CN101907769B - 一种基于soi晶圆双掩膜刻蚀的垂直梳齿驱动微扭转镜及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于SOI晶圆双掩膜刻蚀的垂直梳齿驱动微扭转镜及其制作方法，属于微机电系统领域及微细加工领域。该微扭转镜为单边梳齿驱动，具有三层相同结构的可动部分和固定部分。通过给不同的梳齿对施加电压信号，微扭转镜可工作在静态方式或动态方式。该垂直梳齿驱动微扭转镜的制作方法，特征在于采用单片SOI硅片加工，不需要多层薄膜的淀积或键合工艺；整个工艺过程只需要两张掩膜板；上下垂直梳齿利用一张掩膜刻蚀完成，不存在梳齿的对准偏差问题；工艺过程中不需要HF腐蚀，可以有效避免液体环境导致的梳齿间粘附。该制作方法具有精度高、成本低、应力小、成品率高、工艺简单、可重复性好、易批量生产等优点。

Description

一种基于SOI晶圆双掩膜刻蚀的垂直梳齿驱动微扭转镜及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种基于SOI晶圆双掩膜刻蚀的垂直梳齿驱动微扭转镜及其制作方法，属于微机电系统领域及微细加工领域，特别涉及到微扭转镜的制作工艺。

背景技术

垂直梳齿驱动的微扭转镜由于其驱动电压低、转角范围大、扫描频率高等优点被广泛应用于空间光通信、投影显示及光谱扫描等领域。该类型器件多采用空间错位梳齿结构，可动梳齿可以布置在镜面边缘、镜面两侧或扭转梁上，固定梳齿分布在锚点上。通过给可动梳齿与固定梳齿上施加电压信号，产生静电力矩，驱动微扭转镜的转动。

近年来，国际上很多公司和研究院校的科研人员纷纷报道了各种形式的垂直梳齿驱动微扭转镜及制作的工艺方法。

美国加州大学伯克利分校Robert A.Conant等人在2000年报道了基于双硅片键合结合干法刻蚀工艺制作垂直梳齿驱动微扭转镜，该垂直梳齿驱动微扭转镜采用单边梳齿驱动，镜面、可动梳齿、扭转梁均为单层结构，工艺中用到三层掩膜，且需用到HF释放结构(A flat high-frequency scanning micromirror，Hilton head solid-state sensor and actuator workshop，pp：6-9，2000)。但是键合工艺成本较高，且用该工艺制作微扭转镜存在上下梳齿的对准误差问题，往往会造成器件成品率低下；随着SOI晶圆在半导体领域的规模化应用，出现了很多基于SOI晶圆的垂直梳齿驱动微扭转镜制作方法。

2002年日本Osamu Tsubo等人采用单片SOI硅片结合三层掩膜高深宽比刻蚀的工艺方法，制作了一种垂直梳齿驱动微扭转镜(A rotational comb-driven micromirror with a large deflection angle and low drive voltage，Proceedings of IEEE MEMS，pp：532-535，2002)，该垂直梳齿驱动微扭转镜采用双边梳齿驱动形式，镜面、可动梳齿及扭转梁均位于器件层，可动梳齿分布在镜面的两侧，扭转梁采用V型双梁结构通过锚点将镜面支撑，固定梳齿位于基底层上；相对于单边梳齿驱动的微扭转镜，该双边驱动结构能有效降低驱动电压，但是其制作方法存在双面的梳齿对准问题，并且由于常规SOI硅片的基底层较厚，背面深刻蚀梳齿难度很高，该方法只适用于基底层减薄的SOI硅片，同时该方法中要对中间氧化层进行湿法腐蚀，易造成相邻梳齿间的粘附；德国Fraunhofer中心Harald Schenk等人在专利US.695055B1(Micromechanicalcomponent comprising an oscillating body)中报道了一种共面梳齿驱动的扭转谐振器件，可用于微扭转镜。在文献(A Novel Electrostatically Driven Torsional Actuator，Proceedings of MOEMS，pp：3-10，1999)中，Harald Schenk给出了该扭转器件的制作方法：在单片SOI硅片上淀积薄膜并刻蚀形成启动电极，然后进行背腔的湿法腐蚀和正面的干法刻蚀，最终HF释放完成结构的制作。上面方法中，由于驱动器采用平面梳齿结构，不存在上下梳齿的对准问题，相对于其他工艺具有很大的优势，但是由于启动电极的制作要多次淀积薄膜，又给器件的加工增加了成本和难度，而且该方法制作的扭转镜不能工作在静态驱动方式。2005年，台湾逢甲大学C Tsou等人(A novel self-aligned vertical electrostatic combdrives actuator for scanning micromirrors，J.Micromech.Microeng，vol.15，pp：855-860，2005)采用与上面类似的方法，在SOI硅片表面淀积氮化硅作为绝缘层，淀积多晶硅薄膜作为上梳齿层，然后进行正面干法刻蚀形成扭转镜结构，背面湿法腐蚀形成背腔，最终HF腐蚀中间二氧化硅释放。其中多晶硅形成的上梳齿作为扭转镜的启动电极，SOI硅片的器件层作为下梳齿层。由于这种方法中上下梳齿采用单掩膜刻蚀实现，所以不存在梳齿的对准问题，但是薄膜的淀积会很大程度上引入残余应力，同时考虑到背腔的湿法腐蚀工艺，多晶硅要进行浓硼掺杂，这也增加了工艺的风险和成本。

