專利名稱：一種帶有抗摩擦力凸塊的可配置微型機械衍射元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微型機械元件，具體地，一種可調(diào)整的光譜濾光器以及一種生產(chǎn)該濾光器的方法，在現(xiàn)有技術(shù)中該濾光器可通過一排可移動和固定的交替排列的光學(xué)儀器 /反射器來實現(xiàn)，具體地，其中反射器具有衍射和光偏轉(zhuǎn)功能。
背景技術(shù)：
用于光譜過濾作用的可移動光微型反射器在其它文獻中，以及國際專利申請?zhí)枮閃0 2004/059365的文獻中進行了描述，其中，描述了可配制的衍射光元件，該元件包括一系列可移動的衍射微型反射器，該反射器由衍射子元件組成，所述反射器或子元件(1，3， 如圖OA和圖OB所示)包括側(cè)部，該側(cè)部遠遠大于其相對的部分，所述反射器為一矩形狀 (圖OA)或同心環(huán)區(qū)域(圖0B)。從不同子元件反射的光將相交，從而可以過濾掉具有一定光譜組成的光，并可以通過垂直地和側(cè)向地調(diào)整元件的位置，改變?yōu)V光器的特征。作為上述可配制衍射元件的具體實施，衍射元件可以由一排反射器組成，其中每隔一個反射器可以同步移動，而其它反射器則被固定，使得反射器占據(jù)兩個不同的位置。這樣，光濾光器可以在兩個狀態(tài)之間改變一個單光譜通帶濾光器以及一個雙光譜通帶濾光器，其中通帶決定于單濾光器擁有的側(cè)面。這樣一個可變換的濾光器具體地可適用于分光鏡和紅外氣體測量。作為一個微型光電子機械系統(tǒng)(MOEMS)，濾光器的具體實施例必須滿足一定的要求。可移動濾光器的位置在垂直于光學(xué)表面的方向上，在超過四分之一波長的距離外必須是可調(diào)整的。所述波長位于紅外線區(qū)域內(nèi)，這樣濾光器的位移可以達到1微光的數(shù)量級，另外，濾光器必須位于相同平面內(nèi)，所述位移必須同步且是可重復(fù)執(zhí)行的，具體地， 在千赫茲(kHz)范圍內(nèi)以相同頻率進行位移，并在濾光器組件的生命周期內(nèi)可循環(huán)執(zhí)行十億到萬億次。在可移動濾光器之間應(yīng)存在固定濾光器，固定濾光器形式和尺寸與可移動濾光器類似。這些濾光器具有衍射部分，衍射部分刻蝕有凸紋圖案，其該凸紋的深度與所述波長的數(shù)量級相同。同步移動的濾光器所覆蓋的總區(qū)域應(yīng)為幾平方毫米。前述用于變換濾光器的光學(xué)原理屬于現(xiàn)有技術(shù)，具體的微機械形狀在mkon Sagberg等人在IEEE/LE0S國際會議中關(guān)于光學(xué)微電子機械系統(tǒng)(MEMS)及其應(yīng)用 (International Conference On Optical MEMS and Their Applications in August 2007，0MEMS2007)出版的論文“基于微型機械衍射元件的雙狀態(tài)光學(xué)濾光器(Two-state Optical Filter Based on Micromechanical Diffractive Elements)，，中已經(jīng)被描述，圖 OC示出了現(xiàn)有技術(shù)中基于可商用硅片濾光器的一個實施例，包括一個基底以及一個結(jié)構(gòu)層，所述結(jié)構(gòu)層與二氧化硅層熔合在一起。當(dāng)結(jié)構(gòu)層上的衍射光學(xué)表面形成后，利用刻蝕技術(shù)將光學(xué)表面分成兩組桁條(1，3)，因此，每隔一個桁條(3)為一個可移動桁條，該移動桁條可通過在選定區(qū)域遠離氧化層處進行刻蝕而形成。