DE102018220451A1

DE102018220451A1 - Optical filter device and method for producing an optical filter device

Info

Publication number: DE102018220451A1
Application number: DE102018220451.9A
Authority: DE
Inventors: Kerrin DOESSEL; Benedikt STEIN; Christian Huber; Christoph Schelling; Christoph Daniel Kraemmer; Reinhold Roedel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-11-28
Filing date: 2018-11-28
Publication date: 2020-05-28

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine optische Filtereinrichtung (1) umfassend ein erstes Substrat (T1) und ein zweites Substrat (T2), wobei das erste Substrat (T1) strukturiert ist und einen Aufhängebereich (AB) und einen Innenbereich (IB) umfasst, wobei der Aufhängebereich (AB) auf dem zweiten Substrat (T2) angeordnet ist und den Innenbereich (IB) lateral umläuft, und der Innenbereich (IB) lateral vollständig vom Aufhängebereich (AB) getrennt und durch einen Graben (d) beabstandet ist und gegenüber dem zweiten Substrat (T2) vertikal zum zweiten Substrat (T2) beweglich angeordnet ist; eine Federschicht (4) mit einem Federbereich (4a), welche den Graben (d) zumindest stellenweise überspannt und den Innenbereich (IB) am Aufhängebereich (AB) vertikal beweglich befestigt; eine Aktuatoreinrichtung (6), welche zumindest stellenweise auf oder in dem Federbereich (4a) angeordnet ist und durch welche der Innenbereich (IB) gegenüber dem Aufhängebereich (AB) vertikal auslenkbar ist; und zumindest eine erste Spiegelschicht (SP1), welche auf dem ersten Substrat (T1) und dem zweiten Substrat (T2) zugewandt angeordnet ist und eine zweite Spiegelschicht (SP2), welche auf dem zweiten Substrat (T2) und der ersten Spiegelschicht (SP1) zugewandt angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Spiegelschicht (SP1; SP2) und das erste und das zweite Substrat (T1; T2) eine Transmissivität für ein Licht (L) mit einem bestimmten Wellenlängenbereich (W1) aufweisen.The present invention provides an optical filter device (1) comprising a first substrate (T1) and a second substrate (T2), the first substrate (T1) being structured and comprising a suspension area (AB) and an interior area (IB), the Suspension area (AB) is arranged on the second substrate (T2) and laterally surrounds the inner area (IB), and the inner area (IB) is laterally completely separated from the hanging area (AB) and spaced apart by a trench (d) and opposite the second substrate (T2) is arranged to be movable vertically to the second substrate (T2); a spring layer (4) with a spring area (4a) which spans the trench (d) at least in places and fastens the inner area (IB) to the suspension area (AB) in a vertically movable manner; an actuator device (6) which is arranged at least in places on or in the spring region (4a) and by means of which the inner region (IB) can be deflected vertically with respect to the suspension region (AB); and at least one first mirror layer (SP1) which is arranged facing the first substrate (T1) and the second substrate (T2) and a second mirror layer (SP2) which is arranged on the second substrate (T2) and the first mirror layer (SP1) is arranged facing, the first and the second mirror layer (SP1; SP2) and the first and the second substrate (T1; T2) having a transmissivity for a light (L) with a certain wavelength range (W1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Filtereinrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Filtereinrichtung.The present invention relates to an optical filter device and a method for producing an optical filter device.

Stand der TechnikState of the art

Zur Miniaturisierung von durchstimmbaren spektralen Filtern lassen sich Fabry-Perot Interferometer (FPI) vorteilhaft in MEMS-Technologie realisieren. Dabei wird ausgenutzt, dass eine Kavität bestehend aus zwei planparallelen, hochreflektierenden Spiegeln mit einem Abstand (Kavitätslänge) im Bereich optischer Wellenlängen eine starke Transmission nur für Wellenlängen zeigt, bei denen die Kavitätslänge einem ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge entspricht. Die Kavitätslänge lässt sich beispielsweise mittels elektrostatischer oder piezoelektrischer Aktuierung verändern, wodurch ein spektral durchstimmbares Filterelement entsteht. Ein Teil der bekannten FPIs verwendet eine elektrostatische Aktuierung der Spiegel, wobei die Spiegel oft als Membranen ausgelegt sind. Dabei wird eine Spannung zwischen zwei Elektroden angelegt, die sich auf der Ebene der beiden Spiegel befinden, sodass sich aufgrund der elektrostatischen Anziehung beide Spiegel aufeinander zu bewegen. Die Planparallelität der beiden Spiegel sollte möglichst hoch sein, damit zwischen den beiden Spiegeln
eine möglichst ideale Kavität entstehen kann. Hierzu ist es beispielsweise möglich, die Spiegel jeweils auf einem biegesteifen Substrat anzuordnen und die Substrate aufeinander anzuordnen, etwa durch ein Bondverfahren.For the miniaturization of tunable spectral filters, Fabry-Perot interferometers (FPI) can advantageously be implemented in MEMS technology. This takes advantage of the fact that a cavity consisting of two plane-parallel, highly reflecting mirrors with a distance (cavity length) in the range of optical wavelengths shows strong transmission only for wavelengths at which the cavity length corresponds to an integral multiple of half the wavelength. The cavity length can be changed, for example, by means of electrostatic or piezoelectric actuation, which results in a spectrally tunable filter element. Some of the known FPIs use electrostatic actuation of the mirrors, the mirrors often being designed as membranes. A voltage is applied between two electrodes, which are located on the level of the two mirrors, so that both mirrors move towards one another due to the electrostatic attraction. The plane parallelism of the two mirrors should be as high as possible, so that between the two mirrors
an ideal cavity can arise. For this purpose it is possible, for example, to arrange the mirrors on a rigid substrate and to arrange the substrates on top of one another, for example by means of a bonding process.

In der US 9,329,360 B2 wird ein Interferometer als Miniaturspektrometer beschrieben mit einem Substrat und einem Stößel im Substrat, welcher einen Spiegel aufweist und beweglich bezüglich eines Rahmens ist.In the US 9,329,360 B2 describes an interferometer as a miniature spectrometer with a substrate and a plunger in the substrate, which has a mirror and is movable with respect to a frame.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft eine optische Filtereinrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Filtereinrichtung nach Anspruch 10.The present invention provides an optical filter device according to claim 1 and a method for producing an optical filter device according to claim 10.

Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred developments are the subject of the dependent claims.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, eine optische Filtereinrichtung sowie ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, bei welchem ein Arbeitsbereich der Filtereinrichtung über einen breiteren Wellenlängenbereich ausdehnbar ist, insbesondere auf kürzere Wellenlängen als von Silizium durchlässig. Die optische Filtereinrichtung zeichnet sich des Weiteren durch eine verbesserte Federaufhängung für die relativ zueinander bewegbaren Spiegel und somit durch eine verbesserte Einstellmöglichkeit der mechanischen Eigenschaften der Federaufhängung eines Spiegels aus.The idea on which the present invention is based consists in specifying an optical filter device and a method for its production, in which a working range of the filter device can be expanded over a broader wavelength range, in particular to shorter wavelengths than transparent to silicon. The optical filter device is further characterized by an improved spring suspension for the mirrors which can be moved relative to one another and thus by an improved possibility of adjusting the mechanical properties of the spring suspension of a mirror.

