TWI437295B - 使用在可適性光學中之具有尖端或活塞運動之微機電系統鏡面 - Google Patents
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Description
本發明係關於微機電系統(MEMS)，且更具體言之係關於可控制之傾斜或活塞運動的板。
微機電系統(MEMS)之某些光學應用需要製造相對小(例如大約5微米寬)之微鏡面陣列。亦需要微鏡面有一高填充因數之應用，因此，(例如)其在形狀上應為矩形或六邊形。
微鏡面通常由其下方之一組電極靜電導引。通常，用以控制該等鏡面之位置的電壓相對高(例如大於50伏特)。然而，已認識到對於某些應用，需要電壓低得多(例如大約5伏特或小於5伏特)，以使得所使用之電壓與當前數位電子技術相容。
已認識到根據本發明之原則，藉由使每一鏡面為跨越藉由使用一驅動器而變形之兩個可變形彈簧桿而耦接的一板，可達成可用與當前數位電子技術相容之電壓操作的一高填充因數鏡面陣列。更具體言之，兩個可變形彈簧可大體上彼此平行且(諸如)由跨越其中心而定位之一橫桿有效耦接。一支撐件(例如一柱)在一端處耦接至橫桿之中部，且該支撐件在其相對端處進一步耦接至一板(例如鏡面)。自鏡面支撐件跨越其相對側上之可變形彈簧桿耦接有至少一個可移動驅動板。通常，可移動驅動板耦接於可變形彈簧桿之中心與其至少一端之間。當可移動驅動板移動時，導致可變形彈簧桿(例如)在驅動板至可變形彈簧桿之連接處的附近發生扭轉。該扭轉導致可變形彈簧桿向下移動(例如接近其中心)。結果，橫桿(且因此鏡面板)亦向下移動。
若每一可變形彈簧桿均支撐於其兩端處，則歸因於所施加之扭轉而導致之鏡面的運動為活塞運動。若每一可變形彈簧桿僅支撐於相同一端，意即形成一懸臂支架，則歸因於所施加之扭轉而導致之鏡面的運動為傾斜運動。
可移動驅動板與一固定驅動板緊密配合，當通電時，固定驅動板導致可移動驅動板朝向其移動。可移動驅動板及固定驅動板可有利地為所謂"扭力梳狀驅動器"。為此，驅動板可包含梳"齒"。
在本發明之一實施例中，耦接兩個可變形彈簧之中心的桿至少部分地裂開。如此降低了整個結構之彈簧常數，使其變得"更軟"，且需要較低電壓來達成所要位移。
有利地，用於每一鏡面之所有支撐件及致動器元件大體上限於鏡面板下方之區域。此外，支撐件之部件可兼作鏡面之間的電防護板，以防止其間互相干擾。亦可包括支撐功能所不需要之額外防護元件，以改良對鏡面之間的互相干擾之防止。或者，可將相鄰鏡面之支撐件排列為彼此成90度，有效地提供鏡面之間的互相干擾之最大防止，而無需額外防護元件。
此外，用於鏡面板之彈簧支撐結構在側向上為剛性的，此允許相鄰鏡面板緊密地置放到一起，而無需憂相鄰鏡面接觸彼此或黏住彼此。
有利地，由於可達成之鏡面之高密度，所以一鏡面陣列可用作用於製造替代習知遮罩之其它裝置中之電腦控制遮罩。進一步有利地，梳狀驅動器之使用使不良中斷發生之可能性最小化。
一額外優勢為：使用與現代數位電子設備相容之電壓而非先前技術配置所採用之較高電壓，可將鏡面可控制地加以移動。
以下僅說明本發明之原則。因此將明瞭：儘管本文中未明確描述或展示，但是彼等熟習此項技術者將能設計出體現本發明之原則並包含於其精神及範疇以內之各種配置。此外，本文中所述之所有實例及條件性語言主要希望清楚地僅為教示目的，以幫助讀者理解本發明之原則及由發明者(們)貢獻之推動此項技術之觀念，且應理解為不限於該等具體陳述之實例及條件。此外，本文陳述本發明之原則、態樣及實施例，以及其具體實例的所有語句希望涵蓋其之結構與功能均等物。此外，希望該等均等物包含當前已知之均等物及將來開發之均等物，即所開發之無論什麼結構執行相同功能之任何元件。
因此，舉例而言，彼等熟習此項技術者將明瞭本文中之任何方塊圖表示體現本發明之原則的說明性電路之概念視圖。同樣，將明瞭任何流程圖表、流程圖、狀態轉換圖、偽代碼及類似物皆表示各種大體上可表示於電腦可讀媒體中之過程，因此由電腦或處理器執行，無論是否明確地展示該電腦或處理器。
