DE19941363A1 - Mikroaktorbauteil und Verfahren zur Herstellung - Google Patents
Mikroaktorbauteil und Verfahren zur HerstellungInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikroaktorbauteil sowie ein Verfahren zur Herstellung, insbesondere für den Einsatz in einem Mikrospiegelscanner. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Mikroaktorbauteil besteht aus einem kippbaren Aktorelement, das über ein oder mehrere Biege- und/oder Torsionselemente an einem Trägersubstrat aufgehängt ist und eine laterale Ausdehnung von zumindest 250 mum aufweist. Die ein oder mehreren Biege- und/oder Torsionselemente sind aus einem elastischen Metall wie Nickel gebildet, das galvanisch auf dem Trägersubstrat abgeschieden wurde. DOLLAR A Das Mikroakturbauteil hat den Vorteil einer erhöhten Vibrations- und Schockbelastbarkeit bei unverändert kompakter Bauweise.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikroaktor
bauteil mit einem kippbaren Aktorelement, das über ein
oder mehrere Biege- und/oder Torsionselemente an einem
Trägersubstrat aufgehängt ist und eine laterale Ausdeh
nung von zumindest 250 µm aufweist, sowie Verfahren zu
seiner Herstellung. Das Mikroaktorbauteil ist insbeson
dere für den Einsatz in einem Mikrospiegelscanner
geeignet.
Hauptanwendungsgebiete des vorliegenden Mikro
aktorbauteils liegen im Bereich der optischen Meß
technik, der optischen Bildverarbeitung und Bild
erkennung sowie der Bearbeitung mit Laserstrahlen. In
zahlreichen optischen Geräten kommen hierbei Strahl
ablenksysteme zur Bewegung eines eintreffenden oder
eines rückreflektierten Strahles über eine ausgedehnte
Objektoberfläche zum Einsatz. In Abhängigkeit von der
jeweiligen Anwendung werden an die Strahlablenkeinheit
ganz unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich des
Ablenkwinkels, der Ablenkfrequenz, der Linearität usw.
gestellt. Bewegliche Spiegelelemente sind in diesen
Bereichen besonders vielseitig einsetzbar, da sie in
weiten Bereichen unabhängig von der Intensität, der
Wellenlänge, der Kohärenz und der Polarisation des
Lichtes die Strahlablenkung durchführen können.
Für eine eng begrenzte Anwendung der pixel
orientierten Bildverarbeitung sind aus der EP 0 332 953
A2 Mikrospiegelsysteme in Siliziumtechnologie bekannt.
Die Mikrospiegel dieser in Form eines Arrays ange
ordneten Mikrospiegelsysteme haben laterale Abmessungen
von etwa 10 bis 16 µm und sind an metallischen Biege-
oder Torsionselementen mit einer Länge von etwa 5 µm
aufgehängt. Die Spiegel werden zusammen mit der
darunter liegenden Elektronik mit einem um Oberflächen
mikromechanikschritte erweiterten CMOS-Prozeß (CMOS =
complementary metal-oxide semiconductor) hergestellt.
Hierzu werden dünne metallische Schichten aus Aluminium
oder einer Aluminiumlegierung mit einem Sputter
verfahren auf der Oberfläche eines Siliziumsubstrates
abgeschieden und zur Bildung der metallischen Spiegel
elemente und metallischer Biege- oder Torsionselemente
strukturiert. Mit dieser Technik lassen sich jedoch nur
dünne Schichten mit einer typischen Dicke von bis zu
maximal etwa 2 µm strukturieren. Die zur Verfügung
stehende Schichtdicke bestimmt zusammen mit dem zu
erzielenden Kippwinkel der Elemente die maximale
laterale Spiegelabmessung. Für den Fall der Herstellung
derartiger Mikrospiegel sind deren laterale Abmessungen
auf eine Kantenlänge von etwa 16 × 16 µm beschränkt.
Diese geringe Spiegelgröße ist für die in der Druck
schrift beabsichtigte Anwendung als räumlicher Licht
modulator ausreichend, bei der eine pixelorientierte
digitale Lichtmodulation von räumlich und zeitlich sehr
inkohärentem Licht durchgeführt wird.
Ein Einsatz dieser bekannten Mikrospiegel zur
kontinuierlichen Strahlablenkung von Laserlicht ist
bereits aufgrund der dabei auftretenden Beugungseffekte
nicht geeignet. Hierfür werden Spiegelplatten benötigt,
die mindestens die gleiche laterale Dimension wie der
einfallende Lichtstrahl, in der Regel also Kantenlängen
im mm-Bereich aufweisen. Derartig große Spiegelplatten
lassen sich mit der Technik der EP 0 332 953 A2 nicht
herstellen.
Mikroaktorbauteile der Mikrospiegelscanner für
kontinuierliche Strahlablenkaufgaben werden daher meist
aus dem massiven Siliziumwafer herausgeätzt. Diese
Technik ist auch unter der Bezeichnung Volumen-Mikro
bearbeitung (Bulk-Silizium-Mikromechanik) bekannt. Die
bis zu einigen mm große Spiegelplatte kann bei dieser
Technik einseitig durch einen Biegebalken aufgehängt
oder auch zweiseitig durch zwei tordierbare Balken
beweglich eingespannt sein. Ein Beispiel für eine
derartige Anordnung ist aus Fig. 1 ersichtlich. Mikro
scanner aus derartigen Mikroaktorbauteilen reduzieren
die Gesamtabmessungen eines ein- oder zweiachsigen
Strahlablenksystems im Vergleich zu bisher eingesetzten
Galvanometerscannern bei vergleichbaren optomecha
nischen Eigenschaften auf wenige mm. Die bewegte Masse
ist deutlich kleiner, so daß auch die Leistungsaufnahme
viel geringer ist. Die eingesetzten mikrotechnischen
Herstellungsverfahren basierend auf der Silizium
technologie ermöglichen außerdem eine kostengünstige
Massenproduktion dieser Mikroscanner. Als Antriebe der
Spiegelplatten werden thermomechanische, piezoelek
trische, elektromagnetische und elektrostatische Kräfte
genutzt.
Ein elektrostatischer Mikroaktor, der elektro
statische Kräfte zum Antrieb einsetzt, ist beispiels
weise in J. Markert et al., "Elektrostatischer
Mikroaktor", VDI-Berichte Nr. 960, Seiten 149 bis 178
(1992), beschrieben. Das dort eingesetzte gattungs
gemäße Mikroaktorbauteil besteht aus einem Träger
substrat aus Silizium mit einer Ausnehmung, in der eine
Siliziumplatte über zwei Torsionsbänder aufgehängt ist.
