DE69718650T2

DE69718650T2 - Optische hybridvorrichtung zur mehrachsigen strahlsteuerung

Info

Publication number: DE69718650T2
Application number: DE69718650T
Authority: DE
Inventors: Ronald S. Maynard
Original assignee: Individual
Current assignee: MAYNARD, RONALD S., AUSTIN, TEXAS, US
Priority date: 1996-08-12
Filing date: 1997-08-12
Publication date: 2003-10-30
Anticipated expiration: 2017-08-13
Also published as: AU3958497A; ATE231626T1; US6086776A; US20030141274A1; US6137926A; WO1998007060A1; CA2263179A1; JP2001507469A; US5872880A; EP0917660B1; US20050258133A9; DE69718650D1; US7201824B2; EP0917660A1; CA2263179C

Description

Technischer Hintergrund

Das Gebiet der vorliegenden Erfindung bezieht sich allgemein auf Verfahren und Einrichtungen zum Manipulieren und Leiten von Lichtstrahlen. Genauer gesagt bezieht sich das Gebiet der Erfindung auf ein kompaktes, hybrides System von optischen Komponenten, die einen Lichtstrahl von einem optischen Element oder einer Faser aufnehmen, den Lichtstrahl in eine oder mehrere Richtungen leiten und den abgelenkten Strahl in den offenen Raum oder durch ein zweites optisches Element oder eine Faser weiterleiten.
Wer optische Phänomene untersucht, verläßt sich typischerweise auf massive, vibrationsgedämpfte optische Bänke, um mit der Prototypentwicklung eine exakte Ausrichtung zwischen den optischen Elementen aufrechtzuerhalten. Optische Elemente können aus Linsen, Spiegeln, Strahlteilern, piezoelektrischen Betätigern, Verschiebetafeln, Prismen, Bildschirmen, Lasern, optischen Fasern, Gittern usw. bestehen. Es ist ziemlich üblich, daß diese Elemente eine makroskopische Größe haben und in einfacher Weise gehandhabt und justiert werden können. Auch wenn die Verwendung von makroskopischen optischen Elementen für die meisten optischen Prototyp-Herstellungszwecke geeignet sind, kann dies dennoch Nachteile haben. Um beispielsweise einen Lichtstrahl mit hoher Winkelgeschwindigkeit zu steuern bzw. zu leiten, könnte man einen konventionellen Piezomotor oder ein Winkelgalvanometer und einen Spiegelaufbau verwenden. Die Verwendung zweier solcher Einrichtungen rechtwinklig zueinander im selben optischen Pfad liefert zwei Freiheitsgrade für die Steuerung des Strahlweges. Diese Anordnung wird üblicherweise für das Leiten von Laserstrahlen in "Lasershow"-Produktionen verwendet. Bei dieser Anwendung erfordern die physiologischen Bedürfnisse des menschlichen Augenlichtes nur einen Wiederholzyklus von 30-60 Hz für jedes durch einen Laser abgetastete Einzelbild, um die Illusion einer gleichmäßigen Bewegung bereitzustellen. Unter der Annahme, daß das reflektierte Laserlicht bei der maximalen Winkel(schwenk)geschwindigkeit eine angemessene Intensität hat, wird das gesamte Winkelmaß und die Einzelheiten eines einzigen Einzelbildes durch die Gesamtweglänge begrenzt, die durchlaufen wird, um das Einzelbild zu bilden. Das heißt, die Winkelausdehnung eines Laserbildes wird durch die maximale Schwenkgeschwindigkeit jedes Lenkspiegels begrenzt.
Eine offensichtliche Lösung besteht in dem Erhöhen der Fähigkeit zum Aufbringen von Drehmoment des den Spiegel antreibenden Motors. Dies ist bis zu einem gewissen Punkt wirksam. Mit zunehmender Drehmomenffähigkeit wird jedoch die Winkelträgheitsmasse der Rotorelemente zunehmend größer. An bzw. ab einem gewissen Punkt leidet die mechanische Dynamik des gekoppelten Motor/Spiegelsystems. Es entstehen unerwünschte Torsionsablenkungen, die zu Steuerungsfehlern für den Strahl führen. Das Versteifen des Rotors könnte das Ablenkungsproblem vermindern, würde jedoch wiederum die Winkelträgheitsmasse erhöhen. Demnach ist die Bemessung des Motors kein Allheilmittel.
Eine bessere Lösung würde darin bestehen, die Größe beträchtlich zu reduzieren und damit auch die Masse und die Trägheit des sich bewegenden Spiegels bezüglich des Winkels. Wenn man dies durchführt, gibt es keine Nachteile hinsichtlich des Drehmoments. Man muß jedoch vorsichtig sein, um sicherzustellen, daß die Steifigkeit des leichteren Spiegels genügend groß bleibt, so daß die dynamische Verzerrung des Spiegels selbst die optische Leistungsfähigkeit nicht einschränkt.
Strahlsteuerungseinrichtungen und ihre funktionellen Äquivalente findet man in einer breiten Vielfalt von Produkten, einschließlich Laserstrichcodescanner, Köpfe, Laserdrucker, optische Schalter, Robotersichtscanner, optische Unterbrecher, optische Modulatoren und Anzeigeeinrichtungen, um nur einige zu nennen.
Auf dem Gebiet der Mikromechanik haben eine Anzahl von Entwicklungen in jüngerer Zeit auf dem Gebiet der räumlichen Lichtmodulatoren (SLM), Lichtventile und verformbaren Spiegeleinrichtungen (DMD) zu einer beträchtlichen Reduzierung der Kosten und einem beträchtlichen Anstieg in der Leistungsfähigkeit von Strahlsteuerungseinrichtungen geführt.
TEXAS INSTRUMENTS hält eine Anzahl von DMD-Patenten einschließlich der Nr. 5,504,614 und 5,448,546, welche Verfahren zum Herstellen elektrisch steuerbarer Mikrospiegel beschreiben, die einen additiven Prozeß verwenden. Die Mikrospiegel können unabhängig oder in einem verteilten Array arbeiten. Mikrospiegel haben im allgemeinen einen Torsions- oder Kardangelenkaufbau.
Ein weiteres Patent mit der Nr. 5,325,116, welches von TEXAS INSTRUMENTS gehalten wird, beschreibt eine Strahlsteuerungseinrichtung, die verwendet wird, um auf ein optisches Speichermedium unter Verwendung eines mikrotechnisch hergestellten SLM zu schreiben und zu lesen. Auch wenn die einzelne SLM-Komponente das Potential hat, das mechanische, dynamische Ansprechen der Gesamtvorrichtung in hohem Maße zu verbessern, bleibt dennoch die umgebende Struktur innerhalb des SLM klobig.
Was benötigt wird, ist eine schnellere, genauere und kompakte Vorrichtung für das Steuern bzw. Lenken von Lichtstrahlen. Insbesondere wäre es vorteilhaft, ein vollständiges optisches System auf einem einzelnen Substrat zu miniaturisieren, mit Linse, optischen Fasern, optischen Sensoren, SLMs und dergleichen. Dabei würde nicht nur die Leistungsfähigkeit aufgrund von kleineren sich bewegenden Massen in großem Maße verbessert werden, sondern es würden auch die Herstellungskosten und die Gleichmäßigkeit verbessert werden.
Das proportionale Verringern aller Dimensionen bei einem gegebenen Spiegelmodell führt zu einer Reduzierung des Oberflächenbereiches um einen zum Quadrat (der Reduktion) umgekehrt proportionalen Term und einer Reduzierung des Volumens und der Masse um einen zur dritten Potenz (der Reduktion) umgekehrt proportionalen Term. Demnach steigt durch Verkleinern der Maße irgendeines Gegenstandes das Verhältnis von Oberfläche zu Masse linear an. Dementsprechend werden Reaktionen der Oberflächenkräfte, wie z. B. Oberflächenspannung, Elektrostatik und Vander-Waal'sche Kräfte signifikanter, wohingegen Gravitations- und Trägheitskräfte ein geringerer Faktor zum Beherrschen der statischen und dynamischen Bewegungsgleichung werden.
Das Drehträgheitsmoment einer rechtwinkligen Platte bezüglich einer zentralen Linie, die in der Ebene der Platte liegt, ist linear proportional zur Masse der Platte. Es ist auch proportional zum Quadrat der Breite der Platte, die senkrecht zu dieser Achse ist. Wenn daher alle Maße einer Platte um einen Faktor von 2 reduziert werden, so wäre die endgültige Masse um den Kehrwert der dritten Potenz von 2 auf ein Achtel der ursprünglichen Masse verringert. Die Trägheitsmasse der kleineren Platte, die manchmal auch als das Massenträgheitsmoment bezeichnet wird, betrüge dann ein Achtel des Kehrwertes des Quadrates von 2 oder ein Zweiunddreißigstel der ursprünglichen Masse.
Da die Winkelbeschleunigung eines Körpers proportional zu einem von außen angelegten Drehmoment und umgekehrt proportional zu seiner Drehträgheitsmasse ist, kann man daraus schließen, daß eine Halbierung aller Plattenmaße für ein gegebenes Drehmoment zu einer Steigerung der Winkelbeschleunigung um das Zweiunddreißigfache führt.
Wie allgemein bekannt, ist die elektrostatische Kraft ein wirksames Mittel für das Bewegen von kleinen, mikromaschinell hergestellten Bauteilen. Die zwischen einer elektrostatisch geladenen Platte und Masse (Erde) erzeugte Kraft ist für eine gegebene Spannung direkt proportional zu der Oberfläche der Platte und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes von Platte zu Masse. Wenn demnach wiederum alle Maße halbiert werden, wäre die zwischen der Platte und Masse erzeugte elektrostatische Kraft eine gegebene Spannung gleich der ursprünglichen Kraft.
Unter Berücksichtigung der vorstehenden dynamischen und elektrostatischen Argumente kann man vermuten, daß durch Halbierung aller Maße einer elektrostatisch angetriebenen Platte bei einer gegebenen Antriebsspannung die dynamische Reaktion um einen Faktor von 32 verbessert werden würde. Allgemeiner gesprochen nimmt unter der Annahme, daß die Antriebsspannung derart ist, daß kein elektrostatischer Durchbruch von Luft und Isolatoren auftritt, die dynamische Reaktion einer elektrostatisch angetriebenen Platte wie der Kehrwert der vierten Potenz der Größenreduzierung zu.

