CN100373210C - 微振荡元件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微振荡元件，其由材料衬底一体地形成，该材料衬底由第一导电层、第二导电层以及置于第一导电层和第二导电层之间的绝缘层制成。该微振荡元件包括：振荡部件、振荡部件支撑框架以及扭转接合部件。该振荡部件包括可移动操作部件。该扭转接合部件将该振荡部件与该框架接合，还限定用于该振荡部件作振荡运动的振荡轴。该可移动操作部件是形成在该第一导电层中的一部分，而该框架是形成在该第二导电层中的一部分。

Description

微振荡元件

技术领域

本发明涉及一种包括能够旋转移位的振荡部件的微振荡元件。本发明的微振荡元件适于制造例如微镜、加速度传感器、角速度传感器以及振荡器。

背景技术

近年来，通过显微机械加工技术形成的具有非常精细的结构的元件已经广泛应用于各种技术领域。例如，具有光反射功能的非常小的微镜元件已经在光通信技术领域受到关注。

在光通信中，光信号以光纤为介质传输，通常使用光切换设备将光信号的传输路径从一根光纤切换到另一根光纤。大容量、高速度以及高的可靠性是光切换设备在切换操作中实现良好光通信所需的特性。从这些角度而言，对包括作为通过显微机械加工技术制造的光切换设备的微镜元件的组装提出了很高的希望。这是因为微镜元件可以在光切换设备中的输入光传输路径与输出光传输路径之间直接进行光信号的切换，即，不需要将光信号转换为电信号，从而有利于得到上述特性。

微镜元件可以包括用于反射光的镜面，并且光的反射方向可由镜面的振荡改变。使用静电拽入力来旋转镜面的静电驱动型微镜元件已经用在大量的设备中。静电驱动型微镜元件一般可以划分为两类：通过所谓的表面显微机械加工技术制造的微镜元件，以及通过所谓的体块显微机械加工技术制造的微镜元件。

使用表面显微机械加工技术，通过将对应于每个结构部分的多个材料薄膜加工成希望的图案，然后连续层叠这些图案，在衬底中形成构成元件的各个部分(例如支撑和固定部件、振荡部件、镜面以及电极部件)或者随后被移除的牺牲层。另一方面，使用体块显微机械加工技术，通过蚀刻材料衬底本身，然后将镜面或电极形成为薄膜，使固定和支撑部件或振荡部件形成为所需的形状。例如，在日本专利申请特开平No.H09-146032、H09-146034、H10-190007和2000-31502中对体块显微机械加工技术进行了说明。

用于反射光的镜面的高平坦度是微镜元件所需的技术特性之一。然而，使用表面显微机械加工技术，最终形成的镜面是薄的而且容易弯曲。因此，对于大面积的镜面而言，很难达到高的平坦度。与之相对照的，使用体块显微机械加工技术，通过蚀刻来切割相对较厚的材料衬底以形成镜支撑部件，而后在该镜支撑部件上设置镜面。因此，即使镜面面积很大，也能确保其硬度。结果，可以形成足够高的光学平坦度的镜面。

图40-43示出通过传统技术制造的相关技术中的微镜元件的实例(通常用X4表示)。图40是微镜元件X4的平面图。图41-43分别是沿图40的XXXXI-XXXXI线、XXXXII-XXXXII线、以及XXXXIII-XXXXIII的横截面图。

微镜元件X4包括振荡部件80、框架91、一对振荡杆92以及梳齿电极93，并且通过体块显微机械加工技术对作为所谓的SOI(绝缘体上硅)衬底的材料衬底进行下述的加工制造而成。如下所述，该材料衬底包括由硅层201、202以及位于它们之间的绝缘层203组成的层叠结构。通过掺入杂质，硅层201、202具有规定的导电性。微镜元件X4的上述各个部分从硅层201和/或硅层202形成。为了使图更清楚，在图40中，在从硅层201得到的、并且相对于绝缘层203从纸面向前伸出的部分中涂有阴影线。

例如，如图43所示，振荡部件80是从硅层201得到的部分。它具有镜支撑部件81、梳齿电极82以及悬梁部件(beam section)83。具有光反射功能的镜面81a设置在镜支撑部件81的表面上。梳齿电极82由基部82a和从基部82a延伸的多个电极齿82b组成。悬梁部件83将镜支撑部件81与梳齿电极82接合，并电连接至这两个部件。

框架91是主要从硅层201、202得到的部分，如图41-43所示。它具有围绕振荡部件80的形状，并且支撑位于框架91内部的结构。

一对振荡杆92是从硅层201得到的部分。它们连接至振荡部件80的悬梁部件83以及框架91中从硅层201得到的部分，并且将它们接合。每根振荡杆92电连接悬梁部件83以及框架91中从硅层201得到的部分。这对振荡杆92限定了振荡部件80贯穿镜支撑部件81作振荡运动的振荡轴A4。

梳齿电极93是用于与梳齿电极82协同产生静电拽入力的部分，并且包括从框架91延伸的多个电极齿93a。电极齿93a是从硅层202得到的部分并且固定在框架91中的从硅层202得到的部分上。这种梳齿电极93和上述梳齿电极82构成本元件的驱动结构。例如，在振荡部件80不工作的状态下，梳齿电极82、93位于不同的高度，如图42和43所示。此外，电极齿82b、电极齿93a设置为彼此有位移，从而在振荡部件80的振荡运动期间，梳齿电极82、93互相不接触。

在微镜元件X4中，根据需要，通过施加规定的电势给每个梳齿电极82、93，可以使振荡部件80贯穿镜支撑部件81绕振荡轴A4旋转。可以经由从框架91的第一硅层得到的部分、两根振荡杆92以及悬梁部件93将电势施加给梳齿电极82。可以经由从框架91的第二硅层得到的部分将电势施加给梳齿电极93。如果通过施加规定的电势给梳齿电极82、93而在梳齿电极82、93之间产生静电拽入力，则梳齿电极82被拽入到梳齿电极93处。结果，振荡部件80贯穿镜支撑部件81绕振荡轴A4旋转，并且产生旋转位移，直到达到一个角度为止，在该角度，在梳齿电极82、93之间的静电拽入力与两根振荡杆92的扭转阻力之和相平衡。进一步，如果消除作用于梳齿电极82、93之间的静电拽入力，振荡杆92将返回到自然状态，而振荡部件80贯穿镜支撑部件81呈现出如图43所示的取向。振荡部件80贯穿镜支撑部件81的上述振荡驱动可以适当切换通过设置在镜支撑部件81上的镜面81a反射的光的反射方向。

图44示出微镜X4的一部分制造工艺。在图44中，由一个横截面的变化来表示形成图40中的镜支撑部件81的一部分、框架91、振荡杆92以及一组梳齿电极82、93的一部分的工艺。这个横截面由连续横截面表示，该连续横截面是通过模仿在将要加工的材料衬底(具有多层结构的晶片)中的单个微镜元件形成区中包含的多个规定位置中的多个横截面得到的。

在微镜元件X4的制造过程中，首先，制备如图44A所示的材料衬底200。该材料衬底200是SOI晶片，并具有由硅层201、202以及位于它们之间的绝缘层203组成的层叠结构。然后，如图44B所示，通过经由规定掩模对硅层201进行各向异性蚀刻，在硅层201中形成镜支撑部件81、框架91的某些部分、振荡杆92以及梳齿电极82。然后，如图44C所示，通过经由规定掩模对硅层202进行各向异性蚀刻，在硅层202中形成框架91的一部分和梳齿电极93。然后，如图44D所示，通过对绝缘层203进行各向异性蚀刻，移除绝缘层203中暴露的区域。由此形成振荡部件80(镜支撑部件81、梳齿电极82、悬梁部件83)、框架91、振荡杆92以及梳齿电极93。

如上所述，振荡部件80是从硅层201得到的一部分，而框架91具有从硅层201得到的部分和从硅层202得到的部分。为此，在微镜元件X4中，必须在作为可移动部件的振荡部件80和作为固定部件的框架91之间设置间隙，并且这些元件必须在材料衬底的平面内(in-plane)方向被分离。在振荡部件80与框架91之间的这个间隙的长度必须设置得大于规定程度。例如，设置在振荡部件80的镜支撑部件81与框架91之间的间隙G的在振荡部件80与框架91之间的长度d4必须设置得大于规定程度，使得在如上参照图44B描述的工艺中能够充分地蚀刻掉硅层201中的镜支撑部件81与框架91之间的材料。

距离d4越小，在如上参照图44D描述的工艺中在镜支撑部件81与框架91之间必须形成的间隙G的纵横比D/d4(D是硅层201的厚度)越大。当长度d4低于规定程度而纵横比D/d4高于规定程度时，很难充分蚀刻掉在镜支撑部件81与框架91之间的材料。结果，镜支撑部件81、框架91的一部分以及它们之间的间隙G很难充分形成。因此，在镜支撑部件81与框架91之间的间隙G的长度d4必须增加到能确保足够小的纵横比的程度。

在镜支撑部件81与框架91之间的间隙G的长度d4必须设置得高于规定程度的这种微镜元件X4中，有时很难通过减少振荡轴A4方向上的尺寸和垂直于振荡轴方向上的尺寸来实现微型化。