综上所述，现有的垂直梳齿驱动的微扭转镜制作方法，存在工艺复杂程度高、工艺可重复性较差、工艺成本较高、成品率低等问题，难以满足日益增长的市场的需求。

发明内容

为了克服现有的垂直梳齿驱动微扭转镜制作工艺中存在的工艺步骤复杂、工艺误差大、成本高等问题，本发明提出一种新的基于SOI晶圆的垂直梳齿驱动微扭转镜及其制作方法。

参考图2～图7，一种基于SOI晶圆双掩膜刻蚀的垂直梳齿驱动微扭转镜，依次包括具有相同结构的器件层1、绝缘层2、基底层3；器件层1包括互相分离的可动部分和固定部分，可动部分和固定部分被器件层绝缘槽230隔开，可动部分由器件层镜面31、器件层扭转梁220、器件层锚点区14和器件层可动梳齿210组成，所述的器件层镜面31通过两端的器件层扭转梁220分别与两侧的器件层锚点区14连接，同时，器件层镜面31和器件层扭转梁220的同侧排布有一组器件层可动梳齿210；固定部分为分离排布在可动部分四周的部分，包括器件层无梳齿锚点29、器件层固定梳齿锚点30和器件层固定梳齿200，所述器件层固定梳齿200固定在器件层固定梳齿锚点30上，且与器件层可动梳齿210相应以构成一组梳齿结构；绝缘层2上包括分别与器件层镜面31、器件层扭转梁220、器件层锚点区14、器件层可动梳齿210、器件层无梳齿锚点29，器件层固定梳齿锚点30、器件层固定梳齿200位置形状相应的上下镜面绝缘区22、绝缘层扭转梁32、上下锚点绝缘区19、绝缘层可动梳齿260、无梳齿锚点绝缘层34、固定梳齿锚点绝缘层33、绝缘层固定梳齿270；基底层3上包括分别与器件层镜面31、器件层扭转梁220、器件层可动梳齿210、器件层固定梳齿200位置形状相应的基底层镜面27、基底层扭转梁35、基底层可动梳齿290、基底层固定梳齿280；基底层3背部具有一方形基底层背腔7，该基底层背腔7使得基底层镜面27、基底层扭转梁35和基底层可动梳齿290形成为一个悬置在基底层支撑块24的组合结构，同时，基底层固定梳齿280也因为基底层背腔7形成悬置；基底层3上有一基底层焊盘28，器件层1和绝缘层2上分别有一贯通相应层的与基底层焊盘28位置形状一致的器件层焊盘孔18和绝缘层焊盘孔23。

器件层镜面31、绝缘层镜面22、基底层镜面27组成较厚的整体镜面，可以有效减小微扭转镜动态驱动的变形；器件层扭转梁220、绝缘层扭转梁32、基底层扭转梁35组成较厚的整体扭转梁，能大大提高微扭转镜的谐振频率；器件层可动梳齿210、器件层固定梳齿200、与基底层可动梳齿290、基底层固定梳齿280构成了多对驱动电极，增加了器件驱动的灵活性；

