[发明专利]具有隐藏铰链的钢琴型微电子机械镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种绕轴旋转的微电子机械(MEMs)镜，具体涉及一种其中铰链 位于反射平台下面的绕轴旋转的MEMs。

背景技术

用于光学开关的常规MEMs镜，例如于2003年3月18日授予Buzzetta等人的 美国专利No.6,535,319中所公开的：其将光束引导至多个输出端口中的一个，并包括可 绕单轴转动的静电控制镜。倾斜MEMs镜，例如于2002年12月10日授予Edward Hill 的美国专利No.6,491,404所公开的，以及于2004年1月13日授予Dhuler等人的 6,677,695所公开的，其在此通过参考合并入本申请中，它们包括可绕中心纵轴枢转的镜。 在上述Hill的专利公开的MEMs镜装置1，如图1所示，其包括矩形平坦表面2，其由 扭转(torsional)铰链4和5分别枢转安装到基片9上面的固定支柱7和8。扭转铰链可 以采用蛇状铰链的形式，如于2001年12月11日授予Hill等的美国专利No.6,327,855 中所公开，并如以RobertWood名义申请的于2002年9月12日公布的美国专利公开号 为No.2002/0126455中所公开，在此通过参考将它们合并入本申请中。为了紧密地安置 常规的MEMs镜，即使用高填充因子(fill factor)(填充因子＝宽度/间距)，它们必须 使用彼此平行的旋转轴定位。不幸的是，这种镜构造限制大大约束了在制造总体开关时 必须使用的其它设计选择。

当使用常规的MEMs布置时，设置在平坦表面2上的镜1，通过将平坦表面2 的一侧10a或平坦表面2的另一侧10b向基片9牵引，可以以正和负的角度旋转，例如 ±2°。不幸的是，当装置在位于装置旋转路径末端的端口(port)之间切换时，随着镜1 将光束扫过这些端口，中间的端口接收光线的时间不到一毫秒，由此引起不需要的光学 瞬态现象(transient)或动态串扰(cross-talk)。

动态串扰问题的一个解决方案是开始或同时使镜绕第二轴旋转，由此避开中间 端口。在图2中示出可绕两个轴旋转的MEMs镜的一个例子，它包括通过第一对扭转弹 簧12和13枢转安装到外平衡环14的镜平台11，通过第二对扭转弹簧17和18将外平 衡环14枢转安装到基片16。在于2003年3月4日授予Brenner的美国专利No.6,529， 652和于2002年9月24日授予Yu等人的6,454,421中公开了外平衡装置的例子。不幸 的是，外平衡环大大限制了在给定区域及其附近可以布置镜的数量，即填充因子。而且， 外平衡环可以引起从支撑结构反射出的光的不合需要的反射，例如扭转弹簧12和13 以及外平衡环14。

为解决此问题提出的另一个方案在于2003年3月18日授予Nasiri等人的美国 专利No.6,533,947中公开，它包括在镜平台下面的铰链。不幸的是，这些类型的镜装置 包括四个分开的绕轴旋转的杆，这需要大量的空间和昂贵的多步制造工艺。所以，整个 铰链结构不能隐藏在镜平台下面。

克服由上面列出的原申请的发明人提出的现有技术的缺点的方案是提供一种高 填充因子MEMs镜装置，它可以绕与相邻的镜相同的轴旋转。在优选实施方式中，MEMs 镜装置相对容易制造，使用内部平衡环，并可以用于高填充因子的应用中。

通常在MEMs镜装置中，铰链和反射镜被限定在相同的半导体中，例如Si层， 由此当前镜的最小厚度要求是15微米，以阻止由于金的应力松弛而引起的曲率半径的 蠕变，规定铰链宽度应该小于1.5微米，以获得所需的弹性常数。这些铰链尺寸受当前 特征分辨率(feature resolution)和晶片均匀性两者刻蚀工艺(DRIE process)所限制。 通过独立地优化镜和铰链的厚度，所需的铰链宽度可以提高到宽松的(comfortable)制 造公差内而不牺牲镜的平整度。而且，整个晶片的电压-倾角均一性和产率(yield)将 提高。

本发明的一个目的是通过提供一种MEMs装置来克服现有技术的缺点，其包括 隐藏在镜平台下面的铰链结构，从而消除铰链厚度和镜厚度之间的相互影响，并使镜曲 率和铰链尺寸优化，同时保持了高填充因子。

发明内容

因此，本发明涉及一种微电子机械(MEMs)装置，包括：

平台，在基片上方可绕相互垂直的第一轴和第二轴枢转；

底座，在平台下面从基片向上延伸；