JP4765840B2

JP4765840B2 - Tilt mirror element

Info

Publication number: JP4765840B2
Application number: JP2006231133A
Authority: JP
Inventors: 宏野毛; 洋右萩原; 清彦河野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-08-28
Filing date: 2006-08-28
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2026-08-28
Also published as: JP2008052220A

Description

本発明は、ミラー面を有するミラー部を２つの回転軸周りに回転運動させ、外部から入射される光ビームを２次元的に偏向又はスキャンする２軸静電型のチルトミラー素子に関する。 The present invention relates to a two-axis electrostatic tilt mirror element that rotates a mirror portion having a mirror surface around two rotation axes to deflect or scan a light beam incident from the outside in a two-dimensional manner.

従来より、例えばバーコードリーダやプロジェクタ等の光学機器には、ミラー面が設けられたミラー部を揺動させて、そのミラー面に入射した光ビーム等をスキャンするチルトミラー素子が搭載されている。このようなチルトミラー素子としては、例えば、マイクロマシニング技術を用いて成形される小型のものであって、静電力によりミラー部を２つの回転軸周りに回転運動させて、光ビームを２次元的に偏向又はスキャンする２軸静電型のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, for example, optical devices such as a barcode reader and a projector are equipped with a tilt mirror element that swings a mirror portion provided with a mirror surface and scans a light beam incident on the mirror surface. . As such a tilt mirror element, for example, a small one formed by using micromachining technology, the mirror portion is rotated around two rotation axes by electrostatic force, and the light beam is two-dimensionally moved. A two-axis electrostatic type that deflects or scans is known (for example, see Patent Document 1).

このようなチルトミラー素子は、ミラー部と、ミラー部を支持する可動フレームと、可動フレームを支持する固定フレームとを有している。ミラー部と可動フレーム、及び可動フレームと固定フレームとは、それぞれ互いにヒンジにより連結されている。ミラー部と可動フレームとの間、及び可動フレームと固定フレームとの間には、それぞれ、互いに噛み合う一対の櫛歯電極が形成されている。この櫛歯電極は、例えば互いの電極が２μｍ乃至５μｍ程度の間隔で噛み合うように形成されており、互いの電極間に電圧が印加されることにより静電力を発生する。このようなチルトミラー素子では、ミラー部と可動フレームとの間の櫛歯電極と、可動フレームと固定フレームとの間の櫛歯電極がそれぞれ発生する駆動力により、それぞれのヒンジを捻りながら、ミラー部が可動フレームに対して回動し、可動フレームが固定フレームに対して回動する。これにより、ミラー部が、２つの回転軸周りに回転運動し、スキャン動作を行う。 Such a tilt mirror element has a mirror part, a movable frame that supports the mirror part, and a fixed frame that supports the movable frame. The mirror part and the movable frame, and the movable frame and the fixed frame are connected to each other by hinges. A pair of comb-shaped electrodes that mesh with each other are formed between the mirror portion and the movable frame, and between the movable frame and the fixed frame. The comb electrodes are formed, for example, so that the electrodes are engaged with each other at intervals of about 2 μm to 5 μm, and an electrostatic force is generated when a voltage is applied between the electrodes. In such a tilt mirror element, each of the mirrors is twisted by a driving force generated by a comb-shaped electrode between the mirror portion and the movable frame and a comb-shaped electrode between the movable frame and the fixed frame. The part rotates with respect to the movable frame, and the movable frame rotates with respect to the fixed frame. As a result, the mirror unit rotates around the two rotation axes to perform a scanning operation.

ここで、ミラー部を２つの回転軸周りに回転運動させるためには、ミラー部と可動フレームとの間に設けられた櫛歯電極が、ミラー部側の電極と可動フレーム側の電極とが互いに絶縁された状態に構成されており、両電極間に電圧を印加できるように構成されていなければならない。そこで、例えば特許文献１には、２つの互いに絶縁されたシリコン層を有するＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板により構成され、一方のシリコン層にミラー部と可動フレームとを連結するヒンジと上記櫛歯電極のうちミラー部側の電極とが形成され、もう一方のシリコン層に上記櫛歯電極のうち可動フレーム側の電極が形成された構成を有するチルトミラー素子が示されている。このチルトミラー素子では、互いに対向し櫛歯電極を構成する電極同士が同一のシリコン層に形成されていないので、ミラー部と可動フレームとが電気的に絶縁されており、上記櫛歯電極に電圧を印加することができる。また、このような構造とは別の構造として、例えば、可動フレームのうちミラー部と可動フレームとを連結するヒンジが形成されている部位と上記櫛歯電極のうち可動フレーム側の電極が形成されている部位とを絶縁するように、可動フレームに絶縁分離構造が形成されたチルトミラー素子も知られている。
特開２００４‐１３０９９号公報 Here, in order to rotate the mirror part around two rotation axes, the comb-tooth electrode provided between the mirror part and the movable frame is connected to the mirror part electrode and the movable frame side electrode to each other. It must be configured in an insulated state so that a voltage can be applied between both electrodes. Thus, for example, in Patent Document 1, a hinge configured by an SOI (Silicon on Insulator) substrate having two silicon layers insulated from each other, a hinge connecting the mirror part and the movable frame to one silicon layer, and the comb electrode A tilt mirror element having a configuration in which an electrode on the mirror part side is formed and an electrode on the movable frame side among the comb-tooth electrodes is formed on the other silicon layer is shown. In this tilt mirror element, the electrodes constituting the comb electrodes are not formed on the same silicon layer, so that the mirror portion and the movable frame are electrically insulated, and voltage is applied to the comb electrodes. Can be applied. Further, as a structure different from such a structure, for example, a part of the movable frame where a hinge for connecting the mirror part and the movable frame is formed and an electrode on the movable frame side of the comb-shaped electrode is formed. There is also known a tilt mirror element in which an insulating separation structure is formed on a movable frame so as to insulate it from a portion that is present.
Japanese Patent Laid-Open No. 2004-13099

しかしながら、上記のような特許文献１に記載されているようなチルトミラー素子を作製するには、一対の櫛歯電極を形成する際、ＳＯＩ基板の各シリコン層の表面から、ミラー部側の電極と可動フレーム側の電極とをそれぞれ形成しなければならない。そのため、電極等をエッチング等により形成する際、電極同士が狭い間隔で互いに噛み合うように互いに精密な位置決めが必要であり、素子の作製が困難であり、良品率を高くすることが困難であるという問題があった。 However, in order to manufacture the tilt mirror element as described in Patent Document 1 as described above, when forming a pair of comb electrodes, electrodes on the mirror portion side are formed from the surface of each silicon layer of the SOI substrate. And the electrode on the movable frame side must be formed respectively. Therefore, when forming electrodes etc. by etching or the like, it is necessary to precisely position each other so that the electrodes mesh with each other at a narrow interval, it is difficult to manufacture the element, and it is difficult to increase the yield rate. There was a problem.

