(57)【要約】      （修正有）【課題】傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの製造方法に関する。【解決手段】前面Ｖ１及び後面Ｒ１を有し、凹部Ｌ１１を有する第１の基板Ｗ１を用意するステップと、前面Ｖ１側に、熱変形可能であって、凹部Ｌ１１よりも小さい横方向の拡がりを有する第１のスルーホールＬ２１を凹部Ｌ１１の上方に含む第２の基板Ｗ２を設けるステップと、第１のスルーホールＬ２１の上方又は下方で第２の基板Ｗ２にクラップ領域を形成し、当該クラップ領域を第１の基板Ｗ１に対する第１の位置に配置するステップと、第２の基板Ｗ２を熱変形させ、クラップ領域を、第１の位置に対して傾斜しかつ付加的に凹部Ｌ１１内に沈んだ凹部Ｌ１１内の第２の位置へ移行させるステップと、第２の基板Ｗ２からクラップ領域を除去するステップと、第１のスルーホールＬ２１の上方又は下方の第２の傾斜位置で、第２の基板Ｗ２に光学窓ＦＥを形成するステップと、を含む。【選択図】図１ｆ
2018041084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの製造方法であって、
前面（Ｖ１）及び後面（Ｒ１）を有し、かつ、凹部（Ｌ１１；Ｌ１１’；Ｌ１１’’；Ｌ１１’’’；Ｌ１１’’’’；Ｋ１；Ｋ２）を有する第１の基板（Ｗ１）を用意するステップと、
前記前面（Ｖ１）側に、熱変形可能であって、前記凹部（Ｌ１１；Ｌ１１’；Ｌ１１’’；Ｌ１１’’’；Ｌ１１’’’’；Ｋ１；Ｋ２）よりも小さい横方向の拡がりを有する第１のスルーホール（Ｌ２１）を前記凹部（Ｌ１１；Ｌ１１’；Ｌ１１’’；Ｌ１１’’’；Ｌ１１’’’’；Ｋ１；Ｋ２）の上方に含む第２の基板（Ｗ２）を設けるステップと、
前記第１のスルーホール（Ｌ２１）の上方又は下方で前記第２の基板（Ｗ２）にクラップ領域（Ｋ；Ｋ’）を形成し、当該クラップ領域を前記第１の基板（Ｗ１）に対する第１の位置に配置するステップと、
前記第２の基板（Ｗ２）を熱変形させ、前記クラップ領域（Ｋ；Ｋ’）を、前記第１の位置に対して傾斜しかつ付加的に前記凹部（Ｌ１１；Ｌ１１’；Ｌ１１’’；Ｌ１１’’’；Ｌ１１’’’’；Ｋ１；Ｋ２）内に沈んだ前記凹部（Ｌ１１）内の第２の位置へ移行させるステップと、
前記第２の基板（Ｗ２）から前記クラップ領域（Ｋ；Ｋ’）を除去するステップと、
前記第２の基板（Ｗ２）の、前記第１のスルーホール（Ｌ２１）の上方又は下方の第２の傾斜位置に、光学窓（ＦＥ）を取り付けるステップと、
を含む、製造方法。
【請求項２】
前記凹部（Ｌ１１；Ｌ１１’；Ｌ１１’’；Ｌ１１’’’；Ｌ１１’’’’；Ｋ１；Ｋ２）を第２のスルーホール（Ｌ１１；Ｌ１１’；Ｌ１１’’；Ｌ１１’’’；Ｌ１１’’’’）として形成する、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記第２のスルーホール（Ｌ１１；Ｌ１１’；Ｌ１１’’；Ｌ１１’’’；Ｌ１１’’’’）は、前記第２の基板（Ｗ２）の熱変形の際に前記第２の傾斜位置で前記クラップ領域（Ｋ）に対するストッパとなる段部及び／又は傾斜部を有する壁側面（Ａ’；Ａ’’；Ａ’’’；Ａ’’’’）を有する、
請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記凹部（Ｌ１１；Ｌ１１’；Ｌ１１’’；Ｌ１１’’’；Ｌ１１’’’’；Ｋ１；Ｋ２）を、前記第１の基板（Ｗ１）の前記前面（Ｖ１）から、前記後面（Ｒ１）の、前記第２の傾斜位置で前記クラップ領域（Ｋ）に対するストッパを形成している第１のメンブレイン領域（Ｍ１）へ延在する第１のキャビティ（Ｋ１）として形成し、
前記第１のメンブレイン領域（Ｍ１）を、前記第２の基板（Ｗ２）の熱変形後に除去して、これにより、前記第１のキャビティ（Ｋ１）から第２のスルーホール（Ｌ１１’）を形成する、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
前記凹部（Ｌ１１；Ｌ１１’；Ｌ１１’’；Ｌ１１’’’；Ｌ１１’’’’；Ｋ１；Ｋ２）を、前記第１の基板（Ｗ１）の前記後面（Ｒ１）から前記前面（Ｖ１）の第２のメンブレイン領域（Ｍ２）へ延在する第２のキャビティ（Ｋ２）として形成し、
前記クラップ領域（Ｋ’）を前記第２のメンブレイン領域（Ｍ２）のパターニングによって形成する、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
前記第１の基板（Ｗ１）及び前記第２の基板（Ｗ２）は、ウェーハ基板であり、
前記凹部（Ｌ１１；Ｌ１１’；Ｌ１１’’；Ｌ１１’’’；Ｌ１１’’’’；Ｋ１；Ｋ２）が前記第１の基板（Ｗ１）に形成され、さらに前記第１のスルーホール（Ｌ２１）が前記第２の基板（Ｗ２）に形成された後に、前記第１の基板（Ｗ１）及び前記第２の基板（Ｗ２）を相互にボンディングする、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項７】
第３の基板（Ｗ３）を前記第２の基板（Ｗ２）上にボンディングした後に、前記クラップ領域（Ｋ）を前記第３の基板（Ｗ３）からパターニングする、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項８】
熱変形の際に、前記後面（Ｒ１）に負圧を印加する、又は、前記前面（Ｖ１）に正圧を印加する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項９】
前記第１のキャビティ（Ｋ１）内に、熱変形を支援する真空を形成する、
請求項４に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記第２の基板（Ｗ２）は、ガラス基板である、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１１】
傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスであって、
前面（Ｖ１）及び後面（Ｒ１）を有し、スルーホール（Ｌ１１；Ｌ１１’；Ｌ１１’’；Ｌ１１’’’；Ｌ１１’’’’；ＬＬ１１’；ＬＬ１１’’）を有する第１の基板（Ｗ１）と、
