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TW202430467A - Mems拉伸結構及製造方法 - Google Patents

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TW202430467A
TW202430467A TW112135719A TW112135719A TW202430467A TW 202430467 A TW202430467 A TW 202430467A TW 112135719 A TW112135719 A TW 112135719A TW 112135719 A TW112135719 A TW 112135719A TW 202430467 A TW202430467 A TW 202430467A
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TW112135719A
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English (en)
Inventor
安德魯 霍金
Original Assignee
美商卡利恩特技術股份有限公司
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Abstract

一種微機電（MEM）裝置，可包括：一第一平台，其包括一第一平台反射表面；一第一框架，其樞轉耦合至該第一平台；一第二框架，其耦合至該第一框架；以及以下一個或多個：設於該第一框架和該第二框架的多個第二框架撓曲件或設於該第一平台的多個第一平台撓曲件；以及一張力結構。該張力結構可耦合至該第一框架以促進該等第二框架撓曲件或該等第一平台撓曲件中一個或多個的一張力量，以避免該等第二框架撓曲件或該等第一平台撓曲件中該一個或多個的屈曲。

Description

MEMS拉伸結構及製造方法
本發明是關於一種拉申結構極其製造方法，特別是有關於一種MEMS拉伸結構及製造方法。 ［交互參照］
本申請案主張2022年9月20日申請，標題名稱為「MEMS拉伸結構及製造方法」(MEMS TENSIONING STRUCTURES AND METHODS OF MANUFACTURE)的美國臨時申請案第63/376,335號的優先權。該臨時申請案整體以引用的方式併入本文。
微機電系統（MEMS）裝置是具有電路的微型機械結構，並且使用多樣的積體電路（IC）製造方法製造。一類型的MEMS裝置是MEMS微鏡裝置。可以在微鏡裝置中的兩個電極之間施加電壓來控制狀態。微鏡裝置的狀態調整可控制光的強度和方向。微鏡裝置在影片投影、顯微鏡和光學領域有多種應用方式。
本發明揭露微機電系統（MEMS）微鏡裝置，其配置有多樣的張力結構，以及製造此MEMS微鏡裝置的方法。
一種微機電（MEM）裝置，可包括：一第一平台，其包括一第一平台反射表面；一第一框架，其樞轉耦合至該第一平台；一第二框架，其耦合至該第一框架；以及以下一個或多個：設於該第一框架和該第二框架的多個第二框架撓曲件或設於該第一平台的多個第一平台撓曲件；以及一張力結構。該張力結構可耦合至該第一框架以促進該等第二框架撓曲件或該等第一平台撓曲件中一個或多個的一張力量，以避免該等第二框架撓曲件或該等第一平台撓曲件中該一個或多個的屈曲。與該第一平台或該第一框架中一個或多個相較，該張力結構可包含一材料，其具有不同的熱膨脹係數。該張力結構可部分嵌入或完全嵌入該第一框架中。該張力結構可部分嵌入或完全嵌入該第一框架的一邊緣部分，其鄰近於該第一平台。
該張力結構可包含一第一部分，其位於該第一框架的一第一邊緣部分上，以及一第二部分，其位於該第一框架的一第二邊緣部分上。該第一平台與該第一部分或該第二部分中的一個或多個之間的一第一距離大於該第三部分與該第一平台之間的一第二距離。該第一框架可包含以下一個或多個：一個或多個孔或一個或多個寬度縮減部分，其配置成促進該張力量。該張力結構可包含多個段，其可部分嵌入或完全嵌入該第一框架中。該張力結構可基本上垂直於該第一框架的一邊緣。該張力結構可包含多個段，其利用可基本上一致的一預定距離間隔開來。該張力結構可包含一鋸齒型圖案(zig-zag pattern)或一正弦波圖案的一個或多個。該張力結構的一第一部分可基本上平行於該張力結構的一第二部分。該張力結構可基本上平行於該第一框架的一邊緣。該張力結構的一第一部分的一第一長度可基本上相同於該張力結構的一第二部分的一第二長度。
一種在一微機電（MEM）裝置中促進張力的方法，可包括：將一可移動框架耦合至具有一反射表面的一平台和一固定框架；以及將一個或多個張力結構嵌入該可移動框架中，以促進在一個或多個撓曲件中的張力量，以避免該一個或多個撓曲件的屈曲。上述方法可包含：嵌入多個段於該可移動框架中。該一或多個張力結構可包含一鋸齒型圖案或一正弦波圖案的一個或多個。該可移動框架可包含以下一個或多個：一個或多個孔或一個或多個寬度縮減部分，其配置成促進該張力量。該一或多個張力結構可部分嵌入或完全嵌入該可移動框架的一邊緣部分，其鄰近於該平台。該一或多個張力結構可包含一第一部分與一第二部分。可位於該可移動框架的一邊緣部分的該第一部分距離該平台小於一第一距離，且可位於該可移動框架的該邊緣部分的該第二部分距離該平台大於該第一距離。
一種促進一微機電（MEM）裝置中一張力結構的方法，可包含以下一或多個：將一層介電材料形成在一基板的一第一側面上；將包含介電材料的一個或多個垂直絕緣溝槽形成在該基板的該第一側面上；將位於該基板的一第二側面之上的一光罩層進行圖案化，該第二側面相對於該基板的該第一側面；將多個貫孔(via)形成在該基板的該第一側面上；將該基板的該第一側面金屬化；將一第二金屬層沉積在該基板的該第一側面上，以形成一反射表面；將多個第二溝槽形成在該基板的該第一側面上，以界定出多個結構；深蝕刻該基板的該第二側面，以形成多個窄葉片；在形成該等窄葉片之後，將一基礎晶圓接合至該基板的該第二側面；或者蝕刻穿過該基板的該第一側面上的該等第二溝槽，以釋放該等結構並且提供電氣絕緣。
該MEM裝置可包括：一第一平台，其包括一第一平台反射表面；一第一框架，其樞轉耦合至該第一平台；一第二框架，其耦合至該第一框架；以及一張力結構。該張力結構可耦合至該第一框架以促進多個第二框架撓曲件或多個第一平台撓曲件中一個或多個的一張力量，以避免該等第二框架撓曲件或該等第一平台撓曲件中該一個或多個的屈曲。該基板可包括一矽晶圓並且該介電材料可為二氧化矽。
前述的一般性敘述與以下詳細敘述僅為示例性的與解釋性的，且並非限制所要求保護的所揭露的具體實施例。 [援引併入]
本說明書中所提到的所有出版物、專利和專利申請案均通過引用併入本文，其程度與每個單獨的出版物、專利或專利申請案被具體且單獨地指出以引用的方式併入的程度相同
US 6,355,554 B1於2002年3月12日領證，為Choi等人；
US 6,396,711 B1於2002年5月28日領證，為Degani等人；
US 7,261,826 B2於2007年8月28日領證，為Adams等人；
US 2002/0011759 A1於2002年1月31日公開，為Adams等人；
US 2002/0146200 A1於2002年10月10日公開，為Kudrle等人；
US 2004/0061579 A1於2004年4月1日公開，為Nelson；
US 2005/0045727 A1於2005年3月3日公開，為Fu；
