微机电双向游标尺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于测量一维位移量的双向游标尺结构，该结构既可以测量正位移，也可以测量负位移。双向游标由左右两部分组成，其中左半部分的核心结构为“T”型头，右半部分的核心结构为“凸”型头，“T”型头和“凸”型头相对放置，并呈一定的偏移位置关系。“T”型结构的“—”所对应的矩形结构的两条长边是对准用的两根基线，“凸”型结构上的4条直线是另一组对准基线。当两个部分发生水平相向移动或相离移动时，“T”型头和“凸”型头的对准位置发生变化。通过该结构可以测量微机电器件在驱动作用下所产生的位移大小以及因微机电结构释放产生的形变位移大小。
【专利说明】微机电双向游标尺
【技术领域】
[0001]本发明提供了一种用于微机电器件及材料参数测量的双向游标尺结构，属于微机电系统(MEMS)测试【技术领域】。
【背景技术】
[0002]微机电器件中运动部件工作时的位移量，以及微机电材料参数测试中的位移量是反映器件与材料性能的重要参量，另一方面，这些位移量除和设计值有关外，还将受到加工过程的影响，这些由加工工艺所导致的不确定因素，将使得器件设计与性能预测出现不确定和不稳定的情况。实际位移量的测试目的就在于能够实时地测量由具体工艺制造的微机电器件参数，并可对工艺的稳定性进行监控，根本目的是将参数反馈给设计者，以便对设计进行修正。
[0003]上述位移量通常由两个原因产生:驱动产生位移和结构释放产生形变位移。驱动产生的位移是微机电执行机构受到信号的作用而产生的位移，典型的例子是电热执行所产生的热膨胀。结构释放产生的形变位移是由于结构被释放而出现的残余应力释放所产生的位移，典型的情况是材料的残余张应力释放所产生的结构收缩。发生位移的结构所具有的共同特征是这些结构具有自由端，即结构至少有一端悬浮在衬底材料之上。
[0004]测量位移量的方法多种多样，大多数需要借助特殊的仪器。由于器件与材料参数测试结构的实际位移量与工艺密切相关，因此比较理想的方法是进行在线测量，即不离开加工环境并采用通用设备进行测试。
[0005]本发明提供了一种用于测量一维位移量的双向游标尺结构，该结构既可以测量正位移，也可以测量负位移。双向游标由两部分组成，其中一部分的核心结构为多个“T”型头，另一部分的核心结构为多个“凸”型头，“T”型头和“凸”型头相对放置，并呈一定的偏移位置关系。当两个部分发生水平相向移动或相离移动时，“T”型头和“凸”型头的对准位置发生变化，由对准位置和该位置设计的偏移量得到两个部分发生水平相向移动或相离移动的大小。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是:提供一种用于测量一维位移量的双向游标尺结构，该结构既可以测量正位移，也可以测量负位移。通过该结构可以测量微机电器件在驱动作用下所产生的位移大小以及因微机电结构释放产生的形变位移大小。
[0007]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
一种微机电双向游标尺结构，所述游标尺结构由左右两半部分组成，左半部分的核心结构为“T”型头，右半部分的核心结构为“凸”型头，每个“T”型头和其上下两边相邻的两个“凸”型头组成一组，每组之间的对准关系相差一定的偏移量，其特征在于:
所述左半部分包括多个尺寸完全相同并顺时针旋转90度的“T”型结构，“T”型结构的底部部分为水平矩形，“T”型结构的顶部部分为竖直矩形，各个“T”型结构的底部与一根竖直梁连接，呈垂直关系，“T”型结构的顶部部分所对应的竖直矩形，其两条长边是对准用的基线，竖直矩形的右侧长边为A基线，左边长边为B基线，所有“ T ”型结构的A基线在一条直线上，B基线在另一条直线上；
