プレーナ型アクチュエータ及びその製造方法
【課題】駆動の安定性及びハンドリング性を向上させたプレーナ型アクチュエータ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】枠状の固定部４と、固定部４の内側に形成されるトーションバー５ａ，５ａ、５ｂ，５ｂと、各トーションバーを介して固定部４に回動可能に軸支され駆動手段により駆動される可動部６ａ，６ｂとを第１半導体基板７で一体形成して備えたアクチュエータ部２と、第２半導体基板１０で形成され固定部４介してアクチュエータ部２を支持する支持部３とを有し、第１半導体基板７として、少なくとも各トーションバーに対応する部位に各トーションバーに応じた厚さが残るように予め溝部９ａ，９ｂが形成されたキャビティー基板を用いて形成したプレーナ型アクチュエータ１において、第２半導体基板１０で形成された支持部３を、固定部４と異なる形状に形成する。
【解決手段】枠状の固定部４と、固定部４の内側に形成されるトーションバー５ａ，５ａ、５ｂ，５ｂと、各トーションバーを介して固定部４に回動可能に軸支され駆動手段により駆動される可動部６ａ，６ｂとを第１半導体基板７で一体形成して備えたアクチュエータ部２と、第２半導体基板１０で形成され固定部４介してアクチュエータ部２を支持する支持部３とを有し、第１半導体基板７として、少なくとも各トーションバーに対応する部位に各トーションバーに応じた厚さが残るように予め溝部９ａ，９ｂが形成されたキャビティー基板を用いて形成したプレーナ型アクチュエータ１において、第２半導体基板１０で形成された支持部３を、固定部４と異なる形状に形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トーションバーを介して固定部に回動可能に軸支され駆動手段によって駆動される可動部を第１半導体基板で形成して備えたアクチュエータ部と、第２半導体基板で形成され固定部を介してアクチュエータ部を支持する支持部とを有するプレーナ型アクチュエータ及びその製造方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、枠状の固定部と、この固定部の内側に形成されるトーションバーと、トーションバーを介して固定部に回動可能に軸支され駆動手段により駆動される可動部とを半導体基板で一体形成して備えたアクチュエータ部を有したプレーナ型アクチュエータがある（例えば、特許文献１参照）。このプレーナ型アクチュエータは、駆動手段として、駆動コイルと静磁界発生手段を備え、通電により駆動コイルに発生する磁界と静磁界発生手段による静磁界との相互作用により発生するローレンツ力を利用して可動部を回動させる構成である。このようなプレーナ型アクチュエータは、例えば、可動部にミラーを設けることで光ビームを偏向走査する光スキャナなどに適用される。
【０００３】
このようなプレーナ型アクチュエータとしては、枠状の固定部と、この固定部の内側に形成されるトーションバーと、トーションバーを介して固定部に回動可能に軸支され駆動手段により駆動される可動部とを第１半導体基板で一体形成して備えたアクチュエータ部と、第２半導体基板で形成され固定部を介してアクチュエータ部を支持する支持部とを有し、第１半導体基板として、少なくともトーションバーに対応する部位にトーションバーに応じた厚さが残るように予め溝部が形成されたキャビティー基板を用いて形成したものが本願の出願人によって提案されている（特許文献２参照）。この種のプレーナ型アクチュエータは、可動部の回動を妨げないように支持部を形成する必要があるため、支持部は枠状に形成された固定部と同形状に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２７２２３１４号
【特許文献２】特開２００９−０６２２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、この種のプレーナ型アクチュエータにおいては、アクチュエータ部の駆動の安定性や、プレーナ型アクチュエータを実装基板へ実装するときのハンドリング性等を考慮した設計が求められており、支持部の形状を工夫することで、駆動の安定性やハンドリング性を向上させることができると考えられる。
【０００６】
そこで、本発明は上記の問題点に着目し、支持部の形状を工夫して駆動の安定性やハンドリング性を向上させたプレーナ型アクチュエータ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明によるプレーナ型アクチュエータは、枠状の固定部と、該固定部の内側に形成されるトーションバーと、該トーションバーを介して前記固定部に回動可能に軸支され駆動手段により駆動される可動部とを第１半導体基板で一体形成して備えたアクチュエータ部と、第２半導体基板で形成され前記固定部を介して前記アクチュエータ部を支持する支持部とを有し、前記第１半導体基板として、少なくとも前記トーションバーに対応する部位に該トーションバーに応じた厚さが残るように予め溝部が形成されたキャビティー基板を用いて形成したプレーナ型アクチュエータにおいて、前記第２半導体基板で形成された前記支持部を、前記固定部と異なる形状に形成する。
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項５に係る本発明によるプレーナ型アクチュエータの製造方法は、枠状の固定部と、該固定部の内側に形成されるトーションバーと、前記トーションバーを介して前記固定部に回動可能に軸支され駆動手段によって駆動される可動部とを第１半導体基板で一体形成して備えたアクチュエータ部と、第２半導体基板で形成され前記固定部を介して前記アクチュエータ部を支持する支持部とを有し、前記第１半導体基板として、少なくとも前記トーションバーに対応する部位に該トーションバーに応じた厚さが残るように予め溝部が形成されたキャビティー基板を用いて形成したプレーナ型アクチュエータの製造方法において、半導体基板の裏面側からエッチングして、少なくとも前記トーションバーに対応する部位に該トーションバーに応じた厚さが残るように除去して前記溝部を形成して、前記第１半導体基板としてのキャビティー基板を形成する工程と、前記第１半導体基板の裏面に、第２半導体基板を貼り合わせる工程と、前記第１半導体基板の表面をパターニングして、エッチングし、前記固定部、前記トーションバー及び前記可動部以外の部分を除去し、前記アクチュエータ部を形成する工程と、前記第２半導体基板の裏面をパターニングして、前記固定部と異なる形状になるようにエッチングし、前記支持部以外の部分を除去し、前記支持部を形成する工程と、を備える。