Die Torsionsbänder bestehen ebenfalls aus Silizium und
werden zusammen mit der kippbaren Siliziumplatte aus
dem Trägersubstrat herausgeätzt. Sie besitzen daher
auch die gleiche Dicke wie die Siliziumplatte. Zur
Bereitstellung eines funktionsfähigen Mikroaktors wird
dieses Mikroaktorbauteil schließlich auf eine Grund
platte mit Elektroden aufgebracht, die unter der
Siliziumplatte angeordnet sind. Die Siliziumplatte
stellt dabei eine gemeinsame Kondensatorplatte dar, die
mit den wenigstens zwei Elektroden einen Mehrfachkon
densator bildet. Ein angelegtes elektrisches Feld
zwischen der Platte und den Elektroden führt zu
Kraftwirkungen und folglich zu einer Verkippung bzw.
Verdrehung der Siliziumplatte um die Torsionsachse.
Ein Mikrospiegelsystem, das ein elektromag
netisches Antriebssystem einsetzt, ist aus R. A. Miller
et al., "Electromagnetic MEMS Scanning Mirrors For
Holographic Data Storage", Solid-State Sensor and
Actuator Workshop Hilton Head Island (1996), Seiten
183-186, bekannt. Bei diesem System ist auf der
Spiegelplatte aus Silizium eine Kupferspule angeordnet,
die über eine auf dem Biegebalken verlaufende Kupfer
schicht elektrisch kontaktierbar ist. Die Spiegelplatte
ist weiterhin mit einer dünnen Nickel-Eisen-Legierungs
schicht versehen, um die magnetischen Eigenschaften zu
erzeugen. Auch bei diesem Mikroaktorbauteil werden die
Spiegelplatte und die Biegebalken aus dem Silizium
substrat herausgeätzt. Die Kupferspule wird galvanisch
auf der Oberfläche der Spiegelplatte erzeugt.
Ein wesentlicher Nachteil der beiden letzt
genannten Mikroaktorbauteile besteht jedoch darin, daß
sie nur ungenügend vibrations- bzw. schockbelastbar
sind. Aufgrund der Größe der Spiegelplatten wirken hier
wesentlich größere Kräfte als bei den sehr kleinen
Mikrospiegelsystemen zur pixelorientierten Licht
modulation. Da Silizium ein sprödes Material darstellt,
kommt es bei Vibrationen oder bei Stoßeinwirkung auf
diese Systeme sehr leicht zu einem Brechen der Biege-
oder Torsionselemente. Andererseits bieten Spiegel
platten aus poliertem einkristallinem Silizium jedoch
die Vorteile sehr geringer Rauhigkeit, hoher Verwin
dungssteifigkeit schon bei geringen Dicken und eines
geringen spezifischen Gewichtes.
Die aufgrund der - im Vergleich zu Galvanometer
scannern - beabsichtigten, geringen Baugröße zur
Verfügung stehenden Antriebskräfte sind relativ gering,
so daß die Aufhängungen entsprechend nachgiebig sein
müssen, um ausreichend große Kippwinkel der Spiegel zu
erzeugen. Dies läßt sich nur durch sehr lange und dünne
Torsionsbändchen bzw. Biegebändchen erzielen. So werden
bei dem oben dargestellten Mikrospiegelsystem von J.
Markert et al. Torsionsbänder mit einer Dicke von 30 µm
und einer Länge von 1,3 mm eingesetzt. Die erforder
liche Nachgiebigkeit dieser Siliziumtorsionsbänder
führt jedoch zu einer extrem leichten Zerbrechlichkeit,
die sich bereits bei der Herstellung derartiger Systeme
bemerkbar macht, so daß die Fertigungsausbeute ent
sprechend gering ausfällt. Dies liegt zum einen am
naßchemischen Ätzprozeß bei der Herstellung, der mit
erheblicher Gasblasenentwicklung einher geht, und zum
anderen an dem erforderlichen Vereinzeln des Wafers in
einzelne Chips, das typischerweise unter Einwirkung
eines spülenden Wasserstrahls stattfindet. Bei beiden
Prozeßabschnitten werden fragile Mikroaktorbauteile mit
Siliziumaufhängungen durch die einwirkenden Kräfte
leicht zerstört.
Zur Vermeidung dieser Problematik können die
Torsions- oder Biegeelemente dicker ausgestaltet
werden. Um dennoch eine ausreichend weiche Aufhängung
für die erforderlichen Kippwinkel zu erhalten, müssen
die Torsions- oder Biegeelemente jedoch gleichzeitig
deutlich verlängert werden. Die Steifigkeit eines
derartigen Elementes nimmt mit der dritten Potenz der
Breite bzw. Dicke des Elementes zu, sie nimmt jedoch
nur linear mit wachsender Länge ab. Für eine aus
reichend weiche Aufhängung sind daher Dimensionen
erforderlich, die den Vorteil der Miniaturisierbarkeit
dieser Systeme wieder schwinden lassen. Gerade für
Massenanwendungen, beispielsweise als Displays in
Automobilen, in Hubschraubern oder Flugzeugen oder als
von Hand gehaltene Barcode-Scanner, bieten diese
Mikrosysteme daher noch keine ausreichende mechanische
Stabilität.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, ein Mikroaktorbauteil insbesondere für einen
Mikrospiegelscanner sowie Verfahren zur Herstellung
anzugeben, das bei kompakter Bauweise eine sehr hohe
Vibrations- und Schockunempfindlichkeit aufweist und in
entsprechender Ausgestaltung als Spiegel für den
Einsatz zur kontinuierlichen Strahlablenkung von
kohärentem Licht geeignet ist.
Die Aufgabe wird mit dem Mikroaktorbauteil nach
Anspruch 1 bzw. den Verfahren nach Anspruch 14 und 15
gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Mikroaktor
bauteils sowie der Verfahren sind Gegenstand der
Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Mikroaktorbauteil besteht aus
einem kippbaren Aktorelement, das über ein oder mehrere
Biege- und/oder Torsionselemente an einem Träger
substrat aufgehängt ist. Das Aktorelement hat hierbei
eine laterale Ausdehnung von zumindest 250 µm, so daß
es - in plattenförmiger Ausgestaltung - als Mikro
spiegel für die Ablenkung eines kohärenten Lichtbündels
geeignet ist. Das Trägersubstrat besteht hierbei
vorzugsweise aus einkristallinem Silizium. Die ein oder
mehreren Biege- und/oder Torsionselemente, die
beispielsweise in Form von Federn, Balken oder Bändern
ausgestaltet sein können, sind aus einem elastischen
Metall gebildet.
