KR101104598B1

KR101104598B1 - 광주사 미러와, 반도체 구조 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101104598B1
Application number: KR1020097017698A
Authority: KR
Inventors: 요우스케 하기하라; 키요히코 가와노; 히로시 노게
Original assignee: 파나소닉 전공 주식회사
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2008-01-23
Publication date: 2012-01-12
Also published as: KR20090115166A; EP2128681A1; US8164812B2; WO2008090921A1; TW200900732A; US20100067084A1; EP2128681A4

Abstract

가동부 중에 절연분리구조를 설치한 반도체구조를 용이하게 제조 가능하게 한다. 광주사(光走査) 미러(반도체 구조)(1)는 제1실리콘층(100a), 산화막(120), 제2실리콘층(100b)으로 이루어지는 SOI 기판(100)을 가공하는 것에 의해 형성되어 있다. 제1실리콘층(100a)에는 고정 프레임(4)에 제1경첩(5)을 사이에 두고 지지된 가동부(50)가 형성되어 있다. 가동부(50)는 트렌치(trench)(절연분리구조)(101a)가 형성되는 것에 의해 복수의 부위로 나누어져 있다. 트렌치(101a)의 하방(下方)에 산화막(120) 및 제2실리콘층(100b)으로 이루어지는 지지체(9)가 형성되어 있다. 지지체(9)에는 트렌치(101a)에 의해 분할된 가동 프레임(3)의 복수의 부위가 접합되어 있어, 가동부(50)는 지지체(9)와 일체로 요동가능하다. 이것에 의해, 간이한 에칭(etching)에 의한 제조공정에 의해 지지체(9)를 형성하고, 가동부(50)의 기계적 강도를 확보 가능하다.

광주사 미러, 절연 분리, SOI 기판

Description

광주사 미러와, 반도체 구조 및 그 제조방법{OPTICAL SCANNING MIRROR, SEMICONDUCTOR STRUCTURE AND MANUFATURING METHOD THEREOF}

본 발명은, 경첩에 의해 축지(軸支)되어 외부로부터 빛이 입사하는 미러면이 배치된 가동부를 요동(搖動)시키고, 미러면의 반사광을 주사하는 광주사(光走査) 미러와 그 광주사 미러 등에 이용되는 반도체 구조 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

종래부터, 예를 들면 바코드 리더나 프로젝터 등의 광학 기기에, 미러면이 설치된 미러부를 요동시켜서 그 미러면에 입사한 광 빔 등을 스캔하는 광주사(光走査) 미러를 이용한 방식이 알려져 있다. 광주사 미러로서는, 예를 들면, 마이크로 머시닝(machining) 기술을 이용해서 성형되는 반도체 구조를 가지는 소형의 것이 알려져 있다. 이러한 반도체 구조는, 광주사 미러로서 이용될 때에 미러면이 형성되는 가동부와, 가동부를 지지하는 고정 프레임을 가지고 있다. 가동부와 고정 프레임과는 서로 경첩에 의해 연결되어 있다. 가동부와 고정 프레임과의 사이에는, 예를 들면, 서로 맞물리는 한 벌의 즐치전극이 형성되어 있다. 즐치전극은, 예를 들면 서로의 전극이 2μm 내지 5μm정도의 간격으로 서로 맞물리도록 형성되어 있고, 서로의 전극 간에 전압이 인가되는 것에 의해 정전력을 발생한다. 가동부는, 즐치전극이 발생하는 구동력에 의해, 경첩을 비틀면서 고정 프레임에 대해 회동(回動)하고, 경첩을 축으로 하여 요동한다.

그런데, 예를 들면 문헌(IEEE Journal of selected topics in Quantum Electronics, Vol.6, No.5, September/October 2000 p715)에 나타나 있는 바와 같이, 가동부가, 미러면이 탑재된 미러부와 미러부를 경첩을 통해 지지하는 가동 프레임을 가지고, 가동 프레임과 미러부와의 사이에도 한 벌의 즐치전극이 설치되어 있는 것과 같은 반도체 구조를 이용한 광주사 미러가 있다. 도 25 및 도 26은, 이러한 2축형의 광주사 미러의 일례를 나타낸다. 광주사 미러(81)는, 제1실리콘층(800a)과 그 하방(下方)의 제2실리콘층(800b)을 절연막(820)을 사이에 두고 접합하여 이루어지는 SOI(Silicon on Insulator) 기판(800)으로 구성되어 있다. 미러부(82) 및 가동 프레임(83)은 제1실리콘층(800a)에 형성되어 있고, 고정 프레임(84)은 제1실리콘층(800a), 절연막(820) 및 제2실리콘층(800b)에 의해 구성되어 있다. 가동 프레임(83)은 고정 프레임(84)에 제1경첩(85)을 사이에 두고 축지(軸支)되어 있다. 미러부(82)는, 가동 프레임(83)에, 제1경첩(85)과 직교하는 방향으로 형성된 제2경첩(86)을 사이에 두고 축지되어 있다. 가동 프레임(83)과 고정 프레임(84)과의 사이 및 미러부(82)와 가동 프레임(83)과의 사이에는, 즐치전극(87,88)이 각각 설치되어 있다. 미러부(82)의 상면에는 미러면(82a)이 형성되어 있다. 고정 프레임(84)의 상면에는, 즐치전극(87,88)을 구동하기 위한 전압이 인가되는 단자부(810a, 810b, 810c)가 형성되어 있다. 제1실리콘층(800a)의 상면은, 미러면(82a)과 단자부(810a, 810b, 810c)를 제외하고, 절연막(820)으로 덮여 있다. 단자부(810a, 810b, 810c)에 구동 전압이 인가되어 즐치전극(87,88)이 구동력을 발생하고, 그 구동력이 미러부(82) 및 가동 프레임(83)에 각각 더해지는 것에 의해, 미러부(82) 및 가동 프레임(83)이, 각각 제2경첩(86) 및 제1경첩(85)을 비틀면서 요동한다.

2축형의 광주사 미러(81)의 반도체 구조에서는, 가동프레임(83) 내에 서로 전기적으로 절연된 2개의 부위를 설치하고 미러부(82)와 가동프레임(83)과의 사이에 설치된 즐치전극(88)의 미러부(82) 측의 전극과 가동프레임(83) 측의 전극과의 사이에 전압을 인가할 수 있도록 할 필요가 있다. 도 25에 있어서, 서로 전기적으로 절연되어 있는 제1실리콘층(800a)의 부위에는 서로 다른 모양을 교부하고 있다. 종래의 광주사 미러(81)의 반도체 구조에서는, 가동 프레임(83)에 절연분리부(89)를 형성하는 것에 의해, 도에 나타난 바와 같이, 가동 프레임(83)을, 가동 프레임(83) 측의 전극의 전위가 되는 부위와, 제2경첩(86)을 사이에 두고 미러부(82)와 도통(道通)하여 미러부(82) 측의 전극의 전위가 되는 부위와의 2개의 부위로 절연 분리하고 있다. 이러한 절연분리부(89)는, 제1실리콘층(800a) 중에 형성한 도랑 형상(트렌치:trench)의 측벽에 절연막(820c)을 형성한 데다가, 그 트렌치에 폴리 실리콘(89a)을 매우는 것에 의해 가동 프레임(83)의 일체로서의 기계적 강도를 확보하고, 2개의 부위를 절연한 상태에서 접합하고 있다. 이것에 의해, 가동 프레임(83)을 일체로 요동 가능하게 하는 한편, 가동 프레임(83)의 2개의 부위의 전기적 절연을 유지하고 있다.

상기 절연분리부(89)의 제조 공정의 일례에 있어서, 도 27A 내지 도 27C를 참조하여 설명한다. 먼저, 도 27A에 나타난 바와 같이, 표면에 절연막(820)이 형성된 SOI 기판(800)의 제1실리콘층(800a)의 상방(上方)으로 레지스터(832)를 패터닝하고, 제1실리콘층(800a)을 에칭하는 것에 의해, 제1실리콘층(800a)에 트렌치(801a)를 형성한다. 다음으로, 도 27B에 나타난 바와 같이, 레지스터(832)를 제거하고, 전기로를 이용해 트렌치(801a)의 측벽을 산화시켜 절연막(820c)을 형성한 후, 폴리 실리콘을 퇴적시키는 것으로써, 트렌치(801a)를 폴리 실리콘(89a)으로 매운다. 그리고, 도 27C에 나타난 바와 같이, 제1실리콘층(800a)의 표면에 퇴적한 폴리 실리콘을 연마해 제거하는 것으로써, 절연분리부(89)가 제1실리콘층(800a) 내부에 형성된다. 그 후, 가동프레임(83) 및 미러부(82)의 하방(下方)의 제2실리콘층(800b) 및 절연막(820)을 제거하는 것에 의해, 가동 프레임(83) 및 미러부(82)가 요동 가능하게 형성된다.

