CN102067433A - 可动结构体及使用它的光扫描反射镜 - Google Patents

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野毛宏
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Abstract

本发明提供一种半导体机械结构体,即使从外部施加冲击,合叶也不会破损,提高了耐冲击性。光扫描反射镜1具备:可动板2、分别将一端部与可动板2的两个侧部连接而构成可动板2的1个摆动轴的一对合叶3、以包围可动板2的周围的方式配置并支承各合叶3的另一端部的固定框架4、形成于固定框架4中的挡块部6。当可动板2向侧方发生位移时,挡块部6即与可动板2的凹部2e的侧缘部接触,限制可动板2向侧方的位移。这样,即使从外部施加冲击,也可以防止合叶3的破损。

Description

可动结构体及使用它的光扫描反射镜
技术领域
本发明涉及一种形成于半导体基板上、具有由合叶轴式支承且可摆动地构成的可动板的可动结构体。
背景技术
以往,例如作为条形码阅读器或投影仪等光学机器,已知有一种使用了如下的光扫描反射镜的机器,其使设有反射镜面的可动板摆动,对向该反射镜面入射的光束等进行扫描(例如参照专利文献1至专利文献3)。作为光扫描反射镜,例如已知一种具有使用微加工技术成形的半导体可动结构体的小型的光扫描反射镜。这种可动结构体具有在作为光扫描反射镜使用时形成反射镜面的可动板、支承可动板的固定框架。可动板与固定框架相互由合叶连结。可动板例如由形成于可动板与固定框架之间的相互面对的一对梳齿电极驱动。梳齿电极例如被按照将电极彼此以数μm左右的间隔咬合的方式形成,通过向彼此的电极间施加电压而产生静电力。可动板利用梳齿电极产生的驱动力,一边扭转合叶,一边相对于固定框架转动,从而以合叶为轴摆动。
但是,这种光扫描反射镜中,为了以小的驱动电压来确保扫描光时所必需的摆角,只要使合叶变窄,减小合叶的扭转方向的弹簧常数即可。但是,如果像这样使合叶变窄,则合叶对于物理性冲击的耐受就会变得脆弱,在从外部施加冲击时合叶会发生破损,从而会有光扫描反射镜无法动作的情况。
专利文献1中,公开有将外罩基板与半导体基板接合的光扫描反射镜的结构。但是,在该结构中,即使设置外罩基板,可动板的位移也无法被抑制,如果从外部施加冲击,则在可动板位移而与外罩基板抵接前合叶就有可能受到损坏。另外,专利文献2中,公开有一种形成了可以支承成为可动板的倾斜中心的中央部的枢轴的微反射镜装置。但是,该微反射镜装置由于需要将枢轴与可动板的中央部对应,并且需要与可动板邻近地正确地形成于规定位置,因此存在难以容易地制造的问题。
但是,这种光扫描反射镜中所用的梳齿电极,为了产生大的静电力而由极细地形成的很多梳齿构成。当从外部对光扫描反射镜施加振动或冲击等,朝向可动板的侧方的位移量变大时,就会使设于可动板中的梳齿与固定框架等接触,或使设于固定框架中的梳齿与可动板等接触。由于各梳齿又细又脆弱,因此当像这样与固定框架或可动板等接触时,就有可能发生破损。
专利文献1:日本特开2004-109651号公报
专利文献2:日本特开2003-57575号公报
专利文献3:日本特开2004-13099号公报
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的,其目的在于,提供一种可动结构体,其可以很容易地制造,并且即使从外部施加冲击,合叶及梳齿电极也难以破损,具有高耐冲击性,此外还提供使用它的光扫描反射镜。
为了达成上述目的,技术方案1的发明是如下的可动结构体,即,具备:可动板、分别将一端部与上述可动板连接而构成上述可动板的1个摆动轴的一对合叶、被配置于上述可动板的周围并连接上述一对合叶的各自的另一端部而支承上述合叶的框架部,上述可动板被构成为,能在扭转上述一对合叶的同时相对于上述框架部摆动,其特征在于,还具备挡块部,上述挡块部在上述可动板发生位移时,则与可动结构体的一部分接触,限制上述可动板的位移。
技术方案2的发明在技术方案1所述的可动结构体中具有如下的特征,即,上述挡块部被设置成限制上述可动板的面内方向的位移。
技术方案3的发明在技术方案1或2所述的可动结构体中具有如下的特征,即,上述挡块部在上述合叶的侧方沿着该合叶地形成。
技术方案4的发明在技术方案1或2所述的可动结构体中具有如下的特征,即,还具备梳齿电极,上述梳齿电极在上述可动板的一部分及上述框架的一部分中被相互面对地形成,以使上述可动板相对上述框架部摆动,上述挡块部被配置为:在上述可动板沿上述面内方向发生位移时,与除去上述梳齿电极以外的可动结构体的其他的部位接触。
技术方案5的发明在技术方案1至4中任意一项所述的可动结构体中具有如下的特征,即,上述挡块部被一体化地形成于上述可动板或上述框架部中。
技术方案6的发明在技术方案3所述的可动结构体中具有如下的特征,即,在上述可动板中设有凹部,上述凹部是在由上述合叶轴式支承的部位的附近沿合叶的长度方向凹入地形成的,上述挡块部被一体化地形成于上述框架部中,且被形成为位于上述合叶与形成上述凹部的可动板的侧缘部之间。
技术方案7的发明在技术方案1至6中任意一项所述的可动结构体中具有如下的特征,即,在上述挡块部的角部,形成有R倒角形状的倒角部。
技术方案8的发明在技术方案1至7中任意一项所述的可动结构体中具有如下的特征,即,上述挡块部在上述可动板向侧方发生位移时,与接触该挡块部的可动结构体的其他的部位处于相同电位。
技术方案9的发明在技术方案1至8中任意一项所述的可动结构体中具有如下的特征,即,在上述挡块部的至少一部分中形成有防粘附膜或突起部,以便不与接触该挡块部的物体之间产生粘附。
技术方案10的发明在技术方案1所述的可动结构体中具有如下的特征,即,上述挡块部被设置为限制上述可动板的厚度方向的位移。
技术方案11的发明在技术方案10所述的可动结构体中具有如下的特征,即,上述可动板、合叶和框架被设于半导体基板中,在上述半导体基板的至少一面中,接合有用于保护上述可动板的保护基板,上述挡块部被从上述保护基板朝向上述可动板的摆动的中心轴突出设置。上述挡块部的特征在于,被从上述半导体基板朝向上述可动板的摆动的中心轴突出设置。
技术方案12的发明在技术方案11所述的可动结构体中具有如下的特征,即,上述挡块部被以在上述可动板位移时不与上述合叶抵接的程度,形成于远离上述合叶的位置。
技术方案13的发明在技术方案12所述的可动结构体中具有如下的特征,即,上述挡块部具有配置于上述可动板的上面侧的上挡块,上述上挡块被朝向上述合叶的摆动的中心轴突出设置,在上述可动板发生位移时与该可动板抵接而限制该可动板的位移。
技术方案14的发明在技术方案12所述的可动结构体中具有如下的特征,即,在上述可动板的下面,与该可动板一体化地形成支承体,上述挡块部具有配置于上述可动板的下面侧的下挡块,上述下挡块被沿着上述合叶的摆动的中心轴地朝向该中心轴突出设置,上述下挡块在上述可动板发生位移时抵接与该可动板一体化地发生位移的支承体而限制该可动板的位移。
技术方案15的发明是一种光扫描反射镜,其特征在于,具有技术方案1至14中任意一项所述的可动结构体,在上述可动板的上面,设有将入射的光反射的反射镜面。
根据技术方案1的发明,由于挡块部与可动结构体的一部分接触,限制可动板的位移,因此即使从外部施加冲击,合叶及梳齿电极也很难破损。这样,就可以提高可动结构体的耐冲击性。
根据技术方案2的发明,即使对可动结构体施加来自外部的冲击而使可动板沿面内方向位移,也可以利用挡块部限制可动板在面内方向的位移量。所以,由于不会使可动板很大地位移,合叶的破损得到防止,因此可以提高可动结构体的耐冲击性。
根据技术方案3的发明,由于挡块部配置于合叶的附近,因此即使在可动板相对于框架部倾斜的情况下,也可以有效地限制可动板在面内方向的位移。另外,与以往那样形成枢轴状的突起等的情况相比,挡块部的位置或形状等要求精度的程度低,因此可以比较容易地制造可动结构体。另外,由于挡块部不接触合叶,因此可以可靠地防止合叶的破损。
根据技术方案4的发明,由于不会有梳齿电极的梳齿与可动板或框架部等接触的情况,因此可以防止梳齿电极的破损,使可动结构体的耐冲击性提高。
根据技术方案5的发明,在对构成可动板或框架部的构件进行加工而形成可动板或框架部时可以很容易地形成挡块部,从而可以更加容易地制造可动结构体。
根据技术方案6的发明,在可动板发生位移时,通过挡块部与凹部的侧缘部接触,就可以限制可动板的位移量。所以,可以更加容易地并且牢固地构成用于限制可动板的位移量的结构。
根据技术方案7的发明,由于在可动板发生位移时与可动结构体的其他部位接触的挡块部的部位没有尖锐形状,因此在挡块部和与挡块部接触的部位发生接触时,很难在这些部位集中应力。所以,可以防止挡块部或可动结构体的与挡块部接触的部位的破损。
根据技术方案8的发明,即使可动板向侧方位移而使挡块部与可动结构体的其他部位接触,也可以防止产生由静电引力造成的粘附,可以防止可动板变得无法摆动。
根据技术方案9的发明,即使可动板向侧方位移而使挡块部与可动结构体的其他部位接触,也可以利用防粘附膜或突起部防止粘附的产生,可以防止可动板变得无法摆动。
根据技术方案10的发明,由于利用挡块部限制可动板的厚度方向的位移,因此即使在从外部沿可动板的厚度方向施加冲击的情况下,也可以防止合叶的破损,可以使可动结构体的耐冲击性提高。
根据技术方案11的发明,由于挡块被朝向在可动板摆动时可动板的位移少的摆动轴地突出设置,因此可以不妨碍可动板的以合叶为轴的摆动运动地使挡块接近可动板,可以更为有效地限制可动板在与半导体基板垂直的方向的位移。
根据技术方案12的发明,由于挡块不与合叶抵接,因此可以防止合叶接触挡块而破损的问题。
根据技术方案13的发明,可以利用上挡块与可动板的抵接来限制可动板的上面侧方向的位移。这样,就可以利用简单的构成,使可动结构体的耐冲击性提高。
根据技术方案14的发明,可以利用下挡块与支承体的抵接来限制可动板的下面侧方向的位移。这样,就可以利用简单的构成,使可动结构体的耐冲击性提高。
根据技术方案15的发明,可以使光扫描反射镜的耐冲击性提高,并且可以很容易地制造光扫描反射镜。
附图说明
图1(a)是表示作为本发明的第一实施方式的可动结构体的光扫描反射镜的上面侧的立体图,(b)是表示相同的光扫描反射镜的下面侧的立体图。
图2是上述光扫描反射镜的俯视图。
图3是图2的A-A线剖面图。
图4(a)是表示上述光扫描反射镜的挡块部附近部位的俯视图,(b)是表示可动板从平常时起发生了位移时的相同部位的俯视图。
图5是表示本发明的第二实施方式的光扫描反射镜的立体图。
图6(a)是表示上述光扫描反射镜的挡块部附近部位的俯视图,(b)是表示可动板从平常时起发生了位移时的相同部位的俯视图。
图7是表示本发明的第三实施方式的光扫描反射镜的立体图。
图8(a)是表示上述光扫描反射镜的挡块部附近部位的俯视图,(b)是表示可动板从平常时起发生了位移时的相同部位的俯视图。
