微鏡組件和制造方法與流程

本發明涉及一種微鏡組件和一種制造按照本發明的微鏡組件的方法。

背景技術：

現今，微鏡被越來越多地應用。屬于這些應用的例如有投影儀、掃描儀或者類似物。微鏡的優點在于，它們具有小的位置需求并且因此可以很靈活使用。

微鏡通常涉及到微機電元件，這些元件例如借助于從半導體加工方式已知的方法來結構化和制造。

為了實現在一個這樣的微鏡中的鏡子偏轉可以使用不同的方法。比如說可以使用靜電驅動方法、磁驅動方法、壓電方法或者類似方法。在此，一些驅動方法僅僅能實現微鏡在一個方向傾斜。另外一些驅動方法也能實現微鏡在兩個方向傾斜。

問題是，在微鏡非常快速地運動時，鏡子或者鏡膜片受到一個動態變形。如果由于動態變形鏡面不再是平的，那么會對鏡象和從而例如對投影儀的性能產生負面影響。

例如在US 6259548 B1中公開了一中已知的微鏡系統。

技術實現要素：

本發明公開了一種具有權利要求1特征的微鏡組件和一種具有權利要求9特征的方法。

相應地設置：

一種微鏡組件：具有鏡膜片；具有至少一個第一承載元件；針對每個第一承載元件具有一個第二耦合元件，其布置在鏡膜片和相應的第一承載元件之間并且構造用于使相應的第一承載元件與鏡膜片機械地耦合；具有至少一個第二承載元件，其與至少一個第一承載元件機械地耦合；和針對每個第二承載元件具有一個第二耦合元件，其構造用于機械式接觸。

此外設置：

一種用于由SOI晶片(絕緣體上硅Silicon on Insulator)制造按照本發明微鏡組件的方法，所述SOI晶片在第一硅層和第二硅層之間具有一個氧化物層，所述方法具有如下步驟：使第二硅層結構化具有鏡膜片，使第一硅層結構化具有第一厚度的至少一個第一承載元件；使第一硅層結構化具有第二厚度的至少一個第二承載元件，使得至少一個第二承載元件與至少一個第一承載元件機械地耦合，其中，第一厚度小于第二厚度；針對每個第二承載元件將一個第二耦合元件安置到相應的第二承載元件的背離氧化物層的一側上；以及，這樣蝕刻氧化物層，使得僅僅在鏡膜片和至少一個第一承載元件之間分別保留具有第一氧化物的第一耦合元件。

本發明的優點

本發明基于以下認識，今天流行的大面積中心接觸微鏡的鏡膜片的后果是，伸出接觸區域的鏡膜片的側面會變形，因為這是跟隨在鏡膜片實際運動之后并且在運動方向反轉時過振蕩

本發明目前基于的構思在于，考慮這個認識并且提供一種改進的微鏡組件，在所述改進的微鏡組件中鏡膜片通過第一耦合元件僅僅在由第一承載元件預給定的耦合部位上被接觸。

通過這種接觸方式，到鏡膜片上的力傳遞現在不再大面積位于鏡膜片中心。確切地說，導入到鏡膜片中的力是逐點進行的并且有目的地這樣設計，使得可防止或者至少減小鏡膜片各個部分的后振蕩或者過振蕩。

此外，本發明設置有第二承載元件，所述第二承載元件與第一承載元件機械地耦合并且通過第二耦合元件是可接觸接通的。

由此可實現，例如一個彈簧耦合到第二耦合元件上，所述彈簧將一個運動傳遞到微鏡組件上，所述運動通過第二耦合元件繼續傳到第二承載元件上并且從第二承載元件通過第一承載元件和第一耦合元件傳遞到鏡膜片上。

為了制造按照本發明的微鏡組件，本發明公開了一種方法，所述方法能實現用非常簡單的方式制造微鏡組件。

為此所述方法設置：使用一個SOI晶片(絕緣體上硅)制造微鏡組件。在此，在第一硅層中不僅構造第一承載元件而且構造第二承載元件。在第二硅層中構造鏡膜片。

此外，所述方法還設置：將第二耦合元件安置到第二承載元件上。在此，第二耦合元件分別布置在相應的第二承載元件的背離氧化物層的一側上。

最后，這樣蝕刻氧化物層，使得第一耦合元件在蝕刻過程之后保留在鏡膜片和第一承載元件之間。

使用一個SOI晶片的優點是，不僅第一硅層的厚度和由此第一和第二承載元件的厚度而且第二硅層的厚度和由此鏡膜片的厚度可以非常準確地確定。此外，可以針對硅和氧化物使用不同的蝕刻方法，所述蝕刻方法不會作用于相應的不要被蝕刻的材料。這樣氧化物和硅非常簡單地相互獨立地被結構化。

