CN103105674A - 用于激光打印设备的扫描反光镜及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及用于激光打印设备的扫描反光镜及其制作方法。根据一种实施例，扫描反光镜包括：框架；一对固定电极指状物组，其连接到所述框架，所述固定电极指状物组中的每个包括多个固定电极；一组扭转铰链，其连接到所述框架；反光镜板，其连接到所述扭转铰链；一对可动电极指状物组，其连接到所述反光镜板，所述可动电极指状物组中的每一者包括多个可动指状物，其中所述多个可动指状物被构造为与所述多个固定指状物相交错。

Description

用于激光打印设备的扫描反光镜及其制作方法

本申请是申请号为200880009714.1（PCT国际申请号为PCT/US2008/052008）、国际申请日为2008年1月25日、发明名称为“用于激光打印应用的微机电系统”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

根据本发明的实施例主要涉及激光打印。在具体实施例中，本发明提供了用于制造并操作用于激光打印的与CMOS衬底相连的反光镜的方法和设备。在特定实施例中，反光镜结构的至少一部分是通过晶片级的层转移工艺由与CMOS相连接的单晶层制造的。本发明的其他实施例具有更宽的应用范围。

背景技术

激光打印应用已经广泛普及了。尽管激光打印领域有进步，但仍继续存在对于改善涉及激光打印的方法和系统的需要。

发明内容

根据本发明，提供了主要涉及激光打印领域的技术。更具体地，本发明涉及用于制作和操作与CMOS衬底相连接的反光镜的方法和系统。本发明的其他实施例具有更广泛的应用范围。

根据本发明的实施例，提供了一种激光打印设备。这种激光打印设备包括激光源以及反光镜，其中反光镜被构造为接收来自激光源的入射激光束并将激光束朝向光敏元件反射。该反光镜包括CMOS衬底以及反射表面，其中CMOS衬底支撑第一电极和第二电极，反射表面被支撑在CMOS衬底上方并响应于反射表面的末端与第一电极之间的静电吸引力而可围绕轴旋转。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种打印方法。这种打印方法包括使激光被反射到光敏元件上以改变光敏元件上的位置处的电子状态，由此使得墨水材料附着到其之上。这种打印方法还包括将墨水材料从光敏元件转移到接收介质，以及通过产生反射表面的末端与下方CMOS衬底上的电极之间的静电吸引来改变反射表面的位置。不同位置的电子状态被改变，并且墨水被转移到纸的不同区域。

根据本发明的替换实施例，提供了一种用于激光打印设备的扫描反光镜。该扫描反光镜包括框架和连接到框架的一对固定电极指状物（finger）组。固定电极指状物组中的每一者包括多个固定电极。该扫描反光镜还包括连接到框架的一组扭转铰链、连接到扭转铰链的反光镜板以及连接到反光镜板的一对可动电极指状物组。可动电极指状物组中的每一者包括多个可动指状物。多个可动指状物被构造为与多个固定指状物相交错。

根据本发明的另一个替换实施例，提供了一种制作用于激光打印设备的扫描反光镜的方法。该方法包括提供SOI衬底，该SOI衬底包括第一硅层、与第一硅层邻接的氧化硅层以及与氧化硅层邻接的第二硅层。该方法还包括从第二硅层的第一部分形成一对可动电极指状物组，以及从第二硅层的第二部分形成反光镜板。该方法还包括从第一硅层的第一部分形成一对固定电极指状物组，以及从第一硅层的第二部分形成反光镜旋转区域。此外，该方法包括移除氧化硅层以形成反光镜结构，以及将反光镜结构安装到电极衬底上。

使用本发明相对于传统技术实现了许多优点。一些实施例提供包括一个或多个具有高带宽或高产量的扫描反光镜的方法和系统，允许快速地致动以迅速地沿着光敏元件反射激光。由本发明的实施例所提供的另一个优点为紧凑的尺寸或占地面积（footprint），这是因为可以使用已有的技术容易地制作表面积仅稍微大于从激光源所接收到的光斑的直径的反光镜表面。由本发明的实施例所提供的另一个优点为低成本，因为可以利用已建立的半导体制作技术容易地大量生产反光镜。根据实施例，可以存在这些优点中的一个或多个。通过本发明在下文中更具体地说明了这些和其他的优点。可以参照详细说明以及其后的附图更全面地理解本发明的各种其他的目的、特征、优势。