图9是表示本发明的第四实施方式的光扫描反射镜的挡块部附近部位的俯视图。
图10是表示作为本发明的第五实施方式的可动结构体的光扫描反射镜的立体图。
图11是上述光扫描反射镜的俯视图。
图12是图11的A-A线剖面图。
图13是表示上述光扫描反射镜的挡块部附近部位的俯视图。
图14是表示上述光扫描反射镜的1个变形例的挡块部的俯视图。
图15是表示本发明的第六实施方式的光扫描反射镜的立体图。
图16是表示作为本发明的第七实施方式的可动结构体的光扫描反射镜的一例的分解立体图。
图17(a)是表示上述光扫描反射镜的上面侧的立体图,(b)是表示相同的光扫描反射镜的下面侧的立体图。
图18是图17(a)的A-A线剖面图。
图19是上述光扫描反射镜的半导体部的制造工序的侧剖面图。
图20是上述光扫描反射镜的半导体部的制造工序的侧剖面图。
图21是上述光扫描反射镜的半导体部的制造工序的侧剖面图。
图22是上述光扫描反射镜的半导体部的制造工序的侧剖面图。
图23是上述光扫描反射镜的半导体部的制造工序的侧剖面图。
图24是上述光扫描反射镜的制造工序的侧剖面图。
附图标记说明:1~光扫描反射镜(可动结构体),2~可动板,2e~凹部,3~合叶,4~固定框架(框架部),5~梳齿电极,6~挡块部,6a-倒角部,9~支承体,10~反射镜面,315~上挡块,325~下挡块。
具体实施方式
(第一实施方式)
下面,参照附图对本发明的第一实施方式进行说明。图1(a)、(b)、图2及图3表示本实施方式的光扫描反射镜(可动结构体)的一例。光扫描反射镜1例如是搭载于条形码阅读器、向外部的屏幕等投射图像的投影仪装置、或光开关等光学机器中的小型的构件,具有扫描从外部的光源等(未图示)入射的光束等的功能。
首先,对光扫描反射镜1的构成说明如下。光扫描反射镜1是通过将SOI(Silicon on Insulator)基板200使用所谓的微加工技术等加工而制作的MEMS(Micro Electro Mechanical System)元件。SOI基板200例如是将具有导电性的第一硅层(活性层)200a与第二硅层(基板层)200b夹隔着硅的氧化膜(BOX(Buried Oxide)层)220接合而成的3层构成的基板。由于氧化膜220具有绝缘性,因此第一硅层200a与第二硅层200b被相互绝缘。第一硅层200a的厚度例如为30μm左右,第二硅层200b的厚度例如为400μm左右。如图1(a)所示,光扫描反射镜1例如是俯视时一边为数mm左右的近似正方形或近似矩形的长方体状的元件。
光扫描反射镜1具备:可动板2,其俯视时为近似矩形形状,在上面形成有反射镜面10;一对合叶3,其分别将一端部与可动板2的两个侧部连接,构成可动板2的1个摆动轴;固定框架(框架部)4,其被配置为将可动板2的周围包围,支承各合叶3的另一端部;梳齿电极5,其具有可动板2的一部分的电极2a及固定框架4的一部分的电极4a;挡块部6,其形成于固定框架4中。如图1(b)所示,在可动板2的下方设有空隙,可动板2被可以一边扭转一对合叶3,一边以该合叶3作为摆动轴相对于固定框架4摆动地,借助该合叶3支承。一对合叶3被按照使它们所成的轴在俯视时通过可动板2的重心位置的方式形成。合叶3的宽度尺寸例如为数μm至数十μm左右。在固定框架4的上面,形成有例如为金属膜的电压施加部10a、10b。而且,可动板2或反射镜面10等的形状并不限于矩形,也可以是圆形等其他形状。光扫描反射镜1例如将玻璃基板110等接合在固定框架4的下面,安装于电路基板B等上。
如图3所示,可动板2及合叶3形成于第一硅层200a中。反射镜面10例如为铝制的薄膜,可以将从外部射入可动板2的上面的光束反射地形成。可动板2被以相对于与可动板2垂直且穿过合叶3的平面大致对称的形状形成,绕着合叶3顺畅地摆动地构成。
固定框架4由第一硅层200a、氧化膜220、以及第二硅层200b构成。本实施方式中,在固定框架4中,按照例如将第一硅层200a分割为相互绝缘的3个部位的形式形成沟槽101。沟槽101是在第一硅层200a中按照从第一硅层200a的上端连通到下端并到达氧化膜220的方式以槽形状形成的空隙。由于沟槽101仅形成于第一硅层200a中,因此固定框架4整体被一体化地构成。沟槽101被按照将固定框架4中的与一对合叶3分别连接的2个支承部4b同其他部位绝缘的方式形成于4处。通过形成沟槽101,固定框架4就被分割为:与一对合叶3分别连接,成为与可动板2相同的电位,在上面形成有电压施加部10a的2个支承部4b;和在上面分别形成有电压施加部10b的2个部位。由于沟槽101将第一硅层200a分离,因此这些部位被相互绝缘。即,如图2中对各个部位附加花纹地表示所示,可动板2、合叶3以及固定框架4由相互绝缘的3个部位构成。
梳齿电极5的电极2a形成于可动板2中的未连接合叶3的自由端侧的侧缘部,电极4a形成于固定框架4中的与该可动板2的侧缘部相面对的部分。构成梳齿电极5的电极2a及电极4a被相互咬合地形成。电极2a、4a间的间隙例如为2μm至5μm左右。
挡块部6是为了限制可动板2的朝向侧方,也就是朝向与由合叶3构成的摆动轴大致垂直且与SOI基板200的上面大致平行的方向的位移量而设置的。如图2所示,挡块部6在第一硅层200a中一体化地形成于固定框架4中,在合叶3的两个侧方,被沿着合叶3地从固定框架4向可动板2突出设置。本实施方式中,在可动板2中的连接着合叶3的部位,设有按照沿着远离固定框架4的方向,即沿着合叶3的长度方向凹入的方式形成的凹部2e。换言之,合叶3被与设于可动板2中的凹部2e的内侧缘部连接。挡块部6被制成,接近该可动板2的头端部位于合叶3与形成凹部2e的可动板2的侧缘部之间。挡块部6被制成,在未从外部对光扫描反射镜1施加冲击等的平常时,在其与合叶3之间具有规定的间隙,以便不会妨碍可动板2的摆动。所以,不会有合叶3与挡块部6抵接而破损的情况。挡块部6被从固定框架4中的连接着合叶3的支承部4b中突出设置,使得可动板2、合叶3以及挡块部6成为彼此相同的电位。
如图2所示,在挡块部6的头端部附近部位的角部,设有以R倒角形状形成的倒角部6a。另外,在处于凹部2e中的面向挡块部6的部位的角部,也设有以R倒角形状形成的倒角部2f。挡块部6被制成,同挡块部6与合叶3之间的间隙相比,挡块部6与可动板2的凹部2e之间的间隙一方更窄。而且,在挡块部6中的面向可动板2的部位,形成有防粘附膜(未图示)。防粘附膜例如是通过将DLC(Diamond Like Carbon)膜、或SAM(Self-assembled Monolayer)形成于挡块部6的面向可动板2的部位而设置的。
下面,对如上所述地构成的光扫描反射镜1的动作进行说明。光扫描反射镜1的可动板2,是通过梳齿电极5以规定的驱动频率产生驱动力而被驱动的。梳齿电极5例如是在将配置于支承部4b的电压施加部10a与接地电位连接,可动板2的电极2a为基准电位的状态下,通过使与电极4a处于相同电位的电压施加部10b的电位周期性变化,来向电极2a、4a之间施加规定的驱动频率的电压而被驱动的。通过将梳齿电极5中的2个电极4a的电位同时变化到规定的驱动电位(例如数十伏特),设于可动板2的两个端部的2个电极2a就会由与之分别相面对的电极4a利用静电力同时地拉近。在该光扫描反射镜1中,对梳齿电极5施加例如矩形波形状的脉冲电压,周期性地产生由梳齿电极5带来的驱动力。
本实施方式中,光扫描反射镜1被构成为,例如以静电力作为驱动力使可动板2摆动。当向电极2a、4a之间周期性地施加电压时,就会在两个电极2a、4a之间产生沿相互拉到一起的方向作用的静电引力,该静电引力在可动板2的自由端部,沿与可动板2的上面大致垂直的方向作用。即,当变更电压施加部10a、10b的电位而从外部对梳齿电极5施加驱动电压时,就会因静电力而在可动板2中产生绕着合叶3的扭距。
这种光扫描反射镜1中,一般来说在大多数情况下,因在其成形时产生内部应力等,即使在静止状态下可动板2也并非水平姿势,而是极为微小地倾斜的。由此,即使是从静止状态起,当梳齿电极5被驱动时,也会对可动板2施加与之大致垂直的方向的驱动力,可动板2以合叶3作为旋转轴转动。此后,在可动板2的姿势达到与固定框架4平行时,即,在电极2a与电极4a在侧视时达到完全重叠的状态时,一旦解除梳齿电极5的驱动力,可动板2就会利用其惯性力,一边扭转合叶3一边继续转动。此后,当可动板2的朝向转动方向的惯性力与合叶3的复原力相等时,可动板2的朝向该方向的转动就会停止。此时,梳齿电极5被再次驱动,可动板2利用合叶3的复原力和梳齿电极5的驱动力,开始朝向与此前相反的方向的转动。可动板2反复进行这种借助梳齿电极5的驱动力和合叶3的复原力的转动而发生摆动。梳齿电极5被施加由可动板2和合叶3构成的振动系统的共振频率的大约2倍的频率的电压而驱动,可动板2伴随着共振现象地被驱动,其摆动角变大。而且,梳齿电极5的电压的施加方式或驱动频率并不限于上述情况,例如也可以按照以正弦波形来施加驱动电压的方式构成,另外还可以按照使电极2a、4a的电位以相反的相位变化的方式构成。
这里,光扫描反射镜1通过设置挡块部6,与未设置挡块部6的情况相比具有高耐冲击性。图4(a)、(b)表示光扫描反射镜1中的挡块部6的附近部位。在未从外部施加冲击等的平常时,如图4(a)所示,合叶3基本上不挠曲,是在挡块部6与凹部2e的侧缘部之间也有空隙的状态。此时,例如当对光扫描反射镜1施加来自外部的振动或冲击等时,即如图4(b)所示,会有可动板2一边使合叶3变形一边比平常时更朝向侧方(图中以黑箭头表示)位移的情况。当位移量进一步变大时,由于挡块部6与凹部2de的侧缘部接触,因此可动板2在该方向上的位移受到妨碍,合叶3的变形量不会进一步增加。而且,在可动板2从平常时起位移而使挡块部6接触到凹部2e的侧缘部的期间,合叶3不与挡块部6接触。
而且,光扫描反射镜1例如是如下所示地制造的。即,首先在第一硅层200a上形成氧化膜220,贴合第二硅层200b而制成SOI基板200。然后,在该SOI基板200中的第一硅层200a侧,通过实施光刻或蚀刻等借助所谓的体材微加工技术的加工,从而形成成为可动板2、合叶3、固定框架4、梳齿电极5、挡块部6的形状(第一工序)。这样,通过使用体材微加工技术,就可以包含微细的形状地很容易地形成光扫描反射镜1的各部。其后,例如通过使用溅射等方法,在SOI基板200的第一硅层200a的上面形成金属膜。通过对该金属膜进行图案处理,而在可动板2的上面形成反射镜面10,在固定框架4的上面形成电压施加部10a、10b。
然后,对第二硅层200b,同样地借助体材微加工技术施加加工,形成成为固定框架4的形状(第二工序)。在对第一硅层200a、第二硅层200b进行加工后,进行氧化膜220的蚀刻。例如,通过从光扫描反射镜1的下面侧进行蚀刻,从而将固定框架4以外的部位的氧化膜220除去(第三工序)。这样,可动板2就被借助合叶3由固定框架4轴式支承,成为可以相对于固定框架4进行摆动的状态。当经过上述第一工序至第三工序时,即在SOI基板200上形成多个光扫描反射镜1。第三工序后,将形成于SOI基板200上的多个光扫描反射镜1一个个地切分。通过这一连串的工序,可以同时地制造多个光扫描反射镜1,使得光扫描反射镜1的制造成本降低。而且,光扫描反射镜1的制造工序并不限定于此,例如也可以利用激光加工或超声波加工等来成形,或逐个地成形。另外,也可以在第一硅层200a的加工之前先进行第二硅层200b的加工。