그러나, 이와 같이 폴리 실리콘(89a)으로 트렌치(801a)를 매워서 형성되는 절연분리부(89)를 설치하여 가동프레임(83)을 구성하는 경우에는, 반도체 구조의 제조 공정이 복잡하게 된다. 그리고, 절연분리부(89)를 설치하는 것에 의한 양호한 전기적 절연의 유지와 기계적 강도의 확보를 동시에 행하는 것이 곤란하기 때문에, 제조시의 양품률이 나쁘다고 하는 문제가 있다. 즉, 광주사 미러(81)의 반도체 구조의 제조시에는, 상술한 바와 같이, 트렌치 형성 공정, 측벽 산화 공정, 폴리 실리콘 매입 공정, 폴리 실리콘 연마 공정 등 복잡한 공정을 거치지 않으면 안 된다. 또한, 폴리 실리콘 매입 공정에 대해서는, 트렌치(801a)를 폴리 실리콘(89a)으로 조밀하게 매우는 것이 곤란하기 때문에, 매워진 폴리 실리콘(89a) 중에 공극이 생 겨 가동프레임(83)의 기계적 강도가 작아지는 일이 있다. 그리고, 가동프레임(83)의 2개의 부위는 서로 절연막(820c)에 의해 절연되고 있으므로, 이 절연막(820c)이 제조시에 적절히 형성되지 않으면, 2개의 부위간의 전기적 절연성이 손상되어 광주사 미러(81)가 동작 불량을 일으키는 일이 있다.

또한, 예를 들면 상술과 같은 2축형의 광주사 미러를 래스터 스캔(raster scan) 용도로 이용하는 경우, 보다 세밀한 화상 등을 광각(廣角)으로 스캔하기 위해서, 가동 프레임(83)의 공진 주파수에 대해서 미러부(82)의 공진 주파수를 높게 해, 주사선의 수를 많이 하는 것이 요청되고 있다. 그러나, 종래의 구조에서는, 미러부(82)와 가 동프레임(83)이 거의 같은 두께이기 때문에, 미러부(82)와 가동 프레임(83)과의 공진 주파수의 비를 크게 하기 위해서는 가동 프레임(83)을 대형화하지 않으면 안 되고, 광주사 미러(81)의 소자 사이즈가 커져, 제조 코스트가 비싸져 버린다.

또한, 가동 프레임(83)은 공진 주파수를 미러부(82)에 비해 낮게 하기 위해서, 질량이 커지도록 형성되는 한편, 제1경첩(85)이 가늘게 형성되어 있는 경우가 있다. 가동 프레임(83)은 수백μm의 두께의 실리콘 기판을 예를 들면 수십μm의 두께까지 얇게한 제1실리콘층(800a)에 형성되어 있으므로, 광주사 미러(81)의 취급시에 큰 진동 등이 더해져 가동 프레임(83)의 변위가 통상 요동시보다 커지면, 제1경첩(85)에 파괴 강도 이상의 응력이 더해져, 제1경첩(85)이 파괴되어 광주사 미러(81)가 동작 불능이 되는 일이 있다.

[발명의 개시]

본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 간이한 제조 공정에 의해 가동부 내에 절연 분리 구조를 형성할 수 있고, 제조시의 양품률이 높고, 소자 사이즈를 크게 하지 않고 가동부의 공진 주파수를 높게 할 수 있고, 파손되기 어렵고 취급이 용이한 광주사 미러와 그 광주사 미러 등에 이용되는 반도체 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예와 관련되는 광주사(光走査) 미러는, 고정 프레임 및 상기 고정 프레임에 제1 경첩을 사이에 두고 축지되어 상기 고정 프레임에 대해 회전 가능한 가동부가 형성되어서 이루어지는 반도체 구조와 상기 가동부 상에 형성되어 외부로부터 입사한 빛을 반사하는 미러면을 구비하고, 상기 가동부에는, 그 가동부를 서로 절연된 복수의 부위로 분할하는 절연 분리부가 설치되고 있으며 상기 절연 분리부의 하방(下方)에는, 상기 절연 분리부에 의해 분할된 상기 가동부의 복수의 부위가 함께 접합된 지지체가 형성되어 있어 상기 가동부가 상기 지지체와 일체로 회동 가능하게 구성되어 있다.

또, 본 발명의 일 실시예와 관련되는 반도체 구조는, 고정 프레임과 상기 고정 프레임에 제1 경첩을 사이에 두고 축지되어 상기 고정 프레임에 대해 회전 가능한 가동부를 구비하고 상기 가동부에는, 그 가동부를 서로 절연된 복수의 부위로 분할하는 절연분리부가 설치되어 있고 상기 절연분리부의 하방(下方)에는, 상기 절연분리부에 의해 분할된 상기 가동부의 복수의 부위가 함께 접합된 지지체가 형성되어 있어 상기 가동부가 상기 지지체와 일체로 회동 가능하게 구성되어 있다.

이러한 구성에 의하면, 절연 분리부의 하방(下方)에 지지체가 형성되고 있어 가동부가 지지체와 일체로 회동 가능하게 구성되어 있으므로, 종래보다 간이한 제조 공정에 의해 반도체 구조를 제조 가능하게 되어, 가동부의 기계적 강도도 확실히 확보된다. 또, 절연분리부는 가동부를 복수의 부위로 분할하도록 구성되어 있으므로, 복수의 부위 간에서의 전기적 절연을 확실히 유지할 수 있어 반도체 구조나 광주사 미러의 제조시의 양품률이 높아진다. 또한, 지지체가 실장면에 당접하는 것에 의해 가동부가 너무 기우는 것이 없기 때문에, 제1경첩의 파괴가 방지되어 반도체 구조나 광주사 미러를 용이하게 취급할 수 있게 된다. 지지체는 가동부와 일체로 회동(回動)하므로, 소자 사이즈를 크게 하지 않고 가동부의 공진 주파수를 낮게 할 수 있어 반도체 구조나 광주사 미러의 제조 코스트를 저감할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예와 관련되는 반도체 구조의 제조 방법은, 제1실리콘층과 제2실리콘층이 산화막을 사이에 두고 서로 접합되어서 이루어지는 SOI(Silicon on Insulator) 기판으로 구성되고, 상기 제1실리콘층, 상기 산화막 및 상기 제2실리콘층에 고정 프레임이 형성되고, 상기 제1실리콘층에, 상기 고정 프레임에 지지 용수철부를 사이에 두고 축지되어 상기 고정 프레임에 대해 회전 가능한 가동부가 형성되어서 이루어지며, 상기 가동부에는, 그 가동부를 서로 절연된 복수의 부위로 분할하는 절연분리부가 설치되고 있는 반도체 구조의 제조 방법으로서, 상기 SOI 기판을 에칭해, 상기 제1실리콘층에, 상기 지지 용수철부, 상기 가동부, 및 상기 절연분리부를 형성하는 제1공정과 상기 제1공정의 후, 상기 제2실리콘층에 에칭을 실시해, 상기 제2실리콘층 중 상기 가동부 및 상기 지지 용수철부의 하방(下方)의 부위를, 상기 절연분리부의 하방(下方)의 부위를 남겨서 파내는 제2공정과 상기 제2공정의 후, 상기 산화막 중 상기 제2공정에서 상기 제2실리콘층이 파내어진 것에 의해 노출한 부위를 제거해, 상기 절연분리부의 하방(下方)에, 상기 절연분리부에 의해 분할된 상기 가동부의 복수의 부위에 함께 접합된, 상기 산화막 및 상기 제2실리콘막으로 이루어지는 지지체를 형성하는 제3공정을 가진다.

이러한 반도체 구조의 제조 방법에 의하면, 트렌치 측벽 산화 공정이나 폴리 실리콘 매입 연마 공정과 같이 복잡한 공정을 실시할 필요가 없고, SOI 기판을 에칭하는, 간이한 공정에 의해, 용이하게 반도체 구조를 제조 가능하다. 절연분리부는, 가동부를 복수의 부위로 분할하도록 구성되므로, 복수의 부위 간에서의 전기적 절연을 확실히 유지할 수 있어 반도체 구조의 제조시의 양품률이 높아진다.

[도 1] 도 1A는 본 발명의 제1의 실시 형태와 관련되는 광주사 미러의 상면 측을 나타내는 사시도이며, 도 1 B는 동일한 광주사 미러의 하면 측을 나타내는 사시도이다.

[도 2] 도 2는 상기 광주사 미러를 나타내는 평면도이다.

[도 3] 도 3은 회로 기판상에 실장된 상태의 상기 광주사 미러의 도 2의 A-A선 단면을 나타내는 측단면도이다.

[도 4] 도 4A는 상기 A-A선에 있어서의 상기 광주사 미러의 상면 측을 나타내는 단면 사시도이며, 도 4B는 동일한 A-A선에 있어서의 동일한 광주사 미러의 하면 측을 나타내는 단면 사시도이다.

[도 5] 도 5는 상기 광주사 미러를 나타내는 평면도이다.

[도 6] 도 6은 상기 광주사 미러의 제조 공정의 제1공정에 있어서의 측단면도이다.

[도 7] 도 7은 상기 광주사 미러의 제조 공정의 제1공정에 있어서의 측단면도이다.

[도 8] 도 8은 상기 광주사 미러의 제조 공정의 제1공정에 있어서의 측단면도이다.

[도 9] 도 9는 상기 광주사 미러의 제조 공정의 제1공정에 있어서의 측단면도이다.

[도 10] 도 10은 상기 광주사 미러의 제조 공정의 제2공정에 있어서의 측단면도이다.

[도 11] 도 11은 상기 광주사 미러의 제조 공정의 제2공정에 있어서의 측단면도이다.

[도 12] 도 12는 상기 광주사 미러의 제조 공정의 제3공정에 있어서의 측단면도이다.

[도 13] 도 13은 본 발명의 제2의 실시 형태와 관련되는 광주사 미러를 나타내는 측단면도이다.

[도 14] 도 14는 상기 광주사 미러의 제조 공정의 제2공정에 있어서의 측단면도이다.

[도 15] 도 15는 상기 광주사 미러의 제조 공정의 제2공정에 있어서의 측단 면도이다.

[도 16] 도 16은 상기 광주사 미러의 제조 공정의 제2공정에 있어서의 측단면도이다.

[도 17] 도 17은 본 발명의 제3의 실시 형태와 관련되는 광주사 미러를 나타내는 측단면도이다.

[도 18] 도 18은 상기 광주사 미러의 제조 공정의 제1공정에 있어서의 측단면도이다.

[도 19] 도 19는 상기 광주사 미러의 제조 공정의 제1공정에 있어서의 측단면도이다.

[도 20] 도 20은 상기 광주사 미러의 제조 공정의 제1공정에 있어서의 측단면도이다.

[도 21] 도 21은 상기 광주사 미러의 제조 공정의 제1공정에 있어서의 측단면도이다.

[도 22] 도 22는 상기 광주사 미러의 제조 공정의 제1공정에 있어서의 측단면도이다.

[도 23] 도 23은 상기 광주사 미러의 제조 공정의 제2공정에 있어서의 측단면도이다.

[도 24] 도 24는 상기 광주사 미러의 제조 공정의 제2공정에 있어서의 측단면도이다.

[도 25] 도 25는 종래의 광주사 미러를 나타내는 평면도이다.

[도 26] 도 26은 종래의 광주사 미러를 나타내는 측단면도이다.

[도 27] 도 27 A, 도 27 B, 도 27 C는, 종래의 광주사 미러의 절연분리부의 형성 순서를 시계열로 나타낸 측단면도이다.

이하, 본 발명의 제1의 실시 형태에 대해 도면을 참조해서 설명한다. 도 1A, 도 1B, 도 2, 도 3, 도 4A, 도 4B 및 도 5는, 본 실시 형태와 관련되는 광주사(光走査) 미러의 일례를 나타낸다. 광주사 미러(반도체 구조)(1)는, 반도체 구조를 이용하여 구성되어 있다. 광주사 미러(1)는, 예를 들면, 바코드 리더, 외부의 스크린 등에 화상을 투영하는 프로젝터 장치, 또는 광스위치 등의 광학 기기에 탑재되는 소형의 것이다. 광주사 미러(1)는, 외부의 광원 등(도시하지 않음)으로부터 입사하는 광 빔 등을 스캔 동작하는 기능을 가지고 있다.

먼저, 이 광주사 미러(1)의 구성에 대해 이하 설명한다. 광주사 미러(1)는, 도전성을 가지는 제1실리콘층(100a)과 제2실리콘층(100b)을 실리콘의 산화막(120)을 사이에 두고 접합해서 이루어지는 3층의 SOI(Silicon on Insulator) 기판(100)으로 구성되어 있다. 산화막(120)은 절연성을 가지고 있으므로, 제1실리콘층(100a)과 제2실리콘층(100b)과는 서로 절연되어 있다. 제1실리콘층(100a)의 두께는, 예를 들면 30μm정도이며, 제2실리콘층(100b)의 두께는, 예를 들면 400μm정도이다. 또한, SOI 기판(100)의 상면의 일부에는, 산화막(120b)이 형성되어 있다. 이 광주사 미러(1)는, 예를 들면, 상면시(上面視)로 한 변이 수mm 정도의 사각형인 직육면체 형상의 소자이다. 광주사 미러(1)는, 제2실리콘층(100b)의 하면의 일부에, 예를 들 면 유리제의 소정의 두께의 스페이서(110)가 접합된 상태에서, 광학 기기 등의 회로 기판((B))상 등에 실장된다. 산화막(120b)과 회로 기판(B)은, 도 3에 나타나 있고, 도 1A, 도 1B, 도 2, 도 4A, 도 4B, 및 도 5에 있어서는, 그러한 도시를 생략 하고 있다. 또한 광주사 미러(1)는, 산화막(120b)을 구비하지 않아도 좋다.

이 광주사 미러(1)는, 상면시(上面視)로 거의 직사각형 형상이며 상면에 미러면(20)이 형성된 미러부(2)와 미러부(2)의 주위를 둘러싸도록 거의 직사각형의 환(環) 형상으로 형성된 가동 프레임(3)과 가동 프레임(3)의 주위를 둘러싸도록 형성되고 광주사 미러(1)의 측주부(側周部)가 되며, 하방(下方)에 스페이서(110)가 접합된 고정 프레임(4)을 구비하고 있다. 가동 프레임(3)과 고정 프레임(4)과는, 서로 나란하게 배열되어 1개의 축을 이루도록, 고정 프레임(4)의 서로 대향하는 2 측면에서 각면으로 직교하도록 형성된 들보 형상의 2개의 제1경첩(5)에 의해 연결되어 있다. 한편, 미러부(2)와 가동 프레임(3)과는 제1경첩(5)의 긴쪽 방향과 직교하는 방향으로, 서로 나란히 배열되어 1개의 축을 이루도록 형성된 들보 형상의 2개의 제2경첩(6)에 의해 연결되어 있다. 제1경첩(5) 및 제2경첩(6)은, 그것들 각각이 이루는 축이, 상면시(上面視)로 미러부(2)의 중심 위치를 통과하도록 형성되어 있다. 제1경첩(5) 및 제2경첩의 폭 치수는, 예를 들면, 각각, 5μm정도, 30μm정도이다. 미러부(2)는, 제2경첩(6)을 회전축으로 하여 가동 프레임(3)에 대해서 회동 가능하게, 가동 프레임(3)에 지지되어 있다. 한편, 가동 프레임(3)은, 제1경첩(5)을 회전축으로 하여 고정 프레임(4)에 대해서 회동 가능하게, 고정 프레임(4)에 지지되고 있다. 즉, 이 광주사 미러(1)에 있어서, 미러부(2)와 가동 프레임(3)이, 제 1경첩(5)에 의해 구성되는 축 회전에, 고정 프레임(4)에 대해 회동 가능한 가동부(50)을 구성하고 있다. 그리고, 미러부(2)는, 제1경첩(5)과 제2경첩(6)에 의해 각각 구성되는 2개의 축회전에, 2차원적으로 회동 가능하게 구성되어 있다. 가동 프레임(3)의 하면에는, 가동 프레임(3)에 접합되어 가동 프레임(3)과 일체로 회동 가능하게 지지체(9)가 설치되어 있다. 또한, 고정 프레임(4)에는, 3개의 단자막 (10a, 10b, 10c)이 형성되어 있다. 이하, 제2경첩(6)의 긴쪽 방향을 X방향이라고 칭하고 , 제1경첩(5)의 긴 방향을 Y방향이라고 칭하며, X방향과 Y방향에 직교하는 수직한 방향을 Z방향이라고 칭한다.

이 광주사 미러(1)는 정전력을 이용하여 미러부(2)를 회동시키는 것이다. 미러부(2)를 회동시키기 위해, 가동 프레임(3)과 고정 프레임(4)과의 사이의 제1경첩(5)이 형성되어 있지 않은 부위에는 제1즐치전극(7)이 형성되어 있고, 미러부(2)와 가동 프레임(3)과의 사이의 제2경첩(6)이 형성되어 있지 않은 부위에는 제2즐치전극(8)이 형성되어 있다. 제1즐치전극(7)은, 가동 프레임(3) 중 X방향으로 거의 직교하는 2측면에 각각 즐치 형상으로 형성된 전극(3b)과, 고정 프레임(4) 중 전극(3b)에 대향하는 부위에 각각 형성된 전극(4a)이, 한 벌로 서로 맞물리도록 배치되어 구성되어 있다. 제2즐치전극(8)은, 미러부(2) 중 Y방향으로 거의 직교하는 2 측면에 각각 즐치 형상으로 형성된 전극(2a)과 가동 프레임(3) 중 전극(2a)에 대향하는 부위에 각각 즐치 형상으로 형성된 전극(3a)이, 한 벌로 서로 맞물리도록 배치되어 구성되어 있다. 제1즐치전극(7) 및 제2즐치전극(8)에 있어서, 전극 3b, 4a 간의 틈새나, 전극 2a, 3a 간의 틈새는, 예를 들면, 2μm 내지 5μm정도의 크기가 되도록 구성되어 있다. 제1즐치전극(7) 및 제2즐치전극(8)은, 각각의 전극 3b, 4a 간, 또는 전극 2a, 3a 간에 전압이 인가되는 것으로, 전극 3b, 4a 간, 또는 전극2a, 3a에, 서로 당기는 방향으로 작용하는 정전력을 발생한다.

미러부(2), 가동 프레임(3), 고정 프레임(4) 등은, 각각, 후술하는 바와 같이 SOI 기판(100)을 마이크로 머시닝(machining) 기술을 이용하여 가공하는 것에 의해 형성되어 있다. 이하, 광주사 미러(1)의 각 부위에 대해서, SOI 기판(100)의 각층의 구조에 대해서 설명한다.

미러부(2) 및 가동 프레임(3)은, 제1실리콘층(100a)에 형성되어 있다. 미러면(20)은, 예를 들면 알루미늄제의 박막이다. 그 때문에, 미러면(20)은, 미러부(2)의 상면에 외부로부터 입사하는 광 빔을 반사 가능하다. 미러부(2)는, 제2경첩(6)을 통과하는 수직 평면(z-x평면에 평행한 평면)에 대해 거의 대칭 형상으로 형성되어 있다. 그 때문에, 미러부(2)는, 제2경첩(6) 회전에 부드럽게 요동 가능하다.

가동 프레임(3)에는, 제1실리콘층(100a)의 상단으로부터 하단까지 연통해, 도랑 형상의 공극을 구성하는 트렌치(101a)(절연 분리부)가 형성되어 있다. 트렌치(101a)가 형성되어 있는 것에 의해, 가동 프레임(3)은, 제1경첩(5)의 일방과 접속되어 전극 3a 및 전극 3b와 일체가 되는 부위와, 2개의 제2경첩(6)을 지지하는 축지부 3c 및 축지부(3c)에 도통부(3d)를 사이에 두고 접속되어 제1경첩(5)의 타방에 축지되는 축지부 3e로 이루어지는 부위와, 트렌치(101a)가 형성되는 것에 의해, 도통부(3d)에 미러부(2)의 중앙부에 관해 상면시(上面視)로 거의 점대칭이 되는 형상으로 형성된 3개의 밸런스부(3f)의 5개의 부위로 분할되어 있다. 트렌치(101a)는 제1실리콘층(100a)을 분단하도록 형성되어 있으므로, 이러한 5개의 부위는, 서로 절연되어 있다. 또한 밸런스부(3f)는 형성되어 있지 않아도 좋다.

지지체(9)는 가동 프레임(3)의 하방(下方)(z방향)의 산화막(120) 및 제2실리콘층(100b)에 의해 구성되어 있다. 지지체(9)에는, 트렌치(101a)에 의해 분할된 가동 프레임(3)의 5개의 부위가 함께 접합되어 있다. 환언하면, 지지체(9)는, 가동 프레임(3) 중 트렌치(101a)가 형성되어 있는 부위의 하방(下方)에, 제1실리콘층(100a)에 접합된 채 형성되어 있다. 이와 같이 지지체(9)에 5개의 부위가 함께 접합되어 있는 것에 의해, 가동 프레임(3)과 지지체(9)가, 제1경첩(5)을 회전축으로 해서 일체로 회동 가능하게 구성되어 있다. 본 실시 형태에 있어서, 지지체(9)는, 가동 프레임(3)의 하면 중 전극 3a, 3b를 제외한 부위 중 대부분을 덮도록, 평면시(平面視)로 제1경첩(5)에 대해 거의 대칭 형상이 되는 환상(環狀)으로 형성되어 있다. 또한, 지지체(9)의 제2실리콘층(100b)으로 이루어지는 부위의 두께는, 고정 프레임(4)의 제2실리콘층(100b)으로 이루어지는 부위의 두께와 거의 동일한 정도로 형성되어 있다. 즉, 지지체(9)는, 제1경첩(5)을 통과하는 수직 평면(y-z평면에 평행한 평면)에 대해 거의 대칭 형상으로 형성되어 있다. 또한, 가동 프레임(3)의 트렌치(101a)는, 밸런스부(3f)를 형성하기 위해서, 제1경첩(5)을 통과하는 수직 평면에 대해 거의 대칭이 되는 위치 및 형상으로 설치되어 있다. 이것에 의해, 지지체(9)를 포함한 가동부(50)의 중심의 위치는, 제1경첩(5)에 의해 구성되는 회전축에, 평면시(平面視)로 거의 일치하게 된다. 따라서, 지지체(9)를 포함한 가동부(50)는, 제1경첩(5) 회전에 부드럽게 요동 가능하고, 광주사 미러(1)에 의한 스 캔이 보다 적정하게 행해진다.

고정 프레임(4)은 제1실리콘층(100a), 산화막(120), 제2실리콘층(100b)에 의해 구성되어 있다. 고정 프레임(4)의 하면에는 스페이서(110)가 형성되어 있고, 광주사 미러(1)가 예를 들면 회로 기판(B)상에 실장된 상태에서는, 지지체(9)의 하방에 스페이서(110)의 두께 분의 공극이 생기도록 구성되어 있다. 이것에 의해, 광주사 미러(1)의 동작시에, 가동 프레임(3)과 지지체(9)가 제1경첩(5) 회전에 요동 가능하게 되어 있다.

고정 프레임(4)의 상면에는, 3개의 단자막 10a, 10b, 10 c가, 서로 나란하게 배열되어 형성되어 있다. 고정 프레임(4)에는, 트렌치 101a와 동일하게 제1실리콘층(100a)을 복수의 부위로 분할하도록, 트렌치 101b가 형성되어 있다. 트렌치 101b는, 고정 프레임(4)의 제1실리콘층(100a)을, 단자막 10a, 10b, 10c와 거의 동전위(同電位)가 되는, 서로 절연된 3개의 부위로 분할하고 있다. 이 중, 단자막 10a와 동전위가 되는 부위는, 제1경첩(5) 가운데, 단자막 10a으로부터 떨어져 있는, 가동 프레임(3)의 축지부 3e에 접속되고 있는 쪽을 지지하는 축지부 4d를 가지고 있다. 단자막 10a가 형성되어 있는 부위에는, 축지부 4d에 접속된 폭이 가는 도통부 4e가 접속되어 있다. 또, 단자막 10b와 거의 동전위가 되는 부위는, 제1경첩(5)의 일방을 지지하는 축지부 4f를 가지고 있다. 단자막 10c와 거의 동전위가 되는 부위는, 고정 프레임(4) 중 단자막 10a, 10b와 동전위가 되는 부위를 제외한 부위이며, 이 부위에 전극 4a가 형성되어 있다. 제1실리콘층(100a)의 하방(下方)에는 산화막(120) 및 제2실리콘층(100b)이 접합되어 있고 트렌치 101b는 제1실리콘층(100a) 에만 형성되어 있으므로, 고정 프레임(4)은 전체적으로 일체로 구성되어 있다.

도 5에 있어서, 서로 전기적으로 절연되어 있는 제1실리콘층(100a)의 부위는, 서로 다른 모양을 교부해 나타내고 있다. 상기와 같이, 제1실리콘층(100a)에 트렌치(101a, 101b)가 형성되어 있는 것에 의해, 제1실리콘층(100a)에는, 단자막 10a가 형성되어 전극 2a와 거의 동전위가 되는 부위, 단자막 10b가 형성되어 가동 프레임(3) 측의 전극 3a, 3b와 거의 동전위가 되는 부위 및 단자막 10c가 형성되어 고정 프레임(4) 측의 전극 4a와 거의 동전위가 되는 부위의 합계 3개의 외부로부터 전위를 변경 가능한 부위가 설치되어 있다. 광주사 미러(1)은 단자막 10a, 10b, 10 c의 전위가 각각 변경되는 것에 의해 구동된다.

이하, 광주사 미러(1)의 동작에 대해서 설명한다. 제1즐치전극(7) 및 제2즐치전극(8)은, 각각, 이른바 수직정전 컴시스템(computer output microfilm system)으로서 동작하고, 미러부(2)는, 제1즐치전극(7) 및 제2즐치전극(8)이 소정의 구동 주파수로 구동력을 발생하는 것에 의해 구동된다. 제1즐치전극(7) 및 제2즐치전극(8)은, 예를 들면, 전극 3a, 3b가 기준 전위에 접속된 상태에서, 전극 2a 및 전극 4a의 전위를 각각 주기적으로 변화시키는 것에 의해 구동되어 정전력을 발생한다. 이 광주사 미러(1)에 있어서는, 제1즐치전극(7) 및 제2즐치전극(8) 각각이, 예를 들면 구형파(矩形波) 형상의 전압이 인가되어 주기적으로 구동력을 발생하도록 구성되어 있다.

상술한 바와 같이 형성된 미러부(2)나 가동 프레임(3)은, 일반적으로 많은 경우, 그 성형시에 내부 응력 등이 생기는 것에 의해, 정지(靜止) 상태에서도 엄밀 하게는 수평 자세가 아니고, 극히 적지만 기울어져 있다. 그 때문에, 예를 들면 제1즐치전극(7)이 구동되면, 정지(靜止) 상태부터여도, 미러부(2)에 거의 수직한 방향의 구동력이 더해져, 미러부(2)가, 제2경첩(6)을 회전축으로 해서 제2경첩(6)을 비틀면서 회동한다. 그리고, 제2즐치전극(8)의 구동력을, 미러부(2)가 전극 2a, 3a가 완전하게 서로 겹치는 자세가 되었을 때에 해제하면, 미러부(2)는, 그 관성력에 의해, 제2경첩(6)을 비틀면서 회동을 계속한다. 그리고, 미러부(2)의 회동 방향으로의 관성력과 제2경첩(6)의 복원력이 동일해졌을 때, 미러부(2)의 그 방향으로의 회동이 멈춘다. 이 때, 제2즐치전극(8)이 다시 구동되고 미러부(2)는, 제2경첩(6)의 복원력과 제2즐치전극(8)의 구동력에 의해, 지금까지와는 반대의 방향으로의 회동을 개시한다. 미러부(2)는, 이러한 제2즐치전극(8)의 구동력과 제2경첩(6)의 복원력에 의한 회동을 반복하여, 제2경첩(6) 회전에 요동한다. 가동 프레임(3)도, 미러부(2)의 회동시와 거의 동일하게 제1즐치전극(7)의 구동력과 제1경첩(5)의 복원력에 의한 회동을 반복하여, 제1경첩(5) 회전에 지지체(9)와 일체로 요동한다. 이와 같이 가동 프레임(3)이 요동할 때, 지지체(9)를 포함한 가동부(50)가 일체로서 요동하기 위해, 미러부(2)의 자세가 변화한다. 이것에 의해, 미러부(2)는, 2차원적인 요동을 반복한다.

제2즐치전극(8)은, 미러부(2)와 제2경첩(6)에 의해 구성되는 진동계의 공진 주파수의 거의 2배의 주파수의 전압이 인가되어 구동된다. 또한, 제1즐치전극(7)은, 미러부(2), 가동 프레임(3) 및 지지체(9)와 제1경첩(5)에 의해 구성되는 진동계의 공진 주파수의 거의 2배의 주파수의 전압이 인가되어 구동된다. 이것에 의해, 미러부(2)가 공진 현상을 수반하여 구동되어 그 요동각이 커지도록 구성되어 있다. 또한 제1즐치전극(7)이나 제2즐치전극(8)의 전압의 인가 모양이나 구동 주파수는, 상술에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면, 구동 전압이 정현파형으로 인가되도록 구성되어 있어도, 또한, 전극 3a, 3b의 전위가, 전극 2a 및 전극 4a의 전위와 함께 변화하도록 구성되어 있어도 좋다.

여기서, 광주사 미러(1)에 있어서, 지지체(9)를 포함한 가동부(50) 또는 미러부(2)를 같은 두께의 직육면체로 근사했을 경우, 지지체(9)를 포함한 가동부(50)의 요동의 공진 주파수나, 미러부(2)의 요동의 공진 주파수는, 각각 제1경첩(5) 또는 제2경첩(6)의 용수철 정수를 K, 지지체(9)를 포함한 가동부(50) 또는 미러부(2)의 질량을 m, 가동부(50) 또는 미러부(2)의 각각의 회전축에 직교하는 방향의 변의 길이를 L, 지지체(9)를 포함하는 가동부(50) 또는 미러부(2)의 요동의 관성 모멘트를 i라고 하면, 다음 식과 같이 나타내진다.

상기 수식으로부터 알 수 있듯이, 가동부(50)의 가동 프레임(3)은, 지지체(9)와 일체로 회동하므로, 제1경첩(5) 회전에 회동하는 부위의 질량이 지지체(9)가 설치되지 않은 경우와 비교해서 증가하고, 미러부(2)의 제2경첩(6) 회전의 관성 모멘트와 비교해서, 가동부(50)의 제1경첩(5) 회전의 관성 모멘트가 큰폭으로 커진다. 즉, 본 실시 형태에 있어서는, 미러부(2)의 제2경첩(6) 회전의 요동의 공진 주파수에 비해, 지지체(9)를 포함하는 가동부(50)의 제1경첩(5) 회전의 요동의 공진 주파수를 극히 낮게 할 수 있다. 환언하면, 종래의 반도체 구조와 비교해서, 지지체(9)를 설치하는 것에 의해, 가동부(50)의 공진 주파수를 유지한 채로 광주사 미러(1)의 소자 사이즈를 작게 해서 광주사 미러(1)을 저비용으로 제조하거나 또는 제1경첩(5)를 굵게 해서 광주사 미러(1)의 내충격성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 수식으로부터 명백한 것처럼, 상면에서 볼 때 제1경첩(5)의 편측부(片側部)의 지지체(9)의 중심의 위치가 제1경첩(5)으로부터 멀어지는 만큼, 지지체(9)를 포함하는 가동부(50)의 제1경첩(5) 회전의 관성 모멘트가 커진다. 본 실시 형태에서는, 이것을 이용해, 지지체(9)의 위치는, 지지체(9)를 포함하는 가동부(50)의 제1경첩(5) 회전의 관성 모멘트가, 제1경첩(5)의 용수철 정수나, 미러부(2)의 제2경첩(6) 주위의 공진 주파수 등을 감안하여 설정된 소정의 값이 되도록 설정되어 있다. 이것에 의해, 지지체(9)를 포함하는 가동부(50)의 제1경첩(5) 회전의 요동의 공진 주파수를, 광주사 미러(1)로서 구할 수 있는 사양 등에 용이하게 합치시킬 수 있다.

다음으로, 도 6 내지 도 12를 참조해서, 광주사 미러(1)의 제조 공정에 대해서 설명한다. 각 도는, 도 3에 대응하는 측단면을 나타내고 있다. 광주사 미러(1)은, 제1실리콘층(100a)에, 미러부(2), 가동 프레임(3), 제1경첩(5) 및 제2경첩(6) 등을 형성하고, 미러부(2) 등을 형성하는 제1공정(도 6 내지 도 9)과, 제2실리콘층(100b) 중 미러부(2) 및 가동 프레임(3) 등의 하부의 부위를 파내는 제2공정(도 10, 도 11)과, 산화막(120) 중 제2공정에서 제2 실리콘층(100b)이 파내어진 것에 의해 노출한 부위를 제거하는 제3공정(도 12)의 대략적으로 3개의 공정을 거쳐 제 조된다. 또한, 광주사 미러(1)는, 예를 들면, 4인치 내지 6인치 정도의 크기의 웨이퍼(wafer)인 SOI 기판(100) 상에 복수개 동시에 형성된 후, 다이싱(dicing saw)되어 개별의 광주사 미러(1)로 분할되어 제조된다.

제1공정에서는, 먼저, 산소 및 수소 분위기의 확산로 안에서, SOI 기판(100)의 상하 양표면에 산화막(120b)을 형성한다(도 6). 다음으로, 제1실리콘층(100a)의 상면에 형성된 산화막 (120b)의 표면 가운데, 가동부(50)나 제1경첩(5), 도통부(3d, 4e) 등의 형상으로, 포토리소그래피(Photolithography)에 의해, 레지스터132b를 패터닝한다. 그리고, RIE(Reactive Ion Etching)에 의해 산화막(120b) 중 레지스터 132b에 마스크 되어 있지 않은 부위를 제거하고, 제1실리콘층(100a) 중 가동부(50) 등이 형성되지 않는 부위를 노출시킨다(도 7). 그 후, 산소 플라즈마 안에서 레지스터 132b를 제거하고, 예를 들면 알루미늄을 스패터링(spattering)하는 것에 의해, 제1실리콘층(100a)의 상면에 알루미늄막을 형성한다. 알루미늄막은, 예를 들면 두께가 5000Å정도가 되도록 형성된다. 그리고, 포토리소그래피에 의해 레지스터 132c를 패터닝한 후에 RIE를 실시해, 알루미늄막 중, 미러면(20)과 단자막(10a, 10b, 10c) 이외의 부위를 제거한다(도 8).

그 후, D-RIE(Deep Reactive Ion Etching)를 실시해, 제1 실리콘층(100a) 중 표면이 노출되어 있는 부위를 에칭한다. 제1실리콘층(100a)과 제2실리콘층(100b)과의 사이에 개재(介在)하는 산화막(120)의 에칭 비율은, 활성층인 제1실리콘층(100a)의 에칭 비율의 1퍼센트 미만이기 때문에, 산화막(120, 120b)은 거의 에칭되지 않는다. 이것에 의해, 제1실리콘층(100a)에, 가동부(50), 제1경첩(5), 제2경 첩(6), 즐치전극(7, 8) 등이 되는 형상이 형성된다. 이것과 동시에, 가동부(50)가 되는 부위에는 트렌치 101a가 형성되고, 고정 프레임(4)이 되는 부위에는, 트렌치 101b가 형성된다. 레지스터 132c는, 산소 플라즈마 안에서 제거해 둔다(도 9).

다음으로, 제2공정을 실시한다. 제2공정에서는, 먼저, 제2실리콘층(100b)의 표면에 형성된 산화막(120b) 상에, 포토리소그래피에 의해 레지스터 132d를 패터닝한다(도 10). 레지스터 132d는, 하면시(下面視)로 지지체(9) 및 고정 프레임(4)의 형상으로 형성된다. 그리고, 레지스터 132d가 형성되어 있지 않은 부위의 산화막(120b)을 RIE에 의해 에칭한 후, 노출한 제2실리콘층(100b)을 D-RIE에 의해 파낸다(도 11). 이것에 의해, 가동부(50)와 제1경첩(5)의 하방(下方)의 부위가, 트렌치 101a의 하방(下方)의 지지체(9)가 되는 부위를 남겨서 파내어진다. 이 때, 에칭 비율의 차이에 의해, 제2실리콘층(100b)이 산화막(120)까지 파내어지고, 산화막(120)은 거의 에칭되지 않는다. 그 후, 레지스터 132d를, 산소 플라스마 안에서 제거한다. 또한, 레지스터 132d는, 제2실리콘층(100b)의 에칭 중에 제거되도록 해도 좋고, 그 경우, 제조 공정의 수순을 생략화 할 수 있다.

제2공정 후, 제3공정에서는, 하방(下方)에 노출하는 산화막(120)을, RIE에 의해 제거한다(도 12). 이것에 의해, 가동부(50)나 미러부(2)가, 각각 제1경첩(5), 제2경첩(6)을 개입시켜 요동 가능한 상태가 된다. 또한, 이것에 의해, 트렌치(101a)의 하방(下方)에 산화막(120)과 제2실리콘층(100b)으로 구성된 지지체(9)가, 트렌치(101a)에 의해 절연 분리된 가동 프레임(3)의 복수의 부위가 함께 접합된 상태로 형성된다. 또한 이것과 동시에, 제2실리콘층(100b)의 표면의 산화 막(120b)도 제거된다. 그 후, 고정 프레임(4)의 하방(下方)에, 예를 들면 실리콘 또는 유리제의 스페이서(110)를 접합한 후, 다이싱을 실시해 웨이퍼로부터 복수의 광주사 미러(1)를 잘라내어, 광주사 미러(1)이 제조된다.

상기와 같이, 본 실시 형태에서는, 종래와 같이 트렌치(101a)의 측벽을 산화하거나 트렌치(101a)를 폴리 실리콘으로 매립하거나 하는 것 같은 복잡한 공정을 거치는 일 없이, 종래보다 간이한, 에칭에 의한 제조 공정에 의해, 가동부(50)에 절연 분리 구조를 설치한 광주사 미러(1)를 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 트렌치(101a)에 의해 절연 분리된 가동 프레임(3)이, 지지체(9)에 접합되어 구성되어 있는 것에 의해, 가동 프레임(3)의 기계적 강도가 확실히 확보되어 광주사 미러(1)가 확실히 동작 가능하게 된다. 또한, 트렌치(101a)는, 가동 프레임(3)을 공극을 사이에 두고 복수의 부위로 분할하도록 구성되어 있으므로, 가동 프레임(3)의 복수의 부위간에서의 전기적 절연을 확실히 유지할 수 있어 광주사 미러(1)의 제조시의 양품률이 높아진다. 또한, 광주사 미러(1)가 회로 기판(B)상 등에 실장된 상태에서는, 지지체(9)가 광주사 미러(1)의 실장면에 당접하는 것에 의해, 가동 프레임(3)이 너무 기우는 것이 없어지게 되어 제1경첩(5)의 파괴가 방지되어 광주사 미러(1)를 용이하게 취급할 수 있게 된다.

도 13은, 본 발명의 제2의 실시 형태와 관련되는 광주사 미러를 나타낸다. 도 13에 나타낸 단면은, 제1의 실시 형태에 있어서의 도 3에 대응한다. 이하의 실시 형태에 있어서, 상술의 실시 형태와 동등의 구성은 동일한 부호를 첨부하고, 상술의 실시 형태와 상이한 부분에 대해서만 설명한다. 광주사 미러(21)는, 트렌 치(101a)의 하방(下方)의 지지체(29)의 형상이, 제1의 실시 형태의 광주사 미러(1)의 지지체(9)와는 다르다. 광주사 미러(21)는, 예를 들면, 회로 기판(B)에, 제1의 실시 형태의 광주사 미러(1)과 같이 스페이서(110) 등을 설치하는 일 없이 배치할 수 있도록 구성되어 있다.

광주사 미러(21)에 있어서, 지지체(29)는, 가동 프레임(3)의 하면으로부터 지지체(29)의 하단부까지의 두께 치수가, 가동 프레임(3)의 하면으로부터 고정 프레임(4)의 하단부까지의 두께 치수(예를 들면, 400μm정도)보다 작아지도록, 얇게(예를 들면, 200μm정도) 형성되고 있다. 또한, 지지체(29)의 두께는, 지지체(29)를 포함하는 가동부(50)의 제1경첩(5) 회전의 관성 모멘트가 제1경첩(5)의 용수철 정수 등을 감안하여 설정된 소정의 값이 되도록 설정되어 있다.

도 14 내지 도 16을 참조해서, 광주사 미러(21)의 제조 공정에 대해서 설명한다. 광주사 미러(21)의 제조 공정에서는, 특히, 제2공정(도 14 내지 도 16)에 있어서, 제2실리콘층(100b)의 지지체(29)가 되는 부위의 두께가 제2실리콘층(100b)의 고정 프레임(4)의 두께보다도 작아지도록 에칭을 실시하는 점이, 제1의 실시 형태와 다르다. 제1공정 및 제3공정은, 제1의 실시 형태와 거의 동일하게 행해진다.

제2의 실시 형태에 있어서, 제2공정에서는, 제2실리콘층(100b)의 표면의 산화막(120b) 가운데, 제2실리콘층(100b)의 에칭하는 부위를 RIE에 의해 제거해(도 14), 그 때에 형성하고 있던 레지스터(132d)를 산소 플라즈마 안에서 제거한다. 그리고, 고정 프레임(4)에 상당하는 부위에 레지스터(232d)를 형성해 마스크한다(도 15). 그 후, D-RIE를 실시하는 것으로, 제2실리콘층(100b)을 에칭해, 가동부(50) 및 제1경첩(5)의 하방의 부위를 파낸다(도 16). 이 때, 제2실리콘층(100b)의 지지체(29)가 되는 부위에는, 표면에 산화막(120b)이 형성되고 있어 이 산화막(120b)이 에칭된 후에 에칭된다. 산화막(120b)과 제2실리콘층(100b)과는 에칭 비율이 달라, 산화막(120b)이 에칭되는 속도는 제2실리콘층(100b)과는 다르다. 그 때문에, 제2실리콘층(100b) 중 산화막(120b)이 형성되어 있지 않은 부위가 완전하게 파내어졌을 때에, 산화막(120b)이 형성되고 있던 부위는, 적어도 완전하게는 에칭되어 있지 않은 상태가 된다. 따라서, 제2실리콘층(100b) 중 지지체(29)가 되는 부위의 두께가, 제2실리콘층(100b)의 고정 프레임(4)이 되는 부위의 두께보다도 작아지도록, 에칭이 행해진다.

이와 같이, 제2의 실시 형태에 의하면, 지지체(29)의 하단부의 위치가, 고정 프레임(4)의 하단부의 위치보다도 상방(上方)이 되므로, 고정 프레임(4)의 하방(下方)에 스페이서(110) 등을 설치할 필요가 없고, 실장 높이가 낮은 광주사 미러(21)를 제조할 수 있다. 또한, 지지체(29)의 두께를 변경하는 것에 의해, 가동부(50)의 제1경첩(5) 회전의 관성 모멘트를 용이하게 설정 가능하게 된다. 이것에 의해, 지지체(29)를 포함한 가동부(50)의 제1경첩(5) 회전의 요동의 공진 주파수를 광주사 미러(21)로서 구할 수 있는 사양 등에 합치시킨 광주사 미러(21)를, 용이하게 제조할 수 있다.

또한 제2의 실시 형태에 있어서, 미리, 제1공정에 있어서, SOI 기판(100)의 표면에, 지지체(29)의 소망의 두께를 감안한 막 두께가 되도록 산화막(120b)을 형성해도 좋다. 또한, 제2공정에 있어서 산화막(120b)을 RIE에 의해 제거한 후, 지지 체(29)가 되는 부위의 표면의 산화막(120b)를 얇게 가공해도 좋다. 이 때, 해당 산화막(120b)의 두께는, 산화막(120b)이 형성되어 있지 않은 부위의 제2실리콘층(100 b)이 완전하게 에칭되었을 때에, 제2실리콘층(100b)의 지지체(29)가 되는 부위의 두께가 소망의 두께와 같은 두께로 해두면 좋다. 이와 같이, 상기와 같이 제2실리콘층(100b)을 D-RIE에 의해 파내기 전에, 산화막(120b)의 두께를 최적화하는 것에 의해, 제2실리콘층(100b)의 에칭을 실시하는 시간을 짧게 할 수 있고, 또한 제2실리콘층(100b)을 고정밀도로 가공할 수 있다.

도 17은 본 발명의 제3의 실시 형태와 관련되는 반도체 구조를 이용한 광주사 미러를 나타낸다. 도 17에 나타낸 단면은, 제1의 실시 형태에 있어서의 도 3에 대응한다. 광주사 미러(31)는, 트렌치(101a) 하방(下方)의 지지체(39)가, 제2실리콘층(100b)에 형성된 고농도 붕소 확산부(300b)에 의해 구성되어 있다. 또한, 지지체(39)는 트렌치(101a)의 하방에만 형성되어 있다. 광주사 미러(31)도, 제2의 실시 형태에 있어서의 광주사 미러(21)와 동일하게, 예를 들면 회로 기판(B)에, 스페이서(110) 등을 설치하는 일 없이 배치할 수 있도록 구성되어 있다.

도 18 내지 도 24를 참조해서 광주사 미러(31)의 제조 공정에 대해서 설명한다. 이 광주사 미러(31)의 제조 공정에서는, 특히, 제1공정(도 18 내지 도 22)에 있어서 제2실리콘층(100b)에 붕소 확산을 실시하는 점과 제2공정(도 23, 도 24)에 있어서, 고농도 붕소 확산부(300b)에 대해 선택성을 가지는 식각재료(etchants)를 이용해 에칭을 실시하는 점이, 상기 제1의 실시 형태와 다르다. 제3공정은, 제1의 실시 형태와 거의 동일하게 행해진다.

제1공정에서는, 먼저, 제1의 실시 형태와 동일하게 표면에 산화막(120b)을 형성한 SOI 기판(100)의 제1실리콘층(100a)의 표면에, 트렌치(101a)를 형성하기 위한 레지스터 332b를 포토리소그래피에 의해 형성한다. 그리고, RIE 및 D-RIE를 순서대로 실시하는 것에 의해, 산화막(120b)과 제1실리콘층(100a)을 에칭해, 트렌치(101a)를 형성한다. 그 후, 한층 더 RIE를 실시해, 트렌치(101a)의 하방(下方)의 산화막(120)을 제거한다(도 18). 그리고, 확산로에 의해, 제2실리콘층(100b) 중 산화막(120)을 제거함으로써 노출한 부위에, 붕소 고상원(固相源)을 이용한 붕소 확산을 실시한다(도 19). 이것에 의해, 제2실리콘층(100b) 중에, 고농도 붕소 확산부(300b)가 형성된다. 붕소 확산을 실시하는 것에 의해, 제2실리콘층(100b)의 노출하는 부위에는 산화막(120)이 형성된다.

다음으로, 제1실리콘층(100a)의 표면의 산화막(120b)의 상면에 레지스터 332c를 패터닝하고, 노출하는 산화막(120b)을 RIE에 의해 에칭한다. 이것에 의해, 제1실리콘층(100a) 가운데, 가동부(50) 및 제1경첩(5), 제2경첩(6)을 형성하기 위해서 에칭을 실시하는 부위와 미러면(20) 및 단자막(10a, 10b, 10c)을 형성하는 부위를 노출시킨다(도 20). 그리고, 산소 플라즈마 안에서 레지스터 332c를 제거하고, 제1의 실시 형태와 동일하게, 알루미늄을 스패터링해, 레지스터 132c를 형성하고, 알루미늄막의 에칭을 실시하는 것으로, 미러면(20) 및 단자막(10a, 10b, 10c)을 형성한다(도 21). 그 후, D-RIE를 실시해, 제1실리콘층(100a)에, 가동부(50), 제1경첩(5), 제2경첩(6), 즐치전극(7, 8), 트렌치(101b) 등이 되는 형상을 형성한다(도 22). 레지스터 132c는, 제거해 둔다.

제2공정에서는, 먼저, 제2실리콘층(100b)의 표면의 산화막(120b)에 레지스터 332d를 형성한다. 레지스터 332d는, 하면시(下面視)로 고정 프레임(4)과 동일한 형상으로 형성된다. 그리고, RIE에 의해, 노출하는 산화막(120b)을 제거하고, D-RIE에 의해, 가동부(50) 및 제1경첩(5)의 하방(下方)의 제2실리콘층(100b)를 에칭한다. 이 때, 제2실리콘층(100b)을 예를 들면 200μm 정도만 남기고, 에칭하는 부위가 고농도 붕소 확산부(300b)에 이르기 직전에, 에칭을 종료시킨다(도 23). 그 후, SOI 기판(100)의 제1실리콘층(100a) 측의 표면에 보호막(332e)를 형성해 보호한 데다가, 고농도 붕소 확산부(300b)에 선택성이 있는 식각재료(etchants)를 이용하여, 나머지의 제2실리콘층(100b)을 에칭한다(도 24). 고농도 붕소 확산부(300b)에 선택성이 있는 식각재료(etchants)로서는, 예를 들면, KOH나 에틸렌디아민피로카텍올(ethylenediamine pyrocatechol) 등의 알칼리가 이용될 수 있다. 이것에 의해, 제2실리콘층(100b)의 에칭이 종료했을 때, 고농도 붕소 확산부(300b)와 산화막(120)이 남는다. 그리고, 보호막(332e)을 박리해, 제3공정을 실시하는 것으로, 고농도 붕소 확산부(300b)에 의해 구성된 지지체(39)를 가지는 광주사 미러(31)가 제조된다.

이와 같이, 제3의 실시 형태에 의하면, 제1공정에 있어서의 붕소 확산시에, 붕소 확산 깊이를 제어해, 고농도 붕소 확산부(300b)를 소망의 크기로 형성할 수 있다. 따라서, 지지체(39)의 크기를 고정밀도에 제어해, 지지체(39)를 포함한 가동부(50)의 공진 주파수를, 보다 고정밀도로 설정하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명은 상기 실시 형태의 구성으로 한정되는 것이 아니고, 발명의 취지를 변경하지 않는 범위에서 적당하게 여러 가지의 변형이 가능하다. 예를 들면, 미러부나 가동부는, 직사각형 형상에 한정되지 않고, 예를 들면 원 또는 타원 형상으로 형성되어 있어도 좋다. 또한, 반도체소자는, 가동부에 미러면이 형성되어서 이용되는 것에 한정되지 않고, 예를 들면, 전압이 인가되어 구동되는 소자 등이 가동부 상에 실장되어서 이용되는 것이어도 좋다. 또한, 광주사 미러는, 상술과 다른 차례로 각 부위의 에칭을 실시하는 등, 상술과는 다른 제조 공정에 의해 제조되어도 좋다.

또한, 광주사 미러는, 상대(相對)하는 즐치전극이 초기 상태에 있어서 거의 동일 평면 상에 형성되지 않고, 소정의 각도 또는 위치 차이를 가지고 형성되고 있는 것이어도 좋다. 또한, 광주사 미러는, 즐치전극을 가지지 않고, 예를 들면 회로 기판과 가동판과의 사이에 전압이 인가되는 것에 의해 생기는 정전력(靜電力)을 구동력으로 하는 등, 상술과는 다른 실시예에 의해 구동되는 것이어도 좋다. 또한, 광주사 미러는, 미러부가 2축을 중심으로 요동하는 2축형의 광주사 미러에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면, 가동부가, 미러부 및 가동 프레임으로 나누어지지 않고, 제1경첩에 의해 구성되는 1축을 중심으로 요동하도록 구성되어 있어도 좋다.

본원은 일본특허출원 2007-15970 및 일본특허출원 2007-15980에 근거하고 있고, 그 내용은 상기 특허 출원의 명세서 및 도면을 참조하는 것에 의해서 결과적으로 본원 발명에 합체되어야 할 것이다.

또한, 본원 발명은 첨부한 도면을 참조한 실시의 형태에 의해 충분히 기재되어 있지만, 다양한 변경이나 변형이 가능하다는 것은, 이 분야의 통상의 지식을 가 진 자에게 있어서 명백하다. 그러므로, 그러한 변경 및 변형은, 본원 발명의 범위를 일탈하는 것이 아니고, 본원 발명의 범위에 포함된다고 해석되는 것이 당연하다.

Claims

고정 프레임 및 상기 고정 프레임에 제1경첩을 사이에 두고 축지(軸支)되어 상기 고정 프레임에 대해 회전 가능한 가동부가 형성되어서 이루어지는 반도체 구조와, 상기 가동부 상에 형성되어 외부로부터 입사한 빛을 반사하는 미러면을 구비하고, 상기 가동부에는, 그 가동부를 서로 절연된 복수의 부위로 분할하는 절연 분리부가 설치되고 있는 광주사 미러에 있어서,

상기 절연 분리부의 하방(下方)에는, 상기 절연 분리부에 의해 분할된 상기 가동부의 복수의 부위가 함께 접합된 지지체가 형성되어 있어, 상기 가동부가 상기 지지체(支持體)와 일체로 회동(回動) 가능하게 구성되고,

상기 가동부는, 상기 고정 프레임에 상기 제1경첩을 사이에 두고 축지되어, 상기 절연 분리부에 의해 절연 분리된 복수의 부위로 이루어지는 가동 프레임과, 상기 미러면이 배치되고, 상기 가동 프레임에 제2경첩을 사이에 두고 축지되어 상기 가동 프레임에 대해 회전 가능한 미러부를 구비하며,

상기 지지체는, 상기 가동 프레임의 하방(下方)에, 상기 가동 프레임의 복수의 부위가 함께 접합되어서 배치되어, 상기 가동 프레임과 일체로 회동 가능하게 구성되어 있고,

상기 미러부는, 상기 제1경첩 회전에, 상기 가동 프레임 및 상기 지지체와 함께 상기 고정 프레임에 대해 요동 가능하게, 또한, 상기 제2경첩 회전에, 상기 가동 프레임에 대해 요동 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광주사미러.
삭제
제1항에 있어서,

상기 가동 프레임을 상기 제1경첩 회전에 요동 가능하게 하기 위한 스페이서(spacer)가, 상기 고정 프레임의 하방(下方)에 설치되고 있는 것을 특징으로 하는 광주사 미러.
제1항에 있어서,

상기 지지체는, 상기 가동 프레임의 하면으로부터 상기 지지체의 하단부까지의 치수가, 상기 가동 프레임의 하면으로부터 상기 고정 프레임의 하단부까지의 치수보다 작아지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 광주사 미러.
제1항, 제3항, 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 지지체는, 상기 가동 프레임의 하면으로부터 상기 지지체의 하단부까지의 치수가, 상기 가동부 및 상기 지지체의 상기 제1경첩 회전의 관성 모멘트가 소망의 값이 되는 치수로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 광주사 미러.
제1항, 제3항, 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 지지체는, 상기 가동부 및 상기 지지체의 상기 제1경첩 회전의 관성 모멘트가 소망의 값이 되는 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광주사 미러.
제1항, 제3항, 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 지지체는, 평면시로 환상(環狀)으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광주사 미러.
고정 프레임과 상기 고정 프레임에 제1경첩을 사이에 두고 축지(軸支)되어 상기 고정 프레임에 대해 회전 가능한 가동부를 구비하고, 상기 가동부에는, 그 가동부를 서로 절연된 복수의 부위로 분할하는 절연 분리부가 설치되어 있는 반도체 구조에 있어서,

상기 절연 분리부의 하방(下方)에는, 상기 절연 분리부에 의해 분할된 상기 가동부의 복수의 부위가 함께 접합된 지지체가 형성되어 있어 상기 가동부가 상기 지지체와 일체로 회동 가능하게 구성되고,

상기 가동부는, 상기 고정 프레임에 상기 제1경첩을 사이에 두고 축지되어, 상기 절연 분리부에 의해 절연 분리된 복수의 부위로 이루어지는 가동 프레임과, 미러면이 배치되고, 상기 가동 프레임에 제2경첩을 사이에 두고 축지되어 상기 가동 프레임에 대해 회전 가능한 미러부를 구비하며,

상기 지지체는, 상기 가동 프레임의 하방(下方)에, 상기 가동 프레임의 복수의 부위가 함께 접합되어서 배치되어, 상기 가동 프레임과 일체로 회동 가능하게 구성되어 있고,

상기 미러부는, 상기 제1경첩 회전에, 상기 가동 프레임 및 상기 지지체와 함께 상기 고정 프레임에 대해 요동 가능하게, 또한, 상기 제2경첩 회전에, 상기 가동 프레임에 대해 요동 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 구조.
제1실리콘층과 제2실리콘층이 산화막을 사이에 두고 서로 접합되어서 이루어지는 SOI(Silicon on Insulator) 기판으로 구성되고,

상기 제1실리콘층, 상기 산화막 및 상기 제2실리콘층에 고정 프레임이 형성되며, 상기 제1실리콘층에 상기 고정 프레임에 지지 용수철부를 사이에 두어 축지(軸支)되어 상기 고정 프레임에 대해 회전 가능한 가동부가 형성되어서 이루어지 며, 상기 가동부에는, 그 가동부를 서로 절연된 복수의 부위로 분할하는 절연 분리부가 설치되고 있는 반도체 구조의 제조 방법으로서,

상기 SOI 기판을 에칭해, 상기 제1실리콘층에, 상기 지지 용수철부, 상기 가동부 및 상기 절연 분리부를 형성하는 제1공정과,

상기 제1공정의 후, 상기 제2 실리콘층에 에칭을 실시해, 상기 제2실리콘층 중 상기 가동부 및 상기 지지 용수철부의 하방(下方)의 부위를, 상기 절연 분리부의 하방의 부위를 남겨 파내는 제2공정과,

상기 제2공정의 후, 상기 산화막 중 상기 제2공정에서 상기 제2실리콘층이 파내어진 것에 의해 노출한 부위를 제거해, 상기 절연 분리부의 하방(下方)에, 상기 절연 분리부에 의해 분할된 상기 가동부의 복수의 부위에 함께 접합된, 상기 산화막 및 상기 제2 실리콘막으로 이루어지는 지지체를 형성하는 제3공정을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 구조의 제조 방법.
제9항에 있어서,

상기 제2공정에 있어서, 상기 제2실리콘층의 상기 절연 분리부의 하방의 부위의 두께가 상기 제2실리콘층의 상기 고정 프레임의 두께보다도 작아지도록 에칭을 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 구조의 제조 방법.
제9항에 있어서,

상기 제1공정에 있어서, 상기 산화막 가운데 상기 절연 분리부를 형성하는 것에 의해 노출한 부위를 제거하고, 그것에 의해 노출한 상기 제2실리콘층의 부위에 대해 붕소 확산을 실시해, 상기 제2실리콘층 중에 고농도 붕소 확산부를 형성하고,

상기 제2공정에 있어서, 상기 고농도 붕소 확산부에 대해서 선택성을 가지는 식각재료를 이용해서 상기 제2실리콘층에 에칭을 실시해, 상기 지지체를, 상기 고농도 붕소 확산부에 의해 구성하는 것을 특징으로 하는 반도체 구조의 제조 방법.