DE60132865T2

DE60132865T2 - Spiegelstruktur

Info

Publication number: DE60132865T2
Application number: DE60132865T
Authority: DE
Inventors: Eric Fremont Peeters; Michel A San Jose Rosa; David K Los Altos Fork
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2021-09-08
Also published as: JP2002162577A; US6504643B1; JP4920842B2; EP1193529A2; EP1193529B1; EP1193529A3; DE60132865D1

Description

Bei optischen Telekommunikationssystemen ist es häufig erforderlich, den Weg des gesendeten Lichts umzuschalten. Zahlreiche unterschiedliche Verfahren wurden vorgeschlagen. Das optische Schalten auf Basis von mikroelektromechanischen System-(MEMS) Spiegeln ist insbesondere für Kommunikationssysteme interessant. Optische Schalter, die reflektierende MEMS-Spiegel verwenden, sind geeignet, da die optische Freiraumübertragung genutzt wird und das Skalieren auf ein optisches Groß-Cross-Connect-System möglich ist. Dies ist aufgrund der gegenwärtigen Nachfrage nach optischen Cross-Connect-Systemen in der Größenordnung von 1000 × 1000 von Bedeutung. Die Betätigung zum Bewegen der MEMS-Spiegel in einem optischen Cross-Connect-System ist typischerweise elektrostatischer, elektromagnetischer, piezoelektrischer oder thermischer Art.
Optische Cross-Connect-Systeme entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung schließen das allgemeine Konzept einer zweidimensionalen Anordnung von MEMS-Kippspiegeln ein, die verwendet werden, um Licht, das von einer ersten Lichtleitfaser kommt, auf eine zweite Lichtleitfaser zu richten. Jeder MEMS-Kippspiegel in der zweidimensionalen Anordnung kann sich um seine x- und y-Achse herum drehen und ist an einer Vielzahl von Aufhängungsarmen, die an einem Träger angebracht sind, aufgehangen.
In dem Dokument US5914218 wird ein Verfahren zum Bilden eines Federkontaktes offenbart.
In einem Dokument mit dem Titel „Modeling, design, fabrication and measurement of a single layer polysilicon micromirror with initial curvature compensation", veröffentlicht in Sensors and Actuators A, Elsevier, Band 78, Nummer 1, Seiten 8–17, 1999, wird ein Mikrospiegel offenbart, der einen Wafer und einen Spiegel einschließt, der mit vier Federbalken zusammen aus einem Stück gebildet ist, die jeweils ein distales Ende haben, das an dem Wafer angebracht ist. Die Balken weisen eine Biegebewegung aufgrund eines darin gebildeten Spannungsgefälles auf, um den Spiegel von dem Wafer zu verschieben. Der Spiegel enthält eine Polysilizium-Spiegelstruktur und eine reflektierende Goldschicht, die zum Kompensieren von Restspannungen in der Polysilizium-Spiegelschicht dient, um eine ebene Spiegelfläche zu erhalten. Eine elektrostatische Vorrichtung lenkt den Spiegel parallel zu dem Wafer ab.
In dem Konferenzmaterial mit dem Titel „Lucent Microstar^TM Micromirror Array Technology for Large Optical Crossconnects" von Aksyuk VA et al. of The SPIE, SPIE, Bellingham, VA, US, Band 4178, Seiten 320–324, wird eine Mikrospiegelstruktur offenbart, in der ein Spiegel in einem Hochrahmen an einer kardanischen Aufhängung befestigt ist. Aktoren, die unter dem Spiegel angeordnet sind, werden betätigt, um eine Neigungsablenkung des Spiegels zu erzeugen.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird eine zu betätigende Spiegelstruktur bereitgestellt, die einen Träger mit einer oberen Fläche in einer ersten Ebene, eine Vielzahl von Aufhängungsarmen, die jeweils ein erstes Ende und ein zweites Ende haben, wobei das erste Ende an dem Träger angebracht ist, einen Polysilizium-Bereich, der eine reflektierende Oberflächenschicht hat, wobei der Polysilizium-Bereich an dem zweiten Ende jedes der Vielzahl von Aufhängungsarmen angebracht ist und jeder der Vielzahl von Aufhängungsarmen eine innere Spannungsgefälleschicht umfasst, so dass in einem Herstellungsschritt ein vorausgewähltes Spannungsgefälle in der inneren Spannungsgefälleschicht erzeugt wird und in einem folgenden Herstellungsschritt der Polysilizium-Bereich und das zweite Ende jedes der Vielzahl von Aufhängungsarmen von dem Träger gelöst werden, so dass das vorausgewählte Spannungsgefälle aufgehoben wird, wodurch die Vielzahl von Aufhängungsarmen die reflektierende Oberflächenschicht anheben und sie in einer zweiten Ebene halten, die sich von der ersten Ebene unterscheidet, und eine Vielzahl von Elektroden umfasst, die an dem Träger angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Polysilizium-Bereich durch Biegegelenke an den Aufhängungsarmen angebracht ist, und dadurch, dass die Vielzahl von Elektroden an jeweilige Aufhängungsarme angrenzend angeordnet sind, um ein elektrisches Feld zu schaffen, das eine Betätigungskraft durch die Anziehung zwischen den Elektroden und den jeweiligen Aufhängungsarmen schafft, um so ablenkende Bewegung des Polysilizium-Bereiches zu erzeugen und Neigung um zwei nicht kolineare Achsen herum zuzulassen.
Bestimmte Ausführungsformen in Übereinstimmung mit dieser Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 eine Ausführungsform eines n × m optischen Cross-Connect-Systems zeigt.
2a zeigt eine Ausführungsform eines optischen Cross-Connect-Systems mit einer Zwei-Spiegel-Anordnung.
2b zeigt eine Ausführungsform eines optischen Schaltersystems.
2c zeigt eine Ausführungsform eines optischen Schaltersystems.
3a zeigt eine Ausführungsform eines n × m optischen Cross-Connect-Systems.
3b stellt die Abhängigkeit der Spiegelform von dem Einfallswinkel dar.
4a zeigt eine Ausführungsform einer Kippspiegelstruktur in Übereinstimmung mit der Erfindung.
4b zeigt eine Ausführungsform einer Kippspiegelstruktur in Übereinstimmung mit der Erfindung.
4c zeigt eine Ausführungsform einer Kippspiegelstruktur in Übereinstimmung mit der Erfindung.
5 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Kippspiegelstruktur in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung.
6a stellt die Wirkung der Spiegelkrümmung auf die Divergenz des Lichtstrahls dar.
6b stellt die Wirkung der Spiegelkrümmung auf die Divergenz des Lichtstrahls dar.
7a zeigt eine Draufsicht einer für die Bearbeitung verwendeten strukturierten Maske.
7b zeigt eine Draufsicht einer für die Bearbeitung verwendeten strukturierten Maske.
7c zeigt eine Draufsicht einer für die Bearbeitung verwendeten strukturierten Maske.
7d zeigt eine Draufsicht einer für die Bearbeitung verwendeten strukturierten Maske.
7e zeigt eine Draufsicht einer für die Bearbeitung verwendeten strukturierten Maske.
7f zeigt eine Draufsicht einer für die Bearbeitung verwendeten strukturierten Maske.
7g zeigt eine Draufsicht einer für die Bearbeitung verwendeten strukturierten Maske.
7h zeigt eine Draufsicht einer für die Bearbeitung verwendeten strukturierten Maske.
7i zeigt eine Draufsicht einer für die Bearbeitung verwendeten strukturierten Maske.
7j zeigt eine Draufsicht einer für die Bearbeitung verwendeten strukturierten Maske.
7k zeigt eine Draufsicht einer für die Bearbeitung verwendeten strukturierten Maske.
7l zeigt eine Draufsicht einer für die Bearbeitung verwendeten strukturierten Maske.
7m zeigt eine Draufsicht einer für die Bearbeitung verwendeten strukturierten Maske.
Die 8a bis 8o zeigen die Bearbeitungsschritte in Übereinstimmung mit einem Vergleichsbeispiel, welches keinen Bestandteil der beanspruchten Erfindung bildet.
9 zeigt eine Draufsicht eines Vergleichsbeispiels, welches keinen Bestandteil der beanspruchten Erfindung bildet.
10 zeigt eine Seitenansicht eines Vergleichsbeispiels, welches keinen Bestandteil der beanspruchten Erfindung bildet.
Die 11a bis 11k zeigen die Bearbeitungsschritte in Übereinstimmung mit einem Vergleichsbeispiel, welches keinen Bestandteil der beanspruchten Erfindung bildet.
12 zeigt eine Draufsicht eines Vergleichsbeispiels, welches keinen Bestandteil der beanspruchten Erfindung bildet.
13 zeigt eine Seitenansicht eines Vergleichsbeispiels, welches keinen Bestandteil der beanspruchten Erfindung bildet.
Die 14a bis 14l zeigen die Bearbeitungsschritte in Übereinstimmung mit einem Vergleichsbeispiel, welches keinen Bestandteil der beanspruchten Erfindung bildet.
15 zeigt eine Seitenansicht eines Vergleichsbeispiels, welches keinen Bestandteil der beanspruchten Erfindung bildet.
Die 16a bis 16i zeigen die Bearbeitungsschritte in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung.
Die 17a bis 17l zeigen die Bearbeitungsschritte in Übereinstimmung mit einem Vergleichsbeispiel, welches keinen Bestandteil der beanspruchten Erfindung bildet.
