JP2002296517A - プレーナー型ガルバノ装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 可動板上面へのコイル、絶縁膜、保護膜形
成等による可動板の反りの発生を最小限にするプレーナ
ー型ガルバノ装置及びその製造方法を提供する。 【解決手段】反射ミラー面と同一面に引張応力の強い膜
を形成したプレーナー型ガルバノ装置とし、シリコン貼
り合わせ基板（ＳＯＩ基板）の上下面を熱酸化してシリ
コン酸化膜形成する工程と、基板上面側にフォトリソグ
ラフによりコイル（３０）、絶縁膜（３１）、保護膜３
２の各パターンを積層する工程と、中間層に至る支持基
板（シリコン）を異方性エッチングにより除去する工程
と、可動板下面に残留する中間層をドライエッチングに
より除去する工程と、シリコン面を露出させた上に反射
ミラーを形成する工程を有し、反射ミラー面の下地とし
て引張応力の強い膜を形成する工程を有するプレーナー
型ガルバノ装置の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプレーナー型ガルバ
ノ装置及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プレーナー型ガルバノ装置は、ガルバノ
メータの原理を利用したものであり、レーザ光のスキャ
ニングシステム等に使用されているガルバノミラー装置
に代表される。ガルバノミラーを小型化するために半導
体デバイスの製造プロセスを利用してガルバノミラーを
製造する方法が開発されているが、半導体プレーナー型
ガルバノ装置は静電駆動方式と電磁駆動方式に大別され
る。静電駆動方式は、例えば特開平１１−１１９１４５
号公報に詳細に開示されている。電磁駆動方式は、例え
ば特開平７−１７５００５号公報にプレーナー型ガルバ
ノミラー及びその製造方法として詳細に開示されてい
る。本発明は電磁駆動方式のプレーナー型ガルバノ装置
とその製造方法に関するものである。

【０００３】図１は従来技術によるプレーナ型ガルバノ
装置を示す図で、(ａ)は正面断面図、(ｂ)は上面図、
(ｃ)は側面断面図である。シリコン基板１に一体形成さ
れた可動板２の上面の中央部には反射ミラー３が形成さ
れており、周縁部には平面コイル４が形成されている。
可動板２はシリコン基板１に中抜き状態で形成され、シ
リコン基板１より一体に形成されたトーションバー５、
６により保持されている。シリコン基板１は、ベース基
板７の上面に固定された台座８の上面に固定されてい
る。上面図(ｂ)において、シリコン基板上下には永久磁
石９・１０が配置され、ベース基板７の周縁部にはヨー
ク１１が載置されている。ヨーク１１は中抜きにされ角
状に形成されたものを複数枚積み重ねる事によって構成
している。

【０００４】可動板２に形成された平面コイル４に通電
すると、可動板２はトーションバー５・６を回転中心と
して回転する。（ｃ）の側面断面図に示すように、可動
板２は上下に約２０度回転可能である。ベース基板７を
貫通して２本のピン１２が植設されており、ピン１２上
面とシリコン基板１に形成されたパターン１ａとをワイ
ヤーボンディングにより接続している。

【０００５】前記従来技術によるプレーナ型ガルバノ装
置が一般的な構成であるが、より反射エリアを大きくす
るために、シリコン基板に一体形成された可動板の上面
全面に反射ミラーを形成し、下面に平面コイルを形成す
るタイプのものが考案されている。この構成について、
図２に基づいて説明する。

【０００６】図２は従来のプレーナ型ガルバノ装置の構
成を示す正面断面図（ａ）、上面図（ｂ）、及び下面図
（ｃ）である。

【０００７】シリコン基板１３には平板状の可動板１４
と該可動板１４をシリコン基板１３に対して基板上下方
向に揺動可能に軸支するトーションバー１５、１６とが
一体成形されている。前記可動板１４の一方の面に通電
により磁界を発生する平面コイル１７を敷設し、もう一
方の面にはその全面に反射ミラー１８が設けてある。１
９はベース基板で、前記したシリコン基板１３が可動板
１４に設けられた反射ミラー１８側を下側（ベース基板
側）に向けて直接実装されている。１９ａはベース基板
１９に設けられた反射ミラー１８に対応する穴である。
２０はワイヤーで、シリコン基板１３に設けられたワイ
ヤー接続パッド２１とベース基板１９に設けられたパタ
ーン１９ｂとをワイヤーボンディングにより接続し、シ
リコン基板１３とベース基板１９の電気的接続を成すも
のである。