這是一個較為簡單的過程，然而該過程存在三個重要的缺點第一，必須在可移動桁條上鑿洞以使得用于刻蝕氧化層的氣體或液體能夠進入；第二，當(dāng)桁條被拉向基底時，具有不同電勢的表面將相互接觸，接觸的表面之間將產(chǎn)生電流，從而導(dǎo)致電壓的大幅下降，或使得在兩者之間電流的幫助下將桁條與基底熔合在一起；第三，桁條與基底之間的接觸區(qū)域?qū)兇笄也豢深A(yù)知，個別接觸區(qū)域?qū)?dǎo)致摩擦力的產(chǎn)生，當(dāng)兩個表面之間的粘附力變大，產(chǎn)生的可用力無法控制以用于分離兩表面，從而產(chǎn)了一個持久的、非期望粘附力。在該實施例中，產(chǎn)生的力來自硅元素的彈性連接橋。為了降低所述粘附力和避免摩擦，現(xiàn)有技術(shù)中提出了幾種方法以用于不同類型的電子機械系統(tǒng)。在具體實踐中，最主要的是采用墊塊，也被稱為“著陸架”、“站點”、“凸塊” 或“凹塊”，作為一個準則，這些必須滿足兩個功能可以為移動的最終端停止定義一個精確的距離，以及可以阻止由較大區(qū)域相互接觸而產(chǎn)生的摩擦力。作為一實施例，可以參見公開號為US 2001/005583UUS 6，437，965以及US 6，528，887的專利文獻。其它用于阻止摩擦力的重要技術(shù)可用于-避免所述表面與不同電勢相接觸；-避免絕緣材料的寄生效果的發(fā)生；-對所述表面進行化學(xué)或機械處理以產(chǎn)生粗糙并減少接觸區(qū)域；-對所述表面進行化學(xué)處理以增加其排水特征；以及-對電子機械系統(tǒng)進行密封處理以避免潮濕，從而降低所述表面防水特征的重要性。基本上，現(xiàn)有技術(shù)針對單個微型機械系統(tǒng)采取特定的解決方案，不存在標準的方法，一些典型的問題及相應(yīng)的解決方法有當(dāng)一個方法中必須采用墊塊時，該生產(chǎn)方法可能會非常復(fù)雜，該墊塊的形式可能會影響上層的光學(xué)表面(具體地，會影響通過使用熔鍍結(jié)構(gòu)層的顯微機械加工生成的表面)，通過化學(xué)處理的具有防水特征的表面隨著時間的推移會改變其特征，而相對于可減少接觸面的表面，粗糙的表面可能會破壞系統(tǒng)中的臨界面。MEMS是一個非常成功的系統(tǒng)，但也非常復(fù)雜，MEMS為DMD鏡像矩陣，該矩陣為德州儀器生產(chǎn)，如在美國專利US7，411，717中的描述，關(guān)于摩擦力的問題更具體地可參見美國專利申請US2009/0170324。在該產(chǎn)品的生成過程中，使用了許多上述描述的方法。墊塊的生產(chǎn)以及同時為了避免表面的粗糙所帶來的問題在美國專利申請文獻US2009/0170312已經(jīng)有考慮，其中粗糙的表面在后面將被連接在一起或被疊層。在 US2009/0170312中提供的方法有多個缺點，刻蝕不足難以控制，因此，這在最小化重新生成反鍵限位器的側(cè)面大小存在一定的實踐限制。同時，反鍵限位器的表面將會對應(yīng)地光滑， 從而使得鍵合被阻止，進一步地，氧化過程將改變頂部表面以及空腔，限制了衍射表面的使用，而沒有起到平面鏡像的作用。許多關(guān)于墊塊的現(xiàn)有技術(shù)中使用所謂的犧牲層技術(shù)。在微型系統(tǒng)的生產(chǎn)過程中， 犧牲層位于將變?yōu)榭梢苿游⑿徒Y(jié)構(gòu)和固定微型結(jié)構(gòu)的材料之間。該犧牲層可以由二氧化硅制成，但也可由其它不同的材料制成，例如，聚合體。犧牲層被移向使用刻蝕工藝的一端。隨著該氧化層的移動，刻蝕工藝的充分選擇成為一個挑戰(zhàn)，這樣才可以使得只移動犧牲層而不是其它材料。進一步地，當(dāng)必須使用刻蝕液體時，還會產(chǎn)生兩個挑戰(zhàn)如何將所述液體注入微型空腔，以及如何在刻蝕后干燥所述空腔。在歐洲專利EP1561724中，提出了一個加速計，其中凹槽底部包括壓痕以用于防止摩擦力。盡管如此，其中并未提出如何實現(xiàn)壓痕，在刻有凹槽的大KOH或TMAH的底面上
