TW202421569A - 具有在反射鏡之間降低耦合的mems反射鏡陣列 - Google Patents

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Abstract

一種MEM陣列可包括一第一平台，其包括一第一平台反射表面，以及一第二平台，其包括一第二平台反射表面。此MEM陣列可包括一基底晶圓，其位於該第一平台及該第二平台下方；以及一第一框架，其樞轉地連接至該第一平台。該第一框架可為可樞轉地耦接到一第二框架，其包括一第二框架高長寬比（AR）構件，其可以為可操作以減少該第二平台的機械運動。

Description

具有在反射鏡之間降低耦合的MEMS反射鏡陣列
本申請是有關於反射鏡陣列，且特別是有關於MEMS反射鏡陣列。 ［交互參照］
本申請案主張2022年7月22日申請之標題為「具有在反射鏡之間降低耦合的MEMS反射鏡陣列(MEMS MIRROR ARRAYS WITH REDUCED COUPLING BETWEEN MIRRORS)」的美國專利臨時申請案63/391,667的優先權，該臨時申請案整體以引用的方式併入本文。
微鏡裝置是微機電系統（MEMS），其中可以在裝置中的兩個電極之間施加電壓來控制狀態。微鏡裝置的狀態調整可控制光的強度和方向。微鏡裝置在影片投影、顯微鏡和光學領域有多種應用方式。
揭露了MEMS反射鏡陣列及製造此陣列的方法，其降低陣列中在鄰近反射鏡之間的耦合。.
一種微機電（MEM）陣列可包括：一第一平台，其包括一第一平台反射表面；一第二平台，其包括一第二平台反射表面；一基底晶圓，其位於該第一平台及該第二平台下方；以及一第一框架，其樞轉地連接至該第一平台。該第一框架可為可樞轉地耦接到一第二框架，其包括一第二框架高長寬比（AR）構件，其可以為可操作以減少該第二平台的機械運動。 該機械運動可包括諧波共振。該第二框架高AR構件可定位成與該第一平台的一反射鏡腔壁接觸。在該第二框架高AR構件與該反射鏡腔壁之間的該接觸可為可操作以減少該第二平台的該機械運動。
該第二框架可包括一附加的第二框架高AR構件。該附加的第二框架高AR構件可定位成與該第一平台的一反射鏡腔壁接觸。在該附加的第二框架高AR構件與該反射鏡腔壁之間的該接觸可以是可操作以減少該第二平台的該機械運動。該附加的第二框架高AR構件可基本上平行於該第二框架高AR構件。該第二框架高AR構件與該附加的第二框架高AR構件可具有部分重疊的x軸坐標。該第二框架可包括一個或多個側翼構件。該一個或多個側翼構件可基本上垂直於該第二框架高AR構件。該第二框架可基本上沒有孔徑。
該第二框架高AR構件可定位成與該第一平台的一反射鏡腔壁接觸，且該第一框架樞轉地連接至一第三框架、一第四框架與一第五框架，該第三框架包括定位成與該反射鏡腔壁接觸的一第三框架高AR構件，該第四框架包括定位成與該反射鏡腔壁接觸的一第四框架高AR構件，以及該第五框架包括定位成與該反射鏡腔壁接觸的一第五框架高AR構件。該基底晶圓可包括一支撐錨，其可操作以減少該第二平台的機械運動。該第二框架可為一固定框架。該基底晶圓可包括一矽晶圓。該第一平台反射表面可具有一第一共振頻率。該第二平台反射表面可具有一第二共振頻率。
一種微機電（MEM）致動器陣列，包括：一第一平台，其包括一第一平台反射表面；一第二平台，其包括一第二平台反射表面；一基底晶圓，其位於該第一平台及該第二平台下方；以及一第一框架，其樞轉地連接至該第一平台。該第一框架樞轉地連接至一第一固定框架。該第一固定框架可連接至一第一固定框架支撐錨，其可以是可操作以減少該第二平台的機械運動。第一固定框架AR構件可定位成與該第一平台的一反射鏡腔壁接觸。
該MEM致動器可包括一附加的第一固定框架AR構件，其可定位成與該第一平台的該反射鏡腔壁接觸。附加的第一固定框架AR構件可基本上平行於該第一固定框架AR構件。該附加的第一固定框架AR構件與該第一固定框架AR構件可具有部分重疊的x軸坐標。該第一固定框架可包括一個或多個側翼構件。該一個或多個側翼構件可基本上垂直於該第一固定框架AR構件。該第一固定框架可基本上沒有孔徑。該基底晶圓可包括一支撐錨，其位於該第一平台與第二平台之間，以減少該第二平台的機械運動。
該MEM致動器可包括：一第二固定框架，可連接至一第二固定框架支撐錨，其可以可操作以減少一第三平台的機械運動；一第三固定框架，可連接至一第三固定框架支撐錨，其可以可操作以減少一第四平台的機械運動，以及一第四固定框架，可連接至一第四固定框架支撐錨，其可以可操作以減少一第五平台的機械運動。
一種用於減少一微機電（MEM）陣列中相鄰平台之間的耦合的方法，包括：將一可移動框架耦合到具有一反射表面的一平台和一固定框架；以及藉由以下一項或多項減少從該平台到一相鄰平台的機械運動的傳遞：將一個或多個固定框架高長寬比（AR）構件耦合至該固定框架，或將一個或多個固定框架支撐錨耦合至該固定框架。該一個或多個固定框架高長寬比（AR）構件可定位成與一反射鏡腔壁接觸。該一個或多個固定框架支撐錨具有一選定表面區域，其朝該固定框架的一個或多個側翼構件的一表面區域而指向。該固定框架可包括一個或多個側翼構件，其可基本上垂直於該一個或多個固定框架高AR構件。該固定框架可基本上沒有孔徑。
一種製造一微機電（MEM）陣列的方法，其可包括：在一基板的一第一側上形成一介電材料層；在該基板的該第一側上形成包含介電材料的多個垂直隔離溝槽；在該基板的一第二側上將一光罩層圖案化，該第二側相對於該基板的該第一側；在該基板的該第一側上形成多個通孔；對該基板的該第一側進行金屬化；在該基板的該第一側上沉積一第二金屬層以形成一反射表面；在該基板的該第一側上形成多個第二溝槽以限定多個結構；將該基板的該第二側深度蝕刻以形成多個窄葉片；形成該等窄葉片之後，將一基底晶圓接合至該基板的該第二側；以及蝕刻穿過該基板的該第一側上的該等第二溝槽以釋放該等結構並提供電隔離。此方法可包括在對該基板的該第一側進行金屬化之後，形成一鈍化介電層在該基板的該第一側上。該MEM陣列包括：一第一平台，其包括一第一平台反射表面；一第二平台，其包括一第二平台反射表面；一基底晶圓，其位於該第一平台及該第二平台下方；以及一第一框架，其樞轉地連接至該第一平台； 其中該第一框架樞轉地耦接到一第二框架，該第二框架包括以下一項或多項：一第二框架高長寬比（AR）構件，或一第二框架支撐錨。該基板可包括一矽晶圓。該介電材料可是二氧化矽。
前述的一般性敘述與以下詳細敘述僅為示例性的與解釋性的，且並非限制所要求保護的所揭露的具體實施例。 [援引併入]
本說明書中所提到的所有出版物、專利和專利申請案均通過引用併入本文，其程度與每個單獨的出版物、專利或專利申請案被具體且單獨地指出以引用的方式併入的程度相同。
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US 8,904,866 B2，其公告給Hammer於2014年12月9日；
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微機電系統（MEMS），當在兩個電極板之間施加電壓時，可能會產生吸引力，進而導致旋轉。可由兩個電極板之間的間隙來判定出最大旋轉。隨著兩個電極板之間的間隙尺寸增加，需要使用更高的電壓來達成相同的力。因此，用於移動電極板的電壓可能較高、非線性且不穩定。
為了引起旋轉，MEMS可能包括釋放結構，該結構具有：（i）高長寬比（AR）構件，其中該構件的縱向長度至少比該構件的橫向長度大五倍，或（ii）藉由限定具有高AR的空間的間隙與另一結構間隔開的構件。高AR構件和/或相關間隙可用於提供大電容。在靜電電機的情況下，高電容可以促進釋放結構和周圍驅動電極之間的高靜電力。高靜電力允許在較低的施加電壓下在大距離或更大角度上致動釋放的結構，這可操作以增強靜電電機性能。對於不使用大驅動角度的MEMS而實施，高靜電力可以使部分撓曲件的機械剛性更強，以提高釋放結構的共振頻率和裝置在操作環境中的整體可靠性。
填充因數可能會影響MEMS。對於微鏡陣列，填充因數可以是有效反射表面積與反射鏡陣列佔據的總連續面積的比率。為了最大化填充因數，高長寬比構件具有第一尺寸和第二尺寸，且兩個尺寸的其中一個比另一個的尺寸長。高長寬比構件能以它們的最長尺寸垂直於反射鏡表面指向的方式懸掛，如共同轉讓的美國專利No. 6,753,638中對致動器構件所述。