【０００９】
また、上記目的を達成するために、請求項８に係る本発明によるプレーナ型アクチュエータの製造方法は、枠状の固定部と、該固定部の内側に形成されるトーションバーと、前記トーションバーを介して前記固定部に回動可能に軸支され駆動手段によって駆動される可動部とを第１半導体基板で一体形成して備えたアクチュエータ部と、第２半導体基板で形成され前記固定部を介して前記アクチュエータ部を支持する支持部とを有し、前記第１半導体基板として、少なくとも前記トーションバーに対応する部位に該トーションバーに応じた厚さが残るように予め溝部が形成されたキャビティー基板を用いて形成したプレーナ型アクチュエータの製造方法において、半導体基板の裏面側からエッチングして、少なくとも前記トーションバーに対応する部位に該トーションバーに応じた厚さが残るように除去して前記溝部を形成して、前記第１半導体基板としてのキャビティー基板を形成する工程と、前記第２半導体基板の表面側から、前記可動部の回動を許容する溝部を形成するようにエッチングして、前記支持部を形成する工程と、前記第１半導体基板の裏面に、前記第２半導体基板を貼り合わせる工程と、前記第１半導体基板の表面をパターニングして、エッチングし、前記固定部、前記トーションバー及び前記可動部以外の部分を除去し、前記アクチュエータ部を形成する工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によるプレーナ型アクチュエータによれば、支持部を固定部と異なる形状に形成することで、具体的には、例えば、この支持部の枠外面が固定部の枠外面と略面一でかつ支持部の枠幅が固定部の枠幅より幅広になるように支持部を枠状に形成したり、第２半導体基板として可動部の回動を許容する溝部が予め形成されたキャビティー基板を用いて支持部を形成したりすることで、支持部の強度を高めることができるため、駆動の安定性やハンドリング性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明によるプレーナ型アクチュエータの第１実施形態の上面図である。
【図２】図１に示すプレーナ型アクチュエータの断面図である。
【図３】キャビティー基板からなる第１半導体基板の上面図である。
【図４】上記第１実施形態のプレーナ型アクチュエータの製造方法を説明する製造工程図である。
【図５】図４に続く製造工程図である。
【図６】本発明によるプレーナ型アクチュエータの第２実施形態の断面図である。
【図７】キャビティー基板からなる第２半導体基板の上面図である。
【図８】上記第２実施形態のプレーナ型アクチュエータの製造方法を説明する製造工程図である。
【図９】図８に続く製造工程図である。
【図１０】上記第２実施形態におけるプレーナ型アクチュエータの別の構成例を示す図で、の上面図である。
【図１１】図１０に示すプレーナ型アクチュエータの断面図である。
【図１２】上記第２実施形態におけるプレーナ型アクチュエータのさらに別の構成例を示す図で、の上面図である。
【図１３】図１２に示すプレーナ型アクチュエータの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明によるプレーナ型アクチュエータの実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明によるプレーナ型アクチュエータの第１実施形態の上面図であり、図２は、図１のＡ−Ｏ−Ｂ線に沿った断面図である。
図１及び図２において、本実施形態のプレーナ型アクチュエータ１は、図示省略の光源から光ビームを直交する２軸方向に偏向する二次元駆動の電磁駆動タイプのアクチュエータであり、アクチュエータ部２と支持部３とを備えて構成されている。
【００１３】
上記アクチュエータ部２は、固定部４と、外側トーションバー５ａ，５ａと、外側可動部６ａと、内側トーションバー５ｂ，５ｂと、内側可動部６ｂとを単結晶シリコンからなる第１半導体基板７で一体形成して備えたものである。各可動部６ａ，６ｂは、通電により磁界を発生する駆動コイル８と後述する静磁界発生手段（図示省略）とで構成される駆動手段により駆動される。本実施形態において、アクチュエータ部２は、第１半導体基板７として、図２及び図３に示すように、外側トーションバー５ａ，５ａに対応する各部位に外側トーションバー５ａ，５ａに応じた厚さが残るように予め断面が台形状の各溝部９ａが形成されると共に、内側トーションバー５ｂ，５ｂ及び内側可動部６ｂに対応する部位を含む部位に内側トーションバー５ｂ，５ｂに応じた厚さが残るように予め断面が台形状の溝部９ｂが形成されたキャビティー基板を用いて形成されたものである。後述するように、このキャビティー基板からなる第１半導体基板７を、支持部３を形成する第２半導体基板１０に保護層１１を介して接合し、その後、第１半導体基板７をエッチングして固定部４、各トーションバー５ａ，５ａ、５ｂ，５ｂ及び各可動部６ａ，６ｂ以外の部分を除去し、図２に示すアクチュエータ部２が形成される。保護層１１は、シリコンの酸化膜等から成る層であり、第１半導体基板７及び第２半導体基板１０のエッチング時のストップ層となる。また、アクチュエータ部２は支持部３と反対側の面にシリコンの酸化膜等の保護層１２が被覆されている。この保護層１２は、駆動コイル８と第１半導体基板７間の絶縁層となる。
【００１４】
上記固定部４は、図１に示すように、枠状に形成されている。この固定部４の内側には、一対の外側トーションバー５ａ，５ａを介して枠状の外側可動部６ａが回動可能に軸支されている。そして、この外側可動部６ａの内側には、外側トーションバー５ａ，５ａと軸方向が直角な内側トーションバー５ｂ，５ｂを介して内側可動部６ｂが回動可能に軸支されている。また、外側可動部６ａの支持部３と反対側の面には、図示省略する光源からの光ビームを反射する反射ミラー１３が設けられている。