前記第１の基板（Ｗ１）の前記前面（Ｖ１）上に設けられており、かつ、前記スルーホール（Ｌ１１；Ｌ１１’；Ｌ１１’’；Ｌ１１’’’；Ｌ１１’’’’；ＬＬ１１’；ＬＬ１１’’）の領域において変形されており、かつ、前記スルーホール（Ｌ１１；Ｌ１１’；Ｌ１１’’；Ｌ１１’’’；Ｌ１１’’’’；ＬＬ１１’；ＬＬ１１’’）よりも小さい横方向の拡がりを有する別のスルーホール（Ｌ２１）を有する、第２の基板（Ｗ２）と、
を備えており、
前記別のスルーホール（Ｌ２１）の上方又は下方の傾斜位置で、前記第２の基板（Ｗ２）に、光学窓（ＦＥ）が取り付けられている、
マイクロメカニカルデバイス。
【請求項１２】
前記第１の基板（Ｗ１）及び前記第２の基板（Ｗ２）は、相互にボンディングされたウェーハ基板である、
請求項１１に記載のマイクロメカニカルデバイス。
【請求項１３】
前記第２の基板（Ｗ２）は、ガラス基板である、
請求項１１又は１２に記載のマイクロメカニカルデバイス。
【請求項１４】
前記光学窓（ＦＥ）は、ガラスはんだにより前記第２の基板（Ｗ２）に取り付けられている、
請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載のマイクロメカニカルデバイス。
【請求項１５】
前記光学窓（ＦＥ）は、実質的に前記第２の基板（Ｗ２）のスルーホール（Ｌ１１；Ｌ１１’；Ｌ１１’’；Ｌ１１’’’；Ｌ１１’’’’；ＬＬ１１’；ＬＬ１１’’）に沈んでいる、
請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載のマイクロメカニカルデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの製造方法、及び、対応するマイクロメカニカルデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術
任意の光学装置及び光学システムに適用することが可能ではあるが、本発明及び本発明の基礎とする問題を、マイクロメカニカル光マイクロミラースキャナ装置に即して説明する。
【０００３】
マイクロメカニカルＭＥＭＳモジュールは、障害的な外部の環境影響（例えば湿分、侵襲性媒体など）に対する保護のため、保護されなければならない。機械的な接触／破壊に対する保護部、及び、ウェーハ接合体から複数のチップへのソーカットによる個別化を可能にするための保護部も同様に要求される。また、多くの場合、気密カプセル化によって、定められた雰囲気の調整（例えばガスの種類及び／又はガス圧）も可能でなければならない。
【０００４】
ウェーハ接合体における、キャビティ及びスルーホールを有するキャップウェーハを用いたＭＥＭＳモジュールのカプセル化は、広く確立されている。カプセル化のために、キャップウェーハは、ＭＥＭＳ構造を有するウェーハに対して位置決めされ、これに結合される。当該結合は、例えば、アノードボンディング又はダイレクトボンディング（ガラスとケイ素とを結合する結合剤なしでのボンディング）によって、又は、共晶接合層を介して、又は、ガラスはんだ若しくは接着剤を用いて、行うことができる。キャップウェーハのキャビティの下方に１つ又は複数のＭＥＭＳモジュールが位置し、ここで、ＭＥＭＳモジュールを細いワイヤに接続するための電気的なボンディングパッドには、キャップウェーハのスルーホールを介してアクセスすることが可能である。
【０００５】
マイクロメカニカル光ＭＥＭＳモジュール（ＭＯＥＭＳ）、例えばマイクロミラーなどに対しては、上述した保護部、及び、高い光学品質を有する付加的な透明窓、並びに、場合によっては特別な光学コーティングも要求される。時には、キャップに、電気的接続のための複数のスルーホールも形成される。
【０００６】
光ビームが透明窓を通過する際、界面で反射が起こる。マイクロメカニカルマイクロミラースキャナ装置の位置固定の反射がマイクロミラーのスキャン領域で起こると、反射の輝度が投影像の輝度を上回り、このために障害作用が生じる。こうした障害反射については、光学窓の反射防止コーティングによってその輝度を低減することしかできない。マイクロミラーは通常その静止位置において対称に振動するか又は偏向されるので、光学窓がミラー面の静止位置に対して平行であってかつ（ＭＥＭＳモジュールでは常にそうであるが）ミラー面から光学窓までの距離が小さい場合、こうした反射が常にスキャン領域で起こることになる。
【０００７】
反射による障害を回避する唯一の手段は、光学窓と反射面とが非偏向状態で相互に平行とならないようにすることによって、反射をスキャン領域からずらすことである。このためには２つの手段があり、すなわち、１つは、光学窓を傾斜させること、また、もう１つは、ミラーの静止位置を傾斜させることである。これら２つの手段は従来技術において公知である。
【０００８】
個々のチップに対して傾斜した窓は、例えば欧州特許出願公開第１６８８７７６号明細書（ＥＰ１６８８７７６Ａ１）に開示されている。ウェーハレベルパッケージングのための、反射を回避可能な傾斜した窓又は他の窓形状は、欧州特許出願公開第１７４８０２９号明細書（ＥＰ１７４８０２９Ａ２）に記載されている。
【０００９】
欧州特許出願公開第１７４８０２９号明細書（ＥＰ１７４８０２９Ａ２）によれば、３次元表面構造（例えば傾斜した窓）は、透明材料（ガラス又はプラスチック）からウェーハ接合体内に製造される。３次元構造を製造するプロセスは、きわめて高価なものであり、又は、必要な光学品質を提供しないものである。また、対応する３次元構造を有するウェーハは、この構造が損傷を受けやすいため、処理の際、例えばウェーハボンディング中に問題となる。
【００１０】
