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STAND DER TECHNIK
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauelement
und ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches
Bauelement.
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Techniken,
die für eine fortschreitende Miniaturisierung elektrischer
Systeme entwickelt wurden, insbesondere auf der Basis von Halbleitermaterialien,
werden mittlerweile auch auf elektro-mechanische Bauelemente angewandt.
Unter Anderem werden miniaturisierte elektro-mechanische Systeme, sogenannte
MEMS (micro electro mechanical systems), welche beispielsweise Stellelemente
für miniaturisierte Spiegel aus Halbleitermaterialien darstellen
können, hergestellt.
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Ein
Stellelement oder ein Aktuator ist aus der
US 2007/0215961 A1 bekannt.
Zwei kammartig gebildete Elektroden greifen ineinander ein. Beim
Anlegen einer elektrischen Spannung über die beiden Elektroden,
werden die beiden Elektroden durch elektrostatische Kräfte
angezogen. Eine Rückstellkraft ergibt sich durch verbiegende
oder verdrehende Festkörpergelenke, über die eine
der Elektroden aufgehängt ist.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Das
erfindungsgemäße mikromechanische Bauelement beinhaltet
wenigstens eine Stator-Elektrode, die eine Seitenfläche
aufweist, die in wenigstens zwei voneinander elektrisch isolierte
elektrisch leitfähige Abschnitte unterteilt ist, die mit
unterschiedlichen Potentialen beaufschlagbar sind; und wenigstens
eine bewegliche Aktor-Elektrode, die eine Seitenfläche
aufweist, die in wenigstens zwei voneinander elektrisch isolierte
elektrisch leitfähige Abschnitte unterteilt ist, welche
mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen beaufschlagbar sind.
Die Seitenfläche der Aktor-Elektrode ist auf die Seitenfläche
der Stator-Elektrode, zuweisend angeordnet.
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Elektrostatische
Kräfte wirken nur zwischen den Elektroden des Aktors und
einem Abschnitt einer Elektrode des Stators, wenn diese auf einem
unterschiedlichen elektrischen Potential liegen. Die jeweilige Unterteilung
des Aktors und des Stators bzw. deren Elektroden in wenigstens zwei
Abschnitte ermöglicht durch entsprechendes Anlegen von
elektrischen Potentialen, dass der Aktor nur von einzelnen der Abschnitte
angezogen wird. Die Aktor-Elektrode wird sich in die Richtung drehen,
die einen möglichst großen Überlapp mit
dem oder den Abschnitten der Stator-Elektrode ermöglicht,
die auf einem anderem elektrischen Potential liegen. Der Aktor kann
folglich in beide Richtungen aktiv gedreht werden.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren
für ein mikromechanisches Bauelement mit folgenden Verfahrensschritten.
Ein Substrat aus einem ersten Halbleitersubstrat, einem zweiten
Halbleitersubstrat und einer zwischenliegenden Isolationsschicht
wird bereitgestellt. Von einer Seite des Substrats aus wird eine Grabenstruktur
in das erste Halbleitersubstrat, die Isolationsschicht und das zweite
Halbleitersubstrat zum Strukturieren von flächigen Elektroden
aus dem ersten und zweiten Halbleitersubstrat für einen
Stator und einen Aktor des Aktuators geätzt.
