JP4142919B2

JP4142919B2 - 光スキャナおよびその製造方法

Info

Publication number: JP4142919B2
Application number: JP2002244901A
Authority: JP
Inventors: 振鎬李; 泳哲高
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2002-08-26
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2022-08-26
Also published as: CN1417615A; EP1288696B1; CN1221832C; US7445723B2; KR20030017210A; JP2003136497A; US20030039089A1; US7180647B2; DE60200251T2; DE60200251D1; EP1288696A1; US20070108548A1; KR100434541B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）構造により提供される微小ミラーを用いた光スキャナおよびその製造方法に関し、より詳細には、微小ミラーを１軸周りに揺動駆動させて光ビームを走査するための光スキャナおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
米国特許第５，０２５，３４６号公報には、くし形電極構造において生じる静電効果を用いたマイクロアクチュエータが開示されている。このマイクロアクチュエータは、移動可能な構造物（以下、移動構造物という）に設けられた移動くし形電極と、固定物に設けられた固定くし形電極とを有しており、これらはそれぞれ、互いにかみ合わせた状態で設けられている。この移動可能な構造物は、支持構造物に枢支されており、所定の共振周波数にて水平方向に駆動されるように構成されている。
【０００３】
この種のマイクロアクチュエータでは、移動くし形電極が移動ステージまたは移動構造物に対して平行に設けられている。一方、固定くし形電極は、位置が固定された状態で、前記移動ステージに対して平行となるように、前記移動くし形電極とかみ合わせた状態で配置されている。
このように、従来のマイクロアクチュエータでは、ステージの周りにくし形電極が形成されているので、マイクロアクチュエータの大きさがステージや移動構造物よりも大きくなってしまう。そのため、このマイクロアクチュエータの適用対象が制限されるという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第１の目的は、効率の良い設計構造を有するくし形電極を提供することにより、超小型かつ高速駆動が可能な光スキャナおよびその製造方法を提供するところにある。
本発明の第２の目的は、低駆動電圧であっても、高速のスキャニングが可能な光スキャナおよびその製造方法を提供するところにある。
本発明の第３の目的は、安定的に量産可能な光スキャナおよびその製造方法を提供するところにある。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明は、前記目的を達成するためになされたものであり、本発明にかかる光スキャナは、所定パターンの配線層が上面に形成されたベース基板と、前記ベース基板上に形成される長方形のフレームと、前記フレームの内側で１方向の中心軸周りに揺動運動すると共に、中央領域、および該中央領域から前記中心軸に対して平行に延出させて設けられた複数の拡張領域からＨ形状に形成されたステージと、前記中心軸上に位置して前記フレームに連結される支持ビーム、および前記支持ビームから延出して前記ステージの中央領域に連結されるトーションバーからなる支持部と、前記ステージの底面に形成された移動くし形電極、およびこれに対面する基板上に形成された固定くし形電極を含むステージ駆動体とを備える。
【０００６】
ここで、前記フレームは、前記ベース基板上に位置する第２部分フレームと、該第１部分フレーム上に結合層を介して設けられた第１部分フレームとを含み、前記支持部は、前記第１部分フレームおよび前記ステージと一体的に形成されていることが好ましい。
また、前記ステージの拡張領域の底面およびこれに対面するベース基板上には、移動くし形電極および固定くし形電極が対応させた状態でそれぞれ形成されており、前記拡張領域は前記移動くし形電極を支持するためのくし形骨組みを有することが好ましい。
【０００７】
また、前記ステージの底面に形成される移動くし形電極に対応する固定くし形電極は、互いに電気的に分離された第１固定くし形電極および第２固定くし形電極を含むことが好ましい。
【０００８】
