DE102019206151A1 - Mirror device for an interferometer device, interferometer device and method for producing a mirror device for an interferometer device - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung schafft eine Spiegeleinrichtung (1) für eine Interferometereinrichtung, umfassend ein Substrat mit einer darauf angeordneten Spiegelschicht (3), wobei die Spiegelschicht (3) einen optische Bereich (OA) in einem Mittelbereich (MB) der Spiegelschicht (3) umfasst; einen Federbereich (4) umfasst, welcher den Mittelbereich (MB) zumindest teilweise lateral umläuft und zumindest eine steifigkeitsreduzierende Ausnehmung (4a) umfasst; und über den Federbereich (4) aktuierbar ist.The present invention provides a mirror device (1) for an interferometer device, comprising a substrate with a mirror layer (3) arranged thereon, the mirror layer (3) comprising an optical region (OA) in a central region (MB) of the mirror layer (3); comprises a spring region (4) which at least partially surrounds the central region (MB) laterally and comprises at least one stiffness-reducing recess (4a); and can be actuated via the spring area (4).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spiegeleinrichtung für eine Interferometereinrichtung, eine Interferometereinrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Spiegeleinrichtung für eine Interferometereinrichtung.The present invention relates to a mirror device for an interferometer device, an interferometer device and a method for producing a mirror device for an interferometer 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 Großteil der bekannten FPIs verwendet eine elektrostatische Aktuierung der Spiegel (im Gegensatz zur oben erwähnten piezoelektrischen Aktuierung), wobei die Spiegel oft als Membranen ausgelegt sind. Dabei wird bspw. 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. Übliche Membranspiegel umfassen zumindest ein teilweise leitfähiges Halbleitermaterial. Aufgrund der meist extremen Aspektverhältnisse (Laterale Dimensionen der Spiegel, im Wesentlichen auch der optischen Bereich, verglichen mit den Schichtdicken) sind die auftretenden Rückstellkräfte aufgrund von Biegespannungen meist vernachlässigbar verglichen mit den Rückstellkräften durch Membranspannungen, die auf einer vorherrschenden tensilen Vorspannung beruhen. Letztere bestimmt auch meist effektiv die Federkonstante des Systems - und beeinflusst damit auch die benötigte Aktuationsspannung - und ist im Prozess oft nur schwer einstellbar.For the miniaturization of tunable spectral filters, Fabry-Perot interferometers (FPI) can advantageously be implemented in MEMS technology. This makes use of the fact that a cavity consisting of two plane-parallel, highly reflective mirrors with a spacing (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. Most of the known FPIs use electrostatic actuation of the mirrors (in contrast to the piezoelectric actuation mentioned above), the mirrors often being designed as membranes. For example, a voltage is applied between two electrodes that are on the same level as the two mirrors, so that the electrostatic attraction causes the two mirrors to move towards one another. Usual membrane mirrors comprise at least one partially conductive semiconductor material. Due to the mostly extreme aspect ratios (lateral dimensions of the mirrors, essentially also the optical area, compared to the layer thicknesses), the restoring forces that occur due to bending stresses are mostly negligible compared to the restoring forces due to membrane stresses, which are based on a prevailing tensile prestress. The latter also usually effectively determines the spring constant of the system - and thus also influences the required actuation voltage - and is often difficult to adjust in the process.
In der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung schafft eine Spiegeleinrichtung für eine Interferometereinrichtung nach Anspruch 1, eine Interferometereinrichtung nach Anspruch 8 und ein Verfahren zur Herstellung einer Spiegeleinrichtung für eine Interferometereinrichtung nach Anspruch 11.The present invention provides a mirror device for an interferometer device according to
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred developments are the subject of the subclaims.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, eine Spiegeleinrichtung für eine Interferometereinrichtung anzugeben, deren Federbereich durch eine erweiterte Prozessierung mit dem Einbringen von Ausnehmungen betreffend dessen Federkonstante veränderbar ist, wodurch eine Steifigkeit des Federbereichs veränderbar ist.The idea on which the present invention is based is to provide a mirror device for an interferometer device, the spring area of which can be changed by means of extended processing with the introduction of recesses in terms of its spring constant, whereby a stiffness of the spring area can be changed.
