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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein mikromechanisches Bauelement mit einer schwingfähigen Platte und ein Verfahren zum Herstellen desselben.
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Immer häufiger werden in elektrischen Geräten MEMS (MEMS = Mikro-Electro-Mechanical System) eingesetzt, bei denen mechanische Elemente, wie z. B. Sensoren oder Aktoren, mit elektronischen Schaltungen auf einem Chip bzw. einem Substrat kombiniert werden. Solche MEMS werden beispielsweise als Beschleunigungssensoren für die Auslösung von Airbags verwendet oder in Videoprojektoren zur Ablenkung eines Lichtstrahls. Ein weiterer Einsatz derartiger MEMS ist in sogenannten Mikroscannerspiegeln zur Lichtablenkung.
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Die Herstellungsprozesse für derartige Mikroscannerspiegel verwenden dabei zur Realisierung der auslenkbaren Platten Schichten, deren Dicke typischerweise in einem Bereich von 30 μm bis 100 μm liegt. Bei einigen Anwendungen, wie z. B. Displays (Display = Anzeige), werden die auf auslenkbaren Platten implementierten Spiegelplatten mit einer hohen Schwingungsfrequenz angesteuert. Dabei wird an die bei diesen Anwendungen eingesetzten MEMS die Anforderung gestellt, dass die so implementierten Systeme einen großen Spiegelplattendurchmesser aufweisen, während zugleich ein hoher Ablenkwinkel erzielt werden soll. Dies führt dazu, dass sich die Spiegelplatten aufgrund ihrer Trägheit relativ zu der Winkelbeschleunigung, die sie erfahren, deformieren bzw. verformen.
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Nachteilhaft ist dabei insbesondere, dass ein auf eine deformierte Spiegelplatte einfallender Lichtstrahl gebeugt wird, so dass es in Folge der Beugung an der deformierten Spiegelplatte zu einer Aufweitung eines Lichtstrahlprofils eines reflektierten Lichtstrahls kommt, was auch als Bildung von Satelliten bezeichnet wird. Insbesondere wenn die so realisierten Mikrospiegelsysteme in Displays eingesetzt werden, kann dies zu einer erheblichen Reduzierung der Bildqualität führen, da sich die von den einzelnen Spiegelplatten reflektierten Lichtstrahlprofile teilweise überlappen, so dass sich eine Überlappung der darzustellenden Bildpunkte (Pixel) ergibt.
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8a–b zeigen eine schematische Querschnittsansicht einer Spiegelplatte 11 in einer Ruhelage und in einem deformierten Zustand. 8a zeigt dabei einen nicht-deformierten Zustand 11a der Spiegelplatte 11, wobei der in 8a gezeigte Zustand 11a der Spiegelplatte 11 vor allem in Ruhe oder bei geringen Winkelgeschwindigkeiten vorliegt. Bei einem in 8b gezeigten Zustand 11b der Spiegelplatte 11 ist diese in Folge einer Winkelbeschleunigung um eine senkrecht zur Zeichnungsebene stehende Achse durch die Mitte der Spiegelplatte deformiert bzw. verformt, wobei die Ursache für die Verformung der Spiegelplatte 11 deren Trägheitsmoment ist. Dabei führt die Winkelbeschleunigung zu einem beschleunigenden Drehmoment, dessen Vektor in die Zeichenebene hineingerichtet ist.
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Durch eine Erhöhung der Steifigkeit der Spiegelplatte 11 kann einer Verformung der Spiegelplatte entgegengewirkt werden bzw. eine auftretende Deformation der Spiegelplatte reduziert werden, um einen Einsatz der Spiegelplatte z. B. in Displayanwendungen mit hoher Schwingungsfrequenz zu ermöglichen. Hierzu sind zwei Ansätze bekannt.
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Grundsätzlich kann die Steifigkeit der Spiegelplatte 11 vergrößert werden, indem eine Dicke der Spiegelplatte erhöht wird. Letzteres hat jedoch auch eine Erhöhung des Trägheitsmoments zur Folge, wodurch sich bei gleicher Federstärke die Eigenfrequenz des Schwingungssystems aus Spiegelplatte und Feder erhöht, was wiederum bei vielen Anwendungen nicht akzeptabel ist. Für ein Beibehalten der Eigenfrequenz müsste somit die Federkonstante vergrößert werden, was allerdings wiederum zu einer größeren mechanischen Torsionsspannung in der/den Federn wird. Die Erhöhung der Torsionsspannung ist aber aus Gründen der Zuverlässigkeit nicht erwünscht. Darüber hinaus erfordert ein größeres Trägheitsmoment natürlich auch ein größeres Antriebsmoment, um in einem gleichen Zeitintervall die Spiegelplatte von einer Position in eine andere zu verkippen bzw. schalten.
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Ein weiterer Ansatz, die Steifigkeit einer Spiegelplatte zu erhöhen, ist in 9 gezeigt, die einen Querschnitt eines herkömmlichen mikromechanischen Bauelements 21 erläutert, bei dem eine Spiegelplatte mittels zusätzlicher Strukturen auf ihrer Rückseite versteift wird.
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Das herkömmliche mikromechanische Bauelement 21 weist ein Substrat 23 auf, auf dem ein Rahmenstruktur-Bereich 25 angeordnet ist. Auf einer dem Substrat 23 abgewandten Oberfläche des Rahmenstruktur-Bereichs 25 ist ein Rahmen-Oxid-Bereich 27 gebildet, auf dem wiederum auf einer dem Rahmenstruktur-Bereich 25 abgewandten Oberfläche ein Rahmen-Befestigungsbereich 29 erzeugt ist. Über zwei senkrecht zu der Zeichenebene angebrachte und in der 9 nicht dargestellte Federelemente ist eine rotatorisch aufgehängte Struktur 31 an dem Rahmen-Befestigungsbereich 29 und damit an dem aus dem Rahmenstruktur-Bereich 25, dem Rahmen-Oxid-Bereich 27 und dem Rahmen-Befestigungsbereich 29 gebildeten Rahmen aufgehängt. Die rotatorisch aufgehängte Struktur 31 umfasst einen Basiskörper 33, auf dem auf einer dem Substrat 23 abgewandten Oberfläche des Basiskörpers 33 eine Spiegel-Schicht 35 gebildet ist. Auf einer dem Substrat 23 zugewandten Oberfläche des Basiskörpers 33 ist ein Versteifungs-Oxid-Bereich 37 gebildet, auf dem wiederum auf einer dem Basiskörper 33 abgewandten Oberfläche des Versteifungs-Oxid-Bereichs 37 ein Versteifungs-Element 39 erzeugt ist.
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Das Versteifungs-Element 39 ist dabei so platziert bzw. angeordnet, dass es eine dynamische Deformation des Basiskörpers 33 unterdrücken kann. Aufgrund der schmalen Struktur des Versteifungs-Oxid-Bereichs 37 und des Versteifungs-Elements 39 wird zwar das Trägheitsmoment der rotatorisch aufgehängten Struktur 31 nur in geringem Umfang erhöht, jedoch ist die mechanische Verbindung zwischen dem Versteifungs-Element 39 und dem Basiskörper 33 sehr instabil.
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Der Rahmenstruktur-Bereich 25, der Rahmen-Befestigungsbereich 29, der Basiskörper 33 und das Versteifungs-Element 39 sind aus Silizium hergestellt. Dabei werden für die Herstellung des herkömmlichen mikromechanischen Bauelements 21 sogenannte BSOI-Scheiben (BSOI = Bonded-Silicon-on-Insulator) verwendet. Diese BSOI-Scheiben bestehen dabei typischerweise aus einer 400 μm bis 700 μm dicken einkristallinen unteren Schicht bzw. einer sogenannten Handlelayer (Handlelayer = Handhabungs-Schicht) und einer einkristallinen oberen Schicht bzw. Devicelayer (Devicelayer = Bauelemente-Schicht), deren Dicke typischerweise in einem Bereich von 100 μm bis 200 μm liegt. Die beiden Schichten, nämlich die Handlelayer und die Devicelayer sind, durch eine sogenannte vergrabene Oxidschicht ganzflächig verbunden, in der der Rahmen-Oxid-Bereich 27 und der Versteifungs-Oxid-Bereich 37 implementiert sind, und deren Dicke typischerweise zwischen einigen 10 nm bis 3 μm beträgt. Die Oxidschicht dient im Wesentlichen als Ätzstopp, um die beiden Schichten voneinander unabhängig strukturieren zu können.
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Dabei ergeben sich bei der Herstellung des in 9 gezeigten herkömmlichen mikromechanischen Bauelements eine Reihe von Nachteilen. Zum einen birgt die Anordnung der Spiegel-Schicht 35 auf einer von außen einfach zugänglichen Oberfläche des herkömmlichen mikromechanischen Bauelements 21 die Gefahr einer Verkratzung der Spiegelschicht bei der Herstellung, während das Versteifungs-Element 39 bzw. die Versteifungsstrukturen auf der Rückseite des Basiskörpers 33 bzw. der Spiegelplatte gebildet sind. Denn eine Siliziumscheibe, auf der eine Mehrzahl der miteinander verbundenen herkömmlichen mikromechanischen Bauelemente 21 implementiert ist, liegt z. B. während der Massenfertigung der herkömmlichen mikromechanischen Bauelemente 21 auf der Seite auf, auf der später die Verspiegelung aufgebracht wird bzw. bereits aufgebracht ist. Abhängig von der Prozessführung kann sich die Spiegel-Schicht 35 bereits auf der Vorderseite des Basiskörpers 33 bzw. der Oberfläche des Basiskörpers 33 befinden, wenn die Scheibe mit der Vorderseite während der Fertigung aufliegt, weshalb die Vorderseite bzw. die Oberseite des herkömmlichen mikromechanischen Bauelements 21 in jedem Fall vor einem Verkratzen während der Fertigung des herkömmlichen mikromechanischen Bauelements 21 geschützt werden muss.
