JP6609032B2 - マイクロメカニカル窓構造の製造方法およびそれに対応するマイクロメカニカル窓構造 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロメカニカル窓構造の製造方法およびそれに対応するマイクロメカニカル窓構造に関する。

従来技術
マイクロエレクトロメカニカルシステムズ（ＭＥＭＳ）モジュールを含むウェハを物理的損傷もしくは化学的損傷から保護するために、例えば、ＭＥＭＳモジュールを含むウェハに例えばアノードボンディングなどによって保護ウェハが取り付けられる。ここで、例えばマイクロミラーなどの光学素子を保護するために、保護ウェハに窓が設けられる。この場合、窓は光学的に透明な層で覆われる。

独国特許出願公開第１０２０１３２１１８８６号明細書から、窓の設けられた装置の製造方法が公知である。その図４に示されているように、窓プレート１２は、封止手段および／または接着手段を用いて、基板１の凹部１１に挿入される。ここで、凹部１１は基板１の前面４および後面５に対して傾斜した縁１１ａを有する。

欧州特許出願公開第１７４８０２９号明細書からは、マイクロミラー装置を備えた第１の基板に、透光性の窓エレメントを有する第２の基板が取り付けられることが公知である。

独国特許出願公開第１０２０１２２０６８５８号明細書からは、光学窓装置の製造方法が公知である。その製造のために、凹部を有する基板に透明層が被着され、続いて変形される。

超短波パルスレーザー（ＵＫＰレーザー）は、表面を意図的にパターニングまたはエッチングするのに適しており、例えばＵＫＰレーザーに対してジャーマンフューチャープライズが授与されている（報告はhttp://www.vditz.de/meldung/deutscher-zukunftspreis-fuer-ukp-laser/のウェブページで呼び出すことができる）。

発明の開示
本発明は、第１の態様にしたがって、マイクロメカニカル窓構造の製造方法を提供する。この製造方法は、前面および後面を有する基板を用意するステップと、前面に第１の凹部を形成するステップと、前面上および第１の凹部上にコーティングを形成するステップと、コーティングの少なくとも一部の領域が露出され、これにより、コーティングの露出領域によって窓が形成されるように、後面に第２の凹部を形成するステップとを含む。

本発明は、第２の態様にしたがって、マイクロメカニカル窓構造を提供する。このマイクロメカニカル窓構造は、前面および後面を有しかつ前面から後面へ延在する凹領域を有する基板と、コーティングから形成されて凹領域内に展開されており、かつ前面に対して傾斜した平面の形状を有する窓とを含む。

発明の利点
本発明により、マイクロメカニカル窓構造を基板に形成するための低コストの方法が提供される。コーティングが露出されることにより、特にマイクロミラーなどのＭＥＭＳモジュールと組み合わせた用途に必要となることのある、気密に封止された窓が形成される。

窓の個別化と封止部もしくは接着手段を用いた挿入とが省略され、これにより、本発明の方法では、マイクロメカニカル窓構造の大量生産が可能となる。

本発明の方法によって製造されるマイクロメカニカル窓構造では、光学素子、例えばマイクロミラーの保護が保証される。

窓が基板に埋め込まれることにより、窓そのものも損傷から保護される。

本発明の方法の別の実施形態によれば、第１の凹部を形成するステップは、前面に対して傾斜した平面の形状が第１の凹部の凹部面に生じるように行われる。これにより、光透過のための光学窓が、例えばマイクロミラーをともなった使用に良好に適する。窓の傾斜により、１次の回折反射がマイクロミラーの中心に生じることを防止できる。

本発明の方法の別の実施形態によれば、第２の凹部を形成するステップは、前面に対して傾斜した平面の形状を有する凹部面のコーティングがこの凹部面に正確に対応して露出されるように行われる。これにより、光透過のための窓面全体が例えばマイクロミラーをともなった使用に利用可能となることを保証できる。