在此申請專利範圍中，表示為執行一規定功能之一構件的任何元件希望涵蓋執行該功能之任何方式。此可包含例如：a)執行該功能之電氣或機械元件之一組合或b)任何形式之軟體，(因此)包含與執行軟體以執行功能之適當電路組合的韌體、微碼或類似物，及耦接至軟體控制電路之機械元件(若有的話)。該等申請專利範圍所定義之本發明在於下列事實：由各種所述構件所提供之功能以申請專利範圍要求之方式組合並集合到一起。申請者因此將可提供該等功能之任何構件視為與本文中所示之構件均等之物。
除非本文中另外明確規定，圖示未按比例繪製。
此外，除非本文中另外明確規定，本文中所示及/或所述之任何透鏡事實上為具有該透鏡之特定規定特性的光學系統。該光學系統可由一單個透鏡元件實施，但無需限制於此。類似地，在展示及/或描述一鏡面時，事實上展示及/或描述的是具有該鏡面之規定特性的光學系統，其可由一單個鏡面元件實施，但無需限制於一單個鏡面元件。如此項技術中所熟知，此係因為各種光學系統均可提供一單個透鏡元件或鏡面之相同功能，但是以更佳方式(例如具有更少變形)。此外，如此項技術中所熟知，一曲面鏡之功能可經由組合透鏡與面鏡來實現，且反之亦然。此外，執行一規定功能之光學元件之任何排列(例如成像系統、格柵、塗覆元件及稜鏡)可由執行相同規定功能之光學元件之任何其它排列所替代。因此，除非本文中另外明確規定，對本揭示內容之目的而言，能夠在本文中所揭示之一整體實施例以內提供規定功能之所有光學元件或系統彼此均等。
本文中所使用之術語微機電系統(MEMS)裝置希望意謂一整個MEMS裝置或其之任何部分。因此，即使一MEMS裝置之一部分不起作用，或一MEMS裝置之一部分閉塞，但是對本揭示內容之目的而言，該MEMS裝置仍視為一MEMS裝置。
在本說明中，不同圖示中之相同編號之元件指代相同元件。
展示於圖1中的為例示性結構100之一截面，結構100可啟動一板(例如一微鏡面)，以使得根據本發明之原則用活塞運動來移動該板。有利地，該等結構可相對小(例如大約5微米寬)。亦可能達成該等微鏡面之一高填充因數。進一步有利地，結構100可用與現代數位電子設備相容之相對低之電壓操作。
結構100包含板101(例如一微鏡面)，其跨越兩個可變形彈簧桿103而耦接，可變形彈簧桿103包含可變形彈簧桿103－1及103－2，在圖1中僅可見其一(例如可變形彈簧桿103－1)。在圖3(結構100之俯視圖)中可見兩個可變形彈簧桿103。每一可變形彈簧桿103均藉由使用驅動器105－1或105－2之至少一個(且較佳兩個)而同時變形，驅動器105－1及105－2在本文中合稱為驅動器105。儘管板101在圖3中大體上展示為正方形，但是板101可為任何形狀，甚至為圓形或不規則形狀。較佳地，板101具有對緊密充填導電的形狀，不僅包含圖3中所示之大體上之正方形，而且亦包含諸如大體上為矩形及大體上為六邊形的形狀。
每一驅動器105均由至少一個可移動驅動板107組成。每一可移動驅動板107均與對應之一固定驅動板109－1或固定驅動板109－2(二者在本文中合稱為固定驅動板109)緊密配合。較佳地，每一可移動驅動板107經研磨。例如圖2(其為與圖1中所示之結構100相同的視圖，但其中固定驅動板109已通電)中所示，當任一固定驅動板109通電時，藉由施加與相關之一可移動驅動板107不同之電位，導致相關之一可移動驅動板107朝向其移動。
圖3為結構100之俯視圖，其中移除了板101，如圖3中所示，可變形彈簧桿103彼此平行，並由橫桿311於(例如)其中心處耦接。彈簧桿103由橫桿311耦接基本上形成一單個統一的彈簧支撐件。支撐件113(例如圖1中所示之桿或柱)耦接至統一彈簧支撐件之橫桿311處(例如在其中部)。如圖3中所示，支撐件113為一桿。請注意，若使支撐件103與橫桿311同樣寬，則基本上僅有一單個組合橫桿支撐件。支撐件113進一步在其相對端處耦接至板101。
