(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンからなる活性層、シリコン酸化膜からなる中間層、シリコンからなる支持基板層の順に張り合わされてなるＳＯＩ基板の上下面を熱酸化してシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜が形成されたＳＯＩ基板の上面側にフォトリソグラフによりコイル、絶縁膜、保護膜の各パターンを積層する工程と、前記ＳＯＩ基板の上面側の可動板及びトーションバー形成部を除いた部分のシリコン酸化膜をドライエッチングにより除去する工程と、前記ＳＯＩ基板の中間層に至る活性層を異方性エッチングにより除去する工程と、異方性エッチングにより露出された中間層をドライエッチングにより除去する工程と、前記ＳＯＩ基板の下面側の可動板及びトーションバー形成部のシリコン酸化膜を除去する工程と、中間層に至る支持基板層を異方性エッチングにより除去する工程と、可動板及びトーションバーの下面に残留する中間層をドライエッチングにより除去する工程と、活性層を露出させた上に反射ミラーを形成する工程を有するガルバノ装置の製造方法において、
前記中間層に至る支持基板層を異方性エッチングにより除去する工程で予め可動板の共振周波数が設定共振周波数より高くなるように形成し、前記可動板及びトーションバーの下面に残留する中間層をドライエッチングにより除去する工程は、中間層をドライエッチングして除去すると共に、可動板及びトーションバーの下面の活性層を、ドライエッチング量を調整して除去することで、可動板の共振周波数を調整する工程を兼ねることを特徴とするガルバノ装置の製造方法。
【請求項２】
シリコンからなる活性層、シリコン酸化膜からなる中間層、シリコンからなる支持基板層の順に張り合わされてなるＳＯＩ基板の上下面を熱酸化してシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜が形成されたＳＯＩ基板の上面側にフォトリソグラフによりコイル、絶縁膜、保護膜の各パターンを積層する工程と、前記ＳＯＩ基板の上面側の可動板及びトーションバー形成部を除いた部分のシリコン酸化膜をドライエッチングにより除去する工程と、前記ＳＯＩ基板の中間層に至る活性層を異方性エッチングにより除去する工程と、異方性エッチングにより露出された中間層をドライエッチングにより除去する工程と、前記ＳＯＩ基板の下面側の可動板及びトーションバー形成部のシリコン酸化膜を除去する工程と、中間層に至る支持基板層を異方性エッチングにより除去する工程と、可動板及びトーションバーの下面に残留する中間層をドライエッチングにより除去する工程と、活性層を露出させた上に金属成膜して反射ミラーを形成する工程を有するガルバノ装置の製造方法において、
前記中間層に至る支持基板層を異方性エッチングにより除去する工程で予め可動板の共振周波数が設定共振周波数より低くなるように形成し、前記反射ミラーを形成する工程は、可動板及びトーションバーの下面の活性層への金属成膜量を調整することで、可動板の共振周波数を調整する工程を兼ねることを特徴とするガルバノ装置の製造方法。
【請求項３】
可動板の共振周波数調整のためのドライエッチングはミラー面側に行われることを特徴とする請求項１に記載のガルバノ装置の製造方法。
【請求項４】
可動板の共振周波数調整のための金属成膜はミラー面側に行われることを特徴とする請求項２に記載のガルバノ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガルバノ装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガルバノ装置は、ガルバノメータの原理を利用したものであり、レーザ光のスキャニングシステム等に使用されているガルバノミラー装置に代表される。ガルバノミラーを小型化するために半導体デバイスの製造プロセスを利用してガルバノミラーを製造する方法が開発されている。特開平７−１７５００５号公報には、プレーナー型ガルバノミラー及びその製造方法が詳細に開示されている。
【０００３】
図１は従来のプレーナ型ガルバノミラーを示す図で、(ａ)は正面断面図、(ｂ)は上面図、(ｃ)は側面断面図である。シリコン基板１に一体形成された可動板２の上面の中央部にはミラー３が形成されており、周縁部には平面コイル４が形成されている。可動板２はシリコン基板１に中抜き状態で形成され、シリコン基板１より一体に形成されたトーションバー５、６により保持されている。共振周波数は、トーションバーとミラー形状により決定される。トーションバーの特性は断面の縦横比・断面積・長さ・材質で決まる。特に断面の縦横比・断面積は重要である。にもかかわらず最も加工条件に左右されやすいため精度が出にくい部位である。ミラー形状はトーションバーより影響度は低いが精度的にはトーションバーと同等で加工される。これらはラップ研磨を用いる機械的周波数調整方法で精度を上げようとすると割れや欠けを生じる可能性が非常に高く信頼性が著しく低下する。シリコン基板１は、ベース基板７の上面に固定された台座８の上面に固定されている。上面図(ｂ)において、シリコン基板上下には永久磁石９、１０が配置され、ベース基板７の周縁部にはヨーク１１が載置されている。ヨーク１１は中抜きにされ角状に形成されたものを複数枚積み重ねる事によって構成している。
【０００４】
可動板２に形成された平面コイル４に通電すると、可動板２はトーションバー５、６を回転中心として揺動回転する。（ｃ）の側面断面図に示すように、可動板２は上下に約２０度回転可能である。ベース基板７を貫通して２本のピン１２が植設されており、ピン１２上面とシリコン基板１に形成されたパターン１ａとをワイヤーボンディングにより接続している。
【０００５】
上記従来技術によるプレーナー型ガルバノミラーが一般的な構成であるが、より反射エリア（ミラー部）を大きくするために、シリコン基板に一体形成された可動板の上面全面にミラーを形成し、下面に平面コイルを形成するタイプのものが考案されている。この構成について、図２に基づいて説明する。
【０００６】
図２は従来のプレーナー型ガルバノミラーの構成を示す正面断面図（ａ）、上面図（ｂ）、及び下面図（ｃ）である。
【０００７】
シリコン基板１３には平板状の可動板１４と該可動板１４をシリコン基板１３に対して基板上下方向に揺動可能に軸支するトーションバー１５、１６とが一体成形されている。前記可動板１４の一方の面に通電により磁界を発生する平面コイル１７を敷設し、もう一方の面にはその全面にミラー１８が設けてある。１９はベース基板で、前記したシリコン基板１３が可動板１４に設けられたミラー１８側を下側（ベース基板側）に向けて直接実装されている。１９ａはベース基板１９に設けられたミラー１８に対応する穴である。２０はワイヤーで、シリコン基板１３に設けられたワイヤー接続パッド２１とベース基板１９に設けられたパターン１９ｂとをワイヤーボンディングにより接続し、シリコン基板１３とベース基板１９の電気的接続を成すものである。
【０００８】
前記ベース基板１９には前記トーションバー１５、１６の軸方向と平行な位置に、可動板１４の対辺に磁界を作用させるための対をなす永久磁石２２、２３が固定され、さらにベース基板１９の周縁部にヨーク２４が載置され、プレーナー型ガルバノミラーが構成されている。
【０００９】
図２の従来技術によるとチップのサイズはそのままに、ミラー面を大きくしたプレーナー型ガルバノミラーを実現できるものである。
【００１０】
次に前記ガルバノミラー装置のシリコン基板（ガルバノミラーチップ）について説明する。図３はガルバノミラーチップを示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は下面図、（ｃ）はＡ−Ａ’断面図である。図４はガルバノミラーチップの製造工程を示す。
工程ａ（酸化膜形成工程）：厚さ５００μｍのシリコン貼り合わせ基板（通称ＳＯＩ基板といい、例えばシリコンから成る活性層２６（１００μm）、シリコン酸化膜から成る中間層２７（１μm）、シリコンから成る支持基板層２８（４００μm））で構成されている。以下、ＳＯＩ基板という）２５の上下面を熱酸化してシリコン酸化膜（１μｍ）２９を形成する。
工程ｂ（パターン形成工程）：シリコン酸化膜が形成されたＳＯＩ基板上面側にフォトリソグラフによりコイル３０、絶縁膜３１、保護膜３２の各パターンを積層する。
工程ｃ（酸化膜除去工程１）：ＳＯＩ基板の上面側の可動板及びトーションバー形成部を除いた部分のシリコン酸化膜２９をドライエッチングにより除去する。
