Mikrosystem und Verfahren zum Herstellen eines Mikrosystems
Die Erfindung betrifft ein Mikrosystem mit mindestens einem Mikrospiegel und mindestens einen Mikrospiege- laktuator zum Schwenken des mindestens einem Mikro- spiegels nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs sowie ein Verfahren zum Herstellen eines entsprechenden Mikrosystems nach dem Oberbegriff des Nebenanspruchs.
Derartige Mikrosysteme sind als MOEMS bekannt und kommen beispielsweise in Mikroscannern oder Projektoren zum Einsatz.
Fertig prozessierte elektromechanische und opto- elektromechanische Mikrosysteme (MEMS und MOEMS) , die typischerweise als mikromechanische Silizium-Bauelemente ausgeführt sind, bestehen häufig aus sehr empfindlichen frei beweglichen Strukturen (Beschleu- nigungssensoren, Drehratensensoren, Mikrospiegel,
etc.) . Während die meisten zur Herstellung benötigten Fertigungsschritte (z.B. Schichtabscheidung, Photo- Lithographie, Ätzverfahren) in einem Zustand durchgeführt werden, in dem die Mikrostrukturen noch fest und dadurch unbeweglich mit dem Wafersubstrat verbunden sind, bedarf es ab dem Zeitpunkt, da die Struktur durch einen so genannten "Release" -Prozess frei beweglich wird, eines besonderen Schutzes der Mikrostruktur vor Umgebungseinflüssen, z.B. vor Partikel- Verunreinigung, Kondensation, mechanischer Überbeanspruchung und Kontakt mit Flüssigkeiten. Insbesondere bei der Vereinzelung eines Wafers kommt die Wafero- berfläche typischerweise mit Partikeln und Wasser in Berührung. Um MEMS-Produkte mit hoher Ausbeute kos- tengünstig fertigen zu können, versucht man, sowohl den "Release" -Schritt als auch das Schützen der freigelegten Struktur bereits auf Wafer-Ebene, also vor dem Vereinzeln, durchzuführen. Am geeignetsten ist ein so genanntes Wafer-Level-Packaging-Verfahren, bei dem das MEMS-Bauelement in einer eigenen Kavität nach allen Seiten hin verschlossen ist. Dabei wird der MEMS-Wafer mit einem weiteren Deckel-Wafer, bei Bedarf zusätzlich auch noch mit einem Bodenwafer verbunden. In vielen Fällen ist es erforderlich, dass der Deckelwafer eine Kavität besitzt, damit sich die bewegliche Mikrostruktur in einem gewissen Abstand zum Deckelv/afer befindet. Da diese Deckel- bzw. Bodenwafer häufig aus Silizium bestehen, lassen sich Kavitäten durch gut beherrschte Ätzverfahren einfach und präzise herstellen. Der gesamte Verbund aus mehreren Wafern kann anschließend vereinzelt werden, ohne die Funktionalität des MEMS-Bauelements zu beeinträchtigen. Beispiele für ein solches Wafer-Level- Packaging-Verfahren werden z.B. in der Druckschrift US 6 743 656 B2 beschrieben.
Im Fall, dass das mikromechanische Bauelement eine optische Funktion ausübt, beispielsweise wenn es sich um einen Mikroscanspiegel handelt wie zum Beispiel in DE 199 41 363 B4 beschrieben, dann bedarf es eines optisch transparenten Deckels von entsprechend optischer Qualität. Im lichtoptischen Bereich wäre daher ein Deckel aus Glas oder einem ähnlich transparenten Werkstoff erforderlich. Insofern die Funktionalität der mikromechanischen Struktur nicht allein auf Bewe- gungen in der Wafer- bzw. Chip-Ebene beschränkt ist, sondern auch Bewegungen senkrecht dazu, aus dieser Ebene heraus, vorsieht, bedarf es einer entsprechend tiefen Kavität oberhalb und unterhalb des MEMS- Bauelementes . Wenn es sich bei dem MEMS-Bauelement beispielsweise um einen Spiegelaktuator mit Torsionsaufhängung handelt, bestimmen der Spiegeldurchmesser und der maximale Auslenkwinkel den Hub des Aktuators senkrecht aus der Wafer bzw. Chipebene heraus und damit zugleich die Tiefe der Kavitäten, welche erfor- derlich ist, um zu gewährleisten, dass der Aktuator nicht unbeabsichtigt anstößt.
