JP3493908B2 - Device using piezoelectric material, light condensing device, and method of manufacturing these devices - Google Patents

Device using piezoelectric material, light condensing device, and method of manufacturing these devices

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JP3493908B2
JP3493908B2 JP17981496A JP17981496A JP3493908B2 JP 3493908 B2 JP3493908 B2 JP 3493908B2 JP 17981496 A JP17981496 A JP 17981496A JP 17981496 A JP17981496 A JP 17981496A JP 3493908 B2 JP3493908 B2 JP 3493908B2
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piezoelectric body
heater
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piezoelectric
light
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秀一 若林
稔 坂田
博史 後藤
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  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【技術分野】この発明は,圧電アクチュエータやセンサ
等の圧電体を用いた装置,集光装置およびこれらの装置
の製造方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a device using a piezoelectric body such as a piezoelectric actuator or a sensor, a light condensing device, and a method for manufacturing these devices.

【0002】[0002]

【背景技術】PZT(Pb(Zr1-X ,TiX )O3
ジルコン酸チタン酸鉛)等の圧電体はアモルファス相お
よびパイロクロア相を有しており,加熱される前はほと
んど圧電性を示さない。高温熱処理を施すことによっ
て,圧電体はペロブスカイト相に相転移し,高い圧電性
示すようになる。加熱温度を高めれば,圧電体はより大
きな圧電性を示すようになる。
BACKGROUND ART PZT (Pb (Zr 1-x , Ti x ) O 3 ;
Piezoelectric materials such as lead zirconate titanate) have an amorphous phase and a pyrochlore phase and show almost no piezoelectricity before being heated. The piezoelectric material undergoes a phase transition to the perovskite phase when subjected to high-temperature heat treatment, and exhibits high piezoelectric properties. When the heating temperature is raised, the piezoelectric body becomes more piezoelectric.

【0003】このような圧電体を利用したディバイス
(装置)においてその電気回路を含めて集積化する場合
には,半導体製造プロセスが利用される。半導体製造プ
ロセスにおいては,1枚のウエハ上に多数のディバイス
が規則的に配列される。各ディバイスには,圧電体や回
路素子等のディバイスを構成する要素が含まれる。最後
にダイシングによってウエハが個々のディバイスに分割
される。上述した圧電体の加熱処理は,加熱装置の高温
酸素雰囲気内でウエハ単位で行われるため,次のような
問題があった。 (1) 圧電体を加熱する際に他の回路素子等も一緒に加熱
されてしまうため,作製されるディバイスの電気特性や
回路特性が変化してしまう。 (2) ウエハ上に形成された複数の圧電体をそれぞれ異な
った温度で加熱することができないため,作製される個
々のディバイスの圧電特性や機械特性を調整することが
できない。
A semiconductor manufacturing process is used to integrate a device (device) using such a piezoelectric element, including its electric circuit. In the semiconductor manufacturing process, a large number of devices are regularly arranged on one wafer. Each device includes elements that compose the device such as a piezoelectric body and a circuit element. Finally, the wafer is divided into individual devices by dicing. The above-described heat treatment of the piezoelectric body is performed on a wafer-by-wafer basis in the high-temperature oxygen atmosphere of the heating device, and thus has the following problems. (1) When the piezoelectric body is heated, other circuit elements etc. are also heated, so the electrical characteristics and circuit characteristics of the manufactured device change. (2) Since it is not possible to heat a plurality of piezoelectric bodies formed on a wafer at different temperatures, it is not possible to adjust the piezoelectric and mechanical characteristics of each individual device manufactured.

【0004】[0004]

【発明の開示】この発明は,ウエハ上に形成された多数
の圧電体をそれぞれ個別に加熱することができるように
することを目的とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION An object of the present invention is to make it possible to individually heat a large number of piezoelectric bodies formed on a wafer.

【0005】この発明による圧電体を用いた装置は,加
熱することによってアモルファス相およびパイロクロア
相の混在状態からペロブスカイト相に相転移する圧電体
と,この圧電体に電圧を印加するための電極とが基板上
に形成されたものであり,上記圧電体の近傍には圧電体
を加熱するためのヒータが形成されている。好ましくは
上記圧電体の周囲に上記ヒータが形成されている。
In the device using the piezoelectric body according to the present invention, a piezoelectric body which undergoes a phase transition from a mixed state of an amorphous phase and a pyrochlore phase to a perovskite phase by heating and an electrode for applying a voltage to the piezoelectric body are provided. It is formed on a substrate, and a heater for heating the piezoelectric body is formed near the piezoelectric body. Preferably, the heater is formed around the piezoelectric body.

