JP4526676B2 - Optical deflection element and manufacturing method thereof - Google Patents
Optical deflection element and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP4526676B2 JP4526676B2 JP2000306378A JP2000306378A JP4526676B2 JP 4526676 B2 JP4526676 B2 JP 4526676B2 JP 2000306378 A JP2000306378 A JP 2000306378A JP 2000306378 A JP2000306378 A JP 2000306378A JP 4526676 B2 JP4526676 B2 JP 4526676B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conductive coil
- movable portion
- movable part
- side movable
- outer peripheral
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 41
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 22
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 24
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 24
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 description 16
- 239000010408 film Substances 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 8
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 3
- 230000007261 regionalization Effects 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Micromachines (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は二次元の光偏向素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一つの素子で二次元の偏向走査をできるガルバノミラーが開発されている。ガルバノミラーをばねで支持するものであり、一つの基板にエッチング加工によりばねと可動板を形成するものであり、特開昭60−107017号公報やWO96/39643(国際公開番号)で開示されている。
【0003】
図1は本発明に関する光偏向素子の原理構造である。以下原理説明は特開昭60−107017号公報を引用する。シリコン単結晶からなる基板1をエッチングによりジンバルバネ状に加工する。ジンバルバネはX方向軸5及びY方向軸6を中心軸として、それぞれ独立に回転振動する。ジンバルバネ2で支持された基板1の中央の可動部面上には金属蒸着やメッキ等によりガルバノミラー3と導電コイル4が形成されている。導電コイル4に一定電流を与え、X方向の磁界7及びY方向の磁界8をそれぞれ独立に変化させれば、素子は電磁力によって軸5及び6を中心軸としてそれぞれ独立に回転振動する。従って、素子に形成したガルバノミラー3に一定方向から光ビームを入射しておけば、ミラー3からの反射光を被検出量に応じて二次元に偏向できる。即ち、X、Yの2変数を持つ信号量F(X、Y)の変化を一つの素子で検出し、その出力に応じた光の偏向走査ができる。
【0004】
図2は前記原理構造を具現化した一例である。同図において、1は{100}面方位をもつn形シリコンの単結晶基板である。基板1は通常のIC技術の一つである写真食刻法及び化学的食刻法により、支点12−12’及び13−13’をもつジンバルバネ構造を形成すべく加工される。かかる食刻加工としては、例えば、ガルバノミラー3等の形成される面を耐食性樹脂等の塗布によって保護し、その裏面をSiO2膜又は感光性耐食性樹脂等を用いた写真食刻法等のパターニング処理を施した後、KOH等のアルカリ溶液による異方性エッチングを行なう方法を用いる。この加工方法により、ガルバノ素子は固定部(基板1)と可動部1’に分離される。本構造は基板1とジンバルバネの厚さが異なる構造である。
【0005】
可動部1’の大きさはガルバノ素子の可動性能に影響を及ぼす。即ち、可動部1’のダンピング効果を大きくする場合は、可動部1’の表面積を大きくして空気抵抗を大きくすればよい。一方、高速偏向走査を行なわせる場合は、可動部1’の質量を小さくする必要がある。従って、かかるガルバノ素子の用途に応じた設計、例えば、精密計器を指向する場合は、平衡型としてダンピング効果を重視し、ディスプレイ等を指向する場合は慣性駆動型として高速走査を重視する等の配慮が肝要である。かかる可動部の動作速度はガルバノ素子の配置される周囲の雰囲気によっても影響を受ける。例えば、可動部は真空中におかれれば、極めて高速に動作し、ある特定粘度の流体中におかれることにより、良好なダンピング特性を示す。従って、動作速度の精密な制御を要する場合に、ガルバノ素子周囲の流体の種類及び圧力を最適に調整する必要がある。
【0006】
ガルバノミラー3は、例えば、Ag、Al、Au等の蒸着等通常のミラーコーティング技術、または、基板1をそのままミラーポリッシュする方法等により形成される。かかるミラー形成にあたっては、特に金属蒸着法を用いる場合、熱応力によるゆがみが生じないように、例えば、基板1との熱膨張係数差の小さい材料を選択する。蒸着薄膜の厚さを最適設計する等に留意する必要がある。また、基板1をミラーポリッシュする場合は、機械歪が残らないように留意する必要がある。ガルバノミラー3自体を干渉フィルタとすれば、任意色の光を反射光として得られるため、例えば、平面ディスプレイ等に応用する場合は、カラー化が容易となる。
【0007】
ガルバノミラー3の周囲にはこのような二次元ガルバノ素子の駆動に寄与する導電コイル4が形成される。ガルバノ素子の駆動はジンバルバネのトルクに依存し、トルクは導電コイル4の断面積に比例する。従って、導電コイル4はミラー3の外側に形成することにより、被検出量(入力)に対するジンバルバネのトルクを大きくでき高感度(偏向角/被検出力が大きい)な二次元ガルバノ素子を具現化しうる。感度をさらに向上させるためには可動部1’の面積を大きくするか、又は導電コイル4に印加する電流値を大きくする必要がある。前者の方法はジンバルバネの応答性の点で制約があり、後者の方法では導電コイル4の発熱等により制約を受ける。この条件を考慮して用途に応じた最適設計が必要である。