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Die
geometrische Anordnung des Stators zu dem Aktor wird durch ein Ätzverfahren
festgelegt. Eine Abweichung der relativen Positionierung kann im
Wesentlichen auf die Fertigungstoleranzen lithographischer Strukturierungsverfahren
beschränkt werden. Ein aufwändiges Zusammensetzen
des Aktuators aus einem getrennt hergestellten Aktor und einem Stator
kann vermieden werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen
und beigefügten Figuren erläutert. In den Figuren
zeigen:
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1 einen
kardanisch aufgehängten Spiegel mit mikromechanischen Bauelement,
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2 eine
erste Ausführungsform eines mikromechanischen Bauelements,
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3 Illustration
zur Betätigung des mikromechanischen Bauelements,
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4 eine
zweite Ausführungsform eines mikromechanischen Bauelements,
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5 bis 9 Querschnitte
zur Illustration von Verfahrensschritten zur Herstellung eines mikromechanischen
Bauelements
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10 eine
Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform eines mikromechanischen
Bauelements,
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11 eine
Seitenansicht auf die dritte Ausführungsform eines mikromechanischen
Bauelements,
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12 eine
Seitenansicht auf die vierte Ausführungsform eines mikromechanischen
Bauelements und
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13 eine
Draufsicht auf eine vierte Ausführungsform eines mikromechanischen
Bauelements.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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In
den nachfolgenden Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche
oder funktionsgleiche Elemente. Die einzelnen Elemente sind in ihrer
wesentlichen räumlichen Anordnung zueinander entsprechend
von Ausgestaltungen in den Figuren wiedergegeben, jedoch nicht maßstabsgetreu.
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Ein
stellbarer Spiegel 2 ist beispielhaft als Anwendung für
ein mikromechanisches Bauelement 1 in einer Draufsicht
in 1 dargestellt. Das mikromechanische Bauelement 1 ist
aus einem monolithischen Substrat 3 durch Strukturierungsverfahren,
die lithographische Maskentechniken, Ätzverfahren und Abscheideverfahren,
insbesondere von metallischen Flächen, umfassen hergestellt.
Ein beispielhaftes Herstellungsverfahren wird im Detail nach der
strukturellen Beschreibung von Ausführungsformen der mikromechanischen
Bauelemente und deren Funktionsprinzipien erläutert.
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Der
stellbare Spiegel 2 kann eine metallisierte Oberfläche
aufweisen. Die metallische Schicht kann beispielsweise aus Aluminium
oder Silber mit einer Dicke im Bereich von 50 nm bis 500 nm bestehen.
Der tragende Körper des Spiegels 2 besteht aus dem
Substrat 3.
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Der
Spiegel 2 ist über zwei tordierbaren innere Festkörpergelenke 4 an
einem inneren Rahmen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f befestigt.
Die inneren Festkörpergelenke 4 und der innere
Rahmen 5a, 5b, 5c, 5d bestehen
aus dem Substrat 3. Der innere Rahmen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f ist
ein mechanisch zusammenhängendes Gebilde, das vorzugsweise
eine biegesteife und verwindungssteife Gestalt aufweist.
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Der
Spiegel 2 ist durch zwei Gräben 6 oder Hohlräume
von dem inneren Rahmen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f getrennt.
Die Gräben 6 umspannen den gesamten Spiegel 2 und
sind nur durch die beiden inneren Festkörpergelenke 4 unterbrochen.
Die Tiefe der Gräben 6 entspricht zumindest der
Dicke des Spiegels 2, so dass dieser nur an den beiden
inneren Festkörpergelenken 4 aufgehängt
ist. Der Spiegel 2 kann somit gegenüber dem inneren
Rahmen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f gedreht
oder gekippt werden. Die Gräben 6 sind durch Entfernen
des Substrats 3 hergestellt.
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Der
innere Rahmen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f ist ebenfalls
von dem Substrat 3 durch zwei Gräben 7 getrennt.
Die einzige mechanische Aufhängung des inneren Rahmens 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f an
dem Substrat 3 erfolgt über äußere
Festkörpergelenke 8. Die äußeren
Festkörpergelenke 8 sind gleich den inneren Festkörpergelenken
tordierbar, so dass der innere Rahmen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f gegenüber
dem Substrat 3 gekippt oder gedreht werden kann. Die Torsionsachsen
der inneren und äußeren Festkörpergelenke 4, 8 stehen
vorzugsweise senkrecht zueinander oder sind zumindest nicht parallel
zueinander, um eine Neigung des Spiegels in jede beliebige Richtung
zu ermöglichen.
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Ein
Verkippen des Spiegels 2 wird durch mikromechanischen Bauelemente
oder elektrostatische Aktuatoren 10, 12 bewirkt.
