DE19916960A1 - Verfahren zur Manipulation von Bauteilen, Mikrowerkzeug zur Durchführung des Verfahrens und Verfahren zur Herstellung des Mikrowerkzeuges oder von Mikrowerkzeugteilen - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren und ein Mikrowerkzeug (5) zur Manipulation von Bauteilen vorgeschlagen. Dabei wird mit dem Mikrowerkzeug (5) mit mindestens einem über eine Aktorstruktur (19) beweglichen Greifarm (11) mit einer Greiffläche (25) ein Bauteil (10) fixiert. Weiterhin ist ein Mittel zum Lösen des fixierten Bauteils (10) von der Greiffläche (25) vorgesehen, das in dem Greifarm (11) zumindest zeitweilig eine Beschleunigung derart induziert, daß die durch die träge Masse des fixierten Bauteils (10) und die ausgeübte Beschleunigung hervorgerufene Trägheitskraft größer wird, als eine zwischen dem fixierten Bauteil (10) und der Greiffläche (25) wirkende Adhäsionskraft. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines Mikrowerkzeuges (5) oder eines Mikrowerkzeugteiles, insbesondere eines Mikrogreifers (6, 6') durch Mikrostrukturierung vorgeschlagen. Dazu wird aus einer Schichtstruktur mit einer Grundschicht, einer Zwischenschicht und einer Strukturierungsschicht, die über eine Maskierschicht entsprechend der Geometrie des herzustellenden Mikrowerkzeuges (5) oder Mikrowerkzeugteiles strukturiert wird, mit einem ersten Ätzverfahren zunächst das Mikrowerkzeug (5) oder Mikrowerkzeugteil aus der Strukturierungsschicht herausstrukturiert. Anschließend wird mit einem zweiten Ätzverfahren die Zwischenschicht unterätzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Manipulation von Bauteilen, insbesondere zur präzisen Positionierung von Mikrobauteilen, ein Mikrowerkzeug mit integrierter Freigabevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und ein Verfahren zur Herstellung des Mikrowerkzeuges oder zumindest von Teilen des Mikrowerkzeuges, insbesondere eines Mikrogreifers oder Greifarmes, nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.

Stand der Technik

Bei der Montage von miniaturisierten Systemen oder Mikrobauteilen, beispielsweise in der Mikrooptik werden spezielle Anforderungen an die Greifer für die Manipulation der zu montierenden Komponenten gestellt. Anders als Greifer für großflächige Teile, die aus der Mikroelektronik bekannt sind, müssen beispielsweise mikrooptische Greifer Bauteile dreidimensionaler Ausdehnung an Flächen unterschiedlicher Geometrie fassen und definiert absetzen können. Diese sehr kleinen Bauteile zeigen jedoch ein ungewohntes Verhalten, das durch die Abnahme von Volumeneffekten und die Zunahme von Oberflächeneffekten gekennzeichnet ist.

Konventionelle Mikrogreifer werden feinmechanisch hergestellt. Die Aufnahme des zu manipulierenden Mikrobauteiles erfolgt dabei üblicherweise durch Unterdruck in einem integrierten Kanal (Vakuumgreifer), durch Adhäsion an einem Flüssigkeitsfilm oder -tropfen oder durch piezoelektrisch aktuierte Steller.

Allen diesen Methoden oder Werkzeugen ist gemeinsam, daß aufgrund der sehr kleinen Masse des zu manipulierenden Bauteiles das definierte Lösen des zunächst fixierten Bauteiles sehr problematisch ist. Die am Greifer auftretenden Abhäsionskräfte können auch nach Abschalten des Vakuumsaugers, dem Absaugen des Flüssigkeitsfilmes oder dem Lösen der Piezosteller größer als die Gewichtskraft des Bauteiles sein und dadurch das Freigeben erheblich behindern. Insbesondere kann durch ein dadurch erforderliches Abstreifen am Zielsystem oder ein Abblasen des Bauteils eine paßgenaue präzise Positionierung vielfach nicht gewährleistet werden.