如圖2中所示，當任一可移動驅動板107朝向其各自相關之一固定驅動板109移動時，導致每一可變形彈簧桿103在其至移動的可移動驅動板之連接處的附近扭轉。該扭轉導致可變形彈簧桿103向下移動至接近其中心(例如至其耦接至橫桿311之點)。結果，板101亦向下移動。因為每一可變形彈簧桿103均由壁115支撐於其兩端處，所以歸因於所施加之扭轉而引起之板101的運動有利地為活塞運動。可變形彈簧桿103施加一相反的恢復力，當減少或消除通電時，該相反的恢復力導致板101朝向一直立位置移回。
在如圖1中所示之本發明之實施例中，固定驅動板109經由一穿過晶圓之連接件耦合至電位差。此連接具有一導電部分117，電位經由該導電部分117而供應；及一電絕緣部分119(通常為環形的)，其使固定驅動板109之一者與基板絕緣並因此與可移動驅動板107及壁115絕緣。
有利地，用於每一鏡面之所有支撐件及致動器元件大體上限制於鏡面板下方之區域。此外，壁115可兼作鏡面之間的電防護板，以防止其間的互相干擾。
亦可包含支撐功能所不需要之額外防護元件，以改良對鏡面之間的互相干擾的防止。因此，如所示，壁115可始終圍繞結構100而延伸。或者，可僅有兩個壁115，而將彼等相鄰鏡面排列為彼此成90度，此有效地最大程度地放止了鏡面之間的互相干擾而無需額外元件。
進一步有利地，用於鏡面板之彈簧支撐結構在側向上為剛性的，此允許將相鄰鏡面板緊密地置放到一起，而無需擔憂相鄰鏡面會接觸彼此或黏住彼此。
圖4為結構100之另一方案的俯視圖，其中移除了板101。如圖4中所示，用帶凹口的橫桿411替代了橫桿311，其為帶凹口的以使得在該處形成狹縫421，狹縫421包含狹縫421－1及421－2。如此使橫桿411不僅將彈簧桿103耦接到一起形成統一彈簧支撐件，而且使橫桿411與狹縫421相鄰且平行之部分實質上成為了彈簧103之一者之部分。如此使圖4之總體彈簧結構相對於圖3之總體彈簧結構更軟，進而使其更容易彎曲。因此，與圖3相比有利的是，圖4之例示性實施例需要較低電壓以達成給定活塞位移，所有其它方面等同。又，在圖4中，圖3中展示為桿的支撐件113已變為一圓柱。
在圖3及圖4中，驅動器105展示為平板驅動器，亦即驅動器之板的表面大體上為平的。圖5為結構100之另一例示性方案的俯視圖，其中如圖3中所示移除了板101，在圖5中，梳狀驅動器已替代平板驅動器。因此，每一梳狀驅動器505(包含梳狀驅動器505－1及505－2)均由至少一個可移動梳狀驅動板507組成。每一可移動梳狀驅動板507均與對應之一固定梳狀驅動板509緊密配合。較佳地，每一可移動梳狀驅動板507經研磨。可移動梳狀驅動板具有梳齒531及具有梳齒533之固定梳狀驅動板509。藉由施加不同於相關之一可移動梳狀驅動板507之電位而對任一固定梳狀驅動板509通電，導致相關之一可移動梳狀驅動板507朝向其移動。因為在圖2之視圖(及圖1之視圖)中，梳狀驅動器(若使用的話)之梳不可見，所以該結果與圖2中所示之結果相同。
有利地，因為梳狀驅動器之力與所施加電壓之平方成線性，所以使用梳狀驅動器使發生不良中斷的可能性最小化。
類似於圖5，圖6展示結構100之另一例示性方案的俯視圖，其中如圖4中所示移除了板101，但其中梳狀驅動器505－1及505－2已替代平板驅動器。
圖7展示一結構700(本發明之另一例示性實施例)，其類似於圖2之例示性結構100，但其中可變形彈簧桿703為彈簧桿103之減少方案，可變形彈簧桿703包含可變形彈簧桿703－1及703－2，在圖7中僅可見其一(例如可變形彈簧桿703－1)。每一彈簧桿703僅支撐於其相同一端，亦即形成一懸臂。此外，除去了驅動器105－1。結果，當驅動器105－2通電時，歸因於驅動器105－1施加於彈簧桿103上之扭轉而引起之鏡面的運動為傾斜運動。
圖8展示處於一例示性傾斜位置之結構700，當一電位差施加於可移動驅動板107－2與固定驅動板109－2之間時，導致該傾斜位置。
