JP5353761B2

JP5353761B2 - Manufacturing method of optical deflector

Info

Publication number: JP5353761B2
Application number: JP2010042430A
Authority: JP
Inventors: 純一安住
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: JP2011180249A

Description

本発明は、光ビームを偏向、走査する光偏向器の製造方法に関する。 The present invention, deflecting a light beam, directed to the production how the optical deflector you scan.

電子写真方式の複写機、レーザビームプリンタ、バーコードリーダ等の光学装置には、レーザ光等の光ビームを偏向、走査する光偏向器が広く用いられている。また、光偏向器は、レーザ光をスキヤニングして映像を投影する表示装置等にも使用されている。このような機械的に光偏向を行う光偏向器としては、一般には回転多面鏡（ポリゴンミラー）や振動型反射鏡（ガルバノミラー）等が知られているが、ガルバノミラー型の方が小型化に優れている。特に、近年は小型の光偏向器として、マイクロマシン技術を用いて作製されたシリコン基板を用いたマイクロミラーの技術が普及している。 An optical deflector that deflects and scans a light beam such as a laser beam is widely used in an optical apparatus such as an electrophotographic copying machine, a laser beam printer, and a barcode reader. The optical deflector is also used in a display device that scans a laser beam and projects an image. As such an optical deflector that mechanically deflects light, a rotary polygon mirror (polygon mirror), a vibrating reflector (galvano mirror), etc. are generally known, but the galvano mirror type is smaller. Is excellent. In particular, in recent years, as a small optical deflector, a micromirror technology using a silicon substrate manufactured by using a micromachine technology has become widespread.

しかし、マイクロマシン技術を用いて作製されたシリコン基板を用いたマイクロミラーは、加工時のばらつきが、特性ばらつきに大きく影響するという問題があった。具体的には、光を反射可能なマイクロミラーと、端部をそれぞれマイクロミラーと支持体とに固定され、マイクロミラーを回転振動可能に軸支する一対のトーションバーとは、駆動周波数及び振れ角を決める重要な構造である。特に、トーションバーの軸支断面寸法ばらつきは駆動周波数ばらつきに、トーションバーの表面ラフネスのばらつきは振れ角ばらつきに大きく影響する。つまり、上記のようなマイクロマシン技術を用いて作製されたシリコン基板を用いたマイクロミラーでは、駆動周波数ばらつき及び振れ角ばらつきが大きいために製造歩留が悪くなり、コストアップとなってしまう。 However, a micromirror using a silicon substrate manufactured by using a micromachine technique has a problem that variations during processing greatly affect variations in characteristics. Specifically, a micromirror capable of reflecting light, and a pair of torsion bars whose ends are fixed to the micromirror and a support, respectively, and which pivotally vibrate the micromirror are referred to as a drive frequency and a deflection angle. It is an important structure that decides. In particular, the shaft support cross-sectional dimension variation of the torsion bar greatly affects the drive frequency variation, and the torsion bar surface roughness variation greatly affects the deflection angle variation. That is, in the micromirror using the silicon substrate manufactured by using the micromachine technique as described above, the driving frequency variation and the swing angle variation are large, so that the manufacturing yield is deteriorated and the cost is increased.

上記問題に関連して、マイクロミラーの振れ角を大きくできないという問題を解決するために、支持体と圧電アクチュエータとを一体形成し、軸ずれを抑えて大きな偏向角及び大振幅動作が得られる構成とした光走査装置の技術が開示されている（例えば、特許文献１）。 In order to solve the problem that the deflection angle of the micromirror cannot be increased in relation to the above problem, the support and the piezoelectric actuator are integrally formed, and a large deflection angle and a large amplitude operation can be obtained by suppressing the axial deviation. The technology of the optical scanning device is disclosed (for example, Patent Document 1).

また、上記問題に関連して、トーションバーの破損抑制やエネルギー効率を向上させるために、トーションバー断面形状とトーションバーの材料を変更する技術が開示されている（例えば、特許文献２）。具体的には、特許文献２に記載の技術では、トーションバー断面形状をＴ字状からＸ字状とし、トーションバーの材料をポリシリコンから単結晶シリコンとしている。 Further, in relation to the above problem, a technique for changing the torsion bar cross-sectional shape and the material of the torsion bar in order to suppress breakage of the torsion bar and improve energy efficiency is disclosed (for example, Patent Document 2). Specifically, in the technique described in Patent Document 2, the cross-sectional shape of the torsion bar is changed from a T shape to an X shape, and the material of the torsion bar is changed from polysilicon to single crystal silicon.

しかし、上記特許文献１の技術では、トーションバーを垂直に加工するためにボッシュプロセスを適用すると、加工面側にはスキャロップと称される貝殻状の微細な凹凸が形成されてしまい、該スキャロップにより光偏向器の耐久性が低下してしまうという課題があった。さらに、上記特許文献１記載の技術では、上述したマイクロミラーと同様に、加工形状のばらつき及び振れ角のばらつきが生じてしまうという課題があった。尚、ボッシュプロセス(Bosch process)は、ドイツのロバート・ボッシュ社のフランツ・レルマー(Franz Larmer)とA・シルプ(A. Schilp)によって１９９２年に開発されたシリコンを深くエッチング加工するエッチング技術である。エッチングとエッチング側壁保護を繰り返しながら行うエッチング手法であり、アスペクト比の高いエッチングが可能である。 However, in the technique of Patent Document 1 described above, when the Bosch process is applied in order to process the torsion bar vertically, shell-shaped fine irregularities called scallops are formed on the processed surface side, and the scallops cause There existed a subject that durability of an optical deflector will fall. Furthermore, the technique described in Patent Document 1 has a problem that, as in the case of the above-described micromirror, variations in processing shape and variations in deflection angle occur. The Bosch process is an etching technology that deeply etches silicon developed in 1992 by Franz Larmer and A. Schilp of Germany's Robert Bosch. . This is an etching method in which etching and etching sidewall protection are repeated, and etching with a high aspect ratio is possible.

また、上記特許文献２に記載の技術では、トーションバーの軸支断面寸法ばらつきを十分に解消できないという課題があった。さらに、上記特許文献２では、トーションバーの表面ラフネスのばらつきや振れ角ばらつきについては考慮されおらず、課題ともされていなかった。 Further, the technique described in Patent Document 2 has a problem in that the variation in the shaft support cross-sectional dimension of the torsion bar cannot be sufficiently solved. Furthermore, in the above-mentioned Patent Document 2, variations in the surface roughness and deflection angle of the torsion bar are not taken into consideration and are not considered as problems.

より詳細には、上記特許文献２において、図１１の（ｂ）に示すように、トーションバーの断面形状がＸ字状である場合、表裏のエッチングマスクパターンがδ1ずれると、Ｘ字状の断面が歪みを生じ、トーションバーの形状ばらつきとなってしまう。また、上記特許文献２において、図１２の（ｂ）や（ｃ）に示すように、トーションバー断面が斜め斜面の場合には、表裏のエッチングマスクパターンがδ2ずれると、トーションバーの幅が細くなってしまい、トーションバーの形状ばらつきとなってしまう。 More specifically, in Patent Document 2, as shown in FIG. 11B, when the cross-sectional shape of the torsion bar is X-shaped, if the front and back etching mask patterns deviate by δ1, the X-shaped cross-section Causes distortion, resulting in variations in the shape of the torsion bar. In Patent Document 2, as shown in FIGS. 12B and 12C, when the torsion bar cross section is an oblique slope, the width of the torsion bar becomes narrower when the front and back etching mask patterns are shifted by δ2. As a result, the shape of the torsion bar varies.

本発明はこのような実情を鑑みてなされたものであり、上記課題を解決し、トーションバー加工時のばらつきを抑制する光偏向器の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, to solve the above problems, and an object thereof is to provide a manufacturing how the optical deflector that to suppress variations in the torsion bar processing.

本発明の光偏向器の製造方法は、トーションバーを加工するトーションバー加工工程を備える光偏向器の製造方法であって、トーションバー加工工程は、単結晶シリコンからなるトップ層と酸化シリコンからなる中間酸化膜層と単結晶シリコンからなるベース層との貼り合せ基板である支持体のトップ層側の表層にシリコン異方性ウエットエッチング用エッチングマスク材料の膜を成膜する工程と、異方性ドライエッチング用エッチングマスクをシリコン異方性ウエットエッチング用エッチングマスク上に積層して形成する工程と、シリコン異方性ウエットエッチング用エッチングマスク材料を異方性ドライエッチング用エッチングマスクで加工する工程と、異方性ドライエッチング用エッチングマスクでトップ層を略垂直に加工する工程と、異方性ドライエッチング用エッチングマスクを除去する工程と、シリコン異方性ウエットエッチング用エッチングマスクでトップ層を加工する工程と、を有することを特徴とする。 The method of manufacturing an optical deflector according to the present invention is a method of manufacturing an optical deflector including a torsion bar processing step for processing a torsion bar, and the torsion bar processing step includes a top layer made of single crystal silicon and silicon oxide. Forming a film of an etching mask material for silicon anisotropic wet etching on the surface layer on the top layer side of the support which is a bonded substrate of the intermediate oxide layer and the base layer made of single crystal silicon, and anisotropic A step of laminating and forming an etching mask for dry etching on an etching mask for silicon anisotropic wet etching; a step of processing an etching mask material for silicon anisotropic wet etching with an etching mask for anisotropic dry etching; Processing the top layer substantially vertically with an etching mask for anisotropic dry etching; and And having a step of removing the anisotropic dry etching etching mask, a step of processing the top layer with an etching mask for anisotropic silicon wet etching, the.

本発明によれば、トーションバー幅を加工するエッチングマスクパターンを片面だけに設け、表裏のマスクアライメント工程を省くことで、トーションバー加工時のばらつきを抑制し、光偏向器の耐久性及び製造歩留を向上させることが可能となる。 According to the present invention, the etching mask pattern for processing the torsion bar width is provided only on one side, and the mask alignment process on the front and back sides is omitted, thereby suppressing variations during torsion bar processing, durability of the optical deflector, and manufacturing steps. It is possible to improve the retention.

本実施形態に係る光偏向器の概略構成例を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the schematic structural example of the optical deflector which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る光偏向器の概略構成例を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the schematic structural example of the optical deflector which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る光偏向器の製造方法例を示す図である。It is a figure which shows the example of a manufacturing method of the optical deflector which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る光偏向器のトーションバー加工工程例を示す図である。It is a figure which shows the example of a torsion bar processing process of the optical deflector which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る光偏向器のトーションバー加工例を示す図である。It is a figure which shows the torsion bar processing example of the optical deflector which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る光偏向器のトーションバーの断面形状例を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional example of the torsion bar of the optical deflector which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る光偏向器のトーションバー加工工程例を示す図である。It is a figure which shows the example of a torsion bar processing process of the optical deflector which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る光偏向器を備える光学装置の概略構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of schematic structure of an optical apparatus provided with the optical deflector which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る光偏向器を備える光学装置の主要部の概略構成例を示す図である。It is a figure which shows the schematic structural example of the principal part of an optical apparatus provided with the optical deflector which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る光偏向器を備える光学装置の概略構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of schematic structure of an optical apparatus provided with the optical deflector which concerns on this embodiment. 本発明に関連する光偏向器のトーションバー断面を示す図である。It is a figure which shows the torsion bar cross section of the optical deflector relevant to this invention. 本発明に関連する光偏向器のトーションバー断面を示す図である。It is a figure which shows the torsion bar cross section of the optical deflector relevant to this invention.

以下に本発明の実施形態の例について、図面を用いて詳細に説明する。尚、以下で「表面」との表現は、支持体を構成する各層を積層する方向である積層方向と交差する、積層方向と垂直方向の面を示している。 Hereinafter, examples of embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, the expression “surface” indicates a plane perpendicular to the stacking direction that intersects the stacking direction, which is the direction in which the layers constituting the support are stacked.

