发明内容
考虑到上述问题,本发明的一个目的在于本发明提供一种可以在降低的驱动电压下驱动并且容易制造的致动器及其制造方法。
为了达到上述目的,本发明的一个方面涉及一种致动器,其包含:
支撑衬底;
隔离器,其设置在支撑衬底上;
第一支撑部分,每一个通过隔离器被固定在支撑衬底上;
主体部分,其具有活动式梳状电极并且相对于第一支撑部分旋转;
弹性连接部分,用于以主体部分相对于第一支撑部分是可以旋转的方式使主体部分与第一支撑部分分别互连;
至少一个第二支撑部分,其通过隔离器被固定在支撑衬底上;
至少一个固定部分,其在隔离器没有干涉的条件下固定于支撑衬底上;
固定式梳状电极,其是与固定部分作为一个整体形成的或是连接到固定部分,并且以彼此间隔开的方式与活动式梳状电极啮合;和
桥接部分,用于直接或间接地连接固定部分到第二支撑部分,
其中固定部分以固定部分相对于第二支撑部分向支撑衬底偏转、同时使桥接部分弯曲的状态被固定于支撑衬底,由此初始偏移固定式梳状电极,以使其在支撑衬底的厚度方向上与活动式梳状电极不成一直线,
其中通过向活动式梳状电极和固定式梳状电极施加交流电压而使主体部分旋转。
在此致动器中,由于初始偏移固定式梳状电极,以使其在支撑衬底的厚度方向上与活动式梳状电极不成一直线的事实,可以使致动器平稳地开始其操作。此外,由于在制造致动器的方法中,通过使用相同的掩模,可以同时在同一层上将固定式梳状电极和活动式梳状电极形成图案的事实,不仅可以相当精确地形成固定式梳状电极和活动式梳状电极之间的间隙,而且可以简化制造致动器的方法。这有助于减小间隙的尺寸,从而使致动器可以在更低的驱动电压下操作。另外,在对固定式梳状电极和活动式梳状电极进行形成图案过程之后,可以仅仅通过将固定部分固定于支撑衬底上而实现初始偏移。这也有助于简化制造致动器的方法。
特别是,根据该致动器,上述的初始偏移是通过偏转固定式梳状电极而产生的,这表明可以在没有增大构成振动系统的构件的尺寸的情况下达到上述的有益效果。而且,由于上述的初始偏移是通过偏转固定式梳状电极而产生的事实,可以依照生产商的需要选择构成振动系统的构件的形状和尺寸,从而允许致动器显示所需要的特性以及实现上述的有益效果。
在根据本发明的致动器中,优选的是第一支撑部分、主体部分、弹性连接部分、第二支撑部分、固定部分、固定式梳状电极和桥接部分是通过对设置在支撑衬底上的一层形成图案而形成的。
这使得可以以更简单的方式制造致动器。
此外,在根据本发明的致动器中,优选的是活动式梳状电极是相对于主体部分绕其旋转的旋转轴而在主体部分的相反两侧处以一对的形式设置的。
这确保致动器平稳地开始其操作并且继续以无故障方式驱动。
此外,在根据本发明的致动器中,优选的是主体部分是具有主表面的板状,并且具有设置在主体部分的主表面上的反光部分。
这允许本发明的致动器得到其在光学器件如光学扫描器、光学衰减器、光学开关等中的应用。
此外,在根据本发明的致动器中,还优选的是固定式梳状电极是与主体部分的活动式梳状电极对相对应的关系至少以一对的形式设置的,并且固定式梳状电极对的至少一个是相对于第二支撑部分向支撑衬底而被初始偏移的。
这确保致动器平稳地开始其操作并且致动器以无故障方式驱动。
在上述的致动器中,优选的是固定式梳状电极对的一个是相对于第二支撑部分向支撑衬底被初始偏移的。
这也确保致动器更加平稳地开始其操作并且致动器以无故障方式驱动。
此外,在上述的致动器中,还优选的是固定式梳状电极对的另一个是相对于第二支撑部分远离支撑衬底而被初始偏移的。
这也确保致动器还更加平稳地开始其操作并且致动器以再更无故障方式驱动。
而且,在根据本发明的致动器中,还优选的是支撑衬底具有主表面,并且初始偏移固定式梳状电极,以使其相对于支撑衬底的主表面倾斜。
这也确保致动器更加平稳地开始其操作并且致动器以无故障方式驱动。
而且,在根据本发明的致动器中,还优选的是固定式梳状电极通过连接构件被连接到固定部分,并且桥接部分将固定式梳状电极连接到第二支撑部分,其中初始偏移是通过固定式梳状电极关于桥接部分与固定式梳状电极的连接点旋转而产生的。
这使得可以以相对简单的方式相对支撑衬底的主表面倾斜固定式梳状电极。
而且,在根据本发明的致动器中,还优选的是每个固定部分为板状,并且具有多个沿其厚度方向形成的狭缝。
这使得可以在制造致动器时容易地将固定部分固定于支撑衬底上。
本发明的另一方面涉及一种致动器,其包含:
支撑衬底;
隔离器,其设置在支撑衬底上;
第一支撑部分,每个第一支撑部分通过隔离器被固定在支撑衬底上;
第一主体部分,其相对于第一支撑部分是可旋转的,每个第一主体部分具有可移动的电极;
第二主体部分,其相对于第一主体部分是可旋转的;
第一弹性连接部分,用于以第一主体部分相对于第一支撑部分是可以旋转的方式分别使第一支撑部分和第一主体部分互连;
第二弹性连接部分,用于以第二主体部分相对于第一主体部分是可以旋转的方式使第一主体部分和第二主体部分互连;
至少一个第二支撑部分,其通过隔离器被固定在支撑衬底上;
固定部分,其在隔离器没有干涉的条件下固定于支撑衬底上;
固定式梳状电极,其是与固定部分作为一个整体形成的或是分别连接到固定部分,并且以彼此间隔开的关系与相应的活动式梳状电极啮合;和
桥接部分,用于直接或间接地连接固定部分到第二支撑部分,
其中固定部分以固定部分相对于第二支撑部分向支撑衬底偏转、同时使桥接部分弯曲的状态被固定于支撑衬底,由此初始偏移固定式梳状电极,以使其在支撑衬底的厚度方向上与活动式梳状电极不成直线,
其中通过将交流电压施加至活动式梳状电极和固定式梳状电极之间而使第一主体部分旋转,并且第二主体部分响应第一主体部分的旋转而旋转。
