PIRK, Tjalf (Beethovenstr. 9, Stuttgart, 70195, DE)
FRIESE, Christoph (Negelerstr. 22, Reutlingen, 72764, DE)
FINKBEINER, Stefan (Ziegelgrubenstr. 16/1, Gomaringen, 72810, DE)
PIRK, Tjalf (Beethovenstr. 9, Stuttgart, 70195, DE)
FRIESE, Christoph (Negelerstr. 22, Reutlingen, 72764, DE)
| Ansprüche 1. Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil (100,120,140) mit den Schritten: Bilden einer ersten Ätzstoppschicht (12) auf einem Grundsubstrat (10), wobei die erste Ätzstopp- schicht (12) so ausgebildet wird, dass sie ein erstes Muster von durchgehenden Aussparungen (14) aufweist; Bilden einer ersten Elektroden-Material-Schicht (16) auf der ersten Ätzstoppschicht (12); Bilden einer zweiten Ätzstoppschicht (18) auf der ersten Elektroden-Material-Schicht (16), wobei die zweite Ätzstoppschicht (18) so ausgebildet wird, dass sie ein von dem ersten Muster verschiedenes zweites Muster von durchgehenden Aussparungen (20) aufweist; Bilden einer zweiten Elektroden-Material-Schicht (22) auf der zweiten Ätzstoppschicht (18); Bilden einer strukturierten Maske (30) auf der zweiten Elektroden-Material-Schicht (22); und Ausführen eines ersten Ätzschritts in einer ersten Richtung (28,32) und eines zweiten Ätzschritts in einer der ersten Richtung (28,32) entgegen gerichteten zweiten Richtung (28,32) zum Ätzen mindes- tens einer ersten Elektrodeneinheit (44) aus der ersten Elektroden-Material-Schicht (16) und zum Ätzen mindestens einer zweiten Elektrodeneinheit (42) aus der zweiten Elektroden-Material-Schicht (22). 2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Elektroden-Material-Schicht (16) und/oder die zweite Elektroden-Material-Schicht (22) mittels eines epitaktischen Abscheideverfahrens als Polysiliziumschichten gebildet werden und/oder die erste Ätzstoppschicht (12) und/oder die zweite Ätzstoppschicht (18) aus Siliziumoxid gebildet werden. 3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Maske (30) auf der zweiten Elekt- roden-Material-Schicht (22) so strukturiert wird, dass sie ein von dem ersten Muster und dem zweiten Muster verschiedenes drittes Muster von durchgehenden Aussparungen aufweist. 4. Herstellungsverfahren nach Anspruch 3, wobei mindestens eine Teilfläche der zweiten Ätzstoppschicht (18) so ausgebildet wird, dass sie äquidistant angeordnete Aussparungen (20) mit gleichen Ausdehnungen aufweist, und wobei der Abstand (d2) zwischen den äquidistant angeordneten Aussparungen (20) der Breite der Elektrodenfinger der ersten Elektrodeneinheit (44) und der zweiten Elektrodeneinheit (42) entspricht. 5. Herstellungsverfahren nach Anspruch 4, wobei mindestens eine Teilfläche der ersten Ätzstoppschicht (12) so ausgebildet wird, dass sie äquidistant angeordnete Aussparungen (14) mit gleichen Ausdehnungen aufweist, und wobei der Abstand (dl) und die Ausdehnungen der äquidistant angeordneten Aussparungen (14) so festgelegt wird, dass bei einer Projektion der Teilfläche der zweiten Ätzstoppschicht (18) auf die Teilfläche der ersten Ätzstoppschicht (12) jeder zweite der Zwischenbereiche (18a) zwischen den äquidistant angeordneten Aussparungen (20) der Teilfläche der zweiten Ätzstoppschicht (18) auf eine Aussparung (14) in der Teilfläche der ersten Ätzstoppschicht (12) projiziert wird. 6. Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Ätzstoppschicht (12) und/oder die zweite Ätzstoppschicht aus mindestens einer unteren isolierenden Schicht (12), einer mittleren leitfähigen Schicht (46), welche die untere isolierende Schicht (12) zumindest teilweise abdeckt, und einer die mittlere leitfähige Schicht (46) zumindest teilweise abdeckenden obe- ren isolierende Schicht (48) aufgebaut wird. 7. Herstellungsverfahren nach Anspruch 6, wobei die mittlere leitfähige Schicht (46) als mindestens eine Leitung ausgebildet wird. 8. Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den Schritten: Bilden einer Spiegelplatte (102) zumindest teilweise aus der zweiten Elektroden-Material-Schicht (22) und eines an einer Unterseite der Spiegelplatte (102) fest angeordneten Sockelelements (104,142) zumindest teilweise aus der ersten Elektroden-Material-Schicht (16); Bilden einer Rahmenhalterung (108,122,148); und Bilden einer Feder (106,146), über welche die Spiegelplatte (102) mit der Rahmenhalterung (108,122,148) verbunden ist, zumindest teilweise aus der ersten Elektroden-Material-Schicht (16), wobei die Feder (106,146) so an dem Sockelelement (104,142) befestigt wird, dass die Feder (106,146) zumindest teilweise entlang der Unterseite der Spiegelplatte (102) verläuft und die Spiegelplatte gegenüber der Rahmenhalterung (108,122,148) verstellbar ist. 9. Mikromechanisches Bauteil (120) mit einer Rahmenhalterung (122); einer gegenüber der Rahmenhalterung (122) verstellbaren Spiegeleinheit mit einer Spiegelplatte (102) und einem an einer Unterseite der Spiegelplatte (102) angeordneten Sockelelement (104); und einer Feder (106), über welche die Spiegeleinheit (102) mit der Rahmenhalterung (122) verbunden ist; wobei die Feder (106) so zwischen der Rahmenhalterung (122) und dem Sockelelement (104) angeordnet ist, dass die Feder (106) zumindest teilweise entlang der Unterseite der Spiegelplatte (102) verläuft; wobei eine erste Drehachse (124a), um welche die Spiegeleinheit verstellbar ist, durch die Feder (106) verläuft und eine zweite Drehachse (124b), um welche die Spiegeleinheit verstellbar ist, durch mindestens ein Stegelement (122b) der Rahmenhalterung (122) verläuft, und wobei die zweite Drehachse (124b) um einen Winkel (α) ungleich 90° zu der ersten Drehachse (124a) geneigt ausgerichtet ist. 10. Mikromechanisches Bauteil (140) mit einer Rahmenhalterung (148); einer gegenüber der Rahmenhalterung (148) verstellbaren Spiegeleinheit mit einer Spiegelplatte (102) und einem an einer Unterseite der Spiegelplatte (102) angeordneten Sockelelement (142); und einer Feder (146), über welche die Spiegeleinheit (102) mit der Rahmenhalterung (148) verbunden ist; wobei die Feder (146) so zwischen der Rahmenhalterung (148) und dem Sockelelement (142) angeordnet ist, dass die Feder (146) zumindest teilweise entlang der Unterseite der Spiegelplatte (102) verläuft, und wobei eine Drehachse (150b), um welche die Spiegeleinheit verstellbar ist, parallel zu einer Mittelachse (144) der Spiegelplatte (102) in einem Abstand (d4) ungleich 0 zu der Mittelachse (144) der Spiegelplatte (102) verläuft. |
Titel
Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil und mikromechanisches Bauteil
Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein mikromechanisches Bauteil.
