CN114026484A - 制造方法及光偏转器 - Google Patents

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CN114026484A CN202080043596.7A CN202080043596A CN114026484A CN 114026484 A CN114026484 A CN 114026484A CN 202080043596 A CN202080043596 A CN 202080043596A CN 114026484 A CN114026484 A CN 114026484A
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Abstract

提供一种光偏转器的制造方法,能够不受基板层蚀刻的影响地在该基板层上形成具有均匀的膜厚的压电膜层且能够抑制可动支承部的异常振动。通过从SiO2层(35)一侧对SOI晶圆(30)实施蚀刻,在外侧压电致动器(15a)的形成区域形成向SiO2层(35)一侧开口的空洞(43),并用SiO2层(45)覆盖空洞(43)的露出面。接着,将SOI晶圆(30)的SiO2层(35)与SOI晶圆(50)的支承层(52)接合,制造封入了空洞(43)的SOI晶圆(56)。此后,在SOI晶圆(56)的背面侧形成凹部(63)之后,从背面侧沿凹部(63)的深度方向进行各向异性蚀刻,去除SiO2层(45)。

Description

制造方法及光偏转器
技术领域
本发明涉及MEMS(Micro Electro Mechanical Systems:微机电系统)的光偏转器的制造方法以及光偏转器。
背景技术
已知有MEMS的光偏转器(专利文献1,专利文献2)。
专利文献1的光偏转器具备:镜部;可动支承部;固定支承部;第一压电致动器,其介于镜部与可动支承部之间,使镜部绕第一旋转轴以共振频率往复转动;以及第二压电致动器,其介于可动框与固定支承部之间,在镜部处绕与第一旋转轴相交的第二旋转轴以比共振频率低的非共振频率往复转动。
在专利文献1的光偏转器中,进一步地,第一压电致动器和第二压电致动器以SOI(Silicon on Insulator)的活性层为共用的基板层。并且,第二压电致动器的活性层的表面被下挖而低于第一压电致动器的活性层的表面。即,关于基板层的厚度,第二压电致动器比第一压电致动器的薄。其结果,虽然是由同一SOI制造的光偏转器,但绕第一旋转轴的镜部的共振频率增大,且绕第二旋转轴的镜部的偏转角也增大。
专利文献2公开了一种用于制造包括镜部及压电致动器的MEMS的SOI的Si晶圆(ウェハ)的制造方法。根据该制造方法,在作为Si层的活性层的背面侧,根据部位不同而形成深度不同的多个小宽度的沟槽。接着,对小宽度沟槽之间进行热氧化,而形成小宽度沟槽间连结了的沟槽,在包含该沟槽内的活性层的背面侧形成牺牲层。然后,将活性层的牺牲层侧贴合至作为另一Si层的支承层的表面侧,从而完成SOI。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2017-211576号公报
专利文献2:日本特开2017-74625号公报
发明内容
发明要解决的课题
在MEMS的光偏转器的制造方法中,为了制造压电致动器,需要在整个基板层上形成压电膜层。此时,若压电膜层的膜厚如果不均匀,则压电致动器的品质会降低。因此,压电膜层必须形成在粗糙度小的平面上。
在专利文献1的光偏转器中,在削除了活性层的表面侧形成有压电膜层。如果对活性层进行蚀刻时,则会导致表面变得粗糙。
在专利文献2的SOI中,活性层在背面侧具有沟槽,并且压电膜层形成于在活性层中未形成沟槽的一侧的面。另外,反射镜配置于在活性层的背面侧中具有沟槽的表面区域,与此相对,压电元件配置于在活性层的背面侧中不设沟槽的表面区域。
专利文献2的MEMS的光偏转器由于不具备可动支承部,因此构成单轴方式的光偏转器。
