WO2009086978A2 - Herstellungsverfahren für eine mikromechanische elektrostatische verstellvorrichtung und mikromechanische elektrostatische verstellvorrichtung - Google Patents

Herstellungsverfahren für eine mikromechanische elektrostatische verstellvorrichtung und mikromechanische elektrostatische verstellvorrichtung Download PDF

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Hubert Benzel
Heribert Weber
Michael Krueger
Robert Sattler
Joerg Muchow
Joachim Fritz
Christoph Schelling
Christoph Friese
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Robert Bosch Gmbh
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    • B81C2201/0167—Controlling internal stress of deposited layers by adding further layers of materials having complementary strains, i.e. compressive or tensile strain

Definitions

  • the invention relates to a production method for a micromechanical electrostatic adjustment device. Furthermore, the invention relates to a corresponding micromechanical electrostatic adjustment device.
  • Micromechanical electrostatic adjusting devices are now widely used as positioning or sensing devices.
  • a micromechanical electrostatic adjustment device can be part of a micromirror of a projection system which deflects a laser beam by means of the micromirror, in order to project a video image in this way or to scan a surface.
  • the adjustment of the adjustable component usually takes place by means of static and movable electrode combs, which are electrostatically drawn into one another.
  • the static and movable electrode combs must be arranged to each other so that due to an applied voltage between them non-zero torque on the movable electrode combs can be generated.
  • Due to the frequent use of electrostatic adjustment devices in the consumer sector or in a motor vehicle it is desirable to have a cost-effective way to produce comparatively small electrostatic adjustment devices. In particular, it is desirable to be able to dispense with the use of comparatively expensive silicon-on-insulator (SOI) substrates in the production of such an electrostatic adjustment device. Disclosure of the invention
  • the invention provides a production method for a micromechanical electrostatic adjustment device having the features of claim 1 and a micromechanical electrostatic adjustment device having the features of claim 7.
  • the separating layer can be, for example, an insulating layer and / or a sacrificial layer, wherein the sacrificial layer is at least partially removed before or after a bending of the second electrode.
  • the bending of the second electrode comprises at least bending the movable electrode fingers of the second electrode.
  • the cover layer is applied to the second electrode under compressive stress.
  • the invention describes an easily feasible manufacturing method for a micromechanical see electrostatic adjustment and a correspondingly inexpensive micromechanical electrostatic adjustment.
  • the use of multi-layer substrates can be dispensed with.
  • the present invention is based on the recognition that the comparatively complicated conventional methods for forming an electrostatic adjustment device are based on the problem of arranging the at least two electrodes of the electrostatic adjustment device such that a sufficiently large force for adjusting the movable electrode by applying a the lowest possible voltage is possible. This requires a relatively close arrangement of the at least two electrodes to each other.
  • the second electrode is bent so that the at least two electrodes engage and thus the electrostatic force between the two electrodes is amplified upon application of a non-zero voltage.
  • the at least one static electrode and the at least one movable electrode are preferably formed in two different planes above the base.
  • one of the two electrodes, preferably the movable electrode can be bent into the plane of the other. This can be done for example by means of a shear stress applied to the second, upper electrode cover layer.
  • the production method according to the invention requires only one starting wafer to carry it out. In a wafer process, a large number of electrostatic adjustment devices can then be processed and then singulated. The process steps carried out for this purpose have a comparatively small number and are easy to carry out, which reduces the costs for the production process.
  • a cover layer having a thermal expansion coefficient which is smaller than the thermal expansion coefficient of the material of the second conductive layer is applied to the second electrode. Due to the lower expansion coefficient of the cover layer, the second electrode can be bent after application of the cover layer by a temperature change without external influence. Preferably, at least one end of the second electrode then projects into a gap of the first electrode. This ensures good interaction between the two electrodes when applying a non-zero voltage.
  • a capping layer comprising silicon oxide is formed on the second electrode.
  • the second electrode Upon cooling of the second electrode and the cover layer, the second electrode then bends in the direction of the lying below the first electrode without external influence. This ensures a cost-effective and easily executable option for bending the second electrode.
  • the cover layer is applied to the second electrode in strip form and / or perpendicular to an axis of symmetry of the second electrode.
  • the movable electrode fingers of the second electrode can be easily bent into the desired shape.
  • At least the second electrode and / or the material of the cover layer may be heated prior to the application of the cover layer. Cooling of the second electrode and / or the material of the cover layer then automatically causes the advantageous deformation of the second electrode.
  • a silicon germanium layer is applied to the first conductive layer at least as part of the separation layer, wherein the silicon germanium layer is at least partially etched away with an etching material which comprises ClF 3 and / or XeF 2 after forming the second electrode.
  • an etching material which comprises ClF 3 and / or XeF 2 after forming the second electrode.
  • the second electrode is connected via a spring to at least one fixed suspension element, and wherein the spring is deformed upon application of a voltage between the first electrode and the second electrode.
  • the second electrode is formed integrally with the spring and the suspension element.
  • the anchor element, to which the suspension element is fastened may be integrally formed with the first electrode.
  • the spring is formed meandering or zigzag form.
  • the second electrode can be connected via a connecting element to a mirrored plate, which can be adjusted by the application of the voltage between the first electrode and the second electrode from a starting position into at least one end position.
  • the micromechanical electrostatic adjustment device is well suited in this case as a micromirror.
  • the connecting element may be formed meandering or zigzag form, in order to ensure the above-mentioned advantage.
  • FIG. 1 shows a flowchart for illustrating a first embodiment of the production method for a micromechanical electrostatic adjustment device
  • FIGS. 3 to 6 show a cross section through the micromechanical electrostatic adjusting device
  • 7 and 8 show a second embodiment of the micromechanical electrostatic adjusting device, wherein FIG. 7 shows a plan view of the adjusting device and FIG. 8 shows a cross section through the micromechanical electrostatic adjusting device
  • FIGS. 9 and 10 show a comparison of a third embodiment of the micromechanical electrostatic adjusting device with the first embodiment.
  • FIG. 1 shows a flowchart to illustrate a first embodiment of the production method for a micromechanical electrostatic adjustment device.
  • a first conductive layer preferably polysilicon
  • the pad may have an insulating surface.
  • the substrate is a silicon substrate, on the surface of which a silicon oxide layer is formed by means of a thermal oxidation process.
