JP2009020468A - Method for manufacturing micro-mirror - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像投影装置等において用いられる光スキャナのマイクロミラーの製造方法に関する。特にマイクロミラーの表面の反りを抑制する製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a micromirror of an optical scanner used in an image projection apparatus or the like. In particular, the present invention relates to a manufacturing method for suppressing warpage of the surface of a micromirror.
光スキャナは、画像投影装置やプリンター等において、投影画像を形成するために使用されている。光スキャナは、揺動する反射面からなるマイクロミラーにレーザ光などを照射して反射光を走査し、スクリーンや感光体ドラムに投影像を形成する。しかし、反射表面の平坦性が悪化すると、反射ビームの特性が劣化し、投影画像の解像度が低下するなど、所期の目的が達成できなくなる。 Optical scanners are used to form projected images in image projection apparatuses, printers, and the like. The optical scanner scans reflected light by irradiating a micromirror having a oscillating reflecting surface with laser light, and forms a projected image on a screen or a photosensitive drum. However, when the flatness of the reflecting surface is deteriorated, the intended purpose cannot be achieved, for example, the characteristics of the reflected beam are deteriorated and the resolution of the projected image is lowered.
図4(a)は、従来公知のマイクロミラーを用いた光走査装置100を示す斜視図である。光走査装置100は、反射面が形成されたミラー部101と、ミラー部101を支持する梁部102と、この梁部102を保持する枠部103とから構成されている。梁部102はミラー部101の揺動の揺動軸をなしている。ミラー部101の辺部近傍には平面型コイル104が形成され、平面型コイル104が囲む面内を通過する磁界の変化により、ミラー部101に回転トルクが与えられ、ミラー部101は梁部102を揺動軸として揺動する。この揺動に伴い、レーザ光などの入射ビーム108は揺動するミラー部101により反射され、走査された走査ビーム109として出射される。
FIG. 4A is a perspective view showing an
図4(b)は、ミラー部101の断面を表す模式図である。ミラー部101は、例えばシリコン基板105と、その表面に形成した金属からなる反射膜106と、反射膜106の上面及びシリコン基板105の下面に形成した酸化膜107などから構成されている。ミラー部101に入射するレーザ光が劣化しないようにするために、ミラー部101の表面を平坦に作成する必要がある。一般的に、波長λのレーザ光が照射される領域において、ミラー部101の表面の凹凸dはλ/4以下とする必要がある。しかしながら、反射膜106の膜厚や、酸化膜107の種類や膜厚、製造時の温度等の影響を受けて、形成した薄膜に応力が残留し、凹凸dはλ/4以上となる。
FIG. 4B is a schematic diagram illustrating a cross section of the
特許文献1には、シリコン酸化膜からなる可動体及びトーションバーと、これらに一体的に枠部を形成したプレーナ型電磁アクチュエータが記載されている。揺動する可動体の表面には、中央部に反射膜や絶縁膜を堆積したミラー部を形成し、周辺部に平面型のコイル部を形成している。中央部の反射膜や絶縁膜はスパッタ法又は蒸着法により形成している。そして、コイル部やミラー部の応力を打ち消して可動体の反りを制御するために、可動体に更に応力膜を形成することが記載されている。
上記特許文献1の方法によれば、可動体の反りを制御するために可動体に応力膜を堆積する。しかし、この応力膜を堆積することにより、可動体が当初有していた質量が変化し、これに伴って回転モーメントも変化する。その結果、可動体(ミラー部101に相当する)の揺動における共振周波数が変化してしまう、という不具合が発生した。本発明はこのような従来例の課題を解決する目的でなされた。
According to the method of
本発明は、上記の課題を解決するために以下の手段を講じた。 The present invention has taken the following means in order to solve the above problems.
請求項1に係る発明においては、ミラー部と、前記ミラー部を揺動可能に支持する梁部と、前記梁部を保持する枠部とを備えた光スキャナの製造方法において、前記ミラー部の表面に反射膜を堆積する成膜工程と、前記ミラー部の表面の反りを低減するためにイオン注入法によりイオン化された材料を前記ミラー部に注入するイオン注入工程を含むことを特徴とする光スキャナの製造方法とした。
In the invention which concerns on
請求項2に係る発明においては、前記成膜工程は、前記反射膜の表面に保護膜を堆積する工程を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の光スキャナの製造方法。
とした。
2. The method of manufacturing an optical scanner according to
It was.
