一种MEMS微镜阵列制备方法

本发明涉及微光机电系统，尤其是涉及一种mems微镜阵列制备方法。

背景技术：

1、基于微机电系统(microelectromechanical systems,mems)技术加工的空间光调制器芯片具有体积小、功耗低、集成化和定制化能力强等优势，现已被广泛用于光通讯、光谱成像、投影显示等国防和民用领域。尤其是随着美国ti(texas instruments)公司的数字微镜器件(digital micromirror devices，dmd)在数字投影仪等商业领域的成功应用，微镜已逐渐成为mems领域的一个研究热点。

2、微镜制造中最重要的问题之一是如何实现零应力、光滑平整的微镜表面。在表面微加工工艺中，沉积薄膜和去除牺牲层都会引起薄膜的残余应力，使加工平整的微镜变形，即使在去除牺牲层以前进行平坦化，效果也非常有限。此外，为了释放牺牲层，一般结构层上需要制作“释放孔”，这对镜面的光学性能会产生负面影响。采用单晶硅和体微加工工艺制造平整的微镜面和弹性梁具有更大的优越性。体微加工的微镜可以由单晶硅或金属等多种材料制造，一般单晶硅在应力和表面光洁度等方面明显优于多晶硅或金属，微镜结构的制造一般采用深硅刻蚀和晶圆键合相结合。然而在晶圆键合过程中，所施加的温度、压力、电压都可能导致刻蚀形成的空腔结构与其下方基底键合粘连失效，即便未发生上述失效问题，在对单晶硅结构减薄过程中未与下方基底粘连的结构区域也会在外力或内部残余应力作用下发生破裂。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的mems微镜阵列加工方法，旨在通过混合键合结构和工艺，解决mems微镜阵列芯片在制造过程中出现的键合粘连失效和悬浮薄膜破裂的问题，同时也为大规模、高度集成的mems悬浮型超薄器件提供一种高良率制备方法。

2、本发明所采用的技术方案是，一种新型的mems微镜阵列加工方法，该方法包括下列步骤：

3、步骤1：通过清洗工艺去除第一基底表面存在的灰尘和有机物，并利用金属薄膜沉积工艺在第一基底表面沉积金属薄膜；

4、步骤2：利用金属刻蚀工艺将所述金属薄膜图形化，完成第一寻址电极和第二寻址电极的制备；

5、步骤3：在所述第一基底表面旋涂键合胶并将其图形化，形成胶粘键合层；

6、步骤4：选取第二基底，并通过清洗工艺去除表面存在的灰尘和有机物残留物；

7、步骤5：利用mems刻蚀工艺在第二基底上完成锚点、扭转支点的制备；

8、步骤6：利用mems刻蚀工艺继续刻蚀扭转支点，使其表面低于所述锚点，形成锚点和扭转支点的高度差；

9、步骤7：将所述第一基底和所述第二基底利用mems键合工艺进行键合；

10、步骤8：根据微镜驱动的预设要求，利用mems减薄工艺将第二基底减薄；

11、步骤9：在减薄后的第二基底上沉积金属并图形化，形成金属反射层；

12、步骤10：以步骤9中所述的金属反射层为掩膜，利用mems刻蚀工艺将剩余镜体结构图形化，完成微镜结构的制作；

13、步骤11：利用mems聚合物刻蚀工艺将所述扭转支点下方的胶粘键合层去除，最终完成分立镜面的结构释放。

14、本发明的有益效果是：本发明提出的mems微镜阵列加工方法通过采用混合键合结构和工艺，解决了mems微镜阵列制备过程中扭转支点与其下方基底键合粘连失效和减薄外力作用下悬浮薄膜破裂的工艺难题，实现了扭转支点和与其下方基底亚微米间隙的精准控制。除此之外，本发明提出的加工方法同样适用于其他大规模高度集成的mems超薄器件，提供了一种新型的高良率制备方法，本发明将促进mems超薄器件在实际系统中的广泛应用。

15、进一步地，步骤1中所述的金属薄膜分为底层金属薄膜和上层金属薄膜，底层金属薄膜主要作用是为了增加上层金属薄膜与第一基底的粘附性，选用cr薄膜或ti薄膜或其他薄膜，上层金属薄膜选用au薄膜、al薄膜、cu薄膜或其他导电性较好的材料；所述的金属薄膜沉积工艺选用电子束蒸镀工艺、磁控溅射工艺、原子层沉积工艺等。

16、进一步地，步骤2所述的金属刻蚀工艺选用湿法腐蚀工艺或等离子体干法刻蚀工艺。

17、进一步地，步骤3中所述的键合胶选用光敏型键合胶pmgi-sf11、bcb、pi或su8。

18、进一步地，所述步骤5还包括在锚点表面沉积键合薄膜，图形化后形成第二键合层；

19、其中，键合薄膜选用ge薄膜、sn薄膜或其他可用于键合的薄膜。

20、进一步地，所述步骤5、步骤6、步骤10中所述的mems刻蚀工艺选用等离子体干法刻蚀工艺、湿法腐蚀工艺、表面激光加工工艺等。

21、进一步地，步骤7中所述的mems键合工艺为混合键合工艺，对应的结构为混合键合结构，即键合区域分为两部分，分别是锚点和第一基底，扭转支点和胶粘键合层。两个键合区域所采用的键合工艺类型不同，扭转支点和胶粘键合层之间采用胶粘键合；锚点与第一基底之间键合工艺选用阳极键合、熔融键合、共晶键合中的任意一种。