【００１５】
上記駆動コイル８は、通電により磁界を発生するものである。この通電により発生する磁界と、外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂを挟んで互いに反対磁極を対向させて配置される二対の静磁界発生手段（図示省略）による静磁界との相互作用により発生するローレンツ力を利用して外側及び内側可動部６ａ，６ｂを回動させている。駆動コイル８は、本実施形態においては、外側可動部６ａの支持部３とは反対側の面に敷設され、外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂの駆動用の電気信号を重畳して供給可能に構成されている。図示省略するが、駆動コイル８の両端部は、一対の外側トーションバー５ａ，５ａを経由して固定部４に設けた電極端子に接続され、同じく図示省略の外部の駆動回路とワイヤボンディング等の手段で電気的に接続されている。外部の駆動回路は、外側可動部６ａの共振周波数で変化する電気信号と内側可動部６ｂの共振周波数で変化する電気信号とを重畳させた電気信号を供給するように構成する。これにより、駆動コイル８を内側可動部６ｂに別に設けることなく、内側可動部６ｂを回動させることができる。このように、内側可動部６ｂの周縁部等に駆動コイルを設ける必要がないため、内側可動部６ｂの表面全面に反射ミラー１３を設けることができる。
【００１６】
前記支持部３は、固定部４を支持するものであり、単結晶シリコンからなる第２半導体基板１０で形成され、固定部４と異なる形状に形成されている。一般的に、支持部３は、可能な限り強度が高い方が、アクチュエータ部２の駆動の安定性やプレーナ型アクチュエータを実装基板へ実装するときのハンドリング性を高めることができる。本実施形態において、支持部３は、図２に示すように、枠状に形成され、この支持部３の枠幅が固定部４の枠幅より幅広に形成されている。これにより、支持部３の強度を高めている。また、本実施形態において、支持部３は、図２に示すように、枠の外面が固定部４の枠外面と略面一になるように形成されている。このようにして、固定部４の枠の外側方向に支持部３をサイズアップせずに強度を高めることができる。
【００１７】
次に、このように構成されたプレーナ型アクチュエータ１の動作を、図１及び図２を参照して説明する。
【００１８】
まず、駆動コイル８に外側可動部６ａの共振周波数で変化する電気信号と内側可動部６ｂの共振周波数で変化する電気信号とを重畳させた電気信号（電流）を流すと磁界が発生し、この磁界と静磁界発生手段による静磁界との相互作用によりローレンツ力が発生し、このローレンツ力により外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂがそれぞれ回動される。外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂは、それぞれの共振周波数に基づく周期で揺動し、反射ミラー１３により光ビームを偏向走査できる。外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂを回動させるための回転力は、駆動コイル８に流す駆動電流値に比例するので、駆動コイル８に供給する駆動電流値を制御することで、外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂの振れ角（光ビームの偏向角度）を制御することができる。
【００１９】
このような構成により、本実施形態におけるプレーナ型アクチュエータ１によれば、支持部３を、枠状に形成すると共に、その枠幅が固定部４の枠幅より幅広に形成することで、支持部３の強度を高めることができるため、駆動の安定性及びハンドリング性を向上させることができる。さらに、支持部３を枠の外面が固定部４の枠外面と略面一になるように形成することで、サイズアップせずに、駆動の安定性及びハンドリング性を向上させることができる。
【００２０】
次に、上記第１実施形態のプレーナ型アクチュエータ１の製造方法を詳細に説明する。
図４は、第１実施形態のプレーナ型アクチュエータ１の製造工程（Ａ）〜（Ｄ）を示すものであり、図５は、図４に続く製造工程（Ｅ）〜（Ｇ）を示すものである。尚、図４及び図５は、各製造工程における、図１のＡ−Ｏ−Ｂ線に沿った断面に対応する図である。
【００２１】
本実施形態におけるプレーナ型アクチュエータ１の製造方法は、半導体基板７’の両面に保護層１１，１２を形成する工程（Ａ）と、第１半導体基板７としてのキャビティー基板を形成する工程（Ｂ）と、第１半導体基板７に再度保護層１１を形成する工程（Ｃ）と、第１半導体基板７と第２半導体基板１０を貼り合わせる工程（Ｄ）と、第１半導体基板７に駆動コイル８を形成する工程（Ｅ）と、第１半導体基板７をエッチングしてアクチュエータ部２を形成する工程（Ｆ）と、第２半導体基板１０をエッチングして支持部３を形成する工程（Ｇ）と、を備えて構成される。
以下に本実施形態における上記各工程について説明する。
【００２２】
工程（Ａ）では、単結晶シリコンからなる半導体基板７’の両面に、保護層１１，１２を形成する。保護層１１，１２としては、本実施形態においては、酸化炉などを用いてシリコンの酸化膜を形成する。
【００２３】
工程（Ｂ）では、半導体基板７’の裏面をパターニング後、この裏面側からウェットエッチングして、図４（Ｂ）及び図３に示すように、外側トーションバー５ａ，５ａに対応する各部位に外側トーションバー５ａ，５ａに応じた厚さが残るように除去し、断面が台形状の溝部９ａを形成すると共に、内側トーションバー５ｂ，５ｂ及び内側可動部６ｂに対応する部位を含む部位に内側トーションバー５ｂ，５ｂに応じた厚さが残るように除去し、断面が台形状の溝部９ｂを形成する。このようにして、溝部９ａ，９ｂが形成されたキャビティー基板からなる第１半導体基板７を形成する。ここで、ウェットエッチングの際、エッチング時間を精度よく管理してエッチング深さを精度よく管理することにより、ドライエッチングと比較して、各トーションバー５ａ，５ａ、５ｂ，５ｂの厚さ精度を高めることができる。なお、図４及び図５におけるエッチングは、ウェットエッチングに限らず、ドライエッチングであってもよい。この場合、溝部９ａ，９ｂの断面は四角状になる。
