JP2010214495A - プレーナ型アクチュエータの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 厚さ寸法の異なるトーションバーまたは可動部を簡単にしかも高い精度で形成することのできるプレーナ型アクチュエータの製造方法を提供する。
【解決手段】 シリコンからなる第１のウェハ１０の裏面側からエッチングして、トーションバー３，５または可動部４，６の少なくとも一方に対応する部位をトーションバー３，５または可動部４，６に応じた厚さが残るように除去して空隙を形成する工程と、第１のウェハ１０の裏面側に、シリコンからなる第２のウェハ１３を貼り合わせる工程と、第１のウェハ１０の表面をエッチングして可動部４，６、トーションバー３，５および固定部２以外の部分を除去する工程と、第２のウェハ１３の裏面をエッチングして固定部２以外の部分を除去する工程と、を備えている。
【選択図】 図２
【解決手段】 シリコンからなる第１のウェハ１０の裏面側からエッチングして、トーションバー３，５または可動部４，６の少なくとも一方に対応する部位をトーションバー３，５または可動部４，６に応じた厚さが残るように除去して空隙を形成する工程と、第１のウェハ１０の裏面側に、シリコンからなる第２のウェハ１３を貼り合わせる工程と、第１のウェハ１０の表面をエッチングして可動部４，６、トーションバー３，５および固定部２以外の部分を除去する工程と、第２のウェハ１３の裏面をエッチングして固定部２以外の部分を除去する工程と、を備えている。
【選択図】 図２
Description
本発明はプレーナ型アクチュエータの製造方法に係り、特に、枠状の固定部に第２可動部を回転自在に軸支するとともに、この第２可動部に第1可動部を回動可能に軸支してなる二次元動作が可能なプレーナ型アクチュエータの製造方法に関する。
従来から、枠状の固定部に平板状の可動部を回動可能に軸支する構造のアクチュエータとして、例えば半導体製造技術を利用し、シリコン基板を異方性エッチングし、枠状の固定部と平板状の可動部と固定部に可動部を軸支するトーションバーとを一体に形成し、可動部に駆動コイルを設け、可動部の駆動コイルに静磁界を付与する例えば永久磁石のような静磁界発生手段を設け、通電により駆動コイルに発生する磁界と静磁界発生手段による静磁界との相互作用により発生するローレンツ力を利用して可動部を回動させる電磁駆動タイプのプレーナ型アクチュエータがある（例えば、特許文献１参照）。
そして、このようなアクチュエータは、例えば、可動部にミラーを設けることで光ビームを偏向走査する光スキャナなどに適用される。
そして、このようなアクチュエータは、例えば、可動部にミラーを設けることで光ビームを偏向走査する光スキャナなどに適用される。
このようなアクチュエータにおいて、枠状の固定部に第２可動部を回転自在に軸支するとともに、この第２可動部に第1可動部を回動可能に軸支してなる二次元動作が可能なアクチュエータが知られている。
このような二次元アクチュエータにおいては、第２可動部に対して駆動される第1可動部と、固定部に対して駆動される第２可動部との共振周波数が異なることから、共振周波数に応じて、第２可動部と第1可動部とを連結する第１トーションバーと、固定部と第２可動部とを連結する第２トーションバーとの厚さ寸法を変えるようになっている。そして、このように各トーションバー、第1可動部または第２可動部の厚さ寸法を変える場合、従来、シリコンウェハに所定の配線パターンなどを形成した後、２段階のエッチング工程を行い、不要な部分を除去することで、各トーションバーの厚さ寸法を制御するようにしていた。
しかしながら、前記従来のアクチュエータにおいては、２段階のエッチング工程を行う必要があるため、工程数の増加を招き、しかも、第１トーションバー、第２トーションバー、第1可動部または第２可動部の厚さを精度よく制御することが極めて困難であるという問題を有している。また、第１トーションバー、第２トーションバー、第1可動部または第２可動部の厚さ寸法が小さくなるようにエッチングでシリコンウェハを除去すると、シリコンウェハの反りなどが発生してしまうという問題を有している。さらに、二段階のエッチング工程を行った場合に、トーションバーを支持する固定部の側面などが不必要に削られて側面の荒れが発生してしまうという問題も有している。