【0006】ヒータに電流を流して圧電体を加熱するこ
とによって,圧電体をペロブスカイト相に相転移させ圧
電特性をもたせることができる。加熱温度を制御するこ
とにより,所望の圧電特性を付与することができる。個
々の圧電体ごとに圧電特性を異ならせることができる。
By applying an electric current to the heater to heat the piezoelectric body, the piezoelectric body can be made to undergo a phase transition to the perovskite phase and have piezoelectric characteristics. By controlling the heating temperature, desired piezoelectric characteristics can be given. The piezoelectric characteristics can be made different for each individual piezoelectric body.

【0007】この発明による圧電体を用いた装置の製造
方法は,加熱することによってアモルファス相およびパ
イロクロア相の混在状態からペロブスカイト相に相転移
する圧電体と,上記圧電体に電圧を印加するための電極
とを半導体ウエハ上に多数組規則的に形成し,上記多数
の圧電体の近傍にはそれぞれヒータを形成し,上記ヒー
タを用いて上記圧電体をそれぞれ加熱した後に個々の装
置に分割するものである。
A method of manufacturing a device using a piezoelectric body according to the present invention comprises a piezoelectric body which undergoes a phase transition from a mixed state of an amorphous phase and a pyrochlore phase to a perovskite phase when heated, and a voltage for applying a voltage to the piezoelectric body. A plurality of sets of electrodes and electrodes are regularly formed on a semiconductor wafer, heaters are formed in the vicinity of the plurality of piezoelectric bodies, and the piezoelectric bodies are heated by the heaters and then divided into individual devices. Is.

【0008】半導体ウエハ上に多数の圧電体が形成さ
れ,その近傍にはそれぞれの圧電体を加熱するためのヒ
ータが設けられる。ウエハ全体を一定の温度で加熱する
のではなく,圧電体のみを加熱するため,ウエハ上の他
の回路素子は殆ど加熱処理の影響を受けない。
A large number of piezoelectric bodies are formed on a semiconductor wafer, and heaters for heating the respective piezoelectric bodies are provided in the vicinity thereof. Since only the piezoelectric body is heated instead of heating the entire wafer at a constant temperature, other circuit elements on the wafer are hardly affected by the heat treatment.

【0009】また,圧電体の加熱処理が個別に行われる
ためため,圧電体の加熱温度をそれぞれ変えることがで
き,圧電特性が異なる装置を製造することができる。
Further, since the heating treatment of the piezoelectric body is performed individually, it is possible to change the heating temperature of the piezoelectric body, and it is possible to manufacture devices having different piezoelectric characteristics.

【0010】さらに,加熱装置を用いることなく圧電体
の加熱処理を行うことができるので,製造コストを抑え
られる。また圧電体が小さい場合は急速に加熱すること
ができるため,熱処理効率が良い。
Furthermore, since the piezoelectric body can be heat-treated without using a heating device, the manufacturing cost can be suppressed. Further, when the piezoelectric body is small, it can be heated rapidly, so that the heat treatment efficiency is good.

【0011】好ましくは,上記基板と上記圧電体との間
に上記ヒータが形成される。
Preferably, the heater is formed between the substrate and the piezoelectric body.

【0012】圧電体の直下にヒータが形成されるため,
ウエハ上に形成された他の回路素子が受ける熱の影響は
さらに小さくなる。またヒータを形成するためのスペー
スを別途に必要としないので,基板面の有効利用を図る
ことができる。
Since the heater is formed immediately below the piezoelectric body,
The influence of heat on other circuit elements formed on the wafer is further reduced. Further, since a space for forming the heater is not required separately, it is possible to effectively utilize the substrate surface.

【0013】さらに好ましくは,上記圧電体がPZTで
形成され,上記電極が白金,チタン,または白金とチタ
ンの合金から形成され,上記ヒータが単結晶シリコンま
たは多結晶シリコンから形成される。
More preferably, the piezoelectric body is made of PZT, the electrode is made of platinum, titanium, or an alloy of platinum and titanium, and the heater is made of single crystal silicon or polycrystalline silicon.

【0014】この発明による集光装置は,弾性変形可能
なダイアフラム部およびこのダイアフラム部を支持する
ための支持部が形成された半導体基板,上記半導体基板
の上記支持部に接合された透明基板,上記半導体基板の
一面に形成された絶縁層,上記絶縁層上の上記ダイアフ
ラム部に対応する位置に形成された,加熱することによ
ってアモルファス相およびパイロクロア相の混在状態か
らペロブスカイト相に相転移する圧電体と,この圧電体
に電圧を印加するための電極とから構成されるアクチュ
エータ,上記絶縁膜上の上記圧電体の近傍に形成され
た,圧電体を加熱するためのヒータ,上記透明基板上の
上記ダイアフラム部に対応する位置に設けられた発光素
子,上記ダイアフラム部の上記発光素子に対向する面に
形成された,発光素子からの出射光を反射するミラー,
ならびに上記透明基板に形成された上記反射光を結像す
る光学素子を備えている。
The light collecting device according to the present invention comprises a semiconductor substrate having an elastically deformable diaphragm portion and a support portion for supporting the diaphragm portion, a transparent substrate joined to the support portion of the semiconductor substrate, An insulating layer formed on one surface of a semiconductor substrate, a piezoelectric body formed at a position corresponding to the diaphragm section on the insulating layer, which undergoes a phase transition from a mixed state of an amorphous phase and a pyrochlore phase to a perovskite phase by heating. An actuator composed of an electrode for applying a voltage to the piezoelectric body, a heater for heating the piezoelectric body formed in the vicinity of the piezoelectric body on the insulating film, the diaphragm on the transparent substrate A light emitting element provided at a position corresponding to the light emitting element, and a light emitting element formed on a surface of the diaphragm portion facing the light emitting element. Mirror for reflecting the light emitted from,
In addition, it is provided with an optical element formed on the transparent substrate to form an image of the reflected light.