附图说明

图1为使用本发明的实施例的激光打印设备的实施例的简化示意图；

图2为根据本发明的实施例的双轴扫描反光镜的简化俯视图；

图3为根据本发明的实施例的单轴扫描反光镜的简化俯视图；

图4A到图4F为示出了根据本发明的用于制作MEMS反光镜结构的工艺流程的实施例的步骤的简化截面图；

图5A为根据本发明的用于感测反光镜位置的系统的一个实施例的简化示意图；

在图5B为根据本发明的实施例的反光镜旋转角度与偏压之间的关系的图示；

图6为根据本发明的实施例的用于感测并控制反光镜位置的电路的实施例的简化示意图；

图7为根据本发明的实施例的MEMS反光镜系统的简化立体图；

图8为图7中示出的MEMS反光镜系统的部分的简化立体图；

图9A到图9C为根据本发明的实施例的用于制作MEMS反光镜系统的简化流程图；

图9D为根据本发明的实施例的扭转铰链的一部分的简化图；

图9E为根据图9A到图9D中示出的方法制作的MEMS反光镜系统的简化立体图；

图9F为根据图9A到图9D中示出的方法制作的MEMS反光镜系统的简化俯视图；

图10为根据本发明的实施例的用于制作MEMS反光镜的工艺流程的简化流程图。

具体实施方式

本发明的实施例提供了对于激光打印应用非常有用的MEMS（微机电系统）结构。结合CMOS电路和MEMS技术，可以制造在广泛的各种应用中有用的可动反光镜结构。这里所描述的示例仅为了示例的目的而提供，并不是为了限制本发明的实施例。

图1为使用本发明的实施例的激光打印设备100的实施例的简化示意图。具体地，激光打印设备包括与反光镜104光连通的激光扫描单元或源102。入射到反光镜104上的光被反射到光敏元件106（在这里为旋转感光鼓）。充电电极108（在这里为电晕线）被构造为将电荷传给光敏元件的表面。旋转感光鼓与涂有调色剂的滚筒110非常接近。

将由反光镜104所反射的激光束施加到光敏元件106的表面上，导致光敏元件106的电学状态发生局部改变。这种改变的电学状态使得调色剂附着到局部区域，该区域之后与下面的移动纸120相接触。这种接触使得调色剂仅被印刷到纸上的局部区域中。

传统地，通过机械或其他昂贵并耗费时间的工艺产生反光镜元件。但是，如图1所示，根据本发明的实施例提出将反光镜元件104作为微机电结构（MEMS）来制作。具体地，图1示出了包括反射表面104a的MEMS反光镜104，其中反射表面104a使用铰链对107和109与周围的框架105相连并围绕其旋转。

图2为根据图1中示出的本发明的实施例的MEMS扫描反光镜的简化俯视图。图2中的反光镜表面104a被构造为可以围绕两个不同的轴运动。具体地，第一组铰链107允许表面104a围绕X轴旋转，同时第二组铰链109允许表面104a围绕Y轴旋转。而且，根据本发明的实施例，各种铰链以及可动板都可以由硅层所提供的连续材料片制造。

可动板的形状在图2中通过示例的方式示出为圆形。在其他实施例中，可以采用其他的形状以适合于特定反光镜应用。本领域的技术人员将会想到许多变化、修改和替换。

例如，图3为根据本发明的实施例的MEM扫描反光镜300的简化俯视图。具体地，单铰链对302允许反射表面围绕Y轴旋转。根据本发明的实施例，铰链和可动板可以都由硅层所提供的连续材料片制造。

图4A到图4F示出了根据本发明的实施例的用于制造扫描反光镜的简化工艺流程。图4A到图4F中所示出的处理仅为工艺流程的示例，并不意味着限制本发明的实施例的范围。

在图4A中，提供了在CMOS衬底的表面上包括多个电极402的COMS衬底400。电极电连接到CMOS衬底中的其他电路（未示出）。为了清楚的目的，没有示出CMOS衬底的其他构件。在实施例中，CMOS衬底为完全处理过的CMOS衬底。对于装置衬底的制作过程的其他细节在于2004年1月13日递交的共同在审并共同持有的美国专利No.7,022,245中提供，该申请为了任何目的而通过引用方式结合在这里。本领域的技术人员将会想到许多变化、修改和替换。