參考附圖由從屬權利要求以及由說明中得出有利的實施方式和擴展方案。

在一個實施方式中，設置有至少一個橋接部，所述橋接部構造用于使至少一個第一承載元件和至少一個第二承載元件相互機械地耦合。這可以非常簡單地使第一和第二承載元件耦合并且在制造微鏡組件時使去除氧化物層簡易化。

在一個實施方式中，至少一個第二承載元件以橋接部的形式構造，并且至少一個橋接部相對于至少一個第二承載元件以一個預定的角度布置、特別是以90°或者45°的角度布置。這可以使第二承載元件相對于至少一個橋接部和第一承載元件非常靈活地定位。

在一個實施方式中，第一耦合元件分別布置在至少一個橋接部的端部上。這可以使第一耦合元件和由此使與鏡膜片的接觸點非常靈活地定位。

在一個實施方式中，第一耦合元件在至少一個橋接部的長度上分布地布置，特別是相對于鏡膜片的中心軸線對稱地分布地布置。這同樣可以使第一耦合元件和從而使與鏡膜片的接觸點非常靈活地定位。

在一個實施方式中，第一耦合元件點狀和/或者圓形地構造。這可以簡單逐點接觸鏡膜片。

在一個實施方式中，第一耦合元件至少在鏡膜片的邊緣區域上接觸鏡膜片。由此可以支持在鏡膜片動態運動時遭受特別強烈加速度的鏡膜片區域。

在一個實施方式中，第一耦合元件使第一承載元件這樣與鏡膜片耦合，使得在微鏡組件運動時鏡膜片的動態變形最小化。例如優化的耦合點和由此第一承載元件的位置可借助于模擬來確定。這樣可以使鏡膜片的變形最小化。

在一個實施方式中，至少一個第一承載元件和/或者至少一個第二承載元件和/或者鏡膜片具有硅。這能使第一承載元件、第二承載元件和鏡膜片借助于可控制的過程非常簡單地進行結構化。

在一個實施方式中，第一耦合元件具有氧化物。這能使氧化物層同樣借助于可控制的過程簡單地進行蝕刻。

在一個實施方式中，第二耦合元件具有鍺。這能實現第二耦合元件的簡單鍵合(Bonden)用于其接觸接通。

在一個實施方式中，至少一個第一承載元件具有硅并且這樣確定尺寸，使得在一個蝕刻過程中在鏡膜片和第一承載元件之間的具有相應氧化物的第一耦合元件沒有完全被蝕刻掉。這能非常簡單地制造第一耦合元件。

在一個實施方式中，至少一個第二承載元件具有硅并且這樣確定尺寸，使得在一個蝕刻過程中處于相應的第二承載元件和鏡膜片之間的氧化物層被完全蝕刻掉。這能非常簡單地去除在第二承載元件和鏡膜片之間的氧化物并且從而使鏡膜片與第二承載元件脫耦。

在一個實施方式中，使第一承載元件與第二承載元件耦合的至少一個橋接部具有硅并且這樣確定尺寸，使得在一個蝕刻過程中在相應橋接部和鏡膜片之間的氧化物層被完全蝕刻掉。

在一個實施方式中，所述結構化包括蝕刻，所述蝕刻特別是各向異性的蝕刻，所述蝕刻特別也是借助氫氧化鉀的蝕刻、KOH蝕刻或者溝槽蝕刻這能實現借助于可控制過程的簡單結構化。

在一個實施方式中，氧化物層的蝕刻包括各向同性的蝕刻，特別是濕化學的各向同性的蝕刻或者借助氣相的各向同性的蝕刻。這能實現：蝕刻氧化物層，而不作用于硅。

上述設計方案和擴展方案，只要有意義，可以任意相互組合。本發明的其他可行的設計方案、擴展方案和實施方案也包括沒有明確提及的以前或者下面有關實施例說明的本發明特征的組合。在此，特別是技術人員也可補充作為改進的單個觀點或者補充本發明各自的基本形式。