Der Aufbau der Aktuatoren 12 zum Verkippen des inneren
Rahmens 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f und
der Aktuatoren 10 für den Spiegel 2 kann
nach dem gleichen schematischen Aufbau erfolgen. Wegen der unterschiedlich
bereitzustellenden Drehmomente können die Aktuatoren 10, 12 verschieden
dimensioniert sein.
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Der
Aktuator 10 weist einen Stator 14 und einen Rotor 15 auf.
Der Stator 14 ist an dem inneren Rahmen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f mechanisch
befestigt. Der Rotor 15 ist an dem Spiegel 2 mechanisch
befestigt. Die Welle des Rotors 15 wird durch den Spiegel 2 und
die Festkörpergelenke 4 gebildet. Sowohl der Stator 14 als
auch der Rotor 15 weisen mehrere parallel angeordnete flächige
oder lamellenartige Elektroden auf. Hierdurch ergibt sich ein Kamm-artiger Aufbau.
Die Elektroden des Stators 14 (Stator-Elektroden) und die
Elektroden des Rotors 15 (Rotor-Elektroden) greifen ineinander,
so dass die Elektroden in einer seitlichen Projektion überlappen
(vgl. 2).
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Eine
elektrische Zuleitung an den Stator 14 erfolgt über
einen Teil 5b des inneren Rahmens. Der Rotor 15 ist über
den Spiegel 2, eines der Festkörpergelenke 4 und
einen anderen Teil 5a des inneren Rahmens ankontaktiert.
Die elektrischen Leitungen können durch Isolationsgräben 16,
welche mit einem Dielektrikum gefüllt sein können,
voneinander elektrisch isoliert sein. Die Leitungen werden bevorzugt durch
das Substrat 3 gebildet. Für eine verbesserte Leitfähigkeit
können metallische Leiterbahnen auf dem inneren Rahmen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f angeordnet
sein oder das Substrat 3 stark dotiert sein.
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Beim
Anlegen unterschiedlicher elektrischer Potentiale an den Stator 14 und
an den Rotor 15 wirkt eine elektrostatische Kraft, die
die Rotor-Elektroden zwischen die Stator-Elektroden zieht. Da eine
laterale Bewegung des Spiegels 2 in Richtung zu dem Stator 14 durch
die Festkörpergelenke 4 unterbunden wird, verdreht
sich der Spiegel 2, bis sich ein größtmöglicher Überlapp
zwischen den Rotor-Elektroden und den Stator-Elektroden einstellt.
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Es
besteht keine Möglichkeit repulsive Kräfte durch
elektrostatische Aktuatoren zu erzeugen. Die Stator-Elektroden 14 können
die Rotor-Elektroden 15 nicht herausdrücken, um
ihre spiegelbildlich zur Welle angeordneten Elektroden zu unterstützen.
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Ein
schematischer Querschnitt durch eine Ausführungsform eines
mikromechanischen Bauelements oder Aktuators 20 ist in 2 dargestellt.
Der Aktuator 20 weist einen Stator 21 und einen
Rotor 22 auf, von denen jeweils eine flächige
Elektrode dargestellt ist.
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Der
Rotor 22 beinhaltet eine Welle 23, die drehbar
aufgehängt ist. Die Welle 23 kann dazu mittels
eines tordierbaren Festkörpergelenks 4 an einem Rahmen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f oder
einem Substrat 3 befestigt sein. Die flächige
Rotor-Elektrode kann mittels einer elektrisch isolierenden Isolationsschicht 33 in
zwei leitfähige Abschnitte 32, 34 unterteilt
sein. In dieser Ausgestaltung können unterschiedliche Potentiale
an die beiden Abschnitte 32, 34 angelegt werden.
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Die
flächige Elektrode des Stators 21 ist in mindestens
zwei getrennte gegenüberliegende Bereiche 24, 25 getrennt.
Die beiden Bereiche 24, 25 sind vorzugsweise spiegelsymmetrisch
zu der Welle 23 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform weist
jeder der Bereiche 24, 25 zwei leitfähige
Abschnitte 26, 27 bzw. 29, 30 auf.