Erfindungsgemäß umfasst die Spiegeleinrichtung für eine Interferometereinrichtung ein Substrat mit einer darauf angeordneten Spiegelschicht, wobei die Spiegelschicht einen optischen Bereich in einem Mittelbereich der Spiegelschicht umfasst. Des Weiteren umfasst die Spiegelschicht einen Federbereich, welcher den Mittelbereich zumindest teilweise lateral umläuft und zumindest eine steifigkeitsreduzierende Ausnehmung umfasst. Des Weiteren ist die Spiegelschicht über den Federbereich aktuierbar. Hierbei ist jedoch anzumerken, dass die auftretenden mechanischen Dehnungen während der Aktuation nicht nur im Federbereich stattfinden können, sondern über der gesamten Membran.According to the invention, the mirror device for an interferometer device comprises a substrate with a mirror layer arranged thereon, the mirror layer comprising an optical region in a central region of the mirror layer. Furthermore, the mirror layer comprises a spring region which at least partially surrounds the central region laterally and comprises at least one recess that reduces stiffness. Furthermore, the mirror layer can be actuated via the spring area. It should be noted here, however, that the mechanical expansions that occur during the actuation can take place not only in the spring area, but over the entire membrane.
Der optische Bereich 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. Das Substrat kann unterhalb des Mittelbereichs und zumindest teilweise unterhalb des Federbereichs (wobei bei der Aktuierung der Mittelbereich in einer senkrechten Richtung zur Oberfläche der Spiegelschicht unter Wahrung der Parallelität zur unausgelenkten Spiegelschicht versetzt werden kann) durch einen Ätzprozess entfernt sein, die Spiegelschicht dort vorteilhaft freigestellt sein. Der Federbereich ist vorteilhaft ein Teil der Spiegelschicht und kann direkt an den Mittelbereich anschließen. Der Mittelbereich weist eine lateral größere Ausdehnung aufals der optische Bereich. Der optische Bereich, der Mittelbereich und/oder der Federbereich können kreisförmig sein oder eine andere Geometrie aufweisen.The optical area is advantageously that area in which transmission or reflection of electromagnetic radiation is provided when the mirror device is located within an interferometer device. The substrate advantageously serves as a carrier for the mirror layer and advantageously provides sufficient mechanical stability and carrier property. The substrate can be removed by an etching process below the central area and at least partially below the spring area (whereby during the actuation the central area can be offset in a direction perpendicular to the surface of the mirror layer while maintaining the parallelism to the undeflected mirror layer), the mirror layer can advantageously be exposed there . The spring area is advantageously a part of the mirror layer and can connect directly to the central area. The central area has a laterally larger extent than the optical area. The optical area, the central area and / or the spring area can be circular or have a different geometry.
Die Spiegelschicht kann vorteilhaft auch mehrere Spiegelschichten umfassen, wie es beispielsweise in einem dielektrischen Bragg-Spiegel der Fall ist.The mirror layer can advantageously also comprise a plurality of mirror layers, as is the case, for example, in a dielectric Bragg mirror.
Die steifigkeitsreduzierende Ausnehmung kann vorteilhaft die Federkonstante des Federbereichs verringern, mit anderen Worten erweichen. Auf diese Weise kann vorteilhaft die zur Aktuation der Spiegelschicht relevante Aktuationsspannung des Federbereichs herabgesetzt werden (betreffend eine zur Auslenkung notwendige Kraftwirkung). Durch die Ausnehmung(en) wird etwas Material des Federbereichs entfernt und somit kann auch die statische Federkonstante reduziert werden. Alternativ ist es auch möglich, dass der Federbereich ein zur Spiegelschicht im Mittelbereich unterschiedliches Material umfasst.The stiffness-reducing recess can advantageously reduce the spring constant of the spring area, in other words soften it. In this way, the actuation of the Actuation voltage of the spring area relevant to the mirror layer can be reduced (with regard to a force effect necessary for the deflection). Some material from the spring area is removed through the recess (s) and the static spring constant can thus also be reduced. Alternatively, it is also possible that the spring area comprises a material different from the mirror layer in the central area.
