JP6187405B2

JP6187405B2 - 光偏向器

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Publication number: JP6187405B2
Application number: JP2014139542A
Authority: JP
Inventors: 栗原　誠; 誠栗原
Original assignee: JVCKenwood Corp
Current assignee: JVCKenwood Corp
Priority date: 2014-07-07
Filing date: 2014-07-07
Publication date: 2017-08-30
Anticipated expiration: 2034-07-07
Also published as: JP2016018029A

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いた光偏向器に関する。

光偏向器は、プロジェクタやヘッドマウントディスプレイ等の投射型のディスプレイ分野に用いられている。光偏向器は、偏向駆動するミラーにレーザ光が照射されることで、レーザ光をミラーの偏向方向に走査する。

光偏向器の一形態として、ＭＥＭＳ技術を用いたものがある。ＭＥＭＳ技術を用いた光偏向器は、一般的に、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウエハを半導体製造技術を用いて微細加工することで作製される。そのため、ＭＥＭＳ技術を用いた光偏向器は、ポリゴンミラーやガルバノミラー等の他の形態と比較して小型化が容易である。
特許文献１には、ＭＥＭＳ技術を用いた光偏向器の一例が記載されている。

特開２０１４−８５４０９号公報

ＭＥＭＳ技術を用いた光偏向器は、一般的に、ミラーの偏向角（振れ角ともいう）を増大させるほど、ミラーの撓みが大きくなる傾向を有する。ミラーの撓みが大きくなると、レーザ光の走査精度が悪化するため、光偏向器を投射型のディスプレイに用いた場合、画像の解像度を悪化させる要因となる。
そこで、特許文献１に記載されている光偏向器は、ミラーの裏面にシリコンからなる補強リブを設けることによって、ミラーの撓みを低減している。

しかしながら、特許文献１に記載されている光偏向器は、補強リブの厚さがフレームの厚さと同じであるので、光偏向器を平坦面に設置すると、フレームと共に補強リブも平坦面に接触する。従って、光偏向器を平坦面に設置した状態でミラーを偏向駆動させることはできない。
そこで、ミラーが偏向駆動する領域にざぐり等による凹部が形成された基台を準備する必要がある。光偏向器の他に、基台等の部材が必要になると、装置の小型化が困難になったり、コストが高くなったりする要因となる。

そこで、本発明は、ミラーの撓みを低減し、かつ、ミラーを偏向駆動させるための光偏向器以外の構成部材を必要とせずにミラーを偏向駆動させる光偏向器を提供することを目的とする。

本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、フレームと、前記フレームに一端側がそれぞれ固定された複数のアームと、前記複数のアームの他端側に一端側がそれぞれ対応して接続された複数のトーションバーと、前記複数のトーションバーの他端側が接続され、照射される光を反射する反射面を有するミラーと、前記ミラーの前記反射面とは反対側の面に形成された補強リブと、前記複数のアームを駆動させることにより、前記複数のトーションバーを介して、前記ミラーを前記補強リブと共に駆動させる駆動部とを備え、前記複数のアーム、前記複数のトーションバー及び前記ミラーは、第１のシリコン層で構成され、前記補強リブは、前記第１のシリコン層に対して積層されたガラス層で構成され、前記フレームは、前記第１のシリコン層と、前記ガラス層と、前記ガラス層に対して積層された第２のシリコン層とを有して構成されていることを特徴とする光偏向器を提供する。

本発明の光偏向器によれば、ミラーの撓みを低減し、かつ、ミラーを偏向駆動させるための光偏向器以外の構成部材を必要とせずにミラーを偏向駆動させることができる。

第１の実施形態の光偏向器を示す平面図である。図１のＡ−Ａ線における断面図である。第１の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。図３のＡ−Ａ線における断面図である。第１の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。図５のＡ−Ａ線における断面図である。第１の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。図７のＡ−Ａ線における断面図である。第１の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。図９のＡ−Ａ線における断面図である。第１の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。図１１のＡ−Ａ線における断面図である。第１の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。図１３のＡ−Ａ線における断面図である。第１の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。図１５のＡ−Ａ線における断面図である。第１の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。図１７のＡ−Ａ線における断面図である。第１の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。図１９のＡ−Ａ線における断面図である。第１の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。図２１のＡ−Ａ線における断面図である。第１の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。図２３のＡ−Ａ線における断面図である。第１の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。図２５のＡ−Ａ線における断面図である。第１の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。図２７のＡ−Ａ線における断面図である。第２の実施形態の光偏向器を示す平面図である。図２９のＡ−Ａ線における断面図である。第２の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。図３１のＡ−Ａ線における断面図である。第２の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。図３３のＡ−Ａ線における断面図である。第２の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。図３５のＡ−Ａ線における断面図である。第２の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。図３７のＡ−Ａ線における断面図である。第３の実施形態の光偏向器を示す平面図である。図３９のＡ−Ａ線における断面図である。第３の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。図４１のＡ−Ａ線における断面図である。第３の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。図４３のＡ−Ａ線における断面図である。第３の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。図４５のＡ−Ａ線における断面図である。

＜第１の実施形態＞
図１及び図２を用いて、第１の実施形態の光偏向器を説明する。図１（ａ）は第１の実施形態の光偏向器をミラーの反射面側から見た平面図である。図１（ｂ）は光偏向器をミラーの裏面側から見た平面図である。図２は図１（ａ）及び図１（ｂ）のＡ−Ａ線における断面図である。