发明内容

鉴于上述问题而提出本发明。因此，本发明的目的是提供一种适于微型化的微振荡元件。

根据本发明的微振荡元件是由材料衬底一体地形成，该材料衬底由第一导电层、第二导电层以及置于第一导电层和第二导电层之间的绝缘层制成。该振荡元件包括：振荡部件，包括可移动操作部件；振荡部件支撑框架；以及扭转接合部件，用于将该振荡部件与该框架接合。该扭转接合部件限定了用于该振荡部件的振荡运动的振荡轴。该可移动操作部件是形成在该第一导电层的一部分，而该框架是形成在该第二导电层中的一部分。

例如，通过体块加工技术例如MEMS技术加工具有由第一导电层、第二导电层以及位于第一和第二导电层之间的绝缘层组成的层叠结构的材料衬底，来制造这种构造的微振荡元件。该可移动操作部件是通过从与绝缘层相对的一侧蚀刻材料衬底的第一导电层而形成的部分，该框架是通过从与绝缘层相对的一侧蚀刻材料衬底的第二导电层而形成的部分。

在上述微镜元件X4中，需要在镜支撑部件81(可移动操作部件)和框架91之间形成纵横比D/d4低于规定程度的间隙G(即，在材料衬底的平面内方向上的长度d4大于规定程度的间隙G)，从而抑制了该元件的微型化。相对照地，在根据本发明的微振荡元件中，该可移动操作部件和框架是形成在不同的导电层中的部分。因此，当形成该可移动操作部件或框架时，不必在该可移动操作部件和框架之间形成纵横比低于规定程度的间隙(即，在材料衬底的平面内方向上的长度大于规定程度的间隙)。在本发明的微振荡元件中，在材料衬底的平面内方向上该可移动操作部件和框架的分离距离可以是避免该可移动操作部件与框架在振荡部件的振荡运动期间相接触所需的最小长度。因此，本发明的微振荡元件适于微型化。

本发明的微振荡元件还可包括经由该绝缘层固定在该框架上的薄结构部件。此薄结构部件形成在第一导电层中，并且比第一导电层薄。在此情况下，优选该薄结构部件经由穿过绝缘层的导电连接部件电连接至框架。可替换地，本发明的微振荡元件还可包括比该框架窄的、形成在该第一导电层中、且经由该绝缘层固定在该框架上的窄结构部件。在此情况下，优选该窄结构部件经由穿过该绝缘层的导电连接部件电连接至该框架。可替换地，本发明的微振荡元件还可包括薄且窄的结构部件，其比框架窄、形成为比第一导电层中的该可移动操作部件薄、且经由该绝缘层固定在该框架上。在此情况下，优选该薄且窄的结构部件经由穿过该绝缘层的导电连接部件电连接至该框架。这些构造对于增加元件的接线模式的选择自由度而言是有利的，同时还能微型化该微振荡元件。

在该优选实施例中，该振荡部件还具有臂部件和第一梳齿电极。臂部件可以在与振荡轴的延伸方向相交的方向上从该可移动操作部件延伸。第一梳齿电极可以由多个第一电极齿构成，每个第一电极齿在与臂部件的延伸方向相交的方向上从该臂部件延伸，这些第一电极齿在臂部件的延伸方向上彼此分离。在此情况下，该微振荡元件还可包括第二梳齿电极，用于与该第一梳齿电极协同产生振荡运动的驱动力。该第二梳齿电极可包括多个第二电极齿，每个第二电极齿在与该臂部件的延伸方相交的方向上从该框架延伸，这些第二电极齿在臂部件的延伸方向上彼此分离。第一和第二梳齿电极构成所谓的梳齿电极致动器，作为用于振荡部件的振荡运动的驱动结构。

在具有上述构造的微振荡元件中，第一梳齿电极的多个第一电极齿在从该可移动操作部件延伸的臂部件的延伸方向上彼此分离，且由该臂部件支撑，而第二梳齿电极的多个第二电极齿在从该可移动操作部件延伸的臂部件的延伸方向上彼此分离，且由该框架支撑。第一和第二电极齿并不直接该可移动操作部件支撑。为此，构成一组梳齿电极(第一梳齿电极和第二梳齿电极)的电极齿(第一电极齿和第二电极齿)的数目不受该可移动操作部件在振荡轴的延伸方向上的长度的限制，该振荡轴的延伸方向例如与该臂部件的延伸方向相交成直角。因此，在本发明中，通过设置所需数量的第一、第二电极齿，就能确保在第一、第二梳齿电极中的电极齿能够互相面对所需表面积，而无需考虑该可移动操作部件在振荡轴的方向上的设计尺寸。在本发明中，除了确保在第一、第二梳齿电极中的电极齿所能互相面对的表面积之外，不需要将第一、第二电极齿的宽度减少到或者将它们的延伸长度增加到会降低第一、第二电极齿的机械强度的程度，并且不需要将电极齿之间的间隙缩短到不利于元件制造工艺的程度。因此，通过设置可移动操作部件在振荡轴的方向上的较小设计尺寸，也就是整个元件的较小设计尺寸，本发明的元件适于微型化，，同时通过设置所需数量的第一、第二电极齿，而无需考虑可移动操作部件在振荡轴的方向上的设计尺寸，能确保对振荡部件的振荡运动的驱动力。

在该优选实施例中，多个第一电极齿的延伸方向与振荡轴平行。在此情况下，第二电极齿的延伸方向优选与第一电极齿的延伸方向平行。第一和第二电极齿的延伸方向平行于振荡轴的构造是有利的，因为它能高效地产生用于绕振荡轴作振荡运动的驱动力。

在另一优选实施例中，多个第一电极齿的延伸方向与振荡轴的延伸方向相交。在此情况下，第二电极齿的延伸方向优选与第一电极齿的延伸方向平行。即使第一和第二电极齿的延伸方向不平行于振荡轴，第一和第二梳齿电极有时也可以产生用于绕振荡轴作振荡运动的驱动力。

优选第一梳齿电极可包括三个或更多个电极齿，并且两个相邻的第一电极齿之间的距离随着与振荡轴的距离的增加而增加。进一步优选地，第二梳齿电极可包括三个或更多个电极齿，并且两个相邻的第二电极齿之间的距离随着与振荡轴的距离的增加而增加。在第一电极齿中，在振荡部件的振荡运动期间，在电极齿分离方向(臂部件的延伸方向)上的位移量随着与振荡轴的距离的增加而增加，从而这些构造对于避免在振荡部件的振荡运动期间第一电极齿与第二电极齿邻接是有利的。

优选地，置于臂部件的延伸方向上的相邻两个第二电极齿之间的第一电极齿可以从两个第二电极齿之间的中心位置偏向振荡轴。可替换地，置于臂部件的延伸方向上的相邻两个第二电极齿之间的第一电极齿可以从两个第二电极齿之间的中心位置偏离振荡轴。使用这种构造有时对于抑制所谓的拽入效应(pull-ineffect)是有利的。

优选地，该微振荡元件可进一步包括附加框架和附加扭转接合部件，该附加扭转接合部件用于将该附加框架与该振荡部件支撑框架接合。该附加扭转接合部件还可限定用于该振荡部件支撑框架的振荡运动的振荡轴。在此情况下，振荡轴的延伸方向优选垂直于附加振荡轴的延伸方向。因此，本元件可以构成为双轴振荡元件。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例的微镜元件的平面图；

图2为有部分省略的图1所示的微镜元件的平面图；

图3为沿图1的III-III线的横截面图；

图4为沿图1的IV-IV线的横截面图；

图5为沿图1的V-V线的横截面图；

图6A-6B为示出改型的接线结构截面的实例的横截面图；

图7A-7D示出用于制造图1所示的微镜元件的方法的步骤；

图8A-8D示出在图7A-7D所示的工艺后进行的工艺；

图9为沿图1的IV-IV线的横截面图，其示出工作中的微镜元件；

图10示出包括多个图1中所示的微镜元件的微镜阵列；

图11为沿图10的XI-XI线的横截面图；

图12为图1所示的微镜元件的第一改型的平面图；

图13为图1所示的微镜元件的第二改型的平面图；

图14为图1所示的微镜元件的第三改型的平面图；

图15为图1所示的微镜元件的第四改型的平面图；

图16为图1所示的微镜元件的第五改型的平面图；

图17为图1所示的微镜元件的第六改型的平面图；

图18为图1所示的微镜元件的第七改型的剖视图；

图19为根据本发明第二实施例的微镜元件的平面图；

图20为有部分省略的图19所示的微镜元件的平面图；

图21为沿图19的XXI-XXI线的横截面图；

图22为沿图19的XXII-XXII线的横截面图；

图23为沿图19的XXIII-XXIII线的横截面图；

图24为沿图19的XXIV-XXIV线的横截面图；

图25为沿图19的XXV-XXV线的横截面图；

图26为沿图19的XXVI-XXVI线的横截面图；

图27为沿图19的XXVII-XXVII线的横截面图；

图28A-28D示出用于形成图19所示的微镜元件的导电塞的方法的步骤；

图29A-29D示出在图28A-28D所示的工艺后进行的工艺；

图30示出包括多个图19中所示的微镜元件的微镜阵列；

图31为沿图30的XXXI-XXXI线的横截面图；

图32为沿图30的XXXII-XXXII线的横截面图；

图33为根据本发明第三实施例的微镜元件的平面图；

图34为有部分省略的图33所示的微镜元件的平面图；

图35为沿图33的XXXV-XXXV线的横截面图；

图36为沿图33的XXXVI-XXXVI线的横截面图；

图37示出包括多个图33中所示的微镜元件的微镜阵列；

图38为沿图37的XXXVIII-XXXVIII线的横截面图；

图39为沿图37的XXXIX-XXXIX线的横截面图；

图40为作为相关技术的微镜元件的实例的平面图；

图41为沿图40的XXXXI-XXXXI线的横截面图；

图42为沿图40的XXXXII-XXXXII线的横截面图；

图43为沿图40的XXXXIII-XXXXIII线的横截面图；以及

图44A-44D示出用于制造图40所示的微镜元件的过程的步骤。

具体实施方式

图1-5示出根据本发明第一实施例的微镜元件X1。图1为该微镜元件X1的平面图。图2为有部分省略的微镜元件X1的平面图。图3-5分别为沿图1的III-III线、IV-IV线以及V-V线的横截面图。