4產(chǎn)生微細結(jié)構(gòu)是非常困難的，特別是當(dāng)使用標準的MEMS生產(chǎn)設(shè)備。在美國專利US 6，528，887中，提出了一種介質(zhì)復(fù)合方法以用于在結(jié)構(gòu)層底面上生成墊塊，該結(jié)構(gòu)層通常由硅構(gòu)成，在MEMS技術(shù)術(shù)語中，結(jié)構(gòu)層被稱為設(shè)備層。在該專利 (2-8)引言部分，認為在通過基底層壓板形成墊塊之前，不可能在結(jié)構(gòu)層底面上生成墊塊。 進一步地，還提到了如何在設(shè)備層頂面上通過工藝并結(jié)合位于基底和設(shè)備層之間的犧牲層的使用形成墊塊(這是一個常用的方法)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種微型機械單元以及用于生產(chǎn)微型機械單元的方法，所述單元生產(chǎn)成本低且易于控制，所述單元能夠有效減少可移動桁條之間的摩擦。在獨立權(quán)利要求中描述了本發(fā)明提出的微型機械單元及方法。本發(fā)明提供出一種實用方法以構(gòu)造出這樣一個排列，在優(yōu)選實施例中，在該排列中，固定和可移動光反射面由固定和可移動桁條的頂面組成，這些桁條由一個以及相同材料層刻蝕得到。固定桁條通過一薄絕緣層永久地固定在基底上，而可移動桁條在基底上橫跨刻蝕的凹槽。因此，可以在靜電力的作用下將桁條拉向基底直到桁條的底部與墊塊在凹槽的底面上接觸。該墊塊被制成只有小接觸區(qū)域，這樣就可以弱化粘附力，一些部件能夠保證當(dāng)靜電力停止作用時，可以使可移動桁條返回到初始點，該部件可由相同絕緣層加工而成。在上述描述中可以看出，可以以一種靈活實用、簡單的方式，在聯(lián)合或疊層之前通過對基底頂面或設(shè)備層底面進行加工以形成墊塊，這樣，可以獲得更好的疊層特性以及無摩擦力墊塊。特別地，該方案適合于形成固定和可移動結(jié)構(gòu)交替的排列。


本發(fā)明在后續(xù)將結(jié)合附圖通過示例性的實施例進行詳細描述，其中圖0Α、0Β是上述公開號為W02004/059365中揭露的現(xiàn)有技術(shù)示意圖；圖OC是現(xiàn)有技術(shù)的原理圖；圖1A、1B是本發(fā)明優(yōu)選實施例示意圖；圖2是本發(fā)明的另一實施例；圖3是本發(fā)明實施例的俯視圖；圖4是圖1A、1B中實施例的細節(jié)圖；圖5A-5H是本發(fā)明優(yōu)選實施例提供的生產(chǎn)方法。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)微型機械系統(tǒng)的新方法，該系統(tǒng)具有上述0MEM2007論文中提出的交替光濾光器的功能。本方法的中心在于基底和更薄材料層的使用，一般情況下該材料層的厚度大約為5-50 μ m，優(yōu)選地，基底和材料層都由硅制成，這樣，當(dāng)他們連接在一起時，一些區(qū)域?qū)⒕哂凶畲蟮恼掣搅Γ渌鼌^(qū)域?qū)⒕哂凶钚〉恼掣搅?。在具有最小粘附力的區(qū)域，墊塊可用于減少粘附力和避免摩擦力。