【0008】
導電コイル4はAg、Al、Au等の蒸着によりガルバノミラー3と同時で、且つ、同様の方法で形成されるのが望ましい。プロセスが簡略化され、歩留向上、コスト低減が図れるからである。しかし、導電コイル4は発熱を抑える観点から、抵抗を10Ω〜100Ωと小さくする方が良いため、蒸着膜は厚い方が良い。一方、ガルバノミラー3は前述のとおり基板1との熱膨張差による歪を抑えるために、蒸着膜は薄い方が良い。かかる状況を考慮して用途に応じた最適手法をとる必要がある。また、導電コイル4は基板1の可動部1’表面上に通常のIC技術の一つである写真食刻法でパターンを形成される。この際、基板1と導電コイル4とは電気的に絶縁される必要があり、通常は図示のようにSiO2等の絶縁性膜10を形成する。係る絶縁性膜10もガルバノミラー3のゆがみを抑えるために、熱膨張係数、厚さ等を十分考慮する必要がある。
【0009】
同図において、9は電極パッドであり、基板(固定部)1上に形成される。電極パッド9は、例えば、Al線等を用いたワイヤボンディング技術により外部端子と接続され、電極パッド9を通して導電コイル4に電流が印加される。電極パッド9は導電コイル4と同一の材料で同時に、例えば、蒸着等により形成されるのが望ましいが必ずしも同一又は同時にということに限定されない。
【0010】
電極パッド9の一方は導電コイル4の最外殻端部14と直接金属等の導体を介して接続される。なお、両者を同一材料で同時に形成する場合は、あらかじめ、写真食刻法で両者を連結したパターニングを施せばよい。また、電極パッド9の他方は導電コイル4の最内殻15と接続される。この接続は必ず導電コイル4と交差するため、この交差部分を電気的に絶縁する必要がある。本例では図示のように、基板1の可動部1’表面上に導電コイル4の最内殻端部15と電極パッドの端部9’とを電気的に接続する導体層11を選択的に(この部分のみ)形成し、交差する導電コイル4との絶縁を前述したSiO2等の絶縁性膜で行なう。その他の方法には、例えば、交差する導電コイル4をまたぐように、Al等のワイヤボンディング結線してもよい。導体層11は基板1と逆の極性をもつ不純物(例えばボロン等)を選択的に拡散することにより形成される。
【0011】
図3、図4、図5は従来技術による二次元光偏向素子の導電コイルパターン形成を説明するための図であり、平面図と断面図または平面図である。導電コイルパターンは基板にジンバル加工する前に形成されるが、説明の都合上ジンバル加工した基板に導電コイルパターンを形成することにする。本例では導電コイルの巻数を多くするために導電コイルを2層に形成する。
【0012】
単結晶シリコンの基板21の表面にスパッタリング、蒸着等により金属薄膜(好ましくはアルミニウム)を形成する。金属薄膜上面にレジストを塗布し、第1層の導電コイルパターンを形成したマスクを重ねて露光する。レジストの開口部となる部分を除去し、金属薄膜をエッチングする。レジストを除去することにより、図3の第1層導電コイルパターンが形成できる。
【0013】
第1可動部22には第1可動部第1層導電コイル24が形成され、第2可動部23には第2可動部第1層導電コイル27が形成される。第1可動部第1層導電コイル内端部24aは第1可動部の中央部に形成され、第1可動部第2層導電コイル内端部29a(図4)が直接積層される。第1可動部第1層導電コイル外端部24bは第2可動部の内端でジンバルバネ付近に形成されている。25は第1可動部第1層導電コイル補助電極である。26は接続用電極で第2可動部の内端でジンバルバネ付近に形成され、第2可動部第2層導電コイル外端部29bが直接積層される。
【0014】
第2可動部第1層導電コイル内端部27aは第2可動部の内端に形成され、第2可動部第2層導電コイル内端部32a(図4)が直接積層される。第2可動部第1層導電コイル外端部27bは第2可動部の外端でジンバルバネ付近に形成されている。28は第2可動部第2層導電コイル外端部32b(図4)への接続用電極で第2可動部の内端でジンバルバネ付近に形成され、第2可動部第2層導電コイル外端部32bが直接積層される。
【0015】
次に表面に絶縁層(例えば感光性ポリイミドまたはSiO2)を形成し、第1層導電コイルと第2層導電コイルが直接積層される部分を除去する。その上に金属薄膜を形成する。金属薄膜上面にレジストを塗布し、第2層の導電コイルパターンを形成したマスクを重ねて露光する。レジストの開口部となる部分を除去し、金属薄膜をエッチングする。レジストを除去することにより、図4の第2層の導電コイルパターンが形成できる。
【0016】
第1可動部22には第1可動部第2層導電コイル29が形成され、第2可動部23には第2可動部第2層導電コイル32が形成される。第1可動部第2層導電コイル内端部29aは第1可動部の中央部に形成され、第1可動部第1層導電コイル内端部24aに直接積層される。第1可動部第2層導電コイル外端部29bは第2可動部の内端でジンバルバネ付近に形成される。30は第1可動部第2層導電コイル補助電極である。31は接続用電極で第2可動部23の内端でジンバルバネ付近に形成され、第2可動部第1層導電コイル外端部24bに直接積層される。なお、補助電極25、30はジンバルバネの強度を同じにするためのものである。
【0017】
第2可動部第2層導電コイル内端部32aは第2可動部23の内端に形成され、第2可動部第1層導電コイル内端部27aに直接積層される。第2可動部第2層導電コイル外端部32bは第2可動部23の外端でジンバルバネ付近に形成される。33は第2可動部第1層導電コイル外端部27b接続用電極で第2可動部23の外端でジンバルバネ付近に形成され、第2可動部第1層導電コイル外端部27bに直接積層される。
【0018】
次に表面に絶縁層を形成し、第2層コイルと接続電極パターンが直接積層される部分を除去する。その上に金属薄膜を形成する。金属薄膜上面にレジストを塗布し、接続電極パターンを形成したマスクを重ねて露光する。レジストの開口部となる部分を除去し、金属薄膜をエッチングする。レジストを除去することにより、図5の接続電極パターンが形成できる。34、35は第1可動部駆動用導電コイル接続電極であり、接続端子34aは接続用電極31を介して第1可動部第1層導電コイル外端部24bに接続される。接続端子35aは第1可動部第2層導電コイル外端部29bに接続される。接続端子34b、35bは第1可動部駆動電源に接続される。36、37は第2可動部駆動用導電コイル接続電極であり、接続端子37aは接続用電極33を介して第2可動部第1層導電コイル外端部27bに接続される。接続端子36aは第2可動部第2層導電コイル外端部32bに接続される。接続端子36b、37bは第2可動部駆動電源に接続される。