微镜元件X1包括振荡部件10、框架21、扭转接合部件22、梳齿电极23A和23B以及接线部件24。微镜元件X1通过体块显微机械加工技术例如MEMS加工材料衬底即所谓的SOI(绝缘体上硅)衬底来制造。该材料衬底具有由第一、第二硅层以及位于它们之间的绝缘层组成的层叠结构。通过掺入杂质，这些硅层具有规定的导电性。微镜元件X1的上述各个部分主要从第一硅层和/或第二硅层形成。为了使图更清楚，在图1中，在从第一硅层得到的、并且相对于绝缘层从纸面向前伸出的部分中涂有阴影线。进一步，图2示出微镜元件X1中从第二硅层得到的结构。

振荡部件10具有镜支撑部件11、臂部件12、梳齿电极13A和13B。镜支撑部件11是从第一硅层得到的部件，并且对应于本发明的可移动操作部件。具有光反射功能的镜面11a设置在镜支撑部件11的表面上。镜面11a例如具有由沉积在第一硅层上的Cr层和其顶部的Cu层组成的层叠结构。图1所示的关于镜支撑部件11的长度L1例如是20至300um。

臂部件12是主要从第一硅层得到的部分，并且从镜支撑部件11延伸。图1所示的关于臂部件12的长度L2例如是10至100um。

梳齿电极13A由多个电极齿13a组成。多个电极齿13a从臂部件12延伸并且在臂部件12的延伸方向彼此分离。梳齿电极13B由多个电极齿13b组成。多个电极齿13b从臂部件12的与电极齿13a相反的一侧延伸并且在臂部件12的延伸方向彼此分离。电极齿13a、13b是主要从第一硅层得到的部分。在本实施例中，如图1所示，电极齿13a、13b的延伸方向与臂部件12的延伸方向相互垂直，并且每个电极齿13a设置为在元件厚度方向H上升，如图4所示。电极齿13b也在元件厚度方向H上升。进一步，在本实施例中，如图1所示，电极齿13a、13b具有均匀的宽度。梳齿电极13A和梳齿电极13B分别通过电极齿13a和电极齿13b经由臂部件12电连接。

框架21是主要从第二硅层得到的部分，具有规定的机械强度，并支撑位于框架21内部的结构。框架21的宽度L3例如是5至50um。

扭转接合部件22由一对振荡杆22a组成。每根振荡杆22a是主要从第一硅层得到的部分。振荡杆连接至振荡部件10的臂部件12和框架21并将它们接合。框架21和臂部件12通过振荡杆22a电连接。如图4所示，振荡杆22a在元件厚度方向H上的厚度小于臂部件12的厚度。扭转接合部件22通过一对振荡杆22a限定了用于振荡部件10贯穿镜支撑部件11的振荡运动的振荡轴A1。振荡轴A1与臂部件12的延伸方向垂直。因此，在垂直于臂部件12的延伸方向的方向上从臂部件12延伸的上述电极齿13a、13b的延伸方向平行于振荡轴A1。这一振荡轴A1优选经过振荡部件10的重心或其附近。

在本实施例中，可以提供在第一硅层形成为一行的一组振荡杆来取代每根振荡杆22a。在此情况下，在该组中的振荡杆之间的间距优选随着从框架21到臂部件12的转移而逐渐增加。在微镜元件X1中，也可以通过提供两组排成一行的两根振荡杆取代一对振荡杆22a来限定振荡轴A1。这些特征对于以下描述的微镜元件可能是有效的。

梳齿电极23A是用于与梳齿电极13A协同产生静电拽入力的部分，并且由多个电极齿23a组成。梳齿电极23A是主要从第二硅层得到的部分，并且固定在框架21上，如图1和图2所示。多个电极齿23a从框架21延伸，并且在臂部件12的延伸方向上彼此分离。在本实施例中，如图1所示，电极齿23a的延伸方向与臂部件12的延伸方向相互垂直，并且与振荡轴A1平行。进一步，在本实施例中，如图1所示，电极齿23a具有均匀的宽度。如图4所示，每个电极齿23a设置为在元件厚度方向H上升。

这种梳齿电极23A与梳齿电极13A一起构成驱动结构。例如，在振荡部件10的不工作状态下，梳齿电极13A、23A位于不同的高度，如图4和5所示。进一步，电极齿13a、23a设置为彼此有位移，从而在振荡部件10的振荡运动期间，梳齿电极13A、23A互相不接触。在本实施例中，在所有相邻的两个电极齿13a之间的距离是相等的，在所有相邻的两个电极齿23a之间的距离是相等的，并且在臂部件12的延伸方向上位于两个电极齿23a之间的电极齿13a位于两个电极齿23a之间的中心。

梳齿电极23B是用于与梳齿电极13B协同产生静电拽入力的部分，并且由多个电极齿23b组成。梳齿电极23B是主要从第二硅层得到的部分，并且固定在框架21上，如图1和图2所示。多个电极齿23b从框架21延伸，并且在臂部件12的延伸方向上彼此分离。梳齿电极23B和梳齿电极23A分别通过电极齿23b和电极齿23a经由框架21电连接。在本实施例中，如图1所示，电极齿23b的延伸方向与臂部件12的延伸方向垂直，并且与振荡轴A1平行。进一步，在本实施例中，如图1所示，类似于电极齿23a，电极齿23b具有均匀的宽度，每个电极齿23b设置为在元件厚度方向H上升。

这种梳齿电极23B与梳齿电极13B一起构成驱动结构。具体地，在振荡部件10的不工作状态下，梳齿电极13B、23B位于不同的高度，如图5所示。进一步，电极齿13a、23a设置为彼此有位移，从而在振荡部件10的振荡运动期间，梳齿电极13b、23b互相不接触。在本实施例中，在所有相邻的两个电极齿13b之间的距离是相等的，在所有相邻的两个电极齿23b之间的距离是相等的，并且在臂部件12的延伸方向上位于两个电极齿23b之间的电极齿13b位于两个电极齿23b之间的中心。

接线部件24是从第一硅层得到的部分；它经由绝缘层固定在框架21上，并且在结构上和电性上都连接至每根振荡杆22a。进一步，如图4和5所示，接线部件24在元件厚度方向H上比振荡部件10薄，且如图1、4和5所示，比框架21窄。这种接线部件24等同于按照本发明的薄且窄的结构部件。

在微镜元件X1中，可以提供图6A所示的接线部件25和图6B所示的接线部件26来取代整个接线部件24或其一部分。类似于接线部件24，接线部件25是从第一硅层得到的部分，且经由绝缘层固定在框架21上。进一步，接线部件25在元件厚度方向H上比振荡部件10薄，且与框架21一样宽。这种接线部件25等同于按照本发明的薄结构部件。类似于接线部件24，接线部件26是从第一硅层得到的部分，且经由绝缘层固定在框架21上。进一步，接线部件26在元件厚度方向H上与振荡部件10一样厚，且比框架21窄。这种接线部件26等同于按照本发明的窄结构部件。

图7和图8示出用于制造微镜元件X1的方法的实例。该方法是通过体块显微机械加工技术制造微镜元件X1的过程。在图7和图8中，由一个横截面中所看到的变化来表示形成图8D所示的镜支撑部件M、臂部件AR、框架F1和F2、振荡杆T1和T2、一组梳齿电极E1和E2以及接线部件W1和W2的工艺。这个横截面由连续横截面表示，该连续横截面是通过模仿在将要加工的材料衬底(具有多层结构的晶片)中的单个微镜元件形成区中包含的多个规定位置中的多个横截面得到的。镜支撑部件M对应于镜支撑部件11的一部分。臂部件AR等同于臂部件12，并且由臂部件12的横切面表示。框架F1、F2均等同于框架21，并且由框架21的横切面表示。振荡杆T1等同于振荡杆22a，并且由振荡杆22a的延伸方向上的横截面表示。振荡杆T2等同于振荡杆22a，并且表示振荡杆22a的横截面。梳齿电极E1等同于梳齿电极13A、13B的一部分，并且由电极齿13a、13b的横切面表示。梳齿电极E2等同于梳齿电极23A、23B的一部分，并且由电极齿23a、23b的横切面表示。接线部件W1、W2等同于接线部件24，并且由接线部件24的横切面表示。

