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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Abtastvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung der optischen Abtastvorrichtung.
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STAND DER TECHNIK
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In einer optischen Abtastvorrichtung, wie z.B. einem Laser-Abstandssensor oder einem optischen Scanner, wird die MEMS-Technologie (Micro Electro Mechanical System) angewendet, um einen MEMS-Spiegel einzusetzen. Um den MEMS-Spiegel anzutreiben, gibt es einen MEMS-Spiegel, der eine elektromagnetische Kraft, eine elektrostatische Kraft oder einen piezoelektrischen Effekt nutzt. Die Abtastung von Licht wird durch Rotation und Oszillation des MEMS-Spiegels um einen Träger (oder eine Achse) realisiert.
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Das Patentdokument 1 beschreibt beispielsweise eine optische Abtastvorrichtung mit einem Silizium-Substrat, das zur Bildung eines Trägerbalkens und einer beweglichen Platte ausgebildet ist. Eine Antriebsspule wird durch Ausbilden einer Verbindung auf der beweglichen Platte gebildet. Ein Strom wird durch die Antriebsspule geleitet. Zwischen dem durch die Antriebsspule fließenden Strom und einem Magnetfeld eines außerhalb des MEMS-Spiegels angeordneten Permanentmagneten wird eine Lorentzkraft erzeugt. Mit der Lorentzkraft als Antriebskraft wird die bewegliche Platte um den Trägerbalken gedreht, wodurch Licht abgetastet wird.
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STAND DER TECHNIK
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Patentdokument 1: WO 2013 / 124 913
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Mit der Erfindung zu lösende Probleme
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Wie oben beschrieben, ist es bei der herkömmlichen optischen Abtastvorrichtung erforderlich, einen Permanentmagneten vorzusehen, um einen MEMS-Spiegel zu drehen. Dies ist einer der Faktoren, die einer Miniaturisierung der optischen Abtastvorrichtung entgegenstehen.
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Die vorliegende Erfindung soll dieses Problem angehen und Ziel ist es, eine optische Abtastvorrichtung bereitzustellen, die miniaturisiert werden kann, und ein anderes Ziel ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen optischen Abtastvorrichtung aufzuzeigen.
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Mittel zum Lösen der Probleme
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Gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine optische Abtastvorrichtung eine Abtaststruktur, einen Trägerkörper und eine oder mehrere Antriebseinheiten. Die Abtaststruktur hat eine reflektierende Oberfläche, um Licht zu reflektieren. Der Trägerkörper ist ein Anker. Die eine oder die mehreren Antriebseinheiten sind zwischen der Abtaststruktur und dem Trägerkörper angeschlossen, um die Abtaststruktur anzutreiben. Die eine oder mehreren Antriebseinheiten haben einen ersten Antriebsbalken, eine erste Elektrodenverbindung, ein Paar von ersten Trägern und einen ersten Schichtmagneten. Der erste Antriebsbalken hat ein erstes befestigtes Ende, das mit dem Trägerkörper verbunden ist, und ein erstes Antriebsende, das mit der Abtaststruktur verbunden ist. Die erste Elektrodenverbindung ist an dem ersten Antriebsbalken ausgebildet. Das Paar von ersten Trägern sind jeweils mit dem Trägerkörper verbunden und sind ebenfalls so angeordnet, dass sie den ersten Antriebsbalken einschließen. Der erste Schichtmagnet ist an jedem des Paares von ersten Trägern angeordnet. Der erste Schichtmagnet ist so angeordnet, dass magnetische Kraftlinien in einer ersten Richtung erzeugt werden, die die Richtung schneidet, in der sich die erste Elektrodenverbindung erstreckt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Abtastvorrichtung die folgenden Schritte: Ein Substrat, das ein Halbleitersubstrat und eine Halbleiterschicht aufweist, die auf einer Oberfläche eines Körpers des Halbleitersubstrats ausgebildet ist, wobei eine erste Isolationsschicht dazwischen angeordnet ist, wird vorbereitet. Eine erste Elektrodenverbindung und ein Reflexionsspiegel werden auf der Halbleiterschicht mit einer dazwischenliegenden zweiten Isolationsschicht gebildet. Auf der zweiten Isolationsschicht wird ein erster Schichtmagnet ausgebildet. Die zweite Isolationsschicht, die Halbleiterschicht, die erste Isolationsschicht und der Körper des Halbleitersubstrats werden bearbeitet, um einen Trägerkörper als Anker, eine Abtaststruktur mit dem darauf angeordneten Reflexionsspiegel, einen ersten Antriebsbalken mit der darauf angeordneten ersten Elektrodenverbindung, dessen eines Ende mit dem Trägerkörper als befestigtes Ende und dessen anderes Ende mit der Abtaststruktur als Antriebsende verbunden ist, und paarweise erste Träger zu bilden, auf denen jeweils der erste Schichtmagnet angeordnet ist und die mit dem Trägerkörper so verbunden sind, dass sie den ersten Antriebsbalken zwischen sich aufnehmen. In dem Schritt des Formens des ersten Schichtmagneten wird der erste Schichtmagnet so geformt, dass magnetische Kraftlinien in einer Richtung erzeugt werden, die die Richtung schneiden, in der sich die erste Elektrodenverbindung erstreckt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer optischen Abtastvorrichtung die folgenden Schritte: Ein Substrat, das aus einem Halbleitersubstrat und einer Halbleiterschicht besteht, die auf einer Oberfläche eines Körpers des Halbleitersubstrats ausgebildet wird, wobei eine erste Isolationsschicht dazwischen angeordnet wird, wird vorbereitet. Eine erste Elektrodenverbindung wird auf der Halbleiterschicht gebildet, wobei eine zweite Isolationsschicht dazwischen angeordnet wird. Ein erster Schichtmagnet wird auf der zweiten Isolationsschicht ausgebildet. Die zweite Isolationsschicht, die Halbleiterschicht, die erste Isolationsschicht und der Körper des Halbleitersubstrats werden bearbeitet, um einen Trägerkörper als Anker, einen ersten Antriebsbalken, auf dem die erste Elektrodenverbindung angeordnet ist und dessen eines Ende mit dem Trägerkörper als befestigtes Ende und dessen anderes Ende als Antriebsende verbunden ist, und ein Paar von ersten Trägern zu bilden, auf denen jeweils der erste Schichtmagnet angeordnet ist und die mit dem Trägerkörper verbunden sind, um den ersten Antriebsbalken dazwischen sandwichartig aufzunehmen. Es wird eine Abtaststruktur mit einem darauf angeordneten Reflexionsspiegel gebildet. Die Abtaststruktur wird mit dem anderen Ende des ersten Antriebsbalkens verbunden, der als Antriebsende dient. Bei dem Schritt des Ausbildens des ersten Schichtmagneten wird der erste Schichtmagnet so ausgebildet, dass magnetische Kraftlinien in einer Richtung erzeugt werden, die die Richtung schneiden, in der sich die erste Elektrodenverbindung erstreckt.