Verfahren zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente und damit hergestellte Erzeugnisse
Beschreibung
Die Erfindung betrifft allgemein optoelektronische Bauelemente und deren Herstellung. Insbesondere betrifft die Erfindung dabei das Zusammenfügen optischer Komponenten mit den optoelektronischen Funktionssubstraten, wie optoelektronischen Chips oder Funktionswafern mit optoelektronischen Chips.
Auch bei optoelektronischen Bauelementen ist eine zunehmende Miniaturisierung zu beobachten. So werden immer kleinere Kameramodule entwickelt, um damit Mobiltelefone auszustatten. Mit einer zunehmenden Miniaturisierung der Kamera-Chips schrumpfen auch die zugehörigen Optiken. So haben die Chips vielfach aktive Sensorflächen in der Größenordnung eines oder weniger Quadratmillimeter. Um eine hinreichende Lichtstärke der zugehörigen Objektive zu gewährleisten, sinken dabei auch die Abstände der optischen Elemente zur Chipoberfläche entsprechend. Es besteht dabei dann generell das Problem, daß auch die Toleranzen in der Ausrichtung der optischen Elemente zur Sensorfläche immer kleiner werden müssen, wenn die Aufnahmequalität erhalten bleiben soll. So führen bei den sehr kurzen Brennweiten miniaturisierter, in festem Abstand zum Chip angeordneter Optiken oder optischer Elemente bereits kleine Abweichungen im Abstand zu massiven Einbußen in der erzielbaren Bildschärfe. Gleiches gilt auch für die laterale
Positionierung der Optik relativ zur Sensorfläche.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, qualitativ verbesserte optoelektronische Bauelemente bereitzustellen. Diese Aufgabe wird bereits in höchst überraschend einfacher Weise durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung sieht dazu ein Verfahren zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente, insbesondere bildsignalerfassender oder bildsignalgebender Bauelemente vor, bei welchem optische Komponenten jeweils bereitgestellt, aufgenommen und auf einen Wafer aufgesetzt werden, wobei die optischen Komponenten vorzugsweise jeweils einzeln oder in Gruppen relativ zu der Position zugeordneter optoelektronischer oder optischer Komponenten des Wafers oder eines mit diesem zu verbindenden Wafers positioniert werden.
Der Wafer ist hier dementsprechend ein Funktionswafer, auf welchem die optoelektronischen Schaltungen der einzelnen Bauelemente hergestellt wurden. Insbesondere kommen hier Siliziumwafer in Betracht, auf denen die optoelektronischen Schaltungen hergestellt sind.
Gemäß einer ersten Weiterbildung ist die optische
Komponente ein planparalleles Substrat. Dieses dient zur Abdeckung der Sensorbereiche, als optisches Fenster und kann mit definierter Dicke insbesondere auch als präzises Abstandselement für weitere optische Komponenten eingesetzt werden. Die optische Komponente kann auch spektral filternde Eigenschaften aufweisen. Insbesondere ist dabei an eine UV- und/oder IR-sperrende Wirkung gedacht. Beispielsweise kann dabei das vorstehend beschriebene planparallele Substrat ein Filterglas sein, mit welchem Infrarot- und/oder Ultraviolett-Anteile herausgefiltert
werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist insbesondere vorgesehen, daß die optische Komponente strahlformende und spektral filternde Wirkung aufweist. Als strahlformende optische Elemente kommen insbesondere refraktive, diffraktive oder refraktiv-diffraktiv wirkende Linsen, asphärische Linsen oder Freiformen des Grundkörpers der optischen Komponenten in Betracht. Die optische Komponente kann zur spektral filternden Wirkung ein Filterglas umfassen oder entsprechend beschichtet sein. Neben einer solchen Filterbeschichtung, für die insbesondere eine Interferenzbeschichtung geeignet ist, kann alternativ oder zusätzlich auch eine Antireflex- und/oder Antikratz- Beschichtung vorhanden sein. Weiterhin kann auch eine leicht reinigbare hydrophobe Beschichtung aufgebracht werden. Für eine hydrophobe Wirkung können beispielsweise fluorhaltige Schichten, wie etwa Fluoralkylsilan-haltige Sol-Gel-Schichten aufgebracht werden. Eine hydrophobe, leicht zu reinigende Beschichtung ist nicht nur für den späteren Gebrauch von Vorteil, vielmehr kann eine erleichterte Reinigung auch bereits im Verlauf der Herstellung erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden einzelne oder Gruppen von Chips mit optoelektronischen Schaltungen aufgenommen und auf einen transparenten Wafer mit optischen Komponenten, beispielsweise auch integrierten optischen Komponenten aufgesetzt, wobei die Chips jeweils individuell oder in Gruppen relativ zu der Position zugeordneter optischer Komponenten des Wafers ausgerichtet werden und die Ausrichtung anhand zumindest eines im Verlauf der Ausrichtung gemessenen Kontrollparameters erfolgt. Kontrollparameter können dabei Registermarken, interferometrische Signale relativ zu optischen Achsen,
Kameraaufzeichung und -auswertung sein. Generell können auch die in der Lithographie eingesetzten Ausrichtungstechniken angewandt werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Funktionswafer mit einer Vielzahl von optoelektronischen Schaltungen mit Sensor- und/oder Emitterbereichen bereitgestellt und optische Komponenten für die Sensor- und/oder Emitterbereiche der optoelektronischen Schaltungen auf dem Wafer befestigt, wobei für die optoelektronischen Schaltungen jeweils zumindest eine optische Komponente aufgenommen, aufgesetzt und individuell auf die Position des jeweiligen Sensor- und/oder Emitterbereichs ausgerichtet wird, wobei die Ausrichtung anhand zumindest eines im Verlauf der Ausrichtung gemessenen Kontrollparameters erfolgt. Diese Technik ist insbesondere auch für emittierende optoelektronische Komponenten, wie Laser und Laserbarren geeignet. Die optische Komponente kann eine Einzelkomponente, wie etwa eine Einzellinse oder auch eine zugeordnete Vielzahl optischer Komponenten, wie insbesondere ein optisches Modul mit mehreren Einzelkomponenten sein.
Allgemein kann das Befestigen der Komponenten durch anodisches Bonden, Kleben oder mechanisches Befestigen erfolgen. Die optischen Komponenten müssen weiterhin nicht zwangsläufig unmittelbar auf den Funktionswafer aufgebracht werden. Beispielsweise kann der Funktionswafer auch schon mit transparenten Abdeckteilen versehen sein, auf welchen dann die optischen Kompoenten angeordnet, ausgerichtet und befestigt werden.
Allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ist gemeinsam, daß gegenüber bisher eingesetzten sogenannten „pick and place„-Techniken nicht jeweils
einzelne Komponenten assembliert werden, sondern, daß eine Assemblierung von Einzelkomponenten auf einem Wafer erfolgt. Die Assemblierung kann dabei einerseits eine individuelle Ausrichtung und Befestigung optischer Komponenten auf einem Funktionswafer oder andererseits eine individuelle Ausrichtung und Befestigung von optoelektronischen Chips auf einem Wafer mit optischen Komponenten umfassen.
