JP6388644B2 - 筐体内に密閉封止してはんだ付けすることができる窓要素を製造するための方法、および前記方法によって製造された自由形状窓要素 - Google Patents

Description

本発明は、筐体内に密閉してはんだ付けすることができる、光学コーティングを備えた窓要素を製造するための方法、および、その方法によって製造された自由形状窓要素を対象とする。このタイプの窓要素は、光学機能、特にスペクトル機能を確保しながら、放射線検出器または放射源の筐体を密閉（真空気密）して閉じるのに特に適している。

迷光または干渉放射線が、バリア層および相互拡散層を備えた改善された接着層システム（接着層組織）の構成に侵入するのを防ぐ、密閉してはんだ付けすることができる窓要素を製造するための方法が、特許文献１の先行技術で知られている。製造される窓要素は、長方形のため作業しやすい枠状の部分領域から得られるが、表面を最小化したセンサまたは検出器のビーム幅角度の制限に対して限定される。したがって、寸法が小さいエリアセンサまたは画像検出器の場合には、このように製造された窓要素は、既存の筐体への適応については制限され、品質が低下する。

さらに、特許文献２は、チップキャリア上に実装された発光半導体チップと、半導体チップ上に少なくとも部分的に透過性のカバープレートを有するカバー要素と、半導体チップを横方向に囲むためのフレーム部とを外装しているオプトエレクトロニクス半導体モジュールを開示している。カバープレートおよびフレーム部は、接合層なしで陽極接合によって互いに接続される。次いで、フレーム部とチップキャリアは従来の金属チップキャリアとキャップのように、はんだ付けによって接続することができる。

さらに、円形窓要素を個別に製造し、これらの円形窓要素を意図した目的に応じて筐体に接着剤で付けることも知られている。

しかしながら、個別生産の関連取扱費用および窓寸法に対する制限において欠点がある。したがって、小さい寸法（１ｍｍ〜５ｍｍ）のエリアセンサ、画像検出器および内視鏡の個別生産は非常に困難であり、したがって、この種の方法は連続生産に適さない。さらに、これらの要素は極めて誤動作しやすく、ひいては高コストでもある。さらに、接着剤で付けられた窓要素の場合には、接着剤における透過率（ガス透過率）が、１００パーセントの密閉気密（真空コンプライアンス）接合を要求するシステムの長期安定性に悪影響を及ぼす。接着剤で付けられた窓では、準密閉接合しか生じ得ない。対照的に、はんだ付けされた窓要素では、長期安定性を有する密閉気密で、耐熱性のあるシステムを構成することができる。

この背景を鑑み、本発明の目的は、筐体内に密閉してはんだ付けすることができ、交番熱負荷の下でさえ長期にわたって信頼性がある、金属筐体との密閉気密または真空気密のはんだ接続を可能にし、また光学コーティングの層システムへの迷放射線および干渉放射線の侵入を最小限にする、光学コーティングを備えた光学窓要素の製造のより良好な可能性を見つけることである。

独国特許第１０２００５０２４５１２号明細書 独国特許出願公開第１０２００７０３９２９１号明細書

本目的のためには、光透過性で平坦な基板材料からなる可撓性の形状変形例を有する窓要素（自由形状窓）であって、１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲の要求される小型形式でコスト効率良く製造することができ、密閉（真空気密）してはんだ付けすることができ、かつ上記用途に対して長期にわたって安定している窓要素を提供することが可能であるべきである。

本発明の意味において、光学窓の「自由形状面」とは、平坦な基本形状に対して面平行であることが好ましいが、特定の場合には、一体型光学レンズおよび／またはフィルタ機能も備え、表面輪郭形状が円形、楕円形、三日月形、例えば三角形、長方形、多角形などの多角形であり、または半円、３分の１の円、もしくは４分の１の円などを形成するように形成される窓要素を意味する。形状はすべて、角を丸くして形成し得ることも好ましい。輪郭形状はまた、窓要素の使用目的に応じて自由に画定することができる。

複数の窓要素に十分な寸法付けを有する光透過性で平坦な基板材料を備えた、筐体内に密閉してはんだ付けすることができる窓要素を製造するための方法では、上述の目的が、本発明によって連続的に以下のステップを経て達成される。
ａ）光透過性で平坦な基板材料の少なくとも１つの表面に、少なくとも１つの光学コーティングを塗布するステップと、
ｂ）光学コーティングを、犠牲層を意味する、エッチング可能な層である保護層でコーティングするステップと、
ｃ）基板材料から保護層および光学コーティングを選択的に除去するステップであって、任意の幾何形状を有する窓要素を得るために、少なくとも１つの要求された光学活性自由形状面が、少なくとも１つの光学活性自由形状面の周囲を取り囲む縁領域において高エネルギー放射線の有向加工ビームで局部的に機械加工することによってアブレーションされ、その結果、保護層が、少なくとも１つの要求された光学活性自由形状面を完全に覆うマスクとして光学コーティング上に残るステップと、
ｄ）高エネルギー放射線の有向加工ビームによって、局部的に機械加工された周縁領域に沿って基板材料の一部をアブレーションし、その結果、所定の粗さを有する少なくとも１つの下段部が、基板材料の局部的に機械加工された縁領域において形成され、少なくとも１つの段部が、光学コーティングが配置される基板材料の高さレベルから、光学コーティングの単一層の厚さ分よりも下に位置するステップと、
ｅ）保護層によって覆われた光学コーティングを有し、少なくとも１つの窓要素の局部的に機械加工された周縁領域を有する基板材料の表面を、はんだ層システムにより金属被覆することによって、コーティングするステップと、
ｆ）光学コーティングではなく保護層にのみ、またはんだ層システムには最小限でのみ選択的に作用するエッチング工程によって、光学コーティング上の金属被覆を除去し、その結果、保護層に接着するはんだ層システムの金属被覆が、アンダカットによってリフトオフされ、はんだ層システムが、光学活性自由形状面を取り囲む局部的に機械加工された周縁領域上にのみ残るステップ。