另一方面,双轴方式的光偏转器在第一压电致动器与第二压电致动器之间具有可动支承部。因此,当为了增大镜部绕第一旋转轴的共振频率或/和增大镜部绕第二旋转轴的偏转角而将第二压电致动器的基板层设置得较薄时,可动支承部相对于镜部的支承力降低,可动支承部容易引起异常振动。
本发明的目的在于提供一种能够与基板层的蚀刻无关地在该基板层上形成均匀的膜厚的压电膜层且能够抑制可动支承部的异常振动的光偏转器的制造方法以及通过该制造方法制造的光偏转器。
用于解决课题的手段
本发明的制造方法是以下光偏转器的制造方法,该光偏转器具备:镜部;可动支承部;固定支承部;第一压电致动器,其介于所述镜部与所述可动支承部之间,使所述镜部绕第一旋转轴以共振频率往复转动;以及,第二压电致动器,其介于所述可动支承部与所述固定支承部之间,使所述镜部绕与所述第一旋转轴相交的第二旋转轴以比所述共振频率低的非共振频率往复转动,所述制造方法的特征在于,具备:
第一工序,对第一Si晶圆的所述第二SiO2层一侧的面设定蚀刻区域及非蚀刻区域,所述第一Si晶圆具有层叠结构,该层叠结构在厚度方向上依次配置有第一SiO2层、第一Si层及所述第二SiO2层,在所述蚀刻区域至少包括所述第二压电致动器的形成区域,在所述非蚀刻区域中至少包括所述可动支承部的形成区域,从所述第二SiO2一侧对所述第一Si晶圆的仅所述蚀刻区域进行蚀刻,在所述第一Si层形成向第二SiO2一侧开口的空洞;
第二工序,利用第三SiO2层覆盖所述空洞的露出面;
第三工序,将在厚度方向上具有第四SiO2层和第二Si层的层叠结构的第二Si晶圆的所述第二Si层一侧的面与所述第一Si晶圆的所述第二SiO2层一侧的面接合,制成封入有所述空洞的第三Si晶圆;
第四工序,在所述第三Si晶圆的所述第一SiO2层一侧遍及整面地依次层叠下侧电极层、压电膜层以及上侧电极层作为压电致动器的层叠结构层;
第五工序,从所述第三Si晶圆的表面侧进行各向异性干式蚀刻直至到达所述第二SiO2层的表面侧的深度,形成所述第一压电致动器以及所述第二压电致动器;
第六工序,从所述第三Si晶圆的背面侧进行蚀刻直至到达所述第二SiO2层的背面侧的深度,在所述第三Si晶圆的背面侧形成被所述固定支承部的内周壁包围的凹部;以及,
第七工序,从所述第三Si晶圆的背面侧沿所述凹部的深度方向进行各向异性干式蚀刻,去除所述第二SiO2层和所述第三SiO2层。
根据本发明,压电膜层在第三Si晶圆中形成于未进行蚀刻处理的第一SiO2层的面。其结果,能够形成具有均匀膜厚的压电膜层。
根据本发明,第三Si晶圆的第一Si层成为光偏转器的各元件共用的基板层。而且,第二压电致动器的形成区域设定为蚀刻区域,可动支承部设定为非蚀刻区域。由此,第二压电致动器的基板层变薄,挠性增大。另外,可动支承部的基板层变厚,刚性增大。这样,能够增大镜部绕第二旋转轴的偏转角,并且能够抑制可动支承部的异常振动。
在本发明的制造方法中,优选的是,在所述第一工序中,所述蚀刻区域中包括所述镜部的形成区域以及所述第一压电致动器的形成区域。
根据该结构,镜部及第一压电致动器的重量降低,因此能够进一步抑制伴随镜部的共振的可动支承部的异常振动。
在本发明的制造方法中,优选的是,在所述第一工序中,在所述蚀刻区域中包括所述镜部的形成区域,在所述非蚀刻区域中包括所述第一压电致动器的形成区域。
根据该结构,能够增大镜部绕第一旋转轴的偏转角。
在本发明的制造方法中,优选的是,在所述第一工序中,在所述蚀刻区域中包括所述第一压电致动器的形成区域,在所述非蚀刻区域中包括所述镜部的形成区域。
根据该结构,由于镜部的厚度增大,因此能够抑制镜部的镜面的扭曲。
在本发明的制造方法中,优选的是,在所述第一工序中,在所述非蚀刻区域中包括所述镜部的形成区域及所述第一压电致动器的形成区域。
根据该结构,能够提高镜部的刚性,抑制镜部的扭曲。另外,能够提高第一压电致动器的刚性,增大镜部绕第一旋转轴的共振频率。
在本发明的制造方法中,优选的是,在所述第五工序之后,所述第六工序还具有下述工序:从所述第三Si晶圆的背面侧对至少除去所述镜部及所述可动支承部的肋形成区域的区域进行蚀刻,在所述镜部及所述可动支承部的背面侧形成所述第二Si层的肋。
根据该结构,在镜部及可动支承部的背面侧形成有第二Si层的肋。由此,能够抑制镜部的扭曲,并且抑制可动支承部的异常振动。
