专利名称：微摆动元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及微摆动(micro-oscillating)元件，该微摆动元件包括可旋转位移的部件，例如微镜元件、加速度传感器、角速度传感器、振动元件等。
背景技术：
近年来，人们努力实践使用具有通过微机械加工技术形成的微结构的元件。例如在光通信领域，作为能够反射光的微小元件，微镜元件被特别关注。
在光通信中，光纤作为一种传递光信号的介质。当通过一个指定光纤的光信号被传输到另一光纤时，通常使用所谓的光切换设备。为了实现高质量光通信，光切换设备必须具有在切换操作中的诸如大容量、高速度以及高可靠性这样的特性。鉴于这些，通过利用微机械加工技术制造的微镜元件作为在光切换设备中包括的切换元件受到越来越多的关注。微镜元件使得光切换设备能够在不将光信号转换为电信号的情况下而进行从输入端光程到输出端光程的切换。这有利于实现上述特性。
微镜元件具有用于反射光的镜面，并且能够通过转动镜面来改变光反射的方向。在光设备中使用的许多微镜元件是静电驱动的。静电驱动的微镜元件大致分为两类通过所谓的表面微机械加工技术制造的微镜元件，以及通过所谓的体微机械加工技术制造的微镜元件。
在表面微机械加工技术中，根据将要制造的构件，在衬底上将材料薄膜形成为期望的图案。这种图案被顺序叠置以形成构成元件的支撑体、镜面、电极和其它构件以及随后将被去除的牺牲层。另一方面，在体微机械加工技术中，对材料衬底本身进行蚀刻，由此将支撑体、镜区域等制成期望的形状。根据需要执行薄膜成型，以形成镜面和电极。在例如下列专利参考文献中公开了体微机械加工技术的技术细节JP-A-10-190007、JP-A-10-270714和JP-A-2000-31502。
微镜元件必须满足技术上的需要，即负责反射光的镜面应当非常平。但是，按照表面微机械加工技术，成型的镜面很薄且易弯曲，因而难于实现大面积镜面的高平面度。相反，按照体微机械加工技术，相对厚的材料衬底被蚀刻以形成镜区域，并且在这些镜区域上制成镜面。因此，能够确保大面积镜面具有刚性，由此能够形成具有足够高的光学平面度的镜面。
图30是通过体微机械加工技术制造的传统微镜元件X4的局部透视图。微镜元件X4包括镜支撑体41，其上表面具有镜面；框体42(部分未示出)；以及连接镜支撑体41和框体42的一对扭杆43。镜支撑体41具有一对形成梳齿电极41a、41b的端部。框体42形成有一对朝内延伸的梳齿电极42a、42b，它们与梳齿电极41a、41b相对应。扭杆43提供用于镜支撑体41相对于框体42摆动运动的轴。
按照具有上述结构的微镜元件X4，为了产生静电力而设置成彼此靠近的一组梳齿电极，例如梳齿电极41a和梳齿电极42a，在不施加电压时彼此远离，如图31A中所示分为上、下层。另一方面，在施加电压时，如图31B所示，梳齿电极41a被吸引在梳齿电极42a之间，镜支撑体41枢轴移动。更具体地，当对梳齿电极41a、42a施加预定电压并且由此使梳齿电极41a带正电荷而输出电极42a带负电荷时，在梳齿电极41a、42a之间产生静电引力，这使得扭杆43扭转的同时，镜支撑体41绕轴A4摇摆。通过利用镜支撑体41的这种摆动运动，能够切换由镜面44反射的光的反射方向。
图32A-32D示出微镜元件X4的制造方法。在这些附图中，所示的截面图示出形成如图30中所示的那些构件的工艺，即，形成镜支撑体41的一部分、框体42、扭杆43和一对梳齿电极41a、42a的一部分的工艺。该截面代表进行制造工艺的材料衬底(晶片)的截面，更具体地，代表形成单一微镜元件的单块晶片的截面。该截面包括多个构件区域的截面，并且这些截面图是示例性的连续图示。
在制造微镜元件X4的方法中，首先制备如图32A中所示的材料衬底400。材料衬底400是所谓的SOI(绝缘体上硅)，其具有包括硅层401、硅层402以及它们之间的绝缘层403的叠层结构。接着，如图32B所示，经由预定掩模对硅层401进行各向异性蚀刻，以在硅层401上形成构件(镜支撑体41、框体42的一部分、扭杆43和梳齿电极41a)。接着，如图32C所示，经由预定掩模对硅层402进行各向异性蚀刻，以在硅层402上形成构件(框体42的一部分和梳齿电极42a)。接着，如图32D所示，对绝缘层403进行各向同性蚀刻以去除绝缘层403的暴露部分。按照这种方法，形成镜支撑体41、框体42、扭杆43和梳齿电极41a、42a。以与形成梳齿电极41a、42a同样的方法，形成梳齿电极41b、42b。
按照上述微镜元件X4，当镜支撑体41的旋转位移是0°时，梳齿电极41a和梳齿电极42a在元件的厚度方向上彼此隔开，如图31A和图32D所示。因此，当对梳齿电极41a、42a施加预定电压时，在梳齿电极41a、42a之间产生的静电引力不是适当有效的。此外，梳齿电极41b和梳齿电极42b在元件的厚度方向上彼此隔开，由此当对梳齿电极41b、42b施加预定电压时，在梳齿电极41b、42b之间产生的静电引力不是适当有效的。由于这些原因，当通过产生梳齿电极41a与42a或者梳齿电极41b与42b之间的静电引力来使镜支撑体41从0°旋转位移开始移动时，有时候无法实现移动所需的足够响应。同样地，当在0°旋转位移处使镜支撑体41停止时，难于将静电引力高度准确地控制在停止点周围，这就导致所谓的残留摆动(residualvibration)，即，导致镜支撑体41在0°旋转位移附近继续摆动，因此镜支撑体41不能立即停止。如我们所知，微镜元件X4具有在摆动运动中、尤其在移动的开始和停止期间对镜支撑体41(可移动功能部分)的可控性很差的缺点。由此使得所述微镜元件X4难以实现镜支撑体41的精确高速的驱动操作。
发明内容
在上述情况下提出本发明，由此本发明的目的是提供对可移动功能部分的摆动运动具有良好可控性的微摆动元件，并且提供制造这种微摆动元件的方法。
本发明的第一方案提供一种微摆动元件。这种微摆动元件包括框体；可移动功能部分；扭转连接部分，用于使所述框体与所述可移动功能部分相互连接，并且提供用于可移动功能部分进行摆动运动的轴；以及第一梳齿电极和第二梳齿电极，用于产生摆动运动的驱动力。所述第一梳齿电极包括多个第一电极齿，每个第一电极齿具有相互电连接的第一导体和第二导体以及位于第一导体与第二导体之间的绝缘体的叠层结构。导体和绝缘体在摆动运动的方向上叠置。所述第二梳齿电极包括多个第二电极齿，在非工作状态下，所述第二电极齿不面向所述第一电极齿的第二导体，但是面向所述第一电极齿的第一导体。所述第二电极齿在摆动运动的方向上长于所述第一导体。在本发明中，微摆动元件的“非工作状态”术语是指在第一梳齿电极与第二梳齿电极之间没有静电引力(驱动力)，并且可移动功能部分的旋转位移假定为0°的状态。
根据这种微摆动元件，即使可移动功能部分的旋转位移为0°，第一梳齿电极中的第一电极齿的第一导体也面向第二梳齿电极中的第二电极齿。换句话说，即使可移动功能部分的旋转位移为0°，第一梳齿电极与第二梳齿电极在元件厚度方向上也相互重叠。当对第一梳齿电极施加预定电压时，在同一第一电极齿中相互电连接的第一导体和第二导体具有相同的电压。因此，在这种微摆动元件中，即使可移动功能部分的旋转位移是0°，对第一梳齿电极和第二梳齿电极施加预定电压也产生所述梳齿电极之间的有效静电引力。这样，根据这种微摆动元件，当通过产生第一梳齿电极与第二梳齿电极之间的静电引力而使可移动功能部分从0°旋转位移开始移动时，很容易实现对移动的足够响应。另一方面，当将可移动功能部分停止在0°旋转位移处时，能够高度准确地将静电引力控制在停止位置附近。因此，通过减小可移动功能部分在0°旋转位移附近的残留摆动，能够很容易地快速停止可移动功能部分。
在这种微摆动元件的工作过程中，当可移动功能部分的旋转位移不接近0°时，第一梳齿电极中的第一电极齿面向第二梳齿电极的第二电极齿，同时产生第一梳齿电极与第二梳齿电极之间的有效静电引力。
另外，在这种微摆动元件中，第二梳齿电极的第二电极齿在摆动运动的方向上比第一梳齿电极中的第一电极齿的第一导体更长。这种设置适于产生有效静电引力，这是因为第一梳齿电极与第二梳齿电极之间的相对表面的面积随可移动功能部分的转动而改变。
如上所述，这种微摆动元件对可移动功能部分的整个摆动运动过程(包括开始和停止工作)具有极好的可控性。所述微摆动元件适于可移动功能部分的快速并且准确的工作。
根据一优选实施例，框体包括由第一导电层、第二导电层以及位于第一导电层与第二导电层之间的绝缘层组成的多层部分。所述第一梳齿电极固定至所述框体的多层部分。所述第一电极齿的第一导体延伸至所述第一导电层并与其电连接。所述第一电极齿的第二导体延伸至所述第二导电层并与其电连接，并且第一导电层和第二导电层通过穿透绝缘层的导电通路而相互电连接。这种设置能够使得第一梳齿电极中的第一导体与第二导体适当电连接。
根据另一优选实施例，所述可移动功能部分包括具有第一导电层、第二导电层以及位于该第一导电层与该第二导电层之间的绝缘层的多层部分。所述第一梳齿电极固定至所述可移动功能部分的多层部分。所述第一电极齿的第一导体延伸至所述第一导电层并与其电连接。所述第一电极齿的第二导体延伸至所述第二导电层并与其电连接，并且第一导电层和第二导电层通过穿透绝缘层的导电通路而相互电连接。这种设置能够使得第一梳齿电极中的第一导体与第二导体适当电连接。