Die leitfähigen Abschnitte 26, 27 bzw. 29, 30 sind
durch eine elektrisch isolierende Isolationsschicht 28 bzw. 31 getrennt. Über
elektrische Leitungen des mikromechanischen Bauelements können
somit an die vier voneinander elektrisch isolierten Bereiche 26, 27, 28, 29 der
flächigen Stator-Elektrode 21 unterschiedliche
Potentiale angelegt werden.
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Ein
beispielhaftes Steuerungsschema für den Aktuator 20 dient
zur Erläuterung seines Funktionsprinzips. In 2 ist
eine Drehung des Rotors bzw. Rotor-Elektrode 22 im Gegen-Uhrzeigersinn 35 dargestellt.
Ein erstes Drehmoment wird durch Anlegen unterschiedlicher elektrischer
Potentiale an den rechten oberen Abschnitt 26 der Stator-Elektrode 21 und
den unteren Abschnitt 34 der Rotor-Elektrode 32 erzeugt.
Ein zweites Drehmoment wird durch Anlegen unterschiedliche Potentiale
an den linken unteren Abschnitt 30 der Stator-Elektrode 21 und
den oberen Abschnitt 32 der Rotor-Elektrode 22 erzeugt.
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An
den linken oberen Abschnitt 29 der Stator-Elektrode 21 und
an den rechten unteren Abschnitt 27 der Stator-Elektrode 21 wird
vorzugsweise ein Potential angelegt, das nur eine geringe Kraft
auf die Rotor-Elektrode 22 ausübt. Als vorteilhaft
kann sich hierbei ein gemitteltes Potential aus den beiden Potentialen
an dem oberen und unteren Abschnitt 32, 34 der
Rotor-Elektroden 22 erweisen.
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Als
ein Beispiel sind symbolisch in 2 zwei unterschiedliche
Potentiale als "+" oder "–" und deren Mittelwert als "0"
angedeutet.
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Das
Gesamtdrehmoment setzt sich näherungsweise aus dem ersten
und zweiten Drehmoment zusammen und wirkt an der Welle 23.
Der Drehsinn 35 ist im Gegenuhrzeigersinn. Der Spiegel 2 oder
der innere Rahmen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f,
welcher mit der Welle 23 verbunden ist, wird entsprechend
aus seiner Ruhelage verkippt.
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Der
Rotor kann, beispielsweise zusammen mit dem Spiegel 2 oder
dem innere Rahmen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f,
aktiv durch elektrostatische Kräfte wieder in seine Ruhelage
bewegt werden. An die Abschnitte 26, 27, 28, 29 der
Stator-Elektrode 21 werden dazu andere Potentiale angelegt,
wie 3 angedeutet. Die beiden oberen Abschnitte 26, 29 des Stators 22 weisen
ein zu dem oberen Abschnitt 32 der Rotor-Elektrode 22 unterschiedliches
Potential auf. Die beiden unteren Abschnitte 27, 28 der
Stator-Elektrode 22 weisen ein zu dem unteren Abschnitt 34 der
Rotor-Elektrode 22 unterschiedliches Potential auf.
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Ein
Kippen der Rotor-Elektrode 22 aus seiner Ruhelage im Uhrzeigersinn
(nicht dargestellt) ist durch eine weitere Änderung der
Potentiale, beispielsweise mit einer Vertauschung der Stator-Potentiale
aus 2, möglich.
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Die
elektrostatischen Kräfte bewirken auch Querkräfte
auf die Welle 23. Die Stator-Elektrode 21 und
die Rotor-Elektrode 22 können symmetrisch, z. B.
spiegelsymmetrisch zur Welle 23 wie in 2 angedeutet,
aufgebaut sein. Die Querkräfte wirken dann symmetrisch
und kompensieren sich.
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Der
Aufbau des Stators 21 und des Rotors 22 ist nicht
auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt.
