JP4014273B2 - Manufacturing method of optical scanner - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は光スキャナの製造方法に関し、特に、光源からの光を反射し、その反射光を1次元または2次元に走査する小型の光スキャナの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
特開平7−175005号公報はレーザー光の偏向走査を目的とした光スキャナとその製造方法を開示している。図8はこの公報に開示された光スキャナの構成を示しており、支持体200 とねじりばね202 によって接続された可動ミラー201 と、可動ミラー201 上に形成された駆動コイル204 と、磁極205 を有する永久磁石206 とから構成されている。駆動コイル204 に電極パッド203 を介して交流電流を流すと、永久磁石206 によって生じた磁場との相互作用により可動ミラー201 が揺動し、これによって可動ミラー201 からの反射光が偏向走査される。
【0003】
さらに図8に示す光スキャナの小型化に適した構成として、半導体集積回路の製法を応用したものが特願平8−279340号明細書において提案されている。
【0004】
図9〜図12は半導体集積回路の製法を応用して上記した光スキャナを製造するときの製造工程を示す図である。まず図9に示すようにシリコン基板301 の表面に窒化シリコン膜302 および駆動コイル303 を順次形成する。次に図10に示すようにポリイミド膜304 をパターニング形成した後、コンタクトホール305 を介して配線306 を形成する。図10中の矢印で示された部分(この部分がねじりばねとなる)を可動ミラーの回転軸に沿った方向から見たものが図11である。次に説明する図12もこの方向から見た断面図である。
【0005】
次に図12に示すようにポリイミド膜307 をパターニング形成することによりねじりばね308 を形成後、シリコン基板301 の一部をエッチングによって除去することにより支持体309 と可動ミラー(図12中には図示していない)を分離形成する。本従来例においてはポリイミド膜307 の内部に配線等を含むためポリイミド膜307 を複数回、成膜及びパターニングする必要があるが、駆動コイル303 や配線306 がポリイミド膜307 によって保護されていることにより経時変化や対環境性に優れる等の利点がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
図12において2層目のポリイミド膜307 を形成する際その下地は平坦ではなく、1層目のポリイミド304 による段差(通常5〜30μm程度)が存在するため、その表面にポリイミド前駆体をスピンコート法によって塗布した場合に非常に激しい膜厚ムラを生じる。さらに1層目のポリイミド304 のパターンと2層目のポリイミド307 のパターンの間にアライメントズレが発生した場合、ねじりばね308 の側面に段差が形成される。この為ねじりばね308 の厚さ方向の寸法やねじりばね308 の側面形状にばらつきが生じることにより光スキャナーの共振周波数が安定しないという問題や、ねじりばね308 の側面に形成された段差部から亀裂を生ずることによりねじりばね308 の寿命が低下するという問題が発生する。
【0007】
さらに同図においてシリコン基板301 のエッチングにはTMAH、KOH 等の強アルカリ薬剤が使用されるが、これらの薬剤は光スキャナを構成するポリイミド等の有機高分子、アルミニウム等の電極材料等の重要な部材を激しく浸食するため、エッチング中はこれらの部材を何らかの方法で保護しなければならない。
【0008】
代表的な保護方法としては図13に示すように、エッチング液313 中に浸す前に、ステンレス製のキャップ311 等をシリコン樹脂製のOリング312 を介してシリコン基板310 の前記部材の形成される面に装着する方法や、図14に示すように窒化シリコン膜やフッ素樹脂等の保護膜314 で被覆する方法がある。
【0009】
しかしながらこれらの従来の方法には次のような問題がある。まず図13に示す方法の場合は、シリコン基板310 の表面と裏面で水圧による圧力差が生じるため、シリコンのエッチング終了直前に光スキャナー素子の一部が露出した際、素子構成膜の一部にひび割れが生じ、エッチング液313 がひび割れを通してキャップ311 で保護されている面に浸入するという問題が生ずる。
【0010】
また図14に示す方法において特に保護膜314 にフッ素樹脂を使用する場合、シリコンのエッチング終了後に保護膜314 の除去を行う際にレジストアッシャー等が使用される。ところが、ねじりばねの材料としてポリイミド等の有機絶縁膜を使用した場合には、除去プロセス中にねじりばねがダメージを受けるという問題がある。
【0011】
本発明の光スキャナの製造方法はこのような課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、弾性部材の寸法のばらつきを低減して素子特性の均一化を達成するとともに、弾性部材側面の平滑化により素子の寿命を向上させることができる光スキャナの製造方法を提供することにある。
【0012】
