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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Mikroaktuator, der durch elektrostatische
Kraft betätigt wird
und ein Herstellungsverfahren dafür, und insbesondere einen Mikroaktuator,
der in Zickzack-Bewegung in axialer Richtung betrieben wird und
ein Herstellungsverfahren dafür.
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US-Patent
Nr. 5,025,346 offenbart einen Mikroaktuator, der durch die elektrostatische
Kraft betätigt
wird, die durch die Struktur einer kammartigen Elektrode induziert
wird. Der in US-Patent Nr. 5,025,346 offenbarte Mikroaktuator weist
eine Struktur mit einer Mehrzahl von beweglichen kammartigen Elektroden
und einer Mehrzahl von festen kammartigen Elektroden auf, die abwechselnd
auf einer beweglichen Struktur und einer festen Struktur angeordnet
sind. Die bewegliche Struktur ist durch eine umgebende Trägerstruktur
suspendiert und die suspendierte Struktur wird bei einer Resonanzfrequenz in
horizontaler Richtung angetrieben.
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Zum
Antrieb in Richtung von mehr als einer Achse wie der x-Achse und
der y-Achse, sind wenn Antrieb in eine Richtung entlang einer Achse
vorgesehen ist, mehr als 3 Elektroden im Antriebsteil notwendig,
und wenn Antrieb in beide Richtungen entlang einer Achse vorgesehen
ist, sind mindestens 5 Elektroden notwendig. US-Patent Nr. 5,536,988
offenbart einen Aktuator, der unter Verwendung eines modifizierten
reaktiven Einkristallätzens
und Metallisierungsprozesses hergestellt wird, der einen Isolierprozess
unter Anwendung thermischer Oxidation der Vorrichtung beinhaltet.
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Beim
früheren
Mikroaktuator sind die beweglichen kammartigen Elektroden in einer
Richtung parallel zur Ebene der Fläche eines beweglichen Körpers oder
einer beweglichen Struktur angeordnet und die festen kammartigen
Elektroden sind auf einer festen Struktur angeordnet, so dass sie
sich mit den beweglichen kammartigen Elektroden abwechseln und parallel
zur Ebene der Fläche
sind wie die kammartigen Antriebselektroden.
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Da
wie oben beschrieben im früheren
Mikroaktuator die kammartigen Elektroden in der Nachbarschaft der
Fläche
angeordnet sind, ist die Gesamtgröße im Vergleich zur Fläche oder
der beweglichen Struktur expansiv. Der frühere Mikroaktuator weist eine
Struktur auf, die in Richtung einer Achse oder zweier Achsen (x,y-Achsen)
parallel zur Ebene der Fläche
oder der beweglichen Struktur angetrieben wird, und die Anwendung
ist dadurch eingeschränkt.
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Die
koreanische Patentanmeldung Nr. 98-37315 und die koreanische Patentanmeldung
Nr. 99-20488, die Priorität
auf Grundlage der letzteren Anwendung beansprucht, offenbaren einen
Mikroaktuator mit einem Zickzack-Antriebsverfahren in einer Achsenrichtung.
Die Anmeldungen offenbaren einen Mikroaktuator, der bei einem optischen
Plattenlaufwerk anwendbar ist. Der Mikroaktuator kann in verschiedenen
Bereichen angewendet werden und auch als optischer Abtaster (Scanner).
Dieser Mikroaktuator mit Zickzack-Antrieb weist eine Antriebsstrukturfläche auf,
wo die kammartigen Antriebselektroden und die kammartigen festen
Antriebselektroden auf der Rückseite
einer Fläche
und oben auf einer Platte angeordnet sind, die der Rückseite
der Fläche
zugewandt ist und die Herstellung ist nicht einfach. Insbesondere
ist es schwierig, die obere und untere Struktur zusammenzufügen, wenn
auf mindestens einer der kammartigen Antriebselektroden und den
kammartigen festen Elektroden, die in jeder Struktur angeordnet
sind, Fremdstoffe vorhanden sind. Deshalb besteht Bedarf, eine Struktur
zur Verfügung
zu stellen, wo die obere und untere Struktur separat bearbeitet
und erfolgreich zusammengefügt
werden können,
und ein Verfahren für
die Herstellung.
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JP
2000-147419 beschreibt einen Lichtdeflektor mit festen Elektroden
und einem spiegelseitigen Kamm.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Verfahren zur Herstellung eines Mikroaktuators nach Anspruch
1 zur Verfügung
gestellt.