Bei der bekannten Herstellung der Greifer als Mikrowerkzeug werden feinmechanische Fertigungsverfahren wie Bohren oder Fräsen eingesetzt. Im Fall von Mikrowerkzeugen mit einer typischen Größe von weniger als 2 mm ist eine derartige feinmechanische Einzelbearbeitung jedoch sehr aufwendig und teuer.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Manipulation von Bauteilen, das erfindungsgemäße Mikrowerkzeug zur Durchführung des Verfahrens und das Verfahren zur Herstellung des Mikrowerkzeuges oder zumindest von Teilen des Mikrowerkzeuges hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, daß damit eine einfache, präzise und kostengünstige mikromechanische Herstellung eines Werkzeuges zur präzisen Manipulation, Positionierung und insbesondere zur Mikromontage von Bauteilen mit typischen Dimensionen im Mikrometerbereich und unteren Millimeterbereich ermöglicht wird.

Die Herstellung des Mikrowerkzeuges oder einzelner Mikrowerkzeugteile, insbesondere des Greifarmes oder Mikrogreifers, kann dabei in einer konventionellen Siliziumfertigungslinie erfolgen, wobei gleichzeitig die konkrete Ausgestaltung der Greifarme oder der Greiffläche des Mikrowerkzeuges in beliebigen zweidimensionalen Formen ermöglicht wird, so daß das Mikrowerkzeug in dieser Hinsicht in seiner Geometrie sehr einfach dem jeweiligen, zu manipulierenden Bauteil angepaßt werden kann. Weiterhin eignet sich das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren des Mikrowerkzeuges für die Batch-Fertigung bzw. die Serienfertigung und ist damit sehr kostengünstig.

Besonders vorteilhaft ist weiterhin, daß das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Mikrowerkzeuges oder von Mikrowerkzeugteilen durch Mikrostrukturierung von einer Schichtstruktur mit einer Grundschicht, einer Zwischenschicht und einer Strukturierungsschicht ausgeht, wie sie beispielsweise bereits in Form eines SOI-Wafers ("silicon on insulator") bekannt ist. Über eine zusätzlich entsprechend der gewünschten Geometrie des herzustellenden Mikrowerkzeuges oder Mikrowerkzeugteiles aufgebrachte und in bekannter Weise strukturierte Maskierschicht sowie ebenfalls an sich bekannte Ätzverfahren kann das Mikrowerkzeug somit sehr einfach aus der Strukturierungsschicht herausstrukturiert werden.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin­ dung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen aufgeführ­ ten Maßnahmen.

So erfolgt das Lösen des mit dem Mikrowerkzeug fixierten Bauteiles sehr vorteilhaft über eine in der Umgebung eines Greifarmes angeordnete Plattenstruktur, eine zumindest bereichsweise mit dem Greifarm verbundene Aktorschicht, insbesondere eine piezoelektrische oder piezoresistive Schicht, einen in einer Umgebung des Greifarmes angeordneten Ultraschallgeber oder einen mit dem Greifarm verbundenen und/oder wechselwirkenden Aktor.

Weiterhin weist das Mikrowerkzeug vorteilhaft zumindest zwei einander entgegengesetzte, insbesondere symmetrisch aufgebaute Greifarme zum Fixieren eines Bauteils auf. Die Greifarme sind weiter vorteilhaft über einen beweglichen Steg oder eine weiche Feder mit einer Verankerung verbunden, die darüber als Fixpunkt die ansonsten weitgehend frei beweglichen Greifarme trägt.

Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die vorgesehene, mit den Greifarmen verbundene Aktorstruktur in Form einer verankerten Kammstruktur und einer zugeordneten Schenkelkammstruktur der Schenkel der Greifarme ausgebildet ist, so daß sich ein an sich bekannter Interdigitalkondensator bildet, über den eine ein kontrolliertes Fixieren und Lösen des Bauteils bewirkende Bewegung der Greifarme hervorgerufen werden kann.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeich­ nungen und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu­ tert. Es zeigt Fig. 1 ein Mikrowerkzeug mit einem ersten Mikrogreifer, Fig. 2 einen zeitlichen Verlauf von an einzelnen Komponenten des Mikrowerkzeugs anliegenden Span­ nungen, sowie einer damit erzeugten Auslenkung der Greifarme des Mikrowerkzeuges gemäß Fig. 1, Fig. 3 einzelne Verfahrensschritte zur Herstellung des Mikrogreifers und

Fig. 4 einen zweiten Mikrogreifer in einer alternativen Ausführungsform.