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Darüber hinaus sind für eine Herstellung des herkömmlichen mikromechanischen Bauelements zwei voneinander unabhängige Ätzprozessschritte erforderlich, um in einer Ausgangsschicht den Rahmenstruktur-Bereich 25 und das Versteifungs-Element 39 zu erzeugen, die wie aus 9 zu erkennen ist, durch unterschiedliche Höhenniveaus gekennzeichnet sind. Somit ist mindestens ein photolithographischer Schritt bei, der Bearbeitung einer Rückseite der Scheibe zu einem Zeitpunkt bei der Herstellung bzw. an einer Stelle in der Fertigungskette erforderlich, an dem bzw. an der dort bereits Höhenunterschiede bei der Erzeugung der auf der Rückseite des Basiskörpers 33 befindlichen Struktur vorhanden sind. Diese Höhenunterschiede liegen dabei in einer Größenordnung von mehreren 100 μm. Somit werden hohe Anforderungen an die Belackung und Belichtung bei einem Strukturieren bzw. Erzeugen der strukturierten Bereiche des herkömmlichen mikromechanischen Bauelements 21 von einer Seite des Substrats 23 aus gestellt.
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Nachteilhaft ist des Weiteren auch, dass zur Herstellung bzw. Bildung des Versteifungs-Elements 39 kein Ätzstopp verwendet werden kann. Die Höhe des Versteifungs-Elements muss daher über die Prozessdauer eingestellt werden und unterliegt damit einer über die Scheibe auftretenden signifikanten Variation der Ätzrate bzw. den bei der Fertigung auftretenden Inhomogenitäten in der Ätzrate. Da die Höhe des Versteifungs-Elements 39 bzw. die Struktur das Trägheitsmoment der mechanisch aufgehängten Struktur 31 beeinflusst, kommt es daher zu einer Variation der Resonanzfrequenz über die Mehrzahl der herkömmlichen mikromechanischen Bauelemente 21 auf der Scheibe. Wenn an das herkömmliche mikromechanische Bauelement die Anforderung einer geringen Toleranz des Werts der Resonanzfrequenz bzw. eine genau Definition der Resonanzfrequenz gestellt wird, so geht dies einher mit einer geringen Ausbeute bei der Fertigung des herkömmlichen mikromechanischen Bauelements 21 in Folge der auftretenden Inhomogenitäten der Ätzrate über die Scheibe.
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Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass ein Schwerpunkt der aufgehängten Struktur 31 nicht auf einer Achse durch das hier nicht gezeigte Federelement liegt, da das Federelement in der gleichen Schicht wie der Basiskörper 33 und der Rahmen-Befestigungsbereich 29 implementiert sind. Dies führt bei einem Betrieb des herkömmlichen mikromechanischen Bauelements dazu, dass zusätzliche unerwünschte Schwingungsmoden auftreten können. Diese unerwünschten Schwingungsmoden können bei der Anwendung des herkömmlichen mikromechanischen Bauelements in einem elektronischen System zu unerwünschten Effekten führen und stellen zusätzlich eine mechanische Belastung der Aufhängungen bzw. der Federelemente dar, wodurch z. B. die Zuverlässigkeit bzw. die Lebensdauer des herkömmlichen mikromechanischen Bauelements 21 reduziert ist.
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Nachteilhaft ist an dem herkömmlichen mikromechanischen Bauelement 21 und im speziellen an dessen Aufbau außerdem, dass die Versteifungsstruktur durch das Versteifungs-Element 39 gebildet ist, das über der den Versteifungs-Oxid-Bereich 37 mit dem Basiskörper 33 verbunden ist, wobei die während der Schwingung auftretenden mechanischen Belastungen, wie z. B. Zug- oder Druckspannungen zu der Zerstörung des Bauelements führen können, indem sie z. B. eine Ablösung des Versteifungs-Elements 39 von dem Basiskörper 33 hervorrufen. Denn insbesondere, wenn der Basiskörper 33 und das Versteifungs-Element 39 als einkristallines Silizium ausgeführt sind, führt die auftretende mechanische Spannung zu einem Lösen des Versteifungs-Elements 39 von dem Basiskörper 33, da die maximal akzeptable Zugspannung für die Dauerbelastung des in der dazwischen liegenden Oxidschicht ausgeführten Versteifungs-Oxid-Bereichs deutlich unter einem Wert der maximal akzeptablen Zugspannung für einkristallines Silizium liegt. Somit ist eine Zuverlässigkeit der mechanischen Verbindung zwischen dem Versteifungs-Element 39 und dem Basiskörper 33 reduziert und damit eine Festigkeit des herkömmlichen mikromechanischen Bauelements verringert.
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Eine Veröffentlichung von Chang-Hyeon Ji, Moongoo Choi, Sang-Cheon Kim, See-Hyung Lee, Seong-Hyok Kim, Youngjoo Yee und Jong-Uk Bu ”An electrostatic scanning micromirror with diaphragm mirror plate and diamond shaped reinforcement frame”, Journal of Micromechanics and Microengineering, 7. April 2006, zeigt eine schematische Ansicht eines mikromechanischen Bauelements mit einer auslenkbaren Spiegelplatte. Das mikromechanische Bauelement ist auf einem SOI-Wafer implementiert, wobei in einer Device-Layer ein diamanten-förmiger Rahmen und ein Elektrodenbereich gebildet sind. Die Spiegelplatte ist dabei auf dem Rahmen aufgebracht, während in der Device-Layer lateral neben dem Rahmen ein Elektrodenbereich strukturiert ist. Die dort gebildeten Elektroden sind so strukturiert, dass beim Anlegen einer Spannung zwischen diesen Elektroden und statischen Elektroden, die in einem Bereich unterhalb der Isolationsschicht gebildet sind, sich auf den statischen Elektroden und den beweglichen Elektroden des Elektrodenbereichs in der Device-Layer Ladungen entgegengesetzten Vorzeichens beim Anlegen einer Spannung bilden. Die Ladungen entgegengesetzten Vorzeichens ziehen sich dann an, so dass sich die Elektroden überlappen und es zu einer Auslenkung des beweglichen Rahmens kommt.
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Nachteilhaft ist bei dem in der Veröffentlichung vorgestellten Spiegel, dass dadurch, dass die Spiegelplatte auf einer Seite der Platte angeordnet ist, die keine Vertiefungen aufweist und in der nicht die diamantenförmigen Ausnehmungen gebildet sind, die Spiegelplatte in aufwendiger Weise in einer in dem SOI-Wafer gebildeten Aushöhlung aufgebracht werden muss. Ein weiterer Nachteil des in der Veröffentlichung gezeigten mikromechanischen Spiegels besteht darin, dass der so ausgeführte mikromechanische Spiegel nur in aufwendiger Weise an einer Platine befestigbar ist, da die reflektierende Schicht in der Aushöhlung angeordnet ist, so dass der mikromechanische Spiegel derart angeordnet werden muss, dass der Lichtstrahl uneingeschränkt auf den mikromechanischen Spiegel auftreffen kann. Dies erfordert ein aufwendiges Befestigen des mikromechanischen Spiegels an der Platine.
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In Nee et al: „Leightweight, optically flat micromirrors for fast beam steering”, Optical MEMS, IEEE/LEOS Conference, 21.–24. August 2000, S. 9 und 10, wird die Herstellung eines Mikrospiegels mit sehr dünner Membran beschrieben. Zur Herstellung der dünnen Membran wird der Spiegelbereich des Spiegels bis auf einen Rahmen und bis hinab zu einer Opferschicht weggeätzt, woraufhin dieser Bereich durch eine dünne Polysiliziumschicht gebildet wird. Die Opferschicht wird hernach entfernt und eine Verspiegelung aus beispielsweise Gold wird vorgesehen. Das leichtere Gewicht der Membran sorge für weniger dynamische Deformation bei gleichzeitig höherer Resonanzfrequenz.
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Die
US 2005/0179985 A1 beschäftigt sich mit einer optischen Ablenkvorrichtung und einem Verfahren zum Herstellen derselben. Insbesondere geht die Druckschrift von einem Stand der Technik aus, bei dem solche Ablenkvorrichtungen entweder durch einen elektrostatischen Antrieb oder einen magnetischen Antrieb angetrieben wurde. Die elektrostatischen Antriebe seien u. a. aufgrund des begrenzten Ablenkwinkelbereichs nachteilhaft. Optische Ablenkvorrichtungen mit magnetischen Antrieben gemäß früheren Realisierungen besäßen die Nachteile, dass der einseitig aufgebrachte Permanentmagnet auf der Platte zur Erzielung eines größeren Drehmoments zu einer Verschiebung des Schwerpunkts der Ablenkplatte führe, weshalb keine stabile Drehschwingung erzielt werden könne. Die Druckschrift schlägt vor, eine optische Abtastvorrichtung mit magnetischem Antrieb zu realisieren, indem die Platte mit Ausnehmungen versehen wird, in denen sich ein Permanentmagnet befindet, wodurch das Drehmoment um die Torsionsachse reduziert wird. Es wird auch ein Ausführungsbeispiel beschrieben, wonach der Permanentmagnet die Ausnehmungen lediglich überdeckt, um Hohlräume zu bilden, wobei hierzu ausgeführt wird, dass die Reduktion der Starrheit der beweglichen Platte, wie sie durch das Vorsehen der Ausnehmungen bewirkt werde, effektiv durch den Permanentmagneten kompensiert werden könnte, und zwar mit weniger Permanentmagnetmaterial.
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In Walter et al: „Improved layout for a resonant 2D Micro Scanning Mirror with low Operation voltages”, SPIE-INT, Bd. 4985, 2003, S. 72–82, wird ein verbessertes Layout für einen resonanten 2D-Mikroabtastspiegel mit niedrigen Betriebsspannungen beschrieben. Die Herstellung basiert auf BSOI-Wavern. Gräben werden in der SOI-Schicht gebildet und nach einer thermischen Oxidation mit Polysilizium wieder aufgefüllt. Auch in der
WO 03/036737 A2 werden mit Versteifung versehene Oberflächen-mikrohergestellte Strukturen beschrieben.