In der Druckschrift US 6 822 326 B2 wird ein Verfahren beschrieben, mit dem sich ein Wafer-Level-Package von MEMS-Strukturen mit optischem Glasdeckel herstellen lässt. Damit wird ein hermetisch dichtes Package für cbcrflächenmikroiuechanische Strukturen realisiert, die nur einseitig einen Schutzdeckel-Wafer benötigen.
In der Druckschrift WO 2004/068665 A2 wird ein Wafer- Level-Packaging-Verfahren für opto-elektrische Bauelemente beschrieben, welches einen Glasdeckel optischer Qualität vorsieht. Das beschriebene Verfahren sieht vor, dass der Wafer, der aus den zu verkapselnden Bauelementen besteht, zunächst vereinzelt und
erst dann auf einem neuen Trägerwafer platziert, montiert, kontaktiert und schließlich gekapselt wird. Das zentrale Problem, ein fragiles MEMS-Bauelement vor zu großer mechanischer Belastung, besonders wäh- rend des Vereinzeins zu schützen, kann hiermit nicht erreicht werden. Die erforderliche Kavität, die den Abstand bildet zwischen Glasoberfläche und aktivem Bauelement, wird dadurch realisiert, dass zunächst ein weiterer mit Aussparungen versehener Wafer als Abstandshalter auf den Bauelement-Wafer aufgebracht und erst dann der Glaswafer mit optischer Qualität mit dem bereits existierenden Waferstapel verbunden wird.
In der Druckschrift US 6 146 917 A ist ein Wafer- Level-Packaging-Verfahren für MEMS-Bauelemente beschrieben, bei dem ein mit Kavitäten versehener Silizium- oder Glaswafer entweder durch Fusionbonding o- der anodisches Bonden mit dem MEMS-Wafer verbunden, wird, so dass sich ein hermetisches Package ergibt. Die Beschreibung des Verfahrens beschränkt sich auf oberflächenmikromechanisch gefertigte MEMS-Wafer, welche keine vollständig durch den Wafer hindurchtretenden Grabenstrukturen besitzen. Dadurch kommt das Verfahren ohne zusätzliche Verbindung des Waferver- bundes mit einem weiteren, Bodenwafer aus. Es wird beschrieben, dass die Herstellung der erforderlichen 50 bis 150 μm tiefen Kavitäten in einem Siliziumwafer durch nasschemisches Ätzen in KOH-Lösung erzielt wer- den kann. Das gleiche sei auch auf Glaswafer übertragbar. In der Regel ist ein so hergestellter Glasdeckel wegen zu hoher Rauhigkeit und Unebenheit nicht mehr für optische Einsatzzwecke geeignet. Optische Anwendungen werden in dieser Patentschrift nicht the- matisiert.
In der Druckschrift US 5 591 679 A wird ein Verfahren zur Herstellung eines hermetischen Packages sowohl von oberflächenmikromechanisch als auch volumenmikro- mechanisch gefertigten MEMS-Bauelementen beschrieben. So genügt im Fall oberflächenmikromechanischer Strukturen ein mit Kavitäten versehener Glasdeckel-Wafer, der anodisch auf einen Silizium-MEMS-Wafer gebondet wird. Für volumenmikromechanisch hergestellte Sensoren und Aktuatoren wird neben dem Glasdeckel-Wafer auch ein Glasboden-Wafer vorgesehen. Das Verfahren zielt nicht auf optische Anwendungen ab. Es wird nicht näher beschrieben, wie die Kavität im Glaswafer hergestellt wird. Es ist also davon auszugehen dass dieser keine optische Qualität hat.