Ausführungsbeispiele

Die Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mikrowerkzeuges 5 mit dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Manipulation von Bauteilen 10, insbesondere von Mikrobauteilen, vorgenommen werden kann und das vollständig oder zumindest in einzelnen Mikrowerkzeugteilen, insbesondere hinsichtlich der Greifarme 11, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Mikrowerkzeuges 5 oder der Mikrowerkzeugteile hergestellt wurde.

Das Mikrowerkzeug 5 weist einen ersten Mikrogreifer 6 auf, der von zwei symmetrisch aufgebauten einander gegenüberstehenden, über eine Aktorstruktur 19 bewegbaren Greifarmen 11 gebildet wird, die ein Bauteil 10 in Form eines Mikrobauteiles zangenförmig fixieren. Das Mikrobauteil ist beispielsweise eine optische Mikrolinse mit einem typischen Durchmesser von 500 µm. Die Greifarme 11 weisen jeweils einen Schenkel 12 auf, der an einem federnden Steg 15 oder einer weichen Feder als Fixpunkt mit einer Verankerung 14 verbunden ist. Über die Stege 15 und die Verankerungen 14 sind somit die Greifarme 11 freitragend und drehbar beweglich befestigt. Das dem Bauteil 10 entgegengesetzte Ende der Schenkel 12 weist weiterhin eine fingerartige Schenkelkammstruktur 17 auf, die in eine entsprechend angepaßte, zugeordnete, fingerartige und verankerte Kammstruktur 16 hineingreift oder hineinragt, so daß dadurch ein an sich bekannter Interdigitalkondensator 18 als Aktorstruktur 19 gebildet wird. Die Länge der Schenkel 12 beträgt im erläuterten Beispiels ca. 100 µm bis 1 mm.

Über an dem Interdigitalkondensator 18 über nicht dargestellte Baugruppen angelegte Spannungen U₁ kann somit beispielsweise über eine elektrostatische Wechselwirkung ein Fassen und Lösen des Bauteils 10 über die Greifarme 11 bewirkt werden. Die Verankerung 14, die Aktorstruktur 19, die Plattenstruktur 13 und die Greifarme 11 sind im übrigen auf einem nicht dargestellten Träger bei der Montage hochgenau zueinander positioniert worden.

Weiterhin ist jeweils eine in einer Umgebung eines Schenkels 12 symmetrisch angeordnete Plattenstruktur 13 angebracht, die mit nicht dargestellten Baugruppen zur Spannungsversorgung und insbesondere zur Beaufschlagung der Plattenstruktur mit einer elektrischen Ladung in Verbindung steht.

Die Greifarme 11 fixieren das Bauteil 10 zangenförmig über die durch die Interdigitalkondensatoren 18 ausgeübten Kräfte und berühren das Bauteil 10 an Greifflächen 25. Neben den zum Fixieren des Bauteils 10 ausgeübten Kräften wirken zwischen diesem und den Greifflächen 25 jedoch ständig unvermeidbar auch sogenannte Adhäsionskräfte d. h. anziehende Kräfte, die zwischen der Greiffläche 25 und der diese berührenden Oberfläche des Bauteils 10 wirken und dadurch ein Anhaften des Bauteils 10 an den Greifarmen 11 verursachen. Diese Kräfte sind beim Lösen des Bauteils 10 von den Greifflächen 25 unerwünscht, da sie ein präzises Lösen und eine präzise hochgenaue Positionierung des Bauteils 10 erheblich beeinträchtigen.

Beim Lösen des Bauteils 10 in einer gewünschten, insbesondere mit einem Roboter angefahrenen Position wird daher gemäß Fig. 2 die Plattenstruktur 13 jeweils mit einer kurzzeitig anliegenden Spannung U₂ beaufschlagt. In Fig. 2 ist dazu zunächst erläutert, daß während der Dauer eines Haltepulses 20 über eine an den Interdigitalkondensatoren 18 jeweils anliegende Spannung U₁ ein Fassen und Fixieren des Bauteils 10 bewirkt wird. Sobald diese Spannung U₁ abgeschaltet wird, wird das Bauteil 10 von dem Mikrogreifer 6 bzw. den Greifarmen 11 freigegeben. Um in diesem Moment des Öffnen des Mikrogreifers 6 beispielsweise eine unerwünschte Deplazierung des Bauteils 10 durch Adhäsionskräfte zu vermeiden, wird an der Plattenstruktur 13 jeweils gleichzeitig ein kurzzeitiger Lösepulse 21 in Form eines angelegten Spannungspulses U₂ induziert. Durch diesen Lösepuls 21 wird bei geeigneter Polung und Spannungsstärke über eine erzeugte elektrostatische Kraft eine kurzzeitige Beschleunigung auf beide Greifarme 11 derart ausgeübt, daß die von der trägen Masse des Bauteils 10 und der ausgeübten Beschleunigung hervorgerufene Trägheitskraft größer, insbesondere deutlich größer, ist, als die zwischen dem Bauteil 10 und der Greiffläche 25 wirkenden Adhäsionskräfte. Die durch die Plattenstruktur 13 und den Lösepuls 21 hervorgerufene Trägheitskraft ist dabei den wirkenden Adhäsionskräften entgegengerichtet.

