具有角度垂直梳状驱动器的mems装置的制作方法

专利名称：具有角度垂直梳状驱动器的mems装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用梳状驱动器的微机电装置，特别涉及在角度垂直梳状驱动器控 制下的可倾斜的光学微镜阵列。
背景技术：
静电驱动的光学微机电装置(MEMS)中主要要解决的是获得相对大的旋转角同 时降低驱动电压，尤其在开关轴(switching axis),即"钢琴(piano)"轴或Y轴。常 规的双轴微机电(MEMS)装置，例如于2005年8月23日授予Miller等人的美国专利 第6,934,439号和于2006年8月22日授予Mala等人的美国专利第7,095,546号所公开 的，为了实现倾斜(Y轴)和转动(X轴)，该装置包含两组要求复杂电极和供电配制 的平板静电电极，例如于2005年11月22日授予Miller等人的美国专利第6,968,101号 和于2006年3月7日授予他们的美国专利第7,010,188号所公开的，其提供有限的倾斜 角(Y轴)范围和控制。
平板(PP)静电电极易遭受牵引(pull-in)不稳定，这限制了可用的角度范围；因此，用于钢琴倾斜和旋转的平板电极不可为下一个器件提供足够的范围。
垂直梳状驱动器是一种可利用静电操作原理产生较高的驱动器功率的微机电(MEMS)驱动器，并且可在半导体工业中采用标准的材料和可升级的工艺来制造。有利地，可在多种光学应用中将垂直梳状驱动器用来控制高速、高分辨率微镜，这些应用包括光学扫描、光学开关、自由空间光学通信、光学相控阵、光学滤波器、外腔式激光器、自适应光学以及其他应用。
典型垂直梳状驱动器的驱动原理是静电式的，其中，在两个梳状结构之间施加一个 电位差，所述两个梳状结构一个为活动梳(或转子)， 一个为固定梳(或定子)。当在它 们之间施加电压时，由于静电场产生扭矩而使活动梳绕支撑铰链向固定梳旋转，直到由 于铰链弹簧的机械扭矩的恢复而使静电扭矩达到平衡。例如，在授予Behin等人的美国 专利第6,612,029号中对不同类型的垂直梳状驱动装置作了更详细的描述，在此通过参考将其合并入本申请中。
与平板静电电极驱动器相比，常规的垂直梳状驱动器相对有效，并且可以被设计成 避免与平板电极相关的驱动方向的牵引(pull-in)现象。但是，垂直梳状驱动器需要解 决的主要问题是为获得驱动器的稳定性而需要的亚微米(sub-micron)梳齿对准的精确性。
—种梳状驱动器为交错垂直梳状(SVC)驱动器，其中，可在不同的层制造转子梳 和定子梳。通常的现有技术工艺流程包括通过蚀刻 一 片绝缘体上外延硅 (silicon-on-insulator, SOI)晶片来制作可动梳状组件，和通过蚀刻另 一片绝缘体上外延 硅(SOI)晶片来制作固定梳状组件，然后将这两个蚀刻晶片组装在一起形成垂直梳状驱 动器。美国专利第6,925,710号和第7,079,299号中描述了这种工艺的不同版本。然而， 由于对形成这两个梳状组件的两个晶片之间的对准要求非常严格，使得器件加工变得相 当复杂并对器件的产量产生负面影响。于2007年4月11日以Moffat等人名义提交的美 国专利申请第11/733,821号中已经开发了自对准掩模方法来克服这种缺陷，尽管这种自 对准SVC工艺相对复杂，此专利申请在此通过参考将其合并入本申请中，。 [9]本发明的目的是提供一种可枢轴转动的微镜，该微镜具有利用在开关轴(Y)上的角 度的梳以得到相对大的倾斜角和/或降低所需的电压的驱动器阵列结构。发明内容[10]因此，本发明涉及一种MEMs微镜器件，其包括 [11]基底；[12]枢装到所述基底上的镜面平台，所述镜面平台绕第一轴旋转； [13]第一铰^逸，其可使所述镜面平台绕所述第一轴旋转； [14]定子梳状驱动器，其延伸自所述基底；以及[15]转子梳状驱动器，用来与所述定子梳状驱动器交错，所述转子梳状驱动器与所述镜 面平台成锐角而延伸，用于所述镜面平台绕所述第一轴旋转。


