一种静电梳驱动的MEMS微镜制备方法及MEMS微镜、光谱仪技术

本发明专利技术提供一种静电梳驱动的MEMS微镜制备方法及MEMS微镜、光谱仪，本发明专利技术利用半导体制造技术加工MEMS微镜，可以提高微镜的扭转角度，实现更大视场角光信号采集，另外将传统微型光谱仪的光栅和转动微镜结合，在不影响光束分布的前提下简化了光路，因此能量损失减小，采用动梳齿电极位于光栅镜面两侧的设计结构，配合两侧相对绝缘的静梳齿电极，让光栅镜面能够朝向两侧进行偏转，让偏转的角度更大，第一硅晶圆和第二硅晶圆为整体式的结构，只需要对第一硅晶圆和第二硅晶圆进行刻蚀加工即可，具有更加简单的加工工艺。有更加简单的加工工艺。有更加简单的加工工艺。

【技术实现步骤摘要】
一种静电梳驱动的MEMS微镜制备方法及MEMS微镜、光谱仪


[0001]本专利技术涉及MEMS微镜
，具体为一种静电梳驱动的MEMS微镜制备方法及MEMS微镜、光谱仪。

技术介绍

[0002]近红外(NIR光谱波长范围800
‑
2500nm，主要含氢基团C
‑
H，O
‑
H，N
‑
H，S
‑
H的吸收，包含大多数有机物组成和分子结构的丰富信息。NIR快速、无损、可实现多组分同时测定,被广泛用于石油化工、制药、农业等领域。这些行业具有现场分析的特点，需要结构紧凑、体积小、重量轻的便携式光谱分析仪,基于微机电系统(MEMS)的光谱仪是未来低成本便携式近红外光谱仪的发展趋势。目前已经实现了初步地推广应用，在食品、药品、纺织品的制造/消费过程中开展了小规模尝试，取得了良好的检测效果。MEMS近红外光谱仪主流的两大类技术路线，包括迈克尔逊干涉原理的傅里叶变换型和光栅扫描型。前者由于其结构复杂性，在加工难度和成本上存在较大难题,后者结构简单且光路易于搭建，但通常搭配线阵探测器共同使用，使设备成本过高。
[0003]光学扫描镜是光学应用系统重要的核心器件，可将一束光导向不同方向,传统的光学扫描器件利用散装光学元件设计，其体积大、价格高等缺点大大地限制了应用。随着微机电(MEMS)技术的发展，光学器件逐渐向低成本、小型化和重量轻等特点发展，并且实现了由静态到动态的转变。MEMS扫描镜已经广泛应用于包括激光成像、图像数字化、质量检测和医学成像等领域。MEMS扫描镜根据其驱动方式可以分成静电驱动、电磁驱动、热电驱动和压电驱动。静电驱动MEMS扫描镜通常制作工艺简单，结构紧凑，与半导体微加工技术兼容，不需要像压电和电磁器件那样使用稀有材料，比热电驱动具有更高的驱动频率。静电驱动器结构通常有平板驱动型和梳齿驱动型。在平板驱动结构中，微镜面扭转需要较高驱动电压；而梳齿驱动则可以在较小驱动电压下获得较大扭转角度，因此在实际应用中梳齿驱动结构具有更大优势。
[0004]现有的MEMS扫描镜一般仅具有扫描镜的作用，在使用时需要配合光栅进行使用，在搭建光谱仪时，光路较为复杂，光线的能量损失较大，另外现有技术中的MEMS扫描镜一般采用单边的动梳齿电极和静梳齿电极相配合，只能往一侧进行偏转，偏转的角度较小，若要实现往两侧偏转，就需要单独蚀刻多组动梳齿电极和静梳齿电极，造成加工工艺复杂。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种静电梳驱动的MEMS微镜制备方法及MEMS微镜、光谱仪，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种静电梳驱动的MEMS微镜的制备方法，具体步骤包括：
[0008]S1:在第一硅晶圆上刻蚀出深方形的活动凹槽作为镜面的转动空间，在活动凹槽前后侧壁上刻蚀出梳齿结构作为静梳齿电极；
[0009]S2:沿着活动凹槽两侧的静梳齿电极的对称轴方向，将活动凹槽侧壁对称热氧化出一定宽度的绝缘层，让两侧的静梳齿电极相对绝缘；
[0010]S3:将第一硅晶圆的上表面或第二硅晶圆的下表面进行热氧化，形成热氧化层，充分清洗表面后利用键合工艺将两片硅晶圆的氧化层粘合在一起，第二硅晶圆位于第一硅晶片的上方；
[0011]S4:在第二硅晶圆上蚀刻出位于中部的光栅镜面，并在光栅镜面的两端蚀刻出扭力梁，在和扭力梁垂直的光栅镜面两端蚀刻出梳齿结构状的动梳齿电极，所述动梳齿电极位于相邻静梳齿电极之间空隙的正上方，且相邻静梳齿电极之间空隙宽度大于动梳齿电极宽度；
[0012]S5:在光栅镜面的上表面蚀刻出若干组相互平行的光栅刻线；
[0013]S6:利用光刻胶作为掩膜，通过磁控溅射方式在光栅镜面的上表面沉积铝金属层，移除光刻胶。
[0014]在其中一个实施例中，所述第一硅晶圆和第二硅晶圆进行刻蚀处理时所采用的刻蚀方法为深硅刻蚀技术。
[0015]在其中一个实施例中，所述第一硅晶圆的厚度为200μm，所述步骤S3中将两片硅晶圆的氧化层粘合在一起后，将第二硅晶圆减薄至75μm。
[0016]在其中一个实施例中，所述步骤S5中所蚀刻的光栅刻线方向和扭力梁取向保持相同。