有利には、有向加工ビームとして、レーザビーム、粒子ビームまたは電子ビームを使用することができる。

好ましい実施形態では、基板材料の局部的に機械加工された周縁領域のアブレーション中に、高エネルギー放射線の有向加工ビームによって、基板材料は、少なくとも１つの下段部、ならびに、半径Ｒが５０μｍ〜１５０μｍの丸い縁部を内縁領域および外縁領域に有し、その結果、ステップｅ）において、はんだ層システムで完全にコーティングすることによって、局部的に機械加工された周縁領域と、続いて施されるはんだ層のはんだのための追加の縁被覆部との低張力金属被覆が得られる。

望ましくは、局部的に機械加工された縁領域は、洗浄工程によって、緩い、かつ緩く接着している材料を除去し、最大でＲａ_ｍａｘ＝２．５μｍである所定の表面粗さが調整される。洗浄工程は、レーザビーム、粒子ビーム、電子ビーム、ガラス玉またはエッチング液で機械加工することによって実行し得ることが好ましい。

技術効率の目的、およびデパネリング技術に関する理由から、複数の窓要素がウェハ形の基板材料上に製造されることが好ましい。

この目的のために、個々の窓要素は、ステップｆ）において光学コーティングから金属被覆が除去された後に、切断線に沿って基板材料から切り取られることが好ましい。

代替変形例では、個々の窓要素はまた、ステップｄ）において窓要素の縁領域が除去された直後に、切断線に沿って基板材料から切り取ることができる。

両変形例では、窓要素は、おもて側から切断線に沿って基板材料を切断することによって切り取ることが望ましく、おもて側とは、はんだ付け可能な金属被覆のための基板材料の表面である。

このことは、基板材料を切断する前に、切断線に対応して延在する弱化部が基板材料の裏側に導入される場合に有利であることが分かる。この目的のために、支持基板をさらに設けることができ、基板材料は、すべての窓要素について接着剤で支持基板に固定することができる。

窓要素は、高エネルギー放射線の有向加工ビームを切断線上で繰り返し移動させることによって、有向加工ビームで切り取ることができ、同時に、必要半径Ｒの丸い縁部を切断線に沿って生成し得ることが望ましい。

丸い縁部に加えて、有向加工ビームを切断線上で繰り返し移動させることによって、窓要素を切り取る時に、窓要素の表面法線に向かって内側に傾く傾斜側面を生成することができる。

さらなる好ましい実施形態では、有向加工ビームを切断線上で繰り返し移動させることによる窓要素の切取りは、有向加工ビームによって行われる基板材料の下段部におけるアブレーションと直接関連して行うことができ、その際、半径Ｒが２桁〜３桁のマイクロメートル範囲の丸い縁部を切断線に沿って製造することができる。

エッチング工程への光学コーティングの耐性および機械的応力を改善するために、光学コーティングの終止層として、窒化シリコン層、硫化亜鉛層もしくはＤＬＣ（ダイアモンド状炭素）層、または、シリコン、マグネシウム、アルミニウムの酸化物を含む層、または、イットリウム、イッテルビウム、バリウムのフッ化物を含む層、または、ゲルマニウムもしくはシリコンを含む半導体層を有利に使用することができる。

保護層およびリフトオフマスクとして、金属保護層が光学コーティング上に配置されることが好ましい。この目的のために、保護層は、アルミニウム、およびアルミニウム−シリコン合金、アルミニウム−マグネシウム合金、アルミニウム−リチウム合金などのアルミニウム合金、ならびに、ニッケル、およびニッケル−鉄合金を含む群からなる金属材料のうちの少なくとも１つで製造することができる。

さらに、厚いはんだ層システムの場合にリフトオフ工程が促進されることになっていれば、はんだ層システムで覆う前に金属保護層をポリマー層で補うことができる。しかしながら、保護層として、ポリマー層（例えば、フォトレジスト層）のみを光学コーティング上に配置することも可能である。

上述の目的は、先の方法変形例の１つまたは複数によって製造される、筐体内に密閉してはんだ付けするための筐体の任意形状アパーチャ用自由形状窓要素によってさらに達成される。

先の製造方法の１つまたは複数によって製造される筐体の任意形状アパーチャ用自由形状窓要素は、気密もしくは真空気密のオプトエレクトロニクス部品または電気光学部品を製造するために使用されることが好ましい。

本発明は、密閉はんだ接続の信頼性を高めるために既知の接着剤層を追加しても、交番熱負荷の下では要求される長期的結果が得られず、その結果、長期にわたる筐体−窓接合部の気密性を保証するためには、はんだコーティングと窓材料とがより密着しなければならず、さらに、このより高い密着性が光学フィルタ層にさらなる技術的負担を課すべきではなく、さらに、フィルタシステムの端部における望ましくない外来放射線（迷放射線および他の干渉放射線）を最小限にすべきであるという経験的な洞察に基づく。さらに、これまでの場合と同様に、窓形状は、長方形、正方形または円形の窓に限定されるべきではない。

