KR20200031106A - Mems 거울 배열 및 mems 거울 배열의 제조 방법 - Google Patents

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KR20200031106A
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한스 요아힘 켄처
울리히 호프만
바네사 스텐치리
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프라운호퍼 게젤샤프트 쭈르 푀르데룽 데어 안겐반텐 포르슝 에. 베.
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Abstract

본 발명은 최대 180 °, 바람직하게는 최대 160 °의 큰 각도 범위를 검출하기위한 MEMS 거울 배열 및 MEMS 거울 배열의 제조 방법에 관한 것이다. 거울 배열은 적어도 하나의 축을 중심으로 진동하는 거울(2)이 매달려 있는 캐리어 기판 (1), 캐리어 기판 (1)에 용봉된 방식으로 연결되고 실질적으로 둥근 베이스 표면을 갖는 타원형 돔 (6)을 포함하는 투명커버 및 돔 (6) 외부의 입사 빔에 대해 미리 정의 된 빔 경로로 배열되는 보상 광학계(8)를 포함한다. 거울(2)의 중간은 돔의 중심점에 있으며, 보상 광학계(8)는 돔의 경계면에 의해 야기된 빔의 발산 또는 수렴이 돔 (6)으로부터 나온 후에 실질적으로 보상되는 방식으로 입사 빔을 시준한다. MEMS 거울 배열은 커버 웨이퍼와 거울 웨이퍼를 결합함으로써 제조되며, 각각은 캐리어 기판 상에 장착 된 복수의 반구형 돔 및 거울을 포함한다. 거울 배열은 결합 된 웨이퍼로부터 분리된다. 커버 웨이퍼의 돔은 유리 흐름 공정에 의해 생성된다.

Description

MEMS 거울 배열 및 MEMS 거울 배열의 제조 방법
본 발명은 큰 각도 범위를 검출하기위한 MEMS 거울 배열 및 MEMS 거울 배열의 제조 방법에 관한 것이다.
예를 들어 스캐너, 프로젝터, 라이다 (광 검출 및 거리 측정) 시스템 등에 사용되며, 예를 들어 비틀림 스프링에 단일 축 또는 이중 축으로 매달려있는 적어도 하나의 거울을 포함하는 MEMS 거울 배열은 종래 기술로부터 공지되어 있으며, 하우징이 제공되는 개별 거울 배열의 조립은 높은 비용을 수반하기 때문에 웨이퍼 레벨에서 제조되는 것이 바람직하다. 여기서, 몇몇의 MEMS 컴포넌트는 후속 작업 동작에서 예를 들어 본딩에 의해 다수의 하우징 커버를 포함하는 추가 웨이퍼에 연결되는 웨이퍼 상에 제조된다. 이어서 웨이퍼 스택은 예를 들어 쏘잉 (sawing) 방식에 의해 개별 구성 요소로 분할된다. 이러한 절차적 방식은 모든 구성 요소를 매우 효율적으로 패키징 할 수있을뿐만 아니라, 모든 필요한 테스트가 여전히 적합한 웨이퍼 샘플로 웨이퍼 레벨에서 수행될 수 있기 때문에 구성 요소 테스트를 크게 단순화한다.
한편, 마이크로 기계식 센서 분야의 웨이퍼 레벨 패키징 (WLP)은 표준 기술로 발전했지만, 웨이퍼 레벨에서 광학 부품 및 시스템의 패키징은 여전히 비교적 드물다.
이는 무엇보다도 기능적 측면에 따라 작은 광학 하우징을 설계하거나 광학, 전자 및 열 관리와 관련된 모든 요구 사항을 충족시키는 현재까지의 제한된 가능성 때문이다.
광학 부품 및 시스템 캡핑에 대한 일련의 특정 요구 결과와 이러한 요구는 광학 창 표면의 설계 및 방향에 직접적인 영향을 미친다. 따라서 예를 들어 반사로 인해 방해가되는 경우 항상 경사 창 표면이 필요하다. 예를 들어, 비스듬한 하우징 윈도우의 적용 중에 MEMS 패키징이 사용되는 방법에 관한 구조화된 광학 부품의 제조 방법은 DE 10 2011 119 610에 공지되어있다.
MEMS 거울 배열을 위한 하우징 형상은 일반적으로 평면 또는 평면 평행 표면으로 구성된 광학 입구 및 출구 창을 포함한다. 그러나 더 큰 각도 범위를 감지하거나 스캔하는 광학 시스템 용 하우징에는 항상 크고 확장된 창 표면이 필요하다. 그러나, 이에 수반되는 큰 하우징 형상은 경제적인 관점에서 웨이퍼 레벨 하우징에 수용될 수 없다. 왜냐하면 사용된 웨이퍼의 많은 부분이 추가 부품을 제조하는데 사용될 수 없기 때문이다. 넓은 시야를 갖는 하우징의 공간 절약형 설계를 허가하는 돔형 커버 형상이 이를 해결할 수 있는 것으로 생각될 수 있다.
그렇지 않으면, 유리 또는 실리콘의 용봉된(hermetical sealed) 하우징 구조의 3D 구조화를 위한 적합한 기술이 부족하기 때문에, 지금까지 본질적으로 평면-평행 배열이 웨이퍼 레벨에서 광학 시스템의 구성에 사용되어왔다. 이들은 또한 결합 방법과 호환 가능해야한다. 또한, 반사를 피할뿐만 아니라 입사 및 출사 방사선에 대해 넓은 각도 범위를 제공하는 창 표면이 광학 요소에 제공되어야 한다.
웨이퍼 상에 복수의 블라인드 홀이 형성되는 방법에 관한 유리의 마이크로 볼 제조 방법은 US 8 151 600에 공지되어 있다. 블라인드 홀을 덮는 열 변형 가능한 유리 판이 웨이퍼에 연결된다. 이어서, 배열이 가열되어, 블라인드 홀의 압력이 변하고 블라인드 홀 위의 유리가 볼 내로 팽창된다.
본 발명의 목적은 거울에 입사하고 이것에 의해 반사되는 방사선의 넓은 각도 범위를 갖는 MEMS 거울 배열을 제공하고, 입사 및 출사 방사선에 대해 넓은 각도 범위를 갖는 MEMS 거울 배열의 제조 방법을 제공하고, 상기 방법은 비교적 간단하게 구현되어 MEMS 거울 배열의 제조 비용이 저렴하다.
본 발명에 따르면,이 목적은 독립 장치 청구항 및 방법 청구항의 특징에 의해 달성된다. 종속 항에 명시된 수단에 의해 유리한 추가 개발 및 개선이 가능하다.
최대 180도 까지, 바람직하게는 최대 160도 까지의 큰 각도 범위를 검출하기위한 MEMS 거울 배열은 적어도 하나의 축에 대해 진동하고 기밀식 챔버 내에 매달려 있는 거울을 포함하며, 상기 챔버는 투명 커버 및 캐리어 기판에 의해 한정되고, 거울의 중간은 투명 커버를 형성하는 돔(dome)의 중심점에 배열된다. 여기서, 거울의 중간 점과 돔의 베이스 표면의 중간점은 베이스 표면의 직경에 대해 ± 20% 이상 서로 차이가 나지 않는다. 이러한 배열에 의해 거울의 모든 각도 위치에 대한 균일성이 달성된다. 돔은 본질적으로 원형인 베이스 표면 위로 상승하는 타원형 단면 표면을 가지며, 여기서 원형으로부터의 최소 편차가 발생할 수 있다. 돔은 내부 및 외부 경계면을 포함하며, 경계면은 2 개의 돔 쉘(dome shell)을 정의한다.이상적으로, 이러한 돔 쉘은 동일한 중간 지점을 가져야한다.