本发明的第二方案提供另一微摆动元件。这种微摆动元件包括框体；可移动功能部分；扭转连接部分，用于使所述框体与所述可移动功能部分相互连接，并且提供用于可移动功能部分进行摆动运动的轴；以及第一梳齿电极和第二梳齿电极，用于产生摆动运动的驱动力。所述第一梳齿电极包括多个第一电极齿，每个第一电极齿具有相互电连接的第一导体和第二导体以及位于第一导体与第二导体之间的第一绝缘体的叠层结构。第一、第二导体和第一绝缘体在摆动运动的方向上被叠置。所述第二梳齿电极包括多个第二电极齿，每个第二电极齿具有相互电连接的第三导体和第四导体以及位于第三导体与第四导体之间的第二绝缘体的叠层结构。第三、第四导体和第二绝缘体在摆动运动的方向上被叠置。在本元件的非工作状态下，所述第一电极齿的第二导体不面向所述第二电极齿，并且所述第一电极齿的第一导体不面向所述第二电极齿的第四导体，但是面向第三导体。
根据这种微摆动元件，即使可移动功能部分的旋转位移为0°，第一梳齿电极中的第一电极齿的第一导体也面向第二梳齿电极中的第二电极齿的第三导体。换句话说，即使可移动功能部分的旋转位移为0°，第一梳齿电极和第二梳齿电极在元件的厚度方向上也相互重叠。当对第一梳齿电极施加预定电压时，在同一第一电极齿中相互电连接的第一导体和第二导体具有相同的电压。此外，当对第二梳齿电极施加预定电压时，在同一第二电极齿中相互电连接的第三导体和第四导体具有相同的电压。因此，在这种微摆动元件中，即使可移动功能部分的旋转位移是0°，对第一梳齿电极和第二梳齿电极施加预定电压也产生所述梳齿电极之间的有效静电引力。这样，根据这种微摆动元件，当通过产生第一梳齿电极与第二梳齿电极之间的静电引力而使可移动功能部分从0°旋转位移开始移动时，很容易实现对移动的足够响应。另一方面，当将可移动功能部分停止在0°旋转位移处时，能够高度准确地将静电引力控制在停止位置附近。因此，通过减小可移动功能部分在0°旋转位移附近的残留摆动，能够很容易地快速停止可移动功能部分。
在这种微摆动元件的工作过程中，当可移动功能部分的旋转位移不接近0°时，第一梳齿电极中的第一电极齿面向第二梳齿电极的第二电极齿，产生第一梳齿电极与第二梳齿电极之间的有效静电引力。
另外，在这种微摆动元件中，第一梳齿电极或者第一电极齿与第二梳齿电极或者第二电极齿在摆动运动的方向上偏移。这种设置适于产生有效静电引力，这是因为第一梳齿电极与第二梳齿电极之间的相对表面的面积随可移动功能部分的转动而改变。
如上所述，这种微摆动元件对可移动功能部分的整个摆动运动过程(包括开始和停止工作)具有极好的可控性。所述微摆动元件适于可移动功能部分的快速并且准确的工作。
在本发明的第二方案中，优选地，所述框体包括由第一导电层、第二导电层以及位于第一导电层与第二导电层之间的第一绝缘层组成的第一多层部分。所述可移动功能部分包括由第三导电层、第四导电层以及位于第三导电层与第四导电层之间的第二绝缘层组成的第二多层部分。所述第一梳齿电极固定至所述框体的第一多层部分。所述第二梳齿电极固定至所述可移动功能部分的第二多层部分。所述第一电极齿的第一导体延伸至所述第一导电层并与其电连接。所述第一电极齿的第二导体延伸至所述第二导电层并与其电连接，并且第一导电层和第二导电层通过穿透第一绝缘层的导电通路而相互电连接。所述第二电极齿的第三导体延伸至所述第三导电层并与其电连接。所述第二电极齿的第四导体延伸至所述第四导电层并与其电连接，并且第三导电层和第四导电层通过穿透第二绝缘层的导电通路而相互电连接。这种设置能够使得第一梳齿电极中的第一导体与第二导体适当电连接，并且使得第二梳齿电极中的第三导体与第四导体适当电连接。
本发明的第三方案提供一种制造微摆动元件的方法，该方法是利用具有叠层结构的材料衬底而进行的，该叠层结构包括第一导电层、第二导电层以及位于第一导电层与第二导电层之间的绝缘层。所述微摆动元件包括框体；可移动功能部分；扭转连接部分，用于使所述框体与所述可移动功能部分相互连接，并且提供用于可移动功能部分进行摆动运动的轴；以及第一梳齿电极和第二梳齿电极，用于产生摆动运动的驱动力。该方法包括第一蚀刻步骤，经由第一掩模图案和第二掩模图案在所述第一导电层的厚度方向上部分蚀刻第一导电层，所述第一掩模图案包括用于第一梳齿电极的掩模部分并且形成在所述第一导电层上，所述第二掩模图案包括用于第二梳齿电极的掩模部分并且形成在所述第一导电层上；去除所述第一掩模图案的步骤；第二蚀刻步骤，经由所述第二掩模图案蚀刻所述第一导电层，以使所述第一梳齿电极的第一导体和所述第二梳齿电极保留在第一导电层中，并且与绝缘层接触；第三蚀刻步骤，经由第三掩模图案蚀刻所述第二导电层，该第三掩模图案包含用于第一梳齿电极的第二掩模部分并且形成在所述第二导电层上，以使所述第一梳齿电极的第二导体保留在第二导电层中，并且与绝缘层接触；以及第四蚀刻步骤，蚀刻绝缘层，以使所述第一梳齿电极的第一导体与第二导体之间的绝缘体保留在绝缘层中。上述方法能够适当地制造根据本发明第一方案的微摆动元件。上述每个蚀刻步骤可以通过单一的蚀刻工艺或者通过多个蚀刻工艺来执行。
根据本发明第三方案的优选实施例，所述第一掩模图案包括用于扭转连接部分的掩模部分。所述第二蚀刻步骤还使所述扭转连接部分保留在第一导电层中，并且与绝缘层接触。上述这种设置能够适当地制造在材料衬底的厚度方向上(元件的厚度方向)尺寸小于第二电极齿的扭转连接部分。
根据本发明第三方案的另一优选实施例，所述第二导电层中加入第四掩模图案，该第四掩模图案包括用于扭转连接部分的掩模部分，并且远离绝缘层而嵌入该第四掩模图案。所述第三蚀刻工艺还使所述扭转连接部分保留在第二导电层中，并且与绝缘层接触。第四掩模图案与绝缘层之间的距离等于材料衬底的厚度方向上(元件的厚度方向)扭转连接部分的尺寸。上述这种设置能够适当地制造在材料衬底的厚度方向上(元件的厚度方向)尺寸小于第一电极齿的扭转连接部分。
图1是根据本发明第一实施例的微镜元件的正视图。
图2是根据本发明第一实施例的微镜元件的后视图。
图3是沿图1中线III-III的截面图。
图4是沿图1中线IV-IV的截面图。
图5是沿图1中线V-V的截面图。
图6A-6D示出制造根据第一实施例的微镜元件的方法的几个步骤。
图7A-7D示出图6中的步骤之后的步骤。
图8A-8C示出图7中的步骤之后的步骤。
图9是沿图1中线III-III的工作过程中的截面图。
图10是根据本发明第二实施例的微镜元件的正视图。
图11是根据本发明第二实施例的微镜元件的后视图。
图12是沿图10中线XII-XII的截面图。
图13是沿图10中线XIII-XIII的截面图。
图14是沿图10中线XIV-XIV的截面图。
图15A-15E示出制造根据第二实施例的微镜元件的方法的几个步骤。
图16A-16D示出图15中的步骤之后的步骤。
图17A-17D示出图16中的步骤之后的步骤。
图18是沿图10中线XII-XII的工作过程中的截面图。
图19是根据本发明第三实施例的微镜元件的俯视图。
图20是根据本发明第三实施例的微镜元件的后视图。
图21是沿图19中线XXI-XXI的截面图。
图22是沿图19中线XXII-XXII的截面图。
图23是沿图19中线XXIII-XXIII的截面图。
图24是图19中微镜元件的俯视图，其示出由第二硅层得到的框体的一部分。
图25A-25D示出制造根据第三实施例的微镜元件的方法的几个步骤。
图26A-26C示出图25中的步骤之后的步骤。
图27A-27C示出图26中的步骤之后的步骤。
图28A-28C示出图27中的步骤之后的步骤。
图29是沿图19中线XXI-XXI的工作过程中的截面图。
图30是传统微镜元件的局部透视图。
图31A-31B示出一对梳齿电极的取向。
图32A-32D示出制造传统微镜元件的方法的几个步骤。
具体实施例方式
图1至图5示出根据本发明第一实施例的微镜元件X1。图1和图2分别是微镜元件X1的正视图和后视图。图3至图5分别是沿图1中线III-III、IV-IV和V-V的截面图。
微镜元件X1包括镜支撑体11、框体12、扭转连接部分13(torsional joint)和梳齿电极14、15、16、17，并且通过作为一种微型机电系统(MEMS)技术的体微机械加工技术，用SOI晶片提供的材料衬底制造这种微镜元件X1。这种材料衬底具有由第一硅层、第二硅层以及所述硅层之间的绝缘层组成的叠层结构。每个硅层掺杂有杂质，因此它具有预定等级的导电性。微镜元件X1中的上述每个部分主要由第一硅层和/或第二硅层得到。为了清楚观察，在图1中用阴影线表示那些由第一硅层得到的并且在纸张表面方向上朝观察者突出的区域。同样地，在图2中用阴影线表示那些由第二硅层得到的并且在纸张表面方向上朝观察者突出的区域。
镜支撑体11由第一硅层得到，并且其表面设有能够反射光的镜面11a。镜面11a具有由例如第一硅层上形成的Cr层和其上形成的Au层组成的叠层结构。上述镜支撑体11和镜面11a构成本发明的可移动功能部分。注意图4中所示的镜支撑体11或者可移动功能部分的长度L1是例如20至300μm。
框体12主要由第一和第二硅层得到，如图1和图2所示，框体12围绕镜支撑体11。如图1和图3所示，由第一硅层得到的框体12的部分包括主要部分12A和与该主要部分隔开的岛状物12a、12b。如图1所示，在主要部分12A上设有电极垫18A。如图2所示，在由第二硅层得到的框体12的部分上设有电极垫18B、18C。在框体12中由第二硅层得到的部分中，设有电极垫18B的区域和设有电极垫18C的区域在结构和电性上相互分离。如图3所示，在框体12中，岛状物12a、由绝缘层得到的其中一部分(位于图3中主要部分12A和岛状物12a、12b正下方的阴影线区域)和由第二硅层得到的部分构成第一多层部分。岛状物12b、由绝缘层得到的其中一部分和由第二硅层得到的其中一部分构成第二多层部分。在这些多层部分中，岛状物12a经由导电塞19A，与由第二硅层得到的框体12部分电连接，导电塞19A穿透由绝缘层得到的框体12部分。岛状物12b经由导电塞19B，与由第二硅层得到的框体12部分电连接，导电塞19B穿透由绝缘层得到的框体12部分。上述框体12具有如图4所示的长度L2，L2例如为5至50μm。