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine optische Abtastvorrichtung derart ausgebildet, dass ein erster Schichtmagnet derart angeordnet ist, dass magnetische Kraftlinien in einer ersten Richtung erzeugt werden, die die Richtung schneidet, in der sich eine erste Elektrodenverbindung erstreckt, und die optische Abtastvorrichtung somit miniaturisiert werden kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Abtastvorrichtung derart, dass ein erster Schichtmagnet, der so ausgebildet ist, dass er magnetische Kraftlinien in einer Richtung erzeugt, die die Richtung schneidet, in der sich eine erste Elektrodenverbindung erstreckt, als Schicht gebildet ist, und das Verfahren ermöglicht, eine optische Abtastvorrichtung herzustellen, die zur Miniaturisierung beitragen kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein anderes Verfahren zur Herstellung einer optischen Abtastvorrichtung derart aufgezeigt, dass ein erster Schichtmagnet, der so ausgebildet ist, dass er magnetische Kraftlinien in einer Richtung erzeugt, die die Richtung schneidet, in der sich eine erste Elektrodenverbindung erstreckt, als Schicht ausgebildet wird, und eine Abtaststruktur separat von einem ersten Antriebsbalken usw. hergestellt und schließlich mit dem ersten Antriebsbalken verbunden wird, wobei das Verfahren die Herstellung einer optischen Abtastvorrichtung ermöglicht, die zur Miniaturisierung beitragen kann.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Draufsicht auf eine optische Abtastvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 2 ist ein Teilquerschnitt entlang einer in 1 angedeuteten Linie II-II gemäß der Ausführungsform;
- 3A ist ein Querschnitt entlang einer Linie, die einer in 1 angedeuteten Linie III-III entspricht, und zeigt einen Schritt eines Verfahrens zur Herstellung der optischen Abtastvorrichtung gemäß der Ausführungsform;
- 3B ist ein Querschnitt, der einen Schritt zeigt, der nach dem in 3A gezeigten Schritt gemäß der Ausführungsform durchgeführt wird;
- 3C ist ein Querschnitt, der einen Schritt zeigt, der nach dem in 3B gezeigten Schritt gemäß der Ausführungsform ausgeführt wird;
- 3D ist ein Querschnitt, der einen Schritt zeigt, der nach dem in 3C gezeigten Schritt gemäß der Ausführungsform ausgeführt wird;
- 4A ist ein Teilquerschnitt, der einen Schritt zeigt, der nach dem in 3D gezeigten Schritt gemäß der Ausführungsform ausgeführt wird;
- 4B ist ein Teilquerschnitt, der einen Schritt zeigt, der nach dem in 4A gezeigten Schritt gemäß der Ausführungsform ausgeführt wird;
- 5 ist ein Teilquerschnitt, der ein modifiziertes Beispiel der in 4A und 4B gezeigten Schritte gemäß der Ausführungsform zeigt;
- 6A ist ein Querschnitt, der einen Schritt zeigt, der nach dem in 4B gezeigten Schritt gemäß der Ausführungsform ausgeführt wird;
- 6B ist ein Querschnitt, der einen Schritt zeigt, der nach dem in 6A gezeigten Schritt gemäß der Ausführungsform ausgeführt wird;
- 7A ist ein Teilquerschnitt entlang einer in 1 angedeuteten Linie VIIA-VIIA zur Veranschaulichung eines Vorgangs der optischen Abtastvorrichtung gemäß der Ausführungsform;
- 7B ist ein Teilquerschnitt entlang einer in 1 angedeuteten Linie VIIB-VIIB zur Veranschaulichung eines Betriebs der optischen Abtastvorrichtung gemäß der Ausführungsform;
- 8 ist eine Draufsicht auf eine optische Abtastvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 9 ist ein Teilquerschnitt entlang einer in 8 angedeuteten Linie IX-IX gemäß der Ausführungsform;
- 10 ist eine partielle Draufsicht auf eine optische Abtastvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;
- 11 ist eine Draufsicht auf eine optische Abtastvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform;
- 12 ist ein Querschnitt entlang einer in 11 angedeuteten Linie XII-XII gemäß der Ausführungsform;
- 13 ist eine Teil-Draufsicht, die eine beispielhafte Variante einer Elektrodenverbindung gemäß der jeweiligen Ausführungsform zeigt;
- 14 ist ein Teilquerschnitt entlang einer in 13 angedeuteten Linie XIV-XIV gemäß jeder Ausführungsform;
- 15 ist eine Teil-Draufsicht, die eine weitere beispielhafte Variante der Elektrodenverbindung gemäß jeder Ausführungsform zeigt;
- 16 ist ein Teilquerschnitt entlang einer in 15 angedeuteten Linie XVI-XVI gemäß jeder Ausführungsform, und
- 17 ist ein Teilquerschnitt, der eine beispielhafte Variante eines Dünnschichtmagneten gemäß jeder Ausführungsform zeigt.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsform 1
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Es wird nun eine optische Abtastvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben. Wie in 1 und 2 dargestellt, beinhaltet eine optische Abtastvorrichtung 1 eine Abtaststruktur 3, einen Anker 21 und eine Antriebseinheit 7. Die Antriebseinheit 7 ist zwischen der Abtaststruktur 3 und dem Anker 21 angeschlossen, um die Abtaststruktur 3 anzutreiben. Die Antriebseinheit 7 beinhaltet einen Antriebsbalken 9, einen Verbindungsbalken 11, eine Elektrodenverbindung 13, einen Träger 17 und einen Dünnschichtmagneten 15. Die Antriebseinheit 7 beinhaltet eine erste Antriebseinheit 7a und eine zweite Antriebseinheit 7b. In der vorliegenden Beschreibung werden je nach Bedarf eine X-Achse, eine Y-Achse und eine Z-Achse verwendet. Die Fläche, auf der die optische Abtastvorrichtung 1 angeordnet ist, wird als X-Y-Ebene definiert. Die Z-Achse steht orthogonal zur X-Y-Ebene.
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Die Abtaststruktur 3 ist in der Draufsicht im Wesentlichen als Rechteck ausgebildet. An der Abtaststruktur 3 ist ein Reflexionsspiegel 5 ausgebildet. Der Anker 21 ist in der Draufsicht in Form eines rechteckigen Rahmens ausgebildet. Der Anker 21 ist so geformt, dass er die Abtaststruktur 3, den Antriebsbalken 9 und den Träger 17 umgibt. Die optische Abtastvorrichtung 1 hat eine Größe von beispielsweise mehreren hundert Mikrometern bis zu mehreren zehn Millimetern.
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Der Antriebsbalken 9 beinhaltet einen ersten Antriebsbalken 9a und einen zweiten Antriebsbalken 9b. Der Antriebsbalken 9 ist zum Beispiel etwa 10 bis 3000 µm breit. Der Antriebsbalken 9 hat beispielsweise eine Länge von etwa 100 bis 20000 µm.
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Der erste Antriebsbalken 9a hat ein erstes befestigtes Ende und ein erstes Antriebsende, wobei das erste befestigte Ende mit dem Anker 21 verbunden ist und das erste Antriebsende über den Verbindungsbalken 11 mit der Abtaststruktur 3 auf einer negativen Seite entlang der Y-Achse verbunden ist. Der zweite Antriebsbalken 9b hat ein zweites befestigtes Ende und ein zweites Antriebsende, und das zweite befestigte Ende ist mit dem Anker 21 verbunden und das zweite Antriebsende ist mit dem ersten Antriebsende verbunden und ist ebenfalls über den Verbindungsbalken 11 mit der Abtaststruktur 3 auf der negativen Seite entlang der Y-Achse verbunden.