如上说明所示,在本实施方式中,通过设置挡块部6,而不会使可动板2大幅度位移,从而可以防止合叶3的破损,因此可以提高光扫描反射镜1的耐冲击性。由于挡块部6配置于合叶3的附近,因此即使在可动板2相对于固定框架4倾斜的情况下,也可以有效地限制可动板2朝向侧方的位移,可以更为可靠地防止合叶3的破损。此时,由于挡块部6不与合叶3接触,因此可以可靠地防止合叶3的破损。而且,由于可动板2由合叶3轴式支承,因此很难在由合叶3构成的摆动轴的长度方向上位移。所以,对于在与SOI基板200的上面平行的面内的方向的可动板2的位移量,可以通过像这样设置挡块部6而基本上限制,从而可以有效地防止合叶3的破损。另外,由于在可动板2位移时,以凹部2e来支承挡块部6,因此可以很容易地构成用于支承挡块部6的牢固的结构。此外,在挡块部6中设有倒角部6a,与凹部2e的侧缘部接触的部位并非尖锐的形状,同样地,在凹部2e的侧缘部设有倒角部2f,与挡块部6接触的部位并非尖锐的形状。所以,就很难在挡块部6与凹部2e的侧缘部的接触部位集中应力,从而可以防止挡块部6或可动板2的破损。
另外,挡块部6与凹部2e的侧缘部彼此是相同电位,此外,在挡块部6中的与凹部2e的侧缘部接触的部位设有防粘附膜。所以,在挡块部6与凹部2e接触时,难以产生由静电引力造成的粘附,可以更为可靠地防止可动板2变得无法摆动。此外,挡块部6只要按照不会妨碍可动板2的摆动的方式,并且按照在可动板2向侧方位移时与可动板2的凹部2e抵接的方式设于合叶3的侧方即可,不需要高精度地进行挡块部6的定位,因此可以比较容易地制造光扫描反射镜1。特别是,在本实施方式中,由于可以在加工第一硅层200a而形成固定框架4的工序中同时地形成挡块部6,因此可以很容易地确保挡块部6与固定框架4的合适的间隔,从而可以很容易地制造。
(第二实施方式)
下面,对本发明的第二实施方式进行说明。图5表示第二实施方式的光扫描反射镜21。下面,对与上述第一实施方式相同的构成要素使用相同的符号,仅对与上述第一实施方式不同的部分进行说明。光扫描反射镜21具有与光扫描反射镜1的可动板2不同的形状的可动板22。即,如图所示,可动板22不具有凹部2e,在合叶3的两个侧部的比挡块部6更远离合叶3的位置,具有分别朝向固定框架4突出地形成的抵接突起22e。可动板22的其他的构成以及光扫描反射镜21的可动板22以外的构成,与第一实施方式的光扫描反射镜1相同。该光扫描反射镜21也是通过对第一硅层200a实施借助体材微加工技术的加工而形成包括抵接突起22e的形状,可以很容易地制造。
图6(a)、(b)表示光扫描反射镜21中的挡块部6的附近部位。2个抵接突起22e分别被配置为,与比该抵接突起22e更接近合叶3的位置的挡块部6的侧部邻近。如图6(a)所示,在平常时,挡块部6与抵接突起22e之间的间隙比挡块部6与合叶3之间的间隙略窄。另外,在抵接突起22e中的挡块部6侧的角部,形成有R倒角形状的倒角部22f。如图6(b)所示,当可动板22向侧方位移时,一方的挡块部6与抵接突起22e接触,使得可动板22不会进一步位移。所以,在本实施方式中,也与上述第一实施方式相同,可以防止合叶3的破损,使得光扫描反射镜21的耐冲击性提高。由于挡块部6不与合叶3接触,因此可以可靠地防止合叶3的破损。由于挡块部6与抵接突起22e彼此是相同的电位,因此在挡块部6与抵接突起22e接触时,难以产生粘附,可以将光扫描反射镜21更为可靠地维持为可以动作的状态。
(第三实施方式)
图7表示本发明的第三实施方式的光扫描反射镜41。光扫描反射镜41取代光扫描反射镜1的可动板2,具备具有沿着合叶3形成的挡块部46的可动板42。另外,在固定框架4的支承部4b中,设有抵接突起44e。抵接突起44e被制成,在合叶3的两个侧部且比挡块部46更远离合叶3的位置,分别朝向可动板42突出。光扫描反射镜41的可动板42及抵接突起44e以外的构成,与第一实施方式的光扫描反射镜1相同。该光扫描反射镜41也是通过对第一硅层200a实施借助体材微加工技术的加工,而形成包括可动板42及抵接突起44e的形状,可以很容易地制造。
图8(a)、(b)表示光扫描反射镜41中的挡块部46的附近部位。2个抵接突起44e分别被配置为,邻近比该抵接突起44e更接近合叶3的位置的挡块部46的侧部。如图8(a)所示,在平常时,挡块部46与抵接突起44e之间的间隙比挡块部46与合叶3之间的间隙略窄。在抵接突起44e及挡块部46中,分别与针对光扫描反射镜1的凹部2e的倒角部2f、针对挡块部6的倒角部6a相同,形成倒角部44f、倒角部46a。如图8(b)所示,当可动板42向侧方位移时,一方的挡块部46与抵接突起44e接触,使得可动板42不会进一步位移。所以,在本实施方式中,也可以提高光扫描反射镜41的耐冲击性。另外,由于挡块部46不与合叶3接触,因此可以可靠地防止合叶3的破损。此外,由于在抵接突起44e中形成有倒角部44f,在挡块部46中形成有倒角部46a,因此可以防止挡块部46或抵接突起44e的破损。
(第四实施方式)
图9表示本发明的第四实施方式的光扫描反射镜的挡块部56的附近部位。第四实施方式中,由于光扫描反射镜的整体的构成与第一实施方式的光扫描反射镜1相同,因此省略说明。第四实施方式中,取代设有防粘附膜的挡块部6,而设置形成有突起部56c的挡块部56。如图所示,突起部56c例如设为在俯视时形成锯齿形状,设于挡块部56中的在可动板2位移时与凹部2e的侧缘部接触的部位。
第四实施方式中,由于在挡块部56中设有突起部56c,因此在挡块部56与凹部2e的侧缘部接触时,相互的接触面积变少。这样,由于在挡块部56与凹部2e之间静电引力的影响变小,因此可以防止粘附的产生。而且,突起部56c的形状并不限于锯齿形状。突起部56c最好以在挡块部56与凹部2e接触时不会在其接触部位过度集中应力的形状来形成。此外,第四实施方式中,也可以还在挡块部56与凹部2e的侧缘部应当接触的部分形成防粘附膜,这样,就可以更为可靠地防止粘附的产生。
而且,在第一实施方式至第四实施方式中,本发明并不限定于上述实施方式的构成,可以在不改变发明的主旨的范围中适当地进行各种变形。例如,光扫描反射镜也可以不是像上述实施方式那样的可以单轴摆动的,例如可以是如下的双轴万向接头型的结构,即,具有被相对于固定框架可摆动地轴式支承的可动框架(框架部),可以相对于可动框架摆动地轴式支承着设有反射镜面的反射镜部。在该情况下,通过将挡块部按照沿着轴式支承可动框架的合叶的方式来形成,就可以限制包括可动框架及反射镜部的可动板的位移量。同样地,通过将挡块部按照沿着轴式支承反射镜部的合叶的方式来形成,就可以限制作为可动板的反射镜部相对于可动框架的位移量。另外,光扫描反射镜也可以不是由SOI基板构成,而是由单一的硅基板或金属板构成,另外,将可动板摆动的驱动力也可以不是作用于梳齿电极间的静电力,而是作用于平板电极间的静电力、电磁力、电致伸缩力、热致伸缩力。此外,挡块部可以并非一体化地形成于可动板或框架部中,也可以与可动板或框架部分离,可以限制可动板的位移量地配置。无论何种情况下,通过将挡块部按照在轴式支承可动板的合叶的侧方沿着合叶的方式来形成,就可以限制可动板向侧方的位移,从而可以防止合叶的破损,使光扫描反射镜的耐冲击性提高。
此外,本发明并不限于具有反射镜面且扫描光的光扫描反射镜,而可以广泛地适用于在半导体基板上形成可以利用一对合叶相对于固定框架摆动地构成的可动板的可动结构体中。即,通过在合叶的侧方沿着合叶地设置挡块部,就可以提高可动结构体的耐冲击性。
(第五实施方式)
下面,参照附图对本发明的第五实施方式进行说明。图10、图11以及图12表示本实施方式的光扫描反射镜(可动结构体)的一例。
光扫描反射镜1具备:可动板2,其俯视时为近似矩形形状,在上面形成有反射镜面10;一对合叶3,其将一端部分别与可动板2的两个侧部连接,构成可动板2的1个摆动轴;固定框架(框架部)4,其被配置为将可动板2的周围包围,支承各合叶3的另一端部;梳齿电极5,其具有可动板2的一部分的电极2a及固定框架4的一部分的电极4a;挡块部6,其形成于可动板2中。如图12所示,在可动板2的下方设有空隙,可动板2被可以一边扭转一对合叶3,一边以该合叶3作为摆动轴相对于固定框架4摆动地,借助该合叶3支承。一对合叶3被支承,它们所成的轴在俯视时通过可动板2的重心位置。合叶3的宽度尺寸例如为数μm至数十μm左右。在固定框架4的上面,形成有例如为金属膜的电压施加部10a、10b。而且,可动板2或反射镜面10等的形状并不限于矩形,也可以是圆形等其他的形状。光扫描反射镜1例如将玻璃基板110等接合在固定框架4的下面,安装于电路基板B等上。
如图12所示,可动板2及合叶3形成于第一硅层200a中。反射镜面10例如为铝制的薄膜,可以反射从外部向可动板2的上面入射的光束地形成。可动板2被以相对于与可动板2垂直且穿过合叶3的平面大致对称的形状形成,绕着合叶3顺畅地摆动地构成。
固定框架4由第一硅层200a、氧化膜220、以及第二硅层200b构成。本实施方式中,在固定框架4中,例如将第一硅层200a分割为相互绝缘的3个部位地形成沟槽101。沟槽101是在第一硅层200a中按照从第一硅层200a的上端连通到下端并到达氧化膜220的方式以槽形状形成的空隙。由于沟槽101仅形成于第一硅层200a中,因此固定框架4整体被一体化地构成。按照将固定框架4中的与一对合叶3分别连接的2个支承部4b同其他部位绝缘的方式,沟槽101被形成于2个梳齿电极5各自的侧部,共计4处。2个支承部4b被制成,位于与可动板2中的除去如后所述地形成电极2a的部位以外的周缘部相面对的部位。
通过像这样形成沟槽101,固定框架4就被分割为:与一对合叶3分别连接而成为与可动板2相同的电位,在上面形成有电压施加部10a的2个支承部4b;和在上面分别形成有电压施加部10b而具有电极4a的2个部位。由于沟槽101将第一硅层200a分离,因此这些部位被相互绝缘。即,如图11中对各个部位附加花纹地表示所示,可动板2、合叶3以及固定框架4由相互绝缘的3个部位构成。
梳齿电极5的电极2a形成于可动板2中的未连接合叶3的自由端侧的侧缘部,电极4a形成于固定框架4中的与该可动板2的侧缘部相面对的部分。电极2a及电极4a分别具有多个梳齿。电极2a及电极4a的各梳齿被较薄地制成,以便可以在用于设置梳齿电极5的有限的空间中尽可能多地配置。电极2a及电极4a被按照将梳齿相互咬合的方式制成。电极2a、4a之间的间隙例如为2μm至5μm左右。
