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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein
Verfahren zum Häusen eines mikromechanischen Systems.
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Das
Häusen oder die Verkapselung von mikromechanischen Systemen
(Mikrosystemen) kann sowohl für einzelne Bauelemente vorgenommen werden
als auch für einen Wafer, welcher eine Vielzahl von Bauelementen
aufweisen kann, durchgeführt werden. Mikromechanische Systeme
weisen häufig eine bewegliche mechanische Struktur auf und
die vorliegende Erfindung betrifft eine Verkapselung von Mikrosystemen
unter Verwendung von Wafern und insbesondere solche Systeme, wo
ein relativ großer Hohlraum erforderlich bzw. wünschenswert ist,
um eine einwandfreie Funktionsweise durch eine freie Bewegung der
mechanischen Struktur zu gewährleisten.
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Um
eine lange Lebensdauer der mikromechanischen Systeme oder von MEMS-Geräten (MEMS
= micro electromechanical systems) sicherzustellen, brauchen bewegliche
Teile einen geeigneten Schutz durch eine Verkapselung bzw. Häusung. Die
Verkapselung von Mikrosystemen ist ein wichtiger Teil des Verpackungsprozesses,
welcher traditionell erst nach einer Vereinzelung (dicing) der Bauelemente,
durch einen so genannten die-by-die-Prozess, durchgeführt
wird. Eine Verkapselung unter Verwendung von Wafern, welche üblicherweise
eine Vielzahl von Bauelementen aufweisen, eröffnet die Möglichkeit
einer wesentlichen Kostenreduktion, da dabei eine spezielle Handhabung
von einzelnen Bauelementen vermieden wird. Die Verkapselung kann unmittelbar
nach der Fertigstellung oder Freigabe der MEMS erfolgen, was gleichzeitig
einen Schutz für das Bauelement während der nachfol genden
Prozess-Schritte insbesondere dem Vereinzeln der Bauelemente bietet.
Somit wird als Ergebnis eine einfache Prozessierung erhalten und
ein erhöhter Gesamtertrag kann erzielt werden.
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In
den vergangenen Jahren sind eine Reihe von Lösungen vorgestellt
worden, wie beispielsweise in
K. Najafi, "Micropackaging
technologies for integrated microsystems: applications to MEMS and
MOEMS", Proc. SPIE, vol. 4979, 2003. In
M. B. Cohn,
et al., "MEMS packaging an a budget (fiscal and thermal)", IEEE
Conference an Electronics, Circuits and Systems, 2002 und
in
W. Kim et al., "A low temperature, hermetic wafer level
packaging method for RF MEMS switch", IEEE Electronic Components
and Technology Conference 2005 sind hermetische Verpackungen
unter Verwendung einer Wärme-Druck-Verbindung (thermal-pressure
bonding) mittels Metallversiegelung beschrieben; so genannte anodische
Bond-Verbindungen sind in
V. Kaajakari, et al., "Stability
of wafer level vacuum encapsulated silicon resonators", 2nd International
Workshop an Wafer Bonding for MEMS Technologies, Halle/Saale Germany
April 9–11,2006 beschrieben. Verbindungen unter
Benutzung lokalisierter Erhitzung von Metallen sind in
L.
Lin, "MEMS post-packaging by localized heating and bonding", IEEE
Transactions an advanced packaging, vol. 23, no. 4, November 2000 und
so genannte Glas-Frit-Verbindungen sind in
D. Sparks, et
al, "Reliable vacuum packaging using NonoGettersTM and glass frit
bonding", Proc. SPIE, vol. 5343, 2004 vorgestellt. Die
meisten dieser bekannten Lösungen erfordern ein so genanntes
Waferbonden. Es sind jedoch auch alternative Lösungen bekannt wie
z. B. die Bildung von Hohlräumen durch thermische Zersetzung
von speziellen Polymeren, siehe
P. Monajemi et al., "A low
cost wafer-level MEMS packaging technology", IEEE MEMS 2005.