圖9為驅動器105－2不是梳狀驅動器時(亦即可移動驅動板107－2及固定驅動板109－2均為平板時)結構700的俯視圖。視情況，驅動器105－2可為梳狀驅動器。
圖10展示結構1000(本發明之另一例示性實施例)，其類似於圖7之結構700之處在於其使用一懸臂以產生在一方向上之傾斜運動。然而，在圖10中，可變形彈簧桿1003幾乎延伸至圖7中與彈簧桿連接件相對之一壁115之位置處。此外，在圖10中，例示性結構1000之部分沒有相對壁。取而代之的是，如圖10中之假想部分所示，相對壁可為附著有此等結構之一陣列中之下一例示性結構的彈簧桿的壁115之一者。或者，若該例示性結構位於該陣列之末端處，則可無一壁，或可有一壁(其可為環繞整個陣列之未蝕刻掉的材料)。此外，由於鏡面板藉由支撐件1013而將彈簧桿1003耦接到一起，所以橫桿之功能已由鏡面板自身承擔。此外，圖10之支撐件1013朝向彈簧桿1003之空端而定位。有效地，板1001關於處於靜止(亦即未施加電壓)位置之懸臂的中點而旋轉。因此，假設支撐件1013相對短，則在板101旋轉之同時，會有一小的側向位移。較佳地，該位移與藉由給定可用製造過程之設計可達成之位移同樣小。圖10中亦展示驅動器1005，其至少包含與固定驅動板1009緊密配合之可移動驅動板1007。
圖11展示結構1000之俯視圖，其中移除了板1001。在圖11中，驅動器1005為一梳狀驅動器。儘管可移動梳狀驅動板1007係附著至彈簧桿1003各自之空端附近，但是其板及齒係遠離空端而朝向固定端，以使得板1001可具有較大間隙以避免固定梳狀驅動板1009之頂部之碰撞。此可藉由使用驅動延伸部件1145－1及1145－2而達成。圖11中亦展示選擇性擋止件1147－1及1147－2(合稱為擋止件1147)。選擇性擋止件1147防止驅動器1005之電極在其間存在過大電位差時形成接觸。實施者可自行決定在本發明之其它實施例中包含類似的選擇性擋止件。然而，在任何實施例中，適當控制所施加電壓可避免包含擋止件1147之需要。
可以上文展示及描述之方式在展示支撐件1013之位置處使用一耦接彈簧的實際橫桿，其中一單個柱將該橫桿連接至鏡面，而不因鏡面板經由支撐件1013將彈簧桿1003耦接到一起而使鏡面板自身承擔橫桿之功能。
圖12中展示結構1200(本發明之另一例示性實施例)之一截面，結構1200可啟動一板(例如一微鏡面)，以使得其可關於一單個軸而在兩個方向上傾斜地移動。類似於結構100(圖1)，結構1200包含板1201(例如一微鏡面)，板1201跨越兩個可變形彈簧桿1203而耦接，可變形彈簧桿1203包含可變形彈簧桿1203－1及1203－2，在圖12中僅可見其一(例如可變形彈簧桿1203－1)。在圖13(結構1200之俯視圖)中兩個可變形彈簧桿1203均可見。藉由跨越共同梳狀驅動器1205－1或1205－2(二者在本文中合稱為驅動器1205)之一者而提供一電位差來使每一可變形彈簧桿1203同時變形。每一共同電極驅動器1205均由可移動驅動梳1207及驅動梳1209－1或1209－2(二者合稱為固定驅動梳1209)之一者組成。較佳地，可移動驅動梳1207耦接於彈簧桿1203之中點處且較佳經研磨。當任一固定驅動梳1209通電時，藉由施加不同於其可移動驅動板1207之一電位，導致可移動驅動梳1207朝向其移動。圖12展示之固定驅動梳1209正通電，以使得可移動驅動板1207朝向固定驅動梳1209－1移動。
如圖12中所示，當可移動驅動梳1207朝向固定驅動板1209之一者移動時，導致每一可變形彈簧桿1203在其與可移動驅動梳1207連接之附近扭轉。該扭轉導致可變形彈簧桿1203彎曲，以使板1201傾斜，板1201由橫桿1311及支撐件1213耦接至彈簧桿1203。可變形彈簧桿1203施加一相反的恢復力，當減少或消除通電時，導致板1201朝向一直立位置移回。