また、本発明にかかる光スキャナは、所定パターンの配線層が上面に形成されているベース基板と、前記ベース基板上に形成される長方形フレームと、
前記長方形フレームの内側に平行に配される複数のステージと、前記ステージを各々前記フレームに吊架させる支持部と、前記ステージの底面に形成された移動くし形電極、およびこれに対面する基板上に形成された固定くし形電極を含むステージ駆動体とを備え、前記各ステージは、前記中心軸上に位置する中央領域と、前記中心軸に対して平行となるように前記中央領域から延出させた４つの拡張領域とからＨ字形状に形成されており、前記各支持部は、前記フレームに連結される支持ビームと、前記支持ビームから延出して前記ステージの中央領域に連結されるトーションバーとを含む光スキャナである。
【０００９】
ここで、前記フレームは前記ベース基板上の第２部分フレーム、および該第２部分フレームに結合層を介して接続された第１部分フレームを含み、前記支持部は前記第１部分フレームおよび前記ステージと一体に形成されていることが好ましい。
また、前記ステージの拡張領域の底面およびこれに対面する基板上には、移動くし形電極および固定くし形電極が対応させてそれぞれ形成されており、前記拡張領域は前記移動くし形電極を支持するためのくし形骨組みを有することが好ましい。
【００１０】
また、前記ステージの底面に形成される移動くし形電極に対応する固定くし形電極は、互いに電気的に分離された第１固定くし形電極および第２固定くし形電極を含むことが好ましい。
【００１１】
本発明にかかる光スキャナの作成方法は、長方形フレームの第１部分フレームと、前記第１部分フレームの内側に位置し、前記第１部分フレームから延出する支持ビームおよび該支持ビームから延出するトーションバーからなる支持部により揺動自在に支持されるＨ字状のステージとを含む上部構造体を形成する段階と、前記第１部分フレームに対応する第２部分フレームと、前記第２部分フレームを支持する基板とを含む下部構造体を形成する段階と、
前記第１部分フレームおよび第２部分フレームを共晶結合により接合させて、前記上部構造体と下部構造体とを一体的に組み合わせる段階とを含む。
【００１２】
ここで、前記上部構造体形成段階または下部構造体形成段階において、前記共晶結合のための結合層を、前記上部構造体の第１部分フレーム若しくは前記下部構造体の第２部分フレームの少なくとも一方に形成することが好ましい。また、前記上部構造体の形成段階において、前記ステージの底面に垂直となるように、移動くし形電極を形成することが好ましい。
【００１３】
また、前記下部構造体の形成段階において、前記ステージの底面に設けられた移動くし形電極に対応する固定くし形電極を、前記基板上に形成する
【００１４】
本発明にかかる光スキャナの製造方法の他の態様は、前記上部構造体の形成段階は、第１基板に前記ステージよりも大きい貫通孔を形成する段階と、第２基板上で前記分離領域に対応する部分を所定幅および深さにエッチングする段階と、前記第１基板および第２基板を溶着接合する段階と、前記第２基板を研磨して所定厚さに加工する段階と、前記第２基板の底面で前記第１部分フレームに対応する部分に上部金属層を形成する段階と、前記第２基板の底面を所定パターンにエッチングして前記分離領域に対応する部分を貫通させ、前記ステージの底面に所定高さの前記移動くし形電極を形成する段階とを含む。
【００１５】
ここで、前記下部構造体形成段階は、前記下部構造体を支持する第３基板上に所定パターンの配線層を形成する段階と、第４基板の底面で前記第２部分フレームと固定くし形電極領域との間に対応する所定幅および所定深さの下部分離領域を形成する段階と、前記第３基板および前記第４基板を溶着接合する段階と、前記第４基板上で前記第２部分フレームに対応する部分を所定深さにエッチングする段階と、前記第４基板のエッチングされた部分に下部金属層を形成する段階と、前記第４基板上に前記第２部分フレームおよび前記固定くし形電極に対応する部分を覆ってこれらの間の下部分離領域を露出させるマスク層を形成する段階と、前記マスク層に覆われていない部分を所定深さにエッチングして前記下部分離領域を貫通させ、前記下部分離領域の内側に所定高さの固定くし形電極を形成する段階とを含むことが好ましい。
【００１６】
また、前記上部金属層形成段階は、前記第１部分フレームの底面に金属性シード層を形成する段階と、前記金属性シード層にメッキ法により共晶結合層を形成する段階とを含むことが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明にかかる光スキャナおよびその製造方法の好ましい実施態様を詳細に説明する。
【００１８】
［第１実施態様］
まず、図１乃至図３を参照しながら、本発明にかかる光スキャナの第１の態様について詳細に説明する。
図１は、本発明にかかる光スキャナの一部を切り欠いた斜視図である。図２は、図１の光スキャナの概略平面図である。図３は、図１のＸ−Ｘ線断面図であり、この図は、ミラー（図示せず）が搭載されるステージ３を支持するための支持部４と、フレーム２の断面図である。