挡块部6是为了限制可动板2朝向侧方的位移量,即,为了限制朝向与由合叶3构成的摆动轴大致垂直且与SOI基板200的上面大致平行的方向的位移量而设置的。如图11所示,挡块部6被与可动板2一体化地形成于第一硅层200a中。本实施方式中,挡块部6被朝向与可动板2的该部位相面对的固定框架4突出设置。挡块部6被制成,其接近固定框架4的头端部与固定框架4的支承部4b邻近。挡块部6被制成,在未从外部对光扫描反射镜1施加冲击等的平常时,不会妨碍可动板2的摆动。挡块部6被朝向固定框架4的支承部4b中的与合叶3平行地配置的部分突出设置,使得可动板2、合叶3以及挡块部6彼此处于相同的电位。
如图11所示,在挡块部6的头端部附近部位的角部,设有以R倒角形状形成的倒角部6a。挡块部6被制成,同电极2a与固定框架4之间的间隙、或电极4a与可动板2之间的间隙相比,挡块部6与支承部4b之间的间隙一方略窄。而且,在挡块部6中的面向可动板2的部位,形成有防粘附膜(未图示)。防粘附膜例如是通过将DLC(Diamond Like Carbon)膜、或SAM(Self-assembled Monolayer)形成于挡块部6的面向可动板2的部位而设置的。
对于本第五实施方式的光扫描反射镜1的动作,由于与第一实施方式的光扫描反射镜1相同,因此省略其说明。另外,对于本第五实施方式的光扫描反射镜1的制造工序,也是由于与第一实施方式的光扫描反射镜1相同,因此省略其说明。
本第五实施方式的光扫描反射镜1通过设置挡块部6,与未设置挡块部6的情况相比,具有高耐冲击性。图13表示挡块部6的附近部位。在未从外部对光扫描反射镜1施加冲击等的平常时,保持为在各挡块部6和与它们分别相面对的支承部4b之间存在空隙的状态。此时,例如当对光扫描反射镜1施加来自外部的振动或冲击等时,即如图所示,会有可动板2一边使合叶3变形,一边与平常时相比向侧方,也就是向与摆动轴大致垂直且与SOI基板200的上面大致平行的方向(图中的箭头方向)位移的情况。当可动板2向侧方的位移量变大时,由于挡块部6与支承部4b的侧缘部接触,因此可动板2的朝向该方向的位移受到阻碍,从而不会有位移量进一步变大的情况。由于在挡块部6接触到支承部4b的侧缘部的状态下,不会使电极2a的梳齿与固定框架4接触,电极4a的梳齿不与可动板2接触,因此梳齿电极5得到保护。
而且,光扫描反射镜1例如是如下所示地制造的。即,首先在第一硅层200a上形成氧化膜220,贴合第二硅层200b而制成SOI基板200。然后,在该SOI基板200中的第一硅层200a侧,通过实施光刻或蚀刻等借助所谓的体材微加工技术的加工,而形成成为可动板2、合叶3、固定框架4、梳齿电极5、挡块部6的形状(第一工序)。这样,通过使用体材微加工技术,就可以包含微细的形状地很容易地形成光扫描反射镜1的各部。其后,例如通过使用溅射等方法,在SOI基板200的第一硅层200a的上面形成金属膜。通过对该金属膜进行图案处理,而在可动板2的上面形成反射镜面10,在固定框架4的上面形成电压施加部10a、10b。
然后,对第二硅层200b,同样地施加借助体材微加工技术的加工,形成成为固定框架4的形状(第二工序)。在对第一硅层200a、第二硅层200b进行加工后,进行氧化膜220的蚀刻。例如,通过从光扫描反射镜1的下面侧进行蚀刻,而将固定框架4以外的部位的氧化膜220除去(第三工序)。这样,可动板2就被借助合叶3由固定框架4轴式支承,成为可以相对于固定框架4进行摆动的状态。当经过上述第一工序至第三工序时,在SOI基板200上形成多个光扫描反射镜1。第三工序后,将形成于SOI基板200上的多个光扫描反射镜1一个个地切分。利用这一连串的工序,可以同时地制造多个光扫描反射镜1,使得光扫描反射镜1的制造成本降低。而且,光扫描反射镜1的制造工序并不限定于此,例如也可以利用激光加工或超声波加工等来成形,或逐个地成形。另外,也可以在第一硅层200a的加工之前先进行第二硅层200b的加工。
如上说明所示,本实施方式中,通过设置挡块部6,使得可动板2的位移量就受到限制,可以防止梳齿电极5的破损,因此可以提高光扫描反射镜1的耐冲击性。而且,由于可动板2由合叶3轴式支承,因此难以在由合叶3构成的摆动轴的长度方向上位移。所以,在与SOI基板200的上面平行的面内的方向上的可动板2的位移量,通过设置这种挡块部6而基本上可以得以限制,可以有效地防止梳齿电极5的破损。另外,由于在挡块部6中设有倒角部6a,应当与固定框架4接触的部位并非尖锐的形状,因此就很难在挡块部6与固定框架4的接触部位集中应力,从而可以防止挡块部6或固定框架4的破损。
另外,挡块部6与固定框架4的支承部4b彼此是相同电位,此外,在挡块部6中的与支承部4b接触的部位设有防粘附膜。所以,在挡块部6与支承部4b接触时,难以产生由静电引力造成的粘附,可以更为可靠地防止可动板2变得无法摆动。此外,由于挡块部6能与可动板2一体化地形成,因此可以比较容易地制造光扫描反射镜1。特别是,在本实施方式中,由于在加工第一硅层200a而形成可动板2的工序中同时地形成挡块部6,因此可以很容易地确保挡块部6与固定框架4的合适的间隔,从而可以很容易地制造。
而且,第五实施方式中,也可以通过在挡块部中形成突起部来防止粘附的产生。图14表示具有突起部的挡块部的一例。在挡块部16中的、在可动板2向侧方位移时与固定框架4接触的部位,形成有锯齿状的突起部16a。这样在挡块部16中设有突起部16a,因此在挡块部16与固定框架4接触时,相互的接触面积变小。这样,由于在挡块部16与固定框架4之间静电引力的影响变小,因此可以防止粘附的产生。而且,突起部16a的形状并不限于锯齿形状。突起部16a最好以在挡块部16与固定框架4接触时不会在其接触部位过度集中应力的形状来形成。另外,像这样在挡块部16中设置突起部16a的情况下,也可以还在挡块部16与固定框架4应当接触的部分形成防粘附膜,这样,就可以更为可靠地防止粘附的产生。
(第六实施方式)
下面,对本发明的第六实施方式进行说明。图15表示第六实施方式的光扫描反射镜23。以下,对于与上述的第五实施方式相同的构成要素使用相同的符号,仅对与上述的第一实施方式不同的部分进行说明。光扫描反射镜23具有圆形的可动板24、包围可动板24形成的固定框架25,另外,具有分别形成于可动板24的自由端部的大致中央部的2个挡块部26。固定框架25因形成沟槽101而被分离为3个相互绝缘的部位,然而与第一实施方式不同,与挡块部26相面对的固定框架4未被设为与挡块部26相同的电位。固定框架25的支承部24b仅配置于支承合叶3的部位,而不位于与可动板24相面对的部位。而且,也可以变更沟槽101或电压施加部10b等的配置,使得与挡块部26相面对的部位的固定框架4成为与挡块部26相同的电位。光扫描反射镜23的其他的构成与第一实施方式的光扫描反射镜1相同。该光扫描反射镜23也是通过对第一硅层200a实施借助体材微加工技术的加工而形成在可动板24中设有挡块部26的形状,可以很容易地制造。
如图所示,梳齿电极5在形成于可动板24的自由端大致中央部的挡块部26的两个侧部,被沿着可动板24的端缘部地配置。换言之,挡块部26配置于梳齿电极5的侧方附近。与第一实施方式相同,挡块部26被制成,在平常时,与固定框架25之间的间隙比梳齿电极5的电极2a与固定框架25之间的间隙、或电极4a与可动板24之间的间隙略窄。另外,在挡块部26中的应当与固定框架25抵接的部位,形成有防粘附膜,在其角部,形成有R倒角形状的倒角部26a。
在第六实施方式中,也是当从外部施加冲击或振荡等,使可动板24向侧方位移时,一方的挡块部26与固定框架25接触,使得可动板24不会进一步位移。所以,在本实施方式中,也与上述的第一实施方式相同,可以防止梳齿电极5的破损,使光扫描反射镜23的耐冲击性提高。由于在挡块部26中设有防粘附膜,因此在挡块部26与固定框架25接触时难以产生粘附。另外,由于在挡块部26中形成有倒角部26a,因此可以防止挡块部26或固定框架25的破损。
而且,第五实施方式及第六实施方式中,本发明并不限定于上述实施方式的构成,可以在不改变发明的主旨的范围中适当地进行各种变形。例如,挡块部并不限于与可动板一体化地设置的构成,例如也可以是在梳齿电极的附近部位按照从固定框架向可动板突出的方式形成的、与固定框架一体化的构成。即使在该情况下,在可动板向侧方位移时,该挡块部也会与可动板抵接而限制可动板的位移量,可以保护梳齿电极。
另外,例如,光扫描反射镜也可以不是像上述实施方式那样的可以单轴摆动的结构,例如可以是如下的双轴万向接头型的结构,即,具有被相对于固定框架可摆动地轴式支承的可动框架(框架部),可以相对于可动框架摆动地轴式支承着设有反射镜面的反射镜部。该情况下,通过将挡块部配置于可动框架与固定框架之间的梳齿电极的附近,就可以限制包括可动框架及反射镜部的可动板的位移量,可以保护该梳齿电极。同样地,通过将挡块部形成于反射镜部与可动框架之间的梳齿电极的附近,就可以限制作为可动板的反射镜部的相对于可动框架的位移量,可以保护该梳齿电极。另外,光扫描反射镜也可以不是由SOI基板构成,而是由单一的硅基板或金属板构成。另外,挡块部也可以不是一体化地形成于可动板或框架部中,还可以与可动板或框架部分离,可以限制可动板的位移量地配置。在该情况下,也可以通过将挡块部形成于可动板与其周围的框架部之间的梳齿电极的附近部位,来限制可动板朝向侧方的位移,从而可以防止梳齿电极的破损,提高光扫描反射镜的耐冲击性。
此外,本发明并不限于具有反射镜面且扫描光的光扫描反射镜,而可以广泛地适用于在半导体基板上形成可以利用一对合叶相对于固定框架摆动地构成的可动板的可动结构体中。即,通过将挡块部形成于可动板与框架部之间的梳齿电极的附近部位,就可以提高可动结构体的耐冲击性。
(第七实施方式)
下面,参照附图对本发明的第七实施方式进行说明。图16、图17(a)、(b)及图18表示第七实施方式的光扫描反射镜(半导体机械结构体)的一例。
首先,对光扫描反射镜301的构成说明如下。如图16所示,光扫描反射镜301具有由3层的SOI(Silicon on Insulator)基板(半导体基板)200构成的半导体部300,该SOI基板200是将具有导电性的第一硅层(活性层)200a与第二硅层(基板层)200b夹隔着硅的氧化膜(BOX(Buried Oxide)层)220接合而成的。由于氧化膜220具有绝缘性,因此第一硅层200a与第二硅层200b被相互绝缘。第一硅层200a的厚度,例如为30μm左右,第二硅层200b的厚度例如为400μm左右。另外,在SOI基板200的上面的一部分中,形成有氧化膜220b(图18中所示)。如图17(a)所示,光扫描反射镜301例如是俯视时一边为数mm左右的近似正方形或近似矩形的长方体状的元件,由半导体部300、接合在第一硅层200a的上面的上部保护基板(保护基板)310、接合在第二硅层200b的下面的下部保护基板320(保护基板)等构成。