In der Druckschrift US 2005/0184304 Al wird ein Wa- fer-Level-Packaging-Verfahren zum Verpacken von ober- flächenmikromechanisch gefertigten Mikrospiegel- Arrays vorgestellt. Ein dort gezeigter Glaswafer be- sitzt Kavitäten, welche als optische Fenster dienen und auch über entsprechende Vergütungsschichten verfügen können. Dieser Kavitäten-Wafer mit optischen Fenstern wird auf den Wafer mit Mikrospiegel-Arrays auf irgendeine Weise gebondet. Hingewiesen wird auf eine mögliche Kavitätentiefe von 100 Mikrometern. In der beschriebenen Weise ist das Verfahren nicht für das hermetische Verkapseln volumenmikromechanisch hergestellter Mikrospiegel geeignet. Es wird auch nicht erläutert, wie bei sehr tiefen Kavitäten si- chergestellt werden kann, dass stets optische Qualität des optischen Fensters erzielt wird.
Neben den hier bereits angesprochenen Anforderungen an ein Wafer-Level-Package für MEMS und MOEMS im AIl- gemeinen tritt bei MOEMS eine weitere bedeutende Anforderung auf, z.B. wenn es sich bei den zu verpa-
ckenden MOEMS um Mikrospiegel handelt, die für Laser- Projektions-Anwendungen eingesetzt werden sollen:
Der auf den Spiegel gerichtete abzulenkende Licht- strahl (in den meisten Fällen ein Laserstrahl) muss zunächst das optische Fenster des den Spiegel- Aktuator umgebenden Packages durchstrahlen. Dabei entstehen an den optischen Grenzflächen des Glases jeweils unerwünschte Reflexe, die durch Antireflex- schichten zwar vermindert, aber niemals vollständig unterdrückt werden können. Speziell für Bildprojektion, aber auch für viele weitere Anwendungen sind solche Direktreflexe besonders problematisch, da sie die projizierte Bildinformation dauerhaft ortsfest stark überstrahlen.
Das gilt insbesondere für übliche gattungsgemäße Mik- rosysteme, die einen Trägerchip, einen Rahmenchip und eine auf dem Rahmenchip angeordnete transparente Ab- deckung umfassen, wobei der Rahmenchip einen Chiprahmen aufweist, an dem der mindestens eine Mikrospiegel elastisch schwenkbar angelenkt ist, wobei der mindestens eine Mikrospiegel ferner innerhalb des Chiprahmens und in einer zwischen der transparenten Abde- ckung und einer Trägerschicht gebildeten Kavität angeordnet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein solches Mikrosystem so zu gestalten, dass störende Wirkungen von an der transparenten Abdeckung auftretenden Reflexionen vermieden werden, wobei das Mikrosystem außerdem mit möglichst geringem Aufwand herstellbar sein soll. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Herstel- lungsverfahren für ein derartiges vorteilhaftes Mikrosystem vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Mikrosystem mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Nebenanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der Erfindung ergeben sich mit den Merkmalen der Unteransprüche .
Dadurch, dass der mindestens eine Mikrospiegel um die mindestens eine Achse schwenkbar an einem Rahmen angelenkt ist, der seinerseits schwenkbar an dem Chiprahmen angelenkt ist, wobei der Rahmen dauerhaft aus einer durch die Trägerschicht definierten Chipebene herausgeschwenkt ist, so dass der Mikrospiegel in seiner Ruhelage um einen nichtverschwindenden Winkel gegenüber der Chipebene gekippt ist, wird auf einfache Weise erreicht, dass an der Abdeckung reflektier- te Strahlung in eine andere Richtung abgelenkt wird als durch den mindestens einen Mikrospiegel reflektierte Strahlung. Dadurch wiederum kann auf sehr einfache Weise vermieden werden, dass an der Abdeckung auftretende Reflexionen eine störende Wirkung in ei- nem mittels des mindestens einen Mikrospiegels erzeugten Bild haben. Der hier verwendete Begriff "Rahmen" ist dabei nicht so zu verstehen, dass der Rahmen den mindestens einen Mikrospiegel zwangsläufig ringsherum umgeben müsste, sondern weit. Es handelt sich bei dem Rahmen um ein schwenkbar am Chiprahmen angelenktes tragendes Element, an dem wiederum der Mikrospiegel um die mindestens eine Achse elastisch schwenkbar angelenkt ist. So kann der Rahmen z.B. auch U-förmig ausgeführt oder durch zwei Stege gege- ben sein, zwischen denen der Mikrospiegel elastisch schwenkbar angeordnet ist.