Metalle zeigen im Gegensatz zum spröden Silizium,
welches nach Überschreiten des Elastizitätsbereichs
sofort bricht, duktiles Verhalten. Sie brechen nach dem
Überschreiten des Elastizitätsbereichs nicht sofort,
sondern beginnen zunächst sich plastisch zu verformen.
Unter einem elastischen Metall ist in diesem Zusammen
hang ein Metall zu verstehen, das eine ausreichende
Elastizität für ein reversibles Kippen des Aktor
elementes aufweist. Dem Fachmann sind geeignete Metalle
mit derartigen Eigenschaften bekannt. So eignen sich
beispielsweise die Metalle Kupfer oder Gold nicht für
die Biege- und/oder Torsionselemente, da diese weichen
Materialien sich sehr leicht plastisch verformen und
damit nicht die für eine Federwirkung erforderliche
Elastizität aufweisen. Metalle mit guten elastischen
Eigenschaften stellen beispielsweise Nickel, Wolfram
oder deren Legierungen dar. Vorzugsweise werden beim
erfindungsgemäßen Mikroaktorbauteil jedoch Nickel oder
Nickellegierungen, wie NiFe oder NiCoFe, eingesetzt, da
sich diese mit Mitteln der Halbleitertechnologie sehr
einfach aufbringen und strukturieren lassen. Nickel
besitzt einen sehr großen elastischen Bereich und weist
eine deutlich höhere Bruchspannung auf als Silizium.
Nickel ist daher als widerstandsfähiges Material für
die Biege- und/oder Torsionselemente hervorragend
geeignet.
Die Biege- und/oder Torsionselemente bestehen
vorzugsweise vollständig aus dem elastischen Metall. Es
versteht sich jedoch von selbst, daß sie beispielsweise
mit einer dünnen Schutzschicht aus einem anderen
Material versehen sein können. Die Verbindung der
metallischen Biege- und/oder Torsionselemente mit dem
Aktorelement oder dem Trägersubstrat erfolgt über
entsprechend große Auflageflächen auf dem Aktorelement
oder dem Trägersubstrat, die als Verankerungen dienen.
Die Größe dieser Verbindungs- bzw. Auflageflächen ist
ein Maß für die Festigkeit der Verbindung.
Das Aktorelement kann, je nach Anwendung, unter
schiedliche Formen aufweisen. Für den Einsatz des
Aktorelementes in einem Mikrospiegelscanner ist es
plattenförmig ausgestaltet. Es kann hierbei aus einer
Halbleiterplatte, beispielsweise aus Silizium, oder
auch aus einer Metallplatte bestehen. Vorzugsweise ist
dieses plattenförmige Aktorelement in einer Ausnehmung
oder Öffnung des Trägersubstrates angeordnet, so daß es
von dem Trägersubstrat rahmenförmig umgeben ist. Eine
derartige Geometrie ist bereits von den eingangs
erläuterten Mikrospiegelscannern des Standes der
Technik bekannt (vgl. Fig. 1).
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Mikroaktor
bauteils erhöht dessen Robustheit und Belastbarkeit
gegenüber Vibrationen und Stößen in vorteilhafter
Weise, ohne die Dimensionen im Vergleich zu bekannten
Mikroaktorbauteilen der gleichen Funktion vergrößern zu
müssen. Die Steifigkeit der Biege- und/oder Torsions
elemente läßt sich durch entsprechendes Design kompak
ter, dünner Federn, Bänder oder Balken ideal ein
stellen, so daß sie insbesondere bei Einsatz in
Mikrospiegelscannern optimal an die relativ geringen
zur Verfügung stehenden Antriebskräfte angepaßt werden
können. Ein auf dem erfindungsgemäßen Mikroaktorbauteil
basierender Mikroscanner kann daher im Gegensatz zu den
reinen Silizium-Mikroscannern trotz großer erzielbarer
Auslenkungen bei kleinen Antriebskräften ausreichend
vibrationsunempfindlich bereitgestellt werden. Die
Ausbildung der Mikroscanner mit den erfindungsgemäßen
Elementen erlaubt eine gegenüber reinen Silizium-
Mikroscannern drastische Steigerung der Ausbeute
während der Fertigung - bezogen auf Systeme mit
vergleichbar weichen Aufhängungen. Das erfindungsgemäße
Mikroaktorbauteil läßt sich zudem sehr einfach und
kostengünstig mit den nachfolgend dargestellten
Verfahren der Halbleitertechnologie herstellen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des
vorliegenden Mikroaktorbauteils wird die Vibrations-
und Schockunempfindlichkeit durch Vorsehen eines
metallischen Rahmens auf dem Trägersubstrat nochmals
deutlich erhöht. In dieser sehr vorteilhaften Ausfüh
rungsform sind die Biege- und/oder Torsionselemente
nicht am Trägersubstrat selbst, sondern an dem metal
lischen Rahmen befestigt. Der Rahmen übernimmt eine
schockabsorbierende Funktion, um den gesamten Chip,
bestehend aus Trägersubstrat und Aktorelement mit den
zugehörigen Aufhängungen, erfolgreich gegen Bruch bei
einwirkenden starken Beschleunigungen zu schützen. Der
metallische Rahmen ist hierbei auf der Oberfläche des
Trägersubstrates angebracht und umgibt das Aktor
element. Der Rahmen besteht vorzugsweise aus dem
gleichen elastischen Metall wie die Torsions- und/oder
Biegeelemente und ist vorzugsweise geschlossen ausge
führt. Da die metallischen Torsions- oder Biegefedern
in dem umgebenden Metallrahmen enden, können Vibra
tionen der Spiegelplatte und der Torsionsfedern optimal
durch den Rahmen aufgenommen und entschärft werden. Der
umgebende Metallrahmen schränkt dabei in keiner Weise
die Funktionalität des Mikroaktorbauteils ein.
In einer weiteren Ausgestaltung stimmt der Innen
umfang des Rahmens nicht mit dem Innenumfang der
Ausnehmung des Trägersubstrates überein, sondern ist
größer vorgesehen. Durch eine gleichzeitig erhabene
Form dieses Rahmens, beispielsweise in Form eines
umlaufenden Balkens, können die Torsions- und/oder
Biegeelemente am oberen Rand des Rahmens befestigt
werden, so daß sie einen ausreichenden Abstand zur
Oberfläche des Trägersubstrates haben, um dieses nicht
zu berühren. Auf diese Weise kann die Länge der
Torsions- bzw. Biegeelemente vergrößert werden, ohne
die Größe des Trägersubstrates zu ändern. Hierdurch
wird die Designfreiheit des Mikroaktorbauteils
zusätzlich erhöht. Alternativ ermöglicht diese Aus
gestaltung bei gleichbleibender Torsionsfederlänge die
Verringerung der Größe des Trägersubstrates.