本発明によれば、これらの問題は、高エネルギービーム（レーザビーム、電子ビームまたは粒子ビーム）を用いたビーム加工による縁領域における光学コーティングのアブレーションが窓の基板内へかなりの距離まで起こり（光学コーティングの厚さよりも大きい基板段部のアブレーション）、このアブレーションによって、要求された光学活性表面を「取り囲む」材料アブレーションと同時に任意形状の自由形状面を製造することができ、かつ所定のアブレーション表面の粗さが残っているはんだ層システムで金属被覆を直接施すことが可能となる点で解決される。このように、個々の窓要素の光学活性自由形状面におけるはんだ金属被覆の既知のリフトオフ方法は、予め光学コーティング上に配置されており、かつエネルギービーム加工に必要であり、したがって二重機能（保護層およびリフトオフマスク）を行う保護層のアンダカットだけに減る。

このようにして、一方では、接着剤層を備えた追加の全面的なコーティングは必要なく、その結果、はんだシステムのリフトオフ工程も単純化され、他方では、ビーム光学部品によって行われる光学コーティングのアブレーションが自由形状窓を可能にし、これによって、窓要素の基板縁部を（半径方向の）幅および深さにおいて丸くすることで、コーティングのない、さらに階段状の縁ゾーンを低張力ではんだ接続し得ることが達成される。基板段階は、密閉気密はんだ付け可能窓要素を製造するための方法を容易にし、同時に、密閉はんだ接続の長期信頼性を高めるために、決定された表面粗さを維持することによって追加のバリア層および相互拡散層を不要とする。

本発明は、交番熱負荷の下でさえ、長期信頼性のある金属筐体との密閉気密または真空気密はんだ接続を確実にし、その際、光学層システムへの迷放射線および干渉放射線の侵入も最小限にする光学窓要素の製造を可能にする。さらに、自由形状窓表面の製造は同時に、はんだ接続の長期安定性を高める縁部アブレーションのタイプによって可能となる。

本発明について、実施形態および図面を参照して以下に詳細に説明する。

光学コーティングおよびはんだ金属被覆を備えた窓要素を製造するための本発明による方法の基本的な変形例である。 複数の窓要素を製造するための方法の有利な実施形態である。 複数の窓要素を製造するための方法のさらなる好ましい実施形態である。 最も効率的なデパネリング技術用のウェハ形基板材料上の同一窓要素の配置である。 本発明によって製造された窓要素を備えた筐体キャップの斜視図、およびはんだ接続が終了した窓要素の縁領域における拡大詳細断面図である。 多様な用途向けの最も効率的なデパネリング技術用のウェハ形基板材料上の任意選択で可変である窓要素の好ましい配置である。 異なる光学コーティングを備えた異なる基板材料の窓要素についての、波長に対する特有の透過挙動であり、図７Ａは、波長範囲が３μｍ〜１１μｍのＡＲコーティング（反射防止コーティング）を備えたゲルマニウム基板である。 異なる光学コーティングを備えた異なる基板材料の窓要素についての、波長に対する特有の透過挙動であり、図７Ｂは、８μｍ〜１２μｍのロングパスフィルタを備えたシリコン基板である。 異なる光学コーティングを備えた異なる基板材料の窓要素についての、波長に対する特有の透過挙動であり、図７Ｃは、５．７μｍ〜７μｍのバンドパスフィルタを備えたフッ化バリウム基板である。

方法手順の概略図である図１による基本的な変形例では、筐体９内に密閉してはんだ付けすることができる窓要素６を製造するための方法は、以下のステップを含む。
ａ）光透過性で平坦な基板材料１の少なくとも１つの表面に、少なくとも１つの光学コーティング２を塗布するステップと、
ｂ）光学コーティング２を、犠牲層を意味する、エッチング可能な層である保護層３でコーティングし、この点でエッチングに強い光学コーティング２を得るステップと、
ｃ）基板材料１から保護層３および光学コーティング２を選択的に除去するステップであって、任意の幾何形状を有する窓要素６を得るために、少なくとも１つの要求された光学活性自由形状面６１が、少なくとも１つの光学活性自由形状面６１の周囲を取り囲む縁領域６２において高エネルギー放射線の有向加工ビーム４で局部的に機械加工することによってアブレーションされ、その結果、保護層３が、要求された光学活性自由形状面６１を完全に覆うマスクとして光学コーティング２上に残るステップと、
ｄ）高エネルギー放射線の有向加工ビーム４によって、局部的に機械加工された周縁領域６２に沿って基板材料の一部をアブレーションし、その結果、所定の粗さを有する少なくとも１つの下段部１１、１２が、基板材料１の局部的に機械加工された縁領域６２において形成され、段部１１が、光学コーティング２が配置される基板材料１の高さレベルから、光学コーティング２の単一層の厚さ分よりも下に位置するステップと、
ｅ）保護層３によって覆われた光学コーティング２を有し、少なくとも１つの窓要素６の局部的に機械加工された周縁領域６２を有する基板材料１の表面を、はんだ付け可能コーティングで金属被覆７を被せることによって、コーティングするステップと、
ｆ）光学コーティング２ではなく保護層３にのみ、また金属被覆７には最小限でのみ選択的に作用するエッチング工程によって、光学コーティング２上の金属被覆７を除去し、その結果、保護層３に接着する金属被覆７が、アンダカットによってリフトオフされ、金属被覆７が、光学活性自由形状面６１を取り囲む局部的に機械加工された周縁領域６２上にのみ残るステップ。

基板材料１としては、シリコン、ゲルマニウム、フッ化バリウム、フッ化カルシウム、硫化亜鉛またはサファイア（最大５．５μｍまでのみ透過）が使用されることが好ましい。

光学コーティングは、タイプが多種多様であり得る。それらは、反射防止層システム（例えば、ＡＲフィルタ２１）から、種々様々なスペクトルエッジフィルタおよびバンドパスフィルタ、そして極めて特有のスペクトル特性を有する干渉フィルタシステム（以下、集合的にスペクトルフィルタシステム２２、または抽象的に光学コーティング２と呼ぶ）まで及ぶ。後者の干渉フィルタシステムは特に、窓要素６の（実用上）上側に配置されることが好ましく、窓要素６の上側は、はんだ接続用の金属被覆７も担持し、続いて窓要素６の内側になる。対照的に、続いて外側として筐体９に取り付けられる窓要素６の（実用上）裏側が、一般的に反射防止コーティング、吸収フィルタおよび反射フィルタで覆われるが、これらに限定されない。