本发明的光偏转器具备:镜部;可动支承部;第一压电致动器,其介于所述镜部与所述可动支承部之间,使所述镜部绕第一旋转轴以共振频率往复转动;固定支承部,其比所述可动支承部要更离开所述镜部地被配置;以及,第二压电致动器,其介于所述可动支承部与所述固定支承部之间,使所述镜部绕与所述第一旋转轴相交的第二旋转轴以比所述共振频率低的非共振频率往复转动,
所述光偏转器还具备第一Si层和第四SiO2层,
所述第一Si层形成为所述镜部、所述可动支承部、所述第一压电致动器以及所述第二压电致动器的共同的基板层,至少在除去所述可动支承部的背面侧,至少在所述第二压电致动器的背面侧形成有空洞;所述第四SiO2层覆盖所述空洞的侧面。
根据本发明的光偏转器,作为镜部、可动支承部、第一压电致动器以及第二压电致动器的共同的基板层而形成了第一Si层,该第一Si层在至少除去可动支承部的背面侧,至少在第二压电致动器的背面侧具有空洞。并且,空洞的侧面受第四SiO2层覆盖。该第四SiO2层成为用空洞封入型的Si晶圆制造了光偏转器的证据。
附图说明
图1是光偏转器的主视图。
图2A表示SOI的膜厚与水平轴方向的共振频率及垂直轴方向的偏转角之间的关系的图。
图2B是调查SOI的膜厚与水平轴方向的共振频率之间的关系的实验图表。
图2C是将SOI的膜厚作为参数来调查外侧压电致动器的驱动电压和机械半角的实验图表。
图3是在用于调查镜部的各种异常振动的模拟中调查到的应力分布图。
图4是调查可动框部的惯性力矩相对于镜部的惯性力矩的比与可动框部绕旋转轴Ay的扭转角的关系的图表。
图5是表示光偏转器的制造方法的图。
图6是通过图5的工序完成的光偏转器的剖视图。
图7是光偏转器的第一实施例的剖视图。
图8是光偏转器的第二实施例的剖视图。
图9是光偏转器的第三实施例的剖视图。
图10是光偏转器的第四实施例的剖视图。
图11是光偏转器的第五实施例的剖视图。
具体实施方式
以下,对本发明的优选的实施方式进行说明。本发明当然不限定于以下的实施方式。本发明可以在说明书所公开的技术思想的范围内以各种方式进行实施。需要说明的是,对实施方式之间共通的构成要素标注相同的附图标记。
以下,对本发明的优选实施方式进行详细说明。在以下的说明中,对于实质上相同或等同的要素及部分,使用共同的参照标号。另外,对于具有相同结构的对或组的要素,使用数字相同且仅字母标注的字母不同的参照标号。而且,在对构成对或组的要素进行统称时,使用省略了字母标注的部分的参照标号。
(光偏转器(整体))
图1是光偏转器10的主视图。光偏转器10作为MEMS(Micro Electro MechanicalSystems:微机电系统)而由SOI(Silicon on Insulator)制造。光偏转器10具备镜部11、扭杆12a,12b、内侧压电致动器13a,13b、可动框部14、外侧压电致动器15a,15b以及固定框部16作为主要要素。
为了便于说明光偏转器10的结构,定义X轴、Y轴及Z轴这三轴正交坐标系。X轴及Y轴定义为从正面观察时与矩形的固定框部16的长边及短边的延伸方向分别平行的方向。Z轴定义为与光偏转器10的厚度方向平行的方向。
O是镜部11的中心。中心O也是光偏转器10的中心。来自未图示的光源的激光等光束入射到镜部11的中心O。
旋转轴Ax及旋转轴Ay作为镜部11的两个旋转轴而与镜部11的中心O正交。在镜部11朝向正面时,旋转轴Ax及旋转轴Ay与X轴及Y轴分别平行。
镜部11位于光偏转器10的中心。扭杆12a,12b在Y轴方向上从镜部11的两侧沿着旋转轴Ay延伸。
内侧压电致动器13a,13b在X轴方向上配置在镜部11的两侧,并在Y轴方向的各端部处与扭杆12a,12b的中间部结合。内侧压电致动器13a,13b在Y轴方向的两端部处相互结合,内侧压电致动器13a,13b成对的整体构成在Y轴方向上较长的椭圆环,并包围镜部11。
可动框部14在Y轴方向上具有纵长的椭圆环的形状,包围内侧压电致动器13a,13b的椭圆环。各扭杆12在与镜部11相反的一侧的端部处与可动框部14的内周结合。各扭杆12在Y轴方向的中间部的外周缘部处与可动框部14的内周结合。
