JP5052148B2

JP5052148B2 - Semiconductor structure and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP5052148B2
Application number: JP2007015980A
Authority: JP
Inventors: 洋右萩原; 清彦河野; 宏野毛
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2027-01-26
Also published as: JP2008181042A

Description

本発明は、支持ヒンジにより軸支された可動部を揺動させる半導体構造と、その半導体構造の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor structure that swings a movable part that is pivotally supported by a support hinge, and a method for manufacturing the semiconductor structure.

従来より、例えばバーコードリーダやプロジェクタ等の光学機器に、ミラー面が設けられたミラー部を揺動させて、そのミラー面に入射した光ビーム等をスキャンする光走査ミラーを用いた方式が知られている。光走査ミラーとしては、例えば、マイクロマシニング技術を用いて成形される半導体構造を有する小型のものが知られている。このような半導体構造は、光走査ミラーとして用いられるときにミラー面が形成される可動部と、可動部を支持する固定フレームとを有している。可動部と固定フレームとは互いにヒンジにより連結されており、可動部と固定フレームとの間には、例えば、互いに噛合う一対の櫛歯電極が形成されている。櫛歯電極は、例えば互いの電極が２μｍ乃至５μｍ程度の間隔で噛み合うように形成されており、互いの電極間に電圧が印加されることにより静電力を発生する。可動部は、櫛歯電極が発生する駆動力により、ヒンジを捻りながら固定フレームに対し回動し、ヒンジを軸として揺動する。 2. Description of the Related Art Conventionally, a method using an optical scanning mirror that scans a light beam or the like incident on the mirror surface by swinging a mirror portion provided with the mirror surface in an optical device such as a barcode reader or a projector has been known. It has been. As a light scanning mirror, for example, a small one having a semiconductor structure formed by using a micromachining technique is known. Such a semiconductor structure has a movable part on which a mirror surface is formed when used as an optical scanning mirror, and a fixed frame that supports the movable part. The movable part and the fixed frame are connected to each other by a hinge, and a pair of comb-shaped electrodes that mesh with each other are formed between the movable part and the fixed frame, for example. The comb electrodes are formed so that, for example, the electrodes are engaged with each other at an interval of about 2 μm to 5 μm, and an electrostatic force is generated when a voltage is applied between the electrodes. The movable portion is rotated with respect to the fixed frame while twisting the hinge by the driving force generated by the comb electrode, and swings about the hinge.

ところで、可動部が、ミラー面が搭載されたミラー部とミラー部をヒンジを介して支持する可動フレームとを有し、可動フレームとミラー部との間にも一対の櫛歯電極が設けられているような半導体構造を用いた光走査ミラーがある（非特許文献１参照）。図２４は、２軸型の光走査ミラーの一例を示す。光走査ミラー８１は、第１シリコン層８００ａとその下方の第２シリコン層８００ｂとを絶縁膜８２０を介して接合して成るＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板８００から構成されている。ミラー部８２及び可動フレーム８３は、第１シリコン層８００ａに形成されており、固定フレーム８４は、第１シリコン層８００ａ、絶縁膜８２０、及び第２シリコン層８００ｂにより構成されている。可動フレーム８３は固定フレーム８４に第１ヒンジ（後記第２ヒンジ８６とは直交する位置にあり、図では示されていない）を介して軸支されており、ミラー部８２は可動フレーム８３に第２ヒンジ８６を介して軸支されている。櫛歯電極（図示せず）は、ミラー部８２と可動フレーム８３との間、及び可動フレーム８３と固定フレーム８４との間にそれぞれ設けられている。ミラー部８２の上面にはミラー面８２ａが形成されており、固定フレーム８４の上面には櫛歯電極を駆動するための電圧が印加される端子部８１０が形成されている。第１シリコン層８００ａの上面は、ミラー面８２ａと端子部８１０を除き、絶縁膜８２０で覆われている。端子部８１０に駆動電圧が印加されて櫛歯電極が駆動力を発生し、その駆動力がミラー部８２及び可動フレーム８３にそれぞれ加わることにより、ミラー部８２及び可動フレーム８３が、それぞれ第２ヒンジ８６及び第１ヒンジを捻りながら揺動する。 By the way, the movable part has a mirror part on which the mirror surface is mounted and a movable frame that supports the mirror part via a hinge, and a pair of comb electrodes are provided between the movable frame and the mirror part. There is an optical scanning mirror using such a semiconductor structure (see Non-Patent Document 1). FIG. 24 shows an example of a biaxial optical scanning mirror. The optical scanning mirror 81 includes an SOI (Silicon on Insulator) substrate 800 formed by bonding a first silicon layer 800a and a second silicon layer 800b below the first silicon layer 800a via an insulating film 820. The mirror part 82 and the movable frame 83 are formed on the first silicon layer 800a, and the fixed frame 84 is composed of the first silicon layer 800a, the insulating film 820, and the second silicon layer 800b. The movable frame 83 is pivotally supported on the fixed frame 84 via a first hinge (which is at a position orthogonal to the second hinge 86 to be described later and is not shown in the drawing). Two shafts 86 are pivotally supported. Comb electrodes (not shown) are provided between the mirror portion 82 and the movable frame 83 and between the movable frame 83 and the fixed frame 84, respectively. A mirror surface 82 a is formed on the upper surface of the mirror portion 82, and a terminal portion 810 to which a voltage for driving the comb electrode is applied is formed on the upper surface of the fixed frame 84. The upper surface of the first silicon layer 800a is covered with an insulating film 820 except for the mirror surface 82a and the terminal portion 810. When the driving voltage is applied to the terminal portion 810 and the comb electrode generates a driving force, and the driving force is applied to the mirror portion 82 and the movable frame 83, respectively, the mirror portion 82 and the movable frame 83 are respectively connected to the second hinge. It swings while twisting 86 and the first hinge.

２軸型の光走査ミラー８１の半導体構造では、可動フレーム８３内に互いに電気的に絶縁された２つの部位を設け、ミラー部８２と可動フレーム８３との間に設けられた櫛歯電極のミラー部８２側の電極と可動フレーム８３側の電極との間に電圧を印加できるようにする必要がある。従来の光走査ミラー８１の半導体構造では、可動フレーム８３に絶縁分離部８９を形成することにより、可動フレーム８３を、可動フレーム８３側の電極の電位となる部位と、第２ヒンジ８６を介してミラー部８２と導通しミラー部８２側の電極の電位となる部位との２つの部位に絶縁分離している。このような絶縁分離部８９は、可動フレーム８３を一体に揺動可能とし、且つ、可動フレーム８３の２つの部位の電気的絶縁を維持するため、第１シリコン層８００ａ中に形成した溝形状（トレンチ）の側壁に絶縁膜８２０ｃを形成したうえで、そのトレンチにポリシリコン８９ａを埋め込むことにより可動フレーム８３一体としての機械的強度を確保し、２つの部位を絶縁した状態で接合している。 In the semiconductor structure of the biaxial optical scanning mirror 81, two portions that are electrically insulated from each other are provided in the movable frame 83, and a comb-shaped electrode mirror provided between the mirror portion 82 and the movable frame 83. It is necessary to be able to apply a voltage between the electrode on the part 82 side and the electrode on the movable frame 83 side. In the conventional semiconductor structure of the optical scanning mirror 81, the insulating frame 89 is formed on the movable frame 83, so that the movable frame 83 is connected to a portion that becomes the potential of the electrode on the movable frame 83 side through the second hinge 86. It is insulated and separated into two parts: a part that is electrically connected to the mirror part 82 and becomes a potential of the electrode on the mirror part 82 side. Such an insulating separation part 89 is configured so that the movable frame 83 can swing integrally, and in order to maintain the electrical insulation of the two parts of the movable frame 83, the groove shape formed in the first silicon layer 800a ( An insulating film 820c is formed on the side wall of the trench), and polysilicon 89a is buried in the trench to ensure mechanical strength as an integral part of the movable frame 83, and the two portions are joined in an insulated state.

上記絶縁分離部８９の製造工程の一例について、図２５（ａ）乃至（ｃ）を参照して説明する。先ず、図２５（ａ）に示すように、表面に絶縁膜８２０が形成されたＳＯＩ基板８００の第１シリコン層８００ａの上方にレジスト８３２をパターニングし、第１シリコン層８００ａをエッチングすることにより、第１シリコン層８００ａにトレンチ８０１ａを形成する。そして、図２５（ｂ）に示すように、レジスト８３２を取り除き、電気炉を用いてトレンチ８０１ａの側壁を酸化させて絶縁膜８２０ｃを形成した後、ポリシリコンをデポジションすることにより、トレンチ８０１ａをポリシリコン８９ａで埋め込む。その後、図２５（ｃ）に示すように、第１シリコン層８００ａの表面に堆積したポリシリコンを研磨し除去することにより、絶縁分離部８９が第１シリコン層８００ａ中に形成される。 An example of the manufacturing process of the insulating separation part 89 will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 25A, a resist 832 is patterned above the first silicon layer 800a of the SOI substrate 800 having an insulating film 820 formed on the surface, and the first silicon layer 800a is etched. A trench 801a is formed in the first silicon layer 800a. Then, as shown in FIG. 25B, after removing the resist 832 and oxidizing the side wall of the trench 801a using an electric furnace to form the insulating film 820c, the polysilicon is deposited, thereby forming the trench 801a. It is embedded with polysilicon 89a. Thereafter, as shown in FIG. 25 (c), the polysilicon deposited on the surface of the first silicon layer 800a is polished and removed, thereby forming an insulating separation portion 89 in the first silicon layer 800a.