【0015】発光素子からの出射光はダイアフラム部に
形成されたミラー面で反射し,光学素子で集光される。
圧電体を挟む電極に電圧を印加することによりダイアフ
ラム部が変形するので,発光素子からの出射光の集光位
置が変化する。この集光装置によると,投射光のスポッ
ト位置を変えることができるので,表示用,種々の物理
量の検出用,その他の用途に利用することができる。
Light emitted from the light emitting element is reflected by the mirror surface formed on the diaphragm portion and is condensed by the optical element.
The diaphragm portion is deformed by applying a voltage to the electrodes sandwiching the piezoelectric body, so that the focus position of the light emitted from the light emitting element changes. According to this condensing device, since the spot position of the projected light can be changed, it can be used for display, detection of various physical quantities, and other purposes.

【0016】[0016]

【実施例】【Example】

第1実施例 図1は集光装置を示す斜視図,図2は図1のII−II線に
そう断面図である。これらの図において,作図の便宜上
および理解を容易にするために,肉厚が強調して描かれ
ている。このことは,後に説明する他の実施例を示す図
面においても同様である。
First Embodiment FIG. 1 is a perspective view showing a condenser, and FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG. In these drawings, the wall thickness is emphasized for convenience of drawing and for easy understanding. This also applies to the drawings showing other embodiments described later.

【0017】この集光装置は,コンパクト・ディスク・
プレイヤやオート・フォーカス・カメラ等の各種光学機
器に用いられ,出射光の集光位置を任意に変化させるこ
とが可能なものである。
This condensing device is a compact disc
It is used in various optical devices such as players and auto-focus cameras, and is capable of arbitrarily changing the condensing position of emitted light.

【0018】集光装置1は,シリコン半導体基板20の下
面に,光を透過するガラス基板10を陽極接合して形成さ
れる。
The light collecting device 1 is formed by anodic bonding a light transmitting glass substrate 10 to the lower surface of a silicon semiconductor substrate 20.

【0019】シリコン半導体基板20にはその裏面側から
角錐台状の凹部22が形成され,凹部22の底面は弾性変形
可能な薄肉のダイアフラム部24となっている。凹部22は
好ましくはアルカリ性エッチング液を用いて,シリコン
半導体基板10の下面から異方性エッチングを行うことに
よって形成される。ダイアフラム部24の下面(ガラス基
板10に対向する面)は,鏡面加工が施されてミラー面26
となっている。凹部22の形状は角錐台状に限らず,例え
ば円錐台状であってもよい。
The silicon semiconductor substrate 20 is provided with a truncated pyramid-shaped recess 22 from the back side thereof, and the bottom surface of the recess 22 is a thin diaphragm portion 24 which is elastically deformable. The recess 22 is preferably formed by anisotropically etching the lower surface of the silicon semiconductor substrate 10 using an alkaline etching solution. The lower surface of the diaphragm portion 24 (the surface facing the glass substrate 10) is mirror-finished to give a mirror surface 26.
Has become. The shape of the recess 22 is not limited to the truncated pyramid shape, and may be, for example, a truncated cone shape.

【0020】シリコン半導体基板10の上面のほぼ全体に
絶縁膜28が設けられている。絶縁膜28は,シリコン半導
体基板10と後述する下部電極32,ヒータ38および処理回
路とを電気的に絶縁するためのものである。絶縁膜28
は,好ましくはシリコンの熱酸化膜またはLPCVD
(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)窒化膜で
ある。
An insulating film 28 is provided on almost the entire upper surface of the silicon semiconductor substrate 10. The insulating film 28 is for electrically insulating the silicon semiconductor substrate 10 from the lower electrode 32, the heater 38, and the processing circuit described later. Insulation film 28
Is preferably a silicon thermal oxide film or LPCVD
(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) A nitride film.

