrat 10 nach dem Bestücken mit dem Fenster 40.
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Man kann das Anordnen des mindestens einen Fensters 40 in der mindestens einen durchgehenden Aussparung 28 für den optischen Zugang auch so umschreiben, dass das Fenster 40 in einem Aussparungsvolumen der zugeordneten. Aussparung 28 angeordnet wird, welche von einer definierbaren ersten Ebene eines ersten Randbereichs 46a einer Seitenwand der zugeordneten Aussparung 28 an einem der Außenseite 24 zugewandten Ende und einer definierbaren zweiten Ebene eines zweiten Randbereichs 46b der Seitenwand der zugeordneten Aussparung 28 an einem der Innenseite 12 zugewandten Ende begrenzt wird. Somit ist gewährleistet, dass das mindestens eine in dem Substrat 10 versenkt angebrachte Fenster 40 auch in allen nachfolgenden Handlings- und Prozessschritten vor einer Beschädigung, wie insbesondere einem Verkratzen, und/oder vor einer Beschmutzung geschützt ist.
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Das als Abdeckvorrichtung fertig hergestellte Substrat 10 kann in einem weiteren (nicht beschriebenen) Verfahrensschritt mit mindestens einem Funktionsträger für mindestens ein mikro-opto-mechanisches Bauteil verbunden werden. Dabei können standardgemäße Verbindungsverfahren der Mikromechanik, welche auch als Bondverfahren bezeichenbar sind, eingesetzt werden. Beispielsweise kann als Bondverfahren ein Bonden mit Glaslot oder Kleber, ein eutektisches Bonden und/oder ein anodisches Bonden angewandt werden. Das Befestigen der Abdeckvorrichtung an dem Funktionsträger ist somit mit einem geringen Aufwand und unter Verwendung eines kostengünstigen Verfahrensschritts ausführbar.
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Insbesondere kann ein Wafer aus einer Vielzahl von fertig gebildeten Abdeckvorrichtungen/Substraten 10 mit einer Vielzahl von (optischen) Fenstern 40, Vertiefungen 14 und 16 und durchgehenden Aussparungen 28 und 30, der als Kappenwafer bezeichenbar ist, mit einem Wafer aus Funktionsträgern umfassend einer Vielzahl von optisch aktiven Komponenten (MEMS oder MOEMS-Wafer) im Waferverbund aneinandergefügt werden. Dazu wird der Kappenwafer zum Funktionswafer justiert und mit diesem zusammengefügt. Bei der Justage können die einzelnen Wafer so zueinander ausgerichtet werden, dass ein durch ein Fenster 40 fallender Lichtstrahl auf eine zugeordnete optische Komponente auftrifft und/oder ein von einer optischen Komponente weggerichteter Lichtstrahl durch ein zugeordnetes Fenster fällt. Entsprechend können auch die Kontaktteile des Funktionsträgers geeignet zu den durchgehenden Aussparungen 30 für die elektrische Kontaktierung, beispielsweise zum Anschließen von dünnen Drähten, justiert werden. Diese Justage ist mit kostengünstigen Anlagen/Alignern ausführbar. Das nachfolgende Zusammenfügen kann über mindestens eines der oben aufgezählten Bondverfahren erfolgen. Ein spezifischer Vorteil eines angewandten anodischen Bondens ist die fügemittelfreie Verbindung zwischen einem Glas- und einem Silizium-Material. Es ist auch ein Waferbond-Verfahrensschritt anwendbar, bei welchem der Kappenwafer und ein Wafer mit Funktionsträgern mit einem hohen mechanischen Druck gegeneinander gepresst werden, da das mindestens eine Fenster 40 durch seine versenkte Anordnung vor einer Druckbeschädigung verlässlich geschützt ist.