【0019】
図6は完成したガルバノミラーの平面図(a)とA−A側面断面の模式図(b)である。図6(b)に於いて第2可動部23の右側では、基板21上に第1層導電コイル27、絶縁層38、第2層導電コイル32、絶縁層38、接続電極34が積層されている。さらにその上に保護膜(不図示)が形成される。図では大まかに表示されているが、実際にはそれぞれの膜厚は1μm程度である。導電コイルの幅は40μm程度であり、コイル間は10μm程度、巻数としては15巻程度である。導電コイルに関してはガルバノミラーの振れ角や磁石の強度等により仕様が変わることは言うまでもない。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
導電層(コイル、接続電極)が絶縁層を介して積層される構造であり、配線が複雑になっている。絶縁層は、感光性ポリイミドを塗布するか、SiO2を蒸着する等で形成している。凹凸の密集した導電コイルパターンの上へスピンナー又はスパッタリングにより絶縁薄膜を均一に形成するのは難しく、絶縁不良が発生することがある。
【0021】
同様に、レジストを一様に塗布するのも難しくパターン幅にばらつきが発生しやすくなっている。
【0022】
基板の片面にのみ積層した膜が形成されるため、基板に反りが発生しやすくなり、ガルバノ素子の特性が劣化している。
【0023】
【課題を解決するための手段】
一つの基板に、枠状の固定部と、前記固定部の内側に設けられ、一対の外側ばね部によって回動可能に支持された外周側可動部と、該外周側可動部の内側に設けられ、前記外側ばね部とは軸方向が互いに直交する一対の内側ばね部によって回動可能に支持された中心側可動部と、を形成し、前記中心側可動部に反射鏡を形成し、前記各可動部上に導電コイルパターンを形成して構成される光偏向素子において、前記外周側可動部の一方の面に、外周側可動部の導電コイルパターンを形成し、前記中心側可動部は、前記外周側可動部の一方の面とは反対側の面に、中心側可動部の導電コイルパターンを形成する光偏向素子とする。
【0024】
ばね部と二つの可動部が基板とほぼ同一の厚さの光偏向素子とする。
【0025】
外周側可動部は、当該外周側可動部の他方の面に前記基板の反り及び歪みを抑える補助パターンを形成した光偏向素子とする。
【0026】
一つの基板に、枠状の固定部と、前記固定部の内側に設けられ、一対の外側ばね部によって回動可能に支持された外周側可動部と、該外周側可動部の内側に設けられ、前記外側ばね部とは軸方向が互いに直交する一対の内側ばね部によって回動可能に支持された中心側可動部と、を形成し、前記中心側可動部に反射鏡を形成し、前記各可動部上に導電コイルパターンを形成する光偏向素子の製造方法において、前記外周側可動部の一方の面に、外周側可動部の導電コイルパターンを形成し、前記外周側可動部の他方の面に、前記基板の反り及び歪みを抑える補助パターンを形成し、前記中心側可動部の他方の面側の面に中心側可動部の導電コイルパターンを形成する光偏向素子の製造方法とする。
【0027】
【発明の実施の形態】
図7から図10により本発明の光偏向素子の製造方法を説明する。図7は表面の第1層パターン図であり平面図と断面図、図8は第2層パターン図であり平面図である。本例でもジンバル加工した基板に導電コイルパターンを形成することにする。図9は裏面の第1層パターン図であり平面図と断面図、図10は第2層パターン図であり平面図である。
【0028】
単結晶シリコンの基板21の表面にスパッタリング、蒸着等により金属薄膜(好ましくはアルミニウム)を形成する。金属薄膜上面にレジストを塗布し、第1層の導電コイルパターンを形成したマスクを重ねて露光する。レジストの開口部となる部分を除去し、金属薄膜をエッチングする。レジストを除去することにより、図7の第1層導電コイルパターンを形成する。
【0029】
第1可動部22には第1可動部第1層導電コイル40が形成され、第2可動部23には第2可動部補助パターン41、42が形成される。第1可動部第1層導電コイル内端部40aは第1可動部22の中央部に形成され、第1可動部第2層導電コイル内端部43a(図8)が直接積層される。第1可動部第1層導電コイル外端部40bは第2可動部23の補助パターン42を経て、接続電極46と接続されている。
【0030】
次に表面に感光性ポリイミド又はSiO2等で絶縁層を形成し、第1層導電コイルと第2層導電コイルが直接積層される部分を除去する。その上に金属薄膜を形成する。金属薄膜上面にレジストを塗布し、第2層の導電コイルパターンを形成したマスクを重ねて露光する。レジストの開口部となる部分を除去し、金属薄膜をエッチングする。レジストを除去することにより、図8の第2層の導電コイルパターンを形成する。
【0031】
第1可動部22には第1可動部第2層導電コイル43が形成され、第2可動部23には第2可動部補助パターン44、45が形成される。第1可動部第2層導電コイル内端部43aは第1可動部22の中央部に形成され、第1可動部第1層導電コイル内端部40a(図7)に直接積層される。第1可動部第2層導電コイル外端部43bは第2可動部の補助パターン44を経て、接続電極47と接続されている。
【0032】
次に単結晶シリコンの基板21の裏面にスパッタリング、蒸着等により金属薄膜(好ましくはアルミニウム)を形成する。金属薄膜上面にレジストを塗布し、第1層の導電コイルパターンを形成したマスクを重ねて露光する。レジストの開口部となる部分を除去し、金属薄膜をエッチングする。レジストを除去することにより、図9の第1層導電コイルパターンを形成する。
【0033】
第2可動部23には第2可動部第1層導電コイル48を形成する。第2可動部第1層導電コイル内端部48aは第2可動部23の内縁部に形成され、第2可動部第2層導電コイル内端部49a(図10)が直接積層される。他に接続用電極50及び補助電極51を形成するのは従来技術と同様である。第2可動部第1層導電コイル外端部は接続電極52と接続されている。
【0034】
次に表面に感光性ポリイミド又はSiO2等で絶縁層を形成し、第1層導電コイルと第2層導電コイルが直接積層される部分を除去する。その上に金属薄膜を形成する。金属薄膜上面にレジストを塗布し、第2層の導電コイルパターンを形成したマスクを重ねて露光する。レジストの開口部となる部分を除去し、金属薄膜をエッチングする。レジストを除去することにより、図10の第2層の導電コイルパターンを形成する。
【0035】
