專利名稱：基于微機(jī)電系統(tǒng)(mems)的二維靜電振鏡及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)工藝制作的二維靜電振鏡及其制作方法，可用于小功率快速激光掃描，如條碼掃描、舞臺激光、激光投影機(jī)等等。該系統(tǒng)使用簡潔的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)工藝制作，以靜電作為驅(qū)動力，可在一個(gè)有特殊結(jié)構(gòu)的振鏡上同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)維度(自由度)的振動。由于該系統(tǒng)的所有振動部件只是用于反射激光的振鏡體，從而有效的減小了振鏡系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量、體積以及能耗，也進(jìn)一步增加了掃描的速度和掃描的靈活性。
背景技術(shù)：
激光具有獨(dú)特的光學(xué)特性，如單色性高，方向性強(qiáng)等特點(diǎn)，使得激光器件的發(fā)展速度越來越快，應(yīng)用越來越廣泛。特別是由于激光極強(qiáng)的方向性，使它不借助透鏡就能在相當(dāng)一段距離內(nèi)保持光點(diǎn)的質(zhì)量，使其成為了條碼掃描的首選光源。同時(shí)，激光的方向性也使得舞臺激光的效果更加優(yōu)美，加以水幕、煙霧的使用，甚至使其帶有迷幻的色彩，逐漸成為舞臺燈光中不可缺少的一部分。隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展，紅色(波長650nm)、綠色(波長532nm)、藍(lán)色(波長473nm)的半導(dǎo)體激光器已經(jīng)漸進(jìn)成熟。由于激光的單色性極強(qiáng)，使用激光產(chǎn)生的三原色調(diào)配出的色彩更加鮮艷，色域更寬，再加上激光極強(qiáng)的方向性，使得以激光為光源的投影機(jī)將具有色彩逼真，色彩范圍廣，像素精細(xì)等優(yōu)點(diǎn)，且可以在任意距離都能投射出相當(dāng)完美的畫面，而無需反復(fù)調(diào)整焦距，這是其他形式的投影設(shè)備均無法實(shí)現(xiàn)的。正因如此，激光投影設(shè)備越來越受到關(guān)注。但不管是條碼掃描、舞臺激光還是激光投影機(jī)，除了激光光源以外，還需要將激光進(jìn)行掃描的掃描設(shè)備。以往的激光掃描設(shè)備，一般都使用掃描棱鏡或電磁振鏡系統(tǒng)。掃描棱鏡系統(tǒng)的核心部件是一個(gè)有多個(gè)反射鏡面的可旋轉(zhuǎn)棱鏡，激光照射到棱鏡上，使激光以一定角度反射回來，當(dāng)棱鏡旋轉(zhuǎn)時(shí)，反射角也隨之變化，即達(dá)到了掃描的目的。但因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，此時(shí)的掃描為一條直線。要實(shí)現(xiàn)二維掃描，就需要兩個(gè)旋轉(zhuǎn)棱鏡，或是用另一個(gè)振鏡才能完成。所以其體積笨重，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功效低，難以實(shí)現(xiàn)高速掃描，機(jī)械磨損嚴(yán)重，而且掃描的角度為一恒定值，即畫面在固定距離上的投影大小是一個(gè)定值，要想改變畫面的大小，只能使用鏡頭等其他輔助方法來實(shí)現(xiàn)。而電磁振鏡系統(tǒng)，使用電磁力作為動力，使電磁振鏡電機(jī)的軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)振動，從而使與其相連的小反射鏡隨之振動，達(dá)到往復(fù)掃描的效果。但要實(shí)現(xiàn)二維掃描，仍然需要兩個(gè)振鏡才能完成。