Stand der Technik
Ein mikromechanisches Bauteil weist häufig ein Stellelement auf, welches über mindestens eine Feder mit einer Rahmenhalterung verbunden ist. Zum Verstellen des Stellelements gegenüber der Rahmen- halterung dient beispielsweise ein elektrostatischer Antrieb. Eine Ausführungsform eines derartigen mikromechanischen Bauteils ist ein Mikrospiegel, wie er oft in Lichtprojektionsapparaten oder in der optischen Kommunikationstechnik eingesetzt wird.
Ein elektrostatischer Antrieb weist häufig zwei Kammelektroden auf, welche getrennt voneinander strukturiert und dann in einer gewünschten Stellung zueinander justiert werden. Aufgrund der geringen Größe der Kammelektroden ergeben sich jedoch häufig Probleme bei der genauen Justage der Kammelektroden zueinander. Als Alternative dazu ist aus dem Stand der Technik die Möglichkeit bekannt, die beiden Kammelektroden aus einem SOI-Substrat (Silicon-On-Isolator) herzustellen. Allerdings ist die Herstellung eines geeigneten SOI-Substrats relativ teuer.
Ein weiteres Problem bei der Herstellung eines mikromechanischen Bauteils liegt in der Anordnung der mindestens einen Feder an dem Stellelement. Um ein leichtes Verstellen des Stellelements zu er- möglichen sollte die mindestens eine Feder in einer gewünschten Biegerichtung eine geringe Biege- steifigkeit, vorzugsweise eine geringe Torsionssteifigkeit, aufweisen. Eine bestimmte Mindestlänge der mindestens einen Feder ist deshalb hinsichtlich der möglichst geringen Biegesteifigkeit der Feder vorteilhaft. Gleichzeitig erfordert die Verwendung des Stellelements und der Feder in dem mikromechanischen Bauteil jedoch, dass das Verstellelement mit der daran angebrachten Feder innerhalb eines Volumens mit einer vergleichsweise kleinen Ausdehnung anbringbar ist. Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung schafft ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass kleine Strukturen in einer vorteilhaften Anordnung zueinander herstellbar sind, indem geeignet strukturierte Ätzstoppschichten als vergrabene Strukturen von zwei Elektroden-Material-Schichten abgedeckt werden. Mittels zweier Ätzschritte können anschließend die festgelegten Strukturen aus den zwei Elektroden-Material-Schichten herausgeätzt werden. Vorzugsweise befinden sich die Strukturen nach den zwei Ätzschritten bereits in einer vorteilhaften Betriebsstellung zueinander. Dies reduziert den Aufwand für ein Ausführen des Herstellungsverfahrens und senkt somit die Kosten für das fertig hergestellte mikromechanische Bauteil.
Die Herstellung der beiden Elektrodeneinheiten ist dabei über einen Standardprozess möglich. Dies reduziert die Herstellungskosten zusätzlich und steigert gleichzeitig die Ausbeute des Herstellungsverfahrens.
Beispielsweise werden die erste Elektroden-Material-Schicht und/oder die zweite Elektroden- Material- Schicht mittels eines epitaktischen Abscheideverfahrens als Polysiliziumschichten und/oder die erste Ätzstoppschicht und/oder die zweite Ätzstoppschicht aus Siliziumoxid gebildet. Auf diese Weise lassen sich mit einem vergleichsweise geringen Aufwand geeignete Schichten zum Ätzen der Elektrodeneinheiten bilden.
Insbesondere kann die Maske auf der zweiten Elektroden-Material-Schicht so strukturiert werden, dass sie ein von dem ersten Muster und dem zweiten Muster verschiedenes drittes Muster von durchgehenden Aussparungen aufweist. Beispielsweise wird mindestens eine Teilfläche der zweiten Ätzstoppschicht so ausgebildet, dass sie äquidistant angeordnete Aussparungen mit gleichen Ausdehnungen aufweist, wobei der Abstand zwischen den äquidistant angeordneten Aussparungen der Breite der Elektrodenfinger der ersten Elektrodeneinheit und der zweiten Elektrodeneinheit entspricht. Des Weiteren kann mindestens eine Teilfläche der ersten Ätzstoppschicht so ausgebildet werden, dass sie äquidistant angeordnete Aussparungen mit gleichen Ausdehnungen aufweist, wobei der Abstand und die Ausdehnungen der äquidistant angeordneten Aussparungen so festgelegt wird, dass bei einer Projektion der Teilfläche der zweiten Ätzstoppschicht auf die Teilfläche der ersten Ätzstoppschicht jeder zweite der Zwischenbereiche zwischen den äquidistant angeordneten Aussparungen der Teilfläche der zweiten Ätzstoppschicht auf eine Aussparung in der Teilfläche der ersten Ätzstoppschicht projiziert wird. Mittels des in den vorhergehenden Absatz beschriebenen Verfahrens ist es möglich, zwei parallel versetzt zueinander angeordnete Kammelektroden (Out-Of-Plane) für ein quasistatisches Betreiben eines mikromechanischen Bauteils ausgehend von nur einer Maskenebene zu ätzen. Dies erlaubt eine präzisere Herstellung der beiden Kammelektroden ohne Justagefehler, insbesondere eine geringere Breite der Elektrodenfinger der Kammelektroden. Aufgrund der reduzierten Breite der Elektrodenfinger und der gleichzeitig reduzierten Durchmesser der Elektrodenfmger-Zwischenräume wird bei gleichbleibender Spannung die elektrostatische Kraft zwischen den beiden Kammelektroden gesteigert. Zusätzlich gewährleistet das Ätzen der beiden Kammelektroden mit einer gemeinsamen Ätzmaske eine kompaktere Bauform der Kammelektroden. Somit bietet das beschriebene Verfahren eine einfach ausführ- bare Möglichkeit zum Herstellen eines besonders vorteilhaften elektrostatischen Antriebs.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die erste Ätzstoppschicht und/oder die zweite Ätzstoppschicht aus mindestens einer unteren isolierenden Schicht, einer mittleren leitfähigen Schicht, welche die untere isolierende Schicht zumindest teilweise abdeckt, und einer die mittlere leitfähige Schicht zumindest teilweise abdeckenden oberen isolierende Schicht aufgebaut. Die mittlere leitfähige Schicht kann als mindestens eine Leitung ausgebildet werden. Somit gewährleistet das hier beschriebene Verfahren auch ein einfach ausführbares Anbringen von Leitungen zum Kontaktieren der beiden Elektro- deneinheiten.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Herstellungsverfahren die zusätzlichen Schritte: Bilden einer Spiegelplatte zumindest teilweise aus der zweiten Elektroden-Material-Schicht und eines an einer Unterseite der Spiegelplatte fest angeordneten Sockelelements zumindest teilweise aus der ersten Elektroden-Material-Schicht; Bilden einer Rahmenhalterung; und Bilden einer Feder, über welche die Spiegelplatte mit der Rahmenhalterung verbunden ist, zumindest teilweise aus der ersten Elektroden-Material-Schicht, wobei die Feder so an dem Sockelelement befestigt wird, dass die Feder zumindest teilweise entlang der Unterseite der Spiegelplatte verläuft und die Spiegelplatte gegenüber der Rahmenhalterung verstellbar ist.