外侧压电致动器15a,15b在X轴方向上配置在镜部11的两侧。各外侧压电致动器15在两端部处与可动框部14的外周和固定框部16的内周结合。
在镜部11朝向正面时,内侧压电致动器13与可动框部14的结合部、可动框部14与外侧压电致动器15的结合部、以及外侧压电致动器15与固定框部16的结合部在通过中心O且与X轴平行的直线上排列成一列。为了增大圆形的镜部11的直径,内侧压电致动器13在该直线上的内周侧具有圆弧状的凹部。
各外侧压电致动器15具有以曲折图案结合的多个压电悬臂21。压电悬臂21的宽度越接近固定框部16则越宽。由此,越是靠近固定框部16的压电悬臂21,其变形力越强,越是靠近可动框部14的压电悬臂21,其挠性越高。
内侧压电致动器13和外侧压电致动器15从未图示的驱动装置接受驱动电压的供给。内侧压电致动器13介于扭杆12与可动框部14之间,使扭杆12绕旋转轴Ay以共振频率扭转振动。由此,镜部11绕旋转轴Ay以共振频率Fy往复转动。
关于各外侧压电致动器15所具有的多个压电悬臂21,假定从固定框部16侧向可动框部14侧依次标注编号1、2、…。在该情况下,奇数编号的压电悬臂21和偶数编号的压电悬臂21的峰到峰(ピークツーピーク)相同,从未图示的驱动装置接受相位相反的驱动电压。其结果,奇数编号的压电悬臂21和偶数编号的压电悬臂21以相反相位弯曲。
这样,各压电悬臂21的弯曲相加,外侧压电致动器15可动框部14侧的顶端部相对于固定框部16侧的基端部的旋转量增大。其结果,外侧压电致动器15以顶端侧的增大的旋转量使可动框部14绕与X轴平行的旋转轴以非共振频率Fx往复转动。由此,镜部11绕旋转轴Ax以非共振频率Fx往复转动。需要说明的是,非共振频率Fx<共振频率Fy。
(基板层)
图2A表示SOI的膜厚与水平轴方向的共振频率以及垂直轴方向的偏转角的关系。在图2A~图2C中,SOI的膜厚是指作为光偏转器10的基板层的活性层34(图6等)的厚度。水平轴方向(X轴方向)的共振是指镜部11绕旋转轴Ay的往复转动。垂直方向(Y轴方向)的偏转角是指镜部11绕旋转轴Ax的转动角。
从图2A可以理解,水平轴方向的共振频率和垂直轴方向的偏转角在SOI的膜厚设定时处于权衡(trade-off)的关系。
图2B是调查SOI的膜厚与水平轴方向的共振频率之间的关系的实验图表。从图2B可以理解,随着SOI的膜厚的增大,水平轴方向的共振频率也增大。
图2C是将SOI的膜厚作为参数来调查外侧压电致动器15的驱动电压和机械半角的实验图表。机械半角是指在对镜部11供给各驱动电压并使其绕旋转轴Ax往复转动时,在不会发生扭杆12的缺口等损伤的前提下相对于镜部11的正面的向各侧的偏转角。
由图2C可知,随着驱动电压的增大,以及随着SOI的膜厚的减少,机械半角增大。
(异常振动)
图3是通过以模拟的方式调查镜部11的各种异常振动的应力分布图。在图3中,越白的部位,表示应力越大。
在图3的(a)中,在内侧压电致动器13对扭杆12进行扭转振动的模式中产生了异常。在图3的(b)中,放大表示扭转振动模式的异常时的镜部11附近的情况。在扭转振动模式的异常时,可动框部14随着共振频率Fy的增大,受到共振振动的影响力也提高。
其结果,可动框部14无法承受该影响,从而引起异常振动。
作为(a)和(b)中所示的这种异常振动的对策,可以考虑提高可动框部14的刚性、提高图4中说明的力矩比。
在图3的(c)及(d)中示出了外侧压电致动器15的异常振动。在(c)中,外侧压电致动器15a,15b向Y轴方向的+侧平移,并与固定框部16冲突。在(d)中,从正面观察时,各外侧压电致动器15的压电悬臂21呈倾斜。
(c)及(d)中所示的异常振动的原因之一可以考虑如下:为了增大绕旋转轴Ax的偏转角,如果将压电悬臂21设置的较薄,则压电悬臂21的刚性降低,由外侧压电致动器15产生的绕与旋转轴Ax平行的旋转轴的往复转动动力难以传递到可动框部14。
作为(c)及(d)中所示的异常振动的对策,可以考虑使可动框部14的内周侧的可动元件(镜部11、扭杆12及内侧压电致动器13)的轻量化。
(惯性力矩比)