請求項3に係る発明においては、前記成膜工程は前記ミラー部の一方の表面に反射膜を堆積する工程であり、前記イオン注入工程は前記ミラー部の他方の表面にイオン化された材料を注入する工程であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光スキャナの製造方法とした。
In the invention according to
請求項4に係る発明においては、前記イオン化された材料は、酸素又はリンのいずれかであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光スキャナの製造方法とした。
The invention according to claim 4 is the method for manufacturing an optical scanner according to any one of
請求項1の発明によれば、ミラー部の表面に反射膜を堆積し、更にミラー部の表面にイオン化された材料を注入する光スキャナの製造方法とした。これにより、ミラー部の質量をほとんど変化させることなくミラー部の応力を調整することができる。そのため、共振周波数に影響を与えないでミラー部の平坦性を向上させることができる、という利点を有する。 According to the first aspect of the present invention, there is provided an optical scanner manufacturing method in which a reflective film is deposited on the surface of the mirror portion, and further, an ionized material is injected into the surface of the mirror portion. Thereby, the stress of a mirror part can be adjusted, without changing the mass of a mirror part almost. Therefore, there is an advantage that the flatness of the mirror portion can be improved without affecting the resonance frequency.
請求項2の発明によれば、反射膜の表面に保護膜を堆積する工程を含む。これにより、反射膜に反射率の低下及び反射膜の傷等による損傷を防止することができる、という利点を有する。 According to invention of Claim 2, the process of depositing a protective film on the surface of a reflecting film is included. Thereby, there is an advantage that the reflection film can be prevented from being damaged due to a decrease in reflectance and a scratch on the reflection film.
請求項3の発明によれば、イオン注入は、反射膜が形成されていない裏面に注入するようにした。これにより、イオン化された材料の注入により反射面が荒されることを防止することができる、という利点を有する。 According to the third aspect of the present invention, the ion implantation is performed on the back surface where the reflective film is not formed. Thereby, it has the advantage that it can prevent that a reflective surface is roughened by injection | pouring of the ionized material.
請求項4の発明によれば、イオン化された材料を、酸素又はリンとした。これにより、ミラー部の領域に圧縮応力や引っ張り応力を、ミラー部の共振周波数を変化させることなく付与することができる、という利点を有する。 According to the invention of claim 4, the ionized material is oxygen or phosphorus. This has the advantage that compressive stress or tensile stress can be applied to the region of the mirror part without changing the resonance frequency of the mirror part.
図1(a)は、本発明の製造方法により製造される光スキャナ10の模式的な上面図を表し、図1(b)は、当該図1(a)のXX’部の模式的な断面図を表す。
FIG. 1A shows a schematic top view of an
