[发明专利]一种精简工艺的微镜芯片及制造方法

说明书

本发明涉及一种精简工艺的微镜芯片及制造方法，采用SOI硅片，驱动器布置于第三层，质量块与转轴布置在第一层，第二层布置支持结构，其中驱动器采用面内驱动器结构，可以实现面内驱动，通过中层支撑结构产生面外驱动转矩，带动质量块运动，可以实现快速扫描和大角度扫描驱动结构；该结构工艺上利于实现，不挑战工艺难点，可以大大简化面外运动加工难度，实现大角度，大质量块驱动；相对于多层机构的MEMS省去了多次键合的工艺，简化了制造工艺，大大降低加工成本和加工难度，提高成品率。

技术领域

本发明涉及一种精简工艺的微镜芯片及制造方法，属于微机电系统技术领域。

背景技术

常用的微机电系统驱动结构包括静电驱动被广泛应用，其中静电驱动主要采用梳齿结构，梳齿结构一般分为两类，一类是面内梳齿结构，用作面内结构驱动；一类是上下梳齿结构，用作面外驱动，面外驱动的动齿和固齿一高一低不在一个平面。上下梳齿结构可以用来制作扫描微镜，三轴加速度计、三轴陀螺仪。但是要制作高低梳齿，现有的高低梳齿设计中，传统MEMES制造工艺利用键合工艺分别刻蚀高低梳齿，或者利用多次光刻分别刻蚀高低梳齿，需要高精度对准，对工艺要求高且成品率低，存在多次刻蚀，加工复杂等缺陷。

专利CN201521059002公开采用SOI圆片实现下梳齿，然后键合一片硅片实现上梳齿的方式，该工艺复杂，且成品率不能得到保证；还有专利CN201410599134采用了一种自对准方案，采用抬升结构实现高低梳齿，这里的抬升结构利用了工艺应力，而使梳齿抬升，形成高低梳齿。该方案主要问题在于工艺应力不好控制，且随着时间会发生变化，高低梳齿不可靠。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种精简工艺的微镜芯片，无需键合工艺，即可以实现面外梳齿，产生面外驱动扭矩，能够实现快速扫描和大角度扫描驱动效果。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种精简工艺的微镜芯片，包括衬底、镜面支撑、两组下驱动装置和至少两组上驱动装置，其中，衬底为SOI硅片材料制成的环形结构，且衬底的各部位共面；两组下驱动装置均为SOI硅片材料制成，且两组下驱动装置彼此结构相同，镜面支撑上彼此相对的两侧边位置分别通过一组下驱动装置、对接衬底环形结构的内侧边，且镜面支撑侧边两连接位置之间呈对称分布；

各组下驱动装置分别均包括下驱动本体与扭转轴结构，各组下驱动装置中，下驱动本体包括主轴、以及分别对接主轴两侧的两齿条组，并且主轴与两齿条组共面，各齿条组分别均包括至少一根齿条，且各齿条组中各根齿条彼此相平行、以及相邻齿条之间等间距；各下驱动装置中下驱动本体分别与镜面支撑侧边上对应位置相连接，各下驱动装置中下驱动本体的主轴端部分别经扭转轴结构、对接衬底环形结构上内侧边对应位置；

各组上驱动装置均为多晶硅材料制成，各组上驱动装置分别均包括载体板、以及设置于载体板上的至少一个齿条组，各组上驱动装置中，载体板与各齿条组共面，各齿条组分别对应载体板上的不同侧边位置，各齿条组分别均包括至少一根齿条，各齿条组中的各根齿条分别对接载体板上对应侧边位置，且各齿条组中各根齿条彼此相平行、以及相邻齿条之间等间距；

各组上驱动装置的载体板设置于衬底环形结构的上表面，且各组上驱动装置中各齿条组的位置分别与各组下驱动装置中各齿条部分的位置彼此一一对应，以及在垂直于衬底所在面的方向上，各组上驱动装置中各齿条组的各根齿条的投影、分别与对应位置下驱动装置中齿条部分的各根齿条的投影彼此平行、且彼此相互交错；

镜面支撑的上表面设置镜面反射层，各组下驱动装置中下驱动本体的主轴上表面、以及各组上驱动装置中载体板的上表面均分别设置电极；通过向各个电极供电，在各组上驱动装置中各齿条与对应位置下驱动装置中各齿条之间的相互作用力下，实现各组下驱动装置中下驱动本体相对扭转轴结构的扭转，进而完成对镜面支撑角度的驱动调整。