KR101183915B1 - 가동 구조체 및 이것을 사용한 광주사 미러 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 반도체 기계 구조체에 있어서, 외부로부터 충격이 가해져도 힌지가 파손되지 않도록 하여, 내(耐)충격성을 높인다. 광주사(光走査) 미러(1)는, 가동판(可動板)(2)과, 가동판(2)의 양 측부에 일단부가 각각 접속되어 있고, 가동판(2) 중 1개의 요동축(搖動軸)을 구성하는 한쌍의 힌지(3)와, 가동판(2)의 주위를 에워싸도록 배치되어 각 힌지(3)의 타단부를 지지하는 고정 프레임(4)과, 고정 프레임(4)에 형성된 스토퍼부(6)를 포함하고 있다. 가동판(2)이 측방으로 변위되면, 스토퍼부(6)가 가동판(2)의 오목부(2e) 측 에지부와 접촉하고, 가동판(2)의 측방으로의 변위가 제한된다. 이로써, 외부로부터 충격이 가해져도 힌지(3)의 파손이 방지된다.

Description

가동 구조체 및 이것을 사용한 광주사 미러{MOVING STRUCTURE AND LIGHT SCANNING MIRROR USING THE SAME}

본 발명은, 반도체 기판에 형성되고, 힌지에 축지지 되어 요동(搖動) 가능하게 구성된 가동판(可動板)을 가지는 가동 구조체에 관한 것이다.

종래부터, 예를 들면, 바코드 리더나 프로젝터 등의 광학 기기로서, 미러면이 형성된 가동판을 요동시켜, 그 미러면에 입사(入射)한 광빔 등을 스캐닝하는 광주사(光走査) 미러를 사용한 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 내지 특허 문헌 3 참조). 광주사 미러로서는, 예를 들면, 마이크로머시닝(micromachining) 기술을 이용하여 성형되는 반도체 가동 구조체를 가지는 소형의 것이 알려져 있다. 이와 같은 가동 구조체는, 광주사 미러로서 사용될 때 미러면이 형성되는 가동판과, 가동판을 지지하는 고정 프레임을 가지고 있다. 가동판과 고정 프레임은 서로 힌지에 의해 연결되어 있다. 가동판은, 예를 들면, 가동판과 고정 프레임과의 사이에 형성된 서로 대향하는 한쌍의 빗살 전극(comb tooth electrode)에 의해 구동된다. 빗살 전극은, 예를 들면, 서로의 전극이 수㎛ 정도의 간격으로 서로 맞물리도록 형성되어 있고, 서로의 전극 간에 전압이 인가되는 것에 의해 정전력(靜電力)이 발생한다. 가동판은, 빗살 전극이 발생하는 구동력에 의해, 힌지를 비틀면서 즉 트위스팅(swisting)하면서 고정 프레임에 대하여 회동(回動)하고, 힌지를 축으로 하여 요동한다.

그런데, 이와 같은 광주사 미러에 있어서, 작은 구동 전압으로, 광을 주사하는 데 필요한 스윙각(swing angle)을 확보하기 위해서는, 힌지를 가늘게 하고, 힌지의 비틀림 방향의 스프링 상수(常數)를 작게 하면 된다. 그러나, 이와 같이 힌지를 가늘게 하면, 힌지가 물리적인 충격에 대하여 취약하게 되어, 외부로부터 충격이 가해졌을 때 힌지가 파손되어, 광주사 미러가 동작 불가능하게 되는 경우가 있다.

특허 문헌 1에는, 커버 기판을 반도체 기판에 접합한 광주사 미러의 구조가 개시되어 있다. 그러나, 이 구조에 있어서는, 커버 기판을 설치해도 가동판의 변위는 억제되지 않기 때문에, 외부로부터 충격이 가해지면, 가동판이 변위되어 커버 기판과 맞닿기 전에 힌지가 파손될 우려가 있다. 또한, 특허 문헌 2에는, 가동판의 경사 중심으로 되는 중앙부를 지지 가능한 피벗(pivot)이 형성된 마이크로미러(micromirror) 장치가 개시되어 있다. 그러나, 이 마이크로미러 장치는, 피벗을, 가동판의 중앙부에 대응시키고, 또한 가동판에 근접하도록, 소정 위치에 정확하게 설치할 필요가 있으므로, 용이하게 제조하기 어렵다는 문제가 있다.

그런데, 이와 같은 광주사 미러에 사용되는 빗살 전극은, 큰 정전력을 발생시키기 위해, 극히 가늘게 형성된 많은 빗살로 구성되어 있다. 광주사 미러에 외부로부터 진동이나 충격 등이 가해져, 가동판의 측방으로의 변위량이 커지면, 가동판에 설치되어 있는 빗살 고정 프레임 등과 접촉하거나, 고정 프레임에 형성되어 있는 빗살이 가동판 등과 접촉하거나 한다. 각 빗살은, 가늘고 취약하기 때문에, 이와 같이 고정 프레임이나 가동판 등과 접촉되면, 파손될 우려가 있다.

일본공개특허 제2004-109651호 공보 일본공개특허 제2003-57575호 공보 일본공개특허 제2004-13099호 공보

본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 용이하게 제조 가능하고, 또한 외부로부터 충격이 가해져도 힌지 및 빗살 전극이 쉽게 파손되지 않고, 높은 내(耐)충격성을 가지는 가동 구조체 및 이것을 사용한 광주사 미러를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 청구항 1의 발명은, 가동판과, 각각 상기 가동판에 일단부가 접속되고 상기 가동판 중 1개의 요동축을 구성하는 한쌍의 힌지와, 상기 가동판의 주위에 배치되고, 상기 한쌍의 힌지의 각각의 타단부가 접속되어 상기 힌지를 지지하는 프레임부를 포함하고, 상기 가동판은, 상기 한쌍의 힌지를 비틀면서 상기 프레임부에 대하여 요동 가능하게 구성되어 있는 가동 구조체에 있어서, 상기 가동판이 변위될 때, 가동 구조체의 일부와 접촉하여, 상기 가동판의 변위를 규제하는 스토퍼부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

청구항 2의 발명은, 청구항 1에 기재된 가동 구조체에 있어서, 상기 스토퍼부는, 상기 가동판의 면 내측 방향에서의 변위를 규제하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 3의 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 가동 구조체에 있어서, 상기 스토퍼부는, 상기 힌지의 측방에, 상기 힌지를 따르도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 4의 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 가동 구조체에 있어서, 상기 가동판의 일부 및 상기 프레임부의 일부와 서로 대향하도록 형성되고, 상기 가동판을 상기 프레임부에 대하여 요동시키는 빗살 전극을 더 포함하고, 상기 스토퍼부는, 상기 가동판이 상기 면 내측 방향으로 변위될 때, 상기 빗살 전극을 제외한 가동 구조체의 다른 부위와 접촉하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 5의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 가동 구조체에 있어서, 상기 스토퍼부는, 상기 가동판 또는 상기 프레임부와 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 6의 발명은, 청구항 3에 기재된 가동 구조체에 있어서, 상기 가동판에는, 상기 힌지에 의해 축지지되는 부위의 근방에 힌지의 길이 방향으로 오목하게 파여진 오목부가 형성되어 있고, 상기 스토퍼부는, 상기 프레임부와 일체로 형성되어 있고, 상기 힌지와 상기 오목부를 형성하는 가동판의 사이드 에지부와의 사이에 위치하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 7의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 가동 구조체에 있어서, 상기 스토퍼부의 모서리부에는, R 면취 형상(round shape)의 면취부(面取部; chamfer)가 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 8의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 가동 구조체에 있어서, 상기 스토퍼부는, 상기 가동판이 측방으로 변위될 때 상기 스토퍼부와 접촉하는 가동 구조체의 다른 부위와 같은 전위로 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 9의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 가동 구조체에 있어서, 상기 스토퍼부 중 적어도 일부에는, 상기 스토퍼부와 접촉된 것과의 사이에서 스티킹(sticking)이 발생하지 않도록, 스티킹 방지막 또는 돌기부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 10의 발명은, 청구항 1에 기재된 가동 구조체에 있어서, 상기 스토퍼부는, 상기 가동판의 두께 방향에서의 변위를 규제하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 11의 발명은, 청구항 10에 기재된 가동 구조체에 있어서, 상기 가동판과 힌지와 프레임은, 반도체 기판에 형성되어 있고, 상기 반도체 기판의 적어도 일면에는, 상기 가동판을 보호하기 위한 보호 기판이 접합되어 있고, 상기 스토퍼부는, 상기 보호 기판으로부터 상기 가동판의 요동 중심축을 향해 돌출되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 12의 발명은, 청구항 11에 기재된 가동 구조체에 있어서, 상기 스토퍼부는, 상기 가동판이 변위되었을 때 상기 힌지와 맞닿지 않을 정도로, 상기 힌지로부터 이격된 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 13의 발명은, 청구항 12에 기재된 가동 구조체에 있어서, 상기 스토퍼부는, 상기 가동판의 상면측에 배치된 상부 스토퍼를 가지고, 상기 상부 스토퍼는, 상기 힌지의 요동 중심축을 향해 돌출되고, 상기 가동판의 변위 시에 상기 가동판과 맞닿아 상기 가동판의 변위를 규제하는 것을 특징으로 한다.

청구항 14의 발명은, 청구항 12에 기재된 가동 구조체에 있어서, 상기 가동판의 하면에는, 상기 가동판과 일체로 지지체가 형성되고, 상기 스토퍼부는, 상기 가동판의 하면측에 배치된 하부 스토퍼를 가지고, 상기 하부 스토퍼는, 상기 힌지의 요동 중심축을 따르도록 상기 중심축을 향해 돌출되고, 상기 가동판의 변위 시에 상기 가동판과 일체로 되어 변위하는 지지체와 맞닿아 상기 가동판의 변위를 규제하는 것을 특징으로 한다.

청구항 15의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 기재된 가동 구조체를 가지고, 상기 가동판의 상면에, 입사한 광을 반사하는 미러면을 형성한 것을 특징으로 하는 광주사 미러이다.

청구항 1의 발명에 의하면, 스토퍼부가 가동 구조체의 일부와 접촉하여, 가동판의 변위를 규제하므로, 외부로부터 충격이 가해져도 힌지 및 빗살 전극이 쉽게 파손되지 않는다. 이로써, 가동 구조체의 내충격성을 높일 수 있다.

청구항 2의 발명에 의하면, 외부로부터의 충격이 가동 구조체에 가해져 가동판이 면 내측 방향으로 변위되어도, 스토퍼부에 의해 가동판의 면 내측 방향으로의 변위량이 제한된다. 따라서, 가동판이 크게 변위되지 않아, 힌지의 파손이 방지되므로, 가동 구조체의 내충격성을 향상시킬 수 있다.

청구항 3의 발명에 의하면, 스토퍼부는, 힌지의 근방에 배치되어 있으므로, 가동판이 프레임부에 대하여 경사져 있는 것과 같은 경우라도, 가동판의 면 내측 방향으로의 변위를 효과적으로 제한할 수 있다. 또한, 종래와 같이 피벗 상태의 돌기 등을 형성하는 경우와 비교하여, 스토퍼부의 위치나 형상의 정밀도가 요구되는 정도는 낮기 때문에, 비교적 용이하게 가동 구조체를 제조할 수 있다. 또한, 스토퍼부는 힌지와 접촉하지 않으므로, 확실하게 힌지의 파손을 방지할 수 있다.

청구항 4의 발명에 의하면, 빗살 전극의 빗살이, 가동판이나 프레임부 등과 접촉하지 않게 되므로, 빗살 전극의 파손이 방지되어, 가동 구조체의 내충격성을 향상시킬 수 있다.

청구항 5의 발명에 의하면, 가동판 또는 프레임부를 구성하는 부재를 가공하여 가동판 또는 프레임부를 형성할 때 스토퍼부를 용이하게 형성할 수 있어, 가동 구조체를 보다 용이하게 제조할 수 있다.

청구항 6의 발명에 의하면, 가동판의 변위 시에, 스토퍼부가 오목부의 사이드 에지부와 접촉함으로써 가동판의 변위량을 제한할 수 있다. 따라서, 가동판의 변위량을 제한하기 위한 구조를 보다 용이하고 또한 견고하게 구성할 수 있다.

청구항 7의 발명에 의하면, 가동판의 변위 시에 가동 구조체의 다른 부위와 접촉하는 스토퍼부의 부위에 뾰족한 형상이 없어지므로, 스토퍼부와 스토퍼부와 접촉하는 부위가 접촉되었을 때 이들 부위에 응력이 쉽게 집중되지 않게 된다. 따라서, 스토퍼부나 가동 구조체의 스토퍼부와 접촉하는 부위의 파손을 방지할 수 있다.

청구항 8의 발명에 의하면, 가동판이 측방으로 변위되어 스토퍼부가 가동 구조체의 다른 부위와 접촉되어도, 정전(靜電) 인력(引力)에 의한 스티킹이 발생하여 가동판이 요동 불가능하게 되는 것을 방지할 수 있다.

청구항 9의 발명에 의하면, 가동판이 측방으로 변위되어 스토퍼부가 가동 구조체의 다른 부위와 접촉되어도, 스티킹 방지막 또는 돌기부에 의해 스티킹의 발생이 방지되어, 가동판이 요동 불가능하게 되는 것을 방지할 수 있다.

청구항 10의 발명에 의하면, 스토퍼부에 의해 가동판의 두께 방향에서의 변위가 규제되므로, 외부로부터 가동판의 두께 방향으로 충격이 가해진 경우라도, 힌지의 파손을 방지할 수 있어, 가동 구조체의 내충격성을 향상시킬 수 있다.

청구항 11의 발명에 의하면, 스토퍼는, 가동판의 요동 시에 가동판의 변위가 적은 요동축을 향해 돌출되어 있으므로, 가동판의 힌지를 축으로 하는 요동 운동을 방해받지 않고 스토퍼를 가동판에 근접시킬 수 있어, 가동판의 반도체 기판에 대하여 수직인 방향에 대한 변위를 보다 효과적으로 제한할 수 있다.

청구항 12의 발명에 의하면, 스토퍼가 힌지와 맞닿지 않으므로, 힌지가 스토퍼와 접촉되어 파손되는 문제점을 방지할 수 있다.

청구항 13의 발명에 의하면, 상부 스토퍼와 가동판의 접촉에 의해 가동판의 상면측 방향에서의 변위를 규제할 수 있다. 이로써, 간소한 구성에 의해, 가동 구조체의 내충격성을 향상시킬 수 있다.

청구항 14의 발명에 의하면, 하부 스토퍼와 지지체의 접촉에 의해 가동판의 하면측 방향에서의 변위를 규제할 수 있다. 이로써, 간소한 구성에 의해, 가동 구조체의 내충격성을 향상시킬 수 있다.