图4是调查可动框部14的惯性力矩Ii相对于镜部11的惯性力矩IM的比、与可动框部14绕旋转轴Ay的扭转角之间的关系的图表。镜部11及可动框部14的惯性力矩IMii分别通过以下(1)式及(2)式来表示。
(1) ∶IM=mMr2M
(2) ∶Ii=mir2i
在上式中,字母标注Mi分别表示镜部11(Mirror)及可动框部14(inner frame)。m表示质量。r是距旋转轴Ay的距离。
图4的横轴的惯性力矩比是指Ii/IM。另一方面,由于镜部11绕旋转轴Ay的往复转动引起的反作用会产生在可动框部14上,因此,可动框部14绕旋转轴Ay向与镜部11相反的方向往复转动。纵轴的扭转角是可动框部14的转动角相对于此时的镜部11的转动角的差的比例。扭转角=0意味着维持与无反作用时相同的扭转角。
从图4可知,惯性力矩比Ii/IM越大,则可动框部14的扭转角越接近0。扭转角越大,图3的(a)及(b)中的扭转振动模式的异常振动越大。
(制造方法)
图5是表示光偏转器10的制造方法的图。按照工序的顺序说明制造方法。
在步骤1(STEP1)中,准备SOI晶圆30。SOI晶圆30在层叠方向(=厚度方向)上自下(背面)往上(表面)依次具有SiO2(二氧化硅)层31、支承层32、SiO2层33、活性层34以及SiO2层35。支承层32及活性层34是由Si(硅)构成的Si层。
在步骤1中,另外,在SOI晶圆30的表面设定有非蚀刻区域40及蚀刻区域41。非蚀刻区域40至少包括可动框部14的形成区域。蚀刻区域41至少包括外侧压电致动器15的形成区域。
在步骤2(STEP2)中,从表面侧对SOI晶圆30的蚀刻区域41进行蚀刻。由此,在SOI晶圆30的表面形成多个空洞43。这些空洞43的底面为平坦的平面,所有空洞43的深度都相等,且均在SiO2层35一侧开口。
在步骤3(STEP3)中,将SOI晶圆30在高温气氛中暴露规定时间,在空洞43的露出面形成SiO2层45。其结果,在SOI晶圆30的表面侧,在非蚀刻区域40处受SiO2层35覆盖,在空洞43的底面及侧面处受SiO2层45覆盖。利用SiO2层35和SiO2层45,SOI晶圆30的表面被SiO2层连续覆盖。
在步骤4(STEP4)中,将SOI晶圆30翻过来,并且准备SOI晶圆50。通过将SOI晶圆30翻过来,使SiO2层31成为表面,SiO2层35成为背面。SOI晶圆50具有SiO2层51和支承层52。而且,SOI晶圆30的SiO2层35与SOI晶圆50的支承层52对齐。
SOI晶圆50也可以通过从SOI晶圆去除箱层(BOX层)及活性层的方式制造而成,其中,上述SOI晶圆在作为箱层的SiO2层的两侧具备作为Si层的支承层和活性层。在该情况下,剩余的支承层和在其下面的SiO2层分别构成支承层52和SiO2层51。
在步骤5(STEP5)中,在步骤4的SOI晶圆30的SiO2层35与SOI晶圆50的支承层52对齐的状态下,在高温气氛下将SOI晶圆30与SOI晶圆50接合。由此,制造SOI晶圆56。
步骤5的高温气氛的气体例如为(a)氢、(b)Ar(氩)或者(c)氢与Ar的混合气体。另外,高温气氛的保持温度为900℃以上且1200℃以下。在SOI晶圆30与SOI晶圆50接合后,去除接合体的表面侧的SiO2层31及支承层32,从而完成SOI晶圆56。
空洞43成为被封入SOI晶圆56的内部的状态。在SOI晶圆56中,表面成为SiO2层33,背面成为SiO2层51。SOI晶圆56的层叠结构沿厚度方向从背面侧向表面侧依次排列有SiO2层51、支承层52、SiO2层35、活性层34及SiO2层33。
在步骤6(STEP6)中,在步骤5中的作为SOI晶圆56的表面的SiO2层33的表面上形成压电致动器的上部结构层58。上部结构层58从SiO2层33的表面向上依次包括下侧电极层58a、PZT(Pb(Zr·Ti)O3层58b以及上侧电极层58c。
空洞43的底面通过蚀刻而形成,而SiO2层33最初包含在SOI晶圆30中。因此,未加工的上部结构层58形成于几乎没有凹凸的平坦的、换言之能够忽略表面粗糙度的SiO2层33的表面。其结果,上部结构层58所包含的各层遍及SiO2层33整面地形成均匀的膜厚。