図１及び図２は、本実施形態係る光偏向器の概略構成例を説明するための図である。以下に、図１及び図２を用いて、本実施形態に係る光偏向器Ａについて説明する。 1 and 2 are diagrams for explaining a schematic configuration example of the optical deflector according to the present embodiment. Hereinafter, the optical deflector A according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

（構成）
本実施形態の光偏向器Ａは、図１の斜視図に示すように、支持体９と、反射板（可動板）１と、トーションバー２ａ、２ｂ（弾性支持部）と、振動体２３ａ〜２３ｄと、圧電アクチュエータ２８ａ〜２８ｄと、圧電ユニモルフ振動体２１０ａ〜２１０ｄと、を備えている。また、圧電ユニモルフ振動体２１０ａ〜２１０ｄは、トーションバー２ａ、２ｂのそれぞれの両側に設けられている。そして、圧電ユニモルフ振動体２１０ａ〜ｄによる回転トルクが、トーションバー２ａ、２ｂを介して反射板１に伝達される。トーションバー２ａ、２ｂは、一端を反射板１に固定され、他端を支持体９に固定され、反射板１を回転振動可能に軸支する。つまり、本実施形態では、振動体２３ａ〜２３ｄは、一端をトーションバー２ａ、２ｂに接続され、他端を支持体９に接続され、振動体２３ａ〜２３ｄ、反射板１、トーションバー２ａ、２ｂ、支持体９が一体に形成されている。 (Constitution)
As shown in the perspective view of FIG. 1, the optical deflector A of the present embodiment includes a support body 9, a reflection plate (movable plate) 1, torsion bars 2 a and 2 b (elastic support portions), and vibrating bodies 23 a to 23 a. 23d, piezoelectric actuators 28a to 28d, and piezoelectric unimorph vibrators 210a to 210d. The piezoelectric unimorph vibrating bodies 210a to 210d are provided on both sides of the torsion bars 2a and 2b. And the rotational torque by piezoelectric unimorph vibrating body 210a-d is transmitted to the reflecting plate 1 via the torsion bars 2a and 2b. The torsion bars 2a and 2b are fixed at one end to the reflecting plate 1 and fixed at the other end to the support 9, and pivotally support the reflecting plate 1 so as to be capable of rotational vibration. That is, in the present embodiment, the vibrating bodies 23a to 23d are connected at one end to the torsion bars 2a and 2b and connected at the other end to the support body 9, and are vibrating bodies 23a to 23d, the reflector 1, the torsion bars 2a and 2b. The support 9 is integrally formed.

以下、光偏向器の各構成について図１及び図２を用いて説明する。 Hereafter, each structure of an optical deflector is demonstrated using FIG.1 and FIG.2.

支持体９は、反射板１を所定変位角の回転が可能に支持するもので、図１に示すように、一対の縦枠９ｃと一対の横枠９ｄとにより、略長方形の空隙９ｂを囲む略長方形の枠状に形成されている。そして、支持体９は、一対のトーションバー２ａ、２ｂにより、反射板１を空隙９ｂの中央部分に、トーションバー２ａ、２ｂを中心として所定変位角の回転可能に弾性支持している。すなわち、各トーションバー２ａ、２ｂは、同一軸状に配置され、かつ、一方の端部が支持体９の縦枠９ｃの長手方向中央に一体に形成されているとともに、他の端部が反射板１の重心位置で反射板１に一体に形成されている。そして、トーションバー２ａ、２ｂの幅Ｗは、反射板１が所定の変位角まで回転できるように十分ねじれる設定となっている。つまり、反射板１は、トーションバー２ａ、２ｂを回転軸として所定変位角まで傾くことができる。 The support 9 supports the reflector 1 so as to be able to rotate at a predetermined displacement angle. As shown in FIG. 1, the support 9 surrounds a substantially rectangular gap 9b by a pair of vertical frames 9c and a pair of horizontal frames 9d. It is formed in a substantially rectangular frame shape. The support 9 is elastically supported by a pair of torsion bars 2a and 2b so that the reflecting plate 1 can rotate at a predetermined displacement angle around the torsion bars 2a and 2b around the center of the gap 9b. That is, the torsion bars 2a and 2b are arranged on the same axis, and one end is integrally formed at the center in the longitudinal direction of the vertical frame 9c of the support 9, and the other end is reflected. The reflector 1 is integrally formed at the center of gravity of the plate 1. The width W of the torsion bars 2a and 2b is set to be sufficiently twisted so that the reflecting plate 1 can rotate to a predetermined displacement angle. That is, the reflecting plate 1 can be tilted to a predetermined displacement angle with the torsion bars 2a and 2b as the rotation axes.

各トーションバー２ａ、２ｂは、それぞれ一対の圧電ユニモルフ振動体２１０ａ、２１０ｃ及び２１０ｂ、２１０ｄを介して、支持体９の横枠９ｄに連結されている。一対の圧電ユニモルフ振動体２１０ａと２１０ｃは、トーションバー２ａを挟んで対称に配置されている。他方、一対の圧電ユニモルフ振動体２１０ｂと２１０ｄは、トーションバー２ｂを挟んで対称に配置されている。さらに、圧電ユニモルフ振動体２１０ａと圧電ユニモルフ振動体２１０ｂとは、反射板１を中心にトーションバー２ａ、２ｂに沿う方向で対称に配置されているとともに、圧電ユニモルフ振動体２１０ｃと圧電ユニモルフ振動体２１０ｄとは、反射板１を中心にトーションバー２ａ、２ｂに沿う方向で対称に配置されている。 Each torsion bar 2a, 2b is connected to the horizontal frame 9d of the support 9 via a pair of piezoelectric unimorph vibrators 210a, 210c and 210b, 210d. The pair of piezoelectric unimorph vibrators 210a and 210c are arranged symmetrically with the torsion bar 2a interposed therebetween. On the other hand, the pair of piezoelectric unimorph vibrators 210b and 210d are arranged symmetrically with the torsion bar 2b interposed therebetween. Further, the piezoelectric unimorph vibrator 210a and the piezoelectric unimorph vibrator 210b are arranged symmetrically in the direction along the torsion bars 2a and 2b with the reflector 1 as the center, and the piezoelectric unimorph vibrator 210c and the piezoelectric unimorph vibrator 210d. Is symmetrically arranged in the direction along the torsion bars 2a, 2b with the reflector 1 as the center.

圧電ユニモルフ振動体２１０ａは、一方の端部がトーションバー２ａに接続され、他の端部は支持体９の横枠９ｄに接続された振動板２３ａと振動板２３ａを振動させる圧電アクチュエータ２８ａを備えている。同様に、各圧電ユニモルフ振動体２１０ｂ〜ｄは、それぞれ、一方の端部がトーションバー２ａ又は２ｂに接続され、他の端部が支持体９の横枠９ｄに接続された振動板２３ｂ、２３ｃ、２３ｄと、各振動板２３ｂ〜２３ｄを振動させる圧電アクチュエータ２８ｂ、２８ｃ、２８ｄと、を備えている。 The piezoelectric unimorph vibrator 210a includes a diaphragm 23a having one end connected to the torsion bar 2a and the other end connected to the horizontal frame 9d of the support 9, and a piezoelectric actuator 28a that vibrates the diaphragm 23a. ing. Similarly, each of the piezoelectric unimorph vibrators 210b to 210d has diaphragms 23b and 23c each having one end connected to the torsion bar 2a or 2b and the other end connected to the horizontal frame 9d of the support 9. , 23d, and piezoelectric actuators 28b, 28c, 28d that vibrate the respective diaphragms 23b-23d.

そして、本実施形態では、各振動板２３ａ〜２３ｄは、それぞれ、トーションバー２ａ又は２ｂの延在方向に分離された３枚の並列振動板２３ａ−１〜３、２３ｂ−１〜３、２３ｃ−１〜３、２３ｄ−１〜３を備えている。また、これらの各並列振動板２３ａ−１〜３、２３ｂ−１〜３、２３ｃ−１〜３、２３ｄ−１〜３は、図１に示すように、トーションバー２ａや２ｂに垂直な辺を長辺とする長方形形状に形成されている。 In the present embodiment, each of the diaphragms 23a to 23d is divided into three parallel diaphragms 23a-1 to 23d, 23b-1 to 23, and 23c- separated in the extending direction of the torsion bar 2a or 2b, respectively. 1-3 and 23d-1-3. Further, as shown in FIG. 1, each of the parallel diaphragms 23a-1 to 23a-1 to 23b-1 to 23c-1 to 23, and 23d-1 to 3 has a side perpendicular to the torsion bars 2a and 2b. It is formed in a rectangular shape with long sides.

同様に、各圧電アクチュエータ２８ａ〜ｄも、各並列振動板２３ａ−１〜３、２３ｂ−１〜３、２３ｃ−１〜３、２３ｄ−１〜３をそれぞれ振動可能に、各並列振動板２３ａ−１〜３、２３ｂ−１〜３、２３ｃ−１〜３、２３ｄ−１〜３の上面のそれぞれに敷設され、トーションバー２ａや２ｂの延在方向に分離された３枚の並列アクチュエータ２８ａ−１〜３、２８ｂ−１〜３、２８ｃ−１〜３、２８ｄ−１〜３で構成されている。また、これら並列アクチュエータ２８ａ−１〜３、２８ｂ−１〜３、２８ｃ−１〜３、２８ｄ−１〜３も、トーションバー２ａや２ｂに垂直な方向を長辺とする長方形形状に形成されている。 Similarly, each piezoelectric actuator 28a-d can also vibrate each parallel diaphragm 23a-1 to 23, 23b-1 to 23, 23c-1 to 23, and 23d-1 to 23d, respectively. 1-3, 23b-1 to 3, 23c-1 to 23, and 23d-1 to 3 parallel actuators 28a-1 that are laid on the top surfaces and separated in the extending direction of the torsion bars 2a and 2b. -3, 28b-1 to 3, 28c-1 to 28, 28d-1 to 28. Further, these parallel actuators 28a-1 to 28a-3, 28b-1 to 28, 28c-1 to 28, 28d-1 to 3 are also formed in a rectangular shape having a long side in a direction perpendicular to the torsion bars 2a and 2b. Yes.

尚、各振動板２３ａ〜ｄの各並列振動板２３ａ−１〜３、２３ｂ−１〜３、２３ｃ−１〜３、２３ｄ−１〜３の板厚は、反射板１及びトーションバー２ａ、２ｂの板厚よりも薄く形成されるとよい。これにより、その剛性が反射板１及びトーションバー２ａ、２ｂよりも低く形成される。 In addition, the plate | board thickness of each parallel diaphragm 23a-1 to 23b-1 to 23b-1 to 23c-1 to 23d-1 to 23d of each diaphragm 23a-d is the reflecting plate 1 and torsion bar 2a, 2b. It is good to form thinner than the plate thickness. Thereby, the rigidity is formed lower than the reflecting plate 1 and the torsion bars 2a and 2b.

さらに、図２に示すように、トーションバー２ａ、２ｂと、各トーションバー２ａ、２ｂを挟んで配置される一対の各並列振動板２３ａ−１〜３、２３ｂ−１〜３、２３ｃ−１〜３、２３ｄ−１〜３との連結部２１１には、トーションバー２ａ、２ｂの側面から半楕円状に膨出されて各並列振動板２３ａ−１〜３、２３ｂ−１〜３、２３ｃ−１〜３、２３ｄ−１〜３との結合面積を増加させる楕円状の側面２１１ａを有した突出部２１１ｂが形成されている。 Further, as shown in FIG. 2, the torsion bars 2a and 2b and a pair of parallel diaphragms 23a-1 to 23, 23b-1 to 23, and 23c-1 to be arranged with the torsion bars 2a and 2b interposed therebetween. 3 and 23d-1 to 3d, the connecting portion 211 is swelled in a semi-elliptical shape from the side surfaces of the torsion bars 2a and 2b, and the parallel diaphragms 23a-1 to 23, 23b-1 to 23, and 23c-1. Projection part 211b having an elliptical side surface 211a that increases the bonding area with -3 and 23d-1 to 3 is formed.

