CN116990958B - 可控角垂直梳齿驱动阵列的扭转微振镜芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
可控角垂直梳齿驱动阵列的扭转微振镜芯片及其制备方法，芯片包括硼硅玻璃上制备的扭转微振镜镜面，镜面两侧分别与扭转微振镜转轴的一端相连接，扭转微振镜转轴另一端与芯片外框相连接，扭转微振镜转轴两侧对称布置有扭转微振镜梳齿阵列，扭转微振镜梳齿阵列外侧分别设有可控偏角垂直梳齿驱动阵列，可控偏角垂直梳齿驱动阵列与硼硅玻璃静电键合；制备方法包括刻蚀SOI晶圆器件层、静电键合、去除底硅层和埋氧层、溅射SOI晶圆器件层背面和刻蚀SOI晶圆器件层背面、二次静电键合；本发明能够准确控制扭转微振镜梳齿阵列与可控偏角垂直梳齿驱动阵列之间的角度差，为扭转微振镜提供可靠稳定的扭矩，具有可靠性高、一致性高、重复性高和低成本等优点。
Description
技术领域
本发明属于光学元件中的扭转微振镜技术领域，具体涉及可控角垂直梳齿驱动阵列的扭转微振镜芯片及其制备方法。
背景技术
扭转微振镜作为一种以扭转运动为工作模式的MEMS执行器，驱动其发生扭转的方式对其性能影响尤为重要，目前的驱动方式主要包括静电驱动、电磁驱动以及压电驱动等方式，其中，静电驱动因其体积小、工艺简单、易于集成等优点，被广泛用于光学成像、光通讯以及激光雷达等领域。
静电驱动在MEMS领域中主要采取梳齿阵列结构来提供静电驱动力，如谐振压力传感器、陀螺等器件，在上述器件中，静电梳齿提供的驱动力均为驱动平面运动，而扭转微振镜的运动方式为扭转运动，平面阵列梳齿难以在沿垂直器件方向提供较大的驱动扭矩。
目前扭转微振镜驱动阵列的实现方法有：
(1)应力释放法(Frangi,A.,Guerrieri,A.,&Boni,N.(2017).AccurateSimulation of Parametrically Excited Micromirrors via Direct Computation ofthe Electrostatic Stiffness.Sensors,17(4),779.)：利用平面梳齿结构在干法刻蚀后的不对称性，产生微弱的静电力不匹配，最终产生扭矩；
(2)湿法黏附法(Isamoto,K.,Makino,T.,Moroswa,A.,Chong,C.,Fujit a,H.,&Toshiyoshi,H.(2005).Self-assembly technique for MEMS vertical co mbelectrostatic actuator.IEICE Electronics Express,2(9),311–315.)：利用湿法清洗，干燥过程中可能出现黏附效应，使得梳齿结构发生角度差，最终产生扭矩；
(3)柔性铰链法(Bauer,R.,Li Li,&Uttamchandani,D.(2014).DynamicProperties of Angular Vertical Comb-DriveScanning Micromirrors With Electrothermally Controlled Variable Offset.Journal of Microelectromechanical Systems,23(4),999–1008.)：利用BCB、光刻胶或多层膜在梳齿支撑部分形成应力不匹配，在该应力差的影响下，产生梳齿间的高度差，最终产生扭矩；
(4)热塑性变形法(Jongbaeg Kim,Christensen,D.,&Lin,L.(2005).Mo nolithic2-D scanning mirror using self-aligned angular vertical comb drives.IE EEPhotonics Technology Letters,17(11),2307–2309.)：利用有凸台的晶圆对位键合，或利用固定挤压或热塑性变形的方式，来形成有角度差的梳齿阵列，最终产生扭矩；
