一种微反射镜结构及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种微反射镜结构及其制造方法。所述微反射镜结构包括玻璃衬底和硅片，所述硅片具有平行的上平面层和下平面层，一镜面支撑柱设置在上下平面层中心并与其一体连接；所述上平面层形成反射镜面，所述下平面层形成硅驱动极板、键合锚点以及扭梁，所述扭梁的一端与硅驱动极板连接，另一端与键合锚点连接；所述硅片与玻璃衬底通过所述键合锚点键合。相对于现有技术，本发明专利技术的微反射镜制造方法制造的成品具有低驱动电压且微反射镜的镜面采用硅片原始抛光镜面，光洁度高，同时工艺简单，成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子机械系统(MEMS)加工
，涉及一种在硅和玻璃衬底上 通过圆片键合工艺、扩散工艺与刻蚀工艺制造的微反射镜结构及其制造方法。
技术介绍
信息技术、光纤通信技术的发展，使得微光电机械系统(M0EMS)成为当前研究的 热点。M0EMS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。随着 光纤到户及全光网的发展，对具有损耗小、隔离度高的M0EMS器件的需求快速增长，目前主 要的产品包括光波导、MEMS光开关、MEMS可调光衰减器(VOA) .MEMS波长选择开关(WSS)。 随着全光网络的普及以及我国三网融合战略的实施，M0EMS器件的市场将得到快速增长。在M0EMS中，改变“光线”方向的核心元件是反射镜。微反射镜及其阵列是构成 MEMS光开关、光衰减器、波长选择开关以及显示器的基础与核心组成部分，因此微反射镜及 其阵列具有广阔的应用前景，目前国内仅光衰减器的市场每年都超过1.4亿人民币，尤其 随着光纤通信向光纤到户(FTTH)以及全光通信的发展，具有全光特性的MEMS反射镜将会 发挥更重要作用。从微反射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。扭镜又可分为一维(1D)、二维(2D)以及多维扭镜。微反射镜的加工工艺主要包 括精密机械加工与MEMS加工，而MEMS加工技术是主流的优势加工技术。MEMS加工又分为 体硅加工与表面加工，如美国Ti公司DMD (数字微镜)投影仪采用了表面MEMS加工技术，而 国内则多采用体硅MEMS加工技术。微反射镜的驱动方式形式主要包括静电驱动与磁驱动， 其中静电驱动由于驱动的可控性好、功耗低等优点使其更具优势。另外，高反射率(低损 耗)、小功耗、低制造成本是微反射镜的几个主要指标，在制造中需要首先考虑。利用MEMS 技术制造的新型光器件，具有插入损耗小、光路间相互串扰极低、对光的波长和偏振不敏感 的特点，并且由于通常采用硅为主要材料，从而使器件的光学、机械以及电气性能优良。通常在扭动微反射镜的设计与加工中，将硅片与玻璃通过阳极键合粘贴在一起， 其中玻璃作为衬底片，并作为静电驱动下电极。硅片材料的厚度一般在200um左右，在硅片 的上表面形成反射镜面，在硅片的下表面形成扭梁结构和与玻璃衬底键合的键合锚点，其 中，扭梁结构与键合锚点分离，而扭梁结构与反射镜面一体连接。由于是在整个硅片上加工 微反射镜，因此，扭梁结构的厚度与硅片材料的厚度相同。驱动微反射镜的电压与扭梁的 厚度密切相关，为了达到低驱动电压目的，需从硅片的非键合面减薄来降低反射镜的扭梁 厚度，但是经过减薄抛光或腐蚀后的硅片表面很难恢复到硅片原始抛光面的平整度与光洁 度，因此将引入光反射损耗；另外还可采用S0I硅片转移的加工技术来同时满足薄梁结构 和硅原始抛光面作为镜面，但这种技术具有较高的加工成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种能够直接使用硅片的原始抛光面作为反射镜面同时具有低驱动电压的微反射镜结构。同时，本专利技术还提供一种加工工艺简单、成本更低，且成品能够直接使用硅片的原 始抛光面为反射镜面而同时具有低驱动电压的微反射镜制造方法。一种微反射镜结构，包括玻璃衬底和硅片，所述硅片具有平行的上平面层和下平 面层，一镜面支撑柱设置在上下平面层中心并与其一体连接；所述上平面层形成反射镜面， 所述下平面层形成硅驱动极板、键合锚点以及扭梁，所述扭梁的一端与硅驱动极板连接，另 一端与键合锚点连接；所述硅片与玻璃衬底通过所述键合锚点键合。