Diese Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass über ein zumindest teilweises Anordnen der mindes- tens einen Feder an dem unter der Spiegelplatte angebrachten Sockelelement sich der von der Spiegelplatte, dem Sockelelement und der daran befestigten Feder benötigte Platzbedarf reduzieren lässt, obwohl die mindestens eine Feder eine vergleichsweise große Länge aufweisen kann. Dies ermöglicht eine Reduzierung der Größe des mikromechanischen Bauteils unter Gewährleistung einer vorteilhaften Biegesteifigkeit der mindestens einen Feder zum Verstellen der Spiegelplatte.
Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung eine vergleichsweise kompakte Realisierung einer zweiachsigen Aufhängung einer Spiegelplatte. Zusätzlich zu den vergleichsweise geringen Herstellungs- kosten ist eine kleine Bauform des mikromechanischen Bauteils mit der darin angeordneten relativ langen mindestens einen Feder gewährleistet.
In einer bevorzugten Ausführungsform verläuft eine erste Drehachse, um welche die Spiegelplatte verstellbar ist, durch die Feder, wobei eine zweite Drehachse, um welche die Spiegelplatte verstellbar ist, durch mindestens ein Stegelement der Rahmenhalterung verläuft, und wobei die zweite Drehachse um einen Winkel ungleich 90° zu der ersten Drehachse geneigt ausgerichtet ist. Auf diese Weise lässt sich die Größe des mikromechanischen Bauteils zusätzlich reduzieren.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform verläuft die zweite Drehachse, um welche die Spiegelplatte verstellbar ist, parallel zu einer Mittelachse der Spiegelplatte in einem Abstand ungleich 0 zu der Mittelachse der Spiegelplatte. Dies gewährleistet ein Begrenzen der maximalen Auslenkung der Rahmenhalterung 148 und des Massenträgheitsmoments.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. IA bis ID Querschnitte durch ein Substrat zum Darstellen einer ersten Ausführungsform des
Herstellungsverfahrens;
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform des mikromechanischen
Bauteils;
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform des mikromechanischen
Bauteils;
Fig. 4A bis 4B Querschnitte durch ein Substrat zum Darstellen einer zweiten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens;
Fig. 5 eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; und Fig. 7 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. IA bis ID zeigen Querschnitte durch ein Substrat zum Darstellen einer ersten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens.
Fig. IA zeigt einen Querschnitt durch ein aus einem Grundsubstrat 10, zwei Ätzstoppschichten 12 und 18 und zwei Elektroden-Material-Schichten 16 und 22 aufgebautes Substrat entlang einer Ebene senkrecht zu einer Oberseite des Substrats.
In einem ersten Schritt des Herstellungsverfahrens wird auf der Oberseite des Grundsubstrats 10 eine erste Ätzstoppschicht 12 gebildet. Das Grundsubstrat 10 ist beispielsweise ein Siliziumsubstrat. Vor- zugsweise weist das Grundsubstrat 10 monokristallines Silizium auf. Die erste Ätzstoppschicht 12 kann eine Oxidschicht sein. Insbesondere kann die erste Ätzstoppschicht 12 mittels einer thermischen Oxidierung eines aus Silizium hergestellten Grundsubstrats 10 gebildet werden.
Anschließend wird ein erstes Muster von durchgehenden Aussparungen 14 in der ersten Ätzstopp- schicht 12 gebildet. Die durchgehenden Aussparungen 14 haben eine maximale Tiefe, welche gleich der Schichtdicke der ersten Ätzstoppschicht 12 ist. Da Verfahren zum Strukturieren einer Schicht aus dem Material der ersten Ätzstoppschicht 12 aus dem Stand der Technik bekannt sind, wird hier nicht genauer darauf eingegangen.
Auf der ersten Ätzstoppschicht 12 mit dem ersten Muster an Aussparungen 14 wird eine erste Elektroden-Material-Schicht 16 gebildet. Die erste Elektroden-Material-Schicht 16 deckt die erste Ätzstoppschicht 12 vollständig ab und füllt zusätzlich die Aussparungen 14. Vorzugsweise ist die erste Elektroden-Material-Schicht 16 eine epitaktische Polysiliziumschicht, welche mittels eines epitaktischen Abscheideverfahrens mit einer Epi- Startschicht 14a hergestellt wird. Dabei werden die Böden und Wände der Aussparungen 14 und die Oberseite der strukturierten Ätzstoppschicht 12 zuerst mit der dünnen Epi- Startschicht 14a bedeckt. Anschließend wird mittels eines der bekannten Verfahrens die erste Elektroden-Material-Schicht 16 gebildet. Mittels eines chemisch-mechanischen Polierverfahrens kann die Oberfläche der ersten Elektroden-Material-Schicht 16 poliert werden. Gleichzeitig kann dabei eine erste Schichtdicke bl der ersten Elektroden-Material-Schicht 16 auf einen Wert reduziert wer- den, welcher der gewünschten Breite der später aus der ersten Elektroden-Material-Schicht 16 gebildeten Kammelektrode entspricht. Auf die erste Elektroden-Material-Schicht 16 wird eine zweite Ätzstoppschicht 18 aufgebracht. Die zweite Ätzstoppschicht 18 kann das Material der ersten Ätzstoppschicht 12 enthalten. Die zweite Ätzstoppschicht 18 wird so strukturiert, dass sie ein zweites Muster an durchgehenden Aussparungen 20 aufweist. Dabei erfolgt die Strukturierung der zweiten Ätzstoppschicht 18 so, dass sich das zweite Muster der zweiten Ätzstoppschicht 18 von dem ersten Muster der ersten Ätzstoppschicht 12 unterscheidet. Dies kann auch bedeuten, dass entweder die erste Ätzstoppschicht 12 oder die zweite Ätzstoppschicht 18 im Gegensatz zu der anderen Ätzstoppschicht 12 oder 18 keine durchgehenden Aussparungen aufweist.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird auf die Oberseite der zweiten Ätzstoppschicht 18 eine zweite Elektroden-Material-Schicht 22 aufgebracht. Die zweite Elektroden-Material-Schicht 22 kann ebenfalls in einem epitaktischen Abscheideverfahren als epitaktische Polysiliziumschicht mit einer zweiten Epi- Startschicht 22a gebildet werden. Mittels eines chemisch-mechanischen Polierverfahrens kann die Oberfläche der zweiten Elektroden-Material-Schicht 22 geglättet und eine zweite Schichtdicke b2 auf einen für eine Breite einer später aus der zweiten Elektroden-Material-Schicht 22 gebildeten Kammelektrode gewünschten Wert reduziert werden. Das Resultat ist in Fig. IA dargestellt.
