DE102020116511B4

DE102020116511B4 - Glassubstratbasierte MEMS-Spiegelvorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE102020116511B4
Application number: DE102020116511.0A
Authority: DE
Inventors: Stephan Marauska; Ulrich Hofmann; Thomas von Wantoch; Fabian Schwarz
Original assignee: Oqmented GmbH
Current assignee: Oqmented GmbH
Priority date: 2020-06-23
Filing date: 2020-06-23
Publication date: 2022-03-24
Anticipated expiration: 2040-06-24
Also published as: WO2021259936A1; EP4168844A1; CN116113597A; DE102020116511A1; US20230244076A1

Abstract

MEMS-Spiegelvorrichtung (100) zur variablen Ablenkung eines einfallenden elektromagnetischen Strahls (L1), wobei die MEMS-Spiegelvorrichtung (100) ein scheibenförmiges und in mehrere Teilbereiche strukturiertes erstes Glassubstrat (120) mit einem zumindest anteilig als MEMS-Spiegel zur Reflektion elektromagnetischer Strahlung ausgebildeten Spiegelteilbereich (130) und einem den Spiegelteilbereich (130) zumindest abschnittsweise umgebenden Rahmenteilbereich (125) aufweist; wobei:der Spiegelteilbereich (130) als ein gegenüber dem Rahmenteilbereich (125) mittels zumindest eines den Spiegelteilbereich (130) und den Rahmenteilbereich (125) verbindenden Verbindungselements (135) in mehreren Dimensionen schwingungsfähig aufgehängter Teilbereich des ersten Glassubstrats (120) ausgebildet ist;die MEMS-Spiegelvorrichtung (100) des Weiteren aufweist:ein zweites Glassubstrat (145), das mit dem ersten Glassubstrat (120) unmittelbar oder mittelbar so verbunden ist, dass es zusammen damit einen den Spiegelteilbereich (130) auf zumindest einer Seite des ersten Glassubstrats (120) umgebenden Hohlraum (175) ausbildet, in den hinein eintauchend der Spiegelteilbereich (130) eine Schwingungsbewegung ausführen kann; undein drittes Substrat (110; 305), das mit dem ersten Glassubstrat (120) auf dessen dem zweiten Glassubstrat (145) gegenüberliegenden Seite unmittelbar oder mittelbar so verbunden ist, dass es zusammen mit dem zweiten Glassubstrat (145) den Hohlraum (175) so ausbildet, dass er den Spiegelteilbereich (130) beidseitig so umgibt, dass der Spiegelteilbereich (130) in dem Hohlraum (175) die Schwingungsbewegung ausführen kann;der Spiegelteilbereich (130) als beidseitiger MEMS-Spiegel (140, 240) ausgebildet ist; unddas dritte Substrat (305) zumindest abschnittsweise eine Kuppelform aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine glassubstratbasierte MEMS-Spiegelvorrichtung sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Bei MEMS-Spiegelvorrichtungen, die in der Fachsprache auch als „Mikroscanner“, „MEMS-Scanner“, „MEMS-Spiegel“ oder auch „Mikrospiegel“ bezeichnet werden, handelt es sich grundsätzlich um mikromechanische Systeme zur Ablenkung elektromagnetischer Strahlung, mit deren Hilfe sich beispielsweise bildgebende sensorische Aufgaben lösen oder auch Display-Funktionalitäten realisieren lassen. Darüber hinaus können solche MEMS-Spiegelvorrichtungen auch dazu eingesetzt werden, Materialien in vorteilhafter Weise zu bestrahlen und so auch zu bearbeiten. Mögliche andere Anwendungen liegen im Bereich der Beleuchtung oder Ausleuchtung bestimmter offener oder geschlossener Räume oder Raumbereiche mit elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise im Rahmen von Scheinwerferanwendungen.
MEMS-Spiegelvorrichtungen können insbesondere zur Ablenkung von elektromagnetischer Strahlung eingesetzt werden, um mittels eines Ablenkelements („Spiegel“) einen darauf einfallenden elektromagnetischen Strahl bezüglich seiner Ablenkrichtung zu modulieren. Das kann insbesondere genutzt werden, um eine Lissajous-Projektion des Strahls in ein Beobachtungsfeld zu bewirken. So lassen sich beispielsweise bildgebende sensorische Aufgaben lösen oder auch Display-Funktionalitäten realisieren. Darüber hinaus können solche MEMS-Spiegelvorrichtungen auch dazu eingesetzt werden, Materialien in vorteilhafter Weise zu bestrahlen und so auch zu bearbeiten. Mögliche andere Anwendungen liegen im Bereich der Beleuchtung oder Ausleuchtung bestimmter offener oder geschlossener Räume oder Raumbereiche mit elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise im Rahmen von Scheinwerferanwendungen.
Das Akronym „MEMS“ steht hier wie üblich für den Begriff „Mikro-Elektro-Mechanisches System“ bzw. kurz „Mikrosystem“. Dabei handelt es sich regelmäßig um ein miniaturisiertes Gerät, eine Baugruppe oder ein Bauteil, dessen Komponenten kleinste Abmessungen im Bereich von 1 Mikrometer oder darunter haben und als System zusammenwirken.
Aus Suzuki, Junya, et al. „Dual-axis polymer-MEMS mirror made of photosensitive nanocomposite.“ 2013 International Conference on Optical MEMS and Nanophotonics (OMN). IEEE, 2013 ist ein zweiachsiger MEMS-Spiegel bekannt, der aus einem photosensitiven Werkstoffgemisch gefertigt ist, das magnetische Nanopartikel zur Bewerkstelligung eines magnetischen Antriebs des Spiegels enthält.
Yamashita, Hirofumi, et al. „Integration of angular rate sensor on large deflection polymer-MEMS mirror.“ 2013 International Conference on Optical MEMS and Nanophotonics (OMN). IEEE, 2013 offenbart einen MEMS-Spiegel auf Basis eines Glassubstrats, der an Gelenken aus einem Polymerwerkstoff mechanisch gelagert ist.
DE 10 2017 213 070 A1 schlägt eine MEMS Spiegelanordnung zum Erfassen eines großen Winkelbereichs bis zu 180°, vorzugsweise bis zu 160°, und ein Verfahren zur Herstellung einer MEMS Spiegelanordnung vor. Die Spiegelanordnung umfasst ein Trägersubstrat, an dem ein um mindestens eine Achse schwingender Spiegel aufgehängt ist, einen transparenten Deckel, der mit dem Trägersubstrat hermetisch dicht verbunden ist und der eine halbkugelförmige Kuppel aufweist, und eine Kompensationsoptik, die in einem vorgegebenen Strahlengang für ein einfallendes Strahlenbündel außerhalb der Kuppel angeordnet ist, wobei die Mitte des Spiegels im Mittelpunkt der Kuppel liegt und wobei die Kompensationsoptik das einfallende Strahlenbündel derart kollimiert, dass eine durch die Grenzflächen der Kuppel hervorgerufene Divergenz oder Konvergenz des Strahlenbündels nach dem Austritt aus der Kuppel im wesentlichen kompensiert ist.
DE 10 2012 005 546 A1 offenbart eine Mikrospiegelanordnung mit mindestens einer in einem Chiprahmen über ein oder mehrere Federelemente schwingfähig aufgehängten Spiegelplatte. Dabei ist mindestens ein mit einer Ein- und Auslassöffnung versehener Mikrokanal zum Durchleiten eines Kühlmediums in dem Chiprahmen und in dem einen oder mehreren Federelementen oder in dem Chiprahmen, in dem einen oder mehreren Federelementen und in der mindestens einen Spiegelplatte angeordnet.
EP 0 692 729 B1 bzw. DE 695 30 248 T2 offenbaren ein Spiegelgalvanometer vom Planartyp mit einer Verschiebungserfassungsfunktion, bestehend aus: Einem Halbleitersubstrat mit einer planaren beweglichen Platte und einem Torsionsstab zum axialen Haltern der beweglichen Platte, so dass sie in senkrechter Richtung relativ zum damit integral ausgebildeten Halbleitersubstrat schwenkbar ist, einer planaren Magnetspule zum Generieren eines Magnetfelds mittels eines elektrischen Stroms zum Antreiben der beweglichen Platte, die auf einem oberen Flächenteil der beweglichen Platte liegt, und einem reflektierenden Spiegel, der auf dem oberen Flächenteil ausgebildet ist.
Aus der US 8,711,456 B2 ist eine auf Basis eines Silizium-Wafers gefertigte MEMS-Spiegelvorrichtung bekannt, die zusammen mit einer entsprechenden Steuerung eine Ablenkvorrichtung für einen Scanner mit Lissajous-Abtastung bildet. Sie enthält einen Mikrospiegel, der um mindestens zwei Auslenkungsachsen oszilliert und der einen Rahmen und eine über eine Aufhängung beweglich angeordnete Spiegelplatte aufweist. Mittels der Steuerung kann der Spiegel in eine resonante zweidimensionale Schwingung versetzt werden, so dass sich bei Beleuchtung des Spiegels mit einem elektromagnetischen Strahl insgesamt eine Lissajous-Abtastung erzeugen lässt.
Die Fertigung von MEMS-Scannern mit größeren Aperturen (z.B. mit Spiegelplattendurchmessern > 5 mm) führt zu einer deutlichen Kostensteigerung bei der Herstellung, wenn dazu die aus dem Stand der Technik bekannten MEMS-Siliziumtechnologien genutzt werden. Die siliziumbasierte Fertigung von MEMS-Bauelementen ist besonders dann kostengünstig, wenn sehr viele Bauelemente auf einem Siliziumwafer untergebracht werden können. Sind die quadratischen oder rechteckigen Chips von kleiner Abmessung, dann lassen sich die Chips auf dem Wafer-Layout so gut platzieren, dass der Rand der kreisförmigen Siliziumscheibe (Wafer) gut approximiert werden kann und wenig Verlustmaterial entsteht. Werden die einzelnen Chips jedoch relativ zum Waferdurchmesser recht groß, wie dies im Falle von MEMS-Scannern bedingt durch einen großen zu realisierenden Spiegeldurchmesser der Fall sein kann, dann nimmt in unverhältnismäßiger Weise die Fläche verlorener, nicht nutzbarer Flächenbereiche auf dem Wafer zu. Die Ausbeute an guten Chips ist dann schon allein wegen der schlechten Approximation des Waferformats durch die Anordnung der einzelnen großen Chips auf dem Wafer sehr gering.
Da in der Siliziumtechnologie ein Großteil der Fertigungs-Equipments aus komplexen hochspezialisierten teuren Vakuum-Anlagen besteht, die ein langsames Be- und Entladen vorsehen und die zudem einer ständigen Wartung und Instandhaltung unterliegen müssen, ergibt sich ein verhältnismäßig sehr teures Fertigungsverfahren mit verhältnismäßig niedrigem Durchsatz, das bei geringer Anzahl von Bauelementen pro Wafer sowie zu großen nicht nutzbaren Abfallflächenbereichen auf dem Wafer an mangelnder Wirtschaftlichkeit leidet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber weiter verbesserte MEMS-Spiegelvorrichtung sowie ein verbessertes Verfahren zu ihrer Herstellung anzugeben.
Eine Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine MEMS-Spiegelvorrichtung zur variablen Ablenkung eines einfallenden elektromagnetischen Strahls, insbesondere eines Lichtstrahls mit zumindest einer Komponente im sichtbaren Bereich oder im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums. Der elektromagnetische Strahl kann insbesondere ein Laserstrahl sein. Die MEMS-Spiegelvorrichtung weist ein scheibenförmiges und in mehrere Teilbereiche strukturiertes erstes Glassubstrat mit einem zumindest anteilig als MEMS-Spiegel zur Reflektion elektromagnetischer Strahlung ausgebildeten Spiegelteilbereich und einem den Spiegelteilbereich zumindest abschnittsweise umgebenden Rahmenteilbereich auf. Der Spiegelteilbereich ist als ein gegenüber dem Rahmenteilbereich mittels zumindest eines den Spiegelteilbereich und den Rahmenteilbereich verbindenden Verbindungselements, das insbesondere als Verbindungssteg ausgebildet sein kann, in mehreren Dimensionen schwingungsfähig aufgehängter Teilbereich des ersten Glassubstrats ausgebildet.
Das scheibenförmige Glassubstrat kann somit insbesondere einer zumindest in die genannten Teilbereiche strukturierten Glasplatte entsprechen, wobei der Spiegelteilbereich sowie optional auch ein oder mehrere andere Teilbereiche des Glassubstrats mit einem, insbesondere metallischen Werkstoff, beschichtet oder bestückt sein können.
Die MEMS-Spiegelvorrichtung weist des Weiteren ein zweites Glassubstrat auf, das mit dem ersten Glassubstrat unmittelbar oder mittelbar (etwa über ein Bondmaterial oder ein oder mehrere Zwischensubstrate) so verbunden ist, dass es zusammen damit einen den Spiegelteilbereich auf zumindest einer Seite des ersten Glassubstrats umgebenden Hohlraum ausbildet, in den hinein eintauchend der Spiegelteilbereich eine, insbesondere mehrdimensionale, Schwingungsbewegung ausführen kann. Mit Hilfe eines solchen Aufbaus lässt sich erreichen, dass insbesondere der Spiegelteilbereich sowie seine Schwingungsbewegung durch das zweite Glassubstrat physisch geschützt sind.
Des Weiteren weist die MEMS-Spiegelvorrichtung ein drittes Substrat auf, das mit dem ersten Glassubstrat auf dessen dem zweiten Glassubstrat gegenüberliegenden Seite unmittelbar oder mittelbar so verbunden ist, dass es zusammen mit dem zweiten Glassubstrat den Hohlraum so ausbildet, dass er den Spiegelteilbereich beidseitig so umgibt, dass der Spiegelteilbereich in dem Hohlraum die Schwingungsbewegung ausführen kann. Das dritte Substrat kann insbesondere selbst ebenfalls ein Glassubstrat sein. Stattdessen kann es auch aus einem oder mehreren anderen Werkstoffen, wie insbesondere Silizium, ausgebildet sein. Das dritte Substrat kann insbesondere ein Bodensubstrat der MEMS-Spiegelvorrichtung bilden und den beidseitig des ersten Glassubstrats gebildeten Hohlraum bodenseitig abschließen. Der Spiegelteilbereich kann somit beidseitig des ihn ausbildenden ersten Glassubstrats bei seiner Schwingungsbewegung in den Hohlraum eintauchen, wobei er durch die Begrenzungswände des Hohlraums, die insbesondere durch das zweite Glassubstrat und das dritte Substrat gebildet werden, physisch und je nach Füllung des Hohlraums auch chemisch geschützt ist.
Zudem ist der Spiegelteilbereich als beidseitiger MEMS-Spiegel ausgebildet. Dies ermöglicht es zum einen den Scanbereich bzw. Projektionsbereich auf beide Seiten der MEMS-Spiegelvorrichtung bzw. des ersten Glassubstrats hin zu erweitern, wenn auch die zweite Spiegelseite für ein Scannen bzw. eine Projektion genutzt wird. Zum anderen liefert dies jedoch auch eine weitere Möglichkeit zur Lagebestimmung bezüglich des Spiegelteilbereichs, indem ein elektromagnetischer Messstrahl auf eine der beiden Spiegelflächen gerichtet wird und dessen Ablenkung am Spiegel, insbesondere der dabei auftretende Ablenkwinkel im Raum, als Maß für die Lage des Spiegelteilbereichs herangezogen wird.
