TWI364400B - Oscillator device - Google Patents

Description

1364400 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於例如微結構等振盪器裝置，其具有多個 彼此電絕緣的導電區。振盪器裝置可以應用於致動器、各 種感測器、光偏轉器、等等。 【先前技術】

習知上已提出各種的致動器，其中，可移動體藉由透 過靜電梳元件所產生的靜電力而被振盪。藉由使用矽基板 等等，以應用於半導體製程的微電機系統（MEMS )技術 來製造這些致動器。旋轉致動器可被用做用於光學掃描等 的致動器。 做爲上述的旋轉致動器，已提出一種技術，其中，藉 由利用絕緣體上的矽（SOI )基板而形成在厚度方向上具 有垂直電分離的區域之振盪器裝置。明確地說，已提出之 振盪器裝置具有一結構，其中，安裝至可移動體之靜電可 移動梳元件及安裝至支撐部的靜電固定梳元件在基板的厚 度方向上被垂直地電分離（請參見日本專利申請公開第 2006- 1 543 1 5 號）° 在日本專利申請公開第2006- 1 543 1 5號中所揭示的旋 轉致動器係經由使用藉由疊層多個經過絕緣膜的矽層所取 得的SOI基板而被製造的。因此，振盪可移動體可以藉由 在基板的厚度方向上的絕緣層而被垂直地電分離。有了此 結構，藉由施加靜電力於可移動體的二端上，可在基板的 -5- 1364400 厚度方向上分別施加向上力及向下力，使得可移動體可以 圍繞某軸而旋轉。如上所述，藉由使用由基板所形成的可 移動體中的此結構，可以產生朝向基板的平面之外部的旋 轉。

具有在日本專利申請公開第2006-154315號中所揭示 之結構的致動器會藉由靜電力而在旋轉方向上產生力量。 另一方面，在那時，也會在抑制旋轉的方向上產生靜電力 。這是因爲可移動體包含靜電分離的多個區，而在這些區 域上，靜電力會視區域而被施加於相對於旋轉方向之不同 方向上。當實施高度效率的驅動時，要求減少抑制旋轉的 靜電力。 【發明內容】 鑑於上述情形，依據本發明的振盪器裝置包含可移動 體，其圍繞著旋轉軸而被可振盪地支撐。可移動體在厚度 方向上被電分離成多個導電區，其中，在厚度方向上電分 離的多個導電區的至少其中之一又具有多個電分離的導電 區 ° 上述振盪器裝置可以被使用作爲下述說明的裝置。振 盪器裝置可應用至包含電位施加部之致動器，電位施加部 將輸入電能轉換成物理運動以使將電位施加至導電區，用 以使可移動體圍繞旋轉軸而振盪。此外，依據本發明的振 盪器裝置可應用至包含電位施加部及偵測部之致動器，電 位施加部將電位施加至導電區，用以使可移動體圍繞旋轉 -6- 1364400 軸而振盪，偵測部偵測感應至導電區之電荷的量値，用以 偵測可移動體圍繞旋轉軸的旋轉條件。

此外，依據本發明的振盪器裝置可應用至包含偵測部 的感測器，偵測部將電位施加至導電區以便不會造成可移 動體不會因外力而圍繞旋轉軸旋轉，並且，依據施加的電 位而偵測外力。此外，依據本發明的振盪器裝置可應用至 包含電位施加部及偵測部的陀螺儀感測器，電位施加部將 電位施加至導電區以便造成可移動體實施圍繞旋轉軸的基 準振盪，偵測部偵測可移動體圍繞與上述旋轉軸正交的另 一旋轉軸之旋轉條件。 依據本發明，可移動體具有多個精密地電分離的導電 區，因此，抑制旋轉的靜電力被進一步減少以實現具有優 良驅動效率之振盪器裝置，例如致動器。 從參考附圖的下述舉例說明的實施例之說明，將更清 楚本發明的其它特點。 【實施方式】 在本發明中，圍繞旋轉軸而被振盪地支撐的可移動體 在厚度方向上被電分離成多個區域，其中，多個電分離區 的至少其中之一又包含多個電分離區。舉例而言，微結構 的可移動體具有三或四個或更多個電絕緣區。明確地說， 舉例而言，其包含二個在基板的厚度方向上電分離的導電 區’並且，适些區域在微結構的基板平面中與微結構的旋 轉軸交會的方向上電分離（例如，在垂直於厚度方向的方 1364400 向上）。 於下，將參考圖式來詳細說明本發明的實施 (第一實施例） 將參考圖1、2、3A及3B來說明第一實施 是依據第一實施例的致動器的立體視圖，其將輸 量轉換成物理運動。在圖1中，代號10代表3 代表支撐部，103代表可移動體，104和105代 簧，106及107代表絕緣部，111和114代表靜 ，代號112和115代表可移動電極，113和116 電極，121代表第一電極，122代表第二電極， 第三電極，及124代表第四電極。 使用例如SOI基板等有絕緣層被夾在多個矽 基板作爲基板1 0 1。在本實施例中，使用絕緣膜 置於二矽層201與203之間的基板。藉由將基板 ，可以容易地製造可移動體103、支撐彈簧104 靜電梳元件111和114、及支撐部102。 可移動體103係藉由二支撐彈簧104和105 撐部102的旋轉軸而被振盪地支撐。在本實施例 動體103的旋轉軸與支撐彈簧104和105的區域 合，以建立容易地在箭頭A方向上產生旋轉之 簧結構。靜電梳元件1 1 1和1 1 4係分別由配置於 103上的可移動電極112和115以及固定於支撐 梳電極1 1 3和1 1 6所構成。多個（在本實施例中 例。