【００２４】
工程（Ｃ）では、第１半導体基板７の溝部９ａ，９ｂの内面に再度保護層１１を形成する。
【００２５】
工程（Ｄ）では、第１半導体基板７の裏面（溝部９ａ，９ｂ形成側）に、単結晶シリコンからなる第２半導体基板１０を貼り合わせる。ここで、第１半導体基板７及び第２半導体基板１０の加工（工程（Ｆ）及び工程（Ｇ））は、通常減圧した状態で行われるため、第１半導体基板７の溝部９ａ，９ｂに残留した空気が減圧下で膨張して、第１半導体基板７と第２半導体基板１０との貼着面を剥離させたりしてしまうおそれがある。そのため、第１半導体基板７のエッチング（工程（Ｂ））を行う際に、図示省略するが予め空気抜き用の連通孔を形成するようにしたり、第１半導体基板７と第２半導体基板１０を貼り合わせる前に第１半導体基板７の溝部９ａ，９ｂ内を充填材で埋めるようにしたりするとよい。
【００２６】
工程（Ｅ）では、第１半導体基板７の表面に配線材料をスパッタリングした後、パターニングして不要な部分をエッチングし、図示省略するが、駆動コイル８を外側可動部６ａに形成する。
【００２７】
工程（Ｆ）では、第１半導体基板７の表面をパターニングし、保護層１２および第１半導体基板７をエッチングして固定部４、外側トーションバー５ａ，５ａ、内側トーションバー５ｂ，５ｂ、外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂ以外の部分を除去し、アクチュエータ部２を形成する。この際、図５（Ｆ）に示すように、エッチングは、第１半導体基板７の下面及び溝部の内面に形成された保護層１１に到達するまで行われる。
【００２８】
工程（Ｇ）では、第２半導体基板１０の裏面（第１半導体基板７と反対側）をパターニングして、支持部３が枠状で、その枠外面が固定部４の枠外面と略面一で、かつ、その枠幅が固定部４の枠幅より幅広になるように、第２半導体基板１０をエッチングして支持部３を形成する。この際、第２半導体基板１０に接する部分の保護層１１は、エッチング時のストップ層として機能する。一方、第１半導体基板７の溝部９ａ，９ｂの内面に形成された保護層１１は、このエッチング時にトーションバー等の裏面が不必要に削られ表面の荒れが発生することを確実に防止する。そして、第１半導体基板１０と第２半導体基板１０の間にある保護層１１をエッチングし、固定部４以外の部分を除去する。最後に、第１半導体基板７の表面の反射ミラーを形成する箇所以外をマスキング治具等によりマスキングし、反射ミラーの材料をスパッタリングし、反射ミラー１３を形成することにより、図１及び図２に示すプレーナ型アクチュエータ１が形成される。
【００２９】
次に、本発明の第２実施形態によるプレーナ型アクチュエータについて説明する。
図６は、本発明によるプレーナ型アクチュエータ１の第２実施形態の断面図であり、図２と同様にＡ−Ｏ−Ｂ線に沿った断面図である。尚、第２実施形態のプレーナ型アクチュエータ１の上面図は図１と同じである。図１に示す第１実施形態と同一の構成については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。また、本実施形態におけるプレーナ型アクチュエータ１の動作は、第１実施形態と同じであるため、説明を省略する。
【００３０】
本実施形態においては、支持部３を形成する第２半導体基板１０は、図６及び図７に示すように、外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂの回動を許容する回動許容溝部９ｃが予め形成されたキャビティー基板であり、回動許容溝部９ｃの断面が台形状に形成されている。この第２半導体基板１０は、保護層１１を介して第１半導体基板７に接合されている。
【００３１】
このような構成により、本実施形態におけるプレーナ型アクチュエータ１によれば、支持部３を、各可動部６ａ，６ｂの回動を許容する回動許容溝部９ｃが形成されたキャビティー基板とすることで、支持部３の強度を第１実施形態の枠状の支持部と比べてさらに高めることができるため、ハンドリング性及び駆動の安定性をさらに向上させることができる。さらに、本実施形態のように、上記回動許容溝部９ｃが形成された支持部３は、回動許容溝部９ｃ内にエアだまり領域を形成することができるため、外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂが回動する際に、エアダンパーとして機能する。したがって、外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂのＱ値が高く、駆動制御が難しい場合には、本実施形態の支持部３の構造を採用することにより、支持部３をエアダンパーとして機能させることができるため、外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂのＱ値を下げることができ、駆動制御が容易になる。また、例えば、一般的に一枚の半導体基板上に複数のアクチュエータチップが形成され、洗浄用の水等を噴霧しながらダイシングして、単一のアクチュエータチップを形成するが、本実施形態の支持部３の構造を採用し、支持部３側から洗浄用の水等を噴霧してダイシングすることにより、アクチュエータ部２の破損等を心配することなくダイシングすることが可能となる。なお、本実施形態においては、第２半導体基板１０の上面の形状は、図６及び図７に示すように、固定部４の下面より広くなるように形成した場合で説明したが、これに限らず、固定部４の下面と同じ形状又は固定部の下面より狭く形成してもよい。この場合であっても、支持部３はアクチュエータ部２の裏面を覆うように形成されているため、単なる枠状の従来の支持部よりも強度を高めることができる。
【００３２】
次に、上記第２実施形態のプレーナ型アクチュエータ１の製造方法を詳細に説明する。