如圖IA和圖IB所示，前述提到的所述固定和可移動光學(xué)微型反射器(101)可以由固定桁條(102)的頂部側(cè)面和可移動桁條(103)組成，所述可移動桁條(103)可以從材料層上通過切割/機械加工/刻蝕得到。在圖中，所述桁條顯示為直線，當(dāng)然也可以制成其它形狀，如前述國際專利中描述的。固定桁條可通過薄絕緣層(106)永久地連接在基底 (105)上，而可移動桁條跨越在基底上刻蝕的凹槽(107)上。因此，這些可移動桁條可以被靜電力拉向基底，直至被墊塊(108)所阻止，這些墊塊可位于凹槽底部或桁條上部(如圖2 所示)。本發(fā)明的一個基本特征在于，墊塊是從絕緣層而來的，該絕緣層用于將固定桁條固定到基底上。該墊塊被制成只有一個小的接觸區(qū)域，這樣就可以弱化粘附力，一些粘附力則用于當(dāng)靜電力消失時保證可移動桁條能夠復(fù)原到他們的初始位置，從而使得射入光L可以被依賴于桁條相對位置的衍射圖形操作。通過使用接觸式光刻和各向異性腐蝕，制造出來的墊塊直徑可以少于一微米，通過使用所謂的步進光刻機或逐步光刻機，原則上可以獲得少于100納米的尺寸。在本發(fā)明的一個實施例(如圖3所示)中，在可移動桁條(303)都被連接到共同的(可移動)框架(304)上時，用于將桁條還原到其初始位置的力被生成，該框架通過小彈性橋(彈簧)(305)與固定的外部區(qū)域(302)連接。當(dāng)框架被移動，這些彈簧將會彎曲，從而產(chǎn)生一個向上力，該向上力會嘗試著將框架帶回其初始位置。為了將帶有光學(xué)表面的框架移動期望的距離，一個靜電場被使用。該靜電場可通過在基底和設(shè)備層之間應(yīng)用一電壓產(chǎn)生，因此，可移動桁條至少可移動期望的距離。如果電場足夠高，該框架將會被一直拉向位于基底凹槽中的墊塊，如圖IB所示。本發(fā)明提供一種簡單且健壯的方案，以用于應(yīng)對光學(xué)表面位移/移動帶來的挑戰(zhàn)。其中描述的加工步驟的結(jié)合保證了 1)位移距離可由通過刻蝕凹槽的深度自由確定；2)接觸區(qū)域被減少到納米水平，在該水平下能夠刻蝕出一個粗糙表面；3)接觸區(qū)域被減少到微米水平，在該水平下墊塊的尺寸能夠制成足夠小；4)保證了對固定桁條的良好粘附力，例如，通過在刻蝕過程中對選擇的磨光表面的保護來保證粘附力；5)墊塊的形成、薄度或位置可以被自由地確定而不會影響到光學(xué)表面；6)光學(xué)表面位于厚桁條的頂面上，桁條內(nèi)部機械張力基本上對桁條沒有影響；7)該微型系統(tǒng)無需對“犧牲”層進行復(fù)雜的移動就可完成，而這些移動對于現(xiàn)有方法來說是經(jīng)常要用到的，例如，如圖OC所示。圖4示出了固定桁條(402)和可移動桁條(403)下基底(401)表面的更為詳細的區(qū)別。該基底開始包括一個光滑(磨光)表面(404)，如絕緣層(405)下面所示。對凹槽的刻蝕將產(chǎn)生一個粗糙表面(406)，該粗糙在絕緣層沉積或形成后大部分地被保留，其中絕緣層將變成墊塊(407)。這樣，墊塊包括一粗糙表面，進一步減少了接觸區(qū)域和粘附力。進而， 墊塊之間總的接觸區(qū)域可以盡可能地小，優(yōu)選地，小于1 %，但這些墊塊也應(yīng)足夠地大，這樣當(dāng)桁條被置于墊塊之上時，這些墊塊不會發(fā)生太大的形變，從而沿著桁條進行分布以阻止桁條的彎曲。位于凹槽外部基底上的絕緣層的表面比在磨光表面上形成的墊塊更光滑。在這里，需要更大的粘附力/能量以更好地與結(jié)構(gòu)層靜態(tài)部分連接在一起。即使相同絕緣層可以形成連接層和墊塊，在先的刻蝕工藝也可以在兩個區(qū)域賦予絕緣層表面不同的特性。