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Die Elektrodenverbindung 13 beinhaltet eine Elektrodenverbindung 13a als erste Elektrodenverbindung und eine Elektrodenverbindung 13b als zweite Elektrodenverbindung. Die Elektrodenverbindung 13 ist auf dem Antriebsbalken 9 unter Zwischenschaltung einer Siliziumoxid-Schicht 59 ausgebildet. Die Elektrodenverbindung 13 ist beispielsweise etwa 0,1 bis 10 µm dick. Die Siliziumoxid-Schicht 59 hat beispielsweise eine Dicke von etwa 0,01 bis 1 µm.
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Die Elektrodenverbindung 13a hat eine Endseite, die mit einer Elektrode 19a elektrisch verbunden ist. Die Elektrodenverbindung 13b hat eine Endseite, die elektrisch mit einer Elektrode 19b verbunden ist. Die Elektrodenverbindungen 13a und 13b haben ihre jeweiligen anderen Endseiten elektrisch miteinander verbunden.
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Der Träger 17 beinhaltet einen Träger 17a als Paar von ersten Trägern und einen Träger 17b als Paar von zweiten Trägern. Die Träger 17a und 17b sind mit dem Anker 21 verbunden.
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Der Dünnschichtmagnet 15 beinhaltet die Dünnschichtmagnete 15a und 15b als ersten Schichtmagneten und die Dünnschichtmagnete 15c und 15d als zweiten Schichtmagneten. Die Dünnschichtmagnete 15a und 15b erzeugen magnetische Kraftlinien in einer ersten Richtung, die die Richtung entlang der Y-Achse schneidet, in der sich die Elektrodenverbindung 13a erstreckt, und es ist eine positive Richtung entlang der X-Achse.
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Die Dünnschichtmagnete 15c und 15d erzeugen magnetische Kraftlinien in einer zweiten Richtung, die die Richtung entlang der Y-Achse schneidet, in der sich die Elektrodenverbindung 13b erstreckt, und die eine negative Richtung entlang der X-Achse ist. Die erste Richtung und die zweite Richtung sind zueinander entgegengesetzte Richtungen. In der vorliegenden Beschreibung ist der Dünnschichtmagnet 15 ein Magnet, der aus einer Schicht gebildet ist, die durch ein Halbleiterverfahren wie Sputtern, CVD (Chemical Vapor Deposition) oder dergleichen gebildet ist, und bezieht sich auf einen Magneten in Form einer Schicht mit einer Dicke von etwa 100 µm oder weniger.
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Silizium wird als Hauptmaterial für Abtaststruktur 3, Antriebsbalken 9, Verbindungsbalken 11, Träger 17 und Anker 21 bezeichnet. Als Silizium kann z.B. das Silizium eines SOI (Silicon On Insulator)-Substrats verwendet werden. Durch die Verwendung des SOI-Substrats können die Abtaststruktur 3, die Antriebsbalken 9 und die Verbindungsbalken 11 in ihrer Dicke variiert werden.
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Die Abtaststruktur 3 kann in ihrer Dicke größer eingestellt werden, um eine Verformung der Abtaststruktur 3 zu unterdrücken. Im Gegensatz dazu kann die Dicke des Antriebsbalkens 9 kleiner eingestellt werden, um die Steifigkeit des Antriebsbalkens 9 zu verringern, um den Antriebsbalken 9 in einem erhöhten Maß zu verschieben. Als Silizium kann neben einkristallinem Silizium z.B. auch Polysilizium verwendet werden.
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Auf der Abtaststruktur 3 ist ein Reflexionsspiegel 5 mit dazwischenliegender Siliziumoxid-Schicht 59 angeordnet. Der Reflexionsspiegel 5 ist aus einer Metallschicht gebildet, die einen relativ hohen Reflexionsgrad aufweist. Als Metallschicht mit hohem Reflexionsgrad eignet sich z.B. eine Gold (Au)-Schicht. Wenn die Goldschicht direkt auf einer Oberfläche aus Silizium oder einer Siliziumoxid-Schicht gebildet wird, kann die Goldschicht aufgrund der schlechten Haftung zwischen der Goldschicht und dem darunter liegenden Silizium oder dergleichen von der Oberfläche des darunter liegenden Siliziums oder dergleichen abgeschält werden. Um dies zu unterdrücken, ist es wünschenswert, eine Adhäsionsschicht zwischen der Goldschicht und der Oberfläche des darunter liegenden Siliziums oder dergleichen einzuschieben.
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Die Haftschicht ist vorzugsweise eine Chrom (Cr)-Schicht, ein Stapel aus einer Chrom (Cr)-Schicht und einer Nickel (Ni)-Schicht, eine Titan (Ti)-Schicht, ein Stapel aus einer Titan (Ti)-Schicht und einer Platin (Pt)-Schicht oder dergleichen. Der Reflexionsspiegel 5 hat beispielsweise eine Größe von etwa 100 bis 10.000 µm im Durchmesser.
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Die Metallschicht, die den Reflexionsspiegel 5 bildet, ist nicht auf eine Goldschicht beschränkt und kann beispielsweise eine Platin (Pt)-Schicht, eine Silber (Ag)-Schicht oder ähnliches sein. Es ist wünschenswert, eine Metallschicht zu verwenden, die einen höheren Reflexionsgrad in Abhängigkeit von der Wellenlänge des zu verwendenden Lichts aufweist. Weiterhin kann die Abtaststruktur 3 einschließlich Reflexionsspiegel 5 durch Vakuumversiegelung, luftdichtes Verschließen oder ähnliches verpackt werden. In einem solchen Fall kann der Reflexionsspiegel 5 aus Aluminium (Al)-Schicht oder einer ähnlichen, oxidierbaren Metallschicht gebildet sein.
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Die Metallschicht wird zweckmäßigerweise durch Sputtern hergestellt. Gesputterte Metallschicht gilt als zufriedenstellend in der Qualität als Schicht. Anstelle des Sputterns kann z.B. Aufdampfen angewendet werden.
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Als Material für die Elektrodenverbindung 13 ist Aluminium (Al) geeignet. Als Material für die Elektrodenverbindung 13 genügt ein Material, das elektrischen Strom durchlassen kann, und außer Aluminium können beispielsweise Aluminium-Silizium (Al-Si), Gold (Au) oder dergleichen verwendet werden.
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Als Material für die Elektrode 19 ist Gold (Au) geeignet. Die Elektrode 19 wird vorzugsweise durch das gleiche Verfahren wie das zur Herstellung des Reflexionsspiegels 5 gebildet. Die Elektrode 19 kann durch dasselbe Verfahren gebildet werden wie dasjenige zum Bilden der Elektrodenverbindung 13.
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Als Material für den Dünnschichtmagneten 15 ist NdFeB (Neodym) geeignet. Als Material für den Dünnschichtmagneten 15 genügt ein Material, das in der Lage ist, ein Magnetfeld zu bilden, und außer NdFeB (Neodym) können beispielsweise SmCo (Samarium-Kobalt), CoPtCr (Kobalt-Platin-Chrom) oder dergleichen verwendet werden.