22、进一步地，所述混合键合工艺主要分为两个阶段，第一阶段为胶粘键合，第二阶段为阳极键合、熔融键合和共晶键合中的任意一种。

23、进一步地，步骤8中所述的减薄工艺为湿法腐蚀工艺、化学机械抛光工艺、等离子体干法刻蚀工艺中的任意一种。

24、进一步地，步骤9中所述的沉积的金属选用au薄膜、al薄膜等其他金属薄膜。

25、进一步地，步骤11中所述的mems聚合物刻蚀工艺选用氧等离子体干法刻蚀工艺或湿法腐蚀工艺。

技术特征：

1.一种新型的mems微镜阵列加工方法，其特征在于：该方法包括下列步骤：

2.根据权利要求1所述的一种新型的mems微镜阵列加工方法，其特征在于：步骤1中所述的金属薄膜分为底层金属薄膜(2)和上层金属薄膜(3)，底层金属薄膜(2)选用cr薄膜或ti薄膜，上层金属薄膜(3)选用au薄膜、al薄膜或cu薄膜；所述的金属薄膜沉积工艺选用电子束蒸镀工艺、磁控溅射工艺或原子层沉积工艺。

3.根据权利要求1所述的一种新型的mems微镜阵列加工方法，其特征在于：步骤2所述的金属刻蚀工艺选用湿法腐蚀工艺或等离子体干法刻蚀工艺。

4.根据权利要求1所述的一种新型的mems微镜阵列加工方法，其特征在于：步骤3中所述的键合胶(6)选用光敏型键合胶(6)pmgi-sf11、bcb、pi或su8。

5.根据权利要求1所述的一种新型的mems微镜阵列加工方法，其特征在于：所述步骤5还包括在锚点(9)表面沉积键合薄膜，图形化后形成第二键合层(15)；其中，键合薄膜选用ge薄膜或sn薄膜。

6.根据权利要求1所述的一种新型的mems微镜阵列加工方法，其特征在于：步骤5、步骤6以及步骤10中所述的mems刻蚀工艺选用等离子体干法刻蚀工艺、湿法腐蚀工艺、或表面激光加工工艺。

7.根据权利要求1所述的一种新型的mems微镜阵列加工方法，其特征在于：步骤7中所述的mems键合工艺为混合键合工艺，对应的结构为混合键合结构，即键合区域分为两部分，一部分是锚点(9)和第一基底(1)，另一部分是扭转支点(10)和胶粘键合层(7)；两个键合区域所采用的键合工艺类型不同，扭转支点(10)和胶粘键合层(7)之间采用胶粘键合，锚点(9)与第一基底(1)之间键合工艺选用阳极键合、熔融键合、共晶键合中的任意一种；所述混合键合工艺分为两个阶段，第一阶段为胶粘键合，第二阶段为阳极键合、熔融键合和共晶键合中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的一种新型的mems微镜阵列加工方法，其特征在于：步骤8中所述的减薄工艺为湿法腐蚀工艺、化学机械抛光工艺、等离子体干法刻蚀工艺中的任意一种。

9.根据权利要求1所述的一种新型的mems微镜阵列加工方法，其特征在于：步骤9中所述的沉积的金属选用au薄膜或al薄膜。

10.根据权利要求1所述的一种新型的mems微镜阵列加工方法，其特征在于：步骤11中所述的mems聚合物刻蚀工艺选用氧等离子体干法刻蚀工艺或湿法腐蚀工艺。

技术总结本发明涉及一种新型的MEMS微镜阵列加工方法，包括：在第一基底表面沉积金属薄膜；完成第一寻址电极和第二寻址电极的制备；选取第二基底，去除表面存在的灰尘和有机物残留物；在第二基底上完成锚点、扭转支点的制备；继续刻蚀扭转支点，使其表面低于所述锚点，形成锚点和扭转支点的高度差；将第一基底和所述第二基底进行键合；在减薄后的第二基底上形成金属反射层；完成微镜结构的制作；将所述扭转支点下方的胶粘键合层去除，完成分立镜面的结构释放；本发明解决了MEMS微镜阵列制备过程中扭转支点与其下方基底键合粘连失效和减薄外力作用下悬浮薄膜破裂的工艺难题，实现了扭转支点和与其下方基底亚微米间隙的精准控制。技术研发人员：虞益挺,肖星辰受保护的技术使用者：西北工业大学宁波研究院技术研发日：技术公布日：2024/1/5