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MEMS-Bauelemente
sind im Allgemeinen sensitiv in Bezug auf Luftfeuchtigkeit, die
bei wechselnden Luftbedingungen leicht entsteht und zu einer Korrosion
und/oder Haftrei bung führen kann. Deshalb ist gewöhnlich
eine Verkapselung bzw. eine Häusung für eine zuverlässige
Funktionsweise erforderlich. Wegen der hohen Permeabilität
bzw. Durchdringung der Luftfeuchtigkeit, werden im Allgemeinen polymere
Verpackungen vermieden. Für wirklich hermetische Verpackungen
werden als Materialen für das Gehäuse oder die
Verkapselungen als auch für die Versiegelungen Metalle
oder Glas verwendet. Hermetische Verkapselungen sind im Allgemeinen sehr
teuer und stellen beispielsweise 50–80% der Kosten für
die MEMS-Bauelemente dar, siehe M. B. Cohn, et al., "MEMS
packaging an a budget (fiscal and thermal)", IEEE Conference an
Electronics, Circuits and Systems, 2002. Einige MEMS-Bauelemente/Systeme,
wie beispielsweise solche mit großen mechanischen Strukturen
oder Mikromaschinen sind weniger sensitiv in Bezug auf Luftfeuchtigkeit
und erfordern deshalb keine teure hermetische Verkapselung. Bei
derartigen Anwendungen liefert ein Gehäuse, eine Abdeckung
oder eine Verkapselung aus polymerem Material einen ausreichenden
Schutz während des Prozesses des Vereinzelns und des Verpackens.
Eine solche Lösung ist eine Kapselstruktur, wie sie beispielsweise
in Y.-M. J. Chiang et al., "A wafer-level micro cap array
to enable high-yield micro system packaging", IEEE Transactions
an Advanced Packaging, vol. 27, no. 3, August 2004, welche
eine Massenproduktion in großer Stückzahl bei
geringen Kosten erlaubt. Die dort beschriebene Verpackung geschieht
mittels eines Abdruckes und ist dahingehend nachteilig, dass hohe
Kosten für die Abdruckform entstehen. Ein weiterer Nachteil
ist das optische Fenster für das verwendete polymere Material,
welches eine niedrigere optische Qualität aufweist als beispielsweise
bei der Verwendung von Glas. Dies ist beispielsweise eine Folge
des unterschiedlichen Absorptionsverhaltens von Glas im Vergleich
zu einem polymeren Material.
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Eine
besondere Herausforderung besteht darin, Gehäuse oder Kapseln
zu bilden, die einen großen Hohlraum für ein MEMS-Gerät
aufweisen, so dass eine Bewegung im Bereich von 10 bis 300 μm und
mehr außerhalb einer Ebene möglich ist. Die Bildung
von so genannten Spacer-Frames (d. h. Schichtstrukturen, die als
Abstandshalter fungieren) in Silizium sind beispielsweise durch
Kaliumhydroxidätzung (KOH-Ätzung) möglich
bzw. bekannt, siehe
DE 199 40
512 . Derart erhaltene Strukturen sind jedoch teuer und
unflexibel.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Häusen bzw.
zum Verkapseln eines mikromechanischen Systems zu schaffen, welches
flexibel und kostengünstig ist und darüber hinaus
eine hohe Qualität aufweist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch
1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 12 gelöst.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine
Vorrichtung zum Häusen eines mikromechanischen oder eines
mikro-optoelektrischen Systems dadurch geschaffen werden kann, dass
auf einer Oberfläche eines Substrats, an der das mikromechanische
System gebildet ist, eine Trockenfilmschichtanordnung abgeschieden
wird, wobei die Trockenfilmschichtanordnung eine Öffnung
in dem Bereich des mikromechanischen Systems aufweist und eine transparente
Abdeckung, wie z. B. eine Glasabdeckung, abschließend aufgebracht wird.