図８は、第２実施形態のプレーナ型アクチュエータ１の製造工程（Ａ）〜（Ｄ）を示すものであり、図９は、図８に続く製造工程（Ｅ）及び（Ｈ）を示すものである。尚、図８及び図９は、各製造工程における、図１のＡ−Ｏ−Ｂ線に沿った断面に対応する図である。尚、第１実施形態のプレーナ型アクチュエータの製造方法と同一の構成については説明を簡略化する。
【００３３】
本実施形態におけるプレーナ型アクチュエータ１の製造方法は、半導体基板７’に保護層１２を形成する工程（Ａ）と、第１半導体基板７としてのキャビティー基板を形成する工程（Ｂ）と、第２半導体基板１０に保護層１１を形成する工程（Ｃ）と、第２半導体基板１２をエッチングして支持部を形成する工程（Ｄ）と、第２半導体基板１０に再度保護層１１を形成する工程（Ｅ）と、第１半導体基板７と第２半導体基板１０を貼り合わせる工程（Ｆ）と、第１半導体基板７に駆動コイル８を形成する工程（Ｇ）と、第１半導体基板７をエッチングしてアクチュエータ部２を形成する工程（Ｈ）と、を備えて構成される。
以下に本実施形態における上記各工程について説明する。
【００３４】
工程（Ａ）では、単結晶シリコンからなる半導体基板７’の表面に保護層１２を形成する。そして、工程（Ｂ）では、第１実施形態の工程（Ｂ）と同様に、半導体基板７’をパターニング及びウェットエッチングして、溝部９ａ及び溝部９ｂが形成されたキャビティー基板からなる第１半導体基板７を形成する。
【００３５】
工程（Ｃ）では、単結晶シリコンからなる第２半導体基板１０の表面に、保護層１１を形成する。工程（Ｄ）では、第２半導体基板１０の表面をパターニング後、ウェットエッチングして、外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂの回動を許容する断面が台形状の回動許容溝部９ｃを形成し、支持部３を形成する。なお、このエッチングは、ウェットエッチングに限らず、ドライエッチングであってもよい。この場合、回動許容溝部９ｃの断面は四角状になる。
【００３６】
工程（Ｅ）では、第２半導体基板１０の回動許容溝部９ｃの内面に再度保護層１１を形成する。
【００３７】
工程（Ｆ）では、第１半導体基板７の裏面側に第２半導体基板１０を貼り合わせる。この際、溝部９ａ，９ｂ内と同様に、第２半導体基板１０の回動許容溝部９ｃ内を充填材で埋めるようにしてもよい。
【００３８】
工程（Ｇ）では、図示省略するが、配線材料をスパッタリングした後パターニング及びエッチングし、駆動コイル８を外側可動部６ａに形成する。
【００３９】
工程（Ｈ）では、保護層１２および第１半導体基板７をエッチングして固定部４、外側トーションバー５ａ，５ａ、内側トーションバー５ｂ，５ｂ、外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂ以外の部分を除去し、アクチュエータ部２を形成する。この際、第１半導体基板７に接する部分の保護層１１は、エッチング時のストップ層として機能し、第２半導体基板１０の回動許容溝部９ｃの内面に形成された保護層１１は、このエッチング時に回動許容溝部９ｃの内面が不必要に削られ表面の荒れが発生することを確実に防止する。そして、第１半導体基板７と第２半導体基板１０の間にある保護層１１をエッチングし、固定部４以外の部分を除去する。最後に、反射ミラー１３を形成することにより、図６に示すプレーナ型アクチュエータ１が形成される。
【００４０】
なお、上記第２実施形態において、支持部３を形成する第２半導体基板１０は、図６に示すように、単にアクチュエータ部２に対して略凹形状に形成されたものとして説明したが、これに限らず、別の構成例を示す図１０及び図１１に示すように、回動許容溝部９ｃ内の各可動部６ａ，６ｂの回動を妨げない箇所に凸部９ｄが残るように予め形成されたものとしてもよい。これにより、凸部９ｄがリブとして機能し、支持部３の強度を図６に示す支持部と比べてさらに高めることができるため、駆動の安定性及びハンドリング性をさらに向上させることができる。
【００４１】
また、上記第２実施形態において、固定部４は、図１及び図６に示したように、枠状に形成した場合で説明したが、これに限らず、さらに別の構成例を示す図１２、及び図１２のＡ−Ｏ−Ｂ線に沿った断面を表した図１３に示すように、固定部４は、図１における一対の外側トーションバー５ａ，５ａの軸方向と平行な２辺を除去した形状であってもよい。この場合、支持部３についても、図１２及び図１３に示すように、その上面の形状を固定部４に対応した形状に形成する。これらにより、一枚の半導体基板により多くのアクチュエータチップを形成することができる。また、静磁界発生手段を外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂにより近づけることができるので、駆動力を向上させることができ、さらには、プレーナ型アクチュエータの小型化を実現することができる。なお、図１２及び図１３に示す構成においても、図１０及び図１１に示したように、回動許容溝部９ｃ内の各可動部６ａ，６ｂの回動を妨げない箇所に凸部９ｄが残るように予め形成されたものとしてもよい。
【００４２】
また、上記第１及び第２実施形態において、アクチュエータ部２は、各トーションバー５ａ，５ａ、５ｂ，５ｂに対応する部位に加えて、内側可動部６ｂに対応する部位にも溝部が形成された例で説明したが、内側可動部６ｂの部位を外側可動部６ａや固定部４と同一の厚みにしてもよい場合は、内側可動部６ｂに対応する部位に溝部を形成しなくてもよい。溝部は、少なくとも各トーションバー５ａ，５ａ、５ｂ，５ｂに対応する部位に各トーションバー５ａ，５ａ、５ｂ，５ｂに応じた厚さが残るように形成されていればよく、各トーションバー５ａ，５ａ、５ｂ，５ｂ以外の部位については、アクチュエータの設計仕様により適宜その形成位置を決めることができる。
【００４３】