[16]下面将参考代表优选实施例的附图，对本发明进行更详细的描述，其中[17]图la是才艮据本发明的微镜结构的等轴测视图；[18]图lb是图la所示的微镜结构的内平台和外板的等轴测视图；[19]图lc是图la所示的微镜结构的基底的等轴测视图；[20]图2是多个图la所示的微镜结构的俯视图，它们的反射表面彼此交错；[21]图3是图la所示的微镜结构的内平台的俯视图；[22]图4是图la所示的微镜结构的内平台从下往上看的等轴测视图；[23]图5是根据本发明的第一角度垂直梳状驱动器实施例的如图la所示的微镜结构的内平台和外板的等轴测视图。[24]图6是图5所示的微镜结构的内平台和外板的俯视图；[25]图7a是根据本发明的第二角度垂直梳状驱动器实施例的如图la所示的微镜结构 的内平台和外板的等轴测视图。[26]图7b是图7a所示的微镜结构的内平台和外板的俯视图； [27]图8a-8d示出了根据本发明的第一制造方法； [28]图9a-9e示出了根据本发明的第二制造方法；[29]图10是根据本发明的交错垂直梳状驱动器实施例的微镜结构的等轴测视图； [30]图ll是如图IO所示的微镜结构的基底的等轴测视图； [31]图12是如图IO所示的微镜结构的内平台的俯视图；以及 [32]图13是如图10所示的微镜结构的内平台的等轴测视图。
具体实施方式
[33]参考图la-lc，本发明涉及一种微镜结构1，其用于将具有反射表面3的平台或板8 绕基底2上方的第一横向开关轴(Y轴或倾斜轴)倾斜。在优选实施例中，反射表面3 也可绕基底2上方的第二正交纵向旋转轴(X轴)枢轴旋转；但是，微镜绕单个轴枢轴 旋转也属于本发明的范围。如图所示的微镜结构1采用混合驱动器，其包括角度垂直梳 状(AVC)驱动器和平板静电驱动器，该角度垂直梳状(AVC)驱动器用来使平台8绕 开关轴(Y轴)旋转以获得相对大的倾斜角并降低所需的电压，该平板静电驱动器用于 使平台8绕旋转轴(X轴)旋转；然而，平板静电驱动器对于绕单个轴倾斜的平台8不 是必须的。[34]内平台4可绕Y轴旋转，在AVC的情况下，包括位于其相对端的双材料悬臂梁5a 和5b,它们分别具有从内平台4延伸、垂直于Y轴的转子梳6a和6b。 在某些情况下， 可采用单个悬臂梁和转子梳。矩形骨架结构7a和7b分别从悬臂梁5a和5b (或从内平台4)延伸，分别将转子梳6a和6b环绕并包围。外部平台8,既可绕X轴枢轴旋转 又可绕Y轴枢轴旋转，其环绕内平台4，并包含反射表面3、翼部9a、尾部10，以及在 反射表面3和尾部10之间延伸的矩形框架臂18,该矩形框架臂18位于外板8的与翼部表面3镀有反射涂层，例如金，用来反射光束，而尾部10提供 平衡偏重。[35]通过常规的平板静电驱动器可实现辊绕X轴旋转，该平板静电驱动器包含安装在 基底2上的X-电极9b, 该X电极9b用来作为匹配电极以吸引外部平台8的翼部9a 的内侧。由于具有转子梳6a和6b的内平台4被布置在X铰链内(见图3 ), 辊旋转 不会影响梳状驱动器的对准，因此其仅绕Y轴倾斜。[36]参考图lc,基底2可以是玻璃或硅，在其凸起的基座部分13的两侧包含凹部12a 和12b,以为外部平台8绕Y轴运动提供宽的角运动范围。