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JP6064839B2 - MEMS equipment - Google Patents

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JP6064839B2
JP6064839B2 JP2013174660A JP2013174660A JP6064839B2 JP 6064839 B2 JP6064839 B2 JP 6064839B2 JP 2013174660 A JP2013174660 A JP 2013174660A JP 2013174660 A JP2013174660 A JP 2013174660A JP 6064839 B2 JP6064839 B2 JP 6064839B2
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香苗 村田
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徳夫 藤塚
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敬一 島岡
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Description

本明細書は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)装置に関する。   The present specification relates to a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) apparatus.

基板と、基板に対して相対的に傾動可能な可動部を備えるMEMS装置が知られている。このようなMEMS装置は、例えば光偏向装置として応用される。この種の光偏向装置では、可動部にミラーを固定し、可動部を基板に対して傾動させることで、ミラーの角度を調整する。   2. Description of the Related Art A MEMS device including a substrate and a movable portion that can be tilted relative to the substrate is known. Such a MEMS device is applied as an optical deflection device, for example. In this type of optical deflection apparatus, the mirror is fixed to the movable part, and the angle of the mirror is adjusted by tilting the movable part with respect to the substrate.

例えば、光偏向装置として用いられるMEMS装置においては、可動部は、機械的信頼性が高い等の特性を有することが好ましく、ミラーは、反射率が高い等の特性を有することが好ましい。それぞれ要求される特性が相違するため、可動部とミラーとは、それぞれに要求される特性に応じて別の材料で形成され、互いに固定されることが好ましい。特許文献1では、半導体基板と、無機膜と、有機膜とをこの順序で積層したMEMS装置が記載されている。ここで、有機膜は、無機膜の貫通部を通して半導体基板まで伸びており、無機膜の半導体基板側の面に係止するように、貫通部よりも平面方向に突出した係止部を有している。   For example, in a MEMS device used as an optical deflecting device, the movable part preferably has characteristics such as high mechanical reliability, and the mirror preferably has characteristics such as high reflectance. Since the required characteristics are different from each other, it is preferable that the movable portion and the mirror are formed of different materials and fixed to each other according to the required characteristics. Patent Document 1 describes a MEMS device in which a semiconductor substrate, an inorganic film, and an organic film are stacked in this order. Here, the organic film extends to the semiconductor substrate through the penetrating portion of the inorganic film, and has a locking portion that protrudes in the planar direction from the penetrating portion so as to be locked to the surface of the inorganic film on the semiconductor substrate side. ing.

特開2004−130442号公報JP 2004-130442 A

特許文献1では、MEMS装置が高温下に晒された場合等に、有機膜の貫通部を通過する部分や係止部が膨張することによって、無機膜や半導体基板に大きな熱応力が発生する。この応力発生は、MEMS装置の特性変動や、破壊の原因となり得る。   In Patent Document 1, when the MEMS device is exposed to a high temperature or the like, a large thermal stress is generated in the inorganic film or the semiconductor substrate due to expansion of the portion that passes through the through portion of the organic film or the locking portion. This stress generation may cause a characteristic variation of the MEMS device or a breakdown.

本明細書が開示するMEMS装置は、基板と、基板の上方に配置され、基板に対して相対的に傾動可能な可動部と、基板に対して可動部を傾動可能に支持する支持梁と、可動部の上方に配置された光反射膜と、可動部と光反射膜とを上下方向に離間して接続する支柱と、可動部を傾動させるトルクを発生するトルク発生機構と、を備えている。このMEMS装置では、可動部は、その上面から下面まで貫通する貫通孔を有している。支柱は、上下方向に貫通孔を貫通するとともに可動部の下面に沿って貫通孔よりも横方向に突出して可動部に係止しており、かつ、少なくとも貫通孔を貫通する部分において中空である。   A MEMS device disclosed in the present specification includes a substrate, a movable portion that is disposed above the substrate and can be tilted relative to the substrate, and a support beam that tiltably supports the movable portion with respect to the substrate, A light reflecting film disposed above the movable part; a support that connects the movable part and the light reflecting film apart in the vertical direction; and a torque generation mechanism that generates torque for tilting the movable part. . In this MEMS device, the movable part has a through-hole penetrating from the upper surface to the lower surface. The support column penetrates the through-hole in the vertical direction, protrudes laterally from the through-hole along the lower surface of the movable part and is locked to the movable part, and is hollow at least in a part penetrating the through-hole. .

上記のMEMS装置では、支柱は、上下方向に貫通孔を貫通するとともに可動部の下面において貫通孔よりも横方向に突出して可動部に係止している。このため、支柱を介して光反射膜と可動部とを確実に固定することができる。さらに、支柱は、少なくとも貫通孔を通過する部分において中空である。このため、MEMS装置が高温下に晒された場合等に、支柱が膨張した場合であっても、中空部分によって熱応力が緩和され、MEMS装置に大きな熱応力が発生することを抑制できる。上記のMEMS装置によれば、光反射膜と可動部とを確実に固定することと、MEMS装置の特性変動や、破壊の原因となり得る熱応力の発生を抑制することとを両立できる。   In the MEMS device described above, the support column penetrates the through hole in the vertical direction and protrudes in the lateral direction from the through hole on the lower surface of the movable part to be locked to the movable part. For this reason, a light reflection film and a movable part can be reliably fixed via a support | pillar. Furthermore, the support column is hollow at least in a portion passing through the through hole. For this reason, even when the column expands when the MEMS device is exposed to a high temperature or the like, the thermal stress is relaxed by the hollow portion, and generation of a large thermal stress in the MEMS device can be suppressed. According to the MEMS device described above, it is possible to achieve both the fixing of the light reflecting film and the movable portion with certainty and the suppression of the occurrence of thermal stress that can cause the characteristic variation of the MEMS device and the destruction.