Schließlich weist das dritte Substrat zumindest abschnittsweise eine Kuppelform auf. Insbesondere kann so der Hohlraum beidseitig des Spiegelteilbereichs je eine kuppelförmige Begrenzungswand aufweisen. Die Kombination dieser Merkmale erlaubt es, den Spiegelteilbereich beidseitig als Ablenkungsspiegel für elektromagnetische Strahlung zu nutzen, und so den ausleuchtbaren Scan- bzw. Projektionsbereich auf beide Seiten des ersten Glassubstrats hin zu erweitern, insbesondere bis hin zu einem Scan- bzw. Projektionswinkel je Schwingungsachse von nahezu 360°, je Achse (d.h. nur mit Ausschluss der durch das erste Glassubstrat abgedeckten jeweiligen Winkelbereiche)
Unter einem „MEMS-Spiegel“ im Sinne der Erfindung ist ein Teil oder eine Komponente einer MEMS-Spiegelvorrichtung zu verstehen, das bzw. die eine elektromagnetische Strahlung reflektierende Fläche aufweist, die glatt genug ist, dass die reflektierte elektromagnetische Strahlung nach dem Reflexionsgesetz seine Parallelität zumindest überwiegend behält und somit ein Abbild entstehen kann. Die Rauheit der Spiegelfläche muss dafür kleiner sein als etwa die halbe Wellenlänge der Strahlung. Der Durchmesser eines solchen MEMS-Spiegels kann insbesondere bei 30 mm oder darunter liegen. Es sind jedoch MEMS-Spiegel mit größeren, im Rahmen eines MEMS-Fertigungsprozesses herstellbaren Durchmessern denkbar.
Unter einer „mehrdimensionalen Schwingungsbewegung“ im Sinne der Erfindung ist eine Bewegung eines Objekts, hier insbesondere des Spiegelteilbereichs der MEMS-Spiegelvorrichtung, zu verstehen, bei der das Objekt eine Schwingungsbewegung, also eine Bewegung, bei der wiederholte zeitliche Schwankungen der räumlichen Lage des Objekts auftreten, bezüglich zumindest zweier verschiedener Freiheitsgrade ausführt. Die Schwingungsbewegung kann insbesondere resonant sein, d. h. bezüglich zumindest eines der Freiheitsgrade einer entsprechenden Eigenschwingung des schwingungsfähigen Systems, hier also speziell der Schwingungsbewegung des Spiegelteilbereichs relativ zum Rahmenteilbereich, entsprechen. Die hier verwendeten Begriffe „umfasst“, „beinhaltet“, „schließt ein“, „weist auf“, „hat“, „mit“, oder jede andere Variante davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken. So ist beispielsweise ein Verfahren oder eine Vorrichtung, die eine Liste von Elementen umfasst oder aufweist, nicht notwendigerweise auf diese Elemente beschränkt, sondern kann andere Elemente einschließen, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder die einem solchen Verfahren oder einer solchen Vorrichtung inhärent sind.
Ferner bezieht sich „oder“, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist, auf ein inklusives oder und nicht auf ein exklusives „oder“. Zum Beispiel wird eine Bedingung A oder B durch eine der folgenden Bedingungen erfüllt: A ist wahr (oder vorhanden) und B ist falsch (oder nicht vorhanden), A ist falsch (oder nicht vorhanden) und B ist wahr (oder vorhanden), und sowohl A als auch B sind wahr (oder vorhanden).
Die Begriffe „ein“ oder „eine“, wie sie hier verwendet werden, sind im Sinne von „ein/eine oder mehrere“ definiert. Die Begriffe „ein anderer“ und „ein weiterer“ sowie jede andere Variante davon sind im Sinne von „zumindest ein Weiterer“ zu verstehen.
Der Begriff „Mehrzahl“, wie er hier verwendet wird, ist im Sinne von „zwei oder mehr“ zu verstehen.
Die Bearbeitung von Glassubtraten unter Verwendung geeigneter Glas-Strukturierungs-Methoden ermöglicht eine kostengünstige Herstellung insbesondere auch von großflächigen MEMS-Scannern. Dies hat verschiedene Gründe, insbesondere die folgenden: (1) Glassubstrate lassen sich sehr kostengünstig in vielen verschiedenen Formaten und Dicken herstellen; (2) Glassubstrate können viel größer sein als SiliziumWafer und dadurch viel mehr Chips aufnehmen. Beispielsweise kann Glas in rechteckigen Platten statt in runden Wafern gefertigt und strukturiert werden. Damit entfallen die vielen Abfallregionen auf einem Wafer, die bei Verwendung kreisrunder Wafer bei deren Approximierung durch rechteckige Chips entstehen; (3) Die bevorzugten Verfahren zur Strukturierung von Glassubstraten sind meist entweder laserbasiert, abrasiv oder nasschemisch und erfordern keine teure Vakuum-Anlagentechnik. Zum einem kann dadurch auf aufwendige fotolithographische Prozesse verzichtet werden und zum anderen ein Ein- und Ausschleusen der Zwischenprodukte oder Endprodukte aus den einzelnen Anlagen einer entsprechenden Fertigungslinie viel einfacher und schneller und somit auch kostengünstiger erfolgen, als bei der herkömmlichen Siliziumtechnik. Somit lassen sich ein signifikant erhöhter Durchsatz, eine entsprechende kürzere Gesamtprozesszeit, und damit auch eine deutlich erhöhte Wirtschaftlichkeit erreichen.
Eine MEMS-Spiegelvorrichtung gemäß dem vorgenannten ersten Aspekt der Erfindung kann somit bezüglich ihrer Herstellung die vorgenannten Vorteile liefern. Zudem lassen sich, insbesondere auf Basis der nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der MEMS-Spiegelvorrichtung weitere, auch funktionelle Vorteile erreichen. Diese Ausführungsformen können jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich, insbesondere widersprüchlich wäre, beliebig miteinander sowie mit dem im Weiteren beschriebenen Verfahrensaspekt der Erfindung kombiniert werden.
Das zweite Glassubstrat kann gemäß einer ersten Variante hierzu insbesondere als Deckel zum zumindest einseitigen Abschluss des Hohlraums ausgeformt sein. Insbesondere kann das zweite Glassubstrat so geformt sein, dass ein Winkel, unter dem die auf den MEMS-Spiegel gerichtete einfallende Strahlung beim Auftreffen auf den Deckel teilweise reflektiert wird ein anderer Winkel ist, als der unter dem der Teil der Strahlung, der bis zum MEMS-Spiegel gelangt und dort reflektiert wird, wieder durch den Deckel austritt. So können von der Reflektion am Deckel ausgehende störende Reflektionen im Bild vermieden werden. Insbesondere kann der Deckel zu diesem Zweck zumindest abschnittsweise, eine Kuppelform aufweisen. Die Kuppelform kann somit eine Begrenzungswand des Hohlraums bilden. Sie ist dabei vorzugsweise so angeordnet, dass beim Betrieb der MEMS-Spiegelvorrichtung die durch den MEMS-Spiegel abzulenkende elektromagnetische Strahlung durch die Kuppelform hindurch auf den MEMS-Spiegel fällt und/oder die am MEMS-Spiegel reflektierte Strahlung die MEMS-Spiegelvorrichtung durch die Kuppelform hindurch wieder verlässt. In der DE 10 2017 213070 A1 ist eine beispielhafte Ausführung eines solchen zweiten Glassubstrats, jedoch im Zusammenspiel mit einem Siliziumwafer, beschrieben. Die Kuppelform kann insbesondere einen kreisbogenförmigen oder ellipsenbogenförmigen Querschnitt aufweisen, wenngleich als Kuppelform auch andere Formen, die zumindest abschnittsweise bogenförmig verlaufen, insbesondere solche mit nur einem Scheitelpunkt, möglich sind. Anstelle einer Kuppelform sind jedoch auch andere Deckelformen möglich, bei denen die störenden Reflektionen im Bild vermieden werden können. Insbesondere kann der Deckel dazu eine planare Fläche aufweisen, die dazu vorgesehen ist, die einfallende Strahlung zu empfangen und zumindest teilweise passieren zu lassen, wobei diese Fläche gegenüber der Spiegelfläche des MEMS-Spiegels angewinkelt ist, so dass sich die gewünschten unterschiedlichen Reflektionswinkel ergeben. Im Querschnitt kann die Kontur eines solchen Deckels insbesondere eine Dreiecksform aufweisen.
Alternativ kann das zweite Glassubstrat gemäß einer noch weiteren Variante hierzu als ein planares Deckelsubstrat ausgebildet sein, welches über ein Spacer-Substrat mittelbar mit dem ersten Glassubstrat verbunden ist. Solche planaren Konstruktionen eignen sich insbesondere für Anwendungen bei denen sich die eingestrahlte elektromagnetische Strahlung von der am Deckelsubstrat selbst reflektierten Strahlung sowie der durch den MEMS-Spiegel abgelenkten Strahlung durch eine anderweitige Konfiguration, beispielsweise durch eine oder mehrere Blenden oder durch räumlich veränderliche Brechzahlen im Substratmaterial des zweiten Glassubstrats, trennen lassen. Sie bieten gegenüber den vorgenannten Deckelformen, insbesondere auch gegenüber einem kuppelförmigen Deckel bzw. Substrat meist den Vorteil einer einfacheren und somit weniger aufwändigen Fertigbarkeit des zweiten Glassubstrats.
Bei einigen Ausführungsformen ist der Hohlraum als gasdichter Hohlraum ausgebildet, in dem ein gegenüber Normalbedingungen, d. h. 101,325 kPa (1013,25 mbar), geringerer Gasdruck, insbesondere ein Vakuum herrscht. Insbesondere kann dies mittels einer hermetischen Vakuumverkapselung innerhalb des insbesondere durch das erste, das zweite und das dritte Substrat gebildeten Substratstapels selbst, oder mittels eines separaten, den Substratstapel einhäusenden Gehäuses (Second-Level Package) umgesetzt sein.
Als „Vakuum“ soll hier der Zustand eines Gases bezeichnet werden, wenn in einem Behälter (vorliegend: der den Hohlraum definierenden Verkapselung) der Druck des Gases und damit die Teilchenzahldichte niedriger ist als außerhalb oder wenn der Druck des Gases niedriger ist als 300 mbar, d. h. kleiner als der niedrigste auf der Erdoberfläche vorkommende Atmosphärendruck.
Bei diesen Ausführungsformen können etwaige bei der Schwingungsbewegung des Spiegelteilbereichs auftretende energetische Verluste durch Reibung verringert, insbesondere minimiert oder gar im Wesentlichen vermieden werden. Aufgrund des reduzierten Gasdrucks bzw. des Vakuums wird die Schwingungsbewegung des Spiegelteilbereichs durch das Restgas höchstens gering bis nahezu gar nicht gedämpft und so können maximale Schwingungsamplituden erreicht werden. Des Weiteren ergibt sich so zusätzlich zum physischen Schutz auch ein chemischer Schutz der im Hohlraum befindlichen Bauteile, insbesondere des MEMS-Spiegels. Insbesondere bei nichtresonanter oder quasistatischer Betriebsart kann die Vakuumverkapselung des Hohlraums durch eine Inertgas-Füllung des hermetisch geschlossenen Hohlraums ersetzt sein. Darüber lassen sich Schwingungseigenschaften, wie Dämpfungsverhalten, gezielt einstellen. Somit kann ein stabiler Betrieb für bestimmte Betriebsarten, u.a. beim quasistatischen Betrieb, ermöglicht werden.
Bei einigen Ausführungsformen mit Hohlraum weist die MEMS-Spiegelvorrichtung des Weiteren zumindest ein Restgasgetterelement auf, das ein chemisch reaktives Material enthält, welches in dem Hohlraum angeordnet und dazu konfiguriert ist, etwaige in dem Hohlraum vorhandene Gasteilchen chemisch an das Restgasgetterelement zu binden. So lassen sich verbleibende Restgasmengen reduzieren und somit die Qualität des Vakuums weiter erhöhen. So können zum einen die die Schwingungsbewegung beeinflussende Reibungsdämpfung weiter reduziert und zum anderen auch der chemische Schutz der Bauteile, insbesondere des Spiegelteilbereichs, verstärkt werden. Das Restgasgetterelement kann bei einigen dieser Ausführungsformen zugleich als Elektrode, insbesondere Bodenelektrode, für eine kapazitive Lagebestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer Auslenkungslage des Spiegelteilbereichs dienen. Dies dient der Vereinfachung des Aufbaus und der erforderlichen Material- und Fertigungsaufwände.
Bei einigen Ausführungsformen weist die MEMS-Spiegelvorrichtung des Weiteren ein oder mehrere vierte Substrate auf, die insgesamt eine Spacer-Schicht bilden, über die die jeweilige mittelbare Verbindung des zweiten Glassubstrats oder des dritten Substrats zum ersten Glassubstrat erfolgt. Das bzw. die vierten Substrate kann bzw. können insbesondere aus einem Glaswerkstoff oder aus einem Halbleitermaterial, wie etwa Silizium, ausgebildet sein. Das bzw. jedes der vierten Substrate kann insbesondere die Funktion eines Abstandhalters oder „Spacers“ erfüllen, indem es zwischen dem ersten Glassubstrat und einem Bodensubstrat, insbesondere dem dritten Substrat, angeordnet ist und eine Kavität aufweist, die zumindest teilweise einen zwischen dem ersten Glassubstrat und dem Bodensubstrat gelegenen Teil des Hohlraums definiert. Der Spiegelteilbereich kann somit beidseitig des ihn ausbildenden ersten Glassubstrats bei seiner Schwingungsbewegung in den Hohlraum eintauchen, wobei er durch die Begrenzungswände des Hohlraums, die teilweise durch die Innenwand der Kavität des bzw. der vierten Substrate gebildet werden, physisch und idealerweise auch chemisch geschützt ist.
Bei einigen Ausführungsformen ist das erste Glassubstrat oder gegebenenfalls eines der weiteren Glassubstrate aus einem silikatbasierten Glaswerkstoff, einem Quarzglas, oder aus einem Glaswerkstoff gefertigt, der zwei oder mehr solcher Glaswerkstoffe enthält. Besonders geeignete Beispiele für solche Glaswerkstoffe sind insbesondere die folgenden Glasarten: SCHOTT Borofloat 33, CORNING EAGLE XG, CORNING PYREX 7740, SCHOTT AF32, SCHOTT BK7 oder CORNING Quarzglas HPFS, Hereaus Conamic HSQ 900. Diesen Glaswerkstoffen ist gemein, dass die silikatbasiert sind und hohe Transmission im elektromagnetischen Wellenlängenbereich von 350 nm bis 2500 nm aufweisen, was sie als Werkstoff für die Herstellung einer erfindungsgemäßen MEMS-Spiegelvorrichtung besonders geeignet macht. Ein Quarzglas ist insbesondere dann zu bevorzugen, wenn die elektromagnetische Strahlung eine relativ hohe Intensität aufweist, wie dies etwa bei Verwendung von Lasern mit hoher Laserleistung, z.B. oberhalb von 200 W, der Fall sein kann. Idealerweise sind in einem solchen Fall, sämtliche Substrate der MEMS-Spiegelvorrichtung aus demselben Quarzglas gefertigt, um eine optimale thermische Anpassung der Glassubstrate untereinander zu erreichen.