扭转连接部分13包括一对扭杆13a。每个扭杆13a由第一硅层得到，并且与框体12的主要部分12A以及镜支撑体11连接，由此将它们连接在一起。扭杆13a提供框体12的主要部分12A与镜支撑体11之间的电连接。如图4所示，在本实施例中，在元件的厚度方向H上，扭杆13a比镜支撑体11和框体12的主要部分12A更薄。或者，在元件的厚度方向H上，扭杆13a可以具有与镜支撑体11和框体12的主要部分12A相同的厚度。上述扭转连接部分13或者扭杆13a提供用于镜支撑体11或者可移动功能部分的摆动运动的轴A1。所述轴A1优选通过或者接近镜支撑体11或者可移动功能部分的重心。
梳齿电极14包括多个由第一硅层得到的电极齿14A。如图1和图2所示，所有电极齿14A从镜支撑体11伸出并且相互平行。梳齿电极15包括多个由第一硅层得到的电极齿15A。所有电极齿15A在远离电极齿14A的一侧从镜支撑体11伸出，并且相互平行。优选地，电极齿14A、15A的延伸方向与摆动轴A1的延伸方向垂直。如上所述，梳齿电极14或者电极齿14A和梳齿电极15或者电极齿15A经由镜支撑体11相互电连接。
梳齿电极16与梳齿电极14一起作用以产生静电引力(驱动力)，并且梳齿电极16包括多个电极齿16A。电极齿16A从框体12伸出并且相互平行。如图3和图5所示，每个电极齿16A具有由第一硅层得到的导体16a、由第二硅层得到的导体16b以及由绝缘层得到的位于导体16a与16b之间的绝缘体16c组成的叠层结构。这些导体16a、16b和绝缘体16c在可移动功能部分的摆动运动方向上相继堆叠。导体16a延伸至框体12的岛状物12a，并且与其电连接。导体16b延伸至由第二硅层得到的框体12部分，并且与其电连接。因此，导体16a与导体16b经由岛状物12a、导电塞19A和由第二硅层得到的框体12部分而相互电连接。绝缘体16c延伸至由绝缘层得到的框体12部分。
上述梳齿电极16与梳齿电极14一起构成驱动机构。如图1和图2所示，梳齿电极14的电极齿14A平行延伸至梳齿电极16的电极齿16A。如图1、图2和图5所示，梳齿电极14、16各自具有的电极齿14A、16A相互偏移，从而在镜支撑体11或者可移动功能部分进行摆动运动时，梳齿电极14和梳齿电极16不会相互碰撞。在不驱动微镜元件X1的非工作状态下，如图3和图5所示，电极齿14A不面向电极齿16A的导体16b，但是面向导体16a。换句话说，在元件的厚度方向H上，梳齿电极14或者电极齿14A与梳齿电极16或者电极齿16A重叠。在元件的厚度方向H上，电极齿14A长于电极齿16A的导体16a。
梳齿电极17与梳齿电极15一起作用以产生静电引力(驱动力)，并且梳齿电极17包括多个电极齿17A。如图1和图2所示，电极齿17A从框体12伸出并且相互平行。如图3所示，每个电极齿17A具有由第一硅层得到的导体17a、由第二硅层得到的导体17b以及由绝缘层得到的位于导体17a与17b之间的绝缘体17c组成的叠层结构。这些导体17a、17b和绝缘体17c在可移动功能部分的摆动运动方向上相继堆叠。导体17a延伸至框体12的岛状物12b，并且与其电连接。导体17b延伸至由第二硅层得到的框体12部分，并且与其电连接。因此，导体17a与导体17b经由岛状物12b、导电塞19B和由第二硅层得到的框体12部分而相互电连接。绝缘体17c延伸至由绝缘层得到的框体12部分。
上述梳齿电极17与梳齿电极15一起构成驱动机构。如图1和图2所示，梳齿电极15的电极齿15A平行延伸至梳齿电极17的电极齿17A。梳齿电极15、17各自具有的电极齿15A、17A相互偏移，从而在镜支撑体11或者可移动功能部分进行摆动运动时，梳齿电极15和梳齿电极17不会相互碰撞。在不驱动微镜元件X1的非工作状态下，如图3所示，电极齿15A不面向电极齿17A的导体17b，但是面向导体17a。换句话说，在元件的厚度方向H上，梳齿电极15或者电极齿15A与梳齿电极17或者电极齿17A重叠。在元件的厚度方向H上，电极齿15A长于电极齿17A的导体17a。
图6A至图8C示出制造微镜元件X1的方法。该方法是通过体微机械加工技术制造微镜元件X1的一个实例。通过图6A至图8C，这些截面图将示出形成如8C所示的那些构件的工艺，即，形成镜支撑体M、框体F1、F2、扭杆T1、T2和一对梳齿电极E1、E2的工艺。该截面代表进行微机械加工工艺的材料衬底(具有多层结构的晶片)的截面，更具体地，代表形成单一微镜元件的单块晶片的截面。该截面包括多个构件区域的截面，并且这些截面图是示例性的连续图示。镜支撑体M代表镜支撑体11的一部分。框体F1、F2代表框体12，在图中以所选择的截面示出。扭杆T1代表扭杆13a，并且以扭杆13a的横截面表示。扭杆T2代表扭杆13a，并且以扭杆13a的纵截面表示。梳齿电极E1代表梳齿电极14、15的一部分，并且以电极齿14A、15A的横截面表示。梳齿电极E2代表梳齿电极16、17的一部分，并且以电极齿16A、17A的横截面表示。
在微镜元件X1的制造过程中，首先，制备如图6A中所示的材料衬底100。材料衬底100是SOI晶片，其具有由硅层101、102和硅层101与102之间的绝缘层103组成的叠层结构。硅层101、102由掺杂有杂质的硅材料制成，由此其具有导电性。可以从诸如B的p型杂质或者从诸如P和Sb的n型杂质中选择杂质。例如由氧化硅构成绝缘层103。硅层101具有例如20至100μm的厚度。硅层102具有例如100至600μm的厚度。绝缘层103具有例如0.5至5μm的厚度。
接着，如图6B所示，形成穿透硅层101和绝缘层103的孔H1。在形成孔H1的过程中，首先，经由预定掩模通过DRIE(深层反应离子蚀刻)对硅层101进行各向异性蚀刻，直至到达绝缘层103，以在硅层101中形成预定孔。在DRIE中，在蚀刻和侧壁保护相互交替进行的博希(Bosch)工艺中可以实现良好的各向异性蚀刻。博希工艺还可以使用在随后说明的其它DRIE工艺中。接着，通过例如湿蚀刻去除由上述孔暴露的绝缘层103中的区域。从而，形成穿透硅层101和绝缘层103的孔H1。
在微镜元件X1的制造过程中，接着，如图6C所示，例如使用CVD法以在孔H1内部沉积导电材料19’。在这个步骤中，将大量的导电材料19’提供至孔H1，直到该材料形成在硅层101上。导电材料19’的实例包括掺杂有预定杂质的多晶硅和诸如Cu和W的金属。为了在导电材料19’与硅层101之间形成良好的电连接，优选地，紧接在沉积导电材料19’之前，例如利用氢氟酸去除孔H1表面上出现的自然氧化膜。
接着，如图6D所示，暴露硅层101的表面。例如通过抛光去除孔H1外部的导电材料19’。该步骤保留导电塞19。导电塞19代表导电塞19A、19B。一旦对材料衬底执行该步骤，硅层101与硅层102便经由导电塞19而相互电连接。
在微镜元件X1的制造过程中，接着，如图7A所示，在硅层101、102上形成镜面11a和电极垫18。在硅层101上形成镜面11a和电极垫的过程中，首先，使用溅射法以在硅层101上形成例如Cr膜(50nm)，然后形成Au膜(200nm)。接着，通过利用预定掩模顺序蚀刻这些金属膜来进行图案成型，以形成镜面11a和电极垫18。可通过使用诸如碘化钾或碘水溶液的蚀刻剂来蚀刻Au。可通过使用诸如二铵硝酸铈水溶液的蚀刻剂来蚀刻Cr。在硅层102上形成电极垫18时，使用在硅层101上形成镜面11a和电极垫18相同的方法。硅层101上的电极垫18代表电极垫18A，而硅层102上的电极垫18代表电极垫18B、18C。
在微镜元件X1的制造过程中，接着，如图7B所示，在硅层101上形成氧化膜图案110。随后，在其上形成抗蚀图案111。另外，在硅层102上形成氧化膜图案112。氧化膜图案110具有对应于镜支撑体M(镜支撑体11)、框体F 1、F2(框体12)和梳齿电极E1(梳齿电极14、15)的图案。抗蚀图案111具有对应于扭杆T1、T2(扭杆13a)和梳齿电极E2(梳齿电极16、17)的图案。氧化膜图案112具有对应于框体F1、F2(框体12)和梳齿电极E2(梳齿电极16、17)的图案。在形成氧化膜图案110的过程中，首先，使用CVD法以在硅层101上形成例如1μm厚的二氧化硅。接着，经由预定抗蚀图案，通过蚀刻图案化硅层101上的氧化膜。通过使用相同的方法还可以形成氧化膜图案112和随后将说明的其它氧化膜图案，所述方法包括形成氧化膜、在氧化膜上形成抗蚀图案以及随后进行蚀刻。另一方面，在形成抗蚀图案111的过程中，首先，在硅层101上旋涂液体光刻胶。接着，通过曝光工艺和随后的显影工艺图案化光刻胶膜。光刻胶的实例包括由ClariantJapan制造的AZP4210和由Clariant Japan制造的AZ1500。通过光刻胶膜成型、曝光工艺和显影工艺的相同步骤还可以形成前述和随后将说明的其它抗蚀图案。
接着，如图7C所示，使用氧化膜图案110和抗蚀图案111作为掩模，通过DRIE对硅层101执行各向异性蚀刻以蚀刻预定深度。该预定深度对应于扭杆T1、T2的厚度，例如可为5μm。
接着，如图7D所示，利用去除剂去除抗蚀图案111。去除剂可为由Clariant Japan制造的AZ去除剂700。