Zum Ätzen der beiden Kammelektroden aus den Elektroden-Material-Schichten 16 und 22 werden ein Vorderseitenätzen und ein Rückseitenätzen ausgeführt. Lediglich beispielhaft wird bei dem hier be- schriebenen Herstellungsverfahren das Rückseitenätzen vor dem Vorderseitenätzen ausgeführt. Das Rückseitenätzen und/oder das Vorderseitenätzen können beispielsweise einen weiteren Schritt zum Ätzen der freigelegten Ätzstoppschichten enthalten.
Für das Rückseitenätzen wird eine untere Maske 24, beispielsweise eine Photolackmaske, auf eine der ersten Ätzstoppschicht 12 entgegen gerichtete Unterseite des Grundsubstrats 10 aufgebracht und strukturiert. Vorzugsweise erfolgt das Strukturieren der unteren Maske 24 mittels eines lithographischen Verfahrens. Die untere Maske 24 wird dabei so strukturiert, dass sie ein drittes Muster an durchgehenden Aussparungen aufweist. Das dritte Muster an Aussparungen der unteren Maske 24 kann sich von dem ersten Muster der ersten Elektroden-Material-Schicht 16 und dem zweiten Muster der zweiten Elektroden-Material-Schicht 22 unterscheiden.
Anschließend werden mittels eines geeigneten Ätzmaterials Hohlräume 26 in das Grundsubstrat 10 geätzt. Das Rückseitenätzen erfolgt dabei in einer ersten Richtung 28, welche vorzugsweise senkrecht zu der Unterseite des Grundsubstrats 10 gerichtet ist. Das Ätzmaterial für das Rückseitenätzen ist da- bei so gewählt, dass es die untere Maske 24, die erste Ätzstoppschicht 12 und die zweite Ätzstoppschicht 18 kaum angreift. Die erste Ätzstoppschicht 12 dient während des Rückseitenätzens als Maske für die erste Elektroden-Material-Schicht 16. Trifft ein Hohlraum 26 auf eine Aussparung 14 in der ersten Ätzstoppschicht 12, so wird ein Ätzen der ersten Elektroden-Material-Schicht 16 nicht verhin- dert. Der geätzte Hohlraum 26 erstreckt sich in diesem Fall durch die erste Elektroden-Material- Schicht 16 hindurch, wie in Fig. IB dargestellt ist. Die Ätzzeit des Rückseitenätzens ist vorzugsweise ausreichend lang gewählt, um eine maximale Tiefe der Hohlräume 26 gleich der gesamten Schichtdicke der Schichten 10, 12 und 16 zu ermöglichen.
Vor dem Vorderseitenätzen wird die Oberfläche der zweiten Elektroden-Material-Schicht 22 mit einer oberen Maske 30 zumindest teilweise abgedeckt. Die obere Maske 30 kann ebenfalls eine Photolackmaske sein. Insbesondere mittels eines lithographischen Verfahrens kann die obere Maske 30 so strukturiert werden, dass sie ein viertes Muster an durchgehenden Aussparungen aufweist. Das vierte Mus- ter kann dabei von dem ersten Muster der ersten Ätzstoppschicht 12, dem zweiten Muster der zweiten Ätzstoppschicht 18 und/oder dem dritten Muster der unteren Maske 24 abweichen.
Anschließend wird das Vorderseitenätzen in einer von der ersten Richtung 28 abweichenden zweiten Richtung 32 ausgeführt. Vorzugsweise ist die zweite Richtung 32 senkrecht zu der Oberfläche des Grundsubstrats 10 gerichtet. Insbesondere kann die erste Richtung 32 des Vorderseitenätzens entgegen gerichtet zu der Richtung 28 des Rückseitenätzens festgelegt werden. Das Ätzmaterial des Vorderseitenätzens ist so gewählt, dass die obere Maske 30, die erste Ätzstoppschicht 12 und die zweite Ätzstoppschicht 18 kaum geätzt werden. Lediglich in die von der oberen Maske 30 unbedeckten Bereiche der zweiten Elektroden-Material-Schicht 22 werden Hohlräume 34 hineingeätzt. Ist der Boden eines Hohlraums 34 nicht vollständig von der zweiten Ätzstoppschicht 18 abgedeckt, so wird in dem betreffenden Bereich auch die erste Elektroden-Material-Schicht 16 geätzt. Die Ätzzeit des Vorderseitenätzens kann dazu ausreichend lang gewählt sein. Fig. 1 C zeigt das Substrat nach dem Beenden des Vorderseitenätzens.
In einem anschließenden Oxidätzschritt können die Reste der Ätzstoppschichten 12 und 18 und/oder der Masken 24 und 30 entfernt werden. Das auf diese Weise ausgeführte Unterätzen in den Spalten 36 kann auch ein Freistellen von zuvor fixierten Bereichen der Schichten 10, 16 und/oder 22 bewirken. Zusätzlich kann somit mindestens ein Kanal 38 ausgebildet werden, welcher sich durch die gesamte Breite der Schichten 10, 16 und 22 erstreckt. Das Resultat des Oxidätzschritts ist in Fig. ID darge- stellt.
Das anhand der Fig. IA bis ID beschriebene Verfahren bietet die Möglichkeit, unter Verwendung der Ätzstoppschichten 12 und 18 als vergrabene Strukturen Elektrodeneinheiten oder andere Elemente eines mikromechanischen Bauteils mittels zweier einfach ausführbarer Ätzschritte herzustellen. Vor- zugsweise werden die Elektrodeneinheiten und/oder anderen Elemente dabei in einer Stellung zueinander hergestellt, welche einer vorteilhaften Betriebstellung entspricht. In den weiteren Absätzen sind verschiedene Beispiele zum Nutzen des hier beschriebenen Verfahrens erläutert. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. Das dargestellte mikromechanische Bauteil kann beispielsweise ein Mikrospiegel sein. Auf das Einzeichnen eines verstellbaren Stellelements oder einer Feder wurde in Fig. 2 jedoch der besseren Übersichtlichkeit wegen verzichtet. Ebenso sind die Ätzstoppschichten 12 und 18 noch nicht entfernt, was jedoch in einem später ausgeführten Verfahrensschritt geschehen kann.
