CN101359093A - 基于soi基板的二维光学可动平台装置及其制造方法 - Google Patents

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CN101359093A CNA2008102000301A CN200810200030A CN101359093A CN 101359093 A CN101359093 A CN 101359093A CN A2008102000301 A CNA2008102000301 A CN A2008102000301A CN 200810200030 A CN200810200030 A CN 200810200030A CN 101359093 A CN101359093 A CN 101359093A
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高阳
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Abstract

本发明公开一种微机电系统技术领域的基于SOI基板的二维光学可动平台装置及其制造方法。装置包括4个固定极板、4个可动极板、中央光学平台、锚点、微悬臂梁。每一个固定极板和每一个可动极板共同组成一个静电式梳状驱动器。装置的上下左右对称分布四个等同的静电式梳状驱动器。静电式梳状驱动器通过微悬臂梁上连接中央光学平台，微悬臂梁连接到四个锚点上。方法为：利用UV光刻与显影技术将设计好装置结构图案迁移在SOI晶片表面；用深度反应离子刻蚀方法刻蚀SOI基板至SiO2层；用去除溶液去除表面的光刻胶；利用HF蒸汽刻蚀工艺来刻蚀SiO2层，释放出可移动部分；干燥。本发明增大驱动器的总电容和驱动能力，并降低所需的驱动电压。

Description

基于SOI基板的二维光学可动平台装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种微机电系统技术领域的装置及其制造方法，具体是一种基于SOI(绝缘体上硅)基板的二维光学可动平台装置及其制造方法。
背景技术
微驱动器或称微型执行器是一种重要的执行机构。它的主要功能是实现力或位移的输出，是微型机电系统(MEMS)的重要组成部分。微驱动器不仅仅缩小了尺寸(特征尺寸范围为1um-10mm)，降低了能耗和提高了性能，更重要是通过微型化和集成化，达到采用新的工作原理和实现新的功能的目的。静电式微驱动器是应用较广泛的微驱动器，它们具有效率高、精度高、不发热、响应速度较快等优点，但存在着输出的力小以及驱动电压高等缺点。这一类静电式微驱动器有多种形式其中包括竖向、横向和转动等运动形式，通常采用多组平行的平板电容构成的梳状形式，其目的是为了提高力的输出并降低驱动电压。
经对现有技术的文献检索发现，栗大超等在《传感技术学报》2006年19卷05A期发表了《基于复合静电驱动结构的硅微机械扭转微镜》。该文提出硅微机械扭转微镜结构，具体方法是结合了垂直扭转梳齿静电驱动结构、侧壁平行板电容静电驱动结构两种结构制造扭转效果。其不足在于：没有实现在平面上的二维运动。
发明内容：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于SOI基板的二维光学可动平台装置及其制造方法，利用梳状微驱动器的驱动装置，可以广泛应用于MEOMS(微光机电系统)的光学部分。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明所涉及的基于SOI基板的二维光学可动平台装置，包括4个固定极板、4个可动极板、中央光学平台、锚点、微悬臂梁。其中每一个固定极板和每一个可动极板共同组成一个静电式梳状驱动器。在装置的上下左右四个方向上对称分布四个等同的静电式梳状驱动器。四个等同的静电式梳状驱动器分别通过微悬臂梁上连接中央光学平台，微悬臂梁分别连接到四个锚点上，锚点固定、支撑整个平台装置。
所述四个等同的静电式梳状驱动器，其中一个静电式梳状驱动器上加电压，而对侧的静电式梳状驱动器上加相反的电压时，极板间将产生相对位移，这使中央光学平台平行于位移方向移动，另外两相对的静电式梳状驱动器上加电压时能实现另一个方向的移动，整个中央光学平台实现二维方向移动。
本发明所涉及的基于SOI基板的二维光学可动平台装置的制造方法，包括如下步骤：
①首先UV光刻预制掩模板，利用UV光刻与显影技术将设计好的基于SOI基板的二维光学可动平台装置的结构图案迁移在SOI晶片表面；
②用深度反应离子刻蚀方法刻蚀SOI基板至SiO2层；
③用去除溶液去除表面的光刻胶；
④利用HF蒸汽刻蚀工艺来刻蚀SiO2层，从而释放出可移动部分；
⑤最后进行干燥。
所述SOI基板由三层组成，自上而下分别为p型导体Si结构层，SiO2层和Si衬底。
所述用深度反应离子刻蚀方法刻蚀SOI基板至SiO2层，其刻蚀速率为1.2um/min。
所述利用HF蒸汽刻蚀工艺来刻蚀SiO2层，参数为：HF质量浓度为46％，温度为40℃，刻蚀速率为0.2um/min。
所述干燥，是指：在HF刻蚀后，该结构在120℃温度下干燥10分钟以进一步消除粘连问题。
本发明方法是基于SOI的微加工工艺，它是一种成熟的工艺，工艺过程简单并且容易实现。本发明的优点在于利用了DRIE工艺，实现高深宽比结构的制造；在不增加横向尺寸的前提下，大大增加了指状结构的厚度，从而增大驱动器的总电容和驱动能力，并降低所需的驱动电压。
附图说明
图1基于SOI基板的梳状微驱动器的二维光学可动平台装置结构示意图；
图2基于SOI基板的梳状微驱动器的二维光学可动平台装置的加工工艺；
图中：固定极板1、可动极板2、中央光学平台3、锚点4、微悬臂梁5。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括4个固定极板1、4个可动极板2、中央光学平台3、锚点4、微悬臂梁5。其中每一个固定极板1和每一个可动极板2共同组成一个静电式梳状驱动器。在装置的上下左右四个方向上对称分布四个等同的静电式梳状驱动器。四个等同的静电式梳状驱动器分别通过微悬臂梁5上连接中央光学平台3，微悬臂梁5分别连接到四个锚点上4，四个锚点4固定、支撑整个平台装置。可动极板2、中央光学平台3、锚点4、悬臂梁5之间是导电的。
每个固定极板1、可动极板2由若干个相同数目叉指电极构成。每个叉指电极长度为20um，宽度为2um，同一个极板上的叉指电极间距为6um，不加电压时每对极板之间相邻叉指之间的间距为2um，每个极板上的电极总数为60。
中央光学平台3，尺寸为40um×40um，用于放置光学反射镜等部件。
锚点4，其尺寸为60um×60um。
微悬臂梁5，其宽度统一为2um。由于采用的整个结构最上层为p型导体Si结构层，所以每个独立的部件是导电的。
可动极板2、中央光学平台3、锚点4、悬臂梁5之间是导电的。
工作原理：当改变每一对极板之间的电压时，极板之间的间距(即叉指电极之间交叉的部分)会改变，由于部件2、3、5是连接在一起的可动部件，这会引起部件3的位置产生变化。
当增大左边极板对的电压差而同时减小右边极板的电压差时，部件会向左平动，只要保证所加电压使得位移小于每对极板之间相邻叉指之间的间距2um即可。同理，当增大上极板对的电压差而同时减小下边极板的电压差时，部件会向上平动，只要保证所加电压使得位移小于每对极板之间相邻叉指之间的间距2um即可。根据相同的原理可以使得光学平台实现向右和向下的平动。为了安全起见，将最大位移量设定为1.5um，则整个光学平台的活动范围为3um×3um。
具体工艺步骤：
如图2所示，基于SOI基板的梳状微驱动器的二维光学可动平台装置结构是在一个SOI(绝缘层上硅)材料上加工的，这个SOI晶片由三层组成，自上而下分别为30um的p型导体Si结构层，3um的SiO2层和500um的Si衬底，如图2中(a)部分。
①首先，设计好用于光刻处理的掩模板。先旋涂一层光刻胶(图(b)中最上层)，然后利用UV光刻与显影技术将设计好参照图1的结构图案迁移在上述SOI晶片表面，如图2中(b)部分。
②其次，用DRIE工艺刻蚀至深30um处的SiO2层，刻蚀速率为1.2um/min，如图2中(c)部分。
③然后，用去除溶液去除表面的光刻胶。
④接着，利用HF蒸汽刻蚀工艺来刻蚀设备层下边的SiO2层，刻蚀至恰好全部释放出部件2、3、5为止，如图2中(d)部分。在此条件下，由于部件1、4的尺寸要比部件2、3、5的大，使得部件2、3、5全部刻蚀完毕后部件1、4还没有完全刻蚀完，即部件1、4的30um的Si结构层、3um的SiO2层和500um的Si衬底部分连接在一起，形成不可动部件。HF蒸汽刻蚀技术是在克服制造基于硅的梳状驱动结构过程中经常发生的粘连问题的关键技术，本工艺的刻蚀参数为：HF质量浓度为46％，温度为40℃，刻蚀速率为0.2um/min。
⑤在HF刻蚀后，该结构在120℃温度下干燥10分钟以进一步消除粘连问题。
本实施例得到的装置表面光滑，不存在粘连，可以广泛应用于MEOMS(微光机电系统)的光学部分。

Claims (7)

1.一种基于SOI基板的二维光学可动平台装置，其特征在于：包括4个固定极板、4个可动极板、中央光学平台、锚点、微悬臂梁，其中每一个固定极板和每一个可动极板共同组成一个静电式梳状驱动器，在装置的上下左右四个方向上对称分布四个等同的静电式梳状驱动器，四个等同的静电式梳状驱动器分别通过微悬臂梁上连接中央光学平台，微悬臂梁分别连接到四个锚点上，锚点固定、支撑整个平台装置。
2.根据权利要求1所述的基于SOI基板的二维光学可动平台装置，其特征是，所述四个等同的静电式梳状驱动器，其中一个静电式梳状驱动器上加电压，而对侧的静电式梳状驱动器上加相反的电压时，极板间将产生相对位移，这使中央光学平台平行于位移方向移动，另外两相对的静电式梳状驱动器上加电压时能实现另一个方向的移动，整个中央光学平台实现二维方向移动。
3.一种如权利要求1所述的基于SOI基板的二维光学可动平台装置的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
①首先UV光刻预制掩模板，利用UV光刻与显影技术将设计好的基于SOI基板的二维光学可动平台装置的结构图案迁移在SOI晶片表面；
②用深度反应离子刻蚀方法刻蚀SOI基板至SiO2层；
③用去除溶液去除表面的光刻胶；
④利用HF蒸汽刻蚀工艺来刻蚀SiO2层，从而释放出可移动部分；
⑤最后进行干燥。
4.如权利要求1所述的基于SOI基板的二维光学可动平台装置的制备方法，其特征是，所述SOI基板由三层组成，自上而下分别为p型导体Si结构层，SiO2层和Si衬底。
5.如权利要求1所述的基于SOI基板的二维光学可动平台装置的制备方法，其特征是，所述用深度反应离子刻蚀方法刻蚀SOI基板至SiO2层，其刻蚀速率为1.2um/min。
如权利要求1所述的基于SOI基板的二维光学可动平台装置的制备方法，其特征是，所述利用HF蒸汽刻蚀工艺来刻蚀SiO2层，参数为：HF质量浓度为46％，温度为40℃，刻蚀速率为0.2um/min。
Figure A2008102000300003C1
如权利要求1所述的基于SOI基板的二维光学可动平台装置的制备方法，其特征是，所述干燥，是指：在HF刻蚀后，该结构在120℃温度下干燥10分钟以进一步消除粘连问题。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105474059A (zh) * 2013-06-27 2016-04-06 光联通讯有限公司 Mems光纤开关
CN110045497A (zh) * 2019-04-23 2019-07-23 南京理工大学 一种基于u+v型结构的电热微驱动控制光路通断装置
CN110308306A (zh) * 2019-06-28 2019-10-08 东南大学 一种基于全差分二维光子晶体腔体结构的moems加速度计及其加工方法
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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