Die induzierte Beschleunigung führt dabei insbesondere zu einer hochfrequenten Vibration oder Schwingung der Greifarme 11 und bewirkt damit ein effektives und hochgenaues Abschütteln des Bauteils 10 vom Mikrogreifer 6. Damit wird eine unerwünschte Deplazierung des Bauteils 10 im Moment des Lösens aus dem Mikrogreifer 6 vermieden, was ein hochgenaues Manipulieren derartiger Bauteile erlaubt.

Die Fig. 2 erläutert weiter, wie während der Phase des Fixierens des Bauteils 10 in einer Haltephase 22 die Greifarme 11 des Mikrogreifers 6 jeweils konstant mit einer von der Aktorstruktur 19 über die anliegende Spannung U₁ hervorgerufenen Auslenkung x ausgelenkt sind. Beim Lösen des Bauteils 10 geht diese Auslenkung durch von den Stegen 15 verursachte Federkräfte auf die Ausgangs- oder Ruhelage zurück, wobei jedoch gleichzeitig durch die Plattenstruktur 13 und den darüber induzierten Lösepuls 21 eine gedämpfte Löseschwingung 23 in Form einer hochfrequenten Vibration der Greifarme 11 hervorgerufen wird.

Neben der Plattenstruktur 13, die im erläuterten Beispiel mit dem zugeordneten Schenkel 12 einen Kondensator bildet, kann der Lösepuls 21 oder allgemein die erforderliche Beschleunigung der Greifarme 11 völlig analog auch durch eine zumindest bereichsweise mit dem Greifarm 11 verbundene Aktorschicht, insbesondere eine piezoelektrische oder piezoresistive Schicht, einen in einer Umgebung des Greifarmes 11 angeordneten Ultraschallgeber oder einen mit dem Greifarm 11 verbundenen und/oder wechselwirkenden Aktor hervorgerufen werden. Kern der Erfindung ist jeweils die zum richtigen Zeitpunkt erzeugte, ausreichend große Beschleunigung, die auf vielfältige Art erzeugt werden kann.

Die Spannungen U₁ und U₂ liegen, abhängig von den Bauteilabmessungen, im erläuterten Beispiel bei Werten von 0,5 Volt bis 100 Volt, die Dauer des Lösepulses 21 beträgt beispielsweise 0,01 ms bis 100 ms. Dabei ist die Zeitdauer während der der Lösepuls 21 die gewünschte Beschleunigung beim Lösen des Bauteils 10 induziert bevorzugt jedoch so gewählt, daß dadurch in dem Greifarm 11 eine Vibration oder Schwingung, insbesondere eine hochfrequente Vibration oder Schwingung induziert wird. Besonders bevorzugt ist diese Zeitdauer derart abgestimmt, daß die darüber erzeugte Beschleunigung lediglich während einer Zeitdauer induziert wird, die ausreicht, in dem jeweiligen Greifarm 11 eine Resonanzschwingung einer Schwingungseigenmode, insbesondere einer höheren Schwingungseigenmode des Greifarmes 11 anzuregen. Sie ist somit bevorzugt insbesondere größer, als die Frequenz einer ersten Schwingungseigenmode des Greifarmes 11, so daß der Greifarm 11 einerseits Energie aufnimmt und in Resonanz schwingt, andererseits aber gleichzeitig auch eine hochfrequente Schwingung oder Vibration des Greifarmes angeregt wird, die lediglich eine kleine Amplitude aufweist, so daß das Bauteil 10 mit maximaler Positioniergenauigkeit abgeschüttelt wird. In diesem Fall kann überdies ein ohnehin vorhandener Rückschwung des Schenkels 12 genutzt werden, um eine rückwärtige Auslenkung zu verstärken.