ZUSAMMENFASSUNG

Aspekte der Erfindung werden durch die anhängenden Ansprüche definiert.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer faseroptischen Hybridvorrichtung zur Strahlsteuerung mit mehreren Freiheitsgraden gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht und eine Nahansicht des in Fig. 1 dargestellten Mikrospiegels mit mehreren Freiheitsgraden.
Fig. 3 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung nach Fig. 2, welche Einzelheiten des Mikrospiegels mit mehreren Freiheitsgraden zeigt.
Fig. 4 ist eine seitliche Schnittansicht, welche die internen Einzelheiten entweder eines Torsions- oder Auslegerscharnieres zeigt.
Fig. 5 ist eine Ansicht auf Fig. 1 von oben.
Fig. 6 ist eine seitliche Schnittansicht der Fig. 5, wie sie durch die Schnittlinie B-B in dieser Ansicht angezeigt wird.
Fig. 7 ist eine Schnittansicht von vorne der Fig. 5, wie sie durch die Schnittlinie A-A in dieser Ansicht angezeigt wird.
Fig. 8 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung der faseroptischen Strahlsteuerungseinrichtung mit mehreren Freiheitsgraden, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist.
Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht eines verallgemeinerten, doppelt kardanisch aufgehängten Mikrospiegels.
Fig. 10 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung der Fig. 9.
Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform.
Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform.
Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform mit einer integrierten optischen Einrichtung und einer Abdeckplatte.
Fig. 14 ist eine seitliche Schnittansicht von Fig. 13.
Fig. 15 ist eine perspektivische Ansicht von Fig. 1, welche abgelegene und seitliche Klappenverriegelungseinrichtungen zeigt.
Fig. 16 ist eine seitliche Schnittansicht der Fig. 1, welche eine Endklappenverriegelungseinrichtung zeigt.
Fig. 17 zeigt die Funktionsblöcke einer Ausführungsform der Erfindung.

