专利名称：一种沟槽隔离锚点梳齿的微扭转镜及其制作方法
一种沟槽隔离锚点梳齿的微扭转镜及其制作方法所属领域本发明属于微光机电系统(MOEMS)领域，主要涉及微机电系统(MEMS)技术、微扭转镜制作技术、电容测量技术以及微加工技术等。
背景技术：
微扭转镜与传统光束偏转元件相比，具有能耗小、微型化、易集成等优点，加之其在通信、消费电子、生物医药、军事国防等领域的应用不断扩展，逐渐成为光学MEMS领域研究的热点。静电梳齿驱动微扭转镜具有结构简单、单位能量密度大、转动角度大的特点，是未来最具商业化前景的微扭转镜形式之一。鉴于微扭转镜有着广阔的商业前景，特别是基于单片绝缘体上硅(SOI)硅片的垂直梳齿驱动微扭转镜，大大简化了制作工艺的成本和难度，为微扭转镜的研究开辟了新的天地。为此，近年来，国际上很多公司和研究院校的科研人员参加到各种形式的垂直梳齿驱动微扭转镜的研发当中。1999年，康奈尔大学采用表面工艺结合深度反应离子刻蚀(DRIE)体硅工艺，制作了 Maggered Vertical Comb (SVC)微扭转镜，在18V电压驱动下转角仅为1. 1°，但此研究开辟了垂直梳齿驱动微扭转镜结构的先河；加州大学伯克利分校于2000年研制出基于硅硅键合工艺的SVC微扭转镜，在交流电压驱动下，其扫描角度达到24. 9° ；2002年加州大学洛杉矶分校的PR. Patterson研究小组提出了 Angular Vertical Comb (AVC)驱动器能有效提高微扭转镜的静态转角，但是其AVC采用光刻胶铰链制作，工艺可操作性差； 这些报道的微扭转镜都是工作在开环控制下，其受外界的影响较大，为了更好的实现扭转镜稳定的转动，一般通过检测电容的变化来反馈信息对其实行闭环控制。在文献《Driver ASIC for synchronized excitation of resonant micromirrors》中，Roscher, K.等人通过特殊的集成电路设计来对电容变化的检测实行闭环控制，但往往这种电容的信号是非常微弱的，并且光的检测技术要求更高的精度，所以这种方法实现起来有很大的难度；2010 年 A. Tortschanoff 等人在文献《Optical Position Feedback and Phase Control of MOEMS-Scanner Mirrors))提出，通过采用激光束在镜面的背面反射，外加高速光电探测器来快速的检测光的反射并以此确定参数来实现系统的闭环控制，但这种方式需要外加高速光电探测器和触发二极管来实现，使整个系统的设计变得复杂。综上所述，为了实现微扭转镜更加稳定的工作，一般采用电容检测的方式来实现闭环控制，但现有的方法存在反馈信号弱，系统实现复杂，精确度低等问题。如果直接检测镜面梳齿的电容，当连接镜面的锚点和固定梳齿端锚点加上驱动电压后，若将其作为电容信号检测的两端，则驱动信号和检测信号混叠，无法准确实现加电压后梳齿间的电容的测量，从而无法实现微扭转镜的闭环控制。
发明内容