Das gezeigte mikromechanische Bauteil kann mittels des anhand der Fig. IA bis IC beschriebenen Herstellungsverfahrens hergestellt werden. Dabei werden die Muster der strukturierten Ätzstoppschichten 12 und 18 und der oberen Maske 30 und der (nicht skizzierten) unteren Maske so gewählt, dass mittels eines Rückseitenätzens in die Richtung 28 und eines Vorderseitenätzens in die Richtung 32 mindestens ein Rahmenteil 40, eine erste Kammelektrode 42 und eine zweite Kammelektrode 44 aus dem Grundsubstrat 10 und den beiden Elektroden-Material-Schichten 16 und 22 herausgeätzt werden.
Insbesondere können die erste Elektroden-Material-Schicht 16 und/oder die zweite Elektroden- Material- Schicht 22 epitaktische Polysiliziumschichten sein. Dazu wird mindestens eine (nicht skizzierten) Epi- Startschicht mittels eines epitaktischen Abscheideverfahrens auf der ersten Ätzstoppschicht 12 und/oder auf der zweiten Ätzstoppschicht 18 gebildet.
Mittels des oben beschriebenen Herstellungsverfahrens können die beiden Kammelektroden 42 und 44 auf einfache Weise bereits in einer geeigneten Anordnung zueinander hergestellt werden. Damit ist es nicht mehr nötig, die beiden Kammelektroden 42 und 44 nach ihrer Herstellung in die gewünschte Stellung zueinander zu justieren. Für die Herstellung des dargestellten mikromechanischen Bauteils ist kein SOI-Substrat notwendig. Dies reduziert die Herstellungskosten für das mikromechanische Bau- teil. Zusätzlich sind zum Herstellen der beiden Kammelektroden 42 und 44 nur zwei Ätzschritte auszuführen.
Da das Ausführen der beiden Ätzschritte nach dem Zusammensetzen der Schichten 10 bis 22 erfolgt, sind die fertig geätzten Elektrodenfinger der beiden Kammelektroden 42 und 44 bereits mit einer kompakten Struktur, beispielsweise mit dem Rahmenteil 40, verbunden. Die Elektrodenfinger der beiden Kammelektroden 42 und 44 sind somit durch ihren Berührungskontakt mit der kompakten Struktur vor einem Verbiegen und/oder vor einer Beschädigung geschützt. Selbstverständlich können die in Fig. 2 gezeigten Ätzstoppschichten 12 und 18 und die obere Maske 30 in einem späteren Verfahrensschritt des Herstellungsverfahrens entfernt werden.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. Das dargestellte mikromechanische Bauteil weist die bereits beschriebenen Komponenten 40 bis 44 des mikromechanischen Bauteils der Fig. 2 auf. Zusätzlich ist das gezeigte mikromechanische Bauteil mittels eines Herstellungsverfahrens herstellbar, welches die anhand der Fig. IA bis IC beschriebenen Verfahrensschritte aufweist. Die Ätzstoppschichten 12 und 18 können in einem weiteren Verfahrens- schritt entfernt werden.
Als ergänzende Verfahrensschritte des Herstellungsverfahrens wird vor dem Aufbringen der ersten Elektroden-Material-Schicht 16 eine hochdotierte Polysiliziumschicht 46 auf der erste Ätzstoppschicht 12 gebildet. Die hochdotierte Polysiliziumschicht 46 wird anschließend mit einer isolierenden Schicht 48 abgedeckt, welche gezielt strukturiert wird. Vorzugsweise werden dabei durchgehende Aussparungen bis zur hochdotierten Polysiliziumschicht 46 ausgebildet. Erst dann wird die erste Elektroden- Material- Schicht 16 auf der isolierenden Schicht 48 gebildet.
Die hochdotierte Polysiliziumschicht 46 ist so strukturiert, dass sie als mindestens eine vergrabene Leiterbahn zum gezielten und hermetisch dichten Kontaktieren von Bereichen der unteren Kammelektrode 44 bei dem fertig hergestellten mikromechanischen Bauteil verwendbar ist. Selbstverständlich kann auch auf der zweiten Ätzstoppschicht 18 eine Leiterbahn ausgebildet werden, welche beispielsweise zum Kontaktieren der oberen Kammelektrode 42 des fertig hergestellten mikromechanischen Bauteils dient.
Fig. 4A bis 4B zeigen Querschnitte durch einen Teil eines Substrats zum Darstellen einer zweiten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens.
Gemäß dem anhand der Fig. IA beschriebenen Verfahren werden eine strukturierte erste Ätzstopp- schicht 12, eine erste Elektroden-Material-Schicht 16, eine strukturierte zweite Ätzstoppschicht 18 und eine zweite Elektroden-Material-Schicht 22 auf einem Grundsubstrat 10 gebildet. Die erste Elektroden-Material-Schicht 16 und/oder die zweite Elektroden-Material-Schicht 22 können epitaktische Po- lysiliziumschichten sein, welche mittels eines epitaktischen Abscheideverfahrens mit einer (nicht skizzierten) Epi- Startschicht hergestellt werden.
Die erste Ätzstoppschicht 12 weist ein erstes Muster aus durchgehenden Aussparungen (ohne Bezugszeichen) auf. Auch in der zweiten Ätzstoppschicht 18 ist ein zweites Muster von durchgehenden Aussparungen ausgebildet. Das erste Muster der ersten Ätzstoppschicht 12 weicht von dem zweiten Muster der zweiten Ätzstoppschicht 18 ab.
Die senkrecht zu der Oberfläche des Grundsubstrats 10 verlaufenden Grenzlinien 50 definieren ein Volumen des im Weiteren hergestellten mikromechanischen Bauteils, innerhalb welchem die Elektrodenfinger einer ersten und einer zweiten Kammelektrode ausgebildet werden. Aus diesem Grund weist eine Teilfläche der ersten Ätzstoppschicht 12 innerhalb der Grenzlinien 50 ein erstes Muster von äqui- distanten Aussparungen auf, wobei jede der Aussparungen die gleichen Ausdehnungen hat. Entsprechend weist auch eine Teilfläche der zweiten Ätzstoppschicht 18 innerhalb der Grenzlinien 50 ein zweites Muster von äquidistanten Aussparungen gleicher Ausdehnungen auf.
Auf die zweite Elektroden-Material-Schicht 22 wird eine obere Maske 30, beispielsweise eine Photolackmaske, aufgebracht. Die obere Maske 30 kann, vorzugsweise mittels eines lithographischen Verfahrens, so strukturiert werden, dass sie ein drittes Muster an durchgehenden Aussparungen aufweist. Das dritte Muster der strukturierten Maske 30 weicht von dem ersten Muster der strukturierten ersten Ätzstoppschicht 12 und dem zweiten Muster der strukturierten zweiten Ätzstoppschicht 18 ab.
