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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Bauelement,
bei dem störende
Reflexionen von elektromagnetischer Strahlung im Arbeitsbereich
des optischen Bauelements vermieden werden. Insbesondere bezieht
sich die Erfindung auf mikromechanische ein- und zweidimensionale
Scannerspiegel, phasenschiebende Spiegel und andere optische Elemente,
bei denen die Funktionalität durch
Reflexe einer mit dem optischen Bauelement wechselwirkenden elektromagnetischen
Strahlung, an einem Abdeckglas beziehungsweise einer Schutzstruktur
beeinträchtigt
werden kann.
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Bei
solchen Elementen kann das Abdeckglas beziehungsweise die Schutzstruktur
die Funktion haben, das Bauelement vor Staub und vor Verunreinigungen
zu schützen
und/oder eine bestimmte Umgebungsatmosphäre, z. B. einen bestimmten Druck,
eine bestimmte Feuchtigkeit oder eine bestimmte Gasart, im Innern
des optischen Bauelements zu gewährleisten.
Gleichzeitig soll ein Lichtstrahl beziehungsweise eine elektromagnetische Strahlung
ein- und ausgekoppelt werden können. Das
Abdeckglas kann dabei im Rahmen der Herstellung bereits auf Waferebene,
dem sogenannten Waferlevel-Packaging
aufgebracht werden oder auch zum Beispiel als Verschluss im Rahmen
eines Gehäusungsprozesses
aufgebracht werden.
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Unter
mikromechanisch hergestellten Chips oder Bauelementen mit optischer
Funktion sind beispielsweise Scannerspiegel, sogenannte Scanning-Gratings,
Bolometer, Photodioden und Photodiodenarrays, Charge-Coupled-Devices(CCD)-Arrays, Complementary-Metal-Oxide-Semicondcutor(CMOS)-Bildsensoren
Displayanwendungen oder Lichtmodulatoren zu verstehen. Diese Chips
bzw. Bauelemente sollen z. B. gegen Verschmutzung durch Partikel,
gegen Feuchtigkeit oder auch hochenergetische Strahlung aus dem
ultravioletten (UV) und dem harten ultravioletten (DUV) Strahlungsbereich
geschützt
werden oder unter Vakuum oder bestimmten Inertgasbedingungen betrieben
werden. Außerdem
benötigen
die optischen Bauelemente mindestens eine optische Schnittstelle,
die durch ein für
das Bauelement benötigten
Wellenlängenbereich transparentes
Fenster oder Schutzstruktur realisiert wird.
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Für die Herstellung
solcher optischer Bauelemente mit Schutzstruktur existieren eine
Reihe von Herstellungsverfahren.
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Die
vereinzelten Chips können
gehäust
werden. Dabei werden zunächst
die einzelnen Chips oder Bauelemente durch Sägen, Laserschneiden oder gezieltes
Brechen eines Wafers erzeugt. Danach werden die vereinzelten Chips
in entsprechenden Standard- oder Spezialgehäusen gebondet. Anschließend kann
eine elektrische Kontaktierung des Bauelements mittels Drahtbonden
durchgeführt
werden. Alternativ kann der Chip beispielsweise auf der Rückseite
eine Kugelgitteranordnung – ein
sogenanntes Ball-Grid-Array – mit
Kontaktstellen aufweisen, über
die die elektrische Kontaktierung durchgeführt werden kann. Das Gehäuse kann
anschließend durch
Aufbringen eines transparenten Deckels, die als Schutzstruktur dient,
verschlossen werden. Bei diesem Verfahren kann vor der eigentlichen
Häusung oder
Deckelung ein Test des Chips auf Waferebene durchgeführt werden,
so dass nur funktionsfähige Chips
weiterverarbeitet werden. Allerdings werden die Chips ohne Schutz
der Oberfläche
aus dem Wafer, zum Beispiel durch Sägen und Brechen, herausgelöst werden,
was den Prozess verkompliziert und zusätzliche Ausfälle nach
dem Funktionstest auf Waferebene hervorrufen kann. Ein weiterer
und wesentlicher Nachteil dieser Lösung ist die Verwendung von verhältnismäßig teuren
Einzelgehäusen.