工程ｄ（活性層除去工程）：ＳＯＩ基板２５の中間層２７に至る活性層２６を異方性エッチングにより除去する。
工程ｅ（中間層除去工程）：異方性エッチングにより露出された中間層２７をドライエッチングにより除去する。
工程ｆ（酸化膜除去工程２）：ＳＯＩ基板下面側の可動板及びトーションバー形成部のシリコン酸化膜２９を除去する。
工程ｇ（支持基板層除去工程）：中間層２７に至る支持基板層２８を異方性エッチングにより除去する。
工程ｈ（中間層除去工程２）：異方性エッチングはシリコンとシリコン酸化膜とでエッチングレートに選択性を持たせてあるため、エッチングが可動板及びトーションバーの下面の中間層２７に到達すると見かけ上終了し、この時点でシリコン酸化膜が形成されたＳＯＩ基板の貫通部分が完全に抜ける。可動板及びトーションバーの下面に残留する中間層２７をドライエッチングにより除去する。
工程ｉ（ミラー形成工程）：活性層２６を露出させた上に蒸着またはスパッタにより全反射ミラー３３を形成する。このような工程でガルバノミラーチップは製造されが、通常は半導体素子と同様大きなウエハに同時に多数個のガルバノミラーチップを形成し、完成後に個々に分割される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
可動板の共振周波数は主に可動板及びトーションバーの断面の縦横比・断面積・長さにより決定されるが、これらはパターン形成の精度や異方性エッチングのウエハ面内分布により公差を外れる場合があり、それに伴い可動板の共振周波数も公差を外れ不良となることで歩留まりが低下する。また工程管理上も加工条件が厳しくなり工数がかかってしまう。
【００１２】
本発明は前記問題点に鑑み、前工程で可動部及びトーションバー形状が寸法公差外になり、可動板の共振周波数が狙い値よりはずれても後工程で良品化が可能なガルバノ装置の製造方法を提供しようとするものである。
【００１６】
シリコンからなる活性層、シリコン酸化膜からなる中間層、シリコンからなる支持基板層の順に張り合わされてなるＳＯＩ基板の上下面を熱酸化してシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜が形成されたＳＯＩ基板の上面側にフォトリソグラフによりコイル、絶縁膜、保護膜の各パターンを積層する工程と、ＳＯＩ基板の上面側の可動板及びトーションバー形成部を除いた部分のシリコン酸化膜をドライエッチングにより除去する工程と、ＳＯＩ基板の中間層に至る活性層を異方性エッチングにより除去する工程と、異方性エッチングにより露出された中間層をドライエッチングにより除去する工程と、ＳＯＩ基板の下面側の可動板及びトーションバー形成部のシリコン酸化膜を除去する工程と、中間層に至る支持基板層を異方性エッチングにより除去する工程と、可動板及びトーションバーの下面に残留する中間層をドライエッチングにより除去する工程と、活性層を露出させた上に反射ミラーを形成する工程を有するガルバノ装置の製造方法において、中間層に至る支持基板層を異方性エッチングにより除去する工程で予め可動板の共振周波数（初期共振周波数）が設定共振周波数（ガルバノ装置として使用する可動板の共振周波数）より高くなるように形成し、可動板及びトーションバーの下面に残留する中間層をドライエッチングにより除去する工程は、中間層をドライエッチングして除去すると共に、可動板及びトーションバーの下面の活性層を、ドライエッチング量を調整して除去することで、可動板の共振周波数を調整する工程を兼ねるガルバノ装置の製造方法とする。
【００１７】
シリコンからなる活性層、シリコン酸化膜からなる中間層、シリコンからなる支持基板層の順に張り合わされてなるＳＯＩ基板の上下面を熱酸化してシリコン酸化膜を形成する工程と、シリコン酸化膜が形成されたＳＯＩ基板の上面側にフォトリソグラフによりコイル、絶縁膜、保護膜の各パターンを積層する工程と、ＳＯＩ基板の上面側の可動板及びトーションバー形成部を除いた部分のシリコン酸化膜をドライエッチングにより除去する工程と、ＳＯＩ基板の中間層に至る活性層を異方性エッチングにより除去する工程と、異方性エッチングにより露出された中間層をドライエッチングにより除去する工程と、ＳＯＩ基板の下面側の可動板及びトーションバー形成部のシリコン酸化膜を除去する工程と、中間層に至る支持基板層を異方性エッチングにより除去する工程と、可動板及びトーションバーの下面に残留する中間層をドライエッチングにより除去する工程と、活性層を露出させた上に金属成膜して反射ミラーを形成する工程を有するガルバノ装置の製造方法において、