圖13為結構1200未通電時且移除了板1201時的俯視圖，如圖13中所示，可變形彈簧桿1203彼此平行，且由橫桿1311耦接於(例如)其中心處。彈簧桿1203由橫桿1311耦接實質上形成了一單個的統一彈簧支撐件。該統一彈簧支撐件之橫桿1311處(例如在其中部)耦接有支撐件1213(例如圖12中展示之桿或柱)。如圖13中所示，支撐件1213為一桿。請注意，若使支撐件1203與橫桿1311同樣寬，則實質上僅有一單個的組合橫桿支撐件。支撐件1213之相對端進一步耦接至板1201。
在圖12中，固定驅動梳1209藉由一穿過晶圓之連接件耦合至電位差。此連接件具有一導電部分1217，經由該導電部分1217而供應電位；及一電絕緣部分1219(通常為環形的)，其使固定驅動梳1209之一者與基板絕緣且因此與可移動驅動梳1207及壁1215絕緣。
若將一電位同時施加於兩個固定驅動梳，則板1201將依據哪個共同梳狀驅動器1205施加一更大力(若有的話)而傾斜。然而，另一個共同梳狀驅動器1205所施加之對抗平衡力會使傾斜量減少。
圖14中展示結構1400(本發明之另一例示性實施例)之一截面，結構1400可啟動一板(例如一微鏡面)，以使得其可在一方向上傾斜地移動。類似於結構1200(圖12)，結構1400包含板1401(例如一微鏡面)，其跨越兩個可變形彈簧桿1403而耦接，可變形彈簧桿1403包含可變形彈簧桿1403－1及1403－2，在圖14中僅可見其一(例如可變形彈簧桿1403－1)。在圖15(結構1400之俯視圖)中兩個可變形彈簧桿1403均可見。藉由跨越梳狀驅動器1405－1或1405－2(二者在本文中合稱為驅動器1405)之一者提供一電位差而使每一可變形彈簧桿1403同時變形。每一梳狀驅動器1405均由可移動驅動梳1407－1與1407－2(二者合稱為可移動驅動梳1407)之一者及固定驅動梳1409－1或1409－2(二者合稱為固定驅動梳1409)之一者組成。較佳地，可移動驅動梳1407耦接於彈簧桿1403之中點處(此可能需要使用延伸臂1445)，且較佳經研磨。當任一固定驅動梳1409通電時，藉由施加一不同於其各自關聯之一可移動驅動板1407的電位差，導致關聯之一可移動驅動梳1407朝向其移動。圖14展示固定驅動梳1409正通電，導致可移動驅動板1407朝向其各自關聯之一固定驅動梳1409移動。
如圖14中所示，當任一可移動驅動梳1407朝向其關聯之一固定驅動板1409移動時，導致每一可變形彈簧桿1403在其與可移動驅動梳1407之連接處之附近發生扭轉。該扭轉導致可變形彈簧桿1403彎曲，以使板1401傾斜，板1401由橫桿1511及支撐件1413耦接至彈簧桿1403。彈簧桿1403施加一相反的恢復力，此使得在減少或消除通電時板1401朝向一直立位置移回。
圖15為結構1400之俯視圖，其中移除了板1401，如圖15中所示，可變形彈簧桿1403彼此平行，且由橫桿1511耦接於(例如)其中心處。彈簧桿1403由橫桿1511耦接實質上形成了一單個的統一彈簧支撐件。該統一的彈簧支撐件之橫桿1511處(例如在其中間處)耦接有支撐件1413(例如圖14中所示之桿或柱)。如圖15中所示，支撐件1413為一桿。請注意，若使支撐件1403與橫桿1511同樣寬，則實質上僅有一單個的組合橫桿支撐件。支撐件1413之相對端進一步耦接至板1401。
在圖14中，固定驅動梳1409藉由一穿過晶圓之連接件而耦合至一電位差。此連接件具有一導電部分1417，經由該導電部分1417而供應電位；及一電絕緣部分1419(通常為環形的)，其使固定驅動梳1409之一者與基板絕緣且因此與可移動驅動梳1407及壁1415絕緣。
有利地，同時施加於兩個固定驅動梳1409之電位允許在使用比電壓僅施加於一個固定驅動梳時或僅存在一個固定驅動梳的實施例中更小的電壓時仍可傾斜板1401。為此，如圖14中所示，(例如)固定驅動梳1409可得以電耦接。