【０００８】前記ベース基板１９には前記トーションバ
ー１５，１６の軸方向と平行な位置に、可動板１４の対
辺に磁界を作用させるための対をなす永久磁石２２，２
３が固定され、さらにベース基板１９の周縁部にヨーク
２４が載置され、プレーナ型ガルバノ装置が構成されて
いる。

【０００９】図２の従来技術によるとチップのサイズは
そのままに、反射ミラー面を大きくしたプレーナ型ガル
バノ装置を実現できるものである。

【００１０】次に前記プレーナ型ガルバノー装置のシリ
コン基板（ガルバノミラーチップ）について説明する。
図３はガルバノミラーチップを示す図で、（ａ）は上面
図、（ｂ）は下面図、（ｃ）はＡ−Ａ‘断面図である。
図４はガルバノミラーチップの製造工程を示す。 工程ａ（酸化膜形成工程）：厚さ５００μｍのシリコン
貼り合わせ基板（通称ＳＯＩ基といい、例えば活性層２
６（１００μm）、シリコン酸化膜から成る中間層２７
（１μm）、支持基板２８（４００μm）で構成されてい
る。以下、ＳＯＩ基板という）２５の上下面を熱酸化し
てシリコン酸化膜（１μｍ）２９を形成する。 工程ｂ（パターン形成工程）：基板上面側にフォトリソ
グラフによりコイル３０、絶縁膜３１、保護膜３２の各
パターンを積層する。 工程ｃ（酸化膜除去工程１）：上面可動板形成部を除い
た部分の酸化膜２９をドライエッチングにより除去す
る。 工程ｄ（活性層除去工程）：ＳＯＩ基板２５の中間層２
７に至る活性層シリコン２６を異方性エッチングにより
除去する。 工程ｅ（中間層除去工程）：異方性エッチングにより露
出された中間層２７をドライエッチングにより除去す
る。 工程ｆ（酸化膜除去工程２）：基板下面側の可動板形成
部を除いた部分のシリコン酸化膜２９を除去する。 工程ｇ（支持基板除去工程）：中間層２７に至る支持基
板（シリコン）２８を異方性エッチングにより除去す
る。 工程ｈ（中間層除去工程２）：異方性エッチングはシリ
コンとシリコン酸化膜とでエッチングレートに選択性を
持たせてあるため、エッチングが可動板下面の中間層２
７に到達すると見かけ上終了し、この時点で基板の貫通
部分が完全に抜ける。可動板下面に残留する中間層２７
をドライエッチングにより除去する。 工程ｉ（反射ミラー形成工程）：シリコン面を露出させ
た上に蒸着またはスパッタにより全反射ミラー３３を形
成する。 このような工程でガルバノミラーチップは製造される
が、通常は半導体素子と同様に大きなウエハに同時に多
数個のガルバノミラーチップを形成し、完成後に個々に
分割される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】電磁駆動型のプレーナ
ー型ガルバノ装置は、可動板上面に形成されるコイル、
絶縁膜、保護膜等の内部応力を持つ膜が多層にわたり複
雑に積層されるため、この応力が可動板に作用すること
で可動板に反りが生じる。可動板が反ることにより、可
動板下面に形成される反射ミラー面も同様に反り、その
結果、レーザー等の反射光のぼやけ等、不具合を引き起
こす。（反射ミラーの平坦度の低下という）

【００１２】図４で説明した従来技術の工程ｂにおい
て、コイル、絶縁膜、保護膜を形成することにより可動
板に反りが生じる。例えばコイルにアルミニウム、絶縁
膜、保護膜にポリイミドを用いた場合は、熱膨張係数の
違いによる熱応力とは別に、真応力が発生し、前記材料
ではいずれの膜も引張応力を有するため、これらの膜を
形成することで可動板上面側に凹方向の反りが生じる。
これら膜を積層することにより、反り量は積算され、さ
らに大きくなる。

【００１３】コイル、絶縁膜、保護膜形成により生じる
引張応力は、膜厚が厚い程大きくなり、それに伴い可動
板の反り量も大きくなる。また、膜応力による可動板の
反り量は、可動板厚が薄い程大きくなる。

【００１４】本発明は前記問題点に鑑み、可動板上面へ
のコイル、絶縁膜、保護膜形成等による可動板の反りの
発生を最小限にするプレーナー型ガルバノ装置及びその
製造方法を提供しようとするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】基板に、可動板と可動板
を基板に対し揺動可能に軸支するトーションバーを一体
に形成し、可動板の一面に反射ミラーを形成し、可動板
の他面に駆動用平面コイルを形成し、前記可動板を揺動
するプレーナー型ガルバノ装置において、反射ミラー面
と同一面に引張応力の強い膜を形成したプレーナー型ガ
ルバノ装置とする。