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Die
Verbindungsschicht kann eutektisch sein.
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Beim
Verfahren zur Herstellung eines Mikroaktuators gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst der Schritt zum Ausbilden der oberen Struktur
bevorzugt die Schritte: Ausbilden eines oberen separaten Bereichs
mit einer bestimmten Breite und Tiefe entsprechend dem Raum zwischen
der Fläche
und der ersten Rahmenschicht, Ausbilden einer oberen Metallschicht
auf dem Bereich entsprechend der ersten Rahmenschicht, und Ausbilden
der beweglichen kammartigen Elektroden mit einer bestimmten Höhe auf der
Unterseite der Fläche,
während
der separate Bereich durch Ätzen
der Unterseite der ersten Platte mit einem bestimmten Muster durchdrungen
wird.
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Es
ist auch bevorzugt, dass der Schritt zum Ausbilden der unteren Struktur
ferner die Schritte umfasst: Ausbilden von Signalleitungen mit einem
bestimmten Muster entsprechend den Bauteilelementen, Ausbilden eines
unteren separaten Bereichs mit einer bestimmten Breite und Tiefe
entsprechend dem Raum zwischen der zweiten Rahmenschicht und den festen
kammartigen Elektroden, Fügen
der Unterseite der zweiten Platte an die Oberseite der Basisplatte, Ätzen des
Bereichs entsprechend der zweiten Rahmenschicht oben auf der zweiten
Platte auf eine bestimmte Tiefe, Ausbilden einer unteren Metallschicht
auf dem geätzten
Teil des zweiten Platte, Ausbilden einer Maskenschicht auf dem Bereich
entsprechend der zweiten Rahmenschicht und den festen kammartigen
Elektroden oben auf der zweiten Platte und Ausbilden der festen
kammartigen Elektrode mit einer bestimmten Höhe im unteren separaten Bereich,
während
der untere separate Bereich durch Ätzen des Bereichs, der nicht
von der Maskenschicht bedeckt ist, auf eine bestimmte Tiefe durchdrungen
wird.
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Außerdem ist
es beim Verfahren zur Herstellung eines Mikroaktuators gemäß der vorliegenden Erfindung
bevorzugt, dass der Schritt zum Ausbilden der oberen Metallschicht
ferner die Schritte umfasst: Ausbilden einer Metallkeimschicht auf
der ersten Platte und Ausbilden einer eutektischen Metallverbindungsschicht
durch ein Beschichtungsverfahren auf der Keimschicht.
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Ebenso
ist es bevorzugt, dass der Schritt zum Fügen der oberen und unteren
Strukturen zu einem Körper
ein Schritt ist, bei dem die eutektische Metallverbindung bei bestimmter
Temperatur und Kontaktdruck durchgeführt wird, um die erste Rahmenschicht
der oberen Struktur mit der zweiten Rahmenschicht der unteren Struktur
und insbesondere mit der oberen Metallschicht der ersten Rahmenschicht
der oberen Struktur und der unteren Metallschicht der zweiten Rahmenschicht
der unteren Struktur in Kontakt zu fügen.
