CN104765144B - 电磁—静电混合驱动二维微扫描镜及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电磁—静电混合驱动二维微扫描镜及制作方法,属于微光机电系统(MOEMS)器件领域。该器件主要由中心镜面1、支撑镜面外框架2、静电驱动组件3、电磁驱动组件4组成。其中,中心镜面采用基于洛仑兹力的电磁驱动,支撑镜面外框架采用基于垂直梳齿的静电驱动,其优势在于:电磁驱动所用的线圈可通过刻蚀、剥离、电镀等工艺手段获得,与IC工艺兼容;支撑镜面外框架采用基于垂直梳齿的静电驱动,相比于中心镜面采用静电驱动,动静梳齿间的电隔离可直接通过刻蚀出隔离槽实现,省略了隔离沟槽填充工艺,大大简化了制作工艺。
Description
技术领域
本发明属于微光机电系统(MOEMS)器件领域,主要涉及光学反射技术、微机电系统(MEMS)技术、微加工技术等。
现有技术
光学扫描镜是许多光学系统的核心器件,其基本工作原理是扫描镜镜面在驱动力的作用下发生偏转,从而改变入射光的出射角度。光学扫描镜在投影显示、条码识别、数据存储、医学成像、印刷、形象艺术、质量检测、仪器仪表等领域具有广泛应用。
美国TI公司的数字微镜器件(Digital Micromirror Devices,DMD)在数字投影仪等商业领域的成功应用,曾一度使该公司多年排名全球MEMS企业的榜首,取得了巨大的经济效益。硅基微扫描镜因其能耗小、微型化、易集成等优点,已逐渐成为光学MEMS产业应用的一大热点,在未来的微投影、人机交互等消费电子领域正处于飞速发展阶段。
目前微扫描镜的驱动方式主要有:电磁驱动、静电驱动、电热驱动和压电驱动等。其中压电驱动微扭转镜具有相对好的稳定性,驱动接近线性,同时可以获得较大的扫描角度和较高的频率,具有低驱动电压和大气隙间隔,表现出快速的响应和合理的功耗,不足的是压电材料的制备方式难以与硅微加工技术兼容,器件工艺较为复杂;电热驱动是依靠热膨胀效应来驱动的,电热驱动微扭转镜具有结构形式多样,驱动力大的优点,但其具有响应慢,功耗大的缺点,不适合用于微投影扫描等领域;电磁驱动虽然大多需要在镜面上制作金属线圈,并通过装配技术将外磁场与器件集成在一起,系统结构设计与加工制造相对复杂,但由于其驱动力大,驱动效率高,对尺寸不敏感,不仅可以实现谐振式扫描,也可以工作在非谐振状态,使其在MEMS扫描镜领域得到了广泛应用,Microvision公司2005年推出了一款双轴扫描的电磁驱动式微扫描镜,驱动线圈仅分布在框架上,给线圈施加两种频率叠加的驱动信号可同时实现双轴扭转(Proc.SPIE,2005,5721:1.)。静电驱动有平板电容式驱动和梳齿驱动两种形式,后者相比前者在相对较小的驱动电压下可获得较大的扫描角度,但仍存在驱动力小、驱动电压高的缺陷,通常需要工作在谐振状态,不过静电驱动相比其他驱动方式功耗小、工艺简单,并且与IC工艺完全兼容,成为应用最广泛的驱动方式。
目前二维扫描成像主要有基于李萨如图形扫描和行扫描两种方式,后者相比前者成像直观,控制算法简单。由于静电驱动大多工作在谐振状态,所以只能采用基于李萨如图形扫描的投影显示方案。Maradin公司(http://maradin.co.il/)于2010年研制了一款电磁—静电混合驱动二维微扫描镜,利用静电梳齿产生的静电力驱动内镜面,由于静电信号比较弱,所以使之工作在谐振状态;用U型通电螺线管驱动固定在框架梁结构上的永磁铁,带动框架扭转,电磁力比较大,框架可以工作在任意频率,但是此款扫描镜需要用到微装配技术,把磁性材料固定在微镜框架扭转梁上,与IC工艺不兼容,制作出的微镜器件的工艺稳定性和重复性也很难保证。