接着，如图8A所示，使用氧化膜图案110作为掩模，通过DRIE对硅层101执行各向异性蚀刻以保留扭杆T1、T2，直至到达绝缘层103。此蚀刻工艺生成镜支撑体M(镜支撑体11)、梳齿电极E1(梳齿电极14、15)、扭杆T1、T2(扭杆13a)和框体F1、F2的一部分(框体12)。
接着，如图8B所示，使用氧化膜图案112作为掩模，通过DRIE对硅层102执行各向异性蚀刻，直至到达绝缘层103。此蚀刻工艺生成框体F1、F2的一部分(框体12)和梳齿电极E2(梳齿电极16、17)。
接着，如图8C所示，通过蚀刻去除绝缘层103中暴露的部分以及氧化膜图案110、112。通过干蚀刻或者湿蚀刻可以实现这种去除。如果使用干蚀刻，则可以使用包括CF4和CHF3的蚀刻气体。如果使用湿蚀刻，则在该工艺中使用的蚀刻剂可为包含氢氟酸和氟化铵的缓冲氢氟酸(BHF)。
上述连续步骤生成镜支撑体M，框体F1、F2，扭杆T1、T2以及梳齿电极E1、E2，从而制造微镜元件X1。
在微镜元件X1中，通过根据需要对梳齿电极14、15、16和17施加预定电压，能够使镜支撑体11或者可移动功能部分绕摆动轴A1移动。经由电极垫18A、框体12的主要部分12A、扭转连接部分13(两个扭杆13a)以及镜支撑体11来实现对梳齿电极14、15的电压施加。例如将梳齿电极14、15接地。另一方面，可以经由电极垫18B和由第二硅层得到的框体12部分以及经由导电塞19A和岛状物12a来实现对梳齿电极16的电压施加。经由电极垫18C和由第二硅层得到的框体12部分以及经由导电塞19B和岛状物12b来实现对梳齿电极17的电压施加。如上所述，在由第二硅层得到的框体12部分中，连接电极垫18B的位置与连接电极垫18C的位置电分离。因此，能够实现对梳齿电极16和17相互独立的电压施加。
当通过对梳齿电极14、16均施加预定电压而在梳齿电极14和16之间产生期望静电引力时，梳齿电极14被梳齿电极16吸引。这使得镜支撑体11或者可移动功能部分绕摆动轴A1转动，实现例如图9中所示的旋转位移，直至静电引力与扭杆13a中的扭转阻力之和平衡。在所述摆动运动中，可以通过调节施加至梳齿电极14、16的电压来调节旋转位移量。当中断梳齿电极14与16之间的静电引力时，每个扭杆13a均恢复其自然状态，使得镜支撑体11或者可移动功能部分处于图3所示的状态。
另一方面，当通过对梳齿电极15、17均施加预定电压而在梳齿电极15和17之间产生期望静电引力时，梳齿电极15被梳齿电极17吸引。这使得镜支撑体11或者可移动功能部分绕摆动轴A1转动，实现旋转位移，直至静电引力与扭杆13a中的扭转阻力之和平衡。在所述摆动运动中，可以通过调节施加至梳齿电极15、17的电压来调节旋转位移量。当中断梳齿电极15与17之间的静电引力时，每个扭杆13a均恢复其自然状态，使得镜支撑体11或者可移动功能部分处于图3所示的状态。
通过上述镜支撑体11或者可移动功能部分的摆动驱动，能够适当地切换镜支撑体11上设置的镜面11a反射的光的光反射方向。
在微镜元件X1中，即使可移动功能部分(镜支撑体11、镜面11a)具有如图3所示的0°旋转位移，梳齿电极16中的每个电极齿16A的导体16a也面向梳齿电极14中该导体16a所对应的电极齿14A，而梳齿电极17中的每个电极齿17A的导体17a面向梳齿电极15中该导体17a所对应的电极齿15A。换句话说，即使可移动功能部分具有0°旋转位移，梳齿电极14和16在元件的厚度方向H上相互重叠，梳齿电极15和17在元件的厚度方向H上相互重叠。当对梳齿电极16施加预定电压时，在同一电极齿16A中相互电连接的导体16a和导体16b具有相同的电压。同样地，当对梳齿电极17施加预定电压时，在同一电极齿17A中相互电连接的导体17a和导体17b具有相同的电压。因此，在微镜元件X1中，即使可移动功能部分的旋转位移是0°，对梳齿电极14、16施加预定电压也产生梳齿电极14与16之间的有效静电引力，并且对梳齿电极15、17施加预定电压也产生梳齿电极15与17之间的有效静电引力。因此，当在微镜元件X1中通过产生梳齿电极14与16之间或者梳齿电极15与17之间的静电引力而使可移动功能部分从0°旋转位移开始移动时，很容易实现对移动的足够响应。另一方面，当将可移动功能部分停止在0°旋转位移处时，能够高度准确地将梳齿电极14与16之间或者梳齿电极15与17之间的静电引力控制在停止位置附近。因此，通过减小可移动功能部分在0°旋转位移附近的残留摆动，能够很容易地快速停止可移动功能部分。
在微镜元件X1的工作过程中，当可移动功能部分的旋转位移不接近0°时，梳齿电极14中的每个电极齿14A不仅面向梳齿电极16的导体16a，而且面向导体16b，产生梳齿电极14与16之间的有效静电引力。否则，梳齿电极15中的每个电极齿15A不仅面向梳齿电极17的导体17a，而且面向导体17b，产生梳齿电极15与17之间的有效静电引力。
另外，在微镜元件X1中，在摆动运动的方向上，梳齿电极14的电极齿14A比梳齿电极16的电极齿16A的导体16a更长。此外，在摆动运动的方向上，梳齿电极15的电极齿15A比梳齿电极17的电极齿17A的导体17a更长。这种设置适于产生有效静电引力，这是因为梳齿电极14与16之间或者梳齿电极15与17之间的相对表面的面积随可移动功能部分的转动而改变。
如上所述，微镜元件X1对可移动功能部分的整个摆动运动过程(包括开始和停止工作)具有极好的可控性。微镜元件X1适于可移动功能部分的快速并且准确的工作。
此外，根据上述制造微镜元件X1的方法，能够高度准确地控制梳齿电极14或者电极齿14A与梳齿电极16或者电极齿16A之间在元件厚度方向H上的重叠尺寸，以及梳齿电极15或者电极齿15A与梳齿电极17或者电极齿17A之间在元件厚度方向H上的重叠尺寸。这是因为在参考图8A所述的蚀刻工艺中，通过将绝缘层103用作蚀刻停止层来形成梳齿电极E 1(梳齿电极14、15)，从而在元件厚度方向H上高准确度地形成梳齿电极E1(梳齿电极14、15)。
图10至图14示出根据本发明第二实施例的微镜元件X2。图10和图11分别是微镜元件X2的正视图和后视图。图12至图14分别是沿图10中线XII-XII、XIII-XIII和XIV-XIV的截面图。
微镜元件X2包括镜支撑体21、框体22、扭转连接部分23和梳齿电极24、25、26、27，并且通过作为一种MEMS技术的体微机械加工技术，用SOI晶片提供的材料衬底制造这种微镜元件X2。这种材料衬底具有由第一硅层、第二硅层以及所述硅层之间的绝缘层组成的叠层结构。每个硅层掺杂有杂质，因此它具有预定等级的导电性。微镜元件X2中的上述每个部分主要由第一硅层和/或第二硅层得到。为了清楚观察，在图10中用阴影线表示那些由第一硅层得到的并且比绝缘层在纸张表面方向上朝观察者更突出的区域。同样地，在图11中用阴影线表示那些由第二硅层得到的并且比绝缘层在纸张表面方向上朝观察者更突出的区域。
如图12中清楚可见，镜支撑体21包括由第一硅层得到的第一结构21a、由第二硅层得到的第二结构21b以及由绝缘层得到的夹在第一结构21a与第二结构21b之间的绝缘膜21c。如图13中所示，第一结构21a和第二结构21b通过穿透绝缘膜21c的导电通路28A相互电连接。第一结构21a设有能够反射光的镜面21d。镜面21d具有由例如第一硅层上形成的Cr层和其上形成的Au层组成的叠层结构。上述镜支撑体21和镜面21d构成本发明的可移动功能部分。
框体22主要由第一和第二硅层得到，如图10和图11所示，框体22围绕镜支撑体21。如图11和图12所示，由第二硅层得到的框体22的部分包括主要部分22A和与该主要部分隔开的岛状物22a、22b、22c。岛状物22a、22b、22c分别设有电极垫29A、29B和29C。如图13所示，由第一硅层得到的框体22部分和岛状物22c通过穿透由绝缘层得到的框体22部分(位于图13中主要部分22A和岛状物22c正上方的阴影线部分)的导电通路28B而相互电连接。
扭转连接部分23包括一对扭杆23a。每个扭杆23a由第一硅层得到，并且与镜支撑体21的第一结构21a以及由第一硅层得到的框体22部分连接，由此使镜支撑体21与框体22连接。扭杆23a提供镜支撑体21的第一结构21a与由第一硅层得到的框体22部分之间的电连接。如图13所示，在本实施例中，在元件的厚度方向H上，扭杆23a比镜支撑体21的第一结构21a和由第一硅层得到的框体22部分更薄。或者，在元件的厚度方向H上，扭杆23a可以具有与镜支撑体21的第一结构21a和由第一硅层得到的框体22部分相同的厚度。上述扭转连接部分23或者扭杆23a提供用于镜支撑体21或者可移动功能部分的摆动运动的轴A2。所述轴A2优选通过或者接近镜支撑体21或者可移动功能部分的重心。
梳齿电极24包括多个电极齿24A。如图10和图11所示，所有电极齿24A从镜支撑体21伸出并且相互平行。优选地，电极齿24A的延伸方向与摆动轴A2的延伸方向垂直。如图12和图14所示，每个电极齿24A具有由第一硅层得到的导体24a、由第二硅层得到的导体24b以及由绝缘层得到的位于导体24a与24b之间的绝缘体24c组成的叠层结构。这些导体24a、24b和绝缘体24c在可移动功能部分的摆动运动方向上相继堆叠。导体24a延伸至镜支撑体21的第一结构21a，并且与其电连接。导体24b延伸至镜支撑体21的第二结构21b，并且与其电连接。因此，导体24a与导体24b经由镜支撑体21的第一结构21a、导电通路28A和第二结构21b而相互电连接。绝缘体24c延伸至镜支撑体21的绝缘膜21c。