  • a CMP (chemical mechanical polishing) method is performed to flatten the first conductive layer.
  • the first conductive layer is etched in order to form at least one first electrode from the first conductive layer.
  • a mask for example a resist mask, can be patterned on the surface of the first conductive layer so that recesses in the mask correspond to the interspaces of the at least one first electrode.
  • a release layer is applied to the first conductive layer or to the first electrode (step S3).
  • This separation layer can contain silicon germanium, for example, as a sacrificial layer.
  • the release layer can also at least partially contain an electrically insulating material.
  • a CMP process may be performed to flatten the release layer.
  • a second conductive layer is applied to the release layer.
  • the second conductive layer may also include polysilicon.
  • at least one second electrode made of the material of the second conductive layer is etched.
  • the first and second electrodes are arranged one above the other in two different planes.
  • the distance between the first and the second electrode in a direction perpendicular to the surface of the substrate is at least the layer thickness of the separating layer.
  • the second electrode is bent.
  • a covering layer is applied to the second electrode.
  • the distance between the second electrode and the first electrode is reduced in the direction perpendicular to the surface of the substrate.
  • the cover layer may contain a material under mechanical compressive stress.
  • the cover layer contains silicon oxide.
  • the cover layer is structured in a strip-shaped manner on the upper second electrode perpendicular to an axis of symmetry of the second electrode.
  • FIGS. 3 to 6 show a cross section through the micromechanical electrostatic adjustment device.
  • the micromechanical electrostatic adjusting device 10 shown in FIG. 2 comprises a pad (not shown) with an insulating surface.
  • a first conductive layer 12 is formed, which consists for example of polysilicon.
  • cavities 14 are etched. The lying between the cavities 14 areas are considered stationary
  • Electrodes 16 formed.
  • the electrode fingers on both sides of an axis of symmetry of the second electrode consisting of connecting elements 20, movable electrodes 22, torsion springs 24 and suspension elements 26 are electrically isolated from each other by a trench.
  • a different potential can be applied to the two electrode halves separated by the isolation trench and generate a torque on the movable electrodes 22.
  • an adjusting element formed from a second conductive layer, for example polysilicon is arranged on the separating layer.
  • the integrally formed adjusting moment comprises a mirror plate 18, connecting elements 20, movable electrodes 22, torsion springs 24 and suspension elements 26.
  • the mirror plate 18 is covered with a (not shown) reflecting layer.
  • the micromechanical electrostatic adjustment device 10 can thus be used as a micromirror.
  • the connecting elements 20 are formed on the two sides of the mirror plate 18 in the longitudinal direction of the micromechanical electrostatic adjusting device 10. Perpendicular to the longitudinal direction of the micromechanical electrostatic adjustment device 10 are the movable electrodes 22nd from the connecting elements 20. Torsion springs 24 are formed on the ends of the connecting elements 20 remote from the mirror plate 18. In the case of the micromechanical electrostatic adjusting device 10, the torsion springs 24 run as narrow straight strips parallel to the longitudinal direction of the micromechanical electrostatic adjusting device 10. Alternatively, the torsion springs 24 may also be meandering or zigzagging to increase the distance between the connecting elements 20 and the torsion springs 24 also arranged suspension elements 26 to minimize.
  • FIG. 3 shows a cross section through the micromechanical electrostatic adjustment device 10 along a line A-A 'of FIG. 2.
  • the micromechanical electrostatic adjustment device 10 has as a support a silicon substrate 28 whose surface 30 is designed to be insulating. Holes 14a and 14b are etched in the first conductive layer 12 arranged above it. The cavities 14a divide the first conductive layer 12 into electrically isolated regions, which are formed as stationary electrodes 16.
  • a release layer 32a is applied to the first conductive layer 12. Also, the cavities 14a and 14b are filled with the separation layer 32a.
  • the separation layer 32a has a minimum layer thickness di, which is selected such that a second conductive layer arranged on a surface 32b of the separation layer 32a is electrically insulated from the stationary electrodes 16. Subsequently, the components 18 to 26 are formed from the second conductive layer.
  • the movable electrodes 22 formed from the second conductive layer are arranged such that each movable electrode 22 overlies one of the cavities 14a.
  • the cavity 14b extends below the mirror plate 18.
  • the minimum layer thickness di of the separation layer 32a corresponds to a minimum distance between the stationary electrodes 16 and the movable electrodes 22 in a direction 34 perpendicular to the surface 30 of the substrate 28 before bending the movable one Electrodes 22.
  • FIG. 4 shows a cross section through the micromechanical electrostatic adjusting device 10 along a line BB 'of FIG. 2, which corresponds to an axis of symmetry 42 of the adjusting element.
  • the separating layer is etched away from the cavities 14a and 14b and below the mirror plate 18, the connecting elements 20, the movable electrodes 22 and the torsion springs 24 before the movable electrodes 22 are bent. Only below the suspension elements 26 can a residual separation layer 36 remain intact. This residual separation layer 36 serves to electrically insulate the adjustment element from the anchor points 38 of the first conductive layer 12. At the same time, the suspension elements 26 are firmly connected to the first conductive layer 12 via the residual release layers 36, thereby preventing movement of the suspension elements 26.
  • a particularly easily executable etching step for the at least partial removal of the separating layer 32a is ensured in an isolation trench around the anchor point 26.
  • the material of the upper electrode is connected to that of the lower electrode. Due to the isolation trench but is still an electrical isolation.
  • the etching step may therefore involve end point etching rather than time etching.
  • FIG. 5 shows a cross section through the micromechanical electrostatic adjustment device 10 along a line C-C of FIG. 2, wherein no voltage is applied between the stationary electrodes 16 and the movable electrodes 22.
  • the movable electrodes 22 have a shape that is bent in comparison to the mirror plate 18. By bending the movable electrodes 22 in a direction toward the stationary electrodes 16, the electrostatic interaction between the stationary electrodes 16 and the movable electrodes 22 is improved.
  • the covering layer 40 for example of a material with a thermal expansion coefficient smaller than the coefficient of thermal expansion of the movable electrodes 22, the movable electrodes 22 are deformed so that portions of them below the surface 32 b of the (now etched away) separating layer are located.