发明内容
发明目的
为了克服二维谐振式静电驱动微扫描镜在采用李萨如图形扫描进行投影显示时的控制算法复杂、像质畸变严重等不足,实现行扫描投影成像,本发明提出了一种采用新型驱动方式的二维微扫描镜:电磁—静电混合驱动二维微扫描镜,静电驱动采用动静梳齿对驱动,给动、静梳齿别施加不同的电压,由于静电力的作用产生力矩作为静电驱动模块的驱动力矩;电磁驱动采用洛仑兹力驱动,通过电镀、溅射等工艺手段制作的线圈置于外部磁场中,给线圈施加电流,线圈所受的洛仑兹力产生的力矩作为电磁驱动模块的驱动力矩,而电镀、溅射与IC工艺兼容,精度高,重复性好,便于产品化。
由于电磁驱动力大,可工作在非谐振状态,故电磁驱动部分按低频设计;静电驱动部分工作在高频,振动频率对应其模态为绕着支撑梁的扭转共振频率。另外,若镜面用静电驱动,可动框架用电磁驱动,静电梳齿分布在镜面和框架上,镜面和框架之间需要加填充过的电隔离沟道以实现动、静梳齿之间的电势差,因此制作工艺较为复杂。本发明提出的二维微扫描镜,镜面用电磁驱动,框架用静电驱动,此种驱动方式不需要专门制作完成填充电隔离沟道,通过刻蚀即可实现动静梳齿的电隔离。
技术方案
本发明提出的电磁—静电混合驱动二维微扫描镜的基本工作原理参阅图1。器件主要由中心镜面1、支撑镜面外框架2、静电驱动组件3、电磁驱动组件4组成。
中心镜面1包括镜面结构11、镜面支撑梁13a、13b和反射镀层12,其中反射镀层12的材料根据工作波长来选择,以实现对入射光的高效率反射,镜面形状(如圆形、方形、椭圆形等等)取决于具体应用要求,镜面支撑梁13a、13b实现镜面绕y轴扭转。
支撑镜面外框架2由框架结构23,框架支撑梁22a、22b,框架支撑梁锚点21a、21b组成。其中,框架结构23与镜面支撑梁13a、13b刚性连接支撑;框架支撑梁22a、22b与镜面支撑梁13a、13b正交,实现结构绕x轴扭转;框架支撑梁锚点21a、21b支撑整个微镜结构,框架结构及其支撑梁的形状和尺寸根据具体的应用要求来设计。
静电驱动组件3由动梳齿33a、33b,静梳齿32a、32b,静梳齿锚点31a、31b组成,动梳齿与支撑镜面外框架2是一个整体,且分布在框架23两侧,静梳齿与动梳齿相互平行交错。当给动、静梳齿施加电压时,两者之间的静电力便产生绕x轴扭转的驱动力矩。
其中,中心镜面1、支撑镜面外框架2及分布在框架上的动梳齿33a、33b位于同一层基质材料上(如硅),与动梳齿平行交错分布的静梳齿32a、32b及其锚点31a、31b根据不同的工艺方案可以与其他部分分布在同一层基质材料上,动、静梳齿通过刻蚀一次成型(参阅图3),也可以不在同一层基质材料上,动、静梳齿通过键合工艺集成得到(参阅图4)。
电磁驱动组件4由磁极相对放置的永磁铁41a、41b,镜面反射镀层12四周的金属线圈42,线圈电流流入、流出的电极44a、44b及线圈和电极之间的过渡引线43组成,相对放置的磁铁产生与镜面支撑梁13a、13b垂直的磁场B,线圈上与B垂直的电流受到洛伦兹力,产生绕镜面支撑梁13a、13b扭转的力矩,提供扫描镜沿y轴扭转的驱动力。由于框架结构2绕x轴扭转,从而带动镜面1绕x轴扭转,结合电磁驱动,从而实现二维扫描。
其中,磁极材料可以为坡莫合金、铁氧体等磁性材料。镜面中心反射镀层四周镀有至少一圈的闭合金属线圈,具体圈数由结构尺寸、永磁铁产生的磁场强度、微镜结构所要求的转角而定。该线圈与镜面上的反射镀层都分布在基底材料上。线圈材料为导电性能良好的金属材料,如金、铜等,当线圈大于一圈时,电流从电极b沿一根引线流入,从线圈内部流出到对应引线要加设过渡引线d,过渡引线与线圈除接点e以外的交叉处要有绝缘材料c,如氮化硅、聚酰亚胺、派瑞林或空气等相隔。另外,基底结构a与线圈f或过渡引线d之间也要有绝缘材料g,如氧化硅或氮化硅等相隔,线圈截面放大图参阅图2。