第2可動部23には第2可動部第2層導電コイル49が形成され、第1可動部22には反射鏡(ガルバノミラー)54が形成される。第2可動部第2層導電コイル内端部49aは第2可動部の内縁部に形成され、第2可動部第1層導電コイル内端部48a(図9)に直接積層される。第2可動部第2層導電コイル外端部は、補助電極50と接続され、さらに接続電極53と接続されている。55は補助電極である。本発明のように基板の表裏に導電パターンを形成する場合、基板と可動部を支えるばね部は同一厚さか、絶縁膜やレジスト膜を形成するのに支障が無い程度の差に設計するのが好ましい。
【0036】
図11は前述の工程により製造した光偏向素子を裏から見た平面図と断面図である。さらに表面に保護膜を形成するか否かは適宜決定する。
【0037】
【発明の効果】
第1可動部と第2可動部に形成する導電コイルを基板の表裏に分けたので配線が容易になり、導電コイルパターン上を横切る接続電極が不要となるのでショーと不良の発生を防止できる。
【0038】
基板と可動部を支えるばね部は同一厚さか、絶縁膜やレジスト膜を形成するのに支障が無い程度の差にすることにより、ガルバノ素子の製造が容易になる。
【0039】
可動部の導電コイルパターンの裏面に導電コイルパタンに対抗する補助パターンを形成したことで、基板の両面にほぼ等しい膜が形成され、可動部の反り、歪みを最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に関する光偏向素子の原理構造
【図2】原理構造を具現化した一例
【図3】従来技術による2軸光偏向素子の導電コイルパターン形成を説明するための図であり、平面図と断面図
【図4】従来技術による2軸光偏向素子の導電コイルパターン形成を説明するための図であり、平面図
【図5】従来技術による2軸光偏向素子の導電コイルパターン形成を説明するための図であり、平面図
【図6】完成したガルバノミラーの平面図(a)とA−A側面断面の模式図(b)
【図7】表面の第1層パターン図であり平面図と断面図
【図8】第2層パターン図であり平面図
【図9】裏面の第1層パターン図であり平面図と断面図
【図10】第2層パターン図であり平面図
【図11】光偏向素子の平面図と断面図
【符号の説明】
1 基板(シリコン単結晶)
1’ 可動部
2 ジンバルバネ
3 ガルバノミラー
4 導電コイル
5 X方向軸
6 Y方向軸
7 X方向磁界
8 Y方向磁界
9 電極パッド
9’ 電極パッドの端部
10 絶縁性膜
11 導体層
12 支点
12’ 支点
13 支点
13’ 支点
14 最外殻端部
15 最内殻端部
21 基板
22 第1可動部
23 第2可動部
24 第1可動部第1層導電コイル
24a 第1可動部第1層導電コイル内端部
24b 第1可動部第1層導電コイル外端部
25 第1可動部第1層導電コイル補助電極
26 第2層接続用電極
27 第2可動部第1層導電コイル
27a 第2可動部第1層導電コイル内端部
27b 第2可動部第1層導電コイル外端部
28 第2可動部第1層導電コイル第2層接続用電極
29 第1可動部第2層導電コイル
29a 第1可動部第2層導電コイル内端部
29b 第1可動部第2層導電コイル外端部
30 第1可動部第2層導電コイル補助電極
31 第1層接続用電極
32 第2可動部第2層導電コイル
32a 第2可動部第2層導電コイル内端部
32b 第2可動部第2層導電コイル外端部
33 第2可動部第2層導電コイル第21接続用電極
34 第1可動部駆動用導電コイル接続電極
34a 接続端子
34b 接続端子
35 第1可動部駆動用導電コイル接続電極
35a 接続端子
35b 接続端子
36 第2可動部駆動用導電コイル接続電極
36a 接続端子
36b 接続端子
37 第2可動部駆動用導電コイル接続電極
37a 接続端子
37b 接続端子
38 絶縁膜
40 第1可動部第1層導電コイル
40a 第1可動部第1層導電コイル内端部
40b 第1可動部第1層導電コイル外端部
41 第2可動部補助パターン
42 第2可動部補助パターン
43 第1可動部第2層導電コイル
43a 第1可動部第2層導電コイル内端部
43b 第1可動部第2層導電コイル内端部
44 第2可動部補助パターン
45 第2可動部補助パターン
46 接続電極
47 接続電極
48 第2可動部第1層導電コイル
48a 第2可動部第1層導電コイル内端部
49 第2可動部第2層導電コイル
49a 第2可動部第2層導電コイル内端部
50 接続用電極
51 補助電極
52 接続電極
53 接続電極
54 反射鏡
55 補助電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a two-dimensional light deflection element.
[0002]
[Prior art]
Galvano mirrors that can perform two-dimensional deflection scanning with a single element have been developed. Which supports the galvanometer mirror by a spring, by etching into one board is intended to form a spring and movable plate, disclosed in JP 60-107017 JP and WO96 / 39643 (International Publication No.) Has been.
[0003]
FIG. 1 shows the principle structure of an optical deflection element according to the present invention. In the following description of the principle, reference is made to JP-A-60-1007017. The substrate 1 made of silicon single crystal is processed into a gimbal spring shape by etching. The gimbal spring oscillates independently with the X-direction axis 5 and the Y-direction axis 6 as center axes. A
[0004]
FIG. 2 shows an example of the principle structure. In the figure, reference numeral 1 denotes an n-type silicon single crystal substrate having a {100} plane orientation. The substrate 1 is processed to form a gimbal spring structure with fulcrums 12-12 ′ and 13-13 ′ by photolithography and chemical etching, which are one of the common IC techniques. As such etching processing, for example, the surface on which the