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Das Vereinzeln einer Vielzahl von Chips aus den zusammengefügten Wafern kann mittels nur eines Sägeschritts erfolgen. Bei Glas-Silizium-Verbundwafern muss üblicherweise zuerst das Glas in einem ersten Sägeschritt mit einem niedrigem Vorschub und großen Ausbrüchen gesägt werden, während nach einem Umlaminieren des Waferverbunds in einem zweiten Sägeschritt mit einem hohem Vorschub und kleinen Ausbrüchen das Silizium mit einem anderen Sägeblatt gesägt wird. Das durch die erfindungsgemäße Technologie bei den zusammengefügten Wafern mit dem Substrat 10 ausführbare Vereinzeln in einem einzelnen Sägeschritt ohne ein Umlaminieren, mit hohem Vorschub und kleinen Ausbrüchen bedeutet somit eine erhebliche Kosteneinsparung gegenüber herkömmlichen Glas-Silizium-Kappenwafern. Außerdem ist eine zusätzliche Chipfläche durch schmälere Sägestraßen gewährleistet.
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Die in den vorhergehenden Absätzen beschriebene Reihenfolge der Verfahrensschritte ist nur beispielhaft ausgeführt. Es wird darauf hingewiesen, dass ein Abweichen von dieser Reihenfolge auch möglich ist.
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Ausführungsbeispiele für die Abdeckvorrichtung und ein mikro-opto-mechanisches Bauteil mit einem Funktionsträger mit einer daran angeordneten optisch aktiven Komponente und einer an dem Funktionsträger angeordneten Abdeckvorrichtung sind anhand der vorausgehend beschriebenen Verfahrensschritte und den 1Da bis 1Dc erläutert. Auf eine zusätzliche Beschreibung einer Ausführungsform der Abdeckvorrichtung oder des damit ausgestatteten mikro-opto-mechanischen Bauteils wird deshalb hier verzichtet.
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2A und 2B zeigen schematische Draufsichten auf eine Platte aus einem lichtdurchlässigen Material zum Erläutern von zwei Ausführungsbeispielen zu Herstellen eines Fensters für das Herstellungsverfahren.
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In beiden Ausführungsformen wird eine Vielzahl von Fenstern 40 aus einer Platte 50 eines lichtdurchlässigen (transparenten) Materials mit einem Brechungsindex ungleich dem Luftbrechungsindex, wie beispielsweise Glas oder Kunststoff, herausgetrennt. Als Platte 50 kann beispielsweise auch ein dünner, ebener Glaswafer verwendet werden. Bevorzugter Weise weist eine derartige Platte 50 mindestens eine optisch hochwertige Oberfläche auf.
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Optionaler Weise kann vor dem Vereinzeln mindestens eine Oberfläche der Platte 50 mit mindestens einer optischen Schicht, wie beispielsweise einer Anti-Reflex-Schicht, versehen werden. Vor dem Vereinzeln der Platte 50 kann auch ein Fügemittel 42, beispielsweise ein Glaslot oder ein Kleber, auf die Flächen der späteren Fenster 40 aufgebracht werden. Zum Aufbringen des geeigneten Fügemittels 42 kann ein Siebdruckverfahren angewandt werden. Das Fügemittel 42 kann insbesondere ringförmig, wie als Glaslot- oder Kleberraupe, aufgebracht werden. Optional wird das Fügemittel danach aufgeschmolzen, bzw. vorgehärtet.
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Zum Vereinzeln können die (optischen) Fenster 40 aus der Platte 50 herausgesägt werden. Somit ist das in der Halbleiterindustrie übliche kostengünstige Verfahren des Wafersägens anwendbar. Die Fenster 40 können mit einer sechseckigen Kontur ausgebildet werden, sodass sie zwei sechseckige Fensterflächen 44a und 44b aufweisen. In diesem Fall ist eine gute Ausbeute an Fenstern 40 gleichzeitig mit einem im Verhältnis zu den Einzelflächen der Fensterflächen 44a und 44b großflächigen Rand zum Aufbringen des Fügemittels 42 gewährleistet. Die sechseckige Kontur ist einfach ausbildbar, indem das Sägen der Platte 50 entlang dreier zueinander geneigt ausgerichteter Sägestraßen 52a, 52b und 52c ausgeführt wird. Vorzugsweise ist jede der drei Sägestraßen 52a, 52b und 52c um einen Sägewinkel β gleich 60° geneigt zu den beiden anderen Sägestraßen 52a, 52b und 52c ausgerichtet.