一方、可動フレームに絶縁分離構造を形成するためには、可動フレーム内の絶縁分離構造を設ける部位に溝を形成する工程、その溝の端面を酸化させる工程、溝にポリシリコン等を埋め込む工程、及びチルトミラー素子を形成する基板の表面を研磨する工程等を行う必要がある。そのため、チルトミラー素子の製造工程が複雑になり、チルトミラー素子の作製が困難であるという問題があった。 On the other hand, in order to form an insulating separation structure in the movable frame, a step of forming a groove in a portion where the insulating separation structure in the movable frame is provided, a step of oxidizing the end surface of the groove, a step of embedding polysilicon or the like in the groove, In addition, it is necessary to perform a step of polishing the surface of the substrate on which the tilt mirror element is formed. For this reason, the manufacturing process of the tilt mirror element becomes complicated, and it is difficult to manufacture the tilt mirror element.

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、容易に作製可能で製造時の良品率が高い２軸静電型のチルトミラー素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a biaxial electrostatic tilt mirror element that can be easily manufactured and has a high yield rate at the time of manufacture.

上記目的を達成するため、本発明は、外部から入射した光を反射するミラー面を有するミラー部と、前記ミラー部と第１のヒンジにより連結され、該ミラー部を支持する可動フレームと、前記可動フレームと第２のヒンジにより連結され、該可動フレームを支持する固定フレームと、前記ミラー部と可動フレームとにそれぞれ電極が形成され、それらの電極が互いに対向して噛み合うように配置された一対の第１の櫛歯電極と、前記可動フレームと固定フレームとにそれぞれ電極が形成され、それらの電極が互いに対向して噛み合うように配置された一対の第２の櫛歯電極と、を備え、前記第１のヒンジと第２のヒンジとは、互いに直交する方向に形成されており、前記第１の櫛歯電極は、電圧が印加されることにより静電力を発生し、その静電力によって前記ミラー部を前記第１のヒンジを回転軸として回動させ、前記第２の櫛歯電極は、電圧が印加されることにより静電力を発生し、その静電力によって前記可動フレームを前記第２のヒンジを回転軸として回動させる２軸静電型のチルトミラー素子において、前記チルトミラー素子は、２層のシリコン層が絶縁膜を介し互いに接合されて成る３層のＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板をエッチングすることにより形成されており、前記ミラー部、前記可動フレーム、前記第２のヒンジ及び前記固定フレームは、前記３層で構成され、該ミラー部には、前記２層のシリコン層同士を電気的に接続する導電構造が形成されており、前記第１のヒンジは、前記２層のシリコン層のうち一方のシリコン層により形成されており、前記１対の第１の櫛歯電極は、前記２層のシリコン層のうち他方のシリコン層により形成され、該第１の櫛歯電極のうち前記ミラー部側の電極は、前記導電構造と、前記第１のヒンジと、前記可動フレーム及び前記第２のヒンジのうち前記一方のシリコン層により形成された部位とを介して、前記固定フレームのうち該一方のシリコン層により形成された部位と同電位とされており、前記１対の第２の櫛歯電極は、前記他方のシリコン層により形成されており、前記固定フレームのうち、前記他方のシリコン層において、前記第２の櫛歯電極が形成されている部位と、前記第２のヒンジが接続されている部位とは、両部位間に絶縁溝部が形成されることにより電気的に絶縁されており、該第２のヒンジが接続されている部位は、該第２のヒンジを介して、前記可動フレームに形成されている前記第１の櫛歯電極及び該第２の櫛歯電極と同電位とされており、前記固定フレームにおいて、前記一方のシリコン層により形成されている部位の電位と、前記他方のシリコン層により形成され前記第２のヒンジが接続されている部位の電位と、該他方のシリコン層により前記第２の櫛歯電極が形成されている部位の電位とを変更することにより、前記１対の第１の櫛歯電極の電極間及び前記１対の第２の櫛歯電極の電極間に電圧を印加できるように構成されていることを特徴とする。 To achieve the above object, the present invention includes a mirror unit having a mirror surface for reflecting light incident from the outside, are connected by the mirror portion and the first hinge, a movable frame for supporting the mirror unit, wherein are connected by a movable frame and a second hinge, a fixed frame supporting said moving frame, respectively electrode and the movable frame the mirror portion is formed, arranged so that their electrodes are engaged facing each other pair comprises a first comb electrodes of the respective electrode and the movable frame and the fixed frame is formed, a pair of second comb electrodes these electrodes are disposed so as to mesh facing each other and, The first hinge and the second hinge are formed in directions orthogonal to each other, and the first comb electrode generates an electrostatic force when a voltage is applied thereto, The mirror part is rotated by the electric power about the first hinge as a rotation axis, and the second comb electrode generates an electrostatic force when a voltage is applied thereto, and the electrostatic force causes the movable frame to move the movable frame. In a two-axis electrostatic tilt mirror element that rotates about a second hinge as a rotation axis , the tilt mirror element includes a three-layer SOI (Silicon on) formed by bonding two silicon layers to each other via an insulating film. Insulator) is formed by etching a substrate , and the mirror portion, the movable frame, the second hinge, and the fixed frame are configured by the three layers, and the mirror portion includes the two layers of silicon. A conductive structure is formed to electrically connect the layers , and the first hinge is formed of one of the two silicon layers, and the pair of first layers 1 comb electrodes of the silicon layer of the two layers is formed by the other silicon layer, the said mirror unit side electrode of the first comb-teeth electrodes, and the conductive structure, the first hinge When the via the site formed by the silicon layer of the one of the movable frame and the second hinge are the same and the part formed by one silicon layer of the potential of the fixed frame The pair of second comb electrodes are formed of the other silicon layer, and the portion of the fixed frame where the second comb electrodes are formed in the other silicon layer. And the part to which the second hinge is connected is electrically insulated by forming an insulating groove between the two parts, and the part to which the second hinge is connected is Through the second hinge, The first comb-teeth electrode and the second comb-teeth electrode formed on the movable frame are set to the same potential, and the potential of the portion formed by the one silicon layer in the fixed frame is Changing a potential of a portion formed by the other silicon layer and connected to the second hinge, and a potential of a portion where the second comb-shaped electrode is formed by the other silicon layer. Thus, a voltage can be applied between the electrodes of the pair of first comb electrodes and between the electrodes of the pair of second comb electrodes .

この発明において、前記ミラー面は、前記第１のヒンジが形成されているシリコン層に配設されていることが望ましい。 In the present invention, it is desirable that the mirror surface is disposed on a silicon layer on which the first hinge is formed .

この発明において、前記ミラー面は、前記第１の櫛歯電極が形成されているシリコン層に配設されていることが望ましい。 In the present invention, the mirror surface is preferably disposed on a silicon layer on which the first comb electrode is formed .

本発明によれば、一対の第１の櫛歯電極は、第１のヒンジが形成されているシリコン層とは異なるシリコン層に形成されており、第１の櫛歯電極のうちミラー部側の電極は第１のヒンジが形成されているシリコン層と同電位になるように構成されているので、一対の櫛歯電極を構成する各電極を同時に形成して、チルトミラー素子を作製することができる。可動フレームに絶縁分離構造を形成するような複雑な工程が必要なく、容易にミラー部と可動フレームとが絶縁された構造を形成することができるので、チルトミラー素子を容易に作製することができ、チルトミラー素子の良品率が高くなる。 According to the present invention , the pair of first comb electrodes are formed on a silicon layer different from the silicon layer on which the first hinge is formed, and the mirror portion side of the first comb electrodes is formed. Since the electrodes are configured to have the same potential as that of the silicon layer on which the first hinge is formed, it is possible to manufacture the tilt mirror element by simultaneously forming the electrodes constituting the pair of comb-teeth electrodes. it can. A complicated process of forming an insulating separation structure on the movable frame is not required, and a structure in which the mirror portion and the movable frame are insulated can be easily formed, so that the tilt mirror element can be easily manufactured. Therefore, the yield rate of tilt mirror elements is increased.