傾斜した光学窓を有する保護キャップの他の製造方法は、例えば、独国特許出願公開第１０２００８０４０５２８号明細書（ＤＥ１０２００８０４０５２８Ａ１）、独国特許出願公開第１０２０１００６２１１８号明細書（ＤＥ１０２０１００６２１１８Ａ１）及び独国特許出願公開第１０２０１２２０６８５８号明細書（ＤＥ１０２０１２２０６８５８Ａ１）から公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１６８８７７６号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第１７４８０２９号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２００８０４０５２８号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１０２０１００６２１１８号明細書
【特許文献５】独国特許出願公開第１０２０１２２０６８５８号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
発明の開示
本発明においては、請求項１に記載の、傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの製造方法、及び、請求項１１に記載の、対応するマイクロメカニカルデバイスを提供する。
【００１３】
好ましい実施形態は、各従属請求項の対象となっている。
【００１４】
発明の利点
本発明の基本となる着想は、光学窓の傾斜した配置座を基板層の熱変形によって製造することにある。
【００１５】
本発明によれば、例えばマイクロメカニカルマイクロミラースキャナ装置用の保護ウェーハとして使用可能な、傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスのための、低コストの製造方法を得ることができる。傾斜した透明な光学窓を高い光学品質で製造することが可能である。本発明に係る製造方法はローバストであって大量生産に適する。
【００１６】
傾斜した光学窓は、ＭＥＭＳ技術及び半導体技術で通常用いられているプロセスによって製造することが可能である。処理過程中の傾斜した光学窓でのかき傷、粒子及び損傷を、容易に回避することが可能である。
【００１７】
好ましい実施形態によれば、凹部は第２のスルーホールとして形成される。これによって、凹部を簡単に製造することができる。
【００１８】
別の好ましい実施形態によれば、第２のスルーホールは、第２の基板の熱変形の際に第２の傾斜位置でのクラップ領域に対するストッパとなる、段部及び／又は傾斜部を有する壁側面を有する。このようにすることによって、光学窓の斜度を正確に定めることができる。
【００１９】
別の好ましい実施形態によれば、凹部は、第１の基板の前面から後面の第１のメンブレイン領域へ延在する第１のキャビティとして形成される。ここで、第１のメンブレイン領域は、第２の傾斜位置で、クラップ領域に対するストッパを形成する。第１のメンブレイン領域は、第２の基板の熱変形後に除去され、これによって、第１のキャビティから第２のスルーホールが形成される。このようにすることによって、第１のメンブレイン領域の上方にストッパを定めることができる。
【００２０】
別の好ましい実施形態によれば、凹部は第１の基板の後面から前面の第２のメンブレイン領域へ延在する第２のキャビティとして形成され、クラップ領域は、第２のメンブレイン領域のパターニングによって形成される。このようにすることによって、第３のウェーハ基板を省略することができる。
【００２１】
別の好ましい実施形態によれば、第１の基板及び第２の基板は、ウェーハ基板であり、これら第１の基板及び第２の基板は、凹部が第１の基板に形成され、さらに第１のスルーホールが第２の基板に形成された後に、相互にボンディングされる。これによって、ボリュームの大きなバッチ処理を行うことができる。
【００２２】
別の好ましい実施形態によれば、第３の基板を第２の基板にボンディングした後に、クラップ領域が第３の基板からパターニングされる。このようにすれば、クラップ領域を簡単かつ正確に製造することができる。
【００２３】
別の好ましい実施形態によれば、熱変形の際に、後面に負圧が印加されるか、又は、前面に正圧が印加される。これによって、熱変形ステップが支援される。
【００２４】
別の好ましい実施形態によれば、第１のキャビティ内に、熱変形を支援する真空が形成される。これによって、熱変形を内部から支援することができる。充分でない場合には、前面に付加的に正圧を印加することもできる。
【００２５】
別の好ましい実施形態によれば、第２の基板は、ガラス基板である。こうしたガラス基板は、熱変形の際に良好に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
本発明のさらなる特徴及び利点を、以下に、図を参照しながら実施形態に即して説明する。
【図１ａ】本発明の第１の実施形態による、傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの製造方法、及び、対応するマイクロメカニカルデバイスを説明するための概略的な断面図が示されている。
【図１ｂ】本発明の第１の実施形態による、傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの製造方法、及び、対応するマイクロメカニカルデバイスを説明するための概略的な断面図が示されている。
【図１ｃ】本発明の第１の実施形態による、傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの製造方法、及び、対応するマイクロメカニカルデバイスを説明するための概略的な断面図が示されている。
【図１ｄ】本発明の第１の実施形態による、傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの製造方法、及び、対応するマイクロメカニカルデバイスを説明するための概略的な断面図が示されている。
【図１ｅ】本発明の第１の実施形態による、傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの製造方法、及び、対応するマイクロメカニカルデバイスを説明するための概略的な断面図が示されている。