在微镜元件X1的制造过程中，首先，制备如图7A所示的材料衬底100。该材料衬底100是SOI晶片，并具有由硅层101、102以及位于它们之间的绝缘层103组成的层叠结构。硅层101、102由通过掺入杂质具有导电性的硅材料组成。这里，p型杂质如B和n型杂质如P和Sb可以作为所述杂质。绝缘层103例如由二氧化硅组成。硅层101的厚度例如是10-100um，硅层102的厚度例如是50-500um，硅层103的厚度例如是0.3-3um。

然后，如图7B所示，在硅层101上形成镜面11a。在镜面11a的形成过程中，首先，例如，通过溅射法在硅层101上沉积Cr(50nm)，然后沉积Au(200nm)。然后，通过经由一规定掩模连续蚀刻这些金属膜来图案化镜面11a。例如，碘化钾-碘的水溶液可以用作Au的蚀刻剂。例如，硝酸铈铵(ammonium cerium nitrate)的水溶液可以用作Cr的蚀刻剂。当电极焊盘设置在微镜元件X1的规定区域时，电极焊盘可以与镜面一起形成。电极焊盘形成方法与形成镜面11a的方法相似。

进一步，如图7C所示，在硅层101上形成氧化膜图案110和抗蚀图案111，并在硅层102上形成氧化膜图案112。氧化膜图案110具有对应于振荡部件(镜支撑部件M、臂部件AR、梳齿电极E1)的图案形状。抗蚀图案111具有对应于两根振荡杆22a(振荡杆T1、T2)和接线部件24(接线部件W1、W2)的图案形状。进一步，氧化膜图案112具有对应于框架21(框架F1、F2)和梳齿电极23A、23B(梳齿电极E2)的图案形状。

然后，如图7D所示，通过使用氧化膜图案110和抗蚀图案111作为掩模进行DRIE(深反应离子蚀刻)，将硅层101蚀刻至规定深度。这里所说的规定深度是对应于振荡杆T1、T2和接线部件W1、W2的厚度的深度，例如5um。使用DRIE，可以以其中交替进行蚀刻和侧壁保护的博希(Bosch)工艺进行良好的蚀刻。对于随后的DRIE也可以使用博希工艺。

然后，如图8A所示，使用去除剂移除抗蚀图案111。例如，可以使用AZ去除剂(由Clariant Japan K.K.制造)。

然后，如图8B所示，通过使用氧化膜图案110作为掩模进行DRIE，对硅层101进行一直到绝缘层103的蚀刻，同时保留和形成振荡杆T1、T2和接线部件W1、W2。通过这种蚀刻形成振荡部件10(镜支撑部件M、臂部件AR、梳齿电极E1)、两根振荡杆22a(振荡杆T1、T2)和接线部件24(接线部件W1、W2)。

然后，如图8C所示，通过使用氧化膜图案112作为掩模进行DRIE，对硅层102进行一直到绝缘层103的蚀刻。通过这种蚀刻形成框架21(框架F1、F2)和梳齿电极23A、23B(梳齿电极E2)。

然后，如图8D所示，蚀刻掉绝缘层103和氧化膜图案110、112中暴露的区域。干蚀刻和湿蚀刻可以作为蚀刻方法使用。当采用干蚀刻时，例如可以使用CF₄或CHF₃作为蚀刻气体。当采用湿蚀刻时，例如可以使用由氢氟酸和氟化铵组成的缓冲氢氟酸(BHF)作为蚀刻溶液。

利用上述操作顺序，可以通过形成镜支撑部件M、臂部件AR、框架F1和F2、振荡杆T1和T2、一组梳齿电极E1和E2以及接线部件W1和W2制造出微镜元件X1。

在微镜元件X1中，根据需要，通过施加规定电势给梳齿电极13A、13B、23A、23B，振荡部件10可以贯穿镜支撑部件11绕振荡轴A1旋转移位。可以经由接线部件24、两根振荡杆22a以及臂部件12将电势施加给梳齿电极13A、13B。例如，梳齿电极13A、13B接地。另一方面，可以经由框架21将电势施加给梳齿电极23A、23B。如上所述，框架21和接线部件24通过绝缘层(例如，如上所述的绝缘层103)电分离。

如果通过在梳齿电极13A、13B、23A、23B之间施加相应的规定电势而在梳齿电极13A、13B之间和在梳齿电极23A、23B之间产生所需的静电拽入力，则梳齿电极13A被拽入至梳齿电极23A处，梳齿电极13B被拽入至梳齿电极23B处。结果，振荡部件10贯穿镜支撑部件11绕着振荡轴A1转动，且旋转移位到某一角度，在该角度静电拽入力与振荡杆22a的扭转阻力之和相平衡。在该平衡状态，梳齿电极13A、23A例如如图9所示取向。梳齿电极13B、23B也呈现出相似的取向。通过调整施加给梳齿电极13A、13B、23A、23B的电势，可以调整在这种振荡运动中的旋转位移量。进一步，如果消除梳齿电极13A、23A之间的静电拽入力和梳齿电极13B、23B之间的静电拽入力，每根振荡杆22a返回到其自然状态，而振荡部件10贯穿镜支撑部件11呈现出如图4所示的取向。通过振荡部件10贯穿镜支撑部件11的上述振荡运动，可以适当切换通过设置在镜支撑部件11上的镜面11a反射的光的反射方向。

在上述的微镜元件X4中，需要在镜支撑部件81和框架91之间形成纵横比D/d4低于规定程度的间隙G(即，在材料衬底的平面内方向上的长度大于规定程度的间隙G)，这种需要阻碍了元件的微型化。相对照地，在微镜元件X1中，镜支撑部件11和框架21是在不同的导电层通过不同的蚀刻工艺形成的部分。因此，当镜支撑部件11和框架21形成时，不需在镜支撑部件11和框架21之间形成纵横比低于规定程度的间隙(即，在材料衬底的平面内方向上的长度大于规定程度的间隙)。在微镜元件X1中，在材料衬底的平面内方向上的镜支撑部件11和框架21之间的分离距离d1可以是避免镜支撑部件11与框架21在振荡部件10的振荡运动期间相接触所需的最小长度。因此，微镜元件X1适于微型化。

在微镜元件X1中，在从镜支撑部件11延伸的臂部件12的延伸方向上，梳齿电极13A的多个电极齿13a彼此分离，并且由臂部件12支撑。进一步，在臂部件12的延伸方向上，梳齿电极23A的多个电极齿23a彼此分离，并且由框架21支撑。另一方面，在从镜支撑部件11延伸的臂部件12的延伸方向上，梳齿电极13B的多个电极齿13b彼此分离，并且由臂部件12支撑，且在臂部件12的延伸方向上，梳齿电极23B的多个电极齿23b彼此分离，并且由框架21支撑。这些电极齿13a、13b、23a、23b并不直接由镜支撑部件11支撑。结果，构成一组梳齿电极13A、23A的电极齿13a、23a的数量和构成一组梳齿电极13B、23B的电极齿13b、23b的数量不受镜支撑部件11在振荡轴A1的延伸方向(其垂直于臂部件12的延伸方向)上的长度的限制。因此，在微镜元件X1中，通过设置所需数量的电极齿13a、13b、23a、23b，而无需考虑镜支撑部件11在振荡轴A1的方向上的设计尺寸，就能确保电极齿13a、23a能互相面对的表面积以及电极齿13b、23b能互相面对的表面积。在微镜元件X1中，例如，除了确保在一组梳齿电极13A、23A中的电极齿13a、23a能互相面对的表面积之外，不需要减少电极齿13a、23a的宽度以及增加它们的延伸长度(这些操作会降低电极齿13a、23a的机械强度)，并且不需要减少电极齿之间的间隙(这种减少会导致在元件制造工艺中出现问题)。因此，通过设置镜支撑部件11在振荡轴A1的方向上的较小设计尺寸，也就是整个元件的较小设计尺寸，微镜元件X1适于微型化，同时通过设置所需数量的电极齿13a、13b、23a、23b，而无需考虑镜支撑部件11在振荡轴A1的方向上的设计尺寸，能确保对振荡部件10的振荡运动的驱动力。

图10示出包括微镜元件X1的微镜阵列Y1。为了使该图清楚，在图10中，用阴影来表示振荡部件10、框架21以及接线部件24。进一步，图11是沿图10的XI-XI线的放大的横截面图。在微镜阵列Y1中，多个微镜元件X1在振荡轴A1的方向上排成一行。因此，在微镜阵列Y1中，多个镜面11a在振荡轴A1的方向上排成一行。多个镜面11a的排列间距由L1+L3+2d1表示，如图11所示。

