JP6307253B2 - Optical deflector and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、ＭＥＭＳ（Micro−Electro−Mechanical Systems）技術により製造される光偏向器及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an optical deflector manufactured by MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) technology and a manufacturing method thereof.
例えば特許文献１に示されるように、ＭＥＭＳ技術による光偏向器は、ミラー部と、該ミラー部を回動させるアクチュエータ部と、ボンディングパッドを含むパッド部と、ボンディングパッドからアクチュエータ部に電圧を印加するための配線部とを備えている。 For example, as disclosed in Patent Document 1, an optical deflector based on MEMS technology applies a voltage to a mirror part, an actuator part that rotates the mirror part, a pad part including a bonding pad, and an actuator part from the bonding pad. And a wiring part for carrying out.
このような光偏向器の従来の製造方法では、アクチュエータ部を作製するために、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板の全面において、圧電膜層とその両側の電極層とを含むアクチュエータ層をＳＯＩ基板の酸化シリコン層上に形成し、次に、アクチュエータ部の部位を残して、アクチュエータ層をエッチングした後、全面に層間絶縁膜を形成し、次に、ミラー部の光反射膜及びパッド部のボンディングパッドを形成する。 In the conventional manufacturing method of such an optical deflector, an actuator layer including a piezoelectric film layer and electrode layers on both sides thereof is formed on the entire surface of an SOI (Silicon on Insulator) substrate in order to fabricate an actuator portion. Formed on the silicon oxide layer, and then etching the actuator layer, leaving the portion of the actuator part, and then forming an interlayer insulating film on the entire surface, then the light reflecting film of the mirror part and the bonding pad of the pad part Form.
上記の製造方法で用いられるＳＯＩ基板における酸化シリコン層の厚さは、特許文献２に示されるように、４０〜３００ｎｍが一般的である。 As shown in Patent Document 2, the thickness of the silicon oxide layer in the SOI substrate used in the above manufacturing method is generally 40 to 300 nm.
また、後述のように、ＳＯＩ基板のシリコン層又は酸化シリコン層の上に形成した層間絶縁膜が剥がれるのを防止するため、特許文献３に示されるように、シリコン層又は酸化シリコン層の上にＷ−ＳｉやＴiＮの層を蒸着により形成する方法も知られている。 Further, as will be described later, in order to prevent the interlayer insulating film formed on the silicon layer or silicon oxide layer of the SOI substrate from being peeled off, as shown in Patent Document 3, it is formed on the silicon layer or silicon oxide layer. A method of forming a W-Si or TiN layer by vapor deposition is also known.
上記のように、従来のＳＯＩ等のシリコン基板における酸化シリコン層の厚さは、４０〜３００ｎｍと薄い。このため、酸化シリコン層の上に、圧電膜の層を含むアクチュエータ層を形成した積層構造を作成し、該積層構造から、パッド部やミラー部の部位においてアクチュエータ層をエッチングするときに、次のような問題が生じていた。 As described above, the thickness of the silicon oxide layer in a conventional silicon substrate such as SOI is as thin as 40 to 300 nm. For this reason, a laminated structure in which an actuator layer including a piezoelectric film layer is formed on a silicon oxide layer is created, and when the actuator layer is etched from the laminated structure at a pad portion or a mirror portion, Such a problem has occurred.
すなわち、エッチングによりアクチュエータ層と共にシリコン基板の上面側の薄い酸化シリコン層も一部が除去されて、酸化シリコン層の下のシリコン層が一部露出する。そして、パッド部では、アクチュエータ層のエッチング後に、ＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）膜等の層間絶縁膜が成膜されるが、露出したシリコン層の上に層間絶縁膜が成膜されると、層間絶縁膜が剥がれ易くなり、不良の原因になる。 That is, a part of the thin silicon oxide layer on the upper surface side of the silicon substrate is removed together with the actuator layer by etching, and a part of the silicon layer under the silicon oxide layer is exposed. In the pad portion, after etching the actuator layer, an interlayer insulating film such as a TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) film is formed. When an interlayer insulating film is formed on the exposed silicon layer, the interlayer insulating film is formed. The insulating film is easily peeled off, causing a defect.
そこで、層間絶縁膜の剥がれを回避するため、上記特許文献３に示されているように、シリコン基板層の上にＷ−シリコンやＴiＮの層を蒸着するようにすると、その分、工数が増大する。 Therefore, in order to avoid peeling of the interlayer insulating film, as shown in Patent Document 3, if a layer of W-silicon or TiN is vapor-deposited on the silicon substrate layer, man-hours are increased accordingly. To do.
さらに、アクチュエータ層をエッチングすると、アクチュエータ層の上面の凹凸が酸化シリコン層の上面に転写され、凹凸の大きい上面になる。従って、ミラー部の光反射膜が、凹凸の大きい酸化シリコン層の上面に形成されると、凹凸の大きい光反射膜が形成され、ミラー部の反射率が低下するという問題もあった。 Further, when the actuator layer is etched, the unevenness on the upper surface of the actuator layer is transferred to the upper surface of the silicon oxide layer, so that the upper surface has large unevenness. Therefore, when the light reflecting film of the mirror portion is formed on the upper surface of the silicon oxide layer having large unevenness, there is a problem that the light reflecting film having large unevenness is formed and the reflectance of the mirror portion is lowered.
本発明の目的は、製造工程を増やすことなく、層間絶縁膜の剥がれを回避できる光偏向器及びその製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide an optical deflector capable of avoiding peeling of an interlayer insulating film without increasing the number of manufacturing steps, and a method for manufacturing the same.
本発明の光偏向器は、ミラー部と、該ミラー部を所定の軸線の回りに回動させるアクチュエータ部と、上面にボンディングパッドを形成したパッド部と、該パッド部から前記アクチュエータ部に電圧を印加するための配線部とを備える光偏向器であって、基板層と、前記基板層上に１０００ｎｍ以上の厚さで形成された酸化膜層と、前記酸化膜層上に形成され、圧電膜層を含むアクチュエータ層とを備える積層構造を有し、前記アクチュエータ部は、前記積層構造の全体を含み、前記パッド部は、前記積層構造の上面側からの前記アクチュエータ層のエッチングにより露出した前記酸化膜層の上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に前記配線部の端部として形成された配線層と、前記配線層上に前記ボンディングパッドとして形成されたパッド層とを含むことを特徴とする。 An optical deflector according to the present invention includes a mirror part, an actuator part that rotates the mirror part around a predetermined axis, a pad part having a bonding pad formed on the upper surface, and a voltage from the pad part to the actuator part. An optical deflector comprising a wiring portion for applying, a substrate layer, an oxide film layer formed on the substrate layer with a thickness of 1000 nm or more, and a piezoelectric film formed on the oxide film layer An actuator layer including an actuator layer, wherein the actuator portion includes the entire laminate structure, and the pad portion is exposed by etching of the actuator layer from the upper surface side of the laminate structure. An interlayer insulating film formed on the film layer; a wiring layer formed as an end of the wiring portion on the interlayer insulating film; and formed as the bonding pad on the wiring layer Characterized in that it comprises a and a pad layer.
本発明者は、光偏向器の基板層と酸化膜層とアクチュエータ層とを備える積層構造においてアクチュエータ層のエッチング処理を行ったとき、酸化膜層の下の基板層が露出するのを確実に回避するには、酸化膜層の厚さを、従来は考えられなかった大きさにする必要があるとの思想に基づき、その具体的な厚さは１０００ｎｍ以上であればよいことを見出した。従って、本発明の光偏向器においては、アクチュエータ層は、１０００ｎｍ以上の厚さで形成された酸化膜層の上に形成される。これにより、アクチュエータ層のエッチング処理を行ったとき、酸化膜層の下の基板層が露出することはなく、パッド部の部位において、酸化膜層の上に形成された層間絶縁膜は、全面で酸化膜層と接触することとなり、層間絶縁膜の剥がれが防止される。 The present inventor reliably avoids exposing the substrate layer under the oxide film layer when the actuator layer is etched in the laminated structure including the substrate layer, the oxide film layer, and the actuator layer of the optical deflector. In order to achieve this, the inventors have found that the specific thickness of the oxide film layer may be 1000 nm or more based on the idea that the thickness of the oxide film layer needs to be a size that has not been considered in the past. Therefore, in the optical deflector of the present invention, the actuator layer is formed on the oxide film layer formed with a thickness of 1000 nm or more. Thereby, when the etching process of the actuator layer is performed, the substrate layer under the oxide film layer is not exposed, and the interlayer insulating film formed on the oxide film layer in the portion of the pad portion is entirely exposed. Contact with the oxide film layer prevents the interlayer insulating film from peeling off.
また、本発明によれば、パッド部の部位において層間絶縁膜の剥がれを防止するために、従来のＷ−シリコンやＴiＮの層を蒸着する工程が省略できるので、光偏向器の製造コストが抑えられると共に製造効率もよい。 In addition, according to the present invention, the conventional step of depositing a layer of W-silicon or TiN can be omitted in order to prevent the interlayer insulating film from peeling off at the portion of the pad portion, thereby reducing the manufacturing cost of the optical deflector. Manufacturing efficiency.
本発明の光偏向器において、前記ミラー部は、前記積層構造の上面側からの前記アクチュエータ層及び前記酸化膜層のエッチングより露出した前記基板層上に成膜された光反射膜を含むことができる。 In the optical deflector of the present invention, the mirror portion includes a light reflecting film formed on the substrate layer exposed by etching of the actuator layer and the oxide film layer from the upper surface side of the stacked structure. it can.
この構成によれば、ミラー部の光反射膜は、アクチュエータ層及び酸化膜層が除去された後の基板層上に成膜されるので、光反射膜の反射面の平滑度が改善され、反射面の反射率を向上することができる。 According to this configuration, since the light reflecting film of the mirror portion is formed on the substrate layer after the actuator layer and the oxide film layer are removed, the smoothness of the reflecting surface of the light reflecting film is improved and the reflection is improved. The reflectance of the surface can be improved.
本発明の光偏向器において、前記積層構造の前記酸化膜層の厚さは、２０００ｎｍ以下であることが好ましい。 In the optical deflector of the present invention, it is preferable that the thickness of the oxide film layer of the laminated structure is 2000 nm or less.
この構成によれば、基板層上の酸化膜層の形成時間の長大化に因るコスト増大を回避しつつ、パッド部の部位における層間絶縁膜の剥がれを防止することができる。 According to this configuration, it is possible to prevent peeling of the interlayer insulating film at the portion of the pad portion while avoiding an increase in cost due to an increase in the formation time of the oxide film layer on the substrate layer.