附圖說明

下面借助于在附圖的示意圖中說明的實施例詳細闡明本發明。圖中示出：

圖1示出按照本發明的微鏡組件的一個實施方式的示意圖；

圖2示出按照本發明的方法的一個實施方式的流程圖；

圖3示出按照本發明的微鏡組件的一個實施方式的示意圖；

圖4示出按照本發明的微鏡組件的一個實施方式的示意圖；

圖5示出按照本發明的微鏡組件的一個實施方式的示意圖；

圖6示出按照本發明的微鏡組件的一個實施方式的示意圖；

圖7示出按照本發明的微鏡組件的一個實施方式的示意圖；

圖8示出按照本發明的微鏡組件的一個實施方式的示意圖；

圖9示出按照本發明的微鏡組件的一個實施方式的示意圖；

圖10示出按照本發明的微鏡組件的一個實施方式的示意圖；和

圖11示出按照本發明的微鏡組件的一個實施方式的示意圖。

在所有附圖中相同的或者功能相同的元件和裝置——只要沒有其他說明——設有相同的附圖標記。

具體實施方式

圖1以一個側視圖示出了按照本發明的微鏡組件1的一個實施方式的示意圖。

微鏡組件1具有一個鏡膜片2，在其上方以預定的間距布置有兩個第一承載元件3-1和3-2以及三個第二承載元件5-1至5-3。第一承載元件3-1和3-2通過兩個第一耦合元件4-1、4-2與鏡膜片2耦合。在此，這兩個第一耦合元件4-1、4-2限定了鏡膜片2和這兩個第一承載元件3-1和3-2和三個第二承載元件5-1至5-3之間的間距。此外，第一承載元件3-1、3-2通過一個橋接部7與三個第二承載元件5-1至5-3耦合，使得三個第二承載元件5-1至5-3在不與鏡膜片2直接耦合的情況下也能相對于鏡膜片2位置固定地布置。

在三個第二承載元件5-1至5-3的背離鏡膜片2的一側上分別布置有一個第二耦合元件6-1至6-3。第二耦合元件6-1至6-3用于機械式接觸微鏡組件1并將微鏡組件例如固定在工作時承載該微鏡組件1的彈簧或者類似物上。

為了說明，在圖1中示出了微鏡組件1的一個實施方式，所述微鏡組件具有兩個第一承載元件3-1和3-2以及三個第二承載元件5-1至5-3。在另一個實施方式中，可設置有更多或者更少的第一承載元件、第二承載元件以及第一和第二耦合元件。

在一個實施方式中，微鏡裝置1由一個單個SOI晶片10，確切地說，由一個在第一硅層12和第二硅層13之間具有一個氧化物層11的晶片10制成。這允許通過合適選擇SOI晶片10確定鏡膜片2的厚度并且尤其也確定在鏡膜片2與第一和第二承載元件3-1、3-2和5-1至5-3之間的間距。此外，ISO晶片10能非常簡單地制造微鏡組件1，因為微鏡組件可采用簡單的蝕刻步驟由SOI晶片10制造。制造方法的可行的實施方式結合圖2闡明。

此外，在圖1中可看到在所說明元件左側和右側的殼體部分20-1、20-2。

圖2示出了按照本發明方法的一個實施方式的流程圖，采用所述方法，可在SOI晶片10中制造按照本發明的微鏡組件1，所述SOI晶片在第一硅層12和第二硅層13之間具有氧化物層11。

所述方法設置：使第二硅層13結構化S1具有鏡膜片2。此外，所述方法設置：使第一硅層12結構化具有第一厚度的至少一個第一承載元件3-1至3-22。

在S2中，所述方法設置：使第一硅層12結構化具有第二厚度的至少一個第二承載元件5-1至5-3，使得至少一個第二承載元件5-1至5-3與至少一個第一承載元件3-1至3-22機械式耦合，其中，第一厚度小于第二厚度。在S2中，確切地說，例如按照一個實施方式也可構造橋接部7、7-1至7-21，所述橋接部使至少一個第二承載元件5-1至5-3與至少一個第一承載元件3-1至3-22機械式耦合。

在S3中設置：對于每個第二承載元件5-1至5-3而言，在相應的第二承載元件5-1至5-3的背離氧化物層11的一側上安置一個第二個耦合元件6-1至6-3。最后S4這樣設置：蝕刻氧化物層11，使得僅僅在鏡膜片2和所述至少一個第一承載元件3-1至3-22之間分別保留一個具有第一氧化物的第一耦合元件4-1至4-22。