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Nachfolgend wird ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung der wie oben beschriebenen optischen Abtastvorrichtung 1 anhand eines Schnittes entlang der in 1 angedeuteten Linie III-III beschrieben.
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Zunächst wird, wie in 3A gezeigt, ein SOI-Substrat 51 hergestellt. Für das SOI-Substrat 51 weist ein Silizium-Substrat 53 als Körper eines Halbleitersubstrats eine Hauptoberfläche mit einer darauf ausgebildeten Siliziumschicht 57 auf, zwischen der eine Siliziumoxid-Schicht 55 angeordnet ist. Weiterhin ist auf einer Oberfläche der Siliziumschicht 57 eine Siliziumoxid-Schicht 59 ausgebildet. Auf der anderen Hauptfläche des Silizium-Substrats 53 ist eine Siliziumoxid-Schicht 61 ausgebildet. Das Silizium-Substrat 53 ist beispielsweise etwa 100 bis 1000 µm dick. Die Siliziumschicht 57 hat beispielsweise eine Dicke von etwa 2 bis 200 µm.
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Wenn die Siliziumoxid-Schichten 59 und 61 nicht auf dem SOI-Substrat 51 ausgebildet sind, dann wird vorab die Siliziumoxid-Schicht 59 auf einer Oberfläche der Siliziumschicht 57 und die Siliziumoxid-Schicht 61 auf der anderen Hauptfläche des Silizium-Substrats 53 ausgebildet. Die Siliziumoxid-Schichten 59 und 61 werden zweckmäßigerweise durch thermische Oxidation gebildet. Durch thermische Oxidation können Siliziumoxid-Schichten 59 und 61 mit guter Qualität als Schicht gebildet werden. Im Gegensatz zum SOI-Substrat 51 kann z.B. ein einkristallines Silizium-Substrat verwendet werden. In diesem Fall ist es beim Ätzen der Rückseite eines einkristallinen Silizium-Substrats, wie im Folgenden beschrieben, notwendig, das Ätzen zeitlich zu steuern.
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Anschließend wird eine Schicht (nicht dargestellt), die eine Elektrodenverbindung sein soll, z.B. durch Sputtern so geformt, dass sie die Siliziumoxid-Schicht 59 bedeckt. Anschließend wird die Schicht, die die Elektrodenverbindung sein soll, fotolithografisch bearbeitet und geätzt. Geeigneterweise wird die Schicht z.B. durch reaktives Ionenätzen geätzt. Für das reaktive Ionenätzen wird zweckmäßigerweise ein Gas auf Basis von Chlor (Cl2)/Argon (Ar) verwendet. In der Fotolithografie wird ein Fotoresistmuster als Maske (eine Schutzschicht) für das Ätzen gebildet.
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So wird, wie in 3B gezeigt, die Elektrodenverbindung 13 gebildet. Wenn die Elektrodenverbindung 13 gebildet wird, wird auch ein Bereich der Elektrode 19 gebildet. Neben dem reaktiven Ionenätzen kann z.B. auch ein Nassätzen mit einer Ätzlösung durchgeführt werden. Beim Ätzen ist es notwendig, eine Ätzbedingung einzustellen, unter der die darunterliegende Siliziumoxid-Schicht 59 nicht leicht angeätzt wird. Nachdem die Elektrodenverbindung 13 und dergleichen ausgebildet sind, wird das Fotoresistmuster entfernt. Zum Entfernen des Fotoresistmusters eignet sich die O2-Veraschung. Alternativ kann das Fotoresistmuster auch mit einer Abziehlösung entfernt werden.
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Anschließend wird eine Schicht (nicht dargestellt) als Reflexionsspiegel und eine Elektrode so geformt, dass sie die Siliziumoxid-Schicht 59 bedeckt. Anschließend werden Photolithographie und Ätzen durchgeführt. So werden, wie in 3C gezeigt, der Reflexionsspiegel 5 und ein verbleibender Bereich der Elektrode 19 gebildet. Als Schicht für den Reflexionsspiegel und die Elektrode eignet sich beispielsweise eine Chrom (Cr)-Schicht/Nickel (Ni)-Schicht/Gold (Au)-Schicht, eine Titan (Ti)-Schicht/Platin (Pt)-Schicht/Gold (Au)-Schicht oder eine ähnliche Schicht. Eine solche Schicht hat eine hohe Haftfähigkeit auf einem darunter liegenden Material und weist zudem einen hohen Reflexionsgrad auf. Die Schicht wird zweckmäßigerweise durch Sputtern gebildet.
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Wenn eine Gold (Au)-Schicht gebildet wird, ist das Nassätzen mit Ätzmittel bevorzugt. Alternativ kann die Schicht, die der Reflexionsspiegel und die Elektrode sein sollen, durch Abheben oder Ionenstrahlätzen (IBE) gebildet werden. Nachdem der Reflexionsspiegel 5 und die Elektrode 19 ausgebildet sind, wird das Fotoresistmuster entfernt.
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Um zu verhindern, dass die Elektrodenverbindung 13 beim Ätzen zum Strukturieren des Reflexionsspiegels 5 und der Elektrode 19 angeätzt wird, ist es vorteilhaft, eine Schutzschicht (nicht dargestellt) zu bilden, die die Elektrodenverbindung 13 abdeckt, bevor die Schicht gebildet wird, die der Reflexionsspiegel und die Elektrode sein soll. Als Schutzschicht wird zweckmäßigerweise eine Isolationsschicht aus Siliziumoxid-Schicht verwendet. Um die elektrische Leitung der Elektrode 19 zur Elektrodenverbindung 13 herzustellen, ist es notwendig, einen Bereich der Schutzschicht, der sich unter der Elektrode 19 befindet, zu entfernen.
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Ferner können die Elektrodenverbindung 13 und der Reflexionsspiegel 5 gleichzeitig ausgebildet werden. In diesem Fall ist es bevorzugt, eine Schicht auszubilden, die sowohl für die Elektrodenverbindung 13 als auch für den Reflexionsspiegel 5 taugt. Es ist bevorzugt, die Elektrodenverbindung 13 gemäß den Bedingungen (Schichttyp, Musterung usw.) zu formen, die beim Formen des Reflexionsspiegels 5 angewendet werden.
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Anschließend wird eine Schicht (nicht dargestellt) zur Bildung des Dünnschichtmagneten so geformt, dass sie die Siliziumoxid-Schicht 59 bedeckt. Die zum Dünnschichtmagnet bestimmte Schicht wird in geeigneter Weise durch Sputtern geformt, wodurch die Schicht eine gute Qualität als Schicht aufweist. Anschließend wird, wie in 3D gezeigt, die zum Dünnschichtmagnet bestimmte Schicht 14 strukturiert, um ein Muster der zum Dünnschichtmagnet bestimmten Schicht 14 zu bilden. Die zum Dünnschichtmagnet bestimmte Schicht 14 wird in geeigneter Weise durch Ionenstrahlätzen (IBE) strukturiert.