梳齿电极25包括多个电极齿25A。如图10和图11所示，所有电极齿25A在远离电极齿24A延伸方向的方向上从镜支撑体21伸出，并且相互平行。优选地，电极齿25A的延伸方向与摆动轴A2的延伸方向垂直。如图12所示，每个电极齿25A具有由第一硅层得到的导体25a、由第二硅层得到的导体25b以及由绝缘层得到的位于导体25a与25b之间的绝缘体25c组成的叠层结构。导体25a延伸至镜支撑体21的第一结构21a，并且与其电连接。导体25b延伸至镜支撑体21的第二结构21b，并且与其电连接。因此，导体25a与导体25b经由镜支撑体21的第一结构21a、导电通路28A和第二结构21b而相互电连接。绝缘体25c延伸至镜支撑体21的绝缘膜21c。上述梳齿电极25或者电极齿25A与梳齿电极24或者电极齿24A经由镜支撑体21相互电连接。
梳齿电极26与梳齿电极24一起作用以产生静电引力(驱动力)，并且梳齿电极26包括多个由第二硅层得到的电极齿26A。如图11和图12所示，电极齿26A从框体22的岛状物22a伸出并且它们相互平行。
上述梳齿电极26与梳齿电极24一起构成驱动机构。如图10和图11所示，梳齿电极24的电极齿24A平行延伸至梳齿电极26的电极齿26A。如图10、图11和图14所示，梳齿电极24、26各自具有的电极齿24A、26A相互偏移，从而在镜支撑体21或者可移动功能部分进行摆动运动时，梳齿电极24和梳齿电极26不会相互碰撞。在不驱动微镜元件X2的非工作状态下，如图12和图14所示，电极齿26A不面向电极齿24A的导体24a，但是面向导体24b。换句话说，在元件的厚度方向H上，梳齿电极24或者电极齿24A与梳齿电极26或者电极齿26A重叠。在元件的厚度方向H上，电极齿26A长于电极齿24A的导体24b。
梳齿电极27与梳齿电极25一起作用以产生静电引力(驱动力)，并且梳齿电极27包括多个由第二硅层得到的电极齿27A。如图11和图12所示，电极齿27A从框体22的岛状物22b伸出并且相互平行。
上述梳齿电极27与梳齿电极25一起构成驱动机构。如图10和图11所示，梳齿电极25的电极齿25A平行延伸至梳齿电极27的电极齿27A。梳齿电极25、27各自具有的电极齿25A、27A相互偏移，从而在镜支撑体21或者可移动功能部分进行摆动运动时，梳齿电极25和梳齿电极27不会相互碰撞。在不驱动微镜元件X2的非工作状态下，如图12和图14所示，电极齿27A不面向电极齿25A的导体25a，但是面向导体25b。换句话说，在元件的厚度方向H上，梳齿电极25或者电极齿25A与梳齿电极27或者电极齿27A重叠。在元件的厚度方向H上，电极齿27A长于电极齿25A的导体25b。
图15A至图17D示出制造微镜元件X2的方法。该方法是通过体微机械加工技术制造微镜元件X2的一个实例。通过图15A至图17D，这些截面图将示出形成如17D所示的那些构件的工艺，即，形成镜支撑体M、框体F1、F2、扭杆T1、T2和一对梳齿电极E1、E2的工艺。该截面代表进行微机械加工工艺的材料衬底(具有多层结构的晶片)的截面，更具体地，代表形成单一微镜元件的单块晶片的截面。该截面包括多个构件区域的截面，并且这些截面图是示例性的连续图示。镜支撑体M代表镜支撑体21的一部分。框体F1、F2代表框体22，在图中以所选择的截面示出。扭杆T1代表扭杆23a，并且以扭杆23a的横截面表示。扭杆T2代表扭杆23a，并且以扭杆23a的纵截面表示。梳齿电极E1代表梳齿电极24、25的一部分，并且以电极齿24A、25A的横截面表示。梳齿电极E2代表梳齿电极26、27的一部分，并且以电极齿26A、27A的横截面表示。
在微镜元件X2的制造过程中，首先，如图15A中所示，在材料衬底200上形成氧化膜图案201。在本实施例中，材料衬底200是掺杂有P或者Sb的硅晶片，由此其具有导电性。该衬底具有例如200μm的厚度。氧化膜图案201具有用于形成导电通路的开口201a。
接着，例如通过使用CVD法，从氧化膜图案201上方对硅衬底200施加多晶硅，由此在开口201a中形成导电通路28，如图15B所示。同时，在氧化膜图案201上形成多晶硅层202。由于随着多晶硅层202的生长，多晶硅层202将形成波形表面，所以优选在形成膜之后，通过CMP法抛光多晶硅层202的暴露表面使其变平。在CVD的过程中，将导电通路28和多晶硅层202中掺杂P，由此使其具有导电性。导电通路28代表导电通路28A、28B。多晶硅层202的厚度等于作为待形成的目标结构的扭杆T1、T2的厚度(例如5μm)。在该步骤之后的材料衬底中，硅衬底200与多晶硅层202经由导电通路28相互电连接。
接着，如图15C所示，在多晶硅层202上形成氧化膜图案203。氧化膜图案203具有对应于扭杆T1、T2的形状的图案。
接着，如图15D所示，例如通过使用CVD法，从氧化膜图案203上方对硅衬底200施加补充的多晶硅，由此将氧化膜图案203埋入在多晶硅层202中。
接着，如图15E所示，使用外延生长法在多晶硅层203上形成多晶硅层204。在本实施例中，通过在外延生长过程中掺杂P而使多晶硅层204具有导电性，并且具有距离多晶硅层203的表面大约100μm的厚度。在该步骤的过程中，多晶硅层204的表面变成相对严重的波形。
随后，如图16A所示，将多晶硅层204的表面进行研磨，随后进行镜面抛光。该步骤之后，氧化膜图案201上的多晶硅层203和多晶硅层204的总厚度例如为60μm。
接着，如图16B所示，在多晶硅层204上形成镜面21d，并且在硅衬底200上形成电极垫29。在多晶硅层204上形成镜面21d的过程中，首先，使用溅射法形成例如Cr膜(50nm)，然后在硅层204上形成Au膜(200nm)。接着，通过利用预定掩模顺序蚀刻这些金属膜来进行图案成型，以图案化镜面21d。以与形成多晶硅层204上的镜面21d的相同方法执行硅衬底200上的电极垫29的成型。硅衬底200上的电极垫29代表前述电极垫29A、29B、29C。
在制造微镜元件X2的过程中，接着，如图16C所示，在多晶硅层204上形成氧化膜图案205，并且在硅衬底200上形成氧化膜图案206和抗蚀图案207。氧化膜图案205具有对应于镜支撑体M(镜支撑体21)、框体F1、F2(框体22)和梳齿电极E1(梳齿电极24、25)的图案。氧化膜图案206具有对应于框体F1、F2(框体22)和梳齿电极E2(梳齿电极26、27)的图案。抗蚀图案207具有对应于镜支撑体M的一部分(镜支撑体21的第二结构21b)和梳齿电极E1(梳齿电极24、25)的图案。
接着，如图16D所示，使用氧化膜图案205作为掩模，通过DRIE对多晶硅层204和硅层203执行各向异性蚀刻。此蚀刻工艺生成镜支撑体M的一部分(镜支撑体21)、梳齿电极E1的一部分(梳齿电极24、25)、扭杆T1、T2(扭杆23a)和框体F1、F2(框体22)。
接着，如图17A所示，使用氧化膜图案206和抗蚀图案207作为掩模，通过DRIE对硅衬底200执行各向异性蚀刻以蚀刻预定深度。该预定深度是对应于镜支撑体21的第二结构21b的厚度的深度，并且是对应于电极齿24A、25A的导体24b、25b的元件厚度方向上的长度，例如为5μm。
接着，如图17B所示，利用去除剂去除抗蚀图案207。去除剂可为由Clariant Japan制造的AZ去除剂700。
接着，如图17C所示，使用氧化膜图案206作为掩模，通过DRIE对硅衬底200执行各向异性蚀刻以保留镜支撑体21的第二结构21b和梳齿电极24、25中的电极齿24A、25A的导体24b、25b，直至到达氧化膜图案201。此蚀刻工艺生成镜支撑体M的一部分(镜支撑体21)、梳齿电极E1的一部分(梳齿电极24、25)、梳齿电极E2的一部分(梳齿电极26、27)和框体F1、F2的一部分(框体22)。
接着，如图17D所示，通过蚀刻去除氧化膜图案201中暴露的部分以及氧化膜图案203、205、206。通过干蚀刻或者湿蚀刻可以实现这种去除。
上述连续步骤生成镜支撑体M，框体F1、F2，扭杆T1、T2以及梳齿电极E1、E2，从而制造微镜元件X2。
在微镜元件X2中，通过根据需要对梳齿电极24、25、26和27施加预定电压，能够使镜支撑体21或者可移动功能部分绕摆动轴A2移动。经由电极垫29C、岛状物22c、导电通路28B、由第一硅层得到的框体22部分、扭转连接部分(两个扭杆23a)以及镜支撑体21的第一结构21a、导电通路28A和第二结构21b来实现对梳齿电极24、25的电压施加。例如将梳齿电极24、25接地。另一方面，可以经由电极垫29A和框体22的岛状物22a来实现对梳齿电极26的电压施加。经由电极垫29B和框体22的岛状物22b来实现对梳齿电极27的电压施加。在由第二硅层得到的框体22部分中，连接电极垫29A的位置与连接电极垫29B的位置电分离。因此，能够实现对梳齿电极26和27相互独立的电压施加。
当通过对梳齿电极24、26均施加预定电压而在梳齿电极24和26之间产生期望静电引力时，梳齿电极24被梳齿电极26吸引。这使得镜支撑体21或者可移动功能部分绕摆动轴A2转动，实现例如图18中所示的旋转位移，直至静电引力与扭杆23a中的扭转阻力之和平衡的角度。在所述摆动运动中，可以通过调节施加至梳齿电极24、26的电压来调节旋转位移量。当中断梳齿电极24与26之间的静电引力时，每个扭杆23a均恢复其自然状态，使得镜支撑体21或者可移动功能部分处于图12所示的状态。