(5)晶圆键合法(Hah,D.,Patterson,P.R.,Nguyen,H.D.,Toshiyoshi,H.,&Wu,M.C.(2004).Theory and Experiments of Angular Vertical Comb-Drive Actuatorsfor Scanning Micromirrors.IEEE Journal of Selected Topics in Quan tumElectronics,10(3),505–513.)：利用两张晶圆对位键合，形成上下交错的梳齿阵列，通过两张晶圆的高度差来产生扭矩。
以上方法为目前常见的扭转微振镜产生扭矩的方法，但其缺陷十分明显，器件结构的一致性差，导致器件良率低，刻蚀释放应力、多层膜以及光刻胶都存在工艺不确定性，如方法(1)、(2)和(3)，其中方法(2)和(3)形成的驱动梳齿阵列成为角垂直梳齿驱动阵列(Angular Vertical Comb-Drive array)；对设备精度要求高，导致制造成本高，因为梳齿间隙基本都在几微米之间，所以对于晶圆对位要求极高，如(4)和(5)，其形成的驱动梳齿阵列为交错垂直梳齿驱动阵列(Stagger Vertical Comb-Drive array)。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供可控角垂直梳齿驱动阵列的扭转微振镜芯片及其制备方法，通过对可控偏角垂直梳齿驱动阵列的结构进行设计，可控偏角垂直梳齿驱动阵列作为扭转微振镜提供扭矩的驱动结构，准确控制扭转微振镜梳齿阵列与可控偏角垂直梳齿驱动阵列之间的角度差，以便于为扭转微振镜提供可靠稳定的扭矩，最终达到正常工作的目的，具有可靠性高、一致性高、重复性高和低成本等优点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
可控角垂直梳齿驱动阵列的扭转微振镜芯片，包括硼硅玻璃(4)，所述硼硅玻璃(4)上制备有扭转微振镜(1)，扭转微振镜(1)包括位于硼硅玻璃(4)中心处的扭转微振镜镜面(7)，扭转微振镜镜面(7)的两侧分别与一个扭转微振镜转轴(2)的一端相连接，两个扭转微振镜转轴(2)关于扭转微振镜镜面(7)对称，扭转微振镜转轴(2)的另一端与扭转微振镜(1)的芯片外框(8)相连接，扭转微振镜转轴(2)的两侧对称布置有扭转微振镜梳齿阵列(5)，扭转微振镜梳齿阵列(5)的外侧分别设有可控偏角垂直梳齿驱动阵列(6)，可控偏角垂直梳齿驱动阵列(6)与硼硅玻璃(4)静电键合。
所述可控偏角垂直梳齿驱动阵列(6)包括静电键合部分(601)，静电键合部分(601)的一侧与静电键合铰链(603)的一侧相连接，静电键合铰链(603)的另一侧与可控角度驱动梳齿扭转轴(602)的一侧相连接，可控角度驱动梳齿扭转轴(602)的另一侧与可控角度驱动梳齿(604)相连接，可控角度驱动梳齿扭转轴(602)的另外两侧分别设置有转轴突出部分(605)，转轴突出部分(605)的一端与芯片外框(8)相连接，可控角度驱动梳齿(604)与扭转微振镜梳齿阵列(5)交错排列。
所述可控偏角垂直梳齿驱动阵列(6)以及芯片外框(8)上分别布置有金属焊盘(3)。
所述可控偏角垂直梳齿驱动阵列(6)与扭转微振镜梳齿阵列(5)之间形成角度差。
可控角垂直梳齿驱动阵列的扭转微振镜芯片的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，准备硼硅玻璃(4)：