US 2005/0184003 A1於2005年8月25日公開，為Rodgers等人；;
US 2006/0203326 A1於2006年9月14日公開，為Fu；
US 2008/0164542 A1於2008年7月10日公開，為Yang等人；
US 2011/0241137 A1於2011年10月6日公開，為Huang等人；
US 2012/0235725 A1於2012年9月20日公開，為Elmallah等人；
US 2013/0250532 A1於2013年9月26日公開，為Bryzek等人；
US 2013/0270660 A1於2013年10月17日公開，為Bryzek等人；
US 2020/0252716 A1於2020年8月6日公開，為Pedersen等人；以及
US 2021/0396852 A1於2021年12月23日公開，為Wang等人。
微MEMS反射鏡裝置可包括具有腔的固定框架和腔中的反射鏡組件。反射鏡組件可包括可移動框架（其可利用第一固定框架撓曲件和第二固定框架撓曲件懸掛於固定框架）以及中心平台（其可利用第一中心平台撓曲件和第二中心平台撓曲件懸掛於可移動框架）。中心平台可包括反射表面/鏡面。可移動框架能夠繞第一軸樞轉。第一軸可從第一固定框架撓曲件延伸至第二固定框架撓曲件。中心平台能夠繞第二軸樞轉。第二軸可從第一中心平台撓曲件和第二中心平台撓曲件延伸。可移動框架和中心平台能夠因靜電致動而樞轉。靜電致動可產生電場，該電場可以導致反射鏡組件（例如，可移動框架、中心平台）樞轉。
當撓曲件（例如，固定框架撓曲件和/或中心平台撓曲件）沒有被施加適當的張力時，可能會由於當反射鏡組件因熱或封裝應力而沿著不想要的方向樞轉時所產生的壓縮力，使得撓曲件可能會屈曲(buckle)和/或變形。對撓曲件施以增加的張力，可減少壓縮力以及撓曲件的屈曲和/或變形，但可能會增加彎曲剛度並因此增加不理想的模式以及一些不理想模式的剛度，其可能具有不理想模式的共振遠離所需的模式的好處。
因此，配置有張力結構的MEMS微鏡裝置可能是有幫助的，該張力結構可以減少撓曲件上的壓縮力，同時使其具有適當的張力。此外，製造MEMS微鏡裝置的方法可能是有幫助的。
微機電（MEM）裝置可以包括第一平台，該第一平台包括第一平台反射表面；第一框架樞轉地連接至第一平台；以及定位在第一框架上的一個或多個第一框架撓曲件或定位在第一平台上的第一平台撓曲件。張力結構可連結到第一框架，以有利於第一框架撓曲件或第一平台撓曲件中的一個或多個中的一定量的張力，以避免第一框架撓曲件或第一平台撓曲件中的一個或多個的屈曲。
I. 微機電（ MEM ）陣列
圖1示出根據本發明中一些實施方式的MEMS反射鏡陣列100的一部分的上層視圖，MEMS反射鏡陣列100可包括一個或多個MEMS微鏡裝置101a、101b、101c。如圖所示，MEMS反射鏡陣列100可包括用於MEMS微反射鏡裝置101a的反射鏡腔112。
MEMS反射鏡陣列100可以具有多個MEMS微鏡裝置101a、101b、101c。MEMS反射鏡陣列100中的MEMS微鏡裝置101a可包括中心平台130、可移動框架132和固定框架134。如圖所示，固定框架134可形成反射鏡腔112，中心平台130和可移動框架132可設置在反射鏡腔112。以下一項或多項可提供反射裝置或表面（例如，反射鏡）：（i）耦合至中心平台130或（ii）利用第一中心平台撓曲件136A（其可稱為第一水平彈簧）以及第二中心平台撓曲件136B（其可稱為第二水平彈簧）懸掛在可移動框架132上。反射裝置或表面（例如，反射鏡）可重新引導光束，其沿著的光路可不同於接收到的光束的光路。MEMS微鏡裝置101a可包括位於中心平台130上的反射鏡（未示出），也被稱為「反射鏡單元」或「具有反射鏡的MEMS致動器」。
中心平台130的旋轉可獨立於可移動框架132的旋轉。MEMS微鏡裝置101a可允許解耦運動。例如，中心平台130可相對於固定框架134旋轉，而可移動框架132可相對於固定框架134保持平行且固定。另外，可移動框架132可相對於固定框架134旋轉，而中心平台可相對於可移動框架132保持平行且固定。可移動框架132可以透過第一固定框架撓曲件140A（其可稱為第一垂直雙彈簧）以及第二固定框架撓曲件140B（其可以稱為第二垂直雙彈簧）接合固定框架134。此外，中心平台130和可移動框架132可同時且彼此獨立地旋轉。中心平台130、可移動框架132和固定框架134可以是不平行的並且在致動期間相對於彼此分離。
MEMS微鏡裝置101a可以包括張力結構。張力結構可以是各種形狀且可嵌入可移動框架132中以促進如圖3A至圖3D、圖5A至圖5B、圖6和圖7A至圖7B中所描述和所示的張力。張力結構（例如，其可以嵌入在可移動框架132中）可具有以下用來促進張力的結構，其能與可移動框架132、中心平台130和固定框架134中的一個或多個不同的量或不同的速率膨脹。張力結構（例如，其可以嵌入在可移動框架132中）包括可以具有不同膨脹特性的材料（例如，SiO 2），該材料可作用於可移動框架132（例如，其可以由Si形成），其可在第一固定框架撓曲件140A和第二固定框架撓曲件140B上產生張力（例如，增加第一固定框架撓曲件140A和第二固定框架撓曲件140B的端處的位移，使第一固定框架撓曲件140A和第二固定框架撓曲件140B被拉緊）。另外，張力結構（例如，其可以嵌入在可移動框架132中）可作用在可移動框架132上，這可以在第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B上產生張力。（例如，增加第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B的端處的位移來使第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B被拉緊）。
可移動框架132中可使用各種形狀（如圖4A所示的可移動框架132中的孔402，或圖4B中所示的寬度縮減部分430）以改變可移動框架132的形狀（和/或結構）以促進如圖4A至圖4B所描述和所示的張力。可移動框架132可使用上述變型和/或利用孔402，其剛性會小於沒有使用上述變型和/或不利用孔402的可移動框架132。可移動框架132可使用變型（例如，圖4B中所示的寬度縮減部分430），其剛性會小於完整寬度的可移動框架132。使用變型的可移動框架132可，其剛性會小於沒有使用變型的可移動框架132。因此，可移動框架132中的張力結構（例如，剛度減少）可增加垂直雙彈簧（例如，第一固定框架撓曲件140A和第二固定框架撓曲件140B）的端處的位移，這可能會在垂直雙彈簧中產生更大的張力。可移動框架132中的張力結構（例如，剛度減少）可以增加水平彈簧（例如，第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B）的端處的位移，這可能會增加水平彈簧的張力。
在施加壓縮力時，張力結構可促進張力以最小化或減少撓曲件的屈曲（例如，第一中心平台撓曲件136A、第二中心平台撓曲件136B、第一固定框架撓曲件140A和第二固定框架撓曲件140B）所引起的位置扭曲的可能性。