【００１９】
図１乃至図３に示すように、長方形のフレーム２が、パイレックス（Ｒ）ガラスより構成される基板１の上に設けられている。このフレーム２の内側には、所定幅を有する分離領域が設けられており、この分離領域の中には、Ｈ形状を有するステージ３が設けられている。
このステージ３は、その下側に設けられた移動くし形電極３３の下端が、基板１から所定高さ離間した位置に配置されるように、Ｘ−Ｘ軸線上に位置する二つの支持部４により、吊架された状態で設けられている。いいかえれば、ステージ３は、その下側に設けられた移動くし形電極３３が基板１と接触しないように、支持部４により吊された状態で、設けられている。
【００２０】
ステージ３は、分離領域を横切る支持部４に直接的に連結された中央領域３１と、支持部４に対して平行に位置するように、中央領域３１から延出させた状態で設けられた４つの拡張領域３２とを有している。
ここで、ミラーの設置位置は、光による走査を行える位置であれば特に限定されるものではなく、中央領域３１にのみ形成されていても良く、中央領域３１および拡張領域３２両方の全ての面にわたって形成されていても良い。
【００２１】
支持部４は、変形しない支持ビーム４２と、該支持ビーム４２から延在したトーションバー４１とを有している。この支持部４は、フレーム２から延出させた状態で設けられており、ステージ３の中央領域３１に連結されている。なお、この支持部４は、ステージ３の揺動運動により変形（ねじれ変形など）するように構成される。
【００２２】
トーションバー４１は、ステージ３の中央領域３１の中央部分の縁に接続されている。なお、ここで説明したフレーム２、支持部４、およびステージ３は、一体的に形成されている。
トーションバー４１は、ステージ３のシーソー運動（揺動運動）が可能となるように、ステージ３を支持しており、ステージ３の運動時に適切に変形すると共に、ステージ３の運動が終了した際には、弾性復元力を発揮して、もとの状態に復元するように構成される。
また、フレーム２および支持部４は、ステージ３への電気的な通路を提供する（電気的に通じている）。
【００２３】
フレーム２は、第１部分フレーム２１と第２部分フレーム２２とを含み、これらの間には、ＡｕＳｎ合金からなる共晶結合層２３が設けられている。これら第１部分フレーム２１、ステージ３、および支持部４は、一枚の素材基板、例えば一枚のシリコンウェハから、後述する何段階かの加工過程を経て得られるものである。
従って、第１部分フレーム２１とステージ３の間、そして、第１部分フレーム２１と、支持部４との間には、長方形の分離領域が存在する。
ここで、支持部４は、前述したように、トーションバー４１および支持ビーム４２を含み、この支持部４は、前記分離領域を横切るように設けられている。
【００２４】
ステージ３の中央領域３１、該中央領域３１より延出する拡張領域３２の底面には、移動くし形電極３３が形成されている。そして、中央領域３１と拡張領域３２に対面する基板１の上にもまた、前記移動くし形電極３３と交互に配される第１固定くし形電極１３が形成されている。
この移動くし形電極３３と固定くし形電極１３とは、交互に噛み合わさるような状態で、互いに接触しないように配置されている（図３参照）。
【００２５】
図１に示すように、第２固定くし形電極１３’が、前記第１固定くし形電極１３の一端側に設けられている。この第２固定くし形電極１３’は、本発明においては付加的な構成要素であり、静電容量の変化に基づいたステージ３の動作を検出するために設けられた一種のセンサーである。
【００２６】
第１固定くし形電極１３および第２固定くし形電極１３’は、図１に示すように、その下部のベース基板１４，１４’により支持されている。この、第１固定くし形電極１３および第２固定くし形電極１３’と、ベース基板１４，１４’とはそれぞれ一体的に形成されている。
なお便宜上、図３には、第２固定くし形電極１３’およびこれを支持するベース基板１４’を示していない。
【００２７】
図４は、図２のＹ−Ｙ線断面図であり、ステージ３と基板１との間に形成された移動くし形電極３３および第１固定くし形電極１３の断面を示している。
図４に示すように、移動くし形電極３３および固定くし形電極１３より構成されるステージ３駆動構造が、支持部４の回転軸（支持部４）を中心として、対称的に設けられている。よって、図中の固定くし形電極に電流を流すと、ステージ３は、静電引力により図中矢印に示すように揺動することになる。
【００２８】
本発明にかかる光スキャナの特徴は、ステージ３が、中央領域３１と中央領域３１から延出した拡張領域３２とを含むという点と、ステージ３を支持する支持部４が支持ビーム４２および前記ステージの中央領域に直接的に連結されるトーションバー４１を含むという点とにある。