虽然在图4A中未示出，但通常将介电层404沉积在CMOS衬底400上并且之后使其平坦化。介电层404可以由氧化硅、氮化硅、氧氮化硅或其组合等所制成。使用例如CMP（化学机械抛光）处理使介电层的上表面平坦化，以形成以特定表面粗糙度为特征的键合表面。在实施例中，表面粗糙度小于RMS。

通常通过金属层的沉积和/或图案化来形成电极402。在形成电极之后，厚度为t₁的介电层404沉积在衬底400上。在本发明的特定实施例中，层404为二氧化硅（SiO₂）层，但是如下所述，这并不是本发明所必需的。可以在本发明的范围内使用其他合适的材料。例如，在替换实施例中，可以通过沉积氮化硅（Si₃N₄）或氧氮化硅（SiON）层以形成层404。此外，在根据本发明的另一个替换实施例中，沉积包括无定形多晶硅的多晶硅材料以形成层404。

沉积层404具有最初沉积的预定厚度t₁。在特定实施例中，厚度t₁为2.6μm。在其他实施例中，厚度的范围从约1.0μm到约3.0μm。当然，该厚度将由具体应用决定。如图4A所示，沉积层404的上表面405在图4A的整个衬底400上是均匀的，产生平面的表面。但是，本发明并不一定需要在沉积之后平面的表面。在具体沉积过程中，电极402的图案化性质导致层404的厚度取决于横向位置而变化，产生不完全平坦的上表面405。

为了使沉积的层404的上表面405平坦化，在本发明的实施例中执行了可选择的CMP步骤。由图4A中的抛光的表面示出了由CMP过程所产生的结果。在CMP过程中，表面405上方的材料被移除，产生高度抛光并平坦化的层。在具体实施例中，平坦化的表面405的均方根（RMS）粗糙度小于或等于约

如下所述，在CMP过程中所产生的非常平坦的表面有利于将沉积衬底键合到装置衬底。在根据本发明的实施例中，抛光的层404的高度为1.9μm。可选择地，在其他实施例中该高度的范围从约0.5μm到约2.5μm。当然，该高度由具体应用所决定。

在图4B中，在先形成的介电层404被选择性地蚀刻以产生隔离物结构406，该隔离物结构406被定位以将可动的反射表面支撑在衬底和电极上方。如图所示，介电层404的一些部分在蚀刻过程中已经被移除，导致隔离物结构406的形成。

隔离物结构由氧化硅、氮化硅或氧氮化硅或其组合所制成的本发明的实施例提供了由介电材料的电特性和热特性所决定的优点。例如，这些材料提供了高度的电绝缘，将装置衬底从由间隔物结构所支撑的层电隔离开。此外，通过一些实施例提供沉积层404的材料的诸如热隔离的热特性。在替换实施例中，诸如包括不定形多晶硅的多晶硅材料的其他合适的隔离物结构材料的特征在于提供优点的电特性和热特性。

如图4B所示，已经使用了各向同性的蚀刻以限定隔离物结构406。蚀刻轮廓为隔离物结构限定出具有预定厚度的垂直壁。在实施例中，隔离物结构的横向厚度为0.5μm。在其他实施例中，隔离物结构的厚度从约0.25μm到约1μm改变。在电极402的上表面处终止的蚀刻处理用在可选择的处理中，该可选择的处理同时导致电极暴露和衬底400表面钝化。在另一个实施例中，蚀刻处理在电极层暴露之前终止，使得隔离物结构不仅以隔离物结构的形式提供机械支撑，而且还提供有益于衬底400上的电极的钝化。

如上所述，在本发明的一些实施例中，用于沉积、图案化以及蚀刻一个或多个层的处理是在低温下执行的，其中隔离物结构由该一个或多个层所制作。例如，可以在考虑到在形成隔离物结构之前装置衬底上存在的结构（诸如CMOS电路）来执行这些处理步骤。因为通过执行高温沉积处理可能不利地影响这些CMOS电路，其中高温沉积处理可能损伤将CMOS晶体管相耦合的金属或导致与CMOS有关的结的扩散，所以根据本发明的一些实施例使用了低温沉积处理。此外，在本发明的具体实施例中，低温沉积、图案化并蚀刻的处理（诸如在低于500℃的温度下执行的处理）被用来形成一个或多个层，该一个或多个层用来制作间隔物结构。在本发明的另一个具体实施例中，在低于400℃的温度下执行的沉积、图案化并蚀刻的处理被用来形成一个或多个层，该一个或多个层用来制作间隔物结构。本领域的技术人员在低温处理的范围内可以想到多种变化、修改和替换。

