[发明专利]微小机械构造体

说明书

技术领域

本发明涉及微小机械构造体以及具有该微小机械构造体的各种装置。

背景技术

作为应用了微机械加工技术的微小机械构造体可考虑各种各样的微镜器件，正在探讨向激光打印机、扫描仪、显示器等光扫描装置，和切换光纤的输入输出的光开关器件上的应用。

专利文献1公开了具有微镜阵列的反射型光调制装置。该装置作为投影电视的图像显示器件来开发，其公知的名称是DMD(DigitalMicromirror Device)。DMD的微镜形成在CMOS电路上。

专利文献1公开的DMD，作为氧化膜上的第一层(最下层)的金属构件具有一个偏置总线(bias bus)以及一对(左右)地址电极，作为第二层(中间层)的金属构件具有螺旋铰链、一对铰链支撑部、一个轭以及一对高架电极，作为第三层(最上层)的金属构件具有一个镜。在各层之间，作为垫片层叠的正型光致抗蚀剂最终通过等离子体蚀刻被除去。其结果是，轭与镜通过螺旋铰链被支撑为可以转动的状态，在因施加于地址电极和轭上的电位差而产生的静电引力的作用下向两方向被转动驱动。多个镜被配置成二维阵列状，各个镜作为像素发挥作用，通过将来自光源的光投影向荧幕一侧来显示图像。

镜、电极、螺旋铰链、轭等构造构件是由对铝或铝合金通过溅射法进行堆积而成的薄膜形成的。这样的薄膜由于在膜厚方向上具有应力梯度，所以如果除去制造工序时的垫片层，则出现在镜上产生翘曲的问题。

螺旋铰链由于由低电压驱动，所以为了降低扭转刚性而形成得较薄，但轭为了在受到静电引力而倾斜时，轭本身不变形而与镜形成一体转动，需要足够的刚性。因此，虽然螺旋铰链和轭形成在距基板相同的高度，但各自形成的厚度不同。因此，在形成了构成螺旋铰链的薄的铝层之后，进行堆积第一氧化膜并将其图案化为铰链形状的工序。然后，使用第一氧化膜作为蚀刻停止部，通过等离子体蚀刻将在其之上形成的厚的轭层一起除去。如此，规定螺旋铰链和轭的形状。在轭上形成的镜由设置于中央部的镜支撑柱连结。镜和镜支撑柱由相同的铝合金膜形成，所以可以在镜表面形成与镜支撑柱对应形状的凹陷。

非专利文献1公开了一种在促动器上阵列状配置有被接合了的低惯性微镜(low-inertia micromirrors)的光空间调制器。在该结构中，采取的方法是，组合多个梳齿型促动器来使中央的基座倾斜，在其上接合另外制作的镜。利用这种结构的微镜阵列，通过使各镜上下动作、倾斜动作，来进行光调制，可以进行反射光的波面像差修正等。在这样的用途中，由于各个镜本身的像差成为问题，所以要求平面度高的高精度镜。因此，使用SOI(Silicon-On-Insulator)基板制造镜以及促动器。单晶硅本来没有内部应力，可得到平面度良好的镜。

进而，镜通过三级选择DRIE工序(3-level selective DRIE process)形成在背面设有垂直肋的构造，形成轻量且刚性高的镜。由此，可实现高速响应，并且能够防止在设置于镜表面的铝反射层和镜本体的热膨胀系数之差的影响下镜产生翘曲。

促动器芯片和镜芯片的接合方法可以考虑在接合面上形成金焊盘或金一锡焊料而共晶接合，或考虑形成聚酰亚胺膜，在施加电压的同时加热到350℃左右的聚合物接合等。

专利文献1：日本特开平8-334709号公报

非专利文献1:Tip-tilt-piston Actuators for High Fill Factor Micromirror Arrays (Solid-State Sensor、Actuator and Microsystems Workshop、2004 Adriatic Research Institute)

但是，现有结构的微小机械构造体存在以下问题。

首先，在独立驱动多个镜的微镜阵列中，需要将促动器和镜部与驱动电路形成一体。为了进行这样的一体化，在一个半导体晶片上不仅形成CMOS电路，还顺次形成促动器部以及镜部等，这是有效的，可以降低成本。

专利文献1公开的微小机械构造体的促动器和镜是通过相对于CMOS电路的制造方法互换性以及整合性高的制造方法而制作的。但是，由于镜由金属薄膜形成，所以由于在其成膜工序中产生的厚度方向的应力梯度，容易产生翘曲。如果镜产生翘曲，则无法通过微镜阵列控制反射光的波面像差。