그러나, 실제로 모든 3 차원 구조는 돔 쉘의 2 개의 중간 지점이 일치하지 않는 정도까지 대략적인 방식으로만 제조될 수있다. 공차 범위는 2 개의 중간 지점의 상대 위치에 대해 정의될 수 있으며,이 경우 종횡비로 표시되는 내부 및/또는 외부 돔 쉘의 직경 (D)에 대한 높이 (F)의 비는 0.4 내지 0.6이고, 내부 돔 쉘과 외부 돔 쉘 사이의 종횡비의 차이는 ± 0.002 사이이다. 수직 및 수평 방향으로 돔의 내부 및 외부 커플링 쉘의 베이스 표면 중간 점의 오프셋에 대해 ± 10 %, 유리하게는 ± 2 %의 범위가 지정된다.
이상적인 구형 돔은 바람직한 유리 흐름 또는 유리 취입 방법으로 제조될 수 없고, 반면에 형상은 항상 타원형이다. 즉, 2 개의 경계면 중 적어도 하나는 구형 표면을 갖지 않으며 타원체에 의해서만 설명될 수있다. 여기서, 타원체의 베이스 표면은 본질적으로 원형 디스크이다. 돔은 이것에 수직으로 베이스 표면의 중간 점을 통해 정렬된 축에 대해 이상적으로 회전 대칭이다. 이러한 이유로, 베이스 표면에 수직으로 배향된 내부 또는 외부 커플링 쉘의 단면 표면 중 적어도 하나는 타원형을 가진다. 이러한 타원형 돔은 더 이상 완벽한 이미징 특성을 갖지 않는다. 타원형으로 인해 레이저 빔이 추가로 왜곡된다. 즉, 파면(wave front)이 변형된다. 여기서, 두 가지 유형의 오차는 특히 관련성이 있다 : 한편으로는 거울의 각도 범위에 걸친 초점 거리의 변화 (Zernicke 다항식 확장 항의 Wyant Zernicke 표기법에서 초점 위치 Z3의 변화), 및 표면의 상이한 국부 곡률로 인해 레이저 빔을 다른 정도로 굴절시키는 비점수차(astigmatism) (Zernicke 다항식 확장의 항의 Wyant Zernicke 표기법에 대응하는 Zernicke 계수 Z4 및/또는 Z5). 여기서, 비점수차뿐만 아니라 초점 거리는 거울의 각도 편향(deflection)에 따라 연속적으로 변한다. 무엇보다도, 비점수차는 광학 이미징 특성을 악화시키며 거울 스캐너 또는 거울 프로젝터의 해상도 용량과 돔 디자인에 특히 중요하다.
이미징 특성에서의 에러는 본 발명에 따른 MEMS 거울 배열에 의해 최소화되고, 거울 배열을 갖는 스캐너의 적절하게 양호한 해상도 용량은 전체 작동 범위에 걸쳐 달성 될 수 있으며, 여기서 달성 가능한 초점은 120m 거리에서 20cm직경보다 작고, 이는 0.1보다 작은 레이저 빔의 최대 허용 발산에 해당한다. 이러한 요구를 충족시키기 위해, 레이저 빔의 파면(RMS)의 평균 변형은 0.5 * 파장보다 작아야 하고 (905 nm의 레이저 파장에서), 특히 1 차 비점수차 (Z4 및/또는 Z5)의 크기는 0.4 * 파장보다 작아야 한다.
이러한 요구를 고려하는 동안, 타원 돔은, 타원 돔의 비점수차로 인해 피할 수없는 광학 왜곡이 여전히 전체 각도 범위에 걸쳐 충분히 우수한 광학 이미징을 허용하도록, 이에 대한 특정 기하학적 기준을 충족시켜야 한다. 이와 관련하여 중요한 것은 두 개의 돔 쉘의 종횡비의 크기와 내부 및 외부 돔 쉘 사이의 종횡비의 차이이다. 이와 관련하여, 각각의 돔 쉘의 타원체를 통한 수직 단면의 베이스 표면에 평행한 타원의 이중 반축(semi-axis)에 대한 타원의 수직 반축의 비는 종횡비로 이해되어야 한다. 전술 한 광학적 요구를 충족시키기 위해, 이미 상술 한 바와 같이, 내부 및/또는 외부 돔 쉘의 종횡비는 0.4 내지 0.6이어야 하고, 내부 돔 쉘과 외부 돔 쉘 사이의 종횡비의 차이는 ± 0.002의 값 범위를 초과하지 않아야 한다. 거울이 클수록 돔 내 레이저 빔에 의해 점점 더 큰 부분이 비추어 지므로, 거울 크기와 돔 크기 사이의 비에 따라 비점수차의 크기도 증가한다. 이러한 이유로, 거울은 돔베이스 직경의 80 %의 크기를 초과해서는 안된다. 거울 직경이 돔베이스 직경의 60 %의 크기를 초과하지 않으면 더욱 유리하다. 거울이 돔 직경의 80 %보다 크고 특히 60 %보다 크면, 타원체의 비점수차에 의해 야기되는 이미징 에러가 너무 커져서 레이저 빔의 더 큰 발산을 초래한다.
따라서, 거울의 직경은 돔의 베이스 표면 직경의 5 % 내지 80 % 일 수있다. 0.2 mm 내지 30 mm, 바람직하게는 1 mm 내지 30 mm 중에서 선택 될 수있다.
이상적인 기하학적 조건이 있더라도, 이상적인 구형 돔은 거울의 전체 각도 범위에서 일정한 빔 발산에 영향을 준다. 이것은 기본적으로 대략적인 경우에도, 적어도 타원체 표면이 있는 타원형 돔에도 적용된다. 또한, 각도가 일정한 굴절과는 별도로, 이미 언급된 초점 위치 (Z3)의 변화와 같은 각도 의존적으로 변화하는 성분 및 언급된 비점수차 (Z4, Z5)와 같은 추가 이미징 에러 또한 발생한다.
거울에 입사하는 빔 번들 즉, 거울의 중간에서, 즉 돔 중간에서 외부로 정확하게 진행하여 세미-쉘 구형 또는 타원형 돔의 아치형 표면에 수직으로 입사되는 상기 빔 번들의 빔에 대해 빔의 편향이 발생하지 않는 반면, 중심 빔에 평행하게 진행되는 축-평행 빔은 편향을 겪는다. 그 이유는 이들 빔이 돔의 더 높은 굴절 매체로 진입할 때 겪는 굴절이고, 이는 빔이 다시 나가는 위치와 국부적으로 다른 경사를 갖는, 빔이 돔에 진입하는 위치를 초래한다. 이것에 의해 야기되는 빔 편향의 크기는 빔이 돔에 입사되는 국부 경사각 및 굴절에 의해 야기되는 빔 오프셋의 크기에 의해 결정된다.
국부 경사각은 전체 빔 번들 직경 및 돔의 크기에 의해 결정되는 반면, 빔 오프셋의 크기는 돔의 재료의 굴절률 및 두께에 의존한다.
일정한 벽 두께를 가진 이상적인 구형 돔의 초점 거리는 다음과 같다.
Figure pct00001
여기서 n은 굴절률이고, d는 돔의 벽 두께이고, R은 돔의 반경이다.
마지막으로, 구형 또는 타원형이든, 원하는 형상으로부터 돔 형상의 모든 제조 관련 추가 편차는 돔의 광학 특성 또는 굴절력의 변화를 초래하기 때문에, 가능한 한 큰 초점 거리가 요구되는 초점길이의 역수 또는 제곱 역수를 갖는 스케일은 미리 정의된 돔의 최대 반경이 주어지면, 가능한 한 작은 벽 두께에 의해서만 달성될 수 있다. 그러나, 벽 두께는 임의로 감소 될 수 없다. 예를 들어 돔은 진공이 돔 내부에서 우세 할 때 적어도 1 bar의 차압을 영구적으로 견딜 수있는 위치에 있어야하기 때문이다. 세미-쉘 구형 또는 타원 형태의 돔은 특히 압력을 수용하여 캐리어 기판으로 유도하는 데 적합하다. 50보다 큰, 돔의 벽의 두께 (d)에 대한 돔의 반경 (R)의 제곱의 비, 즉 R2/d>50은 또한 제조 방법의 공차와 관련하여 유리하다는 것이 밝혀졌다.