而且由于使用線圈產(chǎn)生電磁力，而且線圈需要繞在一個(gè)質(zhì)量較大的鐵心上，使它的大部分能量都消耗在振鏡電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量及其摩擦力上，只有極小部分用于反射鏡的振動，從而導(dǎo)致其工作電流大，易發(fā)熱，體積難以縮小，效率極低。而且由于其振動部件較大的轉(zhuǎn)動慣量，造成振動速度難以提高，難以實(shí)現(xiàn)基本無閃爍的掃描效果。而其他的聲光、電光等掃描方法，由于其成本等其他問題，也未能很好的普及。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)上文所述，設(shè)計(jì)了本發(fā)明及其制作方法。其使用靜電力的相互作用使振鏡偏轉(zhuǎn)，并使用特殊的懸臂支撐結(jié)構(gòu)，使其能夠同時(shí)在兩個(gè)方向上產(chǎn)生振動。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)了掃描系統(tǒng)的集成化。由于所有的振動部件只是用于反射激光的振鏡，所以動作部分質(zhì)量極小，極大的減小了不必要的轉(zhuǎn)動慣量，提高了掃描速度的同時(shí)，使得功耗減小。而且該掃描系統(tǒng)基本無機(jī)械摩擦，磨損小，同時(shí)還具有無噪音，發(fā)熱低，成本低，易于大規(guī)模量產(chǎn)等諸多優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的一個(gè)目的提供一種基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)工藝制造的二維靜電振鏡。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供這種振鏡的制作方法。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)目的，提供一種基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)工藝制造的二維靜電振鏡。該系統(tǒng)包括1、襯底(10)，2、驅(qū)動層(20)，3、著陸層(30)(根據(jù)實(shí)施的具體情況可以不用，下同)，4、帶有支架、懸臂并且導(dǎo)電的振鏡層(40)。其特征為1、本系統(tǒng)由襯底，驅(qū)動層，著陸層以及振鏡層組成；2、上述整個(gè)系統(tǒng)全部制作在一個(gè)不導(dǎo)電的絕緣襯底上；3、本系統(tǒng)的核心部件是由可以反光的導(dǎo)電材料制的振鏡層(40)，其由振鏡(400)、振鏡支架(401)以及懸臂(402)組成。該層的振鏡可以反射激光，并由多個(gè)折疊形懸臂與支架連接，支架直接固定于襯底上。懸臂具有一定彈性，可以允許振鏡產(chǎn)生兩個(gè)自由度(二維)的振動；4、振鏡層的下面可以有著陸層(30)，其有4個(gè)懸空的著陸電極(300)，由其支架(301)直接固定于襯底上，并與振鏡層連接，以確保振鏡與著陸電極的電位相等，使著陸發(fā)生時(shí)，振鏡與著陸電極不會粘連；5、襯底上面鍍有驅(qū)動層(20)，由驅(qū)動電極(200)、鍵合點(diǎn)(201)以及導(dǎo)線(202)組成，兩兩相對，用于提供驅(qū)動電壓以及外部管腳的連接；6、著陸層(30)不能與其下面的驅(qū)動層(20)的任何部分接觸，并保持相對于其工作電壓的安全距離，以保證著著陸層與驅(qū)動層的絕緣；7、為減少振鏡振動時(shí)的空氣阻力，提高振動速度和減小能耗，整個(gè)上述振鏡系統(tǒng)可以封裝于一個(gè)真空的環(huán)境中，同時(shí)，真空環(huán)境還可以隔離振鏡振動時(shí)產(chǎn)生的微弱噪音。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)目的，提供上述振鏡系統(tǒng)的制作方法。該方法包括以下幾個(gè)步驟1.準(zhǔn)備一種絕緣性能良好的襯底，如二氧化硅襯底。
優(yōu)選地，該襯底也可以使用導(dǎo)電或半導(dǎo)體材料進(jìn)行絕緣化處理，如氧化等。