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Die
flächigen Elektroden des Stators 40 und Rotors 41 können
in eine größere Anzahl von voneinander elektrisch
isolierten Abschnitten unterteilt sein. In 4 ist ein
Aufbau eines Stators 40 mit sechs Abschnitten 41, 43, 45 angedeutet.
Durch zu einer ersten Isolationsschicht 42 parallel angeordnete
weitere Isolationsschichten 44 kann die flächige
Elektrode des Stators 40 in eine beliebige Anzahl von Abschnitten 41, 43, 45 unterteilt
sein.
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Analog
kann der Rotor zusätzlich oder alternativ mehr als zwei
Abschnitte aufweisen.
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Eine
Ausführungsform eines Aktuators 10, 12, 20 weist
einen Rotor und einen Stator mit jeweils mehr als einer flächigen
Elektrode auf (vgl. 1). Die flächigen Elektroden
des Stators bzw. Rotors sind parallel zueinander angeordnet und
untereinander elektrisch und mechanisch verbunden.
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Die
elektrische Verbindung erfolgt im Wesentlichen durch das Substrat 3,
aus dem sie als ein zusammenhängendes Stück geformt
sind. Die elektrische Isolation der einzelnen Abschnitte der Elektroden
wird durch die parallel zur Oberfläche des Substrats 3 verlaufende
Isolationsschicht 33 oder isolierende Gräben 6, 62 erreicht.
Die Abschnitte der Elektroden mit gleicher räumlicher Orientierung
bezüglich der Welle des Rotors bleiben durch das Substrat 3 elektrisch
verbunden.
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Eine
Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens für
Aktuatoren wird in Zusammenschau mit den 5 bis 9 erläutert.
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Ausgangspunkt
ist ein Substrat 50, vorzugsweise ein Halbleitersubstrat,
z. B. Silizium (vgl. 5). In dem Substrat 50 ist
eine Isolationsschicht 52 vergraben, die das Substrat 50 in
einen oberen und einen unteren voneinander elektrisch isolierte Abschnitt 51, 53 unterteilt.
Das Substrat 50 kann beispielsweise ein SOI-Substrat (Silicon
an Insulator) sein, bei dem die Isolationschicht 52 durch
Siliziumoxid oder Siliziumnitrid gebildet ist. Alternativ kann die Isolationsschicht 52 durch
eine Sperrdotierung erzeugt werden.
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Der
obere Substratabschnitt 51 muss eine ausreichende Dicke
für die nachfolgend zu strukturierenden Elemente aufweisen.
Typischerweise ist eine Dicke von 40 bis 100 Mikrometer ausreichend.
Der obere und der untere Substratabschnitt 51, 53 können
dotiert werden, um deren elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen.
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In
den oberen Substratabschnitt 51 wird eine Öffnung 54 für
eine Durchkontaktierung bis zu der Isolationsschicht 52 geätzt
(6). Eine Kaverne 55 oder eine breite
Vertiefung wird in den unteren Substratabschnitt 53 geätzt.
Die Kaverne 55 liegt unterhalb der Bereiche, in denen sich
nachfolgend bewegliche Elemente des Aktuators oder des mikromechanischen
Bauelements befinden. Die Kaverne 55 und die Öffnung 54 können
gemeinsam nasschemisch geätzt werden, beispielsweise mit
einer Kaliumhydroxyd-Lösung.
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Der
untere Substratabschnitt 53 wird bevorzugt mit einem anisotropen Ätzverfahren,
beispielsweise einem Plasma-unterstützten Ätzverfahren,
reaktivem Ionenätzen, weiter strukturiert. Unterhalb der Bereiche
für Festkörpergelenke 56, einem Spiegel 57 oder
anderen beweglichen Elementen wird der untere Substratabschnitt 53 bis
zu der Isolationsschicht 52 hin entfernt. Ausgenommen bleiben
die Bereiche 58, in denen nachfolgend die Aktuatoren ausgebildet werden.
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Als
Prozessierungshilfe können im Randbereich außerhalb
der Kaverne 55, in dem unteren Substratabschnitt 53 umlaufende
Gräben 59 strukturiert werden.