凸起的基座13包含沿其一 侧延伸的X-电极9b、在其中部且位于X和Y轴交叉点的基座或锚杆14,以及位于其 各端的定子锚16a和16b,微镜结构1自该X和Y轴的交叉点旋转。 [37]反射表面3可与相邻反射镜平台的反射表面交错，所述相邻反射镜平台沿相反的 方向延伸，如图2所示，并如于2007年1月23日授予Miller等人的美国专利第7,167,613 号中所公开的，在此通过参考将其合并入本申请中。[38]具体参考图3,外部平台8和内平台4通过第一扭转铰链21和第二扭转铰链22枢 转互连，其中，第 一扭转铰链21在尾部10与矩形结构7a之间延伸，第二扭转铰链22 在反射表面3与矩形结构7b之间延伸，从而限定纵向的X轴。第一扭转铰链21和第二 扭转铰链22可以是蜿蜒的梁，其两端沿X轴延伸或其每一侧的端部沿平行于X轴延伸， 如图3所示。[39]除转子梳6a和6b之外，梳状驱动器还包含两组纵向延伸的、分别安装在定子锚 16a和16b上的固定(定子)梳26a和26b，定子梳26a和26b的齿分别与转子梳6a和6b 的齿交错。矩形盖27在内平台4的中央形成用来连接锚柱14的顶端。最佳如图3和4, 第三扭转铰链28和第四扭转铰链29从矩形盖27的相对侧延伸至内平台4以支撑内平 台4,从而限定横向的Y轴。第三扭转铰链28和第四扭转铰链29可以是蜿蜒梁，其两 端沿Y轴延伸或其每一侧的端部沿平行于Y轴延伸，如图3和图4所示。 [40]移动(转子)梳6a和6b位于第一扭转铰链21和第二扭转铰链22之间，从而移 动梳6a和6b的齿可自由地随外部平台8经由第三扭转铰链28和第四扭转铰链29绕Y 轴(钢琴) 一起旋转，但是当外部平台8经由第 一扭转铰链21和第二扭转铰链22绕纵 向X轴旋转时，所述齿与外部平台8不相关并保持静止。[41] Y轴扭转铰链28和29优选为其长度小于反射表面3或尾部10的宽度的蜿蜒扭转 弹簧，从而可实现反射表面3的密集封装而它们之间仅存在小的空隙，然后将反射镜表面3固定到中间柱14上，再将中间柱14固定到基底2上。[42]此实施例中的角度垂直梳状驱动器的一个重要的优点是转子梳6a, 6b和定子梳 26a, 26b的梳齿可在同一层上同时加工、提供自对准，然后，通过例如硅-氧化硅的预 应力双材料的悬臂梁5a和5b,在制造期间释放，移动的转子梳齿6a和6b可相对于基 板2成锐角倾斜，从而提供角度垂直梳齿驱动器。因此，不需要制造后的倾斜过程或机制。[43]在施加电压时，转子梳6a, 6b和定子梳26a， 26b的转子齿和定子齿需要彼此之间 垂直偏移以在垂直方向产生静电力。如果转子齿和定子齿位于同一平面，那么就不会产 生垂直方向上的力，因此没有反射镜倾斜的转矩。因此，根据本发明，通过在释放期间 弯曲悬臂梁5a和5b以预倾斜转子梳6a和6b,可以更容易地在一层中实现角度垂直偏 置(预倾斜)。由于可获得的空间有限，实际上不能将所有梳齿制造在一层中，然后在 垂直方向线性地偏置转子或定子梳6a, 6b, 26a和26b。[44]因此，参考图8a-9e,双材料悬臂梁部分5a和5b具有包含主结构层31和预应力 层32 (如位于上面的结构层31下方的热生长二氧化硅层)的双材料结构，主结构层31 可以邻近或不邻近内平台4 (如薄硅层)。预应力层32 (见图4)具有残余压缩应力，通 常约为300 Mpa。优选地，可在非常高的温度下加工二氧化硅，如1000 。C,因此相对 无缺陷，保证了在装置工作温度状况下(即0°C-70°C)应力对于时间的稳定性。 [45]可替代地，预应力层32可以包含沉积在结构层31下方的压缩多晶硅层，或在薄结 构层31上的拉伸多晶硅层。同热二氧化硅一样，也期望多晶硅在工作温度下保持稳定。 [46]预应力层32中的压力一旦释放，会导致悬臂梁5a和5b向上弯曲，而且转子梳6a, 6b与基底2和/或外板8成一锐角倾斜，如图5所示。在如图5所给出的模拟中，这样 的悬臂梁5a和5b不仅使转子梳6a, 6b倾斜，而且使外部平台8相对于Y铰链(即 第三扭转铰链28和第四扭转铰链29)和锚柱14上升，如所示出的那样；这是一种有利 的结构，因为它为外部平台8提供了附加的移动空间。如图6所示，矩形框架7a和7b 分别被连接到悬臂梁5a和5b,从而转子梳6a, 6b的齿的外端沿矩形框架7a和7b弯 曲。矩形框架7a和7b通过第一扭转铰链21和第二扭转铰链22也被连接到外部板8， 从而整个外部平台8随转子梳6a， 6b的端部一起上升。[47]可替代地，如图7a所示，悬臂梁5a和5b可以被如此设计，以使仅仅转子梳6a 和6b相对于基底2和/或外板8成一锐角倾斜，使外部平台8其它部分与内平台4 (即 正方形盖27和扭转铰链28和29)位于同一平面。如图7b所示，在图7a的实施例中，转子梳6a和6b中的齿的外端是自由的、不受限制的，从而它们自己分别倾斜于悬臂梁 5a和5b 。分别环绕转子梳6a和6b的矩形框架7a和7b,独立于悬臂梁5a和5b而从 内平台4延伸，因此不与转子梳6a和6b及悬臂梁5a和5b —起弯曲。 [48]当在内平台4上的接地转子梳6a和6b与固定在基板2上的带电定子梳26a和26b 之间施加电位差时，转子和定子对梳6a和26a, 6b和26b之间的垂直方向的静电力产 生力矩，从而导致整个反射镜装置1 (即内平台4和外部平台8)绕第三和第四(Y轴) 铰链28, 29倾斜。[49]当在翼部9a和图案化在基板2上的X -电极9b之间施加电位差时，由于翼部9a 和X-电极9b之间的静电吸引力，外部平台8会绕X轴旋转。当外部平台8沿滚动或X 方向倾斜时，由于它们被布置在第 一和第二 X轴铰链21和22的内部，转子梳6a, 6b 保持静止。[50]本发明可以通过在双绝缘体上硅(double silicon on insulator, DSOI)结构或单绝缘 体上硅(SOI)结构上来实现，分别如图8a-8d和图9a-9e所示。在DSOI情况下，图8a 示出了一种多层结构，其包含预应力绝缘层32 (例如期望厚度的第一热氧化层，通常为 2um)、第一结构层31 (例如硅)、第二绝缘层33 (例如二氧化硅)，以及第二结构层34, 其中，预应力绝缘层32生长在第一结构层31上，第一结构层31上具有第二绝缘层33, 第二绝缘层33在第二结构层34上形成。具有释放层37的操作晶片(handle wafer) 36 用来在加工过程中为多层结构提供支撑。在图8b中，第一结构层31和预应力层32在 背面被组成图案来形成悬臂梁5a, 5b。然后将DSOI结构结合到图案化的基底2 (见图 8c),已经形成的基底包含凹部12a， 12b、具有锚柱14的凸起的基架13,以及定子锚 16a, 16b。然后采用释放层37来除去操作晶片36。下一步骤如图8d所示，然后在暴 露的Si层34上加工对4危6a, 6b, 26a和26b、扭转4交链21, 22, 28和29，同时释放悬 臂梁5a, 5b。现在，通过干蚀刻去除梁结构5a， 5b上的残留氧化物33，以获得转子梳 6a和6b的倾斜或自组装。需对转子梳6a、平台27和双材料悬臂梁5a的重叠宽度进 行选择，以使在氧化物蚀刻期间的任何底切不会对所需的锚柱14的锚定宽度(即几微 米级)产生反作用。