微镜组件和制造方法与流程

本发明涉及一种微镜组件和一种制造按照本发明的微镜组件的方法。

背景技术：

现今，微镜被越来越多地应用。属于这些应用的例如有投影仪、扫描仪或者类似物。微镜的优点在于，它们具有小的位置需求并且因此可以很灵活使用。

微镜通常涉及到微机电元件，这些元件例如借助于从半导体加工方式已知的方法来结构化和制造。

为了实现在一个这样的微镜中的镜子偏转可以使用不同的方法。比如说可以使用静电驱动方法、磁驱动方法、压电方法或者类似方法。在此，一些驱动方法仅仅能实现微镜在一个方向倾斜。另外一些驱动方法也能实现微镜在两个方向倾斜。

问题是，在微镜非常快速地运动时，镜子或者镜膜片受到一个动态变形。如果由于动态变形镜面不再是平的，那么会对镜象和从而例如对投影仪的性能产生负面影响。

例如在US 6259548 B1中公开了一中已知的微镜系统。

技术实现要素：

本发明公开了一种具有权利要求1特征的微镜组件和一种具有权利要求9特征的方法。

相应地设置：

一种微镜组件：具有镜膜片；具有至少一个第一承载元件；针对每个第一承载元件具有一个第二耦合元件，其布置在镜膜片和相应的第一承载元件之间并且构造用于使相应的第一承载元件与镜膜片机械地耦合；具有至少一个第二承载元件，其与至少一个第一承载元件机械地耦合；和针对每个第二承载元件具有一个第二耦合元件，其构造用于机械式接触。

此外设置：

一种用于由SOI晶片(绝缘体上硅Silicon on Insulator)制造按照本发明微镜组件的方法，所述SOI晶片在第一硅层和第二硅层之间具有一个氧化物层，所述方法具有如下步骤：使第二硅层结构化具有镜膜片，使第一硅层结构化具有第一厚度的至少一个第一承载元件；使第一硅层结构化具有第二厚度的至少一个第二承载元件，使得至少一个第二承载元件与至少一个第一承载元件机械地耦合，其中，第一厚度小于第二厚度；针对每个第二承载元件将一个第二耦合元件安置到相应的第二承载元件的背离氧化物层的一侧上；以及，这样蚀刻氧化物层，使得仅仅在镜膜片和至少一个第一承载元件之间分别保留具有第一氧化物的第一耦合元件。

本发明的优点

本发明基于以下认识，今天流行的大面积中心接触微镜的镜膜片的后果是，伸出接触区域的镜膜片的侧面会变形，因为这是跟随在镜膜片实际运动之后并且在运动方向反转时过振荡

本发明目前基于的构思在于，考虑这个认识并且提供一种改进的微镜组件，在所述改进的微镜组件中镜膜片通过第一耦合元件仅仅在由第一承载元件预给定的耦合部位上被接触。

通过这种接触方式，到镜膜片上的力传递现在不再大面积位于镜膜片中心。确切地说，导入到镜膜片中的力是逐点进行的并且有目的地这样设计，使得可防止或者至少减小镜膜片各个部分的后振荡或者过振荡。

此外，本发明设置有第二承载元件，所述第二承载元件与第一承载元件机械地耦合并且通过第二耦合元件是可接触接通的。

由此可实现，例如一个弹簧耦合到第二耦合元件上，所述弹簧将一个运动传递到微镜组件上，所述运动通过第二耦合元件继续传到第二承载元件上并且从第二承载元件通过第一承载元件和第一耦合元件传递到镜膜片上。

为了制造按照本发明的微镜组件，本发明公开了一种方法，所述方法能实现用非常简单的方式制造微镜组件。

为此所述方法设置：使用一个SOI晶片(绝缘体上硅)制造微镜组件。在此，在第一硅层中不仅构造第一承载元件而且构造第二承载元件。在第二硅层中构造镜膜片。

此外，所述方法还设置：将第二耦合元件安置到第二承载元件上。在此，第二耦合元件分别布置在相应的第二承载元件的背离氧化物层的一侧上。

最后，这样蚀刻氧化物层，使得第一耦合元件在蚀刻过程之后保留在镜膜片和第一承载元件之间。

使用一个SOI晶片的优点是，不仅第一硅层的厚度和由此第一和第二承载元件的厚度而且第二硅层的厚度和由此镜膜片的厚度可以非常准确地确定。此外，可以针对硅和氧化物使用不同的蚀刻方法，所述蚀刻方法不会作用于相应的不要被蚀刻的材料。这样氧化物和硅非常简单地相互独立地被结构化。