本発明は前記した点に鑑みてなされたもので、厚さ寸法の異なるトーションバーまたは可動部を簡単にしかも高い精度で形成することのできるプレーナ型アクチュエータの製造方法を提供することを目的とするものである。
前記目的を達成するため請求項１に記載の発明に係るアプレーナ型クチュエータの製造方法は、枠状の固定部の内側に、トーションバーを介して回動自在に支持され駆動手段により駆動される可動部からなるアクチュエータを製造するためのプレーナ型アクチュエータの製造方法において、
シリコンからなる第１のウェハの裏面側からエッチングして、前記トーションバーまたは前記可動部の少なくとも一方に対応する部位を前記トーションバーまたは前記可動部に応じた厚さが残るように除去して空隙を形成する工程と、
前記第１のウェハの裏面側に、シリコンからなる第２のウェハを貼り合わせる工程と、
前記第１のウェハの表面をパターニングし、前記第１のウェハをエッチングして前記可動部、前記トーションバーおよび前記固定部以外の部分を除去する工程と、
前記第２のウェハの裏面をパターニングして、前記第２のウェハをエッチングして前記固定部以外の部分を除去する工程と、
を備えていることを特徴とする。
シリコンからなる第１のウェハの裏面側からエッチングして、前記トーションバーまたは前記可動部の少なくとも一方に対応する部位を前記トーションバーまたは前記可動部に応じた厚さが残るように除去して空隙を形成する工程と、
前記第１のウェハの裏面側に、シリコンからなる第２のウェハを貼り合わせる工程と、
前記第１のウェハの表面をパターニングし、前記第１のウェハをエッチングして前記可動部、前記トーションバーおよび前記固定部以外の部分を除去する工程と、
前記第２のウェハの裏面をパターニングして、前記第２のウェハをエッチングして前記固定部以外の部分を除去する工程と、
を備えていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、枠状の固定部の内側に、第２トーションバーを介して回動自在に支持され駆動手段により駆動される第２可動部と、この第２可動部の内側に第１トーションバーを介して回動自在に支持された第１可動部とからなる二次元アクチュエータを製造するためのプレーナ型アクチュエータの製造方法において、
シリコンからなる第１のウェハの裏面側からエッチングして、前記第１トーションバー、前記第２トーションバー、前記第１可動部または前記第２可動部の少なくともいずれか１つに対応する部位を前記第１トーションバー、前記第２トーションバー、前記第１可動部または前記第２可動部に応じた厚さが残るように除去して空隙を形成する工程と、
前記第１のウェハの裏面側に、シリコンからなる第２のウェハを貼り合わせる工程と、
前記第１のウェハの表面をパターニングし、前記第１のウェハをエッチングして前記第１トーションバー、前記第２トーションバー、前記第１可動部、前記第２可動部および前記固定部以外の部分を除去する工程と、
前記第２のウェハの裏面をパターニングして、前記第２のウェハをエッチングして前記固定部以外の部分を除去する工程と、
を備えていることを特徴とする。
シリコンからなる第１のウェハの裏面側からエッチングして、前記第１トーションバー、前記第２トーションバー、前記第１可動部または前記第２可動部の少なくともいずれか１つに対応する部位を前記第１トーションバー、前記第２トーションバー、前記第１可動部または前記第２可動部に応じた厚さが残るように除去して空隙を形成する工程と、
前記第１のウェハの裏面側に、シリコンからなる第２のウェハを貼り合わせる工程と、
前記第１のウェハの表面をパターニングし、前記第１のウェハをエッチングして前記第１トーションバー、前記第２トーションバー、前記第１可動部、前記第２可動部および前記固定部以外の部分を除去する工程と、
前記第２のウェハの裏面をパターニングして、前記第２のウェハをエッチングして前記固定部以外の部分を除去する工程と、
を備えていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２において、前記空隙を形成する工程の後に、前記第１のウェハの裏面および前記空隙の内面に保護膜を形成する工程を備えていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２において、前記空隙に、前記第１のウェハを貫通する空気抜き用の連通孔を形成することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１または請求項２において、前記空隙に、充填材を埋設することを特徴とする。