光反射膜は、支柱の上方において平坦であってもよい。支柱の上方が開孔することなく、その上方に位置する光反射膜が平坦であるため、MEMS装置の平面積当たりの光反射膜の割合(開口率)を向上させることができる。   The light reflecting film may be flat above the support column. Since the upper part of the support pillar is not opened and the light reflecting film positioned above the support pillar is flat, the ratio (opening ratio) of the light reflecting film per plane area of the MEMS device can be improved.

トルク発生機構は、基板上に形成された固定電極を有しており、可動部は、可動電極を有していてもよい。この場合、支柱は、固定電極の垂直上方とならない位置に配置されていることが好ましい。これによって、可動部の可動電極を固定電極の垂直上方となる位置に配置することができ、トルク発生機構によって、効率よく可動部を傾動させることが可能となる。   The torque generating mechanism may have a fixed electrode formed on the substrate, and the movable part may have a movable electrode. In this case, it is preferable that the support column is disposed at a position not vertically above the fixed electrode. Accordingly, the movable electrode of the movable part can be disposed at a position vertically above the fixed electrode, and the movable part can be efficiently tilted by the torque generation mechanism.

上記のMEMS装置では、支柱は、可動部の上面側で貫通孔よりも横方向に突出していてもよい。支柱が可動部の上面にも係止するため、支柱を介して光反射膜と可動部とをより確実に固定することができる。   In the MEMS device described above, the support column may protrude laterally from the through hole on the upper surface side of the movable part. Since the support is also locked to the upper surface of the movable part, the light reflecting film and the movable part can be more reliably fixed via the support.

本明細書が開示する技術によれば、光反射膜と可動部とを確実に固定することと、MEMS装置の特性変動や、破壊の原因となり得る熱応力の発生を抑制することとを両立できる。   According to the technology disclosed in the present specification, it is possible to achieve both the fixing of the light reflecting film and the movable part surely and the suppression of the occurrence of thermal stress that may cause the characteristic variation of the MEMS device and the breakdown. .

光偏向装置10の構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a configuration of an optical deflecting device 10. FIG. 光偏向装置10のII−II線断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the light deflection apparatus 10 taken along the line II-II. 光偏向装置10の一部の構成を示す斜視図である。2 is a perspective view showing a configuration of a part of the light deflection apparatus 10. FIG. 光偏向装置10の製造方法を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a method for manufacturing the optical deflection apparatus 10. 光偏向装置10の製造方法を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a method for manufacturing the optical deflection apparatus 10. 光偏向装置10の製造方法を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a method for manufacturing the optical deflection apparatus 10. 光偏向装置10の製造方法を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a method for manufacturing the optical deflection apparatus 10. 光偏向装置10の製造方法を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a method for manufacturing the optical deflection apparatus 10. 光偏向装置10の製造方法を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a method for manufacturing the optical deflection apparatus 10. 光偏向装置10の製造方法を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a method for manufacturing the optical deflection apparatus 10. 光偏向装置20の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the light deflection apparatus 20. 光偏向装置20の一部の構成を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of a part of the light deflection apparatus 20. 光偏向装置20の製造方法を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a method for manufacturing the optical deflection apparatus 20. 光偏向装置20の製造方法を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a method for manufacturing the optical deflection apparatus 20. 光偏向装置20の製造方法を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a method for manufacturing the optical deflection apparatus 20. 光偏向装置20の製造方法を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a method for manufacturing the optical deflection apparatus 20. 光偏向装置20の製造方法を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a method for manufacturing the optical deflection apparatus 20. 光偏向装置20の製造方法を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a method for manufacturing the optical deflection apparatus 20. 光偏向装置20の製造方法を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a method for manufacturing the optical deflection apparatus 20.

以下では図1−図3を参照しながら、実施例に係るMEMS装置である光偏向装置10について説明する。光偏向装置10は、下部基板101と、上部基板102と、可動部121と、支持梁123a,123bと、光反射膜131と、支柱140と、トルク発生機構とを備えている。図示していないが、可動部121は、その内部に可動電極を有している。上部基板102の上面に、固定電極105a,105bが配置されている。可動電極と固定電極105a,105bは、トルク発生機構の一部である。   Hereinafter, an optical deflecting device 10 that is a MEMS device according to an embodiment will be described with reference to FIGS. The light deflection apparatus 10 includes a lower substrate 101, an upper substrate 102, a movable portion 121, support beams 123a and 123b, a light reflecting film 131, a support 140, and a torque generation mechanism. Although not shown, the movable part 121 has a movable electrode inside. Fixed electrodes 105 a and 105 b are disposed on the upper surface of the upper substrate 102. The movable electrode and the fixed electrodes 105a and 105b are part of the torque generation mechanism.

下部基板101の上面(z軸の正方向の面)に上部基板102が積層されている。上部基板102は、その上面にx方向およびy方向に四辺を有する四角形状の枠113を有している。枠113は、そのx方向の中央位置に、x軸に対して対称に配置された、円部113a,113bを有している。円部113a,113bは、枠113の中央に向かって略半円形に突出している。上部基板102は、さらに、円部113a,113bから、上方(z軸の正方向)に伸びる円柱部125a,125bを有している。円柱部125a,125bは、それぞれ、その下面において円部113a,113bの上面と接合し、その上面において支持梁123a,123bの下面に接合している。   The upper substrate 102 is laminated on the upper surface (surface in the positive z-axis direction) of the lower substrate 101. The upper substrate 102 has a quadrangular frame 113 having four sides in the x direction and the y direction on the upper surface thereof. The frame 113 has circular portions 113a and 113b arranged symmetrically with respect to the x axis at the center position in the x direction. The circular portions 113 a and 113 b protrude in a substantially semicircular shape toward the center of the frame 113. The upper substrate 102 further has cylindrical portions 125a and 125b extending upward (in the positive z-axis direction) from the circular portions 113a and 113b. The cylindrical portions 125a and 125b are joined to the upper surfaces of the circular portions 113a and 113b on the lower surfaces thereof, and are joined to the lower surfaces of the support beams 123a and 123b on the upper surfaces thereof.

可動部121は、x軸およびy軸に対して対称な略H形状を有しており、そのx方向およびy方向の中央位置に、略正方形状に上下方向に貫通する貫通孔126を有している。支持梁123a,123bは、それぞれ、円柱部125a,125bから可動部121の中央に向かってy軸方向に沿って伸びており、可動部121に連結している。支持梁123a,123bは、同一形状であり、互いにx軸に対して対称となる位置に配置されている。可動部121は、支持梁123a,123bによって、y軸に平行な傾動軸周りに傾動可能に支持されている。固定電極105a,105bは、可動部121の下方において、互いに傾動軸に対して対称となる位置に配置されている。固定電極105a,105bのいずれか一方と、可動電極との間に静電引力が発生するように、固定電極105a,105bおよび可動電極に電位を与えることによって、基板(下部基板101および上部基板102)に対して可動部121を傾動させることができる。   The movable portion 121 has a substantially H shape that is symmetric with respect to the x-axis and the y-axis, and has a through-hole 126 that penetrates vertically in a substantially square shape at the center position in the x-direction and y-direction. ing. The support beams 123 a and 123 b extend from the cylindrical portions 125 a and 125 b toward the center of the movable portion 121 along the y-axis direction, and are connected to the movable portion 121. The support beams 123a and 123b have the same shape and are arranged at positions symmetrical to each other with respect to the x axis. The movable portion 121 is supported by support beams 123a and 123b so as to be tiltable about a tilt axis parallel to the y-axis. The fixed electrodes 105a and 105b are disposed below the movable portion 121 at positions that are symmetrical with respect to the tilt axis. By applying a potential to the fixed electrodes 105a and 105b and the movable electrode so that an electrostatic attractive force is generated between any one of the fixed electrodes 105a and 105b and the movable electrode, the substrate (the lower substrate 101 and the upper substrate 102). ) With respect to the movable portion 121.

光反射膜131の上面はミラーとなっており、光を反射することができる。光反射膜131の下面に支柱140が接合している。図3に示すように、支柱140は、それぞれ略角柱形状の上部141および下部142を有している。図2に示すように、支柱140は、その上部141の下端部が可動部121の貫通孔126を貫通し、その下部142が可動部121の下面に沿って横方向(x方向およびy方向)に突出した状態で形成される。図2に示すように、貫通孔126のx方向およびy方向の幅はD1であり(図2ではy方向の幅のみ示しているが、x方向の幅もD1である)、下部142の下端部の幅はD2である(図2ではy方向の幅のみ示しているが、x方向の幅もD2である)。貫通孔126を貫通する上部141の下端部のx方向およびy方向の幅も、概ねD1に等しい。幅D2は、幅D1より大きい(D2>D1)。また、上部141は、貫通孔126を通過する部分が最も幅が狭くなっている。すなわち、上部141は、可動部121の上面側においても、貫通孔126よりも横方向に突出している。   The upper surface of the light reflecting film 131 is a mirror and can reflect light. A column 140 is bonded to the lower surface of the light reflecting film 131. As shown in FIG. 3, the column 140 has an upper portion 141 and a lower portion 142 each having a substantially prismatic shape. As shown in FIG. 2, in the support column 140, the lower end portion of the upper portion 141 passes through the through hole 126 of the movable portion 121, and the lower portion 142 is laterally extended along the lower surface of the movable portion 121 (x direction and y direction). Formed in a protruding state. As shown in FIG. 2, the width of the through-hole 126 in the x direction and the y direction is D1 (only the width in the y direction is shown in FIG. 2, but the width in the x direction is also D1). The width of the part is D2 (in FIG. 2, only the width in the y direction is shown, but the width in the x direction is also D2). The width in the x direction and the y direction of the lower end portion of the upper portion 141 that penetrates the through hole 126 is also substantially equal to D1. The width D2 is larger than the width D1 (D2> D1). Further, the width of the upper portion 141 is narrowest at the portion passing through the through hole 126. That is, the upper portion 141 protrudes laterally from the through hole 126 also on the upper surface side of the movable portion 121.