Die so strukturierte Trockenfilmschichtanordnung bildet ein so genanntes
Spacer-Frame, d. h. eine Schichtstruktur als Abstandshalter. Die
Trockenfilmschichtanordnung lässt sich aufgrund der Applikation
bzw. durch Aufbringung mittels eines Trägerfilms somit
dicker auftragen als beispielsweise durch Aufschleudern.
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Erfindungsgemäß wird
somit zur Verkapselung oder zum Häusen die Verwendung von
beispielsweise qualitativ hochwertigem Glas für das optische
Fenster mit einer Schicht, welche beispielsweise ein polymeres Material
aufweisen kann, als Spacer-Frame kombiniert. Das entsprechende Herstellungsverfahren
wird für den Wafer ausgeführt, ist sehr flexibel,
qualitativ hochwertig und bietet die Möglichkeit von signifikanten
Kostenersparnissen für eine Produktion optischer Mikrosysteme
in kleinen bzw. mittleren Stückzahlen.
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Die
Verkapselung weist somit eine Glasabdeckung mit einer dicken polymeren
Abstandsschicht (Spacer), die derart ausgelegt ist, dass eine freie
Bewegung der mechanischen Struktur auf dem MEMS-Gerät möglich
ist. Das MEMS-Gerät kann beispielsweise einen beweglichen
Mikrospiegel aufweisen mit einer Bewegung außerhalb einer
Grundebene von mehr als 100 μm. Eine der Glasabdeckung abgewandte
rückseitige Abdeckung kann für den Fall eingeschlossen
werden, wenn das MEMS-Gerät eine Öffnung zur Rückseite
aufweist, wie es beispielsweise bei einem Mikrospiegel der Fall
sein kann. Eine Verwendung von Glas als optisches Fenster ist dahingehend
vorteilhaft, dass eine Entspiegelung beispielsweise durch Aufbringen
einer Antireflexionsschicht möglich ist, welche vorzugsweise
an die verwendete Wellenlänge des Lichts angepasst sein kann.
Die Dicke der polymeren Schicht wird dabei der Bewegung des MEMS-Gerätes
angepasst, so dass es zu keiner Funktionsstörung infolge
einer Behinderung kommt und beispielsweise der Mikrospiegel sich frei
bewegen kann. Ein weiteres wichtiges Merkmal ist eine mögliche Öffnung
der Glasabdeckung oberhalb von Kontaktanschlüssen (Kontaktpads),
die beispielsweise für ein konventionelles Drahtbonden
verwendet werden. Die Öffnungen der Glasabdeckungen können
entweder auf dem ursprünglichen Glaswafer, d. h. vor einem
Aufbringen der Abstandsschicht bzw. des MEMS-Gerätes, gebildet
werden oder aber später während des Vereinzelungsprozesses
der Bauelemente gebildet werden. Im letzteren Fall wird das Glas
oberhalb der Bondpads entfernt (beispielsweise durch ein Schneiden),
und in einem zweiten Schritt werden die einzelnen Bauelemente des
Wafers separiert bzw. vereinzelt.
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Ein
entsprechendes Fabrikationsverfahren kann beispielsweise wie folgt
durchgeführt werden. Die Fabrikation beginnt mit der Bereitstellung
eines Glaswafers, welches das optische Fenster für das
mikromechanische System darstellt. Der Glaswafer kann optional eine
Entspiegelung beispielsweise durch eine aufgebrachte Antireflexionsschicht
aufweisen und kann darüber hinaus Öffnungen für
die Bondpads des MEMS-Gerätes bieten. Die Öffnungen für
die Bondpads in dem Glaswafer können alternativ auch später
erzeugt werden, beispielsweise während des Prozesses des
Vereinzelns der Bauelemente. Dies ist beispielsweise in Y.-M.
J. Chiang et al., "A wafer-level micro cap array to enable high-yield
micro system packaging", IEEE Transactions an Advanced Packaging,
vol. 27, no. 3, August 2004 und in Z.-H Liang et
al., "A low temperature wafer-level hermetic MEMS package using
UV curable adhesive", IEEE Electronic Components and Technology
Conference, 2004 beschrieben. Ein Schlüsselproblem
ist die Bildung der Abstandsschicht, welche den Abstand zwischen
der Glasabdeckung (Glasfenster) und des MEMS-Gerätes definiert.
