專利名稱：微擺動元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微擺動(micro-oscillating)元件，該微擺動元件包括可旋轉(zhuǎn)位移的部件，例如微鏡元件、加速度傳感器、角速度傳感器、振動元件等。
背景技術(shù)：
近年來，人們努力實(shí)踐使用具有通過微機(jī)械加工技術(shù)形成的微結(jié)構(gòu)的元件。例如在光通信領(lǐng)域，作為能夠反射光的微小元件，微鏡元件被特別關(guān)注。
在光通信中，光纖作為一種傳遞光信號的介質(zhì)。當(dāng)通過一個指定光纖的光信號被傳輸?shù)搅硪还饫w時，通常使用所謂的光切換設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量光通信，光切換設(shè)備必須具有在切換操作中的諸如大容量、高速度以及高可靠性這樣的特性。鑒于這些，通過利用微機(jī)械加工技術(shù)制造的微鏡元件作為在光切換設(shè)備中包括的切換元件受到越來越多的關(guān)注。微鏡元件使得光切換設(shè)備能夠在不將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的情況下而進(jìn)行從輸入端光程到輸出端光程的切換。這有利于實(shí)現(xiàn)上述特性。
微鏡元件具有用于反射光的鏡面，并且能夠通過轉(zhuǎn)動鏡面來改變光反射的方向。在光設(shè)備中使用的許多微鏡元件是靜電驅(qū)動的。靜電驅(qū)動的微鏡元件大致分為兩類通過所謂的表面微機(jī)械加工技術(shù)制造的微鏡元件，以及通過所謂的體微機(jī)械加工技術(shù)制造的微鏡元件。
在表面微機(jī)械加工技術(shù)中，根據(jù)將要制造的構(gòu)件，在襯底上將材料薄膜形成為期望的圖案。這種圖案被順序疊置以形成構(gòu)成元件的支撐體、鏡面、電極和其它構(gòu)件以及隨后將被去除的犧牲層。另一方面，在體微機(jī)械加工技術(shù)中，對材料襯底本身進(jìn)行蝕刻，由此將支撐體、鏡區(qū)域等制成期望的形狀。根據(jù)需要執(zhí)行薄膜成型，以形成鏡面和電極。在例如下列專利參考文獻(xiàn)中公開了體微機(jī)械加工技術(shù)的技術(shù)細(xì)節(jié)JP-A-10-190007、JP-A-10-270714和JP-A-2000-31502。
微鏡元件必須滿足技術(shù)上的需要，即負(fù)責(zé)反射光的鏡面應(yīng)當(dāng)非常平。但是，按照表面微機(jī)械加工技術(shù)，成型的鏡面很薄且易彎曲，因而難于實(shí)現(xiàn)大面積鏡面的高平面度。相反，按照體微機(jī)械加工技術(shù)，相對厚的材料襯底被蝕刻以形成鏡區(qū)域，并且在這些鏡區(qū)域上制成鏡面。因此，能夠確保大面積鏡面具有剛性，由此能夠形成具有足夠高的光學(xué)平面度的鏡面。
圖30是通過體微機(jī)械加工技術(shù)制造的傳統(tǒng)微鏡元件X4的局部透視圖。微鏡元件X4包括鏡支撐體41，其上表面具有鏡面；框體42(部分未示出)；以及連接鏡支撐體41和框體42的一對扭桿43。鏡支撐體41具有一對形成梳齒電極41a、41b的端部?？蝮w42形成有一對朝內(nèi)延伸的梳齒電極42a、42b，它們與梳齒電極41a、41b相對應(yīng)。扭桿43提供用于鏡支撐體41相對于框體42擺動運(yùn)動的軸。
按照具有上述結(jié)構(gòu)的微鏡元件X4，為了產(chǎn)生靜電力而設(shè)置成彼此靠近的一組梳齒電極，例如梳齒電極41a和梳齒電極42a，在不施加電壓時彼此遠(yuǎn)離，如圖31A中所示分為上、下層。另一方面，在施加電壓時，如圖31B所示，梳齒電極41a被吸引在梳齒電極42a之間，鏡支撐體41樞軸移動。更具體地，當(dāng)對梳齒電極41a、42a施加預(yù)定電壓并且由此使梳齒電極41a帶正電荷而輸出電極42a帶負(fù)電荷時，在梳齒電極41a、42a之間產(chǎn)生靜電引力，這使得扭桿43扭轉(zhuǎn)的同時，鏡支撐體41繞軸A4搖擺。通過利用鏡支撐體41的這種擺動運(yùn)動，能夠切換由鏡面44反射的光的反射方向。
圖32A-32D示出微鏡元件X4的制造方法。在這些附圖中，所示的截面圖示出形成如圖30中所示的那些構(gòu)件的工藝，即，形成鏡支撐體41的一部分、框體42、扭桿43和一對梳齒電極41a、42a的一部分的工藝。該截面代表進(jìn)行制造工藝的材料襯底(晶片)的截面，更具體地，代表形成單一微鏡元件的單塊晶片的截面。該截面包括多個構(gòu)件區(qū)域的截面，并且這些截面圖是示例性的連續(xù)圖示。
在制造微鏡元件X4的方法中，首先制備如圖32A中所示的材料襯底400。材料襯底400是所謂的SOI(絕緣體上硅)，其具有包括硅層401、硅層402以及它們之間的絕緣層403的疊層結(jié)構(gòu)。接著，如圖32B所示，經(jīng)由預(yù)定掩模對硅層401進(jìn)行各向異性蝕刻，以在硅層401上形成構(gòu)件(鏡支撐體41、框體42的一部分、扭桿43和梳齒電極41a)。接著，如圖32C所示，經(jīng)由預(yù)定掩模對硅層402進(jìn)行各向異性蝕刻，以在硅層402上形成構(gòu)件(框體42的一部分和梳齒電極42a)。接著，如圖32D所示，對絕緣層403進(jìn)行各向同性蝕刻以去除絕緣層403的暴露部分。按照這種方法，形成鏡支撐體41、框體42、扭桿43和梳齒電極41a、42a。以與形成梳齒電極41a、42a同樣的方法，形成梳齒電極41b、42b。
按照上述微鏡元件X4，當(dāng)鏡支撐體41的旋轉(zhuǎn)位移是0°時，梳齒電極41a和梳齒電極42a在元件的厚度方向上彼此隔開，如圖31A和圖32D所示。因此，當(dāng)對梳齒電極41a、42a施加預(yù)定電壓時，在梳齒電極41a、42a之間產(chǎn)生的靜電引力不是適當(dāng)有效的。此外，梳齒電極41b和梳齒電極42b在元件的厚度方向上彼此隔開，由此當(dāng)對梳齒電極41b、42b施加預(yù)定電壓時，在梳齒電極41b、42b之間產(chǎn)生的靜電引力不是適當(dāng)有效的。由于這些原因，當(dāng)通過產(chǎn)生梳齒電極41a與42a或者梳齒電極41b與42b之間的靜電引力來使鏡支撐體41從0°旋轉(zhuǎn)位移開始移動時，有時候無法實(shí)現(xiàn)移動所需的足夠響應(yīng)。同樣地，當(dāng)在0°旋轉(zhuǎn)位移處使鏡支撐體41停止時，難于將靜電引力高度準(zhǔn)確地控制在停止點(diǎn)周圍，這就導(dǎo)致所謂的殘留擺動(residualvibration)，即，導(dǎo)致鏡支撐體41在0°旋轉(zhuǎn)位移附近繼續(xù)擺動，因此鏡支撐體41不能立即停止。如我們所知，微鏡元件X4具有在擺動運(yùn)動中、尤其在移動的開始和停止期間對鏡支撐體41(可移動功能部分)的可控性很差的缺點(diǎn)。由此使得所述微鏡元件X4難以實(shí)現(xiàn)鏡支撐體41的精確高速的驅(qū)動操作。

發(fā)明內(nèi)容
在上述情況下提出本發(fā)明，由此本發(fā)明的目的是提供對可移動功能部分的擺動運(yùn)動具有良好可控性的微擺動元件，并且提供制造這種微擺動元件的方法。
本發(fā)明的第一方案提供一種微擺動元件。這種微擺動元件包括框體；可移動功能部分；扭轉(zhuǎn)連接部分，用于使所述框體與所述可移動功能部分相互連接，并且提供用于可移動功能部分進(jìn)行擺動運(yùn)動的軸；以及第一梳齒電極和第二梳齒電極，用于產(chǎn)生擺動運(yùn)動的驅(qū)動力。所述第一梳齒電極包括多個第一電極齒，每個第一電極齒具有相互電連接的第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體以及位于第一導(dǎo)體與第二導(dǎo)體之間的絕緣體的疊層結(jié)構(gòu)。導(dǎo)體和絕緣體在擺動運(yùn)動的方向上疊置。所述第二梳齒電極包括多個第二電極齒，在非工作狀態(tài)下，所述第二電極齒不面向所述第一電極齒的第二導(dǎo)體，但是面向所述第一電極齒的第一導(dǎo)體。所述第二電極齒在擺動運(yùn)動的方向上長于所述第一導(dǎo)體。在本發(fā)明中，微擺動元件的“非工作狀態(tài)”術(shù)語是指在第一梳齒電極與第二梳齒電極之間沒有靜電引力(驅(qū)動力)，并且可移動功能部分的旋轉(zhuǎn)位移假定為0°的狀態(tài)。
根據(jù)這種微擺動元件，即使可移動功能部分的旋轉(zhuǎn)位移為0°，第一梳齒電極中的第一電極齒的第一導(dǎo)體也面向第二梳齒電極中的第二電極齒。換句話說，即使可移動功能部分的旋轉(zhuǎn)位移為0°，第一梳齒電極與第二梳齒電極在元件厚度方向上也相互重疊。當(dāng)對第一梳齒電極施加預(yù)定電壓時，在同一第一電極齒中相互電連接的第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體具有相同的電壓。因此，在這種微擺動元件中，即使可移動功能部分的旋轉(zhuǎn)位移是0°，對第一梳齒電極和第二梳齒電極施加預(yù)定電壓也產(chǎn)生所述梳齒電極之間的有效靜電引力。這樣，根據(jù)這種微擺動元件，當(dāng)通過產(chǎn)生第一梳齒電極與第二梳齒電極之間的靜電引力而使可移動功能部分從0°旋轉(zhuǎn)位移開始移動時，很容易實(shí)現(xiàn)對移動的足夠響應(yīng)。另一方面，當(dāng)將可移動功能部分停止在0°旋轉(zhuǎn)位移處時，能夠高度準(zhǔn)確地將靜電引力控制在停止位置附近。因此，通過減小可移動功能部分在0°旋轉(zhuǎn)位移附近的殘留擺動，能夠很容易地快速停止可移動功能部分。
在這種微擺動元件的工作過程中，當(dāng)可移動功能部分的旋轉(zhuǎn)位移不接近0°時，第一梳齒電極中的第一電極齒面向第二梳齒電極的第二電極齒，同時產(chǎn)生第一梳齒電極與第二梳齒電極之間的有效靜電引力。
另外，在這種微擺動元件中，第二梳齒電極的第二電極齒在擺動運(yùn)動的方向上比第一梳齒電極中的第一電極齒的第一導(dǎo)體更長。這種設(shè)置適于產(chǎn)生有效靜電引力，這是因?yàn)榈谝皇猃X電極與第二梳齒電極之間的相對表面的面積隨可移動功能部分的轉(zhuǎn)動而改變。
如上所述，這種微擺動元件對可移動功能部分的整個擺動運(yùn)動過程(包括開始和停止工作)具有極好的可控性。所述微擺動元件適于可移動功能部分的快速并且準(zhǔn)確的工作。
根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例，框體包括由第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層以及位于第一導(dǎo)電層與第二導(dǎo)電層之間的絕緣層組成的多層部分。所述第一梳齒電極固定至所述框體的多層部分。所述第一電極齒的第一導(dǎo)體延伸至所述第一導(dǎo)電層并與其電連接。所述第一電極齒的第二導(dǎo)體延伸至所述第二導(dǎo)電層并與其電連接，并且第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層通過穿透絕緣層的導(dǎo)電通路而相互電連接。這種設(shè)置能夠使得第一梳齒電極中的第一導(dǎo)體與第二導(dǎo)體適當(dāng)電連接。