上述垂直梳齿驱动微扭转镜的工作过程如下；器件层1与基底层3可加信号，中间的绝缘层2不可加信号。参阅图7，图8，器件层镜面31接地，基底层固定梳齿280施加直流信号DC1，由于器件层镜面31与器件层可动梳齿210是连通的，因此器件层可动梳齿210与基底层固定梳齿280构成错位垂直梳齿，在静电力的作用下，器件层镜面31向下转动，带动绝缘层镜面22、基底层镜面27及各层可动梳齿转动，此时微扭转镜工作在静态驱动方式，在一定角度范围内，微扭转镜镜面能够保持在任意转角位置，如图8(b)所示。当器件层镜面31具有初始转角之后，在器件层固定梳齿200上施加一交流信号AC1，同时去掉基底层固定梳齿280上的DC1信号，那么器件层镜面31将会带动绝缘层镜面22、基底层镜面27及各层可动梳齿做正弦扫描振动，此时此时微扭转镜工作在动态驱动方式，如图8(c)所示。基底层镜面27施加接地信号，器件层固定梳齿200施加直流电压信号DC2，由于基底层镜面27与基底层可动梳齿290是连通的，因此基底层可动梳齿290与器件层固定梳齿200构成错位垂直梳齿，在静电力的作用下，基底层镜面27向上转动，带动器件层层镜面31、绝缘层镜面22及各层可动梳齿转动，此时微扭转镜工作在静态驱动方式，在一定角度范围内，微扭转镜镜面能够保持在任意转角位置，如图8(e)所示。

一种基于SOI晶圆双掩膜刻蚀的垂直梳齿驱动微扭转镜的制作方法，参阅图1，图1(a)～(k)分别对应如下各步骤：

步骤一：对SOI晶圆100进行清洗和前期处理；

步骤二：在SOI晶圆基底层面淀积一定厚度的深刻蚀掩蔽层4及第一光刻胶层5，深刻蚀掩蔽层可以是二氧化硅、金属等材料；

步骤三：使用微扭转镜背腔掩膜版对第一光刻胶层5进行光刻处理；

步骤四：刻蚀深刻蚀掩蔽层4，形成背腔深刻蚀窗口6；

步骤五：以深刻蚀掩蔽层4为掩膜，ICP深刻蚀基底层3到一定深度，形成背腔7，背腔7上部预留一定厚度；

步骤六：在SOI晶圆100的器件层1表面涂第二光刻胶层8；

步骤七：使用微扭转镜器件层掩膜板对第二光刻胶层8进行光刻，形成光刻胶锚点区9，光刻胶梳齿间隙区10，光刻胶梳齿图案11，光刻胶镜面区12，光刻胶刻蚀焊盘区13等图案；

步骤八：以图案化之后的第二光刻胶层8为掩膜，ICP刻蚀器件层1形成器件层锚点区14，器件层梳齿间隙15，器件层梳齿16，器件层镜面17，器件层焊盘孔18，由于ICP刻蚀系统中，硅刻蚀气体对硅与二氧化硅的刻蚀选择比很高，当刻蚀到绝缘层2时会停止；

步骤九：采用RIE刻蚀方法刻蚀中间的绝缘层2，则掩膜图案进一步复制到绝缘层2，形成上下锚点绝缘区19，绝缘层梳齿间隙20，上下梳齿绝缘区21，上下镜面绝缘区22，绝缘层焊盘孔23；

步骤十：采用ICP刻蚀方法刻蚀基底层3直至步骤五中预留厚度，形成基底层支撑块24，基底层梳齿间隙25，基底层梳齿26，基底层镜面27，基底层焊盘28各部分；

步骤十一：去除表面的第二光刻胶层8，形成微扭转镜截面结构110，此时微扭转镜制作完成。

本发明的有益效果是：采用基于SOI晶圆的双面掩膜干法的刻蚀工艺来实现垂直梳齿驱动微扭转镜的制作，(1)采用单片SOI硅片加工，无需多层薄膜的淀积，无需与其他硅片或者玻璃键合，不会引入高的应力；(2)整个工艺过程只需要两张掩膜版，可大大降低工艺成本；(3)上下垂直梳齿利用一张掩膜刻蚀完成，不存在梳齿的对准偏差问题；(4)在工艺过程中不需要HF腐蚀，可以有效避免液体环境导致的梳齿间粘附问题；(5)该方法制作的微扭转镜可通过外部施加的信号控制其工作在静态方式和动态扫描方式。