所述右半部分包括两个主要单元:梳齿结构和位于齿上的“凸”型头，梳齿结构由一根直梁和多根齿构成，直梁和齿垂直连接，在齿上与“Τ”型结构相邻的一边设计有“凸”型头，所述“凸”型结构的个数等于齿的个数减I后乘以2，任何两个上下相邻的“凸”型结构，设置在下面的“凸”型结构比上面的“凸”型结构向左平移2 Λ，其中Λ为游标的最小分辨单位；“凸”型结构上与齿垂直的4条直线(C1、C2、C3和C4)是另一组对准基线，其中，最左边的为Cl对准基线，向右依次为C2、C3、C4对准基线。Cl、C2基线间距以及C3、C4基线间距等于[(“凸”型个数X2-1) X Λ]。
[0008]所述齿和“T”型头间隔排列，所述直梁与竖直梁平行，齿与左半部分“T”型结构的底部部分所对应的水平矩形平行。
[0009]B基线与最上边的“凸”型结构的Cl对齐，A基线与最下边的“凸”型结构的C4对齐，A基线与B基线之间的间距比Cl、C3或C2、C4间距大I Λ。
[0010]任何两个上下相邻的“凸”型结构，下面的“凸”型结构比上面的“凸”型结构向左平移2 Λ，所以，B基线比第2个“凸”型结构的Cl对准基线偏右2 Λ，比第3个“凸”型结构的Cl对准基线偏右4 Λ，比第4个“凸”型结构的Cl对准基线偏右6 Λ，比第5个“凸”型结构的Cl对准基线偏右8 Λ，依此类推4基线比最上边“凸”型结构的C3对准基线偏右I Λ，比第2个“凸”型结构的C3对准基线偏右3 Λ，比第3个“凸”型结构的C3对准基线偏右5 Λ，比第4个“凸”型结构的C3对准基线偏右7 Λ，依此类推。
[0011]实际使用时，可以固定左半部分，将右半部分的直梁连接到MEMS器件或结构的待测移动部件，也可以固定右半部分，将左半部分的直梁与MEMS器件或结构的待测移动部件连接，或者将左右两个部分分别连接两个MEMS器件或结构的待测移动部件，测试这两个待测移动部件的相对移动。
[0012]如果左、右两半部分做相向移动，例如，右半部分不动，左半部分向右移动。移动量为I Λ时，B基线与最下边“凸”型结构的C2对准基线对齐，移动量为2 Λ时，A基线与次下边“凸”型结构的C4对准基线对齐，移动量为3 Λ时，B基线与次下边“凸”型结构的C2对准基线对齐，移动量为4 Λ时，A基线与由下往上的第3个“凸”型结构的C4对准基线对齐，移动量为5 Λ时，B基线与由下往上的第3个“凸”型结构的C2对准基线对齐。以此类推。
[0013]如果左、右两半部分做相离移动，例如，右半部分不动，左半部分向左移动。移动量为I Λ时，A基线与最上边“凸”型结构的C3对准基线对齐；移动量为2 Λ时，B基线与由上往下的第2个“凸”型结构的Cl对准基线对齐；移动量为3 Λ时，A基线与由上往下的第
2“凸”型结构的C3对准基线对齐；移动量为4 Λ时，B基线与由上往下的第3个“凸”型结构的Cl对准基线对齐；移动量为5 Λ时，A基线与由下往上的第3个“凸”型结构的C3对准基线对齐。以此类推。
[0014]左半部分不动，右半部分发生左、右移动时的情况相同。
[0015]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
本发明所提供的游标结构较之大多数游标，其特点在于结构简单并且是双向测量结构。在实际测试中，最常用的在线测试设备是显微镜，本发明所提供的双向游标尺是直线对准方式，在普调的显微镜下可以直观地检查对准的位置，并可根据对准位置直接读出偏移量和偏移方向。本发明所提供的结构可以采用多种多样的材料，例如多晶硅、金属等，这些材料在微机电工艺中属于普通材料。另一方面，本发明所提供的游标尺不受工艺偏差的影响，工艺加工中出现的最常见情况是加工线条的宽度发生变化，例如过刻蚀导致线条变细以及欠刻蚀导致的线条变宽，由于本发明的结构是同一材料，相同的加工过程，因此出现线宽误差时，“T”型结构和“凸”型结构中的对准基线的偏离程度是相同的，并且是同方向的，其相对位置并没有发生变化。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]现在将描述如本发明的优选但非限制性的实施例，本发明的这些和其他特征、方面和优点在参考附图阅读如下详细描述时将变得显而易见，其中:
图1是本发明的俯视图；
图2是本发明的局部结构图；
图3是本发明的游标对准关系图；
附图标记:
游标的左半部分:101—构成“T”型结构的“I”部分(底部)，102—构成“T”型结构的“一”部分(顶部)，100—连接各“T”型结构的竖直梁；
游标的右半部分:104—构成梳齿结构的齿，103—直梁，105、106、107、108、109、110—
齿上的“凸”型结构。
【具体实施方式】
[0017]以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开、应用或用途。应当理解的是，在全部附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。
[0018]下面结合附图对本发明做更进一步的说明。
[0019]如图1和图2所示，本发明的双向游标由左右两半部分组成，其中:
所述左半部分包括3个尺寸完全相同并顺时针旋转90度的“T”型结构，“T”型结构的“ I ”部分(底部)为水平矩形结构101，“T”型结构的“一”部分(顶部)为竖直矩形102，各个“Τ”型结构的“ I ”部分(底部)101与一个竖直梁100连接，呈垂直关系。“Τ”型结构的“一”部分(顶部)所对应的竖直矩形结构102，其两条长边是对准用的基线，竖直矩形102右侧长边为A基线，左边长边为B基线。因为所有的“Τ”型结构完全相同，所以，所有的A基线在一条直线上，所有的B基线在另一条直线上。
[0020]所述右半部分包括两个主要单元:梳齿结构和位于齿上的“凸”型头。梳齿结构由一个直梁103和4根齿104构成，直梁103和齿104垂直连接。在齿104上与“Τ”型结构相邻的一边设计有“凸”型头(105、106、107、108、109和110)。所述“凸”型结构的个数等于齿的个数减I后乘以2，本实施例共有6个“凸”型结构。“凸”型结构上与齿垂直的4条直线(C1、C2、C3和C4)是另一组对准基线，其中，最左边的为Cl对准基线，向右依次为C2、C3、C4对准基线。Cl、C2基线间距以及C3、C4基线间距为[(6X2-1) X Λ =11 Λ ] ,Δ为游标的最小分辨单位。
[0021]所述齿和“Τ”型头间隔排列，其中梳齿结构的直梁103与竖直梁100平行，齿104与“τ”型结构的“ I ”(底部)所对应的矩形101平行。
[0022]由图3所示的游标对准关系可见:Β基线与最上边的“凸”型结构105的Cl对准基线对齐，A基线与最下边的“凸”型结构110的C4对准基线对齐。A基线与B基线的间距比C1、C3 (C2、C4)间距大 I Λ。
[0023]由于任何两个上下相邻的“凸”型结构，下面的“凸”型结构比上面的“凸”型结构向左平移2 Λ，所以，B基线与最上边“凸”型结构105的Cl对齐，与“凸”型结构106的Cl间距2 Λ，与“凸”型结构107的Cl间距4 Λ，与“凸”型结构108的Cl间距6 Λ，与“凸”型结构109的Cl间距8 Λ，与“凸”型结构110的Cl间距10 Δ ;Α基线与最上边“凸”型结构105的C3间距I Λ，与“凸”型结构106的C3间距3 Λ，与“凸”型结构107的C3间距5 Λ，与“凸”型结构108的C3间距7 Λ，与“凸”型结构109的C3间距9 Λ，与“凸”型结构110的C3间距11 Λ。
[0024]这里假设实际使用时，右半部分不动。当没有移动时，A基线对准“凸”型结构110的C4，B基线对准“凸”型结构105的Cl。