  • a separating trench 44 containing the longitudinal direction of the micromechanical electrostatic adjusting device 10 extends centrally through the first conductive layer 12. It is thus possible to apply different voltages to the stationary electrodes 16 formed on the two sides of the separating trench 44 to apply.
  • FIG. 6 shows the same cross-section as FIG. 5 after applying a voltage U equal to zero between the movable electrodes 22 and the stationary electrodes 16 arranged on one side of the separating trench 44.
  • This voltage U causes an electrostatic force, by means of which the movable electrodes 22 are rotated about the axis of symmetry of the adjusting element.
  • the rotation of the movable electrodes 22 also causes rotation of the mirror plate 18, so that the mirror plate 18 is tilted from its initial position shown in Fig. 5 by an angle ⁇ l.
  • the maximum deflection angle of the micromechanical electrostatic adjusting device 10 is dependent on the minimum layer thickness di of the (almost completely etched away) separating layer. Due to a larger minimum layer thickness di, the maximum deflection angle can be increased.
  • the separating layer consists of silicon germanium.
  • the silicon germanium layer is easily removed by an etching medium containing ClF 3 and / or XeF 2 , except for the desired residual release layers.
  • insulating materials which can be selectively etched against the substrate or the mirror structures can also be applied to the first conductive layer 12 as a separating layer.
  • the separating layer Due to the multifunctionality of the separating layer as an insulator and as a sacrificial layer (sacrificial layer technology), there is no need to expose the desired structures from the back of the substrate. This eliminates the otherwise typically required encapsulation, which in turn reduces complexity and costs.
  • FIG. 7 and 8 show a second embodiment of the micromechanical electrostatic adjustment device, wherein FIG. 7 shows a plan view of the adjustment device and FIG. 8 shows a cross section through the micromechanical electrostatic adjustment device.
  • the micromechanical electrostatic adjustment device 50 shown differs from the micromechanical electrostatic adjustment device described above by the connecting elements, which are in part designed as a second torsion spring 52. Otherwise, the components of the micromechanical electrostatic adjustment device 50 correspond to the already corresponding components of the micromechanical electrostatic adjustment device of FIGS. 2 to 6 described above.
  • the connecting elements as second torsion springs 52, a resonant control of the mirror plate 18 is possible.
  • the mirror plate 18 can be adjusted by a maximum displacement angle ⁇ 2, which is about twice as large as the maximum displacement angle ⁇ 3 of the movable electrodes 22. It is advantageous if the mirror plate 18 in relation to the movable electrodes 22 relatively large Inertia mass has.
  • FIGS. 9 and 10 show a comparison of a third embodiment of the micromechanical electrostatic adjusting device with the first embodiment.
  • the micromechanical electrostatic adjustment device 60 shown in FIG. 9 has a plurality of mutually juxtaposed mirror plates 62 instead of a single mirror plate.
  • Each of the mirror plates 62 is equipped with the adjusting mechanism already described above with reference to FIGS. 2 to 6, wherein the movable electrodes 22 are bent by means of the covering layer 40. On a new description of the adjustment is omitted here.
  • the micromechanical electrostatic adjustment device 70 shown in FIG. 10 corresponds to the example of FIGS. 2 to 6 already described above.
  • the micromechanical electrostatic adjustment device 70 has only a single mirror plate 72 whose surface corresponds to the sum of the surfaces of the mirror plates 62.
  • FIGS. 9 and 10 respectively show the maximum deflection angles ⁇ 4 and ⁇ 5 of the mirror plates 62 and 72 which are possible in the micromechanical electrostatic adjusting devices 60 and 70. It can be seen that the maximum deflection angle ⁇ 4 of each of the mirror plates 62 of the micromechanical electrostatic adjustment device 60 is significantly above the maximum deflection angle ⁇ 5 of the single mirror plate 72 of the micromechanical electrostatic adjustment device 70.
  • the micromechanical electrostatic adjustment device 60 thus has the advantage that, with the same total mirror surface, a maximum deflection angle ⁇ 4 greater than the maximum deflection angle ⁇ 5 of the micro-mechanical electrostatic adjustment device 70 can be set.
  • the micromechanical electrostatic adjustment device 70 has a maximum deflection angle .alpha.5 of approximately 1.72.degree.
  • micromirror for example for a head-up display in the automotive sector or for mini-projectors in the consumer sector. It is also conceivable to use the micromirror as a switch in optical networks (optical-cross-connect) or as a surface scanner. However, the present invention is not limited to micromirrors, but can be used for adjusting devices of various types, for example, for a sensor.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung (10) mit den Schritten: Aufbringen einer ersten leitfähigen Schicht (12) auf eine Unterlage (28,30), Ätzen der ersten leitfähigen Schicht (12) zum Bilden von mindestens einer ersten Elektrode (16) aus dem Material der ersten leitfähigen Schicht (12), Aufbringen einer Trennschicht (32a) auf die erste leitfähige Schicht (12), Aufbringen einer zweiten leitfähigen Schicht auf die Trennschicht (32a), Ätzen der zweiten leitfähigen Schicht zum Bilden von mindestens einer zweiten Elektrode (22) aus dem Material der zweiten leitfähigen Schicht, und Aufbringen einer Abdeckschicht (40) auf die zweite Elektrode (22) und Biegen der zweiten Elektrode (22) mittels einer von der Abdeckschicht (40) auf die zweite Elektrode (22) ausgeübten mechanischen Druckspannung. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine entsprechende mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung.

Description

Beschreibung
Titel
Herstellungsverfahren für eine mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung und mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine entsprechende mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung.
Stand der Technik
Mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtungen finden heutzutage als Positionier- oder Sensorvorrichtungen eine häufige Verwendung. Beispielsweise kann eine mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung Bestandteil eines Mikrospiegels eines Projektionssystems sein, welches einen Laserstrahl mittels des Mikrospiegels ablenkt, um auf diese Weise ein Videobild zu projizieren oder um eine Oberfläche abzurastern.