在步骤7(STEP7)中,以SiO2层35为停留层,从上部结构层58侧以到达SiO2层35的表面的深度的方式对SOI晶圆56进行蚀刻。由此,制造光偏转器10的可动元件(固定框部16的内周侧的元件全部为可动元件)。但是,由于SiO2层35残留,可动元件通过SiO2层35结合,可动元件的位移受到约束。
在从步骤7到步骤8的中途的工序(未图示)中,完成电极焊盘69(图6)、层间膜80、布线层81以及绝缘层82(图7)。这样,光偏转器10的上部结构在接下来的步骤8之前全部完成。
在步骤8(STEP8)中,以使可动元件成为埋设状态的方式,在SOI晶圆56的表面形成蜡层61。而且,板层62与蜡层61的表面固定接合。在对SOI晶圆56的背面侧进行蚀刻时,蜡层61及板层62固定可动元件,保护这些可动元件免受损伤。
在步骤8中,在附加蜡层61及板层62之后,进一步从相对于SOI晶圆56的背面侧通过蚀刻形成凹部63。凹部63作为在光偏转器10完成后在光偏转器10工作时的可动元件向背面侧位移时的位移允许空间而形成于固定框部16的内周侧。需要说明的是,凹部63贯通支承层52。
用于形成凹部63的蚀刻对深度较深的凹部63进行蚀刻,因此,相比于各向同性蚀刻,更优选各向异性蚀刻。另外,也可以采用干式蚀刻和湿式蚀刻中的任一方式的蚀刻。这是因为,由于可动元件完全被埋设在蜡层61内,因此可动元件不会被润湿。
(痕迹)
图6是经过图5的工序而完成的光偏转器10的剖视图。在图5的步骤8与图6之间,包括露出于凹部63的SiO2层35及SiO2层45的蚀刻处理工序以及接着该蚀刻处理工序的蜡层61的去除工序。
在SiO2层35及SiO2层45的蚀刻工序中,在露出于凹部63的SiO2层35及SiO2层45与位置无关地一律在活性层34的厚度方向上被削去空洞43的底面处的SiO2层45的厚度的量。由此,凹部63的露出面中的层面与SOI晶圆56的背面平行的SiO2层的全部(SiO2层35的露出面的全部、以及SiO2层45中的覆盖空洞43的底面的SiO2层45)被去除。
另一方面,作为凹部63的露出面中的层面与SOI晶圆56的深度方向平行的SiO2层的空洞43的侧面的SiO2层45在深度方向上具有足够的长度。其结果,仅去除SOI晶圆56的背面侧的一部分而并不是去除全部,在该蚀刻工序后,空洞43的侧面的SiO2层45(位置P1的SiO2层45)的残留部分也作为痕迹72而被留下。
在该蚀刻工序后,解除可动元件的通过SiO2层45的相互的结合。另外,痕迹72成为用带空洞43的SOI晶圆56制造了光偏转器10的证据。这是因为,如果不是采用带空洞43的SOI晶圆56而是采用无空洞43的SOI晶圆来降低作为外侧压电致动器15的区域的基板层的活性层34的厚度,是不会由SiO2覆盖形成在活性层34的背面侧的凹部。
(实施例/共同点)
图7至图11是作为光偏转器10的各种实施例的光偏转器10a~10e的剖视图。另外,光偏转器10的主要部分在正面观察时成为左右对称的结构。因此,这些剖视图仅示出相对于光偏转器10的中心线Ce左半部的剖视情况。另外,SiO2层33,35,SiO2层45,51等SiO2层较薄,因此省略图示。但仅在图11中未省略SiO2层35而对其进行了图示,对其进行图示的理由在后面叙述。
在图7至图11中,80是层间膜,81是布线层,82是绝缘层,84是构成镜部11的反射面的例如由金属膜构成的反射层。这些均为压电式的光偏转器10中公知的元件。关于空洞43,比可动框部14靠内侧(中心O侧)的空洞43由空洞43i表示,比可动框部14靠外侧(与中心O相反的一侧)的空洞43由空洞43o表示。当然,空洞43i、空洞43o属于蚀刻区域41(图5/STEP1)。
需要说明的是,在图7~图11中,省略了扭杆12的图示。但是,活性层34中的扭杆12的厚度在任一实施例中都与镜部11的厚度相等。
光偏转器10a~10e具有以下共同的特征。
(a)可动框部14属于非蚀刻区域40。由此,作为前述的惯性力矩比的Ii/IM增大,抑制了关于图3所说明的异常振动。(b)外侧压电致动器15属于蚀刻区域41,在活性层34的背面侧具有空洞43。由此,压电悬臂21的挠性增大,镜部11绕旋转轴Ax的偏转角增大。