Bei einigen Ausführungsformen weist die MEMS-Spiegelvorrichtung des Weiteren eine Lagebestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer aktuellen Auslenkungslage des Spiegelteilbereichs, insbesondere relativ zum Rahmenteilbereich, auf. Dies ist vor allem dann vorteilhaft, wenn die MEMS-Spiegelvorrichtung so angetrieben bzw. betrieben wird, dass zu bestimmten Zeitpunkten oder kontinuierlich während des Betriebs eine Kenntnis der aktuellen Auslenkungslage, insbesondere der gegenwärtigen Orientierung, des Spiegelteilbereichs erforderlich ist. Dies kann etwa der Fall sein, wenn die MEMS-Spiegelvorrichtung als Projektionsvorrichtung eingesetzt wird und der zu projizierende Bildinhalt, der sich insbesondere in einer aktuellen Intensität oder Farbgebung der eingesetzten elektromagnetischen Strahlung widerspiegeln kann, in Abhängigkeit von der aktuellen Auslenkungslage gesteuert werden muss. Ähnliches gilt in Gegenrichtung beim Abtasten eines Sichtfelds, insbesondere wenn die Abtastung nicht rasterförmig erfolgt, wie das beispielsweise der Fall ist, wenn die mehrdimensionale Schwingungsbewegung in Form einer Lissajous-Schwingungsbewegung ausgeführt wird.
Bei einigen Ausführungsformen ist die Lagebestimmungseinrichtung konfiguriert, zumindest eine der folgenden Messprinzipien zur Lagebestimmung des Spiegelteilbereichs zu nutzen: (i) magnetische Induktion aufgrund einer magnetischen Wechselwirkung zwischen einem Permanentmagnet und einem Magnetfeldsensor, insbesondere einer Detektionsspule, wobei der Permanentmagnet an oder in dem Spiegelteilbereich angeordnet ist, und der Magnetfeldsensor separat von dem Spiegelteilbereich angeordnet ist, oder umgekehrt; (ii) Erzeugung einer elektrischen Messspannung an einem mit dem Spiegelteilbereich oder seiner Aufhängung mechanisch gekoppelten Piezoelement; (iii) optische Lagebestimmung mittels eines optischen Senders, der elektromagnetische Strahlung auf den Spiegelteilbereich, insbesondere dessen dem MEMS-Spiegel gegenüberliegende Seite, sendet und eines optischen Empfängers, der die dabei vom Spiegelteilbereich reflektierte Strahlung misst; (iv) elektrische Kapazitätsmessung zwischen zwei Elektroden, die so an der MEMS-Spiegelvorrichtung angeordnet sind, dass die zwischen den beiden Elektroden messbare elektrische Kapazität von der aktuellen Auslenkungslage des Spiegelteilbereichs abhängt. (v) Verwendung zumindest eines Dehnungsmessstreifens (z.B. piezoresistiver Art) zur Messung eines Zustands, insbesondere einer Dehnung, zumindest eines Verbindungselements.
Bei Nutzung der magnetischen Wechselwirkung gemäß Variante (i) lassen sich besonders gute Signal-Rausch-Verhältnisse (SNR) für die Lagebestimmung erzielen. Zudem kann auch hier auf einen separaten Antrieb des Spiegelteilbereichs, insbesondere mittels eines Piezoaktuators, verzichtet werden (Kosteneinsparung), etwa wenn durch temporäre Verwendung der Detektionsspule als Erregerspule über die bekannte Lorenz-Kraft eine Kraftwirkung auf den Permanentmagnet ausgeübt werden kann. Die Variante (ii) dagegen erlaubt besonders kleine Formfaktoren für die Lagebestimmungseinrichtung und dass das Piezoelement abwechselnd zur Lagebestimmung und zum Antrieb des Spiegelteilbereichs genutzt werden kann. Zudem ist eine Verwendung von multiplen Piezoelementen möglich, wobei ein Teil der Elemente zur Lagebestimmung und ein anderer Teil zum Antrieb genutzt werden. Mit der optischen Messung gemäß Variante (iii) ist insbesondere eine besonders hohe Genauigkeit für die Lagebestimmung realisierbar. Die kapazitive Messung gemäß Variante (iv) ist insbesondere einfach und in verschiedensten Konfigurationen der Elektroden realisierbar. Dies ermöglicht insbesondere auch eine genaue und berührungsfreie Echtzeitmessung der Auslenkungslage.
Bei Variante (iv) kann zumindest eine der Elektroden insbesondere auf eine der folgenden Arten ausgebildet sein: (iv-1) als eine metallische Schicht auf oder in dem Spiegelteilbereich, die zumindest abschnittsweise zugleich den MEMS-Spiegel zur Reflektion elektromagnetischer Strahlung bildet; (iv-2) als eine metallische Schicht auf oder in dem Spiegelteilbereich, die separat von der den MEMS-Spiegel bildenden Spiegelfläche ausgebildet ist; (iv-3) als eine metallische Schicht auf oder in dem Rahmenteilbereich des ersten Glassubstrats; (iv-4) als zumindest ein auf einer Seite des dritten Substrats ausgebildetes Elektrodenelement; (vi-5) als eine in mehrere separate Elektrodenelemente strukturierte Elektrode, wobei zumindest zwei der einzelnen Elektrodenelemente differenziell miteinander verschaltet sind.
Die Variante (iv-1) hat vor allem den Vorteil, dass eine sowieso bereits vorhandene metallische Beschichtung im Sinne von „Dual-use“ zugleich für die Lagebestimmung verwendet werden kann. Die Varianten (iv-2) und (iv-4) sind insbesondere auch in Kombination gut einsetzbar, um die Lagebestimmung mittels Kapazitätsmessung in dem sich zwischen dem Spiegelteilbereich und dem dritten Substrat (welches insbesondere ein Bodensubstrat der MEMS-Spiegelvorrichtung bilden kann) erstreckenden Raumbereich, insbesondere Hohlraumbereich, mit hoher Genauigkeit und unabhängig von der Geometrie der den MEMS-Spiegel formenden Schicht durchzuführen. Dazu ist die metallische Schicht vorzugsweise auf einer dem MEMS-Spiegel gegenüberliegenden, bodenseitigen Seite des Spiegelteilbereichs angeordnet. Die Variante (iv-3) eignet sich insbesondere dazu, einen lateralen Kondensator zur Kapazitätsmessung auf oder in dem ersten Glassubstrat bereitzustellen, wobei die Gegenelektrode als Teil derselben Schicht hergestellt werden kann wie die Spiegelschicht bzw. Spiegelelektrode. So lassen sich wiederum die Fertigungskomplexität und Fertigungsaufwände verringern. Bei der Variante (iv-4) kann die Elektrode (Bodenelektrode) entweder in elektrisch kontaktierter Form oder als elektrisch freischwebende („floating“) Elektrode ausgeführt sein. Letzteres hat den Vorteil, dass sich die mit der Herstellung einer solchen Kontaktierung, insbesondere mit der Herstellung von Vias und zugehörigen Kontaktpads, verbundenen Fertigungsaufwände einsparen lassen. Die Variante (iv-5) ermöglich insbesondere Kapazitätsmessungen mit einem hohen Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) und somit mit besonders hoher Robustheit und Genauigkeit.
Die Variante (v) ermöglicht es zudem, zur Lagebestimmung anstelle des Spiegelteilbereichs selbst, seine Aufhängung (z.B. Verbindungstege) zu betrachten, da deren Lage, insbesondere Dehnung, zu der Lage des Spiegelteilbereichs korrespondiert.
Bei einigen Ausführungsformen weisen die jeweiligen Glaswerkstoffe von zumindest zwei miteinander verbundenen Glassubstrate, vorzugsweise sämtliche der vorhandenen Glassubstrate, einen gleichen oder einen sich um nicht mehr als 10^-4 K^-1 unterscheidenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf. So lassen sich thermische Spannungen weitgehend vermeiden, was insbesondere die mechanische Stabilität und die zuverlässige Funktion der MEMS-Spiegelanordnung fördert.
Bei einigen Ausführungsformen weist die MEMS-Spiegelvorrichtung des Weiteren eine Antriebseinrichtung auf, die eingerichtet ist, den Spiegelteilbereich in eine mehrdimensionale, insbesondere resonante, Schwingungsbewegung gegenüber dem Rahmenteilbereich zu versetzen. Auf diese Weise wird die MEMS-Spiegelvorrichtung zu einem aktiven Bauelement, das selbst über einen Antrieb für die Spiegelbewegung verfügt und bei entsprechender Ansteuerung die gewünschte Abtastfunktion eigenständig ausführen kann.
Bei einigen dieser Ausführungsformen ist der Spiegelteilbereich so gegenüber dem Rahmenbereich schwingungsfähig aufgehängt, dass er bei entsprechender Anregung mittels der Antriebseinrichtung die mehrdimensionale Schwingungsbewegung in Form einer, insbesondere resonanten, Lissajous-Schwingungsbewegung ausführt. So lassen sich die Vorteile einer Lissajous-Abtastung gegenüber einer herkömmlichen Rasterabtastung auch bei der erfindungsgemäßen glassubstratbasierten MEMS-Spiegelvorrichtung nutzen. Die Antriebseinrichtung kann insbesondere einen oder mehrere Piezoaktuatoren zur Anregung der Schwingungsbewegung des Spiegelteilbereichs aufweisen.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Antriebsvorrichtung insbesondere einen Piezoaktuator auf, der mittelbar über zumindest eines der anderen ein oder mehreren Glassubstrate mechanisch an das erste Glassubstrat gekoppelt ist. Der bzw. die Piezoaktuatoren können dabei gemäß einer ersten Varianten hierzu die Spiegelvorrichtung insbesondere im Rahmen einer durch sie erzeugten Vibrationsbewegung so „schütteln“, dass sich die Vibrationsenergie auf den Spiegelteilbereich überträgt und diesen zu Schwingungen, insbesondere zu resonanten oder erzwungenen Schwingungen, anregt. Im Falle eines zweidimensional, insbesondere um zwei orthogonale Achsen, schwingfähigen Spiegelteilbereichs kann die Antriebseinrichtung bzw. eine Ansteuerung dafür insbesondere so konfiguriert sein, dass die Anregung der Schwingung des Spiegelteilbereichs mittels eines Anregungssignals erfolgt, welches die Resonanzfrequenzen bzgl. der beiden Schwingungsdimensionen enthält, bevorzugt als dominante Frequenzkomponenten des Anregungssignals.
Gemäß einer zweiten Variante hierzu die anstelle oder kumulativ mit einer der ersten Variante vorgesehen sein kann, weist die Antriebseinrichtung ein oder mehrere Piezoelemente auf den Verbindungselementen auf, um den Spiegelteilbereich mittels Aktivierung der Piezoelemente in eine Schwingungsbewegung relativ zum Rahmenteilbereich zu versetzen. Auf diese Weise kann die Energiezufuhr von der Antriebseinrichtung auf den Spiegelteilbereich auf besonders kurzem Wege und unter besonders geringer Dämpfung erfolgen. Zudem lassen sich so einzelne Schwingungsachsen der Schwingung des Spiegelteilbereichs besonders gut individuell und unter zumindest weitgehender Vermeidung von Kopplungen zwischen den Achsen anregen.
Bei einigen Ausführungsformen weist der Spiegelteilbereich eine metallische Schicht, insbesondere in Form einer Beschichtung, auf, die zumindest abschnittsweise als Spiegelfläche zur Ablenkung des elektromagnetischen Strahls ausgebildet ist. Die metallische Schicht enthält dabei einen oder mehrere der folgenden metallischen Werkstoffe: Aluminium (AI), Gold (Au), Silber (Ag). Allen diesen Werkstoffen ist gemein, dass sie zum einen sehr haltbare Schichten ausbilden und zum anderen auch sehr gute Spiegeleigenschaften liefern können. Dies macht diese Materialien besonders als Werkstoffe für die genannte Schicht bzw. Beschichtung auf dem ersten Glassubstrat geeignet.
Bei einigen Ausführungsformen ist zumindest eine Seite des ersten Glassubstrats, insbesondere eine Seite, die eine Spiegelfläche zur Ablenkung von eingestrahlter elektromagnetischer Strahlung aufweist, vollflächig metallisch beschichtet. Bei der Herstellung kann somit ein Prozess zur Strukturierung dieser Metallschicht entfallen, was dazu beitragen kann, die Fertigungskomplexität und -aufwände, die Fertigungszeiten und somit auch die damit in Zusammenhang stehenden Fertigungskosten zu reduzieren.
Bei einigen Ausführungsformen weist die MEMS-Spiegelvorrichtung des Weiteren ein separates Gehäuse (sog. „second-level package“) zur Einhäusung der verbundenen Substrate (Substratstapel) der MEMS-Spiegelvorrichtung auf. So lässt sich unter anderem eine gute Integrierbarkeit in übergeordnete Systeme erreichen, insbesondere dann, wenn das separate Gehäuse mit Lötstellen (z.B. Lötbällen) oder anderen Anschlusselementen zur Verbindung mit einer Systemkomponente, wie etwa einer System-Leiterplatte, konfiguriert ist.
Bei einigen Ausführungsformen sind der Spiegelteilbereich oder der Rahmenteilbereich durch Verbindung (Bonden) mit zumindest einem weiteren Substrat („Verstärkungssubstrat“) in seiner Stärke verdickt. Das erste Glassubstrat und das Verstärkungssubstrat können insbesondere unterschiedliche Stärken aufweisen, was vor allem dafür genutzt werden kann, um je nach Bauart und Applikation daraus Federn (z.B. Verbindungsstege) und Spiegelteilbereiche in unterschiedlichen Stärken zu bauen. So lässt sich insbesondere die Anzahl der anregbaren Freiheitsgrade für die Schwingungsbewegung des Spiegelteilbereichs erhöhen und der Spiegelteilbereich bzw. der Rahmenteilbereich mechanisch versteifen. Diese jeweiligen Verstärkungen des Spiegelteilbereichs bzw. des Rahmenteilbereichs liefern individuell und insbesondere auch kumulativ den Vorteil, dass beim Schwingen des Spiegelteilbereichs eine geringere Deformation des Spiegelteilbereichs (wenn dieser verdickt ist) bzw. des Rahmenteilbereichs (wenn dieser verdickt ist) auftritt. Somit kann können die Dämpfung der Schwingung sowie eine zumindest bessere mechanische Entkopplung der verschiedenen Schwingungsachsen (durch Reduktion einer etwaigen Kopplung der Schwingungsachsen über den Rahmenteilbereich) erreicht werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer MEMS-Spiegelvorrichtung, wobei das Verfahren aufweist: (i) Simultanes Ausbilden einer Mehrzahl gleichartiger MEMS-Spiegelvorrichtungen nach dem ersten Aspekt der Erfindung unter Verwendung zumindest eines allen diesen MEMS-Spiegelvorrichtungen gemeinsamen scheibenförmigen Glassubstrats, welches insbesondere das jeweilige ersten Glassubstrat der MEMS-Spiegelvorrichtungen darstellen kann; und (ii) Vereinzeln der MEMS-Spiegelvorrichtungen nach deren simultanen Ausbildung.