청구항 15의 발명에 의하면, 광주사 미러의 내충격성을 향상시키고, 또한 광주사 미러를 용이하게 제조 가능하게 할 수 있다.

도 1의 (a)는 본 발명의 제1 실시예에 관한 가동 구조체인 광주사 미러의 상면측을 나타낸 사시도, 도 1의 (b)는 상기 광주사 미러의 하면측을 나타낸 사시도이다.
도 2는 상기 광주사 미러의 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-A선 단면도이다.
도 4의 (a)는 상기 광주사 미러의 스토퍼부 근방 부위를 나타낸 평면도, 도 4의 (b)는 가동판이 평상 시로부터 변위되었을 때의 같은 부위를 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 관한 광주사 미러를 나타낸 사시도이다.
도 6의 (a)는 상기 광주사 미러의 스토퍼부 근방 부위를 나타낸 평면도, 도 6의(b)는 가동판이 평상 시로부터 변위되었을 때의 같은 부위를 나타낸 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 관한 광주사 미러를 나타낸 사시도이다.
도 8의 (a)는 상기 광주사 미러의 스토퍼부 근방 부위를 나타낸 평면도, 도 8의(b)는 가동판이 평상 시로부터 변위되었을 때의 같은 부위를 나타낸 평면도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 관한 광주사 미러의 스토퍼부 근방 부위를 나타낸 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 관한 가동 구조체인 광주사 미러를 나타낸 사시도이다.
도 11은 상기 광주사 미러의 평면도이다.
도 12는 도 11의 A-A선 단면도이다.
도 13은 상기 광주사 미러의 스토퍼부 근방 부위를 나타낸 평면도이다.
도 14는 상기 광주사 미러의 1변형예의 스토퍼부를 나타낸 평면도이다.
도 15는 본 발명의 제6 실시예에 관한 광주사 미러를 나타낸 사시도이다.
도 16은 본 발명의 제7 실시예에 관한 가동 구조체인 광주사 미러의 일례를 나타낸 분해사시도이다.
도 17의 (a)는 상기 광주사 미러의 상면측을 나타낸 사시도, 도 17의 (b)는 상기 광주사 미러의 하면측을 나타낸 사시도이다.
도 18은 도 17의 (a)의 A-A선 단면도이다.
도 19은 상기 광주사 미러의 반도체부의 제조 공정에 있어서의 측단면도이다.
도 20은 상기 광주사 미러의 반도체부의 제조 공정에 있어서의 측단면도이다.
도 21은 상기 광주사 미러의 반도체부의 제조 공정에 있어서의 측단면도이다.
도 22는 상기 광주사 미러의 반도체부의 제조 공정에 있어서의 측단면도이다.
도 23은 상기 광주사 미러의 반도체부의 제조 공정에 있어서의 측단면도이다.
도 24는 상기 광주사 미러의 제조 공정에 있어서의 측단면도이다.

(제1 실시예)

이하, 본 발명의 제1 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 1의 (a), (b), 도 2, 및 도 3은 본 실시예에 관한 광주사 미러(가동 구조체)의 일례를 나타낸다. 광주사 미러(1)는, 예를 들면, 바코드 리더, 외부의 스크린 등에 화상을 투영하는 프로젝터 장치, 또는 광 스위치 등의 광학 기기에 탑재되는 소형의 것이며, 외부의 광원 등(도시하지 않음)으로부터 입사하는 광빔 등을 스캐닝하는 기능을 가지고 있다.

먼저, 광주사 미러(1)의 구성에 대하여 이하에 설명한다. 광주사 미러(1)는, SOI(Silicon on Insulator) 기판(200)을 이른바 마이크로머시닝 기술 등을 이용하여 가공함으로써 제작된 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 소자이다. SOI 기판(200)은, 예를 들면, 도전성(導電性)을 가지는 제1 실리콘층(활성층)(200a)과 제2 실리콘층(기판층)(200b)을 실리콘의 산화막[BOX(Buried OXide)층](220)을 통하여 접합하여 이루어지는, 3층 구성의 기판이다. 산화막(220)은 절연성을 가지고 있으므로, 제1 실리콘층(200a)과 제2 실리콘층(200b)은 서로 절연되어 있다. 제1 실리콘층(200a)의 두께는, 예를 들면, 30㎛ 정도이며, 제2 실리콘층(200b)의 두께는, 예를 들면, 400㎛ 정도이다. 도 1의 (a)에 나타낸 바와 같이, 광주사 미러(1)는, 예를 들면, 상면에서 볼 때, 한 변이 수mm 정도의 거의 정사각형 또는 거의 직사각형인 직육면체형의 소자이다.

광주사 미러(1)는, 상면에서 볼 때 거의 직사각형 형상이며 상면에 미러면(10)이 형성된 가동판(2)과, 가동판(2)의 양 측부에 일단부가 각각 접속되고, 가동판(2) 중 1개의 요동축을 구성하는 한쌍의 힌지(3)와, 가동판(2)의 주위를 에워싸도록 배치되고 각 힌지(3)의 타단부를 지지하는 고정 프레임(프레임부)(4)과, 가동판(2)의 일부의 전극(2a) 및 고정 프레임(4)의 일부의 전극(4a)을 가지는 빗살 전극(5)과, 고정 프레임(4)에 형성된 스토퍼부(6)를 구비하고 있다. 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이, 가동판(2)의 아래쪽에는 공극(空隙)이 형성되어 있고, 가동판(2)은, 한쌍의 힌지(3)를 비틀면서, 그 힌지(3)를 요동축으로 하여 고정 프레임(4)에 대하여 요동 가능하게, 그 힌지(3)를 통하여 지지되어 있다. 한쌍의 힌지(3)는, 이들이 이루는 축이, 상면에서 볼 때 가동판(2)의 중심 위치를 통과하도록 형성되어 있다. 힌지(3)의 폭 치수는, 예를 들면, 수㎛ 내지 수십㎛ 정도이다. 고정 프레임(4)의 상면에는, 예를 들면, 금속막인 전압 인가부(10a, 10b)가 설치되어 있다. 그리고, 가동판(2)이나 미러면(10) 등의 형상은, 직사각형에 한정되지 않고, 원형 등, 다른 형상이어도 된다. 광주사 미러(1)는, 예를 들면, 유리 기판(110) 등이 고정 프레임(4)의 하면에 접합되어 회로 기판 B 등에 실장(實裝)된다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 가동판(2) 및 힌지(3)는, 제1 실리콘층(200a)에 설치되어 있다. 미러면(10)은, 예를 들면, 알루미늄제의 박막이며, 가동판(2)의 상면에 외부로부터 입사하는 광빔을 반사 가능하게 형성되어 있다. 가동판(2)은, 가동판(2)에 대하여 수직으로 힌지(3)를 통과하는 평면에 대하여 거의 대칭 형상으로 형성되어 있고, 힌지(3) 주위로 원활하게 요동하도록 구성되어 있다.

고정 프레임(4)은, 제1 실리콘층(200a), 산화막(220) 및 제2 실리콘층(200b)에 의해 구성되어 있다. 본 실시예에 있어서, 고정 프레임(4)에는, 예를 들면, 제1 실리콘층(200a)을 서로 절연된 3개의 부위로 분할하도록, 트렌치(trench)(101)가 형성되어 있다. 트렌치(101)는, 제1 실리콘층(200a)에, 제1 실리콘층(200a)의 상단으로부터 하단까지 연통되어 산화막(220)에 도달하도록 홈 형상으로 형성된 공극이다. 트렌치(101)는 제1 실리콘층(200a)에만 형성되어 있으므로, 고정 프레임(4) 전체는 일체로 구성되어 있다. 트렌치(101)는, 고정 프레임(4) 중, 한쌍의 힌지(3)와 각각 접속되는 2개의 지지부(4b)가 다른 부위로부터 절연되도록, 4개소에 형성되어 있다. 트렌치(101)가 형성되어 있는 것에 의해, 고정 프레임(4)은, 한쌍의 힌지(3) 각각에 접속되어 가동판(2)과 같은 전위로 되고, 상면에 전압 인가부(10a)가 형성된 2개의 지지부(4b)와, 상면에 각각 전압 인가부(10b)가 형성된 2개의 부위로 분할되어 있다. 트렌치(101)는, 제1 실리콘층(200a)을 분리하고 있으므로, 이들 부위는, 서로 절연되어 있다. 즉, 도 2에 각각의 부위에 무늬를 도시하여 나타낸 바와 같이, 가동판(2), 힌지(3), 및 고정 프레임(4)은, 서로 절연된 3개의 부위로 구성되어 있다.

빗살 전극(5)의 전극(2a)은, 가동판(2) 중 힌지(3)가 접속되어 있지 않은 자유단측의 사이드 에지부에 형성되어 있고, 전극(4a)은, 고정 프레임(4) 중 상기 가동판(2) 측 에지부와 대향하는 부분에 형성되어 있다. 빗살 전극(5)을 구성하는 전극(2a) 및 전극(4a)은, 서로 맞물리도록 형성되어 있다. 전극(2a, 4a) 사이의 간극은, 예를 들면, 2㎛ 내지 5㎛ 정도이다.

스토퍼부(6)는, 가동판(2)의 측방, 즉 힌지(3)로 구성되는 요동축에 대략 수직으로 SOI 기판(200)의 상면에 대략 평행한 방향에 대한 변위량을 제한하기 위해 형성되어 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 스토퍼부(6)는, 제1 실리콘층(200a)에 고정 프레임(4)과 일체로 형성되어 있고, 힌지(3)의 양쪽에, 힌지(3)를 따르도록, 고정 프레임(4)으로부터 가동판(2)을 향해 돌출되어 있다. 본 실시예에 있어서, 가동판(2) 중 힌지(3)가 접속된 부위에는, 고정 프레임(4)으로부터 이격되는 방향 즉 힌지(3)의 길이 방향으로 오목하게 파여진 오목부(2e)가 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 힌지(3)는, 가동판(2)에 형성된 오목부(2e)의 내측 에지부와 접속되어 있다. 스토퍼부(6)는, 그 가동판(2)과 가까운 선단부가, 힌지(3)와 오목부(2e)를 형성하는 가동판(2) 측 에지부와의 사이에 위치하도록 형성되어 있다. 스토퍼부(6)는, 광주사 미러(1)에 외부로부터 충격 등이 가해지고 있지 않은 평상 시에 있어서, 가동판(2)의 요동을 방해하지 않도록 힌지(3)와의 사이에 소정의 간극을 가지도록 형성되어 있다. 따라서, 힌지(3)가 스토퍼부(6)와 맞닿아 파손되는 경우는 없다. 스토퍼부(6)는, 고정 프레임(4) 중 힌지(3)가 접속된 지지부(4b)로부터 돌출되어 있고, 가동판(2), 힌지(3) 및 스토퍼부(6)는 서로 같은 전위로 되도록 구성되어 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 스토퍼부(6)의 선단부 근방 부위의 모서리부에는, R 면취 형상으로 형성된 면취부(6a)가 형성되어 있다. 또한, 오목부(2e) 중 스토퍼부(6)과 마주하는 부위에 있는 모서리부에도, R 면취 형상으로 형성된 면취부(2f)가 형성되어 있다. 스토퍼부(6)는, 스토퍼부(6)와 힌지(3)와의 사이의 간극보다, 스토퍼부(6)와 가동판(2)의 오목부(2e)와의 사이의 간극 쪽이 좁아지도록 형성되어 있다. 그리고, 스토퍼부(6) 중, 가동판(2)과 마주하는 부위에는, 스티킹 방지막(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 스티킹 방지막은, 예를 들면, DLC(Diamond Like Carbon)막이나, SAM(Self-assembled Monolayer)을, 스토퍼부(6)의 가동판(2)과 마주하는 부위에 형성함으로써 이루어진다.

다음에, 상기한 바와 같이 구성된 광주사 미러(1)의 동작에 대하여 설명한다. 광주사 미러(1)의 가동판(2)은, 빗살 전극(5)이 소정의 구동 주파수로 구동력을 발생함으로써 구동된다. 빗살 전극(5)은, 예를 들면, 지지부(4b)에 배치된 전압 인가부(10a)가 그라운드 전위와 접속되고, 가동판(2)의 전극(2a)이 기준 전위인 상태로, 전극(4a)과 같은 전위로 되는 전압 인가부(10b)의 전위를 주기적으로 변화시켜, 전극(2a, 4a) 사이에 소정의 구동 주파수의 전압을 인가함으로써 구동된다. 빗살 전극(5) 중 2개의 전극(4a)의 전위가, 동시에 소정의 구동 전위(예를 들면, 수십 볼트)까지 변화함으로써, 가동판(2)의 양 단부에 설치된 2개의 전극(2a)이, 각각과 대향하는 전극(4a)에, 정전기력에 의해 동시에 끌어당겨진다. 이 광주사 미러(1)에 있어서, 빗살 전극(5)에는, 예를 들면, 직사각형파 형상의 펄스 전압이 인가되어, 빗살 전극(5)에 의한 구동력이 주기적으로 발생하도록 구성되어 있다.

본 실시예에 있어서, 광주사 미러(1)는, 예를 들면, 정전력을 구동력으로 하여 가동판(2)을 요동시키도록 구성되어 있다. 전극(2a, 4a) 사이에 주기적으로 전압이 인가되면, 양 전극(2a, 4a) 사이에 서로 당기는 방향으로 작용하는 정전 인력이 발생하고, 이 정전 인력이 가동판(2)의 자유단부에, 가동판(2)의 상면에 대하여 대략 수직 방향으로 작용한다. 즉, 전압 인가부(10a, 10b)의 전위를 변경하여 외부로부터 빗살 전극(5)에 구동 전압이 인가되면, 정전력에 의해, 힌지(3) 주위의 토크가 가동판(2)에 발생한다.

이와 같은 광주사 미러(1)에 있어서, 일반적으로 대부분의 경우, 그 성형 시에 내부 응력 등이 생기는 것에 의해, 정지 상태에서도 가동판(2)이 수평 자세가 아니라, 약간 경사져 있다. 그러므로, 정지 상태로부터라도, 빗살 전극(5)이 구동되면, 가동판(2)에 그와 대략 수직인 방향의 구동력이 가해져, 가동판(2)이 힌지(3)를 회전축으로 하여 회동한다. 그리고, 가동판(2)의 자세가 고정 프레임(4)에 대하여 평행하게 되었을 때, 즉 전극(2a)과 전극(4a)이 측면에서 볼 때로 완전히 겹치는 상태로 되었을 때, 빗살 전극(5)의 구동력을 해제하면, 가동판(2)은, 그 관성력에 의해, 힌지(3)를 비틀면서 회동을 계속한다. 그리고, 가동판(2)의 회동 방향에 대한 관성력과 힌지(3)의 복원력이 같아지면 가동판(2)의 그 방향에 대한 회동이 멈춘다. 이 때, 빗살 전극(5)이 다시 구동되고, 가동판(2)은, 힌지(3)의 복원력과 빗살 전극(5)의 구동력에 의해, 그 때까지와는 반대의 방향에 대한 회동을 개시한다. 가동판(2)은, 이와 같은 빗살 전극(5)의 구동력과 힌지(3)의 복원력에 의한 회동을 반복하여 요동한다. 빗살 전극(5)은, 가동판(2)과 힌지(3)에 의해 구성되는 진동계의 공진(共振) 주파수의 대략 2배의 주파수의 전압이 인가되어 구동되고, 가동판(2)이 공진 현상을 따라 구동되어, 그 요동각이 커지도록 구성되어 있다. 그리고, 빗살 전극(5)의 전압의 인가 태양이나 구동 주파수는, 전술한 것에 한정되지 않고, 예를 들면, 구동 전압이 정현파형(正弦波形)으로 인가되도록 구성되어 있어도, 또한 전극(2a, 4a)의 전위가 서로 역위상으로 변화하도록 구성되어 있어도 된다.