Durch die erweichte Federkonstante kann eine für die ausreichende planare Ausdehnung des Mittelbereichs notwendige mechanische Einspannkraft vorteilhaft reduziert werden, wodurch das Material der Spiegelschicht und eines Aufhängebereichs vorteilhaft geschont werden kann. Ebenso kann durch die reduzierte mechanische Einspannkraft eine zur Aktuation notwendige elektrische Spannung reduziert werden. Des Weiteren kann ein Fluidwiderstand, den die Spiegeleinrichtung gegenüber einem Gas darstellt, reduziert werden, wenn durch die Ausnehmungen mehr Material von der Spiegeleinrichtung entfernt ist. Daraus können vorteilhaft verringerte Zeitkonstanten für die Aktuation erzielt werden und vorteilhaft einen höherfrequenten Betrieb (Aktuation) ermöglicht werden.As a result of the softened spring constant, a mechanical clamping force necessary for the sufficient planar expansion of the central area can advantageously be reduced, whereby the material of the mirror layer and of a suspension area can advantageously be protected. An electrical voltage required for actuation can also be reduced by the reduced mechanical clamping force. Furthermore, a fluid resistance that the mirror device presents to a gas can be reduced if more material is removed from the mirror device through the recesses. From this, reduced time constants for the actuation can advantageously be achieved and a higher-frequency operation (actuation) can advantageously be made possible.
Durch die Ausnehmungen kann vorteilhaft auch ein Ätzschritt des darunterliegenden Substrats, etwa bei einer Freistellung, erfolgen. Ist eine solche Ätzung, etwa einer Opferschicht, notwendig, so kann diese durch die Ausnehmungen, gegenüber nur für die Ätzung bereitgestellten Ätzlöchern etwa im Mittelbereich oder des optischen Bereichs, modifiziert werden. Beispielsweise kann auch eine verbesserte und schnellere Strömung von Ätzgas in die relevanten Bereiche erzielt werden und ein Abtransport von Reaktionsprodukten durch die Ausnehmungen verbessert und beschleunigt werden.The recesses can also advantageously result in an etching step of the underlying substrate, for example in the case of an exposure. If such an etching, for example a sacrificial layer, is necessary, it can be modified by the recesses, compared to etching holes only provided for the etching, for example in the central area or the optical area. For example, an improved and faster flow of etching gas into the relevant areas can be achieved and the removal of reaction products through the recesses can be improved and accelerated.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Spiegeleinrichtung umfasst die zumindest eine Ausnehmung eine längliche Ausdehnung, welche sich vom Mittelbereich weg erstreckt.According to a preferred embodiment of the mirror device, the at least one recess comprises an elongated extension which extends away from the central region.
Die Ausnehmung kann eine Ellipse, einen Kreis, eine knochenähnliche Form oder andere geometrische Formen umfassen. Mehrere oder alle Ausnehmungen können die gleiche Form aufweisen. Die Ausnehmungen können den Mittelbereich vorteilhaft ringsum, etwa entlang einer Kreisanordnung, in gleichen oder unterschiedlichen Abständen zueinander und/oder zum Mittelbereich umgeben.The recess can comprise an ellipse, a circle, a bone-like shape or other geometric shapes. Several or all of the recesses can have the same shape. The recesses can advantageously surround the central region all around, for example along a circular arrangement, at the same or different distances from one another and / or from the central region.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Spiegeleinrichtung umfasst der optische Bereich eine weitere Ausnehmung.According to a preferred embodiment of the mirror device, the optical area comprises a further recess.
Die weitere Ausnehmung kann als eine einzige Ausnehmung in Form eines Kreises, einer Ellipse oder anderer geometrischer Formen ausgebildet sein und als ein Ätzloch dienen. Das Substrat darunter kann ebenfalls entfernt sein oder noch vorhanden sein.The further recess can be designed as a single recess in the form of a circle, an ellipse or other geometric shapes and serve as an etched hole. The substrate underneath can also be removed or still be present.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Spiegeleinrichtung umfasst die Spiegelschicht einen dielektrischen Bragg-Spiegel.According to a preferred embodiment of the mirror device, the mirror layer comprises a dielectric Bragg mirror.