對於增加間隙尺寸，進而增加所使用的靜電力或增加填充因數的微鏡，進而減少相鄰微鏡之間的距離，當特定微鏡移動時可能會導致不同微鏡之間的耦合。將支撐錨放置在反射鏡之間可減少耦合，還能進一步再減少耦合。可藉由以下一項或多項來減少因為施加在固定電極上的扭矩而產生的進一步耦合（例如，串音）：（i）配置一個或多個高AR構件以接觸反射鏡腔壁、（ii）在電極附近添加附加錨、（iii）將一個或多個高AR構件指向為垂直於一個或多個側翼構件等。
一種MEM陣列可包括：一第一平台，其包括一第一平台反射表面(例如可具有一第一共振頻率)；一第二平台，其包括一第二平台反射表面(例如可具有一第二共振頻率)。此MEM陣列可包括一基底晶圓(例如矽晶圓)，其位於該第一平台及該第二平台下方；以及一第一框架，其樞轉地連接至該第一平台。該第一框架可為可樞轉地耦接到一第二框架(例如固定框架)，其可包括一第二框架高AR構件。第二框架高AR構件可以為可操作以減少該第二平台的機械運動(例如例如振動的諧振幅)。
一種MEM致動器可包括：一第一平台，其包括一第一平台反射表面；以及一第一框架，其樞轉地連接至該第一平台。此MEM致動器可包括一第二平台，其包括一第二平台反射表面。此MEM致動器可包括一基底晶圓，其位於該第一平台及該第二平台下方。該第一框架樞轉地連接至一第一固定框架，其包括一第一固定框架支撐錨，其可以是可操作以減少第二平台的機械運動。
一種用於減少一MEM陣列中相鄰平台之間的耦合的方法，可包括：將一可移動框架耦合到：包含一反射表面的一平台和一固定框架；以及藉由以下一項或多項減少從該平台到一相鄰平台的機械運動的傳遞：將一個或多個固定框架高AR構件耦合至該固定框架，或將一個或多個固定框架支撐錨耦合至該固定框架。
製造於此所揭露的MEM陣列的方法被提供。
I、微機電(MEM)陣列
圖1A示出微鏡靜電致動器（例如反射鏡單元）陣列的MEM陣列100的上層視圖部分。MEM陣列100可以包括第一平台112a（例如，中央平台），其可以包括第一平台反射表面（例如，可作為反射鏡並且具有第一共振頻率的金屬層）。MEM陣列100可以包括第二平台112b（例如，不同反射鏡單元的中央平台），其包括第二平台反射表面（例如，可作為反射鏡並且具有第二共振頻率的金屬層）。第一平台112a可樞轉地耦接到第一框架（例如，可移動框架140）。第一框架（例如，可移動框架140）可以樞轉地耦接到第二框架（例如，第一固定框架160）。MEM陣列100可具有反射鏡腔114和支撐件120。MEM陣列100可包括支撐錨116（例如，如圖2B所示的支撐錨212b）。
圖1B示出微鏡靜電致動器101的下表面的平面圖。側翼構件（例如，136、137、138、139）可具有長度和寬度，在具有沿第一方向或第二方向的指向的平面圖中，其中側翼構件(side-flanking member)（例如，136、137、138、139）的指向可以例如垂直於或平行於另一MEM構件，例如另一個側翼構件（例如，136、137、138、139）。側翼構件（例如，136、137、138、139）也可以成對地設置。
該對第一高長寬比構件130、132可耦接至中央平台134。可在第一對中的第一高長寬比構件130的相對端部處，將第一對側翼構件136、137（例如，高長寬比側翼構件）耦接至可移動框架140。第一對高長寬比側翼構件136、137沿與第一高長寬比構件130相同的方向指向。可在第二高長寬比構件132的相對端部處，將第二對側翼構件138、139（例如，高長寬比側翼構件）耦接至可移動框架140。第二對側翼構件138、139（例如，高長寬比側翼構件）也可沿與第二高長寬比構件132相同的方向而指向。
第二對高長寬比構件142、143可耦接在可移動框架140的相對端處。第二對高長寬比構件142、143可垂直於第一高長寬比構件130而指向。第二對高長寬比構件142、143可具有第一對側翼構件144、145和第二對側翼構件146、147，其分別耦接到固定框架160、161、162、163（例如，第一固定框架160、第二固定框架161、第三固定框架162和第四固定框架163）。第一高長寬比構件的第一對高長寬比側翼構件144、145和第二對146、147可以垂直於第二高長寬比構件的第一對和第二對高長寬比側翼構件。附加的高深寬比構件（例如，高深寬比構件148）可以耦合到中央平台134的下表面，以減少整個裝置的蝕刻深度變化（例如，由於蝕刻負載等）。高長寬比構件（例如，高長寬比構件148）可以提供機械剛性並減少頂表面變形。
在平台或框架的一端，微鏡靜電致動器101可以使用可移動構件，如圖1B中的第一高長寬比構件130，與一對第一側翼構件136、137（例如，兩個第一側翼構件）能夠旋轉。微鏡靜電致動器101可以在每個平台使用兩個側翼構件並且在每幀使用兩個側翼構件。中央平台134可樞轉地耦接至可移動框架140，使得第一高長寬比構件130可操作以相對於第一側翼構件136、137移動。當在第一高長寬比構件130和第一側翼構件136、137的其中一個之間施加電位差時，可以在這些構件之間產生吸引力，導致中央平台134樞轉。例如，第一高長寬比構件130可以保持接地電位，同時將有效電壓施加到第一側翼構件136、137中的任一個。例如，向第一側部構件136施加有功電壓可以吸引第一高長寬比構件130，並且可以導致中央平台134沿相應方向旋轉。類似地，向第一側部構件137施加有功電壓可以吸引第一高長寬比構件130並且可以導致中央平台134沿與第一側翼構件136的吸引所產生的方向相反的方向旋轉。
同樣，第二高長寬比構件132可相對於第二側翼構件138、139移動。為了提供中央平台134所需的運動並阻止不需要的旋轉，可相對於第一高長寬比構件130和第二高長寬比構件132同時施加致動電壓。當在第二高長寬比構件132和第二側翼構件138、139的其中一個之間施加電位差時，可以在構件之間（即，在132和138或132和139之間）產生吸引力。導致中央平台134以上述關於第一高長寬比構件130所討論的類似的方式而旋轉。使用串聯在中央平台134的一端上的致動結構，例如第一側翼構件136、137或第二側翼構件138、139，可將中央平台134的不需要的扭轉降至最低，以提供更均勻的旋轉。
致動結構，例如第一側翼構件144、145或第二側翼構件146、147，可用於可移動框架140的旋轉。例如，高長寬比構件142可耦接到可移動框架140，並且第一對側翼構件144、145可在高長寬比構件142的相對端上分別耦接到固定框架160、161。
可移動框架140樞轉地耦接到固定框架160，使得高長寬比構件142可操作以相對於第一對側翼構件144、145移動。當在高長寬比構件142和第一對側翼構件144、145中的一個側翼構件之間施加電位差時，可以在構件之間產生吸引力（例如，在高長寬比構件142和第一對側翼構件144、145的其中一個側翼構件之間）這可導致可移動框架140以上述關於中央平台134所討論的類似方式而樞轉。
高長寬比構件143可相對於第二對側翼構件146、147移動。當在高長寬比構件143和第二對側翼構件146、147的其中一個側翼構件之間施加電位差時，可以在構件之間產生吸引力（例如，在高長寬比構件143和第二對側翼構件146、147的其中一個側翼構件之間），這可以有利於可移動框架140的旋轉。在可移動框架140的一端上串聯使用致動結構，可將框架的不需要的扭轉降至最低，以提供更均勻的旋轉。
替代地或附加地，中央平台134或框架的一端處（例如，可移動框架140或固定框架160、161、162、163）可具有致動結構，例如，第一側翼構件136、137或第二側翼構件138、139。替代地或附加地，微鏡靜電致動器101可具有其他致動結構，其配置成將不需要的扭曲降至最低，而不脫離本發明的範圍。
MEM陣列100（如圖1A所示）可以包括多個平台（例如，微鏡靜電致動器101（如圖1B所示））。陣列中的微鏡靜電致動器101可包括中央平台134、可移動框架140和固定框架160。固定框架160可形成其中可設置中央平台134和可移動框架140的腔。反射表面（例如，可以用作反射鏡並且可以具有第一共振頻率的金屬層）可以耦合到中央平台134並且藉由第一中央平台撓曲件154和第二中央平台撓曲件155而懸掛在可移動框架140上。反射表面可用於沿著光路重新引導光樑，該光路可與接收到的光樑的光路不同。包括中央平台134上的反射鏡的致動器在本文中可被稱為反射鏡單元、具有反射鏡的MEM致動器、或微鏡靜電致動器101。
中央平台134的旋轉可以獨立於可移動框架140的旋轉，使得微鏡靜電致動器101可以允許解耦運動。例如，中央平台134可以相對於固定框架160、161、162、163旋轉，而可移動框架140可以相對於固定框架160、161、162、163在MEM結構上保持平行和固定。替代地或附加地，可移動框架140可相對於固定框架160、161、162、163旋轉，而中央平台134可相對於MEM結構上的可移動框架140保持平行（且固定）。可移動框架140可經由第一固定框架撓曲件152和第二固定框架撓曲件153耦接至固定框架160、161、162、163。替代地或附加地，中央平台134和可移動框架140可例如同時且彼此獨立地旋轉。因此在致動期間，中央平台134、可移動框架140和固定框架160可同時不平行並且相對於彼此分離。
第一中央平台撓曲件154和第二中央平台撓曲件155可經由第一端桿158和第二端桿159耦接至可移動框架140。可使用一組或多組支撐樑170a、170b、170c、170d將第一端桿和第二端桿附接到可移動框架140。一組或多組支撐樑170a、170b、170c、170d可全部或部分地由二氧化矽構成，其配置為促進選定量的張力。例如與可移動框架140、中央平台134、第一端桿158、第二端桿159或固定框架160、161、162、163中使用的材料相比，一組或多組支撐樑170a、170b、170c、170d可藉由擴張不同的量來促進向結構施加選定量的張力。不同擴張性能的材料可以用在可移動框架140中，以有利於第一中央平台撓曲件154和第二中央平台撓曲件155的適當量的張力。
具體地，由作用在可移動框架140以及第一端桿和第二端桿上的連接樑提供的膨脹可導致：（i）一對中央平台撓曲件154、155之間的張力，以及（ii）一對固定框架撓曲件152、153之間的張力。一組或多組支撐樑170a、170b、170c、170d可配置為施加張力以最小化由於彎曲部在壓縮力下的屈曲而導致的位置變形（例如，中央平台撓曲件154、155或固定框架撓曲件152、153）。一般而言，當撓曲件（例如，中央平台撓曲件154、155或固定框架撓曲件152、153）受到超過閾值的壓縮力時，撓曲件可能會有屈曲（例如，中央平台撓曲件154、155或固定框架撓曲件152、153）。
這樣，一組或多組支撐樑170a、170b、170c、170d能以基本非垂直的角度耦接在可移動框架140與第一端桿和第二端桿之間，以拉動中央平台撓曲件154、155以方便張緊。因為固定框架撓曲件152、153可以垂直於中央平台撓曲件154、155，所以支撐樑的基本不垂直的附接角度導致可移動框架140上的拉力，該拉力拉動可移動框架140並且有利於固定框架彎曲部152、153的張力。一組或多組支撐樑170a、170b、170c、170d能以大約45度的角度（例如，在35度至55度的範圍內）連接在：（i）可移動框架140和（ii）第一端桿158和/或第二端桿159。替代地或附加地，一組或多組支撐樑170a、170b、170c、170d能以小於或大於45度耦接在：（i）可移動框架140和（ii）第一端桿158和/或第二端桿159之間。
中央平台撓曲件154、155讓中央平台134得以樞轉。中央平台撓曲件154、155可促進沿著中央平台撓曲件154、155的方向的扭轉阻力，但也可以在其他方向上提供更大的阻力。換言之，對於中央平台沿選定方向（例如，左右或圍繞垂直於中央平台表面的軸線）的不需要的移動可能存在相當大的阻力。
中央平台撓曲件154、155可以延伸到形成在中央平台134中的相應槽中，以為中央平台撓曲件154、155提供足夠的長度，以實現適當的可撓性和/或抗扭性。中央平台撓曲件154、155可具有：約10µm至約200µm的長度（例如約100µm）；高度為約1µm至約20µm（例如，約7µm）；並且寬度為約0.1µm至約2.0µm（例如約1µm）。中央平台撓曲件154、155可具有約5:1至約20:1的長寬比（例如，約10:1的長寬比）。這樣的長寬比可在需要的運動方向上提供更大的順應性，並且在不需要的方向上提供更大的剛度。替代地或附加地，可以使用其他長度、高度、寬度和長寬比。
類似地，固定框架撓曲部152、153讓可移動框架140得以樞轉，同時對可移動框架140在其他方向上的不需要的移動提供阻力。（例如，從一側到另一側，或圍繞垂直於可移動框架的表面的軸線）。固定框架撓曲件152、153可延伸到形成在可移動框架140和固定框架160、161、162、163中的一對對應槽中，以為固定框架撓曲件152、153提供足夠的長度，進而有利於適當的可撓性和抗扭性。固定框架撓曲件152、153可具有與針對中央平台撓曲件154、155所揭示的類似的長度、高度、寬度和長寬比。替代地或附加地，可以使用其他長度、高度、寬度和長寬比。
中央平台撓曲件(flexure)154、155或固定框架撓曲件152、153中的一個或多個可包括一對扭力樑。該對扭力樑可彼此不平行。與單樑撓曲件相比，使用多個扭轉樑（例如，一對或多個）可有助於增加對框架（例如，可移動框架140）或平台（例如，中央平台134）的不需要的移動的阻力。
一對扭力樑(torsion beam)可以具有各種構造。扭力樑可以是非平行樑，其端部靠近可移動框架140，其可以基本上平行並且以間隙彼此間隔。扭力樑之間的間隙可配置為沿著扭力樑的長度而縮減，使得靠近固定框架160、161、162、163的扭力樑的端部可以比靠近可移動框架140的樑的端部更靠近在一起。扭轉樑相對於彼此的角度可抵抗不穩定的扭轉模式。
替代地或附加地，扭力樑可配置成使得扭力樑靠近固定框架160、161、162、163的端部的距離可以比扭力樑靠近可移動框架140的端部的距離更遠。或者，扭力樑可基本上彼此平行，使得扭力樑之間的間隙沿著扭力樑的長度是基本上均勻的。
圖2A示出沿圖1中的剖面線1-1截取的MEM陣列100的部分剖面，其具有頂側10和底側20，其中MEM陣列100內的層可以具有朝向頂側10指向的層頂表面和朝向底側20指向的層底表面。MEM陣列100可以包括矽晶圓210和蓋晶圓250，矽晶圓210可以是MEM陣列100的基底晶圓，蓋晶圓250可以是保護層。在一些配置中，一對接合元件211a、211b是圍繞微鏡陣列的燒結玻璃密封件，以將裝置晶圓220接合到基底晶圓210。
圖2B示出沿圖1中的剖面線1-1截取的MEM陣列100的部分剖面面。其中，在212a和212c處，可使用例如共晶接合、熱壓接合、熔融接合或陽極接合中的一種或多種方法，將矽晶圓210接合到裝置晶圓220。可藉由將高度為約10μm至約100μm的柱和/或柱蝕刻到矽晶圓210中來形成支撐錨212b（或支撐柱）以及接合表面212a和212c。在接合過程中，支撐錨212b可以接觸支撐織帶234。在一些配置中，支撐錨212b可接合至支撐織帶234。在其他構造中，支撐錨212b可靠近支撐織帶234但不會接觸到支撐織帶234。支撐織帶234可位於支撐件120下方（如圖1A中的116所示）。
可使用乾式蝕刻在裝置晶圓220的上表面（例如，頂側10）處實施結構釋放，乾式蝕刻可擊穿多個溝槽226以懸掛中央平台236（例如反射鏡）和框架230的可移動結構。藉由蝕刻正面直至蝕刻接近或剛好到達反射鏡腔232以形成隔離接頭228。
替代地或附加地，釋放蝕刻可藉由將例如框架230的矽與周圍構件238a、238b的矽分離來促進電隔離。通孔224可將矽區域連接到金屬互連件240。為了將中央平台236（例如，反射鏡）與外部環境密封，蓋晶圓250可例如利用作為燒結玻璃密封件的第二對接合元件222a、222b而接合到裝置晶圓220。蓋晶圓250可以是玻璃，以允許：入射光以低損耗在反射鏡上方的腔242中透射、入射光從中央平台236（例如反射鏡）的上表面反射、以及入射光透射出反射鏡腔。
II、微鏡靜電致動器的模態分析
如圖3A至圖3H所示，致動器陣列（例如，如圖1A所示的MEM陣列100）中的微鏡靜電致動器300a、300b、300c、300d、300e、300f、300g、300h可以接收模擬振動頻率。為了了解理想的裝置性能，對單個微鏡靜電致動器300a、300b、300c、300d、300e、300f、300g、300h完成模態分析，以模擬不同的機械運動（例如，框架旋轉、框架平移、反射鏡旋轉或反射鏡平移）。這些模擬用於計算模態解法，該解法提供了各種結果（例如振動頻率和相對位移）。
在ANSYS®中模擬微鏡靜電致動器300a、300b、300c、300d、300e、300f、300g、300h的矽模型，其中微鏡靜電致動器300a、300b、300c、300d、300e、300f、300g、300h的彈簧高度為7μm，結構高度為30μm，總高度為310μm。彈簧下方的結構高度為23 µm，結構下方的葉片高度為280 µm。進行模態分析，振型和頻率如表I所示。 表I：模態結果
平移/旋轉 頻率（Hz）
框架繞y軸旋轉 582.552
反射鏡繞x軸旋轉 759.682
x方向反射鏡平移 1870.81
框架繞y軸旋轉 3402.59
反射鏡繞z軸旋轉 3778.24
y方向反射鏡平移 5906.59
反射鏡繞x軸旋轉 9383.56
z方向反射鏡平移 13500.9
III、減少力影響的結構變化
對於其中不存在錨（圖2A）或支撐錨212b未接合至圖2B中的支撐織帶234的模擬，以400Hz的頻率向MEM陣列（例如，圖1A中的MEM陣列100）中的中央平台（例如，圖1B中的中央平台134）施加20μN的總力。接受所施加力的反射鏡（在第3行第2列中以粗體顯示）和周圍反射鏡的y方向傾斜和/或x方向傾斜度數如表II所示。當模擬中不存在芯片時，單元呈灰色顯示。表II對應於當不存在支撐錨212b（圖2A）或支撐錨212沒有接合到圖2B的支撐織帶234上（例如，沒有接合錨）時的情況。 表II：MEM陣列配置 – 未接合錨
第1列 第2列 第3列 第4列 第5列
第1行 2.5x10 -6°（x）
第2行
第3行 9x10 -6°（y） 36.5°（y） 5x10 -6°（y） 1x10 -6°（y）
第4行
第5行 2.5x10 -6°（x）
接收所施加的力的中央平台（例如，圖1B中的中央平台134）的傾斜度數在模擬中計算為36.5°。當對於MEM陣列（例如，圖1A中的MEM陣列100）應用小角度近似時，在模擬中計算出的角度為34°。第3行第1列的中央平台（例如，圖1B中的中央平台134）的偏轉（即，具有9x10 -6°的傾斜）可以使用以下進行計算：偏轉（以ppm為單位） = 傾斜（以度為單位）/應用的反射鏡傾斜（以度為單位），提供0.26 ppm的偏轉。因此，當未接合錨時，第3行中的中央平台（例如，圖1B中的中央平台134）的偏轉，第1列提供了一個基線，從該基線可比較在修改微鏡靜電致動器101的結構之後獲得的其他結果。
MEM陣列（例如，圖1A中的MEM陣列100）可以包括第一平台（例如，圖1B中的中央平台134）以及第二平台（例如，相鄰的中央平台）。第一平台包括第一平台反射表面（例如，反射鏡），第二平台包括第二平台反射表面（例如，反射鏡）。MEM陣列（例如，圖1A中的MEM陣列100）可包括基底晶圓（例如，圖2A和圖2B中的矽晶圓210），基底晶圓位於第一平台（例如，圖1B中的中央平台134）和第二平台（例如，相鄰的中央平台）下方。基底晶圓（例如，圖2B中的矽晶圓210）可包括支撐錨（例如，當接合到圖2B中的234時的支撐錨212b）。當第一平台（例如，圖1B中的中央平台134）接收到施加的力時，可操作支撐錨以減少第二平台（例如，相鄰的中央平台）的機械運動（例如，諧波）。
對於使用錨的模擬，即圖2B中的212b與234接合，以400 Hz的頻率向MEM陣列中的中央平台（例如，圖1B中的中央平台134）施加20 µN的總力（例如，圖1A中的MEM陣列100）。在施加力的情況下，接合錨和未接合錨的情況對於反射鏡具有相同的偏轉。接收所施加的力的中央平台（例如，圖1B中的中央平台134）的y方向傾斜和/或x方向傾斜度數（在第3行第2列中以粗體顯示）以及周圍中央平台（例如，周圍反射鏡）如表III所示。 表III：MEM陣列配置 – 接合錨
第1列 第2列 第3列 第4列 第5列
第1行 2x10 -8°（x）
第2行 1.8x10 -6°（x）
第3行 5x10 -7°（y） 36.5°（y） 3x10 -7°（y） 3x10 -8°（y）
第4行
第5行 2x10 -8°（x）
接收所施加的力的中央平台（例如，圖1B中的中央平台134）的傾斜度經計算為36.5°。當對於MEM陣列（例如，圖1A中的MEM陣列100）應用小角度近似時，計算角度為34°。表III第3行第1列中的平台（例如反射鏡）計算為5x10 -7°，相當於0.014 ppm的偏轉。中央平台（例如反射鏡）之間的串擾，對第3行、第1列的中央平台施加力，並且錨已接合（即0.014 ppm）與對第3行、第1列中央平台施加力且沒有接合錨的中央平台（例如反射鏡）之間的串擾（即0.26 ppm）相比，串擾為5.38%。也就是說，從接收所施加的力的中央平台（例如，圖1B中的中央平台134）傳遞到第3行、第1列中且錨已接合的中央平台134（例如反射鏡）的偏轉百分比約為未接合錨時的5.38%。
對MEM陣列（例如，圖1A中的MEM陣列100）中的一個中央平台（例如，圖1B中的中央平台134）施加力可能導致周圍微鏡靜電致動器（例如，圖1B中的微鏡靜電致動器101）的其他中央平台（例如，反射鏡）中的不需要的運動，即使當使用附加的錨時也是如此。圖4A至圖4C示出當包括附加錨時對反射鏡單元施加力的模擬以及該力對相鄰反射鏡單元的影響。
圖4A示出微鏡靜電致動器101的下表面。為了進行模擬，以400Hz向第二對高長寬比構件142、143沿正x軸方向施加20μN（總計）的力，並沿箭頭所示的正x方向對於：（i）固定框架161上的側翼構件145和（ii）固定框架163上的側翼構件147，施加相等但相反的力。該施加的力導致可移動框架140繞Y軸振動旋轉。微鏡靜電致動器101還包括：固定框架160上的側翼構件144、固定框架162上的側翼構件146以及反射鏡腔壁（未示出）。
圖4B示出接收所施加的力的微鏡靜電致動器101如何影響MEM陣列中的其他反射鏡單元。受影響的反射鏡單元包括鄰接的對角反射鏡單元（402、404、406、408、410、412）以及位於接收所施加的力的微鏡靜電致動器101的正上方（414）和正下方（416）的反射鏡單元。其他一些反射鏡的不同傾斜度記錄在表III中。
對於非錨定示例，如比較表II和表III的結果所示，整個反射鏡陣列受到影響。
圖4C提供對於接合錨的情況的更仔細的檢查，並且揭示了向微鏡靜電致動器101施加力對其對角線（向上或向下）的鄰居（即，402、404、408（圖4C中未示出）、410（圖4C中未示出））有最大的影響。對角反射鏡單元404處的傾斜是1.8×10 -6度。由於向固定框架（例如，固定框架161）施加扭矩，從接收施加力的微鏡靜電致動器101將傾斜轉移到對角反射鏡單元404。
微鏡靜電致動器101，如圖5A所示，可包括基本上沒有孔的固定框架160、161、162、163。出於本發明的目的，「基本上」可以指在值的1%、2%、3%、5%或10%中的一項或多項內。當固定框架160、161、162、163的表面積的小於10％、5％、3％、2％或1％中的一項或多項包括孔時，可以基本上當作固定框架160、161、162、163沒有孔。
圖5A至圖5C示出微鏡靜電致動器101的一部分和周圍結構（例如，反射鏡腔壁234）。圖5A示出反射鏡的一部分，其中孔徑510或孔位於固定框架160、161、162和163中。圖5B示出微鏡靜電致動器101的部分和周圍結構（例如，反射鏡腔壁234），其中從固定框架160、161、162、163移除孔510。
圖5C示出當如圖5A所示的孔510如圖5B所示被移除時，以400Hz的頻率向微鏡靜電致動器101的部分施加20μN的總力所產生的影響。將孔510移除可減少串擾，如圖5D至圖5E、圖6A至圖6B和圖7A至圖7B所示。
如圖5D中所示，微鏡靜電致動器500d的一部分可包括可移動框架140、固定框架161、高長寬比構件142、側翼構件145和固定框架錨512d。固定框架161可耦合到固定框架錨512d，固定框架錨512d可操作以減少周圍反射鏡單元的機械運動。固定框架錨512d可定位在側翼構件145附近。如圖5E所示，在微鏡靜電致動器500e的一部分中，與固定框架錨512d相對於側翼構件145的位置相比，具有較大表面積的固定框架錨512e可定位成更靠近側翼構件145。固定框架錨512d（如圖5D所示）可修改為固定框架錨512e，其可具有可朝向側翼構件145的表面區域指向的選定表面區域。固定框架錨512e的選定表面積可以是有利於減少周圍反射鏡單元的機械運動的量。隨著固定框架錨512e的選定表面面積增加，周圍反射鏡單元的機械運動可減少。
如圖6A所示，微鏡靜電致動器101可包括第一框架（例如，可移動框架140），其可以樞轉地耦接到第二框架（例如，固定框架160、161、162、163）。第二框架（例如，固定框架160、161、162、163）可包括第二框架高AR構件（例如，高長寬比構件610、611、612、613）以有利於增加剛度和支撐以減少機械運動（例如諧波），其可以在中央平台（例如，如圖1B所示的中央平台134）和周圍反射鏡單元之間轉移。第二框架高AR構件（例如，高長寬比構件610、611、612、613）可以操作以減少周圍反射鏡單元的機械運動。第二框架高AR構件（例如，高長寬比構件610、611、612、613）可配置成接觸反射鏡腔壁234以有助於減少機械運動向周圍反射鏡單元的傳遞。
利用高長寬比構件610、611、612、613提供的附加剛度和支撐，從微鏡靜電致動器101到MEM陣列（例如，圖1A中的MEM陣列100）中的相鄰反射鏡單元（例如，對角反射鏡）的運動傳遞從錨定情境的1.8x10 -6度的傾斜減少到該情境為1.0x10 -6度，其中將孔（例如，如圖5A中所示的孔510）移除並且添加1個高AR構件，如圖6B中的微鏡靜電致動器101所示。表IV提供了不同情境的傾斜度：（i）在沒有一個或二個更高AR構件且沒有附加錨的情況下進行錨定、（ii）增加一個高AR構件、（iii）增加了二個高AR構件、（iv）附加錨，和（v）更大的附加錨。表IV中的情況包括定位在平台之間的支撐錨（例如，圖2中的212b接合至234）。第四行（「附加錨」）還包括如圖5D中所示的錨，並且第五行（「附加較大錨」）還包括如圖5E中所示的錨。 表IV：不同情境的傾斜度
情境 相對於諧波驅動反射鏡的反射鏡位置 傾斜（度數）
錨定 向上和向右 1.8x10 -6
新增一個高長寬比構件 向上和向右 1.0x10 -6
新增二個高長寬比構件 向上和向右 5.7x10 -7
附加錨 向上和向右 1.1x10 -6
附加較大的錨 向上和向右 1.2x10 -6
如圖7A所示，微鏡靜電致動器101可包括第一框架（例如，圖1B中的可移動框架140），其可以樞轉地耦接到第二框架（例如，來自固定框架160、161、162、163的固定框架）。第二框架可包括至少兩個第二高長寬比構件710、710’（例如，框架高AR構件），其可操作以促進增加剛度和支撐以減少機械運動（例如，諧波），其可以在中央平台（例如，如圖1B所示的中央平台134）和周圍反射鏡單元之間轉移。兩個第二高長寬比構件710、710’可配置成接觸反射鏡腔壁234以促進減少機械運動到周圍反射鏡單元的傳遞。兩個第二高深寬比構件710、710’之間的間隙可配置為避免以下一種或多種情況：（i）與其他構件接觸，或（ii）影響蝕刻。
兩個第二高長寬比構件710、710’可基本上彼此平行。兩個第二高長寬比構件710、710’可基本上彼此平行。當兩個構件之間的角度相差小於兩個構件之間與0度的角度成10度、5度、3度、2度或1度中的一種或多種。
微鏡靜電致動器101可以包括以下一個或多個：第三框架（例如，固定框架160、161、162、163中的第二固定框架），其包括可與反射鏡腔壁234接觸的第三框架高AR構件（例如，711、711’）；第四框架（例如，固定框架160、161、162、163中的第三固定框架），其包括可與反射鏡腔壁234接觸的第三框架高AR構件（例如，712、712’）；或者第五框架（例如，固定框架160、161、162、163中的第四固定框架），其包括可與反射鏡腔壁234接觸的第四框架高AR構件（例如，713、713’）。
圖7A示出微鏡靜電致動器101，其中將孔（例如，如圖5A中所示的孔510）移除並且添加多個高長寬比構件710、710’、711、711’、712、712’、713、713’以支撐固定框架160、161、162和163。第一對高長寬比構件710、710’與固定框架160上的側翼構件144部分重疊。即，高長寬比構件710的x軸坐標與高長寬比構件710’的x軸坐標部分重疊，並且高長寬比構件710和高長寬比構件710’的x軸坐標與第一對側翼構件144中的一個或多個側翼構件的x軸坐標部分重疊。第二對高長寬比構件711、711’與固定框架161上的側翼構件145部分重疊。即，高長寬比構件711的x軸坐標與高長寬比構件711’的x軸坐標部分重疊，並且第二對高長寬比構件711、711’的x軸坐標與一個或多個側翼構件（例如，側翼構件145）的x軸坐標部分重疊。第三對高長寬比構件712、712’與固定框架162上的側翼構件146部分重疊。也就是說，712的x軸坐標與712’的x軸坐標部分重疊，且高長寬比構件712和高長寬比構件712’的x軸坐標與一個或多個側翼構件（例如側翼構件146）的x軸坐標部分重疊。第三對高長寬比構件713、713’與固定框架163上的側翼構件147部分重疊。也就是說，高長寬比構件713的x軸坐標與高長寬比構件713’的x軸坐標部分重疊，並且高長寬比構件713、713’的x軸坐標與一個或多個側翼構件（例如側翼構件147）的x軸坐標部分重疊。高長寬比構件710、710’、711、711’、712、712’、713、713’中的一個或多個可接觸反射鏡腔壁234。
利用由多個高長寬比構件710、710’、711、711’、712、712’、713、713’提供的附加剛度和支撐，從微鏡靜電致動器101到相鄰反射鏡單元的運動傳遞（例如，陣列中的對角反射鏡）的傾斜度從一個附加高AR構件的1.0x10 -6度減少到該場景的5.7x10 -7度，其中添加了二個高AR構件來支撐固定框架160、161、162、163，如圖7A所示的微鏡靜電致動器101。
如圖7B所示，微鏡靜電致動器101可包括第一框架（例如，圖1B中的可移動框架140），其可樞轉地耦合到第二框架（例如，固定框架160、161、162、163）。第二框架（例如，固定框架160、161、162、163）可包括一個或多個側翼構件（例如，144）。高長寬比構件714、715、716、717中的第二高長寬比構件可相對第一對側翼構件144、145中的一個或多個，或位於同一固定框架（例如，固定框架160、161、162、163）上的第二對側翼構件146、147，以避免以下一項或多項情況：（i）與其他構件接觸，或（ii）影響蝕刻。
高長寬比構件714、715、716、717中的第二高長寬比構件可以基本上垂直於第一對側翼構件144、145中的一個或多個，或者位於同一固定框架（例如，固定框架160、161、162、163）上的第二對側翼構件146、147。當兩個構件之間的角度與垂直方向相差小於10度、5度、3度、2度或1度（即90度）中的一種或多種時，兩個構件可視為基本上彼此垂直。
圖7B示出微鏡靜電致動器101的另一個設置，其中將孔（例如，如圖5A中所示的孔510）移除並且添加多個高長寬比構件714、715、716及717以分別支撐固定框架160、161、162和163。高長寬比構件714垂直對齊固定框架160上的一或多個側翼構件144。高長寬比構件715垂直對齊固定框架161上的一或多個側翼構件145。高長寬比構件716垂直對齊固定框架162上的一或多個側翼構件，例如側翼構件146。高長寬比構件717垂直對齊固定框架163上的一或多個側翼構件，例如側翼構件147。高長寬比構件714、715、716、717中的一或多個可接觸反射鏡腔壁234。
因此，可操作放置在反射鏡單元中的錨和/或高長寬比構件以減少相鄰反射鏡單元的振動的諧波幅度，與不使用錨和/或高長寬比構件的放置的基線場景相比，有利於提高MEM陣列的性能。
根據本發明中描述的至少一個示例，圖8示出可用於減少MEM陣列中的相鄰平台之間的耦合的示例方法800的處理流程。可根據本發明中描述的至少一個示例來配置方法800。
方法800可從方塊805開始，其中方法800可包括將可移動框架耦合到：包括反射表面的平台，以及固定框架。
在方塊810處，方法800可包括將機械運動從平台到相鄰平台的傳遞減少以下一項或多項：將一個或多個固定框架高長寬比（AR）構件耦接至固定框架，或者將一個或多個固定框架支撐錨耦接至固定框架。一個或多個固定框架高長寬比構件可定位成接觸反射鏡腔壁。一個或多個固定框架支撐錨具有選定的表面區域，該表面區域可以指向朝著固定框架的一個或多個側翼構件的選定表面區域。固定框架可包括一個或多個側向構件，其可基本上垂直於一個或多個固定框架高AR構件。固定框架可基本上沒有孔。
在不脫離本發明的範圍的情況下，可以對方法800進行修改、添加或省略。例如，在一些示例中，方法800可包括可能未明確示出或描述的任何數量的其他組件。
IV、製造方法
用於製造MEM陣列（例如，圖1A中的MEM陣列100）的方法可包括在基板的第一側上形成介電材料層；在基板的第一側上形成包含介電材料的垂直隔離溝槽；在基板的與基板的第一側相對的第二側上將光罩層進行圖案化；在基板的第一側上形成通孔；對基板的第一側進行金屬化；在基板的第一側沉積第二金屬層以形成反射表面；在基板的第一側上形成第二溝槽以限定出結構；將基板的第二側進行深度蝕刻以形成窄葉片；在形成窄葉片之後，將基底晶圓（例如，圖2A至圖2B中的矽晶圓210）接合到基板的第二側；蝕刻穿過基板第一側上的第二溝槽以釋放結構並提供電隔離。
MEM陣列100可以包括第一平台112a（例如，中央平台），其可以包括第一平台反射表面（例如，可作為反射鏡並且具有第一共振頻率的金屬層）。MEM陣列100可以包括第二平台112b（例如，不同反射鏡單元的中央平台），其可以包括第二平台反射表面（例如，可作為反射鏡並且具有第二共振頻率的金屬層）。MEM陣列100可以包括位於第一平台112a和第二平台112b下方的基底晶圓（例如，矽晶圓）。第一台112a可以樞轉地耦接到第一框架（例如，可移動框架140）。第一框架（例如，可移動框架140）可樞轉地耦接到第二框架（例如，固定框架160）。第二框架（例如，固定框架160）可包括以下一個或多個：第二框架高長寬比（AR）構件（例如，如圖6A所示的高長寬比構件610、611、612、613）或者第二框架支撐錨（例如，如圖5D所示的固定框架錨512d或如圖5E所示的固定框架錨512e）。
基板可以包括矽晶圓。替代地或附加地，介電材料可以是二氧化矽。替代地或附加地，該方法可包括以下的一個或多個：在金屬化基板的第一側之後，在基板的第一側上形成鈍化介電層，以及將蓋晶圓附接到基板的第一側上。蓋晶圓可以由玻璃組成。
參照圖9A至圖9K描述生產方法的製程流程。
圖9A示出可以選擇厚度範圍為300-600µm（um）的矽晶圓910（例如，界面晶圓上的矽）的剖面圖。矽晶圓910可具有頂側10（或裝置側或就是指頂部）和背面或底側20。由矽晶圓910形成的MEM陣列100內的層可具有朝向頂側10指向的層頂表面和朝向底側20定向的層底表面。標記出左上部分902。埋入式氧化物層912可以是0.5-1μm厚並且位於頂側10下方10-50μm處。
圖9B至圖9E示出MEM陣列（例如，如圖1A所示的MEM陣列100）中的矽晶圓910的左上部分902，其示出了用於在矽晶圓910的頂側10上形成隔離溝槽920的製造技術。隔離溝槽920可垂直地設置在矽晶圓基板上並且利用介電材料（例如，二氧化矽）進行填充。一旦隔離溝槽920被填充，在釋放反射鏡之後可提供葉片之間的電隔離。在隔離溝槽填充製成之後，可將光罩層914保留在矽晶圓910的表面上並且可將光罩層914進行平坦化，以簡化後續的微影圖案化並消除表面不連續性。
參照圖9B，光罩層914可設置於矽晶圓910。光罩層914可以是二氧化矽（例如，氧化物層）。矽晶圓910可具有任意的摻雜、電阻率和晶體指向，因為該製程依賴於反應離子蝕刻來雕刻和形成結構。光罩層914可在隔離溝槽蝕刻製程期間保護矽晶圓910的上表面，因此代表光罩層。該光罩層可以由多種技術形成，包括矽的熱氧化或化學氣相沉積（CVD）。光罩層914的厚度可以為0.5-1.0μm。光阻劑層916可被旋塗到矽晶圓910上並且使用微影技術進行曝光和顯影以限定出用於隔離溝槽920的隔離溝槽圖案。可以使用反應離子蝕刻將光阻劑圖案轉移到光罩層914，暴露矽晶圓910的頂表面（即，隔離溝槽920的底部922）。可以在氟利昂氣體混合物（例如CHF 3或CF 4）中蝕刻二氧化矽光罩。可使用高密度電漿反應器（例如感應耦合電漿（「ICP」）室）來實現二氧化矽蝕刻的高蝕刻速率。這些ICP室可使用高功率射頻（RF）源來維持晶圓上的高密度電漿和較低功率RF偏壓，以在低離子能量下實現高蝕刻速率。對於此硬體配置，可能會出現200 nm/min的氧化物蝕刻速率和大於1:1的光阻劑選擇性。
如圖9C所示，可藉由使用高蝕刻速率、高選擇性蝕刻對矽進行深反應離子蝕刻，以在矽晶圓910中形成隔離溝槽920。通常可以使用六氟化硫（SF 6）氣體混合物在高密度電漿中蝕刻溝槽，如美國專利No. 5,501,893中所述。 可控制蝕刻，使得隔離溝槽920輪廓是凹入或錐形，其中隔離溝槽920的頂部924比隔離溝槽920的底部922窄。隔離溝槽920的漸縮可使得後續處理中具有電隔離。在反應離子蝕刻中，可藉由調整鈍化程度或藉由改變蝕刻過程中的放電參數（功率、氣流、壓力）使得輪廓逐漸變細。因為可將介電材料填充於隔離溝槽920中，所以隔離溝槽920的頂部924處的開口寬度通常可以小於2μm。隔離溝槽920的深度範圍可以在10-50μm之間。可在埋入式氧化物層912處停止對隔離溝槽920進行蝕刻。用於蝕刻隔離溝槽920的過程可以是在ICP電漿中交替蝕刻步驟（SF 6和氬混合物）與鈍化步驟（氟利昂與氬），以在對光阻劑的高選擇性下實現超過2um/min的蝕刻速率（＞ 50:1）和氧化物（＞100:1）。可隨著溝槽加深而增加蝕刻循環的功率和時間以實現錐形輪廓。儘管溝槽幾何形狀可以是凹入的，但是可藉由微結構處理中的調整來適應任意溝槽輪廓。使用多種已知的溝槽蝕刻化學物質中的任何一種都可實現良好的隔離結果。在蝕刻矽溝槽之後，可以利用濕化學或乾灰化技術去除光阻劑層916，並且可利用反應離子蝕刻（「RIE」）或緩衝氫氟酸去除光罩層914。
參照圖9D，可將絕緣介電材料（例如，二氧化矽）填充於隔離溝槽920中。填充過程可導致隔離溝槽920中的大部分為固體隔離段，並且可以在矽晶圓910的頂側10（頂表面）上沉積介電材料層以及在隔離溝槽920的側壁928和底部922上沉積介電層。沉積層的厚度可以超過1μm。可藉由化學氣相沉積（「CVD」）技術或藉由在高溫下矽的氧化來完成該填充。在熱氧化中，晶圓可能會暴露在900-1150℃溫度的富氧環境中。該氧化過程可能消耗矽表面以形成二氧化矽。該製程所產生的體積膨脹可能導致溝槽的側壁相互干涉，最終將溝槽開口封閉。在CVD填充中，一些介電質可以沉積在壁上，但是可藉由在溝槽底部上的沉積來進行該填充。可在電漿增強CVD室和低壓CVD爐管中使用原矽酸四乙酯（TEOS）或矽烷混合物進行溝槽的CVD介電質填充的演示。
在隔離溝槽920填充製程期間，隔離溝槽輪廓可能不被完全填充，導致在隔離溝槽920中形成界面932和空隙930。空隙930中的局部應力集中可能會導致某些裝置的電氣和機械故障，但由於隔離溝槽920的封閉幾何形狀，可能不會干擾微機械裝置。可藉由將隔離溝槽920成形為在隔離溝槽920的頂部924處的隔離溝槽開口處的寬度大於隔離溝槽920的底部922的寬度來消除界面932和空隙930。然而，良好的電隔離可以在後續操作中使用附加的微結構溝槽蝕刻的錐度。隔離溝槽填充製程的另一個人工產物可以是壓痕926，其形成在隔離溝槽920上方居中的光罩層914的表面中。壓痕可能深達0.5 µm，具體取決於沉積物的厚度。為了去除壓痕926，可將表面平坦化以形成平坦或基本平坦的表面，如圖9E所示，用於隨後的微影和沈積步驟。利用化學機械拋光（CMP）或沉積黏性材料（可以是光阻劑、旋塗式玻璃或聚醯亞胺）並且使材料流動而填充壓痕926，以達到光滑的表面來執行平坦化。在黏性材料的回蝕期間（這可以是平坦化的第二步驟），可均勻地蝕刻表面，包括填充後的壓痕。因此，藉由去除部分表面氧化物層，可去除壓痕926以產生均勻厚度的層。例如，如果光罩層914最初的厚度為2μm，則去除壓痕926的平坦化後可留下最終厚度小於1μm的光罩層914。矽晶圓910的頂側10（上表面）可以沒有缺陷並且準備好能進行進一步的微影和沈積。
圖9F示出具有光罩層914和隔離溝槽920的矽晶圓910。在製造隔離溝槽920之後，可使用前後對準來將矽晶圓910的底側20（背面）上的葉片的光罩層進行微影圖案化。可將葉片圖案972暴露出來並且將葉片圖案972蝕刻至光罩層914中。光罩層914可是由熱生長的氧化矽和利用化學氣相沉積進行沉積的氧化物的組合所構成的層，其也可以由諸如鋁的金屬層組成。微影圖案可藉由反應離子蝕刻轉移到光罩層中，但是可能直到製程的後期才能完成矽葉片蝕刻。在不蝕刻葉片的情況下，可利用剩餘的裝置層輕鬆地處理晶圓。葉片圖案972的背面通常可以將頂面與隔離溝槽920對齊到幾微米(micron)之內。
可以如圖9G所示進行矽晶圓910的頂側10上的金屬化。為了與下面的矽晶圓910接觸，可以使用微影和反應離子蝕刻將通孔952圖案化並蝕刻到光罩層914中。在一些區域中，可將通孔蝕刻而穿過埋入式氧化物層912並用多晶矽填充以產生多晶矽通孔950。在蝕刻通孔952之後，可沉積金屬化物以形成金屬層940並將其圖案化，以形成金屬互連件956和接點954，接點954通過通孔952至矽晶圓910。作為一個示例，金屬可以是鋁並且可以使用濕法蝕刻技術來將其圖案化。在具有高互連密度的反射鏡陣列中，使用乾式蝕刻或蒸發金屬剝離技術對金屬進行圖案化可以實現更精細的線寬。金屬層940可用於提供接合焊盤和互連件，其可將來自控制電路的電信號連接到反射鏡以控制反射鏡致動。
第二金屬層960的沉積可以提供反射鏡表面。可將這種金屬進行調整以在感興趣的光波長下提供高反射鏡表面反射率，並且可以使用剝離技術來將其蒸發和圖案化，以允許更廣泛的金屬化技術選擇。可以由500nm的鋁組成金屬化層。然而，諸如Cr/Pt/Au之類的附加金屬疊層可用於增加光纖常見波長帶的反射率。因為金屬可能在應力下沉積並可能影響最終的反射鏡表面的平整度，可藉由在蒸發之前使用下述介電質的乾式蝕刻來實現減少反射鏡區域中光罩層914的厚度。
在圖9H中，可完成頂部處理。首先，可以施加鈍化介電質層（未示出）以在後續處理期間保護金屬化層。可去除接合焊盤區域中的鈍化介電質層。其次，可使用限定分隔結構元件的溝槽921的多次蝕刻來界定出包括框架、反射鏡和支撐件的反射鏡結構。蝕刻是自對準的，並且穿過各種金屬、介電質和矽晶圓910而進行。可向頂側施加進一步的覆蓋式沉積，其將溝槽921的側壁進行鈍化並且為機械釋放準備頂側。
如圖9I所示，背面矽蝕刻可以將葉片圖案972轉移到矽晶圓910基板中以獲得葉片970。可使用美國專利No. 5,501,893中揭示的技術進行蝕刻，並使用對氧化物的高選擇性的深矽蝕刻來執行。深矽蝕刻在葉片970中實現接近垂直的輪廓，其名義上可以是5-20μm寬並且超過300μm深。在埋入式氧化物層912上停止蝕刻，以在晶圓上提供均勻的深度，同時不衝穿矽晶圓910的頂側10的表面。由於在埋入式氧化物層912上將蝕刻停止，所以細長構件148可以不用於去除裝置上的蝕刻深度變化。因此也可能有不同的圖案。可跨反射鏡元件和跨反射鏡陣列同時對葉片970進行蝕刻。此時也可蝕刻埋入式氧化物層912。
參照圖9J，因為裝置晶圓現在已準備好用於微結構釋放，所以裝置晶圓220可能變得更容易因為處理衝擊或氣流而受到產量損失的影響。為了便於處理並幫助氣密密封反射鏡陣列，矽晶圓210（或基礎晶圓）可以接合到裝置晶圓220以在釋放之後保護葉片。對於一個示例，可以通過使用諸如燒結玻璃材料接合元件之類的接合元件211a來實現接合，可加熱接合元件211a直至達到其流動溫度並且然後再將其冷卻。以這種方式，400℃溫度的接合元件211a可產生氣密密封以包圍反射鏡陣列。使用接合元件211a將裝置晶圓220和矽晶圓210分離，例如燒結玻璃材料黏合元件，可以允許葉片在沒有阻抗的情況下利用高旋轉角度而擺動。通常間距可以大於25 um。
使用二氧化矽和矽的乾式蝕刻的組合在圖9K中的晶圓頂面上完成最終結構釋放，其擊穿溝槽921以懸掛反射鏡236和框架230的可移動元件。另外，釋放蝕刻藉由將例如框架230的矽與周圍構件238a、238b和裝置晶圓220的矽分離來促進電隔離。通孔952用於將矽區域連接到金屬互連件956（如圖9G所示）。為了將反射鏡與外部環境密封，例如利用接合元件222a和222b（例如熔結玻璃密封件）將蓋晶圓250接合到裝置晶圓220。蓋晶圓250通常是玻璃，其允許入射光在反射鏡腔242中以低損耗透射、從反射鏡236的上表面反射、並透射出反射鏡腔242。
在另一個變型中，在矽晶圓210與裝置晶圓220接合之前，將光罩層1002（如圖10A所示）塗覆在矽晶圓210。該光罩層可以由熱生長的氧化矽和利用化學氣相沉積沉積的氧化物的組合所構成，其還可以由諸如鋁、鍺或金之類的金屬層組成，例如可以用於共晶或熱壓接合。使用標準微影和反應離子蝕刻對光罩層1002進行圖案化（如圖10B所示）。矽蝕刻將光罩層1002的圖案轉移到矽晶圓210基板中以獲得支撐錨212b以及接合表面212a和212c。蝕刻是使用美國專利No. 5,501,893中揭示的技術，以對氧化物的高選擇性，使用深矽蝕刻來執行的。蝕刻深度允許葉片970無阻力地利用高旋轉角度而擺動。通常，使用的深度大於25µm。在212a和212c處使用例如共晶接合、熱壓接合、熔融接合或陽極接合將矽晶圓210接合至裝置晶圓220。在接合過程期間，支撐錨212b可以接觸支撐織帶234（如圖2B所示）。在一些配置中，支撐錨212b接合至支撐織帶234。在其他構造中，支撐錨212b靠近支撐織帶234但不接觸支撐織帶234。支撐錨固件212b和支撐織帶234之間的接合或接觸減少了來自反射鏡236利用其共同錨的任何耦合機械運動。
儘管本文已經顯示和描述了本發明的較佳具體實施例，但對於本技術領域中具有通常知識者來說顯而易見的是，這些具體實施例僅作為示例提供。在不偏離本發明的情況下，本技術領域中具有通常知識者現在將想到許多變化、改變和替換。應當理解，在實施本發明時可採用本文所描述的本發明具體實施例的各種替代方案。申請專利範圍旨在定義本發明的範疇，且這些申請專利範圍及其均等的範圍內的方法和結構將由此被涵蓋。
10:頂側 20:背面/底側 100:MEM陣列 101:微鏡靜電致動器 112a:第一平台 112b:第二平台 114:反射鏡腔 116:支撐錨 120:支撐件 130:第一高長寬比構件 132:第一高長寬比構件 134:中央平台 136:第一對側翼構件 137:第一對側翼構件 138:第二對側翼構件 139:第二對側翼構件 140:可移動框架 142:第二對高長寬比構件 143:第二對高長寬比構件 144:第一對側翼構件 145:第一對側翼構件 146:第二對側翼構件 147:第二對側翼構件 152:第一固定框架撓曲件 153:第二固定框架撓曲件 154:第一中央平台撓曲件 155:第二中央平台撓曲件 158:第一端桿 159:第二端桿 160:固定框架 161:固定框架 162:固定框架 163:固定框架 170a:支撐束 170b:支撐束 170c:支撐束 170d:支撐束 210:矽片 211a:接合構件 211b:接合構件 212a:接合面 212b:支撐錨/支撐柱 212c:接合表面 220:裝置晶圓 222a:第二對接合構件 222b:第二對接合構件 224:通孔 226:溝槽 228:隔離接頭 230:框架 232:反射鏡腔 234:支撐織帶 236:中央平台 238a:周圍構件 238b:周圍構件 240:金屬互連件 242:腔 250:蓋晶圓 300a:微鏡靜電致動器 300b:微鏡靜電致動器 300c:微鏡靜電致動器 300d:微鏡靜電致動器 300e:微鏡靜電致動器 300f:微鏡靜電致動器 300g:微鏡靜電致動器 300h:微鏡靜電致動器 402:相鄰對角反射鏡單元 404:相鄰對角反射鏡單元 406:相鄰對角反射鏡單元 408:相鄰對角反射鏡單元 410:相鄰對角反射鏡單元 412:相鄰對角反射鏡單元 414:反射鏡單元 416:反射鏡單元 500d:微鏡靜電致動器 500e:微鏡靜電致動器 510:孔徑 512d:固定框架錨 512e:固定框架錨 610:高長寬比構件 611:高長寬比構件 612:高長寬比構件 613:高長寬比構件 710:高長寬比構件 710’:高長寬比構件 711:第三框架高AR構件/高長寬比構件 711’:第三框架高AR構件/高長寬比構件 712:第三框架高AR構件/高長寬比構件 712’:第三框架高AR構件/高長寬比構件 713:第四框架高AR構件/高長寬比構件 713’:第四框架高AR構件/高長寬比構件 714:高長寬比構件 715:高長寬比構件 716:高長寬比構件 717:高長寬比構件 800:方法 810:方塊 815:方塊 902:左上側部分 910:矽晶圓 912:埋入式氧化層 914:光罩層 916:光阻層 920:隔離溝槽 921:溝槽 922:底部 924:頂部 926:壓痕 928:側壁 930:空隙 932:接口 940:金屬層 950:多晶矽通孔 952:通孔 954:接點 956:金屬互連件 960:第二金屬層 970:葉片 972:葉片圖案 1002:光罩層