如图4C所示，绝缘体上硅（SOI）衬底408与CMOS衬底实体上地靠近。在图4D中SOI晶片408与隔离物结构406相接触并相键合。可以使用多种技术使键合发生。在特定实施例中，使用室温共价键合处理使键合发生。例如通过等离子体活化或通过湿法处理，每个面都被清洁并活化。活化表面相互接触以产生粘性作用。在一些键合处理中，在每个衬底结构上提供机械力以将这些面压在一起。在将硅层用于SOI衬底并且隔离物结构为氧化硅的实施例中，在两个面之间产生含硅（silicon bearing）的键。在替换实施例中，氧化物层在键合之前形成在SOI衬底的硅表面上，以提供氧化物-氧化物键合界面。在一个实施例中，通过CMP处理抛光用于形成隔离物结构的层的上表面，同时也抛光SOI衬底的键合表面，提供了有益于共价键合处理的非常平坦的表面。当然，本领域的技术人员可以想到多种其他的变化、修改和替换。

因为在衬底400上形成了支架区域和电极，所以晶片键合处理的对准公差相比于一些传统的技术非常地宽松。例如，在本发明的一些实施例中，用于在接合之前对准两个衬底的公差要求小于1cm。因此通过本发明的实施例可以得到毫米数量级的公差要求，与一些传统结构的微米数量级的公差要求形成对比。

在图4E中，键合后的SOI衬底经受一系列处理以移除材料，来剩下由隔离物结构406所支撑的硅反射表面408c。尤其是，采用研磨处理迅速地移除经键合的SOI衬底上的硅408a，剩下氧化物层408b上方的粗糙的硅表面。之后，通过化学回蚀处理将粗糙的硅表面选择性地移除到氧化物层408b。在通过蚀刻处理使SOI衬底变薄的本发明的一个实施例中，埋置的氧化物层作为蚀刻终点。

之后采用不同的化学蚀刻处理将氧化物层408b选择性地移除到硅上的氧化物，产生反射硅表面408c。等离子灰化用在一些实施例中以移除埋置的氧化物层并使反射硅表面408c暴露。其他的材料移除处理（例如，CMP处理）在其他实施例中被用来使氧化物层暴露。本领域的技术人员可以想到多种变化、修改和替换。

如图4F所示，之后选择性地蚀刻反射硅表面408c以限定分隔各个反光镜410的间隙409。根据本发明的实施例的这些反光镜的宽度稍微大于入射到其上并从其反射的激光束的直径。例如，各个蚀刻后的反光镜可能表现出约100μm到约500μm之间的宽度。在其他实施例中，反光镜的尺寸为约4mm乘以约4mm。当然，具体尺寸将由具体应用所决定。

也如图4所示，反射硅表面408c也被选择性蚀刻以在各个反光镜410内部形成间隙411。间隙411限定铰链部分412，各个反光镜可以围绕该铰链部分412旋转。例如如上面的图2和图3中所示，间隙的朝向可以规定反射表面的旋转能力。

根据本发明的制作扫描反光镜的处理的实施例在美国专利No.7,092,140、7,022,245和7,118,234中公开，它们都被通过引用结合在这里。

如图1所示，为了确定打印将要发生的精确位置，感测扫描反光镜的位置非常重要。因此，图5A为根据本发明的用于感测扫描反光镜的位置的系统的一个实施例的简化示意图。电压致动的反光镜的旋转角度对于驱动电压具有非线性关系。在图5B中示出了反光镜旋转角度与偏压之间的关系的示例。涉及旋转角度的其他讨论在授权给Petersen的美国专利No.4,317,611中提供。通常，对于给定的设计，在最大旋转角度的前30%内，可以在闭环操作下将反光镜精确地定位在所期望的角度。但是，在示例的30%最大旋转角度之外，由于反光镜对于驱动电压的非线性响应，难以保持稳定的反馈并且反光镜可能进入“临界点”并“咬”在最大的旋转角。