窓要素６の上側に配置された光学コーティング２の保護層３を選択する時には、高エネルギー加工ビーム４のアブレーション生成物に対する耐性と同様に、良好な湿式化学エッチング挙動も特に考慮される。主に、アルミニウムおよびその合金（例えば、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｍｇ、Ａｌ−Ｌｉ）、またはニッケルおよびニッケル−鉄合金などの材料が、本目的に使用される。十分な層安定性には大きい層厚さ（１００ｎｍ〜５μｍ）、およびリフトオフ工程には短いエッチング時間（１分〜１０分、最適には、２分〜３分）が好ましい。クロムまたはチタンの代替保護層３であれば、本目的にはより小さい層厚さ（５０ｎｍ〜１μｍ）しか必要ない。

しかしながら、十分な保護（例えば、プラズマスパッタに対して）をもたらすためには、加工ビーム４による層アブレーションに、最大８μｍの保護層３のより大きい層厚さが必要となることもある。そのような場合には、より厚いポリマー層（例えば、フォトレジスト）または前述の金属被覆とポリマー層との複合材料を形成することもできる。

保護層３および光学コーティング２の完全なアブレーションを除く別の重要な方法ステップは、加工ビーム４による基板材料１の継続的な段階的アブレーションである。この目的のためには、第一に、縁領域６２の所定の粗さを、要求された光学活性自由形状面６１の周りに与え、０．５μｍ〜２．５μｍの範囲で可能な限り均質に調整して、信頼性があり、持続するはんだ層システム７１の接着を可能にしなければならない。均質性は、加工ビーム４のアブレーション線が、縁部と平行に光学活性自由形状面６１を取り囲むように延在することで達成される。他方では、光学コーティング２のベースレベルから光学コーティング２の層厚さよりも低い、少なくとも１つの段部１１のアブレーションによって、続いて金属被覆７の縁領域６２から光学コーティング２へ結合される干渉光が確実に、大いに抑えられる。

技術効率は、窓要素６の製造において常に懸念事項であるため、共通基板材料１（ウェハ）上に複数の異なる窓要素６を製造するには、個々の窓要素６を切り取る必要もあり、切取りは、コーティングおよびアブレーション工程の様々な時点で工程ステップとして行うことができる。この目的のために、様々な可能性を以下の方法変形例において示す。

図２による方法の第１の変形例では、例えば、シリコン（Ｓｉ）またはゲルマニウム（Ｇｅ）またはサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）または溶融シリカ（ＳｉＯ_２）またはフッ化カルシウム（ＣａＦ_２）からなり、かつ複数の窓要素６に十分な寸法である光透過性で平坦な基板材料１が、以下のステップによって連続的に機械加工される。
ａ）基板材料１の両面に、光学コーティング２（例えば、コーティング層、反射防止コーティングまたはフィルタコーティング）を塗布するステップと、
ｂ）基板材料１の２つの面を、光学コーティング２の保護層３（例えば、レーザ加工用金属層）でコーティングし、続いて窓要素６を切り取る時に端部が破損しないように、窓要素６の光学活性自由形状面６１の所望の形状に合わせて基板材料１の裏側に切欠部１５を作製するステップと、
ｃ）有向ビーム加工（レーザ加工、電子ビーム法、粒子ビーム法など、またはウォータジェット法）によって、窓要素６の光学活性自由形状面６１を取り囲む縁領域６２において、基板材料１から保護層３および光学コーティング２を選択的に除去するステップと、
ｄ）レーザ昇華によって、縁領域６２において低応力で低残渣の機械加工を行うことにより、Ｑスイッチまたは調整可能固体レーザの有向加工ビーム４によって窓要素６の光学活性自由形状面６１を機械加工するステップと、
ｅ）ビーム加工された縁領域６２の基板材料１に接着する金属被覆７を、好ましくは、例えば、
チタン（Ｔｉ）−白金（Ｐｔ）−金（Ａｕ）もしくは
チタン（Ｔｉ）−パラジウム（Ｐｄ）−金（Ａｕ）もしくは
クロム（Ｃｒ）−鉄−ニッケル合金（ＦｅＮｉ）−金−ニッケル合金（ＡｕＮｉ）もしくは
銅−ニッケル−金合金（ＣｕＮｉＡｕ）−ニッケル（Ｎｉ）を含むはんだ層システム７１の物理的蒸着（ＰＶＤ法）によって、または
化学工程によって、ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）でコーティングするステップと、
ｆ）保護層３に接着するはんだ層システム７１をリフトオフするステップであって、光学活性自由形状面６１に配置された保護層３のみに選択的に作用するが、はんだ層システム７１には最小限に作用し、光学コーティング２には作用しない、後のエッチング工程において保護層３が除去され、保護層３は光学コーティング２のリフトオフマスクであり、その結果、金属被覆７が光学活性自由形状面６１の周りの縁領域６２において、はんだリング構造の形で基板材料１上にのみ保持されるステップと、
ｇ）ｑスイッチまたは調整可能固体レーザの加工ビーム４によって、窓要素６を基板材料１から切り取るステップであって、裏側（窓要素６の光学活性自由形状面６１の要求形状を有する）の切欠部１５と一致する、おもて側の選択された切断線４３に沿ってレーザの加工ビーム４を移動させるステップ。