尚、上述した反射板１、トーションバー２ａ、２ｂ、振動板２３ａ〜ｄ及び突出部２１１ｂは、直方体の単結晶シリコン基板により支持体９の不要部を除去加工することで一体に形成することができる。これにより、接合や接着等の加工法に比べて、各構成要素のアライメント精度を向上させることができ、その製造方法の詳細については、後述する。 The reflector 1, the torsion bars 2a and 2b, the diaphragms 23a to 23d, and the protruding portion 211b described above can be integrally formed by removing unnecessary portions of the support 9 using a rectangular parallelepiped single crystal silicon substrate. it can. Thereby, compared with processing methods, such as joining and adhesion | attachment, the alignment precision of each component can be improved and the detail of the manufacturing method is mentioned later.

圧電アクチュエータ２８ａは、上部電極２５ａと圧電膜２６ａと下部電極２７ａとを積層して構成されている。そして、圧電アクチュエータ２８ａにおいて、上部電極２５ａと下部電極２７ａとにそれぞれ所定の電圧を印加して、圧電アクチュエータ２８ａを駆動させることにより、支持体９と両トーションバー２ａ、２ｂとが接続される端部を支点として、振動板２３ａの各並列振動板２３ａ−１〜３ユニモルフ的に振動する。ここで、圧電アクチュエータ２８ｂ〜ｄについても同様であるので、説明を省略する。 The piezoelectric actuator 28a is configured by laminating an upper electrode 25a, a piezoelectric film 26a, and a lower electrode 27a. In the piezoelectric actuator 28a, a predetermined voltage is applied to the upper electrode 25a and the lower electrode 27a to drive the piezoelectric actuator 28a, thereby connecting the support 9 and the torsion bars 2a and 2b. Using this part as a fulcrum, the parallel diaphragms 23a-1 to 23a-3 of the diaphragm 23a vibrate unimorphically. Here, since the same applies to the piezoelectric actuators 28b to 28d, the description thereof is omitted.

尚、各圧電アクチュエータ２８ａ〜ｄの駆動時には、位相の異なる交流電圧を印加することができる。具体的には、互いに１８０°位相が異なる２つの交流電圧を印加するとよい。また、圧電アクチュエータ２８ａ〜ｄは、シリコン基板の除去加工前に、ＣＳＤ（科学溶液堆積法：Chemical Solution Deposition）、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）、スパッタ、反応性イオンプレーティング等の手法で支持体９上に直接成膜し、ウェット又はドライエッチングによってパターン加工して形成されている。本実施形態では、アーク放電プラズマを利用したイオンプレーティング法により成膜した圧電膜とするが、特にこれに限定されない。 Note that alternating voltages having different phases can be applied when the piezoelectric actuators 28a to 28d are driven. Specifically, two AC voltages that are 180 ° out of phase with each other may be applied. In addition, the piezoelectric actuators 28a to 28d are formed by CSD (Chemical Solution Deposition), MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), sputtering, and reactive ions before removing the silicon substrate. The film is formed directly on the support 9 by a method such as plating, and patterned by wet or dry etching. In the present embodiment, the piezoelectric film is formed by an ion plating method using arc discharge plasma, but is not particularly limited thereto.

（動作）
次に、本実施形態に係る光偏向器Ａの動作について説明する。 (Operation)
Next, the operation of the optical deflector A according to this embodiment will be described.

トーションバー２ａ、２ｂを挟んで圧電ユニモルフ振動体２１０ａ、２１０ｂに同位相、他方の圧電ユニモルフ振動体２１０ｃ、２１０ｄに逆位相あるいは位相のずれた交流電圧（例えば、正弦波）を印加し、振動板２３ａ、２３ｂ及び２３ｃ，２３ｄを振動させる。各振動板２３ａ〜ｄの基端は、支持体９と一体となって固定されているので、他方の端部であるトーションバー２ａ、２ｂ側の先端部が自由端として上下方向に振動する。 An AC voltage (for example, a sine wave) having the same phase and opposite phase or phase shift is applied to the piezoelectric unimorph vibrators 210a and 210b with the torsion bars 2a and 2b interposed therebetween, and the diaphragm 23a, 23b and 23c, 23d are vibrated. Since the base ends of the diaphragms 23a to 23d are fixed integrally with the support body 9, the tip ends on the torsion bars 2a and 2b, which are the other ends, vibrate in the vertical direction as free ends.

上記のように圧電ユニモルフ振動体２１０ａ、２１０ｂと圧電ユニモルフ振動体２１０ｃ、２１０ｄとで位相を異ならせるため、トーションバー２ａに連結された振動板２３ａ、２３ｂとトーションバー２ｂに連結された振動板２３ｃ、２３ｄとの先端部の振動には位相差が生じる。特に、上記印加電圧の位相が逆位相の場合には、これら先端部の振動方向は正反対になる。すなわち、振動板２３ａ、２３ｂのトーションバー２ａ、２ｂ側の先端部が上の方向に動くとき、振動板２３ｃ、２３ｄのトーションバー２ａ、２ｂ側の先端部は下の方向に動く。 As described above, the piezoelectric unimorph vibrators 210a and 210b and the piezoelectric unimorph vibrators 210c and 210d have different phases, so that the diaphragms 23a and 23b connected to the torsion bar 2a and the diaphragm 23c connected to the torsion bar 2b. , 23d has a phase difference in the vibration at the tip. In particular, when the phase of the applied voltage is opposite, the vibration directions of these tip portions are opposite. That is, when the tip portions of the vibration plates 23a and 23b on the torsion bars 2a and 2b side move upward, the tip portions of the vibration plates 23c and 23d on the torsion bars 2a and 2b side move downward.

このとき、反射板１にはトーションバー２ａ、２ｂを中心とした回転トルクが作用し、反射板１は、トーションバー２ａ、２ｂを中心軸として傾く。そして、各振動板２３ａ〜ｄの先端部が交流印加電圧に追従して上下方向の振動を繰り返すと、上述の原理で反射板１にはシーソー的な回転トルクが作用し、反射板１は所定角度まで回転振動を繰り返す。尚、印加電圧の位相が逆位相でなく位相差がある振動の場合においても、上記と同様に反射板１が回転振動する。 At this time, rotational torque about the torsion bars 2a and 2b acts on the reflecting plate 1, and the reflecting plate 1 tilts with the torsion bars 2a and 2b as the central axis. When the front ends of the diaphragms 23a to 23d follow the AC applied voltage and repeat vertical vibrations, a seesaw-like rotational torque acts on the reflector 1 according to the above-described principle, and the reflector 1 is predetermined. Repeat the rotation vibration to the angle. Even in the case where the applied voltage is not in the opposite phase but in a vibration having a phase difference, the reflection plate 1 vibrates in the same manner as described above.

例えば、圧電ユニモルフ振動体２１０ａ、２１０ｂの圧電アクチュエータ２８ａ、２８ｂに同位相の電圧２０Ｖｐｐ、３．２ｋＨｚの正弦波バイアスを印加し、圧電ユニモルフ振動体２１０ｃ、２１０ｄの圧電アクチュエータ２８ｃ、２８ｄに上記位相と逆位相の同じく電圧２０Ｖｐｐ、３．２ｋＨｚの正弦波バイアスを印加して、反射板１の回転振動を試みた。そして、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光を反射板１に入射し、その反射光を所定の距離を持って配置したスクリーン上で観察し、反射板１の回転角を測定したところ、±２３°の回転角が得られた。このとき、反射板１によって偏向された光走査を経時的に観察したところ、安定した直線性の良い光走査を確認できた。この回転角は、例えば、各圧電ユニモルフ振動体２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄの振動板及び圧電アクチュエータを単体とした場合には、±１０°程度である。 For example, a sine wave bias of the same phase voltage 20 Vpp and 3.2 kHz is applied to the piezoelectric actuators 28a and 28b of the piezoelectric unimorph vibrators 210a and 210b, and the above phases are applied to the piezoelectric actuators 28c and 28d of the piezoelectric unimorph vibrators 210c and 210d. The oscillating vibration of the reflector 1 was tried by applying a sine wave bias having a voltage of 20 Vpp and 3.2 kHz in the same phase. Then, He—Ne laser light is incident on the reflecting plate 1, the reflected light is observed on a screen arranged with a predetermined distance, and the rotation angle of the reflecting plate 1 is measured. The rotation angle is ± 23 °. was gotten. At this time, when the optical scanning deflected by the reflecting plate 1 was observed over time, stable optical scanning with good linearity could be confirmed. This rotation angle is, for example, about ± 10 ° when the piezoelectric unimorph vibrators 210a, 210b, 210c, and 210d and the piezoelectric actuator are used alone.

これは、１つの圧電ユニモルフ振動体２１０ａ〜ｄの振動板２３ａ〜ｄが、それぞれ３枚の並列振動板２３ａ−１〜３、２３ｂ−１〜３、２３ｃ−１〜３、２３ｄ−１〜３及び３対の並列アクチュエータ２８ａ−１〜３、２８ｂ−１〜３、２８ｃ−１〜３、２３ｄ−１〜３を備えており、それらの圧電ユニモルフ振動体２１０ａ〜２１０ｄにより発生する力が、１つの圧電ユニモルフ振動体が１枚の振動板及び１つの圧電アクチュエータで構成されているものよりも大きいので、トーションバー２ａ、２ｂに作用する回転トルクが向上したためである。 This is because the diaphragms 23a to 23d of one piezoelectric unimorph vibrating body 210a to 210d are three parallel diaphragms 23a-1 to 23, 23b-1 to 23, 23c-1 to 23, and 23d-1 to 23, respectively. And three pairs of parallel actuators 28a-1 to 28a-3, 28b-1 to 28, 28c-1 to 23, 23d-1 to 3, and the force generated by the piezoelectric unimorph vibrators 210a to 210d is 1 This is because the rotational torque acting on the torsion bars 2a and 2b is improved because the two piezoelectric unimorph vibrators are larger than those composed of one diaphragm and one piezoelectric actuator.

ここで、圧電ユニモルフ振動体２１０ａ〜ｄの駆動周波数が、可動ミラー部の機械的な共振周波数と一致又は近いときに、反射板１の回転振動は最大になり、最大変位角が得られる。尚、本実施形態において可動ミラー部とは、反射板１とトーションバー２ａ、２ｂとを合わせた構造を示している。また、各振動板２３ａ〜ｄの共振周波数を、反射板１の共振周波数と一致又は近くに設定すると、圧電アクチュエータ２８ａ〜ｄの駆動力が小さくとも、大きな反射板１の回転角を得ることができる。もちろん、回転角は小さくなるものの、圧電アクチュエータ２８ａ〜ｄの駆動周波数で反射板１を回転振動させることも可能である。さらに、反射板１は、重心で連結したトーションバー２ａ、２ｂを回転軸として回転振動するので、並進的な動きを抑制することができる。 Here, when the driving frequency of the piezoelectric unimorph vibrators 210a to 210d is equal to or close to the mechanical resonance frequency of the movable mirror portion, the rotational vibration of the reflector 1 is maximized, and the maximum displacement angle is obtained. In addition, in this embodiment, the movable mirror part has shown the structure which combined the reflecting plate 1 and the torsion bars 2a and 2b. Further, when the resonance frequency of each of the vibration plates 23a to 23d is set to be close to or close to the resonance frequency of the reflection plate 1, a large rotation angle of the reflection plate 1 can be obtained even if the driving force of the piezoelectric actuators 28a to 28d is small. it can. Of course, although the rotation angle is small, it is possible to rotationally vibrate the reflector 1 at the drive frequency of the piezoelectric actuators 28a to 28d. Furthermore, since the reflector 1 rotates and vibrates about the torsion bars 2a and 2b connected at the center of gravity, the translational movement can be suppressed.

つまり、本実施形態に係る光偏向器Ａでは、圧電ユニモルフ振動体２１０ａ〜ｄの駆動周波数を、トーションバー２ａ、２ｂを含む反射板１の機械的共振周波数に合わせることで、低電圧駆動でも大きな回転角を得ることが可能となる。また、本実施形態に係る光偏向器Ａは、圧電ユニモルフ振動体２１０ａ〜ｄからの回転トルクの作用点を反射板１から分離した構造であるため、反射板１では、トーションバー２ａ、２ｂを中心軸とした回転運動のみが励振されて、安定した光走査を行うことが可能となる。 That is, in the optical deflector A according to the present embodiment, the drive frequency of the piezoelectric unimorph vibrators 210a to 210d is matched with the mechanical resonance frequency of the reflector 1 including the torsion bars 2a and 2b, so that it is large even at low voltage drive. A rotation angle can be obtained. In addition, since the optical deflector A according to the present embodiment has a structure in which the operating point of the rotational torque from the piezoelectric unimorph vibrators 210a to 210d is separated from the reflecting plate 1, the reflecting plate 1 includes the torsion bars 2a and 2b. Only the rotational motion about the central axis is excited, and stable optical scanning can be performed.