以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１（ａ）、（ｂ）、図２、及び図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本実施形態に係るチルトミラー素子（以下、素子と称する）の一例を示す。素子１は、例えば、バーコードリーダ、外部のスクリーン等に画像を投影するプロジェクタ装置、又は光スイッチ等の光学機器に搭載される小型のものであり、外部の光源等（図示せず）から入射する光ビーム等をスキャン動作させる機能を有している。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 (a), (b), FIG. 2, and FIGS. 3 (a), (b), (c), and (d) are examples of tilt mirror elements (hereinafter referred to as elements) according to the present embodiment. Indicates. The element 1 is a small device mounted on an optical device such as a barcode reader, an external screen or the like, or an optical device such as an optical switch, and is incident from an external light source (not shown). It has a function of performing a scanning operation of a light beam or the like.

先ず、この素子１の構成について以下に説明する。素子１は、導電性を有する第１のシリコン層１００ａと第２のシリコン層１００ｂとをシリコンの酸化膜（絶縁膜）１２０を介して接合して成る、３層のＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板１００から構成されている。酸化膜１２０は絶縁性を有しているので、第１のシリコン層１００ａと第２のシリコン層１００ｂとは互いに絶縁されている。この素子１は、例えば、上面視で一辺が数ｍｍ程度の略正方形である直方体状の素子であり、例えば、ガラス等の支持基板１５０上に配置されて光学機器等に搭載される。なお、支持基板１５０は図３（ｃ）、（ｄ）に図示しており、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び図２においては図示を省略している。 First, the configuration of the element 1 will be described below. The element 1 includes a three-layer SOI (Silicon on Insulator) substrate formed by bonding a conductive first silicon layer 100a and a second silicon layer 100b via a silicon oxide film (insulating film) 120. 100. Since the oxide film 120 has an insulating property, the first silicon layer 100a and the second silicon layer 100b are insulated from each other. The element 1 is, for example, a rectangular parallelepiped element having a substantially square shape with a side of about several millimeters when viewed from above, and is disposed on a support substrate 150 such as glass and mounted on an optical device or the like. The support substrate 150 is shown in FIGS. 3C and 3D, and is not shown in FIGS. 1A, 1B, 1C, and 2D.

この素子１は、上面視で略矩形形状であり上面にミラー面２０が形成されたミラー部２と、ミラー部２の周囲を囲むように略矩形の環状に形成された可動フレーム３と、可動フレーム３の周囲を囲むように形成され、素子１の側周部となる固定フレーム４とを有している。ミラー部２と可動フレーム３とは、互いに並んで１つの軸を成すように、ミラー部２の互いに対向する２側面から各面に直交するように形成された梁状の２つの第１のヒンジ５により連結されている。一方、可動フレーム３と固定フレーム４とは、第１のヒンジ５の長手方向と直交する方向に、互いに並んで１つの軸を成すように形成された梁状の２つの第２のヒンジ６により連結されている。第１のヒンジ５及び第２のヒンジ６は、それらそれぞれが成す軸が、上面視でミラー部２の重心位置を通過するように形成されている。ミラー部２は、第１のヒンジ５を回転軸として、可動フレーム３に対して回動可能に可動フレーム３に支持されている。一方、可動フレーム３は、第２のヒンジ６を回転軸として、固定フレーム４に対して回動可能に固定フレーム４に支持されている。すなわち、ミラー部２は、第１のヒンジ５と第２のヒンジ６とによりそれぞれ構成される２つの軸周りに、２次元的に回動可能に構成されている。以下、第１のヒンジ５の長手方向をＸ方向と称し、第２のヒンジ６の長手方向をＹ方向と称し、Ｘ方向とＹ方向に直交する垂直な方向をＺ方向と称する。 The element 1 has a substantially rectangular shape in a top view and a mirror portion 2 having a mirror surface 20 formed on the upper surface, a movable frame 3 formed in a substantially rectangular annular shape so as to surround the periphery of the mirror portion 2, and movable The frame 3 is formed so as to surround the periphery of the frame 3 and has a fixed frame 4 that serves as a side peripheral portion of the element 1. The mirror part 2 and the movable frame 3 are formed as two beam-shaped first hinges formed so as to be orthogonal to each surface from two mutually facing side surfaces of the mirror part 2 so as to form one axis side by side with each other. 5 are connected. On the other hand, the movable frame 3 and the fixed frame 4 are formed by two beam-like second hinges 6 formed so as to form one axis along with each other in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the first hinge 5. It is connected. The first hinge 5 and the second hinge 6 are formed such that their respective axes pass through the center of gravity of the mirror unit 2 when viewed from above. The mirror unit 2 is supported by the movable frame 3 so as to be rotatable with respect to the movable frame 3 about the first hinge 5 as a rotation axis. On the other hand, the movable frame 3 is supported by the fixed frame 4 so as to be rotatable with respect to the fixed frame 4 with the second hinge 6 as a rotation axis. In other words, the mirror unit 2 is configured to be two-dimensionally rotatable around two axes respectively constituted by the first hinge 5 and the second hinge 6. Hereinafter, the longitudinal direction of the first hinge 5 is referred to as an X direction, the longitudinal direction of the second hinge 6 is referred to as a Y direction, and a perpendicular direction orthogonal to the X direction and the Y direction is referred to as a Z direction.

この素子１は静電力を用いてミラー部２を回動させるものであり、ミラー部２と可動フレーム３との間の第１のヒンジ５が形成されていない部位には第１の櫛歯電極７が形成されており、可動フレーム３と固定フレーム４との間の第２のヒンジ６が形成されていない部位には第２の櫛歯電極８が形成されている。第１の櫛歯電極７は、ミラー部２のうちＸ方向に略直交する２側面にそれぞれ櫛歯形状に形成された電極２ａと、可動フレーム３のうち電極２ａに対向する部位にそれぞれ櫛歯形状に形成された電極３ａとが、一対に互いに噛み合うように配置されて構成されている。第２の櫛歯電極８は、可動フレーム３のうちＹ方向に略直交する２側面にそれぞれ櫛歯形状に形成された電極３ｂと、固定フレーム４のうち電極３ｂに対向する部位にそれぞれ形成された電極４ａとが、一対に互いに噛み合うように配置されて構成されている。第１の櫛歯電極７及び第２の櫛歯電極８において、電極２ａ，３ａ間の隙間や、電極３ｂ，４ａ間の隙間は、例えば、２μｍ乃至５μｍ程度の大きさとなるように構成されている。第１の櫛歯電極７及び第２の櫛歯電極８は、それぞれの電極２ａ，３ａ間、又は電極３ｂ，４ａ間に電圧が印加されることにより、互いの電極２ａ，３ａ間、又は電極３ｂ，４ａに、互いに引き合う方向に作用する静電力を発生する。 This element 1 rotates the mirror part 2 using an electrostatic force, and a first comb-tooth electrode is provided at a portion where the first hinge 5 between the mirror part 2 and the movable frame 3 is not formed. 7 is formed, and a second comb electrode 8 is formed at a portion where the second hinge 6 between the movable frame 3 and the fixed frame 4 is not formed. The first comb-teeth electrode 7 includes an electrode 2a formed in a comb-teeth shape on two side surfaces substantially orthogonal to the X direction of the mirror portion 2, and a comb tooth on a portion of the movable frame 3 facing the electrode 2a. A pair of electrodes 3a formed in a shape are arranged so as to mesh with each other. The second comb-teeth electrode 8 is formed on each of the movable frame 3 on the two side surfaces that are substantially orthogonal to the Y direction, respectively, and on the portion of the fixed frame 4 that faces the electrode 3b. The electrodes 4a are arranged so as to mesh with each other. In the first comb electrode 7 and the second comb electrode 8, the gap between the electrodes 2 a and 3 a and the gap between the electrodes 3 b and 4 a are configured to have a size of about 2 μm to 5 μm, for example. Yes. The first comb-teeth electrode 7 and the second comb-teeth electrode 8 are applied between the electrodes 2a and 3a, or between the electrodes 2a and 3a, or between the electrodes 2a and 3a, or between the electrodes An electrostatic force acting in the direction attracting each other is generated in 3b and 4a.