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Im Gegensatz zum Ionenstrahlätzen kann auch das reaktive Ionenätzen angewendet werden. In diesem Fall ist es notwendig, eine Ätzbedingung einzustellen, unter der die darunterliegende Siliziumoxid-Schicht 59 nicht so leicht angeätzt wird. Wenn reaktives Ionenätzen angewendet wird, ist es geeignet, Gas auf Basis von Chlor (Cl2)/Argon (Ar) zu verwenden.
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Es ist zu beachten, dass dann, wenn reaktives Ionenätzen verwendet wird, um den Dünnschichtmagneten 15 zu bilden, es zur Unterdrückung des Ätzens der Elektrodenverbindung 13, des Reflexionsspiegels 5 und der Elektrode 19 vorteilhaft ist, eine Schutzschicht (nicht gezeigt) zu bilden, die die Elektrodenverbindung 13, den Reflexionsspiegel 5 und die Elektrode 19 bedeckt, bevor die zum Dünnschichtmagneten bestimmte Schicht gebildet wird. Als Schutzschicht wird zweckmäßigerweise eine Isolationsschicht aus Siliziumoxid verwendet. Nachdem das Muster der zum Dünnschichtmagneten bestimmten Schicht 14 ausgebildet ist, wird die Schutzschicht, die eine Oberfläche des Reflexionsspiegels 5 bedeckt, durch reaktives Ionenätzen entfernt, um Licht durch den Reflexionsspiegel 5 zu reflektieren.
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Anschließend wird das Muster der zum Dünnschichtmagnet bestimmten Schicht 14 magnetisiert, um einen Magnetpol zu bestimmen. Die Magnetisierung des Musters erfolgt z.B. mit einem Magnetisierungsjoch. Wie in 4A und 4B gezeigt, wird ein Magnetisierungsjoch 81 verwendet, um die Magnetisierung für jedes Musterpaar der zum Dünnschichtmagnet bestimmten Schicht 14 bereitzustellen.
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Es ist zu beachten, dass in diesem Fall der Dünnschichtmagnet 15, der zum ersten Mal magnetisiert wird, ein Magnetfeld bildet, und es wird erwartet, dass das Magnetfeld eine genaue Magnetisierung des Musters der zum Dünnschichtmagnet bestimmten Schicht 14 zum zweiten Mal verhindern kann. Dementsprechend ist es, wie in 5 gezeigt, wünschenswert, die Magnetisierung unter Verwendung des Magnetisierungsjochs 81 mit einem Halbach-Array durchzuführen. Das Magnetisierungsjoch in der Halbach-Anordnung kann einen Magnetpol haben, der in der Richtung umgeordnet ist, um ein Magnetfeld auf einer Seite eines Magneten zu konzentrieren, in diesem Fall auf einer Seite, auf der das Muster der zum Dünnschichtmagneten bestimmten Schicht 14 angeordnet ist, und das Magnetisierungsjoch kann somit eine Magnetisierung des Dünnschichtmagneten 15c bereitstellen, um ein Magnetfeld in entgegengesetzter Richtung zu dem des Dünnschichtmagneten 15b zu erzeugen. Die Magnetisierung kann in dem in 6B gezeigten Schritt durchgeführt werden.
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Weiterhin kann eine feinere Magnetisierung erreicht werden, wenn die zum Dünnschichtmagneten bestimmte Schicht 14 lokal einer Wärmebehandlung durch lokales Laserglühen oder dergleichen unterzogen wird. Alternativ kann der Dünnschichtmagnet 15 separat hergestellt und auf die Siliziumoxid-Schicht 59 geklebt werden. Beim Aufkleben des Dünnschichtmagneten 15 ist es bevorzugt, dass nach dem Ätzen der Siliziumschicht 57 das Silizium mit dem gebildeten Dünnschichtmagneten 15 durch Raumtemperaturbonden auf das Silizium-Substrat 53 geklebt wird.
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Weiterhin kann eine Schutzschicht in einem anderen Bereich als dem Bereich, in dem der Reflexionsspiegel 5 und die Elektrode 19 ausgebildet sind, ausgebildet werden. Die Schutzschicht ist vorzugsweise eine Siliziumoxid-Schicht, eine organische Schicht oder dergleichen, die gegen Feuchtigkeit oder dergleichen beständig ist.
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Anschließend wird ein Verfahren zur Ausbildung einer Struktur als optische Abtastvorrichtung durchgeführt. Zunächst wird durch Photolithographie und Ätzen die Siliziumoxid-Schicht 59 strukturiert (siehe 10). Die Siliziumoxid-Schicht 59 wird durch reaktives Ionenätzen geeignet strukturiert. Anschließend wird die Siliziumschicht 57 geätzt, wobei die strukturierte Siliziumoxid-Schicht 59 oder ähnliches als Ätzmaske dient. Die Schicht wird zweckmäßigerweise mit induktivem Kopplungsplasma (ICP)-RIE geätzt. Die Schicht wird geätzt, bis die Siliziumoxid-Schicht 55 eine freiliegende Oberfläche aufweist (siehe 10).
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Anschließend wird die freigelegte Siliziumoxid-Schicht 55 geätzt. Die Schicht wird zweckmäßigerweise mittels ICP-RIE kontinuierlich mit einer variierten Ätzbedingung geätzt. So wird, wie in 6A gezeigt, eine Oberfläche des Silizium-Substrats 53 freigelegt. Dieses Ätzen kann mit einer anderen reaktiven Ionenätzvorrichtung durchgeführt werden.
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Anschließend wird die rückseitige Oberfläche des SOI-Substrats 51 bearbeitet. Zunächst werden eine Photolithographie und ein Ätzen durchgeführt, um die Siliziumoxid-Schicht 61 zu strukturieren (siehe 11). Anschließend wird, wie in 6B gezeigt, das Silizium-Substrat 53 geätzt, wobei das Muster der Siliziumoxid-Schicht 61 o.ä. als Ätzmaske dient. Dadurch werden Träger 17, Antriebsbalken 9, die Abtaststruktur 3 und dergleichen gebildet. Danach wird das SOI-Substrat 51 geschnitten, um die in 1 gezeigte optische Abtastvorrichtung 1 und dergleichen zu vervollständigen.
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Wenn ein Wafer-Level-Paket oder dergleichen als eine Form des Pakets betrachtet wird, dann kann, bevor das SOI-Substrat 51 geschnitten bzw. gewürfelt wird, ein Glassubstrat oder ein Silizium-Substrat an die Seite der vorderen Oberfläche des SOI-Substrats 51 und die der hinteren Oberfläche des SOI-Substrats 51 gebondet werden, um eine Struktur mit versiegelter optischer Abtastvorrichtung 1 bereitzustellen. Das SOI-Substrat 51 und das Glassubstrat werden vorzugsweise durch anodisches Bonden miteinander verbunden. Das SOI-Substrat 51 und das Silizium-Substrat werden vorzugsweise bei Raumtemperatur miteinander verklebt.
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Nachfolgend wird ein Beispiel für den Betrieb der optischen Abtastvorrichtung 1 beschrieben. Wenn ein Strom durch die Elektrodenverbindung 13 fließt, wird eine Lorentzkraft in einer Richtung erzeugt, die im Wesentlichen orthogonal zu einer Richtung, in der der Strom fließt, und der Richtung der durch den Dünnschichtmagneten 15 gebildeten magnetischen Kraftlinien verläuft.