層アブレーション用レーザビームの例示的パラメータは、スポット径が３０μｍ〜６０μｍ、パルス周波数が１ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚ、レーザ出力が５Ｗ〜６０Ｗであることが好ましい。引き起こされる表面エネルギーを制御することによって（ビーム偏向のタイプによって）、レーザビームの侵入深さ、ひいては材料アブレーション量が決定され、それに応じて、実質的に均質で、湿潤性があり、または被覆可能なベースが、はんだ付け可能はんだ層システム７１を受けるために最大でＲａ_ｍａｘ＝２．５μｍの所定の表面粗さを有して製造される。

既知の機械的アブレーション法と比較して、層アブレーション中に特に光学コーティング２内の切込引裂応力を防ぐことができる。

第１の実施形態では、光学活性自由形状面６１の保護層３は、好ましくはアルミニウム（Ａｌ）を含む金属保護層３であり、粗い結晶構造を生成するために、スパッタリング中、所定の工程条件（例えば、１８０℃未満の基板温度、および１．０６６Ｐａ＜ｐ＜２．２５０Ｐａの比較的高い作業圧力）下で０．５μｍ〜５μｍの層厚さに蒸着される。この構造は、表面粗さが生じるためにアルミニウムがレーザ光波長（好ましくは１μｍ）の範囲で低い反射率を有するように、エッチングによって任意選択で装飾される。

一般にレーザ工程中に生じるレーザ汚れおよびプラズマスパッタからの汚染は、有効なリフトオフマスクを形成するための、はんだ層システム７１の厚さの最大３倍〜５倍の総厚を有し得、かつ光学コーティング２上の金属被覆７を除去するために、保護層３をアンダカットすることによってリフトオフマスクとして使用される保護層３によって防がれる。保護層３の上記の基本的な厚さを適応させる場合、厚さが１００ｎｍより大きく、５μｍより小さい清浄なＡｌ層が使用される。より厚い保護層３（例えば、最大８μｍ）が必要な場合には、保護層３の材料として、ポリマー層（例えば、既知のフォトレジスト）または金属とポリマーとの複合材料も使用することができる。アルミニウム合金（例えば、アルミニウム−シリコン合金、アルミニウム−マグネシウム合金またはアルミニウム−リチウム合金）、ならびにニッケル合金およびニッケル−鉄合金も、アルミニウムの代替として金属保護層３に使用することができる。

窓要素６の可能な自由形状の変形例を図２〜図６に示す。窓要素６の形状と、基板材料１（ＵＶ光、ＩＲ光および可視光用光学コーティング２を備えた、厚さが０．２ｍｍ〜６ｍｍの範囲のウェハまたはボード）の形状との組合せが可能であり、本発明の開示する主題に含まれることが理解される。利用可能な表面を最適に使用する図４および図６により選択されたデパネリング技術には、提案するビーム加工中に高エネルギー放射線の加工ビーム４（例えば、レーザビーム）で切断を行う場合、０．５ｍｍ〜１ｍｍのリッジ幅が役立ち、個々の窓要素６を切り取るのに十分である。

ビーム加工は、光学コーティング２への（また高反射コーティング層への）レーザの結合もまた開始される金属保護層３のビーム加工の第１段階を経て、光学コーティング２がアブレーションされて溶融し、特別なレーザを必要とせず、個々の光学層の特性にかかわらずビームが確実に結合される、所定の（０．５μｍ＜Ｒａ＜２．５μｍの範囲で選択可能）広範囲に均質な表面粗さを生じさせ、第２段階で、少なくとも１つの段部１１（光学コーティング２の総厚よりも大きい高さを有する）を備える基板材料１の一部が、光学コーティング２のベースレベルよりも下でアブレーションされ、上記の表面粗さで仕上げられることを有利に特徴とする。段部１１は、光学コーティング２の層厚さの２倍だけ低いことが好ましい。

図３による方法の第２の変形例では、光透過性で平坦な基板材料１は、以下のステップによって連続的に機械加工される。
ａ）図３による基板材料１の両面に異なる光学コーティング２を塗布するステップであって、一方の面にＡＲフィルタ２１の形をした反射防止コーティングが配置され、他方の面にスペクトルフィルタシステム２２が配置されるステップと、
ｂ）基板材料１の２つの面を、光学コーティング用ポリマー（例えば、ネガ型作用フォトレジスト）を含む保護層３でコーティングし、要求される窓要素６（図２参照）が、各場合において少なくとも複数の点で固定されるように（例えば、両面接着テープを用いて）、基板材料１の裏側に追加の支持基板５を固定するステップと、
ｃ）加工ビーム４を用いた有向ビーム機械加工によって、窓要素６の光学活性自由形状面６１を取り囲む縁領域６２において、基板材料１から保護層３および光学コーティング２を選択的に除去するステップと、
ｄ）基板材料１内に少なくとも１つの段部１１を形成するために、加工ビーム４によって、窓要素６の光学活性自由形状面６１をさらに機械加工するステップであって、レーザ昇華によって、窓要素６の縁領域６２において低応力で低残渣の機械加工が行われるステップと、その直後に
ｇ）電子ビームの形をした加工ビーム４によって、窓要素６の要求形状に対応する窓要素６を切り取り、次いで、図２による方法手順で既に述べた方法で進むステップと、
ｅ）好ましくはビーム加工された縁領域６２において基板材料１に接着するはんだ層システム７１の物理的蒸着（ＰＶＤ法）によって、はんだ層システム７１で金属被覆７を施すステップと、
ｆ）保護層３に接着する金属被覆７をリフトオフするステップであって、前に施した保護層３に選択的に作用するエッチング工程において保護層３が除去され、その結果、金属被覆７のみが、光学活性自由形状面６１の周りの縁領域６２における基板材料１上に、はんだリング構造として保持されるステップと、
ｇ）窓要素６が個別になるように、窓要素６を支持基板５から同時に分離するステップ。