支柱140が、上下方向に貫通孔126を貫通するとともに可動部126の下面に沿って貫通孔126よりも横方向に突出して可動部121に係止することによって、支柱140を介して光反射膜131と可動部121とが固定される。支柱140を介して、光反射膜131は、可動部121の上方に、可動部121から離間して接続される。トルク発生機構によって、可動部121を傾動軸の周りに傾動させることによって、光反射膜131を基板(下部基板101および上部基板102)に対して傾動させることができる。支柱140は、中空143を有している。中空143は、上部141の貫通孔126を貫通する部分よりも上方から、下部142の下端まで伸びている。支柱140は、下方が開孔している。支柱140の上面は、平坦な面であり、光反射膜131の下面に接合している。光反射膜131は、支柱140の上方において平坦である。また、支柱140は、固定電極105a,105bの垂直上方とならない位置に配置されている。   The support column 140 penetrates the through hole 126 in the vertical direction and protrudes laterally from the through hole 126 along the lower surface of the movable portion 126 so as to be locked to the movable portion 121, thereby allowing the light reflecting film to pass through the support column 140. 131 and the movable part 121 are fixed. The light reflecting film 131 is connected to the upper part of the movable part 121 so as to be separated from the movable part 121 via the support column 140. The light reflecting film 131 can be tilted with respect to the substrates (the lower substrate 101 and the upper substrate 102) by tilting the movable portion 121 around the tilt axis by the torque generation mechanism. The support column 140 has a hollow 143. The hollow 143 extends from above the portion of the upper portion 141 penetrating the through hole 126 to the lower end of the lower portion 142. The support 140 is open at the bottom. The upper surface of the support 140 is a flat surface and is bonded to the lower surface of the light reflecting film 131. The light reflecting film 131 is flat above the support 140. Moreover, the support | pillar 140 is arrange | positioned in the position which does not become the perpendicular | vertical upper direction of fixed electrode 105a, 105b.

上記のとおり、光偏向装置10では、支柱140は、上下方向に貫通孔126を貫通するとともに可動部121の下面において貫通孔126よりも横方向に突出して可動部121に係止している。このため、支柱140を介して光反射膜131と可動部121とを確実に固定することができる。さらに、支柱140は、少なくとも貫通孔126を通過する部分に中空143を有している。このため、光偏向装置10が高温下に晒された場合等に、支柱140が膨張した場合であっても、中空143に向かって変形することで熱応力が緩和され、光偏向装置10に大きな熱応力が発生することを抑制できる。光偏向装置10によれば、光反射膜131と可動部121とを確実に固定することと、光偏向装置10の特性変動や、破壊の原因となり得る熱応力の発生を抑制することとを両立できる。   As described above, in the optical deflecting device 10, the support column 140 penetrates the through hole 126 in the vertical direction and protrudes laterally from the through hole 126 on the lower surface of the movable portion 121 and is locked to the movable portion 121. For this reason, the light reflecting film 131 and the movable part 121 can be reliably fixed via the support column 140. Further, the support column 140 has a hollow 143 at least in a portion that passes through the through hole 126. For this reason, even when the optical deflecting device 10 is exposed to a high temperature or the like, even if the support column 140 expands, the thermal stress is relieved by deformation toward the hollow 143, and the optical deflecting device 10 is greatly affected. Generation of thermal stress can be suppressed. According to the optical deflecting device 10, both the light reflecting film 131 and the movable portion 121 are securely fixed and the characteristic variation of the optical deflecting device 10 and the generation of thermal stress that can cause destruction are both achieved. it can.

また、光偏向装置10では、支柱140は、可動部121の上面側で貫通孔126よりも横方向に突出している。支柱140が可動部121の上面にも係止するため、支柱140を介して光反射膜131と可動部121とをより確実に固定することができる。   Further, in the optical deflecting device 10, the support column 140 protrudes laterally from the through hole 126 on the upper surface side of the movable portion 121. Since the support 140 is also locked to the upper surface of the movable portion 121, the light reflecting film 131 and the movable portion 121 can be more reliably fixed via the support 140.

また、光偏向装置10では、支柱140は、その下部142が可動部121の下面よりも下方に突出している。このため、光偏向装置10が振動し、可動部121が下方に沈み込んだ場合に、支柱140が上部基板102、固定電極105a,105b等の下方の構成と当接し、スティッキングを防止することができる。   Further, in the optical deflecting device 10, the lower portion 142 of the column 140 protrudes downward from the lower surface of the movable portion 121. For this reason, when the optical deflecting device 10 vibrates and the movable part 121 sinks downward, the support column 140 comes into contact with the lower structure of the upper substrate 102, the fixed electrodes 105a and 105b, etc., thereby preventing sticking. it can.