参阅图5,本发明提出的第一种用于制作该微镜的工艺——基于SOI硅片的制作工艺,包括如下基本的工艺步骤:
步骤1:参阅图5(a),在SOI硅片器件层上沉积一层绝缘层,并在绝缘层上,制作线圈过渡金属引线和中心镜面反射镀层(引线和中心镜面反射镀层可以使用不同金属),再在其上沉积一层绝缘层并图形化;
步骤2:参阅图5(b),在SOI基底层制作图形化的掩膜,利用图形化的掩膜刻蚀基底层至SOI中间的埋氧层,得到背腔;
步骤3:参阅图5(c),制作图形化的掩膜,把SOI器件层硅刻蚀至中间的埋氧层,得支撑梁、梳齿等微镜结构;
步骤4:参阅图5(d),在SOI器件层已经图形化的绝缘层上制作金属线圈;
步骤5:参阅图5(e),去除中间的埋氧层,完成微扫描镜制作。
参阅图6,本发明提出的第二种用于制作该微镜的工艺——基于普通双抛硅片的制作工艺,包括如下基本的工艺步骤:
步骤1:参阅图6(a),在硅片的一面沉积一层绝缘层,并在绝缘层上,制作线圈过渡金属引线和中心镜面反射镀层(过渡引线和中心镜面反射镀层可以使用不同金属材料),再在其上沉积一层绝缘层并图形化;
步骤2:参阅图6(b),在硅片另一面制作图形化的掩膜,利用图形化的掩膜刻蚀基底层至一定深度,得到背腔,再沉积一定厚度的金属膜;
步骤3:参阅图6(c),在硅片绝缘层一面制作图形化的掩膜,把剩余的硅层刻蚀至沉积的金属膜,得支撑梁、梳齿等微镜结构;
步骤4:参阅图6(d),在已经图形化的绝缘层上制作金属线圈;
步骤5:参阅图6(e),去除金属膜,完成微扫描镜制作。
参阅图7,本发明提出的第三种用于制作该微镜的工艺——基于硅硅键合的制作工艺,包括如下基本的工艺步骤:
步骤1:参阅图7(a),利用热氧化得一层SiO2膜,图形化后,通过ICP刻蚀得上层梳齿;
步骤2:参阅图7(b),将经过步骤1得到的硅片与另一片长有一定厚度氧化层的硅片键合到一起,并对该硅片减薄抛光;
步骤3:参阅图7(c),热氧化得一层氧化膜做绝缘层,通过湿法腐蚀或剥离的方法做过渡引线和镜面反射镀层,在引线上沉积绝缘层,并图形化;之后溅射种子层,光刻并电镀得线圈;
步骤4:参阅图7(d),基底层硅上制作图形化的掩膜,并通过ICP刻至氧化层,得背腔。
步骤5:参阅图7(e),在步骤3得到的有线圈一侧做图形化的掩膜,通过ICP刻蚀,得上层梳齿和梁结构;
步骤6:参阅图7(f),去除中间氧化层,完成微扫描镜的制作。
有益效果
本发明提出的电磁—静电混合驱动二维微扫描镜由中心镜面1、支撑镜面外框架2、静电驱动组件3、电磁驱动组件4组成。其中,中心镜面采用基于洛仑兹力的电磁驱动,支撑镜面外框架采用基于垂直梳齿的静电驱动,其优势在于:电磁驱动所用的线圈可通过刻蚀、剥离、电镀等工艺手段获得,与IC工艺兼容;支撑镜面外框架采用基于垂直梳齿的静电驱动,相比于中心镜面采用静电驱动,动静梳齿间的电隔离可直接通过刻蚀出隔离槽实现,省略了隔离沟槽填充工艺,大大简化了制作工艺。
另外,电磁驱动驱动力大,不仅可工作在谐振状态,也可工作在非谐振状态,故若支撑镜面外框架按低频设计,中心镜面按高频设计,且振动频率对应其模态为绕着支撑梁的扭转的共振频率,此时可实现逐行扫描。所以该微扫描镜的两轴不仅都可以工作在谐振状态,实现李萨如投影显示,还可以实现行扫描投影,从而简化投影成像控制算法。