여기서, 광주사 미러(1)는, 스토퍼부(6)가 형성되어 있는 것에 의해, 스토퍼부(6)가 형성되어 있지 않은 경우와 비교하여 높은 내충격성을 가지고 있다. 도 4의 (a), (b)는, 광주사 미러(1) 중, 스토퍼부(6)의 근방 부위를 나타낸다. 외부로부터 충격 등이 가해지고 있지 않은 평상 시에 있어서는, 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, 힌지(3)는 거의 휘어있지 않고, 스토퍼부(6)와 오목부(2e) 측 에지부와의 사이에도 공극이 있는 상태이다. 이 때, 예를 들면, 광주사 미러(1)에 외부로부터의 진동이나 충격 등이 가해지면, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, 가동판(2)이, 힌지(3)를 변형시키면서, 평상 시보다 측방(도면에 검은 화살표로 나타냄)을 향해 변위되는 경우가 있다. 또한, 변위량이 커지면, 스토퍼부(6)가 오목부(2e) 측 에지부로 반송(搬送)되므로, 가동판(2)의 그 방향에 대한 변위가 방지되어, 그 이상 힌지(3)의 변형량이 증가하지 않게 된다. 그리고, 가동판(2)이 평상 시로부터 변위되어 스토퍼부(6)가 오목부(2e) 측 에지부와 접촉되기까지의 동안에, 힌지(3)는 스토퍼부(6)와 접촉되지 않는다.

그리고, 광주사 미러(1)는, 예를 들면, 다음과 같이 하여 제조된다. 즉, 먼저, 제1 실리콘층(200a)에 산화막(220)을 형성하여 제2 실리콘층(200b)을 접합하여 SOI 기판(200)을 작성한다. 다음에, 그 SOI 기판(200) 중 제1 실리콘층(200a) 측에, 포트리소그라피나 에칭 등, 이른바 벌크 마이크로머시닝(bulk micromachining) 기술에 의한 가공을 행함으로써, 가동판(2), 힌지(3), 고정 프레임(4), 빗살 전극(5), 스토퍼부(6)로 되는 형상을 형성한다(제1 공정). 이와 같이, 벌크 마이크로머시닝 기술을 이용함으로써, 광주사 미러(1)의 각 부를 미세한 형상도 포함하여 용이하게 형성할 수 있다. 그 후, 예를 들면, 스퍼터링 등의 방법을 이용함으로써, SOI 기판(200)의 제1 실리콘층(200a)의 상면에 금속막을 형성한다. 이 금속막을 패터닝함으로써, 가동판(2)의 상면에 미러면(10)을 형성하고, 고정 프레임(4)의 상면에 전압 인가부(10a, 10b)를 형성한다.

다음에, 제2 실리콘층(200b)에, 마찬가지로 벌크 마이크로머시닝 기술에 의한 가공을 행하여, 고정 프레임(4)이 되는 형상을 형성한다(제2 공정). 제1 실리콘층(200a), 제2 실리콘층(200b)에 가공을 행한 후, 산화막(220)의 에칭을 행한다. 예를 들면, 광주사 미러(1)의 하면측으로부터 에칭을 행함으로써, 고정 프레임(4) 이외의 부위의 산화막(220)이 제거된다(제3 공정). 이로써, 가동판(2)이 힌지(3)를 통하여 고정 프레임(4)에 축지지되어 고정 프레임(4)에 대하여 요동 가능한 상태로 된다. 상기 제1 공정 내지 제3 공정을 거치면, SOI 기판(200)에 복수 개의 광주사 미러(1)가 형성된다. 제3 공정 후, SOI 기판(200) 상에 형성된 복수 개의 광주사 미러(1)를 각각 분리한다. 이 일련의 공정에 의해, 복수 개의 광주사 미러(1)를 동시에 제조하여, 광주사 미러(1)의 제조 비용을 저감시키는 것이 가능하다. 그리고, 광주사 미러(1)의 제조 공정은 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 레이저 가공이나 초음파 가공 등에 의해 성형하거나, 1개씩 성형해도 된다. 또한, 제2 실리콘층(200b)의 가공을 제1 실리콘층(200a)의 가공에 앞서 행하도록 해도 된다.

상기 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는, 스토퍼부(6)가 형성되어 있는 것에 의해, 가동판(2)이 크게 변위되지 않아, 힌지(3)의 파손이 방지되므로, 광주사 미러(1)의 내충격성을 향상시킬 수 있다. 스토퍼부(6)는, 힌지(3)의 근방에 배치되어 있으므로, 가동판(2)이 고정 프레임(4)에 대하여 경사져 있는 것과 같은 경우라도, 가동판(2)의 측방으로의 변위를 효과적으로 제한할 수 있어, 힌지(3)의 파손을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 이 때, 스토퍼부(6)는 힌지(3)와 접촉하지 않으므로, 확실하게 힌지(3)의 파손을 방지할 수 있다. 그리고, 가동판(2)은, 힌지(3)에 축지지되어 있으므로, 힌지(3)로 구성되는 요동축의 길이 방향으로는 쉽게 변위되지 않는다. 따라서, SOI 기판(200)의 상면과 평행한 면 내의 방향에서의 가동판(2)의 변위량은, 이와 같이 스토퍼부(6)를 형성함으로써 거의 제한할 수 있어, 효과적으로 힌지(3)의 파손을 방지할 수 있다. 또한, 가동판(2)의 변위 시에, 스토퍼부(6)를 오목부(2e)에 의해 지지하므로, 스토퍼부(6)를 지지하기 위한 견고한 구조를 용이하게 구성할 수 있다. 또한, 스토퍼부(6)에는 면취부(6a)가 형성되어, 오목부(2e) 측 에지부와 접촉하려는 부위가 뾰족한 형상이 아니며, 마찬가지로, 오목부(2e) 측 에지부에는, 면취부(2f)가 형성되어, 스토퍼부(6)와 접촉하려는 부위가 뾰족한 형상은 아니다. 따라서, 스토퍼부(6)와 오목부(2e) 측 에지부와의 접촉 부위에 응력이 쉽게 집중되지 않아, 스토퍼부(6)나 가동판(2)의 파손을 방지할 수 있다.

또한, 스토퍼부(6)와 오목부(2e) 측 에지부는, 서로 같은 전위로서, 또한 스토퍼부(6) 중 오목부(2e) 측 에지부와 맞닿으려는 부위에는 스티킹 방지막이 배치되어 있다. 따라서, 스토퍼부(6)와 오목부(2e)가 접촉되었을 때, 정전 인력에 의한 스티킹이 쉽게 발생하지 않게 되어, 가동판(2)이 요동 불가능하게 되는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 스토퍼부(6)는, 힌지(3)의 측방에, 가동판(2)의 요동을 방해하지 않도록, 또한 가동판(2)이 측방으로 변위되었을 때 가동판(2)의 오목부(2e)와 맞닿도록 형성하면 되고, 스토퍼부(6)의 위치 결정을 고정밀도로 행할 필요가 없기 때문에, 비교적 용이하게 광주사 미러(1)를 제조할 수 있다. 특히, 본 실시예에 있어서는, 제1 실리콘층(200a)을 가공하여 고정 프레임(4)을 형성하는 공정에 있어서 동시에 스토퍼부(6)를 형성할 수 있으므로, 스토퍼부(6)와 고정 프레임(4)과의 적정한 간격을 용이하게 확보할 수 있어, 용이하게 제조할 수 있다.

(제2 실시예)

다음에, 본 발명의 제2 실시예에 대하여 설명한다. 도 5는 제2 실시예에 관한 광주사 미러(21)를 나타낸다. 이하, 전술한 제1 실시예와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 전술한 제1 실시예와 상위한 부분에 대하여만 설명한다. 광주사 미러(21)는, 광주사 미러(1)의 가동판(2)과는 상이한 형상의 가동판(22)을 가지고 있다. 즉, 도면에 나타낸 바와 같이, 가동판(22)은, 오목부(2e)를 가지고 있지 않고, 힌지(3)의 양 측부의, 스토퍼부(6)보다 힌지(3)로부터 이격된 위치에, 각각 고정 프레임(4)을 향해 돌출하도록 형성된 접촉 돌기(22e)를 가지고 있다. 가동판(22)의 그 외의 구성, 및 광주사 미러(21)의 가동판(22) 이외의 구성은, 제1 실시예의 광주사 미러(1)와 같다. 이 광주사 미러(21)도, 제1 실리콘층(200a)에 벌크 마이크로머시닝 기술에 의한 가공을 행함으로써 접촉 돌기(22e)를 포함하는 형상을 형성하여, 용이하게 제조할 수 있다.

도 6의 (a), (b)는, 광주사 미러(21) 중 스토퍼부(6)의 근방 부위를 나타낸다. 2개의 접촉 돌기(22e)는, 각각, 상기 접촉 돌기(22e)보다 힌지(3)에 가까운 위치의 스토퍼부(6)의 측부에 근접하도록 배치되어 있다. 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, 평상 시에 있어서는, 스토퍼부(6)와 접촉 돌기(22e)와의 사이의 간극은, 스토퍼부(6)와 힌지(3)와의 사이의 간극보다 약간 좁아지도록 구성되어 있다. 또한, 접촉 돌기(22e) 중, 스토퍼부(6) 측의 모서리부에는, R 면취 형상의 면취부(22f)가 형성되어 있다. 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이, 가동판(22)이 측방으로 변위되면, 한쪽의 스토퍼부(6)와 접촉 돌기(22e)가 접촉하고, 그 이상 가동판(22)이 변위되지 않는다. 따라서, 본 실시예에 있어서도, 전술한 제1 실시예와 마찬가지로, 힌지(3)의 파손을 방지하여, 광주사 미러(21)의 내충격성을 향상시킬 수 있다. 스토퍼부(6)는 힌지(3)와 접촉하지 않으므로, 확실하게 힌지(3)의 파손을 방지할 수 있다. 스토퍼부(6)와 접촉 돌기(22e)는 서로 같은 전위이므로, 스토퍼부(6)와 접촉 돌기(22e)가 접촉되었을 때, 스티킹이 쉽게 발생하지 않아, 광주사 미러(21)를 보다 확실하게 동작 가능한 상태로 유지할 수 있다.

(제3 실시예)

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 관한 광주사 미러(41)를 나타낸다. 광주사 미러(41)는, 광주사 미러(1)의 가동판(2) 대신에, 힌지(3)를 따르도록 형성된 스토퍼부(46)를 가지는 가동판(42)을 구비하고 있다. 또한, 고정 프레임(4)의 지지부(4b)에는, 접촉 돌기(44e)가 형성되어 있다. 접촉 돌기(44e)는, 힌지(3)의 양 측부로서 스토퍼부(46)보다 힌지(3)로부터 이격된 위치에, 각각 가동판(42)을 향해 돌출하도록 형성되어 있다. 광주사 미러(41)의 가동판(42) 및 접촉 돌기(44e) 이외의 구성은, 제1 실시예의 광주사 미러(1)와 같다. 이 광주사 미러(41)도, 제1 실리콘층(200a)에 벌크 마이크로머시닝 기술에 의한 가공을 행함으로써, 가동판(42) 및 접촉 돌기(44e)를 포함하는 형상을 형성하여, 용이하게 제조할 수 있다.

도 8의 (a), (b)는, 광주사 미러(41) 중 스토퍼부(46)의 근방 부위를 나타낸다. 2개의 접촉 돌기(44e)는, 각각, 상기 접촉 돌기(44e)보다 힌지(3)에 가까운 위치의 스토퍼부(46)의 측부에 근접하도록 배치되어 있다. 도 8의 (a)에 나타낸 바와 같이, 평상 시에 있어서는, 스토퍼부(46)와 접촉 돌기(44e)와의 사이의 간극은, 스토퍼부(46)와 힌지(3)와의 사이의 간극보다 약간 좁아지도록 구성되어 있다. 접촉 돌기(44e) 및 스토퍼부(46)에는, 각각, 광주사 미러(1)의 오목부(2e)에 대한 면취부(2f), 스토퍼부(6)에 대한 면취부(6a)와 마찬가지로, 면취부(44f), 면취부(46a)가 형성되어 있다. 도 8의 (b)에 나타낸 바와 같이, 가동판(42)이 측방으로 변위되면, 한쪽의 스토퍼부(46)와 접촉 돌기(44e)가 접촉하고, 그 이상 가동판(42)이 변위되지 않는다. 따라서, 본 실시예에 있어서도, 전술한 제1 실시예나 제2 실시예와 마찬가지로, 힌지(3)의 파손을 방지하여, 광주사 미러(41)의 내충격성을 향상시킬 수 있다. 또한, 스토퍼부(46)는 힌지(3)와 접촉하지 않으므로, 확실하게 힌지(3)의 파손을 방지할 수 있다. 또한, 접촉 돌기(44e)에는 면취부(44f)가 형성되어 있고, 스토퍼부(46)에는 면취부(46a)가 형성되어 있으므로, 스토퍼부(46)나 접촉 돌기(44e)의 파손을 방지할 수 있다.

(제4 실시예)

도 9는 본 발명의 제4 실시예에 관한 광주사 미러의 스토퍼부(56)의 근방 부위를 나타낸다. 제4 실시예에 있어서, 광주사 미러의 전체의 구성은 제1 실시예의 광주사 미러(1)와 같기 때문에, 설명을 생략한다. 제4 실시예에서는, 스티킹 방지막이 형성된 스토퍼부(6) 대신에, 돌기부(56c)가 형성된 스토퍼부(56)가 설치되어 있다. 돌기부(56c)는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 예를 들면, 상면에서 볼 때 톱니형을 이루도록 형성되어 있고, 스토퍼부(56) 중, 가동판(2)이 변위되었을 때 오목부(2e) 측 에지부와 접촉하는 부위에 형성되어 있다.