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Wie in 1 gezeigt, werden durch die Dünnschichtmagnete 15a und 15b in der ersten Antriebseinheit 7a magnetische Kraftlinien in einer Richtung (einer positiven Richtung) entlang der X-Achse erzeugt. Durch die Dünnschichtmagnete 15c und 15d werden magnetische Kraftlinien in einer Richtung (einer negativen Richtung) entlang der X-Achse erzeugt (siehe Leerpfeile). Durch die Dünnschichtmagnete 15d und 15c werden in der zweiten Antriebseinheit 7b magnetische Kraftlinien in die Richtung (die positive Richtung) entlang der X-Achse erzeugt. Durch die Dünnschichtmagnete 15b und 15a werden magnetische Kraftlinien in einer Richtung (der negativen Richtung) entlang der X-Achse erzeugt (siehe Leerpfeil e).
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Wenn in diesem Zustand beispielsweise ein Strom in der ersten Antriebseinheit 7a von der Elektrode 19a zur Elektrode 19b geleitet wird (siehe Pfeile), leitet die Elektrodenverbindung 13a den Strom in einer Richtung (der negativen Richtung) entlang der Y-Achse. Die Elektrodenverbindung 13b leitet den Strom in die Richtung (eine positive Richtung) entlang der Y-Achse. Wenn ein Strom in der zweiten Antriebseinheit 7b von der Elektrode 19a zur Elektrode 19b geleitet wird (siehe Pfeile), leitet die Elektrodenverbindung 13a den Strom in die Richtung (die positive Richtung) entlang der Y-Achse. Die Elektrodenverbindung 13b leitet den Strom in die Richtung (die negative Richtung) entlang der Y-Achse.
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Dann wird in diesem Fall, wie in 7A gezeigt, in der ersten Antriebseinheit 7a eine Lorentzkraft in einer Richtung (der positiven Richtung) entlang der Z-Achse an dem ersten Antriebsbalken 9a mit der darauf angeordneten Elektrodenverbindung 13a und dem zweiten Antriebsbalken 9b mit der darauf angeordneten Elektrodenverbindung 13b erzeugt (siehe Pfeile). Im Gegensatz dazu wird, wie in 7B gezeigt, in der zweiten Antriebseinheit 7b an dem zweiten Antriebsbalken 9b mit der darauf angeordneten Elektrodenverbindung 13b und dem ersten Antriebsbalken 9a mit der darauf angeordneten Elektrodenverbindung 13a eine Lorentzkraft in einer Richtung (einer negativen Richtung) entlang der Z-Achse erzeugt (siehe Pfeile).
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In der ersten Antriebseinheit 7a wird also das Antriebsende des Antriebsbalkens 9 in positiver Richtung entlang der Z-Achse verschoben, und ein Ende der Abtaststruktur 3 auf der Seite der negativen Richtung entlang der Y-Achse wird angehoben. Im Gegensatz dazu wird bei der zweiten Antriebseinheit 7b das Antriebsende des Antriebsbalkens 9 in die negative Richtung entlang der Z-Achse verschoben, und ein Ende der Abtaststruktur 3 auf der Seite der positiven Richtung entlang der Y-Achse wird abgesenkt. Dadurch wird die Abtaststruktur 3 in Bezug auf die X-Y-Ebene geneigt.
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Somit kann der auf der Abtaststruktur 3 gebildete Reflexionsspiegel 5 in eine gewünschte Richtung geneigt werden, indem die Richtung und Intensität des durch die Elektrodenverbindungen 13a und 13b in der ersten Antriebseinheit 7a fließenden Stroms und die Richtung und Intensität des durch die Elektrodenverbindungen 13a und 13b in der zweiten Antriebseinheit 7b fließenden Stroms gesteuert werden.
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In der oben beschriebenen optischen Abtastvorrichtung 1 werden durch den Dünnschichtmagneten 15 magnetische Kraftlinien erzeugt, die eine Lorentzkraft auf den Antriebsbalken 9 wirken lässt. Im Vergleich zu einer optischen Abtastvorrichtung mit einem extern angeordneten Permanentmagneten kann erstere zur Miniaturisierung der optischen Abtastvorrichtung 1 beitragen.
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Ferner kann die Abtaststruktur 3 durch Einstellen der Frequenz und Phase des durch die Elektrodenverbindungen 13a und 13b in der ersten Antriebseinheit 7a fließenden Stroms und derjenigen des durch die Elektrodenverbindungen 13a und 13b in der zweiten Antriebseinheit 7b fließenden Stroms unterschiedlich bewegt werden. Weiterhin kann durch die Längenanpassung der Verbindungsbalken 11 der Antriebsbalken 9 vom Reflexionsspiegel 5 getrennt werden, und Streulicht, das durch Lichtverluste entsteht, kann reduziert werden.
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Ausführungsform 2
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Es wird nun eine optische Abtastvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform beschrieben. Wie in den 8 und 9 gezeigt, beinhaltet die optische Abtastvorrichtung 1 die Abtaststruktur 3, den Anker 21 und die Antriebseinheit 7. Die Abtaststruktur 3 und der Reflexionsspiegel 5 sind im Wesentlichen kreisförmig. Die Antriebseinheit 7 ist zwischen der Abtaststruktur und dem Anker 21 verbunden, um die Abtaststruktur 3 anzutreiben. Die Antriebseinheit 7 ist in einem Bogen entlang des Umfangs der kreisförmigen Abtaststruktur 3 ausgebildet. Die Antriebseinheit 7 beinhaltet eine erste Antriebseinheit 7a, eine zweite Antriebseinheit 7b, eine dritte Antriebseinheit 7c und eine vierte Antriebseinheit 7d.
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Die Antriebseinheit 7 beinhaltet den Antriebsbalken 9, die Elektrodenverbindung 13, den Dünnschichtmagnet 15 und den Träger 17. Das Antriebsende des Antriebsbalkens 9 bzw. des Verbindungsbalkens 11 in der ersten Antriebseinheit 7a ist mit einer ersten Position entlang des Umfangs der Abtaststruktur 3 verbunden. Das Antriebsende des Antriebsbalkens 9 bzw. des Verbindungsbalkens 11 in der zweiten Antriebseinheit 7b ist mit einer zweiten Position entlang des Umfangs der Abtaststruktur 3 verbunden, die von der ersten Position verschieden ist.
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Das Antriebsende des Antriebsbalkens 9 oder des Verbindungsbalkens 11 in der dritten Antriebseinheit 7c ist mit einer dritten Position entlang des Umfangs der Abtaststruktur 3 verbunden, die sich von einer der ersten und zweiten Positionen unterscheidet. Das Antriebsende des Antriebsbalkens 9 oder des Verbindungsbalkens 11 in der vierten Antriebseinheit 7d ist mit einer vierten Position entlang des Umfangs der Abtaststruktur 3 verbunden, die sich von einer der ersten bis dritten Positionen unterscheidet. Abgesehen von dieser Konfiguration ist die optische Abtastvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ähnlich konfiguriert wie die in 1 gezeigte optische Abtastvorrichtung 1 und dergleichen, und jedes identische Element ist identisch bezeichnet und wird nicht wiederholt beschrieben, sofern dies nicht erforderlich ist.