【図１ｆ】本発明の第１の実施形態による、傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの製造方法、及び、対応するマイクロメカニカルデバイスを説明するための概略的な断面図が示されている。
【図２ａ】本発明の第１の実施形態による、傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの第１の基板の製造方法のバリエーションを説明するための概略的な断面図が示されている。
【図２ｂ】本発明の第１の実施形態による、傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの第１の基板の製造方法のバリエーションを説明するための概略的な断面図が示されている。
【図２ｃ】本発明の第１の実施形態による、傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの第１の基板の製造方法のバリエーションを説明するための概略的な断面図が示されている。
【図２ｄ】本発明の第１の実施形態による、傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの第１の基板の製造方法のバリエーションを説明するための概略的な断面図が示されている。
【図２ｅ】本発明の第１の実施形態による、傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの第１の基板の製造方法のバリエーションを説明するための概略的な断面図が示されている。
【図３ａ】本発明の第２の実施形態による、傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの製造方法、及び、対応するマイクロメカニカルデバイスを説明するための概略的な断面図が示されている。
【図３ｂ】本発明の第２の実施形態による、傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの製造方法、及び、対応するマイクロメカニカルデバイスを説明するための概略的な断面図が示されている。
【図３ｃ】本発明の第２の実施形態による、傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの製造方法、及び、対応するマイクロメカニカルデバイスを説明するための概略的な断面図が示されている。
【図３ｄ】本発明の第２の実施形態による、傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの製造方法、及び、対応するマイクロメカニカルデバイスを説明するための概略的な断面図が示されている。
【図３ｅ】本発明の第２の実施形態による、傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの製造方法、及び、対応するマイクロメカニカルデバイスを説明するための概略的な断面図が示されている。
【図４ａ】本発明の第３の実施形態による、傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの製造方法、及び、対応するマイクロメカニカルデバイスを説明するための概略的な断面図が示されている。
【図４ｂ】本発明の第３の実施形態による、傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの製造方法、及び、対応するマイクロメカニカルデバイスを説明するための概略的な断面図が示されている。
【図４ｃ】本発明の第３の実施形態による、傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの製造方法、及び、対応するマイクロメカニカルデバイスを説明するための概略的な断面図が示されている。
【図４ｄ】本発明の第３の実施形態による、傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの製造方法、及び、対応するマイクロメカニカルデバイスを説明するための概略的な断面図が示されている。
【図４ｅ】本発明の第３の実施形態による、傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの製造方法、及び、対応するマイクロメカニカルデバイスを説明するための概略的な断面図が示されている。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の実施形態
図中において、同等の要素、又は、同等の機能を有している要素には、同一の参照番号を付してある。
【００２８】
図１ａ乃至図１ｆには、本発明の第１の実施形態による、傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの製造方法、及び、対応するマイクロメカニカルデバイスを説明するための概略的な断面図が示されている。
【００２９】
第１の実施形態による、傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスは、例えば、マイクロメカニカルマイクロミラースキャナ装置用の保護ウェーハデバイスとして使用することが可能である。
【００３０】
マイクロメカニカルデバイスの製造につき、ウェーハ面に即して説明するが、本発明はこれに限定されず、モジュール面で行うこともできる。ここでは、図示を簡単化するために、唯一の傾斜した光学窓のみの製造を示しているが、複数の傾斜した光学窓をウェーハ面に形成することもできる。
【００３１】
図１ａには、参照番号Ｗ１で第１のウェーハ基板、例えばケイ素ウェーハ基板が示されており、参照番号Ｗ２で第２のウェーハ基板、例えば熱変形可能なガラスウェーハ基板又はプラスチック基板が示されており、参照番号Ｗ３で第３のウェーハ基板、例えばもう１つのケイ素ウェーハ基板が同様に示されている。
【００３２】
第１の製造ステップでは、前面Ｖ１及び後面Ｒ１を有する第１のウェーハ基板Ｗ１の処理が行われる。
【００３３】
第１のウェーハ基板Ｗ１には、例えばＫＯＨエッチング又はサンドブラスト又は他の任意の材料除去法（機械的穿孔、研磨、エロージョン又はレーザ処理であってもよい）によって、スルーホールＬ１１，Ｌ１２が形成される。なお、スルーホールＬ１２は、付加的なスルーホールである。
