[发明专利]错列垂直梳状驱动器加工方法

说明书

相关申请的交叉引用 

本发明主张2006年4月12日提交的第60/791,346号美国临时专利申请的优先权，申报的专利名为“采用松弛对准公差的错列垂直梳状驱动器加工工艺”，在此将其作为参考引用。 

技术领域

本发明主要涉及垂直梳状驱动器执行器及其加工方法，更具体地是涉及一种采用改进对准公差的高效垂直错列梳状驱动器执行器的加工方法。 

背景技术

错列垂直梳状驱动器(SVCD)是一类微机电系统(Micro-Electro MechanicalSystems，MEMS)执行器，其采用静电工作原理，能够实现相对较高的执行器作用力和较高速度。此外，它们可以采用标准材料和半导体行业开发的可升级工艺加工。SVCD适合在多种光学应用(包括光学扫描、光交换、自由空间光通信、光相控阵列、滤光器、外腔式激光器、自适应光学及其他应用中)用于控制高速、高分辨率的微镜片。 

典型SVCD的动作采用静电原理。在2个梳状结构——可动梳齿(或称转子)与固定梳齿(或称定子)——之间施加一个电势差。当它们之间施加有电压时，可动梳齿(转子)被拉向固定梳齿(定子)，直至定子和转子的梳齿重叠，静电场能量被最小化。不同类型的SVCD装置有详细介绍，例如在授予Behin等人的第6,612,029号美国专利中所述的，在此作为参考并入。 

图1示出了一种典型的现有技术中的SVCD20。该SVCD20包括定子22和转子30。定子具有在基体26上制成的独立的梳爪24。转子30包含多个独立的梳爪32，与基体34相连。转子30还包含一个镜片或叶片40，并配有相应的扭转铰链42。在静止状态，转子30基本上位于定子22上方，如图1所示。 

图2示出处于一种激活状态的SVCD系统20。此状态是通过在转子30与固定梳齿组件22之间施加电压来实现的。在此状态下，转子和定子的独立梳齿相互交叉。施加的 电压将转子30吸引至定子22，从而对扭转铰链42施加转矩，使镜片40倾斜。扭转铰链42会被锚定，当电压去除时它将提供恢复力矩。 

一种典型的现有技术中的加工工艺流程包括：蚀刻一个绝缘硅片(SOI)，形成移动梳齿组件30，再蚀刻另一个SOI片，形成固定梳齿组件22，之后将蚀刻出的晶片装配(如粘合)在一起，形成SVCD20。第6,925,710号和第7,079,299号等美国专利中介绍了不同形式的此类工艺。然而，构成梳齿组件的2个晶片之间的严密对准要求会大大增加器件加工的复杂程度，而对器件产量造成负面影响。 

定子和转子梳爪的对准对于执行器的正常运行至关重要。如不能实现要求的对准精度，则可能引起电击穿、机械干涉和横向破裂等故障，而削弱执行器的性能和/或可靠性。 

典型情况下转子和定子必须横向对准，即在晶片和梳齿平面内，达到1微米左右或更好的水平。然而当转子和定子由不同晶片加工时，晶片正面与背面对准、晶片粘合的横向对准的精度在整个晶片上可能到达3微米(3σ)量级。 

为克服此困难，已经提出了进行转子和定子齿爪自对准加工的技术，其中转子和定子均由一个SOI晶片的同一器件层光刻制成。 

例如，授予Behin等人的第6,612,029号美国专利公布了一种由同一器件层同时加工转子和定子齿爪的技术，该器件层包括2个中间被一层二氧化硅隔离层隔离的导电硅层。最终器件至少有1组梳爪，例如转子，其中每一个梳爪均有2个垂直堆叠的导电层，其间由氧化隔离层隔离。在工作时，所述导电层之一将被接地，电压施加到另一导电层上，以此在所述层与相邻接地定子齿爪之间形成一个牵引电场。对定子齿爪可以向下蚀刻到隔离层，形成一组压薄的定子齿爪。在一个实施例中，隔离氧化层被去除，而在相应齿爪中留下一个气隙。 

尽管Behin等人所披露的SVCD加工方法提供了自对准转子和定子，它还有其他缺点。此方法的一种缺点是采用此法制成的多层齿爪可能在高压下发生电击穿，从而大大限制了可施用的电压，继而减小转子的转角。而如果隔离齿爪导电层的氧化层被去除而形成气隙，则这种限制将尤其严重；此外，这种采用气隙的实现方式可能对灰尘颗粒比较敏感，灰尘颗粒可能使器件发生短路。如果氧化层不被去除，其电学特性也会随时间而发生漂移；例如，它可能会在逐渐累积静电荷，使耦合定子与转子的电场发生改变，从而导致意外变化和/或器件性能老化。