(实施例1)
在图7的光偏转器10a中,仅将可动元件中的可动框部14的形成区域设定为非蚀刻区域40。其结果,在活性层34中,在镜部11及扭杆12的背面侧形成有空洞43i,在外侧压电致动器15的背面侧形成有空洞43o。
在光偏转器10a中。镜部11变得轻量,因此,作为惯性力矩比的Ii/IM进一步增大,异常振动的抑制效果提高。
(实施例2)
在图8的光偏转器10b中,将可动元件中的内侧压电致动器13和可动框部14的形成区域设定为非蚀刻区域40。其结果,在活性层34中,在镜部11的背面侧形成有空洞43i,在外侧压电致动器15的背面侧形成有空洞43o。
由此,在光偏转器10a中,光偏转器10绕旋转轴Ax的偏转角增大。另外,由于镜部11变得轻量,Ii/IM进一步增大,提高了异常振动的抑制效果。
(实施例3)
在图9的光偏转器10c中,可动元件中的镜部11和可动框部14的形成区域被设定为非蚀刻区域40。其结果,在活性层34中,在内侧压电致动器13的背面侧形成有空洞43i,在外侧压电致动器15的背面侧形成有空洞43o。
在光偏转器10c中,4个内侧压电致动器13变得轻量,可动框部14的刚性则相应地相对提高,从而提高了图3的(c)及(d)中所示的异常振动的抑制效果。
(实施例4)
在图10的光偏转器10d中,可动元件中的镜部11、扭杆12及可动框部14的形成区域被设定为非蚀刻区域40。其结果,绕旋转轴Ay的共振频率Fy进一步增大。
(实施例5)
在图11的光偏转器10e中,相对于图9的光偏转器10c,在镜部11和可动框部14的背面分别追加有肋91,92。肋91经由SiO2层35与镜部11和可动框部14的背面结合。即,在形成凹部63时,肋91,92作为从支承层52不被蚀刻的部分而残留,由此形成。
肋91使镜部11的刚性增大。其结果,能够防止往复转动中的镜部11的镜面的扭曲。肋92使可动框部14的刚性进一步增大。由此,挺高了关于图3的(a)及(b)的说明中的镜部11的异常振动的防止效果。
(变形例和补充)
SOI晶圆也即为Si晶圆。因此,本发明的第一Si晶圆包括SOI晶圆。在实施方式中,SOI晶圆56由两个SOI晶圆(SOI晶圆30,50)制造而成。制造本发明的第三Si晶圆的第一Si晶圆和第二Si晶圆可以均为裸硅,或者至少其一Si晶圆为裸硅。
本发明的第一SiO2层、第二Si层及第三SiO2层与实施方式的SiO2层33、活性层34及SiO2层35对应。本发明的第三SiO2层与SiO2层45对应。本发明的第四SiO2层及第二Si层分别对应于SiO2层51及支持层52。
在实施方式中,上部结构层58包含PZT层58b。本发明的压电致动器的层叠结构层中所含的压电膜层也可以是PZT以外的材料。
本发明的可动支承部及固定支承部分别与实施方式的可动框部14及固定框部16对应。本发明的可动支承部及固定支承部也可以不是框形形状。
在实施方式中,作为第一旋转轴的旋转轴Ay与作为第二旋转轴的旋转轴Ax正交。本发明的第一旋转轴及第二旋转轴只要相交即可,也可以是不正交的两个旋转轴。
实施方式的扭杆12及外侧压电致动器15分别相当于本发明的第一压电致动器及第二压电致动器。本发明的第一压电致动器也可以不具有半椭圆环的形状,也可以是直线形状的悬臂。本发明的第二压电致动器不限定于多个压电悬臂21以曲折图案的方式连结的结构。
标号说明
10…光偏转器;11…镜部;12…内侧压电致动器(第一压电致动器);14…可动框部(可动支承部);15…外侧压电致动器;16…固定框部(固定支承部);30…SOI晶圆30(第一Si晶圆);33…SiO2层(第一SiO2层);34…活性层(第一Si层);35…SiO2层(第二SiO2层);40…非蚀刻区域;41…蚀刻区域;43…空洞;45…SiO2层(第三SiO2层);50…50(第二Si晶圆);51…SiO2层(第四SiO2层);52…支承层(第二Si层);56…SOI晶圆(第三Si晶圆);58a…下侧电极层;58b…PZT层;58c…上侧电极层;63…凹部63;72…痕迹;90,91…肋。