（製造方法）
図３は、本実施形態に係る光偏向器Ａの製作方法例を示す。以下に、本実施形態に係る光偏向器Ａの製作手順について、図３を用いて説明する。尚、図３では、各圧電ユニモルフ振動体２１０ａ〜２１０ｄのうち、トーションバー２ａ、２ｂの一端側の圧電ユニモルフ振動体２１０ａ、２１０ｂの部分のみを示しているが、圧電ユニモルフ振動体２１０ｃ、２１０ｄ側についても同様である。また、以下では、具体的な数値を挙げて説明するが、以下に示す数値は例であり、これに限定されるものではない。 (Production method)
FIG. 3 shows an example of a manufacturing method of the optical deflector A according to this embodiment. Hereinafter, a manufacturing procedure of the optical deflector A according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 3 shows only the piezoelectric unimorph vibrators 210a and 210b on one end side of the torsion bars 2a and 2b among the piezoelectric unimorph vibrators 210a to 210d, but the piezoelectric unimorph vibrators 210c and 210d side. The same applies to. In the following, specific numerical values will be described. However, the numerical values shown below are examples, and the present invention is not limited to these.

本実施形態では、支持体９として単結晶シリコン（トップ層）と酸化シリコン（中間酸化膜層）と単結晶シリコン（ベース層）との貼り合せ基板（例えば、ＳＯＩ基板）を用いている。例えば、各層の厚みはそれぞれ２５μｍ、２μｍ、５２５μｍであり、上記トップ層の表面は光学研磨処理が施されている。また、トップ層及びベース層はシリコン基板をもって構成されている。 In this embodiment, a bonded substrate (for example, an SOI substrate) of single crystal silicon (top layer), silicon oxide (intermediate oxide film layer), and single crystal silicon (base layer) is used as the support 9. For example, the thickness of each layer is 25 μm, 2 μm, and 525 μm, respectively, and the surface of the top layer is subjected to an optical polishing process. Further, the top layer and the base layer are constituted by a silicon substrate.

まず、図３の（ａ）に示すように、上記ＳＯＩ基板の表面に拡散炉によって厚さ５００ｎｍ〜１０００ｎｍの熱酸化シリコン膜３を形成する。次に、図３の（ｂ）に示すように、トップ層側（基板表面）にスパッタ法によってＴｉ（チタン）及びＰｔ（プラチナ）をそれぞれの厚みが５０ｎｍ、１５０ｎｍになるように順次成膜し、下部電極７を形成する。 First, as shown in FIG. 3A, a thermal silicon oxide film 3 having a thickness of 500 nm to 1000 nm is formed on the surface of the SOI substrate by a diffusion furnace. Next, as shown in FIG. 3B, Ti (titanium) and Pt (platinum) are sequentially formed on the top layer side (substrate surface) by sputtering so that the respective thicknesses become 50 nm and 150 nm. Then, the lower electrode 7 is formed.

次に、反応性アーク放電イオンプレーティング法（例えば、特開２００１−２３４３３１号公報、特開２００２−１７７７６５号公報、特開２００３−８１６９４号公報参照）によって、圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の膜を厚み３μｍで上部電極５上に成膜し、圧電膜６を形成する。その後、スパッタ法によってＰｔを厚み１５０ｎｍで上記圧電膜６の上に成膜して、上部電極５を形成する。 Next, lead zirconate titanate, which is a piezoelectric material, is formed by a reactive arc discharge ion plating method (for example, see JP-A Nos. 2001-234331, 2002-177765, and 2003-81694). A (PZT) film having a thickness of 3 μm is formed on the upper electrode 5 to form a piezoelectric film 6. Thereafter, Pt is deposited on the piezoelectric film 6 with a thickness of 150 nm by sputtering to form the upper electrode 5.

さらに、図３の（ｃ）に示すように、基板表面にフォトリソ技術及びドライエッチング技術により、上部電極５、圧電膜６、下部電極７のパターニングを行い、各圧電アクチュエータ２８ａ、２８ｂの各並列アクチュエータ２８ａ−１〜３、２８ｂ−１〜３を形成する。そして、図３の（ｄ）に示すように、基板表面全体を厚膜レジストで保護しておき、裏側の上記ベース層表面の熱酸化膜をバッファードフッ酸（ＢＨＦ）で除去した後、アルミニウム層をスパッタ成膜してフォトリソ技術およびウエットエッチング技術でパターニングして、ＩＣＰ−ＲＩＥ（Inductive Coupled Plasma - Reactive Ion Etching）のハードマスクを形成する。 Further, as shown in FIG. 3C, the upper electrode 5, the piezoelectric film 6 and the lower electrode 7 are patterned on the substrate surface by a photolithography technique and a dry etching technique, and each parallel actuator of each of the piezoelectric actuators 28a and 28b is obtained. 28a-1 to 28b-3 are formed. Then, as shown in FIG. 3D, the entire substrate surface is protected with a thick film resist, and the thermal oxide film on the surface of the base layer on the back side is removed with buffered hydrofluoric acid (BHF). A layer is formed by sputtering and patterned by a photolithographic technique and a wet etching technique to form an ICP-RIE (Inductive Coupled Plasma-Reactive Ion Etching) hard mask.

続いて、図３の（ｅ）に示すように、基板表面の保護レジストを剥離し、再度フォトリソを行ってレジストパターンをマスクにし、ＲＩＥ装置にて熱酸化シリコン膜３をドライエッチングによって除去加工する。更に、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置にて単結晶シリコン（トップ層）をドライエッチングによって除去加工し、反射板１、トーションバー２ａ、２ｂ、振動板２３ａ、２３ｂ（２３ｃ、２３ｄ）を残して、最終的には支持体９の空隙９ｂとなる溝を形成する。さらに、ドライエッチングのマスクであるレジストを除去し、ＫＯＨ（水酸化カリウム）又はＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）のエッチング液を用いて、反射板１、トーションバー２ａ、２ｂ、振動板２３ａ、２３ｂ（２３ｃ、２３ｄ）の側面をウエットエッチング（シリコン異方性ウエットエッチング）で加工する。シリコン異方性ウエットエッチングを行うことで、反射板１、トーションバー２ａ、２ｂ、振動板２３ａ、２３ｂ（２３ｃ、２３ｄ）の側面は深さ方向の略中央部が窪んだ形状となる。断面形状は、約半分の深さに向かって徐々に幅が細くなる鼓形状となる。尚、本実施形態において反射板１、トーションバー２ａ、２ｂ、振動板２３ａ、２３ｂ（２３ｃ、２３ｄ）の側面とは、支持体を構成するトップ層等の各層を積層する方向である積層方向と平行する面であり、シリコン基板の表面と略垂直方向の面を示している。 Subsequently, as shown in FIG. 3E, the protective resist on the surface of the substrate is peeled off, photolithography is performed again using the resist pattern as a mask, and the thermally oxidized silicon film 3 is removed by dry etching with an RIE apparatus. . Further, the single crystal silicon (top layer) is removed by dry etching with an ICP-RIE apparatus, leaving the reflector 1, torsion bars 2a and 2b, and diaphragms 23a and 23b (23c and 23d), and finally Forms a groove to be a gap 9 b of the support 9. Further, the resist which is a mask for dry etching is removed, and the reflector 1, the torsion bars 2a and 2b, and the diaphragms 23a and 23b are etched using an etching solution of KOH (potassium hydroxide) or TMAH (tetramethylammonium hydroxide). The side surfaces of (23c, 23d) are processed by wet etching (silicon anisotropic wet etching). By performing silicon anisotropic wet etching, the side surfaces of the reflector 1, the torsion bars 2a and 2b, and the diaphragms 23a and 23b (23c and 23d) have a shape in which a substantially central portion in the depth direction is recessed. The cross-sectional shape is a drum shape that gradually decreases in width toward about half the depth. In the present embodiment, the side surfaces of the reflector 1, the torsion bars 2a and 2b, and the diaphragms 23a and 23b (23c and 23d) are the direction in which the layers such as the top layer constituting the support are stacked. The planes are parallel to each other and are substantially perpendicular to the surface of the silicon substrate.

また、反射板１上の熱酸化シリコン膜３の表面にメタルマスクを用いて、反射膜４の形成を行う。反射膜４としてはスパッタ成膜したアルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）等が適している。金、銀などの貴金属は熱酸化シリコン膜３との密着性が低いため、下地に密着層及び反射膜４の反射率を確保する目的で、反射膜４と密着層との間に拡散防止層を形成するとより好ましい。密着層としてはチタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）等金属酸化物を作りやすい材料を用いることができる。拡散防止層としてはプラチナ（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）等を用いることができる。 Further, the reflective film 4 is formed on the surface of the thermally oxidized silicon film 3 on the reflective plate 1 using a metal mask. As the reflective film 4, aluminum (Al), gold (Au), silver (Ag), or the like formed by sputtering is suitable. Since noble metals such as gold and silver have low adhesion to the thermally oxidized silicon film 3, a diffusion preventing layer is provided between the reflective film 4 and the adhesive layer for the purpose of ensuring the reflectance of the adhesive layer and the reflective film 4 as a base. Is more preferable. As the adhesion layer, a material that can easily form a metal oxide such as titanium (Ti) or tantalum (Ta) can be used. Platinum (Pt), nickel (Ni), etc. can be used as the diffusion preventing layer.

反射膜４を形成する他の工法として図３の（ｃ）の工程と図３の（ｄ）の工程との間でリフトオフ技術を用いて行うこともできる。ただし、反射膜４の材料によっては、ＫＯＨはＴＭＡＨのエッチング液で腐食されることもあるので、その場合は事前に有機膜（例えばポリイミド、ＳＯＧ膜等）で保護しておくことが好ましい。 As another method for forming the reflective film 4, a lift-off technique can be used between the step (c) in FIG. 3 and the step (d) in FIG. However, depending on the material of the reflective film 4, KOH may be corroded by the TMAH etching solution. In this case, it is preferable to protect the KOH beforehand with an organic film (for example, polyimide, SOG film, etc.).

次に、図３の（ｆ）に示すように、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置によって、トップ層が積層された側と反対側からベース層の単結晶シリコンをドライエッチング加工し、支持体９の空隙９ｂになる深溝を形成する。最後に、図３の（ｇ）に示すように、酸化シリコン（中間酸化膜層）をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置を用いてドライエッチングにて除去し、支持体９の空隙９ｂを形成することで、図１の光偏向器Ａを製造することができる。 Next, as shown in FIG. 3 (f), the ICP-RIE apparatus is used to dry-etch the single-crystal silicon of the base layer from the side opposite to the side where the top layer is laminated, and into the gap 9 b of the support 9. A deep groove is formed. Finally, as shown in FIG. 3G, the silicon oxide (intermediate oxide film layer) is removed by dry etching using a RIE (Reactive Ion Etching) apparatus to form a void 9b of the support 9. Thus, the optical deflector A shown in FIG. 1 can be manufactured.

尚、上記では、光偏向器Ａが、振動体を駆動させる圧電アクチュエータ８ａ〜８ｄと、反射板１を回転振動させる圧電ユニモルフ振動体１０ａ〜１０ｄと、を備える例を挙げて説明したが、駆動源等はこれに限定されるものではない。例えば、駆動源は、静電気力や電磁力であってもよく、本実施形態は反射板を回転振動可能に軸支するトーションバーを有する全ての光偏向器に適用できる。 In the above description, an example in which the optical deflector A includes the piezoelectric actuators 8a to 8d for driving the vibrating body and the piezoelectric unimorph vibrating bodies 10a to 10d for rotating and vibrating the reflecting plate 1 has been described. The source is not limited to this. For example, the drive source may be an electrostatic force or an electromagnetic force, and this embodiment can be applied to all optical deflectors having a torsion bar that pivotally supports the reflector plate so as to be able to rotate and vibrate.