Die 18a bis 18m zeigen die Bearbeitungsschritte in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
1 zeigt eine Ausführungsform eines optischen Cross-Connect-Systems 100 in Übereinstimmung mit der Erfindung. Eine zweidimensionale Anordnung 104 von MEMS-Kippspiegeln 106 wird verwendet, um den Lichtstrahl 101, der von der zweidimensionalen Anordnung 108 von Lichtleitfasern 110 kommt, auf die zweidimensionale Anordnung 112 von Lichtleitfasern 111 zu richten. Jeder Spiegel 106 kann sich im Allgemeinen um zwei nicht kolineare Achsen herum drehen. Ein typischer Durchmesser für den Spiegel 106 liegt in dem Bereich zwischen 300 μm und 1000 μm. Beispielsweise wird der aus der Lichtleitfaser 110 austretende Lichtstrahl 101 unter Verwendung eines Lenslet 115, das typischerweise einen Durchmesser hat, der größer als ungefähr 50 μm ist, kollimiert und auf den Kippspiegel 106 projiziert, der den Lichtstrahl 101 auf das Lenslet 116 richtet, welches den Lichtstrahl 101 in die Lichtleitfaser 111 fokussiert. Demzufolge kann unter Verwendung des optischen Cross-Connect-Systems 100 der Lichtstrahl 101, der von einer beliebigen der Lichtleitfasern 110 der zweidimensionalen Anordnung 108 kommt, durch einen der Spiegel 106 der zweidimensionalen Anordnung 104 auf die ausgewählte Lichtleitfaser 111 der zweidimensionalen Lichtleitfaseranordnung 112 gerichtet werden. Es ist zu beachten, dass die Anzahl der Kippspiegel 106 gleich der Anzahl der ankommenden Lichtleitfasern 110 ist, die im Gegenzug gleich der Anzahl der abgehenden Lichtleitfasern 111 für das optische Cross-Connect-System 100 ist.
Der Lichtstrahl 101 in 1 tritt im Allgemeinen nicht frontal in die Lichtleitfasern 111 ein und dies könnte zu Aperturproblemen für die Lichtleitfasern 111 insbesondere für größere Lichtleitfaseranordnungen oder zu kürzeren Lichtwegen führen, wodurch größere Abtastwinkel entstehen. 2a zeigt ein optisches Cross-Connect-System 125 in Übereinstimmung mit der Erfindung. Das optische Cross-Connect-System 125 ermöglicht, dass der Lichtstrahl 101 frontal in die Lichtleitfasern 111 eintreten kann. Das optische Cross-Connect-System 125 setzt die zweidimensionale Anordnung 105 von Kippspiegeln 107 ein, um sicherzustellen, dass der Lichtstrahl 101 frontal in die Lichtleitfaser 111 eintritt. Der von der Lichtleitfaser 110 stammende Lichtstrahl 101 fällt zuerst auf den Kippspiegel 106 und wird auf den Kippspiegel 107 reflektiert, der den Lichtstrahl 101 frontal auf die Lichtleitfaser 111 reflektiert. Das optische Cross-Connect-System 125 erfordert jedoch die doppelte Anzahl an Kippspiegeln, als die, die bei Verwenden des optischen Cross-Connect-Systems 100 erforderlich ist. Der maximale Spiegelneigungswinkel ist die maximale Winkelverschiebung, die der Spiegel 106 oder der Spiegel 107 erfordert, um die entferntesten Spiegel in der Anordnung 104 beziehungsweise 105 zu erreichen. Typische maximale Spiegelneigungswinkel für diese Konfiguration unter Annahme einer optischen Weglänge von 8 cm und bei einem gegebenen Strahlradius von 180 μm betragen ungefähr 3,25° für die zweidimensionalen Anordnungen 104 und 105.
2b zeigt eine Ausführungsform in Übereinstimmung mit der Erfindung für einen n × 1 optischen Schalter für die optische Leitungsvermittlung. Der Lichtstrahl 101, der aus einer der Lichtleitfasern 110 in der Lichtleitfaseranordnung 108 austritt, geht durch das Lenslet 115 hindurch, um kollimiert zu werden, und verläuft zu der Kippspiegelanordnung 104, um durch den Kippspiegel 106 auf den Kippspiegel 177 reflektiert zu werden, der den Lichtstrahl 101 über das Lenslet 117 auf eine gewünschte der Lichtleitfasern 114 richtet. Eine Anwendung für einen n × 1 optischen Schalter ist das Bündeln einer auswählbaren Untermenge von m unterschiedlichen Wellenlängen von n (n ≥ m) verschiedenen Lichtleitfasern 110 in der Anordnung 108 auf eine gewünschte der Lichtleitfasern 114.
2c zeigt eine Ausführungsform in Übereinstimmung mit der Erfindung für einen 1 × n optischen Schalter für die optische Leitungsvermittlung. Der Lichtstrahl 101 tritt aus der Lichtleitfaser 119 aus, geht durch das Lenslet 118 hindurch, um kollimiert zu werden, und wird durch den Kippspiegel 117 auf den gewünschten Kippspiegel 107 in der Kippspiegelanordnung 105 reflektiert. Der Kippspiegel 107 reflektiert den Lichtstrahl 101 durch die Lenslet-Anordnung 116, um ihn zu kollimieren, und in die gewünschte eine der Lichtleitfasern 111 in der Lichtleitfaseranordnung 112 hinein. Eine Anwendung für einen 1 × n optischen Schalter ist das Leiten des Lichtstrahls 101 von der Lichtleitfaser 119 zu einer beliebigen der Lichtleitfasern 111.
Eine weitere Ausführungsform in Übereinstimmung mit der Erfindung wird in 3a dargestellt. Das optische Cross-Connect-System 150 weist die zweidimensionale Anordnung 165 von Kippspiegeln 106 und 107 sowie die zweidimensionale Anordnung 155 auf, die aus ankommenden Lichtleitfasern 110 und abgehenden Lichtleitfasern 112 besteht. Darüber hinaus umfasst das optische Cross-Connect-System 150 den Reflektor 180. Der Lichtstrahl 101 tritt aus der Lichtleitfaser 110 aus, um durch das Lenslet 115 kollimiert zu werden, und wird von dem Kippspiegel 106 auf den Reflektor 180 reflektiert. Von dem Reflektor 180 wird der Lichtstrahl 101 auf den Kippspiegel 107 und dann auf das Lenslet 115 reflektiert, das den Lichtstrahl 101 frontal in die Lichtleitfaser 112 fokussiert.
Die Spiegelform kann so angepasst werden, dass sie ein Kreis, eine Ellipse oder ein Polygon ist. Beispielsweise können die Spiegelformen, die elliptisch sind, verwendet werden, um die Projizierung eines kreisförmigen Strahls zu erfassen, der bei einem Winkel einfällt. 3b zeigt den kreisförmigen Strahl 300, der auf einen elliptischen Spiegel 310 bei einem Winkel β in Bezug auf die Strahlen des kreisförmigen Strahls 300 einfällt. Ein optimaler Formfaktor für den elliptischen Spiegel 310 kann von dem Winkel β abgeleitet werden.
4a zeigt die grundlegende Struktur der Kippspiegel 106 und der Kippspiegel 107 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung. Es sind weitere Geometrien für die Kippspiegelstruktur möglich, jedoch muss die Geometrie der Alternativen in Hinblick auf die Aufhängungsarme 450 die Verlängerung der Kippspiegelstruktur zwischen den Befestigungspunkten 440 zulassen. Anderenfalls kann die Spiegelstruktur nach dem Ätzen der Ablöseschicht nicht angehoben werden.
Die Oberfläche des Spiegels 405 in 4a ist ein im Wesentlichen ebenes und spannungsfreies Metall, um das präzise optische Ausrichten zu ermöglichen. Der Spiegel 405 ist mit Hilfe von Biegegelenken 415 an den Aufhängungsarmen 450 angebracht. Die Aufhängungsarme 450 sind üblicherweise aus Nickel hergestellt und sehen einen Abstand für die Drehung um die Achsen 476 und 475 des Spiegels 405 durch Betätigen der Elektroden 410 vor. Der Spiegel 405 wird automatisch während eines im Folgenden beschriebenen Ablöseätzens angehoben und der Spiegel 405 dreht sich geringfügig in seiner eigenen Ebene, wenn sich der Spiegel 405 von dem Träger 499 abhebt (siehe 5). Typische Höhen für den Spiegel 405, der einen Durchmesser von ungefähr 300 bis 1000 μm aufweist, betragen 20 bis 100 μm. Vier Betätigungselektroden 410, die jeweils mit den vier Aufhängungsarmen 450 verbunden sind, können einzeln geladen werden, um den Spiegel 405 um die Achse 475 und die Achse 476 zu neigen, wobei die typischen Betätigungsspannungen ungefähr 10 bis 50 Volt betragen. Darüber hinaus können sich die Elektroden 410 unter der Spiegelstruktur 405, wie dies in 4a dargestellt ist, erstrecken.
Die Betätigungselektroden 410 können entweder unter Verwendung eines Gleichstromantriebs oder eines Wechselstromantriebs betätigt werden. Wenn die Wechselstrombetätigung angewendet wird, muss die Frequenz des Wechselstromantriebs signifikant höher sein als die Reaktionszeit des betätigten mechanischen Systems. Der Wechselstromantrieb verhindert den potenziellen Aufbau von elektrischen Ladungen in den dielektrischen Materialien zwischen den oder nahe der Betätigungselektroden 410. Die Betätigungselektroden 410 werden vorteilhafter Weise mit einem bipolaren Signal angesteuert, das zwischen einer positiven Spannung und einer annähernd gleichen negativen Spannung wechselt. Die wechselnde Wellenform kann typischerweise quadratisch, sinusförmig und dreieckig sein oder eine andere geeignete Form aufweisen, so lange beispielsweise die Anstiegs- und Abfallzeiten im Wesentlichen kürzer als die mechanische Reaktionszeit der Kippspiegel 106 und 107 sind.