圖16a展示結構1600(本發明之另一例示性實施例)，其類似於圖4中所示之結構100，但其中在橫桿1611之每一側上有多個梳狀驅動器平行地操作。有利地，相同的傾斜運動可藉由使用低於圖4之實施例中所需要之電壓的電壓而達成。圖16b展示本發明之例示性實施例1600，但其中驅動器已通電以達成活塞運動。圖16c展示結構1600之俯視圖。
圖17a展示結構1700(本發明之另一例示性實施例)，其使用在橫桿1611之每一側上平行地操作的多個梳狀驅動器，因此其類似於結構1600，但其中驅動器離橫桿1711越遠，則每一梳狀驅動器之梳齒變得越短。有利地，在降低啟動結構1700所需之電壓的同時保留空間。圖17b展示結構1700，但其中驅動器已通電以達成活塞運動。圖17c展示結構1700之俯視圖。
圖18至圖23展示各種處理步驟以後之結果，執行該等處理步驟以製造可啟動一板(例如一微鏡面)之結構(諸如包含梳狀驅動器及一裂開橫桿之結構600(圖6))，以使得用一活塞運動移動該板。每一圖號之"A"方案為截面圖，而每一圖號之"B"方案為對應之俯視圖。
圖18A展示該處理之起始點。更具體言之，該過程以具有穿過晶圓之連接件的晶圓(例如晶圓1801)開始，穿過晶圓之連接件具有一導電部分1817及一將該導電部分與晶圓之其餘部分絕緣的電絕緣部分1819，該晶圓上沉積有一薄層絕緣材料(例如氧化矽1855)。其後，如在圖18B中所示，將通路(例如孔)圖案化至絕緣材料上，並接著蝕刻穿絕緣材料。將某些孔(例如孔1875)定位，以使得可穿過孔與晶圓自身接觸(此亦已知為操作晶圓)。將其它孔(例如孔1877)定位，以使得可穿過孔接觸導電部分1817。
將一層多晶矽(例如5微米厚)沉積於晶圓之整個表面上，填充先前製造之氧化物中之孔。將多晶矽圖案化並向下蝕刻，於下方之氧化層1855上停止，以留下多晶矽圖案1979(在圖19B中展示為白色)。圖案1979對應於梳狀驅動器及壁115之構成。
將一厚層氧化矽沉積於晶圓1801上，藉此填充由先前蝕刻多晶矽而形成之空腔，並塗覆晶圓之整個表面之最上層。藉由使用(例如)一熟知化學－機械研磨(CMP)技術而研磨晶圓之氧化矽表面，當達到多晶矽層之高度時停止研磨。
將一薄層氧化矽沉積於晶圓之經研磨之表面上。如圖20B中所示，將薄氧化矽圖案化以形成孔1881。孔在下方為5微米之多晶矽層的整個區域上。接著按照圖案將薄氧化矽向下蝕刻至5微米多晶矽層之高度，進而形成經由氧化矽向下延伸至5微米之多晶矽的孔。
將一非常薄之等形多晶矽層(例如0.05微米厚之層)沉積於晶圓上。多晶矽經由氧化物中之孔向下延伸並連接至由孔曝露之5微米之多晶矽層。接著將非常薄之等形多晶矽層圖案化並蝕刻至形成圖21B中所示之圖案1883。如此形成可變形彈簧桿之結構及帶槽橫桿結構。
將氧化矽層1893(其又為例如一微米或更小之薄層)沉積於晶圓上以覆蓋於整個表面上，包含剛形成之可變形彈簧桿及帶槽橫桿結構。如圖22A中所示，將一中心通路(通路1891)圖案化並蝕刻至氧化矽層1893中，於非常薄之等形多晶矽層之高度處停止。此通路用以形成將鏡面耦接至帶槽橫桿的柱。用於鏡面之柱及板係藉由在晶圓之表面上沉積一多晶矽層(例如一微米厚)，至少部分地填充通路1891，至少沉積至與形成於下方多晶矽層中之帶槽橫桿接觸的程度而形成。
關於研磨操作，視情況於上多晶矽層上執行(例如)另一CMP研磨，以形成板之平坦表面(諸如作為一鏡面適用)。將多晶矽圖案化並蝕刻，以界定晶圓上之每一個別鏡面之邊界。圖23A展示上多晶矽層1895，其中蝕刻掉了邊界1897，露出了下方之氧化層1893。鏡面板之邊緣亦必須予以切削，以允許下一步浸泡該結構以進入氧化矽之濕式蝕刻溶液進入。濕式蝕刻浸泡劑移除了上述步驟期間所施加之大體上所有的氧化矽，以釋放多晶矽結構。圖24A展示摘離之結構。一例示性濕式蝕刻溶液為氫氟酸。