Erfindungsgemäß umfasst die optische Filtereinrichtung ein erstes Substrat und ein zweites Substrat, wobei das erste Substrat strukturiert ist und einen Aufhängebereich und einen Innenbereich umfasst, wobei der Aufhängebereich auf dem zweiten Substrat angeordnet ist und den Innenbereich lateral umläuft, und der Innenbereich lateral vollständig vom Aufhängebereich getrennt und durch einen Graben beabstandet ist und gegenüber dem zweiten Substrat vertikal zum zweiten Substrat beweglich angeordnet ist; eine Federschicht mit einem Federbereich, welche den Graben zumindest stellenweise überspannt und den Innenbereich am Aufhängebereich vertikal beweglich befestigt. Des Weiteren umfasst die optische Filtereinrichtung eine Aktuatoreinrichtung, welche zumindest stellenweise auf oder in dem Federbereich angeordnet ist und durch welche der Innenbereich gegenüber dem Aufhängebereich vertikal auslenkbar ist; und zumindest eine erste Spiegelschicht, welche auf dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat zugewandt angeordnet ist und eine zweite Spiegelschicht, welche auf dem zweiten Substrat und der ersten Spiegelschicht zugewandt angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Spiegelschicht und das erste und das zweite Substrat eine Transmissivität für ein Licht mit einem bestimmten Wellenlängenbereich aufweisen.
Die Substrate können die genannte Transmissivität im Innenbereich umfassen,According to the invention, the optical filter device comprises a first substrate and a second substrate, the first substrate being structured and comprising a suspension region and an interior region, the suspension region being arranged on the second substrate and laterally running around the interior region, and the interior region being completely separated laterally from the suspension region and is spaced apart by a trench and is arranged to be movable relative to the second substrate vertically to the second substrate; a spring layer with a spring area, which spans the trench at least in places and fastens the inner area to the suspension area in a vertically movable manner. Furthermore, the optical filter device comprises an actuator device which is arranged at least in places on or in the spring area and by means of which the inner area can be deflected vertically with respect to the suspension area; and at least a first mirror layer which is arranged facing the first substrate and the second substrate and a second mirror layer which is arranged facing the second substrate and the first mirror layer, wherein the first and the second mirror layer and the first and the second substrate have a transmissivity for a light with a certain wavelength range.
The substrates can include the aforementioned transmissivity in the interior,

Mit den zwei Spiegelschichten verkörpert die optische Filtereinrichtung vorteilhaft ein Interferometer, etwa ein Fabry-Perot-Interferometer (FPI).With the two mirror layers, the optical filter device advantageously embodies an interferometer, such as a Fabry-Perot interferometer (FPI).

Die optische Apertur ist vorteilhaft jener Bereich, in welchem eine Transmission oder Reflexion von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist, wenn sich die Spiegeleinrichtung innerhalb einer Interferometereinrichtung befindet. Das Substrat dient vorteilhaft als Träger für die Spiegelschicht und vermittelt vorteilhaft eine ausreichende mechanische Stabilität und Trägereigenschaft. Die Spiegelschicht auf dem zweiten Substrat kann hingegen auch teilweise freigestellt sein. Vorteilhaft im Bereich einer optischen Apertur.The optical aperture is advantageously the area in which a transmission or reflection of electromagnetic radiation is provided if the mirror device is located within an interferometer device. The substrate advantageously serves as a support for the mirror layer and advantageously provides adequate mechanical stability and support properties. The mirror layer on the second substrate, however, can also be partially exempt. Advantageous in the area of an optical aperture.

Es ist des Weiteren durch die genannte Filtereinrichtung möglich einen Betrieb eines solchen FPIs auch in einem Spektralbereich zu erlauben, welcher energetisch außerhalb einer Absorption des ersten und zweiten Substrats liegt, vorteilhaft oberhalb der Durchlässigkeit von Silizium, also bei Wellenlängen oberhalb von 1050 nm.Furthermore, it is possible to allow such an FPI to be operated in a spectral range which is energetically outside of an absorption of the first and second substrates, advantageously above that, by the filter device mentioned Transmittance of silicon, i.e. at wavelengths above 1050 nm.

Die beschriebene erfindungsgemäße optische Filtereinrichtung erlaubt vorteilhaft eine Ausdehnung des Arbeitsbereichs (des FPIs) auf kürzere Wellenlängen, als von Silizium noch durchlässig sind. Des Weiteren kann eine höhere Flexibilität bei der Gestaltung der Federaufhängung durch die separate Federschicht erzielt werden. Gegenüber einem Interferometer mit Siliziumsubstrat kann auf einen Tieftrenchschritt in Silizium und die damit verbundenen lateralen Toleranzen verzichtet werden. Zudem muss der Spiegel nicht ggf. als Ätzstopp für einen solchen Tiefentrench fungieren, so dass die Spiegeloberfläche dabei nicht angegriffen wird.The described optical filter device according to the invention advantageously allows the working range (of the FPI) to be extended to shorter wavelengths than are still permeable to silicon. Furthermore, greater flexibility in the design of the spring suspension can be achieved through the separate spring layer. Compared to an interferometer with a silicon substrate, there is no need for a deep trench step in silicon and the associated lateral tolerances. In addition, the mirror does not have to act as an etch stop for such a deep trench, so that the mirror surface is not attacked in the process.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Filtereinrichtung ist diese als ein mikromechanisches Bauelement ausgeformt.According to a preferred embodiment of the optical filter device, this is designed as a micromechanical component.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Filtereinrichtung umfasst das erste Substrat ein Glassubstrat.According to a preferred embodiment of the optical filter device, the first substrate comprises a glass substrate.

Auch das zweite Substrat kann ein Glassubstrat umfassen. Das erste Glassubstrat kann als mikrostrukturierter Glaswafer mit Außen- und Innenbereich ausgeformt sein.The second substrate can also comprise a glass substrate. The first glass substrate can be formed as a microstructured glass wafer with an outer and inner area.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Filtereinrichtung umläuft die Federschicht zumindest teilweise den Innenbereich lateral.According to a preferred embodiment of the optical filter device, the spring layer at least partially runs laterally around the inner region.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Filtereinrichtung umfasst die Aktuatoreinrichtung zumindest eine piezoelektrische Schicht, welche auf der Federschicht abgeschieden ist.According to a preferred embodiment of the optical filter device, the actuator device comprises at least one piezoelectric layer which is deposited on the spring layer.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Filtereinrichtung umfasst die Aktuatoreinrichtung einen thermischen Bimorph, mit einem Heizelement und einer Schichtenfolge, deren Schichten unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten umfassen.According to a preferred embodiment of the optical filter device, the actuator device comprises a thermal bimorph, with a heating element and a layer sequence, the layers of which comprise different thermal expansion coefficients.