ミラー部２、可動フレーム３、固定フレーム４等は、それぞれ、後述するようにＳＯＩ基板１００をマイクロマシニング技術を用いて加工することにより形成されており、それぞれ、ＳＯＩ基板１００の上記の３層で構成されている。以下に、素子１の各部位について、ＳＯＩ基板１００の各層の構造について説明する。 The mirror unit 2, the movable frame 3, the fixed frame 4 and the like are each formed by processing the SOI substrate 100 using a micromachining technique as will be described later, and each of the above three layers of the SOI substrate 100. It is configured. Hereinafter, the structure of each layer of the SOI substrate 100 will be described for each part of the element 1.

ミラー部２のうち第１のシリコン層１００ａにより形成された部位には、第１のヒンジ５が接続されている。また、ミラー部２のうち、第２のシリコン層１００ｂにより形成された部位には、第１の櫛歯電極７を構成する電極２ａが形成されている。ミラー部２において、ミラー面２０は、ミラー部２の上面となる第１のシリコン層１００ａの上面に、ミラー部２が静止状態のとき略Ｚ方向がその法線方向となるように形成されている。ミラー面２０は、例えばアルミニウム膜等であり、外部から入射した光ビームを反射する。なお、ミラー面２０の材質はこれに限られるものではなく、素子１によりスキャンする光ビームの種類等に応じて、金等、種々の材質を選択可能である。ミラー部２の下面となる第２のシリコン層１００ｂの下面には、酸化膜１２０が露出するように、ミラー部２の側面を残してくりぬかれた肉抜部２ｃが形成されている。これにより、肉抜部２ｃが形成されていない場合よりもミラー部２が軽量化され、ミラー部２の揺動角を大きくすることができるように構成されている。 A first hinge 5 is connected to a portion of the mirror portion 2 formed by the first silicon layer 100a. In addition, an electrode 2 a constituting the first comb-tooth electrode 7 is formed at a portion of the mirror portion 2 formed by the second silicon layer 100 b. In the mirror unit 2, the mirror surface 20 is formed on the upper surface of the first silicon layer 100 a serving as the upper surface of the mirror unit 2 so that the substantially Z direction is the normal direction when the mirror unit 2 is stationary. Yes. The mirror surface 20 is an aluminum film, for example, and reflects a light beam incident from the outside. The material of the mirror surface 20 is not limited to this, and various materials such as gold can be selected according to the type of light beam scanned by the element 1. On the lower surface of the second silicon layer 100b, which is the lower surface of the mirror portion 2, a hollow portion 2c is formed by leaving the side surface of the mirror portion 2 so that the oxide film 120 is exposed. Thereby, the mirror part 2 is reduced in weight compared with the case where the thinning part 2c is not formed, and the swing angle of the mirror part 2 can be increased.

可動フレーム３のうち、第１のシリコン層１００ａにより形成された部位は、第１のヒンジ５に連結される部位と第２のヒンジ６に連結される部位とを接続するように、下方の酸化膜１２０上にリブ形状に形成されている。そして、可動フレーム３のうち酸化膜１２０及び第２のシリコン層１００ｂにより形成された部位は、ミラー部２を囲むように環状に形成されている。第２のヒンジ６は、可動フレーム３を形成するＳＯＩ基板１００の上記３層のうち、酸化膜１２０と第２のシリコン層１００ｂにも接続されており、固定フレーム４と可動フレーム３は、ＳＯＩ基板１００の上記３層それぞれにおいて連結されている。可動フレーム３のうち、第２のシリコン層１００ｂには、ミラー部２の電極２ａと向き合うように形成された電極３ａと、第２の櫛歯電極８を構成する電極３ｂとが形成されている。電極３ｂと噛み合う電極４ａは、固定フレーム４のうち第２のシリコン層１００ｂに形成されている。 Of the movable frame 3, the part formed by the first silicon layer 100 a is oxidized downward so as to connect the part connected to the first hinge 5 and the part connected to the second hinge 6. Ribs are formed on the film 120. A portion of the movable frame 3 formed by the oxide film 120 and the second silicon layer 100 b is formed in an annular shape so as to surround the mirror portion 2. The second hinge 6 is also connected to the oxide film 120 and the second silicon layer 100b among the three layers of the SOI substrate 100 forming the movable frame 3, and the fixed frame 4 and the movable frame 3 are connected to the SOI substrate 100. The three layers of the substrate 100 are connected to each other. In the movable frame 3, the second silicon layer 100 b is formed with an electrode 3 a formed so as to face the electrode 2 a of the mirror portion 2 and an electrode 3 b constituting the second comb-tooth electrode 8. . The electrode 4 a that meshes with the electrode 3 b is formed on the second silicon layer 100 b of the fixed frame 4.

このように、この素子１では、互いに絶縁された第１のシリコン層１００ａと第２のシリコン層１００ｂのうち、第１のシリコン層１００ａには、第１のヒンジ５が形成されており、第２のシリコン層１００ｂには、第１の櫛歯電極７及び第２の櫛歯電極８が共に形成されている。 Thus, in the element 1, the first hinge 5 is formed in the first silicon layer 100a out of the first silicon layer 100a and the second silicon layer 100b that are insulated from each other. Both the first comb-tooth electrode 7 and the second comb-tooth electrode 8 are formed on the second silicon layer 100b.