在所附的申請專利範圍中具體闡述了本發明的新穎特徵。通過參考對在其中利用到本發明原理的說明性具體實施例加以闡述的以下詳細描述和附圖，將會對本發明的特徵和優點獲得更好的理解：
圖1A示出微鏡陣列的一部分； 圖1B示出微鏡與周圍結構的平面圖；
圖2A至2B示出沿圖1中的剖面線1-1截取的微鏡陣列的變化的剖面；
圖3A至圖3H示出微鏡的模擬模態分析；
圖4A至圖4C示出對微鏡施加力的模擬以及該力對相鄰微鏡的影響；
圖5A至圖5C示出微鏡和周圍結構以及所產生的施加力的影響；
圖5D至5E示出微鏡與周圍結構；
圖6A至圖6B示出去除孔並添加高長寬比構件以支撐固定框架的微鏡以及所產生的施加力的衝擊；
圖7A至圖7B示出具有添加的高長寬比構件的微鏡的附加配置，以支撐固定框架。
圖8示出用於減少微機電(MEM)陣列中的相鄰平台之間的耦合的處理流程；
圖9A至圖9K描述製造MEM陣列的方法；以及
圖10A至圖10C示出接合之前的另一種變型。
100:MEM陣列
112a:第一平台
112b:第二平台
114:反射鏡腔
116:支撐錨
120:支撐件
140:可移動框架
160:固定框架

Claims (30)

  1. 一種微機電（MEM）陣列，包括： 一第一平台，其包括一第一平台反射表面； 一第二平台，其包括一第二平台反射表面； 一基底晶圓，其位於該第一平台及該第二平台下方； 一第一框架，其樞轉地連接至該第一平台；以及 其中該第一框架樞轉地耦接到一第二框架，該第二框架包括一第二框架高長寬比（AR）構件，其可操作以減少該第二平台的一機械運動。
  2. 如請求項1所述的MEM陣列，其中該第二框架高AR構件定位成與該第一平台的一反射鏡腔壁接觸，且在該第二框架高AR構件與該反射鏡腔壁之間的該接觸是可操作以減少該第二平台的該機械運動。
  3. 如請求項1所述的MEM陣列，其中該第二框架包括一附加的第二框架高AR構件。
  4. 如請求項3所述的MEM陣列，其中 該附加的第二框架高AR構件定位成與該第一平台的一反射鏡腔壁接觸，且在該附加的第二框架高AR構件與該反射鏡腔壁之間的該接觸是可操作以減少該第二平台的該機械運動。
  5. 如請求項3所述的MEM陣列，其中 該附加的第二框架高AR構件基本上平行於該第二框架高AR構件。
  6. 如請求項3所述的MEM陣列，其中 該第二框架高AR構件與該附加的第二框架高AR構件具有部分重疊的x軸坐標。
  7. 如請求項1所述的MEM陣列，其中 該第二框架包括一個或多個側翼構件，其中該一個或多個側翼構件基本上垂直於該第二框架高AR構件。
  8. 如請求項1所述的MEM陣列，其中 該機械運動包括諧波共振。
  9. 如請求項1所述的MEM陣列，其中 該第二框架高AR構件定位成與該第一平台的一反射鏡腔壁接觸，且該第一框架樞轉地連接至一第三框架、一第四框架與一第五框架，該第三框架包括定位成與該反射鏡腔壁接觸的一第三框架高AR構件，該第四框架包括定位成與該反射鏡腔壁接觸的一第四框架高AR構件，以及該第五框架包括定位成與該反射鏡腔壁接觸的一第五框架高AR構件。
  10. 如請求項1所述的MEM陣列，其中該第二框架基本上沒有孔徑。
  11. 如請求項1所述的MEM陣列，其中該基底晶圓包括一支撐錨，其可操作以減少該第二平台的該機械運動。
  12. 如請求項1所述之MEM陣列，其中以下一項或多項： 該第二框架為一固定框架， 該基底晶圓包括一矽晶圓， 該第一平台反射表面具有一第一共振頻率，以及 該第二平台反射表面具有一第二共振頻率。
  13. 一種微機電（MEM）致動器陣列，包括： 一第一平台，其包括一第一平台反射表面； 一第二平台，其包括一第二平台反射表面； 一基底晶圓，其位於該第一平台及該第二平台下方；以及 一第一框架，其樞轉地連接至該第一平台，其中該第一框架樞轉地連接至一第一固定框架； 其中該第一固定框架連接至一第一固定框架支撐錨，其可操作以減少該第二平台的一機械運動。
  14. 如請求項13所述的MEM，更包括一第一固定框架AR構件，定位成與該第一平台的一反射鏡腔壁接觸。
  15. 如請求項14所述的MEM，更包括一附加的第一固定框架AR構件，定位成與該第一平台的該反射鏡腔壁接觸。
  16. 如請求項14所述的MEM，更包括一附加的第一固定框架AR構件，基本上平行於該第一固定框架AR構件。
  17. 如請求項14所述的MEM，更包括一附加的第一固定框架AR構件，其中該第一固定框架AR構件與該附加的第一固定框架AR構件具有部分重疊的x軸坐標。
  18. 如請求項14所述的MEM，其中該第一固定框架包括一個或多個側翼構件，其中該一個或多個側翼構件基本上垂直於該第一固定框架AR構件。
  19. 如請求項13所述的MEM，其中該第一固定框架基本上沒有孔徑。
  20. 如請求項13所述的MEM，其中該基底晶圓包括一支撐錨，其位於該第一平台與第二平台之間，以減少該第二平台的該機械運動。
  21. 如請求項13所述的MEM，更包括： 一第二固定框架，連接至一第二固定框架支撐錨，其可操作以減少一第三平台的機械運動， 一第三固定框架，連接至一第三固定框架支撐錨，其可操作以減少一第四平台的機械運動，以及 一第四固定框架，連接至一第四固定框架支撐錨，其可操作以減少一第五平台的機械運動。
  22. 一種用於減少一微機電（MEM）陣列中相鄰平台之間的耦合的方法，包括： 將一可移動框架耦合到具有一反射表面的一平台和一固定框架；以及 藉由以下一項或多項減少從該平台到一相鄰平台的機械運動的傳遞： 將一個或多個固定框架高長寬比（AR）構件耦合至該固定框架，或 將一個或多個固定框架支撐錨耦合至該固定框架。
  23. 如請求項22所述之方法，其中該一個或多個固定框架高長寬比（AR）構件定位成與一反射鏡腔壁接觸。
  24. 如請求項22所述之方法，其中該一個或多個固定框架支撐錨具有一選定表面區域，其朝該固定框架的一個或多個側翼構件的一表面區域而指向。
  25. 如請求項22所述之方法，其中該固定框架包括一個或多個側翼構件，其基本上垂直於該一個或多個固定框架高AR構件。
  26. 如請求項22所述之方法，其中該固定框架基本上沒有孔徑。
  27. 一種製造一微機電（MEM）陣列的方法，其包括： 在一基板的一第一側上形成一介電材料層； 在該基板的該第一側上形成包含介電材料的多個垂直隔離溝槽； 在該基板的一第二側上將一光罩層圖案化，該第二側相對於該基板的該第一側； 在該基板的該第一側上形成多個通孔； 對該基板的該第一側進行金屬化； 在該基板的該第一側上沉積一第二金屬層以形成一反射表面； 在該基板的該第一側上形成多個第二溝槽以限定多個結構； 將該基板的該第二側深度蝕刻以形成多個窄葉片； 形成該等窄葉片之後，將一基底晶圓接合至該基板的該第二側；以及 蝕刻穿過該基板的該第一側上的該等第二溝槽以釋放該等結構並提供電隔離， 其中該微機電陣列包括： 一第一平台，其包括一第一平台反射表面；一第二平台，其包括一第二平台反射表面； 一基底晶圓，其位於該第一平台及該第二平台下方； 一第一框架，其樞轉地連接至該第一平台； 其中該第一框架樞轉地耦接到一第二框架，該第二框架包括以下一項或多項：一第二框架高長寬比（AR）構件，或一第二框架支撐錨。
  28. 如請求項27所述之方法，其中該基板包括一矽晶圓。
  29. 如請求項27所述之方法，其中該介電材料是二氧化矽。
  30. 如請求項27所述之方法，更包括在對該基板的該第一側進行金屬化之後，形成一鈍化介電層在該基板的該第一側上。
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