優(yōu)選地，如果將驅(qū)動電極(后面介紹)直接通過雜質(zhì)滲入襯底方法制作，則可以直接使用P型硅材料作為襯底。
2.在該襯底上沿襯底厚度方向制作掩模(210)，并使用表面薄膜工藝將金屬或?qū)щ姴牧现瞥沈?qū)動電極。
優(yōu)選地，驅(qū)動電極也可以在P型硅襯底上，用掩模滲入N型雜質(zhì)制得。
3.去除掩模(210)。
4.制作著陸層犧牲層(310)，著陸層犧牲層可以直接使用光刻膠(也稱抗蝕劑，下同)制得。
優(yōu)選地，犧牲層也可以先置于整個(gè)器件表面，再由掩?？涛g出所需的犧牲層。
5.使用表面薄膜工藝將金屬或?qū)щ姴牧现瞥芍憣印?br> 6.使用掩模(311)，對著陸電極進(jìn)行成型刻蝕，使其形成所需形狀。
7.去除掩模(311)。
優(yōu)選地，著陸層的制作還可以在第4步后直接再制作一層用于著陸層結(jié)構(gòu)成型的掩模，此掩模形狀與掩模(311)互補(bǔ)，厚度比著陸層略厚。然后使用第5步的方法制作著陸層，其厚度應(yīng)比實(shí)際所需略厚。最后將其整體研磨至著陸層所需厚度即可。
優(yōu)選地，由于著陸電極為可選件，根據(jù)實(shí)施的具體情況可以不用制作，所以如果具體實(shí)施中沒有使用著陸電極，則上述4～7步可以不做。
8.制作振鏡層犧牲層(410)。振鏡層犧牲層可以直接使用光刻膠制得。
優(yōu)選地，犧牲層也可以先置于整個(gè)器件表面，再由掩模刻蝕出所需的犧牲層。
9.使用表面薄膜工藝將金屬或?qū)щ姴牧现瞥烧耒R層。
10.使用掩模(411)，對反光振鏡層進(jìn)行結(jié)構(gòu)成型刻蝕，使其形成所需形狀。
11.去除掩模(411)，如有需要，對反光振鏡層進(jìn)行拋光，然后去除所有犧牲層。
優(yōu)選地，如果需要對反光振鏡層進(jìn)行拋光，則可以在第8步之后直接制作用于反光振鏡層結(jié)構(gòu)成型的掩模(412)，但此時(shí)的掩模應(yīng)該與第10步中所述的掩模(411)正好相反(即互補(bǔ))，且掩模厚度應(yīng)比振鏡層略厚。接著進(jìn)行上述第9步，制出振鏡層，其厚度應(yīng)略大于實(shí)際所需厚度。然后直接進(jìn)行拋光，打磨至振鏡層所需厚度，最后去除所有犧牲層即可。
根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)目的的制作方法，可以制作出本發(fā)明第一目的的振鏡系統(tǒng)。該系統(tǒng)與其他掃描振鏡相比，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，而且運(yùn)動部件的尺寸和轉(zhuǎn)動慣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他系統(tǒng)，這也使得他的能耗和發(fā)熱量有了明顯減小，也使得掃描頻率可以大幅度的提高，以實(shí)現(xiàn)更高的掃描要求。更重要的是，它可以在同一個(gè)振鏡上同時(shí)完成兩個(gè)方向上的掃描，從而進(jìn)一步縮小了系統(tǒng)的體積。同時(shí)也可通過改變輸入的驅(qū)動信號隨意改變掃描方式，且掃描幅度也可以根據(jù)輸入電壓調(diào)節(jié)，這些特性也使其的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。比如超市中由多個(gè)反射鏡和一個(gè)較大的旋轉(zhuǎn)掃描多面棱鏡組成的萬向條碼掃描設(shè)備，僅使用一個(gè)本發(fā)明的振鏡器件即可實(shí)現(xiàn)。當(dāng)應(yīng)用于投影視頻輸出時(shí)，也易于通過改變驅(qū)動信號進(jìn)行無像素?fù)p失的梯形校正等圖像糾正。
四