附图说明

图1是基于SOI晶圆双掩膜刻蚀的垂直梳齿驱动微扭转镜制作方法的工艺流程图

图1(a)是SOI晶圆100示意图，包括器件层1，绝缘层2和基底层3

图1(b)是在SOI晶圆100基底层淀积深刻蚀掩蔽层4和第一光刻胶层5后的结构示意图

图1(c)是第一光刻胶层5光刻后的结构示意图

图1(d)是刻蚀深刻蚀掩蔽层4后的结构示意图

图1(e)是深刻蚀基底层3形成背腔7后的结构示意图

图1(f)是在SOI晶圆100的器件层1表面淀积第二光刻胶层8后的结构示意图

图1(g)是第二光刻胶层8光刻后的结构示意图，光刻后的图案包括光刻胶锚点区9，光刻胶梳齿间隙区10，光刻胶梳齿图案11，光刻胶镜面区12，光刻胶刻蚀焊盘区13

图1(h)是刻蚀器件层1至绝缘层2后的结构示意图，形成器件层锚点区14，器件层梳齿间隙15，器件层梳齿16，器件层镜面17，器件层焊盘孔18

图1(i)是刻蚀绝缘层2至基底层3后的结构示意图，形成上下锚点绝缘区19，绝缘层梳齿间隙20，上下梳齿绝缘区21，上下镜面绝缘区22，绝缘层焊盘孔23

图1(j)是刻蚀基底层3至背腔7的预留厚度时的结构示意图，形成基底层支撑块24，2基底层梳齿间隙25，基底层梳齿26，基底层镜面27，基底层焊盘28

图1(k)是去除第二光刻胶层8后，最终形成的微扭转镜截面结构110示意图

图2是基于本发明方法的微扭转镜器件示意图

图3是微扭转镜的器件层1结构示意图

图4是微扭转镜的绝缘层2结构示意图

图5是微扭转镜的基底层3结构示意图的正面视图

图6是微扭转镜的基底层3结构示意图的底部视图

图7是图2中结构A-A剖面示意图

图8是在不同驱动信号下镜面致动示意图

其中：1-器件层；2-绝缘层；3-基底层；4-深刻蚀掩蔽层；5-第一光刻胶层；6-背腔深刻蚀窗口；7-基底层背腔；8-第二光刻胶层；9-光刻胶锚点区；10-光刻胶梳齿间隙区；11-光刻胶梳齿图案；12-光刻胶镜面区；13-光刻胶刻蚀焊盘区；14-器件层锚点区；15-器件层梳齿间隙；16-器件层梳齿；17-器件层镜面；18-器件层焊盘孔；19-上下锚点绝缘区；20-绝缘层梳齿间隙；21-上下梳齿绝缘区；22-上下镜面绝缘区；23-绝缘层焊盘孔；24-基底层支撑块；25-基底层梳齿间隙；26-基底层梳齿；27-基底层镜面；28-基底层焊盘；29-器件层无梳齿锚点；30-器件层固定梳齿锚点；31-器件层镜面；32-绝缘层扭转梁；33-固定梳齿锚点绝缘层；34-无梳齿锚点绝缘层；35-基底层扭转梁；100-SOI晶圆；110-微扭转镜截面结构；200-器件层固定梳齿；210-器件层可动梳齿；220-器件层扭转梁；230-器件层绝缘槽；260-绝缘层可动梳齿；270-绝缘层固定梳齿；280-基底层固定梳齿；290-基底层可动梳齿