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Die
obigen Ziele der vorliegenden Erfindung werden besser ersichtlich
durch ausführliche
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform mit Bezug zu den
begleitenden Zeichnungen, in denen:
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1 eine
Perspektivansicht ist, die eine bevorzugte Ausführungsform eines Mikroaktuators
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 eine
Querschnittsansicht geschnitten entlang der Linie A-A von 1 ist;
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3 eine
Querschnittsansicht geschnitten entlang der Linie B-B von 1 ist;
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4a-4m Prozessdiagramme
zur Erläuterung
der Herstellungsschritte der oberen Struktur eines Mikroaktuators
der vorliegenden Erfindung darstellen;
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5 eine
Draufsicht der Platte im in 4a gezeigten
Schritt beim Verfahren zur Herstellung eines Mikroaktuators der
vorliegenden Erfindung ist;
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6a-6d Prozessdiagramme
zur Erläuterung
der Herstellungsschritte der Basisplatte sind, die die obere und
untere Struktur eines Mikroaktuators der vorliegenden Erfindung
trägt;
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7a-7n Prozessdiagramme
zur Erläuterung
der Schritte zur Herstellung der unteren Struktur eines Mikroaktuators
der vorliegenden Erfindung sind;
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8a-8b Prozessdiagramme
zur Erläuterung
der Schritte zum Fügen
der oberen und unteren Struktur in einen Körper beim Verfahren zur Herstellung
eines Mikroaktuators der vorliegenden Erfindung sind;
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9 und 10 Sekundärelektronenmikroskopieaufnahmen
(SEM) der oberen Struktur in der Nachbarschaft der Torsionsstange
einer Probe sind, die gemäß dem Verfahren
zur Herstellung eines Mikroaktuators der vorliegenden Erfindung
gebildet ist;
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11 eine
SEM-Aufnahme ist, die die planaren Eigenschaften der unteren Struktur
einer Probe darstellt, die gemäß dem Verfahren
zur Herstellung eines Mikroaktuators der vorliegenden Erfindung
hergestellt ist;
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12 eine
vergrößerte SEM-Aufnahme
der festen kammartigen Elektroden ist, die an der unteren Struktur
einer Probe ausgebildet sind, die gemäß dem Verfahren zur Herstellung
eines Mikroaktuators der vorliegenden Erfindung hergestellt ist;
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13 eine
vergrößerte SEM-Aufnahme
der beweglichen kammartigen Elektroden und der festen kammartigen
Elektroden ist, nachdem die obere und untere Struktur in einer Probe
zusammengefügt
sind, die gemäß dem Verfahren
zur Herstellung eines Mikroaktuators der vorliegenden Erfindung
hergestellt ist;
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14 eine
Aufnahme ist, die die planaren Eigenschaften eines Mikroaktuators
darstellt, der nach dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung
hergestellt ist.
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ausführlicher
mit Bezug zu den beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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Mit
Bezug zu 1 ist ein Rahmen 2 in
der Form einer rechtwinkligen Umfassung auf einer Basisplatte 1 gelegen,
die aus Pyrexglas usw. gebildet ist und eine Fläche 3 ist im Rahmen 2 positioniert.
Die Fläche
ist von einem Torsionsstab 31 getragen, der mit dem Rahmen 2 verbunden
ist und sich zum Mittelteil der beiden Enden des Rahmens 2 erstreckt,
die einander zugewandt sind.
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Der
Rahmen 2, die Fläche 3 und
der Torsionsstab 31 sind integral ausgebildet. Der Rahmen 2 und
der Torsionsstab 31 bilden eine elektrische Leitung zur
Fläche 3.
Der Torsionsstab 31 unterstützt eine Zickzackbewegung der
Fläche 3 und
ergibt eine geeignete elastische Rückstellkraft bei Bewegung der
Fläche.
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Der
Rahmen 2 umfasst eine erste Rahmenschicht 21 und
eine zweite Rahmenschicht 22 mit einer eutektischen Metallverbindungsschicht,
die mit Au/Sn-Legierung zwischen die beiden Rahmenschichten aufgetragen
ist. Die erste Rahmenschicht 21, die Fläche 3 und der Torsionsstab 31 sind
aus einer Materialplatte erhalten, zum Beispiel einem Siliciumwafer,
der durch eine Reihe von Schritten gebildet ist, die später beschrieben
werden. Zwischen der ersten Rahmenschicht 21 und der Fläche 3 ist
ein Raum 24a, der einen rechtwinkligen separaten Randbereich
bildet. Der Torsionsstab 31, der sich von beiden Enden
der Fläche 3 erstreckt,
kreuzt den Raum 24a.
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Wie
in den 2 und 3 gezeigt ist, erstrecken sich
eine Mehrzahl von beweglichen kammartigen Elektroden 32 in
eine Richtung senkrecht zur Unterseite der Fläche 3 nach unten und
sind parallel zu einander. Eine Mehrzahl von festen kammartigen
Elektroden 34, die sich zwischen den beweglichen kammartigen
Elektroden 32 abwechseln, erstrecken sich von der Unterseite
der Fläche 3 nach oben.
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Die
festen kammartigen Elektroden 34 sind auf ersten und zweiten
Elektrodenbasen 35a und 35b ausgebildet, die elektrisch
getrennt sind. Die auf der ersten Elektrodenbasid 35a ausgebildeten
festen kammartigen Elektroden 34 erzeugen eine Antriebskraft
für die
Fläche 3 durch
die zwischen den festen kammartigen Elektroden 34 und den
beweglichen kammartigen Elektroden 32 induzierte elektrostatische
Kraft. Die auf der zweiten Elektrodenbasis 35b ausgebildeten
festen kammartigen Elektroden 34 dienen als Sensor eines
variablen Kondensators usw., was von der relativen Position der
festen und beweglichen kammartigen Elektroden, zusammen mit den
beweglichen kammartigen Elektroden 32 oben entsprechend
den festen kammartigen Elektroden abhängt.