本発明の製造方法は、ミラー部と、該ミラー部を回動させるアクチュエータ部と、ボンディングパッドをもつパッド部と、該パッド部から前記アクチュエータ部に電圧を印加するための配線部とを備える光偏向器の製造方法であって、基板層と、前記基板層上に１０００ｎｍ以上の厚さで形成された酸化膜層と、前記酸化膜層上に形成され、圧電膜層を含むアクチュエータ層とを備える積層構造を作成する第１工程と、前記積層構造における前記アクチュエータ部の部位を残して、前記アクチュエータ層が除去されるように、前記基板層が露出しない深さで前記アクチュエータ層をエッチングする第２工程と、層間絶縁膜を上側から全面にわたり形成する第３工程と、前記層間絶縁膜上の前記アクチュエータ部の部位にコンタクトホールを形成して、前記アクチュエータ層を露出する第４工程と、
前記アクチュエータ部の部位の前記アクチュエータ層と前記パッド部の部位とを接続する配線層を前記配線部として形成する第５工程と、パッシベーション膜を上側から全面にわたり形成する第６工程と、前記パッド部の部位における前記パッシベーション膜にコンタクトホールを形成する第７工程と、前記パッド部の部位の前記コンタクトホール内に前記ボンディングパッドとしてのパッド層を形成する第８工程とを備えることを特徴とする。
The manufacturing method of the present invention is a light comprising a mirror part, an actuator part for rotating the mirror part, a pad part having a bonding pad, and a wiring part for applying a voltage from the pad part to the actuator part. A method for manufacturing a deflector, comprising: a substrate layer; an oxide film layer formed on the substrate layer with a thickness of 1000 nm or more; and an actuator layer formed on the oxide film layer and including a piezoelectric film layer. A first step of creating a laminated structure, and etching the actuator layer to a depth at which the substrate layer is not exposed so that the actuator layer is removed leaving a portion of the actuator portion in the laminated structure. A second step, a third step of forming an interlayer insulating film over the entire surface from above, and forming a contact hole in the portion of the actuator portion on the interlayer insulating film. And a fourth step of exposing the actuator layer,
A fifth step of forming, as the wiring portion, a wiring layer that connects the actuator layer of the portion of the actuator portion and the portion of the pad portion; a sixth step of forming a passivation film over the entire surface from above; and the pad portion And a seventh step of forming a contact hole in the passivation film at a portion of the pad portion, and an eighth step of forming a pad layer as the bonding pad in the contact hole at the portion of the pad portion.
本発明の製造方法によれば、積層構造において、アクチュエータ層は、１０００ｎｍ以上の厚さで形成された酸化膜層の上に形成されることになる。従って、第２工程において、パッド部の部位においてアクチュエータ層のエッチングを行っても、酸化膜層の下の基板層が露出することが確実に回避される。この結果、パッド部の部位において層間絶縁膜は、全面にわたり酸化膜層と接触することとなり、パッド部における層間絶縁膜の剥がれを防止することができる。 According to the manufacturing method of the present invention, in the laminated structure, the actuator layer is formed on the oxide film layer formed with a thickness of 1000 nm or more. Therefore, even if the actuator layer is etched at the pad portion in the second step, it is reliably avoided that the substrate layer under the oxide film layer is exposed. As a result, the interlayer insulating film comes into contact with the oxide film layer over the entire surface at the pad portion, and the interlayer insulating film in the pad portion can be prevented from peeling off.
本発明の製造方法によれば、パッド部の部位において層間絶縁膜の剥がれを防止するために、Ｗ−ＳiやＴiＮの層を蒸着する工程を省略できるので、製造効率を高めることができる。 According to the manufacturing method of the present invention, the step of evaporating the W-Si or TiN layer can be omitted in order to prevent the interlayer insulating film from being peeled off at the pad portion, so that the manufacturing efficiency can be improved.
本発明の製造方法において、前記第７工程と前記第８工程との間に、前記ミラー部の部位において前記パッシベーション膜と前記酸化膜層とのエッチングにより前記基板層の上面を露出させる工程を追加し、
前記第８工程では、前記パッド部の部位における前記コンタクトホール内と、前記ミラー部の部位における前記基板層の上面とにおいて同一の金属材料による成膜を行って、前記パッド部の前記パッド層と前記ミラー部の光反射膜とを同時に形成することができる。
In the manufacturing method of the present invention, a step of exposing the upper surface of the substrate layer by etching the passivation film and the oxide film layer at the portion of the mirror portion is added between the seventh step and the eighth step. And
In the eighth step, film formation is performed with the same metal material in the contact hole in the pad portion and in the upper surface of the substrate layer in the mirror portion, and the pad layer of the pad portion The light reflecting film of the mirror part can be formed simultaneously.
この構成によれば、パッド部のボンディングパッド及びミラー部の光反射膜を第８工程でまとめて作製するので、光偏向器の製造効率を高めることができる。また、ミラー部の光反射膜は、アクチュエータ層及び酸化膜層が除去された後の基板層上に成膜されるので、光反射膜の反射面の平滑度が改善され、反射面の反射率を向上することができる。 According to this configuration, since the bonding pad of the pad portion and the light reflecting film of the mirror portion are manufactured together in the eighth step, the manufacturing efficiency of the optical deflector can be increased. Further, since the light reflecting film of the mirror part is formed on the substrate layer after the actuator layer and the oxide film layer are removed, the smoothness of the reflecting surface of the light reflecting film is improved, and the reflectance of the reflecting surface is improved. Can be improved.
本発明の製造方法において、前記第１工程における前記酸化膜層の厚さは、２０００ｎｍ以下であることができる。 In the manufacturing method of the present invention, the thickness of the oxide film layer in the first step may be 2000 nm or less.
この構成によれば、基板層上の酸化膜層の形成時間の長大化に因るコスト増大を回避しつつ、パッド部の部位における層間絶縁膜の剥がれを防止することができる。 According to this configuration, it is possible to prevent peeling of the interlayer insulating film at the portion of the pad portion while avoiding an increase in cost due to an increase in the formation time of the oxide film layer on the substrate layer.
図１を参照して、光偏向器１の構成について説明する。光偏向器１は、図２以降で説明するように、ＭＥＭＳ技術を利用して製造され、下から順番に支持板１８、ＳＯＩ基板２０及び上部積層部１９が積層された構造となっている。支持板１８は、ＳＯＩ基板２０の下面に固定される。 The configuration of the optical deflector 1 will be described with reference to FIG. As will be described with reference to FIG. 2 and subsequent drawings, the optical deflector 1 is manufactured using the MEMS technology, and has a structure in which a support plate 18, an SOI substrate 20, and an upper laminated portion 19 are laminated in order from the bottom. The support plate 18 is fixed to the lower surface of the SOI substrate 20.
光偏向器１は、中心に配置されるミラー部２、ミラー部２を外側から包囲する矩形の内側枠部３、及び内側枠部３を外側から包囲する矩形の外側枠部４を主要構成要素として備えている。 The optical deflector 1 includes a mirror part 2 disposed at the center, a rectangular inner frame part 3 surrounding the mirror part 2 from the outside, and a rectangular outer frame part 4 surrounding the inner frame part 3 from the outside. As prepared.
説明の便宜上、光偏向器１の縦方向及び横方向を、それぞれ外側枠部４の短辺に平行な方向及び長辺に平行な方向と定義する。図１では、左斜め下−右斜め上の方向が光偏向器１の縦方向であり、左斜め上−右斜め下の方向が光偏向器１の横方向となる。また、光偏向器１が、光を入射及び反射する側を光偏向器１の表側と定義し、表側とは反対側を光偏向器１の裏側と定義する。 For convenience of explanation, the vertical direction and the horizontal direction of the optical deflector 1 are defined as a direction parallel to the short side and a direction parallel to the long side of the outer frame part 4, respectively. In FIG. 1, the left diagonally down-right diagonally upward direction is the vertical direction of the optical deflector 1, and the left diagonally upward-right diagonally downward direction is the lateral direction of the optical deflector 1. Further, the side on which the light deflector 1 enters and reflects light is defined as the front side of the light deflector 1, and the side opposite to the front side is defined as the back side of the light deflector 1.
１対のトーションバー５は、その軸線を縦方向に揃えて、ミラー部２に対して縦方向両側に配設され、ミラー部２に先端側を結合している。トーションバー５の基端側は内側枠部３の横辺の内周側の中心部に結合している。なお、トーションバー５の基端側は、内側枠部３の内周に結合することなく、内側枠部３の内周から分離していてもよい。 The pair of torsion bars 5 are arranged on both sides in the vertical direction with respect to the mirror part 2 with their axes aligned in the vertical direction, and the tip side is coupled to the mirror part 2. The base end side of the torsion bar 5 is coupled to the central portion on the inner peripheral side of the lateral side of the inner frame portion 3. The base end side of the torsion bar 5 may be separated from the inner periphery of the inner frame portion 3 without being coupled to the inner periphery of the inner frame portion 3.
各トーションバー５に対して、横方向両側には内側アクチュエータ６が１つずつ配設されている。内側アクチュエータ６は、横方向へ直線の形状であり、基端側及び先端側においてそれぞれ内側枠部３の内周及びトーションバー５に結合している。トーションバー５への内側アクチュエータ６の結合位置は、ミラー部２の周縁から所定距離、離れた縦方向位置に設定されている。 For each torsion bar 5, one inner actuator 6 is disposed on each side in the lateral direction. The inner actuator 6 has a linear shape in the lateral direction, and is coupled to the inner periphery of the inner frame portion 3 and the torsion bar 5 on the proximal end side and the distal end side, respectively. The coupling position of the inner actuator 6 to the torsion bar 5 is set to a vertical position away from the peripheral edge of the mirror unit 2 by a predetermined distance.
内側アクチュエータ６は、圧電膜を利用したカンチレバー式の圧電アクチュエータとなっている。光偏向器１が光スキャナ等に組み込まれた場合には、横方向両側の内側アクチュエータ６は、光スキャナの制御器（図示せず）からの印加電圧により駆動される。該印加電圧は、周波数がミラー部２及びトーションバー５を含む構造部分の共振周波数と同一周波数（以下、「第１周波数」という。）で、かつ横方向両側の内側アクチュエータ６において、相互に逆の位相とされる。 The inner actuator 6 is a cantilever type piezoelectric actuator using a piezoelectric film. When the optical deflector 1 is incorporated in an optical scanner or the like, the inner actuators 6 on both sides in the lateral direction are driven by an applied voltage from a controller (not shown) of the optical scanner. The applied voltage has the same frequency as the resonance frequency of the structural portion including the mirror portion 2 and the torsion bar 5 (hereinafter referred to as “first frequency”), and is opposite to each other in the inner actuators 6 on both lateral sides. The phase is
この結果、横方向両側の内側アクチュエータ６としてのカンチレバーは、相互に逆位相で撓み量を増減し、トーションバー５を第１回転軸線の回りに同一の回転方向に駆動する。第１回転軸線は、トーションバー５の軸線に一致し、ミラー部２の中心を通るように設定されている。 As a result, the cantilevers as the inner actuators 6 on both sides in the lateral direction increase and decrease the amount of deflection in opposite phases, and drive the torsion bar 5 in the same rotational direction around the first rotational axis. The first rotation axis coincides with the axis of the torsion bar 5 and is set to pass through the center of the mirror unit 2.
制御器（図示せず）から内側アクチュエータ６へカンチレバーの印加電圧として供給される制御電圧は、第１周波数で増減するので、ミラー部２は、第１回転軸線の回りに第１周波数で往復回動する。 Since the control voltage supplied as the applied voltage of the cantilever from the controller (not shown) to the inner actuator 6 increases or decreases at the first frequency, the mirror unit 2 reciprocates around the first rotation axis at the first frequency. Move.
