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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Scanner mit einem
Mikrospiegel, der durch ein mikroelektromechanisches System (MEMS)
vorgesehen ist, und ein Verfahren zu seiner Herstellung, und insbesondere
einen optischen Scanner zum pendelnden Fahren in einer Richtung
und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
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US-Patent
Nr. 5,025,346 A offenbart ein Mikrostellorgan, das einen durch eine
kammartige Elektrode bewirkten elektrostatischen Effekt nutzt. Das Mikrostellorgan
weist bewegliche Kammelektroden und feste Kammelektroden auf, die
abwechselnd in einer beweglichen Struktur und einer stationären Struktur
angeordnet sind. Die bewegliche Struktur ist von Trägerstrukturen
abgehängt
und horizontal durch eine bestimmte Resonanzfrequenz angetrieben.
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In
einem solchen Mikrostellorgan sind bewegliche Kammelektroden parallel
zur Ebene einer beweglichen Plattform oder der beweglichen Struktur ausgebildet.
Feste Kammelektroden sind dazu gegenüber und abwechselnd zusammen
mit den beweglichen Kammelektroden in einem stationären Zustand
angeordnet, und sind parallel zur Ebene der beweglichen Plattform
ausgebildet. Das Mikrostellorgan ist im Vergleich zur beweglichen
Plattform oder der beweglichen Struktur beträchtlich vergrößert, da Kammelektroden
um die bewegliche Plattform ausgebildet sind. Als Folge davon sind
die Anwendungen des Mikrostellorgans eingeschränkt.
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US-Patent
5,914,553 A offenbart einen mehrfach stabilen elektromikromechanischen
Resonator mit elektrostatischen Stellorganen, die die Modifikation
der Resonanzfrequenz der Struktur ermöglichen. Die Stellorgane bestehen
aus Sätzen
von gegenüberliegenden
elektrischen Fin gern, wobei jeder Satz eine Mehrzahl von beabstandeten,
parallelen Fingern aufweist. Ein Satz ist auf einem beweglichen Teil
der Resonatorstruktur angebracht und ein Satz ist auf einer benachbarten
festen Basis angebracht, wobei Finger gegenüber stehen und ihre benachbarten
Enden durch einen Spalt in einem Abstand angeordnet sind.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird ein optischer Scanner zur Verfügung gestellt
umfassend eine Basisstruktur, einen Rahmen, eine H-förmige Plattform,
Träger
und eine Plattformantriebsstruktur. Eine Verbindungsschicht mit
einem bestimmten Muster ist auf der Basisstruktur ausgebildet. Der
Rahmen weist eine rechteckige Rahmenform auf, die auf dem Basissubstrat
ausgebildet ist. Die H-förmige
Plattform weist einen Mittelbereich auf, der im Rahmen in Bezug
auf eine uniaxiale Mittelachse eine Pendelbewegung ausführt und
auf der uniaxialen Mittelachse positioniert ist, und vier verlängerte Bereiche,
die sich von zwei Seiten des Mittelbereichs erstrecken, durch die
die uniaxiale Mittelachse, parallel zur uniaxialen Mittelachse verläuft. Die Träger weisen
Trägerbalken
auf, die auf der uniaxialen Mittelachse positioniert sind, und mit
dem Rahmen und den Torsionsstäben
verbunden sind, die sich von den Trägerbalken erstrecken, und mit
dem Mittelbereich der Plattform verbunden sind. Die Plattformantriebsstruktur
weist bewegliche Kammelektroden und feste Kammelektroden unter der
Plattform bzw. auf dem der Plattform zuugewandten Basissubstrat
auf.
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Die
vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, einen optischen Scanner
zur Verfügung
zu stellen, der subminiaturisiert werden kann und bei hoher Geschwindigkeit
betrieben werden kann, durch effiziente Konstruktionsstrukturen
von Kammelektroden, und ein Verfahren zur Herstellung des optischen Scanners.
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Die
vorliegende Erfindung ist auch darauf gerichtet, einen optischen
Scanner zur Verfügung
zu stellen, der lineares Hochgeschwindigkeits scannen unter Verwendung
einer geringen Antriebsspannung durchführen kann und ein Verfahren
zur Herstellung des optischen Scanners.
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Die
vorliegende Erfindung beabsichtigt auch, einen optischen Scanner
zur Verfügung
zu stellen, der stabil massenproduziert werden kann, und ein Verfahren
zur Herstellung des optischen Scanners.
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Es
ist bevorzugt, dass der Rahmen einen zweiten Teilrahmen auf dem
Basissubstrat aufweist, einen ersten Teilrahmen auf dem zweiten
Teilrahmen, eine Bindeschicht zwischen den ersten und zweiten Teilrahmen
und die Träger
mit dem ersten Rahmen und der Plattform verbunden sind, um einen einzigen
Körper
auszubilden. Es ist bevorzugt, dass die beweglichen Kammelektroden
unter den verlängerten
Bereichen der Plattform mit den festen Kammelektroden auf dem Basissubstrat
interdigitiert sind und die verlängerten
Bereich Kammrahmenwerke aufweisen, um die beweglichen Kammelektroden
zu stützen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung umfassen die festen Kammelektroden, die gegenüber den
beweglichen Kammelektroden unter der Plattform gelegen sind, ersten
feste Kammelektroden und zweite feste Kammelektroden, die voneinander
elektrisch isoliert sind.