附图说明
图1电磁—静电混合驱动二维微扫描镜结构示意图
图2线圈结构局部放大示意图
图3有偏移垂直梳齿驱动振动示意图
图4无偏移垂直梳齿驱动振动示意图
图5基于SOI硅片制作本发明提出的微扫描镜工艺流程图
图6基于普通硅片制作本发明提出的微扫描镜工艺流程图
图7基于硅硅键合技术制作本发明提出的微扫描镜工艺流程图
其中:11.镜面结构;12.反射镀层;13.镜面支撑梁;21.框架支撑梁锚点;22.框架支撑梁;23.框架结构;31.静梳齿锚点;32.静梳齿;33.动梳齿;41.永磁铁;42.框架梁支撑锚点;43.过渡引线;44.电极;
a.硅层;b.电极;c.绝缘层;d.过渡引线;e.引线与线圈连接;f.线圈;g.绝缘层;
具体实施方式
实施例1
参阅图1,本实施例提出的电磁—静电混合驱动二维微扫描镜主要由中心镜面1、支撑镜面外框架2、静电驱动组件3、电磁驱动组件4组成。
中心镜面1包括镜面结构11、支撑镜面的梁13a、13b和反射镀层12,在此反射镀层优选为金膜,镜面结构11形状为方形,支撑镜面的梁13a、13b为直梁,实现镜面绕y轴扭转。
支撑镜面外框架2由框架结构23,框架支撑梁22a、22b,框架支撑梁锚点21a、21b组成。其中,框架结构23与镜面支撑梁13a、13b刚性连接支撑;框架支撑梁22a、22b与镜面支撑梁13a、13b正交,实现结构绕x轴扭转;框架支撑梁锚点21a、21b支撑整个微镜结构。在此,框架结构23的形状选为“回”字形,框架支撑梁22a、22b设计为直梁。
静电驱动组件3由动梳齿33a、33b,静梳齿32a、32b,静梳齿锚点31a、31b组成,动梳齿33a、33b与框架2是一个整体,且分布在框架结构23两侧,静梳齿与动梳齿相互平行交错。当给动、静梳齿上提供不同的电压时,两者之间的静电力便产生绕x轴的驱动力矩。
其中,镜面结构1、框架2及分布在框架上的动梳齿33a、33b、与动梳齿平行交错分布的静梳齿32a、32b及其锚点31a、31b位于同一层硅上,通过ICP刻蚀一次成型,具体如图3示。
电磁驱动组件4由磁极相对放置的永磁铁41a、41b,镜面反射镀层12四周的金属线圈42,线圈电流流入、流出的电极44a、44b及线圈和电极之间的过渡引线43组成,相对放置的磁铁产生与镜面支撑梁13a、13b垂直的磁场B,线圈上与B垂直的电流受到洛伦兹力,产生绕镜面支撑梁13a、13b扭转的力矩,提供扫描镜沿y轴扭转的驱动力。由于框架结构2绕x轴扭转,从而带动镜面1绕x轴扭转,结合电磁驱动,从而实现二维扫描。
其中,磁极材料在该实施例中优先为磁性较强的坡莫合金,镜面中心反射区域四周金属线圈在此设为两圈,该线圈与镜面中心反射镀层都分布在基底硅上,线圈材料为电镀的铜,电流从电极b沿一根引线流入,从线圈中心流出到对应引线再至电极要加设过渡引线d,过渡引线与线圈除接点e以外的交叉处有氮化硅c绝缘。另外,微镜结构a与线圈f或过渡引线d之间选用氧化硅g绝缘,截面放大图如图2示。
参阅图5,本实施例提出的一种用于制作该微镜的工艺—基于SOI硅片的制作工艺,具体如下:
步骤1:参阅图5(a),利用热氧化得一层200nm的SiO2膜,在器件层表面的SiO2上溅射20nm的Cr和100nm的Au,并光刻,以光刻后图形化的光刻胶为掩膜湿法刻蚀图形化Cr和Au(或用剥离的方法得到图形化的Cr和Au),从而得过渡引线和镜面反射镀层,在Au和Cr图形化后的器件层上通过LPCVD沉积200nm左右的Si3N4,光刻之后通过RIE使其图形化;