另一方面，当通过对梳齿电极25、27均施加预定电压而在梳齿电极25和27之间产生期望静电引力时，梳齿电极25被梳齿电极27吸引。这使得镜支撑体21或者可移动功能部分绕摆动轴A2转动，实现旋转位移，直至静电引力与扭杆23a中的扭转阻力之和平衡的角度。在所述摆动运动中，可以通过调节施加至梳齿电极25、27的电压来调节旋转位移量。当中断梳齿电极25与27之间的静电引力时，每个扭杆23a均恢复其自然状态，使得镜支撑体21或者可移动功能部分处于图12所示的状态。
通过上述镜支撑体21或者可移动功能部分的摆动驱动，能够适当地切换镜支撑体21上设置的镜面21d反射的光的光反射方向。
在微镜元件X2中，即使可移动功能部分(镜支撑体21、镜面21d)具有如图12所示的0°旋转位移，梳齿电极24中的每个电极齿24A的导体24b也面向梳齿电极26中该导体24b所对应的电极齿26A，而梳齿电极25中的每个电极齿25A的导体25b面向梳齿电极27中该导体25b所对应的电极齿27A。换句话说，即使可移动功能部分具有0°旋转位移，梳齿电极24和26在元件的厚度方向H上相互重叠，梳齿电极25和27在元件的厚度方向H上相互重叠。当对梳齿电极24施加预定电压时，在同一电极齿24A中相互电连接的导体24a和导体24b具有相同的电压。同样地，当对梳齿电极25施加预定电压时，在同一电极齿25A中相互电连接的导体25a和导体25b具有相同的电压。因此，在微镜元件X2中，即使可移动功能部分的旋转位移是0°，对梳齿电极24、26施加预定电压也产生梳齿电极24与26之间的有效静电引力，并且对梳齿电极25、27施加预定电压也产生梳齿电极25与27之间的有效静电引力。因此，当在微镜元件X2中通过产生梳齿电极24与26之间或者梳齿电极25与27之间的静电引力而使可移动功能部分从0°旋转位移开始移动时，很容易实现对移动的足够响应。另一方面，当将可移动功能部分停止在0°旋转位移处时，能够高度准确地将梳齿电极24与26之间或者梳齿电极25与27之间的静电引力控制在停止位置附近。因此，通过减小可移动功能部分在0°旋转位移附近的残留摆动，能够很容易地快速停止可移动功能部分。
在微镜元件X2的工作过程中，当可移动功能部分的旋转位移不接近0°时，梳齿电极26中的每个电极齿26A不仅面向梳齿电极24的导体24b，而且面向导体24a，产生梳齿电极24与26之间的有效静电引力。否则，梳齿电极27中的每个电极齿27A不仅面向梳齿电极25的导体25b，而且面向导体25a，产生梳齿电极25与27之间的有效静电引力。
另外，在微镜元件X2中，在摆动运动的方向上，梳齿电极26的电极齿26A比梳齿电极24中的电极齿24A的导体24b更长。此外，在摆动运动的方向上，梳齿电极27的电极齿27A比梳齿电极25的电极齿25A的导体25b更长。这种设置适于产生有效静电引力，这是因为梳齿电极24与26之间或者梳齿电极25与27之间的相对表面的面积随可移动功能部分的转动而改变。
如上所述，微镜元件X2对可移动功能部分的整个摆动运动过程(包括开始和停止工作)具有极好的可控性。微镜元件X2适于可移动功能部分的快速并且准确的工作。
此外，根据上述制造微镜元件X2的方法，能够高度准确地控制梳齿电极24或者电极齿24A与梳齿电极26或者电极齿26A之间在元件厚度方向H上的重叠尺寸，以及梳齿电极25或者电极齿25A与梳齿电极27或者电极齿27A之间在元件厚度方向H上的重叠尺寸。这是因为在参考图17B所述的蚀刻工艺中，通过将氧化膜图案201用作蚀刻停止层来形成梳齿电极E2(梳齿电极26、27)，从而在元件厚度方向H上高准确度地形成梳齿电极E2(梳齿电极26、27)。
图19至图23示出根据本发明第三实施例的微镜元件X3。图19和图20分别是微镜元件X3的正视图和后视图。图21至图23分别是沿图19中线XXI-XXI、XXII-XXII和XXIII-XXIII的截面图。
微镜元件X3包括镜支撑体31、框体32、扭转连接部分33和梳齿电极34、35、36、37，并且通过作为一种MEMS技术的体微机械加工技术，用多层SOI晶片提供的材料衬底制造这种微镜元件X3。这种材料衬底具有由第一至第三硅层、第一与第二硅层之间的第一绝缘层以及第二与第三硅层之间的第二绝缘层组成的叠层结构。每个硅层掺杂有杂质，因此它具有预定等级的导电性。为了清楚观察，在图19中用阴影线表示那些由第一硅层得到的并且比第一绝缘层在纸张表面方向上朝观察者更突出的区域。同样地，在图20中用阴影线表示那些由第三硅层得到的并且比第二绝缘层在纸张表面方向上朝观察者更突出的区域。
如图21中清楚可见，镜支撑体31包括由第一硅层得到的第一结构31a、由第二硅层得到的第二结构31b以及由绝缘层得到的夹在第一结构31a与第二结构31b之间的绝缘膜31c。如图22中所示，第一结构31a和第二结构31b通过穿透绝缘膜31c的导电塞38A相互电连接。
框体32主要由第一至第三硅层得到，如图19和图20所示，框体32围绕镜支撑体31。如图20和图21所示，由第三硅层得到的框体32部分包括主要部分32A和与该主要部分相隔开的岛状物32a、32b。由第二硅层得到的框体32部分具有与由第三硅层得到的部分相同的图案，并且包括主要部分32B和与该主要部分相隔开的岛状物32c、32d，如图24所示。
在所述框体32中，如图19所示，在由第一硅层得到的部分上设有电极垫39A。如图22所示，由第一硅层得到的框体32部分和主要部分32B经由穿透由第一绝缘层得到的部分(位于图21中由第一硅层得到的框体32部分正下方的阴影线区域)的导电塞38B而相互电连接。此外，如图20所示，岛状物32a、32b也分别设有电极垫39B、39C。如图21所示，岛状物32a和岛状物32c经由穿透由第二绝缘层得到的部分(位于图21中由第二硅层得到的部分正下方的阴影线区域)的导电塞38C而相互电连接。岛状物32b和岛状物32d经由穿透由第二绝缘层得到的部分的导电塞38D而电连接。
扭转连接部分33包括一对扭杆33a。每个扭杆33a由第二硅层得到，并且与镜支撑体31的第二结构31b以及框体32的主要部分32B连接，由此使镜支撑体31与框体32连接，如图22所示。扭杆33a提供镜支撑体31的第二结构31b与框体32的主要部分32B之间的电连接。在元件的厚度方向H上，扭杆33a比框体32和镜支撑体31更薄。上述扭转连接部分33或者扭杆33a提供用于镜支撑体31或者可移动功能部分的摆动运动的轴A3。所述轴A3优选通过或者接近镜支撑体31或者可移动功能部分的重心。
梳齿电极34包括多个电极齿34A。如图19和图20所示，所有电极齿34A从镜支撑体31伸出并且相互平行。优选地，电极齿34A的延伸方向与摆动轴A3的延伸方向垂直。如图21和23所示，每个电极齿34A具有由第一硅层得到的导体34a、由第二硅层得到的导体34b以及由第一绝缘层得到的位于导体34a与34b之间的绝缘体34c组成的叠层结构。这些导体34a、34b和绝缘体34c在可移动功能部分的摆动运动方向上相继堆叠。导体34a延伸至镜支撑体31的第一结构31a，并且与其电连接。导体34b延伸至镜支撑体31的第二结构31b，并且与其电连接。因此，导体34a与导体34b经由镜支撑体31的第一结构31a、导电塞38A和第二结构31b而相互电连接。绝缘体34c延伸至镜支撑体31的绝缘膜31c。
梳齿电极35包括多个电极齿35A。如图19和图20所示，所有电极齿35A在远离电极齿34A延伸方向的方向上从镜支撑体31伸出，并且它们相互平行。优选地，电极齿35A的延伸方向与摆动轴A3的延伸方向垂直。如图21所示，每个电极齿35A具有由第一硅层得到的导体35a、由第二硅层得到的导体35b以及由第一绝缘层得到的位于导体35a与35b之间的绝缘体35c组成的叠层结构。这些导体35a、35b和绝缘体35c在可移动功能部分的摆动运动方向上相继堆叠。导体35a延伸至镜支撑体31的第一结构31a，并且与其电连接。导体35b延伸至镜支撑体31的第二结构31b，并且与其电连接。因此，导体35a与导体35b经由镜支撑体31的第一结构31a、导电塞38A和第二结构31b而相互电连接。绝缘体35c延伸至镜支撑体31的绝缘膜31c。上述梳齿电极35或者电极齿35A与梳齿电极34或者电极齿34A经由镜支撑体31相互电连接。
梳齿电极36与梳齿电极34一起作用以产生静电引力(驱动力)，并且梳齿电极36包括多个电极齿36A。如图19和图20所示，电极齿36A从框体32伸出并且它们相互平行。如图21和图23所示，每个电极齿36A具有由第二硅层得到的导体36a、由第三硅层得到的导体36b以及由第二绝缘层得到的位于导体36a与36b之间的绝缘体36c组成的叠层结构。导体36a延伸至框体32的岛状物32c，并且与其电连接。导体36b延伸至框体32的岛状物32a，并且与其电连接。因此，导体36a与导体36b经由岛状物32c、导电塞38C和岛状物32a而相互电连接。绝缘体36c延伸至由第二绝缘膜得到的框体32部分。
上述梳齿电极36与梳齿电极34一起构成驱动机构。如图19和图20所示，梳齿电极34的电极齿34A平行延伸至梳齿电极36的电极齿36A。如图19、图20和图23所示，梳齿电极34、36各自具有的电极齿34A、36A相互偏移，从而在镜支撑体31或者可移动功能部分进行摆动运动时，梳齿电极34和梳齿电极36不会相互碰撞。在不驱动微镜元件X3的非工作状态下，如图21和图23所示，电极齿34的导体34a不面向电极齿36，电极齿34的导体34b不面向电极齿36的导体36b，但是面向导体36a。换句话说，在元件的厚度方向H上，梳齿电极34或者电极齿34A与梳齿电极36或者电极齿36A重叠。