돔으로 인해 발생하는 빔 발산, 가능하면 빔 수렴 또한 예를 들어 본 발명에 따른 MEMS 거울 배열이 사용되는 라이다 시스템 또는 프로젝터의 해상도에 대한 높은 요구를 충족시키기 위해 보상되어야 한다. 이를 위해 제공된 보상 광학계는 실질적으로 평행 한 레이저 빔이 돔을 통과 한 후 그리고 거울에 의한 반사 후에 다시 존재하는 방식으로 돔 앞에서 레이저 빔을 시준한다.
본 발명에 따르면, 보상 광학계는 하나 이상의 렌즈 및/또는 하나 이상의 중공 거울로서 설계된다. 볼록한 표면 및 오목한 표면, 바람직하게는 하나 이상의 요철 렌즈(concave-convex lens)를 이용하는 광학계가 특히 고성능이다.
돔은 석영 유리 및/또는 이산화 규소를 포함하는 유리로 구성 될 수 있지만, 바람직하게는 실리콘에 적합한 열팽창 계수를 갖는 재료로도 구성 될 수있다.
보상 광학계는 입사 방사선의 가장 작은 빔 직경이 거울에 놓이도록 설계되어야 한다. 즉, 광학계는 레이저 빔의 추가 빔 네킹(beam necking)에 영향을 미치지 않아야 하고, 특히 거울 앞에 놓이지 않아야 한다. 추가적인 빔 발산을 야기하는 회절의 크기는 마이크로 거울이 아닌 레이저 빔의 허리에 의해 결정된다.
보상 광학계의 초점 거리는 다음과 같다.
fcomp = -fdome + a
여기서 a는 돔의 이미지 측 주 평면과 보상 광학계의 물체 측 주 평면 사이의 거리이다.
본 발명의 실시 예에서, 돔의 초점 거리는 대략 보상 광학계의 초점 거리의 반대 부호에 대응할 수있다. 이것은 공식으로부터 도출된 바와 같이, 돔과 보상 광학계의 두 개의 광학 주 평면 사이의 거리 (a)도 방정식에 들어가기 때문에 특정 근사치이다. 그러나 보상 광학계와 거울 사이의 거리는 돔의 초점 거리에 비해 작기 때문에 근사치가 허용된다.
바람직한 실시 예에서, 돔의 초점 길이는 50mm내지 300mm일 수 있다.
적어도 하나의 축에 대해 진동하는 거울이 매달린 캐리어 기판에 의해 투명 커버가 기밀식으로 폐쇄되는 방법에 관한 상기 실시 예들에 따른 MEMS 거울 배열의 제조 방법은 다음 단계들을 포함한다:
실리콘 웨이퍼를 제공하고, 커버의 베이스 표면에 각각 대응하는 복수의 심화부 (deepening)가 생성되도록 실리콘 웨이퍼를 구조화하고, 상기 구조화된 실리콘 웨이퍼 상에 유리 같은 재료의 커버 웨이퍼를 본딩하고, 불활성 가스는 상기 심화부 및 상기 커버 웨이퍼에 의해 형성된 캐비티 내에 미리 정해진 압력으로 봉입되고, 봉입된 불활성 가스의 팽창에 의해 복수의 돔이 형성되도록 상기 실리콘 웨이퍼 및 상기 커버 웨이퍼의 합성물을 템퍼링하고, 상기 실리콘 웨이퍼와 상기 커버 웨이퍼의 합성물을 냉각시킨 후, 상기 실리콘 웨이퍼를 부분적으로 또는 완전히 제거하고, 상기 커버 웨이퍼와 관련하여 상기 돔의 중간 점에 상기 거울 중간이 각각 놓이도록, 상기 캐리어 기판 상에 매달린 복수의 거울을 포함하는 거울 웨이퍼를 배치하고, 상기 커버 웨이퍼를 부가적으로 증착된 층 또는 구조와의 결합하는 방법에 의해 상기 거울 웨이퍼와 결합 및 용봉으로 폐쇄하고, 상기 커버 웨이퍼와 상기 거울 웨이퍼의 합성물을 개별적으로 캡핑된 MEMS 거울 배열로 단일화하는 단계.
본 발명에 따른 방법의 다른 실시 예에서, 실리콘 웨이퍼 대신에 도구가 사용되며, 상기 도구는 고온의 유리 같은 재료(glass-like material)의 접착을 방지하는 물질로 구성되거나 또는 고온의 유리 같은 재료의 접착을 방지하는 물질로 코팅된다. 이 도구는 관통 구멍이 마련되어 있거나 마련될 수 있다. 유리 같은 재료의 커버 웨이퍼가 관통 구멍이 마련된 도구 상에 적용되고, 진공이 커버 웨이퍼로부터 먼 쪽에서 적용된다. 도구 및 커버 웨이퍼의 합성물의 템퍼링은 진공으로 인해 커버 웨이퍼를 관통 개구 내로 흡입함으로써 복수의 돔이 형성되는 방식으로 대기 조건 하에서 수행된다. 도구는 도구 및 커버 웨이퍼의 합성물을 냉각시킨 후에 제거된다. 추가 단계는 전술 한 방법의 단계에 해당한다.
큰 각도 범위를 검출하기 위한 본 발명에 따른 거울 배열은, 상기 배열은 전술 한 바와 같은 방법의 실시 예에 의해 제조 될 수 있으며, 전술한 것처럼 거울 기판 또는 거울 웨이퍼의 구성요소이고, 상기 방법으로 설명되고, 적어도 하나의 축에 대해 진동하는 거울이 매달려 있는 캐리어 기판, 기밀하게 캐리어 기판에 연결되고 평면 영역을 갖고 그것에 연결되는 돔을 포함하는 투명 커버, 및 돔 외부의 입사 빔 번들을 위해 미리 정의된 빔 경로에 배치되는 보상 광학계를 포함하고, 거울의 중간은 돔의 중간 지점에 있으며, 상기 보상 광학계는 상기 돔의 경계면에 의해 야기되는 상기 빔 번들의 발산 또는 수렴이 적어도 부분적으로 보상되는 방식으로 상기 입사 빔 번들을 시준한다.
MEMS 거울배열을 위한 본 발명에 따른 커버 형상은, 칩 표면 또는 캐리어 기판이 불필요하게 커지지 않아도 180도까지 넓은 시야를 가능하게 하고, 본 발명에 따른 방법의 방식에 의해 제조될 수 있다. 따라서, MEMS 거울 배열의 캐리어 기판 또는 칩 표면은 광학계의 필요성에 의해 결정되지 않는다. 또한, 본 발명에 따른 방법은 다수의 MEMS 거울 배열의 저렴한 제조를 가능하게한다.
유리 흐름(glass flow)에 의해 제조가 이루어진다. 이를 위해, 유리 웨이퍼를 구조화된 실리콘 웨이퍼 상에 양극성 접합할 때, 불활성 가스 100mbar 내지 3bar, 바람직하게는 1bar 내지 1.2bar의 압력, 전형적으로 질소가 캐비티 내에 봉입된다.
진공 하에서의 템퍼링이 특히 유리하며, 이에 의해 매우 깊은 실리콘 캐비티 또는 캐비티 내의 높은 가스 압력을 필요로하지 않으면서 상당히 높은 돔이 생성될 수 있다. 템퍼링 후 냉각 중에 더 이상 힘이 돔에 가해지지 않아야 한다. 실제 템퍼링이 진공에서 수행되지 않았다면, 돔의 유리의 갱신된 유동과 이것에 의해 수반되는 냉각 동안의 형태 변화를 피하기 위해, 오븐 내의 가스 압력이 이상적인 가스 방정식에 따라 온도를 추적하는 것이 유리하다.