参考附图由从属权利要求以及由说明中得出有利的实施方式和扩展方案。

在一个实施方式中，设置有至少一个桥接部，所述桥接部构造用于使至少一个第一承载元件和至少一个第二承载元件相互机械地耦合。这可以非常简单地使第一和第二承载元件耦合并且在制造微镜组件时使去除氧化物层简易化。

在一个实施方式中，至少一个第二承载元件以桥接部的形式构造，并且至少一个桥接部相对于至少一个第二承载元件以一个预定的角度布置、特别是以90°或者45°的角度布置。这可以使第二承载元件相对于至少一个桥接部和第一承载元件非常灵活地定位。

在一个实施方式中，第一耦合元件分别布置在至少一个桥接部的端部上。这可以使第一耦合元件和由此使与镜膜片的接触点非常灵活地定位。

在一个实施方式中，第一耦合元件在至少一个桥接部的长度上分布地布置，特别是相对于镜膜片的中心轴线对称地分布地布置。这同样可以使第一耦合元件和从而使与镜膜片的接触点非常灵活地定位。

在一个实施方式中，第一耦合元件点状和/或者圆形地构造。这可以简单逐点接触镜膜片。

在一个实施方式中，第一耦合元件至少在镜膜片的边缘区域上接触镜膜片。由此可以支持在镜膜片动态运动时遭受特别强烈加速度的镜膜片区域。

在一个实施方式中，第一耦合元件使第一承载元件这样与镜膜片耦合，使得在微镜组件运动时镜膜片的动态变形最小化。例如优化的耦合点和由此第一承载元件的位置可借助于模拟来确定。这样可以使镜膜片的变形最小化。

在一个实施方式中，至少一个第一承载元件和/或者至少一个第二承载元件和/或者镜膜片具有硅。这能使第一承载元件、第二承载元件和镜膜片借助于可控制的过程非常简单地进行结构化。

在一个实施方式中，第一耦合元件具有氧化物。这能使氧化物层同样借助于可控制的过程简单地进行蚀刻。

在一个实施方式中，第二耦合元件具有锗。这能实现第二耦合元件的简单键合(Bonden)用于其接触接通。

在一个实施方式中，至少一个第一承载元件具有硅并且这样确定尺寸，使得在一个蚀刻过程中在镜膜片和第一承载元件之间的具有相应氧化物的第一耦合元件没有完全被蚀刻掉。这能非常简单地制造第一耦合元件。

在一个实施方式中，至少一个第二承载元件具有硅并且这样确定尺寸，使得在一个蚀刻过程中处于相应的第二承载元件和镜膜片之间的氧化物层被完全蚀刻掉。这能非常简单地去除在第二承载元件和镜膜片之间的氧化物并且从而使镜膜片与第二承载元件脱耦。

在一个实施方式中，使第一承载元件与第二承载元件耦合的至少一个桥接部具有硅并且这样确定尺寸，使得在一个蚀刻过程中在相应桥接部和镜膜片之间的氧化物层被完全蚀刻掉。

在一个实施方式中，所述结构化包括蚀刻，所述蚀刻特别是各向异性的蚀刻，所述蚀刻特别也是借助氢氧化钾的蚀刻、KOH蚀刻或者沟槽蚀刻这能实现借助于可控制过程的简单结构化。

在一个实施方式中，氧化物层的蚀刻包括各向同性的蚀刻，特别是湿化学的各向同性的蚀刻或者借助气相的各向同性的蚀刻。这能实现：蚀刻氧化物层，而不作用于硅。

上述设计方案和扩展方案，只要有意义，可以任意相互组合。本发明的其他可行的设计方案、扩展方案和实施方案也包括没有明确提及的以前或者下面有关实施例说明的本发明特征的组合。在此，特别是技术人员也可补充作为改进的单个观点或者补充本发明各自的基本形式。