具体地，图5A示出了被支持在CMOS衬底502上方并且可以围绕在延伸进出纸面的X轴旋转的扫描反光镜500。从可变电压发生器504将恒定偏压（V_bias）与变化电压成分（V_ccos(ω_t)）施加到反光镜500上。

CMOS衬底502支撑电极对506a和506b。这些电极与反射表面500的末端500a和500b，以及电极506a和506b分别与反射表面之间的间隙L和L′一起，限定一对电极结构508a和508b。这些电极结构分别表现出C₁和C₂的电容。

在扫描反光镜的工作期间，反射表面被致动，以使得一个末端倾斜而靠近衬底，并且另一个末端倾斜而远离衬底。这允许入射激光510以所示出的方式朝向感光元件反射。

反射表面的末端的位置相对于下方衬底的变化将会改变电极与反射表面之间的间隙的距离，由此改变了电容。根据本发明的实施例，改变后的电容可以被感测以探测反光镜的精确位置。

在某些实施例中，可以在与提供电压的电极相同的电极上探测改变后的电容，其中提供电压是为了对反射表面的位置致动。根据其他实施例，可以使用分开的电极以探测和校正反光镜的实际位置。

例如，图6为根据本发明的实施例用于探测并控制反光镜位置的电路的实施例的简化示意图。具体地，电压源504将可变电压（V_bias+V_ccos(ω_t)）提供到可动反射表面的末端。

驱动放大器602a和602b分别将电压提供到电极506a和506b。反射表面500的电极506a和506b分别与末端500a和500b之间的电压的差造成了第一电极-反光镜电容（电容1）和第二电极-反光镜电容（电容2）。将电极506a和506b上的电压作为输入而馈送到传感放大器604，传感放大器604构造为输出对应于它们之间的差的电压信号。因为在电极处的任何电压差都可归因于反光镜末端与电极之间的间隙的改变，因此令反光镜倾斜的角度为θ，那么传感放大器的输出x为θ的函数：（V₁(θ)）。

传感放大器的输出被馈送到与基准电压（Vr(θr)）和控制器608的输入节点电连通的节点606。基于从反光镜倾斜的具体角度而预期的已知数值校准基准电压。根据在控制器608的输入节点608a处接收到的电压，控制器将一对电压分别输出到驱动放大器602a和602b，以使反射表面偏转基于基准电压而预期的角度。以此方式，图6中示出的电路提供闭环系统，该闭环系统采用电容以探测反光镜位置从其预期位置的任何偏离，并纠正该偏离。

图7为根据本发明的实施例的MEMS反光镜系统的简化立体图。图8为图7中示出的MEMS反光镜系统的一部分的简化立体图。参照图7，许多可动指状物710和许多固定指状物720形成静电梳致动器，该静电梳致动器被构造为使反光镜板725围绕由扭转铰链730所限定的轴线旋转。虽然在图7中仅示出了一个扭转铰链，但是与示出的扭转铰链相对的另外的扭转铰链设置在反光镜板的背侧。本发明采用垂直的或“面外的”静电梳致动器，其与通常在诸如加速度计的各种传感器中可见的水平梳致动器在某些方面不同。由于可动指状物与固定指状物之间的小间隙，图7中示出的实施例与某些MEMS设计相比提供了包括低激活电压的优点。此外，由可动指状物和固定指状物提供的大的表面面积可以对于给定分隔距离增加静电力。因此，对于给定电极电压，本发明的实施例相比于某些MEMS设计提供了更高的旋转带宽。此外，因为在某种程度上由于靠近的电极间隙以及大的电极表面面积而通过实施例而实现了大的静电力，所以这里所描述的设计采用了更刚硬的扭转铰链，进一步相比于某些MEMS设计增加了旋转带宽。

在特定实施例中，指状物对的数目约为100对。图7中示出的几何结构的具体数目使得反光镜板725能够响应于梳状致动器的致动而顺时针和逆时针旋转。如图7所示，反光镜板以约15度的角顺时针倾斜。根据本发明的实施例，反光镜板可以响应于静电致动而旋转约±20度。

