光扫描装置的制作方法

文档序号:23068138发布日期:2020-11-25 17:55阅读:111来源:国知局
光扫描装置的制作方法

本发明涉及光扫描装置。



背景技术:

作为现有技术,已知有通过使镜面绕水平旋转轴和垂直旋转轴摆动来使激光进行二维扫描的光扫描装置。这样的光扫描装置是利用压电元件等执行器来驱动镜面的mems(micro-electro-mechanicalsystems,微机电系统)。

从使镜面露出的必要性出发,这样的光扫描装置作为所谓敞开包装(openpackage)在各种环境下使用。因此,优选在用来对执行器供应驱动电压的配线中使用耐热性和耐腐蚀性高的材料。作为这样的配线,例如使用金(au)配线,并金配线上形成有由氧化铝(氧化铝:al2o3)等形成的保护膜(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2018-54908号公报



技术实现要素:

发明所要解决的课题

然而,在使用金配线作为上述那样的光扫描装置的配线的情况下,金配线缺乏与氧化铝等保护膜的密合性,因而存在保护膜从配线上剥离的问题。本申请人确认,由于通过光扫描装置的使用环境中产生的热、制造时的切片工序(晶圆切断工序)而对晶圆施加的外力,保护膜会从配线上剥离。

本公开的技术是鉴于上述情况做出的,其目的在于,提供一种能够抑制保护膜从配线上的剥离的光扫描装置。

用于解决课题的方法

本公开的技术为一种光扫描装置,其通过使镜面摆动而使照射于前述镜面的光的反射光进行扫描,其特征在于,具有由金形成的配线、覆盖前述配线的保护膜以及形成于前述配线与前述保护膜之间的密合膜。

发明效果

根据本发明,可以实现能够抑制保护膜从配线上的剥离的光扫描装置。

附图说明

图1为概要显示一个实施方式涉及的光扫描系统的构成的图。

图2为显示光扫描装置的构成的图。

图3为显示在固定框上形成的端子组的一部分的平面图。

图4为沿图3中的a-a线的截面图。

图5为显示各种金属的热膨胀系数的图。

图6为例示比较例中发生保护膜的剥离的位置的图。

符号说明

1:光扫描系统,10:光扫描控制装置,20:光源装置,40:光扫描装置,110:镜面,151a、151b:驱动源,171a、171b:驱动源,180:固定框,181:支撑基板,182:box层,183:硅活性层,190:端子,190a、190b:端子组,192:水平倾斜传感器,196:垂直倾斜传感器,200:配线,201:基底膜,202:密合膜,210:绝缘膜,220:保护膜。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。图1为概要显示一个实施方式涉及的光扫描系统的构成的图。

本实施方式的光扫描系统1具有光扫描控制装置10、光源装置20和光扫描装置40。以下对各部进行说明。

光扫描控制装置10具有系统控制器11、镜面驱动电路13和激光驱动电路14。光扫描控制装置10控制光源装置20和光扫描装置40。

系统控制器11对镜面驱动电路13供应驱动信号(驱动电压),用于驱动光扫描装置40所具有的镜面的摆动。此外,系统控制器11向激光驱动电路14供应数字影像信号。

镜面驱动电路13是,基于来自系统控制器11的控制信号,对光扫描装置40供应用于在水平方向驱动后述镜面绕水平摆动轴摆动的水平驱动信号和用于在垂直方向驱动镜面绕垂直摆动轴摆动的垂直驱动信号的镜面驱动部。

激光驱动电路14基于来自系统控制器11的影像信号对光源装置20供应用于驱动激光的激光驱动信号。

光源装置20具有ld模块21、滤光片22。ld模块21具有激光21r、激光21g、激光21b。

激光21r、21g、21b基于由系统控制器11供应的激光驱动电流而射出激光。激光21r例如射出作为红色半导体激光的波长λr(例如640nm)的光。激光21g例如射出作为绿色半导体激光的波长λg(例如530nm)的光。激光21b例如射出作为蓝色半导体激光的波长λb(例如445nm)的光。从激光21r、21g、21b射出的各波长的光通过二向色镜等合成、通过滤光片22减为规定的光量,射入光扫描装置40。

光扫描装置40根据由镜面驱动电路13供应的水平和垂直驱动信号在水平方向和垂直方向驱动镜面。光扫描装置40中,由此改变入射的激光的反射方向,进行利用激光的光扫描,将图像投影在银幕等上。

图2为显示光扫描装置40的构成的图。光扫描装置40例如是利用由压电元件构成的执行器来驱动镜面110的mems。

光扫描装置40具有镜面110、镜面支撑部120、扭梁130a、130b、连接梁140a、140b、第一驱动梁150a、150b、可动框160、第二驱动梁170a、170b以及固定框180。此外,第一驱动梁150a、150b分别具有驱动源151a、151b。此外,第二驱动梁170a、170b分别具有驱动源171a、171b。第一驱动梁150a、150b、第二驱动梁170a、170b发挥使镜面110上下或左右摆动而使激光进行扫描的功能。