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In
einem anderen Aspekt ist ein anderer Typ von optischem Scanner vorgesehen
umfassend eine Basisstruktur, einen rechteckigen Rahmen, eine Mehrzahl
von Plattformen, Trägern
und einer Plattformantriebsstruktur. Eine Verbindungsschicht mit
einem bestimmten Muster ist auf der Basisstruktur ausgebildet. Der
rechteckige Rahmen ist auf dem Basissubstrat ausgebildet. Die Mehrzahl
von Plattformen sind im Rahmen angeordnet. Die Träger hängen die Plattformen
vom Rahmen ab. Die Plattformantriebsstruktur weist bewegliche Kammelektroden
auf und fes te Kammelektroden, die unter der Plattform ausgebildet
sind bzw. auf dem Basissubstrat gegenüber der Plattform.
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Jede
der Plattformen weist eine H-Form auf und umfasst einen Mittelbereich,
der auf einer Mittelachse positioniert ist und vier verlängerte Bereiche, die
sich von zwei Seiten des Mittelbereichs erstrecken, durch den die
Mittelachse verläuft,
parallel zur Mittelachse, und jeder der Träger weist Trägerbalken auf,
die mit dem Rahmen verbunden sind, und Torsionsstäbe, die
sich von den Trägerbalken
erstrecken, und mit dem Mittelbereich der Plattform verbunden sind.
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Es
ist bevorzugt, dass der Rahmen einen zweiten Teilrahmen auf dem
Basissubstrat aufweist, einen ersten Teilrahmen auf dem zweiten
Teilrahmen und eine Bindeschicht zwischen dem ersten und zweiten
Teilrahmen, und die Träger
sind mit dem ersten Teilrahmen und der Plattform kombiniert, um
einen einzigen Körper
auszubilden. Es ist bevorzugt, dass die beweglichen Kammelektroden
auf den verlängerten
Bereichen der Plattform mit den festen Kammelektroden auf dem Basissubstrat
verschränkt sind,
und die verlängerten
Bereiche Kammrahmenwerke aufweisen, um die beweglichen Kammelektroden
zu stützen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, weisen die festen Kammelektroden, die den
beweglichen Kammelektroden unter der Plattform gegenüberliegen,
erste feste Kammelektroden und zweite feste Kammelektroden auf,
die voneinander elektrisch isoliert sind.
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In
einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines optischen
Scanners zur Verfügung
gestellt. Eine obere Struktur wird so ausgebildet, dass sie einen
rechteckigen ersten Teilrahmen aufweist, einen Mittelbereich, der
von Trägern
mit Trägerbalken
getragen ist, die in separaten Bereichen im ersten Teilrahmen positioniert
sind und sich vom ersten Rahmen erstrecken und Torsionsstäbe, die
sich von den Trägerbalken
erstrecken, und direkt mit den Torsionsstäben verbunden, und eine H-förmige Plattform,
die sich vom Mittelbereich erstreckt, parallel zu den Torsionsstäben. Eine
untere Struktur wird so ausgebildet, dass sie einen zweiten Teilrahmen
aufweist, gegenüberliegend
zum ersten Teilrahmen und ein Substrat, das den zweiten Teilrahmen trägt und in
einem Abstand zur Plattform angeordnet ist. Der erste Teilrahmen
wird mit dem zweiten Teilrahmen durch eutektisches Verbinden zum
Kombinieren der oberen und unteren Strukturen in eine Struktur verbunden.
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Es
ist bevorzugt, dass eine Bindeschicht zum eutektischen Verbinden
auf einem der ersten und zweiten Teilrahmen in einem der Schritte
zum Ausbilden der oberen und unteren Strukturen ausgebildet wird.
Es ist bevorzugt, dass vertikal bewegliche Kammelektroden unter
der Plattform im Schritt zur Ausbildung der oberen Struktur ausgebildet
werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass feste Kammelektroden,
die den beweglichen Kammelektroden unter der Plattform gegenüberliegen, auf
dem Substrat im Schritt zur Ausbildung der unteren Struktur ausgebildet
werden.
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Bevorzugt
wird beim Ausbilden der oberen Struktur zunächst in einem ersten Substrat
ein Durchtritt ausgebildet, der größer ist als die Plattform. Danach
werden auf einem zweiten Substrat Teile entsprechend der separaten
Bereiche auf bestimmte Breite und Tiefe geätzt. Das erste und zweite Substrat
werden anodisch verbunden. Das zweite Substrat wird auf eine bestimmte
Dicke poliert. Es wird eine obere Metallschicht auf einem Teil entsprechend
dem ersten Teilrahmen unter dem zweiten Substrat ausgebildet. Eine
untere Fläche
des zweiten Substrats wird in ein bestimmtes Muster geätzt, um
die Teile zu perforieren, die den sepa raten Bereichen entsprechen
und die bewegliche Kammelektroden bilden, die eine bestimmte Höhe unter
der Plattform aufweisen.
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Bevorzugt
wird beim Ausbilden der unteren Struktur eine Verbindungsschicht
mit einem bestimmten Muster auf einem dritten Substrat ausgebildet,
das die untere Struktur trägt.