本発明の方法の別の実施形態によれば、第１の凹部を形成するステップは、超短波パルスレーザー（ＵＫＰレーザー）によって行われる。これにより、除去された材料が溶融せずに直接に蒸発し、制御の困難な溶融物が発生しないため、凹部の表面の高度な平坦性が保証される。

本発明の方法の別の実施形態によれば、コーティングは窒化物コーティングである。

本発明の方法の別の実施形態によれば、コーティングは、第１のサブコーティング部と第２のサブコーティング部とを有し、第１のサブコーティング部は窒化物コーティングであり、第２のサブコーティング部は酸化物コーティングである。圧力のかかる酸化物コーティングと張力のかかる窒化物コーティングとを組み合わせることにより、コーティングへの張力の作用およびこれによるコーティングの平滑な張りわたしが達成される。

本発明の方法の別の実施形態によれば、コーティング上にモスアイ構造が形成される。これにより、窓の反射率が低減され、窓の光透過率を高めることができる。

本発明のマイクロメカニカル窓構造の別の実施形態によれば、コーティングの窓露出領域に少なくとも１つの付加的な反射防止層が形成される。

本発明の方法の別の実施形態によれば、第２の凹部を形成するステップは、トレンチエッチング、ＫＯＨエッチングおよび／またはフライシングにより行われる。

本発明のマイクロメカニカル窓構造の別の実施形態によれば、コーティングは窒化物コーティングである。

本発明のマイクロメカニカル窓構造の別の実施形態によれば、コーティングは、第１のサブコーティング部と第２のサブコーティング部とを有し、第１のサブコーティング部は窒化物コーティングであり、第２のサブコーティング部は酸化物コーティングである。

本発明の各実施形態の他の特徴および利点は、添付図を参照して行う以下の説明から得られる。

ａ〜ｃには、本発明の第１の実施形態による、マイクロメカニカル窓構造の製造方法を説明するための概略断面図が示されている。 ａ，ｂには、本発明の第２の実施形態による、マイクロメカニカル窓構造の製造方法を説明するための概略断面図が示されている。 本発明の第３の実施形態によるマイクロメカニカル窓構造の概略断面図が示されている。 従来技術の形態によるマイクロメカニカル窓構造の概略平面図が示されている。

全図中、同じ要素および装置または同様の機能を有する要素および装置には、（格別のことわりがないかぎり）同じ参照番号を付してある。方法ステップのナンバリングはわかりやすくするために用いているものであり、格別のことわりがないかぎり、特には定められた時間順序を意味しない。特には複数の方法ステップを同時に実行することができる。

実施形態の説明
図１のａ〜ｃには、本発明の第１の実施形態による、マイクロメカニカル窓構造の製造方法を説明するための概略的な断面図が示されている。

第１の方法ステップでは、前面４および後面５を有する基板１、例えばケイ素基板などの半導体基板が用意される。

第２の方法ステップでは、前面４に、第１の凹部６が、例えばＫＯＨエッチング、トレンチエッチング、サンドビームもしくは研磨によって形成される。好ましくは、第１の凹部６は超短波パルスレーザー（ＵＫＰレーザー）によっても成形可能である。

本発明の第１の実施形態によれば、第１の凹部６は楔状であり、ここで、第１の凹部面２は前面４に対して垂直であり、第２の凹部面３は前面４に対してこの第２の凹部面３と前面４とのなす角度φで傾斜している。角度φはここではゼロより大きく、例えば１０°〜６０°、特に１５°〜４５°、特に好ましくは２０°〜４０°である。上述したようにＵＫＰレーザーが使用される場合、特に、第１の凹部面２と第２の凹部面３とが高い平坦性を有することを保証できる。

ただし、第１の凹部面２は、必ずしも前面４に対して垂直でなくてもよい。特に、第１の凹部面２は、この第１の凹部面２と前面４とのなす角度αで傾斜することができる。第１の凹部面２の傾斜は、例えば、基板１、例えばケイ素基板の＜１１１＞結晶方向が前面４に対して所定の傾斜角を有するように選定することによって形成可能である。