しかしながら、このようにポリシリコン８９ａでトレンチ８０１ａを埋め込んで形成される絶縁分離部８９を設け、可動フレーム８３を構成する場合には、半導体構造の製造工程が複雑になり、また、絶縁分離部８９を設けることによる良好な電気的絶縁の維持と機械的強度の確保を行うことが困難であるため、製造時の良品率が悪いという問題がある。すなわち、光走査ミラー８１の半導体構造の製造時には、上述のように、トレンチ形成工程、側壁酸化工程、ポリシリコン埋込工程、ポリシリコン研磨工程など複雑な工程を経なければならない。また、ポリシリコン埋込工程においては、トレンチ８０１ａをポリシリコン８９ａで密に埋め込むことが困難であるため、埋め込まれたポリシリコン８９ａ中に空隙が生じ、可動フレーム８３の機械的強度が小さくなることがある。そして、可動フレーム８３の２つの部位は互いに絶縁膜８２０ｃにより絶縁されているので、この絶縁膜８２０ｃが製造時に適切に形成されなければ、２つの部位間の電気的絶縁性が損なわれ、光走査ミラー８１が動作不良を起こすことがある。
IEEE Journal of selected topics in Quantum Electronics, Vol.6, No.5, September/October 2000 p715 However, in the case where the insulating isolation part 89 formed by burying the trench 801a with the polysilicon 89a is provided in this way to constitute the movable frame 83, the manufacturing process of the semiconductor structure becomes complicated, and the insulating isolation part 89 Since it is difficult to maintain good electrical insulation and ensure the mechanical strength by providing, there is a problem that the yield rate during production is poor. That is, when manufacturing the semiconductor structure of the optical scanning mirror 81, as described above, complicated processes such as a trench formation process, a sidewall oxidation process, a polysilicon embedding process, and a polysilicon polishing process must be performed. Further, in the polysilicon embedding process, it is difficult to densely bury the trench 801a with the polysilicon 89a, so that a gap is generated in the embedded polysilicon 89a, and the mechanical strength of the movable frame 83 is reduced. There is. Since the two portions of the movable frame 83 are insulated from each other by the insulating film 820c, if the insulating film 820c is not properly formed at the time of manufacture, the electrical insulation between the two portions is impaired and optical scanning is performed. The mirror 81 may malfunction.
IEEE Journal of selected topics in Quantum Electronics, Vol.6, No.5, September / October 2000 p715

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、簡易な製造工程により可動部中に絶縁分離構造を形成可能であり、製造時の良品率が高い半導体構造を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a semiconductor structure in which an insulating separation structure can be formed in a movable part by a simple manufacturing process and a high yield rate at the time of manufacturing. To do.

上記目的を達成するために、請求項１の半導体構造の製造方法は、第１シリコン層と第２シリコン層とが酸化膜を介し互いに接合されて成るＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板から構成され、前記第１シリコン層、前記酸化膜、及び前記第２シリコン層に固定フレームが形成され、前記第１シリコン層に前記固定フレームに支持ばね部を介して軸支され前記固定フレームに対し回転可能な可動部が形成されて成り、前記可動部には、その可動部を互いに絶縁された複数の部位に分割する絶縁分離部が設けられている半導体構造の製造方法であって、前記ＳＯＩ基板をエッチングし、前記第１シリコン層に、前記支持ばね部、前記可動部、及び前記絶縁分離部を形成する第１工程と、前記第１工程の後、前記第２シリコン層にエッチングを行い、前記第２シリコン層のうち前記可動部及び前記支持ばね部の下方の部位を、前記絶縁分離部の下方の部位を残して掘り込む第２工程と、前記第２工程の後、前記酸化膜のうち前記第２工程にて前記第２シリコン層が掘り込まれることにより露出した部位を除去し、前記絶縁分離部の下方に、前記絶縁分離部により分割された前記可動部の複数の部位に共に接合された、前記酸化膜及び前記第２シリコン膜から成る支持体を形成する第３工程と、を有し、前記第２工程において、前記第２シリコン層の前記絶縁分離部の下方の部位の厚みが前記第２シリコン層の前記固定フレームの厚みよりも小さくなるようにエッチングを行うものである。 In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor structure according to claim 1 comprises an SOI (Silicon on Insulator) substrate in which a first silicon layer and a second silicon layer are joined to each other via an oxide film. A fixed frame is formed on the first silicon layer, the oxide film, and the second silicon layer, and the first silicon layer is pivotally supported by the fixed frame via a support spring portion and is rotatable with respect to the fixed frame. A method of manufacturing a semiconductor structure, comprising: a movable part formed; and the movable part is provided with an insulating separation part that divides the movable part into a plurality of parts insulated from each other, and etching the SOI substrate A first step of forming the support spring portion, the movable portion, and the insulating separation portion on the first silicon layer; and after the first step, etching is performed on the second silicon layer. A second step of digging a portion of the second silicon layer below the movable portion and the support spring portion, leaving a portion below the insulating separation portion; and after the second step, of the oxide film The portion exposed by the second silicon layer being dug in the second step is removed, and bonded to the plurality of portions of the movable portion divided by the insulating separation portion below the insulating separation portion. A third step of forming a support made of the oxide film and the second silicon film, and in the second step, a thickness of a portion of the second silicon layer below the insulating isolation portion Etching is performed so that the thickness of the second silicon layer becomes smaller than the thickness of the fixed frame .

請求項２の発明は、請求項１の半導体構造の製造方法において、前記第１工程において、前記酸化膜のうち前記絶縁分離部を形成することにより露出した部位を除去し、それにより露出した前記第２シリコン層の部位に対しボロン拡散を行い、前記第２シリコン層中に高濃度ボロン拡散部を形成し、前記第２工程において、前記高濃度ボロン拡散部に対して選択性を持つエッチャントを用いて前記第２シリコン層にエッチングを行い、前記支持体を、前記高濃度ボロン拡散部により構成するものである。 According to a second aspect of the present invention , in the method for manufacturing a semiconductor structure according to the first aspect, in the first step, the exposed portion of the oxide film formed by forming the insulating isolation portion is removed, and the exposed portion is thereby removed. Boron diffusion is performed on a portion of the second silicon layer, a high concentration boron diffusion portion is formed in the second silicon layer, and an etchant having selectivity with respect to the high concentration boron diffusion portion is formed in the second step. The second silicon layer is used for etching, and the support is constituted by the high-concentration boron diffusion portion .

請求項１の発明によれば、絶縁分離部を有する半導体構造を、ＳＯＩ基板をエッチングする、簡易な、第１工程、第２工程、及び第３工程により製造可能であり、トレンチ側壁酸化工程やポリシリコン埋め込み研磨工程のような複雑な工程を行う必要がなく、容易に半導体構造を製造可能である。絶縁分離部は可動部を複数の部位に分割するように構成されるので、複数の部位間での電気的絶縁を確実に維持することができ、半導体構造の製造時の良品率が高くなる。また、第２シリコン層の絶縁分離部の下方の厚みが固定フレームの厚みよりも小さくなるようにエッチングを行うので、支持体の下端部の位置が、固定フレームの下端部の位置よりも上方となる。従って、固定フレームの下方にスペーサを設ける必要がなく実装高さが低い半導体構造を製造することができる。 According to the first aspect of the present invention, a semiconductor structure having an insulating isolation portion can be manufactured by a simple first step, second step, and third step of etching an SOI substrate. It is not necessary to perform a complicated process such as a polysilicon embedded polishing process, and a semiconductor structure can be easily manufactured. Since the insulating separation part is configured to divide the movable part into a plurality of parts, the electrical insulation between the plurality of parts can be reliably maintained, and the yield rate at the time of manufacturing the semiconductor structure is increased. In addition, since the etching is performed so that the thickness below the insulating separation portion of the second silicon layer is smaller than the thickness of the fixed frame, the position of the lower end portion of the support is higher than the position of the lower end portion of the fixed frame. Become. Therefore, it is not necessary to provide a spacer below the fixed frame, and a semiconductor structure with a low mounting height can be manufactured.

請求項２の発明によれば、第１工程において絶縁分離部の下方の第２シリコン層にボロン拡散を行い高濃度ボロン拡散部を形成し、第２工程において、高濃度ボロン拡散部を残してエッチングを行い、支持体を高濃度ボロン拡散部により構成するので、ボロン拡散深さを制御して、支持体の大きさを高精度に制御することができ、支持体を含む可動部の共振周波数を高精度に設定することができる。 According to the second aspect of the present invention, boron diffusion is performed in the second silicon layer below the insulating isolation portion in the first step to form a high concentration boron diffusion portion, and in the second step, the high concentration boron diffusion portion is left. Etching is performed and the support is composed of a high-concentration boron diffusion part, so that the boron diffusion depth can be controlled to control the size of the support with high precision, and the resonance frequency of the movable part including the support Can be set with high accuracy.

以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１（ａ）、（ｂ）、図２、図３、及び図４（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る半導体構造を用いて構成された光走査ミラーの一例を示す。光走査ミラー（半導体構造）１は、例えば、バーコードリーダ、外部のスクリーン等に画像を投影するプロジェクタ装置、又は光スイッチ等の光学機器に搭載される小型のものであり、外部の光源等（図示せず）から入射する光ビーム等をスキャン動作させる機能を有している。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIGS. 1A, 1B, 2, 3, 4A, and 4B show an example of an optical scanning mirror configured using the semiconductor structure according to the present embodiment. The optical scanning mirror (semiconductor structure) 1 is a small-sized one mounted on an optical device such as a bar code reader, an external screen or the like, or an optical device such as an optical switch. It has a function of performing a scanning operation of a light beam or the like incident from (not shown).

先ず、この光走査ミラー１の構成について以下に説明する。光走査ミラー１は、導電性を有する第１シリコン層１００ａと第２シリコン層１００ｂとをシリコンの酸化膜１２０を介して接合して成る、３層のＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板１００から構成されている。酸化膜１２０は絶縁性を有しているので、第１シリコン層１００ａと第２シリコン層１００ｂとは互いに絶縁されている。第１シリコン層１００ａの厚みは、例えば３０μｍ程度であり、第２シリコン層１００ｂの厚みは、例えば４００μｍ程度である。また、ＳＯＩ基板１００の上面の一部には、酸化膜１２０ｂが形成されている。この光走査ミラー１は、例えば、上面視で一辺が数ｍｍ程度の略正方形である直方体状の素子であり、第２シリコン層１００ｂの下面の一部に、例えばガラス製の所定の厚みのスペーサ１１０が接合された状態で、光学機器等の回路基板Ｂ上等に実装される。酸化膜１２０ｂと回路基板Ｂとは、図３に示されており、図１（ａ）、（ｂ）、図２、及び図４（ａ）、（ｂ）においてはそれらの図示を省略している。なお、光走査ミラー１は、酸化膜１２０ｂを有さなくてもよい。 First, the configuration of the optical scanning mirror 1 will be described below. The optical scanning mirror 1 includes a three-layer SOI (Silicon on Insulator) substrate 100 formed by bonding a conductive first silicon layer 100a and a second silicon layer 100b via a silicon oxide film 120. ing. Since the oxide film 120 has an insulating property, the first silicon layer 100a and the second silicon layer 100b are insulated from each other. The thickness of the first silicon layer 100a is, for example, about 30 μm, and the thickness of the second silicon layer 100b is, for example, about 400 μm. An oxide film 120 b is formed on a part of the upper surface of the SOI substrate 100. The optical scanning mirror 1 is, for example, a rectangular parallelepiped element having a substantially square shape with a side of about several mm when viewed from above, and a spacer made of, for example, glass having a predetermined thickness is formed on a part of the lower surface of the second silicon layer 100b. In a state where 110 is bonded, it is mounted on a circuit board B such as an optical device. The oxide film 120b and the circuit board B are shown in FIG. 3, and their illustration is omitted in FIGS. 1 (a), (b), FIG. 2, and FIGS. 4 (a), (b). Yes. The optical scanning mirror 1 may not have the oxide film 120b.