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Die
Deckelung des Chips kann alternativ durch Waferboden durchgeführt werden.
Dabei kann der die optischen Bauele mente bzw. die Sensor/Aktor-Chips
aufweisende Wafer mit einem zweiten Wafer, dem sogenannten Deckelwafer,
derart verbunden werden, dass ein ganzflächiger Deckel entsteht. Der Deckelwafer
kann dabei beispielsweise ein Glaswafer für den benötigen sichtbaren Wellenbereich
sein oder aus Silizium für
den infraroten Wellenlängenbereich
sein. Gegebenenfalls wird ein sogenannter Spacer verwendet, der
dafür sorgt,
dass zwischen dem Wafer, der die optischen Bauelemente beziehungsweise
die Sensor/Aktur-Chips, enthält
und dem Deckelwafer ein bestimmter Abstand besteht. Dies kann erforderlich
sein, wenn mechanische Elemente des Sensors/Aktorwafers in ihrer
Bewegung nicht eingeschränkt
werden dürfen.
Beispielsweise kann auf die Rückseite
des Sensors/Aktorwafers auch ein Bodenwafer gebondet werden. Dies
kann zum Beispiel erforderlich sein, wenn Vakuum für den Betrieb notwendig
ist, der Sensor/Aktorwafer perforiert ist, aber vakuumversiegelt
werden soll. Dieses Verfahren des Waferbondens zur Deckelung der
Chips hat den Vorteil, dass die Chips vor der Vereinzelung gedeckelt
sind und damit erheblich unempfindlicher gegenüber den weiteren Vereinzelungs-
und Weiterverarbeitungsprozess sind.
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Eine
andere Möglichkeit
zur Herstellung optischer Bauelemente mit Schutzstruktur besteht
in der Verwendung von sogenannten Pick&Place-Maschinen, mit deren Hilfe
einzelne Deckel bzw. Schutzstrukturen mit hoher Ortsgenauigkeit
und Präzision auf
einen Wafer aufgesetzt werden können.
Unter Verwendung von bondenden Schichten, wie zum Beispiel Kleber
oder Lot, kann eine Verbindung zwischen dem Sensor/Aktorwafer und
dem aufgesetzten Deckel hergestellt werden. Dieses Verfahren hat
den Vorteil, dass die Chips vor der Deckelung auf Waferebene charakterisiert
werden können
und dann Deckel nur auf die funktionsfähigen Chips aufgesetzt werden.
Die funktionsfähigen
zur Weiterverarbeitung bestimmten Chips, sind dann, wie beim Waferbonden,
erheblich unempfindlicher gegenüber
dem Vereinzelungs- und Weiterverarbeitungsprozess. Gegebenenfalls
kann dieses Verfahren mit einem Waferbondverfahren für die Rückseite
des Sen sor/Aktorwafers also des Wafers, der das optische Bauelement
aufweist, kombiniert werden.
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Bei
allen beschriebenen Fällen
sind die transparenten Deckel beziehungsweise Schutzstrukturen stets
parallel zur Chipoberfläche
aufgebracht. Die Parallelität
von Deckel- und
Chipoberfläche
stellt für
reine optische Sensoren im Allgemeinen kein Problem dar. Wird die
elektromagnetische Strahlung beziehungsweise das Licht jedoch nicht
nur ein, sondern auch wieder ausgekoppelt, wie beispielsweise im
Falle von Lichtmodulatoren oder Scannerspiegel, so können aufgrund
der Parallelität
des Deckels und der Chipoberfläche
störende
Lichtreflexionen an der Schutzstruktur bzw. dem Abdeckglas auftreten.