また、第１の凹部６の形状は楔状に制限されず、特には、直方体状、台形状または湾曲状であってもよい。

付加的に、第１の凹部面２および第２の凹部面３の平坦性は、成形ガス、例えばＨ_２を用いた１０００℃を上回る温度での熱処理ステップによって改善することができる。

第２の凹部面３と後面５との間に存在するボリュームは、後続の方法ステップで切削される第２の凹部７に相当する。

第３の方法ステップでは、コーティング８が、図１のｂに示されているように、第１の凹部面２と第２の凹部面３とを形成する前面４に形成される。コーティング８の形成は、ここでは例えば、化学気相蒸着法（"chemical vapor deposition"，ＣＶＤ）、物理気相蒸着法（"physical vapor deposition"，ＰＶＤ）、ＰＥＣＶＤ（"Plasma-Enhanced-Chemical-Vapor-Deposition"）法、ＰＩＣＶＤ（"Plasma-Impulse-Chemical-Vapor-Deposition"）法、ＬＰＣＶＤ（"Low-Pressure-Chemical-Vapor-Deposition"）法もしくはＴＣＶＤ法（"Thermal-Chemical-Vapor-Deposition"）法、または、熱酸化法によって行うことができる。ただし、コーティング８の形成法はこれらのプロセスに限定される必要はなく、同様に他のプロセスもしくは複数のプロセスの組み合わせによって行ってもよい。

コーティング８は、好ましくは、透明材料または半透明材料、例えばガラスまたはプラスチックから形成される。コーティング８は、例えば、窒化物コーティング、例えばＬＰ（"Low-Pressure"）窒化物コーティングであってもよい。ただしコーティング８の材料はこれに限定されない。

後面５には、付加的に、例えば同じプロセスステップでマスキング９が設けられ、続いて、後面５のうち第２の凹部７に相当する部分が開放されるようにパターニングされる。マスキング９がコーティング８と同じ材料から形成される場合、すなわち、コーティング８とマスキング９とを１つの作業ステップで形成可能である場合、時間と費用とを節約できる。ただしマスキング９をコーティング８とは異なる材料から形成して、別個に堆積させることもできる。

本発明の第１の実施形態によるマイクロメカニカル窓構造の製造方法の第４の方法ステップでは、図１のｃに示されているように、後面５側から基板１の材料が除去されて第２の凹部面３のコーティング８が露出されるように、第２の凹部７が形成される。コーティング８の露出により、第１の凹部６と第２の凹部７との間のコーティング８によって、光が透過可能な窓Ｆが形成される。特に、コーティング８は、第２の凹部面３において、第１の凹部６および第２の凹部７の全断面を覆い、これによって窓に使用される。

凹部７の形成は、トレンチエッチングおよび／またはＫＯＨエッチングによって行うことができる。ただし、凹部７の形成はこうしたプロセスに限定されず、特に凹部７の形成は、フライシングによって、または、レーザー、例えばＵＫＰレーザーを用いて、または、これらのプロセスを組み合わせることによって、行うことができる。これらの場合、マスキング９を設ける方法ステップを省略できる。

さらに、例えば、後面５側から基板１の材料を除去して第２の凹部面３のコーティング８の一部分のみを露出させてもよい。

こうして、図１のｃに示されているように、本発明の第１の実施形態によるマイクロメカニカル窓構造が請求項１にしたがって製造される。ここで、基板１は、前面４と後面５とを有しており、かつ前面４から後面５へ延在する凹領域６，７を有する。凹領域６，７内に展開される形態で、コーティング８から成りかつ前面に対して傾斜した平面の形状を有する窓Ｆが延在する。第１の実施形態によれば、凹領域６，７は、側面が前面４または後面５に対して垂直となる切石状である。ただし、凹部６，７は切石状である必要はなく、特には台形状の断面または多角形状の断面または湾曲した断面を有してもよい。第１の実施形態によれば、コーティングも同様に第１の凹部面２および前面４にわたって延在する。ただし、本発明はこうしたケースに限定されず、特にはコーティングが前面４に設けられなくてもよい。