Gleichzeitig dient das von der Torsionsfeder über
spannte Trägersubstrat als Anschlag bei vertikal nach
unten gerichteter Überlast, beispielsweise bei Schock
oder zu hoher Antriebskraft, und schützt dadurch die
Aufhängung vor Überdehnung.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungs
gemäßen Mikroaktorbauteils weisen die Torsions-
und/oder Biegeelemente im Bereich ihrer Einspannungen
sich kontinuierlich aufweitende Bereiche auf. Diese
Verbreiterungen zum Aktorelement oder zum Träger
substrat hin bewirken, daß beim Einsatz auftretende
Scherbelastungen in den Torsions- oder Biegeelementen
besser abgefangen und verteilt werden können.
Als Antriebsprinzip für das vorliegende Mikro
aktorbauteil können alle aus dem Stand der Technik
bekannten Techniken eingesetzt werden. So läßt sich das
Mikroaktorbauteil beispielsweise auf ein weiteres
Substrat mit Elektroden aufbringen, die dann unterhalb
des plattenförmigen Aktorelementes angeordnet sind.
Weiterhin können am Rand der Ausnehmung an der Ober
fläche des Trägersubstrates Elektroden vorgesehen sein.
Besteht das plattenförmige Aktorelement in diesem Fall
aus Metall oder ist mit einer metallischen Beschichtung
versehen und in der Höhe versetzt zu der Ebene der
Elektroden angeordnet, so kann durch Beaufschlagung der
Elektroden mit einer Spannung eine Verkippung des
Aktorelementes herbeigeführt werden. Weitere Beispiele
hierfür sind in den weiter unten angeführten Ausfüh
rungsbeispielen dargestellt.
Die beiden erfindungsgemäßen Verfahren zur Her
stellung des vorliegenden Mikroaktorbauteils unter
scheiden sich darin, daß beim Verfahren gemäß Patent
anspruch 14 ein Aktorelement aus Silizium hergestellt
wird, während beim Verfahren des Patentanspruches 15
das Aktorelement aus einem elastischen Metall besteht.
Bei beiden Verfahren wird zunächst ein Halbleiter
substrat, vorzugsweise aus Silizium, bereitgestellt.
Auf diesem Substrat wird eine strukturierte Mas
kierungsschicht erzeugt, mit der im ersten Fall die
laterale Struktur des Trägersubstrates und des Aktor
elementes festgelegt wird. Im zweiten Fall wird ledig
lich die laterale Struktur des Trägersubstrates durch
die Maskierungsschicht definiert. Die Maskierungs
schicht dient insbesondere der Maskierung für den
späteren naßchemischen Ätzprozeß des Siliziums. Zur
Strukturierung der Maskierungsschicht werden mikro
technische Standardverfahren wie Photolithographie und
Plasmaätzen eingesetzt. Schließlich werden eine
Galvanikstartschicht und eine dicke Photolackschicht
auf die Oberfläche aufgebracht. Die dicke Photolack
schicht wird zur Definition der Bereiche für die ein
oder mehreren Biege- und/oder Torsionselemente
strukturiert. Im zweiten Fall wird zusätzlich die
Struktur für das Aktorelement festgelegt. In diese
Strukturen wird bei beiden Verfahren ein elastisches
Metall abgeschieden, um die ein oder mehreren durch die
Struktur festgelegten Biege- und/oder Torsionselemente
- und beim zweiten Verfahren zusätzlich das Aktor
element - zu bilden. Anschließend wird der Photolack
wieder entfernt, so daß die galvanisch abgeschiedenen
Strukturen auf der Oberfläche zurückbleiben.
Auf diese Weise lassen sich metallische Strukturen
mit einer Dicke von bis zu 100 µm erzeugen. Durch die
Abscheidedauer kann in weiten Bereichen die Dicke und
damit die Steifigkeit der Torsions- und/oder Biege
elemente eingestellt werden. Abschließend werden die
Biege- und/oder Torsionselemente und das Aktorelement
durch Wegätzen von Bereichen des Halbleitersubstrates
freigelegt. Der Ätzvorgang muß hierbei beim erst
genannten Verfahren von der Vorder- und von der Rück
seite erfolgen, um das Aktorelement mit der gewünschten
Dicke aus dem Halbleitermaterial zu erzeugen. Im
zweiten Verfahren genügt die vorderseitige Ätzung.
Gerade bei der Herstellung des vorliegenden
Mikroaktorbauteils mit einem Aktorelement aus elas
tischem Metall durch das zweite Verfahren ergibt sich
als besonderer Vorteil, daß die Galvanikstartschicht
als spiegelnde Oberfläche auf dem Aktorelement ver
bleibt. Diese Galvanikstartschicht hat besonders gute
Eigenschaften hinsichtlich der Rauhigkeit und ist daher
als spiegelnde Fläche sehr gut geeignet. Da diese
Schicht beim zweiten Verfahren auf der Rückseite des
Aktorelementes vorliegt, wird dieses vorzugsweise
rückseitig betrieben, wie in Fig. 5d beispielhaft
dargestellt ist.
Die additive Abscheidung der Torsions- und/oder
Biegeelemente hat gegenüber dem naßchemischen Heraus
ätzen der Elemente aus dem Silizium-Einkristall den
Vorteil, daß eine große Flexibilität hinsichtlich der
Geometrie dieser Torsions- oder Biegeelemente besteht
und die Geometrie nicht an die Orientierung der
Kristallachsen des Siliziums gebunden ist. So lassen
sich auch auf kleinstem Raum gefaltete Federelemente
abscheiden, die die notwendige Nachgiebigkeit besitzen.