Dies wird erfindungsgemäß durch Aufbringen einer
polymeren Trockenfilmschichtanordnung auf dem Glaswafer erreicht.
Falls eine einfache Trockenfilmschicht nicht die gewünschte
Schichtdicke aufweist, können alternativ Mehrfachfilmschichten
nacheinander aufgebracht werden. Damit kann die Schichtdicke entsprechend
den Erfordernissen für eine einwandfreie Funktionsweise
des mikromechanischen Systems angepasst werden. Trockenfilme werden
traditionell für so genannte Bumping-Prozesse verwendet
und sind in unterschiedlichen Schichtdicken verfügbar.
Die Verwendung von Trockenfilmen ist von besonderem Interesse bei
Schichtdicken im Bereich von einigen 10 bis mehreren 100 μm,
da Schichten mit einer derartig großen Schichtdicke nur
sehr schwer durch ein konventionelles Aufschleudern oder einer Rotationsbeschichtung
(spin-coating-Verfahren) gleichmäßig aufgebracht
werden können.
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Nach
dem Aufbringen der beispielhaften polymeren Trockenschicht wird
die Schicht strukturiert. Dies kann beispielsweise unter Verwendung
optischer Lithographie durch eine Belichtung unter Benutzung einer
beispielhaften Maske einschließlich einer Entwicklung,
z. B. durch ein so genanntes Spray-Development, geschehen. Der Glaswafer
mit der polymeren Abstandsschicht kann dann direkt auf dem Wafer
mit dem MEMS-Gerät fixiert werden, beispielsweise mit Hilfe
eines so genannten Thermo-Druck-Bondgeräts (z. B. das Süss
MicroTec SB6). Die Anwendung von Druck und Wärme fixiert die
polymere Schicht auf den Gerätewafer was für gewöhnlich
keine zusätzliche Plasmaaktivierung erfordert, siehe
Y.-M.
J. Chiang et al., "A wafer-level microcap array to enable high-yield
microsystem packaging", IEEE Transactions an Advanced Packaging,
vol. 27, no. 3, August 2004. Optional kann eine zusätzliche
Klebe- oder Haftmittelschicht auf die Abstandsschicht aufgebracht
werden, um die Adhäsion zwischen dem Abdeckwafer (Glaswafer
mit oder ohne Trockenfilmschichtanordnung) und dem MEMS-Gerätewafer
zu erhöhen, wie es beispielsweise entweder bei dem so genannten
Stamping in
DE 196 02 318 und
in
G. Klink et al., "Wafer bonding with an adhesive coating",
Proc. SPIE, vol. 3514, 1998 beschrieben ist oder für
das Aufschleuder-Verfahren in
Z.-H Liang et al., "A low
temperature wafer-level hermetic MEMS package using UV curable adhesive",
IEEE Electronic Components and Technology Conference, 2004 gezeigt
wurde. Eine Verwendung von zusätzlichen Adhäsionsschichten
kann auch dann vorteilhaft sein, wenn der Gerätewafer Unebenheiten
(Topographie) aufweist, die auszugleichen sind. Die Rückseitenabdeckung
beispielsweise unter Verwendung eines Siliziumwafers, kann in ähnlicher Art
und Weise verarbeitet werden. Die Rückseitenabdeckung kann
ebenso zusätzliche Abstandsschichten aufweisen, wenn dies
beispielsweise für die Funktionsweise des MEMS-Gerätes
erforderlich ist. Als letzter Schritt erfolgt die Vereinzelung der
Bauelemente.
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Die
so erhaltene Verkapselung eines mikromechanischen Systems ist somit
insbesondere dahingehend vorteilhaft, dass flexibel auch große
Hohlräume für die mechanische Struktur realisiert
werden können und darüber hinaus die Verwendung
von Glas ein qualitativ hochwertiges optisches Fenster ermöglicht.