본 발명에 따르면, 진공 하에서의 템퍼링은 650°C 내지 950°C, 바람직하게는 700°C 내지 800°C, 더욱더 바람직하게는 710°C에서 수행되고, 정해진 30분 내지 12 시간, 바람직하게는 약 2 시간의 정의된 시간 후에 완료되고, 진공 하에서 냉각된다. 기본적으로, 템퍼링은 형상이 원하는 최종 돔 형상에 천천히 근접하도록 수행되어야한다. 템퍼링 공정의 끝을 향한 낮은 유속은 표면 장력의 영향으로 인해 특히 양호한 구형 표면 형상을 초래한다. 여기서, 구조화된 실리콘 웨이퍼의 심화부의 파라미터 깊이, 상기 캐비티 내에 봉입된 가스의 압력, 템퍼링 온도 및 템퍼링 시간이 유리 같은 재료의 유속이 템퍼링의 끝을 향하여 바람직하게는 템퍼링 시간의 마지막 20 % 동안 0.5 mm/h보다 낮도록 제어된다. 원하는 돔 형상은 본질적으로 이러한 방식으로 달성된다.
관통 구멍이있는 도구를 사용하는 방법에 관해서, 커버 웨이퍼와 반대인 도구 측의 대기압과 부압 사이의 파라미터 차압, 템퍼링 온도 및 템퍼링 시간이 제어되거나, 유리 같은 재료의 유속이 템퍼링의 끝을 향하여 바람직하게는 템퍼링 시간의 마지막 20 % 동안 0.5 mm/h보다 작도록 차압이 추적된다. 원하는 돔 형상은 본질적으로 이러한 방식으로 달성된다.
실제 유리 성형 공정이 완료된 후, 실리콘은 부분적으로 또는 완전히 제거되는데, 이는 기계적으로 수행 될 수 있거나, 돔의 매우 높은 지형으로 인해 습식 화학 수단, 예를 들어 뜨거운 가성 칼륨으로 식각하는 방식으로 수행 될 수있다.
유리 흐름과 함께 유리의 기계적 팽창에 의해, 돔의 벽 두께는 초기 유리기판의 50 %이다. 그럼에도 불구하고, 벽 두께가 예를 들어 1 μm 내지 0.5 mm 인 매우 얇은 벽의 유리 돔을 제조하기 위해서는 200 μm 이하의 두께를 갖는 상응하는 얇은 유리 기판도 필요하다. 일반적으로, 이러한 얇은 유리 기판은 이에 수반되는 파손 위험 때문에 더이상 안정적으로 취급될 수 없다. 그러나, 사용된 유리 커버 웨이퍼의 경우,이 유리 웨이퍼 또는 커버 웨이퍼는 매우 높은 돔 구조의 통합으로 인해 높은 수준의 기계적 강성 및 안정성을 얻는다는 것이 밝혀졌다. 그러나, 돔은 각각의 웨이퍼 위에 고정 래스터로 배열 될 필요가 있기 때문에, 개별 칩 또는 구성요소로의 후속 쏘잉(sawing) 보장하기 위해, 돔에 의해 기계적 강성으로부터 이익을 얻지 못하는 축은 커버 웨이퍼 내에서 발생한다. 여기에서, 돔들 사이에 형성되는 추가의 긴 원통형 구조 및 웨이퍼의 에지 영역에서 주변 첨탑 형 구조는 필요한 추가 안정성 및 강성을 보장한다.
사용되는 구성 요소는 대부분의 광학 응용 분야에 대해 반사 방지가 될 필요가 있다. 이를 위해, 원칙적으로 실리콘 웨이퍼 또는 도구의 템퍼링 및 제거 후에 일련의 얇은 층(λ/4)이 돔의 광학 표면 상에 증착된다. CVD 방법, 즉 기상으로부터의 화학적 침전이 사용될 수 있으며, 소위 ALD (원자 층 증착)가 여기에 특히 적합한 것으로 보인다. 왜냐하면, 높은 형상의 진실성이 제공되고 코팅의 층 두께는 돔에 따라 변하지 않기 때문이다.
커버 웨이퍼 및 거울 웨이퍼의 결합 및 용봉된 폐쇄는 커버 웨이퍼 상에 및/또는 거울 웨이퍼 상에 각각의 돔 구조 주위에 밀봉 재료를 증착함으로써 실현될 수 있다. 그리고 부가적으로 증착된 층 또는 구조가 사용되는 후속의 소위 첨가제 결합에 의해 실현될 수 있다.
부가적인 웨이퍼 접합 방법 (= 웨이퍼 본딩)은 실리콘 또는 유리 기판을 접합할 수 있도록 기판 상에 증착되는 금속 또는 유리의 추가 구조를 이용한다. 특히 이하에서 의미하는 것은, 실제 사용 가능한 MEMS 구조를 프레임하는 프레임 구조이다.
실제 결합과 관련하여, MEMS 구조는 밀폐된 방식으로 폐쇄된다. 즉 가스 또는 습도의 침투에 대하여 영구적으로 밀봉된다. 특히, 이에 의해, 수십 년에 걸쳐 폐쇄된 부피로 부압 또는 진공이 유지된다.
부가적인 방법에 의한 웨이퍼 본딩의 예는 매우 낮은 용융 유리의 페이스트가 스크린 인쇄에 의해 결합 파트너 중 하나에 인쇄되고 이어서 폐쇄된 프레임으로 용융되는 소위 유리 프릿 본딩(glass frit bonding)이다. 이어서 웨이퍼의 후속 접합은 전형적으로 420 ℃ 내지 450 ℃의 온도에서 수행된다. 여기에서, 웨이퍼는 전체 웨이퍼 표면에 걸쳐 안전한 접촉을 달성하기 위해 함께 가압된다.
또 다른 매우 중요한 방법은 금속 합금과의 소위 공정 결합(eutectic bonding)이다. 궁극적으로, 이는 금속이 웨이퍼 / 기판 중 적어도 하나에 석출되고 이어서 구조화된 두 개의 결합 파트너의 납땜(soldering)이다. 여기서, 땜납의 실제 합금은 2 개의 웨이퍼 중 하나 (예를 들어 금-주석 땜납) 상에 증착 될 수 있거나, 또는 합금이 서로 분리되는 층의 형태로 존재하며, 본딩이 적어도 두 웨이퍼의 접촉 영역에서 용융되는 실제 합금을 형성할 때까지는 아니다. 땜납 합금의 성분의 상이한 개별 층은 여기서 2 개의 웨이퍼 중 하나 상에 배치 될 수 있지만 분산된 방식으로 양쪽 웨이퍼 상에 증착 될 수있다.
따라서, 예를 들어 금-주석과의 납땜은 필요한 주석이 두 웨이퍼 중 하나에 증착되고 금이 다른 웨이퍼에 증착되고 이들이 서로 반응하지 않고 두 웨이퍼의 접촉 및 가열할 때까지 용융 상을 형성함으로써 달성 될 수있다.
그러나 실제로 이 절차는 금-실리콘 결합에만 적용된다. 유체 금-실리콘 공정(eutectic)은 하나의 웨이퍼상의 본딩 프레임의 금이 다른 웨이퍼의 실리콘과 접촉 할 때 363 ℃ 이상의 온도에서 발생한다.
이들 모든 경우에, 접합 구역의 재료는 적어도 일시적으로 유동적이거나 접합 동안 매우 연질 (유리 땜납)이므로 불균일을 보상할 수 있다. 땜납 연결이 고화되는 방식으로 냉각후에 강도가 달성된다.