[51]仅通过单SOI也可简单的实现该设计，如图9a-9e所示。图9a示出了第一步，在 该步骤中，提供一种单SOI结构，其包含结构层41 (例如硅)、预应力绝缘层42 (例如 二氧化硅)、释放层43和操作晶片44，结构层41在预应力绝缘层42和释放层43之间， 它们都由操作晶片44支撑。在第二步中，如图9b所示，生长用于悬臂梁5a和5b的预应力层42，其被图案化在结构层41上并从结构层41被蚀刻。然后将SOI结构结合到 图案化的基底2 (见图9c),已经形成的基底包含凹部12a， 12b、具有锚柱14的凸起基 架13,以及定子锚16a， 16b。然后在包含悬臂梁5a和5b的部分，在暴露的结构层41 上进行定时的蚀刻以使材料(例如硅)变薄，如图9d所示。在变薄步骤后，接着在暴 露的硅层41上加工梳对6a， 6b,26a和26b 、扭转铰链21，22, 28和29,来同时释放悬 臂梁5a， 5b，从而完成转子梳6a和6b的自组装，如前所述。[52]为了作比较，图10-13示出了交错垂直梳状驱动器实施例，其中，MEMS微镜装 置101用来同时将反射表面103a和103b绕基底102上方的第一横向开关轴(Y)和第 二正交纵向旋转轴(X)倾斜。微镜装置101采用混合驱动器，其包括交错角度垂直梳状 (AVC)驱动器和平板静电驱动器，该角度垂直梳状(AVC)驱动器用来使反射表面103a 和103b绕开关轴(Y)旋转以获得相对大的倾斜角并降低所需的电压，该平板静电驱动 器用于使反射表面103a和103b绕旋转轴(X )旋转。[53]内部矩形或正方形骨架框架结构104可绕Y轴枢轴旋转，该结构具有分别从其延 伸、平行于X轴的转子梳106a和106b。矩形框架104包含分别从其相对端侧(ends sides ) 延伸、环绕并包围转子梳106a和106b的矩形骨架臂107a和107b。外板108既可绕X 轴枢轴旋转又可绕Y轴枢轴旋转，其基本上环绕内部框架结构104(至少三边)，并且其 包含反射表面103a和103b、翼部109a。反射段(mirrored sections) 103a和103b镀 有反射涂层，例如金，用来反射光束。[54]通过平板静电驱动器可实现辊绕X轴旋转，该平板静电驱动器包含安装在基底102 上的X-电极109b, 该X-电极109b作为匹配电极用来吸引外板108的翼部109a的内 侧。如图12所示，由于具有转子梳106a和106b的内部框架结构104被布置在X-铰链 内部(也就是在扭转铰链121和122之间)，辊旋转不会影响梳状驱动器的对准，因此 其仅绕Y轴倾斜。[55]参考图11,基底102可以是玻璃或硅，在其凸起的基座部分113的两侧包含凹部 112a和112b, 以为外板108绕Y轴运动提供较宽的角运动范围。凸起的基座113包 含沿其一侧延伸的X-电极109b、在其中部的基座或锚柱114以及至少一组定子梳126, 微镜装置101自基座或锚柱14旋转。如果需要的话可提供第二组定子梳。 [56]具体参考图12,外板108和内部框架结构104通过第一扭转铰链121和第二扭转 铰链122枢转互连，其中，第一扭转铰链121在反射表面103a与矩形框架107a之间延 伸，第二扭转铰链122在第二反射表面103b与矩形框架107b之间延伸，从而限定纵向的X轴。第一扭转铰链121和第二扭转铰链122可以是蜿蜒的梁，其端部沿X轴延伸 或其每一侧的端部沿平行于X轴延伸，如图所示。