駆動源に静電気力を適用した光偏向器の例としては、反射板の近傍にわずかなギャップを空けて駆動電極が櫛歯状に対向配置され、対向する櫛歯電極間でコンデンサが構成される光偏向器を挙げることができる。この光偏向器では、対向する櫛歯電極間に電圧を加えると、静電力が生じるため反射板は両側に引き寄せられる。これにより、反射板は回転軸を中心にして回転させる力が与えられ、振動する。他方、駆動源に電磁力を適用した光偏向器の例としては、ベース上に配置された左右一対の永久磁石と反射板の外周部に配置された駆動用コイルとを有し、この駆動用コイルに正逆交互の駆動電流を通電するように構成される光偏向器を挙げることができる。この光偏向器では、正逆交互の駆動電流が通電されると、一対の永久磁石の外部磁界と駆動用コイルの電流とによるローレンツ力で反射板が振動する。 As an example of an optical deflector in which electrostatic force is applied to a drive source, a drive electrode is disposed oppositely in a comb shape with a slight gap in the vicinity of a reflector, and a capacitor is configured between the facing comb electrodes. An optical deflector can be mentioned. In this optical deflector, when a voltage is applied between the comb electrodes facing each other, an electrostatic force is generated, so that the reflector is attracted to both sides. As a result, the reflecting plate is given a force for rotating about the rotation axis and vibrates. On the other hand, an example of an optical deflector in which electromagnetic force is applied to a drive source has a pair of left and right permanent magnets disposed on a base and a drive coil disposed on an outer peripheral portion of a reflector. An optical deflector configured to pass forward and reverse alternating drive currents through the coil can be given. In this optical deflector, when an alternating drive current is applied, the reflector is vibrated by the Lorentz force generated by the external magnetic field of the pair of permanent magnets and the drive coil current.

（実施形態１）
図４は、本実施形態に係る光偏向器のトーションバー加工工程例を示す。次に、上述した図３の（ｅ）に示した工程の詳細について、図４に示すトーションバー２ａ、２ｂの断面をもって説明をする。尚、反射板１、振動板２３ａ、２３ｂ（２３ｃ、２３ｄ）についても同様の工程で加工を行うため、ここでは説明を省略する。また、以下では、具体的な数値を挙げて説明するが、以下に示す数値は例であり、これに限定されるものではない。尚、本実施形態においてトーションバー２ａ、２ｂの側面１０とは、支持体を構成するトップ層９１等の各層を積層する方向である積層方向と平行する面であり、シリコン基板の表面と略垂直方向の面を示している。 (Embodiment 1)
FIG. 4 shows an example of a torsion bar processing step of the optical deflector according to the present embodiment. Next, the details of the process shown in FIG. 3E will be described with reference to the cross sections of the torsion bars 2a and 2b shown in FIG. Since the reflector 1 and the diaphragms 23a and 23b (23c and 23d) are processed in the same process, the description thereof is omitted here. In the following, specific numerical values will be described. However, the numerical values shown below are examples, and the present invention is not limited to these. In the present embodiment, the side surface 10 of the torsion bars 2a and 2b is a surface parallel to the stacking direction, which is the stacking direction of each layer such as the top layer 91 constituting the support, and is substantially perpendicular to the surface of the silicon substrate. The direction plane is shown.

支持体９として単結晶シリコン（トップ層９１）、酸化シリコン（中間酸化膜層９２）、単結晶シリコン（ベース層９３）の貼り合せ基板（ＳＯＩ基板）を用いる。各層の厚みはそれぞれ２５μｍ、２μｍ、５２５μｍであり、上記トップ層９１の表面は光学研磨処理が施されている。また、トップ層９１及びベース層９３は、シリコン基板から構成されている。 As the support 9, a bonded substrate (SOI substrate) of single crystal silicon (top layer 91), silicon oxide (intermediate oxide film layer 92), and single crystal silicon (base layer 93) is used. The thickness of each layer is 25 μm, 2 μm, and 525 μm, respectively, and the surface of the top layer 91 is subjected to optical polishing treatment. The top layer 91 and the base layer 93 are made of a silicon substrate.

まず、図４の（ａ）に示すように、トップ層９１の最表面の熱酸化シリコン膜３に、トーションバー２ａ、２ｂを残すパターンのフォトマスクでパターニングしたレジストマスクを形成する。次に、図４の（ｂ）に示すように、形成したレジストマスクを用いて、熱酸化シリコン膜３をＲＩＥでドライエッチングする。 First, as shown in FIG. 4A, a resist mask patterned with a photomask having a pattern that leaves the torsion bars 2a and 2b is formed on the thermally oxidized silicon film 3 on the outermost surface of the top layer 91. Next, as shown in FIG. 4B, the thermally oxidized silicon film 3 is dry-etched by RIE using the formed resist mask.

そして、図４の（ｃ）に示すように、図４の（ｂ）で用いたレジストマスクをそのまま用いて、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置にてトップ層９１をドライエッチングによって除去加工し、トーションバー２ａ、２ｂを残して、最終的には支持体９の空隙９ｂとなる溝を形成する。トップ層９１は、レジストマスク形状を反映した垂直性の高いエッチング条件で加工することが重要になる。垂直性の高いエッチングとしては、ボッシュプロセスと言われるエッチング加工法が好ましい。図５は、シリコン異方性ドライエッチングによるシリコン加工断面形状のシリコンウエットエッチング後の加工形状に及ぼす影響を模式的に示している。図５の（ａ）は、垂直性の高いドライエッチングを行った例である。垂直性の高いドライエッチングでシリコンを加工することで、シリコンウエットエッチング後の加工形状はトップ層９１の厚み方向の中間位置で最もくびれた形状に仕上がる。この場合はトーションバー２ａ、２ｂの回転中心は回転軸と直交する断面の重心と略一致し、トーションバー２ａ、２ｂの回転がスムーズになる。 Then, as shown in FIG. 4C, using the resist mask used in FIG. 4B as it is, the top layer 91 is removed by dry etching with an ICP-RIE apparatus, and the torsion bar 2a, 2b is left, and the groove | channel which finally becomes the space | gap 9b of the support body 9 is formed. It is important to process the top layer 91 under etching conditions having high perpendicularity reflecting the resist mask shape. As etching with high perpendicularity, an etching method called a Bosch process is preferable. FIG. 5 schematically shows the influence of the cross-sectional shape of silicon processing by silicon anisotropic dry etching on the processing shape after silicon wet etching. FIG. 5A shows an example in which dry etching with high perpendicularity is performed. By processing silicon by dry etching having high perpendicularity, the processed shape after the wet etching of silicon is finished to the most constricted shape at the intermediate position in the thickness direction of the top layer 91. In this case, the rotation centers of the torsion bars 2a and 2b substantially coincide with the center of gravity of the cross section orthogonal to the rotation axis, and the torsion bars 2a and 2b rotate smoothly.

一方、図５の（ｂ）は、垂直性の低いドライエッチングを行った例である。垂直性の低いドライエッチングでシリコンを加工することで、シリコンウエットエッチング後の加工形状はトップ層９１の厚み方向の中間位置からずれたところで最もくびれた形状に仕上がる。図５の（ｂ）では左右同じ幅δだけ裾野が広がった例を示したが、裾野の広がりが左右で異なるδ1、δ2の場合、シリコンウエットエッチング後の加工形状はトップ層９１の厚み方向の中間位置からずれたところでくびれ位置が左右で異なる位置になる。図示はしないが、上記のような場合は、トーションバー２ａ、２ｂの回転中心は回転軸と直交する断面の重心と一致しないので、トーションバー２ａ、２ｂに回転ブレの発生確率が大きくなる。尚、図５ではベース層９３は省略している。 On the other hand, FIG. 5B shows an example in which dry etching with low verticality is performed. By processing silicon by dry etching with low verticality, the processed shape after the wet etching of silicon is finished to the most constricted shape when it deviates from the middle position in the thickness direction of the top layer 91. FIG. 5B shows an example in which the skirt is widened by the same width δ on the left and right. However, in the case of δ1 and δ2 where the skirt spread is different on the left and right, the processed shape after the silicon wet etching is in the thickness direction of the top layer 91. The position of the constriction becomes different on the left and right when it deviates from the intermediate position. Although not shown, in the above case, the rotation center of the torsion bars 2a, 2b does not coincide with the center of gravity of the cross section orthogonal to the rotation axis, so that the probability of occurrence of rotation blur in the torsion bars 2a, 2b increases. In FIG. 5, the base layer 93 is omitted.

次に、図４の（ｄ）に示すように、ドライエッチングのマスクとして用いたレジストを除去し、エッチング液を用いて、トーションバー２ａ、２ｂの側面１０をウエットエッチング加工する。尚、エッチング液としては、ＫＯＨ（水酸化カリウム）等の無機アルカリ溶液又はＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）等の有機アルカリ溶液が好ましい。これらエッチング液は結晶面のエッチング速度が異なる異方性ウエットエッチングで、特に図４中の（１１１）等価面のエッチング速度が他の結晶面のエッチング速度よりも遅い。つまり、（１１１）面と等価な面のエッチング速度は、（１００）面等と等価な面のエッチング速度と比較して遅いので、（１１１）面と等価な面が出てきたところで極端にエッチングが進み難くなる。 Next, as shown in FIG. 4D, the resist used as a mask for dry etching is removed, and the side surfaces 10 of the torsion bars 2a and 2b are wet-etched using an etching solution. The etching solution is preferably an inorganic alkali solution such as KOH (potassium hydroxide) or an organic alkali solution such as TMAH (tetramethylammonium hydroxide). These etchants are anisotropic wet etching with different crystal surface etching rates, and in particular, the (111) equivalent surface etching rate in FIG. 4 is slower than the etching rates of the other crystal surfaces. In other words, the etching rate of the surface equivalent to the (111) surface is slower than the etching rate of the surface equivalent to the (100) surface, etc., so that etching is extremely performed when a surface equivalent to the (111) surface appears. Is difficult to proceed.

そのため、異方性ウエットエッチングを十分にオーバーエッチングすると、トーションバー２ａ、２ｂの側面１０は、図４の(ｄ)に示すように、等価な面を二面含む面から構成される深さ方向の略中央部が窪んだ形状となる。言い換えると、反射板１表面又はベース層９３表面と垂直方向の面であり、反射板１との接合面と垂直方向の面であるトーションバー２ａ、２ｂの側面１０は、側面１０の略中央部が窪んだ形状となる。 Therefore, when the anisotropic wet etching is sufficiently over-etched, the side surface 10 of the torsion bars 2a and 2b is formed in a depth direction constituted by a surface including two equivalent surfaces as shown in FIG. The substantially central part of becomes a shape which became depressed. In other words, the side surface 10 of the torsion bars 2a, 2b, which is a surface perpendicular to the surface of the reflector 1 or the surface of the base layer 93, and the surface perpendicular to the joint surface with the reflector 1, The shape becomes concave.

トーションバー２ａ、２ｂの断面形状としては、ベース層９３表面と垂直方向の略中央部に向かって徐々に幅が細くなる鼓形状となる。言い換えると、トーションバー２ａ、２ｂの断面形状は、略相同である２つの略等脚台形が上底及び下底の何れか短い方同士を接合したような形状となる。つまり、トーションバー２ａ、２ｂの断面形状は、略長方形のうちトップ層９１やベース層９３と接触しない辺側が、当該辺を底辺とした略二等辺三角形形状で切り取られたような形状となる。すなわち、トーションバー２ａ、２ｂの断面には、Ｖ字溝が形成される。また、断面形状において、トップ層９１表面と中間酸化膜層９２とが形成する角の角度は、５４．７°となる。尚、上記トップ層９１表面と中間酸化膜層９２とが形成する角の角度は特に限定されるものでなく、適宜変更可能である。 As a cross-sectional shape of the torsion bars 2a and 2b, a drum shape whose width gradually decreases toward a substantially central portion in a direction perpendicular to the surface of the base layer 93 is formed. In other words, the cross-sectional shapes of the torsion bars 2a and 2b are such that two substantially isosceles trapezoids that are substantially homogenous join the shorter one of the upper base and the lower base. That is, the cross-sectional shape of the torsion bars 2a and 2b is such that the side of the substantially rectangular shape that does not contact the top layer 91 and the base layer 93 is cut out in a substantially isosceles triangular shape with the side as the base. That is, V-shaped grooves are formed in the cross sections of the torsion bars 2a and 2b. In the cross-sectional shape, the angle formed by the surface of the top layer 91 and the intermediate oxide film layer 92 is 54.7 °. The angle formed by the surface of the top layer 91 and the intermediate oxide film layer 92 is not particularly limited and can be changed as appropriate.