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Die
zweite Rahmenschicht 22 des Rahmens 2, die erste
und zweite Elektrodenbasis 35a und 35b und die
festen kammartigen Elektroden 34 sind aus einer Materialplatte
gebildet, zum Beispiel einem Siliciumwafer. Zwischen der ersten
und zweiten Elektrode 35a und 35b und dem Rahmen 2 ist
ein separater Bereich 24b vorhanden, der eine rechtwinklige
Umfassung bildet.
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Die
Basisplatte 1 ist ein Element, das bei Herstellung der
ersten und zweiten Elektrodenbasis 35a und 35b und
der zweiten Rahmenschicht 22 des Rahmens 2 als
separates Teil angebracht wird. Die erste und zweite Elektrodenbasis 35a und 35b und der
Rahmen 2 und Metallstücke,
die Signalleitungen enthalten, sind darauf ausgebildet.
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Wie
in den 2 und 3 gezeigt ist, ist die Höhe der festen
kammartigen Elektrode höher
als die der zweiten Rahmenschicht 22. Daher sind die Vorderenden
der festen kammartigen Elektroden 34 höher positioniert als die Oberseite
der zweiten Rahmenschicht 22. Ebenso sind die unteren Enden
(d. h. die Vorderenden) der beweglichen kammartigen Elektroden 32 und
die Unterseite der ersten Rahmenschicht 21 auf einer gemeinsamen
Ebene (C-C) positioniert. Die erste und zweite Rahmenschicht verbinden
sich leicht mit der oberen und unteren Struktur, die als separate
Platten ausgebildet sind. Wenn die erste und zweite Rahmenschicht 21 und 22 des
Rahmens 2 verbunden sind, so dass sie einen Körper bilden, überlappen
die beweglichen kammartigen Elektroden 32 und die festen
kammartigen Elektroden 34 in einer gewissen Breite des
Raums dazwischen.
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Zur
Herstellung des Mikroaktuators der vorliegenden Erfindung mit der
oben beschriebenen Struktur wird unten ein bevorzugtes Beispiel
des Verfahrens zur Herstellung des Mikroaktuators der vorliegenden
Erfindung erläutert.
Hier wird in jedem Schritt auf die in den 1 bis 3 gezeigten
Bauelemente des Mikroaktuators Bezug genommen.
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1. Verfahren
zur Herstellung der oberen Struktur
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Die
folgenden Prozesse erläutern,
wie eine Mehrzahl von oberen Strukturen aus einem Wafer gebildet
werden. Zur Erleichterung des Verständnisses wird die Erläuterung
für eine
obere Struktur gegeben und die 4a bis 4b stellen
eine obere Struktur dar.
- a) Wie in 4a gezeigt
ist, weist eine erste Platte 100, die aus einem Siliciumwafer
(Si) gebildet ist, eine Dicke auf, die der Summe der Höhe der oberen
kammartigen Elektrode 32 und der Dicke der Fläche 3 entspricht,
zum Beispiel einer Dicke von 100 μm.
Es wird eine Ätzmaskenschicht 101 auf
der Oberfläche
der Platte 100 ausgebildet. Die Ätzmaskenschicht 101 ist
aus Photoresist gebildet. In der Ätzmaskenschicht 101 wird
ein Teil, außer
dem Bereich entsprechend der Torsionsstange 31 und der
Fläche 3 und
der ersten Rahmenschicht 21 des Rahmens 2, die
den Torsionsstab und die Fläche
umgeben, d. h. ein separater Be reich 24a' entsprechend dem separaten Bereich 24a durch
den Ätzprozess
nach einem Photolithographieverfahren entfernt, wie es in 5 gezeigt ist.
Die letztere Figur zeigt die Bezugszeichen des Torsionsstabs 31,
der Fläche 3 und
der ersten Rahmenschicht des sie umgebenden Rahmens, so dass das
Muster der Ätzmaskenschicht
leicht zur verstehen ist.