【0021】絶縁膜28の上面のダイアフラム部24に対応
する位置に,アクチュエータ30が形成されている。アク
チュエータ30は,圧電層34を上部電極36および下部電極
32で挟んで構成されている。圧電層34は印加された電界
に垂直な方向の横歪を発生する。圧電層34は弱い電界で
も大きく変形する材料を用いて作製するのが好ましい。
最も好ましくは,この材料は圧電定数が大きく,薄膜形
成や微細加工性に優れたPZT(Pb(Zr1-X ,Ti
X )O3 ;ジルコン酸チタン酸鉛)である。上部電極36
および下部電極32は,好ましくは白金,チタン,または
白金とチタンの合金から形成される。絶縁膜28の上面に
おいて,電極32および36から電極パッド32aおよび36a
が延びている。電極パッド32aおよび36aを介して,電
極32,36間に電圧が印加される。
An actuator 30 is formed on the upper surface of the insulating film 28 at a position corresponding to the diaphragm portion 24. The actuator 30 includes a piezoelectric layer 34 as an upper electrode 36 and a lower electrode.
It is sandwiched between 32. The piezoelectric layer 34 generates lateral strain in a direction perpendicular to the applied electric field. The piezoelectric layer 34 is preferably made of a material that is highly deformable even in a weak electric field.
Most preferably, this material has a large piezoelectric constant and is excellent in thin film formation and microfabrication, and PZT (Pb (Zr 1-X , Ti
X ) O 3 ; lead zirconate titanate). Upper electrode 36
And the lower electrode 32 is preferably formed of platinum, titanium, or an alloy of platinum and titanium. On the upper surface of the insulating film 28, from the electrodes 32 and 36 to the electrode pads 32a and 36a
Is extended. A voltage is applied between the electrodes 32 and 36 via the electrode pads 32a and 36a.

【0022】絶縁膜28の上面において,アクチュエータ
30を取り囲むようにして枠状のヒータ38が形成されてい
る。ヒータ38の周囲から2つの電極パッド38aが延びて
いる。2つの電極パッド38aを介してヒータ38に電流を
流すと,ヒータ38は発熱し,アクチュエータ30の圧電層
34を加熱する。ヒータ38は,好ましくは単結晶シリコン
または多結晶シリコンから形成される。
On the upper surface of the insulating film 28, the actuator
A frame-shaped heater 38 is formed so as to surround 30. Two electrode pads 38a extend from the periphery of the heater 38. When a current is applied to the heater 38 through the two electrode pads 38a, the heater 38 generates heat and the piezoelectric layer of the actuator 30 is heated.
Heat 34. The heater 38 is preferably formed of single crystal silicon or polycrystalline silicon.

【0023】圧電層34にはアモルファス相およびパイロ
クロア相が混在しており,加熱される前はほとんど圧電
性を示さない。上述したヒータ38によって加熱(好まし
くは600〜800℃程度)されると,圧電層34はペロ
ブスカイト相に相転移し,大きな圧電性を示すようにな
る。加熱温度を高くすると,圧電層34はより大きな圧電
性を示すようになる。したがって,ヒータ38による加熱
温度を調整することによって,集光装置1の圧電特性を
任意に設定することができる。すなわち,個々の集光装
置1においてそれぞれ異なる圧電特性をもたせることが
できる。
The piezoelectric layer 34 has an amorphous phase and a pyrochlore phase mixed therein, and exhibits almost no piezoelectricity before being heated. When heated (preferably about 600 to 800 ° C.) by the heater 38 described above, the piezoelectric layer 34 undergoes a phase transition to the perovskite phase and exhibits a large piezoelectric property. When the heating temperature is increased, the piezoelectric layer 34 becomes more piezoelectric. Therefore, by adjusting the heating temperature by the heater 38, the piezoelectric characteristics of the light condensing device 1 can be arbitrarily set. That is, it is possible to have different piezoelectric characteristics in each of the light collecting devices 1.

【0024】圧電層34に電圧を印加すると,圧電層34内
に横歪が発生する。圧電層34は図2の鎖線に示すように
湾曲し,これに伴ってダイアフラム部24およびミラー面
26が変位する。電極32,36間に印加する電圧値を変化さ
せると,ダイアフラム部24の変位量も変化する。
When a voltage is applied to the piezoelectric layer 34, lateral strain occurs in the piezoelectric layer 34. The piezoelectric layer 34 is curved as shown by the chain line in FIG. 2, and accordingly, the diaphragm portion 24 and the mirror surface are curved.
26 is displaced. When the voltage value applied between the electrodes 32 and 36 is changed, the displacement amount of the diaphragm portion 24 is also changed.

