硅加工方法、微振荡器制造方法、光学设备和硅基片的制作方法

专利名称：硅加工方法、微振荡器制造方法、光学设备和硅基片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据半导体工艺从硅晶片制造微机械部件等的 方法，并且更具体地涉及用于从晶片制造硅结构体的硅加工方法、具 有蚀刻掩模的硅基片等。该结构体例如被用作弹性部件，并且构成执 行振荡的微振荡器。该振荡器可用于诸如光偏转器之类的光学设备和 使用光偏转器的图像形成设备、诸如加速度传感器和角速度传感器之 类的传感器等。
背景技术：
常规上，能够以微米量级加工根据半导体工艺从晶片制造的微机 械部件。通过使用微机械部件来实现各种微功能元件(见日本专利申
请特开平No.H06-232112)。作为这种精细加工硅的方法之一，存在 一种在晶片上形成蚀刻掩模之后用碱溶液执行各向异性蚀刻的方法。 各向异性蚀刻是这样一种方法，其利用硅的(111)面和其等效晶面
(这些也被统称为(111)等效面)的蚀刻速率低于其它晶面的事实， 形成主要包括(lll)面和其等效晶面的结构体。这是一种在碱溶液 中浸泡晶片的简单加工方法。可以集体加工大量晶片。因此，不昂贵 的微米量级加工是可能的。更具体地讲，各向异性蚀刻是通过使用具 有下述特性的蚀刻剂执行的蚀刻蚀刻在特定晶体取向(crystal orientation)上不进行下去。能够以极高的加工精度创建特定晶面裙> 设定为基准的微结构，即由该晶面指定的结构体。各向异性蚀刻剂的 例子包括KOH (氢氧化钾)、TMAH (四甲基氢氧化铵溶液)、EDP
(乙二胺邻苯二酚(ethylene diamine pyrocatechol) +水)、NaOH
(氢氧化钠)和肼(hydrazine )。
在硅微功能元件中，经常使用经受应力的结构体。利用各向异性蚀刻，可获得具有光滑的被加工表面的部件。特别地，当形成经受应 力的结构体时，因为光滑表面可避免应力集中，所以可制造具有令人 满意的耐久性的结构体。
与使用诸如多角镜之类的旋转多面镜的光学扫描光学系统相比，
通过用由这样的技术(见美国专利No,4，317，6U )形成的微振荡器扭 转地振荡反射表面来执行光学扫描的光偏转器具有例如下述特性可 减小光偏转器的大小，并且功率消耗小。特别地，可通过在微振荡器 的扭转振荡的共振频率附近驱动光偏转器来进一步减小功率消耗。
然而，作为根据各向异性蚀刻从晶片制造结构体的方法的问题之 一，由于对准误差，在形成的蚀刻掩模和晶片的晶轴方向之间发生加 工尺寸的误差。例如，当这样的结构体被用作制造微振荡器的弹簧时， 由于加工尺寸误差而发生弹簧常数误差。这可能导致微振荡器的共振 频率的制造误差。

发明内容
考虑到上述问题，根据本发明的硅加工方法具有下述特征。该硅 加工方法是一种硅加工方法，其包括下述步骤在单晶硅基片的主平 面上形成掩模图案，并向该主平面施加晶体各向异性蚀刻，以形成包 括(111)面及其等效晶面并且具有宽度W1和长度L1的结构体。该 主平面是由(100)面及其等效晶面(这些也被统称为(100)等效面) 和(110)面及其等效晶面(这些也被统称为(110)等效面)之一形 成的。在掩模图案中形成用于确定结构体的宽度Wl的确定部。掩模 图案的用于宽度Wl的确定部的宽度为宽度W2。在掩模图案的长度 方向上，除了确定部以外的掩模图案的宽度大于宽度W2。
可使具有宽度W2的确定部存在于长度L1的中央附近。掩模图 案可具有凹陷，并且可由该凹陷形成具有宽度W2的确定部。
可与距具有宽度W2的确定部的距离成比例地在长度Ll方向上
增大掩模图案的宽度。
在该硅加工方法中，当由宽度W2方向和宽度W1方向形成的角
5被表示为角e时，宽度w2可具有关系wi = w2.cose。
在该硅加工方法中，当距掩模图案的具有宽度W2的确定部的距
离被表示为X，在掩模图案的长度方向上的掩模图案的宽度分布被表
示为W(x)，而由宽度W2方向和宽度Wl方向形成的角的最大容 i午量坤皮表示为0*时，可满足关系W(x)^W2 + 2'|x|'tane*。
考虑到上述问题，根据本发明的具有蚀刻掩模的硅基片具有下述 特征。在单晶硅基片上形成与包括(111)面及其等效晶面并具有宽 度Wl和长度Ll的结构体的目标形状对应的掩模图案。所述单晶硅 基片具有(100)面及其等效晶面和(110)面及其等效晶面之一作为 主平面。掩模图案具有用于确定该结构体的宽度Wl的确定部。掩模 图案的用于宽度Wl的确定部的宽度为宽度W2。在掩模图案的长度 方向上，除了确定部以外的掩模图案的宽度大于宽度W2。