- b) Wie in 4b gezeigt ist, wird der separate
Bereich 24a durch Ätzen
des Teils der ersten Platte 100, der durch den separaten
Bereich 24a' freigelegt
ist, auf eine bestimmte Tiefe ausgebildet. Beim Ätzen entspricht die Tiefe (t1)
der Dicke des Torsionsstabs 31 und der Fläche 3.
Das Ätzverfahren
ist Trockenätzen
oder Nassätzen.
- c) Wie in 4c gezeigt ist, wird die Ätzmaskenschicht 101 entfernt.
Hier wird die durch das Photoresist gebildete Ätzmaskenschicht 101 durch eine
Nassätzlösung entfernt
und gefolgt von einem Schritt zum Waschen mit deionisiertem Wasser.
- d) Wie in 4d gezeigt ist, wird eine Metallkeimschicht 23a auf
der Unterseite der ersten Platte 100 nach einem Abscheideverfahren
ausgebildet. Die Metallkeimschicht wird durch Abscheiden von 500 Å Cr und
Abscheiden von ungefähr
1500 Å Au auf
das Cr gebildet.
- e) Wie in 4e gezeigt ist, wird eine Abscheidemaskenschicht 102 oben
auf der Keimschicht 23a ausgebildet. Die Abscheidemaskenschicht
wird auf allen Teilen ausgebildet, außer dem Teil, wo der Rahmen 2 ausgebildet
werden soll. Die Abscheidemaskenschicht 102 wird durch
einen Musterungsprozess durch Auftragen des Photoresists und Photolithographie
gebildet.
- f) Wie in 4f gezeigt ist, wird eine eutektische Metallverbindungsschicht 203 durch
Beschichten des freigelegten Teils der Keimschicht, der nicht von
der Abscheidemaskenschicht 102 bedeckt ist, mit Au/Sn auf
eine bestimmte Dicke gebildet.
- g) Wie in 4g gezeigt ist, wird nachdem
die Abscheidemaskenschicht 102 mit einer Ätzlösung entfernt
ist, die ganze erste Platte 100 mit deionisiertem Wasser
gewaschen.
- h) Wie in 4h gezeigt ist, wird eine Ätzmaskenschicht 103 auf
der Keimschicht 23a und der eutektischen Metallverbindungsschicht 23b gebildet.
- i) Wie in 4i gezeigt ist, wird die auf
der eutektischen Verbindungsschicht 23b ausgebildete Ätzmaskenschicht 103 behalten,
aber der auf der Keimschicht 23a ausgebildete Teil wird
entfernt. Dieser Musterungsprozess kann nach einem allgemeinen Photolithographieverfahren
vorgenommen werden. Hier wird die Keimschicht 23a, ohne den
Teil von Rahmen 2, wo die Ätzmaskenschicht 103 nicht
behalten wird, mit einer chemischen Ätzlösung entfernt.
- j) Wie in 4j gezeigt ist, wird nachdem
die übrige Ätzmaskenschicht 103 auf
der eutektischen Metallverbindungsschicht 23b entfernt
ist, die ganze Platte 100 gewaschen.
- k) Wie in 4k gezeigt ist, wird eine Ätzmaskenschicht 104 zum
Ausbilden eines bestimmten Musters von beweglichen kammartigen Elektroden
auf der Unterseite der ersten Platte 100 ausgebildet. Die Ätzmaskenschicht 104 wird
im separaten Bereich 24a und auf der eutektischen Metallverbindungsschicht 23b gebildet.
Der Musterungsprozess kann nach einem allgemeinen Photolithographieverfahren
vorgenommen werden.
- l) Wie in 4l gezeigt ist, werden die beweglichen
kammartigen Elektroden unter Verwendung eines Trockenätzens gebildet,
zum Beispiel ICPRIE (Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching).
Hier wird die erste Platte auf eine Tiefe geätzt, die die Unterseite des
separaten Bereichs 24a erreicht, das ist der Wert vom Subtrahieren der
Tiefe t1 des separaten Bereichs 24a von der Gesamtdicke
der ersten Platte 100. Daher wird der separate Bereich 24a durchgeätzt und
die Fläche 3 im
separaten Bereich 24a, die erste Rahmenschicht 21 des
Rahmens 2 und der Torsionsstab 31 (in 4l nicht
gezeigt), der den separaten Bereich 24a kreuzt, werden
gebildet.
- m) Wie in 4m gezeigt ist, werden die beweglichen
kammartigen Elektroden 32 und die eutektische Metallverbindungsschicht 23b durch
Entfernen der Ätzmaskenschicht 104 freigelegt.
