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1. WO2020202491 - 光走査装置およびその製造方法

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明 細 書

発明の名称 光走査装置およびその製造方法

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004  

先行技術文献

特許文献

0005  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0006  

課題を解決するための手段

0007   0008  

発明の効果

0009   0010  

図面の簡単な説明

0011  

発明を実施するための形態

0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081  

産業上の利用可能性

0082  

符号の説明

0083  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25   26   27   28   29   30   31   32   33  

明 細 書

発明の名称 : 光走査装置およびその製造方法

技術分野

[0001]
 本発明は、光走査装置およびその製造方法に関する。

背景技術

[0002]
 レーザー距離センサまたはプロジェクター等に光走査装置が利用されている。そのような光走査装置として、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を適用したMEMSミラー型の光走査装置が知られている。この種の光走査装置は、小型であり、駆動を高精度に行うことができるとされる。一般に、このような光走査装置は、支持体、回転体、反射面および梁によって構成されている。反射面は回転体上に形成されている。梁は、支持体と回転体とを接続する。
[0003]
 光走査装置では、駆動力として、電磁力または静電力等が用いられる。回転体は、電磁力または静電力によって、梁を軸として回転運動をする。回転体が回転することで、回転体に配置された反射面に照射された光が走査されることになる。光走査装置の材料として、主にシリコンが適用される。光走査装置は、そのシリコンにドライエッチング等の半導体プロセスを適用することによって製造される。
[0004]
 この種の光走査装置を開示した特許文献として、たとえば、特許文献1および特許文献2がある。特許文献1では、一般的なMEMSミラー型の光走査装置が提案されている。特許文献2では、一般的なMEMSミラー型の光走査装置の構成に加えて、反射体と回転体との間に支柱が配置された光走査装置が提案されている。特許文献2では、回転体の上に支柱を介して反射体を接合して立体構造とすることで、光走査装置の小型化が図られている。

先行技術文献

特許文献

[0005]
特許文献1 : 特許第2722314号公報
特許文献2 : 特開2013-68678号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0006]
 上述したように、光走査装置では、小型化が求められている。本発明は、そのような開発の一環としてなされたものであり、一つの目的は、小型化を図ることができる光走査装置を提供することであり、他の目的は、そのような光走査装置の製造方法を提供することである。

課題を解決するための手段

[0007]
 本発明に係る光走査装置は、第1構造体と第2構造体とを有する光走査装置である。第1構造体は、支持体と駆動体と第1柱状体と駆動部とを備えている。駆動体は、支持体に、梁を介して回転可能に接続されている。第1柱状体は、駆動体に接続されている。駆動部は、梁を軸として駆動体を回転させる。第2構造体は、反射体と第2柱状体とを備えている。反射体は、支持体と対向するように配置されている。第2柱状体は、反射体に接続されるとともに、第1柱状体に接続されている。梁は、支持体における、第2構造体が配置されている側とは反対側の部分に配置されている。
[0008]
 本発明に係る半導体装置の製造方法は、第1構造体と第2構造体と有する光走査装置の製造方法である。第1構造体を形成する工程は、以下の工程を備えている。第1半導体層、第1絶縁膜、第2半導体層および第2絶縁膜が順次積層された第1基板を用意する。第1基板における第2絶縁膜の側に駆動部を形成する。第2絶縁膜および第2半導体層を加工し、第2絶縁膜および第2半導体層のそれぞれの部分によって、駆動部によって駆動する駆動体、平板部、および、駆動体と平板部とを接続する梁をそれぞれ形成する。第1半導体層および第1絶縁膜を加工し、第1絶縁膜および第1半導体層のそれぞれの部分によって、平板部に接続される支持本体を含む支持体、および、駆動体に接続される第1柱状体をそれぞれ形成する。第2構造体を形成する工程は、以下の工程を備えている。第3半導体層、第3絶縁膜、第4半導体層および第4絶縁膜が順次積層された第2基板を用意する。第3半導体層および第3絶縁膜に加工を行い、第4半導体層および第4絶縁膜のそれぞれの部分によって、反射体を形成するとともに、第3半導体層および第3絶縁膜のそれぞれの部分によって、反射体に接続される第2柱状体を形成する。第1構造体と第2構造体とが形成された後、支持体に反射体を対向させるように、第1柱状体と第2柱状体とを接合する。

発明の効果

[0009]
 本発明に係る光走査装置によれば、第2構造体の反射体は、第1構造体の支持体と対向するように配置されている。支持体と駆動体とを接続する梁は、支持体における、第2構造体が配置されている側とは反対側の部分に配置されている。これにより、光走査装置の小型化に寄与することができる。
[0010]
 本発明に係る光走査装置の製造方法によれば、第1構造体と第2構造体とが形成された後、支持体に反射体を対向させるように、第1構造体の第1柱状体と第2構造体の第2柱状体とを接合する。これにより、小型化に寄与することができる半導体装置を製造することができる。