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Eine
Metallisierung kann im Bereich 57, der später
die Rückseite eines Spiegels 2 bildet, auf die Isolationsschicht 52 aufgebracht
werden.
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Die
Kaverne 55 wird mit einem Lack 58 oder sonstig
leicht entfernbarem Opfermaterial gefüllt (8).
Dieses erhöht einerseits die mechanische Stabilität
für den nachfolgenden Strukturierungsschritt und verhindert
andererseits, dass die nachfolgenden hergestellten Gräben
durchgehende durchströmbare Kanäle zwischen einer
Vorder- und der Rückseite der hergestellten Struktur während
des Herstellungsverfahrens bilden.
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Eine
Metallisierung kann auf der Vorderseite aufgebracht werden, um einerseits
Leiterbahnen, Durchkontaktierungen 69 und andererseits
eine spiegelnde Fläche 60 zu erzeugen. Die Durchkontaktierungen 69 können
Hohlleiter aufweisen, die gegenüber dem oberen Substratabschnitt 51 isoliert
sind, um individuell den unteren Substratabschnitt 53 zu
kontaktieren. Entsprechend können zusätzliche
Isolationsschichten abgeschieden werden (nicht dargestellt).
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Die
spiegelnde Fläche 60 kann zusammen oder getrennt
mit den Leiterbahnen 69 hergestellt werden, je nach, ob
eine unterschiedliche Stärke der Metallschicht erforderlich
ist.
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Die
Aktuatoren 61 werden durch ein Ätzverfahren hergestellt.
In den oberen Substratabschnitt 51 werden Gräben 62 geätzt,
die die Elektroden 63, 64 des Stators und des
Rotors seitlich begrenzen und voneinander isolieren. Danach wird
durch einen zweiten Ätzschritt die Struktur der Gräben 62 in
die Isolationsschicht 52 übertragen und mittels
eines dritten Ätzschritts die Gräben 62 in
den unteren Substratabschnitt 53 verlängert. Die
Gräben 62 erstrecken sich bis zu der in die Kaverne 55 eingefüllten
Opferschicht 58.
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Die
relative Anordnung und Abstände der Elektroden 63, 64 des
Stators und des Rotors sind durch die Gräben 62 definiert.
Die Reproduzierbarkeit eines Aktuators ist somit im Wesentlichen
nur durch die verwendeten Ätzverfahren und lithographischen
Abbildungsverfahren limitiert.
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Die
Reproduzierbarkeit kann durch die Verwendung einer einzigen Maske
erhöht werden. Dazu wird vor dem Ätzen der Gräben 62 in
den oberen Substratabschnitt 51 eine Hartmaske auf die
Oberfläche aufgebracht. Die Hartmaske ist vorzugsweise aus
dem gleichen Material wie die vergrabene Isolationsschicht 52.
Die Hartmaske wird durch eine Lackmaske lithographisch strukturiert.
Die Lackmaske verbleibt beim Ätzen der Gräben 62 in
den oberen Substratabschnitt 51 und in die Isolationsschicht 52 auf
der Hartmaske. Danach wird sie vorzugsweise entfernt. Die Gräben 62 werden
unter Verwendung der Hartmaske in den unteren Substratabschnitt 53 verlängert.
Alternativ kann auch eine Maske aus anderem Material verwendet werden,
welche durch Ätzverfahren, die die vergrabene Isolationsschicht
angreifen, nicht geätzt wird.
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Abschließend
wird die Opferschicht 58 entfernt. Die hergestellte Struktur
kann noch geeignet gekapselt werden, um sie vor Umwelteinflüssen
zu schützen.
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Eine
dritte Ausführungsform eines mikromechanischen Bauelements 70 ist
in Draufsicht und Seitenansicht in den 10 und 11 gezeigt.
Das mikromechanische Bauelement 70 weist zwei von einander
elektrisch isolierte Statoren mit jeweils wenigstens einer Elektrode 71a, 71b auf.