Schließlich bietet die beispielhafte Waferprozessierung
eine signifikante Kostenersparnis.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden
nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
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1A bis 1F Prozessfolge
zur Herstellung einer Verkapselung für einen Wafer;
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2 Verfahrensschritte
zum Häusen eines mikromechanischen Systems; und
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3 eine
Raumansicht eines gehäusten mikromechanischen Systems.
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Bevor
im Folgenden die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen näher
erläutert wird, wird darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente
in den Figuren mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen
versehen sind, und dass eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente
weggelassen wird.
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1A bis 1F beschreiben
die Prozessschritte zum Häusen eines mikromechanischen
Systems 100.
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In 1A wird zunächst ein Glassubstrat 110 bereitgestellt,
auf welches wie in 1B gezeigt eine
Trockenfilmschichtanordnung 120 aufgebracht wird. Die Aufbringung
sieht beispielsweise eine sequentielle Aufbringung mehrerer Trockenfilmschichten übereinander
vor. Dabei befindet sich eine Trockenfilmschicht oder aber gleich
die Trockenfilmschichtanordnung 120 auf einem eigens zur
Aufbringung vorgesehenen Aufbringungssubstrat (nicht gezeigt) gegebe nenfalls
geschützt zwischen Aufbringungssubstrat und einer Abdeckschicht
(nicht gezeigt), wobei zur Aufbringung die Abdeckschicht entfernt
und die Anordnung aus Aufbringungssubstrat und Trockenfilmschicht(anordnung) 120 mit
der Trockenfilmschicht(anordnung) 120 dem Glassubstrat 110 zugewandt
unter Abrollen auf dem Glassubstrat 110 aufgebracht wird.
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Als
nächsten Schritt wird wie in 1C gezeigt
die Trockenfilmschichtanordnung 120 strukturiert. Das kann
beispielsweise durch ein Verwenden einer Maske 122 und
einer anschließenden Belichtung, wie sie durch die Strahlen 124 angedeutet
ist, geschehen. Das Aufbringungssubstrat (nicht gezeigt) kann entweder
nach dem Belichten entfernt bzw. abgezogen werden oder vorher bereits
entfernt worden sein. Im Rahmen der Strukturierung kann auch noch ein
Entwicklungsschritt zur Aushärtung und besseren Vernetzung
des Trockenfilmmaterials erfolgen. Anschließend kann beispielsweise
durch einen Ätzprozess die Trockenfilmschichtanordnung 120 im
Bereich der Maske 122 entfernt werden, der nicht vernetzt
worden ist, wie z. B. der belichtete oder unbelichtete Teil, so
dass eine Öffnung 130 entsteht. Dies ist in 1D gezeigt. Die erreichte Dicke der Trockenschichtanordnung
hängt von der Dicke ab, in der die Trockenfilmschicht(anordnung) 120 auf
dem Aufbringungssubstrat vorbereitet war, bzw. wie oft der Vorgang
wiederholt wird.
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Die
in 1D erzeugte Struktur wird auf das mikromechanische
System 100 aufgebracht, wobei die Öffnung 130 sich
in einem Bereich erstreckt, in dem das mikromechanische System 100 sich
befindet. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das
mikromechanische System 100 beispielsweise ein Mikrospiegel 132 und
die Öffnung 130 ist dabei derart gestaltet, dass
der Mikrospiegel 132 sich im Rahmen seiner Verwendung (d.
h. beispielsweise um einen vorbestimmten Winkel) frei bewegen kann.
Wie in 1F gezeigt wird die Struktur,
die in 1E erzeugt wurde auf eine Oberfläche 104 eines
Trägersubstrats 102 aufgebracht. Um eventuelle Unebenheiten
auszugleichen und darüber hinaus die Haftung des mikromechanischen
Systems 100 auf dem Trägersubstrat 102 zu
verbessern kann optional eine Haftmittelschicht 106 zwischen
dem mikromechanischen System 100 und der Oberfläche 104 des
Trägersubstrats 102 angeordnet sein.