請求項１に記載の発明に係るアクチュエータによれば、最初の工程で、シリコンからなる第１のウェハの裏面側からエッチングして、トーションバーまたは可動部の少なくとも一方に対応する部位をトーションバーまたは可動部に応じた厚さが残るように除去して空隙を形成し、その後通常の工程を行い、最終的に、第２のウェハの裏面をエッチングして固定部以外の部分を除去することにより、トーションバーまたは可動部を形成するようにしているので、多段階エッチングを行うことなく、高い精度でアクチュエータを製造することができる。
請求項２に記載の発明によれば、最初の工程で、シリコンからなる第１のウェハの裏面側からエッチングして、第１トーションバー、第２トーションバー、第１可動部または第２可動部の少なくともいずれか１つに対応する部位を第１トーションバー、第２トーションバー、第１可動部または第２可動部に応じた厚さが残るように除去して空隙を形成し、その後通常の工程を行い、最終的に、第２のウェハの裏面をエッチングして固定部以外の部分を除去することにより、第１トーションバー、第２トーションバー、第１可動部または第２可動部を形成するようにしているので、多段階エッチングを行うことなく、高い精度で二次元のアクチュエータを製造することができる。
請求項３に記載の発明によれば、空隙を形成する工程の後に、第１のウェハの裏面および空隙の内面に保護膜を形成するようにしているので、最終的なエッチングを行う際に、保護膜が形成されていることとなり、トーションバーの近傍における側面荒れの発生を確実に防止することができる。
請求項４に記載の発明によれば、空隙に、第１のウェハを貫通する空気抜き用の連通孔を形成するようにしているので、第１のウェハと第２のウェハとを貼り合わせた際に、空隙に空気が残留してしまうことがなく、減圧下における第１のウェハと第２のウェハとの剥離などを確実に防止することができる。
請求項５に記載の発明によれば、空隙に、充填材を埋設するようにしているので、第１のウェハと第２のウェハとを貼り合わせた際に、空隙に空気が残留してしまうことがなく、減圧下における第１のウェハと第２のウェハとの剥離などを確実に防止することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１および図２は、本発明に係る製造方法が適用されるプレーナ型アクチュエータの第１実施形態を示したものである。
図１および図２は、本発明に係る製造方法が適用されるプレーナ型アクチュエータの第１実施形態を示したものである。
本実施形態のプレーナ型アクチュエータは、図示しない光源からの光ビームを２方向に偏向する２次元用のアクチュエータであり、例えば、半導体マイクロマシン技術を応用して製造されるものである。
図１および図２に示すように、本実施形態のプレーナ型アクチュエータ１は、枠状の固定部２を備えている。この固定部２の内側には、一対の第２トーションバー３，３を介して枠状の第２可動部４が回動自在に支持されており、この第２可動部４の内側には、第２可動部４を支持するトーションバー３に対して直交する方向に延在する第１トーションバー５，５を介して第１可動部６が回動自在に支持されている。すなわち、第１可動部６と第２可動部４とは、第１トーションバー５および第２トーションバー３を介して互いに直交する方向に回動自在とされている。
可動部６の表面には、第１可動部６の回動動作により光源からの光ビームを偏向するための反射ミラー（図示せず）が設けられている。第１可動部６の表面側周縁部には、第１可動部６を駆動するための図示しない駆動コイルが設けられており、固定部２の四方には、第１可動部６を挟んで互いに反対磁極を対向させて配置される二対の静磁界発生部材（図示せず）が配置されるように構成されている。なお、静磁界発生部材は、永久磁石でも電磁石でもよい。
次に、本実施形態のプレーナ型アクチュエータ１の製造方法について説明する。
まず、図３に示すように、単結晶シリコンからなる第１のウェハ１０の表面に、保護膜を被覆する。保護膜としては、例えば、酸化炉などを用いてシリコンの酸化膜１１を被膜する。また、保護膜としては、シリコンのエッチングに耐性のあるものであればよく、酸化膜以外にも金属等が考えられる。そして、図４および図５に示すように、第１のウェハ１０の裏面をパターニングして、第１のウェハ１０の第１トーションバー５および第２トーションバー３に対応する部位を除去して空隙１２を形成する。