Bei einer mikromechanischen elektrostatischen Verstellvorrichtung erfolgt das Verstellen des verstellbaren Bauteils üblicherweise mittels statischer und beweglicher Elektrodenkämme, die elektrostatisch ineinander gezogen werden. Um eine bevorzugte, quasi statische Ansteuerung zu realisieren, müssen die statischen und beweglichen Elektrodenkämme so zueinander angeordnet werden, dass aufgrund einer zwischen ihnen angelegten elektrischen Spannung ungleich Null ein Drehmoment auf die beweglichen Elektrodenkämme erzeugbar ist. Aufgrund der häufigen Verwendung von elektrostatischen Verstellvorrichtungen im Consumer-Bereich oder in einem Kraftfahrzeug ist es wünschenswert, über eine kostengünstige Möglichkeit zum Herstellen von vergleichsweise kleinen elektrostatischen Verstellvorrichtungen zu verfügen. Insbesondere ist es wünschenswert, bei der Herstellung einer derartigen elektrostatischen Verstellvorrichtung auf die Verwendung von vergleichsweise teuren Silicon-on- Isolator (SOI) Substraten verzichten zu können. Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung schafft ein Herstellungsverfahren für eine mikromechanische elektrostatische Verstell- Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7.
Dabei kann die Trennschicht beispielsweise eine isolierende Schicht und/oder eine Opferschicht sein, wobei die Opferschicht vor oder nach einem Biegen der zweiten Elektrode wenigstens teilweise ent- fernt wird. Das Biegen der zweiten Elektrode umfasst mindestens das Biegen der beweglichen Elektrodenfinger der zweiten Elektrode. Vorzugsweise wird die Abdeckschicht dazu unter Druckspannung auf die zweite Elektrode aufgebracht.
Die Erfindung beschreibt ein einfach durchführbares Herstellungsverfahren für eine mikromechani- sehe elektrostatische Verstellvorrichtung und eine entsprechend kostengünstige mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung. Auf die Verwendung von Mehrschichtsubstraten kann verzichtet werden.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die vergleichsweise aufwendigen her- kömmlichen Verfahren zum Bilden einer elektrostatischen Verstellvorrichtung auf dem Problem beruhen, die mindestens zwei Elektroden der elektrostatischen Verstellvorrichtung so zueinander anzuordnen, dass eine ausreichend große Kraft zum Verstellen der beweglichen Elektrode durch Anlegen einer möglichst geringen Spannung möglich ist. Dies erfordert eine relativ nahe Anordnung der mindestens zwei Elektroden zueinander. Mittels der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die mindestens zwei Elektroden auf einfache Weise zu bilden und anschließend mindestens eine der beiden Elektroden über das Aufbringen der Abdeckschicht so zu biegen, dass die Wechselwirkung zwischen den beiden Elektroden verstärkt wird. Vorzugsweise wird die zweite Elektrode so gebogen, dass die mindestens zwei Elektroden ineinandergreifen und damit die elektrostatische Kraft zwischen den beiden Elektroden bei einem Anlegen einer elektrischen Spannung ungleich Null verstärkt wird.
Bei einer mittels des vorgestellten Herstellungsverfahrens erzeugte elektrostatischen Verstellvorrichtung sind die mindestens eine statische Elektrode und die mindestens eine bewegliche Elektrode vorzugsweise in zwei verschiedenen Ebenen über der Unterlage ausgebildet. Durch das Aufbringen der Abdeckschicht kann jedoch eine der beiden Elektroden, vorzugsweise die bewegliche Elektrode, in die Ebene der anderen hineingebogen werden. Dies kann z.B. mittels einer Schubspannung der auf die zweite, obere Elektrode aufgebrachten Abdeckschicht geschehen. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren erfordert zu seiner Durchführung nur einen Ausgangs- wafer. Bei einem Waferprozess können anschließend eine hohe Anzahl von elektrostatischen Verstellvorrichtungen prozessiert und anschließend vereinzelt werden. Die dazu durchgeführten Prozessschritte weisen eine vergleichsweise geringe Zahl auf und sind einfach ausführbar, was die Kosten für das Herstellungsverfahren senkt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird eine Abdeckschicht mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizient, welcher kleiner als der thermische Ausdehnungskoeffizient des Materials der zweiten leitfähigen Schicht ist, auf die zweite Elektrode aufgebracht. Aufgrund des ge- ringeren Ausdehnungskoeffizienten der Abdeckschicht kann die zweite Elektrode nach einem Aufbringen der Abdeckschicht durch eine Temperaturänderung ohne eine Fremdeinwirkung gebogen werden. Vorzugsweise ragt dann mindestens ein Ende der zweiten Elektrode in einen Zwischenraum der ersten Elektrode hinein. Dies gewährleistet eine gute Wechselwirkung zwischen den beiden Elektroden bei einem Anlegen einer Spannung ungleich Null.
Beispielsweise wird eine Abdeckschicht, welche Siliziumoxid umfasst, auf der zweiten Elektrode gebildet. Bei einem Abkühlen der zweiten Elektrode und der Abdeckschicht biegt sich die zweite Elektrode dann ohne eine Fremdeinwirkung in Richtung der unter ihr liegenden ersten Elektrode. Dies gewährleistet eine kostengünstig und einfach ausführbare Möglichkeit zum Biegen der zweiten Elektro- de.
Vorzugsweise wird die Abdeckschicht streifenförmig und/oder senkrecht zu einer Symmetrieachse der zweiten Elektrode auf die zweite Elektrode aufgebracht. Somit können die beweglichen Elektrodenfinger der zweiten Elektrode leicht in die gewünschte Form gebogen werden.
Zusätzlich kann zumindest die zweite Elektrode und/oder das Material der Abdeckschicht vor dem Aufbringen der Abdeckschicht erhitzt werden. Ein Abkühlen der zweite Elektrode und/oder des Materials der Abdeckschicht bewirkt dann automatisch die vorteilhafte Verformung der zweiten Elektrode.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird eine Siliziumgermaniumschicht zumindest als Bestandteil der Trennschicht auf die erste leitfähige Schicht aufgebracht, wobei die Siliziumgermaniumschicht nach einem Bilden der zweiten Elektrode zumindest teilweise mit einem Ätzmaterial weggeätzt wird, welches ClF3 und/oder XeF2 umfasst. Auf diese Weise kann die Siliziumgermaniumschicht von den gewünschten Bereichen weggeätzt werden, ohne dass dabei eine aus Silizium gebildete Elektrode be- schädigt wird. Die in den oberen Abschnitten beschriebenen Vorteile gelten auch für eine entsprechende mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung.