[57]除转子梳106a和106b之外，梳状驱动器还至少包含一组纵向延伸的、安装在基底 102上的固定(定子)梳126，定子梳126的齿与转子梳106a和/或106b的齿交错。定 子梳126分别平行于转子梳106a和106b延伸，在平行平面内，即转子梳106a和106b 在包含外板108的第一平面中延伸，该第一平面叠加在第二平面的上方，该第二平面包 含在其中延伸的定子梳126。矩形盖127在内部框架结构104的中央形成，用来连接到 锚柱114的顶端。最佳如图12所示，第三扭转铰链128和第四扭转铰链129从矩形盖 127的相对侧延伸至内部框架结构104的侧面，以支撑该内部框架结构104、转子梳106a 和106b以及矩形框架107a和107b,从而限定横向的Y轴。第三^a转^t交链128和第四 扭转铰链129可以是直弹簧或蜿蜒的梁，其端部沿Y轴延伸或其每一侧的端部沿平行于 Y轴延伸，如图所示。[58]当在微镜装置101上的接地转子梳106b和固定在基底102上的带电定子梳126之 间施加电位差时，由于静电力而沿转子和定子梳对之间的垂直方向产生转矩，引起转子 梳106旋转与定子梳126成锐角，从而导致整个微镜装置101绕Y轴铰链128, 129倾 斜。Y轴扭转铰链128和129优选为被置于第一反射表面103a和第二反射表面103b之 间，并且包含其长度小于反射镜表面103a的宽度的蜿蜒扭转弹簧，从而可实现反射表 面103a， 103b或相邻反射镜之间的密集封装，之间仅存在小的空隙。将扭转铰链128 和129的内端固定到盖127上，该盖127被固定在中间柱114上，而中间柱114自基底 102延伸。[59](移动)转子梳106a和106b位于第一扭转铰链121和第二扭转铰链122之间，从 而，移动梳106a和106b可通过第三扭转铰链128和第四扭转铰链129自由地与外板108 一起绕Y轴(钢琴)旋转，但是当外板108经由第一扭转铰链121和第二扭转铰链122 绕纵向X轴旋转时，转子梳106a和106b与外板108不相关并保持静止。 [60]可通过基底工艺的双SOI来实现图10-14所示的实施例，并且仅涉及一个结合步 骤。双SOI的一个层可形成固定于基底102上的定子齿126,并且第二层可形成反射表 面103a和103b/转子梳106a和106b/铰链结构121, 122, 128和129。以Moffat等人名 义于2007年4月11日提交的美国专利申请第11/733,821号中披露了交错梳状驱动器的 制作，在此通过参考将其合并入本申请中。
权利要求
1、一种MEMs微镜装置，其包括基底；镜面平台，将其枢装到所述基底上，用于绕第一轴旋转；第一铰链，其可使所述镜面平台绕所述第一轴旋转；定子梳状驱动器，其自所述基底延伸；以及转子梳状驱动器，其用来与所述定子梳状驱动器交错，与所述镜面平台成锐角而延伸，所述转子梳状驱动器用于使所述镜面平台绕所述第一轴旋转。
2、 如权利要求1所述的MEMs微镜装置，其中，所述转子梳状驱动器包含固定端 和外端；以及其中，所述转子梳状驱动器的所述固定端与所述定子梳状驱动器共面，从而所述转 子梳状驱动器和所述定子梳状驱动器可在同 一层中形成。
3、 如权利要求1所述的MEMs微镜装置，其中，所述转子梳状驱动器包含自其延 伸的第 一悬臂结构和第 一转子梳；其中，所述第一悬臂结构包含用来弯曲所述第一悬臂结构的预应力层，以及所述第 一转子梳状驱动器与所述定子梳状驱动器成锐角。
4、 如权利要求3所述的MEMs微镜装置，其中，所述第一悬臂结构包含内部固定 端，以及所述第一转子梳包含外部自由端；以及其中所述第 一悬臂结构的所述内部固定端与所述定子梳状驱动器共面，从而所述转 子梳状驱动器和所述定子梳状驱动器可在同 一层中形成。