図２のａ，ｂには、本発明の第２の実施形態によるマイクロメカニカル窓構造の製造方法を説明するための概略的な断面図が示されている。

本発明の第１の実施形態によるマイクロメカニカル窓構造の製造方法とは異なり、ここでは、コーティング８が第１のサブコーティング８’と第２のサブコーティング８’’とに分割されており、第１のサブコーティング８’がまず前面４上および第１の凹部面２上および第２の凹部面３上に形成され、続いて第２のサブコーティング８’’が第１のサブコーティング８’上に形成される。

第１のサブコーティング８’および第２のサブコーティング８’’は、好ましくは透明材料または半透明材料、例えばガラスまたはプラスチックから形成される。第１のサブコーティング８’は例えば酸化物コーティングであってもよく、第２のサブコーティング８’’は例えば窒化物コーティング、例えばＬＰ窒化物コーティングであってもよい。ただし第１のサブコーティング８’および第２のサブコーティング８’’の材料は必ずしもこれらに限定されない。

マスキング９も、本発明の第１の実施形態によるマイクロメカニカル窓構造の製造方法とは異なり、同様に第１のサブマスキング９’と第２のサブマスキング９’’とに分割されており、第１のサブマスキング９’がまず後面５上に形成され、ついで第２のサブマスキング９’’が第１のサブマスキング９’上に形成され、続いて、後面５のうち第２の凹部７に相当する部分が開放されるように、第１のサブマスキング９’および第２のサブマスキング９’’がパターニングされる。

特に、第１のサブマスキング９’は第１のサブコーティング８’と同じ材料から形成可能であり、第２のサブマスキング９’’は第２のサブコーティング８’’と同じ材料から形成可能であるので、第１のサブマスキング９’を第１のサブコーティング８’と同時に、また第２のサブマスキング９’’を第２のサブコーティング８’’と同時に形成できる。これにより、時間と費用とを節約可能である。

また、第１のサブマスキング９’の材料および第２のサブマスキング９’’の材料は、第１のサブコーティング８’および第２のサブコーティング８’’の各材料と異なっていてもよい。

本発明の例示的な実施形態はこれらの手段に限定されない。特に、コーティング８は第１のサブコーティング８’および第２のサブコーティング８’’から形成するが、マスキング９は唯一のサブマスキングから形成するようにもできる。さらに、コーティング８を３つ以上のサブコーティングから形成し、マスキング９を３つ以上のサブマスキングから形成してもよい。なお、コーティング８のサブコーティングの数とマスキング９のサブマスキングの数とを必ずしも等しくしなくてもよい。

図２のｂに示されているように、本発明の第２の実施形態によるマイクロメカニカル窓構造の製造方法のさらなるステップでは、後面５側から基板１の材料が除去されて第２の凹部面３のコーティング８が露出されるように、第２の凹部７が形成される。コーティング８の露出により、第１の凹部６と第２の凹部７との間のコーティング８によって、光が透過可能な窓Ｆが形成される。第２の凹部７の形成は、上述したプロセスのいずれかにしたがって行うことができる。

こうして、図２のｂに示されているように、本発明の第２の実施形態によるマイクロメカニカル窓構造が請求項１にしたがって製造される。図１のｃに示されている第１の実施形態とは異なり、第２の実施形態では、第１のサブコーティング８’および第２のサブコーティング８’’が設けられ、特に、第１のサブコーティング８’は窒化物コーティングであってもよく、第２のサブコーティング８’’は酸化物コーティングであってもよい。

図３には、本発明の第３の実施形態によるマイクロメカニカル窓構造の製造方法を説明するための概略的な断面図が示されている。

本発明の第１の実施形態によるマイクロメカニカル窓構造の製造方法とは異なり、ここでは、コーティング８、特にコーティング８のうち第２の凹部面３上に形成された部分に、少なくとも部分的にナノ構造表面が設けられる。ナノ構造表面は特にはモスアイ構造１０であってもよい。モスアイ構造１０は、使用される光の波長領域のオーダーにおいて選択可能な距離を有する複数の小さい凸部から形成され、これにより、コーティング８の反射特性の低減と光の良好な伝送能力とを達成可能である。