梳齿电极37与梳齿电极35一起作用以产生静电引力(驱动力)，并且梳齿电极37包括多个电极齿37A。如图19和图20所示，电极齿37A从框体32伸出并且相互平行。如图21所示，每个电极齿37A具有由第二硅层得到的导体37a、由第三硅层得到的导体37b以及由第二绝缘层得到的位于导体37a与37b之间的绝缘体37c组成的叠层结构。导体37a延伸至框体32的岛状物32d，并且与其电连接。导体37b延伸至框体32的岛状物32b，并且与其电连接。因此，导体37a与导体37b经由岛状物32d、导电塞38D和岛状物32b而相互电连接。绝缘体37c延伸至由第二绝缘膜得到的框体32部分。
上述梳齿电极37与梳齿电极35一起构成驱动机构。如图19和图20所示，梳齿电极35的电极齿35A平行延伸至梳齿电极37的电极齿37A。梳齿电极35、37各自具有的电极齿35A、37A相互偏移，从而在镜支撑体31或者可移动功能部分进行摆动运动时，梳齿电极35和梳齿电极37不会相互碰撞。在不驱动微镜元件X3的非工作状态下，如图21所示，电极齿35的导体35a不面向电极齿37，电极齿35的导体35b不面向电极齿37的导体37b，但是面向导体37a。换句话说，在元件的厚度方向H上，梳齿电极35或者电极齿35A与梳齿电极37或者电极齿37A重叠。
图25A至图28C示出制造微镜元件X3的方法。该方法是通过体微机械加工技术制造微镜元件X3的一个实例。通过图25A至图28C，这些截面图将示出形成如28C所示的那些构件的工艺，即，形成镜支撑体M、框体F1、F2、F3、扭杆T1、T2和一对梳齿电极E1、E2的工艺。该截面代表进行微机械加工的材料衬底(具有多层结构的晶片)的截面，更具体地，代表形成单一微镜元件的单块晶片的截面。该截面包括多个构件区域的截面，并且这些截面图是示例性的连续图示。镜支撑体M代表镜支撑体31的一部分。框体F1、F2、F3代表框体32，在图中以所选择的截面示出。扭杆T1代表扭杆33a，并且以扭杆33a的横截面表示。扭杆T2代表扭杆33a，并且以扭杆33a的纵截面表示。梳齿电极E1代表梳齿电极34、35的一部分，并且以电极齿34A、35A的横截面表示。梳齿电极E2代表梳齿电极36、37的一部分，并且以电极齿36A、37A的横截面表示。
在微镜元件X3的制造过程中，首先，制备如图25A中所示的材料衬底300。材料衬底300是SOI晶片，其具有由硅层301、302、303、硅层301与302之间的绝缘层304以及硅层302与303之间的绝缘层305组成的叠层结构。硅层301、302、303由掺杂有杂质的硅材料制成，由此其具有导电性。可以从诸如B的p型杂质或者从诸如P和Sb的n型杂质中选择杂质。例如由氧化硅构成绝缘层304、305。
接着，如图25B所示，形成穿透硅层301和绝缘层304的孔H2以及穿透硅层303和绝缘层305的孔H3。在形成孔H2的过程中，首先，经由预定掩模通过DRIE对硅层301进行各向异性蚀刻，直至到达绝缘层304，由此在硅层301中形成预定孔。接着，通过例如湿蚀刻去除暴露在孔上的绝缘层304中的区域。在形成孔H3的过程中，首先，经由预定掩模通过DRIE对硅层303进行各向异性蚀刻，直至到达绝缘层305，由此在硅层303中形成预定孔。接着，通过例如湿蚀刻去除由孔暴露的绝缘层305中的区域。从而，能够形成穿透硅层301和绝缘层304的孔H2和穿透硅层303和绝缘层305的孔H3。
在微镜元件X3的制造过程中，接着，如图25C所示，例如使用CVD法以在孔H2、H3内部沉积导电材料38’。在这个步骤中，将大量的导电材料38’提供至孔H2、H3，直到该材料形成在硅层301、303上。导电材料38’的实例包括掺杂有预定杂质的多晶硅和诸如Cu和W的金属。
接着，如图25D所示，暴露硅层301、303的表面。例如通过抛光去除孔H2、H3外部的导电材料38’。该步骤保留导电塞38。硅层301一侧上的导电塞38代表导电塞38A、38B，而硅层303一侧上的导电塞38代表导电塞38C、38D。
在微镜元件X3的制造过程中，接着，如图26A所示，在硅层301、303的表面上形成镜面31d和电极垫39。在硅层301上形成镜面31d和电极垫39的过程中，首先，使用溅射法以在硅层301上形成例如Cr膜(50nm)，然后形成Au膜(200nm)。接着，通过利用预定掩模顺序蚀刻这些金属膜来进行图案成型，以形成镜面31d和电极垫39。可通过使用诸如碘化钾或碘水溶液的蚀刻剂来蚀刻Au。可通过使用诸如二铵硝酸铈水溶液的蚀刻剂来蚀刻Cr。在硅层303上形成电极垫39时，使用在硅层301上形成镜面31d和电极垫39相同的方法。硅层301上的电极垫39代表电极垫39A，而硅层303上的电极垫39代表电极垫39B、39C。
在微镜元件X3的制造过程中，接着，如图26B所示，在硅层301上形成氧化膜图案310。并且，在硅层303上形成氧化膜图案311，随后，在其上形成抗蚀图案312。氧化膜图案310具有对应于镜支撑体M(镜支撑体31)、框体F1、F2、F3(框体32)和梳齿电极E1(梳齿电极34、35)的图案。氧化膜图案311具有对应于框体F1、F2、F3(框体32)和梳齿电极E2(梳齿电极36、37)的图案。抗蚀图案312具有对应于扭杆T1、T2(扭杆33a)和梳齿电极E1(梳齿电极34、35)的图案。
接着，如图26C所示，使用氧化膜图案311和抗蚀图案312作为掩模，通过DRIE对硅层303执行各向异性蚀刻以蚀刻预定深度。
接着，如图27A所示，利用去除剂去除抗蚀图案312。去除剂可为由Clariant Japan制造的AZ去除剂700。
接着，如图27B所示，使用氧化膜图案310作为掩模，通过DRIE对硅层301执行各向异性蚀刻，直至到达绝缘层304。此蚀刻工艺生成镜支撑体M的一部分(镜支撑体31)、梳齿电极E1的一部分(梳齿电极34、35)、和框体F1、F2、F3的一部分(框体32)。
接着，如图27C所示，使用氧化膜图案311作为掩模，通过DRIE执行各向异性蚀刻，直至到达绝缘层305。此蚀刻工艺保留用于梳齿电极E1的剩余掩模部分303a、用于扭杆T1、T2的剩余掩模部分303b以及用于镜支撑体M的剩余掩模部分303c。剩余掩模部分303a、303b和303c相结合以提供对应于抗蚀图案312的图案。此步骤中的蚀刻工艺生成框体F1、F2、F3的一部分(框体32)和梳齿电极E2的一部分(梳齿电极36、37)。
接着，如图28A所示，使用由包括剩余掩模部分303a、303b和303c的硅层303得来的部分，对绝缘层305进行蚀刻，直至到达硅层302。在此工艺中，重要的是在将氧化膜图案311去除到其不再作为掩模的程度之前，必须充分蚀刻绝缘层305部分。为此，必须使绝缘层305和氧化膜图案311具有足够的厚度。或者，在本工艺中，硅层303不用氧化膜图案311作为掩模，而是利用具有蚀刻选择性的掩模图案作为掩模。这种图案可以采用氮膜或者金属膜。
接着，如图28B所示，通过DRIE对硅层302执行各向异性蚀刻，以蚀刻在前述步骤中所暴露的硅层302的区域，直至到达绝缘层304。此蚀刻工艺去除剩余掩模部分303a、303b和303c，并且保留框体F1、F2、F3的一部分(框体32)、梳齿电极E1的一部分(梳齿电极34b、35b)和梳齿电极E2的一部分(梳齿电极36a、37a)。
接着，如图28C所示，通过蚀刻去除绝缘层304、305中暴露的部分以及氧化膜图案310、311。通过干蚀刻或者湿蚀刻可以实现这种去除。如果使用干蚀刻，则可以使用包括CF4和CHF3的蚀刻气体。如果使用湿蚀刻，则在该工艺中使用的蚀刻剂可为包含氢氟酸和氟化铵的缓冲氢氟酸(BHF)。
上述连续步骤生成镜支撑体M，框体F1、F2、F3，扭杆T1、T2以及梳齿电极E1、E2，由此制造微镜元件X3。
在微镜元件X3中，通过根据需要对梳齿电极34、35、36和37施加预定电压，能够使镜支撑体31或者可移动功能部分绕摆动轴A3转动。经由电极垫29A、由第一硅层得到的框体32部分、导电塞38B、框体32的主要部分32C、扭转连接部分(两个扭杆33a)、镜支撑体31的第二结构31b、导电塞38A以及镜支撑体31的第一结构31a来实现对梳齿电极34、35的电压施加。例如将梳齿电极34、35接地。另一方面，经由电极垫39B、框体32的岛状物32a、导电塞38C以及框体32的岛状物32b来实现对梳齿电极36的电压施加。经由电极垫39C、框体32的岛状物32b、导电塞38D和框体32的岛状物32d来实现对梳齿电极37的电压施加。由于上述两个电压施加线路是彼此电分离的，所以能够实现对梳齿电极36和37相互独立的电压施加。
当通过对梳齿电极34、36均施加预定电压而在梳齿电极34和36之间产生期望静电引力时，梳齿电极34被梳齿电极36吸引。这使得镜支撑体31或者可移动功能部分绕摆动轴A3转动，实现例如图29中所示的旋转位移，直至静电引力与扭杆33a中的扭转阻力之和平衡的角度。在所述摆动运动中，可以通过调节施加至梳齿电极34、36的电压来调节旋转位移量。当中断梳齿电极34与36之间的静电引力时，每个扭杆33a均恢复其自然状态，使得镜支撑体31或者可移动功能部分处于图21所示的状态。
另一方面，当通过对梳齿电极35、37均施加预定电压而在梳齿电极35和37之间产生期望静电引力时，梳齿电极35被梳齿电极37吸引。这使得镜支撑体31或者可移动功能部分绕摆动轴A3转动，实现旋转位移，直至静电引力与扭杆33a中的扭转阻力之和平衡的角度。在所述摆动运动中，可以通过调节施加至梳齿电极35、37的电压来调节旋转位移量。当中断梳齿电极35与37之间的静电引力时，每个扭杆33a均恢复其自然状态，使得镜支撑体31或者可移动功能部分处于图21所示的状态。