根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，所述可移動功能部分包括具有第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層以及位于該第一導(dǎo)電層與該第二導(dǎo)電層之間的絕緣層的多層部分。所述第一梳齒電極固定至所述可移動功能部分的多層部分。所述第一電極齒的第一導(dǎo)體延伸至所述第一導(dǎo)電層并與其電連接。所述第一電極齒的第二導(dǎo)體延伸至所述第二導(dǎo)電層并與其電連接，并且第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層通過穿透絕緣層的導(dǎo)電通路而相互電連接。這種設(shè)置能夠使得第一梳齒電極中的第一導(dǎo)體與第二導(dǎo)體適當(dāng)電連接。
本發(fā)明的第二方案提供另一微擺動元件。這種微擺動元件包括框體；可移動功能部分；扭轉(zhuǎn)連接部分，用于使所述框體與所述可移動功能部分相互連接，并且提供用于可移動功能部分進(jìn)行擺動運(yùn)動的軸；以及第一梳齒電極和第二梳齒電極，用于產(chǎn)生擺動運(yùn)動的驅(qū)動力。所述第一梳齒電極包括多個第一電極齒，每個第一電極齒具有相互電連接的第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體以及位于第一導(dǎo)體與第二導(dǎo)體之間的第一絕緣體的疊層結(jié)構(gòu)。第一、第二導(dǎo)體和第一絕緣體在擺動運(yùn)動的方向上被疊置。所述第二梳齒電極包括多個第二電極齒，每個第二電極齒具有相互電連接的第三導(dǎo)體和第四導(dǎo)體以及位于第三導(dǎo)體與第四導(dǎo)體之間的第二絕緣體的疊層結(jié)構(gòu)。第三、第四導(dǎo)體和第二絕緣體在擺動運(yùn)動的方向上被疊置。在本元件的非工作狀態(tài)下，所述第一電極齒的第二導(dǎo)體不面向所述第二電極齒，并且所述第一電極齒的第一導(dǎo)體不面向所述第二電極齒的第四導(dǎo)體，但是面向第三導(dǎo)體。
根據(jù)這種微擺動元件，即使可移動功能部分的旋轉(zhuǎn)位移為0°，第一梳齒電極中的第一電極齒的第一導(dǎo)體也面向第二梳齒電極中的第二電極齒的第三導(dǎo)體。換句話說，即使可移動功能部分的旋轉(zhuǎn)位移為0°，第一梳齒電極和第二梳齒電極在元件的厚度方向上也相互重疊。當(dāng)對第一梳齒電極施加預(yù)定電壓時，在同一第一電極齒中相互電連接的第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體具有相同的電壓。此外，當(dāng)對第二梳齒電極施加預(yù)定電壓時，在同一第二電極齒中相互電連接的第三導(dǎo)體和第四導(dǎo)體具有相同的電壓。因此，在這種微擺動元件中，即使可移動功能部分的旋轉(zhuǎn)位移是0°，對第一梳齒電極和第二梳齒電極施加預(yù)定電壓也產(chǎn)生所述梳齒電極之間的有效靜電引力。這樣，根據(jù)這種微擺動元件，當(dāng)通過產(chǎn)生第一梳齒電極與第二梳齒電極之間的靜電引力而使可移動功能部分從0°旋轉(zhuǎn)位移開始移動時，很容易實(shí)現(xiàn)對移動的足夠響應(yīng)。另一方面，當(dāng)將可移動功能部分停止在0°旋轉(zhuǎn)位移處時，能夠高度準(zhǔn)確地將靜電引力控制在停止位置附近。因此，通過減小可移動功能部分在0°旋轉(zhuǎn)位移附近的殘留擺動，能夠很容易地快速停止可移動功能部分。
在這種微擺動元件的工作過程中，當(dāng)可移動功能部分的旋轉(zhuǎn)位移不接近0°時，第一梳齒電極中的第一電極齒面向第二梳齒電極的第二電極齒，產(chǎn)生第一梳齒電極與第二梳齒電極之間的有效靜電引力。
另外，在這種微擺動元件中，第一梳齒電極或者第一電極齒與第二梳齒電極或者第二電極齒在擺動運(yùn)動的方向上偏移。這種設(shè)置適于產(chǎn)生有效靜電引力，這是因?yàn)榈谝皇猃X電極與第二梳齒電極之間的相對表面的面積隨可移動功能部分的轉(zhuǎn)動而改變。
如上所述，這種微擺動元件對可移動功能部分的整個擺動運(yùn)動過程(包括開始和停止工作)具有極好的可控性。所述微擺動元件適于可移動功能部分的快速并且準(zhǔn)確的工作。
在本發(fā)明的第二方案中，優(yōu)選地，所述框體包括由第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層以及位于第一導(dǎo)電層與第二導(dǎo)電層之間的第一絕緣層組成的第一多層部分。所述可移動功能部分包括由第三導(dǎo)電層、第四導(dǎo)電層以及位于第三導(dǎo)電層與第四導(dǎo)電層之間的第二絕緣層組成的第二多層部分。所述第一梳齒電極固定至所述框體的第一多層部分。所述第二梳齒電極固定至所述可移動功能部分的第二多層部分。所述第一電極齒的第一導(dǎo)體延伸至所述第一導(dǎo)電層并與其電連接。所述第一電極齒的第二導(dǎo)體延伸至所述第二導(dǎo)電層并與其電連接，并且第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層通過穿透第一絕緣層的導(dǎo)電通路而相互電連接。所述第二電極齒的第三導(dǎo)體延伸至所述第三導(dǎo)電層并與其電連接。所述第二電極齒的第四導(dǎo)體延伸至所述第四導(dǎo)電層并與其電連接，并且第三導(dǎo)電層和第四導(dǎo)電層通過穿透第二絕緣層的導(dǎo)電通路而相互電連接。這種設(shè)置能夠使得第一梳齒電極中的第一導(dǎo)體與第二導(dǎo)體適當(dāng)電連接，并且使得第二梳齒電極中的第三導(dǎo)體與第四導(dǎo)體適當(dāng)電連接。
本發(fā)明的第三方案提供一種制造微擺動元件的方法，該方法是利用具有疊層結(jié)構(gòu)的材料襯底而進(jìn)行的，該疊層結(jié)構(gòu)包括第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層以及位于第一導(dǎo)電層與第二導(dǎo)電層之間的絕緣層。所述微擺動元件包括框體；可移動功能部分；扭轉(zhuǎn)連接部分，用于使所述框體與所述可移動功能部分相互連接，并且提供用于可移動功能部分進(jìn)行擺動運(yùn)動的軸；以及第一梳齒電極和第二梳齒電極，用于產(chǎn)生擺動運(yùn)動的驅(qū)動力。該方法包括第一蝕刻步驟，經(jīng)由第一掩模圖案和第二掩模圖案在所述第一導(dǎo)電層的厚度方向上部分蝕刻第一導(dǎo)電層，所述第一掩模圖案包括用于第一梳齒電極的掩模部分并且形成在所述第一導(dǎo)電層上，所述第二掩模圖案包括用于第二梳齒電極的掩模部分并且形成在所述第一導(dǎo)電層上；去除所述第一掩模圖案的步驟；第二蝕刻步驟，經(jīng)由所述第二掩模圖案蝕刻所述第一導(dǎo)電層，以使所述第一梳齒電極的第一導(dǎo)體和所述第二梳齒電極保留在第一導(dǎo)電層中，并且與絕緣層接觸；第三蝕刻步驟，經(jīng)由第三掩模圖案蝕刻所述第二導(dǎo)電層，該第三掩模圖案包含用于第一梳齒電極的第二掩模部分并且形成在所述第二導(dǎo)電層上，以使所述第一梳齒電極的第二導(dǎo)體保留在第二導(dǎo)電層中，并且與絕緣層接觸；以及第四蝕刻步驟，蝕刻絕緣層，以使所述第一梳齒電極的第一導(dǎo)體與第二導(dǎo)體之間的絕緣體保留在絕緣層中。上述方法能夠適當(dāng)?shù)刂圃旄鶕?jù)本發(fā)明第一方案的微擺動元件。上述每個蝕刻步驟可以通過單一的蝕刻工藝或者通過多個蝕刻工藝來執(zhí)行。
根據(jù)本發(fā)明第三方案的優(yōu)選實(shí)施例，所述第一掩模圖案包括用于扭轉(zhuǎn)連接部分的掩模部分。所述第二蝕刻步驟還使所述扭轉(zhuǎn)連接部分保留在第一導(dǎo)電層中，并且與絕緣層接觸。上述這種設(shè)置能夠適當(dāng)?shù)刂圃煸诓牧弦r底的厚度方向上(元件的厚度方向)尺寸小于第二電極齒的扭轉(zhuǎn)連接部分。
根據(jù)本發(fā)明第三方案的另一優(yōu)選實(shí)施例，所述第二導(dǎo)電層中加入第四掩模圖案，該第四掩模圖案包括用于扭轉(zhuǎn)連接部分的掩模部分，并且遠(yuǎn)離絕緣層而嵌入該第四掩模圖案。所述第三蝕刻工藝還使所述扭轉(zhuǎn)連接部分保留在第二導(dǎo)電層中，并且與絕緣層接觸。第四掩模圖案與絕緣層之間的距離等于材料襯底的厚度方向上(元件的厚度方向)扭轉(zhuǎn)連接部分的尺寸。上述這種設(shè)置能夠適當(dāng)?shù)刂圃煸诓牧弦r底的厚度方向上(元件的厚度方向)尺寸小于第一電極齒的扭轉(zhuǎn)連接部分。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的微鏡元件的正視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的微鏡元件的后視圖。
圖3是沿圖1中線III-III的截面圖。
圖4是沿圖1中線IV-IV的截面圖。
圖5是沿圖1中線V-V的截面圖。
圖6A-6D示出制造根據(jù)第一實(shí)施例的微鏡元件的方法的幾個步驟。
圖7A-7D示出圖6中的步驟之后的步驟。
圖8A-8C示出圖7中的步驟之后的步驟。
圖9是沿圖1中線III-III的工作過程中的截面圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的微鏡元件的正視圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的微鏡元件的后視圖。
圖12是沿圖10中線XII-XII的截面圖。
圖13是沿圖10中線XIII-XIII的截面圖。
圖14是沿圖10中線XIV-XIV的截面圖。
圖15A-15E示出制造根據(jù)第二實(shí)施例的微鏡元件的方法的幾個步驟。
圖16A-16D示出圖15中的步驟之后的步驟。
圖17A-17D示出圖16中的步驟之后的步驟。
圖18是沿圖10中線XII-XII的工作過程中的截面圖。
圖19是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的微鏡元件的俯視圖。
圖20是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的微鏡元件的后視圖。
圖21是沿圖19中線XXI-XXI的截面圖。
圖22是沿圖19中線XXII-XXII的截面圖。
圖23是沿圖19中線XXIII-XXIII的截面圖。
圖24是圖19中微鏡元件的俯視圖，其示出由第二硅層得到的框體的一部分。
圖25A-25D示出制造根據(jù)第三實(shí)施例的微鏡元件的方法的幾個步驟。
圖26A-26C示出圖25中的步驟之后的步驟。
圖27A-27C示出圖26中的步驟之后的步驟。
圖28A-28C示出圖27中的步驟之后的步驟。
圖29是沿圖19中線XXI-XXI的工作過程中的截面圖。
圖30是傳統(tǒng)微鏡元件的局部透視圖。
圖31A-31B示出一對梳齒電極的取向。
圖32A-32D示出制造傳統(tǒng)微鏡元件的方法的幾個步驟。
具體實(shí)施例方式
圖1至圖5示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的微鏡元件X1。圖1和圖2分別是微鏡元件X1的正視圖和后視圖。圖3至圖5分別是沿圖1中線III-III、IV-IV和V-V的截面圖。
微鏡元件X1包括鏡支撐體11、框體12、扭轉(zhuǎn)連接部分13(torsional joint)和梳齒電極14、15、16、17，并且通過作為一種微型機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的體微機(jī)械加工技術(shù)，用SOI晶片提供的材料襯底制造這種微鏡元件X1。這種材料襯底具有由第一硅層、第二硅層以及所述硅層之間的絕緣層組成的疊層結(jié)構(gòu)。每個硅層摻雜有雜質(zhì)，因此它具有預(yù)定等級的導(dǎo)電性。微鏡元件X1中的上述每個部分主要由第一硅層和/或第二硅層得到。為了清楚觀察，在圖1中用陰影線表示那些由第一硅層得到的并且在紙張表面方向上朝觀察者突出的區(qū)域。同樣地，在圖2中用陰影線表示那些由第二硅層得到的并且在紙張表面方向上朝觀察者突出的區(qū)域。