如图16所示,半导体部300具有:可动板21,其在俯视时为近似矩形形状,在上面形成有反射镜面20;可动框架35,其被按照将可动板21的周围包围的方式以近似矩形的环状形成;固定框架36,其被按照将可动框架35的周围包围的方式形成,成为光扫描反射镜301的侧周部。可动框架35与固定框架36,由按照彼此排列成1个轴的方式从固定框架36的相面对的2个侧面中与各面正交地形成的梁状的一对第一合叶31连结。另一方面,可动板21与可动框架35,由在与第一合叶31的长度方向正交的方向上彼此排列成1个轴地形成的梁状的一对第二合叶32连结。第一合叶31及第二合叶32被制成,它们各自所形成的轴在俯视时通过可动板21的重心位置。第一合叶31及第二合叶的宽度尺寸,例如分别为5μm左右、30μm左右。可动板21被可以以第二合叶32作为摆动轴,相对于可动框架35摆动地由可动框架35支承。另一方面,可动框架35被可以以第一合叶31作为摆动轴,相对于固定框架36摆动地由固定框架36支承。即,在该光扫描反射镜301中,可动板21与可动框架35构成能够绕着由第一合叶31构成的轴相对于固定框架36摆动的可动板50。可动板21被可以绕着由第一合叶31和第二合叶32分别构成的2个摆动轴二维摆动地构成。如图17(b)所示,在可动框架35的下面,设有接合在可动框架35上而能够与可动框架35一体化摆动的支承体9。另外,在固定框架36中,设有3个贯穿孔接合部10d、10e、10f。以下将第二合叶32的长度方向称作X方向,将第一合叶31的长度方向称作Y方向,将与X方向和Y方向正交的垂直的方向称作Z方向。而且,可动板21、反射镜面20或可动框架35等的形状并不限于矩形,也可以是圆形等其他的形状。
该光扫描反射镜301例如以静电力作为驱动力而使可动板21摆动。在半导体部300中,在可动框架35与固定框架36之间的未形成第一合叶31的部位形成有第一梳齿电极7,在可动板21与可动框架35之间的未形成第二合叶32的部位形成有第二梳齿电极8。第一梳齿电极7是将电极3b与电极4a成对地相互咬合地配置而构成的,上述电极3b分别以梳齿形状形成于可动框架35中的与X方向大致正交的2个侧面中,上述电极4a分别形成于固定框架36中的与电极3b相面对的部位。第二梳齿电极8是将电极2a与电极3a成对地相互咬合地配置而构成的,上述电极2a分别以梳齿形状形成于可动板21中的与Y方向大致正交的2个侧面中,上述电极3a分别以梳齿形状形成于可动框架35中的与电极2a相面对的部位。在第一梳齿电极7及第二梳齿电极8中,电极3b与4a之间的间隙、或电极2a与3a之间的间隙例如达到2μm至5μm左右的大小。第一梳齿电极7及第二梳齿电极8通过对各自的电极3b与4a之间、或电极2a与3a之间施加电压,而在电极3b与4a之间、或电极2a与3a之间产生沿相互拉到一起的方向作用的静电力。
可动板21、可动框架35、固定框架36等分别是通过如后所述地将SOI基板200使用微加工技术加工而形成的。以下,对于半导体部300的各部位,也包括SOI基板200的各层的结构在内地进行说明。
可动板21及可动框架35形成于第一硅层200a中。反射镜面20例如为铝制的薄膜,可以将从外部向可动板21的上面入射的光束反射地形成。可动板21被以相对于穿过第二合叶32的垂直平面(平行于zx平面的平面)大致对称的形状形成,绕着第二合叶32顺畅地摆动。如图18所示,在可动框架35中,在第一硅层200a中形成构成从第一硅层200a的上端连通到下端而到达氧化膜220的槽形状的空隙的沟槽101a。通过形成沟槽101a,可动框架35就被分割为5个部位,即,与第一合叶31的一方连接而与电极3a及电极3b一体化的部位、借助导通部3d与支承2个第二合叶32的轴式支承部3c及轴式支承部3c连接而以由第一合叶31的另一方轴式支承的轴式支承部3e构成的部位、在导通部3d中以相对于可动板21的中央部而言在俯视时成为近似点对称的形状形成的3个平衡部3f。由于沟槽101a将第一硅层200a分离,因此这5个部位被相互绝缘。而且,也可以不形成平衡部3f。
支承体9由可动框架35的下方(z方向)的氧化膜220及第二硅层200b构成。由沟槽101a分割出的可动框架35的5个部位都被与支承体9接合。换言之,支承体9在被与第一硅层200a接合的状态下形成于可动框架35中的形成有沟槽101a的部位的下方。通过像这样将5个部位都与支承体9接合,而将可动框架35与支承体9能够以第一合叶31作为摆动轴一体化摆动地构成。如图17(b)所示,本实施方式中,支承体9被按照将可动框架35的下面中的除去电极3a、3b以外的部位大致上覆盖的方式,以俯视时相对于第一合叶31大致对称的形状的环状形成。另外,支承体9的由第二硅层200b构成的部位的厚度,被制成与固定框架36的由第二硅层200b构成的部位的厚度大致相同的程度。即,支承体9被以相对于穿过第一合叶31的垂直平面(平行于y-z平面的平面)大致对称的形状形成。另外,可动框架35的沟槽101a为了形成平衡部3f,而被以相对于穿过第一合叶31的垂直平面大致对称的位置及形状设置。这样,包含支承体9的可动板50的重心的位置就与由第一合叶31构成的摆动轴在俯视时大致一致,包含支承体9的可动板50绕着第一合叶31顺畅地摆动,可以更为恰当地进行借助光扫描反射镜301的扫描。而且,支承体9的由第二硅层200a构成的部位的厚度,也可以被制成比固定框架36的由第二硅层200b构成的部位的厚度薄或厚。
固定框架36由第一硅层200a、氧化膜220、以及第二硅层200b构成。在固定框架36的上面,相互并排地形成3个贯穿孔接合部10d、10e、10f。在固定框架36中,与沟槽101a同样地将第一硅层200a分割为多个部位地形成沟槽101b(槽部)。在第一硅层200a的下方接合有氧化膜220及第二硅层200b,由于沟槽101b仅形成于第一硅层200a中,因此固定框架36整体被一体化地构成。
沟槽101b将固定框架36的第一硅层200a分割为与贯穿孔接合部10d、10e、10f分别处于大致相同电位的相互绝缘了的3个部位。其中,与贯穿孔接合部10d处于相同电位的部位具有轴式支承部4d,其支承与可动框架35中的轴式支承部3e连接的、远离贯穿孔接合部10d的一方的部位。贯穿孔接合部10d与轴式支承部4d,由通过形成沟槽101b而以细小的宽度形成的导通部4e连接。另外,与贯穿孔接合部10e处于大致相同电位的部位具有支承第一合叶31的另一方的轴式支承部4f。与贯穿孔接合部10f处于大致相同电位的部位是固定框架36中的除去与贯穿孔接合部10d、10e处于相同电位的上述2个部位以外的部位,在该部位形成有电极4a。
通过像这样形成沟槽101a、101b,在第一硅层200a中,就设有形成贯穿孔接合部10d而与电极2a处于大致相同电位的部位、形成贯穿孔接合部10e而与可动框架35侧的电极3a、3b处于大致相同电位的部位、形成贯穿孔接合部10f而与固定框架36侧的电极4a处于大致相同电位的部位这3个部位。各贯穿孔接合部10d、10e、10f如后所述可以从外部变更电位,通过变更这些贯穿孔接合部10d、10e、10f的电位,就可以驱动第一梳齿电极7和第二梳齿电极8,从而驱动光扫描反射镜301。即,本实施方式中,第一硅层200a中的分别包括贯穿孔接合部10d、10e、10f而被相互绝缘的3个部分构成用于向第一梳齿电极7和第二梳齿电极8施加电压的电压施加部。另外,这些电压施加部的3个部分由包含沟槽101a、101b;可动板21与可动框架35之间的空隙;以及可动框架35与固定框架36之间的空隙的绝缘部相互绝缘。
上述保护基板310及下部保护基板320,被与固定框架36的第一硅层200a的上面及第二硅层200b的下面分别接合。上部保护基板310具有:与固定框架36接合的接合部311、位于可动板50的上部的透光部312、形成于与贯穿孔接合部10d、10e、10f分别对应的位置的3个贯穿孔313。如图18所示,透光部312具有空腔(Cavity)结构,按照不妨碍可动板50的摆动的方式,设有从下面也就是半导体部300侧挖入的凹部312a。在凹部312a中,形成有2个挡块315(上挡块)。贯穿孔313被制成,在将上部保护基板310与半导体部300接合的状态下,将贯穿孔接合部10d、10e、10f向上面露出。即,贯穿孔313作为用于向贯穿孔接合部10d、10e、10f施加电压的贯穿电极发挥作用,可以在利用上部保护基板310将半导体部300的上面覆盖的同时,对贯穿孔接合部10d、10e、10f施加电压。贯穿孔313分别位于贯穿孔接合部10d、10e、10f的大致中央处,其直径优选设为小于贯穿孔接合部10d、10e、10f的尺寸,例如0.5mm左右。
本实施方式中,挡块315是为了限制可动板50的扭转方向以外的z方向的位移而设置的。挡块315例如被从凹部312a中的、可动框架35的分别连接2个第一合叶31的部位的上部的部位向可动框架35突出地设置。换言之,2个挡块315分别在凹部312a中被朝向可动板50的摆动的中心轴突出设置。该挡块315被制成,在可动板50位移时,不与第一合叶31抵接,不与第一合叶31邻近。即,如图18所示,挡块315被相对于第一合叶31向可动板50的一侧(内侧)后退,以便在俯视时不与第一合叶31重合。由此,就不会有挡块315与第一合叶31抵接的情况。这样,就可以预先防止在可动板50位移时第一合叶31与挡块315接触而破损的麻烦。另外,挡块315被按照不会妨碍可动板21的摆动的方式配置于可动板21的外侧(俯视时不会与可动板21重合)。挡块315的下端部成为在可动板50的z方向位移时能够与可动板50抵接的抵接部。由于可动板21及可动板50例如被以10度左右的摆动角驱动,因此挡块315被以考虑了在可动板21及可动板50摆动时位移的范围的形状形成。例如,x方向尺寸被制成达到100μm至400μm,y方向尺寸被制成达到100μm至300μm。这些尺寸的下限例如被设定为,在可动板50与挡块315抵接时,可以利用挡块315来支承可动板50。另外,挡块315被制成,在可动板50处于平衡位置的情况下,在其与可动板50的上面之间,在z方向上具有10μm至30μm左右的间隙。像这样,通过在上部保护基板310中与可动板50邻近地设置挡块315,就可以限制可动板50的z方向的位移,也就是限制朝向与半导体基板垂直的方向的位移。另外,通过考虑可动板21及可动板50在摆动时位移的范围地形成挡块315,就不会有可动板21及可动板50的通常驱动时的摆动受到妨碍的情况。
下部保护基板320与上部保护基板310相同,具有空腔结构,被按照不会妨碍可动板50的摆动的方式,从上面也就是半导体部300侧刻入与可动板50及支承体9的下方对应的部位,形成凹部321。