步骤2:参阅图5(b),在基底层溅射200nm的Al,光刻之后,通过湿法刻蚀使Al层图形化,并用图形化的Al做掩膜,ICP刻蚀基底层至SOI中间的埋氧层,从而得背腔;
步骤3:参阅图5(c),器件层光刻,以光刻胶为掩膜,利用BOE溶液把氧化硅图形化,并以此为掩膜通过ICP刻蚀基底层至SOI中间的埋氧层,得支撑梁、梳齿等微镜结构;
步骤4:参阅图5(d),在器件层已经图形化的Si3N4上溅射一层200nm的Cu作种子层,光刻后电镀线圈;
步骤5:参阅图5(e),去除埋氧层,完成微扫描镜制作。
实施例2:
参阅图1,本实施例提出的电磁—静电混合驱动二维微扫描镜主要由中心镜面1、支撑镜面外框架2、静电驱动组件3、电磁驱动组件4组成。
中心镜面1包括镜面结构11、支撑镜面的梁13a、13b和反射镀层12,在此反射镀层优选为金膜,镜面结构11形状为方形,支撑镜面的梁13a、13b为直梁,实现镜面绕y轴扭转。
支撑镜面外框架2由框架结构23,框架支撑梁22a、22b,框架支撑梁锚点21a、21b组成。其中,框架结构23与镜面支撑梁13a、13b刚性连接支撑;框架支撑梁22a、22b与镜面支撑梁13a、13b正交,实现结构绕x轴扭转;框架支撑梁锚点21a、21b支撑整个微镜结构。在此,框架结构23的形状选为“回”字形,框架支撑梁22a、22b设计为直梁。
静电驱动组件3由动梳齿33a、33b,静梳齿32a、32b,静梳齿锚点31a、31b组成,动梳齿33a、33b与框架2是一个整体,且分布在框架结构23两侧,静梳齿与动梳齿相互平行交错。当给动、静梳齿上提供不同的电压时,两者之间的静电力便产生绕x轴的驱动力矩。
其中,镜面结构1、框架2及分布在框架上的动梳齿33a、33b、与动梳齿平行交错分布的静梳齿32a、32b及其锚点31a、31b位于同一层硅上,通过ICP刻蚀一次成型,具体如图3示。
电磁驱动组件4由磁极相对放置的永磁铁41a、41b,镜面反射镀层12四周的金属线圈42,线圈电流流入、流出的电极44a、44b及线圈和电极之间的过渡引线43组成,相对放置的磁铁产生与镜面支撑梁13a、13b垂直的磁场B,线圈上与B垂直的电流受到洛伦兹力,产生绕镜面支撑梁13a、13b扭转的力矩,提供扫描镜沿y轴扭转的驱动力。由于框架结构2绕x轴扭转,从而带动镜面1绕x轴扭转,结合电磁驱动,从而实现二维扫描。
其中,磁极材料在该实施例中优先为磁性较强的坡莫合金,镜面中心反射区域四周金属线圈在此设为两圈,该线圈与镜面中心反射镀层都分布在基底硅上,线圈材料为电镀的铜,电流从电极b沿一根引线流入,从线圈中心流出到对应引线再至电极要加设过渡引线d,过渡引线与线圈除接点e以外的交叉处有氮化硅c绝缘。另外,微镜结构a与线圈f或过渡引线d之间选用氧化硅g绝缘,截面放大图如图2示。
参阅图6,本实施例提出的第二种用于制作该微镜的工艺—基于350um厚的普通双抛硅片的制作工艺具体如下:
步骤1:参阅图6(a),在硅片的一面利用热氧化得一层200nm的SiO2膜,在其上溅射20nm的Cr和100nm的Au,并光刻,以光刻后图形化的光刻胶为掩膜湿法刻蚀图形化Cr和Au(或用剥离的方法得到图形化的Cr和Au),从而得过渡引线和镜面反射镀层,在Au和Cr图形化后的器件层上通过LPCVD沉积200nm左右的Si3N4,光刻之后,通过RIE使其图形化;
步骤2:参阅图6(b),在硅片另外一面溅射200nm的Al,光刻之后,通过湿法腐蚀使Al层图形化,并用图形化的Al做掩膜通过ICP刻蚀,得深为300um的背腔,再在背腔沉积300nm的Al膜;