また、上記第１及び第２実施形態において、駆動コイル８を外側可動部６ａにのみ設けた場合で説明したが、これに限らず、図示省略するが、従来と同様に外側可動部６ａに外側駆動コイルを設け、内側可動部６ｂに内側駆動コイルを設けて、各駆動コイルに対応する可動部の共振周波数で変化する交流電流をそれぞれ供給して揺動させてもよい。また、このように各可動部に駆動コイルを設ける場合は、各駆動コイルに直流電流を供給して、供給したそれぞれの駆動電流値に応じた回動位置で外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂを停止させ、反射ミラー１３を所望の方向に向けて、光ビームをその方向に偏向させる構成としてもよい。光スキャナの場合を例として作用を説明したが、本発明は光スキャナ以外にも適用できるものである。さらに、上記第１及び第２本実施形態においては、反射ミラー１３を形成した場合で説明したが、反射ミラー１３を設けなくてもよい。
【００４４】
また、上記第１及び第２実施形態においては、二次元アクチュエータを製造する場合について説明したが、本発明は一次元アクチュエータを製造する場合にも適用できるものである。また、本発明は、上述した電磁駆動タイプのプレーナ型アクチュエータだけでなく、静電駆動タイプ、圧電駆動タイプ等、あらゆるプレーナ型アクチュエータに適用できる。
【符号の説明】
【００４５】
１ プレーナ型アクチュエータ
２ アクチュエータ部
３ 支持部
４ 固定部
５ａ，５ａ 外側トーションバー
５ｂ，５ｂ 内側トーションバー
６ａ 外側可動部
６ｂ 内側可動部
７ 第１半導体基板
８ 駆動コイル（駆動手段）
９ａ，９ｂ 溝部
９ｃ 溝部（回動許容溝部）
９ｄ 凸部
１０ 第２半導体基板
１１ 保護層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トーションバーを介して固定部に回動可能に軸支され駆動手段によって駆動される可動部を第１半導体基板で形成して備えたアクチュエータ部と、第２半導体基板で形成され固定部を介してアクチュエータ部を支持する支持部とを有するプレーナ型アクチュエータ及びその製造方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、枠状の固定部と、この固定部の内側に形成されるトーションバーと、トーションバーを介して固定部に回動可能に軸支され駆動手段により駆動される可動部とを半導体基板で一体形成して備えたアクチュエータ部を有したプレーナ型アクチュエータがある（例えば、特許文献１参照）。このプレーナ型アクチュエータは、駆動手段として、駆動コイルと静磁界発生手段を備え、通電により駆動コイルに発生する磁界と静磁界発生手段による静磁界との相互作用により発生するローレンツ力を利用して可動部を回動させる構成である。このようなプレーナ型アクチュエータは、例えば、可動部にミラーを設けることで光ビームを偏向走査する光スキャナなどに適用される。
【０００３】
このようなプレーナ型アクチュエータとしては、枠状の固定部と、この固定部の内側に形成されるトーションバーと、トーションバーを介して固定部に回動可能に軸支され駆動手段により駆動される可動部とを第１半導体基板で一体形成して備えたアクチュエータ部と、第２半導体基板で形成され固定部を介してアクチュエータ部を支持する支持部とを有し、第１半導体基板として、少なくともトーションバーに対応する部位にトーションバーに応じた厚さが残るように予め溝部が形成されたキャビティー基板を用いて形成したものが本願の出願人によって提案されている（特許文献２参照）。この種のプレーナ型アクチュエータは、可動部の回動を妨げないように支持部を形成する必要があるため、支持部は枠状に形成された固定部と同形状に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２７２２３１４号
【特許文献２】特開２００９−０６２２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、この種のプレーナ型アクチュエータにおいては、アクチュエータ部の駆動の安定性や、プレーナ型アクチュエータを実装基板へ実装するときのハンドリング性等を考慮した設計が求められており、支持部の形状を工夫することで、駆動の安定性やハンドリング性を向上させることができると考えられる。
【０００６】
そこで、本発明は上記の問題点に着目し、支持部の形状を工夫して駆動の安定性やハンドリング性を向上させたプレーナ型アクチュエータ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明によるプレーナ型アクチュエータは、枠状の固定部と、該固定部の内側に形成されるトーションバーと、該トーションバーを介して前記固定部に回動可能に軸支され駆動手段により駆動される可動部とを第１半導体基板で一体形成して備えたアクチュエータ部と、第２半導体基板で形成され前記固定部を介して前記アクチュエータ部を支持する支持部とを有し、前記第１半導体基板として、少なくとも前記トーションバーに対応する部位に該トーションバーに応じた厚さが残るように予め溝部が形成されたキャビティー基板を用いて形成したプレーナ型アクチュエータにおいて、前記第２半導体基板で形成された前記支持部を、前記固定部と異なる形状に形成する。
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項５に係る本発明によるプレーナ型アクチュエータの製造方法は、枠状の固定部と、該固定部の内側に形成されるトーションバーと、前記トーションバーを介して前記固定部に回動可能に軸支され駆動手段によって駆動される可動部とを第１半導体基板で一体形成して備えたアクチュエータ部と、第２半導体基板で形成され前記固定部を介して前記アクチュエータ部を支持する支持部とを有し、前記第１半導体基板として、少なくとも前記トーションバーに対応する部位に該トーションバーに応じた厚さが残るように予め溝部が形成されたキャビティー基板を用いて形成したプレーナ型アクチュエータの製造方法において、半導体基板の裏面側からエッチングして、少なくとも前記トーションバーに対応する部位に該トーションバーに応じた厚さが残るように除去して前記溝部を形成して、前記第１半導体基板としてのキャビティー基板を形成する工程と、前記第１半導体基板の裏面に、第２半導体基板を貼り合わせる工程と、前記第１半導体基板の表面をパターニングして、エッチングし、前記固定部、前記トーションバー及び前記可動部以外の部分を除去し、前記アクチュエータ部を形成する工程と、前記第２半導体基板の裏面をパターニングして、前記固定部と異なる形状になるようにエッチングし、前記支持部以外の部分を除去し、前記支持部を形成する工程と、を備える。