[0025]当左半部分向右移动时，移动量为I Λ时，B基线将与“凸”型结构110的C2对齐，移动量为2 Λ时，A基线将与“凸”型结构109的C4对齐，移动量为3 Λ时，B基线将与“凸”型结构109的C2对齐，移动量为4 Λ时，A基线将与“凸”型结构108的C4对齐，移动量为5 Λ时，B基线将与“凸”型结构108的C2对齐，移动量为6 Λ时，A基线将与“凸”型结构107的C4对齐，移动量为7 Λ时，B基线将与“凸”型结构107的C2对齐，移动量为8 Λ时，A基线将与“凸”型结构106的C4对齐，移动量为9 Λ时，B基线将与“凸”型结构106的C2对齐，移动量为10 Λ时，A基线将与“凸”型结构105的C4对齐，移动量为11 Λ时，B基线将与“凸”型结构105的C2对齐。
[0026]当左半部分向左移动时，移动量为I Λ时，A基线将与“凸”型结构105的C3对齐，移动量为2 Λ时，B基线将与“凸”型结构106的Cl对齐，移动量为3 Λ时，A基线将与“凸”型结构106的C3对齐，移动量为4 Λ时，B基线将与“凸”型结构107的Cl对齐，移动量为
5Λ时，A基线将与“凸”型结构107的C3对齐，移动量为6 Λ时，B基线将与“凸”型结构108的Cl对齐，移动量为7 Λ时，A基线将与“凸”型结构108的C3对齐，移动量为8 Λ时，B基线将与“凸”型结构109的Cl对齐，移动量为9 Λ时，A基线将与“凸”型结构109的C3对齐，移动量为10 Λ时，B基线将与“凸”型结构110的Cl对齐，移动量为11 Λ时，A基线将与“凸”型结构110的C3对齐。
[0027]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种微机电双向游标尺，所述游标尺结构由左右两半部分组成，左半部分的核心结构为“T”型头，右半部分的核心结构为“凸”型头，每个“T”型头和其上下两边相邻的两个“凸”型头组成一组，每组之间的对准关系相差一定的偏移量，其特征在于: 所述左半部分包括多个尺寸完全相同并顺时针旋转90度的“T”型结构，“T”型结构的底部部分为水平矩形(101)，“τ”型结构的顶部部分为竖直矩形(102)，各个“T”型结构的底部(101)与一根竖直梁(100)连接，呈垂直关系，“Τ”型结构的顶部部分所对应的竖直矩形(102),其两条长边是对准用的基线，竖直矩形(102)的右侧长边为A基线，左边长边为B基线，所有“Τ”型结构的A基线在一条直线上，B基线在另一条直线上； 所述右半部分包括两个主要单元:梳齿结构和位于齿上的“凸”型头，梳齿结构由一根直梁(103)和多根齿(104)构成，直梁(103)和齿(104)垂直连接，在齿(104)上与“Τ”型结构相邻的一边设计有“凸”型头(105、106、107、108、109和110)，所述“凸”型结构的个数等于齿的个数减I后乘以2，任何两个上下相邻的“凸”型结构，设置在下面的“凸”型结构比上面的“凸”型结构向左平移2 Λ，其中Λ为游标的最小分辨单位；“凸”型结构上与齿垂直的4条直线(C1、C2、C3和C4)是另一组对准基线，其中，最左边的为Cl对准基线，向右依次为C2、C3、C4对准基线； C1、C2基线间距以及C3、C4基线间距等于[(“凸”型个数X 2-1) X Λ]。
2.根据权利要求1所述的微机电双向游标尺结构，其特征在于:所述齿和“T”型头间隔排列，所述直梁(103)与竖直梁(100)平行，齿(104)与左半部分“T”型结构的底部部分所对应的水平矩形(101)平行。
3.根据权利要求1所述的微机电双向游标尺结构，其特征在于:B基线与最上边的“凸”型结构(105)的Cl对齐，A基线与最下边的“凸”型结构(110)的C4对齐，A基线与B基线之间的间距比C1、C3或C2、C4间距大I Λ。
【文档编号】G01B5/24GK103438783SQ201310401202
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】李伟华, 刘海韵, 周再发 申请人:东南大学