一种二维MEMS微镜和制备方法与流程

本发明涉及二维微镜，具体涉及一种二维mems微镜和制备方法。

背景技术：

1、mems微镜是一种在外部激励条件下微镜可发生扭转的微器件，驱动方式可分为电磁驱动、静电驱动、热电驱动以及压电驱动。其中，静电驱动的mems微镜是利用静电吸合力来实现微镜的偏转，本质上是一种电压驱动型器件，因其制作工艺相对简单、成本低、响应速度快等优势成为近年来诸多科研人员的研究方向。

2、随着科技的发展，市场和科研领域对大尺寸mems微镜的需求也逐渐攀升，在光通信、成像显示等领域中具有广阔应用前景。作为大尺寸的二维mems微镜，由于受到自身重力作用，微镜会有一定的向下位移(重力位移)。为了减小自身重力位移，通常采用加宽扭转梁或加宽外部框架的方式，但加宽扭转梁不仅会增大所需的驱动电压，而且当扭转梁加宽到一定程度时会发生微镜弯曲现象，即有静电力驱动一侧微镜偏转位移大，无静电力驱动一侧微镜偏转位移小，甚至几乎不偏转，对微镜平整度具有致命影响，难以实现微镜的整体偏转；采用加宽外部框架的方法只能略微减少微镜重力位移，过宽的外部框架反而会加剧微镜的重力位移。更重要的是，对于绝大多数二维结构的微镜而言，其扭转的方向并不是严格沿扭转梁偏转，当微镜尺寸较小或微镜应用场景不严苛时这种不沿扭转梁偏转的情况可以忽略，但微镜尺寸较大时，这种情况便不可忽视。