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Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen optischen Abtastvorrichtung 1 beschrieben. Die oben beschriebene optische Abtastvorrichtung 1 hat den identischen Grundaufbau wie die zuvor beschriebene optische Abtastvorrichtung 1, mit der Ausnahme, dass bei ersterer die Abtaststruktur 3 und die Antriebseinheit 7 anders geformt sind als bei letzterer. Daher kann die oben beschriebene optische Abtastvorrichtung 1 in einem Verfahren hergestellt werden, das im Wesentlichen aus denselben Herstellungsschritten besteht wie das zuvor beschriebene Verfahren zur Herstellung der optischen Abtastvorrichtung 1, lediglich mit einem geänderten Maskierungsmuster.
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Nachfolgend wird die Funktionsweise der oben beschriebenen optischen Abtastvorrichtung 1 beschrieben. Wie oben beschrieben, wird bei der Antriebseinheit 7 das Antriebsende des Antriebsbalkens 9 in einer Richtung entlang der Z-Achse durch eine Lorentzkraft verschoben, die in einer Richtung erzeugt wird, die im Wesentlichen orthogonal zu der Richtung eines durch die Elektrodenverbindung 13 fließenden Stroms und der Richtung der durch den Dünnschichtmagneten 15 erzeugten magnetischen Kraftlinien ist. Die Abtaststruktur 3 kann durch Einstellen der Frequenz und der Phase des durch jede der Elektrodenverbindungen 13a und 13b fließenden Stroms in jeder der ersten bis vierten Antriebseinheiten 7a bis 7d unterschiedlich bewegt werden.
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Die oben beschriebene optische Abtastvorrichtung 1 hat eine Abtaststruktur 3 und einen Reflexionsspiegel 5 in Form eines Kreises. Die optische Abtastvorrichtung 1 wird mit einem Laserstrahl bestrahlt, der im Wesentlichen die Form eines kreisförmigen Flecks hat. Durch die Einstellung der Abtaststruktur 3 und des Reflexionsspiegels 5 auf eine dem kreisförmigen Fleck entsprechende Form können die Abtaststruktur 3 und der Reflexionsspiegel 5 ggf. flächenmäßig minimiert werden. Dies kann weiter zur Miniaturisierung der optischen Abtastvorrichtung 1 beitragen.
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Weiterhin fällt der Laserstrahl häufig schräg unter einem Einfallswinkel auf den Reflexionsspiegel 5. Daher ist der Spot des Laserstrahls elliptisch auf der Oberfläche des Reflexionsspiegels 5. Entsprechend ist der Reflexionsspiegel 5 bevorzugt elliptisch geformt.
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Ferner weist die oben beschriebene optische Abtastvorrichtung 1 eine erste bis vierte Antriebseinheit 7a bis 7d auf, die jeweils an einer anderen Position entlang des Umfangs der Abtaststruktur 3 angeschlossen sind, so dass die Abtaststruktur 3 auch präzediert werden kann und somit die optische Abtastvorrichtung 1 in mehreren Anwendungen eingesetzt werden kann.
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Während die oben beschriebene optische Abtastvorrichtung 1 mit den ersten bis vierten Antriebseinheiten 7a bis 7d als ein Beispiel für die Antriebseinheit 7 beschrieben wurde, ermöglicht die Antriebseinheit 7 der Abtaststruktur 3 eine Präzessionsbewegung, sofern die Antriebseinheit 7 mindestens drei Antriebseinheiten beinhaltet.
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Ausführungsform 3
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Es wird nun eine optische Abtastvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform beschrieben. Wie in 10 gezeigt, beinhaltet die optische Abtastvorrichtung 1 einen Dünnschichtmagneten 15 derart, dass die Dünnschichtmagnete 15a, 15b, 15c und 15d entlang eines Bogens und beabstandet zueinander angeordnet sind. Das heißt, der Dünnschichtmagnet 15 ist in eine Vielzahl von Stücken geteilt, und die vielen Stücke des geteilten Dünnschichtmagneten 15 sind entlang der Elektrodenverbindung 13 angeordnet.
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In 10 ist ein Querschnitt entlang der Linie IX-IX in 8, die gleiche wie die in 9 gezeigte Querschnittsstruktur. Abgesehen von dieser Konfiguration ist die optische Abtastvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ähnlich konfiguriert wie die in 8 gezeigte optische Abtastvorrichtung 1 und dergleichen, und jedes identische Element ist identisch bezeichnet und wird nicht wiederholt beschrieben, wenn es nicht notwendig ist.
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Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen optischen Abtastvorrichtung 1 beschrieben. Die oben beschriebene optische Abtastvorrichtung 1 hat einen identischen Grundaufbau wie die in der ersten Ausführungsform beschriebene optische Abtastvorrichtung 1, mit der Ausnahme, dass bei ersterer die Abtaststruktur 3 und die Antriebseinheit 7 einschließlich des Dünnschichtmagneten 15 anders geformt sind als bei letzterer. Daher kann die oben beschriebene optische Abtastvorrichtung 1 in einem Verfahren hergestellt werden, das im Wesentlichen aus denselben Herstellungsschritten besteht wie das zuvor beschriebene Verfahren zur Herstellung der optischen Abtastvorrichtung 1, lediglich mit einem veränderten Maskierungsmuster.
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Die Funktionsweise der oben beschriebenen optischen Abtastvorrichtung 1 wird nun beschrieben. Wie in der ersten Ausführungsform erörtert wurde, weist der Antriebsbalken 9 in der Antriebseinheit 7 ein Antriebsende auf, das in einer Richtung entlang der Z-Achse durch eine Lorentzkraft verschoben wird, die in einer Richtung erzeugt wird, die im Wesentlichen orthogonal zur Richtung eines durch die Elektrodenverbindung 13 fließenden Stroms und der Richtung der durch den Dünnschichtmagneten 15 erzeugten magnetischen Kraftlinien verläuft. Die Abtaststruktur 3 kann durch Einstellen der Frequenz und der Phase des durch jede der Elektrodenverbindungen 13a und 13b fließenden Stroms in jeder ersten Antriebseinheit 7a und dergleichen unterschiedlich bewegt werden.
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Zusätzlich zu dem zuvor beschriebenen Effekt der optischen Abtastvorrichtung 1 hat die oben beschriebene optische Abtastvorrichtung 1 einen Effekt wie folgt: Dann, wenn, wie in den 8 und 10 gezeigt, die zum Dünnschichtmagneten bestimmte Schicht 14, die in einem in eine Vielzahl von Stücken geteilten Bogen gebildet ist, mit der zum Dünnschichtmagneten bestimmten nicht geteilten Schicht 14 verglichen wird, kann der erstere, in einzelne Dünnschichtmagnete geteilte Bogen zuverlässig magnetisiert werden und als eine Reihe von Dünnschichtmagneten 15 ein Magnetfeld in einer Richtung wie gewünscht einstellen.