ここで、例えば、９０℃に加温した２５．０ｗｔ％のＫＯＨ水溶液を用いてエッチングした場合にシリコン基板のエッチングレートが２．２μｍ／minであり、シリコン酸化膜のエッチングレートが１６．４ｎｍ／minである。このように、シリコン酸化膜のエッチングレートはシリコン基板のエッチングレートと比較して十分選択比が高いので、異方性ウエットエッチング液によるマスク寸法シフトは小さく、光偏向器の駆動周波数ばらつき及び振れ角ばらつきに影響が大きいトーションバーの加工ばらつきを抑えることができる。尚、各エッチングレートは、上記に限定されるものではない。 Here, for example, when etching is performed using a 25.0 wt% KOH aqueous solution heated to 90 ° C., the etching rate of the silicon substrate is 2.2 μm / min, and the etching rate of the silicon oxide film is 16.4 nm / min. It is min. As described above, since the etching rate of the silicon oxide film has a sufficiently high selection ratio compared with the etching rate of the silicon substrate, the mask size shift due to the anisotropic wet etching solution is small, and the driving frequency variation and deflection angle of the optical deflector are small. It is possible to suppress the processing variation of the torsion bar that greatly affects the variation. Each etching rate is not limited to the above.

尚、上記では、トーションバー２ａ、２ｂについて説明し、反射板１、振動板２３ａ、２３ｂ（２３ｃ、２３ｄ）についての説明を省略したが、トーションバー２ａ、２ｂと同様の方法で加工した反射板１、振動板２３ａ、２３ｂ（２３ｃ、２３ｄ）の側面は、トーションバー２ａ、２ｂの側面１０と同様に、図４の(ｄ)に示すように、等価な面を二面含む面から構成される深さ方向の略中央部が窪んだ形状となる。また、反射板１、振動板２３ａ、２３ｂ（２３ｃ、２３ｄ）の断面形状としては、ベース層９３表面と垂直方向の略中央部に向かって徐々に幅が細くなる鼓形状となる。これにより、反射板１、振動板２３ａ、２３ｂ（２３ｃ、２３ｄ）の加工ばらつきを抑えることができる。 In the above description, the torsion bars 2a and 2b are described, and the description of the reflector 1 and the diaphragms 23a and 23b (23c and 23d) are omitted. However, the reflector is processed by the same method as the torsion bars 2a and 2b. 1. Like the side surface 10 of the torsion bars 2a and 2b, the side surfaces of the diaphragms 23a and 23b (23c and 23d) are composed of surfaces including two equivalent surfaces as shown in FIG. The substantially central portion in the depth direction is recessed. In addition, the cross-sectional shapes of the reflector 1 and the diaphragms 23a and 23b (23c and 23d) have a drum shape in which the width gradually decreases toward a substantially central portion in the direction perpendicular to the surface of the base layer 93. Thereby, the process dispersion | variation of the reflecting plate 1 and diaphragm 23a, 23b (23c, 23d) can be suppressed.

本実施形態により、トーションバー幅のエッチングマスクパターンを片面だけに設け、表裏のマスクアライメント工程を省くことで、マスクアライメント誤差によるパターン形状ばらつきを抑制することが可能となる。このとき、トーションバーの可動板表面に垂直であってトーションバー軸支方向の断面における形状は、トーションバーの厚み方向であって断面の前記可動板表面垂直方向の略中央部を中心線とし、略相同である２つの略等脚台形が上底及び下底の何れか短い方同士を中心線で接合した形状となる。これにより、トーションバーの加工ばらつきを抑制することが可能となり、製造歩留の向上が図れ、製品のコストアップを抑制することが可能となる。また、トーションバーを垂直に加工するためにボッシュプロセスを使い、短周期でデポとエッチングのサイクルを回して加工すると、シリコンの加工面にはスキャロップと称される貝殻状の微細な凹凸ができる。しかし、本実施形態では異方性ウエットエッチングにより、断面形状を鼓状に加工しているため、光偏向器の耐久性を落とす要因の１つとなっていたスキャロップを無くすことができ、光偏向器の耐久性を向上することが可能となる。 According to the present embodiment, by providing an etching mask pattern having a torsion bar width only on one side and omitting the front and back mask alignment steps, it is possible to suppress pattern shape variations due to mask alignment errors. At this time, the shape in the cross section of the torsion bar perpendicular to the movable plate surface and in the torsion bar axial support direction is the thickness direction of the torsion bar and the substantially central portion of the cross section in the vertical direction of the movable plate surface is the center line, Two substantially isosceles trapezoids that are substantially homologous have a shape in which the shorter one of the upper base and the lower base is joined by a center line. Thereby, it becomes possible to suppress the processing variation of the torsion bar, improve the production yield, and suppress the increase in the cost of the product. In addition, when the Bosch process is used to process the torsion bar vertically and the deposition and etching cycles are rotated in a short cycle, fine shell-like irregularities called scallops are formed on the processed surface of silicon. However, in this embodiment, since the cross-sectional shape is processed into a drum shape by anisotropic wet etching, the scallop that has been one of the factors that reduce the durability of the optical deflector can be eliminated. It becomes possible to improve the durability.

（実施形態２）
上記実施形態１では、トップ層状９１に熱シリコン酸化膜３が積層された例を挙げて説明した。本実施形態では、熱シリコン酸化膜の代わりにシリコン窒化膜を適用した例について、図６に示すトーションバー２ａ、２ｂの断面形状を用いて説明する。尚、反射板１、振動板２３ａ、２３ｂ（２３ｃ、２３ｄ）の断面形状についても同様の工程で加工を行うため、ここでは説明は省略する。また、以下では、具体的な数値を挙げて説明するが、以下に示す数値は例であり、これに限定されるものではない。 (Embodiment 2)
In the first embodiment, the example in which the thermal silicon oxide film 3 is laminated on the top layer 91 is described. In the present embodiment, an example in which a silicon nitride film is applied instead of a thermal silicon oxide film will be described using the cross-sectional shapes of the torsion bars 2a and 2b shown in FIG. Note that the cross-sectional shapes of the reflector 1 and the diaphragms 23a and 23b (23c and 23d) are processed in the same process, and thus the description thereof is omitted here. In the following, specific numerical values will be described. However, the numerical values shown below are examples, and the present invention is not limited to these.

本実施形態では、上述した図３の（ａ）に示す工程において、ＬＰ―ＣＶＤ(Low Pressure-Chemical Vapor Deposition)法によりシリコン窒化膜３１を成膜する。基本的に製造工程は図３に準ずるが、本実施形態では、シリコン窒化膜の膜厚を１００〜１５０ｎｍ程度とする。図６の（ａ）は、シリコン異方性ドライエッチングを行った後のトーションバー２ａ、２ｂの断面形状を示している。また、図６の（ｂ）は、シリコン異方性ウエットエッチングを行った後のトーションバー２ａ、２ｂの断面形状を示している。 In the present embodiment, the silicon nitride film 31 is formed by the LP-CVD (Low Pressure-Chemical Vapor Deposition) method in the process shown in FIG. Although the manufacturing process basically conforms to that shown in FIG. 3, in this embodiment, the thickness of the silicon nitride film is set to about 100 to 150 nm. FIG. 6A shows a cross-sectional shape of the torsion bars 2a and 2b after the silicon anisotropic dry etching is performed. FIG. 6B shows the cross-sectional shape of the torsion bars 2a and 2b after the silicon anisotropic wet etching is performed.

シリコン窒化膜は、シリコン酸化膜と比較して異方性ウエットエッチング液に対する耐性は大きい。例えば、上述したように、９０℃に加温した２５．０ｗｔ%のＫＯＨ水溶液を用いてエッチングした場合にシリコン基板のエッチングレートが２．２μｍ／minで、シリコン酸化膜のエッチングレートが１６．４ｎｍ／minであるのに対し、シリコン窒化膜のエッチングレートは０．０４nm／minである。 The silicon nitride film has a higher resistance to the anisotropic wet etching solution than the silicon oxide film. For example, as described above, when etching is performed using a 25.0 wt% KOH aqueous solution heated to 90 ° C., the etching rate of the silicon substrate is 2.2 μm / min and the etching rate of the silicon oxide film is 16.4 nm. The etching rate of the silicon nitride film is 0.04 nm / min.

シリコン酸化膜のエッチングレートでもシリコン基板のエッチングレートと比較して十分マスクとして機能するが、シリコン酸化膜に代えてシリコン窒化膜を用いることで、異方性ウエットエッチング液によるマスク寸法シフトは無視できるようになる。したがって、光偏向器の駆動周波数ばらつき及び振れ角ばらつきに影響が大きいトーションバーの加工ばらつきをさらに抑えることができる。尚、各エッチングレートは、上記に限定されるものではない。 Although the etching rate of the silicon oxide film functions sufficiently as a mask compared to the etching rate of the silicon substrate, the use of a silicon nitride film instead of the silicon oxide film makes it possible to ignore the mask size shift due to the anisotropic wet etching solution. It becomes like this. Therefore, it is possible to further suppress the processing variation of the torsion bar that has a great influence on the driving frequency variation and the deflection angle variation of the optical deflector. Each etching rate is not limited to the above.

本実施形態により、トーションバーの加工ばらつきをさらに抑制することが可能となる。これにより、更なる製造歩留の向上が図れ、製品のコストアップを抑制することができる。 According to the present embodiment, it is possible to further suppress the processing variation of the torsion bar. Thereby, the further improvement of a manufacturing yield can be aimed at and the cost increase of a product can be suppressed.

（実施形態３）
上記実施形態１及び実施形態２では、異方性ウエットエッチングを行う際のエッチングマスクとして、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を適用する例について説明した。本実施形態では、単結晶シリコン（トップ層９１）と圧電素子又は配線等との電気的絶縁性をシリコン酸化膜で確保しながら、シリコンの異方性ウエットエッチングでの寸法シフトを小さくするシリコン窒化膜をエッチングマスクとして適用する例について、図７に示す光偏向器のトーションバー加工工程例を用いて説明する。尚、図７は、上記図３の（ｅ）に示した工程の詳細について説明するための図である。ここで、反射板１、振動板２３ａ、２３ｂ（２３ｃ、２３ｄ）の断面形状についても同様の工程で加工を行うため、ここでは説明は省略する。また、以下では、具体的な数値を挙げて説明するが、以下に示す数値は例であり、これに限定されるものではない。尚、本実施形態においてトーションバー２ａ、２ｂの側面１０とは、支持体を構成するトップ層９１等の各層の積層方向と平行する面であり、シリコン基板の表面と略垂直方向の面を示している。 (Embodiment 3)
In the first embodiment and the second embodiment, an example in which a silicon oxide film or a silicon nitride film is applied as an etching mask when performing anisotropic wet etching has been described. In the present embodiment, silicon nitride that reduces the dimensional shift in anisotropic wet etching of silicon while ensuring the electrical insulation between the single crystal silicon (top layer 91) and the piezoelectric element or wiring with a silicon oxide film. An example in which a film is used as an etching mask will be described with reference to an example of a torsion bar processing step of an optical deflector shown in FIG. FIG. 7 is a diagram for explaining the details of the process shown in FIG. Here, since the cross-sectional shapes of the reflector 1 and the diaphragms 23a and 23b (23c and 23d) are processed in the same process, the description thereof is omitted here. In the following, specific numerical values will be described. However, the numerical values shown below are examples, and the present invention is not limited to these. In the present embodiment, the side surface 10 of the torsion bars 2a and 2b is a surface parallel to the stacking direction of each layer such as the top layer 91 constituting the support, and indicates a surface substantially perpendicular to the surface of the silicon substrate. ing.