Durch die Anregung einer höheren Schwingungseigenmode des Greifarmes 11 wird somit einerseits eine hohe Beschleunigung erzeugt, die andererseits gleichzeitig mit einer lediglich geringen Auslenkung der Greifarme 11 verbunden ist.

Konkrete Werte hinsichtlich der anzuwendenden Schwingungsfrequenz sind vom Fachmann im Einzelfall anhand der trägen Masse des Bauteils 10 zu ermitteln. Insbesondere ist die Dimensionierung des Greifarmes 11 und/oder die Frequenz der beispielsweise über die Plattenstruktur 13 hervorgerufenen hochfrequenten Vibration oder Schwingung an diese träge Masse des fixierten Bauteiles 10 anzupassen, da über die träge Masse des Bauteils 10 und die Größe der jeweils wirkenden Adhäsionskräfte die erforderliche Beschleunigung bestimmt ist.

Auf weitere Erläuterungen und Details zur Bewegung der Greifarme 11 über die Interdigitalkondensatoren 18, hinsichtlich der Befestigung der Greifarme 11 über die Stege 15 und die detaillierte Form der Schenkel 12 wird verzichtet, da sie dem Fachmann bekannt sind.

Es ist selbstverständlich, daß die Aktorstruktur 19, die Plattenstruktur 13, die Verankerung 14, die Stege 15 und die Greifarme 11 bei Bedarf in an sich bekannter Weise mit Leiterbahnen und/oder Anschlußkontaktflächen zur elektrischen Kontaktierung oder Spannungsversorgung bzw. Spannungsbeaufschlagung in Verbindung stehen oder ersehen sein können. Dazu kann das Mikrowerkzeug 5 oder Teile des Mikrowerkzeuges 5 vollständig oder bereichsweise oberflächlich in bekannter Weise metallisiert sein.

Im übrigen besteht das Mikrowerkzeug 5, insbesondere der Mikrogreifer 6 mit den Greifarmen 11, der Aktorstruktur 19, der Plattenstruktur 13, den Stegen 15 und der Verankerung 14 bevorzugt aus Silizium, insbesondere aus Polysilizium. Es kommen jedoch auch andere Materialien wie Germanium, Metalle wie Nickel oder Cobalt oder allgemein mikrotechnisch strukturierbare Materialien dafür in Frage.

Die Fig. 4 erläutert als zweites Ausführungsbeispiel eine weitere Ausführungsform eines zweiten Mikrogreifers 6' mit Schenkeln 44, Greifarmen 43, einer Aktorschicht 42, Leiterbahnen 41 und Anschlußkontaktflächen 40 in einer gegenüber dem ersten Mikrogreifer 6 modifizierten Bauform. In Fig. 4 ist dabei jedoch lediglich der in der Umgebung des Bauteiles 10 befindliche Teil (in Fig. 1 mit Hilfe einer gestrichelten Linie angedeutet) des zweiten Mikrogreifers 6' dargestellt. Insbesondere sind die Aktorstruktur 19, die Verankerung 14 und die Stege 13 nicht dargestellt, die jedoch völlig analog der Fig. 1 im weiteren Verlauf der Schenkel 44 ausgeführt sind. Der zweite Mikrogreifer 6' als Teil des Mikrowerkzeuges 5 ist im übrigen ebenfalls aus Silizium oder Polysilizium gefertigt und seine vollständige Größe entspricht in etwa der Größe des ersten Mikrogreifers 6 gemäß Fig. 1.

Wesentliche Unterschiede zwischen dem zweiten Mikrogreifer 6' und dem ersten Mikrogreifer 6 bestehen lediglich in der Art der Anregung der erforderlichen kurzzeitigen Beschleunigung beim Lösen oder Abschütteln des Bauteils 10. Dazu ist an der Oberfläche des zweiten Mikrogreifers 6' eine Aktorstruktur 42 aufgebracht, die bevorzugt in Form von insbesondere diffundierten Piezowiderständen, einer piezoresistiven Schicht oder einer deponierten piezoelektrischen Schicht, beispielsweise aus ZnO, gebildet wird. Derartige piezoresistive oder piezoelektrische Schichten, Widerstände oder Aktoren, sowie Verfahren zu deren Herstellung sind vielfältig bekannt.