步骤3:参阅图6(c),以光刻胶为掩膜,利用BOE溶液把步骤1氧化硅图形化,并以此为掩膜通过ICP把剩余的硅膜刻蚀至沉积的Al膜,得支撑梁、梳齿等微镜结构;
步骤4:参阅图6(d),在已经图形化的Si3N4上溅射一层200nm的Cu作种子层,光刻后电镀得线圈;
步骤5:参阅图6(e),去除金属膜,完成微扫描镜制作。
实施例3:
参阅图1,本实施例提出的电磁—静电混合驱动二维微扫描镜主要由中心镜面1、支撑镜面外框架2、静电驱动组件3、电磁驱动组件4组成。
中心镜面1包括镜面结构11、支撑镜面的梁13、14和镜面上的镀层12,在此反射镀层优选为金膜,镜面形状为方形,支撑镜面的梁为直梁。
支撑镜面框架2由框架结构23,支撑框架梁22a、22b,支撑框架梁锚点21a、21b组成,其中,框架结构形状为“回”字形,支撑梁为直梁,框架结构23提供支撑镜面的梁13、14的锚点,支撑框架梁22a、22b与支撑镜面的梁正交,实现结构绕x方向扭转,支撑框架梁锚点21a、21b支撑整个微镜结构。该实施例中框架结构选为方形,梁为直梁。
静电驱动组件3由动梳齿33a、33b,静梳齿32a、32b,静梳齿锚点31a、31b组成,动梳齿与框架2是一个整体,且分布在框架两侧,静梳齿与动梳齿相互平行交错。当给动、静梳齿上提供不同的电压时,两者之间的静电力便产生绕x轴的驱动力矩。
其中,镜面结构1、框架2及分布在框架上的动梳齿33a、33b位于同一层硅上,与动梳齿平行交错分布的静梳齿32a、32b及其锚点31a、31b位于另外一层硅上,两都通过硅硅键合工艺结合到一起,如图4。
电磁驱动组件4由磁极相对放置的永磁铁41a、41b,镜面反射区域12四周的金属线圈42,线圈电流流入、流出的电极44a、44b及线圈和电极之间的过渡引线43组成,相对放置的磁铁产生与镜面支撑梁13、14垂直的磁场B,线圈上与B垂直的电流受到洛伦兹力,产生绕镜面支撑梁13、14扭转的力矩,提供扫描镜沿y轴扭转的驱动力。框架结构2绕x轴扭转,从而带动镜面1绕x轴扭转,结合电磁驱动,从而实现二维扫描。
其中,磁极材料在该实施例中优先为磁性较强的坡莫合金,镜面中心反射区域四周金属线圈在此设为两圈,该线圈与镜面中心反射镀层都分布在基底硅上,线圈材料为电镀的铜,电流从电极b沿一根引线流入,从线圈中心流出到对应引线再至电极要加设过渡引线d,过渡引线与线圈除接点e以外的交叉处有氮化硅c绝缘。另外,微镜结构a与线圈f或过渡引线d之间选用氧化硅g绝缘,截面放大图如图2示。
参阅图7,本实施例提出的用于制作该微镜的工艺——基于硅硅键合的制作工艺具体如下:步骤1:参阅图6(a),利用热氧化得一层200nm的SiO2膜并图形化,把氧化层图形化,用ICP刻蚀100um得下层梳齿;
步骤2:和另一有1.5um厚的氧化层的硅片键合到一起,并把该硅片减薄抛光至50um;
步骤3:利用热氧化在步骤2减薄抛光得到的面上做一层厚为200nm的氧化硅,再溅射20nm的Cr和100nm的Au,并光刻,并以光刻后图形化的光刻胶为掩膜湿法刻蚀图形化Cr和Au(或用剥离的方法得到图形化的Cr和Au),从而得过渡引线和镜面反射层,在Au和Cr图形化后的器件层上通过LPCVD沉积200nm左右的Si3N4,光刻之后RIE使其图形化;之后溅射200nm的Cu,光刻,电镀得线圈;
步骤4:基底层硅上溅射200nm的Al,光刻,Al膜图形化,ICP刻至氧化层,得背腔。
步骤5:在步骤3得的有线圈面光刻,以光刻胶为掩膜,通过ICP,得上层梳齿和梁结构;
步骤6:去除中间的氧化层,完成微扫描镜制作。
Claims (4)
1.电磁—静电混合驱动二维微扫描镜,其特征在于,主要由中心镜面1、支撑镜面外框架2、静电驱动组件3、电磁驱动组件4组成;