特定の実施形態では、段部１１が、５０μｍ〜２００μｍの平面はんだ範囲の窓要素６における光学活性自由形状面６１の周りの縁領域６２において、はんだ層システム７１内に生成され、かつ光学コーティング２のベース面から、光学コーティング２の厚さより幾分深く、好ましくは光学コーティング２の厚さの最大２倍だけ低く、２００μｍ〜５００μｍの範囲のさらなる段部１２が、外縁領域６２に生成されるように、段部１１およびさらなる段部１２（図３のステップｃ）およびｄ）にのみ示す）においてビーム加工（例えば、レーザアブレーションによって）が行われる。

半径Ｒが５０μｍ〜１５０μｍの丸い縁部１３（図５に示すような）としてのみ形成することもできるさらなる段部１２によって、筐体９に対する窓要素６の接触面上に金属被覆７が平面的に配置されるだけでなく、熱的負荷または機械的負荷がある場合に切込引裂きを最小限にするように、窓要素６の縁部もはんだ層８でコーティングすることが確実となる（図２、図３、および特に詳細には図５参照）。その際、接触面のレベルを光学コーティング２のベースレベルより低くするための段部１１により、反射光または迷光または任意の他の干渉光がはんだ層８から光学コーティング２のフィルタ層に入射することなく、はんだ結合が確実に筐体の端部を囲む。

さらに、光学コーティング２のベース面の下までアブレーションされた基板材料の段部１１は、腐食液の高位側面エッチングゾーンが保護層３上にあることが理由で光学コーティング２を確実に露出させるためのリフトオフ工程に十分な安定性を有するように、従来では保護層３上に位置するはんだ層システム７１の必要な厚さの３倍〜５倍を有するべき保護層３の厚さの低減に寄与する。したがって、保護層３は、少なくともはんだ層システム７１の厚さ以上の厚さまで薄くすることができる。

さらに、拡大した表面が、金属被覆７の後にはんだ結合に利用可能となり、したがって、密閉接合システムに対する改善されたシステム安定性を導くように、基板材料１の表面は、粗さに関してレーザ加工によって凹凸がつけられる。粗さによって、ならびに丸い縁部１３および傾斜側面１４によってはんだ付け接触面が大きくなることで、密閉封止の改善されたシステム安定性を有しながら、窓要素６の縁領域６２のリッジ幅を１００μｍまで、典型的には５００μｍ〜８００μｍに小さくすることもできる。最適範囲は、３００μｍ〜５００μｍである。丸い縁部１３には、５０μｍ〜１５０μｍ、最適には８０μｍ〜１００μｍの半径Ｒが使用されることが好ましく、窓要素６の傾斜側面１４は、はんだ接触面（図５の拡大断面にはっきり見える）として、機械加工された縁領域６２に向かって傾く。はんだ接触面の表面法線に対して１°〜１５°の外縁のベベル角度Ｗは適切に選択され、８°〜１２°のベベル角度が好ましい。

図５は、異なる形状の少なくとも２つの窓要素６が挿入される筐体９の断面図をさらに示す。窓要素６は、角が丸い４分の１円形状または半円形状の自由形状面６１である。一般性を制限することなく、光学コーティング２は、窓要素６の内側にのみ配置される。拡大断面は、金属被覆７およびはんだ層８を示す。この点で、はんだ層８のはんだ材料が低張力で、支持可能に窓要素のはんだリング構造に密着するように、窓要素６の縁移行部すべてが丸い縁部１３として形成されることがポイントである。はんだ層８の厚さは、段部１１としてアブレーションされる窓要素６の表面の選択された粗さによって主に決定され、３００ｎｍ〜５μｍ、好ましくは１μｍ〜３μｍである。表面粗さがより大きい場合（最大２．５μｍ）には、より大きい厚さが使用される。

金属保護層３を介した光学コーティング２（反射防止［ＡＲ］および／またはスペクトルフィルタ）の場合には、光学コーティング２の光学層へのレーザの結合は、より単純に開始することができる。Ａｌ層の点食（１００ｎｍより大きく、５μｍ以下であるべき）、またはＣｒ、Ｔｉなどの薄い吸収層（５０ｎｍ〜１μｍの層厚さを有する）による粗化は、本目的の助けとなる。

基板材料１としてウェハ上に配置され、その波長依存透過特性が図７Ａ〜図７Ｃに示される、窓要素６の可能な光学コーティング２の例には、例えば、Ｇｅ基板上の３μｍ〜１１μｍの範囲の反射防止コーティング（ＡＲフィルタ２１）（図７Ａ）、または、窓要素６の外側あるいは内側に配置可能であることが好ましい光学コーティング２の例として、Ｓｉ基板上の８μｍ〜１２μｍのロングパスフィルタ（図７Ｂ）もしくはＢａＦ_２基板上の５．７μｍ〜７μｍのバンドパスフィルタ（図７Ｃ）がある。

光学コーティング２の耐性を高めるために、上部終止層を有利に配置することができる。この上部終止層は、窒化シリコン層、硫化亜鉛層もしくはＤＬＣ（ダイアモンド状炭素）層、または、シリコン、マグネシウム、アルミニウムの酸化物を含む層、または、イットリウム、イッテルビウム、バリウムのフッ化物を含む層、または、ゲルマニウムもしくはシリコンを含む半導体層であり得る。