鏡支撐體11由第一硅層得到，并且其表面設(shè)有能夠反射光的鏡面11a。鏡面11a具有由例如第一硅層上形成的Cr層和其上形成的Au層組成的疊層結(jié)構(gòu)。上述鏡支撐體11和鏡面11a構(gòu)成本發(fā)明的可移動功能部分。注意圖4中所示的鏡支撐體11或者可移動功能部分的長度L1是例如20至300μm。
框體12主要由第一和第二硅層得到，如圖1和圖2所示，框體12圍繞鏡支撐體11。如圖1和圖3所示，由第一硅層得到的框體12的部分包括主要部分12A和與該主要部分隔開的島狀物12a、12b。如圖1所示，在主要部分12A上設(shè)有電極墊18A。如圖2所示，在由第二硅層得到的框體12的部分上設(shè)有電極墊18B、18C。在框體12中由第二硅層得到的部分中，設(shè)有電極墊18B的區(qū)域和設(shè)有電極墊18C的區(qū)域在結(jié)構(gòu)和電性上相互分離。如圖3所示，在框體12中，島狀物12a、由絕緣層得到的其中一部分(位于圖3中主要部分12A和島狀物12a、12b正下方的陰影線區(qū)域)和由第二硅層得到的部分構(gòu)成第一多層部分。島狀物12b、由絕緣層得到的其中一部分和由第二硅層得到的其中一部分構(gòu)成第二多層部分。在這些多層部分中，島狀物12a經(jīng)由導(dǎo)電塞19A，與由第二硅層得到的框體12部分電連接，導(dǎo)電塞19A穿透由絕緣層得到的框體12部分。島狀物12b經(jīng)由導(dǎo)電塞19B，與由第二硅層得到的框體12部分電連接，導(dǎo)電塞19B穿透由絕緣層得到的框體12部分。上述框體12具有如圖4所示的長度L2，L2例如為5至50μm。
扭轉(zhuǎn)連接部分13包括一對扭桿13a。每個扭桿13a由第一硅層得到，并且與框體12的主要部分12A以及鏡支撐體11連接，由此將它們連接在一起。扭桿13a提供框體12的主要部分12A與鏡支撐體11之間的電連接。如圖4所示，在本實(shí)施例中，在元件的厚度方向H上，扭桿13a比鏡支撐體11和框體12的主要部分12A更薄?；蛘?，在元件的厚度方向H上，扭桿13a可以具有與鏡支撐體11和框體12的主要部分12A相同的厚度。上述扭轉(zhuǎn)連接部分13或者扭桿13a提供用于鏡支撐體11或者可移動功能部分的擺動運(yùn)動的軸A1。所述軸A1優(yōu)選通過或者接近鏡支撐體11或者可移動功能部分的重心。
梳齒電極14包括多個由第一硅層得到的電極齒14A。如圖1和圖2所示，所有電極齒14A從鏡支撐體11伸出并且相互平行。梳齒電極15包括多個由第一硅層得到的電極齒15A。所有電極齒15A在遠(yuǎn)離電極齒14A的一側(cè)從鏡支撐體11伸出，并且相互平行。優(yōu)選地，電極齒14A、15A的延伸方向與擺動軸A1的延伸方向垂直。如上所述，梳齒電極14或者電極齒14A和梳齒電極15或者電極齒15A經(jīng)由鏡支撐體11相互電連接。
梳齒電極16與梳齒電極14一起作用以產(chǎn)生靜電引力(驅(qū)動力)，并且梳齒電極16包括多個電極齒16A。電極齒16A從框體12伸出并且相互平行。如圖3和圖5所示，每個電極齒16A具有由第一硅層得到的導(dǎo)體16a、由第二硅層得到的導(dǎo)體16b以及由絕緣層得到的位于導(dǎo)體16a與16b之間的絕緣體16c組成的疊層結(jié)構(gòu)。這些導(dǎo)體16a、16b和絕緣體16c在可移動功能部分的擺動運(yùn)動方向上相繼堆疊。導(dǎo)體16a延伸至框體12的島狀物12a，并且與其電連接。導(dǎo)體16b延伸至由第二硅層得到的框體12部分，并且與其電連接。因此，導(dǎo)體16a與導(dǎo)體16b經(jīng)由島狀物12a、導(dǎo)電塞19A和由第二硅層得到的框體12部分而相互電連接。絕緣體16c延伸至由絕緣層得到的框體12部分。
上述梳齒電極16與梳齒電極14一起構(gòu)成驅(qū)動機(jī)構(gòu)。如圖1和圖2所示，梳齒電極14的電極齒14A平行延伸至梳齒電極16的電極齒16A。如圖1、圖2和圖5所示，梳齒電極14、16各自具有的電極齒14A、16A相互偏移，從而在鏡支撐體11或者可移動功能部分進(jìn)行擺動運(yùn)動時，梳齒電極14和梳齒電極16不會相互碰撞。在不驅(qū)動微鏡元件X1的非工作狀態(tài)下，如圖3和圖5所示，電極齒14A不面向電極齒16A的導(dǎo)體16b，但是面向?qū)w16a。換句話說，在元件的厚度方向H上，梳齒電極14或者電極齒14A與梳齒電極16或者電極齒16A重疊。在元件的厚度方向H上，電極齒14A長于電極齒16A的導(dǎo)體16a。
梳齒電極17與梳齒電極15一起作用以產(chǎn)生靜電引力(驅(qū)動力)，并且梳齒電極17包括多個電極齒17A。如圖1和圖2所示，電極齒17A從框體12伸出并且相互平行。如圖3所示，每個電極齒17A具有由第一硅層得到的導(dǎo)體17a、由第二硅層得到的導(dǎo)體17b以及由絕緣層得到的位于導(dǎo)體17a與17b之間的絕緣體17c組成的疊層結(jié)構(gòu)。這些導(dǎo)體17a、17b和絕緣體17c在可移動功能部分的擺動運(yùn)動方向上相繼堆疊。導(dǎo)體17a延伸至框體12的島狀物12b，并且與其電連接。導(dǎo)體17b延伸至由第二硅層得到的框體12部分，并且與其電連接。因此，導(dǎo)體17a與導(dǎo)體17b經(jīng)由島狀物12b、導(dǎo)電塞19B和由第二硅層得到的框體12部分而相互電連接。絕緣體17c延伸至由絕緣層得到的框體12部分。
上述梳齒電極17與梳齒電極15一起構(gòu)成驅(qū)動機(jī)構(gòu)。如圖1和圖2所示，梳齒電極15的電極齒15A平行延伸至梳齒電極17的電極齒17A。梳齒電極15、17各自具有的電極齒15A、17A相互偏移，從而在鏡支撐體11或者可移動功能部分進(jìn)行擺動運(yùn)動時，梳齒電極15和梳齒電極17不會相互碰撞。在不驅(qū)動微鏡元件X1的非工作狀態(tài)下，如圖3所示，電極齒15A不面向電極齒17A的導(dǎo)體17b，但是面向?qū)w17a。換句話說，在元件的厚度方向H上，梳齒電極15或者電極齒15A與梳齒電極17或者電極齒17A重疊。在元件的厚度方向H上，電極齒15A長于電極齒17A的導(dǎo)體17a。
圖6A至圖8C示出制造微鏡元件X1的方法。該方法是通過體微機(jī)械加工技術(shù)制造微鏡元件X1的一個實(shí)例。通過圖6A至圖8C，這些截面圖將示出形成如8C所示的那些構(gòu)件的工藝，即，形成鏡支撐體M、框體F1、F2、扭桿T1、T2和一對梳齒電極E1、E2的工藝。該截面代表進(jìn)行微機(jī)械加工工藝的材料襯底(具有多層結(jié)構(gòu)的晶片)的截面，更具體地，代表形成單一微鏡元件的單塊晶片的截面。該截面包括多個構(gòu)件區(qū)域的截面，并且這些截面圖是示例性的連續(xù)圖示。鏡支撐體M代表鏡支撐體11的一部分。框體F1、F2代表框體12，在圖中以所選擇的截面示出。扭桿T1代表扭桿13a，并且以扭桿13a的橫截面表示。扭桿T2代表扭桿13a，并且以扭桿13a的縱截面表示。梳齒電極E1代表梳齒電極14、15的一部分，并且以電極齒14A、15A的橫截面表示。梳齒電極E2代表梳齒電極16、17的一部分，并且以電極齒16A、17A的橫截面表示。
在微鏡元件X1的制造過程中，首先，制備如圖6A中所示的材料襯底100。材料襯底100是SOI晶片，其具有由硅層101、102和硅層101與102之間的絕緣層103組成的疊層結(jié)構(gòu)。硅層101、102由摻雜有雜質(zhì)的硅材料制成，由此其具有導(dǎo)電性?？梢詮闹T如B的p型雜質(zhì)或者從諸如P和Sb的n型雜質(zhì)中選擇雜質(zhì)。例如由氧化硅構(gòu)成絕緣層103。硅層101具有例如20至100μm的厚度。硅層102具有例如100至600μm的厚度。絕緣層103具有例如0.5至5μm的厚度。
接著，如圖6B所示，形成穿透硅層101和絕緣層103的孔H1。在形成孔H1的過程中，首先，經(jīng)由預(yù)定掩模通過DRIE(深層反應(yīng)離子蝕刻)對硅層101進(jìn)行各向異性蝕刻，直至到達(dá)絕緣層103，以在硅層101中形成預(yù)定孔。在DRIE中，在蝕刻和側(cè)壁保護(hù)相互交替進(jìn)行的博希(Bosch)工藝中可以實(shí)現(xiàn)良好的各向異性蝕刻。博希工藝還可以使用在隨后說明的其它DRIE工藝中。接著，通過例如濕蝕刻去除由上述孔暴露的絕緣層103中的區(qū)域。從而，形成穿透硅層101和絕緣層103的孔H1。
在微鏡元件X1的制造過程中，接著，如圖6C所示，例如使用CVD法以在孔H1內(nèi)部沉積導(dǎo)電材料19’。在這個步驟中，將大量的導(dǎo)電材料19’提供至孔H1，直到該材料形成在硅層101上。導(dǎo)電材料19’的實(shí)例包括摻雜有預(yù)定雜質(zhì)的多晶硅和諸如Cu和W的金屬。為了在導(dǎo)電材料19’與硅層101之間形成良好的電連接，優(yōu)選地，緊接在沉積導(dǎo)電材料19’之前，例如利用氫氟酸去除孔H1表面上出現(xiàn)的自然氧化膜。
接著，如圖6D所示，暴露硅層101的表面。例如通過拋光去除孔H1外部的導(dǎo)電材料19’。該步驟保留導(dǎo)電塞19。導(dǎo)電塞19代表導(dǎo)電塞19A、19B。一旦對材料襯底執(zhí)行該步驟，硅層101與硅層102便經(jīng)由導(dǎo)電塞19而相互電連接。
在微鏡元件X1的制造過程中，接著，如圖7A所示，在硅層101、102上形成鏡面11a和電極墊18。在硅層101上形成鏡面11a和電極墊的過程中，首先，使用濺射法以在硅層101上形成例如Cr膜(50nm)，然后形成Au膜(200nm)。接著，通過利用預(yù)定掩模順序蝕刻這些金屬膜來進(jìn)行圖案成型，以形成鏡面11a和電極墊18。可通過使用諸如碘化鉀或碘水溶液的蝕刻劑來蝕刻Au?？赏ㄟ^使用諸如二銨硝酸鈰水溶液的蝕刻劑來蝕刻Cr。在硅層102上形成電極墊18時，使用在硅層101上形成鏡面11a和電極墊18相同的方法。硅層101上的電極墊18代表電極墊18A，而硅層102上的電極墊18代表電極墊18B、18C。
在微鏡元件X1的制造過程中，接著，如圖7B所示，在硅層101上形成氧化膜圖案110。隨后，在其上形成抗蝕圖案111。另外，在硅層102上形成氧化膜圖案112。氧化膜圖案110具有對應(yīng)于鏡支撐體M(鏡支撐體11)、框體F 1、F2(框體12)和梳齒電極E1(梳齒電極14、15)的圖案?？刮g圖案111具有對應(yīng)于扭桿T1、T2(扭桿13a)和梳齒電極E2(梳齒電極16、17)的圖案。氧化膜圖案112具有對應(yīng)于框體F1、F2(框體12)和梳齒電極E2(梳齒電極16、17)的圖案。在形成氧化膜圖案110的過程中，首先，使用CVD法以在硅層101上形成例如1μm厚的二氧化硅。接著，經(jīng)由預(yù)定抗蝕圖案，通過蝕刻圖案化硅層101上的氧化膜。通過使用相同的方法還可以形成氧化膜圖案112和隨后將說明的其它氧化膜圖案，所述方法包括形成氧化膜、在氧化膜上形成抗蝕圖案以及隨后進(jìn)行蝕刻。另一方面，在形成抗蝕圖案111的過程中，首先，在硅層101上旋涂液體光刻膠。接著，通過曝光工藝和隨后的顯影工藝圖案化光刻膠膜。光刻膠的實(shí)例包括由ClariantJapan制造的AZP4210和由Clariant Japan制造的AZ1500。通過光刻膠膜成型、曝光工藝和顯影工藝的相同步驟還可以形成前述和隨后將說明的其它抗蝕圖案。