例。圖1 入的電能 I 板，102 表支撐彈 電梳元件 代表固定 123代表 層之間的 202係設 101控空 和 105、 圍繞著支 中，可移 的中心重 這樣的彈 可移動體 部的固定 爲二個） -8 - 1364400 靜電梳元件111和114係配置成相對於支撐部102的平面 中的可移動體103的旋轉軸相對稱。

圖1中所示的致動器，在基板平面中藉由絕緣部106 和絕緣部107而被分成第一電極121、第二電極122、第 三電極123、及第四電極124。明確地說，其係在與旋轉 軸交叉的方向上被電分離於基板平面中。在本實施例中， 使用致動器本身的結構（支撐部102、可移動體103、支 撐彈簧104及105)作爲電佈線。第一電極121經由支撐 彈簧104而被電連接至可移動體102的左部，以及，第二 電極122經由支撐彈簧105而被電連接至可移動體102的 右部。明確地說，第一電極121連接至可移動體102的左 方之可移動電極112，而第二電極122連接至可移動體 102的右方之可移動電極115。第三電極123連接至與可 移動體102的左方之可移動電極112相對的固定電極113 ，而第四電極124連接至與可移動體102的右方之可移動 電極115相對的固定電極115。 已於上述說明基板1〇1的上表面上的矽層201。圖1 中所示的致動器係藉由二矽層20 1與203之間的絕緣膜 202而在基板的厚度方向上被電絕緣及分離。因此，在位 於第一至第四電極的下部之第二矽層203處，配置有它們 對應的分別具有相同形狀且配置在相同位置的第五至第八 電極。因此，致動器被組構成能夠具有總共八個不同的電 位。 圖2是當致動器未被驅動時，亦即，當致動器處於其 -9- 1364400

中性狀態時（在可移動體103未旋轉的狀態中），沿著圖 1中的直線2-2之垂直於基板1〇1的方向上之致動器的剖 面視圖。數字125代表第五電極，126代表第六電極， 127代表第七電極127，128代表第八電極，及301代表 可移動體1〇3的旋轉中心。在本實施例中，第一電極121 的電位定義爲VI，第二電極122的電位定義爲V2，第三 電極123的電位定義爲V3，第四電極124的電位定義爲 V4，第五電極125的電位定義爲V5，第六電極126的電 位定義爲V6，第七電極127的電位定義爲V7，第八電極 128的電位定義爲V8。 如上所述，本發明的特點爲使得可移動體103具有電 絕緣及分離的四個導電區，以及，可移動體103可以被分 成四個區，每一區均具有獨立的電位，亦即，VI、V2' V 5 及 V 6 ° 將說明用以驅動具有四個獨立電位的可移動體103之 方法。圖3A及3B是當致動器被驅動時的剖面視圖，其 與圖2所示相同。在圖3A及3B中，「+」代表正電位， 「_」代表負電位，Gnd代表基準電位，及F1至F8顯示 在靜電梳元件111和114上所產生的靜電力。在圖3A及 3B中，V3 = +(意指正電位，於下述中是同樣的）’ V4 = + ，V7 = -(意指負電極，於下述中是同樣的），及V8 = -。 在此情況中’這些並未改變。 在圖3A中，在可移動體103中之Vl=Gnd，V2 = +， V5=-，及 V6 = Gnd，且它們會被切換。當在靜電梳元件 -10- 136440.0 111與114之間有電位差時，產生靜電力，且它們彼此吸 引。因此，在第三電極213(+)與第五電極215(-)之 間產生靜電力F1，以及，在第二電極212(+)與第八電 極218(-)之間產生靜電力F2»因此，在圖3A中所示的 可移動體103中，在左部產生向上力，在右部產生向下力 ，因而整個可移動體103圍繞旋轉軸301而以順時針方向 旋轉。

另一方面，在第一電極211 (Gnd)與第三電極213 (+)之間產生靜電力F3，而在第六電極214( Gnd )與 第八電極218(-)之間產生靜電力 F4。由於有靜電力產 生的電極之間的電位差較小，所以，相較於力F 1與F2之 間的電位差，這些力F3及F4小於F1及F2。此外，力 F 3及F 4係施加於彼此分開的電極之間，以及靜電力的量 値與電極間之距離的平方成反比，藉此，相較於F 1及F2 ，力F3及F4相當小。因此，雖然F3及F4是在阻撓可 移動體103的順時針旋轉的方向上之力，但是，可以大幅 地降低力F3及F4對旋轉的影響。因此，減少抑制旋轉的 靜電力，可以以高驅動效率，藉由靜電梳元件而達成旋轉 接著’在圖 3B 中 ’ Vl=+’ V2=Gnd > V5=Gnd，及 V6 = -。因此，在第一電極211(+)與第五電極215(-) 之間產生靜電力F5’並且’在第四電極214(+)與第六 電極216(-)之間產生靜電力F6。因此’在圖3B中所示 的可移動體103中，在左部產生向下力’在右部產生向上 -11 - 1364400 力，藉此，整個可移動體103圍繞旋轉軸301而以逆時針 方向旋轉。