図１及び図２に示すように、光偏向器１は、フレーム２と、アーム３，４，５，６と、トーションバー７，８，９，１０と、ミラー１１と、補強リブ１２と、圧電素子１３，１４と、を有して構成されている。

フレーム２は、枠状の平面形状を有する。
ミラー１１は、円板形状を有する。図１（ａ）において、ミラー１１の紙面手前側の面が、外部から照射されたレーザ光を反射する反射面となっている。

アーム３，４，５，６、トーションバー７，８，９，１０、及びミラー１１は、フレーム２の枠内の空隙部に配置されている。

アーム３は、一端側がフレーム２に固定され、他端側がトーションバー７の一端側に接続されている。
アーム４は、一端側がフレーム２に固定され、他端側がトーションバー８の一端側に接続されている。
アーム５は、一端側がフレーム２に固定され、他端側がトーションバー９の一端側に接続されている。
アーム６は、一端側がフレーム２に固定され、他端側がトーションバー１０の一端側に接続されている。

アーム３及びアーム４は、一対のアームを構成し、ミラー１１の重心Ｃ１１を通る中心線Ａ−Ａを線対称として対向配置されている。
アーム５及びアーム６は、一対のアームを構成し、ミラー１１の重心Ｃ１１を通る中心線Ａ−Ａを線対称として対向配置されている。

アーム３とアーム５は、ミラー１１の重心Ｃ１１を通る中心線Ｂ−Ｂを線対称として対向配置されている。
アーム４とアーム６は、ミラー１１の重心Ｃ１１を通る中心線Ｂ−Ｂを線対称として対向配置されている。

トーションバー７は、一端側がアーム３に接続され、他端側がミラー１１に接続されている。
トーションバー８は、一端側がアーム４に接続され、他端側がミラー１１に接続されている。
トーションバー９は、一端側がアーム５に接続され、他端側がミラー１１に接続されている。
トーションバー１０は、一端側がアーム６に接続され、他端側がミラー１１に接続されている。

ミラー１１における反射面とは反対側の面（図１（ｂ）における紙面手前側の面）には、ミラー１１の外周に沿うリング状の補強リブ１２が形成されている。
補強リブ１２は、その重心Ｃ１２の位置がミラー１１の重心Ｃ１１の位置と一致するように、ミラー１１における反射面とは反対側の面（裏面）に形成されている。
補強リブ１２は、ミラー１１が往復回転駆動しているときに、ミラー１１の撓みを低減する機能を有する。

また、図２に示すように、光偏向器１は、シリコン層２０とガラス層２１とシリコン層２２とが常温接合または陽極接合された積層構造を有する。

アーム３，４，５，６と、トーションバー７，８，９，１０と、ミラー１１と、フレーム２の上層とは、共通のシリコン層２０を加工して形成されている。そのため、アーム３，４，５，６と、トーションバー７，８，９，１０と、ミラー１１と、フレーム２の上層とは、同一平面状に位置している。また、アーム３，４，５，６の厚さと、トーションバー７，８，９，１０の厚さと、ミラー１１の厚さと、フレーム２の上層の厚さとは、ほぼ同じ厚さになっている。

補強リブ１２とフレーム２とは、シリコン層２０と常温接合または陽極接合された共通のガラス層２１を加工して形成されている。そのため、補強リブ１２と、フレーム２の中間層を形成するガラス層２１とは、同一平面状に位置し、かつ、補強リブ１２の厚さと、フレーム２の中間層の厚さとは、ほぼ同じ厚さになっている。

フレーム２は、さらに、ガラス層２１と常温接合または陽極接合されたシリコン層２２を加工することによって、下層が形成されている。なお、フレーム２にはハードマスク２３が形成されているが、ハードマスク２３は、光偏向器１を製造する過程で用いるものであり、フレーム２の構成上、なくてもよい。

圧電素子１３は、アーム３上の領域及びアーム４上の領域を含んで形成されている。本実施形態では、アーム３上の領域及びアーム４上の領域を含むコ字状の領域に、圧電素子１３を形成している。
圧電素子１４は、アーム５上の領域及びアーム６上の領域を含んで形成されている。本実施形態では、アーム５上の領域及びアーム６上の領域を含むコ字状の領域に、圧電素子１４を形成している。

圧電素子１３は、シリコン層２０の上層に形成されている絶縁層３０上に、下電極３１と圧電体層３２と上電極３３とが積層された積層構造を有する。
圧電素子１４は、シリコン層２０の上層に形成されている絶縁層４０上に、下電極４１と圧電体層４２と上電極４３とが積層された積層構造を有する。

本実施形態では、絶縁層３０，４０の材料として二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を用い、圧電体層３２，４２の材料としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いている。また、下電極３１，４１をチタン（Ｔｉ）と白金（Ｐｔ）の積層構造とし、上電極３３，４３をチタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）の積層構造としている。

フレーム２のシリコン層２０上には、圧電素子１３の上電極３３から延伸する引き出し電極５１、及び、圧電素子１３の下電極３１から延伸する引き出し電極５２が、それぞれ形成されている。また、フレーム２のシリコン層２０上には、圧電素子１４の下電極４１から延伸する引き出し電極５３、及び、圧電素子１４の上電極４３から延伸する引き出し電極５４が、それぞれ形成されている。