在本發(fā)明優(yōu)選實施例(圖5A-H)中，本發(fā)明提出了一種方法，該方法從包括一磨光頂面(如圖5A所示)的基底(105)開始。凹槽(107)被刻蝕到基底中，并具有設(shè)定的深度， 該深度與桁條(如圖5B所示)的位移距離相對應(yīng)，例如，830nm的深度，當(dāng)約為3.3μπι波長的光被測量時，例如，可通過甲烷或其它碳氫化合物進行測量，但對于1/4波長的光進行測量時，本發(fā)明的微機械元件需要被使用?？涛g工藝可以使用反應(yīng)離子刻蝕，通過使用SF6* C4F8的混合物，并設(shè)定一個校準的刻蝕時間，這樣深度的精度就可以達到5%的數(shù)量級。之后，絕緣層(501)開始沉積或生長，例如，通過熱生長二氧化硅。再之后，絕緣層在一些區(qū)域被刻蝕以形成墊塊(108)(如圖5C-D)。圖5Ε描述了通過晶片疊層方法(例如，熔融鍵合) 以及傳送晶片(503)如何將設(shè)備層(502)與基底(105)進行熔融，其中傳送晶片被削磨或刻蝕(如圖5F所示)。當(dāng)設(shè)備層與基底進行熔融后，由于磨光后的表面以及在基底上沉積或生長后的表面非常光滑，可以在沒有凹槽的區(qū)域獲得一個非常好的粘附力。光學(xué)表面(101)可以通過，例如，反應(yīng)刻蝕，來進行刻蝕，使得設(shè)備層前面的衍射浮雕圖形(如圖5G)被剪開，從而獲得一窄的貫穿槽溝(104)以用于分離固定和可移動桁條(如圖5Η)，剪開操作時，可以在固定桁條和可移動桁條之間的一些地方保留一些小的連接(橋連)，如圖3所示。優(yōu)選地，可以通過反應(yīng)離子進行剪開操作，即“波希法”。在另一可選方案中，圖5C和圖5D中加工工序可以在設(shè)備層上執(zhí)行，這樣基底在熔融之前不具有絕緣層，而墊塊則位于可移動桁條的下方。在其它可選方案中，刻蝕的凹槽和墊塊可以位于設(shè)備層的下面。但這些可選方案可能存在設(shè)備層必須精確地在基底上進行排列的缺點。最后，設(shè)備層的表面被覆蓋有一薄的金屬層(金屬膜)，這樣光線就可以被反射。 該金屬層必須非常地薄以及/或具有一較低的內(nèi)部機械張力，該張力可使得光學(xué)表面被充分地刨平。而如果該金屬層具有一較高的內(nèi)部機械張力，將會使得設(shè)備層形變彎曲，另外， 金屬層擴展的導(dǎo)熱系數(shù)與設(shè)備層的導(dǎo)熱系統(tǒng)區(qū)別不應(yīng)太大。一種可能的解決方案是使用兩種膜(例如，Al或Si02)以獲得壓力平衡以及而不是最少熱補償(平衡擴展)。通過摻雜，基底和設(shè)備層預(yù)先具有了期望的電導(dǎo)率。當(dāng)在基底和設(shè)備層施加電壓時，將會產(chǎn)生一個靜電力，該靜電力可將設(shè)備層的可移動部分拉向基底。在圖3所示的實施例中，只要沒有連接被確定，例如，通過貫穿刻蝕至基底和傳導(dǎo)材料的沉積形成的連接，獨立的固定桁條(301)的電勢是不確定的(浮動的)。只要桁條之間的間隙足夠地大以及桁條比其自身厚度寬，未確定電勢將不會影響到可移動桁條的移動。當(dāng)可移動部分的下面與絕緣墊塊上部表面接觸時，移動將停止。在移動的同時，橋連連接的從可移動區(qū)域到固定區(qū)域的彈性形變將會發(fā)生，從而當(dāng)不存在電勢差時，由于彈性形變而產(chǎn)生的力使得可移動部分復(fù)原至他們的初始位置。盡管如此，若要該復(fù)原發(fā)生，必須滿足一必要條件墊塊與硅之間的粘附力必須小于由桁條/橋連/彈簧產(chǎn)生的力。通過前述基底和絕緣材料的刻蝕工藝，最小化地將接觸區(qū)域減少到納米和微米數(shù)量級(墊塊的大小范圍)，本發(fā)明能夠確保該必要條件。