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In dem Beispiel der 2A werden die Fensterflächen 44a und 44b als gleichkantige Sechsecke ausgebildet. Die Außenkanten 54 der Fensterflächen 44a und 44b haben somit die gleiche Länge. Dies gewährleistet insbesondere ein Material sparendes Heraussägen der Fenster 40.
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Ebenso kann die Form der Fensterflächen 44a und 44b so gebildet werden, dass zwei gegenüberliegende Außenkanten 56 länger als die übrigen vier gleichlangen Außenkanten 58 der Fensterflächen 44a und 44b sind (siehe 2B). In diesem Fall ist durch die ”Verlängerung” des Fensters entlang der längeren Außenkanten 56 eine große Neigung des an dem Substrat angeordneten Fensters 40 auch bei einer geringen Dicke des Fenstersitzes realisierbar.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels zum Bestücken eines Wafers mit Fenstern für das Herstellungsverfahren.
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Die Fenster 40 können nacheinander, beispielsweise über ein Pick&Place-Verfahren, in je eine durchgehende Aussparung 28 eines Wafers 60 eingebracht werden. Dies ist ausführbar, ohne dass ein Verkratzen der Fenster 40 zu befürchten ist. Bevorzugter Weise wird beim Einbringen jedes Fensters 40 in die zugeordnete durchgehende Aussparung 28 die Fensterfläche mit dem (nicht dargestellten) Fügemittel zu der Befestigungsfläche des Fenstersitzes 34 ausgerichtet. Ergänzend können die Fenster 40 und der Wafer 60 über eine mit (nicht skizzierten) Ansaugöffnungen versehen Ansaugplatte 62 unterhalb des Wafers 60 mechanisch fixiert werden. Beim Ansaugen kann der Wafer 60 so aufgeheizt werden, dass das Fügemittel erweicht und beide Fügepartner benetzt. Die gekoppelt an das Erweichen des Fügemittels ausgeführte Ansaugung der Fenster 40 bewirkt eine Verformung/Quetschung des Fügemittels, sodass beide Fügepartner verlässlich mit dem Fügemittel benetzt werden. Das Fügemittel erhärtet anschließend bei Abkühlung.
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4A und 4B zeigen eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels zum Bestücken eines Wafers mit Fenstern für das Herstellungsverfahren.
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In einem vorausgehenden Verfahrensschritt wird das mindestens eine Fenster 40 auf einen Werkstückträger 64 aufgesetzt (siehe 4A). Das mindestens eine Fenster 40 wird dabei nicht beschädigt. Bevorzugter Weise weist der verwendete Werkstückträger 64 eine zu dem Fenstersitz 34 und der gewünschten Neigung des mindestens einen Fensters 40 korrespondierende Oberflächenstruktur auf. Die Fenster 40 können jedoch auch aus der Ebene des Werkstückträgers 64 herausragen.
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Nach der Bestückung des Werkstückträgers 64 mit dem mindestens einen Fenster 40 kann der Wafer 60 an dem Werkstückträger 64 so angeordnet/justiert werden, dass die Seite zum Befüllen der mindestens einen durchgehenden Aussparung 28, bzw. jede Befestigungsfläche eines Fenstersitzes des Wafers 60, zu dem Werkstückträger 64 hin ausgerichtet ist. Für die Ausrichtung des Werkstückträgers 64 und des Wafers 60 können kommerziell verfügbare Anlagen, wie beispielsweise ein Aligner, verwendet werden. Anschließend können die Fenster 40 in einer handelsüblichen Anlage zum Waferbonden unter erhöhter Temperatur und/oder einem mechanischen Andruck an den Wafer 60 gebondet werden. Bei dem in 4B dargestellten Bondvorgang ist apparativ und konstruktiv sichergestellt, dass die Fensterflächen des mindestens einen Fensters 40 nicht beschädigt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1688776 A1 [0002]
- US 2007/0024549 A1 [0003]
