[发明专利]微反射镜阵列制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微反射镜阵列制造方法，尤其适合制造大阵列、大角度扭转、高填充因子的微反射镜阵列。

背景技术

MOEMS(微光学电子机械系统)是一个光、机、电一体化的集成系统，信息技术、光纤通信技术的发展，使MOEMS成为当前研究的热点，其应用遍及光通信、光显示、数据存储、自适应光学及光学传感等多个方面。利用MEMS技术制作的新型光器件，插入损耗小，光路间相互串扰极低，对光的波长和偏振不敏感，并且通常采用硅为主要材料，从而器件的光学、机械、电气性能优良。

在MOEMS中改变“光线”方向的核心元件是反射镜，随着光纤通信的快速发展，微反射镜及其阵列的作用与地位也越来越重要。微反射镜的用途十分广泛，因此对微反射镜的研究与制造在国内外也是一个热点。

从微镜的动作方式可分为平动、垂直动以及扭动，目前扭动微镜是一种比较普遍形式，如国际著名通信公司LUCENT扭镜3D光交换阵列。扭镜又可分为一维(1D)、二维(2D)以及多维扭镜，而国内采用MEMS技术研制的扭镜还没有成熟产品。

从加工工艺来看主要包括精密机械加工与MEMS加工，而主流的优势的加工技术是MEMS加工技术，MEMS加工又分为体硅与表面加工，如美国Ti公司DMD(数字微镜)投影仪采用了表面MEMS加工技术，国内多采用体硅MEMS加工技术。

从驱动方式上目前微镜的驱动形式包括静电与磁驱动，从驱动的可控性、功耗等方面讲静电驱动更具优势。静电驱动又有平行板电容驱动以及梳齿电容驱动，前者存在pull-in(吸合)现象，即当扭转角度超过一定范围后会造成两平行板瞬间贴在一起而短路，后者不存在pull-in现象，也是被较多采用的技术。

传统垂直梳齿驱动的微反射镜的的结构参见图1，包括反射镜面、驱动电极(动齿驱动电极和定齿驱动电极)、驱动梳齿(动驱动梳齿和定驱动梳齿)以及扭梁，所述反射镜面和动驱动梳齿在同一平面内。驱动原理是：动驱动梳齿和动齿驱动电极相连，定驱动梳齿和定齿驱动电极相连，在动齿驱动电极和定齿驱动电极上施加驱动电压，使动、定驱动梳齿之间产生静电力，从而使反射镜面绕扭梁旋转。扭转角度与驱动梳齿长度的平方和施加的驱动电压成正比，即驱动电压一定时驱动梳齿越长扭转角度越大或者在扭转角度相同的情况下，驱动梳齿越长所需驱动电压越低。由于反射镜面和动驱动梳齿在同一平面内，制作微反射镜时既要考虑反射镜面的有效面积又要考虑梳齿的长度，因此就会造成制作的微反射镜填充因子低，扭转角度小，驱动电压低的问题。填充因子低即反射镜面的有效反射面积小就会造成光损耗，从而使到达光接收端的光信号减弱；扭转角度小造成光的反射角小，实际应用中安装的光接收端就少，不同光接收端之间的间距较小，造成光信道之间的串扰。

目前国内外微反射镜的技术指标一般为：填充因子小于95％，扭转角度小于3度，驱动电压为100V左右。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种微反射镜阵列制造方法，以解决目前反射镜填充因子低，扭转角度小，驱动电压高的问题，达到制作高填充因子、大角度扭转、低电压驱动的微反射镜阵列的目的。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是提供一种微反射镜阵列制造方法，该方法采用体硅MEMS加工技术、垂直梳齿驱动方式、晶片键合工艺以及刻蚀技术，其特点是：中间驱动层加工好后进行晶片键合，在驱动层上方覆盖一层反射镜面，在此基础上采用深刻蚀释放技术释放驱动层中保留的支撑柱，实现微反射镜的扭转，具体包括以下步骤：

1)双面抛光衬底玻璃片、驱动结构层硅片、反射镜面层硅片；

2)在玻璃片涂覆光刻胶，曝光、显影后得到电极布线图形；

3)在衬底玻璃片上形成金属层，并采用剥离工艺去掉不需要的金属，形成金属布线，即金属电极层；

4)在驱动结构层硅片的正面涂覆光刻胶，曝光、显影后得到定驱动梳齿、锚点、支撑柱的结构图形；

5)对步骤4)的硅片采用深反应离子刻蚀垂直腐蚀掉没有光刻胶保护的部分，形成定驱动梳齿、锚点、支撑柱结构；

6)衬底玻璃片与驱动结构层硅片正面静电键合；

7)在驱动结构层硅片背面涂覆光刻胶，曝光、显影后得到动驱动梳齿、扭梁的结构图形；

8)对步骤7)的硅片采用深反应离子刻蚀垂直腐蚀掉无光刻胶保护的部分，刻蚀深度位置与步骤5)所述硅刻蚀衔接，形成动驱动梳齿、扭梁结构；

9)在反射镜面层硅片的正面上形成金属层；

10)在反射镜面层硅片正面涂覆光刻胶，曝光、显影得到金属-硅共晶键合锚点图形；