ここで、ミラー部２の第１のシリコン層１００ａの上面のうち、ミラー面２０が形成されていない部位には、複数（例えば８つ）のコンタクトホール（導電構造）９が形成されている。このコンタクトホール９は、第１のシリコン層１００ａと酸化膜１２０を貫通し、上面に第２のシリコン層１００ｂが露出するように形成した貫通孔内に、例えば銅等、導電性を有する金属が充填されて構成されている。このように設けられたコンタクトホール９を介して、ミラー部２を構成する第１のシリコン層１００ａと第２のシリコン層１００ｂとは電気的に接続されており、第１の櫛歯電極７のうちミラー部２側の電極２ａが、第１のシリコン層１００ａと同電位となるように構成されている。また、固定フレーム４を形成する第２のシリコン層１００ｂのうち、第２のヒンジ６が接続されている部位と、第２の櫛歯電極８を構成する電極４ａが形成されている部位とは、両部位間に酸化膜１２０まで達するように掘り込まれた絶縁溝部４ｇが形成されていることにより、電気的に絶縁されている。すなわち、本実施形態においては、固定フレーム４のうち、第１のシリコン層１００ａにより形成された部位４ｃが電極２ａと同電位となり、第２のシリコン層１００ｂにより形成され第２のヒンジ６が接続されている部位４ｄが電極３ａ，３ｂと同電位となり、第２のシリコン層１００ｂにより形成された他の部位４ｅが電極４ａとなるように形成されている。そして、この素子１は、各部位４ｃ，４ｄ，４ｅに設けられた電極パッド（図示せず）の電位を変更することにより、第１の櫛歯電極７及び第２の櫛歯電極８に電圧を印加してミラー部２を回転運動させることができるように構成されている。 Here, a plurality of (for example, eight) contact holes (conductive structures) 9 are formed in a portion of the upper surface of the first silicon layer 100a of the mirror portion 2 where the mirror surface 20 is not formed. This contact hole 9 penetrates through the first silicon layer 100a and the oxide film 120, and a conductive metal such as copper is formed in a through hole formed so that the second silicon layer 100b is exposed on the upper surface. Filled and configured. The first silicon layer 100a and the second silicon layer 100b constituting the mirror part 2 are electrically connected via the contact hole 9 provided in this way, and the first comb-tooth electrode 7 Of these, the electrode 2a on the mirror part 2 side is configured to have the same potential as that of the first silicon layer 100a. In addition, in the second silicon layer 100b that forms the fixed frame 4, a portion where the second hinge 6 is connected and a portion where the electrode 4a constituting the second comb-tooth electrode 8 is formed The insulating groove 4g dug so as to reach the oxide film 120 is formed between the two parts, thereby being electrically insulated. That is, in the present embodiment, a portion 4c formed by the first silicon layer 100a in the fixed frame 4 has the same potential as the electrode 2a, and the second hinge 6 formed by the second silicon layer 100b is connected. The formed portion 4d has the same potential as the electrodes 3a and 3b, and the other portion 4e formed by the second silicon layer 100b is formed to be the electrode 4a. And this element 1 changes the electric potential of the electrode pad (not shown) provided in each site | part 4c, 4d, 4e by changing the electric potential to the 1st comb-tooth electrode 7 and the 2nd comb-tooth electrode 8. Is applied so that the mirror unit 2 can be rotated.

次に、上記のように構成された素子１の動作について説明する。第１の櫛歯電極７及び第２の櫛歯電極８は、それぞれ、いわゆる垂直静電コムとして動作し、ミラー部２は、第１の櫛歯電極７及び第２の櫛歯電極８が所定の駆動周波数で駆動力を発生することにより駆動される。第１の櫛歯電極７及び第２の櫛歯電極８は、例えば、電極３ａ，３ｂが基準電位に接続された状態で、電極２ａ、及び電極４ａの電位をそれぞれ周期的に変化させることにより駆動され、静電力を発生する。この素子１においては、第１の櫛歯電極７及び第２の櫛歯電極８それぞれが、例えば矩形波形状の電圧が印加されて周期的に駆動力を発生するように構成されている。 Next, the operation of the element 1 configured as described above will be described. The first comb-teeth electrode 7 and the second comb-teeth electrode 8 each operate as a so-called vertical electrostatic comb, and the mirror unit 2 includes the first comb-teeth electrode 7 and the second comb-teeth electrode 8 that are predetermined. It is driven by generating a driving force at a driving frequency of. The first comb-tooth electrode 7 and the second comb-tooth electrode 8 are obtained by, for example, periodically changing the potentials of the electrodes 2a and 4a while the electrodes 3a and 3b are connected to the reference potential. Driven to generate electrostatic force. In the element 1, each of the first comb-tooth electrode 7 and the second comb-tooth electrode 8 is configured to generate a driving force periodically when a rectangular wave voltage is applied, for example.

上述のように形成されたミラー部２や可動フレーム３は、一般に多くの場合、その成型時に内部応力等が生じることにより、静止状態でも水平姿勢ではなく、きわめて僅かであるが傾いている。そのため、例えば第１の櫛歯電極７が駆動されると、静止状態からであっても、ミラー部２に略垂直な方向の駆動力が加わり、ミラー部２が第１のヒンジ５を回転軸として第１のヒンジ５を捻りながら回動する。そして、第１の櫛歯電極７の駆動力を、ミラー部２が電極２ａ，３ａが完全に重なりあうような姿勢となったときに解除すると、ミラー部２は、その慣性力により、第１のヒンジ５を捻りながら回動を継続する。そして、ミラー部２の回動方向への慣性力と、第１のヒンジ５の復元力とが等しくなったとき、ミラー部２のその方向への回動が止まる。このとき、第１の櫛歯電極７が再び駆動され、ミラー部２は、第１のヒンジ５の復元力と第１の櫛歯電極７の駆動力により、それまでとは逆の方向への回動を開始する。ミラー部２は、このような第１の櫛歯電極７の駆動力と第１のヒンジ５の復元力による回動を繰り返して、第１のヒンジ５周りに揺動する。可動フレーム３も、ミラー部２の回動時と略同様に、第２の櫛歯電極８の駆動力と第２のヒンジ６の復元力による回動を繰り返して、第２のヒンジ６周りに揺動する。このとき、ミラー部２の姿勢が可動フレーム３の揺動に応じて変化するので、ミラー部２は、２次元的な揺動を繰り返す。 In many cases, the mirror portion 2 and the movable frame 3 formed as described above are inclined in a very slight but not horizontal state even in a stationary state due to an internal stress or the like generated during molding. Therefore, for example, when the first comb-tooth electrode 7 is driven, a driving force in a direction substantially perpendicular to the mirror portion 2 is applied even when the first comb-tooth electrode 7 is in a stationary state, and the mirror portion 2 causes the first hinge 5 to rotate. The first hinge 5 is rotated while being twisted. Then, when the driving force of the first comb electrode 7 is released when the mirror portion 2 is in a posture such that the electrodes 2a and 3a are completely overlapped, the mirror portion 2 has the first force due to its inertial force. The rotation is continued while twisting the hinge 5. Then, when the inertial force in the turning direction of the mirror part 2 and the restoring force of the first hinge 5 become equal, the turning of the mirror part 2 in that direction stops. At this time, the first comb-teeth electrode 7 is driven again, and the mirror unit 2 moves in the opposite direction to the previous direction by the restoring force of the first hinge 5 and the driving force of the first comb-teeth electrode 7. Start turning. The mirror part 2 repeats the rotation by the driving force of the first comb electrode 7 and the restoring force of the first hinge 5 and swings around the first hinge 5. The movable frame 3 also repeats rotation by the driving force of the second comb-tooth electrode 8 and the restoring force of the second hinge 6 in substantially the same manner as when the mirror unit 2 rotates, and moves around the second hinge 6. Swing. At this time, since the posture of the mirror unit 2 changes according to the swing of the movable frame 3, the mirror unit 2 repeats two-dimensional swing.

ここで、第１の櫛歯電極７は、ミラー部２と第１のヒンジ５により構成される振動系の共振周波数の略２倍の周波数の電圧が印加されて駆動される。また、第２の櫛歯電極８は、ミラー部２及び可動フレーム３と第２のヒンジ６とにより構成される振動系の共振周波数の略２倍の周波数の電圧が印加されて駆動される。これにより、ミラー部２が共振現象を伴って駆動され、その揺動角が大きくなるように構成されている。なお、第１の櫛歯電極７や第２の櫛歯電極８の電圧の印加態様や駆動周波数は、上述に限られるものではなく、例えば、駆動電圧が正弦波形で印加されるように構成されていても、また、電極３ａ，３ｂの電位が、電極２ａ及び電極４ａの電位と共に変化するように構成されていてもよい。 Here, the first comb-teeth electrode 7 is driven by applying a voltage having a frequency approximately twice the resonance frequency of the vibration system constituted by the mirror portion 2 and the first hinge 5. The second comb electrode 8 is driven by applying a voltage having a frequency approximately twice the resonance frequency of the vibration system constituted by the mirror unit 2, the movable frame 3, and the second hinge 6. Thereby, the mirror part 2 is driven with a resonance phenomenon, and the swing angle thereof is increased. Note that the voltage application mode and drive frequency of the first comb-tooth electrode 7 and the second comb-tooth electrode 8 are not limited to those described above, and for example, the drive voltage is configured to be applied in a sine waveform. Alternatively, the potentials of the electrodes 3a and 3b may be configured to change with the potentials of the electrodes 2a and 4a.

次に、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照しつつ、素子１の製造工程について説明する。なお、素子１は、例えば４インチ程度の大きさのＳＯＩ基板１００上に複数個同時に形成された後、ダイシングされて個別の素子１に分割され製造される。なお、加工前のＳＯＩ基板１００においては、第２のシリコン層１００ｂは所定の厚さよりも厚く構成されている。 Next, the manufacturing process of the element 1 will be described with reference to FIGS. 4 (a), (b), (c) and FIGS. 5 (a), (b), (c). For example, a plurality of elements 1 are simultaneously formed on an SOI substrate 100 having a size of about 4 inches, and then diced to be divided into individual elements 1 to be manufactured. In the SOI substrate 100 before processing, the second silicon layer 100b is configured to be thicker than a predetermined thickness.

先ず、ＳＯＩ基板１００の第１のシリコン層１００ａに、ミラー部２と、それに連結する第１のヒンジ５と、第１のヒンジ５から固定フレーム４までを接続する部位とをエッチングにより形成する。また、ミラー部２の上面のうちミラー面２０が形成される部位の周縁部に、貫通孔９ａを、ミラー部２等と同時に形成する（図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）参照）。次に、ミラー部２のうち第１のシリコン層１００ａと第２のシリコン層１００ｂとを電気的に接続するために、貫通孔９ａ内に銅等の金属を埋め込み、コンタクトホール９を形成する。また、ミラー部２上に、光ビームの反射率を向上するためのアルミニウム等の薄膜を蒸着し、ミラー面２０を形成する（図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ））。このように素子１の上部を加工した後、第２のシリコン層１００ｂを研磨して、所定の厚さまで薄くする。そして、第２のシリコン層１００ｂ内に、ミラー部２の下部となる部位と、可動フレーム３及び固定フレーム４と、第１の櫛歯電極７及び第２の櫛歯電極８と、それらを連結する第２のヒンジ６とをエッチングにより形成する。なお、コンタクトホール９、ミラー面２０、櫛歯電極７，８、及びヒンジ５，６等の形成の順番は、工程上の都合により前後しても構わない。その後、固定フレーム４の下面を支持基板１５０に接合して素子１を補強し、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すような素子１が製造される。 First, in the first silicon layer 100a of the SOI substrate 100, the mirror portion 2, the first hinge 5 connected to the mirror portion 2, and the portion connecting the first hinge 5 to the fixed frame 4 are formed by etching. Further, a through hole 9a is formed simultaneously with the mirror portion 2 and the like in the peripheral portion of the portion of the upper surface of the mirror portion 2 where the mirror surface 20 is formed (see FIGS. 4A, 4B, and 4C). ). Next, in order to electrically connect the first silicon layer 100a and the second silicon layer 100b in the mirror part 2, a metal such as copper is embedded in the through hole 9a to form the contact hole 9. Further, a thin film such as aluminum for improving the reflectance of the light beam is deposited on the mirror portion 2 to form the mirror surface 20 (FIGS. 5A, 5B, and 5C). After the upper portion of the element 1 is processed in this way, the second silicon layer 100b is polished and thinned to a predetermined thickness. And in the 2nd silicon layer 100b, the part used as the lower part of the mirror part 2, the movable frame 3, the fixed frame 4, the 1st comb-tooth electrode 7, and the 2nd comb-tooth electrode 8, and these are connected. The second hinge 6 to be formed is formed by etching. The order of formation of the contact hole 9, the mirror surface 20, the comb electrodes 7 and 8, and the hinges 5 and 6 may be changed depending on the process. Thereafter, the lower surface of the fixed frame 4 is joined to the support substrate 150 to reinforce the element 1, and the element 1 as shown in FIGS. 3A, 3B, 3C, and 3D is manufactured.

このように、本実施形態においては、ＳＯＩ基板１００を用いて、一対の第１の櫛歯電極７及び第２の櫛歯電極８を構成する各電極２ａ，３ａ，３ｂ，４ａを第２のシリコン層１００ｂに同時に形成し、素子１を作製する。従って、可動フレーム３に絶縁分離構造を形成するような複雑な工程が必要なく、容易にミラー部２と可動フレーム３とが絶縁された構造を形成することができるので、素子１を容易に作製することができ、素子１の良品率が高くなる。また、ミラー面２０は、第１のヒンジ５が形成されている第１のシリコン層に形成されているので、ミラー部２が形成されている部位の２つのシリコン層１００ａ，１００ｂのうち、ミラー面２０が形成されている第１のシリコン層１００ａの厚さを、第２のシリコン層１００ｂの厚さにかかわらず任意に選択することができる。従って、第１の櫛歯電極７が形成されている第２のシリコン層１００ｂを厚くしてミラー部２を回転させる駆動力を増大させると共に、第１のシリコン層１００ａを薄くしてミラー部２を軽量化することにより、ミラー部２の共振周波数や振れ角を増大させ、素子１を高性能化することができる。 As described above, in the present embodiment, each of the electrodes 2a, 3a, 3b, and 4a constituting the pair of first comb-tooth electrode 7 and second comb-tooth electrode 8 is formed using the SOI substrate 100. The device 1 is formed by forming the silicon layer 100b at the same time. Therefore, a complicated process for forming an insulating separation structure on the movable frame 3 is not required, and a structure in which the mirror portion 2 and the movable frame 3 are insulated can be easily formed. And the yield rate of the element 1 is increased. Further, since the mirror surface 20 is formed in the first silicon layer where the first hinge 5 is formed, the mirror surface 20 of the two silicon layers 100a and 100b where the mirror part 2 is formed is the mirror surface. The thickness of the first silicon layer 100a on which the surface 20 is formed can be arbitrarily selected regardless of the thickness of the second silicon layer 100b. Therefore, the second silicon layer 100b on which the first comb-teeth electrode 7 is formed is thickened to increase the driving force for rotating the mirror part 2, and the first silicon layer 100a is thinned to make the mirror part 2 thin. By reducing the weight, the resonance frequency and deflection angle of the mirror unit 2 can be increased, and the element 1 can be improved in performance.

