[发明专利]一种曲面异形MEMS二维扫描微镜及其制备方法

说明书

本发明提出了一种曲面异形MEMS二维扫描微镜，包括外框、内框、线圈、曲面镜面、快轴以及慢轴，曲面镜面位于整体结构的中心，通过快轴与内框相连接，内框通过慢轴与外框连接，其中：曲面镜面采用球冠面，为一个球面被平面所截后剩下的曲面；线圈采用内置方式，由外置永磁体提供与微镜成45°的磁场，通过Z方向的洛伦兹力控制快轴及慢轴的扭臂梁的扭转，实现慢轴、快轴即Y轴、X轴的扫描；曲面异形二维扫描微镜在电磁力的控制下，在X、Y轴实现周期性、高频率摆动。本发明采用曲面异形结构，用曲面镜代替平面镜，极大地增加了MEMS二维扫描微镜的扫描视场，增大了激光雷达的扫描角度。

技术领域

本发明涉及微机电系统技术，具体涉及一种曲面异型MEMS二维扫描微镜及其制备方法。

背景技术

MEMS微镜是指采用光学MEMS技术制造的，把微光反射镜与MEMS驱动器集成在一起的光学MEMS器件。相较于传统的扫描镜，MEMS二维扫描微镜作为新一代三维成像激光雷达的核心部件，具有尺寸小、成本低、扫描频率高、响应速度快和功耗低等优点，广泛应用于光通信、扫描成像、激光雷达等领域。

传统的MEMS二维扫描微镜的反射镜面采用平面镜，受限于MEMS扫描微镜转动梁的刚度极限和可靠性等制约，MEMS扫描微镜的扫描角度与转台式激光雷达相比较小，这大大的制约了新一代三维成像激光雷达的应用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种曲面异形MEMS二维扫描微镜及其制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种曲面异形MEMS二维扫描微镜，包括外框、内框、线圈、曲面镜面、快轴以及慢轴，曲面镜面位于整体结构的中心，通过快轴与内框相连接，内框通过慢轴与外框连接，其中：

曲面镜面采用球冠面，为一个球面被平面所截后剩下的曲面，也可看作圆弧绕过它的一个端点的圆的直径旋转一周得到的面；线圈采用内置方式，由外置永磁体提供与微镜成45°的磁场，通过Z方向的洛伦兹力控制快轴及慢轴的扭臂梁的扭转，实现X轴(慢轴)的扫描与Y轴(快轴)的扫描；曲面异形二维扫描微镜在电磁力的控制下，在X、Y轴实现周期性、高频率摆动。

进一步的，在快、慢轴上集成微型角度传感器，用于实时反馈快轴及慢轴的扭转信息，为后端进行进一步反馈控制提供信号，以进一步增强微镜转动线性度。

更进一步的，微型角度传感器采用磁控溅射技术沉积一层压电薄膜，将压电薄膜置于惠斯通电桥内构成，当梁扭转时产生压力，压电薄膜阻值发生变化，信号通过电桥放大读出。

一种曲面异形二维MEMS微镜的制作方法，采用6英寸MEMS工艺技术，相比较4英寸工艺技术而言，前者具有更高的效率，有利于提升微镜批量化制备水平，制备流程如下：

步骤1，预处理6英寸SOI晶圆，首先对晶圆进行标准RCA清洗，去离子水冲洗，并氮气吹干；

步骤2，对晶圆的顶层硅进行MA6/BA6接触式光刻，选用光刻胶AZ5214，光刻胶厚度为1.5μm；显影后采用磁控溅射技术，对顶层硅的刻蚀区域进行线宽为2μm，厚度400nm的金属薄膜沉积；采用lift-off工艺去除光刻胶，形成内置线圈；

步骤3，对晶圆的顶层硅进行MA6/BA6接触式光刻，选用光刻胶AZ4620，光刻胶厚度为8μm；显影后通过ICP深硅刻蚀机、BOSCH工艺对顶层硅进行高垂直度深硅刻蚀，刻蚀至氧化层终止；

步骤4，对顶层硅的中心区域进行MA6/BA6接触式光刻，选用光刻胶AZ5214，光刻胶厚度为1.5μm；显影后采用磁控溅射技术，对顶层硅的中心区域进行反射金属薄膜的沉积，沉积的薄膜厚度为250nm；完成工艺后采用PECVD沉积一层厚度为500nm的二氧化硅层作为保护层；

步骤5，对晶圆的背部衬底进行光刻，采用MA6/BA6接触式光刻，以二氧化硅作为掩膜，进行深硅刻蚀，刻蚀至埋氧层时，终止刻蚀；