In einer bevorzugten Ausführungsform der mikromechanischen elektrostatischen Verstellvorrichtung ist die zweite Elektrode über eine Feder mit mindestens einem fest angeordneten Aufhängeelement verbunden, und wobei die Feder bei einem Anlegen einer Spannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode verformt wird. Vorzugsweise ist die zweite Elektrode einstückig mit der Feder und dem Aufhängeelement ausgebildet. Ebenso kann das Ankerelement, an welchem das Aufhängeelement befestigt ist, einstückig mit der ersten Elektrode ausgebildet sein. Ein derartiger Aufbau der mikromechanischen elektrostatischen Verstellvorrichtung lässt sich einfach realisieren und gewährleistet eine gute Beweglichkeit der zweiten Elektrode bei Anlegen einer Spannung zwischen den mindestens zwei Elektroden.
Vorteilhafterweise ist die Feder mäanderformig oder zickzackformig ausgebildet. Durch ein derartiges Design der Feder kann der Abstand zwischen dem Aufhängeelement und der zweiten Elektrode minimiert werden.
Des Weiteren kann die zweite Elektrode über ein Verbindungselement mit einer verspiegelten Platte verbunden sein, welche durch das Anlegen der Spannung zwischen der ersten Elektrode und der zwei- ten Elektrode aus einer Ausgangsstellung in mindestens eine Endstellung verstellbar ist. Die mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung eignet sich in diesem Fall gut als Mikrospiegel. Dabei kann auch das Verbindungselement mäanderformig oder zickzackformig ausgebildet sein, um den oben schon genannten Vorteil zu gewährleisten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 zeigt ein Flussdiagramm zur Darstellung einer ersten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für eine mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung;
Fig. 2 bis 6 zeigen eine erste Ausführungsform der mikromechanischen elektrostatischen Verstellvorrichtung, wobei Fig. 2 eine Draufsicht auf die Verstellvorrichtung und Fig. 3 bis 6 einen Querschnitt durch die mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung zeigen; Fig. 7 und 8 zeigen eine zweite Ausführungsform der mikromechanischen elektrostatischen Verstellvorrichtung, wobei Fig. 7 eine Draufsicht auf die Verstellvorrichtung und Fig. 8 einen Querschnitt durch die mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung zeigen; und
Fig. 9 und 10 zeigen einen Vergleich einer dritten Ausführungsform der mikromechanischen elektrostatischen Verstellvorrichtung mit der ersten Ausführungsform.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt ein Flussdiagramm zur Darstellung einer ersten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für eine mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung.
In einem ersten Schritt Sl des Herstellungsverfahrens wird eine erste leitfähige Schicht, vorzugsweise Polysilizium, auf eine Unterlage aufgebracht. Dabei kann die Unterlage eine isolierende Oberfläche aufweisen. Beispielsweise ist die Unterlage ein Siliziumsubstrat, auf dessen Oberfläche mittels eines thermischen Oxidierungsverfahrens eine Siliziumoxidschicht gebildet ist. Gegebenenfalls wird nach dem Aufbringen der ersten leitfähigen Schicht ein CMP -Verfahren (chemisches mechanisches Polierverfahren) durchgeführt zum Glätten der ersten leitfähigen Schicht.
In einem weiteren Schritt S2 wird die erste leitfähige Schicht geätzt, um aus der ersten leitfähigen Schicht mindestens eine erste Elektrode zu formen. Dazu kann eine Maske, wie beispielsweise eine Lackmaske, auf der Oberfläche der ersten leitfähigen Schicht so strukturiert werden, dass Aussparungen in der Maske den Zwischenräumen der mindestens einen ersten Elektrode entsprechen.
Anschließend wird eine Trennschicht auf die erste leitfähige Schicht, bzw. auf die erste Elektrode aufgebracht (Schritt S3). Diese Trennschicht kann beispielsweise als Opferschicht Siliziumgermanium enthalten. Die Trennschicht kann auch zumindest teilweise ein elektrisch isolierendes Material enthalten. Nach dem Aufbringen der Trennschicht kann ein CMP -Verfahren durchgeführt werden, um die Trennschicht zu glätten.
In einem nachfolgenden Schritt S4 wird eine zweite leitfähige Schicht auf die Trennschicht aufgebracht. Auch die zweite leitfähige Schicht kann Polysilizium enthalten. Anschließend wird in einem Schritt S5 mindestens eine zweite Elektrode aus dem Material der zweiten leitfähigen Schicht geätzt. Die erste und die zweite Elektrode sind in zwei verschiedenen Ebenen übereinander angeordnet. Der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Elektrode in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche der Unterlage beträgt mindestens die Schichtdicke der Trennschicht. In dem Verfahrensschritt S6 wird die zweite Elektrode gebogen. Dazu wird eine Abdeckschicht auf die zweite Elektrode aufgebracht. Vorzugsweise wird dabei der Abstand zwischen der zweiten Elektrode und der ersten Elektrode in der Richtung senkrecht zur Oberfläche der Unterlage verringert.
Die Abdeckschicht kann ein unter mechanische Druckspannung stehendes Material enthalten. Beispielsweise enthält die Abdeckschicht Siliziumoxid. Nach einem Entfernen der Opferschicht während des Schritts S6 findet in diesem Fall ohne eine Fremdeinwirkung die weiter unten noch genauer beschriebene Biegung der zweiten Elektrode statt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ab- deckschicht senkrecht zu einer Symmetrieachse der zweiten Elektrode streifenförmig auf der oberen zweiten Elektrode strukturiert.
Fig. 2 bis 6 zeigen eine erste Ausführungsform der mikromechanischen elektrostatischen Verstellvorrichtung, wobei Fig. 2 eine Draufsicht auf die Verstellvorrichtung und Fig. 3 bis 6 einen Querschnitt durch die mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung zeigen.