在图7和图8中示出的实施例中，固定指状物的高度740约为700μm，可动指状物的高度742约为50μm，反光镜板的厚度744约为10μm，固定指状物和可动指状物的宽度约为5μm，固定指状物和可动指状物的长度748约为200μm。当然，在其他实施例中，为了提供所期望的旋转角度和静电力，各种尺寸可以根据特定应用而变化。反光镜的动态形变取决于反光镜尺寸、反光镜厚度、扫描频率、旋转角等。在反光镜的背面增加网眼图案可以帮助将峰－峰的动态形变减小到小于波长的1/10的水平，由此防止衍射限制扫描反光镜的光学性能。应该认识到通过采用一个或更多个额外的掩模步骤，网眼图案或其他图案可以以这里描述的各种结构实现，例如，图2-5和图7中示出的结构。本领域的技术人员将会想到许多变化、修改和替换。图7中示出的反光镜的形状为方形，上表面为4mm乘以4mm，但是这并不是本发明的实施例所必需的。根据打印应用，将取决于用在打印处理中的光束、扫描速率、光学系统等而选择反光镜的表面面积。

参照图8，在反光镜板的顶部与可动指状物的顶部齐平的状态下，可动指状物710连接到反光镜板725。在与下文描述的制作过程有关地更全面地描述的另一个实施例中，反光镜板的底部与可动指状物的底部齐平。根据用于制作扫描反光镜和梳致动器的工艺流程，可以采用任意一种构造。在受到致动时，可动指状物在固定指状物之间垂直移动，由此使反光镜板围绕扭转铰链730旋转。本发明人已经确定在一个构造中，如果给电极加偏压到约200V的电压，反光镜板可以以4.5KHz的速率旋转到±19.4度。根据由反光镜板、扭转铰链和/或反光镜封装的环境所提供的旋转阻尼的程度，可以改变旋转速率，提供适合于特定应用的其他旋转速率。

图7中示出的扫描反光镜被制作出来，然后安装到电极衬底（未示出）上，电极衬底可以为CMOS衬底或具有电极接触位置的其他合适衬底。固定指状物电极具备与衬底上存在的一个或多个电触点的电连接，由此在驱动器电子器件与固定指状物电极之间提供电连通。此外，提供一个或多个分隔的电极触点以便于向可动指状物电极提供电连通。在一个实施例中，通过框架、扭转铰链以及反光镜板提供与可动指状物电极的电连通。应该注意到这里描述的具有垂直梳致动器的扫描反光镜可以与上述电容性位置传感器结合使用。

图9A到图9D为制作根据本发明的实施例的MEMS反光镜系统的简化流程图。制作过程采用了绝缘体上硅（SOI）衬底，其中该绝缘体上硅衬底具有约700μm厚的第一单晶硅层、约1-2μm厚的氧化物层以及约50μm厚的第二单晶硅层。如下文中更全面地描述的，在50μm厚的第二单晶硅层中制作可动指状物710，同时在700μm厚的第一单晶硅层中制作固定指状物720。虽然在此处所描述的实施例中采用了单晶硅层，但这并不是本发明的实施例所必需的，因为含有诸如多晶硅、氮化硅等其他材料的层也包括在本发明的范围内。

在图9A中示出的过程中，在第二单晶硅层中掩膜并蚀刻可动指状物和扭转铰链。为了清楚的目的，未示出掩模的步骤。基于包括电极面积、铰链刚度等的设计考虑，选择可动指状物和扭转弹簧铰链的尺寸。

在图9A中示出的实施例中，用于移除可动指状物之间的硅材料并沿着反光镜板的边缘移除硅材料的蚀刻或其他处理为反应离子蚀刻（RIE）处理，其中设定反应离子蚀刻处理的时间使其终止在氧化物层910。在其他实施例中，可以采用物理/化学蚀刻处理的结合，以使用RIE处理移除硅材料的大部分，之后使用优先化学蚀刻（preferential chemical etch）使氧化物层暴露。在完成蚀刻处理之后移除掩模层。