【0025】絶縁膜28の上面のヒータ38から離れた位置
(図1の鎖線に囲まれた領域)42には,圧電層34に印加
する電圧値を制御等するための回路素子が形成される。
ヒータ38から離れた位置に回路素子が形成されているた
め,圧電層34を加熱する際に一緒に回路素子が加熱さ
れ,作製される集光装置1の電気特性や回路特性が変化
してしまうといった不具合が解消される。
A circuit element for controlling the voltage value applied to the piezoelectric layer 34 is formed at a position (region surrounded by a chain line in FIG. 1) 42 on the upper surface of the insulating film 28 away from the heater 38. .
Since the circuit element is formed at a position distant from the heater 38, the circuit element is also heated when the piezoelectric layer 34 is heated, and the electrical characteristics and circuit characteristics of the light-collecting device 1 to be manufactured change. Such a problem is solved.

【0026】ガラス基板10の下面には,フレネル・レン
ズ等の回折型結像素子12が設けられている。結像素子12
は光ビームを集光またはコリメートする。結像素子12
は,好ましくはスタンパを用いて樹脂によりガラス基板
10の表面に形成し,その樹脂を光重合(photo-polymeri
zation)法によって固化させる。
A diffractive imaging element 12 such as a Fresnel lens is provided on the lower surface of the glass substrate 10. Imaging element 12
Collects or collimates the light beam. Imaging element 12
Is a glass substrate made of resin, preferably using a stamper
It is formed on the surface of 10 and the resin is photopolymerized.
zation) method to solidify.

【0027】ガラス基板10の上面のミラー面26に対向す
る位置に,結像素子12と光軸を一致させて発光素子14が
設けられている。発光素子14は,好ましくは表面発光型
の発光ダイオードや半導体レーザである。1枚のガラス
基板10の上に結像素子12と発光素子14とがあらかじめ設
けられているため,光軸の調整が容易である。
A light emitting element 14 is provided on the upper surface of the glass substrate 10 at a position facing the mirror surface 26 with the optical axis aligned with that of the imaging element 12. The light emitting element 14 is preferably a surface emitting light emitting diode or a semiconductor laser. Since the image forming element 12 and the light emitting element 14 are previously provided on one glass substrate 10, the optical axis can be easily adjusted.

【0028】アクチュエータ30に電圧を印加していない
状態(ダイアフラム部24が変位していない状態)で,発
光素子14からミラー面26に向けて光ビームを出射する。
図2に実線で示すように,光ビームはダイアフラム部24
の上のミラー面26で反射される。ミラー面26からの反射
光はガラス基板10を透過し,結像素子12によって集光さ
れ,スポットSP1 が形成される。
A light beam is emitted from the light emitting element 14 toward the mirror surface 26 in a state where a voltage is not applied to the actuator 30 (a state in which the diaphragm portion 24 is not displaced).
As shown by the solid line in FIG.
Is reflected by the mirror surface 26 above. The reflected light from the mirror surface 26 passes through the glass substrate 10 and is condensed by the image forming element 12 to form a spot SP 1 .

【0029】アクチュエータ30に電圧を印加すると,圧
電層34内に横歪が発生して湾曲する。これに伴ってダイ
アフラム部24およびミラー部26が垂直方向に変位または
湾曲する。発光素子14から出射された光ビームは,図2
に鎖線で示すようにミラー面26で反射され,結像素子12
によってスポットSP1 よりも集光装置に近い位置に集
光され,スポットSP2 が形成される。圧電層34に印加
する電圧値を大きくすると,ダイアフラム部24の変位量
または湾曲の程度はさらに大きくなる(ミラー面26と発
光素子14との間の距離が大きくなる)。このように,ダ
イアフラム部24に形成されたミラー面26を変位または湾
曲させることによって,光ビームの集光位置を変化させ
ることができる。
When a voltage is applied to the actuator 30, lateral strain is generated in the piezoelectric layer 34 and the piezoelectric layer 34 bends. Along with this, the diaphragm portion 24 and the mirror portion 26 are displaced or curved in the vertical direction. The light beam emitted from the light emitting element 14 is shown in FIG.
Is reflected by the mirror surface 26 as indicated by the chain line in FIG.
Due to this, the light is condensed at a position closer to the condensing device than the spot SP 1 , and a spot SP 2 is formed. When the voltage value applied to the piezoelectric layer 34 is increased, the displacement amount or the degree of bending of the diaphragm portion 24 is further increased (the distance between the mirror surface 26 and the light emitting element 14 is increased). In this way, by displacing or bending the mirror surface 26 formed on the diaphragm portion 24, the condensing position of the light beam can be changed.

【0030】上述した集光装置1の発光素子14を,フォ
ト・ダイオード,フォト・トランジスタ,CCD等の受
光素子に置き換えて,受光装置を構成することもでき
る。ガラス基板10に入射した光ビームは結像素子12によ
って集光され,ミラー面26で反射された後に受光素子に
受光される。
It is also possible to replace the light emitting element 14 of the above-described light converging device 1 with a light receiving element such as a photo diode, a photo transistor, a CCD or the like to form a light receiving device. The light beam incident on the glass substrate 10 is collected by the imaging element 12, reflected by the mirror surface 26, and then received by the light receiving element.