在本实施方式中,在下部保护基板320中,也与上部保护基板310相同,设有用于限制可动板50的扭转方向以外的z方向的位移的挡块325(下挡块)。挡块325被设置1个,以形成下部保护基板320的底面的凹部321为基准,沿着第一合叶321的摆动轴以棱状突出设置。换言之,挡块325被朝向可动板50的摆动的中心轴以棱状突出设置。挡块325的上端部成为在可动板50的位移时能够抵接与可动板50一体化地位移的支承体9的抵接部。如图18所示,因设于可动框架35的下面的支承体9的存在,第一合叶31与挡块325的距离被维持为不会邻近的程度,从而不会有两者抵接的情况。挡块325的形状也是考虑可动板50在摆动时位移的范围,另外,按照在可动板50抵接时能够可靠地支承可动板50的方式设定的。例如,x方向尺寸被设定为100μm至400μm左右。另外,挡块325被制成,在可动板50处于平衡位置时,在z方向上在其与可动板50之间具有10μm至30μm左右的间隙。通过与可动板50邻近地设置挡块325,就可以限制可动板50的z方向的位移,也就是限制朝向与半导体基板垂直的方向的位移。另外,通过考虑可动板50摆动时位移的范围地形成挡块325,就不会有可动板50的通常驱动时的摆动受到妨碍的情况。而且,挡块325的突出尺寸可以按照能够有效地限制可动板50的位移量的方式,根据支承体9的有无或支承体9的厚度适当地变更。在未设置支承体9或支承体9的厚度很薄的情况下,挡块325与挡块315相同,优选按照不会妨碍可动板21及可动板50的摆动,在可动板50沿z方向位移时不会与第一合叶31抵接的方式来形成。
而且,由于上部保护基板310及下部保护基板320是保护内部的半导体部300的结构,因此其厚度只要设为0.5mm至1.5mm左右就很充分,然而如果考虑接合后的尺寸,例如优选为0.6mm左右。另外,凹部312a、321的深度是不会妨碍可动板50的摆动的程度,例如优选设为0.3mm。
另外,对于上部保护基板310,从透光性以及与第一硅层200a的接合的容易性考虑,优选设为玻璃基板。例如,如果是Corning公司制Pyrex(注册商标)玻璃,则由于透光性好,另外在玻璃中含有钠,因此可以利用阳极接合很容易地与硅接合。对于上部保护基板310,也包括凹部312a或贯穿孔313和挡块315,只要使用玻璃基板,利用模塑法或贴合法、蚀刻法、等离子体法等一体化地形成即可。另外,作为下部保护基板320,也可以与上部保护基板310同样地使用玻璃基板。而且,上部保护基板310、下部保护基板320的材质并不限定于此。另外,例如挡块315或挡块325也可以分别由与上部保护基板310或下部保护基板320的主体分立的材料形成,与上部保护基板310或下部保护基板320接合。对于上部保护基板310,只要至少透光部312是使用能够透过使用光扫描反射镜301扫描的光线的材料构成即可。另一方面,由于下部保护基板320与上部保护基板310不同,未被要求透光性,因此例如可以使用容易加工的硅来构成。
下面,对光扫描反射镜301的动作进行说明。第一梳齿电极7及第二梳齿电极8分别作为所谓的垂直静电梳动作,可动板21通过第一梳齿电极7及第二梳齿电极8以规定的驱动频率产生驱动力而被驱动。第一梳齿电极7及第二梳齿电极8例如通过在电极3a、3b被连接到基准电位的状态下,使电极2a及电极4a的电位分别周期性变化而被驱动,产生静电力。在该光扫描反射镜301中,第一梳齿电极7及第二梳齿电极8分别被施加例如矩形波形状的电压而周期性地产生驱动力。
如上所述地形成的可动板21或可动框架35,一般来说在多数情况下,因在其成形时产生内部应力等,即使在静止状态下也并非水平姿势,而是极为微小地倾斜。由此,例如当第一梳齿电极7被驱动时,即使是从静止状态起也会对可动板21施加大致垂直的方向的驱动力,可动板21以第二合叶32作为摆动轴一边扭转第二合叶32一边转动。此后,在可动板21的姿势达到与可动框架35平行时,即,在电极2a与电极3a在侧视时达到完全重叠的状态时,一旦解除第二梳齿电极8的驱动力,可动板21就会利用其惯性力,一边扭转第二合叶32一边继续转动。此后,当可动板21的朝向转动方向的惯性力与第二合叶32的复原力相等时,可动板21的朝向该方向的转动就会停止。此时,第二梳齿电极8被再次驱动,可动板21利用第二合叶32的复原力和第二梳齿电极8的驱动力,开始朝向与此前相反的方向的转动。可动板21反复进行这种借助第二梳齿电极8的驱动力和第二合叶32的复原力的转动而绕着第二合叶32摆动。可动框架35也与可动板21的摆动时大致相同,反复进行借助第一梳齿电极7的驱动力和第一合叶31的复原力的转动,绕着第一合叶31与支承体9一体化地摆动。此时,包括支承体9的可动板50作为一个整体摆动,可动板21的姿势发生变化。这样,可动板21就会反复进行二维的摆动。
第二梳齿电极8被施加由可动板21和第二合叶32构成的振动系统的共振频率的大约2倍的频率的电压而驱动。另外,第一梳齿电极7被施加由可动板21、可动框架35及支承体9与第一合叶31构成的振动系统的共振频率的大约2倍的频率的电压而驱动。这样,可动板21就伴随着共振现象地被驱动,其摆动角变大。而且,第一梳齿电极7或第二梳齿电极8的电压的施加方式或驱动频率并不限于上述情况,例如也可以按照以正弦波形来施加驱动电压的方式构成,另外还可以按照使电极3a、3b的电位与电极2a及电极4a的电位一起变化的方式构成。
以下,参照图19至图24,对光扫描反射镜301的制造工序进行说明。而且,图19至图24是针对与图18所示的部位大致相同的部位的剖面图。首先,在氧及水蒸气气氛的扩散炉中,在SOI基板200的上下两个表面形成氧化膜(图19)。此后,对形成于活性层,也就是形成于第一硅层200a的上面的氧化膜220b的表面中的可动板50或第一合叶31及第二合叶32等的形状,利用光刻来图案处理光刻胶(未图示)。其后,利用RIE(Reactive Ion Etching)将氧化膜220b中的未由光刻胶掩模的部位除去,使第一硅层200a中的未形成可动板50等的部位露出,在氧等离子体中除去光刻胶(图20)。在第一硅层200a上面,例如通过溅射铝而形成铝膜。铝膜例如被制成厚度达到5000□左右。此后,利用光刻对光刻胶(未图示)进行图案处理后进行RIE,将铝膜中的反射镜面20以外的部位除去,将光刻胶也除去(图21)。这样就形成反射镜面20。
在形成反射镜面20后,在第一硅层200a上图案处理而形成光刻胶230,进行D-RIE(Deep Reactive Ion Etching),蚀刻第一硅层200a中的露出上面的部位。由于SOI基板200的氧化膜220的蚀刻速度小于第一硅层200a的蚀刻速度的百分之一,因此第一硅层200a的表面的氧化膜220b及氧化膜220基本上不被蚀刻。这样,在第一硅层200a中,就形成成为可动板50、第一合叶31及第二合叶32、第一梳齿电极7及第二梳齿电极8等的形状。与此同时,在成为可动板50的部位形成沟槽101a,在成为固定框架36的部位,形成沟槽101b(图22)。在氧等离子体中将光刻胶230除去。
然后,进行SOI基板200中的作为支承基板的第二硅层200b(背面侧)的加工。对于背面侧的加工,例如为了保护作为表面侧的第一硅层200a的上面,是以光刻胶230覆盖而进行的。首先,在形成于第二硅层200b的表面的氧化膜220b上,利用光刻对光刻胶232进行图案处理。光刻胶232被以与支承体9及固定框架36对应的形状形成。此后,利用RIE蚀刻未形成光刻胶232的部位的氧化膜220b,利用D-RIE挖入露出了的第二硅层200b(图23)。此时,与上述相同,由于蚀刻速度的差别,第二硅层200b被挖入至氧化膜220,氧化膜220基本上未被蚀刻。其后,在氧等离子体中将光刻胶232除去。而且,光刻胶232也可以在第二硅层200b的蚀刻中被除去,该情况下,可以将制造工序简化。另外,也可以通过预先调整好光刻胶232的与支承体9对应的部位的厚度,而在蚀刻结束后略微蚀刻掉支承体9,减小支承体9的厚度。
其后,将向半导体部300的下方露出的氧化膜220利用RIE除去。这样,可动板50或可动板21就可以借助第一合叶31及第二合叶32摆动(参照图16等)。另外,这样,在沟槽101a的下方,由氧化膜220和第二硅层200b构成的支承体9就在由沟槽101a绝缘分离了的可动框架35的多个部位都被接合的状态下形成。而且,与此同时,第二硅层200b的表面的氧化膜220b也被除去。其后,通过将半导体部300的上下的光刻胶230、232除去,即完成半导体部300。
在半导体部300完成后,将上部保护基板310及下部保护基板320与半导体部300接合。本实施方式中,对在上部保护基板310及下部保护基板320中都使用玻璃基板的情况进行说明。玻璃基板与SOI基板200例如可以利用阳极接合很容易并且可靠地接合。
对于上部保护基板310及下部保护基板320的接合工序,例如从保护反射镜面20的观点考虑,将上部保护基板310先接合在半导体部300的上面侧,其后将下部保护基板320接合在半导体部300的下面侧而进行。上部保护基板310的接合工序中,首先,将形成有凹部312a或贯穿孔313的玻璃基板与半导体部300的SOI基板200重叠,在10Pa以下的真空环境下,加热到数百℃左右。此时,优选通过设为1Pa以下的环境而可以进一步提高接合后的真空度。另外,对于温度,优选保持为300℃到400℃左右。其后,在玻璃基板与SOI基板200达到所需的温度后,对玻璃基板施加相对于SOI基板200的接合侧的硅层,即第一硅层200a为400V至800V左右的电压。通过像这样在施加了电压的状态下保持20分钟至60分钟左右,就可以使上部保护基板310与半导体部300良好地接合。在将上部保护基板310接合后,下部保护基板320也被与上述相同地与半导体部300的第二硅层200b阳极接合(图24),如图18所示完成光扫描反射镜301。而且,接合方法并不限于阳极接合,可以使用各种方法。
如上说明所示,本实施方式中,由于利用挡块315、325来限制可动板50的z方向的位移,因此在从外部对光扫描反射镜301施加冲击时可以防止第一合叶31的破损,从而可以提高光扫描反射镜301的耐冲击性。由于挡块315、325被分别朝向在可动板50的摆动时可动板50的位移少的摆动轴突出设置,因此可以将挡块315、325邻近可动板50地构成,从而可以更为有效地限制可动板50的z方向位移。本实施方式中,由于在可动板50的上下分别配置有挡块315、325,因此可以更为有效地获得耐冲击性的提高效果。
而且,第七实施方式中,本发明并不限定于上述实施方式的构成,可以在不改变发明的主旨的范围中适当地进行各种变形。例如,对于挡块315或挡块325的结构或位置、个数,可以考虑光扫描反射镜的摆动运动适当地选择最佳的,并不限于上述实施方式。更具体来说,可以将挡块315及挡块325配置为,不会限制配置于可动框架35的内侧的可动板21的厚度方向的位移。即,也可以按照朝向第二合叶32的摆动的中心轴地在俯视时与可动板21重叠的方式突出设置挡块315,按照沿着第二合叶32的摆动的中心轴的方式突出设置挡块325。另外,光扫描反射镜也可以不是像上述实施方式那样的双轴万向接头型的,而是具有例如将形成有反射镜面的可动板用一对合叶支承在固定框架上的结构的可以单轴摆动的类型。该情况下,通过将挡块朝向可动板的摆动轴突出地形成于保护基板上,就可以同样地提高光扫描反射镜的耐冲击性。此外,保护基板只要与半导体部300的至少一面接合即可,另外,挡块只要不会限制可动板的位移地配置于半导体部300的至少一面侧即可。在将挡块仅设于一侧的情况下,也可以利用该挡块来限制可动板的z方向位移,从而可以防止合叶的破损,提高耐冲击性。此外,半导体部300也可以不是SOI基板,而是单一的硅基板或金属板,另外,将可动板21及可动板50摆动的驱动力也可以不是作用于梳齿电极间的静电力,而是作用于平板电极间的静电力或电磁力、电致伸缩力、热致伸缩力。无论在何种情况下,都可以通过将挡块朝向可动板的摆动轴突出地形成于保护基板上,来限制可动板的z方向的位移,防止合叶的破损,提高半导体部的耐冲击性。
此外,本发明并不限于具有反射镜面且扫描光的光扫描反射镜,而可以广泛地适用于在半导体基板上形成可以利用一对合叶相对于固定框架摆动地构成的可动板的半导体可动结构体中。即,通过在设于半导体基板的至少一面的保护基板中按照限制可动板在与半导体基板垂直的方向的位移的方式来设置挡块,就可以提高半导体可动结构体的耐冲击性。

Claims (15)

1.一种可动结构体,具备:
可动板、分别将一端部与所述可动板连接而构成所述可动板的1个摆动轴的一对合叶、被配置于所述可动板的周围并连接所述一对合叶的各自的另一端部而支承所述合叶的框架部,
所述可动板被构成为,能在扭转所述一对合叶的同时相对于所述框架部摆动,其特征在于,
还具备挡块部,
所述挡块部在所述可动板发生位移时,则与可动结构体的一部分接触,限制所述可动板的位移。
2.根据权利要求1所述的可动结构体,其特征在于,
所述挡块部被设置成限制所述可动板的面内方向的位移。
3.根据权利要求1或2所述的可动结构体,其特征在于,
所述挡块部在所述合叶的侧方沿着该合叶形成。
4.根据权利要求1或2所述的可动结构体,其特征在于,
还具备梳齿电极,
所述梳齿电极在所述可动板的一部分及所述框架的一部分中被相互面对地形成,以使所述可动板相对所述框架部摆动,
所述挡块部被配置为:
在所述可动板在所述面内方向发生位移时,与除去所述梳齿电极以外的可动结构体的其他的部位接触。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的可动结构体,其特征在于,
所述挡块部被一体化地形成于所述可动板或所述框架部中。
6.根据权利要求3所述的可动结构体,其特征在于,
在所述可动板中设有凹部,
所述凹部是在由所述合叶轴式支承的部位的附近沿合叶的长度方向凹入地形成的,
所述挡块部被一体化地形成于所述框架部中,且被形成为位于所述合叶与形成所述凹部的可动板的侧缘部之间。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的可动结构体,其特征在于,
在所述挡块部的角部,形成有R倒角形状的倒角部。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的可动结构体,其特征在于,
所述挡块部在所述可动板向侧方位移时,与接触该挡块部的可动结构体的其他的部位处于相同电位。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的可动结构体,其特征在于,
在所述挡块部的至少一部分中形成有防粘附膜或突起部,以便不与接触该挡块部的物体之间产生粘附。
10.根据权利要求1所述的可动结构体,其特征在于,
所述挡块部被设置成限制所述可动板的厚度方向的位移。
11.根据权利要求10所述的可动结构体,其特征在于,
所述可动板、所述合叶和所述框架被设于半导体基板中,
在所述半导体基板的至少一面中,接合有用于保护所述可动板的保护基板,
所述挡块部被从所述保护基板朝向所述可动板的摆动的中心轴突出设置。
12.根据权利要求11所述的可动结构体,其特征在于,
所述挡块部被以在所述可动板位移时不与所述合叶抵接的程度,形成于远离所述合叶的位置。
13.根据权利要求12所述的可动结构体,其特征在于,
所述挡块部具有配置于所述可动板的上面侧的上挡块,
所述上挡块被朝向所述合叶的摆动的中心轴突出设置,在所述可动板发生位移时与该可动板抵接而限制该可动板的位移。
14.根据权利要求12所述的可动结构体,其特征在于,
在所述可动板的下面,与该可动板一体化地形成支承体,
所述挡块部具有配置于所述可动板的下面侧的下挡块,
所述下挡块被沿着所述合叶的摆动的中心轴地朝向该中心轴突出设置,所述下挡块在所述可动板发生位移时和与该可动板一体化地发生位移的支承体抵接而限制该可动板的位移。
15.一种光扫描反射镜,其特征在于,
具有权利要求1至14中任意一项所述的可动结构体,
在所述可动板的上面,设有将入射的光反射的反射镜面。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104950435A (zh) * 2014-03-25 2015-09-30 精工爱普生株式会社 光扫描仪、图像显示装置以及头戴式显示器
CN105051909A (zh) * 2013-03-13 2015-11-11 因文森斯公司 带有集成背空腔的mems声传感器
CN106664039A (zh) * 2014-09-11 2017-05-10 索尼公司 静电型装置
US9809448B2 (en) 2013-03-13 2017-11-07 Invensense, Inc. Systems and apparatus having MEMS acoustic sensors and other MEMS sensors and methods of fabrication of the same
CN107942509A (zh) * 2017-12-11 2018-04-20 无锡英菲感知技术有限公司 一种具有分布式弹性结构的微镜
CN110221425A (zh) * 2018-03-02 2019-09-10 三美电机株式会社 促动器以及光扫描装置
TWI725889B (zh) * 2020-03-25 2021-04-21 來達科技股份有限公司 具有止動件的微機電系統微鏡裝置及其製造方法
CN113460956A (zh) * 2020-03-30 2021-10-01 绍兴中芯集成电路制造股份有限公司 Mems器件及其形成方法

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008072248A2 (en) 2006-12-14 2008-06-19 Ramot At Tel-Aviv University Ltd. Tilting actuator with close-gap electrodes
US9397585B2 (en) * 2010-11-15 2016-07-19 DigitalOptics Corporation MEMS MEMS shock cushion spring systems and methods
CN102059576B (zh) * 2010-11-25 2012-02-08 西安理工大学 双轴直线移动微驱动装置
US9065358B2 (en) * 2011-07-11 2015-06-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. MEMS structure and method of forming same
JP2014143533A (ja) * 2013-01-23 2014-08-07 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd 共振子及び発振器
DE102013209238B4 (de) * 2013-05-17 2017-10-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. MEMS-Struktur und Verfahren zum Herstellen derselben
KR101599968B1 (ko) * 2014-03-25 2016-03-08 포항공과대학교 산학협력단 광음향 단층 촬영을 위한 스캐너 및 그에 따른 광음향 단층 촬영장치
DE102014211338A1 (de) * 2014-06-13 2015-12-17 Robert Bosch Gmbh Mikrospiegelanordnung und projektionseinrichtung
US10161561B2 (en) 2015-07-30 2018-12-25 Nec Corporation Linkage rod including limited-displacement flexible mechanism
US9920874B2 (en) 2015-07-30 2018-03-20 Nec Corporation Linkage rod including limited-displacement flexible mechanism
US10322925B2 (en) * 2015-12-30 2019-06-18 Mems Drive, Inc. Shock caging features for MEMS actuator structures
US10196259B2 (en) * 2015-12-30 2019-02-05 Mems Drive, Inc. MEMS actuator structures resistant to shock
US10384929B2 (en) 2016-03-22 2019-08-20 Murata Manufacturing Co., Ltd. Impact element for a sensor device and a manufacturing method
EP3464168A1 (en) 2016-05-26 2019-04-10 Mems Drive Inc. Shock caging features for mems actuator structures
DE102017215575A1 (de) * 2017-09-05 2019-03-07 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Vorrichtung
JP2019212992A (ja) * 2018-05-31 2019-12-12 キヤノン株式会社 静電容量型トランスデューサ、及びその製造方法
WO2020096125A1 (ko) * 2018-11-07 2020-05-14 고려오트론(주) 리프트 방식의 정전 구동기 및 그를 갖는 광 스캐너
KR102032287B1 (ko) * 2018-11-07 2019-10-15 고려오트론(주) 고정 전극용 스페이서부를 구비하는 정전 구동기 및 그를 갖는 광 스캐너