Das vorgeschlagene vorteilhaft einfache und störungs- unanfällige Verfahren zum Herstellen eines Mikrosys- tems, bei dem durch Strukturieren eines Rahmenchips ein Chiprahmen mit mindestens einem um mindestens eine Achse elastisch in dem Chiprahmen schwenkbaren und durch mindestens einen Mikrospiegelaktuator ansteuerbaren Mikrospiegel erzeugt wird und der Chiprahmen auf einer Seite mit einer transparenten Abdeckung verbunden wird, sieht dementsprechend vor, dass der mindestens eine Mikrospiegel um die mindestens eine Achse schwenkbar an einem am Chiprahmen schwenkbar angelenkten Rahmen angelenkt ausgeführt wird und dass der Rahmen spätestens bei einem Schließen des Mikro- Systems dauerhaft aus einer durch eine Trägerschicht definierten Chipebene herausgeschwenkt wird, so dass der Mikrospiegel eine um einen nichtverschwindenden Winkel gegenüber der Chipebene gekippte Ruhelage erhält.
Das Verfahren kann als MEMS-Packaging-Verfahren ausgeführt werden, das insbesondere folgenden Anforderungen genügt kann :
Bei dem Verfahren können Oberflächen- und volumen- mikromechanische Bauelemente bereits auf Wafer-Ebene. hermetisch verka ~pcs-elt werden.
Mit dem Verfahren können in einem die Abdeckung bil- denden Glasdeckel-Wafer Kavitäten erzeugt werden, welche prozesstechnisch einstellbare Tiefen von z.B. zwischen 500 μm und 900 μm besitzen, damit insbesondere ein- und mehrachsige Mikroscan-Spiegel mit Durchmessern von 500 μm bis maximal 10 mm bei Torsi- onsbewegungen um die Ruhelage ausreichend große Bewe- gungsamplituden erzielen können. So erfordert z.B.
ein 10 mm großer Spiegel bei Verkippung um 10 Grad eine Kavitätentiefe von rund 900 Mikrometern.
Das Verfahren bietet auch die Möglichkeit, gezielt eine definierte Atmosphäre oder Vakuum im Package einzustellen.
Durch das vorgeschlagene Wafer-Level-Packaging- Verfahren kann jedes MEMS-Bauelement mit einem trans- parenten Fenster von hoher optischer Qualität versehen werden. Insbesondere die Ebenheit und Planparallelität des optischen Fensters können dabei so gestaltet werden, dass Unebenheiten ein Viertel der verwendeten Nutzwellenlänge nicht überschreiten. Bei blauem Licht von 440 nm entspricht dies einem Grenzwert von 110 nm. Die quadratische Rauheit Rq des hergestellten optischen Fensters sollte also einen Wert von 5 nm nicht überschreiten.
Schließlich ermöglicht das Verfahren, dass die nie vollständig unterdrückbaren Reflexe eines eintretenden abzulenkenden Lichtstrahls außerhalb des Scanbereichs des Mikrospiegels liegen.
Die vorgeschlagene Erfindung lässt sich in einfacher Weise mit ein Mikro-Aktuator realisieren, der zum Zwecke der Verbesserung optischer Eigenschaften gezielt mechanisch vorverkippt wird. Vorzugsweise wird diese Vorverkippung während eines Wafer-Level- Packaging-Prozessings erzielt.
Die Trägerschicht wird bei typischen Ausführungen der Erfindung durch einen eigenen Trägerchip gebildet, auf dem der Rahmenchip angeordnet ist.
Die transparente Abdeckung umfasst typischerweise ein
über dem mindestens einen Mikrospiegel angeordnetes Fenster mit zwei planparallelen Oberflächen, die parallel zur Chipebene orientiert sind. Dadurch wird eine besonders einfache Herstellung möglich, bei der auch die Abdeckung auf Waferbasis hergestellt werden kann.