[0005]
The size of the movable part 1 ′ affects the movable performance of the galvano element. That is, in order to increase the damping effect of the movable part 1 ′, the air resistance may be increased by increasing the surface area of the movable part 1 ′. On the other hand, when high-speed deflection scanning is performed, it is necessary to reduce the mass of the movable portion 1 ′. Therefore, the design according to the use of such galvano elements, for example, when directing precision instruments, consider the damping effect as a balanced type, and when driving a display, etc., consider high-speed scanning as an inertial drive type. Is essential. The operation speed of such a movable part is also affected by the surrounding atmosphere where the galvano element is arranged. For example, when the movable part is placed in a vacuum, it operates at a very high speed and exhibits good damping characteristics by being placed in a fluid having a specific viscosity. Therefore, when precise control of the operation speed is required, it is necessary to optimally adjust the type and pressure of the fluid around the galvano element.
[0006]
The
[0007]
Around the
[0008]
The
[0009]
In the figure, 9 is an electrode pad, which is formed on a substrate (fixed portion) 1. The
[0010]
One of the
[0011]
3, 4, and 5 are views for explaining conductive coil pattern formation of a two-dimensional optical deflection element according to the prior art, and are a plan view and a cross-sectional view or a plan view. Although the conductive coil pattern is formed before the gimbal is processed on the substrate, for convenience of explanation, the conductive coil pattern is formed on the gimbaled substrate. In this example, the conductive coil is formed in two layers in order to increase the number of turns of the conductive coil.
[0012]
A metal thin film (preferably aluminum) is formed on the surface of the single
[0013]
A first movable part first layer
[0014]
The second movable portion first layer conductive coil inner end portion 27a is formed at the inner end of the second movable portion, and the second movable portion second layer conductive coil
[0015]
Next, an insulating layer (for example, photosensitive polyimide or SiO 2 ) is formed on the surface, and a portion where the first layer conductive coil and the second layer conductive coil are directly laminated is removed. A metal thin film is formed thereon. A resist is applied to the upper surface of the metal thin film, and a mask on which a second-layer conductive coil pattern is formed is overlaid and exposed. The portion that becomes the opening of the resist is removed, and the metal thin film is etched. By removing the resist, the conductive coil pattern of the second layer in FIG. 4 can be formed.