특별한 부류의 결합 방법은 연질 금속의 소성 변형을 이용하는 방법이다. 이를 위해, 금속 프레임 구조는 마찬가지로 예를 들어 기상 증착 및 에칭 또는 갈바닉 침전에 의해 결합 파트너 둘 다에 생성된다. 2 개의 웨이퍼는 고압 및 온도 하에서 후속적으로 함께 가압되며, 여기서 프레임 구조는 문자 그대로 함께 압착된다 (= 열 압착 본딩).
대조적으로, 모든 다른 웨이퍼 접합 방법은 접합 동안 화학 반응에 기초하고 기판 특성 (양극 접합, 융합 접합)을 이용한다.
커버 웨이퍼뿐만 아니라 거울 웨이퍼상의 결합 영역이 매우 매끄럽고 평면 인 경우, 두 웨이퍼 사이의 용봉된 폐쇄를 달성하기 위해, 결합 영역에서 추가 밀봉 재료없이 이루어지는 용봉된 폐쇄 방법이 사용될 수 있다. 궁극적으로 유리처럼 매끄러운 표면을 함께 링잉(wringing)하는 것을 기본으로하는 직접 웨이퍼 본딩 외에, 유리 표면이 실리콘과 반응하고 전기 화학 공정에 의해 용봉 방식으로 결합되는 것과 관련하여 고려되는 것은 모든 양극 접합이다. 여기서, 실리콘 표면의 산화는 커버 웨이퍼의 유리와 실리콘 사이에 몇 100V의 전압을인가함으로써 300 ℃ 내지 450 ℃의 온도에서 발생하며, 상기 산화는 최종적으로 두 표면을 분리할 수 없는 방식으로 용접한다.
커버 웨이퍼 또는 거울 웨이퍼의 표면이 적절하게 평탄하거나 매끄러울 필요가 없는 경우 (<10 nm), 거울 웨이퍼를 커버로 밀봉하기 전에 실제 밀봉 재료를 소위 첨가제 결합에 따라 증착해야한다. 일 실시 예에서, 인쇄 가능한 밀봉 재료, 바람직하게는 용융 가능한 땜납이 밀봉 재료로서 사용된다. 결합 층의 인쇄 또는 적어도 그 구조화는 특히 커버 웨이퍼의 높은 지형을 고려하면서, 경제적 및 기술적 관점에서 특히 바람직하다. 무엇보다도 여기에서 언급되어 하는 것은 저 융점 유리 땜납 인쇄이다. 두 결합 파트너 중 하나만이 유리 페이스트로 설계된 유리 땜납으로 인쇄되어야하기 때문인데, 이는 일반적으로 커버 웨이퍼의 공정 관련 이점에 기인한다.
유리한 방식으로, 밀봉 재료는 커버 웨이퍼와 거울 웨이퍼 사이의 결합 영역 상에 증착되며, 일 실시 예에서 접합에 대한 압력을 유도하기 위해 접합 영역은 돔의 벽 바로 아래에 놓인다. 표면의 구형은 작용하는 압력을 수용하여 이들을 거울 웨이퍼로 유도하기에 매우 적합하다. 이러한 이유로, 두 웨이퍼의 결합 영역은 돔 바로 아래 영역을 포함할 수 있다. 그렇지 않으면, 결합 영역의 오프셋이 주어지면, 돔의 벽과 커버 웨이퍼의 평면 영역 사이의 전이 영역에서 실제로 상당한 기계적 응력이 발생할 수있다.
커버 웨이퍼와 거울 웨이퍼를 결합 또는 본딩할 때 필요한 압력이 포인트 방식 또는 선형 방식(pointwise or linear manner)으로 증착되는 것이 유리하다. 커버 웨이퍼의 높은 지형 때문에, 결론적인 접합 절차는 확립된 방법에 따라 수정될 필요가 있다. 일반적으로 웨이퍼는 본딩 중에 서로에 대해 가압될 필요가 있지만, 가능한 경우 광학 표면은 손상을 피하기 위해 기계적으로 하중을 받지 않아야하기 때문에, 기계적 압력은 포인트 방식으로만 적용되며 전체 표면에 적용되지 않는다. 예를 들어, 압력은 도구의 도움으로 웨이퍼 상에 분포된 최대 25 개의 위치에 적용될 수있다. 웨이퍼의 기계적 강성은 웨이퍼 전체에 도입된 압력을 적절히 분산 시켜서, 돔 및 캐리어 기판을 포함하는 커버로 구성된 모든 하우징이 웨이퍼 상에 용봉 방식으로 폐쇄되도록 할 수 있다.
커버 웨이퍼 또는 거울 웨이퍼의 본딩의 다른 가능성은 이들이 에지 영역에서 서로 밀봉식으로 연결되고, 이어서 본딩이 공압 방식으로 수행되는 것이다. 따라서, 웨이퍼 또는 웨이퍼들은 웨이퍼 에지에서 먼저 환형으로 연결되어, 웨이퍼 스택이 진공 기밀 방식으로 폐쇄되고, 실제 본딩은 순수한 공압 방식으로 일어날 수있다. 이를 위해, 웨이퍼는 여전히 본더에 있거나 후속 오븐 단계에 있을 때 대기압 하에서 가열되는데, 이는 결합 재료가 다시 연화되고 2 개의 웨이퍼가 공압에 의해 서로 가압된다는 것을 의미한다.
캐리어 구조 또는 개별 거울용 캐리어 기판을 형성하는 웨이퍼뿐만 아니라 캐리어 구조의 웨이퍼에 연결된 후방 거울은 거울 웨이퍼로 표시된다. 여기에서, 연결은 본딩과 별개로 또는 또한 커버 웨이퍼의 본딩과 함께인 단계에서 수행될 수있다.
본 발명의 실시 예는 도면에 도시되고 후속 설명에서보다 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 그리고 제 1 실시 예에 따른 거울 배열을 통한 단면도로서, 보상 광학계는 생략되어 있다.
도 2는 도 1에 따른 보상 광학계 및 빔 경로를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명 및 제1실시예에 따른 거울 배열의 제조를 위한 단계 a) 내지 g)에 따른 방법 순서.
도 4는 본 발명 및 추가 실시예에 따른 거울 배열의 제조를 위한 단계 a) 내지 e)에 따른 방법 순서.
도 5a 및 5b는 다수의 거울 배열을 갖는 웨이퍼 평면도 및 단면도.
도 1에 도시된 거울 배열의 일부는 캐리어 기판 (1)을 포함하며, 공지된 방식으로 거울 (2)은 1축 또는 2 축 방식으로, 파선으로 도시되고 예를 들어 비틀림 스프링으로 설계된 스프링 (3)을 통해 매달린다. 거울 (2)은 거울 중간 점에 대해 회전하거나 피봇하기 위해 도시되지 않은 드라이브를 통해 구동된다. 캐리어 기판 (1)은 몇몇의 기판층으로, 본 예에서 2 개의 기판층으로 구성 될 수 있으며, 또한 한 부분으로 설계될 수도 있다.
하우징 커버 (4)는 결합 영역 (5)을 통해 용봉 방식으로 캐리어 기판 (1)에 연결되며, 여기서 하우징 커버 (4)는 원하는 입사 및 방출 방사선에 투명한 재료의 원하는 세미-쉘형, 구형 또는 타원형 돔 (6)을 포함한다. 예를 들어, 돔 (6)은 유리가 가시 광선에 대해 투명한 유리 재료로 구성될 수 있다. 이상적으로, 돔의 재료는 온도 관련 결합 공정 후 열역학적 응력을 피하기 위해 실리콘에 적합한 열 팽창 계수를 가져야한다. 평면 영역 (7)은 돔 (6)에 연결되고 결합 영역 (5)은 돔 (6)의 평면 영역 (7)으로의 전이 위치에서 돔 벽 아래에 제공되도록 위치된다.