濕式蝕刻浸泡劑亦可移除某些電絕緣部分1819(其亦可為氧化矽)。然而，因為絕緣部分1819比所沉積之氧化矽厚如此多，所以所移除之量可忽視，且導電部分1817具有足夠固有穩定性而不會接觸晶圓1801之曝露部分。或者，可使用氮化矽來覆蓋不應移除之氧化區域(例如絕緣部分1819)。
彼等普通習得此項技術者將不難認識到可如何組合各種步驟及不同圖案，以形成鏡面結構之不同方案(諸如上述結構)。
在本發明之用於密度較低之微鏡面的實施例中，觸點無需穿過晶圓。不同的是，除了可在開始上述過程之前在晶圓表面上將線投送至多個觸點以外，可執行相同處理。
表1在其最左行展示了表最左行中按照呈現各個實施例之圖而列出之實施例在給定梳狀驅動器上所施加的特定電壓之條件下，活塞運動之位移z、或尖端運動之旋轉角度θ。
請注意，該等等式假設長度以微米量測，且角度以度量測。
表1之等式中之變量如下：V為所施加之電壓；z為鏡面之垂直位移；θ為鏡面之旋轉角度；ws
為彈簧梁之寬度；hs
為彈簧梁之厚度；ls
為所測量之彈簧梁至鏡面之附著點的長度；he
為驅動器之垂直厚度；go
為配套梳齒之間的空隙間隔；且nt
為梳狀驅動器之一側上之齒的數目。
有利地，由於鏡面之可達成之高密度，一鏡面陣列可用以充當製造替代習知遮罩之其它裝置中的電腦控制遮罩。此外，該等高密度鏡面可用於顯示器應用中。
100．．．結構
101．．．板
103－1．．．可變形彈簧桿
103－2．．．可變形彈簧桿
105－1．．．驅動器
105－2．．．驅動器
107－1．．．可移動驅動板
107－2．．．可移動驅動板
109－1．．．固定驅動板
109－2．．．固定驅動板
113．．．支撐件
115．．．壁
117．．．導電部分
119．．．電絕緣部分
311．．．橫桿
411．．．帶凹口的橫桿
421－1．．．狹縫
421－2．．．狹縫
505－1．．．驅動梳
505－2．．．驅動梳
507－1．．．可移動驅動梳
507－2．．．可移動驅動梳
509－1．．．固定驅動梳
509－2．．．固定驅動梳
531．．．梳齒
533．．．梳齒
600．．．結構
700．．．結構
703－1．．．可變形彈簧桿
703－2．．．可變形彈簧桿
1000．．．結構
1001．．．板
1003－1．．．可變形彈簧桿
1003－2．．．可變形彈簧桿
1005．．．驅動器
1007．．．可移動驅動板
1009．．．固定驅動板
1013．．．支撐件
1145－1．．．驅動延伸部件
1145－2．．．驅動延伸部件
1147－1．．．擋止件
1147－2．．．擋止件
1200．．．結構
1201．．．板
1203－1．．．可變形彈簧桿
1203－2．．．可變形彈簧桿
1205－1．．．共同驅動梳
1205－2．．．共同驅動梳
1207．．．可移動驅動梳
1209－1．．．固定驅動梳
1209－2．．．固定驅動梳
1213．．．支撐件
1215－1．．．壁
1215－2．．．壁
1217．．．導電部分
1219．．．電絕緣部分
1311．．．橫桿
1401．．．板
1403－1．．．可變形彈簧桿
1403－2．．．可變形彈簧桿
1405－1．．．梳狀驅動器
1405－2．．．梳狀驅動器
1407．．．可移動驅動梳
1407－1．．．可移動驅動梳
1407－2．．．可移動驅動梳
1409－1．．．固定驅動梳
1409－2．．．固定驅動梳
1413．．．支撐件
1415．．．壁
1417．．．導電部分
1419．．．電絕緣部分
1445．．．延伸臂
1511．．．橫桿
1600．．．結構
1611．．．橫桿
1700．．．結構
1711．．．橫桿
1801．．．晶圓
1817．．．導電部分
1819．．．電絕緣部分
1855．．．氧化矽(氧化層)
1875．．．孔
1877．．．孔
1881．．．孔
1883．．．圖案
1891．．．通路
1893．．．氧化矽層
1895．．．上多晶矽層
1897．．．邊界
1979．．．圖案