Zwischen den Statoren sind Elektroden 72 eines Aktors angeordnet.
Der Aktor ist mit einem Festkörpergelenk 74 an einem
Substrat 73 aufgehängt. Das Festkörpergelenk 74 kann
tordierbar und/oder biegbar sein. Dies kann sowohl eine Translationsbewegung
zwischen den beiden Stator-Elektroden 71a, 71b oder
senkrecht zu den Stator-Elektroden 71a, 71b ermöglichen.
Ferner kann eine Rotationsbewegung um das Festkörpergelenk 74 ermöglicht
werden, wie in den vorherig beschriebenen Ausführungsformen.
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Die
Stator-Elektroden 71a, 71b und die Aktor-Elektrode 72 sind
wie in den vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen
in von einander isolierte Abschnitte 72a, 73a; 72b, 73b bzw. 80, 81 durch
Isolationsschichten 76a, 76b; 81 isoliert.
Die einander gegenüberliegenden Seitenflächen
der Elektroden sind somit in die getrennten Abschnitte 72a, 73a; 72b, 73b; 80, 81 unterteilt.
Vorzugsweise erstrecken sich die Abschnitte über die gesamte Längsausdehnung
der Elektroden. Die Abschnitte sind dabei in Querrichtung der Seitenfläche
aufeinanderfolgend angeordnet.
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Ein
Verfahren zum Verschieben des Aktors 72 zwischen den Statoren 71a, 71b in
Richtung 75 legt an die einander gegenüberliegenden
Abschnitte des einen der Statoren 71a und des Aktors 72 entgegengesetzte
Potentiale und an die Abschnitte des anderen der Statoren 71a die
gleichen Potentiale wie bei den Abschnitten des Aktors 72 an.
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Ein
Verfahren zum Verschieben des Aktors 72 in Richtung 76,
senkrecht zu den Statoren 71a, 71b legt an die
oberen Abschnitte 72a, 72b der Statoren 71a, 71b ein
erstes Potential (+) an, an die unteren Abschnitte 73a, 73b ein
mittleres Potential 0, an den unteren Abschnitt 82 des
Aktors 72 ein zweites Potential (–) und an den
oberen Abschnitt 80 des Aktors 72 ein mittleres
0 oder erstes Potential (+). Das erste Potential (+) und das zweite
Potential (–) sind verschieden. Das mittlere Potential
0 liegt zwischen dem ersten (+) und zweiten Potential (–).
Für ein Verschieben entgegengesetzt zur Richtung 76 sind
die Potentiale symmetrisch zur dargestellten horizontalen Ebene
zu vertauschen.
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Ein
Verfahren zum Verdrehen des Aktors 72 relativ zu den Statoren 71a, 71b legt
Potentiale analog zur Ausführungsform beschrieben im Zusammenhang
mit 2 an.
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Eine
vierte Ausführungsform 90 weist nur einen Stator 91 auf.
Die Stator 91 ist in wenigstens zwei voneinander isolierte
Abschnitte 93, 94 durch eine Isolationsschicht 94 isoliert.
Ein Aktor 92 der vierten Ausführungsform 90 ist
ebenfalls in wenigstens zwei voneinander isolierte Abschnitte 96, 97 durch
eine Isolationsschicht 97 unterteilt. Der Aktor 92 kann
durch Anlegen entsprechender Potentiale, wie in Zusammenhang mit
der dritten Ausführungsform beschrieben, verschoben und
gedreht werden.
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Eine
fünfte Ausführungsform eines mikromechanischen
Bauelements verwendet drei Aktuatoren 102, die im Dreieck
oder entlang eines Kreises 106 angeordnet sind. Jeder der
Aktuatoren 102 weist Statoren 103, 104 und
einen Aktor 105 auf. Der Aufbau der Aktuatoren 102 kann
einer der vorhergehenden Ausführungsformen entsprechen.
Die Anordnung der Aktuatoren 102 ermöglicht eine
Grundplatte 101 in jede Richtung zu drehen, zu verschieben
und zu schwenken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2007/0215961
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