Zusätzlich oder anstatt eines piezoelektrischen Aktors kann ein thermischer Bimorph verwendet werden, bei welchem beispielsweise eine resistive Heizerstruktur gefolgt von einer Schicht aus VO2 (Vanadiumoxid) auf dem Federbereich aufgebracht werden kann. Durch Bestromung des Heizelements kann aufgrund einer Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Materialien in der Schichtenfolge eine Verbiegung im Federbereich und somit eine Auslenkung des Innenbereichs erzielt werden.In addition to or instead of a piezoelectric actuator, a thermal bimorph can be used, in which, for example, a resistive heater structure followed by a layer of VO2 (vanadium oxide) can be applied to the spring area. By energizing the heating element, a deflection in the spring area and thus a deflection of the inner area can be achieved due to a difference in the thermal expansion coefficients of the different materials in the layer sequence.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Filtereinrichtung umfasst die Aktuatoreinrichtung einen Hairpin-Aktuator, wobei die Federschicht eine Mehrschichtenlage umfasst und der Hairpin-Aktuator in diese eingebettet ist, wobei der Hairpin-Aktuator mehrere übereinander angeordnete elektrisch leitende Schichten umfasst, welche jeweils einen Unterschied im Querschnitt aufweisen und bei einem Stromfluss unterschiedlich erwärmbar sind und der Hairpin-Aktuator vertikal verbiegbar ist.According to a preferred embodiment of the optical filter device, the actuator device comprises a hairpin actuator, the spring layer comprising a multilayer layer and the hairpin actuator being embedded therein, the hairpin actuator comprising a plurality of electrically conductive layers arranged one above the other, each of which has a difference in cross section have and can be heated differently when a current flows and the hairpin actuator can be bent vertically.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Filtereinrichtung umfasst die Aktuatoreinrichtung einen elektrostatischen Biegeaktor mit zwei Elektroden, wobei der Biegeaktor durch ein Anlegen einer Spannung an den Elektroden verbiegbar ist.According to a preferred embodiment of the optical filter device, the actuator device comprises an electrostatic bending actuator with two electrodes, the bending actuator being bendable by applying a voltage to the electrodes.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Filtereinrichtung umfasst die Aktuatoreinrichtung eine Magnetfeldeinrichtung und eine Spuleneinrichtung, wobei mittels der Magnetfeldeinrichtung ein externes Magnetfeld am Innenbereich erzeugbar ist und die Spuleneinrichtung am Innenbereich und mit diesem mechanisch verbunden angeordnet ist, wobei mittels der Spuleneinrichtung eine Kraftwirkung vertikal auf den Innenbereich generierbar ist.According to a preferred embodiment of the optical filter device, the actuator device comprises a magnetic field device and a coil device, wherein an external magnetic field can be generated on the inner region by means of the magnetic field device and the coil device is arranged on the inner region and mechanically connected to it, with a force effect vertically on the inner region by means of the coil device can be generated.

Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zum Herstellen einer optischen Filtereinrichtung ein Bereitstellen eines ersten Substrats; ein Strukturieren des ersten Substrats in einen Aufhängebereich und einen Innenbereich, so dass der Aufhängebereich den Innenbereich lateral umläuft; ein Trennen des Aufhängebereichs vom Innenbereich durch Ausformen eines Grabens zwischen dem Aufhängebereich und dem Innenbereich; ein Anordnen einer Federschicht auf dem ersten Substrat und Ausbilden eines strukturierten Federbereichs in der Federschicht, wobei das Strukturieren des ersten Substrats nach dem Anordnen der Federschicht und ein Ausformen des Grabens unterhalb des strukturierten Federbereichs erfolgt oder das Strukturieren des ersten Substrats und das Trennen vor dem Anordnen der Federschicht und dem Ausbilden des strukturierten Federbereichs über dem Graben erfolgt; ein Anordnen einer Aktuatoreinrichtung zumindest stellenweise auf oder in dem strukturierten Federbereich; ein Anordnen zumindest einer ersten Spiegelschicht auf dem Innenbereich an einer der Federschicht abgewandten Seite; ein Bereitstellen eines zweiten Substrats mit einer zweiten Spiegelschicht und Anordnen des ersten Substrats auf dem zweiten Substrat mit dem Aufhängebereich derart, dass die erste Spiegelschicht der zweiten Spiegelschicht zugewandt angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Spiegelschicht und das erste und das zweite Substrat eine Transmissivität für ein Licht mit einem bestimmten Wellenlängenbereich aufweisen.According to the invention, in the method for producing an optical filter device, a first substrate is provided; structuring the first substrate into a hanging area and an inner area so that the hanging area laterally surrounds the inner area; separating the suspension area from the interior by forming a trench between the suspension area and the interior; arranging a spring layer on the first substrate and forming a structured spring region in the spring layer, wherein the structuring of the first substrate takes place after the arrangement of the spring layer and a trench is formed below the structured spring region or the structuring of the first substrate and the separation before the arrangement the spring layer and the formation of the structured spring region take place over the trench; arranging an actuator device at least in places on or in the structured spring region; arranging at least a first mirror layer on the inner region on a side facing away from the spring layer; providing a second substrate with a second mirror layer and arranging the first substrate on the second substrate with the suspension area such that the first mirror layer is arranged facing the second mirror layer, the first and the second mirror layer and the first and the second substrate being transmissive for a light with a certain wavelength range.

Das Verfahren kann sich vorteilhaft auch durch die bereits in Verbindung mit der optischen Filtereinrichtung genannten Merkmale und deren Vorteile auszeichnen und umgekehrt. The method can advantageously also be distinguished by the features already mentioned in connection with the optical filter device and their advantages, and vice versa.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens erfolgt das Strukturieren des ersten Substrats und das Trennen mit einem Lithographieverfahren und einem Ätzverfahren.According to a preferred embodiment of the method, the structuring of the first substrate and the separation are carried out using a lithography method and an etching method.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird die Federschicht als ein Wafer bereitgestellt und nach dem Anordnen auf dem ersten Substrat gedünnt.According to a preferred embodiment of the method, the spring layer is provided as a wafer and, after being arranged on the first substrate, thinned.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird die Federschicht derart strukturiert dass der Federbereich ausgebildet wird und im Innenbereich eine optische Apertur in der Federschicht als eine Ausnehmung in der Federschicht erzeugt wird.According to a preferred embodiment of the method, the spring layer is structured in such a way that the spring region is formed and in the inner region an optical aperture is produced in the spring layer as a recess in the spring layer.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens erfolgt das Anordnen des ersten Substrats auf dem zweiten Substrat durch ein Bondverfahren.According to a preferred embodiment of the method, the first substrate is arranged on the second substrate by a bonding method.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.

FigurenlisteFigure list

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand des in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.The present invention is explained in more detail below with reference to the embodiment shown in the schematic figures of the drawing.

Es zeigen:

1 einen schematischen seitlichen Querschnitt einer optischen Filtereinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
2 einen schematischen Querschnitt einer Aktuatoreinrichtung für eine optische Filtereinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
3 einen schematischen Querschnitt einer Aktuatoreinrichtung für eine optische Filtereinrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
4 einen schematischen Querschnitt einer Aktuatoreinrichtung für eine optische Filtereinrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
5 eine schematische Darstellung der Verfahrensschritte gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Show it:

1 a schematic lateral cross section of an optical filter device according to an embodiment of the present invention;
2nd a schematic cross section of an actuator device for an optical filter device according to an embodiment of the present invention;
3rd a schematic cross section of an actuator device for an optical filter device according to a further embodiment of the present invention;
4th a schematic cross section of an actuator device for an optical filter device according to a further embodiment of the present invention; and
5 is a schematic representation of the method steps according to an embodiment of the present invention.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols designate the same or functionally identical elements.

1 zeigt einen schematischen seitlichen Querschnitt einer optischen Filtereinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 1 shows a schematic lateral cross section of an optical filter device according to an embodiment of the present invention.

Die Filtereinrichtung kann vorteilhaft als Fabry-Perot-Interferometer ausgeformt sein, und zwei gegeneinander zu deren planparalleler Anordnung senkrecht bewegliche Spiegel umfassen.The filter device can advantageously be designed as a Fabry-Perot interferometer and comprise two mirrors that are movable perpendicularly to one another in relation to their plane-parallel arrangement.