Die Leiterbahnen 41 werden durch eine strukturierte Metallisierung beispielsweise aus Aluminium aufgebracht. Die Anschlußkontaktflächen 40 dienen beispielsweise der elektrischen Ansteuerung der Aktorschicht 42 und stehen mit dieser über die Leiterbahnen 41 in Verbindung. In der Ausführungsform gemäß Fig. 4 wird somit die erforderliche Beschleunigung durch eine an der Aktorschicht 42 kurzzeitig anliegende Spannung U₂ erzeugt, wobei die angelegt Spannung U₂ - analog dem ersten Ausführungsbeispiel - über den piezoelektrischen Effekt eine hochfrequente Schwingung oder Vibration in den Greifarmen 42 induziert. Daher kann in diesem Fall auf die Plattenstruktur 13 verzichtet werden.

Im übrigen gelten die vorangehenden Ausführungen, insbesondere hinsichtlich des Aufbaues des Mikrowerkzeuges 5 und des Mikrogreifers 6, sowie des damit durchgeführten Verfahrens zur Manipulation von Bauteilen, auch für die Ausführungsform mit dem zweiten Mikrogreifer 6' gemäß Fig. 4.

Eine alternative Ausführungsform des Mikrogreifers 6 sieht weiter vor, daß anstelle der Plattenstruktur 13 jeweils in an sich bekannter Weise ein Ultraschallgeber in der Umgebung der Greifarme 11 angeordnet ist, um damit die erforderliche Schwingung oder Vibration der Greifarme 11 und darüber die erforderliche Beschleunigung zu erzeugen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Mikrowerkzeuges 5 oder von Mikrowerkzeugteilen für das Mikrowerkzeug 5, insbesondere des Mikrogreifers 6 oder 6', des Greifarmes 11, 44, der Plattenstruktur 13 und der Aktorstruktur 19, wird mit Hilfe der Fig. 3 erläutert.

Als Ausgangsmaterial wird zunächst eine Schichtstruktur 30, insbesondere ein an sich bekannter SOI-Wafer, verwendet, auf der über ein Standardlithographieverfahren unter Einsatz einer Maskierschicht 36 die gewünschten Strukturen des herzustellenden Mikrowerkzeuges 5 oder Mikrowerkzeugteiles definiert werden. Die Schichtstruktur 30 besteht dabei bevorzugt aus einer Grundschicht 31 aus Silizium oder Polysilizium, einer Zwischenschicht 32 aus Siliziumoxid oder einem sonstigen Oxid und einer Strukturierungsschicht 33 aus Silizium oder Polysilizium.

Nach der gewünschten Strukturierung der Maskierschicht 36 erfolgt in einem ersten Ätzverfahren zunächst ein Ätzen der Strukturierungsschicht 33 über Trenchgräben 34, die durch die Maskierschicht 36 definiert sind. Das erste Ätzverfahren ist beispielsweise ein bekanntes Plasmatrockenätzverfahren, das eine isotrope senkrechte Ätzung der Strukturierungsschicht 33 über die Trenchgräben 34 bewirkt und das die Strukturierungsschicht 33 selektiv ätzt, so daß der erste Ätzprozeß beim Erreichen der Zwischenschicht 32 zumindest nahezu vollständig zum Erliegen kommt. Die Zwischenschicht 32 dient somit in diesem Prozeß als Stoppschicht.

Danach wird in an sich bekannter Weise die Maskierschicht 36 wieder entfernt und die Schichtstruktur 30 wird bevorzugt kopfüber, das heißt mit der Strukturierungsschicht 33 nach unten orientiert, in einem isotropen Standard- Gasphasenätzverfahren als zweitem Ätzprozeß geätzt. Dabei ätzt dieses zweite Ätzverfahren, ausgehend von den Trenchgräben 34, selektiv lediglich die Zwischenschicht 32, die nun als Opferschicht dient, so daß die Strukturierungsschicht 33 zumindest im Bereich des Mikrowerkzeuges bzw. -teiles unterätzt wird. Das zweite Ätzverfahren greift dabei das herausstrukturierte Mikrowerkzeug 5 oder -teil nicht an bzw. ätzt dieses nicht. Beim Unterätzen der Strukturierungsschicht 33 bildet sich ein Hohlraum 35 aus, so daß das herzustellende Mikrowerkzeug 5 oder Mikrowerkzeugteil freigelegt wird und sich aufgrund der Schwerkraft von der verbleibenden Schichtstruktur 30 löst und herausfällt.