另一方面，在第五電極215(Gnd)與第七電極217 (-)之間產生靜電力F7，而在第二電極212( Gnd )與第 四電極214(+)之間產生靜電力F8。這些力F7及F8是 在阻撓可移動體103的順時針旋轉的方向上之力。但是， 基於和圖3A中相同的理由，可以大幅地降低力F7及F8 對旋轉的影響。 如同在圖3 A的狀態及圖3 B的狀態中，當在可移動 體103旋轉至預定位置之後停止施加靜電力時，由於支撐 彈簧104的扭矩，所以，可移動體1〇3開始以反方向旋轉 。因此，當圖3 A中所示的電位施加狀態及圖3 B中所示 的電位施加狀態以如此的時序而被交錯地重複，以致於產 生上述運動時，可移動體103可以以所需方式旋轉。在本 實施例中’可移動體103的每一電極區係受控制而被改變 ，且靜電電極區的電位係受控制而被固定。但是，控制電 位的方法並未侷限於此，而是可以依據所需的振盪方式、 致動器的結構、等等而被適當地決定。在任何的情況中， 藉由分開例如本實施例之電極的導電區，可以有更精妙的 控制。雖然三個電位「+」、「_」、及「Gnd」係用於靜 電驅動’但是’本發明不限於此。可以採用任何電位，只 要它們是三個不同的電位即可。也可以依據所需的振盪形 式、致動器結構、等等而適當地決定它們。這些對於其它 實施例來說也是一樣。 -12- 1364400 如上所述，根據本實施例的微結構可 其會抑制旋轉，因而能夠以優良的驅動效 (第二實施例） 將說明第二實施例。本實施例除了具 動時偵測可移動體的旋轉條件之特點外， 例相同。 在本實施例中，藉由使用作爲基準電 極區，以偵測旋轉條件。在偵測到旋轉條 動器被組構成電流（電荷）-電壓轉換電 至電極區。於下，將詳細說明本實施例。 圖4是方塊圖，說明依據第二實施例 及偵測。代號501代表驅動產生部，502 測部，5 03代表訊號切換部，及504代表 剖面）。 當可移動體103如圖3A所示朝向右 切換部503改變至S1，因此，電位V2及 產生部501被施加至第二電極及第五電極 —實施例中所說明般，在可移動體103上 另一方面，第一電極及第六電極具有 部5 02的基準電位（Gnd )相同的電位。 電極與第五電極之間以及第二電極與第八 以降低靜電力， 率來實現致動器 有當致動器被驅 其餘與第一實施 位（G n d )的電 件的情形中，致 路的輸入側連接 之致動器的驅動 代表旋轉條件偵 致動器（顯示其 方傾斜時，訊號 V 5可以從驅動 。因此，如同第 產生順時針旋轉 與旋轉條件偵測 因此，對於第三 電極之間的靜電 -13-

1364400 相吸之抑制力的影響可以降低。此外’経 的移動，導因於第三電極與第八電極的電 時感應至第一電極及第六電極。當測量感 以知道作爲振動器之可移動體103與固淀 關係，因此，可以偵測可移動體1 03的旅 訊號切換部5G 3而連接至第一電極及第户 偵測部5 02處測量感應電荷的量。 另一方面，當可移動體103是要朝[ί 左方傾斜時，訊號切換部503切換至S2 及 V6可以被施加至第一電極及第六電極 一實施例中所述般，在可移動體103上產 另一方面，第二電極及第五電極與旋轉條 基準電位（Gnd )具有相同的電位。因此 測部偵測感應至第二電極與第五電極的電 將參考圖5A及5B，說明電流（電荷 路的實施例，其爲旋轉條件偵測部5 02。 阻的電流（電荷）-電壓轉換電路，而圖 放大器之轉換阻抗電路。 在圖5A中的電路中，代號601代表 至此電路的任一電極），Cp代表寄生電琴 阻’ R1及R2代表電阻，FET代表FET 輸出電壓，及GND代表電路接地。在圖 中，代號601代表偵測電極，〇p_amp代 Rf代表回饋電阻，Cf代表回饋電容，Cp 丨由可移動體103 :位，感應電荷同 i應電荷量時，可 [電極之間的位置 丨轉條件。在經由 :電極之旋轉條件 0如圖3 B所示的 ，藉此，電位V1 丨。因此，如同第 :生逆時針旋轉。 件偵測部502的 ，由旋轉條件偵 荷量。 〖）一電壓轉換電 圖5A是使用電 5B是使用運算 i偵測電極（連接 §，R i η代表闻電 兀件，V 〇 u t代表 5 B中所示的電路 :表運算放大器， 代表寄生電容， -14- 1364400