【００１６】基板に、可動板と可動板を基板に対し揺動
可能に軸支するトーションバーを一体に形成し、可動板
の一面に反射ミラーを形成し、可動板の他面に駆動用平
面コイルを形成し、前記可動板を揺動するプレーナー型
ガルバノ装置において、反射ミラー面と反対側の面に圧
縮応力の強い膜を形成したプレーナー型ガルバノ装置と
する。

【００１７】シリコン貼り合わせ基板（ＳＯＩ基板）の
上下面を熱酸化してシリコン酸化膜形成する工程と、基
板上面側にフォトリソグラフによりコイル、絶縁膜、保
護膜の各パターンを積層する工程と、上面可動板形成部
を除いた部分の酸化膜をドライエッチングにより除去す
る工程と、ＳＯＩ基板の中間層に至る活性層シリコンを
異方性エッチングにより除去する工程と、異方性エッチ
ングにより露出された中間層をドライエッチングにより
除去する工程と、基板下面側の可動板形成部を除いた部
分のシリコン酸化膜を除去する工程と、中間層に至る支
持基板（シリコン）を異方性エッチングにより除去する
工程と、可動板下面に残留する中間層をドライエッチン
グにより除去する工程と、シリコン面を露出させた上に
反射ミラーを形成する工程を有するプレーナー型ガルバ
ノ装置の製造方法において、反射ミラー面の下地として
引張応力の強い膜を形成する工程を有するプレーナー型
ガルバノ装置の製造方法とする。

【００１８】シリコン貼り合わせ基板（ＳＯＩ基板）の
上下面を熱酸化してシリコン酸化膜形成する工程と、基
板上面側にフォトリソグラフによりコイル、絶縁膜、保
護膜の各パターンを積層する工程と、上面可動板形成部
を除いた部分の酸化膜をドライエッチングにより除去す
る工程と、ＳＯＩ基板の中間層に至る活性層シリコンを
異方性エッチングにより除去する工程と、異方性エッチ
ングにより露出された中間層をドライエッチングにより
除去する工程と、基板下面側の可動板形成部を除いた部
分のシリコン酸化膜を除去する工程と、中間層に至る支
持基板（シリコン）を異方性エッチングにより除去する
工程と、可動板下面に残留する中間層をドライエッチン
グにより除去する工程と、シリコン面を露出させた上に
反射ミラーを形成する工程を有するプレーナー型ガルバ
ノ装置の製造方法において、反射ミラー形成面の反対面
に圧縮応力の強い膜を形成する工程を有するプレーナー
型ガルバノ装置の製造方法とする。

【００１９】従来技術の課題を解決するために本発明で
は、可動板の上面もしくは下面に対し、可動板の反りを
相殺するように、反射ミラーの下地として、引張応力の
強い膜を形成するか、反射ミラーを形成する反対面に圧
縮応力の強い膜を形成し、可動板上面に形成されたコイ
ル、絶縁膜のもつ応力を相殺することにより可動板の反
りを緩和もしくは解消するプレーナー型ガルバノ装置の
製造方法とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】図５は本願の請求項１に記載の発
明によるによるプレーナー型ガルバノ装置の可動板の一
実施形態の断面図である。可動板であるシリコン基板１
４は、大きさが４×３ｍｍであり、厚さが１５０μｍ、
クロム薄膜３４の厚さは０．２μｍ、反射ミラーとなる
アルミニウム薄膜３３の厚さは０．３μｍである。図示
していないがさらに反射ミラーの保護膜としてＳｉＯ２
が０．０５μｍが被覆されている。薄膜コイル側は絶縁
膜である熱酸化膜（ＳｉＯ２）２９の厚さが１μｍ、薄
膜コイル３０Ａは巾４０μｍ、厚み２μｍ、コイル間隔
は１０μｍ、ターン数１５、絶縁膜３１の厚さは２μ
ｍ、薄膜コイル３０Ｂは巾４０μｍ、厚み２μｍ、コイ
ル間隔は１０μｍ、ターン数１５、保護膜３２の厚さは
２μｍである。薄膜コイル３０Ａ、３０Ｂは、アルミニ
ウムであり、絶縁膜３１及び保護膜３２はポリイミドで
ある。引張応力の強い材料としてクロムを使用したが、
他の材料としてはニッケルの使用も可能である。