Für das Beispiel einer quadratischen Wellenform würde eine typische Antriebsfrequenz größer als 1 kHz sein, wenn die mechanische Resonanzfrequenz der Kippspiegel 106 und 107 in der Größenordnung von 1 kHz liegen würde. Da die Betätigungskraft proportional zu dem Quadrat der Betätigungsspannung ist, ist die Betätigungskraft unabhängig von dem Vorzeichen der Spannung. Die Betätigungskraft variiert lediglich während des Übergangs von einer Spannung eines Vorzeichnens zu einer Spannung mit dem entgegengesetzten Vorzeichen. Infolgedessen muss der Übergang im Vergleich zu der Resonanzperiode der Kippspiegel 106 und 107 beispielsweise kurz sein. Das bipolare Signal verringert die Ladungsakkumulation in den dielektrischen Materialien, da die in dem dielektrischen Material akkumulierte Nettoladung durchschnittlich ungefähr Null beträgt. Bei einem Gleichstromsignal für die Betätigung besteht im Zeitablauf die Möglichkeit einer Nettoladungsakkumulation in dem dielektrischen Material, die dahingehend wirken kann, die angelegte Betätigungsspannung abzuschirmen oder diese anderweitig zu beeinträchtigen.
Die in 4a dargestellte grundlegende Struktur der Kippspiegel 106 und 107 in Übereinstimmung mit der Erfindung basiert auf spannungstechnisch gestalteten Metallfilmen. Der Spiegel 405 und die Biegegelenke 415 sind derart konzipiert, dass sie spannungsfrei sein, während die Aufhängungsarme 450 entlang des Umfangs des Spiegels 405 aus einem Nickel hergestellt sind, das eine MoCr-Schicht mit einem inneren Spannungsgefälle aufweist, die auf diesen abgeschieden ist. Die Aufhängungsarme 450 sind an den Befestigungspunkten 440 an dem Träger befestigt. Die Biegegelenke 415 dienen zum Anbringen des Spiegels 405 an den Aufhängungsarmen 450, wobei sie die Spannung und Belastung von dem Spiegel 405 fernhalten, um die Ebenheit für die optische Ausrichtungsgenauigkeit aufrechtzuerhalten und die Drehflexibilität um die Achse 477 herum bereitzustellen, die zum Anheben und Betätigen erforderlich ist.
Die Betätigungskraft für die Achse 475 und die Achse 476 wird durch die Anziehung zwischen den Elektroden 410 geschaffen, die sich an dem Träger und den Aufhängungsarmen 450 befinden. In einer weiteren Ausführungsform in Übereinstimmung mit der Erfindung sind die Elektroden 410 nicht nur unter den Aufhängungsarmen 450 angeordnet, sondern erstrecken sich unter jedem Quadranten des Spiegels 405, wie dies in 4a dargestellt ist, um die Gesamtbetätigungskraft zu erhöhen. Das Beschränken der Betätigungselektroden 410 auf den Bereich unter den Aufhängungsarmen 450 stellt jedoch eine höhere Kraft pro Flächeneinheit bereit, da die Betätigung an dem nahen Befestigungspunkt 440 beginnt, an dem der anfängliche Abstand zwischen der Elektrode 410 und den Aufhängungsarmen 450 am kleinsten ist, und sich der Abstand dann entlang der Länge der Aufhängungsarme 450 in einer „reißverschlussähnlichen" Art und Weise verringert, wenn der Aufhängungsarm 450 zu der Elektrode 410 hin gezogen wird.
Es können zwei oder mehr Aufhängungsarme 450 in der Struktur für die Kippspiegel 106 und 107 verwendet werden, wobei 4 (vier) die typische Anzahl ist. Wenn die Betätigung des Spiegels durch die ledigliche Betätigung der Aufhängungsarme 450 erreicht wird, sind mindestens 3 (drei) Aufhängungsarme 450 erforderlich, um Neigung um zwei nicht kolineare Achsen herum zuzulassen. 4b zeigt eine Ausführungsform in Übereinstimmung mit der Erfindung einer zu betätigenden Spiegelstruktur mit 3 (drei) Aufhängungsarmen 450. Wenn die Betätigung des Spiegels um eine Neigungsachse herum dadurch erreicht wird, dass sich die Elektroden 410 unter dem Spiegel 405 erstrecken, ist es möglich, Neigung um zwei Achsen herum durch den Einsatz von lediglich 2 (zwei) Aufhängungsarmen 450 zu erreichen.
Weitere Ausführungsformen in Übereinstimmung mit der Erfindung sind ebenfalls möglich. Beispielsweise ist es eine Anforderung für sämtliche Aufhängungssysteme, dass die Aufhängungsarme 450 oder die Aufhängungsarme 455 (siehe 4c) und/oder die Biegegelenke 415 zwischen den Befestigungspunkten 440 verformbar sind. In den in den 4a und 4b gezeigten Ausführungsformen wird die Verformung durch Verwenden von Aufhängungsarmen 450 erreicht, die um den Spiegel 405 herum angeordnet sind. In der in 4c gezeigten Ausführungsform wird die Verformung durch Längsgelenke 456 in den Aufhängungsarmen 455 erreicht. Weitere Ausführungsformen, die die Verformung ermöglichen, sind Personen mit gewöhnlicher Erfahrung auf dem Gebiet der Technik ohne weiteres ersichtlich.
5 zeigt die grundlegende Struktur von 4a im Querschnitt, wobei die Positionierung der Elektroden 410 unterhalb lediglich der Aufhängungsarme 450 gezeigt wird.
Die optische Weglänge (definiert als der optische Abstand zwischen der Austrittsfläche des ankommenden Lichtleitfaserbündels 108 und der Eintrittsfläche des abgehenden Lichtleitfaserbündels 112) beeinflusst eine Anzahl von Designparametern. Typische optische Wege liegen in dem Bereich von ungefähr 5 cm bis 10 cm. Ein längerer optischer Weg für die in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen ist von Vorteil, da er den Abtastwinkel verringert, der für die Spiegel 106 und 107 erforderlich ist, um jeweils die Lichtleitfaseranordnungen 108 und 112 zu erreichen. Ein verringerter Abtastwinkel verringert wiederum die Betätigungsspannung, die die Spiegel 106 und 107 benötigen, um eine gegebene Resonanzfrequenz oder Schaltgeschwindigkeit zu erzielen, oder führt zu einer höheren Schaltgeschwindigkeit, wenn die Betätigungsspannung die gleiche bleibt. Ein verringerter Abtastwinkel hilft ebenfalls dabei, die mechanischen Spannungen zu verringern, die auf die Biegeelemente, wie beispielsweise auf die Biegegelenke 415 und die Längsgelenke 456, wirken. Eine verringerte mechanische Spannung verringert die potenziellen Probleme bezüglich Metallermüdung und Hysterese.
Jedoch nimmt durch die größere optische Weglänge die Notwendigkeit für die Kollimation des Lichtstrahls zu. Kollimationsoptiken müssen nahe der Austrittsfläche des ankommenden Lichtleitfaserbündels 108 und der Eintrittsfläche des abgehenden Licht leitfaserbündels 112 positioniert werden. Dies wird üblicherweise mit Lenslet-Arrays 115 und 116 aber auch mit GRIN-(Gradientenindex-)Kollimatoren, Kugellinsen oder anderen optischen Elementen ausgeführt, die zum Kollimieren geeignet sind. Kollimationsoptiken belassen stets eine finite Restdivergenz in dem Lichtstrahl, so belässt beispielsweise ein im Handel erhältlicher GRIN-Faserkollimator einen Restdivergenzwinkel von 0,1 bis 0,25°. Der Divergenzwinkel bestimmt zusammen mit der optischen Weglänge die Größe, die für die Spiegel 106 und 107 erforderlich ist. Um Intensitätsverluste zu verhindern, müssen die Spiegel 106 und 107 größer sein als der größte Lichtstrahldurchmesser. Für einen gegebenen Divergenzwinkel erfordert ein längerer optischer Weg größere Spiegel 106 und 107, was zu größeren Spiegelanordnungen 104, 105 und 165 sowie zu einem größeren Anordnungs-Abstand führt. Ein größerer Anordnungs-Abstand erfordert wiederum einen größeren Abtastwinkel.
Der typische Lichtstrahldurchmesser beträgt ungefähr 0,3 mm bis 0,5 mm. Nach den Kollimations- und Aufweitungsoptiken bietet der Strahldurchmesser einen Freiheitsgrad hinsichtlich des Designs. Die Aufweitung des Lichtstrahldurchmessers lockert die Positionstoleranzen sämtlicher optischer Elemente, was zu einem vereinfachten Design führt. Jedoch wird die für die Spiegel 106 und 107 erforderliche Größe erhöht. Typische Spiegeldurchmesser betragen üblicherweise 300 μm bis 1 mm. Mit zunehmender Spiegelgröße ist es schwieriger, die Spiegelfläche optisch eben zu halten. Die zunehmende Spiegeldicke verbessert die Fähigkeit, die Spiegelfläche optisch eben zu halten. Eine typische Dicke für die Spiegel 106 und 107 liegt in dem Bereich von 1 bis 15 μm.
Die Spiegel 106 und 107 können eine Wölbung haben, die zu der Lichtstrahldivergenz zusammen mit der Restkollimatordivergenz beiträgt. 6a zeigt einen Querschnitt des konkaven Spiegels 600, der einen Krümmungsradius R, einen Durchmesser w, eine Wölbung x sowie einen ankommenden kollimierten Strahldurchmesser d0 aufweist, und der Durchmesser d2 ist der Durchmesser des reflektierten Strahls bei der optischen Weglänge L weg von der Oberfläche des konkaven Spiegels 600. Der Wölbungswinkel α ≈ arctan(4x/w) ist aufgrund der Wölbung x der halbe Divergenzwinkel. Wenn angenommen wird, dass die Wölbung x viel geringer als der Radius der Krümmung R ist, kann gezeigt werden, dass der Strahldurchmesser d als eine Funktion der optischen Weglänge L annährend durch Folgendes gegeben ist: d(L) ⎕ d0 – 8 × L/w wenn L < 2 R (1) d(L) ⎕ d0 + 8 × L/w – 2w wenn L > 2R (2)und d(L) ⎕ 0 wenn L ⎕ R.