図1(a)に示すように、光スキャナ10は、ミラー部1と、このミラー部1を両側から軸支する梁部2と、この梁部2を保持する枠部3とから構成されている。梁部2はミラー部1の揺動軸をなしており、ミラー部1は梁部2を揺動軸として振動する。例えば、ミラー部1の周縁部表面にコイルを形成し、このコイルが囲む面内を通過する磁界を外部から変化させることにより、ミラー部1に回転トルクを与え、梁部2を揺動軸としてミラー部1を振動させることができる。また、梁部2と枠部3との間に圧電体等からなる振動体を設置し、この振動体の振動を梁部2からミラー部1に伝達し、梁部2を揺動軸としてミラー部1を振動させることができる。
As shown in FIG. 1A, an
なお、図1においては、光スキャナ10の下部及び上部に収納部及び蓋部を取り付け、ミラー部1の揺動空間を構成するが、これらの収納部や蓋部は省略している。また、ミラー部1に揺動を生じさせるコイルや圧電体も省略している。
In FIG. 1, a storage portion and a lid portion are attached to the lower and upper portions of the
図1(b)に示すように、ミラー部1は、シリコン基板5と、シリコン基板5の表面に堆積したアルミニウム膜等からなる反射膜6と、この反射膜6の上に堆積したシリコン酸化膜等からなる保護膜7と、シリコン基板の裏面に形成したシリコン酸化膜8とから構成されている。後に詳細に説明するが、シリコン基板5の裏面に形成したシリコン酸化膜8の、反射膜6が形成された領域に対応する裏面領域には、イオン注入法により注入された注入材料9がシリコン酸化膜8又はシリコン基板5に局在している。注入される材料は、例えば、酸素原子やリン原子である。
As shown in FIG. 1B, the
イオン注入法により、注入した材料を反射膜6に対応する裏面の領域に局在させることにより、形成した各膜の内部応力を相殺して、ミラー部1の反りを照射するレーザ光の波長λの1/4以下としている。
By localizing the implanted material in the region of the back surface corresponding to the reflective film 6 by the ion implantation method, the internal stress of each formed film is offset, and the wavelength λ of the laser light that irradiates the warp of the
図2は、本発明に係る光スキャナ10の製造方法を示すフロー図である。特に、図1のXX’部分に沿った光スキャナ10の断面部分を表している。本実施形態においては、光スキャナ10を多数個同時に製造する方法を説明する。以下、同一の部分又は同一の機能を有する部分については同一の符号を付した。
FIG. 2 is a flowchart showing a method for manufacturing the
図1(a)において、まず、洗浄したシリコン基板5を用意する。シリコン基板は約0.5mmの厚さ有する。次に、シリコン基板5の表面にスピンナー等によりフォトレジスト11を一様に塗布する。次に、塗布したフォトレジスト11をプリベークして乾燥し、マスクを用いて必要な領域を露光する。次に、フォトレジスト11の現像処理を行い、ミラー部1、梁部2及び枠部3に相当する領域にフォトレジスト11を残す。図1(b)は、フォトレジスト11の現像後の断面を表している。次に、フォトレジスト11のポストベークを行ってフォトレジスト11をシリコン基板5に密着させる。
In FIG. 1A, first, a cleaned
次に、RIE(reactive ion etching)等によるドライエッチ又はKOH等の溶液を用いたウエットエッチにより、シリコン基板5をエッチング除去する(図2(c))。KOH等のウエットエッチングによりシリコン基板5をエッチング除去する場合には、シリコン基板5の裏面に予めシリコン酸化膜やレジスト等のエッチング防止膜を形成しておく。図2(c)に示すエッチング後のシリコン基板の状態は、ミラー部1が梁部2により枠部3に保持された状態となる。
Next, the
次に、図2(d)に示すように、シリコン基板5のミラー部1にアルミニウム等からなる反射膜6を堆積して成膜する。反射膜6は、スパッタリング法或いは電子ビーム蒸着法等の真空蒸着法により堆積する。反射膜6の堆積の際には、メタルマスクを用いてミラー部1の領域にのみ反射膜6が堆積するようにする。或いは、シリコン基板5の表面全面に反射膜6を形成し、その後、フォトリソグラフィ及びエッチング工程によりミラー部1の領域のみに反射膜6を残すようにしてもよい。反射膜6として、アルミニウムの他に、金や銀の薄膜を堆積して形成することができる。走査する光に応じて、反射膜6の材料を適宜選定する。
Next, as shown in FIG. 2D, a reflective film 6 made of aluminum or the like is deposited on the