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Optional
kann das Trägersubstrat 102 darüber hinaus
noch weitere Abstandsschichten aufweisen (nicht in der Figur gezeigt).
Diese weiteren Abstandsschichten bzw. Spacer haben dabei die Funktion,
dass der beispielhafte Spiegel 132 sich um einen durch
die Anwendung gesetzten Winkel frei bewegen kann und nicht durch
das darunter befindliche Trägersubstrat 102 behindert
wird. Darüber hinaus kann sich zwischen dem mikromechanischen
System 100 und der Trockenfilmschichtanordnung 120 eine
zusätzliche Haftmittelschicht befinden (nicht in der Figur
gezeigt). Ähnlich wie die Haftmittelschicht 106,
ist die zusätzlich Haftmittelschicht zwischen dem mikromechanischen
System 100 und der Trockenfilmschichtanordnung 120 dahingehend
vorteilhaft, dass sie eventuelle Unebenheiten ausgleichen kann und
darüber hinaus die Haftung zwischen dem mikromechanischen
System 100 und der Trockenfilmschichtanordnung 120 erhöht.
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Die
Schritte 1A–1F können
für einen gesamten Wafer ausgeführt werden, d.
h. nicht nur für ein Bauelement mit einem mikromechanisches
System 100 wie es in der 1F gezeigt
ist, sondern für eine Vielzahl von mikromechanischen Systemen.
Um die einzelnen Bauelemente zu erhalten, wird abschließend
eine Vereinzelung durchgeführt. Diese Vereinzelung kann
beispielsweise durch ein Schneiden der Schichtfolge, wie sie beispielsweise
in 1F gezeigt ist, erfolgen.
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Somit
erhält man einen Fabrikationsprozess für eine
Waferverkapselung. Obwohl ein einzelnes Bauelement gezeigt ist,
kann ein typischer Wafer hunderte von Bauelementen aufweisen. Die
Glasabdeckung 110 kann außerdem mit einer Entspiegelung
versehen werden (z. B. durch eine Antireflexions schicht auf einer äußeren
Oberfläche 140) und die äußere
Oberfläche 140 befindet sich auf der der Trockenfilmschichtanordnung 120 abgewandten
Seite der Glasabdeckung 110. Die Trockenfilmschicht 120 kann
optional mehrere Schichten aufweisen, so dass eine gewünschte
Schichtdicke erreicht wird. Mögliche Schichtdicken sind
dabei in dem Bereich zwischen 1 und 1000 μm und bevorzugt
zwischen 10 und 300 μm. Die Strukturierung wie beispielsweise durch
die Belichtung 124 und einem Ätzen unter Verwendung
der Maske 122 liefert die Trockenfilmschichtanordnung 120 in
Form eines Rahmens. D. h. jedes mikromechanische System 100 ist
in einem Rahmen eingebettet, wodurch das mikromechanische System 100 von
allen Seiten geschützt ist. Die Glasabdeckung 110 mit
der Rahmenstruktur für die Trockenfilmschichtanordnung 120 wird
wie gesagt auf einer oberen Fläche des mikromechanischen Systems 100 fixiert.
Schließlich wird auf der entgegengesetzten Seite des mikromechanischen
Systems 100 beispielsweise ein Siliziumwafer 102 mit
einer Adhäsionsschicht 106 fixiert. Als letzter
Schritt wird eine Vereinzelung der Bauelemente vorgenommen.