GENAUE BESCHREIBUNG

Gemäß den Fig. 1, 2 und 6 stellt ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung eine mikromaschinell hergestellte Präzisions-V-Nut 106 bereit, in welcher eine optische Faser 105 eingeklebt oder auf sonstige Weise befestigt ist. Eine Lichtwelle, die durch eine optische Faser 105 fortschreitet, wird vom Kern in Richtung des Mikrospiegelaufbaus 200 emittiert. Die Oberflächennormale des Mikrospiegelaufbaus 200 erhält einen exakten Winkel 508 und wird an Ort und Stelle fixiert durch Aktivierung von Lötstäben 201A und 201B. Für die dargestellte Konfiguration hat der Winkel 508 einen Wert von 45º bezüglich der optischen Achse 507, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist. Durch Auftreffen auf der Unterseite des Teilspiegels 207 wird die Lichtwelle durch den Körper 100 der Einrichtung nach unten zurückreflektiert. Elektroden 202 und 203 befinden sich in engem Abstand zu dem Teilspiegel 207, und wenn ein Spannungspotential an einer oder der anderen Elektrode bezüglich des geerdeten Teilspiegels 207 übermäßig angelegt wird, so wird eine nicht ausgeglichene elektrostatische Kraft erzeugt. Im Ergebnis besteht die Wirkung dieser Kraft darin, daß der Teilspiegel 207 um seine durch Torsionsscharniere 204A und 204B definierte Torsionsachse gedreht wird, und dadurch den reflektierten Lichtstrahl parallel zu der unteren Fläche der Einrichtungen senkrecht zu der Achse der optischen Faser 105 ablenkt.
Der Strahl, dessen optischer Weg 507 durch den Teilspiegel 207 geändert wird, tritt nach unten durch den Boden der Kavität 101 hindurch und in die angrenzende Kavität 504 ein, wie es in Fig. 6 dargestellt wird. Gemäß einem Aspekt der Erfindung läuft der Strahl durch den Boden der Kavität 504 und in den freien Raum. Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein kreisförmiges, kugelförmiges, rechtwinkliges, zylindrisches oder sonstwie unregelmäßig geformtes optisches Element 503 innerhalb der Kavität 504 exakt positioniert werden, um so für den emittierten Strahl eine optische Formgebung bereitzustellen. Wenn beispielsweise ein Lichtstrahl entlang des optischen Pfades 507 läuft und durch das optische Element 503 geschickt wird, so kann man ihn auf einen Brennpunkt etwas unterhalb des Körpers 100 konvergieren lassen, wenn das optische Element 503 eine Sammellinse ist, oder divergieren lassen, wenn das optische Element 503 eine Streulinse ist. Das optische Element 503 kann die Form einer Einzellinse, einer verbundenen Linse, einer achromatischen Linse, einer Gradientenindexlinse, einer mikromaschinell hergestellten Linse oder einer Linsenanordnung, eines Gitters, Prismas, Spiegels, einer Laserkavität, optischen Faser, optischen Verstärkers, optischen Sensors oder irgendeiner Vielfalt von optischen Elementen annehmen, die den Fachleuten geläufig sind.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer faseroptischen Hybridvorrichtung für die Strahlsteuerung mit mehreren Freiheitsgraden. Der Korpus 100 der Einrichtung wird vorzugsweise aus einem konventionellen, doppelseitig polierten Siliciumwafer hergestellt, bei welchem eine Senkrechte auf seine Oberfläche mit der kristallographischen (100) Richtung zusammenfällt. Nach dem Abscheiden und Ausgestalten aller überflüssigen (später wieder zu entfernenden) SiO&sub2;-Lagen bzw. -Abschnitte, wird ein dünner Film 102 und 501 aus Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, Siliciummonooxid oder dergleichen auf beiden Oberflächen des Substrates 100 abgeschieden, in erster Linie, um eine inerte Maskierungsschicht für die nachfolgenden anisotropen Ätzmittel bereitzustellen. Ein genauer Ablauf dieser und anderer Herstellschritte wird später noch beschrieben. Die Dicke der Filme 102 und 501 wird bestimmt durch die lückenlose Qualität der Abscheidung, kann jedoch typischerweise in der Größenordnung von 1000 Ångström liegen. Die Filme 102 und 501 können abgeschieden werden unter Verwendung von chemischer Dampfabscheidung (CVD), druckverstärkter chemischer Dampfabscheidung (PECVD), Elektronenstrahlverdampfung, Plasmasputtern oder anderen Verfahren, die den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt sind.
Die optische Faser 105 ist in einer präzisionsgeätzten V-Nut 106 liegend dargestellt, welche mit der Kavität 101 verbunden ist. Die V-Nut 106, die Kavität 504 und die Kavität 101 werden alle durch ein anisotropes Naßätzmittel, wie z. B. Kaliumhydroxid (KOH) und Wasser, Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) und Wasser oder dergleichen gebildet. Wie bei allen derartigen Ätzprofilen in Silicium, werden die Wände der Nut 106 und der Kavität 101 definiert durch die kristallographischen (111-) Ebenen von Silicium. Dies liegt daran, daß es in den unterschiedlichen Orientierungen von Ebenen einen dramatischen Unterschied in der Ätzrate gibt. Speziell für das Ätzmittel KOH-Wasser für die (100):(110):(111)-Ebenen liegt das Ätzverhältnis bei 85ºC in etwa bei 300 : 150 : 1.
Ein signifikanter Aspekt der Verwendung der kristallographischen Ebenen von einkristallinem Silicium für die Definition einer komplexen Verbindung der optischen Befestigung besteht darin, daß die Ausrichtung von Schnittwinkeln von einer Nut oder einer Grube zu der nächsten mit atomarer Genauigkeit festgelegt wird. Für (100)-Silicium gibt es vier (111)-Wände, die bezüglich der oberen (100-) Fläche um 45º abwärts geneigt sind und die sich wechselseitig unter genau 90º schneiden. Weiterhin hat, wenn man nur eine quadratische Öffnung der Breite W in einer gegen KOH widerstandsfähigen Masse, wie z. B. Siliciumnitrid, herstellt, und jede Seite dieser quadratischen Öffnung mit einer (111)-Ebene zusammenfällt, die sich ergebende, geätzte Grube eine Tiefe von exakt 0,707 · W. Eine derart präzise Steuerung miteinander zusammenhängender Merkmale liefert ein in hohem Maße zuverlässiges und relativ preiswertes Verfahren für das Ausrichten optischer Komponenten mit großer Genauigkeit.
Wie in Fig. 6 dargestellt, ist die Kavität 101 mit der Kavität 504 verbunden und stellt einen Freiraum bzw. ein Spiel für die Bewegung des Mikrospiegelaufbaus 200 bereit. In einer Ausführungsform der Erfindung kann die Kavität 101 auch die Rolle einer Masseebene für die elektrostatische Betätigung von einem oder mehreren Teilen des Mikrospiegelaufbaus 200 spielen.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung können die Nut 106 und die Kavität 101 mit einer lötfähigen Oberfläche beschichtet werden, wie z. B. einem gesputterten Titan/Platin/Gold-Film von näherungsweise 0,5 Mikrometer Dicke. Das Titan liefert eine gute Adhäsion zwischen Silicium und Platin Lind das Platin wirkt als Diffusionssperrschicht, um eine übermäßige Legierungsbildung zwischen Gold und Titan zu verhindern und dies stellt eine wohlbekannte Technik für die Fachleute auf diesem Gebiet dar. Eine Goldoberfläche in der Nut 106 gewährleistet das Löten einer metallbeschichteten optischen Faser, wobei dies jedoch nur ein Verfahren des zuverlässigen Befestigens der Faser 105 in der Nut 106 ist. Andere Verfahren zum Befestigen der Faser 105 in der Nut 106 schließen die Verwendung von Klebemitteln, wie z. B. Cyanoacrylat (3M), Epoxidharzen (MASTER BOND 154 Hobart St. Hackensack, NJ), unter Licht aushärtbaren Klebemitteln (EDMUND SCIENTIFIC, 101 E. Gloucester Pike, Barrington, NJ), thermoplastischen Mitteln (DUPONT) und dergleichen sein.
Ein besonderer Aspekt der Erfindung beinhaltet ein in situ Verfahren für das Montieren mikromaschinell hergestellter Teile, was hier als die Selbstlöttechnik bezeichnet wird. Gemäß Fig. 2 werden nach einem Aspekt der Erfindung Lötstäbe 201A und 201 B direkt auf Widerstandsheizelementen 201C und 201D (nicht dargestellt) hergestellt. Die Heizelemente 201 C und 21 OD können die Form eines Dünnfilmleiters (1000 Ångström) auf einem mäandernden Pfad, wie z. B. eines Ti/Au-Films, annehmen, der im Widerstand größer ist als derjenige der dickeren (einige Mikrometer) Zufuhrleitungen 104A und 104F. Wenn von der Leitung 104A durch die Heizelemente und aus der Leitung 104F herausgeleitet wird, wird intensive Wärme von den Heizelementen 201 C und 201 D zu den Lötstäben 201A bzw. 201B geleitet, und bewirkt dadurch, daß sie schmelzen. Wenn, wie im Falle der vorliegenden Erfindung, die Lötstäbe 201A und 201B nahe bei oder in engem Kontakt mit einer benetzbaren Oberfläche, wie z. B. einer goldbeschichteten Wand der Kavität 101 sind, so dringt das geschmolzene Lötmittel zwischen der Wand der Kavität 101 und dem Spiegelaufbau 200 an dem Punkt des Lötverbindungskontaktes ein. Diese Kontaktpunkte sind bei 601 und 602 in Fig. 7 dargestellt. Das Beenden des Stromflusses von 104A nach 104F bringt die Heizelemente außer Eingriff bzw. schaltet sie ab und erlaubt es, daß sich die Verbindung verfestigt. Die resultierende Lötverbindung ist dauerhaft und fest.
Die Lölstäbe 201A und 201B können aus einem breiten Bereich von Materialien zusammengesetzt sein mit einem Bereich von Schmelzpunkten von Zimmertemperatur bis 500ºC, je nach der gewünschten Festigkeit der resultierenden Lötverbindung und dem Bereich der Arbeitstemperaturen. Ein höherer Lötmittelschmelzpunkt liefert üblicherweise eine festere Verbindung. Die Lötmittelzusammensetzung kann irgendeine Vielfalt von üblicherweise bekannten, Niedertemperaturlegierungen, wie z. B. PbSn, PbSbSn, PbSnAg, In oder aus Legierungen mit höherem Schmelzpunkt bestehen, die aus Sn, Ag, Au, Cu, Si etc. zusammengesetzt sind. Diese Materialien kann man erhalten von Firmen wie z. B. der INDIUM CORPORATION OF AMERICA (34 Robinson Rd., Clinton, NY) oder TECHNICS (1254 Alma Ct. San Jose, CA). Lötstäbe 201A und 201B können im Falle von Pb- und In-Legierungen durch Elektroplattierung gebildet werden oder sie können auch gesputtert und in konventioneller Weise ausgestaltet werden, wie es den Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt ist. Man kann erkennen, daß es auch wünschenswert sein kann, eine Flußmittelschicht auf oder innerhalb der Lötstäbe 201A und 201B zu integrieren, um die Benetzungsfähigkeit der verbundenen Oberflächen zu erhöhen.
Eine Niedertemperatur-Selbstlötverbindung kann erzeugt werden, indem die Lötstäbe 201A und 201B aus irgendeiner von einer Vielfalt von niedrig schmelzenden Thermoplasten, wie z. B. Polyesterharzen, mikrokristallinem Wachs, Polyethylen und dergleichen hergestellt werden. Eine große Vielfalt von thermoplastischen Klebeharzen sind von DUPONT erhältlich.
Es ist wohlbekannt, daß Goldlegierungen sehr bereitwillig bei niedrigen Temperaturen (400ºC) mit Silicium reagieren und ein ausgezeichnetes Silicid bilden. Bei ausreichender Wärmezufuhr kann es möglich sein, reines Gold zu verwenden oder ein eutektisches Gold/Silicium-Lötmittel (96,8% Au, 3,2% Si), um eine Verbindung direkt auf einer reinen Siliciumoberfläche zu erzeugen und dadurch die Selbstlöttechnik zu vereinfachen.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann es wünschenswert sein, die Leitungen 104A und 104F und die Widerstandsheizelemente 201 C und 201 D zu beseitigen und stattdessen die gesamte Einrichtung auf einer heißen Platte oder in einem Ofen anzuordnen, um die Lötstäbe 201A und 201 B direkt zu aktivieren. Man erkennt, daß irgendeines dieser Selbstlötverfahren, wie sie in den vorstehenden Abschnitten beschrieben wurden, auch verwendet werden könnte, um die Faser 105 in der Nut 106 für das optische Element 503 in der Kavität 504 zu befestigen.
Der Stab 109 liefert eine Halterung bzw. Unterlage für Verbindungspunkte bzw. -kontakte 103A- 103F und entsprechende leitfähige Leitungen 104A-104F, wenn diese die unterätzten Leerräume überqueren, die durch die Nut 106 erzeugt wurden. Der Stab 109 kann aus einer besonders dicken Schicht eines Isoliermaterials zusammengesetzt sein, ähnlich derjenigen, die den Mikrospiegelaufbau 200 bildet. Ein anderes Verfahren für das Herstellen des Stabes 109 würde das Plattieren eines Metalls, wie z. B. Fe, Ni, Cu, Au oder Cr umfassen, das anschließend mit einem Isolator, wie z. B. SixNy, SiO&sub2;, SiC oder dergleichen beschichtet bzw. überdeckt würde.