【００２９】
前述の構造を有する本発明にかかる光スキャナは、ステージとフレームとの間の間隔に関係なく、支持部４の長さおよび厚さの調節が適宜行える。すなわち、ミラーを配置するのに十分な面積を有するステージおよびこれを駆動するためのくし形電極構造体を適宜提供することが可能であり、さらにステージを安定的に支持できる支持部をも提供できる。
また、移動くし形電極が、移動くし形電極と、固定くし形電極との交錯する範囲が最大となるように、ステージの下側に設けられているので、少ない電流で、より効果的にステージの揺動が行える。
【００３０】
［第２実施態様］
図５は、本発明にかかる光スキャナの第２実施形態の平面図であり、拡張領域３２が、前述の第１の実施形態の場合と異なっている。
第２実施形態では、中央領域３１から伸延する拡張領域３２’には、移動くし形電極３３の支持に十分な部分、すなわち、くし形の骨組みのみが残されており、他の部分は除去されている。
【００３１】
かかる構造の特徴は、図５と図２の平面図とを比較すれば明らかである。図から明らかなように、ステージ３の質量が前述の第１実施形態のものに比べて軽くなる。この場合、ステージ３の駆動力は変わらないので、駆動特性の向上（同一電圧おける走査性の向上）が一層もたらされる。
しかしながら、第２実施形態の場合には、ステージの有効面積、すなわち光スキャナとしてのミラーが配置される部分の面積が減少してしまうという問題が避けられないこととなる。
【００３２】
［第３の実施態様］
図６は、本発明にかかる光スキャナの第３の実施態様を示す一部を切り欠いた斜視図である。図７は、その概略的平面図である。
図に示すように、第３の実施態様では、前記第１の態様に示した光スキャナが、多数平行に配置されている。
【００３３】
第３実施形態における光スキャナは、多数のステージ３ａが所定間隔をおいて平行に配置され、これら多数のステージ３ａはこれらを取り囲む一つのフレーム２ａを共有する。
前記第１実施態様および第２実施態様の場合と同様に、パイレックス（Ｒ）ガラスよりなる基板１ａの上には、長方形のフレーム２ａが設けられており、フレーム２ａの内側には、Ｈ字状のステージ３ａが多数平行に設けられている。
【００３４】
各ステージ３ａは、基板１ａから所定高さ離間した位置に配置されるように、Ｘ−Ｘ軸線上に位置する二つの支持部４ａにより、吊架された状態で設けられている。
ステージ３ａは、前記支持部４ａに直接的に接続される中央領域３１ａと、前記中央領域３１ａから前記支持部４ａに対して平行に所定距離、延出した４つの拡張領域３２ａとを有する。
【００３５】
前記各支持部４ａは、前記フレーム２ａから伸延する支持ビーム４２ａと、前記支持ビーム４２ａから伸延して該当ステージ３ａの中央領域３１ａに接続されるトーションバー４１ａとを備える。
トーションバー４１ａは、該ステージ３ａの中央領域３１ａの中央部分の縁に接続されている。
前記各トーションバー４１ａは、ステージ３ａのシーソー運動（揺動運動）が可能となるように、ステージ３ａを支持しており、ステージ３ａの運動時に適切な弾性復元力を発揮するように構成される。
フレーム２ａおよび支持部４ａは、ステージ３ａへの電気的通路を提供する（電気的に通じている）。
【００３６】
フレーム２ａは、前記第１実施形態および第２実施形態の場合と同様に、第１部分フレーム２１ａおよび第２部分フレーム２２ａを含み、これらの間には、ＡｕＳｎ合金メッキから構成される共晶結合層２３ａが挟まれた状態で設けられている。
【００３７】
各ステージ３ａの底面およびこれに対面する基板１ａの上には、移動くし形電極および固定くし形電極が、それぞれ設けられている。
このくし形電極構造体、すなわちステージ駆動体は、前記第１実施態様および第２実施態様において説明したので、ここではその説明を省略する。
【００３８】
［第４の実施態様］
図８は、本発明にかかる第４の実施態様を示す図であり、これは図６および図７に示された第３実施形態における光スキャナの変形例である。
この第４実施形態では、中央領域３１ａから伸延する拡張領域３２ａ’には、移動くし形電極３３の支持に十分な部分、すなわち、くし形骨組みのみが残されており、他の部分は除去されている。
この構造の拡張領域は、前述の第２実施形態の構造を応用したものである。
【００３９】
図９に示すように、前述の第３実施形態３および第４実施形態における光スキャナでは、多数のステージ３ａが同時に動作するように構成されており、一本の入射光を多数のステージにて反射させる。その結果、一つのステージを用いて入射ビームを反射させる構造に比べて光スキャナの薄型化が可能となる。さらに、各々のステージが軽量化されるので、駆動速度が大幅に高められる。
【００４０】
［光スキャナの製造方法］