[0016]
A first movable part second layer
[0017]
The second movable portion second layer conductive coil
[0018]
Next, an insulating layer is formed on the surface, and the portion where the second layer coil and the connection electrode pattern are directly laminated is removed. A metal thin film is formed thereon. A resist is applied to the upper surface of the metal thin film, and a mask on which a connection electrode pattern is formed is overlaid and exposed. The portion that becomes the opening of the resist is removed, and the metal thin film is etched. The connection electrode pattern shown in FIG. 5 can be formed by removing the resist.
[0019]
FIG. 6A is a plan view of the completed galvanometer mirror, and FIG. In FIG. 6B, on the right side of the second
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
A conductive layer (coil, connection electrode) is laminated via an insulating layer, and wiring is complicated. The insulating layer is formed by applying photosensitive polyimide or evaporating SiO 2 . It is difficult to form an insulating thin film uniformly on a conductive coil pattern with dense irregularities by spinner or sputtering, and insulation failure may occur.
[0021]
Similarly, it is difficult to apply the resist uniformly, and variations in pattern width are likely to occur.
[0022]
Since a laminated film is formed only on one surface of the substrate, the substrate is likely to warp, and the characteristics of the galvano element are deteriorated.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
One substrate is provided with a frame-shaped fixed portion, an outer peripheral movable portion provided inside the fixed portion and rotatably supported by a pair of outer spring portions, and provided inside the outer peripheral movable portion. The outer spring part is formed with a center side movable part rotatably supported by a pair of inner spring parts whose axial directions are orthogonal to each other, and a reflecting mirror is formed on the center side movable part. In the optical deflection element configured by forming a conductive coil pattern on the movable portion, the conductive coil pattern of the outer peripheral movable portion is formed on one surface of the outer peripheral movable portion, and the central movable portion is The light deflection element forms a conductive coil pattern of the central movable portion on a surface opposite to one surface of the outer peripheral movable portion .
[0024]
The spring part and the two movable parts are optical deflecting elements having substantially the same thickness as the substrate.
[0025]
The outer peripheral side movable portion is an optical deflection element in which an auxiliary pattern for suppressing warpage and distortion of the substrate is formed on the other surface of the outer peripheral side movable portion .
[0026]
One substrate is provided with a frame-shaped fixed portion, an outer peripheral movable portion provided inside the fixed portion and rotatably supported by a pair of outer spring portions, and provided inside the outer peripheral movable portion. The outer spring part is formed with a center side movable part rotatably supported by a pair of inner spring parts whose axial directions are orthogonal to each other, and a reflecting mirror is formed on the center side movable part. in the method for manufacturing an optical deflection element to form a conductive coil pattern on a moving part, on one surface of the outer peripheral side movable portion, to form a conductive coil pattern of the outer peripheral side movable portion, the other surface of the outer peripheral-side movable portion In addition, an auxiliary pattern for suppressing warpage and distortion of the substrate is formed, and a conductive coil pattern of the central movable portion is formed on the other surface side surface of the central movable portion .
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The manufacturing method of the optical deflection element of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 is a first layer pattern diagram of the surface, a plan view and a sectional view, and FIG. 8 is a second layer pattern diagram and a plan view. In this example as well, a conductive coil pattern is formed on a gimbaled substrate. FIG. 9 is a first layer pattern diagram of the back surface, a plan view and a cross-sectional view, and FIG. 10 is a second layer pattern diagram and a plan view.
[0028]
A metal thin film (preferably aluminum) is formed on the surface of the single
[0029]
A first movable portion first layer
[0030]
Next, an insulating layer is formed on the surface with photosensitive polyimide, SiO 2 or the like, and a portion where the first layer conductive coil and the second layer conductive coil are directly laminated is removed. A metal thin film is formed thereon. A resist is applied to the upper surface of the metal thin film, and a mask on which a second-layer conductive coil pattern is formed is overlaid and exposed. The portion that becomes the opening of the resist is removed, and the metal thin film is etched. By removing the resist, the conductive coil pattern of the second layer in FIG. 8 is formed.
[0031]
A first movable portion second layer
[0032]
Next, a metal thin film (preferably aluminum) is formed on the back surface of the single
[0033]
A second movable portion first layer
[0034]
Next, an insulating layer is formed on the surface with photosensitive polyimide, SiO 2 or the like, and a portion where the first layer conductive coil and the second layer conductive coil are directly laminated is removed. A metal thin film is formed thereon. A resist is applied to the upper surface of the metal thin film, and a mask on which a second-layer conductive coil pattern is formed is overlaid and exposed. The portion that becomes the opening of the resist is removed, and the metal thin film is etched. By removing the resist, the conductive coil pattern of the second layer in FIG. 10 is formed.
[0035]
A second movable portion second layer
[0036]
FIG. 11 is a plan view and a cross-sectional view of the optical deflection element manufactured by the above-described process as seen from the back. Further, whether or not a protective film is formed on the surface is appropriately determined.
[0037]
【The invention's effect】
Since the conductive coils formed on the first movable part and the second movable part are separated on the front and back sides of the substrate, wiring is facilitated, and connection electrodes crossing the conductive coil pattern are not required, so that it is possible to prevent the occurrence of show and defects.