Nachfolgend werden einige bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens beschrieben. Diese Ausführungsformen können jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich, insbesondere widersprüchlich wäre, beliebig miteinander kombiniert werden.
Bei einigen Ausführungsformen wird als gemeinsames scheibenförmiges Glassubstrat ein Glassubstrat eingesetzt, das vor der Vereinzelung eine rechtwinklige Scheibenform aufweist. Auf diese Weise lässt sich gegenüber runden Wafern unter Verringerung oder gar Vermeidung von ungenutzten Verlustflächen auf dem Glassubstrat eine bessere Approximation bzw. Flächenausnutzung und somit eine höhere Flächenausbeute bei gegebener Bruttosubstratfläche erreichen.
Bevorzugt wird als das gemeinsame scheibenförmige Glassubstrat ein Glassubstrat eingesetzt, das eine Fläche von zumindest 100 cm², bevorzugt von 1000 cm² oder mehr, aufweist.
Bei einigen Ausführungsformen geht das jeweilige erste Glassubstrat der einzelnen MEMS-Spiegelvorrichtungen aus dem gemeinsamen Glassubstrat durch dessen Strukturierung mittels zumindest eines Glasstrukturierungsprozesses hervor. Auf diese Weise lässt lassen sich insbesondere der Spiegelteilbereich und der Rahmenteilbereich sowie das zumindest eine Verbindungselement, insbesondere Verbindungssteg, einstückig aus einem einzigen Substrat ausbilden.
Bei einigen Ausführungsformen erfolgt die Strukturierung des gemeinsamen Glassubstrats oder zumindest eines anderen der in den MEMS-Spiegelvorrichtungen jeweils vorhandenen Substrate unter Verwendung eines laserbasierten Ätzverfahrens. So lassen sich insbesondere besonders kurze Prozesszeiten und besonders präzise Strukturierungen erreichen. Bei einigen dieser Ausführungsformen erfolgt die Strukturierung des gemeinsamen Glassubstrats oder zumindest eines anderen der in den MEMS-Spiegelvorrichtungen jeweils vorhandenen Substrate unter Verwendung eines laserinduzierten chemischen Ätzverfahrens, bei dem es sich insbesondere um ein sogenanntes Laser Induced Deep Etching, LIDE, -Ätzverfahren handeln kann. Beim einem solchen LIDE-Ätzverfahren wird ein gepulster hochenergetischer Laser eingesetzt, um das Glas in den belichteten Bereichen zu schädigen und strukturell zu verändern, so dass es in einem nachfolgenden nasschemischen Ätzprozess selektiv entfernt werden kann.
Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung erläuterten Merkmale und Vorteile gelten entsprechend auch für den Verfahrensaspekt der Erfindung, insbesondere für die daraus resultierenden Produkte.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
Dabei zeigt:

1 schematisch eine erste beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung, einschließlich von Elektroden zur kapazitiven Lagebestimmung und von einem Piezoaktuator als Antriebseinrichtung;
2 schematisch den Strahlungsverlauf bei einer Verkapselung der MEMS-Spiegelvorrichtung, insbesondere bei der Ausführungsform nach 1, mittels einer kuppelförmigen oder einer gegenüber der Ruhestellung des Spiegelteilbereichs gewinkelt angeordneten, insbesondere satteldachförmigen Verkapselung;
3 schematisch eine zweite beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung, bei der eine Seite des ersten Glassubstrats vollflächig metallisch beschichtet ist;
4 schematisch eine dritte beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung, bei der Restgasgetterelemente zur Verbesserung des Vakuums im Hohlraum um den Minitaturspiegel vorgesehen sind;
5 schematisch eine vierte beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung, bei der eine Bodenelektrode einer Lagebestimmungseinrichtung auf der Außenseite des Bodensubstrats und somit außerhalb des Hohlraums angeordnet ist;
6 schematisch eine fünfte beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung, bei der die Elektroden einer Lagebestimmungseinrichtung als verschiedene Abschnitte einer selben Metallisierungsschicht auf dem ersten Glassubstrat ausgebildet sind;
7 schematisch eine sechste beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung, bei der ein planares Deckelsubstrat, welches über ein Spacer-Substrat mittelbar mit dem ersten Glassubstrat verbunden ist, vorgesehen ist;
8 schematisch eine siebte beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung, bei der eine Bodenelektrode einer Lagebestimmungseinrichtung als eine elektrisch „schwebende“ Elektrode ausgebildet ist;
9 schematisch eine achte beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung, bei der der mehrschichtige Stapelaufbau mittels eines separaten Gehäuses (second-level package) eingehäust ist;
10 schematisch eine neunte beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung, bei der die Bodenelektrode und die Restgasgetterelemente zusammenfallen;
11 schematisch eine zehnte beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung, bei der der Spiegelteilbereich durch Verbindung (Bonden) mit zumindest einem Verstärkungssubstrat in seiner Stärke verdickt ist;
12 schematisch eine elfte beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung, bei der sämtliche Glassubstrate der MEMS-Spiegelvorrichtung aus einem Quarzglaswerkstoff hergestellt sind und unterhalb des zweiten Glassubstrats ein weiteres Spacer-Substrat vorgesehen ist;
13 schematisch eine zwölfte beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung, bei der die bodenseitige Rückseite des Spiegelteilbereichs mit einer elektrisch gut leitenden Schicht beschichtet ist, die eine Gegenelektrode (Top-Elektrode) zur Bodenelektrode bildet;
14 schematisch eine dreizehnte beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung, bei der ein Piezoelement zur Lagebestimmung und/oder zum Antrieb des Spiegelteilbereichs vorgesehen ist;
15 schematisch eine vierzehnte beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung, bei der eine magnetische Anordnung mit zumindest einem Permanentmagnet und einer Detektionsspule zur Lagebestimmung und/oder zum Antrieb des Spiegelteilbereichs vorgesehen ist;
16 schematisch eine fünfzehnte beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung, bei der eine hermetische Einkapselung entfällt;
17 schematisch eine sechzehnte beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung, bei der eine optische Lagebestimmungseinrichtung vorgesehen ist;
18 schematisch eine erfindungsgemäße siebzehnte beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung, bei der das erste Glassubstrat beidseitig jeweils durch ein kuppelförmiges Glassubstrat abgekapselt ist;
19 schematisch eine erfindungsgemäße achtzehnte beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung, bei der eine magnetische Antriebseinrichtung für den Antrieb des Spiegelteilbereichs vorgesehen ist;
20 schematisch eine erfindungsgemäße neunzehnte beispielhafte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung, bei der ein kapselexterner Piezoaktuator als Antriebseinrichtung für den Antrieb des Spiegelteilbereichs vorgesehen ist;
21 zeigt verschiedene Ausführungsformen für Formgebungen der Bodenelektrode; und
22 ein Diagramm zur Veranschaulichung von wesentlichen Fertigungsschritten eines Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.

In den Figuren werden durchgängig dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entsprechenden Elemente der Erfindung verwendet. Die Merkmale der nachfolgend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen können jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich, insbesondere widersprüchlich wäre, beliebig miteinander kombiniert werden.
1 zeigt eine erste beispielhafte Ausführungsform 100 einer MEMS-Spiegelvorrichtung. Dabei illustriert 1 (a) eine seitliche Schnittansicht der MEMS-Spiegelvorrichtung 100, während 1 (b) eine Aufsicht auf ein Glassubstrat 120 illustriert, welches ein erstes Glassubstrat der MEMS-Spiegelvorrichtung 100 bildet und in 1 (a) horizontal ausgerichtet angeordnet ist. Eine entsprechende Aufteilung in Teilfiguren (a) und (b) wird nachfolgend auch für die Illustration und Erläuterung von verschiedenen weiteren Ausführungsformen von MEMS-Spiegelvorrichtungen verwendet.
Die MEMS-Spiegelvorrichtung 100 weist als Antriebseinrichtung einen Piezoaktuator 105 auf, der zugleich eine Grundplatte der MEMS-Spiegelvorrichtung 100 bildet. Auf dem Piezoaktuator 105 ist ein stapelförmiger, mehrschichtiger Aufbau aus verschiedenen übereinandergestapelten Substraten angeordnet. Den Kern dieses mehrschichtigen Aufbaus bildet ein erstes Substrat (Glassubstrat) 120 aus einem Glaswerkstoff, das wie in 1 (b) dargestellt, in verschiedene, zusammenhängende Teilbereiche strukturiert ist. Zu diesen Teilbereichen gehören ein Rahmenteilbereich 125, ein Spiegelteilbereich 130 sowie zwei den Spiegelteilbereich 130 jeweils mit dem Rahmenteilbereich verbindende Verbindungsstege 135.
Der Spiegelteilbereich 130 ist über die Verbindungsstege 135, welche sich verwinden können, beweglich in dem Rahmenteilbereich 125 gelagert, und zwar so, dass der Spiegelteilbereich 130 relativ zum Rahmenteilbereich 125 eine zweidimensionale Schwingungsbewegung ausführen kann. Die Verbindungsstege 135 stellen somit eine Aufhängung des Spiegelteilbereichs 130 dar. Der Spiegelteilbereich 130 ist auf einer seiner Hauptflächen mit einer metallischen Beschichtung 140 so versehen, dass diese metallische Schicht 140 eine verspiegelte Reflexionsfläche zur Ablenkung einfallender elektromagnetische Strahlung, insbesondere eines Laserstrahls z.B. im sichtbaren oder infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums, bildet.
Die Metallschicht 140 kann insbesondere einen oder mehrere der folgenden Werkstoffe enthalten: Aluminium (AI), Gold (Au), Silber (Ag). Diese Werkstoffe können sowohl eine hohe Langzeithaltbarkeit als auch gute Spiegeleigenschaften aufweisen. Der Spiegelteilbereich 130 bzw. seine verspiegelte Reflexionsfläche 140 stellt somit einen MEMS-Spiegel dar, dessen Durchmesser typischerweise weniger als 30 mm, beispielsweise 10 mm, beträgt. Die Form der verspiegelten Reflexionsfläche 140 kann insbesondere wie in 1 (b) gezeigt, kreisrund sein, ohne dass dies jedoch als Einschränkung zu verstehen wäre. Insbesondere sind auch rechteckige Formen denkbar.
Dieser mehrschichtige Aufbau enthält des Weiteren ein zweites Substrat (Glassubstrat) 145 aus einem Glaswerkstoff, der insbesondere dem des ersten Glassubstrats entsprechen kann. Das zweite Glassubstrat weist eine Kuppelform auf und ist mittels eines Substratbondmaterials 150, z. B. eines Glass-Frit-Materials, hermetisch mit dem Rahmenteilbereich 125 des ersten Glassubstrats 120 verbunden, um über diesem einen ersten (in 1 (a) „oberen“) Teilbereich 175a eines den Spiegelteilbereich 130 beidseitig umgebenden Hohlraums 175 auszubilden.
Auf der dem zweiten Glassubstrat 145 gegenüberliegenden Seite des ersten Glassubstrats 120 befinden sich in dem mehrschichtigen Aufbau ein als Bodenplatte dienendes drittes Substrat 110 sowie zwischen dem ersten Glassubstrat und dem dritten Substrat ein weiteres, viertes Substrat 115, welches als Abstandshalter beziehungsweise (gleichbedeutend) Spacerschicht ausgebildet ist. Das dritte und das vierte Substrat können jeweils insbesondere aus einem Glaswerkstoff oder aber beispielsweise auch aus Silizium oder einem anderen Halbleitermaterial gefertigt sein. Insbesondere können sie aber, wie das erste und das zweite Substrat, ebenfalls als Glassubstrat ausgebildet sein. Idealerweise sind sämtliche Glassubstrate aus demselben Glaswerkstoff gefertigt und weisen somit denselben materialabhängigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf. So können thermische Spannungen in dem mehrschichtigen Stapelaufbau der MEMS-Spiegelvorrichtung 100 vermieden werden.
In anderen Varianten dieser und anderer nachfolgend beschriebener Ausführungsformen können das dritte Substrat 110 und/oder das vierte Substrat 115 insbesondere aus einem Halbleitermaterial, etwa aus Silizium, gefertigt sein. Dies hat wiederum den Vorteil, dass dadurch aufgrund der weitgehenden Lichtundurchlässigkeit solcher Materialien, dem Eindringen von parasitärer Strahlung in den Hohlraum 175 und insbesondere zum Spiegelteilbereich 130 begegnet werden kann.
Das vierte Substrat 115 ist so strukturiert, dass es eine Kavität aufweist, die unterhalb des Spiegelteilbereichs 130 so angeordnet ist, dass sie zusammen mit ihrer durch die Bodenplatte 110 gegebenen bodenseitigen Begrenzung einen zweiten (in 1 (a) „unteren“) Teilbereich 175b des Hohlraums 175 ausbildet.
Die jeweils benachbarten einzelnen Substrate sind untereinander hermetisch dicht verbunden, beispielsweise wiederum mittels eines Substratbondmaterials 155, z. B. im Falle zweier zu verbindender Glassubstrate mittels eines Glass-Frit-Materials, sodass der Hohlraum 175 insgesamt hermetisch dicht ausgebildet ist. Er ist vorzugsweise evakuiert, sodass in ihm ein, vorzugsweise deutlich, unter Normalbedingungen (101,325 kPa = 1013,25 mbar) liegender Restgasdruck herrscht, der bevorzugt unterhalb von10 kPa / 10⁺¹ kPa (10^-1 mbar), besonders bevorzugt bei 10^-1 kPa (10^-3 mbar) liegt. Typischerweise weisen die ersten bis vierten Substrate 110, 115, 120, 145 jeweils eine selbe Grundform, insbesondere eine rechtwinklige Form auf, wenngleich andere Formen ebenso möglich sind.
Der Piezoaktuator 105 ist dazu konfiguriert, bei seiner elektrischen Ansteuerung Vibrationsbewegung zu erzeugen und auf den Stapelaufbau und insbesondere auf den Spiegelteilbereich 130 zu übertragen. Auf diese Weise kann der Spiegelteilbereich 130 mit seiner Spiegelfläche 140 zur Ausführung einer Schwingungsbewegung, insbesondere einer resonanten oder erzwungenen mehrdimensionalen Schwingungsbewegung wie etwa einer Lissajous-Bewegung relativ zum Rahmenteilbereich 125 angeregt werden. Bei dieser Schwingungsbewegung kann sich der Spiegelteilbereich 130, insbesondere durch Verkippung, aus der Ebene des ersten Glassubstrats 120 heraus bewegen und dabei beidseitig in die Teilbereiche 175a und 175b des Hohlraums 175 eintauchen. Aufgrund der Evakuierung es Hohlraums 175 ist die verbleibende Reibung im Gas sehr gering, so dass dadurch nur eine geringe, insbesondere eine vernachlässigbar geringe, Dämpfung auftritt.