为了限定反光镜板的厚度，对第二单晶硅层掩膜，并且使用蚀刻或者其他合适的处理移除第二单晶硅层的中央部分。在示出的实施例中，使用移除约40μm材料的定时蚀刻对该层进行蚀刻，留下约10μm的硅材料剩余。在其他实施例中，选择特定的时间和/或其他蚀刻处理参数，以提供反光镜板的期望的厚度。因此，虽然在一个实施例中采用了10μm的厚度，但是这并不是本发明所必需的。本领域的技术人员可以想到许多变化、修改和替换。

图9C为根据本发明的实施例的制作固定指状物的简化图。SOI衬底已经被翻转，使得可移动指朝向下方。之后，对第一单晶硅层掩膜并且蚀刻或者以别的方式处理，来移除固定指状物之间以及在已经被限定的反光镜板上方的材料。因此，所图示的蚀刻步骤移除了约700μm的材料，并暴露氧化物层910。如关于图9A所说明的，可以采用物理/化学蚀刻处理的结合，以使用RIE处理移除第一单晶硅层的硅材料的大部分，之后使用优先化学蚀刻使氧化物层暴露。本领域的技术人员可以想到许多变化、修改和替换。在完成蚀刻处理之后移除掩模层。SOI衬底的氧化物层被移除以释放反光镜结构并使得可动指状物在固定指状物之间响应于静电致动而滑动。当氧化物层被移除时，在图9E和图9F中示出的连接到框架结构的扭转弹簧铰链也被释放。

图9D为根据本发明的实施例的扭转铰链的一部分的简化图。如图9D所示，铰链950从反光镜板960延伸出去，以连接到框架结构（未示出）。图9D中示出的结构将会在移除第二单晶硅层的中央部分中的材料之后出现，由此限定反光镜板的厚度。在之前说明过的掩模和蚀刻处理过程中将扭转弹性铰链的具体形状限定为50μm高，15μm宽（标号952）以及10μm长（标号954）。

图9E为根据图9A到图9D中示出的方法制作的MEMS反光镜系统的简化立体图。框架结构970连接到扭转弹性铰链950并安装到电极衬底（未示出）上，其中该电极衬底包括与固定指状物以及可动指状物和反光镜板电连通的电接触垫。框架结构为固定指状物以及扭转弹性铰链提供机械支持，扭转弹性铰链反过来为反光镜板和可动指状物提供机械支持。

图9F为根据图9A到图9D中示出的方法制作的MEMS反光镜系统的简化俯视图。在图9F中，示出了框架结构与扭转弹簧铰链之间的机械连接。反光镜板990的右侧在被沿第一旋转方向（例如，顺时针旋转）激活时向纸面内移动。反光镜板990的左侧在被沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向（例如，逆时针旋转）激活向纸面内移动。

图10为根据本发明的实施例的用于制作MEMS反光镜的工艺流程1000的简化流程图。可动指状物和铰链形成在衬底（例如，SOI衬底）中（1010）。在特定实施例中，在执行掩模步骤后，从SOI衬底的单晶硅层蚀刻出可动指状物和扭转弹性铰链。该蚀刻处理使SOI衬底的诸如氧化硅层的绝缘层暴露。通过从形成可动指状物和铰链的层移除额外的材料形成反光镜板（1012）。对于本领域的技术人员很明显地，可以根据需要使用额外的掩模和掩模移除步骤。

SOI衬底被翻转过来以提供访问SOI衬底的其他硅层的途径。掩模和移除（通常为蚀刻）处理被用来从其他硅层形成固定指状物（1016）。在本发明的实施例中，固定指状物比可动指状物厚得多。也通过移除其他硅层的一部分形成了反光镜旋转区域（1016）。如图7所示，700μm厚的层的中央部分被移除以使反光镜在顺时针方向和逆时针方向都能自由旋转。

使用移除SOI衬底的氧化硅绝缘层的化学蚀刻处理释放了反光镜结构（1018）。因为可动指状物与固定指状物相交错，所以移除可动指状物与固定指状物之间的氧化层使得可动指状物可以垂直地和横向地移动。在制作反光镜结构之后，该结构被安装到电极衬底（例如CMOS衬底）上，其中电极衬底包括构造为将电信号提供给MEMS反光镜结构的电极和接触垫。在实施例中，可动指状物与铰链之间的区域中的氧化物被选择性地移除，以保持铰链下方的氧化物，并由此提供与底部衬底的机械连接。在一个示例中，这包括限定大的开口区域和控制湿法蚀刻时间。