支持体９として単結晶シリコン（トップ層９１）、酸化シリコン（中間酸化膜層９２）、単結晶シリコン（ベース層９３）の貼り合せ基板（ＳＯＩ基板）を用いる。各層の厚みはそれぞれ２５μｍ、２μｍ、５２５μｍであり、上記トップ層９１の表面は光学研磨処理が施されている。また、トップ層９１及びベース層９２は、シリコン基板から構成されている。 As the support 9, a bonded substrate (SOI substrate) of single crystal silicon (top layer 91), silicon oxide (intermediate oxide film layer 92), and single crystal silicon (base layer 93) is used. The thickness of each layer is 25 μm, 2 μm, and 525 μm, respectively, and the surface of the top layer 91 is subjected to optical polishing treatment. The top layer 91 and the base layer 92 are made of a silicon substrate.

まず、図７の（ａ）に示すように、単結晶シリコン（トップ層９１）最表面の熱酸化シリコン膜３に、トーションバー２ａ、２ｂを残すパターンより１０μｍ狭い寸法のフォトマスクでパターニングしたレジストマスクを形成する。そして、図７の（ｂ）に示すように、図７の（ａ）で形成したレジストマスクを用いて、熱酸化シリコン膜３をＲＩＥでドライエッチングする。 First, as shown in FIG. 7A, a resist patterned with a photomask having a dimension 10 μm narrower than the pattern in which the torsion bars 2a and 2b are left on the thermally oxidized silicon film 3 on the outermost surface of the single crystal silicon (top layer 91). A mask is formed. Then, as shown in FIG. 7B, using the resist mask formed in FIG. 7A, the thermally oxidized silicon film 3 is dry etched by RIE.

次に、図７の（ｃ）に示すように、図７の（ｂ）で用いたレジストマスクを除去し、単結晶シリコン（トップ層９１）上熱酸化シリコン膜３の表面でシリコン窒化膜３２をプラズマＣＶＤ法で成膜する。尚、本実施形態では、シリコン窒化膜３２の膜厚は、１００〜１５０ｎｍ程度にしている。 Next, as shown in FIG. 7C, the resist mask used in FIG. 7B is removed, and the silicon nitride film 32 is formed on the surface of the thermally oxidized silicon film 3 on the single crystal silicon (top layer 91). Is formed by plasma CVD. In the present embodiment, the thickness of the silicon nitride film 32 is about 100 to 150 nm.

続いて、図７の（ｄ）に示すように、トップ層９１最表面のシリコン窒化膜３２に、トーションバー２ａ、２ｂを残すパターンのフォトマスクでパターニングしたレジストマスクを形成する。そして、図７の（ｅ）に示すように、図７の（ｄ）で形成したレジストマスクを用いて、シリコン窒化膜３２をＲＩＥでドライエッチングする。 Subsequently, as shown in FIG. 7D, a resist mask patterned with a photomask having a pattern that leaves the torsion bars 2 a and 2 b is formed on the silicon nitride film 32 on the outermost surface of the top layer 91. Then, as shown in FIG. 7E, the silicon nitride film 32 is dry-etched by RIE using the resist mask formed in FIG. 7D.

次に、図７の（ｆ）に示すように、図７の（ｅ）で用いたレジストマスクをそのまま用いて、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置にてトップ層９１をドライエッチングによって除去加工し、トーションバー２ａ、２ｂを残して、最終的には支持体９の空隙９ｂとなる溝を形成する。ここで、トップ層９１は、レジストマスク形状を反映した垂直性の高いエッチング条件で加工することが重要になる。垂直性の高いエッチングとしては、ボッシュプロセスと言われるエッチング加工法が好ましい。 Next, as shown in FIG. 7F, the top layer 91 is removed by dry etching with an ICP-RIE apparatus using the resist mask used in FIG. 7E as it is, and the torsion bar 2a 2b is left, and the groove | channel which finally becomes the space | gap 9b of the support body 9 is formed. Here, it is important to process the top layer 91 under highly perpendicular etching conditions reflecting the resist mask shape. As etching with high perpendicularity, an etching method called a Bosch process is preferable.

最後に、図７の（ｇ）に示すように、ドライエッチングのマスクとして用いたレジストを除去し、エッチング液を用いてトーションバー２ａ、２ｂの側面１０をウエットエッチング加工する。エッチング液としては、ＫＯＨ（水酸化カリウム）等の無機アルカリ溶液又はＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）等の有機アルカリ溶液が好ましい。これらエッチング液は結晶面のエッチング速度が異なる異方性ウエットエッチングで、特に図７中の（１１１）等価面のエッチング速度が他の結晶面のエッチング速度よりも遅い。つまり、（１１１）面と等価な面のエッチング速度は、（１００）面等と等価な面のエッチング速度と比較して遅いので、（１１１）面と等価な面が出てきたところで極端にエッチングが進み難くなる。このため、トーションバー２ａ、２ｂの断面形状は、図７の（ｇ）に示すような形状となる。 Finally, as shown in FIG. 7G, the resist used as a mask for dry etching is removed, and the side surfaces 10 of the torsion bars 2a and 2b are wet-etched using an etching solution. As the etching solution, an inorganic alkali solution such as KOH (potassium hydroxide) or an organic alkali solution such as TMAH (tetramethylammonium hydroxide) is preferable. These etchants are anisotropic wet etching with different crystal surface etching rates, and in particular, the etching rate of the (111) equivalent surface in FIG. 7 is slower than the etching rates of the other crystal surfaces. In other words, the etching rate of the surface equivalent to the (111) surface is slower than the etching rate of the surface equivalent to the (100) surface, etc., so that etching is extremely performed when a surface equivalent to the (111) surface appears. Is difficult to proceed. For this reason, the cross-sectional shapes of the torsion bars 2a and 2b are as shown in FIG.

そのため、異方性ウエットエッチングを十分にオーバーエッチングすると、トーションバー２ａ、２ｂの側面１０は、図７の(ｇ)に示すように、等価な面を二面含む面から構成される深さ方向の略中央部が窪んだ形状となる。言い換えると、反射板１表面又はベース層９３表面と垂直方向の面であり、反射板１との接合面と垂直方向の面であるトーションバー２ａ、２ｂの側面１０は、側面１０の略中央部が窪んだ形状となる。 Therefore, when the anisotropic wet etching is sufficiently over-etched, the side surface 10 of the torsion bars 2a and 2b is formed in a depth direction constituted by a surface including two equivalent surfaces as shown in FIG. The substantially central part of becomes a shape which became depressed. In other words, the side surface 10 of the torsion bars 2a, 2b, which is a surface perpendicular to the surface of the reflector 1 or the surface of the base layer 93, and the surface perpendicular to the joint surface with the reflector 1, The shape becomes concave.

異方性ウエットエッチングのマスクとして使用したシリコン窒化膜３２は、この後の工程で除去しても良いが、シリコン酸化膜３の反射板１やトーションバー２ａ、２ｂへ与える膜応力の影響を緩和する目的で残しても良い。その場合はシリコン酸化膜３及びシリコン窒化膜３２の膜応力を鑑み、それぞれの膜厚を設定することが好ましい。 Although the silicon nitride film 32 used as a mask for anisotropic wet etching may be removed in the subsequent process, the influence of the film stress on the reflector 1 and the torsion bars 2a and 2b of the silicon oxide film 3 is alleviated. It may be left for the purpose. In that case, it is preferable to set the respective film thicknesses in consideration of the film stress of the silicon oxide film 3 and the silicon nitride film 32.

上記実施形態１及び上記実施形態２では、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜をエッチングマスクにしてシリコンの異方性ウエットエッチングを行った例を挙げて説明した。これらのエッチングマスクは、単結晶シリコン（トップ層）と圧電素子又は配線等と電気的絶縁を確保する目的も兼ね備えている。電気的絶縁を確保するためには十分な絶縁耐圧が得られる膜厚が必要となり、好ましくはシリコン酸化膜の方がシリコン窒化膜よりも良いことが知られている。 In the first embodiment and the second embodiment described above, an example of performing anisotropic wet etching of silicon using a silicon oxide film or a silicon nitride film as an etching mask has been described. These etching masks also have the purpose of ensuring electrical insulation between single crystal silicon (top layer) and piezoelectric elements or wirings. In order to ensure electrical insulation, it is necessary to have a film thickness capable of obtaining a sufficient withstand voltage, and it is known that a silicon oxide film is preferably better than a silicon nitride film.

他方、シリコンの異方性ウエットエッチングのマスク性（エッチング耐性）としてはシリコン窒化膜の寸法シフトが小さい。本実施形態では、以上を踏まえた最適な工法であり、単結晶シリコン（トップ層）と圧電素子又は配線等との電気的絶縁性をシリコン酸化膜で確保しつつ、シリコンの異方性ウエットエッチングでの寸法シフトを小さくするシリコン窒化膜をエッチングマスクとしている。これにより、異方性ウエットエッチング液によるマスク寸法シフトは小さく、光偏向器の駆動周波数ばらつき及び振れ角ばらつきに影響が大きいトーションバーの加工ばらつきを抑えることができる。 On the other hand, as a mask property (etching resistance) of anisotropic wet etching of silicon, a dimensional shift of the silicon nitride film is small. In this embodiment, the optimum method is based on the above, and anisotropic wet etching of silicon while ensuring electrical insulation between the single crystal silicon (top layer) and the piezoelectric element or wiring with a silicon oxide film. A silicon nitride film that reduces the dimensional shift in FIG. As a result, the mask dimension shift due to the anisotropic wet etching solution is small, and the processing variation of the torsion bar, which greatly affects the drive frequency variation and deflection angle variation of the optical deflector, can be suppressed.

本実施形態により、トーションバーの加工ばらつきをさらに抑制することが可能となる。これにより、製造歩留の向上を図れ、製品のコストアップを抑制することが可能となる。また、トーションバーを垂直に加工するためにボッシュプロセスを使い、短周期でデポとエッチングのサイクルを回して加工すると、シリコンの加工面にはスキャロップと称される貝殻状の微細な凹凸ができる。しかし、本実施形態では異方性ウエットエッチングにより、断面形状を鼓状に加工しているため、光偏向器の耐久性を落とす要因の１つとなっていたスキャロップを無くすことができ、光偏向器の耐久性を向上することが可能となる。 According to the present embodiment, it is possible to further suppress the processing variation of the torsion bar. As a result, the production yield can be improved and the increase in the cost of the product can be suppressed. In addition, when the Bosch process is used to process the torsion bar vertically and the deposition and etching cycles are rotated in a short cycle, fine shell-like irregularities called scallops are formed on the processed surface of silicon. However, in this embodiment, since the cross-sectional shape is processed into a drum shape by anisotropic wet etching, the scallop that has been one of the factors that reduce the durability of the optical deflector can be eliminated. It becomes possible to improve the durability.

次に、上述したような光偏向器Ａを備える光走査装置を搭載した光学装置及び表示装置について説明する。以下では、光学装置の例として画像形成装置を例に挙げて説明するが、光学装置はこれに限定されるものではない。 Next, an optical device and a display device equipped with an optical scanning device including the optical deflector A as described above will be described. Hereinafter, an image forming apparatus will be described as an example of the optical apparatus, but the optical apparatus is not limited to this.

図８は、本実施形態に係る光偏向器Ａを備える光走査装置を搭載した画像形成装置の概略構成例を示す。図９は、上記画像形成装置の主要部を説明するための図である。図８及び図９に示す画像形成装置１００は、電子写真プロセスで光書き込みを行って画像を形成する。本実施形態に係る画像形成装置１００は、画像担持体１０１、潜像形成部１０２、現像部１０３、転写部１０４、定着部１０６等を備えている。 FIG. 8 shows a schematic configuration example of an image forming apparatus equipped with an optical scanning device including the optical deflector A according to the present embodiment. FIG. 9 is a diagram for explaining a main part of the image forming apparatus. The image forming apparatus 100 shown in FIGS. 8 and 9 forms an image by performing optical writing in an electrophotographic process. The image forming apparatus 100 according to the present embodiment includes an image carrier 101, a latent image forming unit 102, a developing unit 103, a transfer unit 104, a fixing unit 106, and the like.