Die Ausführung als Bragg-Spiegel kann vorteilhaft erzielt werden, wenn die Spiegelschicht selbst eine Mehrzahl von Schichten für einen Bragg-Spiegel umfasst zum Beispiel eine Mehrzahl von Dielektrika oder Halbleitermaterialien. Die Spiegelschichten des Bragg-Spiegels können einen Luft-Zwischenspalt enthalten und jeweils gleiche oder verschiedene Muster von Ausnehmungen im Federbereich umfassen, diese dann gleich oder verdreht zueinander positioniert sein.The embodiment as a Bragg mirror can advantageously be achieved if the mirror layer itself comprises a plurality of layers for a Bragg mirror, for example a plurality of dielectrics or semiconductor materials. The mirror layers of the Bragg mirror can contain an air gap and each comprise identical or different patterns of recesses in the spring area, these then being positioned identically or rotated relative to one another.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Spiegeleinrichtung ist diese in einem MEMS-Bauteil ausgebildet.According to a preferred embodiment of the mirror device, it is formed in a MEMS component.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Spiegeleinrichtung weist die Spiegelschicht eine tensile Vorspannung auf.According to a preferred embodiment of the mirror device, the mirror layer has a tensile prestress.
Die eingebaute tensile Vorspannung kann zu einer Versteifung der Struktur, insbesondere der Spiegelschicht und des Federbereichs führen, wodurch selbst vorteilhaft Rückstellkräfte gegen ein Durchhängen einer freigestellten Spiegelschicht resultieren und eine Planarität verbessern können. Der tensile Stress beträgt typischerweise einige zehn bis einige hundert MPa. Die daraus resultierende Feder bestimmt beispielsweise im Falle einer elektrostatischen Aktuierung die Spannungs- und Auslenkungscharakteristik des Mittelbereichs maßgeblich.The built-in tensile prestressing can lead to stiffening of the structure, in particular of the mirror layer and the spring area, which in itself advantageously results in restoring forces against sagging of an exposed mirror layer and can improve planarity. The tensile stress is typically a few tens to a few hundred MPa. In the case of electrostatic actuation, for example, the spring resulting therefrom decisively determines the voltage and deflection characteristics of the central area.
Die tensile Vorspannung kann vorteilhaft im Mittelbereich und/oder im Federbereich der Spiegeleinrichtung vorhanden sein und aus dem Herstellungsprozess der Spiegelschicht resultieren.The tensile prestress can advantageously be present in the central area and / or in the spring area of the mirror device and result from the manufacturing process of the mirror layer.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Spiegeleinrichtung sind mehrere Ausnehmungen um die optische Bereich herum angeordnet und erstrecken sich radial von dieser weg.According to a preferred embodiment of the mirror device, several recesses are arranged around the optical area and extend radially away from it.
Erfindungsgemäß umfasst die Interferometereinrichtung eine erste Spiegeleinrichtung und parallel dazu eine zweite Spiegeleinrichtung, wobei die erste Spiegeleinrichtung und/oder die zweite Spiegeleinrichtung eine erfindungsgemäße Spiegeleinrichtung umfasst, und die erste Spiegeleinrichtung und/oder die zweite Spiegeleinrichtung ist beweglich angeordnet. Des Weiteren umfasst die Interferometereinrichtung eine Aktuatoreinrichtung, welche mit dem Federbereich der ersten Spiegeleinrichtung und/oder der zweiten Spiegeleinrichtung verbunden ist und wobei der Federbereich mittels der Aktuatoreinrichtung bewegbar ist, so dass ein Abstand zwischen der ersten Spiegeleinrichtung und der zweiten Spiegeleinrichtung variierbar ist. Bei einer Bewegung zumindest einer der Spiegeleinrichtungen kann ein Abstand zwischen den Spiegeleinrichtungen variiert werden,According to the invention, the interferometer device comprises a first mirror device and, parallel thereto, a second mirror device, the first mirror device and / or the second mirror device comprising a mirror device according to the invention, and the first mirror device and / or the second mirror device being movably arranged. Furthermore, the interferometer device comprises an actuator device, which with the spring area of the first mirror device and / or the second mirror device is connected and wherein the spring area is movable by means of the actuator device, so that a distance between the first mirror device and the second mirror device can be varied. When at least one of the mirror devices is moved, a distance between the mirror devices can be varied,
Als Aktuatoreinrichtung kommen vorteilhaft verschiedene mögliche MEMS-Aktuatoren oder Elektroden in Frage, wobei auf diese hier nicht näher eingegangen wird, da viele Aktuatorkonzepte der Fachwelt bekannt sind. Der Mittelbereich ist durch die Aktuatoreinrichtung vorteilhaft senkrecht zu einer planaren Ausdehnung der Spiegelschicht beweglich, vorteilhaft von der zweiten Spiegeleinrichtung weg oder zu dieser hin. Der Mittelbereich kann bei der Aktuierung vorteilhaft planar erhalten bleiben und vertikal verschoben werden. Der Federbereich hingegen kann in dessen Aktuatorbereich verformt werden wobei in dem Aktuatorbereich eine Aktuationskraft eine Verformung des Federbereichs bewirken kann. Durch die Veränderung des Abstandes kann eine Transmissions- und Reflexionswirkung (Filterwirkung) der Interferometereinrichtung vorteilhaft über die Wellenlängen der Strahlung variiert werden. Die beiden Spiegeleinrichtungen weisen vorteilhaft einen hohen Grad an Planarität sowie gegenseitiger Parallelität zueinander auf, wodurch ein Signalrauschen der Filterwirkung oder eine spektrale Verbreiterung vorteilhaft verringerbar ist.Various possible MEMS actuators or electrodes can advantageously be used as the actuator device, although these will not be discussed in greater detail here, since many actuator concepts are known to those skilled in the art. The middle region is advantageously movable perpendicular to a planar extension of the mirror layer, advantageously away from or towards the second mirror device, by the actuator device. The central area can advantageously remain planar during the actuation and can be shifted vertically. The spring area, on the other hand, can be deformed in its actuator area, an actuation force in the actuator area being able to cause deformation of the spring area. By changing the distance, a transmission and reflection effect (filter effect) of the interferometer device can advantageously be varied over the wavelengths of the radiation. The two mirror devices advantageously have a high degree of planarity and mutual parallelism to one another, so that signal noise of the filter effect or spectral broadening can advantageously be reduced.
Die Interferometereinrichtung kann vorteilhaft als ein Fabry-Perot-Interferometer (FPI) ausgebildet sein. Das FPI besteht vorteilhaft aus zwei Spiegeleinrichtungen, welche eine Verbindung zu einem Substrat aufweisen können.The interferometer device can advantageously be designed as a Fabry-Perot interferometer (FPI). The FPI advantageously consists of two mirror devices which can have a connection to a substrate.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometereinrichtung umfassen die Spiegeleinrichtung der ersten Spiegeleinrichtung und der zweiten Spiegeleinrichtung ein gleiches Muster der Ausnehmungen.According to a preferred embodiment of the interferometer device, the mirror device of the first mirror device and the second mirror device comprise the same pattern of the recesses.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometereinrichtung ist ein Muster von Ausnehmungen der ersten Spiegeleinrichtung gegen ein Muster der Ausnehmungen der zweiten Spiegeleinrichtung verdreht.According to a preferred embodiment of the interferometer device, a pattern of recesses in the first mirror device is rotated relative to a pattern of the recesses in the second mirror device.
Die Verdrehung kann vorteilhaft gegenüber einer planaren Draufsicht auf die Spiegeleinrichtung vorhanden sein.The rotation can advantageously be present compared to a planar top view of the mirror device.
Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zur Herstellung einer Spiegeleinrichtung für eine Interferometereinrichtung ein Bereitstellen eines Substrats mit einer darauf angeordneten Spiegelschicht, wobei die Spiegelschicht, einen Mittelbereich der Spiegelschicht umfasst, und einen Federbereich umfasst, welcher den Mittelbereich zumindest teilweise lateral umläuft; ein Ermitteln einer mechanischen Vorspannung des Federbereichs; und ein Einbringen von zumindest einer Ausnehmung in den Federbereich, so dass eine vorbestimmte Zielsteifigkeit des Federbereichs erreicht wird.According to the invention, in the method for producing a mirror device for an interferometer device, a substrate is provided with a mirror layer arranged thereon, the mirror layer comprising a central region of the mirror layer and a spring region which at least partially laterally runs around the central region; determining a mechanical preload of the spring area; and making at least one recess in the spring area so that a predetermined target rigidity of the spring area is achieved.