また、本発明の他の目的は、エッチング工程や、その後工程である保護膜除去工程における素子の劣化を防止して、光スキャナの製造上の歩留まりを向上させることができる光スキャナの製造方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、第1の発明に係る光スキャナの製造方法は、支持体と、少なくとも一方の面に光を反射するための反射面が形成された可動板と、この可動板と前記支持体との間を連結する弾性部材と、前記可動板の面に形成された駆動コイルとを具備し、前記支持体と前記可動板の間に力を発生させることにより前記弾性部材に生ずる弾性変形により前記可動板の偏向運動を行う光スキャナの製造方法において、基板の一方の面に基板をエッチングするためのエッチングマスクを形成する工程と、基板の他方の面に弾性体膜を複数層形成する工程と、該弾性体膜の表面において前記可動板及び前記弾性部材の形成予定領域に前記複数層の弾性体膜をエッチングするためのエッチングマスクを形成する工程と、該弾性体膜エッチングマスクを含む前記基板の他方の面に保護膜を形成する工程と、前記基板の前記基板エッチングマスクに被覆されていない部分をエッチング除去することにより前記可動板と前記支持体とを分離形成する工程と、前記保護膜を除去する工程と、前記複数層の弾性体膜のうち、前記弾性体膜エッチングマスクに被覆されていない部分を一工程で除去することにより前記弾性部材を形成する工程と、前記弾性体膜エッチングマスク及び前記基板エッチングマスクを除去する工程とを具備する。
【0014】
また、第2の発明に係る光スキャナの製造方法は、第1の発明に係る光スキャナの製造方法において、前記弾性体膜の内部に電気要素を有する。
また、第3の発明に係る光スキャナの製造方法は、第1の発明に係る光スキャナの製造方法において、前記弾性体膜のエッチングマスクが酸化シリコン膜から構成され、前記保護膜が窒化シリコン膜から構成されている。
【0015】
また、第4の発明に係る光スキャナの製造方法は、第1の発明に係る光スキャナの製造方法において、前記弾性体膜のエッチングマスクが酸化シリコン膜または窒化シリコン膜から構成され、前記保護膜がフッ素樹脂から構成されている。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。光スキャナの製造工程に沿って、本発明の実施の形態を詳細に説明する。先ず図1に示すように、シリコン基板101 の表面に窒化シリコン膜102 をLP−CVD(Low Pressure-Chemical Vapor Deposition )等の方法により形成した後、シリコン基板101 のうち後述するシリコン基板101 のエッチング工程において除去される部分が露出するように窒化シリコン膜102 の一部をシリコン基板101 の一方の面(図ではシリコン基板101 の下面)に対してのみフォトレジスト等をマスクにしてエッチング除去する。さらに窒化シリコン膜102 を除去していない面(図ではシリコン基板101 の上面)にアルミニウム膜をスパッタリング、真空蒸着、メッキ等の手法により形成した後、フォトレジスト等をマスクにしてエッチング加工することにより電気要素としての駆動コイル103 を形成する。
【0017】
次に図2に示すように、駆動コイル103 を含むシリコン基板101 にポリイミド前駆体をスピンコート法によって成膜した後、駆動コイル103 と配線106 となる部分の接合部にコンタクトホール105 を形成する。ここでコンタクトホール105 の形成方法としては感光性のポリイミドを使用して写真蝕刻法により形成する方法やフォトレジストをマスクとして現像液でコンタクトホール105 の部分を除去する方法等がある
ここで、従来例ではこの時点でねじりばねの部分のパターニングを行なうが、本実施形態ではこの時点ではねじりばねの部分のパターニングを行わない。さらにポリイミド前駆体を加熱することにより弾性体膜としてのポリイミド膜104 を形成した後、駆動コイル103 と同様の方法で電気要素としての配線106 を形成する。
【0018】
次に図3に示すように、配線106 を含むシリコン基板101 の表面(ポリイミド膜104 の表面を含む)にポリイミド前駆体をスピンコート法によって成膜した後、加熱することにより弾性体膜としてのポリイミド膜107 を形成する。ここで本実施形態では、1層目のポリイミド膜104 の成膜の際にねじりばねのパターニングを行っていないため、この工程において前述のコンタクトホール105 周辺以外には下地に段差が存在しない。従って2層目のポリイミド膜107 においても均一な成膜が可能となる。
【0019】
次にポリイミド膜107 の表面に酸化シリコン膜をP−CVD(Plasma Assisted Chemical Vapor Deposition )等の方法により形成した後、フォトレジスト等をマスクとして図4の109 で示す部分をマスク開口部として除去することによりエッチングマスク108 を形成する。ここで図4は図3を上(駆動コイル103 が形成された面)から見た図である。
【0020】
次に図5に示すように、エッチングマスク108 を含むシリコン基板101 の表面に窒化シリコン膜110 をP−CVD等の方法により形成した後、シリコン基板101 のうち窒化シリコン膜102 、110 に被覆されていない部分(図では基板下面)を加熱したKOHやTMAH等によりエッチング除去することにより可動ミラー(可動板)111 と支持体112 を分離形成する。
【0021】