Für die in den Fig. 1 bis 8 dargestellte Ausführungsform trifft ein Lichtstrahl von unten auf den Teilspiegel 207, so daß an der Unterseite ein reflektives Material vorgesehen sein muß, wenn der Korpus bzw. das Material des Teilspiegels 207 aus einem opaken Dielektrikum besteht. Wenn ein dünnes oder irgendwie transparentes Dielektrikum, wie z. B. ein Siliciumnitrid, verwendet wird, so kann die reflektive Oberfläche in dem Korpus bzw. Material eingebettet werden oder auf der oberen Fläche des Spiegels liegen.
Ein Hauptvorteil der hier offenbarten Herstellungsmittel besteht darin, daß die kritische reflektive Oberfläche eines Spiegels direkt auf die Oberfläche eines frisch polierten Wafers aufgesputtert werden kann, bevor irgendeine zusätzliche Bearbeitung erfolgt ist. Da dieses als erstes geschieht, sind die Spiegel optisch flach und glatt und die globale Planarisierung ist kein Problem.
Einzelheiten des Scharnieraufbaus, welcher sowohl für Torsions- als auch für Auslegerscharniere verwendet wird, sind in Fig. 4 dargestellt. Die Fläche 401 bezieht sich auf die verankerte oder Rahmenseite des Scharnieres 402, während die Fläche 403 sich auf den Spiegel oder die aufgehängte Seite der Struktur bezieht. Wie es hier dargestellt ist, verläuft der Leiter 405 über das Scharnier 402 hinweg und ist so dünn wie möglich ausgebildet, um nicht nennenswert zu der Steifigkeit des Scharniers beizutragen. Das Durchgangsfeld 406 steht in Verbindung mit der Schicht 405 und ist so aufgebaut, daß es einen Durchbruch verhindert, wenn ein plasmageätzter Durchgang durch die Schicht 407 hergestellt wird. Dickere Leitungen können dann mit dem Durchgangsfeld bzw. -anschluß 406 verbunden werden. Im allgemeinen kann der Durchgangsanschluß 406 auf einer der beiden Seiten eines Scharnieraufbaus sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Durchgangsanschluß bzw. Durchgangsfeld 406 auf beiden Seiten eines Scharnieraufbaus für alle Leitungen vorgesehen, da dickere, einen größeren Strom tragende Leitungen auf der Seite der Auslegerhebelstruktur vorhanden sind.
Eine generelle, derzeit bevorzugte Herstellfolge für den Mikrospiegelaufbau 200 ist die folgende. Gemäß den Fig. 3 und 4 wird zunächst eine dünne (400A) Schicht 404 aus LPCVD-Siliciumnitrid geringer Spannung auf der oberen Fläche des Substrates 100 abgeschieden.
Als nächstes wird eine leitfähige Schicht 405 aus Ti (100A)/Au (400A)/Ti (100A) auf die Oberfläche aufgesputtert oder aufgedampft. Die Schicht 404 wird mit einer Photoresistmaske und einer Kombination von 6 : 1 BOE versehen, um das Ti zu ätzen und mit Zimmertemperatur-Königswasser (3 : 1 HCl/HNO&sub3;), um das Gold zu ätzen. Alle Durchgangsanschlüsse 406 können durch gezieltes Elektroplattieren dieser Bereiche aufgebaut werden.
Eine dickere Schicht 407 (das heißt 2 Mikrometer für einen Spiegel einer Breite von 100 Mikrometern) von Niedertemperatur-PECVD-Siliciumnitrid niedriger Spannung wird auf der Oberfläche abgeschieden. Dann wird eine zweite Maske bereitgestellt, so daß Öffnungen vorhanden sind, welche diejenigen Bereiche definieren, die bis auf das blanke Substrat 100 herabgeätzt werden. Insbesondere sind dies die Bereiche, die die Kanten des Spiegelrahmens 303, den Teilspiegel 207, die Torsionsscharniere 302A und 302B, die Aufnahmekante 304 der Seitenwand, die Fläche zwischen dem Mikrospiegelaufbau 200 und die die Kavität 101 definierenden Kanten bilden, und die Perforationen des Auslegerscharniers, die als Scharniergruppe 301 in Fig. 3 dargestellt sind. Aus später noch zu diskutierenden Gründen wird an diesem Punkt eine Plasmaätzung von nur 3000 A ausgeführt und wird hier als die "Head Start"-Ätzung bezeichnet.
Nachdem die alte Maske entfernt worden ist, wird eine dritte Maske bereitgestellt, die Öffnungen hat, wie sie zuvor beschrieben wurden, jedoch auch mit zusätzlichen Öffnungen über allen Scharnierbereichen. Eine Plasmaätzung erfolgt derart, daß die Schicht 407 von allen Bereichen entfernt wird, die eine nachfolgende, anisotrope Si-Ätzung erfahren. Dieses hinterläßt einen ziemlich dicken Scharnierbereich 408, der näherungsweise gleich der Dicke der "Head Start"-Ätzung ist.
Eine vierte Maske definiert Durchgangsöffnungen durch alle Durchgangsanschlüsse 406. Eine Plasmaätzung wird ausgeführt, bis alle Anschlüsse 406 freiliegen.
Verlorenes bzw. später zu beseitigendes Material (nicht dargestellt), wie z. B. Polyimid, PMMA, SiO&sub2; oder dergleichen wird mit einer fünften Maske abgeschieden und ausgebildet, um eine Anschlußfläche über und um den Teilspiegel 207 herum zu bilden und erstreckt sich seitlich, um diejenigen Öffnungen abzudecken, welche den Teilspiegel 207 bilden, während sie innerhalb der Grenzen des Rahmens 303 bleiben und die Anschlüsse 406 nicht abdecken. Die Dicke dieser verlorenen bzw. Wegwerfschicht definiert den Elektrodenabstand zwischen dem Teilspiegel 207 und den Elektroden 202 und 203.
Eine Keimschicht von Ti (200A), Au (1500A), Ti (500A) wird auf dem Substrat abgeschieden. Eine sechste Maske wird bereitgestellt mit Öffnungen, welche die Leitungen 104A-F und die Elektroden 202 und 203 definieren. Die obere Schicht von Ti wird mit BOE entfernt und dadurch wird das Au freigelegt. Au wird dann in den offenen Maskenbereichen elektroplattiert. Nach dem Entfernen der Maske wird die Keimschicht zuvor mit Naßätzmitteln entfernt.
Eine ähnliche Serie von Vorgängen kann verwendet werden, um die Dünnfilmheizer 201C und 201 D zu definieren und die optionalen Lötstäbe 201A und 201 B zu elektroplattieren bzw. auszugestalten.
Nach der Elektroplattierung werden alle überschüssigen Materialien entfernt. Wenn Polyimid verwendet wird, so wird ein Sauerstoffplasma von 3 Torr verwendet, um dieses zu entfernen. Wenn SiO&sub2; verwendet wird, so wird eine BOE-Naßätzung ausgedehnter Länge verwendet.
Die blanken bzw. freien Bereiche des Substrates 100 werden dann bei 85ºC einer 25% KOH : Di- Ätzung ausgesetzt. Wenn die Kavität 101 durch das anisotrope Ätzen definiert bzw. festgelegt ist, wird der Mikrospiegelaufbau 200 vollständig unterätzt und hängt über der Kavität an der Scharniergruppe 301. Nach dem Ätzen verbleibende Reste werden entfernt durch zehnminütiges Eintauchen in 1 : 1 : 1 HCl : H&sub2;O&sub2; : Di, gefolgt von einer Di-Spülung.
Wie zuvor bereits erwähnt, ist der Querschnitt 408 der Scharniergruppe 301 relativ dick. Ein dicker Querschnitt erzeugt einen sehr steifen Scharnieraufbau und verhindert dadurch, daß die wohlbekannte destruktive Kraft der Oberflächenspannung den Mikrospiegelaufbau 200 in einen harten Kontakt mit den Wänden der Kavität 101 zieht, wobei dieser Zustand nicht reversibel ist.
Ein übermäßig steifes Scharnier ist jedoch nicht wünschenswert, um mit moderaten Treiberspannungen große Winkelablenkungen erzeugen zu können. Demnach erfordern alle Scharniere eine Feinabstimmung (Tuning) durch Trockenätzen bis auf eine Querschnittsdicke 409, bevor sie in Betrieb genommen werden. In Abhängigkeit von der Dicke der Schichten 404 und 405 kann ein Scharnier beliebig dünn und nachgiebig gemacht werden. Da der abschließende Ätzvorgang in einer trockenen Umgebung stattfindet, besteht nicht die Gefahr einer durch Oberflächenspannung induzierten Beschädigung.
Wenn der Mikrospiegelaufbau 200 fertiggestellt ist, wird er elektrostatisch in die Kavität 101 hineingetrieben bzw. -gezogen, indem an den Anschlüssen 103C und 103D ein Potential angelegt wird. Bei einer ausreichenden Spannung setzen die Kanten 304 des Mikrospiegels 200 auf den Seitenwänden der Kavität 101 auf. Die vorbestimmte Geometrie des Mikrospiegelaufbaus 200 und der Kavität 101 ist derart, daß, wenn sie vollständig in Kontakt gebracht worden sind, der Mikrospiegelaufbau 200 unter einem Winkel von 45º bezüglich der oberen Substratfläche 100 aufsitzt. Während die Spannung aufrechterhalten wird, wird zeitweilig Strom durch die Anschlüsse 104A und 104F geleitet, um die Selbstlöteinrichtung auszulösen bzw. zu starten, um dadurch den Mikrospiegelaufbau 200 fest in der Kavität 101 einzusetzen.
Man erkennt, daß der Herstellungsablauf, der vorstehend vorgeschlagen wurde, beträchtlich verändert werden kann, wobei dieselben Ziele beibehalten und erreicht werden. Demnach werden irgendwelche Permutationen im Ablauf als äquivalente Verfahren angesehen. Zusätzlich können auch andere Techniken, wie z. B. Plasmaätzen der leitfähigen Schicht, Ersetzen der Trockenätzungen durch Naßätzungen und andere Substitutionen vorgenommen werden, die den Fachleuten bekannt sind, und die im wesentlichen mit den bereits offenbarten Verfahren äquivalente Verfahren sind.
Wenn der empfindliche Mikrospiegelaufbau 200 eingesetzt ist, kann eine transparente oder opake Abdeckplatte 107, die aus Glas, Keramik, Kunststoff, Silicium etc. hergestellt ist, als eine mechanisch starre Barriere dienen, um eine unbeabsichtigte Beschädigung des empfindlichen Mikrospiegelaufbaus 200 zu vermeiden. Die Abdeckplatte 107 kann an dem Korpus 100 durch Verfahren angebracht werden, die heutzutage allgemein in Gebrauch sind, einschließlich Lötglasfritten, Zweikomponentenkleber, Thermokleber, UV-härtende Klebemittel, Cyanoacrylat etc. Um eine mögliche elektrostatische Störung bzw. Wechselwirkung mit der oder auf die Umgebung zu vermindern, kann die Abdeckplatte 107 auch auf einer oder mehreren Oberflächen mit einem Leiter beschichtet sein oder kann selbst elektrisch leitfähig sein. Wenn 107 elektrisch leitfähig gemacht wird, ist es offensichtlich, daß sie die erforderliche (elektrische) Masse für den sich drehenden Teilspiegel 207 bereitstellen könnte anstelle der Elektroden 202 und 203. In diesem Aufbau könnten zwei isolierte leitfähige Oberflächen, die auf jeder der Seiten der Drehachsen angeordnet werden, welche durch die Scharniere 302A und 302B auf dem Teilspiegel 207 definiert werden, eine ungleichmäßige elektrostatische Kraft hervorrufen durch Anlegen eines Spannungspotentials zwischen der einen oder der anderen der leitfähigen Flächen und der geerdeten Oberfläche der Abdeckung 107. In ähnlicher Weise können Torsionskräfte zwischen der Kavität 101 und den isolierten leitfähigen Flächen des Teilspiegels 207 erzeugt werden, wie es zuvor bereits beschrieben wurde, wenn die Abdeckung 107 nicht leitfähig oder elektrisch isoliert hergestellt wird und die Kavität 101 geerdet ist. Die Kavität 504 wird auf der Unterseite des Körpers 100 in einem Vorgang mit fünf Schritten hergestellt. Zunächst wird ein später wieder zu entfernender Anschluß für seine Unterlage 502, die vorzugsweise aus SiO&sub2; besteht, abgeschieden (näherungsweise 0,5 Mikrometer dick) und auf der unteren Fläche des Körpers 100 ausgebildet bzw. ausgestaltet. Als nächstes wird eine dicke (1000 A bis einige wenige Mikrometer) Unterseitenabdeckschicht 501 aus SixNy, SiC oder irgendeinem anderen Material, welches einen ausgezeichneten Widerstand gegenüber Flußsäuren (HF) oder gepuffertem Oxidätzmittel (BOE) hat, auf der unteren Fläche des Körpers 100 abgeschieden und deckt damit die Unterlage 502 ab. Ein Loch 505 wird dann durch die Abdeckschicht 501 der Unterseite und die Unterlagenschicht 502 bis herab auf das blanke Silicium geätzt, vorzugsweise mit einem fluorinierten Hochfrequenzplasma, wie es für diese Materialien typischerweise der Fall ist. Die Form des Loches 505, sei es nun rund, quadratisch oder unregelmäßig, ist derart, daß sie für das Einsetzen des optischen Elementes 503 geeignet ist bzw. dieses aufnimmt. Als nächstes wird das Loch 505 einem nassen BOE oder einer HF-Eintauchung ausgesetzt, bis die Unterlage 502 vollständig verbraucht bzw. aufgelöst ist. Dieser Vorgang kann von Minuten bis zu Stunden dauern, je nach der Säurekonzentration und der Größe der zu entfernenden Unterlage 502. Typischerweise wird mit 6 : 1 BOE SiO&sub2; mit einer Geschwindigkeit von näherungsweise 4000 A pro Minute geätzt. Schließlich wird eine KOH-Ätzung ausgeführt, welche die Kavität 504 bildet. Das Seitenmaß und die Tiefe der Kavität 504 wird festgelegt durch die anfängliche (100-) Oberfläche, die für das KOH-Ätzmittel freigelegt ist, welche exakt die Oberfläche ist, die zuvor durch die wieder zu entfernende Unterlage 502 besetzt wurde.
Im Anschluß an die Ausbildung der Kavität 504 liegen die blanken Siliciumwände für eine Hochtemperatursauerstoff- oder -dampfatmosphäre frei und bilden damit eine thermische SiO&sub2;-Schicht. Dieser Schritt ist erforderlich, um ein ungleichmäßiges Ätzen in der (110-) Richtung an dem geometrisch komplexen Übergang der Kavität 101 und der Kavität 504 zu vermeiden, was in Fig. 6 mit 509 bezeichnet ist.