Des Weiteren weist die MEMS-Spiegelvorrichtung 100 eine kapazitive Lagebestimmungseinrichtung auf. Zu der Lagebestimmungseinrichtung gehören zwei Elektroden, zwischen denen zum Zwecke der Bestimmung der jeweiligen aktuellen Auslenkungslage, insbesondere Orientierung, des Spiegelteilbereichs 130 eine elektrische Kapazitätsmessung erfolgt. Eine erste der beiden Elektroden wird durch die metallische Spiegelfläche 140 gebildet, die somit dazu vorgesehen ist, eine Doppelfunktion (Ablenken einfallender elektromagnetischer Strahlung; Elektrode) auszuführen. Die zweite der beiden Elektroden ist auf der Innenseite der Bodenplatte 110 im Hohlraumbereich 175 als eine entsprechende metallische Beschichtung 180 der Bodenplatte 110 ausgeführt. Im vorliegenden Beispiel ist diese Bodenelektrode 180 als mehrteilig strukturierte Metallschicht ausgebildet. Wie sich aus 1 (b) entnehmen lässt, entspricht die Form dieser Bodenelektrode 180 ihrer Art und vorzugsweise zumindest näherungsweise auch der Größe nach im Wesentlichen der im nichtausgelenkten Ruhezustand des Spiegelteilbereichs 130 parallel dazu liegenden Form des Spiegelteilbereichs 130, beziehungsweise von dessen Reflexionsschicht bzw. Spiegelfläche 140.
Die Bodenelektrode 180 ist über ein oder mehrere sogenannte Vias 185 (speziell „Through Glas Vias“, TGV), also mit elektrisch gut leitendem (Leitfähigkeit >10⁶ S/m), in der Regel metallischem, Material gefüllte Verbindungstunnel, die sich von der Bodenelektrode 180 durch die Bodenplatte 110 hindurch bis zu entsprechenden Anschlusspads 190 auf dem Piezoaktuator 105 erstrecken, elektrisch kontaktiert. Die Spiegelelektrode 140 wiederum ist über eine Umverdrahtungslage elektrisch mit einem auf dem ersten Glassubstrat 120 außerhalb der durch das zweite Glassubstrat gebildeten Kuppel angeordneten Anschlusspad 165 elektrisch verbunden und von dort aus mittels eines Bonddrahts 160 mit einem weiteren Anschlusspad 170 auf dem Piezoaktuator 105 elektrisch verbunden. So ist die Spiegelelektrode insgesamt über das Anschlusspad 170 elektrisch kontaktiert. Folglich kann eine zur Lagebestimmung des Spiegelteilbereichs 130 eingesetzte elektrische Kapazitätsmessung zwischen den Anschlusspads 190 und 170 erfolgen.
Eine Segmentierung der Bodenelektrode 180 in 21 (alternativ oder zusätzlich auch der Spiegelelektrode 140) ermöglicht ein differentielles Auslesen und somit eine verbesserte Signalqualität (z.B. geringer Empfindlichkeit gegenüber Temperatureinflüsse) bei der Kapazitätsmessung. Des Weiteren kann eine Segmentierung der Bodenelektrode 180 im Zusammenhang mit Ausführungsformen, bei denen auch die der Bodenplatte 110 zugewandte Rückseite des Spiegelteilbereichs zumindest teilweise verspiegelt ist, den Vorteil bieten, dass dieser verspiegelte Rückseitenbereich ebenfalls ohne dabei durch die Bodenelektrode behindert zu werden, mit zusätzlicher elektromagnetischer Strahlung, insbesondere einem Laserstrahl, von der Bodenseite der MEMS-Spiegelvorrichtung 100 her bestrahlt werden kann, um beispielsweise die Lage des Spiegelteilbereichs 130 optisch zu messen oder aber um den Spiegelteilbereichs auch von seiner Rückseite her funktional, insbesondere zur elektromagnetischen Abtastung oder Projektion, zu nutzen.
Der Anschluss der Bodenelektrode erfolgt über 3D-Durchkontakte im Bodenwafer (Through Glass Vias, TGV), welche eine elektrische vertikale Verbindung zum Substratkontakt ermöglichen. Statt der hier strukturiert dargestellten Metallisierung des ersten Glassubstrats, ist ebenso gut eine ganzflächige Metallisierung des ersten Glassubstrats, um damit einerseits die Reflektionsschicht, andererseits aber auch die Elektrode für den auszulesenden Positionssensor zu realisieren. Der Vorteil einer unstrukturierten Metallisierung besteht in der Einsparung einer Lithographieebene oder einer anderweitigen Strukturierungsmethode, wodurch der Fertigungs-Prozess noch kostengünstiger werden kann. Neben bzw. anstelle einer Verwendung von Glass-Frit zum Verbinden der jeweils benachbarten Substrate lassen sich auch anderen Verfahren, wie Glas-Direkt-Bonden, eutektisches Bonden oder Metall-Direkt-Bonden, einsetzen.
In 2 ist der vereinfachte Strahlenverlauf der einfallenden und ausfallenden elektromagnetischen Strahlung im Falle (a) eines kuppelförmigen zweiten Glassubstrats 145, wie es vorausgehend im Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß 1 beispielhaft beschrieben wurde, und (b) im Falle einer abschnittsweise planaren und abschnittsweise gewinkelt zur Ruhestellung des Spiegelteilbereichs angeordneten zweiten Glassubstrats dargestellt. Der Aufbau der MEMS-Spiegelvorrichtung 100 in 2(a) entspricht derjenigen aus 1. Dasselbe gilt mit Ausnahme der anderen Form des zweiten Glassubstrats 145 auch für den Aufbau der MEMS-Spiegelvorrichtung 100 in 2(b). Beim Betrieb der MEMS-Spiegelvorrichtung 100 wird elektromagnetische Strahlung, die beispielsweise als Laserstrahl bereitgestellt werden und insbesondere Lichtkomponenten im sichtbaren oder Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums enthalten kann, als Strahlenbündel L1 durch das jeweilige zweite Glassubstrat 145 aus den 2(a) bzw. 2(b) hindurch auf die Spiegelfläche 140 des Spiegelteilbereichs 130 gelenkt und dort gemäß dem Reflexionsgesetz reflektiert. So ergibt sich ein reflektiertes Strahlenbündel L2, welches die MEMS-Spiegelvorrichtung 100 wieder durch das zweite Glassubstrat 145 verlässt. Ein kleiner Anteil der einfallenden Strahlung des Strahlenbündels L1 fällt jedoch nicht auf die Spiegelfläche 140, sondern wird bereits bei seinem Auftreffen auf das zweite Glassubstrat 145 an dessen Oberfläche reflektiert, sodass sich ein weiteres Strahlenbündel L3 für diese reflektierte Strahlung ergibt. Aufgrund der besonderen jeweiligen Geometrie bzw. Anordnung der Oberfläche des zweiten Glassubstrats 145 wird das Strahlenbündel L3 jedoch zumindest im Wesentlichen in eine oder mehrere andere Richtungen abgelenkt als das Strahlenbündel L2, sodass es das Strahlenbündel L2 nicht nennenswert überlagert und somit stört. Dies ist insbesondere in dem Fall relevant, dass das Strahlenbündel L1/L2 zu Projektionszwecken vorgesehen ist.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform 200 einer MEMS-Spiegelvorrichtung, die auf der ersten Ausführungsform 100 aus 1 aufbaut. Sie unterscheidet sich von der Ausführungsform 100 insbesondere dadurch, dass anstelle nur des Spiegelteilbereichs 130 oder sogar nur eines Teils davon die gesamte dem zweiten Glassubstrat 145 zugewandte Seite des ersten Glassubstrats 120 mit der metallischen Schicht 140 versehen ist, wenngleich es dabei ausreicht, dass weiterhin nur der Spiegelteilbereich 130 oder ein Teil davon verspiegelt ausgeführt ist. Bei der Herstellung kann somit ein Prozess zur Strukturierung der Metallschicht 140 entfallen, was dazu beitragen kann, die Fertigungskomplexität und -aufwände, die Fertigungszeiten und somit auch die damit in Zusammenhang stehenden Fertigungskosten zu reduzieren.
4 zeigt eine dritte Ausführungsform 300 einer MEMS-Spiegelvorrichtung, die wiederum auf der ersten Ausführungsform 100 aus 1, oder alternativ (nicht dargestellt) auch auf der zweiten Ausführungsform 200 aus 2, aufbaut. Sie unterscheidet sich von den Ausführungsformen 100 bzw. 200 insbesondere dadurch, dass zusätzlich ein oder mehrere Restgasgetterelemente 195 in dem Hohlraum 175, insbesondere in dessen unteren Teilbereich 175b angeordnet sind. Bei den Restgasgetterelementen 195 handelt es sich um materielle Strukturen, die ein chemisch reaktives Material (wie Ti) enthalten, das dazu geeignet ist, etwaige in dem Hohlraum vorhandene Gasteilchen, insbesondere Stickstoff-, Sauerstoff-, Wasserstoff- oder Wassermoleküle, chemisch an das jeweilige Restgasgetterelement zu binden und somit die Qualität des Vakuums in dem Hohlraum 175, insbesondere die initiale Qualität sowie die Langzeiterhaltung des Vakuums, zu verbessern. So können eine geringe Dämpfung und somit hohe Schwingungsamplituden der Schwingungsbewegung des Spiegelteilbereichs 130 und daraus folgend hohe Gütefaktoren der MEMS-Spiegelvorrichtung 300 erzielt werden.
5 zeigt eine vierte Ausführungsform 400 einer MEMS-Spiegelvorrichtung, die wiederum auf der ersten Ausführungsform 100 aus 1, oder alternativ (nicht dargestellt) auch auf einer der anderen bereits erläuterten Ausführungsformen 200 bzw. 300, aufbaut. Sie unterscheidet sich von der Ausführungsform 100 insbesondere dadurch, dass die Bodenelektrode 180 auf der Außenseite des Bodensubstrats 110 und somit außerhalb des Hohlraums 175 angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Vias 185 und die damit einhergehenden Prozessschritte bei der Fertigung der MEMS-Spiegelvorrichtung 400 gegenüber der MEMS-Spiegelvorrichtung 100 entfallen. Stattdessen lässt sich die Bodenelektrode 180 insbesondere auch als Teil einer Metallisierung einer Umverteilungsschicht (engl. Redistribution Layer, RDL) auf der Unterseite des Bodensubstrats 110 oder auf der Oberseite einer darunter liegenden weiteren Schicht, wie etwa einer Leiterplatte (PCB), oder des Piezoaktuators 105, ausbilden. Somit lassen sich insbesondere die Aufbaukomplexität der MEMS-Spiegelvorrichtung 400 und somit ihre Fertigungszeiten und Herstellungskosten entsprechend reduzieren. Gemäß einer Variante hierzu, können die Ausführungsformen der 3 und 5 auch in Kombination vorliegen, so dass ein vollflächig mit einer metallischen Schicht 140 beschichtetes erstes Glassubstrat 120 mit der Via-losen Variante der Bodenelektrode 180 kombiniert wird, wobei die Metallschicht 140 zugleich als Top-Elektrode dient.
6 zeigt eine fünfte Ausführungsform 500 einer MEMS-Spiegelvorrichtung, die insbesondere auf der vierten Ausführungsform 400 aus 4 aufbaut. Sie unterscheidet sich von der Ausführungsform 400 insbesondere dadurch, dass die Bodenelektrode 180 entfällt und durch eine Gegenelektrode 205 zur Spiegelelektrode 140 ersetzt wird, die ebenfalls auf dem ersten Glassubstrat 120 angeordnet ist. Sie kann insbesondere in Ringform um den Spiegelteilbereich 130 herum verlaufend auf dem Rahmenteilbereich 125 vorgesehen sein. Insgesamt ergibt sich so ein lateraler Kondensator. Dies hat den Vorteil, dass die Gegenelektrode 205 als Teil derselben Schicht hergestellt werden kann wie die Spiegelschicht bzw. Spiegelelektrode 140. So lassen sich wiederum die Fertigungskomplexität und Fertigungsaufwände verringern.
7 zeigt eine sechste Ausführungsform 600 einer MEMS-Spiegelvorrichtung, die insbesondere auf der ersten Ausführungsform 100 aus 1 aufbaut. Sie unterscheidet sich von der Ausführungsform 100 insbesondere dadurch, dass anstelle des kuppelförmigen zweiten Glassubstrats 145 ein planares Deckelsubstrat 215, welches über einen Spacer-Substrat 210 mittelbar mit dem ersten Glassubstrat 120 verbunden ist, vorgesehen ist. Planare Deckelsubstrate 215 sind in der Herstellung weniger komplex und somit kostengünstiger als dreidimensional, insbesondere kuppelförmig geformte Deckelsubstrate wie das zweite Glassubstrat 145. Solche planaren Konstruktionen eignen sich insbesondere für Anwendungen, bei denen sich die am Deckelsubstrat selbst reflektierten Strahlung von der durch den MEMS-Spiegel abgelenkten Strahlung durch eine anderweitige Konfiguration, beispielsweise durch eine oder mehrere Blenden oder durch räumlich veränderliche Brechzahlen im Substratmaterial, trennen lassen.
8 zeigt eine siebte Ausführungsform 700 einer MEMS-Spiegelvorrichtung, die insbesondere auf der sechsten Ausführungsform 600 aus 7 aufbaut. Sie unterscheidet sich von der Ausführungsform 600 insbesondere dadurch, dass die Bodenelektrode 180 als eine elektrisch „schwebende“ (engl. „floating“), d.h. als eine nicht kontaktierte und somit im Betrieb nicht auf ein extern aufgeprägtes elektrisches Potential gesetzte, Elektrode ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass sich die mit der Herstellung einer solchen Kontaktierung, insbesondere mit der Herstellung der Vias 185 und der darunterliegenden Kontaktpads 190 einsparen lässt, während eine Kapazitätsmessung, insbesondere eine zur Lagebestimmung relevante Messung von spiegellageabhängigen Kapazitätsänderungen, weiterhin möglich bleibt.
9 zeigt eine achte Ausführungsform 800 einer MEMS-Spiegelvorrichtung, die als jeweilige Abwandlung jeder der anderen hier beschriebenen Ausführungsformen, insbesondere auch der siebten Ausführungsform 700 aus 8 umgesetzt werden kann. Sie unterscheidet sich vor allem dadurch, dass die, insbesondere hermetische, Einkapselung der MEMS-Spiegelvorrichtung nicht, jedenfalls nicht zwingend, schon durch den mehrschichtigen Stapelaufbau selbst, sondern mittels eines separaten Gehäuses (engl. „second-level package“), beispielsweise vom bekannten TO oder CDIP Typ, erfolgt. Das Gehäuse weist insbesondere Seitenwände 220, die vorzugsweise aus einem Metall- oder Keramikwerkstoff gefertigt sind, sowie ein darüber liegendes, als Fenster für die einfallende und die am MEMS-Spiegel 140 abgelenkte Strahlung dienendes Glassubstrat 225 auf, welches insbesondere eine planare Form aufweisen kann.
Die Bodenelektrode 180 und optional auch, wie dargestellt, ein oder mehrere Restgasgetterelemente 195, können dabei innenseitig am Boden des Gehäuses (wie beispielsweise CDIP oder TO Packages), der insbesondere durch den Piezoaktuator 105 gebildet sein kann, vorgesehen sein. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass damit besonders einfach ein (insbesondere per (Through-Hole-Technologie, THT, oder per Surface-Mount-Technologie, SMT) lötfähiges Gehäuse einschließlich der MEMS-Spiegelvorrichtung selbst bereitgestellt werden kann, wodurch sich eine einfachere Montage in einer Systemumgebung, beispielsweise in einem aus mehreren Baugruppen aufgebauten Projektionssystem, ergibt.
10 zeigt eine neunte Ausführungsform 900 einer MEMS-Spiegelvorrichtung, die insbesondere auf der dritten Ausführungsform 300 aus 4 aufbaut. Sie unterscheidet sich von der Ausführungsform 300 insbesondere dadurch, dass die Bodenelektrode 180 und die Restgasgetterelemente 195 zusammenfallen. Das bedeutet, dass die Bodenelektrode 180 zugleich die Eigenschaft aufweist, Restgasteilchen chemisch zu binden, um so die Qualität des Vakuums im Hohlraum 175 zu erhöhen bzw. zu sichern. Als geeignetes Material, das diese Doppelfunktion erfüllen kann, können insbesondere Titan oder ein anderer titanhaltiger Werkstoff zum Einsatz kommen. Aufgrund der Doppelfunktion der Bodenelektrode 180/195 gemäß dieser Ausführungsform lassen sich die Komplexität des Aufbaus der MEMS-Spiegelvorrichtung sowie der zu ihrer Herstellung erforderliche Fertigungsaufwand und somit die damit zusammenhängenden Fertigungskosten weiter senken.
11 zeigt eine zehnte Ausführungsform 1000 einer MEMS-Spiegelvorrichtung, die auf einer beliebigen der anderen hier beschriebenen Ausführungsformen, insbesondere auf der ersten Ausführungsform 100 aus 1 aufbauen kann. Sie unterscheidet sich von der Ausführungsform 100 insbesondere dadurch, dass der Spiegelteilbereich 130 durch Verbindung (Bonden) mit zumindest einem weiteren Substrat 230, das hier als Verstärkungssubstrat bezeichnet werden soll, in seiner Stärke verdickt ist. Der Spiegelteilbereich weist somit insgesamt zumindest zwei Substrate, vorzugsweise Glassubstrate auf. Diese Substrate können insbesondere unterschiedliche Stärken aufweisen, was vor allem dazu genutzt werden kann, um je nach Bauart und Applikation daraus Federn (Verbindungsstege 135) und Spiegelteilbereiche in unterschiedlichen Stärken zu bauen. Insgesamt erlaubt es diese Ausführungsform 1000, die Anzahl der anregbaren Freiheitsgrade für die Schwingungsbewegung des Spiegelteilbereichs zu erhöhen, insbesondere durch lokale Änderungen der mechanischen Steifigkeit. Dies erlaubt es unter anderem auch, die Resonanzfrequenz des Feder-Spiegel-Systems optimal anzupassen sowie die dynamische Deformation des Spiegelteilbereichs 130 zu verringern. Dies wiederum kann sich positiv auf die Strahlqualität der abgelenkten elektromagnetischen Strahlung L2 auswirken.
12 zeigt eine elfte Ausführungsform 1100 einer MEMS-Spiegelvorrichtung, die auf einer beliebigen der anderen hier beschriebenen Ausführungsformen, insbesondere auf der ersten Ausführungsform 100 aus 1 aufbaut. Sie unterscheidet sich von der Ausführungsform 100 insbesondere dadurch, dass sämtliche Glassubstrate aus einem, idealerweise aus demselben, Quarzglaswerkstoff hergestellt sind. Optional kann, wie dargestellt, zwischen dem kuppelförmigen zweiten Glassubstrat 145 und dem ersten Glassubstrat 120 ein weiteres Spacer/Abstandshalter-Substrat 235 vorgesehen sein, um das Volumen des oberen Hohlraumbereichs 175a zu erhöhen. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn hohe Laserleistungen verwendet werden, bei denen Silikatglas, insbesondere Borosilikatglas, nicht mehr nutzbar ist. Wegen der schlechteren thermischen Anpassung von Silizium oder anderen Halbleitermaterialien an Gläser besteht bei dieser Konstruktion der gesamte Substratstapel aus den Substraten 110, 115, 120, 235 und 145 aus Quarzglas.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform 1100 besteht somit insbesondere darin, dass diese MEMS-Spiegelvorrichtung sehr gut in Applikationen mit hoher Laserleistung, insbesondere der lasergestützten Materialbearbeitung, zum Einsatz kommen kann, da sie hochtemperaturstabil ist und ihr Substratmaterial insbesondere einen hohen Schmelzpunkt aufweist. Die Vergrößerung des Hohlraums 175, insbesondere des Hohlraumbereichs 175a oberhalb der Spiegelfläche 140, erhöht zudem die thermische Robustheit des Aufbaus. Des Weiteren unterliegen Quarzgläser einer besonders geringen Alterung gegenüber hoher Laserstrahlungsleistung.
13 zeigt eine zwölfte Ausführungsform 1200 einer MEMS-Spiegelvorrichtung, die insbesondere auf der ersten Ausführungsform 100 aus 1 aufbaut. Sie unterscheidet sich von der Ausführungsform 100 insbesondere dadurch, dass die bodenseitige Rückseite des Spiegelteilbereichs 130 mit einer elektrisch gut leitenden (Leitfähigkeit >10⁶ S/m) Schicht 240, insbesondere einer Metallschicht, beschichtet ist, die als Gegenelektrode (Top-Elektrode) zur Bodenelektrode 180 dient. Dabei kann diese rückseitige Elektrodenschicht 240 anstelle oder zusätzlich zur Spiegelfläche 140 als Gegenelektrode dienen. Idealerweise ist das Anschlusspad 165 entsprechend in derselben Schicht ausgebildet, wie die Rückseitenschicht 240, so dass es auf der Unterseite des ersten Glassubstrats 120 angeordnet ist. Der verringerte Abstand zwischen den beiden Elektroden 180 und 240 kann dazu genutzt werden, um die Detektionsempfindlichkeit der kapazitiven Lagebestimmungseinrichtung zu erhöhen.
14 zeigt eine dreizehnte Ausführungsform 1300 einer MEMS-Spiegelvorrichtung, die insbesondere auf der fünften Ausführungsform 500 aus 6 aufbaut. Sie unterscheidet sich von der Ausführungsform 500 insbesondere dadurch, dass anstelle des lateralen Kondensators ein Piezoelement zur Lagebestimmung des Spiegelteilbereichs 130 vorgesehen ist. Das Piezoelement weist eine Schicht 250 aus einem piezoelektrischen Material auf, die im Sinne eines „Sandwichs“ von einer Bodenelektrode 245 und einer Topelektrode 255 eingefasst ist und mit diesen ein Piezoelement bildet, das auf dem Randteilbereich 125 des ersten Glassubstrats 120 im Bereich der Verbindungsstege 135 oder zu diesen benachbart angeordnet ist. 14 (b) zeigt im Detail eine mögliche Geometrie des Piezoelements 260 einschließlich der Bodenelektrode 245 und der Topelektrode 255 mit deren Zuleitungen und Anschlusspads auf dem ersten Glassubstrat 120.
Wenn beim Betrieb der MEMS-Spiegelvorrichtung 1300 der Spiegelteilbereich 130 ausgelenkt wird und somit seine Lage ändert, wird diese Bewegung über die Verbindungsstege 135 auf das bzw. die Piezoelemente 260 übertragen, wodurch es zu einer Deformation des Piezomaterials 250 und in der Folge aufgrund des bekannten Piezoeffekts zur Erzeugung einer messbaren elektrischen Spannung zwischen der Bodenelektrode 245 und der Topelektrode 255 kommt. Somit kann mittels Messung dieser Spannung die Lage des Spiegelteilbereichs 130 bestimmt werden. Auf diese Weise ist sogar eine besonders genaue Lagebestimmung möglich, insbesondere eine solche mit einer guten Signalqualität mit großem Signal-Rauschverhältnis (SNR).
Zudem kann das bzw. jedes Piezoelement 260 auch als Antriebseinrichtung eingesetzt werden, indem es durch Anlegen einer geeigneten Spannung unter Ausnutzung des inversen Piezoeffekts in eine Vibrationsbewegung versetzt wird, die sich aufgrund der mechanische Kopplung über die Verbindungsstege 135 auf den Spiegelteilbereich 130 überträgt und diesen in eine Schwingungsbewegung versetzt. Das bzw. die Piezoelemente 260 können somit im Sinne von „Dual-use“ mehrere Funktionalitäten in sich vereinen. Insbesondere kann in diesem Fall auf eine weitere Antriebseinrichtung, insbesondere den bodenseitigen Piezoaktuator 105 verzichtet werden. Letzterer kann insbesondere durch eine Leiterplatte 265 ersetzt sein oder ganz entfallen.
15 zeigt eine vierzehnte Ausführungsform 1400 einer MEMS-Spiegelvorrichtung, die insbesondere auf der fünften Ausführungsform 500 aus 6 aufbaut. Sie unterscheidet sich von der Ausführungsform 500 insbesondere dadurch, dass anstelle der kapazitiven eine magnetische Lagebestimmung für den Spiegelteilbereichs 130 vorgesehen ist. Dazu sind an dem Spiegelteilbereich 130, bevorzugt auf seiner bodenseitigen Rückseite, ein oder mehrere Permanentmagnete 270 und auf dem Rahmenteilbereich 125 eine Detektionsspule 275 mit Anschlusspads 280 zur Kontaktierung vorgesehen.
Zusätzlich oder alternativ kann das permanentmagnetische Material auch im Substrat des Spiegelteilbereichs 130 selbst eingebettet sein. Die Versenkung von magnetischem Material in Glastaschen kann beispielsweise über das Einbringen von sub-mm magnetischen Kugeln (z.B. aus seltenen Erdmagneten SmCo) ermöglicht werden, welche z.B. über einen „Atomic-Layer-Deposition“-Prozess in den Löchern fixiert werden.
Wenn der Spiegelteilbereich 130 ausgelenkt wird, insbesondere wenn er eine Schwingungsbewegung ausführt, entsteht in der Detektionsspule 280 aufgrund von Induktion eine elektrische Spannung, die gemessen werden kann, um eine zumindest relative Lagebestimmung für den Spiegelteilbereich 130 durchzuführen. Die Detektionsspule 280 kann alternativ im oder auf dem Bodensubstrat 110 oder auf einem externen Substrat angeordnet sein.
Durch Ausnutzung der magnetischen Wechselwirkung lassen sich besonders gute Signal-Rausch-Verhältnisse (SNR) für die Lagebestimmung erzielen. Zudem kann auch hier auf einen separaten Antrieb des Spiegelteilbereichs 130, insbesondere mittels des Piezoaktuators 105, verzichtet werden (Kosteneinsparung), indem durch temporäre Verwendung der Detektionsspule 280 als Erregerspule über die bekannte Lorenz-Kraft eine Kraftwirkung auf die Permanentmagnete 270 ausgeübt wird, wodurch wiederum eine Schwingungsbewegung des Spiegelteilbereichs 130 bewirkt werden kann. Der (hier dargestellte) Piezoaktuator 105 kann insbesondere wieder wie in 14 durch eine Leiterplatte 265 ersetzt sein oder ganz entfallen.
Neben der induktiven Detektion können auch Hall-, xMR, Fluxgate oder andere Magnetfeldsensoren verwendet werden, welche insbesondere auf dem ersten Glassubstrat 120, dem Bodensubstrat 110 oder einem externen Substrat angeordnet bzw. eingebracht werden können.
16 zeigt eine fünfzehnte Ausführungsform 1500 einer MEMS-Spiegelvorrichtung, die insbesondere auf der vierzehnten Ausführungsform 1400 aus 15 aufbaut. Sie unterscheidet sich von der Ausführungsform 1400 insbesondere dadurch, dass die hermetische Einkapselung, insbesondere mittels des zweiten Glassubstrats 145, entfällt. Entsprechend sind hier typischerweise auch keine Restgasgetterelemente 195 vorgesehen. Das erste Glassubstrat 120 ist über ein Spacersubstrat 115 auf einem Grundsubstrat befestigt, welches insbesondere wieder ein Piezoaktuator 105 oder aber auch eine Leiterplatte (PCB) oder ein anderes Trägersubstrat sein kann.
Der Antrieb des Spiegelteilbereichs 130 erfolgt hier magnetisch, wozu ein oder mehrere Permanentmagnete 270 an dem Spiegelteilbereich 130, bevorzugt - wie dargestellt - an seiner bodenseitigen Rückseite angeordnet sind. Diesen Permanentmagneten 270 gegenüberliegend sind ein oder mehrere Antriebs- und Detektionsspulen 285 angeordnet. Beim Betrieb der MEMS-Spiegelvorrichtung 1500 treten diese Antriebs- und Detektionsspulen 285 in magnetische Wechselwirkung mit den Permanentmagneten 270. Wird dabei diese magnetische Anordnung als Antriebseinrichtung für den Spiegelteilbereich 130 eingesetzt, so wird in den Antriebs- und Detektionsspulen 285 durch Beschickung mit einem geeignet definierten elektrischen Strom ein - typischerweise variables - Magnetfeld erzeugt, welches auf die Permanentmagnete 270 wirkt und über diese den Spiegelteilbereich 130 in eine gewünschte Schwingungsbewegung versetzt.
Wird dagegen, zu anderen Zeitpunkten, dieselbe Anordnung zur Detektion der jeweils aktuellen Lage des Spiegelteilbereichs 130 eingesetzt, so dienen die Antriebs- und Detektionsspulen 285 als Induktionsspulen, in denen aufgrund der magnetischen Wechselwirkung mit den aufgrund der Schwingungsbewegung des Spiegelteilbereichs 130 bewegten Permanentmagneten 270 eine elektrische Spannung induziert wird, welche zum Zwecke der Lagebestimmung gemessen werden kann. Alternativ können der entsprechende Induktionsstrom oder eine davon abhängige Größe gemessen werden.
Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere, aber nicht ausschließlich, für quasistatisch betriebene MEMS-Spiegelvorrichtungen. Sie ermöglicht insbesondere aufgrund des Wegfalls der Verkapselung auch alternative Projektionsprinzipien und somit zusätzliche Applikationen, wie etwa Laserschweißen, Laserschneiden und andere Arten von Laser-Mikroprozessierung (engl. microprocessing).
17 zeigt eine sechzehnte Ausführungsform 1600 einer MEMS-Spiegelvorrichtung, die insbesondere auf der zwölften Ausführungsform 1200 aus 13 aufbaut. Sie unterscheidet sich von der Ausführungsform 1200 insbesondere dadurch, dass die kapazitive Lagebestimmung entfällt bzw. entfallen kann und stattdessen eine optische Lagebestimmungseinrichtung vorgesehen ist, zu der ein optischer Sender 290 (z. B. Laserdiode) und ein optischer Empfänger 295 (z.B. Fotodiode) gehören. Außerdem ist die rückseitige Metallbeschichtung 240 des Spiegelteilbereichs 130 ebenfalls als MEMS-Spiegel ausgebildet, so dass sie eine von dem Sender 290 ausgesandte Messstrahlung 300 im Sinne einer Abbildung reflektieren und dabei hin zum optischen Empfänger 295 ablenken kann. Die Schwingungsbewegung des Spiegelteilbereichs 130 moduliert somit die am optischen Empfänger empfangene reflektierte Messstrahlung 300, so dass das am Empfänger 295 gemessene Signal ein Maß für die aktuelle Lage des Spiegelteilbereichs 130 darstellt.
Damit die Messstrahlung den rückseitigen Spiegel 240 und nachfolgend den Empfänger 295 erreichen kann, ist das Bodensubstrat 110 als Glassubstrat ausgeführt. Soweit - wie dargestellt - bodenseitig auch eine Antriebseinrichtung, insbesondere ein Piezoaktuator 105, vorgesehen ist, so ist diese so angeordnet bzw. deren Form so gestaltet, dass der Strahlengang der Messstrahlung 300 durch die Antriebseinrichtung nicht oder nur vernachlässigbar beeinträchtigt wird. Zu den Vorteilen dieser Ausführungsform gehört insbesondere, dass keine elektrischen Substratdurchführungen (z.B. TGVs) erforderlich sind und die MEMS-Spiegelvorrichtung 1600 besonders robust ist und kostengünstig hergestellt werden kann. Zudem ist mittels des o.g. optischen Messverfahrens eine besonders hohe Genauigkeit bei der Lagebestimmung realisierbar.
18 zeigt eine erfindungsgemäße siebzehnte Ausführungsform 1700 einer MEMS-Spiegelvorrichtung, die insbesondere auf der dreizehnten Ausführungsform 1300 aus 14 aufbaut. Sie unterscheidet sich von der Ausführungsform 1300 insbesondere dadurch, dass das erste Glassubstrat 120 nicht nur einseitig, sondern beidseitig jeweils durch ein kuppelförmiges Glassubstrat 145 bzw. 305 abgekapselt wird. Zudem ist die Rückseite des Spiegelteilbereichs 130 wiederum ebenfalls als MEMS-Spiegel ausgebildet.
Die Kombination dieser Veränderungen erlaubt es, den Spiegelteilbereich 130 beidseitig als Ablenkungsspiegel für elektromagnetische Strahlung zu nutzen und so den ausleuchtbaren Scanbereich deutlich zu erweitern, insbesondere für eine oder mehrere Schwingungsachsen des Spiegelteilbereichs jeweils bis hin zu nahezu 360°, wobei im Wesentlichen nur die durch das erste Glassubstrat selbst abgedeckten Winkelbereiche den erreichbaren Scanbereichswinkel begrenzen. Des Weiteren erlaubt es der bodenseitige kuppelförmige Hohlraumteilbereich 175b, welcher durch das Glassubstrat 305 definiert wird, dass auf ein zusätzliches Spacer-Substrat 115 verzichtet werden kann. Der Antrieb des Spiegelteilbereichs 130 und die Bestimmung seiner aktuellen Lage können, ohne darauf beschränkt zu sein, insbesondere wieder mittels eines oder mehrerer Piezoelemente 260 erfolgen. Die Anschlüsse der Piezoelemente 260 sind in 18 aus Gründen der Vereinfachung der Zeichnung nicht explizit dargestellt.
19 zeigt eine erfindungsgemäße achtzehnte Ausführungsform 1800 einer MEMS-Spiegelvorrichtung, die insbesondere auf der siebzehnten Ausführungsform 1700 aus 18 aufbaut. Sie unterscheidet sich von der Ausführungsformen 1700 insbesondere dadurch, dass eine magnetische Antriebseinrichtung für den Antrieb des Spiegelteilbereichs 130 vorgesehen ist. Zu der magnetischen Antriebseinrichtung gehören ein oder mehrere Permanentmagnete 270, die an dem Spiegelteilbereich, beispielsweise an seiner Rückseite, angeordnet sind. Außerdem gehört dazu eine außerhalb der Verkapselung angeordnete Antriebsspule 310, die so konfiguriert ist, das sie, wenn sie mit einem geeignet gewählten elektrischen Wechselstrom beschickt wird, ein Magnetfeld erzeugt, das auf den bzw. die Permanentmagnete 270 eine magnetische Kraft ausübt und dadurch den Spiegelteilbereich in eine Schwingungsbewegung versetzen kann.
Die Piezoelemente 260 können insbesondere wieder als Lagebestimmungseinrichtungen eingesetzt werden, wahlweise auch als zusätzliche Antriebseinrichtungen. Die Vorteile der doppelseitigen kuppelförmigen Verkapslung der Ausführungsform 1700 aus 18, bleiben hier auch erhalten. Der bzw. die Permanentmagnete 270 können auch wieder alternativ oder zusätzlich in den Spiegelteilbereich 130 des ersten Glassubstrats 120 integriert sein, wie vorausgehend im Zusammenhang mit der Ausführungsform 1400 aus 15 schon erläutert wurde. Die Anschlüsse der Piezoelemente 260 sind in 19 wieder aus Gründen der Vereinfachung der Zeichnung nicht explizit dargestellt.
20 zeigt eine erfindungsgemäße neunzehnte Ausführungsform 1900 einer MEMS-Spiegelvorrichtung, die insbesondere auf der siebzehnten Ausführungsform 1700 aus 18 aufbaut. Sie unterscheidet sich von der Ausführungsformen 1700 insbesondere dadurch, dass ein kapselexterner Piezoaktuator 315 als Antriebseinrichtung für den Antrieb des Spiegelteilbereichs 130 vorgesehen ist, der an das erste Glassubstrat 120 gekoppelt ist, insbesondere unmittelbar. So können besonders gut hohe Kräfte auf das erste Glassubstrat 120 übertragen werden, was vor allem dazu genutzt werden kann, höhere Auslenkwinkel bzw. Schwingungsamplituden zu bewirken als dies bei einem schwächeren Antrieb oder einer schwächeren Kraftkopplung möglich wäre.
Die Piezoelemente 260 können hier wieder als Lagebestimmungseinrichtungen eingesetzt werden, wahlweise auch oder stattdessen als zusätzliche Antriebseinrichtungen. Die Vorteile der doppelseitigen kuppelförmigen Verkapslung der Ausführungsform 1700 aus 18, bleiben auch hier erhalten. Die Anschlüsse der Piezoelemente 260 sind in 20 wieder aus Gründen der Vereinfachung der Zeichnung nicht explizit dargestellt.
21 zeigt verschiedene Ausführungsformen für Formen der Bodenelektrode 180:

(a) Vollflächig kreisförmig (einfache Prozessierung),
(b) Doppelsegmentierung Halbkreis (Differentielle Verschaltung, besseres SNR),
(c) Viertelsegmentierung Tortenform (Differentielle Verschaltung, besseres SNR),
(d) Doppelsegmentierung Ringform (Differentielle Verschaltung, besseres SNR),
(e) nicht segmentierte Ringform mit Loch (Optischer Durchlass für Spiegelteilbereichsrückseitennutzung mit Spiegelfläche 240)
f) wie b) aber in rechteckiger Form (Abhängig von Kavitätsform und Spiegelgeometrie ermöglicht dies eine optimale Flächenbelegung).

Eine Segmentierung der Elektrode(n) erlaubt insbesondere eine differentielle Verschaltung zur Optimierung der Kapazitätsmessung.
22 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung von wesentlichen Fertigungsschritten gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 2000 eines Verfahrens zur Herstellung von MEMS-Spiegelvorrichtungen, insbesondere von MEMS-Spiegelvorrichtungen 100 gemäß 1. In jeweils entsprechend abgewandelter oder ergänzter Form können die Schritte oder Schrittfolgen dieses Verfahrens auch zur Herstellung weiterer, insbesondere der vorausgehend im einzelnen beschriebenen Ausführungsformen 200 bis 1900 verwendet werden.
Die nachfolgend im einzelnen beschriebenen Verfahrensschritte 2005 bis 2045 sowie 2060 stellen zum Zwecke der Übersichtlichkeit jeweils nur eine MEMS-Spiegelvorrichtung 100 bzw. deren Vorprodukte dar. Im Rahmen des Verfahrens 2000 findet jedoch tatsächlich (in Analogie zur Chipfertigung in der Halbleiterindustrie, bei der eine Vielzahl von Chips auf einem einzigen Wafer gleichzeitig prozessiert wird) bis einschließlich des Schritts 2050 ein simultanes Prozessieren mehrerer solcher MEMS-Spiegelvorrichtungen 100 bzw. von deren Zwischenprodukten auf Basis eines gemeinsamen Substrats bzw. Substratstapels statt (vgl. Schritt 2050, in dem mehrere solcher Zwischenprodukte nebeneinander auf Basis von gemeinsamen Substraten angeordnet sind).
Ein erster Verfahrensabschnitt mit den Schritten 2005 bis 2030 betrifft die Fertigung einer das erste Glassubstrat 120 tragenden Bodengruppe. Dieser erste Verfahrensabschnitt beginnt mit einem Schritt 2005, in dem ein scheibenförmiges Substrat 115, das je nach Bauform insbesondere aus einem Glaswerkstoff oder aus einem Halbleitermaterial, wie etwa Silizium, gefertigt sein kann und das insbesondere eine runde Waferform oder eine rechtwinklige Panelform aufweisen kann, bereitgestellt wird.
Sodann wird mittels eines Glasstrukturierungsprozesses 2010, der insbesondere ein laserbasiertes Ätzverfahren, wie etwa ein Laser Induced Deep Etching, (LIDE) - Ätzverfahren sein oder beinhalten kann, das Substrat 115 als Abstandssubstrat 115 strukturiert. Dabei wird in dem Substrat 115 je zu fertigender MEMS-Spiegelvorrichtung 100 eine Kavität ausgebildet, die später eine Seitenwand des jeweiligen Hohlraumbereichs 175b definiert. Das scheibenförmige Substrat 115 aus dem Schritt 2005 ist so groß gewählt, dass auf seiner Basis eine Mehrzahl von lateral benachbart angeordneten MEMS-Spiegelvorrichtungen 100 gefertigt werden können (vgl. Schritt 2050). Insbesondere kann das Substrat 115 eine Fläche von 100 cm², bevorzugt von 1000 cm² oder mehr, aufweisen.
In einem weiteren Schritt 2015 werden in einem weiteren Substrat 110, das später die jeweiligen Bodenplatten der MEMS-Spiegelvorrichtungen 100 bilden wird, elektrische Kontaktlöcher (Vias) 185 zur Kontaktierung der jeweiligen Bodenelektrode 180 der späteren MEMS-Spiegelvorrichtung 100 auf bekannte Weise ausgebildet, wozu in Abhängigkeit vom verwendeten Substratmaterial des Substrats 110 ein entsprechend geeigneter Strukturierungsprozess, wie etwa ein Trockenätzprozess (z.B. Reaktives lonenätzen, RIE) oder wieder auch etwa wieder ein LIDE-Verfahren gewählt werden können.
Nach dem Ausbilden der Vias 185 im Bodensubstrat 110 wird dieses mit dem aus Schritt 2010 resultierenden Abstands- bzw. Spacersubstrat 115 mittels eines geeigneten, in der Regel materialabhängigen, Substratverbindungsprozesses, beispielsweise eines Waferbondingprozesses, verbunden. Falls beide Substrate 110 und 115 jeweils Glassubstrate sind, kann hier insbesondere ein Glas-Frit-Bondingprozess zur Anwendung kommen.
Sodann werden in einem weiteren Schritt 2025 innerhalb der durch das Abstandssubstrat 115 gebildeten Kavitäten und auf Bodensubstrat 110 je zu fertigender MEMS-Spiegelvorrichtung ein oder mehrere Bodenelektroden 180 ausgebildet, sodass diese mit jeweils zumindest einem zugeordneten Via 185 in elektrischem Kontakt stehen und auf diese Weise kontaktiert werden.
Schließlich werden in einem weiteren Schritt 2030 noch auf der der bzw. kurz den Bodenelektroden 180 gegenüberliegenden Seite des Bodensubstrats 110 Lötbälle (Lötbumps) an den Enden der Vias 185 ausgebildet, um eine spätere Kontaktierung, hier speziell mit einem Piezoaktuator 105, zu ermöglichen. Damit ist die, jedoch noch nicht vereinzelte, Bodengruppe als Zwischenprodukt vorgefertigt.
In einem zweiten Verfahrensabschnitt wird das erste Glassubstrat 120, welches insbesondere den MEMS-Spiegel 140 trägt, hergestellt. Zunächst wird dabei im Schritt 2035 ein geeignetes Glassubstrat 120 bereitgestellt, dessen Ausmaße insbesondere denen des Substrats 110 bzw. 115 entsprechen können. Als Glaswerkstoff kommen insbesondere ein Silikatglas, wie etwa ein Borosilikatglas, oder ein Quarzglas in Frage.
Auf dem Glassubstrat 120 wird an geeigneter Stelle je zu fertigender MEMS-Spiegelvorrichtung 100, beispielsweise auf Basis eines Lithographie- und Strukturierungsprozesses, selektiv eine Metallschicht abgeschieden, um zum einen eine Spiegelfläche 140 für den MEMS-Spiegel und zum anderen ein oder mehrere Anschlusspads 165 zur elektrischen Kontaktierung der Spiegelfläche 140 zu schaffen. Die elektrische Kontaktierung der Spiegelfläche 140 ermöglicht es, die Spiegelfläche 140 zugleich als Topelektrode für die kapazitiven Lagebestimmung des MEMS-Spiegels bzw. des Spiegelteilbereichs 130 des ersten Glassubstrats 120 zu verwenden. Als Teil dieses Metallisierungsprozesses kann auch die Spiegelfläche 140 bearbeitet werden, insbesondere poliert werden, um die gewünschten Spiegeleigenschaften hervorzubringen.
Sodann erfolgt eine Strukturierung des ersten Glassubstrats 120, die insbesondere wieder mittels eines oder mehrerer der vorgenannten Strukturierungsprozesse, insbesondere eines LIDE-Prozesses, erfolgen kann. Dabei werden in dem Glassubstrat 120 je zu fertigender MEMS-Spiegelvorrichtung 100 ein Rahmenteilbereich 125, ein Spiegelteilbereich 130, sowie ein oder mehrere zwischen diesen beiden Bereichen verlaufende Verbindungsstege 135 ausgebildet (vgl. Form des Glassubstrats 120 in 1 (b)), sodass sich insgesamt ein in zumindest zwei räumlichen Dimensionen schwingungsfähiger Spiegelteilbereich 130 als MEMS-Spiegel ausbildet. Ein typischer Durchmesser der Spiegelfläche 140 liegt, beispielsweise im Bereich von 5 bis 50 mm, wobei jedoch auch andere, insbesondere darüber liegende Ausdehnungen, etwa auch bei nicht kreisförmigen Spiegelformen, möglich sind.
In einem dritten Verfahrensabschnitt, der zusammenfassend als Schritt 2050 dargestellt ist, werden die im ersten Verfahrensabschnitt erzeugte Bodengruppe mit den Substraten 110 und 115, das im zweiten Verfahrensabschnitt erzeugte strukturierte erste Glassubstrat 120 sowie je zu fertigender MEMS-Spiegelvorrichtung 100 ein kuppelförmiges zweites Glassubstrat 145 stapelförmig, wie dargestellt, übereinander gesetzt und miteinander verbunden, sodass um jeden Spiegelteilbereich 130 herum ein hermetisch verkapselter Hohlraum 175 entsteht. Im Rahmen des dritten Verfahrensabschnitts 2050 kann dieser Hohlraum 175 insbesondere auch evakuiert werden, wozu dieser Verfahrensabschnitt insbesondere auch bei entsprechenden Vakuumbedingungen stattfinden kann. Als Ergebnis des dritten Verfahrensabschnitts 2050 resultiert eine Mehrzahl von miteinander im Rahmen des gleichen Stapelaufbaus verbundenen, nebeneinander angeordneten Zwischenprodukten, die im Wesentlichen bereits jeweils einer der zu fertigenden MEMS-Spiegelvorrichtungen 100 entsprechen.
In einem vierten Verfahrensabschnitt, der hier als Schritt 2055 dargestellt ist, erfolgt eine Vereinzelung dieser Zwischenprodukte in einzelne Baugruppen.
Schließlich wird in einem fünften Verfahrensabschnitt, der hier zusammenfassend als Schritt 2060 dargestellt ist, aus je einem der Zwischenprodukte eine entsprechende fertige MEMS Spiegelvorrichtung 100 gefertigt, wozu insbesondere bodenseitig noch ein Piezoaktuator 105 als Antriebsvorrichtung für den Spiegelteilbereich 130 mit entsprechenden elektrischen Anschlüssen hinzugefügt wird und die entsprechende elektrische Kontaktierung der Bodenelektrode(n) 180 sowie der zugleich als Spiegelfläche 140 dienenden Topelektrode erfolgt.
Während vorausgehend mehrere beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurden, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewichen wird.
Bezugszeichenliste

100: erste Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung
200: zweite Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung
300: dritte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung
400: vierte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung
500: fünfte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung
600: sechste Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung
700: siebte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung
800: achte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung
900: neunte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung
1000: zehnte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung
1100: elfte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung
1200: zwölfte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung
1300: dreizehnte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung
1400: vierzehnte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung
1500: fünfzehnte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung
1600: sechzehnte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung
1700: siebzehnte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung
1800: achtzehnte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung
1900: neunzehnte Ausführungsform einer MEMS-Spiegelvorrichtung
2000: Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens für MEMS-Spiegelvorrichtungen
105: Piezoaktuator
110: drittes Substrat, Bodenplatte
115: viertes Substrat, Spacerschicht
120: erstes (Glas-)substrat
125: Rahmenteilbereich
130: Spiegelteilbereich
135: Verbindungssteg
140: metallische Spiegelbeschichtung, Spiegelelektrode
145: zweites (Glas-)Substrat, kuppelförmig
150: Substratbondmaterial, z.B. Glass-Frit
155: weiteres Substratbondmaterial, z.B. Glass-Frit
160: Bonddraht
165: Anschlusspad auf erstem (Glas-)substrat 120 zum Anschluss der oberen Elektrode (Top-Elektrode) 140
170: Anschlusspad auf Piezoaktuator 105 zum Anschluss der oberen Elektrode 140
175a: oberer Bereich des Hohlraums 175
175b: unterer Bereich des Hohlraums 175
180: strukturierte, ggf. mehrteilige Bodenelektrode
185: Vias (Through-Glas Vias, TGVs) mit Lot-Bumps zur Kontaktierung des Piezoaktuators
190: Anschlusspads auf Piezoaktuator 105 zum Anschluss der Bodenelelektrode 180
195: Restgasgetterelemente
205: obere Elektrode auf Rahmenteilbereich
210: Spacer/Abstandshalter-Substrat
215: planares Deckelsubstrat
220: Seitenwände
225: planares Glassubstrat, Fenstersubstrat
230: Verstärkungssubstrat für Spiegelteilbereich
235: weiteres Spacer/Abstandshalter-Substrat
240: rückseitige Elektrodenschicht, bei einigen Ausführungsformen Rückseitenspiegel
245: Bodenelektrode für Piezomaterial 250
250: Piezomaterialschicht
255: Topelektrode für Piezomaterial 250
260: Piezoelement mit Piezomaterial 250, Bodenelektrode 245 und Topelektrode 255
265: Leiterplatte
270: Permanentmagnete
275: Detektionsspule
280: Anschlusspad für Detektionsspule
285: Detektions- und Antriebsspulen
290: optischer Sender
295: optischer Empfänger
300: Messstrahlung
305: kuppelförmiges (Boden-)glassubstrat
310: externe Antriebsspule
315: kapselexterner Piezoaktuator
320: Lötbumps
L1: einfallendes Lichtstrahlenbündel
L2: an Kuppel des zweiten Glassubstrats reflektiertes Lichtstrahlenbündel
L3: am Spiegel reflektiertes Lichtstrahlenbündel

Claims

MEMS-Spiegelvorrichtung (100) zur variablen Ablenkung eines einfallenden elektromagnetischen Strahls (L1), wobei die MEMS-Spiegelvorrichtung (100) ein scheibenförmiges und in mehrere Teilbereiche strukturiertes erstes Glassubstrat (120) mit einem zumindest anteilig als MEMS-Spiegel zur Reflektion elektromagnetischer Strahlung ausgebildeten Spiegelteilbereich (130) und einem den Spiegelteilbereich (130) zumindest abschnittsweise umgebenden Rahmenteilbereich (125) aufweist; wobei: der Spiegelteilbereich (130) als ein gegenüber dem Rahmenteilbereich (125) mittels zumindest eines den Spiegelteilbereich (130) und den Rahmenteilbereich (125) verbindenden Verbindungselements (135) in mehreren Dimensionen schwingungsfähig aufgehängter Teilbereich des ersten Glassubstrats (120) ausgebildet ist; die MEMS-Spiegelvorrichtung (100) des Weiteren aufweist: ein zweites Glassubstrat (145), das mit dem ersten Glassubstrat (120) unmittelbar oder mittelbar so verbunden ist, dass es zusammen damit einen den Spiegelteilbereich (130) auf zumindest einer Seite des ersten Glassubstrats (120) umgebenden Hohlraum (175) ausbildet, in den hinein eintauchend der Spiegelteilbereich (130) eine Schwingungsbewegung ausführen kann; und ein drittes Substrat (110; 305), das mit dem ersten Glassubstrat (120) auf dessen dem zweiten Glassubstrat (145) gegenüberliegenden Seite unmittelbar oder mittelbar so verbunden ist, dass es zusammen mit dem zweiten Glassubstrat (145) den Hohlraum (175) so ausbildet, dass er den Spiegelteilbereich (130) beidseitig so umgibt, dass der Spiegelteilbereich (130) in dem Hohlraum (175) die Schwingungsbewegung ausführen kann; der Spiegelteilbereich (130) als beidseitiger MEMS-Spiegel (140, 240) ausgebildet ist; und das dritte Substrat (305) zumindest abschnittsweise eine Kuppelform aufweist.
MEMS-Spiegelvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei das zweite Glassubstrat (145) zumindest abschnittsweise eine Kuppelform aufweist.
MEMS-Spiegelvorrichtung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der Hohlraum (175) als gasdichter Hohlraum (175) ausgebildet ist, in dem ein gegenüber Normalbedingungen geringerer Gasdruck herrscht.
MEMS-Spiegelvorrichtung (200) nach Anspruch 3, des Weiteren aufweisend: ein Restgasgetterelement (195), enthaltend ein chemisch reaktives Material, das in dem Hohlraum (175) angeordnet und dazu konfiguriert ist, etwaige in dem Hohlraum (175) vorhandene Gasteilchen chemisch an das Restgasgetterelement (195) zu binden.
MEMS-Spiegelvorrichtung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, des Weiteren aufweisend ein oder mehrere vierte Substrate (115), die insgesamt eine Spacer-Schicht bilden, über die die jeweilige mittelbare Verbindung des zweiten Glassubstrats (145) oder des dritten Substrats (110) zum ersten Glassubstrat (120) erfolgt.
MEMS-Spiegelvorrichtung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei das erste Glassubstrat oder gegebenenfalls eines der weiteren Glassubstrate aus einem silikat-basierten Glaswerkstoff, einem Quarzglas, oder aus einem Glaswerkstoff, der zwei oder mehr solcher Glaswerkstoffe enthält, gefertigt ist.
MEMS-Spiegelvorrichtung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, des Weiteren aufweisend eine Lagebestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer aktuellen Auslenkungslage des Spiegelteilbereichs (130).
MEMS-Spiegelvorrichtung (100) nach Anspruch 7, wobei die Lagebestimmungseinrichtung konfiguriert ist, zumindest eine der folgenden Messprinzipien zur Lagebestimmung des Spiegelteilbereichs (130) nutzen: - magnetische Induktion aufgrund einer magnetischen Wechselwirkung zwischen einem Permanentmagnet (270) und einem Magnetfeldsensor (275), wobei der Permanentmagnet (270) an oder in dem Spiegelteilbereich (130) angeordnet ist, und der Magnetfeldsensor (275) separat von dem Spiegelteilbereich (130) angeordnet ist, oder umgekehrt; - Erzeugung einer elektrischen Messspannung an einem mit dem Spiegelteilbereich (130) oder seiner Aufhängung (135) mechanisch gekoppelten Piezoelement (260); - optische Lagebestimmung mittels eines optischen Senders (290), der elektromagnetische Strahlung auf den Spiegelteilbereich (130) sendet, und eines optischen Empfängers (295), der die dabei vom Spiegelteilbereich (130) reflektierte Strahlung misst; - elektrische Kapazitätsmessung zwischen zwei Elektroden (140, 180), die so an der MEMS-Spiegelvorrichtung angeordnet sind, dass die zwischen den beiden Elektroden (140, 180) messbare elektrische Kapazität von der aktuellen Auslenkungslage des Spiegelteilbereichs (130) abhängt - Verwendung zumindest eines Dehnungsmessstreifens zur Messung eines Zustands zumindest eines Verbindungselements (135).
MEMS-Spiegelvorrichtung (100) nach Anspruch 8, wobei im Falle der elektrischen Kapazitätsmessung eine der Elektroden auf eine der folgenden Arten ausgebildet ist: - als eine metallische Schicht (140) auf oder in dem Spiegelteilbereich (130), die zumindest abschnittsweise zugleich den MEMS-Spiegel zur Reflektion elektromagnetischer Strahlung (L1) bildet; - als eine metallische Schicht (240) auf oder in dem Spiegelteilbereich, die separat von der den MEMS-Spiegel bildenden Spiegelfläche ausgebildet ist; - als eine metallische Schicht (205) auf oder in dem Rahmenteilbereich (125) des ersten Glassubstrats; - als zumindest ein auf einer Seite des dritten Substrats (110) ausgebildetes Elektrodenelement (180); - als eine in mehrere separate Elektrodenelemente strukturierte Elektrode (180), wobei zumindest zwei der einzelnen Elektrodenelemente differenziell miteinander verschaltet sind.
MEMS-Spiegelvorrichtung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die jeweiligen Glaswerkstoffe von zumindest zwei miteinander verbundenen der Glassubstrate (120; 145) einen gleichen oder einen sich um nicht mehr als 10^-4 K^-1 unterscheidenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.
MEMS-Spiegelvorrichtung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, des Weiteren aufweisend eine Antriebseinrichtung (105; 260; 310; 315), die eingerichtet ist, den Spiegelteilbereich (130) in eine mehrdimensionale Schwingungsbewegung gegenüber dem Rahmenteilbereich (125) zu versetzen.
MEMS-Spiegelvorrichtung (100) nach Anspruch 11, wobei der Spiegelteilbereich (130) so gegenüber dem Rahmenbereich (125) schwingungsfähig aufgehängt ist, dass er bei entsprechender Anregung mittels der Antriebseinrichtung (105; 260; 315) die mehrdimensionale Schwingungsbewegung in Form einer Lissajous-Schwingungsbewegung ausführt.
MEMS-Spiegelvorrichtung (100; 1300; 1900) nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Antriebsvorrichtung einen Piezoaktuator (260; 315) aufweist, der mittelbar über zumindest eines der anderen ein oder mehreren Glassubstrate mechanisch an das erste Glassubstrat (120) gekoppelt ist.
MEMS-Spiegelvorrichtung (100; 1900) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei: der Spiegelteilbereich (130) eine metallische Schicht (140; 240) aufweist, die zumindest abschnittsweise als Spiegelfläche zur Ablenkung des elektromagnetischen Strahls ausgebildet ist; und die metallische Schicht (140; 240) einen oder mehrere der folgenden metallischen Werkstoffe enthält: Aluminium, Gold, Silber.
MEMS-Spiegelvorrichtung (200) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei zumindest eine Seite des ersten Glassubstrats (120) vollflächig metallisch beschichtet ist.
MEMS-Spiegelvorrichtung (800) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, des Weiteren aufweisend ein separates Gehäuse (220; 225) zur Einhäusung der verbundenen Substrate (120; 115) der MEMS-Spiegelvorrichtung.
MEMS-Spiegelvorrichtung (1000) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der Spiegelteilbereich (130) oder der Rahmenteilbereich (125) durch Verbindung mit zumindest einem weiteren Substrat (230) in ihrer Stärke verdickt sind.
Verfahren (2000) zur Herstellung einer MEMS-Spiegelvorrichtung (100), wobei das Verfahren aufweist: Simultanes Ausbilden (2005 bis 2050) einer Mehrzahl gleichartiger MEMS-Spiegelvorrichtungen (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche unter Verwendung zumindest eines allen diesen MEMS-Spiegelvorrichtungen (110) gemeinsamen scheibenförmigen Glassubstrats (120); und Vereinzeln (2055) der MEMS-Spiegelvorrichtungen nach deren simultanen Ausbildung.
Verfahren (2000) nach Anspruch 18, wobei als gemeinsames scheibenförmiges Glassubstrat (120) ein Glassubstrat eingesetzt wird, das vor der Vereinzelung eine rechtwinklige Scheibenform aufweist.
Verfahren (2000) nach Anspruch 18 oder 19, wobei das jeweilige erste Glassubstrat (120) der einzelnen MEMS-Spiegelvorrichtungen (100) aus dem gemeinsamen Glassubstrat durch dessen Strukturierung mittels zumindest eines Glasstrukturierungsprozesses hervorgeht.
Verfahren (2000) nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei eine Strukturierung des gemeinsamen Glassubstrats (120) oder zumindest eines anderen der in den MEMS-Spiegelvorrichtungen jeweils vorhandenen Substrate (110, 115, 145) unter Verwendung eines laserbasierten Ätzverfahrens erfolgt.
Verfahren (2000) nach Anspruch 21, wobei die Strukturierung des gemeinsamen Glassubstrats (120) oder zumindest eines anderen der in den MEMS-Spiegelvorrichtungen (100) jeweils vorhandenen Substrate (110, 115, 145) unter Verwendung eines laserinduzierten chemischen Ätzverfahrens erfolgt.