Innerhalb der Grenzlinien 50 ist auch eine Teilfläche der oberen Maske 30 so ausgebildet, dass die Aussparungen gleicher Länge und gleicher Breite äquidistant zueinander angeordnet sind. Vorzugsweise ist der Abstand dl zwischen zwei Aussparungen in der durch die Grenzlinien 50 definierten Teilfläche der ersten Ätzstoppschicht 12 gleich dem Abstand d3 zwischen zwei Aussparungen in der durch die Grenzlinien 50 definierten Teilfläche der oberen Maske 30. Das Strukturieren der ersten Ätzstoppschicht 12 und der oberen Maske 30 kann so ausgeführt werden, dass die Abstände dl und d3 noch deutlich über der möglichen minimalen Schrittweite (Auflösung) des angewandten Strukturierverfahrens liegen. Wie weiter unten noch genauer ausgeführt wird, sind die Abstände dl und d3 be- vorzugt so gewählt, dass sie Justageungenauigkeiten, insbesondere die Einhaltgenauigkeit beim Strukturieren zweier übereinander angebrachter Schichten, berücksichtigen.
Der Abstand d2 zwischen zwei Aussparungen in der durch die Grenzlinien 50 definierten Teilfläche der zweiten Ätzstoppschicht 18 entspricht der Breite der im Weiteren aus den Elektroden-Material- Schichten 16 und 22 hergestellten Elektrodenfingern. Das Strukturieren der zweiten Ätzstoppschicht 18 wird bevorzugt so ausgeführt, dass der Abstand d2 der minimalen Auflösung des angewandten Strukturierverfahrens entspricht. Auf diese Weise ist eine möglichst geringe Breite der hergestellten Elektrodenfinger gewährleistet.
Die Zwischenbereiche 12a und 30a zwischen den Aussparungen in der ersten Ätzstoppschicht 12 und der oberen Maske 30 innerhalb der Grenzlinien 50 legen fest, ob ein im Weiteren gebildeter Elektrodenfinger aus der Elektroden-Material-Schicht 16 oder aus der Elektroden-Material-Schicht 22 geätzt wird. Dazu sind die Zwischenbereiche 12a und 30a bezüglich der Zwischenbereiche 18a zwischen den Aussparungen in der zweiten Ätzstoppschicht 18 innerhalb der Grenzlinien 50 so angeordnet, dass jeder der Zwischenbereiche 18a entweder von einem Zwischenbereich 12a oder von einem Zwischenbereich 30a abgedeckt wird. Das bedeutet, dass bei einer Projektion der Zwischenbereiche 18a in einer Richtung parallel zu den Grenzlinien 50 auf die erste Ätzstoppschicht 12 jeder zweite Zwischenbereich 18a auf einen Zwischenbereich 12a trifft und jeder zweite Zwischenbereich 18a auf eine in der ersten Ätzstoppschicht 12 ausgebildete Aussparung trifft. Dabei ist zwischen zwei Zwischenbereichen 18a, welchen zwei Zwischenbereiche 12a zuordenbar sind, genau ein Zwischenbereich 18a angeordnet, welchem eine in der ersten Ätzstoppschicht 12 ausgebildete Aussparung zuordenbar ist. Entsprechend trifft bei einer Projektion der Zwischenbereiche 18a in der Richtung parallel zu den Grenzlinien 50 auf die obere Maske 30 jeder zweite Zwischenbereich 18a auf einen Zwischenbereich 30a und jeder zweite Zwischenbereich 18a auf eine in der oberen Maske 30 ausgebildete Aussparung. Zwischen zwei Zwischenbereichen 18a, welchen zwei Zwischenbereiche 30a zuordenbar sind, ist genau ein Zwischenbereich 18a angeordnet, welchem eine in der oberen Maske 30 ausgebildete Aussparung zuordenbar ist. Jedem der Zwischenbereiche 18a ist dabei entweder ein Zwischenbereich 12a oder ein Zwischenbereich 30a zuordenbar. Der Vorteil dieser Strukturierung der Ätzstoppschichten 12 und 18 und der oberen Maske 30 wird weiter unten noch genauer beschrieben.
Fig. 4A zeigt einen Querschnitt nach einem Vorderseitenätzen in die Richtung 32. Die Richtung 32 ist vorzugsweise senkrecht zu der Oberseite des Grundsubstrats 10 gerichtet.
Wie oben schon erläutert ist, werden bei dem Vorderseitenätzen sowohl die obere Maske 30 als auch die zweite Ätzstoppschicht 18 für ein gezieltes Ausbilden von gewünschten Hohlräumen innerhalb der Elektroden-Material-Schichten 16 und 22 verwendet. Werden dabei Teiloberflächen der ersten Elektroden-Material-Schicht 16 freigelegt, welche nicht von der zweiten Ätzstoppschicht 18 abgedeckt sind, so vertiefen sich die geätzten Hohlräume bis auf die Oberfläche der ersten Ätzstoppschicht 12. Selbstverständlich kann bei einer geeigneten Strukturierung der ersten Ätzstoppschicht 12 auch diese als Maske zum Ätzen des Grundsubstrats 10 beim Vorderseitenätzen verwendet werden. Die mittels des Vorderseitenätzens geätzten Hohlräume erstrecken sich in diesem Fall bis in das Grundsubstrat 10 hinein. Die Zeitdauer des Vorderseitenätzens kann ausreichend lang festgelegt werden.
Bei dem Vorderseitenätzen in Richtung 32 werden nur die groben Umrisse der später geformten Kammelektroden festgelegt. Insbesondere werden bei dem Vorderseitenätzen nur die Elektrodenfinger der im Weiteren hergestellten unteren Kammelektrode in ihrer Breite gebildet. Die Elektrodenfinger der oberen Kammelektrode werden während des Vorderseitenätzens noch von den relativ großen Zwi- schenbereichen 30a der oberen Maske 30 geschützt.
Fig. 4B zeigt einen Querschnitt nach einem Rückseitenätzen in die Richtung 28. Vorzugsweise ist die Richtung 28 der Richtung 32 des Vorderseitenätzens entgegen gerichtet.
Die gestrichelten Linien in Fig. 4B zeigen die Umrisse des Grundsubstrats 10 mit den darauf ausgebildeten Elektroden-Material-Schichten 16 und 22 nach dem Vorderseitenätzen und vor dem Rückseitenätzen. Bei dem Rückseitenätzen wird das Grundsubstrat 10 entfernt. Die auf diese Weise vollständig freigelegte erste Ätzstoppschicht 12 dient somit bei dem Rückseitenätzen als Maske. Mittels eines Wegätzens von Bereichen der ersten Elektroden-Material-Schicht 16, deren Unterseite nicht von der ersten Ätzstoppschicht 12 abgedeckt wird, werden auch Bereiche der zweiten Ätzstoppschicht 18 freigelegt. Somit dient auch die zweite Ätzstoppschicht 18 bei dem Rückseitenätzen als Maske.