如上所述，镜支撑部件11和框架21在材料衬底的平面内方向上的分离距离d1可以是避免镜支撑部件11与框架21在振荡部件10的振荡运动期间相接触所需的最小长度。另外，微镜元件X1具有适于在振荡轴A1的方向上缩短长度的结构的驱动结构(梳齿电极13A、13B、23A、23B)。因此，在微镜阵列Y1中，对于多个镜面11a，可以实现短的排列间距。因此，在微镜阵列Y1中，多个镜面11a可以在振荡轴A1的方向上以高密度排列。

图12是微镜元件X1的第一改型实例的平面图。在本改型实例中，在臂部件12的延伸方向上位于两个相邻的电极齿23a之间的电极齿13a以更靠近振荡轴A1的方式从这两个电极齿23a之间的中心位置偏移，或者在臂部件12的延伸方向上位于两个相邻的电极齿13a之间的电极齿23a以更远离振荡轴A1的方式从这两个电极齿13a之间的中心位置偏移。同时，在臂部件12的延伸方向上位于两个相邻的电极齿23b之间的电极齿13b以更靠近振荡轴A1的方式从这两个电极齿23b之间的中心位置偏移，或者在臂部件12的延伸方向上位于两个相邻的电极齿13b之间的电极齿23b以更远离振荡轴A1的方式从这两个电极齿13b之间的中心位置偏移。

图13是微镜元件X1的第二改型实例的平面图。在本改型实例中，在臂部件12的延伸方向上位于两个相邻的电极齿23a之间的电极齿13a以更远离振荡轴A1的方式从这两个电极齿23a之间的中心位置偏移，或者在臂部件12的延伸方向上位于两个相邻的电极齿13a之间的电极齿23a以更靠近振荡轴A1的方式从这两个电极齿13a之间的中心位置偏移。同时，在臂部件12的延伸方向上位于两个相邻的电极齿23b之间的电极齿13b以更远离振荡轴A1的方式从这两个电极齿23b之间的中心位置偏移，或者在臂部件12的延伸方向上位于两个相邻的电极齿13b之间的电极齿23b以更靠近振荡轴A1的方式从这两个电极齿13b之间的中心位置偏移。

当在一组梳齿电极13A、23A和一组梳齿电极13B、23B中驱动该元件时，第一和第二改型实例的构造有时有利于抑制产生所谓的拽入效应。当该元件被驱动时，如上所述，在梳齿电极13A、23A之间和在梳齿电极13B、23B之间产生所需的静电拽入力，梳齿电极13A被拽入至梳齿电极23A处，而梳齿电极13B被拽入至梳齿电极23B处。在梳齿电极13A、23A具有图1、4、5所示的结构的微镜元件X1中，在梳齿电极13A被拽入至梳齿电极23A处后，在一个电极齿13a和相对于振荡轴A1位于该电极齿13a外侧、且与其该电极齿13a相邻的电极齿23a之间的距离比在该电极齿13a和在相对于振荡轴A1位于该电极齿13a内侧、且与该电极齿13a相邻的另一个电极齿23a之间的距离短或长，这取决于振荡轴A1在元件厚度方向H上的位置。当前者较后者短时，在电极齿13a和在外侧的电极齿23a之间的静电拽入力(第一静电拽入力)倾向大于在该电极齿13a和在内侧的电极齿23a之间的静电拽入力(第二静电拽入力)。如果第一静电拽入力比第二静电拽入力大出规定值或更多时，电极齿13a和在外侧的电极齿23a会不适当地互相拽入，这容易导致拽入效应。当第二静电拽入力比第一静电拽入力大出规定值或更多时，电极齿13a和在内侧的电极齿23a会不适当地互相拽入，这容易导致拽入效应。类似地，在梳齿电极13B、23B具有图1、5所示的结构的微镜元件X1中，在梳齿电极13B、23B中有时容易发生拽入效应。拽入效应是不期望发生的，因为其会降低元件的振荡特性。

相对照地，在第一或第二改型实例中(其中，在振荡部件10并未旋转移位的状态下，在臂部件12的延伸方向上位于相邻的两个电极齿23a之间的电极齿13a从这两个电极齿23a的中心位置朝向在内侧或外侧的电极齿23a偏移)，在振荡部件10已旋转移位且梳齿电极13A被拽入至梳齿电极23A、23B处的状态下，通过在元件厚度方向H上适当设置对应于振荡轴A1的位置的偏移量，在一个电极齿13a和在外侧的电极齿23a之间的距离与在该电极齿13a和在内侧的电极齿23a之间的距离有时可以大致相等。在此情况下，可以抑制在梳齿电极13A、23A中发生拽入效应。类似地，使用第一和第二改型实例的构造，有时可以抑制在梳齿电极13B、23B中发生拽入效应。

图14是微镜元件X1的第三改型实例的平面图。在此改型实例中，在臂部件12的延伸方向上框架21的尺寸和臂部件12的尺寸增加，且在两个相邻的电极齿13a之间的距离、在两个相邻的电极齿13b之间的距离、在两个相邻的电极齿23a之间的距离、以及在两个相邻的电极齿23b之间的距离随着与振荡轴A1的距离的增加而增加。

在本改型实例的状态(其中，当该元件被驱动且梳齿电极13A、13B被分别拽入至梳齿电极23A、23B处时，振荡部件10被旋转移位)中，从实现在所有电极齿13a、23a之间相同的距离以及实现在所有电极齿13b、23b之间相同的距离的角度而言，在振荡部件10的振荡运动期间电极齿13a、13b在电极齿分离方向(臂部件12的延伸方向)上的位移量随着与振荡轴的距离的增加而增加是有利的。，通过在该元件被驱动时实现在所有电极齿13a、23a之间相同的距离能够在元件被驱动时在梳齿电极13A、23A之间的整个范围上产生均匀的静电拽入力。类似地，通过在该元件被驱动时实现在所有电极齿13b、23b之间相同的距离能够在元件被驱动时在梳齿电极13B、23B之间的整个范围上产生均匀的静电拽入力。

图15是微镜元件X1的第四改型实例的平面图。在本改型实例中，梳齿电极13A、13B的多个电极齿13a、13b的延伸方向和梳齿电极23A、23B的多个电极齿23a、23b的延伸方向不垂直于臂部件12的延伸方向，电极齿13a、13b的延伸方向互相平行，并且电极齿23a、23b的延伸方向互相平行。由电极齿13a、13b、23a、23b的延伸方向与臂部件12的延伸方向形成的锐角例如是45°。微镜元件X1可以具有这种结构的梳齿电极13A、13B、23A、23B。

图16是微镜元件X1的第五改型实例的平面图。在本改型实例，电极齿13a、13b的两侧表面并不相对于臂部件12的侧表面垂直，且电极齿13a、13b的宽度随着与臂部件12的距离的增加而减少。同时，电极齿23a、23b的两侧表面并不相对于框架21的侧表面垂直，且电极齿23a、23b的宽度随着与框架21的距离的增加而减少。

这种构造有利于防止当该元件被驱动时在振荡部件10旋转移位且梳齿电极13A、13B被分别拽入至梳齿电极23A、23B处后，电极齿13a、23a或电极齿13b、23b彼此靠得太近。通过防止当该元件被驱动时电极齿13a、23a彼此靠得太近，可以抑制当该元件被驱动时梳齿电极13A、23A中发生拽入效应。类似地，通过防止当该元件被驱动时电极齿13b、23b彼此靠得太近，可以抑止当该元件被驱动时梳齿电极13B、23B中发生拽入效应。

图17是微镜元件X1的第六改型实例的平面图。在本改型实例中，电极齿13a、13b的面对镜支撑部件11的侧表面垂直于臂部件12的侧表面，电极齿13a、13b的另一侧的侧表面不垂直于臂部件12的侧表面，且电极齿13a、13b的宽度随着与臂部件12的距离的增加而减少。同时，电极齿23a、23b的面对镜支撑部件11的侧表面不垂直于框架21的侧表面，电极齿23a、23b的另一侧的侧表面垂直于框架21的侧表面，且电极齿23a、23b的宽度随着与框架21的距离的增加而减少。

这种构造尤其有利于当该元件被驱动时在振荡部件10旋转移位且梳齿电极13A、13B被分别拽入至梳齿电极23A、23B处后，防止电极齿13a和在外侧的电极齿23a或电极齿13b和在外侧的电极齿23b彼此靠得太近。

图18是对应于图1中的IV-IV线的横截面图，此示意图示出微镜元件X1的第七改型实例。在本改型实例中，当振荡部件10未工作时，电极齿13a的上升方向相对于元件厚度方向H倾斜。更具体地，电极齿13a以在它们靠近电极齿23a时会靠近镜支撑部件11的方式倾斜。同时，电极齿23a以在它们靠近电极齿13a时会远离镜支撑部件11的方式倾斜。在本改型实例中，电极齿13b、23b也以类似于电极齿13a、23a的方式倾斜。