所述微反射镜结构还包括一通孔，其贯穿所述镜面支撑柱。具体的，所述硅驱动极板沿其所在的平面层的横向轴对称分布，并在中间部分连 接；所述扭梁为细长条形，沿着该平面层的纵向中心轴线对称设置在两端，扭梁的一端与硅 驱动极板中间连接部分相连，其余边与驱动极板分离；键合锚点与硅驱动极板相分离，并分 别与扭梁的另一端连接。进一步，所述玻璃衬底与硅片键合的表面上具有一槽体，使得玻璃衬底与硅片之 间形成一定的间隙，作为所述扭梁的扭转空间。进一步，玻璃衬底上还具有静电驱动电极 ，其与硅片上的硅驱动极板的位置正对。进一步，所述扭梁厚度为10um。一种微反射镜制造方法，包括如下步骤步骤1 在硅片上形成通孔；步骤2 对硅片进行浓硼浅扩散，在硅片的各表面以及通孔内壁表面上形成一定 厚度的异性湿法腐蚀自停止层；步骤3 在所述硅片的异性湿法腐蚀自停止层上通过干法刻蚀形成反射镜面、硅 驱动极板、键合锚点和扭梁，以及湿法腐蚀的开口 ；步骤4:通过各向异性湿法腐蚀工艺将异性湿法腐蚀自停止层以外的硅去除掉， 形成反射镜面支撑柱以及使反射镜面、键合锚点、扭梁和硅驱动电极的厚度将得到减薄。所述步骤3包括首先在硅片的一面上涂覆光刻胶，通过曝光、显影形成键合锚 点、硅驱动电极和扭梁的图形；然后对硅片该面进行干法刻蚀，将没有光刻胶保护的硅片表 面进行垂直腐蚀，从而形成键合锚点、硅驱动电极和扭梁，再去除光刻胶。然后将所述硅片与一玻璃衬底进行静电圆片键合，使得硅片的键合锚点与玻璃衬 底键合。进一步包括步骤首先在硅片的另一面上涂覆光刻胶，通过曝光、显影得到反射镜 面图形；然后对硅片正面进行干法刻蚀，将没有光刻胶保护的硅片表面进行垂直腐蚀，形成 反射镜面和湿法腐蚀的开口，再去除光刻胶。所述步骤4包括将硅片放入氢氧化钾(K0H)或四甲基氢氧化铵(TMAH)腐蚀液中 腐蚀。所述异性湿法腐蚀自停止层的厚度为lOum。进一步，在所述玻璃衬底与硅片进行静电圆片键合之前，先在玻璃衬底的键合表 面涂覆光刻胶，通过曝光、显影得到一槽体的图形；然后将玻璃衬底放入玻璃腐蚀液中，在 玻璃衬底上腐蚀出槽体，再去除光刻胶。进一步，在玻璃衬底键合表面上涂覆光刻胶，通过曝光、显影得到静电驱动电极的图形；然后在玻璃衬底的表面上生长一层金属，并采用剥离工艺将静电驱动电极图形之外 的金属去掉，形成静电驱动电极的金属布线，再去除光刻胶。相对于现有技术，本专利技术的微反射镜结构通过镜面支撑柱以连接反射镜面所在的 硅片层和扭梁所在的硅片层，直接使用硅片原始抛光面作为反射镜面且同时使得扭梁的厚 度减薄，从而降低了驱动电压。相对于现有技术，通过本专利技术的微反射镜制造方法制造出的反射镜是直接利用了 硅片原始抛光面作为反射镜面同时达到了低驱动电压的目的，相比传统通过硅片减薄抛光 来降低反射镜的扭梁厚度从而降低驱动电压，本专利技术得到的反射镜面具有高的光洁度，可 有效降低光反射损耗。同时相比通过S0I硅片转移到玻璃片上得到硅原始抛光反射镜面的 加工工艺更简单，成本更低。为了能更清晰的理解本专利技术，以下将结合附图说明阐述本专利技术的具体实施方式。 附图说明图1是本专利技术微反射镜的立体示意图。图2是图1所示沿A方向的剖视图。图3是图1所示沿B方向的剖视图。具体实施例方式请同时参阅图1、图2和图3，其中，图1是本专利技术微反射镜的立体示意图，图2是 图1所示沿A方向的剖视图，图3是图1所示沿B方向的剖视图。该微反射镜包括玻璃衬 底21、反射镜面11、硅驱动极板13、镜面支撑柱16、键合锚点14以及扭梁15。其中，反射 镜面11、硅驱动极板13、镜面支撑柱16、键合锚点14和扭梁15是在硅片上形成的。硅驱 动极板13、扭梁1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微反射镜结构，其特征在于：包括玻璃衬底和硅片，所述硅片具有平行的上平面层和下平面层，一镜面支撑柱设置在上下平面层中心并与其一体连接；所述上平面层形成反射镜面，所述下平面层形成硅驱动极板、键合锚点以及扭梁，所述扭梁的一端与硅驱动极板连接，另一端与键合锚点连接；所述硅片与玻璃衬底通过所述键合锚点键合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨拥军，徐永青，陈愿勤，
申请(专利权)人：中山市张家边企业集团有限公司企业技术中心，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]