Der metallische Rahmen in einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf die gleiche
Weise wie die Torsions- und/oder Biegeelemente
galvanisch auf der Oberfläche gebildet bzw. abge
schieden werden. Eine Ausgestaltung wie die des
Patentanspruches 4, bei der die Torsions- und/oder
Biegeelemente in einem Abstand über der Oberfläche des
Trägersubstrates am Rahmen aufgehängt sind, lassen sich
durch zusätzliches Abscheiden einer Opferschicht vor
dem galvanischen Aufbringen der Torsions- oder Biege
elemente realisieren, die anschließend herausgeätzt
wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von
Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen
nochmals beispielhaft erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 die Geometrie eines Mikroaktorbauteils, wie
sie auch aus dem Stand der Technik bekannt
ist;
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungs
gemäßen Mikroaktorbauteils;
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Mikroaktorbauteils;
Fig. 4 ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung
eines erfindungsgemäßen Mikroaktorbauteils;
Fig. 5 ein weiteres Beispiel für ein Verfahren zur
Herstellung eines erfindungsgemäßen Mikro
aktorbauteils;
Fig. 6 ein Beispiel für das Antriebsprinzip eines
erfindungsgemäßen Mikroaktorbauteils;
Fig. 7 ein Beispiel für eine Versteifungsstruktur des
Aktorelementes des erfindungsgemäßen Mikro
aktorbauteils;
Fig. 8 ein weiteres Beispiel für eine Versteifungs
struktur für das Aktorelement des erfindungs
gemäßen Mikroaktorbauteils;
Fig. 9 ein Beispiel für ein weiteres Antriebsprinzip
eines erfindungsgemäßen Mikroaktorbauteils;
Fig. 10 ein weiteres Beispiel für eine Versteifungs
struktur des Aktorelementes eines erfindungs
gemäßen Mikroaktorbauteils; und
Fig. 11 ein Beispiel für einen auf Basis des erfin
dungsgemäßen Mikroaktorbauteils realisierten
zweiachsigen Mikroscanner in Draufsicht.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel für die Geometrie eines
erfindungsgemäßen Mikroaktorbauteils. Eine derartige
Geometrie wird auch im Stand der Technik eingesetzt.
Das Mikroaktorbauteil besteht aus einem starren Rahmen
eines Trägersubstrates 1, das eine Ausnehmung 2
aufweist, in dem eine beweglich aufgehängte Spiegel
platte 3 als Aktorelement angeordnet ist. Die Spiegel
platte 3 ist mittels zweier als Torsionsfedern ausge
staltete Torsionselemente 4 am Substrat 1 aufgehängt.
Die lateralen Abmessungen der Spiegelplatte 3 eines
derartigen Mikroaktorbauteils liegen in der Regel im
Bereich von 1 bis 5 mm.
Im Gegensatz zu den Bauteilen des Standes der
Technik sind beim Mikroaktorbauteil der vorliegenden
Erfindung die Torsionsfedern 4 nicht aus Silizium,
sondern aus einem elastischen Metall, wie Nickel,
gebildet.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Mikroaktorbauteils ist in den Fig.
2 und 3 dargestellt. Bei beiden Bauteilen ist auf einem
Siliziumchip 1 als Trägersubstrat ein Metallrahmen 5
vorgesehen, der die Ausnehmung 2 umschließt. Die
metallischen Torsionselemente 4 sind in diesem Fall
nicht am Trägersubstrat, sondern an diesem Metallrahmen
5 befestigt. Weiterhin sind in den beiden Figuren Auf
weitungsstrukturen 6 an den Torsionselementen 4 im
Bereich der Übergänge zum Metallrahmen 5 bzw. zum
Spiegel 3 zu erkennen. Diese Aufweitungsstrukturen bzw.
Verbreiterungen dienen der besseren Aufnahme von Scher
kräften in den Torsionselementen.
Die beiden Ausführungsformen der Fig. 2 und 3
unterscheiden sich lediglich in der Form der Torsions
elemente 4, die bei der Ausgestaltung der Fig. 3 in
gefalteter Form ausgebildet sind. Diese Ausgestaltung
läßt sich sehr vorteilhaft durch die erfindungsgemäßen
Verfahren zur Herstellung der Mikroaktorbauteile
verwirklichen. Der schockabsorbierende Metallrahmen 5
als Aufhängung für die beweglichen Spiegelplatten
erhöht die Robustheit des Gesamtsystems in vorteil
hafter Weise.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel für die Herstellung
eines erfindungsgemäßen Mikroaktorbauteils mit einer
Silizium-Spiegelplatte 3 als Aktorelement. Der Prozeß
beginnt mit der Abscheidung und Strukturierung einer
Maskierschicht 7 aus Siliziumnitrid für das naß
chemische Ätzen von Silizium, beispielsweise in
Kalilauge (KOH) oder in Tetramethylammoniumhydroxid
(TMAH). Zur Strukturierung werden mikrotechnische
Standardverfahren wie Photolithographie und Plasmaätzen
angewandt. Die Maskierschicht 7 wird hierbei auf
Vorder- und Rückseite des Substrates 1 aufgebracht
(Fig. 4a). Die nach der Strukturierung freiliegenden
Bereiche des Siliziumsubstrates 1 stellen Bereiche dar,
die am Schluß des Prozesses weggeätzt werden müssen.
Anschließend wird eine dünne metallische Galvanik
startschicht 8, typischerweise aus Gold, ganzflächig
abgeschieden und darauf eine ca. 25 µm dicke Photolack
schicht 9 strukturiert. Die Strukturierung erfolgt zur
Festlegung der Bereiche für die Torsionselemente und
den Metallrahmen. In den freibelichteten Photolack
strukturen wird anschließend galvanisch Metall 10, wie
beispielsweise Nickel, abgeschieden. Dadurch werden der
Metallrahmen 5 und die Torsionsfedern 4 hergestellt
(Fig. 4b). Durch die Abscheidedauer kann in weiten
Bereichen die Federdicke und damit die Federsteifigkeit
eingestellt werden.
Der Photolack 9 und die unbeschichteten Bereiche
der Galvanikstartschicht 8 werden anschließend ent
fernt. Schließlich wird durch naßchemisches Ätzen in
KOH oder TMAH der Spiegel 3 freigeätzt (Fig. 4c). Die
Dicke dieses Spiegels 3, die durch das rückseitige
Ätzen beeinflußbar ist, kann auch durch Verwendung
eines SOI-Substrates als Trägersubstrat 1 exakt
eingestellt werden. Dem Fachmann sind die entsprechen
den Herstellungsschritte geläufig.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines
Mikroaktorbauteils ist in Fig. 5 dargestellt. Bei
diesem Verfahren wird die Spiegelplatte 3 nicht aus
Silizium, sondern aus einem elastischen Metall 10
gebildet. Dieses Verfahren kommt im Gegensatz zu dem
Verfahren der Fig. 4 mit der Strukturierung des
Siliziumsubstrates 1 allein von der Vorderseite aus.
Dies bedeutet einen erheblich geringeren Fertigungs
aufwand.