図面の簡単な説明

[0011]
[図1] 実施の形態1に係る光走査装置の第1の斜視図。
[図2] 同実施の形態において、光走査装置の第2の斜視図。
[図3] 同実施の形態において、光走査装置における第1構造体の第1の斜視図。
[図4] 同実施の形態において、光走査装置における第1構造体の第2の斜視図。
[図5] 同実施の形態において、光走査装置における第1構造体を裏側から見た平面図。
[図6] 同実施の形態において、図4に示す断面線VI-VIにおける断面図。
[図7] 同実施の形態において、光走査装置における第2構造体の第1の斜視図。
[図8] 同実施の形態において、光走査装置における第2構造体の第2の斜視図。
[図9] 同実施の形態において、図7に示す断面線IX-IXにおける断面図。
[図10] 同実施の形態において、光走査装置における第1構造体の製造方法の一工程を示す断面図。
[図11] 同実施の形態において、図10に示す工程の後に行われる工程を示す断面図。
[図12] 同実施の形態において、図11に示す工程の後に行われる工程を示す断面図。
[図13] 同実施の形態において、図12に示す工程の後に行われる工程を示す断面図。
[図14] 同実施の形態において、光走査装置における第2構造体の製造方法の一工程を示す断面図。
[図15] 同実施の形態において、図14に示す工程の後に行われる工程を示す断面図。
[図16] 同実施の形態において、図15に示す工程の後に行われる工程を示す断面図。
[図17] 同実施の形態において、図16に示す工程の後に行われる工程を示す断面図。
[図18] 同実施の形態において、図13に示す工程および図17に示す工程の後に行われる工程を示す断面図。
[図19] 同実施の形態において、図18に示す工程の後に行われる工程を示す断面図。
[図20] 同実施の形態において、光走査装置の動作を説明するための部分斜視図。
[図21] 同実施の形態において、光走査装置の反射体が傾けられた一の状態を示す断面図。
[図22] 比較例に係る光走査装置の断面図。
[図23] 比較例に係る光走査装置の反射体が傾けられた一の状態を示す断面図。
[図24] 実施の形態2に係る光走査装置の斜視図。
[図25] 同実施の形態において、光走査装置における第1構造体の斜視図。
[図26] 同実施の形態において、光走査装置における第2構造体の斜視図。
[図27] 実施の形態3に係る光走査装置の斜視図。
[図28] 同実施の形態において、図27に示す断面線XXVIII-XXVIIIにおける断面図。
[図29] 実施の形態4に係る光走査装置の斜視図。
[図30] 同実施の形態において、光走査装置における第1構造体の斜視図。
[図31] 同実施の形態おいて、光走査装置における第1構造体の平面図。
[図32] 同実施の形態において、第1構造体における固定櫛歯電極および可動櫛歯電極を示す部分拡大斜視図。
[図33] 同実施の形態において、光走査装置の動作を説明するための、固定櫛歯電極および可動櫛歯電極を示す部分拡大断面斜視図。