6b zeigt, dass der Strahldurchmesser als eine Funktion der optischen Weglänge L für den konvexen Spiegel 610 mit der optischen Weglänge L durch Folgendes gegeben ist: d(L) ⎕ d0 + 8 × L/w (3)
Anhand des Vorstehenden ist ersichtlich, dass die Divergenz des Lichtstrahls, die sich aufgrund des Wölbungswinkels α ergibt, in Bezug auf die Divergenz des Lichtstrahls infolge des Restkollimationswinkels aufgrund der Kollimationsoptiken gering gehalten werden muss, um eine annehmbare Spiegelgröße aufrechtzuerhalten. Wenn der Spiegeldurchmesser w beispielsweise 300 μm beträgt, beträgt die optische Weglänge L 10 cm und d0 ist 250 μm, so ist die Wölbung von 10 nm annehmbar, wohingegen eine Wölbung von 100 nm nicht annehmbar ist. Durch Erhöhen des Spiegeldurchmessers w auf 500 μm wird ermöglicht, dass die Wölbung × 100 nm sein kann.
Größere Dicken und Durchmesser für die Spiegel 106 und 107 bedeuten, dass die Spiegel 106 und 107 langsamer auf eine gegebene Betätigungsspannung bei einer festgelegten Aufhängungssteifigkeit reagieren und eine höhere Betätigungsspannung für eine schnellere Reaktion bei einer größeren Aufhängungssteifigkeit erfordern.
Beispielsweise erfordern größere Durchmesser für die Spiegel 106 und 107 einen größeren Abstand von dem Träger für einen gegebenen Abtastwinkel. Die für die Spiegel 106 und 107 angewendete Betätigung wird instabil, wenn die Ablenkung nach unten einen bestimmten Punkt überschreitet. Die Instabilität tritt üblicherweise auf, wenn sich der Luftspalt zwischen den Aufhängungsarmen 450 und den Elektroden 410 auf zwischen ungefähr 30 % bis 50% des Luftspaltes für den nicht betätigten Zustand verringert. Beim Betreiben der Spiegel 106 und 107 ist es erwünscht, den Instabilitätsbereich zu vermeiden, wenn der Betrieb bei einem maximalen erforderlichen Neigungswinkel stattfindet. Um den Stabilitätsbereich zu vergrößern, ist es von Vorteil, die Elektroden 410 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung zu formen. Beispielsweise können die Elektroden 410 eine konische Form als eine Funktion des Abstandes von den Befestigungspunkten 440 aufweisen. Eine typische Form ist dann eine dreieckige Form. Die Verringerung der Breite der Betätigungselektroden 410 entlang ihrer Länge führt zu einer schrittweisen Verringerung der Betätigungskraft bei einer festgelegten Spannung, da sich die Aufhängungsarme 450 nach unten zu den Betätigungselektroden 410 hin biegen. Diese Verringerung der Betätigungskraft bewirkt, dass die erhöhte Betätigungskraft aufgrund des sich schrittweise verringernden Spaltes zwischen dem Aufhängungsarm 450 und der Betätigungselektrode 410 kompensiert wird. Der sich verringernde Spalt ist für den Beginn der Instabilität verantwortlich.
Infolgedessen bestimmen der Spiegeldurchmesser, der erforderliche Abtastwinkel sowie die Größe des Instabilitätsbereiches zusammen den Mindestabstand der Spiegel 106 und 107 von dem Träger 499. Der Abstand wird durch die geeignete Auswahl der Länge von beispielsweise den Aufhängungsarmen 450 sowie des Umfangs des Spannungsgefälles eingestellt, das in die Aufhängungsarme 450 eingebracht wird. Ein typischer Abstand der Spiegel 106 und 107 von dem Träger 499 liegt typischerweise in dem Bereich von 20 μm bis 200 μm.
Die Steifigkeit des Aufhängungssystems und die Masse der Spiegel 106 und 107 bestimmen die Resonanzfrequenz der Spiegel 106 und 107. In 4a wird die Steifigkeit des Aufhängungssystems beispielsweise durch die Breite, die Länge, die Dicke und das Material der Aufhängungsarme 450 sowie der Biegegelenke 415 bestimmt. Eine höhere Steifigkeit führt zu einer höheren Resonanzfrequenz mit einer resultierenden höheren Schaltgeschwindigkeit, sie erfordert jedoch höhere Betätigungsspannungen. Eine höhere Steifigkeit verringert darüber hinaus den Abstand des Spiegels 405 über dem Träger 499 für das gleiche Spannungsgefälle und die gleiche geometrische Konfiguration. Das Verhältnis der Steifigkeit des Aufhängungsarms 450 zu der Steifigkeit des Biegegelenkes 415 bestimmt, welcher Teil der Betätigungskraft die Neigung des Spiegels 405 im Vergleich zu dem Absenken des Spiegels 405 erzeugt. Sowohl Neigung als auch Absenkung des Spiegels 405 werden vorliegen. Infolgedessen ist es wünschenswert, dass die Steifigkeit der Biegegelenke 415 geringer als die Steifigkeit der Aufhängungsarme 450 ist.
Zweidimensionale Mikrospiegelanordnungen, wie beispielsweise die zweidimensionale Anordnung 104 der MEMS-Kippspiegel 106, können in Übereinstimmung mit der Erfindung auf eine Anzahl von Wegen hergestellt werden. Es können verschiedene Träger, wie beispielsweise Glas, Bulk-Silizium und Silicon-on-Insulator, verwendet werden.
Es ist zu beachten, dass die Lift-Off-Masken 701 bis 706 in den 7a bis 7f exemplarischer Natur sind und für eine Zwei-mal-Zwei-Mikrospiegelanordnung dargestellt werden, sie jedoch an eine beliebige Mikrospiegelanordnungsgröße oder an eine einzelne Spiegelstruktur angepasst werden können. Die 8a bis 8o zeigen die Herstellungsschritte für die zweidimensionale Anordnung 104 von MEMS-Kippspiegeln 106, wobei Glas als der Träger in Übereinstimmung mit einem Vergleichsbeispiel verwendet wird, welches keinen Bestandteil der beanspruchten Erfindung bildet. Die 8a bis 8o sind Querschnittsdarstellungen im Wesentlichen entlang der Linie 8-8 in 9. Ein hochqualitativer Glasträger 801, der nicht der Teilvorspannung unterzogen wurde, wird vor dem Aufbringen der Photolack-Lift-Off-Maske 701 gereinigt. Nach dem Aufbringen wird die Lift-Off-Maske 701, wie in 7a dargestellt, hinsichtlich der Befestigungspunkte 440, der Betätigungselektroden 410 sowie der elektrischen Kontakte (nicht dargestellt) strukturiert. Es wird typischerweise 100 nm des Chroms 813 durch Sputterabscheidung auf der Lift-Off-Maske 701 aufgebracht. 8b zeigt das Entfernen der Photolack-Lift-Off-Maske 701 sowie des Abschnitts der Chromschicht 813, der auf der Photolack-Lift-Off-Maske 701 aufliegt, unter Verwendung eines Acetonbades, wobei die Betätigungselektroden 410 (siehe 4) und die Befestigungspunkte 440 an ihrer Position belassen werden. Unter Verwendung der chemischen Gasphasenabscheidung bei niedrigem Druck (LPCVD – Low Pressure Chemical Vapor Deposition) wird eine Si₃N₄-Schicht 803 mit einer typischen Dicke von ungefähr 150 nm auf dem Glasträger 801, den Betätigungselektroden 410 (siehe 4) und den Befestigungspunkten 440, wie dies in 8c dargestellt ist, abgeschieden.
In Bezug auf 8d wird eine amorphe Siliziumschicht 804 mittels der LPCVD auf der Si₃N₄-Schicht 803 bis zu einer typischen Dicke von ungefähr 500 nm abgeschieden. Die Photolackmaske 702 wird auf der amorphen Siliziumschicht 804 aufgebracht und, wie in 7b dargestellt, strukturiert. Die Kontaktlöcher 890 werden unter Verwendung eines O₂/SF₆-Plasmas bis hinunter zu den Befestigungspunkten 440 und den elektrischen Kontakten (nicht dargestellt) trocken geätzt. Nach dem Entfernen der Photolackmaske 702 unter Verwendung eines Acetonbades wird eine Kupferkeimschicht 805 bis zu einer typischen Dicke von ungefähr 200 nm auf der amorphen Siliziumschicht 804, den elektrischen Kontakten (nicht dargestellt) und den Befestigungspunkten 440, wie in 8e dargestellt, abgeschieden.
8f zeigt die Galvanikmaske 703, die auf der Kupferschicht 805 aufgebracht und, wie in 7c dargestellt, in Vorbereitung auf das Galvanisieren der Nickelschicht 806 strukturiert wird. Die Nickelschicht 806 wird, wie in 8g dargestellt, durch Galvanisieren bis zu einer typischen Dicke von ungefähr 1 μm auf der Kupferschicht 805 aufgebracht. Die Nickelschicht 806 fungiert als eine Strukturträgerschicht für den Spiegel 405 und die Aufhängungsarme 450 (siehe 4 und 9). Die Galvanikmaske 703 wird anschließend entfernt. Die Galvanikmaske 704 wird aufgebracht und, wie in 7d dargestellt, strukturiert, wobei lediglich der Bereich für den Spiegel 405 freigelegt wird. Die Galvanikmaske 704 ist die Maske für die Nickelgalvanisierung des Spiegels 405 bis zu einer typischen Dicke von ungefähr 2 bis 3 μm, wie dies in 8h dargestellt ist. Die Photolackschicht 704 wird entfernt, um die in 8i dargestellte Struktur zu erzeugen.