また、光偏向装置10では、支柱140は、その上方が開孔することなく、その上方に位置する光反射膜131が平坦である。このため、光偏向装置10の面積当たりの光反射膜131の割合(開口率)を向上させることができる。   Further, in the light deflecting device 10, the support 140 has a flat light reflection film 131 positioned above the support 140 without opening up the support 140. For this reason, the ratio (aperture ratio) of the light reflection film 131 per area of the light deflection apparatus 10 can be improved.

また、光偏向装置10では、支柱140は、固定電極105a,105bの垂直上方とならない位置に配置されている。このため、可動部121の可動電極を固定電極105a,105bの垂直上方となる位置に配置することができ、トルク発生機構によって、効率よく可動部121を傾動させることが可能となる。   Further, in the optical deflecting device 10, the support column 140 is disposed at a position that is not vertically above the fixed electrodes 105a and 105b. For this reason, the movable electrode of the movable portion 121 can be disposed at a position vertically above the fixed electrodes 105a and 105b, and the movable portion 121 can be efficiently tilted by the torque generation mechanism.

光偏向装置10の製造方法を説明する。光偏向装置10は、半導体の製造において一般に用いられる、スパッタリング、パターンエッチング、CVD等の技術を利用して製造することができるため、パターンエッチング、CVD等の具体的な手順についての詳細な説明は省略する。   A method for manufacturing the optical deflection apparatus 10 will be described. Since the optical deflecting device 10 can be manufactured using techniques such as sputtering, pattern etching, and CVD, which are generally used in the manufacture of semiconductors, a detailed description of specific procedures such as pattern etching and CVD is as follows. Omitted.

まず、図4に示すように、基板40を準備する。基板40は、SOI基板であり、この順序で積層された、Siを材料とするハンドル層490と、SiOを材料とするBox層480と、Siを材料とする活性層420を含んでいる。 First, as shown in FIG. 4, a substrate 40 is prepared. The substrate 40 is an SOI substrate, and includes a handle layer 490 made of Si, a Box layer 480 made of SiO 2 and an active layer 420 made of Si, which are stacked in this order.

次に、図5に示すように、異方性エッチングを行い、活性層420を可動部121の形状に合わせてパターニングする。活性層420は、可動部121となる層であり、孔426は、貫通孔126となる孔である。さらに、Box層480に等方性エッチングを行い、孔486を形成する。孔486は、孔426よりもx方向およびy方向に大きい。後述するように、支柱140の上部141は、孔486を型として形成される。孔486は、上部141の形状に応じて設計される。   Next, as shown in FIG. 5, anisotropic etching is performed to pattern the active layer 420 according to the shape of the movable portion 121. The active layer 420 is a layer that becomes the movable portion 121, and the hole 426 is a hole that becomes the through hole 126. Further, isotropic etching is performed on the Box layer 480 to form a hole 486. The hole 486 is larger in the x and y directions than the hole 426. As will be described later, the upper portion 141 of the column 140 is formed using the hole 486 as a mold. The hole 486 is designed according to the shape of the upper portion 141.

次に、図6に示すように、孔426および孔486の内壁面および孔426の周囲の活性層420上にAl(アルミニウム)層440を形成する。Al層440は、図5に示す基板40上にアルミニウム膜を形成した後、孔426および孔486の内壁面および孔426の周囲を残してアルミニウム膜を除去して形成できる。アルミニウム膜は、スパッタリング等によって形成することができる。Al層440は、支柱140となる層であり、その形状に沿って、パターニングされる。孔426,486の大きさ(すなわち、支柱140と貫通孔126の大きさ)と、基板40上に形成するアルミニウム膜の厚みとを調整することで、Al層440が中空を有するようにすることができる。また、孔426,486を型として支柱140となるAl層440が形成されるため、可動部121と支柱140とを確実に固定することができる。   Next, as shown in FIG. 6, an Al (aluminum) layer 440 is formed on the inner wall surfaces of the holes 426 and 486 and the active layer 420 around the holes 426. The Al layer 440 can be formed by forming an aluminum film on the substrate 40 shown in FIG. 5 and then removing the aluminum film leaving the inner wall surfaces of the holes 426 and 486 and the periphery of the holes 426. The aluminum film can be formed by sputtering or the like. The Al layer 440 is a layer that becomes the support column 140 and is patterned along its shape. The Al layer 440 is made hollow by adjusting the size of the holes 426 and 486 (that is, the size of the support column 140 and the through hole 126) and the thickness of the aluminum film formed on the substrate 40. Can do. In addition, since the Al layer 440 serving as the support column 140 is formed using the holes 426 and 486 as a mold, the movable portion 121 and the support column 140 can be securely fixed.

次に、図7に示すように、活性層420上の一部に、1対の円柱425a,425bを接合する。円柱425a,425bは、アルミニウムを材料としており、円柱部125a,125bとなる。   Next, as shown in FIG. 7, a pair of cylinders 425 a and 425 b are joined to part of the active layer 420. The cylinders 425a and 425b are made of aluminum and become cylinder parts 125a and 125b.