具体实施方式

实施例一：

本实施例的基于SOI晶圆双掩膜刻蚀的垂直梳齿驱动微扭转镜，依次包括具有相同结构的器件层1、绝缘层2、基底层3；器件层1包括互相分离的可动部分和固定部分，可动部分和固定部分被器件层绝缘槽230隔开，可动部分由器件层镜面31、器件层扭转梁220、器件层锚点区14和器件层可动梳齿210组成，所述的器件层镜面31通过两端的器件层扭转梁220分别与两侧的器件层锚点区14连接，同时，器件层镜面31和器件层扭转梁220的同侧排布有一组器件层可动梳齿210；固定部分即为分离排布在可动部分四周的部分，包括器件层无梳齿锚点29、器件层固定梳齿锚点30和器件层固定梳齿200，所述器件层固定梳齿200固定在器件层固定梳齿锚点30上，且与器件层可动梳齿210相应以构成一组梳齿结构；绝缘层2上包括分别与器件层镜面31、器件层扭转梁220、器件层锚点区14、器件层可动梳齿210、器件层无梳齿锚点29，器件层固定梳齿锚点30、器件层固定梳齿200位置形状相应的上下镜面绝缘区22、绝缘层扭转梁32、上下锚点绝缘区19、绝缘层可动梳齿260、无梳齿锚点绝缘层34、固定梳齿锚点绝缘层33、绝缘层固定梳齿270；基底层3上包括分别与器件层镜面31、器件层扭转梁220、器件层可动梳齿210、器件层固定梳齿200位置形状相应的基底层镜面27、基底层扭转梁35、基底层可动梳齿290、基底层固定梳齿280；基底层3背部具有一方形基底层背腔7，该基底层背腔7使得基底层镜面27、基底层扭转梁35和基底层可动梳齿290形成为一个悬置在基底层支撑块24的组合结构，同时，基底层固定梳齿280也因为基底层背腔7形成悬置；基底层3上有一基底层焊盘28，器件层1和绝缘层2上分别有一贯通相应层的与基底层焊盘28位置形状一致的器件层焊盘孔18和绝缘层焊盘孔23。

器件层镜面31、绝缘层镜面22、基底层镜面27组成较厚的整体镜面，可以有效减小微扭转镜动态驱动的变形；器件层扭转梁220、绝缘层扭转梁32、基底层扭转梁35组成较厚的整体扭转梁，能大大提高微扭转镜的谐振频率；器件层可动梳齿210、器件层固定梳齿200、与基底层可动梳齿290、基底层固定梳齿280构成了多对驱动电极，增加了器件驱动的灵活性；

上述垂直梳齿驱动微扭转镜的工作过程如下；器件层1与基底层3可加信号，中间的绝缘层2不可加信号。参阅图7，图8，器件层镜面31接地，基底层固定梳齿280施加直流信号DC1，直流信号DC1选取30V直流电压，由于器件层镜面31与器件层可动梳齿210是连通的，因此器件层可动梳齿210与基底层固定梳齿280构成错位垂直梳齿，在静电力的作用下，器件层镜面31向下转动，带动绝缘层镜面22、基底层镜面27及各层可动梳齿转动，此时微扭转镜工作在静态驱动方式，在一定角度范围内，微扭转镜镜面能够保持在任意转角位置，如图8(b)所示。当器件层镜面31具有初始转角之后，在器件层固定梳齿200上施加一交流信号AC1，AC1选取15sin(3000πt)交流电压，同时去掉基底层固定梳齿280上的DC1信号，那么器件层镜面31将会带动绝缘层镜面22、基底层镜面27及各层可动梳齿做正弦扫描振动，此时此时微扭转镜工作在动态驱动方式，如图8(c)所示。基底层镜面27施加接地信号，器件层固定梳齿200施加直流电压信号DC2，DC2选取40V直流电压，由于基底层镜面27与基底层可动梳齿290是连通的，因此基底层可动梳齿290与器件层固定梳齿200构成错位垂直梳齿，在静电力的作用下，基底层镜面27向上转动，带动器件层层镜面31、绝缘层镜面22及各层可动梳齿转动，此时微扭转镜工作在静态驱动方式，在一定角度范围内，微扭转镜镜面能够保持在任意转角位置，如图8(e)所示。

一种基于SOI晶圆双掩膜刻蚀的垂直梳齿驱动微扭转镜制作方法，参阅图1，图1(a)～(k)分别对应如下各步骤：

步骤一：对SOI晶圆100进行清洗和前期处理；

步骤二：在SOI晶圆基底层面淀积200nm的深刻蚀掩蔽层4及第一光刻胶层5，深刻蚀掩蔽层是铝材料；

步骤三：使用微扭转镜背腔掩膜版对第一光刻胶层5进行光刻处理；

步骤四：刻蚀深刻蚀掩蔽层4，形成背腔深刻蚀窗口6；

步骤五：以深刻蚀掩蔽层4为掩膜，ICP深刻蚀基底层3到一定深度，形成背腔7，背腔7上部预留15μm厚度；

步骤六：在SOI晶圆100的器件层1表面涂第二光刻胶层8；

步骤七：使用微扭转镜器件层掩膜板对第二光刻胶层8进行光刻，形成光刻胶锚点区9，光刻胶梳齿间隙区10，光刻胶梳齿图案11，光刻胶镜面区12，光刻胶刻蚀焊盘区13等图案；