VoUt代表輸出電壓，及GND代表電路接地。

在圖5A及5B中，偵測電極601係固定至與作爲電 路的基準電位之接地Gnd實質相同的電位。在圖5A中的 電路中，由感應電荷對FET的閘極電極產生電位，其中 ，依據電位的量値來控制FET，藉以將該電位轉換成電壓 訊號。在圖5B的電路中，由感應電荷對運算放大器的回 饋部份（Rf，Cf )產生電位，其中，電位被轉換成作爲 Vout的電壓訊號。 如上所述，依據本實施例之微結構包含電位施加部及 偵測部，電位施加部將電位施加至導電區以用來使可移動 體振盪，且偵測部偵測感應至導電區的感應電荷的量値， 用以偵測可移動體的旋轉條件。有了此結構，本實施例可 以實現致動器，其能夠監視可移動體的旋轉條件、回饋監 視結果、及在驅動電位訊號上反應監視結果。 如下所述般修改上述結構。明確地說，圖1中所示的 第三電極 123、第四電極124、第七電極及第八電極分別 被分開及絕緣，其中，每一電極專用於可移動體30的旋 轉條件之驅動及偵測。圖6是用以說明修改的立體視圖。 在圖6中，代號1 3 1代表專用於偵測的第九電極，1 3 2代 表專用於偵測的第十電極，1 3 3代表專用於偵測的第十一 電極，134代表專用於偵測的第十二電極。第三電極123 及第四電極124專用於可移動體103的驅動。 如上所述，第一電極121、第二電極121、第三電極 123、及第四電極124係使用於驅動。另一方面，第九電 -15- 1364400 極131、第十電極132、第十一電極133、及第十二電極 1 3 4係使用來偵測經由可移動體1 03的振盪所產生的感應 電荷。僅有第一矽層201顯示於圖6中。但是，以和第一 砂層201中相同的方式所分離的電極係配置於第二矽層 203 上。

藉由上述結構，可以不用使用圖4中所示的訊號切換 部503，即可執行可移動體103的驅動及可移動體103的 旋轉條件的監視。因此，可以總是取得可移動體1 〇3的旋 轉條件的訊號，藉此，可以高精確地偵測可移動體1 〇3的 旋轉條件。取代上述結構，固定電極不分開，以及可移動 體103的分開電極進一步被電分離爲三個，以致於可以配 置專用於驅動的電極以及專用於偵測的電極。 (第三實施例） 第三實施例除了使用包含可移動體1〇3的振盪器裝置 作爲感測器之外，其餘與第二實施例相同。 將說明當使用振盪器裝置作爲感測器時圖1中所示的 振盪器裝置的微結構的操作。在此，假定使用感測器以偵 測在箭頭A所示的方向上旋轉可移動體103的力量。本 實施例的特徵在於可移動體103的四個電分離的電極區的 電位用以偵測可移動體1 03的旋轉條件及用以產生用來抑 制可移動體103旋轉之力。 明確地說，當可移動體103因外力而以方向A旋轉 時，由某些電極區偵測對應於可移動體103的旋轉量値之 -16- 1364400

訊號。以偵測訊號表示可移動體103未振盪這樣的方式， 將驅動訊號施加至可移動體103的適當電極區。因此，可 移動體係維持在初始狀態，以及，施加於可移動體1 〇3上 的外力及由施加至可移動體103的電位所造成的靜電力係 平衡的。因此，藉由計算施加的靜電力之量値，可以偵測 外力的量値。從靜電梳元件的形狀及施加的電位，能夠計 算出靜電力的量値。在本實施例中，僅需實施偵測可移動 體103是否有稍微振盪，藉此，可以實施高靈敏偵測。由 於可移動體103並未大幅旋轉，所以，可移動體1〇3不可 能發生非線性可移動特徵而對偵測造成不良影響。結果， 可以實施高靈敏偵測。 如上所述，依據本實施例的微結構具有偵測部，以將 電位施加至導電區來防止可移動體因外力而圍繞旋轉軸旋 轉，以及，依據施加的電位來偵測外力。因此，本實施例 可以實現高精度的感測器。 (第四實施例） 第四實施例除了在絕緣部106和107具有特定之外， 其餘均與第一至第三實施例中的任一實施例相同。 本實施例之特徵在於絕緣部份具有通孔或溝槽。圖 7A是依據本實施例的微結構之立體視圖。圖7BA、7BB 及7BC是視圖，其中，在絕緣部份放大具有通孔402的 熱氧化膜401的部份。圖7BA是基板的頂視圖。圖7BB 是沿著直線7B B · 7 B B的基板剖面視圖，圖7 B C是沿著直 -17-

1364400 線7BC-7BC的基板剖面視圖。在圖7BA、7BB、 中，代號411代表第一區，代號4丨2代表第二區。 411及第二區412視絕緣部1〇6和1〇7的位置而成 的區域。 在圖7BA、7BB及7BC中的結構中，連續地 氧化膜401 ’以將第一區411與第二區412分開。 熱氧化膜401可以將第一區411及第二區412彼此 。由於熱氧化膜401具有多個通孔，所以，連接 411及第二區412之絕緣材料（熱氧化膜）的尺寸 小至能確保所需的機械強度之最小尺寸。因此，相 置不具有通孔的絕緣膜之結構，可以實施較不易受 熱氧化膜的應力影響之可移動體或基板的變形影響 構。此外，可以抑制第一區4 1 1與第二區4 1 2之間 的寄生電容的量値。 圖9A至9EB是視圖，用以說明依據本實施例 構的製造方法。所述方法包含下述步驟：在基底材 隔多個通孔；以及，藉由對多個通孔的內表面處的 料熱氧化以致於在基底材料上形成電絕緣的多個導 而形成至少包含多個孔孔的連續的氧化區（氧化物 9AA、9BA、9CA、9DA及9EA顯示沿著圖7A中 P-P’的剖面，而圖 9AB、9BB、9CB、9DB 及 9EB 著圖7 A中的虛線Q - Q ’的剖面。注意，在圖9 A A、 9CA、9DA及9EA中，爲了易於瞭解，降低在對應 動體103的部份處之通孔數目。在圖9A至9EB中 及7BC 第一區 爲不同 形成熱 因此， 電絕緣 第一區 可以縮 較於配 導因於 之微結 所造成 之微結 料上間 基底材 電區' )。圖 的虛線 顯示沿 9BA、 於可移 ，代號 -18- 1364400 2〇1代表第一矽層，其爲用以形成基板或可移動體的基底 材料，202代表氧化膜，203代表第二矽層，其爲用於形 成基板或可移動體的基底材料，204代表第二遮罩材料， 2〇5代表弟一遮罩材料，21〇代表在氧化區的通孔，及 2 11代表熱氧化膜。 在本實施例中，使用SOI基板，其在第一矽層201與 第二矽層203之間具有熱氧化膜202。第二遮罩材料2〇4

係形成於SOI基板的二表面上。在本實施例中，使用氮化 矽膜（圖9A )。 接著’在基板的一表面上形成第一遮罩材料2〇5，藉 此’以微影術或蝕刻，將第一遮罩材料205及第二遮罩材 料204處理成任意圖案（圖9AA、9AB)。 然後’以第一遮罩材料205作爲遮罩，將第—砂層 201鈾刻成任意圖案（圖9BA、9BB)。在本實施例中， 在形成有未具遮罩之第一遮罩材料2 05的基板表面上執行 各向異性蝕刻，以在第—矽層20 1上形成通孔2 1 0。可以 使用例如Si-深-RIE等乾式鈾刻作爲各向異性蝕刻。例如 A1 (鋁）等金屬、氮化矽、氧化砂、多晶矽、等等可以用 於第一遮罩材料2 05。遮罩材料並未侷限於此。 接著，以蝕刻來移除矽層之間的氧化膜2 0 2的曝露部 份。之後，以同於上述的方式，藉由各向異性蝕刻，處理 第二矽層203。由於實施各向異性蝕刻，所以，第二矽層 203形成爲之形狀爲藉由轉移第一遮罩材料2 05的實質形 狀而取得的形狀。在處理第二矽層2 03之後，以同於第一 -19- 1364400 遮罩材料205的形狀，蝕刻形成於SOI基板的下表面上之 第二遮罩材料204 (圖9CA、9CB)。

之後’移除第一遮罩材料205，清潔基板，以及，在 矽表面上實施氧化。在熱氧化製程期間，將矽留在溫度不 小於1 00 0 °C的氧氛圍之下一段長時間，因此，在曝露的 矽上生長氧化矽211(圖9DA、9DB)。此氧化矽不僅生 長於矽的表面上，也生長擴散至從矽表面至內部的氧化區 (前者與後者的厚度比例近似5 5:45 )。 在此，將說明熱氧化製程。圖8A至8C是基板的頂 視圖，用於說明熱氧化進程。在圖8A至8C中，代號401 代表熱氧化物，402代表通孔，41 1代表第一區，412代 表第二區。代號403代表矽表面上的熱氧化物，及404代 表形成於矽中的熱氧化膜。熱氧化膜401係由二種型式的 熱氧化膜所構成，亦即，矽表面上的熱氧化膜403及形成 於矽內部的熱氧化膜404。 圖8A顯示氧化之前的狀態。通孔402與通孔402之 間的所有部份是矽’使得第一區4 1 1及第二區4 1 2不會彼 此絕緣。 圖8B顯示熱氧化實施了預定時間的一半時間之狀態 。在此情況中’熱氧化膜403生長於通孔402的表面上’ 以及，熱氧化膜404也生長於矽的內部’藉此’存在於相 鄰的通孔402之間的矽的寬度會減少。因此’第一區411 與第二區4 1 2之間的電阻率比先前狀態稍微增加° 最後，圖8C顯示熱氧化實施預定時間的狀態。在此 -20- 1364400 點，從相鄰的通孔402生長於矽內部的熱氧化膜404會彼 此接觸，而且它們會整合成一體。因此，第一區411及第 二區412會彼此絕緣。 回至圖9A至9EB，最後移除用於熱氧化的第二遮罩 材料204，或者，除非有任何特性問題，才會移除它們。 如上所述，根據本發明的微結構，可以以簡單的結構 ’可以在具有小應力的可移動體中達成絕緣。此外，藉由 簡單的製造方法，可以在具有小應力的可移動體中實現絕 緣。 (第五實施例） 第五實施例除了可移動體103中的絕緣部份的位置與 上述實施例中不同之外，其餘均與第一至第四實施例中任 一實施例相同。 圖1 0是依據本實施例的致動器的剖面視圖。如同從 圖10可知’第一矽層201中的絕緣部106及第二矽層 20 3中的絕緣部1〇6在邊至邊的方向上偏移。 圖11A是第一矽層的平面視圖，圖HR是第二矽層 的平面視圖。在圖11A及11B中，代號102代表支撐部 ’ 103代表可移動體，104和105代表支撐彈簧，106代 表絕緣部，及.1 1 1及1 1 4代表靜電梳元件1 1 1。從圖1 i A 及11B可知’第一矽中的絕緣部1〇6的配置不同於第二矽 層中的絕緣部106的配置。 如上所述’由於第一矽層中的絕緣部106與第二矽層 -21 - 1364400 中的絕緣部106相偏移，所以，可以防止導因於絕緣部的 機械強度之縮減，以及，可以進一步地防止導因於絕緣部 的應力之變形。 如I _h所述，本實施例可以實現機械強度縮減小以及應 力變形小的微結構。 (第六實施例）

製造方法除外，第六實施例與第一至第五實施例中任 —實施例相同。 本實施例之特徵在於使用第一矽層201及第二矽層 2〇3 ’它們是分開層且它們之後會彼此接合。第二遮罩材 料2 04係形成於第一矽層201的上表面上。氧化膜202係 形成於第二矽層203的上表面上，以及，第二遮罩材料係 204形成於第二矽層203的下表面上（圖12AA)。 首先，將第二矽層2 03上的氧化膜202處理成任意形 狀。此時，從矽層203中移除形成有通孔的部份上的氧化 膜及其周圍部份（圖12AB )。要注意，有一方法係在此 階段並未移除通孔的圍繞部處的氧化膜。圖12AA至1 2D 顯示對應於沿著圖7 A中的虛線P-P ’的部份之剖面。 接著，第一矽層201係接合至第二矽層203。明確地 說，第二矽層20 3上經過處理的氧化膜2 02及第一矽層 201的下表面相接合（圖12BA)。藉由使用MEMS技術 中所用的接合技術，可以容易地實現此技術。在此情況中 ，雖然第二矽層203上的氧化膜202被處理成任意形狀， -22-

1364400 所以’在有氧化膜留下的區域執行接合。由於形成通 部份及其圍繞部份相對於基板的尺寸而言是小區域（ 沿著虛線p - p的部份）’所以’機械強度等不是問題 在接合之後’第一遮罩材料205係形成於第— 201上的第二遮罩材料2 04上。之後，第—遮罩材料 及第二遮罩材料204被處理成任意形狀（圖12BA) 以使用半導體製程中所甩的微影術或蝕刻，精確地實 接著’以第一遮罩材料205作爲遮罩，各向異性 第一矽層201。在此情況中，第—遮罩材料2〇5的形 質上被轉移至第一矽層203 »在第一矽層被穿透之後 續地各向異性蝕刻第二矽層2 0 3。由於實施各向異性 ，所以，第一遮罩材料2〇5的形狀實質上被轉移至第 層203 (圖12BB )。在本實施例中，當形成通孔時 化膜202並未***於第一矽層201與第二矽層203之 因此，由於氧化膜被充電而使垂直方向的各向異性蝕 處理精度變差之問題幾乎不會發生，結果，可以形成 高處理精度的通孔。 之後’第二矽層203的下表面上的第二遮罩材料 被處理成與第一遮罩材料205的形狀相同的形狀 12CA )。 接著’在移除第一遮罩材料205之後，清潔基板 及，從砂表面實施熱氧化（圖12CB)。在此情況中 僅從曝露至通孔的側表面，也從第一矽層2 0 1的下表 孔的 僅有 〇 矽層 205 。可 施此 蝕刻 狀實 ，連 蝕刻 二矽 ，氧 間。 刻的 具有 204 (圖 ，以 ，不 面之 -23- 1364400

部份及未形成熱氧化膜的第二矽層2 03的上表面，實施熱 氧化。在圖12CB中，在第一矽層201的下表面上的熱氧 化膜及第二矽層的上表面上的氧化膜並未彼此接觸，但是 ，本實施例不限於此。未使熱氧化膜彼此接觸之結構提供 容易釋放導因於熱氧化膜的應力之效果。另一方面，形成 於第二矽層20 3上的氧化膜202的厚度以及熱氧化所耗費 的時間可以改變，藉以使熱氧化膜彼此接觸以及將它們形 成爲一體。當使熱氧化膜彼此接觸時，可以增強可移動體 103的機械強度。 最後移除用於熱氧化的第二遮罩材料204 (圖12D) ，或者，除非特性上有任何問題，否則不用移除。 如上所述’本實施例可以可以以減少的製程數目，實 現具有高處理精度及優度機械特性的微結構。 (第七實施例） 除了微結構用於陀螺儀感測器之外，第七實施例與第 一至第六實施例中任一實施例相同。 圖1 3是依據本實例的陀螺儀感測器的視圖。在圖j 3 中，代號701代表第二旋轉軸，702代表第二可移動體， 7〇3代表第一旋轉軸’ 7〇4代表第—可移動體，70 5代表 第一電梳元件，706代表重量，707代表絕緣部，70 8代 表佈線，711代表支撐基板，712代表凹部，及713代表 偵測電極。 依據本實施例的陀螺儀感測器採用的系統中，陀螺儀 -24-

1364400 感測器讓第一可移動體704能夠以某振幅來實施基 ，以及，偵測當角速度輸入時的柯氏（Coriolis ) 爲第二可移動體702的振幅位移。此外，陀螺儀感 有之結構中，SOI基板101及支撐基板711彼此接 撐基板7 1 1具有凹部7 1 2，而偵測電極7 1 3係配置 712 中。 具有重量706的第一可移動體704係藉由第二 體702以第一旋轉軸703來予以支撐。靜電梳元件 形成於第二可移動體702與第一可移動體704之間 ，產生靜電力，以使得第一可移動體703圍繞第一 703往復旋轉振盪。此振盪成爲陀螺儀感測器的基 。此驅動方法如同第一實施例中所述。 第二可移動體702的內部及第一可移動體704 分別藉由絕緣部7 0 7而被分開成多個電絕緣導電區 二可移動體70 2中的多個區域以第二旋轉軸701作 而連接至分開的電位。第一可移動體704中的多個 配置於形成在矽上的絕緣膜上的佈線電連接至外部 本實施例僅藉由處理單一基板，即可產生往復 盪。因此，藉由使用例如微影術等半導體製程，將 體7 02及704以及靜電梳元件705高精確地形成爲 因此，可以在靜電梳元件均勻地產生靜電力。明確 藉由使用此振盪作爲基準振盪，可以產生穩定的基 ，藉此，可以實現穩定的角速度偵測。 第二可移動體702係藉由第二旋轉軸701來予 準振盪 力，作 測器具 合。支 於凹部 可移動 70 5係 ，因此 旋轉軸 準振盪 的內部 。在第 爲佈線 區域由 σ 旋轉振 可移動 一體》 地說， 準振盪 以支撐 -25- 1364400 。當圍繞軸之垂直於圖面的角速度施加至 ，在圍繞第二旋轉軸701之旋轉方向上產 ’第二可移動體7 02圍繞第二旋轉軸而以 循環來做往復旋轉振盪。藉由使用形成: 7〇4及偵測電極713的下部處的絕緣膜上 示），依據電容的改變，偵測第二可移動 盪的量値。 如上所述，依據本實施例的微結構包 偵測部，施加部將電位施加至導電區，用 以圍繞旋轉軸來進行基準振盪，偵測部偵 垂直於前述旋轉軸的另一旋轉軸之旋轉條 ’本實施例可以實現高度精確的陀螺儀感 (其它實施例） 振盪器裝置可以被組構成可移動體包 ，亦即，在上層的一導電區，以及在下層 此情形中，使用在上層的一導電區作爲鏡 其上的平坦表面，以及，使用下層的二導 相對立的支撐基板上的電極一起作爲作爲 成。因此，可以構成光偏轉器。 將施加電壓控制成使得下層的導電區 及與其相對立的支撐基板上的電極之間、 導電區上的電極以及與其相對立的支撐基 交替地產生電位差，以便在這些電極之間 陀螺儀感測器時 生柯氏力。藉此 同於基準振盪的 於第一可移動體 之電極區（未顯 體702的往復振 含電位施加部及 以讓可移動體可 測可移動體圍繞 件。藉由此結構 測器。 含三個電分離區 的二導電區。在 反射表面形成於 電區以及與它們 靜電驅動部的構 之一上的電極以 以及下層的另一 板上的電極之間 交替地施加吸力 -26- 1364400 。藉由此結構，可移動體圍繞旋轉軸振盪，因此，可以偏 轉入射於可移動體上的鏡上的光。

振盪器裝置也可以配置成一導電區形成爲橫越圖1中 所示的可移動體上的另一絕緣層，以使可移動體具有三個 電分離層。在此情況中，舉例而言，使用在最上層之一導 電區作爲平坦表面，在此平坦表面上形成有鏡反射表面， 以及，其餘二層作爲致動器，如同第一實施例中的致動器 般。藉由此結構，可以構成光偏轉器。 振盪器裝置也可以配置成二導電區又形成於橫越絕緣 層之圖1中所示的可移動體上，藉由絕緣層，可移動體配 置成具有三個電分離層及六個電分離導電區。在此情況中 ，使用最上層上的二導電區作爲偵測電極，偵測電極設置 成與電位要被測量的物件相對立，以及，較低的二層作爲 致動器，如同第一實施例中的致動器。此結構可以實現電 位感測器，電位感測器經由可移動體的振盪而以機械方式 改變要測量的物件與偵測電極之間的電容，以及偵測經由 電流訊號而由靜電感應感應至偵測電極的電荷的稍微變化 。來自偵測電極的訊號會以相反相位改變。因此，藉由對 這些訊號執行差分處理，可以提供電位感測器，其對具有 相同相位之雜訊具有高消除率。 雖然已參考舉例說明的實施例，說明本發明，但是， 要瞭解，本發明不侷限於所揭示的舉例說明的實施例。後 附申請專利範圍的範圍應依照最廣的解釋，以涵蓋所有這 些修改及等效結構及功能。 -27 - 1364400 本申請案主張20〇7年7月4日申請的日本專利申請 號2007- 1 76300之優先權，其內容於此一倂列入參考。 【圖式簡單說明】 圖1是依據本發明的第一實施例之致動器的剖面視圖 〇 圖2是當致動器未被驅動時在圖1中的線2_2之垂直 於基板的方向上之致動器的剖面視圖。 圖3A及3B是當致動器被驅動時與圖2相同處的剖 面之視圖。 圖4是方塊圖，用以說明依據本發明的第二實施例之 致動器的驅動及偵測。 圖5A是視圖 > 用以說明電流（電荷）一電壓轉換電 路之一實施例，其爲旋轉條件偵測部。 圖5B是視圖，用以說明電流（電荷）_電壓轉換電 路之另一實施例，其爲旋轉條件偵測部》 圖6是立體視圖，用以說明第二實施例的另一實施例 〇 圖7A是視圖，用以說明依據第三實施例的微結構。 圖7BA、7BB及7BC是視圖，用以說明依據第三實 施例之氧化區的絕緣部份。 圖8A、8B及8C是基板的頂視圖，用以說明熱氧化 的進程。 圖9A、9AA、及9AB是視圖，用以說明依據第三實 -28- 1364400 施例之微結構的製造方法。 圖9BA、及9BB是視圖，用以說明依據第三實施例 之微結構的製造方法。 圖9CA、及9CB是視圖，用以說明依據第三實施例 之微結構的製造方法。 圖9DA、及9DB是視圖，用以說明依據第三實施例 之微結構的製造方法。 圖9EA、及9EB是視圖，用以說明依據第三實施例 之微結構的製造方法。 圖1 〇是依據第四實施例之致動器的剖面視圖。 圖11A及11B是依據第四實施例之微結構的第一砍 層及第二矽層的平面視圖。 圖12AA、及12AB是視圖，用以說明依據第三實施 例之微結構的製造方法。 圖12BA'及12BB是視圖，用以說明依據第三實施 例之微結構的製造方法。 圖UCA、及12CB是視圖，用以說明依據第三實施 例之微結構的製造方法。 匾I 1 2D是視圖，用以說明依據第三實施例之微結構 的製造方法。 圖1 3是依據第七實施例之陀螺儀感測器的視圖。 【主要元件符號說明】 101 :基板 -29- 1364400

:支撐部 :可移動體 :支撐彈簧 :支撐彈簧 :絕緣部 =絕緣部 :靜電梳元件 :可移動電極 :固定電極 :靜電梳元件 :可移動電極 :固定電極 :第一電極 :第二電極 :第三電極 :第四電極 :第五電極 :第六電極 :第七電極 :第八電極 :第九電極 :第十電極 :第十一電極 :第十二電極 -30 1364400

20 1 ： :第 —- 矽 層 202 ： 氧 化 膜 203 ： 第 二 矽 層 2 04： 第 二 遮 罩 材 料 205 ： 第 — 遮 罩 材 料 2 10： 通 孔 2 11: 熱 氧 化 膜 301 ： 旋 轉 軸 401 ： 熱 氧 化 膜 402 ： 通 孔 403 ： 熱 氧 化 膜 404 ： 熱 氧 化 膜 4 11： 第 一 區 412 : 第 二 501 ： 驅 動 產 生 部 5 02 ： 旋 轉 條 件 偵 測部 5 03 ： 訊 Dpfe 谎 切 換 部 5 04 ： 致 動 器 601 ： 偵 測 電 極 701 ： 第 二 旋 轉 軸 702 ： 第 二 可 移 動 體 703 ： 第 一 旋 轉 軸 704 ： 第 一 可 移 動 體 7 0 5 :靜電梳元件 1364400 7 0 6 :重量 707 :絕緣部 708 :佈線 71 1 :支撐基板 712 :凹部 7 1 3 :偵測電極

Claims (1)

1364400 卜年丨I月修(東)正替換頁 第0971251 15號專利申請案中文申請專利範圍修正本 . 民國100年11月24日修正 十、申請專利範固 1·一種振盪器裝置，包括圍繞旋轉軸而被振盪地支撐 之可移動體，其中，該可移動體在厚度方向上被分成多個 電分離的導電區，其中，在該厚度方向上之該多個電分離 的導電區的至少其中之一又具有多個電分離的導電區，且 • 其中，該多個電分離的導電區被連接至在該可移動體之外 部的導電區。 2·如申請專利範圍第1項之振盪器裝置，其中，該可 移動體在該厚度方向上被電分離成二個導電區，該二個導 電區中的每一個導電區又具有在垂直於該厚度方向的方向 上電分離的多個導電區。 3·如申請專利範圍第1項之振盪器裝置，另包括連續 的氧化區在介於該多個導電區間之部份的一部份，其中， • 該多個導電區係藉由該連續的氧化區來予以電分離，該氧 化區係由氧化物材料所製成，而在該氧化物材料上形成多 個通孔或溝槽。 • 4.如申請專利範圍第3項之振盪器裝置，其中，藉由 - 熱氧化形成於矽層上的該等通孔或溝槽的表面而形成該氧 化區。 5 .—種致動器，包括： 如申請專利範圍第1至4項中任一項之該振盪器裝置 1364400 I丨。弈丨I月♦修(束)正替換頁 電位施加部，其施加電位至該等導電區，用以經由將 輸入的電能轉換成爲物理運動而使該可移動體圍繞該旋轉 軸旋轉。 6.—種致動器，包括： 如申請專利範圍第1至4項中任一項之該振盪器裝置 > 電位施加部，其施加電位至該等導電區，用以經由將 輸入的電能轉換成爲物理運動而使該可移動體圍繞該旋轉 軸旋轉，及 偵測部，其偵測感應至該等導電區的感應電荷的量値 ，用以偵測該可移動體圍繞該旋轉軸的旋轉條件.。 7 .—種感測器，包括： 如申請專利範圍第1至4項中任一項之該振盪器裝置 偵測部，其施加電位至該等導電區，以便不讓該可移 動體因外力而圍繞該旋轉軸旋轉，並且根據該施加的電位 而偵測該外力。 8.—種陀螺儀感測器，包括： 如申請專利範圍第1至4項中任一項之該振盪器裝置 電位施加部，其施加電位至該等導電區’用以經由將 輸入的電能轉換成爲物理運動而讓該可移動體圍繞該旋轉 軸而做出基準振盪，及 偵測部，其偵測該可移動體圍繞垂直於該旋轉軸的另 一旋轉軸之旋轉條件。 -2 -