5、 如权利要求4所述的MEMs微镜装置，还包含在所述转子梳状驱动器和所述平 台之间延伸的框架，从而当所述第一悬臂结构将所述转子梳状驱动器弯曲时，所述平台 被置于所述第 一铰链与所述定子梳状驱动器的上方。
6、 如权利要求4所述的MEMs微镜装置，其中，所述第一悬臂结构相对于所述平 台弯曲，从而当所述第一悬臂结构将所述转子梳状驱动器弯曲时，所述平台与所述定子 梳状驱动器保持共面。
7、 如权利要求1所述的MEMs微镜装置，还包含锚柱，所述锚柱经由所述平台的 开口，沿所述第一轴，自所述基底向上延伸；其中，所述第 一铰链包含在所述平台和所述锚柱之间延伸的第 一和第二扭转梁。
8、 如权利要求7所述的MEMs微镜装置，其中，所述平台比所述第一铰链宽，从 而可将多个平台紧密组装在一起。
9、 如权利要求7所述的MEMs微镜装置，还包含内部框架结构，其至少部分环绕所述锚柱和所述第一铰链；第二铰链，其包含分别自所述内部框架结构的相对端延伸至所述平台的相对侧的第 三铰链和第四扭转梁，以限定第二轴；以及电极驱动器，其用来使所述平台绕所述第二轴旋转；从而当所述电极驱动器受驱动时，所述平台相对于所述内部框架结构绕所述第二轴 旋转。
10、 如权利要求9所述的MEMs微镜装置，其中，所述电极驱动器包含安装在所述 基底上的静电电极，用于吸引所述平台下部的部分。
11、 一种制作微镜装置的方法，所述微镜装置包含通过垂直梳状驱动器可绕第一铰 链旋转的平台，所述垂直梳状驱动器包含第 一和第二定子梳以及第 一和第二转子梳，所 述第一和第二定子梳相对于基底固定，所述第一和第二转子梳自预应力悬臂部分与所述 基底成锐角而延伸，所述方法包括以下步骤a) 提供双绝缘体上硅SOI结构，所述双SOI结构包含第一和第二结构层以及第一 和第二绝缘层；b) 蚀刻所述第一和第二绝缘层以及所述第二结构层，以在所述第一结构层上形成 所述第一和第二悬臂部分，所述第二绝缘层为所述第一和第二悬臂部分的每一个形成预 应力层；c) 将所述第一结构层安装在自所述基底延伸的第一、第二和第三支撑；d) 蚀刻所述第一结构层以形成自所述第一支撑延伸的所述第一铰链、分别自所述 第一和第二悬臂部分延伸的所述第一和第二转子梳、分别自所述第二和第三支撑延伸的 所述第一和第二定子^^,以及所述平台；以及e) 蚀刻在所述第一和第二悬臂部分上方的所述第一结构层，从而释放所述第一和第 二悬'臂部分，以使所述第一和第二悬臂部分由于所述预应力层而相对于所述基底成锐角 弯曲。
12、 如权利要求11所述的制作微镜装置的方法，其中，在步骤d)中的形成所述平 台步骤包含蚀刻内部框架结构和外板步骤，其中，所述内部框架结构可经由所述第一4交 链绕所述第一轴枢转，所述外板可与所述内部框架结构一起绕所述第一轴枢转。
13、 如权利要求12所述的制作微镜装置的方法，其中，在步骤d)中的形成所述内 部框架结构步骤包含蚀刻第一和第二骨架框架，所述第一和第二骨架框架分别自所述第一和第二悬臂部分延伸且分别环绕所述第 一和第二转子梳；从而所述悬臂部分的弯曲会 导致所述第一和第二骨架框架与其一起弯曲，从而所述外板相对于所述内部框架结构上升。
14、 如权利要求12所述的制作微镜装置的方法，其中，在步骤d)中的形成所述内 部框架结构步骤包含蚀刻自其延伸的、且分别环绕所述第一和第二转子梳的第一和第二 骨架框架，与所述悬臂部分分开，从而所述悬臂部分的弯曲会导致所述第一和第二转子 梳与其一起弯曲，与所述第一和第二骨架框架分开，从而抬起所述第一和第二转子梳而 与所述内部框架结构和所述第一和第二骨架框架形成锐角。