【０００９】
また、上記目的を達成するために、請求項８に係る本発明によるプレーナ型アクチュエータの製造方法は、枠状の固定部と、該固定部の内側に形成されるトーションバーと、前記トーションバーを介して前記固定部に回動可能に軸支され駆動手段によって駆動される可動部とを第１半導体基板で一体形成して備えたアクチュエータ部と、第２半導体基板で形成され前記固定部を介して前記アクチュエータ部を支持する支持部とを有し、前記第１半導体基板として、少なくとも前記トーションバーに対応する部位に該トーションバーに応じた厚さが残るように予め溝部が形成されたキャビティー基板を用いて形成したプレーナ型アクチュエータの製造方法において、半導体基板の裏面側からエッチングして、少なくとも前記トーションバーに対応する部位に該トーションバーに応じた厚さが残るように除去して前記溝部を形成して、前記第１半導体基板としてのキャビティー基板を形成する工程と、前記第２半導体基板の表面側から、前記可動部の回動を許容する溝部を形成するようにエッチングして、前記支持部を形成する工程と、前記第１半導体基板の裏面に、前記第２半導体基板を貼り合わせる工程と、前記第１半導体基板の表面をパターニングして、エッチングし、前記固定部、前記トーションバー及び前記可動部以外の部分を除去し、前記アクチュエータ部を形成する工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によるプレーナ型アクチュエータによれば、支持部を固定部と異なる形状に形成することで、具体的には、例えば、この支持部の枠外面が固定部の枠外面と略面一でかつ支持部の枠幅が固定部の枠幅より幅広になるように支持部を枠状に形成したり、第２半導体基板として可動部の回動を許容する溝部が予め形成されたキャビティー基板を用いて支持部を形成したりすることで、支持部の強度を高めることができるため、駆動の安定性やハンドリング性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明によるプレーナ型アクチュエータの第１実施形態の上面図である。
【図２】図１に示すプレーナ型アクチュエータの断面図である。
【図３】キャビティー基板からなる第１半導体基板の上面図である。
【図４】上記第１実施形態のプレーナ型アクチュエータの製造方法を説明する製造工程図である。
【図５】図４に続く製造工程図である。
【図６】本発明によるプレーナ型アクチュエータの第２実施形態の断面図である。
【図７】キャビティー基板からなる第２半導体基板の上面図である。
【図８】上記第２実施形態のプレーナ型アクチュエータの製造方法を説明する製造工程図である。
【図９】図８に続く製造工程図である。
【図１０】上記第２実施形態におけるプレーナ型アクチュエータの別の構成例を示す図で、の上面図である。
【図１１】図１０に示すプレーナ型アクチュエータの断面図である。
【図１２】上記第２実施形態におけるプレーナ型アクチュエータのさらに別の構成例を示す図で、の上面図である。
【図１３】図１２に示すプレーナ型アクチュエータの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明によるプレーナ型アクチュエータの実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明によるプレーナ型アクチュエータの第１実施形態の上面図であり、図２は、図１のＡ−Ｏ−Ｂ線に沿った断面図である。
図１及び図２において、本実施形態のプレーナ型アクチュエータ１は、図示省略の光源から光ビームを直交する２軸方向に偏向する二次元駆動の電磁駆動タイプのアクチュエータであり、アクチュエータ部２と支持部３とを備えて構成されている。
【００１３】
上記アクチュエータ部２は、固定部４と、外側トーションバー５ａ，５ａと、外側可動部６ａと、内側トーションバー５ｂ，５ｂと、内側可動部６ｂとを単結晶シリコンからなる第１半導体基板７で一体形成して備えたものである。各可動部６ａ，６ｂは、通電により磁界を発生する駆動コイル８と後述する静磁界発生手段（図示省略）とで構成される駆動手段により駆動される。本実施形態において、アクチュエータ部２は、第１半導体基板７として、図２及び図３に示すように、外側トーションバー５ａ，５ａに対応する各部位に外側トーションバー５ａ，５ａに応じた厚さが残るように予め断面が台形状の各溝部９ａが形成されると共に、内側トーションバー５ｂ，５ｂ及び内側可動部６ｂに対応する部位を含む部位に内側トーションバー５ｂ，５ｂに応じた厚さが残るように予め断面が台形状の溝部９ｂが形成されたキャビティー基板を用いて形成されたものである。後述するように、このキャビティー基板からなる第１半導体基板７を、支持部３を形成する第２半導体基板１０に保護層１１を介して接合し、その後、第１半導体基板７をエッチングして固定部４、各トーションバー５ａ，５ａ、５ｂ，５ｂ及び各可動部６ａ，６ｂ以外の部分を除去し、図２に示すアクチュエータ部２が形成される。保護層１１は、シリコンの酸化膜等から成る層であり、第１半導体基板７及び第２半導体基板１０のエッチング時のストップ層となる。また、アクチュエータ部２は支持部３と反対側の面にシリコンの酸化膜等の保護層１２が被覆されている。この保護層１２は、駆動コイル８と第１半導体基板７間の絶縁層となる。
【００１４】
上記固定部４は、図１に示すように、枠状に形成されている。この固定部４の内側には、一対の外側トーションバー５ａ，５ａを介して枠状の外側可動部６ａが回動可能に軸支されている。そして、この外側可動部６ａの内側には、外側トーションバー５ａ，５ａと軸方向が直角な内側トーションバー５ｂ，５ｂを介して内側可動部６ｂが回動可能に軸支されている。また、外側可動部６ａの支持部３と反対側の面には、図示省略する光源からの光ビームを反射する反射ミラー１３が設けられている。
【００１５】