【００３４】
また、同じ方法ステップにおいて、片面側にとどまる（図示されていない）凹部（例えばキャビティ又は位置合わせマークなど）を前面Ｖ１に形成することもできる。スルーホールＬ１１は、傾斜した光学窓を後に受容する受容部として設けられ、（図示されていない）マイクロミラーへの光学的なアクセス部を形成する。そのエッジは、ヒンジとして作用し、光学窓をスルーホールへ所定の距離だけ沈ませることができる。
【００３５】
付加的なスルーホールＬ１２は、例えば、傾斜なしの光学窓、又は、ボンディングアイランドによる接続のための電気コンタクトを収容することができる。スルーホールＬ１１，Ｌ１２の幾何学形状は、適切に選択することが可能であり又は変更することが可能である。
【００３６】
第２の製造ステップにおいては、この例ではガラスウェーハ基板である第２のウェーハ基板Ｗ２の処理が行われる。第２のウェーハ基板Ｗ２は、後にスルーホールＬ１１の上方に位置するスルーホールＬ２１が形成されるようにパターニングされ、これによって、後のプロセスステップで光学窓を配置するための位置が定められる。スルーホールＬ２１は、スルーホールＬ１１よりも小さい横方向の拡がりを有する。
【００３７】
その後、パターニングされた第２のウェーハ基板Ｗ２が、例えば、アノードボンディングによって、又は、ケイ素−ガラスダイレクトボンディングによって、第３のウェーハ基板Ｗ３にボンディングされる。続いて、第１のウェーハ基板Ｗ１の前面Ｖ１が、第２のウェーハ基板Ｗ２の対向する面へボンディングされる。これによって、図１ａの処理状態が得られる。
【００３８】
第２のウェーハ基板Ｗ２のパターニングは、上述した手法に代えて、ウェーハ基板Ｗ２，Ｗ３の２ウェーハ積層状態において、又は、ウェーハ基板Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の３ウェーハ積層状態においても、行うことができる。２ウェーハ積層状態Ｗ２，Ｗ３においてパターニングが行われる場合、第２のウェーハ基板のガラスを、後のソーカットラインの領域から除去することができる。このことは、個別化プロセスにとって有利である。なぜなら、このケースにおいては、ケイ素を高速かつ低コストにソーカットすることができるからである。
【００３９】
第３のウェーハ基板Ｗ３は、他方の面の側で研磨及び／又はポリシングによって薄膜化され、続いてパターニングされる。この場合、後にはめ込まれる光学窓のためのエッジの適切な幾何学形状として、トレンチ横断面、すなわち、直線エッジＦＬ又は斜線エッジＦＬ’若しくはＦＬ’’を、図１ｂに示されているように適切に選択することが可能である。ほかに、このことは他のエッジについても当てはまる。
【００４０】
これに代えて、第３のウェーハ基板Ｗ３のパターニングを、薄膜化前かつウェーハ基板Ｗ２との第１のウェーハボンディング前に後面側において行うことができ、又は、２ウェーハ積層状態においてウェーハ基板Ｗ２との第１のウェーハボンディング後に前面側において行うこともできる。いずれの場合にも、ボンディングは、薄膜化前に行わなければならない。
【００４１】
特に、第３のウェーハ基板Ｗ３においては、クラップ領域ＫがスルーホールＬ２１の上方に形成される。ここで、クラップ領域Ｋは、まず、前面Ｖ１に対して平行に、即ち、傾斜されずに、位置決めされる。当該クラップ領域Ｋは、後の時点で光学窓がはめ込まれる領域を画定する。パターニングは、例えばＤＲＩＥエッチングプロセスを用いて行うことができる。
【００４２】
クラップ領域Ｋの面積は、好ましくは、第１のウェーハ基板Ｗ１のスルーホールＬ１１の面積よりも小さく、第２のウェーハ基板Ｗ２のスルーホールＬ２１の面積より大きい。クラップ領域Ｋと第１のウェーハ基板Ｗ１のスルーホールＬ１１との重なり領域は、後の光学窓の封止載置面を形成する。クラップ領域Ｋの面は、後の熱変形過程における封止載置面の硬化に用いられる。この面により、後の光学窓の封止載置面を前面Ｖ１に対して傾斜させることができ、また、その平坦性及び平滑性の保証も維持される。
【００４３】
続いて、第２のウェーハ基板Ｗ２及び第３のウェーハ基板Ｗ３が、第１のウェーハ基板Ｗ１にボンディングされる。これによって、図１ｃの処理状態が得られる。
【００４４】
続いて、相互にボンディングされたウェーハ基板Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を有する３ウェーハ積層体が、第１のウェーハ基板Ｗ１の後面Ｒ１から吸引装置（チャック）によって面状に吸引され、第２のウェーハ基板Ｗ２のガラスを可塑変形させることのできる適切な高さの温度に調整される。第２のウェーハ基板Ｗ２とクラップ領域Ｋとによって前面Ｖ１側において閉鎖された第１のウェーハ基板Ｗ１のスルーホールＬ１１に上記吸引によって生じる負圧に基づいて、スルーホールＬ１１の上方の、クラップ領域Ｋに隣接する領域のガラスが図１ｄに示されているように深絞りされる。付加的に、前面Ｖ１側から正圧を印加してもよい。
【００４５】
クラップ領域Ｋ及び第２のウェーハ基板Ｗ２のうちクラップ領域Ｋによって安定化されるガラス領域の所望の最終傾斜度は、プロセス持続時間によって、又は、例えば図２ａ乃至図２ｅに示されているような適切な幾何学形状のスペーサをスルーホールＬ１１に設けることによって、定めることができる。図２ｂ乃至図２ｅによれば、段部及び／又は傾斜部を有し、かつ、第２のウェーハ基板Ｗ２のガラスを熱変形させる際に最終傾斜位置でクラップ領域に対するストッパを形成する壁側面Ａ’，Ａ’’，Ａ’’’，Ａ’’’’が設けられる。こうした幾何学形状はガラス成形プロセスにとって好都合である。所定の条件のもとでは、図１ａ又は図２ａに示されているように、こうしたスペーサ装置も、完全に省略することができる。
【００４６】