Die in Fig. 2 gezeigte mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung 10 umfasst eine (nicht gezeigte) Unterlage mit einer isolierenden Oberfläche. Auf der Unterlage ist eine erste leitfähige Schicht 12 gebildet, welche beispielsweise aus Polysilizium besteht. In die erste leitfähige Schicht 12 sind Hohlräume 14 geätzt. Die zwischen den Hohlräumen 14 liegenden Bereiche sind als stationäre
Elektroden 16 ausgebildet. Hierbei sind die Elektrodenfinger beidseits einer Symmetrieachse der zweiten Elektrode bestehend aus Verbindungselementen 20, beweglichen Elektroden 22, Torsionsfedern 24 und Aufhängeelementen 26 durch einen Graben elektrisch voneinander isoliert. So lässt sich ein unterschiedliches Potenzial an die durch den Isolationsgraben getrennten beiden Elektrodenhälften anlegen und ein Drehmoment auf die beweglichen Elektroden 22 erzeugen.
Teilflächen der ersten leitfähigen Schicht 12, welche in Fig. 2 jedoch nicht dargestellt sind, sind mit einer Trennschicht bedeckt. Auf der Trennschicht ist ein aus einer zweiten leitfähigen Schicht, beispielsweise Polysilizium, gebildetes Verstellelement angeordnet. Das einstückig ausgebildete Ver- Stellmoment umfasst eine Spiegelplatte 18, Verbindungselemente 20, bewegliche Elektroden 22, Torsionsfedern 24 und Aufhängeelemente 26. Die Spiegelplatte 18 ist mit einer (nicht skizzierten) reflektierenden Schicht bedeckt. Die mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung 10 kann somit als Mikrospiegel genutzt werden.
Die Verbindungselemente 20 sind an den beiden Seiten der Spiegelplatte 18 in Längrichtung der mikromechanischen elektrostatischen Verstellvorrichtung 10 ausgebildet. Senkrecht zur Längsrichtung der mikromechanischen elektrostatischen Verstellvorrichtung 10 stehen die beweglichen Elektroden 22 von den Verbindungselementen 20 ab. An den von der Spiegelplatte 18 abgewandten Enden der Ver- bindungselemente 20 sind Torsionsfedern 24 ausgebildet. Bei der mikromechanischen elektrostatischen Verstellvorrichtung 10 verlaufen die Torsionsfedern 24 als schmale gerade Streifen parallel zu der Längsrichtung der mikromechanischen elektrostatischen Verstellvorrichtung 10. Als Alternative dazu können die Torsionsfedern 24 auch mäanderförmig oder zickzackförmig ausgebildet sein, um den Abstand zwischen den Verbindungselementen 20 und den an den Torsionsfedern 24 ebenfalls angeordneten Aufhängeelementen 26 zu minimieren.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch die mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung 10 entlang einer Linie A-A' der Fig. 2. Die mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung 10 weist als Unterlage ein Siliziumsubstrat 28 auf, dessen Oberfläche 30 isolierend ausgebildet ist. In die darüber angeordnete erste leitfähige Schicht 12 sind Hohlräume 14a und 14b geätzt. Die Hohlräume 14a unterteilen die erste leitfähige Schicht 12 in elektrisch voneinander isolierte Bereiche, welche als stationäre Elektroden 16 ausgebildet sind.
Nach dem Ätzen der stationären Elektroden 16 wird eine Trennschicht 32a auf die erste leitfähige Schicht 12 aufgebracht. Auch die Hohlräume 14a und 14b werden mit der Trennschicht 32a gefüllt. Die Trennschicht 32a weist eine Mindestschichtdicke di auf, welche so gewählt ist, dass eine auf einer Oberfläche 32b der Trennschicht 32a angeordnete zweite leitfähige Schicht von den stationären Elekt- roden 16 elektrisch isoliert ist. Anschließend werden die Komponenten 18 bis 26 aus der zweiten leitfähigen Schicht gebildet.
Die aus der zweiten leitfähigen Schicht gebildeten beweglichen Elektroden 22 sind so angeordnet, dass je eine bewegliche Elektrode 22 über einem der Hohlräume 14a liegt. Der Hohlraum 14b er- streckt sich unterhalb der Spiegelplatte 18.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten Herstellungszustand vor einem Ätzen der Trennschicht 32a entspricht die Mindestschichtdicke di der Trennschicht 32a einem Mindestabstand zwischen den stationären Elektroden 16 und den beweglichen Elektroden 22 in einer Richtung 34 senkrecht zu der Oberfläche 30 des Substrats 28 vor einem Biegen der beweglichen Elektroden 22.
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch die mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung 10 entlang einer Linie B-B' der Fig. 2, welche einer Symmetrieachse 42 des Verstellelements entspricht. Wie in Fig. 4 zu erkennen, wird die Trennschicht vor einem Biegen der beweglichen Elektroden 22 aus den Hohlräumen 14a und 14b und unterhalb der Spiegelplatte 18, der Verbindungselemente 20, der beweglichen Elektroden 22 und der Torsionsfedern 24 weggeätzt. Lediglich unter den Aufhängeelementen 26 kann noch eine Resttrennschicht 36 erhalten bleiben. Diese Resttrennschicht 36 dient zur elektrischen Isolierung des Verstellelements von den Ankerpunkten 38 der ersten leitfähigen Schicht 12. Gleichzeitig sind die Aufhängeelemente 26 über die Resttrennschichten 36 fest mit der ersten leitfähigen Schicht 12 verbunden, wodurch eine Bewegung der Auf- hängeelemente 26 verhindert wird.
Ein besonders leicht ausführbarer Ätzschritt zum zumindest teilweisen Entfernen der Trennschicht 32a ist bei einem Isolationsgraben um den Ankerpunkt 26 gewährleistet. In diesem Fall ist an dem Ankerpunkt 26 das Material der oberen Elektrode mit dem der unteren Elektrode verbunden. Aufgrund des Isolationsgrabens liegt aber dennoch eine elektrische Isolation vor. Der Ätzschritt kann deshalb ein Endpunktätzen anstelle eines Zeitätzens beinhalten.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch die mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung 10 entlang einer Linie C-C der Fig. 2, wobei zwischen den stationären Elektroden 16 und den bewegli- chen Elektroden 22 keine Spannung anliegt. Wie in Fig. 5 deutlich zu erkennen ist, weisen die beweglichen Elektroden 22 nach dem Aufbringen einer Abdeckschicht 40 und dem Entfernen der Trennschicht eine im Vergleich zur Spiegelplatte 18 gebogene Form auf. Durch diese Biegung der beweglichen Elektroden 22 in eine Richtung zu den stationären Elektroden 16 wird die elektrostatische Wechselwirkung zwischen den stationären Elektroden 16 und den beweglichen Elektroden 22 verbessert.