次に、図8に示すように、基板40の上下を反転させ、基板42上に接合する。基板42は、Siを材料とする基板層401(下部基板101となる)と、Siを材料とする基板層402(上部基板102の一部となる)と、アルミニウムを材料とする円部413a,413b(円部113a,113b)を含む枠(枠113となる)と、1対の電極(固定電極105a,105bとなる)を含んでいる。枠および電極は、基板層402の上面にアルミニウム膜を形成した後、それぞれの形状にパターニングすることによって形成できる。円柱425a,425bの下面(z軸の負方向の面)は、それぞれ、円部413a,413bの上面(z軸の正方向の面)に接合される。   Next, as shown in FIG. 8, the substrate 40 is turned upside down and bonded onto the substrate 42. The substrate 42 includes a substrate layer 401 made of Si (becomes the lower substrate 101), a substrate layer 402 made of Si (being part of the upper substrate 102), and a circular portion 413a made of aluminum. A frame including 413b (circular portions 113a and 113b) (becomes the frame 113) and a pair of electrodes (becomes fixed electrodes 105a and 105b) are included. The frame and the electrode can be formed by forming an aluminum film on the upper surface of the substrate layer 402 and then patterning the aluminum film. The lower surfaces (surfaces in the negative direction of the z axis) of the cylinders 425a and 425b are joined to the upper surfaces (surfaces in the positive direction of the z axis) of the circular portions 413a and 413b, respectively.

次に、図9に示すように、エッチング等によってハンドル層490を除去し、Box層480およびAl層440の上面(z軸の正方向の面)に、アルミニウムを材料とする光反射膜430(光反射膜131となる)を形成する。Al層440と光反射膜430は共にアルミニウムを材料とするため、支柱140と光反射膜131とを確実に接合することができる。   Next, as shown in FIG. 9, the handle layer 490 is removed by etching or the like, and the light reflecting film 430 made of aluminum as a material is formed on the upper surfaces (surfaces in the positive z-axis direction) of the Box layer 480 and the Al layer 440. A light reflecting film 131). Since both the Al layer 440 and the light reflection film 430 are made of aluminum, the support column 140 and the light reflection film 131 can be reliably bonded.

次に、図10に示すように、Box層480をエッチングによって除去する。これによって、光偏向装置10を製造することができる。   Next, as shown in FIG. 10, the Box layer 480 is removed by etching. Thereby, the optical deflection apparatus 10 can be manufactured.

図11に、実施例2に係る光偏向装置20を示す。光偏向装置20は、図11,12に示すように、支柱240および光反射膜231の形状において、光偏向装置10と相違している。   FIG. 11 shows an optical deflecting device 20 according to the second embodiment. As shown in FIGS. 11 and 12, the optical deflecting device 20 is different from the optical deflecting device 10 in the shapes of the support column 240 and the light reflecting film 231.

支柱240は、それぞれ略角柱形状の上部241および下部242を有している。図11に示すように、支柱240は、その上部241の下端部が可動部221の貫通孔226を貫通するように挿入され、その下部242が可動部221の下面に沿って横方向(x方向およびy方向)に突出した状態で形成される。図11に示すように、貫通孔226のx方向およびy方向の幅はD1であり(図11ではy方向の幅のみ示しているが、x方向の幅もD1である)、下部241の下端部の幅はD2である(図11ではy方向の幅のみ示しているが、x方向の幅もD2である)。貫通孔226を貫通する上部241の下端部x方向およびy方向の幅も、概ねD1に等しい。幅D2は、幅D1より大きい(D2>D1)。また、上部241は、貫通孔226を通過する部分が最も幅が狭くなっている。すなわち、上部241は、可動部221の上面側においても、貫通孔226よりも横方向に突出している。支柱240が、上下方向に貫通孔226を貫通するとともに可動部226の下面に沿って貫通孔226よりも横方向に突出して可動部221に係止することによって、支柱240を介して光反射膜231と可動部221とが固定される。支柱240を介して、光反射膜231は、可動部221の上方に、可動部221から離間して接続される。支柱240は、その下面が平坦な閉塞面であり、上面側が開孔している。支柱240は、中空243を有している。中空243は、下部242の可動部221に近い側から上部241の上端まで伸びている。光反射膜231のミラー面は、支柱240の上方において開孔している。光偏向装置20のその他の構成は、光偏向装置10と同様であるため、光偏向装置10の100番台の参照番号を200番台に読み替えることで、説明を省略する。また、光偏向装置20は、光偏向装置10と同様に、固定電極105a,105b等のトルク発生機構を含む。   Each support column 240 has a substantially prismatic upper portion 241 and a lower portion 242. As shown in FIG. 11, the support column 240 is inserted so that the lower end portion of the upper portion 241 penetrates the through hole 226 of the movable portion 221, and the lower portion 242 extends in the lateral direction (x direction) along the lower surface of the movable portion 221. And y direction). As shown in FIG. 11, the width of the through hole 226 in the x direction and the y direction is D1 (only the width in the y direction is shown in FIG. 11, but the width in the x direction is also D1), and the lower end of the lower portion 241 The width of the part is D2 (in FIG. 11, only the width in the y direction is shown, but the width in the x direction is also D2). The widths in the lower end x direction and the y direction of the upper part 241 that penetrates the through hole 226 are also substantially equal to D1. The width D2 is larger than the width D1 (D2> D1). Further, the width of the upper portion 241 is narrowest at the portion passing through the through hole 226. That is, the upper part 241 protrudes in the lateral direction from the through hole 226 also on the upper surface side of the movable part 221. The support column 240 passes through the through-hole 226 in the vertical direction and protrudes laterally from the through-hole 226 along the lower surface of the movable portion 226 so as to be locked to the movable portion 221. 231 and the movable part 221 are fixed. The light reflecting film 231 is connected to the upper part of the movable part 221 so as to be separated from the movable part 221 via the support column 240. The support column 240 is a closed surface with a flat bottom surface, and the top surface is open. The support column 240 has a hollow 243. The hollow 243 extends from the side of the lower part 242 close to the movable part 221 to the upper end of the upper part 241. The mirror surface of the light reflecting film 231 is opened above the support column 240. Since the other configuration of the optical deflecting device 20 is the same as that of the optical deflecting device 10, the description thereof is omitted by replacing the reference numbers in the 100s of the optical deflecting device 10 with the 200s. Similarly to the optical deflection apparatus 10, the optical deflection apparatus 20 includes a torque generation mechanism such as fixed electrodes 105a and 105b.