Die optische Filtereinrichtung 1 umfasst ein erstes Substrat T1 und ein zweites Substrat T2, wobei das erste Substrat T1 strukturiert ist und einen Aufhängebereich AB und einen Innenbereich IB umfasst, wobei der Aufhängebereich AB auf dem zweiten Substrat T2 angeordnet ist und den Innenbereich IB lateral umläuft, und der Innenbereich IB lateral vollständig vom Aufhängebereich AB getrennt und durch einen Graben d beabstandet ist und gegenüber dem zweiten Substrat T2 vertikal zum zweiten Substrat T2 beweglich angeordnet ist. Die Filtereinrichtung 1 umfasst weiterhin eine Federschicht 4 mit einem Federbereich 4a, welche den Graben d zumindest stellenweise überspannt und den Innenbereich IB am Aufhängebereich AB vertikal beweglich befestigt; eine Aktuatoreinrichtung 6, welche zumindest stellenweise auf oder in dem Federbereich 4a angeordnet ist und durch welche der Innenbereich IB gegenüber dem Aufhängebereich AB vertikal auslenkbar ist; und zumindest eine erste Spiegelschicht SP1, welche auf dem ersten Substrat T1 und dem zweiten Substrat T2 zugewandt angeordnet ist und eine zweite Spiegelschicht SP2, welche auf dem zweiten Substrat T2 und der ersten Spiegelschicht SP1 zugewandt angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Spiegelschicht SP1; SP2 und das erste und das zweite Substrat T1; T2 eine Transmissivität für ein Licht L mit einem bestimmten Wellenlängenbereich W1 aufweisen. Die Fabry-Perot-Interferometereinrichtung kann als Resonator vorteilhaft für bestimmte Wellenlängen, abhängig vom Abstand der Spiegeleinrichtungen zueinander, durchlässig sein.The optical filter device 1 comprises a first substrate T1 and a second substrate T2 , the first substrate T1 is structured and a hanging area FROM and an indoor area IB includes, the suspension area FROM on the second substrate T2 is arranged and the interior IB laterally revolves, and the interior IB laterally completely from the hanging area FROM separated and by a ditch d is spaced and opposite the second substrate T2 vertical to the second substrate T2 is arranged movably. The filter device 1 also includes a spring layer 4th with a spring area 4a which the trench d spanned at least in places and the interior IB at the hanging area FROM vertically movably attached; an actuator device 6 , which at least in places on or in the spring area 4a is arranged and through which the interior IB opposite the hanging area FROM is vertically deflectable; and at least a first mirror layer SP1 which are on the first substrate T1 and the second substrate T2 is arranged facing and a second mirror layer SP2 which on the second substrate T2 and the first mirror layer SP1 is arranged facing, the first and the second mirror layer SP1 ; SP2 and the first and second substrates T1 ; T2 a transmissivity for a light L with a certain wavelength range W1 exhibit. As a resonator, the Fabry-Perot interferometer device can advantageously be transparent for certain wavelengths, depending on the distance between the mirror devices.

Das erste und das zweite Substrat können jeweils einen Glaswafer umfassen, welcher vorteilhaft auch bei weiteren Wellenlängen durchlässig sein kann als übliche Si-Wafer (Silizium). Dadurch kann vorteilhaft der Arbeitsbereich der Filtereinrichtung 1 vorteilhaft auch auf solche Wellenlängen ausgedehnt werden, bei welchen die gängigen Si-Wafer nicht mehr durchlässig sind. Der Innenbereich IB kann vorteilhaft einen in Draufsicht auf das erste Substrat T1 kreisförmigen Stößel umfassen, wobei jedoch auch alle anderen geometrischen Formen möglich sind. Der Federbereich 4a kann vorteilhaft durch einen Strukturierungsprozess, etwa Lithographie und Ätzverfahren, vorteilhaft nur oberhalb des Grabens d ausgeformt sein. In der 1 ist eine optische Apertur OA im zweiten Substrat T2 gezeigt, durch welche ein Hauptteil des eingestrahlten Lichts einfallen kann. Alternativ kann im Bereich der optischen Apertur eine Ausnehmung im zweiten Substrat T2 vorhanden sein (nicht gezeigt). Die Ausnehmung im zweiten Substrat kann beispielsweise dann vorliegen, wenn das zweite Substrat für zu transmittierende Wellenlängen undurchlässig ist (etwa bei Silizium und einem Arbeitsbereich unterhalb von 1050 nm). Die erste Spiegeleinrichtung SP1 sowie die zweite Spiegeleinrichtung SP2 können vorteilhaft jeweils eine Spiegelschicht eines Spiegelmaterials umfassen. In diesem Fall kann die zweite Spiegeleinrichtung SP2 die Apertur freigestellt überspannen. Die Freistellung der zweiten Spiegeleinrichtung SP2 kann beispielsweise mit einem Ätzverfahren, z.B. einem Tieftrench, erfolgen (nicht gezeigt).The first and the second substrate can each comprise a glass wafer, which can advantageously also be transparent at other wavelengths than conventional Si wafers (silicon). This advantageously allows the working area of the filter device 1 can advantageously also be extended to those wavelengths at which the common Si wafers are no longer transparent. The interior IB can advantageously a top view of the first substrate T1 include circular plungers, but all other geometric shapes are also possible. The spring area 4a can advantageously by means of a structuring process, for example lithography and etching processes, advantageously only above the trench d be formed. In the 1 is an optical aperture OA in the second substrate T2 shown through which a major part of the incident light can be incident. Alternatively, a recess in the second substrate can be made in the area of the optical aperture T2 be present (not shown). The recess in the second substrate can be present, for example, if the second substrate is impermeable to the wavelengths to be transmitted (for example in the case of silicon and a working range below 1050 nm). The first mirror device SP1 and the second mirror device SP2 can advantageously each comprise a mirror layer of a mirror material. In this case, the second mirror device SP2 span the aperture freely. The exemption of the second mirror device SP2 can be done, for example, with an etching process, for example a deep trench (not shown).

Das erste Substrat T1 kann mit dem Aufhängebereich AB oder Teilen davon auf dem zweiten Substrat T2 aufgebracht werden, beispielsweise durch ein Bondverfahren mit einer Bondschicht BS auf dem zweiten Substrat T2 mechanisch fixiert werden. Der Innenbereich IB kann durch die Federschicht 4 in einer Ruhelage beispielsweise so gehalten werden, dass eine Oberseite des ersten Substrats T1, welche dem zweiten Substrat abgewandt ist, auf einer gleichen Höhe positioniert sein kann, wie die Oberseite des Aufhängebereichs AB. In dieser Position kann die erste Spiegeleinrichtung SP1 auf einer Höhe h0 über der zweiten Spiegeleinrichtung SP2 positioniert sein. Bei einer Auslenkung des Innenbereichs IB in vertikaler Richtung kann die Höhe h0 verringert oder vergrößert werden, der Abstand d des Grabens zwischen Innenbereich IB und Aufhängebereich AB kann vorteilhaft stets konstant bleiben.The first substrate T1 can with the hanging area FROM or parts thereof on the second substrate T2 are applied, for example by a bonding process with a bonding layer BS on the second substrate T2 mechanically fixed. The interior IB can through the spring layer 4th are held in a rest position, for example, such that an upper side of the first substrate T1 , which faces away from the second substrate, can be positioned at the same height as the top of the suspension area FROM . In this position, the first mirror device SP1 at one level h0 above the second mirror device SP2 be positioned. If the interior is deflected IB in the vertical direction, the height h0 be reduced or enlarged, the distance d the trench between the interior IB and hanging area FROM can advantageously always remain constant.

Die Aktuatoreinrichtung 6 kann beispielsweise eine piezoelektrische Schicht PZ umfassen; einen thermischen Bimorph TB mit einem Heizelement und einer Schichtenfolge, deren Schichten unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten umfassen (nicht gezeigt); einen Hairpin-Aktuator, wobei die Federschicht 4 eine Mehrschichtenlage umfassen kann und der Hairpin-Aktuator in diese eingebettet sein kann; und/oder einen elektrostatischen Biegeaktor mit zwei Elektroden umfassen, wobei der Biegeaktor durch ein Anlegen einer Spannung an den Elektroden verbiegbar sein kann.The actuator device 6 can for example be a piezoelectric layer PZ include; a thermal bimorph TB with a heating element and a layer sequence, the layers of which comprise different coefficients of thermal expansion (not shown); a hairpin actuator, the spring layer 4th can comprise a multilayer layer and the hairpin actuator can be embedded therein; and / or comprise an electrostatic bending actuator with two electrodes, wherein the bending actuator can be bendable by applying a voltage to the electrodes.

Die Aktuatoreinrichtung kann als eine piezoelektrische Schicht, etwa im Falle der Federschicht als umlaufender Scheibenfeder in Form von Kreisringen oder Kreisringsegmenten auf der Federschicht abgeschieden werden.The actuator device can be deposited on the spring layer as a piezoelectric layer, for example in the case of the spring layer as a circumferential disc spring in the form of circular rings or circular ring segments.

Ein Licht L kann zumindest im Bereich des Innenbereichs IB auf das erste Substrat T1 auftreffen, und nach der Filterung das zweite Substrat T2 wieder passieren.A light L can at least in the area of the interior IB on the first substrate T1 hit, and after filtering the second substrate T2 happen again.

Die Federschicht 4 kann beispielsweise ein amorphes, polykristallines oder monokristallines Silizium, beispielsweise ein dotiertes Material, umfassen. Die Federschicht und der Federbereich können entweder als Scheibenfeder umlaufend um den Innenbereich gestaltet sein oder durch einzelne Federn entlang des Umfangs des Innenbereichs geformt sein. Die Herstellung einer solchen Struktur kann durch Standardverfahren der Mikrosystemtechnik erzielt werden. Eine Ausnehmung eines Bereichs der Federschicht in der optischen Apertur über dem ersten Substrat kann vorteilhaft in einem gleichen Prozessschritt erfolgen, wie das Strukturieren des Federbereichs.The feather layer 4th can comprise, for example, an amorphous, polycrystalline or monocrystalline silicon, for example a doped material. The spring layer and the spring region can either be designed as a disk spring encircling the inner region or can be formed by individual springs along the circumference of the inner region. The production of such a structure can be achieved using standard microsystem technology processes. A recess of a region of the spring layer in the optical aperture above the first substrate can advantageously be carried out in the same process step as the structuring of the spring region.

2 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Aktuatoreinrichtung für eine optische Filtereinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 2nd shows a schematic cross section of an actuator device for an optical filter device according to an embodiment of the present invention.

Die Aktuatoreinrichtung 6 kann einen Hairpin-Aktuator umfassen, wobei die Federschicht 4 eine Mehrschichtenlage umfassen kann und der Hairpin-Aktuator in diese eingebettet sein kann, wobei der Hairpin-Aktuator mehrere übereinander angeordnete elektrisch leitende Schichten umfassen kann, welche jeweils einen Unterschied im Querschnitt aufweisen und bei einem Stromfluss unterschiedlich erwärmbar sind und der Hairpin-Aktuator dadurch vertikal verbiegbar sein kann. Die Anordnung der Schichten kann vorteilhaft derart am Federbereich erfolgen, dass der Innenbereich in einer vertikalen Richtung auslenkbar ist.The actuator device 6 may include a hairpin actuator, the spring layer 4th can comprise a multilayer layer and the hairpin actuator can be embedded therein, the hairpin actuator can comprise a plurality of electrically conductive layers arranged one above the other, each of which has a difference in cross section and can be heated differently when a current flows, and the hairpin actuator can thereby be vertical can be bendable. The layers can advantageously be arranged on the spring region such that the inner region can be deflected in a vertical direction.

Die Aktuatoreinrichtung 6 kann eine Aufhängung 6a umfassen, mit welcher die Aktuatoreinrichtung 6 an der Federschicht angeordnet sein kann. Die Aufhängung 6a kann auch in die Federschicht eingebettet sein. Der Hairpin-Aktuator kann eine erste Aktuationsschicht 6c, eine dazu senkrecht und am Ende der ersten Aktuationsschicht 6c angeordnete zweite Aktuationsschicht 6d und eine parallel zur ersten und mit nur der zweiten Aktuationsschicht 6d und der Aufhängung in direktem Kontakt stehende dritte Aktuationsschicht 6e umfassen, welche bei Stromfluss unterschiedliche Erwärmungen aufweisen können, sodass sich die Anordnung der 2 beispielsweise nach unten und parallel zur Aufhängung verbiegen kann. Dazu kann die erste Aktuationsschicht 6c beispielsweise eine starke Erwärmung, die zweite Aktuationsschicht 6d eine mittlere Erwärmung und die dritte Aktuationsschicht 6e eine geringe Erwärmung aufweisen (relativ zueinander). Die unterschiedlich starke Erwärmung kann beispielsweise jeweils durch einen unterschiedlichen Leiterquerschnitt der Aktuationsschicht erzielt werden. Die Erwärmungen und unterschiedliche Ausdehnungen resultieren also vorteilhaft auf resistivem Heizen der Leiter (Aktuationsschichten). Durch Verwenden eines Mehrschichtsystems in der Federebene kann eine Hairpin-Struktur auch für eine vertikale Aktuation verwendet werden. Eine Anbindung des Innenbereichs kann beispielsweise an einer der Aufhängung 6a gegenüberliegenden Seite erfolgen. Entlang eines Umfangs des Innenbereichs können mehrere solcher oder andere Aktuatoreinrichtungen angebracht werden.The actuator device 6 can be a suspension 6a comprise with which the actuator device 6 can be arranged on the spring layer. The suspension 6a can also be embedded in the spring layer. The hairpin actuator can have a first actuation layer 6c , one perpendicular to it and at the end of the first actuation layer 6c arranged second actuation layer 6d and one parallel to the first and with only the second actuation layer 6d and the third actuation layer in direct contact with the suspension 6e include which can have different heating when the current flows, so that the arrangement of the 2nd for example, can bend downwards and parallel to the suspension. The first actuation layer can do this 6c for example, a strong warming, the second actuation layer 6d a medium warming and the third actuation layer 6e a little warming have (relative to each other). The different degrees of heating can be achieved, for example, by a different conductor cross section of the actuation layer. The heating and different expansions thus advantageously result in resistive heating of the conductors (actuation layers). By using a multilayer system in the spring plane, a hairpin structure can also be used for vertical actuation. A connection of the interior can for example on one of the suspension 6a opposite side. Several such or other actuator devices can be attached along a circumference of the inner region.

3 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Aktuatoreinrichtung für eine optische Filtereinrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 3rd shows a schematic cross section of an actuator device for an optical filter device according to a further embodiment of the present invention.

