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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Schutz eines Chips vor
einem Abbau, und genauer auf den Schutz eines mit einer Strahlung
bestrahlten Chips vor einem Abbau.
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Vorrichtungen
mit Mikrospiegeln, die in einem oder mehreren Chips integriert sind,
werden heutzutage in einer Vielfalt von Anwendungen verwendet, wie
z. B. optischen Schaltanwendungen oder Lichtmodulationsanwendungen.
Die Mikrospiegel in den Chips werden in Reaktion auf ein elektrisches
Signal mechanisch verschoben, wobei Licht, das von einer Lichtquelle
ausgestrahlt und von den Mikrospiegeln reflektiert wird, räumlich moduliert werden
kann. Für
Anwendungen im ultravioletten Lichtbereich mit Wellenlängen von
ungefähr
248 nm werden aufgrund ihrer guten optischen Reflexionseigenschaften
in diesem Bereich Mikrospiegel aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen
verwendet.
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Ein
bekannter Chip, der Mikrospiegel aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung
enthält, weist
Elektroden auf, die unterhalb der Mikrospiegel angeordnet sind.
Zum Verschieben der Mikrospiegel wird ein elektrisches Signal an
die Elektroden angelegt. In einem typischen System sind die Elektroden mit
TiN überzogen,
um während
der Herstellung des Chips den Endpunkt in einem CMP-Verfahren (CMP process,
chemical mechanical polishing process = chemisch-mechanisches Glättungsverfahren)
zu bestimmen.
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Wenn
dazu an die mit TiN überzogenen
Elektroden ein hohes Potential angelegt wird und sie zudem ultraviolettem
Licht ausgesetzt werden, wird in einer oxidierenden Umgebung, wie
z. B. Luft, eine Oxidation des TiN hervorgerufen. Dies tritt zum
Beispiel auf, wenn eine Strahlung durch Schlitze einfällt, die
zwischen den Spiegeln und den Scharnieren des Spiegels gebildet
werden.
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Ein
aus der Oxidation der Elektroden (TiO2) entstehendes
Problem ist, dass die Ablenkung der Mikrospiegel verringert wird,
wenn das TiN oxidiert wird. Die Gründe für die Verringerung der Ablenkung der
Mikrospiegel sind nicht voltständig
verstanden, es wird jedoch angenommen, dass isolierte Ladungen im
Oxid (TiO2) eingeschlossen werden. Die eingeschlossenen
Ladungen verursachen eine Verringerung des zur Ablenkung der Spiegel
angelegten elektrischen Feldes, und daher wird die Kraft verringert,
die auf den Spiegel wirkt und die Verschiebung auslöst. Um einen
dauerhaften Betrieb zu erreichen, ist es somit erforderlich, die
Oxidation des auf den Elektroden vorgesehenen TiN-Materials zu verhindern.
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Bislang
ist das obenbeschriebene Problem der Oxidation der TiN-Elektroden
des Chips nicht in zufriedenstellender Weise gelöst. Da allgemein bekannt ist,
dass Luft einen hohen Sauerstoffanteil hat, ist ein Lösungsansatz
des Problems, den Luftkontakt der TiN-Elektroden zu verhindern,
indem der Chip in einen luftdichten Behälter eingeschlossen wird, und der
Behälter
evakuiert wird.
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Das
mit diesem Ansatz verbundene Problem ist, dass ein luftdichter Behälter nur
durch den Einsatz hochpräziser
Herstellungsschritte und hochqualitativer Materialien geschaffen
werden kann, wodurch die Herstellung kostspielig und kompliziert wird.
Ferner wirken durch das Evakuieren des Behälters Kräfte der umgebenden Luft auf
den Behälter. Typischerweise
wird ein gasdichter Behälter
mittels hoch standardisierter Arbeitsgeräte aus einem Materialstück gefertigt.
Für den
Fall, dass mehrere Teile zur Herstellung des Behälters verwendet werden, müssen einige
davon mit hochpräzisen
Dichtungen versehen werden.
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Ferner
erfordert das Einsetzen des Chips in einen Behälter das Vorsehen eines Fensters,
um einer Strahlung zu gestatten, auf wenigstens einen Teil des Chips
aufzutreffen, was wiederum eine luftdichte Grenzfläche zwischen
dem Behälter
und dem Fenster erfordert, z. B. in Form von Dichtungen, die am Umfang
des Fensters angebracht werden. Neben den Kosten für diese
Dichtungen werden diese z. B. während
des Versands oder während
des Gebrauchs des Behälters
leicht beschädigt.