当振荡部件10未工作时，梳齿电极13A相对于梳齿电极23A的取向不同于在振荡部件10旋转移位且梳齿电极13A被拽入至梳齿电极23A处后梳齿电极13A相对于梳齿电极23A的取向。当梳齿电极13a、23A具有图1、4、5所示的结构时，取向的改变相对较大。相对照地，本改型实例的梳齿电极13A、23A具有电极齿13a、23a，当梳齿电极13A被拽入至梳齿电极23A处时，这些电极齿13a、23a在电极齿13a倾斜的方向预先倾斜。因此，在不工作状态和工作状态之间的取向的改变相对较小。类似地，本改型实例的梳齿电极13B、23B具有电极齿13b、23b，当梳齿电极13B被拽入至梳齿电极23B处时，这些电极齿13b、23b在电极齿13b倾斜的方向预先倾斜。因此，在不工作状态和工作状态之间的取向的改变相对较小。这种对取向改变的抑止对于在梳齿电极13A和23A之间以及在梳齿电极13B和23B之间产生稳定的静电拽入力是有利的。

图19至27示出本发明的第二实施例的微镜元件X2。图19是微镜元件X2的平面图。图20是有部分省略的微镜元件X2的平面图。图21至27是微镜元件X2的特定横截面的放大示意图。

微镜元件X2包括振荡部件10、框架21、扭转接合部件22、梳齿电极23A和23B、接线部件27、岛状部件28、框架31(局部省略)、臂部件32和33、扭转接合部件34以及梳齿电极36和37。进一步，如上面参考微镜元件X1所述的，微镜元件X2通过使用MEMS技术加工作为SOI衬底的材料衬底制造而成。材料衬底具有由第一和第二硅层以及在这些硅层之间的绝缘层组成的层叠结构。通过掺入杂质，这些硅层具有规定的导电性。为了使该图更清楚，在图19中，用阴影来表示从第一硅层得到的、且相对于绝缘层从纸面向前伸出的部分。进一步，图20示出从微镜元件X2中的第二硅层得到的结构。

微镜元件X2的振荡部件10、框架21、扭转接合部件22以及梳齿电极23A和23B等同于第一实施例中的振荡部件10、框架21、扭转接合部件22以及梳齿电极23A和23B。

接线部件27是从第一硅层得到的部分；它经由绝缘层固定在框架21上并且在结构上和电性上都连接至振荡杆22a。进一步，如图21、图22以及图24所示，在元件厚度方向H上，接线部件27比振荡部件10薄；如图19、图21、图22以及图24所示，比框架21窄。这种接线部件27等同于本发明的薄且窄的结构部件。

岛状部件28是从第一硅层得到的部分且经由绝缘层固定在框架21上。进一步，它比框架21窄且等同于根据本发明的窄结构部件。岛状部件28经由穿过绝缘层的导电塞P1电连接至从第二硅层得到的框架31的部分。

框架31是主要从第一和第二硅层得到的部分，具有规定的机械强度并且支撑位于框架31内部的结构。在框架31中的从第二硅层得到的部分如图20所示。进一步，如图19、图24以及图27所示，框架31具有岛状部件31a、31b，它们与从第一硅层得到的部分中的围绕物(surrounding)在结构上和电性上分离。例如，如图19所示，电极焊盘41、42、43设置在框架31的从第一硅层得到的部分上。电极焊盘41位于岛状部件31a之上，如图19和图24所示。电极焊盘42位于岛状部件31b之上，如图19和图27所示，且经由穿过绝缘层和岛状部件31b的导电塞P2电连接至框架31的从第二硅层得到的部分。电极焊盘43电连接至在框架31的从第一硅层得到的部分中的岛状部件31a、31b的外侧。

臂部件32是主要从第一硅层得到的部分，且在垂直于振荡部件10的振荡轴A1的方向上从岛状部件28延伸，如图19和图25所示。臂部件33是主要从第二硅层得到的部分，且在垂直于振荡部件10的振荡轴A1的方向上平行于臂部件32从框架31延伸。进一步，如图20所示，臂部件33固定在框架31的从第二硅层得到的部分上。

扭转接合部件34由一对振荡杆34a、34b组成。振荡杆34a是主要从第一硅层得到的部分，且如图19和图24所示，它连接至框架21和框架31的从第一硅层得到的部分，并将它们接合。振荡杆34a也连接至框架21上的接线部件27。振荡杆34a和框架21被位于它们之间的绝缘层电分离。进一步，如图24所示，振荡杆34a在元件厚度方向H上比框架31的从第一硅层得到的部分薄。振荡杆34b是主要从第一硅层得到的部分，连接框架31和臂部件32，并将它们接合，如图19和25所示。这种振荡杆34b具有将臂部件32与框架31的从第一硅层得到的部分电连接的功能。这种扭转接合部件34(振荡杆34a、34b)限定了框架21的振荡运动的振荡轴A2。振荡轴A2的延伸方向垂直于振荡轴A1的延伸方向。这种振荡轴A2优选经过振荡部件10的重心或其附近。

梳齿电极36由多个电极齿36a组成。多个电极齿36a从臂部件32延伸且在臂部件32的延伸方向上彼此分离。电极齿36a是主要从第一硅层得到的部分。梳齿电极37是用于与梳齿电极36协同产生静电拽入力的部分，并且由多个电极齿37a组成。多个电极齿37a从臂部件33延伸且在臂部件33的延伸方向上彼此分离。电极齿37a是主要从第二硅层得到的部分。这种梳齿电极36、37构成本发明元件的驱动结构。例如，在框架21的不工作状态下，梳齿电极36、37位于不同的高度，如图25和图26所示。进一步，当框架21振荡时，梳齿电极36、37设置为使得它们的电极齿36a、37a发生移位以避免其互相接触。

图28和图29示出用于形成微镜元件X2中的导电塞P1、P2的方法。

当形成导电塞P1、P2时，首先，如图28A所示，类似于上面参考图7A所述的，在材料衬底100的硅层101、102的表面上形成氧化膜113。通过CVD法在硅层101、102上沉积二氧化硅来形成氧化膜113。可替换地，通过热氧化法(加热温度：例如900℃)氧化硅层101、102的表面来形成氧化膜113。根据需要，可以抛光氧化膜113。氧化膜113的厚度例如是0.5-2mm。在此工艺中，可以形成氮化物膜来取代氧化膜113。

然后，如图28B所示，具有规定开口部分的抗蚀图案114形成在氧化膜113上。当形成抗蚀图案11时，首先，液体光阻剂被旋转涂覆在氧化膜113上。然后，光阻膜经过曝光和随后的显影被图案化。例如，AZP4210(由Clariant Japan K.K.制造)或AZ1500(由Clariant Japan K.K.制造)可以用作光阻剂。

然后，通过使用抗蚀图案114作为掩模蚀刻氧化膜113，如图28C所示。干蚀刻和湿蚀刻可以作为蚀刻方法使用。当采用干蚀刻时，例如，可以使用由CHF₃和Ar组成的气体混合物作为蚀刻气体。当采用湿蚀刻时，例如，可以使用由氢氟酸和氟化铵组成的缓冲氢氟酸(BHF)作为蚀刻溶液。这种干蚀刻或湿蚀刻可以作为随后用于氧化膜、氧化膜图案或绝缘层的蚀刻方法或移除方法。在这样图案化氧化膜113后，优选保留而不是移除抗蚀图案114。

然后，形成穿过硅层101的孔H1′、H2′，如图28D所示。当形成孔H1′、H2′时，通过使用在前一步骤图案化的氧化膜113或者在保留抗蚀图案情况下的抗蚀图案作为掩模进行DRIE，将硅层101蚀刻到绝缘层103。

然后，如图29A所示，通过蚀刻掉在孔H1′、H2′中暴露的绝缘层103的区域，形成穿过硅层101以及绝缘层103的孔H1、H2。即使在如上参照图28C说明的工艺结束后，仍留下抗蚀图案114。这种方法是有效的，因为抗蚀图案114在当前的工艺中也可以用作掩模。

通过使用移除剂处理，移除抗蚀图案114 (当使用一分离的抗蚀图案时，该抗蚀图案是指分离的抗蚀图案)，如图29B所示。可以使用AZ移除剂700(由Clariant Japan K.K.制造)。

然后，如图29C所示，例如，通过CVD法，在孔H1、H2内部沉积导电材料P′。此时，将足够量的导电材料P′提供到孔H1、H2中，以用于在氧化膜113上实现均匀沉积。掺有规定杂质的多晶硅或金属例如Cu或W可用作导电材料P′。从确保导电材料P′和硅层101、102的良好的电性接触的角度而言，优选在沉积导电材料P′前立即使用例如氢氟酸进行处理，从而移除孔H1、H2的表面上出现的自然的氧化膜。

然后，如图29D所示，暴露硅层101、102的表面。更具体地，通过规定的干蚀刻或湿蚀刻，蚀刻掉孔H1、H2外侧的导电材料P′，然后蚀刻掉氧化膜113。当采用湿蚀刻作为移除导电材料P′的方法时，KOH或BHF的水溶液可以用作蚀刻剂。在当前工艺中，可以采用通过CMP法进行抛光来移除氧化膜113和孔H1、H2外侧的导电材料P′的方法来取代上述方法。在当前工艺中，导电塞P1、P2由剩余材料形成。在图29D所示的状态下，这些导电塞P1、P2电连接硅层101和硅层102。