【0031】第2実施例 図3は第2実施例を示す図1に相当する斜視図である。
図1に示すものと同一物については同一符号を付し,重
複説明を避ける。上述した第1実施例と異なる点に焦点
をあてて説明する。
Second Embodiment FIG. 3 is a perspective view corresponding to FIG. 1 showing a second embodiment.
The same parts as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals to avoid redundant description. Description will be given focusing on the points different from the above-described first embodiment.

【0032】絶縁膜28の上面のダイアフラム部24に対応
する面のほぼ全面にわたって,圧電層34を加熱するため
のヒータ38が形成されている。ヒータ38の上面には,ヒ
ータ38と下部電極36とを電気的に絶縁するための絶縁膜
40が形成されている。この絶縁膜40の上に,圧電層34と
上部電極36および下部電極32とから構成されるアクチュ
エータ30が設けられる。
A heater 38 for heating the piezoelectric layer 34 is formed on almost the entire surface of the upper surface of the insulating film 28 corresponding to the diaphragm portion 24. An insulating film for electrically insulating the heater 38 and the lower electrode 36 is formed on the upper surface of the heater 38.
40 are formed. An actuator 30 including a piezoelectric layer 34, an upper electrode 36 and a lower electrode 32 is provided on the insulating film 40.

【0033】圧電層34の直下の全面にヒータ38が形成さ
れ,圧電層34を直接に加熱しているので,加熱効率が高
まり,かつ他の回路素子が受ける熱の影響を小さくする
ことができる。またヒータ38を圧電層34のまわりに形成
していないので,その分回路素子を形成するための領域
42を広く取ることができる。
Since the heater 38 is formed on the entire surface immediately below the piezoelectric layer 34 and directly heats the piezoelectric layer 34, the heating efficiency is improved and the influence of heat applied to other circuit elements can be reduced. . Further, since the heater 38 is not formed around the piezoelectric layer 34, the area for forming the circuit element is correspondingly formed.
42 can be taken widely.

【0034】図4から図8は,第2実施例における半導
体基板20となる半導体ウエハの加工プロセスを示す図3
に相当する斜視図である。これらの図においては半導体
ウエハのうちの一つの集光装置に相当する部分のみが図
示されている。
FIGS. 4 to 8 are views showing a processing process of a semiconductor wafer to be the semiconductor substrate 20 in the second embodiment.
It is a perspective view corresponding to. In these figures, only a portion of the semiconductor wafer corresponding to one light collecting device is shown.

【0035】まず半導体ウエハ20aの上面に,熱酸化
膜,LPCVD窒化膜等の絶縁膜28を形成する(図
4)。
First, an insulating film 28 such as a thermal oxide film or LPCVD nitride film is formed on the upper surface of the semiconductor wafer 20a (FIG. 4).

【0036】絶縁膜28の上面のダイアフラム部24に対応
する位置に,単結晶または多結晶シリコンによるヒータ
38を形成する(図5)。
A heater made of single crystal or polycrystalline silicon is provided at a position corresponding to the diaphragm portion 24 on the upper surface of the insulating film 28.
38 is formed (FIG. 5).

【0037】このヒータ20の上面に絶縁膜40を形成する
(図6)。
An insulating film 40 is formed on the upper surface of the heater 20 (FIG. 6).

【0038】絶縁膜40の上面に白金,チタン,または白
金とチタンの合金による下部電極32を形成する(図
7)。
A lower electrode 32 made of platinum, titanium, or an alloy of platinum and titanium is formed on the upper surface of the insulating film 40 (FIG. 7).

【0039】下部電極24の上面にPZT圧電層34を形成
する(図8)。
A PZT piezoelectric layer 34 is formed on the upper surface of the lower electrode 24 (FIG. 8).

【0040】PZT圧電層34の上面に上部電極36を形成
する。絶縁膜28上のアクチュエータ30から離れた領域42
には,PZT圧電層34に印加する電圧値を制御等するた
めの回路素子を形成する(図3参照)。この後,シリコ
ン半導体ウエハ20aの下面から異方性エッチングを行
い,角錐台状の凹部22を形成する(図2参照)。
An upper electrode 36 is formed on the upper surface of the PZT piezoelectric layer 34. Region 42 on insulating film 28 away from actuator 30
At this point, a circuit element for controlling the voltage value applied to the PZT piezoelectric layer 34 is formed (see FIG. 3). Then, anisotropic etching is performed from the lower surface of the silicon semiconductor wafer 20a to form a truncated pyramid-shaped recess 22 (see FIG. 2).