Die Aktuatoreinrichtung 6 kann einen elektrostatischen Biegeaktor mit zwei Elektroden e1 und e2 umfassen, wobei der Biegeaktor durch ein Anlegen einer Spannung an den Elektroden verbiegbar ist. Zwischen den beiden Elektroden e1 und e2 kann ein Isolator INS, etwa in gleichen Abständen angeordnet sein. Der Biegeaktor kann sich zwischen einer Aufhängung 6a, welche in den Federbereich integriert sein kann und dem Innenbereich IB des ersten Substrats T1 erstrecken. Je nach Bestromung der Elektroden kann eine resultierende Aktuationskraft nach oben gerichtet sein. Nach einem Anlegen einer Spannung an den Elektroden (unterschiedliche Potentiale an den Elektroden), können sich diese anziehen, was in einer Verbiegung der Aktuatoreinrichtung resultieren kann. Der Biegeaktor kann bei Integration in die Federschicht auch als kombinierte Feder-Aktor Struktur ausgeprägt sein. Zusätzlich können noch weitere Federn und/oder Aktoren unterschiedlicher oder gleicher Typen vorhanden sein, sofern eine Anpassung der Systemsteifigkeit nötig ist. Beispielsweise kann eine vollständig den Innenbereich umlaufende, rotationssymmetrische Anordnung möglich sein.The actuator device 6 may comprise an electrostatic bending actuator with two electrodes e1 and e2, the bending actuator being bendable by applying a voltage to the electrodes. An insulator INS can be arranged between the two electrodes e1 and e2, approximately at equal intervals. The bending actuator can be between a suspension 6a , which can be integrated into the spring area and the interior area IB of the first substrate T1 extend. Depending on the current supply to the electrodes, a resulting actuation force can be directed upwards. After a voltage has been applied to the electrodes (different potentials on the electrodes), they can attract, which can result in the actuator device being bent. When integrated into the spring layer, the bending actuator can also take the form of a combined spring-actuator structure. In addition, other springs and / or actuators of different or the same types can be provided, provided the system stiffness needs to be adjusted. For example, a rotationally symmetrical arrangement that runs completely around the inner region may be possible.

4 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Aktuatoreinrichtung für eine optische Filtereinrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 4th shows a schematic cross section of an actuator device for an optical filter device according to a further embodiment of the present invention.

Die Aktuatoreinrichtung 6 kann eine Magnetfeldeinrichtung M und eine Spuleneinrichtung SP umfassen, wobei mittels der Magnetfeldeinrichtung M ein externes Magnetfeld B am Innenbereich IB erzeugbar ist und die Spuleneinrichtung SP am Innenbereich IB und mit diesem mechanisch verbunden angeordnet sein kann, wobei mittels der Spuleneinrichtung SP eine Kraftwirkung vertikal auf den Innenbereich IB generierbar ist. Bei einem Stromfluss durch die Spuleneinrichtung kann im externen Magnetfeld eine Lorentzkraft derart auf die Spuleneinrichtung wirken, dass eine vertikale Kraft auf die Federschicht und/oder den Innenbereich IB ausgelöst wird, je nach Stromrichtung nach oben oder unten.The actuator device 6 can be a magnetic field device M and a coil device SP comprise, by means of the magnetic field device M an external magnetic field B on the inside IB can be generated and the coil device SP on the inside IB and can be mechanically connected to it, by means of the coil device SP a vertical effect on the interior IB can be generated. When a current flows through the coil device, a Lorentz force can act on the coil device in the external magnetic field such that a vertical force acts on the spring layer and / or the inner region IB is triggered, depending on the current direction up or down.

Die Magnetfeldeinrichtung M kann lateral um den Innenbereich IB herum an mehreren Stellen, etwa über dem Aufhängebereich AB angeordnet sein. Im Querschnitt der 4 sind die Magnetfeldeinrichtung M kreisförmig umlaufende Pfeile der externen Magnetfelder B mehrerer Magnetfeldeinrichtungen M gezeigt, welche über dem Innenbereich IB in einer horizontalen und vorzugsweise radialen Richtung verlaufen können.. Statt mehrerer umlaufender Magnetfeldeinrichtungen M ist auch die Verwendung eines einzelnen umlaufenden Ringmagneten denkbar. In der 4 ist des Weiteren gezeigt, dass die Federschicht 4 über einen Großteil des Innenbereichs IB, durch welchen das Licht L einstrahlen kann, eine Ausnehmung Aus, mit vorteilhaft offenliegendem Substrat T1, aufweisen kann. Hierdurch können Absorptionen von bestimmten Wellenlängen durch die Federschicht 4 in diesem Bereich vermieden werden. Die Spuleneinrichtungen SP können auf dem Federbereich 4a und mit diesem in mechanischem Wirkkontakt angeordnet sein, vorteilhaft derart lateral um den Innenbereich IB herum, dass eine symmetrische Kraftwirkung auf den Innenbereich IB erzielbar ist, wodurch die erste Spiegeleinrichtung SP1 als zu einem hohen Grade parallel zur zweiten Spiegeleinrichtung SP2 bewegbar sein kann. Mittels der Spuleneinrichtungen und der Magnetfeldeinrichtung kann ein elektrodynamischer Aktuator erzielt werden. Es kann dazu die Spuleneinrichtung vorteilhaft wahlweise auf der Ober- oder Unterseite des Innenbereichs aufgebracht (angeordnet) werden (etwa lateral an Außenbereichen des Innenbereichs, an welchen das externe Magnetfeld noch spürbar sein kann), sodass der Innenbereich bei Bestromung der Spuleneinrichtung in einem externen Magnetfeld auslenkbar sein kann. Die Magnetfeldeinrichtung M kann beispielsweise einen oder mehrere Ringmagneten umfassen. Des Weiteren können die Spuleneinrichtungen auch innerhalb oder oberhalb der Federschicht angeordnet werden. Das externe Magnetfeld durchdringt vorteilhaft den Innenbereich und den Feder- sowie Aktuationsbereich und kann eine Lorentzkraft auf die Felder der Spuleneinrichtungen bewirken. Es ist vorteilhaft eine derartige Anordnung der Spuleneinrichtungen möglich, dass diese an mehreren lateralen Stellen um den Innenbereich IB angeordnet sein können, um vorteilhaft mit der Aktuationswirkung eine symmetrische Auslenkung des Innenbereichs erzielen zu können.The magnetic field device M can laterally around the interior IB around in several places, such as above the hanging area FROM be arranged. In cross section of the 4th are the magnetic field device M circular arrows of the external magnetic fields B several magnetic field devices M shown which over the interior IB can run in a horizontal and preferably radial direction. Instead of several rotating magnetic field devices M the use of a single rotating ring magnet is also conceivable. In the 4th it is further shown that the spring layer 4th over much of the interior IB through which the light L can radiate a recess from, with advantageously exposed substrate T1 , can have. This can absorb certain wavelengths through the spring layer 4th be avoided in this area. The coil devices SP can on the spring area 4a and be arranged in mechanical operative contact with the latter, advantageously laterally around the inner region IB around that a symmetrical force effect on the interior IB can be achieved, whereby the first mirror device SP1 than to a high degree parallel to the second mirror device SP2 can be movable. An electrodynamic actuator can be achieved by means of the coil devices and the magnetic field device. For this purpose, the coil device can advantageously be applied (arranged) either on the upper or lower side of the inner region (for example laterally on outer regions of the inner region where the external magnetic field can still be felt), so that the inner region when the coil device is energized in an external magnetic field can be deflectable. The magnetic field device M may include one or more ring magnets, for example. Furthermore, the coil devices can also be arranged inside or above the spring layer. The external magnetic field advantageously penetrates the inner region and the spring and actuation region and can cause a Lorentz force on the fields of the coil devices. It is advantageously possible to arrange the coil devices in such a way that they are located at a plurality of lateral locations around the inner region IB can be arranged to advantageously achieve a symmetrical deflection of the inner region with the actuation effect.