熱変形の後、図１ｅによれば、第３のウェーハ基板Ｗ３が、例えばＫＯＨエッチングによって除去される。但し、このエッチングによって、スルーホールＬ１１（図２ｂ乃至図２ｅを参照）に付加的に設けられたスペーサ装置はまったくエッチングされないか又は最小限のエッチングでなければならない。第１のウェーハ基板Ｗ１のエッチング時間を最小にするために、第３のウェーハ基板の露出面にホール又はスリットを形成することができる。こうしたパターニングによってエッチング面積が増大し、他の結晶面のサイドエッチ侵襲が可能となり、より迅速なエッチングが行われる。ホール又はスリットは、形状及び寸法の点で、エッチング速度が最大となるよう適切に選択される。このようなエッチング支援のためのパターンの形成は、例えば、クラップ領域Ｋの形成と共に１つのプロセスステップで行うことができる。
【００４７】
なお、図１ｅによれば、変形された、スルーホールＬ２１を有する第２のウェーハ基板Ｗ２は第１のウェーハ基板Ｗ１上に残留しており、ここで、第２のウェーハ基板Ｗ２のスルーホールＬ２１が、形成すべき、傾斜した光学窓の位置を画定している。幾何学的には、傾斜とは、光学窓の鉛直線が前面Ｖ１の鉛直線に対して斜めになっている又は傾いていることを意味する。
【００４８】
光学窓ＦＥは、好ましくは、適切な熱膨張係数を有する高い光学品質のガラスから製造されている。起点材料は、例えば、適切な厚さ及び光学品質を有するガラスウェーハである。光学窓ＦＥの一方側の面、例えばウェーハ面には、周に沿って封止接着媒介材、例えばガラスはんだが、スクリーンプリンティングによって被着され、完全硬化（焼結）される。
【００４９】
次いで、光学窓ＦＥは、個別化されて、テープ上に被着される。ここで、個別化は、例えば、標準的なガラスソーカット又はレーザ処理又はサンドブラストなどによって行われる。
【００５０】
その後、実装装置を用いることによって、光学窓ＦＥを、ガラスはんだＬＯによって斜めのスルーホールＬ２１の窓配置座にはめ込むことができる。このために使用される方法、及び、対応する装置は、ＳＭＤ（表面実装デバイス）技術から公知である。スルーホールＬ２１の周囲における光学窓ＦＥと第２のウェーハ基板Ｗ２との接合は、熱処理によって行われる。
【００５１】
この場合、光学窓ＦＥが実装された、ウェーハ基板Ｗ１，Ｗ２のウェーハ接合体は、第１のウェーハ基板Ｗ１の側から平面状に吸引され、ガラスはんだＬＯが溶融する適切な高さの温度に調整される。この温度は、窓のガラスの軟化温度を下回るものでなければならない。
【００５２】
圧力差に基づいて、ガラスはんだＬＯが封止面で潰れ、光学窓ＦＥがスルーホールＬ２１の周囲で第２のウェーハ基板Ｗ２に接合される。冷却後、気密に封止された傾斜した光学窓ＦＥを有するマイクロメカニカルデバイスが完成し、図１ｆに示されているような例えばマイクロミラースキャナ装置との接続のためのさらなる処理に使用することが可能となる。
【００５３】
図１ｆの光学窓ＦＥは前面Ｖ１側から突出しているが、光学窓ＦＥがスルーホールＬ１１内に沈んで、一方側が斜めとなり、かつ、他方側が突出しないように、プロセスを制御することもできる。こうした構成は、多くの用途において有利である。
【００５４】
傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスのこうしたさらなる処理は、ＭＥＭＳウェーハ又はＭＯＥＭＳウェーハとの気密に封止された接合を形成するため、通常、マイクロマシン技術で使用されるボンディングプロセス（ガラスはんだ又は接着剤による接合、共晶接合、アノードボンディングなど）によって行うことができる。
【００５５】
特に有利には、第１のウェーハ基板Ｗ１の光学窓ＦＥの傾斜面は、スルーホールＬ１１内に実質的に又は完全に沈められ、これによって保護される。光学窓ＦＥは、さらなる処理の際に損傷を受けることがなく、即ち、かき傷、圧痕及び粒子付着が実質的に回避される。特にこのことは、傾斜した光学窓ＦＥを有するマイクロメカニカルデバイスが高い機械的圧力でＭＯＥＭＳウェーハ上にボンディングされるガラスはんだウェーハボンディングに当てはまる。
【００５６】
第１の実施形態における図示されていない代替手段においては、第１のウェーハ基板Ｗ１の後面Ｒ１の光学窓ＦＥが、下側から第２のウェーハ基板Ｗ２へ載置され、かつ、接合される。
【００５７】
図３ａ乃至図３ｅは、本発明の第２の実施形態による、傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの製造方法、及び、対応するマイクロメカニカルデバイスを説明するための概略的な断面図である。
【００５８】
第２の実施形態においては、図３ａに示されているように、最初は、第１のウェーハ基板Ｗ１のスルーホールは形成されず、第１のウェーハ基板Ｗ１の前面Ｖ１から後面Ｒ１のメンブレイン領域Ｍ１へ延在する第１のキャビティＫ１が形成される。
【００５９】
メンブレイン領域Ｍ１は、第２の傾斜位置で、クラップ領域Ｋのストッパとなる。図３ｂに示されているようなウェーハ基板Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を含む３ウェーハ積層体が形成される場合、第２のウェーハ基板Ｗ２とクラップ領域とによって前面Ｖ１側で閉鎖されたキャビティＫ１に、真空が形成される。第１のキャビティＫ１の領域での第２のウェーハ基板Ｗ２の局所的な可塑変形は、この真空によって、第１のウェーハ基板Ｗ１の平面状の吸引を要することなく行われる。真空が充分でない場合には、付加的に前面Ｖ１に正圧を印加することもできる。
【００６０】
熱変形の結果は図３ｃに示されているが、熱変形後、メンブレイン領域Ｍ１は除去され、これによって、第１のキャビティＫ１から、第１のウェーハ基板Ｗ１のスルーホールＬＬ１１’が生じる。同時に、第３のウェーハ基板Ｗ３が完全に除去され、これによって、図３ｄに示されている状態が生じる。この実施形態においては、熱変形過程中の圧力差は、外部では生じないので、より都合の良い単純な１回のバッチプロセスにおいて、複数のウェーハを１つの炉内で同時に処理することができる。
【００６１】
さらに図３ｅに関連して、図１ｆと同様に光学窓がはめ込まれ、スルーホールＬ２１の周囲において、ガラスはんだを用いて第２のウェーハ基板Ｗ２に熱的に接合される。
【００６２】