次に、本発明の第２の実施形態に係る素子について、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を参照して説明する。以下の各実施形態において、上述の第１の実施形態と同様の構成部材には同一の符号を付し、上述の実施形態と相違する部分についてのみ説明する。 Next, an element according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 (a), (b), (c), and (d). In the following embodiments, the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and only the portions different from those in the above embodiments will be described.

第２の実施形態に係る素子３１は、ミラー面３０が、第１の櫛歯電極７が形成されている第２のシリコン層１００ｂに形成されている点で、上述の素子１とは相違する。換言すると、この素子３１は、上述の素子１とは逆に、ＳＯＩ基板１００のうち、第１の櫛歯電極７及び第２の櫛歯電極８が形成されている第２のシリコン層１００ｂの表面が、ミラー面３０が形成された上面となり、第１のヒンジ５が形成されている第１のシリコン層１００ａの表面が下面となる。 The element 31 according to the second embodiment is different from the element 1 described above in that the mirror surface 30 is formed on the second silicon layer 100b on which the first comb-tooth electrode 7 is formed. . In other words, the element 31 is, unlike the element 1 described above, of the second silicon layer 100b of the SOI substrate 100 where the first comb-tooth electrode 7 and the second comb-tooth electrode 8 are formed. The surface becomes the upper surface on which the mirror surface 30 is formed, and the surface of the first silicon layer 100a on which the first hinge 5 is formed becomes the lower surface.

素子３１においては、上述のコンタクトホール９に替えて、ミラー部３２に、素子３１の上面から第２のシリコン層１００ｂと酸化膜１２０とを貫通するように形成されたコンタクトホール３９が形成されている。すなわち、第１の櫛歯電極７のうちミラー部３２側の電極３２ａは、コンタクトホール３９を介して、固定フレーム４のうち第１のシリコン層１００ａにより構成された部位４ｃと電気的に接続されて同電位となっている。また、ミラー部３２のうち第１のシリコン層１００ａの下面には、酸化膜１２０が下方に露出するように、ミラー部３２の側面を残してくりぬかれた肉抜部３２ｃが形成されている。これにより、肉抜部３２ｃが形成されていない場合よりもミラー部３２が軽量化され、ミラー部３２の揺動角を大きくすることができるように構成されている。 In the element 31, instead of the contact hole 9 described above, a contact hole 39 formed so as to penetrate the second silicon layer 100b and the oxide film 120 from the upper surface of the element 31 is formed in the mirror portion 32. Yes. That is, the electrode 32a on the mirror part 32 side of the first comb-tooth electrode 7 is electrically connected to the part 4c of the fixed frame 4 constituted by the first silicon layer 100a through the contact hole 39. Are at the same potential. Further, on the lower surface of the first silicon layer 100a in the mirror portion 32, a hollow portion 32c is formed by leaving the side surface of the mirror portion 32 so that the oxide film 120 is exposed downward. Thereby, the mirror part 32 is reduced in weight compared with the case where the lightening part 32c is not formed, and the swing angle of the mirror part 32 can be increased.

次に、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照しつつ、素子３１の製造工程について説明する。素子３１の製造時にも、上述の第１の実施形態と略同様に、ＳＯＩ基板１００のうち、第１のシリコン層１００ａの加工から開始する。先ず、ＳＯＩ基板１００の第１のシリコン層１００ａに、ミラー部３２と、それに連結する第１のヒンジ５と、第１のヒンジ５から固定フレーム４までを接続する部位とをエッチングにより形成する。また、それと同時に、ミラー部３２の下面に、肉抜部３２ｃを形成する（図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）参照）。 Next, a manufacturing process of the element 31 will be described with reference to FIGS. 7A, 7 </ b> B, and 7 </ b> C and FIGS. 8A, 8 </ b> B, and 8 </ b> C. Also when the element 31 is manufactured, the processing starts from the processing of the first silicon layer 100a in the SOI substrate 100 in substantially the same manner as in the first embodiment. First, in the first silicon layer 100a of the SOI substrate 100, the mirror portion 32, the first hinge 5 connected to the mirror portion 32, and the portion connecting the first hinge 5 to the fixed frame 4 are formed by etching. At the same time, a lightening portion 32c is formed on the lower surface of the mirror portion 32 (see FIGS. 7A, 7B, and 7C).

次に、第２のシリコン層１００ｂの加工を行う。先ず、第２のシリコン層１００ｂを研磨して所定の厚さまで薄くする。そして、薄くした第２のシリコン層１００ｂのうち、ミラー面３０を形成する部位の周辺部位に、貫通孔を形成した後銅等の金属を埋め込むことによりコンタクトホール３９を形成する。また、第２のシリコン層１００ｂの上面に、上述の第１の実施形態と同様にミラー面３０を形成する（図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ））。そして、第２のシリコン層１００ｂ内に、可動フレーム３及び固定フレーム４と、第１の櫛歯電極７及び第２の櫛歯電極８と、それらを連結する第２のヒンジ６とをエッチングにより形成する。なお、コンタクトホール３９、ミラー面３０、櫛歯電極７，８、及びヒンジ５，６等の形成の順番は、工程上の都合により前後しても構わない。その後、固定フレーム４の下面を支持基板１５０に接合して素子３１を補強し、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すような素子３１が製造される。 Next, the second silicon layer 100b is processed. First, the second silicon layer 100b is polished and thinned to a predetermined thickness. Then, in the thinned second silicon layer 100b, a contact hole 39 is formed by embedding a metal such as copper after forming a through hole in the peripheral portion of the portion where the mirror surface 30 is formed. Further, the mirror surface 30 is formed on the upper surface of the second silicon layer 100b as in the first embodiment (FIGS. 8A, 8B, and 8C). Then, in the second silicon layer 100b, the movable frame 3 and the fixed frame 4, the first comb electrode 7 and the second comb electrode 8, and the second hinge 6 connecting them are etched. Form. Note that the order of forming the contact hole 39, the mirror surface 30, the comb-tooth electrodes 7, 8, the hinges 5, 6, etc. may be changed depending on the convenience of the process. Thereafter, the lower surface of the fixed frame 4 is joined to the support substrate 150 to reinforce the element 31, and the element 31 as shown in FIGS. 6A, 6B, 6C, and 6D is manufactured.