圖1展示一例示性結構之一截面，根據本發明之原則，該例示性結構可啟動一板(例如一微鏡面)以使得用活塞運動來移動該板；圖2展示圖1中所示之相同結構，但其中固定驅動板已通電，以使得可移動驅動板移動；圖3為圖1中所示之結構的一俯視圖；圖4為圖1之結構之另一例示性方案的俯視圖，但其中移除了板，且用帶凹口的橫桿替代橫桿；圖5為圖3中所示之圖1之結構的另一例示性方案的俯視圖，但其中梳狀驅動器已替代平板驅動器；圖6展示圖1之結構之另一例示性方案的俯視圖，其中如圖4中所示移除了板，但其中梳狀驅動器已替代平板驅動器；圖7展示了本發明之另一例示性實施例，其類似於圖2中所示之例示性結構，但其中可變形彈簧桿由其減少方案替代；圖8展示處於例示性傾斜位置處之圖7之例示性結構，當一電位差施加於可移動驅動板與固定驅動板之間時得到該傾斜位置；圖9為驅動器非梳狀驅動器時圖7之例示性結構的俯視圖；圖10展示本發明之另一例示性實施例；圖11展示圖10中所示之本發明之實施例的俯視圖，但其中移除了板；圖12展示本發明之另一例示性實施例，其可啟動一板，以使得其可關於一單個軸而在兩個方向上傾斜移動；圖13展示圖12中所示之本發明之實施例未通電且移除了板時的俯視圖；圖14展示本發明之另一例示性實施例的一截面，該例示性實施例可啟動一板，以使得其可在一個方向上傾斜移動；圖15展示圖14中所示之本發明之例示性實施例的俯視圖，但其中移除了板；圖16a展示本發明之另一例示性實施例，其類似於圖4中所示之實施例，但其中在橫桿之每一側上有多個梳狀驅動器平行地操作；圖16b展示圖16a中所示之本發明之例示性實施例，但其中驅動器通電以達成活塞運動；圖16c展示圖16a中所示之本發明之例示性實施例的俯視圖；圖17a展示與圖16中所示類似之本發明之又一例示性實施例，但其中驅動器離橫桿越遠，每一梳狀驅動器之梳齒便越短；圖17b展示圖17a中所示之本發明之例示性實施例，但其中驅動器通電，以達成活塞運動；圖17c展示圖17a中所示之本發明之例示性實施例的俯視圖；且圖18－24(包含圖18A、圖18B、圖19A、圖19B、圖20A、圖20B、圖21A、圖21B、圖22A、圖22B、圖23A、圖23B、圖24A及圖24B)展示各種處理步驟以後之結果，執行該等處理步驟，以製造可啟動一板(例如一微鏡面)之結構，以用活塞運動移動諸如圖6中所示之包含梳狀驅動器及一裂開橫桿之板。
100．．．結構
101．．．板
103－1．．．可變形彈簧桿
105－1．．．驅動器
105－2．．．驅動器
107－1．．．可移動驅動板
107－2．．．可移動驅動板
109－1．．．固定驅動板
109－2．．．固定驅動板
113．．．支撐件
115．．．壁
117．．．導電部分
119．．．電絕緣部分
Claims (10)
- 一種微機電系統(MEMS)裝置，其包括：可變形支撐構件，其中該可變形支撐構件包括至少一可變形彈簧桿；及驅動構件，其耦接至該可變形支撐構件之一表面，以使該可變形支撐構件在其耦接至該驅動構件之位置之附近發生扭轉。
- 如請求項1之微機電系統裝置，其進一步包括一板，該板耦接至該可變形支撐構件相對於該一表面之一表面上。
- 如請求項2之微機電系統裝置，另外，其中該可變形支撐構件之變形導致該板進行活塞運動。
- 如請求項2之微機電系統裝置，另外，其中該可變形支撐構件之變形導致該板進行傾斜運動。
- 如請求項1之微機電系統裝置，其中該可變形支撐構件由安裝於一基板上之至少一壁支撐。
- 如請求項1之微機電系統裝置，其中該可變形支撐構件為至少一個可變形彈簧桿。
- 如請求項1之微機電系統裝置，其中該可變形支撐構件為複數個間隔開的可變形彈簧桿。
- 如請求項1之微機電系統裝置，其中該驅動構件為一靜電驅動器。
- 如請求項8之微機電系統裝置，其中該靜電驅動器為一梳狀驅動器。
- 如請求項8之微機電系統裝置，其中該靜電驅動器為一 平板驅動器。
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