Antireflexionsschichten auf der Ober- und Unterseite des Deckels
können
diesen Effekt verringern, aber nicht vollständig beseitigen. Beispielhaft
sei ein zweidimensional ablenkender Scannerspiegel für die Bildprojektion
genannt. Durch die zweidimensionale Auslenkung des Scannerspiegels
wird ein auf dem Scannerspiegel gerichteter Laserstrahl über ein
Bildfeld, das dem Arbeitsbereich entspricht, geführt. Durch Modulation der Laserintensität in Abhängigkeit
von der Position des Laserspots entsteht das gewünschte Bild. Der Laserstrahl
wird jedoch, bevor er auf den Scannerspiegel trifft, teilweise auch
am Abdeckglas reflektiert. Wird der Scannerspiegel symmetrisch um seine
Nulllage ausgelenkt, so verursacht die Restreflexion am Deckel einen
Laserpunkt in der Bildmitte des Arbeitsbereiches.
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Um
die Größenordnung
dieses Effekts zu verdeutlichen, sei angenommen, dass der Laser nicht
moduliert wird, also ein maximal helles Bildfeld generiert wird.
Die Laserintensität
I wird beispielsweise auf 640 × 480
= 307.200 Bildpunkte verteilt. Damit entfällt unter Annahme einer hundertprozentige Transmission
des Deckelglases auf jeden Bildpunkt eine mittlere Intensität von I/307.200.
Unter der Annahme, dass der Deckel eine Antireflexionsschicht besitzt
und damit eine Restreflexion von 1–99,9% = 0,01% aufweist, entfällt auf
dem Bildpunkt in der Mitte eine zusätzliche Intensität von ca.
I/10.000. Diese ist etwa 30 mal so hoch wie die Intensität der übrigen Bildpunkte
und damit für
einen Betrachter störend.
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Bezugnehmend
auf 1 wird der schematische Aufbau eines mikromechanischen
Scannerspiegels in einem Standardgehäuse mit Glasdeckel nach dem
Stand der Technik beschrieben. Bei dem optischen Bauelement 1 handelt
es sich um einen Scannerspiegel 2. Der Scannerspiegel 2 weist
eine um eine senkrecht zur Zeichenebene befindliche Achse drehbare
und verspiegelte Platte 3 auf. Der Scannerspiegel 2 kann
beispielsweise über
einen Kleber bzw. Klebeverbindung 15 mit dem Gehäuseboden 11 verbunden
sein. Auf dem Rahmen 9 des Gehäuses ist ein entspiegelter
Glasdeckel 7 aufgebracht, der zum Beispiel mittels eines
Glaslots oder mittels eines Klebers mit dem Rahmen 9 verbunden sein
kann und insbesondere die Aufgabe hat, Verschmutzung und Partikel
vom Scannerspiegel und der verspiegelten Platte 3 fernzuhalten. über Kontaktflächen beziehungsweise
Bondpads 13 kann eine elektrische Verbindung zum Gehäuse, bestehend aus
den Teilen 11, 9, 7 hergestellt werden.
Zur Vereinfachung sind entsprechende Kontaktier- beziehungsweise
Bonddrähte
und Kontakte in 1 nicht gezeigt. Falls die verspiegelte
Platte 3 im unausgelenkten Zustand parallel zur Chipoberfläche und
zum Glasdeckel angeordnet ist und der Hauptstrahlengang 5 eines
Lichtstrahls den transparenten Glasdeckel 7 durchdringt
und auf die Spiegelplatte 3 trifft, entsteht durch die
Reflexion des Hauptstrahlengangs 5 am Spiegel 3 der
reflektierte Hauptstrahlengang 5a. Wird die Spiegelplatte 3 ausgelenkt,
wie in der Zeichnung durch die gestrichelt gezeichnete Platte 3b gezeigt,
so entsteht durch die Reflexion des Hauptstrahlengangs 5 der
reflektierte Hauptstrahlengang 5c. Dabei ist der Winkel
zwischen den Lichtstrahlen 5a und 5c das doppelt
so groß,
wie der Auslenkwinkel zwischen den Positionen der Platten 3 und 3b. Nicht
gezeichnet ist der Fall, dass die Platte 3 um den gleichen
Betrag in die entgegengesetzte Richtung zu 3b aus gelenkt
wird. Dadurch würde
sich ein weiterer Hauptstrahlengang beziehungsweise Lichtstrahl
ergeben und zwar so, dass der Hauptstrahlengang 5 genau
die Winkelhalbierende zwischen diesen Lichtstrahl und dem Lichtstrahl 5a ergeben
würde.
Da eine Antireflexionsschicht des Glasdeckel 7 eine Restreflexion
aufweist, ergibt sich ein Nebenstrahlengang 5b. Dieser
hat eine deutlich geringere Intensität, als der Hauptstrahlengang 5a bzw. 5c,
wirkt sich jedoch, wie weiter oben schon durch die Abschätzung für ein Projektionsdisplay
demonstriert, in der Anwendung störend aus. Weitere durch die
Reflexion an dem Glasdeckel 7 und der Platte 3 entstehenden
Mehrfachreflexionen sind in 1 nicht
dargestellt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein optisches Bauelement zu schaffen, beim
dem Reflexionen der mit dem optischen Bauelement wechselwirkenden elektromagnetischen
Strahlung an einem transparenten Deckel beziehungsweise einer Schutz- bzw. Gehäusestruktur
keine Beeinträchtigung
der Funktionalität
des optischen Bauelements bewirken.
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Diese
Aufgabe wird durch ein optisches Bauelement nach Anspruch 1 gelöst.
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Gemäß Ausführungsbeispielen
schafft die vorliegende Erfindung ein optisches Bauelement, mit folgenden
Merkmalen:
einer auslenkbaren, optischen Funktionsstruktur
zur Wechselwirkung mit einer darauf einfallenden elektromagnetischen
Strahlung;
einer der optischen Funktionsstruktur zugeordneten und
für die
elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise durchlässigen Schutzstruktur;
wobei
die optische Funktionsstruktur gegenüber der Schutzstruktur verkippt
angeordnet ist, so dass in einer nicht ausgelenkten Position der
optischen Funkti onsstruktur ein Hauptstrahlengang der elektromagnetischen
Strahlung, der durch die Schutzstruktur mit der optischen Funktionsstruktur
wechselwirkt, einen Winkel gegenüber
einem an der Schutzstruktur reflektierten Nebenstrahlengang der
elektromagnetischen Strahlung aufweist.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung schaffen ein optisches Bauelement, bei dem die Verkippung
der auslenkbaren, optischen Funktionsstruktur gegenüber der
Schutzstruktur durch eine Vorrichtung zum Verkippen der auslenkbaren,
optischen Funktionsstruktur erreicht wird.
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Nach
einem anderen Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, kann die optische Funktionsstruktur gegenüber der
Schutzstruktur durch einen Bimorph verkippt werden.
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Die
optische Funktionsstruktur des optischen Bauelements kann zum Beispiel
einen Rahmen aufweisen, in dem ein auslenkbarer Spiegel angeordnet ist.
Der Rahmen mit den auslenkbaren Spiegeln kann zum Beispiel nach
seiner Verkippung formschlüssig, kraftschlüssig oder
materialschlüssig
fixiert sein. Des Weiteren kann die optische Funktionsstruktur in
einem Substrat, zum Beispiel einem Wafersubstrat aus Silizium, ausgebildet
sein und in einem Gehäuse
eingebaut sein, wobei die Oberfläche
des Gehäusebodens
beziehungsweise die Waferoberfläche
parallel zu der Schutzstruktur für
das optische Bauelement ausgerichtet sein kann.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die
beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Querschnittsdarstellung eines mikromechanischen Scannerspiegels in
einem Gehäuse
mit Glasdeckel nach dem Stand der Technik;
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2 eine
schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung;
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3 eine
schematische Querschnittsdarstellung eines mikromechanischen Scannerspiegels in
einem Gehäuse
mit Glasdeckel gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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4 eine
Draufsichtdarstellung eines optischen Bauelements mit einem verkippbaren
Rahmen und einer darin angeordneten auslenkbaren Spiegelplatte,
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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5 eine
Draufsichtdarstellung des Ausführungsbeispiels
des optischen Bauelements aus 4 mit einem
Bimorph zur Verkippung des Rahmens; und
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6 eine
Draufsichtdarstellung des Ausführungsbeispiels
des optischen Bauelements aus 5, bei dem
der Bimorph durch Stege fixiert ist.
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2 zeigt
eine schematische Querschnittsdarstellung eines optischen Bauelementes 1 gemäß einem
Ausführungsbeispiels
der Erfindung. Das optische Bauelement 1 weist eine auslenkbare,
optische Funktionsstruktur 3 zur Wechselwirkung mit einer darauf
einfallenden elektromagnetischen Strahlung 5 auf. Die optische
Funktionsstruktur 3 kann aus mehreren Teilen, wie z. B.
einer zusätzlichen
Rahmenstruktur 4 bestehen. Ferner weist das optische Bauelement 1 eine
der optischen Funktionsstruktur 3 zugeordnete und für die elektromagnetische
Strahlung 5 durchlässige
Schutzstruktur 7 auf. Die optische Funktionsstruktur 3 ist
gegenüber
der Schutzstruktur 7 verkippt angeordnet, so dass in der
nicht ausgelenkten Position ein Hauptstrahlengang 5 der elektromagnetischen
Strahlung, der durch die Schutzstruktur 7 mit der optischen
Funktionsstruktur 3 wechselwirkt, einen Winkel α gegenüber einem
an der Schutzstruktur 7 reflektierten Nebenstrahlengang 5b der
elektromagnetische Strahlung aufweist. In der 2 ist
der Winkel α durch
die Parallelverschiebung des Nebenstrahlenganges von 5b nach 5b' verdeutlicht.
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In
diesem Zusammenhang sei erwähnt,
dass das optische Bauelement mit der optischen Funktionsstruktur
mit einer elektromagnetischen Strahlung aus dem sichtbaren Spektralbereich,
dem infraroten Spektralbereich oder auch dem ultravioletten Spektralbereich
Wechselwirken kann und dementsprechend die Schutzstruktur für den jeweiligen
Spektralbereich eine entsprechend hohe Transmission aufweist.
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3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
bei dem die optische Funktionsstruktur 3 ähnlich wie
in 1, hier z. B. eine Spiegelplatte 3, innerhalb
eines Rahmens 4 aufgehängt
ist. Die auslenkbare, optische Funktionsstruktur ist in diesem Beispiel
die Spiegelplatte 3, die innerhalb des Rahmens 4 aufgehängt ist.
Der Rahmen 4 ist um einen Winkel gegenüber der parallelen Fläche des
Deckels 7 und des Gehäusebodens 11 ausgelenkt
und fest in dieser ausgelenkten Position fixiert. Befindet sich
die Spiegelplatte 3 in der nicht-ausgelenkten Position, das heißt parallel
zum verkippten Rahmen 4, so ist der an der Spiegelplatte 3 reflektierte
Hauptstrahlengang 5a nicht mehr parallel zu dem am Glasdeckel 7 reflektierten
Nebenstrahlengang 5b. Vielmehr tritt zwischen dem reflektierten
Hauptstrahlengang 5 und dem Nebenstrahlengang 5a der
Winkel α (siehe
Bezugszeichen 8) auf. Dies ist in der Figur durch die Parallelverschiebung
des Nebenstrahlenganges 5b nach 5b' verdeutlicht. Solange die Auslenkung
der Spiegelplatte 3 entgegen dem Uhrzeigersinn kleiner als
der Winkel α ist,
wird der an der Glasplatte 7 reflektierte Nebenstrahl 5b nicht
in dem an der Spiegelplatte 3 reflektierten Arbeitsbereich,
dem gescannten Bereich, liegen. Im Uhrzeigersinn, wie in der 3 durch
die gestrichelte Spiegelplatte 3b und den dazugehörigen Hauptstrahlengang 5c angedeutet,
kann die Spiegelplatte ohnehin weiter ausgelenkt werden, ohne dass
der an der Glasplatte 7 der reflektierte Strahl 5b im
Arbeitsbereich des Scanners liegen würde. Ist die Spiegelplatte 3 so
aufgehängt,
dass sie eine zweidimensionale Ablenkung eines Lichtstrahls durchführen kann,
d. h. die Spiegelplatte kann über eine
weitere Achse, die senkrecht zur ersten Achse steht (nicht gezeigt
in 3) in zwei Dimensionen verkippt werden, so reicht
eine hinreichend große Auslenkung
oder Verkippung des Rahmens 4 in eine Richtung aus, um
den an der Glasplatte, beziehungsweise allgemeiner an der Schutzstruktur
oder den transparenten Deckel reflektierten Nebenstrahl außerhalb
des Scanbereiches zu lenken. Dadurch kann zum Beispiel bei der Projektion
von Bildern ein Reflex innerhalb des projizierten Bildes vermieden
werden.
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4 zeigt
eine Draufsichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels des optischen
Bauelements 1, bei dem die Verkippung des Rahmens 4 um
eine Achse 24 erfolgt, die senkrecht zu der Achse 22 der Spiegelplatte 3 verläuft. Die
Achse 24 ist in einem Substrat 40 gelagert. Die
optische Funktionsstruktur umfasst den Rahmen und die Spiegelplatte.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist die Verkippungsachse 24 des Rahmens 4 nicht
die Symmetrieachse des beweglichen Rahmens. Prinzipiell kann durch
die Wahl der Lage der Achse bei bekanntem Abstand zum Gehäuseboden
der Verkippungswinkel eingestellt werden. Die Verkippung des Rahmens
kann dabei in Richtung des Gehäusebodens
beziehungsweise der Substratoberfläche oder in Richtung des Glasdeckels beziehungsweise
der Schutzstruktur erfolgen. Die optische Funktionsstruktur 3 mit
dem Rahmen 4 kann beispielsweise in der sogenannten Silicon-On-Insulator(SOI)-Technologie
hergestellt werden und die Flächen 21 können durch Ätzen einer
oberen einkristallinen Siliziumschicht, dem Substrat 40 realisiert
werden und Grabenstrukturen darstellen.
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Zur
Verkippung der optischen Funktionsstruktur kann ein externer Mechanismus
beziehungsweise eine externe Vorrichtung, wie z. B. eine Nadel oder
ein Dorn eingesetzt werden. Eine andere Möglichkeit zur Verkippung besteht
zum Beispiel in der Integration eines Aktors, der beispielsweise
nach dem piezoelektrischen, dem elektrostatischen, dem thermischen
Prinzip, dem magnetischen Prinzip oder einem anderen Prinzip arbeitet,
um eine Kraft auf den Rahmen 4 derart auszuüben, dass
dieser in die gewünschte
Position verkippt werden kann. Der Rahmen kann dann am Gehäuseboden 11,
am Rahmen 9 oder am Gehäusedeckel 7 beziehungsweise
am Substratboden fixiert werden. Denkbar ist auch, dass der Rahmen
mit der darin angeordneten Spiegelplatte durch einen auf die Chipoberfläche aufgebrachten Kleber,
durch Photolack, ein Metall oder ein Lot fixiert wird. Der Rahmen
kann auch durch eine mechanische Fixierung, die im optischen Bauelement
ausgebildet ist, festgehalten beziehungsweise arretiert wird. Der
Rahmen mit der Spiegelplatte kann auch spezielle Federmechanismen
und Kontaktflächen, sogenannte
Pads, aufweisen, auf welche eine Kraft zur Auslenkung angreifen
kann und welche eine einfache Verkippung und/oder Fixierung erlauben.
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Der
Rahmen kann durch externe Hilfsmittel oder mit integrierten Aktoren
ausgelenkt werden, und die Position der optischen Funktionsstruktur
kann dadurch fixiert werden, dass beispielsweise ein Material, das
bereits vor der Auslenkung auf dem Chip vorhanden war, oder durch
ein Material, das während der
Rahmen in einer ausgelenkten Position gehalten wird, auf den Chip
aufgebracht wird, durch Erhitzen verflüssigt wird, oder in dem plastischen
Zustand überführt wird
und dann beim Abkühlen
erstarrt. Der Rahmen kann anstelle von Torsionsfedern auch über Biegefedern
aufgehängt
sein oder wie im Folgenden gezeigt, durch im Herstellungsprozess
eingebrachte, verspannte Schichten ausgelenkt werden.
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5 zeigt
eine Draufsichtdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des optischen
Bauelements 1, das wiederum den Rahmen 4 und den
darin über
eine Achse 22 auslenkbaren Spiegel 3 aufweist,
wobei der zu verkippende Rahmen 4 über mechanische Verbindungen 24 mit
zwei bimorphen Biegebalken 28a und 28b verbunden
sind, die in der Zeichnung schraffiert eingezeichnet sind. Der Bimorph
kann beipielsweise durch Aufbringen einer thermischen Oxidschicht
auf eine Siliziumschicht hergestellt werden. Das thermische Oxid
kann beispielsweise bei Temperaturen von ca. 1.000°C erzeugt
werden. Aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
der Oxidschicht und der Siliziumschicht kann sich der Bimorph bei Abkühlung verbiegen.
Dadurch kann der gesamte Rahmen z. B. in Richtung des Gehäusebodens
bzw. des Substrates abgesenkt und somit gleichzeitig verkippt werden.
Der Verkippungswinkel ist dabei temperaturabhängig falls der Bimorph beziehungsweise der
Rahmen nicht fixiert wird. Der Bimorph kann prinzipiell aus verschiedensten
Schichtkombinationen bestehen. Die Abscheidung der Schicht kann
auch bei anderen Temperaturen (T < 1000°C) als bei
hohen Temperaturen erfolgen. Es genügt auch Schichten mit hoher
mechanischer Spannung zu verwenden, wie z. B. SiN3.
Typische Schichten aus denen zur Herstellung des Bimorphs mindestens
zwei ausgewählt
werden, sind amorphes Silizium, einkristallines Silizium oder polykristallines
Silizium, thermisches Oxid, Oxide welche durch Physical-Vapour-Deposition (PVD)
oder Chemical-Vapour-Deposition (CVD) hergestellt werden, Siliziumnitrid,
oder Metalle, wie Aluminium, Aluminiumlegierungen, Gold, Silber,
Kupfer, Titan, Platin und andere. Außerdem können beispielsweise Polymere,
Lacke, Benzocyclobutene (BOB), Polyimide und andere organische Materialien,
sowie dotierte Oxide, welche über PVD,
oder CVD abgeschieden wurden, eingesetzt werden.
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Falls
die Herstellung des Bimorphs nicht der letzte Schritt der Prozessierung
der Oberfläche
ist und weitere, wie z. B. spezielle photolithographische Prozessschritte
zur Definition von feinen Strukturen folgen, so kann es vorteilhaft
sein, die Verkippung des Rahmens zunächst zu unterbinden. Das Aufbringen
von Photolack kann bei Strukturen, die große Unterschiede in der Topologie
aufweisen, problematisch sein und zudem steht dann bei der Belichtung des
Fotolackes nur eine eingeschränkte
Tiefenschärfe
zur Verfügung.
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6 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel des
optischen Bauelements 1, bei dem die optische Funktionsstruktur 3,
die gegenüber
der Schutzstruktur durch Bimorphe 28a, 28b verkippt
werden soll, zunächst
durch die Stege 30 fixiert ist. Das optische Bauelement 1 weist
die auslenkbare, optische Funktionsstruktur, bestehend aus dem verkippbaren
Rahmen 4 und der Spiegelplatte 3, die um Achsen 22 auslenkbar
in dem Rahmen 4 aufgehängt
ist, auf. Der Rahmen 4 mit dem Spiegel 3 ist über die
mechanische Verbindungen 24 mit zwei bimorphen Biegebalken 28a und 28b verbunden.
Die beiden bimorphen Biegebalken 28a und 28b sind
zunächst
durch die Stege 30 fixiert, die die Verkippung des Rahmens 4 mit
dem auslenkbaren Spiegel 3 unterdrückt, solange die Stege 30 nicht
entfernt werden. Diese Fixierung kann für sämtliche Prozessschritte, die
der Herstellung des Bimorphs folgen aufrechterhalten werden.
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Die
Durchtrennung der Stege 30 kann dann beispielsweise auf
mechanischem Wege erfolgen, wie z. B. durch Brechen oder durch Durchtrennen
der Stege mittels Laserstrahlung, durch Aufschmelzen beziehungsweise
Ablatieren oder auch durch elektrisches Aufschmelzen. In letzterem
Fall kann ein geeignet hoher Strom durch leitfähige Stege 30 geschickt
werden. Da die Stege einen kleineren Querschnitt als die anderen
Strukturen besitzen, erwärmen
sich die Stege am stärksten.
Durch die Erwärmung
wird das Stegmaterial verflüssigt
und der Bimorph kann sich verkippen. Dabei kann die mechanische
Verbindung durch die Stege komplett entfernt werden. Wird jedoch
die Temperatur nur soweit erhöht,
dass sich die Stege plastisch verformen können, so kann der Bimorph ebenfalls
auslenken. Dabei kann aber bei geeigneter Prozessführung die
stoffliche Verbindung zwischen den Stegen und der Bimorphe erhalten
bleiben. Wird der Stromfluss nun unterbrochen, so geht das Material
wieder in den festen Zustand über
und der Bimorph wird in der entsprechenden Position fixiert. Die
Temperaturabhängigkeit der
Verkippung ist so mit nicht mehr vorhanden beziehungsweise sehr stark
verringert.
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Es
ist beispielsweise auch denkbar, dass das optisches Bauelement einen
Kontaktbereich an der auslenkbaren, optischen Funktionsstruktur
aufweist an dem mittels einer äußeren Vorrichtung,
wie z. B. einer Nadel oder eines Dornes eine Krafteinleitung erfolgen
kann, mit der die auslenkbare, optische Funktionsstruktur dauerhaft
ausgelenkt bzw. verkippt werden kann. Bei der Verkippung kann es
sich beispielsweise um eine Auslenkung, eine Drehung durch ein entsprechendes
Drehmoment oder eine translatorische Bewegung handeln.
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In
den Ausführungsbeispielen
der Erfindung ist ein optisches Bauelement beschrieben, welches beispielsweise
auf Waferebene oder im Gehäuse
das Aufbringen einer Schutzstruktur oder eines Deckels erlaubt,
und zwar derart, dass das optische Fenster und die Chipoberfläche parallel
zueinander angeordnet sind und ohne dass Reflexionen an dem transparenten
Deckel zu einer Beeinträchtigung
der Funktionalität
des Bauelementes führen.
Dies kann z. B. durch ein Verkippen der optischen Funktionsstruktur erfolgen.
Da ein verkipptes Aufbringen von Glasdeckeln oder Schutzstrukturen
herstellungstechnisch schwierig zu realisieren ist, was besonders
für das Aufbringen
eines Schutzwafers gilt, kann im Bauelement eine Struktur integriert
sein, die das optisch aktive Element enthält und derart angeordnet ist,
dass sie soweit verkippt werden kann, dass Reflexe an dem zur Chipoberfläche parallelen
Glasdeckel die Funktionalität
des Bauelementes nicht beeinträchtigen.
Damit kann z. B. sowohl bei eindimensionalen- als auch bei zweidimensionalen
Scannern, bei phasenschiebenden Spiegeln oder anderen optisch aktiven
Elementen eine Apertur so in den Strahlengang gebracht werden, dass
nur die von der Spiegelplatte reflektierten Strahlen die Apertur
passieren können. Die
an der Glasplatte reflektierten Strahlen werden von der Apertur
geblockt und sind somit für
den Nutzer bzw. das System nicht störend.