Claims (7)

1.一种制造方法,其是以下光偏转器的制造方法,
所述光偏转器具备:镜部;可动支承部;固定支承部;第一压电致动器,其介于所述镜部与所述可动支承部之间,使所述镜部绕第一旋转轴以共振频率往复转动;以及,第二压电致动器,其介于所述可动支承部与所述固定支承部之间,使所述镜部绕与所述第一旋转轴相交的第二旋转轴以比所述共振频率低的非共振频率往复转动,
所述制造方法的特征在于,具备:
第一工序,对第一Si晶圆的第二SiO2层一侧的面设定蚀刻区域及非蚀刻区域,所述第一Si晶圆具有层叠结构,该层叠结构在厚度方向上依次配置有第一SiO2层、第一Si层及所述第二SiO2层,在所述蚀刻区域至少包括所述第二压电致动器的形成区域,在所述非蚀刻区域中至少包括所述可动支承部的形成区域,从所述第二SiO2一侧对所述第一Si晶圆的仅所述蚀刻区域进行蚀刻,在所述第一Si层形成向所述第二SiO2一侧开口的空洞;
第二工序,利用第三SiO2层覆盖所述空洞的露出面;
第三工序,将在厚度方向上具有第四SiO2层和第二Si层的层叠结构的第二Si晶圆的所述第二Si层一侧的面与所述第一Si晶圆的第二SiO2层一侧的面接合,制成封入有所述空洞的第三Si晶圆;
第四工序,在所述第三Si晶圆的所述第一SiO2层一侧遍及整面地依次层叠下侧电极层、压电膜层以及上侧电极层作为压电致动器的层叠结构层;
第五工序,从所述第三Si晶圆的表面侧进行各向异性干式蚀刻直至到达所述第二SiO2层的表面侧的深度,形成所述第一压电致动器以及所述第二压电致动器;
第六工序,从所述第三Si晶圆的背面侧进行蚀刻直至到达所述第二SiO2层的背面侧的深度,在所述第三Si晶圆的背面侧形成被所述固定支承部的内周壁包围的凹部;以及,
第七工序,从所述第三Si晶圆的背面侧沿所述凹部的深度方向进行各向异性干式蚀刻,去除所述第二SiO2层和所述第三SiO2层。
2.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于,
在所述第一工序中,所述蚀刻区域中包括所述镜部的形成区域以及所述第一压电致动器的形成区域。
3.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于,
在所述第一工序中,在所述蚀刻区域中包括所述镜部的形成区域,在所述非蚀刻区域中包括所述第一压电致动器的形成区域。
4.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于,
在所述第一工序中,在所述蚀刻区域中包括所述第一压电致动器的形成区域,在所述非蚀刻区域中包括所述镜部的形成区域。
5.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于,
在所述第一工序中,在所述非蚀刻区域中包括所述镜部的形成区域及所述第一压电致动器的形成区域。
6.根据权利要求5所述的制造方法,其特征在于,
在所述第五工序之后,所述第六工序还具有下述工序:从所述第三Si晶圆的背面侧对至少除去所述镜部以及所述可动支承部的肋形成区域的区域进行蚀刻,在所述镜部及所述可动支承部的背面侧形成所述第二Si层的肋。
7.一种光偏转器,其特征在于,其具备:
镜部;
可动支承部;
第一压电致动器,其介于所述镜部与所述可动支承部之间,使所述镜部绕第一旋转轴以共振频率往复转动;
固定支承部,其比所述可动支承部要更离开所述镜部地被配置;以及,
第二压电致动器,其介于所述可动支承部与所述固定支承部之间,使所述镜部绕与所述第一旋转轴相交的第二旋转轴以比所述共振频率低的非共振频率往复转动,
所述光偏转器还具备第一Si层和第四SiO2层,所述第一Si层形成为所述镜部、所述可动支承部、所述第一压电致动器以及所述第二压电致动器的共同的基板层,至少在除去所述可动支承部的背面侧,至少在所述第二压电致动器的背面侧形成有空洞;所述第四SiO2层覆盖所述空洞的侧面。
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