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2 zeigt
eine entsprechende Schrittfolge zur Herstellung eines gehäusten
mikromechanischen Systems. Zunächst wird eine Glasabdeckung
bereitgestellt, auf die ein Abstandsmaterial aufgebracht wird. Optional
kann zwischen der Glasabdeckung 110 und dem Abstandsmaterial 120 eine
Haftmittelschicht angeordnet und das Abstandsmaterial 120 weist
vorzugsweise eine Trockenfilmschichtanordnung auf. In einem nächsten
Schritt wird das Abstandsmaterial 120 strukturiert, so
dass eine Öffnung 130 entsteht, wobei die Öffnung 130 derart
angeordnet wird, dass das mikromechanische System 100 wie
beispielsweise ein Mikrospiegel, sich frei bewegen kann. Nach dem
Strukturieren des Abstandsmaterials 120 wird die erhaltene
Struktur auf das mikromechanische System 100 aufgebracht,
wobei die durch das Strukturieren entstandene Öffnung 130 so angeordnet
wird, dass das mikromechanische System 100 sich frei bewegen
kann. Auf der dem Abstandsmaterial 120 abgewandten Seite
des mikromechani schen Systems 100 wird ein Trägersubstrat 102 aufgebracht.
Optional kann das mikromechanische System 100 auf beiden
Hauptseitenflächen eine Haftmittelschicht aufweisen, so
dass etwaige Unebenheiten ausgeglichen werden und die Haftung des mikromechanischen
Systems 100 sowohl an dem Abstandsmaterial 120 als
auch an dem Trägersubstrat 102 erhöht
wird. In einem letzten Schritt werden die einzelnen Bauelemente
vereinzelt. Dies kann beispielsweise durch ein Schneiden oder Fräsen
geschehen.
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3 zeigt
eine Raumsicht eines gehäusten mikromechanischen Systems 100,
das bei einem Ausführungsbeispiel einen Mikrospiegel 132 aufweist.
Der Mikrospiegel 132 ist bei dieser Raumansicht durch die
Glasabdeckung 110 von oben verdeckt und wird seitlich durch
einen Rahmen, der durch die Trockenfilmschichtanordnung 120 gebildet wird,
geschützt. Die Trockenfilmschichtanordnung 120 weist
vorzugsweise ein polymeres Material auf. Darüber hinaus
ist das mikromechanische System 100 auf einem Trägersubstrat 102 aufgebracht,
wobei zwischen dem Trägersubstrat 102 und dem
mikromechanischen System 100 eine optionale Haftmittelschicht 106 angeordnet
ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind auch Kontaktpads 140 gezeigt,
die zur elektrischen Kontaktierung des mikromechanischen Systems 100 dienen.
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Zusammenfassend
schafft die vorliegende Erfindung eine Abdeckstruktur für
ein mikromechanisches System 100 und zwar nicht nur für
ein einzelnes Bauelement, sondern für einen Wafer mit einer Vielzahl
von mikromechanischen Systemen 100 (MEMS-Bauelementen).
Darüber hinaus erlaubt die vorliegende Erfindung die Bildung
von Hohlräumen mit großer Ausdehnung, beispielsweise
von mehr als 100 μm oder auch von mehr als 200 μm,
die durch einen Rahmen definiert werden, der beispielsweise durch
einen polymeren Rahmen gebildet wird und durch ein Aufbringen und
Strukturieren von einer oder mehreren Trockenfilmschichten auf dem
Glaswafer 110 erzeugt werden kann. Darüber hinaus
ist die vorliegende Erfindung dahingehend vorteilhaft, dass Glas als
Abdeckmaterial verwendet werden kann, welches optional entspiegelt
werden kann, z. B. durch das Aufbringen einer Antireflexionsschicht. Weiterhin
kann die Glasabdeckung 110 einen optischen Filter aufweisen,
so dass ein vorteilhaftes optisches Fenster für das mikromechanische
System 100 bereitgestellt werden kann, d. h. das verwendete optische
Spektrum kann dem beispielhaft verwendeten Mikrospiegel 132 entsprechend
angepasst werden. Somit ist eine erfindungsgemäße
Vorrichtung kostengünstig herstellbar und darüber
hinaus flexibel anpassbar an Hohlräumen verschiedener Ausdehnung.