在這里，術語厚度理解為在一個側視圖中的相應元件的厚度或者說寬度。因此，比另一元件厚的元件相對于鏡膜片具有較大的面積或者從其邊緣到其中心具有較大的距離。這是重要的，以便可以在蝕刻時完全去除在較薄元件下面的氧化物層并且可以至少部分保留在較厚元件下面的氧化物層。

在一個實施方式中，為了制造第一耦合元件4-1至4-22，所述至少一個第一承載元件3-1至3-22和所述至少一個第二承載元件5-1至5-3這樣確定尺寸，使得在蝕刻氧化物層11S4時，將在所述至少一個第二承載元件5-1至5-3和鏡膜片2之間的氧化物完全蝕刻掉，并且使得至少部分保留在所述至少一個第一承載元件3-1至3-22和鏡膜片2之間的氧化物層11中的第一耦合元件4-1至4-22。

在本專利申請范圍內，在一個實施方式中，所述結構化可包括蝕刻，特別是各向異性的蝕刻，特別也是用氫氧化鉀蝕刻、KOH蝕刻或者溝槽蝕刻。在一個實施方式中，氧化物層11的蝕刻包括各向同性的蝕刻，特別是濕化學的各向同性的蝕刻或者借助氣相的各向同性的蝕刻。

上面示出的各個制造步驟的順序僅僅是示例性的并且可以在另外的實施方式中與示出的順序不同。

圖3示出了在SOI晶片10加工之前的圖1的按照本發明的微鏡組件1的一個實施方式的示意圖。

在圖3至6中，同樣如圖1以一個側視圖示出了微鏡組件1。在此可以例如涉及圖7的微鏡組件。圖1和3-6以沿著圖7示出的鏡膜片2的中軸線8的剖面圖示出了這個微鏡組件

在圖3中可看到在其原始狀態中的SOI晶片，其中，第一硅層12在氧化物層11上面和第二硅層13在氧化物層11下面。

圖4示出了在第一個制造步驟之后、圖3的按照本發明的微鏡組件1的一個實施方式的示意圖。

在圖4中通過第一個結構化過程、例如可以是蝕刻過程，構成第二承載元件5-1至5-3。

圖5示出了在另一個制造步驟之后、圖4的按照本發明的微鏡組件1的一個實施方式的示意圖。

在圖5中可看到，通過另一個蝕刻過程構成第一承載元件3-1、3-2，所述承載元件僅僅具有第二承載元件5-1至5-3大約一半的高度。此外，通過蝕刻過程已經也構成橋接部7。

圖6示出了另一個制造步驟之后、圖5的按照本發明的微鏡組件1的一個實施方式的示意圖。

圖6示出了在從圖5的微鏡組件1出發通過一個蝕刻過程去除氧化物層11之后的、幾乎完整的微鏡組件1。在此蝕刻過程這樣實施，使得僅在第一承載元件3-1和3-2下面保留氧化物層11并且從而構成第一耦合元件4-1、4-2。氧化物層11的蝕刻例如可以包括各向同性的蝕刻，特別是濕化學的各向同性的蝕刻或者借助氣相的各向同性的蝕刻。

圖7示出了按照本發明的微鏡組件1的一個實施方式的示意圖。

圖7的微鏡組件從后面(也即在背離鏡膜片2的那側上)示出了圖1的微鏡組件1的俯視圖。

鏡膜片2大致長方形地構造，其中，鏡膜片2沿水平方向大于沿豎直方向。并且具有倒圓的角。鏡膜片2的這個形狀僅僅作為示例示出并且在另外的實施中也可以不同，例如是橢圓形的。在俯視圖中清楚看到，分別在每個角布置一個第一承載元件3-3至3-6。承載元件3-3至3-6圓形地構造，但是不局限于這個形狀。在第一承載元件3-3至3-6下面布置了第一耦合元件4-3至4-6，在這個實施例中第一耦合元件同樣圓形地構造。原則上，第一耦合元件4-3至4-6的形狀是通過第一承載元件3-3至3-6的形狀和各向同性蝕刻得到的。因此可以有許多形狀。在圖7-11中可看到第一耦合元件4-3至4-6，即使這些第一耦合元件布置在第一承載元件3-3至3-6下面。這只用于說明本發明。