Die von den Verbindungselementen 20 abgewandten Enden der beweglichen Elektroden 22 ragen in die (nicht skizzierten) Hohlräume zwischen den stationären Elektroden 16 hinein. Man kann dies als ein Ineinandergreifen der stationären Elektroden 16 und der beweglichen Elektroden 22 bezeichnen. Durch das Aufbringen der Abdeckschicht 40, beispielsweise aus einem Material mit einem thermi- sehen Ausdehnungskoeffizienten kleiner als dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beweglichen Elektroden 22, werden die beweglichen Elektroden 22 so verformt, dass Bereiche von ihnen sich unterhalb der Oberfläche 32b der (inzwischen weggeätzten) Trennschicht befinden.
Wie in Fig. 5 zu erkennen, verläuft ein Trenngraben 44 enthalt der Längsrichtung der mikromechani- sehen elektrostatischen Verstellvorrichtung 10 mittig durch die erste leitfähige Schicht 12. Damit ist es möglich, unterschiedliche Spannungen an die an den beiden Seiten des Trenngrabens 44 ausgebildeten stationären Elektroden 16 anzulegen.
Fig. 6 zeigt denselben Querschnitt wie Fig. 5 nach einem Anlegen einer elektrischen Spannung U un- gleich Null zwischen den beweglichen Elektroden 22 und den auf einer Seite des Trenngrabens 44 angeordneten stationären Elektroden 16. Diese Spannung U bewirkt eine elektrostatische Kraft, durch welche die beweglichen Elektroden 22 um die Symmetrieachse des Verstellelements gedreht werden. Die Drehung der beweglichen Elektroden 22 bewirkt auch eine Drehung der Spiegelplatte 18, so dass die Spiegelplatte 18 aus ihrer in Fig. 5 gezeigten Ausgangsposition um einen Winkel αl geneigt wird.
Der maximale Auslenkwinkel der mikromechanischen elektrostatischen Verstellvorrichtung 10 ist abhängig von der Mindestschichtdicke di der (fast vollständig weg geätzten) Trennschicht. Durch eine größere Mindestschichtdicke di lässt sich der maximale Auslenkwinkel steigern.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht wenigstens ein Teil der Trennschicht aus Siliziumgermanium. Die Siliziumgermaniumschicht lässt sich leicht durch ein Ätzmedium, welches ClF3 und/oder XeF2 enthält, bis auf die gewünschten Resttrennschichten entfernen. Grundsätzlich können auch isolierende Materialien, die sich selektiv gegen das Substrat oder die Spiegelstrukturen ätzen lassen, als Trennschicht auf die erste leitfähige Schicht 12 aufgebracht werden.
Durch die Multifunktionalität der Trennschicht als Isolator und als Opferschicht (Opferschichttechno- logie), entfällt die Notwendigkeit, die gewünschten Strukturen von der Rückseite des Substrats aus freizulegen. Damit entfällt auch eine sonst typischerweise notwendige Verkapselung, was wiederum die Komplexität und die Kosten senkt.
Fig. 7 und 8 zeigen eine zweite Ausführungsform der mikromechanischen elektrostatischen Verstell- Vorrichtung, wobei Fig. 7 eine Draufsicht auf die Verstellvorrichtung und Fig. 8 einen Querschnitt durch die mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung zeigt.
Die gezeigte mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung 50 unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen mikromechanischen elektrostatischen Verstellvorrichtung durch die teilweise als zweite Torsionsfeder 52 ausgebildeten Verbindungselemente. Ansonsten entsprechen die Komponenten der mikromechanischen elektrostatischen Verstellvorrichtung 50 den schon entsprechenden Komponenten der oben beschriebenen mikromechanischen elektrostatischen Verstellvorrichtung der Fig. 2 bis 6.
Durch die Ausbildung der Verbindungselemente als zweite Torsionsfedern 52 ist eine resonante Ansteuerung der Spiegelplatte 18 möglich. Auf diese Weise kann die Spiegelplatte 18 um einen maximalen Verstellwinkel α2 verstellt werden, der etwa doppelt so groß ist wie der maximale Verstellwinkel α3 der beweglichen Elektroden 22. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Spiegelplatte 18 eine im Verhältnis zu den beweglichen Elektroden 22 relativ große Trägheitsmasse aufweist.
Fig. 9 und 10 zeigen einen Vergleich einer dritten Ausführungsform der mikromechanischen elektrostatischen Verstellvorrichtung mit der ersten Ausführungsform. Die in Fig. 9 gezeigte mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung 60 weist anstelle einer einzigen Spiegelplatte mehrere nebeneinander angeordnete Spiegelplatten 62 auf. Jede der Spiegelplatten 62 ist mit dem oben anhand der Fig. 2 bis 6 schon beschriebenen Verstellmechanismus ausges- tattet, wobei die beweglichen Elektroden 22 mittels der Abdeckschicht 40 gebogen sind. Auf eine erneute Beschreibung des Verstellmechanismus wird hier verzichtet.
Die in Fig. 10 dargestellte mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung 70 entspricht dem oben schon beschriebenen Beispiel der Fig. 2 bis 6. Die mikromechanische elektrostatische Verstell- Vorrichtung 70 weist nur eine einzige Spiegelplatte 72 auf, deren Fläche der Summe der Flächen der Spiegelplatten 62 entspricht.
Die Figuren 9 und 10 zeigen jeweils die maximalen Auslenkwinkel α4 und α5 der Spiegelplatten 62 und 72, welche bei den mikromechanischen elektrostatischen Verstellvorrichtungen 60 und 70 mög- lieh sind. Dabei ist zu erkennen, dass der maximale Auslenkwinkel α4 jeder der Spiegelplatten 62 der mikromechanischen elektrostatischen Verstellvorrichtung 60 deutlich über dem maximalen Auslenkwinkel α5 der einzigen Spiegelplatt 72 der mikromechanischen elektrostatischen Verstellvorrichtung 70 liegt. Die mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung 60 weist somit den Vorteil auf, dass bei gleicher Gesamt- Spiegelfläche ein gegenüber dem maximalen Auslenkwinkel α5 der mikro- mechanischen elektrostatischen Verstellvorrichtung 70 größerer maximaler Auslenkwinkel α4 einstellbar ist.