画像担持体１０１は、図中の矢印Ｃの方向に回動可能に保持されて形成画像を担持する、ドラム形状の感光体である。この画像担持体１０１は、帯電部１０５によって均一に帯電される。潜像形成部１０２は、上記光走査装置を用いて画像担持体１０１であるドラム形状の感光体上に光書き込みを行って、潜像を形成する。現像部１０３は、形成された潜像を顕像化してトナー画像を形成する。転写部１０４は、形成されたトナー画像を例えば用紙等の被転写体Ｐに転写する。定着部１０６は、被転写体Ｐに転写されたトナー画像を定着させる。上記のような構成により画像が定着された被転写体Ｐは、排紙トレイ１０７に排紙される。 The image carrier 101 is a drum-shaped photoconductor that is held so as to be rotatable in the direction of an arrow C in the drawing and carries a formed image. The image carrier 101 is uniformly charged by the charging unit 105. The latent image forming unit 102 performs optical writing on a drum-shaped photoconductor that is the image carrier 101 using the optical scanning device, thereby forming a latent image. The developing unit 103 visualizes the formed latent image to form a toner image. The transfer unit 104 transfers the formed toner image to a transfer target P such as paper. The fixing unit 106 fixes the toner image transferred to the transfer target P. The transfer target P on which the image is fixed by the above configuration is discharged to the discharge tray 107.

尚、トナー画像を転写部１０４で被転写体Ｐに転写した後の上記画像担持体１０１は、クリーニング部１０８でクリーニングされて次工程の画像形成に備えるようになっている。また、図９に示すように、上記光走査装置０からなる潜像形成部１０２は、複数個の上記光走査装置０を主走査方向に配置されていて、書き込み幅に対して、複数個の上記光走査装置０により書き込みが行なわれるようにしてもよい。 The image carrier 101 after the toner image is transferred to the transfer target P by the transfer unit 104 is cleaned by the cleaning unit 108 to prepare for image formation in the next process. Further, as shown in FIG. 9, the latent image forming unit 102 including the optical scanning device 0 includes a plurality of the optical scanning devices 0 arranged in the main scanning direction, and a plurality of the optical scanning devices 0 with respect to the writing width. Writing may be performed by the optical scanning device 0.

光源１０２ａは、半導体レーザであり、図示しない画像信号生成装置による画像信号に基づき発光する。光源１０２ａからの入射光束Ｒを、第１のレンズシステム１０２ｂを介して上記光走査装置０に照射する。光走査装置０は、画像情報に応じて反射板（可動板）１のミラーを通じ、入射光束Ｒを第２のレンズシステム１０２ｃを介することで、画像担持体１０１上の表面に結像させるようになっている。 The light source 102a is a semiconductor laser and emits light based on an image signal from an image signal generation device (not shown). The light beam R from the light source 102a is applied to the optical scanning device 0 through the first lens system 102b. The optical scanning device 0 forms an image on the surface of the image carrier 101 by passing the incident light beam R through the second lens system 102c through the mirror of the reflecting plate (movable plate) 1 according to the image information. It has become.

また、本実施形態に係る光偏向器Ａを備える光走査装置を搭載した他の光学装置として、図１０に示す読取装置２００が挙げられる。以下、本実施形態に係る光偏向器Ａを備える読取装置２００について、図１２を用いて説明する。尚、図１２では、読取装置２００がバーコードリーダやスキャナである例を挙げて説明するが、これに限定されるものではない。 Further, as another optical device equipped with an optical scanning device including the optical deflector A according to the present embodiment, a reading device 200 shown in FIG. 10 is cited. Hereinafter, the reading apparatus 200 including the optical deflector A according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 12, an example in which the reading device 200 is a bar code reader or a scanner will be described. However, the present invention is not limited to this.

読取装置２００は、光走査装置０が光走査を行って、読み取りを行う入射光束Ｒの反射方向を変えて被読み取り面Ｏを照射し、光走査装置０の光走査による被読み取り面Ｏの光情報を受光素子２０１で受光して読み取りを行う。光走査装置０は、光源２０２からの入射ビームＲを反射板（可動板）１のミラーにより反射し、投影レンズ２０３及び絞り２０４を介して被読み取り面Ｏに投影する。 In the reading device 200, the optical scanning device 0 performs optical scanning, changes the reflection direction of the incident light beam R to be read and irradiates the surface to be read O, and the light on the surface to be read O by the optical scanning of the optical scanning device 0. Information is received by the light receiving element 201 and read. The optical scanning device 0 reflects the incident beam R from the light source 202 by the mirror of the reflecting plate (movable plate) 1 and projects it onto the read surface O through the projection lens 203 and the diaphragm 204.

また、本実施形態に係る光偏向器Ａを備える表示装置としては、レーザ光をスキヤニングして映像を投影する表示装置が挙げられる。例えば、表示装置は、少なくとも１以上の上記光偏向器と、変調可能な光源と、制御部を備える。制御部は、光偏向器Ａの反射板１の動作と光源の変調を制御する。例えば、制御部が、少なくとも１以上の光偏向器を制御し、光源から発射された光線を走査して、表示する情報に対応してレーザ発振器を変調することで、表示部に画像を表示することができる。 In addition, examples of the display device including the optical deflector A according to the present embodiment include a display device that scans a laser beam and projects an image. For example, the display device includes at least one optical deflector, a light source that can be modulated, and a control unit. The control unit controls the operation of the reflecting plate 1 of the optical deflector A and the modulation of the light source. For example, the control unit controls at least one or more optical deflectors, scans the light beam emitted from the light source, and modulates the laser oscillator in accordance with the information to be displayed, thereby displaying an image on the display unit. be able to.

このように、本実施形態に係る光偏向器Ａを備える光走査装置０を具備する光学装置や表示装置は、部品数が少なく小型で製造コストも低く高精度で高速化にも対応出来るようになる。 As described above, the optical device and the display device including the optical scanning device 0 including the optical deflector A according to the present embodiment have a small number of parts, a small size, a low manufacturing cost, a high accuracy, and a high speed. Become.

以上好適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上述した光偏向器、光偏向器の製造方法、光学装置及び表示装置に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であるということは言うまでもない。 Although specifically described based on the preferred embodiments, the present invention is not limited to the above-described optical deflector, optical deflector manufacturing method, optical device, and display device, and does not depart from the spirit of the invention. Needless to say, various changes can be made.

０光走査装置
１反射板（可動板）
２ａトーションバー（弾性支持部）
２ｂトーションバー（弾性支持部）
３熱酸化シリコン膜
９支持体
１０トーションバー側面
２３ａ振動板
２３ｂ振動板
２３ｃ振動板
２３ｄ振動板
２３ａ−１並列振動板
２３ａ−２並列振動板
２３ａ−３並列振動板
２３ｂ−１並列振動板
２３ｂ−２並列振動板
２３ｂ−３並列振動板
２３ｃ−１並列振動板
２３ｃ−２並列振動板
２３ｃ−３並列振動板
２３ｄ−１並列振動板
２３ｄ−２並列振動板
２３ｄ−３並列振動板
２８ａ圧電アクチュエータ
２８ｂ圧電アクチュエータ
２８ｃ圧電アクチュエータ
２８ｄ圧電アクチュエータ
２８ａ−１並列アクチュエータ
２８ａ−２並列アクチュエータ
２８ａ−３並列アクチュエータ
２８ｂ−１並列アクチュエータ
２８ｂ−２並列アクチュエータ
２８ｂ−３並列アクチュエータ
２８ｃ−１並列アクチュエータ
２８ｃ−２並列アクチュエータ
２８ｃ−３並列アクチュエータ
２８ｄ−１並列アクチュエータ
２８ｄ−２並列アクチュエータ
２８ｄ−３並列アクチュエータ
３１シリコン窒化膜
３２シリコン窒化膜
９１トップ層（単結晶シリコン）
９２中間酸化膜層（酸化シリコン）
９３ベース層（単結晶シリコン）
１００画像形成装置
１０１画像担持体
１０２潜像形成部
１０２ａ光源
１０２ｂ第１のレンズシステム
１０２ｃ第２のレンズシステム
１０３現像部
１０４転写部
１０５帯電部
１０６定着部
１０７排紙トレイ
１０８クリーニング部
２００読取装置
２０１受光素子
２０２光源
２０３投影レンズ
２０４絞り
２１０ａ圧電ユニモルフ振動体
２１０ｂ圧電ユニモルフ振動体
２１０ｃ圧電ユニモルフ振動体
２１０ｄ圧電ユニモルフ振動体
２１１連結部
２１１ｂ突出部 0 Optical scanning device 1 Reflector (movable plate)
2a Torsion bar (elastic support)
2b Torsion bar (elastic support)
3 Thermal Oxide Film 9 Support 10 Torsion Bar Side 23a Diaphragm 23b Diaphragm 23c Diaphragm 23d Diaphragm 23a-1 Parallel Oscillator 23a-2 Parallel Oscillator 23a-3 Parallel Oscillator 23b-1 Parallel Oscillator 23b- 2 Parallel diaphragm 23b-3 Parallel diaphragm 23c-1 Parallel diaphragm 23c-2 Parallel diaphragm 23c-3 Parallel diaphragm 23d-1 Parallel diaphragm 23d-2 Parallel diaphragm 23d-3 Parallel diaphragm 28a Piezoelectric actuator 28b Piezoelectric actuator 28c Piezoelectric actuator 28d Piezoelectric actuator 28a-1 Parallel actuator 28a-2 Parallel actuator 28a-3 Parallel actuator 28b-1 Parallel actuator 28b-2 Parallel actuator 28b-3 Parallel actuator 28c-1 Parallel actuator 28c-2 parallel actuator 28c-3 parallel actuators 28d-1 parallel actuator 28d-2 parallel actuator 28d-3 parallel actuators 31 silicon nitride film 32 a silicon nitride film 91 top layer (monocrystalline silicon)
92 Intermediate oxide layer (silicon oxide)
93 Base layer (single crystal silicon)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Image forming apparatus 101 Image carrier 102 Latent image formation part 102a Light source 102b 1st lens system 102c 2nd lens system 103 Development part 104 Transfer part 105 Charging part 106 Fixing part 107 Paper discharge tray 108 Cleaning part 200 Reading apparatus 201 Light receiving element 202 Light source 203 Projection lens 204 Aperture 210a Piezoelectric unimorph vibrating body 210b Piezoelectric unimorph vibrating body 210c Piezoelectric unimorph vibrating body 210d Piezoelectric unimorph vibrating body 211 Connecting portion 211b Protruding portion

特開２００８−２５７２２６号公報JP 2008-257226 A 特許第４１２４９８６号公報Japanese Patent No. 4124986

Claims

A method of manufacturing an optical deflector comprising a torsion bar processing step for processing a torsion bar,
The torsion bar processing step
Etching mask for silicon anisotropic wet etching on the top layer side of the support, which is a bonded substrate of a top layer made of single crystal silicon, an intermediate oxide film layer made of silicon oxide, and a base layer made of single crystal silicon Forming a film of material;
Laminating an anisotropic dry etching etching mask on the silicon anisotropic wet etching etching mask; and
Processing the etching mask material for silicon anisotropic wet etching with the etching mask for anisotropic dry etching;
Processing the top layer substantially vertically with the etching mask for anisotropic dry etching;
Removing the anisotropic dry etching etching mask;
And a step of processing the top layer with the etching mask for anisotropic silicon wet etching.

The torsion bar processed by the torsion bar processing step has two substantially identical shapes of the cross section in the axial direction of the torsion bar with the center line of the cross section in the direction perpendicular to the support surface as the center line. the method of manufacturing an optical deflector according to claim 1, wherein the isosceles trapezoid has a shape which is joined at the center line of either shorter ends of the upper base and the lower base.

Said anisotropic silicon etching mask material for wet etching, a method of manufacturing an optical deflector according to claim 1 or 2, characterized in that a silicon nitride film.

The silicon anisotropic etch mask material for wet etching, a method of manufacturing an optical deflector according to claim 1 or 2, characterized in that a silicon oxide film.