Es werden untere separate Bereiche mit bestimmter Breite und Tiefe zwischen
dem zweiten Teilrahmen und den festen Kammelektroden unter dem vierten
Substrat ausgebildet. Das dritte und vierte Substrate werden anodisch
verbunden. Ein Teil, der dem zweiten Teilrahmen entspricht, wird
auf dem vierten Substrat auf eine bestimmte Tiefe geätzt. Es
wird eine untere Metallschicht im geätzten Teil des vierten Substrats
ausgebildet. Es wird eine Maskenschicht ausgebildet, die einen Teil
bedeckt, der dem zweiten Teilrahmen entspricht und den festen Kammelektroden
und separate Bereiche zwischen dem zweiten Teilrahmen und der festen
Kammelektrode freilegt. Ein Teil, der nicht mit der Maskenschicht
bedeckt ist, wird auf eine bestimmte Tiefe geätzt, um die unteren separaten Bereiche
zu perforieren und feste Kammelektroden mit einer bestimmten Höhe in den
unteren separaten Bereichen auszubilden.
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Bevorzugt
wird beim Ausbilden der oberen Metallschicht eine Metallimpfschicht
unter dem ersten Teilrahmen ausgebildet. Die Metallimpfschicht wird
mit einer eutektischen Bindeschicht abgedeckt.
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Die
obigen Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher
durch eine ausführliche
Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug zu den
begleitenden Zeichnungen, in denen:
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1 eine schematische Perspektivansicht einer
ersten Ausführungsform
eines optischen Scanners gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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2 eine Draufsicht des in 1 gezeigten optischen Scanners
ist;
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3 eine Querschnittsansicht
entlang der Linie X-X von 2 ist;
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4 eine Querschnittsansicht
entlang der Linie Y-Y von 2 ist;
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5 eine schematische Draufsicht
einer Struktur einer Plattform in einer zweiten Ausführungsform
eines optischen Scanners gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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6 eine schematische Perspektivansicht einer
dritten Ausführungsform
eines optischen Scanners gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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7 eine Draufsicht des in 6 gezeigten optischen Scanners
ist;
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8 eine schematische Draufsicht
einer Struktur einer Plattform in einer vierten Ausführungsform
eines optischen Scanners gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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9 eine Ansicht ist zur Erläuterung
der Lichtreflexion durch Plattformanordnungen bei den in den 6 bis 8 gezeigten optischen Scannern;
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10A bis 10I Querschnittsansichten sind, die ein
Verfahren zur Fertigung einer oberen Struktur in einem optischen
Scanner der vorliegenden Erfindung erläutern;
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11A bis 11I Querschnittsansichten sind, die ein
Verfahren zur Fertigung einer unteren Struktur des optischen Scanners
der vorliegenden Erfindung erläutern;
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12 eine Querschnittsansicht
ist zur Erläuterung
eines Verfahrens zum Kombinieren der oberen Struktur mit der unteren
Struktur in einem Fertigungsverfahren für den optischen Scanner der Erfindung.
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsformen
eines optischen Scanners und ein Verfahren zu seiner Herstellung
gemäß der vorliegenden Erfindung
mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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Zunächst wird
eine erste Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen optischen
Scanners mit Bezug zu den 1 bis 3 beschrieben. 1 ist eine schematische
Ansicht einer ersten Ausführungsform eines
optischen Scanners gemäß der vorliegenden Erfindung. 3 ist eine Querschnittsansicht
entlang der Linie X-X von 1,
die Querschnitte von Trägern 4 zum
Stützen
einer Plattform 3, auf der ein Spiegel (nicht gezeigt)
ausgebildet ist, und eines Rahmens 2 zeigt. 2 ist eine schematische
Draufsicht des in 1 gezeigten
optischen Scanners.
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Mit
Bezug zu den 1 bis 3 ist ein rechteckiger Rahmen 2 auf
einem Substrat 1 ausgebildet, das aus Pyrexglas gebildet
ist. Eine H-förmige Plattform 3 ist
zwischen separaten Bereichen mit einer bestimmten Breite im Rahmen 2 positioniert.
Die Plattform 3 ist in einer bestimmten Höhe vom Substrat 1 durch
zwei Träger 4 aufgehängt, die
auf einer X-X-Achse positioniert sind. Die Plattform 3 weist
einen Mittelbereich 31 auf, der direkt mit den Trägern 4 verbunden
ist, die die separaten Bereiche kreuzen und vier verlängerte Bereiche 32,
die sich vom Mittelbereich 31 parallel zu den Trägern 4 in
einer bestimmten Länge
erstrecken. Der Spiegel kann nur auf dem Mittelbereich 31 ausgebildet
sein. Alternativ kann der Spiegel auf den gesamten Flächen des
Mittelbereichs 31 und den verlängerten Bereichen 32 ausgebildet
sein.
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Die
Träger 4 erstrecken
sich vom Rahmen 2 und weisen stationäre Trägerbalken 42 und Torsionsstäbe 41 auf,
die sich von den Trägerbalken 42 erstrecken,
sind mit dem Mittelbereich 31 der Plattform 3 verbunden
und werden durch Bewegung der Plattform 3 transformiert.
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Die
Torsionsstäbe 41 sind
mit Mittelteilen gegenüberliegender
Kanten des Mittelbereichs 31 auf der Plattform 3 verbunden.