圖2示出沿圖1中的剖面線2-2所截取具有頂側10和底側20的MEMS反射鏡陣列100的部分剖面，其中MEMS反射鏡陣列100內的每個層可具有指向頂側10的層頂面和指向底側20的底面。此陣列可以具有矽晶圓210（其可以是MEMS反射鏡陣列100的基礎晶圓）、裝置晶圓220，其中可製造MEMS反射鏡陣列100，以及可充當保護層的蓋晶圓250。可使用例如玻璃料接合、共晶接合、熱壓接合、熔融接合或陽極接合將矽晶圓210接合到裝置晶圓220。在接合製程期間，一對接合元件212、212’可以接觸到圍繞MEMS反射鏡陣列100的矽構件238、238’。第二對接合元件222、222’，例如熔結玻璃密封件，可設置在蓋晶圓250的任一端處，將裝置晶圓220接合到蓋晶圓(lid wafer)250。
可以使用乾式蝕刻在裝置晶圓220的上表面（例如，頂側10）處將結構釋放。乾式蝕刻可穿透多個溝槽226以懸掛反射鏡236（例如，圖1的中心平台130）和框架230（例如，圖1中的可移動框架132）的可移動元件。可蝕刻正面直到蝕刻接近或剛好到達反射鏡腔232來形成隔離接頭228。另外，釋放蝕刻可藉由將例如框架230的矽與周圍構件238、238’的矽分離來促進電氣絕緣。貫孔224可以將矽區域連接至金屬互連件240。為了將反射鏡與外部環境密封，蓋晶圓250可以例如透過第二對接合元件222、222’接合到裝置晶圓220，第二對接合元件222、222’可以是熔結玻璃密封件。蓋晶圓250可以是玻璃，以允許入射光在反射鏡上方的反射鏡腔242中以低損耗透射、從反射鏡236的上表面反射、並透射出反射鏡腔242。
II. 促進張力的結構性變化
微機電（MEM）裝置101可以包括第一平台（例如，中心平台130），其可包括第一平台反射表面（例如，微鏡）。MEM裝置101可包括第一框架（例如，可移動框架132），其可樞轉地耦合到第一平台（例如，中心平台130）。MEM裝置101可包括以下一個或多個：（i）一個或多個第二框架撓曲件（例如，第一固定框架撓曲件140A和第二固定框架撓曲件140B），其可定位在第二框架（例如，固定框架134）以及第一框架（例如，可移動框架132）之上；（ii）定位在第一平台和第一框架（例如，可移動框架132）上的一個或多個第一平台撓曲件（例如，第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B）。
MEM裝置101包括可耦合到第一框架（例如，可移動框架132）的張力結構，以促進第二框架撓曲件（（例如，第一固定框架撓曲件140A和第二固定框架撓曲件140B）或第一平台撓曲件（例如，第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B中的一個或多個中的一定量的張力），以避免第二框架撓曲件（（例如，第一固定框架撓曲件140A和第二固定框架撓曲件140B）或第一平台撓曲件（例如，第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B）中的一個或多個屈曲。
張力結構可包括材料，其熱膨脹係數不同於第一平台（例如，中心平台130）、第一框架（例如，可移動框架132）或第二框架（例如，固定框架134）中的一個或多個的材料。張力結構可部分或完全嵌入第一框架（例如，可移動框架132）。
張力結構可部分或完全嵌入邊緣部分，例如內邊緣部分132A（如圖3A至圖3D、圖5A至圖5B、圖6和圖7A至圖7B所示）或鄰近第一平台（例如，中心平台130）的第一框架（例如，可移動框架132）的外邊緣部分，例如如圖3C所示的304A、或如圖3D所示的305A、或如圖3C所示的304B或如圖3D所示的305B。圖3A和圖3B示出用於可移動框架132的上部UP的第一張力結構302A（其可以被稱為「遮陽帽」形狀圖案溝槽中的SiO 2層），以及用於可移動框架132的下部LP的第二張力結構302B（其可以被稱為「倒置遮陽帽」形狀圖案溝槽中的SiO 2層），根據本發明的一些實作方式，其可以嵌入在可移動框架132中。第一張力結構302A和/或第二張力結構302B可以完全嵌入可移動框架132。第一張力結構302A和/或第二張力結構302B可以部分嵌入可移動框架132。第一張力結構302A和/或第二張力結構302B可以包括SiO 2或適當的材料，其可膨脹量可不同於與可移動框架132（例如，其可以由Si形成）的膨脹量。
如圖3A和圖3B所示，第一張力結構302A和第二張力結構302B可嵌入可移動框架132的鄰近中心平台130的內邊緣部分132A中。
第一張力結構302A（其可以完全或部分嵌入）和第二張力結構302B（其可以完全或部分嵌入）可包括材料（例如，SiO 2），其膨脹特性可不同於當可移動框架132的材料的膨脹特性，其可作用在可移動框架132上以在第一固定框架撓曲件140A和第二固定框架撓曲件140B上產生張力。另外或替代地，第一張力結構302A（其可完全或部分嵌入）和第二張力結構302B（其可完全或部分嵌入）可包括材料（例如，SiO 2），其膨脹特性可不同於當可移動框架132的材料的膨脹特性，其可作用在可移動框架132上以在第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B上產生張力。
張力結構（例如，第三張力結構304）可包括下列一項或多項：（i）第一部分（如圖3C所示的304A或如圖3D所示的305A）、（ii）第二部分（如圖3C所示的304B或如圖3D所示的305B）、或（iii）第三部分（如圖3C所示的304C或如圖3D所示的305C）。圖3C示出第三張力結構304，其可以包括第一部分304A（其可以被稱為填充在直線形狀溝槽中的SiO 2層）、第二部分304B（其可以被稱為填充在直線形狀溝槽中的SiO 2層），以及第三部分304C（其可以被稱為圓頂形溝槽中的SiO 2層）用於可移動框架132的上部UP。圖3D示出第四張力結構305，其包括第一部分305A（其可以被稱為直線形狀溝槽中填充的SiO 2層）、第二部分305B（其可以被稱為直線形狀溝槽中填充的SiO 2層）、和第三部分305C（其可以被稱為倒置圓頂形狀溝槽中的SiO 2層）用於可移動框架132的下部部分LP，其可以嵌入（例如，完全或部分地）在可移動框架132中。
如圖所示，第三張力結構304和第四張力結構305可以完全嵌入可移動框架132。替代地或附加地，第三張力結構304和第四張力結構305可以部分地嵌入可移動框架132中。第三張力結構304和第四張力結構305可以包括SiO 2或適當材料，其膨脹量可不同於可移動框架132（例如，其可以由Si形成）的膨脹量。
相比於可移動框架132、中心平台130或固定框架134中的一個或多個的膨脹量，嵌入的第三張力結構304和第四張力結構305的膨脹量可為不同，以在第一固定框架撓曲件140A和第二固定框架撓曲件140B上產生張力（例如，增加第一固定框架撓曲件140A和第二固定框架撓曲件140B的端處的位移，使第一固定框架撓曲件140A和第二固定框架撓曲件140B被拉緊）。替代地或附加地，嵌入的第三張力結構304和第四張力結構305可以在第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B上產生張力（例如，增加第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B的端處的位移來使第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B被拉緊）。