Nach der Montage wird das optische Element 503 in das Loch 504 eingesetzt, bis seine oberen Kanten mit den Wänden der Kavität 504 in Kontakt kommen. Die Kontaktpunkte zwischen dem optischen Element 503, der Kavität 504 und der unteren Abdeckung 501 definieren ein mechanisch überbestimmtes System, welches in den meisten Fällen eine Ausrichtung der optischen Achse des optischen Elementes 503 mit der Oberflächennormalen des Körpers 100 sicherstellt. Die Genauigkeit, mit welcher das Zentrum des optischen Elementes 503 mit dem Zentrum des Mikrospiegelaufbaus 2G0 ausgerichtet wird, wird festgelegt durch die Ausrichtfehler der verwendeten photolithographischen Ausrichteinrichtung von vorn nach hinten. Mit nur wenig Schwierigkeiten beträgt dieser Fehler typischerweise weniger als wenige Mikrometer. Wenn das optische Element 503 eingesetzt ist, kann es extern an Ort und Stelle fixiert werden durch Verwendung der Selbstlöttechnik oder mit mehr konventionellen Klebemitteln, wie z. B. Cyanoacrylaten, thermoplastischen Mitteln, Zweikomponentenepoxidharzen, UV-härtbaren Klebemitteln etc.
Eine alternative Ausführungsform des Mikrospiegelaufbaus 200 ist in den Fig. 9 und 10 dargestellt. Die Doppelrahmen- (kardanische) Ausgestaltung des Mikrospiegels 708 ermöglicht die Drehung um zwei senkrechte Achsen, welche durch die Kardanscharniere 704 und 705 für eine Achse und die Kardanscharniere 706 und 707 für die andere Achse definiert werden. Elektrostatische Kräfte werden erzeugt durch Erden des Mikrospiegels 708 und des umgebenden Rahmens 710 über die Verbindungsunterlage 709, während einer oder mehrere der elektrostatischen Anschlüsse bzw. Schichten 801A, 801B, 801C und 801D unmittelbar darunter geladen werden. Die elektrische Isolierung zwischen den leitenden Schichten wird durch die Isolierschicht 702 aufrechterhalten. Der Isolator 702 hat eine elektrische Isolierung gegenüber der Umgebung 703. Die elektrostatisch anziehenden Kräfte, die zwischen den elektrostatischen Anschlüssen bzw. Flächen 801A und 801D sowie dem Rahmen 710 oder zwischen den elektrostatischen Flächen 801B und 801C und den Rändern des Mikrospiegels 708 einwirken, rufen die gewünschte Drehung hervor. Die elektrostatischen Anschlüsse bzw. Flächen 801A, 801B, 801C und 801D sind mit den elektrischen Anschlußflächen 800A, 800B, 800C bzw. 800D elektrisch verbunden.
Innerhalb der Grenzen der Drehbewegung, welche durch die Geometrie des kardanisch aufgehängten Mikrospiegels 700 definiert werden, ist jede simultane Kombination von Drehungen um die beiden Achsen möglich. Wenn beispielsweise der Rahmen 710 und der Mikrospiegel 708 jeweils auf + oder -20º Drehung geometrisch beschränkt sind, hat der kardanisch aufgehängte Mikrospiegel 700 die Fähigkeit, einen auftreffenden Lichtstrahl innerhalb eines Konus von 80º in jeder Richtung abzulenken.
Es versteht sich, daß die elektrostatischen Anschlüsse 801A, 801B, 801C und 801D ebenso oberhalb und um den Mikrospiegel 708 und den Rahmen 710 herum angeordnet sein könnten, wie bei dem Mikrospiegelaufbau 200, vorausgesetzt, daß die reflektierende Oberfläche des zentralen Spiegels in ausreichendem Maße unbehindert bzw. frei bleibt. Es ist offensichtlich, daß ein kardanisch aufgehängter Spiegelaufbau mit einer oder mehreren Drehachsen im wesentlichen eine Erweiterung dieses allgemeinen Falles ist. Der Mikrospiegelaufbau 200 ist ein Beispiel mit einem einzigen Freiheitsgrad oder einer Ausführungsform mit einer einzigen Achse des allgemeinen Falles. Der mit zwei Schwenkachsen bzw. kardanisch aufgehängte Mikrospiegel 200, wie in Fig. 10 dargestellt, kann auch in einer Einzelimplementierung verwendet werden.
In einer anderen Ausführungsform ist der kardanisch aufgehängte Mikrospiegel 700 so modifiziert, daß er Auslegerscharniere aufweist. Der sich daraus ergebende Mikrospiegelaufbau mit zwei Achsen, der in Fig. 11 mit 900 bezeichnet ist, kann den Weg eines von der optischen Faser 105 emittierten Lichtstrahls kontrollierbar in zwei Richtungen um einen Vektor verändern, der zu der Oberfläche des Substrates 100 senkrecht verläuft. In dieser Implementierung trifft ein auftreffender Strahl die obere Fläche des Spiegelaufbaus. Da das reflektierende Medium auf der oberen Fläche sein muß, ist eine Veränderung in der Reihenfolge der Herstellungsschritte erforderlich, wie es für Fachleute auf diesem Gebiet offensichtlich ist. Es sei weiterhin angemerkt, daß für alle Spiegelkonfigurationen ein mehrschichtiges Dielektrikum ebenfalls eine ausgezeichnete reflektierende Oberfläche liefert.
Aufgrund einer zusätzlichen Bewegungsachse erfordert die Vorrichtung nach Fig. 11 zwei zusätzliche elektrische Leitungen und Anschlüsse bzw. Anschlußflächen gegenüber denjenigen, die in der bevorzugten Konfiguration vorliegen. Die Anschlußflächen 903C und 903E stehen in Verbindung mit einer Selbstlöteinrichtung. Die Anschlußfläche 903H steht in Verbindung mit der leitfähigen Oberfläche des Mikrospiegelaufbaus 900. Die Anschlußfläche 903D bildet einen elektrischen Kontakt mit dem Substrat 100, während die Anschlußflächen 903A, 903B, 903F und 903 G in Verbindung mit (nicht dargestellten) Elektroden stehen, die unter dem doppelt in kardanischen Rahmen aufgehängten Mikrospiegel angeordnet sind, wie bei dem im doppelten Rahmen kardanisch aufgehängten Mikrospiegel 700.
Wenn eine optische Modifizierung des Strahles erforderlich ist, so kann ein zweites optisches Element 921 eingeführt werden, wie es in Fig. 13 dargestellt ist. In dieser Ausführungsform wird das optische Element 921 mit einer transparenten Abdeckplatte 920 verbunden. Die Abdeckplatte 920 dient für mehrere Zwecke. Bei Verwendung eines Lötglases, Klebemitteln oder dergleichen kann man die Kavität 101, welche die Nut 106 schneidet, und die Leerstellen, welche die optische Faser 105 umgeben, mit der Abdeckplatte 920 hermetisch abdichten. Eine solche Abdichtung würde die nachstehende empfindliche Strahlsteuerungseinrichtung auch gegenüber den rauhsten Umgebungen schützen. Zusätzlich stellt die Abdeckplatte 920 eine bequeme Einrichtung für die Befestigung bzw. Montage von optischen Einrichtungen bereit und liefert einen positiven Anschlag für das Positionieren der optischen Faser 705 entlang der Nut 106, vorausgesetzt, der Faserdurchmesser ist ausreichend groß.
Eine weitere Ausführungsform einer Strahlsteuerungseinrichtung ist in Fig. 12 dargestellt. Sie ist derjenigen Einrichtung in Fig. 11 ähnlich mit der bemerkenswerten Ausnahme, daß eine Strahlsteuerungseinrichtung mit einer einzelnen Achse wie der Mikrospiegelaufbau 200 verwendet wird. Die Anschlußflächenfunktionen und Namen sind identisch mit der bevorzugten Ausführungsform. Diese Vorrichtung kann ebenfalls mit einer Abdeckplatte abgedichtet werden und kann zusätzliche Optiken verwenden, wie in der vorliegenden Ausführungsform.
Fig. 14 zeigt eine Querschnittsansicht der in den Fig. 11 und 12 dargestellten Ausführungsformen. Der optische Pfad 930 kann in irgendeiner Richtung durchlaufen werden. Viele Anwendungen dieser Technologie erfordern nur einen in Vorwärtsrichtung fortschreitenden optischen Pfad von der optischen Faser 105 zu dem sekundären optischen Element 921. Beispielsweise könnte irgendeine der beschriebenen Ausführungsformen als Druckmaschine in einem Hochgeschwindigkeitslaserdrucker, einem mit photographischen Emulsionen arbeitenden Laserplotter, einem Schreibwerkzeug für Lasermasken, einer steuerbaren Industrielaserschneideinrichtung, einer Ganzwandlaseranzeige auf Stiftbasis verwendet werden, um nur einige zu nennen. Durch Herstellen dreier derartiger Einrichtungen nebeneinander und Zuführen von unterschiedlichfarbigem Licht könnte man sich eine Ganzwandfarbanzeige auf Stiftbasis vorstellen.
Ein bidirektionaler optischer Weg kann in Anwendungen wie z. B. bei optischen Schaltern, industriellen Abtasteinrichtungen für Robotersicht, Beleuchtung und Lesen von optischen Laufwerken, wie z. B. einer CD-ROM, Beleuchten bzw. Belichten und Abtasten bei einer Konfiguration in einem optischen Mikroskop und Belichten bzw. Beleuchten und Lesen von Strichcode verwendet werden. Selbstverständlich könnten auch zwei Einrichtungen gemeinsam hergestellt werden, von denen eine das optische Signal transportiert und das andere es empfängt, wie z. B. bei Laserbereichssuchern oder optischen Näherungsdetektoren.
Auch wenn diese einseitigen Ausführungsformen nicht das bequeme Selbstausrichtungsmerkmal haben, welches durch die untere Kavität 504 und die Ausrichteinrichtung 505 bereitgestellt wird, wären sie mit hoher Wahrscheinlichkeit aufgrund der einseitigen photolithographischen Schritte mit weniger Kosten herzustellen.
Die Fig. 14 und 15 zeigen zwei oder mehr Arten, auf welche eine Strahlsteuerungseinrichtung in der Kavität 101 in ihrer Position fixiert werden kann. In Fig. 15 sind eine oder mehrere seitliche Klappen 940, 942 oder eine ferngelegene bzw. hintere Klappe 941 in Verbindung mit dem Mikrospiegelaufbau 200 hergestellt und sind mit dem Mikrospiegelaufbau 200 über eine Auslegerscharnierstruktur verbunden, wie es bereits erläutert wurde. Die Klappen können mit einer Selbstlöteinrichtung ausgestattet sein.
Während des Einsetzens des Mikrospiegelaufbaus 200 stellen die Klappen 940, 942 und 941 ein zusätzliches Maß an Widerstand bereit, das auf ihrem Weg abwärts mit den Wänden in der Kavität 101 in Berührung kommt. Wenn der Kontakt hergestellt wird, winkeln sich die Scharniere der Auslegerklappen (nicht dargestellt) ab, und ermöglichen es den Klappen, sich der Neigung der Wände innerhalb der Kavität 101 anzupassen. Der resultierende Widerstand liefert eine zusätzliche Stabilität für den Einsetzvorgang, so daß irgendein Winkel zwischen dem Kontakt und dem wollen Einsetzen erzielt werden kann. Wie bei der bevorzugten Ausführungsform wird, wenn der Mikrospiegelaufbau 200 sich unter dem gewünschten Winkel befindet, die Selbstlöteinrichtung aktiviert.
Fig. 16 zeigt noch ein weiteres Verfahren zum Verriegeln bzw. Fixieren einer Strahlsteuerungseinrichtung an Ort und Stelle. In diesem Bild ist eine starre Verriegelungsklappe bzw. -lasche 950 an dem Substrat 100 mit einem Auslegerscharnier 951 verankert. Die Verriegelungslasche 950 ist mit einer vorbestimmten Länge ausgestaltet, so daß dann, wenn sie eingesetzt wird, der resultierende wechselseitige Eingriff mit dem Mikrospiegelaufbau 200 den gewünschten Einsetzwinkel liefert. Für das Einsetzen des Mikrospiegelaufbaus 200 über 32º kann eine zusätzliche vertikale Spitze 952 erforderlich sein, um den mechanischen wechselseitigen Eingriff sicherzustellen. Die Klappe bzw. Lasche 952 muß notwendigerweise während der Herstellung über dem Mikrospiegelaufbau 200 liegen und erfordert damit eine zusätzliche "Wegwerf"- und Maskierungsschicht.
Fig. 17 zeigt die Funktionsblöcke, die zu der Integration einer optischen Hybridvorrichtung zur Strahlsteuerung mit mehreren Achsen in einer Steuereinrichtung verbunden ist. Im allgemeinen berechnet ein Computer 960 die erforderlichen Spiegelwinkel und -geschwindigkeiten und überträgt eine Anforderung an einen Mehrkanalspannungsverstärker 965. Der Verstärker wandelt die digitale Anforderung eine Serie von gemessenen bzw. skalierten Spannungen um. Die Spannungssignale werden dann beispielsweise an die Verbindungsanschlüsse 103A-F übermittelt. Zusammengenommen bilden 960 und 965 die elektronische Steuereinrichtung für das Treiben irgendeiner Ausführungsform einer optischen Hybridvorrichtung 970 für die Strahlsteuerung mit mehreren Achsen. Die gewünschte Strahlsteuerungsübertragungsfunktion wird dann zwischen dem optischen Eingang 975 und dem optischen Ausgang 980 bereitgestellt. Es sei angemerkt, daß der Eingang 975 und der Ausgang 980 entweder einen unidirektionalen oder einen bidirektionalen Weg haben können, je nach der angestrebten Anwendung.
Wenn die Erfindung vollständig montiert bzw. realisiert ist, so kann sie in der üblichen Art und Weise mit Draht (gebondet) werden. Bond-Drähte erstrecken sich von einem externen Steuerschaltkreis an die Anschlußflächen 103A-F. Die gesamte Einrichtung kann dann hermetisch eingekapselt werden, wobei dafür Sorge zu tragen ist, daß man kein Kunstharz in die Kavität 101 eintreten oder das optische Element 503 verdecken läßt.