次に図6に示すように窒化シリコン膜110 を除去した後、ポリイミド膜104 、107 のうちエッチングマスク108 に被覆されていない部分(図4のマスク開口部109 )をRIE等の手法によって除去することにより可動ミラー111 と支持体112 を完全に分離すると共に弾性部材としてのねじりばね113 を形成する。
【0022】
最後に図7に示すようにエッチングマスク108 を除去した後、窒化シリコン膜102 、110 の露出している部分を除去することにより光スキャナが完成する。
以上、上記したように、本実施形態では、弾性部材としてのねじりばね113 の形成を、複数層(ここでは2層)の弾性体膜(ポリイミド膜104 、107 )のうち、エッチングマスク108 に被覆されていない部分を一工程で除去することにより形成するようにしたので、ねじりばね113 の側面を平滑に形成することが可能となり、これによって、均一な形状のねじりばね113 を形成することができる。
【0023】
また、ポリイミド膜107 の形成の際に、ねじりばね113 の部分において下地に段差がないため、膜厚ムラのない均一な膜が成膜可能となり、ねじりばね113 の寸法の均一性が向上する。
【0024】
さらに、エッチングマスク108 がねじりばね113 の部分を保護しているため、シリコン基板101 のエッチングに対する保護膜(ここでは窒化シリコン膜110 )を除去する際、ねじりばね113 にダメージを与えて素子を劣化させる可能性がない。
【0025】
なお、本発明の実施の形態においては基板エッチングの際の保護膜に窒化シリコン膜110 を使用したが、フッ素樹脂等を使用しても良い。この場合エッチングマスク108 の材料としては酸化シリコン膜の他に窒化シリコン膜等を使用しても良い。また駆動コイル103 および配線106 はアルミニウムに限らず銅、チタン、ニッケル等の導電性材料であれば良く、駆動コイル103 と配線106 が異なる材料で構成されていても良い。またポリイミド膜104 、107 の代わりにポリプロピレン、テフロン、ナイロン等の有機高分子材料を使用してもよい。
【0026】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、弾性部材の寸法のばらつきが低減するので、素子特性の均一化が可能となる。また、弾性部材側面の平滑化により素子の寿命が向上することにより信頼性が増大する。
【0027】
また、請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明の効果に加えて、電気要素の耐性が向上する。
また、請求項3又は4に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明の効果に加えて、エッチング工程や、その後工程である保護膜除去工程における素子の劣化を防止することが可能となるため、光スキャナの製造上の歩留まりが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る光スキャナの製造工程の一部を説明するための断面図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る光スキャナの製造工程の一部を説明するための断面図である。
【図3】本発明の実施の形態に係る光スキャナの製造工程の一部を説明するための断面図である。
【図4】図3を基板上面から見た図である。
【図5】本発明の実施の形態に係る光スキャナの製造工程の一部を説明するための断面図である。
【図6】本発明の実施の形態に係る光スキャナの製造工程の一部を説明するための断面図である。
【図7】本発明の実施の形態に係る光スキャナの製造工程の一部を説明するための断面図である。
【図8】従来の光スキャナの構成例を示す斜視図である。
【図9】従来の光スキャナの製造工程の一部を示す断面図である。
【図10】従来の光スキャナの製造工程の一部を示す断面図である。
【図11】従来の光スキャナの製造工程の一部を示す断面図である。
【図12】従来の光スキャナの製造工程の一部を示す断面図である。
【図13】従来の光スキャナの製造工程の一部を示す断面図である。
【図14】従来の光スキャナの製造工程の一部を示す断面図である。
【符号の説明】
101…シリコン基板、
102、110…窒化シリコン膜、
103…駆動コイル、
104、107…ポリイミド膜、
105…コンタクトホール、
106…配線、
108…エッチングマスク、
109…マスク開口部、
111…可動ミラー、
112…支持体、
113…ねじりばね
200…支持体、
201…可動ミラー、
202…ねじりばね、
203…電極パッド、
204…駆動コイル、
205…磁極、
206…永久磁石
301…シリコン基板、
302…窒化シリコン膜、
303…駆動コイル、
304、307…ポリイミド膜、
305…コンタクトホール、
306…配線、
308…ねじりばね、
309…支持体、
310…シリコン基板、
311…キャップ、
312…Oリング、
313…エッチング液、
314…保護膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing an optical scanner, and more particularly to a method for manufacturing a small optical scanner that reflects light from a light source and scans the reflected light in one or two dimensions.