Des Weiteren ist es auch möglich, dass die Aktuatoreinrichtung als eine Formgedächtnislegierung ausgeformt sein kann und auf der Federschicht aufgebracht oder in diese integriert werden kann. Da das erste Substrat vorteilhaft eine planarisierende Wirkung auf die erste Spiegelschicht haben kann, mit anderen Worten kann das Substrat durch einen flächigen Kontakt mit der ersten Spiegelschicht deren Planarität begünstigen, ebenso das zweite Substrat mit der zweiten Spiegelschicht, kann vorteilhaft auch eine tensile Verspannung der Spiegel und der Substrate verzichtet werden. Des Weiteren kann die Filtereinrichtung noch eine kapazitive oder piezoresistive Positionsdetektionseinrichtung umfassen, um die Position der Spiegelschichten, vorteilhaft deren Abstand, bestimmen zu können. Der Abstand kann auch mittels Detektionselektroden bestimmt werden, welche die Filtereinrichtung an den Substraten umfassen kann (nicht gezeigt).Furthermore, it is also possible that the actuator device can be formed as a shape memory alloy and can be applied to the spring layer or integrated into it. Since the first substrate can advantageously have a planarizing effect on the first mirror layer, with In other words, the substrate can favor its planarity by a flat contact with the first mirror layer, as can the second substrate with the second mirror layer, and tensile stressing of the mirrors and the substrates can advantageously be dispensed with. Furthermore, the filter device can also comprise a capacitive or piezoresistive position detection device in order to be able to determine the position of the mirror layers, advantageously their spacing. The distance can also be determined by means of detection electrodes, which the filter device on the substrates can comprise (not shown).

5 zeigt eine schematische Darstellung der Verfahrensschritte gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 5 shows a schematic representation of the method steps according to an embodiment of the present invention.

Bei dem Verfahren zum Herstellen einer optischen Filtereinrichtung erfolgt ein Bereitstellen S1 eines ersten Substrats; ein Strukturieren S2 des ersten Substrats in einen Aufhängebereich und einen Innenbereich, so dass der Aufhängebereich den Innenbereich lateral umläuft; ein Trennen S3 des Aufhängebereichs vom Innenbereich durch Ausformen eines Grabens zwischen dem Aufhängebereich und dem Innenbereich; ein Anordnen S4 einer Federschicht auf dem ersten Substrat und Ausbilden eines strukturierten Federbereichs in der Federschicht, wobei das Strukturieren S2 des ersten Substrats nach dem Anordnen S4 der Federschicht und ein Ausformen S3 des Grabens unterhalb des strukturierten Federbereichs erfolgt oder das Strukturieren S2 des ersten Substrats und das Trennen S3 vor dem Anordnen S4 der Federschicht und dem Ausbilden des strukturierten Federbereichs über dem Graben erfolgt; ein Anordnen S5 einer Aktuatoreinrichtung zumindest stellenweise auf oder in dem strukturierten Federbereich; ein Anordnen S6 zumindest einer ersten Spiegelschicht auf dem Innenbereich an einer der Federschicht abgewandten Seite; ein Bereitstellen S7a eines zweiten Substrats mit einer zweiten Spiegelschicht und ein Anordnen S7b des ersten Substrats auf dem zweiten Substrat mit dem Aufhängebereich derart, dass die erste Spiegelschicht der zweiten Spiegelschicht zugewandt angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Spiegelschicht und das erste und das zweite Substrat eine Transmissivität für ein Licht mit einem ersten Wellenlängenbereich aufweisen.The method for producing an optical filter device is provided S1 a first substrate; a structuring S2 the first substrate into a hanging area and an inner area so that the hanging area laterally surrounds the inner area; a disconnect S3 the suspension area from the interior by forming a trench between the suspension area and the interior; an order S4 a spring layer on the first substrate and forming a structured spring region in the spring layer, the structuring S2 of the first substrate after placing S4 the spring layer and a molding S3 the trench below the structured spring area or the structuring S2 of the first substrate and the separating S3 before arranging S4 the spring layer and the formation of the structured spring region take place over the trench; an order S5 an actuator device at least in places on or in the structured spring area; an order S6 at least a first mirror layer on the inner region on a side facing away from the spring layer; providing S7a of a second substrate with a second mirror layer and arranging S7b of the first substrate on the second substrate with the suspension area such that the first mirror layer is arranged facing the second mirror layer, the first and second mirror layers and the first and second Substrate have a transmissivity for a light with a first wavelength range.

Der Verfahrensschritt des Ausformens des Grabens kann demnach vorteilhaft vor dem Anordnen der Federschicht auf dem ersten Substrat oder danach erfolgen. Bei Letzterem kann der Graben durch einen Freistellungsprozess der Federschicht, insbesondere des Federbereichs, erfolgen, beispielweise durch ein Ätzverfahren, etwa durch Ätzlöcher im Federbereich hindurch oder von der Rückseite. Da der Federbereich auch selbst Ausnehmungen umfassen kann, die eine Federwirkung bewirken können, (falls der Federbereich selbst durch Strukturieren mit Löchern versehen wird), kann der Ätzvorgang des Grabens vorteilhaft durch diese Löcher hindurch wirken.The method step of forming the trench can accordingly advantageously take place before the spring layer is arranged on the first substrate or afterwards. In the latter case, the trenching can be carried out by an exemption process of the spring layer, in particular the spring area, for example by an etching process, for example through etching holes in the spring area or from the rear. Since the spring region itself can also comprise recesses which can bring about a spring action (if the spring region itself is provided with holes by structuring), the etching process of the trench can advantageously act through these holes.

Alternativ kann auch ein Federmaterial, etwa als Wafer auf ein bereits mit Graben ausgeformtes erste Substrat aufgebracht werden und danach zu einer Federschicht rückgedünnt werden, etwa durch Dünnschleifen. Die Federschicht kann beispielsweise durch ein Bondverfahren aufgebracht werden. Das Ausformen des Federbereichs kann nachträglich per Strukturierung erfolgen, also etwa durch eine Modifizierung des Materials im Federbereich oder durch das Einbringen von Strukturen oder Ausnehmungen.Alternatively, a spring material, for example as a wafer, can also be applied to a first substrate that has already been formed with a trench and then thinned back to a spring layer, for example by thin grinding. The spring layer can be applied, for example, by a bonding process. The spring area can be shaped subsequently by structuring, for example by modifying the material in the spring area or by introducing structures or recesses.

Das Anordnen einer ersten Spiegelschicht S6 kann zu unterschiedlichen Momenten des Herstellungsprozesses erfolgen, wie in 5 gezeigt. Arranging a first mirror layer S6 can take place at different moments in the manufacturing process, as in 5 shown.

Beispielsweise nach dem Schritt S2, dem Schritt S4, dem Schritt S5, als Optionen.For example, after the step S2 , the step S4 , the step S5 , as options.

Die Glaswafer, insbesondere der Glaswafer des ersten Substrats, können ein mikrostrukturierbarer Glaswafer sein, beispielsweise ein technisches Glas wie Schott Foturan II umfassen, welches nach einem Belichtungsschritt eine hochgradig anisotrope Ätzung erlaubt, so dass die Strukturierung eines Innenbereichs und das Ausprägen eines Grabens möglich wird. Des Weiteren ist es auch möglich, einen Silizium-Wafer als erstes Substrat zu verwenden, welcher eingebettete Glasflächen umfassen kann, welche dann zur Strukturierung des Innenbereichs herausgeätzt werden können.The glass wafers, in particular the glass wafer of the first substrate, can be a microstructurable glass wafer, for example a technical glass such as Schott Foturan II, which allows a highly anisotropic etching after an exposure step, so that the structuring of an inner region and the formation of a trench is possible. Furthermore, it is also possible to use a silicon wafer as the first substrate, which can comprise embedded glass surfaces, which can then be etched out for structuring the inner region.