Zunächst wird beidseitig eine Maskierschicht 7 aus
Siliziumnitrid abgeschieden und vorderseitig im Bereich
der später beweglichen Elemente geöffnet (Fig. 5a). Die
Rückseite bleibt unstrukturiert. Vorderseitig wird eine
Galvanikstartschicht 8 abgeschieden und daraufhin ein
25 µm dicker Photolack 9 aufgeschleudert und struktu
riert. Die strukturierten Bereiche dienen der Fest
legung der Form der Spiegelplatte 3, der Aufhängung
bzw. Torsionselemente 4 und des Metallrahmens 5. In den
freibelichteten Bereichen wird galvanisch ein elas
tisches Metall 10 abgeschieden, wodurch die Spiegel
platte 3, die Aufhängungs- bzw. Torsionselemente 4 und
der Metallrahmen 5 gebildet werden (Fig. 5b). Der
Photolack 9 wird abgelöst und die Galvanikstartschicht
8 in den seitlichen Bereichen entfernt. Schließlich
wird der Wafer naßchemisch geätzt. Hierbei greift die
Ätzflüssigkeit allein von der Vorderseite durch die
durch die Maskierschicht 7 freigelegten Bereiche an.
Der Prozeß ist abgeschlossen, wenn der Metallspiegel 3
von der Unterseite her komplett von Silizium befreit
ist und ein Durchbruch 2 zur Unterseite des Träger
substrates 1 existiert (Fig. 5c).
Da die galvanisch abgeschiedenen relativ dicken
metallischen Schichten von bis zu 100 µm Dicke bereits
erhebliche Oberflächen-Rauhigkeiten aufweisen, kann der
Spiegel, wie in Fig. 5d gezeigt, auch von der Rückseite
her betrieben werden. Die Rückseite der Spiegelplatte 3
besteht an der Oberfläche aus der Galvanikstartschicht
8, die eine sehr geringe Rauhigkeit aufweist und
dadurch wenig Streulicht erzeugt. Mit höherer Streu
lichterzeugung ist dagegen die Benutzung der eigent
lichen Spiegeloberseite, wie unter Fig. 5e dargestellt,
verbunden. In beiden der letztgenannten Figuren ist
eine Konfiguration für elektrostatischen Antrieb der
Spiegelplatte 3 dargestellt. Hierzu wird das Träger
substrat 1 mit der Vorder- oder Rückseite auf ein
weiteres Substrat 11 aufgebracht, auf dem Elektroden 12
angeordnet sind, über die die Spiegelplatte 3 bewegt
werden kann. Bei rückseitiger Betriebsweise ist
zwischen dem Substrat 11 und dem Trägersubstrat 1 noch
eine Abstandsschicht 13 vorzusehen, damit die Elek
troden die Spiegelplatte nicht berühren.
Ist die Spiegelplatte aus galvanisch abge
schiedenem Nickel oder einer Nickellegierung herge
stellt, können die weichmagnetischen Eigenschaften
dieses Materials genutzt werden, um sehr einfache
elektromagnetische Antriebe zu realisieren. Ein
Beispiel hierfür ist aus Fig. 6 ersichtlich. Diese
zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes
Mikroaktorbauteil, das auf einem Grundsubstrat 11
aufgebracht ist. Auf diesem Grundsubstrat sind
unterhalb der Spiegelplatte 3 zwei Elektromagnete 14
zur Erzeugung eines magnetischen Feldes vorgesehen,
über die die Spiegelplatte bewegt werden kann, wie dies
in der Figur schematisch dargestellt ist (linker
Elektromagnet an - rechter Elektromagnet aus). Die
Elektromagnete 14 sind vorzugsweise als Planarspulen
ausgebildet.
Typische Abmessungen der mit den vorgestellten
Verfahren gefertigten Mikroaktorbauteile liegen bei
Spiegelgrößen mit einer Kantenlänge von 1 bis 3 mm,
Torsionselementen mit Breiten zwischen 10 und 30 µm,
Höhen zwischen 7 und 25 µm sowie Längen zwischen 1 und
2 mm. In der Regel wird für die Torsionselemente die
Abscheidung einer möglichst hohen Metallschicht 10
angestrebt, so daß die Durchbiegung dieser Elemente
aufgrund der Gravitation vermindert wird. Die Torsions
elemente bzw. -federn sind daher vorzugsweise höher als
breit.
Bei der Anordnung eines Bauteils auf einem Grund
substrat 11, wie in den Fig. 5d und 5e dargestellt,
wird vorzugsweise ein Grundsubstrat aus Glas einge
setzt. Die Verbindung zwischen Trägersubstrat 1 und
Grundsubstrat 11 kann mittels Kleben oder einer
Bondingtechnik erfolgen.
Bei der Herstellung metallischer Spiegelplatten
führt materialeigener Schichtstreß, insbesondere Streß
gradienten, dazu, daß sich die metallischen Spiegel
platten einer Dicke von bis zu 25 µm durchbiegen. Diese
Durchbiegung muß auf ein Minimum reduziert werden. Da
es schwer oder kaum möglich ist, die Abscheideparameter
so perfekt einzustellen, daß der Streß der Metallplatte
vernachlässigbar bleibt, wird die Verbiegung vorzugs
weise durch zusätzlich versteifend wirkende Elemente
auf den Metallplatten reduziert. Eine Möglichkeit der
zusätzlichen Versteifung besteht darin, ein verstei
fendes Profil zusätzlich an den Rändern des Spiegels
abzuscheiden, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist.
Dieses versteifende Profil ist in diesem Beispiel in
Form eines metallischen Rahmens 15 ausgestaltet, an dem
die Torsionsfedern 4 angebracht sind. Dies führt neben
der verbesserten Ebenheit allerdings auch zu einer
Erhöhung der Spiegelmasse und damit des Trägheits
momentes des Spiegels.
In einer weiteren Ausführungsform gemäß Fig. 8
wird die Versteifung nicht durch einen geschlossenen
Rahmen erreicht, sondern durch zwei metallische Rahmen
elemente 16, die jeweils mit einem der Torsionselemente
4 verbunden sind. Diese Rahmenelemente 16 können hier
durch bei Beaufschlagung mit unterschiedlichen
Spannungen V1 bzw. V2 gleichzeitig als Randelektroden
dienen, um eine Kippbewegung des Spiegels hervorzu
rufen. Dies wird insbesondere durch die mittels
galvanischer Abscheidung erzeugbaren hohen Strukturen
dieser Rahmenelemente ermöglicht. Ein derartiges elek
trostatisches Antriebsprinzip ist besonders für den
resonanten Betrieb des Spiegels geeignet. Hierzu ist es
allerdings erforderlich, die beiden Rahmenelemente 16
gegeneinander zu isolieren, so daß sie auf definierter
Potentialdifferenz zueinander und in Bezug auf den
umgebenden Chiprahmen gehalten werden können. Durch den
Höhenunterschied zwischen den versteifenden Rahmen
elementen 16 und dem Chiprahmen kommt es bei Anlegen
einer elektrischen Spannung zu einem effektiven
Drehmoment unter der Voraussetzung, daß an der
gegenüberliegenden Spiegelseite zwischen dem Chiprahmen
und den Rahmenelementen nicht die gleiche elektrische
Spannung anliegt.