中間層に至る支持基板層を異方性エッチングにより除去する工程で予め可動板の共振周波数が設定共振周波数より低くなるように形成し、反射ミラーを形成する工程は、可動板及びトーションバーの下面の活性層への金属成膜量を調整することで、可動板の共振周波数を調整する工程を兼ねることを特徴とするガルバノ装置の製造方法。
【００１８】
可動板の共振周波数調整のためのドライエッチングはミラー面側に行われるガルバノ装置の製造方法とする。
【００１９】
可動板の共振周波数調整のための金属成膜はミラー面側に行われるガルバノ装置の製造方法とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
従来技術の課題を解決するために本発明では、予め周波数を測定したガルバノミラーチップの可動板及びトーションバーを同時に加工することにより可動板の共振周波数を調整する。
【００２１】
図４で説明した従来技術の工程ｈにおいて、可動板及びトーションバー上のシリコン酸化膜及びシリコンをエッチングすることにより可動板の共振周波数は減少する。これは、エッチングによりトーションバーの厚みが減少するためである。同時に、エッチングにより可動板の厚みも減少するため可動板に対する負荷質量は減少し、可動板の共振周波数は増加方向に変化するが、この場合は前者の効果が支配的であり、総体的に可動板の共振周波数は減少方向に変化する。可動板及びトーションバーに対する同時エッチング量と可動板の共振周波数減少量は比例関係にある。また、従来技術の工程ｉにおいて、可動板及びトーションバー上に金属膜を形成することにより可動板の共振周波数は増加する。これは同様に、可動板への金属膜形成による負荷質量増加による可動板の共振周波数減少の効果よりも、トーションバーが成膜により厚くなることによる可動板の共振周波数増加の効果の方が支配的であることを意味する。可動板及びトーションバーに対する同時金属成膜量と可動板の共振周波数増加量は比例関係にある。
【００２２】
本発明は、ガルバノミラーチップ製造工程の中間層除去工程（工程ｈ）及びミラー形成工程（工程ｉ）における可動板の共振周波数変化を利用し、可動板の初期共振周波数が設定共振周波数から外れた場合、可動板の共振周波数ズレ量を補正する適切な量のエッチングまたは金属成膜を施すことにより、設定共振周波数に合わせ込むものである。
【００２３】
可動板の共振周波数が設定より高いガルバノミラーチップには、中間層除去工程２（工程ｈ）において、可動板及びトーションバーのシリコンをドライエッチングにより薄くすることで可動板の共振周波数を下げる。この場合のドライエッチングでは、シリコン酸化膜とシリコンのエッチング選択比は同等であるため、可動板の中間層（シリコン酸化膜）２７のエッチングが終了すると同時にシリコン活性層２６のエッチングが開始される。また、可動板の共振周波数が設定より低いガルバノミラーには、ミラー形成工程（工程ｉ）において可動板及びトーションバーに金属成膜することで可動板の共振周波数を上げる。ミラー材質としては、アルミニウム、金等を採用している。量産では、シリコンエッチングと金属成膜を選択的に行うのではなく、調整方法を選択しておき、調整方法に応じた周波数となるようにガルバノミラーを作製しておき、最終的に周波数を調整する方法が採られることは言うまでもない。ガルバノ装置を図２の形状を使用し、調整面をミラー面側にすることにより、本発明を容易に実施することができる。
【００２４】