由刻蝕工藝確定的相同材料(氧化硅)對硅有著充分且唯一的粘附力，這樣，該材料可以具有連接層和墊塊的功能。除了最大化減少接觸區(qū)域，還存在另一個原因要求墊塊只覆蓋一個有限的區(qū)域 絕緣材料的寄生充電可能導(dǎo)致非期望的靜電粘附力。在其他方法中這個已在1998年出版的《傳感器和催化劑》卷A第71期的74-80頁出版的Webber等人的論文“在電容性MEMS 中絕緣表面的寄生充電”存在描述。墊塊幾乎可以隨意地放置，在本發(fā)明的一優(yōu)選方案中，與用于尼龍搭扣(Velcro) 的原理一樣，墊塊被放置使得可移動框架被升高以同時遠離小量的墊塊，從而即使粘附能量較大，粘附力仍然可以較小，這樣在任何時候粘附力只可以作用在一小塊區(qū)域。因此，本發(fā)明還提供了一種方法，其中，墊塊的厚度和放置不會影響到設(shè)備層以及光學(xué)表面的特征，這在一定程度上意味著其放置在桁條被移動時，相對于桁條的摩擦力和形變幾乎是獨立的。形成墊塊和連接層(位于基底和設(shè)備層)的絕緣層厚度是一個自由參數(shù)，該參數(shù)可以用于空間間隙內(nèi)電場力的調(diào)整。如圖3所示的版本，設(shè)備層表面包括五個不同類型的區(qū)域靜態(tài)、被動區(qū)域；可移動被動區(qū)域；靜態(tài)活動區(qū)域；可移動活動區(qū)域以及彈簧桿(靜態(tài)和可移動活動區(qū)域的過渡)。靜態(tài)和活動區(qū)域的不同點在于后者具有周期性或接近周期性的浮雕結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以在期望的方向上彎曲光線。如圖IA(初始狀態(tài)，狀態(tài)A)和圖IB(移動狀態(tài)，狀態(tài)B)所示，作為本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，光學(xué)表面(101)位于固定桁條(102)和可移動桁條(103)之上，其中桁條都通過對相同材料層/設(shè)備層(摻雜硅)進行貫穿剪開(104)(使用反應(yīng)離子刻蝕)而制成。固定桁條通過絕緣層(106)(氧化硅)固定地連接在基底(105)(硅)上。在可移動桁條下方的基底中為凹槽(107)，在凹槽的底部為一個以墊塊(108)形式的絕緣層。圖IB描述了當(dāng)桁條移動時，桁條的排列情況?？梢苿予鞐l通過靜電力的作用向下被拉向基底直到停止在墊塊(108)上。在一個優(yōu)選實施例中，連接層(106)以及墊塊(108) 從相同層形成而來，并具有相同厚度。因此，墊塊(108)的厚度不會影響移動距離，該距離只由基底上的凹槽來決定。準確的移動距離可以被獲得，這樣凹槽可以通過精確的時間以及校準的刻蝕工藝來進行刻蝕。圖2示出了一個可選實施例，其中，墊塊(201)附著在可移動桁條(202)下面。圖3示出了從上方觀看時，桁條排列的一個可能實施例。任意數(shù)字N(在這里N = 4)的固定桁條(301)通過絕緣層固定地連接在基底上。另外，外部區(qū)域(302)也被連接到基底上。數(shù)量為N+1 (這里N+1 = 5)的可移動桁條(303)都被連接到一共同(可移動) 框架(304)上，該框架則通過窄的、彈性橋(彈簧)(305)被連接到固定的外部區(qū)域(302)。 當(dāng)框架被移動這些彈簧將會發(fā)生形變，從而產(chǎn)生一個扶正力以嘗試將框架帶回至其原始位置。為了將帶有光學(xué)表面的框架從其初始位置移動一個期望距離，可以使用一個電場，該電場可以通過在基底和設(shè)備層之間施加電壓而形成。圖4詳細示出了固定桁條(402)和可移動桁條(403)下基底的不同點。在絕緣層 (405)下基底包括一光滑(磨光)表面(404)。