根据扭转微振镜镜面(7)的结构尺寸，确定可动尺寸范围；
步骤2，清洗SOI晶圆：
对SOI晶圆清洗并干燥后待用；所述的SOI晶圆是三层结构的硅基晶圆，SOI晶圆自上而下包括SOI晶圆器件层(101)、SOI晶圆埋氧层(102)以及SOI晶圆底硅层(103)；
步骤3，刻蚀SOI晶圆器件层(101)：
对SOI晶圆器件层(101)刻蚀，形成锚点(104)；
步骤4，静电键合：
将步骤1准备的硼硅玻璃(4)与步骤3刻蚀后的SOI晶圆器件层(101)进行静电键合，使锚点(104)与硼硅玻璃(4)紧密接触，形成玻璃上硅SOG结构；
步骤5，去除SOI晶圆器件层(101)背面的SOI晶圆底硅层(103)和SOI晶圆埋氧层(102)：
利用干湿法刻蚀或减薄抛光工艺，去除SOI晶圆器件层(101)背面的SOI晶圆埋氧层(102)和SOI晶圆底硅层(103)；
步骤6，对SOI晶圆器件层(101)背面溅射：
对步骤5得到的SOI晶圆器件层(101)背面进行溅射，形成金属部分，所述金属部分包括扭转微振镜镜面(7)和金属焊盘(3)；
步骤7，刻蚀SOI晶圆器件层(101)背面：
对步骤6溅射后的SOI晶圆器件层(101)背面进行干法刻蚀，以形成扭转微振镜(1)的初步结构，所述扭转微振镜(1)的初步结构包括扭转微振镜镜面(7)、扭转微振镜转轴(2)、可控偏角垂直梳齿驱动阵列(6)、扭转微振镜梳齿阵列(5)以及芯片外框(8)，可控偏角垂直梳齿驱动阵列(6)中的可控角度驱动梳齿(604)与扭转微振镜梳齿阵列(5)交错排列；
步骤8，二次静电键合：
在步骤7中扭转微振镜(1)初步结构的基础上，进行二次静电键合，将静电键合部分(601)与硼硅玻璃(4)静电键合接触，形成可控偏角垂直梳齿驱动阵列(6)与扭转微振镜梳齿阵列(5)之间的角度差。
所述步骤8的具体实现方法如下：在静电键合过程中，将SOI晶圆器件层(101)接电源正极，硼硅玻璃(4)接负极，电压范围为500-1000V，并将硼硅玻璃(4)和SOI晶圆器件层(101)加热到300-500℃，使接触的玻璃-硅片界面之间发生化学反应，形成牢固的化学键，再对玻璃-硅片施加压力，增强两者之间的紧密接触。
所述锚点(104)高度范围为5-10微米。
相较于现有技术，本发明的有益效果为：
1、本发明将静电键合部分与硼硅玻璃静电键合接触，通过静电键合部分来控制可控角度驱动梳齿与扭转微振镜梳齿阵列之间的角度，可用于各种扭转微振镜器件中驱动梳齿阵列的制备，满足不同的工作要求，例如3D成像领域、光衰减器以及光滤波器等器件中的扭转微振镜。
2、本发明由于采用了静电键合的吸附现象，可产生稳定的化学键，因此相较于应力释放法、湿法黏附法、柔性铰链法，具有更高的稳定性，不会存在这三种方法制备过程中的不稳定性和不一致性。
3、本发明相较于热塑性变形法和晶圆键合法，不需要晶圆之间的对准键合，因此对驱动梳齿阵列制备没有过高的精度要求，且可通过反复加高压的方式，来形成驱动梳齿阵列的驱动角度，因此相较于热塑性变形法和晶圆键合法，具有低成本、高重复性的优点。
综上，本发明通过静电键合吸附技术对可控偏角垂直梳齿驱动阵列的结构进行设计，可控偏角垂直梳齿驱动阵列作为扭转微振镜提供扭矩的驱动结构，准确控制扭转微振镜梳齿阵列与可控偏角垂直梳齿驱动阵列之间的角度差，具备高可靠性、高一致性、高重复性和低成本等优点，可被广泛应用于光学成像、光通信等领域。
附图说明
图1是本发明的整体结构图。
图2是本发明的可控偏角垂直梳齿驱动阵列的结构示意图。
图3是本发明的扭转微振镜梳齿阵列与可控偏角垂直梳齿驱动阵列之间的位置关系图。