発明を実施するための形態

[0012]
 実施の形態1.
 実施の形態1に係る光走査装置について説明する。図1および図2に示すように、光走査装置1は、第1構造体3と第2構造体5とを備えている。第2構造体5には、反射体41が設けられている。後述するように、反射体41は、第1構造体3に設けられた駆動部19によって駆動する。
[0013]
 第1構造体3について、詳しく説明する。図3、図4および図5に示すように、第1構造体3は、支持体11、駆動体13、第1柱状体15、駆動部19および一対の梁31を備えている。支持体11は、支持本体11aと平板部11bとを含む。一対の梁31のうちの一方の梁31は、駆動体13の一方の側と平板部11bとの間を接続する。一対の梁31のうちの他方の梁31は、駆動体13の他方の側と平板部11bとの間を接続する。
[0014]
 駆動部19は、配線コイル23、一対の電極パッド21および磁石25(図20参照)を含む。配線コイル23のコイルとしての主な部分は、駆動体13に配置されている。一対の電極パッド21は、平板部11bに配置されている。配線コイル23の一端側は、一対の電極パッド21のうちの一方の電極パッド21に電気的に接続されている。配線コイル23の他端側は、一対の電極パッド21のうちの他方の電極パッド21に電気的に接続されている。
[0015]
 駆動体13は、配線コイル23を流れる電流と磁石25の磁力線との作用によって発生するローレンツ力によって、梁31を軸として回転することになる。駆動体13には、第1柱状体15が接続されている。
[0016]
 後述するように、第1構造体3は、第1半導体層63、第1絶縁膜65および第2半導体層67が積層された第1SOI基板61(図10参照)と第2絶縁膜69とを加工することによって形成されている。第2絶縁膜69は、たとえば、第2半導体層67に接するように形成された熱酸化膜である。図6に示すように、平板部11bと駆動体13とは、第2半導体層67および第2絶縁膜69から形成されている。支持本体11aと第1柱状体15とは、第1半導体層63および第1絶縁膜65から形成されている。
[0017]
 次に、第2構造体5について、詳しく説明する。図7および図8に示すように、第2構造体5は、反射体41および第2柱状体45を備えている。反射体41には、金属膜43が形成されている。金属膜43は、反射体41において、第1構造体3が配置されている側とは、反対の側に形成されている。金属膜43は、反射面43aを有する。
[0018]
 後述するように、第2構造体5は、第3半導体層83、第3絶縁膜85および第4半導体層87が積層された第2SOI基板81(図14参照)と第4絶縁膜89とを加工することによって形成されている。第4絶縁膜89は、たとえば、第4半導体層87に接するように形成された熱酸化膜である。図9に示すように、反射体41は、第4半導体層87および第4絶縁膜89から形成されている。第2柱状体45は、第3半導体層83および第3絶縁膜85から形成されている。
[0019]
 第1構造体3の第1柱状体15に、第2構造体5の第2柱状体45が接合されている。具体的には、第1柱状体15の接合面15a(図3参照)に、第2柱状体45の接合面45a(図8参照)が接合されている。駆動体13の回転運動に伴い、第1柱状体15および第2柱状体45が傾くことで、反射体41が所望の角度をもって傾けられることになる。光走査装置1の具体的な動作については、後述する。
[0020]
 次に、上述した光走査装置1の製造方法の一例について説明する。まず、第1構造体3の製造方法の一例について説明する。図10に示すように、第1半導体層63、第1絶縁膜65および第2半導体層67が積層された第1SOI基板61を用意する。その第2半導体層67の表面に、たとえば、熱酸化法によって、第2絶縁膜69が形成される。第1絶縁膜65および第2絶縁膜69のそれぞれは、たとえば、シリコン酸化膜(熱酸化膜)である。第1半導体層63および第2半導体層67のそれぞれは、たとえば、シリコン層である。
[0021]
 言い換えると、次のようになる。第1半導体層63は、ベースとなるシリコン基板である。第1絶縁膜65は、そのシリコン基板に接するように形成されたシリコン酸化膜からなる埋め込み酸化(BOX:Buried Oxide)層である。第2半導体層67は、そのBOX層に接するように形成されたシリコン層である。第1半導体層63の膜厚は、たとえば、500μm程度である。第2半導体層67の膜厚は、たとえば、50μm程度である。第1半導体層63の膜厚は、第2半導体層67の膜厚に比べて、10倍以上となる。
[0022]
 まず、第2絶縁膜69上に配線コイル23が形成される。第2絶縁膜69を覆うように、たとえば、スパッタ法によって、アルミニウム(Al)または窒化アルミニウム(AlN)等の伝導性の良好な金属膜(図示せず)が形成される。次に、写真製版処理およびエッチング処理が行われる。これにより、図11に示すように、駆動体が形成されることになる第2絶縁膜69の領域に、配線コイル23が形成される。
[0023]
 このとき、配線コイル23とともに、一対の電極パッド21(図2または図4参照)も同時に形成される。なお、配線コイル23および電極パッド21の膜(材料)としては、十分な導電性を有し、下地膜等との良好な密着性を有する膜であれば、アルミニウム等に限られるものではなく、他の膜を適用してもよい。
[0024]