Das Verfahren kann sich vorteilhaft auch durch die bereits in Verbindung mit der Spiegeleinrichtung und der Interferometereinrichtung genannten Merkmale und deren Vorteile auszeichnen und umgekehrt.The method can advantageously also be distinguished by the features and their advantages already mentioned in connection with the mirror device and the interferometer device, and vice versa.
Bei dem Verfahren kann zunächst eine Messung (Ermitteln) einer Verbiegung der Spiegelschicht und/oder eine optische Messung und/oder ein Verfolgen geeigneter Teststrukturen erfolgen und dann gezielt durch Einbringen von definierten Ausnehmungen die Federkonstante angepasst werden, sodass die nötige elektrische Aktuationsspannung bei elektrischer Aktuation in einem Zielspannungsbereich liegen kann.In the method, a measurement (determination) of a deflection of the mirror layer and / or an optical measurement and / or a tracking of suitable test structures can take place and then the spring constant can be adjusted in a targeted manner by introducing defined recesses so that the necessary electrical actuation voltage in electrical actuation in can lie within a target voltage range.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens erfolgt das Ermitteln der Vorspannung mittels optischer Messverfahren oder mittels einer Messung einer Verbiegung der Spiegelschicht.According to a preferred embodiment of the method, the preload is determined by means of optical measuring methods or by measuring a deflection of the mirror layer.
Im Falle einer Herstellung in typischen MEMS-Prozessen kann die Ausformung der Ausnehmungen beispielsweise direkt im Herstellungsprozess erfolgen und für alle Substrate (Wafer) gleichgeartet sein. Alternativ hierzu ist allerdings auch denkbar, dass nach der Herstellung der Schichten (Substrat; Spiegelschicht), der herrschende Schichtstress (Schichtspannung) bestimmt wird. Dies kann beispielsweise durch optische Messungen wie z.B. Ellipsometrie erfolgen oder auch durch geeignete Teststrukturen, wie z.B. freigestellten Membranen, deren Eigenfrequenz bestimmt wird. Ebenso sind Messungen der Verbiegung der Spiegelschicht oder des Substrats (Wafer-Bows) möglich.In the case of production in typical MEMS processes, the recesses can, for example, be formed directly in the production process and be of the same type for all substrates (wafers). As an alternative to this, however, it is also conceivable that after the production of the layers (substrate; mirror layer), the prevailing layer stress (layer tension) is determined. This can be done, for example, by optical measurements such as e.g. Ellipsometry or by suitable test structures, e.g. exposed membranes whose natural frequency is determined. Measurements of the bending of the mirror layer or of the substrate (wafer bows) are also possible.
Mit den aus der Ermittlung erhaltenen Werte für die tensile Spannung kann auf die zu erwartenden mechanischen Kenngrößen des FPIs zurückgeschlossen werden, wenn noch keine Ausnehmung eingebracht worden ist. Um die elektrische Aktuationsspannung in einen vordefinierten Bereich zu bringen, kann dann abhängig von der tensilen Vorspannung ein entsprechendes Muster gewählt werden, welches die Spiegelschicht (Membran) so erweicht, dass die nötige elektrische Aktuationsspannung innerhalb des vordefinierten Bereichs liegen kann. Wenn das mechanische System innerhalb geringerer Prozestoleranzen Unterschiede aufweist, kann die Elektronik der Aktuation auch eine geringere Flexibilität umfassen und damit günstiger ausgelegt werden.With the values for the tensile stress obtained from the determination, conclusions can be drawn about the mechanical parameters to be expected of the FPI if no recess has yet been made. In order to bring the electrical actuation voltage into a predefined range, depending on the tensile prestress, a corresponding pattern can be selected which softens the mirror layer (membrane) so that the necessary electrical actuation voltage can lie within the predefined range. If the mechanical system has differences within lower process tolerances, the electronics of the actuation can also have a lower flexibility and thus be designed more favorably.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird durch das Einbringen der Ausnehmung eine Federkonstante des Federbereichs verringert.According to a preferred embodiment of the method, the introduction of the recess reduces a spring constant of the spring area.
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 emerge 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 exemplary embodiment indicated in the schematic figures of the drawing.
