WO2020221646A1

WO2020221646A1 - Perforierter membranspiegel zur reduktion der betriebsspannung und durchstimmbares fabry-perot interferometer

Info

Publication number: WO2020221646A1
Application number: PCT/EP2020/061299
Authority: WO
Inventors: Thomas Buck; Christian Huber; Reinhold Roedel; Benedikt Stein; Christoph Schelling; Christoph Daniel Kraemmer
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2020-04-23
Publication date: 2020-11-05
Also published as: DE102019206151A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Spiegeleinrichtung (1) für eine Interferometereinrichtung, umfassend ein Substrat mit einer darauf angeordneten Spiegelschicht (3), wobei die Spiegelschicht (3) einen optische Bereich (OA) in einem Mittelbereich (MB) der Spiegelschicht (3) umfasst; einen Federbereich (4) umfasst, welcher den Mittelbereich (MB) zumindest teilweise lateral umläuft und zumindest eine steifigkeitsreduzierende Ausnehmung (4a) umfasst; und über den Federbereich (4) aktuierbar ist.

Description

Beschreibung

Titel

PERFORIERTER MEMBRANSPIEGEL ZUR REDUKTION DER BETRIEBSSPANNUNG UND DURCHSTIMMBARES FABRY-PEROT INTERFEROMETER

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spiegeleinrichtung für eine

Interferometereinrichtung, eine Interferometereinrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Spiegeleinrichtung für eine Interferometereinrichtung.

Stand der Technik

Zur Miniaturisierung von durchstimmbaren spektralen Filtern lassen sich Fabry- Perot Interferometer (FPI) vorteilhaft in MEMS-Technologie realisieren. Dabei wird ausgenutzt, dass eine Kavität bestehend aus zwei planparallelen,

hochreflektierenden Spiegeln mit einem Abstand (Kavitätslänge) im Bereich optischer Wellenlängen eine starke Transmission nur für Wellenlängen zeigt, bei denen die Kavitätslänge einem ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge entspricht. Die Kavitätslänge lässt sich beispielsweise mittels elektrostatischer oder piezoelektrischer Aktuierung verändern, wodurch ein spektral

durchstimmbares Filterelement entsteht. Ein Großteil der bekannten FPIs

verwendet eine elektrostatische Aktuierung der Spiegel (im Gegensatz zur oben erwähnten piezoelektrischen Aktuierung), wobei die Spiegel oft als

Membranen ausgelegt sind. Dabei wird bspw. eine Spannung zwischen zwei

Elektroden angelegt, die sich auf der Ebene der beiden Spiegel befinden, sodass sich aufgrund der elektrostatischen Anziehung beide Spiegel aufeinander zu bewegen. Übliche Membranspiegel umfassen zumindest ein teilweise leitfähiges Halbleitermaterial. Aufgrund der meist extremen Aspektverhältnisse (Laterale Dimensionen der Spiegel, im Wesentlichen auch der optischen Bereich, verglichen mit den Schichtdicken) sind die auftretenden Rückstellkräfte aufgrund von Biegespannungen meist vernachlässigbar verglichen mit den

Rückstellkräften durch Membranspannungen, die auf einer vorherrschenden tensilen Vorspannung beruhen. Letztere bestimmt auch meist effektiv die

Federkonstante des Systems - und beeinflusst damit auch die benötigte

Aktuationsspannung - und ist im Prozess oft nur schwer einstellbar.

In der US 8,913,322 B2 wird in einem Randbereich einer Spiegelmembran eine Erweichung dieser erzielt, wobei eine Anpassung der Ankerdichte offenbart wird, mit dem Zweck die Spiegelplanarität im optischen Bereich zu erhöhen.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung schafft eine Spiegeleinrichtung für eine

Interferometereinrichtung nach Anspruch 1, eine Interferometereinrichtung nach Anspruch 8 und ein Verfahren zur Herstellung einer Spiegeleinrichtung für eine Interferometereinrichtung nach Anspruch 11.

Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Vorteile der Erfindung

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, eine Spiegeleinrichtung für eine Interferometereinrichtung anzugeben, deren

Federbereich durch eine erweiterte Prozessierung mit dem Einbringen von Ausnehmungen betreffend dessen Federkonstante veränderbar ist, wodurch eine Steifigkeit des Federbereichs veränderbar ist.

Erfindungsgemäß umfasst die Spiegeleinrichtung für eine

Interferometereinrichtung ein Substrat mit einer darauf angeordneten

Spiegelschicht, wobei die Spiegelschicht einen optischen Bereich in einem Mittelbereich der Spiegelschicht umfasst. Des Weiteren umfasst die

Spiegelschicht einen Federbereich, welcher den Mittelbereich zumindest teilweise lateral umläuft und zumindest eine steifigkeitsreduzierende

Ausnehmung umfasst. Des Weiteren ist die Spiegelschicht über den

Federbereich aktuierbar. Hierbei ist jedoch anzumerken, dass die auftretenden mechanischen Dehnungen während der Aktuation nicht nur im Federbereich stattfinden können, sondern über der gesamten Membran.

Der optische Bereich ist vorteilhaft jener Bereich, in welchem eine Transmission oder Reflexion von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist, wenn sich die Spiegeleinrichtung innerhalb einer Interferometereinrichtung befindet. Das Substrat dient vorteilhaft als Träger für die Spiegelschicht und vermittelt vorteilhaft eine ausreichende mechanische Stabilität und Trägereigenschaft. Das Substrat kann unterhalb des Mittelbereichs und zumindest teilweise unterhalb des Federbereichs (wobei bei der Aktuierung der Mittelbereich in einer senkrechten Richtung zur Oberfläche der Spiegelschicht unter Wahrung der Parallelität zur unausgelenkten Spiegelschicht versetzt werden kann) durch einen Ätzprozess entfernt sein, die Spiegelschicht dort vorteilhaft freigestellt sein. Der Federbereich ist vorteilhaft ein Teil der Spiegelschicht und kann direkt an den Mittelbereich anschließen. Der Mittelbereich weist eine lateral größere

Ausdehnung aufals der optische Bereich. Der optische Bereich, der Mittelbereich und/oder der Federbereich können kreisförmig sein oder eine andere Geometrie aufweisen.

Die Spiegelschicht kann vorteilhaft auch mehrere Spiegelschichten umfassen, wie es beispielsweise in einem dielektrischen Bragg-Spiegel der Fall ist.

Die steifigkeitsreduzierende Ausnehmung kann vorteilhaft die Federkonstante des Federbereichs verringern, mit anderen Worten erweichen. Auf diese Weise kann vorteilhaft die zur Aktuation der Spiegelschicht relevante

Aktuationsspannung des Federbereichs herabgesetzt werden (betreffend eine zur Auslenkung notwendige Kraftwirkung). Durch die Ausnehmung(en) wird etwas Material des Federbereichs entfernt und somit kann auch die statische Federkonstante reduziert werden. Alternativ ist es auch möglich, dass der Federbereich ein zur Spiegelschicht im Mittelbereich unterschiedliches Material umfasst. Durch die erweichte Federkonstante kann eine für die ausreichende planare Ausdehnung des Mittelbereichs notwendige mechanische Einspannkraft vorteilhaft reduziert werden, wodurch das Material der Spiegelschicht und eines Aufhängebereichs vorteilhaft geschont werden kann. Ebenso kann durch die reduzierte mechanische Einspannkraft eine zur Aktuation notwendige elektrische Spannung reduziert werden. Des Weiteren kann ein Fluidwiderstand, den die Spiegeleinrichtung gegenüber einem Gas darstellt, reduziert werden, wenn durch die Ausnehmungen mehr Material von der Spiegeleinrichtung entfernt ist. Daraus können vorteilhaft verringerte Zeitkonstanten für die Aktuation erzielt werden und vorteilhaft einen höherfrequenten Betrieb (Aktuation) ermöglicht werden.

Durch die Ausnehmungen kann vorteilhaft auch ein Ätzschritt des

darunterliegenden Substrats, etwa bei einer Freistellung, erfolgen. Ist eine solche Ätzung, etwa einer Opferschicht, notwendig, so kann diese durch die

Ausnehmungen, gegenüber nur für die Ätzung bereitgestellten Ätzlöchern etwa im Mittelbereich oder des optischen Bereichs, modifiziert werden. Beispielsweise kann auch eine verbesserte und schnellere Strömung von Ätzgas in die relevanten Bereiche erzielt werden und ein Abtransport von Reaktionsprodukten durch die Ausnehmungen verbessert und beschleunigt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Spiegeleinrichtung umfasst die zumindest eine Ausnehmung eine längliche Ausdehnung, welche sich vom Mittelbereich weg erstreckt.

Die Ausnehmung kann eine Ellipse, einen Kreis, eine knochenähnliche Form oder andere geometrische Formen umfassen. Mehrere oder alle Ausnehmungen können die gleiche Form aufweisen. Die Ausnehmungen können den

Mittelbereich vorteilhaft ringsum, etwa entlang einer Kreisanordnung, in gleichen oder unterschiedlichen Abständen zueinander und/oder zum Mittelbereich umgeben.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Spiegeleinrichtung umfasst der optische Bereich eine weitere Ausnehmung. Die weitere Ausnehmung kann als eine einzige Ausnehmung in Form eines Kreises, einer Ellipse oder anderer geometrischer Formen ausgebildet sein und als ein Ätzloch dienen. Das Substrat darunter kann ebenfalls entfernt sein oder noch vorhanden sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Spiegeleinrichtung umfasst die Spiegelschicht einen dielektrischen Bragg-Spiegel.

Die Ausführung als Bragg-Spiegel kann vorteilhaft erzielt werden, wenn die Spiegelschicht selbst eine Mehrzahl von Schichten für einen Bragg-Spiegel umfasst zum Beispiel eine Mehrzahl von Dielektrika oder Halbleitermaterialien. Die Spiegelschichten des Bragg-Spiegels können einen Luft- Zwischenspalt enthalten und jeweils gleiche oder verschiedene Muster von Ausnehmungen im Federbereich umfassen, diese dann gleich oder verdreht zueinander positioniert sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Spiegeleinrichtung ist diese in einem MEMS-Bauteil ausgebildet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Spiegeleinrichtung weist die Spiegelschicht eine tensile Vorspannung auf.

Die eingebaute tensile Vorspannung kann zu einer Versteifung der Struktur, insbesondere der Spiegelschicht und des Federbereichs führen, wodurch selbst vorteilhaft Rückstellkräfte gegen ein Durchhängen einer freigestellten

Spiegelschicht resultieren und eine Planarität verbessern können. Der tensile Stress beträgt typischerweise einige zehn bis einige hundert MPa. Die daraus resultierende Feder bestimmt beispielsweise im Falle einer elektrostatischen Aktuierung die Spannungs- und Auslenkungscharakteristik des Mittelbereichs maßgeblich.

Die tensile Vorspannung kann vorteilhaft im Mittelbereich und/oder im

Federbereich der Spiegeleinrichtung vorhanden sein und aus dem

Herstellungsprozess der Spiegelschicht resultieren. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Spiegeleinrichtung sind mehrere Ausnehmungen um die optische Bereich herum angeordnet und erstrecken sich radial von dieser weg.

Erfindungsgemäß umfasst die Interferometereinrichtung eine erste

Spiegeleinrichtung und parallel dazu eine zweite Spiegeleinrichtung, wobei die erste Spiegeleinrichtung und/oder die zweite Spiegeleinrichtung eine

erfindungsgemäße Spiegeleinrichtung umfasst, und die erste Spiegeleinrichtung und/oder die zweite Spiegeleinrichtung ist beweglich angeordnet. Des Weiteren umfasst die Interferometereinrichtung eine Aktuatoreinrichtung, welche mit dem Federbereich der ersten Spiegeleinrichtung und/oder der zweiten

Spiegeleinrichtung verbunden ist und wobei der Federbereich mittels der Aktuatoreinrichtung bewegbar ist, so dass ein Abstand zwischen der ersten Spiegeleinrichtung und der zweiten Spiegeleinrichtung variierbar ist.

Bei einer Bewegung zumindest einer der Spiegeleinrichtungen kann ein Abstand zwischen den Spiegeleinrichtungen variiert werden,

Als Aktuatoreinrichtung kommen vorteilhaft verschiedene mögliche MEMS- Aktuatoren oder Elektroden in Frage, wobei auf diese hier nicht näher eingegangen wird, da viele Aktuatorkonzepte der Fachwelt bekannt sind. Der Mittelbereich ist durch die Aktuatoreinrichtung vorteilhaft senkrecht zu einer planaren Ausdehnung der Spiegelschicht beweglich, vorteilhaft von der zweiten Spiegeleinrichtung weg oder zu dieser hin. Der Mittelbereich kann bei der Aktuierung vorteilhaft planar erhalten bleiben und vertikal verschoben werden. Der Federbereich hingegen kann in dessen Aktuatorbereich verformt werden wobei in dem Aktuatorbereich eine Aktuationskraft eine Verformung des

Federbereichs bewirken kann. Durch die Veränderung des Abstandes kann eine Transmissions- und Reflexionswirkung (Filterwirkung) der

Interferometereinrichtung vorteilhaft über die Wellenlängen der Strahlung variiert werden. Die beiden Spiegeleinrichtungen weisen vorteilhaft einen hohen Grad an Planarität sowie gegenseitiger Parallelität zueinander auf, wodurch ein

Signalrauschen der Filterwirkung oder eine spektrale Verbreiterung vorteilhaft verringerbar ist. Die Interferometereinrichtung kann vorteilhaft als ein Fabry-Perot-Interferometer (FPI) ausgebildet sein. Das FPI besteht vorteilhaft aus zwei

Spiegeleinrichtungen, welche eine Verbindung zu einem Substrat aufweisen können.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometereinrichtung umfassen die Spiegeleinrichtung der ersten Spiegeleinrichtung und der zweiten Spiegeleinrichtung ein gleiches Muster der Ausnehmungen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometereinrichtung ist ein Muster von Ausnehmungen der ersten Spiegeleinrichtung gegen ein Muster der Ausnehmungen der zweiten Spiegeleinrichtung verdreht.

Die Verdrehung kann vorteilhaft gegenüber einer planaren Draufsicht auf die Spiegeleinrichtung vorhanden sein.

Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zur Herstellung einer

Spiegeleinrichtung für eine Interferometereinrichtung ein Bereitstellen eines Substrats mit einer darauf angeordneten Spiegelschicht, wobei die

Spiegelschicht, einen Mittelbereich der Spiegelschicht umfasst, und einen Federbereich umfasst, welcher den Mittelbereich zumindest teilweise lateral umläuft; ein Ermitteln einer mechanischen Vorspannung des Federbereichs; und ein Einbringen von zumindest einer Ausnehmung in den Federbereich, so dass eine vorbestimmte Zielsteifigkeit des Federbereichs erreicht wird.

Das Verfahren kann sich vorteilhaft auch durch die bereits in Verbindung mit der Spiegeleinrichtung und der Interferometereinrichtung genannten Merkmale und deren Vorteile auszeichnen und umgekehrt.

Bei dem Verfahren kann zunächst eine Messung (Ermitteln) einer Verbiegung der Spiegelschicht und/oder eine optische Messung und/oder ein Verfolgen geeigneter Teststrukturen erfolgen und dann gezielt durch

Einbringen von definierten Ausnehmungen die Federkonstante angepasst werden, sodass die nötige elektrische Aktuationsspannung bei elektrischer Aktuation in einem Zielspannungsbereich liegen kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens erfolgt das Ermitteln der Vorspannung mittels optischer Messverfahren oder mittels einer Messung einer Verbiegung der Spiegelschicht.

Im Falle einer Herstellung in typischen MEMS-Prozessen kann die Ausformung der Ausnehmungen beispielsweise direkt im Herstellungsprozess erfolgen und für alle Substrate (Wafer) gleichgeartet sein. Alternativ hierzu ist allerdings auch denkbar, dass nach der Herstellung der Schichten (Substrat; Spiegelschicht), der herrschende Schichtstress (Schichtspannung) bestimmt wird. Dies kann beispielsweise durch optische Messungen wie z.B. Ellipsometrie erfolgen oder auch durch geeignete Teststrukturen, wie z.B. freigestellten Membranen, deren Eigenfrequenz bestimmt wird. Ebenso sind Messungen der Verbiegung der Spiegelschicht oder des Substrats (Wafer-Bows) möglich.

Mit den aus der Ermittlung erhaltenen Werte für die tensile Spannung kann auf die zu erwartenden mechanischen Kenngrößen des FPIs zurückgeschlossen werden, wenn noch keine Ausnehmung eingebracht worden ist. Um die elektrische Aktuationsspannung in einen vordefinierten Bereich zu bringen, kann dann abhängig von der tensilen Vorspannung ein entsprechendes Muster gewählt werden, welches die Spiegelschicht (Membran) so erweicht, dass die nötige elektrische Aktuationsspannung innerhalb des vordefinierten Bereichs liegen kann. Wenn das mechanische System innerhalb geringerer

Prozestoleranzen Unterschiede aufweist, kann die Elektronik der Aktuation auch eine geringere Flexibilität umfassen und damit günstiger ausgelegt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird durch das Einbringen der Ausnehmung eine Federkonstante des Federbereichs verringert.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten

Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand des in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine Spiegeleinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf eine Spiegeleinrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht auf zwei Spiegeleinrichtungen in einer Interferometereinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 4 eine Blockdarstellung der Verfahrensschritte gemäß der vorliegenden Erfindung.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.

Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Spiegeleinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Die Spiegeleinrichtung 1 und/oder die Spiegelschicht 3 kann beispielsweise kreisförmig ausgeformt sein, jedoch sind auch andere Formen denkbar. Die Spiegeleinrichtung 1 umfasst ein Substrat (nicht gezeigt) mit einer darauf angeordneten Spiegelschicht 3, wobei die Spiegelschicht 3 einen optischen Bereich OA in einem Mittelbereich MB der Spiegelschicht 3 umfasst. Des Weiteren umfasst die Spiegeleinrichtung 1 einen Federbereich 4, welcher den Mittelbereich MB zumindest teilweise lateral umläuft und zumindest eine steifigkeitsreduzierende Ausnehmung 4a umfasst. Der Mittelbereich MB kann über den Federbereich 4 aktuierbar sein (dieser kann sich bei einer parallelen Auslenkung des Mittelbereichs verformen). Die steifigkeitsreduzierende Ausnehmung 4a kann auch eine Mehrzahl von beispielsweise gleich

ausgeformten Ausnehmungen umfassen, welche sich länglich in radialer

Richtung vom Mittelbereich MB weg erstrecken können. Die

steifigkeitsreduzierenden Ausnehmungen 4a können radial symmetrisch gegenüber einem Mittelpunkt im Mittelbereich MB ausgeformt sein und diesen umlaufen, wobei sich jeweils eine Ausnehmung im Wesentlichen entlang einer radial verlaufenden Gerade erstrecken kann, wobei die Gerade durch den Mittelpunkt des Mittelbereichs verlaufen kann.

Der optische Bereich OA kann hierbei eine weitere Ausnehmung 4b in der Spiegelschicht 3 umfassen, welche jedoch kleiner sein kann als der optische Bereich selbst.

Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Spiegeleinrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Die Ausführungsform der Fig. 2 unterscheidet sich vorteilhaft von jener der Fig. 1, dass die Spiegelschicht 3 der Fig. 2 an deren lateral Rand einen Randbereich RB des Federbereichs 4 umfasst, in welchem die Ausnehmungen 4a angeordnet sind. Der Federbereich 4 kann sich somit in einen Innenbereich welcher einem Aktuationsbereich entspricht, und einen Außenbereich, welcher dem

Randbereich entspricht, gliedern. Der Randbereich RB ist vorteilhaft lateral außerhalb des Aktuationsbereichs (jener Bereich, welcher sich verformt, damit der Mittelbereich planar und parallel bewegt werden kann) ausgeformt. Gemäß der Ausführungsform der Fig. 2 sind die Ausnehmungen 4a lediglich im

Randbereich RB, also lateral außerhalb des Aktuationsbereichs angeordnet, wobei das Muster dieser gleich dem Muster der Ausnehmungen im Federbereich 4 der Fig. 1 sein kann oder sich von diesem unterscheiden kann. Zur Aktuation kann vorteilhaft nur der Innenbereich (also der an den Mittelbereich lateral nach außen anliegende Bereich) verformt werden, wobei aber auch eine Aktuation, zumindest teilweise, des Randbereichs RB denkbar ist. Sowohl in der Fig. 1 wie auch in der Fig. 2 kann lateral außerhalb der Spiegelschicht 3 eine Einspannung vorhanden sein, etwa über einem Substrat und in einer Interferometereinrichtung. Diese Einspannung kann vorteilhaft lateral vollständig oder an Teilstellen ausgeprägt sein. Der Innenbereich kann vorteilhaft eine Elektrode als eine Aktuationselektrode umfassen oder gegenüber dieser angeordnet sein, beispielsweise radial als durchgehende Ringelektrode. Um einen Flächenverlust durch etwaige Ausnehmungen 4a in dieser Region zu vermeiden, können die Ausnehmungen 4a ausschließlich im Randbereich RB ausgeformt sein.

Stattdessen kann im Innenbereich ein anderes Ausnehmungsmuster ausgebildet sein. Sowohl im Federbereich 4 der Fig. 1, wie auch im Innenbereich und/oder im Randbereich RB der Fig. 2 können zusätzlich zu den Ausnehmungen 4a sogenannte Release-Löcher ausgeformt sein (nicht gezeigt). Zusammenfassend können sich die Ausnehmungsmuster in den Bereichen OA, MB und RB unterscheiden.

Die Spiegelschicht 3 kann vorteilhaft eine tensile Vorspannung umfassen. Durch diese kann die Feder im Federbereich, beispielsweise im Falle einer

elektrostatischen Aktuierung, die Spannungs-Auslenkungscharakteristik maßgeblich bestimmen, etwa für einen elektrostatischen Aktor. Dies kann aus der Pull-In Spannung ersichtlich sein.

Erfindungsgemäß kann nun die Pull-In Spannung reduziert werden.

Generell kann durch Ausnehmungen weniger Material vorhanden sein, welches gedehnt werden muss. Dadurch kann die Federkonstante verringert werden, wodurch weniger mechanische Arbeit für eine gegebene Auslenkung verrichtet werden muss,

Der Randbereich und/oder auch der Innenbereich des Federbereichs 4 können sogenannte Freistellungslöcher (Release Löcher) umfassen, welche in die Spiegelschicht eingebracht sein können, um mittels eines Ätzvorgangs die Spiegelschicht freisteilen zu können. Durch die Ausnehmungen und durch die Release-Löcher kann die Rückstellkraft der Federwirkung verringert werden, da eine Spiegelfläche reduziert wird, welche zur Rückstellung beitragen würde. Die Ausnehmungen können jeweils eine Ellipse, einen Kreis, eine Knochenstruktur oder einen allgemeinen Polygonzug, oder ein Muster solcher Strukturen umfassen. Des Weiteren ist es auch möglich, dass die Ausnehmungen als durchgehende Ausnehmungen, durchgehend von der Einspannung bis hin zum optischen Bereich reichen.

Es ist im Falle eines elektrostatischen Aktors mit einer Aktuationselektrode des Weiteren vorteilhaft, die Ausnehmungen außerhalb des Bereichs

der Aktuationselektrode einzubringen, was im Falle der Fig. 2 zutrifft, da durch diese auch Elektrodenfläche des Aktors verloren gehen und der Effekt der reduzierten Federkonstante kompensiert werden würde. Im Falle einer

Anordnung der Ausnehmungen über oder unter einer Aktuatorelektrode (im Innenbereich, nicht gezeigt) kann dieser Flächenverlust bei der Elektrode dadurch kompensiert werden, indem die Ausnehmungen durch eine Vielzahl von kleinen Ausnehmungen realisiert sein können, welche in der Größenordnung des elektrostatischen Spalts liegen. Dadurch kann vorteilhaft der Flächenverlust durch elektrostatische Streufeldeffekte teilweise wieder kompensiert werden, sodass fast die gleiche Elektrodenfläche zur Verfügung steht, jedoch in

Kombination mit einer signifikant reduzierten Federkonstante des Innenbereichs des Federbereichs 4 und/oder des Randbereichs RB.

Fig. 3 zeigt eine schematische Seitenansicht auf zwei Spiegeleinrichtungen in einer Interferometereinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Die Interferometereinrichtung Int umfasst eine erste Spiegeleinrichtung SP1 und parallel dazu eine zweite Spiegeleinrichtung SP2, wobei die erste

Spiegeleinrichtung SP1 und/oder die zweite Spiegeleinrichtung SP2 eine erfindungsgemäße Spiegeleinrichtung 1 umfasst, und die erste

Spiegeleinrichtung SP1 und/oder die zweite Spiegeleinrichtung SP2 beweglich angeordnet ist, vorteilhaft beweglich parallel zueinander angeordnet sind. Die Interferometereinrichtung umfasst des Weiteren eine Aktuatoreinrichtung AE, welche mit dem Federbereich 4 der ersten Spiegeleinrichtung SP1 und/oder der zweiten Spiegeleinrichtung SP2 verbunden ist und wobei der Federbereich 4 mittels der Aktuatoreinrichtung AE bewegbar ist (Pfeilrichtung), so dass ein Abstand d zwischen der Spiegelschicht 3 ersten Spiegeleinrichtung SP1 und der Spiegelschicht 3 der zweiten Spiegeleinrichtung SP2 variierbar sein kann. Die Aktuatoreinrichtung AE kann beispielsweise eine Aktuationselektrode (El, E2), etwa eine Ringelektrode umfassen. Die Interferometereinrichtung kann als Mikrointerferometer ausgeformt sein.

Sowohl die erste Spiegeleinrichtung SP1 wie auch die zweite Spiegeleinrichtung SP2 kann eine Spiegelschicht 3 umfassen, welche auf einem Substrat 2 angeordnet ist, beispielsweise aufgebracht ist. Die Spiegelschicht kann im aktuierbaren Innenbereich des Federbereichs (Aktuationsbereich AB) und im Mittelbereich MB freigestellt und als Membran ausgeführt sein. . Das Substrat 2 kann eine Ausnehmung unterhalb des optischen Bereichs OA und zumindest teilweise unterhalb des Federbereichs 4 umfassen, wodurch die Spiegelschicht 3 in diesem Bereich freigestellt sein kann (nicht gezeigt). Die erste und die zweite Spiegeleinrichtung SP1, SP2 können in einer Randstruktur RS, welche sich im Randbereich RB befinden kann, eingespannt sein. Die Randstruktur RS kann Reste einer Opferschicht umfassen, welche nach dem Freistellen der

Spiegeleinrichtungen im Randbereich RB übrig bleiben kann und mit dem

Substrat 2 verbunden sein kann. In den Spiegeleinrichtungen SP1, SP2 können Ätzlöcher A ausgeformt sein, etwa zur Freistellung der Spiegeleinrichtungen. Zur Einspannung kann etwa der Randbereich RB auf dem Substrat 2 befestigt sein. Es ist jedoch auch möglich, dass das Substrat 2 keine Ausnehmung aufweist, wie in der Fig. 3 gezeigt. Die Spiegeleinrichtung(en) im Randbereich RB kann die steifigkeitsreduzierenden Ausnehmungen 4a umfassen und an den Innenbereich des Federbereichs 4 lateral anschließen. Der Mittelbereich MB umfasst vorteilhaft den optischen Bereich OA, welcher eine weitere Ausnehmung in der Spiegelschicht 3 umfassen kann, jedoch vorteilhaft eine geringere laterale Ausdehnung aufweist als der optische Bereich.

Durch die Ausnehmungen 4a kann der Strömungswiderstand (Fluidwiderstand) der Spiegelschicht verkleinert werden, was dazu führen kann, dass die fluidische Dämpfung des Systems verringert wird. Typischerweise beruhen die

Aktuationsschemen bei solchen Spiegeln darin, dass eine überkritische

Dämpfung Anwendung findet, weshalb die maximalen Betriebsfrequenzen durch das Verhältnis von Federkonstante und Dämpfungskonstante des Systems bestimmt werden können. Durch ein Verringern einer Dämpfungskonstante kann vorteilhaft das System, insbesodere dessen Aktuation beschleunigt werden. Typischerweise kann der Fluidwiderstand des Systems schneller abnehmen als die Federkonstante beim Einführen der Ausnehmung(en). Durch die

Ausnehmungen 4a kann eine etwaige Opferschichtätzung durch verbesserte Strömung von Ätzgas in relevante Bereiche sowie ein verbesserter Abtransport der Reaktionsprodukte erzielt werden. An einer Unterseite des Substrats 2, oder auch an der Oberseite, können Blenden AR außerhalb des optischen Bereichs OA angeordnet sein um den optischen Bereich OA besser zu definieren. Im Aktuationsbereich AB können am Substrat 2 und an der ersten

Spiegeleinrichtung SP1 Aktuationselektroden El und E2 angeordnet sein, um in diesem Bereich die erste Spiegeleinrichtung SP1 zu verformen und im

Wesentlichen parallel auszulenken.

In einer weiteren Ausführung kann der Aktuator und damit die Aktuation elektrodynamisch ausgeführt sein. Hierzu kann ein lateraler Innenbereich des Federbereichs, welcher lateral nach außen an den Mittelbereich anschließen kann, zur Aktuation mit einer Spule versehen sein (nicht gezeigt), die von außen bestromt werden kann. Dies kann beispielsweise durch Abscheidung einer metallischen Leiterschleife erfolgen. Beispielsweise kann durch einen das FPI umgebenden Ringmagneten ein Magnetfeld mit radialen Feldkomponenten erzeugt werden, die dann im Falle einer Bestromung der Spule zu einer Kraft senkrecht zur Spulenebene führen und diese somit zur Aktuation führen können.

Fig. 4 zeigt eine Blockdarstellung der Verfahrensschritte gemäß der vorliegenden Erfindung.

Bei dem Verfahren zur Herstellung einer Spiegeleinrichtung für eine

Interferometereinrichtung erfolgt ein Bereitstellen S1 eines Substrats mit einer darauf angeordneten Spiegelschicht, wobei die Spiegelschicht, einen

Mittelbereich der Spiegelschicht umfasst und einen Federbereich umfasst, welcher den Mittelbereich zumindest teilweise lateral umläuft; ein Ermitteln S2 einer mechanischen Vorspannung des Federbereichs; und ein Einbringen S3 von zumindest einer Ausnehmung in den Federbereich, so dass eine vorbestimmte Zielsteifigkeit des Federbereichs erreicht wird. Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.

Claims

Ansprüche

1. Spiegeleinrichtung (1) für eine Interferometereinrichtung (Int), umfassend ein Substrat (2) mit einer darauf angeordneten Spiegelschicht (3), wobei die Spiegelschicht (3)

- einen optischen Bereich (OA) in einem Mittelbereich (MB) der Spiegelschicht (3) umfasst;

- einen Federbereich (4) umfasst, welcher den Mittelbereich (MB) zumindest teilweise lateral umläuft und zumindest eine steifigkeitsreduzierende Ausnehmung (4a) umfasst; und

- über den Federbereich (4) aktuierbar ist.

2. Spiegeleinrichtung (1) nach Anspruch 1, bei welcher die zumindest eine Ausnehmung (4a) eine längliche Ausdehnung umfasst, welche sich vom Mittelbereich (MB) weg erstreckt.

3. Spiegeleinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der optische Bereich (OA) eine weitere Ausnehmung (4b) umfasst.

4. Spiegeleinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die

Spiegelschicht (3) einen dielektrischen Bragg-Spiegel umfasst.

5. Spiegeleinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welche in einem MEMS-Bauteil ausgebildet ist.

6. Spiegeleinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher die Spiegelschicht (3) eine tensile Vorspannung aufweist.

7. Spiegeleinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher mehrere Ausnehmungen (4a) um den optischen Bereich herum angeordnet sind und sich radial von diesem weg erstrecken.

8. Interferometereinrichtung (Int) umfassend,

- eine erste Spiegeleinrichtung (SP1) und parallel dazu eine zweite Spiegeleinrichtung (SP2), wobei die erste Spiegeleinrichtung (SP1) und/oder die zweite Spiegeleinrichtung (SP2) eine Spiegeleinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfasst, und die erste Spiegeleinrichtung (SP1) und/oder die zweite Spiegeleinrichtung (SP2) beweglich angeordnet ist;

- eine Aktuatoreinrichtung (AE), welche mit dem Federbereich (4) der ersten

Spiegeleinrichtung (SP1) und/oder der zweiten Spiegeleinrichtung (SP2) verbunden ist und wobei der Federbereich (4) mittels der Aktuatoreinrichtung (AE) bewegbar ist, so dass ein Abstand (d) zwischen der ersten Spiegeleinrichtung (SP1) und der zweiten Spiegeleinrichtung (SP2) variierbar ist.

9. Interferometereinrichtung (Int) nach Anspruch 8, bei dem die

Spiegeleinrichtung (1) der ersten Spiegeleinrichtung (SP1) und der zweiten

Spiegeleinrichtung (SP2) ein gleiches Muster der Ausnehmungen (4a) umfassen.

10. Interferometereinrichtung (Int) nach Anspruch 8, bei welcher ein Muster von Ausnehmungen der ersten Spiegeleinrichtung (SP1) gegen ein Muster der

Ausnehmungen der zweiten Spiegeleinrichtung (SP2) verdreht ist.

11. Verfahren zur Herstellung einer Spiegeleinrichtung (1) für eine

Interferometereinrichtung (Int) umfassend die Schritte:

- Bereitstellen (Sl) eines Substrats (2) mit einer darauf angeordneten Spiegelschicht (3), wobei die Spiegelschicht (3),

einen Mittelbereich (MB) umfasst, und einen Federbereich (4) umfasst, weicher den Mittelbereich (MB) zumindest teilweise lateral umläuft;

- Ermitteln (S2) einer mechanischen Vorspannung (Vor) des Federbereichs (4);

- Einbringen (S3) von zumindest einer Ausnehmung (4a) in den Federbereich (4), so dass eine vorbestimmte Zielsteifigkeit des Federbereichs (4) erreicht wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem das Ermitteln (S2) mittels optischer Messverfahren oder mittels eines Verbiegung der Spiegelschicht (3) erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei welchem durch das Einbringen der Ausnehmung (4a) eine Federkonstante des Federbereichs (4) verringert wird.