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Beim
Herstellungsprozess der oberen Struktur wird der Prozess mit einem
Verstärkungswafer von
etwa 500 μm
Dicke, der an der ersten Platte 100 angebracht ist, ausgeführt und
der Klebstoff zum Beispiel Photoresist, der zum Verbinden der ersten
Platte 100 und des Verstärkungswafers verwendet ist, wird
in diesem Schritt entfernt. Dabei wird jede Einheit der oberen Struktur
von der ersten Platte 100 getrennt. Jede Einheit der oberen
Struktur wird gewaschen und getrocknet, so dass damit die Fertigung der
oberen Struktur abgeschlossen ist.
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2. Verfahren
zur Herstellung der Basisplatte zum Tragen der oberen und unteren
Strukturen
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- a) Wie in 6a gezeigt
ist, wird eine Metallschicht 201 zum Ausbilden von Signalleitungen oben
auf der Basisplatte 1 aus Pyrexglas usw. in einer Dicke
von 500 μm
abgeschieden. Die Metallschicht 201 wird zum Anhaften von
Au-Drähten verwendet
und wird daher bevorzugt mit Au ausgebildet. Hier ist die Platte 1 die
Basisplatte 1, die den ganzen in den 2 und 3 gezeigten
Mikroaktuator trägt.
- b) Wie in 6b gezeigt ist, wird eine Ätzmaske 202 auf
der Metallschicht 201 ausgebildet.
- c) Wie in 6c gezeigt ist, werden Signalleitungen 203 aus
der Metallschicht 201 durch Ätzen des freigelegten Teils
der Metallschicht gebildet.
- d) Wie in 6d gezeigt ist, wird die Platte 1 nach Entfernen
der auf den Signalleitungen 203 verbliebenen Ätzmaske 202 gewaschen
und getrocknet.
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Die
in den 6a bis 6d gezeigten
Signalleitungen 203 sind schematisch dargestellt, um das
Verständnis
zu erleichtern. In Wirklichkeit können mehr Signalleitungen gebildet
sein als es in den Figuren gezeigt ist, und sie können in
einem anderen Muster gebildet sein. Die in den 6a bis 6d gezeigten
Signalleitungen 203 sind mit der ersten Elektrodenbasis 35a und
der zweiten Elektrodenbasis 35b und dem Rahmen (nicht gezeigt)
verbunden. In den 1 bis 3 sind die
Signalleitungen 203 nicht gezeigt.
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3. Verfahren
zur Herstellung der unteren Struktur
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Der
folgende Prozess erläutert,
wie eine Mehrzahl von unteren Strukturen aus einem Wafer gebildet
werden. Zur Erleichterung des Verständnisses wird die Erläuterung
für eine
untere Struktur gegeben und die 7a bis 7n stellen
eine untere Struktur dar.
- a) Wie in 7a gezeigt
ist, wird ein bestimmtes Muster einer Ätzmaske 301 oben auf
einer zweiten Platte 300 aus einem Siliciumwafer ausge bildet.
Die zweite Platte 300 weist eine Dicke von ungefähr 100 μm auf. Die Ätzmaske 301 bedeckt den
Bereich entsprechend der zweiten Rahmenschicht 22 des Rahmens 2,
die erste Elektrodenbasis 35a und die zweite Elektrodenbasis 35b wie oben
beschrieben. Die Ätzmaske 301 ist
nicht auf dem Teil des Rahmens 2 gebildet, der den Signalleitungen 203 verbunden
mit der ersten und zweiten Elektrodenbasis 35a und 35b von
den auf der Platte 1 gebildeten Signalleitungen 203 entspricht,
und wird daher in einem späteren Ätzprozess
auf eine bestimmte Tiefe geätzt.
Dies dient der elektrischen Trennung der Signalleitungen 203 von
der zweiten Rahmenschicht 22 des Rahmens 2, die
mit der Fläche 3 elektrisch
verbunden sind.
- b) Wie in 7b gezeigt ist, wird der Teil,
der nicht von der Ätzmaske 301 bedeckt
ist, auf eine bestimmte Tiefe in der zweiten Platte 300 nach
einem Trockenätzverfahren
geätzt.
Hier ist die Ätztiefe
größer als
die Dicke der Signalleitungen 203, entspricht der Dicke
der ersten und zweiten Elektrodenbasis 35a und 35b und
weist bevorzugt einen Wert von 15 μm oder so auf.