Abschließend kann das derart hergestellte Mikrowerkzeug 5 oder Mikrowerkzeugteil in einem ebenfalls an sich bekannten Prozeß zur Strukturverbesserung zusätzlich kurz überätzt werden und ist dann montagefertig. Weiterhin kann die Strukturierungsschicht 33 oberflächlich beispielsweise bereits vor dem Aufbringen der Maskierschicht 36 oberflächlich zumindest bereichsweise metallisiert oder beschichtet sein, so daß dadurch Leiterbahnen 41 und/oder Anschlußflächen 40 und/oder die Aktorschicht 42 vorgegeben sind. Die Aktorschicht 42 ist beispielsweise die bereits erläuterte deponierte piezoresistive oder piezoelektrische Schicht. Alternativ können die Aktorschicht 42, die Leiterbahnen 41 und die Abschlußkontaktflächen 40 jedoch ebenso auch nach dem Herausstrukturieren der Strukturierungsschicht 33 auf diese in an sich bekannter Weise aufgebracht werden.

Bezugszeichenliste

5

Mikrowerkzeug

6

erster Mikrogreif er

6

' zweiter Mikrogreifer

10

Bauteil

11

Greifarm

12

Schenkel

13

Plattenstruktur

14

Verankerung

15

Steg

16

verankerte Kammstruktur

17

Schenkelkammstruktur

18

Interdigitalkondensator

19

Aktorstruktur

20

Haltepuls

21

Lösepuls

22

Haltephase

23

Löseschwingung

25

Greiffläche

30

Schichtstruktur

31

Grundschicht

32

Zwischenschicht

33

Strukturierungsschicht

34

Trenchgraben

35

Hohlraum

36

Maskierschicht

40

Anschlußkontaktfläche

41

Leiterbahn

42

Aktorschicht

43

Greifarm

44

Schenkel

Claims (20)

1. Mikrowerkzeug, insbesondere zur Manipulation oder präzisen Positionierung von Mikrobauteilen, mit mindestens einem über mindestens eine Aktorstruktur (19) bewegbaren Greifarm (11, 43) mit mindestens einer Greiffläche (25), über die mindestens ein Bauteil (10) mit dem Greifarm (11, 43) insbesondere zangenförmig fixierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Mittel vorgesehen ist, das auf mindestens einen der Greifarme (11, 43) zumindest zeitweilig eine Beschleunigung derart ausübt, daß die aus träger Masse des fixierten Bauteils (10) und ausgeübter Beschleunigung hervorgerufene Trägheitskraft größer ist, als eine zwischen dem fixierten Bauteil (10) und der Greiffläche (25) wirkende Adhäsionskraft.

2. Mikrowerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zeitweilig die durch das Mittel hervorgerufene Trägheitskraft der Adhäsionskraft entgegengerichtet ist.

3. Mikrowerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel eine bereichsweise in einer Umgebung des Greifarmes (11) angeordnete Plattenstruktur (13), eine zumindest bereichsweise mit dem Greifarm (43) verbundene Aktorschicht (42), insbesondere eine piezoelektrische oder piezoresistive Schicht, ein in einer Umgebung des Greifarmes (11, 43) angeordneter Ultraschallgeber oder ein mit dem Greifarm (11, 43) verbundener und/oder wechselwirkender Aktor ist.

4. Mikrowerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifarm (11) über einen beweglichen Steg (15) oder eine weiche Feder mit einer Verankerung (14) verbunden ist.

5. Mikrowerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktorstruktur (19) ein von einer verankerten Kammstruktur (16) und einer Schenkelkammstruktur (17) eines Schenkels (12) des Greifarmes (11) gebildeter Interdigitalkondensator (18) ist.

6. Mikrowerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktorschicht (42) über mindestens eine Leiterbahn (41) mit mindestens einer Anschlußkontaktfläche (40) zur elektrischen Kontaktierung in Verbindung steht.

7. Mikrowerkzeug nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrowerkzeug (5) zwei einander entgegengesetzte, insbesondere symmetrisch aufgebaute Greifarme (11, 43) in Form eines Mikrogreifers (6, 6') aufweist.