１対の外側アクチュエータ７は、内側枠部３に対して横方向両側に配設される。各外側アクチュエータ７は、ミアンダパターンで直列に結合された複数（図示の例では４つ）のカンチレバー１３を有し、基端側を外側枠部４の縦辺部の一端側（図１において下側の横辺部側）に結合し、先端側を内側枠部３の縦辺部の一端側に結合している。 The pair of outer actuators 7 are disposed on both lateral sides with respect to the inner frame portion 3. Each outer actuator 7 has a plurality (four in the illustrated example) of cantilevers 13 coupled in series in a meander pattern, and the base end side is one end side of the vertical side portion of the outer frame portion 4 (the lower side in FIG. 1). Side end side) and the tip end side is connected to one end side of the vertical side portion of the inner frame portion 3.
各カンチレバー１３は、１つのアクチュエータとして作動可能な構造を有している。従って、外側アクチュエータ７の全体の作用は、４つのアクチュエータとしての４つのカンチレバー１３の協働作用となる。 Each cantilever 13 has a structure operable as one actuator. Therefore, the entire action of the outer actuator 7 is a cooperative action of the four cantilevers 13 as the four actuators.
各外側アクチュエータ７において、カンチレバー１３は、長手方向を光偏向器１の縦方向に揃えて、並設され、横方向に隣り関係のカンチレバー１３同士は、折返し部を介して端部において相互に連結されている。これにより、外側アクチュエータ７は、複数のカンチレバー１３が直列に結合した構造になっている。 In each of the outer actuators 7, the cantilevers 13 are arranged side by side with the longitudinal direction aligned with the longitudinal direction of the optical deflector 1, and the adjacent cantilevers 13 in the lateral direction are connected to each other at the end portions via the folded portions. Has been. Accordingly, the outer actuator 7 has a structure in which a plurality of cantilevers 13 are coupled in series.
各外側アクチュエータ７の複数のカンチレバー１３に対し、外側アクチュエータ７の基端側から先端側への配列順に番号１〜４を付けると、各カンチレバー１３の後述のＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）層３２への光スキャナの制御器（図示せず）からの所定の印加電圧の供給により、カンチレバー１３の撓み量は、奇数番のカンチレバー１３同士、及び偶数番のカンチレバー１３同士では、同一位相で増減する。また、奇数番のカンチレバー１３の撓み量と偶数番のカンチレバー１３の撓み量とは、相互に逆位相で増減する。これにより、ミラー部２に対して横方向両側の外側アクチュエータ７は、協働して、内側枠部３の縦方向の一端側を第２回転軸線の回りに往復回動させる。第２回転軸線とは、光偏向器１の横方向に平行な直線であり、ミラー部２の中心において第１回転軸線と直交する。 When numbers 1 to 4 are assigned to the plurality of cantilevers 13 of each outer actuator 7 in the order of arrangement from the proximal end side to the distal end side of the outer actuator 7, a PZT (lead zirconate titanate) layer 32 described later of each cantilever 13 By supplying a predetermined applied voltage from a controller (not shown) of the optical scanner, the amount of bending of the cantilevers 13 increases and decreases in the same phase between the odd-numbered cantilevers 13 and between the even-numbered cantilevers 13. . Further, the amount of bending of the odd-numbered cantilever 13 and the amount of bending of the even-numbered cantilever 13 increase or decrease in opposite phases. As a result, the outer actuators 7 on both sides in the lateral direction with respect to the mirror unit 2 reciprocally rotate around one end side in the vertical direction of the inner frame unit 3 around the second rotation axis. The second rotation axis is a straight line parallel to the lateral direction of the optical deflector 1 and is orthogonal to the first rotation axis at the center of the mirror unit 2.
電極パッド８，９は、外側枠部４の一方及び他方の縦辺部の表側の面にそれぞれ配備される。電極パッド８は、ミラー部２に対して電極パッド８側に配設された内側アクチュエータ６及び外側アクチュエータ７内の電極端子に金属配線４２（図３）を介して接続され、電極パッド９は、ミラー部２に対して電極パッド９側に配設された内側アクチュエータ６及び外側アクチュエータ７内の電極端子に金属配線４２（図３）を介して接続される。電極パッド８，９は、ボンディングパッドとして、光偏向器１が収納されるパッケージ（図示せず）の端子と、図示しないボンディングワイヤを介して接続される。 The electrode pads 8 and 9 are respectively provided on the front side surfaces of one of the outer frame portions 4 and the other vertical side portion. The electrode pad 8 is connected to the electrode terminals in the inner actuator 6 and the outer actuator 7 disposed on the electrode pad 8 side with respect to the mirror portion 2 via the metal wiring 42 (FIG. 3). The mirror portion 2 is connected to electrode terminals in the inner actuator 6 and the outer actuator 7 disposed on the electrode pad 9 side via a metal wiring 42 (FIG. 3). The electrode pads 8 and 9 are connected as bonding pads to terminals of a package (not shown) in which the optical deflector 1 is accommodated via bonding wires (not shown).
光偏向器１の全体の作用を簡単に説明する。ミラー部２は、内側アクチュエータ６及び外側アクチュエータ７の作動により第１及び第２回転軸線の回りにそれぞれ第１及び第２周波数で往復回動しつつ、図示していない光源（例：レーザ光源）からの一定方向の光を表側からミラー部２の表側のミラー面に入射され、該光を第１及び第２回転軸線の回りの回転角に応じた角度で反射して、表側に出射する。 The overall operation of the optical deflector 1 will be briefly described. The mirror unit 2 reciprocally rotates around the first and second rotation axes at the first and second frequencies by the operation of the inner actuator 6 and the outer actuator 7, respectively, and a light source (not shown) (eg, laser light source). Is incident on the mirror surface on the front side of the mirror unit 2 from the front side, and the light is reflected at an angle corresponding to the rotation angle around the first and second rotation axes and emitted to the front side.
光偏向器１からの出射光は、横方向及び縦方向へ所定の走査角範囲でかつ所定の振動数で往復する走査光となる。なお、通常、第２周波数は、第１周波数より低い値となっている。また、第２周波数での外側アクチュエータ７による第２軸線回りのミラー部２の往復回動には、ミラー部２及びトーションバー５を含む構造部分の共振は利用されない。従って、外側アクチュエータ７によるミラー部２の回転駆動力は、内側アクチュエータ６によるミラー部２の回転駆動力よりも大きくする必要がある。 The light emitted from the optical deflector 1 becomes scanning light that reciprocates at a predetermined frequency within a predetermined scanning angle range in the horizontal and vertical directions. In general, the second frequency is lower than the first frequency. Further, the resonance of the structural portion including the mirror portion 2 and the torsion bar 5 is not used for the reciprocating rotation of the mirror portion 2 around the second axis by the outer actuator 7 at the second frequency. Therefore, the rotational driving force of the mirror unit 2 by the outer actuator 7 needs to be larger than the rotational driving force of the mirror unit 2 by the inner actuator 6.
光偏向器１は、典型的には、その縦方向及び横方向をそれぞれ鉛直方向及び水平方向に揃えて、設置される。その場合、第１回転軸線の回りのミラー部２の回動によりミラー部２からの反射光は水平方向へ往復変位する。また、第２回転軸線の回りのミラー部２の回動によりミラー部２からの反射光は鉛直方向へ往復変位する。これにより、光偏向器１からの反射光は、照射先を縦横に走査する光として出射される。 The optical deflector 1 is typically installed with its vertical and horizontal directions aligned in the vertical and horizontal directions, respectively. In that case, the reflected light from the mirror unit 2 is reciprocated in the horizontal direction by the rotation of the mirror unit 2 around the first rotation axis. Further, the reflected light from the mirror unit 2 is reciprocated in the vertical direction by the rotation of the mirror unit 2 around the second rotation axis. Thereby, the reflected light from the optical deflector 1 is emitted as light that scans the irradiation destination vertically and horizontally.
光偏向器１は、その光源と共に、光スキャナに実装される。該光スキャナは、例えば、プロジェクタ、バーコードリーダ、レーザプリンタ、レーザヘッドアンプ、又はヘッドアップディスプレイ等に装備される。 The optical deflector 1 is mounted on an optical scanner together with its light source. The optical scanner is installed in, for example, a projector, a barcode reader, a laser printer, a laser head amplifier, or a head-up display.
次に、図２〜図５を参照して、光偏向器１の製造方法について説明する。説明の便宜上、光偏向器１の上下を図２〜図５の上下として説明する。この上下は、図１の説明時に光偏向器１の表側及び裏側とした側に一致する。 Next, a method for manufacturing the optical deflector 1 will be described with reference to FIGS. For convenience of explanation, the upper and lower sides of the optical deflector 1 will be described as the upper and lower sides of FIGS. The upper and lower sides coincide with the front and back sides of the optical deflector 1 in the description of FIG.
ＳＴＥＰ１では、ＳＯＩ基板２０が用意される。ＳＯＩ基板２０は、下面側から上面側へ順番に裏面ＳiＯ２層２１、単結晶ＳiのＳiハンドリング層２２、中間ＳiＯ２層２３、単結晶ＳiのＳi層２４及び表面ＳiＯ２層２５が積層した積層構造を備えている。ＳＯＩ基板２０の各層の厚さを例示すると、次のとおりである。 In STEP1, an SOI substrate 20 is prepared. The SOI substrate 20 includes a back surface SiO 2 layer 21, a single crystal Si Si handling layer 22, an intermediate SiO 2 layer 23, a single crystal Si Si layer 24, and a front surface SiO 2 layer 25 in order from the lower surface side to the upper surface side. It has a laminated structure. Examples of the thickness of each layer of the SOI substrate 20 are as follows.
裏面ＳiＯ２層２１の厚さ：５００ｎｍ〜２０００ｎｍ／Ｓiハンドリング層２２の厚さ：１００ 〜６００μｍ／中間ＳiＯ２層２３の厚さ：０．５〜２μｍ／Ｓi層２４の厚さ：２０〜１５０μｍ／表面ＳiＯ２層２５の厚さ：１０００ｎｍ〜２０００ｎｍ。Ｓi（シリコン）層２４の上面は光学研磨処理がなされている。表面ＳiＯ２層２５は、Ｓi層２４の光学研磨処理がなされている上面に積層されている。 Back surface SiO 2 layer 21 thickness: 500 nm to 2000 nm / Si handling layer 22 thickness: 100 to 600 μm / intermediate SiO 2 layer 23 thickness: 0.5 to 2 μm / Si layer 24 thickness: 20 to 150 μm / Thickness of the surface SiO 2 layer 25: 1000 nm to 2000 nm. The upper surface of the Si (silicon) layer 24 is optically polished. The surface SiO 2 layer 25 is laminated on the upper surface where the optical polishing treatment of the Si layer 24 is performed.
ＳＴＥＰ２では、ＳＯＩ基板２０の上面にアクチュエータ層３０が積層される。アクチュエータ層３０は、下側から上側へ順番に金属薄膜から成る下部電極層３１、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）から成る圧電膜層としてのＰＺＴ層３２、金属薄膜から成る上部電極層３３の積層構造から成る。下部電極層３１の金属薄膜は、Ｐt（白金）及びＴi（チタン）から成り、最初に、表面ＳiＯ２層２５の上面に、下側層としてＴiを１０〜１００ｎｍ蒸着させ、次に上側層としてＰt（白金）を１００〜３００ｎｍ程度蒸着させて、作製される。電極形成のための蒸着方法としては、スパッタ法やＥＢ蒸着法等がある。また、金属薄膜は、上記材料に限定されず、例えばＩＴＯ（Indiuｍ Tin Oxide）やＳＲＯ（strontium ruthenium oxide）といった酸化膜導電体でも構わない。 In STEP 2, the actuator layer 30 is laminated on the upper surface of the SOI substrate 20. The actuator layer 30 is formed by laminating a lower electrode layer 31 made of a metal thin film, a PZT layer 32 as a piezoelectric film layer made of PZT (lead zirconate titanate), and an upper electrode layer 33 made of a metal thin film in order from the lower side to the upper side. Consists of structure. The metal thin film of the lower electrode layer 31 is made of Pt (platinum) and Ti (titanium). First, Ti is deposited on the upper surface of the surface SiO 2 layer 25 as a lower layer by 10 to 100 nm, and then as an upper layer. Pt (platinum) is produced by depositing about 100 to 300 nm. Examples of the deposition method for forming the electrode include a sputtering method and an EB deposition method. The metal thin film is not limited to the above materials, and may be an oxide film conductor such as ITO (Indium Tin Oxide) or SRO (strontium ruthenium oxide).
ＰＺＴ層３２は、例えば特開２００１−２３４３３１号公報、特開２００２−１７７７６５号公報、及び特開２００３−８１６９４号公報に記載されている反応性アーク放電を利用したイオンプレーティング法により成膜する。下部電極層３１及び上部電極層３３の成膜厚さは１〜１０μｍ程度である。また、上部電極層３３のＰＺＴ層３２は、スパッタ法、ゾルゲル法等により成膜することもできる。ただし、イオンプレーティング法による成膜では、バルクの圧電体と同等の圧電特性を有する圧電膜を形成することができる。 The PZT layer 32 is formed by an ion plating method using reactive arc discharge described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2001-234331, 2002-177765, and 2003-81694. . The film thicknesses of the lower electrode layer 31 and the upper electrode layer 33 are about 1 to 10 μm. The PZT layer 32 of the upper electrode layer 33 can also be formed by a sputtering method, a sol-gel method, or the like. However, in the film formation by the ion plating method, a piezoelectric film having a piezoelectric characteristic equivalent to that of a bulk piezoelectric body can be formed.
上部電極層３３は、ＰＺＴ層３２上に成膜された金属薄膜から成る。上部電極層３３の材料として、Ｐtを１００〜３００ｎｍ程度蒸着させた後、Ｔiを１０〜１００ｎｍ 程度蒸着させている。電極形成方法としては、スパッタ法やＥＢ蒸着法等により蒸着させる。また金属薄膜は上記材料の他に、例えばＩＴＯやＳＲＯといった酸化膜導電体であってもよい。 The upper electrode layer 33 is made of a metal thin film formed on the PZT layer 32. As a material for the upper electrode layer 33, Pt is evaporated to about 100 to 300 nm, and then Ti is evaporated to about 10 to 100 nm. As an electrode forming method, vapor deposition is performed by sputtering, EB vapor deposition, or the like. In addition to the above materials, the metal thin film may be an oxide film conductor such as ITO or SRO.
ＳＴＥＰ３以降について説明する。ＳＴＥＰ３以降の各ＳＴＥＰの図において、Ａmはミラー部２の部位を示し、Ａaは内側アクチュエータ６及びカンチレバー１３の部位を示し、Ａpは電極パッド８，９の部位を示している。図２〜図５の構造図は、光偏向器１の製造方法を分かり易く説明するために、模式的に示しており、図１の光偏向器１の構成とは正確に対応していない。図１には図示されているが、実施形態の製造方法の説明に直接関係ない素子の図示はＳＴＥＰ３以降の構造図から省略している。 STEP3 and after will be described. In each STEP figure after STEP 3, Am represents the part of the mirror portion 2, Aa represents the part of the inner actuator 6 and the cantilever 13, and Ap represents the part of the electrode pads 8 and 9. 2 to 5 are schematically shown for easy understanding of the manufacturing method of the optical deflector 1, and do not correspond exactly to the configuration of the optical deflector 1 of FIG. Although illustrated in FIG. 1, illustration of elements not directly related to the description of the manufacturing method of the embodiment is omitted from the structure diagrams after STEP 3.
ＳＴＥＰ３では、フォトリソグラフィー技術を用いて、上側から順番に、すなわち上部電極層３３、ＰＺＴ層３２及び下部電極層３１の順番に形状加工を行う。具体的に説明すると、パターニングしたレジスト材料をマスクとして上部電極層３３のエッチングを行う。エッチングは、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置を用いてドライエッチングを行う。 In STEP 3, shape processing is performed in order from the upper side, that is, in order of the upper electrode layer 33, the PZT layer 32, and the lower electrode layer 31 using a photolithography technique. More specifically, the upper electrode layer 33 is etched using the patterned resist material as a mask. Etching is performed by dry etching using a RIE (Reactive Ion Etching) apparatus.
ＰＺＴ層３２に対しても同様に、アクチュエータ部位Ａa以外の部位では、ドライエッチングにより除去する。なお、アクチュエータ部位Ａaの全領域が、アクチュエータになるのではなく、一部領域は、ミラー部２の回転角を検出するセンサーとして使用される。該センサーの圧電膜層としてのＰＺＴ層３２には、ミラー部２の回転角に対応する応力が作用し、ミラー部２の回転角に応じた電圧を出力する。ＰＺＴ層３２のエッチングは、ドライエッチングに代えて、酸系（ＨＣl、ＨＮＯ３など）を用いたウェットエッチングを使用することもできる。 Similarly, the PZT layer 32 is removed by dry etching at portions other than the actuator portion Aa. The entire region of the actuator part Aa does not become an actuator, but a partial region is used as a sensor for detecting the rotation angle of the mirror unit 2. Stress corresponding to the rotation angle of the mirror unit 2 acts on the PZT layer 32 as the piezoelectric film layer of the sensor, and a voltage corresponding to the rotation angle of the mirror unit 2 is output. For the etching of the PZT layer 32, wet etching using an acid system (such as HCl or HNO 3 ) can be used instead of dry etching.
下部電極層３１についても、上部電極層３３と同様なドライエッチングを行う。このような加工により内側アクチュエータ６及び外側アクチュエータ７の形成がなされる。なお、このエッチングの際、ミラー部位Ａm及びパッド部位Ａpの表面ＳiＯ２層２５がエッチングされないような膜厚が必要とされる。これは、ＰＺＴ層３２の表面の凹凸がＳi層２４のシリコン面（後に一部がミラー面となる）に転写されて、深部において部分的にＳi層２４が露出すると、ミラー部２のミラー面の反射率の低下につながるからである。 For the lower electrode layer 31, dry etching similar to that for the upper electrode layer 33 is performed. The inner actuator 6 and the outer actuator 7 are formed by such processing. In this etching, the film thickness is required so that the surface SiO 2 layer 25 of the mirror part Am and the pad part Ap is not etched. This is because when the irregularities on the surface of the PZT layer 32 are transferred to the silicon surface of the Si layer 24 (a part later becomes a mirror surface) and the Si layer 24 is partially exposed in the deep part, the mirror surface of the mirror part 2 It is because it leads to the fall of the reflectance.
ＳＴＥＰ４では、ＳＯＩ基板２０の全面に薄膜のＴＥＯＳ膜３６を層間絶縁膜として形成する。ＴＥＯＳ膜３６の材料としては、酸化膜（ＳiＯ２）及び窒化膜（ＳiＮ）が用いられる。ＴＥＯＳ膜３６の厚さは１００〜１０００ｎｍ程度とする。また、成膜に関しては、原料としてＳiＨ４（シランガス）を用いる成膜方法などでもよいが、ＴＥＯＳ膜３６がより望ましい。なぜならば、原料としてプラズマＣＶＤを用いた成膜方法でＴＥＯＳ膜３６を成膜することにより、膜応力、膜密度などが制御できるだけでなく、圧電素子に特有な数μｍ程度の高い段差を円滑に被膜することができるからである。 In STEP 4, a thin TEOS film 36 is formed as an interlayer insulating film on the entire surface of the SOI substrate 20. As a material for the TEOS film 36, an oxide film (SiO 2 ) and a nitride film (SiN) are used. The thickness of the TEOS film 36 is about 100 to 1000 nm. Regarding film formation, a film formation method using SiH 4 (silane gas) as a raw material may be used, but the TEOS film 36 is more desirable. This is because by forming the TEOS film 36 by a film forming method using plasma CVD as a raw material, not only the film stress, the film density, etc. can be controlled, but also a high step of about several μm, which is peculiar to a piezoelectric element, can be smoothly performed. It is because it can coat.
図３のＳＴＥＰ５では、アクチュエータ部位ＡaにおいてＴＥＯＳ膜３６の上面から上部電極層３３に導通できるようなコンタクトホール３９を空けるために、ＴＥＯＳ膜３６上に形状加工を行う。具体的には絶縁膜上にフォトリソグラフィー技術を用いてレジスト材料をパターニングし、パターニングしたレジスト材料をマスクとしてＴＥＯＳ膜３６に、ＲＩＥ装置を用いてドライエッチングを行い層間絶縁膜を除去する。こうして、アクチュエータ部位Ａaにおいて、ＴＥＯＳ膜３６にコンタクトホール３９を任意の形状で形成することができる。 In STEP 5 of FIG. 3, shape processing is performed on the TEOS film 36 in order to open a contact hole 39 that can be connected to the upper electrode layer 33 from the upper surface of the TEOS film 36 in the actuator portion Aa. Specifically, a resist material is patterned on the insulating film using a photolithography technique, and the interlayer insulating film is removed by performing dry etching on the TEOS film 36 using the patterned resist material as a mask, using an RIE apparatus. Thus, the contact hole 39 can be formed in the TEOS film 36 in an arbitrary shape at the actuator portion Aa.
ＳＴＥＰ６では、ＴＥＯＳ膜３６上に薄膜の金属配線４２を形成する。具体的には絶縁膜上にフォトリソグラフィー技術を用いてレジスト材料をパターニングし、パターニングしたレジスト材料をマスクとしてＴＥＯＳ膜３６上に金属材料の蒸着を行う。金属配線４２の蒸着後、リフトオフを用いて、金属配線４２の形成を行う。金属材料には、Ａl、Ａu、Ｐt、Ｃuといった単体の金属材料や、Ａl−ＮdやＡl−Ｃuといった合金系の材料が用いられる。また蒸着方法もＥＢ蒸着法やスパッタ法などを用いて蒸着される。金属配線４２の厚さは １００〜１０００ｎｍ程度である。 In STEP 6, a thin metal wiring 42 is formed on the TEOS film 36. Specifically, a resist material is patterned on the insulating film using a photolithography technique, and a metal material is deposited on the TEOS film 36 using the patterned resist material as a mask. After vapor deposition of the metal wiring 42, the metal wiring 42 is formed using lift-off. As the metal material, a single metal material such as Al, Au, Pt, or Cu, or an alloy material such as Al—Nd or Al—Cu is used. Also, the vapor deposition method is vapor deposition using EB vapor deposition or sputtering. The thickness of the metal wiring 42 is about 100 to 1000 nm.
金属配線４２のアクチュエータ部位Ａa側の端は、前工程のＳＴＥＰ５で加工したコンタクトホール３９の上面で上部電極層３３と接触し、導通されている。なお、下部電極層３１は、光偏向器１に共通のアースであり、各アクチュエータごとに金属配線４２に接続される必要はない。 The end of the metal wiring 42 on the actuator part Aa side is in contact with the upper electrode layer 33 on the upper surface of the contact hole 39 processed in STEP 5 of the previous process, and is electrically connected. The lower electrode layer 31 is a common ground for the optical deflector 1 and does not need to be connected to the metal wiring 42 for each actuator.
ＳＴＥＰ７では、ＳＯＩ基板２０の全面にわたり上側から薄膜のパッシベーンション膜４５を防湿膜として形成する。パッシベーンション膜４５の材料としては、窒化膜（ＳiＮ）が用いられる。パッシベーンション膜４５の厚さは、１００〜１０００ｎｍ程度とする。パッシベーンション膜４５のその他の材料として、原料としてＳiＨ４（シランガス）を用いるＳiＯ２膜でもよいが、外部からの不純物の拡散や、吸湿性に対して高い信頼性を持つＳiＮ膜をパッシベーション膜として使用することが望ましい。 In STEP 7, a thin passivation film 45 is formed as a moisture-proof film from the upper side over the entire surface of the SOI substrate 20. As a material of the passivation film 45, a nitride film (SiN) is used. The thickness of the passivation film 45 is about 100 to 1000 nm. As another material of the passivation film 45, an SiO 2 film using SiH 4 (silane gas) as a raw material may be used. However, an SiN film having high reliability with respect to diffusion of impurities from outside and hygroscopicity is used as the passivation film. It is desirable to use as
ＳＴＥＰ８では、パッド部位Ａpにおいて、コンタクトホール４８をパッシベーンション膜４５に形成する。具体的には、パッシベーンション膜４５上にフォトリソグラフィー技術を用いてレジスト材料をパターニングし、パターニングしたレジスト材料をマスクとしてパッシベーンション膜４５にＲＩＥ装置を用いてドライエッチングを行い、パッシベーンション膜４５の一部を除去し、コンタクトホール４８を形成する。 In STEP 8, the contact hole 48 is formed in the passivation film 45 at the pad portion Ap. Specifically, a resist material is patterned on the passivation film 45 by using a photolithography technique, and the passivation film 45 is dry-etched by using an RIE apparatus using the patterned resist material as a mask. A part of the film 45 is removed and a contact hole 48 is formed.
図４のＳＴＥＰ９では、ミラー部位Ａmにおいて、フォトリソグラフィー技術を用いて、パッシベーンション膜４５、ＴＥＯＳ膜３６及び表面ＳiＯ２層２５の形状加工を行って、孔５１を形成する。孔５１の底面は、Ｓi層２４の上面となっている。具体的には、パターニングしたレジスト材料をマスクとして、パッシベーンション膜４５、ＴＥＯＳ膜３６及び表面ＳiＯ２層２５のエッチングを該マスクにて行うことができる。エッチングはＲＩＥ装置を用いてドライエッチングを行う。 In STEP 9 of FIG. 4, the hole 51 is formed in the mirror portion Am by processing the shape of the passivation film 45, the TEOS film 36, and the surface SiO 2 layer 25 using a photolithography technique. The bottom surface of the hole 51 is the top surface of the Si layer 24. Specifically, the passivation film 45, the TEOS film 36, and the surface SiO 2 layer 25 can be etched using the patterned resist material as a mask. Etching is performed by dry etching using an RIE apparatus.
ＳＴＥＰ９のエッチングでは、ＳiとＳiＯ２とのエッチングレート差を利用して、表面ＳiＯ２層２５のみを選択的にエッチングして、Ｓi層２４はエッチングされないようにする。このような選択エッチングにより、Ｓi層２４の露出面は平坦度の高いものになる。 In the etching of STEP 9, only the surface SiO 2 layer 25 is selectively etched using the difference in etching rate between Si and SiO 2 so that the Si layer 24 is not etched. By such selective etching, the exposed surface of the Si layer 24 becomes highly flat.
なお、ミラー部２のミラー面の加工に関しては酸系（ＢＨＦ（超高純度バッファードフッ酸）など）を用いたウェットエッチングを使用することもできる。また、本エッチング加工で露出された Ｓi基板面に後述する金属薄膜５４を蒸着工程を行うことで、ＭＥＭＳミラー面となる。 Note that wet etching using an acid system (such as BHF (ultra high purity buffered hydrofluoric acid)) can also be used for processing the mirror surface of the mirror portion 2. In addition, a metal thin film 54 (to be described later) is deposited on the Si substrate surface exposed by this etching process to form a MEMS mirror surface.
ＳＴＥＰ１０では、電極パッド８，９のボンディングパッドとミラー部２の光反射膜としての金属薄膜５４を同時に共通の金属で形成する。前工程のＳＴＥＰ８，９で加工されているパッド部位Ａpのコンタクトホール４８の中とミラー部位Ａmの孔５１内に露出しているＳi層２４とに金属材料の蒸着を行う。電極パッド８，９のボンディングパッドとミラー部２の光反射膜との金属材料には、Ａu、Ｐtといった単体の金属材料や、Ａl（アルミニウム）−Ｎd（ネオジム）やＡl−Ｃu（銅）といった合金系の材料が用いられる。 特に、求められる用途（波長領域）によりミラー部２に使用される金属材料を変化させて、蒸着を行うことで任意のミラー部２としての反射率を得ることができる。 また蒸着方法については、ＥＢ蒸着法やスパッタ法などを用いて金属蒸着される。 In STEP 10, the bonding pads of the electrode pads 8 and 9 and the metal thin film 54 as the light reflecting film of the mirror unit 2 are simultaneously formed of a common metal. A metal material is deposited in the contact hole 48 of the pad part Ap processed in STEPs 8 and 9 in the previous step and the Si layer 24 exposed in the hole 51 of the mirror part Am. Examples of the metal material of the bonding pads of the electrode pads 8 and 9 and the light reflecting film of the mirror portion 2 include a single metal material such as Au and Pt, Al (aluminum) -Nd (neodymium), and Al-Cu (copper). Alloy-based materials are used. In particular, the reflectance as the arbitrary mirror part 2 can be obtained by changing the metal material used for the mirror part 2 according to the required application (wavelength region) and performing vapor deposition. As for the vapor deposition method, metal vapor deposition is performed using an EB vapor deposition method or a sputtering method.
ミラー部位Ａmにおいて、光反射膜としての金属薄膜５４の厚さは １００〜１０００ｎｍ程度である。また、パッド部位Ａpでは、ボンディングパッドとしての金属薄膜５４は、前工程で加工したコンタクトホール４８内で金属配線４２と接続される。これにより、所定の位置で電極パッド８，９を形成することができ、ボンディングワイヤにより外部パッケージの端子に接続することができる。 In the mirror part Am, the thickness of the metal thin film 54 as the light reflecting film is about 100 to 1000 nm. In the pad region Ap, the metal thin film 54 as a bonding pad is connected to the metal wiring 42 in the contact hole 48 processed in the previous process. Thereby, the electrode pads 8 and 9 can be formed at predetermined positions, and can be connected to the terminals of the external package by the bonding wires.
ＳＴＥＰ１１では、ミラー部位Ａmの金属薄膜５４にＳiＯ２／ＴiＯ２からなる増反射膜５７を形成する。ＳＴＥＰ１１で蒸着される増反射膜５７は、ＳiＯ２を含む積層構造であるため、ＭＥＭＳミラー面を外部から保護（不純物の付着や傷）する機能も果たしている。増反射膜５７として成膜される厚さは、１層が４０〜２５０ｎｍ程度の厚さで、積層構造により構成されている。 In STEP 11, an increased reflection film 57 made of SiO 2 / TiO 2 is formed on the metal thin film 54 at the mirror part Am. The increased reflection film 57 deposited in STEP 11 has a laminated structure including SiO 2, and thus also functions to protect the MEMS mirror surface from the outside (attachment of impurities or damage). The thickness of the increased reflection film 57 is about 40 to 250 nm, and one layer has a laminated structure.
ＳＴＥＰ１２では、ミラー部位Ａmにおいて、ＳＯＩ基板２０のＳi層２４の加工を行う。これにより、ミラー部位Ａmの周囲（図１のトーションバー５側を除く）に深堀溝６０が形成される。具体的な加工方法では、絶縁膜上にフォトリソグラフィー技術を用いてレジスト材料をパターニングし、パターニングしたレジスト材料をマスクとしてＳi層２４の加工を行う。この加工の際、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ装置を用いることによりＳi層２４の深堀りエッチングを行って、深堀溝６０を形成する。このＤｅｅｐ−ＲＩＥ装置は、マイクロマシニング技術で使用されるドライエッチング装置であり、Ｓiを垂直に深堀りすることが可能な装置である。 In STEP 12, the Si layer 24 of the SOI substrate 20 is processed at the mirror part Am. Thereby, the deep trench 60 is formed around the mirror part Am (excluding the torsion bar 5 side in FIG. 1). In a specific processing method, a resist material is patterned on the insulating film using a photolithography technique, and the Si layer 24 is processed using the patterned resist material as a mask. At the time of this processing, deep etching of the Si layer 24 is performed by using a Deep-RIE apparatus to form the deep trench 60. This Deep-RIE apparatus is a dry etching apparatus used in micromachining technology, and is an apparatus capable of deepening Si vertically.
ＳＴＥＰ１３では、次のＳＴＥＰ１４において、ＳＯＩ基板２０のＳiハンドリング層２２を加工するため、その前段階として裏面ＳiＯ２層２１のエッチングを行って、裏面ＳiＯ２層２１に浅い孔６３を形成する。エッチングについては前工程までと同様のＳiＯ２のドライエッチング方法と同様である。 In STEP 13, in order to process the Si handling layer 22 of the SOI substrate 20 in the next STEP 14, the back surface SiO 2 layer 21 is etched as a previous step to form a shallow hole 63 in the back surface SiO 2 layer 21. Etching is the same as the dry etching method of SiO 2 similar to the previous step.
ＳＴＥＰ１４では、Ｓiハンドリング層２２の形状加工を行う。具体的には絶縁膜上にフォトリソグラフィー技術を用いてレジスト材料をパターニングし、パターニングしたレジスト材料をマスクとしてＳiハンドリング層２２に変位許容空間６５を形成する。ＳＴＥＰ１３の浅い孔６３は、変位許容空間６５に統合される。変位許容空間６５の形成では、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ装置を用いることでＳiの深堀りエッチングを行う。このＤｅｅｐ−ＲＩＥ装置は、マイクロマシニング技術で使用されるドライエッチング装置であり、Ｓiハンドリング層２２を垂直に深堀りすることが可能な装置である。ただし、ミラー部位Ａmの下側部分であるＳiハンドリング層２２の部分は、エッチングせずに加工前Ｓi６６として残す。 In STEP14, the shape processing of the Si handling layer 22 is performed. Specifically, a resist material is patterned on the insulating film using a photolithography technique, and a displacement allowable space 65 is formed in the Si handling layer 22 using the patterned resist material as a mask. The shallow hole 63 in STEP 13 is integrated into the displacement allowable space 65. In forming the displacement allowable space 65, deep etching of Si is performed by using a Deep-RIE apparatus. This Deep-RIE apparatus is a dry etching apparatus used in micromachining technology, and is an apparatus capable of deepening the Si handling layer 22 vertically. However, the portion of the Si handling layer 22 that is the lower portion of the mirror part Am is left as Si 66 before processing without being etched.
ＳＴＥＰ１５では、ミラー部位Ａmの加工前Ｓi６６（ＳＴＥＰ１４）に対して、形状加工を行って、裏部６７を作成する。裏部６７は、ミラー部２の裏面にある程度の重さを残しておくことでミラー部２のミラー面としての増反射膜５７の歪みを防ぐ役割がある。裏部６７の形状・重さ・大きさについては用途により適宜変更することができる。 In STEP 15, shape processing is performed on the pre-processing Si 66 (STEP 14) of the mirror part Am to create the back portion 67. The back portion 67 has a role of preventing distortion of the enhanced reflection film 57 as a mirror surface of the mirror portion 2 by leaving a certain amount of weight on the back surface of the mirror portion 2. The shape, weight, and size of the back portion 67 can be appropriately changed depending on the application.
ＳＴＥＰ１６では、ミラー部位Ａmの深堀溝６０の下面の中間ＳiＯ２層２３を除去して、ミラー部位Ａmの周囲（図１のトーションバー５側を除く）に貫通孔７０を形成する。ＳＴＥＰ１５までの深堀溝６０は、貫通孔７０に統合される。具体的にはＳＯＩ基板２０の裏側からＲＩＥ装置を用いてドライエッチングを行う。貫通孔７０によりミラー部２がトーションバー５以外の周縁において他の部位から分離され、これにより、ミラー部２は、第１及び第２回転軸線の回りに回動可能になる。 In STEP 16, the intermediate SiO 2 layer 23 on the lower surface of the deep trench 60 in the mirror part Am is removed, and a through hole 70 is formed around the mirror part Am (excluding the torsion bar 5 side in FIG. 1). The deep trench 60 up to STEP 15 is integrated into the through hole 70. Specifically, dry etching is performed from the back side of the SOI substrate 20 using an RIE apparatus. The mirror part 2 is separated from other parts at the periphery other than the torsion bar 5 by the through-hole 70, whereby the mirror part 2 can be rotated around the first and second rotation axes.
以上、光偏向器１におけるミラー部位Ａm、アクチュエータ部位Ａa及びパッド部位Ａpの製造方法の主要工程について説明した。ＳＴＥＰ１６の構造図において、表面ＳiＯ２層２５より上に構成された部分は、図１の上部積層部１９を構成する。 The main steps of the manufacturing method of the mirror part Am, the actuator part Aa, and the pad part Ap in the optical deflector 1 have been described above. In the structure diagram of STEP 16, the portion formed above the surface SiO 2 layer 25 constitutes the upper laminated portion 19 of FIG. 1.
図６は、光偏向器１の所定の製造工程におけるパッド部位Ａpの構造状態を実施形態の製造方法と従来の製造方法とで対比して示している。なお、図６では、アクチュエータ層３０（図２のＳＴＥＰ２参照）はその主要層としてのＰＺＴ層３２のみを示し、下部電極層３１及び上部電極層３３は図示を省略している。 FIG. 6 shows the structural state of the pad portion Ap in a predetermined manufacturing process of the optical deflector 1 in comparison with the manufacturing method of the embodiment and the conventional manufacturing method. In FIG. 6, the actuator layer 30 (see STEP 2 in FIG. 2) shows only the PZT layer 32 as its main layer, and the lower electrode layer 31 and the upper electrode layer 33 are not shown.
図６において、（ａ）は実施形態の製造方法における各ＳＴＥＰの構造状態を示し、（ｂ）は従来の製造方法における各ＳＴＥＰの構造状態を示している。図６には図示していないＳＴＥＰ１において、実施形態の製造方法では、ＳＯＩ基板２０は、表面ＳiＯ２層２５の厚さが１０００〜２０００ｎｍになっている。これに対し、図６（ｂ）従来の製造方法で使用されるＳＯＩ基板２０の表面ＳiＯ２層２５の厚さは、特許文献３に記載されている４０〜３００ｎｍの範囲内に設定している。 6A shows the structural state of each STEP in the manufacturing method of the embodiment, and FIG. 6B shows the structural state of each STEP in the conventional manufacturing method. In STEP 1 not shown in FIG. 6, in the manufacturing method of the embodiment, the SOI substrate 20 has a surface SiO 2 layer 25 with a thickness of 1000 to 2000 nm. On the other hand, the thickness of the surface SiO 2 layer 25 of the SOI substrate 20 used in the conventional manufacturing method in FIG. 6B is set within the range of 40 to 300 nm described in Patent Document 3. .
ＳＴＥＰ２では、ＰＺＴ層３２が表面ＳiＯ２層２５の上に形成され、ＳＴＥＰ３では、パッド部位ＡpにおいてＰＺＴ層３２がエッチングされる。ＳＴＥＰ２で形成されたＰＺＴ層３２は、上面が平滑ではなく、凹凸が形成されている。このため、ＳＴＥＰ３におけるＰＺＴ層３２のエッチングによって、表面ＳiＯ２層２５の上面が露出するとともに、該上面には、ＰＺＴ層３２の上面の凹凸が転写された凹凸面となる。 In STEP2, the PZT layer 32 is formed on the surface SiO 2 layer 25, and in STEP3, the PZT layer 32 is etched at the pad portion Ap. The top surface of the PZT layer 32 formed in STEP 2 is not smooth and has irregularities. Therefore, the etching of the PZT layer 32 in STEP 3 exposes the upper surface of the surface SiO 2 layer 25, and the upper surface becomes an uneven surface to which the unevenness of the upper surface of the PZT layer 32 is transferred.
図６（ａ）実施形態では、ＳＴＥＰ１の表面ＳiＯ２層２５が１０００〜２０００ｎｍの厚さのために、ＳＴＥＰ３において、表面ＳiＯ２層２５の上面の凹凸にもかかわらず、Ｓi層２４の上面が露出することはない。これに対し、図６（ｂ）従来の製造方法では、ＳＴＥＰ１の表面ＳiＯ２層２５が、５００ｎｍの厚さのために薄く、ＳＴＥＰ３では、表面ＳiＯ２層２５は、上面の凹凸における深部では、完全に削り取られて、該深部ではＳi層２４の上面が露出することが多い。 In FIGS. 6 (a) embodiment, for the surface SiO 2 layer 25 of STEP1 is the thickness of 1000 - 2000 nm, in STEP3, despite the irregularities of the upper surface of the surface SiO 2 layer 25, the upper surface of the Si layer 24 There is no exposure. On the other hand, in the conventional manufacturing method of FIG. 6B, the surface SiO 2 layer 25 of STEP 1 is thin due to the thickness of 500 nm, and in STEP 3, the surface SiO 2 layer 25 is deep in the unevenness of the upper surface. In many cases, the upper surface of the Si layer 24 is exposed in the deep portion after being completely scraped off.
ＳＴＥＰ３の後のＳＴＥＰ４では、パッド部位Ａpにおいて、ＴＥＯＳ膜３６が表面ＳiＯ２層２５の上に成膜される。そして、ＳＴＥＰ６（図３参照）では、パッド部位ＡpにおいてＴＥＯＳ膜３６が表面ＳiＯ２層２５の上に成膜されてから、ＳＴＥＰ１０において、金属配線４２がＴＥＯＳ膜３６の上に成膜される。 In STEP 4 after STEP 3, the TEOS film 36 is formed on the surface SiO 2 layer 25 in the pad portion Ap. In STEP 6 (see FIG. 3), the TEOS film 36 is formed on the surface SiO 2 layer 25 at the pad portion Ap, and then the metal wiring 42 is formed on the TEOS film 36 in STEP 10.
図６（ａ）実施形態では、ＳＴＥＰ４において、ＴＥＯＳ膜３６の下面は、全面にわたり表面ＳiＯ２層２５の上に形成され、Ｓi層２４の上面との接触が回避される。この結果、ＴＥＯＳ膜３６が剥がれるという問題は克服される。これに対し、図６（ｂ）従来の製造方法では、ＴＥＯＳ膜３６の下面の一部は、Ｓi層２４の上面と直接接触してしまうので、ＴＥＯＳ膜３６が剥がれるという問題が生じてしまう。 6A, in STEP 4, the lower surface of the TEOS film 36 is formed on the surface SiO 2 layer 25 over the entire surface, and contact with the upper surface of the Si layer 24 is avoided. As a result, the problem that the TEOS film 36 peels is overcome. On the other hand, in the conventional manufacturing method shown in FIG. 6B, a part of the lower surface of the TEOS film 36 is in direct contact with the upper surface of the Si layer 24, which causes a problem that the TEOS film 36 is peeled off.
図７は、光偏向器１の所定の製造工程におけるミラー部位Ａmの構造状態を、（ａ）実施形態の製造方法と、（ｂ）比較例１の製造方法とで対比して示している。 FIG. 7 shows the structural state of the mirror part Am in a predetermined manufacturing process of the optical deflector 1 by comparing the manufacturing method of the embodiment (a) with the manufacturing method of the comparative example 1 (b).
比較例１の製造方法は、実施形態の製造方法と対比するために、発明者が想定した製造方法であり、アクチュエータ層３０の形成前の表面ＳiＯ２層２５の厚さは、図６（ｂ）の従来例と同じく、特許文献３に記載されている４０〜３００ｎｍの範囲内に設定している。 The manufacturing method of Comparative Example 1 is a manufacturing method assumed by the inventors for comparison with the manufacturing method of the embodiment. The thickness of the surface SiO 2 layer 25 before the formation of the actuator layer 30 is as shown in FIG. In the same manner as in the prior art example), it is set within the range of 40 to 300 nm described in Patent Document 3.
ミラー部位Ａmの図７の（ａ）及び（ｂ）におけるＳＴＥＰ２，３の構造状態は、パッド部位Ａpにおける図６の（ａ）及び（ｂ）におけるＳＴＥＰ２，３の構造状態と同一であるので、説明を省略する。 The structural state of STEPs 2 and 3 in FIGS. 7A and 7B of the mirror part Am is the same as the structural state of STEPs 2 and 3 in FIGS. 6A and 6B in the pad part Ap. Description is omitted.
図７（ａ）の実施形態では、ＳＴＥＰ９においてミラー部位Ａmの表面ＳiＯ２層２５が、Ｓi層２４とのエッチングレート差を利用して、エッチングされ、Ｓi層２４の平滑な上面が露出される。そして、ＳＴＥＰ１０では、ミラー部位Ａmにおいて金属薄膜５４が平滑なＳi層２４の上面に形成される。この結果、光反射膜としての金属薄膜５４の上面は平滑化され、ミラー部２の反射率が高まる。 In the embodiment of FIG. 7A, the surface SiO 2 layer 25 of the mirror part Am is etched using the difference in etching rate with the Si layer 24 in STEP 9 to expose the smooth upper surface of the Si layer 24. . In STEP 10, the metal thin film 54 is formed on the upper surface of the smooth Si layer 24 at the mirror portion Am. As a result, the upper surface of the metal thin film 54 as the light reflecting film is smoothed, and the reflectance of the mirror unit 2 is increased.
これに対し、図７（ｂ）の比較例１では、ＳＴＥＰ９において、表面ＳiＯ２層２５のエッチングを省略している。そして、ＳＴＥＰ１０において、凹凸のある表面ＳiＯ２層２５上に金属薄膜５４を形成している。この結果、金属薄膜５４の上面には、粗い凹凸が生じ、ミラー部２の反射率は低下する。 In contrast, in Comparative Example 1 in FIG. 7 (b), in STEP 9, is omitted etched surface SiO 2 layer 25. In STEP 10, a metal thin film 54 is formed on the uneven surface SiO 2 layer 25. As a result, rough unevenness is generated on the upper surface of the metal thin film 54, and the reflectance of the mirror portion 2 is lowered.
図８は、表面ＳiＯ２層の初期厚さ（ＳＴＥＰ１時の厚さ）としての酸化膜の厚さと、歩留りとの関係を示している。酸化膜の厚さとして、５００，７５０，１０００，１５００，２０００ｎｍの５種が選択された。歩留りは、各厚さの酸化膜で光偏向器１を試験製造したときの製造数ｎt、及びＴＥＯＳ膜３６の剥離が無かった光偏向器１の個数ｎokとして、式（ｎok／ｎt）×１００％で算出される。 FIG. 8 shows the relationship between the thickness of the oxide film as the initial thickness of the surface SiO 2 layer (the thickness at STEP 1) and the yield. As the thickness of the oxide film, five types of 500, 750, 1000, 1500, and 2000 nm were selected. The yield is expressed by the formula (nok / nt) × 100, where the production number nt when the optical deflector 1 is manufactured by test with each thickness of the oxide film and the number nok of the optical deflector 1 where the TEOS film 36 is not peeled off. Calculated as a percentage.
図８に係る実験では、酸化膜の厚さが５００，７５０，１０００，１５００，２０００ｎｍの５種の光偏向器１のそれぞれについて、２５個ずつ、図２〜図５の製造方法によって、試験的に製造した。従って、上式でｎt＝２５である。 In the experiment according to FIG. 8, 25 of each of the five types of optical deflectors 1 having the thicknesses of oxide films of 500, 750, 1000, 1500, and 2000 nm are tested by the manufacturing method of FIGS. Manufactured. Therefore, nt = 25 in the above equation.
酸化膜の厚さを５００，７５０，１０００，１５００，２０００ｎｍにして試験製造した２５個の光偏向器１のうち、ＴＥＯＳ膜３６が剥離していた光偏向器１の個数（＝ｎt−ｎok）ものはそれぞれ２０，１２，１，０，１であった。従って、酸化膜の厚さを５００，７５０，１０００，１５００，２０００ｎｍにして試験製造した光偏向器１の歩留りは、それぞれ２０％，５２％，９６％，１００％，９６％となる。 The number of optical deflectors 1 from which the TEOS film 36 was peeled (= nt−nok) out of 25 optical deflectors 1 that were manufactured by test with the thickness of the oxide film being 500, 750, 1000, 1500, 2000 nm The ones were 20, 12, 1, 0 and 1, respectively. Therefore, the yields of the optical deflector 1 manufactured by testing with the oxide film thicknesses of 500, 750, 1000, 1500, and 2000 nm are 20%, 52%, 96%, 100%, and 96%, respectively.
図８の実験結果のグラフより明らかなように、歩留りは、酸化膜の厚さ＜１０００ｎｍの範囲では、酸化膜の厚さの増大に伴って急激に増大し、酸化膜の厚さ≧１０００ｎｍの範囲では、酸化膜の厚さが増大しても、ほぼ一定である。そして、酸化膜の厚さが２０００ｎｍ以上になっても、歩留りは殆ど変わらないのに対し、酸化膜の厚さを厚くするほど、製造に要する時間及びコストが増大する。また、表面ＳiＯ２層２５の厚さが２０００ｎｍを超えると、表面ＳiＯ２層２５にき裂が生じたり、ＳＯＩ基板２０が反ったりするという問題もある。 As is apparent from the graph of the experimental results in FIG. 8, the yield increases rapidly with the increase in the thickness of the oxide film in the range of the oxide film thickness <1000 nm, and the thickness of the oxide film ≧ 1000 nm. In the range, even if the thickness of the oxide film increases, it is almost constant. And even if the thickness of the oxide film is 2000 nm or more, the yield is hardly changed. On the other hand, as the thickness of the oxide film is increased, the time and cost required for manufacturing increase. Further, if the thickness of the surface SiO 2 layer 25 exceeds 2000 nm, there is a problem that the surface SiO 2 layer 25 is cracked or the SOI substrate 20 is warped.
従って、酸化膜の厚さは１０００ｎｍ以上であることが必要であるが、実施例としては、酸化膜の厚さの上限は２０００ｎｍとすることが好ましい。 Therefore, the thickness of the oxide film needs to be 1000 nm or more. However, as an example, the upper limit of the thickness of the oxide film is preferably 2000 nm.
図９は、図７で対比した（ａ）実施形態の製造方法で製造した光偏向器１と、アクチュエータ層３０の形成前の表面ＳiＯ２層２５の厚さを、図７（ｂ）比較例１の厚さの４０〜３００ｎｍより厚い５００ｎｍにしつつ、図７（ｂ）比較例１と同一の工程で、ミラー部を製造した光偏向器（以下、「比較例２」という。）とについてミラー部２の表面粗さＲy及び平均反射率を示している。 9 shows the thickness of the optical deflector 1 manufactured by the manufacturing method of the embodiment (a) compared with FIG. 7 and the surface SiO 2 layer 25 before the actuator layer 30 is formed. FIG. The mirror part of the optical deflector (hereinafter referred to as “Comparative Example 2”) in which the mirror part was manufactured in the same process as Comparative Example 1 in FIG. 2 shows surface roughness Ry and average reflectance.
本発明の製造方法の実施形態で製造した光偏向器１では、表面ＳiＯ２層の初期厚さ（ＳＴＥＰ１時の表面ＳiＯ２層２５の厚さ）としての酸化膜の厚さをそれぞれ１０００，２０００ｎｍとしている。 In the optical deflector 1 was prepared in the embodiment of the manufacturing method of the present invention, the thickness of the oxide film as the initial thickness of the surface SiO 2 layer (thickness of the surface SiO 2 layer 25 o'clock STEP1) respectively 1000,2000nm It is said.
図９において左側の縦軸の表面粗さＲyとは、ミラー部２の金属薄膜５４の表面の最高点と最低点との差を意味する。図９において右側の縦軸の平均反射率とは、各製造方法で光偏向器１を複数、製造し、製造した複数の光偏向器１におけるミラー部２の反射率の平均値を意味する。 In FIG. 9, the surface roughness Ry on the left vertical axis means the difference between the highest point and the lowest point on the surface of the metal thin film 54 of the mirror portion 2. In FIG. 9, the average reflectance on the right vertical axis means an average value of the reflectance of the mirror unit 2 in a plurality of manufactured optical deflectors 1 manufactured by a plurality of manufacturing methods.
図９の実験では、表面ＳiＯ２層の初期厚さ（ＳＴＥＰ１での表面ＳiＯ２層厚さ）としての酸化膜の厚さをそれぞれ５００ｎｍ、１０００ｎｍ及び２０００ｎｍにして光偏向器を製造した。酸化膜の厚さをそれぞれ１０００ｎｍ及び２０００ｎｍにして図２〜図５の工程を経て製造した光偏向器１は、本発明の実施形態に属する。酸化膜の厚さを５００ｎｍにして製造した光偏向器は、本発明の実施形態と対比するために、比較例２として、製造した光偏向器であり、本発明の実施形態には属しない。比較例２の製造方法では、図７（ｂ）の比較例１と同様に、ＳＴＥＰ９を省略して、ＳＴＥＰ１０が実施されている。 In the experiment of FIG. 9, the optical deflector was manufactured by setting the thickness of the oxide film as the initial thickness of the surface SiO 2 layer (surface SiO 2 layer thickness in STEP 1) to 500 nm, 1000 nm, and 2000 nm, respectively. The optical deflector 1 manufactured through the steps of FIGS. 2 to 5 with the thickness of the oxide film being 1000 nm and 2000 nm, respectively, belongs to the embodiment of the present invention. An optical deflector manufactured with an oxide film thickness of 500 nm is an optical deflector manufactured as Comparative Example 2 for comparison with the embodiment of the present invention, and does not belong to the embodiment of the present invention. In the manufacturing method of Comparative Example 2, as in Comparative Example 1 of FIG. 7B, STEP 9 is omitted and STEP 10 is performed.
酸化膜の厚さを１０００ｎｍにして製造した光偏向器１では、表面粗さは７．５ｎｍ、ミラー部２の平均反射率は波長６００ｎｍで８８〜９０％であった。酸化膜の厚さを２０００ｎｍにして製造した光偏向器１では、表面粗さは４．８ｎｍ、ミラー部２の平均反射率は、波長６００ｎｍで８８〜９０％であった。これに対し、比較例２では、 表面粗さは１３０ｎｍ、ミラー部２の平均反射率は、波長６００ｎｍで８０〜８５％であった。 In the optical deflector 1 manufactured with the oxide film having a thickness of 1000 nm, the surface roughness was 7.5 nm, and the average reflectance of the mirror part 2 was 88 to 90% at a wavelength of 600 nm. In the optical deflector 1 manufactured with an oxide film thickness of 2000 nm, the surface roughness was 4.8 nm, and the average reflectance of the mirror part 2 was 88 to 90% at a wavelength of 600 nm. On the other hand, in Comparative Example 2, the surface roughness was 130 nm, and the average reflectance of the mirror part 2 was 80 to 85% at a wavelength of 600 nm.
図９の対比により、酸化膜の厚さを１０００ｎｍにして図２〜図５の工程を経て製造した光偏向器１は、比較例２の光偏向器１に対してミラー部２の平均反射率に関し、十分な改善効果があることが判明した。 9, the optical deflector 1 manufactured through the steps of FIG. 2 to FIG. 5 with the thickness of the oxide film being 1000 nm is higher than the average reflectance of the mirror unit 2 with respect to the optical deflector 1 of Comparative Example 2. It was found that there was a sufficient improvement effect.
また、図９から、酸化膜の厚さの１０００ｎｍ，２０００ｎｍの平均反射率を対比して、ミラー部２の反射率は、酸化膜の厚さが２０００ｎｍの方が、酸化膜の厚さが１０００ｎｍより高いものの、その差は大きくなく、ミラー部２の反射率は、表面ＳiＯ２層の酸化膜の厚さ（ＳＴＥＰ１時の表面ＳiＯ２層２５の厚さ）＝１０００ｎｍで、酸化膜の厚さの増大に対してほぼ飽和状態になっていることが判明した。また、図８において前述したように、酸化膜の厚さを増大することは、製造時間の増大につながるとともに、コストの増大、さらには、酸化膜の厚さが２０００ｎｍを超えると、酸化膜にき裂が生じたり、ＳＯＩ基板２０が反ったりする問題が生じ易い。これらを考慮すると、ミラー部２の反射率の観点からも、酸化膜の厚さは、１０００ｎｍ以上でかつ２０００ｎｍ以下であることが望ましい。 Further, from FIG. 9, the reflectance of the mirror portion 2 is compared with the average reflectance of 1000 nm and 2000 nm of the thickness of the oxide film, and the reflectance of the mirror part 2 is 1000 nm when the thickness of the oxide film is 2000 nm. although higher, the thickness of the difference is not large, the reflectance of the mirror portion 2, the thickness of the oxide film on the surface SiO 2 layer (thickness of the surface SiO 2 layer 25 o'clock STEP1) = at 1000 nm, the oxide film It became clear that it was almost saturated with respect to the increase of. Further, as described above with reference to FIG. 8, increasing the thickness of the oxide film leads to an increase in manufacturing time, an increase in cost, and further, when the thickness of the oxide film exceeds 2000 nm, Problems such as cracks and warping of the SOI substrate 20 are likely to occur. Considering these, it is desirable that the thickness of the oxide film is 1000 nm or more and 2000 nm or less also from the viewpoint of the reflectance of the mirror portion 2.
本発明の実施形態について説明した。電極パッド８，９は、本発明のパッド部の一例である。内側アクチュエータ６及びカンチレバー１３は、本発明のアクチュエータ部の一例である。ＳＴＥＰ２（図２）におけるＳＯＩ基板２０とその上のアクチュエータ層３０とは、本発明の積層構造の一例である。 The embodiments of the present invention have been described. The electrode pads 8 and 9 are examples of the pad portion of the present invention. The inner actuator 6 and the cantilever 13 are an example of the actuator part of the present invention. The SOI substrate 20 and the actuator layer 30 on the SOI substrate 20 in STEP 2 (FIG. 2) are an example of a laminated structure of the present invention.
Ｓi層２４は、本発明の基板層の一例である。表面ＳiＯ２層２５は、本発明の酸化膜層の一例である。ＰＺＴ層３２は本発明の圧電膜層の一例である。金属配線４２（ＳＴＥＰ６）は、配線部及び配線層の一例である。ミラー部位Ａmにおける金属薄膜５４は、本発明の光反射膜としての一例である。パッド部位Ａpにおける金属薄膜５４は、本発明のボンディングパッドとして形成されたパッド層の一例である。 The Si layer 24 is an example of the substrate layer of the present invention. The surface SiO 2 layer 25 is an example of the oxide film layer of the present invention. The PZT layer 32 is an example of the piezoelectric film layer of the present invention. The metal wiring 42 (STEP 6) is an example of a wiring part and a wiring layer. The metal thin film 54 at the mirror part Am is an example of the light reflecting film of the present invention. The metal thin film 54 at the pad portion Ap is an example of a pad layer formed as the bonding pad of the present invention.
ＳＴＥＰ１及びＳＴＥＰ２は、本発明の第１工程の一例である。ＳＴＥＰ３は、本発明の第２工程の一例である。ＳＴＥＰ４は、本発明の第３工程の一例である。ＳＴＥＰ５は、本発明の第４工程の一例である。ＳＴＥＰ６は、本発明の第５工程の一例である。 STEP1 and STEP2 are an example of the first step of the present invention. STEP3 is an example of the second step of the present invention. STEP4 is an example of the third step of the present invention. STEP5 is an example of the fourth step of the present invention. STEP 6 is an example of the fifth step of the present invention.
ＳＴＥＰ７は、本発明の第６工程の一例である。ＳＴＥＰ８は、本発明の第７工程の一例である。ＳＴＥＰ１０は、本発明の第８工程の一例である。ＳＴＥＰ９は、本発明の第７工程と第８工程との間に挿入される追加工程の一例である。 STEP 7 is an example of the sixth step of the present invention. STEP8 is an example of the seventh step of the present invention. STEP 10 is an example of the eighth step of the present invention. STEP 9 is an example of an additional step inserted between the seventh step and the eighth step of the present invention.
実施形態の光偏向器１は、ミラー部２を、直交する第１及び第２回転軸線の回りに回動する二次元スキャン型の光偏向器であるが、本発明が適用される光偏向器は、一次元スキャン型の光偏向器であってもよい。また、実施形態の光偏向器１は、ミラー部２に対して横方向の両側に外側アクチュエータ７等が存在する対称な構造になっているが、本発明が適用される光偏向器は、対称な構造でなくてもよく、外側アクチュエータ７の本数も用途により適宜変更することができる。また、電極パッド８，９の位置は、外側枠部４であれば、パッケージに合わせて適宜位置及び大きさを変更することができる。 The optical deflector 1 according to the embodiment is a two-dimensional scan type optical deflector that rotates the mirror unit 2 around the orthogonal first and second rotation axes, but the optical deflector to which the present invention is applied. May be a one-dimensional scan type optical deflector. In addition, the optical deflector 1 of the embodiment has a symmetric structure in which the outer actuators 7 and the like are present on both sides in the lateral direction with respect to the mirror unit 2, but the optical deflector to which the present invention is applied is symmetric. The number of the outer actuators 7 may be appropriately changed depending on the application. Moreover, if the position of the electrode pads 8 and 9 is the outer side frame part 4, a position and a magnitude | size can be changed suitably according to a package.
１・・・光偏向器、２・・・ミラー部、６・・・内側アクチュエータ（アクチュエータ部）、８，９・・・電極パッド（パッド部）、１３・・・カンチレバー（アクチュエータ部）、２０・・・ＳＯＩ基板（積層構造）、２４・・・Ｓi層（基板層）、２５・・・表面ＳＯ２層（酸化膜層）、３０・・・アクチュエータ層、３２・・・ＰＺＴ層（圧電膜層）、３６・・・ＴＥＯＳ膜（層間絶縁膜）、４２・・・金属配線（配線部）、５４・・・金属層（ボンディングパッド、パッド層及び光反射膜）。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical deflector, 2 ... Mirror part, 6 ... Inner actuator (actuator part), 8, 9 ... Electrode pad (pad part), 13 ... Cantilever (actuator part), 20 ... SOI substrate (multilayer structure), 24 ... Si layer (substrate layer), 25 ... surface SO 2 layer (oxide film layer), 30 ... actuator layer, 32 ... PZT layer (piezoelectric Film layer), 36... TEOS film (interlayer insulating film), 42... Metal wiring (wiring portion), 54... Metal layer (bonding pad, pad layer and light reflecting film).
Claims (6)
基板層と、該基板層上に１０００ｎｍ以上の厚さで形成された酸化膜層と、該酸化膜層上に形成され、圧電膜層を含むアクチュエータ層とを備える積層構造を有し、
前記アクチュエータ部は、前記積層構造を含み、
前記パッド部は、前記積層構造の上面側からの前記アクチュエータ層のエッチングにより露出した前記酸化膜層の上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に前記配線部の端部として形成された配線層と、前記配線層上に前記ボンディングパッドとして形成されたパッド層とを含むことを特徴とする光偏向器。 An optical deflector comprising: a mirror part; an actuator part for rotating the mirror part; a pad part having a bonding pad formed on the upper surface; and a wiring part for applying a voltage from the pad part to the actuator part. And
A laminated structure comprising a substrate layer, an oxide film layer formed on the substrate layer with a thickness of 1000 nm or more, and an actuator layer formed on the oxide film layer and including a piezoelectric film layer;
The actuator unit includes the laminated structure,
The pad portion is formed as an interlayer insulating film formed on the oxide film layer exposed by etching of the actuator layer from the upper surface side of the laminated structure, and as an end portion of the wiring portion on the interlayer insulating film. An optical deflector comprising: a wiring layer formed on the wiring layer; and a pad layer formed on the wiring layer as the bonding pad.
前記ミラー部は、前記積層構造の上面側からの前記アクチュエータ層及び前記酸化膜層のエッチングより露出した前記基板層上に成膜された光反射膜を含むことを特徴とする光偏向器。 The optical deflector according to claim 1.
The optical deflector, wherein the mirror portion includes a light reflecting film formed on the substrate layer exposed by etching of the actuator layer and the oxide film layer from the upper surface side of the laminated structure.
基板層と、前記基板層上に１０００ｎｍ以上の厚さで形成された酸化膜層と、前記酸化膜層上に形成され、圧電膜層を含むアクチュエータ層とを備える積層構造を作成する第１工程と、
前記積層構造における前記アクチュエータ部の部位を残して、前記アクチュエータ層が除去されるように、前記基板層が露出しない深さで前記アクチュエータ層をエッチングする第２工程と、
層間絶縁膜を上側から全面にわたり形成する第３工程と、
前記層間絶縁膜上の前記アクチュエータ部の部位にコンタクトホールを形成して、前記アクチュエータ層を露出する第４工程と、
前記アクチュエータ部の部位の前記アクチュエータ層と前記パッド部の部位とを接続する配線層を前記配線部として形成する第５工程と、
パッシベーション膜を上側から全面にわたり形成する第６工程と、
前記パッド部の部位における前記パッシベーション膜にコンタクトホールを形成する第７工程と、
前記パッド部の部位の前記コンタクトホール内に前記ボンディングパッドとしてのパッド層を形成する第８工程とを備えることを特徴とする製造方法。 A method of manufacturing an optical deflector comprising: a mirror part; an actuator part for rotating the mirror part; a pad part having a bonding pad; and a wiring part for applying a voltage from the pad part to the actuator part. And
A first step of creating a laminated structure including a substrate layer, an oxide film layer formed on the substrate layer with a thickness of 1000 nm or more, and an actuator layer formed on the oxide film layer and including a piezoelectric film layer When,
A second step of etching the actuator layer at a depth at which the substrate layer is not exposed so that the actuator layer is removed leaving a portion of the actuator portion in the stacked structure;
A third step of forming an interlayer insulating film over the entire surface from above;
A fourth step of exposing the actuator layer by forming a contact hole at a portion of the actuator portion on the interlayer insulating film;
A fifth step of forming, as the wiring part, a wiring layer that connects the actuator layer of the part of the actuator part and the part of the pad part;
A sixth step of forming a passivation film over the entire surface from above;
A seventh step of forming a contact hole in the passivation film at the pad portion;
And an eighth step of forming a pad layer as the bonding pad in the contact hole at the pad portion.
前記第７工程と前記第８工程との間に、前記ミラー部の部位において前記パッシベーション膜と前記酸化膜層とのエッチングにより前記基板層の上面を露出させる工程を追加し、
前記第８工程では、前記パッド部の部位における前記コンタクトホール内と、前記ミラー部の部位における前記基板層の上面とにおいて同一の金属材料による成膜を行って、前記パッド部の前記パッド層と前記ミラー部の光反射膜とを同時に形成することを特徴とする製造方法。 In the manufacturing method of Claim 4,
Between the seventh step and the eighth step, a step of exposing the upper surface of the substrate layer by etching the passivation film and the oxide film layer in the portion of the mirror part is added,
In the eighth step, film formation is performed with the same metal material in the contact hole in the pad portion and in the upper surface of the substrate layer in the mirror portion, and the pad layer of the pad portion A manufacturing method comprising simultaneously forming the light reflecting film of the mirror portion.
前記第１工程における前記酸化膜層の厚さは、２０００ｎｍ以下であることを特徴とする製造方法。 In the manufacturing method of Claim 4 or 5,
The thickness of the said oxide film layer in a said 1st process is 2000 nm or less, The manufacturing method characterized by the above-mentioned.
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