步骤八：以图案化之后的第二光刻胶层8为掩膜，ICP刻蚀器件层1形成器件层锚点区14，器件层梳齿间隙15，器件层梳齿16，器件层镜面17，器件层焊盘孔18，由于ICP刻蚀系统中，硅刻蚀气体对硅与二氧化硅的刻蚀选择比很高，当刻蚀到绝缘层2时会停止；

步骤九：采用RIE刻蚀方法刻蚀中间的绝缘层2，则掩膜图案进一步复制到绝缘层2，形成上下锚点绝缘区19，绝缘层梳齿间隙20，上下梳齿绝缘区21，上下镜面绝缘区22，绝缘层焊盘孔23；

步骤十：采用ICP刻蚀方法刻蚀基底层3直至步骤五中15μm预留厚度，形成基底层支撑块24，基底层梳齿间隙25，基底层梳齿26，基底层镜面27，基底层焊盘28各部分；

步骤十一：去除表面的第二光刻胶层8，形成微扭转镜截面结构110，此时微扭转镜制作完成。

实施例二：

本实施例的基于SOI晶圆双掩膜刻蚀的垂直梳齿驱动微扭转镜，依次包括具有相同结构的器件层1、绝缘层2、基底层3；器件层1包括互相分离的可动部分和固定部分，可动部分和固定部分被器件层绝缘槽230隔开，可动部分由器件层镜面31、器件层扭转梁220、器件层锚点区14和器件层可动梳齿210组成，所述的器件层镜面31通过两端的器件层扭转梁220分别与两侧的器件层锚点区14连接，同时，器件层镜面31和器件层扭转梁220的同侧排布有一组器件层可动梳齿210；固定部分即为分离排布在可动部分四周的部分，包括器件层无梳齿锚点29、器件层固定梳齿锚点30和器件层固定梳齿200，所述器件层固定梳齿200固定在器件层固定梳齿锚点30上，且与器件层可动梳齿210相应以构成一组梳齿结构；绝缘层2上包括分别与器件层镜面31、器件层扭转梁220、器件层锚点区14、器件层可动梳齿210、器件层无梳齿锚点29，器件层固定梳齿锚点30、器件层固定梳齿200位置形状相应的上下镜面绝缘区22、绝缘层扭转梁32、上下锚点绝缘区19、绝缘层可动梳齿260、无梳齿锚点绝缘层34、固定梳齿锚点绝缘层33、绝缘层固定梳齿270；基底层3上包括分别与器件层镜面31、器件层扭转梁220、器件层可动梳齿210、器件层固定梳齿200位置形状相应的基底层镜面27、基底层扭转梁35、基底层可动梳齿290、基底层固定梳齿280；基底层3背部具有一方形基底层背腔7，该基底层背腔7使得基底层镜面27、基底层扭转梁35和基底层可动梳齿290形成为一个悬置在基底层支撑块24的组合结构，同时，基底层固定梳齿280也因为基底层背腔7形成悬置；基底层3上有一基底层焊盘28，器件层1和绝缘层2上分别有一贯通相应层的与基底层焊盘28位置形状一致的器件层焊盘孔18和绝缘层焊盘孔23。

器件层镜面31、绝缘层镜面22、基底层镜面27组成较厚的整体镜面，可以有效减小微扭转镜动态驱动的变形；器件层扭转梁220、绝缘层扭转梁32、基底层扭转梁35组成较厚的整体扭转梁，能大大提高微扭转镜的谐振频率；器件层可动梳齿210、器件层固定梳齿200、与基底层可动梳齿290、基底层固定梳齿280构成了多对驱动电极，增加了器件驱动的灵活性；