まず、図３に示すように、単結晶シリコンからなる第１のウェハ１０の表面に、保護膜を被覆する。保護膜としては、例えば、酸化炉などを用いてシリコンの酸化膜１１を被膜する。また、保護膜としては、シリコンのエッチングに耐性のあるものであればよく、酸化膜以外にも金属等が考えられる。そして、図４および図５に示すように、第１のウェハ１０の裏面をパターニングして、第１のウェハ１０の第１トーションバー５および第２トーションバー３に対応する部位を除去して空隙１２を形成する。
その後、図６に示すように、第１のウェハ１０の空隙１２の内面に再度酸化膜１１を形成し、図７に示すように、第１のウェハ１０の裏面側に、下面側に酸化膜１１が形成されたシリコンからなる第２のウェハ１３を貼り合わせる。
このとき、ウェハ１０，１３の加工は、通常減圧した状態で行われるため、第１のウェハ１０と第２のウェハ１３とを貼り合わせた際に、第１のウェハ１０の空隙１２に残留した空気が減圧下で膨張して、第１のウェハ１０と第２のウェハ１３との貼着面を剥離させたりしてしまうおそれがある。そのため、第１のウェハ１０の除去を行う際に、あらかじめ空気抜き用の連通孔を形成するようにするとよい。また、その他、例えば、第１のウェハ１０の除去した空隙１２を、充填材で埋めるようにしてもよい。充填材としては、例えば、流動性の高い樹脂であればよく、特に、シリコーンなどが好適である。
そして、図８に示すように、第１のウェハ１０の表面側の全面に配線材料をスパッタリングした後、パターニングして不要な部分をウェットエッチングし、所望の配線パターン１４を形成する。その後、図９に示すように、配線パターン１４の表面に保護膜材料を塗布した後、パターニングを行い、配線用保護膜１５を形成する。
そして、図１０に示すように、第１のウェハ１０の表面をパターニングし、酸化膜１１および第１のウェハ１０をエッチングして第１可動部６、第２可動部４および固定部２以外の部分を除去する。続いて、第２のウェハ１３の裏面をパターニングして、酸化膜１１および第２のウェハ１３をエッチングして、図１１に示す状態にする。次に、第１のウェハ１０と第２のウェハ１３の間にある酸化膜１１をエッチングし、固定部２以外の部分を除去することにより、図１および図２に示すようなプレーナ型アクチュエータ１が形成される。
次に、本実施形態の作用について説明する。
このプレーナ型アクチュエータ１の駆動原理は、例えば、特許第２７２２３１４号公報等で詳述されているので、以下、光スキャナの場合を例として簡単に説明する。
第１可動部６および第２可動部４の駆動コイルに電流を流すと磁界が発生し、この磁界と静磁界発生手段による静磁界との相互作用によりローレンツ力が発生し、第１トーションバー５および第２トーションバー３の軸方向と平行な第１可動部６および第２可動部４の対辺部分に互いに逆方向の回転力が発生し、この回転力と第１トーションバー５および第２トーションバー３の復元力とが釣合う位置まで第１可動部６および第２可動部４が回動される。
そして、駆動コイルに直流電流を流すことにより、駆動電流量に応じた回動位置で第１可動部６および第２可動部４を停止させることで、反射ミラーにより光ビームを所望の方向に偏向することが可能となる。
一方、駆動コイルに交流電流を流すことにより、第１可動部６および第２可動部４が揺動し、反射ミラーにより光ビームを偏向走査できる。第１可動部６および第２可動部４を回動させるための回転力は、駆動コイルに流す駆動電流値に比例するので、駆動コイルに供給する駆動電流値を制御することで、第１可動部６の振れ角（光ビームの偏向角度）を制御することができる。なお、本実施形態においては、光スキャナの場合を例として作用を説明したが、本発明は光スキャナ以外にも適用できるものである。
したがって、本実施形態においては、最初の工程で第１のウェハ１０の第１トーションバー５、第２トーションバー３、第１可動部６および第２可動部４に対応する部位を除去することにより、第１のウェハ１０の第１トーションバー５、第２トーションバー３、第１可動部６および第２可動部４を所望の厚さに形成し、その後通常の工程を行い、最終的に、第２のウェハ１３の裏面をエッチングして除去することにより、厚さの異なる第１トーションバー５、第２トーションバー３、第１可動部６および第２可動部４を形成するようにしているので、多段階エッチングを行うことなく、高い精度でアクチュエータ１を製造することができる。