언급된 바와 같이, 이상적인 반구형 돔 (4)이 요구되지만, 이는 후술되는 적용되는 제조 방법으로는 달성 될 수 없다. 이러한 이유로, 돔 (4)은 원형베이스 표면 또는 바닥 표면을 갖는 타원형 형상을 갖는다. 여기서, 내부 (9) 및 외부 커플링 쉘 (10)로 표시되는 적어도 하나의 경계면은 타원형이고, 이는 이미징 결함 특히 비점수차가 발생하는 것을 의미하는 양쪽 경계면의 경우이다. 비점수차의 크기는 레이저 빔이 여전히 얼마나 잘 포커싱 될 수 있는지 결정한다. 그러나 초점의 크기는 거울 배열을 사용하는 스캐너 또는 프로젝터의의 달성 가능한 해상도 용량 (픽셀 수)을 결정한다. 이를 위해 돔 모양은 특정 특성 형상 매개 변수 범위 내에 있어야 한다. 이 영역 또는 매개 변수 영역을 결정하기 위해 치수에 대한 정의가 도 1에 나타나 있다.
Fi는 내부 타원형 돔 쉘의 수직 반축(semi-axis) 또는 타원형의 중간 점과 돔 내부 사이의 수직 거리이다. Fa는 외부 타원의 수직 반축 또는이 타원의 중간 점과 돔 외부 사이의 수직 거리이다.
Di 는 돔의 내경 또는 단면 타원의 큰 축이다. Da 는 돔의 외경 또는 단면 타원의 큰 축이다.
tt 는 정점에서의 돔 쉘의 두께이다. tb 는 베이스에서 돔 쉘의 두께이다.
Mi 는 내부 돔 쉘의 타원형 돔 단면의 중간 점이다. Ma 는 외부 돔 쉘의 타원형 돔 단면의 중간 점이다.
bi 는 타원형 내부 돔 쉘의 중간점과 거울 표면 사이의 거리이다. ba 는 타원형 외부 돔 쉘의 중간점과 거울 표면 사이의 거리이다.
Ds는 거울의 직경이다.
내부 (9) 및 외부 (10) 돔 쉘의 소위 종횡비 Fi(a)/Di(a) 는 각각 0.4 < Fi/Di 와 Fa/Da <0.6 사이에 있으며 종횡비의 차이 Fa/Da - Fi/Di 는 0.002 < Fa/Da - Fi/Di <0.002 사이에 있어야 한다. 돔 (6)의 최대 두께는 여기서 베이스 표면의 직경(Di)인 경우에, 모든 위치에서 돔(6)의 직경의 10%보다 작아야 한다. 거울 직경이 돔 직경에 비해 너무 크지 않은 한, 이러한 특징 변수는 유효하다. 즉, 거울 직경 Ds이 돔(6)의 베이스 표면의 직경 Di과 관련하여 0.05 < Ds <0.8의 영역에 있어야한다.
거울 (2)은 거울의 중간 점이 돔 (6)의 둥근 베이스 표면의 중간에 놓이도록 위치되어야 한다. 여기서, 중간 점 Mi, Ma 는베이스 표면의 직경 Di과 관련하여 ± 20 % 이상 서로 달라서는 안된다. 내부 (9) 및 외부 (10) 돔 쉘의 타원형 단면 표면의 중간 점 Mi, Ma도 항상 돔(6)의 베이스 표면 또는 바닥 표면과 관련하여 수직 방향으로 거울의 중간 점과 ± 20 % 이상 차이가 없어야 한다.
거울 (2)의 활성화를 위한 전기 연결 패드 (13)는 도 1에서 13으로 표시되어 있다. 유리의 원통형 돔 (14)은 연결 패드 위에 형성되고 유리 웨이퍼의 구성 요소이며, 웨이퍼 칩 또는 개별 거울 배열로 단일화(singularising)할 때 쏘잉(sawing)에 의해 개방된다.
돔 (6)에서의 굴절에 의해 발생하는 빔 발산을 보상하기 위해, 도 2에 따르면, 보상 광학계 (8)가 돔 (6)의 전방에 배열되고, 본 경우에 상기 보상 광학계는 볼록 렌즈로서 설계된다. 도 2에서, 빔 경로 (11, 12)는 개략적으로만 도시되고 평행 빔 경로로부터 벗어난 코스를 도시하지 않는다. 보상 광학계 (8)는, 입사 방사선의 가장 작은 빔 직경이 거울 (2) 상에 놓여지고, 스캐터 렌즈로서 작용하는 돔형 경계면, 내부 돔 쉘(9) 및 돔(6)의 외부 돔 쉘(10)에 의해 야기되는 빔 번들의 발산이 돔(6)으로부터 방출 후에 본질적으로 보상되고 평행 빔(12)으로 방출되도록, 입사 빔 번들 (11)을 시준한다. 이를 위해, 거울 (2)의 중간은 돔 (6)의 중간 점에있다. 도 1 및 2에 따른 이러한 거울 배열은 스캐너, 프로젝션, 라이다 시스템 등에 사용될 수있다.
도 3a 내지 3g에서, 도 1에 따른 거울 배열을위한 제조 단계가 도시되어 있다. 도 3a에 따르면, 실리콘 웨이퍼 (20)가 제공되고, 상기 실리콘 웨이퍼에는 구조화, 바람직하게는 고속 에칭에 의해 심화부 (21)가 제공되며, 심화부는 예를 들어 200 μm의 높이를 갖는다 (도 3b). 유리 웨이퍼 또는 커버 웨이퍼 (22)는 바람직하게는 1.2 bar의 압력으로 구조화된 리세스 (21)를 갖는 실리콘 웨이퍼 (20) 상에 접합되며, 여기서 캐비티, 즉 폐쇄 심화부 (21)는 불활성 가스, 바람직하게는 질소로 채워진다.
도 3c에 따른 이러한 배열은 예를 들어 700 ℃ 내지 800 ℃의 온도에서 템퍼링 오븐에서 진공 하에서 템퍼링되며, 이는 유리가 유속까지 연화되는 것을 의미하고, 그리고 돔 (6)은 캐비티의 압력 변화에 의해 형성된다. 템퍼링 동안, 유동 유리 기판(flowing glass substrate) (22)의 형상은 돔 형상에 근사하고, 따라서 특히 양호한 구형 표면 형상이 생성되고, 특히 표면 장력의 작용 중에 유리 물질의 유속은 템퍼링 시간의 마지막 20 % 동안 0.5 mm/h 미만이다. 이 공정은 약 2 시간 후에 완료되고 변형된 유리 웨이퍼 또는 커버 웨이퍼 (22) 및 실리콘 웨이퍼 (20)의 배열은 오븐에서, 바람직하게는 진공 상태에서 냉각되고 이어서 배기된다 (도 3d). 유리 형성 공정이 완료된 후, 실리콘 기판 (20)은 도 3e 아래에 도시된 바와 같이 부분적으로 또는 완전히 제거된다. 이것은 기계적으로 또는 습식 화학 수단에 의해 수행될 수 있다.
도 3e에 따른 배열, 즉 변형된 유리 웨이퍼 (22)는 일반적으로 양면, 즉 돔 (6)의 내부 표면뿐만 아니라 돔 (6)의 외부 표면에, ALD방식에 의해 일련의 얇은 λ/4 층일 수있는 반사 방지 코팅이 제공된다. 이어서, 저 융점 유리 땜납 (23)이 유리 페이스트로서, 구체적으로 돔 (6)이 유리 웨이퍼 (22)의 평면 (7)으로 전이될 때 의도된 결합 영역 (5)에 인쇄된다 (도 3f 참조). 따라서 결합 영역은 돔 (6)의 벽 바로 아래에 놓인다. 유리 땜납 (23)은 템퍼링 및 글레이징되고, 돔 (6)이 제공된 유리 웨이퍼 (22)는 후속 적으로 커버 웨이퍼로서 사전 제조된 거울 웨이퍼 (24)에 본딩 방식으로 연결된다. 상기 커버 웨이퍼와 상기 거울 웨이퍼 (24)는 그 위에 배치된 보조 구조를 통해 서로 압착된다. 거울 웨이퍼는 처음부터 제조되었으며 거울 (26)를 위한 실제 캐리어 기판 (25) 및 후방 기판 (27)으로 구성 될 수있다. 이러한 배열은 도 3g에 도시되어 있다. 마지막 단계에서, 도 3g에 따른 배열은 예를 들어 쏘잉에 의해 복수의 MEMS 거울 배열로 분할된다.