[0038]
The galvano element can be easily manufactured by making the spring part supporting the substrate and the movable part have the same thickness or a difference that does not hinder the formation of the insulating film or the resist film.
[0039]
By forming an auxiliary pattern that opposes the conductive coil pattern on the back surface of the conductive coil pattern of the movable part, substantially equal films are formed on both surfaces of the substrate, and warping and distortion of the movable part can be minimized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a principle structure of an optical deflection element according to the present invention. FIG. 2 is an example of realizing the principle structure. FIG. 3 is a diagram for explaining the formation of a conductive coil pattern of a biaxial optical deflection element according to the prior art. FIG. 4 is a diagram for explaining conductive coil pattern formation of a biaxial light deflection element according to the prior art, and FIG. 5 is a plan view. FIG. 5 is a diagram illustrating conductive coil pattern formation of a biaxial light deflection element according to the prior art. FIG. 6 is a plan view of the completed galvanometer mirror (a) and a schematic diagram of a side cross-section taken along the line AA.
7 is a first layer pattern diagram of the front surface, a plan view and a cross-sectional view. FIG. 8 is a second layer pattern diagram and a plan view. FIG. 9 is a first layer pattern diagram of the back surface, a plan view and a cross-sectional view. 10 is a plan view of the second layer pattern diagram. FIG. 11 is a plan view and a cross-sectional view of an optical deflection element.
1 Substrate (silicon single crystal)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 'Movable part 2 Gimbal spring 3 Galvano mirror 4 Conductive coil 5 X direction axis 6 Y direction axis 7 X direction magnetic field 8 Y direction magnetic field 9 Electrode pad 9' End of electrode pad 10 Insulating film 11 Conductive layer 12 Support point 12 'Support point 13 fulcrum 13 'fulcrum 14 outermost shell end 15 innermost shell end 21 substrate 22 first movable part 23 second movable part 24 first movable part first layer conductive coil 24a first movable part in first layer conductive coil End 24b First movable portion First layer conductive coil outer end 25 First movable portion First layer conductive coil auxiliary electrode 26 Second layer connection electrode 27 Second movable portion First layer conductive coil 27a Second movable portion 1st layer conductive coil inner end portion 27b second movable portion first layer conductive coil outer end portion 28 second movable portion first layer conductive coil second layer connection electrode 29 first movable portion second layer conductive coil 29a first movable portion Second layer conductive coil inner end 29b First movable part Second layer conductive coil outer end 30 First movable portion Second layer conductive coil auxiliary electrode 31 First layer connection electrode 32 Second movable portion Second layer conductive coil 32a Second movable portion Second layer conductive coil inner end 32b Second movable part second layer conductive coil outer end 33 Second movable part Second layer conductive coil 21st connection electrode 34 First movable part drive conductive coil connection electrode 34a Connection terminal 34b Connection terminal 35 First movable part Driving conductive coil connection electrode 35a Connection terminal 35b Connection terminal 36 Second movable part driving conductive coil connection electrode 36a Connection terminal 36b Connection terminal 37 Second movable part driving conductive coil connection electrode 37a Connection terminal 37b Connection terminal 38 Insulating film 40 First movable portion First layer conductive coil 40a First movable portion First layer conductive coil inner end portion 40b First movable portion First layer conductive coil outer end portion 41 Second movable portion auxiliary pattern 42 Second movable portion Auxiliary pattern 43 First movable part second layer conductive coil 43a First movable part Second layer conductive coil inner end 43b First movable part Second layer conductive coil inner end 44 Second movable part auxiliary pattern 45 Second movable part Auxiliary pattern 46 Connection electrode 47 Connection electrode 48 Second movable part first layer conductive coil 48a Second movable part first layer conductive coil inner end 49 Second movable part second layer conductive coil 49a Second movable part second layer conductive Coil inner end 50 Connection electrode 51 Auxiliary electrode 52 Connection electrode 53 Connection electrode 54 Reflecting mirror 55 Auxiliary electrode
Claims (4)
前記外周側可動部の一方の面に、外周側可動部の導電コイルパターンを形成し、前記中心側可動部は、前記外周側可動部の一方の面とは反対側の面に、中心側可動部の導電コイルパターンを形成することを特徴とする光偏向素子。One substrate is provided with a frame-shaped fixed portion, an outer peripheral movable portion provided inside the fixed portion and rotatably supported by a pair of outer spring portions, and provided inside the outer peripheral movable portion. The outer spring part is formed with a center side movable part rotatably supported by a pair of inner spring parts whose axial directions are orthogonal to each other, and a reflecting mirror is formed on the center side movable part. In an optical deflection element configured by forming a conductive coil pattern on a movable part,
A conductive coil pattern of the outer periphery-side movable portion is formed on one surface of the outer periphery-side movable portion, and the center-side movable portion is movable on the surface opposite to the one surface of the outer periphery-side movable portion. Forming a conductive coil pattern of a portion .