この光走査ミラー１は、上面視で略矩形形状であり上面にミラー面２０が形成されたミラー部２と、ミラー部２の周囲を囲むように略矩形の環状に形成された可動フレーム３と、可動フレーム３の周囲を囲むように形成され、光走査ミラー１の側周部となり、下方にスペーサ１１０が接合された固定フレーム４とを有している。可動フレーム３と固定フレーム４とは、互いに並んで１つの軸を成すように、固定フレーム４の互いに対向する２側面から各面に直交するように形成された梁状の２つの第１ヒンジ（支持ヒンジ）５により連結されている。一方、ミラー部２と可動フレーム３とは、第１ヒンジ５の長手方向と直交する方向に、互いに並んで１つの軸を成すように形成された梁状の２つの第２ヒンジ６により連結されている。第１ヒンジ５及び第２ヒンジ６は、それらそれぞれが成す軸が、上面視でミラー部２の重心位置を通過するように形成されている。第１ヒンジ５及び第２ヒンジの幅寸法は、例えば、それぞれ、５μｍ程度、３０μｍ程度である。ミラー部２は、第２ヒンジ６を回転軸として、可動フレーム３に対して回動可能に可動フレーム３に支持されている。一方、可動フレーム３は、第１ヒンジ５を回転軸として、固定フレーム４に対して回動可能に固定フレーム４に支持されている。すなわち、この光走査ミラー１において、ミラー部２と可動フレーム３とが、第１ヒンジ５により構成される軸回りに、固定フレーム４に対し回動可能な可動部５０を構成している。そして、ミラー部２は、第１ヒンジ５と第２ヒンジ６とによりそれぞれ構成される２つの軸回りに、２次元的に回動可能に構成されている。可動フレーム３の下面には、可動フレーム３に接合され可動フレーム３と一体に回動可能支持体９が設けられている。また、固定フレーム４には、３つの端子膜１０ａ，１０ｂ，１０ｃが形成されている。以下、第２ヒンジ６の長手方向をＸ方向と称し、第１ヒンジ５の長手方向をＹ方向と称し、Ｘ方向とＹ方向に直交する垂直な方向をＺ方向と称する。 The optical scanning mirror 1 includes a mirror portion 2 having a substantially rectangular shape when viewed from above and a mirror surface 20 formed on the upper surface, and a movable frame 3 formed in a substantially rectangular annular shape so as to surround the mirror portion 2. The fixed frame 4 is formed so as to surround the periphery of the movable frame 3, serves as a side peripheral portion of the optical scanning mirror 1, and has a spacer 110 bonded to the lower side. The movable frame 3 and the fixed frame 4 have two beam-shaped first hinges formed so as to be orthogonal to each surface from two mutually facing side surfaces of the fixed frame 4 so as to form a single axis alongside each other. It is connected by a support hinge 5. On the other hand, the mirror portion 2 and the movable frame 3 are connected by two beam-like second hinges 6 formed so as to be aligned with each other in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the first hinge 5. ing. The first hinge 5 and the second hinge 6 are formed such that their respective axes pass through the position of the center of gravity of the mirror unit 2 in a top view. The width dimensions of the first hinge 5 and the second hinge are, for example, about 5 μm and about 30 μm, respectively. The mirror unit 2 is supported by the movable frame 3 so as to be rotatable with respect to the movable frame 3 about the second hinge 6 as a rotation axis. On the other hand, the movable frame 3 is supported by the fixed frame 4 so as to be rotatable with respect to the fixed frame 4 about the first hinge 5 as a rotation axis. That is, in this optical scanning mirror 1, the mirror unit 2 and the movable frame 3 constitute a movable unit 50 that can rotate with respect to the fixed frame 4 around the axis formed by the first hinge 5. The mirror unit 2 is configured to be two-dimensionally rotatable around two axes respectively constituted by the first hinge 5 and the second hinge 6. On the lower surface of the movable frame 3, a support body 9 that is joined to the movable frame 3 and is rotatable integrally with the movable frame 3 is provided. The fixed frame 4 is formed with three terminal films 10a, 10b, and 10c. Hereinafter, the longitudinal direction of the second hinge 6 is referred to as an X direction, the longitudinal direction of the first hinge 5 is referred to as a Y direction, and a perpendicular direction orthogonal to the X direction and the Y direction is referred to as a Z direction.

この光走査ミラー１は静電力を用いてミラー部２を回動させるものであり、可動フレーム３と固定フレーム４との間の第１ヒンジ５が形成されていない部位には第１櫛歯電極７が形成されており、ミラー部２と可動フレーム３との間の第２ヒンジ６が形成されていない部位には第２櫛歯電極８が形成されている。第１櫛歯電極７は、可動フレーム３のうちＸ方向に略直交する２側面にそれぞれ櫛歯形状に形成された電極３ｂと、固定フレーム４のうち電極３ｂに対向する部位にそれぞれ形成された電極４ａとが、一対に互いに噛み合うように配置されて構成されている。第２櫛歯電極８は、ミラー部２のうちＹ方向に略直交する２側面にそれぞれ櫛歯形状に形成された電極２ａと、可動フレーム３のうち電極２ａに対向する部位にそれぞれ櫛歯形状に形成された電極３ａとが、一対に互いに噛み合うように配置されて構成されている。第１櫛歯電極７及び第２櫛歯電極８において、電極３ｂ，４ａ間の隙間や、電極２ａ，３ａ間の隙間は、例えば、２μｍ乃至５μｍ程度の大きさとなるように構成されている。第１櫛歯電極７及び第２櫛歯電極８は、それぞれの電極３ｂ，４ａ間、又は電極２ａ，３ａ間に電圧が印加されることにより、電極３ｂ，４ａ間、又は電極２ａ，３ａに、互いに引き合う方向に作用する静電力を発生する。 This optical scanning mirror 1 rotates the mirror part 2 using electrostatic force, and a first comb electrode is provided at a portion where the first hinge 5 between the movable frame 3 and the fixed frame 4 is not formed. 7 is formed, and a second comb electrode 8 is formed at a portion where the second hinge 6 between the mirror portion 2 and the movable frame 3 is not formed. The first comb-teeth electrode 7 is formed on each of two sides of the movable frame 3 that are substantially orthogonal to the X direction, and on the side of the fixed frame 4 that faces the electrode 3b. The electrodes 4a are arranged so as to mesh with each other. The second comb-teeth electrode 8 includes an electrode 2a formed in a comb-teeth shape on two side surfaces substantially orthogonal to the Y direction of the mirror portion 2, and a comb-teeth shape on a portion of the movable frame 3 facing the electrode 2a. The electrodes 3a formed in the above are arranged so as to mesh with each other in pairs. In the first comb-tooth electrode 7 and the second comb-tooth electrode 8, the gap between the electrodes 3b and 4a and the gap between the electrodes 2a and 3a are configured to have a size of about 2 μm to 5 μm, for example. The first comb electrode 7 and the second comb electrode 8 are applied between the electrodes 3b and 4a or between the electrodes 3b and 4a or between the electrodes 2a and 3a by applying a voltage between the electrodes 3b and 4a or between the electrodes 2a and 3a. , Electrostatic force acting in the direction of attracting each other is generated.

ミラー部２、可動フレーム３、固定フレーム４等は、それぞれ、後述するようにＳＯＩ基板１００をマイクロマシニング技術を用いて加工することにより形成されている。以下に、光走査ミラー１の各部位について、ＳＯＩ基板１００の各層の構造について説明する。 The mirror unit 2, the movable frame 3, the fixed frame 4, and the like are each formed by processing the SOI substrate 100 using a micromachining technique as will be described later. The structure of each layer of the SOI substrate 100 will be described below for each part of the optical scanning mirror 1.

ミラー部２及び可動フレーム３は、第１シリコン層１００ａに形成されている。ミラー面２０は、例えばアルミニウム製の薄膜であり、ミラー部２の上面に外部から入射する光ビームを反射可能に形成されている。ミラー部２は、第２ヒンジ６を通る垂直平面（ｚ−ｘ平面に平行な平面）に対し略対称形状に形成されており、第２ヒンジ６回りにスムーズに揺動するように構成されている。 The mirror unit 2 and the movable frame 3 are formed on the first silicon layer 100a. The mirror surface 20 is a thin film made of aluminum, for example, and is formed on the upper surface of the mirror portion 2 so as to be able to reflect a light beam incident from the outside. The mirror unit 2 is formed in a substantially symmetrical shape with respect to a vertical plane (a plane parallel to the zx plane) passing through the second hinge 6, and is configured to smoothly swing around the second hinge 6. Yes.

可動フレーム３には、第１シリコン層１００ａの上端から下端まで連通し、溝形状の空隙を構成するトレンチ１０１ａ（絶縁分離部）が形成されている。トレンチ１０１ａが形成されていることにより、可動フレーム３は、第１ヒンジ５の一方と接続され電極３ａ及び電極３ｂと一体となる部位と、２つの第２ヒンジ６を支持する軸支部３ｃ及び軸支部３ｃに導通部３ｄを介して接続され第１ヒンジ５の他方に軸支される軸支部３ｅから成る部位と、トレンチ１０１ａが形成されることにより、導通部３ｄにミラー部２の中央部に関し上面視で略点対称となる形状に形成された３つのバランス部３ｆと、の５つの部位に分割されている。トレンチ１０１ａは第１シリコン層１００ａを分断するように形成されているので、これらの５つの部位は、互いに絶縁されている。なお、バランス部３ｆは、形成されていなくてもよい。 The movable frame 3 is formed with a trench 101a (insulating isolation portion) that communicates from the upper end to the lower end of the first silicon layer 100a and forms a groove-shaped gap. By forming the trench 101a, the movable frame 3 is connected to one of the first hinges 5 and integrated with the electrode 3a and the electrode 3b, and the shaft support part 3c and the shaft supporting the two second hinges 6. A portion composed of a shaft support portion 3e connected to the support portion 3c via the conducting portion 3d and pivotally supported on the other side of the first hinge 5 and a trench 101a are formed, so that the conducting portion 3d is related to the central portion of the mirror portion 2. It is divided into five parts: three balance parts 3f formed in a shape that is substantially point-symmetric when viewed from above. Since the trench 101a is formed so as to divide the first silicon layer 100a, these five parts are insulated from each other. In addition, the balance part 3f does not need to be formed.