Die optischen Komponenten können in Weiterbildung der
Erfindung beispielsweise in Form eines Strangs oder in Form eines Netzes relativ zueinander, vorzugsweise mit dazwischen angeordneten Solltrennstellen, vorpositioniert sein. Derartige Arrays von optischen Komponenten können insbesondere durch Blankpressen aus Fasern hergestellt werden. Dieses Verfahren und damit hergestellte Anordnungen von optischen Komponenten, wie insbesondere von Linsen sind beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 10 2006 001790 bekannt, deren Offenbarung bezüglich der Herstellung optischer Komponenten vollumfänglich auch zum Gegenstand dieser Anmeldung gemacht wird. Dieses Verfahren zur Herstellung optischer Komponenten umfasst die Schritte: -Einlegen einer Glasfaser in eine Pressform mit zumindest zwei Formhälften und einem Pressflächenbereich für zumindest ein optisches Element, und Schließen der Form, -Aufheizen der Form und der Faser bis der Mantelbereich der Faser und die Form zumindest die Presstemperatur erreicht haben, -Blankpressen der Faser, so daß ein Glasteil mit einem optischen Element erhalten wird,
-Abkühlen des Glasteils unter die Transformationstemperatur Tg, -Entnehmen des durch Blankpressen hergestellten Glasteils.
Die Vorpositionierung soll die gruppenweise Assemblierung erleichtern und kann mit Glassträngen und Sollbruchstellen verbundene Komponenten umfassen, die insbesondere durch Blankpressen hergestellt werden. Weist die Pressform dabei mehrere Kavitäten für die optischen Komponenten auf, die in defininertem Abstand zueinander angeordnet sind, sind auch die optischen Komponenten auf dem Glasstrang in defininerten Abständen angeordnet und damit vorpositioniert.
Weiterhin kann eine Vorpositionierung auch mit durch lithographische Techniken erhaltenen Spacern erreicht werden, welche die optischen Komponenten vorpositioniert haltern. Auch bei einer Positionierung mehrerer optischer Komponenten in mehreren Gruppen, wie gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, kann eine hohe Ausrichtegenauigkeit erzielt werden, da Schwierigkeiten bei der Ausrichtung aller optischer Komponenten auf einem optischen Wafer zu allen Sensor- oder Emitterbereichen auf einem Funktionswafer mit dn Halbleiter-Schaltungen vermieden werden.
Noch eine Möglichkeit zur Vorpositionierung besteht darin, vorassemblierte optische Baugruppen in positionierenden Trägern einzusetzen, wobei jeweils ein positionierender Träger mit mehreren optischen Baugruppen aufgesetzt und diese gemeinsam lateral positioniert werden.
Um eine individuelle Ausrichtung der optischen Komponenten zu den Sensor- und/oder Emitterbereichen einzeln oder gruppenweise zu erreichen, können in vorteilhafter Weise die optoelektronischen Komponenten beschaltet und zur Ausrichtung elektrische Signale der optoelektronischen Komponenten als Kontrollparameter durch die Beschaltung
erfasst werden. Ein Beispiel ist, einen Kamerachip zu beschälten und über die optische Komponente oder Baugruppe Licht auf den Sensor zu fokussieren. Die Ausrichtung kann dann anhand der vom Sensor gelieferten Signale erfolgen. So kann etwa eine Punktlichtquelle oder eine Anordnung von Punktlichtquellen verwendet werden, und die Ausrichtung unter Optimierung der Fokusgrösse erfolgen.
Gemäß einer anderen Weiterbildung wird die Ausrichtung mittels einer zusätzlichen optischen Sensoranordnung, beispielsweise einer mit einer Kamera versehenden interferometrischen Anordnung aufgezeichnet, kontrolliert und gesteuert. Auch kann beispielsweise das Bild des über die jeweilige optische Komponente oder optische Baugruppe fokussierte Bild des Sensor- und/oder Emitterbereichs erfasst werden und die Ausrichtung anhand dessen erfolgen.
Besonders zweckmäßig ist es bei der beschriebenen individuellen Ausrichtung, das Aufsetzen und Ausrichten mittels eines Roboters vorzunehmen.
Eine weiterer, alternative oder zusätzliche Möglichkeit, Optiken hochgenau auf optoelektronischen Schaltungen zu positionieren, ist, einen entsprechend hochgenau in seiner Dicke definierten transparenten Wafer auf einem
Funktionswafer mit den Schaltungen zu befestigen, so daß die Außenseite des transparenten Wafers in genau definierter Höhe über den Sensor- und/oder Emitterbereichen der Schaltungen angeordnet ist. Dann können optische Komponenten wie Linsen oder optische Baugruppen aufgesetzt werden, die dann entsprechend genau in Richtung der optischen Achse positioniert sind. Ebenso können die optischen Komponenten auch bereits vor dem Verbinden mit dem Funktionswafer auf dem transparenten Wafer vorassembliert werden. Diese Ausführungsform der Erfindung
erlaubt unter anderem eine genaue Positionierung kurzbrennweitiger Optiken über den Sensor- und/oder Emitterbereiche in Richtung der optischen Achse, ohne daß noch eine aktive Ausrichtung in dieser Richtung zwingend ist.
Demgemäß sieht die Erfindung auch ein Verfahren zur Verpackung optoelektronischer Bauelemente vor, bei welchem optoelektronische Schaltungen mit Sensor- und/oder Emitterbereichen im Waferverbund verpackt werden, bei welchem ein transparenter Wafer, wie insbesondere ein Glas-, Glaskeramik und/oder Optokeramikwafer hergestellt und auf einen Funktionswafer mit den Schaltungen auf die Funktionsseite des Funktionswafers aufgesetzt und befestigt wird, wobei der transparente Wafer mit einer Toleranz der durchschnittlichen Dicke kleiner als ±10 Mikrometer, vorzugsweise kleiner als ± 6 Mikrometer hergestellt wird. Die Dicke des Wafers liegt, besonders geeignet für kurzbrennweitige Optiken, vorzugsweise zwischen 50 und 500 Mikrometern. Besonders bevorzugt wird eine Dicke im Bereich von 100 bis 400, am bevorzugtesten eine Dicke von 250 bis 350 Mikrometer.
Nicht nur die durchschnittliche Dicke ist entscheidend für eine hochgenaue Positionierung in Richtung der optischen Achse, weiterhin ist es auch von Vorteil, wenn die Dicke entlang des Wafers möglichst wenig schwankt, so daß die Abstände der optischen Komponenten jeweils zum Funktionswafer entsprechend genau festgelegt sind. Dazu ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß transparente Wafer, wie insbesondere ein Glas-, Glaskeramik und/oder Optokeramikwafer hergestellt werden, deren Dicke entlang der Oberfläche einer Seite um höchstens ± 10 Mikrometer, vorzugsweise höchstens ± 6 Mikrometer schwankt.