埋置在材料衬底100中的导电塞P1、P2可以以上述方式形成。通过以与前述参照微镜元件X1说明的相同方式，使用MEMS技术处理其内埋置有导电塞P1、P2的材料衬底100，可以制造出微镜元件X2。

在微镜元件X2中，根据需要，通过施加规定的电势给梳齿电极13A、13B、23A、23B、36、37，可以驱动振荡部件10贯穿镜支撑部件11绕着振荡轴A1振荡，且能够随之一起驱动框架21和振荡部件10绕着振荡轴A2振荡。因此，微镜元件X2是所谓的双轴振荡元件。

可以经由电极焊盘41、框架31的岛状部件31a、振荡杆34a、接线部件27、两根振荡杆22a以及臂部件12，将电势施加给梳齿电极13A、13B。可以经由电极焊盘43、框架31的从第一硅层得到的且电连接至电极焊盘43的部分、振荡杆34b以及臂部件32，将电势施加给梳齿电极36。可以经由电极焊盘43、框架31的从第一硅层得到的且电连接至电极焊盘43的部分、振荡杆34b、臂部件32、岛状部件28、导电塞P1以及框架21，将电势施加给梳齿电极23A、23B。可以经由电极焊盘42、导电塞P2，框架31的从第二硅层得到的部分以及臂部件33，将电势施加给梳齿电极37。绕振荡轴A1的振荡运动的旋转位移量可以通过调整施加给梳齿电极13A、13B、23A、23B的电势来调整。进一步，振荡运动期间绕振荡轴A2的旋转位移量可以通过调整施加给梳齿电极36、37的电势来调整。振荡部件10贯穿镜支撑部件11的这种振荡驱动和随之产生的框架21和振荡部件10的这种振荡驱动可以适当地切换设置在镜支撑部件11上的镜面11a反射的光的反射方向。

在微镜元件X2中，类似于微镜元件X1，镜支撑部件11和框架21是在互不相同的导电层中通过不同的蚀刻工艺形成的部分。因此，当形成镜支撑部件11或框架21时，不需要在镜支撑部件11和框架21之间形成纵横比低于规定程度的间隙(即，在材料衬底的平面内方向上的长度大于规定程度的间隙)。在微镜元件X2中，镜支撑部件11和框架21在材料衬底的平面内方向上的分离距离d1(在图21和图22中示出)可以是避免镜支撑部件11与框架21在振荡部件10的振荡运动期间相接触所需的最小长度。因此，微镜元件X2适于微型化。

进一步，类似于上述微镜元件X1，通过设置镜支撑部件11在振荡轴A1的方向上的较小设计尺寸，也就是整个元件的较小设计尺寸，微镜元件X2适于微型化，同时通过设置所需数量的电极齿13a、13b、23a、23b、36a、37a，而无需考虑镜支撑部件11在振荡轴A1的方向上的设计尺寸，能确保对振荡部件10的振荡运动的驱动力。

图30示出包括多个微镜元件X2的微镜阵列Y2。为了使该图更清楚，在图30中，一些部分用阴影表示。进一步，图31和32是分别沿图30中的XXXI-XXXI线和XXXII-XXXII线的放大横截面图，这些示意图关于包含在微镜阵列Y2的微镜元件X2a、X2b。在微镜阵列Y2 中，多个微镜元件X2在振荡轴A1的方向上排成一行。因此，在微镜阵列Y2中，多个镜面11a在振荡轴A1的方向上排成一行。多个镜面11a的排列间距由L1+2L3+2d1+d2表示，其中，d2表示在两个相邻的微镜元件X2的框架21之间的分离距离。

如上所述，镜支撑部件11和框架21在材料衬底的平面内方向上的分离距离d1可以是避免镜支撑部件11与框架21在振荡部件10的振荡运动期间相接触所需的最小长度。另外，微镜元件X2具有适于在振荡轴A1的方向缩短长度的结构的驱动结构(梳齿电极13A、13B、23A、23B、36、37)。因此，在微镜阵列Y2中，对于多个镜面11a，可以实现短的排列间距。由此，在微镜阵列Y2中，多个镜面11a可以在振荡轴A1的方向上高密度地排列。

此外，在微镜阵列Y2中，在梳齿电极23A、23B接地的状态下，通过施加规定的电势给梳齿电极13A、13B，可以进行对每个微镜元件X2的振荡部件10绕振荡轴A1的驱动。因此，在微镜阵列Y2中，可以抑制相邻的微镜元件X2的电性干涉。

当驱动微镜元件X2b的振荡部件10绕着振荡轴A1振荡同时不驱动微镜元件X2a的振荡部件10绕着振荡轴A1振荡时，如果在微镜元件X2a、X2b的梳齿电极13A、13B接地的状态下，将规定电势施加给微镜元件X2b的梳齿电极23A、23B同时不将电势施加给微镜元件X2a的梳齿电极23A、23B，则电势差和因此导致的静电拽入力在微镜元件X2b的框架21 (该规定电势已施加到该框架)和微镜元件X2a的框架21(电势是0V)之间产生。为此，如果微镜元件X2a、X2b的两个框架21彼此靠得太近，显著的静电拽入力会作用在这两个框架21上，从而这两个框架绕着振荡轴A2旋转移位。从缩短微镜元件X2在振荡轴A1的方向上之间的距离和增加镜面11a的密度的角度而言，在位于图31和图32所示的横截面中的微镜元件X2a、X2b的最外侧的框架21之间会产生静电拽入力的驱动方法是不期望的。

相对照地，驱动微镜元件X2b的振荡部件10绕着振荡轴A1振荡同时不驱动微镜元件X2a的振荡部件10绕着振荡轴A1振荡时，如果在微镜元件X2a、X2b的梳齿电极23A、23B接地的状态下，将规定电势施加给微镜元件X2b的梳齿电极13A、13B且不将电势施加给微镜元件X2a的梳齿电极13A、13B，则电势差和因此导致的静电拽入力会在微镜元件X2a、X2b的两个框架21之间产生。在微镜元件X2a的接线部件27和振荡部件10之间和在微镜元件X2b的接线部件27和振荡部件10之间产生该电势差。然而，其分离距离比相邻的框架21的分离距离大。同时，相邻的接线部件27所相互面对的表面积比相邻的框架21所相互面对的表面积小。因此，很难在微镜元件X2a的接线部件27和振荡部件10之间以及在微镜元件X2b的接线部件27和振荡部件10之间产生显著的静电拽入力。因此，在微镜阵列Y2中，可以抑制相邻的微镜元件X2的电性干涉。在这种微镜阵列Y2中，多个镜面11a可以在振荡轴A1的方向上高密度地设置。

图33至36示出本发明第三实施例的微镜元件X3。图33是微镜元件X3的平面图。图34是有部分省略的微镜元件X3的平面图。图35和36是分别沿微镜元件X3的XXXV-XXXV线和XXXVI-XXXVI线的横截面图。

微镜元件X3包括振荡部件10、框架21、扭转接合部件22、梳齿电极23A和23B、接线部件27、岛状部件29、框架38(局部省略)、臂部件32和33、扭转接合部件39以及梳齿电极36和37。进一步，如上面参照微镜元件X1所述的，微镜元件X3是通过利用MEMS技术加工作为SOI衬底的材料衬底制造而成。材料衬底具有由第一、第二硅层以及在这些硅层之间的绝缘层组成的层叠结构。这些硅层通过掺入杂质具有规定的导电性。为了使图更清楚，在图33中，在从第一硅层得到的、并且相对于绝缘层从纸面向前伸出的部分中涂有阴影线。进一步，图34示出微镜元件X3中从第二硅层得到的结构。

微镜元件X3中的振荡部件10、框架21、扭转接合部件22以及梳齿电极23A和23B等同于第一实施例的振荡部件10、框架21、扭转接合部件22以及梳齿电极23A和23B。进一步，微镜元件X3中的臂部件32和梳齿电极36、37等同于第二实施例的臂部件32和梳齿电极36、37。

岛状部件29是从第一硅层得到的部分，且经由绝缘层固定在框架21上。进一步，岛状部件29比框架21窄，且等同于根据本发明的窄结构部件。

框架38是主要从第一和第二硅层得到的部分，具有规定的机械强度并且支撑位于框架38内部的结构。在框架38中从第二硅层得到的部分如图34所示。进一步，如图33和图35所示，框架38具有岛状部件38a，它与从第一硅层得到的部分中的围绕物在结构上和电性上都分离。例如，如图33所示，电极焊盘41、43设置在框架38的从第一硅层得到的部分上。电极焊盘41位于岛状部件38a之上，如图33和图35所示。电极焊盘43电连接至在框架38的从第一硅层得到的部分中的岛状部件38a的外侧。

臂部件33是主要从第一硅层得到的部分，且平行于臂部件32，即在垂直于振荡部件10的振荡轴A1的方向上，从框架38延伸。进一步，如图34所示，臂部件33固定在框架38的从第二硅层得到的部分上。