支持体９は、可動フレーム３の下方（ｚ方向）の酸化膜１２０及び第２シリコン層１００ｂにより構成されている。支持体９には、トレンチ１０１ａにより分割された可動フレーム３の５つの部位が共に接合されている。換言すると、支持体９は、可動フレーム３のうちトレンチ１０１ａが形成されている部位の下方に、第１シリコン層１００ａに接合されたまま形成されている。このように支持体９に５つの部位が共に接合されていることにより、可動フレーム３と支持体９とが、第１ヒンジ５を回転軸として一体に回動可能に構成されている。本実施形態において、支持体９は、可動フレーム３の下面のうち電極３ａ，３ｂを除く部位を略覆うように、平面視で第１ヒンジ５に対し略対称形状となる環状に形成されている。また、支持体９の第２シリコン層１００ｂから成る部位の厚みは、固定フレーム４の第２シリコン層１００ｂからなる部位の厚みと略同程度に形成されている。すなわち、支持体９は、第１ヒンジ５を通る垂直平面（ｙ−ｚ平面に平行な平面）に対し略対称形状に形成されている。また、可動フレーム３のトレンチ１０１ａは、バランス部３ｆを形成するために、第１ヒンジ５を通る垂直平面に対し略対称となる位置及び形状に設けられている。これにより、支持体９を含む可動部５０の重心の位置は、第１ヒンジ５により構成される回転軸に、平面視で略一致するように構成されており、支持体９を含む可動部５０が第１ヒンジ５回りにスムーズに揺動し、光走査ミラー１によるスキャンがより適正に行われるように構成されている。 The support 9 is composed of an oxide film 120 and a second silicon layer 100b below the movable frame 3 (z direction). Five portions of the movable frame 3 divided by the trench 101a are joined to the support 9 together. In other words, the support body 9 is formed below the portion of the movable frame 3 where the trench 101a is formed, while being bonded to the first silicon layer 100a. As described above, the five parts are joined to the support body 9 in this way, so that the movable frame 3 and the support body 9 are configured to be integrally rotatable about the first hinge 5 as a rotation axis. In the present embodiment, the support body 9 is formed in an annular shape having a substantially symmetrical shape with respect to the first hinge 5 in plan view so as to substantially cover the lower surface of the movable frame 3 except for the electrodes 3a and 3b. . Further, the thickness of the portion made of the second silicon layer 100b of the support 9 is formed to be approximately the same as the thickness of the portion made of the second silicon layer 100b of the fixed frame 4. That is, the support body 9 is formed in a substantially symmetrical shape with respect to a vertical plane (a plane parallel to the yz plane) passing through the first hinge 5. Further, the trench 101a of the movable frame 3 is provided at a position and a shape that are substantially symmetric with respect to a vertical plane passing through the first hinge 5 in order to form the balance portion 3f. Thereby, the position of the center of gravity of the movable part 50 including the support body 9 is configured to substantially coincide with the rotation axis formed by the first hinge 5 in a plan view, and the movable part 50 including the support body 9. Is smoothly swung around the first hinge 5 so that scanning by the optical scanning mirror 1 is performed more appropriately.

固定フレーム４は、第１シリコン層１００ａ、酸化膜１２０、第２シリコン層１００ｂにより構成されている。固定フレーム４の下面には、スペーサ１１０が形成されており、光走査ミラー１が例えば回路基板Ｂ上に実装された状態では、支持体９の下方にスペーサ１１０の厚み分の空隙ができるように構成されている。これにより、光走査ミラー１の動作時に、可動フレーム３と支持体９とが第１ヒンジ５回りに揺動可能とされている。 The fixed frame 4 includes a first silicon layer 100a, an oxide film 120, and a second silicon layer 100b. A spacer 110 is formed on the lower surface of the fixed frame 4. When the optical scanning mirror 1 is mounted on the circuit board B, for example, a gap corresponding to the thickness of the spacer 110 is formed below the support 9. It is configured. Thereby, the movable frame 3 and the support body 9 can swing around the first hinge 5 when the optical scanning mirror 1 is operated.

固定フレーム４の上面には、３つの端子膜１０ａ，１０ｂ，１０ｃが、互いに並んで形成されている。固定フレーム４には、トレンチ１０１ａと同様に第１シリコン層１００ａを複数の部位に分割するように、トレンチ１０１ｂが形成されている。トレンチ１０１ｂは、固定フレーム４の第１シリコン層１００ａを、端子膜１０ａ，１０ｂ，１０ｃと略同電位となる、互いに絶縁された３つの部位に分割している。このうち、端子膜１０ａと同電位となる部位は、第１ヒンジ５のうち、端子膜１０ａから離れている、可動フレーム３の軸支部３ｅに接続されている方を支持する軸支部４ｄを有している。端子膜１０ａが形成されている部位には、軸支部４ｄに接続される幅が細い導通部４ｅが接続されている。また、端子膜１０ｂと略同電位となる部位は、第１ヒンジ５の他方を支持する軸支部４ｆを有している。端子膜１０ｃと略同電位となる部位は、固定フレーム４のうち端子膜１０ａ，１０ｂと同電位となる部位を除いた部位であり、この部位に電極４ａが形成されている。第１シリコン層１００ａの下方には酸化膜１２０及び第２シリコン層１００ｂが接合されており、トレンチ１０１ｂは第１シリコン層１００ａにのみ形成されているので、固定フレーム４全体は一体に構成されている。 Three terminal films 10 a, 10 b, and 10 c are formed side by side on the upper surface of the fixed frame 4. In the fixed frame 4, a trench 101 b is formed so as to divide the first silicon layer 100 a into a plurality of portions in the same manner as the trench 101 a. The trench 101b divides the first silicon layer 100a of the fixed frame 4 into three portions that are substantially the same potential as the terminal films 10a, 10b, and 10c and are insulated from each other. Among these, the part having the same potential as the terminal film 10a has a shaft support part 4d that supports the one connected to the shaft support part 3e of the movable frame 3 away from the terminal film 10a in the first hinge 5. is doing. A conductive portion 4e having a small width connected to the shaft support portion 4d is connected to a portion where the terminal film 10a is formed. Further, the portion having substantially the same potential as the terminal film 10 b has a shaft support portion 4 f that supports the other of the first hinge 5. The part having the same potential as the terminal film 10c is a part of the fixed frame 4 excluding the part having the same potential as the terminal films 10a and 10b, and the electrode 4a is formed in this part. Since the oxide film 120 and the second silicon layer 100b are joined below the first silicon layer 100a and the trench 101b is formed only in the first silicon layer 100a, the entire fixed frame 4 is integrally formed. Yes.

このように、第１シリコン層１００ａにトレンチ１０１ａ，１０１ｂが形成されていることにより、第１シリコン層１００ａには、端子膜１０ａが形成され電極２ａと略同電位となる部位と、端子膜１０ｂが形成され可動フレーム３側の電極３ａ，３ｂと略同電位となる部位と、端子膜１０ｃが形成され固定フレーム４側の電極４ａと略同電位となる部位との、外部から電位を変更可能な３つの部位とが設けられている。光走査ミラー１は、端子膜１０ａ，１０ｂ，１０ｃの電位がそれぞれ変更されることにより駆動される。 As described above, since the trenches 101a and 101b are formed in the first silicon layer 100a, the terminal film 10a is formed in the first silicon layer 100a, and the portion of the terminal film 10b that has substantially the same potential as the electrode 2a. The potential can be changed from the outside between the part having the same potential as the electrodes 3a and 3b on the movable frame 3 side and the part having the terminal film 10c and the substantially same potential as the electrode 4a on the fixed frame 4 side. Three parts are provided. The optical scanning mirror 1 is driven by changing the potentials of the terminal films 10a, 10b, and 10c.

以下に、光走査ミラー１の動作について説明する。第１櫛歯電極７及び第２櫛歯電極８は、それぞれ、いわゆる垂直静電コムとして動作し、ミラー部２は、第１櫛歯電極７及び第２櫛歯電極８が所定の駆動周波数で駆動力を発生することにより駆動される。第１櫛歯電極７及び第２櫛歯電極８は、例えば、電極３ａ，３ｂが基準電位に接続された状態で、電極２ａ、及び電極４ａの電位をそれぞれ周期的に変化させることにより駆動され、静電力を発生する。この光走査ミラー１においては、第１櫛歯電極７及び第２櫛歯電極８それぞれが、例えば矩形波形状の電圧が印加されて周期的に駆動力を発生するように構成されている。 The operation of the optical scanning mirror 1 will be described below. The first comb-tooth electrode 7 and the second comb-tooth electrode 8 each operate as a so-called vertical electrostatic comb, and the mirror unit 2 includes the first comb-tooth electrode 7 and the second comb-tooth electrode 8 at a predetermined driving frequency. Driven by generating a driving force. The first comb electrode 7 and the second comb electrode 8 are driven by, for example, periodically changing the potentials of the electrode 2a and the electrode 4a in a state where the electrodes 3a and 3b are connected to the reference potential. Generate electrostatic force. In the optical scanning mirror 1, each of the first comb-tooth electrode 7 and the second comb-tooth electrode 8 is configured to generate a driving force periodically by applying, for example, a rectangular wave voltage.

上述のように形成されたミラー部２や可動フレーム３は、一般に多くの場合、その成型時に内部応力等が生じることにより、静止状態でも水平姿勢ではなく、きわめて僅かであるが傾いている。そのため、例えば第１櫛歯電極７が駆動されると、静止状態からであっても、ミラー部２に略垂直な方向の駆動力が加わり、ミラー部２が第２ヒンジ６を回転軸として第２ヒンジ６を捻りながら回動する。そして、第２櫛歯電極８の駆動力を、ミラー部２が電極２ａ，３ａが完全に重なりあうような姿勢となったときに解除すると、ミラー部２は、その慣性力により、第２ヒンジ６を捻りながら回動を継続する。そして、ミラー部２の回動方向への慣性力と、第２ヒンジ６の復元力とが等しくなったとき、ミラー部２のその方向への回動が止まる。このとき、第２櫛歯電極８が再び駆動され、ミラー部２は、第２ヒンジ６の復元力と第２櫛歯電極８の駆動力により、それまでとは逆の方向への回動を開始する。ミラー部２は、このような第２櫛歯電極８の駆動力と第２ヒンジ６の復元力による回動を繰り返して、第２ヒンジ６回りに揺動する。可動フレーム３も、ミラー部２の回動時と略同様に、第１櫛歯電極７の駆動力と第１ヒンジ５の復元力による回動を繰り返し、第１ヒンジ５回りに、支持体９と一体に揺動する。このとき、支持体９を含む可動部５０が一体として揺動し、ミラー部２の姿勢が変化する。これにより、ミラー部２は、２次元的な揺動を繰り返す。 In many cases, the mirror portion 2 and the movable frame 3 formed as described above are inclined in a very slight but not horizontal state even in a stationary state due to an internal stress or the like generated during molding. Therefore, for example, when the first comb-tooth electrode 7 is driven, a driving force in a direction substantially perpendicular to the mirror portion 2 is applied even when the first comb-tooth electrode 7 is in a stationary state, and the mirror portion 2 has the second hinge 6 as the rotation axis. 2 Turn the hinge 6 while twisting it. Then, when the driving force of the second comb-tooth electrode 8 is released when the mirror portion 2 is in a posture such that the electrodes 2a and 3a are completely overlapped, the mirror portion 2 is moved to the second hinge by its inertial force. Continue turning while twisting 6. Then, when the inertial force in the rotation direction of the mirror unit 2 and the restoring force of the second hinge 6 become equal, the rotation of the mirror unit 2 in that direction stops. At this time, the second comb-teeth electrode 8 is driven again, and the mirror part 2 is rotated in the opposite direction by the restoring force of the second hinge 6 and the driving force of the second comb-teeth electrode 8. Start. The mirror unit 2 repeats the rotation by the driving force of the second comb electrode 8 and the restoring force of the second hinge 6 and swings around the second hinge 6. The movable frame 3 is also repeatedly rotated by the driving force of the first comb electrode 7 and the restoring force of the first hinge 5 in substantially the same manner as when the mirror portion 2 is rotated, and the support body 9 is provided around the first hinge 5. Swings together. At this time, the movable part 50 including the support body 9 swings integrally, and the attitude of the mirror part 2 changes. Thereby, the mirror part 2 repeats two-dimensional rocking | fluctuation.