本発明の別の好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの別の反射防止コーティングを窓Ｆ上に形成することができる。少なくとも１つの反射防止コーティングは、例えば、数ナノメートルの範囲の厚さを有しうる金属コーティング、プラスチックコーティング、ケイ素コーティングまたは類似のコーティングであってもよい。こうしたコーティングの形成は、スパッタリングによってまたはＣＶＤ法もしくは浸漬法を用いて行うことができる。

本発明を好ましい実施形態に即して上述したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、種々の方式で修正可能である。特に本発明は、発明の思想から逸脱することなく種々に変更もしくは修正可能である。

Claims (12)

1. マイクロメカニカル窓構造の製造方法であって、
   前面（４）および後面（５）を有する基板（１）を用意するステップと、
   前記前面（４）に楔状の第１の凹部（６）を、前記第１の凹部（６）の凹部面（３）が前記前面（４）に対して傾斜した平面の形状を有するように、形成するステップと、
   前記前面（４）上および前記第１の凹部（６）上にコーティング（８；８’，８’’）を形成するステップと、
   前記コーティング（８）の少なくとも一部の領域が露出され、これにより前記コーティングの露出領域によって窓（Ｆ）が形成されるように、前記後面（５）に第２の凹部（７）を形成するステップと
   を含む、製造方法。
2. 前記第２の凹部（７）を形成する前記ステップを、前記凹部面（３）の前記コーティング（８）が前記凹部面に正確に対応して露出されるように行う、
   請求項１記載の製造方法。
3. 前記第１の凹部（６）を形成する前記ステップを、超短波パルスレーザー（ＵＫＰレーザー）によって行う、
   請求項１記載の製造方法。
4. 前記第１の凹部（６）を形成する前記ステップを、ＫＯＨエッチングによって行う、
   請求項１記載の製造方法。
5. 前記コーティング（８）は窒化物コーティングである、
   請求項１記載の製造方法。
6. 前記コーティング（８）は、第１のサブコーティング部（８’）と第２のサブコーティング部（８’’）とを有し、
   前記第１のサブコーティング部（８’）は窒化物コーティングであり、前記第２のサブコーティング部（８’’）は酸化物コーティングである、
   請求項１記載の製造方法。
7. 前記コーティング（８）上にモスアイ構造（１０）を形成する、
   請求項１記載の製造方法。
8. 少なくとも１つの付加的な反射防止層を前記コーティング（８）の窓露出領域に形成する、
   請求項１記載の製造方法。
9. 前記第２の凹部（７）を形成する前記ステップを、トレンチエッチング、ＫＯＨエッチングおよび／またはフライシングにより行う、
   請求項１記載の製造方法。
10. マイクロメカニカル窓構造であって、
    前面（４）および後面（５）を有し、前記前面（４）から前記後面（５）へ延在する凹領域（６，７）を有する基板（１）と、
    コーティング（８）から形成されて前記凹領域（６，７）内に展開されており、かつ前記前面（４）に対して傾斜した平面の形状を有する窓（Ｆ）と、
    を含み、
    前記窓（Ｆ）は、前記前面（４）に第１の凹部面（２）及び第２の凹部面（３）を有する楔状の第１の凹部（６）が形成されるように構成されており、前記第１の凹部面（２）は前記前面（４）に対して垂直であり、前記第２の凹部面（３）は前記前面（４）に対して所定の角度（φ）で傾斜している、マイクロメカニカル窓構造。
11. 前記コーティング（８）は、窒化物コーティングである、
    請求項１０記載のマイクロメカニカル窓構造。
12. 前記コーティング（８）は、第１のサブコーティング部（８’）と第２のサブコーティング部（８’’）とを有し、
    前記第１のサブコーティング部（８’）は窒化物コーティングであり、前記第２のサブコーティング部（８’’）は酸化物コーティングである、
    請求項１０記載のマイクロメカニカル窓構造。

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