[0017]在其中一个实施例中，所述步骤S6中利用磁控溅射方式同样在静梳齿电极和动梳齿电极的表面沉积铝金属层，且光栅镜面、静梳齿电极和动梳齿电极的表面沉积的铝金属层的厚度为300nm。
[0018]本专利技术另外还提供一种静电梳驱动的MEMS微镜，所述静电梳驱动的MEMS微镜由上述的制备方法制备，包括：
[0019]第一硅晶圆层，所述第一硅晶圆层包括一体连接的第一边框、静梳齿电极和绝缘层，所述第一边框对称设置有两组，且通过绝缘层相连接，第一边框的内侧设置有静梳齿电极；
[0020]第二硅晶圆层，所述第二硅晶圆层包括一体连接的第二边框、动梳齿电极、光栅镜面和扭力梁，所述第二边框的中部设置有光栅镜面，所述光栅镜面的两侧通过扭力梁与第二边框内侧连接，所述光栅镜面的两侧设置有与扭力梁垂直的动梳齿电极，相邻静梳齿电极之间空隙宽度大于动梳齿电极宽度，光栅镜面设置有若干组相互平行的光栅刻线；
[0021]氧化层，所述氧化层由第一硅晶圆的上表面或第二硅晶圆的下表面热氧化构成，所述第一硅晶圆层和第二硅晶圆层通过键合工艺和氧化层粘合在一起，且所述动梳齿电极位于相邻静梳齿电极之间空隙的正上方；
[0022]金属层，所述金属层为铝金属层，沉积在光栅镜面上表面。
[0023]在其中一个实施例中，所述第一硅晶圆层的厚度为200μm，第二硅晶圆层的厚度为75μm。
[0024]在其中一个实施例中，所述光栅刻线方向和扭力梁取向保持相同。
[0025]在其中一个实施例中，所述静梳齿电极和动梳齿电极的表面同样沉积有铝金属层，且光栅镜面、静梳齿电极和动梳齿电极的表面沉积的铝金属层的厚度为300nm。
[0026]本专利技术另外还提供一种光谱仪，其中，所述光谱仪包括光纤、准直镜、光栅微、聚焦镜和光电探测器，所述光纤发出的光线通过准直镜反射至光栅微镜，通过光栅微镜分光后反射至聚焦镜，通过聚焦镜聚焦后反射至光电探测器，所述光栅微镜采用上述的静电梳驱动的MEMS微镜。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0028]本专利技术利用半导体制造技术加工MEMS微镜，可以提高微镜的偏转角度，实现更大视场角光信号采集，另外将传统微型光谱仪的光栅和转动微镜结合，在不影响光束分布的前提下简化了光路，因此能量损失减小，采用动梳齿电极位于光栅镜面两侧的设计结构，配合两侧相对绝缘的静梳齿电极，让光栅镜面能够朝向两侧进行偏转，让偏转的角度更大，第一硅晶圆和第二硅晶圆为整体式的结构，只需要对第一硅晶圆和第二硅晶圆进行刻蚀加工即可，具有更加简单的加工工艺。
附图说明
[0029]图1为本专利技术制备方法的流程示意图；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种静电梳驱动的MEMS微镜的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：S1:在第一硅晶圆上刻蚀出深方形的活动凹槽作为镜面的转动空间，在活动凹槽前后侧壁上刻蚀出梳齿结构作为静梳齿电极；S2:沿着活动凹槽两侧的静梳齿电极的对称轴方向，将活动凹槽侧壁对称热氧化出一定宽度的绝缘层，让两侧的静梳齿电极相对绝缘；S3:将第一硅晶圆的上表面或第二硅晶圆的下表面进行热氧化，形成热氧化层，充分清洗表面后利用键合工艺将两片硅晶圆的氧化层粘合在一起，第二硅晶圆位于第一硅晶片的上方；S4:在第二硅晶圆上蚀刻出位于中部的光栅镜面，并在光栅镜面的两端蚀刻出扭力梁，在和扭力梁垂直的光栅镜面两端蚀刻出梳齿结构状的动梳齿电极，所述动梳齿电极位于相邻静梳齿电极之间空隙的正上方，且相邻静梳齿电极之间空隙宽度大于动梳齿电极宽度；S5:在光栅镜面的上表面蚀刻出若干组相互平行的光栅刻线；S6:利用光刻胶作为掩膜，通过磁控溅射方式在光栅镜面的上表面沉积铝金属层，移除光刻胶。2.根据权利要求1所述的一种静电梳驱动的MEMS微镜的制备方法，其特征在于：所述第一硅晶圆和第二硅晶圆进行刻蚀处理时所采用的刻蚀方法为深硅刻蚀技术。3.根据权利要求1所述的一种静电梳驱动的MEMS微镜的制备方法，其特征在于：所述第一硅晶圆的厚度为200μm，所述步骤S3中将两片硅晶圆的氧化层粘合在一起后，将第二硅晶圆减薄至75μm。4.根据权利要求1所述的一种静电梳驱动的MEMS微镜的制备方法，其特征在于：所述步骤S5中所蚀刻的光栅刻线方向和扭力梁取向保持相同。5.根据权利要求1所述的一种静电梳驱动的MEMS微镜的制备方法，其特征在于：所述步骤S6中利用磁控溅射方式同样在静梳齿电极和动梳齿电极的表面沉积铝金属层，且光栅镜面、静梳齿电极和动梳齿电极的表面沉积的铝金属层的厚度为300nm。...

【专利技术属性】
技术研发人员：张莉，陈庆华，左昌余，刘琼，陈玉华，胡衍雷，吴东，
申请(专利权)人：安徽自贸区天地人车大数据科技有限公司，
类型：发明
国别省市：