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明進(jìn)行說明圖1為該系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)透視圖，其中包括襯底(10)，由驅(qū)動電極(200)、鍵合點(diǎn)(201)、導(dǎo)線(202)組成的驅(qū)動層(20)，著陸電極(300)及其支架(301)組成的著陸層(30)，以及振鏡(400)及其支架(401)、懸臂(402)一體化的振鏡層(40)。其中振鏡層已被部分剖切。
圖2為該振鏡系統(tǒng)的剖面示意圖。為更好地說明以及簡化作圖，這里以及后面制作步驟的剖面示意圖，全部選用本圖右下方小圖所示的剖切面進(jìn)行剖切。
圖3為該系統(tǒng)的各部件按次序分解的示意圖。
圖4A-4F為該系統(tǒng)振鏡懸臂(402)可以使用的結(jié)構(gòu)形狀示意圖。
圖5A-5D為該系統(tǒng)中，驅(qū)動層的制作步驟的剖面示意圖及完成結(jié)果的整體透視圖。
圖6A-6E為該系統(tǒng)中，著陸層的制作步驟的剖面示意圖及完成結(jié)果的整體透視圖。
圖7A-7E為該系統(tǒng)中，振鏡層的一種制作步驟及完成結(jié)果的剖面示意圖。
圖8A-8D為該系統(tǒng)中，振鏡層的另一種制作步驟的剖面示意圖及完成結(jié)果的整體透視圖(振鏡層已剖切)。
圖9A-9E為該系統(tǒng)不使用著陸層時(shí)，振鏡層的一種制作步驟及完成結(jié)果的剖面示意圖。
圖10A-10D為該系統(tǒng)不使用著陸層時(shí)，振鏡層的另一種制作步驟的剖面示意圖及完成結(jié)果的整體透視圖(振鏡層已剖切)。
五具體實(shí)施例方式下面將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為該系統(tǒng)沿右下方小圖所示方向剖切的剖面示意圖。圖3為該系統(tǒng)的各部件按次序分解的示意圖。如圖1、圖2、圖3所示，該振鏡系統(tǒng)包括襯底(10)，驅(qū)動層(20)，著陸層(30)以及振鏡層(40)。
其具體實(shí)施方式
如下1、襯底(10)襯底是整個(gè)振鏡系統(tǒng)的載體，所有的其他結(jié)構(gòu)都制作于襯底上。襯底優(yōu)選由絕緣性好，易于制備和切割的材料制成，適用的材料可以是但不局限于玻璃(二氧化硅)。襯底還可以由其他導(dǎo)電材料經(jīng)過絕緣處理制成，如將硅襯底進(jìn)行表面氧化，制成表面有二氧化硅絕緣層的硅襯底，也可以是其他方法。當(dāng)然，作為選擇，如果將驅(qū)動電極(后面介紹)直接通過雜質(zhì)滲入襯底形成反向PN結(jié)的方法制作，則可以直接使用P型硅作為襯底。
2、驅(qū)動層(20)如圖3和圖5D所示，驅(qū)動層由驅(qū)動電極(200)、鍵合點(diǎn)(201)和連接導(dǎo)線(202)組成。驅(qū)動層是整個(gè)振鏡的制動裝置，可以通過在每個(gè)電極施加不同電壓的方法，對振鏡產(chǎn)生不同的靜電力，從而使振鏡產(chǎn)生不同角度和方向的偏轉(zhuǎn)。所有電極以中心為原點(diǎn)，兩兩相對。其中相對的兩個(gè)電極為一組，用于控制振鏡的一個(gè)維度(自由度)的振動，而其相鄰的另一組電極則負(fù)責(zé)另一個(gè)維度(自由度)的振動。驅(qū)動層應(yīng)選用導(dǎo)電性能良好，工藝簡單的材料制作，這種材料可以是但不局限于金屬鋁、銀，也可以是別的材料，如氧化銦錫(ITO)等。當(dāng)然，作為選擇，驅(qū)動層也可以由P型硅襯底材料上通過圖形掩模滲入適量N型雜質(zhì)如P和As等，直接在襯底上制得。
3、著陸層(30)著陸層由著陸電極(300)和著陸電極支架(301)組成。著陸層是振鏡的保護(hù)裝置。當(dāng)驅(qū)動電極的電壓過高，或受到某種極大的擾動時(shí)，振鏡將有可能越過靜電力與懸臂回彈力的臨界點(diǎn)，而被迅速吸向驅(qū)動電極造成粘連或放電燒毀振鏡。這時(shí)，著陸層的著陸電極可以支撐住振鏡，從而避免了振鏡與驅(qū)動電極的接觸，也就避免了振鏡系統(tǒng)的損壞。同時(shí)，由于著陸電極支架(301)與振鏡支架(401)相接觸，保證了著陸電極與振鏡電位相同，避免其相互粘連。著陸層應(yīng)選用導(dǎo)電性能良好，工藝簡單的材料制作，這種材料可以是但不局限于金屬。當(dāng)然，作為選擇，如果在具體實(shí)施過程中，振鏡的振動范圍離上述臨界點(diǎn)甚遠(yuǎn)，并能保證此時(shí)振鏡永遠(yuǎn)不會越過臨界點(diǎn)時(shí)，可以省去著陸電極及其制作，以節(jié)省成本。