前記外周側可動部の一方の面に、外周側可動部の導電コイルパターンを形成し、前記外周側可動部の他方の面に、前記基板の反り及び歪みを抑える補助パターンを形成し、前記中心側可動部は、前記外周側可動部の一方の面側の面に反射鏡を形成し、前記外周側可動部の他方の面側の面に中心側可動部の導電コイルパターンを形成することを特徴とする光偏向素子の製造方法。One substrate is provided with a frame-shaped fixed portion, an outer peripheral movable portion provided inside the fixed portion and rotatably supported by a pair of outer spring portions, and provided inside the outer peripheral movable portion. The outer spring part is formed with a center side movable part rotatably supported by a pair of inner spring parts whose axial directions are orthogonal to each other, and a reflecting mirror is formed on the center side movable part. In a method of manufacturing an optical deflection element that forms a conductive coil pattern on a movable part,
A conductive coil pattern of the outer peripheral side movable portion is formed on one surface of the outer peripheral side movable portion, and an auxiliary pattern for suppressing warpage and distortion of the substrate is formed on the other surface of the outer peripheral side movable portion, and the center The side movable part is formed by forming a reflecting mirror on one surface side surface of the outer peripheral side movable part, and forming a conductive coil pattern of the center side movable part on the other surface side surface of the outer peripheral side movable part. A manufacturing method of a light deflection element characterized in that.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000306378A JP4526676B2 (en) | 2000-10-05 | 2000-10-05 | Optical deflection element and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000306378A JP4526676B2 (en) | 2000-10-05 | 2000-10-05 | Optical deflection element and manufacturing method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002116402A JP2002116402A (en) | 2002-04-19 |
JP4526676B2 true JP4526676B2 (en) | 2010-08-18 |
Family
ID=18787078
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000306378A Expired - Fee Related JP4526676B2 (en) | 2000-10-05 | 2000-10-05 | Optical deflection element and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4526676B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160101575A (en) * | 2015-02-17 | 2016-08-25 | 엘지전자 주식회사 | Scanning micromirror |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100451409B1 (en) * | 2002-10-15 | 2004-10-06 | 한국전자통신연구원 | Micro-optical switch and method for manufacturing the same |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH038313U (en) * | 1989-06-12 | 1991-01-25 | ||
JP2000235152A (en) * | 1999-02-12 | 2000-08-29 | Victor Co Of Japan Ltd | Light deflector |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60107017A (en) * | 1983-11-16 | 1985-06-12 | Hitachi Ltd | light deflection element |
JPS63197911A (en) * | 1987-02-12 | 1988-08-16 | Konica Corp | Optical deflector for image signal |
JP2924200B2 (en) * | 1990-01-18 | 1999-07-26 | 富士電機株式会社 | Torsional vibrator and its application element |
KR100343219B1 (en) * | 1995-02-25 | 2002-11-23 | 삼성전기주식회사 | Apparatus for driving mirror |
JP3361975B2 (en) * | 1997-10-16 | 2003-01-07 | 株式会社東芝 | Galvano mirror and optical disk device using the same |
-
2000
- 2000-10-05 JP JP2000306378A patent/JP4526676B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH038313U (en) * | 1989-06-12 | 1991-01-25 | ||
JP2000235152A (en) * | 1999-02-12 | 2000-08-29 | Victor Co Of Japan Ltd | Light deflector |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160101575A (en) * | 2015-02-17 | 2016-08-25 | 엘지전자 주식회사 | Scanning micromirror |
KR102331643B1 (en) | 2015-02-17 | 2021-11-30 | 엘지전자 주식회사 | Scanning micromirror |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002116402A (en) | 2002-04-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPS60107017A (en) | light deflection element | |
KR100908120B1 (en) | Electromagnetic micro actuator | |
JP2657769B2 (en) | Planar type galvanometer mirror having displacement detection function and method of manufacturing the same | |
US8456727B2 (en) | Actuator device for optical deflector | |
US11099379B2 (en) | Reflective device | |
US6256134B1 (en) | Microelectromechanical devices including rotating plates and related methods | |
JP3926552B2 (en) | Actuator | |
US7684102B2 (en) | Oscillator device and image forming apparatus using the same | |
JP2005326620A (en) | Micro mirror element | |
JP3970066B2 (en) | Optical deflector and electromagnetic actuator | |
EP1300890B1 (en) | Thin film piezoelectric element and manufacturing method, and actuator unit using the same | |
WO2002079853A1 (en) | Electrostatically actuated micro-electro-mechanical devices and method of manufacture | |
US20070089973A1 (en) | Actuator | |
JP2000330067A (en) | Torsional oscillation body | |
JP4260470B2 (en) | Planar actuator | |
CN100424539C (en) | Micro-moving components and optical switching devices | |
JP2002267996A (en) | Optical scanner and its manufacturing method | |
JP4526676B2 (en) | Optical deflection element and manufacturing method thereof | |
JP4458704B2 (en) | Planar type galvano device and manufacturing method thereof | |
JP2003195204A (en) | Light deflector and light deflector array | |
JP2012027337A (en) | Mems optical scanner | |
JP4376679B2 (en) | Planar actuator manufacturing method | |
KR100706319B1 (en) | Scanning Micromirror Manufacturing Method | |
JP4366778B2 (en) | Manufacturing method of micro mirror | |
KR100492772B1 (en) | Scaning mirror with 2 degrees of freedom and manufacturing method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20040319 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040602 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070920 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20070920 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100316 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100316 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100511 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100601 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100602 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130611 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |