JP5934621B2 - Manufacturing method of optical deflector - Google Patents

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Description

本発明は、光スキャナ等に装備されるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)光偏向器の製造方法に関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) optical deflector equipped in an optical scanner or the like.

近年、画像表示装置の一形態として、光偏向器を用いて光源からの光を偏向してスクリーンに投影し、スクリーン上に画像を映し出すようにしたプロジェクションディスプレイが提案されている。光偏向器としては、例えば、半導体プロセスやマイクロマシン技術を用いたMEMSデバイスとして、半導体基板上にミラーや圧電アクチュエータ等の機構部品を一体的に形成したMEMS光偏向器が挙げられる(例:特許文献1)。   2. Description of the Related Art In recent years, as one form of an image display device, a projection display has been proposed in which light from a light source is deflected and projected onto a screen using an optical deflector, and an image is projected on the screen. Examples of the optical deflector include a MEMS optical deflector in which mechanical parts such as a mirror and a piezoelectric actuator are integrally formed on a semiconductor substrate as a MEMS device using a semiconductor process or a micromachine technique (for example, patent document). 1).

この光偏向器では、圧電アクチュエータの一端が枠部(支持部)に連結されて支持され、この圧電アクチュエータが発生したトルクを他端に連結されたトーションバー(弾性梁)に伝え、トーションバーの先に備え付けられたミラーを揺動(往復回動)させる。このような光偏向器は、小型で簡単な構造で大きな駆動力が得られるという利点がある。1つ1つの光偏向器素子はシリコンウェハを一括でパターン加工した後に、ダイシング工程により個片として切り出されてから、セラミック等のパッケージに実装されて製品となる。   In this optical deflector, one end of the piezoelectric actuator is connected to and supported by a frame portion (support portion), and torque generated by the piezoelectric actuator is transmitted to a torsion bar (elastic beam) connected to the other end. The previously installed mirror is swung (reciprocating). Such an optical deflector has an advantage that a large driving force can be obtained with a small and simple structure. Each optical deflector element is processed into a pattern after batch processing of a silicon wafer, and then cut out as a single piece by a dicing process, and then mounted on a package such as a ceramic product.

光偏向器の素子構造は直径1mm程度のミラーを細いトーションバーで支持してアクチュエータに連結している。アクチュエータの動きによってトーションバーが捩れることによりミラーが揺動する。この揺動ミラーにレーザ光線を照射することにより1次元または2次元の走査光線が得られる。ミラーの揺動を妨げないようにミラーの周辺には比較的広い空間が設けられている。特に、1つのミラーを直交する2つの回転軸線の回りに同時に揺動させる2次元光偏向器においては、可動部の領域が素子全体に占める割合が大きい。   The element structure of the optical deflector is connected to an actuator by supporting a mirror having a diameter of about 1 mm with a thin torsion bar. As the torsion bar is twisted by the movement of the actuator, the mirror swings. By irradiating the oscillating mirror with a laser beam, a one-dimensional or two-dimensional scanning beam is obtained. A relatively wide space is provided around the mirror so as not to prevent the mirror from swinging. In particular, in a two-dimensional optical deflector that simultaneously swings one mirror around two orthogonal rotation axes, the ratio of the area of the movable portion to the entire element is large.

このような素子構造に対して最も一般的なブレードダイシングで加工ウェハを各チップに個片化する工程において、高圧の純水が加工ウェハに当たる際に、MEMS光偏向器の素子構造が壊れてしまうという不具合が発生する。   In the process of dividing a processed wafer into chips by the most general blade dicing for such an element structure, the element structure of the MEMS optical deflector is broken when high-pressure pure water hits the processed wafer. This problem occurs.

この問題を避けるために、加工ウェハ表面に保護テープを貼り付けるやり方もあるが、後で同テープを剥離する際にMEMS光偏向器の素子構造が壊れてしまうという不具合が起こる。紫外線照射や加熱処理によってテープの粘着力が弱まるものを使用しても、加工ウェハ表面の複雑な構造に対しては100%素子破損を防止することができない。テープを使わずにレジストを塗布して保護層とした場合でも、後でレジストを除去する際の工程で、同素子構造が破損する不具合が発生する。   In order to avoid this problem, there is a method of attaching a protective tape to the surface of the processed wafer. However, when the tape is peeled later, there is a problem that the element structure of the MEMS optical deflector is broken. Even if a tape whose adhesive strength is weakened by ultraviolet irradiation or heat treatment is used, 100% element damage cannot be prevented for a complicated structure on the processed wafer surface. Even when a resist is applied without using a tape to form a protective layer, there is a problem in that the element structure is damaged in the process of removing the resist later.

このような不具合を解決するための手段として、ウェハレベルでガラスウェハ等と接合しておいてミラーの揺動空間を確保してからダイシングするウェハレベルパッケージが近年開発されてきている。   As means for solving such a problem, a wafer level package has been recently developed in which dicing is performed after securing a mirror swing space by bonding to a glass wafer or the like at the wafer level.

図11にウェハレベルパッケージの模式図を示す。図11において、(a)はMEMS光偏向器のパッケージ化ウェハ400の斜視図、(b)はパッケージ化ウェハ400の1区画としての1つのチップとしての光偏向器405の断面図である。   FIG. 11 shows a schematic diagram of a wafer level package. 11A is a perspective view of the packaged wafer 400 of the MEMS optical deflector, and FIG. 11B is a cross-sectional view of the optical deflector 405 as one chip as one section of the packaged wafer 400.

図11(a)において、パッケージ化ウェハ400は、本体ウェハ401を、その表及び裏の両側から透明封止材ウェハとしての表側ガラスウェハ402及び裏側ガラスウェハ403により挟むサンドイッチ構造になっている。図11(a)のパッケージ化ウェハ400は、ダイシングライン404に沿って縦及び横にダイシングされることにより、複数の光偏向器405が切り出される。   In FIG. 11A, the packaged wafer 400 has a sandwich structure in which the main body wafer 401 is sandwiched between the front side glass wafer 402 and the back side glass wafer 403 as transparent sealing material wafers from both the front and back sides. The packaged wafer 400 of FIG. 11A is diced vertically and horizontally along the dicing line 404, whereby a plurality of optical deflectors 405 are cut out.

図11(b)において、本体ウェハ401は、BOX(Buried Oxide)層414と、BOX層414の表側及び裏側に積層されるSOI(Silicon on Insulator)層415及びハンドル層416とを備えている。内部空間410は、光偏向器405の内部に形成され、ミラー部411及びアクチュエータ素子412は、SOI層415に対するエッチングにより形成されたものであり、内部空間410は、表側ガラスウェハ402の下面、裏側ガラスウェハ403の上面及び本体ウェハ401の内周面により画成され、ミラー部411等を収容するとともに、ミラー部411の変位を許容する容積を有している。   In FIG. 11B, the main body wafer 401 includes a BOX (Buried Oxide) layer 414, an SOI (Silicon on Insulator) layer 415 and a handle layer 416 that are stacked on the front and back sides of the BOX layer 414. The internal space 410 is formed inside the optical deflector 405, and the mirror unit 411 and the actuator element 412 are formed by etching the SOI layer 415. The internal space 410 is formed on the lower surface and the back side of the front glass wafer 402. It is defined by the upper surface of the glass wafer 403 and the inner peripheral surface of the main body wafer 401, and has a volume that accommodates the mirror portion 411 and the like and allows the displacement of the mirror portion 411.

図11の構造の光偏向器405の場合には、ダイシング工程におけるミラー部411及びアクチュエータ素子412の構造破損の不具合はなくなる。しかしながら、光偏向器405では、シリコン貫通電極(TSV)409を形成するか、ガラスウェハ402,403に貫通電極413を形成する必要があり、工程が複雑になるとともに、製造コストも増大するという問題がある。   In the case of the optical deflector 405 having the structure shown in FIG. 11, there is no problem of structural damage of the mirror unit 411 and the actuator element 412 in the dicing process. However, in the optical deflector 405, it is necessary to form a silicon through electrode (TSV) 409 or to form a through electrode 413 on the glass wafers 402 and 403, which complicates the process and increases the manufacturing cost. There is.

特開2010−128116号公報JP 2010-128116 A

この問題を解消するために、図11に示したようにパッケージ化ウェハ400ではなく、光偏向器の裏側(光の入射側及び反射側とは反対側)のDeep−RIE加工を先に実施して、裏側を支持基板に接合し、表側のレジストパターン形成後にブレードダイシングを先に実施してから、表側のDeep−RIE加工を実施することにより、ダイシング時の素子破損を防止しながらも、通常のパッケージを利用できるようになる提案もある。   In order to solve this problem, Deep-RIE processing is performed first on the back side of the optical deflector (on the side opposite to the light incident side and the reflection side) instead of the packaged wafer 400 as shown in FIG. The back side is bonded to the support substrate, and after the front side resist pattern is formed, blade dicing is performed first, and then front side deep-RIE processing is performed, while preventing element damage during dicing, There are also proposals to be able to use this package.

一方、MEMS光偏向器に対する要求仕様として、ミラー走査時のミラー変形の防止が近年議論されている。ミラーの変形は走査するレーザ光のスポット径を拡げたり歪めたりするので、スクリーン上の投射画像の品質の低下を招くからである。一般的な対応策として、ミラーの裏側に特許文献1/図2のような補強リブ構造を形成することが広く知られている。リブの厚みをミラーの厚みの3〜4倍に設計することにより、リブ構造によってミラーの曲げ応力に対する剛性が増大し、走査時のミラー変形を抑制することができる。   On the other hand, prevention of mirror deformation during mirror scanning has recently been discussed as a required specification for MEMS optical deflectors. This is because the deformation of the mirror widens or distorts the spot diameter of the laser beam to be scanned, thereby causing the quality of the projected image on the screen to deteriorate. As a general countermeasure, it is widely known that a reinforcing rib structure as shown in Patent Document 1 / FIG. 2 is formed on the back side of a mirror. By designing the rib thickness to be 3 to 4 times the mirror thickness, the rib structure increases the rigidity against the bending stress of the mirror and can suppress mirror deformation during scanning.

しかしながら、リブ構造の導入によりMEMS光偏向器の製造工程において新たな不具合が生じる場合がある。リブ構造という重量物をミラーの裏側に形成することにより、MEMS光偏向器の表側のDeep−RIE加工に続いて、裏側をDeep−RIE加工する際に、50μm以下の薄いSOI層で構成された素子構造がリブ構造の重量に起因する応力のために、Deep−RIE装置内にて破損してしまうものである。この不具合はダイシング工程の前のウェハプロセス工程で発生するために、前述のダイシング工程での素子破損防止策はいずれも役に立たない。リブ構造を有するMEMS光偏向器の製造工程の確立が課題となっている。   However, the introduction of the rib structure may cause a new problem in the manufacturing process of the MEMS optical deflector. By forming a heavy structure called a rib structure on the back side of the mirror, it was composed of a thin SOI layer of 50 μm or less when the back side was deep-RIE processed following the Deep-RIE processing on the front side of the MEMS optical deflector. The element structure is damaged in the Deep-RIE apparatus due to stress caused by the weight of the rib structure. Since this defect occurs in the wafer process step before the dicing step, none of the above-described element damage prevention measures in the dicing step is useful. Establishment of a manufacturing process of a MEMS optical deflector having a rib structure has been an issue.

本発明の目的は、ウェハの裏側エッチング時及びダイシング時のミラー部の破損を適切に防止することができる光偏向器の製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a method of manufacturing an optical deflector that can appropriately prevent breakage of a mirror section during wafer backside etching and dicing.

第1発明の光偏向器の製造方法は、表側にミラー面を有するミラー部と、該ミラー部を収容する表側空間部分と該ミラー部の変位を許容する裏側空間部分と画成する支持体とを備える光偏向器の製造方法であって、表側から裏側へ順番にSOI層、BOX層及びハンドル層を有するウェハに対し、その表側からのSOI層のエッチングにより、ウェハの各区画の表側に、前記表側空間部分と、前記ミラー部の表側部分とを形成する第1工程と、第1工程後のウェハに対し、その表側に、所定の溶液に対して可溶性である液状被覆剤を塗布して、表側を被覆した被覆剤層を形成し、さらに、該被覆剤層の表側を覆う支持基板を当てる第2工程と、第2工程後のウェハに対し、前記被覆剤層を介して前記支持基板を固着するとともに前記被覆剤層を固化する第3工程と、第3工程後のウェハに対し、その裏側からのハンドル層及びBOX層のエッチングにより、ウェハの各区画の裏側に、前記裏側空間部分と、前記ミラー部の裏側部分とを形成する第4工程と、第4工程後のウェハに対し、その支持基板の表側に第1テープを貼着してから、該ウェハの裏側からウェハの各区画線に沿ってダイシングを行う第5工程と、第5工程後のウェハに対し、その裏側に第2テープを貼着する第6工程と、第6工程後のウェハに対し、該ウェハを前記所定の溶液に浸漬して、前記被覆剤層及び前記支持基板を除去する第7工程とを備えることを特徴とする。   According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical deflector manufacturing method comprising: a mirror part having a mirror surface on the front side; a front side space part that accommodates the mirror part; and a back side space part that allows displacement of the mirror part; A wafer having an SOI layer, a BOX layer and a handle layer in order from the front side to the back side, by etching the SOI layer from the front side, on the front side of each section of the wafer, A first step of forming the front side space portion and the front side portion of the mirror portion, and a liquid coating agent that is soluble in a predetermined solution is applied to the front side of the wafer after the first step. A second step of forming a coating layer covering the front side and applying a support substrate covering the front side of the coating layer; and the support substrate via the coating layer with respect to the wafer after the second step. And fixing the coating layer The third step to be solidified, and the wafer after the third step are etched on the back side of each section of the wafer by etching the handle layer and the BOX layer from the back side, and the back side portion of the mirror part, A first step of attaching the first tape to the front side of the support substrate and then dicing from the back side of the wafer along each partition line of the wafer. 5 steps, a sixth step of attaching a second tape to the back side of the wafer after the fifth step, and a wafer after the sixth step, dipping the wafer in the predetermined solution, And a seventh step of removing the coating layer and the support substrate.

第1発明によれば、ウェハに対し、表側からのミラー部の表側部分の形成後、表側に液状被覆剤を塗布して支持基板を固定した状態で、裏側からのエッチングや裏側からのダイシングを行い、その後、溶液に浸漬して、被覆剤層及び支持基板を分離するので、裏側エッチング時及びダイシング時のミラー部の破損を防止することができる。   According to the first invention, after forming the front side portion of the mirror portion from the front side, the wafer is subjected to etching from the back side and dicing from the back side in a state where the liquid coating agent is applied to the front side and the support substrate is fixed. This is followed by immersion in a solution to separate the coating layer and the support substrate, so that the mirror part can be prevented from being damaged during backside etching and dicing.

第2発明の光偏向器の製造方法では、第1発明の第4工程で形成するミラー部の裏側部分はリブである。   In the method of manufacturing the optical deflector according to the second aspect of the invention, the back side portion of the mirror portion formed in the fourth step of the first aspect is a rib.

第2発明によれば、ミラー部の補強のためにミラー部にリブを付加する場合、リブはミラー部の裏側に形成される。このリブの付加によってミラー部の重量が増大し、ダイシング時にミラー部の破損の可能性が増えるが、第3工程でウェハの表側を支持基板で支持してから、第4工程でウェハの裏側からのエッチングによるリブの形成を行い、第5工程でダイシングを行うことにより、第4及び第5工程でのミラー部の破損を確実に防止することができる。   According to the second invention, when a rib is added to the mirror portion for reinforcing the mirror portion, the rib is formed on the back side of the mirror portion. The addition of this rib increases the weight of the mirror part and increases the possibility of breakage of the mirror part during dicing. However, after the front side of the wafer is supported by the support substrate in the third step, from the back side of the wafer in the fourth step. By forming ribs by etching and performing dicing in the fifth step, it is possible to reliably prevent the mirror portion from being damaged in the fourth and fifth steps.

第3発明の光偏向器の製造方法は、第1又は第2発明において、前記支持基板が、シリコンウェハ又はガラスであることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the support substrate is a silicon wafer or glass.

第3発明によれば、安価で信頼性の高い支持基板を使用することができる。   According to the third invention, an inexpensive and highly reliable support substrate can be used.

第4発明の光偏向器の製造方法は、第1〜第3発明において、前記液状被覆剤が、液状ワックスであり、前記所定の溶液は、イソプロピルアルコール又はアルカリ性溶液であることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the method for manufacturing an optical deflector according to any one of the first to third aspects, wherein the liquid coating agent is a liquid wax, and the predetermined solution is isopropyl alcohol or an alkaline solution.

第4発明によれば、液状被覆剤及び溶液の信頼性を高めて、液状被覆剤及び支持基板の固定及び分離を円滑化することができる。   According to the fourth invention, the reliability of the liquid coating agent and the solution can be improved, and the fixing and separation of the liquid coating agent and the support substrate can be facilitated.

第5発明の光偏向器の製造方法は、第1〜第4発明において、前記第1及び第2テープが、紫外線により粘着力が低下する性質をもつものであることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an optical deflector according to any one of the first to fourth aspects, wherein the first and second tapes have a property that adhesive strength is reduced by ultraviolet rays.

第5発明よれば、チップの捕捉及び分離についてテープの信頼性を高めることができる。   According to the fifth aspect of the invention, the reliability of the tape can be improved with respect to capturing and separating the chips.

光偏向器の構成図。The block diagram of an optical deflector. ミラー部の詳細な構造図。The detailed structure figure of a mirror part. MEMS光偏向器のチップ構造図。The chip structure figure of a MEMS optical deflector. MEMS光偏向器の製造方法の主要工程全体の前側部分の工程図。The process drawing of the front side part of the whole main process of the manufacturing method of a MEMS optical deflector. MEMS光偏向器の製造方法の主要工程全体の後ろ側部分の工程図。The process figure of the back side part of the whole main process of the manufacturing method of a MEMS optical deflector. 2軸MEMS光偏向器の作製方法の第1部分の工程図。Process drawing of the 1st part of the preparation methods of a biaxial MEMS optical deflector. 図6の工程に続く第2部分の工程図。Process drawing of the 2nd part following the process of FIG. 図7の工程に続く第3部分の工程図。Process drawing of the 3rd part following the process of FIG. 図8の工程に続く第4部分の工程図。Process drawing of the 4th part following the process of FIG. 図9の工程に続く第5部分の工程図。FIG. 10 is a process diagram of a fifth part following the process of FIG. 9. 従来技術としてのウェハレベルパッケージの模式図を示す。The schematic diagram of the wafer level package as a prior art is shown.

図1を参照して、光偏向器1の構成について説明する。光偏向器1は、中心に配置されるミラー部2、ミラー部2を外側から包囲する内側矩形枠部3、及び内側矩形枠部3を外側から包囲する表外側矩形枠部分4を備えている。なお、光偏向器1の外側矩形枠部24(本発明の支持体に相当)は、表外側矩形枠部分4と、後述の図3の裏外側矩形枠部分23とから構成される。   The configuration of the optical deflector 1 will be described with reference to FIG. The optical deflector 1 includes a mirror part 2 disposed at the center, an inner rectangular frame part 3 surrounding the mirror part 2 from the outside, and an outer rectangular frame part 4 surrounding the inner rectangular frame part 3 from the outside. . The outer rectangular frame portion 24 (corresponding to the support of the present invention) of the optical deflector 1 is composed of a front outer rectangular frame portion 4 and a back outer rectangular frame portion 23 of FIG.

説明の便宜上、光偏向器1の縦方向及び横方向を、それぞれ表外側矩形枠部分4の短辺に平行な方向及び長辺に平行な方向と定義する。図1では、左斜め下−右斜め上が光偏向器1の縦方向であり、左斜め上−右斜め下が光偏向器1の横方向となる。また、光偏向器1が、光を入射及び反射する側を光偏向器1の表側と定義し、表側とは反対側を光偏向器1の裏側と定義する。さらに、光偏向器1の表側及び裏側を適宜、光偏向器1の正面側及び背面側という。   For convenience of explanation, the vertical direction and the horizontal direction of the optical deflector 1 are defined as a direction parallel to the short side and a direction parallel to the long side of the outer rectangular frame part 4, respectively. In FIG. 1, the left diagonally lower-right diagonally upward is the vertical direction of the optical deflector 1, and the left diagonally upper-right diagonally downward is the lateral direction of the optical deflector 1. Further, the side on which the light deflector 1 enters and reflects light is defined as the front side of the light deflector 1, and the side opposite to the front side is defined as the back side of the light deflector 1. Furthermore, the front side and the back side of the optical deflector 1 are referred to as the front side and the back side of the optical deflector 1 as appropriate.

1対のトーションバー5は、その軸線を縦方向に揃えて、ミラー部2に対して縦方向両側に配設され、ミラー部2に先端側を結合している。トーションバー5の基端側は内側矩形枠部3の横辺の内周側の中心部に結合している。なお、トーションバー5の基端側は内側矩形枠部3から離れていてもよい。その場合、トーションバー5の基端部は内側アクチュエータ6のみにより内側矩形枠部3に支持される。   The pair of torsion bars 5 are arranged on both sides in the vertical direction with respect to the mirror part 2 with their axes aligned in the vertical direction, and the tip side is coupled to the mirror part 2. The base end side of the torsion bar 5 is coupled to the central portion on the inner peripheral side of the lateral side of the inner rectangular frame portion 3. The base end side of the torsion bar 5 may be separated from the inner rectangular frame portion 3. In that case, the base end portion of the torsion bar 5 is supported by the inner rectangular frame portion 3 only by the inner actuator 6.

1対の内側アクチュエータ6は、カンチレバー式の圧電アクチュエータであり、各トーションバー5の横方向両側に配設され、先端側をトーションバー5の基端部に結合し、基端側を内側矩形枠部3の縦辺部に結合している。内側アクチュエータ6は、トーションバー5の基端部をトーションバー5の軸線回りに所定の振動数で往復回動させて、ミラー部2を第1回転軸線の回りに往復回動させる。   The pair of inner actuators 6 are cantilever-type piezoelectric actuators, which are disposed on both lateral sides of each torsion bar 5, the distal end side is coupled to the proximal end portion of the torsion bar 5, and the proximal end side is an inner rectangular frame. It is coupled to the vertical side of the part 3. The inner actuator 6 reciprocates the base end portion of the torsion bar 5 around the axis of the torsion bar 5 at a predetermined frequency, and reciprocates the mirror unit 2 around the first rotation axis.

ここで、第1回転軸線とは、ミラー部2の中心を通りかつトーションバー5の軸線に対して平行な直線と定義する。後述の第2回転軸線とは、ミラー部2の中心において第1回転軸線とほぼ直交する直線と定義する。第1及び第2回転軸線は後述のミラー面10上に定義される直線となっている。   Here, the first rotation axis is defined as a straight line that passes through the center of the mirror portion 2 and is parallel to the axis of the torsion bar 5. The second rotation axis described later is defined as a straight line that is substantially orthogonal to the first rotation axis at the center of the mirror unit 2. The first and second rotation axes are straight lines defined on a mirror surface 10 described later.

圧電式の1対の外側アクチュエータ7は、内側矩形枠部3に対して横方向両側に配設され、4つのカンチレバーが直列に結合した構造となっており、基端側において表外側矩形枠部分4の縦辺部に結合し、先端側において内側矩形枠部3の縦辺部に結合している。各外側アクチュエータ7は、それを構成する全カンチレバーの先端側を基端側に対して表側及び裏側のいずれかに一斉にかつ所定の周期で交互に撓ませて、ミラー部2を第2回転軸線の回りに往復回動させる。   The pair of piezoelectric outer actuators 7 is arranged on both sides in the lateral direction with respect to the inner rectangular frame portion 3 and has a structure in which four cantilevers are connected in series. 4 is coupled to the vertical side portion of the inner rectangular frame portion 3 on the front end side. Each outer actuator 7 bends the front end side of all the cantilevers constituting the same to either the front side or the back side alternately at a predetermined cycle with respect to the base end side, and causes the mirror unit 2 to move to the second rotation axis. Reciprocate around.

電極パッド8,9は、表外側矩形枠部分4の一方及び他方の縦辺部の表側の面にそれぞれ配備され、光偏向器1内の配線を介して内側アクチュエータ6及び外側アクチュエータ7の電極端子に接続されている。   The electrode pads 8 and 9 are respectively provided on the front side surfaces of one and the other vertical sides of the outer rectangular frame portion 4, and are electrode terminals of the inner actuator 6 and the outer actuator 7 via wiring in the optical deflector 1. It is connected to the.

図2を参照して、ミラー部2の構造を詳細に説明する。図2において、(a)はミラー部2の背面図、(b)はミラー部2の側面図である。ミラー面10は、ミラー部2の表側の面として形成され、表側の一定方向からの入射光を、法線の向きに応じた反射角度で表側に反射する。環状リブ11は、ミラー部2の裏側に立設され、ミラー部2の本体の円形周縁に沿って円周壁状に形成される。環状リブ11は、ミラー部2を補強して、ミラー部2の往復回動中のミラー面10の歪みを抑制する。   The structure of the mirror unit 2 will be described in detail with reference to FIG. 2A is a rear view of the mirror unit 2, and FIG. 2B is a side view of the mirror unit 2. The mirror surface 10 is formed as a surface on the front side of the mirror portion 2 and reflects incident light from a certain direction on the front side to the front side at a reflection angle corresponding to the direction of the normal. The annular rib 11 is erected on the back side of the mirror part 2 and is formed in a circumferential wall shape along the circular peripheral edge of the main body of the mirror part 2. The annular rib 11 reinforces the mirror part 2 and suppresses distortion of the mirror surface 10 during the reciprocating rotation of the mirror part 2.

光偏向器1の作用について簡単に説明する。ミラー部2は、内側アクチュエータ6及び外側アクチュエータ7の作動により第1及び第2回転軸線の回りにそれぞれの所定の周期で往復回動しつつ、図示していない光源(例:レーザ光源)からの一定方向の光を表側からミラー面10に入射され、該光を第1及び第2回転軸線の回りの回転角に応じた角度で反射して、表側に出射する。光偏向器1からの出射光は、横方向及び縦方向へ所定の走査角範囲かつ所定の振動数で往復する走査光となる。   The operation of the optical deflector 1 will be briefly described. The mirror unit 2 reciprocally rotates around the first and second rotation axes by the operation of the inner actuator 6 and the outer actuator 7, respectively, from a light source (not shown) (for example, a laser light source). Light in a certain direction is incident on the mirror surface 10 from the front side, and the light is reflected at an angle corresponding to the rotation angle around the first and second rotation axes and emitted to the front side. The outgoing light from the optical deflector 1 becomes scanning light that reciprocates in a predetermined scanning angle range and a predetermined frequency in the horizontal and vertical directions.

光偏向器1とその光源とは光スキャナに実装され、該光スキャナは、例えば、プロジェクタ、バーコードリーダ、レーザプリンタ、レーザヘッドアンプ、又はヘッドアップディスプレイ等に装備される。   The optical deflector 1 and its light source are mounted on an optical scanner, and the optical scanner is installed in, for example, a projector, a barcode reader, a laser printer, a laser head amplifier, or a head-up display.

図3を参照して、MEMS光偏向器1のチップ構造について説明する。光偏向器1は、表側から裏側へ順番に積層体15、SOI層16、BOX層17、ハンドル層18、接合層19及び支持基板20から成る。   The chip structure of the MEMS optical deflector 1 will be described with reference to FIG. The optical deflector 1 includes a laminate 15, an SOI layer 16, a BOX layer 17, a handle layer 18, a bonding layer 19, and a support substrate 20 in order from the front side to the back side.

積層体15は、裏側(図3の下側)から表側へ順番に、Ti(チタン。TiOxでも可)から成る下部電極密着層31、Pt(プラチナ)から成る下部電極層32、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)から成る圧電素子層33、Pt(プラチナ)から成る上部電極層34を有している。被覆層37は、SiO(二酸化ケイ素)から成り、下部電極密着層31、下部電極層32、圧電素子層33及び上部電極層34の表面を被覆している。 The laminated body 15 is composed of a lower electrode adhesion layer 31 made of Ti (titanium, TiOx), a lower electrode layer 32 made of Pt (platinum), PZT (titanate) in order from the back side (lower side in FIG. 3) to the front side. A piezoelectric element layer 33 made of lead zirconate) and an upper electrode layer 34 made of Pt (platinum) are provided. The covering layer 37 is made of SiO 2 (silicon dioxide) and covers the surfaces of the lower electrode adhesion layer 31, the lower electrode layer 32, the piezoelectric element layer 33 and the upper electrode layer 34.

SOI層16はSi(ケイ素)から成る。BOX層17は酸化膜としてのSiO(二酸化ケイ素)から成る。ハンドル層18はSi(ケイ素)から成る。接合層19はSiO(二酸化ケイ素)から成る。支持基板20はSi(ケイ素)の層から成る。 The SOI layer 16 is made of Si (silicon). The BOX layer 17 is made of SiO 2 (silicon dioxide) as an oxide film. The handle layer 18 is made of Si (silicon). The bonding layer 19 is made of SiO 2 (silicon dioxide). The support substrate 20 is made of a Si (silicon) layer.

積層体15及びSOI層16からは、MEMS構造物として、ミラー部2、表外側矩形枠部分4、内側アクチュエータ6、外側アクチュエータ7及び電極パッド8,9が作製される。ハンドル層18からは、MEMS構造物として、環状リブ11及び裏外側矩形枠部分23が形成される。裏外側矩形枠部分23は、内外周の輪郭が表外側矩形枠部分4と同一になっている。表外側矩形枠部分4及び裏外側矩形枠部分23は、相互に接合し、外側矩形枠部24を構成する。   From the laminate 15 and the SOI layer 16, the mirror part 2, the outer rectangular frame part 4, the inner actuator 6, the outer actuator 7, and the electrode pads 8 and 9 are produced as MEMS structures. From the handle layer 18, the annular rib 11 and the back outer side rectangular frame part 23 are formed as a MEMS structure. The back outer rectangular frame portion 23 has the same inner and outer contours as the outer rectangular frame portion 4. The front outer rectangular frame portion 4 and the back outer rectangular frame portion 23 are joined to each other to form an outer rectangular frame portion 24.

内周側空間27は、外側矩形枠部24の内周側に画成され、表側からのSOI層16により表側空間部分を形成され、また、裏側からのBOX層17及びハンドル層18のエッチングにより裏側空間部分を形成される。内周側空間27は、ミラー部2、内側アクチュエータ6及び外側アクチュエータ7の可動部を収容しつつ、それら可動部の変位を許容する空間となっている。   The inner peripheral space 27 is defined on the inner peripheral side of the outer rectangular frame portion 24, and a front side space portion is formed by the SOI layer 16 from the front side, and by etching of the BOX layer 17 and the handle layer 18 from the back side A back space part is formed. The inner circumferential space 27 is a space that accommodates the movable portions of the mirror portion 2, the inner actuator 6, and the outer actuator 7 and allows displacement of these movable portions.

図4及び図5を参照して、MEMS光偏向器の製造方法の主要な工程S1〜S10について説明する。なお、理解しやすくするためにMEMS光偏向器の電極、配線、層間絶縁膜、アクチュエータ及びミラーの作製工程は省略し、MEMS加工ウェハのシリコン加工(Deep−RIE工程)の部分のみを図示している。   With reference to FIG.4 and FIG.5, main process S1-S10 of the manufacturing method of a MEMS optical deflector is demonstrated. For the sake of easy understanding, the fabrication process of the electrodes, wiring, interlayer insulating film, actuator and mirror of the MEMS optical deflector is omitted, and only the silicon processing (Deep-RIE process) portion of the MEMS processed wafer is illustrated. Yes.

以下では、工程S1〜S10の各工程の終了段階のMEMS加工ウェハを、符号「101」〜「110」により指示する。   In the following, the MEMS processed wafer at the end stage of each of the steps S1 to S10 is indicated by reference numerals “101” to “110”.

工程S1開始前のMEMS加工ウェハは裏側から順番に酸化膜層125、ハンドル層126、BOX層127、SOI層128及び積層体129を備える。これら酸化膜層125、ハンドル層126、BOX層127、SOI層128及び積層体129は、図3の接合層19、ハンドル層18、BOX層17、SOI層16及び積層体15に対応している。   The MEMS processed wafer before the start of step S1 includes an oxide film layer 125, a handle layer 126, a BOX layer 127, an SOI layer 128, and a stacked body 129 in order from the back side. The oxide film layer 125, the handle layer 126, the BOX layer 127, the SOI layer 128, and the stacked body 129 correspond to the bonding layer 19, the handle layer 18, the BOX layer 17, the SOI layer 16, and the stacked body 15 in FIG. .

図4の工程S1では、表側より表側部分としてのSOI層128及び積層体129をDeep−RIEでエッチングして、素子形成部132、及び素子形成部132を囲う表側枠形成部133を形成する。素子形成部132は、図3のミラー部2、内側アクチュエータ6及び外側アクチュエータ7の可動部の総体に対応し、表側枠形成部133は図3の表外側矩形枠部分4に対応する。工程S1は本発明の第1工程に相当する。   4, the SOI layer 128 and the stacked body 129 as the front side portion are etched from the front side by Deep-RIE to form the element forming portion 132 and the front side frame forming portion 133 surrounding the element forming portion 132. The element forming portion 132 corresponds to the entire movable portion of the mirror portion 2, the inner actuator 6, and the outer actuator 7 in FIG. 3, and the front side frame forming portion 133 corresponds to the front outer rectangular frame portion 4 in FIG. Step S1 corresponds to the first step of the present invention.

工程S2では、加工したSOI層128及び積層体129の上に本発明の液状被覆剤としての液状ワックスを塗布して、工程S1のエッチング加工で表側にできた段差を埋め、平坦なワックス層135(本発明の被覆剤層に相当)を形成する。液状ワックスの一例として、日化精工株式会社のスカイコート(商品名。テンペン樹脂系)や同社のスペースリキッド(登録商標。テンペンフェノール樹脂系)がある。工程S2は本発明の第2工程に相当する。   In step S2, a liquid wax as the liquid coating agent of the present invention is applied on the processed SOI layer 128 and laminate 129, and the step formed on the front side by the etching process in step S1 is filled, and the flat wax layer 135 is filled. (Corresponding to the coating layer of the present invention). As an example of the liquid wax, there is Nichika Seiko Co., Ltd. Sky Coat (trade name. Tempen resin type) and the company's Space Liquid (registered trademark: Tempen Phenol resin type). Step S2 corresponds to the second step of the present invention.

工程S3では、工程S2のMEMS加工ウェハ102の上に支持基板137を載せて加重加熱することにより、ワックス層135を固化して、支持基板137にMEMS加工ウェハ102を仮接合する。工程S3は本発明の第3工程に相当する。支持基板137の材料は、例えばシリコンウェハ又はガラスである。   In step S <b> 3, the support substrate 137 is placed on the MEMS processed wafer 102 in step S <b> 2 and heated under load to solidify the wax layer 135 and temporarily bond the MEMS processed wafer 102 to the support substrate 137. Step S3 corresponds to the third step of the present invention. The material of the support substrate 137 is, for example, a silicon wafer or glass.

工程S4では、酸化膜層125及びハンドル層126をDeep−RIEで中間の深さまでエッチング加工し、工程S5では、さらなるDeep−RIEで、BOX層127まで掘り下げて、酸化膜層125と、ハンドル層126及びBOX層127の該当部位を除去し、リブ形成部145及び裏側枠形成部146を形成する。   In step S4, the oxide film layer 125 and the handle layer 126 are etched to an intermediate depth by Deep-RIE. In Step S5, the oxide film layer 125, the handle layer, and the handle layer are digged down to the BOX layer 127 by further Deep-RIE. 126 and the corresponding portions of the BOX layer 127 are removed, and the rib forming part 145 and the back side frame forming part 146 are formed.

リブ形成部145は図3の環状リブ11に相当し、裏側枠形成部146は図3の裏外側矩形枠部分23に相当する。裏側枠形成部146が画成する内部空間147は図3の内周側空間27の裏側部分に相当する。工程S4,S5は本発明の第4工程に相当する。   The rib forming portion 145 corresponds to the annular rib 11 in FIG. 3, and the back side frame forming portion 146 corresponds to the back outside rectangular frame portion 23 in FIG. The internal space 147 defined by the back frame forming portion 146 corresponds to the back side portion of the inner circumferential space 27 of FIG. Steps S4 and S5 correspond to the fourth step of the present invention.

図5の工程S6では、工程S5のMEMS加工ウェハ105の支持基板側に、リムに張ったUVタイプ(紫外線の照射によってテープの粘着力が弱まる性質をもつもの)のダイシングテープ151を貼り付ける。UVタイプのダイシングテープ151(本発明の第1テープに相当)及び後述のダイシングテープ157(本発明の第2テープに相当)の一例として、例えばリンテック株式会社のD−176/181/185(商品名)がある。工程S6は本発明の第5工程に相当する。   In step S6 of FIG. 5, a dicing tape 151 of UV type (having a property that the adhesive strength of the tape is weakened by irradiation of ultraviolet rays) stretched on the rim is attached to the support substrate side of the MEMS processed wafer 105 in step S5. As an example of a UV type dicing tape 151 (corresponding to the first tape of the present invention) and a dicing tape 157 (corresponding to the second tape of the present invention) described later, for example, D-176 / 181/185 (product of Lintec Corporation) Name). Step S6 corresponds to the fifth step of the present invention.

工程S7では、ハンドル層126の裏側を上側にしてブレードダイシング装置にて、仮接合した支持基板137ごと各区画線に沿って個々のチップ(本発明の)にフルダイス154する。工程S7は本発明の第5工程に相当する。   In step S7, the full dice 154 are formed on each chip (of the present invention) along each partition line together with the temporarily bonded support substrate 137 using a blade dicing apparatus with the back side of the handle layer 126 facing upward. Step S7 corresponds to the fifth step of the present invention.

工程S8では、リムに張った別のUVタイプのダイシングテープ157にハンドル層126の裏側を貼付けてから、支持基板137側に貼り付けたダイシングテープ151に対してUV光を照射し、ダイシングテープ151を剥離・除去する。このことは、MEMS加工ウェハをダイシングテープ151からダイシングテープ157へ載せ替えたことになる。工程S8は本発明の第6工程に相当する。   In step S8, the back side of the handle layer 126 is attached to another UV type dicing tape 157 stretched on the rim, and then the dicing tape 151 attached to the support substrate 137 side is irradiated with UV light, thereby dicing tape 151. Is peeled off and removed. This means that the MEMS processed wafer is transferred from the dicing tape 151 to the dicing tape 157. Step S8 corresponds to the sixth step of the present invention.

工程S9では、工程S8の載せ替え後のMEMS加工ウェハ108をダイシングテープ157ごと、IPA(イソプロピルアルコール)溶液中に浸漬する。数10分から数時間の浸漬によりワックス層135(工程S8参照)の液状ワックスがIPA溶液に溶解し、MEMS加工ウェハ108に仮接合された支持基板137がワックスごと剥離・除去される。工程S9は本発明の第7工程に相当する。   In step S9, the MEMS processed wafer 108 after the replacement in step S8 is immersed in an IPA (isopropyl alcohol) solution together with the dicing tape 157. By immersion for several tens of minutes to several hours, the liquid wax of the wax layer 135 (see step S8) is dissolved in the IPA solution, and the support substrate 137 temporarily bonded to the MEMS processed wafer 108 is peeled and removed together with the wax. Step S9 corresponds to the seventh step of the present invention.

工程S10では、工程S9のMEMS加工ウェハ109をダイシングテープ157ごとIPA等の有機溶液で洗浄、乾燥することにより、ダイシングテープ157上にMEMS光偏向器のチップ160が整列した状態のワーク110が得られる。   In step S10, the MEMS processed wafer 109 in step S9 is washed with an organic solution such as IPA together with the dicing tape 157 and dried to obtain the workpiece 110 in which the MEMS optical deflector chips 160 are aligned on the dicing tape 157. It is done.

この後、ダイシングテープ157をエキスパンドして、MEMS光偏向器のチップ160間の距離を拡げてから、ダイシングテープ157にUV光を照射して粘着力を低下させれば、各チップを個片としてピックアップできる状態になる。   Thereafter, the dicing tape 157 is expanded to increase the distance between the chips 160 of the MEMS optical deflector, and then the UV light is applied to the dicing tape 157 to reduce the adhesive force. The camera can be picked up.

この後、ダイボンド工程の前に電気的検査を実施し、良品チップと不良チップとの選別マーキングを行い、良品チップのみをピックアップしてパッケージ品として仕上げる。なお、液状ワックスは、IPAに可溶性なものに限定されることはなく、MEMS加工ウェハとダイシングテープに悪影響を及ぼさないものであれば、何でもよい。例えば、ある種のアルカリ水溶液(本発明のアルカリ性溶液に相当)に可溶な液状ワックスも十分に使用可能である。   After this, an electrical inspection is performed before the die bonding step, and a non-defective chip and a defective chip are selectively marked, and only the non-defective chip is picked up and finished as a package product. The liquid wax is not limited to those soluble in IPA, and any liquid wax may be used as long as it does not adversely affect the MEMS processed wafer and the dicing tape. For example, a liquid wax that is soluble in a certain alkaline aqueous solution (corresponding to the alkaline solution of the present invention) can be sufficiently used.

図4及び図5の製作方法によれば、簡単な工程の組合せにより裏側のDeep−RIE加工時の素子破損を防止でき、かつ、生産コストの安い通常のブレードダイシングを用いながらも、ミラー、トーションバー、アクチュエータの各可動部を破損することなく、ダイシングによるチップへの個片化を実施できる。   According to the manufacturing method of FIG. 4 and FIG. 5, it is possible to prevent damage to the element during deep-RIE processing on the back side by a combination of simple processes, and to use a mirror and torsion while using normal blade dicing at a low production cost. Dividing into chips by dicing can be performed without damaging each movable part of the bar and actuator.

また、支持基板に仮接合するものの、最終的には除去するので、一般的なパッケージに実装することができる。ウェハレベルパッケージが前提ではないので、MEMS光偏向器の素子構造はシリコン貫通電極(図11)を形成する必要はなく、一般的な電極構造とすることができる。この結果、歩留りが高く、かつ、低コストとなる。さらに、ウェハレベルパッケージ(図11参照)と異なり、パッケージングの前にテスティングが実施可能であるので、不良チップまでもパッケージの形にしてしまうことがなく、効率の良い生産が可能となる。   Further, although temporarily bonded to the support substrate, it is finally removed, so that it can be mounted on a general package. Since the wafer level package is not a premise, the element structure of the MEMS optical deflector does not need to form a through silicon via (FIG. 11) and can be a general electrode structure. As a result, the yield is high and the cost is low. Further, unlike the wafer level package (see FIG. 11), since testing can be performed before packaging, even defective chips are not formed into a package, and efficient production is possible.

次に、図6〜図10を参照して、圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)の薄膜をアクチュエータに用いる圧電駆動型の2軸MEMS光偏向器を作製するときの工程を、より具体的に以下に説明する。なお、図6〜図10で説明する圧電駆動MEMS光偏向器の構造は図3に示した素子構造から支持基板20を除いたものになる。また、工程S21〜S35の各工程の終了段階のMEMS加工ウェハを符号「221」〜「235」により指示する。各工程の説明図は全て1つのMEMS光偏向器チップの断面に対応したものである。   Next, referring to FIG. 6 to FIG. 10, a process for manufacturing a piezoelectric drive type two-axis MEMS optical deflector using a piezoelectric material lead zirconate titanate (PZT) thin film as an actuator is further performed. This will be specifically described below. The structure of the piezoelectric drive MEMS optical deflector described with reference to FIGS. 6 to 10 is obtained by removing the support substrate 20 from the element structure shown in FIG. In addition, the MEMS processed wafers at the end stage of the respective steps S21 to S35 are designated by reference numerals “221” to “235”. All the explanatory diagrams of each step correspond to the cross section of one MEMS optical deflector chip.

工程S1前のSOIウェハ240は、裏側から順番に酸化膜層241、ハンドル層242、BOX酸化膜層243及びSOI層244から成る。酸化膜層241、ハンドル層242、BOX酸化膜層243及びSOI層244は、図3の接合層19、ハンドル層18、BOX層17及びSOI層16に対応している。寸法を例示すると、SOI層244の厚みは50μm、BOX酸化膜層243の厚みは2μm、ハンドル層242の厚みは400μmである。   The SOI wafer 240 before step S1 includes an oxide film layer 241, a handle layer 242, a BOX oxide film layer 243, and an SOI layer 244 in order from the back side. The oxide film layer 241, the handle layer 242, the BOX oxide film layer 243, and the SOI layer 244 correspond to the bonding layer 19, the handle layer 18, the BOX layer 17, and the SOI layer 16 of FIG. For example, the SOI layer 244 has a thickness of 50 μm, the BOX oxide film layer 243 has a thickness of 2 μm, and the handle layer 242 has a thickness of 400 μm.

図6の工程S21では、この初期のSOIウェハ240の表面に拡散炉によって厚さ500nmの熱酸化シリコン膜245を形成した。   In step S21 of FIG. 6, a thermal silicon oxide film 245 having a thickness of 500 nm was formed on the surface of the initial SOI wafer 240 by a diffusion furnace.

工程S22では、Siウェハ221の表側にスパッタ法によってTi層及びPt層をそれぞれの厚みが50nm及び150nmになるように順次成膜し、下部電極251を形成した。下部電極251のTi層及びPt層は、図3の下部電極密着層31及び下部電極層32に相当する。   In step S22, a Ti layer and a Pt layer were sequentially formed on the front side of the Si wafer 221 by sputtering so that the respective thicknesses were 50 nm and 150 nm, thereby forming the lower electrode 251. The Ti layer and the Pt layer of the lower electrode 251 correspond to the lower electrode adhesion layer 31 and the lower electrode layer 32 of FIG.

次に、反応性アーク放電イオンプレーティング法によって圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛(以下PZT)の膜を厚み3μmで下部電極251上に成膜し、圧電PZT膜255を形成した。その後、スパッタ法によってPt層257を厚み150nmで圧電PZT膜255上に成膜して、上部電極を形成した。圧電PZT膜255及びPt層257は、図3の圧電素子層33及び上部電極層34に相当する。   Next, a film of lead zirconate titanate (hereinafter referred to as PZT), which is a piezoelectric material, was formed on the lower electrode 251 by a reactive arc discharge ion plating method to form a piezoelectric PZT film 255. Thereafter, a Pt layer 257 having a thickness of 150 nm was formed on the piezoelectric PZT film 255 by sputtering to form an upper electrode. The piezoelectric PZT film 255 and the Pt layer 257 correspond to the piezoelectric element layer 33 and the upper electrode layer 34 in FIG.

工程S23では、基板表面にフォトリソ技術及びドライエッチング技術により、非共振駆動で内側矩形枠部3を駆動する外側アクチュエータ7と、ミラー部2の共振駆動用の内側アクチュエータ6とに対応するパターンを形成する。工程S23は本発明の第1工程に相当する。   In step S23, a pattern corresponding to the outer actuator 7 that drives the inner rectangular frame portion 3 by non-resonance driving and the inner actuator 6 for resonance driving of the mirror portion 2 is formed on the substrate surface by photolithography and dry etching techniques. To do. Step S23 corresponds to the first step of the present invention.

まず、Pt層257とPZT膜255のパターニングを行い、外側アクチュエータ7に対応する上部電極及び圧電PZT膜と、内側アクチュエータ6に対応する上部電極及び圧電PZT膜のパターンを形成した。同様に、下部電極251とその下の酸化シリコン膜もパターニングを行い、外側アクチュエータ7について下部電極及び酸化シリコン膜、内側アクチュエータ6について下部電極及び酸化シリコン膜のパターンを作製した。   First, the Pt layer 257 and the PZT film 255 were patterned to form a pattern of the upper electrode and piezoelectric PZT film corresponding to the outer actuator 7 and the upper electrode and piezoelectric PZT film corresponding to the inner actuator 6. Similarly, the lower electrode 251 and the underlying silicon oxide film were also patterned, and the lower electrode and silicon oxide film for the outer actuator 7 and the lower electrode and silicon oxide film pattern for the inner actuator 6 were produced.

工程S24では、工程S23のウェハ223の表面全体にプラズマCVDで厚み500nmの酸化シリコン膜273を形成する。   In step S24, a silicon oxide film 273 having a thickness of 500 nm is formed on the entire surface of the wafer 223 in step S23 by plasma CVD.

図7の工程S25では、基板表面にフォトリソでレジストパターンを形成して、ドライエッチングで一部の酸化シリコン膜を除去し、下部電極及び上部電極に対応するコンタクトホール276と、単結晶シリコンを加工する箇所277の酸化シリコンをドライエッチングで除去する。   In step S25 of FIG. 7, a resist pattern is formed on the substrate surface by photolithography, a part of the silicon oxide film is removed by dry etching, and the contact hole 276 corresponding to the lower electrode and the upper electrode and the single crystal silicon are processed. The silicon oxide at the location 277 to be removed is removed by dry etching.

工程S26では、フォトリソでレジストパターンを形成してからAlCu(1%Cu)膜をスパッタ成膜し、リフトオフにより配線パターンを形成する。すなわち、PZTアクチュエータの下部電極と上部電極を光偏向器外周部の電極パッドへAlCu膜の配線280を介して電気的に接続する。   In step S26, a resist pattern is formed by photolithography, an AlCu (1% Cu) film is formed by sputtering, and a wiring pattern is formed by lift-off. That is, the lower electrode and the upper electrode of the PZT actuator are electrically connected to the electrode pad on the outer periphery of the optical deflector via the AlCu film wiring 280.

工程S27では、フォトリソでレジストパターンを形成してからTi、Agを順次スパッタ成膜し、リフトオフによってミラー部2のミラー面10の層287を形成する。   In step S27, after forming a resist pattern with photolithography, Ti and Ag are sequentially formed by sputtering, and a layer 287 of the mirror surface 10 of the mirror portion 2 is formed by lift-off.

ここまでの工程で、Deep−RIEによるシリコン加工の前工程が完了する。その後のシリコン加工の工程について以下に説明する。   With the steps so far, the pre-process of silicon processing by deep-RIE is completed. Subsequent silicon processing steps will be described below.

工程S28では、表側のSOI層をDeep−RIEでエッチングしてミラー部2、表外側矩形枠部分4、トーションバー5、内側アクチュエータ6及び外側アクチュエータ7の素子構造を形成する。   In step S28, the front SOI layer is etched by Deep-RIE to form element structures of the mirror part 2, the outer rectangular frame part 4, the torsion bar 5, the inner actuator 6, and the outer actuator 7.

図8の工程S29では、加工したSOI層の上にスピンナー装置等を用いて液状ワックスを塗布してエッチング加工でできた構造の段差を埋め、平坦なワックス層290を形成する。工程S29は本発明の第2工程に相当する。   In step S29 of FIG. 8, a liquid wax is applied on the processed SOI layer using a spinner apparatus or the like to fill the steps of the structure formed by etching, and a flat wax layer 290 is formed. Step S29 corresponds to the second step of the present invention.

工程S30では、100℃〜150℃に加熱したMEMS加工ウェハ229のワックス層290の上に支持基板292を置き、適切な加重(例:1kN)をかけながら冷却することによりMEMS加工ウェハ229に支持基板292を仮接合する。この時、真空中で貼り合わせると空気ボイドを含まない良好な接合状態を形成できる。工程S30は本発明の第3工程に相当する。   In step S30, the support substrate 292 is placed on the wax layer 290 of the MEMS processed wafer 229 heated to 100 ° C. to 150 ° C., and is supported on the MEMS processed wafer 229 by cooling while applying an appropriate load (eg, 1 kN). The substrate 292 is temporarily joined. At this time, if bonded together in a vacuum, it is possible to form a good bonding state that does not include air voids. Step S30 corresponds to the third step of the present invention.

工程S31では、酸化膜層241及びハンドル層242をDeep−RIEでエッチング加工し、ミラー裏側のリブ構造部分297とミラーの揺動空間部分298を形成する。工程S31は本発明の第4工程の一部に相当する。   In step S31, the oxide film layer 241 and the handle layer 242 are etched by deep-RIE to form a rib structure portion 297 on the back side of the mirror and a swinging space portion 298 of the mirror. Step S31 corresponds to part of the fourth step of the present invention.

工程S32では、BOE(Buffered Oxide Etch)処理によって埋め込み酸化膜(BOX)242も除去する。これにより、ミラー裏側のリブ構造部分300とミラーの揺動空間部分302が完成する。リブ構造部分300は環状リブ11(図3)に対応し、揺動空間部分302は内周側空間27(図3)の裏側部分に対応する。工程S32は本発明の第4工程の一部に相当する。   In step S32, the buried oxide film (BOX) 242 is also removed by BOE (Buffered Oxide Etch) processing. As a result, the rib structure portion 300 on the back side of the mirror and the oscillating space portion 302 of the mirror are completed. The rib structure portion 300 corresponds to the annular rib 11 (FIG. 3), and the swing space portion 302 corresponds to the back side portion of the inner circumferential space 27 (FIG. 3). Step S32 corresponds to part of the fourth step of the present invention.

図9の工程S33では、支持基板292側にリムに張ったUVタイプのダイシングテープ304を貼り付ける。工程S33は本発明の第5工程の一部に相当する。   In step S33 of FIG. 9, UV type dicing tape 304 stretched on the rim is attached to the support substrate 292 side. Step S33 corresponds to part of the fifth step of the present invention.

工程S34では、ハンドル層の裏側を上側にしてブレードダイシング装置にて、仮接合した支持基板ごと個々のチップ(本発明のウェハの各区画に相当)にフルダイス308する。工程S34は本発明の第5工程の一部に相当する。   In step S34, full dice 308 is performed on each chip (corresponding to each section of the wafer of the present invention) of the temporarily bonded support substrate by a blade dicing apparatus with the back side of the handle layer facing upward. Step S34 corresponds to part of the fifth step of the present invention.

工程S35では、リムに張った別のUVタイプのダイシングテープ310にハンドル層242の裏側を貼着して、支持基板292側に貼り付けたダイシングテープ304に対してUV光を照射し、ダイシングテープ304を剥離・除去する。このことは、MEMS加工ウェハをダイシングテープ304からダイシングテープ310に載せ替えたことになる。工程S35は本発明の第6工程に相当する。   In step S35, the back side of the handle layer 242 is attached to another UV type dicing tape 310 stretched on the rim, and the dicing tape 304 attached to the support substrate 292 side is irradiated with UV light, and the dicing tape is irradiated. 304 is peeled and removed. This means that the MEMS processed wafer is transferred from the dicing tape 304 to the dicing tape 310. Step S35 corresponds to the sixth step of the present invention.

図10の工程S36では、工程S35のMEMS加工ウェハ235を、ダイシングテープ310ごと、IPA溶液中に浸漬する。数10分から数時間の浸漬により液状ワックスがIPA溶液に溶解し、MEMS加工ウェハ235に仮接合された支持基板292が剥離・除去される。工程S36は本発明の第7工程に相当する。   In step S36 in FIG. 10, the MEMS processed wafer 235 in step S35 is immersed in the IPA solution together with the dicing tape 310. The liquid wax is dissolved in the IPA solution by immersion for several tens of minutes to several hours, and the support substrate 292 temporarily bonded to the MEMS processed wafer 235 is peeled off and removed. Step S36 corresponds to the seventh step of the present invention.

工程S37では、MEMS加工ウェハ236をダイシングテープ310ごと、IPA等の有機溶液で洗浄、乾燥することにより、ダイシングテープ310上にMEMS光偏向器のチップ315が整列した状態のワーク237が得られる。   In step S37, the MEMS processed wafer 236 is washed with an organic solution such as IPA together with the dicing tape 310 and dried to obtain a workpiece 237 in which the chips 315 of the MEMS optical deflector are aligned on the dicing tape 310.

この後、ダイシングテープ310をエキスパンドしてMEMSチップ間の距離を拡げてから同テープにUV光を照射して粘着力を低下させれば、各チップ315を個片としてピックアップできる状態になる。   After that, if the dicing tape 310 is expanded to increase the distance between the MEMS chips and the adhesive force is reduced by irradiating the tape with UV light, each chip 315 can be picked up as a single piece.

その後、電気的な検査によってPZT膜及び配線の電気特性を評価して不良チップにマーキングした後、良品のチップ315のみをセラミックパッケージに実装して、MEMS光偏向器パッケージが完成する。   Thereafter, the electrical characteristics of the PZT film and the wiring are evaluated by electrical inspection to mark a defective chip, and then only the good chip 315 is mounted on the ceramic package, thereby completing the MEMS optical deflector package.

本実施形態では最も単純な大気開放型のパッケージ形態とした。光源からのレーザ光は直接、MEMS光偏向器の可動ミラーで反射走査され、画像投影に利用される。   In this embodiment, the simplest open-air package form is adopted. The laser light from the light source is directly reflected and scanned by the movable mirror of the MEMS optical deflector and used for image projection.

ミラー部本体の厚さをλとすると、ミラー裏側に補強リブ構造を導入した結果、ミラー部本体の静的な面変形が、導入前の(1/4)λ以下から(1/8)λ以下に向上し、走査レーザ光の拡がり及び歪みが低減した。また、ワックスでSOI層の加工構造を保護したため、ダイシング時の高圧純水の影響を受けることなく、ミラー面の反射率も85%以上を示した。   Assuming that the thickness of the mirror body is λ, as a result of introducing the reinforcing rib structure on the back side of the mirror, the static surface deformation of the mirror body changes from (1/4) λ or less before introduction to (1/8) λ. The following was improved and the spread and distortion of the scanning laser beam were reduced. Moreover, since the processing structure of the SOI layer was protected with wax, the mirror surface reflectivity was 85% or more without being affected by high-pressure pure water during dicing.

このMEMS光偏向器パッケージに対して、水平軸走査用の共振アクチュエータにVpp=20V、駆動周波数(共振周波数)27kHzの交流電圧を印加し、垂直軸走査用の非共振アクチュエータにはVpp=20V、駆動周波数60Hzの交流電圧を印加したところ、水平軸で±12°、垂直軸で±8°の機械的振れ角が観測された。ダイシング工程でのミラー周辺部のダメージがないため、ウェハ内の良品率は90%を超え、振れ角と共振周波数のばらつきも±3%以内と非常に良好な歩留りを示した。   For this MEMS optical deflector package, an AC voltage of Vpp = 20 V and a drive frequency (resonance frequency) of 27 kHz is applied to the horizontal axis scanning resonant actuator, and Vpp = 20 V is applied to the vertical axis scanning non-resonant actuator. When an AC voltage with a driving frequency of 60 Hz was applied, a mechanical deflection angle of ± 12 ° on the horizontal axis and ± 8 ° on the vertical axis was observed. Since there was no damage at the periphery of the mirror in the dicing process, the yield rate within the wafer exceeded 90%, and the variation in deflection angle and resonance frequency was within ± 3%, indicating a very good yield.

本発明を実施形態について説明したが、本発明は、該実施形態に限定されることなく、要旨の範囲内で種々に限定して実施することができる。   Although the present invention has been described with reference to the embodiment, the present invention is not limited to the embodiment, and can be implemented in various ways within the scope of the gist.

実施形態では、ミラー部について裏側から加工する部分はリブとなっているが、本発明の第4工程で裏側からエッチングによる形成するミラー部の裏側部分は、ミラー部のリブに限定することなく、リブ以外の裏側部分、例えば裏面そのものとすることもできる。   In the embodiment, the part processed from the back side of the mirror part is a rib, but the back side part of the mirror part formed by etching from the back side in the fourth step of the present invention is not limited to the rib of the mirror part, It can also be a back side part other than the rib, for example, the back side itself.

液状被覆剤としては、表側からのエッチングにより生じた段差を平滑にならして支持基板をウェハ本体に固着し、かつ所定の溶液内への浸漬により溶解可能であるという条件を充足すれば、実施形態の液状ワックス以外の被覆剤を採用することができる。   As a liquid coating, if the condition that the step generated by etching from the front side is smoothed and the support substrate is fixed to the wafer main body and can be dissolved by immersion in a predetermined solution is satisfied, Coating agents other than liquid wax in the form can be employed.

1・・・光偏向器、2・・・ミラー部、10・・・ミラー面、16・・・SOI層、17・・・BOX層、18・・・ハンドル層、24・・・外側矩形枠部(支持体)、27・・・内周側空間(表側空間部分及び裏側空間部分)、137・・・支持基板、151・・・ダイシングテープ(第1テープ)、157・・・ダイシングテープ(第2テープ)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical deflector, 2 ... Mirror part, 10 ... Mirror surface, 16 ... SOI layer, 17 ... BOX layer, 18 ... Handle layer, 24 ... Outside rectangular frame Part (support), 27 ... inner peripheral side space (front side space part and back side space part), 137 ... support substrate, 151 ... dicing tape (first tape), 157 ... dicing tape ( Second tape).

Claims (5)

表側にミラー面を有するミラー部と、該ミラー部を収容する表側空間部分と該ミラー部の変位を許容する裏側空間部分と画成する支持体とを備える光偏向器の製造方法であって、
表側から裏側へ順番にSOI層、BOX層及びハンドル層を有するウェハに対し、その表側からのSOI層のエッチングにより、ウェハの各区画の表側に、前記表側空間部分と、前記ミラー部の表側部分とを形成する第1工程と、
第1工程後のウェハに対し、その表側に、所定の溶液に対して可溶性である液状被覆剤を塗布して、表側を被覆した被覆剤層を形成し、さらに、該被覆剤層の表側を覆う支持基板を当てる第2工程と、
第2工程後のウェハに対し、前記被覆剤層を介して前記支持基板を固着するとともに前記被覆剤層を固化する第3工程と、
第3工程後のウェハに対し、その裏側からのハンドル層及びBOX層のエッチングにより、ウェハの各区画の裏側に、前記裏側空間部分と、前記ミラー部の裏側部分とを形成する第4工程と、
第4工程後のウェハに対し、その支持基板の表側に第1テープを貼着してから、該ウェハの裏側からウェハの各区画線に沿ってダイシングを行う第5工程と、
第5工程後のウェハに対し、その裏側に第2テープを貼着する第6工程と、
第6工程後のウェハに対し、該ウェハを前記所定の溶液に浸漬して、前記被覆剤層及び前記支持基板を除去する第7工程とを備えることを特徴とする光偏向器の製造方法。
A method of manufacturing an optical deflector comprising: a mirror part having a mirror surface on the front side; a front side space part that accommodates the mirror part; and a back side space part that allows displacement of the mirror part;
For the wafer having the SOI layer, the BOX layer, and the handle layer in order from the front side to the back side, the front side space portion and the front side portion of the mirror portion are formed on the front side of each section of the wafer by etching the SOI layer from the front side. A first step of forming
On the front side of the wafer after the first step, a liquid coating agent that is soluble in a predetermined solution is applied to form a coating layer that covers the front side, and the front side of the coating layer is A second step of applying a covering support substrate;
A third step of fixing the support substrate to the wafer after the second step via the coating layer and solidifying the coating layer;
A fourth step of forming the back side space portion and the back side portion of the mirror portion on the back side of each section of the wafer by etching the handle layer and the BOX layer from the back side of the wafer after the third step; ,
A fifth step in which the first tape is attached to the front side of the support substrate on the wafer after the fourth step, and then dicing is performed along each partition line of the wafer from the back side of the wafer;
A sixth step of sticking a second tape on the back side of the wafer after the fifth step;
A method of manufacturing an optical deflector, comprising: a seventh step of immersing the wafer in the predetermined solution with respect to the wafer after the sixth step and removing the coating layer and the support substrate.
請求項1記載の光偏向器において、
前記第4工程で形成する前記ミラー部の裏側部分はリブであることを特徴とする光偏向器の製造方法。
The optical deflector according to claim 1.
The method of manufacturing an optical deflector, wherein a back side portion of the mirror portion formed in the fourth step is a rib.
請求項1又は2記載の光偏向器の製造方法において、
前記支持基板は、シリコンウェハ又はガラスであることを特徴とする光偏向器の製造方法。
In the manufacturing method of the optical deflector of Claim 1 or 2,
The method of manufacturing an optical deflector, wherein the support substrate is a silicon wafer or glass.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の光偏向器の製造方法において、
前記液状被覆剤は、液状ワックスであり、
前記所定の溶液は、イソプロピルアルコール又はアルカリ性溶液であることを特徴とする光偏向器の製造方法。
In the manufacturing method of the optical deflector of any one of Claims 1-3,
The liquid coating agent is a liquid wax,
The method for manufacturing an optical deflector, wherein the predetermined solution is isopropyl alcohol or an alkaline solution.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の光偏向器の製造方法において、
前記第1及び第2テープは、紫外線により粘着力が低下する性質をもつものであることを特徴とする光偏向器の製造方法。
In the manufacturing method of the optical deflector given in any 1 paragraph of Claims 1-4,
The method of manufacturing an optical deflector, wherein the first and second tapes have a property that adhesive strength is reduced by ultraviolet rays.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6284427B2 (en) * 2014-05-21 2018-02-28 スタンレー電気株式会社 Optical deflector and manufacturing method thereof
JP6187405B2 (en) * 2014-07-07 2017-08-30 株式会社Jvcケンウッド Optical deflector
CN111252731A (en) * 2020-02-26 2020-06-09 清华大学 Micro-electro-mechanical system device preparation protection method

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08222685A (en) * 1995-02-10 1996-08-30 Kokusai Electric Co Ltd Micropackage structure and manufacturing method thereof
JP2001185519A (en) * 1999-12-24 2001-07-06 Hitachi Ltd Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2002270553A (en) * 2001-03-13 2002-09-20 Mitsubishi Gas Chem Co Inc Manufacturing method of electronic component
JP2004296912A (en) * 2003-03-27 2004-10-21 Kyocera Corp Wafer supporting substrate
JP2005050997A (en) * 2003-07-28 2005-02-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor element isolation method
JP2005150453A (en) * 2003-11-17 2005-06-09 Taiyo Yuden Co Ltd Method for separating thin type semiconductor wafer, its device, and method for manufacturing thin type semiconductor wafer
JP2005238412A (en) * 2004-02-27 2005-09-08 Hitachi Cable Ltd Method of manufacturing three-dimensional structure
JP2006201520A (en) * 2005-01-20 2006-08-03 Sumitomo Precision Prod Co Ltd Mems mirror scanner
JP2007326204A (en) * 2006-06-09 2007-12-20 Seiko Epson Corp Actuator
JP2009093105A (en) * 2007-10-12 2009-04-30 Hoya Corp Micromirror device, and mirror part forming method
JP5252687B2 (en) * 2008-01-18 2013-07-31 スタンレー電気株式会社 Optical deflector
JP5146204B2 (en) * 2008-08-29 2013-02-20 セイコーエプソン株式会社 Optical device, optical scanner, and image forming apparatus
JP5168659B2 (en) * 2008-11-27 2013-03-21 株式会社リコー Movable plate structure and optical scanning device

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