图4是本发明扭转微振镜的制备工艺流程图；其中，图4(a)是本发明硼硅玻璃的结构示意图；图4(b)是本发明SOI晶圆的结构示意图；图4(c)是本发明锚点的结构示意图；图4(d)是本发明玻璃上硅SOG的结构示意图；图4(e)是本发明SOI晶圆器件层的结构示意图；图4(f)是本发明SOI晶圆器件层金属溅射后的结构示意图；图4(g)是本发明扭转微振镜的初步结构示意图；图4(h)是本发明二次键合的结构示意图。
图5是本发明可控偏角垂直梳齿驱动阵列形成过程的原理示意图；其中，图5(a)是可控偏角垂直梳齿驱动阵列未二次键合的结构示意图；图5(b)是可控偏角垂直梳齿驱动阵列二次键合的结构示意图。
图中：1、扭转微振镜；101、SOI晶圆器件层；102、SOI晶圆埋氧层；103、SOI晶圆底硅层；104、锚点；2、扭转微振镜转轴；3、金属焊盘；4、硼硅玻璃；5、扭转微振镜梳齿阵列；6、可控偏角垂直梳齿驱动阵列；601、静电键合部分；602、可控角度驱动梳齿扭转轴；603、静电键合铰链；604、可控角度驱动梳齿；605、转轴突出部分；7、扭转微振镜镜面；8、芯片外框。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
现有技术中，扭转微振镜1通常采用绝缘上硅(SOI)片制备，而本发明采用玻璃上硅(SOG)工艺制备，具体提供了可控角垂直梳齿驱动阵列的扭转微振镜芯片及其制备方法，其关键部件包括：扭转微振镜转轴2、金属焊盘3、硼硅玻璃4、扭转微振镜梳齿阵列5、可控偏角垂直梳齿驱动阵列6、扭转微振镜镜面7以及芯片外框8等功能部件，整个器件功能层由SOI器件层(低阻硅)制备而成，通过静电键合固定于硼硅玻璃片上。
如图1所示，可控角垂直梳齿驱动阵列的扭转微振镜芯片，包括硼硅玻璃4，所述硼硅玻璃4上制备有扭转微振镜1，扭转微振镜1包括位于硼硅玻璃4中心处的扭转微振镜镜面7，扭转微振镜镜面7的两侧分别与一个扭转微振镜转轴2的一端相连接，两个扭转微振镜转轴2关于扭转微振镜镜面7对称，扭转微振镜转轴2的另一端与扭转微振镜1的芯片外框8相连接，扭转微振镜转轴2的两侧对称布置有扭转微振镜梳齿阵列5，扭转微振镜梳齿阵列5的外侧分别设有可控偏角垂直梳齿驱动阵列6，可控偏角垂直梳齿驱动阵列6与硼硅玻璃4静电键合，可控偏角垂直梳齿驱动阵列6以及芯片外框8上分别布置有金属焊盘3，用于与外界连接。
所述扭转微振镜1用于反射光路，其悬空于硼硅玻璃4上方，四周通过静电键合与硼硅玻璃4固定。
所述扭转微振镜转轴2用于为扭转微振镜1提供扭转运动支撑。
所述金属焊盘3位于器件四周，用于为器件提供不同电压，以达到驱动扭转微振镜1的目的。
所述硼硅玻璃4主要用于为整体器件提供支撑结构以及形成可控偏角垂直梳齿驱动阵列6与扭转微振镜梳齿阵列5的角度差，同时为了保证扭转微振镜1具有足够的扭转空间，硼硅玻璃4在扭转微振镜1可动区域范围内，通过刻蚀运动间隙或直接打孔的方式提供扭转空间。
所述扭转微振镜梳齿阵列5分布于扭转微振镜转轴2两侧。
所述可控偏角垂直梳齿驱动阵列6位于扭转微振镜1四周，用于驱动扭转微振镜1发生扭转运动，其与扭转微振镜梳齿阵列5的角度差通过与硼硅玻璃4静电吸附形成。
所述扭转微振镜镜面7位于器件中心位置，扭转微振镜镜面7上通过溅射附着金属层(包括但不限于金或铝等金属)，其结构包括但不限于圆形或矩形等其他形状。
如图2所示，所述可控偏角垂直梳齿驱动阵列6包括静电键合部分601，静电键合部分601的一侧与静电键合铰链603的一侧相连接，静电键合铰链603的另一侧与可控角度驱动梳齿扭转轴602的一侧相连接，可控角度驱动梳齿扭转轴602的另一侧与可控角度驱动梳齿604相连接，可控角度驱动梳齿扭转轴602的另外两侧分别设置有转轴突出部分605，转轴突出部分605的一端与芯片外框8相连接，可控角度驱动梳齿604与扭转微振镜梳齿阵列5交错排列。