- c) Wie in 7c gezeigt ist, wird nachdem
die Ätzmaske 301 mit
einer Ätzlösung entfernt
ist, die ganze zweite Platte 300 mit deionisiertem Wasser gewaschen
und dann getrocknet.
Daher wird der separate Bereich 24b in
der zweiten Rahmenschicht 22 des Rahmens 2 gebildet, der
später
fertiggestellt wird und die Umrisse der ersten und zweiten Elektrodenbasis 35a und 35b, die
nicht fertig sind, als unterbrochene Linie gezeigt.
- d) Wie in 7d gezeigt ist, werden die zweite Platte 300 und
die Basisplatte 1 aus Pyrexglas usw. in einem anodischen
Verbindungsprozess durch Anwendung von Wärme, Druck und Spannung miteinander
verbunden.
- e) Wie in 7e gezeigt ist, wird eine Ätzmaske 303 oben
auf der zweiten Platte 300 zum Ausbilden der zweiten Rahmenschicht
gebildet. Die Ätzmaske 303 wird
auf dem Bereich ohne die zweite Rahmenschicht 22 des Rahmens 2 gebildet.
- f) Wie in 7f gezeigt ist, wird der Teil
entsprechend der zweiten Rahmenschicht 22, der nicht von
der Ätzmaske 303 bedeckt
ist, auf eine bestimmte Tiefe geätzt.
Hier wird beim Herstellen eines Mikroaktuators mit einer Fläche von
1500 μm × 1200 μm der Rahmenteil
auf eine Tiefe von 40 μm
geätzt
und dann ein Ausrichtteil (nicht gezeigt) zum Anfügen an die
obere Struktur eingesetzt. Hier ist die Ätztiefe eine Funktion des Überlappungsbereichs
der beweglichen und festen kammartigen Elektroden und die Ätztiefe
sollte entsprechend der Konstruktion des Überlappungsbereichs in geeigneter
Weise eingestellt werden.
- g) Wie in 7g gezeigt ist, wird die Ätzmaske 303 entfernt
und die zweite Platte 300 gewaschen und getrocknet.
- h) Wie in 7h gezeigt ist, wird eine untere
Metallschicht 23c auf der ganzen zweiten Platte 300 abgeschieden.
Hier wird bevorzugt das selbe Metall wie bei der zuvor genannten
Keimschicht 23a verwendet.
- i) Wie in 7i gezeigt ist, wird eine Ätzmaske 304 auf
den Bereichen entsprechend der zweiten Rahmenschicht 22 des
Rahmens 2 gebildet und die Oberfläche der unteren Metallschicht 23c,
die hervorsteht, wird zur Freilegung behalten.
- j) Wie in 7j gezeigt ist, wird die untere
Metallschicht 23c, die nicht von der Ätzmaske 304 bedeckt
ist, entfernt, so dass die Oberfläche der zweiten Platte 300 freigelegt
werden kann.
- k) Wie in 7k gezeigt ist, wird eine Ätzmaske 305 auf
den Teilen gebildet, die den festen kammartigen Elektroden 34 und
der zweiten Rahmenschicht 22 des Rahmens 2 entsprechen.
- l) Wie in 7l gezeigt ist, wird der freigelegte
Teil der zweiten Platte 300, der nicht von der Ätzmaske 305 bedeckt
ist, unter Verwendung des ICPRIE-Verfahrens auf eine bestimmte Tiefe
(t4) geätzt.
Die Ätztiefe
wird durch Subtrahieren der Tiefe t3 des separaten Bereichs 24b von
der Dicke der zweiten Platte 300 bestimmt. Die erste und zweite
Elektrodenbasis 35a und 35b und die zweite Rahmenschicht 22 des
Rahmens 2 werden durch Ätzen
auf diese Weise auf der Platte 1 gebildet.
- m) Wie in 7m gezeigt ist, wird eine Schutzschicht 306 aus
Photoresist auf der ganzen Platte 1 gebildet. Dies ist
ein Vorbearbeitungsschritt zum Trennen von Einheiten der unteren
Struktur von der Platte 1 und zum Verhindern, dass die
untere Struktur beim Zerlegeprozess zum Trennen der Einheiten der
unteren Struktur beschädigt
und zerstört
wird. Nach Ausbilden der Schutzschicht auf diese Weise werden die
Platte 1 und die Einheiten der unteren Struktur, die oben
auf der Platte 1 positioniert sind, unter Verwendung einer Trennsäge getrennt.