 金属膜のエッチング処理として、エッチャントを用いたウェットエッチング処理、または、反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)等のドライエッチング処理が行われる。いずれのエッチング処理においても、第2絶縁膜69(下地膜)のエッチングレートに対して、金属膜のエッチングレートが十分に大きい、選択比の大きなエッチング条件が選択される。エッチング処理には、レジスト膜を保護膜としたフォトリソグラフィー技術が好適である。レジスト膜を除去するには、たとえば、酸素アッシング処理等が適用される。
[0025]
 次に、駆動体13と平板部11bとが形成される。写真製版処理を行うことによってレジスト膜のパターン(図示せず)が形成される。次に、そのレジスト膜のパターンを保護膜として、第2絶縁膜69および第2半導体層67にエッチング処理が行われる。このとき、第2半導体層67は、第2絶縁膜69をパターニングする際のレジスト膜のパターンと、第2絶縁膜69の部分を保護膜としてパターニングされる。
[0026]
 エッチング処理としては、高いアスペクト比をもってエッチング処理が可能なボッシュ法による深堀エッチング(DRIE:Deep Reactive Ion Etching)処理が望ましい。エッチング処理は、第1絶縁膜65が露出するまで行われる。これにより、図11に示すように、第2半導体層および第2絶縁膜によって、駆動体13になる部分と平板部11bになる部分とがパターニングされる。
[0027]
 次に、図12に示すように、まず、第2絶縁膜69を覆うように、たとえば、スピンコーティング法等によって、第1保護レジスト膜71が形成される。次に、第1保護レジスト膜71に、第1ワックス73によって第1ダミーウェハ74が貼り付けられる。
[0028]
 次に、第1柱状体15と支持本体11aとが形成される。写真製版処理を行うことによってレジスト膜のパターン(図示せず)が形成される。次に、そのレジスト膜のパターンを保護膜として、第1半導体層63および第1絶縁膜65にエッチング処理が行われる。
[0029]
 第1半導体層63のエッチング処理には、深堀エッチング処理が望ましい。第1半導体層63がパターニングされた後、レジスト膜のパターンを保護膜として、ウェットエッチング処理またはドライエッチング処理によって第1絶縁膜65がパターニングされる。
[0030]
 これにより、図13に示すように、駆動体13、第1柱状体15、平板部11bおよび支持本体11aを含む支持体11、駆動体13と支持体11とを接続する梁31(図3参照)がそれぞれ形成される。こうして、第1ダミーウェハ74に支持された第1構造体3が形成される。
[0031]
 次に、第2構造体5の製造方法の一例について説明する。図14に示すように、第3半導体層83、第3絶縁膜85および第4半導体層87が積層された第2SOI基板81を用意する。その第4半導体層87の表面に、たとえば、熱酸化法によって、第4絶縁膜89が形成される。第3絶縁膜85および第4絶縁膜89は、たとえば、シリコン酸化膜(熱酸化膜)である。第3半導体層83および第4半導体層87のそれぞれは、たとえば、シリコン層である。
[0032]
 言い換えると、次のようになる。第3半導体層83は、ベースとなるシリコン基板である。第3絶縁膜85は、そのシリコン基板に接するように形成されたBOX層である。第4半導体層87は、そのBOX層に接するように形成されたシリコン層である。第3半導体層83の膜厚は、たとえば、500μm程度である。第4半導体層87の膜厚は、たとえば、50μm程度である。第3半導体層83の膜厚は、第4半導体層87の膜厚に比べて、10倍以上となる。
[0033]
 次に、図15に示すように、第4絶縁膜89を覆うように、たとえば、スパッタ法によって、反射面43aを有する金属膜43が形成される。次に、写真製版処理を行うことによって、レジスト膜のパターン(図示せず)が形成される。次に、そのレジスト膜のパターンを保護膜として、金属膜にエッチング処理が行われる。
[0034]
 反射面を有する金属膜として、走査される光の波長に対して反射率が高い金属膜が望ましい。走査される光が、たとえば、赤外光の場合には、金(Au)膜が好適である。金膜を形成する場合には、下地との密着性を高めるための膜を、金膜と下地との間に介在させることが望ましい。たとえば、クロム(Cr)膜/ニッケル(Ni)膜/金膜、または、チタン(Ti)膜/白金(Pt)膜/金膜が好ましい。
[0035]
 金属膜のエッチング処理としては、エッチャントを用いたウェットエッチング処理、または、反応性イオンエッチング等のドライエッチング処理が行われる。いずれのエッチング処理においても、第4絶縁膜89(下地膜)のエッチングレートに対して、金属膜のエッチングレートが十分に大きい、選択比の大きなエッチング条件が選択される。
[0036]
 次に、図16に示すように、金属膜43を覆うように、たとえば、スピンコーティング法等によって、第2保護レジスト膜91が形成される。次に、第2保護レジスト膜91に、第2ワックス93によって第2ダミーウェハ95が貼り付けられる。
[0037]
 次に、第2柱状体45と反射体41とが形成される。写真製版処理を行うことによってレジスト膜パターン(図示せず)が形成される。次に、そのレジスト膜のパターンを保護膜として、第3半導体層83および第3絶縁膜85にエッチング処理が行われる。