第２櫛歯電極８は、ミラー部２と第２ヒンジ６により構成される振動系の共振周波数の略２倍の周波数の電圧が印加されて駆動される。また、第１櫛歯電極７は、ミラー部２、可動フレーム３及び支持体９と第１ヒンジ５とにより構成される振動系の共振周波数の略２倍の周波数の電圧が印加されて駆動される。これにより、ミラー部２が共振現象を伴って駆動され、その揺動角が大きくなるように構成されている。なお、第１櫛歯電極７や第２櫛歯電極８の電圧の印加態様や駆動周波数は、上述に限られるものではなく、例えば、駆動電圧が正弦波形で印加されるように構成されていても、また、電極３ａ，３ｂの電位が、電極２ａ及び電極４ａの電位と共に変化するように構成されていてもよい。 The second comb-teeth electrode 8 is driven by being applied with a voltage having a frequency that is approximately twice the resonance frequency of the vibration system constituted by the mirror portion 2 and the second hinge 6. The first comb electrode 7 is driven by being applied with a voltage having a frequency approximately twice the resonance frequency of the vibration system constituted by the mirror unit 2, the movable frame 3, the support 9 and the first hinge 5. The Thereby, the mirror part 2 is driven with a resonance phenomenon, and the swing angle thereof is increased. The voltage application mode and drive frequency of the first comb electrode 7 and the second comb electrode 8 are not limited to those described above, and for example, the drive voltage is applied in a sine waveform. Alternatively, the potentials of the electrodes 3a and 3b may be configured to change with the potentials of the electrodes 2a and 4a.

ここで、光走査ミラー１において、支持体９を含む可動部５０又はミラー部２を一様の厚さの直方体で近似した場合、支持体９を含む可動部５０の揺動の共振周波数や、ミラー部２の揺動の共振周波数は、それぞれ、第１ヒンジ５又は第２ヒンジ６のばね定数をＫ、支持体９を含む可動部５０又はミラー部２の質量をｍ、可動部５０又はミラー部２のそれぞれの回転軸に直交する方向の辺の長さをＬ、支持体９を含む可動部５０又はミラー部２の揺動の慣性モーメントをｉとすると、次式のように表される。

Here, in the optical scanning mirror 1, when the movable part 50 or the mirror part 2 including the support 9 is approximated by a rectangular solid having a uniform thickness, the resonance frequency of the swing of the movable part 50 including the support 9 or The resonance frequency of the oscillation of the mirror unit 2 is that the spring constant of the first hinge 5 or the second hinge 6 is K, the mass of the movable unit 50 or the mirror unit 2 including the support 9 is m, the movable unit 50 or the mirror, respectively. When the length of the side of each part 2 in the direction orthogonal to the rotation axis is L, and the moment of inertia of the swing of the movable part 50 or the mirror part 2 including the support 9 is i, the following expression is expressed. .

上記数式から分かるように、可動部５０の可動フレーム３は、支持体９と一体に回動するので、第１ヒンジ５回りに回動する部位の質量が増加し、ミラー部２の第２ヒンジ６回りの慣性モーメントに比較して、可動部５０の第１ヒンジ５回りの慣性モーメントが大幅に大きくなる。すなわち、本実施形態においては、ミラー部２の第２ヒンジ６回りの揺動の共振周波数に比較して、支持体９を含む可動部５０の第１ヒンジ５回りの揺動の共振周波数をごく低くすることができる。換言すると、従来の半導体構造と比較して、支持体９を設けることにより、可動部５０の共振周波数を保ったまま光走査ミラー１の素子サイズを小さくして光走査ミラー１を低コストで製造したり、又は、第１ヒンジ５を太くして光走査ミラー１の耐衝撃性を向上させることができる。 As can be seen from the above formula, the movable frame 3 of the movable portion 50 rotates integrally with the support 9, so that the mass of the portion that rotates around the first hinge 5 increases, and the second hinge of the mirror portion 2. Compared to the six moments of inertia, the moment of inertia around the first hinge 5 of the movable part 50 is significantly increased. That is, in this embodiment, compared with the resonance frequency of the swing around the second hinge 6 of the mirror part 2, the resonance frequency of the swing around the first hinge 5 of the movable part 50 including the support 9 is very small. Can be lowered. In other words, as compared with the conventional semiconductor structure, by providing the support 9, the element size of the optical scanning mirror 1 is reduced while maintaining the resonance frequency of the movable part 50, and the optical scanning mirror 1 is manufactured at low cost. Alternatively, the impact resistance of the optical scanning mirror 1 can be improved by thickening the first hinge 5.

なお、上記数式より明らかなように、上面視で第１ヒンジ５の片側部の支持体９の重心の位置が、第１ヒンジ５から離れるほど、支持体９を含む可動部５０の第１ヒンジ５回りの慣性モーメントが大きくなる。本実施形態では、このことを利用し、支持体９の位置は、支持体９を含む可動部５０の第１ヒンジ５回りの慣性モーメントが、第１ヒンジ５のばね定数や、ミラー部２の第２ヒンジ５周りの共振周波数等を鑑みて設定された所定の値となるように設定されている。これにより、支持体９を含む可動部５０の第１ヒンジ５回りの揺動の共振周波数を、光走査ミラー１として求められる仕様等に容易に合致させることができるように構成されている。 As is clear from the above formula, the first hinge of the movable portion 50 including the support body 9 becomes farther away from the first hinge 5 when the position of the center of gravity of the support body 9 on one side of the first hinge 5 becomes farther from the first hinge 5. The moment of inertia around 5 increases. In the present embodiment, this is utilized, and the position of the support 9 is determined by the moment of inertia around the first hinge 5 of the movable part 50 including the support 9, the spring constant of the first hinge 5, and the mirror part 2. The predetermined value is set in consideration of the resonance frequency around the second hinge 5 and the like. Thereby, the resonance frequency of the oscillation of the movable portion 50 including the support 9 around the first hinge 5 can be easily matched with the specifications required for the optical scanning mirror 1.

次に、図５乃至図１１を参照して、光走査ミラー１の製造工程について説明する。各図は、図３に対応する側断面を示している。光走査ミラー１は、第１シリコン層１００ａに、ミラー部２、可動部フレーム３、第１ヒンジ５、及び第２ヒンジ６等を形成し、ミラー部２等を形成する第１工程（図５乃至図８）と、第２シリコン層１００ｂのうちミラー部２及び可動部フレーム３等の下方の部位を掘り込む第２工程（図９、図１０）と、酸化膜１２０のうち第２工程にて第２シリコン層１００ｂが掘り込まれることにより露出した部位を除去する第３工程（図１１）との大まかに３つの工程を経て製造される。なお、光走査ミラー１は、例えば４インチ程度の大きさのウェハであるＳＯＩ基板１００上に複数個同時に形成された後、ダイシングされて個別の光走査ミラー１に分割され製造される。 Next, a manufacturing process of the optical scanning mirror 1 will be described with reference to FIGS. Each figure shows a side cross-section corresponding to FIG. The optical scanning mirror 1 forms the mirror part 2, the movable part frame 3, the first hinge 5, the second hinge 6 and the like on the first silicon layer 100a, and the first step of forming the mirror part 2 and the like (FIG. 5). To FIG. 8), the second step (FIGS. 9 and 10) for digging the lower portion of the second silicon layer 100b such as the mirror portion 2 and the movable portion frame 3, and the second step of the oxide film 120. Thus, the second silicon layer 100b is manufactured through roughly three steps including a third step (FIG. 11) for removing a portion exposed by digging. A plurality of optical scanning mirrors 1 are simultaneously formed on an SOI substrate 100 which is a wafer having a size of about 4 inches, for example, and then diced to be divided into individual optical scanning mirrors 1 and manufactured.

第１工程では、先ず、酸素及び水素雰囲気の拡散炉中で、ＳＯＩ基板１００の上下両表面に酸化膜１２０ｂを形成する（図５）。そして、第１シリコン層１００ａの上面に形成された酸化膜１２０ｂの表面のうち、可動部５０や第１ヒンジ５、導通部３ｄ，４ｅ等の形状に、フォトリゾグラフィにより、レジスト１３２ｂをパターニングする。その後、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により酸化膜１２０ｂのうちレジスト１３２ｂにマスクされていない部位を除去し、第１シリコン層１００ａのうち可動部５０等が形成されない部位を露出させる（図６）。その後、酸素プラズマ中でレジスト１３２ｂを除去し、例えばアルミニウムをスパッタリングすることにより、第１シリコン層１００ａの上面にアルミニウム膜を形成する。アルミニウム膜は、例えば厚みが５０００Å程度になるように形成される。そして、フォトリゾグラフィによりレジスト１３２ｃをパターニングした後にＲＩＥを行い、アルミニウム膜のうち、ミラー面２０と端子膜１０ａ，１０ｂ，１０ｃ以外の部位を除去する（図７）。 In the first step, first, oxide films 120b are formed on both upper and lower surfaces of the SOI substrate 100 in a diffusion furnace in an oxygen and hydrogen atmosphere (FIG. 5). Then, the resist 132b is patterned by photolithography in the shape of the movable portion 50, the first hinge 5, the conduction portions 3d and 4e, etc., of the surface of the oxide film 120b formed on the upper surface of the first silicon layer 100a. . Thereafter, a portion of the oxide film 120b that is not masked by the resist 132b is removed by RIE (Reactive Ion Etching) to expose a portion of the first silicon layer 100a where the movable portion 50 or the like is not formed (FIG. 6). Thereafter, the resist 132b is removed in oxygen plasma, and aluminum is sputtered, for example, to form an aluminum film on the upper surface of the first silicon layer 100a. The aluminum film is formed to have a thickness of about 5000 mm, for example. Then, after patterning the resist 132c by photolithography, RIE is performed to remove portions of the aluminum film other than the mirror surface 20 and the terminal films 10a, 10b, and 10c (FIG. 7).