커버 웨이퍼를 제조하기위한 개략적인 프로세스 시퀀스는 도 4에서 하나의 변형예로 표현되며, 여기서 부압 성형은 재사용 가능한 도구에 적용된다.
도 4a에 따르면, 처리되지 않은 도구(30)가 제공되며, 도 3b에 따른 상기 도구에는 제조될 돔의 베이스 표면에 대응하는 베이스 표면을 포함하는 관통 구멍 (31)이 제공된다. 그러나 이 도구에는 처음부터 관통 구멍이 제공될 수도 있다. 도구의 재료는 고내열강, 세라믹 또는 유리 (석영 유리) 등이며, 이어서 재료는 도구 상에 고온의 유리의 부착을 방지하는 코팅 예를 들어, 질화 붕소, 흑연, 다이아몬드, 비정질 탄소 층 (DLC)이 제공된다. 그러나, 도구 자체는 질화 붕소, SiC, 유리 탄소, 다이아몬드, 흑연 등과 같이 유리에 달라 붙는 경향이 낮은 재료로 구성 될 수 있으며, 여기서 종종 사용되는 흑연이다.
도 4c에 따르면, 유리 웨이퍼 또는 커버 웨이퍼 (22)가 도구 (30) 상에 배치되고, 화살표 (32)로 표시된 진공이 커버 웨이퍼 (22)로부터 멀어지는쪽을 향하는 도구 (30)의 측면으로부터 가해지고, 여기서 이것은 부착된 진공 챔버에 의해 수행될 수 있다. 커버 웨이퍼 측면에는 대기압이 존재한다.
전체 구성은 후속적으로 대기 조건 하에서 템퍼링되며, 이는 커버 웨이퍼 (22)의 유리가 구멍 (31) 내로 흡입되고 돔 (6)이 형성됨을 의미한다 (도 4d). 여기서, 템퍼링 시간과 온도를 고려하면서, 템퍼링은 대기압과 부압 (진공) 사이의 압력 차가 프로세스의 끝을 향하여 감소되도록 제어된다. 커버 웨이퍼 (22)의 제조는 돔 (6)의 필요한 높이에 도달 할 때 완료된다.
배열을 배기한 후에 커버 웨이퍼 (22)가 도구 (30)로부터 들어 올려지고 도구는 다음 웨이퍼를 수용할 준비가된이다 (도 4e).
추가 단계는도 3f 및 3g의 단계에 대응한다.
상이한 웨이퍼 칩으로 분리된 다수의 개별 거울 배열을 갖는 웨이퍼 합성물로서 웨이퍼 (16)의 평면도 및 이 웨이퍼를 통한 개략적인 단면도가 도 5a 및 5b에 도시되어 있다. 거울 배열 또는 웨이퍼 칩은 웨이퍼 에지 (16a)와 평행한 열을 갖는 라운드 웨이퍼 (16) 상에 배열된다. 유리의 원통형 돔 (14)은 열 사이의 전기 연결 패드 (13) 위에 놓이고, 이들 패드는 특히 웨이퍼 합성물 상의 개별 거울 배열을 검사하기 위해 나중에 개방된다.
첨가제 결합 절차는도 5a에 의해 설명될 수 있다. 밀봉 재료의 본드 프레임 (15)은 각각의 웨이퍼 칩 또는 거울 배열 주위 및 돔 (6) 주위에 증착된다. 추가의 본드 프레임 (17)은 주변 에지 (16a)에 근접하여 원칙적으로 실리콘인 웨이퍼 (1)의 주변 주위에 증착된다. 공압 본딩으로, 웨이퍼는 먼저 진공 상태에서 주변부에서 서로 연결된다. 이것은 추가적인 환형 도구의 도움으로 그리고 프로세스 온도에서 이 영역에서만 웨이퍼에 국소적으로 가해지는 기계적 압력에 의해 이루어진다. 이에 의해, 웨이퍼는이 영역에서 함께 가압되고, 무엇보다도 진공 방식으로 밀봉된다. 그 후에 본더(bonder)는 가스, 주로 질소로 배출된다. 여기서, 공압은 2 개의 웨이퍼 사이의 배기 영역을 함께 가압하여, 본드 프레임도 개별 칩 사이에서 함께 가압되고 서로 연결된다. 이후에만 웨이퍼가 본더에서 제거된다. 비평면 표면을 갖는 웨이퍼는이 2 단계 본딩 공정에 의해 처리 될 수있다. 특히, 이로 인해, 넓은 영역에 걸쳐 웨이퍼에 기계적 압력을 가할 필요성이 불필요하게 되는데, 이는 돔의 경우와 같이 민감한 광학 표면이 처리 될 때 큰 이점을 나타낸다.

Claims (23)

  1. 적어도 하나의 축에 대해 진동하는 거울 (2)이 매달려있는 캐리어 기판 (1);
    용봉된 방식(hermetically sealed manner)으로 상기 캐리어 기판 (1)에 연결되고 타원형 단면 표면을 갖는 세미-쉘 돔(semi-shell dome) (6)을 포함하는 투명 커버 (4);
    상기 돔은 본질적으로 원형 베이스 표면 위로 상승하고, 상기 돔 (6)에는 경계면을 형성하는 내부 돔 쉘 및 외부 돔 쉘이 제공되고, 상기 내부 및 / 또는 외부 돔 쉘의 직경 (D)에 대한 높이 (F)의 비는 0.4 내지 0.6 이고, 상기 내부 돔 쉘의 직경(Di)에 대한 높이(Fi)의 비와 상기 외부 돔 쉘의 직경(Da)에 대한 높이(Fa)의 비 사이의 차이는 ±0.002 사이이고,
    입사 빔 번들을 위해 미리 정의 된 빔 경로에서 상기 돔 (6) 외부에 배치된 보상 광학계 (8);를 포함하고,
    상기 거울 (2)의 중간은 상기 돔의 베이스 표면의 직경의 ± 20 %의 최대 공차로 돔의 베이스 표면의 중간 점과 일치하고, 상기 보상 광학계 (8)는 돔의 경계면에 의해 야기된 빔 번들의 발산 또는 수렴이 돔 (6)으로부터 나온 후에 적어도 부분적으로 보상되는 방식으로 입사 빔 번들을 시준하는, 180° 까지, 바람직하게는 160°까지의 각도 범위를 검출하기 위한 MEMS 거울 배열.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 돔 쉘의 직경 (Di)에 대한 높이 (Fi)의 비와 상기 외부 돔 쉘의 직경 (Da)에 대한 높이 (Fa)의 비 사이의 차이는 ± 0.001 사이인 것을 특징으로 하는 MEMS 거울 배열. .