光偏向装置20によっても、光偏向装置10と同様に、光反射膜231と可動部221とを確実に固定することと、光偏向装置20の特性変動や、破壊の原因となり得る熱応力の発生を抑制することとを両立する等の効果を得ることができる。   Similarly to the optical deflection apparatus 10, the optical deflection apparatus 20 also securely fixes the light reflecting film 231 and the movable portion 221, generates fluctuations in characteristics of the optical deflection apparatus 20, and generates thermal stress that can cause destruction. It is possible to obtain an effect such as achieving both suppression.

光偏向装置20の製造方法を説明する。実施例1と同様に、光偏向装置20は、半導体の製造において一般に用いられるパターンエッチング等の具体的な手順についての詳細な説明は省略する。   A method for manufacturing the optical deflector 20 will be described. As in the first embodiment, the optical deflecting device 20 omits a detailed description of a specific procedure such as pattern etching generally used in semiconductor manufacturing.

まず、図13に示すように、基板50を準備する。基板50は、SOI基板であり、この順序で積層された、Siを材料とするハンドル層590と、SiOを材料とするBox層580と、Siを材料とする活性層520を含んでいる。 First, as shown in FIG. 13, a substrate 50 is prepared. The substrate 50 is an SOI substrate, and includes a handle layer 590 made of Si, a Box layer 580 made of SiO 2 , and an active layer 520 made of Si, which are stacked in this order.

次に、図14に示すように、異方性エッチングを行い、活性層520を可動部221の形状に合わせてパターニングする。但し、この段階では貫通孔226となる孔は形成しない。   Next, as shown in FIG. 14, anisotropic etching is performed to pattern the active layer 520 according to the shape of the movable portion 221. However, a hole to be the through hole 226 is not formed at this stage.

次に、図14に示す基板520の上面(z軸の負方向の面)に、CVD等によって、SiOを材料とする絶縁層582を形成する。次に、絶縁層582をパターンエッチングして孔を形成し、絶縁層582の孔にアルミニウムを充填して、円柱525a,525bを形成する。絶縁層582の孔は、円柱225a,225bの外形に応じて設計され、円柱525a,525bは、光偏向装置20の円柱225a,225bとなる。 Next, an insulating layer 582 made of SiO 2 is formed by CVD or the like on the upper surface (surface in the negative z-axis direction) of the substrate 520 shown in FIG. Next, the insulating layer 582 is pattern-etched to form holes, and the holes in the insulating layer 582 are filled with aluminum to form the cylinders 525a and 525b. The holes of the insulating layer 582 are designed according to the outer shape of the cylinders 225a and 225b, and the cylinders 525a and 525b become the cylinders 225a and 225b of the light deflector 20.

次に、図16に示すように、基板50の上下を反転させ、基板52上に接合する。基板52は、Siを材料とする基板層501(下部基板201となる)と、Siを材料とする基板層502(上部基板202の一部となる)と、アルミニウムを材料とする円部513a,513b(円部213a,213bとなる)を含む枠と、1対の電極(固定電極となる)を含んでいる。枠および電極は、基板層502の表面にアルミニウム膜を形成した後、それぞれの形状にパターニングすることによって形成できる。円柱525a,525bの下面(z軸の負方向の面)は、それぞれ、円部513a,513bの上面(z軸の正方向の面)に接合される。   Next, as shown in FIG. 16, the substrate 50 is turned upside down and bonded onto the substrate 52. The substrate 52 includes a substrate layer 501 made of Si (becomes the lower substrate 201), a substrate layer 502 made of Si (becomes a part of the upper substrate 202), and a circular portion 513a made of aluminum. A frame including 513b (becomes circular portions 213a and 213b) and a pair of electrodes (becomes fixed electrodes) are included. The frame and the electrode can be formed by forming an aluminum film on the surface of the substrate layer 502 and then patterning the aluminum film. The lower surfaces (surfaces in the negative direction of the z axis) of the cylinders 525a and 525b are joined to the upper surfaces (surfaces in the positive direction of the z axis) of the circular portions 513a and 513b, respectively.