应该认识到图10中示出的具体步骤提供了制作根据本发明的实施例的MEMS反光镜的具体方法。根据替换实施例也可以执行其他步骤序列。例如，本发明的替换实施例可以以不同的顺序执行上面略述的步骤。此外，图10中示出的各个步骤也可以包括能够以适合于各步骤的各种顺序执行的多个子步骤。此外，可以根据具体应用增加或移除额外的步骤。本领域的技术人员将会想到多种变化、修改和替换。

在替换实施例中，反光镜板与可动指状物的顶部对准。参照图8，与图9A到图9D和图10中示出的工艺流程相结合描述的实施例具有与可动指状物的底部对准的反光镜板。为了制作反光镜板与可动指状物的顶部对准的反光镜结构，使用蚀刻或其他材料移除处理限定可动指状物和扭转弹性铰链。SOI衬底之后被翻转，以提供访问较厚的硅层的途径。之后连同较厚的硅层的中央部分的空腔一起，蚀刻静止的或固定的指状物，由此为反光镜板提供旋转空间。通过使用例如化学或其他蚀刻处理，将SOI衬底的绝缘体（例如，氧化硅）层移除。

通过从包括固定指状物的反光镜结构那侧蚀刻以限定反光镜板的厚度。采用定时的蚀刻，较薄的硅层的部分被移除，并形成顶部与可动指状物的顶部相对准的反光镜板。本领域的技术人员将会想到多种变化、修改和替换。

虽然已经针对本发明的特定实施例和具体示例说明了本发明，但是应该认识到其他实施例也可能落入本发明的精神和范围内。因此，本发明的范围应该参照权利要求及其等价物的全部范围来确定。

相关申请的交叉引用

基于35U.S.C.119(e)，本申请要求递交于2007年1月26日，题为“MEMS mirror for laser printing application”的美国临时专利申请No.60/886,740的优先权，并将其公开的内容通过引用全部结合在这里。

Claims (11)

1.一种用于激光打印设备的扫描反光镜，所述扫描反光镜包括：

框架；

一对固定电极指状物组，其连接到所述框架，所述固定电极指状物组中的每个包括多个固定电极；

一组扭转铰链，其连接到所述框架；

反光镜板，其连接到所述扭转铰链；以及

一对可动电极指状物组，其连接到所述反光镜板，所述可动电极指状物组中的每一者包括多个可动指状物，其中所述多个可动指状物被构造为与所述多个固定指状物相交错。

2.根据权利要求1的扫描反光镜，其中：

所述多个固定指状物的特征在于第一组的相对面具有比所述多个固定指状物的其他面更大的表面面积；

所述多个可移动指的特征在于第二组的相对面具有比所述多个可动指状物的其他面更大的表面面积；以及

当交错时，所述第一组的相对面与所述第二组的相对面相平行。

3.根据权利要求1所述的扫描反光镜，其中，所述框架和所述一对固定电极指状物组包括单晶硅材料。

4.根据权利要求1所述的扫描反光镜，其中，所述一对可动指状物组包括单晶硅材料。

5.根据权利要求1所述的扫描反光镜，其中，所述反光镜板与所述一对可动电极指状物组的表面共面。

6.根据权利要求1所述的扫描反光镜，其中，所述一组扭转铰链与所述一对可动电极指状物组共面。

7.一种制作用于激光打印设备的扫描反光镜的方法，所述方法包括：

提供SOI衬底，其包括第一硅层、与所述第一硅层邻接的氧化硅层以及与所述氧化硅层邻接的第二硅层；

从所述第二硅层的第一部分形成一对可动电极指状物组；

从所述第二硅层的第二部分形成反光镜板；

从所述第一硅层的第一部分形成一对固定电极指状物组；

从所述第一硅层的第二部分形成反光镜旋转区域；

移除所述氧化硅层以形成反光镜结构；以及

将所述反光镜结构安装到电极衬底上。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一硅层包括单晶硅材料。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第二硅层包括单晶硅材料。

10.根据权利要求7所述的方法，其中，与所述氧化硅层邻接的所述第二硅层的表面限定了所述一对可动指状物组的表面和所述反光镜板的表面。

11.根据权利要求7所述的方法，其中，移除所述氧化硅层包括执行化学蚀刻处理。

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