光扫描装置40中,镜面110被镜面支撑部120的上表面支撑,镜面支撑部120与位于两侧的扭梁130a、130b的端部连接。扭梁130a、130b构成摆动轴,在轴向上伸展,从轴向两侧支撑镜面支撑部120。通过扭梁130a、130b的扭转,被镜面支撑部120支撑的镜面110摆动,使照射于镜面110的光的反射光进行扫描动作。扭梁130a、130b分别被连接梁140a、140b连接支撑,连接于第一驱动梁150a、150b。

可动框160从外侧支撑第一驱动梁150a、150b、连接梁140a、140b、扭梁130a、130b、镜面支撑部120和镜面110。第一驱动梁150a、150b的各自的一侧被可动框160支撑。第一驱动梁150a的另一侧向内周侧延伸,与连接梁140a、140b连接。第一驱动梁150b的另一侧也同样向内周侧延伸,与连接梁140a、140b连接。

第一驱动梁150a、150b在与扭梁130a、130b正交的方向上以夹着镜面110和镜面支撑部120的方式成对设置。在第一驱动梁150a、150b的上表面分别形成有驱动源151a、151b。驱动源151a、151b是包括压电薄膜、在压电薄膜之上形成的上部电极和在压电薄膜之下形成的下部电极而成的压电元件。驱动源151a、151b根据施加于上部电极和下部电极的驱动电压来伸长或缩小。

因此,如果对第一驱动梁150a和第一驱动梁150b交替施加电位相反的驱动电压,则在镜面110的左侧和右侧,第一驱动梁150a和第一驱动梁150b在上下相反侧交替振动。由此能够使镜面110以扭梁130a、130b为摆动轴或旋转轴绕轴摆动。

下文中,将镜面110绕扭梁130a、130b的轴摆动的方向称为水平方向。即,本实施方式的第一驱动梁150a和第一驱动梁150b通过使扭梁130a、130b扭曲变形而使镜面110在水平方向上摆动。例如,可以对因第一驱动梁150a、150b带来的水平驱动使用共振振动而高速地对镜面110进行摆动驱动。

此外,可动框160的外部与第二驱动梁170a、170b的一端连接。第二驱动梁170a、170b以从左右两侧夹着可动框160的方式成对设置。而且,第二驱动梁170a、170b从两侧支撑可动框160,同时绕通过光反射面中心的规定的轴摆动。第二驱动梁170a是,与第一驱动梁150a平行地伸展的多个(例如偶数个)矩形梁分别通过端部与邻接的矩形梁连接,整体具有之字形形状。

而且,第二驱动梁170a的另一端连接于固定框180的内侧。第二驱动梁170b也同样是,与第一驱动梁150b平行地伸展的多个(例如偶数个)矩形梁分别通过端部与邻接的矩形梁连接,整体具有之字形形状。而且,第二驱动梁170b的另一端连接于固定框180的内侧。

在第二驱动梁170a、170b的上表面分别按不含曲线部的矩形单元形成有驱动源171a、171b。驱动源171a、171b是包括压电薄膜、在压电薄膜之上形成的上部电极和在压电薄膜之下形成的下部电极而成的压电元件。

第二驱动梁170a、170b通过在按矩形单元相邻接的驱动源171a、171b彼此施加电位相反的驱动电压而使邻接的矩形梁在上下相反方向上反转,各矩形梁的上下运动的积累传递至可动框160。

第二驱动梁170a、170b通过该动作使镜面110在作为与平行方向正交的方向的垂直方向上摆动。即,第二驱动梁170a、170b是使镜面110在垂直方向上摆动的垂直梁。换而言之,本实施方式的第二驱动梁170a、170b通过自身弯曲变形而使镜面110在垂直方向上摆动。例如,可以对由第二驱动梁170a、170b带来的垂直驱动使用非共振振动。

驱动源171a包括从可动框160侧开始向右侧并排的驱动源171a1、171a2、171a3、171a4、171a5和171a6。此外,驱动源171b包括从可动框160侧开始向左侧并排的驱动源171b1、171b2、171b3、171b4、171b5和171b6。

用于对驱动源151a施加驱动电压的驱动配线与设在固定框180上的端子组190a所含的规定的端子连接。此外,用于对驱动源151b施加驱动电压的驱动配线与设在固定框180上的端子组190b所含的规定的端子连接。