4、振鏡層(40)振鏡層由振鏡(400)、支架(401)及懸臂(402)構(gòu)成。振鏡層是最重要的器件，用于反射照射在其上的激光，當(dāng)其鏡體受靜電力作用偏轉(zhuǎn)時(shí)，反射激光隨之偏轉(zhuǎn)。其振鏡要求盡可能的平整光潔。支架固定于襯底上，同時(shí)固定部分還可以用作鍵合點(diǎn)，由引線和外部管腳連接。懸臂為一種折疊形結(jié)構(gòu)，當(dāng)受到外力作用時(shí)，可以彎曲變形，以提供必要的伸縮量以及回彈力。為了保持鏡體偏轉(zhuǎn)時(shí)的穩(wěn)定以及減小振鏡的諧振，一個(gè)振鏡應(yīng)至少有4個(gè)懸臂支撐，但不限于4個(gè)。該系統(tǒng)懸臂的形狀可以是但不限于圖4A-4F所示形狀，圖中黑色部分為刻蝕掉的部分，白色為保留的部分。如圖4A-4B所示，懸臂可以為雙向折疊的“中”字形，其與振鏡及支架的連接點(diǎn)可以是振鏡的對角，也可以在振鏡的邊上。圖4C-4D所示，懸臂還可以是單折疊(圖4C)或環(huán)繞形(圖4D)。圖4E-4F則表示由8個(gè)懸臂組成的懸臂系統(tǒng)。
圖5至圖10表示了制作本振鏡系統(tǒng)的方法。這是一種基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)工藝的制作方法。為更好地說明以及簡化作圖，圖5至圖10中的制作步驟只給出了一個(gè)剖面示意圖，并全部使用圖2右下方小圖所示的剖切面進(jìn)行剖切，以便更好地說明如何在襯底上制作驅(qū)動層、著陸層、以及振鏡層。
接下來將參照附圖描述本發(fā)明的制作方法。
1、襯底(10)在該振鏡系統(tǒng)的制作中，首先，應(yīng)準(zhǔn)備好襯底。襯底可以是絕緣性好易于制備和切割絕緣體，如玻璃等，也可以由其他導(dǎo)電材料經(jīng)過絕緣處理制成。作為選擇，如果將驅(qū)動層直接通過雜質(zhì)滲入襯底形成反向PN結(jié)的方法制作，則可以直接使用P型硅材料作為襯底。
2、驅(qū)動層(20)接著，在準(zhǔn)備好的襯底上制作驅(qū)動層。如圖5A所示，首先在襯底上制作圖形掩模(210)。這層掩?？梢允枪饪棠z(抗蝕劑)，或者其他的犧牲材料，如氧化物。接著，如圖5B所示，使用表面加工工藝，制作驅(qū)動層(20)。這種工藝可以是蒸鍍、濺射或其他方法。然后除去掩模，即可將掩模不需要的驅(qū)動層一起去除，形成所需的驅(qū)動層。驅(qū)動層不宜過厚。完成后，即可得到如圖5C的驅(qū)動層。圖5D表示了完成驅(qū)動層后的整體結(jié)構(gòu)透視圖。作為選擇，也可以使用P型硅襯底，在此襯底上制作如前面所說的圖形掩模(210)，然后使用摻雜工藝向P型硅襯底中摻入適當(dāng)濃度的N型雜質(zhì)如P和As等，使驅(qū)動電極周圍形成反向的PN結(jié)，使其形成驅(qū)動層電路。
3、著陸層(30)如圖6A-6D所示，在完成好的驅(qū)動層上制作著陸層。首先，如圖6A所示，在制好驅(qū)動層的襯底上制作犧牲層(310)。此犧牲層可以直接使用光刻膠制成，也可以先在帶有驅(qū)動層的襯底上生長出犧牲層，再由掩?？涛g制成。然后在犧牲層上使用表面加工工藝，制作著陸層(30)，如圖6B。這種工藝可以是蒸鍍、濺射或其他方法。接著，如圖6C，在著陸層上面在制作一層圖形掩模(311)，并用該圖形掩模(311)對著陸層進(jìn)行刻蝕，除去多余的著陸層。最后，去除掩模(311)，即可完成著陸層的制作。此時(shí)，為了便于后面振鏡層的制作，犧牲層(310)可以不用去除，如圖6D。當(dāng)然，作為選擇，如果掩模(311)的厚度不大，不會影響后面振鏡層的制作，則掩模(311)也可保留，那么此時(shí)的掩模(311)就可以和犧牲層(310)使用同一種材料，如光刻膠等。圖6E表示了完成著陸層后的整體結(jié)構(gòu)透視圖。