その後、Ｄ−ＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）を行い、第１シリコン層１００ａのうち上面が露出している部位をエッチングする。第１シリコン層１００ａと第２シリコン層１００ｂとの間に介在する酸化膜１２０のエッチングレートは、活性層である第１シリコン層１００ａのエッチングレートの１パーセント未満であるため、酸化膜１２０，１２０ｂはほとんどエッチングされない。これにより、第１シリコン層１００ａに、可動部５０、第１ヒンジ５、櫛歯電極７，８等となる形状が形成される。これと同時に、可動部５０となる部位にはトレンチ１０１ａが形成され、固定フレーム４となる部位には、トレンチ１０１ｂが形成される。レジスト１３２ｃは、酸素プラズマ中で除去しておく（図８）。 Thereafter, D-RIE (Deep Reactive Ion Etching) is performed to etch a portion of the first silicon layer 100a where the upper surface is exposed. Since the etching rate of the oxide film 120 interposed between the first silicon layer 100a and the second silicon layer 100b is less than 1 percent of the etching rate of the first silicon layer 100a which is the active layer, the oxide films 120 and 120b Is hardly etched. Thereby, the shape which becomes the movable part 50, the 1st hinge 5, the comb-tooth electrodes 7, 8 grade | etc., Is formed in the 1st silicon layer 100a. At the same time, a trench 101a is formed in a portion to be the movable portion 50, and a trench 101b is formed in a portion to be the fixed frame 4. The resist 132c is removed in oxygen plasma (FIG. 8).

次に、第２工程を行う。第２工程では、先ず、第２シリコン層１００ｂの表面に形成された酸化膜１２０ｂ上に、フォトリゾグラフィによりレジスト１３２ｄをパターニングする（図９）。レジスト１３２ｄは、下面視で支持体９及び固定フレーム４の形状に形成される。そして、レジスト１３２ｄが形成されていない部位の酸化膜１２０ｂをＲＩＥによりエッチングした後、露出した第２シリコン層１００ｂをＤ−ＲＩＥにより掘り込む（図１０）。これにより、可動部５０と第１ヒンジ５の下方の部位が、トレンチ１０１ａの下方の支持体９となる部位を残して掘り込まれる。このとき、エッチングレートの違いにより、第２シリコン層１００ｂが酸化膜１２０まで掘り込まれ、酸化膜１２０はほとんどエッチングされない。その後、レジスト１３２ｄを、酸素プラズマ中で除去する。なお、レジスト１３２ｄは、第２シリコン層１００ｂのエッチング中に除去されるように構成されていてもよく、その場合、製造工程を省手順化することができる。 Next, the second step is performed. In the second step, first, a resist 132d is patterned by photolithography on the oxide film 120b formed on the surface of the second silicon layer 100b (FIG. 9). The resist 132d is formed in the shape of the support 9 and the fixed frame 4 when viewed from below. Then, after etching the oxide film 120b where the resist 132d is not formed by RIE, the exposed second silicon layer 100b is dug by D-RIE (FIG. 10). Thereby, the site | part below the movable part 50 and the 1st hinge 5 is dug leaving the site | part used as the support body 9 below the trench 101a. At this time, due to the difference in etching rate, the second silicon layer 100b is dug up to the oxide film 120, and the oxide film 120 is hardly etched. Thereafter, the resist 132d is removed in oxygen plasma. The resist 132d may be configured to be removed during the etching of the second silicon layer 100b. In that case, the manufacturing process can be saved.

第２工程後、第３工程では、下方に露出する酸化膜１２０を、ＲＩＥにより除去する（図１１）。これにより、可動部５０やミラー部２が、それぞれ第１ヒンジ５、第２ヒンジ６を介して揺動可能な状態になる。また、これにより、トレンチ１０１ａの下方に、酸化膜１２０と第２シリコン層１００ｂとで構成された支持体９が、トレンチ１０１ａにより絶縁分離された可動フレーム３の複数の部位が共に接合された状態で形成される。なお、これと同時に、第２シリコン層１００ｂの表面の酸化膜１２０ｂも除去される。その後、固定フレーム４の下方に、例えばガラス製のスペーサ１１０を接合した後、ダイシングを行ってウェハから複数の光走査ミラー１を切り出し、光走査ミラー１が製造される。 After the second step, in the third step, the oxide film 120 exposed below is removed by RIE (FIG. 11). Thereby, the movable part 50 and the mirror part 2 will be in the state which can rock | fluctuate via the 1st hinge 5 and the 2nd hinge 6, respectively. In addition, as a result, a plurality of parts of the movable frame 3 in which the support body 9 composed of the oxide film 120 and the second silicon layer 100b is insulated and separated by the trench 101a are joined together below the trench 101a. Formed with. At the same time, the oxide film 120b on the surface of the second silicon layer 100b is also removed. Thereafter, a glass spacer 110, for example, is joined below the fixed frame 4, and then dicing is performed to cut out the plurality of optical scanning mirrors 1 from the wafer, whereby the optical scanning mirror 1 is manufactured.

上記のように、本実施形態では、従来のようにトレンチ１０１ａの側壁を酸化したりトレンチ１０１ａをポリシリコンで埋め込んだりするような複雑な工程を経ることなく、従来よりも簡易な、エッチングによる製造工程により、可動部５０に絶縁分離構造を設けた光走査ミラー１を容易に製造することができる。また、トレンチ１０１ａにより絶縁分離された可動フレーム３が、支持体９に接合されて構成されていることにより、可動フレーム３の機械的強度が確実に確保され、光走査ミラー１が確実に動作可能になる。また、トレンチ１０１ａは可動フレーム３を空隙を挟んで複数の部位に分割するように構成されているので、可動フレーム３の複数の部位間での電気的絶縁を確実に維持することができ、光走査ミラー１の製造時の良品率が高くなる。 As described above, in the present embodiment, the manufacturing by etching is simpler than the conventional one without the complicated process of oxidizing the sidewall of the trench 101a or filling the trench 101a with polysilicon as in the prior art. By the process, the optical scanning mirror 1 in which the movable part 50 is provided with the insulating separation structure can be easily manufactured. In addition, since the movable frame 3 insulated and separated by the trench 101a is joined to the support 9, the mechanical strength of the movable frame 3 is reliably ensured, and the optical scanning mirror 1 can be reliably operated. become. In addition, since the trench 101a is configured to divide the movable frame 3 into a plurality of parts with a gap, the electrical insulation between the plurality of parts of the movable frame 3 can be reliably maintained, and the light The yield rate at the time of manufacturing the scanning mirror 1 is increased.

図１２は、本発明の第２の実施形態に係る半導体構造を用いた光走査ミラーを示す。図１２に示した断面は、第１の実施形態における図３に対応する。以下の実施形態において、上述の実施形態と同等の構成は同一の符号を付し、上述の実施形態と相違する部分についてのみ説明する。光走査ミラー２１は、トレンチ１０１ａ下方の支持体２９の形状が、第１の実施形態の光走査ミラー１の支持体９とは異なる。また、光走査ミラー２１は、例えば、回路基板Ｂに、第１の実施形態の光走査ミラー１のようにスペーサ１１０等を設けることなく配置することができるように構成されている。 FIG. 12 shows an optical scanning mirror using a semiconductor structure according to the second embodiment of the present invention. The cross section shown in FIG. 12 corresponds to FIG. 3 in the first embodiment. In the following embodiments, the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and only different portions from the above-described embodiment will be described. The optical scanning mirror 21 is different from the support 9 of the optical scanning mirror 1 of the first embodiment in the shape of the support 29 below the trench 101a. Further, the optical scanning mirror 21 is configured to be arranged on the circuit board B without providing the spacer 110 or the like as in the optical scanning mirror 1 of the first embodiment.

光走査ミラー２１において、支持体２９は、可動フレーム３の下面から支持体２９の下端部までの厚み寸法が、可動フレーム３の下面から固定フレーム４の下端部までの厚み寸法（例えば、４００μｍ程度）よりも小さくなるように、薄く（例えば、２００μｍ程度）形成されている。また、支持体２９の厚みは、支持体２９を含む可動部５０の第１ヒンジ５回りの慣性モーメントが第１ヒンジ５のばね定数等を鑑みて設定された所定の値となるように設定されている。 In the optical scanning mirror 21, the support 29 has a thickness dimension from the lower surface of the movable frame 3 to the lower end of the support 29, and a thickness dimension from the lower surface of the movable frame 3 to the lower end of the fixed frame 4 (for example, about 400 μm). ) So as to be smaller than (for example, about 200 μm). The thickness of the support 29 is set so that the moment of inertia around the first hinge 5 of the movable part 50 including the support 29 becomes a predetermined value set in consideration of the spring constant of the first hinge 5 and the like. ing.

図１３乃至図１５を参照して、光走査ミラー２１の製造工程について説明する。光走査ミラー２１の製造工程では、特に、第２工程（図１３乃至図１５）において、第２シリコン層１００ｂの支持体２９となる部位の厚みが第２シリコン層１００ｂの固定フレーム４の厚みよりも小さくなるようにエッチングを行う点が、第１の実施形態と異なる。第１工程及び第３工程は、第１の実施形態と略同様に行われる。 A manufacturing process of the optical scanning mirror 21 will be described with reference to FIGS. In the manufacturing process of the optical scanning mirror 21, in particular, in the second step (FIGS. 13 to 15), the thickness of the portion that becomes the support 29 of the second silicon layer 100b is larger than the thickness of the fixed frame 4 of the second silicon layer 100b. This is different from the first embodiment in that etching is performed so as to be smaller. The first step and the third step are performed in substantially the same manner as in the first embodiment.

第２の実施形態において、第２工程では、第２シリコン層１００ｂの表面の酸化膜１２０ｂのうち、第２シリコン層１００ｂのエッチングする部位をＲＩＥにより除去し（図１３）、その際に形成していたレジスト１３２ｄを酸素プラズマ中で除去する。そして、固定フレーム４に相当する部位にレジスト２３２ｄを形成してマスクする（図１４）。その後、Ｄ−ＲＩＥを行うことにより、第２シリコン層１００ｂをエッチングし、可動部５０及び第１ヒンジ５の下方の部位を掘り込む（図１５）。このとき、第２シリコン層１００ｂの支持体２９となる部位には、表面に酸化膜１２０ｂが形成されており、この酸化膜１２０ｂがエッチングされた後にエッチングされる。酸化膜１２０ｂと第２シリコン層１００ｂとはエッチングレートが異なり、酸化膜１２０ｂがエッチングされる速度は第２シリコン層１００ｂとは異なる。そのため、第２シリコン層１００ｂのうち酸化膜１２０ｂが形成されている部位が完全に掘り込まれた時に、酸化膜１２０ｂが形成されていた部位は、少なくとも完全にはエッチングされていない状態となる。従って、エッチングが、第２シリコン層１００ｂのうち支持体２９となる部位の厚みが、第２シリコン層１００ｂの固定フレーム４となる部位の厚みよりも小さくなるように行われる。 In the second embodiment, in the second step, a portion of the oxide film 120b on the surface of the second silicon layer 100b that is to be etched of the second silicon layer 100b is removed by RIE (FIG. 13). The resist 132d that has been removed is removed in oxygen plasma. Then, a resist 232d is formed in a portion corresponding to the fixed frame 4 and masked (FIG. 14). Thereafter, by performing D-RIE, the second silicon layer 100b is etched to dig a portion below the movable portion 50 and the first hinge 5 (FIG. 15). At this time, an oxide film 120b is formed on the surface of the second silicon layer 100b to be the support 29, and the oxide film 120b is etched and then etched. The oxide film 120b and the second silicon layer 100b have different etching rates, and the rate at which the oxide film 120b is etched is different from that of the second silicon layer 100b. Therefore, when the portion where the oxide film 120b is formed in the second silicon layer 100b is completely dug, the portion where the oxide film 120b is formed is not at least completely etched. Therefore, the etching is performed so that the thickness of the portion that becomes the support 29 in the second silicon layer 100b is smaller than the thickness of the portion that becomes the fixed frame 4 of the second silicon layer 100b.