WO2020101110A1 (ko) * 2018-11-14 2020-05-22 고려오트론(주) 스페이서부를 구비하는 광 스캐너
JP2021021676A (ja) 2019-07-30 2021-02-18 セイコーエプソン株式会社 慣性センサー、電子機器および移動体
KR102055129B1 (ko) * 2019-10-07 2019-12-12 고려오트론(주) 고정 전극용 스페이서부를 구비하는 정전 구동기 및 그를 갖는 광 스캐너
US12007554B2 (en) * 2020-01-30 2024-06-11 Lumentum Operations Llc Self-aligned vertical comb drive assembly
US12007555B2 (en) * 2020-06-18 2024-06-11 Lumentum Operations Llc MEMS device with a dual hinge structure

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5523878A (en) * 1994-06-30 1996-06-04 Texas Instruments Incorporated Self-assembled monolayer coating for micro-mechanical devices
JP2000097709A (ja) * 1998-09-21 2000-04-07 Murata Mfg Co Ltd 角速度センサ
US6262827B1 (en) * 1999-06-29 2001-07-17 Fujitsu Limited Galvano-mirror
JP2002022446A (ja) * 2000-07-06 2002-01-23 Murata Mfg Co Ltd 外力検知センサ
US20020017563A1 (en) * 2000-07-27 2002-02-14 Kazunari Tokuda Optical scanner
US6736521B1 (en) * 2003-01-02 2004-05-18 Texas Instruments Incorporated On axis translational motion stops for movable structure having torsional hinge
JP2004177357A (ja) * 2002-11-29 2004-06-24 Hitachi Metals Ltd 半導体加速度センサ
US20060082250A1 (en) * 2004-10-19 2006-04-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Biaxial actuator and method of manufacturing the same
JP2006340531A (ja) * 2005-06-03 2006-12-14 Matsushita Electric Works Ltd アクチュエータ
US20060284514A1 (en) * 2005-06-15 2006-12-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Actuator having vertical comb electrode structure
CN1906119A (zh) * 2004-04-22 2007-01-31 松下电器产业株式会社 执行器

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100415246B1 (ko) * 1995-06-05 2004-06-12 니혼 싱고 가부시키가이샤 전자엑추에이터
US6315423B1 (en) * 1999-07-13 2001-11-13 Input/Output, Inc. Micro machined mirror
JP3579015B2 (ja) 2000-10-10 2004-10-20 日本電信電話株式会社 マイクロミラー装置およびその製造方法
JP2003015064A (ja) 2001-07-04 2003-01-15 Fujitsu Ltd マイクロミラー素子
JP4140816B2 (ja) * 2002-05-24 2008-08-27 富士通株式会社 マイクロミラー素子
JP3987382B2 (ja) 2002-06-11 2007-10-10 富士通株式会社 マイクロミラー素子およびその製造方法
JP2004109651A (ja) 2002-09-19 2004-04-08 Ricoh Co Ltd 光走査装置、光書き込み装置及び画像形成装置
US7031040B2 (en) * 2003-05-16 2006-04-18 Ricoh Company, Ltd. Optical scanning apparatus, optical writing apparatus, image forming apparatus, and method of driving vibration mirror

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5523878A (en) * 1994-06-30 1996-06-04 Texas Instruments Incorporated Self-assembled monolayer coating for micro-mechanical devices
JP2000097709A (ja) * 1998-09-21 2000-04-07 Murata Mfg Co Ltd 角速度センサ
US6262827B1 (en) * 1999-06-29 2001-07-17 Fujitsu Limited Galvano-mirror
JP2002022446A (ja) * 2000-07-06 2002-01-23 Murata Mfg Co Ltd 外力検知センサ
US20020017563A1 (en) * 2000-07-27 2002-02-14 Kazunari Tokuda Optical scanner
JP2004177357A (ja) * 2002-11-29 2004-06-24 Hitachi Metals Ltd 半導体加速度センサ
US6736521B1 (en) * 2003-01-02 2004-05-18 Texas Instruments Incorporated On axis translational motion stops for movable structure having torsional hinge
CN1906119A (zh) * 2004-04-22 2007-01-31 松下电器产业株式会社 执行器
US20060082250A1 (en) * 2004-10-19 2006-04-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Biaxial actuator and method of manufacturing the same
JP2006340531A (ja) * 2005-06-03 2006-12-14 Matsushita Electric Works Ltd アクチュエータ
US20060284514A1 (en) * 2005-06-15 2006-12-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Actuator having vertical comb electrode structure

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105051909A (zh) * 2013-03-13 2015-11-11 因文森斯公司 带有集成背空腔的mems声传感器
US9809448B2 (en) 2013-03-13 2017-11-07 Invensense, Inc. Systems and apparatus having MEMS acoustic sensors and other MEMS sensors and methods of fabrication of the same
CN105051909B (zh) * 2013-03-13 2018-01-05 因文森斯公司 带有集成背空腔的mems声传感器
CN104950435A (zh) * 2014-03-25 2015-09-30 精工爱普生株式会社 光扫描仪、图像显示装置以及头戴式显示器
CN106664039A (zh) * 2014-09-11 2017-05-10 索尼公司 静电型装置
CN106664039B (zh) * 2014-09-11 2019-09-10 索尼公司 静电型装置
CN107942509A (zh) * 2017-12-11 2018-04-20 无锡英菲感知技术有限公司 一种具有分布式弹性结构的微镜
CN110221425A (zh) * 2018-03-02 2019-09-10 三美电机株式会社 促动器以及光扫描装置
CN110221425B (zh) * 2018-03-02 2023-08-04 三美电机株式会社 促动器以及光扫描装置
TWI725889B (zh) * 2020-03-25 2021-04-21 來達科技股份有限公司 具有止動件的微機電系統微鏡裝置及其製造方法
CN113460956A (zh) * 2020-03-30 2021-10-01 绍兴中芯集成电路制造股份有限公司 Mems器件及其形成方法
CN113460956B (zh) * 2020-03-30 2024-05-24 绍兴中芯集成电路制造股份有限公司 Mems器件及其形成方法

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DE09770219T8 (de) 2013-04-25
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KR20110013520A (ko) 2011-02-09
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SG189737A1 (en) 2013-05-31

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