15、 如权利要求12所述的制作微镜装置的方法，其中，步骤d)还包含在所述第一 结构层中蚀刻第二铰链，所述第一结构层包含分别自所述内部框架结构的相对端延伸至 所述外板的相对侧的第三和第四扭转梁；以及提供用来使所述外板绕所述第二铰链旋转 的电极驱动器；从而当所述电极驱动器受驱动时，所述外板相对于所述内部框架结构绕 所述第二轴旋转。
16、 一种制作微镜装置的方法，所述微镜装置包含通过垂直梳状驱动器可绕第一铰 链枢转的平台，所述垂直梳状驱动器包含第一和第二定子梳以及第一和第二转子梳，所 述第一和第二定子梳相对于基底固定，所述第一和第二转子梳分别自第一和第二预应力 悬臂部分与所述基底成锐角而延伸，所述方法包括以下步骤a) 提供SOI结构，所述SOI结构包含结构层以及第一和第二绝缘层；b) 蚀刻所述第一绝缘层以限定所述第一结构层上的所述第一和第二悬臂部分中的 每一个的预应力层；c) 将所述第一结构层安装在自所述基底延伸的第一、第二和第三支撑上；d) 蚀刻所述第一结构层以形成自所述第一支撑延伸的所述第一铰链、分别自所述 第一和第二悬臂部分延伸的所述第一和第二转子梳、分别自所述第二和第三支撑延伸的 所述第一和第二定子梳，以及所述平台；以及e) 蚀刻在所述第一和第二悬臂部分上方的所述第一结构层，从而释放所述第一和第 二悬臂部分以使所述第一和第二悬臂部分由于所述预应力层而成锐角弯曲。
17、 如权利要求16所述的制作微镜装置的方法，其中，在步骤d)中的形成所述平 台步骤包含蚀刻内部框架结构和外板步骤，其中，所述内部框架结构可经由所述第一铰 链绕所述第一轴枢转，所述外板可与所述内部框架结构一起绕所述第一轴枢转。
18、 如权利要求17所述的制作微镜装置的方法，其中，在步骤d)中的形成所述内部框架结构步骤包含蚀刻第一和第二骨架框架，所述第一和第二骨架框架分别自所述第 一和第二悬臂部分延伸且分别环绕所述第一和第二转子梳；从而所述悬臂部分的弯曲会导致所述第一和第二骨架框架与其一起弯曲，从而所述外板相对于所述内部框架结构上升。
19、 如权利要求17所述的制作微镜装置的方法，其中，在步骤d)中的形成所述内 部框架结构步骤包含蚀刻自其延伸的、且分别环绕所述第一和第二转子梳的第 一和第二 骨架框架，与所述悬臂部分分开，从而所述悬臂部分的弯曲会导致所述第一和第二转子 梳与其一起弯曲，与所述第一和第二骨架框架分开，从而抬起所述第一和第二转子梳而 与所述内部框架结构和所述第一和第二骨架框架形成锐角。
20、 如权利要求17所述的制作微镜装置的方法，其中，步骤d)还包含在所述第一 结构层中蚀刻第二铰链，所述第二铰链包含分别自所述内部框架结构的相对端延伸至所 述外板的相对侧的第三和第四扭转梁；以及提供用来使所述外板绕所述第二铰链旋转的 电极驱动器；从而当所述电极驱动器受驱动时，所述外板相对于所述内部框架结构绕所 述第二轴旋转。
全文摘要
本发明公开了一种垂直梳状静电驱动器，其用来使微机电微镜装置绕倾斜轴或旋转轴旋转，该梳状驱动器的转子梳齿自微镜装置的子框架延伸，微镜装置包含预应力层，其用来使转子梳齿弯曲至与基底和镜面平台成一角度，使得平台、铰链、转子梳齿和定子梳齿可在同一层中形成，即同一蚀刻步骤。
文档编号B81C1/00GK101329446SQ200810110958
公开日2008年12月24日 申请日期2008年6月18日 优先权日2007年6月21日
发明者阿卜杜·贾里尔·K.·穆伊杜 申请人:Jds尤尼弗思公司