布置在鏡膜片2下角的第一承載元件3-3和3-6與布置在鏡膜片2上角的第一承載元件3-4和3-5分別通過橋接部7-3、7-4彼此耦合并且通過橋接部7-3、7-4也與第二承載元件5-1至5-3耦合，所述第二承載元件在圖7中沒有單獨示出，因為第二耦合元件6-1至6-3把第二承載元件遮蓋了。第二承載元件5-1至5-3和第二耦合元件6-1至6-3分別在兩個橋接部7-3和7-4之間豎直地延伸。此外，圍繞著鏡膜片2布置了一個殼體20，所述殼體在結合圖2說明的制造過程中存在。例如這可以通過合適地實施蝕刻過程進行。

圖8示出了按照本發明的微鏡組件1的另一個實施方式的示意圖。

圖8的微鏡組件1以圖7的微鏡組件1為基礎，與圖7的區別在于，橋接部7-20和7-21分別與兩個左側的第一承載元件3-3和3-4和兩個側右面的承載元件3-5和3-6相互連接。此外，設置有三個橋接部7-5至7-7，所述橋接部將兩個橋接部7-20和7-21與第二耦合元件6-1至6-3連接。

確切地說，圖8示出了微鏡組件1的一個替代性的實施方式，在這個實施方式中，鏡膜片2與在圖7相同的部位接觸，但是與第二耦合元件6-1至6-3的連接不同地實施。

圖9示出了以圖7的微鏡組件1為基礎的按照本發明的微鏡組件1的一個實施方式的示意圖。

在圖9中，微鏡組件1具有四個另外的第一承載元件4-7至4-10。在此，在第二承載元件5-1至5-3或者說第二耦合元件6-1至6-3的左側和右側分別布置了兩個第一承載元件3-7至3-8和兩個第一承載元件3-9至3-10。在豎直方向上，第一承載元件3-7和3-10位于鏡膜片2的中軸線8下面和第一承載元件3-8和3-9位于鏡膜片2的中軸線上面。

圖10示出了按照本發明的微鏡組件1的一個實施方式的示意圖，在這個實施方式中，第一承載元件3-3至3-6和3-7至3-10的布置與圖9的布置相同。

與圖9不同的是，四個第一承載元件3-3至3-6分別通過橋接部7-3、7-4和7-12至7-13相互耦合，使得橋接部7-3、7-4和7-12至7-13構成了一個框架，所述框架的角是四個第一承載元件3-3至3-6。附加地，第一承載元件3-7和3-10和第一承載元件3-8和3-9分別通過水平延伸的橋接部7-8至7-10與相應的第二承載元件5-1、5-3耦合，如圖9那樣。

圖11示出了按照本發明的微鏡組件1的一個實施方式的示意圖。

與目前為止的實施方式不同地，圖11的微鏡組件1具有十二個第一承載元件3-11至3-22，它們X形地布置在鏡膜片2上。在此，第一承載元件3-11、3-15和3-19在X形左下對角線上通過橋接部7-19與第二承載元件5-1耦合。第一承載元件3-11、3-16和3-20在X形左上對角線上通過橋接部7-16與第二承載元件5-1耦合。第一承載元件3-13、3-17和3-21在X形右上對角線上通過橋接部7-17與第二承載元件5-3耦合。最后，第一承載元件3-13、3-17和3-21在X形右下對角線上通過橋接部7-18與第二承載元件5-3耦合。左側最外面的兩個第一承載元件3-11和3-12通過一個橋接部7-14相互耦合，并且，右側最外面的兩個承載元件3-13和3-14同樣通過一個橋接部7-15相互耦合。

在圖中說明的第一承載元件3-1至3-22和第二承載元件5-1至5-3的布置僅僅是示例性的并且僅用于說明本發明。在其他實施方式中，按照本發明的微鏡組件1的元件的數量和布置是可變化的。在此，例如第一承載元件3-1至3-22或者第二承載元件5-1至5-3的位置借助于模擬這樣確定，使得在鏡膜片2運動時用于相應使用情況的鏡膜片2的變形最小化。

雖然上面借助于優選的實施例說明了本發明，但是它們不局限于此，而是能以多種方式改型。特別是本發明可以用各式各樣的方式修改或者改型，而不背離本發明的主旨。