Das gleiche Antriebsprinzip läßt sich auch reali
sieren, wenn eine entsprechende Randelektrode 18 auf
dem Siliziumchip 1 in geringem Abstand und isoliert zur
Spiegelplatte 3 vorgesehen ist. Dies ist in Fig. 9
dargestellt. Das Drehmoment ergibt sich hierbei
wiederum durch den Höhenunterschied zwischen der
Spiegelplatte 3 und der Randelektrode 18, wobei in
diesem Fall die Spiegelplatte über die Torsionselemente
4 auf einer anderen Spannung V1 liegt als die jeweilige
Randelektrode (Spannung V2).
Bei den beiden Ausführungsformen der Fig. 8 und
9 muß jeweils zwischen Spiegelelement 3 und Chip bzw.
Trägersubstrat 1 ein ausreichend großer Luftspalt 19
vorliegen, um einen elektrischen Kurzschluß zu ver
hindern. Bei der Ausführungsform der Fig. 9 liegt der
Vorteil darin, daß die Randelektroden 18 nicht auf dem
Spiegel befestigt sind, so daß eine geringere Spiegel
masse ermöglicht wird. Dieses Antriebskonzept ist
sowohl für resonanten als auch nichtresonanten Betrieb
des Spiegels mit beliebiger Frequenz geeignet.
Fig. 10 zeigt schließlich ein weiteres Beispiel
für eine Versteifungsstruktur einer metallischen
Spiegelplatte 3. Hierbei ist eine galvanisch abge
schiedene Hohlstruktur 20, beispielsweise als
Hexagonalstruktur oder als Dreieckstruktur, mit
vertikalen Wänden auf der Spiegelplatte 3 vorgesehen.
Die Spiegelplatte kann bei dieser Anordnung nur wenige
Mikrometer dünn ausgestaltet sein. Sie besteht vorzugs
weise nur noch aus einer dünnen Folie, über der die
Verstrebungsstruktur erzeugt wird. Durch die zahl
reichen Hohlräume kann sich der Schichtstreß nicht mehr
wie in einer geschlossenen Schicht ausbilden. Eine
Verbiegung ist stark erschwert. In diesem Fall ist es
allerdings notwendig, die Rückseite des Spiegels 3 zur
Strahlablenkung zu nutzen. Der einfallende 21 und
reflektierte Strahl 22 ist in der Abbildung zu
erkennen. Diese Figur stellt nur einen Ausschnitt einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mikroaktorbau
teils dar. Die übrigen Elemente können wie in einer der
vorangehenden Figuren ausgeführt werden.
Der große Vorteil dieser hohlen Versteifungs
struktur liegt in der gleichzeitig reduzierten Spiegel
masse, da der Spiegel dünner ausgestaltet werden kann.
Diese gleichzeitige Reduzierung der Masse erlaubt es
trotz Versteifung, sehr hohe Resonanzfrequenzen mit
diesem System zu erzielen.
Fig. 11 zeigt schließlich in Draufsicht ein
Beispiel eines zweiachsigen Mikroscanners auf engstem
Raum, bei dem eine Ausführungsform der erfindungs
gemäßen Mikroaktorbauteile eingesetzt wurde. Dieser
zweiachsige Scanner besteht aus einem Nickelrahmen 5
auf einem (nicht dargestellten) Trägersubstrat. An dem
Nickelrahmen 5 ist über zwei Torsionselemente 4a ein
weiterer Nickelrahmen 5a aufgehängt. Innerhalb dieses
Rahmens 5a ist schließlich die Spiegelplatte 3 aus
Nickel über zwei weitere Torsionselemente 4b an diesem
aufgehängt. Die äußeren Torsionselemente 4a bilden eine
Torsionsachse, die senkrecht zur durch die weiteren
Torsionselemente 4b gebildeten Torsionsachse steht. Wie
leicht ersichtlich ist, läßt sich hierdurch ein zwei
dimensionales Ablenksystem realisieren. Das gesamte
System kann auf einfache Weise über galvanische
Schichtabscheidung der metallischen Rahmen und
Torsionselemente, wie dies beispielsweise in Fig. 5
dargestellt ist, hergestellt werden.
Das erfindungsgemäße Mikroaktorbauteil ermöglicht
die Bereitstellung von extrem kompakten, monolithischen
Mikroscannern mit den erforderlichen weichen, mecha
nischen Federn und einer sehr höhen Vibrations- und
Schockunempfindlichkeit. Neben dem Einsatz in Zwei
achsenscannern für die portable Laserscan-Mikroskopie,
in Barcode-Scannern, in Biochip-Readern, in der
Reprographie und Druckertechnik, beim Laserfernsehen,
in der holographischen Datenspeicherung, in kompakten
Displays im Auto oder Flugzeug sowie in Laserbear
beitungseinrichtungen oder in der Meßtechnik lassen
sich derartige Mikroaktorbauteile beispielsweise auch
in Positioniereinheiten oder Mikrorühreinrichtungen
einsetzen.
1
Trägersubstrat
2
Ausnehmung
3
Aktorelement bzw. Spiegelplatte
4
,
4
a,
4
b Torsionselement
5
,
5
a Metallrahmen
6
Aufweitungsstruktur
7
Maskierungsschicht
8
Galvanikstartschicht
9
Photolack
10
galvanisch abgeschiedenes Metall
11
Grundsubstrat
12
Elektroden
13
Abstandsschicht
14
Elektromagnet
15
versteifender Rahmen
16
versteifende Rahmenelemente
17
Rand des Trägersubstrates bzw. Chips
18
Randelektroden
19
Luftspalt
20
versteifende Hohlstruktur
21
einfallender Laserstrahl
22
reflektierter Laserstrahl
Claims (18)
1. Mikroaktorbauteil, insbesondere für einen
Mikrospiegelscanner, mit einem kippbaren
Aktorelement (3), das über ein oder mehrere Biege-
und/oder Torsionselemente (4) an einem
Trägersubstrat (1) aufgehängt ist und eine laterale
Ausdehnung von zumindest 250 µm aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die ein oder mehreren Biege- und/oder Torsions
elemente (4) aus einem elastischen Metall gebildet
sind.
2. Mikroaktorbauteil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Aktorelement (3) eine Halbleiter- oder
Metallplatte ist.