このように、第２の実施形態によれば、支持体２９の下端部の位置が、固定フレーム４の下端部の位置よりも上方となるので、固定フレーム４の下方にスペーサ１１０等を設ける必要がなく実装高さが低い光走査ミラー２１を製造することができる。なお、支持体２９の厚みを変更することにより可動部５０の第１ヒンジ５回りの慣性モーメントを容易に設定可能になる。これにより、支持体２９を含む可動部５０の第１ヒンジ５回りの揺動の共振周波数を光走査ミラー２１として求められる仕様等に合致させた光走査ミラー２１を、容易に製造することができる。 As described above, according to the second embodiment, the position of the lower end portion of the support 29 is higher than the position of the lower end portion of the fixed frame 4, so that it is necessary to provide the spacer 110 or the like below the fixed frame 4. Therefore, the optical scanning mirror 21 having a low mounting height can be manufactured. Note that the moment of inertia around the first hinge 5 of the movable portion 50 can be easily set by changing the thickness of the support 29. Thereby, the optical scanning mirror 21 in which the resonance frequency of the swing around the first hinge 5 of the movable part 50 including the support 29 is matched with the specifications required for the optical scanning mirror 21 can be easily manufactured. .

なお、第２の実施形態において、予め、第１工程において、ＳＯＩ基板１００の表面に、支持体２９の所望の厚みを鑑みた膜厚になるように酸化膜１２０ｂを形成してもよい。また、第２工程において酸化膜１２０ｂをＲＩＥにより除去した後、支持体２９となる部位の表面の酸化膜１２０ｂを薄く加工してもよい。このとき、当該酸化膜１２０ｂの厚みは、酸化膜１２０ｂが形成されていない部位の第２シリコン層１００ｂが完全にエッチングされたときに、第２シリコン層１００ｂの支持体２９となる部位の厚みが所望の厚みとなるような厚みとしておけばよい。このように、上記のように第２シリコン層１００ｂをＤ−ＲＩＥにより掘り込む前に、酸化膜１２０ｂの厚みを最適化することにより、第２シリコン層１００ｂのエッチングを行う時間を短くすることができ、また、第２シリコン層１００ｂを高精度に加工することができる。 In the second embodiment, in the first step, the oxide film 120b may be formed on the surface of the SOI substrate 100 in advance so as to have a thickness in consideration of a desired thickness of the support 29. In addition, after the oxide film 120b is removed by RIE in the second step, the oxide film 120b on the surface of the portion that becomes the support 29 may be processed thinly. At this time, the thickness of the oxide film 120b is such that when the second silicon layer 100b in the portion where the oxide film 120b is not formed is completely etched, the thickness of the portion serving as the support 29 of the second silicon layer 100b. What is necessary is just to set it as thickness which becomes desired thickness. As described above, the time for etching the second silicon layer 100b can be shortened by optimizing the thickness of the oxide film 120b before the second silicon layer 100b is dug by D-RIE as described above. In addition, the second silicon layer 100b can be processed with high accuracy.

図１６は、本発明の第３の実施形態に係る半導体構造を用いた光走査ミラーを示す。図１６に示した断面は、第１の実施形態における図３に対応する。光走査ミラー３１は、トレンチ１０１ａ下方の支持体３９が、第２シリコン層１００ｂに形成された高濃度ボロン拡散部３００ｂにより構成されている。また、支持体３９は、トレンチ１０１ａの下方にのみ形成されている。光走査ミラー３１も、第２の実施形態における光走査ミラー２１と同様に、例えば回路基板Ｂに、スペーサ１１０等を設けることなく配置することができるように構成されている。 FIG. 16 shows an optical scanning mirror using a semiconductor structure according to the third embodiment of the present invention. The cross section shown in FIG. 16 corresponds to FIG. 3 in the first embodiment. In the optical scanning mirror 31, the support 39 below the trench 101a is constituted by a high-concentration boron diffusion portion 300b formed in the second silicon layer 100b. The support 39 is formed only below the trench 101a. Similarly to the optical scanning mirror 21 in the second embodiment, the optical scanning mirror 31 is also configured to be arranged on the circuit board B without providing the spacer 110 or the like, for example.

図１７乃至図２３を参照して、光走査ミラー３１の製造工程について説明する。この光走査ミラー３１の製造工程では、特に、第１工程（図１７乃至図２１）において第２シリコン層１００ｂにボロン拡散を行う点と、第２工程（図２２、図２３）において、高濃度ボロン拡散部３００ｂに対し選択性を持つエッチャントを用いてエッチングを行う点が、上記第１の実施形態と異なる。第３工程は、第１の実施形態と略同様に行われる。 A manufacturing process of the optical scanning mirror 31 will be described with reference to FIGS. In the manufacturing process of the optical scanning mirror 31, in particular, the boron diffusion is performed on the second silicon layer 100b in the first process (FIGS. 17 to 21), and the high concentration in the second process (FIGS. 22 and 23). The etching is performed using an etchant having selectivity for the boron diffusion portion 300b, which is different from the first embodiment. The third step is performed in substantially the same manner as in the first embodiment.

第１工程では、先ず、第１の実施形態と同様に表面に酸化膜１２０ｂを形成したＳＯＩ基板１００の第１シリコン層１００ａの表面に、トレンチ１０１ａを形成するためのレジスト３３２ｂをフォトリゾグラフィにより形成する。そして、ＲＩＥ及びＤ−ＲＩＥを順に行うことにより、酸化膜１２０ｂと、第１シリコン層１００ａとをエッチングし、トレンチ１０１ａを形成する。その後、さらにＲＩＥを行い、トレンチ１０１ａの下方の酸化膜１２０を除去する（図１７）。そして、拡散炉により、第２シリコン層１００ｂのうち酸化膜１２０を除去することにより露出した部位に、ボロン固相源を用いたボロン拡散を行う（図１８）。これにより、第２シリコン層１００ｂ中に、高濃度ボロン拡散部３００ｂが形成される。ボロン拡散を行うことにより、第２シリコン層１００ｂの露出する部位には酸化膜１２０が形成される。 In the first step, first, similarly to the first embodiment, a resist 332b for forming the trench 101a is formed on the surface of the first silicon layer 100a of the SOI substrate 100 having the oxide film 120b formed on the surface by photolithography. Form. Then, by sequentially performing RIE and D-RIE, the oxide film 120b and the first silicon layer 100a are etched to form the trench 101a. Thereafter, RIE is further performed to remove the oxide film 120 below the trench 101a (FIG. 17). Then, boron diffusion using a boron solid phase source is performed on the portion exposed by removing the oxide film 120 in the second silicon layer 100b by a diffusion furnace (FIG. 18). As a result, a high-concentration boron diffusion portion 300b is formed in the second silicon layer 100b. By performing boron diffusion, an oxide film 120 is formed on the exposed portion of the second silicon layer 100b.

次に、第１シリコン層１００ａの表面の酸化膜１２０ｂの上面にレジスト３３２ｃをパターニングし、露出する酸化膜１２０ｂをＲＩＥによりエッチングする。これにより、第１シリコン層１００ａのうち、可動部５０及び第１ヒンジ５を形成するためにエッチングを行う部位と、ミラー面２０及び端子膜１０ａ，１０ｂ，１０ｃを形成する部位とを露出させる（図１９）。そして、酸素プラズマ中でレジスト３３２ｃを除去し、第１の実施形態と同様に、アルミニウムをスパッタリングし、レジスト１３２ｃを形成し、アルミ膜のエッチングを行うことにより、ミラー面２０及び端子膜１０ａ，１０ｂ，１０ｃを形成する（図２０）。その後、Ｄ−ＲＩＥを行い、第１シリコン層１００ａに、可動部５０、第１ヒンジ５、櫛歯電極７，８、トレンチ１０１ｂ等となる形状を形成する（図２１）。レジスト１３２ｃは、除去しておく。 Next, a resist 332c is patterned on the upper surface of the oxide film 120b on the surface of the first silicon layer 100a, and the exposed oxide film 120b is etched by RIE. As a result, a portion of the first silicon layer 100a that is etched to form the movable portion 50 and the first hinge 5 and a portion that forms the mirror surface 20 and the terminal films 10a, 10b, and 10c are exposed ( FIG. 19). Then, the resist 332c is removed in oxygen plasma, and aluminum is sputtered to form the resist 132c and the aluminum film is etched in the same manner as in the first embodiment, whereby the mirror surface 20 and the terminal films 10a and 10b are etched. , 10c (FIG. 20). Thereafter, D-RIE is performed to form a shape that becomes the movable portion 50, the first hinge 5, the comb electrodes 7 and 8, the trench 101b, and the like in the first silicon layer 100a (FIG. 21). The resist 132c is removed beforehand.

第２工程では、先ず、第２シリコン層１００ｂの表面の酸化膜１２０ｂにレジスト３３２ｄを形成する。レジスト３３２ｄは、下面視で固定フレーム４と同形状に形成される。そして、ＲＩＥにより、露出する酸化膜１２０ｂを除去し、Ｄ−ＲＩＥにより、可動部５０及び第１ヒンジ５の下方の第２シリコン層１００ｂをエッチングする。このとき、第２シリコン層１００ｂを例えば２００μｍ程度だけ残して、エッチングする部位が高濃度ボロン拡散部３００ｂに達する直前に、エッチングを終了させる（図２２）。その後、ＳＯＩ基板１００の第１シリコン層１００ａ側の表面に保護膜３３２ｅを形成して保護したうえで、高濃度ボロン拡散部３００ｂに選択性のあるエッチャントを用いて、残りの第２シリコン層１００ｂをエッチングする（図２３）。高濃度ボロン拡散部３００ｂに選択性のあるエッチャントとしては、例えば、ＫＯＨやエチレンジアミンピロカテコール等のアルカリが用いらる。これにより、第２シリコン層１００ｂのエッチングが終了したとき、高濃度ボロン拡散部３００ｂと酸化膜１２０とが残る。そして、保護膜３３２ｅを剥離し、第３工程を行うことにより、高濃度ボロン拡散部３００ｂにより構成された支持体３９を有する光走査ミラー３１が製造される。 In the second step, first, a resist 332d is formed on the oxide film 120b on the surface of the second silicon layer 100b. The resist 332d is formed in the same shape as the fixed frame 4 in a bottom view. Then, the exposed oxide film 120b is removed by RIE, and the movable part 50 and the second silicon layer 100b below the first hinge 5 are etched by D-RIE. At this time, the second silicon layer 100b is left by about 200 μm, for example, and the etching is terminated immediately before the portion to be etched reaches the high-concentration boron diffusion portion 300b (FIG. 22). Thereafter, a protective film 332e is formed and protected on the surface of the SOI substrate 100 on the first silicon layer 100a side, and then the remaining second silicon layer 100b is used with a selective etchant for the high-concentration boron diffusion portion 300b. Is etched (FIG. 23). As an etchant having selectivity for the high-concentration boron diffusion part 300b, for example, alkali such as KOH or ethylenediamine pyrocatechol is used. Thereby, when the etching of the second silicon layer 100b is completed, the high-concentration boron diffusion portion 300b and the oxide film 120 remain. Then, by removing the protective film 332e and performing the third step, the optical scanning mirror 31 having the support 39 configured by the high-concentration boron diffusion portion 300b is manufactured.

このように、第３の実施形態によれば、第１工程におけるボロン拡散時に、ボロン拡散深さを制御して、高濃度ボロン拡散部３００ｂを所望の大きさに形成することができる。従って、支持体３９の大きさを高精度に制御し、支持体３９を含む可動部５０の共振周波数を、より高精度に設定することが可能になる。 Thus, according to the third embodiment, at the time of boron diffusion in the first step, the boron diffusion depth can be controlled and the high-concentration boron diffusion portion 300b can be formed in a desired size. Therefore, the size of the support 39 can be controlled with high accuracy, and the resonance frequency of the movable portion 50 including the support 39 can be set with higher accuracy.

なお、本発明は上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を変更しない範囲で適宜に種々の変形が可能である。例えば、ミラー部や可動部は、矩形形状に限られず、例えば円又は楕円形状に形成されていてもよい。また、半導体素子は、可動部にミラー面が形成されて用いられるものに限られず、例えば、電圧が印加されて駆動される素子等が可動部上に実装されて用いられるようなものであってもよい。 In addition, this invention is not limited to the structure of the said embodiment, A various deformation | transformation is possible suitably in the range which does not change the meaning of invention. For example, the mirror part and the movable part are not limited to a rectangular shape, and may be formed in a circular or elliptical shape, for example. Further, the semiconductor element is not limited to the one that is used by forming a mirror surface on the movable part, and for example, an element that is driven by applying a voltage is mounted on the movable part and used. Also good.

また、光走査ミラーは、相対する櫛歯電極が初期状態において略同一平面上に形成されておらず、所定の角度又は位置ずれを有して形成されているものであってもよい。また、光走査ミラーは、櫛歯電極を有さず、例えば回路基板と可動板との間に電圧が印加されることにより生じる静電力を駆動力とする等、上述とは異なる態様により駆動されるものであってもよい。さらにまた、光走査ミラーは、ミラー部が２軸を中心に揺動する２軸型の光走査ミラーに限られるものではなく、例えば、可動部が、ミラー部及び可動フレームに分かれておらず、第１ヒンジにより構成される１軸を中心に揺動するように構成されていてもよい。 The optical scanning mirror may be formed such that the opposed comb electrodes are not formed on substantially the same plane in the initial state but have a predetermined angle or positional deviation. Further, the optical scanning mirror does not have a comb-teeth electrode, and is driven in a manner different from the above, for example, an electrostatic force generated by applying a voltage between the circuit board and the movable plate is used as a driving force. It may be a thing. Furthermore, the optical scanning mirror is not limited to a biaxial optical scanning mirror in which the mirror unit swings about two axes. For example, the movable unit is not divided into a mirror unit and a movable frame, You may be comprised so that it may rock | fluctuate centering around 1 axis | shaft comprised by a 1st hinge.

（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る光走査ミラーの上面側を示す斜視図、（ｂ）は同光走査ミラーの下面側を示す斜視図。(A) is a perspective view which shows the upper surface side of the optical scanning mirror which concerns on the 1st Embodiment of this invention, (b) is a perspective view which shows the lower surface side of the optical scanning mirror. 上記光走査ミラーを示す平面図。The top view which shows the said optical scanning mirror. 回路基板上に実装された状態の上記光走査ミラーの図２のＡ−Ａ線断面を示す側断面図。The sectional side view which shows the AA sectional view of the said optical scanning mirror of the said state mounted on the circuit board of FIG. （ａ）は上記Ａ−Ａ線における上記光走査ミラーの上面側を示す側断面図、（ｂ）は同Ａ−Ａ線における同光走査ミラーの下面側を示す斜視図。(A) is a sectional side view showing the upper surface side of the optical scanning mirror in the AA line, (b) is a perspective view showing the lower surface side of the optical scanning mirror in the AA line. 上記光走査ミラーの製造工程の第１工程における側断面図。The sectional side view in the 1st process of the manufacturing process of the said optical scanning mirror. 上記光走査ミラーの製造工程の第１工程における側断面図。The sectional side view in the 1st process of the manufacturing process of the said optical scanning mirror. 上記光走査ミラーの製造工程の第１工程における側断面図。The sectional side view in the 1st process of the manufacturing process of the said optical scanning mirror. 上記光走査ミラーの製造工程の第１工程における側断面図。The sectional side view in the 1st process of the manufacturing process of the said optical scanning mirror. 上記光走査ミラーの製造工程の第２工程における側断面図。The sectional side view in the 2nd process of the manufacturing process of the said optical scanning mirror. 上記光走査ミラーの製造工程の第２工程における側断面図。The sectional side view in the 2nd process of the manufacturing process of the said optical scanning mirror. 上記光走査ミラーの製造工程の第３工程における側断面図。The sectional side view in the 3rd process of the manufacturing process of the said optical scanning mirror. 本発明の第２の実施形態に係る光走査ミラーを示す側断面図。The sectional side view which shows the optical scanning mirror which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 上記光走査ミラーの製造工程の第２工程における側断面図。The sectional side view in the 2nd process of the manufacturing process of the said optical scanning mirror. 上記光走査ミラーの製造工程の第２工程における側断面図。The sectional side view in the 2nd process of the manufacturing process of the said optical scanning mirror. 上記光走査ミラーの製造工程の第２工程における側断面図。The sectional side view in the 2nd process of the manufacturing process of the said optical scanning mirror. 本発明の第３の実施形態に係る光走査ミラーを示す側断面図。The sectional side view which shows the optical scanning mirror which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 上記光走査ミラーの製造工程の第１工程における側断面図。The sectional side view in the 1st process of the manufacturing process of the said optical scanning mirror. 上記光走査ミラーの製造工程の第１工程における側断面図。The sectional side view in the 1st process of the manufacturing process of the said optical scanning mirror. 上記光走査ミラーの製造工程の第１工程における側断面図。The sectional side view in the 1st process of the manufacturing process of the said optical scanning mirror. 上記光走査ミラーの製造工程の第１工程における側断面図。The sectional side view in the 1st process of the manufacturing process of the said optical scanning mirror. 上記光走査ミラーの製造工程の第１工程における側断面図。The sectional side view in the 1st process of the manufacturing process of the said optical scanning mirror. 上記光走査ミラーの製造工程の第２工程における側断面図。The sectional side view in the 2nd process of the manufacturing process of the said optical scanning mirror. 上記光走査ミラーの製造工程の第２工程における側断面図。The sectional side view in the 2nd process of the manufacturing process of the said optical scanning mirror. 従来の光走査ミラーを示す側断面図。The sectional side view which shows the conventional optical scanning mirror. （ａ）（ｂ）（ｃ）は従来の光走査ミラーの絶縁分離部の形成手順を時系列に示した側断面図。(A), (b), (c) is a side sectional view showing the formation procedure of the insulation separation part of the conventional optical scanning mirror in time series.

Explanation of symbols

１，２１，３１光走査ミラー（半導体素子）
２ミラー部
３可動フレーム
４固定フレーム
５第１ヒンジ（支持ヒンジ）
６第２ヒンジ
９，２９，３９支持体
５０可動部
１００ＳＯＩ基板
１００ａ第１シリコン層
１００ｂ第２シリコン層
１０１ａトレンチ（絶縁分離部）
１２０酸化膜
３００ｂ高濃度ボロン拡散部
1,21,31 Optical scanning mirror (semiconductor element)
2 Mirror part 3 Movable frame 4 Fixed frame 5 First hinge (supporting hinge)
6 Second hinge 9, 29, 39 Support body 50 Movable part 100 SOI substrate 100a First silicon layer 100b Second silicon layer 101a Trench (insulation isolation part)
120 Oxide film 300b High concentration boron diffusion part

Claims

The first silicon layer and the second silicon layer are composed of an SOI (Silicon on Insulator) substrate formed by bonding each other through an oxide film,
A fixed frame is formed on the first silicon layer, the oxide film, and the second silicon layer, and the first silicon layer is pivotally supported by the fixed frame via a support spring portion and is rotatable with respect to the fixed frame. A movable part is formed, the movable part is a method for manufacturing a semiconductor structure provided with an insulating separation part that divides the movable part into a plurality of parts insulated from each other,
Etching the SOI substrate, and forming the support spring part, the movable part, and the insulating separation part in the first silicon layer;
After the first step, the second silicon layer is etched to dig a portion of the second silicon layer below the movable portion and the support spring portion, leaving a portion below the insulating separation portion. A second step,
After the second step, a portion of the oxide film exposed by digging the second silicon layer in the second step is removed and divided by the insulating separation portion below the insulating separation portion. been are both joined to a plurality of portions of the movable part, have a, a third step of forming a support consisting of the oxide film and the second silicon film,
In the second step, the thickness of the lower portion of the second silicon layer below the insulating isolation portion is
A method of manufacturing a semiconductor structure, wherein etching is performed so that the thickness of the second silicon layer is smaller than the thickness of the fixed frame .

In the first step, the oxide film is exposed by forming the insulating isolation portion.
Boron diffusion is performed on the exposed portion of the second silicon layer.
Forming a high-concentration boron diffusion portion in the second silicon layer;
In the second step, an etchant having selectivity for the high-concentration boron diffusion portion is added.
And etching the second silicon layer using the support as the high-concentration boron diffusion portion.
The method of manufacturing a semiconductor structure according to claim 1, comprising :