作為選擇，也可以在制作好犧牲層(310)后，直接在其上繼續(xù)制作一層圖形掩模，其圖形應(yīng)與掩模(311)的圖形正好相反(即互補(bǔ))，厚度比所需著陸層略厚。然后再制作著陸層，其厚度應(yīng)略大于實(shí)際所需厚度。接著使用研磨的方法，將著陸層磨至所需厚度即可，此時(shí)上層的掩模以及不需要的著陸層均已被磨掉，同時(shí)還保證了上表面的光潔度，便于后續(xù)工作的進(jìn)行。這種方法與后面的一種振鏡層的制作方法相似，所以附圖可以參考圖8A-8C中，振鏡層的這種制作方法。
4、振鏡層(40)圖7A-7D表示了振鏡層的一種制作方法。如圖7A所示，首先在制好著陸層的襯底上制作犧牲層(410)。此犧牲層可以直接使用光刻膠制成，也可以先在制好著陸層的襯底上生長出犧牲層，再由掩?？涛g制成。然后在犧牲層上使用表面加工工藝，制作振鏡層(40)，如圖7B。此工藝與著陸層的制作工藝完全一樣。接著，如圖7C，在制好的振鏡層上面再制作一層圖形掩模(411)，并用該圖形掩模(411)對振鏡層進(jìn)行刻蝕。完成后即可得到圖7D。為了達(dá)到更好的反射效果，可對振鏡層進(jìn)行化學(xué)-機(jī)械拋光。最后除去所有的犧牲層以及掩模，即可得到該振鏡系統(tǒng)的最終成品。如圖7E所示。
作為選擇，如果振鏡層需要做化學(xué)-機(jī)械拋光，那么振鏡層的制作則可以使用圖8A-8C所示的制作方法，以減去刻蝕振鏡層的工序。首先，如圖7A所示，在制好著陸層的襯底上制作犧牲層(410)。然后如圖8A所示，緊接著犧牲層(410)上面再制作另一層掩模(412)。此掩模(412)的圖形與圖7C中掩模(411)的圖形正好相反(即互補(bǔ))，厚度比所需振鏡層略厚，其材料可以是光刻膠等，也可以是與犧牲層(410)一樣的材料。接著，如圖8B所示，在此犧牲層上制作振鏡層(40)，此工藝與著陸層的制作工藝完全一樣，而其厚度應(yīng)略大于所需厚度。隨后將其整個(gè)進(jìn)行化學(xué)-機(jī)械拋光。當(dāng)振鏡層拋光至所需厚度時(shí)，由于掩模(412)的厚度比所需振鏡層略厚，而其上的不需要的振鏡層與略厚出振鏡層的掩模均已被研磨掉，則只剩下需要的振鏡層部分，如圖8C所示。最后除去所有的犧牲層及掩模，即可得到該振鏡系統(tǒng)的最終成品。前面所述的著陸層的另一種制作方法即這種制作方法。
含有著陸層的靜電振鏡成品的結(jié)構(gòu)透視圖如圖8D所示，其中振鏡層已被部分剖切。
作為選擇，在制作過程中，如果不需要制作著陸層，則工藝要簡單許多。圖9A-9D表示不制作著陸層的該系統(tǒng)的一種制作方法。只需要在帶有驅(qū)動層的襯底上直接制作用于振鏡層的犧牲層(413)，而后續(xù)工序與圖7B-7D所示的振鏡層制作工序完全一樣，這里不再詳細(xì)描述。作為選擇，不制作著陸層的該系統(tǒng)的另一種制作方法如圖10A-10C所示。同樣，只需要在帶有驅(qū)動層的襯底上直接制作用于振鏡層的犧牲層(413)，而其后續(xù)工序與圖8A-8C所示的振鏡層制作工序完全一樣，這里也不再詳細(xì)描述。但由于這時(shí)的犧牲層(413)厚度較大(約300～500um)，所以應(yīng)該盡可能選用生長速度快，刻蝕時(shí)間短的材料制作犧牲層，如果工藝條件允許，亦可使用光刻膠制作犧牲層。同時(shí)，為了保證振鏡的平整不變形，在最后去除掩模以及犧牲層時(shí)，應(yīng)選用干刻蝕工藝，以避免結(jié)構(gòu)間殘留刻蝕液體蒸發(fā)時(shí)，其表面張力造成的應(yīng)力。
這樣描述的本發(fā)明，顯然可以作出多種變更，且這些變更沒有背離本發(fā)明的主旨和范圍。同時(shí)，所附的權(quán)力請求書的范圍內(nèi)也包括了本領(lǐng)域所顯而易見的所有這些修改。
權(quán)利要求