さらに、第１のウェハ１０の裏面の第１トーションバー５および第２トーションバー３に対応する位置をエッチングした後、再度酸化膜１１を形成するようにしているので、最終的なエッチングを行う際に、酸化膜１１が形成されていることとなり、第１トーションバー５および第２トーションバー３の近傍における側面やトーションバーの裏側等の荒れの発生を確実に防止することができる。
また、前記実施形態においては、二次元アクチュエータを製造する場合について説明したが、本発明は一次元アクチュエータを製造する場合にも適用できるものである。この場合は、トーションバーまたは可動部の少なくとも一方についての厚さ制御を行うようにすればよい。
また、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能である。
１ プレーナ型アクチュエータ
２ 固定部
３ 第２トーションバー
４ 第２可動部
５ 第１トーションバー
６ 第１可動部
１０ 第１のウェハ
１１ 酸化膜
１２ 空隙
１３ 第２のウェハ
１５ 配線用保護膜
２ 固定部
３ 第２トーションバー
４ 第２可動部
５ 第１トーションバー
６ 第１可動部
１０ 第１のウェハ
１１ 酸化膜
１２ 空隙
１３ 第２のウェハ
１５ 配線用保護膜
Claims (5)
- 枠状の固定部の内側に、トーションバーを介して回動自在に支持され駆動手段により駆動される可動部からなるアクチュエータを製造するためのプレーナ型アクチュエータの製造方法において、
シリコンからなる第１のウェハの裏面側からエッチングして、前記トーションバーまたは前記可動部の少なくとも一方に対応する部位を前記トーションバーまたは前記可動部に応じた厚さが残るように除去して空隙を形成する工程と、
前記第１のウェハの裏面側に、シリコンからなる第２のウェハを貼り合わせる工程と、
前記第１のウェハの表面をパターニングし、前記第１のウェハをエッチングして前記可動部、前記トーションバーおよび前記固定部以外の部分を除去する工程と、
前記第２のウェハの裏面をパターニングして、前記第２のウェハをエッチングして前記固定部以外の部分を除去する工程と、
を備えていることを特徴とするプレーナ型アクチュエータの製造方法。 - 枠状の固定部の内側に、第２トーションバーを介して回動自在に支持され駆動手段により駆動される第２可動部と、この第２可動部の内側に第１トーションバーを介して回動自在に支持された第１可動部とからなる二次元アクチュエータを製造するためのプレーナ型アクチュエータの製造方法において、
シリコンからなる第１のウェハの裏面側からエッチングして、前記第１トーションバー、前記第２トーションバー、前記第１可動部または前記第２可動部の少なくともいずれか１つに対応する部位を前記第１トーションバー、前記第２トーションバー、前記第１可動部または前記第２可動部に応じた厚さが残るように除去して空隙を形成する工程と、
前記第１のウェハの裏面側に、シリコンからなる第２のウェハを貼り合わせる工程と、
前記第１のウェハの表面をパターニングし、前記第１のウェハをエッチングして前記第１トーションバー、前記第２トーションバー、前記第１可動部、前記第２可動部および前記固定部以外の部分を除去する工程と、
前記第２のウェハの裏面をパターニングして、前記第２のウェハをエッチングして前記固定部以外の部分を除去する工程と、
を備えていることを特徴とするプレーナ型アクチュエータの製造方法。 - 前記空隙を形成する工程の後に、前記第１のウェハの裏面および前記空隙の内面に保護膜を形成する工程を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプレーナ型アクチュエータの製造方法。
- 前記空隙に、前記第１のウェハを貫通する空気抜き用の連通孔を形成することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のプレーナ型アクチュエータの製造方法。
- 前記空隙に、充填材を埋設することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のプレーナ型アクチュエータの製造方法。
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