以下、本発明にかかる光スキャナの製造方法の、好ましい一実施態様を詳細に説明する。なお、製造過程の説明の際に利用される図面は、本願発明の理解を容易にするために、前述の本発明にかかる光スキャナの説明の際に使用した図面よりも概略的に示してある。
【００４１】
＜上部構造体の形成＞
１）始めに、図１０に示すように、取扱いが容易な厚さ、例えば約３００μｍの厚さを有するガラスウェハである第１基板１００の上に、エッチングマスク１０１を形成させる。
ここで、このエッチングマスク１０１は、第１基板１００のエッチング処理に耐え得ることの出来るフィルムより構成される。
【００４２】
２）ついで、エッチングマスク１０１に覆われていない第１基板１００の露出部分をエッチングにより除去し、第１基板１０に貫通孔を形成させる。そして、エッチングマスク１０１を除去する（図１１参照）。
【００４３】
３）一方、図１２に示すように、第２基板２００として、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｌｉｃｏｎｏｎｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェハを使用する。
この第２基板２００は、移動くし形電極を作成する際にエッチング阻止層として使用される酸化膜２０３とウェハ２０１、２０２とより構成される。
【００４４】
この第２基板２００の上に、ステージとフレームとの間の分離領域に相当する開口領域を有するエッチングマスク１０２を、フォトレジスト法により形成する（図１２参照）。
【００４５】
４）そして、ドライエッチングまたはウェットエッチングによりエッチングを行い、エッチングマスク１０２に覆われていない第２基板２００の露出部分をエッチングし、その後、エッチングマスク１０２を除去する（図１３参照）。この時、エッチングは酸化膜２０３（エッチング阻止層）の上部まで行う、言い換えれば、酸化膜２０３のエッチングは行わない。
【００４６】
５）こうして得られた第２基板２００と、前述の方法で作成した第１基板１００とを接合し、第２基板２００を所定厚さ、例えば５０〜１００μｍまで、化学機械的に研磨（ＣＭＰ）する。
【００４７】
６）続いて、図１５に示すように、第２基板２００の底面の全体にメタル・シード層２０４を蒸着法により形成する。このメタル・シード層２０４は、Ｃｒを厚さ約５００Åで蒸着し、この上にＡｕを厚さ約１５００〜２０００Åで蒸着することにより形成される。
【００４８】
７）そして、図１６に示すように、メタル・シード層２０４の上に、メッキマスク層２０５を形成した後、メッキマスク層に覆われていない部分のメタル・シード層２０４の露出部分に、ＡｕＳｎ合金よりなる共晶結合層２０６をメッキ法により所定厚さに形成する。
ここで、前記メッキマスク層２０５は、フレームが形成される部分を除いた全ての部分に形成する。この時、前記メッキマスク層２０５は、フォトレジストの全面塗布およびフォトリソグラフィ法によるパターニングより形成される。
【００４９】
８）つづいて、図１７に示すように、メッキマスク層２０５をエッチングにより除去する。そして、共晶結合層２０６の上にエッチングマスク２０７を形成し、このエッチングマスク２０７に覆われていないメタル・シード層２０４を除去する。
この際、エッチングマスク２０７の形成は、エッチングマスク２０７を、前記シード層２０４および共晶結合層２０６、すなわちウェハの全面に形成した後に、パターニングすることで行われる。
ここで、エッチングマスク２０７のパターニングは、通常のフォトリソグラフィ法を用いて行う。エッチングマスク２０７に覆われていないシード層２０４の除去は化学的エッチングにより行われる。
【００５０】
９）図１８に示すように、共晶結合層２０６の上に形成されたエッチングマスク２０７を除去し、移動くし形電極を形成するための所定パターンのエッチングマスク２０９を、第２基板２００の上に、通常のフォトリソグラフィ法により形成する。
【００５１】
１０）そして、図１９に示すように、誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング法（以下、ＩＣＰＲＩＥ）により、前記第２基板２００のエッチングマスク２０９に覆われていない部分を酸化膜２０３に到達するするまでエッチングし、移動くし形電極３３を形成する。
【００５２】
１１）図２０に示すように、移動くし形電極形成用エッチングマスク２０９を除去する。
そして、分離領域２０８を貫通形成させるために、ＢＯＥ（ＢｕｆｆｅｒｅｄＯｘｉｄｅＥｔｃｈａｎｔ）により、前記第２基板２００の酸化膜２０３を除去する。
その結果、前述のステージ３が分離領域２０８の内側に形成され、前記ステージ３を取り囲む第１部分フレーム２１がその外側に形成される。
【００５３】
ここで、前記支持部４、すなわち、トーションバー４１および支持ビーム４２が、前記ステージ３と第１部分フレーム２１との間に設けられることになる。この構造は、前記過程の中のエッチング工程におけるマスクパターンにより得られる。