利用可能な光学コーティング２（例えば、ＡＲフィルタ２１および／またはフィルタシステム２２）の大部分は、本明細書で使用するレーザ波長に対して透過性があり、または反射する。材料中の放射エネルギーの工程安定吸収は、生成された金属保護層３によって確実となる。これにより、保護層３、光学コーティング２および基板材料１の昇華またはアブレーションが可能となる。

実施形態の変形例では、金属保護層３はアルミニウム（Ａｌ）を含む。Ａｌは、低濃度ＮａＯＨ（１．．．５％）に溶解する。

本発明による方法のさらなる実施形態では、ニッケルもしくは鉄−ニッケル合金などのニッケル合金、またはアルミニウム−シリコン合金、アルミニウム−マグネシウム合金、アルミニウム−リチウム合金を使用することができる。

本方法は、金属保護層３またはポリマー保護層３（例えば、フォトレジスト層）および光学コーティング２が部分的にアブレーションされた後に、光学活性自由形状面６１が完全に切り取られ、また窓要素６が、この変形例において洗浄され、はんだ層システム７１でコーティングされ得るように選択的に接着剤で付け、または糊で貼り付けることによって、図３に示すように事前に支持基板５に部分的に固定している点でさらに最適化することができる。

技術手順は以下の通りである。
ａ_０）第１の洗浄（通常、水および超音波で）、
ａ）光学コーティング２の塗布、
ｂ）好ましくは両面への、保護層３の配置、
ｃ_０１）レーザ入力改善のための保護層３のエッチング、
ｃ_０２）粘着性のあるパッドまたはペーストシルクスクリーニングを備えた支持基板５の準備、
ｃ_０３）はんだを上にして、支持基板５にウェハを接着剤で接着、
ｃ）第１のレーザ加工ステップ（保護層３および光学コーティング２のアブレーション）、
ｄ）第２のレーザ加工ステップ（窓要素６の表面構造の切取り）、
ｅ_０）第２の洗浄、
ｅ）はんだ層システム７１でコーティング、
ｇ）窓要素６を切り取り、支持基板５から分離し、保管、
ｆ）保護層３をアンダカットすることによって、光学活性自由形状面６１から金属被覆７をリフトオフ。

保護層３のエッチバックのために塗布される弱アルカリに強い終止層を有する光学コーティング２が使用される。終止層として、窒化シリコン層、硫化亜鉛層またはＤＬＣ（ダイアモンド状炭素）層が特に適している。

１ 基板材料
１１ （基板材料アブレーションの）段部
１２ （基板材料アブレーションの）さらなる段部
１３ （窓要素６の）丸い縁部
１４ （窓要素６の）傾斜側面
１５ （裏側の）切欠部
２ 光学コーティング
２１ ＡＲフィルタ
２２ （スペクトル）フィルタシステム
３ 保護層
４ 加工ビーム（高エネルギー放射線）
４３ （窓要素６を切り取るための）切断線
５ 支持基板
６ 窓要素
６１ 光学活性自由形状面
６２ 縁領域（はんだ縁部）
７ 金属被覆
７１ はんだ層システム
８ はんだ層
９ 筐体
Ｒ 半径
Ｗ （側面の）ベベル角度

Claims (15)