Die MoCr-Photolack-Lift-Off-Maske 705 wird auf dem Spiegel 405 und der Kupferschicht 805, wie dies in 8j dargestellt ist, aufgebracht. Die Lift-Off-Maske 705 wird, wie in 7e dargestellt, strukturiert und anschließend wird die MoCr-Schicht 810 durch Sputterabscheidung auf der Lift-Off-Maske 705 aufgebracht. Typische Sputterparameter für die Abscheidung der MoCr-Schicht 810 werden in der untenstehenden Tabelle 1 aufgeführt und führen zu einem inneren Spannungsgefälle von ungefähr 3,0 Gpa über die MoCr-Schicht 810. Das Anheben insgesamt kann unter Verwendung von herkömmlichen Mikrofederverfahren konzipiert werden, wie denjenigen, die in dem US-Patent Nr. 5,914,218 , das hierin durch Bezugnahme einbezogen ist, offenbart werden.

Sputterabscheidungsbedingungen	Zeit (s)
Druck: 1,6 mT Spannung: 518 Volt Stromstärke: 1,13 A	390
Druck: 2,2 mT Spannung: 470 Volt Stromstärke: 1,26 A	330
Druck: 3,0 mT Spannung: 457 Volt Stromstärke: 1,30 A	300
Druck: 3,9 mT Spannung: 453 Volt Stromstärke: 1,31 A	330
Druck: 5,0 mT Spannung: 457 Volt Stromstärke: 1,30 A	300

Tabelle 1

Ein Acetonbad wird durchgeführt, um die Lift-Off-Maske 705 und Abschnitte der MoCr-Schicht 810 zu entfernen, die auf der Lift-Off-Maske 705 liegen, wodurch sich die in 8k dargestellte Struktur ergibt.
Die Photolack-Lift-Off-Maske 706 wird auf der freigelegten Kupferschicht 805, der freigelegten Nickelschicht 806 sowie dem verbleibenden Abschnitt der MoCr-Schicht 810 aufgebracht. Die Lift-Off-Maske 706 wird, wie in 7f dargestellt, strukturiert, um lediglich die Fläche des Spiegels 405 freizulegen. Eine Goldschicht 815 wird anschließend mittels Sputterabscheidung aufgebracht, um den Spiegel 405 mit Gold zu beschichten. Nachdem die Goldschicht 815 abgeschieden wurde, wird die Lift-Off-Maske 706 zusammen mit dem Abschnitt der Goldschicht 815, der auf der Lift-Off-Maske 706 aufliegt, unter Verwendung eines Acetonbades entfernt. Die sich ergebende Struktur ist in 8m dargestellt. Um die in 8n dargestellte Struktur herzustellen, wird die freigelegte Kupferschicht 805 unter Verwendung einer alkalischen Ätzlösung, typischerweise ein Gemisch aus 5H₂O:5NH₄OH:H₂O₂, entfernt. Durch dieses Ätzen wird das Beschädigen des freigelegten Nickels verhindert.
Schließlich wird die in 8n dargestellte Struktur unter Verwendung von Xenondifluorid (XeF₂) gelöst, welches die amorphe Silizium-Opferschicht 804 entfernt. Es ist zu beachten, dass der Rest der Kupferschicht 805 an der Struktur 899 angebracht bleibt. Das Entfernen der amorphen Siliziumschicht 804 bewirkt das Lösen der Struktur 899, wie dies in 8o dargestellt ist. Die Struktur 899 hebt sich von dem Träger 801 infolge des inneren Spannungsgefälles in der MoCr-Schicht 810 ab. Da die MoCr-Schicht 810 die Oberflächenschicht für die Aufhängungsarme 450 ist (siehe auch 4), bewirkt das innere Spannungsgefälle in der MoCr-Schicht 810, dass alle vier der Aufhängungsarme 450 nach oben gezwungen werden, wodurch der Spiegel 405 angehoben wird. 10 zeigt ein Teilschnittbild des MEMS-Kippspiegels 106 auf dem Glasträger 801. 10 zeigt ein Teilschnittbild des MEMS-Kippspiegels 106 auf dem Glasträger 801 und stellt die Lichtstrahlen 1010 und 1020 dar. Der Lichtstrahl 1020 erreicht den Spiegel 405, indem er durch den Glasträger 801 hindurchgeht.
Die 11a bis 11k stellen die Herstellungsschritte für die zweidimensionale Anordnung 104 der MEMS-Kippspiegel 106 dar, wobei Bulk-Silizium als der Träger in Übereinstimmung mit einem Vergleichsbeispiel verwendet wird, welches keinen Bestandteil der beanspruchten Erfindung bildet. Die typische Dicke für den Bulk-Siliziumträger 1101 beträgt 100 μm, um das Ätzen zu erleichtern. Die 11a bis 11k sind Querschnittsdarstellungen entlang der Linie 12-12 in 12. 11a zeigt den Bulk-Siliziumträger 1101 mit dielektrischen typischerweise Si₃N₄-Schichten 1102 und 1103, die auf zwei Seiten des Bulk-Siliziumträgers 1101 abgeschieden sind. Die Photolack-Lift-Off-Maske 709 wird auf der dielektrischen Schicht 1103 aufgebracht und, wie in 7i dargestellt, strukturiert. Die Cr-Schicht 1105 wird anschließend mittels Sputterabscheidung auf der Lift-Off-Maske 709 und der freigelegten dielektrischen Schicht 1103 aufgebracht. Nachfolgend werden die Lift-Off-Maske 709 und die aufliegenden Teile der Cr-Schicht 1105 unter Verwendung eines Acetonbades entfernt.
Nach dem Acetonbad wird, wie dies in 11b dargestellt ist, die dielektrische Schicht 1111 auf den Elektroden 410 abgeschieden, um die Elektroden 410 elektrisch zu isolieren. Die dielektrische Schicht 1111 kann Si₃N₄ oder ein anderes dielektrisches Material sein. Die SiO₂-Schicht 1106 wird zu Ablösezwecken auf der dielektrischen Schicht 1111 abgeschieden. 11c zeigt, dass die Photolack-Maskenschicht 711 auf der SiO₂-Schicht 1106 aufgebracht und anschließend, wie in 7k dargestellt, strukturiert wird. Freigelegte Abschnitte der dielektrischen Schicht 1111 und der SiO₂-Schicht 1106 werden dann durch Trockenätzen entfernt. Wie dies in 11d dargestellt ist, wird die Photolack-Lift-Off-Maskenschicht 710 aufgebracht und, wie in 7j dargestellt, strukturiert. Wie dies in 11e dargestellt ist, wird die MoCr-Schicht 1108 mittels Sputterabscheidung bis zu einer typischen Dicke von ungefähr 500 nm auf der Maskenschicht 710 aufgebracht, wie dies in der vorstehenden Tabelle 1 ausführlich beschrieben ist.
Die Photolack-Lift-Off-Maske 710 und die aufliegenden Abschnitte der MoCr-Schicht 1108 werden unter Verwendung eines Acetonbades entfernt, um die in 11f dargestellte Struktur zu erhalten. Wie dies in 11g dargestellt ist, wird die Photolack-Lift-Off-Maske 708 auf der dielektrischen Schicht 1106 und der MoCr-Schicht 1108 aufgebracht und anschließend, wie in 7h dargestellt, strukturiert. Die Goldschicht 1109 wird auf der Photolack-Lift-Off-Maskenschicht 708 mittels Sputterabscheidung bis zu einer typischen Dicke von ungefähr 100 nm aufgebracht. Die Photolack-Lift-Off-Maskenschicht 708 zusammen mit den aufliegenden Abschnitten der Goldschicht 1109 werden anschließend unter Verwendung eines Acetonbades entfernt. Die gesamte Oberseite der Struktur wird mit einer Photolackschicht 1110 bis zu einer Dicke von ungefähr 5 bis 10 μm, wie dies in 11h dargestellt ist, bedeckt und für 20 Minuten bei ungefähr 120°C gehärtet, um die Oberseite der Struktur gegen nachfolgende Bearbeitungsschritte zu schützen.
In Bezug auf 11i wird die Photolackmaske 707 auf der dielektrischen Schicht 1102 aufgebracht und, wie in 7g dargestellt, strukturiert. Die Photolackmaske 707 legt die Bereiche für das tiefe reaktive Ionenätzen (DRIE – Deep Reactive Ion Etch) frei, welches die freigelegten Abschnitte der dielektrischen Schicht 1102 und des aufliegenden Bulk-Siliziumträgers 1101, der dielektrischen Schicht 1103 und der dielektrischen Schicht 1106 entfernt, um einen aufgehängten Spiegel 405 zu bilden. 11j zeigt den Umfang des tiefen reaktiven Ionenätzens. Die MoCr-Aufhängungsarme 450 (siehe 4) werden ebenfalls von der dielektrischen Schicht 1106 gelöst. Letztendlich werden, wie dies in 11k dargestellt ist, die Photolack-Maskenschichten 707 und 1110 unter Verwendung entweder eines Trockenätzens oder eines Acetonbades gefolgt von einem Ätzen in einem Photolack-Stripper entfernt. Die fertiggestellte MEMS-Kippspiegelstruktur wird in 13 dargestellt, in der die Pfeile 1310 und 1320 angeben, dass sowohl die Unterseite als auch die Oberseite des Spiegels 405 verwendet werden können, um Licht zu reflektieren, wenn geringfügige Änderungen an den Bearbeitungsschritten 11a–11j vorgenommen werden, so dass die Unterseite des Spiegels 405 ebenfalls mit Gold beschichtet ist.