Beispielsweise weist die mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung 70 bei einer Spiegelbreite von 1 mm der Spiegelplatte 72 und einer Mindestschichtdicke di von 30 μm der inzwischen größtenteils weggeätzten Trennschicht einen maximalen Auslenkwinkel α5 von etwa 1 ,72° auf. Eine (nicht skizzierte) mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung mit fünf nebeneinander angeordneten Spiegelplatten, deren Einzelspiegelbreite bei 0,2 mm liegt, gewährleistet bei gleicher Mindestschichtdicke di einen maximalen Auslenkwinkel von 16,7°. Durch eine Verwendung von mehreren Spiegelplatten lässt sich somit bei gleicher Mindestschichtdicke di der Trennschicht der maximale Auslenkwinkel steigern.
Die vorliegende Erfindung wurde in den oberen Abschnitten anhand eines Mikrospiegels, beispielsweise für ein Head-up-Display im Kraftfahrzeugbereich oder für Miniprojektoren im Consumer- Bereich, erläutert. Denkbar ist auch eine Verwendung des Mikrospiegels als Schalter in optischen Netzwerken (optical-cross-connect) oder als Oberflächenscanner. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf Mikrospiegel beschränkt, sondern kann für Verstellvorrichtungen verschiedener Art, beispielsweise auch für einen Sensor, genutzt werden.

Claims

Ansprüche:
1. Herstellungsverfahren für eine mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung (10,50,60,70) mit den Schritten:
Aufbringen einer ersten leitfähigen Schicht (12) auf eine Unterlage (28,30);
Ätzen der ersten leitfähigen Schicht (12) zum Bilden von mindestens einer ersten Elektrode (16) aus dem Material der ersten leitfähigen Schicht (12);
Aufbringen einer Trennschicht (32a) auf die erste leitfähige Schicht (12);
Aufbringen einer zweiten leitfähigen Schicht auf die Trennschicht (32a);
Ätzen der zweiten leitfähigen Schicht zum Bilden von mindestens einer zweiten Elektrode (22) aus dem Material der zweiten leitfähigen Schicht; und
Aufbringen einer Abdeckschicht (40) auf die zweite Elektrode (22) und Biegen der zweiten Elektrode (22) mittels einer von der Abdeckschicht (40) auf die zweite Elektrode (22) ausgeübten mechanischen Druckspannung.
2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei eine Abdeckschicht (40) mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizient, welcher kleiner als der thermische Ausdehnungskoeffizient des Materials der zweiten leitfähigen Schicht ist, auf die zweite Elektrode (22) aufgebracht wird.
3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Abdeckschicht (40), welche Siliziumoxid umfasst, auf der zweiten Elektrode (22) gebildet wird.
4. Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abdeckschicht (40) streifenförmig und/oder senkrecht zu einer Symmetrieachse der zweiten Elektrode (22) auf die zweite Elektrode (22) aufgebracht wird.
5. Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest die zweite Elektrode (22) und/oder das Material der Abdeckschicht (40) vor dem Aufbringen der Abdeckschicht (40) erhitzt wird.
6. Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Siliziumgermaniumschicht zumindest als Bestandteil der Trennschicht (32a) auf die erste leitfähige Schicht (12) aufgebracht wird, und wobei die Siliziumgermaniumschicht nach einem Bilden der zweiten Elektrode (22) zumindest teilweise mit einem Ätzmaterial weggeätzt wird, welches ClF3 und/oder XeF2 umfasst.
7. Mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung (10,50,60,70) mit
einer Unterlage (28,30);
mindestens einer ersten Elektrode (16) und einer zweiten Elektrode (22) aus mindestens einem leitfä- higen Material, welche über der Unterlage (28,30) angeordnet sind;
einer Trennschicht (32a), welche dazu ausgebildet ist, die erste Elektrode (16) von der zweiten Elektrode (22) elektrisch zu isolieren; und
einer auf die zweite Elektrode (22) aufgebrachten Abdeckschicht (40), welche dazu ausgebildet ist, eine mechanische Spannung zum Biegen der zweiten Elektrode (22) auf die zweite Elektrode (22) auszuüben.
8. Mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung (10,50,60,70) nach Anspruch 7, wobei die zweite Elektrode (22) über eine Feder (24,52) mit mindestens einem fest angeordneten Aufhängeelement (26) verbunden ist, und wobei die Feder (24,52) bei einem Anlegen einer Spannung (U) zwischen der ersten Elektrode (16) und der zweiten Elektrode (22) verformt wird.
9. Mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung (10,50,60,70) nach Anspruch 8, wobei die Feder (24,52) mäanderförmig oder zickzackförmig ausgebildet ist.
10. Mikromechanische elektrostatische Verstellvorrichtung (10,50,60,70) nach einem Anspruch 8 oder 9, wobei die zweite Elektrode (22) über ein Verbindungselement (20) mit einer verspiegelten Platte (18,62,72) verbunden ist, welche durch das Anlegen der Spannung (U) zwischen der ersten E- lektrode (16) und der zweiten Elektrode (22) aus einer Ausgangsstellung in mindestens eine Endstellung verstellbar ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19851967A1 (de) * 1998-11-11 2000-05-25 Bosch Gmbh Robert Mikrospiegel und Verfahren zu seiner Herstellung
US20040180465A1 (en) * 2001-08-31 2004-09-16 Superconductor Technologies, Inc. Method of making an electrostatic actuator
US20070194656A1 (en) * 2004-09-01 2007-08-23 Advantest Corporation Bimorph element, bimorph switch, mirror element, and method for manufacturing these

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19851967A1 (de) * 1998-11-11 2000-05-25 Bosch Gmbh Robert Mikrospiegel und Verfahren zu seiner Herstellung
US20040180465A1 (en) * 2001-08-31 2004-09-16 Superconductor Technologies, Inc. Method of making an electrostatic actuator
US20070194656A1 (en) * 2004-09-01 2007-08-23 Advantest Corporation Bimorph element, bimorph switch, mirror element, and method for manufacturing these

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104418293A (zh) * 2013-08-28 2015-03-18 罗伯特·博世有限公司 微机械结构元件和用于微机械结构元件的相应检查方法

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