Zur Herstellung eines Glas-, Glaskeramik und/oder Optokeramikwafers mit einer Toleranz der durchschnittlichen Dicke kleiner als + 10 Mikrometer wird vorgeschlagen, eine Vielzahl von Glas-, Glaskeramik und/oder Optokeramikwafern aus einer oder mehreren Glas-, Glaskeramik und/oder Optokeramikscheiben herauszuarbeiten, eine Dickenmessung an den Glas-, Glaskeramik und/oder Optokeramikwafern vorzunehmen und anhand der Dickenmessung eine Sortierung in zumindest zwei Gruppen durchzuführen, so daß die Wafer zumindest einer aussortierten Gruppe von Wafern eine Schichtdickentoleranz kleiner als ± 10 Mikrometer aufweisen. Im einfachsten Fall werden Wafer bestimmter geforderter oder gewünschter Dicke für die Weiterverarbeitung ausgewählt und die übrigen Wafer aussortiert. Es können aber auch mehrere Gruppen unterschiedlicher Dicke, beziehungsweise Dickenbereiche ausgewählt werden. In diesem Fall können entsprechende Gruppen optischer Elemente eingesetzt werden, die zur jeweiligen Dicke der Wafer passen. Beispielsweise können Linsen oder Linsenmodule in Gruppen verschiedener Brennweiten bereitgestellt und zusammen mit den jeweils passenden Gruppen von Wafern weiterverarbeitet werden, so daß die Brennweiten jeweils zu den Dicken der Wafer passen.
Eine weitere, alternative oder zusätzliche Möglichkeit zur Herstellung von Wafern mit einer Toleranz der durchschnittlichen Dicke kleiner als + 10 Mikrometer besteht darin, die Wafer zu polieren und damit deren Dicke zu reduzieren, wobei während des Polierens und/oder in Pausen zwischen mehreren Polierschritten eine Dickenkontrolle vorgenommen wird.
Gemäß noch eine alternativen oder zusätzlichen Weiterbildung wird eine Dickenmessung am Glas-, Glaskeramik und/oder Optokeramikwafer durchgeführt und anschließend eine Beschichtung abgeschieden, deren Schichtdicke so gewählt wird, daß die Gesamtdicke des Glas-, Glaskeramik und/oder Optokeramikwafers mit darauf abgeschiedener Beschichtung die vorgesehene Dicke mit einer Toleranz der durchschnittlichen Dicke kleiner als ± 10 Mikrometer erreicht. Beispielsweise kann eine geeignete Glasschicht, vorzugsweise durch Elektronenstrahlverdampfung, aufgedampft werden. Als besonders geeignet für das Aufdampfen haben sich dabei Borosilikatgläser erwiesen. Es ist bei dieser Ausführungsform der Erfindung weiterhin günstig, wenn die Brechwerte der aufgedampften Schicht und des Wafers aufeinander angepasst sind. Ideal ist dabei, wenn das
Wafermaterial auch als Aufdampfmaterial verwendet wird.
Um optoelektronische Komponenten mit genau zu den Sensor- und/oder Emitterbereichen ausgerichteten optischen Komponenten bereitzustellen, kann gemäß noch einer
Ausführungsform der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente durchgeführt werden, bei welchem ein Funktionswafer mit einer Vielzahl optoelektronischer Schaltungen mit einem Glas-, Glaskeramik und/oder Optokeramikwafer verbunden wird, der eine Vielzahl von optischen Komponenten aufweist, wobei eine optische Komponente jeweils einer optoelektronischen Schaltung zugeordnet ist, wobei die optischen Komponenten im Glas-, Glaskeramik und/oder Optokeramikwafer durch Trockenätzen, insbesondere reaktives Ionenätzen oder Ion-Beam-Ätzen oder Ion-Milling, in einem Plasma hergestellt werden, wobei die Strukturen der optischen Komponenten auf dem Wafer durch Aufbringen einer strukturierten Zwischenschicht und Abtrag sowohl von Material der Zwischenschicht, als auch von
Material des Glas-, Glaskeramik und/oder Optokeramikwafers durch die reaktiven Ionen während des Ätzprozesses erzeugt werden. Dieses Verfahren erlaubt sogar die Herstellung asphärischer Linsen in genau definierter lateraler Position. Um die strukturierte Zwischenschicht herzustellen, wird besonders bevorzugt photolithographische Strukturierung eingesetzt. Da auch die Herstellung der optoelektronischen Schaltungen mittels photolithographischer Masken erfolgt, kann mittels der photolithographischen Strukturierung der Zwischenschicht die gleiche Positionsgenauigkeit wie bei der Herstellung der Schaltungen erzielt werden. Aufgrund der genauen Positionierung kann die Assemblierung der optischen Komponenten mit den optoelektronischen Schaltungen vollständig im Waferverbund erfolgen.
Um das Wafermaterial abzutragen, ist insbesondere eine fluorhaltige, vorzugsweise CF4-haltige Atmosphäre für die Erzeugung eines Plasmas für das reaktive Ionenätzen in Verbindung mit einem Glas-, Glaskeramik und/oder
Optokeramikwafer mit einem Material geeignet, welches zumindest eine Komponente enthält, die mit Fluor ein flüchtiges Fluorid bildet. Insbesondere kann dazu das Wafermaterial zumindest eine der Komponenten SiO2 , GeO2, B2O3, P2O5 enthalten.
Werden optische Wafer aus Glas, Glaskeramik oder Keramik auf Halbleiter-Funktionswafer gebondet, so ergibt sich das Problem, daß unterschiedliche Temperaturausdehungskoeffizienten der Materialien zu mechanischen Spannungen führen können, welche zu erheblichen Verformungen und zum Ablösen des optischen Wafers führen kann. Will man dieses Problem umgehen, kann beispielsweise ein Glas gewählt werden, welches einen zu Silizium ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten hat. In diesem
Fall ist man allerdings in der Auswahl der einsetzbaren Deckgläser für optoelektronische Bauelemente sehr eingeschränkt oder sogar festgelegt. Wünschenswert wäre es daher, bereits im Waferverbund optoelektronische Bauelemente verpacken zu können, ohne daß die oben genannten Einschränkungen bestehen. Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente gelöst, bei welchem auf einem Funktionswafer mit einer Vielzahl optoelektronischer Schaltungen transparente Glas- Glaskeramik- oder
Optokeramik-Abdeckungen für die optoelektronischen Schaltungen aufgebracht werden, wobei ein Glas-, Glaskeramik und/oder Optokeramikwafer mit einem Opfersubstrat verbunden, und der Glas-, Glaskeramik und/oder Optokeramikwafer in einzelne Abdeckungen zerteilt wird, welche über den Opferwafer miteinander verbunden sind, und wobei der Verbund mit dem Opferwafer und den Abdeckungen mit den freiliegenden Seiten der Abdeckungen auf dem Funktionswafer befestigt, die Verbindung zwischen Opferwafer und den Abdeckungen gelöst und der Opferwafer entfernt wird, so daß ein Zwischenprodukt mit dem Funktionswafer und auf den optoelektronischen Schaltungen befestigten, lateral voneinander beabstandeten Abdeckungen erhalten wird.