凹槽的刻蝕使得其具有一粗糙表面(406)， 在絕緣層形成后，在較大范圍內(nèi)該粗糙可以被保留，其中絕緣層(407)可形成墊塊。圖5示出本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，該實施例始于具有磨光頂面(如圖5A所示)的基底(105)。在基底上刻蝕有凹槽(107)，該凹槽具有一對應(yīng)于桁條(如圖5B所示)移動距離的深度。絕緣層(501)被披上或生長，之后在一些區(qū)域被刻蝕以形成墊塊(108)(如圖 5C-D)。圖5E示出了設(shè)備層(502)如何通過傳送晶片(503)與基底(105)連接在一起，傳送晶片(503)可以被削磨或刻蝕(如圖5F)，從而獲得一個，例如，15μπι的厚度。在圖中通過使用所謂的絕緣體上生長的薄單晶硅膜SOI晶片可以獲得期望的厚度，該厚度為埋有氧化層的疊層，其中設(shè)備層(502)的厚度可以被精確地被指定。SOI晶片的削磨和刻蝕在氧化層被停止。在第二可選方案中，可以使用同性質(zhì)晶片代替疊層502/503/504，然后，削磨/ 刻蝕操作必須由保留層尺寸進行控制，設(shè)備層表面在最后必須被磨光。之后，在設(shè)備層被剪開、窄貫穿槽溝(104)形成之前，光學(xué)表面(101)應(yīng)以衍射浮雕圖形(圖5G)進行刻蝕，其中貫穿槽溝(104)可以將固定和可移動桁條(圖5H)分離。綜上所述，本發(fā)明涉及一種微型機械系統(tǒng)以及一種構(gòu)造包括固定和可移動(衍射)光學(xué)反射器交替的微電子機械系統(tǒng)的方法，其中，反射器由固定和可移動桁條的頂面形成，而桁條則由一層以及相同的材料層制成，桁條直接或間接地與基底連接。在材料層的下部或基底的上部，通過在選定區(qū)域進行凹槽的刻蝕、薄絕緣層安置以及在選定區(qū)域?qū)^緣層的刻蝕后，材料層和基底之間的連接被形成，從而在基底和固定桁條之間獲得一個強壯的、固定的粘附力，并通過使用相同絕緣材料在基底和可移動桁條下面之間獲得一個較弱的粘附力。優(yōu)選地，基底和材料層由硅組成，但對于具體生產(chǎn)方法和應(yīng)用其它材料也可以被使用。優(yōu)選地，光學(xué)反射器具有衍射浮雕圖形/綜合全息圖，例如，直線的或彎曲的圖形，但純反射表面也可以被使用。優(yōu)選地，基底與材料層之間的連接可以通過熔融鍵合技術(shù)形成，絕緣層可以在基底和/或材料層上進行沉積或生成。相應(yīng)地，凹槽可以刻蝕在基底和/或材料層上，例如， 通過反應(yīng)離子進行刻蝕。在具體實施過程中，每個框架中的桁條數(shù)量可以為2至20個，材料層的可移動和固定部分的分離可以通過深度反應(yīng)離子刻蝕實現(xiàn)。墊塊的橫向擴張可以位于0.5-5 μ m，而墊塊的厚度可以是100nm-2 μ m。每個框架可以包括四個彈簧，這些彈簧可對稱地懸掛，該懸掛都高于或低于墊塊， 或該懸掛可以是非對稱的，這樣框架的一邊比其它邊更容易上升。如前所述，位于可移動反射桁條/元件和下部基底之間的移動可以通過對兩者施加一電壓來產(chǎn)生。在浮動電壓下，非移動桁條可以被保持，或在具體電壓下被保持，該具體電壓決定于將會對可移動桁條的影響。附圖示例性地描述了本發(fā)明，附圖中的比率及尺寸只用于描述目的，應(yīng)與具體實施例相區(qū)分。
權(quán)利要求