第一平台（例如，中心平台130）與第一部分（如圖3C中所示的304A或如圖3D中所示的305A）或第二部分（如圖3C中所示的304B或如圖3D所示的305B）中的一個或多個之間的第一距離，可以大於第三部分（如圖3C所示的304C或如圖3D所示的305C）和第一平台（例如，中心平台130）之間的第二距離。如圖3C和圖3D所示，第三張力結構304和第四張力結構305的第三部分304C、305C可嵌入可移動框架132的鄰近中心平台130的內邊緣部分132A中。第三張力結構304和/或第四張力結構305的第一部分304A、305A和/或第二部分304B、305B可嵌入外邊緣部分中，如圖3C所示的304A或如圖3D所示的305A或如圖3C所示的304B或如圖3D中所示的305B，其可遠離可移動框架132的內邊緣部分132A且可鄰近中心平台130。然而，第一部分304A、305A和/或第二部分304B、305B可嵌入或靠近可移動框架132的鄰近中心平台130的內邊緣部分132A，以增加第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B中的張力（例如，增加第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B的端處的位移，使第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B被拉緊）並且減少第一固定框架撓曲件140A中的張力，（透過減少第一固定框架撓曲件140A和第二固定框架撓曲件140B的端處的位移）。當第一部分304A、305A和/或第二部分304B、305B更遠離中心平台130時，可增加第一固定框架撓曲件140A和第二固定框架撓曲件140B中的張力（例如，從2.2μN到4.0µN）以及可減少第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B中的張力（例如，從7.8μN至1.4μN）。因此，可選擇或調整第一部分304A、305A和/或第二部分304B、305B的長度和位置，以微調撓曲件上（例如，第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B、第一固定框架撓曲件140A和第二固定框架撓曲件140B）的張力。
可移動框架132可包括以下一項或多項：（i）一個或多個孔（如圖4A所示的402A或402B）或（ii）一個或多個寬度縮減部分（如圖4B所示的寬度縮減部分430）。圖4A示出本發明的一些實施方式中可移動框架132（例如，可移動框架132中的孔402）的變型，這可降低可移動框架132的剛度。例如，可移動框架132的上部UP（如圖3A至圖3C所示）（右上部分UR、左上部分UL）以及可移動框架132的下部LP（如圖3A和圖3D所示）（右下部分LR、左下部分LL），其包括多個孔402（例如，正方形或矩形開口）。如圖4A所示，可移動框架132可包括孔402A，孔402A可彼此間隔開預定距離（例如，其可以是從約2微米至約5微米的預定距離，如3微米，其可以是每個孔402A之間的均勻預定距離）。替代地或附加地，可移動框架132可包括孔402B（其能交替方式設定），孔402B可以彼此間隔開預定距離（例如，約2微米至約5微米的預定距離，例如3微米，其可以是每個孔402A之間的均勻預定距離）。孔可以是正方形或三角形。如圖所示，可移動框架132包括具有孔402（例如，孔402A、402B）的適當構架結構。
可移動框架132可配置有孔402，具有孔402的可移動框架132的剛性可低於不具有孔402的可移動框架132的剛性。因此，可移動框架132中的孔402可促進垂直雙彈簧（例如，第一固定框架撓曲件140A和第二固定框架撓曲件140B）的端處的位移增加（例如，從3.75nm到4.09nm）。這可增加垂直雙彈簧中的張力（例如，位移增加10%，可促進10%的張力增加）。同樣地，可移動框架132中的孔402可促進水平彈簧的端（例如，第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B）處的位移的增加（例如，從5.65nm到7.47nm），這可增加水平彈簧（例如，第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B）中的張力（例如，位移增加30%，可促進30%的張力增加）。
圖4A示出孔402可具有多種形狀，包括但不限於正方形、長方形和三角形。也可為其他形狀，例如圓形、八邊形、六邊形、菱形，而不會脫離本發明範圍。
圖4B示出配置有寬度縮減部分430的可移動框架132。例如，可移動框架132的上部UP（如圖3A至圖3C所示）（例如，右上部分UR、左上部分UL）和可移動框架132的下部LP（如圖3A和3D所示）（例如，右下部分LR、左下部分LL），其包括寬度縮減部分430。寬度縮減部分430的寬度W可約為15至約30微米。替代地或附加地，寬度縮減部分430的寬度W可約為5微米至約15微米。
可移動框架132可配置為具有寬度縮減部分430，進而比不具有寬度縮減部分430的可移動框架132的剛性更小。因此，寬度縮減部分430可以增加垂直雙彈簧（例如，第一固定框架撓曲件140A和第二固定框架撓曲件140B）的端處的位移（例如，從3.75nm到4.27nm），這可增加垂直雙彈簧（例如，第一固定框架撓曲件140A和第二固定框架撓曲件140B）中的張力（例如，位移增加10%，這可促進10%張力增加）。替代地或附加地，可移動框架132中的寬度縮減部分430可以增加水平彈簧（例如，第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B）端處的位移（例如，從5.65nm到6.27nm），這可增加水平彈簧（例如，第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B）中的張力（例如，位移增加10%，這可以促進10%張力增加）。
如圖5A所示，張力結構（例如，第五張力結構502）包括可部分嵌入第一框架（例如，可移動框架132）中的多個段（例如，短段504）。多個段（例如，短段504）可以間隔開預定距離，該預定距離可以是基本上均勻的。當多個段中的每個鄰接段之間的間隔與每個鄰接段之間的平均間隔相差小於10%、5%、3%、2%或1%中的一項或多項時，預定距離可以是基本均勻的。
圖5A示出可嵌入可移動框架132中的第五張力結構502。如圖所示，第五張力結構502可包括多個短段504。短段504可以完全嵌入可移動框架132中或可以部分嵌入可移動框架132。例如，部分嵌入的短段504在可移動框架132中嵌入的部分約2/3，而暴露於外的部分約1/3。短段504可包括SiO 2或適當的材料，其膨脹量不同於可移動框架132、中心平台130或固定框架134中的一個或多個的膨脹量。例如，第五張力結構502可設定在可移動框架132的上部UP（如圖3A至圖3C所示）（例如，右上部分UR、左上部分UL）處，以及可移動框架132的下部LP（如圖3A和圖3D所示）（例如，右下方部分LR、左下方部分LL）。
如圖5A所示，短段504可嵌入可移動框架132的鄰近中心平台130的內邊緣部分（例如，132A）。短段504可以彼此間隔開預定距離（例如，5微米和15微米之間的距離，例如10微米），該距離可以是每個短段504之間的均勻距離。