제4 실시예에서는, 스토퍼부(56)에 돌기부(56c)가 형성되어 있으므로, 스토퍼부(56)와 오목부(2e) 측 에지부가 접촉되었을 때, 서로의 접촉 면적이 적어진다. 이로써, 스토퍼부(56)와 오목부(2e) 사이에서 정전 인력의 영향이 작아지므로, 스티킹의 발생이 방지된다. 그리고, 돌기부(56c)의 형상은 톱니형에 한정되는 것은 아니다. 돌기부(56c)는, 스토퍼부(56)와 오목부(2e)와 접촉되었을 때 그 접촉 부위에 응력이 쉽게 집중되지 않도록 한 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 제4 실시예에 있어서, 또한 스토퍼부(56)와 오목부(2e) 측 에지부가 접촉하려는 부분에 스티킹 방지막을 형성해도 되고, 이로써, 스티킹의 발생을 보다 확실하게 방지할 수 있다.

그리고, 제1 실시예 내지 제4 실시예에 있어서, 본 발명은 상기 실시예의 구성에 한정되는 것이 아니고, 발명의 취지를 변경시키지 않는 범위에서 적절하게 각종의 변형이 가능하다. 예를 들면, 광주사 미러는, 상기 실시예와 같은 1축으로 요동 가능한 것이 아니고, 예를 들면, 고정 프레임에 대하여 요동 가능하게 축지지된 가동 프레임(프레임부)을 가지고, 가동 프레임에 대하여 요동 가능하게 미러면이 형성된 미러부가 축지지되어 있는 2축 짐벌형(gimbal type)의 것이어도 된다. 이 경우, 스토퍼부를, 가동 프레임이 축지지되는 힌지를 따르도록 형성함으로써, 가동 프레임 및 미러부를 포함하는 가동판의 변위량을 제한할 수 있다. 마찬가지로, 스토퍼부를, 미러부가 축지지되는 힌지를 따르도록 형성함으로써, 가동판으로서의 미러부의 가동 프레임에 대한 변위량을 제한할 수 있다. 또한, 광주사 미러는, SOI 기판이 아니고, 단일의 실리콘 기판이나 금속판으로 구성되어 있어도 되고, 또한 가동판을 요동시키는 구동력은, 빗살 전극 간에 작용하는 정전력이 아니고, 평판 전극 간에 작용하는 정전력(electrostatic force)이나, 전자력(electromagnetic force), 전응력(electrostriction force), 열응력(heatstriction force)이어도 된다. 또한, 스토퍼부는, 가동판이나 프레임부와 일체로 형성되어 있지 않아도 되고, 가동판이나 프레임부는 이격되어, 가동판의 변위량을 제한할 수 있도록 배치되어 있어도 된다. 어느 경우라도, 스토퍼부를, 가동판을 축지지하는 힌지의 측방에 힌지를 따르도록 형성함으로써, 가동판의 측방으로의 변위를 제한할 수 있어, 힌지의 파손을 방지하여, 광주사 미러의 내충격성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은, 미러면을 가지고 광을 주사하는 광주사 미러에 한정되지 않고, 한쌍의 힌지에 의해 고정 프레임에 대하여 요동 가능하게 구성된 가동판이 반도체 기판에 설치되어 이루어지는 가동 구조체에 널리 적용 가능하다. 즉, 힌지의 측방에 힌지를 따르도록 스토퍼부를 형성함으로써, 가동 구조체의 내충격성을 향상시킬 수 있다.

(제5 실시예)

이하, 본 발명의 제5 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 10, 도 11, 및 도 12는 본 실시예에 관한 광주사 미러(가동 구조체)의 일례를 나타낸다.

광주사 미러(1)는, 상면에서 볼 때 거의 직사각형 형상이며 상면에 미러면(10)이 형성된 가동판(2)과, 가동판(2)의 양 측부에 일단부가 각각 접속되고, 가동판(2) 중 1개의 요동축을 구성하는 한쌍의 힌지(3)와, 가동판(2)의 주위를 에워싸도록 배치되어 각 힌지(3)의 타단부를 지지하는 고정 프레임(프레임부)(4)과, 가동판(2)의 일부의 전극(2a) 및 고정 프레임(4)의 일부의 전극(4a)을 가지는 빗살 전극(5)과, 가동판(2)에 형성된 스토퍼부(6)를 구비하고 있다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 가동판(2)의 아래쪽에는 공극이 형성되어 있고, 가동판(2)은, 한쌍의 힌지(3)를 비틀면서, 그 힌지(3)를 요동축으로 하여 고정 프레임(4)에 대하여 요동 가능하게, 그 힌지(3)를 통하여 지지되어 있다. 한쌍의 힌지(3)는, 이들이 이루는 축이, 상면에서 볼 때 가동판(2)의 중심 위치를 통과하도록 형성되어 있다. 힌지(3)의 폭 치수는, 예를 들면, 수㎛ 내지 수십㎛ 정도이다. 고정 프레임(4)의 상면에는, 예를 들면, 금속막인 전압 인가부(10a, 10b)가 형성되어 있다. 그리고, 가동판(2)이나 미러면(10) 등의 형상은, 직사각형에 한정되지 않고, 원형 등, 다른 형상이어도 된다. 광주사 미러(1)는, 예를 들면, 유리 기판(110) 등이 고정 프레임(4)의 하면에 접합되어 회로 기판 B 등에 실장된다.

도 12에 나타낸 바와 같이, 가동판(2) 및 힌지(3)는, 제1 실리콘층(200a)에 형성되어 있다. 미러면(10)은, 예를 들면, 알루미늄제의 박막이며, 가동판(2)의 상면에 외부로부터 입사하는 광빔을 반사 가능하게 형성되어 있다. 가동판(2)은, 가동판(2)에 대하여 수직으로 힌지(3)를 통과하는 평면에 대하여 거의 대칭 형상으로 형성되어 있고, 힌지(3) 주위로 원활하게 요동하도록 구성되어 있다.

고정 프레임(4)은, 제1 실리콘층(200a), 산화막(220), 및 제2 실리콘층(200b)에 의해 구성되어 있다. 본 실시예에 있어서, 고정 프레임(4)에는, 예를 들면, 제1 실리콘층(200a)을 서로 절연된 3개의 부위로 분할하도록, 트렌치(101)가 형성되어 있다. 트렌치(101)는, 제1 실리콘층(200a)에, 제1 실리콘층(200a)의 상단으로부터 하단까지 연통되어 산화막(220)에 도달하도록 홈 형상으로 형성된 공극이다. 트렌치(101)는 제1 실리콘층(200a)에만 형성되어 있으므로, 고정 프레임(4) 전체는 일체로 구성되어 있다. 트렌치(101)는, 고정 프레임(4) 중, 한쌍의 힌지(3)와 각각 접속되는 2개의 지지부(4b)가 다른 부위로부터 절연되도록, 2개의 빗살 전극(5) 각각의 측부에, 합계 4개소에 형성되어 있다. 2개의 지지부(4b)는, 가동판(2) 중, 후술하는 바와 같이 전극(2a)이 형성되어 있는 부위를 제외한 주위 에지부와 대향하는 부위에 위치하도록 형성되어 있다.

이와 같이 트렌치(101)가 형성되어 있는 것에 의해, 고정 프레임(4)은, 한쌍의 힌지(3) 각각에 접속되어 가동판(2)과 같은 전위로 되고, 상면에 전압 인가부(10a)가 형성된 2개의 지지부(4b)와 상면에 각각 전압 인가부(10b)가 형성되고 전극(4a)을 가지는 2개의 부위로 분할되어 있다. 트렌치(101)는, 제1 실리콘층(200a)을 분리하고 있으므로, 이들 부위는, 서로 절연되어 있다. 즉, 도 11에 각각의 부위에 모양을 부여하여 나타낸 바와 같이, 가동판(2), 힌지(3), 및 고정 프레임(4)은, 서로 절연된 3개의 부위로 구성되어 있다.

빗살 전극(5)의 전극(2a)은, 가동판(2) 중 힌지(3)가 접속되어 있지 않은 자유단측의 사이드 에지부에 형성되어 있고, 전극(4a)은, 고정 프레임(4) 중 상기 가동판(2) 측 에지부와 대향하는 부분에 형성되어 있다. 전극(2a) 및 전극(4a)은, 각각, 복수 개의 빗살을 가지고 있다. 전극(2a) 및 전극(4a)의 각 빗살은, 빗살 전극(5)을 설치하기 위한 한정된 스페이스에 가능한 한 많이 배치할 수 있도록 얇게 형성되어 있다. 전극(2a) 및 전극(4a)은, 서로 빗살이 서로 맞물리도록 형성되어 있다. 전극(2a, 4a) 사이의 간극은, 예를 들면, 2㎛ 내지 5㎛ 정도이다.

스토퍼부(6)는, 가동판(2)의 측방, 즉 힌지(3)로 구성되는 요동축에 대략 수직이며 SOI 기판(200)의 상면과 거의 평행한 방향에 대한 변위량을 제한하기 위해 형성되어 있다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 스토퍼부(6)는, 제1 실리콘층(200a)에 가동판(2)과 일체로 형성되어 있다. 본 실시예에 있어서, 스토퍼부(6)는, 빗살 전극(5)의 배열 방향보다 외측에 위치하는 가동판(2)의 4코너로부터, 가동판(2)의 상기 부위와 대향하는 고정 프레임(4)을 향해 돌출되어 있다. 스토퍼부(6)는, 그 고정 프레임(4)에 가까운 선단부가, 고정 프레임(4)의 지지부(4b)에 근접하도록 형성되어 있다. 스토퍼부(6)는, 광주사 미러(1)에 외부로부터 충격 등이 가해지고 있지 않은 평상 시에 있어서, 가동판(2)의 요동을 방해하지 않도록 형성되어 있다. 스토퍼부(6)는, 고정 프레임(4)의 지지부(4b) 중, 힌지(3)와 평행하게 배치되어 있는 부분을 향해 돌출되어 있고, 가동판(2), 힌지(3), 및 스토퍼부(6)는 서로 같은 전위로 되도록 구성되어 있다.

도 11에 나타낸 바와 같이, 스토퍼부(6)의 선단부 근방 부위의 모서리부에는, R 면취 형상으로 형성된 면취부(6a)가 형성되어 있다. 스토퍼부(6)는, 전극(2a)과 고정 프레임(4)과의 사이의 간극이나, 전극(4a)과 가동판(2)과의 사이의 간극보다, 스토퍼부(6)와 지지부(4b)와의 사이의 간극 쪽이 좁아지도록 형성되어 있다. 그리고, 스토퍼부(6) 중, 가동판(2)과 마주하는 부위에는, 스티킹 방지막(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 스티킹 방지막은, 예를 들면, DLC(Diamond Like Carbon)막이나, SAM(Self-assembled Monolayer)을, 스토퍼부(6)의 가동판(2)과 마주하는 부위에 형성함으로써 이루어진다.

본 제5 실시예에 관한 광주사 미러(1)의 동작에 대하여는, 제1 실시예에 관한 광주사 미러(1)와 같으므로, 그 설명을 생략한다. 또한, 본 제5 실시예에 관한 광주사 미러(1)의 제조 공정에 대해서도, 제1 실시예에 관한 광주사 미러(1)와 같으므로, 그 설명을 생략한다.

본 제5 실시예에 관한 광주사 미러(1)는, 스토퍼부(6)가 형성되어 있는 것에 의해, 스토퍼부(6)가 형성되어 있지 않은 경우와 비교하여 높은 내충격성을 가지고 있다. 도 13은 스토퍼부(6)의 근방 부위를 나타낸다. 광주사 미러(1)에 외부로부터 충격 등이 가해지고 있지 않은 평상 시에 있어서는, 각 스토퍼부(6)과 이들 각각과 대향하는 지지부(4b)와의 사이에는 공극이 있는 상태가 유지되어 있다. 이 때, 예를 들면, 광주사 미러(1)에 외부로부터의 진동이나 충격 등이 가해지면, 도면에 나타낸 바와 같이, 가동판(2)이, 힌지(3)를 변형시키면서, 평상 시보다 측방, 즉 요동축에 대략 수직으로 SOI 기판(200)의 상면과 대략 평행한 방향(도면의 화살표 방향)을 향해 변위되는 경우가 있다. 가동판(2)의 측방으로의 변위량이 커지면, 스토퍼부(6)가 지지부(4b) 측 에지부로 반송되므로, 가동판(2)의 그 방향에 대한 변위가 방해될 수 있어, 그 이상 변위량이 커지지 않게 된다. 스토퍼부(6)가 지지부(4b)의 사이드 에지부와 접촉된 상태에서는, 전극(2a)의 빗살은 고정 프레임(4)과 접촉되지 않고, 전극(4a)의 빗살은 가동판(2)과 접촉되지 않으므로, 빗살 전극(5)이 보호된다.

그리고, 광주사 미러(1)는, 예를 들면, 다음과 같이 하여 제조된다. 즉, 먼저, 제1 실리콘층(200a)에 산화막(220)을 형성하여 제2 실리콘층(200b)을 접합하여 SOI 기판(200)을 작성한다. 다음에, 그 SOI 기판(200) 중 제1 실리콘층(200a) 측에, 포트리소그라피나 에칭 등, 이른바 벌크 마이크로머시닝 기술에 의한 가공을 행함으로써, 가동판(2), 힌지(3), 고정 프레임(4), 빗살 전극(5), 스토퍼부(6)가 되는 형상을 형성한다(제1 공정). 이와 같이, 벌크 마이크로머시닝 기술을 이용함으로써, 광주사 미러(1)의 각 부를 미세한 형상도 포함하여 용이하게 형성할 수 있다. 그 후, 예를 들면, 스퍼터링 등의 방법을 이용함으로써, SOI 기판(200)의 제1 실리콘층(200a)의 상면에 금속막을 형성한다. 이 금속막을 패터닝함으로써, 가동판(2)의 상면에 미러면(10)을 형성하고, 고정 프레임(4)의 상면에 전압 인가부(10a, 10b)를 형성한다.

다음에, 제2 실리콘층(200b)에, 마찬가지로 벌크 마이크로머시닝 기술에 의한 가공을 행하고, 고정 프레임(4)이 되는 형상을 형성한다(제2 공정). 제1 실리콘층(200a), 제2 실리콘층(200b)에 가공을 행한 후, 산화막(220)의 에칭을 행한다. 예를 들면, 광주사 미러(1)의 하면측으로부터 에칭을 행함으로써, 고정 프레임(4) 이외의 부위의 산화막(220)이 제거된다(제3 공정). 이로써, 가동판(2)이 힌지(3)를 통하여 고정 프레임(4)에 축지지되어 고정 프레임(4)에 대하여 요동 가능한 상태가 된다. 상기 제1 공정 내지 제3 공정을 거치면, SOI 기판(200)에 복수 개의 광주사 미러(1)가 형성된다. 제3 공정 후, SOI 기판(200) 상에 형성된 복수 개의 광주사 미러(1)를 각각 분리한다. 이 일련의 공정에 의해, 복수 개의 광주사 미러(1)를 동시에 제조하여, 광주사 미러(1)의 제조 비용을 저감시키는 것이 가능하다. 그리고, 광주사 미러(1)의 제조 공정은 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 레이저 가공이나 초음파 가공 등에 의해 성형하거나, 1개씩 성형해도 된다. 또한, 제2 실리콘층(200b)의 가공을 제1 실리콘층(200a)의 가공에 앞서 행하도록 해도 된다.

상기 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는, 스토퍼부(6)가 형성되어 있는 것에 의해, 가동판(2)의 변위량이 제한되어 빗살 전극(5)의 파손이 방지되므로, 광주사 미러(1)의 내충격성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 가동판(2)은, 힌지(3)에 축지지되어 있으므로, 힌지(3)로 구성되는 요동축의 길이 방향으로는 쉽게 변위되지 않는다. 따라서, SOI 기판(200)의 상면과 평행한 면 내의 방향에서의 가동판(2)의 변위량은, 이와 같은 스토퍼부(6)를 형성함으로써 거의 제한할 수 있어 효과적으로 빗살 전극(5)의 파손을 방지할 수 있다. 또한, 스토퍼부(6)에는 R 면취 형상의 면취부(6a)가 형성되고, 고정 프레임(4)과 접촉하려는 부위는 뾰족한 형상은 아니기 때문에, 스토퍼부(6)와 고정 프레임(4)과의 접촉 부위에 응력이 쉽게 집중되지 않으므로, 스토퍼부(6)나 고정 프레임(4)의 파손을 방지할 수 있다.

또한, 스토퍼부(6)와 고정 프레임(4)의 지지부(4b)는, 서로 같은 전위로서, 또한 스토퍼부(6) 중 지지부(4b)와 맞닿으려는 부위에는 스티킹 방지막이 배치되어 있다. 따라서, 스토퍼부(6)와 지지부(4b)가 접촉되었을 때, 정전 인력에 의한 스티킹이 쉽게 발생하지 않게 되어, 가동판(2)이 요동 불가능하게 되는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 스토퍼부(6)는, 가동판(2)과 일체로 형성할 수 있으므로, 비교적 용이하게 광주사 미러(1)를 제조할 수 있다. 특히, 본 실시예에 있어서는, 제1 실리콘층(200a)을 가공하여 가동판(2)을 형성하는 공정에 있어서 동시에 스토퍼부(6)를 형성하므로, 스토퍼부(6)와 고정 프레임(4)과의 적정한 간격을 용이하게 확보할 수 있어, 용이하게 제조할 수 있다.

그리고, 제5 실시예에 있어서, 스토퍼부에 돌기부를 형성함으로써 스티킹의 발생을 방지해도 된다. 도 14는 돌기부를 가지는 스토퍼부의 일례를 나타낸다. 스토퍼부(16) 중, 가동판(2)이 측방으로 변위되었을 때 고정 프레임(4)과 접촉하려는 부위에는, 톱니형의 돌기부(16a)가 형성되어 있다. 이와 같이 스토퍼부(16)에 돌기부(16a)가 형성되어 있으므로, 스토퍼부(16)와 고정 프레임(4)이 접촉되었을 때, 서로의 접촉 면적이 적어진다. 이로써, 스토퍼부(16)와 고정 프레임(4)과의 사이에서 정전 인력의 영향이 작아지므로, 스티킹의 발생이 방지된다. 그리고, 돌기부(16a)의 형상은 톱니형에 한정되는 것은 아니다. 돌기부(16a)는, 스토퍼부(16)와 고정 프레임(4)이 접촉되었을 때 그 접촉 부위에 응력이 쉽게 집중되지 않는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 이와 같이 스토퍼부(16)에 돌기부(16a)를 형성하는 경우에, 또한 스토퍼부(16)와 고정 프레임(4)이 접촉하려는 부분에 스티킹 방지막을 형성해도 되고, 이로써, 스티킹의 발생을 보다 확실하게 방지할 수 있다.

(제6 실시예)

다음에, 본 발명의 제6 실시예에 대하여 설명한다. 도 15는 제6 실시예에 관한 광주사 미러(23)를 나타낸다. 이하, 전술한 제5 실시예와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 전술한 제1 실시예와 상위한 부분에 대하여만 설명한다. 광주사 미러(23)는, 원형상의 가동판(24)과, 가동판(24)을 에워싸도록 형성된 고정 프레임(25)을 가지고 있고, 또한 가동판(24)의 자유단부의 대략 중앙부에 각각 형성된 2개의 스토퍼부(26)를 가지고 있다. 고정 프레임(25)은, 트렌치(101)가 형성되므로 3개의 서로 절연된 부위로 분리되어 있지만, 제1 실시예와는 상이하고, 스토퍼부(26)와 대향하는 고정 프레임(4)은, 스토퍼부(26)와 같은 전위로 되도록 되어 있지는 않다. 고정 프레임(25)의 지지부(24b)는, 힌지(3)를 지지하는 부위에만 배치되어 있고, 가동판(24)과 대향하는 부위에는 위치하고 있지 않다. 그리고, 트렌치(101)의 것이나 전압 인가부(10b) 등의 배치를 변경하고, 스토퍼부(26)와 대향하는 부위의 고정 프레임(4)이 스토퍼부(26)와 같은 전위로 되도록 해도 된다. 광주사 미러(23)의 그 외의 구성은, 제1 실시예의 광주사 미러(1)와 같다. 이 광주사 미러(23)도, 제1 실리콘층(200a)에 벌크 마이크로머시닝 기술에 의한 가공을 행함으로써 가동판(24)에 스토퍼부(26)가 형성된 형상을 만들어, 용이하게 제조할 수 있다.

도면에 나타낸 바와 같이, 빗살 전극(5)은, 가동판(24)의 자유단 대략 중앙부에 형성된 스토퍼부(26)의 양 측부에, 가동판(24)의 끝에지부를 따르도록 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 스토퍼부(26)는, 빗살 전극(5)의 측방 근방에 배치되어 있다. 제1 실시예와 마찬가지로, 스토퍼부(26)는, 평상 시에 있어서는, 고정 프레임(25)과의 사이의 간극이, 빗살 전극(5)의 전극(2a)과 고정 프레임(25)과의 사이의 간극이나, 전극(4a)과 가동판(24)과의 사이의 간극보다 약간 좁아지도록 형성되어 있다. 또한, 스토퍼부(26) 중, 고정 프레임(25)과 맞닿으려는 부위에는, 스티킹 방지막이 형성되어 있고, 그 모서리부에는, R 면취 형상의 면취부(26a)가 형성되어 있다.

제6 실시예에 있어서도, 외부로부터 충격이나 진동 등이 가해져, 가동판(24)이 측방으로 변위되면, 한쪽의 스토퍼부(26)가 고정 프레임(25)과 접촉하고, 그 이상 가동판(24)이 변위되지 않는다. 따라서, 본 실시예에 있어서도, 전술한 제1 실시예와 마찬가지로, 빗살 전극(5)의 파손을 방지하여, 광주사 미러(23)의 내충격성을 향상시킬 수 있다. 스토퍼부(26)에는, 스티킹 방지막이 형성되어 있으므로, 스토퍼부(26)가 고정 프레임(25)과 접촉되었을 때 스티킹이 쉽게 생기지 않는다. 또한, 스토퍼부(26)에 면취부(26a)가 형성되어 있으므로, 스토퍼부(26)나 고정 프레임(25)의 파손을 방지할 수 있다.

그리고, 제5 실시예 및 제6 실시예에 있어서, 본 발명은 상기 실시예의 구성에 한정되는 것이 아니고, 발명의 취지를 변경시키지 않는 범위에서 적절하게 각종 변형이 가능하다. 예를 들면, 스토퍼부는, 가동판과 일체로 설치되어 있는 것에 한정되지 않고, 예를 들면, 빗살 전극의 근방 부위에 고정 프레임으로부터 가동판을 향해 돌출하도록 형성된, 고정 프레임과 일체의 것이어도 된다. 이 경우에도, 가동판이 측방으로 변위되었을 때, 가동판에 상기 스토퍼부가 맞닿아 가동판의 변위량이 제한되어 빗살 전극을 보호할 수 있다.

또한, 예를 들면, 광주사 미러는, 상기 실시예와 같은 1축으로 요동 가능한 것이 아니고, 예를 들면, 고정 프레임에 대하여 요동 가능하게 축지지된 가동 프레임(프레임부)을 가지고, 가동 프레임에 대하여 요동 가능하게 미러면이 형성된 미러부가 축지지되어 있는 2축 짐벌형의 것이어도 된다. 이 경우, 스토퍼부를, 가동 프레임과 고정 프레임과의 사이의 빗살 전극의 근방에 배치함으로써, 가동 프레임 및 미러부를 포함하는 가동판의 변위량을 제한하여, 그 빗살 전극을 보호할 수 있다. 마찬가지로, 스토퍼부를, 미러부와 가동 프레임과의 사이의 빗살 전극의 근방에 형성함으로써, 가동판으로서의 미러부의, 가동 프레임에 대한 변위량을 제한하여, 그 빗살 전극을 보호할 수 있다. 또한, 광주사 미러는, SOI 기판이 아니고, 단일의 실리콘 기판이나 금속판으로 구성되어 있어도 된다. 또한, 스토퍼부는, 가동판이나 프레임부와 일체로 형성되어 있지 않아도 되고, 가동판이나 프레임부와는 이격되어, 가동판의 변위량을 제한할 수 있도록 배치되어 있어도 된다. 이 경우에도, 스토퍼부를, 가동판과 그 주위의 프레임부와의 사이의 빗살 전극의 근방 부위에 형성함으로써, 가동판의 측방으로의 변위를 제한할 수 있어, 빗살 전극의 파손을 방지하여, 광주사 미러의 내충격성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은, 미러면을 가지고 광을 주사하는 광주사 미러에 한정되지 않고, 한쌍의 힌지에 의해 고정 프레임에 대하여 요동 가능하게 구성된 가동판이 반도체 기판에 형성되어 이루어지는 가동 구조체에 널리 적용 가능하다. 즉, 스토퍼부를, 가동판과 프레임부와의 사이의 빗살 전극의 근방 부위에 형성함으로써, 가동 구조체의 내충격성을 향상시킬 수 있다.

(제7 실시예)

이하, 본 발명의 제7 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 16, 도 17의 (a), (b), 및 도 18은 제7 실시예에 관한 광주사 미러(반도체 기계 구조체)의 일례를 나타낸다.

먼저, 광주사 미러(301)의 구성에 대하여 이하에 설명한다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 광주사 미러(301)는, 도전성을 가지는 제1 실리콘층(활성층)(200a)과 제2 실리콘층(기판층)(200b)을 실리콘의 산화막[BOX(Buried OXide)층](220)을 통하여 접합하여 이루어지는, 3층의 SOI(Silicon on Insulator) 기판(반도체 기판)(200)으로 구성된 반도체부(300)를 가지고 있다. 산화막(220)은 절연성을 가지고 있으므로, 제1 실리콘층(200a)과 제2 실리콘층(200b)은 서로 절연되어 있다. 제1 실리콘층(200a)의 두께는, 예를 들면, 30㎛ 정도이며, 제2 실리콘층(200b)의 두께는, 예를 들면, 400㎛ 정도이다. 또한, SOI 기판(200)의 상면의 일부에는, 산화막(220b)이 형성되어 있다(도 18에 도시). 도 17의 (a)에 나타낸 바와 같이, 광주사 미러(301)는, 예를 들면, 상면에서 볼 때 한 변이 수mm 정도의 거의 정사각형 또는 거의 직사각형인 직육면체형의 소자이며, 반도체부(300)와 제1 실리콘층(200a)의 상면에 접합된 상부 보호 기판(보호 기판)(310)과 제2 실리콘층(200b)의 하면에 접합된 하부 보호 기판(320)(보호 기판) 등으로 구성되어 있다.

도 16에 나타낸 바와 같이, 반도체부(300)는, 상면에서 볼 때 거의 직사각형 형상이며 상면에 미러면(20)이 형성된 가동판(21)과, 가동판(21)의 주위를 에워싸도록 거의 직사각형의 환형으로 형성된 가동 프레임(35)과, 가동 프레임(35)의 주위를 에워싸도록 형성되고, 광주사 미러(301)의 측 주위부로 되는 고정 프레임(36)을 가지고 있다. 가동 프레임(35)과 고정 프레임(36)은, 서로 나란히 1개의 축을 이루도록, 고정 프레임(36)의 서로 대향하는 2측면으로부터 각 면과 직교하도록 형성된 빔형의 한쌍의 제1 힌지(31)에 의해 연결되어 있다. 한편, 가동판(21)과 가동 프레임(35)은, 제1 힌지(31)의 길이 방향과 직교하는 방향으로, 서로 나란히 1개의 축을 이루도록 형성된 빔형의 한쌍의 제2 힌지(32)에 의해 연결되어 있다. 제1 힌지(31) 및 제2 힌지(32)는, 이들 각각이 이루는 축이, 상면에서 볼 때 가동판(21)의 중심 위치를 통과하도록 형성되어 있다. 제1 힌지(31) 및 제2 힌지의 폭 치수는, 예를 들면, 각각, 5㎛ 정도, 30㎛ 정도이다. 가동판(21)은, 제2 힌지(32)를 요동축으로 하여, 가동 프레임(35)에 대하여 요동 가능하게 가동 프레임(35)에 지지되어 있다. 한편, 가동 프레임(35)은, 제1 힌지(31)를 요동축으로 하여, 고정 프레임(36)에 대하여 요동 가능하게 고정 프레임(36)에 지지되어 있다. 즉, 이 광주사 미러(301)에 있어서, 가동판(21)과 가동 프레임(35)이, 제1 힌지(31)에 의해 구성되는 축 주위에, 고정 프레임(36)에 대하여 요동 가능한 가동판(50)을 구성하고 있다. 가동판(21)은, 제1 힌지(31)와 제2 힌지(32)에 의해 각각 구성되는 2개의 요동축 주위에, 2차원적으로 요동 가능하게 구성되어 있다. 도 17의 (b)에 나타낸 바와 같이, 가동 프레임(35)의 하면에는, 가동 프레임(35)과 접합되어 가동 프레임(35)과 일체로 요동 가능하게 지지체(9)가 설치되어 있다. 또한, 고정 프레임(36)에는, 3개의 관통공 접합부(10d, 10e, 10f)가 형성되어 있다. 이하, 제2 힌지(32)의 길이 방향을 X 방향이라고 하고, 제1 힌지(31)의 길이 방향을 Y 방향이라고 하고, X 방향과 Y 방향으로 직교하는 수직인 방향을 Z 방향이라고 한다. 그리고, 가동판(21), 미러면(20), 또는 가동 프레임(35) 등의 형상은, 직사각형에 한정되지 않고, 원형 등 다른 형상이어도 된다.

상기 광주사 미러(301)는, 예를 들면, 정전력을 구동력으로 하여 가동판(21)을 요동시키는 것이다. 반도체부(300)에 있어서, 가동 프레임(35)과 고정 프레임(36)과의 사이의 제1 힌지(31)가 형성되어 있지 않은 부위에는 제1 빗살 전극(7)이 형성되어 있고, 가동판(21)과 가동 프레임(35)과의 사이의 제2 힌지(32)가 형성되어 있지 않은 부위에는 제2 빗살 전극(8)이 형성되어 있다. 제1 빗살 전극(7)은, 가동 프레임(35) 중 X 방향과 대략 직교하는 2측면에 각각 빗살 형상으로 형성된 전극(3b)과, 고정 프레임(36) 중 전극(3b)과 대향하는 부위에 각각 형성된 전극(4a)이, 한쌍으로 서로 맞물리도록 배치되어 구성되어 있다. 제2 빗살 전극(8)은, 가동판(21) 중 Y 방향과 거의 직교하는 2측면에 각각 빗살 형상으로 형성된 전극(2a)과, 가동 프레임(35) 중 전극(2a)과 대향하는 부위에 각각 빗살 형상으로 형성된 전극(3a)이, 한쌍으로 서로 맞물리도록 배치되어 구성되어 있다. 제1 빗살 전극(7) 및 제2 빗살 전극(8)에 있어서, 전극(3b, 4a) 사이의 간극이나, 전극(2a, 3a) 사이의 간극은, 예를 들면, 2㎛ 내지 5㎛ 정도의 크기로 되도록 구성되어 있다. 제1 빗살 전극(7) 및 제2 빗살 전극(8)은, 각각의 전극(3b, 4a) 사이, 또는 전극(2a, 3a) 사이에 전압이 인가되는 것에 의해, 전극(3b, 4a) 사이, 또는 전극(2a, 3a) 사이에, 서로 당기는 방향으로 작용하는 정전력을 발생한다.

가동판(21), 가동 프레임(35), 고정 프레임(36) 등은, 각각, 후술하는 바와 같이 SOI 기판(200)을 마이크로머시닝 기술을 이용하여 가공함으로써 형성되어 있다. 이하에, 반도체부(300)의 각각의 부위에 대하여, SOI 기판(200)의 각 층의 구조도 포함하여 설명한다.

가동판(21) 및 가동 프레임(35)은, 제1 실리콘층(200a)에 형성되어 있다. 미러면(20)은, 예를 들면, 알루미늄제의 박막이며, 가동판(21)의 상면에 외부로부터 입사하는 광빔을 반사 가능하게 형성되어 있다. 가동판(21)은, 제2 힌지(32)를 통과하는 수직 평면(zx 평면과 평행한 평면)에 대하여 거의 대칭 형상으로 형성되어 있고, 제2 힌지(32) 주위로 원활하게 요동하도록 구성되어 있다. 도 18에 나타낸 바와 같이, 가동 프레임(35)에는, 제1 실리콘층(200a)에, 제1 실리콘층(200a)의 상단으로부터 하단까지 연통되고, 산화막(220)에 도달하도록 한 홈 형상의 공극을 구성하는 트렌치(101a)가 형성되어 있다. 트렌치(101a)가 형성되어 있는 것에 의해, 가동 프레임(35)은, 제1 힌지(31)의 한쪽과 접속되고 전극(3a) 및 전극(3b)과 일체로 되는 부위와, 2개의 제2 힌지(32)를 지지하는 축지지부(3c) 및 축지지부(3c)에 통전부(3d)를 통하여 접속되고, 제1 힌지(31)의 다른 쪽에 축지지되는 축지지부(3e)로 이루어지는 부위와, 통전부(3d)에 가동판(21)의 중앙부에 대한 것으로서 상면에서 볼 때 대략 점대칭이 되는 형상으로 형성된 3개의 밸런스부(3f)의 5개의 부위로 분할되어 있다. 트렌치(101a)는, 제1 실리콘층(200a)을 분리하고 있으므로, 이들의 5개의 부위는, 서로 절연되어 있다. 그리고, 밸런스부(3f)는, 형성되어 있지 않아도 된다.

지지체(9)는, 가동 프레임(35)의 하방(z 방향)의 산화막(220) 및 제2 실리콘층(200b)에 의해 구성되어 있다. 지지체(9)에는, 트렌치(101a)에 의해 분할된 가동 프레임(35)의 5개의 부위가 함께 접합되어 있다. 바꾸어 말하면, 지지체(9)는, 가동 프레임(35) 중 트렌치(101a)가 형성되어 있는 부위의 아래쪽에, 제1 실리콘층(200a)에 접합된 채로 형성되어 있다. 이와 같이 지지체(9)에 5개의 부위가 함께 접합되어 있으므로, 가동 프레임(35)과 지지체(9)가, 제1 힌지(31)를 요동축으로 하여 일체로 요동 가능하게 구성되어 있다. 도 17의 (b)에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 있어서, 지지체(9)는, 가동 프레임(35)의 하면 중 전극(3a, 3b)을 제외한 부위를 거의 덮도록, 평면에서 볼 때 제1 힌지(31)에 대하여 거의 대칭 형상으로 되는 환형으로 형성되어 있다. 또한, 지지체(9)의 제2 실리콘층(200b)으로 이루어지는 부위의 두께는, 고정 프레임(36)의 제2 실리콘층(200b)으로 이루어지는 부위의 두께와 거의 같은 정도로 형성되어 있다. 즉, 지지체(9)는, 제1 힌지(31)를 통과하는 수직 평면(y-z 평면과 평행한 평면)에 대하여 거의 대칭 형상으로 형성되어 있다. 또한, 가동 프레임(35)의 트렌치(101a)는, 밸런스부(3f)를 형성하기 위해, 제1 힌지(31)를 통과하는 수직 평면에 대하여 거의 대칭이 되는 위치 및 형상으로 형성되어 있다. 이로써, 지지체(9)를 포함하는 가동판(50)의 중심의 위치는, 제1 힌지(31)에 의해 구성되는 요동축에, 평면에서 볼 때 거의 일치하고, 지지체(9)를 포함하는 가동판(50)이 제1 힌지(31) 주위로 원활하게 요동하고, 광주사 미러(301)에 의한 스캐닝이 보다 적절하게 행해지도록 구성되어 있다. 그리고, 지지체(9)의 제2 실리콘층(200b)으로 이루어지는 부위의 두께는, 고정 프레임(36)의 제2 실리콘층(200b)으로 이루어지는 부위의 두께보다 얇게 또는 두껍게 형성되어 있어도 된다.

고정 프레임(36)은, 제1 실리콘층(200a), 산화막(220), 및 제2 실리콘층(200b)에 의해 구성되어 있다. 고정 프레임(36)의 상면에는, 3개의 관통공 접합부(10d, 10e, 10f)가, 서로 나란히 형성되어 있다. 고정 프레임(36)에는, 트렌치(101a)와 마찬가지로, 제1 실리콘층(200a)을 복수 부위로 분할하도록, 트렌치(101b)(홈부)가 형성되어 있다. 제1 실리콘층(200a)의 아래쪽에는 산화막(220) 및 제2 실리콘층(200b)이 접합되어 있고, 트렌치(101b)는 제1 실리콘층(200a)에만 형성되어 있으므로, 고정 프레임(36) 전체는 일체로 구성되어 있다.

트렌치(101b)는, 고정 프레임(36)의 제1 실리콘층(200a)을, 관통공 접합부(10d, 10e, 10f)와 각각 대략 같은 전위로 되는, 서로 절연된 3개의 부위로 분할하고 있다. 이 중, 관통공 접합부(10d)와 같은 전위로 되는 부위는, 제1 힌지(31) 중, 가동 프레임(35) 중 축지지부(3e)에 접속된, 관통공 접합부(10d)로부터 이격된 한쪽의 부위를 지지하는 축지지부(4d)를 가지고 있다. 관통공 접합부(10d)와 축지지부(4d)는, 트렌치(101b)가 형성되어 있는 것에 의해 폭이 가늘게 형성된 통전부(4e)에 의해 접속되어 있다. 또한, 관통공 접합부(10e)와 대략 같은 전위로 되는 부위는, 제1 힌지(31)의 다른 쪽을 지지하는 축지지부(4f)를 가지고 있다. 관통공 접합부(10f)와 대략 같은 전위로 되는 부위는, 고정 프레임(36) 중 관통공 접합부(10d, 10e)와 같은 전위로 되는 상기한 2개의 부위를 제외한 부위이며, 이 부위에 전극(4a)이 형성되어 있다.

이와 같이 트렌치(101a, 101b)가 형성되어 있는 것에 의해, 제1 실리콘층(200a)에는, 관통공 접합부(10d)가 형성되고 전극(2a)과 대략 같은 전위로 되는 부위와, 관통공 접합부(10e)가 형성되고 가동 프레임(35) 측의 전극(3a, 3b)과 대략 같은 전위로 되는 부위와, 관통공 접합부(10f)가 형성되고 고정 프레임(36) 측의 전극(4a)과 대략 같은 전위로 되는 부위의, 3개의 부위가 형성되어 있다. 각각의 관통공 접합부(10d, 10e, 10f)는, 후술하는 바와 같이 외부로부터 전위를 변경 가능하며, 이들 각각의 관통공 접합부(10d, 10e, 10f)의 전위를 변경함으로써 제1 빗살 전극(7)과 제2 빗살 전극(8)을 구동시켜, 광주사 미러(301)를 구동시킬 수 있다. 즉, 본 실시예에 있어서, 제1 실리콘층(200a) 중, 관통공 접합부(10d, 10e, 10f)를 각각 포함하고 서로 절연된 3개의 부분은, 제1 빗살 전극(7)과 제2 빗살 전극(8)에 전압을 인가하기 위한 전압 인가부를 구성하고 있다. 또한, 이들 전압 인가부의 3개의 부분은, 제1 실리콘층(200a)에 형성된, 트렌치(101a, 101b)와 가동판(21)과 가동 프레임(35)과의 사이의 공극 및 가동 프레임(35)과 고정 프레임(36)과의 사이의 공극을 포함하는 절연부에 의해, 서로 절연되어 있다.

상부 보호 기판(310) 및 하부 보호 기판(320)은, 고정 프레임(36)의 제1 실리콘층(200a)의 상면 및 제2 실리콘층(200b)의 하면에, 각각 접합되어 있다. 상부 보호 기판(310)은, 고정 프레임(36)과 접합되는 접합부(311)와, 가동판(50)의 상부에 위치하는 광투과부(312)와, 관통공 접합부(10d, 10e, 10f)에 각각 대응하는 위치에 형성된 3개의 관통공(313)을 가지고 있다. 도 18에 나타낸 바와 같이, 광투과부(312)는, 캐비티(cavity) 구조를 가지고 있고, 가동판(50)의 요동을 방해하지 않도록, 하면 즉 반도체부(300) 측으로부터 오목하게 파여진 오목부(312a)가 형성되어 있다. 오목부(312a)에는, 2개의 스토퍼(315)(상부 스토퍼)가 형성되어 있다. 관통공(313)은, 상부 보호 기판(310)이 반도체부(300)와 접합된 상태로, 관통공 접합부(10d, 10e, 10f)가 상면에 노출되도록 형성되어 있다. 즉, 관통공(313)은, 관통공 접합부(10d, 10e, 10f)에 전압을 인가하기 위한 관통 전극으로서 기능하고, 상부 보호 기판(310)에 의해 반도체부(300)의 상면을 덮으면서, 관통공 접합부(10d, 10e, 10f)에 전압을 인가할 수 있도록 하고 있다. 관통공(313)은, 관통공 접합부(10d, 10e, 10f)의 대략 중앙에 각각 위치하고 있고, 그 직경은, 관통공 접합부(10d, 10e, 10f)의 치수보다 작은, 예를 들면, 0.5mm 정도로 하는 것이 바람직하다.

본 실시예에 있어서, 스토퍼(315)는, 가동판(50)의 비틀림 방향 이외의, z 방향의 변위를 제한하기 위해 형성되어 있다. 스토퍼(315)는, 예를 들면, 오목부(312a) 중, 가동 프레임(35)의, 2개의 제1 힌지(31)가 각각 접속되어 있는 부위의 상부의 부위로부터, 가동 프레임(35)을 향해 돌출되어 있다. 바꾸어 말하면, 2개의 스토퍼(315)는, 각각, 오목부(312a)에, 가동판(50)의 요동 중심축을 향해 돌출되어 있다. 이 스토퍼(315)는, 가동판(50)이 변위되었을 때, 제1 힌지(31)와 맞닿지 않도록, 제1 힌지(31)에 근접하지 않도록 형성되어 있다. 즉, 도 18에 나타낸 바와 같이, 스토퍼(315)는, 평면에서 볼 때 제1 힌지(31)와 겹치지 않도록, 제1 힌지(31)에 대하여 가동판(50) 측(내측)으로 오프셋되어 있다. 그러므로, 스토퍼(315)가 제1 힌지(31)와 맞닿지 않는다. 이로써, 가동판(50)의 변위 시에 제1 힌지(31)가 스토퍼(315)와 접촉되어 파손되는 문제점은 미연에 방지되고 있다. 또한, 스토퍼(315)는, 가동판(21)의 요동을 방해하지 않도록 가동판(21)의 외측에[평면에서 볼 때 가동판(21)과 겹치지 않도록] 배치되어 있다. 스토퍼(315)의 하단부는, 가동판(50)의 z 방향 변위 시에 가동판(50)과 접촉 가능한 접촉부가 된다. 가동판(21) 및 가동판(50)은, 예를 들면 10°정도의 요동각으로 구동되므로, 스토퍼(315)는, 가동판(21) 및 가동판(50)이 요동 시에 변위되는 범위를 고려한 형상으로 형성되어 있다. 예를 들면, x 방향 치수는, 100㎛ 내지 400㎛으로 되도록 형성되고, y 방향 치수는, 100㎛ 내지 300㎛으로 되도록 형성되어 있다. 이들 치수의 하한은, 예를 들면, 스토퍼(315)에 가동판(50)이 맞닿았을 때 스토퍼(315)에 의해 가동판(50)을 지지하는 것이 가능하도록 설정되어 있는 것이다. 또한, 스토퍼(315)는, 가동판(50)이 평형(平衡) 위치에 있는 경우에 가동판(50)의 상면과의 사이에 z 방향으로 10㎛ 내지 30㎛ 정도의 갭을 가지도록 형성되어 있다. 이와 같이, 상부 보호 기판(310)에, 가동판(50)에 근접하여 스토퍼(315)가 형성되어 있는 것에 의해, 가동판(50)의 z 방향의 변위 즉 반도체 기판에 대하여 수직인 방향에 대한 변위는 제한되어 있다. 또한, 가동판(21) 및 가동판(50)이 요동 시에 변위하는 범위를 고려하여 스토퍼(315)를 형성함으로써, 가동판(21) 및 가동판(50)의 통상 구동 시의 요동이 방해받지 않도록 할 수 있다.

하부 보호 기판(320)은, 상부 보호 기판(310)과 마찬가지로, 캐비티 구조를 가지고 있고, 가동판(50)의 요동을 방해하지 않도록, 가동판(50) 및 지지체(9)의 아래쪽에 대응하는 부위가 상면 즉 반도체부(300) 측으로부터 오목하게 파여진 오목부(321)가 형성되어 있다.

본 실시예에 있어서, 하부 보호 기판(320)에도, 상부 보호 기판(310)과 마찬가지로, 가동판(50)의 비틀림 이외의 z 방향의 변위를 제한하기 위한 스토퍼(325)(하부 스토퍼)가 형성되어 있다. 스토퍼(325)는, 1개 형성되고, 하부 보호 기판(320)의 저면을 형성하는 오목부(321)를 기준으로 하여, 제1 힌지(31)의 요동축을 따르도록 리브형(rib shape)으로 돌출되어 있다. 바꾸어 말하면, 스토퍼(325)는, 가동판(50)의 요동 중심축을 향하여, 리브형으로 돌출되어 있다. 스토퍼(325)의 상단부는, 가동판(50)의 변위 시에 가동판(50)과 일체로 되어 변위하는 지지체(9)와 접촉 가능한 접촉부로 된다. 도 18에 나타낸 바와 같이, 가동 프레임(35)의 하면에 설치되어 있는 지지체(9)의 존재에 의해, 제1 힌지(31)와 스토퍼(325)와의 거리가 근접하지 않을 정도로 유지되므로, 양자가 맞닿는 경우는 없다. 스토퍼(325)의 형상도, 가동판(50)이 요동 시에 변위하는 범위를 감안하여, 또한 가동판(50)이 맞닿았을 때 가동판(50)을 확실하게 지지하도록 설정된다. 예를 들면, x 방향 치수는, 100㎛ 내지 400㎛ 정도로 설정된다. 또한, 스토퍼(325)는, 가동판(50)이 평형 위치에 있을 때 z 방향으로 10㎛ 내지 30㎛ 정도의 갭을 가동판(50)과의 사이에 가지도록 형성되어 있다. 가동판(50)에 근접하여 스토퍼(325)가 형성되어 있는 것에 의해, 가동판(50)의 z 방향의 변위 즉 반도체 기판에 대하여 수직인 방향에 대한 변위는, 제한되어 있다. 또한, 가동판(50)이 요동 시에 변위하는 범위를 고려하여 스토퍼(325)를 형성함으로써, 가동판(50)의 통상 구동 시의 요동이 방해받지 않게 된다. 그리고, 스토퍼(325)의 돌출 치수는, 가동판(50)의 변위량을 효과적으로 제한할 수 있도록, 지지체(9)의 유무나 지지체(9)의 두께에 따라 적절하게 변경하면 된다. 지지체(9)가 설치되지 않아도 지지체(9)의 두께가 얇은 경우에는, 스토퍼(325)는, 스토퍼(315)와 마찬가지로, 가동판(21) 및 가동판(50)의 요동을 방해하지 않고, 가동판(50)이 z 방향으로 변위되었을 때는 제1 힌지(31)와 맞닿지 않도록 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 상부 보호 기판(310) 및 하부 보호 기판(320)은, 내부의 반도체부(300)를 보호하는 것이므로, 그 두께는 0.5mm 내지 1.5mm 정도로 하면 충분하지만, 접합 후의 사이즈를 고려하면, 예를 들면, 0.6mm 정도인 것이 바람직하다. 또한, 오목부(312a, 321)의 깊이는, 가동판(50)의 요동을 방해하지 않을 정도로, 예를 들면, 0.3mm로 되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상부 보호 기판(310)은, 광투과성 및 제1 실리콘층(200a)과의 접합의 용이성으로부터, 유리 기판으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 코닝사제 파이렉스(등록 상표) 유리이면, 광투과성이 좋고, 또한 유리 중에 나트륨이 포함되어 있으므로, 양극(陽極) 접합에 의해 용이하게 실리콘과 접합할 수 있다. 상부 보호 기판(310)은, 오목부(312a)나 관통공(313)과 스토퍼(315)도 포함하고, 유리 기판을 사용하여, 몰딩법이나 접합법, 에칭법, 블라스트법(blast method) 등을 이용하여 일체로 형성하면 된다. 또한, 하부 보호 기판(320)으로서도, 상부 보호 기판(310)과 마찬가지로 유리 기판을 사용할 수 있다. 그리고, 상부 보호 기판(310), 하부 보호 기판(320)의 재질은 이에 한정되지 않는다. 또한, 예를 들면, 스토퍼(315)나 스토퍼(325)는, 각각 상부 보호 기판(310)이나 하부 보호 기판(320)의 본체와는 별개의 소재로 형성되고, 상부 보호 기판(310)이나 하부 보호 기판(320)의 본체와 접합되어 있어도 된다. 상부 보호 기판(310)에 대하여는, 적어도 광투과부(312)가 광주사 미러(301)를 사용하여 주사하는 광선을 투과할 수 있는 재료를 사용하여 구성되어 있으면 된다. 다른 한편, 하부 보호 기판(320)은, 상부 보호 기판(310)과 달리 광투과성이 요구되지 않으므로, 예를 들면, 가공이 용이한 실리콘을 사용하여 구성할 수 있다.

다음에, 광주사 미러(301)의 동작에 대하여 설명한다. 제1 빗살 전극(7) 및 제2 빗살 전극(8)은, 각각, 이른바 수직 정전 컴(perpendicular electrostatic comb)으로서 동작하고, 가동판(21)은, 제1 빗살 전극(7) 및 제2 빗살 전극(8)이 소정의 구동 주파수로 구동력을 발생함으로써 구동된다. 제1 빗살 전극(7) 및 제2 빗살 전극(8)은, 예를 들면, 전극(3a, 3b)이 기준 전위와 접속된 상태로, 전극(2a) 및 전극(4a)의 전위를 각각 주기적으로 변화시킴으로써 구동되어, 정전력을 발생한다. 이 광주사 미러(301)에 있어서는, 제1 빗살 전극(7) 및 제2 빗살 전극(8) 각각이, 예를 들면, 직사각형파 형상의 전압이 인가되어 주기적으로 구동력을 발생하도록 구성되어 있다.

전술한 바와 같이 형성된 가동판(21)이나 가동 프레임(35)은, 일반적으로 대부분의 경우, 그 성형 시에 내부 응력 등이 생기는 것에 의해, 정지 상태에서도 수평 자세가 아니라, 약간 경사져 있다. 그러므로, 예를 들면, 제1 빗살 전극(7)이 구동되면, 정지 상태로부터라도, 가동판(21)과 대략 수직인 방향의 구동력이 가해져, 가동판(21)이 제2 힌지(32)를 요동축으로 하여 제2 힌지(32)를 비틀면서 회동한다. 그리고, 가동판(21)의 자세가 가동 프레임(35)에 대하여 평행하게 되었을 때, 즉 전극(2a)과 전극(3a)이 측면에서 볼 때 완전히 겹치는 상태로 되었을 때, 제2 빗살 전극(8)의 구동력을 해제하면, 가동판(21)은, 그 관성력에 의해, 제2 힌지(32)를 비틀면서 회동을 계속한다. 그리고, 가동판(21)의 회동 방향에 대한 관성력과 제2 힌지(32)의 복원력이 동등해 졌을 때, 가동판(21)의 그 방향에 대한 회동이 멈춘다. 이 때, 제2 빗살 전극(8)이 다시 구동되고, 가동판(21)은, 제2 힌지(32)의 복원력과 제2 빗살 전극(8)의 구동력에 의해, 그 때까지와는 반대의 방향에 대한 회동을 개시한다. 가동판(21)은, 이와 같은 제2 빗살 전극(8)의 구동력과 제2 힌지(32)의 복원력에 의한 회동을 반복하여, 제2 힌지(32) 주위로 요동한다. 가동 프레임(35)도, 가동판(21)의 요동 시와 대략 마찬가지로, 제1 빗살 전극(7)의 구동력과 제1 힌지(31)의 복원력에 의한 회동을 반복하고, 제1 힌지(31) 주위에, 지지체(9)와 일체로 요동한다. 이 때, 지지체(9)를 포함하는 가동판(50)이 일체로 요동하여, 가동판(21)의 자세가 변화된다. 이로써, 가동판(21)은, 2차원적 요동을 반복한다.

제2 빗살 전극(8)은, 가동판(21)과 제2 힌지(32)에 의해 구성되는 진동계의 공진 주파수의 대략 2배의 주파수의 전압이 인가되어 구동된다. 또한, 제1 빗살 전극(7)은, 가동판(21), 가동 프레임(35) 및 지지체(9)와 제1 힌지(31)에 의해 구성되는 진동계의 공진 주파수의 대략 2배의 주파수의 전압이 인가되어 구동된다. 이로써, 가동판(21)이 공진 현상을 따라 구동되어, 그 요동각이 커지도록 구성되어 있다. 그리고, 제1 빗살 전극(7)이나 제2 빗살 전극(8)의 전압의 인가 태양이나 구동 주파수는, 전술한 것에 한정되지 않고, 예를 들면, 구동 전압이 정현파형으로 인가되도록 구성되어 있어도, 또한 전극(3a, 3b)의 전위가, 전극(2a) 및 전극(4a)의 전위와 함께 변화하도록 구성되어 있어도 된다.

이하에, 도 19 내지 도 24를 참조하여, 광주사 미러(301)의 제조 공정에 대하여 설명한다. 그리고, 도 19 내지 도 24는 도 18에 나타낸 부위와 대략 동일한 부위에 대한 단면도이다. 먼저, 산소 및 수증기 분위기의 확산로(擴散爐) 중에서, SOI 기판(200)의 상하 양 표면에 산화막을 형성한다(도 19). 그리고, 활성층, 즉 제1 실리콘층(200a)의 상면에 형성된 산화막(220b)의 표면 중, 가동판(50)이나 제1 힌지(31) 및 제2 힌지(32) 등의 형상으로, 포토리소그라피에 의해, 레지스트(도시하지 않음)를 패터닝한다. 그 후, RIE(Reactive Ion Etching)에 의해 산화막(220b) 중 레지스트에 마스크되어 있지 않은 부위를 제거하여, 제1 실리콘층(200a) 중 가동판(50) 등이 형성되지 않는 부위를 노출시키고, 산소 플라즈마 중 레지스트를 제거한다(도 20). 제1 실리콘층(200a) 상면에는, 예를 들면, 알루미늄을 스퍼터링함으로써 알루미늄막을 형성한다. 알루미늄막은, 예를 들면, 두께가 5000Å 정도로 되도록 형성된다. 그리고, 포토리소그라피에 의해 레지스트(도시하지 않음)를 패터닝한 후에 RIE를 행하고, 알루미늄막 중 미러면(20) 이외의 부위를 제거하고, 레지스트도 제거한다(도 21). 이로써, 미러면(20)이 형성된다.

미러면(20)을 형성한 후, 제1 실리콘층(200a) 상에 레지스트(230)를 패터닝하여 형성하고, D-RIE(Deep Reactive Ion Etching)를 행하여, 제1 실리콘층(200a) 중 상면이 노출되어 있는 부위를 에칭한다. SOI 기판(200)의 산화막(220)의 에칭 레이트는, 제1 실리콘층(200a)의 에칭 레이트의 1퍼센트 미만이므로, 제1 실리콘층(200a)의 표면의 산화막(220b) 및 산화막(220)은 거의 에칭되지 않는다. 이로써, 제1 실리콘층(200a)에, 가동판(50), 제1 힌지(31) 및 제2 힌지(32), 제1 빗살 전극(7) 및 제2 빗살 전극(8) 등으로 되는 형상이 형성된다. 이와 동시에, 가동판(50)이 되는 부위에는 트렌치(101a)가 형성되고, 고정 프레임(36)이 되는 부위에는, 트렌치(101b)가 형성된다(도 22). 레지스트(230)는, 산소 플라즈마 중에서 제거하여 둔다.

다음에, SOI 기판(200) 중 지지 기판인 제2 실리콘층(200b)(배면측)의 가공을 행한다. 배면측의 가공은, 예를 들면, 표면 측인 제1 실리콘층(200a)의 상면을 보호를 위해 레지스트(230)로 덮어 행해진다. 먼저, 제2 실리콘층(200b)의 표면에 형성된 산화막(220b) 상에, 포토리소그라피에 의해 레지스트(232)를 패터닝한다. 레지스트(232)는, 지지체(9) 및 고정 프레임(36)에 대응하는 형상으로 형성된다. 그리고, 레지스트(232)가 형성되어 있지 않은 부위의 산화막(220b)을, RIE에 의해 에칭하고, 노출된 제2 실리콘층(200b)을, D-RIE에 의해 파낸다(도 23). 이 때, 전술한 바와 마찬가지로, 에칭 레이트의 차이에 의해, 제2 실리콘층(200b)은 산화막(220)까지 파내어 산화막(220)은 거의 에칭되지 않는다. 그 후, 레지스트(232)를, 산소 플라즈마 중에서 제거한다. 그리고, 레지스트(232)는, 제2 실리콘층(200b)의 에칭 중에 제거되도록 구성되어 있어도 되고, 그 경우, 제조 공정의 수순을 줄일 수 있다. 또한, 레지스트(232)의 지지체(9)에 대응하는 부위의 두께를 미리 조정하여 둠으로써, 에칭 종료 후에 지지체(9)가 약간 에칭되도록 하여, 지지체(9)의 두께를 작게 하도록 해도 된다.

그 후, 반도체부(300)의 아래쪽으로 노출되는 산화막(220)을, RIE에 의해 제거한다. 이로써, 가동판(50)이나 가동판(21)이, 제1 힌지(31) 및 제2 힌지(32)를 통하여 요동 가능하게 된다(도 16 등 참조). 또한, 이로써, 트렌치(101a)의 아래쪽에, 산화막(220)과 제2 실리콘층(200b)으로 구성된 지지체(9)가, 트렌치(101a)에 의해 절연 분리된 가동 프레임(35)의 복수 개의 부위가 함께 접합된 상태로 형성된다. 그리고, 이와 동시에, 제2 실리콘층(200b)의 표면의 산화막(220b)도 제거된다. 그 후, 반도체부(300)의 상하의 레지스트(230, 232)를 제거함으로써, 반도체부(300)가 완성된다.

반도체부(300)가 완성된 후, 반도체부(300)에 상부 보호 기판(310) 및 하부 보호 기판(320)을 접합한다. 본 실시예에 있어서는, 상부 보호 기판(310) 및 하부 보호 기판(320)에 모두 유리 기판을 사용한 경우에 대하여 설명한다. 유리 기판과 SOI 기판(200)은, 예를 들면, 양극(陽極) 접합에 의해, 용이하고 또한 확실하게 접합할 수 있다.

상부 보호 기판(310) 및 하부 보호 기판(320)의 접합 공정은, 예를 들면, 미러면(20)을 보호하는 관점에서, 상부 보호 기판(310)을 먼저 반도체부(300)의 상면측에 접합하고, 하부 보호 기판(320)을 그 후 반도체부(300)의 하면측과 접합하여 행한다. 상부 보호 기판(310)의 접합 공정에서는, 먼저, 오목부(312a)나 관통공(313)이 형성된 유리 기판과 반도체부(300)의 SOI 기판(200)을 중첩시키고, 10Pa 이하의 진공 환경 하에서, 수백℃ 정도까지 가열한다. 이 때, 바람직하게는 1Pa 이하의 환경으로 함으로써, 접합 후의 진공도를 보다 높게 할 수 있다. 또한, 온도에 대해서는, 300℃에서 400℃ 정도로 유지하는 것이 바람직하다. 그 후, 유리 기판과 SOI 기판(200)이 원하는 온도로 되었을 때, SOI 기판(200)의 접합 측의 실리콘층 즉 제1 실리콘층(200a)에 대하여 400V 내지 800V 정도의 전압을, 유리 기판에 인가한다. 이와 같이 전압을 인가한 상태에서 20분 내지 60분 정도 유지함으로써, 반도체부(300)에 상부 보호 기판(310)을 양호하게 접합시킬 수 있다. 상부 보호 기판(310)을 접합한 후, 하부 보호 기판(320)도, 전술한 바와 마찬가지로 하여 반도체부(300)의 제2 실리콘층(200b)에 양극 접합되고(도 24), 도 18에 나타낸 바와 같이 광주사 미러(301)가 완성된다. 그리고, 접합 방법은, 양극 접합에 한정되지 않고, 각종의 방법을 이용하여 접합하면 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 있어서는, 스토퍼(315, 325)에 의해, 가동판(50)의 z 방향의 변위가 제한되어 있으므로, 광주사 미러(301)에 외부로부터 충격이 가해졌을 때 제1 힌지(31)의 파손을 방지할 수 있어, 광주사 미러(301)의 내충격성을 향상시킬 수 있다. 스토퍼(315, 325)는, 각각, 가동판(50)의 요동 시에 가동판(50)의 변위가 적은 요동축을 향해 돌출되어 있으므로, 스토퍼(315, 325)가 가동판(50)에 근접하도록 구성할 수 있고, 가동판(50)의 z 방향 변위를 보다 효과적으로 제한할 수 있다. 본 실시예에 있어서는, 가동판(50)의 상하에 스토퍼(315, 325)가 각각 배치되어 있으므로, 내충격성의 향상 효과를 더욱 효과적으로 얻을 수 있다.

그리고, 제7 실시예에 있어서, 본 발명은 상기 실시예의 구성에 한정되는 것이 아니고, 발명의 취지를 변경시키지 않는 범위에서 적절하게 각종 변형이 가능하다. 예를 들면, 스토퍼(315)나 스토퍼(325)의 구조나 위치, 개수에 대하여는, 광주사 미러의 요동 운동을 고려하여, 최적의 것을 적절하게 선택할 수 있고, 상기 실시예에 한정되지 않는다. 보다 구체적으로는, 스토퍼(315) 및 스토퍼(325)를, 가동 프레임(35)보다 내측에 배치되어 있는 가동판(21)의 두께 방향에서의 변위를 규제하도록 배치해도 된다. 즉, 제2 힌지(32)의 요동 중심축을 향해 평면에서 볼 때 가동판(21)과 겹치도록 스토퍼(315)가 돌출되고, 제2 힌지(32)의 요동 중심축을 따르도록 스토퍼(325)가 돌출되어도 된다. 또한, 광주사 미러는, 상기 실시예와 같은 2축 짐벌형의 것이 아니고, 예를 들면, 미러면이 형성된 가동판을 한쌍의 힌지로 고정 프레임에 지지한 구조를 가지는 1축으로 요동 가능한 것이어도 된다. 이 경우, 스토퍼를, 가동판의 요동축을 향해 돌출하도록 보호 기판 상에 형성함으로써, 마찬가지로, 광주사 미러의 내충격성을 향상시킬 수 있다. 또한, 보호 기판은, 반도체부(300) 중 적어도 일면에 접합되어 있으면 되고, 또한 스토퍼는, 반도체부(300) 중 적어도 일면 측에, 가동판의 변위를 제한하도록 배치되어 있으면 된다. 스토퍼가 한쪽에만 형성되어 있는 경우에도, 그 스토퍼에 의해 가동판의 z 방향 변위를 제한할 수 있어, 힌지의 파손을 방지하여, 내충격성을 향상시킬 수 있다. 또한, 반도체부(300)는 SOI 기판이 아니고, 단일의 실리콘 기판이나 금속판이라도 되고, 또한 가동판(21) 및 가동판(50)을 요동하는 구동력은 빗살 전극 간에 작용하는 정전력이 아니고, 평판 전극 간에 작용하는 정전력이나 전자력, 전응력, 열응력이어도 된다. 어느 경우라도, 스토퍼를 가동판의 요동축을 향해 돌출하도록 보호 기판 상에 형성함으로써, 가동판의 z 방향의 변위를 제한할 수 있어, 힌지의 파손을 방지하여, 반도체부의 내충격성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은, 미러면을 가지고 광을 주사하는 광주사 미러에 한정되지 않고, 한쌍의 힌지에 의해 고정 프레임에 대하여 요동 가능하게 구성된 가동판이 반도체 기판에 형성된 반도체 가동 구조체에 널리 적용할 수 있다. 즉, 반도체 기판의 적어도 일면에 형성된 보호 기판에 가동판의 반도체 기판에 대하여 수직인 방향에 대한 변위를 제한하도록 스토퍼를 형성함으로써, 반도체 가동 구조체의 내충격성을 향상시킬 수 있다.

1: 광주사 미러(가동 구조체)
2: 가동판
2e: 오목부
3: 힌지
4: 고정 프레임(프레임부)
5: 빗살 전극
6: 스토퍼부
6a: 면취부
9: 지지체
10: 미러면
315: 상부 스토퍼
325: 하부 스토퍼

Claims (22)

1. 가동판(可動板)과, 각각 상기 가동판의 양단부에 일단부가 접속되고 상기 가동판의 1개의 요동축(搖動軸)을 구성하는 한쌍의 힌지와, 상기 가동판의 주위에 배치되고, 상기 한쌍의 힌지의 각각의 타단부가 접속되어 상기 힌지를 지지하는 프레임부를 포함하고,
   상기 가동판은, 상기 한쌍의 힌지를 비틀면서 상기 프레임부에 대하여 요동 가능하게 구성되어 있는 가동 구조체에 있어서,
   상기 가동판이 변위될 때, 가동 구조체의 일부와 접촉하여, 상기 가동판의 상면에 평행한 방향으로의 상기 가동판의 변위를 규제하기 위한 스토퍼부가, 상기 힌지의 측방에, 상기 힌지의 측면에 평행하게 상기 힌지를 따르도록 형성되어 있는,
   가동 구조체.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 가동판의 일부 및 상기 프레임부의 일부와 서로 대향하도록 형성되고, 상기 가동판을 상기 프레임부에 대하여 요동시키는 빗살 전극(comb tooth electrode)을 더 포함하고,
   상기 스토퍼부는, 상기 가동판이 상기 가동판의 상면에 평행한 방향으로 변위될 때, 상기 빗살 전극을 제외한 가동 구조체의 다른 부위와 접촉하도록 배치되어 있는, 가동 구조체.
5. 제1항에 있어서,
   상기 스토퍼부는, 상기 가동판 또는 상기 프레임부와 일체로 형성되어 있는, 가동 구조체.
6. 제1항에 있어서,
   상기 가동판에는, 상기 힌지에 의해 축지지되는 부위의 근방에 힌지의 길이 방향으로 오목하게 파여진 오목부가 형성되어 있고,
   상기 스토퍼부는, 상기 프레임부와 일체로 형성되어 있고, 상기 힌지와 상기 오목부를 형성하는 가동판의 사이드 에지부와의 사이에 위치하도록 형성되어 있는, 가동 구조체.
7. 제1항에 있어서,
   상기 스토퍼부의 모서리부에는, R 면취 형상(round shape)의 면취부(面取部; chamfer)가 형성되어 있는, 가동 구조체.
8. 제1항에 있어서,
   상기 스토퍼부는, 상기 가동판이 측방으로 변위될 때 상기 스토퍼부와 접촉하는 가동 구조체의 다른 부위와 같은 전위로 되도록 구성되어 있는, 가동 구조체.
9. 제1항에 있어서,
   상기 스토퍼부 중 적어도 일부에는, 상기 스토퍼부와 접촉된 것과의 사이에서 스티킹(sticking))이 발생하지 않도록, 스티킹 방지막 또는 돌기부가 형성되어 있는, 가동 구조체.
10. 가동판(可動板)과, 각각 상기 가동판의 양단부에 일단부가 접속되고 상기 가동판의 1개의 요동축(搖動軸)을 구성하는 한쌍의 힌지와, 상기 가동판의 주위에 배치되고, 상기 한쌍의 힌지의 각각의 타단부가 접속되어 상기 힌지를 지지하는 프레임부를 포함하고,
    상기 가동판은, 상기 한쌍의 힌지를 비틀면서 상기 프레임부에 대하여 요동 가능하게 구성되어 있는 가동 구조체에 있어서,
    상기 가동판이 변위될 때, 상기 가동 구조체의 일부와 접촉하여, 상기 가동판의 두께 방향에서의 변위를 규제하도록 상기 가동판의 요동 중심축을 향하여 돌출된 2개의 스토퍼부가 형성되어 있는, 가동 구조체.
11. 제10항에 있어서,
    상기 가동판과 상기 힌지와 상기 프레임은, 반도체 기판에 형성되어 있고,
    상기 반도체 기판의 적어도 일면에는, 상기 가동판을 보호하기 위한 보호 기판이 접합되고,
    상기 스토퍼부는, 상기 보호 기판으로부터 상기 가동판의 요동 중심축을 향해 돌출되어 있는, 가동 구조체.
12. 제11항에 있어서,
    상기 스토퍼부는, 상기 가동판이 변위되었을 때 상기 힌지와 맞닿지 않을 정도로, 상기 힌지로부터 이격된 위치에 설치되어 있는, 가동 구조체.
13. 제12항에 있어서,
    상기 스토퍼부는, 상기 가동판의 상면측에 배치된 상부 스토퍼를 가지고,
    상기 상부 스토퍼는, 상기 힌지의 요동 중심축을 향해 돌출되고, 상기 가동판의 변위 시에 상기 가동판과 맞닿아 상기 가동판의 변위를 규제하는, 가동 구조체.
14. 제12항에 있어서,
    상기 가동판의 하면에는, 상기 가동판과 일체로 지지체가 형성되고,
    상기 스토퍼부는, 상기 가동판의 하면측에 배치된 하부 스토퍼를 가지고,
    상기 하부 스토퍼는, 상기 힌지의 요동 중심축을 따르도록 상기 중심축을 향해 돌출되고, 상기 가동판의 변위 시에 상기 가동판과 일체로 되어 변위하는 지지체와 맞닿아 상기 가동판의 변위를 규제하는, 가동 구조체.
15. 삭제
16. 제4항에 있어서,
    상기 스토퍼부는, 상기 가동판 또는 상기 프레임부에 일체로 형성되는,
    가동 구조체.
17. 제4항에 있어서,
    상기 스토퍼부의 모서리부에는, R 면취 형상(round shape)의 면취부(面取部; chamfer)가 형성되어 있는,
    가동 구조체.
18. 제4항에 있어서,
    상기 스토퍼부는, 상기 가동판이 측방으로 변위될 때 상기 스토퍼부와 접촉하는 가동 구조체의 다른 부위와 같은 전위로 되도록 구성되어 있는,
    가동 구조체.
19. 제4항에 있어서,
    상기 스토퍼부의 적어도 일부에는, 상기 스토퍼부와 접촉된 것과의 사이에서 스티킹(sticking)이 발생하지 않도록, 스티킹 방지막 또는 돌기부가 형성되어 있는,
    가동 구조체.
20. 표면에 입사한 광을 반사하는 미러면이 형성된 가동판과, 각각 상기 가동판의 양단부에 일단부가 접속되고 상기 가동판의 1개의 요동축을 구성하는 한 쌍의 힌지와, 상기 가동판의 주위에 배치되고, 상기 한 쌍의 힌지의 각각의 타단부가 접속되어 상기 힌지를 지지하는 프레임부와, 상기 가동판의 일부 및 상기 프레임부의 일부와 서로 대향하도록 형성되고, 상기 가동판을 상기 프레임부에 대하여 요동시키는 빗살 전극(comb tooth electrode)을 포함하고,
    상기 가동판은, 상기 한 쌍의 힌지를 비틀면서 상기 프레임부에 대하여 요동 가능하게 구성되어 있는 광주사 미러에 있어서,
    상기 가동판이 변위될 때, 가동 구조체의 일부와 접촉하여, 상기 가동판의 상면에 평행한 방향으로의 상기 가동판의 변위를 규제하기 위한 스토퍼부가, 상기 힌지의 측방에, 상기 힌지의 측면에 평행하게 상기 힌지를 따르도록 평행되어 있는,
    광 주사 미러.
21. 제20항에 있어서,
    상기 스토퍼부는, 상기 가동판 또는 상기 프레임부에 일체로 형성되며, 상기 가동판이 상기 가동판의 상면에 평행한 방향으로 변위될 때, 상기 빗살 전극을 제외한 가동 구조체의 다른 부위와 접촉하도록 배치되어 있는,
    광 주사 미러.
22. 표면에 입사한 광을 반사하는 미러면이 형성된 가동판과, 각각 상기 가동판의 양단부에 일단부가 접속되고 상기 가동판의 1개의 요동축을 구성하는 한 쌍의 힌지와, 상기 가동판의 주위에 배치되고, 상기 한 쌍의 힌지의 각각의 타단부가 접속되어 상기 힌지를 지지하는 프레임부를 포함하고,
    상기 가동판은, 상기 한 쌍의 힌지를 비틀면서 상기 프레임부에 대하여 요동 가능하게 구성되어 있는 광 주사 미러에 있어서,
    상기 프레임의 표면에 접합된 보호 기판을 더 포함하고,
    상기 보호기판은, 상기 가동판의 상부에 위치하는 광투과부와 상기 가동판의 요동을 방해하지 않도록, 하면 측에 파인 오목부를 포함하며,
    상기 오목부는, 상기 가동판의 두께 방향에서의 변위를 규제하도록 상기 가동판의 요동 중심축을 향하여 돌출된 2개의 스토퍼부가 형성되어 있는,
    광 주사 미러.

Images