1.一種微型機械單元，具體地，一個可調(diào)整光學(xué)濾光器，包括一個第一設(shè)備層以及一個第二基底層，且兩者至少部分地相互固定在一起，其特征在于，設(shè)備層包括多個可移動反射元件，所述多個可移動反射元件分布在固定反射元件之間，其中，固定元件通過絕緣層固定在基底上，在基底和每個可移動元件之間開有一空腔，每個可移動元件用于提供進入所述空腔的可控制移動，其中，多個絕緣墊塊設(shè)置在位于每個可移動元件和基底之間的空腔中，當(dāng)所述絕緣層將基底固定到所述固定元件時，所述墊塊在相同絕緣材料中制成。
2.如權(quán)利要求1所述的單元，其特征在于，可移動元件和基底與電壓源連接以在可移動元件和基底之間施加一電壓，從而在可移動元件和基底之間產(chǎn)生靜電力，以用于相對于基底移動所述可移動元件。
3.如權(quán)利要求1所述的單元，其特征在于，所有桁條與基底被絕緣層分隔，其中絕緣層包括一均勻厚度，并且所述絕緣層在可移動桁條和基底之間包括墊塊。
4.如權(quán)利要求1所述的單元，其特征在于，所述墊塊包括一緊靠可移動桁條的接觸表面，所述接觸表面只包括所述桁條總區(qū)域的一較小部分，優(yōu)選地，少于總區(qū)域的1 %。
5.如權(quán)利要求1所述的單元，其特征在于，所述單元為一個光學(xué)濾光器，其中，空腔的深度大約為相應(yīng)區(qū)域中光的波長的1/4。
6.一種用于產(chǎn)生權(quán)利要求1所述單元的方法，其特征在于，a)在選定材料的基底晶片表面上以設(shè)定深度形成多個凹槽，其中，在所述基底表面上所述凹槽帶有圖形，所述表面對應(yīng)于可移動桁條的安置和形成；b)在具有凹槽的基底晶片表面上提供一絕緣層；c)在所述凹槽上移除所述絕緣層以用于提供一個圖形，以在預(yù)定義位置定義墊塊；d)將上部設(shè)備層固定到所述絕緣層；e)將所述上部設(shè)備層進行劃分以在所述凹槽上的圖形上形成可移動桁條。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟c)包括在所述凹槽上刻蝕絕緣層以形成獨立的墊塊，所述墊塊具有與絕緣層厚度相對應(yīng)的高度，所述墊塊包括一緊靠可移動桁條的接觸表面，所述接觸表面只包括所述桁條區(qū)域的一較小部分。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟d)包括熔融鍵合工藝。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述上部設(shè)備層包括一反射表面。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述上部設(shè)備層包括一衍射浮雕圖形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微型機械單元，具體地，一個可調(diào)整光學(xué)濾光器，以及用于生產(chǎn)該單元的方法，所述單元包括一個第一設(shè)備層以及一個第二基底層，且兩者至少部分地相互固定在一起，其特征在于，設(shè)備層包括多個反射元件，所述多個反射元件分布在固定反射元件之間，其中，固定元件固定在基底上，在基底和每個可移動元件之間開有一空腔，每個可移動元件用于提供進入所述空腔的彈性加載移動，其中，多個絕緣墊塊設(shè)置位于每個可移動元件和基底之間的空腔中以用于避免兩者接觸。
文檔編號B81B3/00GK102471046SQ201080031496
公開日2012年5月23日 申請日期2010年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
發(fā)明者賣特斯?fàn)枴?nèi)可里, 哈孔·賽格博格, 哈雷克·勞格里, 埃伯雷恩·約翰森, 戴格·滔絲帝恩·王, 瑟·拜克, 西蓋德·特奧德·毛 申請人:挪威科技工業(yè)研究院