1. 筐体（９）内に密閉してはんだ付けすることができる窓要素（６）を製造するための方法であって、複数の窓要素（６）に十分な寸法付けを有する光透過性で平坦な基板材料（１）が、
   ａ）前記光透過性で平坦な基板材料（１）の少なくとも１つの表面に、少なくとも１つの光学コーティング（２）を塗布するステップと、
   ｂ）前記光学コーティング（２）を、犠牲層を意味する、エッチング可能な層である保護層（３）でコーティングするステップと、
   ｃ）前記基板材料（１）から前記保護層（３）および前記光学コーティング（２）を選択的に除去するステップであって、任意の幾何形状を有する窓要素（６）を得るために、少なくとも１つの要求された光学活性自由形状面（６１）が、前記少なくとも１つの光学活性自由形状面（６１）の周囲を取り囲む縁領域（６２）において高エネルギー放射線の有向加工ビーム（４）で局部的に機械加工することによってアブレーションされ、その結果、前記保護層（３）が、前記少なくとも１つの要求された光学活性自由形状面（６１）を完全に覆うマスクとして前記光学コーティング（２）上に残るステップと、
   ｄ）高エネルギー放射線の前記有向加工ビーム（４）によって、局部的に機械加工された前記縁領域（６２）に沿って前記基板材料（１）の一部をアブレーションし、その結果、所定の粗さを有する少なくとも１つの下段部（１１、１２）が、前記基板材料（１）の前記局部的に機械加工された縁領域（６２）において形成され、前記少なくとも１つの下段部（１１）が、前記光学コーティング（２）が配置される前記基板材料（１）の高さレベルから、前記光学コーティング（２）の単一層の厚さ分よりも下に位置するステップと、
   ｅ）前記保護層（３）によって覆われた前記光学コーティング（２）を有し、少なくとも１つの前記窓要素（６）の前記局部的に機械加工された縁領域（６２）を有する前記基板材料（１）の表面を、はんだ層システム（７１）により金属被覆（７）することによって、コーティングするステップと、
   ｆ）前記光学コーティング（２）ではなく前記保護層（３）にのみ、また前記はんだ層システム（７１）には最小限でのみ選択的に作用するエッチング工程によって、前記光学コーティング（２）上の前記金属被覆（７）を除去し、その結果、前記保護層（３）に接着する前記はんだ層システム（７１）の前記金属被覆（７）が、アンダカットによってリフトオフされ、前記はんだ層システム（７１）が、前記光学活性自由形状面（６１）を取り囲む前記局部的に機械加工された縁領域（６２）上にのみ残るステップと、
   ｇ）ステップｆ）において前記金属被覆（７）が除去された後に、またはステップｄ）において前記窓要素（６）の前記縁領域（６２）の前記アブレーション後に、前記有向加工ビーム（４）によって、個々の窓要素（６）を切断線（４３）に沿って前記基板材料（１）から切り取るステップと
   によって連続的に機械加工される方法。
2. 前記基板材料（１）の前記局部的に機械加工された縁領域（６２）の前記アブレーション中に、高エネルギー放射線の前記有向加工ビーム（４）によって、半径（Ｒ）が５０μｍ〜１５０μｍの丸い縁部（１３）と共に、内縁領域および外縁領域に前記少なくとも１つの下段部（１１、１２）が生成され、その結果、ステップｅ）において、前記はんだ層システム（７１）で完全にコーティングすることによって、前記局部的に機械加工された縁領域（６２）と、続いて施されるはんだのための追加の縁被覆部との低張力金属被覆（７）が得られる、請求項１に記載の方法。
3. 前記局部的に機械加工された縁領域（６２）が、洗浄工程によって、緩い、かつ緩く接着している材料を除去し、最大でＲａ_ｍａｘ＝２．５μｍである表面の粗さが調整される、請求項１に記載の方法。
4. アブレーション工程、切り取り工程及び洗浄工程のための前記有向加工ビーム（４）が、レーザビーム、粒子ビーム、電子ビーム、ガラス玉またはエッチング液ビームである、請求項１に記載の方法。
5. 前記窓要素（６）が、おもて側から前記切断線（４３）に沿って前記基板材料（１）を切断することによって切り取られ、前記おもて側が、はんだ付け可能な前記金属被覆（７）のための前記基板材料（１）の表面であり、
   支持基板（５）が設けられ、切断する前に、前記基板材料（１）が、すべての窓要素（６）について接着剤で前記支持基板（５）に固定され、
   ステップｇ）において、前記基板材料（１）から既に切り取られた前記窓要素（６）の個別化が、前記支持基板（５）から前記窓要素（６）を外すことによって行われる、請求項１に記載の方法。
6. 前記支持基板（５）に固定する前及び前記基板材料（１）を切断する前に、前記切断線（４３）に対応して延在する弱化部が前記基板材料（１）の裏側に導入される、請求項５に記載の方法。
7. 高エネルギー放射線の有向加工ビーム（４）を繰り返し移動させることによって、以下のステップ、
   −前記切断線（４３）上で前記窓要素（６）が切り取られ、同時に、半径（Ｒ）の丸い縁部（１３）が前記切断線（４３）に沿って生成されるステップ、
   −前記切断線（４３）上での前記窓要素（６）の切り取りが、基板材料（１）の前記下段部（１１）における前記アブレーションと直接関連して行われ、その際、２桁〜３桁のマイクロメートル範囲の前記半径（Ｒ）を有する丸い縁部（１３）が前記切断線（４３）に沿って製造されるステップ、が行われる、請求項５に記載の方法。
8. 前記丸い縁部（１３）に加えて、前記有向加工ビーム（４）を前記切断線（４３）上で繰り返し移動させることによって、前記窓要素（６）を切り取る時に、前記窓要素（６）の表面法線に向かって内側に傾く傾斜側面（１４）が生成される、請求項７に記載の方法。
9. 前記光学コーティング（２）の終止層として、窒化シリコン層、硫化亜鉛層もしくはＤＬＣ（ダイアモンド状炭素）層、または、シリコン、マグネシウム、アルミニウムの酸化物を含む層、または、イットリウム、イッテルビウム、バリウムのフッ化物を含む層、または、ゲルマニウムもしくはシリコンを含む半導体層が使用される、請求項１に記載の方法。
10. 保護層（３）として、金属保護層（３）が前記光学コーティング（２）上に配置される、請求項１に記載の方法。
11. 保護層（３）として、ポリマー層が前記光学コーティング（２）に施される、請求項１に記載の方法。
12. 筐体（９）内に密閉してはんだ付けするための、前記筐体（９）の任意形状アパーチャ用自由形状窓要素であって、光透過性で平坦な基板材料（１）の少なくとも１つの表面上の少なくとも１つの光学コーティング（２）を備え、前記少なくとも１つの光学活性自由形状面（６１）の周囲を取り囲む縁領域（６２）における少なくとも１つの下段部（１１）であって、
    前記光学コーティング（２）が配置される前記基板材料（１）の高さレベルから、前記光学コーティング（２）の単一層の厚さ分よりも下に位置する下段部（１１）を備え、
    前記縁領域（６２）の外側部分に形成されるさらなる段部（１２）を備え、
    所定の粗さを有する１つの前記下段部（１１）および前記さらなる段部（１２）が、はんだ層システム（７１）の形をした金属被覆（７）によって覆われる、自由形状窓要素。
13. 少なくとも１つの前記下段部（１１）が、半径（Ｒ）が５０μｍ〜１５０μｍの丸い縁部（１３）を内縁領域および外縁領域に有することを特徴とする、請求項１２に記載の自由形状窓要素。
14. 前記下段部（１１）が、５０μｍ〜２００μｍの平面はんだ範囲の窓要素（６）における前記光学活性自由形状面（６１）の周りの前記縁領域（６２）において、前記はんだ層システム（７１）内に生成され、前記さらなる段部（１２）が、２００μｍ〜５００μｍの範囲の前記縁領域（６２）に生成されることを特徴とする、請求項１２に記載の自由形状窓要素。
15. 気密もしくは真空気密のオプトエレクトロニクス部品または電気光学部品を製造するための、筐体（９）の任意形状アパーチャ用の、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の自由形状窓要素の使用。
    

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