静电键合部分601用于在二次静电键合过程中与硼硅玻璃4形成静电键合接触。
可控角度驱动梳齿扭转轴602包括转轴突出部分605，转轴突出部分605与芯片框架8相连接，用于在静电键合过程中避免可控偏角垂直梳齿驱动阵列6发生扭转变形。
静电键合铰链603用于在静电键合过程中，形成弹性位移，以保证静电键合部分601与硼硅玻璃4紧密键合。
可控角度驱动梳齿604用于为扭转微振镜1提供驱动力。
图3为本发明的扭转微振镜梳齿阵列5与可控偏角垂直梳齿驱动阵列6之间的位置关系图。当完成二次静电键合后，扭转微振镜梳齿阵列5与可控偏角垂直梳齿驱动阵列6可形成角度差，其角度差与可控偏角垂直梳齿驱动阵列6的结构参数有关，可根据工艺能力进行任意设计。
如图4所示，本发明还提供了可控角垂直梳齿驱动阵列的扭转微振镜芯片的制备方法，包括以下步骤：
如图4(a)所示，步骤1，准备硼硅玻璃4：
根据扭转微振镜镜面7的结构尺寸，确定其可动尺寸范围；
如图4(b)所示，步骤2，清洗SOI晶圆：
选取SOI晶圆，对SOI晶圆清洗并干燥后待用；所述的SOI晶圆是三层结构的硅基晶圆，SOI晶圆自上而下包括SOI晶圆器件层101、SOI晶圆埋氧层102以及SOI晶圆底硅层103；
如图4(c)所示，步骤3，刻蚀SOI晶圆器件层101，以作为后续静电键合的锚点104：
对SOI晶圆器件层101刻蚀，形成锚点104，锚点104高度为5微米，可视工艺能力而定；
如图4(d)所示，步骤4，静电键合：
将步骤1准备的硼硅玻璃4与步骤3刻蚀后的SOI晶圆器件层101进行静电键合，使锚点104与硼硅玻璃4紧密接触，形成玻璃上硅SOG(Silicon on glass)结构；
在所述步骤4过程中，硼硅玻璃4与整张晶圆进行键合，虽然SOI晶圆器件层101正面被刻蚀出锚点，但整张SOI晶圆的刚度足以抵抗静电键合过程中的静电引力，因此SOI晶圆与硼硅玻璃4之间不会发生静电吸附现象，仅发生静电键合；
如图4(e)所示，步骤5，去除SOI晶圆器件层101背面的SOI晶圆底硅层103和SOI晶圆埋氧层102：
利用干湿法刻蚀或减薄抛光工艺，去除SOI晶圆器件层101背面的SOI晶圆埋氧层102和SOI晶圆底硅层103；
如图4(f)所示，步骤6，对SOI晶圆器件层101背面溅射：
在完成步骤5后，SOI晶圆仅剩SOI晶圆器件层101，且SOI晶圆器件层101背面已暴露出来，对SOI晶圆器件层101表面进行溅射，形成金属部分，所述金属部分包括扭转微振镜镜面7和金属焊盘3；
如图4(g)所示，步骤7，刻蚀SOI晶圆器件层101背面：
在完成步骤6后，可在SOI晶圆器件层101背面进行干法刻蚀，以形成扭转微振镜1的初步结构，所述扭转微振镜1的初步结构包括扭转微振镜镜面7、扭转微振镜转轴2、可控偏角垂直梳齿驱动阵列6、扭转微振镜梳齿阵列5以及芯片外框8，可控偏角垂直梳齿驱动阵列6中的可控角度驱动梳齿604与扭转微振镜梳齿阵列5交错排列；
当完成前述工艺后，已形成扭转微振镜1的初步结构，但可控偏角垂直梳齿驱动阵列6仍未与扭转微振镜梳齿阵列5形成固定角度差，因此在此步需要进行二次静电键合，以到达形成固定角度的目的；
如图4(h)所示，步骤8，二次静电键合：
在步骤7中扭转微振镜1初步结构的基础上，进行二次静电键合，将静电键合部分601与硼硅玻璃4静电键合接触，形成可控偏角垂直梳齿驱动阵列6与扭转微振镜梳齿阵列5之间的角度差。
所述步骤8的具体实现方法如下：在静电键合过程中，将SOI晶圆器件层101接电源正极，硼硅玻璃4接负极，电压范围为500-1000V，并将硼硅玻璃4-SOI晶圆器件层101加热到300-500℃，以达到软化玻璃-硅界面，使紧密接触的玻璃-硅片界面之间发生化学反应，形成牢固的化学键，如Si-O-Si键等，通过对玻璃-硅片施加压力，进一步增强两者之间的紧密接触。