圧電素子１３は、外部から、引き出し電極５１及び引き出し電極５２を介して、上電極３３及び下電極３１に、所定の周波数または調整された周波数の交流電圧を印加すると、交流電圧値に応じた圧電効果によって圧電体層３２が変形を繰り返す。
圧電体層３２の変形の影響を受け、アーム３及びアーム４は、フレーム２に固定された一端側を支点として、それぞれの他端側が図１（ａ）及び図１（ｂ）における紙面手前奥方向に振動する。
アーム３及びアーム４の振動がトーションバー７，８を介してミラー１１に伝達することによって、ミラー１１は、その重心Ｃ１１を通る中心軸Ｂ−Ｂを回転軸として、往復回転駆動する。ミラー１１に固定されている補強リブ１２もミラー１１と共に往復回転駆動する。

また、外部から、引き出し電極５３及び引き出し電極５４を介して、圧電素子１４の下電極４１及び上電極４３に、所定の周波数または調整された周波数の交流電圧を印加することで、圧電素子１３と同様にミラー１１を往復回転駆動させることができる。

交流電圧の周波数は、ミラー１１、トーションバー７，８，９，１０、及び、アーム３，４，５，６からなる振動系の共振周波数であり、共振による往復回転駆動するように設定または調整される。
また、交流電圧値に応じてミラー１１の偏向角を設定または調整することができる。すなわち、交流電圧値を大きくすることでミラー１１の偏向角を大きくすることができ、交流電圧値を小さくすることでミラー１１の偏向角を小さくすることができる。

また、圧電素子１３と圧電素子１４の両方に互いに逆位相の交流電圧を印加することで、一方の圧電素子に交流電圧を印加する場合よりもミラー１１の偏向角を大きくすることができる。

上述したように、圧電素子１３及び圧電素子１４の少なくともいずれかは、ミラー１１を補強リブ１２と一緒に偏向駆動するための駆動部である。
なお、本実施形態では、ミラーを偏向駆動させる手段として圧電素子を形成したが、これに限定されるものではない。ミラー１１を偏向駆動するための駆動部として、圧電素子の他に、静電力を利用してミラーを偏向駆動させる静電アクチュエータなどを用いることもできる。

往復回転駆動するミラー１１の反射面にレーザ光等の光を照射することにより、照射光をミラーの偏向角に応じて偏向させることができる。

前述したように、ミラー１１と、フレーム２の上層とは、共通のシリコン層２０を加工して形成されているので、ミラー１１と、フレーム２の上層とは、同一平面状に位置し、かつ、ミラー１１の厚さと、フレーム２の上層の厚さとは、ほぼ同じ厚さになっている。
また、補強リブ１２と、フレーム２の中間層とは、シリコン層２０と常温接合または陽極接合された共通のガラス層２１を加工して形成されている。そのため、補強リブ１２と、フレーム２の中間層とは、同一平面状に位置し、かつ、補強リブ１２の厚さと、フレーム２の中間層の厚さとは、ほぼ同じ厚さになっている。
また、フレーム２の下層は、ガラス層２１と常温接合または陽極接合されたシリコン層２２を加工して形成されている。
すなわち、補強リブ１２の底面は、フレームの底面に対して、少なくともシリコン層２２の厚さ分、高い位置に配置されている。

従って、上述した光偏向器１によれば、少なくともシリコン層２２の厚さを、ミラー１１及び補強リブ１２が往復回転駆動しているときの動作範囲よりも厚くなるように設計しておけば、ミラー１１の撓みを低減し、かつ、ざぐり等による凹部が形成された基台などの他の部材を必要とせずにミラー１１を偏向駆動させることができる。

次に、図１から図２８を用いて、上述した光偏向器１の製造方法を説明する。図３，図５，図７，図９，図１１，図１３，図１５，図１７，図１９，図２１，図２３，図２５，図２７における（ａ）及び（ｂ）は、図１の（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ対応する。また、図４，図６，図８，図１０，図１２，図１４，図１６，図１８，図２０，図２２，図２４，図２６，図２８は、図２にそれぞれ対応する。
なお、説明をわかりやすくするために、同じ構成部には同じ符号を付して説明する。

［接合工程］
まず、ガラスウエハをシリコンウエハで挟み、常温接合または陽極接合する。
図３及び図４に示すように、接合されたガラスウエハは前述のガラス層２１となる。ガラス層２１の一面側に接合されたシリコンウエハは前述のシリコン層２０となり、他面側に接合されたシリコンウエハは前述のシリコン層２２となる。

一般的に、ＭＥＭＳ技術を用いた光偏向器には、ＳＯＩウエハが用いられる。通常、ＳＯＩウエハは、各層がそれぞれ決まった厚さで作製された積層構造のウエハである。そのため、ＳＯＩウエハを外部から入手することで積層工程を省略できるメリットがある一方、高価であり、かつ、各層がそれぞれ決まった厚さで作製されているため、各層をそれぞれ所望の厚さにすることは現実的に難しい。

それに対して、本実施形態では、それぞれ所望の厚さのガラスウエハとシリコンウエハを準備し、これらを常温接合または陽極接合するため、ガラス層２１、シリコン層２０、シリコン層２２の各厚さをそれぞれ目的の厚さにすることができる。

シリコン層２０（シリコンウエハ）の厚さは、ミラー１１が往復回転駆動しているときのアーム３，４，５，６、トーションバー７，８，９，１０、及びミラー１１の機械的強度や共振条件等を鑑みて設定される。本実施形態では、シリコン層２０の厚さを５０μｍとしている。