次に、図17に示すように、エッチング等によってハンドル層590を除去する。次に、さらに、Box層580の等方性エッチング、活性層520の異方性エッチング、絶縁層582の等方性エッチングを行って、孔586を形成する。後述するように、支柱240は、孔586を型として形成される。孔586は、支柱240の形状および大きさに応じて設計される。孔586の活性層520における形状および大きさは、貫通孔226の形状および大きさに応じて設計される。   Next, as shown in FIG. 17, the handle layer 590 is removed by etching or the like. Next, isotropic etching of the Box layer 580, anisotropic etching of the active layer 520, and isotropic etching of the insulating layer 582 are performed to form the holes 586. As will be described later, the support column 240 is formed using the hole 586 as a mold. The hole 586 is designed according to the shape and size of the column 240. The shape and size of the hole 586 in the active layer 520 are designed according to the shape and size of the through hole 226.

次に、図18に示すように、Box層580の上面および孔586の内壁面に沿って、アルミニウムを材料とするAl層530を形成する。Al層530のうち、孔586の壁面に沿って形成された部分540が支柱240となり、Box層580の上面に形成された部分が光反射膜231となる。孔586の大きさ(すなわち、支柱240と貫通孔226の大きさ)とAl層530の厚みを調整することで、Al層540が中空を有するようにすることができる。支柱240と光反射膜231は、Al層530として一体に形成されるため、支柱240と光反射膜231とを確実に固定することができる。また、孔586を型として支柱240となる部分540が形成されるため、可動部221と支柱240とを確実に固定することができる。   Next, as shown in FIG. 18, an Al layer 530 made of aluminum is formed along the upper surface of the Box layer 580 and the inner wall surface of the hole 586. In the Al layer 530, a portion 540 formed along the wall surface of the hole 586 becomes the support column 240, and a portion formed on the upper surface of the Box layer 580 becomes the light reflecting film 231. By adjusting the size of the hole 586 (that is, the size of the support column 240 and the through hole 226) and the thickness of the Al layer 530, the Al layer 540 can be made hollow. Since the support column 240 and the light reflection film 231 are integrally formed as the Al layer 530, the support column 240 and the light reflection film 231 can be securely fixed. Moreover, since the part 540 used as the support | pillar 240 is formed using the hole 586 as a type | mold, the movable part 221 and the support | pillar 240 can be fixed reliably.

次に、図19に示すように、Box層580および絶縁層582をエッチングによって除去する。これによって、光偏向装置20を製造することができる。   Next, as shown in FIG. 19, the Box layer 580 and the insulating layer 582 are removed by etching. Thereby, the light deflection apparatus 20 can be manufactured.

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。   As mentioned above, although the Example of this invention was described in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

10,20:光偏向装置
101,201:下部基板
102,202:上部基板
105a,105b:固定電極
121,221:可動部
123a,123b,223a,223b:支持梁
126,226:貫通孔
131,231:光反射膜
140,240:支柱
10, 20: Optical deflecting device 101, 201: Lower substrate 102, 202: Upper substrate 105a, 105b: Fixed electrodes 121, 221: Movable parts 123a, 123b, 223a, 223b: Support beams 126, 226: Through holes 131, 231 : Light reflecting film 140, 240: Support

Claims (4)

基板と、
基板の上方に配置され、基板に対して相対的に傾動可能な可動部と、
基板に対して可動部を傾動可能に支持する支持梁と、
可動部の上方に配置された光反射膜と、
可動部と光反射膜とを上下方向に離間して接続する支柱と、
可動部を傾動させるトルクを発生するトルク発生機構と、を備えており、
可動部は、その上面から下面まで貫通する貫通孔を有しており、
支柱は、上下方向に貫通孔を貫通するとともに可動部の下面に沿って貫通孔よりも横方向に突出して可動部に係止しており、かつ、少なくとも貫通孔を貫通する部分において中空である、MEMS装置。
A substrate,
A movable part disposed above the substrate and capable of tilting relative to the substrate;
A support beam for tilting the movable part relative to the substrate;
A light reflecting film disposed above the movable part;
A strut that connects the movable part and the light reflecting film apart in the vertical direction;
A torque generating mechanism that generates torque for tilting the movable part,
The movable part has a through-hole penetrating from the upper surface to the lower surface,
The support column penetrates the through-hole in the vertical direction, protrudes laterally from the through-hole along the lower surface of the movable part and is locked to the movable part, and is hollow at least in a part penetrating the through-hole. MEMS device.
光反射膜は、支柱の上方において平坦である、請求項1に記載のMEMS装置。   The MEMS device according to claim 1, wherein the light reflecting film is flat above the support column. トルク発生機構は、基板上に形成された固定電極を有しており、
可動部は、可動電極を有しており、
支柱は、固定電極の垂直上方とならない位置に配置されている、請求項1または2に記載のMEMS装置。
The torque generating mechanism has a fixed electrode formed on the substrate,
The movable part has a movable electrode,
The MEMS device according to claim 1, wherein the support column is disposed at a position not vertically above the fixed electrode.
支柱は、可動部の上面側で貫通孔よりも横方向に突出している、請求項1〜3のいずれか一項に記載のMEMS装置。   The MEMS device according to any one of claims 1 to 3, wherein the support column protrudes laterally from the through hole on the upper surface side of the movable portion.
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