当完成步骤7后，扭转微振镜1结构被刻蚀为扭转微振镜镜面7、扭转微振镜转轴2、可控偏角垂直梳齿驱动阵列6等不同部分，其中，扭转微振镜镜面7和扭转微振镜转轴2与硼硅玻璃4相对位置在步骤1后已形成很大间隙，因此不会产生静电吸附现象，而可控偏角垂直梳齿驱动阵列6可通过结构设计以达到降低刚度的目的，因此在步骤8的过程中，弱刚度端极易与玻璃面发生静电吸附，且当静电吸附发生后，玻璃与硅之间形成紧密连接面，类似于一般静电键合过程中压板施加的压力，因此硅与玻璃之间也可以形成牢固的化学键，以保证可控偏角垂直梳齿驱动阵列6的稳定性。
在第一次静电键合后，由图4可知，通过锚点104支撑，SOI晶圆与硼硅玻璃4之间已形成间隙，在图4(g)干法刻蚀后，可控偏角垂直梳齿驱动阵列6在硼硅玻璃4上形成了图2所示的杠杆结构，其中，静电键合部分601与硼硅玻璃4之间的间隙较小，由于硼硅玻璃4已在与可控角度驱动梳齿604相对应部分开出了深槽或打孔，因此，可控角度驱动梳齿604与硼硅玻璃4之间的间隙可到几百微米。
在进行图4(h)二次静电键合时，在静电力的影响下，静电键合部分601极易与硼硅玻璃4发生静电吸附，可控角度驱动梳齿604与硼硅玻璃4则不会发生静电吸附。
如图5所示，在本发明中，二次静电键合时，SOI晶圆已与硼硅玻璃4键合，当键合的SOI晶圆接电源正极，玻璃接负极，电压差保持大于静电吸附电压，静电键合部分601会因静电力发生静电吸附，并与硼硅玻璃4紧密接触，相当于正常静电键合对晶圆施加压力的效果，同时对玻璃-硅片加热到高温，并保持一段时间，保证静电键合部分601与硼硅玻璃4之间形成牢固的化学键，最终实现扭转微振镜梳齿阵列5与可控偏角垂直梳齿驱动阵列6之间形成稳定且可靠的角度差。
本发明可用于各种扭转微振镜器件中驱动梳齿阵列的制备，且通过结构设计来控制驱动梳齿阵列与微振镜梳齿之间的角度，以满足不同的工作要求，例如3D成像领域、光衰减器以及光滤波器等器件中的扭转微振镜。
本发明相较于应力释放法、湿法黏附法、柔性铰链法，具有更高的稳定性，不会存在这三种方法制备过程中的不稳定性和不一致性，如应力释放法完全依靠刻蚀应力释放来实现可控偏角垂直梳齿驱动阵列的驱动角度；湿法黏附法在长时间工作或放置过程中存在失效风险；柔性铰链法需依靠光刻胶、BCB或多层膜在高温环境下固化或热应力不匹配才能产生驱动角度，但该过程中存在材料形成过程，因此其一致性存在风险。
相较于热塑性变形法和晶圆键合法，本发明不需要晶圆之间的对准键合，因此对驱动梳齿阵列制备没有过高的精度要求，且可通过反复加高压的方式，来形成驱动梳齿阵列的驱动角度，因此相较于这两种方法，具有低成本，高重复性的优点。
综上，本发明具备高可靠性、高一致性、高重复性和低成本等优点，非常适用于形成驱动梳齿阵列与微振镜梳齿之间的角度，可被广泛应用于光学成像、光通信等领域。
Claims (6)
1.可控角垂直梳齿驱动阵列的扭转微振镜芯片，其特征在于：包括硼硅玻璃(4)，所述硼硅玻璃(4)上制备有扭转微振镜(1)，扭转微振镜(1)包括位于硼硅玻璃(4)中心处的扭转微振镜镜面(7)，扭转微振镜镜面(7)的两侧分别与一个扭转微振镜转轴(2)的一端相连接，两个扭转微振镜转轴(2)关于扭转微振镜镜面(7)对称，扭转微振镜转轴(2)的另一端与扭转微振镜(1)的芯片外框(8)相连接，扭转微振镜转轴(2)的两侧对称布置有扭转微振镜梳齿阵列(5)，扭转微振镜梳齿阵列(5)的外侧分别设有可控偏角垂直梳齿驱动阵列(6)，可控偏角垂直梳齿驱动阵列(6)与硼硅玻璃(4)静电键合；