[0002]
[Prior art]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-175005 discloses an optical scanner intended for deflection scanning of laser light and a method for manufacturing the same. FIG. 8 shows the configuration of the optical scanner disclosed in this publication. A movable mirror 201 connected by a support 200 and a torsion spring 202, a
[0003]
Further, as a configuration suitable for miniaturization of the optical scanner shown in FIG. 8, an application of a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit has been proposed in Japanese Patent Application No. 8-279340.
[0004]
9 to 12 are diagrams showing manufacturing steps when the above-described optical scanner is manufactured by applying a manufacturing method of a semiconductor integrated circuit. First, as shown in FIG. 9, a
[0005]
Next, as shown in FIG. 12, after forming a torsion spring 308 by patterning a polyimide film 307, a part of the silicon substrate 301 is removed by etching, whereby a support 309 and a movable mirror (in FIG. (Not shown) are formed separately. In this conventional example, since the polyimide film 307 includes wiring and the like, it is necessary to form and pattern the polyimide film 307 multiple times. However, the drive coil 303 and the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In FIG. 12, when the second layer polyimide film 307 is formed, the base is not flat, and there is a step (usually about 5 to 30 μm) due to the first layer of
[0007]
Furthermore, in the figure, strong alkali chemicals such as TMAH and KOH are used for etching the silicon substrate 301. These chemicals are important for organic polymers such as polyimide and optical electrode materials such as aluminum that constitute an optical scanner. These parts must be protected in some way during etching because they erode violently.
[0008]
As a typical protection method, as shown in FIG. 13, before the immersion in the etching solution 313, a stainless cap 311 or the like is formed on the
[0009]
However, these conventional methods have the following problems. First, in the case of the method shown in FIG. 13, since a pressure difference due to water pressure is generated between the front surface and the back surface of the
[0010]
In the method shown in FIG. 14, particularly when a fluororesin is used for the protective film 314, a resist asher is used when removing the protective film 314 after the etching of silicon. However, when an organic insulating film such as polyimide is used as the material of the torsion spring, there is a problem that the torsion spring is damaged during the removal process.
[0011]
The manufacturing method of the optical scanner of the present invention has been made paying attention to such a problem, and the object is to achieve uniform element characteristics by reducing variation in the dimensions of the elastic member, An object of the present invention is to provide a method of manufacturing an optical scanner that can improve the lifetime of an element by smoothing the side surface of an elastic member.
[0012]
Another object of the present invention is to provide an optical scanner manufacturing method capable of improving the manufacturing yield of an optical scanner by preventing deterioration of elements in an etching process and a protective film removing process that is a subsequent process. It is to provide.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method for manufacturing an optical scanner according to a first aspect of the present invention includes a support, a movable plate having a reflecting surface for reflecting light on at least one surface, and the movable plate. And an elastic member that connects between the support and the support plate, and a drive coil formed on the surface of the movable plate, and an elastic force generated in the elastic member by generating a force between the support and the movable plate. In an optical scanner manufacturing method in which the movable plate is deflected by deformation, a step of forming an etching mask for etching the substrate on one surface of the substrate, and forming a plurality of elastic films on the other surface of the substrate a step of, forming an etching mask for etching the elastic film of plural layers forming region of the movable plate and the elastic member on the surface of the elastic membrane, the elastic membrane etch Forming a protective film on the other surface of the substrate including the Gumasuku, separating form the said support and the movable plate by the substrate etch mask not covered with portions of the substrate is etched and removed And removing the protective film; and forming the elastic member by removing a portion of the plurality of layers of the elastic film that is not covered with the elastic film etching mask in one process; Removing the elastic film etching mask and the substrate etching mask .