上述垂直梳齿驱动微扭转镜的工作过程如下：器件层1与基底层3可加信号，中间的绝缘层2不可加信号。参阅图7，图8，器件层镜面31接地，基底层固定梳齿280施加直流信号DC1，直流信号DC1选取60V直流电压，由于器件层镜面31与器件层可动梳齿210是连通的，因此器件层可动梳齿210与基底层固定梳齿280构成错位垂直梳齿，在静电力的作用下，器件层镜面31向下转动，带动绝缘层镜面22、基底层镜面27及各层可动梳齿转动，此时微扭转镜工作在静态驱动方式，在一定角度范围内，微扭转镜镜面能够保持在任意转角位置，如图8(b)所示。当器件层镜面31具有初始转角之后，在器件层固定梳齿200上施加一交流信号AC1，AC1选取30sin(3000πt)交流电压，同时去掉基底层固定梳齿280上的DC1信号，那么器件层镜面31将会带动绝缘层镜面22、基底层镜面27及各层可动梳齿做正弦扫描振动，此时此时微扭转镜工作在动态驱动方式，如图8(c)所示。基底层镜面27施加接地信号，器件层固定梳齿200施加直流电压信号DC2，DC2选取50V直流电压，由于基底层镜面27与基底层可动梳齿290是连通的，因此基底层可动梳齿290与器件层固定梳齿200构成错位垂直梳齿，在静电力的作用下，基底层镜面27向上转动，带动器件层层镜面31、绝缘层镜面22及各层可动梳齿转动，此时微扭转镜工作在静态驱动方式，在一定角度范围内，微扭转镜镜面能够保持在任意转角位置，如图8(e)所示。

一种基于SOI晶圆双掩膜刻蚀的垂直梳齿驱动微扭转镜制作方法，参阅图1，图1(a)～(k)分别对应如下各步骤：

步骤一：对SOI晶圆100进行清洗和前期处理；

步骤二：在SOI晶圆基底层面淀积2μm的深刻蚀掩蔽层4及第一光刻胶层5，深刻蚀掩蔽层是二氧化硅材料；

步骤三：使用微扭转镜背腔掩膜版对第一光刻胶层5进行光刻处理；

步骤四：刻蚀深刻蚀掩蔽层4，形成背腔深刻蚀窗口6；

步骤五：以深刻蚀掩蔽层4为掩膜，ICP深刻蚀基底层3到一定深度，形成背腔7，背腔7上部预留20μm厚度；

步骤六：在SOI晶圆100的器件层1表面涂第二光刻胶层8；

步骤七：使用微扭转镜器件层掩膜板对第二光刻胶层8进行光刻，形成光刻胶锚点区9，光刻胶梳齿间隙区10，光刻胶梳齿图案11，光刻胶镜面区12，光刻胶刻蚀焊盘区13等图案；

步骤八：以图案化之后的第二光刻胶层8为掩膜，ICP刻蚀器件层1形成器件层锚点区14，器件层梳齿间隙15，器件层梳齿16，器件层镜面17，器件层焊盘孔18，由于ICP刻蚀系统中，硅刻蚀气体对硅与二氧化硅的刻蚀选择比很高，当刻蚀到绝缘层2时会停止；

步骤九：采用RIE刻蚀方法刻蚀中间的绝缘层2，则掩膜图案进一步复制到绝缘层2，形成上下锚点绝缘区19，绝缘层梳齿间隙20，上下梳齿绝缘区21，上下镜面绝缘区22，绝缘层焊盘孔23，如图1(i)所示；

步骤十：采用ICP刻蚀方法刻蚀基底层3直至步骤五中20μm预留厚度，形成基底层支撑块24，基底层梳齿间隙25，基底层梳齿26，基底层镜面27，基底层焊盘28各部分；

步骤十一：去除表面的第二光刻胶层8，形成微扭转镜截面结构110，此时微扭转镜制作完成。

Claims (3)