Da der optische Wafer auf diese Weise in einzelne Teile aufgebrochen wird, die mit dem Funktionswafer im Waferverbund verbunden werden, können sich auftretende Spannungen abbauen, so daß eine starke durchbiegung oder eine Ablösung der Decksubstrate aus dem optischen Wafer verhindert wird. So kann erfindungsgemäß dann auch ein Funktionswafer und ein Glas-, Glaskeramik und/oder Optokeramikwafer verwendet werden, deren thermische Ausdehnungskoeffizienten sich bei Raumtemperatur um zumindest 3,5^10"6K"1 unterscheiden. Dies ist auch dann
möglich, wenn Abdeckteile einzeln oder gruppenweise auf einem Funktionswafer, oder umgekehrt Chips auf einem optischen, transparenten Wafer, wie insbesondere einem Glas-, Glaskeramik- oder Optokeramik-Wafer aufgesetzt werden.
Beispielsweise kann ein Glaswafer oder Glasabdeckungen mit einem spektral filternden Glas, insbesondere einem Infrarot-Filterglas eingesetzt werden. Ein Beispiel für ein solches Glas ist das Schott-Glas BG 50. Infrarot- Filtergläser haben oft Ausdehungskoeffizienten im Bereich von 8 bis 9 *10~6 K"1, währenddessen Silizium als Halbleitermaterial für den Funktionswafer oder die Chips nur einen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 2*10~6 K'1 aufweist. Weitere Gläser, die zum Teil noch deutlich mehr in ihrem Ausdehnungskoeffizienten abweichen sind beispielsweise optische Gläser die besonders für das Blankpressen geeignet sind. Hier sind sogar Ausdehnungskoeffizienten bis zu etwa 17*10~6 K"1 bekannt. Auch solche Gläser können erfindungsgemäß verwendet werden. Demgemäß können auch Differenzen in den linearen Ausdehnungskoeffizienten von zumindest 8*10~6 K'1 oder sogar zumindest 14*10~6 K"1 auftreten.
Eine weitere, auch zusätzlich zu einem Filterglas einsetzbare Möglichkeit, spektral filternde Eigenschaften zu erhalten, ist die Verwendung eines Glaswafer oder von Glasabdeckungen mit einer spektral wirksamen Beschichtung, insbesondere einer Infrarot- und/oder UV- Filterbeschichtung. Speziell die Kombination eines
Filterglases mit einer Filterbeschichtung ist von Vorteil, um eine breitbandige definierte Filterwirkung mit festgelegten Kanten zu erhalten. Demgemäß ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß ein Glaswafer oder Glasabdeckungen mit spektral filternden Glas,
insbesondere einem Infrarot-Filterglas und einer spektral wirksamen Beschichtung, insbesondere einer Infrarot- und/oder UV-Filterbeschichtung verwendet werden.
Zusätzlich oder alternativ zur weiter oben beschriebenen Möglichkeit, optische Komponenten durch reaktives Ionenätzen einer mit einer strukturierten Zwischenschicht versehenen Oberfläche zu erzeugen, können integrierte Optiken auch durch Blankpressen erzeugt werden. Dazu ist ein Verfahren vorgesehen, bei welchem ein Glaswafer oder Glasabdeckungen, vorzugsweise mit einem Low-Tg-Glas mit einer Transformationstemperatur unterhalb von 600 0C, vorzugsweise unterhalb von 550 0C, besonders bevorzugt im Bereich von 450 bis 550 0C verwendet und optische Komponenten durch Blankpressen des Glases hergestellt werden. Besonders für kleine optische Elemente sind dabei Silizium-Pressformen geeignet. Diese können zur Herstellung der entsprechenden Kavitäten mit Lithografieschritten, wie sie in der Halbleiter-Fertigung eingesetzt werden, bearbeitet werden. Es hat sich überraschend gezeigt, daß daneben -bei Verwendung geeigneter Materialien für die Pressform, beispielsweise Silizium und einer besonderen Temperatur- und Pressdruck-Steuerung- auch Gläser mit Transformationstemperaturen oberhalb von 600 0C verwendet werden können. Eine besonders bevorzugte Temperatur- und
Druckführung sieht vor, den Anpressdruck beim Abkühlen nach dem Einpressen der optischen Komponenten abzusenken.
Das Blankpressen eignet sich neben der Herstellung von refraktiven Linsenanordnungen auf optischen Wafern auch zur Herstellung von diffraktiven Elementen, wie etwa diffraktiven Linsen.
Alternativ oder zusätzlich können auch Vertiefungen auf einem optischen Wafer oder einzelnen transparenten
Abdeckungen durch Blankpressen hergestellt werden. Diese bilden dann nach dem Verbinden mit dem Funktionswafer Kavitäten, welche die Sensor- und/oder Emitterbereiche hermetisch umschließen.
Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, mehrere optische Wafer zu stapeln, um im Waferverbund integrierte Optiken und optoelektronische Schaltungen auf einem Funktionswafer zu assemblieren. Dazu ist ein Verfahren zur Herstellung optoelektronischer Komponenten vorgesehen, bei welchem ein Stapel mit zumindest zwei Glas-, Glaskeramik und/oder Optokeramikwafern, von denen zumindest einer eine Vielzahl optischer Komponenten aufweist, die in ihrer Position optoelektronischen Komponenten auf einem Funktionswafer zugeordnet sind, verwendet wird.
Vorzugsweise werden weiterhin Glas-, Glaskeramik und/oder Optokeramikwafer mit einer Vielzahl von Linsen als optische Komponenten eingesetzt. Diese können allgemein durch Blankpressen hergestellt werden.
Eine weitere, alternative oder zusätzliche Möglichkeit zur Herstellung eines optischen Wafers mit integrierten Optiken herzustellen, ist, die optischen Komponenten vorzugsweise vorpositioniert, auf dem Glas-, Glaskeramik und/oder Optokeramikwaferwafer zu befestigen. So können mehrelementige Optiken, wie etwa Objektive auf dem transparenten Wafer vorassembliert und dieser dann mit dem Funktionswafer verbunden werden.
Den Ausführungsformen der Erfundung gemeinsam ist, daß ein Zwischenprodukt erhalten wird, bei welchem die optoelektronischen Komponenten zusammen mit optischen Komponenten im Waferverbund assembliert sind. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Zwischenprodukt
einen Funktionswafer mit optoelektronischen Schaltungen und auf den optoelektronischen Schaltungen befestigten, lateral voneinander beabstandeten Abdeckungen. Ein solches Zwischenprodukt wird beispielsweise erhalten, wenn ein optischer Wafer wie weiter oben beschrieben auf einem Opfersubstrat befestigt, zerteilt und dann mit dem Funktionswafer verbunden wird. Gemäß noch einer Ausführungsform umfasst das Zwischenprodukt mit einer Viehzahl optischer oder optoelektronischer Bauelemente vereinzelte optische oder optoelektronische Komponenten, die jeweils auf einen Wafer aufgesetzt sind, wobei die optischen oder optoelektronischen Komponenten jeweils individuell auf die Position zugeordneter optoelektronischer oder optischer Komponenten des Wafers ausgerichtet sind. Beispielsweise können dabei vereinzelte Chips mit optoelektronischen Schaltungen auf einem transparenten Wafer mit optischen Komponenten, vorzugsweise integrierten optischen Komponenten aufgesetzt und jeweils individuell auf die Position zugeordneter optischer Komponenten des Wafers ausgerichtet sein. Dieses Zwischenprodukt wird erhalten, wenn vereinzelte optoelektronische Chips wie weiter oben beschrieben auf einen optischen, beziehungsweise transparenten Wafer, wie etwa einem Glas- Glskeramik- oder Optokeramik-Wafer aufgesetztm, ausgerichtet und gebondet werden.