在此致动器中,由于初始偏移固定式梳状电极,以使其在支撑衬底的厚度方向上与活动式梳状电极不成直线的事实,可以使致动器平稳地开始其操作。此外,由于在制造致动器的方法中,通过使用相同的掩模,可以同时在同一层上将固定式梳状电极和活动式梳状电极形成图案的事实,不仅可以相当精确地形成固定式梳状电极和活动式梳状电极之间的间隙,而且可以简化制造致动器的方法。这有助于减小间隙的尺寸,从而使致动器可以在更低的驱动电压下操作。另外,在对固定式梳状电极和活动式梳状电极进行形成图案过程之后,可以仅仅通过将固定部分固定于支撑衬底上而产生初始偏移。这也有助于简化制造致动器的方法。
此外,此致动器可以增大第二主体部分的振动幅度,同时减小第一主体部分的振动幅度。即,对于致动器可以使第二主体部分的振动幅度更大,同时降低驱动电压。
特别是,根据该致动器,上述的初始偏移是通过偏转固定式梳状电极而产生的,这表明可以在没有增大构成振动系统的构件的尺寸的情况下达到上述的有益效果。而且,由于上述的初始偏移是通过偏转固定式梳状电极而产生的事实,可以依照生产商的需要选择构成振动系统的构件的形状和尺寸,从而允许致动器显示所需要的特性以及实现上述的有益效果。
在根据本发明的致动器中,优选的第一支撑部分、第一主体部、第二主体部分、第一弹性连接部分、第二弹性连接部分、第二支撑部分、固定部分、固定式梳状电极和桥接部分是通过对设置在支撑衬底上的一层形成图案而形成的。
这使得可以以更简单的方式制造致动器。
在根据本发明的致动器中,优选的是活动式梳状电极是相对于第一主体部分绕其旋转的旋转轴而在每个第一主体部分的相反两侧处以一对的形式设置的。
这确保致动器平稳地开始其操作并且继续以无故障方式驱动。
在根据本发明的致动器中,优选的是第二主体部分是具有主表面的板状,并且具有设置在第二主体部分的主表面上的反光部分。
这允许本发明的致动器得到其在光学器件如光学扫描器、光学衰减器、光学开关等中的应用。
在根据本发明的致动器中,优选的是固定式梳状电极是以与每个第一主体部分的活动式梳状电极相对应的关系至少以一对的形式设置的,并且固定式梳状电极对的至少一个是相对于第二支撑部分向支撑衬底而被初始偏移的。
这确保致动器平稳地开始其操作并且致动器以无故障方式驱动。
在上述的致动器中,优选的是固定式梳状电极对的一个是相对于第二支撑部分向支撑衬底而被初始偏移的。
这也确保致动器更加平稳地开始其操作并且致动器以无故障方式驱动。
此外,在上述的致动器中,优选的是固定式梳状电极对的另一个是相对于第二支撑部分远离支撑衬底而被初始偏移的。
这也确保致动器还更加平稳地开始其操作并且致动器以更加无故障的方式驱动。
此外,在根据本发明的致动器中,优选的是初始偏移固定式梳状电极,以使其相对于支撑衬底的主表面倾斜。
这也确保致动器更加平稳地开始其操作并且致动器以无故障方式驱动。
而且,在根据本发明的致动器中,优选的是其中将每个固定式梳状电极通过连接构件连接到相应的固定部分,并且桥接部分将固定式梳状电极连接到第二支撑部分,其中初始偏移是通过将固定式梳状电极绕桥接部分与固定式梳状电极的连接点旋转而产生的。
这使得可以以相对简单的方式使固定式梳状电极相对支撑衬底的主表面倾斜。
而且,在根据本发明的致动器中,还优选的是固定部分为板状,并且具有多个沿其厚度方向形成的狭缝。
这使得可以在制造致动器时容易地将固定部分固定于支撑衬底上。
本发明的再一方面涉及一种制造根据上述“一方面”所述的致动器的方法,该方法包括:
制备包括第一层、第二层和第三层的衬底的第一步骤,其中所述第一层、第二层和第三层是以所述的次序以一层在另一层之上而被沉积的;
将第一层形成图案以成为对应于第一支撑部分、主体部分、弹性连接部分、第二支撑部分、固定部分、固定式梳状电极和桥接部分的形状的第二步骤;
将第二层形成图案以成为对应于隔离器的形状的第三步骤;和
将第一层对应于固定部分的部分固定于第三层上的第四步骤。
这使得可以容易地制备可以在降低的电压下操作的单自由度振动系统的致动器。
在此制造方法,优选的是该方法还包括:在第四步骤之前用清洗流体清洗衬底的步骤,其中通过干燥和去除在第一层对应于固定部分的部分和第三层之间存在的清洗流体,而使第一层对应于固定部分的部分在第四步骤与第三层接触并且固定于其上。
这使得可以在制造致动器时容易将固定部分固定于支撑衬底上。
本发明的又一方面涉及一种制造根据上述“另一方面”所述的致动器的方法,该方法包括:
制备包括第一层、第二层和第三层的衬底的第一步骤,其中所述第一层、第二层和第三层是以所述的次序以一层在另一层之上而被沉积的;
将第一层形成图案以成为对应于第一支撑部分、第一主体部分、第二主体部分、第一弹性连接部分、第二弹性连接部分、第二支撑部分、固定部分、固定式梳状电极和桥接部分的形状的第二步骤;
将第二层形成图案以成为对应于隔离器的形状的第三步骤;和
将第一层对应于固定部分的部分固定于第三层上的第四步骤。
这使得可以容易地制备可以在降低的电压下操作的单自由度振动系统的致动器。
在此制造方法,优选的是该方法还包括:在第四步骤之前用清洗流体清洗衬底的步骤,其中通过干燥和去除在第一层对应于固定部分的部分和第三层之间存在的清洗流体,而使第一层对应于固定部分的部分在第四步骤与第三层接触并且固定其上。
这使得可以在制造致动器时容易将固定部分固定于支撑衬底上。
本发明的这些和其它目的、结构和结果在将优选实施方案的下列详述结合附图进行考虑时将变得更加清楚地明白。
具体实施方式
以下,将参考附图描述根据本发明的致动器的优选实施方案。
<第一实施方案>