如所討論的，嵌入的張力結構（例如，第五張力結構502）的膨脹量不同於可移動框架132、中心平台130或固定框架134中的一個或多個的膨脹量，這可使得第一固定框架撓曲件140A和第二固定框架撓曲件140B上產生張力（例如，透過增加第一固定框架撓曲件140A和第二固定框架撓曲件140B的端處的位移）。同樣地，嵌入的張力結構（例如，短段504）可以在第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B上產生張力（通過增加第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B的端處的位移）。相比於第六張力結構506所覆蓋的可移動框架132的一部分，第五張力結構502是覆蓋可移動框架132的縮減部分。由第五張力結構502所覆蓋的縮減部分使得可移動框架132中的第一張力結構302A的量減少。
圖5B示出可嵌入可移動框架132中的第六張力結構506。與可移動框架132的被第五張力結構502覆蓋的部分相比，第六張力結構506可覆蓋更大部分的可移動框架132。在一個例子中，第六張力結構506可覆蓋第一張力結構302A的基本和/或整個弧形部分。當第一張力結構302A的弧形部分的95%、96%、97%、98%或99%中的多於一個或多個被第六張力結構506覆蓋時，第六張力結構506可覆蓋第一張力結構302A的基本弧形部分。由第六張力結構覆蓋的較大部分可以允許移除可移動框架132中的第一張力結構302A。
第六張力結構506可包括多個短段504，其可完全或部分嵌入可移動框架132。如圖5B所示，短段504可部分嵌入可移動框架132。例如，大約2/3的短段504可以嵌入在可移動框架132中，大約1/3的短段504可暴露出來。短段504可包括SiO 2或適當的材料，其膨脹輛可不同於可移動框架132的膨脹量。
如圖5B所示，短段504可嵌入可移動框架132的鄰近中心平台130的邊緣部分。短段504可以彼此間隔開預定距離（例如，5微米和15微米之間的距離，例如10微米），該距離可以是每個短段504之間的均勻距離。
嵌入的第六張力結構506的膨脹量可不同於可移動框架132、中心平台130或固定框架134中的一個或多個的膨脹量，可在第一固定框架撓曲件140A和第二固定框架撓曲件140B上產生張力（例如，透過增加第一固定框架撓曲件140A和第二固定框架撓曲件140B的端處的位移）。嵌入的第六張力結構506可在第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B上產生張力（藉由增加第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B的端處的位移）。
被配置成包括短段504的可移動框架132的上部UP（例如，如圖3A至圖3C所示）可鄰近第一固定框架撓曲件140A並且可移動框架132的下部LP（例如，如圖3A和圖3D所示）可鄰近第二固定框架撓曲件140B。
張力結構（例如，第七張力結構602）可包括鋸齒形圖案或正弦波圖案中的一種或多種。現在參照圖6，第七張力結構602（也稱為具有突然交替的右轉和左轉形式的鋸齒形張力結構）可以完全或部分嵌入在可移動框架132中。第七張力結構602可配置為包含在鋸齒形圖案的溝槽結構中的SiO 2層，如圖6所示。第七張力結構602可以完全嵌入可移動框架132。第七張力結構602可以由多種材料形成，包括SiO 2或適當材料，其膨脹量可不同於可移動框架132（例如，由Si形成）的膨脹量。
如圖6所示，第七張力結構602可嵌入可移動框架132的鄰近中心平台130的內邊緣部分132A。第七張力結構602的膨脹量可不同於可移動框架132、中心平台130或固定框架134中的一個或多個的膨脹量，第七張力結構602可在第一固定框架撓曲件140A和第二固定框架撓曲件140B上產生張力（例如，透過增加第一固定框架撓曲件140A和第二固定框架撓曲件140B的端處的位移）。同樣地，第七張力結構602可在第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B上產生張力（藉由增加第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B的端處的位移）。
可移動框架132的上部UP（例如，如圖3A至圖3C所示）（右上部分UR、左上部分UL）以及可移動框架132的下部LP（例如，如圖3A和圖3D所示）（右下方部分LR、左下方部分LL）可包括第七張力結構602。
圖6中第七張力結構602可以在急劇的交替右轉和左轉中的每一個處具有彎曲端（例如，彎曲端602A）。另外或替代地，第七張力結構602可具有曲率半徑（例如，在每個交替的右轉和左轉處）。例如，第七張力結構602的曲率可以有曲率半徑，根據製造標準，在外部和內部彎曲處、在交替的右轉和左轉處，其可能接近尖端。另外或替代地，第七張力結構602可以具有正弦波圖案。
張力結構（例如，第八張力結構701）的第一部分704基本上平行於第八張力結構701的第二部分705。當第一部分704和第二部分705之間的角度與兩個元件之間的0度角相差小於10度、5度、3度、2度或1度中的一個或多個時，第一部分704和第二部分705可視為基本上彼此平行。圖7A示出第八張力結構701（例如，溝槽中的SiO 2層），其可以包括嵌入在可移動框架132中的第一部分704和第二部分705。如圖所示，第八張力結構701的第一部分704和第八張力結構701的第二部分705可以完全嵌入可移動框架132中。替代地或附加地，第八張力結構701的第一部分704和第八張力結構701的第二部分705部分地嵌入在可移動框架132中。第八張力結構701的第一部分704和第八張力結構701的第二部分705可包括SiO 2或適當材料，其膨脹量不同於可移動框架132的膨脹量。另外或替代地，第一部分704和第二部分705可嵌入可移動框架132的鄰近中心平台130的內邊緣部分132A中。
第八張力結構701的膨脹量可不同於一個或多個可移動框架132的膨脹量，中心平台130或固定框架134可在第一固定框架撓曲件140A和第二固定框架撓曲件140B上產生張力（例如，透過增加第一固定框架撓曲件140A和第二固定框架撓曲件140B的端處的位移）。同樣地，第八張力結構701可以在第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B上產生張力（藉由增加第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B的端處的位移）。
如圖所示，第八張力結構701的第一部分704和第二部分705可以從可移動框架132的右上部分UR延伸至可移動框架132的左上部分UL（如圖3A至圖3C所示），而第八張力結構701的第二部分705可短於第八張力結構701的第一部分704。如圖所示，第八張力結構701的第一部分704和中心平台130之間的距離可以小於第八張力結構701的第二部分705和中心平台130之間的距離。
第九張力結構702的第一部分706的第一長度可以與第九張力結構702的第二部分707的第二長度基本相同。現在轉向圖7B，第九張力結構702（例如，溝槽中的SiO2層）可以包括可以嵌入在可移動框架132中的第一部分706和第二部分707。如圖所示，第九張力結構702的第一部分706和第二部分707可完全嵌入可移動框架132。替代地或附加地，第八張力結構701的第一部分706或第二部分707中的一個或多個可以部分地嵌入在可移動框架132中。例如，第九張力結構702的第一部分706完全嵌入可移動框架132中，並且第九張力結構702的第二部分707部分嵌入可移動框架132中，反之亦然。第九張力結構702的第一部分706和第二部分707可包括SiO 2或適當的材料，其膨脹量可不同於可移動框架132的膨脹量。