3. Mikroaktorbauteil nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Aktorelement (3) in einer Ausnehmung (2)
des Trägersubstrates (1) angeordnet und von einem
offenen oder geschlossenen metallischen Rahmen (5)
auf der Oberfläche des Trägersubstrates umgeben
ist, wobei die ein oder mehreren Biege- und/oder
Torsionselemente (4) am metallischen Rahmen (5)
befestigt sind.
4. Mikroaktorbauteil nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der metallische Rahmen (5) einen größeren
Innenumfang aufweist als die Ausnehmung (2) des
Trägersubstrates, wobei die ein oder mehreren
Biege- und/oder Torsionselemente (4) in einer Höhe
über dem Trägersubstrat (1) am Rahmen (5)
befestigt sind, in der sie das Trägersubstrat (1)
nicht berühren.
5. Mikroaktorbauteil nach einem der Ansprüche 3 oder
4,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf dem Trägersubstrat (1) im Bereich der
Ausnehmung (2) Elektroden (18) gegenüber dem
Aktorelement (3) in der Höhe versetzt angeordnet
sind.
6. Mikroaktorbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die ein oder mehreren Biege- und/oder
Torsionselemente (4) und/oder der metallische
Rahmen (5) aus Nickel oder einer Nickellegierung
bestehen.
7. Mikroaktorbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Aktorelement (3) aus Nickel oder einer
Nickellegierung besteht.
8. Mikroaktorbauteil nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß beabstandet vom Aktorelement (3) Spulen (14)
zur magnetischen Betätigung des Aktorelementes (3)
vorgesehen sind.
9. Mikroaktorbauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf dem Aktorelement (3) eine Versteifungs
struktur (15, 16, 20) aufgebracht ist.
10. Mikroaktorbauteil nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Versteifungsstruktur (20) eine Hohlstruktur
ist.
11. Mikroaktorbauteil nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Versteifungsstruktur (15, 16) aus einem
oder mehreren balkenförmigen Elementen besteht, die
sich am Rand des Aktorelementes (3) erstrecken.
12. Mikroaktorbauteil nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die balkenförmigen Elemente elektrisch leit
fähig und derart isoliert voneinander auf dem
Aktorelement (3) angeordnet und mit den ein oder
mehreren Biege- und/oder Torsionselementen (4)
verbunden sind, daß eine Beaufschlagung der
balkenförmigen Elemente über die ein oder mehreren
Biege- und/oder Torsionselemente (4) mit einer
elektrischen Spannung eine Kippbewegung des
Aktorelementes (3) hervorruft.
13. Mikroaktorbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis
12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die ein oder mehreren Biege- und/oder Torsions
elemente (4) am Übergang zum Aktorelement (3)
und/oder zum Trägersubstrat (1) verbreitert sind.
14. Verfahren zur Herstellung eines Mikroaktorbauteils,
insbesondere eines kippbar aufgehängten Mikro
spiegels, das ein über ein oder mehrere Biege-
und/oder Torsionselemente (4) an einem Träger
substrat (1) aufgehängtes Aktorelement (3)
aufweist, mit folgenden Schritten:
- - Bereitstellen eines Halbleitersubstrates (1);
- - Erzeugen einer strukturierten Maskierungsschicht (7) auf einer vorderseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrates (1) zur Festlegung der lateralen Struktur des Trägersubstrates (1) und des Aktorelementes (3);
- - Aufbringen einer Galvanikstartschicht (8);
- - Aufbringen einer dicken Photolackschicht (9);
- - Strukturierung der Photolackschicht (9) zur Definition zumindest der Bereiche für die ein oder mehreren Biege- und/oder Torsionselemente (4);
- - Galvanisches Abscheiden eines elastischen Metalls (10) zur Bildung der ein oder mehreren Biege- und/oder Torsionselemente (4);
- - Entfernen des Photolacks (9);
- - Wegätzen von Bereichen des Halbleitersubstrates (1), die nicht von der Maskierungsschicht (7) bedeckt sind, von der Vorderseite und Wegätzen eines Bereiches des Halbleitersubstrates (1) von der Rückseite, um das Aktorelement (3) und die ein oder mehreren Biege- und/oder Torsionselemente (4) freizulegen.
15. Verfahren zur Herstellung eines Mikroaktorbauteils,
insbesondere eines kippbar aufgehängten Mikro
spiegels, das ein über ein oder mehrere Biege-
und/oder Torsionselemente (4) an einem Träger
substrat (1) aufgehängtes Aktorelement (3)
aufweist, mit folgenden Schritten:
- - Bereitstellen eines Halbleitersubstrates (1);
- - Erzeugen einer strukturierten Maskierungsschicht (7) auf einer vorderseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrates (1) zur Festlegung der lateralen Struktur des Trägersubstrates (1);
- - Aufbringen einer Galvanikstartschicht (8);
- - Aufbringen einer dicken Photolackschicht (9);
- - Strukturierung der Photolackschicht (9) zur Definition zumindest der Bereiche für die ein oder mehreren Biege- und/oder Torsionselemente (4) und für das Aktorelement (3);
- - Galvanisches Abscheiden eines elastischen Metalles (10) zur Bildung des Aktorelementes (3) und der ein oder mehreren Biege- und/oder Torsionselemente (4);
- - Entfernen des Photolackes (9); und
- - Wegätzen von Bereichen des Halbleitersubstrates (1) von der Vorderseite, die nicht von der Maskierungsschicht (7) bedeckt sind, um das Aktorelement (3) und die ein oder mehreren Biege- und/oder Torsionselemente (4) freizulegen.
16. Verfahren zur Herstellung eines Mikroaktorbauteils
nach einem der Ansprüche 14 oder 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß beim Schritt der Strukturierung der Photolack
schicht (9) auch der Verlauf eines offenen oder
geschlossenen Rahmens (5) auf dem Halbleiter
substrat (1) festgelegt wird, der das Aktorelement
(3) umschließt und die Verbindung zwischen den ein
oder mehreren Biege- und/oder Torsionselementen (4)
und dem Halbleitersubstrat (1) herstellt, wobei der
Rahmen (5) durch das nachfolgende galvanische
Abscheiden des elastischen Metalls (10) gebildet
wird.
17. Verfahren zur Herstellung eines Mikroaktorbauteils
nach einem der Ansprüche 14 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß als elastisches Metall (10) Nickel oder eine
Nickellegierung abgeschieden wird.
18. Verfahren zur Herstellung eines Mikroaktorbauteils
nach einem der Ansprüche 14 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Abscheiden der dicken Photolackschicht (9)
und das galvanische Abscheiden des elastischen
Metalls (10) bis zu einer Dicke von mindestens 7 µm
erfolgt.
Priority Applications (4)
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