所述可控偏角垂直梳齿驱动阵列(6)包括静电键合部分(601)，静电键合部分(601)的一侧与静电键合铰链(603)的一侧相连接，静电键合铰链(603)的另一侧与可控角度驱动梳齿扭转轴(602)的一侧相连接，可控角度驱动梳齿扭转轴(602)的另一侧与可控角度驱动梳齿(604)相连接，可控角度驱动梳齿扭转轴(602)的另外两侧分别设置有转轴突出部分(605)，转轴突出部分(605)的一端与芯片外框(8)相连接，可控角度驱动梳齿(604)与扭转微振镜梳齿阵列(5)交错排列。
2.根据权利要求1所述的可控角垂直梳齿驱动阵列的扭转微振镜芯片，其特征在于：所述可控偏角垂直梳齿驱动阵列(6)以及芯片外框(8)上分别布置有金属焊盘(3)。
3.根据权利要求1或2所述的可控角垂直梳齿驱动阵列的扭转微振镜芯片，其特征在于：所述可控偏角垂直梳齿驱动阵列(6)与扭转微振镜梳齿阵列(5)之间形成角度差。
4.可控角垂直梳齿驱动阵列的扭转微振镜芯片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，准备硼硅玻璃(4)：
根据扭转微振镜镜面(7)的结构尺寸，确定可动尺寸范围；
步骤2，清洗SOI晶圆：
对SOI晶圆清洗并干燥后待用；所述的SOI晶圆是三层结构的硅基晶圆，SOI晶圆自上而下包括SOI晶圆器件层(101)、SOI晶圆埋氧层(102)以及SOI晶圆底硅层(103)；
步骤3，刻蚀SOI晶圆器件层(101)：
对SOI晶圆器件层(101)刻蚀，形成锚点(104)；
步骤4，静电键合：
将步骤1准备的硼硅玻璃(4)与步骤3刻蚀后的SOI晶圆器件层(101)进行静电键合，使锚点(104)与硼硅玻璃(4)紧密接触，形成玻璃上硅SOG结构；
步骤5，去除SOI晶圆器件层(101)背面的SOI晶圆底硅层(103)和SOI晶圆埋氧层(102)：
利用干湿法刻蚀或减薄抛光工艺，去除SOI晶圆器件层(101)背面的SOI晶圆埋氧层(102)和SOI晶圆底硅层(103)；
步骤6，对SOI晶圆器件层(101)背面溅射：
对步骤5得到的SOI晶圆器件层(101)背面进行溅射，形成金属部分，所述金属部分包括扭转微振镜镜面(7)和金属焊盘(3)；
步骤7，刻蚀SOI晶圆器件层(101)背面：
对步骤6溅射后的SOI晶圆器件层(101)背面进行干法刻蚀，以形成扭转微振镜(1)的初步结构，所述扭转微振镜(1)的初步结构包括扭转微振镜镜面(7)、扭转微振镜转轴(2)、可控偏角垂直梳齿驱动阵列(6)、扭转微振镜梳齿阵列(5)以及芯片外框(8)，可控偏角垂直梳齿驱动阵列(6)中的可控角度驱动梳齿(604)与扭转微振镜梳齿阵列(5)交错排列；
步骤8，二次静电键合：
在步骤7中扭转微振镜(1)初步结构的基础上，进行二次静电键合，将静电键合部分(601)与硼硅玻璃(4)静电键合接触，形成可控偏角垂直梳齿驱动阵列(6)与扭转微振镜梳齿阵列(5)之间的角度差。
5.根据权利要求4所述的可控角垂直梳齿驱动阵列的扭转微振镜芯片的制备方法，其特征在于：所述步骤8的具体实现方法如下：在静电键合过程中，将SOI晶圆器件层(101)接电源正极，硼硅玻璃(4)接负极，电压范围为500-1000V，并将硼硅玻璃(4)和SOI晶圆器件层(101)加热到300-500℃，使接触的玻璃-硅片界面之间发生化学反应，形成牢固的化学键，再对玻璃-硅片施加压力，增强两者之间的紧密接触。
6.根据权利要求4所述的可控角垂直梳齿驱动阵列的扭转微振镜芯片的制备方法，其特征在于：所述锚点(104)高度范围为5-10微米。
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2023
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