Mittels durchgezogener Linien sind in Fig. 4B Teile der hergestellten Kammelektroden 42 und 44 dargestellt. Die Elektrodenfinger der Kammelektroden 42 und 44 sind das Ergebnis zweier Ätzschritte in die zwei verschiedenen Richtungen 28 und 32, wobei bei jedem der beiden Ätzschritte die zweite Ätzstoppschicht 18 als Maske verwendet wird. Somit sind die Umrisse der fertig hergestellten Elektrodenfinger der Kammelektroden 42 und 44 durch die Strukturierung der zweiten Ätzstoppschicht 18 festgelegt. Die Breite der Elektrodenfinger der Kammelektroden 42 und 44 entspricht dabei dem Abstand d2.
Mittels des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens ist es somit möglich, zwei parallel versetzt zueinander angeordnete Kammelektroden 42 und 44 über eine einzige Maske, in diesem Fall die zweite Ätzstoppschicht 18, zu definieren. Dabei nutzt das Herstellungsverfahren, dass eine Strukturierung einer einzigen Maske mit einer hohen Genauigkeit und einer möglichst kleinen Schrittweite auf einfache Weise ausführbar ist. Demgegenüber treten bei einem herkömmlichen Strukturieren zweier übereinander angeordneter Masken, bei welchem eine hohe Genauigkeit und eine möglichst kleine Schrittweite gewünscht sind, insbesondere bei der Justage, Probleme auf. Über das hier beschriebene Verfahren sind diese Problem umgehbar.
Bei dem hier beschriebenen Verfahren können die erste Ätzstoppschicht 12 und die obere Maske 30 mit einer vergleichsweise großen Schrittweite strukturiert werden. Aufgrund der vergleichsweise großen Schrittweiten macht das Strukturieren der übereinander angeordneten Schichten 12 und 30 nicht mehr die herkömmlicherweise auftretenden Probleme. Insbesondere kann die Schrittbreite beim Strukturieren der Schichten 12 und 30 so gewählt werden, dass Justageungenauigkeiten, welche beim Strukturieren zweier übereinander angeordneter Schichten auftreten, berücksichtigt werden.
Zusätzlich ist es nach einem Ausführen des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens nicht mehr nötig, die beiden Kammelektroden 42 und 44 zueinander zu justieren. Stattdessen befinden sich die beiden Kammelektroden 42 und 44 nach ihrem Ätzen bereits in einem geringen Abstand parallel versetzt zueinander angeordnet.
Die Ausführung des hier beschriebenen Verfahrens bietet eine einfach ausführbare Möglichkeit, um Kammelektroden 42 und 44 mit einer geringen Breite der Elektrodenfinger in einer vorteilhaften Position zueinander herzustellen. Die gewählten Breiten für die Elektrodenfinger und die Abstände zwischen zwei benachbarten Elektrodenfingern, welche sich mit einer hohen Genauigkeit und einer guten Regelmäßigkeit auf der zweiten Ätzstoppschicht 18 definieren lassen, werden anschließend automa- tisch auf die beiden Kammelektroden 42 und 44 übertragen. Ferner ist der Abstand der Elektrodenfinger so äquidistant, wie es durch die zweite Ätzstoppschicht 18 vorgegeben wird. Dies verbessert die Präzision gegenüber einer herkömmlichen Maskenjustage.
Das in den oberen Absätzen beschriebene Herstellungsverfahren ist nicht auf eine Reihenfolge des Vorderseitenätzens und des Rückseitenätzens beschränkt. Ebenso ist das Herstellungsverfahren nicht auf die Herstellung zweier zwei parallel versetzt zueinander angeordneter Kammelektroden (Out-of- Plane) eingeschränkt. Mittels des Herstellungsverfahrens lassen sich auch In-Plane Kammelektroden herstellen.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
Das dargestellte mikromechanische Bauteil 100 weist als verstellbares Stellelement eine Spiegelplatte 102 auf. Die Spiegelplatte 102 kann eine kreisförmige Oberseite mit einem Radius r haben. Beispiels- weise ist die Oberseite der Spiegelplatte 102 mit einer reflektierenden Schicht beschichtet.
An der Unterseite der Spiegelplatte 102 ist ein Sockelelement 104 befestigt. Das Sockelelement 104 weist eine Länge auf, welche etwas kleiner als das Doppelte des Radius r der Spiegelplatte 102 ist. Die Breite des Sockelelements 104 ist signifikant kleiner als die Länge des Sockelelements 104. An jeder der beiden parallel zur Längsrichtung des Sockelelements 104 ausgerichteten Seiten des Sockelelements 104 ist eine Feder 106 befestigt.
Über die beiden Federn 106 ist das Sockelelement 104 mit einer Rahmenhalterung 108 verbunden. Die beiden Federn 106 sind vorzugsweise als Torsionsfedern ausgebildet. Somit können die Spiegelplatte 102 und das Sockelelement 104 mittels der Federn 106 um eine erste Drehachse 110a entlang der
Längsrichtung der Federn 106 gegenüber der Rahmenhalterung 108 verstellt werden. Das Verstellen der Spiegelplatte 102 um die erste Drehachse 110a kann mittels eines dazu ausgebildeten magnetischen und/oder elektrostatischen Antriebs erfolgen. Darüber hinaus ist der magnetische und/oder e- lektrostatische Antrieb dazu ausgebildet, die Spiegelplatte 102 um eine senkrecht zu der ersten Dreh- achse 110a verlaufende zweite Drehachse 110b zu verstellen.
Die Rahmenhalterung 108 umfasst einen die Spiegelplatte 102 umgebenden kreisförmige Rahmen 108a und zwei von dem Rahmen 108a beidseitig abstehende Stegelemente 108b. Die Stegelemente 108b verlaufen in Richtung der zweiten Drehachse 110b.
Das dargestellte mikromechanische Bauteil 100 kann mittels des anhand der Fig. IA bis ID beschriebenen Verfahrens hergestellt werden. Vorzugsweise werden dabei zumindest die Komponenten 104, 106 und 108 aus einer Elektroden-Material-Schicht geätzt. Dabei können an den beiden Stegelementen 108b Elektrodenfinger ausgebildet werden. Auf die Elektroden-Material-Schicht, welche das Material für die Komponenten 104, 106 und 108 darstellt, kann als Opferschicht 112, beispielsweise eine Ätzstoppschicht aufgebracht werden. Die Spiegelplatte 102 wird aus einer auf die Opferschicht 112 aufgebrachten Schicht geätzt. Vor dem Aufbringen der Schicht, aus welcher die spätere Spiegelplatte 102 geätzt wird, kann, vorzugsweise unter einen späteren Mittelpunkt 114 der Spiegelplatte 102, eine Aussparung in die Opferschicht 112 geätzt werden. Danach wird das Material, aus welchem später die Spiegelplatte 102 hergestellt wird, direkt auf die Oberfläche des Sockelelements 104 aufgebracht. Dies gewährleistet später einen guten Halt zwischen der Spiegelplatte 102 und dem Sockelelement 104.