図４ａ乃至図４ｅは、本発明の第３の実施形態による、傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの製造方法、及び、対応するマイクロメカニカルデバイスを説明するための概略的な断面図である。
【００６３】
第３の実施形態においては、図４ａに示されているように、上述した場合と同様、最初は、第１のウェーハ基板Ｗ１にスルーホールは形成されず、第１のウェーハ基板Ｗ１の後面Ｒ１から前面Ｖ１のメンブレイン領域Ｍ２へ延在するキャビティＫ２が形成される。
【００６４】
さらに、第３の実施形態においては、第３のウェーハ基板Ｗ３が完全に省略される。クラップ領域Ｋ’は、この実施形態においては、メンブレイン領域Ｍ２のパターニングにより形成され、このパターニングは第１のウェーハ基板Ｗ１の後面側のエッチングによって行われる。このことは図４ｂに示されている。
【００６５】
次いで、第１の実施形態又は第２の実施形態に即して上述したのと同様に、図４ｃに示されているようなクラップ領域Ｋ’の熱溶融と傾斜化とが行われる。
【００６６】
続いて、図４ｄに示されているように、クラップ領域Ｋ’がエッチングにより除去され、これによって、第１のウェーハ基板Ｗ１のスルーホールＬＬ１１’’が形成される。
【００６７】
また、第１の実施形態又は第２の実施形態と同様に、光学窓ＦＥの取り付けが行われる。但し、この取り付けは、この実施形態においては、後面Ｒ１から行われる。
【００６８】
この実施形態においては、クラップ領域Ｋ’が第２のウェーハ基板Ｗ２の下方側のスルーホールＬＬ１１’’に設けられているので、吸引装置（チャック）による第２のウェーハ基板Ｗ２のガラスの溶融が、第１の実施形態と比較して、有利に防止される。
【００６９】
本発明を好ましい実施形態に即して説明してきたが、本発明はこれらに限定されない。特に、上述した材料及び形状は例示にすぎず、説明した例に限定されない。
【００７０】
特には、別の傾斜方向、別の角度、別の幾何学形状などを選択することが可能である。
【図１ａ】
2018041084.tif 000003
【図１ｂ】
2018041084.tif 000004
【図１ｃ】
2018041084.tif 000005
【図１ｄ】
2018041084.tif 000006
【図１ｅ】
2018041084.tif 000007
【図１ｆ】
2018041084.tif 000008
【図２ａ】
2018041084.tif 000009
【図２ｂ】
2018041084.tif 000010
【図２ｃ】
2018041084.tif 000011
【図２ｄ】
2018041084.tif 000012
【図２ｅ】
2018041084.tif 000013
【図３ａ】
2018041084.tif 000014
【図３ｂ】
2018041084.tif 000015
【図３ｃ】
2018041084.tif 000016
【図３ｄ】
2018041084.tif 000017
【図３ｅ】
2018041084.tif 000018
【図４ａ】
2018041084.tif 000019
【図４ｂ】
2018041084.tif 000020
【図４ｃ】
2018041084.tif 000021
【図４ｄ】
2018041084.tif 000022
【図４ｅ】
2018041084.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成29年12月7日(2017.12.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスの製造方法であって、
前面（Ｖ１）及び後面（Ｒ１）を有し、かつ、凹部（Ｌ１１；Ｌ１１’；Ｌ１１’’；Ｌ１１’’’；Ｌ１１’’’’；Ｋ１；Ｋ２）を有する第１の基板（Ｗ１）を用意するステップと、
前記前面（Ｖ１）側に、熱変形可能であって、前記凹部（Ｌ１１；Ｌ１１’；Ｌ１１’’；Ｌ１１’’’；Ｌ１１’’’’；Ｋ１；Ｋ２）よりも小さい横方向の拡がりを有する第１のスルーホール（Ｌ２１）を前記凹部（Ｌ１１；Ｌ１１’；Ｌ１１’’；Ｌ１１’’’；Ｌ１１’’’’；Ｋ１；Ｋ２）の上方に含む第２の基板（Ｗ２）を設けるステップと、
前記第１のスルーホール（Ｌ２１）の上方又は下方で前記第２の基板（Ｗ２）にクラップ領域（Ｋ；Ｋ’）を形成し、当該クラップ領域を前記第１の基板（Ｗ１）に対する第１の位置に配置するステップと、
前記第２の基板（Ｗ２）を熱変形させ、前記クラップ領域（Ｋ；Ｋ’）を、前記第１の位置に対して傾斜しかつ付加的に前記凹部（Ｌ１１；Ｌ１１’；Ｌ１１’’；Ｌ１１’’’；Ｌ１１’’’’；Ｋ１；Ｋ２）内に沈んだ前記凹部（Ｌ１１）内の第２の位置へ移行させるステップと、
前記第２の基板（Ｗ２）から前記クラップ領域（Ｋ；Ｋ’）を除去するステップと、
前記第２の基板（Ｗ２）の、前記第１のスルーホール（Ｌ２１）の上方又は下方の第２の傾斜位置に、光学窓（ＦＥ）を取り付けるステップと、
を含む、製造方法。
【請求項２】
前記凹部（Ｌ１１；Ｌ１１’；Ｌ１１’’；Ｌ１１’’’；Ｌ１１’’’’；Ｋ１；Ｋ２）を第２のスルーホール（Ｌ１１；Ｌ１１’；Ｌ１１’’；Ｌ１１’’’；Ｌ１１’’’’）として形成する、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記第２のスルーホール（Ｌ１１；Ｌ１１’；Ｌ１１’’；Ｌ１１’’’；Ｌ１１’’’’）は、前記第２の基板（Ｗ２）の熱変形の際に前記第２の傾斜位置で前記クラップ領域（Ｋ）に対するストッパとなる段部及び／又は傾斜部を有する壁側面（Ａ’；Ａ’’；Ａ’’’；Ａ’’’’）を有する、
請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記凹部（Ｌ１１；Ｌ１１’；Ｌ１１’’；Ｌ１１’’’；Ｌ１１’’’’；Ｋ１；Ｋ２）を、前記第１の基板（Ｗ１）の前記前面（Ｖ１）から、前記後面（Ｒ１）の、前記第２の傾斜位置で前記クラップ領域（Ｋ）に対するストッパを形成している第１のメンブレイン領域（Ｍ１）へ延在する第１のキャビティ（Ｋ１）として形成し、