所述中心镜面1包括镜面结构11、镜面支撑梁13a、13b和反射镀层12,镜面支撑梁13a、13b实现镜面绕y轴扭转;
支撑镜面外框架2由框架结构23,框架支撑梁22a、22b,框架支撑梁锚点21a、21b组成;其中,框架结构23与镜面支撑梁13a、13b刚性连接支撑;框架支撑梁22a、22b与镜面支撑梁13a、13b正交,实现结构绕x轴扭转;框架支撑梁锚点21a、21b支撑整个微镜结构;
静电驱动组件3由动梳齿33a、33b,静梳齿32a、32b,静梳齿锚点31a、31b组成,动梳齿与支撑镜面外框架2是一个整体,且分布在框架23两侧,静梳齿与动梳齿相互平行交错;当给动、静梳齿施加电压时,两者之间的静电力便产生绕x轴扭转的驱动力矩;
电磁驱动组件4由磁极相对放置的永磁铁41a、41b,镜面反射镀层12四周的金属线圈42,线圈电流流入、流出的电极44a、44b及线圈和电极之间的过渡引线43组成,相对放置的磁铁产生与镜面支撑梁13a、13b垂直的磁场B,线圈上与B垂直的电流受到洛伦兹力,产生绕镜面支撑梁13a、13b扭转的力矩,提供扫描镜沿y轴扭转的驱动力;
镜面中心反射镀层12四周镀有至少一圈的闭合金属线圈,当线圈大于一圈时,电流从电极b沿一根引线流入,从线圈内部流出到对应引线加设过渡引线d,过渡引线与线圈除接点e以外的交叉处有绝缘材料c;基底结构a与线圈f或过渡引线d之间也有绝缘材料g。
2.用于如权利要求1所述的电磁—静电混合驱动二维微扫描镜的制作工艺,其特征在于,包括如下工艺步骤:
步骤1:在SOI硅片器件层上沉积一层绝缘层,并在绝缘层上,制作线圈过渡金属引线和中心镜面反射镀层,再在其上沉积一层绝缘层并图形化;
步骤2:在SOI基底层制作图形化的掩膜,利用图形化的掩膜刻蚀基底层至SOI中间的埋氧层,得到背腔;
步骤3:制作图形化的掩膜,把SOI器件层硅刻蚀至中间的埋氧层,得支撑梁、梳齿等微镜结构;
步骤4:在SOI器件层已经图形化的绝缘层上制作金属线圈;
步骤5:去除中间的埋氧层,完成微扫描镜制作。
3.用于如权利要求1所述的电磁—静电混合驱动二维微扫描镜的制作工艺,其特征在于,包括如下工艺步骤:
步骤1:在硅片的一面沉积一层绝缘层,并在绝缘层上,制作线圈过渡金属引线和中心镜面反射镀层,再在其上沉积一层绝缘层并图形化;
步骤2:在硅片另一面制作图形化的掩膜,利用图形化的掩膜刻蚀基底层至一定深度,得到背腔,再沉积一定厚度的金属膜;
步骤3:在硅片绝缘层一面制作图形化的掩膜,把剩余的硅层刻蚀至沉积的金属膜,得支撑梁、梳齿等微镜结构;
步骤4:在已经图形化的绝缘层上制作金属线圈;
步骤5:去除金属膜,完成微扫描镜制作。
4.用于如权利要求1所述的电磁—静电混合驱动二维微扫描镜的制作工艺,其特征在于,包括如下工艺步骤:
步骤1:利用热氧化得一层SiO2膜,图形化后,通过ICP刻蚀得上层梳齿;
步骤2:将经过步骤1得到的硅片与另一片长有一定厚度氧化层的硅片键合到一起,并对该硅片减薄抛光;
步骤3:热氧化得一层氧化膜做绝缘层,通过湿法腐蚀或剥离的方法做过渡引线和镜面反射镀层,在引线上沉积绝缘层,并图形化;之后溅射种子层,光刻并电镀得线圈;
步骤4:基底层硅上制作图形化的掩膜,并通过ICP刻至氧化层,得背腔;
步骤5:在步骤3得到的有线圈一侧做图形化的掩膜,通过ICP刻蚀,得上层梳齿和梁结构;
步骤6:去除中间氧化层,完成微扫描镜的制作。
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