8. Verfahren zur Manipulation von Bauteilen, insbesondere zur präzisen Positionierung von Mikrobauteilen, mit einem Mikrowerkzeug (5) mit mindestens einem über mindestens eine Aktorstruktur (19) beweglichen Greifarm (11, 43) mit einer Greiffläche (25), über die mindestens ein Bauteil (10) mit dem Greifarm (11, 43) fixiert wird, sowie mindestens einem Mittel zum Lösen des fixierten Bauteils (10) von der Greiffläche (25), dadurch gekennzeichnet, daß von dem Mittel in dem Greifarm (11, 43) zumindest zeitweilig eine Beschleunigung derart induziert wird, daß die durch die träge Masse des fixierten Bauteils (10) und die ausgeübte Beschleunigung hervorgerufene Trägheitskraft größer wird, als eine zwischen dem fixierten Bauteil (10) und der Greiffläche (25) wirkende Adhäsionskraft.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel in dem Greifarm (11, 43) die Beschleunigung lediglich kurzzeitig induziert.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel indem Greifarm (11, 43) die Beschleunigung lediglich während einer Zeitdauer induziert, die ausreicht, in dem Greifarm eine Resonanzschwingung einer Schwingungseigenmode des Greifarmes (11, 43) zu induzieren.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Mittel in dem Greifarm (11, 43) eine insbesondere hochfrequente Vibration oder Schwingung induziert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Vibration oder Schwingung größer ist, als die Frequenz einer ersten Schwingungseigenmode des Greifarmes (11, 43).

13. . Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dimensionierung des Greifarmes (11, 43) und/oder die Frequenz der durch das Mittel hervorgerufenen Vibration oder Schwingung an die träge Masse des fixierten Bauteiles (10) angepaßt wird.

14. Verfahren zur Herstellung eines Mikrowerkzeuges oder eines Mikrowerkzeugteiles, insbesondere eines Mikrogreifers (6, 6'), durch Mikrostrukturierung zur Bearbeitung oder Manipulation von Bauteilen (10), dadurch gekennzeichnet, daß aus einer Schichtstruktur (30) mit einer Grundschicht (31), einer Zwischenschicht (32) und einer Strukturierungsschicht (33), die über eine Maskierschicht (36) entsprechend der Geometrie des herzustellenden Mikrowerkzeuges strukturiert wird, mit einem ersten Ätzverfahren das Mikrowerkzeug (5) oder das Mikrowerkzeugteil, insbesondere der Mikrogreifer (6, 6') über Trenchgräben (34) aus der Strukturierungsschicht (33) herausstrukturiert wird, und daß danach mit einem zweiten Ätzverfahren die Zwischenschicht (32) zumindest im Bereich des Mikrowerkzeuges (5) oder des Mikrowerkzeugteiles unterätzt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturierung der Maskierschicht (36) lithographisch erfolgt, und daß die Maskierschicht (36) vor dem zweiten Ätzverfahren wieder entfernt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, das als erstes Ätzverfahren ein Plasmatrockenätzverfahren eingesetzt wird, und daß das erste Ätzverfahren beim Erreichen der Zwischenschicht (32) zumindest weitgehend zum Erliegen kommt.

17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, das als zweites Ätzverfahren ein die Zwischenschicht (32) selektiv ätzendes, von den Trenchgräben (34) ausgehendes Gasphasenätzverfahren eingesetzt wird, das das Mikrowerkzeug (5) oder das Mikrowerkzeugteil, insbesondere den Mikrogreifer (6, 6'), freilegt.

18. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Grundschicht (31) eine Siliziumschicht, insbesondere ein Siliziumwafer, als Zwischenschicht (32) eine Oxidschicht, insbesondere eine Siliziumoxidschicht, und als Strukturierungsschicht (33) eine Siliziumschicht oder eine oberflächlich zumindest bereichsweise metallisierte Siliziumschicht verwendet wird.

19. Verfahren nach Anspruch 14 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtstruktur (30) bei dem zweiten Ätzverfahren derart positioniert wird, das sich das unterätzte Mikrowerkzeug (5) oder Mikrowerkzeugteil aufgrund der Schwerkraft von der Schichtstruktur löst.

20. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des herausstrukturierten Mikrowerkzeuges (5) oder Mikrowerkzeugteiles, insbesondere des Mikrogreifers (6, 6') zumindest bereichsweise oberflächlich mit Leiterbahnen (41) und/oder Anschlußkontaktflächen (40) und mindestens einer Aktorschicht (42), insbesondere einer deponierten piezoresistiven oder piezoelektrischen Schicht, versehen wird.