【0041】半導体ウエハ20aの上に全ての要素が形成
された後に,PZT圧電層34の加熱処理を行う。2つの
電極パッド38aを介してヒータ38に電圧を印加すること
によって,PZT圧電層34を加熱する。アモルファス相
およびパイロクロア相が混在するPZT圧電層34はペロ
ブスカイト相に相転移し,PZT圧電層34は高い圧電性
を示すようになる。
After all the elements are formed on the semiconductor wafer 20a, the PZT piezoelectric layer 34 is heat-treated. The PZT piezoelectric layer 34 is heated by applying a voltage to the heater 38 via the two electrode pads 38a. The PZT piezoelectric layer 34, in which the amorphous phase and the pyrochlore phase are mixed, undergoes a phase transition to the perovskite phase, and the PZT piezoelectric layer 34 exhibits high piezoelectricity.

【0042】この半導体ウエハ20aの下面に,複数組の
結像素子12および発光素子14が形成された絶縁体ウエハ
(ガラス基板)を陽極接合する。互いに接合された半導
体ウエハ20aと絶縁体ウエハとからなる1枚のウエハ内
に,集光装置1が多数個規則的に配列されたものが得ら
れる。このウエハをダイシングによって分割すると,図
3に示すような集光装置1が多数個完成する。
On the lower surface of the semiconductor wafer 20a, an insulator wafer (glass substrate) on which a plurality of sets of image forming elements 12 and light emitting elements 14 are formed is anodically bonded. It is possible to obtain one in which a large number of light collectors 1 are regularly arranged in one wafer composed of the semiconductor wafer 20a and the insulator wafer which are bonded to each other. When this wafer is divided by dicing, a large number of light collectors 1 as shown in FIG. 3 are completed.

【0043】半導体ウエハ20A全体を一定の温度で加熱
するのではなく,個々の圧電層34ごとに所望の温度で加
熱することができるため,作製される集光装置1ごとに
圧電特性を変えることができる。これにより,圧電特性
が異なる集光装置1を複数個製造することができる。
Since the entire semiconductor wafer 20A can be heated at a desired temperature for each piezoelectric layer 34 instead of being heated at a constant temperature, the piezoelectric characteristics can be changed for each light-collecting device 1 to be manufactured. You can As a result, it is possible to manufacture a plurality of light collectors 1 having different piezoelectric characteristics.

【0044】第3実施例 図9は上述した集光装置1を表示装置に適用した例を示
す概念図である。
Third Embodiment FIG. 9 is a conceptual diagram showing an example in which the above-mentioned light collecting device 1 is applied to a display device.

【0045】表示装置は,発光素子14を備えた多数個の
集光装置1が規則的に配置されている光源50と,この光
源50から出射された複数の光ビームが投射される表示用
スクリーン52とから構成される。各集光装置1から出射
される光ビームの集光位置を変化させることによって,
表示用スクリーン52に映し出される光ビームのスポット
SPの大きさを様々に変化させることができる。したが
って,各集光装置1のオン,オフに加えて表示ビームの
スポット径を制御することができ,多様な表示が可能と
なる。
The display device comprises a light source 50 in which a large number of light-collecting devices 1 having light emitting elements 14 are regularly arranged, and a display screen on which a plurality of light beams emitted from the light source 50 are projected. It consists of 52 and. By changing the condensing position of the light beam emitted from each condensing device 1,
The size of the spot SP of the light beam projected on the display screen 52 can be variously changed. Therefore, the spot diameter of the display beam can be controlled in addition to turning on / off each condensing device 1, and various displays can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】集光装置を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a light collecting device.

【図2】図1のII−II線にそう断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.

【図3】第2実施例を示す図1に相当する斜視図であ
る。
FIG. 3 is a perspective view corresponding to FIG. 1 showing a second embodiment.

【図4】半導体基板となる半導体ウエハの加工プロセス
を示す図3に相当する斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view corresponding to FIG. 3, showing a process of processing a semiconductor wafer to be a semiconductor substrate.

【図5】半導体基板となる半導体ウエハの加工プロセス
を示す図3に相当する斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view corresponding to FIG. 3 showing a process of processing a semiconductor wafer to be a semiconductor substrate.

【図6】半導体基板となる半導体ウエハの加工プロセス
を示す図3に相当する斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view corresponding to FIG. 3 showing a process of processing a semiconductor wafer to be a semiconductor substrate.

【図7】半導体基板となる半導体ウエハの加工プロセス
を示す図3に相当する斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view corresponding to FIG. 3 showing a processing process of a semiconductor wafer to be a semiconductor substrate.

【図8】半導体基板となる半導体ウエハの加工プロセス
を示す図3に相当する斜視図である。
FIG. 8 is a perspective view corresponding to FIG. 3 showing a process of processing a semiconductor wafer to be a semiconductor substrate.