附图说明

下面借助于在附图的示意图中说明的实施例详细阐明本发明。图中示出：

图1示出按照本发明的微镜组件的一个实施方式的示意图；

图2示出按照本发明的方法的一个实施方式的流程图；

图3示出按照本发明的微镜组件的一个实施方式的示意图；

图4示出按照本发明的微镜组件的一个实施方式的示意图；

图5示出按照本发明的微镜组件的一个实施方式的示意图；

图6示出按照本发明的微镜组件的一个实施方式的示意图；

图7示出按照本发明的微镜组件的一个实施方式的示意图；

图8示出按照本发明的微镜组件的一个实施方式的示意图；

图9示出按照本发明的微镜组件的一个实施方式的示意图；

图10示出按照本发明的微镜组件的一个实施方式的示意图；和

图11示出按照本发明的微镜组件的一个实施方式的示意图。

在所有附图中相同的或者功能相同的元件和装置——只要没有其他说明——设有相同的附图标记。

具体实施方式

图1以一个侧视图示出了按照本发明的微镜组件1的一个实施方式的示意图。

微镜组件1具有一个镜膜片2，在其上方以预定的间距布置有两个第一承载元件3-1和3-2以及三个第二承载元件5-1至5-3。第一承载元件3-1和3-2通过两个第一耦合元件4-1、4-2与镜膜片2耦合。在此，这两个第一耦合元件4-1、4-2限定了镜膜片2和这两个第一承载元件3-1和3-2和三个第二承载元件5-1至5-3之间的间距。此外，第一承载元件3-1、3-2通过一个桥接部7与三个第二承载元件5-1至5-3耦合，使得三个第二承载元件5-1至5-3在不与镜膜片2直接耦合的情况下也能相对于镜膜片2位置固定地布置。

在三个第二承载元件5-1至5-3的背离镜膜片2的一侧上分别布置有一个第二耦合元件6-1至6-3。第二耦合元件6-1至6-3用于机械式接触微镜组件1并将微镜组件例如固定在工作时承载该微镜组件1的弹簧或者类似物上。

为了说明，在图1中示出了微镜组件1的一个实施方式，所述微镜组件具有两个第一承载元件3-1和3-2以及三个第二承载元件5-1至5-3。在另一个实施方式中，可设置有更多或者更少的第一承载元件、第二承载元件以及第一和第二耦合元件。

在一个实施方式中，微镜装置1由一个单个SOI晶片10，确切地说，由一个在第一硅层12和第二硅层13之间具有一个氧化物层11的晶片10制成。这允许通过合适选择SOI晶片10确定镜膜片2的厚度并且尤其也确定在镜膜片2与第一和第二承载元件3-1、3-2和5-1至5-3之间的间距。此外，ISO晶片10能非常简单地制造微镜组件1，因为微镜组件可采用简单的蚀刻步骤由SOI晶片10制造。制造方法的可行的实施方式结合图2阐明。

此外，在图1中可看到在所说明元件左侧和右侧的壳体部分20-1、20-2。

图2示出了按照本发明方法的一个实施方式的流程图，采用所述方法，可在SOI晶片10中制造按照本发明的微镜组件1，所述SOI晶片在第一硅层12和第二硅层13之间具有氧化物层11。

所述方法设置：使第二硅层13结构化S1具有镜膜片2。此外，所述方法设置：使第一硅层12结构化具有第一厚度的至少一个第一承载元件3-1至3-22。

在S2中，所述方法设置：使第一硅层12结构化具有第二厚度的至少一个第二承载元件5-1至5-3，使得至少一个第二承载元件5-1至5-3与至少一个第一承载元件3-1至3-22机械式耦合，其中，第一厚度小于第二厚度。在S2中，确切地说，例如按照一个实施方式也可构造桥接部7、7-1至7-21，所述桥接部使至少一个第二承载元件5-1至5-3与至少一个第一承载元件3-1至3-22机械式耦合。

在S3中设置：对于每个第二承载元件5-1至5-3而言，在相应的第二承载元件5-1至5-3的背离氧化物层11的一侧上安置一个第二个耦合元件6-1至6-3。最后S4这样设置：蚀刻氧化物层11，使得仅仅在镜膜片2和所述至少一个第一承载元件3-1至3-22之间分别保留一个具有第一氧化物的第一耦合元件4-1至4-22。

在这里，术语厚度理解为在一个侧视图中的相应元件的厚度或者说宽度。因此，比另一元件厚的元件相对于镜膜片具有较大的面积或者从其边缘到其中心具有较大的距离。这是重要的，以便可以在蚀刻时完全去除在较薄元件下面的氧化物层并且可以至少部分保留在较厚元件下面的氧化物层。

在一个实施方式中，为了制造第一耦合元件4-1至4-22，所述至少一个第一承载元件3-1至3-22和所述至少一个第二承载元件5-1至5-3这样确定尺寸，使得在蚀刻氧化物层11S4时，将在所述至少一个第二承载元件5-1至5-3和镜膜片2之间的氧化物完全蚀刻掉，并且使得至少部分保留在所述至少一个第一承载元件3-1至3-22和镜膜片2之间的氧化物层11中的第一耦合元件4-1至4-22。

在本专利申请范围内，在一个实施方式中，所述结构化可包括蚀刻，特别是各向异性的蚀刻，特别也是用氢氧化钾蚀刻、KOH蚀刻或者沟槽蚀刻。在一个实施方式中，氧化物层11的蚀刻包括各向同性的蚀刻，特别是湿化学的各向同性的蚀刻或者借助气相的各向同性的蚀刻。

上面示出的各个制造步骤的顺序仅仅是示例性的并且可以在另外的实施方式中与示出的顺序不同。

图3示出了在SOI晶片10加工之前的图1的按照本发明的微镜组件1的一个实施方式的示意图。

在图3至6中，同样如图1以一个侧视图示出了微镜组件1。在此可以例如涉及图7的微镜组件。图1和3-6以沿着图7示出的镜膜片2的中轴线8的剖面图示出了这个微镜组件

在图3中可看到在其原始状态中的SOI晶片，其中，第一硅层12在氧化物层11上面和第二硅层13在氧化物层11下面。

图4示出了在第一个制造步骤之后、图3的按照本发明的微镜组件1的一个实施方式的示意图。

在图4中通过第一个结构化过程、例如可以是蚀刻过程，构成第二承载元件5-1至5-3。

图5示出了在另一个制造步骤之后、图4的按照本发明的微镜组件1的一个实施方式的示意图。

在图5中可看到，通过另一个蚀刻过程构成第一承载元件3-1、3-2，所述承载元件仅仅具有第二承载元件5-1至5-3大约一半的高度。此外，通过蚀刻过程已经也构成桥接部7。

图6示出了另一个制造步骤之后、图5的按照本发明的微镜组件1的一个实施方式的示意图。

图6示出了在从图5的微镜组件1出发通过一个蚀刻过程去除氧化物层11之后的、几乎完整的微镜组件1。在此蚀刻过程这样实施，使得仅在第一承载元件3-1和3-2下面保留氧化物层11并且从而构成第一耦合元件4-1、4-2。氧化物层11的蚀刻例如可以包括各向同性的蚀刻，特别是湿化学的各向同性的蚀刻或者借助气相的各向同性的蚀刻。

图7示出了按照本发明的微镜组件1的一个实施方式的示意图。

图7的微镜组件从后面(也即在背离镜膜片2的那侧上)示出了图1的微镜组件1的俯视图。

镜膜片2大致长方形地构造，其中，镜膜片2沿水平方向大于沿竖直方向。并且具有倒圆的角。镜膜片2的这个形状仅仅作为示例示出并且在另外的实施中也可以不同，例如是椭圆形的。在俯视图中清楚看到，分别在每个角布置一个第一承载元件3-3至3-6。承载元件3-3至3-6圆形地构造，但是不局限于这个形状。在第一承载元件3-3至3-6下面布置了第一耦合元件4-3至4-6，在这个实施例中第一耦合元件同样圆形地构造。原则上，第一耦合元件4-3至4-6的形状是通过第一承载元件3-3至3-6的形状和各向同性蚀刻得到的。因此可以有许多形状。在图7-11中可看到第一耦合元件4-3至4-6，即使这些第一耦合元件布置在第一承载元件3-3至3-6下面。这只用于说明本发明。

布置在镜膜片2下角的第一承载元件3-3和3-6与布置在镜膜片2上角的第一承载元件3-4和3-5分别通过桥接部7-3、7-4彼此耦合并且通过桥接部7-3、7-4也与第二承载元件5-1至5-3耦合，所述第二承载元件在图7中没有单独示出，因为第二耦合元件6-1至6-3把第二承载元件遮盖了。第二承载元件5-1至5-3和第二耦合元件6-1至6-3分别在两个桥接部7-3和7-4之间竖直地延伸。此外，围绕着镜膜片2布置了一个壳体20，所述壳体在结合图2说明的制造过程中存在。例如这可以通过合适地实施蚀刻过程进行。

图8示出了按照本发明的微镜组件1的另一个实施方式的示意图。

图8的微镜组件1以图7的微镜组件1为基础，与图7的区别在于，桥接部7-20和7-21分别与两个左侧的第一承载元件3-3和3-4和两个侧右面的承载元件3-5和3-6相互连接。此外，设置有三个桥接部7-5至7-7，所述桥接部将两个桥接部7-20和7-21与第二耦合元件6-1至6-3连接。

确切地说，图8示出了微镜组件1的一个替代性的实施方式，在这个实施方式中，镜膜片2与在图7相同的部位接触，但是与第二耦合元件6-1至6-3的连接不同地实施。

图9示出了以图7的微镜组件1为基础的按照本发明的微镜组件1的一个实施方式的示意图。

在图9中，微镜组件1具有四个另外的第一承载元件4-7至4-10。在此，在第二承载元件5-1至5-3或者说第二耦合元件6-1至6-3的左侧和右侧分别布置了两个第一承载元件3-7至3-8和两个第一承载元件3-9至3-10。在竖直方向上，第一承载元件3-7和3-10位于镜膜片2的中轴线8下面和第一承载元件3-8和3-9位于镜膜片2的中轴线上面。

图10示出了按照本发明的微镜组件1的一个实施方式的示意图，在这个实施方式中，第一承载元件3-3至3-6和3-7至3-10的布置与图9的布置相同。

与图9不同的是，四个第一承载元件3-3至3-6分别通过桥接部7-3、7-4和7-12至7-13相互耦合，使得桥接部7-3、7-4和7-12至7-13构成了一个框架，所述框架的角是四个第一承载元件3-3至3-6。附加地，第一承载元件3-7和3-10和第一承载元件3-8和3-9分别通过水平延伸的桥接部7-8至7-10与相应的第二承载元件5-1、5-3耦合，如图9那样。

图11示出了按照本发明的微镜组件1的一个实施方式的示意图。

与目前为止的实施方式不同地，图11的微镜组件1具有十二个第一承载元件3-11至3-22，它们X形地布置在镜膜片2上。在此，第一承载元件3-11、3-15和3-19在X形左下对角线上通过桥接部7-19与第二承载元件5-1耦合。第一承载元件3-11、3-16和3-20在X形左上对角线上通过桥接部7-16与第二承载元件5-1耦合。第一承载元件3-13、3-17和3-21在X形右上对角线上通过桥接部7-17与第二承载元件5-3耦合。最后，第一承载元件3-13、3-17和3-21在X形右下对角线上通过桥接部7-18与第二承载元件5-3耦合。左侧最外面的两个第一承载元件3-11和3-12通过一个桥接部7-14相互耦合，并且，右侧最外面的两个承载元件3-13和3-14同样通过一个桥接部7-15相互耦合。

在图中说明的第一承载元件3-1至3-22和第二承载元件5-1至5-3的布置仅仅是示例性的并且仅用于说明本发明。在其他实施方式中，按照本发明的微镜组件1的元件的数量和布置是可变化的。在此，例如第一承载元件3-1至3-22或者第二承载元件5-1至5-3的位置借助于模拟这样确定，使得在镜膜片2运动时用于相应使用情况的镜膜片2的变形最小化。

虽然上面借助于优选的实施例说明了本发明，但是它们不局限于此，而是能以多种方式改型。特别是本发明可以用各式各样的方式修改或者改型，而不背离本发明的主旨。