ガラス層２１（ガラスウエハ）の厚さは、ミラー１１の撓みを低減可能な厚さであり、かつ、ミラー１１の共振条件を鑑みて設定される。本実施形態では、ガラス層２１の厚さを１８０μｍとしている。

シリコン層２２（シリコンウエハ）の厚さは、ミラー１１及び補強リブ１２が往復回転駆動しているときの動作範囲よりも厚くなるように設定される。本実施形態では、シリコン層２２の厚さを１７０μｍとしている。

［圧電素子形成工程］
次に、図５及び図６に示すように、シリコン層２０上に絶縁膜６０を成膜する。成膜した絶縁膜６０は、前述の絶縁層３０，４０となる。本実施形態では、絶縁膜６０（絶縁層３０，４０）として、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）膜を成膜している。

さらに、絶縁膜６０上に、金属膜６１、圧電体膜６２、金属膜６３を順次成膜する。
金属膜６１は、前述の下電極３１，４１及び引き出し電極５２，５３となる。本実施形態では、金属膜６１（下電極３１，４１及び引き出し電極５２，５３）として、チタン（Ｔｉ）膜と白金（Ｐｔ）膜を順次成膜している。
圧電体膜６２は、前述の圧電体層３２，４２となる。本実施形態では、圧電体膜６２（圧電体層３２，４２）として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）膜を成膜している。
金属膜６３は、前述の上電極３３，４３及び引き出し電極５１，５４となる。本実施形態では、金属膜６３（上電極３３，４３及び引き出し電極５１，５４）として、チタン（Ｔｉ）膜と金（Ａｕ）膜を順次成膜している。

次に、図７及び図８に示すように、金属膜６３を、フォトリソグラフィを用いてエッチングし、それぞれパターン化された上電極３３，４３、及び、引き出し電極５１，５４を形成する。
さらに、上電極３３，４３、及び、引き出し電極５１，５４が形成されている領域以外の圧電体膜６２をエッチングし、圧電体層３２，４２を形成する。

その後、図９及び図１０に示すように、金属膜６１を、フォトリソグラフィを用いてエッチングし、それぞれパターン化された下電極３１，４１、及び、引き出し電極５２，５３を形成する。
なお、金属膜６１をエッチングする際、下電極３１，４１、及び、引き出し電極５２，５３が形成される領域以外の絶縁膜６０もエッチングされる。上記エッチングで残った下電極３１及び引き出し電極５１，５２の下層の絶縁膜６０は、絶縁層３０となる。また、上記エッチングで残った下電極４１及び引き出し電極５３，５４の下層の絶縁膜６０は、絶縁層４０となる。

上述した一連のエッチングにより、絶縁層３０上に下電極３１と圧電体層３２と上電極３３とが積層された積層構造を有する圧電素子１３と、絶縁層４０上に下電極４１と圧電体層４２と上電極４３とが積層された積層構造を有する圧電素子１４とが、一度に形成される。

［アーム・トーションバー・ミラー形成工程］
図１１及び図１２に示すように、シリコン層２０を、フォトリソグラフィを用いてエッチングし、それぞれパターン化されたアーム３，４，５，６、トーションバー７，８，９，１０、及び、ミラー１１を形成する。

［フレーム・補強リブ形成工程］
図１３及び図１４に示すように、シリコン層２２の裏面（図１４における下側の面）側に、ハードマスク層７０を成膜する。本実施形態では、ハードマスク層７０として、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）膜を成膜している。また、ハードマスク層７０として、ニッケル（Ｎｉ）膜等の金属膜を成膜してもよい。
さらに、ハードマスク層７０を覆うようにレジスト７１を形成する。

次に、図１５及び図１６に示すように、レジスト７１を、フォトリソグラフィを用いてパターン化する。レジスト７１は、前述のフレーム２に対応する領域にパターン形成される。

さらに、図１７及び図１８に示すように、パターン化されたレジスト７１をマスクとして、ハードマスク層７０をエッチングし、ハードマスク２３を形成する。従って、ハードマスク２３もレジスト７１と同様に、前述のフレーム２に対応する領域に形成される。

次に、図１９及び図２０に示すように、パターン化されたレジスト７１及びハードマスク２３のダブルマスクを用いて、シリコン層２２をエッチングする。シリコン層２２のエッチングは、ガラス層２１の表面で終点検出される。
本実施形態では、シリコン層２２が１７０μｍと厚いため、レジスト７１のみではシリコン層２２に対する十分なエッチング選択比を取ることが難しい。そのため、本実施形態では、レジスト７１及びハードマスク２３のダブルマスクを用いているが、ハードマスク２３のみで十分なエッチング選択比が取れるようであれば、レジスト７１を除去した後にシリコン層２２をエッチングしてもよい。

次に、図２１及び図２２に示すように、レジスト７１を除去する。

次に、図２３及び図２４に示すように、ハードマスク２３及びガラス層２１を覆うようにレジスト７２を形成する。レジスト７２は、スプレーコート法等を用いることで形成される。

さらに、図２５及び図２６に示すように、レジスト７２を、フォトリソグラフィを用いてパターン化する。レジスト７２は、ハードマスク２３に対応する領域、及び、前述の補強リブ１２に対応する領域にパターン形成される。