図５は周波数調整の簡単なブロック図である。貫通エッチング（工程ｇ）後のガルバノミラーチップ３４を発振器３５により駆動させる。レーザー３６をガルバノミラーチップ３４に照射し、反射したレーザー光を受光素子３７で検知する。検知された信号を周波数カウンター３８で数えることで可動板の共振周波数を測定する。測定されたガルバノミラーチップは層別系３９において調整量別に層別される。層別系３９には可動板の初期共振周波数と予め設定された狙いの共振周波数（設定共振周波数）との差から、エッチング量もしくは金属成膜量を演算する機能を有している。層別系３９には、エッチング量及び金属成膜量を演算するために必要な、エッチング量及び金属成膜量と共振周波数変化量との関係が予め入力されている事は当然である。また、周波数公差や要求される周波数精度により、層別する周波数範囲を自由に設定することができる。調整量別に層別されたガルバノミラーチップは、調整量に応じた適切なエッチング４０もしくは金属成膜４１を行い、所望の共振周波数帯に合わせ込む。工程ｇ後に層別されたガルバノミラーチップは、ランク毎に纏められ、エッチングでの共振周波数調整は中間層除去工程（工程ｈ）と同時に行ない、その後、ミラー形成工程（工程ｉ）が施されて完成する。工程ｉでの変化量が考慮されることは言うまでもない。また、金属成膜での共振周波数調整はミラー形成工程（工程ｉ）と同時に行われ、調整量に応じた金属成膜がなされる。
【００２５】
【発明の効果】
ガルバノミラーチップ形成（工程ｇ）後に共振周波数調整を測定・層別して行うため、パターン精度やエッチング分布が悪く、共振周波数が公差から外れたチップも良品化が可能となり、歩留まりの向上が見込める。層別ランク毎にバッチ処理するので共振周波数を公差内に調整することができる。
【００２６】
共振周波数が狙い値よりも高い場合、可動板及びトーションバーのシリコンを同時にエッチングすることにより共振周波数を下げることができるため、歩留まりの向上が可能となる。
【００２７】
共振周波数が狙い値よりも低い場合、可動板とトーションバーに金属膜を同時に形成することにより共振周波数を上げることができるため、歩留まりの向上が可能となる。
【００２８】
周波数調整のための処理面はコイル形成面と逆側を使うため、全面処理が可能であり、調整用マスクのズレ等による調整のバラツキがなく、安定した調整が可能となる。また、コスト、工数がかからない。
【００２９】
調整のためのエッチング工程は、可動板表面のシリコン酸化膜除去工程を兼ねているため、調整のための工程を新たに増やす必要がない。
【００３０】
調整のための金属成膜工程は、ミラー形成工程を兼ねているため、調整のための工程を新たに増やす必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のプレーナー型ガルバノミラーの構成を示す図で、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）側面断面図。
【図２】従来のプレーナー型ガルバノミラーの構成を示す図で、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）側面断面図。
【図３】従来のガルバノミラーチップの構成を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は下面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ′断面図。
【図４】ガルバノミラーチップ形成の各工程におけるシリコン基板のＡ−Ａ’断面図
【図５】本発明の可動板の共振周波数調整を説明するための模式図
【符号の説明】
１ シリコン基板
１ａ パターン
２ 可動板
３ ミラー
４ 平面コイル
５ トーションバー
６ トーションバー
７ ベース基板
８ 台座
９ 永久磁石
１０ 永久磁石
１１ ヨーク
１２ ピン
１３ シリコン基板
１４ 可動板
１５ トーションバー
１６ トーションバー
１７ 平面コイル
１８ ミラー
１９ ベース基板
１９ｂ パターン
２０ ワイヤー
２１ ワイヤー接続パッド
２２ 永久磁石
２３ 永久磁石
２４ ヨーク
２５ ＳＯＩ基板
２６ 活性層
２７ 中間層
２８ 支持基板層
２９ シリコン酸化膜
３０ コイル
３１ 絶縁膜
３２ 保護膜
３３ 全反射ミラー
３４ ガルバノミラーチップ
３５ 発振器
３６ レーザー
３７ 受光素子
３８ 周波数カウンター
３９ 層別系
４０ シリコンエッチング（周波数調整手段）
４１ 金属成膜（周波数調整手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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