Der Rahmen kann in einfacher Weise durch mindestens einen zwischen der Trägerschicht und dem Rahmen oder zwischen dem Rahmen und der transparenten Abdeckung angeordneten Sockel in seiner aus der Chipebene herausgeschwenkten Position gehalten werden.
Der genannte nichtverschwindende Winkel sollte vor- zugsweise größer sein als ein maximaler Auslenkwinkel des mindestens einen Mikrospiegels aus der Ruheposition heraus, damit Reflexionen an der Abdeckung auch bei einem Maximalausschlag des Mikrospiegels nicht stören. Dieser Winkel kann bei bevorzugten Ausführun- gen der Erfindung mindestens 2°, besonders vorzugsweise mindestens 4°, noch besser mindestens 6° betragen.
Der Rahmen kann bei einem einfachen Aufbau mit über- sichtlicher Geometrie um eine Schwenkachse aus der
Chipebene herausgeschwenkt sein, die parallel zu der Achse oder einer der Achsen orientiert ist, um die der mindestens eine Mikrospiegel elastisch schwenkbar ausgeführt ist.
Der mindestens eine Mikrospiegelaktuator umfaßt bei bevorzugten Ausführungen der Erfindung mindestens einen am Rahmen angeordneten festen Elektrodenkamm und mindestens einen mit dem Mikrospiegel verbundenen schwenkbaren Elektrodenkamm. So kann der Mikrospiegel präzise und einfach angesteuert werden. Dabei kann
der mindestens eine Mikrospiegel in einfacher Weise durch mindestens eine Torsionsfeder mit dem Rahmen verbunden sein.
Der Rahmen wiederum kann über eine elastische Aufhängung mit dem Chiprahmen verbunden sein, die vorzugsweise mindestens eine Biegefeder oder mindestens ein Torsionsgelenk umfasst.
Das vorgeschlagene Verfahren, das zum Herstellen eines Mikrosystems geschilderter Art geeignet ist, kann vorsehen, dass die Trägerschicht durch einen eigenen Trägerchip gebildet wird, der so mit dem Rahmenchip verbunden wird, das der Trägerchip auf einer der transparenten Abdeckung gegenüberliegenden Seite des Rahmenchip zu liegen kommt.
Der Rahmen kann bei dem Verfahren in einfacher Weise durch mindestens einen auf der Trägerschicht oder auf der transparenten Abdeckung oder an dem Rahmen angeordneten Sockel aus der Chipebene herausgeschwenkt werden. Dazu kann die Trägerschicht oder die transparente Abdeckung oder der Rahmenchip durch jedes übliche Strukturierverfahren mit dem mindestens einen So- ekel versehen werden.
Eine bevorzugte Ausführung des Verfahren sieht vor, dass die Trägerschicht und/oder der Rahmenchip und/oder die transparente Abdeckung auf Basis jeweils eines Wafers gefertigt werden, auf dem oder denen zugleich weitere, typischerweise gleichartige Mikro- systeme realisiert werden, wobei der oder die Wafer erst dann vereinzelt werden, wenn das Mikrosystem durch Verbinden des Rahmenchips mit der transparenten Abdeckung geschlossen ist. Das Verbinden des Rahmenchips mit der Abdeckung und typischerweise auch mit
dem Trägerchip geschieht also typischerweise durch ein Bonden der entsprechenden Wafer, die erst dann zu den entsprechenden - schon verbundenen - Chips vereinzelt werden. Beim Schließen des Mikrosystems und der weiteren auf den Wafern entstehenden Mikrosysteme liegen diese also typischerweise noch als zweidimensionale Matrix vor. Diese Ausgestaltung des Verfahrens hat den großen Vorteil, dass Beim Vereinzeln entstehende Partikel nicht mehr in die Mikrosysteme eindringen und so keine Schäden mehr anrichten können.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 9 beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Mikrosystem mit einem Mikrospiegel nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Rahmenchips für ein Mikrosystem in einer Ausführung der Erfindung,
Fig. 3 einen Querschnitt durch den Rahmenchip mit einer transparenten Abdeckung und einen Trägerchip vor einem Schließen des daraus entstehenden Mikrosystems,
Fig. 4 ebenfalls als Querschnitt das fertige Mikrosystem in der genannten Ausführung der Erfindung,
Fig. 5 in der Figur 3 entsprechender Darstellung einer andere Ausführung der Erfindung,
Fig. 6 eine der Figur 4 entsprechende Darstellung des fertigen Mikrosystems in der Ausführung der Erfindung aus Figur 5,
Fig. 7 eine detailliertere perspektivische Darstellung eines Rahmenchips für ein Mikrosystem in einer weiteren Ausführung der Erfindung
Fig. 8 den Rahmenchip aus Figur 7 bei einer anderen Auslenkung eines mittig im Rahmenchip angeordneten Mikrospiegels in entsprechender Darstellung und
Fig. 9 wieder in entsprechender Darstellung der Rah- menchip aus den Figuren 7 und 8 in entspanntem Zustand.