次に、図2(e)に示すように、シリコン基板5の表面に保護膜7を堆積する。保護膜7としては、PCVD(plasma chemical vapor deposition)や反応性スパッタリング法によりシリコン酸化膜を堆積する。また、シリコン基板5の裏面にも全面に同様の方法によりシリコン酸化膜8を堆積する。表面に形成する保護膜7は、反射膜6の表面が酸化して反射効率が低下することを防止すると共に、反射膜6の表面保護のために形成している。シリコン基板5の裏面に形成するシリコン酸化膜8は、表面に形成した保護膜7がシリコン酸化膜である場合に、シリコン酸化膜の内部応力によりミラー部1に反りが発生することを防止するために設けている。保護膜7として、シリコン酸化膜に代えて、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜等、他の透明膜を使用することができる。その場合、シリコン基板5の反りを防止するために、裏面にも同様の方法により同様の薄膜を堆積するのが好ましい。
Next, as shown in FIG. 2E, a
次に、図2(f)に示すように、シリコン基板5の裏面のシリコン酸化膜8に、イオン化された材料をイオン注入する。イオン注入とは、原子や分子をイオン化して電界により加速し、その運動エネルギーを利用して対象物に注入する方法である。具体的には、イオン源において打ち込むべき元素や分子をイオン化し、質量分析器を通過させてイオン化した材料を選別し、加速器により数KeVから数十MeVまで加速する。イオン注入は、シリコン基板5の表面の反射膜6が形成された領域に行うこともできる。ただし、反射膜6の表面がイオン注入により荒れる虞があるため、好ましくは、図2(f)に示すようにシリコン基板5の裏面から行う。イオン注入の際には、マスク13により、少なくとも梁部2にイオン材料が注入されないようにマスキングする。梁部2にイオン注入されて、梁部2のねじれ弾性係数が変化し、ミラー部1の共振周波数が変化することを防止するためである。また、マスク13に代えて、少なくとも梁部2の裏面にレジストを塗布し、梁部2にイオンが注入されることを阻止するようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 2F, ionized material is ion-implanted into the silicon oxide film 8 on the back surface of the
イオン注入する材料は、上記シリコン基板の反りの方向、反りの程度により異なる。例えば、ミラー部1が裏面側に凸状に反りがある場合には、酸素イオンをシリコン酸化膜8側から注入する。酸素イオンがシリコン酸化膜8側に打ち込まれることにより、当該表面に引っ張り応力を生じさせる。これにより、上記裏面の凸状の反りを低減し、ミラー部1の平坦性を向上させることができる。一方、ミラー部1が裏面側に凹状に反りがある場合には、リンイオンをシリコン酸化膜8側に注入する。リンイオンがシリコン酸化膜8に打ち込まれることにより、当該表面に圧縮応力を生じさせる。これにより、上記裏面の凹状の反りを低減し、ミラー部1の平坦性を向上させることができる。
The material to be ion-implanted differs depending on the warp direction and warpage of the silicon substrate. For example, when the
イオン注入する際のイオンの加速エネルギーは、10KeV(キロエレクトロンボルト)から3MeV(メガエレクトロンボルト)が好ましい。3MeV以上の加速エネルギーの場合は、シリコン酸化膜8やシリコン基板の表面が損傷を受けるので好ましくなく、10KeV以下では、注入されるイオン材料の深さが浅く、ミラー部1の反り低減の効果が低くなる。なお、イオン注入される材料の注入深さは、10nm(ナノメートル)から1μm(マイクロメートル)程度が好ましい。シリコン酸化膜8やシリコン基板5の表面近傍に注入材料を偏在させる。これにより、圧縮応力や引っ張り応力をより効果的に生じさせることができる。
The acceleration energy of ions during ion implantation is preferably 10 KeV (kiloelectron volts) to 3 MeV (megaelectron volts). In the case of acceleration energy of 3 MeV or more, the surface of the silicon oxide film 8 or the silicon substrate is damaged, which is not preferable. Lower. The implantation depth of the material to be ion implanted is preferably about 10 nm (nanometer) to 1 μm (micrometer). The injection material is unevenly distributed near the surface of the silicon oxide film 8 or the
イオン注入用の材料は、酸素やリンに限定されない。窒素(N)、水素(H)、ボロン(B)、アルゴン(Ar)等、イオン化可能な材料利用することができる。 The material for ion implantation is not limited to oxygen or phosphorus. An ionizable material such as nitrogen (N), hydrogen (H), boron (B), or argon (Ar) can be used.