【００２１】従来技術によるガルバノ装置の可動板は、
ミラー面側に凸形状に２μｍ程の反りが発生していた
が、本実施例ではミラー面側に引張応力の強い補正用薄
膜を形成することで可動板の反りをほぼ無くすことが出
来た。反りを無くすためには従来技術の諸条件により製
造された可動板の反りを修正できる量の補正用薄膜を形
成すればよいので、諸条件を変更すれば補正用薄膜も変
更することで反りの発生を防止できる。反射ミラーの平
坦度（反り量）は、一般にλ／４以下が望ましいとされ
ているが、本実施形態では反りをλ／４以下にすること
が出来た。（λはレーザ光の波長であり、例えば赤色可
視光の半導体レーザ光では６７０ｎｍである。）

【００２２】図６は本願の請求項２に記載の発明による
によるプレーナー型ガルバノ装置の可動板の一実施形態
の断面図である。可動板であるシリコン基板１４の片面
に反射ミラーとなるアルミニウム薄膜３３を形成する。
反対面の薄膜コイル側は圧縮応力の強い金属薄膜又はＳ
ｉＯ２薄膜３５を形成しその上に絶縁膜３６を形成し
（ＳｉＯ２薄膜３５で絶縁が確保できれば絶縁膜３６は
省略できる）、その上に従来技術と同様に薄膜コイル、
絶縁膜、薄膜コイル、保護膜を形成する。薄膜コイル
は、アルミニウムであり、絶縁膜及び保護膜はポリイミ
ドである。

【００２３】従来技術によるガルバノ装置の可動板は、
ミラー面側に凸形状に２μｍ程の反りが発生していた
が、本実施例では平面コイル側に圧縮応力の強い補正用
薄膜であるＳｉＯ２薄膜３５を形成したので可動板の反
りをほぼ無くすことが出来た。反りを無くすためには従
来技術の諸条件により製造された可動板の反りを修正で
きる量の補正用薄膜を形成すればよいので、諸条件を変
更すれば補正用薄膜も変更することで反りの発生を防止
できる。

【００２４】図７は本願の請求項２に記載の発明による
によるプレーナー型ガルバノ装置の可動板の他の実施形
態の断面図である。シリコン基板の片面には反射ミラー
となるアルミニウム薄膜を形成する。反対面の薄膜コイ
ル側は従来技術と同様に絶縁膜、薄膜コイル、絶縁膜、
薄膜コイル、絶縁膜を形成し、その上にＳｉＯ２薄膜３
７等の圧縮応力の強い薄膜を形成する。絶縁膜及び保護
膜はポリイミドである。

【００２５】従来技術によるガルバノ装置の可動板は、
ミラー面側に凸形状に２μｍ程の反りが発生していた
が、本実施例では平面コイル側に圧縮応力の強い補正用
薄膜を形成したので可動板の反りをほぼ無くすことが出
来た。反りを無くすためには従来技術の諸条件により製
造された可動板の反りを修正できる量の補正用薄膜を形
成すればよいので、諸条件を変更すれば補正用薄膜も変
更することで反りの発生を防止できる。

【００２６】

【発明の効果】反射ミラー下地膜に、引張応力が強く、
且つシリコン基板及び反射ミラーに対する密着性に優れ
た材質を選ぶことで、反射ミラーの密着性が向上すると
ともに、可動板の反りを修正することが出来る。

【００２７】可動板上面の堆積物（コイル、絶縁膜、保
護膜）が厚く、可動板に対する応力の影響が大きい場合
や、可動板厚が薄く、堆積物の応力の影響を受け易い場
合など、可動板が反り易い条件にあっても、反りを修正
する反対応力を形成する膜を設けることで反り量を緩和
することができるため、設計の自由度が増える。

【００２８】従来技術のように熱応力を考慮した薄膜の
ように、熱膨張係数を合せるのは材料が限定され、また
熱膨張係数の異なる材料を積層したものと熱膨張係数を
合せることは困難であるが、本発明では、真応力を利用
しているので、材料の熱膨張係数には影響されない。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のプレーナ型ガルバノ装置の構成を示す図
で、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）側面
断面図。

【図２】従来のプレーナ型ガルバノ装置の構成を示す図
で、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）側面
断面図。