In Abb. 1 wird das Problem der Reflektionen eines Eingangsstrahls 5 dargestellt für ein Mikrosystem nach dem Stand der Technik mit einem verkapselten
Mikroaktuator 2, wobei eine Spiegelplatte eines Mikrospiegels 1 im Ruhezustand parallel zu den planparallelen Oberflächen eines optischen Fensters 8 steht. Das optische Fenster 8 ist dabei Teil einer zum Verkapseln dienenden transparenten Abdeckung 3. Ein am Mikrospiegel 1 reflektierter Ausgangsstrahl 7 verläuft parallel zu den unerwünschten, aber unvermeidbaren Reflektionen 6 des Eingangsstrahls 5. Dadurch kommt es zu störenden Überlagerungen in einer Projektionsfläche 4.
Bei den in den Figuren 2 bis 9 dargestellten und nachfolgend eingehender beschriebenen Ausführungen der Erfindung oder Bestandteilen entsprechender Mik- rosysteme sind wiederkehrende Merkmale immer mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Um zu verhindern, dass, wie in Fig. 1 dargestellt, die Reflexe 6 des eintreffenden zu scannenden Licht- Stahls 5 (in den meisten Fällen durch einen Laser-
strahl gegeben) , welcher beim Auftreffen auf die optisch transparente planparallele Abdeckung 3 des Mikrospiegelaktuators 2 entsteht, in den Raumwinkelbereich des am Mikrospiegel 1 abgelenkten Strahls 7 hinein fällt und damit die Qualität des auf die Projektionsfläche 4 projizierten Bildes stört, sieht die Erfindung eine gezielte dauerhafte mechanische Vor- verkippung des Mikrospiegelaktuators 2 vor. Diese Vorverkippung sollte, sofern es sich um einen ID- Aktuator handelt, vorzugsweise um eine Dreh-Achse stattfinden, die parallel zur Drehachse des Mikroak- tuators 2 ist. Für den Fall, dass es sich um einen 2D-Aktuator handelt, sollte die Verkippung vorzugsweise stattfinden, um eine Drehachse, welche parallel zu einer der beiden Drehachsen des Mikroaktuators ist. Grundsätzlich ist aber auch eine Verkippung um eine nicht parallel zu einer der Mikroaktuator-Achsen verlaufenden Drehachse denkbar, jedoch kommt es dabei zu in der Regel unerwünschten Verzerrungen des proji- zierten Bildbereichs.
Der Winkel dieser Vorverkippung sollte stets mindestens geringfügig größer sein als der größte mechanische Kippwinkel, den der Mikrospiegel 1 während des Betriebs erzielt. Durch diese Vorverkippung wird erreicht, dass der Mikrospiegel 1 weder im Betrieb noch im abgeschalteten Zustand des Mikroaktuators 2 parallel zu den planparallelen Oberflächen des optischen Fensters 8 der transparenten Abdeckung 3 des Mikroak- tuators 2 steht. Um eine solche Schrägstellung auf
Wafer-Ebene, d.h. gleichzeitig bei jedem Mikroaktua- tor 2 des Wafers zu erreichen, wird zunächst im Design das Mikroaktuators 2 ein zusätzlicher, die Aktuator-Strukturen zumindest teilweise umgebender, elas- tisch am massiven Chiprahmen 10 aufgehängter Rahmen
14 vorgesehen, in welchem seinerseits der Mikroaktua-
tor 2 in geeigneter Weise aufgehängt ist. Es spielt dabei keine Rolle, ob der Mikrospiegel-Aktuator 2 ein- oder mehrachsig ist. Durch gezielte Krafteinwirkung lässt sich dieser den Mikroaktuator 2 umgebende Rahmen 14 elastisch aus der Waferebene heraus auslenken. Ein solcher Freiheitsgrad zur elastischen Verkippung kann zum Beispiel durch geeignete Torsionsgelenke und/oder (wie in Figur 2 gezeigt) mit durch Biegefedern gebildeten Aufhängungen 9 des Rahmens 14 erzielt werden, welche bereits im Design des Mikro- chips vorgesehen werden, der hier als Rahmenchip bezeichnet wird und einen Chiprahmen 10 umfasst, an dem der Rahmen 14 schwenkbar angelenkt ist. Der Mikro- spiegel 1 ist wiederum an diesem Rahmen 14 elastisch um mindestens eine Achse schwenkbar angelenkt.
Um die Vorverkippung während des Wafer-Level- Packaging-Verfahrens zu erzielen, kann entweder ein die Abdeckung bildender Wafer oder ein Trägerwafer, der einen Trägerchip 13 für jeden der entstehenden
Mikrosysteme bildet, passend innerhalb eines jeden Chipfelds jeweils mit mindesten einem erhabenen Sockel 12 so ausgestattet werden, dass der erhabene Sockel 12 beim Aufeinanderfügen von dem die Abdeckung bildenden Wafer mit einem den Rahmenchip bildenden Wafer bzw. von Trägerwafer und dem den Rahmenchip bildenden Wafer gegen den elastisch aufgehängten, den Mikrospiegelaktuator 2 und den Mikrospiegel 1 umgebenden Rahmen 14 stößt und letzteren somit während der Montage auslenkt. Dies setzt voraus, dass der Sockel 12 eine entsprechende Höhe besitzt, welche größer ist, als der Abstand zwischen Trägerwafer und Mikroaktuator 2. Vorzugsweise wird die Verkippung des Rahmens 14 durch einen erhabenen Sockel 12 erzeugt, der sich nicht oberhalb sondern unterhalb der optischen Nutzfläche (hier dem Mikrospiegel 1) befindet,
denn so schränkt der erhabene Sockel 12 den optisch nutzbaren Winkelbereich nicht ein. Der auf dem Trä- gerwafer und dort auf dem Trägerchip 13 stehende Sockel 12 kann mit bekannten Methoden der Silizium- Mikrotechnologie hergestellt werden, etwa durch anodisches Bonden eines Silizium-Wafers auf einen Glas- wafer und anschließendes Strukturieren (Lithographie und Plasma-Ätzen) .
Die Aufhängung 9 des Rahmens 14 kann geometrisch auf vielfältigste Weise gestaltet sein, sollte jedoch so robust ausgeführt werden, dass es. sowohl während als auch nach dem Herstellungsprozess zu keinem Bruch kommt. Ferner ist bei der Dimensionierung der Aufhän- gung des Rahmens 14 darauf zu achten, dass diese zusätzliche Federaufhängung nicht die Funktionalität des Mikroaktuators 2 beeinträchtigt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung lässt sich die erforderliche Höhe des erhabenen Sockels 12 verringern, wenn der zu verkippende, Rahmen 14 lokal an der entsprechenden Stelle nicht die Spiegeldicke von typischerweise etwa 60 μm, sondern, wie in den Figuren 5 und 6 gezeigt, die vollständige Wa- ferdicke von z.B. 500 μm aufweist. In diesem Fall genügt eine entsprechend geringere Höhe des erhabenen Sockels 12. um den Rahmen 14 in gleicher Weise auszu- lenken.
Bei dem Ausführungsbeispiel aus Abb. 2 ist vereinfacht die Aufhängung eines einachsigen Mikroaktuators 2 in dem zusätzlichen Rahmen 14 dargestellt. Dieser Rahmen 14 ist seinerseits durch eine elastische Aufhängung 9 am starren Chiprahmen 10 befestigt.
In Abb. 3 ist ein auf einen Chip beschränkter Aus-
schnitt eines auf Wafer-Ebene frontseitig gekapselten Silizium-Mikrospiegel-Wafers, der den Rahmenchip mit dem Chiprahmen 10 bildet, noch vor der Montage des Trägerwafers im Querschnitt dargestellt. Ein darunter abgebildeter Trägerwafer mit dem Trägerchip 13 ist hier als Glaswafer ausgeführt. Der erhabene Sockel 12 ist auf dem Glaswafer: 13 so positioniert, dass er sich nach Justieren von Silizium-Mikrospiegel-Wafer und Glaswafer mit dem Trägerchip 13 an vorgesehener Stelle unter dem den Mikrospiegell bzw. dem den Mikroaktuator 2 umgebenden Rahmen 14 befindet.
Abbildung 4 zeigt, wie der erhabene Sockel 12 nach Aufeinanderfügen der beiden Wafer den Rahmen 14 und damit auch den Mikroaktuator und somit auch die Spiegelplatte 1 gegenüber der Ursprungsposition verkippt.
In Abb. 5 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung des Rahmens 14 dargestellt. Dieser Rahmen 14 hat an min- destens einer geeigneten Stelle eine Dicke, die der vollen Waferdicke entspricht. Damit genügt, wie in Abb. 6 zu sehen ist, ein niedrigerer erhabener Sockel 12, um nach dem Aufeinanderfügen von Mikrospiegelwa- fer und dem den Trägerchip 13 bildenden Glaswafer die gleiche Auslenkung wie bei dem Ausführungsbeispiel aus den Figuren 3 und 4 zu erzielen.
Abb. 7 zeigt einen Rahmenchip mit dem Chiprahmen 10 und dem Mikroaktuator 2, bei dem der Mikrospiegel 1 seitlich an Torsionsfedern 17 aufgehängt ist. Verbunden mit der beweglichen Spiegelplätte des Mikrospie- gels 1 sind auch kammförmige bewegliche Antriebs- elektroden 15, die zusammen mit den gegenüberliegenden statischen kammförmigen Antriebselektroden 16 ei- nen elektrostatischen Antrieb des Mikroaktuators 2 bilden. Die Torsionsfedern 17 des Mikroaktuators 2
enden in dem beweglichen Rahmen 14, der seinerseits über eine durch Federelemente gebildete Aufhängung 9 beweglich im starren Chiprahmen 10 aufgehängt ist. Die Abb. 7 zeigt diesen Rahmen 14 in vorverkippter Form. Gleichzeitig ist der Mikrospiegel 1 - hier als Momentaufnahme zu verstehen - in entgegengesetzter Richtung ausgelenkt.
Abb. 8 zeigt den gleichen Rahmenchip wie in Abb. 7, ebenfalls mit vorverkipptem Rahmen 14, hier jedoch als Momentaufnahme des ausgelenkten Mikropiegels 1, dessen Auslenkrichtung mit der Vorverkipprichtung des Rahmens 14 übereinstimmt.
Abb. 9 zeigt wiederum den gleichen Rahmenchip mit dem Chiprahmen 10 und dem Mikroaktuator 2 wie in Abb. 7 jedoch vor dem Verkippen des Rahmens 14. Der in den figuren 7 bis 9 gezeigte Rahmenchip bildet zusammen mit einer Abdeckung 3 und einem Trägerchip 13 und an- geordnet zwischen diesen ein Ausführungsbeipiel für ein Mikrosystem der hier vorgeschlagenen Art.
Alle im allgemeinen Beschreibungsteil erläuterten Merkmale können in beliebigen Unterkombinationen auch bei den in den Figuren 2 bis 9 gezeigten Mikrosyste- men bzw. bei den aus den dort abgebildeten Teilen gebildeten Mikrosystemen realisiert sein. Herstellbar sind diese Mikroreaktoren insbesondere mit einem Verfahren der im allgemeinen Beschreibungsteil beschrie- benen Art .