首先,将描述根据本发明的致动器的第一实施方案。图1是显示根据本发明的致动器的第一实施方案的平面图。图2A和2B是沿图1中的A-A线取的致动器的横截面图。图3A至3E是图示制造图1中所示的致动器的方法的视图。为了描述的方便,应当注意的是在下面的描述中,将相对于图1中的纸平面观看时的前面、后面、右面和左面分别称作“上”、“下”、“右”和“左”,或它们的等价物。此外,将相对于图2A和图2B中的纸平面观看时的右侧、左侧、上侧和下侧分别称作“右”、“左”、“上”和“下”,或它们的等价物。
图1中所示的致动器1包括具有单自由度振动系统的结构体2。如图2A和图2B中最佳示意的,结构体2通过隔离器5支撑在支撑衬底4上。结构体2设置有:主体部分21,第一支撑部分22和23、用于连接第一支撑部分22和23相应的一个到主体部分21上的弹性连接部分24和25、第二支撑部分31和32、固定部分33和34和用于将固定部分33和34相应的一个结合到第二支撑部分31和32上的桥接部分35和36。
如后面所述,结构体2是通过例如相对于一层硅层进行形成图案作业而得到的。换言之,第一支撑部分22和23、主体部分21、弹性连接部分24和25、第二支撑部分31和32、固定部分33和34(包括后面所述的固定式梳状电极331和341)和桥接部分35和36是通过对设置在支撑衬底4上的一层形成图案而形成的。如下面所述,这可以以更容易的方式制造致动器1。
主体部分21为板状,并且在如图1和2中观看的横向相对两端的一端(左侧端)的栉状活动式梳状电极211和横向相对两端的另一端(右侧端)的栉状活动式梳状电极212。
即,活动式梳状电极211和212是在主体部分21的相反两侧处成对设置的,其中主体部分21的旋转轴位于它们之间。这确保致动器1平稳地开始其操作,并且致动器以无故障方式驱动。
此外,主体部分21在其上表面上设置有反光部分213。这允许本发明的致动器1得到其在光学器件如光学扫描器、光学衰减器、光学开关等中的应用。
用于支撑主体部分21的第一支撑部分22和23是通过后面描述的隔离器5而结合至支撑衬底4上的。
弹性连接部分24和25是在主体部分21和位于主体部分21相对的两端的第一支撑部分22和23每个之间成对设置的。彼此同轴地安置弹性连接部分24和25,并且主体部分21能够相对于第一支撑部分22和23绕起旋转中心轴(旋转轴)作用的弹性连接部分24和25旋转。
弹性连接部分24和25每个的弹簧常数k1优选为1×10-4至1×104Nm/rad,更优选为1×10-2至1×103Nm/rad,并且再更优选为1×10-1至1×102Nm/rad。这使得可以增大主体部分21的旋转角(振动角),同时降低其驱动电压。如此,主体部分21、第一支撑部分22和23和弹性连接部分24和25合作构成单自由度的振动系统。
为了驱动上述的单自由度振动系统,与固定部分33和34整体形成的是固定式梳状电极331和341,其反过来以彼此间隔开的关系分别与主体部分22的活动式梳状电极211和212啮合。即,结构体2设置有分别与主体部分2的活动式梳状电极211和212相对应的固定式梳状电极331和341。
此外,固定部分33和34为板状并且在隔离器5没有干涉的条件下直接固定于(附于)支撑衬底4上。如图2A中所示,这确保初始偏移固定式梳状电极331和341,以使其在支撑衬底4的厚度方向上与活动式梳状电极211和212不成直线,即向支撑衬底4偏转与隔离器5厚度相同的距离。
如图2A中所图示的,在本实施方案中,将固定式梳状电极331和341都相对于第二支撑部分31和32向支撑衬底4初始偏移。这确保致动器1平稳地开始其操作,并且继续以无故障方式驱动。
此外,如图2B中所图示的,固定式梳状电极331和341只有一个可以相对于第二支撑部分31和32向支撑衬底4被初始偏移。这也确保致动器1平稳地开始其操作,并且继续以更加无故障方式驱动。在这种情况下,隔离器可以任选地插入在最初没有偏转侧的固定部分34和支撑衬底4之间。换言之,在最初没有偏转侧的固定部分34可以构成第二支撑部分32的一部分。
此外,固定部分33和34各自具有多个沿其厚度方向形成的狭缝332和342。这保证当以下述方式制造致动器1时,固定部分33和34容易地固定于支撑衬底4上。应当注意的是,固定部分33和34的狭缝不限于上述的狭缝,而可以为任意形状、位置和数量,只要它们可以提供上述的有益效果即可。
固定部分33和34通过桥接部分35和36连接到第二支撑部分31和32。即,桥接部分35和36起直接将固定部分33和34连接到第二支撑部分31和32的作用。
桥接部分35和36每个包含六个杆状构件。此外,桥接部分35和36不限于上述的桥接部分,而例如,可以具有任意形状、位置和数量的组成构件,只要可以设置下述的初始位置即可。
第二支撑部分31和32通过隔离器5被牢固地固定于支撑衬底4上。因而,固定部分33和34以它们相对于第二支撑部分31和32向支撑衬底4偏转、同时使桥接部分35和36弯曲的状态被固定于支撑衬底4上。如上面所述,这允许固定式梳状电极331和341以它们在支撑衬底4的厚度方向上与活动式梳状电极211和212不成直线的方式设置初始位置。
支撑衬底4主要由例如各种玻璃、硅等组成。如图1和2中所绘,穿过支撑衬底4形成开口41,以准许主体部分21旋转。
开口41的角色是作为在旋转或振动时防止主体部分21与支撑衬底4接触的回避部分。通过设置开口(回避部分)41,可以增大主体部分21的振动角(幅度),同时避免致动器1的整体尺寸增大。上述回避部分可以形成为凹部代替开口41,条件是凹部允许主体部分21旋转。