【図9】集光装置を表示装置に適用した例を示す概念図
である。
FIG. 9 is a conceptual diagram showing an example in which a light collecting device is applied to a display device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ガラス基板 20 シリコン半導体基板 24 ダイアフラム部 26 ミラー面 28 絶縁膜 30 アクチュエータ 32 下部電極 34 PZT圧電層 36 上部電極 38 ヒータ 10 glass substrate 20 Silicon semiconductor substrate 24 Diaphragm section 26 Mirror surface 28 Insulating film 30 actuator 32 Lower electrode 34 PZT piezoelectric layer 36 Upper electrode 38 heater

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 26/08 H01L 41/09 H01L 41/22 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02B 26/08 H01L 41/09 H01L 41/22

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 加熱することによってアモルファス相お
よびパイロクロア相の混在状態からペロブスカイト相に
相転移する圧電体と,この圧電体に電圧を印加するため
の電極とが基板上に形成され,上記圧電体の近傍には圧
電体を加熱するためのヒータが形成されている,圧電体
を用いた装置。
1. A piezoelectric body that undergoes a phase transition from a mixed state of an amorphous phase and a pyrochlore phase to a perovskite phase when heated and an electrode for applying a voltage to the piezoelectric body are formed on a substrate, and the piezoelectric body is formed. A device using a piezoelectric body, in which a heater for heating the piezoelectric body is formed in the vicinity of.
【請求項2】 上記圧電体の周囲に上記ヒータが形成さ
れている,請求項1に記載の圧電体を用いた装置。
2. The device using the piezoelectric body according to claim 1, wherein the heater is formed around the piezoelectric body.
【請求項3】 上記基板と上記圧電体との間に上記ヒー
タが形成されている,請求項1に記載の圧電体を用いた
装置。
3. The device using the piezoelectric body according to claim 1, wherein the heater is formed between the substrate and the piezoelectric body.
【請求項4】 上記ヒータが単結晶シリコンまたは多結
晶シリコンから形成されている,請求項1から3のいず
れか一項に記載の圧電体を用いた装置。
4. The device using the piezoelectric body according to claim 1, wherein the heater is formed of single crystal silicon or polycrystalline silicon.
【請求項5】 弾性変形可能なダイアフラム部およびこ
のダイアフラム部を支持するための支持部が形成された
半導体基板,上記半導体基板の上記支持部に接合された
透明基板,上記半導体基板の一面に形成された絶縁層,
上記絶縁層上の上記ダイアフラム部に対応する位置に形
成された,加熱することによってアモルファス相および
パイロクロア相の混在状態からペロブスカイト相に相転
移する圧電体と,この圧電体に電圧を印加するための電
極とから構成されるアクチュエータ,上記絶縁膜上の上
記圧電体の近傍に形成された,圧電体を加熱するための
ヒータ,上記透明基板上の上記ダイアフラム部に対応す
る位置に設けられた発光素子,上記ダイアフラム部の上
記発光素子に対向する面に形成された,発光素子からの
出射光を反射するミラー,ならびに上記透明基板に形成
された上記反射光を結像する光学素子,を備えた集光装
置。
5. A semiconductor substrate having an elastically deformable diaphragm portion and a support portion for supporting the diaphragm portion, a transparent substrate bonded to the support portion of the semiconductor substrate, and formed on one surface of the semiconductor substrate. Insulating layer,
A piezoelectric body, which is formed at a position corresponding to the diaphragm section on the insulating layer and which undergoes a phase transition from a mixed state of an amorphous phase and a pyrochlore phase to a perovskite phase by heating, and a voltage for applying a voltage to the piezoelectric body An actuator composed of an electrode, a heater for heating the piezoelectric body formed in the vicinity of the piezoelectric body on the insulating film, and a light emitting element provided at a position corresponding to the diaphragm section on the transparent substrate. A mirror provided on a surface of the diaphragm portion facing the light emitting element, the mirror reflecting the light emitted from the light emitting element, and the optical element formed on the transparent substrate for forming an image of the reflected light. Light equipment.
【請求項6】 加熱することによってアモルファス相お
よびパイロクロア相の混在状態からペロブスカイト相に
相転移する圧電体と,上記圧電体に電圧を印加するため
の電極とを半導体ウエハ上に多数組規則的に形成し,上
記多数の圧電体の近傍にはそれぞれヒータを形成し,上
記ヒータを用いて上記圧電体をそれぞれ加熱した後に個
々の装置に分割する,圧電体を用いた装置の製造方法。
6. A plurality of sets of a piezoelectric body on which a phase transition occurs from a mixed state of an amorphous phase and a pyrochlore phase to a perovskite phase by heating and electrodes for applying a voltage to the piezoelectric body on a semiconductor wafer in a regular manner. A method of manufacturing a device using a piezoelectric body, wherein a heater is formed near each of the plurality of piezoelectric bodies, the heater is used to heat the piezoelectric body, and the heater is divided into individual devices.
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