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Ein
weiteres Problem dieses Ansatzes ist, dass ein erhöhter Wartungsaufwand
erforderlich ist, da der luftdichte Behälter regelmäßig auf mögliche undichte Stellen hin
geprüft
werden muss, da selbst durch eine kleine Undichtigkeit Luft in den
Behälter dringt.
Derartige Messungen können
weitere Vorrichtungen erfordern, wie z. B. Drucksensoren im Behälter. Dies
hat weiteren Aufwand und Kosten zur Folge.
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Ein
weiterer Ansatz zum Schutz des Chips vor Oxidation ist, den Chip
in einem Behälter
anzuordnen und den Behälter
unter einem höheren
Druck als dem Luftdruck mit einem schützenden Gas zu füllen. In
diesem Fall muss der Behälter
jedoch ebenso luftdicht sein, um das schützende Gas am schnellen Entweichen
aus dem Behälter
zu hindern und um die umgebende Luft am Eindringen in das Innere
des Behälters
und Vermischen mit dem schützenden
Gas zu hindern. Somit trifft auf diesen Ansatz dasselbe Problem
wie oben dargestellt zu.
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WO
02/01633 A beschreibt ein Miniatur-Mikrovorrichtungsgehäuse, das
ein Rahmensubstrat und eine Mikrovorrichtungsführung umfasst, die eine Kammer
zur Aufnahme einer auf dem Mikrovorrichtungssubstrat integrierten
Mikrovorrichtung bildet. Der Mikrovorrichtung gegenüberliegend
ist ein Fenster angeordnet, um Strahlung innerhalb der Kammer zuzulassen.
In dem Substrat ist ein Kanal zum Auspumpen vorgesehen, um die Luft
in der Kammer während
des Herstellungsvorgangs auspumpen zu können, um innerhalb der Kammer
ein Vakuum zu schaffen, nachdem der Kanal zum Auspumpen abgedichtet
ist, um eine hermetisch dichte Kammer zu erhalten.
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Von
diesem Stand der Technik ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum
Schutz eines Chips vor einem Abbau zu schaffen, um einen beständigen Betrieb
eines Chips zu ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und durch ein
Verfahren nach Anspruch 10 gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Schutz eines
Chips, wie in Anspruch 1 spezifiziert ist.
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Ferner
schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer
Vorrichtung zum Schutz eines Chips, wie in Anspruch 10 spezifiziert
ist.
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Entsprechend
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Chip Mikrospiegel aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung
und Elektroden, die mit Schichten aus TiN-Material überzogen
sind und auf dem Chip unterhalb der Elektroden angeordnet sind,
um elektrostatische Kräfte
auf die Mikrospiegel zu übertragen.
Eine Oxidation des TiN-Materials wird verhindert, indem die Luft
mittels einer Gasströmung
von dem Chip gespült
wird, während
der Chip wenigstens zu einem Teil mit UV-Strahlung bestrahlt wird,
wobei der Chip betrieben wird, indem die Mikrospiegel in Reaktion
auf an die Elektroden angelegte Signale ausgelenkt werden.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben, bei welchen:
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1 eine
Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt; und
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2 eine
Seitenansicht der Ausführungsform
der 1 zeigt.
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In 1 ist
eine Vorrichtung 10 entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Vorrichtung 10 dient dem
Schutz eines Chips vor einem Abbau und umfasst ein Gehäuse 12,
auch als Behälter
bezeichnet. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine bestimmte
Form des Gehäuses 12 beschränkt, wobei
neben der in den Zeichnungen gezeigten Form auch andere Formen,
wie z. B. eine zylindrische Form, zur Verwendung in der vorliegenden
Erfindung denkbar sind.
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Das
Gehäuse 12 weist
eine Oberseite 14 auf, in der eine Ausnehmung 16 ausgebildet
ist. Die Ausnehmung 16 dient zum Aufnehmen des Chips. Vorzugsweise
weist die Ausnehmung 16 Abmessungen auf, die etwas größer als
die Abmessungen des Chips sind, so dass lediglich ein kleiner Abstand
zwischen dem Chip und den Seitenwänden der Ausnehmung 16 bleibt,
wenn der Chip in der Ausnehmung 16 angeordnet wird. Dies
ermög licht,
eine Gasströmung
entlang einer Oberfläche
des Chips zu leiten, wie im Folgenden genauer erläutert wird.
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Ferner
wird ein optisches Fenster 18 an der oberen Seite des Gehäuses 12 angebracht,
um eine UV-Strahlung durch das optische Fenster 18 passieren
zu lassen und auf wenigstens einen Teil der Oberfläche des
in der Ausnehmung 16 angeordneten Chips auftreffen zu lassen.
Das Fenster 18 erstreckt sich über die Ausnehmung 16 und
darüber
hinaus, so dass die gesamte dem Fenster 18 gegenüberliegende
Oberfläche
des Chips mit einer UV-Strahlung bestrahlt werden kann. Das optische
Fenster besteht aus einem Quarz-Material
oder aus einem anderen Material, das UV-durchlässig ist, wie z. B. MgF2.
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Die
Vorrichtung 10 umfasst einen Gaseinlass 20 am
Gehäuse 12.
Der Gaseinlass 20 ist dafür ausgelegt, einen Schlauch 22 aufzunehmen.
Der Gaseinlass 20 steht mit der Ausnehmung 16 in
Verbindung, um Gas aus dem Schlauch 22 in die Ausnehmung 16 des
Gehäuses 12 strömen zu lassen.
Obwohl der Gaseinlass 20 an einer Seite des Gehäuses 12 angebracht
ist, kann dieser auch an einer Unterseite des Gehäuses 12 gegenüber der
Oberseite 14 oder an jeder anderen passenden Stelle angebracht sein.
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Der
Gasschlauch 22 ist an seinem anderen Ende mit einer Gasversorgung 24 verbunden,
die ein Schutzgas enthält.
Eine Gasströmung
von der Gasversorgung 24 zu der Ausnehmung 16 des
Gehäuses 12 wird
von einem Massenstromregler 26 geregelt.
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Vorzugsweise
ist das Schutzgas entweder Argon oder Stickstoff/Wasserstoff. Allerdings
können auch
andere bekannte Gase, die dem Schutz vor Oxidation dienen, bei anderen
Ausführungsformen verwendet
werden.
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Der
Massenstromregler 26 kann vom herkömmlich erhältlichen Typ sein und wird
eingesetzt, um den Gasdurchfluss entsprechend vorgegebener Parameter,
wie z. B. dem Volumen der Ausnehmung 16 des Gehäuses 12,
zu regeln.
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In 2 ist
eine Querschnittsansicht des Gehäuses 12 und
des Schlauchs 20 aus 1 gezeigt. Das
Gehäuse 12 besteht
aus einem Chipgehäuse 12a,
das als Basisplatte dient, und einer Deckplatte 12b, die
an deren Außenseiten
Flanschabschnitte 28 aufweist, die sich nach unten erstrecken.
Das Chipgehäuse 12a ist
reversibel an der Deckplatte 12b angebracht. Die Ausnehmung 16 ist
in der Deckplatte 12b ausgebildet und erstreckt sich vollständig durch diese
hindurch. Das Fenster 18 ist auf der Oberseite 14 der
Deckplatte 12b angelegt. Ein Chip 30 ist auf dem
Chipgehäuse 12a angeordnet,
wie in 2 gezeigt, so dass dieser in der Ausnehmung 16 angeordnet
ist, wenn das Chipgehäuse 12a und
die Deckplatte 12b verbunden sind. Wie deutlich wird, werden
der Chip 30 und die Ausnehmung 16 derart bestimmt, dass
ein Spalt 32 zwischen dem Chip, den Seitenwänden der
Ausnehmung 16 und dem Fenster 18 erhalten bleibt,
so dass ein Gas den Chip 30 passieren kann. Da keine gasdichte
Abdichtung erforderlich ist, ist ein Austausch des Chips 30 einfach.
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Im
Folgenden wird der Betrieb der Vorrichtung 10 mit Bezug
auf eine weitere Ausführungsform, bei
der ein spezieller Chip 30 verwendet wird, genauer beschrieben.
Der Chip 30 umfasst einen Mikrospiegel aus Aluminium oder
einer Aluminiumlegierung. Eine Elektrode ist unterhalb des Mikrospiegels angebracht,
um in Reaktion auf ein an die Elektrode angelegtes elektrisches
Signal eine elektrostatische Kraft auf den Mikrospiegel auszuüben. Die
Elektrode ist mit TiN überzogen,
um während
der Herstellung des Chips den Endpunkt in einem CMP-Verfahren (CMP
process, chemical mechanical polishing process = chemisch-mechanisches
Glättungsverfahren) zu
bestimmen.
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Während des
Betriebs ist der Chip 30 in der von der Ausnehmung 16,
dem Fenster 18 und dem Chipgehäuse 12a gebildeten
Kammer angeordnet, um die Oxidation des TiN-Materials, das die Elektroden
umhüllt,
zu verhindern. Ein Schutzgas von der Gasversorgung 24 wird
unter Steuerung des Massenstromreglers 26 durch den Schlauch 22 und
den Gaseinlass 20 in das Innere der Kammer eingebracht.
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Nachdem
das Gas aus dem Gaseinlass 20 in die Kammer geströmt ist,
strömt
es entlang des Spalts 32 zum Chip 30, um eine
dem Fenster 18 gegenüberliegende
Oberseite des Chips 30 zu passieren. Mittels der Gasströmung, die
den Chip 30 passiert, wird Luft vom Chip 30 gespült. Die
Kammer ist nicht luftdicht angelegt, wobei das Gas zusammen mit
der von der Gasströmung
weggespülten
Luft aus der Kammer entweichen kann. Um die Gasströmung über der
gesamten Oberseite des Chips 30 herzustellen, ist das Gehäuse 12 vorzugsweise
so gestaltet, dass das Gas an der Seite der Kammer, die dem Gaseinlass
gegenüber
liegt, aus der Kammer entweichen kann. Zusätzliche Mittel, die dem Gas
das Entweichen aus der Kammer gestatten, können im Flansch 28 vorgesehen
sein, der dem Gaseinlass 20 gegenüberliegt.
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Ein
Gasauslass ist dem Gaseinlass 20 gegenüberliegend vorgesehen. Somit
kann aus der Kammer strömendes
Gas wieder zur Gasversorgung geleitet werden, um einen geschlossenen
Gaskreislauf zu erhalten. Dies ist nützlich, wenn ein teures Schutzgas
verwendet wird, um die Verluste an Schutzgas zu minimieren.
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Aufgrund
des durch die Kammer strömenden Gases
wird die Luft aus der Kammer entfernt und die Kammer wird danach
luftfrei gehalten, so lange die Gasströmung in der Kammer aufrechterhalten
wird.
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Ferner
bewirkt die Gasströmung
eine Kühlung
des Chips 30, der durch die darauf auftreffende Strahlung
erwärmt
wird, wie im Folgenden beschrieben wird.
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Während eines
Betriebs des Chips 30 wird UV-Strahlung, die von einer
geeigneten Quelle, wie z. B. einer Hg-Lampe oder einem Laser, erzeugt
wird, zum Fenster 18 geleitet und passiert das Fenster 18, um
auf den Mikrospiegel aufzutreffen, der auf der Oberseite des Chips 30 dem
Fenster 18 gegenüberliegend
angeordnet ist. Das Fenster 18 besteht aus Quarz, MgF2 oder einem anderen, für UV-Strahlung durchlässigem Material,
um einem hohen Anteil des UV-Lichts zu gestatten, das Fenster 18 zu
passieren und auf den Chip 30 aufzutreffen. Vorzugsweise
ist das Fenster 18 bezüglich
der Oberseite des Chips 30 gekippt, um eine doppelte Abbildung
zu vermeiden.
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Die
UV-Strahlung, die auf den Mikrospiegel trifft, wird von diesem reflektiert
und nach dem Passieren des Fensters 18 aus dem Gehäuse 12 geleitet. Elektrische
Signale werden an die Elektroden angelegt, die unterhalb des Mikrospiegels
auf der Oberseite des Chips 30 vorgesehen sind. Die elektrischen
Signale, die von einer Stromversorgung außerhalb der Kammer erzeugt
werden, werden über
elektrische Verbindungsmittel an die Elektroden angelegt.
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In
Reaktion auf die elektrischen Signale werden auf den Mikrospiegel
elektrostatische Kräfte
ausgeübt,
wodurch sich der Mikrospiegel verschiebt. Das Verschieben des Mikrospiegels
verursacht eine Richtungsänderung
des reflektieren Strahls. In Reaktion auf die elektrischen Signale,
die an die Elektroden angelegt werden, wird somit eine räumliche
Modulation des reflektierten Strahls an dem Ort erzielt, an dem
der reflektierte Strahl auftrifft.
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Da
die Kammer frei von Luft, O2 und Feuchtigkeit
gehalten wird, wird für
den in der Kammer angeordneten Chip 30 eine nicht-oxidierende
Umgebung geschaffen. Dies verhindert während des Betriebs des Chips 30 eine
Oxidation des TiN-Materials, das die Elektroden überzieht, die unterhalb des
Mikrospiegels liegen, die ansonsten stattfinden würde, wenn
der Chip 30 einem oxidierenden Reaktanten, wie z. B. dem
in der Luft enthaltenen Sauerstoff, ausgesetzt wäre. Wie oben beschrieben worden
ist, findet während
des Betriebs des Chips 30 in einer oxidierenden Umgebung
eine Oxidation des TiN-Materials statt, wenn ein hohes elektrisches
Potential an die Elektrode angelegt wird und eine UV-Strahlung,
die durch die zwischen dem Mikrospiegel und einem Scharnier des
Mikrospiegels vorgesehenen Schlitze strahlt, auf das TiN-Material
trifft. Wenn die Oxidation des TiN-Materials nicht verhindert wird, wird
das Verschieben des Mikrospiegels in Reaktion auf das an die Elektrode
angelegte elektrische Signal verringert, woraus ein instabiler Betrieb
des Chips resultiert.
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Vorzugsweise
ist die Ausnehmung 16 so bemessen, dass der Spalt 32 zwischen
dem Chip 30 und dem optischen Fenster 18 einen
kleinen Querschnitt aufweist. Somit kann die Gasströmung entlang
der Oberfläche
des Chips 30, auf welche durch das optische Fenster 18 Strahlung
trifft, einen hohen Durchfluss aufweisen. Durch den kleinen Spalt 32 wird
somit in den Bereichen, in denen Schutz erforderlich ist, d. h.
in den Bereichen, auf die Strahlung trifft, Luft mit einer hohen
Geschwindigkeit vom Chip 30 gespült. Ferner ermöglicht der
kleine Spalt 32 einen hohen Schutz, selbst wenn die Gasströmung von der
Gasversorgung 24 zum Gaseinlass von dem Massenstromregler 26 auf
einen niedrigen Wert eingestellt wird.
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Mit
der neuartigen Lösung
des Vorsehens einer Gasströmung
durch die Kammer wird ein preiswerter Schutz für den Chip 30 geschaffen,
da die Kammer nicht luftdicht sein muss, wodurch die Herstellung
des Gehäuses 12 günstiger
gemacht wird.
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Ferner
kann die technische Ausstattung, wie etwa die Gasversorgung 22 oder
der Massenstromregler 24, vom herkömmlich erhältlichen Typ sein, was neben
den niedrigen Kosten eine einfache Handhabung derselben bietet.
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Zudem
sind die Wartungskosten gering, da regelmäßige Überprüfungen auf undichte Stellen
für einen
beständigen
Betrieb nicht notwendig sind. Sollte eine undichte Stelle auftreten,
kann der Massenstromregler 24 eine steigende Gasströmung feststellen,
was auf eine mögliche
undichte Stelle hindeutet. In einem solchen Fall ist der Massenstromregler
fähig,
einen höheren
Gasdruck zu schaffen, um die Luft daran zu hindern, in die Kammer
einzudringen.
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Die
neuartige Vorrichtung 10 kann zudem in bestehende Systeme,
die zur Modulation von Strahlung einen Chip ähnlich dem Chip 30 verwenden,
integriert werden. Eine solche Integration ist leicht zu erreichen,
da keine spezielle Technik erforderlich ist.
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Ferner
können
die Größe und die
Gestalt der Ausnehmung 16 entsprechend den Anforderungen des
Chips 30 gewählt
werden. Bei einer Ausführungsform
ist beabsichtigt, den Chip 30 zusammen mit seiner Platte
in der Ausnehmung 16 anzuordnen. Bei dieser Ausführungsform
ist die Ausnehmung 16 dafür ausgelegt, den Chip mit seinem
Gehäuse
aufzunehmen, wobei der Chip 30 mittels der Gasströmung, die
in der Kammer entlang der Oberfläche
des Gehäuses
geschaffen wird und Luft vom Chip spült, frei von Luft gehalten
wird.
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Obwohl
bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben worden sind, bei denen der Chip 30 einen Mikrospiegel
aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung umfasst und ferner eine
mit TiN überzogene Elektrode
umfasst, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bestimmten
Chip 30 beschränkt.
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Beispielsweise
ist bei einer Ausführungsform beabsichtigt,
einen Chip 30 zu verwenden, der mehrere Mikrospiegel und
mehrere mit TiN überzogene Elektroden
umfasst.
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Obwohl
bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben wurden, bei denen der Chip 30 vor Oxidation
des TiN während
der Bestrahlung des Chips 30 mit UV-Strahlung bewahrt wird,
ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bestimmten Schutz
beschränkt.
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Die
vorliegende Erfindung ist vielmehr dafür gedacht, einen grundsätzlichen
Schutz für
den Chip 30 vor Einwirkungen zu schaffen, die aufgrund
des Vorhandenseins von Reaktionskomponenten während der Bestrahlung des Chips
mit einer Strahlung hervorgerufen werden.