隔离器5被设置在支撑衬底4上,并且包括:用于支撑第二支撑部分31和32的第一隔离器部分51和52,和用于支撑第一支撑部分22和23的第二隔离器部分(未示出)。换言之,第一支撑部分22和23通过隔离器5的第二隔离器部分(未示出)被固定到支撑衬底4上,而第二支撑部分31和32通过第一隔离器部分51和52被固定到支撑衬底4上。
下面,将给出对操作根据本实施方案的致动器1的方法的描述。
将电压(例如,相位差为180°的交流电压)交替地施加到活动式梳状电极211和固定式梳状电极331之间以及活动式梳状电极212和固定式梳状电极341之间。这在活动式梳状电极211和固定式梳状电极331之间以及活动式梳状电极212和固定式梳状电极341之间交替地产生静电力(库仑力)。静电力可以使主体部分21以主体部分21相对于支撑衬底4的主表面(平行于图1中的纸平面的表面)倾斜的方式围绕旋转中心轴,即围绕弹性连接部分24和25振动或旋转。
如此,通过将交流电压施加于活动式梳状电极211和212和固定式梳状电极331和341之间,致动器1引起主体部分21旋转。
在此致动器1中,由于固定式梳状电极331和341被初始偏移,以使其在支撑衬底4的厚度方向上与活动式梳状电极211和212不成直线的事实,可以使致动器1平稳地开始其操作。此外,由于在上述制造致动器1的方法中,通过使用相同的掩模,可以同时在同一层上将固定式梳状电极331和341和活动式梳状电极211和212形成图案的事实,不仅可以相当精确地形成固定式梳状电极331和341和活动式梳状电极211和212之间的间隙,而且可以简化制造致动器1的方法。这有助于减小间隙的尺寸,从而使致动器1可以在更低的驱动电压下操作。另外,在对固定式梳状电极331和341和活动式梳状电极211和212进行形成图案过程之后,通过将固定部分33和34固定于支撑衬底4上,可以产生上述初始偏移。这也有助于简化制造致动器1的方法。
特别是,根据本发明,上述的初始偏移是通过偏转固定式梳状电极331和341而产生的,这表明可以在没有增大构成振动系统的构件的尺寸的情况下达到上述的有益效果。而且,由于上述的初始偏移是通过偏转固定式梳状电极331和341而产生的事实,可以依照生产商的需要选择构成振动系统的构件的形状和尺寸,从而允许致动器1显示所需要的特性以及实现上述的有益效果。
接着,将参考图3A至图3E描述制造图1和2中所示的致动器1的一种示例方法,图3A至图3E是图示制造致动器1的方法图。图3A至图3E中的每个图对应于沿图1中的A-A线取的横截面。
制造致动器1的方法包括以下步骤:[1]制备包括第一层、第二层和第三层的三层衬底,所述的第一层、第二层和第三层是以所述的次序以一层在另一层之上而被沉积的,[2]蚀刻第一层,[3]蚀刻第三层,[4]蚀刻第二层,和[5]将第一层的一部分固定于第三层上。现在将一个接一个地描述相应的步骤。
[1]衬底制备步骤(第一步骤)
首先参考图3A,制备三层衬底10,其具有第一层6、第二层7和第三层8,所述的三层是以所述的次序以一层在另一层之上而沉积的。在这点上,第一层6将在下面所述的蚀刻步骤[2]被蚀刻,第二层7将在下面所述的蚀刻步骤[4]被蚀刻,而其在下面的蚀刻步骤[2]和[3]基本上未被蚀刻,并且第三层8将在下面所述的蚀刻步骤[3]被蚀刻。
在构成衬底10的相应层中,第一层6、第二层7和第三层8分别变为结构体2、隔离器5和支撑衬底4。
尽管可以将以不同的组合包含层6、7和8的各种衬底采用为上述的衬底10,但是特别优选使用SOI衬底,其具有主要由Si组成的第一层6,主要由SiO2组成的第二层7和主要由Si组成的第三层8,这些层各自是以所述的次序以一层在另一层之上而沉积的。SOI衬底作为衬底10的使用使得可以以相对简单的方式制造致动器1。通过采用其中将SOI衬底用作衬底10的情形,进行下面的描述。
[2]第一蚀刻步骤(第二步骤)
再参考图3B,由此制备的形成衬底10形成有结构体2的图案,即主体部分21、第一支撑部分22和23、弹性连接部分24和25、第二支撑部分31和32、固定部分33和34和桥接部分35和36的图案。
具体地,通过例如光刻法或其它类似的方法,在衬底10的第一层6(第二层7的反面)的蚀刻区域上首先形成其形状对应于结构体2的图案的掩模。
然后,使用由此形成的掩模蚀刻第一层6。这导致第一层6形成图案成为对应于掩模的形状,即结构体2的形状。此时,第二层7基本上未被第一蚀刻操作所蚀刻,并且其角色是在第一蚀刻步骤的过程中阻止蚀刻的任何进一步传播的停止器层。
在第一蚀刻方法中,例如,可以独立或组合地使用一种或两种或多种干式蚀刻方法,如活性离子蚀刻方法、等离子体蚀刻方法、光束蚀刻方法和光辅助蚀刻方法,湿式蚀刻方法等。在这些方法中,优选使用干式蚀刻方法,特别是活性离子蚀刻方法。
干式蚀刻方法(特别是活性离子蚀刻方法)在第一蚀刻步骤中的使用使得可以在提高的各向异性下蚀刻第一层6,并且进一步在具有更高的尺寸精度下对第一层6进行形成图案的作业。
然后去除掩膜。如果在后面描述的步骤[4]中使用湿式蚀刻方法,则在步骤[4]的第三蚀刻之前去除掩模防止或抑制了蚀刻溶液的任何污染,否则由于掩模材料(例如,光刻胶材料或金属材料)的溶解将发生污染。
掩模可以通过例如在掩模由光刻胶材料组成的情况下,由光刻胶剥离溶液,并且在掩模由金属材料组成的情况下,由金属剥离溶液如磷酸溶液来去除。
可以在没有去除掩模的条件下进行下面所述的步骤[3],在此情况下在步骤[3]或[4]之后去除掩模。
如上所述,在步骤[2]中对第一层6形成图案或加工成为对应于结构体2的形状。
[3]第二蚀刻步骤
转到图3C,穿过经过上述步骤的衬底10的第三层8,形成开口41。
具体地,通过例如光刻法或其它类似的方法,在衬底10的第三层8的蚀刻区域上首先形成具有对应于开口41的孔的掩模。