次に、図２７及び図２８に示すように、パターン化されたレジスト７２をマスクとして、ガラス層２１をエッチングする。本実施形態では、ＩＣＰ−ＲＩＥ（Inductive Coupled Plasma - Reactive Ion Etching）にてエッチングを行っている。なお、ガラス層２１をエッチングする際、ＩＣＰ−ＲＩＥに加えて、深堀り補助のため、イオンミリングを併用してもよい。

ガラス層２１のエッチングにより、ガラス層２１からなる単層構造を有する補強リブ１２、及び、シリコン層２０とガラス層２１とシリコン層２２とハードマスク２３とが積層された積層構造を有するフレーム２が形成される。

その後、レジスト７１を除去することで、図１及び図２に示す光偏向器１が作製される。

なお、ハードマスク２３は、光偏向器１の製造過程で用いるものであり、フレーム２の構成上、なくてもよい。従って、ハードマスク２３は、レジスト７１またはレジスト７２を除去した後に除去してもよい。

上述した光偏向器１によれば、補強リブ１２の底面が、フレーム２の底面に対して、少なくともシリコン層２２の厚さ分、高い位置に配置されている。そのため、少なくともシリコン層２２の厚さを、ミラー１１及び補強リブ１２が往復回転駆動しているときの動作範囲よりも厚くなるように設計しておけば、ミラー１１の撓みを低減し、かつ、ざぐり等による凹部が形成された基台などの他の部材を必要とせずにミラー１１を偏向駆動させることができる。

また、上述した光偏向器１によれば、高価で、かつ、各層が決まった厚さで作製されているＳＯＩウエハを使用せずに、それぞれ所望の厚さのガラスウエハとシリコンウエハを準備し、これらを常温接合または陽極接合することにより、ガラス層２１、シリコン層２０、シリコン層２２の各厚さをそれぞれ目的の厚さにすることができる。即ち、ＳＯＩウエハを使用した場合と比較して、各層の厚さの設計の自由度が向上する。

例えば、シリコン層２０（シリコンウエハ）の厚さは、ミラー１１が往復回転駆動しているときのアーム３，４，５，６、トーションバー７，８，９，１０、及びミラー１１の機械的強度や共振条件等を鑑みて決定される。
また、ガラス層２１（ガラスウエハ）の厚さは、ミラー１１の撓みを低減可能な厚さであり、かつ、ミラー１１の共振条件を鑑みて決定される。
また、シリコン層２２（シリコンウエハ）の厚さは、ミラー１１及び補強リブ１２が往復回転駆動しているときの動作範囲を鑑みて決定される。

なお、本実施形態では、それぞれ所望の厚さのガラスウエハとシリコンウエハを準備し、これらを常温接合または陽極接合することにより、ガラス層２１、シリコン層２０、シリコン層２２の各厚さをそれぞれ目的の厚さとしているが、これに限定されるものではない。
例えば、ガラスウエハ（ガラス層２１）の一面側にシリコンウエハ（シリコン層２２）を常温接合または陽極接合し、ガラスウエハの他面側を研磨して所望の厚さとした後に、ガラスウエハの他面側にシリコンウエハ（シリコン層２０）を常温接合または陽極接合してもよい。

＜第２の実施形態＞
図２９及び図３０を用いて、第２の実施形態の光偏向器を説明する。図２９（ａ）は第２の実施形態の光偏向器をミラーの反射面側から見た平面図である。図２９（ｂ）は光偏向器をミラーの裏面側から見た平面図である。図３０は図２９（ａ）及び図２９（ｂ）のＡ−Ａ線における断面図である。
また、図２９（ａ）及び図２９（ｂ）は、第１の実施形態の図１（ａ）及び図１（ｂ）にそれぞれ対応する。図３０は、第１の実施形態の図２に対応する。

図２９及び図３０に示すように、第２の実施形態の光偏向器１０１は、第１の実施形態の光偏向器１と比較して、光偏向器１０１自体の層構成、フレーム１０２及び補強リブ１１２の層構成が異なり、他の構成については第１の実施形態の光偏向器１と同じである。

具体的には、第１の実施形態の光偏向器１は、シリコン層２０とガラス層２１とシリコン層２２とが常温接合または陽極接合された積層構造を有する。それに対して、第２の実施形態の光偏向器１０１は、シリコン層２０とガラス層２１と金属層１２３とシリコン層２２とが積層された積層構造を有する点で相違する。

また、第１の実施形態の光偏向器１におけるフレーム２は、シリコン層２０とガラス層２１とシリコン層２２とハードマスク２３と積層された積層構造を有する。それに対して、第２の実施形態の光偏向器１０１におけるフレーム１０２は、シリコン層２０とガラス層２１と金属層１２３とシリコン層２２とハードマスク２３とが積層された積層構造を有する点で相違する。

また、第１の実施形態の光偏向器１における補強リブ１２は、ガラス層２１からなる単層構造を有する。それに対して、第２の実施形態の光偏向器１０１における補強リブ１１２は、ガラス層２１と金属層１２３とが積層された積層構造を有する点で相違する。

第２の実施形態の光偏向器１０１において、アーム３，４，５，６と、トーションバー７，８，９，１０と、ミラー１１と、フレーム１０２の上層とは、共通のシリコン層２０を加工して形成されている。そのため、アーム３，４，５，６と、トーションバー７，８，９，１０と、ミラー１１と、フレーム１０２の上層とは、同一平面状に位置する。また、アーム３，４，５，６の厚さと、トーションバー７，８，９，１０の厚さと、ミラー１１の厚さと、フレーム１０２の上層の厚さとは、ほぼ同じ厚さになっている。

補強リブ１１２の上層と、フレーム１０２のシリコン層２０の下層とは、シリコン層２０と常温接合または陽極接合された共通のガラス層２１を加工して形成されている。そのため、補強リブ１１２の上層と、フレーム１０２のシリコン層２０の下層とは、同一平面状に位置し、かつ、補強リブ１１２の上層の厚さと、フレーム１０２のシリコン層２０の下層の厚さとは、ほぼ同じ厚さになっている。

また、補強リブ１１２のガラス層２１の下層と、フレーム１０２のガラス層２１の下層とは、ガラス層２１にスパッタリングやめっき等によって形成された共通の金属層１２３を加工して形成されている。そのため、補強リブ１１２のガラス層２１の下層と、フレーム１０２のガラス層２１の下層とは、同一平面状に位置し、かつ、補強リブ１１２のガラス層２１の下層の厚さと、フレーム１０２のガラス層２１の下層の厚さとは、ほぼ同じ厚さになっている。

フレーム１０２の金属層１２３の下層は、金属層１２３と常温接合されたシリコン層２２を加工して形成されている。なお、フレーム１０２にはハードマスク２３が形成されているが、ハードマスク２３は、光偏向器１０１を製造する過程で用いるものであり、フレーム１０２の構成上、なくてもよい。

フレーム１０２が、枠状の平面形状を有する点は、第１の実施形態と同じである。
補強リブ１１２の重心Ｃ１１２の位置がミラー１１の重心Ｃ１１の位置と一致するように、補強リブ１１２がミラー１１の反射面とは反対側の面に形成されている点は、第１の実施形態と同じである。

次に、図２９から図３８を用いて、光偏向器１０１の製造方法を説明する。図３１，図３３，図３５，図３７における（ａ）及び（ｂ）は、図２９の（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ対応する。また、図３２，図３４，図３６，図３８は、図３０にそれぞれ対応する。なお、説明をわかりやすくするために、同じ構成部には同じ符号を付して説明する。

ガラスウエハの一面側に金属膜を成膜し、金属膜とシリコンウエハとを常温接合し、ガラスウエハの他面側とシリコンウエハとを、常温接合または陽極接合する。

図３１及び図３２に示すように、接合されたガラスウエハはガラス層２１となる。ガラス層２１の一面側に成膜された金属膜は金属層１２３となる。金属層１２３と常温接合されたシリコンウエハはシリコン層２２となる。ガラス層２１の他面側に常温接合または陽極接合されたシリコンウエハはシリコン層２０となる。
本実施形態では、金属膜として、ニッケル（Ｎｉ）膜を成膜している。
なお、本実施形態では、ガラスウエハに金属膜を成膜しているが、これに限定されるものではない。例えば、シリコンウエハが常温接合または陽極接合されたガラスウエハと、他のシリコンウエハに成膜された金属膜とを常温接合するようにしてもよい。

次に、第１の実施形態で図５から図１０を用いて説明した圧電素子形成工程と同様の工程を行う。

次に、第１の実施形態で図１１及び図１２を用いて説明したアーム・トーションバー・ミラー形成工程と同様の工程を行う。

次に、第１の実施形態で図１３から図２０を用いて説明したフレーム・補強リブ形成工程と同様の工程を行う。即ち、フレーム・補強リブ形成工程において、シリコン層２２のエッチングまでの工程を行う。なお、第２の実施形態では、シリコン層２２のエッチングは、金属層１２３の表面で終点検出される。

次に、第１の実施形態で図２１から図２４を用いて説明したフレーム・補強リブ形成工程と同様の工程を行う。即ち、フレーム・補強リブ形成工程において、レジスト７１の除去からレジスト７２の形成までの工程を行う。

次に、図３３及び図３４に示すように、レジスト７２を、フォトリソグラフィを用いてパターン化する。レジスト７２は、ハードマスク２３に対応する領域、及び、前述の補強リブ１１２に対応する領域にパターン形成される。

さらに、図３５及び図３６に示すように、パターン化されたレジスト７２をマスクとして、金属層１２３をエッチングし、金属層１２３をパターン化する。従って、金属層１２３もレジスト７２と同様に、ハードマスク２３に対応する領域、及び、前述の補強リブ１１２に対応する領域にパターン形成される。
パターン化された金属層１２３は、ガラス層２１をエッチングする際のエッチングマスクとして機能する。

次に、図３７及び図３８に示すように、パターン化されたレジスト７２及び金属層１２３のダブルマスクを用いて、ガラス層２１をエッチングする。

第１の実施形態では、レジスト７２のみで１８０μｍと厚いガラス層２１をエッチングしている。それに対して、第２の実施形態では、レジスト７２及び金属層１２３のダブルマスクを用いて、ガラス層２１をエッチングするため、第１の実施形態よりもエッチングマスクとしての耐性が向上する。これにより、ガラス層２１のエッチング条件の自由度が増すので、歩留まりの向上やエッチング時間の短縮等、第１の実施形態よりも生産性を向上させることができる。
なお、本実施形態では、レジスト７２及び金属層１２３のダブルマスクを用いているが、金属層１２３のみで十分なエッチング選択比が取れるようであれば、レジスト７２を除去した後にガラス層２１をエッチングしてもよい。

ガラス層２１のエッチングにより、ガラス層２１と金属層１２３とが積層された積層構造を有する補強リブ１１２が形成される。また、ガラス層２１のエッチングにより、シリコン層２０とガラス層２１と金属層１２３とシリコン層２２とハードマスク２３とが積層された積層構造を有するフレーム１０２が形成される。

その後、レジスト７２を除去することで、図２９及び図３０に示す光偏向器１０１が作製される。

上述した光偏向器１０１によれば、補強リブ１１２の底面が、フレーム１０２の底面に対して、少なくともシリコン層２２の厚さ分、高い位置に配置されている。そのため、少なくともシリコン層２２の厚さを、ミラー１１及び補強リブ１１２が往復回転駆動しているときの動作範囲よりも厚くなるように設計しておけば、ミラー１１の撓みを低減し、かつ、ざぐり等による凹部が形成された基台などの他の部材を必要とせずにミラー１１を偏向駆動させることができる。

また、上述した光偏向器１０１によれば、高価で、かつ、各層が決まった厚さで作製されているＳＯＩウエハを使用せずに、それぞれ所望の厚さのガラスウエハとシリコンウエハを準備し、これらを常温接合または陽極接合することにより、ガラス層２１、シリコン層２０、シリコン層２２の各厚さをそれぞれ目的の厚さにすることができる。即ち、ＳＯＩウエハを使用した場合と比較して、各層の厚さの設計の自由度が向上する。

例えば、シリコン層２０（シリコンウエハ）の厚さは、ミラー１１が往復回転駆動しているときのアーム３，４，５，６、トーションバー７，８，９，１０、及びミラー１１の機械的強度や共振条件等を鑑みて決定される。

また、ガラス層２１（ガラスウエハ）の厚さは、ミラー１１の撓みを低減可能な厚さであり、かつ、ミラー１１の共振条件を鑑みて決定される。

また、シリコン層２２（シリコンウエハ）の厚さは、ミラー１１及び補強リブ１１２が往復回転駆動しているときの動作範囲を鑑みて決定される。

＜第３の実施形態＞
図３９及び図４０を用いて、第３の実施形態の光偏向器を説明する。図３９（ａ）は第３の実施形態の光偏向器をミラーの反射面側から見た平面図である。図３９（ｂ）は光偏向器をミラーの裏面側から見た平面図である。図４０は図３９（ａ）及び図３９（ｂ）のＡ−Ａ線における断面図である。
また、図３９（ａ）及び図３９（ｂ）は、第１の実施形態の図１（ａ）及び図１（ｂ）にそれぞれ対応する。図４０は、第１の実施形態の図２に対応する。

図３９及び図４０に示すように、第３の実施形態の光偏向器２０１は、第１の実施形態の光偏向器１と比較して、光偏向器２０１自体の層構成、フレーム２０２及び補強リブ２１２の層構成が異なり、他の構成については第１の実施形態の光偏向器１と同じである。

具体的には、第１の実施形態の光偏向器１は、シリコン層２０とガラス層２１とシリコン層２２とが常温接合または陽極接合された積層構造を有する。それに対して、第３の実施形態の光偏向器２０１は、シリコン層２０とガラス層２１とシリコン層２２と金属層２２３とが積層された積層構造を有する点で相違する。

また、第１の実施形態の光偏向器１におけるフレーム２は、シリコン層２０とガラス層２１とシリコン層２２とハードマスク２３と積層された積層構造を有する。それに対して、第３の実施形態の光偏向器２０１におけるフレーム２０２は、シリコン層２０とガラス層２１とシリコン層２２とハードマスク２３と金属層２２３とが積層された積層構造を有する点で相違する。

また、第１の実施形態の光偏向器１における補強リブ１２は、ガラス層２１からなる単層構造を有する。それに対して、第３の実施形態の光偏向器２０１における補強リブ２１２は、ガラス層２１と金属層２２３とが積層された積層構造を有する点で相違する。

第３の実施形態の光偏向器２０１において、アーム３，４，５，６と、トーションバー７，８，９，１０と、ミラー１１と、フレーム２０２の上層とは、共通のシリコン層２０を加工して形成されている。そのため、アーム３，４，５，６と、トーションバー７，８，９，１０と、ミラー１１と、フレーム２０２の上層とは、同一平面状に位置する。また、アーム３，４，５，６の厚さと、トーションバー７，８，９，１０の厚さと、ミラー１１の厚さと、フレーム２０２の上層の厚さとは、ほぼ同じ厚さになっている。

補強リブ２１２の上層と、フレーム２０２のシリコン層２０の下層とは、シリコン層２０と常温接合または陽極接合された共通のガラス層２１を加工して形成されている。そのため、補強リブ２１２の上層と、フレーム２０２のシリコン層２０の下層とは、同一平面状に位置し、かつ、補強リブ２１２の上層の厚さと、フレーム２０２のシリコン層２０の下層の厚さとは、ほぼ同じ厚さになっている。

フレーム２０２のガラス層２１の下層は、ガラス層２１と常温接合または陽極接合されたシリコン層２２を加工して形成されている。なお、フレーム２０２にはハードマスク２３が形成されているが、ハードマスク２３は、光偏向器２０１を製造する過程で用いるものであり、フレーム１０２の構成上、なくてもよい。

補強リブ２１２のガラス層２１の下層と、フレーム２０２のハードマスク２３の下層とは、共通の金属層２２３を加工して形成されている。そのため、補強リブ２１２のガラス層２１の下層の厚さと、フレーム２０２のハードマスク２３の下層の厚さとは、ほぼ同じ厚さになっている。