本发明的目的是为了克服微扭转镜器件在连接镜面的锚点和固定梳齿端锚点加电压后，梳齿电容很难被准确测量这一问题，本发明提出一种沟槽隔离固定锚点梳齿的微扭转镜及其制作方法。本发明的技术方案是一种沟槽隔离锚点梳齿的微扭转镜，包括镜面，所述镜面通过两根支撑梁2分别悬置在加电引线锚点4和测试引线锚点3上；镜面两侧的两组活动梳齿5分别与位于两个固定锚点上的两组固定梳齿6构成梳齿对；其特征在于所述固定锚点被两个固定锚点隔离槽8隔离成三部分中间部分的隔离加电引线锚点7和两侧部分的隔离测试引线锚点9 ；所述的隔离加电引线锚点7上的固定梳齿6和与之对应的活动梳齿5 构成驱动梳齿对；所述隔离测试引线锚点9上的固定梳齿6和与之对应活动梳齿5构成检测梳齿对。为了更有效的检测出梳齿间的电容变化，所述驱动梳齿对和检测梳齿对的总数比为1 1到2 3范围之间。参阅图2，所述沟槽隔离锚点梳齿的微扭转镜的制作方法，主要为沟槽部分工艺， 包括如下步骤步骤1 清洗SOI硅片后，对硅片的器件层进行光刻以及ICP刻蚀，在器件层加工出与固定梳齿6连接的未加工沟槽的固定锚点、支撑梁2、活动梳齿5、固定梳齿6、加电引线锚点4、测试引线锚点3;步骤2 参阅图2 (a)，在硅片的器件层上涂光刻胶10，光刻后在其上形成光刻胶上沟槽窗口 11结构，光刻胶上沟槽窗口 11对应的是固定锚点上的隔离槽窗口 ；步骤3 参阅图2(b)，以光刻胶10为掩模对硅片的器件层镜面两边的固定锚点进行ICP刻蚀，刻蚀到硅片的二氧化硅绝缘层为止，形成固定锚点隔离槽8。步骤4 参阅图2 (c)，去除光刻胶10，得到最终的沟槽隔离锚点梳齿的微扭转镜。本发明的有益效果是本发明提出的沟槽隔离固定锚点的微扭转镜，理论上，当加电引线锚点4和隔离加电引线锚点7不加驱动电压时，微扭转镜在平衡位置，如果加电引线锚点4和隔离加电引线锚点7组成的驱动梳齿对加上驱动电压后，微扭转镜面在严格意义上的平衡位置是不能起振的，但由于工艺误差的存在，是不可能制造出镜面处于严格意义上的平衡位置，所以我们利用镜面上活动梳齿5和固定梳齿6之间的相对误差距离来将其加驱动电压信号后起振。当给加电引线锚点4和隔离加电引线锚点7组成的驱动端加驱动电压时，驱动梳齿对在静电力的作用下带动整个镜面转动；将四个隔离测试引线锚点9连接成一根引线与连接镜面的测试引线锚点3作为测试端，以此通过检测电容的变化实现系统的闭环控制。 该微扭转镜结构简单，设计方法新颖，效果显著，能够有效的测量出活动梳齿和固定梳齿之间电容，很好的实现系统的闭环控制，为微扭转镜器件的性能可靠性和准确性提供了保障， 使其具有更为广阔的市场前景。
图1是本发明提出的沟槽隔离梳齿的微扭转镜俯视2是本发明提出的沟槽隔离梳齿的微扭转镜的制作方法示意图其中1.扭转镜面；2.支撑梁；3.测试引线锚点；4.加电引线锚点；5.活动梳齿； 6.固定梳齿；7.隔离加电引线锚点；8.固定锚点隔离槽；9.隔离测试引线锚点；10.光刻胶；11光刻胶上沟槽窗口 ；具体实施方法参阅图1，本实施例中的沟槽隔离锚点梳齿的微扭转镜，包括镜面，所述镜面通过两根支撑梁2分别悬置在加电引线锚点4和测试引线锚点3上；镜面两侧的两组活动梳齿 5分别与位于两个固定锚点上的两组固定梳齿6构成梳齿对；其特征在于所述固定锚点被两个固定锚点隔离槽8隔离成三部分中间部分的隔离加电引线锚点7和两侧部分的隔离测试引线锚点9 ；所述的隔离加电引线锚点7上的固定梳齿6和与之对应的活动梳齿5构成驱动梳齿对；所述隔离测试引线锚点9上的固定梳齿6和与之对应活动梳齿5构成检测梳齿对。为了更有效的检测出梳齿间的电容变化，所述驱动梳齿对和检测梳齿对的总数比为 2 3。