然后,使用由此形成的掩模,蚀刻第三层8。这导致第三层8形成图案成为对应于掩模的形状,即支撑衬底4的形状。此时,第二层7基本上未被第二蚀刻操作所蚀刻,并且其角色是在第二蚀刻步骤的过程中阻止蚀刻的任何进一步传播的停止器层。
可以使用与第一蚀刻步骤中相同的方法进行第二蚀刻步骤。例如,可以独立或组合地使用一种或两种或多种干式蚀刻方法,如活性离子蚀刻方法、等离子体蚀刻方法、光束蚀刻方法和光辅助蚀刻方法,湿式蚀刻方法等。在这些方法中,优选使用干式蚀刻方法,特别是活性离子蚀刻方法。
干式蚀刻方法(特别是活性离子蚀刻方法)在第二蚀刻步骤中的使用使得可以在提高的各向异性下蚀刻第三层8,并且进一步在具有更高的尺寸精度下对第三层8进行形成图案的作业。
然后去除掩膜。如果在后面描述的步骤[4]中使用湿式蚀刻方法,则在步骤[4]的第三蚀刻之前去除掩模防止或抑制了蚀刻溶液的任何污染,否则由于掩模材料(例如,光刻胶材料或金属材料)的溶解将发生污染。
掩模可以通过例如在掩模由光刻胶材料组成的情况下,由光刻胶剥离溶液,并且在掩模由金属材料组成的情况下,由金属剥离溶液如磷酸溶液来去除。
可以在没有去除掩模的条件下进行下面所述的步骤[4],在此情况下在步骤[4]之后去除掩模。
如上所述,在步骤[3]中对第三层8形成图案或加工,以由此形成开口41。
[3]第三蚀刻步骤(第三步骤)
接着,对于第二层7进行第三蚀刻步骤,在该方法中,单独蚀刻第二层7,而第一层6和第三层8保持基本上未被蚀刻。该步去除第二层7的部分。
在第三蚀刻步骤中,可以独立或组合地使用一种或两种或多种干式蚀刻方法,如活性离子蚀刻方法、等离子体蚀刻方法、光束蚀刻方法和光辅助蚀刻方法,湿式蚀刻方法等。在这些方法中,优选使用湿式蚀刻方法。
湿式蚀刻方法在第三蚀刻步骤中的使用使得可以各向同性地蚀刻第二层7。因此,可以有效在去除刚好位于第一层6之下的第二层7,所述的第二层7在上述的步骤[2]幸免于加工。
在湿式蚀刻方法中使用的蚀刻溶液的实例包括氢氟酸。
如果将衬底10浸渍在这种蚀刻溶液中,第二层7未被残存的第一层6(结构体2)覆盖的部分从其上表面开始被蚀刻,该蚀刻方法各向同性地进行。此外,第二层7未被残存的第三层8覆盖的部分(对应于开口41的部分)从其下表面开始被蚀刻,该蚀刻方法各向同性地进行。
随着继续进行蚀刻,第二层7被第一层6和第三层8覆盖的部分也从其暴露的侧表面开始被蚀刻,并且被渐渐地去除。当以这种方式去除第二层7时,在第三层8和第一层6之间产生间隙。
在这方面,当从结构体2之上观看时,第一支撑部分22和23和第二支撑部分31和32具有比结构体2不包括第一支撑部分22和23和第二支撑部分31和32的部分更大的面积。因此,第二层7刚好在不包括第一支撑部分22和23和第二支撑部分31和32的部分结构体2下面安置的部分基本上被全部去除时,第二层7刚好位于第一支撑部分22和23和第二支撑部分31和32下面的部分仍然还在。
此时,第二层7对应于固定部分33和34的部分具有沿其厚度方向形成的狭缝,因此,通过由侧表面开始的蚀刻,可以基本上完全地被除去。
如果此时终止第三蚀刻方法(在这种状况下),第一支撑部分22和23和第二支撑部分31和32通过残存的第二层7而分别被固定到第三层8(支撑衬底4)上。另一方面,如从图3D中可见,不包括第一支撑部分22和23和第二支撑部分31和32的部分结构体2保持浮动在第三层8上。
[5]固定步骤(第四步骤)
接着参考图3E,将第一层6对应于固定部分33和34的部分固定于第三层8(即,支撑衬底4)上。
对固定方法的种类没有特别限制,只要是可以将第一层6对应于固定部分33和34的部分直接固定于第三层8(即,支撑衬底4)上的方法即可。但是,优选的是应当通过如下方法进行固定步骤:在步骤[4]形成图案的操作之后,用清洗流体清洗衬底10,干燥由此清洗的衬底10,然后通过使用在从第一层6和第二层7之间驱逐清洗流体时产生的吸收力,使第一层6对应于固定部分33和34的部分与第三层8接触。换言之,适宜的是,应当在固定步骤(第四步骤)之前进行清洗衬底10的步骤,并且还适宜的是,在固定步骤(第四步骤)中,应当通过干燥和去除第一层6在对应于固定部分33和34的部分与第三层8之间存在的清洗流体,使第一层6对应于固定部分33和34的部分与第三层8接触并且固定其上。这使得可以在制造致动器1的方法过程中以简化方式将固定部分33和34固定于支撑衬底4上。
通过上述步骤,可以容易地制造单自由度振动系统的低压驱动致动器1。
特别是,由于在制造致动器1的方法中,通过使用相同的掩模,可以同时在同一层上将固定式梳状电极331和341和活动式梳状电极211和212形成图案的事实,不仅可以相当精确地形成固定式梳状电极331和341和活动式梳状电极211和212之间的间隙,而且可以简化制造致动器1的方法。这有助于减小间隙的尺寸,从而使致动器1可以在更低的驱动电压下操作。另外,在对固定式梳状电极331和341和活动式梳状电极211和212进行形成图案过程之后,仅仅通过将固定部分33和34固定于支撑衬底4上,可以产生上述初始偏移。这也有助于简化制造致动器1的方法。
<第二实施方案>
接着,将描述根据本发明的致动器的第二实施方案。图4是显示根据本发明的致动器的第二实施方案的平面图。图5是沿图4中的B-B线取的致动器的横截面图。为了描述的方便,应当注意的是在下面的描述中,将相对于图4中的纸平面观看时的前面、后面、右面和左面分别称作“上”、“下”、“右”和“左”,或它们的等价物。此外,将相对于图5中的纸平面观看时的上侧、下侧、右侧和左侧分别称作“上”、“下”、“右”和“左”,或它们的等价物。