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Ausführungsform 4
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Es wird nun eine optische Abtastvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform beschrieben. Wie in den 11 und 12 gezeigt, ist die optische Abtastvorrichtung 1 so ausgebildet, dass die Abtaststruktur 3 mit dem daran ausgebildeten Reflexionsspiegel 5 zur Abdeckung der Antriebseinheit 7 angeordnet ist. Die Antriebseinheit 7 beinhaltet eine erste Antriebseinheit 7a und eine zweite Antriebseinheit 7b. Die erste Antriebseinheit 7a und die zweite Antriebseinheit 7b weisen jeweils mehr Antriebsbalken 9, mehr Elektrodenverbindungen 13 und mehr Dünnschichtmagnete 15 als die entsprechenden Elemente in der in 1 dargestellten optischen Abtastvorrichtung 1 und dergleichen auf.
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Ein Endbereich der Abtaststruktur 3 auf der Seite der negativen Richtung entlang der Y-Achse ist über einen Stützpfosten 23 mit Verbindungsbalken 11 verbunden, die mit dem Antriebsende des Antriebsbalkens 9 in der ersten Antriebseinheit 7a verbunden sind. Ein Endbereich der Abtaststruktur 3 auf der Seite der positiven Richtung entlang der Y-Achse ist über den Stützpfosten 23 mit dem Verbindungsbalken 11 verbunden, der mit dem Antriebsende des Antriebsbalkens 9 in der zweiten Antriebseinheit 7b verbunden ist. Abgesehen von dieser Konfiguration ist die optische Abtastvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ähnlich aufgebaut wie die in 1 gezeigte optische Abtastvorrichtung 1 und dergleichen, und jedes identische Element ist identisch bezeichnet und wird nicht wiederholt beschrieben, sofern dies nicht erforderlich ist.
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Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen optischen Abtastvorrichtung 1 beschrieben. Die oben beschriebene optische Abtastvorrichtung 1 wird durch ein Verfahren hergestellt, das dem in der ersten Ausführungsform beschriebenen ähnlich ist, mit der Ausnahme, dass die Abtaststruktur 3 durch ein Verfahren gebildet wird, das sich von dem zur Bildung der Antriebseinheit 7 und dergleichen unterscheidet. Das heißt, die Antriebseinheit 7 und dergleichen mit Ausnahme der Abtaststruktur 3 werden durch ein Verfahren gebildet, das dem in der ersten Ausführungsform beschriebenen Verfahren für die optische Abtastvorrichtung 1 ähnlich ist.
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Die Abtaststruktur 3 wird dagegen separat gebildet, indem beispielsweise ein Silizium-Substrat oder dergleichen einem gewünschten Verfahren unterzogen wird. Weiterhin wird der Stützpfosten 23 aus Silizium oder dergleichen gebildet. Danach wird die separat hergestellte Abtaststruktur 3 über den Stützpfosten 23 mit dem Verbindungsbalken 11 der Antriebseinheit 7 oder dergleichen verbunden. Die Verklebung/Verbindung von Stützpfosten 23 und Abtaststruktur 3 erfolgt vorzugsweise durch Raumtemperaturverklebung, ebenso wie die Verklebung von Stützpfosten 23 und Verbindungsbalken 11. Alternativ kann die Verklebung auch mit einem Klebstoff erfolgen. Damit ist die in den 11 und 12 dargestellte optische Abtastvorrichtung 1 fertiggestellt.
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Die Funktionsweise der oben beschriebenen optischen Abtastvorrichtung 1 soll nun beschrieben werden. Wie in der ersten Ausführungsform erörtert wurde, weist der Antriebsbalken 9 in der Antriebseinheit 7 ein Antriebsende auf, das in einer Richtung entlang der Z-Achse durch eine Lorentzkraft verschoben wird, die in einer Richtung erzeugt wird, die im Wesentlichen orthogonal zur Richtung eines durch die Elektrodenverbindung 13 fließenden Stroms und einer Richtung der durch den Dünnschichtmagneten 15 erzeugten magnetischen Kraftlinien verläuft. Der auf der Abtaststruktur 3 ausgebildete Reflexionsspiegel 5 kann in eine gewünschte Richtung geneigt werden, indem die Frequenz und die Phase eines durch jede der Elektrodenverbindungen 13a und 13b in jeder der ersten Antriebseinheit 7a und der zweiten Antriebseinheit 7b fließenden Stroms eingestellt wird.
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Die oben beschriebene optische Abtastvorrichtung 1 weist eine Antriebseinheit 7 auf, die so angeordnet ist, dass sie von der Abtaststruktur 3 abgedeckt wird. Dies kann weiter zur Miniaturisierung der optischen Abtastvorrichtung 1 beitragen.
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Während die optische Abtastvorrichtung 1 gemäß jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen mit einer einzelnen, beispielhaft als Elektrodenverbindung 13 bezeichneten Verbindung beschrieben wurde, kann die Elektrodenverbindung 13 auch in Form einer Spule angeordnet sein, wie in den 13 und 14 dargestellt. Ferner kann die Elektrodenverbindung 13, wie in den 15 und 16 gezeigt, als ein Stapel von Schichten ausgebildet sein.
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Weiterhin ist als Dünnschichtmagnet 15 beispielhaft ein Dünnschichtmagnet 15 angegeben, der aus einer zum Dünnschichtmagneten bestimmten Schicht 14 gebildet ist, die eine einzelne Schicht ist. Wie in 17 gezeigt, kann der Dünnschichtmagnet 15 beispielsweise ein Schichtenstapel sein, der aus einem Dünnschichtmagneten 15 und einem weiteren Dünnschichtmagneten 15 besteht, wobei eine Zwischenschicht 16, z.B. aus Tantal (Ta), dazwischengeschaltet ist. Ein Dünnschichtmagnet 15 in Form eines solchen Schichtenstapels ermöglicht eine erhöhte Magnetkraft.
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Die optischen Abtastvorrichtungen 1 gemäß den beschriebenen Ausführungsformen können je nach Bedarf unterschiedlich kombiniert werden.
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Die vorliegend beschriebenen Ausführungsformen sind illustrativ und nicht einschränkend. Der Umfang der vorliegenden Erfindung soll alle Modifikationen innerhalb der Bedeutung umfassen. Die vorliegende Erfindung ist effektiv anwendbar auf optische Abtastvorrichtungen mit der darauf angewandten MEMS-Technologie.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- optische Abtastvorrichtung
- 3
- Abtaststruktur
- 5
- Reflexionsspiegel
- 7
- Antriebseinheit
- 7a
- erste Antriebseinheit
- 7b
- zweite Antriebseinheit
- 7c
- dritte Antriebseinheit
- 7d
- vierte Antriebseinheit
- 9, 9a, 9b,
- Antriebsbalken
- 11
- Verbindungsbalken
- 13, 13a, 13b, 13c, 13d
- Elektrodenverbindung
- 14
- zum Dünnschichtmagnet bestimmte Schicht
- 15, 15a, 15b, 15c, 15d
- Dünnschichtmagnet
- 16
- Zwischenschicht
- 17, 17a, 17b
- Träger
- 19, 19a, 19b
- Elektrode
- 21
- Anker
- 23
- Stützpfosten
- 51
- SOI-Substrat
- 53
- Silizium-Substrat
- 55, 59, 61
- Siliziumoxid-Schicht
- 57
- Siliziumschicht