参阅图2，所述沟槽隔离锚点梳齿的微扭转镜的制作方法，主要为沟槽部分工艺， 包括如下步骤步骤1 清洗SOI硅片后，对硅片的器件层进行光刻以及ICP刻蚀，在器件层加工出与固定梳齿6连接的未加工沟槽的固定锚点、支撑梁2、活动梳齿5、固定梳齿6、加电引线锚点4、测试引线锚点3;步骤2 参阅图2 (a)，在硅片的器件层上涂光刻胶10，光刻后在其上形成光刻胶上沟槽窗口 11结构，光刻胶上沟槽窗口 11对应的是固定锚点上的隔离槽窗口 ；步骤3 以光刻胶10为掩模对硅片的器件层镜面两边的固定锚点进行ICP刻蚀， 刻蚀到硅片的二氧化硅绝缘层为止，形成镜面两边固定锚点隔离槽8。步骤4 去除光刻胶10，并对整张硅片进行背面的光刻及ICP深刻蚀，形成提供微扭转镜转动空间的背腔，在氢氟酸溶液中释放结构，目的是去除微扭转镜底下的二氧化硅牺牲层，得到最终的沟槽隔离锚点梳齿的微扭转镜。
权利要求
1.一种沟槽隔离锚点梳齿的微扭转镜，包括镜面，所述镜面通过两根支撑梁( 分别悬置在加电引线锚点(4)和测试引线锚点( 上；镜面两侧的两组活动梳齿( 分别与位于两个固定锚点上的两组固定梳齿(6)构成梳齿对；其特征在于所述固定锚点被两个固定锚点隔离槽(8)隔离成三部分中间部分的隔离加电引线锚点(7)和两侧部分的隔离测试引线锚点(9)；所述的隔离加电引线锚点(7)上的固定梳齿(6)和与之对应的活动梳齿 (5)构成驱动梳齿对；所述隔离测试引线锚点(9)上的固定梳齿(6)和与之对应活动梳齿 (5)构成检测梳齿对。
2.一种如权利要求1所述的沟槽隔离锚点梳齿的微扭转镜，其特征在于所述驱动梳齿对和检测梳齿对的总数比为11到23范围之间。
3.—种如权利要求1或2所述沟槽隔离锚点梳齿的微扭转镜的制作方法，其特征在于， 包括如下步骤步骤1 清洗SOI硅片后，对硅片的器件层进行光刻以及ICP刻蚀，在器件层加工出与固定梳齿(6)连接的未加工沟槽的固定锚点、支撑梁( 、活动梳齿(5)、固定梳齿(6)、加电引线锚点、测试引线锚点(3)；步骤2:在硅片的器件层上涂光刻胶(10)，光刻后在其上形成光刻胶上沟槽窗口(11) 结构，光刻胶上沟槽窗口(11)对应的是固定锚点上的隔离槽窗口 ；步骤3 以光刻胶(10)为掩模对硅片的器件层镜面两边的固定锚点进行ICP刻蚀，刻蚀到硅片的二氧化硅绝缘层为止，形成固定锚点隔离槽(8)；步骤4 去除光刻胶(10)，得到最终的沟槽隔离锚点梳齿的微扭转镜。
全文摘要
本发明公开了一种沟槽隔离锚点梳齿的微扭转镜及其制作方法，属于微光机电系统(MOEMS)领域。该微扭转镜利用沟槽使微扭转镜两边的固定锚点隔离为三部分中间部分锚点为隔离接地的引线固定锚点，两侧部分锚点为隔离测试的引线固定锚点。当给加电引线锚点4和隔离加电引线锚点7组成的驱动端加驱动电压时，驱动梳齿对在静电力的作用下带动整个镜面转动；将四个隔离测试引线锚点9连接成一根引线与连接镜面的测试引线锚点3作为测试端，以此通过检测电容的变化实现系统的闭环控制。该微扭转镜结构简单，设计方法新颖，效果显著，能够有效的测量出活动梳齿和固定梳齿之间电容，为微扭转镜器件的性能可靠性和准确性提供了保障。
文档编号G02B26/08GK102269869SQ20111019162
公开日2011年12月7日 申请日期2011年7月8日 优先权日2011年7月8日
发明者乔大勇, 刘耀波, 康宝鹏, 燕斌 申请人:西安励德微系统科技有限公司