考虑到上述问题，根据本发明的制造微振荡器的方法具有下述特 征。该方法是一种制造微振荡器的方法，所述^:振荡器包括支持基片、 扭簧和由扭簧支持以便能够关于支持基片绕扭转轴扭转地振荡的可 移动部。微振荡器具有围绕扭转轴的至少一个共振频率。该结构体由 珪加工方法形成为扭簧。
考虑上述问题，根据本发明的诸如图像形成设备之类的光学设备 包括光偏转器，所述光偏转器具有由制造微振荡器的方法制造的微振 荡器以及设置在可移动部中的光偏转元件。光偏转器反射和偏转来自 光源的光束，并使得至少一部分光束入射在诸如感光部件之类的光照 射目标上。
根据本发明，除了用于确定结构体的宽度Wl的掩^^莫图案的确定 部以外的掩模图案的宽度被设定为大于该确定部的宽度。因此，即使 晶轴方向和蚀刻掩模之间存在对准误差，也可以实现能以较小的加工 尺寸误差形成结构体的硅加工。因此，例如，如果由根据本发明的硅 加工方法形成的结构体被用作微振荡器的弹簧，则可以减小由制造导
致的弹簧常数误差。
参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。


图1A是示出根据本发明的第一实施例的蚀刻掩模图案的顶视 图，而图1B是沿图1A的线1B-1B截取的截面图。
图2A是示出根据第一实施例的结构体的顶视图，而图2B是沿 图2A的线2B-2B截取的截面图。
图3A是示出作为根据第一实施例的结构体的形成单位的蚀刻掩 模图案的顶视图，而图3B是示出根据第一实施例的结构体的顶视图。
图4A是示出当第一实施例中发生对准误差时形成的结构体的顶 视图，而图4B是示出当发生对准误差时形成的结构体的放大顶视图。
闺5是示出根据本发明的硅晶片的示意性顶视图。
图6A是示出根据第一实施例的蚀刻掩模图案的细节的顶视图， 而图6B是示出现有技术中的蚀刻掩模图案的顶视图。
图7是用于比较本发明和现有技术中的由对准误差导致的加工 误差的曲线图。
图8A是示出根据第一实施例的一种变型的蚀刻掩模图案的顶视 图，而图8B是示出根据第一实施例的另一种变型的蚀刻掩模图案的 顶视图。
图9是示出根据本发明的第二实施例的蚀刻掩模图案的顶视图。
图10A是示出作为根据第二实施例的微振荡器的形成单位的蚀 刻掩才莫图案的顶视图；图IOB是沿图IOA的线10B-10B截取的截面 图；而图IOC是示出作为根据第二实施例的结构体的形成单位的蚀刻 掩模图案的顶视图。
图11A是示出通过第二实施例中的硅加工制造的微振荡器的顶 视图；图11B是沿图11A的线11B-11B截取的截面图；而图11C 是示出当第二实施例中发生对准误差时制造的微振荡器的顶视图。
图12A是通过第二实施例中的硅加工制造的光偏转器的顶视图； 图12B是示出通过第二实施例中的硅加工制造的光偏转器的可移动部的截面图；以及图12C是示出包括通过根据本发明的第三实施例的 硅加工制造的光偏转器的光学设备的示意性透视图。
图13A是示出根据第一实施例的一种变型的结构体的顶视图， 而图13B是沿图13A的线13B-13B截取的截面图。
图14A是示出作为根据第一实施例的所述变型的结构体的形成 单位的蚀刻掩模图案的顶视图，而图14B是示出根据第一实施例的所 述变型的结构体的顶视图。
具体实施例方式
下面描述本发明的实施例。根据本发明的珪加工方法、具有蚀刻 掩模的硅基片等中的重点内容如下所述。为了利用晶体各向异性蚀刻 的特性，在蚀刻掩模图案中形成用于确定结构体的宽度W1的确定部， 以防止除了确定部以外的蚀刻掩模图案的宽度被设定得小于确定部 的宽度(以将除了确定部以外的蚀刻掩模图案的宽度设定得大于该确 定部的宽度)。基于这个想法，根据本发明的硅加工方法、具有蚀刻 掩模的硅基片等的基本实施例具有下述配置。
在硅加工方法的基本实施例中，在主平面为(100)面及其等效 晶面或(110)面及其等效晶面的单晶硅基片上形成掩模图案。向单 晶硅基片施加晶体各向异性蚀刻，以形成包括(lll)面及其等效晶 面等并具有宽度Wl和长度Ll的结构体。掩^t图案具有用于确定结 构体的宽度Wl的、宽度为W2的确定部。在掩才莫图案的长度方向上， 除了确定部以外的掩模图案的宽度大于宽度W2。
在本实施例中，可釆用下述形态。首先，可使具有宽度W2的确 定部存在于长度Ll的中央附近。掩模图案可具有凹陷。可由凹陷形 成具有宽度W2的确定部。稍后在第一实施例中描述这些形态。
可与距具有宽度W2的确定部的距离成比例地在长度Ll方向上 增大掩模图案的宽度。在图8B所示的例子和第二实施例中采用此形 态。当由宽度W2方向和宽度Wl方向形成的角度(即，对准误差) 被表示为角度0时，宽度W2可被设定为具有关系Wl-W2'cos0。当距掩模图案的确定部的距离被表示为X，在掩模图案的长度方向上的
掩模图案的宽度分布被表示为W (x)，而由宽度W2方向和宽度 Wl方向形成的角度的最大容许量被表示为0*时，满足关系W(x) ^ W2 + 2'|x|'tane*。这些形态也稍后在第一实施例中详细描述。
在具有蚀刻掩模的硅基片的一个基本实施例中，在单晶硅基片上 形成与包括(lll)面及其等效晶面等并具有宽度Wl和长度Ll的结 构体的目标形状对应的掩模图案。所述单晶硅基片具有(100)面及 其等效晶面、或(110)面及其等效晶面作为主平面。掩模图案具有 用于确定结构体的宽度Wl的、宽度为W2的确定部。在掩模图案的 长度方向上，除了确定部以外的掩模图案的宽度大于宽度W2。可采 用上述具体形态。
根据所述硅加工方法，可如稍后在第一和第二实施例中详细描述 的，将结构体形成为扭簧。可以与扭簧一起配置微振荡器，所述振荡 器包括支持基片和由扭簧支持以便能够关于支持基片绕扭转轴扭转 地振荡的可移动部。所述微振荡器具有围绕扭转轴的至少一个共振频 率。该结构体由桂加工方法形成为扭簧。
也可以配置一种光学设备，诸如稍后在第三实施例中详细描述的 图像形成设备，该光学设备包括光偏转器，所述光偏转器由通过制造 微振荡器的方法制造的微振荡器构成，所述微振荡器的可移动部被应 用于反射镜。光偏转器反射和偏转来自光源的光束，并使至少一部分 光束入射在诸如感光部件之类的光照射目标上。
在这些实施例中，因为除了确定部以外的掩模图案的宽度不小于 用于确定结构体的宽度Wl的掩模图案的确定部的宽度，所以即使晶 轴方向和蚀刻掩模之间存在对准误差，也可以形成具有较小加工尺寸 误差的结构体。
在下面参考附图描述本发明的实施例。
第一实施例
描述硅加工方法和通过硅加工方法加工的结构体的配置例子作 为本发明的第一实施例。
9首先，参照附图1A和1B至图5描述根据此实施例的硅加工方 法。图5是用于根据此实施例的硅加工方法的硅晶片100的顶视图。 硅晶片100是硅的单晶体。图5的纸张表面上的法线方向是<100>晶 轴方向。硅晶片100具有指示<110>晶轴方向的定位边(orientation flat) 105。在硅晶片100的表面上形成蚀刻掩才莫图案101。可以由一 个晶片形成多个结构体。即使蚀刻掩模图案101具有关于<110>晶轴 方向的对准误差，也可通过根据此实施例的硅加工方法减小要形成的 结构体的加工尺寸误差。
图1A和1B至图3A和3B为图5所示的蚀刻掩模图案IOI或结 构体的一部分的放大视图。参照这些附图描述蚀刻掩模和被加工结构 体之间的关系。
图1A是蚀刻掩^^莫图案101的一部分的放大顶视图。图1B是沿 图1A的线IB- 1B截取的截面图。在硅晶片100的两面上形成了氮 化硅膜之后，通过光刻形成氮化硅的蚀刻掩模图案101。如图1A所 示，根据此实施例的蚀刻掩模图案101具有图中所示的氮化硅膜102 的图案，在该图案中排列有多个由虚线指示的结构体的形成单位IO。 将由结构体的形成单位10表示的氮化硅膜102的纵向方向设定为x 方向，以图1A所示的方向设定蚀刻掩模图案101的坐标。蚀刻掩模 图案101被形成为x方向沿由图5所示的定位边105指示的<110>晶 轴方向对准。如图1B所示，图1A中的在其上形成有图案的表面是硅 晶片100的(100)面及其等效晶面103。另一方面，在后表面上均匀 地形成氮化硅膜102。
图2A和2B示出这样的状态，其中，在图1A和1B的步骤之后， 用碱溶液对硅晶片100施加各向异性蚀刻，以去除硅晶片100的两面 上的氮化硅膜。作为碱溶液，可使用氢氧化钾溶液等。图2A是与图 1A所示的部分相同的部分的顶视图。图2B是沿图2A的线2B-2B 截取的截面图。如图2A所示，在该结构体的形成单位10的部分中形 成两端固定的单晶硅结构体1。根据通过碱溶液的各向异性蚀刻，如 图2B所示，结构体l具有由(111)面及其等效晶面104、和(IOO)面及其等效晶面103包围的梯形截面。在图2A中，箭头50指示<110> 晶轴方向。
参照图3A和3B描述参照图1A和2A描述了的蚀刻掩模图案101 和结构体1的尺寸之间的对应关系。图1A和2A所示的结构体的形 成单位10的放大图分別被示出作为图3A和3B。如图3A所示，蚀刻 掩模图案101具有与该结构体的长度Ll对应的长度L2。在蚀刻掩模 图案101的坐标中，在长度L2方向上设定坐标的x方向。蚀刻掩模 图案101在坐标y方向上具有宽度W (x)。在本发明中，宽度W(x) 在坐标x方向上分布。换句话说，宽度W (x)不是固定的(例如， 如图8B所示那样连续地改变)，并且蚀刻掩^f莫图案101在长度L2 的范围中具有最小宽度W2。在此实施例中，特别地，如图3A所示， 在L2的中央的部分中形成凹陷11，以形成最小宽度W2。换句话说， 其中不形成凹陷11的部分的宽度W (x)均匀地为Wmax。
根据图3A所示的蚀刻掩模图案101，结构体1被形成为如图3B 所示。形成的结构体1如图所示具有长度Ll。结构体l在垂直于长 度Ll的方向上具有宽度Wl。如图2B所示，Wl由(111)面及其等 效晶面104确定，并且在长度L1上基本上为固定值。
图3B示出这样的状态，其中图3A中的坐标x方向理想地与硅 晶片100的定位边105指示的<110>晶轴方向对准。宽度W1和宽度 W2具有如下关系
W2 = Wl + 2x (ill)面及其等效晶面104的蚀刻量。(表达式l) 表达式1的右侧的第二项是作为用于执行各向异性蚀刻的蚀刻
掩^t而被一般考虑的量，并且作为要形成的结构体和蚀刻掩模之间的
关系是明显的。因此，在以下描述中，该项被省略。例如，表达式1
4皮表示为力口下
W2 = W1 (表达式2)
关于所有其它尺寸，除非另有具体说明，对于用于形成由(lll) 面及其等效晶面104确定的尺寸的蚀刻掩模，考虑(111)面及其等 效晶面104的蚀刻量，并且在所描述的关系中省略此项。在其中坐标x方向与〈110晶轴方向理想地对准的状态下，蚀刻 掩模图案101的宽度W2是用于确定要形成的结构体1的Wl的部分。 这是因为，通过各向异性蚀刻，在除了 (111)面及其等效晶面之外 的表面上蚀刻硅，直到硅的宽度被减小为宽度W2。在宽度W2处， (111)面及其等效晶面如图3B所示那样出现。
以此方式，即使蚀刻掩模图案101的宽度W (x)在长度L2方 向上具有分布，要形成的结构体1的宽度Wl在长度Ll方向上具有 固定值。因此，由作为W (x)的最小值的宽度W2确定宽度Wl。
参照图4A和4B、图6A和6B和图7描述由<110>晶轴方向和 蚀刻掩模图案101的坐标x方向之间的对准误差导致的宽度Wl的加 工误差。这样的对准误差的主要因素包括定位边105和<110>晶轴方 向之间的误差、以及定位边105和蚀刻掩模图案101之间的误差。这 些误差典型地表现为约士0.1。的角误差。然而，在这些图中，角误差被 强调以有助于理解。
图4A是当图1A所示的坐标x方向和〈110晶轴方向50之间发 生对准误差时与图2A所示的部分等效的部分的顶视图。如图4A中 的结构体l所指示的，与图2A相比，结构体1被形成为因对准误差 而倾斜。图4B是图4A所示的结构体的形成单位10的进一步的放大 图。如图4B所示，由(111)面及其等效晶面104围绕的结构体l具 有宽度W1，和长度L1，。长度L1，的方向是沿由(111)面及其等效晶 面104确定的结构体1的方向，即沿<110>晶轴方向的方向。宽度Wl， 的方向是垂直于长度Ll，的方向。如从图中理解的，即使当发生对准 误差时，结构体1的宽度也由(111)面及其等效晶面104确定，并 在长度Ll，方向上具有基本上固定的值Wl，。
参照图6A和6B和图7描述通过根据本发明的硅加工方法减小 加工尺寸误差的原理。图6A和6B是作为结构体的形成单位10的蚀 刻掩模图案101的顶视图。图6A示出根据图1A所示的此实施例的 蚀刻掩模图案。另一方面，图6B示出根据现有技术的蚀刻掩模图案。 根据现有技术的蚀刻掩模图案具有图中所示的具有长度L2和宽度
12W4的形状。与根据此实施例的蚀刻掩模图案101的坐标类似，当设 定了将长度L2方向设定为x方向的坐标时，宽度W4在长度L2方向 上是固定的。如下设计宽度W4和长度L2，使得以没有对准误差的理 想状态形成图3B所示的结构体1:
L2 = Ll (表达式3 )
W4 = Wl (表达式4 )
作为对对准误差的发生的解释，图6A和6B示出被加工表面106 作为各向异性蚀刻之后的结构体l的轮廓线。被加工表面106是当通
过蚀刻掩模蚀刻之后剩余的(111)面及其等效晶面与晶片的表面彼 此相交时形成的线。在图6A和6B中，示出由<110>晶轴方向和坐标 x方向形成的角e作为对准误差的量(0=0为理想状态)。
在根据图6B所示的现有技术的硅加工方法中，当发生对准误差 时，要形成的结构体1的宽度Wl，由两个角部12之间的<110>晶轴方 向上的间隔确定。这是因为(111)面及其等效晶面首先出现在两个 角部12的位置，然后具有宽度W4和长度L2的氮化硅膜102的两侧 的蚀刻分别在其中出现(111)面及其等效晶面的位置处停止。该位 置与(111)面及其等效晶面相连接。因此，与没有对准误差的理想 状态中的结构体l的宽度W4相比，宽度W1，较小。需要形成的结构 体1的长度Ll越大，此宽度的减小量就越大。可在假设的对准误差 的范围内，以下述关系近似W1，和W4:
Wl' = W4-L2.tane(表达式5 )
当宽度的加工误差s^f皮i殳定为(Wl'-W4)/W4时，在现有4支术中， 加工误差s由以下表达式表示
s = (L2/W4).tane (表达式6 )
在现有技术中，如表达式6所指示的，在L2/W4的值较大的形 状的情况下，由对准误差导致的加工误差￡较大。因此， 一般地说， 当通过各向异性蚀刻形成L2/W4的值较大的结构体，例如梁、弹簧 或阵列隔离壁时，加工误差￡是宽度的加工误差的主要原因。
另一方面，在图6A所示的根据此实施例的蚀刻掩模图案中，如上所述，存在沿坐标x方向的宽度W (x)的分布(即，宽度W (x) 是不固定的)。如图所示，蚀刻掩模图案在长度L2的中央具有宽度 W2。宽度W2被设定为等于需要形成的结构体1的宽度W4的值。 在此实施例中，如上所述，除了凹陷11以外的部分的宽度为Wmax。 由假设的对准误差0确定Wmax。在此实施例的情况下，如果其中需
要减小加工误差的对准误差范围为士e、则根据以下表达式的关系设
定Wmax:
Wmax 2 W2 + 2.(L2/2).tane * (表达式7 )
在根据此实施例的蚀刻掩模图案中，即使存在对准误差，两个角 部12也不能确定要形成的结构体的宽度Wl。宽度W2确定宽度Wl。 这是因为(111)面及其等效晶面首先出现在用于宽度W2的确定部 的两侧的位置处，然后，具有长度L2的氮化硅膜102的其它部分的 两侧的蚀刻分别在其中出现(111)面及其等效晶面的位置处停止。 该位置与(111)面及其等效晶面相连接。因此，在该点处形成的结 构体的宽度Wl，和该结构体的加工误差￡由下述表达式表示
Wl' = W2'cos6 (表达式8 )
￡ = cos0-l (表达式9 )
因此，在根据此实施例的蚀刻掩模图案中，可将关于对准误差e
的加工误差s减小至极小的值。如从表达式9看出的，加工误差s不 取决于结构体的长度L2。因此，可以高精度形成甚至其中根据现有 技术加工误差较大的结构体形状。
此外，如图6A所示，在根据包括此实施例的本发明的蚀刻掩模 图案中，即使在图案的边缘附近存在裂缝108或针孔107等，也不影 响宽度的加工误差。在如图6B所示的现有技术的掩模图案中，边缘 附近的掩模的这样的缺陷直接导致宽度的加工误差。
图7的曲线图指示当使用根据现有技术和此实施例的蚀刻掩模 图案时引起的对准误差e和加工误差e之间的关系。如上所述，在可 能典型地发生的对准误差e为士0.1。的范围内，此实施例的加工误差s 为约-6ppm;在现有才支术中，当L2/W4-60时，加工误差为约-10% 。以这种方式，在此实施例中，对于L2/W4具有任4可值的结构体，可 以减小由对准误差导致的结构体的宽度的加工误差。
如上所述，根据通过根据此实施例的蚀刻掩模的硅加工方法，即 使实际晶轴方向和蚀刻掩模之间存在对准误差，也可减小由各向异性 蚀刻导致的结构体的加工误差。因为通过各向异性蚀刻的硅加工获得 平滑平面，所以甚至能够以高加工精度且较不容易损坏的形态形成用 作弹性部件的具有小宽度和大长度的结构体。
即使在蚀刻掩模的轮廓中存在轻微缺陷(破裂、孔等)，也可减 小由该部分引起的结构体的宽度的加工误差。具体地讲，如在根据此 实施例的蚀刻掩模中那样，如果通过使用凹陷来形成具有宽度W2的 部分，并且增大具有大宽度的其它部分的面积，则可进一步减小由这 些缺陷导致的结构体的宽度的加工误差的出现概率。
如在根据此实施例的蚀刻掩模中那样，如果通过使用凹陷形成具 有宽度W2的部分，则可通过矩形的组合形成蚀刻掩模图案的主要形 状。因此，当通过光刻形成蚀刻掩模图案时，可简化光掩模的结构体。 因此，可不昂贵地形成蚀刻掩模图案。
不用说，即^f吏当与此实施例不同，具有宽度W2的部分不位于长 度L2的中央，根据本发明的蚀刻掩才莫也可减小加工误差。
图8A示出蚀刻掩模的一种变型，其中图6A所示的具有宽度 W2的部分不位于长度L2的中央。在这种情况下，如果其中需要减小 加工误差的对准误差范围为±0*，则除了宽度W2以外的宽度W5和 W6的值具有下述关系
W5 ^ W2 + 2'(L6).tan0* (表达式10 )
W6 ^ W2 + 2'(L7).tane* (表达式11)
在图8A所示的变型中，如在此实施例中那样，可如图7的曲线 图所指示那样减小加工误差。
然而，与根据此实施例的蚀刻掩模类似，通过将具有宽度W2 的部分设置在长度L2的中央，可将蚀刻掩模的宽度W(x)的最大值 减小至最小的值。因此，可减小蚀刻掩模的最大宽度和由各向异性蚀
15刻形成的最终形状的宽度之间的差。因此，可以减小直到在蚀刻期间 露出(111)面及其等效晶面为止的蚀刻量，并形成平滑的蚀刻表面。 如果蚀刻掩模的最大宽度和最终形状的宽度之间的差增大，则可能由 于在蚀刻期间更新液体、产生的气泡的累积等而引起蚀刻速度误差。 然而，可以减小该蚀刻速度误差。此外，在珪被蚀刻的部分中的蚀刻 掩模易于在去除之前被破坏。然而，因为可减小这样的部分的面积， 可获得具有高可靠性的加工方法。
此外，通过采用图8B所示的配置，可以进一步减小蚀刻掩模的 最大宽度和由各向异性蚀刻形成的最终形状的宽度之间的差。图8B 示出作为结构体的形成单位10的蚀刻掩模的另一种变型。具有与图 6A所示的功能相同的功能的组件由相同的附图标记和符号表示。在 图8B所示的配置中，如闺6A所示，具有宽度W2的部分位于长度 L2的中央。另一方面，与图6A不同，宽度W (x)在长度L2上向 着具有宽度Wmax的部分单调地增大。通过以此方式形成蚀刻掩模， 可以减小蚀刻掩模的最大宽度和由各向异性蚀刻形成的结构体的最 终形状的宽度之间的差。
此外，在图8B所示的配置中，也可以将蚀刻掩模的具有宽度 W2的部分设定在长度L2的一端，并向着具有宽度Wmax的部分单 调地增大宽度W(x)。然而，以这样的形式，蚀刻掩^f莫的最大宽度 和通过各向异性蚀刻形成的结构体的最终形状的宽度之间的差相对 较大。
第二实施例
描述本发明的第二实施例。在图11A至11C中，示出由根据此 实施例的硅加工方法制造的微振荡器的配置例子。图IIA是微振荡器 的顶视图，而图11B是沿图11A的线11B-11B截取的截面图。图 12A至12C是示出包括根据此实施例的微振荡器的光偏转器的图。图 12A是光偏转器的顶视图，而图12B是沿图12A的线12B-12B截取 的截面图。在这些图中，具有与第一实施例中的功能相同的功能的组 件由相同的附图标记和符号表示。在图IIA至IIC所示的微振荡器和图12A至12C所示的光偏转器中，附图标记2表示支持部，3表示固定部，4表示反射表面，6表示可移动部，7表示形成驱动单元的永磁体，并且8表示扭转轴。如图12A至12C所示，当反射表面4形成在可移动部6中，并且永》兹体7被设置在其上形成有反射表面4的表面的后表面上时，图IIA至IIC所示的微振荡器被形成为扫描光的光偏转器。具体地讲，当微振荡器经由支持部2被固定到机械地接地的固定部3时，微振荡器是包括扭转轴8被设定为扭转中心的结构体1的扭转振荡器。如图12B所示，通过从未在图中示出的诸如线圈之类的磁场产生单元(其还形成驱动单元)施加AC磁通量15，并使得AC磁通量15作用在永磁体7上，产生扭矩(torque)。微振荡器可以在共振频率附近绕扭转轴8振荡。
根据此实施例的光偏转器关于扭转轴8具有按照以下表达式的关系的共振频率f:
f = 1/(2'7T)，々(2'K/1)(表达式12 )
其中，K表示绕结构体l的扭转轴8的扭簧常数，并且I表示绕可移动部6的扭转轴8的转动惯量。
如图11B所示，如第一实施例那样，根据此实施例的微振荡器的结构体l通过利用碱溶液的硅的各向异性蚀刻形成。因此，如图所示，形成结构体l的表面为(100)面及其等效晶面、或(111)面及其等效晶面。如图所示，在根据此实施例的结构体1中，两个薄的四边形截面被组合以形成X形多边形。
当使用尺寸Wla ( = Wlb)和Ll、晶片厚度T、以及由(100)面及其等效晶面103和(111)面及其等效晶面104形成的角度①(=54.7。)时，可由以下表达式近似具有该截面的结构体1的扭簧常数K:
K = G.{(sinO)2.T.(Wla)3}/(3.Ll)(表达式13 )
在此实施例中，Wla = Wlb = 85 nm， Ll = 2800 [im，并且T = 300jim。在图12A至12C所示的形态中，f约为2.7kHz。
如表达式13所示，因为扭簧常数K与结构体1的宽度Wla的立方成比例，所以Wla的尺寸误差比长度L和晶片厚度T对扭簧常数误差具有更大的影响。此外，长度L2/宽度Wla = 33。在现有技术的硅加工方法中，这样的形状的结构体l的宽度具有由对准误差导致的大的加工误差。另一方面，利用根据本发明的硅加工方法，可减小结构体1的宽度Wla的加工误差。此外，当结构体1如此实施例中那样被用作弹簧时，可有效地减小弹簧常数误差。
参照图9和图10A至10C描述才艮据此实施例的珪加工方法的蚀刻掩模图案。具有与第一实施例中的功能相同的功能的组件由相同的附图标记和符号表示。图9是图5所示的硅晶片100上形成的蚀刻掩模图案101的放大顶视图。如第一实施例那样，蚀刻掩模图案101被形成为图9中的坐标x轴方向与图5所示的定位边105指示的<110>晶轴方向对准。
图9所示的虛线部分指示微振荡器的形成单位16。如图所示，在根据此实施例的硅加工方法中，可彼此相邻地形成多个微振荡器。氮化硅膜102的结构体形成计划部和振荡器形成计划部被布置为在相邻元件中《皮此接近。
图10A中示出微振荡器的形成单位16的放大顶视图。图10B中示出沿图10A的线10B-IOB截取的截面图。图10C中示出结构体的形成单位10的放大顶视图。与第一实施例不同，才艮据此实施例的结构体的形成单位IO具有特征图案，以形成具有图11A至11C所示的X形截面的结构体l。如图10A至10C所示，形成单位10—般具有通过布置一对如图8B所示的图案而形成的形状。如图10B所示，图10A中所示的图案也形成在后表面上。因此，也从晶片的前表面和后表面执行通过碱溶液的各向异性蚀刻。
另一方面，如第一实施例那样，当在长度L2方向上设定坐标x方向时，蚀刻掩模图案的宽度Wa (x)和Wb (x)在x方向上具有分布。蚀刻掩模图案在长度L2的中央具有宽度W2a和W2b。进一步远离中央，宽度Wa( x )和Wb( x )单调地增大以达到最大值Wmax。具体地讲，图11A所示的W2a和W2b和Wla和Wlb具有以下关系W2a = W2b = Wla = Wlb(表达式14 )
在与上述式7相同的原理下，Wmax被设定为关于假设的对准误差范围±0*具有以下关系
Wmax ^ W2a + 2'(L2/2)'tan0* (表达式15 )利用上述蚀刻掩模图案，形成图IIA至IIC所示的微振荡器。
描述当发生对准误差e时形成的微振荡器。在这种情况下，微振荡器具有图iic的顶视图所示的形状。由对准误差e导致的加工误差的发生的原理与第一实施例中的相同。由于根据此实施例的微振荡器
的截面具有如图llB所示的X形状，所以结构体l的宽度和长度出现为图11C所示的长度Lla和L2b以及宽度Wla，和Wlb，。作为结构体1的长度，仅需要将Lla和L2b的平均值设定为代表长度。关于结构体1的宽度，宽度Wla，和Wlb，是相等的，并具有与宽度W2a( -W2b)的以下关系
Wla' = W2a.cosG(表达式16 )
s = cose-l (表达式17 )
宽度的加工误差s被设定为(Wla'-W2a)/W2a。
以这种方式，在具有与此实施例相同的X形状截面的结构体1中，可以与第一实施例相同中所述的关系相同的关系减小关于对准误差e的宽度的加工误差s。在此实施例中，适当地设定晶片厚度与平行布置的两个蚀刻掩模图案的宽度和间隔之间的关系，以实现具有X形状截面的结构体1。
如上所述，关于如此实施例中那样执行围绕扭转轴的扭转振荡的微振荡器，由于表达式13中的宽度Wla的立方的项的误差减小，所以可有效地减小弹簧常数的误差。因此，进一步地，还可减小表达式12的共振频率f的误差。当形成图12A至12C所示的光偏转器时，由于减小了共振频率f的误差，所以可稳定地制造可节能地以所需频率驱动的光偏转器。
在第一和第二实施例中，描述了主平面是(IOO)面及其等效晶面的单晶硅基片。然而，可由主平面是(110)面及其等效晶面的单
19晶硅基片执行相同的加工。具体地讲，掩模图案形成在主平面是(110)
面及其等效晶面的单晶硅基片的主平面上，并进^f亍晶体各向异性蚀
刻。因此，如对应于图2A和2B的图13A和13B-斤示，可以形成包括(110)面及其等效晶面110和垂直于(110)面及其等效晶面110的(111)面及其等效晶面104的、具有宽度和长度的结构体1。在图13A中，箭头51指示<111>晶轴方向。在该情况下，如对应于图3A和3B的图14A和14B所示，在掩才莫图案中，用于结构体的宽度W1的确定部的宽度为宽度W2。在掩模图案的长度方向上，除了确定部以外的掩模图案的宽度大于宽度W2。然而，(lll)面及其等效晶面垂直于(110)面及其等效晶面。因此，对应于第一实施例的形态的结构体1的截面被形成为矩形形状。对应于第二实施例的形态的结构体1的截面被形成为其中平行布置两个薄的四边形截面的形状。第三实施例
描述本发明的第三实施例。图12C是示出才艮据第三实施例的光学设备的示意性透视图，在第三实施例中使用第二实施例中的图12A至12C所示的光偏转器。
作为光学设备，示出图像形成设备。在图12C中，附图标记3003表示根据第二实施例的光偏转器，所述光偏转器一维地扫描入射光。附图标记3001表示作为光源的激光束源。附图标记3002表示透镜或透镜组，3004表示写入透镜或写入透镜组，而3005表示作为光照射目标的鼓状感光部件。
从激光束源3001发射的激光束经受与光偏转扫描的定时有关的预定强度调制。此强度调制光通过透镜或透镜组3002由光学扫描系统(光偏转器)3003 —维地扫描。扫描的激光束通过写入透镜或写入透镜组3004在感光部件3005上形成图像。
沿垂直于扫描方向的方向绕转动轴转动的感光部件3005被图中未示出的充电器均匀地充电。当在感光部件3005上扫描光时，在感光部件3005的被扫描部分上形成静电潜像。随后，由图中未示出的显影装置在静电潜像的图像部分中形成调色剂图<象。通过例如将调色
20在片材上 形成图像。
在此实施例中，可通过具有较小的共振频率误差的根据第二实施
例的光偏转器3003 ，以较低的功率消耗形成稳定的图像。
不必说，光偏转器可用于其它光学设备。在这些设备中，光偏转 器反射和偏转来自光源的光束，并使得至少一部分光束入射在光照射 目标上。除了诸如激光束打印机之类的图像形成设备以外，这样的光 学设备的例子还包括图像显示设备和诸如条形码读取器之类的扫描 光束的设备。除了光学设备以外，根据本发明的硅加工方法还可应用 于制造通过使用微机械技术制造的例如加速度传感器和角速度传感 器的微结构。
尽管已参照示例性实施例描述了本发明，应理解，本发明不限于 所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应4皮给予最宽的解释， 以^^包含所有这样的变型以及等同结构和功能。
权利要求
1.一种硅加工方法，包括在单晶硅基片的主平面上形成掩模图案，所述主平面包括(100)面及其等效晶面和(110)面及其等效晶面之一；以及向所述主平面施加晶体各向异性蚀刻，以形成包括(111)面及其等效晶面并具有宽度W1和长度L1的结构体，其中在掩模图案中形成用于确定结构体的宽度W1的确定部，所述掩模图案的用于宽度W1的确定部的宽度为宽度W2，以及在掩模图案的长度方向上，除了确定部以外的掩模图案的宽度大于宽度W2。
2. 根据权利要求1所述的硅加工方法，其中使具有宽度W2的 确定部存在于长度Ll的中央的附近。
3. 根据权利要求2所述的硅加工方法，其中 所述掩模图案具有凹陷，以及 由所述凹陷形成具有宽度W2的所述确定部。
4. 如权利要求1所述的硅加工方法，其中与距具有宽度W2的 确定部的距离成比例地在长度Ll方向上增大掩模图案的宽度。
5. 如权利要求1所述的硅加工方法，其中，当由宽度W2方向 和宽度Wl方向形成的角被表示为角e时，宽度\￥2具有关系界1 = W2'cos6。
6. 如权利要求5所述的硅加工方法，其中，当距掩模图案的具 有宽度W2的确定部的距离被表示为x，在掩模图案的长度方向上的 掩模图案的宽度分布被表示为W (x)，而由宽度W2方向和宽度 Wl方向形成的角的最大容许量被表示为9*时，满足关系W(x)^W2 + 2'|x「tane*。
7. —种微振荡器的制造方法，所述微振荡器包括支持基片、扭 簧和由扭簧支持以便能够关于支持基片绕扭转轴扭转地振荡的可移 动部，所述微振荡器具有围绕扭转轴的至少一个共振频率，所述制造方法包括利用如权利要求1所述的硅加工方法将所述构造体形成为 所述扭簧。
8. —种光学设备，所述光学设备包括光偏转器，所述光偏转器 具有通过如权利要求7所述的微振荡器的制造方法制造的微振荡器以 及设置在可移动部中的光偏转元件，其中所述光偏转器反射和偏转来自光源的光束，并使得至少一部分光 束入射在光照射目标上。
9. 一种具有蚀刻掩模的硅基片，在单晶硅基片上包括与要形成 的结构体的、包括(111)面及其等效晶面并具有宽度Wl和长度L1 的目标形状对应的掩模图案，所述单晶硅基片具有(100)面及其等 效晶面和(110)面及其等效晶面之一作为主平面，其中所述掩模图案具有用于确定该结构体的宽度Wl的确定部， 所述掩模图案的用于宽度Wl的确定部的宽度为宽度W2,以及 在所述掩模图案的长度方向上，除了所述确定部以外的掩模图案 的宽度大于宽度W2。
全文摘要
本发明涉及硅加工方法、微振荡器制造方法、光学设备和硅基片，所述硅加工方法包括在单晶硅基片的主平面上形成掩模图案；以及向所述主平面应用晶体各向异性蚀刻，以形成包括(111)面及其等效晶面并且具有宽度W1和长度L1的结构体。主平面包括(100)面及其等效晶面、或(110)面及其等效晶面。在掩模图案中形成用于确定结构体的宽度W1的确定部。掩模图案的用于宽度W1的确定部的宽度为宽度W2。在掩模图案的长度方向上，除了确定部以外的掩模图案的宽度大于宽度W2。
文档编号B81C1/00GK101659390SQ20091016748
公开日2010年3月3日 申请日期2009年8月25日 优先权日2008年8月29日
发明者加藤贵久, 岛田康弘 申请人:佳能株式会社