【００５４】
１２）図２１に示すように、前記過程を経て得られた素子（結果物）を反転させ、第１基板１００の内側に露出されたステージ３の上に、Ａｕなどの反射膜をコーティングしてミラー５を形成する。
【００５５】
ここでは、一つの素子の製造に着目して説明した。しかし、一般的に、１枚のウェハからは複数の素子が得られるので、前述の方法はの複数の素子を得る場合にも適用可能である。
【００５６】
前述の方法により、ウェハ単位ごとに素子が一括加工される間に、新たな工程や、素子をウェハから分離するダイシング工程などを行っても良い。
なお、ダイシング工程中に移動くし形電極電極が損傷される恐れがあるので、ダイシング工程を行う場合には、ダイシング行程の前に、移動くし形電極を保護するための保護層を前記移動くし形電極に形成してもよい。この場合、ダイシング行程が完了した後に、保護層が最終的に除去される。
なお、このような付加的な工程は本発明の範囲を制限しない。
【００５７】
＜下部構造体の形成＞
次に、下部構造体の形成方法を説明する。
１）下部構造体の生成に際し、第３ベース基板３００が、前述のパイレックス（Ｒ）ガラスより構成された光スキャナの基板１として用いられている（図２２参照）。
はじめに、第３ベース基板３００の上に、フォトレジストからなるエッチングマスク３０１を形成する。そして、この第３基板３００のエッチングマスク３０１に覆われていない部分、すなわち露出部分に、エッチング処理を施して所定深さの溝３０２を形成する。
溝３０２は、第３ベース基板３００、すなわち光スキャナの基板１の配線層が設けられる部分である。
尚、本実施の形態では、エッチング処理として、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によるドライエッチング法が採用される。
【００５８】
２）つづいて、エッチングマスク３０１を除去し、第３ベース基板３００の上面の全面にわたって、金属膜３０３を蒸着する（図２３参照）。
この金属膜３０３は、最終的に固定くし形電極と接続される。この際、Ａｕ電線と接合することになるので、この金属膜３０３は、Ａｕから構成されることが望ましい。
なお、両電極（移動くし形電極および固定くし形電極）を組み合わせた時に、固定くし形電極と電気的に完全に接続される必要があるので、金属膜３０３は溝３０２の深さよりも厚く蒸着される。
【００５９】
３）金属膜３０３の蒸着に続いて、溝３０２以外の部分に位置する金属膜３０３を除去する（図２４参照）。その結果、溝３０２内に配線層３０４が形成される。この金属膜の除去には、マスクを用いたドライエッチングまたはウェットエッチング法などが利用可能であるが、好ましくは、ウェットエッチング法の採用が良い。
【００６０】
４）一方、シリコンウェハより構成される第４基板４００の上に、エッチングマスク４０１を形成する（図２５参照）。
このエッチングマスク４０１は、固定くし形電極のベースと第２部分フレームとの間の分離領域に相当するパターンを有している。
つづいて、ＲＩＥによりエッチングを行い、第４基板４００に分離溝４０２を形成する。
ここで、分離溝４０２は、第４基板４００の上に形成される固定くし形電極を切り離し、後に形成される電極部分とフレーム部分とを区画する為に設けられる。
【００６１】
５）そして、エッチングマスク４０１を第４基板４００から除去したのち、第４基板を前述の第３基板３００と接合させる（図２６参照）。
つづいて、第４基板４００であるシリコンウェハを化学機械的研磨（ＣＰＭ）により研磨し、製作しようとする光スキャナの駆動仕様に合った厚さ、たとえば、５０〜１００μｍの厚さに調整する。
【００６２】
６）第４基板４００の研磨処理が終了したのち、この第４基板４００の上に、前記第２部分フレーム２２の幅よりも幅が狭い開口部４０３’を有するエッチングマスク４０３を形成した後、露出部分を所定深さにエッチングする（図２７参照）。
この時、上部構造体との接合のために公知の整列キー（図示せず）を挿入する。また、エッチング深さは移動くし形電極および固定くし形電極の交差面積に依存するため、交差面積の設計応じて適宜エッチング深さを調節しなければならない。
【００６３】
７）つづいて、第４基板４００上のエッチングマスク４０３を除去した後、前記第４基板上の全面にわたって金属層５００を蒸着する（図２８参照）。
この時、金属層５００は、前記メタル・シード層２０４と同じ材料から形成することが望ましい。この後、以下の８）または９）のいずれかの処理を行う。
【００６４】
８）前記金属層５００の前記第２部分フレーム２２に対応する部分にのみエッチングマスク５０１を形成し、エッチングマスク５０１に覆われていない金属層５００の露出部分を除去する（図２９参照）。そして、以下の１０）の処理を行う。
【００６５】
９）上部構造体と下部構造体とを接合させるための共晶結合層２０６を、メッキ法により形成する。すなわち、金属層５００の露出部分にフォトレジストなどを用いてメッキマスク５０４を形成したのち、共晶結合層２０６を形成する（図３０参照）。
次に、メッキマスク５０４を除去し、下部金属層５００の共晶結合層２０６に覆われていない部分を除去する。そして、以下の１０）の処理を行う。
【００６６】
１０）そして、図３１に示すように、固定くし形電極のパターン形成を円滑にするために、フレーム内を埋め込むための犠牲層５０５をコーティングし、研磨により平坦化を行う。
【００６７】
１１）第４基板４００の上の固定くし形電極に対応する部分および前記フレームに対応する部分にエッチングマスク５０６を形成してパターニングする（図３２参照）。
【００６８】
１２）そして、前記エッチングマスク５０６に覆われていない第４基板４００の露出部分をＩＣＰＲＩＥ法により所定深さにエッチングする（図３３参照）。これにより、くし形電極および第２部分フレームが互いに電気的に分離された状態で形成される。
【００６９】
このような過程を経た後、第４基板上の全体構造物上にフォトレジストなどの保護膜を形成してダイシングして単位下部構造体に分離する。分離が終われば、犠牲層、保護膜、エッチングマスクを化学的エッチング法によりエッチングした後に洗浄および乾燥を行う。
【００７０】
＜上部構造体および下部構造体の結合＞
以上の過程により得られた単位上部構造体および単位下部構造体を単一体に結合して光スキャナを完成する。
【００７１】
図３４は、上部構造体および下部構造体を整列配置させた後に単一体に結合することを示している。
上部構造体および下部構造体の整列および結合は真空チャック６００を使って行う。別々の上部構造体および下部構造体はフリップチップボンダーにより接合される。
【００７２】
真空チャック内に、上部構造体および下部構造体をそれぞれ固定した後（上部構造体は両側フレームの上部を真空チャックにより固定し、下部構造体は中心部を真空チャックにより固定する）、顕微鏡により観察しながら２つの構造物を整列配置させる。
整列配置の後、２つの真空チャックを互いに近づけて２つの上部構造体および下部構造体を単一体に結合させる。この時、一定の圧力および共晶温度を維持すれば、フレーム間の金属共晶結合層が溶けてくっつき、上部構造体および下部構造体が単一体として結合される。
【００７３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明にかかる光スキャナでは、長方形ステージの下部にくし形電極を設けてあるので、光スキャナの小型化が可能となる。
また、電極の形をくし形とすることにより、表面積が増大するので、低駆動電力での駆動が可能となる。よって、従来品とほとんど同じ駆動速度を確保しつつも駆動電圧を大幅に下げることができる。
また、ステージの構造を電極の形に応じて、必要最低限とすることが可能となるので、ミラー部分の質量が低減できる。よって、高速のスキャニングが可能になる。
【００７４】
また、本発明にかかる方法では、くし形電極の数の増減が容易に行えるとともに、目的とする構造を有する光スキャナを容易に製作できるので、安定的な素子の製作が可能となる。よって、製品の歩留まりを高めることができ、コストダウンに有効に寄与することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による光スキャナの概略的斜視図である。
【図２】図１に示された光スキャナの平面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ線断面図である。
【図４】図２のＹ−Ｙ線断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態による光スキャナのステージを示す概略的平面図である。
【図６】本発明の第３実施形態による光スキャナの概略的斜視図である。
【図７】図６に示された光スキャナの平面図である。
【図８】本発明の第４実施形態による光スキャナのステージを示す概略的平面図である。
【図９】本発明にかかる図６乃至図８に示された光スキャナにおいて、ステージアレイによる光反射を説明する図面である。
【図１０】本発明にかかるスキャナの上部構造体の製作構成を説明する説明図である。
【図１１】本発明にかかるスキャナの上部構造体の製作構成を説明する説明図である。
【図１２】本発明にかかるスキャナの上部構造体の製作構成を説明する説明図である。
【図１３】本発明にかかるスキャナの上部構造体の製作構成を説明する説明図である。
【図１４】本発明にかかるスキャナの上部構造体の製作構成を説明する説明図である。
【図１５】本発明にかかるスキャナの上部構造体の製作構成を説明する説明図である。
【図１６】本発明にかかるスキャナの上部構造体の製作構成を説明する説明図である。
【図１７】本発明にかかるスキャナの上部構造体の製作構成を説明する説明図である。
【図１８】本発明にかかるスキャナの上部構造体の製作構成を説明する説明図である。
【図１９】本発明にかかるスキャナの上部構造体の製作構成を説明する説明図である。
【図２０】本発明にかかるスキャナの上部構造体の製作構成を説明する説明図である。
【図２１】本発明にかかるスキャナの上部構造体の製作構成を説明する説明図である。
【図２２】本発明にかかるスキャナの下部構造体の製作構成を説明する説明図である。
【図２３】本発明にかかるスキャナの下部構造体の製作構成を説明する説明図である。
【図２４】本発明にかかるスキャナの下部構造体の製作構成を説明する説明図である。
【図２５】本発明にかかるスキャナの下部構造体の製作構成を説明する説明図である。
【図２６】本発明にかかるスキャナの下部構造体の製作構成を説明する説明図である。
【図２７】本発明にかかるスキャナの下部構造体の製作構成を説明する説明図である。
【図２８】本発明にかかるスキャナの下部構造体の製作構成を説明する説明図である。
【図２９】本発明にかかるスキャナの下部構造体の製作構成を説明する説明図である。
【図３０】本発明にかかるスキャナの下部構造体の製作構成を説明する説明図である。
【図３１】本発明にかかるスキャナの下部構造体の製作構成を説明する説明図である。
【図３２】本発明にかかるスキャナの下部構造体の製作構成を説明する説明図である。
【図３３】本発明にかかるスキャナの下部構造体の製作構成を説明する説明図である。
【図３４】本発明に掛かる光スキャナの上部構造体および下部構造体を単一体に結合する方法を説明する説明図である。
【符号の説明】
１・・・基板
２・・・長方形フレーム
３・・・ステージ
４・・・支持部
３１・・・中央領域
３２・・・拡張領域

Claims

長方形フレームの第１部分フレームと、前記第１部分フレームの内側に位置し、前記第１部分フレームから延出する支持ビームおよび該支持ビームから延出するトーションバーからなる支持部により揺動自在に支持されるＨ字状のステージとを含む上部構造体を形成する段階と、
前記第１部分フレームに対応する第２部分フレームと、前記第２部分フレームを支持する基板とを含む下部構造体を形成する段階と、
前記第１部分フレームおよび第２部分フレームを共晶結合により接合させて、前記上部構造体と下部構造体とを一体的に組み合わせる段階とを含む光スキャナの製造方法において、
前記上部構造体の形成段階は、
第１基板に前記ステージよりも大きい貫通孔を形成する段階と、
第２基板上で分離領域に対応する部分を所定幅および深さにエッチングする段階と、
前記第１基板および第２基板を溶着接合する段階と、
前記第２基板を研磨して所定厚さに加工する段階と、
前記第２基板の底面で前記第１部分フレームに対応する部分に上部金属層を形成する段階と、
前記第２基板の底面を所定パターンにエッチングして前記分離領域に対応する部分を貫通させ、前記ステージの底面に所定高さの移動くし形電極を形成する段階とを含むことを特徴とする光スキャナの製造方法。
前記上部構造体形成段階または下部構造体形成段階において、
前記共晶結合のための結合層を、前記上部構造体の第１部分フレーム若しくは前記下部構造体の第２部分フレームの少なくとも一方に形成することを特徴とする請求項１に記載の光スキャナの製造方法。
前記上部構造体の形成段階において、
前記ステージの底面に垂直となるように、移動くし形電極を形成することを特徴とする請求項１に記載の光スキャナの製造方法。
前記下部構造体の形成段階において、
前記ステージの底面に設けられた移動くし形電極に対応する固定くし形電極を、前記基板上に形成することを特徴とする請求項３に記載の光スキャナの製造方法。
前記下部構造体形成段階は、
前記下部構造体を支持する第３基板上に所定パターンの配線層を形成する段階と、
第４基板の底面で前記第２部分フレームと固定くし形電極領域との間に対応する所定幅および所定深さの下部分離領域を形成する段階と、
前記第３基板および前記第４基板を溶着接合する段階と、
前記第４基板上で前記第２部分フレームに対応する部分を所定深さにエッチングする段階と、
前記第４基板のエッチングされた部分に下部金属層を形成する段階と、
前記第４基板上に前記第２部分フレームおよび前記固定くし形電極に対応する部分を覆ってこれらの間の下部分離領域を露出させるマスク層を形成する段階と、
前記マスク層に覆われていない部分を所定深さにエッチングして前記下部分離領域を貫通させ、前記下部分離領域の内側に所定高さの固定くし形電極を形成する段階とを含むことを特徴とする請求項１に記載の光スキャナの製造方法。
前記上部金属層形成段階は、
前記第１部分フレームの底面に金属性シード層を形成する段階と、
前記金属性シード層にメッキ法により共晶結合層を形成する段階とを含むことを特徴とする請求項１に記載の光スキャナの製造方法。