HERSTELLUNGSABLAUF

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird nachstehend ein derzeit bevorzugter Herstellungsablauf für die optische Hybridvorrichtung zur Strahlsteuerung wiedergegeben.
Beginne mit doppelt polierten (100) Siliciumwafern, die einen geringen Widerstand (1 Ohm- cm) haben.
Scheide ein oder zwei Mikrometer von PECVD SiO&sub2; auf beiden Seiten des Wafers ab.
Definiere später wieder zu entfernende Oxidflächen mit in einem Muster ausgelegtem Photoresist und einer BOE-Ätzung. Oxidisolationsflächen liegen unter Verbindungsanschlußflächen 103A, B, D, E, F, später wieder zu entfernende Oxidflächen liegen unter dem Stab 109 unter dem Spiegel 200 und in der Position 502.
Scheide LPCVD-Siliciumnitrid mit geringer Spannung (400 A) auf beiden Seiten oder nur auf der Oberseite ab.
Öffne ein Fenster durch das Nitrid über der Fläche 103C und ätze herab bis auf das reine Silicium.
Sputtere Ti (100 A) für eine Adhäsion zuzüglich Au (300 A) und bilde ein Muster, um Spiegel und Leitungen über Scharnierbereiche hinweg zu bilden. Das Ti/Au kann in einem Muster mit einem F115-Plasma-Ätzen oder mit Königswasser im Anschluß an eine kurze BOE-Ätzung gebildet werden.
Maskiere für ein Abheben oder plattiere Au-Flächen über allen Leitungen und Flächen mit Ausnahme des Scharnierbereiches und des Spiegelbereiches.
Entferne Ti/Au-Keime, wenn ein Aufplattierungsvorgang ausgeführt wird, ansonsten führe ein Lift-Off aus.
Scheide zwei Mikrometer von Nitrid mit niedriger Spannung, Siliciumcarbid mit niedriger Spannung oder irgendetwas ab, welches für BOE undurchlässig ist. Eine Adhäsionsschicht ist möglicherweise vor der Abscheidung erforderlich für eine gute Anbindung an die Au- Oberfläche.
Stelle eine Maske auf der oberen Fläche bereit mit offenen Flächen, die bis herab auf das reine Si geätzt werden.
Ätze 2500 A von Nitrid mit niedriger Spannung oder Siliciumcarbid mit niedriger Spannung etc. für eine "Head Start"-Ätzung.
Stelle eine Maske auf der oberen Fläche bereit mit offenen Flächen, die bis auf das reine Si oder auf die Au-Flächen geätzt werden, und die die gesamten Scharnierbereiche öffnet.
Plasmaätzen bis herab auf das reine Si oder auf Au-Flächen, wobei 2500 A dicke Ausleger- und Torsionsscharniere verbleiben. Die V-Nut-Fläche ist nunmehr offen.
Scheide später wieder zu entfernendes Oxid oben auf dem Wafer ab (1 Mikrometer). Öffne das Loch 505 am Boden des Wafers und führe Plasmaätzen bis herab auf das reine Si aus.
Schütze die Oberseite mit einem bei hoher Temperatur schmelzenden Wachs und einem Trägerwafer.
Führe eine BOE-Ätzung aus, um die wieder zu entfernende Fläche 502 zu entfernen.
Ordne Wafer in einem anisotropen Ätzmittel an, wie z. B. KOH, EDP, TMAH etc., bis die Kavität 504 vollständig ausgebildet ist.
Ätze zur Säuberung mit einer 1 : 1-Lösung von HCl und H&sub2;O&sub2; nach.
Entferne Wachs und Trägerwafer von der Oberseite des Wafers.
Bilde ein Oxid an den Wänden der Kavität 504 unter Verwendung von Hochtemperaturdampf oder in einem Sauerstoffvorgang, einem naßelektrochemischen Verfahren oder einem naßchemischen Verfahren.
Wachse Trägerwafer am Boden des Wafers.
Maskiere und ätze offene Löcher in der Oxidschicht für Elektroden und Elektrodendurchgänge auf der Oberseite des Wafers.
Sputtere eine Keimschicht von Ti (100 A) plus Au (500 A) auf der oberen Fläche.
Maskiere und elektroplattiere Elektroden.
Maskiere und elektroplattiere oder sputtere und bilde ein Muster von Lötstäben.
Entferne alle Oxiddecken und wieder zu entfernende Flächen mit einer BOE-Ätzung.
Ätze anisotrop die Kavität 101 und die V-Nut 106 unter Verwendung von KOH, EDP, TMAH etc.
Reinige durch Nachätzen mit einer 1 : 1-Lösung von HCl und H&sub2;O&sub2;.
Sprühe ein Photoresist auf und öffne nur über der V-Nut 106 und dem offenen Bereich um den Spiegel 200 herum (optional).
Sputtere eine Schicht von Ti/Au in die V-Nut 106 und in 101 (optional).
Entferne Photoresist.
Entferne Wachs und Trägerwafer vom Boden des Wafers.
Ätze Ausleger- und Torsionsscharniere herab auf eine Dicke von näherungsweise 400 A.
Verbinde Anschlußfläche 103C elektrisch mit Masse und lege eine positive Spannung an der Anschlußfläche 103D an, um dadurch zu bewirken, daß der Spiegelaufbau 200 vollständig nach unten in die Kavität 101 eingesetzt wird.
Während diese Position gehalten wird, leite einen Strom durch die Anschlußflächen 103A und 103F, um dadurch ein Schmelzen des thermischen Klebemittels oder Lötmittels zu bewirken.
Nach dem Abschalten des Stromes ist der Mikrospiegelaufbau 200 dauerhaft in seiner Position fixiert.
Setze eine optische Elementeinrichtung 503 in die Kavität 504 ein und fixiere oder löte sie (durch Selbstlöten) an Ort und Stelle ein.
Fixiere oder löte die primäre optische Einrichtung 105 in die Nut 106.
Fixiere oder löte die Abdeckplatte 107 über der Kavität 101.
Stelle Drahtbonding-Kontakte für alle Anschlußflächen mit elektronischen Steuereinrichtungen her.