扭转接合部件39由一组振荡杆39a、39b和振荡杆39c组成。

振荡杆39a是主要从第一硅层得到的部分，且如图33和图35所示，连接至框架21和框架31的从第一硅层得到的部分并将它们接合。振荡杆39a也连接至框架21上的接线部件27。振荡杆39a和框架21被引入它们之间的绝缘层电分离。这种振荡杆39a在元件厚度方向H上比框架31的从第二硅层得到的部分薄，如图35所示。

振荡杆39b是主要从第二硅层得到的部分，且如图34和图35所示，连接至框架21和框架38的从第二硅层得到的部分并将它们接合。振荡杆39b也具有将框架21电连接至框架38的从第二硅层得到的部分的功能。在框架38的从第二硅层得到的部分中，固定振荡杆39b的区域与固定上述臂部件33的区域电分离。进一步，振荡杆39b在元件厚度方向H上比框架11和框架38的从第一硅层得到的部分薄，如图35所示。

振荡杆39c是主要从第一硅层得到的部分，且如图33所示，连接至臂部件32和框架38的从第一硅层得到的部分。振荡杆39c具有将臂部件32电连接至框架31的从第一硅层得到的部分的功能。进一步，振荡杆39c在元件厚度方向H上比臂32和框架31的从第一硅层得到的部分薄。

这种振荡杆39(振荡杆39a、39b、39c)限定了用于框架21的振荡运动的振荡轴A3。振荡轴A3的延伸方向垂直于振荡轴A1的延伸方向。这种振荡轴A3优选经过振荡部件10的重心或其附近。

在微镜元件X3中，根据需要，通过施加规定电势给梳齿电极13A、13B，23A、23B，36、37，能驱动振荡部件10贯穿镜支撑部件11绕着振荡轴A1振荡，且随之能驱动框架21和振荡部件10绕着振荡轴A3振荡。

可以经由电极焊盘41、框架38的岛状部件38a、振荡杆39a、接线部件27、两根振荡杆22a以及臂部件12，将电势施加给梳齿电极13A、13B。可以经由电极焊盘43、框架38的从第一硅层得到的且电连接至电极焊盘43的部分、振荡杆39c以及臂部件32，将电势施加给梳齿电极36。可以经由框架38的从第二硅层得到的部分、振荡杆39b以及框架21，将电势施加给梳齿电极23A、23B。可以经由框架38的从第二硅层得到的部分以及臂部件33，将电势施加给梳齿电极37。如上所述，在框架38的从第二硅层得到的部分中，固定振荡杆39b的区域和固定上述臂部件33的区域电分离。绕振荡轴A1的振荡运动的旋转位移量可以通过调整施加给梳齿电极13A、13B、23A、23B的电势来调整。进一步，绕着振荡轴A3的振荡运动的旋转位移量可以通过调整施加给梳齿电极36、37的电势来调整。通过对振荡部件10贯穿镜支撑部件11的这种振荡驱动、以及随之对框架和振荡部件10的振荡驱动，可以适当地切换设置在镜支撑部件11上的镜面11a反射的光的反射方向。

在微镜元件X3中，类似于微镜元件X1，镜支撑部件11和框架21是在互不相同的导电层中通过不同的蚀刻工艺形成的部分。因此，当形成镜支撑部件11或框架21时，不需要在镜支撑部件11和框架21之间形成纵横比低于规定程度的间隙(即，在材料衬底的平面内方向上的长度大于规定程度的间隙)。在微镜元件X3中，镜支撑部件11和框架21在材料衬底的平面内方向上的分离距离d1(在图33和图35中示出)可以是避免镜支撑部件11与框架21在振荡部件10的振荡运动期间相接触所需的最小长度。因此，微镜元件X3适于微型化。

进一步，类似于上述微镜元件X1，通过设置镜支撑部件11的在振荡轴A1的方向上的较小设计尺寸，也就是整个元件的较小设计尺寸，微镜元件X3适于微型化，同时通过设置所需数量的电极齿13a、13b、23a、23b、36a、37a，而无需考虑镜支撑部件11在振荡轴A1的方向上的设计尺寸，能确保对振荡部件10的振荡运动的驱动力。

图37示出包括多个微镜元件X3的微镜阵列Y3。为了使该图更清楚，在图37中，一些部分用阴影表示。进一步，图38和39是分别沿图37中的XXXVIII-XXXVIII线和XXXIX-XXXIX线的放大横截面图。在微镜阵列Y3中，多个微镜元件X3在振荡轴A1的方向上排成一行。因此，在微镜阵列Y3中，多个镜面11a在振荡轴A1的方向上排成一行。多个镜面11a的排列间距由L1+2L3+2d1+d3表示，其中，d3表示在两个相邻的微镜元件X3的框架21之间的分离距离。

如上所述，镜支撑部件11和框架21在材料衬底的平面内方向上的分离距离d1可以是避免镜支撑部件11与框架21在振荡部件10的振荡运动期间相接触所需的最小长度。另外，微镜元件X3具有适于在振荡轴A1的方向缩短长度的结构的驱动结构(梳齿电极13A、13B、23A、23B、36、37)。因此，在微镜阵列Y3中，对于多个镜面11a，可以实现较短的排列间距。由此，在微镜阵列Y3中，多个镜面11a可以在振荡轴A1的方向上高密度地排列。

进一步，在微镜阵列Y3中，在梳齿电极23A、23B接地的状态下，通过施加规定的电势给梳齿电极13A、13B，可以驱动每个微镜元件X3的振荡部件10绕着振荡轴A1振荡。因此，在微镜阵列Y3中，以与前面参照微镜阵列Y2相同的方式，可以抑制相邻的微镜元件X3之间的电性干涉。这种微镜阵列Y3适用于在振荡轴A1的方向上高密度地排列多个镜面11a。

Claims (16)

1.一种微振荡元件，其由材料衬底一体地形成，该材料衬底由第一导电层、第二导电层以及置于该第一导电层和该第二导电层之间的绝缘层制成，该微振荡元件包括：

振荡部件，其包括可移动操作部件；

振荡部件支撑框架；

扭转接合部件，其用于将该振荡部件与该框架接合，该扭转接合部件限定了该振荡部件作振荡运动的振荡轴；

其中，该可移动操作部件是形成在该第一导电层中的一部分，该框架是形成该第二导电层中的一部分。

2.如权利要求1所述的微振荡元件，还包括经由该绝缘层固定在该框架上的薄结构部件，其中，该薄结构部件形成在该第一导电层中，并且比该第一导电层薄。

3.如权利要求2所述的微振荡元件，其中，该薄结构部件经由穿过该绝缘层的导电连接部件电连接至该框架。

4.如权利要求1所述的微振荡元件，还包括形成在该第一导电层中的窄结构部件，其中，该窄结构部件经由该绝缘层固定在该框架上，并且比该框架窄。

5.如权利要求4所述的微振荡元件，其中，该窄结构部件经由穿过该绝缘层的导电连接部件电连接至该框架。

6.如权利要求4所述的微振荡元件，其中，该窄结构部件比该可移动操作部件薄。

7.如权利要求6所述的微振荡元件，其中，该窄结构部件经由穿过该绝缘层的导电连接部件电连接至该框架。

8.如权利要求1所述的微振荡元件，其中，该振荡部件包括臂部件和第一梳齿电极，该臂部件在与该振荡轴相交的方向上从该可移动操作部件延伸，该第一梳齿电极包括在与该臂部件相交的方向上从该臂部件延伸并且彼此分离的多个第一电极齿，以及

其中，该框架设有第二梳齿电极，以协同该第一梳齿电极使该振荡部件振荡，该第二梳齿电极包括在与该臂部件相交的方向上从该框架延伸并且彼此分离的多个第二电极齿。

9.如权利要求8所述的微振荡元件，其中，该第一电极齿平行于该振荡轴延伸。

10.如权利要求8所述的微振荡元件，其中，该第一电极齿在与该振荡轴相交的方向上延伸。

11.如权利要求8所述的微振荡元件，其中，该第二电极齿平行于该第一电极齿延伸。

12.如权利要求8所述的微振荡元件，其中，该第一梳齿电极包括至少三个第一电极齿，并且两个相邻的第一电极齿之间的距离随着与该振荡轴的距离的增加而增加。

13.如权利要求8所述的微振荡元件，其中，该第二梳齿电极包括至少三个第二电极齿，并且两个相邻的第二电极齿之间的距离随着与该振荡轴的距离的增加而增加。

14.如权利要求8所述的微振荡元件，其中，所述第一电极齿中的一个相关齿置于在该臂部件的延伸方向上相邻的两个第二电极齿之间，所述第一电极齿中的所述相关齿从所述两个第二电极齿之间的中心位置偏向该振荡轴。

15.如权利要求8所述的微振荡元件，其中，所述第一电极齿中的一个相关齿置于在该臂部件的延伸方向上相邻的两个第二电极齿之间，所述第一电极齿中的所述相关齿从所述两个第二电极齿之间的中心位置偏离该振荡轴。

16.如权利要求1所述的微振荡元件，还包括附加框架和附加扭转接合部件，其中，该附加扭转接合部件用于将该附加框架与该振荡部件支撑框架接合，并且还限定用于该振荡部件支撑框架作振荡运动的振荡轴。

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