Die 14a bis 14l zeigen die Herstellungsschritte für die zweidimensionale Anordnung 104 der MEMS-Kippspiegel 106 unter Verwendung eines Silicon-on-Insulator-(SOI) Substrates in Übereinstimmung mit einem Vergleichsbeispiel, welches keinen Bestandteil der beanspruchten Erfindung bildet. Die 14a bis 14l sind Querschnittsdarstellungen entlang der Linie 12-12 in 12. 14a zeigt das Silicon-on-Insulator-Substrat 1401 mit dielektrischen typischerweise Si₃N₄-Schichten 1402 und 1403, die auf beiden Seiten des Silicon-on-Insulator-Substrates 1401 abgeschieden sind. Die Photolack-Lift-Off-Maske 709 wird auf der dielektrischen Schicht 1403 aufgebracht und, wie in 7i dargestellt, strukturiert. Die Cr-Schicht 1405 wird mittels Sputterabscheidung bis zu einer typischen Dicke von ungefähr 100 nm auf der strukturierten Photolack-Lift-Off-Maske 709 aufgebracht. Die Photolack-Lift-Off-Maske 709 und die aufliegenden Abschnitte der Cr-Schicht 1405 werden unter Verwendung eines Acetonbades oder einer anderen standardmäßigen Lift-Off-Technik, wie in 14b dargestellt, entfernt. Wie dies in 14c dargestellt ist, wird die dielektrische Schicht 1411 auf den Betätigungselektroden 410 abgeschieden, um die Elektroden 410 elektrisch zu isolieren. Die dielektrische Schicht 1411 kann Si₃N₄ oder ein anderes dielektrisches Material sein. Üblicherweise wird eine poröse SiO₂-Schicht 1406 zu Ablösezwecken auf der dielektrischen Schicht 1411 abgeschieden. Wie dies in 14d dargestellt ist, wird die Photolack-Maskenschicht 711 auf der SiO₂-Schicht 1406 aufgebracht und anschließend, wie in 7k dargestellt, strukturiert. Freigelegte Abschnitte der SiO₂-Schicht 1406 sowie darunter liegende Abschnitte der dielektrischen Schicht 1411 werden anschließend durch Trockenätzen entfernt. Die Photolack-Lift-Off-Maske 710 wird, wie dies in 14e dargestellt ist, auf den verbleibenden Abschnitten der SiO₂-Schicht 1406 und den freiliegenden Abschnitten der Schicht 1411 aufgebracht und, wie in 7j dargestellt, strukturiert. Wie dies in 14f dargestellt ist, wird die MoCr-Schicht 1408 mittels Sputterabscheidung bis zu einer typischen Dicke von ungefähr 500 nm auf der Maskenschicht 710 aufgebracht, wie dies in der vorstehenden Tabelle 1 ausführlich beschrieben ist.
Die Photolack-Lift-Off-Maske 710 und die darauf liegenden Abschnitte der MoCr-Schicht 1408 werden unter Verwendung eines Acetonbades oder einer anderen Lift-Off-Technik entfernt, um die in 14g dargestellte Struktur zu erhalten. Wie dies in 14h dargestellt ist, wird die Photolack-Lift-Off-Maske 708 auf der dielektrischen Schicht 1406 und der MoCr-Schicht 1408 aufgebracht und, wie in 7h dargestellt, strukturiert. Die Goldschicht 1409 wird mittels Sputterabscheidung bis zu einer typischen Dicke von ungefähr 100 nm auf der Photolack-Lift-Off-Maskenschicht 708 aufgebracht. Die Photolack-Lift-Off-Maskenschicht 708 und die darauf liegenden Abschnitte der Goldschicht 1409 werden anschließend unter Verwendung eines Acetonbades oder einer anderen Lift-Off-Technik entfernt. Die gesamte Oberseite der Struktur wird mit der Photolackschicht 1410 bis zu einer Dicke von ungefähr 5–10 nm, wie in 14i dargestellt, bedeckt und für ungefähr 20 Minuten bei 120°C gehärtet, um als ein Schutz bei nachfolgenden Bearbeitungsschritten zu fungieren. Die Photolack-Maskenschicht 713 wird auf der dielektrischen Schicht 1402 aufgebracht und, wie in 7m dargestellt, strukturiert. Der freigelegte Abschnitt der dielektrischen Schicht 1402 wird durch Ätzen mit einer gepufferten Flusssäure entfernt, um das nachfolgende Ätzen mit Kaliumhydroxid zu ermöglichen. Die Photolack-Maskenschicht 713 wird anschließend unter Verwendung eines Acetonbades ebenfalls entfernt.
Das Silicon-on-Insulator-Substrat 1401 wird rückseitig unter Verwendung einer 45%-igen Kaliumhydroxidlösung bei einer Temperatur von ungefähr 60°C geätzt, bis die vergrabene Oxidschicht 1475, wie in 14j dargestellt, erreicht wird. Die vergrabene Oxidschicht 1475 fungiert als eine Ätzstoppschicht. Der verbleibende Abschnitt der dielektrischen Schicht 1402 sowie der freigelegte Abschnitt der vergrabenen dielektrischen Oxidschicht 1475 werden mit der Photolackmaske 707 beschichtet, die, wie in 7g dargestellt, strukturiert wird. Die freigelegten Seitenwände in der Ausnehmung 1450 werden mit der Photolackschicht 1451 ebenfalls beschichtet. Die freigelegten Bereiche werden anschließend dem tiefen reaktiven Ionenätzen (DRIE) unterzogen, um den freiliegenden Abschnitt der vergrabenen dielektrischen Schicht 1475 sowie die Abschnitte des Silicon-on-Insulator-Substrates 1401, der dielektrischen Schicht 1403 und der dielektrischen Schicht 1406 zu entfernen, die auf dem freiliegenden Abschnitt der vergrabenen dielektrischen Schicht 1475 liegen. Die sich ergebende Struktur wird in 14k dargestellt. Schließlich werden, wie dies in 11l dargestellt ist, die Photolack-Maskenschichten 707 sowie die Photolackschichten 1410 und 1451 unter Verwendung von entweder einem Trockenätzen oder einem Acetonbad gefolgt von einem Ätzen in einem Photolack-Stripper entfernt. Die fertiggestellte MEMS- Kippspiegelstruktur 1500 wird in 15 dargestellt, in der die Pfeile 1510 und 1520 angeben, dass die Unterseite sowie die Oberseite des Spiegels 405 verwendet werden können, um Licht zu reflektieren, wenn geringfügige Änderungen an den Bearbeitungsschritten 14a bis 141 vorgenommen werden, so dass die Unterseite des Spiegels 405 mit Gold beschichtet ist.
Die 16a bis 16i zeigen die Herstellungsschritte für die zweidimensionale Anordnung 104 der MEMS-Kippspiegel 106 unter Verwendung eines beliebigen der vorstehend aufgeführten Träger, wobei in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung Polysilizium als das mechanische Spiegelmaterial verwendet wird. Die 16a bis 16i sind Querschnittsdarstellungen entlang der Linie 9-9 in 9. 16a zeigt das Aufbringen der Photolack-Lift-Off-Maskenschicht 701 auf dem Träger 1601. Nach dem Aufbringen wird die Lift-Off-Maskenschicht 701, wie in 7a dargestellt, hinsichtlich der Befestigungspunkte 440, der Betätigungselektroden 410 und der elektrischen Kontakte (nicht dargestellt) strukturiert. Die Cr-Schicht 1613 wird auf der Lift-Off-Maskenschicht 701 bis zu einer typischen Dicke von 100 nm abgeschieden. 16b zeigt das Entfernen der Photolack-Lift-Off-Maskenschicht 701 und des Abschnitts der Cr-Schicht 1613, der auf der Photolack-Lift-Off-Maske 701 aufliegt, unter Verwendung eines Acetonbades oder einer anderen Lift-Off-Technik, wobei die Betätigungselektroden 410 (siehe 4) und die Befestigungspunkte 440 an ihrer Position belassen werden. Unter Verwendung der LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) wird die Si₃N₄-Schicht 1603 bis zu einer typischen Dicke von ungefähr 200 nm auf dem Träger 1601, den Befestigungspunkten 440 und den Betätigungselektroden 410 (siehe 4) abgeschieden, wonach die Abscheidung der porösen SiO₂-Schicht 1604 auf der Si₃N₄-Schicht 1603 bis zu einer typischen Dicke von ungefähr 150 nm, wie dies in 16c dargestellt ist, folgt.
In Bezug auf 16d wird die Photolack-Maskenschicht 702 auf der SiO₂-Schicht 1604 aufgebracht und, wie in 7b dargestellt, strukturiert. Die Kontaktlöcher 1690 werden unter Verwendung eines O₂/SF₆-Plasmas bis hinunter zu den Befestigungspunkten 440 und den elektrischen Kontakten (nicht dargestellt) geätzt. Nach dem Entfernen der Photolack-Maskenschicht 702 unter Verwendung eines Acetonbades wird die Polysiliziumschicht 1605 bis zu einer typischen Tiefe von ungefähr 6 μm abgeschieden, um als die mechanische Schicht für den Spiegel 405 zu fungieren. Anschließend wird ein chemisch-mechanisches Polieren an der Polysiliziumschicht 1605 angewendet, um die Oberfläche der Polysiliziumschicht 1605 zu ebenen, wodurch sich die in 16e dargestellte Struktur ergibt.