如圖7B所示，第九張力結構702的第一部分706和第二部分707嵌入的位置更靠近可移動框架132的鄰近中心平台130的內邊緣部分132A。
第九張力結構702的膨脹量可不同於可移動框架132、中心平台130和固定框架134中的一個或多個的膨脹量，這可能會在第一固定框架撓曲件140A和第二固定框架撓曲件140B上產生張力（例如，透過增加第一固定框架撓曲件140A和第二固定框架撓曲件140B的端處的位移）。同樣地，嵌入的第九張力結構702可在第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B框架上產生張力（藉由增加第一中心平台撓曲件136A和第二中心平台撓曲件136B的端處的位移）。
如圖所示，第九張力結構702的第一部分706和第二部分707可以從可移動框架132的右上部分UR延伸至可移動框架132的左上部分UL（如圖3A至圖3C所示）。如圖所示，第九張力結構702的第一部分706的長度基本上相同於第九張力結構702的第二部分707的長度，並且可以定位成基本上彼此平行。當第一部分706和第二部分707之間的長度總百分比差異小於以下一項或多項時：第一部分706和第二部分707中較大部分的10%、5%、3%、2%或1%。當第一部分706和第二部分707之間的角度相差小於10度、5度、3度、2度或1度中的一個或多個時，第一部分706和第二部分707可以視為基本上彼此平行。
圖8示出根據本發明中所述的至少一個示例的示例方法800的處理流程，示例方法800可用於促進MEM裝置中的張力。可以根據本發明中描述的至少一個示例來配置方法800。
方法800可以開始於方塊805，其中該方法可以包括將可移動框架耦合到具有反射表面的平台和固定框架。
在方框810處，此方法可包括將一個或多個張力結構嵌入可移動框架中，以促進一個或多個撓曲件中的一張力量，進而避免一個或多個撓曲件的屈曲。
該方法可以包括將多個段嵌入可移動框架中。張力結構可包括鋸齒形圖案或正弦波圖案中的一種或多種。可移動框架可包括以下一項或多項：一個或多個孔或一個或多個寬度縮減部分。張力結構可以部分地或完全地嵌入第一框架的鄰近第一平台的邊緣部分。張力結構可包括第一部分、第二部分和第三部分。
可以對方法800進行修改、新增或省略而不脫離本發明的範圍。例如，在一些範例中，方法800可包括未明確示出或描述的任何數量的其他元件。
III. 製造方法
製造一MEM陣列(例如，圖1中的MEMS為鏡陣列100)的方法，可包含：將一層介電材料形成在一基板的一第一側面上；將包含介電材料的一個或多個垂直絕緣溝槽形成在該基板的該第一側面上；將位於該基板的一第二側面之上的一光罩層進行圖案化，該第二側面相對於該基板的該第一側面；將多個貫孔形成在該基板的該第一側面上；將該基板的該第一側面金屬化；將一第二金屬層沉積在該基板的該第一側面上，以形成一反射表面；將多個第二溝槽形成在該基板的該第一側面上，以界定出多個結構；深蝕刻該基板的該第二側面，以形成多個窄葉片；在形成該等窄葉片之後，將一基礎晶圓(例如，圖2的矽晶圓210)接合至該基板的該第二側面；或者蝕刻穿過該基板的該第一側面上的該等第二溝槽，以釋放該等結構並且提供電氣絕緣。
該MEM裝置可包括以下一或多個：一第一平台，其包括一第一平台反射表面；一第一框架，其樞轉耦合至該第一平台；一第二框架，其耦合至該第一框架；以及一張力結構，耦合至該第一框架。該張力結構可耦合至該第一框架以促進多個第二框架撓曲件或多個第一平台撓曲件中一個或多個的一張力量，以避免該等第二框架撓曲件或該等第一平台撓曲件中該一個或多個的屈曲。
該基板可包括一矽晶圓。替代地或附加地，該介電材料可為二氧化矽。替代地或附加地，該方法可以包括在金屬化基板的第一側之後在基板的第一側上形成鈍化介電質層以及將蓋晶圓附接到基板的第一側上中的一個或多個。可以由玻璃組成蓋晶圓。
參考圖9A至圖9K闡述製造方法的流程。
圖9A示出矽晶圓902（例如，界面晶圓上的矽）的剖面，矽晶圓902厚度範圍可選擇為300至600微米（um）。矽晶圓902可以具有頂側10（或裝置側或僅為頂部）和背側或底側20。由矽晶圓902形成的MEMS反射鏡陣列100內的層可以具有指向頂側10的層頂表面和指向底側20的底表面。將矽晶圓902標示在該圖的左上部分。埋入式氧化物層912的厚度可以是0.5至1μm且埋入式氧化物層912位於頂側10下方10至50μm處。
圖9B至圖9E示出本發明中一些實施方式的製造張力結構的製程。
儘管可能會有多種製造方法的變型，但是本範例的製程如圖9B至圖9E所示，如US 6,239,473所述。用於製造隔離溝槽結構的製程可用來製造張力結構。張力結構可以完全或部分嵌入機械結構內。
參考圖9B，矽晶圓902可設有光罩層914。光罩層914可以是二氧化矽（例如，氧化物層）。矽晶圓902可具有任意的摻雜、電阻率和晶體取向，因為該製程可以依賴反應離子蝕刻來雕刻和形成結構。光罩層914可以在溝槽蝕刻製程期間保護矽晶圓902的上表面並且可以代表光罩層。此光罩層914可以由多種技術形成，包括矽的熱氧化或化學氣相沉積（CVD）。光罩層914的厚度可為0.5μm至1.0μm。可將光阻層916旋塗到矽晶圓902上並且使用微影技術來曝光和顯影以界定出溝槽圖案922。可以使用反應離子蝕刻將光阻圖案轉移到光罩層914使得矽晶圓902的頂面暴露出來。通常，可以在氟利昂氣體混合物（例如CHF 3或CF 4）中蝕刻二氧化矽光罩。可利用高密度電漿反應器（例如感應耦合電漿（「ICP」）室）達成二氧化矽蝕刻的高蝕刻速率。這些ICP室使用高功率RF源來維持高密度電漿，並在晶圓上使用較低功率RF偏壓，使得能在低離子能量下達成高蝕刻速率。此硬體配置可使用200 nm/min的氧化物蝕刻速率和大於1:1的光阻選擇性。
如圖9C所示，可以透過使用高蝕刻速率、高選擇性蝕刻對矽進行深反應離子蝕刻來在矽晶圓902中形成溝槽922。可以使用六氟化硫（SF 6）氣體混合物在高密度電漿中蝕刻溝槽，如美國專利No. 5,501,893中所述。優選地，可控制蝕刻使得溝槽922輪廓是凹入的或錐形的，其中溝槽922的頂部比溝槽922的底部窄。漸縮的溝槽922使得在後續處理中能達到適當的電氣絕緣。在反應離子蝕刻中，可透過調節鈍化程度或透過改變蝕刻過程中的放電參數（功率、氣流、壓力）使得輪廓逐漸變細。因為在溝槽922中填充介電材料，溝槽922頂部處的開口的寬度可以小於2μm。溝槽922深度範圍可在10μm至50μm之間。用於蝕刻溝槽922的製程可以是在ICP電漿中交替蝕刻步驟（SF 6和氬混合物）與鈍化步驟（氟利昂和氬），對光阻（大於50:1）和氧化物（大於100:1）的高選擇性蝕刻速率超過2 µm/min。可隨著溝槽加深而增加蝕刻循環的功率和時間以達成錐形輪廓。儘管溝槽幾何形狀可以是凹入的，但是可以透過微結構處理中的調整以配合任意溝槽輪廓。可使用多種溝槽蝕刻化學物質來達到適當結果。在蝕刻矽溝槽之後，可以利用濕化學或乾灰化技術去除光致抗蝕劑層916，並且可以利用反應離子蝕刻（「RIE」）或緩衝氫氟酸去除光罩層914。