Werden umgekehrt optische Komponenten auf einen Funktionswafer mit den optelektronischen Schaltungen aufgesetzt, ausgerichtet und gebondet, wird dementsprechend ein Zwischenprodukt erhalten, bei welchem auf einem
Funktionswafer mit einer Vielzahl von optoelektronischen Schaltungen mit Sensor- und/oder Emitterbereichen optische Komponenten für die Sensor- und/oder Emitterbereiche der optoelektronischen Schaltungen auf dem Wafer befestigt sind, wobei für die optoelektronischen Schaltungen jeweils
zumindest eine vereinzelte optische Komponente aufgesetzt und individuell auf die Position des jeweiligen Sensor- und/oder Emitterbereichs ausgerichtet ist.
Aus den vorgenannten Zwischenprodukten können dann optoelektronische Bausteine oder Komponenten durch Abtrennen von Wafer hergestellt werden. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet sind dabei digitale Bildaufzeichnungseinrichtungen mit solchen optoelektronischen Bausteinen. Solche
Bildaufzeichnungseinrichtungen können beispielsweise digitale Standbild- sowie Videokameras und diese enthaltende Einrichtungen, wie: Überwachungskameras, bildgebende Einrichtungen für Automotive-, Avionik-, Nautik-, Robotik-, Security-Anwendungen, medizintechnische Anwendungen, wie in Endoskopen, Arthroskopen, sein.
Als Gläser für die Abdeckteile, optischen Komponenten und optischen, transparenten Glaswafer kommen Filtergläser, wie die unter dem Namen BG 50 bekannten Gläser,
Borosilikatgläser, wie etwa Borofloat-Glas, alkalifreie Borosilikatgläser wie etwa die unter den Namen AF 37 und AF 45 oder D 263 bekannten Gläser in Betracht. Die Borosailikatgläser sind unter anderem gut geeignet, mit einem Siliziumwafer als Funktionswafer verbunden zu werden, da die vorgenannten Gläser zu Silizium ähnliche Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 bis Fig. 4 Verfahrensschritte zur Herstellung eines Waferverbunds mit einem Halbleiter-Funktionswafer und einer transparenten Glasabdeckung mit geringer Dickentoleranz,
Fig. 5 bis 8 eine Weiterbildung der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Verfahrensschritte,
Fig. 9 eine Anordnung zur Durchführung von Verfahrensschritten zur Weiterverarbeitung, wobei der Funktionswafer mit Linsen versehen wird,
Fig. 10 eine Variante der in Fig. 9 gezeigten Anordnung,
Fig. 11 eine Variante, bei welcher Gruppen von Linsen gemeinsam positioniert werden,
Fig. 12 eine weitere Variante, bei welcher optische Module aufgesetzt und ausgerichtet werden,
Fig. 13 bis 15 Verfahrensschritte zur Herstellung eines Zwischenerzeugnisses mit einem Funktionswafer und einem mit diesem verbundenen optischen Wafer mit integrierten optischen Komponenten,
Fig. 16 und 17 Verfahrensschritte zur Herstellung eines optischen Wafers mit einer Linsenanordnung durch Blankpressen,
Fig. 18 eine photographische Aufnahme eines durch Blankpressen umgeformten Glaswafers mit Linsen,
Fig. 19 Profilmessungen an einer Kavität der Presssform und einer damit hergestellten Linse,
Fig. 20 eine Variante des in Fig. 4 dargestellten Waferverbunds ,
Fig. 21 und 22 Transmissionsverläufe einer
Filterbeschichtung und eines Infrarot-Filterglases, sowie deren Kombination.
Anhand der Fig. 1 bis 4 werden Verfahrensschritte zur Herstellung eines Waferverbundes mit einer transparenten Abdeckung für optoelektronische Schaltungen auf einem Funktionswafer beschrieben. Das Verfahren basiert darauf, daß die optoelektronischen Bauelemente im Waferverbund verpackt werden, indem ein Glas-Wafer hergestellt und auf einen Funktionswafer mit den Schaltungen auf die
Funktionsseite des Funktionswafers aufgesetzt und befestigt wird. Dabei wird der Glas-Wafer vorzugsweise mit einer Dicke zwischen 50 und 500 Mikrometern und einer Toleranz der durchschnittlichen Dicke kleiner als ±10 Mikrometer, vorzugsweise kleiner als ± 6 Mikrometer hergestellt. Auch die Dicke des optischen Glas-Wafers schwankt dabei um höchstens ± 10 Mikrometer, vorzugsweise höchstens ± 6 Mikrometer.
Dazu wird eine Vielzahl von Glas-Wafern aus einer oder mehreren Glasscheiben herausgearbeitet, eine Dickenmessung an den Glas-, Glaskeramik und/oder Optokeramikwafern vorgenommen und anhand der Dickenmessung eine Sortierung in zumindest zwei Gruppen durchgeführt, so daß die Wafer zumindest einer aussortierten Gruppe von Wafern eine Schichtdickentoleranz kleiner als ± 10 Mikrometer aufweisen.
Fig. 1 zeigt dazu die Herstellung der Glasscheiben mittels einer Down-Draw-Vorrichtung 1. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Tiegel 3, der mit Glasschmelze 5 befüllt wird. Die Glasschmelze 5 läuft als Strang 7 aus einer Schlitzdüse 4 aus und erkaltet zu einem festen Glasstrang. Dieser wird mittels einer Trennvorrichtung in einzelne Glasscheiben ii zerlegt.
Aus den Glasscheiben 11 werden dann, wie in Fig. 2 in Aufsicht auf eine Glasscheibe schematisch gezeigt,
Glaswafer 13, beispielsweise mit einem Durchmesser von 8 Zoll herausgeschnitten.
Anschließend erfolgt, wie in Fig. 3 dargestellt, eine Dickenmessung und eine Sortierung in Gruppen 20, 21, 22 verschiedener Dicke. Die Dickenmessung erfolgt bei dem gezeigten Beispiel mittels einer Triangulations- Meßvorrichtung . Dabei wird ein Laserstrahl eines Lasers 15 schräg auf einen Wafer 13 gerichtet. Das Laserlicht wird dabei an den Oberflächen beider Seiten reflektiert, so daß zwei Parallelstrahlen entstehen, die von einem Sensor 17 erfasst werden. Je dicker der Wafer ist, desto größer ist der Parallelabstand der Lichtstrahlen. Die Einordnung in die verschiedenen Gruppen 20, 21, 22 erfolgt so, daß die Wafer 13 sich innerhalb einer Gruppe in ihrer durchschnittlichen Dicke um höchstens ±10 Mikrometer, vorzugsweise kleiner als ± 6 Mikrometer unterscheiden.
Die Glaswafer 13 werden dann, wie in Fig. 4 gezeigt, auf einen Funktionswafer in Form eines Halbleiter-Wafers 25 mit einer Vielzahl optoelektronischer Schaltungen, beispielsweise von Kamerasensoren aufgebondet. Das Bonden kann beispielsweise durch eine Klebeverbindung, anodisches Bonden, Niedertemperatur-Bonden unter Ausbildung eines
anorganischen Netzwerks zwischen den Wafern 13, und 25, oder auch durch lokales schnelles Aufschmelzen einer Metallbeschichtung, etwa mittels eines Lasers erfolgen.
Die optoelektronischen Schaltungen 27 sind nun hermetisch mittels des optischen Wafers 13 verpackt. Außerdem ist die Außenseite des optischen Wafers 13 aufgrund der Dickenselektion in genau definiertem Abstand zur verkapselten Oberfläche des Halbleiter-Wafers 25 mit den optoelektronischen Schaltungen 27. Dies erlaubt es nun, optische Komponenten, wie insbesondere Linsen oder Linsenmodule direkt auf den Glaswafer 13 aufzusetzen. Eine Justierung des Abstands kann dementsprechend entfallen.
Anhand der Fig. 5 bis 8 wird eine Weiterbildung des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels erläutert. Diese Weiterbildung basiert darauf, daß der Funktionswafer 25 mit einer Vielzahl optoelektronischer Schaltungen 27 mit einzelnen Glas-Abdeckungen für die optoelektronischen Schaltungen versehen wird, wobei ein Glas-Wafer mit einem Opfersubstrat verbunden, und der Glas-Wafer in einzelne Abdeckungen zerteilt wird, welche über den Opferwafer miteinander verbunden sind, und wobei der Verbund mit dem Opferwafer und den Abdeckungen mit den freiliegenden Seiten der Abdeckungen auf dem Funktionswafer befestigt, die
Verbindung zwischen Opferwafer und den Abdeckungen gelöst und der Opferwafer entfernt wird, so daß ein Zwischenprodukt mit dem Funktionswafer und auf den optoelektronischen Schaltungen befestigten, lateral voneinander beabstandeten Abdeckungen erhalten wird.
Ein Wafer 13, wie er beispielsweise gemäß dem anhand der Fig. 1 bis 3 erläuterten Verfahren erhalten wird, wird zunächst, wie in Fig. 5 gezeigt auf einem Opferwafer 30 befestigt. Zur Befestigung kann insbesondere eine lösbare
Klebeverbindung verwendet werden. Denkbar ist beispielsweise ein thermisch lösbarer Kleber oder, wenn der Opferwafer transparent für UV-Licht ist, ein UV-lösbarer Kleber. Anschließend werden Schnitte 32 in den Glas-Wafer 13 eingefügt, welche den Glaswafer 13 durchtrennen. Die Schnitte können dabei auch, wie in Fig. 6 gezeigt, in den Opferwafer 30 teilweise hineinreichen, ohne diesen zu durchtrennen. Durch die eingefügten Schnitte werden voneinander getrennte Abdeckteile 130 erhalten, die aber über den Opferwafer 30 miteinander verbunden sind.
Dieser Verbund wird dann mit den Abdeckteilen auf den Halbleiter-Wafer 25 gebondet und der Opferwafer 30 entfernt, so daß jeweils eine optoelektronische Schaltung 27 von einem Abdeckteil 130 abgedeckt und verkapselt wird.
Dies hat unter anderem den Vorteil, daß auch Gläser verwendet werden können, deren Ausdehnugskoeffizient sich deutlich vom Funktionswafer 25 unterscheidet. So können Gläser verwendet werden, deren thermischer
Ausdehnungskoeffizient bei Raumtemperatur um 3,5^10"6K"1 oder mehr vom Ausdehnungskoeffizient des Funktionswafers, unterscheidet. Wird ein Siliziumwafer als Funktionswafer verwendet, kann der lineare Temperaturausdehnungskoeffizient dementsprechend um α =3,5*10'6 K"1 oder mehr vom Wert von α =2,0*10~6 K'1 für Silizium abweichen. Damit können beispielsweise dann auch spezielle Filtergläser verwendet werden, die stark abweichende lineare Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.
Fig. 9 zeigt ausgehend von dem in Fig. 8 gezeigten Zwischenprodukt Verfahrensschritte zur Weiterverarbeitung des mit den Glas-Abdeckteilen 130 versehenen
Funktionswafers 25. Das Verfahren kann ebenso mit dem in Fig. 4 gezeigten Zwischenproduckt durchgeführt werden. Im speziellen werden nun Linsen 35 auf den Wafer 25 aufgesetzt. Das Verfahren beruht nun darauf, daß der Funktionswafer 25 mit einer Vielzahl von optoelektronischen Schaltungen 27 mit Sensor- und/oder Emitterbereichen bereitgestellt und optische Komponenten in Form von Linsen 35 für die Sensor- und/oder Emitterbereiche der optoelektronischen Schaltungen auf dem Wafer 25 befestigt werden, wobei für die optoelektronischen Schaltungen jeweils zumindest eine Linse 35 aufgenommen, aufgesetzt und individuell auf die Position des jeweiligen Sensor- und/oder Emitterbereichs ausgerichtet wird, wobei die Ausrichtung anhand zumindest eines im Verlauf der Ausrichtung gemessenen Kontrollparameters erfolgt.
Das Aufnehmen, Aufsetzen und Ausrichten wird mittels eines Roboterarms 38 durchgeführt. Der Roboterarm 38 kann zur Halterung einer Linse 35 dabei mit einem Sauger ausgestattet sein. Da der Abstand der Linsen 35 durch die genau definierte Dicke der Abdeckteile 130, beziehungsweise des optischen Wafers 13 bereits optimiert ist, erfolgt bei diesem Beispiel noch eine laterale Ausrichtung.
Die Ausrichtung der Linse relativ zu der darunterliegenden zugeordneten optoelektronischen Schaltung, beziehungsweise deren Sensor- und/oder Emitterbereich wird mittels einer zusätzlichen Sensoranordnung erfasst, wobei die genaue Ausrichtung anhand der Daten dieser Sensoranordnung erfolgt. Im Speziellen ist hier eine Kamera 40 vorgesehen, welche die Positionierung der Linse aufzeichnet. Anhand der Bilder wird der Roboterarm kontrolliert und gesteuert. Ist die laterale Position der Linse 35 optimiert, wird diese fixiert. Beispielsweise kann ein UV-härtender Kleber verwendet werden. Der Kleber zwischen Linse 35 und
Abdeckteil 130 ist zunächst flüssig oder zumindest viskos, so daß die Linse lateral verschoben werden kann. Ist die richtige Position gefunden, kann der Kleber durch UV- Bestrahlung schnell gehärtet und die Linse damit dauerhaft befestigt werden.
Fig. 10 zeigt eine Variante der in Fig. 9 gezeigten Anordnung. Bei dieser Variante werden die optoelektronischen Komponenten, beziehungsweise die optioelektronischen Schaltungen beschaltet und zur
Ausrichtung elektrische Signale der optoelektronischen Komponenten als Kontrollparameter durch die Beschaltung erfasst. Die optoelektronischen Schaltungen werden bei dem in Fig. 10 gezeigten Beispiel über leitende Kanäle zur Waferrückseite kontaktiert. Die jeweilige Schaltung 27 wird nun über diese Kanäle beschaltet und mit einer Steuereinrichtung 45 verbunden. Das Bild einer Lichtquelle 41 wird von der Steuereinrichtung 45 ausgewertet und anhand dieser Auswertung der Roboterarm 38 gesteuert. Beispielsweise kann die Linse lateral bewegt werden, bis eine optimale Fokussierung auf den Sensorbereich der optoelektronischen Schaltung 27 vorliegt. Anschließend wird, wie bereits anhand von Fig. 9 beschrieben, die Linse 35 endgültig fixiert.
Fig. 11 zeigt in schematischer Ansicht eine weitere Variante. Bei dieser Variante wird jeweils ein Glasstrang 47 mit mehreren Linsen 35 auf dem Funktionswafer 25 befestigt. Die Linsen 35 auf dem Glasstrang 47 sind in definiertem Abstand angeordnet, welcher dem Abstand der optoelektronischen Schaltungen 27 auf dem Funktionswafer entspricht. Die Linsen 35 sind damit in einer Richtung bereits vorpositioniert. Der Roboterarm 38 positioniert den Strang 47 nun so, daß die Linsen 35 optimal auf die optoelektronischen Schaltungen 27 ausgerichtet sind. Die
Positionierung kann dabei wie anhand von Fig. 9 oder Fig. 10 beschrieben, durchgeführt werden. Dabei ist es günstig, wenn die Ausrichtung für zumindest zwei der Linsen, beziehungsweise der zugeordneten optoelektronischen Schaltungen 27 vorgenommen wird. Beispielsweise können dazu zwei optoelektronische Schaltungen beschaltet und deren Signale zur Steuerung der Ausrichtung verwendet werden.
Fig. 12 zeigt eine weitere Variante, bei welcher optische Module aufgesetzt und ausgerichtet werden. Hier wird im
Unterschied zu den beiden Ausführungsbeispielen der Fig. 10 und 11 ein Zwischenprodukt verwendet, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Wie bei den in Fig. 9 und 10 gezeigten Beispielen werden optische Komponenten mittels eines gesteuerten Roboterarms 38 auf den Funktionswafer 25 aufgesetzt, individuell auf die jeweiligen optoelektronischen Schaltungen 27 ausgerichtet und fixiert. Im Unterschied zu den oben erläuterten Beispielen werden jedoch vorgefertigte optische Module 50 mit mehreren Linsen 351, 352, 353 aufgesetzt und positioniert.
Gemäß einer Variante des in Fig. 12 gezeigten Verfahrens werden die optischen Module 50 auf dem optischen Wafer 13 vor dem Bonden des Wafers 13 mit dem Funktionswafer 25 aufgesetzt und fixiert. Auch in diesem Fall kann eine
Ausrichtung individuell auf die Position des jeweiligen Sensor- und/oder Emitterbereichs erfolgen, indem beispielsweise die Ausrichtung anhand von Ausrichtemarken, beispielsweise einer geeigneten Maske erfolgt.
Bei dieser Variante, bei welcher ein optischer Wafer mit vorassemblierter Optik bereitsgestellt wird, werden demgemäß optische Komponenten in Form optischer Module jeweils bereitgestellt, aufgenommen und auf einen Wafer aufgesetzt, wobei die optischen Komponenten jeweils einzeln
oder in Gruppen relativ zu der Position zugeordneter optoelektronischer Komponenten eines mit diesem später zu verbindenden Funktionswafers positioniert werden.
Die Fig. 13 bis 15 zeigen Verfahrensschritte zur Herstellung eines Zwischenerzeugnisses mit einem Funktionswafer und einem mit diesem verbundenen optischen Wafer mit integrierten optischen Komponenten. Bei diesem Beispiel wird vor der Assemblierung ein optischer Wafer mit optischen Komponenten, hier im Speziellen mit Linsen versehen. Das Verfahren basiert darauf, daß ein Funktionswafer mit einer Vielzahl optoelektronischer Schaltungen mit einem Glas-, Glaskeramik und/oder Optokeramikwafer verbunden wird, der eine Vielzahl von optischen Komponenten aufweist, wobei eine optische
Komponente jeweils einer optoelektronischen Schaltung zugeordnet ist, wobei die optischen Komponenten im Glas-, Glaskeramik und/oder Optokeramikwafer durch Trockenätzen, insbesondere reaktives Ionenätzen, Ion-Beam-Ätzen, Ion- Milling, in einem Plasma hergestellt werden, wobei die
Strukturen der optischen Komponenten auf dem Wafer durch Aufbringen einer strukturierten Zwischenschicht und Abtrag sowohl von Material der Zwischenschicht, als auch von Material des Glas-, Glaskeramik und/oder Optokeramikwafers durch die reaktiven Ionen während des Ätzprozesses erzeugt werden.
Dazu wird zunächst, wie in Fig. 13 dargestellt, eine strukturierte Zwischenschicht 52 mit linsenförmigen Strukturen 52 auf einem Glaswafer 13 aufgebracht. Die
Verteilung der linsenförmigen Strukturen entspricht dabei der Verteilung und Anordnung von optoelektronischen Schaltungen auf einem Funktionswafer. Die Zwischenschicht kann beispielsweise photolithographisch hergestellt werden. Um linsenförmig gewölbte Strukturen aus den
photolithographisch hergestellten Strukturen der Zwischenschicht zu erhalten, kann beispielsweise Grauton- Lithografie eingesetzt werden. Eine weitere Möglichkeit ist, die Zwischenschicht nach dem Strukturieren aufzuschmelzen, so daß die Oberflächenspannung des geschmolzenen Materials die Strukturen in eine Tropfenform überführt .
Anschließend wird, wie in Fig. 14 gezeigt, die Seite des Wafers 13 mit den linsenförmigen Strukturen 54 in einem
Plasma 55 durch reaktives Ionenätzen behandelt. Dazu wird eine fluorhaltige, vorzugsweise CF/j-haltige Atmosphäre für die Erzeugung eines Plasmas zum reaktiven Ionenätzen eingesetzt. Der Wafer 13 enthält dabei ein Material, welches zumindest eine Komponente enthält, die mit Fluor ein flüchtiges Fluorid bildet. Vorzugsweise wird ein Glas mit zumindest einer der Komponenten SiO2 , GeO2, B2O3, P2O5 verwendet. Die freiliegenden, nicht von den Strukturen 54 bedeckten Bereiche des Wafers werden dabei unter Bildung flüchtiger Fluoride abgetragen. Gleichzeitig werden auch die Strukturen 54 abgetragen, so daß im Verlauf des Ätzvorgangs an deren Rand weitere Bereiche der Waferoberfläche freigelegt und geätzt werden. Aufgrund dieses Ätzvorgangs bilden sich dann auch im Glas linsenförmge Strukturen. Ein derart hergestellter Wafer mit Linsen 35 kann dann, wie in Fig. 15 dargestellt, auf einen Funktionswafer 25 gebondet werden.
Die Fig. 16 und 17 zeigen eine weitere Möglichkeit, um optische Wafer 13 mit Linsenanordnungen herzustellen. Das Verfahren basiert darauf, auf einem Glaswafer optische Komponenten durch Blankpressen des Glases herzustellen.
Dazu wird eine Pressform mit Pressform-Hälften 58, 62 eingesetzt. Die Pressform-Hälfte 58 weist eine Vielzahl von
Kavitäten 60 auf. Die Kavitäten sind als Negativ-Formen der herzustellenden Linsen ausgebildet. Diese Kavitäten können insbesondere auch asphärisch sein, um entsprechende asphärische Linsen herzustellen. Vorzugsweise wird ein Glaswafer 13 aus einem Low-Tg-Glas, also einem Glas mit einer Transformationstemperatur unterhalb von 600 0C verwendet. Der Glaswafer 13 wird, wie in Fig. 16 gezeigt, zwischen die vorgeheizten Pressform-Hälften 58, 62 gelegt und die Pressform-Hälften zusammengepresst . Das heiße Glas des Glaswafers beginnt dann zu fließen und füllt die
Kavitäten 60 aus, so daß, wie in Fig. 17 gezeigt, Linsen 35 asugebildet werden.
Als Material für die Pressform-Hälfte 58 wird Silizium verwendet. Die Kavitäten können auf diese Weise durch
Lithografieschritte, wie sie in der Halbleiter-Fertigung Einsatz finden, hergestellt werden.
Fig. 18 zeigt eine photographische Aufnahme eines solchen Glaswafers 13. Der Rand des Wafers 13 ist an den Ecken des Bildes sichtbar. Ein Ausschnitt 64 ist vergrößert unter der photographischen Aufnahme dargestellt. Es zeigt sich, daß die laterale Position der Linsen auf dem Wafer 13 mit einer Toleranz kleiner als 20 Mikrometer Entfernung des Linsenzentrums von der Sollposition durch Blankpressen herstellbar ist.
Die lateralen Positionen der Linsen 35 sind damit so genau definiert, daß auch bei kleinen Sensorflächen im Bereich eines oder weniger Quadratmillimeter eine genaue Ausrichtung der Linsen zu den optoelektronischen Schaltungen durch Ausrichten und Bonden des optischen Wafers auf einen Funktionswafer mit optoelektronischen Schaltungen, entsprechend dem in Fig. 15 gezeigten Beispiel durchgeführt werden kann.
Fig. 19 zeigt Messungen des Profils einer Kavität 60 (dicke gestrichelte Linie) und einer damit hergestellten Linse 35 (durchgezogene Linie) . Wie anhand dieser Messung deutlich wird, liegen die beiden Profile praktisch ohne erkennbare Abweichung übereinander. Die Linsenform der Kavität wird demgemäß sehr gut auf die hergestellten Linsen abgebildet. Insbesondere kann auch die Formabweichung von der Sollform auf deutlich unter 1 Mikrometer begrenzt werden.
Fig. 20 zeigt eine Variante des in Fig. 4 dargestellten Waferverbunds . Der optische Wafer 13 dieses Ausführungsbeispiels umfasst ein Farbglas 65, beispielsweise ein von der Anmelderin unter dem Namen BG 50 vertriebenes Glas, sowie eine Infrarot-Filterbeschichtung 67. Die Infrarot-Filterbeschichtung ist eine ein- oder bevorzugt mehrlagige Interferenzbeschichtung. Bei dem gezeigten Beispiel ist die Infrarot-Filterbeschichtung 67 auf der dem Funktionswafer 25 abgewandten Seite des optischen Wafers 13 aufgebracht. Die Infrarot- Filterbeschichtung 67 kann aber auch auf der gegenüberliegenden, dem Funktionswafer 25 zugewandten Seite oder beidseitig aufgebracht sein.
Auf den ersten Blick scheinen sich durch eine Kombination eines Infrarot-Filterglases und einer zusätzlichen Filterbeschichtung aufgrund der gleichartigen Wirkung keine Vorteile zu ergeben. Allerdings zeigt sich, daß in Kombination beider Maßnahmen sehr günstige Eigenschaften erzielt werden, die sie insbesondere zur Infrarot-Filterung von Kamerasensoren geeignet machen.
Die Figuren 21 und 22 zeigen dazu Transmissionsverläufe einer Filterbeschichtung und eines Infrarot-Filterglases, sowie deren Kombination. In Fig. 21 ist der spektrale
Übergangsbereich zwischen sichtbarem und infrarotem Licht dargestellt. Die Kurve 70 ist die Transmission einer Infrarot-Filterbeschichtung 67 bei senkrechtem Lichteinfall. Die Kurve 71 zeigt die Transmission dieser Infrarot-Filterbeschichtung 67 bei einem Lichteinfallswinkel von 35° gemessen zur Oberflächennormalen .
Die Kurven 72 und 73 zeigen weiterhin die Transmission eines BG5-Filterglases unter senkrechtem Einfall (Kurve 72) und schrägem Einfall, ebenfalls unter 35° zur Normalen. Wie anhand der Kurven 72 und 73 zu erkennen ist, zeigt das Filterglas nur eine vernachlässigbare Abhängigkeit der Transmission vom Einfallswinkel. Demgenüber verschiebt sich bei der Infrarot-Filterbeschichtung 67 die Abschneidekante bei schrägem Lichteinfall deutlich in den sichtbaren Bereich hinein. Andererseits ist die abfallende Flanke in der Transmission der Infrarot-Filterbeschichtung 67 deutlich schärfer, insbesondere bei senkrechtem Lichteinfall.
Aufgrund der geringen Winkelabhängigkeit des Transmissionsverlaufs eignet sich das Filterglas 65 gut für Weitwinkel-Optiken. Zusätzlich kann mit der Infrarot- Filterbeschichtung 67 eine scharfe Kante in der
Transmission beim Übergang in den Infrarot-Bereich erzielt werden, so daß kurzwellige Infrarot-Anteile abgeschnitten werden.
Die Kombination eines Infrarot-Filterglases mit einer
Interferenzbeschichtung ist noch aus einem weiteren Grund von Vorteil. Fig. 22 zeigt die Transmissionsverläufe über einen größeren Wellenlängenbereich. Die Transmissionsverläufe für schrägen Lichteinfall sind hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Die Kurve
74 ist die Transmission für eine Infrarot- Filterbeschichtung in Kombination mit dem BG50-Filterglas, also für einen optischen Deckwafer 13, wie er in Fig. 20 gezeigt ist.
Der Transmissionsverlauf 70 der Infrarot-Fiiterbeschichtung 67 zeigt im Bereich oberhalb von 1 Mikrometer Wellenlänge wieder eine Zunahme der Transmission. In diesem Wellenlängenbereich sind Silizium-Kamerasensoren jedoch immer noch sensitiv, so daß unerwünschte Belichtungseffekte auftreten können. Das Filterglas blockt jedoch diese Anteile sehr wirksam, so daß im Transmissionsverlauf 74 der mit einem Filterglas kombinierten Infrarot- Filterbeschichtung 67 nur eine sehr geringe Transmission in diesem Wellenlängenbereich auf. Zusätzlich ist auch der Abfall in der Transmission beim Übergang in den Infrarotbereich deutlich steiler als bei einem Filterglas ohne Infrarot-Filterbeschichtung 67.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr können die einzelnen Merkmale der Ausführungsbeispiele auch in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.