Es zeigen:
-
1 eine schematische Draufsicht auf eine Spiegeleinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; -
2 eine schematische Draufsicht auf eine Spiegeleinrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; -
3 eine schematische Seitenansicht auf zwei Spiegeleinrichtungen in einer Interferometereinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und -
4 eine Blockdarstellung der Verfahrensschritte gemäß der vorliegenden Erfindung.
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1 a schematic plan view of a mirror device according to an embodiment of the present invention; -
2 a schematic plan view of a mirror device according to a further embodiment of the present invention; -
3 a schematic side view of two mirror devices in an interferometer device according to an embodiment of the present invention; and -
4th a block diagram of the method steps according to the present invention.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols denote identical or functionally identical elements.
Die Spiegeleinrichtung
Der optische Bereich OA kann hierbei eine weitere Ausnehmung
Die Ausführungsform der
Die Spiegelschicht
Erfindungsgemäß kann nun die Pull-In Spannung reduziert werden.According to the invention, the pull-in voltage can now be reduced.
Generell kann durch Ausnehmungen weniger Material vorhanden sein, welches gedehnt werden muss. Dadurch kann die Federkonstante verringert werden, wodurch weniger mechanische Arbeit für eine gegebene Auslenkung verrichtet werden muss,In general, there can be less material that has to be stretched due to the recesses. This allows the spring constant to be reduced, which means that less mechanical work has to be performed for a given deflection,
Der Randbereich und/oder auch der Innenbereich des Federbereichs
Es ist im Falle eines elektrostatischen Aktors mit einer Aktuationselektrode des Weiteren vorteilhaft, die Ausnehmungen außerhalb des Bereichs der Aktuationselektrode einzubringen, was im Falle der
Die Interferometereinrichtung Int umfasst eine erste Spiegeleinrichtung
Sowohl die erste Spiegeleinrichtung
Durch die Ausnehmungen
In einer weiteren Ausführung kann der Aktuator und damit die Aktuation elektrodynamisch ausgeführt sein. Hierzu kann ein lateraler Innenbereich des Federbereichs, welcher lateral nach außen an den Mittelbereich anschließen kann, zur Aktuation mit einer Spule versehen sein (nicht gezeigt), die von außen bestromt werden kann. Dies kann beispielsweise durch Abscheidung einer metallischen Leiterschleife erfolgen. Beispielsweise kann durch einen das FPI umgebenden Ringmagneten ein Magnetfeld mit radialen Feldkomponenten erzeugt werden, die dann im Falle einer Bestromung der Spule zu einer Kraft senkrecht zur Spulenebene führen und diese somit zur Aktuation führen können.In a further embodiment, the actuator and thus the actuation can be designed electrodynamically. For this purpose, a lateral inner area of the spring area, which can connect laterally outward to the central area, can be provided with a coil for actuation (not shown) which can be energized from the outside. This can be done, for example, by depositing a metallic conductor loop. For example, a ring magnet surrounding the FPI can generate a magnetic field with radial field components which, in the event that the coil is energized, lead to a force perpendicular to the coil plane and can thus lead to actuation.
Bei dem Verfahren zur Herstellung einer Spiegeleinrichtung für eine Interferometereinrichtung erfolgt ein Bereitstellen
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 thereto, but rather can be modified in many different ways.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- US 8913322 B2 [0003]US 8913322 B2 [0003]
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6958818B1 (en) * | 2002-12-18 | 2005-10-25 | Silicon Light Machines Corporation | Fabry-Perot interferometer including membrane supported reflector |
US8913322B2 (en) * | 2011-06-06 | 2014-12-16 | Teknologian Tutkimuskeskus Vtt | Micromechanical tunable Fabry-Perot interferometer and a method for producing the same |
DE102017219442A1 (en) * | 2017-10-30 | 2019-05-02 | Infineon Technologies Ag | Mirror device comprising a leaf spring with openings |
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-
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-
2020
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6958818B1 (en) * | 2002-12-18 | 2005-10-25 | Silicon Light Machines Corporation | Fabry-Perot interferometer including membrane supported reflector |
US8913322B2 (en) * | 2011-06-06 | 2014-12-16 | Teknologian Tutkimuskeskus Vtt | Micromechanical tunable Fabry-Perot interferometer and a method for producing the same |
DE102017219442A1 (en) * | 2017-10-30 | 2019-05-02 | Infineon Technologies Ag | Mirror device comprising a leaf spring with openings |
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