以下,将通过将焦点放在第一和第二实施方案之间的区别上来描述根据第二实施方案的致动器,并且对相同的部分或要素将不给出描述。
除了固定部分、固定式梳状电极和桥接部分的构造外,第二实施方案的致动器1A与第一实施方案的致动器1基本上相同。
更具体而言,图4和5中所示的致动器1A包括单自由度振动系统的结构体2A。结构体2A通过隔离器5支撑在支撑衬底4上。
结构体2A包括固定部分33A和34A、固定式梳状电极331A和341A和桥接部分35A和36A。固定式梳状电极331A和341A通过连接构件333和343以它们可以以彼此间隔开的关系与活动式梳状电极211和212啮合的方式被连接到固定部分33A和34A上。连接构件333和343每个包含一对L型构件。
另一方面,桥接部分35A起通过固定式梳状电极331A将固定部分33A间接连接到第二支撑部分31上的作用。更具体而言,桥接部分35A包含一对曲柄形构件,其一端连接到固定式梳状电极331A,并且其另一端在相对于连接构件333的固定部分33A同一侧连接到第二支撑部分31。因此,通过将固定部分33A固定于支撑衬底4上,使固定式梳状电极331A围绕旋转轴旋转,即围绕桥接部分35A与固定式梳状电极331A的连接点(桥接部分35A的一端)旋转,并且以可以将固定式梳状电极331A向支撑衬底4初始偏移的方向使其相对于支撑衬底4的主表面倾斜。
另一方面,桥接部分36A起通过固定式梳状电极341A将固定部分34A间接连接到第二支撑部分32上的作用。更具体而言,桥接部分36A包含一对直线构件,其一端连接到固定式梳状电极341A,并且其另一端在相对于连接构件343的固定部分34A相反侧连接到第二支撑部分32。因此,通过将固定部分34A固定于支撑衬底4上,使固定式梳状电极341A围绕旋转轴旋转,即围绕桥接部分36A与固定式梳状电极341A的连接点(桥接部分36A的一端)旋转,并且以可以将固定式梳状电极341A远离支撑衬底4初始偏移的方向使其相对于支撑衬底4的主表面倾斜。
通过初始偏移固定式梳状电极331A和341A以使其相对于支撑衬底4相反地倾斜,可以确保致动器1A平稳地开始其操作,并且继续以无故障方式驱动。
特别是,在本实施方案中,上述的初始偏移是通过使固定式梳状电极331A围绕旋转轴,即围绕桥接部分35A与固定式梳状电极331A的连接点(桥接部分35A的一端)旋转,而且通过使固定式梳状电极341A围绕旋转轴,即围绕桥接部分36A与固定式梳状电极341A的连接点(桥接部分36A的一端)旋转而进行的。这使得可以用相对简单的方式使固定式梳状电极331A和341A相对于支撑衬底4的主表面倾斜。
而且,使固定式梳状电极331A相对于第二支撑部分31向支撑衬底4初始偏移,而使固定式梳状电极341A相对于第二支撑部分32远离支撑衬底4初始偏移。这确保致动器1A更加平稳地开始其操作,并且继续以更加继续无故障方式驱动。
<第三实施方案>
接着,将描述根据本发明的致动器的第三实施方案。图6是显示根据本发明的致动器的第三实施方案的平面图。为了描述的方便,应当注意的是在下面的描述中,将相对于图6中的纸平面观看时的前面、后面、右面和左面分别称作“上”、“下”、“右”和“左”,或它们的等价物。
以下,将通过将焦点放在第一和第三实施方案之间区别上来描述根据第三实施方案的致动器,并且对相同的部分或要素将不给出描述。
第三实施方案的致动器1B除了它采用双自由度振动系统外与第一实施方案的致动器1基本上相同。
即,图6中所示的致动器1B包括:由两个第一实施方案的致动器1的组合而制造的第一振动系统,和响应第一振动系统的振动而振动的第二振动系统。
更具体地,图6中所示的致动器1B包括具有双自由度振动系统的结构体2B。结构体2B通过隔离器(未示出)而支撑在支撑衬底4上。结构体2B设置有:第一主体部分21A和21B、第二主体部分26、第一支撑部分22和23、用于使第一主体部分21A和21B和第一支撑部分22和23互连的第一弹性连接部分24A和25A、用于使第二主体部分26和第一主体部分21A和21B互连的第二弹性连接部分24B和25B、第二支撑部分31A和32A、固定部分33B,33C,34B和34C,以及用于将固定部分33B,33C,34B和34C连接到第二支撑部分31A和32A的桥接部分35B,35C,36B和36C。
正如上述结构体2A一样,结构体2B是通过例如对单一的硅层形成图案而得到的。基本上位于结构体2B中心的是第二主体部分26,在其一端面(右侧)设置第一主体部分21A,并且其在其另一端面(左侧)设置第一主体部分21B。
第一主体部分21A和21B和第二主体部分26每个通常为板状。此外,在本实施方案中,第一主体部分21A和21B具有基本上相同的形状和尺寸,并且通常是以彼此对称的关系设置的,其中将第二主体部分26放置于它们之间。此外,如图6中所观看的,将第一支撑部分22安置在第一主体部分21A的右侧,而将第一支撑部分23安置在第一主体部分21B的左侧。
第二主体部分26在其上表面(与支撑衬底4相反的表面)上设置有反光部分261。这允许本发明的致动器1B得到其在光学器件如光学扫描器、光学衰减器、光学开关等中的应用。
此外,如图6中所示,结构体2B设置有一对第一弹性连接部分24A和25A,用于以可以相对于第一支撑部分22和23之一旋转第一主体部分21A和21B的方式使第一主体部分21A和21B和第一支撑部分22和23互连。结构体2B还设置有一对第二弹性连接部分24B和25B,用于以可以相对于第一主体部分21A和21B旋转第二主体部分26的方式使相应的第一主体部分21A和21B和第二主体部分26互连。
即,第二主体部分26通过第二弹性连接部分24B和25B分别被连接到第一主体部分21A和21B,而第一主体部分21A和21B通过第一弹性连接部分24A和25A分别被连接到第一支撑部分22和23。而且,将第一弹性连接部分24A和25A与第二弹性连接部分24B和25B共轴地对准,使得它们可以起旋转中心轴(旋转的轴)的作用。
第一主体部分21A在其相对于刚才所述的旋转中心轴的相反侧设置有一对活动式梳状电极211A和212A。类似地,第一主体部分21B在其相对于旋转中心轴的相反侧设置有一对活动式梳状电极211B和212B。
如从上述明显的是,结构体2B包括:包含第一主体部分21A和21B和第一弹性连接部分24A和25A的第一振动系统,和包含第二主体部分26和第二弹性连接部分24B和25B的第二振动系统。换言之,结构体2B是由第一振动系统和第二振动系统组成的双自由度振动系统。
为了驱动上述的双自由度振动系统,以这样一种方式将固定式梳状电极331B和341B与固定部分33B和34B整体地形成,所述形式方式使得它们以彼此间隔开的关系与第一主体部分21A的活动式梳状电极211A和212A啮合。类似地,以这样一种方式将固定式梳状电极331C和341C与固定部分33C和34C整体地形成,所述形式方式使得它们以彼此间隔开的关系与第一主体部分21B的活动式梳状电极211B和212B啮合。
即,以与活动式梳状电极211A和212A对应的方式设置一对固定式梳状电极331B和341B,而以与活动式梳状电极211B和212B对应的方式设置一对固定式梳状电极331C和341C。
此外,固定部分33B、33C、34B和34C中的每个是板状并且是以在隔离器5没有干涉的条件下直接固定到支撑衬底4上的。这确保,正如上述的固定式梳状电极331和341一样,以对应于隔离器5的厚度的量将固定式梳状电极331B、331C、341B和341C中的每个向支撑衬底4初始偏移。
此外,固定部分33B、33C、34B和34C每个具有多个沿其厚度方向形成的狭缝332B、332C、342B和342C。这使得可以,在制造致动器1B的方法中,将固定部分33B、33C、34B和34C容易地固定于支撑衬底4。应当理解的是,固定部分33B、33C、34B和34C的狭缝不限于上述狭缝,而可以具有任意的形状、位置和数量,只要它们可以得到如上所述的初始偏移并且提供上述的有益效果即可。
将固定部分33B和33C通过桥接部分35B和35C连接到第二支撑部分31A,而固定部分34B和34C通过桥接部分36B和36C连接到第二支撑部分32A。换言之,桥接部分35B和35C起直接将固定部分33B和33C连接到第二支撑部分31A的作用,而桥接部分36B和36C起直接将固定部分34B和34C连接到第二支撑部分32A的作用。
将第二支撑部分31A和32A通过隔离器(未示出)牢固地固定到支撑衬底4上。因而,固定部分33B和33C以它们相对于第二支撑部分31A向支撑衬底4偏转、同时使桥接部分35B和35C弯曲的状态被固定于支撑衬底4上。此外,固定部分34B和34C以它们相对于第二支撑部分32A向支撑衬底4偏转、同时使桥接部分36B和36C弯曲的状态被固定于支撑衬底4上。如上面所述,这允许固定式梳状电极331B、331C、341B和341C以将它们在支撑衬底4的厚度方向上偏转的方式设置初始位置。
接着,将对操作根据本实施方案的致动器1B的方法给出描述。
将电压(例如,相位差为180°的交流电压)交替地施加到活动式梳状电极211A和固定式梳状电极331B之间以及活动式梳状电极212A和固定式梳状电极341B之间。与此同步的是,将电压(例如,相位差为180°的交流电压)交替地施加到活动式梳状电极211B和固定式梳状电极331C之间以及活动式梳状电极212B和固定式梳状电极341C之间。这在活动式梳状电极211A和固定式梳状电极331B之间以及活动式梳状电极212A和固定式梳状电极341B之间交替地产生静电力(库仑力)。此外,与此同步的是,在活动式梳状电极211B和固定式梳状电极331C之间以及活动式梳状电极212B和固定式梳状电极341C之间交替地产生静电力(库仑力)。
静电力可以使主体部分21A和21B以第一主体部分21A和21B相对于支撑衬底4的主表面(平行于图6中的纸平面的表面)倾斜的方式围绕旋转中心轴,即围绕第一弹性连接部分24A和25A振动或旋转。
与此相一致的是,第二主体部分26以第二主体部分26相对于支撑衬底4的主表面(平行于图6中的纸平面的表面)倾斜的方式围绕旋转中心轴,即围绕第二弹性连接部分24B和25B振动或旋转。
上面所述的致动器1B能够提供与第一实施方案的致动器1可以达到的相同的有利效果。除此之外,本实施方案的致动器1B能够增大第二主体部分26的振动幅度,同时减少第一主体部分21A和21B的振动幅度。即,对于致动器1B可以使第二主体部分26的振动幅度更大,同时降低驱动电压。
<第四实施方案>
接着,将描述根据本发明的致动器的第四实施方案。图7是显示根据本发明的致动器的第四实施方案的平面图。为了描述的方便,应当注意的是在下面的描述中,将相对于图7中的纸平面观看时的前面、后面、右面和左面分别称作“上”、“下”、“右”和“左”,或它们的等价物。
以下,将通过将焦点放在第三和第四实施方案之间区别上来描述根据第四实施方案的致动器,并且对相同的部分或要素将不给出描述。
第四实施方案的致动器1C除了它采用上述第二实施方案的致动器中使用的相同的固定部分、固定式梳状电极和桥接部分外,与第三实施方案的致动器1B基本上相同。
即,图7中所示的致动器1C是通过将第二实施方案的致动器与第三实施方案的致动器组合而构成的。
更具体地,图7中所示的致动器1C包括具有双自由度振动系统的结构体2C。结构体2C通过隔离器5支撑在支撑衬底4上。
结构体2C包括:固定部分33D、33E、34D和34E,固定式梳状电极331D、331E、341D和341E和桥接部分35A和36A。固定式梳状电极331D和341D通过连接构件333A和343A被连接到固定部分33D和34D上,连接方式是它们可以以彼此间隔开的关系分别与活动式梳状电极211A和212A啮合。此外,固定式梳状电极331E和341E通过连接构件333B和343B被连接到固定部分33E和34E上,连接方式是它们可以以彼此间隔开的关系分别与活动式梳状电极211B和212B啮合。连接构件333A、333B、343A和343B每个包含一对L型构件。
另一方面,桥接部分35D和35E起通过固定式梳状电极331D和331E将固定部分33D和33E分别间接连接到第二支撑部分31A的作用。更具体而言,桥接部分35D和35E每个包括一对曲柄型构件,其一端连接到固定式梳状电极331D和331E每个上,并且其另一端在固定部分33D和33E相对于连接构件333A和333B的同一侧连接到第二支撑部分31A上。因此,通过使固定部分33D和33E固定于支撑衬底4上,固定式梳状电极331D和331E围绕旋转轴旋转,即围绕桥接部分35D和35E与固定式梳状电极331D和331E的连接点(桥接部分35D和35E的一端)旋转,并且在可以将固定式梳状电极331D和331E向支撑衬底4偏转的方向上相对于支撑衬底4的主表面倾斜。
此外,桥接部分36D和36E起通过固定式梳状电极341D和341E将固定部分34D和34E分别间接连接到第二支撑部分32A的作用。更具体而言,桥接部分36D和36E每个包括一对直线型构件,其一端连接到固定式梳状电极341D和341E每个上,并且其另一端在固定部分34D和34E相对于连接构件343A和343B的相反侧连接到第二支撑部分32A上。因此,通过使固定部分34D和34E固定于支撑衬底4上,固定式梳状电极341D和341E围绕旋转轴旋转,即围绕桥接部分36D和36E与固定式梳状电极341D和341E的连接点(桥接部分36D和36E的一端)旋转,并且在可以将固定式梳状电极341D和341E远离支撑衬底4偏转的方向上相对于支撑衬底4的主表面倾斜。
通过初始偏移固定式梳状电极331D、331E、341D和341E以使其相对于支撑衬底4相反地倾斜,可以确保致动器1C平稳地开始其操作并且以继续无故障方式驱动。
特别是在实施方案中,上述的初始偏移是通过使固定式梳状电极331D围绕旋转轴,即围绕桥接部分35D与固定式梳状电极331D的连接点(桥接部分35D的一端)旋转,而且通过使固定式梳状电极341D围绕旋转轴,即围绕桥接部分36D与固定式梳状电极341D的连接点(桥接部分36D的一端)旋转而进行的。以类似的方式,上述的初始偏移是通过使固定式梳状电极331E围绕旋转轴,即围绕桥接部分35E与固定式梳状电极331E的连接点(桥接部分35E的一端)旋转,而且通过使固定式梳状电极341E围绕旋转轴,即围绕桥接部分36E与固定式梳状电极341E的连接点(桥接部分36E的一端)旋转而进行的。这使得可以用相对简单的方式使固定式梳状电极331D、331E、341D和341E相对于支撑衬底4的主表面倾斜。
而且,使固定式梳状电极341D相对于第二支撑部分32A向支撑衬底4初始偏移,而使固定式梳状电极331D相对于第二支撑部分31A远离支撑衬底4初始偏移。同样地,使固定式梳状电极341E相对于第二支撑部分32A向支撑衬底4初始偏移,而使固定式梳状电极331E相对于第二支 撑部分31A远离支撑衬底4初始偏移。这确保致动器1C更加平稳地开始其操作,并且继续以再更继续无故障方式驱动。
上述的致动器1、1A、1B和1C可以得到它们在各种电子设备中的应用,从而使电子设备高度可靠的。
例如,可以优选将上述致动器1、1A、1B和1C应用于光学扫描器,用于激光打印机、条形码读入器、激光扫描共焦显微镜等,或用于成影像的显示器。
尽管通过参考附图中显示的许多实施方案描述了根据本发明的致动器,应当理解的是,本发明不限于特定的实施方案。例如,只要达到相同或类似的功能,可以对本发明的相应部件进行各种改变和添加。
此外,尽管在第一至第四实施方案中描述的本发明的致动器具有相对于通过主体部分(或第一和第二主体部分)的旋转轴的平面通常是对称的形状的结构,并且与支撑衬底主表面正交,但是,本发明中可以采用非对称结构。此外,尽管描述本发明的致动器具有相对于通过致动器中心的平面通常是对称的形状的结构,并且与主体部分(或第一和第二主体部分)旋转轴正交,但是致动器可以具有非对称结构。
此外,尽管在第一和第二实施方案中描述的本发明的致动器具有单对的弹性连接部分,但本发明不限于此,而可以具有两对或多对的弹性连接部分。尽管在第三和第四实施方案中描述的本发明的致动器具有单对的第一弹性连接部分,但本发明不限于此,而可以具有两对或多对的第一弹性连接部分。尽管在第三和第四实施方案中描述的本发明的致动器具有单对的第二弹性连接部分,但本发明不限于此,而可以具有两对或多对的第二弹性连接部分。
再有,尽管在上面的描述中,将反光部分设置在主体部分或第二主体部分的上表面(与支撑衬底相反的表面)上,但还可以将它设置在下表面上,或同时设置在上表面和下表面上。
还有,尽管在上述实施方案中描述的弹性连接部分、第一弹性连接部分和第二弹性连接部分具有图中所示的形状,但弹性连接部分的形状不限此,并且可以为例如曲柄形状或分枝形状。