1.一种基于SOI晶圆双掩膜刻蚀的垂直梳齿驱动微扭转镜，其特征在于，依次包括具有相同结构的器件层(1)、绝缘层(2)、基底层(3)；所述器件层(1)包括互相分离的可动部分和固定部分，可动部分和固定部分被器件层绝缘槽(230)隔开，可动部分由器件层镜面(31)、器件层扭转梁(220)、器件层锚点区(14)和器件层可动梳齿(210)组成，所述的器件层镜面(31)通过两端的器件层扭转梁(220)分别与两侧的器件层锚点区(14)连接，同时，器件层镜面(31)和器件层扭转梁(220)的同侧排布有一组器件层可动梳齿(210)；固定部分为分离排布在可动部分四周的部分，包括器件层无梳齿锚点(29)、器件层固定梳齿锚点(30)和器件层固定梳齿(200)，所述器件层固定梳齿(200)固定在器件层固定梳齿锚点(30)上，且与器件层可动梳齿(210)相应以构成一组梳齿结构；绝缘层(2)上包括分别与器件层镜面(31)、器件层扭转梁(220)、器件层锚点区(14)、器件层可动梳齿(210)、器件层无梳齿锚点(29)、器件层固定梳齿锚点(30)、器件层固定梳齿(200)位置形状相应的上下镜面绝缘区(22)、绝缘层扭转梁(32)、上下锚点绝缘区(19)、绝缘层可动梳齿(260)、无梳齿锚点绝缘层(34)、固定梳齿锚点绝缘层(33)、绝缘层固定梳齿(270)；基底层(3)上包括分别与器件层镜面(31)、器件层扭转梁(220)、器件层可动梳齿(210)、器件层固定梳齿(200)位置形状相应的基底层镜面(27)、基底层扭转梁(35)、基底层可动梳齿(290)、基底层固定梳齿(280)；所述器件层镜面(31)、绝缘层镜面(22)和基底层镜面(27)组成整体镜面；所述器件层扭转梁(220)、绝缘层扭转梁(32)和基底层扭转梁(35)组成整体扭转梁；基底层(3)背部具有一方形基底层背腔(7)，该基底层背腔(7)使得基底层镜面(27)、基底层扭转梁(35)和基底层可动梳齿(290)形成为一个悬置在基底层支撑块(24)的组合结构，同时，基底层固定梳齿(280)也因为基底层背腔(7)形成悬置；基底层(3)上有一基底层焊盘(28)，器件层(1)和绝缘层(2)上分别有一贯通相应层的与基底层焊盘(28)位置形状一致的器件层焊盘孔(18)和绝缘层焊盘孔(23)。

2.一种如权利要求1所述的基于SOI晶圆双掩膜刻蚀的垂直梳齿驱动微扭转镜的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：对SOI晶圆(100)进行清洗和前期处理；

步骤二：在SOI晶圆基底层面淀积一定厚度的深刻蚀掩蔽层(4)及第一光刻胶层(5)；

步骤三：使用微扭转镜背腔掩膜版对第一光刻胶层(5)进行光刻；

步骤四：刻蚀深刻蚀掩蔽层(4)，形成背腔深刻蚀窗口(6)；

步骤五：以深刻蚀掩蔽层(4)为掩膜，ICP深刻蚀基底层(3)到一定深度，形成背腔(7)，背腔(7)上部预留一定厚度；

步骤六：在SOI晶圆(100)的器件层(1)表面涂第二光刻胶层(8)；

步骤七：使用微扭转镜器件层掩膜板对第二光刻胶层(8)进行光刻，形成光刻胶锚点区 (9)、光刻胶梳齿间隙区(10)、光刻胶梳齿图案(11)、光刻胶镜面区(12)、光刻胶刻蚀焊盘区(13)；

步骤八：以图案化之后的第二光刻胶层(8)为掩膜，ICP刻蚀器件层（1）形成器件层锚点区(14)，器件层梳齿间隙(15)，器件层梳齿(16)，器件层镜面(17)，器件层焊盘孔(18)；

步骤九：采用RIE刻蚀方法刻蚀中间的绝缘层(2)，将掩膜图案进一步复制到绝缘层(2)，形成上下锚点绝缘区(19)，绝缘层梳齿间隙(20)，上下梳齿绝缘区(21)，上下镜面绝缘区(22)，绝缘层焊盘孔(23)；

步骤十：采用ICP刻蚀方法刻蚀基底层(3)直至步骤五中预留厚度，形成基底层支撑块(24)，基底层梳齿间隙(25)，基底层梳齿(26)，基底层镜面(27)，基底层焊盘(28)各部分；

步骤十一：去除表面的第二光刻胶层(8)，形成微扭转镜截面结构(110)，此时微扭转镜制作完成。

3.一种如权利要求2所述的基于SOI晶圆双掩膜刻蚀的垂直梳齿驱动微扭转镜的制作方法，其特征在于，所述步骤二中深刻蚀掩蔽层(4)的材料是二氧化硅或金属。 

Images