[0014]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an optical scanner according to the first aspect of the present invention, wherein the elastic film includes an electrical element.
According to a third aspect of the present invention, there is provided an optical scanner manufacturing method according to the first aspect, wherein the elastic film etching mask is formed of a silicon oxide film, and the protective film is a silicon nitride film. It is composed of
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an optical scanner manufacturing method according to the first aspect, wherein the elastic film etching mask is formed of a silicon oxide film or a silicon nitride film, and the protective film is formed. Is made of fluororesin.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiment of the present invention will be described in detail along the optical scanner manufacturing process. First, as shown in FIG. 1, after a
[0017]
Next, as shown in FIG. 2, after a polyimide precursor is formed on the
[0018]
Next, as shown in FIG. 3, a polyimide precursor is formed on the surface of the
[0019]
Next, after a silicon oxide film is formed on the surface of the polyimide film 107 by a method such as P-CVD (Plasma Assisted Chemical Vapor Deposition), the portion indicated by 109 in FIG. 4 is removed as a mask opening using a photoresist or the like as a mask. Thus, an
[0020]
Next, as shown in FIG. 5, after a silicon nitride film 110 is formed on the surface of the
[0021]
Next, as shown in FIG. 6, after the silicon nitride film 110 is removed, portions of the polyimide films 104 and 107 that are not covered with the etching mask 108 (mask opening 109 in FIG. 4) are removed by a technique such as RIE. Thus, the movable mirror 111 and the support 112 are completely separated and a torsion spring 113 as an elastic member is formed.
[0022]
Finally, as shown in FIG. 7, after removing the
As described above, in the present embodiment, the torsion spring 113 as the elastic member is formed by covering the
[0023]
Further, when the polyimide film 107 is formed, there is no step on the base in the torsion spring 113, so that a uniform film with no film thickness unevenness can be formed, and the dimensional uniformity of the torsion spring 113 is improved.
[0024]
Furthermore, since the
[0025]
In the embodiment of the present invention, the silicon nitride film 110 is used as a protective film during substrate etching, but a fluororesin or the like may be used. In this case, as the material of the
[0026]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, variation in the dimensions of the elastic member is reduced, so that the element characteristics can be made uniform. Further, the reliability is increased by improving the life of the element by smoothing the side surface of the elastic member.
[0027]
According to the invention described in claim 2, in addition to the effect of the invention described in claim 1, the resistance of the electric element is improved.
Further, according to the invention described in claim 3 or 4, in addition to the effect of the invention described in claim 1, it is possible to prevent deterioration of the element in the etching process and the protective film removing process which is a subsequent process. Therefore, the manufacturing yield of the optical scanner is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a part of a manufacturing process of an optical scanner according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a part of the manufacturing process of the optical scanner according to the embodiment of the invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a part of the manufacturing process of the optical scanner according to the embodiment of the invention.
4 is a view of FIG. 3 as viewed from the top surface of the substrate. FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a part of the manufacturing process of the optical scanner according to the embodiment of the invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a part of the manufacturing process of the optical scanner according to the embodiment of the invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a part of the manufacturing process of the optical scanner according to the embodiment of the invention.
FIG. 8 is a perspective view illustrating a configuration example of a conventional optical scanner.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a part of a manufacturing process of a conventional optical scanner.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a part of a manufacturing process of a conventional optical scanner.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a part of the manufacturing process of the conventional optical scanner.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a part of the manufacturing process of the conventional optical scanner.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a part of the manufacturing process of the conventional optical scanner.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a part of the manufacturing process of the conventional optical scanner.
[Explanation of symbols]
101 ... Silicon substrate,
102, 110 ... silicon nitride film,
103 ... Driving coil,
104, 107 ... polyimide film,
105 ... contact hole,
106 ... wiring,
108 ... Etching mask,
109 ... mask opening,
111 ... movable mirror,
112 ... support,
113 ... Torsion spring 200 ... Support,
201 ... movable mirror,
202 ... a torsion spring,
203 ... electrode pad,
204 ... Drive coil,
205 ... magnetic pole,
206 ... Permanent magnet 301 ... Silicon substrate,
302 ... Silicon nitride film,
303 ... drive coil,
304, 307 ... polyimide film,
305 ... contact hole,
306 ... wiring,
308 ... Torsion spring,
309 ... support,
310 ... silicon substrate,
311 ... cap,
312 ... O-ring,
313 ... Etching solution,
314 ... Protective film
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1998
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