接著，如圖7C所示，使用氧化膜圖案110和抗蝕圖案111作為掩模，通過DRIE對硅層101執(zhí)行各向異性蝕刻以蝕刻預(yù)定深度。該預(yù)定深度對應(yīng)于扭桿T1、T2的厚度，例如可為5μm。
接著，如圖7D所示，利用去除劑去除抗蝕圖案111。去除劑可為由Clariant Japan制造的AZ去除劑700。
接著，如圖8A所示，使用氧化膜圖案110作為掩模，通過DRIE對硅層101執(zhí)行各向異性蝕刻以保留扭桿T1、T2，直至到達(dá)絕緣層103。此蝕刻工藝生成鏡支撐體M(鏡支撐體11)、梳齒電極E1(梳齒電極14、15)、扭桿T1、T2(扭桿13a)和框體F1、F2的一部分(框體12)。
接著，如圖8B所示，使用氧化膜圖案112作為掩模，通過DRIE對硅層102執(zhí)行各向異性蝕刻，直至到達(dá)絕緣層103。此蝕刻工藝生成框體F1、F2的一部分(框體12)和梳齒電極E2(梳齒電極16、17)。
接著，如圖8C所示，通過蝕刻去除絕緣層103中暴露的部分以及氧化膜圖案110、112。通過干蝕刻或者濕蝕刻可以實(shí)現(xiàn)這種去除。如果使用干蝕刻，則可以使用包括CF4和CHF3的蝕刻氣體。如果使用濕蝕刻，則在該工藝中使用的蝕刻劑可為包含氫氟酸和氟化銨的緩沖氫氟酸(BHF)。
上述連續(xù)步驟生成鏡支撐體M，框體F1、F2，扭桿T1、T2以及梳齒電極E1、E2，從而制造微鏡元件X1。
在微鏡元件X1中，通過根據(jù)需要對梳齒電極14、15、16和17施加預(yù)定電壓，能夠使鏡支撐體11或者可移動功能部分繞擺動軸A1移動。經(jīng)由電極墊18A、框體12的主要部分12A、扭轉(zhuǎn)連接部分13(兩個扭桿13a)以及鏡支撐體11來實(shí)現(xiàn)對梳齒電極14、15的電壓施加。例如將梳齒電極14、15接地。另一方面，可以經(jīng)由電極墊18B和由第二硅層得到的框體12部分以及經(jīng)由導(dǎo)電塞19A和島狀物12a來實(shí)現(xiàn)對梳齒電極16的電壓施加。經(jīng)由電極墊18C和由第二硅層得到的框體12部分以及經(jīng)由導(dǎo)電塞19B和島狀物12b來實(shí)現(xiàn)對梳齒電極17的電壓施加。如上所述，在由第二硅層得到的框體12部分中，連接電極墊18B的位置與連接電極墊18C的位置電分離。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)對梳齒電極16和17相互獨(dú)立的電壓施加。
當(dāng)通過對梳齒電極14、16均施加預(yù)定電壓而在梳齒電極14和16之間產(chǎn)生期望靜電引力時，梳齒電極14被梳齒電極16吸引。這使得鏡支撐體11或者可移動功能部分繞擺動軸A1轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)例如圖9中所示的旋轉(zhuǎn)位移，直至靜電引力與扭桿13a中的扭轉(zhuǎn)阻力之和平衡。在所述擺動運(yùn)動中，可以通過調(diào)節(jié)施加至梳齒電極14、16的電壓來調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)位移量。當(dāng)中斷梳齒電極14與16之間的靜電引力時，每個扭桿13a均恢復(fù)其自然狀態(tài)，使得鏡支撐體11或者可移動功能部分處于圖3所示的狀態(tài)。
另一方面，當(dāng)通過對梳齒電極15、17均施加預(yù)定電壓而在梳齒電極15和17之間產(chǎn)生期望靜電引力時，梳齒電極15被梳齒電極17吸引。這使得鏡支撐體11或者可移動功能部分繞擺動軸A1轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)位移，直至靜電引力與扭桿13a中的扭轉(zhuǎn)阻力之和平衡。在所述擺動運(yùn)動中，可以通過調(diào)節(jié)施加至梳齒電極15、17的電壓來調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)位移量。當(dāng)中斷梳齒電極15與17之間的靜電引力時，每個扭桿13a均恢復(fù)其自然狀態(tài)，使得鏡支撐體11或者可移動功能部分處于圖3所示的狀態(tài)。
通過上述鏡支撐體11或者可移動功能部分的擺動驅(qū)動，能夠適當(dāng)?shù)厍袚Q鏡支撐體11上設(shè)置的鏡面11a反射的光的光反射方向。
在微鏡元件X1中，即使可移動功能部分(鏡支撐體11、鏡面11a)具有如圖3所示的0°旋轉(zhuǎn)位移，梳齒電極16中的每個電極齒16A的導(dǎo)體16a也面向梳齒電極14中該導(dǎo)體16a所對應(yīng)的電極齒14A，而梳齒電極17中的每個電極齒17A的導(dǎo)體17a面向梳齒電極15中該導(dǎo)體17a所對應(yīng)的電極齒15A。換句話說，即使可移動功能部分具有0°旋轉(zhuǎn)位移，梳齒電極14和16在元件的厚度方向H上相互重疊，梳齒電極15和17在元件的厚度方向H上相互重疊。當(dāng)對梳齒電極16施加預(yù)定電壓時，在同一電極齒16A中相互電連接的導(dǎo)體16a和導(dǎo)體16b具有相同的電壓。同樣地，當(dāng)對梳齒電極17施加預(yù)定電壓時，在同一電極齒17A中相互電連接的導(dǎo)體17a和導(dǎo)體17b具有相同的電壓。因此，在微鏡元件X1中，即使可移動功能部分的旋轉(zhuǎn)位移是0°，對梳齒電極14、16施加預(yù)定電壓也產(chǎn)生梳齒電極14與16之間的有效靜電引力，并且對梳齒電極15、17施加預(yù)定電壓也產(chǎn)生梳齒電極15與17之間的有效靜電引力。因此，當(dāng)在微鏡元件X1中通過產(chǎn)生梳齒電極14與16之間或者梳齒電極15與17之間的靜電引力而使可移動功能部分從0°旋轉(zhuǎn)位移開始移動時，很容易實(shí)現(xiàn)對移動的足夠響應(yīng)。另一方面，當(dāng)將可移動功能部分停止在0°旋轉(zhuǎn)位移處時，能夠高度準(zhǔn)確地將梳齒電極14與16之間或者梳齒電極15與17之間的靜電引力控制在停止位置附近。因此，通過減小可移動功能部分在0°旋轉(zhuǎn)位移附近的殘留擺動，能夠很容易地快速停止可移動功能部分。
在微鏡元件X1的工作過程中，當(dāng)可移動功能部分的旋轉(zhuǎn)位移不接近0°時，梳齒電極14中的每個電極齒14A不僅面向梳齒電極16的導(dǎo)體16a，而且面向?qū)w16b，產(chǎn)生梳齒電極14與16之間的有效靜電引力。否則，梳齒電極15中的每個電極齒15A不僅面向梳齒電極17的導(dǎo)體17a，而且面向?qū)w17b，產(chǎn)生梳齒電極15與17之間的有效靜電引力。
另外，在微鏡元件X1中，在擺動運(yùn)動的方向上，梳齒電極14的電極齒14A比梳齒電極16的電極齒16A的導(dǎo)體16a更長。此外，在擺動運(yùn)動的方向上，梳齒電極15的電極齒15A比梳齒電極17的電極齒17A的導(dǎo)體17a更長。這種設(shè)置適于產(chǎn)生有效靜電引力，這是因?yàn)槭猃X電極14與16之間或者梳齒電極15與17之間的相對表面的面積隨可移動功能部分的轉(zhuǎn)動而改變。
如上所述，微鏡元件X1對可移動功能部分的整個擺動運(yùn)動過程(包括開始和停止工作)具有極好的可控性。微鏡元件X1適于可移動功能部分的快速并且準(zhǔn)確的工作。
此外，根據(jù)上述制造微鏡元件X1的方法，能夠高度準(zhǔn)確地控制梳齒電極14或者電極齒14A與梳齒電極16或者電極齒16A之間在元件厚度方向H上的重疊尺寸，以及梳齒電極15或者電極齒15A與梳齒電極17或者電極齒17A之間在元件厚度方向H上的重疊尺寸。這是因?yàn)樵趨⒖紙D8A所述的蝕刻工藝中，通過將絕緣層103用作蝕刻停止層來形成梳齒電極E 1(梳齒電極14、15)，從而在元件厚度方向H上高準(zhǔn)確度地形成梳齒電極E1(梳齒電極14、15)。
圖10至圖14示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的微鏡元件X2。圖10和圖11分別是微鏡元件X2的正視圖和后視圖。圖12至圖14分別是沿圖10中線XII-XII、XIII-XIII和XIV-XIV的截面圖。
微鏡元件X2包括鏡支撐體21、框體22、扭轉(zhuǎn)連接部分23和梳齒電極24、25、26、27，并且通過作為一種MEMS技術(shù)的體微機(jī)械加工技術(shù)，用SOI晶片提供的材料襯底制造這種微鏡元件X2。這種材料襯底具有由第一硅層、第二硅層以及所述硅層之間的絕緣層組成的疊層結(jié)構(gòu)。每個硅層摻雜有雜質(zhì)，因此它具有預(yù)定等級的導(dǎo)電性。微鏡元件X2中的上述每個部分主要由第一硅層和/或第二硅層得到。為了清楚觀察，在圖10中用陰影線表示那些由第一硅層得到的并且比絕緣層在紙張表面方向上朝觀察者更突出的區(qū)域。同樣地，在圖11中用陰影線表示那些由第二硅層得到的并且比絕緣層在紙張表面方向上朝觀察者更突出的區(qū)域。
如圖12中清楚可見，鏡支撐體21包括由第一硅層得到的第一結(jié)構(gòu)21a、由第二硅層得到的第二結(jié)構(gòu)21b以及由絕緣層得到的夾在第一結(jié)構(gòu)21a與第二結(jié)構(gòu)21b之間的絕緣膜21c。如圖13中所示，第一結(jié)構(gòu)21a和第二結(jié)構(gòu)21b通過穿透絕緣膜21c的導(dǎo)電通路28A相互電連接。第一結(jié)構(gòu)21a設(shè)有能夠反射光的鏡面21d。鏡面21d具有由例如第一硅層上形成的Cr層和其上形成的Au層組成的疊層結(jié)構(gòu)。上述鏡支撐體21和鏡面21d構(gòu)成本發(fā)明的可移動功能部分。
框體22主要由第一和第二硅層得到，如圖10和圖11所示，框體22圍繞鏡支撐體21。如圖11和圖12所示，由第二硅層得到的框體22的部分包括主要部分22A和與該主要部分隔開的島狀物22a、22b、22c。島狀物22a、22b、22c分別設(shè)有電極墊29A、29B和29C。如圖13所示，由第一硅層得到的框體22部分和島狀物22c通過穿透由絕緣層得到的框體22部分(位于圖13中主要部分22A和島狀物22c正上方的陰影線部分)的導(dǎo)電通路28B而相互電連接。
扭轉(zhuǎn)連接部分23包括一對扭桿23a。每個扭桿23a由第一硅層得到，并且與鏡支撐體21的第一結(jié)構(gòu)21a以及由第一硅層得到的框體22部分連接，由此使鏡支撐體21與框體22連接。扭桿23a提供鏡支撐體21的第一結(jié)構(gòu)21a與由第一硅層得到的框體22部分之間的電連接。如圖13所示，在本實(shí)施例中，在元件的厚度方向H上，扭桿23a比鏡支撐體21的第一結(jié)構(gòu)21a和由第一硅層得到的框體22部分更薄?；蛘撸谠暮穸确较騂上，扭桿23a可以具有與鏡支撐體21的第一結(jié)構(gòu)21a和由第一硅層得到的框體22部分相同的厚度。上述扭轉(zhuǎn)連接部分23或者扭桿23a提供用于鏡支撐體21或者可移動功能部分的擺動運(yùn)動的軸A2。所述軸A2優(yōu)選通過或者接近鏡支撐體21或者可移動功能部分的重心。
梳齒電極24包括多個電極齒24A。如圖10和圖11所示，所有電極齒24A從鏡支撐體21伸出并且相互平行。優(yōu)選地，電極齒24A的延伸方向與擺動軸A2的延伸方向垂直。如圖12和圖14所示，每個電極齒24A具有由第一硅層得到的導(dǎo)體24a、由第二硅層得到的導(dǎo)體24b以及由絕緣層得到的位于導(dǎo)體24a與24b之間的絕緣體24c組成的疊層結(jié)構(gòu)。這些導(dǎo)體24a、24b和絕緣體24c在可移動功能部分的擺動運(yùn)動方向上相繼堆疊。導(dǎo)體24a延伸至鏡支撐體21的第一結(jié)構(gòu)21a，并且與其電連接。導(dǎo)體24b延伸至鏡支撐體21的第二結(jié)構(gòu)21b，并且與其電連接。因此，導(dǎo)體24a與導(dǎo)體24b經(jīng)由鏡支撐體21的第一結(jié)構(gòu)21a、導(dǎo)電通路28A和第二結(jié)構(gòu)21b而相互電連接。絕緣體24c延伸至鏡支撐體21的絕緣膜21c。
梳齒電極25包括多個電極齒25A。如圖10和圖11所示，所有電極齒25A在遠(yuǎn)離電極齒24A延伸方向的方向上從鏡支撐體21伸出，并且相互平行。優(yōu)選地，電極齒25A的延伸方向與擺動軸A2的延伸方向垂直。如圖12所示，每個電極齒25A具有由第一硅層得到的導(dǎo)體25a、由第二硅層得到的導(dǎo)體25b以及由絕緣層得到的位于導(dǎo)體25a與25b之間的絕緣體25c組成的疊層結(jié)構(gòu)。導(dǎo)體25a延伸至鏡支撐體21的第一結(jié)構(gòu)21a，并且與其電連接。導(dǎo)體25b延伸至鏡支撐體21的第二結(jié)構(gòu)21b，并且與其電連接。因此，導(dǎo)體25a與導(dǎo)體25b經(jīng)由鏡支撐體21的第一結(jié)構(gòu)21a、導(dǎo)電通路28A和第二結(jié)構(gòu)21b而相互電連接。絕緣體25c延伸至鏡支撐體21的絕緣膜21c。上述梳齒電極25或者電極齒25A與梳齒電極24或者電極齒24A經(jīng)由鏡支撐體21相互電連接。
梳齒電極26與梳齒電極24一起作用以產(chǎn)生靜電引力(驅(qū)動力)，并且梳齒電極26包括多個由第二硅層得到的電極齒26A。如圖11和圖12所示，電極齒26A從框體22的島狀物22a伸出并且它們相互平行。
上述梳齒電極26與梳齒電極24一起構(gòu)成驅(qū)動機(jī)構(gòu)。如圖10和圖11所示，梳齒電極24的電極齒24A平行延伸至梳齒電極26的電極齒26A。如圖10、圖11和圖14所示，梳齒電極24、26各自具有的電極齒24A、26A相互偏移，從而在鏡支撐體21或者可移動功能部分進(jìn)行擺動運(yùn)動時，梳齒電極24和梳齒電極26不會相互碰撞。在不驅(qū)動微鏡元件X2的非工作狀態(tài)下，如圖12和圖14所示，電極齒26A不面向電極齒24A的導(dǎo)體24a，但是面向?qū)w24b。換句話說，在元件的厚度方向H上，梳齒電極24或者電極齒24A與梳齒電極26或者電極齒26A重疊。在元件的厚度方向H上，電極齒26A長于電極齒24A的導(dǎo)體24b。
梳齒電極27與梳齒電極25一起作用以產(chǎn)生靜電引力(驅(qū)動力)，并且梳齒電極27包括多個由第二硅層得到的電極齒27A。如圖11和圖12所示，電極齒27A從框體22的島狀物22b伸出并且相互平行。
上述梳齒電極27與梳齒電極25一起構(gòu)成驅(qū)動機(jī)構(gòu)。如圖10和圖11所示，梳齒電極25的電極齒25A平行延伸至梳齒電極27的電極齒27A。梳齒電極25、27各自具有的電極齒25A、27A相互偏移，從而在鏡支撐體21或者可移動功能部分進(jìn)行擺動運(yùn)動時，梳齒電極25和梳齒電極27不會相互碰撞。在不驅(qū)動微鏡元件X2的非工作狀態(tài)下，如圖12和圖14所示，電極齒27A不面向電極齒25A的導(dǎo)體25a，但是面向?qū)w25b。換句話說，在元件的厚度方向H上，梳齒電極25或者電極齒25A與梳齒電極27或者電極齒27A重疊。在元件的厚度方向H上，電極齒27A長于電極齒25A的導(dǎo)體25b。
圖15A至圖17D示出制造微鏡元件X2的方法。該方法是通過體微機(jī)械加工技術(shù)制造微鏡元件X2的一個實(shí)例。通過圖15A至圖17D，這些截面圖將示出形成如17D所示的那些構(gòu)件的工藝，即，形成鏡支撐體M、框體F1、F2、扭桿T1、T2和一對梳齒電極E1、E2的工藝。該截面代表進(jìn)行微機(jī)械加工工藝的材料襯底(具有多層結(jié)構(gòu)的晶片)的截面，更具體地，代表形成單一微鏡元件的單塊晶片的截面。該截面包括多個構(gòu)件區(qū)域的截面，并且這些截面圖是示例性的連續(xù)圖示。鏡支撐體M代表鏡支撐體21的一部分?？蝮wF1、F2代表框體22，在圖中以所選擇的截面示出。扭桿T1代表扭桿23a，并且以扭桿23a的橫截面表示。扭桿T2代表扭桿23a，并且以扭桿23a的縱截面表示。梳齒電極E1代表梳齒電極24、25的一部分，并且以電極齒24A、25A的橫截面表示。梳齒電極E2代表梳齒電極26、27的一部分，并且以電極齒26A、27A的橫截面表示。
在微鏡元件X2的制造過程中，首先，如圖15A中所示，在材料襯底200上形成氧化膜圖案201。在本實(shí)施例中，材料襯底200是摻雜有P或者Sb的硅晶片，由此其具有導(dǎo)電性。該襯底具有例如200μm的厚度。氧化膜圖案201具有用于形成導(dǎo)電通路的開口201a。
接著，例如通過使用CVD法，從氧化膜圖案201上方對硅襯底200施加多晶硅，由此在開口201a中形成導(dǎo)電通路28，如圖15B所示。同時，在氧化膜圖案201上形成多晶硅層202。由于隨著多晶硅層202的生長，多晶硅層202將形成波形表面，所以優(yōu)選在形成膜之后，通過CMP法拋光多晶硅層202的暴露表面使其變平。在CVD的過程中，將導(dǎo)電通路28和多晶硅層202中摻雜P，由此使其具有導(dǎo)電性。導(dǎo)電通路28代表導(dǎo)電通路28A、28B。多晶硅層202的厚度等于作為待形成的目標(biāo)結(jié)構(gòu)的扭桿T1、T2的厚度(例如5μm)。在該步驟之后的材料襯底中，硅襯底200與多晶硅層202經(jīng)由導(dǎo)電通路28相互電連接。
接著，如圖15C所示，在多晶硅層202上形成氧化膜圖案203。氧化膜圖案203具有對應(yīng)于扭桿T1、T2的形狀的圖案。
接著，如圖15D所示，例如通過使用CVD法，從氧化膜圖案203上方對硅襯底200施加補(bǔ)充的多晶硅，由此將氧化膜圖案203埋入在多晶硅層202中。
接著，如圖15E所示，使用外延生長法在多晶硅層203上形成多晶硅層204。在本實(shí)施例中，通過在外延生長過程中摻雜P而使多晶硅層204具有導(dǎo)電性，并且具有距離多晶硅層203的表面大約100μm的厚度。在該步驟的過程中，多晶硅層204的表面變成相對嚴(yán)重的波形。
隨后，如圖16A所示，將多晶硅層204的表面進(jìn)行研磨，隨后進(jìn)行鏡面拋光。該步驟之后，氧化膜圖案201上的多晶硅層203和多晶硅層204的總厚度例如為60μm。
接著，如圖16B所示，在多晶硅層204上形成鏡面21d，并且在硅襯底200上形成電極墊29。在多晶硅層204上形成鏡面21d的過程中，首先，使用濺射法形成例如Cr膜(50nm)，然后在硅層204上形成Au膜(200nm)。接著，通過利用預(yù)定掩模順序蝕刻這些金屬膜來進(jìn)行圖案成型，以圖案化鏡面21d。以與形成多晶硅層204上的鏡面21d的相同方法執(zhí)行硅襯底200上的電極墊29的成型。硅襯底200上的電極墊29代表前述電極墊29A、29B、29C。
在制造微鏡元件X2的過程中，接著，如圖16C所示，在多晶硅層204上形成氧化膜圖案205，并且在硅襯底200上形成氧化膜圖案206和抗蝕圖案207。氧化膜圖案205具有對應(yīng)于鏡支撐體M(鏡支撐體21)、框體F1、F2(框體22)和梳齒電極E1(梳齒電極24、25)的圖案。氧化膜圖案206具有對應(yīng)于框體F1、F2(框體22)和梳齒電極E2(梳齒電極26、27)的圖案。抗蝕圖案207具有對應(yīng)于鏡支撐體M的一部分(鏡支撐體21的第二結(jié)構(gòu)21b)和梳齒電極E1(梳齒電極24、25)的圖案。
接著，如圖16D所示，使用氧化膜圖案205作為掩模，通過DRIE對多晶硅層204和硅層203執(zhí)行各向異性蝕刻。此蝕刻工藝生成鏡支撐體M的一部分(鏡支撐體21)、梳齒電極E1的一部分(梳齒電極24、25)、扭桿T1、T2(扭桿23a)和框體F1、F2(框體22)。
接著，如圖17A所示，使用氧化膜圖案206和抗蝕圖案207作為掩模，通過DRIE對硅襯底200執(zhí)行各向異性蝕刻以蝕刻預(yù)定深度。該預(yù)定深度是對應(yīng)于鏡支撐體21的第二結(jié)構(gòu)21b的厚度的深度，并且是對應(yīng)于電極齒24A、25A的導(dǎo)體24b、25b的元件厚度方向上的長度，例如為5μm。
接著，如圖17B所示，利用去除劑去除抗蝕圖案207。去除劑可為由Clariant Japan制造的AZ去除劑700。
接著，如圖17C所示，使用氧化膜圖案206作為掩模，通過DRIE對硅襯底200執(zhí)行各向異性蝕刻以保留鏡支撐體21的第二結(jié)構(gòu)21b和梳齒電極24、25中的電極齒24A、25A的導(dǎo)體24b、25b，直至到達(dá)氧化膜圖案201。此蝕刻工藝生成鏡支撐體M的一部分(鏡支撐體21)、梳齒電極E1的一部分(梳齒電極24、25)、梳齒電極E2的一部分(梳齒電極26、27)和框體F1、F2的一部分(框體22)。
接著，如圖17D所示，通過蝕刻去除氧化膜圖案201中暴露的部分以及氧化膜圖案203、205、206。通過干蝕刻或者濕蝕刻可以實(shí)現(xiàn)這種去除。
上述連續(xù)步驟生成鏡支撐體M，框體F1、F2，扭桿T1、T2以及梳齒電極E1、E2，從而制造微鏡元件X2。
在微鏡元件X2中，通過根據(jù)需要對梳齒電極24、25、26和27施加預(yù)定電壓，能夠使鏡支撐體21或者可移動功能部分繞擺動軸A2移動。經(jīng)由電極墊29C、島狀物22c、導(dǎo)電通路28B、由第一硅層得到的框體22部分、扭轉(zhuǎn)連接部分(兩個扭桿23a)以及鏡支撐體21的第一結(jié)構(gòu)21a、導(dǎo)電通路28A和第二結(jié)構(gòu)21b來實(shí)現(xiàn)對梳齒電極24、25的電壓施加。例如將梳齒電極24、25接地。另一方面，可以經(jīng)由電極墊29A和框體22的島狀物22a來實(shí)現(xiàn)對梳齒電極26的電壓施加。經(jīng)由電極墊29B和框體22的島狀物22b來實(shí)現(xiàn)對梳齒電極27的電壓施加。在由第二硅層得到的框體22部分中，連接電極墊29A的位置與連接電極墊29B的位置電分離。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)對梳齒電極26和27相互獨(dú)立的電壓施加。
當(dāng)通過對梳齒電極24、26均施加預(yù)定電壓而在梳齒電極24和26之間產(chǎn)生期望靜電引力時，梳齒電極24被梳齒電極26吸引。這使得鏡支撐體21或者可移動功能部分繞擺動軸A2轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)例如圖18中所示的旋轉(zhuǎn)位移，直至靜電引力與扭桿23a中的扭轉(zhuǎn)阻力之和平衡的角度。在所述擺動運(yùn)動中，可以通過調(diào)節(jié)施加至梳齒電極24、26的電壓來調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)位移量。當(dāng)中斷梳齒電極24與26之間的靜電引力時，每個扭桿23a均恢復(fù)其自然狀態(tài)，使得鏡支撐體21或者可移動功能部分處于圖12所示的狀態(tài)。
另一方面，當(dāng)通過對梳齒電極25、27均施加預(yù)定電壓而在梳齒電極25和27之間產(chǎn)生期望靜電引力時，梳齒電極25被梳齒電極27吸引。這使得鏡支撐體21或者可移動功能部分繞擺動軸A2轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)位移，直至靜電引力與扭桿23a中的扭轉(zhuǎn)阻力之和平衡的角度。在所述擺動運(yùn)動中，可以通過調(diào)節(jié)施加至梳齒電極25、27的電壓來調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)位移量。當(dāng)中斷梳齒電極25與27之間的靜電引力時，每個扭桿23a均恢復(fù)其自然狀態(tài)，使得鏡支撐體21或者可移動功能部分處于圖12所示的狀態(tài)。
通過上述鏡支撐體21或者可移動功能部分的擺動驅(qū)動，能夠適當(dāng)?shù)厍袚Q鏡支撐體21上設(shè)置的鏡面21d反射的光的光反射方向。
在微鏡元件X2中，即使可移動功能部分(鏡支撐體21、鏡面21d)具有如圖12所示的0°旋轉(zhuǎn)位移，梳齒電極24中的每個電極齒24A的導(dǎo)體24b也面向梳齒電極26中該導(dǎo)體24b所對應(yīng)的電極齒26A，而梳齒電極25中的每個電極齒25A的導(dǎo)體25b面向梳齒電極27中該導(dǎo)體25b所對應(yīng)的電極齒27A。換句話說，即使可移動功能部分具有0°旋轉(zhuǎn)位移，梳齒電極24和26在元件的厚度方向H上相互重疊，梳齒電極25和27在元件的厚度方向H上相互重疊。當(dāng)對梳齒電極24施加預(yù)定電壓時，在同一電極齒24A中相互電連接的導(dǎo)體24a和導(dǎo)體24b具有相同的電壓。同樣地，當(dāng)對梳齒電極25施加預(yù)定電壓時，在同一電極齒25A中相互電連接的導(dǎo)體25a和導(dǎo)體25b具有相同的電壓。因此，在微鏡元件X2中，即使可移動功能部分的旋轉(zhuǎn)位移是0°，對梳齒電極24、26施加預(yù)定電壓也產(chǎn)生梳齒電極24與26之間的有效靜電引力，并且對梳齒電極25、27施加預(yù)定電壓也產(chǎn)生梳齒電極25與27之間的有效靜電引力。因此，當(dāng)在微鏡元件X2中通過產(chǎn)生梳齒電極24與26之間或者梳齒電極25與27之間的靜電引力而使可移動功能部分從0°旋轉(zhuǎn)位移開始移動時，很容易實(shí)現(xiàn)對移動的足夠響應(yīng)。另一方面，當(dāng)將可移動功能部分停止在0°旋轉(zhuǎn)位移處時，能夠高度準(zhǔn)確地將梳齒電極24與26之間或者梳齒電極25與27之間的靜電引力控制在停止位置附近。因此，通過減小可移動功能部分在0°旋轉(zhuǎn)位移附近的殘留擺動，能夠很容易地快速停止可移動功能部分。
在微鏡元件X2的工作過程中，當(dāng)可移動功能部分的旋轉(zhuǎn)位移不接近0°時，梳齒電極26中的每個電極齒26A不僅面向梳齒電極24的導(dǎo)體24b，而且面向?qū)w24a，產(chǎn)生梳齒電極24與26之間的有效靜電引力。否則，梳齒電極27中的每個電極齒27A不僅面向梳齒電極25的導(dǎo)體25b，而且面向?qū)w25a，產(chǎn)生梳齒電極25與27之間的有效靜電引力。
另外，在微鏡元件X2中，在擺動運(yùn)動的方向上，梳齒電極26的電極齒26A比梳齒電極24中的電極齒24A的導(dǎo)體24b更長。此外，在擺動運(yùn)動的方向上，梳齒電極27的電極齒27A比梳齒電極25的電極齒25A的導(dǎo)體25b更長。這種設(shè)置適于產(chǎn)生有效靜電引力，這是因?yàn)槭猃X電極24與26之間或者梳齒電極25與27之間的相對表面的面積隨可移動功能部分的轉(zhuǎn)動而改變。
如上所述，微鏡元件X2對可移動功能部分的整個擺動運(yùn)動過程(包括開始和停止工作)具有極好的可控性。微鏡元件X2適于可移動功能部分的快速并且準(zhǔn)確的工作。
此外，根據(jù)上述制造微鏡元件X2的方法，能夠高度準(zhǔn)確地控制梳齒電極24或者電極齒24A與梳齒電極26或者電極齒26A之間在元件厚度方向H上的重疊尺寸，以及梳齒電極25或者電極齒25A與梳齒電極27或者電極齒27A之間在元件厚度方向H上的重疊尺寸。這是因?yàn)樵趨⒖紙D17B所述的蝕刻工藝中，通過將氧化膜圖案201用作蝕刻停止層來形成梳齒電極E2(梳齒電極26、27)，從而在元件厚度方向H上高準(zhǔn)確度地形成梳齒電極E2(梳齒電極26、27)。
圖19至圖23示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的微鏡元件X3。圖19和圖20分別是微鏡元件X3的正視圖和后視圖。圖21至圖23分別是沿圖19中線XXI-XXI、XXII-XXII和XXIII-XXIII的截面圖。
微鏡元件X3包括鏡支撐體31、框體32、扭轉(zhuǎn)連接部分33和梳齒電極34、35、36、37，并且通過作為一種MEMS技術(shù)的體微機(jī)械加工技術(shù)，用多層SOI晶片提供的材料襯底制造這種微鏡元件X3。這種材料襯底具有由第一至第三硅層、第一與第二硅層之間的第一絕緣層以及第二與第三硅層之間的第二絕緣層組成的疊層結(jié)構(gòu)。每個硅層摻雜有雜質(zhì)，因此它具有預(yù)定等級的導(dǎo)電性。為了清楚觀察，在圖19中用陰影線表示那些由第一硅層得到的并且比第一絕緣層在紙張表面方向上朝觀察者更突出的區(qū)域。同樣地，在圖20中用陰影線表示那些由第三硅層得到的并且比第二絕緣層在紙張表面方向上朝觀察者更突出的區(qū)域。
如圖21中清楚可見，鏡支撐體31包括由第一硅層得到的第一結(jié)構(gòu)31a、由第二硅層得到的第二結(jié)構(gòu)31b以及由絕緣層得到的夾在第一結(jié)構(gòu)31a與第二結(jié)構(gòu)31b之間的絕緣膜31c。如圖22中所示，第一結(jié)構(gòu)31a和第二結(jié)構(gòu)31b通過穿透絕緣膜31c的導(dǎo)電塞38A相互電連接。
框體32主要由第一至第三硅層得到，如圖19和圖20所示，框體32圍繞鏡支撐體31。如圖20和圖21所示，由第三硅層得到的框體32部分包括主要部分32A和與該主要部分相隔開的島狀物32a、32b。由第二硅層得到的框體32部分具有與由第三硅層得到的部分相同的圖案，并且包括主要部分32B和與該主要部分相隔開的島狀物32c、32d，如圖24所示。
在所述框體32中，如圖19所示，在由第一硅層得到的部分上設(shè)有電極墊39A。如圖22所示，由第一硅層得到的框體32部分和主要部分32B經(jīng)由穿透由第一絕緣層得到的部分(位于圖21中由第一硅層得到的框體32部分正下方的陰影線區(qū)域)的導(dǎo)電塞38B而相互電連接。此外，如圖20所示，島狀物32a、32b也分別設(shè)有電極墊39B、39C。如圖21所示，島狀物32a和島狀物32c經(jīng)由穿透由第二絕緣層得到的部分(位于圖21中由第二硅層得到的部分正下方的陰影線區(qū)域)的導(dǎo)電塞38C而相互電連接。島狀物32b和島狀物32d經(jīng)由穿透由第二絕緣層得到的部分的導(dǎo)電塞38D而電連接。
扭轉(zhuǎn)連接部分33包括一對扭桿33a。每個扭桿33a由第二硅層得到，并且與鏡支撐體31的第二結(jié)構(gòu)31b以及框體32的主要部分32B連接，由此使鏡支撐體31與框體32連接，如圖22所示。扭桿33a提供鏡支撐體31的第二結(jié)構(gòu)31b與框體32的主要部分32B之間的電連接。在元件的厚度方向H上，扭桿33a比框體32和鏡支撐體31更薄。上述扭轉(zhuǎn)連接部分33或者扭桿33a提供用于鏡支撐體31或者可移動功能部分的擺動運(yùn)動的軸A3。所述軸A3優(yōu)選通過或者接近鏡支撐體31或者可移動功能部分的重心。
梳齒電極34包括多個電極齒34A。如圖19和圖20所示，所有電極齒34A從鏡支撐體31伸出并且相互平行。優(yōu)選地，電極齒34A的延伸方向與擺動軸A3的延伸方向垂直。如圖21和23所示，每個電極齒34A具有由第一硅層得到的導(dǎo)體34a、由第二硅層得到的導(dǎo)體34b以及由第一絕緣層得到的位于導(dǎo)體34a與34b之間的絕緣體34c組成的疊層結(jié)構(gòu)。這些導(dǎo)體34a、34b和絕緣體34c在可移動功能部分的擺動運(yùn)動方向上相繼堆疊。導(dǎo)體34a延伸至鏡支撐體31的第一結(jié)構(gòu)31a，并且與其電連接。導(dǎo)體34b延伸至鏡支撐體31的第二結(jié)構(gòu)31b，并且與其電連接。因此，導(dǎo)體34a與導(dǎo)體34b經(jīng)由鏡支撐體31的第一結(jié)構(gòu)31a、導(dǎo)電塞38A和第二結(jié)構(gòu)31b而相互電連接。絕緣體34c延伸至鏡支撐體31的絕緣膜31c。
梳齒電極35包括多個電極齒35A。如圖19和圖20所示，所有電極齒35A在遠(yuǎn)離電極齒34A延伸方向的方向上從鏡支撐體31伸出，并且它們相互平行。優(yōu)選地，電極齒35A的延伸方向與擺動軸A3的延伸方向垂直。如圖21所示，每個電極齒35A具有由第一硅層得到的導(dǎo)體35a、由第二硅層得到的導(dǎo)體35b以及由第一絕緣層得到的位于導(dǎo)體35a與35b之間的絕緣體35c組成的疊層結(jié)構(gòu)。這些導(dǎo)體35a、35b和絕緣體35c在可移動功能部分的擺動運(yùn)動方向上相繼堆疊。導(dǎo)體35a延伸至鏡支撐體31的第一結(jié)構(gòu)31a，并且與其電連接。導(dǎo)體35b延伸至鏡支撐體31的第二結(jié)構(gòu)31b，并且與其電連接。因此，導(dǎo)體35a與導(dǎo)體35b經(jīng)由鏡支撐體31的第一結(jié)構(gòu)31a、導(dǎo)電塞38A和第二結(jié)構(gòu)31b而相互電連接。絕緣體35c延伸至鏡支撐體31的絕緣膜31c。上述梳齒電極35或者電極齒35A與梳齒電極34或者電極齒34A經(jīng)由鏡支撐體31相互電連接。
梳齒電極36與梳齒電極34一起作用以產(chǎn)生靜電引力(驅(qū)動力)，并且梳齒電極36包括多個電極齒36A。如圖19和圖20所示，電極齒36A從框體32伸出并且它們相互平行。如圖21和圖23所示，每個電極齒36A具有由第二硅層得到的導(dǎo)體36a、由第三硅層得到的導(dǎo)體36b以及由第二絕緣層得到的位于導(dǎo)體36a與36b之間的絕緣體36c組成的疊層結(jié)構(gòu)。導(dǎo)體36a延伸至框體32的島狀物32c，并且與其電連接。導(dǎo)體36b延伸至框體32的島狀物32a，并且與其電連接。因此，導(dǎo)體36a與導(dǎo)體36b經(jīng)由島狀物32c、導(dǎo)電塞38C和島狀物32a而相互電連接。絕緣體36c延伸至由第二絕緣膜得到的框體32部分。
上述梳齒電極36與梳齒電極34一起構(gòu)成驅(qū)動機(jī)構(gòu)。如圖19和圖20所示，梳齒電極34的電極齒34A平行延伸至梳齒電極36的電極齒36A。如圖19、圖20和圖23所示，梳齒電極34、36各自具有的電極齒34A、36A相互偏移，從而在鏡支撐體31或者可移動功能部分進(jìn)行擺動運(yùn)動時，梳齒電極34和梳齒電極36不會相互碰撞。在不驅(qū)動微鏡元件X3的非工作狀態(tài)下，如圖21和圖23所示，電極齒34的導(dǎo)體34a不面向電極齒36，電極齒34的導(dǎo)體34b不面向電極齒36的導(dǎo)體36b，但是面向?qū)w36a。換句話說，在元件的厚度方向H上，梳齒電極34或者電極齒34A與梳齒電極36或者電極齒36A重疊。
梳齒電極37與梳齒電極35一起作用以產(chǎn)生靜電引力(驅(qū)動力)，并且梳齒電極37包括多個電極齒37A。如圖19和圖20所示，電極齒37A從框體32伸出并且相互平行。如圖21所示，每個電極齒37A具有由第二硅層得到的導(dǎo)體37a、由第三硅層得到的導(dǎo)體37b以及由第二絕緣層得到的位于導(dǎo)體37a與37b之間的絕緣體37c組成的疊層結(jié)構(gòu)。導(dǎo)體37a延伸至框體32的島狀物32d，并且與其電連接。導(dǎo)體37b延伸至框體32的島狀物32b，并且與其電連接。因此，導(dǎo)體37a與導(dǎo)體37b經(jīng)由島狀物32d、導(dǎo)電塞38D和島狀物32b而相互電連接。絕緣體37c延伸至由第二絕緣膜得到的框體32部分。
上述梳齒電極37與梳齒電極35一起構(gòu)成驅(qū)動機(jī)構(gòu)。如圖19和圖20所示，梳齒電極35的電極齒35A平行延伸至梳齒電極37的電極齒37A。梳齒電極35、37各自具有的電極齒35A、37A相互偏移，從而在鏡支撐體31或者可移動功能部分進(jìn)行擺動運(yùn)動時，梳齒電極35和梳齒電極37不會相互碰撞。在不驅(qū)動微鏡元件X3的非工作狀態(tài)下，如圖21所示，電極齒35的導(dǎo)體35a不面向電極齒37，電極齒35的導(dǎo)體35b不面向電極齒37的導(dǎo)體37b，但是面向?qū)w37a。換句話說，在元件的厚度方向H上，梳齒電極35或者電極齒35A與梳齒電極37或者電極齒37A重疊。
圖25A至圖28C示出制造微鏡元件X3的方法。該方法是通過體微機(jī)械加工技術(shù)制造微鏡元件X3的一個實(shí)例。通過圖25A至圖28C，這些截面圖將示出形成如28C所示的那些構(gòu)件的工藝，即，形成鏡支撐體M、框體F1、F2、F3、扭桿T1、T2和一對梳齒電極E1、E2的工藝。該截面代表進(jìn)行微機(jī)械加工的材料襯底(具有多層結(jié)構(gòu)的晶片)的截面，更具體地，代表形成單一微鏡元件的單塊晶片的截面。該截面包括多個構(gòu)件區(qū)域的截面，并且這些截面圖是示例性的連續(xù)圖示。鏡支撐體M代表鏡支撐體31的一部分?？蝮wF1、F2、F3代表框體32，在圖中以所選擇的截面示出。扭桿T1代表扭桿33a，并且以扭桿33a的橫截面表示。扭桿T2代表扭桿33a，并且以扭桿33a的縱截面表示。梳齒電極E1代表梳齒電極34、35的一部分，并且以電極齒34A、35A的橫截面表示。梳齒電極E2代表梳齒電極36、37的一部分，并且以電極齒36A、37A的橫截面表示。
在微鏡元件X3的制造過程中，首先，制備如圖25A中所示的材料襯底300。材料襯底300是SOI晶片，其具有由硅層301、302、303、硅層301與302之間的絕緣層304以及硅層302與303之間的絕緣層305組成的疊層結(jié)構(gòu)。硅層301、302、303由摻雜有雜質(zhì)的硅材料制成，由此其具有導(dǎo)電性?？梢詮闹T如B的p型雜質(zhì)或者從諸如P和Sb的n型雜質(zhì)中選擇雜質(zhì)。例如由氧化硅構(gòu)成絕緣層304、305。
接著，如圖25B所示，形成穿透硅層301和絕緣層304的孔H2以及穿透硅層303和絕緣層305的孔H3。在形成孔H2的過程中，首先，經(jīng)由預(yù)定掩模通過DRIE對硅層301進(jìn)行各向異性蝕刻，直至到達(dá)絕緣層304，由此在硅層301中形成預(yù)定孔。接著，通過例如濕蝕刻去除暴露在孔上的絕緣層304中的區(qū)域。在形成孔H3的過程中，首先，經(jīng)由預(yù)定掩模通過DRIE對硅層303進(jìn)行各向異性蝕刻，直至到達(dá)絕緣層305，由此在硅層303中形成預(yù)定孔。接著，通過例如濕蝕刻去除由孔暴露的絕緣層305中的區(qū)域。從而，能夠形成穿透硅層301和絕緣層304的孔H2和穿透硅層303和絕緣層305的孔H3。
在微鏡元件X3的制造過程中，接著，如圖25C所示，例如使用CVD法以在孔H2、H3內(nèi)部沉積導(dǎo)電材料38’。在這個步驟中，將大量的導(dǎo)電材料38’提供至孔H2、H3，直到該材料形成在硅層301、303上。導(dǎo)電材料38’的實(shí)例包括摻雜有預(yù)定雜質(zhì)的多晶硅和諸如Cu和W的金屬。
接著，如圖25D所示，暴露硅層301、303的表面。例如通過拋光去除孔H2、H3外部的導(dǎo)電材料38’。該步驟保留導(dǎo)電塞38。硅層301一側(cè)上的導(dǎo)電塞38代表導(dǎo)電塞38A、38B，而硅層303一側(cè)上的導(dǎo)電塞38代表導(dǎo)電塞38C、38D。
在微鏡元件X3的制造過程中，接著，如圖26A所示，在硅層301、303的表面上形成鏡面31d和電極墊39。在硅層301上形成鏡面31d和電極墊39的過程中，首先，使用濺射法以在硅層301上形成例如Cr膜(50nm)，然后形成Au膜(200nm)。接著，通過利用預(yù)定掩模順序蝕刻這些金屬膜來進(jìn)行圖案成型，以形成鏡面31d和電極墊39。可通過使用諸如碘化鉀或碘水溶液的蝕刻劑來蝕刻Au?？赏ㄟ^使用諸如二銨硝酸鈰水溶液的蝕刻劑來蝕刻Cr。在硅層303上形成電極墊39時，使用在硅層301上形成鏡面31d和電極墊39相同的方法。硅層301上的電極墊39代表電極墊39A，而硅層303上的電極墊39代表電極墊39B、39C。
在微鏡元件X3的制造過程中，接著，如圖26B所示，在硅層301上形成氧化膜圖案310。并且，在硅層303上形成氧化膜圖案311，隨后，在其上形成抗蝕圖案312。氧化膜圖案310具有對應(yīng)于鏡支撐體M(鏡支撐體31)、框體F1、F2、F3(框體32)和梳齒電極E1(梳齒電極34、35)的圖案。氧化膜圖案311具有對應(yīng)于框體F1、F2、F3(框體32)和梳齒電極E2(梳齒電極36、37)的圖案?？刮g圖案312具有對應(yīng)于扭桿T1、T2(扭桿33a)和梳齒電極E1(梳齒電極34、35)的圖案。
接著，如圖26C所示，使用氧化膜圖案311和抗蝕圖案312作為掩模，通過DRIE對硅層303執(zhí)行各向異性蝕刻以蝕刻預(yù)定深度。
接著，如圖27A所示，利用去除劑去除抗蝕圖案312。去除劑可為由Clariant Japan制造的AZ去除劑700。
接著，如圖27B所示，使用氧化膜圖案310作為掩模，通過DRIE對硅層301執(zhí)行各向異性蝕刻，直至到達(dá)絕緣層304。此蝕刻工藝生成鏡支撐體M的一部分(鏡支撐體31)、梳齒電極E1的一部分(梳齒電極34、35)、和框體F1、F2、F3的一部分(框體32)。
接著，如圖27C所示，使用氧化膜圖案311作為掩模，通過DRIE執(zhí)行各向異性蝕刻，直至到達(dá)絕緣層305。此蝕刻工藝保留用于梳齒電極E1的剩余掩模部分303a、用于扭桿T1、T2的剩余掩模部分303b以及用于鏡支撐體M的剩余掩模部分303c。剩余掩模部分303a、303b和303c相結(jié)合以提供對應(yīng)于抗蝕圖案312的圖案。此步驟中的蝕刻工藝生成框體F1、F2、F3的一部分(框體32)和梳齒電極E2的一部分(梳齒電極36、37)。
接著，如圖28A所示，使用由包括剩余掩模部分303a、303b和303c的硅層303得來的部分，對絕緣層305進(jìn)行蝕刻，直至到達(dá)硅層302。在此工藝中，重要的是在將氧化膜圖案311去除到其不再作為掩模的程度之前，必須充分蝕刻絕緣層305部分。為此，必須使絕緣層305和氧化膜圖案311具有足夠的厚度?；蛘?，在本工藝中，硅層303不用氧化膜圖案311作為掩模，而是利用具有蝕刻選擇性的掩模圖案作為掩模。這種圖案可以采用氮膜或者金屬膜。
接著，如圖28B所示，通過DRIE對硅層302執(zhí)行各向異性蝕刻，以蝕刻在前述步驟中所暴露的硅層302的區(qū)域，直至到達(dá)絕緣層304。此蝕刻工藝去除剩余掩模部分303a、303b和303c，并且保留框體F1、F2、F3的一部分(框體32)、梳齒電極E1的一部分(梳齒電極34b、35b)和梳齒電極E2的一部分(梳齒電極36a、37a)。
接著，如圖28C所示，通過蝕刻去除絕緣層304、305中暴露的部分以及氧化膜圖案310、311。通過干蝕刻或者濕蝕刻可以實(shí)現(xiàn)這種去除。如果使用干蝕刻，則可以使用包括CF4和CHF3的蝕刻氣體。如果使用濕蝕刻，則在該工藝中使用的蝕刻劑可為包含氫氟酸和氟化銨的緩沖氫氟酸(BHF)。
上述連續(xù)步驟生成鏡支撐體M，框體F1、F2、F3，扭桿T1、T2以及梳齒電極E1、E2，由此制造微鏡元件X3。
在微鏡元件X3中，通過根據(jù)需要對梳齒電極34、35、36和37施加預(yù)定電壓，能夠使鏡支撐體31或者可移動功能部分繞擺動軸A3轉(zhuǎn)動。經(jīng)由電極墊29A、由第一硅層得到的框體32部分、導(dǎo)電塞38B、框體32的主要部分32C、扭轉(zhuǎn)連接部分(兩個扭桿33a)、鏡支撐體31的第二結(jié)構(gòu)31b、導(dǎo)電塞38A以及鏡支撐體31的第一結(jié)構(gòu)31a來實(shí)現(xiàn)對梳齒電極34、35的電壓施加。例如將梳齒電極34、35接地。另一方面，經(jīng)由電極墊39B、框體32的島狀物32a、導(dǎo)電塞38C以及框體32的島狀物32b來實(shí)現(xiàn)對梳齒電極36的電壓施加。經(jīng)由電極墊39C、框體32的島狀物32b、導(dǎo)電塞38D和框體32的島狀物32d來實(shí)現(xiàn)對梳齒電極37的電壓施加。由于上述兩個電壓施加線路是彼此電分離的，所以能夠?qū)崿F(xiàn)對梳齒電極36和37相互獨(dú)立的電壓施加。
當(dāng)通過對梳齒電極34、36均施加預(yù)定電壓而在梳齒電極34和36之間產(chǎn)生期望靜電引力時，梳齒電極34被梳齒電極36吸引。這使得鏡支撐體31或者可移動功能部分繞擺動軸A3轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)例如圖29中所示的旋轉(zhuǎn)位移，直至靜電引力與扭桿33a中的扭轉(zhuǎn)阻力之和平衡的角度。在所述擺動運(yùn)動中，可以通過調(diào)節(jié)施加至梳齒電極34、36的電壓來調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)位移量。當(dāng)中斷梳齒電極34與36之間的靜電引力時，每個扭桿33a均恢復(fù)其自然狀態(tài)，使得鏡支撐體31或者可移動功能部分處于圖21所示的狀態(tài)。
另一方面，當(dāng)通過對梳齒電極35、37均施加預(yù)定電壓而在梳齒電極35和37之間產(chǎn)生期望靜電引力時，梳齒電極35被梳齒電極37吸引。這使得鏡支撐體31或者可移動功能部分繞擺動軸A3轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)位移，直至靜電引力與扭桿33a中的扭轉(zhuǎn)阻力之和平衡的角度。在所述擺動運(yùn)動中，可以通過調(diào)節(jié)施加至梳齒電極35、37的電壓來調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)位移量。當(dāng)中斷梳齒電極35與37之間的靜電引力時，每個扭桿33a均恢復(fù)其自然狀態(tài)，使得鏡支撐體31或者可移動功能部分處于圖21所示的狀態(tài)。
通過上述鏡支撐體31或者可移動功能部分的擺動驅(qū)動，能夠適當(dāng)?shù)厍袚Q鏡支撐體31上設(shè)置的鏡面31d反射的光的光反射方向。
在微鏡元件X3中，即使可移動功能部分(鏡支撐體31、鏡面31d)具有如圖21所示的0°旋轉(zhuǎn)位移，梳齒電極34中的每個電極齒34A的導(dǎo)體34b也面向梳齒電極36中的每個電極齒36A的導(dǎo)體36a，而梳齒電極35中的每個電極齒35A的導(dǎo)體35b面向梳齒電極37中的每個電極齒37A的導(dǎo)體37a。換句話說，即使可移動功能部分具有0°旋轉(zhuǎn)位移，梳齒電極34和36在元件的厚度方向H上相互重疊，梳齒電極35和37在元件的厚度方向H上相互重疊。當(dāng)對梳齒電極34施加預(yù)定電壓時，在同一電極齒34A中相互電連接的導(dǎo)體34a和導(dǎo)體34b具有相同的電壓。當(dāng)對梳齒電極35施加預(yù)定電壓時，在同一電極齒35A中相互電連接的導(dǎo)體35a和導(dǎo)體35b具有相同的電壓。同樣地，當(dāng)對梳齒電極36施加預(yù)定電壓時，在同一電極齒36A中相互電連接的導(dǎo)體36a和導(dǎo)體36b具有相同的電壓。因此，在微鏡元件X3中，即使可移動功能部分的旋轉(zhuǎn)位移是0°，對梳齒電極34、36施加預(yù)定電壓也產(chǎn)生梳齒電極34與36之間的有效靜電引力，并且對梳齒電極35、37施加預(yù)定電壓也產(chǎn)生梳齒電極35與37之間的有效靜電引力。因此，當(dāng)在微鏡元件X3中通過產(chǎn)生梳齒電極34與36之間或者梳齒電極35與37之間的靜電引力而使可移動功能部分從0°旋轉(zhuǎn)位移開始移動時，很容易實(shí)現(xiàn)對移動的足夠響應(yīng)。另一方面，當(dāng)將可移動功能部分停止在0°旋轉(zhuǎn)位移處時，能夠高度準(zhǔn)確地將梳齒電極34與36之間或者梳齒電極35與37之間的靜電引力控制在停止位置附近。因此，通過減小可移動功能部分在0°旋轉(zhuǎn)位移附近的殘留擺動，能夠很容易地快速停止可移動功能部分。
在微鏡元件X3的工作過程中，當(dāng)可移動功能部分的旋轉(zhuǎn)位移不接近0°時，梳齒電極34、36在元件厚度方向H上相互重疊，由此產(chǎn)生梳齒電極34與36之間的有效靜電引力。否則，梳齒電極35、37在元件厚度方向H上相互重疊，由此產(chǎn)生梳齒電極35與37之間的有效靜電引力。
另外，在微鏡元件X3中，梳齒電極34或者電極齒34A與梳齒電極36或者電極齒36A在擺動運(yùn)動的方向上偏移，并且梳齒電極35或者電極齒35A與梳齒電極37或者電極齒37A在擺動運(yùn)動的方向上偏移。這種設(shè)置適于產(chǎn)生有效靜電引力，這是因?yàn)槭猃X電極34與36之間或者梳齒電極35與37之間的相對表面的面積隨可移動功能部分的轉(zhuǎn)動而改變。
如上所述，微鏡元件X3對可移動功能部分的整個擺動運(yùn)動過程(包括開始和停止工作)具有極好的可控性。微鏡元件X3適于可移動功能部分的快速并且準(zhǔn)確的工作。
此外，根據(jù)上述制造微鏡元件X3的方法，能夠高度準(zhǔn)確地控制梳齒電極34或者電極齒34A與梳齒電極36或者電極齒36A之間在元件厚度方向H上的重疊尺寸，以及梳齒電極35或者電極齒35A與梳齒電極37或者電極齒37A之間在元件厚度方向H上的重疊尺寸。這是因?yàn)槭褂玫牟牧弦r底300所包括的第二硅層302具有與期望重疊厚度相等的厚度。
權(quán)利要求
1.一種微擺動元件，包括框體；可移動功能部分；扭轉(zhuǎn)連接部分，用于使所述框體與所述可移動功能部分相互連接，并且提供用于可移動功能部分進(jìn)行擺動運(yùn)動的軸；以及第一梳齒電極和第二梳齒電極，用于產(chǎn)生擺動運(yùn)動的驅(qū)動力，其中所述第一梳齒電極包括多個第一電極齒，每個第一電極齒具有在擺動運(yùn)動方向上疊置的第一導(dǎo)體、絕緣體和第二導(dǎo)體的疊層結(jié)構(gòu)，所述第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體相互電連接，其中所述第二梳齒電極包括多個第二電極齒，在非工作狀態(tài)下，所述第二電極齒不面向所述第一電極齒的第二導(dǎo)體，但是面向所述第一電極齒的第一導(dǎo)體，其中在擺動運(yùn)動的方向上所述第二電極齒的長度大于所述第一導(dǎo)體。
2.如權(quán)利要求1所述的微擺動元件，其中所述框體包括多層部分，所述多層部分具有第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層以及位于所述第一導(dǎo)電層與第二導(dǎo)電層之間的絕緣層，其中所述第一梳齒電極固定至所述框體的多層部分，其中所述第一電極齒的第一導(dǎo)體延伸至所述第一導(dǎo)電層，并與所述第一導(dǎo)電層電連接，所述第一電極齒的第二導(dǎo)體延伸至所述第二導(dǎo)電層，并與所述第二導(dǎo)電層電連接，所述第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層通過穿透所述絕緣層的導(dǎo)電通路而相互電連接。
3.如權(quán)利要求1所述的微擺動元件，其中所述可移動功能部分包括多層部分，所述多層部分具有第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層以及位于所述第一導(dǎo)電層與第二導(dǎo)電層之間的絕緣層，其中所述第一梳齒電極固定至所述可移動功能部分的多層部分，其中所述第一電極齒的第一導(dǎo)體延伸至所述第一導(dǎo)電層，并與所述第一導(dǎo)電層電連接，所述第一電極齒的第二導(dǎo)體延伸至所述第二導(dǎo)電層，并與所述第二導(dǎo)電層電連接，所述第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層通過穿透所述絕緣層的導(dǎo)電通路而相互電連接。
4.一種微擺動元件，包括框體；可移動功能部分；扭轉(zhuǎn)連接部分，用于使所述框體與所述可移動功能部分連接，并且提供用于可移動功能部分進(jìn)行擺動運(yùn)動的軸；以及第一梳齒電極和第二梳齒電極，用于產(chǎn)生擺動運(yùn)動的驅(qū)動力，其中所述第一梳齒電極包括多個第一電極齒，每個第一電極齒具有在擺動運(yùn)動方向上疊置的第一導(dǎo)體、第一絕緣體和第二導(dǎo)體的疊層結(jié)構(gòu)，所述第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體相互電連接，其中所述第二梳齒電極包括多個第二電極齒，每個第二電極齒具有在擺動運(yùn)動方向上疊置的第三導(dǎo)體、第二絕緣體和第四導(dǎo)體的疊層結(jié)構(gòu)，所述第三導(dǎo)體和第四導(dǎo)體相互電連接，其中在非工作狀態(tài)下，所述第一電極齒的第二導(dǎo)體不面向所述第二電極齒，所述第一電極齒的第一導(dǎo)體不面向所述第二電極齒的第四導(dǎo)體，但是面向所述第二電極齒的第三導(dǎo)體。
5.如權(quán)利要求4所述的微擺動元件，其中所述框體包括第一多層部分，所述第一多層部分包括第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層以及位于所述第一導(dǎo)電層與所述第二導(dǎo)電層之間的第一絕緣層，其中所述可移動功能部分包括第二多層部分，所述第二多層部分具有第三導(dǎo)電層、第四導(dǎo)電層以及位于所述第三導(dǎo)電層與第四導(dǎo)電層之間的第二絕緣層，其中所述第一梳齒電極固定至所述框體的第一多層部分，其中所述第二梳齒電極固定至所述可移動功能部分的第二多層部分，其中所述第一電極齒的第一導(dǎo)體延伸至所述第一導(dǎo)電層，并與所述第一導(dǎo)電層電連接，所述第一電極齒的第二導(dǎo)體延伸至所述第二導(dǎo)電層，并與其所述第二導(dǎo)電層電連接，所述第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層通過穿透所述第一絕緣層的導(dǎo)電通路而相互電連接，其中所述第二電極齒的第三導(dǎo)體延伸至所述第三導(dǎo)電層，并與所述第三導(dǎo)電層電連接，所述第二電極齒的第四導(dǎo)體延伸至所述第四導(dǎo)電層，并與所述第四導(dǎo)電層電連接，所述第三導(dǎo)電層和第四導(dǎo)電層通過穿透所述第二絕緣層的導(dǎo)電通路而相互電連接。
6.一種制造微擺動元件的方法，該方法是通過處理包括第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層以及位于所述第一導(dǎo)電層與第二導(dǎo)電層之間的絕緣層的材料襯底而進(jìn)行的，所述微擺動元件包括框體；可移動功能部分；扭轉(zhuǎn)連接部分，用于使所述框體與所述可移動功能部分連接，并且提供用于可移動功能部分進(jìn)行擺動運(yùn)動的軸；以及第一梳齒電極和第二梳齒電極，用于產(chǎn)生擺動運(yùn)動的驅(qū)動力；該方法包括如下步驟第一蝕刻步驟，經(jīng)由第一掩模圖案和第二掩模圖案在所述第一導(dǎo)電層的厚度方向上部分蝕刻第一導(dǎo)電層，所述第一掩模圖案形成在所述第一導(dǎo)電層上并且包括用于第一梳齒電極的第一掩模部分，所述第二掩模圖案形成在所述第一導(dǎo)電層上并且包括用于第二梳齒電極的第二掩模部分；去除所述第一掩模圖案的步驟；第二蝕刻步驟，經(jīng)由所述第二掩模圖案蝕刻所述第一導(dǎo)電層，以使所述第一梳齒電極的第一導(dǎo)體和所述第二梳齒電極作為與所述絕緣層保持接觸的剩余物而形成在所述第一導(dǎo)電層中；第三蝕刻步驟，經(jīng)由第三掩模圖案蝕刻所述第二導(dǎo)電層，所述第三掩模圖案形成在所述第二導(dǎo)電層上并且包含用于第一梳齒電極的第二掩模部分，執(zhí)行該第三蝕刻步驟以使所述第一梳齒電極的第二導(dǎo)體作為與所述絕緣層保持接觸的剩余物而形成在所述第二導(dǎo)電層中；以及第四蝕刻步驟，蝕刻所述絕緣層，以使所述第一梳齒電極的第一導(dǎo)體與第二導(dǎo)體之間的絕緣體作為剩余物而形成在所述絕緣層中。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第一掩模圖案包括用于扭轉(zhuǎn)連接部分的掩模部分，執(zhí)行所述第二蝕刻步驟，以使所述扭轉(zhuǎn)連接部分也作為與所述絕緣層保持接觸的剩余物而形成在所述第一導(dǎo)電層中。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中將第四掩模圖案嵌入在所述材料襯底的第二導(dǎo)電層中，所述第四掩模圖案包括用于所述扭轉(zhuǎn)連接部分的掩模部分，并且所述第四掩模圖案遠(yuǎn)離所述絕緣層，其中執(zhí)行所述第三蝕刻步驟以使所述扭轉(zhuǎn)連接部分作為保持在所述絕緣層中的剩余物而形成在所述第二導(dǎo)電層中。
全文摘要
一種微擺動元件包括框體、可移動功能部分以及用于連接框體與可移動功能部分的扭轉(zhuǎn)連接部分。微擺動元件還包括第一和第二梳齒電極，用于產(chǎn)生使可移動功能部分繞扭轉(zhuǎn)連接部分?jǐn)[動運(yùn)動的驅(qū)動力。第一梳齒電極包括多個第一電極齒，每個第一電極齒具有在擺動運(yùn)動方向上疊置的第一導(dǎo)體、絕緣體和第二導(dǎo)體的疊層結(jié)構(gòu)，其中第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體相互電連接。第二梳齒電極包括多個第二電極齒，在非工作狀態(tài)下，第二電極齒不面向第一電極齒的第二導(dǎo)體，但是面向第一導(dǎo)體。第二電極齒在擺動運(yùn)動的方向上長于第一導(dǎo)體。
文檔編號H01L21/00GK1821830SQ20061000921
公開日2006年8月23日 申請日期2006年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月16日
發(fā)明者高馬悟覺, 壺井修, 曾根田弘光, 上田知史 申請人:富士通株式會社