Die Photolack-Maskenschicht 1611 wird auf der Polysiliziumschicht 1605 aufgebracht und als das Fotonegativ der Photolackmaske 703, wie in 7c dargestellt, strukturiert. Die freigelegten Abschnitte der Polysiliziumschicht 1605 werden anschließend durch Trockenätzen entfernt, wodurch die in 16f dargestellte Struktur entsteht. Die Photolack-Maskenschicht 1611 wird dann unter Verwendung eines Acetonbades oder eines Trockenätzens entfernt. Die Photolack-Lift-Off-Maskenschicht 705 wird daraufhin auf der freiliegenden SiO₂-Schicht 1604 und der verbleidenden Polysiliziumschicht 1605 abgeschieden. In Bezug auf 16g wird die Photolack-Lift-Off-Maskenschicht 705, wie in 7e dargestellt, strukturiert, und im Anschluss daran wird die MoCr-Schicht 1610 mittels Sputterabscheidung bis zu einer typischen Dicke von ungefähr 500 nm auf der Photolack-Lift-Off-Maskenschicht 705 und auf den freigelegten Abschnitten der Polysiliziumschicht 1605, wie in Tabelle 1 beschrieben, aufgebracht. Die Photolack-Lift-Off-Maskenschicht 705 und die darauf liegenden Abschnitte der MoCr-Schicht 1610 werden anschließend unter Verwendung eines Acetonbades oder einer anderen Lift-Off-Technik entfernt.
Die Photolack-Lift-Off-Maskenschicht 704 wird auf der Polysiliziumschicht 1605 und dem freigelegten Abschnitt der SiO₂-Schicht 1604 aufgebracht und, wie in 7f dargestellt, strukturiert. Die Goldschicht 1615 wird mittels Sputterabscheidung bis zu einer typischen Dicke von ungefähr 100 nm auf der Photolack-Lift-Off-Maskenschicht 706, wie in 16h dargestellt, aufgebracht. Im Anschluss daran werden die Photolack-Lift-Off-Maske 706 sowie die darauf liegende Goldschicht 1615 unter Verwendung eines Acetonbades oder einer anderen Lift-Off-Technik entfernt, wobei die Goldschicht 1615 auf dem Spiegel 405 verbleibt. Schließlich wird ein nasschemisches Ätzen unter Verwendung einer neunundvierzigprozentigen Flusssäure für ungefähr 15 Minuten an der porösen SiO₂-Schicht durchgeführt, um den Spiegel 405, wie in 16i dargestellt, zu lösen. Die sich ergebende Struktur ist derjenigen ähnlich, die in der Teilschnittansicht von 10 dargestellt ist.
Die Ebenheit des Kippspiegels 106 kann erreicht werden, indem die Kippspiegel 106 mit zwei angrenzenden Spannungsmetallschichten ausgeführt werden, die entgegengesetzte Spannungsgefälle aufweisen. Die 17a bis 17l zeigen die Herstellungsschritte für die zweidimensionale Anordnung 104 von MEMS-Kippspiegeln 106 unter Verwendung von Glas als Träger in Übereinstimmung mit einem Vergleichsbeispiel, welches keinen Bestandteil der beanspruchten Erfindung bildet, um entgegengesetzte Spannungen zu erzeugen. Die 17a bis 17m sind Querschnittsdarstellungen im Wesentlichen entlang der Linie 8-8 in 9. Ein hochqualitativer Glasträger 801, der nicht der Teilvorspannung unterzogen wurde, wird vor dem Aufbringen der Photolack-Lift-Off-Maske 701 gereinigt. Nach dem Aufbringen wird die Lift-Off-Maske 701, wie in 17a dargestellt, hinsichtlich der Befestigungspunkte 440, der Betätigungselektroden 410 sowie der elektrischen Kontakte (nicht dargestellt) strukturiert. Es wird typischerweise 100 nm des Chroms 813 durch Sputterabscheidung auf der Lift-Off-Maske 701 aufgebracht. 17b zeigt das Entfernen der Photolack-Lift-Off-Maske 701 sowie des Abschnitts der Chromschicht 813, der auf der Photolack-Lift-Off-Maske 701 aufliegt, unter Verwendung eines Acetonbades, wobei die Betätigungselektroden 410 (siehe 4) und die Befestigungspunkte 440 an ihrer Position belassen werden. Unter Verwendung der chemischen Gasphasenabscheidung bei niedrigem Druck (LPCVD – Low Pressure Chemical Vapor Deposition) wird eine Si₃N₄-Schicht 803 mit einer typischen Dicke von ungefähr 150 nm auf dem Glasträger 801, den Betätigungselektroden 410 (siehe 4) und den Befestigungspunkten 440, wie dies in 17c dargestellt ist, abgeschieden.
In Bezug auf 17d wird eine amorphe Siliziumschicht 804 mittels der LPCVD auf der Si₃N₄-Schicht 803 bis zu einer typischen Dicke von ungefähr 500 nm abgeschieden. Die Photolackmaske 702 wird auf der amorphen Siliziumschicht 804 aufgebracht und, wie in 7b dargestellt, strukturiert. Die Kontaktlöcher 890 werden unter Verwendung eines O₂/SF₆-Plasmas bis hinunter zu den Befestigungspunkten 440 und den elektrischen Kontakten (nicht dargestellt) trocken geätzt. Nach dem Entfernen der Photolackmaske 702 unter Verwendung eines Acetonbades wird eine Titanhaftschicht 1701 bis zu einer typischen Dicke von ungefähr 50 nm auf der amorphen Siliziumschicht 804, den elektrischen Kontakten (nicht dargestellt) und den Befestigungspunkten 440 aufgebracht, wonach die Abscheidung einer reflektierenden Goldschicht 1705 auf der Titanhaftschicht 1701, wie in 17e dargestellt, folgt.
In Bezug auf 17f wird die Lift-Off-Maske 703 auf der reflektierenden Goldschicht 1705 aufgebracht und, wie in 7c dargestellt, in Vorbereitung auf die Abscheidung der MoCr-Schicht 1710 strukturiert. 17g zeigt die Sputterabscheidung von fünf Unterschichten von MoCr, wodurch sich eine typische Gesamtdicke der MoCr-Schicht 1712 von 1 μm ergibt. Die typischen Sputterparameter für die Abscheidung der MoCr-Schicht 1712 sind in der vorstehenden Tabelle 1 aufgeführt und führen dazu, dass die MoCr-Schicht 1712 ein inneres Spannungsgefälle von ungefähr 3,0 Gpa aufweist.
Die Photolack-Lift-Off-Maske 704 wird auf der MoCr-Schicht 1712 aufgebracht. Die Lift-Off-Maske 704 wird, wie in 7d dargestellt, strukturiert, wobei lediglich der Spiegelbereich freigelegt wird. Anschließend wird, wie in 17h dargestellt, die MoCr-Schicht 1714 mit einem geplanten inneren Spannungsgefälle entgegengesetzt dem der MoCr-Schicht 1712 mittels Sputterabscheidung auf der Lift-Off-Maske 704 aufgebracht. Dadurch ergibt sich eine Nettokraft von Null in dem Spiegel 405. Ein Acetonbad wird durchgeführt, um die Lift-Off-Maske 704 und die Abschnitte der MoCr-Schicht 1714, die auf der Lift-Off-Maske 704 aufliegen, zu entfernen. Der freigelegte Abschnitt der reflektierenden Goldschicht 1705 wird unter Verwendung einer Goldätzlösung von TRANSENE entfernt, gefolgt von einem Gemisch aus HF:H₂O, um den freigelegten Abschnitt der Titanhaftschicht 1712 zu entfernen, wie dies in 17i dargestellt ist.
Die Photolack-Lift-Off-Maske 706 wird auf dem verbleibenden Abschnitt der MoCr-Schicht 1714 und dem freigelegten Abschnitt der MoCr-Schicht 1712 aufgebracht. Die Lift-Off-Maske 706 wird, wie in 7f dargestellt, strukturiert, um lediglich die Fläche des Spiegels 405 freizulegen. Anschließend wird die Goldschicht 815 mittels Sputterabscheidung aufgebracht, um den Spiegel 405, wie in 17j dargestellt, mit Gold zu beschichten. Nachdem die Goldschicht 815 abgeschieden wurde, wird die Lift-Off-Maske 706 zusammen mit dem Abschnitt der Goldschicht 815, welcher auf der Lift-Off-Maske 706 aufliegt, unter Verwendung eines Acetonbades entfernt. Die sich ergebende Struktur wird in 17k dargestellt. Schließlich wird die in 17l dargestellte Struktur unter Verwendung eines Xenondifluorids (XeF₂) gelöst, welches die amorphe Silizium-Opferschicht 804 entfernt. Das Entfernen der amorphen Siliziumschicht 804 bewirkt das Lösen der Struktur 1750. Die Struktur 1750 wird infolge des inneren Spannungsgefälles in der MoCr-Schicht 1712 von dem Träger 801 abgehoben. Da die MoCr-Schicht 1712 die Aufhängungsarme 450 (siehe auch 4) bildet, be wirkt das innere Spannungsgefälle in der MoCr-Schicht 1712, dass alle vier der Aufhängungsarme 450 nach oben gezwungen werden, wodurch der Spiegel 405 angehoben wird.
Die Ebenheit des Kippspiegels 106 kann darüber hinaus erreicht werden, wenn die Kippspiegel 106 mit zwei angrenzenden Spannungspolysiliziumschichten mit entgegengesetzten Spannungsgefällen ausgeführt werden. Polysilizium kann gespannt werden, indem die Abscheidungstemperatur (im Gegensatz zu dem Druck für MoCr) während der LPCVD eingestellt wird. Spannungen in der Größenordnung von 500 mPa können leicht erzielt werden, wie dies durch Arthur Heuer von der Case Western Reserve University gezeigt wurde.