  3. 제 1 항 내지 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돔 벽의 두께에 대한 상기 돔 (6)의 반경의 제곱의 비가 50보다 큰 것(R2/d> 50)을 특징으로 하는 MEMS 거울 배열.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돔 (6)의 벽의 두께는 상기 돔의 베이스 표면의 직경의 10 %보다 작은 것을 특징으로 하는 MEMS 거울 배열.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 거울의 직경은 상기 돔의 베이스 표면 직경의 80 % 내지 5 % 인 것을 특징으로 하는 MEMS 거울 배열.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돔 (6)의 내부 (9) 및 외부 돔 쉘 (10)의 상기 베이스 표면의 중간 점의 편차가 반경 방향 및 수직 방향으로 상기 돔의 상기 베이스 표면의 직경의 ± 10 %, 바람직하게는 ± 5 %의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 MEMS 거울 배열.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돔 (6)의 재료는 상기 거울(2)의 재료의 열팽창 계수에 적합한 열팽창 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 MEMS 거울 배열.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돔 (6)과 상기 캐리어 기판 (1) 사이의 내부 공간은 상기 거울 (2)를 수용하고, 진공 상태이거나 또는 보호 가스로 채워져 있는 것을 특징으로 하는 MEMS 거울 배열.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돔 (6)의 초점 길이는 상기 보상 광학계 (8)의 초점 폭의 반대 부호에 대략적으로 대응하는 것을 특징으로 하는 MEMS 거울 배열.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돔의 초점 길이는 -50 mm 내지 -300 mm 인 것을 특징으로 하는 MEMS 거울 배열.
  11. a) 실리콘 웨이퍼 (20)를 제공하고,
    b) 복수의 심화부 (deepening) (21)가 생성되도록 실리콘 웨이퍼 (20)를 구조화하고,
    c) 상기 구조화 된 실리콘 웨이퍼 (20) 상에 유리 같은 재료(glass-like material)의 커버 웨이퍼 (22)를 본딩하고, 불활성 가스는 상기 심화부 및 상기 커버 웨이퍼(22)에 의해 형성된 캐비티 내에 미리 정해진 압력으로 봉입되고,
    d) 봉입된 불활성 가스의 팽창에 의해 복수의 돔 (6)이 형성되도록 상기 실리콘 웨이퍼 (20) 및 상기 커버 웨이퍼 (22)의 합성물을 템퍼링하고,
    e) 상기 실리콘 웨이퍼 (20)와 상기 커버 웨이퍼 (22)의 합성물을 냉각시킨 후, 상기 실리콘 웨이퍼 (20)를 부분적으로 또는 완전히 제거하고,
    f) 상기 커버 웨이퍼(22)와 관련하여 상기 돔(6)의 중간 점에 상기 거울 중간이 각각 놓이도록, 상기 캐리어 기판 (1) 상에 매달린 복수의 거울(2)을 포함하는 거울 웨이퍼 (24)를 배치하고,
    g) 상기 커버 웨이퍼(22)를 부가적으로 증착된 층 또는 구조와의 결합하는 방법에 의해 상기 거울 웨이퍼 (24)와 결합 및 용봉으로 폐쇄하고,
    h) 상기 커버 웨이퍼 (22)와 상기 거울 웨이퍼 (24)의 합성물을 개별적으로 캡핑된 MEMS 거울 배열로 단일화하는 것을 포함하는 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 MEMS 거울 배열의 제조 방법.
  12. a) 뜨거운, 유리 같은 재료의 접착을 방지하는 재료로 구성되거나 뜨거운, 유리 같은 재료의 접착을 방지하는 재료로 코팅된 도구를 제공하고,
    b) 상기 제공 전 또는 후에 상기 도구에 관통 구멍을 제공하고,
    c) 관통 구멍이 제공되는 상기 도구 상에 유리 같은 재료의 상기 커버 웨이퍼 (22)를 놓고, 상기커버 웨이퍼로부터 이격된 측에 부압(negative pressure)이 적용되고,
    d) 대기 조건 하에서 상기 도구 및 상기 커버 웨이퍼 (22)의 합성물을, 관통 공구 내로 상기 커버 웨이퍼를 흡입함으로써 복수의 돔 (6)이 형성되는 방식으로 템퍼링하고,
    e) 상기 도구와 커버 웨이퍼 (22)의 합성물을 냉각한 후 도구를 제거하고,
    f) 상기 커버 웨이퍼(22)와 관련하여 상기 돔(6)의 중간 점에 상기 거울 중간이 각각 놓이도록, 상기 캐리어 기판 (1) 상에 매달린 복수의 거울(2)을 포함하는 거울 웨이퍼 (24)를 배치하고,
    g) 상기 커버 웨이퍼(22)를 미리 증착된 층 또는 구조와의 결합하는 방법에 의해 상기 거울 웨이퍼 (24)와 결합 및 용봉으로 폐쇄하고,
    h) 상기 커버 웨이퍼 (22)와 상기 거울 웨이퍼 (24)의 합성물을 개별적으로 캡핑된 MEMS 거울 배열로 단일화하는 것을 포함하는 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 MEMS 거울 배열의 제조 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    템퍼링은 진공 하에서 수행되거나, 가스 분위기에서 실제 템퍼링 절차 후 냉각하는 동안 폐쇄 오븐 내의 가스 압력이 열 상태 방정식에 따라 온도 변화를 추적하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 11 항, 제 12 항 또는 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보상 광학계 (8)는 돔 (6)으로 설계된 상기 커버 (4) 외부에, 상기 돔 내로 입사되는 빔의 빔 경로에 배치되고, 상기 보상 광학계는 상기 돔 (6)의 외부 및 내부 경계면을 통한 빔의 통과에 의해 야기되는 발산 또는 수렴을 적어도 부분적으로 보상하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 11 항, 제 12 항 및 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버 웨이퍼(22)를 상기 실리콘 웨이퍼(20)에 접합할 때 상기 불활성 가스가 상기 캐비티내에 100 mbar 내지 3 bar, 바람직하게는 1 bar 내지 1.2 bar의 압력으로 봉입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 11 항, 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    템퍼링은 650°C 내지 950°C, 바람직하게는 700°C 내지 800°C, 더욱더 바람직하게는 710°C에서 수행되고, 정해진 30분 내지 12 시간, 바람직하게는 약 2 시간의 정의된 시간 후에 완료되고, 진공 하에서 냉각되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 11 항, 제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조화된 실리콘 웨이퍼 (20)의 심화부 (21)의 파라미터 깊이, 상기 캐비티 내에 봉입된 가스의 압력, 템퍼링 온도 및 템퍼링 시간이 유리 같은 재료의 유속이 템퍼링의 끝을 향하여 바람직하게는 템퍼링 시간의 마지막 20 % 동안 0.5 mm/h보다 낮도록, 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 12 항, 제 14 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    대기압과, 압력 차의 시간 경과(temporal course) 뿐만 아니라 상기 커버 웨이퍼로부터 먼 쪽에서 가해지는 압력 사이의 파라미터 차압(parameter differential pressure), 템퍼링 온도 및 템퍼링 시간이 유리 같은 재료의 유속이 템퍼링의 끝을 향하여 바람직하게는 템퍼링 시간의 마지막 20 % 동안 0.5 mm/h보다 작도록, 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 11 항 내지 제 18항에 있어서,
    반사 방지 코팅이 상기 실리콘 웨이퍼 (20) 또는 상기 도구의 템퍼링 및 제거 후에, 상기 돔 (6)의 내부 및/또는 외부 표면 상에 증착되고, 바람직하게는 CVD 또는 ALD 방법에 의하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 11 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    인쇄 가능한 밀봉 재료, 바람직하게는 용융 가능한 땜납 또는 유리 땜납이 접합 시 밀봉 재료 (23)로서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 11 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉 재료 (23)는 상기 커버 웨이퍼 (22)와 상기 거울 웨이퍼 (24) 사이의 결합 영역 (5) 상에 증착되고, 상기 결합 영역은 본딩 시 압력을 유도하기 위해 상기 돔의 벽 바로 아래에 놓이는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 11 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    필요한 압력이 상기 커버 웨이퍼 (22)와 상기 거울 웨이퍼 (24)를 접합할 때 포인트 방식(pointwise manner) 또는 선형 방식으로 가해지는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 11 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버 웨이퍼 (22)와 상기 거울 웨이퍼 (24)는 본딩 시 그 에지 영역에서 밀봉 된 방식으로 서로 연결되고 후속적으로 본딩이 공압으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
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