參考圖9D，溝槽922中可填充絕緣介電材料，例如二氧化矽。填充過程可在溝槽922中產生大部分固體部分（例如上述的SiO 2層），並且可以在矽晶圓902的頂側（頂面）上沉積介電材料的光罩層914，並且在溝槽922的側壁928和底部上沉積介電質層。沉積層的厚度可能超過1μm。可利用在高溫下氧化矽來完成這種填充。在熱氧化中，晶圓可能會暴露在900-1150℃溫度的富氧環境中。此氧化過程可能消耗矽表面以形成二氧化矽。此製程產生的體積膨脹可能導致溝槽的側壁相互侵蝕，最終封閉溝槽開口。當處於高溫時，與室溫相比，新形成的氧化物和矽可以相對無應力。當晶圓回到室溫時，晶圓的矽與二氧化矽之間不匹配的熱膨脹係數可能會產生熱應力。由於氧化物具有較低的熱膨脹係數，它可能會拉緊相鄰的矽，如果不附著在氧化物上，矽的尺寸可能會進一步減少。
在溝槽922填充製程期間，可能未將溝槽輪廓完全填充，這會導致在溝槽922中形成界面932和空隙930。空隙930中的局部應力集中可能導致一些裝置的電氣和機械故障，但由於溝槽922的封閉幾何形狀，不會影響到其他微機械元件。溝槽922可形成為溝槽922頂部的溝槽開口處比溝槽922的底部更寬以將界面932和空隙930消除。然而在後續操作中，適當的電氣絕緣可以使用微結構溝槽蝕刻的附加錐度。溝槽填充製程的另一個產物可以是壓痕926，其可以在溝槽922上方居中的介電質914的表面中產生。此壓痕可用於各種溝槽填充製程，並且可深至0.5 µm，具體取決於沉積的厚度。為了去除壓痕926，可以將表面平坦化以形成平坦的或基本平坦的表面，如圖9E所示，用於隨後的微影和沈積步驟。平坦化可以透過化學機械拋光（CMP）或透過沉積黏性材料（可以是光阻劑、旋塗玻璃或聚醯亞胺）並且使材料流動以填充壓痕926至平滑的表面來執行。在黏性材料的回蝕期間（這可以是平坦化的第二步驟），可以均勻地蝕刻表面，包括已填充的壓痕。因此，藉由去除部分表面氧化物層，可以去除壓痕926以產生均勻厚度的層。例如，當光罩層914最初的厚度為2μm時，則去除壓痕926的平坦化可留下最終厚度小於1μm的光罩層914。矽晶圓902的頂側10（上表面）可以幾乎沒有缺陷並且可以準備好進行進一步的微影和沈積。
圖9F示出具有光罩層914和隔離溝槽922的矽晶圓902。在製造隔離溝槽922之後，可以使用前後對準來微影圖案化矽晶圓902的底面20（背面）上的葉片的光罩層。可將葉片圖案972暴露出來並蝕刻到光罩層中作為隔離溝槽922。光罩層914可以是由熱生長的氧化矽和透過化學氣相沉積沉積的氧化物的組合所構成的層。它也可以由諸如鋁的金屬層組成。可利用反應離子蝕刻將微影圖案轉移到光罩層中，但是可能直到製程的後期才會完成矽葉片蝕刻。在不蝕刻葉片的情況下，可以透過剩餘的裝置層輕鬆處理晶圓。葉片圖案972的背面通常可以將頂面與隔離溝槽922對齊到幾微米之內。
可如圖9G所示將矽晶圓902的頂側10之上的金屬化。為了與下方的矽晶圓902接觸，可以使用微影和反應離子蝕刻將貫孔950、952圖案化並蝕刻到光罩層914中。在一些區域中，可蝕刻貫孔954穿過埋入式氧化物層912和902的頂部矽部分，並且可利用多晶矽填充貫孔954以產生多晶矽貫孔。在蝕刻貫孔950、952之後，可沉積金屬化物以形成金屬層940並圖案化以將金屬互連件956經由貫孔952而形成至矽晶圓902。作為一個示例，金屬可以是鋁並且可以使用濕蝕刻技術來進行圖案化。在具有高互連密度的反射鏡陣列中，使用乾蝕刻或蒸鍍(evaporation)金屬掀離技術對金屬進行圖案化可達到更精細的線寬。金屬層940可提供接合焊墊和互連件，其可將來自控制電路的電訊號連接到反射鏡以控制反射鏡致動。
沉積第二金屬層960可以供反射鏡表面。可調節這種金屬以在感興趣光波長下提供高反射鏡表面反射率，並且可以使用掀離技術進行蒸鍍和圖案化，以允許更廣泛的金屬化技術選擇。可由500nm的鋁組成該金屬化物。然而，諸如Cr/Pt/Au之類的附加金屬疊層可用於增加光纖常見波長帶的反射率。因為可能會在應力下沉積金屬並可能影響最終的反射鏡表面平整度，可藉由在蒸鍍之前使用以下介電質的乾蝕刻來達到將反射鏡區域中光罩層914的厚度減少。
在圖9H中，可以完成頂部處理。首先，可以施加鈍化介電質層（未示出）以在後續處理期間保護金屬化層。可將接合焊墊區域中的鈍化介電質層去除。其次，可使用已定義分隔結構元件的溝槽921的多次蝕刻來界定出包括框架、反射鏡和支撐件的反射鏡結構。蝕刻可以是自對準的並且穿過各種金屬、介電質和矽晶圓902進行。可以向頂側施加進一步的覆蓋式沉積，其鈍化溝槽921的側壁並且為機械釋放準備好頂側。
如圖9I所示，背面矽蝕刻可以將葉片圖案972轉移到矽晶圓902基板中以獲得葉片970。可使用美國專利No. 5,501,893中所揭示的技術，使用對氧化物的高選擇性的深矽蝕刻來執行該蝕刻。深矽蝕刻在葉片970中達到接近垂直的輪廓，其名義上可以是5至20μm寬並且超過300μm深。在埋入式氧化物層912上停止蝕刻，使得在晶圓上提供均勻的深​​度，同時不穿透矽晶圓902的頂側10的表面。由於蝕刻停止在埋入式氧化物層912上，所以不能使用細長構件去除裝置上的蝕刻深度變化。因此，可能會有不同的模式。可以跨反射鏡元件和跨反射鏡陣列同時對葉片970進行蝕刻。此時可以蝕刻埋入式氧化物層912。
參考圖9J，因為裝置晶圓現在已準備好用於微結構釋放，由於處理衝擊或氣流，裝置晶圓220可能變得更容易受到產量損失的影響。為了方便處理並幫助氣密地密封反射鏡陣列，可將矽晶圓902（或基礎晶圓）接合到裝置晶圓220以在釋放之後保護葉片。對於一個範例，可以透過使用諸如熔結玻璃材料接合元件之類的接合元件211a進行接合，可將接合元件211a加熱至其流動溫度並且然後再將其冷卻。以這種方式，400℃溫度的接合元件211a產生氣密密封以包圍反射鏡陣列。使用接合元件211a，例如熔結玻璃材料接合元件，將裝置晶圓220和矽晶圓210分離，這使得葉片可在沒有阻抗的情況下擺動通過高旋轉角度。通常，間距可以大於25um。
使用二氧化矽和矽的乾蝕刻的組合在圖9K中的晶圓頂面上完成最終結構釋放，其穿透溝槽921以懸掛反射鏡236和框架230的可移動元件。另外，釋放蝕刻透過將例如框架230的矽與周圍構件238a、238b和裝置晶圓220的矽分離來促進電氣絕緣。貫孔952用於將矽區域連接到金屬互連件956（如圖9G所示）。為了將反射鏡與外部環境密封，蓋晶圓250例如透過接合元件222a和222b（例如，熔結玻璃密封件）接合到裝置晶圓220（如圖2所示）。蓋晶圓250通常是玻璃，其允許入射光在反射鏡腔242中以低損耗傳輸（如圖2所示），反射鏡236的上表面反射，並傳輸出反射鏡腔242（如圖2所示）。
雖然本文已經示出和描述了本發明的優選實施例，但是熟習該項技藝者將明白僅舉例說明的此多個實施例。在不悖離本發明的情況下，熟習該項技藝者能想到許多變化、改變和替換方式。應當理解，在實施本發明時可採用本文所描述本發明實施例的各種替代方案。旨在界定出本發明的範疇與藉此所涵蓋這些請求項及其等同請求項範疇內的方法和結構。