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Die
US 2005/0139542 A1 bezieht sich auf versteifte, mikrogefertigte Oberflächenstrukturen und ein Verfahren zum Herstellen derselben. Ein Siliziumsubstrat wird zuerst geätzt, um eine Form zu erzeugen, die eine Mehrzahl von Gräben oder Rillen in einer Gitterkonfiguration enthält. Opferoxid wird dann auf dem Siliziumsubstrat gewachsen und dann wird ein Versteifungsbauglied (Siliziumnitrid) über der Oberfläche des Substrats aufgebracht, wodurch die Rillen mit Siliziumnitrid verfüllt werden. Das Siliziumnitrid wird strukturiert, um mechanische Bauglieder zu bilden und Metall wird dann aufgebracht und strukturiert, um die Anschlussleitungen und Kondensatoren für elektrostatische Betätigung mechanischer Bauglieder zu bilden. Das darunter liegende Silizium und die Opferoxide werden entfernt durch Herausätzen der Form unter den hergestellten, mikrobearbeiteten Vorrichtungen, was freistehende Siliziumnitridvorrichtungen mit vertikalen Rippen übrig lässt. Die Vorrichtungen zeigen eine erhöhte ungeplante Biegesteifigkeit aufgrund des Vorhandenseins von Versteifungsrippen. Biaxiale Siliziumnitrid-Richtspiegel mit Versteifungsrippen sind ebenfalls beschrieben.
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Die
DE 10 2004 005 804 A1 beschreibt ein Verfahren, das die Verfüllung von Isolationsgräben unter ausschließlicher Nutzung von CMOS-Standardprozessen ermöglicht. Dabei wird zur Grabenverfüllung nur Siliziumoxid verwendet. Es verbleiben Hohlräume im Grabeninneren, was aus Gründen der Reduzierung elastischer Spannungen als Vorteil angesehen wird. Die Tiefenlage des Verschlusspunkts eines verbleibenden Hohlraums ist steuerbar. Der Verschlusspunkt wird so tief unter die Oberfläche gelegt, dass ein nachträgliches Öffnen der Hohlräume bei den folgenden Prozessschritten sicher verhindert wird. Das Verschließen des verbleibenden Hohlraums erfolgt mit einem Abscheidungsverfahren, das bei niedrigem Druck arbeitet. Das Verfahren zur Verfüllung von Isolationsgräben nutzt. CVD-Abscheidungen und RIE-Ätzungen.
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Die
US 6,303,464 B1 beschreibt ein reduziertes Kapazitätsverbindungssystem. Eine erste Metallschicht ist auf einer vorbestimmten Ebene über einer ersten dielektrischen Schicht gebildet, die auf einem Halbleitersubstrat gebildet ist. Die erste Metallschichtebene bildet mehrere Verbindungsleitungen, wobei jede Verbindungsleitung von jeder benachbarten Verbindungsleitung durch einen Graben getrennt ist, was einen Graben mit einem höchsten Seitenverhältnis umfasst. Eine zweite dielektrische Schicht ist auf der ersten Metallschicht und in den Gräben zwischen den Verbindungsleitungen derart gebildet, dass ein eingeschlossener Leerraum mit einer leeren Spitze, im Wesentlichen gleich auf mit der Oberseite der Metallschicht, in zumindest jedem Graben gebildet ist, der ein Seitenverhältnis über einem vorbestimmen Minimalseitenverhältnis aufweist, wobei der eingeschlossene Leerraum in dem Graben mit dem höchsten Seitenverhältnis ein Leerraumvolumen aufweist, das zumindest 15% des Volumens des Grabens ist.
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Die
US 2006/0228866 A1 beschreibt Verfahren, bei denen Oxid in Öffnungen in einem Dreischrittprozess gebildet wird. Ein erster Schritt ist die Aufbringung von Oxid unter einem größeren Druck als 15 mTorr. Ein zweiter Schritt ist das Entfernen eines Abschnitts des Oxids mit einem Ätzen. Ein dritter Schritt ist eine Oxidaufbringung unter einem Druck von weniger als oder gleich 10 mTorr. Der methodische Ansatz der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden zum Bilden von mit Gräben versehenen Isolationsregionen, so wie z. B. Isolationsregionen mit seichten Gräben.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mikromechanisches Bauelement mit einer beweglichen Spiegelplatte und ein Verfahren zum Herstellen desselben zu schaffen, wobei das mikromechanische Bauelement verbesserte Eigenschaften aufweist und/oder kostengünstiger bzw. einfacher herzustellen ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein mikromechanisches Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1, 35, 37 und 41 und ein Verfahren zum Herstellen desselben gemäß einem der Ansprüche 27, 38, 40 und 42 gelöst.
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Die vorliegende Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauelement mit einer Schicht, die strukturiert ist, um eine Feder und eine mittels der Feder schwingfähig aufgehängte Platte zu bilden, wobei in der Platte zumindest eine Ausnehmung gebildet ist und auf einer Oberfläche der Platte eine Abdeck-Schicht angeordnet ist, die die Ausnehmung an der Oberfläche verschließt. Zugleich schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements, das ein Strukturieren einer Schicht, so dass sich in der Schicht eine Feder, eine mittels der Feder schwingfähig aufgehängte Platte und ein Rahmenabschnitt bilden, der über die Feder mit der Platte verbunden ist, ein Bilden einer Ausnehmung in der Platte und ein Aufbringen einer Abdeck-Schicht auf einer Oberfläche der Platte, die die Ausnehmung an de Oberfläche verschließt, umfasst.
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Dadurch dass bei dem mikromechanischen Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung in der Platte eine Ausnehmung gebildet ist, kann das erfindungsgemäße mikromechanische Bauelement eine Platte mit einer höheren Dicke aufweisen, ohne dass eine Masse bzw. ein Trägheitsmoment der Platte erhöht ist. Aufgrund der größeren Dicke der Platte weist die Platte eine höhere Steifigkeit auf, wodurch eine Wahrscheinlichkeit, dass sich die Platte in Folge einer Winkelbeschleunigung deformiert, reduziert ist. Somit lassen sich mikromechanische Bauelemente herstellen, bei denen die Platte trotz einer erhöhten Steifigkeit dasselbe Trägheitsmoment aufweist, wodurch bei gleichbleibender Federkonstante einer Aufhängung bei dem mikromechanischen Bauelement eine Änderung der Eigenfrequenz des mikromechanischen Bauelements vermieden werden kann.
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Anders ausgedrückt lässt sich eine Erhöhung der Steifigkeit der Platte durch eine Erhöhung der Dicke der Platte erzielen, während zugleich durch ein Wegätzen bestimmter Plattenteile bzw. einem Bilden von Ausnehmungen in der Platte durch eine derart erzeugte Struktur das Trägheitsmoment der Platte konstant gehalten werden kann bzw. gegenüber einer dicken Platte ohne Ausnehmung reduziert ist. Ein niedriges Trägheitsmoment bzw. eine Reduktion des Trägheitsmoments der Platte ist dabei erforderlich, um eine hohe Schwingungsfrequenz des mikromechanischen Bauelements zu erzielen und einen Betrieb mit einer geringen Antriebskraft bzw. eine Auslenkung der Platte mit geringem Kraftaufwand zu ermöglichen. Dabei kann die schwingfähig aufgehängte Platte mit einem gleich großen Antriebsmoment im gleichen Zeitintervall von einer Position in eine andere verkippt werden, da das Trägheitsmoment der Platte eben trotz erhöhter Steifigkeit konstant bleibt.
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Aus diesem Grund ist es nicht erforderlich, in Folge eines Einsatzes einer dickeren Platte bei dem mikromechanischen Bauelement die Federkonstante bei dem mikromechanischen Bauelement zu erhöhen, um die Auswirkungen der dickeren Platte zu kompensieren. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da eine Erhöhung der Federkonstanten einhergeht mit größeren mechanischen Torsionsspannungen in Federelementen, was aus Zuverlässigkeitsgründen unerwünscht ist.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei dem mikromechanischen Bauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Federelemente und die Ausnehmung in der Platte in einem einzigen Verfahrensschritt gemeinsam strukturiert werden können, was eine effizientere Fertigung des mikromechanischen Bauelements gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht.
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Vorteilhaft ist bei einem mikromechanischen Bauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, dass die Verspiegelung in einer Vertiefung, wie z. B. einer Aushöhlung in der Rahmenstruktur angeordnet werden kann, wodurch eine Wahrscheinlichkeit eines Verkratzens der Verspiegelung während der Herstellung des mikromechanischen Bauelements reduziert ist. Dies ermöglicht mikromechanische Bauelemente mit einer verbesserten Qualität bzw. einer höheren Ausbeute herzustellen, da ein geringerer Anteil der hergestellten mikromechanischen Bauelemente aufgrund von Verkratzungen der Verspiegelung verworfen werden muss. Somit lassen sich die Herstellungskosten bei dem mikromechanischen Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung reduzieren. Da bei dem mikromechanischen Bauelement, wie bereits erläutert, die Platte durch eine höhere Steifigkeit gekennzeichnet ist, ist ein strukturiertes Erzeugen eines Versteifungs-Elements auf der Platte nicht mehr erforderlich, weshalb das erfindungsgemäße mikromechanische Bauelement einfacher zu fertigen ist als das herkömmliche mikromechanische Bauelement 21.
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Die monolithische Ausführung der Platte zusammen mit der Versteifungsstruktur führt auch bei einer dauerhaften Schwingungsbelastung nicht zu einem Ablösen des Versteifungs-Elements von der Platte bzw. dem Basiskörper 33 im Gegensatz zu dem herkömmlichen mikromechanischen Bauelement 21. Somit weist das so aufgebaute schwingende Element bei dem erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauelement eine höhere Stabilität auf als bei dem herkömmlichen mikromechanischen Bauelement 21.
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Darüber hinaus lässt sich bei der Herstellung eines mikromechanischen Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Fertigungsausbeute erhöhen, wobei eine Mehrzahl der mikromechanischen Bauelemente auf einer Scheibe angeordnet ist, da sich die mikromechanischen Bauelemente mit einer homogenen Verteilung der Dicken der Platten und der Tiefen der Ausnehmungen in den Platten über die gesamte Scheibe bzw. den gesamten Wafer hinweg in einfacherer Weise herstellen lassen, und somit das Trägheitsmoment der Platten in dem Verbund der mikromechanischen Bauelemente über den gesamten Wafer hinweg eine homogene Verteilung aufweist. Dies ermöglicht mikromechanische Bauelemente gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer hohen Ausbeute herzustellen.
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Zugleich verläuft bei dem erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauelement, das ja kein von der Platte hervorstehendes Versteifungs-Elemente aufweist, die Achse durch den Schwerpunkt und zugleich durch die Federelemente, an denen die Platte aufgehängt ist, was dazu führt, dass keine parasitären Schwingungsmoden auftreten. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da die parasitären Schwingungsmoden sich störend auf eine Funktionalität des mikromechanischen Bauelements auswirken und zugleich eine Verringerung der Zuverlässigkeit und der Lebensdauer des mikromechanischen Bauelements nach sich ziehen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1a eine Querschnittsansicht eines Vergleichsbeispiels einer Spiegelplatte bei einem mikromechanischen Bauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei eine Ausnehmung in einer Platte und eine Verspiegelung auf einander abgewandten Oberflächen der Platte angeordnet sind;
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1b eine Draufsicht von oben auf das in 1a dargestellte Vergleichsbeispiel einer Spiegelplatte;
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2 eine Querschnittsansicht eines mikromechanischen Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3 eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer Spiegelplatte bei einen mikromechanischen Bauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei eine Abdeck-Schicht und eine Verspiegelung auf einander abgewandten Oberflächen einer Platte angeordnet sind;
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4 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Spiegelplatte bei einem mikromechanischen Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei eine Abdeck-Schicht zwischen einer Verspiegelung und einer Platte angeordnet ist;
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5 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Spiegelplatte mit Durchgangsöffnungen bei einem mikromechanischen Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung;
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6 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Spiegelplatte mit symmetrisch angeordneten Sacklöchern bei einem mikromechanischen Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung;
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7A einen Ablauf eines Verfahrens zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements gemäß der vorliegenden Erfindung;
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7B einen Ablauf eines weiteren Verfahrens zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements gemäß der vorliegenden Erfindung;
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7C bis E Draufsichten weiterer Ausführungsbeispiele von Spiegelplatten zur Veranschaulichung weiterer Möglichkeiten der Anordnung der Ausnehmungen;
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8a eine Spiegelplatte in Ruhelage;
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8b eine aufgrund einer hohen anliegenden Winkelbeschleunigung deformierte Spiegelplatte;
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9 eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen mikromechanischen Bauelements.
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In 1a ist eine Querschnittsansicht eines Vergleichsbeispiels einer Spiegelplatte 51 bei einem mikromechanischen Bauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt, die hier zylinderförmig ist. Die Spiegelplatte 51 umfasst eine Grundplatte 53, in der eine Mehrzahl von Sacklöchern 55 unterschiedlicher Breite gebildet ist, wobei die Sacklöcher 55 auf einer Vorderseite der Grundplatte 53 gebildet sind und auf einer Rückseite bzw. einer der Vorderseite abgewandten Oberfläche der Grundplatte 53 eine Verspiegelung 57 gebildet ist. Die Grundplatte 53 besteht aus einem Basisbereich 53a und mehreren hervorstehenden Abschnitten 53b, zwischen denen die Ausnehmungen 55 angeordnet sind. Am linken und rechten Rand der Spiegelplatte 51 ist in 1a zu erkennen, wie die Spiegelplatte 51 an einem Rahmen 79 über Torsionsfedern 81 aufgehängt ist, wobei Rahmen 79 und Federn 81 in der selben Schicht wie die Platte 53 gebildet sind. über die Federn 81 bzw. den Rahmen 79 sind die Grundplatte 53 und damit die Spiegelplatte 51 an einem mikromechanischen Bauelement befestigt, wobei in 1a nur ein Ausschnitt aus dem mikromechanischen Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.
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1b zeigt eine Draufsicht auf die in 1a gezeigte kreisförmige Spiegelplatte 51 und somit wiederum einen Ausschnitt aus dem mikromechanischen Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung. In der Draufsicht in 1b sind die Sacklöcher 55 unterschiedlicher Breite in der Grundplatte 53 dargestellt. Darüber hinaus zeigt 1b einen zwischen dem nur ansatzweise gezeigten Rahmen 79 und der Spiegelplatte 53 gebildeten Graben 59, der die Platte 51 unterbrochen durch die Federn 81 umgibt, und in Dickerichtung sich vollständig durch die Schicht 53 erstreckt. Die Spiegelplatte 51 ist über den Rahmen 79 beispielsweise an einem Substrat angebracht, wie es im folgenden Bezug nehmend auf 2 gezeigt ist, so dass sie Platte 51 um die einander gegenüberliegenden Federn 81 schwingfähig aufgehängt ist.
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Wie es zu erkennen ist, sind die Ausnehmungen bzw. Sacklöcher 55 lateral spiegelsymmetrisch zu einer durch eine Mitte der Platte 51 verlaufenden Ebene angeordnet, wie zu der in 1b gezeigten Schnittebene von 1a. In dieser Eben sitzen die Federn 81. Die Verspiegelung 57 ist mittig zu den Federn 81 angebracht.
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Bei dem in 1a–b gezeigten Vergleichsbeispiel ergibt sich der Nachteil, dass die so ausgeführte Platte auf einer Oberfläche, die wie später noch erläutert wird, sogar eine Außenfläche des mikromechanischen Bauelements darstellt, Aushöhlungen bzw. Gräben aufweist, und somit eine unebene Oberfläche aufweist. Die Spiegelplatte ist daher bei dem Vergleichsbeispiel wie in 1a gezeigt, auf einer glatten Oberfläche auf der Unterseite der Platte 53 aufzubringen. Nachteilhaft ist an der Ausführungsform der Platte 51, dadurch dass die Verspiegelung 57 auf der Unterseite angeordnet ist, diese, wie später noch erläutert wird, auf einer einem Substrat des mikromechanischen Bauelements zugewandten Fläche der Platte 53 aufzubringen ist, so dass das Bilden der Verspiegelung 57 in einem Hohlraum zwischen dem Substrat, auf dem das mikromechanische Bauelement angeordnet ist, und der Platte aufwendig ist, und zugleich in aufwendiger Weise Vorkehrungen getroffen werden müssen, dass der Lichtstrahl uneingeschränkt auf die Verspiegelung 57 auftreffen kann, um einen störungsfreien Betrieb des mikromechanischen Bauelements, in dem die Spiegelplatte 51 implementiert ist, sicherzustellen.
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Nachteilhaft ist des Weiteren, dass die Spiegelplatte 51 auf einer Oberfläche der Platte 53, die nach der Implementierung in dem mikromechanischen Bauelement an einer Außenseite angeordnet ist, Unebenheiten aufweist, wobei sich in diesen Unebenheiten Rückstände der bei der Fertigung des mikromechanischen Bauelements eingesetzten Substanzen, wie organische Rückstände, Lösungsmittel oder Partikel absorbiert werden können, die die Eigenschaften des Bauelements beeinträchtigen bzw. verschlechtern.
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Nachteilhaft ist an der unebenen Oberfläche der Spiegelplatte 53 außerdem, dass sich bei einem Betrieb des mikromechanischen Bauelements, in dem die Platte 53 implementiert ist bei der Auslenkung der Spiegelplatte 51 an den hervorstehenden Abschnitten 53b und in den zwischen diesen Abschnitten gebildeten Gräben 55 Verwirbelungen bilden, die dazu führen, dass der einer Auslenkung der Spiegelplatte 51 entgegenwirkende Strömungswiderstand erhöht ist. Diese Erhöhung des Strömungswiderstands kann zwar dadurch kompensiert werden, dass eine zur Auslenkung der Platte eingesetzte Kraft erhöht wird, jedoch erhöhen sich durch die Vergrößerung der eingesetzten Kraft die an dem mikromechanischen Bauelement und insbesondere auch an der Platte 53 und der Feder 81 auftretenden mechanischen Spannungen, was zu einer Reduzierung der Zuverlässigkeit und der Lebensdauer des mikromechanischen Bauelements führt. Denn die Wahrscheinlichkeit, dass das mikromechanische Bauelement z. B. in einem Abschnitt der Feder 81 bricht, ist aufgrund der mechanischen Spannungen erhöht.
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Anhand von 2, die eine Querschnittsansicht eines mikromechanischen Bauelements 71 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, wird eine Anwendung der Spiegelplatte 51 indem erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauelement 71 erläutert. Im Folgenden werden gleiche oder gleichwirkende Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Das mikromechanische Bauelement 71 weist ein Substrat 73 auf, auf dem ein Rahmenelement 75 angeordnet ist. Auf dem Rahmenelement 75 ist auf einer dem Substrat 73 abgewandten Oberfläche ein Rahmenoxid 77 gebildet, das als Ätzstoppschicht dient. Auf einer dem Rahmenelement 75 abgewandten Oberfläche des Rahmenoxids 77 ist eine Rahmenbefestigung 79 erzeugt. An der Rahmenbefestigung 79 sind die beiden Federn 81 befestigt, an denen die Grundplatte 53 aufgehängt ist. Auf der Rückseite der Grundplatte ist wie bereits in 1a dargestellt die Verspiegelung 57 gebildet. Die Spiegelplatte 51, die Federn 81 und die Rahmenbefestigung 79 sind in einer Plattenschicht 82 implementiert und können bevorzugt sogar einstückig ausgeführt sein.
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Auf dem Substrat 73 ist eine Elektrode 83a gebildet, während auf einer dem Substrat 73 gegenüberliegenden Oberfläche der Grundplatte 53 eine Gegenelektrode 83b erzeugt ist. Auf dem Substrat 73 sind hier nicht gezeigte Schaltungsstrukturen angeordnet, die zu einer Ansteuerung der Elektrode 83a und der Gegenelektrode 83b dienen.
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Über eine Spannung zwischen der Elektrode 83a und der Gegenelektrode 83b wird eine Ladungsträgerverteilung auf der Elektrode 83a und der Gegenelektrode 83b eingestellt, so dass sich beim Anlegen einer Spannung der Elektrode 83a und der Elektrode 83b Ladungsträger entgegengesetzten Vorzeichens anhäufen. In Folge dieser Ladungsträgeranhäufungen kommt es zu einer Anziehung zwischen der Elektrode 83a und der Gegenelektrode 83b, was zu einer Auslenkung der an den beiden Federn 81 aufgehängten Grundplatte 53 führt. Somit kann über die an den Elektroden 83a, 83b anliegende Spannung eine Auslenkung der Platte 53 und damit eine Ausrichtung der Verspiegelung 57 eingestellt werden. Eine Eigenfrequenz des aus den Federn 81 und der Platte 53 mit der Verspiegelung 57 gebildeten Schwingkörpers hängt von einer Masse des aus der Grundplatte 53 und der Verspiegelung 57 gebildeten Rotationskörpers und einer Federkonstanten der Federn 81 ab.
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Vorteilhaft ist bei dem in 2 gezeigten mikromechanischen Bauelement 71 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, dass eine Dicke der Grundplatte 53 im Vergleich zu einer Dicke des Basiskörpers 33 bei dem herkömmlichen mikromechanischen Bauelement 21 erhöht ist, so dass eine Steifigkeit der Grundplatte 53 in Relation zu einer Steifigkeit des Basiskörpers 33 erhöht ist, während z. B. aufgrund der in der Grundplatte 53 vorhandenen Sacklöcher 55 bzw. Sacköffnungen die Masse der Grundplatte 53 gleich der Masse des Basiskörpers 33 bei dem herkömmlichen mikromechanischen Bauelement 21 ist. Somit ist die Resonanzfrequenz des mikromechanischen Bauelements 71 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gleich der Resonanzfrequenz des herkömmlichen Bauelements 21, während jedoch die Steifigkeit der Grundplatte 53 höher als die Steifigkeit des Basiskörpers 33 ist.
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Darüber hinaus ist das mikromechanische Bauelement 71 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung insofern vorteilhaft, indem die Verspiegelung 57 auf der Rückseite der Grundplatte 53 angeordnet ist, so dass die Verspiegelung sich in einer Vertiefung der in 2 gezeigten Struktur befindet. Dadurch dass die Verspiegelung 57 in einer Vertiefung positioniert ist, kommt es nicht zu einem Verkratzen der Verspiegelung während einer Fertigung des mikromechanischen Bauelements 71 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Massenfertigung, bei der eine Mehrzahl der erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauelemente 71 auf einem Wafer bzw. einer Scheibe miteinander verbunden angeordnet sind und prozessiert werden, da das mikromechanische Bauelement 71 bei einem Aufliegen der Scheibe in der Fertigung nicht an der Verspiegelung 57 mit einer Auflage in Kontakt kommen kann. Ein Verkratzen der Verspiegelung 57 ist somit ausgeschlossen.
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Außerdem ist das mikromechanische Bauelement 71 gemäß der vorliegenden Erfindung einfacher herzustellen als das herkömmliche mikromechanische Bauelement 21, da sich auf der Rückseite der Grundplatte keine Versteifungsstrukturen befinden, die nur in sehr aufwendiger Weise gebildet werden können. Die Bildung der Verspiegelung 57 selbst ist mittels eines einfachen photolithographischen Prozesses möglich, der aufgrund entsprechend hoher Toleranzen bezüglich der Abmessungen der Verspiegelung 57 in einfacher Weise durchgeführt werden kann. Gegebenenfalls kann sogar bei einer Verwendung einer Schattenmaske zur Bildung der Verspiegelung 57 vollständig auf einen photolithographischen Prozess verzichtet werden.
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Vorteilhaft ist bei dem mikromechanischen Bauelement 71 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darüber hinaus, dass die Feder 81 sich über die gesamte Höhe der Grundplatte 53 erstreckt, so dass die Anordnung des Schwerpunkts der aufgehängten Struktur 53, 57 wesentlich naher an der Drehachse ist als beim herkömmlichen mikromechanischen Bauelement 21. Somit werden bei dem mikromechanischen Bauelement 71 die parasitären Schwingungsmoden wesentlich effizienter unterdrückt.
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Die Grundplatte 53 lässt sich bei dem mikromechanischen Bauelement 71 besonders einfach herstellen, wenn wie bei der in 1a gezeigten Detailansicht der Grundplatte 53 die hervorstehenden Abschnitte 53b und der Basisbereich 53a der Grundplatte 53 jeweils als einkristallines Silizium, jedoch mit einem unterschiedlichen Dotierungstyp ausgeführt sind. Dabei können dann die hervorstehende Abschnitte 53b, bzw. die die Versteifungsstrukturen bildende Teilschicht z. B. p-dotiert sein, während der Basisbereich 53a bzw. die untere Teilschicht n-dotiert ist, so dass durch einen Einsatz eines dotierungsselektiven nasschemischen Ätzmittels der Ätzprozess an dem n-dotierten Basisbereich 53a zum Erliegen kommt. Somit können die bei einer Massenfertigung auftretenden Inhomogenitäten der Ätzrate, wenn eine Vielzahl von gemeinsam auf einem Wafer angeordneten mikromechanischen Bauelementen 71 verarbeitet wird, und die damit verbundenen Variationen und Abmessungen der Sacklöcher bzw. der Trägheitsmomente der Grundplatte 53 über die Scheibe hinweg vermieden werden, so dass sich eine homogene Verteilung der Resonanzfrequenzen der auf der Scheibe angeordneten mikromechanischen Bauelemente ergibt.
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Die Spiegelplatte 51 kann bei dem mikromechanischen Bauelement 71 in verschiedenen Ausführungsformen implementiert werden, wie im Folgenden dargelegt wird. 3 zeigt dabei eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer Spiegelplatte 101 bei dem mikromechanischen Bauelement 71 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Darstellung in 3 beschränkt sich dabei auf die Spiegelplatte 101 und zeigt keine weiteren Elemente des mikromechanischen Bauelements 71, an dem die Spiegelplatte 101 befestigt ist. Im Folgenden werden gleiche oder gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen. Des Weiteren beschränkt sich eine Beschreibung des Aufbaus und der Funktionsweise der in 3 gezeigten Spiegelplatte 101 auf eine Beschreibung der Unterschiede zu dem in 1a gezeigten Vergleichsbeispiel einer Spiegelplatte 51.
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Im Gegensatz zu der in 1a gezeigten Spiegelplatte 51 weist die Ausführungsform der Spiegelplatte 101 auf einer Vorderseite eine Abdeck-Schicht 103 auf, die auf einer Oberfläche der Grundplatte 53 abgeschieden ist. Die Abdeck-Schicht 103 erstreckt sich dabei so in die Sacklöcher 55 hinein, dass die Seitenwände der Sacklöcher von der Abdeck-Schicht 103 bedeckt sind, während die Abdeck-Schicht 103 so bei dem Herstellungsprozess auf der Oberfläche der Grundplatte 53 aufgebracht worden ist, dass sie auch die Sacklöcher 55 überdeckt und sich in den Sacklöchern 55 verschlossene Hohlräume 105 bilden. Die Anzahl der Hohlräume 105, deren Abmessungen und deren Anordnung sind dabei entscheidend für die Steifigkeit und die Eigenfrequenz des aus der Grundplatte 53, der Verspiegelung 57 und der Abdeck-Schicht 103 gebildeten Schwingkörpers. Zusätzlich zu der in 1a gezeigten Spiegelplatte 51 ist die Spiegelplatte 101 aufgrund des so erzielten Abschlusses bzw. der so erreichten Versiegelung der Sacklöcher 55 durch eine erhöhte Versteifung gekennzeichnet, da die Abdeck-Schicht 103, die sich über die gesamte Oberfläche der Grundplatte 53 hinweg erstreckt, eine Verbiegung der Grundplatte 53 verhindert, indem sie eine laterale Verschiebung der hervorstehenden Abschnitte 53b in Folge an der Grundplatte 53 auftretender mechanischer Spannungen unterbindet.
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Vorteilhaft ist bei der Spiegelplatte 101, dass sich an der Oberfläche der Grundplatte 53 keine unerwünschten Substanzen, wie z. B. organische Rückstände, Lösungsmittel oder Partikel anlagern bzw. dort absorbiert werden, die die Eigenschaften des mikromechanischen Bauelements 71 negativ beeinträchtigen oder beeinflussen würden, da die Holräume 105 durch die Abdeck-Schicht 103 versiegelt sind.
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In 4 ist ebenfalls eine Ausführungsform einer Spiegelplatte 111 bei einem mikromechanischen Bauelement 71 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Darstellung beschränkt sich dabei wiederum auf die Spiegelplatte 111, die an dem mikromechanischen Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung, wie bei 2 ausgeführt, angebracht ist. Im Folgenden werden gleiche oder gleichwirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Des Weiteren beschränkt sich eine Beschreibung des Aufbaus und der Funktionsweise der in 4 gezeigten Ausführungsform der Spiegelplatte 111 auf eine Beschreibung der Unterschiede zu dem Aufbau und der Funktionsweise zu der in 3 gezeigten Spiegelplatte 101.
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Im Gegensatz zu der in 3 gezeigten Spiegelplatte 101 ist die Verspiegelung 57 nicht auf der Rückseite der Grundplatte 53 aufgebracht, sondern auf der Abdeck-Schicht 103 angeordnet. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei der Herstellung des mikromechanischen Bauelements 71, da sämtliche Verfahrensschritte zur Bearbeitung der Grundplatte 53 von der Oberseite aus bei den z. B. auf der Scheibe angeordneten, mikromechanischen Bauelementen 71 ausgeführt werden können. Insbesondere ist auch ein Ätzen, um einen Hohlraum zwischen dem Substrat 73, der Rahmenstruktur 75, 79 und der Spiegelplatte 111 zu bilden, bei den mikromechanischen Bauelementen 71 durch ein Ätzen über die zwischen der Spiegelplatte 111 und der Rahmenbefestigung 79 gebildeten Gräben 59 möglich, so dass nunmehr keine Prozessschritte auf der Rückseite der Scheiben ausgeführt werden müssen, um z. B. wie bei dem herkömmlichen Bauelement 21 Versteifungs-Elemente herzustellen oder die Verspiegelung 57 zu erzeugen. Stattdessen ist die Verspiegelung 57 direkt auf die Abdeck-Schicht 103 aufgebracht.
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Selbst die in Folge der Hohlräume 105 auftretenden Vertiefungen in der Abdeck-Schicht 103, die bei dem lateralen Zuwachsen der Sacklöcher 105 entstehen, können durch eine geeignete Wahl der Schichtdicke der Abdeck-Schicht 103 vermieden werden. Denkbar ist auch auf der Abdeck-Schicht 103 vor einem Aufbringen der Verspiegelung 57 eine Schicht mit einer planarisierenden Wirkung anzuordnen, so dass die Verspiegelung auf der planaren Oberfläche dieser Schicht gebildet wird. Eine weitere Möglichkeit, die Vertiefungen in der Abdeck-Schicht bei der Herstellung der Platte 111 zu vermeiden, besteht darin, die Abdeck-Schicht 103 vor einem Aufbringen der Verspiegelung 57 mittels eines CMP-Verfahrensschritts (CMP-Verfahrensschritt = Chemisch-mechanisches-Polieren-Verfahrensschritt) zu behandeln und die Vertiefungen in der Abdeck-Schicht 103 damit zu entfernen.
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In 5 ist eine Modifikation der in 4 gezeigten Ausführungsform der Spiegelplatte 111 gezeigt, eine Spiegelplatte 121. Im Folgenden werden gleiche oder gleichwirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Des Weiteren beschränkt sich eine Beschreibung des Aufbaus der Spiegelplatte 121 auf eine Beschreibung der Unterschiede des Aufbaus der Spiegelplatte 121 zu dem Aufbau der Spiegelplatte 111. Wie bei 4 gilt auch für die Spiegelplatte 121, dass diese an dem mikromechanischen Bauelement 71 gemäß der vorliegenden Erfindung in der unter 2 erläuterten Art und Weise befestigt ist. Im Gegensatz zu der Spiegelplatte 111 sind bei der in 5 gezeigten Spiegelplatte 121 Durchgangsöffnungen 123 bzw. Durchgangslöcher gebildet, die sich durch die gesamte Grundplatte 53 hindurch erstrecken. Bei der in 5 gezeigten Spiegelplatte 121 ist die Abdeck-Schicht 103 so auf der Grundplatte 53 gebildet, dass sie die gesamte Vorderseite bzw. die der Verspiegelung 57 zugewandte Oberfläche bedeckt, sich in die Durchgangsöffnungen 123 hinein und durch diese hindurch erstreckt und die Rückseite bzw. die der Verspiegelung abgewandte Oberfläche der Grundplatte 53 bedeckt.
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Zwar ist bei einem Entwurf bzw. einem Design der Spiegelplatte 121 darauf zu achten, dass die nicht zu ätzenden Gebiete der Grundplatte 53, sprich die Bereiche der Grundplatte 53, in denen nicht die Durchgangsöffnungen 121 gebildet werden sollen, in geeigneter Weise über Stege miteinander verbunden werden, jedoch lassen sich in vorteilhafter Weise die bei einer Massenfertigung mit einer Vielzahl von auf einer Scheibe angeordneten mikromechanischen Bauelementen sich unterschiedlich ausbildenden Lochtiefen vermeiden, die aus einer lateral auftretenden Ätzrateninhomogenität resultieren, da sich sämtliche Durchgangsöffnungen 123 durch die gesamte Grundplatte 52 hindurch erstrecken.
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Damit ist die Tiefe der Löcher 123 jeweils identisch, so dass die Ätzrateninhomogenität über die Scheibe keine Auswirkung auf die Struktur der mikromechanischen Bauelemente 71 hat. Somit haben lediglich noch die Inhomogenitäten des Ätzprofils und die Unterätzung der verwendeten Ätzmasken bei einer Herstellung des mikromechanischen Bauelements 71 mit der Spiegelplatte 121 störende Auswirkungen auf das Verhalten und die Struktur des mikromechanischen Bauelements 71. Der Einfluss der Inhomogenitäten des Ätzprofils und der Unterätzung der verwendeten Ätzmasken ist dabei jedoch von erheblich geringerer Bedeutung als der Einfluss der Ätzrateninhomogenitäten über der Scheibe.
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Die so ausgeführte Spiegelplatte 121 ist bei einem Einsatz in dem mikromechanischen Bauelement 71 gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere vorteilhaft, da somit eine punkt- oder achsensymmetrische symmetrische Verteilung der Masse der Spiegelplatte 121 mit den sich durch die gesamte Grundplatte 53 hindurch erstreckenden Durchgangsöffnungen 123 erzielt werden kann.
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Bei einer geeigneten Anordnung der Federelemente 81 über die gesamte Höhe der Grundplatte 53 liegt dann der Schwerpunkt der Spiegelplatte 121 in der Nähe der Schwingungsachse bzw. in einem Bereich, der weniger als ein 0,1-faches einer Schichtdicke der Grundplatte 53 von der Schwingungsachse entfernt ist, oder sogar exakt auf der Schwingungsachse, wobei der Einfluss der Masse der Verspiegelung bzw. der Verspiegelungsschicht 57 so gering ist, dass er vernachlässigt werden kann. Dies ermöglicht eine äußerst effiziente Unterdrückung der parasitären Schwingungsmoden.
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Wenn auch noch auf der Unterseite der Spiegelplatte 121 bzw. einer der Verspiegelung 57 abgewandten Oberfläche der Spiegelplatte 121 eine weitere Verspiegelung aufgebracht werden würde, so ließe sich sogar bei der Spiegelseite 121 eine vollständige Symmetrie der Masseverteilung erzielen, was jedoch aufgrund der geringen Schichtdicke der Verspiegelung 57, die typischerweise in einem Bereich von 100 nm bis 1 μm liegt und der damit verbundenen geringen Masse der Verspiegelung 57 nur in seltenen Fällen überhaupt erforderlich erscheint. Da erst im letzten Verfahrensschritt des Herstellungsprozesses die Verspiegelung 57 auf der Abdeck-Schicht 103 gebildet wird, ist auch die Gefahr eines Verkratzens der Verspiegelung 57 während der Herstellung der Spiegelplatte 121 ausgeschlossen. Damit ist die Spiegelplatte 121, wie erläutert, in einfacher Weise herzustellen, während das mikromechanische Bauelement 71, in dem die Spiegelplatte 121 implementiert ist, in vorteilhafter Weise keine parasitären Schwingungsmoden aufweist aufgrund der symmetrischen Verteilung des Trägheitsmoments.
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Ein weiterer Ansatz einer Ausführungsform einer bei dem mikromechanischen Bauelement 71 implementierten Spiegelplatte 131 ist in 6 gezeigt. Auch 6 erläutert dabei nur einen Aufbau der Spiegelplatte, die ebenfalls wie bei 2 beschrieben, an dem mikromechanischen Bauelement 71 gemäß der vorliegenden Erfindung befestigt ist. Im Folgenden werden gleiche oder gleich wirkende Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Des Weiteren beschränkt sich eine Beschreibung des Aufbaus und der Funktionsweise der Spiegelplatte 131 auf eine Beschreibung der Unterschiede zu dem Aufbau und der Funktionsweise der in 4 gezeigten Spiegelplatte 111.
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Im Unterschied zu der in 4 gezeigten Spiegelplatte 111 ist bei der Spiegelplatte 131 auch auf der Rückseite bzw. einer der Verspiegelung 57 abgewandten Oberfläche der Grundplatte 53 eine Mehrzahl an weiteren Sacklöchern 132 bzw. weiteren Sacköffnungen gebildet, die sich von der Rückseite in die Grundplatte 53 hinein erstrecken. Auf der Rückseite der Grundplatte 53 ist eine weitere Abdeck-Schicht 133 erzeugt, die sich bis in die weiteren Sacklöcher 132 erstreckt, so dass sie die Seitenwände der weiteren Sacklöcher 132 bedeckt und die weiteren Sacklöcher 132 verschließt, so dass in den weiteren Sacklöchern 132 weitere Hohlräume 135 gebildet sind. Auf einer der Grundplatte 53 abgewandten Oberfläche der weiteren Abdeck-Schicht 133 ist die weitere Verspiegelung 137 gebildet.
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Zwar erfordert die Herstellung der Spiegelplatte 131 sowohl eine Prozessierung der Grundplatte 53 von der Vorderseite aus als auch von der Rückseite aus, jedoch weist die weitere Spiegelplatte eine vollständige Symmetrie der Masse gegenüber dem Schwerpunkt bzw. eine Symmetrie der Verteilung des Trägheitsmoments gegenüber dem Schwerpunkt auf, so dass sich durch den derartigen Aufbau der Spiegelplatte 131 die parasitären Schwingungsmoden äußerst effizient unterdrücken lassen.
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Besonders vorteilhaft ist der in 6 gezeigte Aufbau der Spiegelplatte 131 nämlich dann, wenn die auf der Rückseite angeordneten weiteren Sacklöcher 135 dieselben Abmessungen wie die Sacklöcher 55 auf der Vorderseite aufweisen bzw. die auf der Rückseite angeordneten weiteren Sacklöcher 135 denselben Abstand von einem Symmetriesystem der Spiegelplatte 131 aufweisen wie die auf der Vorderseite angeordneten Sacklöcher 55. Anders ausgedruckt weist eine punktsymmetrische Anordnung der Sacklöcher 55 zu den weiteren Sacklöchern 135, wobei jeweils ein Sackloch 55 und ein weiteres Sackloch 135 punktsymmetrisch zu dem Schwerpunktzentrum angeordnet sind, erhebliche Vorteile auf wegen der damit erzielten Unterdrückung der parasitären Schwingungsmoden.
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Anhand der 7A–B wird im Folgenden eine Herstellung verschiedener Ausführungsformen eines mikromechanischen Bauelements gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. 7A zeigt hierbei einen Ablauf eines Verfahrens zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements, bei dem eine Verspiegelung auf einer Oberseite bzw. einer Vorderseite des mikromechanischen Bauelements gebildet wird. Dabei wird in einem Schritt S11 eine Schicht auf einem Substrat derart strukturiert, dass sich in der Schicht eine Feder, eine mittels der Feder schwingfähig aufgehängte Platte und ein Rahmenabschnitt bilden, der über die Feder mit der Platte verbunden ist. Der Schritt S11 des Strukturierens einer Schicht wird dabei vorzugsweise so ausgeführt, dass sich zwischen einer Rahmenstruktur, einem Substrat und der Platte eine Aushöhlung bildet, die so angeordnet ist, dass ein Verkippen bzw. eine Auslenkung der schwingfähig aufgehängten Platte möglich ist.
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Danach wird in einem Schritt S13 eine Ausnehmung gebildet, wobei die Ausnehmung z. B. durch einen Schritt eines Trockenätzens erzeugt wird, oder die Ausnehmung als ein Sackloch bzw. eine Sacköffnung durch einen nasschemischen Ätzvorgang strukturiert wird. Besonders einfach kann der Schritt des Bildens der Ausnehmung durchgeführt werden, wenn die Platte zwei Dotierungsbereiche unterschiedlichen Dotierungstyps aufweist, und die Ausnehmung so gebildet wird, dass sie sich von einer Oberfläche eines Dotierungsbereichs des ersten. Dotierungstyps in die Platte bis zu dem Dotierungsbereich des zweiten dem ersten Dotierungstyp entgegengesetzten Dotierungstyps erstreckt, der dann als Ätzstopp dient.
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Anschließend wird in einem Schritt S15 auf der Oberfläche, von der sich die Ausnehmung weg erstreckt, eine Abdeck-Schicht aufgebracht bzw. gebildet, die sich z. B. in die Ausnehmung erstrecken kann, und dabei sogar beispielsweise die Seitenwände der Ausnehmung bzw. des Sacklochs vollständig bedecken kann. Das Aufbringen der Abdeck-Schicht kann dabei so erfolgen, dass sich in der Ausnehmung ein verschlossener Hohlraum bildet. Daraufhin wird in einem Schritt S17 eine der Platte abgewandte Oberfläche der Abdeck-Schicht planarisiert bzw. poliert, wobei das Polieren z. B. mittels eines chemisch-mechanischen Polierens erfolgen kann. Das Polieren der Oberfläche der Abdeck-Schicht dient dazu, eine sich an der Oberfläche der Abdeck-Schicht über dem verschlossenen Hohlraum auszubildende Vertiefung zu entfernen und somit eine planare Oberfläche der Abdeck-Schicht zu erzeugen. Abschließend wird in einem Schritt S19 auf einer der Platte abgewandten Oberfläche der Abdeck-Schicht, die mittels der vorher genannten Verfahrensschritte planarisiert worden ist, die Verspiegelung gebildet.
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In 7B ist ebenfalls ein Ablauf eines Verfahrens zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei bei dem in 7B erläuterten Ablauf das mikromechanische Bauelement mittels eines Ätzens von zwei einander abgewandten Seiten des Bauelements erzeugt wird. Dabei wird in einem Schritt S21, in einem Mehrschichtenaufbau, der sich in ein Substrat, eine Opferschicht, eine Ätzstoppschicht und eine Plattenschicht in der genannten Abfolge untergliedert, von einer Vorderseite bzw. einer Oberfläche der Plattenschicht aus in einem Schritt S21 die Plattenschicht derart strukturiert, dass sich in der Plattenschicht eine Feder, ein Ätzgraben, der sich von der Oberfläche der Platte bis zu der Ätzstoppschicht erstreckt, und ein Rahmenabschnitt bilden.
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In der Platte wird danach in einem Schritt S23 eine Ausnehmung gebildet, wobei der Schritt des Bildens der Ausnehmung z. B. durch ein nass-chemisches Ätzen oder ein trocken-chemisches Ätzen erfolgen kann. Danach wird in einem Schritt S25 von einer der Platte abgewandten Oberfläche des Substrats aus eine Aushöhlung in der Opferschicht durch ein Entfernen eines Materials der Opferschicht durchgeführt, so dass sich die Aushöhlung in dem Opfermaterial von dem Substrat bis zu der Ätzstoppschicht erstreckt. Die Ätzstoppschicht dient somit dazu, sowohl den Ätzvorgang beim Strukturieren S21 der Schicht anzuhalten, als auch zugleich den Ätzvorgang zum Bilden S25 der Aushöhlung zu stoppen und damit die Ätzprozesse, die von zwei zueinander abgewandten Oberflächen des Bauelements aus durchgeführt werden, anzuhalten. Das Entfernen. eines Opfermaterials in der Opferschicht kann dabei mittels eines nass-chemischen Ätzens oder eines trocken-chemischen Ätzens durchgeführt werden.
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Anschließend wird in einem Schritt S27 eine dem Substrat zugewandte Oberfläche der Ätzstoppschicht derart behandelt, so dass ein Teilbereich der Ätzstoppschicht entfernt wird, und sich die Aushöhlung von dem Substrat bis zu der Platte erstreckt. Der Schritt S25 des Bildens der Aushöhlung und der Schritt S27 des Entfernens der Ätzstoppschicht werden dabei vorzugsweise so ausgeführt, dass sich eine Rahmenstruktur bildet, an der die Platte mittels der Feder aufgehängt ist, und die aus dem Rahmenabschnitt, einem verbliebenen Teil der Ätzstoppschicht und einem verbliebenen Teil der Opferschicht besteht. Vorzugsweise findet nach einem Ätzen der Oberfläche der Aushöhlung ein Spülen oder Reinigen der Oberfläche der Aushöhlung statt, um Partikel des Ätzmaterials zuentfernen und eine plane bzw. glatte Oberfläche zu erzeugen.
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Dann wird in der Aushöhlung an einer Rückseite der Platte in einem Schritt S29 eine Verspiegelung gebildet. Das Bilden der Verspiegelung auf einer dem Substrat zugewandten Oberfläche der Platte ist insofern vorteilhaft, dass die Verspiegelung in der Aushöhlung positioniert wird, und selbst wenn das mikromechanische Bauelement auf der Vorderseite oder an einer der Aushöhlung abgewandten Oberfläche der Platte aufliegt, die Verspiegelung dann nicht verkratzt werden kann. Abschließend wird in einem Schritt S31 auf einer dem Substrat abgewandten Oberfläche eine Abdeck-Schicht aufgebracht, um u. a. den Strömungswiderstand der Platte bei den Auslenkvorgängen zu reduzieren.
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Bei den Spiegelplatten 101, 111, 121, 131 ist die Grundplatte 53 aus einem beliebigen Material, wie z. B. einem Halbleitermaterial ausgeführt, und bevorzugt aus einem Silizium ausgeführt. Des Weiteren ist bei den Spiegelplatten 101, 111, 121, 131 die Abdeck-Schicht 103 oder die weitere Abdeck-Schicht 133 aus einem beliebigen Material, wie z. B. einem thermischen Oxid, einem abgeschiedenen Oxid, wie z. B. einem undotierten Oxid oder einem dotierten Siliziumoxid, einem Siliziumnitrid, einem Polysilizium, einem Metall, wie z. B. Aluminium, Nickel, Gold, einer Legierung aus Titan und Aluminium, einer Legierung aus Aluminium, Silizium und Kupfer, einer Legierung aus Aluminium und Mangan, einer Legierung aus Aluminium, Mangan und Silizium oder einer organischen Substanz, wie z. B. einem Photolack, einem BCB-Material bzw. einem Polyimid, ausgeführt. Denkbar sind auch Mischungen der genannten Materialien oder auch eine Ausführung der Abdeck-Schicht, die aus unterschiedlichen Bereichen verschiedener Materialien besteht, wobei beispielsweise insbesondere der auf der unteren Seite der Grundplatte 53 angeordnete Bereich der Abdeck-Schicht 103 bei der Spiegelplatte 121 beispielsweise aus einem anderen Material ausgeführt sein könnte als der Bereich der Abdeck-Schicht 103 auf der Vorderseite bzw. oberen Seite der Grundplatte 53.
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Die Elektroden 83a, 83b sind aus einem beliebigen leitfähigen Material, wie z. B. einem Polysilizium oder einem Metall, wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer, ausgeführt. Denkbar ist auch bei den Spiegelplatten 101, 111, 131 eine beliebige Anzahl an Sacklöchern 55, wie z. B. auch nur ein Sackloch 55, wobei die Sacklocher bzw. das Sackloch beliebige Abmessungen aufweisen können. Bei den Spiegelplatten 101, 111, 131 erstreckt sich die Abdeck-Schicht so in die Sacklöcher 55 hinein, dass die Abdeck-Schicht 103, 13 3 die Seitenwände der Sacklöcher 55 132 vollständig bedeckt. Denkbar ist jedoch auch, dass sich die Abdeck-Schicht so in die Sacklöcher 55 erstreckt, dass die Sacklöcher 55, 132 vollständig mit dem Material der Abdeck-Schicht 103 gefüllt sind, so dass eine Versteifung der Spiegelplatte 51, 101, 111, 131 verbessert ist. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Material der Abdeck-Schicht 103 eine geringere Dichte aufweist als das Material der Grundplatte 53 oder ein höheres Elastizitätsmodul aufweist als das Material, aus dem die Grundplatte 53 ausgeführt ist.
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Auch können bei der Spiegelplatte 121 die Durchgangsöffnungen 123 vollständig mit dem Material der Abdeck-Schicht 103 oder einem beliebigen anderen Material gefüllt sein, wobei, auch bei der Spiegelplatte 121 das in der Durchgangsöffnung 123 angeordnete Material vorzugsweise eine geringere Dichte als das Material der Grundplatte 53 oder ein höheres Elastizitätsmodul als das Material der Grundplatte 53 aufweist.
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Die in den Sacklöchern 55 angeordneten Hohlräume 57 oder die in den weiteren Sacklöchern 132 angeordneten Hohlräume 135 sind vorzugsweise verschlossen, so dass ein Strömungswiderstand bei einem Schwingen der Platte reduziert ist. Denkbar sind jedoch auch Ausführungsformen der Spiegelplatten 101, 111, 131, bei denen die Hohlräume 105 bzw. der weitere Hohlraum 135 nicht abgeschlossen bzw. geöffnet sind.
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Die Spiegelplatten 101, 111, 121, 131 weisen vorzugsweise eine lateral runde Form bzw. zylindrische Form auf, jedoch sind beliebige Formen der Spiegelplatten 101, 111, 121, 131 hierzu Alternativen. Bei den Spiegelplatten 101, 111, 121, 131 liegt eine Dicke der Grundplatte 53 in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche, in der die Sacklöcher bzw. Durchgangsöffnungen gebildet sind, oder anders ausgedrückt in einer Richtung senkrecht zu einer dem Substrat 73 abgewandten Oberfläche der Grundplatte 53 vorzugsweise in einem Bereich von 30 μm bis 100 μm, jedoch sind beliebige Dicken der Grundplatte 53 hierzu Alternativen.
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Die Verspiegelung 57 ist vorzugsweise aus einem reflektierenden Material, wie z. B. Aluminium ausgeführt, und kann bei den mikromechanischen Bauelementen 101, 111, 121, 131 sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite oder nur auf einer der beiden Seiten angeordnet sein. Jedoch sind beliebige Materialien, aus denen die Verspiegelung 57 ausgeführt ist, sowie beliebige Anordnungen und Abmessungen der Verspiegelung 57 hierzu Alternativen. Auch könnte die Verspiegelung 57 bzw. die weitere Verspiegelung 137 weggelassen werden, wenn die Spiegelplatten 101, 111, 121, 131 in einem beliebigen weiteren mikromechanischen Bauelement implementiert sind. Denkbar ist auch, dass das mikromechanische Bauelement 71 gemäß der vorliegenden Erfindung, statt z. B. zum Ablenken von Licht oder zu einer Wellenlängenmodulation in beliebigen Anwendungen eingesetzt wird, wie beispielsweise dann auch ohne die Verspiegelung 57 bei einem Airbagsensor.
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Bei der Spiegelplatte 131 weisen die Verspiegelung 57 auf der Vorderseite und die weitere Verspiegelung 137 auf der Rückseite bevorzugt das gleiche Material auf und weisen innerhalb einer Toleranz von 1:1,2 die selben lateralen Abmessungen und/oder die gleichen Schichtdicken auf. Jedoch sind beliebige Relationen der Abmessungen der Verspieglung 57 und der weiteren Verspiegelung 137 hierzu Alternativen, wobei die Verspiegelung 57 und die weitere Verspielung 137 auch aus beliebigen zu einander unterschiedlichen Materialien ausgeführt sein können. Außerdem weisen bei der Spiegelplatte 121 die sich jeweils auf den beiden einander abgewandten Oberflächen der Grundplatte 53 angeordneten Bereiche der Abdeck-Schicht 103 jeweils innerhalb einer Toleranz von 1:1,2 die selben lateralen Abmessungen und/oder die selben Schichtdicken auf und sind aus dem gleichen Material ausgeführt, jedoch könnten die Abmessungen der Bereiche der Abdeck-Schicht 103 auf den beiden einander abgewandten Oberflächen der Grundplatte 53 beliebige Relationen zueinander aufweisen. Denkbar ist auch, dass die beiden Bereiche der Abdeck-Schicht 103 auf den einander abgewandten Oberflächen der Grundplatte 53 beliebige Materialien aufweisen, die auch zueinander unterschiedlich sein können.
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Bei dem mikromechanischen Bauelement 71 ist die Grundplatte 53 über die beiden Federn 81 an der Rahmenbefestigung 79 aufgehängt, jedoch könnte die Grundplatte 71 mittels einer beliebigen Anzahl an Federn, wie z. B. auch nur einer Feder, an der Rahmenbefestigung 79 aufgehängt sein, die in beliebiger Art und Weise an der Grundplatte 53 befestigt bzw. angeordnet sein könnte, jedoch in der selben Schicht wie diese gebildet ist. Zudem könnten) die Feder(n) nicht nur als Torsionsfedern wirken sondern beispielsweise auch als Biegefedern.
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Wie im vorhergehenden beschrieben sind Feder(n), Rahmen und Platte mit darin befindlicher Ausnehmung bzw. befindlichen Ausnehmengen in einer Schicht gebildet. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass die zugrunde liegende Gitterstruktur der Schicht, die diese Elemente bildet, einheitlich und über die gesamte Schicht hinweg gleich ist, oder aber dass die Schicht ohne Schichtbonden lediglich durch Aufwachsen bzw. Beschichten ggf. in mehreren Stufen gebildet ist.
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Bei dem Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der Schritt S11, S13 des Strukturierens der Schicht in einer beliebigen Art und Weise, wie z. B. einem nasschemischen Ätzen oder einem Trockenätzen sowohl von einer Vorderseite des mikromechanischen Bauelements als auch von einer Rückseite des mikromechanischen Bauelements erfolgen..
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Der Schritt S13, S23 des Bildens einer Ausnehmung in der Platte bzw. der Grundplatte 53 kann mittels eines beliebigen Behandlungsschritts einer Oberfläche der Platte erfolgen, wie z. B. einem nasschemischen Ätzen oder einem trocken-chemischen Ätzen oder beispielsweise sogar einer Kombination eines nasschemischen und eines trockenchemischen Ätzens. Denkbar ist hierbei auch ein Bilden einer Ausnehmung sowohl auf der Oberseite der Platte als auch auf der Unterseite der Platte, indem z. B. sowohl von der Oberseite bzw. der Vorderseite der Platte als auch von der Unterseite bzw. der Rückseite der Platte Ausnehmungen, wie z. B. Sacklöcher oder Durchgangsöffnungen in die Platte geätzt werden. Denkbar wäre des Weiteren bei den in 7A dargestellten. Verfahren zum Herstellen des mikromechanischen Bauelements gemäß der vorliegenden Erfindung statt einem Polieren der Abdeck-Schicht bei dem Schritt S17 auf der Abdeck-Schicht eine weitere Schicht aufzubringen, so dass sich auf einer der Platte abgewandten Oberfläche der Abdeck-Schicht eine planare Oberfläche bildet, auf der dann anschließend die Verspiegelung aufgebracht werden kann. Alternativ hierzu könnte jedoch auch die Abdeck-Schicht so aufgebracht werden,, dass diese eine ausreichend hohe Dicke aufweist, so dass die sich oberhalb der Ausnehmungen bildenden Vertiefungen nur geringe bzw. unkritische Abmessungen aufweisen.
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Bei dem Schritt S25 wird eine Aushöhlung in der Opferschicht gebildet, indem z. B. das Opfermaterial in der Opferschicht mittels eines nass-chemischen Ätzens, eines trocken-chemischen Ätzens und einer Kombination aus einem nass-chemischen Ätzen und eines trocken-chemischen Ätzens entfernt wird, so dass sich eine Aushöhlung bildet, die von einem Bereich der Opferschicht, der Ätzstoppschicht und dem Substrat umschlossen ist. Das Entfernen des Opfermaterials zum Bilden S25 der Aushöhlung kann dabei mittels eines beliebigen Ätzvorgangs erfolgen.
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Auch das Entfernen S27 der Ätzstoppschicht kann mittels eines beliebigen Verfahrens zum Behandeln einer Oberfläche, wie z. B. auch einem selektiven Ätzen erfolgen, bei dem z. B. das Material der Opferschicht nicht geätzt bzw. nicht entfernt wird, während das Materials der Ätzstoppschicht entfernt wird.
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Denkbar ist auch bei den Verfahren zum Herstellen des mikromechanischen Bauelements gemäß der vorliegenden Erfindung die Schritte S17, S19, S25, S27 und S29 wegzulassen oder durch beliebige andere Verfahrensschritte zur Herstellung des mikromechanischen Bauelements gemäß der vorliegenden Erfindung zu ersetzen.
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7C bis E zeigen schließlich noch Draufsichten weiterer Ausführungsbeispiele von kreisförmigen Spiegelplatten zur Veranschaulichung weiterer Möglichkeiten der Anordnung der Ausnehmungen. In diesen Figuren wurden für die Platte, die Federn und die Ausnehmungen die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in 2 bzw. 1a und b, so dass eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente insofern weggelassen wird. Lediglich die Besonderheiten der Lage und Anordnung der Ausnehmungen bzw. Verstrebungen gegenüber 1a und b werden beschrieben. In dem Fall von 7C–E befindet sich in der Mitte der Platte 51 eine Ausnehmung 55, d. h. ein dünner Plattenbereich. Dieser wird in dem Fall von 7C von vier weiteren dünnen Bereichen der Platte bzw. Ausnehmungen 55 umgeben, wodurch sich eine Verstrebung 200 ergibt, d. h. eine Gebiet, an dem die Plattenschicht ungedünnt ist, die bzw. der die Mitte der Platte zweimal umläuft. In dem Fall von 7D ist die Bereichseinteilung ein wenig komplizierter. Die Bereichsaufteilung von 7C ist hier in etwa auch enthalten, allerdings in einer in Richtung quer zur Drehachse gestauchter Form, wobei von außen weitere dünne Bereiche radial nach innen ragen, so dass die Verstrebung 200 mittig zwischen den beiden Achsen 81 weg von der Drehachse nach außen ragt, wo die größte Auslenkung der Platte 51 resultiert. In dem Fall von 7E kommt die Anordnung aus 7C in etwa in einer in Richtung der Drehachse gestauchter Form vor, wobei sich zusätzlich Abschnitte der Verstrebung 200 in radialer Richtung geneigt zu sowohl der Drehachse als auch der Mittelsenkrechten der Verbindungslinie zwischen den Federn 81 nach außen erstrecken. Der Fall von 7F ähnelt im Hinblick auf die Anordnung der Ausnehmungen dem Fall von 7C mit dem Unterschied, das bei 7F die mittlere Ausnehmung fehlt. Andere Anordnungen sind natürlich ebenfalls möglich und denkbar. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die durch die Ausnehmung(en) entstehende Verstrebungsstruktur in der lateralen Ebene sowohl Anteile aufweist, die quer zur Drehachse verlaufen, als auch Anteile, die tangential bzw. in Umfangsrichtung verlaufen, wie z. B. ein geschlossener Verstrebungsring um ein Zentrum der Platte herum.