【図３】従来のガルバノミラーチップの構成を示す図
で、（ａ）は上面図、（ｂ）は下面図、（ｃ）は（ａ）
のＡ−Ａ′断面図。

【図４】ガルバノミラーチップ形成の各工程におけるシ
リコン基板の断面図

【図５】本願の請求項１に記載の発明によるによるプレ
ーナー型ガルバノ装置の可動板の一実施形態の断面図

【図６】本願の請求項２に記載の発明によるによるプレ
ーナー型ガルバノ装置の可動板の一実施形態の断面図

【図７】本願の請求項２に記載の発明によるによるプレ
ーナー型ガルバノ装置の可動板の他の実施形態の断面図

【符号の説明】

１ シリコン基板 １ａ パターン ２ 可動板 ３ 反射ミラー ４ 平面コイル ５ トーションバー ６ トーションバー ７ ベース基板 ８ 台座 ９ 永久磁石 １０ 永久磁石 １１ ヨーク １２ ピン １３ シリコン基板 １４ 可動板 １５ トーションバー １６ トーションバー １７ 平面コイル １８ 反射ミラー １９ ベース基板 １９ｂ パターン ２０ ワイヤー ２１ ワイヤー接続パッド ２２ 永久磁石 ２３ 永久磁石 ２４ ヨーク ２５ ＳＯＩ基板 ２６ 活性層側シリコン ２７ 中間層シリコン酸化膜 ２８ 支持基板側シリコン ２９ シリコン酸化膜 ３０ コイル ３１ 層間絶縁膜 ３２ 保護膜 ３３ 全反射ミラー ３４ クロム薄膜 ３５ ＳｉＯ２薄膜 ３６ 絶縁膜 ３７ ＳｉＯ２薄膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板に、可動板と可動板を基板に対し揺動
   可能に軸支するトーションバーを一体に形成し、可動板
   の一面に反射ミラーを形成し、可動板の他面に駆動用平
   面コイルを形成し、前記可動板を揺動するプレーナー型
   ガルバノ装置において、反射ミラー面と同一面に引張応
   力の強い膜を形成したことを特徴とするプレーナー型ガ
   ルバノ装置。
2. 【請求項２】基板に、可動板と可動板を基板に対し揺動
   可能に軸支するトーションバーを一体に形成し、可動板
   の一面に反射ミラーを形成し、可動板の他面に駆動用平
   面コイルを形成し、前記可動板を揺動するプレーナー型
   ガルバノ装置において、反射ミラー面と反対側の面に圧
   縮応力の強い膜を形成したことを特徴とするプレーナー
   型ガルバノ装置。
3. 【請求項３】シリコン貼り合わせ基板（ＳＯＩ基板）の
   上下面を熱酸化してシリコン酸化膜形成する工程と、基
   板上面側にフォトリソグラフによりコイル、絶縁膜、保
   護膜の各パターンを積層する工程と、上面可動板形成部
   を除いた部分の酸化膜をドライエッチングにより除去す
   る工程と、ＳＯＩ基板の中間層に至る活性層シリコンを
   異方性エッチングにより除去する工程と、異方性エッチ
   ングにより露出された中間層をドライエッチングにより
   除去する工程と、基板下面側の可動板形成部を除いた部
   分のシリコン酸化膜を除去する工程と、中間層に至る支
   持基板（シリコン）を異方性エッチングにより除去する
   工程と、可動板下面に残留する中間層をドライエッチン
   グにより除去する工程と、シリコン面を露出させた上に
   反射ミラーを形成する工程を有するプレーナー型ガルバ
   ノ装置の製造方法において、反射ミラー面の下地として
   引張応力の強い膜を形成する工程を有することを特徴と
   するプレーナー型ガルバノ装置の製造方法。
4. 【請求項４】シリコン貼り合わせ基板（ＳＯＩ基板）の
   上下面を熱酸化してシリコン酸化膜形成する工程と、基
   板上面側にフォトリソグラフによりコイル、絶縁膜、保
   護膜の各パターンを積層する工程と、上面可動板形成部
   を除いた部分の酸化膜をドライエッチングにより除去す
   る工程と、ＳＯＩ基板の中間層に至る活性層シリコンを
   異方性エッチングにより除去する工程と、異方性エッチ
   ングにより露出された中間層をドライエッチングにより
   除去する工程と、基板下面側の可動板形成部を除いた部
   分のシリコン酸化膜を除去する工程と、中間層に至る支
   持基板（シリコン）を異方性エッチングにより除去する
   工程と、可動板下面に残留する中間層をドライエッチン
   グにより除去する工程と、シリコン面を露出させた上に
   反射ミラーを形成する工程を有するプレーナー型ガルバ
   ノ装置の製造方法において、反射ミラー形成面の反対面
   に圧縮応力の強い膜を形成する工程を有することを特徴
   とするプレーナー型ガルバノ装置の製造方法。