10:頂側 20:底側 100:MEMS反射鏡陣列 101:微機電（MEM）裝置 101a:MEMS微鏡裝置 101b:MEMS微鏡裝置 101c:MEMS微鏡裝置 112:反射鏡腔 130:中心平台 132:可移動框架 132A:內邊緣部分 134:固定框架 136A:第一中心平台撓曲件 136B:第二中心平台撓曲件 140A:第一固定框架撓曲件 140B:第二固定框架撓曲件 210:矽晶圓 211a:接合元件 212:接合元件 212’:接合元件 220:裝置晶圓 222:接合元件 222’:接合元件 222a:接合元件 222b:接合元件 224:貫孔 226:溝槽 228:絕緣接頭 230:框架 232:鏡腔 236:反射鏡 238:矽構件 238’:矽構件 238a:周圍構件 238b:周圍構件 240:金屬互連件 242:鏡腔 250:蓋晶圓 302A:第一張力結構 302B:第二張力結構 304:第三張力結構 304A:第一部分 304B:第二部分 304C:第三部分 305:第四張力結構 305A:第一部分 305B:第二部分 305C:第三部分 402:孔 402A:孔 402B:孔 430:寬度縮減部分 502:第五張力結構 504:短段 506:第六張力結構 602:第七張力結構 602A:彎曲端 701:第八張力結構 702:第九張力結構 704:第一部分 705:第二部分 706:第一部分 707:第二部分 800:範例方法 805:方塊 810:方塊 902:矽晶圓 912:埋入式氧化層 914:光罩層 916:光阻層 921:溝槽 922:溝槽圖案 926:壓痕 928:側壁 930:空隙 932:界面 940:金屬層 950:貫孔 952:貫孔 954:貫孔 956:金屬互連 960:第二金屬層 970:葉片 972:葉片圖案 LL:左下部分 LP:下部 LR:右下部分 UL:左上部分 UP:上部 UR:右上部分 W:寬度
在所附的申請專利範圍中具體闡述了本發明的新穎特徵。通過參考對在其中利用到本發明原理的說明性具體實施例加以闡述的以下詳細描述和附圖，將會對本發明的特徵和優點獲得更好的理解：
圖1示出根據本發明中一些實施方式的MEMS反射鏡陣列的一部分的上層視圖，MEMS反射鏡陣列可包括多個MEMS微鏡裝置；
圖2示出根據本發明中一些實施方式的沿圖1中的剖面線2-2所截取MEMS反射鏡陣列的部分剖面；
圖3A和圖3B示出根據本發明中一些實施方式的嵌入可移動框架的第一張力結構與第二張力結構；
圖3C和圖3D示出根據本發明中一些實施方式的嵌入可移動框架的第三張力結構與第四張力結構；
圖4A示出根據本發明的一些實施方式的可移動框架；
圖4B示出根據本發明的一些實施方式的可移動框架；
圖5A示出根據本發明的一些實施方式的嵌入可移動框架中的第五張力結構；
圖5B示出根據本發明的一些實施方式的嵌入可移動框架中的第六張力結構；
圖6示出根據本發明的一些實施方式的嵌入可移動框架中的第七張力結構；
圖7A示出根據本發明的一些實施方式的嵌入可移動框架中的第八張力結構；
圖7B示出根據本發明的一些實施方式的嵌入可移動框架中的第九張力結構；
圖8示出根據本發明的一些實施方式的用於促進MEM裝置中的張力的處理流程；以及
9A至圖9K示出根據本發明的一些實施方式的製造張力結構的製程。
100:MEMS反射鏡陣列
101a:MEMS微鏡裝置
101b:MEMS微鏡裝置
101c:MEMS微鏡裝置
112:反射鏡腔
130:中心平台
132:可移動框架
134:固定框架
136A:第一中心平台撓曲件
136B:第二中心平台撓曲件
140A:第一固定框架撓曲件
140B:第二固定框架撓曲件

Claims (22)

  1. 一種微機電（MEM）裝置，其包括： 一第一平台，其包括一第一平台反射表面； 一第一框架，其樞轉耦合至該第一平台； 一第二框架，其耦合至該第一框架； 以下一個或多個： 設於該第一框架和該第二框架的多個第二框架撓曲件或設於該第一平台的多個第一平台撓曲件；以及 一張力結構，其中該張力結構耦合至該第一框架以促進該等第二框架撓曲件或該等第一平台撓曲件中一個或多個的一張力量，以避免該等第二框架撓曲件或該等第一平台撓曲件中該一個或多個的屈曲。
  2. 如請求項1所述的MEM裝置，其中與該第一平台或該第一框架中一個或多個相較，該張力結構包含一材料，其具有不同的熱膨脹係數。
  3. 如請求項1所述的MEM裝置，其中該張力結構部分嵌入或完全嵌入該第一框架中。
  4. 如請求項1所述的MEM裝置，其中該張力結構部分嵌入或完全嵌入該第一框架的一邊緣部分，其鄰近於該第一平台。
  5. 如請求項1所述的MEM裝置，其中該張力結構包含一第一部分，其位於該第一框架的一第一邊緣部分上，以及一第二部分，其位於該第一框架的一第二邊緣部分上。
  6. 如請求項5所述的MEM裝置，其中該第一平台與該第一部分或該第二部分中的一個或多個之間的一第一距離大於該第三部分與該第一平台之間的一第二距離。
  7. 如請求項1所述的MEM裝置，其中該第一框架包含以下一個或多個：一個或多個孔或一個或多個寬度縮減部分，其配置成促進該張力量。
  8. 如請求項1所述的MEM裝置，其中該張力結構包含多個段，其部分嵌入或完全嵌入該第一框架中。
  9. 如請求項8所述的MEM裝置，其中該張力結構基本上垂直於該第一框架的一邊緣。
  10. 如請求項1所述的MEM裝置，其中該張力結構包含多個段，其利用基本上一致的一預定距離間隔開來。
  11. 如請求項1所述的MEM裝置，其中該張力結構包含一鋸齒型圖案或一正弦波圖案的一個或多個。
  12. 如請求項1所述的MEM裝置，其中該張力結構的一第一部分基本上平行於該張力結構的一第二部分。
  13. 如請求項1所述的MEM裝置，其中該張力結構基本上平行於該第一框架的一邊緣。
  14. 如請求項1所述的MEM裝置，其中該張力結構的一第一部分的一第一長度基本上相同於該張力結構的一第二部分的一第二長度。
  15. 一種在一微機電（MEM）裝置中促進張力的方法，包括： 將一可移動框架耦合至具有一反射表面的一平台和一固定框架；以及 將一個或多個張力結構嵌入該可移動框架中，以促進在一個或多個撓曲件中的張力量，以避免該一個或多個撓曲件的屈曲。
  16. 如請求項15所述的方法，更包含： 嵌入多個段於該可移動框架中。
  17. 如請求項15所述的方法，其中該一或多個張力結構包含一鋸齒型圖案或一正弦波圖案的一個或多個。
  18. 如請求項15所述的方法，其中該可移動框架包含以下一個或多個：一個或多個孔或一個或多個寬度縮減部分，其配置成促進該張力量。
  19. 如請求項15所述的方法，其中該一或多個張力結構部分嵌入或完全嵌入該可移動框架的一邊緣部分，其鄰近於該平台。
  20. 如請求項15所述的方法，其中該一或多個張力結構包含一第一部分與一第二部分，其中位於該可移動框架的一邊緣部分的該第一部分距離該平台小於一第一距離，位於該可移動框架的該邊緣部分的該第二部分距離該平台大於該第一距離。
  21. 一種促進一微機電（MEM）裝置中一張力結構的方法，包含： 將一層介電材料形成在一基板的一第一側面上； 將包含介電材料的一個或多個垂直絕緣溝槽形成在該基板的該第一側面上； 將位於該基板的一第二側面之上的一光罩層進行圖案化，該第二側面相對於該基板的該第一側面； 將多個貫孔形成在該基板的該第一側面上； 將該基板的該第一側面金屬化； 將一第二金屬層沉積在該基板的該第一側面上，以形成一反射表面； 將多個第二溝槽形成在該基板的該第一側面上，以界定出多個結構； 深蝕刻該基板的該第二側面，以形成多個窄葉片； 在形成該等窄葉片之後，將一基礎晶圓接合至該基板的該第二側面；以及 蝕刻穿過該基板的該第一側面上的該等第二溝槽，以釋放該等結構並且提供電氣絕緣， 其中該MEM裝置包括： 一第一平台，其包括一第一平台反射表面； 一第一框架，其樞轉耦合至該第一平台； 一第二框架，其耦合至該第一框架；以及 一張力結構，其中該張力結構耦合至該第一框架以促進多個第二框架撓曲件或多個第一平台撓曲件中一個或多個的一張力量，以避免該等第二框架撓曲件或該等第一平台撓曲件中該一個或多個的屈曲。
  22. 如請求項21所述的方法，其中該基板包括一矽晶圓並且該介電材料為二氧化矽。
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