Der Innenbereich und der Graben kann hierbei vorteilhaft durch Belichtung und Ätzen (Entwicklung) ausgeformt werden. Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, dass eine Materialmodifikation und damit die Region, aus welcher das Substratmaterial entfernt werden kann, durch lithographische Strukturierung festgelegt
werden kann ohne die Anwendung eines Plasmaätzprozesses, der typischerweise eine große Streuung in Aufweitung und Versatz zwischen Vorder- und Rückseite des Substrats und in Glas nur sehr geringe Ätzraten aufweisen kann. Somit kann eine verbesserte relative Ausrichtung von Innenbereich, Feder und Aktuator zueinander erzielt werden, was eine reduzierte Verkippung bei der Bewegung des Innenbereichs ermöglichen kann. Zur Strukturierung des Glases und des Innenbereichs sind auch weitere Verfahren wie etwa Verfahren der Lasermaterialbearbeitung und/oder Nassätzen möglich. Somit ist das Verfahren auch nicht auf die Verwendung eines technischen Glases wie Foturan II beschränkt. Durch eine Anwendung eines massiven Innenbereichs kann die Notwendigkeit einer tensil verspannten Spiegelmembran vorteilhaft entfallen. Das zweite Substrat kann auch Silizium, Glas oder ein anderes Material umfassen.The interior and the trench can advantageously be formed by exposure and etching (development). An advantage of this method is that a material modification and thus the region from which the substrate material can be removed are determined by lithographic structuring
can be achieved without the use of a plasma etching process, which can typically have a large spread in widening and offset between the front and back of the substrate and in glass and only very low etching rates. In this way, an improved relative alignment of the inner region, spring and actuator with respect to one another can be achieved, which can enable a reduced tilting when the inner region moves. Other methods such as laser material processing and / or wet etching methods are also possible for structuring the glass and the interior. The process is therefore not limited to the use of a technical glass such as Foturan II. By using a solid interior, the need for a tensile braced Mirror membrane advantageously eliminated. The second substrate can also comprise silicon, glass or another material.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.Although the present invention has been fully described above on the basis of the preferred exemplary embodiment, it is not restricted to this but can be modified in a variety of ways.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

US 9329360 B2 [0003]

Claims

Optical filter device (1) comprising - A first substrate (T1) and a second substrate (T2), the first substrate (T1) being structured and comprising a hanging area (AB) and an inner area (IB), the hanging area (AB) on the second substrate (T2 ) is arranged and the inner area (IB) runs laterally, and the inner area (IB) is laterally completely separated from the hanging area (AB) and spaced apart by a trench (d) and is vertical to the second substrate (T2) with respect to the second substrate (T2) is movably arranged; - a spring layer (4) with a spring area (4a) which spans the trench (d) at least in places and fastens the inner area (IB) to the suspension area (AB) in a vertically movable manner; - An actuator device (6) which is arranged at least in places on or in the spring region (4a) and by means of which the inner region (IB) can be deflected vertically with respect to the suspension region (AB); and - At least one first mirror layer (SP1), which is arranged facing the first substrate (T1) and the second substrate (T2) and a second mirror layer (SP2), which is arranged on the second substrate (T2) and the first mirror layer (SP1) is arranged facing, the first and the second mirror layer (SP1; SP2) and the first and the second substrate (T1; T2) having a transmissivity for a light (L) with a certain wavelength range (W1).

Optical filter device (1) after Claim 1 , which is formed as a micromechanical component.

Optical filter device (1) after Claim 1 or 2nd , in which the first substrate (T1) comprises a glass substrate.

Optical filter device (1) according to one of the Claims 1 to 3rd , in which the spring layer (4) at least partially surrounds the inner region (IB) laterally.

Optical filter device (1) according to one of the Claims 1 to 4th , in which the actuator device (6) comprises at least one piezoelectric layer (PZ) which is deposited on the spring layer (4).

Optical filter device (1) according to one of the Claims 1 to 5 , in which the actuator device (6) comprises a thermal bimorph (TB), with a heating element and a layer sequence, the layers of which comprise different coefficients of thermal expansion.

Optical filter device (1) according to one of the Claims 1 to 6 , in which the actuator device (6) comprises a hairpin actuator, the spring layer (4) comprising a multilayer layer and the hairpin actuator being embedded therein, the hairpin actuator comprising a plurality of electrically conductive layers arranged one above the other, each of which makes a difference have in cross section and can be heated differently when a current flows and the hairpin actuator can be bent vertically.

Optical filter device (1) according to one of the Claims 1 to 7 , wherein the actuator device (6) comprises an electrostatic bending actuator with two electrodes, the bending actuator being bendable by applying a voltage to the electrodes.

Optical filter device (1) according to one of the Claims 1 to 8th , in which the actuator device (6) comprises a magnetic field device (M) and a coil device (SP), wherein an external magnetic field (B) can be generated on the inner region (IB) by means of the magnetic field device (M) and the coil device (SP) on the inner region ( IB) and is arranged mechanically connected to it, wherein a force effect can be generated vertically on the inner region (IB) by means of the coil device (SP).

Method for producing an optical filter device (1) comprising the steps: - providing (S1) a first substrate (T1); - Structuring (S2) the first substrate (T1) into a hanging area (AB) and an inner area (IB), so that the hanging area (AB) laterally surrounds the inner area (IB); - Separating (S3) the suspension area (AB) from the interior area (IB) by forming a trench (d) between the suspension area (AB) and the interior area (IB); - arranging (S4) a spring layer (4) on the first substrate (T1) and forming a structured spring region (4a) in the spring layer (4), the structuring (S2) of the first substrate (T1) after the arrangement (S4) the spring layer (4) and a shaping (S3) of the trench (d) below the structured spring region (4a) or the structuring (S2) of the first substrate (T1) and the separation (S3) before arranging (S4) the spring layer (4) and the formation of the structured spring region (4a) over the trench (d); - Arranging (S5) an actuator device (6) at least in places on or in the structured spring region (4a); - Arranging (S6) at least a first mirror layer (SP1) on the inner region (IB) on a side facing away from the spring layer (4); - Providing (S7a) a second substrate (T2) with a second mirror layer (SP2) and Arranging (S7b) the first substrate (T1) on the second substrate (T2) with the suspension area (AB) such that the first mirror layer (SP1) is arranged facing the second mirror layer (SP2), the first and second mirror layers ( SP1; SP2) and the first and the second substrate (T1; T2) have a transmissivity for a light (L) with a specific wavelength range (W1).

Procedure according to Claim 10 , in which the structuring (S2) of the first substrate (T1) and the separation (S3) is carried out using a lithography process and an etching process.

Procedure according to Claim 10 or 11 , in which the spring layer (4) is provided as a wafer and is thinned after being arranged on the first substrate (T1).

Procedure according to one of the Claims 10 to 12 The spring layer (4) is structured in such a way that the spring region (4a) is formed and in the inner region (IB) an optical aperture in the spring layer (4) is created as a recess in the spring layer (4).

Procedure according to one of the Claims 10 to 13 , wherein the arrangement (S7b) of the first substrate (T1) on the second substrate (T2) is carried out by a bonding process.