通过上述镜支撑体31或者可移动功能部分的摆动驱动，能够适当地切换镜支撑体31上设置的镜面31d反射的光的光反射方向。
在微镜元件X3中，即使可移动功能部分(镜支撑体31、镜面31d)具有如图21所示的0°旋转位移，梳齿电极34中的每个电极齿34A的导体34b也面向梳齿电极36中的每个电极齿36A的导体36a，而梳齿电极35中的每个电极齿35A的导体35b面向梳齿电极37中的每个电极齿37A的导体37a。换句话说，即使可移动功能部分具有0°旋转位移，梳齿电极34和36在元件的厚度方向H上相互重叠，梳齿电极35和37在元件的厚度方向H上相互重叠。当对梳齿电极34施加预定电压时，在同一电极齿34A中相互电连接的导体34a和导体34b具有相同的电压。当对梳齿电极35施加预定电压时，在同一电极齿35A中相互电连接的导体35a和导体35b具有相同的电压。同样地，当对梳齿电极36施加预定电压时，在同一电极齿36A中相互电连接的导体36a和导体36b具有相同的电压。因此，在微镜元件X3中，即使可移动功能部分的旋转位移是0°，对梳齿电极34、36施加预定电压也产生梳齿电极34与36之间的有效静电引力，并且对梳齿电极35、37施加预定电压也产生梳齿电极35与37之间的有效静电引力。因此，当在微镜元件X3中通过产生梳齿电极34与36之间或者梳齿电极35与37之间的静电引力而使可移动功能部分从0°旋转位移开始移动时，很容易实现对移动的足够响应。另一方面，当将可移动功能部分停止在0°旋转位移处时，能够高度准确地将梳齿电极34与36之间或者梳齿电极35与37之间的静电引力控制在停止位置附近。因此，通过减小可移动功能部分在0°旋转位移附近的残留摆动，能够很容易地快速停止可移动功能部分。
在微镜元件X3的工作过程中，当可移动功能部分的旋转位移不接近0°时，梳齿电极34、36在元件厚度方向H上相互重叠，由此产生梳齿电极34与36之间的有效静电引力。否则，梳齿电极35、37在元件厚度方向H上相互重叠，由此产生梳齿电极35与37之间的有效静电引力。
另外，在微镜元件X3中，梳齿电极34或者电极齿34A与梳齿电极36或者电极齿36A在摆动运动的方向上偏移，并且梳齿电极35或者电极齿35A与梳齿电极37或者电极齿37A在摆动运动的方向上偏移。这种设置适于产生有效静电引力，这是因为梳齿电极34与36之间或者梳齿电极35与37之间的相对表面的面积随可移动功能部分的转动而改变。
如上所述，微镜元件X3对可移动功能部分的整个摆动运动过程(包括开始和停止工作)具有极好的可控性。微镜元件X3适于可移动功能部分的快速并且准确的工作。
此外，根据上述制造微镜元件X3的方法，能够高度准确地控制梳齿电极34或者电极齿34A与梳齿电极36或者电极齿36A之间在元件厚度方向H上的重叠尺寸，以及梳齿电极35或者电极齿35A与梳齿电极37或者电极齿37A之间在元件厚度方向H上的重叠尺寸。这是因为使用的材料衬底300所包括的第二硅层302具有与期望重叠厚度相等的厚度。
权利要求
1.一种微摆动元件，包括框体；可移动功能部分；扭转连接部分，用于使所述框体与所述可移动功能部分相互连接，并且提供用于可移动功能部分进行摆动运动的轴；以及第一梳齿电极和第二梳齿电极，用于产生摆动运动的驱动力，其中所述第一梳齿电极包括多个第一电极齿，每个第一电极齿具有在摆动运动方向上叠置的第一导体、绝缘体和第二导体的叠层结构，所述第一导体和第二导体相互电连接，其中所述第二梳齿电极包括多个第二电极齿，在非工作状态下，所述第二电极齿不面向所述第一电极齿的第二导体，但是面向所述第一电极齿的第一导体，其中在摆动运动的方向上所述第二电极齿的长度大于所述第一导体。
2.如权利要求1所述的微摆动元件，其中所述框体包括多层部分，所述多层部分具有第一导电层、第二导电层以及位于所述第一导电层与第二导电层之间的绝缘层，其中所述第一梳齿电极固定至所述框体的多层部分，其中所述第一电极齿的第一导体延伸至所述第一导电层，并与所述第一导电层电连接，所述第一电极齿的第二导体延伸至所述第二导电层，并与所述第二导电层电连接，所述第一导电层和第二导电层通过穿透所述绝缘层的导电通路而相互电连接。
3.如权利要求1所述的微摆动元件，其中所述可移动功能部分包括多层部分，所述多层部分具有第一导电层、第二导电层以及位于所述第一导电层与第二导电层之间的绝缘层，其中所述第一梳齿电极固定至所述可移动功能部分的多层部分，其中所述第一电极齿的第一导体延伸至所述第一导电层，并与所述第一导电层电连接，所述第一电极齿的第二导体延伸至所述第二导电层，并与所述第二导电层电连接，所述第一导电层和第二导电层通过穿透所述绝缘层的导电通路而相互电连接。
4.一种微摆动元件，包括框体；可移动功能部分；扭转连接部分，用于使所述框体与所述可移动功能部分连接，并且提供用于可移动功能部分进行摆动运动的轴；以及第一梳齿电极和第二梳齿电极，用于产生摆动运动的驱动力，其中所述第一梳齿电极包括多个第一电极齿，每个第一电极齿具有在摆动运动方向上叠置的第一导体、第一绝缘体和第二导体的叠层结构，所述第一导体和第二导体相互电连接，其中所述第二梳齿电极包括多个第二电极齿，每个第二电极齿具有在摆动运动方向上叠置的第三导体、第二绝缘体和第四导体的叠层结构，所述第三导体和第四导体相互电连接，其中在非工作状态下，所述第一电极齿的第二导体不面向所述第二电极齿，所述第一电极齿的第一导体不面向所述第二电极齿的第四导体，但是面向所述第二电极齿的第三导体。
5.如权利要求4所述的微摆动元件，其中所述框体包括第一多层部分，所述第一多层部分包括第一导电层、第二导电层以及位于所述第一导电层与所述第二导电层之间的第一绝缘层，其中所述可移动功能部分包括第二多层部分，所述第二多层部分具有第三导电层、第四导电层以及位于所述第三导电层与第四导电层之间的第二绝缘层，其中所述第一梳齿电极固定至所述框体的第一多层部分，其中所述第二梳齿电极固定至所述可移动功能部分的第二多层部分，其中所述第一电极齿的第一导体延伸至所述第一导电层，并与所述第一导电层电连接，所述第一电极齿的第二导体延伸至所述第二导电层，并与其所述第二导电层电连接，所述第一导电层和第二导电层通过穿透所述第一绝缘层的导电通路而相互电连接，其中所述第二电极齿的第三导体延伸至所述第三导电层，并与所述第三导电层电连接，所述第二电极齿的第四导体延伸至所述第四导电层，并与所述第四导电层电连接，所述第三导电层和第四导电层通过穿透所述第二绝缘层的导电通路而相互电连接。
6.一种制造微摆动元件的方法，该方法是通过处理包括第一导电层、第二导电层以及位于所述第一导电层与第二导电层之间的绝缘层的材料衬底而进行的，所述微摆动元件包括框体；可移动功能部分；扭转连接部分，用于使所述框体与所述可移动功能部分连接，并且提供用于可移动功能部分进行摆动运动的轴；以及第一梳齿电极和第二梳齿电极，用于产生摆动运动的驱动力；该方法包括如下步骤第一蚀刻步骤，经由第一掩模图案和第二掩模图案在所述第一导电层的厚度方向上部分蚀刻第一导电层，所述第一掩模图案形成在所述第一导电层上并且包括用于第一梳齿电极的第一掩模部分，所述第二掩模图案形成在所述第一导电层上并且包括用于第二梳齿电极的第二掩模部分；去除所述第一掩模图案的步骤；第二蚀刻步骤，经由所述第二掩模图案蚀刻所述第一导电层，以使所述第一梳齿电极的第一导体和所述第二梳齿电极作为与所述绝缘层保持接触的剩余物而形成在所述第一导电层中；第三蚀刻步骤，经由第三掩模图案蚀刻所述第二导电层，所述第三掩模图案形成在所述第二导电层上并且包含用于第一梳齿电极的第二掩模部分，执行该第三蚀刻步骤以使所述第一梳齿电极的第二导体作为与所述绝缘层保持接触的剩余物而形成在所述第二导电层中；以及第四蚀刻步骤，蚀刻所述绝缘层，以使所述第一梳齿电极的第一导体与第二导体之间的绝缘体作为剩余物而形成在所述绝缘层中。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述第一掩模图案包括用于扭转连接部分的掩模部分，执行所述第二蚀刻步骤，以使所述扭转连接部分也作为与所述绝缘层保持接触的剩余物而形成在所述第一导电层中。
8.如权利要求6所述的方法，其中将第四掩模图案嵌入在所述材料衬底的第二导电层中，所述第四掩模图案包括用于所述扭转连接部分的掩模部分，并且所述第四掩模图案远离所述绝缘层，其中执行所述第三蚀刻步骤以使所述扭转连接部分作为保持在所述绝缘层中的剩余物而形成在所述第二导电层中。
全文摘要
一种微摆动元件包括框体、可移动功能部分以及用于连接框体与可移动功能部分的扭转连接部分。微摆动元件还包括第一和第二梳齿电极，用于产生使可移动功能部分绕扭转连接部分摆动运动的驱动力。第一梳齿电极包括多个第一电极齿，每个第一电极齿具有在摆动运动方向上叠置的第一导体、绝缘体和第二导体的叠层结构，其中第一导体和第二导体相互电连接。第二梳齿电极包括多个第二电极齿，在非工作状态下，第二电极齿不面向第一电极齿的第二导体，但是面向第一导体。第二电极齿在摆动运动的方向上长于第一导体。
文档编号H01L21/00GK1821830SQ20061000921
公开日2006年8月23日 申请日期2006年2月14日 优先权日2005年2月16日
发明者高马悟觉, 壶井修, 曾根田弘光, 上田知史 申请人:富士通株式会社