なお、イオン原子を打ち込んでもミラー部1の質量の変化はごくわずかである。そのために、ミラー部1の質量変化は無視することができ、ミラー部1の梁部2を揺動軸とする回転モートンに影響を及ぼさない。それ故に、イオン注入法はミラー部1の反りの制御に好適である。
Even when ion atoms are implanted, the change in the mass of the
次に、図2(g)に示すように、切断線14に沿って隣接する枠部3を分離する。次に、図2(h)に示すように、収納部15の上に枠部3を接着固定して、図示しない蓋部により覆う。
Next, as shown in FIG. 2G, the
なお、上記実施形態において、ミラー部1の上面周辺部に揺動を発生させる平面コイルを形成し、梁部2に引き出し用配線及び枠部3の表面にパッドを形成する場合には、上記工程(d)の反射膜6のパターンを形成後、又は工程(e)の保護膜7を形成後に、アルミニウム等からなる導体を堆積してパターンを形成するようにする。また、圧電振動体によりミラー部1を揺動する場合には、工程(e)の保護膜7を形成後、又は工程(f)のイオン注入後に、枠部3の表面に電極を形成し、次に梁部2と枠部3に跨って圧電振動体を接着固定する。
In the above-described embodiment, when the planar coil for generating the swing is formed in the periphery of the upper surface of the
また、収納部15を図2(g)に示す複数の枠部3に対応して多数連続して同時に形成し、多数個の枠部3が連続形成されたシートを当該多数連続して形成された収納部15に積層固定し、その後ダイシングにより分割して個々の光スキャナ10としてもよい。
Further, a large number of
なお、光スキャナを利用した装置としてのレーザープリンタや光走査型ディスプレー(網膜走査型ディスプレーやレーザーディスプレー等)が知られているが、本発明を適用すると、解像度低下などが改善でき有効であり、共振周波数が安定化できる点では、特に、光走査周波数の安定が重要な光走査型ディスプレーにおいて有効である。 In addition, although a laser printer or an optical scanning display (such as a retinal scanning display or a laser display) is known as an apparatus using an optical scanner, application of the present invention is effective in improving resolution reduction, In particular, it is effective in an optical scanning display in which the stability of the optical scanning frequency is important in that the resonance frequency can be stabilized.
図3は、本発明の光スキャナの製造方法に係る他の実施形態を示すフロー図である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。 FIG. 3 is a flowchart showing another embodiment of the method for manufacturing an optical scanner according to the present invention. The same portions or portions having the same function are denoted by the same reference numerals.
図3(a)に示すごとく、まず洗浄したシリコン基板5を用意する。次に、図3(b)に示すように、シリコン基板5の両面に、熱酸化によりシリコン酸化膜17を形成する。次に、図3(c)に示すように、シリコン酸化膜17の上にアルミニウム等からなる反射膜を堆積し、フォトリソグラフィ及びエッチング工程によりミラー部1の領域に反射膜6を残すようにパターニングする。
As shown in FIG. 3A, a cleaned
次に、シリコン酸化膜等からなる保護膜7をシリコン基板5の表面に全面堆積する。次に、シリコン基板5の裏面にフォトレジストを塗布し、ミラー部1の対応する領域のフォトレジストを除去して、イオン注入用の開口部を形成する。次に、図3(e)に示すように、裏面よりイオン注入を行い、注入材料9を局在させる。イオン注入は、既に説明したように、酸素イオン、リンイオン等を加速して注入する。次に、図3(f)に示すように、フォトレジスト11をシリコン基板5の表面に塗布し、露光現像してエッチングすべき領域のフォトレジストを除去する。次に、図3(g)に示すように、保護膜7、シリコン酸化膜17、シリコン基板5、裏面のシリコン酸化膜17の順にドライエッチ或いはウエットエッチによりエッチング除去し、図3(h)に示すように、フォトレジスト11を除去する。以降の工程は、図2(g)、(h)と同様である。
Next, a
本実施形態においては、シリコン基板5の裏面に熱酸化によりシリコン酸化膜17を形成しているので、シリコン基板5をウエットエッチする際に、シリコン基板5の裏面にレジスト等のマスクを形成する必要がない、という利点を有する。
In this embodiment, since the
以上の説明において、シリコン基板を用いた光スキャナについて説明したが、これに限定されない。基板としてステンレス等からなる金属や、金属酸化物、ガラス、セラミックス等を使用することができる。 In the above description, the optical scanner using the silicon substrate has been described, but the present invention is not limited to this. A metal made of stainless steel, a metal oxide, glass, ceramics, or the like can be used as the substrate.
1 ミラー部
2 梁部
3 枠部
5 シリコン基板
6 反射膜
7 保護膜
8 シリコン酸化膜
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記ミラー部の表面に反射膜を堆積する成膜工程と、前記ミラー部の表面の反りを低減するためにイオン注入法によりイオン化された材料を前記ミラー部に注入するイオン注入工程を含むことを特徴とする光スキャナの製造方法。 In a method for manufacturing an optical scanner, comprising: a mirror part; a beam part that supports the mirror part so as to be swingable; and a frame part that holds the beam part.
A film forming step of depositing a reflective film on the surface of the mirror portion; and an ion implantation step of injecting a material ionized by an ion implantation method into the mirror portion in order to reduce warpage of the surface of the mirror portion. An optical scanner manufacturing method.
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