前記第１のメンブレイン領域（Ｍ１）を、前記第２の基板（Ｗ２）の熱変形後に除去して、これにより、前記第１のキャビティ（Ｋ１）から第２のスルーホール（Ｌ１１’）を形成する、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
前記凹部（Ｌ１１；Ｌ１１’；Ｌ１１’’；Ｌ１１’’’；Ｌ１１’’’’；Ｋ１；Ｋ２）を、前記第１の基板（Ｗ１）の前記後面（Ｒ１）から前記前面（Ｖ１）の第２のメンブレイン領域（Ｍ２）へ延在する第２のキャビティ（Ｋ２）として形成し、
前記クラップ領域（Ｋ’）を前記第２のメンブレイン領域（Ｍ２）のパターニングによって形成する、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
前記第１の基板（Ｗ１）及び前記第２の基板（Ｗ２）は、ウェーハ基板であり、
前記凹部（Ｌ１１；Ｌ１１’；Ｌ１１’’；Ｌ１１’’’；Ｌ１１’’’’；Ｋ１；Ｋ２）が前記第１の基板（Ｗ１）に形成され、さらに前記第１のスルーホール（Ｌ２１）が前記第２の基板（Ｗ２）に形成された後に、前記第１の基板（Ｗ１）及び前記第２の基板（Ｗ２）を相互にボンディングする、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項７】
第３の基板（Ｗ３）を前記第２の基板（Ｗ２）上にボンディングした後に、前記クラップ領域（Ｋ）を前記第３の基板（Ｗ３）からパターニングする、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項８】
熱変形の際に、前記後面（Ｒ１）に負圧を印加する、又は、前記前面（Ｖ１）に正圧を印加する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項９】
前記第１のキャビティ（Ｋ１）内に、熱変形を支援する真空を形成する、
請求項４に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記第２の基板（Ｗ２）は、ガラス基板である、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１１】
傾斜した光学窓を有するマイクロメカニカルデバイスであって、
前面（Ｖ１）及び後面（Ｒ１）を有し、スルーホール（Ｌ１１；Ｌ１１’；Ｌ１１’’；Ｌ１１’’’；Ｌ１１’’’’；ＬＬ１１’；ＬＬ１１’’）を有する第１の基板（Ｗ１）と、
前記第１の基板（Ｗ１）の前記前面（Ｖ１）上に設けられており、かつ、前記スルーホール（Ｌ１１；Ｌ１１’；Ｌ１１’’；Ｌ１１’’’；Ｌ１１’’’’；ＬＬ１１’；ＬＬ１１’’）の領域において変形されており、かつ、前記スルーホール（Ｌ１１；Ｌ１１’；Ｌ１１’’；Ｌ１１’’’；Ｌ１１’’’’；ＬＬ１１’；ＬＬ１１’’）よりも小さい横方向の拡がりを有する別のスルーホール（Ｌ２１）を有する、第２の基板（Ｗ２）と、
を備えており、
前記別のスルーホール（Ｌ２１）の上方又は下方の傾斜位置で、前記第２の基板（Ｗ２）に、光学窓（ＦＥ）が取り付けられている、
マイクロメカニカルデバイス。
【請求項１２】
前記第１の基板（Ｗ１）及び前記第２の基板（Ｗ２）は、相互にボンディングされたウェーハ基板である、
請求項１１に記載のマイクロメカニカルデバイス。
【請求項１３】
前記第２の基板（Ｗ２）は、ガラス基板である、
請求項１１又は１２に記載のマイクロメカニカルデバイス。
【請求項１４】
前記光学窓（ＦＥ）は、ガラスはんだにより前記第２の基板（Ｗ２）に取り付けられている、
請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載のマイクロメカニカルデバイス。
【請求項１５】
前記光学窓（ＦＥ）は、前記第２の基板（Ｗ２）のスルーホール（Ｌ１１；Ｌ１１’；Ｌ１１’’；Ｌ１１’’’；Ｌ１１’’’’；ＬＬ１１’；ＬＬ１１’’）に沈んでいる、
請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載のマイクロメカニカルデバイス。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
傾斜した光学窓は、ＭＥＭＳ技術及び半導体技術で通常用いられているプロセスによって製造することが可能である。処理過程中の傾斜した光学窓でのかき傷、粒子付着及び損傷を、容易に回避することが可能である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
図１ａには、参照番号Ｗ１で第１のウェーハ基板、例えばケイ素ウェーハ基板が示されており、参照番号Ｗ２で第２のウェーハ基板、例えば熱変形可能なガラスウェーハ基板又はプラスチックウェーハ基板が示されており、参照番号Ｗ３で第３のウェーハ基板、例えばもう１つのケイ素ウェーハ基板が同様に示されている。
【外国語明細書】
2018041084.tif 000024
2018041084.tif 000025
2018041084.tif 000026
2018041084.tif 000027
2018041084.tif 000028
2018041084.tif 000029
2018041084.tif 000030
2018041084.tif 000031
2018041084.tif 000032
2018041084.tif 000033
2018041084.tif 000034
2018041084.tif 000035
2018041084.tif 000036
2018041084.tif 000037
2018041084.tif 000038
2018041084.tif 000039
2018041084.tif 000040
2018041084.tif 000041
2018041084.tif 000042
2018041084.tif 000043
2018041084.tif 000044
2018041084.tif 000045
2018041084.tif 000046
2018041084.tif 000047