[0038]
 第3半導体層83のエッチング処理には、深堀エッチング処理が望ましい。第3半導体層83がパターニングされた後、レジスト膜のパターンを保護膜として、ウェットエッチング処理またはドライエッチング処理によって第3絶縁膜85がパターニングされる。これにより、図17に示すように、第2柱状体45と、その第2柱状体45に接続される反射体41とがそれぞれ形成される。こうして、第2ダミーウェハ95に支持された第2構造体5が形成される。
[0039]
 次に、第1構造体3と第2構造体5とが接合される。図18に示すように、第1構造体3の第1柱状体15(第1半導体層63)における接合面15aと、第2構造体5の第2柱状体45(第3半導体層)における接合面45aとが接合される。反射面43aとなる金属膜43に対して、高温度によるダメージを与えないために、常温活性化接合、または、プラズマ活性化接合等を用いることが望ましい。
[0040]
 次に、接合された第1構造体3と第2構造体5とを、たとえば、所望の温度のイソプロピルアルコール中に浸漬することによって、第1ワックス73と第2ワックス93とを融解させる。これにより、第1ダミーウェハ74が第1構造体3から剥離する。また、第2ダミーウェハ95が第2構造体5から剥離する(図19参照)。次に、レジスト剥離剤による処理、または、酸素アッシング処理を行うことによって、第1保護レジスト膜71と第2保護レジスト膜91とが除去される。こうして、図19に示すように、光走査装置1の主要部分が完成する。
[0041]
 次に、上述した光走査装置1の動作について説明する。上述した光走査装置1では、駆動体13は、ローレンツ力によって駆動する。図20に示すように、たとえば、Y軸方向(負方向)の磁場が発生するように、磁石25(永久磁石)が配置される。この磁場中に配置されている配線コイル23に電流を矢印に示す向きに流すことによってローレンツ力が生じ、駆動体13が、梁31を回転軸として矢印に示す向きに回転する。
[0042]
 図21に示すように、駆動体13が回転することで、駆動体13に接続された第1柱状体15および第2柱状体45が傾き、反射体41が傾けられることになる。なお、配線コイル23に流す電流の向きを変えることで、反射体41は、図21に示される向きとは反対側に傾けられることになる。また、配線コイル23に流す電流量と磁場の強さによって、反射体41が傾けられる角度が調整される。
[0043]
 上述した光走査装置1によれば、反射体41を備えた第2構造体5が、反射体41を駆動する第1構造体3と対向するように配置されている。これにより、光走査装置1の小型化に寄与することができる。
[0044]
 また、上述した光走査装置1では、第1構造体3に対して、第2構造体5の反射体41を傾ける角度の範囲をより広げることができる。このことについて説明する。まず、上述した光走査装置1において、反射体41のY軸方向の長さの半分の長さLを、たとえば、5000μmとし、反射体41から梁31までの距離Dを、たとえば、1000μmとする。そうすると、図21に示すように、傾き角度θ1は、arctan(1000/5000)≒11.3°になる。なお、反射体41のY軸方向の長さとは、反射体41がY軸に平行な状態(たとえば、図19参照)の長さをいう。比較例についても同様である。
[0045]
 次に、比較例に係る光走査装置について説明する。図22に示すように、比較例に係る光走査装置101は、第1構造体103と第2構造体105とを備えている。第1構造体103には、第2構造体105と対向する側に、シリコン層の段差が設けられている。シリコン層の段差の上段部には、梁131を介して駆動体113が配置されている。また、段差の上段部には、電極パッド121が配置されている。第2構造体105には、反射体141、金属膜143および柱状体145が設けられている。柱状体145は駆動体113に接合されている。
[0046]
 ここで、図23に示すように、反射体141のY軸方向の長さの半分の長さLCを、たとえば、5000μmとし、反射体141から梁31までの距離DCを、たとえば、500μmとする。このとき、シリコンの段差を考慮すると、傾き角度θCは、arctan(500/5000)≧5.7°になることが想定される。
[0047]
 しかしながら、比較例に係る光走査装置101では、第1構造体103は、一般的なSOIウェハを用いて形成される関係上、シリコンの段差の高さを制御することが難しい。このため、図22に示す、第2構造体105と第1構造体のシリコンの段差の下段部との距離DSが変動しやすくなって、傾き角度θCにばらつきが生じ、所望の角度に広げるのが難しくなることが想定される。
[0048]
 比較例に係る光走査装置に対して、上述した光走査装置1では、第1構造体3は、第1半導体層63、第1絶縁膜65および第2半導体層67が積層された第1SOI基板61(図10参照)と第2絶縁膜69とを加工することによって形成されている。段差に対応する支持本体11aは、実質的に第1絶縁膜65をエッチングマスクとして第1半導体層63にエッチング処理を行い、その後、第1絶縁膜65を除去することによって形成される(図13参照)。
[0049]
 このため、段差の高さに対応する支持本体11aの高さは、第1半導体層63および第1絶縁膜65の厚さに相当する高さになる。これにより、第2構造体5と、段差の下段部に対応する、第1構造体3の平板部11bとの距離DEにはばらつきがなくなり、ほぼ一定の距離DEになり、傾き角度θ1を所望の角度に容易に広げることができる。
[0050]
 また、比較例に係る光走査装置101では、駆動体113および梁131は、第1構造体103の段差の上段部と同じ高さ位置に配置されている。さらに、電極パッド121は、第1構造体103の段差の上段部に配置されている。このような光走査装置101の構造において、第1構造体103の下側にパッケージ(図示せず)を配置する場合には、段差の存在によって、電極パッド121からパッケージへ配線を引き出すのが困難になることが想定される。
[0051]
 一方、上述した光走査装置1では、電極パッド21は、第1構造体3の平板部11bにおける、第2構造体5が位置する側とは反対の側に配置されている。これにより、電極パッド21からパッケージへ配線を引き出すのが容易になる。これについては、実施の形態3において説明する。
[0052]
 実施の形態2.
 実施の形態2に係る光走査装置について説明する。図24に示すように、光走査装置1は、第1構造体3と第2構造体5とを備えている。第1構造体3は、第1柱状体17を備え、第2構造体5は、第2柱状体45を備えている。第1柱状体17の接合面17a(図25参照)に、第2柱状体47の接合面47a(図26参照)が接合されている。
[0053]
 第1柱状体17および第2柱状体47のそれぞれの構造について、具体的に説明する。図25に示すように、第1柱状体17は、リブが形成されたリブ構造とされる。図26に示すように、第2柱状体47も、リブが形成されたリブ構造とされる。なお、これ以外の構成については、図1等に示す光走査装置1の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
[0054]
 次に、上述した光走査装置1の製造方法の一例について説明する。光走査装置1は、第1柱状体17および第2柱状体47のそれぞれを形成する工程を除いて、前述した光走査装置1の製造方法と基本的に同じ工程によって製造される。
[0055]
 第1柱状体17は、前述した図13に示す工程に対応する工程において形成される。写真製版処理を行うことによって、レジスト膜のパターン(図示せず)が形成される。このとき、第1柱状体が形成される領域には、リブに対応したレジスト膜のパターンが形成される。
[0056]
 次に、そのレジスト膜のパターンを保護膜として、第1半導体層63および第1絶縁膜65にエッチング処理を行うことによって、支持本体11aとともに、リブ構造の第1柱状体17(図25参照)が形成されることになる。
[0057]
 一方、第2柱状体47は、前述した図17に示す工程に対応する工程において形成される。写真製版処理を行うことによってレジスト膜パターン(図示せず)が形成される。このとき、第2柱状体が形成される領域には、リブに対応したレジスト膜のパターンが形成される。
[0058]
 次に、そのレジスト膜のパターンを保護膜として、第3半導体層83および第3絶縁膜85にエッチング処理を行うことによって、リブ構造の第2柱状体47(図26参照)が形成されることになる。
[0059]
 次に、上述した光走査装置1の動作について説明する。上述した光走査装置1では、実施の形態1において説明した光走査装置1と同様に、反射体41は、ローレンツ力によって所望の方向に傾けられる。
[0060]
 上述した光走査装置1では、実施の形態1において説明した光走査装置1の効果に加えて、次のような効果が得られる。
[0061]
 すなわち、第1柱状体17および第2柱状体47のそれぞれが、中空部分を有するリブ構造とされていることで、第1柱状体17および第2柱状体47の支柱としての強度を保ちながら、第1構造体3と第2構造体5との軽量化を図ることができる。これにより、より小さいローレンツ力によって、反射体41を所望の角度に傾けることが可能になる。
[0062]
 なお、上述した光走査装置1では、第1柱状体17および第2柱状体47のそれぞれのリブが、クロス状に配置された構造を例に挙げて説明した。リブ構造としては、中空部分を有し、支柱としての強度を確保することができれば、リブがクロス状に配置される場合に限られない。
[0063]
 実施の形態3.
 実施の形態3に係る光走査装置について説明する。図27および図28に示すように、光走査装置1は、パッケージ51に搭載されている。光走査装置1の第1構造体3に設けられた電極パッド21は、パッケージ51に配置された電極パッド22に接合されている。パッケージ51の材質は、たとえば、セラミック等が用いられる。パッケージ51には、駆動体13が回転するのに十分な空隙53が形成されている。また、パッケージ51には、電極パッド22と電気的に接続された金属製の複数のピン55が設置されている。ピン55は、パッケージ51とは別に構成された、光走査装置1を制御する制御IC(Integrated Circuit)等を搭載した制御基板等に電気的に接続するために用いられる。なお、これ以外の構成については、図1等に示す光走査装置1の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
[0064]
 次に、上述したパッケージ51に搭載された光走査装置1の製造方法の一例について説明する。実施の形態1において説明した図9~図19に示す一連の製造工程を経た後、第1構造体3に設けられた電極パッド21と、パッケージ51に配置された電極パッド22とが、たとえば、熱による金属間の拡散接合によって接合される。こうして、パッケージ51に光走査装置1が搭載される。
[0065]
 次に、上述した光走査装置1の動作について説明する。上述した光走査装置1では、実施の形態1において説明した光走査装置1と同様に、反射体41は、ローレンツ力によって所望の方向に傾けられる。
[0066]
 上述した光走査装置1では、実施の形態1において説明した光走査装置1の効果に加えて、次のような効果が得られる。
[0067]
 電極パッドが、第1構造体3の平板部11bにおける、第2構造体5が位置する側に配置された構造では、電極パッドとパッケージの電極パッドとを電気的に接続するためには、平板部11bを貫通する貫通ヴィアを設けて、平板部11bにおけるパッケージ51の側に引き出す配線が必要になる。
[0068]
 これに対して、電極パッド21が、第1構造体3の平板部11bにおける、第2構造体5が位置する側とは反対の側に配置されている場合には、そのような貫通ヴィアを設ける必要がなく、金属間の拡散接合によって、電極パッド21とパッケージ51の電極パッド22とを電気的に容易に接続することができる。
[0069]
 実施の形態4.
 実施の形態4に係る光走査装置について説明する。上述した各実施の形態に係る光走査装置1では、ローレンツ力によって反射体41を傾ける場合について説明した(図1等参照)。ここでは、静電力によって反射体を傾ける光走査装置について説明する。
[0070]
 図29に示すように、光走査装置1は、光走査装置1は、第1構造体3と第2構造体5とを備えている。第1構造体3の第1柱状体15に、第2構造体5の第2柱状体45が接続されている。図30に示すように、第1構造体3には、第2構造体の反射体41を傾ける駆動部19として、固定櫛歯電極27と可動櫛歯電極29とが設けられている。
[0071]
 固定櫛歯電極27は、支持体11に形成されている。可動櫛歯電極29は、駆動体13に形成されている。なお、これ以外の構成については、図1等に示す光走査装置1の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
[0072]
 第1構造体3について詳しく説明する。図31および図32に示すように、固定櫛歯電極27と可動櫛歯電極29とは、固定櫛歯電極27の櫛歯と可動櫛歯電極29の櫛歯とが、交互に噛み合うように配置されている。なお、図31および図32では、固定櫛歯電極27および可動櫛歯電極29のそれぞれの構造が視認しやすいように、図29に示される第1柱状体15を省いた状態が示されている。
[0073]
 次に、上述した光走査装置1の製造方法の一例について説明する。光走査装置1は、駆動体13および平板部11bをパターニングする工程と、支持本体11aをパターニングする工程とを除いて、実施の形態1において説明した光走査装置1の製造方法と基本的に同じ工程によって製造される。
[0074]
 固定櫛歯電極27は、図11および図13のそれぞれに示す工程に対応する工程において形成される。まず、図11に示す工程に対応する工程では、写真製版処理を行うことによって、レジスト膜のパターン(図示せず)が形成される。このとき、平面部が形成される領域には、固定櫛歯電極に対応したレジスト膜のパターンが形成される。可動体が形成される領域には、可動櫛歯電極に対応したレジスト膜のパターンが形成される。
[0075]
 次に、そのレジスト膜のパターンを保護膜として、第2絶縁膜69および第2半導体層67にエッチング処理が行われる。これにより、固定櫛歯電極27の一部がパターニングされるとともに、可動櫛歯電極29がパターンニングされる。
[0076]
 その後、図13に示す工程に対応する工程において、写真製版処理を行うことによって、レジスト膜のパターン(図示せず)が形成される。このとき、支持本体が形成される領域には、固定櫛歯電極27に対応したレジスト膜のパターンが形成される。
[0077]
 次に、そのレジスト膜のパターンを保護膜として、第1半導体層63および第1絶縁膜65にエッチング処理が行われる。これにより、固定櫛歯電極の残りの部分がパターニングされて、固定櫛歯電極27の全体が形成されることになる。
[0078]
 次に、上述した光走査装置1の動作について説明する。図32および図33に示すように、可動櫛歯電極29(第2半導体層67の部分)に印加する電圧を基準にして、固定櫛歯電極27(第1半導体層63の部分)に印加する電圧を変化させることによって、可動櫛歯電極29と固定櫛歯電極27との間に静電力(引力または斥力)が発生する。この静電力によって、可動櫛歯電極29を含む駆動体13が、梁31を軸として回転することになる(図32および図33のそれぞれの円弧状の矢印参照)。
[0079]
 上述した光走査装置1では、実施の形態1において説明した光走査装置1の効果に加えて、次のような効果が得られる。すなわち、上述した光走査装置1では、駆動部19は、静電力によって反射体41が傾けられる。これにより、磁石を配置するスペースを削減することができ、光走査装置1の小型化にさらに貢献することができる。
[0080]
 なお、各実施の形態において説明した光走査装置については、必要に応じて種々組み合わせることが可能である。
[0081]
 今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。

産業上の利用可能性

[0082]
 本発明は、MEMSミラー型の光走査装置に有効に利用される。

符号の説明

[0083]
 1 光走査装置、3 第1構造体、5 第2構造体、11 支持体、11a 支持本体、11b 平板部、13 駆動体、15 第1柱状体、15a 接合面、17 第1柱状体、17a 接合面、19 駆動部、21、22 電極パッド、23 配線コイル、25 磁石、27 固定櫛歯電極、29 可動櫛歯電極、31 梁、51 パッケージ、53 空隙、55 ピン、41 反射体、43 金属膜、43a 反射面、45 第2柱状体、45a 接合面、47 第2柱状体、47a 接合面、61 第1SOI基板、63 第1半導体層、65 第1絶縁膜、67 第2半導体層、69 第2絶縁膜、71 第1保護レジスト膜、73 第1ワックス、74 第1ダミーウェハ、81 第2SOI基板、83 第3半導体層、85 第3絶縁膜、87 第4半導体層、89 第4絶縁膜、91 第2保護レジスト膜、93 第2ワックス、95 第2ダミーウェハ。

請求の範囲

[請求項1]
 第1構造体と第2構造体とを有する光走査装置であって、
 前記第1構造体は、
 支持体と、
 前記支持体に、梁を介して回転可能に接続された駆動体と、
 前記駆動体に接続された第1柱状体と、
 前記梁を軸として前記駆動体を回転させる駆動部と
を備え、
 前記第2構造体は、
 前記支持体と対向するように配置された反射体と、
 前記反射体に接続されるとともに、前記第1柱状体に接続された第2柱状体と
を備え、
 前記梁は、前記支持体における、前記第2構造体が配置されている側とは反対側の部分に配置された、光走査装置。
[請求項2]
 前記支持体は、
 支持本体と、
 前記支持本体に接続された平板部と
を含み、
 前記梁は、前記平板部と前記駆動体との間を接続する、請求項1記載の光走査装置。
[請求項3]
 前記支持本体の厚さは、前記第1柱状体の長さに相当する厚さである、請求項2記載の光走査装置。
[請求項4]
 前記駆動部は、
 前記駆動体に配置されたコイルと、
 前記コイルと電気的に接続された電極パッドと、
 前記コイルを流れる電流の向きと交差する方向の磁力線を有する磁石と
を含み、
 前記電流と前記磁力線との作用によって発生するローレンツ力によって、前記駆動体を回転させる、請求項1~3のいずれか1項に記載の光走査装置。
[請求項5]
 前記電極パッドは、前記支持体において、前記第2構造体が位置する側とは反対の側に配置された、請求項4記載の光走査装置。
[請求項6]
 他の電極パッドが配置されたパッケージを備え、
 前記電極パッドが前記他の電極パッドに接合された、請求項5記載の光走査装置。
[請求項7]
 前記駆動部は、
 前記支持体に設けられた第1櫛歯電極と、
 前記駆動体に設けられ、前記第1櫛歯電極と交互に噛み合うように配置された第2櫛歯電極と
を含み、
 前記第1櫛歯電極と前記第2櫛歯電極とにそれぞれ電圧を印加し、前記第1櫛歯電極と前記第2櫛歯電極との間に発生する静電力によって、前記駆動体を回転させる、請求項1~3のいずれか1項に記載の光走査装置。
[請求項8]
 前記第1柱状体は第1リブ構造とされ、
 前記第2柱状体は第2リブ構造とされた、請求項1~7のいずれか1項に記載の光走査装置。
[請求項9]
 前記反射体は、前記第1構造体が位置する側とは反対の側に反射面を有し、
 前記反射面における、前記梁が延在する方向と交差する第1方向の第1長さは、前記支持本体における前記第1方向の第2長さよりも長い、請求項2記載の光走査装置。
[請求項10]
 前記平板部は半導体層を含み、
 前記支持本体は、前記半導体層に接触する絶縁膜を含む、請求項2記載の光走査装置。
[請求項11]
 前記第1構造体は、
 第1半導体層、第1絶縁膜および第2半導体層が積層された第1SOI基板と、
 前記第2半導体層に接するように形成された第2絶縁膜と
によって形成されており、
 前記支持体は、前記第1半導体層、前記第1絶縁膜、前記第2半導体層および前記第2絶縁膜のそれぞれの一部分から形成され、
 前記第1柱状体は、前記第1半導体層および前記第1絶縁膜のそれぞれの他の部分から形成され、
 前記第2構造体は、
 第3半導体層、第3絶縁膜および第4半導体層が積層された第2SOI基板と、
 前記第4半導体層に接するように形成された第4絶縁膜と
によって形成されており、
 前記反射体は、前記第4半導体層および前記第4絶縁膜のそれぞれの一部分から形成され、
 前記第2柱状体は、前記第3半導体層および前記第3絶縁膜のそれぞれの一部分から形成された、請求項1記載の光走査装置。
[請求項12]
 第1構造体と第2構造体と有する光走査装置の製造方法であって、
 前記第1構造体を形成する工程は、
 第1半導体層、第1絶縁膜、第2半導体層および第2絶縁膜が順次積層された第1基板を用意する工程と、
 前記第1基板における前記第2絶縁膜の側に駆動部を形成する工程と、
 前記第2絶縁膜および前記第2半導体層を加工し、前記第2絶縁膜および前記第2半導体層のそれぞれの部分によって、前記駆動部によって駆動する駆動体、平板部、および、前記駆動体と前記平板部とを接続する梁をそれぞれ形成する工程と、
 前記第1半導体層および前記第1絶縁膜を加工し、前記第1絶縁膜および前記第1半導体層のそれぞれの部分によって、前記平板部に接続される支持本体を含む支持体、および、前記駆動体に接続される第1柱状体をそれぞれ形成する工程と
を備え、
 前記第2構造体を形成する工程は、
 第3半導体層、第3絶縁膜、第4半導体層および第4絶縁膜が順次積層された第2基板を用意する工程と、
 前記第3半導体層および前記第3絶縁膜に加工を行い、前記第4半導体層および前記第4絶縁膜のそれぞれの部分によって、反射体を形成するとともに、前記第3半導体層および前記第3絶縁膜のそれぞれの部分によって、前記反射体に接続される第2柱状体を形成する工程と
を備え、
 前記第1構造体と前記第2構造体とが形成された後、前記支持体に前記反射体を対向させるように、前記第1柱状体と前記第2柱状体とを接合する工程を備えた、光走査装置の製造方法。
[請求項13]
 前記駆動部を形成する工程は、
 前記駆動体となる前記第2絶縁膜の部分の上にコイルを形成する工程と、
 前記平板部となる前記第2絶縁膜の部分の上に、前記コイルと電気的に接続される電極パッドを形成する工程と、
 前記コイルを流れる電流の向きと交差する方向の磁力線を生じる磁石を配置する工程と
を含む、請求項12記載の光走査装置の製造方法。
[請求項14]
 前記駆動部を形成する工程は、
 前記支持体となる前記第1半導体層、前記第1絶縁膜、前記第2半導体層および前記第2絶縁膜のそれぞれの部分に第1櫛歯電極を形成する工程と、
 前記駆動体となる前記第2絶縁膜、前記第2半導体層および前記第1絶縁膜のそれぞれの部分に、前記第1櫛歯電極と交互に噛み合うように第2櫛歯電極を形成する工程と
を含む、請求項12記載の光走査装置の製造方法。
[請求項15]
 前記第1柱状体を形成する工程は、前記第1半導体層にエッチング処理を行うことによって第1リブ構造を形成する工程を含み、
 前記第2柱状体を形成する工程は、前記第3半導体層にエッチング処理を行うことによって第2リブ構造を形成する工程を含む、請求項12~14のいずれか1項に記載の光走査装置の製造方法。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]

[ 図 14]

[ 図 15]

[ 図 16]

[ 図 17]

[ 図 18]

[ 図 19]

[ 図 20]

[ 図 21]

[ 図 22]

[ 図 23]

[ 図 24]

[ 図 25]

[ 図 26]

[ 図 27]

[ 図 28]

[ 図 29]

[ 図 30]

[ 図 31]

[ 図 32]

[ 図 33]