技术实现思路

1、针对现有技术大尺寸的二维微镜(8)在扭转梁(7)偏转时容易断裂，本发明提供了一种二维mems微镜，包括：

2、第一soi晶圆(1)；

3、第二soi晶圆(2)：所述第二soi晶圆(2)上刻蚀带有多个空槽的环状动齿(6)和设置在所述空槽内并与所述动齿(6)垂直连接的扭转梁(7)；

4、所述动齿(6)与所述扭转梁(7)连接处设为圆角；

5、第三soi晶圆(3)：所述第三soi晶圆(3)上刻蚀带有多个第二隔离槽的上静齿(10)；

6、所述第二soi晶圆(2)和所述第三soi晶圆(3)均刻蚀微间隙；

7、所述第一soi晶圆(1)、所述第二soi晶圆(2)和所述第三soi晶圆(3)键合；

8、所述第一soi晶圆(1)、所述第二soi晶圆(2)和所述第三soi晶圆(3)的硅器件层厚度为60至150μm。

9、优选的，所述第二soi晶圆(2)还包括多根加强筋(9)和微镜(8)；

10、多根所述加强筋(9)和所述微镜(8)分别刻蚀在所述第二soi晶圆(2)两侧；

11、多根所述加强筋(9)设置为圆形和井字形，所述两种结构的所述加强筋(9)相互连接；

12、所述微镜(8)设为圆形。

13、优选的，所述第一soi晶圆(1)包括第一微镜腔(5)和带有多个第一隔离槽的下静齿(4)；

14、所述下静齿(4)和所述第一微镜腔(5)均刻蚀在所述第一soi晶圆(1)上；

15、所述第一微镜腔(5)呈圆形设置在所述下静齿(4)内；

16、所述第一微镜腔(5)与所述微镜(8)共用一条中心轴。

17、优选的，所述第三soi晶圆(3)还包括多个pad(11)和第二微镜腔(12)；

18、多个所述pad(11)和所述第二微镜腔(12)均刻蚀在所述第三soi晶圆(3)上；

19、所述多个pad(11)均匀刻蚀在所述第三soi晶圆(3)边角处；

20、所述第二微镜腔(12)呈圆形镂空状设置于所述上静齿(10)内；

21、所述第二微镜腔(12)与所述第一微镜腔(5)共用一条中心轴。

22、优选的，所述动齿(6)包括内动齿和外动齿；

23、所述内动齿与外动齿呈垂直梳齿结构。

24、优选的，所述下静齿(4)包括内下静齿和外下静齿；

25、所述内下静齿与外下静齿呈垂直梳齿结构；

26、所述下静齿(4)与所述动齿(6)呈垂直梳齿结构。

27、优选的，所述上静齿(10)包括内上静齿和外上镜齿；

28、所述内上静齿与外上静齿呈垂直梳齿结构；

29、上静齿(10)与所述动齿(6)呈垂直梳齿结构。

30、本发明还提供了一种二维mems微镜制备方法，包括：

31、将第一soi晶圆(1)、第二soi晶圆(2)和第三soi晶圆(3)进行刻蚀并键合，获得二维mems微镜；

32、对所述mems微镜进行表面金属化和释放。

33、优选的，所述将第一soi晶圆(1)、第二soi晶圆(2)和第三soi晶圆(3)进行刻蚀并键合，获得二维mems微镜，包括：

34、对所述第一soi晶圆(1)进行刻蚀并将所述第二soi晶圆(2)刻蚀出微间隙；

35、刻蚀后的所述第一soi晶圆(1)与所述第二soi晶圆(2)键合；

36、键合后对所述第二soi晶圆(2)进行减薄后再次进行刻蚀，并对所述第三soi晶圆(3)刻蚀出微间隙；

37、刻蚀后的所述第二soi晶圆(2)与所述第三soi晶圆(3)键合；

38、键合后对所述第三soi晶圆(3)进行减薄并再次刻蚀，得到所述二维mems微镜(8)。

39、优选的，所述将第一soi晶圆(1)、第二soi晶圆(2)和第三soi晶圆(3)进行刻蚀，包括：

40、将第一soi晶圆(1)做为基底晶圆并依次刻蚀出隔离槽、第一微镜腔(5)和下静齿(4)；

41、将第二soi晶圆(2)做为中间晶圆并依次刻蚀出微间隙、加强筋(9)、动齿(6)、扭转梁(7)和微镜(8)；

42、将第三soi晶圆(3)做为上层晶圆并依次刻蚀出微间隙、隔离槽、上静齿(10)、pad(11)和第二微镜腔(12)。

43、与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：

44、1、本发明提供了本发明涉及一种二维mems微镜和制备方法，其二维mems微镜包括：第一soi晶圆1；第二soi晶圆2：第二soi晶圆2上刻蚀带有多个空槽的环状动齿6和设置在空槽内并与动齿6垂直连接的扭转梁7；动齿6与扭转梁7连接处设为圆角；第三soi晶圆3：第三soi晶圆3上刻蚀带有多个第二隔离槽的上静齿10；第二soi晶圆2和第三soi晶圆3均刻蚀微间隙；第一soi晶圆1、第二soi晶圆2和第三soi晶圆3键合；第一soi晶圆1、第二soi晶圆2和第三soi晶圆3的硅器件层厚度为60至150μm；本发明实现了采用3片soi键合，上soi刻蚀出的上静齿用于抵消或减轻微镜8自身重力，并使微镜8在静电力作用下能够严格沿扭转轴进行偏转且在扭转梁7位置处设计为圆角结构，防止应力集中导致扭转梁7的断裂。。

技术特征：

1.一种二维mems微镜，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的微镜，其特征在于，所述第二soi晶圆(2)还包括多根加强筋(9)和微镜(8)；

3.根据权利要求2所述的微镜，其特征在于，所述第一soi晶圆(1)包括第一微镜腔(5)和带有多个第一隔离槽的下静齿(4)；

4.根据权利要求3所述的微镜，其特征在于，所述第三soi晶圆(3)还包括多个pad(11)和第二微镜腔(12)；

5.根据权利要求1所述的微镜，其特征在于，所述动齿(6)包括内动齿和外动齿；

6.根据权利要求5所述的微镜，其特征在于，所述下静齿(4)包括内下静齿和外下静齿；

7.根据权利要求5所述的微镜，其特征在于，所述上静齿(10)包括内上静齿和外上镜齿；

8.一种二维mems微镜制备方法，用于制备权利要求1-8中任一项所得二维mems微镜，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述将第一soi晶圆(1)、第二soi晶圆(2)和第三soi晶圆(3)进行刻蚀并键合，获得二维mems微镜，包括：

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述将第一soi晶圆(1)、第二soi晶圆(2)和第三soi晶圆(3)进行刻蚀，包括：

技术总结本发明涉及一种二维MEMS微镜和制备方法，其二维MEMS微镜包括：第一SOI晶圆；第二SOI晶圆：第二SOI晶圆上刻蚀带有多个空槽的环状动齿和设置在空槽内并与动齿垂直连接的扭转梁；动齿与扭转梁连接处设为圆角；第三SOI晶圆：第三SOI晶圆上刻蚀带有多个第二隔离槽的上静齿；第二SOI晶圆和第三SOI晶圆均刻蚀微间隙；第一SOI晶圆、第二S0I晶圆和第三S0I晶圆键合；第一S0I晶圆、第二SOI晶圆和第三SOI晶圆的硅器件层厚度为60至150μm；本发明实现了采用三片S0I键合，上S0I刻蚀出的上静齿用于抵消或减轻微镜自身重力，并使微镜在静电力作用下能够严格沿扭转轴进行偏转且在扭转梁位置处设计为圆角结构，防止应力集中导致扭转梁的断裂。技术研发人员：李亚雷,张裕华,仇旭萍,温赛赛受保护的技术使用者：苏州亿波达光电子科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/16