In Fig. 5 sind noch Reste der Opferschicht 112 auf den Federn 106 vorhanden. Diese Reste können jedoch, wie oben schon beschrieben, vor einem Betrieb des mikromechanischen Bauteils 100 unterätzt werden.
Das mikromechanische Bauteil 100 weist den Vorteil auf, dass die Spiegelplatte 102 und die Federn 106 innerhalb eines relativ kleinen Volumens anordbar sind, obwohl die Federn 106 eine vergleichsweise große Länge aufweisen. Dieser Vorteil wird gewährleistet, indem die Federn 106 unter die Spiegelplatte 102 gezogen werden. Die Federn 106 sind somit nicht an eine Seitenfläche der Spiegelplatte 102 befestigt, sondern an dem unter der Spiegelplatte 102 angeordneten Sockelelement 104.
Somit lassen sich auch bei einer vergleichsweise großen Fläche der Spiegelplatte 102 und bei relativ langen Federn 106 die Baurahmengröße und damit die Kosten für das mikromechanische Bauteil 100 reduzieren. Zusätzlich kommt dies der Verstellgeschwindigkeit der Spiegelplatte 102 zugute, da das Massenträgheitsmoment kleiner ist.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
Das wiedergegebene mikromechanische Bauteil 120 weist die Spiegelplatte 102 mit dem darunter angeordneten Sockelelement 104 und den an dem Sockelelement 104 befestigten Federn 106 auf. Da- mit hat auch das mikromechanische Bauteil 120 den Vorteil, dass trotz der relativ langen Federn 106 die Spiegelplatte 102 mit den an dem Sockelelement 104 befestigten Federn 106 innerhalb eines vergleichsweise kleinen Volumens anordbar ist.
Vorzugsweise sind die beiden Federn 106 dazu als Torsionsfedern ausgebildet. Über die beiden Fe- dem 106 ist die Spiegelplatte 102 mit einer Rahmenhalterung 122 verbunden. Mittels der Federn 106 kann die Spiegelplatte 102 um eine erste Drehachse 124a gegenüber der Rahmenhalterung 122 gedreht werden. Die Rahmenhalterung 122 des mikromechanischen Bauteils 120 besteht aus zwei die Spiegelplatte 102 nur sektorweise umgebenden Sektorrahmen 122a und zwei an den Sektorrahmen 122a befestigten Stegelementen 122b. Während die Federn 106 die erste Drehachse 124a der Spiegelplatte 102 festlegen, verläuft eine zweite Drehachse 124b der Spiegelplatte 102 entlang der beiden Stegelemente 122b. Bei dem mikromechanischen Bauteil 120 ist die zweite Drehachse 124b in einem Winkel OC ungleich 90° und ungleich 0° zu der ersten Drehachse 124a angeordnet. Dies gewährleistet den zusätzlichen Vorteil, dass die in Fig. 6 wiedergegebenen Komponenten des mikromechanischen Bauteils 120 weniger Bauraum benötigen.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
Auch das gezeigte mikromechanische Bauteil 140 weist als Stellelement die Spiegelplatte 102 auf. Unter der Spiegelplatte 102 ist jedoch ein doppelschenkliges Sockelelement 142 ausgebildet. Das doppelschenklige Sockelelement 142 umfasst zwei spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildete
Schenkel 142a, deren Länge etwas kleiner als das Doppelte des Radius r der Spiegelplatte 102 ist. An den äußeren Seiten der beiden Schenkel 142a sind zusätzlich noch Abstützelemente 142b ausgebildet. Die Abstützelemente 142b ragen in zwei entgegen gerichteten Richtungen senkrecht aus den beiden Schenkeln 142a heraus. Vorzugsweise sind die Komponenten 142a und 142b einstückig miteinander ausgebildet.
Die Abstützelemente 142b können so zu der Spiegelplatte 102 angeordnet sein, dass sich ihre Mittellängsachsen auf einer Mittelachse 144, vorzugsweise auf einer Symmetrieachse, der kreisförmigen Spiegelplatte 102 liegen. Dies gewährleistet ein sicheres Halten der Spiegelplatte 102 durch das So- ckelelement 142. Insbesondere lässt sich auf diese Weise das Risiko eines Verwindens der Spiegelplatte 102 verringern.
Zwischen den beiden Schenkeln 142a verläuft eine Feder 146, vorzugsweise eine Torsionsfeder, welche das Sockelelement 142 mit der Rahmenhalterung 148 verbindet. Die Rahmenhalterung 148 um- fasst einen elliptisch geformten Bogen 148a, welcher weniger als den halben Umfang der Spiegelplatte 102 umgibt. An den Enden des elliptisch geformten Bogens 148a sind zwei Stegelemente 148b befestigt. Die beiden Stegelemente 148b erstrecken sich in zwei entgegen gerichteten Richtungen von der Spiegelplatte 102 weg.
Die Mittelachse der Feder 146 definiert eine erste Drehachse 150a, um welche die Spiegelplatte 102 gegenüber der Rahmenhalterung 148 drehbar ist. Entsprechend definieren die beiden Stegelemente 148b eine zweite Drehachse 150b, um welche die Spiegelplatte 102 zusätzlich verstellbar ist. Die bei- den Drehachsen 150a und 150b sind senkrecht zueinander angeordnet. Die zweite Drehachse 150b verläuft parallel zu der Mittelachse 144 der Spiegelplatte 102.
Allerdings weist die zweite Drehachse 150b einen Abstand d4 ungleich 0 zu der Mittelachse 144 auf. Somit sitzt die Spiegelplatte 102 leicht versetzt von der zweiten Drehachse 150b. Insbesondere kann ein Abstand d5 zwischen der zweiten Drehachse 150b und der der Spiegelplatte 102 entgegen gerichteten Kante des elliptisch geformten Bogens 148a gleich einem Abstand d6 zwischen der zweiten Drehachse und der dem elliptisch geformten Bogen 148a entgegen gerichteten Außenseite der Spiegelplatte 102 sein. In diesem Fall kann die maximale Auslenkung der Rahmenhalterung 148 sowie das Massenträgheitsmoment begrenzt werden.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Feder 146 nahezu komplett unter die Spiegelplatte 102 gezogen. Dies gewährleistet den oben beschriebenen Vorteil.
Next Patent: HYBRID ELECTROMAGNETIC ACTUATOR WITH FIXED COIL