此外,用于对驱动源171a施加驱动电压的驱动配线与设在固定框180上的端子组190a所含的规定的端子连接。此外,用于对驱动源171b施加驱动电压的驱动配线与设在固定框180上的端子组190b所含的规定的端子连接。

此外,光扫描装置40具有水平倾斜传感器192,水平倾斜传感器192输出在对驱动源151a、151b施加驱动电压而使镜面110在水平方向上摆动的状态下的对应于镜面110向水平方向的倾角的信号。水平倾斜传感器192由压电传感器构成,配置于连接梁140b。

此外,光扫描装置40具有垂直倾斜传感器196,垂直倾斜传感器196输出在对驱动源171a、171b施加驱动电压而使镜面110在垂直方向上摆动的状态下的对应于镜面110向垂直方向的倾角的信号。垂直倾斜传感器196由压电元件构成,配置于第二驱动梁170a具有的矩形梁中的一个。

水平倾斜传感器192输出随着镜面110向水平方向的倾斜而对应于从扭梁130b传递的连接梁140b的位移的信号。垂直倾斜传感器196输出随着镜面110向垂直方向的倾斜而对应于第二驱动梁170a中设有垂直倾斜传感器196的矩形梁的位移的信号。

构成水平倾斜传感器192和垂直倾斜传感器196的压电传感器包括在压电薄膜的上表面形成的上部电极和在压电薄膜的下表面形成的下部电极。从构成水平倾斜传感器192的压电传感器的上部电极和下部电极引出的传感器配线与设在固定框180上的端子组190b所含的规定的端子连接。此外,从构成垂直倾斜传感器196的压电传感器的上部电极和下部电极引出的传感器配线与设在固定框180上的端子组190a所含的规定的端子连接。

从使镜面110露出的必要性出发,如上那样构成的光扫描装置40以所谓敞开包装形式在各种环境下使用。

图3为显示在固定框180上形成的端子组190b的一部分的平面图。图4为沿图3中的a-a线的截面图。图3和图4所示配线200为上述驱动配线或传感器配线。

如图4所示,例如,固定框180由soi(silicononinsulator,绝缘体上的硅)基板形成,soi基板由硅(si)形成的支撑基板181、box(buriedoxide,埋氧)层182、硅活性层183按上述顺序层叠而成。

在固定框180上例如形成有由二氧化硅(sio2)形成的绝缘膜210。该绝缘膜210不限于单一的绝缘膜,也可以为2层以上绝缘膜层叠而成。

在绝缘膜210上,在上述驱动配线和传感器配线的形成区域,形成有配线200。具体地,配线200隔着基底膜201在绝缘膜210上形成。此外,在配线200上形成有密合膜202。基底膜201、配线200和密合膜202是通过将由溅射法、电子束蒸镀法等层叠在绝缘膜210上而成的多层膜利用光刻法图形化而形成的,具有大体相同的平面形状。

如上所述,光扫描装置40以所谓敞开包装形式在各种环境下使用,因而优选配线200由耐热性和耐腐蚀性高的材料形成。因此,配线200采用以金(au)为材料的金配线。需说明的是,配线200是由单一的层形成的配线,使端子组190a和190b所含的端子与压电元件(驱动源151a、151b和驱动源171a、171b)或倾斜传感器(水平倾斜传感器192和垂直倾斜传感器196)之间连接。因此,配线200不限定在固定框180上,也配置在可动框160、第一驱动梁150a、150b、第二驱动梁170a、170b等之上。

基底膜201由含有钛(ti)的合金等高熔点金属材料形成。基底膜201例如优选由钛钨(tiw)形成,组成比例如为ti:w=30:70(at%)。基底膜201具有提高作为金配线的配线200与绝缘膜210之间的密合性的作用。

密合膜202与基底膜201同样由含有钛(ti)的合金等高熔点金属材料形成。密合膜202例如优选由钛钨(tiw)形成,组成比例如为ti:w=30:70(at%)。其中,密合膜202具有提高作为金配线的配线200与保护膜220之间的密合性的作用。

需说明的是,在本实施方式中,基底膜201和密合膜202是与配线200接触的,但由于电阻比配线200高,所以不作为配线(信号线)发挥功能。

此外,密合膜202覆盖在配线200上,但在配线200端部上被部分除去。将配线200的密合膜202被除去的端部作为端子组190a和190b所含的端子190来发挥功能。

保护膜220覆盖在光扫描装置40上的大体整个区域。其中,保护膜220在端子190的部分被除去。保护膜220例如为由氧化铝(氧化铝:al2o3)形成的绝缘膜。

图5为显示各种金属的热膨胀系数的图。如图5所示,密合膜202所含的钛(ti)的热膨胀系数约为8.5×10-6/k,是形成配线200的金(au)的热膨胀系数(约14.3×10-6/k)与形成保护膜220的氧化铝(al2o3)的热膨胀系数(约5.4×10-6/k)之间的值,因而具有缓和因配线200与保护膜220的热膨胀系数的差导致的剥离的作用。