フレーム２０２が、枠状の平面形状を有する点は、第１の実施形態と同じである。
補強リブ２１２の重心Ｃ２１２の位置がミラー１１の重心Ｃ１１の位置と一致するように、補強リブ２１２がミラー１１の反射面とは反対側の面に形成されている点は、第１の実施形態と同じである。

次に、図３９から図４６を用いて、光偏向器２０１の製造方法を説明する。図４１，図４３，図４５における（ａ）及び（ｂ）は、図３９の（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ対応する。また、図４２，図４４，図４６は図４０にそれぞれ対応する。なお、説明をわかりやすくするために、同じ構成部には同じ符号を付して説明する。

まず、第１の実施形態で図３及び図４を用いて説明した接合工程と同様の工程を行う。

次に、第１の実施形態で図１３から図２２を用いて説明したフレーム・補強リブ形成工程と同様の工程を行う。即ち、フレーム・補強リブ形成工程において、レジスト７１の除去までの工程を行う。

次に、図４１及び図４２に示すように、ハードマスク２３及びガラス層２１を覆うように金属膜を成膜する。金属膜は、前述の金属層２２３となる。本実施形態では、金属膜としてニッケル（Ｎｉ）膜を成膜した。

その後、金属層２２３の表面上に、フォトリソグラフィを用いてパターン化されたレジスト７２を形成する。レジスト７２は、ハードマスク２３に対応する領域、及び、前述の補強リブ２１２に対応する領域にパターン形成される。

次に、図４３及び図４４に示すように、パターン化されたレジスト７２をマスクとして、金属層２２３をエッチングする。金属層２２３もレジスト７２と同様に、ハードマスク２３に対応する領域、及び、前述の補強リブ２１２に対応する領域にパターン形成される。
パターン化された金属層２２３は、ガラス層２１をエッチングする際のエッチングマスクとして機能する。

次に、図４５及び図４６に示すように、パターン化されたレジスト７２及び金属層２２３のダブルマスクを用いて、ガラス層２１をエッチングする。

第１の実施形態では、レジスト７２のみで１８０μｍと厚いガラス層２１をエッチングしている。それに対して、第３の実施形態では、レジスト７２及び金属層２２３のダブルマスクを用いて、ガラス層２１をエッチングするため、第１の実施形態よりもエッチングマスクとしての耐性が向上する。これにより、ガラス層２１のエッチング条件の自由度が増すので、歩留まりの向上やエッチング時間の短縮等、第１の実施形態よりも生産性を向上させることができる。
なお、本実施形態では、レジスト７２及び金属層２２３のダブルマスクを用いているが、金属層２２３のみで十分なエッチング選択比が取れるようであれば、レジスト７２を除去した後にガラス層２１をエッチングしてもよい。

ガラス層２１のエッチングにより、ガラス層２１と金属層２２３とが積層された積層構造を有する補強リブ２１２が形成される。また、ガラス層２１のエッチングにより、シリコン層２０とガラス層２１とシリコン層２２とハードマスク２３と金属層２２３とが積層された積層構造を有するフレーム２０２が形成される。

その後、レジスト７２を除去することで、図３９及び図４０に示す光偏向器２０１が作製される。

上述した光偏向器２０１によれば、補強リブ２１２の底面が、フレーム２０２の底面に対して、少なくともシリコン層２２の厚さ分、高い位置に配置されている。そのため、少なくともシリコン層２２の厚さを、ミラー１１及び補強リブ２１２が往復回転駆動しているときの動作範囲よりも厚くなるように設計しておけば、ミラー１１の撓みを低減し、かつ、ざぐり等による凹部が形成された基台などの他の部材を必要とせずにミラー１１を偏向駆動させることができる。

また、シリコン層２２（シリコンウエハ）の厚さは、ミラー１１及び補強リブ２１２が往復回転駆動しているときの動作範囲を鑑みて決定される。

なお、本発明に係る実施形態は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

１，１０１，２０１光偏向器
２，１０２，２０２フレーム
３，４，５，６アーム
７，８，９，１０トーションバー
１１ミラー
１２，１１２，２１２補強リブ
１３，１４圧電素子（駆動部）
２０，２２シリコン層
２１ガラス層

Claims

フレームと、
前記フレームに一端側がそれぞれ固定された複数のアームと、
前記複数のアームの他端側に一端側がそれぞれ対応して接続された複数のトーションバーと、
前記複数のトーションバーの他端側が接続され、照射される光を反射する反射面を有するミラーと、
前記ミラーの前記反射面とは反対側の面に形成された補強リブと、
前記複数のアームを駆動させることにより、前記複数のトーションバーを介して、前記ミラーを前記補強リブと共に駆動させる駆動部と、
を備え、
前記複数のアーム、前記複数のトーションバー及び前記ミラーは、第１のシリコン層で構成され、
前記補強リブは、前記第１のシリコン層に対して積層されたガラス層で構成され、
前記フレームは、前記第１のシリコン層と、前記ガラス層と、前記ガラス層に対して積層された第２のシリコン層とを有して構成されていることを特徴とする光偏向器。
前記第２のシリコン層は、前記ミラー及び前記補強リブの駆動範囲よりも厚く形成されていることを特徴とする請求項１記載の光偏向器。
前記第１のシリコン層と前記ガラス層とは常温接合または陽極接合されており、前記ガラス層と前記第２のシリコン層とは常温接合または陽極接合されていることを特徴とする請求項１記載の光偏向器。