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Die
Verwendung von Glas als Abdeckmaterial oder als Glaswafer 110 kann
bei weiteren Ausführungsbeispielen auch durch ein Verwenden
eines anderen transparenten Materials ersetzt werden. Das entstehende
optische Fenster oder die optische Rückschicht kann beispielsweise
neben Glas auch Silizium, Germanium, Quarz, optische Polymere, Kalziumfluorid
oder ein anderes in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich
transparentes optisches Material aufweisen. Der vorbestimmte Wellenlängenbereich
kann dabei der konkreten Anwendung angepasst werden, wie zum Beispiel
der Sensitivität eines optischen Sensors, der durch die
Abdeckung geschützt werden soll. Darüber hinaus
ist es vorteilhaft nur so viel Strahlung dem mikromechanischen System 100 zuzuführen,
wie zu dessen Funktionsweise zumindest erforderlich ist und weitere
Strahlung zu unterdrücken. Zum einen wird dadurch das mikromechanische
System 100 geschützt und außerdem wird
eine übermäßige Erwärmung vermieden.
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Alternativ
oder zusätzlich zu der vorhergehenden Beschreibung kann
das optische Fenster (z. B. die Glasabdeckung 110) auch
mit einer Antireflexions/Polarisationsschicht versehen sein, die
hinsichtlich des vorbestimmten Wellenlängenbereiches optimiert
sein kann. Optional können aber auch mikrooptische Bauelemente
auf die optische Abdeckung 110 aufgebracht werden, um die
optischen Eigenschaften anwendungsspezifisch positiv zu beeinflussen.
Beispielsweise können Mikrolinsen, Mikrolinsenarrays und
Mikroprismen eine verstärkte Fokussierung der einfallenden
Strahlung bewirken. Das kann insbesondere bei schwacher Intensität
der einfallenden Strahlung vorteilhaft sein. Es können
aber auch Zonenplatten, Transmissionsgitter, Strahlteiler oder Verspiegelungen
angebracht sein. Diese zusätzlichen mikrooptischen Bauelemente
können ganzflächig oder aber auch nur teilweise
aufgebracht werden und können beispielsweise bewirken,
dass ein Teil der einfallenden Strahlung reflektiert oder anderweitig am
Passieren des optischen Fensters 110 gehindert wird. Somit
kann nur in einem Teilbereich des optischen Fensters 110 Strahlung
in das mikromechanische System 100 eindringen, wodurch
beispielsweise die oben erwähnte Erwärmung unterdrückt
werden kann.
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Anstelle
des mikromechanischen Systems 100 kann auch ein mikro-optoelektrisches
System durch die transparente Abdeckung 110 geschützt sein,
also nicht nur MEMS oder MOEMS (MOEMS = Micro-Opto-Electro-Mechanical
Systeme). Die vorliegende Erfindung kann also auch für
das Häusen von optische Flächendetektoren (oder
optische Einzeldetektoren) oder allgemeinen Strahlungsdetektoren
wie z. B. CCDs (CCD = Charge-coupled Device), Solometer-Arrays,
Thermopile-Arrays, pyroelektrische Sensoren, CMOS-Imagern (CMOS-Bildaufnahmevorrichtungen,
CMOS = complemantary-Metal-Oxid-Semiconductor) oder CMOS/CCD-Kamarachips
verwendet werden. Weitere Anwendungen unmfassen das Häusen
von Flächenlichtmodulatoren (spatial light modulator) wie
z. B. Mikrospiegel-Arrays, Flüssigkeitskristall-Displays,
OLED-Displays (OLED = organische Licht-emittierend Diode) oder LCOS-Displays
(LCOS = Liquid Cristal an Silicon). In dem Falle eines zu schützenden
mikromechanischen Systems sind Beispiele für eine Anwendung
obiger Ausführungsbeispiele Laser-scanning Projektionsdisplays
oder Barcodescanner, Mikrospiegel-basierte Bildaufnehmer (z. B.
Endoskopen) oder Retina-Projektionsdisplays.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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2002 [0005]
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enable high-yield micro system packaging", IEEE Transactions an
Advanced Packaging, vol. 27, no. 3, August 2004 [0012]
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