此外,认为在密合膜202中,所含的钛(ti)会氧化形成化合物,通过与形成由氧化铝形成的保护膜220的氧化铝的氧结合,提高与保护膜220的密合性。此外还认为,密合膜202通过含有容易在形成配线200的金(au)内扩散的钛(ti)而提高与配线200的密合性。

通过以上那样在配线200上隔着密合膜202形成保护膜220,因光扫描装置40在使用环境下产生的热而导致的保护膜220的剥离受到抑制。此外,光扫描装置40是使用soi基板等晶圆来制造的。具体地,通过在晶圆上形成多个光扫描装置40后通过切片工序(晶圆切断工序)将晶圆切断,单片化而形成各个光扫描装置40,晶圆因该切片工序而承受的外力所导致的保护膜220的剥离受到抑制。

<比较例>

接下来,对与上述实施方式相对的比较例进行说明。本申请人使用上述晶圆,制造从上述构成的光扫描装置40去掉密合膜202而在配线200上直接形成保护膜220的装置,验证热、外力导致的保护膜220剥离发生的有无。

其结果是,在位于晶圆的中央部、周边部的元件(光扫描装置)中确认到保护膜220的剥离。发生了保护膜220的剥离的元件在晶圆的元件中约为22%。

图6为例示比较例中发生保护膜220的剥离的位置的图。如图6所示,保护膜220的剥离发生在配线200与端子190邻接的区域b。如果以这种方式保护膜220从端部剥离,则存在保护膜220剥离的区域伴随这一情况扩大的担忧。

而本申请人通过与比较例同样的方法制造了在配线200与保护膜220之间具有密合膜202的光扫描装置40,验证了保护膜220剥离发生的有无。其结果是,确认到存在密合膜202的情况下,晶圆的任何元件中均未发生保护膜220的剥离。

<变形例>

接下来对上述实施方式的变形例进行说明。

上述实施方式中,密合膜202和基底膜201分别由含有钛的合金(例如tiw)形成,但密合膜202和基底膜201也可以不为钛合金,例如可以仅由钛(ti)形成。

需说明的是,密合膜202的材料不限定为钛系金属。密合膜202优选为其热膨胀系数存在于配线200的热膨胀系数与保护膜220的热膨胀系数之间且与配线200和保护膜220具有相互作用的物质。本申请人推测,作为有助于密合性的2种物质间的相互作用,存在以下的要素(1)~(4)。

(1)晶格常数接近。

(2)在界面附近形成热力学稳定的化合物。

(3)在界面附近,两种金属在原子水平上扩散。

(4)发挥锚定效果。

关于要素(1),作为晶格常数接近晶格常数为4.07angstrom的金(au)的材料,可列举晶格常数为4.05angstrom的铝(al)、晶格常数为4.08angstrom的银(ag)等。

关于要素(2),可列举两种金属在界面附近混合的情况、在界面附近形成作为化合物的氧化物的情况。

关于要素(3),可列举在界面附近,两种金属在原子水平上组成比在膜厚方向上缓慢变化的情况。作为容易扩散的物质,可列举钛(ti)、铬(cr)、镍(ni)、铜(cu)等。

要素(4)的锚定效果是侵入配线与保护膜的界面产生的凹凸、提高密合性的效果。

推测在配线200为金(au)、保护膜220为氧化铝(al2o3)的情况下,通过将密合膜202设为钛系金属,在热膨胀系数的基础上,通过有助于上述要素(2)~(4)中的至少任一相互作用而密合性提高。

此外,保护膜220不限于氧化铝(al2o3),也可以由其他材料形成。例如,可以由氧化铝(al2o3)以外的无机氧化物(sio2、sno2、tio2、y2o3、srtio3等)形成保护膜220。此外,也可以由无机氮化物(sin、tin、aln等)形成保护膜220。此外,还可以由无机氟化物(mgf等)形成保护膜220。进一步,还可以由无机系非晶质膜形成保护膜220。

此外,上述实施方式中,作为光扫描装置40,使用的是水平驱动为共振驱动、垂直驱动为非共振驱动的装置,但光扫描装置40的构成不限于此。例如,作为光扫描装置40,可以使用水平驱动和垂直驱动均为非共振驱动的装置。

上述实施方式的光扫描装置例如能够适用于头戴式显示器、平视显示器、投影仪等二维扫描型光扫描装置。

以上基于各实施方式进行了本发明的说明,但本发明不受上述实施方式所示要件的限定。关于这些点,可以在不损害本发明的宗旨的范围内进行变更,可以根据其应用形态适当确定。

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