このように、第２の実施形態においては、ミラー面３０が、第１の櫛歯電極７が形成されている第２のシリコン層１００ｂに形成されているので、ミラー部３２が形成されている部位の２つのシリコン層１００ａ，１００ｂのうち、第１のヒンジ５が形成されている第１のシリコン層１００ａの厚さを、第２のシリコン層１００ｂの厚さにかかわらず任意に選択することができる。従って、第１のヒンジ５のばね定数の設定範囲が広くなり、ミラー部３２の共振周波数を調整可能な範囲が広くなる。また、第１の櫛歯電極７と第２の櫛歯電極８とを構成する各電極２ａ，３ａ，３ｂ，４ａを同時に形成して素子３１を作製することができるので、素子３１を容易に作製することができ、素子３１の良品率が高くなる。 Thus, in the second embodiment, since the mirror surface 30 is formed on the second silicon layer 100b on which the first comb-tooth electrode 7 is formed, the mirror portion 32 is formed. Of the two silicon layers 100a and 100b in the region, the thickness of the first silicon layer 100a on which the first hinge 5 is formed is arbitrarily selected regardless of the thickness of the second silicon layer 100b. Can do. Accordingly, the setting range of the spring constant of the first hinge 5 is widened, and the range in which the resonance frequency of the mirror part 32 can be adjusted is widened. In addition, since the element 31 can be manufactured by simultaneously forming the electrodes 2a, 3a, 3b, and 4a constituting the first comb-tooth electrode 7 and the second comb-tooth electrode 8, the element 31 can be easily formed. It can be manufactured, and the yield rate of the element 31 is increased.

なお、本発明は上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を変更しな
い範囲で適宜に種々の変形が可能である。例えば、ミラー部のうち第１のシリコン層と第
２のシリコン層とは、上述のようなコンタクトホールではなく、他の導電構造を設けるこ
とにより互いに電気的に接続されていてもよい。 In addition, this invention is not limited to the structure of the said embodiment, A various deformation | transformation is possible suitably in the range which does not change the meaning of invention. For example, the first silicon layer and the second silicon layer in the mirror portion may be electrically connected to each other by providing another conductive structure instead of the contact hole as described above .

（ａ）は本発明の第１の実施形態に係るチルトミラー素子を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の下面を示す斜視図。(A) is a perspective view which shows the tilt mirror element based on the 1st Embodiment of this invention, (b) is a perspective view which shows the lower surface of (a). 図１（ａ）のＳ−Ｓ線における断面を示す斜視図。The perspective view which shows the cross section in the SS line | wire of Fig.1 (a). （ａ）は上記チルトミラー素子の平面図、（ｂ）は（ａ）の裏面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線における側断面図、（ｄ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における側断面図。(A) is a plan view of the tilt mirror element, (b) is a back view of (a), (c) is a side sectional view taken along line AA of (a), and (d) is B- of (a). The sectional side view in the B line. （ａ）は上記チルトミラー素子の製造工程を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における側断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における側断面図。(A) is a top view which shows the manufacturing process of the said tilt mirror element, (b) is a sectional side view in the AA line of (a), (c) is a sectional side view in the BB line of (a). （ａ）は上記チルトミラー素子の製造工程の図４より後の工程を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における側断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における側断面図。4A is a plan view showing a process subsequent to FIG. 4 in the manufacturing process of the tilt mirror element, FIG. 4B is a side sectional view taken along line AA in FIG. 4A, and FIG. The sectional side view in the B line. （ａ）は本発明の第２の実施形態に係るチルトミラー素子を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の裏面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線における側断面図、（ｄ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における側断面図。(A) is a top view which shows the tilt mirror element based on the 2nd Embodiment of this invention, (b) is a back view of (a), (c) is a sectional side view in the AA of (a), (D) is a sectional side view in the BB line of (a). （ａ）は上記チルトミラー素子の製造工程を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における側断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における側断面図。(A) is a top view which shows the manufacturing process of the said tilt mirror element, (b) is a sectional side view in the AA line of (a), (c) is a sectional side view in the BB line of (a). （ａ）は上記チルトミラー素子の製造工程の図７より後の工程を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における側断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における側断面図。(A) is a top view which shows the process after FIG. 7 of the manufacturing process of the said tilt mirror element, (b) is a sectional side view in the AA of (a), (c) is B- of (a). The sectional side view in the B line.

Explanation of symbols

１，３１チルトミラー素子
２，３２ミラー部
２ａ，３２ａ（ミラー部側の）電極
３可動フレーム
４固定フレーム
５第１のヒンジ
６第２のヒンジ
７第１の櫛歯電極
８第２の櫛歯電極
９，３９コンタクトホール（導電構造）
２０，３０ミラー面
１００ＳＯＩ基板
１００ａ第１のシリコン層
１００ｂ第２のシリコン層
１２０酸化膜（絶縁膜）
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,31 Tilt mirror element 2,32 Mirror part 2a, 32a (Mirror part side) electrode 3 Movable frame 4 Fixed frame 5 1st hinge 6 2nd hinge 7 1st comb-tooth electrode 8 2nd comb-tooth Electrode 9,39 Contact hole (conductive structure)
20, 30 Mirror surface 100 SOI substrate 100a First silicon layer 100b Second silicon layer 120 Oxide film (insulating film)

Claims

A mirror portion having a mirror surface that reflects light incident from the outside;
A movable frame connected to the mirror portion by a first hinge and supporting the mirror portion;
Are connected by the movable frame and a second hinge, a fixed frame supporting said movable frame,
Wherein the electrodes are respectively formed on the mirror portion and the movable frame, a pair of first comb electrodes these electrodes are disposed so as to mesh to face each other,
An electrode is formed on each of the movable frame and the fixed frame, and a pair of second comb electrodes arranged so that the electrodes face each other and mesh with each other , and
The first hinge and the second hinge are formed in directions orthogonal to each other,
The first comb-teeth electrode generates an electrostatic force when a voltage is applied, and the electrostatic force rotates the mirror portion about the first hinge as a rotation axis.
The second comb-shaped electrode generates an electrostatic force when a voltage is applied, and the electrostatic force causes the movable frame to rotate about the second hinge as a rotation axis. In the element
The tilt mirror element is formed by etching a three-layer SOI (Silicon on Insulator) substrate in which two silicon layers are bonded to each other through an insulating film.
The mirror unit, the movable frame, the second hinge, and the fixed frame are configured by the three layers, and a conductive structure that electrically connects the two silicon layers is formed in the mirror unit. And
The first hinge is formed of one of the two silicon layers,
First comb electrodes of the pair, the formed by the other silicon layer of 2-layer silicon layer, the mirror side electrode of the said first comb electrodes, and the conductive structure, Same as the part of the fixed frame formed by the one silicon layer through the first hinge and the part of the movable frame and the second hinge formed by the one silicon layer. It is considered as a potential
The pair of second comb electrodes are formed by the other silicon layer,
Of the fixed frame, an insulating groove is formed between a portion of the other silicon layer where the second comb electrode is formed and a portion where the second hinge is connected. The first hinge electrode formed on the movable frame via the second hinge, and the portion to which the second hinge is connected is electrically insulated. The same potential as the second comb electrode,
In the fixed frame, the potential of a portion formed by the one silicon layer, the potential of a portion formed by the other silicon layer and connected to the second hinge, and the other silicon layer By changing the potential of the portion where the second comb-teeth electrode is formed, the voltage between the pair of first comb-teeth electrodes and between the pair of second comb-teeth electrodes is changed. A tilt mirror element configured to be capable of applying a voltage.

2. The tilt mirror element according to claim 1, wherein the mirror surface is disposed on a silicon layer on which the first hinge is formed.

2. The tilt mirror element according to claim 1, wherein the mirror surface is disposed on a silicon layer on which the first comb electrode is formed.