1.一種基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)工藝制作的二維靜電振鏡，該裝置包括一個(gè)襯底、一個(gè)驅(qū)動層、一個(gè)著陸層和一個(gè)振鏡層，其特征在于所述襯底至少表面絕緣；所述驅(qū)動層包括電極、導(dǎo)線及鍵合點(diǎn)，所有電極以中心為原點(diǎn)，兩兩相對，并由相應(yīng)的導(dǎo)線連接到鍵合點(diǎn)；所述著陸層由著陸電極及其支架構(gòu)成，由支架固定在襯底上，并與驅(qū)動層絕緣；所述振鏡層由振鏡、支架及懸臂構(gòu)成，由支架固定在襯底上，并與著陸層接觸，與驅(qū)動層絕緣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其著陸層位于驅(qū)動層與振鏡層之間，使振鏡層不會與驅(qū)動層接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其振鏡層的振鏡由折疊形懸臂支撐，并可在驅(qū)動電極產(chǎn)生的靜電力的作用下，產(chǎn)生兩個(gè)方向的偏轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其振鏡層的支架固定在襯底上的部分同時(shí)也是振鏡層的鍵合點(diǎn)。
5.一種基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的二維靜電振鏡的制作方法，此方法包括以下步驟對襯底進(jìn)行絕緣處理；使用掩模(210)在襯底上制作出驅(qū)動層(20)；除去掩模(210)，并制作用于著陸層的犧牲層(310)；制作著陸層(30)，并使用掩模(311)對著陸層刻蝕，制出所需著陸層；除去掩模(311)，并制作用于振鏡層的犧牲層(410)；制作振鏡層(40)，并使用掩模(411)對振鏡層刻蝕，制作出所需振鏡層；對振鏡層進(jìn)行化學(xué)-機(jī)械拋光；除去所有犧牲層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其襯底還可以直接使用絕緣材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其襯底還可以由一種P型硅材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或7所述的方法，其驅(qū)動層還可以使用通過掩模在P型硅襯底上滲入適量N型雜質(zhì)的方法，直接在襯底上制得。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其著陸層還可以使用先在犧牲層上制作結(jié)構(gòu)掩模，然后制作著陸層，最后整體研磨成型的方法制作。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其振鏡層還可以使用先在犧牲層上制作結(jié)構(gòu)掩模，然后制作振鏡層，最后整體研磨拋光的方法制作。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)工藝制作的二維靜電振鏡及其制作方法，可用于小功率快速激光掃描，如激光投影機(jī)、條碼掃描，舞臺激光等。該系統(tǒng)使用簡潔的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)工藝制作，以靜電作為驅(qū)動力，可在一個(gè)有特殊結(jié)構(gòu)的振鏡上同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)維度(自由度)的振動。由于該系統(tǒng)的所有振動部分只有用于反射激光的導(dǎo)電鏡面，從而有效的減小了振鏡系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量、體積以及能耗，也進(jìn)一步增加了掃描的速度和掃描的靈活性。
文檔編號G02B26/10GK1693937SQ20051006931
公開日2005年11月9日 申請日期2005年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月13日
發(fā)明者李凌 申請人:李凌