Der Rahmen 2, die Träger 4 und
die Plattform 3 bilden eine einzigen Körper. Die Torsionsstäbe 41 unterstützen die
Zickzackbewegung der Plattform 3 und ergeben eine geeignete elastische
Rückstellkraft
bei der Bewegung der Plattform 3 und des Rahmens 2 und
die Träger 4 ergeben einen
elektrischen Leitweg zur Plattform 3. Der Rahmen 2 weist
einen ersten Teilrahmen 21 auf und einen zweiten Teilrahmen 22,
die jeweils auf und unter einer eutektischen Bindeschicht 23 aus
einer AuSn-Legierung positioniert sind. Der erste Teilrahmen 21,
die Plattform 3 und die Träger 4 sind durch einen
mehrstufigen Prozess, der später
beschreiben wird, aus einem Materialsubstrat erhalten, z. B. einem
Siliciumwafer. Auf diese Weise sind separate rechteckige Bereiche
vorhanden zwischen dem ersten Teilrahmen 21 und der Plattform 3 und
den Trägern 4 mit
den Torsionsstäben 41 und
den Trägerbalken 42,
die die separaten Bereiche kreuzen. Bewegliche Kammelektroden 33 sind
ausgebildet unter dem Mittelbereich 31 und den verlängerten
Bereichen 32, die sich vom Mittelbereich 31 erstrecken.
Es sind erste feste Kammelektroden 13 abwechselnd zusammen
mit den beweglichen Kammelektroden 33 auf dem Substrat 1 angeordnet,
das dem Mittelbereich 31 und den verlängerten Bereichen 32 zugewandt
ist.
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Wie
in 1 gezeigt ist, sind
die zweiten festen Kammelektroden 13' neben den ersten festen Kammelektroden 13 positioniert.
Die zweiten festen Kammelektroden 13' sind ein wahlweises Element in der
vorliegenden Erfindung, die eine Art Sensor zum Messen der Bewegung
der Plattform 3 ausgehend von Veränderungen der elektrischen
Kapazität
sind. Es werden typischerweise zusätzliche Elektroden wie die
zweiten festen Kammelektroden 13' verwendet und deshalb wird ihre
Beschreibung weggelassen. Die ersten und zweiten festen Kammelektroden 13 und 13' sind auf Basen 14 und 14' gelagert, wie
es in 1 gezeigt ist.
Die Basis 14 und die ersten festen Kammelektroden 13 bilden
einen einzigen Körper und
die Basis 14' und
die zweiten festen Kammelektroden 13' bilden einen einzigen Körper. Aus
Gründen
der Bequemlichkeit sind die zweiten festen Kammelektroden 13' und die Basis 14' in 3 nicht gezeigt.
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4 zeigt eine Querschnittsansicht
entlang der Linie Y-Y von 2,
die Strukturen der beweglichen Kammelektroden 33 und der
ersten festen Kammelektroden 13 zwischen der Plattform 3 und dem
Substrat 1 zeigen. Wie in 4 gezeigt
ist, ist eine Struktur zum Antreiben der Plattform 3 durch Verwendung
der beweglichen Kammelektroden 11 und der ersten festen
Kammelektroden 13 vorgesehen, so dass sie symmetrisch zu
einer durch die Träger 4 gebildeten
Rotationswelle ist.
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Die
Charakteristik des optischen Scanners der vorliegenden Erfindung
ist eine Struktur, in der die Plattform 3 einen Mittelbereich 31 aufweist
und verlängerte
Bereiche 32, die sich vom Mittelbereich 31 erstrecken,
und die Träger 4 zum
Tragen der Plattform 3 mit den Trägerbalken 42 und den
Torsionsstäben 41 mit
Mittelteilen gegenüberliegender
Kanten der Plattform 3 verbunden sind.
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Der
optische Scanner der vorliegenden Erfindung mit der oben beschriebenen
Struktur kann Standards steuern, wie die Länge und Dicke von Trägern 4,
ungeachtet des Abstands zwischen der Plattform 3 und dem
Rahmen 2. Mit anderen Worten, der optische Scanner kann
eine Plattform mit einer ausreichenden Fläche, Kammelektrodenstrukturen
zum Antreiben der Plattform und Träger zum stabilen Lagern der
Plattform zur Verfügung
stellen.
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5 ist eine Draufsicht einer
zweiten Ausführungsform
des optischen Scanners, bei dem die verlängerten Bereiche 32 modifiziert
sind. In der zweiten Ausführungsform
weisen verlängerte
Bereiche 32',
die sich vom Mittelbereich 31 erstrecken, eine Struktur
auf, in der nur Teile, die zum Lagern der beweglichen Kammelektroden 33 ausreichen,
d. h. Kammrahmenwerke, verbleiben und die anderen Teile entfernt
sind. Dieses Strukturmerkmal ist leicht durch Vergleich dieser Struktur
mit der Planstruktur der in 2 gezeigten
ersten Ausführungsform
verständlich.
Auf diese Weise ist das Gewicht der Plattform 3 stärker reduziert
als bei der ersten Ausführungsform,
aber es kann eine Antriebskraft der Plattform 3 eingehalten
werden. Als Folge davon können die
Antriebseigenschaften (eine Zunahme eines Scanwinkels in Bezug auf
die selbe Spannung) stärker verbessert
werden. In dieser Ausführungsform
ist es jedoch unvermeidlich, dass für die Wirkungsfläche der
Plattform 3, ein Teil, in dem ein Spiegel als optischer
Scanner ausgebildet werden kann, reduziert ist.
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6 ist eine schematische
Perspektivansicht eines optischen Scanners gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, in der optische Scanner gemäß der ersten
Ausführungsform
ein Array bilden. 7 ist
eine schematische Draufsicht des optischen Scanners gemäß der dritten Ausführungsform
der Erfindung.
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Im
optischen Scanner der dritten Ausführungsform sind eine Mehrzahl
von Plattformen 3a in einem Abstand zueinander angeordnet
und teilen sich einen Rahmen 2a, der die Mehrzahl von Plattformen 3a umgibt.
Der Rahmen 2a mit einer rechtwinkligen Form ist auf einem
Substrat 1 ausgebildet, das aus Pyrexglas gebildet ist,
wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Die Mehrzahl
der Plattformen 3a mit einer H-Form sind innerhalb des
Rahmens 2a angeordnet. Jede der Plattformen 3a ist
in einer bestimmten Höhe
vom Substrat 1a durch zwei Träger 4a aufgehängt. Jede
der Plattformen 3a weist einen Mittelbereich 31a auf,
der mit den Trägern 4a und
den verlängerten
Bereichen 32a, die sich vom Mittelbereich 31 erstrecken,
parallel zu den Trägern 4a in
einer bestimmten Länge
direkt verbunden.
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Jeder
der Träger 4a weist
einen Trägerbalken 42a auf,
der sich vom Rahmen 2a erstreckt, und einen Torsionsstab 41a,
der sich vom Trägerbalken 42a erstreckt,
und ist mit dem Mittelbereich 31a der entsprechenden Plattform 3a verbunden.
Die Torsionsstäbe 41a sind
mit Mittelteilen gegenüberliegender
Kanten des Mittelbereichs 31a der entsprechenden Plattform 3a verbunden.
Die Torsionsstäbe 41a unterstützen die
Zickzackbewegung der entsprechenden Plattform 3a und ergeben
bei Bewegung der Plattform 3a eine geeignete elastische
Rückstellkraft, und
der Rahmen 2a und die Träger 4a ergeben einen elektrischen
Leitweg für
die entsprechende Plattform 3a. Der Rahmen 2a weist
einen ersten Teilrahmen 21a auf und einen zweiten Teilrahmen 22a,
die auf und unter einer eutektischen Bindeschicht 23a aus einer
AuSn-Legierung positioniert
sind, wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen.
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Es
sind bewegliche Kammelektroden und feste Kammelektroden unter jeder
Plattform 3a und auf dem Substrat 1a ausgebildet.
Solche Kammelektrodenstrukturen, d. h. Plattformantriebsstrukturen, wurden
schon in früheren
Ausführungsformen
beschrieben und deshalb wird ihre Beschreibung weggelassen.
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8 zeigt eine Modifikation
des optischen Scanners gemäß der vierten
Ausführungsform,
die in den 6 und 7 gezeigt ist, in der die
verlängerten Bereiche 32a modifiziert
sind. In einer vierten Ausführungsform
weisen verlängerte
Bereiche 32a',
die sich vom Mittelbereich 31a erstrecken, eine Struktur
auf, in der nur Teile, die zum Lagern der beweglichen Kammelektroden 33 ausreichen,
d. h. Kammrahmenwerke verbleiben, aber die anderen Teile entfernt sind.
Die in der zweiten Ausführungsform
beschriebenen verlängerten
Bereiche werden auf die verlängerten
Bereiche 32a' mit
dieser Struktur angewendet.
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Wie
in 9 gezeigt ist, strahlt
der optische Scanner gemäß der dritten
und vierten Ausführungsform
einen einfallenden Strahl auf eine Mehrzahl von Plattformen und
reflektiert den einfallenden Strahl auf die Mehrzahl von Plattformen
in einer Struktur, in der die Mehrzahl von Plattformen 3a zur
selben Zeit in Betrieb sind. Auf diese Weise kann der optische Scanner
im Vergleich zu einer Struktur, in der ein einfallender Strahl auf
einer Plattform reflektiert wird, die Gesamtdicke reduzieren. Als
Folge davon kann das Gewicht jeder der Mehrzahl von Plattformen
beträchtlich
reduziert werden, was dadurch die Antriebsgeschwindigkeit stark
erhöht.
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Nachfolgend
wird jeder Schritt einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens
zur Herstellung eines optischen Scanners mit der oben beschriebenen
Struktur gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben. Zusammen mit den Beschreibungen eines Herstellungsverfahrens
zitierte Zeichnungen sind zum Verständnis im Vergleich zu den Zeichnungen
des oben beschriebenen optischen Scanners der vorliegenden Erfindung
schematisch gezeigt.
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1. Verfahren
zur Herstellung einer oberen Struktur
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- A) Wie in 10A gezeigt
ist, wird ein erstes Substrat 100 aus einem Glaswafer mit
einer handhabbaren Dicke von z. B. ungefähr 300 μm ausgebildet. Eine Ätzmaske 101 wird
auf dem ersten Substrat 100 ausgebildet Die Ätzmaske 101 ist
aus einem Film gebildet, der einem Ätzprozess des ersten Substrats 100 widerstehen
kann.
- B) Wie in 10B gezeigt
ist, wird ein freigelegter Teil des ersten Substrats 100,
der nicht mit der Ätzmaske 101 bedeckt
ist, geätzt
und perforiert, und dann wird die Ätzmaske 101 entfernt.
- C) Wie in 10C gezeigt
ist, wird ein Silicium-auf-Isolator-Wafer (SOI) aus einem Stapel
einer Oxidschicht 203, die als Ätzstopper verwendet wird, wenn
bewegliche Kammelektroden ausgebildet werden, und Wafers 201 und 202 gebildet. Der
SOI-Wafer wird als zweites Substrat 200 verwendet. Eine Ätzmaske 102 mit Öffnungen,
die separaten Bereichen zwischen einer Plattform und einem Rahmen
entsprechen, wird aus Photoresist auf dem zweiten Substrat 200 gebildet.
- D) Wie in 10D gezeigt
ist, wird ein freigelegter Teil des zweiten Substrats 200,
der nicht mit der Ätzmaske 102 bedeckt
ist, trocken oder nass geätzt,
und dann wird die Ätzmaske 102 entfernt. Hier
wird das Ätzen
nur bis zu einem Teil der Oxidschicht 203 durchgeführt.
- E) Wie in 10E gezeigt
ist, wird das erste Substrat 100 mit dem zweiten Substrat 200 unter
Anwendung des anodischen Verbindens verbunden. Das zweite Substrat 200 wird
durch chemisch mechanisches Polieren (CMP) auf eine bestimmte Dicke
poliert, z. B. eine Dicke in einem Bereich von 50–100 μm.
- F) Wie in 10F gezeigt
ist, wird eine Metallimpfschicht 204 auf der gesamten Rückseite
des zweiten Substrats 200 aufgeschichtet. Die Metallimpfschicht 204 wird
durch Abscheiden von Cr mit einer Dicke von ungefähr 500 Å und dann
von Au mit einer Dicke von ungefähr
1500–2000 Å darauf
ausgebildet.
- G) Wie in 10G gezeigt
ist, wird eine Plattierungsmaske 205 auf der Metallimpfschicht 204 ausgebildet.
Es wird eine eutektische Verbindungsschicht 206 auf einer
AuSn-Plattierungsschicht auf einem freigelegten Teil der Metallimpfschicht 204 ausgebildet,
die nicht mit der Plattierungsmaske 205 bedeckt ist. Die
Plattierungsmaske 205 ist auf Teilen der Metallimpfschicht 204 ausgebildet,
außer
einem Teil der Metallimpfschicht 204, auf der ein Rahmen
ausgebildet wird. Zu diesem Zweck wird eine Plattierungsmaske 205 durch
einen Musterungsprozess ausgebildet, der das gesamte Beschichten
des Photoresists und Photolithographie beinhaltet. Eine eutektische
Bindeschicht 206 gebildet aus einer AuSn-Plattierungsschicht
mit einer bestimmten Dicke bedeckt den freigelegten Teil der Metallimpfschicht 204,
der nicht mit der Plattierungsmaske 205 bedeckt ist.
- H) Wie in 10H gezeigt
ist, wird die Plattierungsmaske 205 durch ein Ätzmittel
entfernt, eine Ätzmaske 207 wird
auf der eutektischen Bindeschicht 206 ausgebildet und ein
freigelegter Teil der Metallimpfschicht 204, der nicht
mit der Ätzmaske 207 bedeckt
ist, wird entfernt. Hier wird die Ätzmaske 207 auf der
gesamten Fläche
der Metallimpfschicht 204 und der eutektischen Bindeschicht 206 ausgebildet,
d. h. der gesamten Waferoberfläche,
und dann gemustert. Das Mustern der Ätzmaske 207 kann durch
allgemeine Photolithographie vorgenommen werden. Der freigelegte
Teil der Metallimpfschicht 204, die nicht mit der Ätzmaske 207 bedeckt
ist, wird durch chemisches Ätzmittel
weggeätzt.
- I) Wie in 10I gezeigt
ist, wird die Ätzmaske 207 auf
der eutektischen Bindeschicht 206 entfernt und eine Ätzmaske 209 mit
einem bestimmten Muster, das für
die Ausbildung der beweglichen Kammelektroden erforderlich ist,
wird auf der Rückseite
des zweiten Substrats 200 durch allgemeine Photolithographie
ausgebildet.
- J) Wie in 10J gezeigt
ist, werden Teile des zweiten Substrats 200, die nicht
mit der Ätzmaske 209 bedeckt
sind, bis zur Oxidschicht 203 durch reaktives Ionenätzen mit
induktiv gekoppeltem Plasma (ICPRIE, inductively coupled plasma
reactive ion etching) geätzt,
um bewegliche Kammelektroden 33 auszubilden.
- K) Wie in 10K gezeigt
ist, wird die Ätzmaske 209 entfernt.
Ein freigelegter Teil der Oxidschicht 203 des zweiten Substrats 200 wird
durch gepuffertes Oxidätzmittel
(BOE, buffered oxide etchant) entfernt, um separate Bereiche 208 auszubilden. Auf
diese Weise wird die zuvor beschriebene Plattform 3 innerhalb
der separaten Bereiche 208 ausgebildet, und dann wird der
erste Teilrahmen 21, der die Plattform 3 umgibt,
außerhalb
der separaten Bereiche 208 ausgebildet. Hier werden die
zuvor beschriebenen Träger 4,
d. h. die Torsionsstäbe 41 und
die Trägerbalken 42,
zwischen der Plattform 3 und dem ersten Teilrahmen 21 positioniert.
Diese resultierende Struktur wird aus einem Maskenmuster in einem Ätzprozess
bei den obigen Prozessen erhalten.
- L) Wie in 10L gezeigt
ist, wird die Vorrichtung (resultierende Struktur), die den obigen
Prozessen unterzogen wurde, umgekehrt und dann die obere Fläche der
Plattform 3, die im Inneren des ersten Substrats 100 freigelegt
ist, mit einem Reflektor aus Au und dergleichen beschichtet, um
einen Spiegel 5 auszubilden.
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Der
oben beschriebene Prozess ist auf die Fertigung einer Vorrichtung
gerichtet. Die Vorrichtung kann jedoch allgemein in einem Wafereinheitenprozess
zum Erhalten einer Mehrzahl von Vorrichtungen für einen Wafer gefertigt werden.
Es können
weitere Prozesse durchgeführt
werden, während
Vorrichtungen als Ganzes in jedem Wafer bearbeitet werden, und ein
Zerteilen notwendigerweise durchgeführt, um die Vorrichtungen vom
Wafer zu isolieren. Da die beweglichen Kammelektroden 33 beim
Zerteilprozess beschädigt
werden können,
kann eine Schutzschicht auf den beweglichen Kammelektroden ausgebildet werden,
um die beweglichen Kammelektroden vor dem Zerteilprozess zu schützen. Nachdem
das Zerteilen beendet ist, wird die Schutzschicht endgültig entfernt.
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2. Verfahren
zur Herstellung der unteren Struktur
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- A) Wie in 11A gezeigt
ist, wird ein drittes Basissubstrat 300 als Substrat 1 für den optischen Scanner
der vorliegenden Erfindung verwendet, das aus Pyrexglas gebildet
ist. Es wird eine Ätzmaske 301 aus
Photoresist auf dem dritten Basissubstrat 300 ausgebildet.
Ein freigelegter Teil des dritten Basissubstrats 300, der
nicht mit der Ätzmaske 301 bedeckt
ist, wird auf eine bestimmte Tiefe geätzt, um eine Rille 302 auszubilden.
Die Rille 302 wird mit einer Verbindungsschicht gefüllt, die
auf dem dritten Basissubstrat 300 ausgebildet wird, d.
h. dem Substrat 1 des optischen Scanners. Die Rille 302 wird
durch trockenes Ätzen
wie reaktives Ionenätzen
(RIE) ausgebildet.
- B) Wie in 11B gezeigt
ist, wird die Ätzmaske 301 entfernt.
Es wird eine Metallschicht 303 für die Verbindungsschicht auf
der gesamten o beren Fläche
des dritten Basissubstrats 300 abgeschieden. Die Metallschicht 303 wird
mit festen Kammelektroden im optischen Scanner der vorliegenden
Erfindung verbunden und wird bevorzugt aus Au gebildet, da die Metallschicht 303 zum
Verbinden mit einem elektrischen Au-Draht verwendet wird. Die Dicke der
Metallschicht 303 ist größer als die Tiefe der Rille 302,
so dass die Metallschicht 303 mit den festen Kammelektroden
beim anodischen Verbinden vollständig
elektrisch verbunden wird.
- C) Wie in 11C gezeigt
ist, wird der andere Teil der Metallschicht 303 außer einem
Teil in der Rille 302 entfernt, um eine Verbindungsschicht 304 auszubilden.
Hier wird trockenes oder nasses Ätzen,
bevorzugt Nassätzen
unter Verwendung einer Maske durchgeführt.
- D) Wie in 11D gezeigt
ist, wird ein viertes Substrat 400 aus einem Siliciumwafer
gebildet. Es wird eine Ätzmaske 401 mit
Mustern entsprechend der zuvor beschriebenen separaten Bereiche
zwischen einer Basis von stationären
Elektroden und dem zweiten Teilrahmen auf dem vierten Substrat 400 ausgebildet.
Das vierte Substrat 400 wird durch RIE geätzt, um
separate Rillen 402 auszubilden. Hier isolieren die separaten
Rillen 402 die festen Kammelektroden auf dem vierten Substrat 400 von
einander und definieren Elektroden und den Rahmen zu ihrer Trennung.
- E) Wie in 11E gezeigt
ist, wird die Ätzmaske 401 vom
vierten Substrat 400 entfernt. Es wird ein anodisches Verbinden
durchgeführt,
um das vierte Substrat 400 mit dem dritten Substrat 300 zu verbinden.
Das vierte Substrat 400, d. h. der Siliciumwafer, wird
durch chemisch mechanisches Polieren (CMP) auf eine Dicke von 50–100 μm poliert,
ausgehend von den Antriebsanforderungen eines gewünschten
optischen Scanners.
- F) Wie in 11F gezeigt
ist, wird eine Ätzmaske 403 mit
einer Öffnung 403' mit einer geringeren Breite
als der zweite Teilrahmen 22 und entsprechend dem zweiten
Teilrahmen 22 auf dem vierten Substrat 400 ausgebildet,
das durch CMP behandelt ist. Ein freigelegter Teil des vierten Substrats 400 wird
auf eine bestimmte Tiefe geätzt.
Hier wird eine allgemein bekannte Abgleichform eingesetzt, um die
obere Struktur zu verbinden. Da die Ätztiefe eine Funktion einer
Kreuzungsfläche
der beweglichen Kammelektroden und der festen Kammelektroden ist,
muss die Ätztiefe
zur Auslegung der Kreuzungsfläche
richtig gesteuert werden.
- G) Wie in 11G gezeigt
ist, wird die Ätzmaske 403 auf
dem vierten Substrat 400 entfernt. Es wird eine Metallschicht 500 auf
der gesamten Fläche des
vierten Substrats 400 abgeschieden. Hier ist es bevorzugt,
dass die Metallschicht 500 aus dem selben Material gebildet
wird wie die Metallimpfschicht 204. Nach diesem Schritt
wird Schritt H oder I durchgeführt.
- H) Wie in 11H gezeigt
ist, wird eine Ätzmaske 501 nur
auf einem Teil der Metallschicht 500 entsprechend dem zweiten
Teilrahmen 22 ausgebildet. Nachdem ein freigelegter Teil
der Metallschicht 500, der nicht mit der Ätzmaske 501 bedeckt
ist, entfernt wurde, wird Schritt J durchgeführt.
- I) Wie in 11I gezeigt
ist, kann anstelle der oberen Struktur die untere Struktur mit einer
eutektischen Bindeschicht zum Verbinden der oberen und unteren Struktur
beschichtet werden. Hier wird eine Plattierungsmaske 504 aus
Photoresist auf der Metallschicht 500 ausgebildet und eine eutektische
Bindeschicht 206 auf der Metallschicht 500 ausgebildet.
Die Plattierungsmaske 504 wird entfernt und dann wird ein
freigelegter Teil der Metallschicht 500 unter Anwendung
des Schritts (H) entfernt.
- J) Wie in 11J gezeigt
ist, wird eine Opferschicht 505 zum Füllen eines Rahmens aufgeschichtet,
um ein Muster der festen Kammelektroden glatt auszubilden, und ein
Planarisierungsprozess wird durch Polieren durchgeführt.
- K) Wie in 11K gezeigt
ist, wird eine Ätzmaske 506 auf
Teilen ausgebildet, die den festen Kammelektroden und dem Rahmen
auf dem vierten Substrat 400 entsprechen, und dann gemustert.
- L) Wie in 11L gezeigt
ist, wird ein freigelegter Teil des vierten Substrats 400,
der nicht mit der Ätzmaske 506 bedeckt
ist, durch ICPRIE auf eine bestimmte Tiefe geätzt. Die Kammelektroden werden
vom zweiten Teilrahmen elektrisch isoliert.
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Nach
den obigen Prozessen wird eine Schutzschicht aus Photoresist auf
der gesamten Struktur des vierten Substrats 400 ausgebildet
und zerteilt, so dass sie in Unterstrukturen aufgeteilt wird. Nach
dem Zerteilen werden die Opferschicht, die Schutzschicht und die Ätzmaske
durch chemisches Ätzmittel
entfernt und dann werden eine Reinigung und Trocknen durchgeführt.
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3. Kombination
von oberer und unterer Struktur
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Dieser
Schritt dient zum Kombinieren der oberen und unteren Struktur, die
aus den oben beschriebenen Prozessen erhalten wurden, um einen optischen
Scanner fertig zu stellen.
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12 zeigt, dass die obere
und untere Struktur angeordnet und dann in eine kombiniert werden.
Unterdruckspannvorrichtungen 600 helfen bei der Anordnung
und Kombination der oberen und unteren Struktur. Getrennte obere
und untere Struktur werden unter Verwendung eines Flipchipbinders
verbunden. Die obere und untere Struktur werden an den beiden Unterdruckspannvorrichtungen 600 befestigt
(beide Rahmen der oberen Struktur sind an einer Unterdruckspannvorrichtung
befestigt und die Mitte der unteren Struktur ist an der anderen
Unterdruckspannvorrichtung befestigt), unter Verfolgung durch ein
Mikroskop angeordnet und durch näher
Zusammenrücken
der beiden Unterdruckspannvorrichtungen 600 in Eines kombiniert.
Hier wird durch Beibehalten eines bestimmten Drucks und einer eutektischen
Temperatur eine eutektische Metallbindeschicht zwischen Rahmen geschmolzen
und angehaftet. Als Folge davon werden die obere und untere Struktur
in eine kombiniert.
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Wie
oben beschrieben ist es bei einem optischen Scanner der vorliegenden
Erfindung einfach, die Anzahl der Kammelektroden zu erhöhen. Auf
diese Weise kann eine Antriebsgeschwindigkeit erreicht werden, die
fast gleich ist zu der eines optischen Scanners, in dem Kammelektroden
nur unter einer rechteckigen Plattform ausgebildet sind, und eine Antriebsspannung
kann beträchtlich
reduziert werden. Auch kann die Masse eines Spiegels reduziert werden,
indem der Spiegel in eine Mehrzahl von Spiegeln aufgeteilt wird,
was Hochgeschwindigkeitsscannen ermöglicht.
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Ferner
kann ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Scanners gemäß der vorliegenden
Erfindung die Herstellung eines gewünschten optischen Scanners
erfolgreich bewirken und stabile Herstellung von Vorrichtungen ermöglichen.
Auf diese Weise kann die Produktausbeute erhöht werden.