Die 18a bis 18m zeigen die Herstellungsschritte für MEMS-Kippspiegel 106, wobei Glas als der Träger in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird, um eine entgegengesetzte Spannung zu erzeugen. Die 18a bis 18m sind Querschnittsdarstellungen im Wesentlichen entlang der Linie 8-8 in 9. Ein hochqualitativer Glasträger 801, der nicht der Teilvorspannung unterzogen wurde, wird vor dem Aufbringen der Photolack-Lift-Off-Maske 701 gereinigt. Nach dem Aufbringen wird die Lift-Off-Maske 701, wie in 18a dargestellt, hinsichtlich der Befestigungspunkte 440, der Betätigungselektroden 410 sowie der elektrischen Kontakte (nicht dargestellt) strukturiert. Es wird typischerweise 100 nm des Chroms 813 durch Sputterabscheidung auf der Lift-Off-Maske 701 aufgebracht. 18b zeigt das Entfernen der Photolack-Lift-Off-Maske 701 sowie des Abschnitts der Chromschicht 813, der auf der Photolack-Lift-Off-Maske 701 aufliegt, unter Verwendung eines Acetonbades, wobei die Betätigungselektroden 410 (siehe 4) und die Befestigungspunkte 440 an ihrer Position belassen werden. Unter Verwendung der chemischen Gasphasenabscheidung bei niedrigem Druck (LPCVD – Low Pressure Chemical Vapor Deposition) wird eine Si₃N₄-Schicht 803 mit einer typischen Dicke von ungefähr 150 nm auf dem Glasträger 801, auf den Betätigungselektroden 410 (siehe 4) und den Befestigungspunkten 440, wie dies in 18c dargestellt ist, abgeschieden.
In Bezug auf 18d wird eine amorphe Siliziumschicht 804 mittels der LPCVD auf der Si₃N₄-Schicht 803 bis zu einer typischen Dicke von ungefähr 500 nm abgeschieden. Anschließend wird die Si₃N₄-Schicht 1803 mittels der LPCVD auf der amorphen Siliziumschicht 804 abgeschieden, um als eine erste Isolierschicht gegenüber XeF₂ für die Polysiliziumstruktur zu dienen, die später abzuscheiden ist. Die Photolackmaske 702 wird auf der Si₃N₄-Schicht 1803 aufgebracht und, wie in 7b dargestellt, strukturiert. Die Kontaktlöcher 890 werden unter Verwendung eines O₂/SF₆-Plasmas bis hinunter zu den Befestigungspunkten 440 und den elektrischen Kontakten (nicht dargestellt) trocken geätzt. Nach dem Entfernen der Photolackmaske 702 unter Verwendung eines Acetonbades wird eine Spannungspolysiliziumschicht 1804 mittels der LPCVD abgeschieden, und die Photolackschicht 2004 wird auf der Polysiliziumschicht 1804 aufgebracht und als die inverse der Maske 703, wie diese in 7c dargestellt ist, strukturiert. Der freigelegte Abschnitt der Polysiliziumschicht 1804 wird in einem O₂/SF₆-Plasmaätzer trocken geätzt und die Photolackschicht 2004 wird entfernt, wodurch sich die in 18f dargestellte Struktur ergibt.
Die Photolackschicht 2005 wird auf der Polysiliziumschicht 1804 aufgebracht und als die Inverse der Maske 703, die in 7c dargestellt ist, strukturiert, jedoch geringfügig optisch vergrößert, um einen Überhang von ungefähr 1 μm zu erzeugen. Anschließend wird ein zeitlich festgelegtes nasschemisches Ätzen mittels einer HF-Lösung an der freigelegten Si₃N₄-Schicht 1803, wie in 18g dargestellt, durchgeführt. Die Photolackschicht 2004 wird dann mittels eines Acetonbades entfernt. Die Si₃N₄-Schicht 1809 wird abgeschieden, um die Polysiliziumschicht 1804 einzukapseln. Wie dies in 18h dargestellt ist, wird die Photolackmaske 704 auf der Si₃N₄-Schicht 1809 abgeschieden und, wie in 7d dargestellt, strukturiert, um den Spiegelbereich freizulegen. Die Si₃N₄-Schicht 1809 wird dann unter Verwendung einer HF-Ätzlösung geätzt.
Nach dem Entfernen der Photolackmaske 704 unter Verwendung eines Acetonbades wird die Polysiliziumschicht 1805 mit einem Spannungsgefälle entgegengesetzt dem der Polysiliziumschicht 1804 abgeschieden. Wie dies in 18i dargestellt ist, wird die Photolackschicht 2006 anschließend auf der Polysiliziumschicht 1805 aufgebracht und strukturiert, um die Inverse der in 7d dargestellten Maske 704 zu sein. Die freigelegten Abschnitte der Polysiliziumschicht 1805 werden im Anschluss daran trocken geätzt, wobei an der Si₃N₄-Schicht 1809 gestoppt wird. Die Photolackschicht 2006 wird anschließend unter Verwendung eines Acetonbades entfernt. Wie dies in 18j dargestellt ist, wird die Photolackschicht 2007 auf der Polysiliziumschicht 1805 und auf der freigelegten Si₃N₄-Schicht 1809 aufgebracht und als die Inverse der in 7c dar gestellten Photomaske 703 strukturiert. Die freigelegte Si₃N₄-Schicht 1809 wird anschließend, wie in 18j dargestellt, weggeätzt. Die Photolackschicht 2007 wird dann unter Verwendung eines Acetonbades entfernt.
Die Photolackmaske 704 wird auf den freigelegten Abschnitten der Polysiliziumschicht 1805, der amorphen Siliziumschicht 804 und der Si₃N₄-Schicht 1809 aufgebracht und, wie in 7d dargestellt, strukturiert. Anschließend wird die Goldschicht 1825 auf der Photolackmaske 704, wie in 18k dargestellt, abgeschieden. Nachfolgend wird die Photolackmaske 704 unter Verwendung eines Lift-Off-Prozesses entfernt, so dass die in 18l dargestellte Struktur verbleibt. Es ist zu beachten, dass sämtliche Polysiliziumschichten in Bezug auf das folgende Ätzen mit Xenondifluorid eingekapselt sind.
Schließlich wird die in 17m dargestellte Struktur unter Verwendung von Xenondifluorid (XeF₂) gelöst, welches die amorphe Silizium-Opferschicht 804 entfernt. Das Entfernen der amorphen Siliziumschicht 804 bewirkt das Lösen der Struktur 1850. Die Struktur 1850 hebt sich infolge des inneren Spannungsgefälles in der Polysiliziumschicht 1803 von dem Träger 801 ab. Da die Polysiliziumschicht 1803 die Aufhängungsarme 450 bildet (siehe auch 4), bewirkt das innere Spannungsgefälle in der Polysiliziumschicht 1803, dass alle vier der Aufhängungsarme 450 nach oben gezwungen werden, wodurch der Spiegel 405 angehoben wird.

Claims

Zu betätigende Spiegelstruktur, die umfasst: einen Träger (801) mit einer oberen Fläche in einer ersten Ebene; eine Vielzahl von Aufhängungsarmen (450), die jeweils ein erstes Ende und ein zweites Ende haben, wobei die ersten Enden an dem Träger (801) angebracht sind; einen Polysilizium-Bereich (1804, 1805), der eine reflektierende Oberflächenschicht (1825) hat, wobei der Polysilizium-Bereich an dem zweiten Ende jedes der Vielzahl von Aufhängungsarmen (450) angebracht ist und jeder der Vielzahl von Aufhängungsarmen (450) eine innere Spannungsgefälleschicht umfasst, so dass in einem Herstellungsschritt ein vorausgewähltes Spannungsgefälle in der inneren Spannungsgefälleschicht erzeugt wird und in einem folgenden Herstellungsschritt der Polysilizium-Bereich (1804, 1805) und das zweite Ende jedes der Vielzahl von Aufhängungsarmen (450) von dem Träger (801) gelöst wird, so dass das vorausgewählte Spannungsgefälle aufgehoben wird, wodurch die Vielzahl von Aufhängungsarmen (450) die reflektierende Oberflächenschicht (1825) anheben und sie in einer zweiten Ebene halten, die sich von der ersten Ebene unterscheidet; und eine Vielzahl von Elektroden (410), die an dem Träger (801) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Polysilizium-Bereich durch Biegegelenke an den Aufhängungsarmen angebracht ist, und dadurch, dass die Vielzahl von Elektroden an jeweilige Aufhängungsarme (450) angrenzend angeordnet sind, um ein elektrisches Feld zu schaffen, das eine Betätigungskraft durch die Anziehung zwischen den Elektroden und den jeweiligen Aufhängungsarmen schafft, um so ablenkende Bewegung des Polysilizium-Bereiches (1804, 1805) zu erzeugen und Neigung um zwei nicht kolineare Achsen herum zuzulassen.
Struktur nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der Vielzahl von Aufhängungsarmen (450) drei oder vier beträgt.
Struktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Träger (801) Glas ist.
Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die innere Spannungsgefälleschicht MoCr umfasst.
Struktur nach Anspruch 4, wobei ein inneres Spannungsgefälle über die Spannungsgefälleschicht ungefähr 3 Gigapascal beträgt.
Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Polysilizium-Bereich (1804, 1805) eine im Wesentlichen quadratische Form hat.
Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Polysilizium-Bereich (1804, 1805) aus zwei Polysiliziumschichten besteht, die innere Spannungsgefälle aufweisen, die in entgegengesetzten Richtungen wirken.
Zu betätigende Spiegelstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jede der Vielzahl von Elektroden (410) eine im Wesentlichen konische Form hat.
Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich jede der Vielzahl von Elektroden (410) unter dem Polysilizium-Bereich (1804, 1805) erstreckt.
Zweidimensionale Anordnung zu betätigender Spiegelstrukturen, wobei jede der zu betätigenden Spiegelstrukturen eine Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst und die Anordnung vorzugsweise eine geradlinige Anordnung ist.