- n) Wie in 7n gezeigt ist, werden die Schutzschicht 306 und
die Ätzmaske 305 mit
einer chemischen Ätzlösung entfernt
und die übrigen
Teile werden gewaschen und getrocknet. Nach Waschen und Trocknen
ist die untere Struktur der Platte 1 vollständig ausgebildet.
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4. Verfahren
zum Verbinden der oberen und unteren Struktur
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Dieser
Schritt schließt
die Herstellung des Mikroaktuators durch Verbinden der Einheiten
der in den obigen Prozessen gebildeten oberen und unteren Strukturen
ab.
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Nach
Ausrichten der oberen und unteren Struktur wie in 8a gezeigt,
werden sie zu einer Struktur verbunden wie in 8b gezeigt.
Das Ausrichten und Verbinden der oberen und unteren Struktur wird
mit Hilfe von Vakuumanlagen ausgeführt. Die obere und untere Struktur
werden einzeln mit einer Flip-Chip-Verbindungseinrichtung verbunden.
Nach getrenntem Befestigen der oberen und unteren Struktur in den
beiden Vakuumanlagen, werden die beiden Strukturen mit Hilfe eines
Mikroskops ausgerichtet. Wenn die Ausrichtung abgeschlossen ist, werden
die beiden Vakuumanlagen näher
zusammengeführt,
und die obere und untere Struktur werden zu einer Struktur verbunden.
Wenn der Druck und die eutektische Temperatur zu dieser Zeit konstant
gehalten werden, schmilzt die eutektische Verbindungsschicht 23b und
haftet an der unteren Metallschicht 23c, so dass auf diese
Weise die erste Rahmenschicht 21 und die zweite Rahmenschicht 22 des
Rahmens 2 zu einer Struktur zusammengefügt werden. Die Metallschicht 23 ist
in 8b so gezeigt, dass sie eine sehr geringe Dicke
aufweist. Die Keimschicht 23a, die eutektische Metallverbindungsschicht 23b und
die untere Metallschicht 23c, die die Metallschicht 23 bilden,
sind sehr dünn
und sind in den vorhergehenden Figuren übertrieben dargestellt.
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Der
Mikroaktuator wurde unter Verwendung der oben beschriebenen Prozesse
hergestellt. Betreiben der Fläche
in einer Zickzack-Bewegung mit einer bestimmten Frequenz und einem
gewissen Winkelbereich bestätigt
die erwarteten Ergebnisse.
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Die 9 und 10 sind
SEM-Aufnahmen, die die obere Struktur in der Nachbarschaft des Torsionsstabs 31 in
einem gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellten Mikroaktuator darstellen. 11 ist
eine SEM-Aufnahme, die die planare Eigenschaft der unteren Struktur
darstellt. 12 ist eine vergrößerte SEM-Aufnahme
der festen kammartigen Elektrode, die in der unteren Struktur ausgebildet
ist. 13 ist eine vergrößerte SEM-Aufnahme der beweglichen
und festen kammartigen Elektroden in der zusammengefügten oberen
und unteren Struktur, und 14 ist
eine Aufnahme, die die planare Eigenschaft eines gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellten Mikroaktuators darstellt.
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Der
Mikroaktuator mit der oben beschriebenen Struktur kann in verschiedenen
Situationen angewendet werden. Wenn ein optischer Spiegel auf der
Oberfläche
der Fläche
ausgebildet ist, kann der Mikroaktuator als optischer Scanner verwendet
werden, der einfallendes Licht in einem bestimmten Winkelbereich
reflektiert. Dieser optische Scanner kann beim Scanner eines optischen
Kopfes in einer Bildanzeigeeinheit wie Fernsehern unter Verwendung
von Laser und optischen Magnetdatenspeichereinheiten angewendet
werden.
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Wie
oben angegeben kann nach dem Herstellungsverfahren der vorliegenden
Erfindung der Mikroaktuator mit der gewünschten Struktur erfolgreich
ausgebildet werden, und kann insbesondere mit einer hohen Fertigungsausbeute
produziert werden. Insbesondere können Fremdstoffe zwischen kammartigen
Elektroden, die beim Herstellungsprozess erzeugt werden können, effektiv
vermieden werden, und auf diese Weise können die obere und untere Struktur
schnell und zuverlässig
verbunden werden.