Claims

1. Steuerungsvorrichtung für einen optischen Strahl, mit:

einem Substrat (100), das eine obere Kavität (101) hat, die in einer oberen Oberfläche eines Substrates ausgebildet ist,

einer Strahlsteuerungseinrichtung (200),

einer primären optischen Pfadeinrichtung (105, 106), um einen Lichtstrahl auf die Strahlsteuerungseinrichtung (200) zu lenken,

wobei die Strahlsteuerungseinrichtung aufweist:

einen Rahmen (303), welcher über zumindest ein Auslegerscharnier (301), welches den Rahmen mit der oberen Fläche des Substrates an einer oberen Kante der oberen Kavität verbindet, in die obere Kavität (101) hineingekippt wird, und

ein reflektierendes Element (207), welches über zumindest ein Torsionsscharnier (302A, 302B) mit dem Gestell verbunden ist, um den Lichtstrahl mit einem oder mehreren Freiheitsgraden zu steuern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Strahlsteuerungseinrichtung innerhalb der oberen Kavität in einer vorbestimmten Orientierung angeordnet ist, zu dem Zweck, den optischen Pfad eines auftreffenden Strahles, der von der primären optischen Pfadeinrichtung ausgeht oder in Richtung derselben fortschreitet, in einer oder mehreren Richtungen kontrolliert zu verändern.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die primäre optische Pfadeinrichtung einen Wellenleiter (105) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die primäre optische Pfadeinrichtung eine Nut (106) aufweist, die in dem Substrat vorgesehen ist, um einen Durchgang für einen Lichtstrahl zu bilden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, welche weiterhin eine Einrichtung eines primären optischen Elementes aufweist, um einen Lichtstrahl aufzunehmen, wobei die Einrichtung des primären optischen Elementes innerhalb der Nut vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Einrichtung des primären optischen Elementes ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus: optischen Fasern, refraktiven optischen Elementen, reflektiven optischen Elementen, optischen Phasenelementen, Lichtdetektoren, Strahlspaltern, Lasern, lichtaussendenden Dioden, Glühlichtquellen, Fluoreszenzlichtquellen, natürliche Lichtquellen oder Plasmalichtquellen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat einen Kristall aufweist, der aus einem Material hergestellt ist, welches auf unterschiedlichen kristallographischen Ebenen unterschiedliche Ätzraten hat.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die obere Kavität anisotrop in das Substrat eingeätzt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat aus einem Festkörpermaterial hergestellt ist, welches in der Lage ist, geometrisch exakte Kavitäten zu haben, die in das Substrat eingeformt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, welche weiterhin eine Abdeckplatteneinrichtung (920) für das Abdichten der oberen Kavität hat, wobei die Abdeckplatte neben bzw. an einer Oberfläche des Substrates vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Abdeckplatte aus einem der folgenden besteht, nämlich einem optisch opaken, einem transparenten, einem durchscheinenden, einem elektrisch leitfähigen oder einem elektrisch isolierenden Material.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, welche weiterhin aufweist:

eine untere Kavität (504), die in einer unteren Fläche des Substrates vorgesehen ist und die eine vorbestimmte Ausrichtung bezüglich der oberen Kavität hat,

eine hängende Brückeneinrichtung für das Überbrücken der primären optischen Pfadeinrichtung an einem Verbindungspunkt zwischen der primären optischen Pfadeinrichtung und der oberen Kavität,

wobei das zumindest eine Auslegerscharnier die Strahlsteuerungseinrichtung flexibel an der hängenden Brückeneinrichtung verankert, und

wobei das reflektierende Element zumindest eine reflektierende untere Fläche hat und nach unten in die obere Kavität hineingedreht ist, so daß ein auftreffender Lichtstrahl, welcher von der primären optischen Pfadeinrichtung ausgeht, gesteuert in einer im wesentlichen abwärts gerichteten Richtung durch den Boden der oberen Kavität und die untere Kavität abgelenkt wird, und ein Lichtstrahl, der von der unteren Kavität eintritt, in kontrollierter Weise in Richtung der primären optischen Pfadeinrichtung abgelenkt wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, welche weiterhin aufweist:

eine Einrichtung eines sekundären optischen Elementes (503), um einen Lichtstrahl aufzunehmen, wobei die Einrichtung des sekundären optischen Elementes innerhalb der unteren Kavität angeordnet ist, und

eine Ausrichteinrichtung, um das sekundäre optische Element innerhalb der unteren Kavität auszurichten, so daß das sekundäre optische Element in der unteren Kavität im wesentlichen zentral angeordnet ist und die optische Achse des sekundären optischen Elementes relativ zu einem vorbestimmten Winkel bezüglich einer Oberflächennormalen ausgerichtet ist, welche von einer unteren Oberfläche des Substrates ausgeht.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Einrichtung des sekundären optischen Elementes ausgewählt wird aus der Gruppe, welche besteht aus: optischen Fasern, optischen Beugungselementen, Lichtdetektoren, Strahlspaltern, Lasern, lichtaussendenden Dioden, Glühlichtquellen, Fluoreszenzlichtquellen, natürlichen Lichtquellen oder Plasmalichtquellen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine Auslegerscharnier die Strahlsteuerungseinrichtung flexibel mit einem oberen Rand der oberen Kavität verbindet, die nicht mit der primären optischen Pfadeinrichtung zusammenfällt, und wobei das reflektierende Element zumindest eine reflektierende obere Fläche hat, so daß die Strahlsteuerungseinrichtung innerhalb der oberen Kavität angeordnet ist, was bewirkt, daß ein auftreffender Lichtstrahl, welcher von der primären optischen Pfadeinrichtung ausgeht, in kontrollierter Weise in einer im allgemeinen aufwärts gerichteten Richtung abgelenkt wird, und ein Lichtstrahl, der von oberhalb der oberen Kavität eintritt, in kontrollierter Weise in Richtung der primären optischen Pfadeinrichtung abgelenkt wird.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, welche weiterhin aufweist:

eine Einrichtung eines sekundären optischen Elementes, um einen Lichtstrahl aufzunehmen, wobei die Einrichtung des sekundären optischen Elementes neben der oberen Kavität angeordnet ist,

eine Ausrichteinrichtung, um das sekundäre optische Element neben der oberen Kavität auszurichten,

so daß das sekundäre optische Element im wesentlichen oberhalb der oberen Kavität zentriert ist und die optische Achse des sekundären optischen Elementes unter einem vorbestimmten Winkel bezüglich einer Oberflächennormalen ausgerichtet ist, die von einer oberen Fläche des Substrates ausgeht.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das reflektierende Element aufweist:

einen kardanisch aufgehängten Mikrospiegel, der in einem oder mehreren Sätzen kardanischer Scharniereinrichtungen aufgenommen ist, wobei jeder Satz von kardanischen Scharniereinrichtungen eine unabhängige Rotationsachse des kardanisch aufgehängten Mikrospiegels bezüglich des Rahmens definiert, und wobei der Rahmen an einer Kante mit einer oberen Fläche des Substrates durch zumindest eine Auslegerscharniereinrichtung verbunden ist, so daß die Strahlsteuerungseinrichtung in der Lage ist, nach unten in die obere Kavität abzukippen, und wobei die Strahlsteuerungseinrichtung weiterhin aufweist:

eine Mehrzahl von unabhängig adressierbaren Elektroden, die für die Positionierung des kardanisch aufgehängten Mikrospiegels angeordnet sind,

eine Mehrzahl elektrischer Leitungen in direkter elektrischer Verbindung mit den unabhängig adressierbaren Elektroden,

eine elektronische Steuereinrichtung in Verbindung mit den elektrischen Leitungen,

so daß der kardanisch aufgehängte Mikrospiegel bezüglich eines Abschnittes des Rahmens, welchem an einer Kante mit der oberen Fläche des Substrates verbunden ist, in eine vorbestimmte Winkelorientierung getrieben bzw. gesteuert wird.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der kardanisch aufgehängte Mikrospiegel mit einem leitfähigen Film an seiner Oberfläche über die Kardanscharniereinrichtungen hinweg ausgestattet ist, so daß der kardanisch aufgehängte Mikrospiegel in elektrischer Verbindung mit der elektronischen Steuereinrichtung steht.

19. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das reflektierende Element aufweist:

einen an einem Ausleger aufgehängten Mikrospiegel, der in einem oder mehreren Sätzen von Auslegerscharniereinrichtungen aufgenommen ist, von denen jede eine unabhängige Rotationsachse des kardanisch aufgehängten Mikrospiegels bezüglich des Rahmens bildet,

wobei der Rahmen an einer Kante über das zumindest eine Auslegerscharnier mit einer Oberfläche des Substrates verbunden ist, so daß die Strahlsteuerungseinrichtung in der Lage ist, nach unten in die obere Kavität abzuknicken, und wobei die Strahlsteuerungseinrichtung weiterhin aufweist:

eine Mehrzahl unabhängig adressierbarer Elektroden, die für eine Positionierung des an dem Ausleger montierten Mikrospiegels angeordnet sind,

eine elektronische Steuereinrichtung in Verbindung mit den elektrischen Leitungen, so daß der an dem Ausleger montierte Mikrospiegel bezüglich eines Abschnittes des Rahmens, welches von einer Kante mit der oberen Fläche des Substrates verbunden ist, elektrisch in eine vorbestimmte Winkelorientierung getrieben wird.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei der an einem Ausleger montierte Mikrospiegel mit einem leitfähigen Film an seiner Oberfläche über die Auslegerscharniereinrichtungen hinweg versehen ist, so daß der an dem Ausleger montierte Mikrospiegel in elektrischer Verbindung mit der elektronischen Steuereinrichtung steht.

21. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das reflektierende Element aufweist:

einen Hybridmikrospiegel, der in einer Kombination aus Auslegerscharniereinrichtungen und Kardanscharniereinrichtungen aufgenommen ist, welche eine oder mehrere unabhängige Rotationsachsen bezüglich des Rahmens bereitstellen,

wobei das Gestell bzw. der Rahmen an einer Kante mit einer Oberfläche des Substrates verbunden ist, um dadurch das zumindest eine Auslegerscharnier zu bilden, so daß die Strahlsteuerungseinrichtung in der Lage ist, nach unten in die obere Kavität abzuknicken, und wobei die Strahlsteuerungseinrichtung weiterhin aufweist:

eine Mehrzahl von unabhängig adressierbaren Elektroden, die neben dem Hybridmikrospiegel angeordnet sind,

einer elektronischen Steuereinrichtung in Verbindung mit den elektrischen Leitungen, so daß der Hybridmikrospiegel eines Abschnittes des Rahmens, welcher an einer Kante der oberen Oberfläche des Substrates verbunden ist, elektrisch in eine vorbestimmte Winkelorientierung getrieben wird.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei der Hybridmikrospiegel an seiner Oberfläche und über die Auslegerscharniereinrichtung und die Kardanscharniereinrichtung hinweg mit einem leitfähigen Film versehen ist, so daß der Hybridmikrospiegel in elektrischer Verbindung mit der elektronischen Steuereinrichtung steht.

23. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Strahlsteuerungseinrichtung in einer vorbestimmten Orientierung starr in der oberen Kavität fixiert ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei eine chemische Verbindungseinrichtung für das starre Verbinden der Steuerungseinrichtung ausgewählt wird aus der Gruppe, die zu einem oder mehreren Teilen aus flüssigen Klebemitteln, durch ultraviolette Strahlung auszuhärtenden Klebemitteln oder durch in der Dampfphase aufgebrachten Klebemitteln besteht.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei Oberflächenkräfte, wie z. B. Oberflächenspannung, Van-der-Waals-Kräfte, Oberflächenrestladung, elektrische Entladungsverbindung oder dergleichen angewendet werden, um die Steuerungseinrichtung innerhalb der oberen Kavität starr zu fixieren.

26. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei eine Selbstlöteinrichtung verwendet wird, um die Strahlsteuerungseinrichtung starr in der oberen Kavität zu fixieren.

27. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei eine mechanische Verriegelungseinrichtung für das starre Befestigen der Strahlsteuerungseinrichtung in der oberen Kavität ein oder mehrere jenseitig gelegene oder seitliche Klappen aufweist, die sich über die jenseitigen bzw. seitlichen Kanten der Steuerungseinrichtung erstrecken, so daß dann, wenn die Strahlsteuerungseinrichtung für die obere Kavität abgeknickt bzw. abgewinkelt wird, die jenseitigen oder seitlichen Klappen an einer oder mehreren Wänden der oberen Kavität angezogen werden und durch Oberflächenkräfte an der Wand haften.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Selbstlöteinrichtung an den jenseitigen oder seitlichen Klappen vorgesehen ist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die mechanische Verriegelungseinrichtung eine oder mehrere Verriegelungsklappen aufweist, die sich über die Kanten der oberen Kavität hinaus erstrecken, so daß, nachdem die Strahlsteuerungseinrichtung in eine vorbestimmte Orientierung bezüglich der oberen Kavität in diese hinein abgewinkelt worden ist, die Verriegelungsklappen nach unten in die obere Kavität abgewinkelt werden, bis sie durch die erwähnten Oberflächenkräfte an der Wand der oberen Kavität haften, um dadurch zu verhindern, daß die Strahlsteuerungseinrichtung nach oben klappt, aufgrund der direkten mechanischen Wechselwirkung mit den Verriegelungsklappen.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, wobei die Selbstlöteinrichtung an den Verriegelungsklappen vorgesehen ist.

31. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die mechanische Verriegelungseinrichtung eine unvollständige anisotrope Ätzung der oberen Kavität umfaßt, wobei der Grund der oberen Kavität bis auf eine vorbestimmte Tiefe weggeätzt ist, so daß eine mechanische Wechselwirkung bzw. Störung zwischen einer vollständig abgewinkelten Strahlsteuerungseinrichtung und dem Grund für die vorbestimmte Orientierung definiert.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, wobei die Selbstlöteinrichtung an dem jenseitigen Ende der Strahlsteuerungseinrichtung vorgesehen ist.

33. Verfahren zum Herstellen einer Scharniereinrichtung, die mit einer hängenden bzw. aufgehängten Platte verbunden ist, mit:

Bereitstellen eines ätzfähigen Substrates, das eine Substratoberfläche hat,

Abscheiden einer Schicht eines Materials mit einer hohen Ermüdungsfestigkeit der Substratoberfläche und einer ersten Dicke,

Abscheiden einer Ätzresistmaske auf dem Material und Erzeugung von Öffnungen über einem Scharnierbereich,

Ätzen des Scharnierbereichs auf eine zweite Dicke in dem Material, so daß im Anschluß an ein Unterätzen der Platte der Scharnierbereich ausreichend steif ist, um ein durch Oberflächenkräfte indiziertes Haften der Platte an dem Substrat zu verhindern,

Entfernen der ersten Ätzresistmaske,

Abscheiden einer zweiten Ätzresistmaske auf dem Substrat mit Öffnungen über Bereichen, die freie Kanten der Platte definieren,

Ätzen der freien Kanten der Platte herab auf die Substratoberfläche,

Ätzen des Substrates, so daß eine Kavität unter der Platte gebildet wird, und

Trockenätzen des Substrates, der Platte und des Scharnierbereiches, bis der Scharnierbereich der Substratoberfläche bis zu einer vorbestimmten Dicke geätzt ist und ein Scharnier gebildet worden ist, wobei die Platte mit der ersten vorbestimmten Dicke frei oberhalb der Kavität hängt und einstückig mit dem Scharnier verbunden ist und wobei das Scharnier an dem Rand bzw. Umfang der Kavität mit dem Material verbunden ist.

34. Verfahren zum Herstellen einer Scharniereinrichtung, welche mit einer hängenden Platte verbunden ist, mit:

Bereitstellen eines ätzfähigen Substrates mit einer Substratoberfläche und einer verlierbaren Unterlage, die auf der Oberfläche des Substrates angeordnet ist, um ungefähr das Ausmaß der Platte zu umreißen,

Abscheiden einer ersten Schicht eines Materials mit hoher Ermüdungsfestigkeit einer ersten Dicke auf dem Substrat,

Abscheiden einer Ätzresistmaske auf dem Material und Erzeugen von Öffnungen über einem Scharnierbereich,

Ätzen des Scharnierbereichs bis auf eine zweite Dicke, so daß im Anschluß an eine Unterätzung der Platte der Scharnierbereich ausreichend steif ist, um durch Oberflächenkräfte induziertes Haften der Platte an dem Substrat zu verhindern,

Entfernen der ersten Ätzresistmaske,

Abscheiden einer zweiten Ätzresistmaske auf dem Substrat mit Öffnungen über Bereichen, welche freie Kanten der Platte definieren,

Ätzen der freien Kanten der Platte herab auf das Substrat,

Entfernen der zu verlierenden Unterlage,

Ätzen des Substrates, um eine Kavität an bzw. unter der Platte zu bilden, um eine Zwischenstruktur zu erzeugen, und

Ätzen der Zwischenstruktur, bis der Scharnierbereich unter der Substratoberfläche bis auf eine dritte vorbestimmte Dicke geätzt ist, und Ausbilden eines Scharniers, wobei die Platte mit der ersten Dicke frei oberhalb der Kavität hängt und mit dem Scharnier verbunden ist und wobei das Scharnier mit dem Material einer ersten Dicke verbunden ist, welches entlang des Umfangs der Kavität angeordnet ist.

35. Verfahren zum Herstellen einer Scharniereinrichtung, welche mit einer angehängten Platte verbunden ist, mit:

Bereitstellen eines ätzfähigen Substrates,

Abscheiden einer ersten Schicht eines Materials hoher Ermüdungsfestigkeit mit einer ersten Dicke auf dem Substrat,

Bilden eines Musters eines elektrisch leitfähigen Films auf dem Substrat,

Ätzen des Scharnierbereichs bis auf eine zweite Dicke, so daß im Anschluß an ein Unterätzen der Platte der Scharnierbereich ausreichend steif ist, um zu verhindern, daß die Platte durch oberflächeninduzierte Kraft an dem Substrat haftet,

Entfernen der ersten Ätzresistmaske,

Ätzen der freien Kanten der Platte herab auf das Substrat,

Ätzen der Scharnierbereiche bis auf eine dritte vorbestimmte Dicke, so daß im Anschluß an ein Unterätzen der Platte die Scharniere ausreichend steif sind, um zu verhindern, daß durch oberflächeninduzierte Kraft die Platte an dem Substrat haftet,

Entfernen der ersten Ätzresistmaske,

Erzeugen einer zweiten Ätzresistmaske auf dem Substrat mit Öffnungen über Bereichen, welche freie Kanten der Platte definieren,

Ätzen der freien Kanten der Platte herab auf das Substrat,

Ätzen des Substrates, um eine Kavität neben bzw. unter der Plätte zu bilden, um eine Zwischenstruktur zu erzeugen, und

Ätzen der Zwischenstruktur, bis der Scharnierbereich unterhalb der Substratoberfläche bis auf eine dritte vorbestimmte Dicke weggeätzt ist und Ausbilden eines Scharniers, wobei die Platte der ersten Dicke frei oberhalb der Kavität hängt und mit dem Scharnier verbunden ist, und wobei das Scharnier mit dem Material der ersten Dicke verbunden ist, welches entlang des Umfanges der Kavität angeordnet ist, und wobei ein elektrischer Pfad über das Scharnier hinweg bereitgestellt wird.

36. Verfahren zum Herstellen einer Scharniereinrichtung für eine hängende Platte mit einstückigen, beliebig dünnen leitfähigen Scharnieren, welches die Schritte aufweist:

Bereitstellen eines ätzfähigen Substrates mit einer Substratoberfläche und einer zu verlierenden Unterlage, die auf der Oberfläche des Substrates angeordnet ist, um ein ungefähres Ausmaß der Platte zu umreißen,

Bilden eines Musters eines elektrisch leitfähigen Films auf dem Substrat,

Ätzen des Scharnierbereichs auf eine zweite Dicke, so daß im Anschluß an ein Unterätzen der Platte der Scharnierbereich ausreichend steif ist, um zu verhindern, daß die Platte aufgrund von oberflächeninduzierten Kräften an dem Substrat haftet,

Entfernen der ersten Ätzresistmaske,

Ätzen der freien Kanten der Platte herab auf das Substrat,

Ätzen der Scharnierbereiche bis auf eine dritte vorbestimmte Dicke, so daß im Anschluß an ein Unterätzen der Platte die Scharniere ausreichend steif sind, um ein Haften der Platte an dem Substrat durch oberflächeninduzierte Kraft zu verhindern,

Entfernen der ersten Ätzresistmaske,

Ätzen der freien Kanten der Platte herab auf das Substrat,

Entfernen der verlierbaren Unterlage,

Ätzen des Substrats, um eine Kavität neben bzw. unter der Platte zu bilden, um eine Zwischenstruktur zu erzeugen, und

Ätzen der Zwischenstruktur, bis der Scharnierbereich unter der Substratoberfläche bis auf eine dritte vorbestimmte Dicke geätzt ist, und Ausbilden eines Scharniers, wobei die Platte der ersten Dicke frei oberhalb der Kavität hängt und mit dem Scharnier verbunden ist, wobei das Scharnier mit dem Material der ersten Dicke verbunden ist, welches um den Umfang der Kavität angeordnet ist, und wobei ein elektrischer Pfad über das Scharnier hinweg bereitgestellt wird.