上記駆動コイル８は、通電により磁界を発生するものである。この通電により発生する磁界と、外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂを挟んで互いに反対磁極を対向させて配置される二対の静磁界発生手段（図示省略）による静磁界との相互作用により発生するローレンツ力を利用して外側及び内側可動部６ａ，６ｂを回動させている。駆動コイル８は、本実施形態においては、外側可動部６ａの支持部３とは反対側の面に敷設され、外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂの駆動用の電気信号を重畳して供給可能に構成されている。図示省略するが、駆動コイル８の両端部は、一対の外側トーションバー５ａ，５ａを経由して固定部４に設けた電極端子に接続され、同じく図示省略の外部の駆動回路とワイヤボンディング等の手段で電気的に接続されている。外部の駆動回路は、外側可動部６ａの共振周波数で変化する電気信号と内側可動部６ｂの共振周波数で変化する電気信号とを重畳させた電気信号を供給するように構成する。これにより、駆動コイル８を内側可動部６ｂに別に設けることなく、内側可動部６ｂを回動させることができる。このように、内側可動部６ｂの周縁部等に駆動コイルを設ける必要がないため、内側可動部６ｂの表面全面に反射ミラー１３を設けることができる。
【００１６】
前記支持部３は、固定部４を支持するものであり、単結晶シリコンからなる第２半導体基板１０で形成され、固定部４と異なる形状に形成されている。一般的に、支持部３は、可能な限り強度が高い方が、アクチュエータ部２の駆動の安定性やプレーナ型アクチュエータを実装基板へ実装するときのハンドリング性を高めることができる。本実施形態において、支持部３は、図２に示すように、枠状に形成され、この支持部３の枠幅が固定部４の枠幅より幅広に形成されている。これにより、支持部３の強度を高めている。また、本実施形態において、支持部３は、図２に示すように、枠の外面が固定部４の枠外面と略面一になるように形成されている。このようにして、固定部４の枠の外側方向に支持部３をサイズアップせずに強度を高めることができる。
【００１７】
次に、このように構成されたプレーナ型アクチュエータ１の動作を、図１及び図２を参照して説明する。
【００１８】
まず、駆動コイル８に外側可動部６ａの共振周波数で変化する電気信号と内側可動部６ｂの共振周波数で変化する電気信号とを重畳させた電気信号（電流）を流すと磁界が発生し、この磁界と静磁界発生手段による静磁界との相互作用によりローレンツ力が発生し、このローレンツ力により外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂがそれぞれ回動される。外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂは、それぞれの共振周波数に基づく周期で揺動し、反射ミラー１３により光ビームを偏向走査できる。外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂを回動させるための回転力は、駆動コイル８に流す駆動電流値に比例するので、駆動コイル８に供給する駆動電流値を制御することで、外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂの振れ角（光ビームの偏向角度）を制御することができる。
【００１９】
このような構成により、本実施形態におけるプレーナ型アクチュエータ１によれば、支持部３を、枠状に形成すると共に、その枠幅が固定部４の枠幅より幅広に形成することで、支持部３の強度を高めることができるため、駆動の安定性及びハンドリング性を向上させることができる。さらに、支持部３を枠の外面が固定部４の枠外面と略面一になるように形成することで、サイズアップせずに、駆動の安定性及びハンドリング性を向上させることができる。
【００２０】
次に、上記第１実施形態のプレーナ型アクチュエータ１の製造方法を詳細に説明する。
図４は、第１実施形態のプレーナ型アクチュエータ１の製造工程（Ａ）〜（Ｄ）を示すものであり、図５は、図４に続く製造工程（Ｅ）〜（Ｇ）を示すものである。尚、図４及び図５は、各製造工程における、図１のＡ−Ｏ−Ｂ線に沿った断面に対応する図である。
【００２１】
本実施形態におけるプレーナ型アクチュエータ１の製造方法は、半導体基板７’の両面に保護層１１，１２を形成する工程（Ａ）と、第１半導体基板７としてのキャビティー基板を形成する工程（Ｂ）と、第１半導体基板７に再度保護層１１を形成する工程（Ｃ）と、第１半導体基板７と第２半導体基板１０を貼り合わせる工程（Ｄ）と、第１半導体基板７に駆動コイル８を形成する工程（Ｅ）と、第１半導体基板７をエッチングしてアクチュエータ部２を形成する工程（Ｆ）と、第２半導体基板１０をエッチングして支持部３を形成する工程（Ｇ）と、を備えて構成される。
以下に本実施形態における上記各工程について説明する。
【００２２】
工程（Ａ）では、単結晶シリコンからなる半導体基板７’の両面に、保護層１１，１２を形成する。保護層１１，１２としては、本実施形態においては、酸化炉などを用いてシリコンの酸化膜を形成する。
【００２３】
工程（Ｂ）では、半導体基板７’の裏面をパターニング後、この裏面側からウェットエッチングして、図４（Ｂ）及び図３に示すように、外側トーションバー５ａ，５ａに対応する各部位に外側トーションバー５ａ，５ａに応じた厚さが残るように除去し、断面が台形状の溝部９ａを形成すると共に、内側トーションバー５ｂ，５ｂ及び内側可動部６ｂに対応する部位を含む部位に内側トーションバー５ｂ，５ｂに応じた厚さが残るように除去し、断面が台形状の溝部９ｂを形成する。このようにして、溝部９ａ，９ｂが形成されたキャビティー基板からなる第１半導体基板７を形成する。ここで、ウェットエッチングの際、エッチング時間を精度よく管理してエッチング深さを精度よく管理することにより、ドライエッチングと比較して、各トーションバー５ａ，５ａ、５ｂ，５ｂの厚さ精度を高めることができる。なお、図４及び図５におけるエッチングは、ウェットエッチングに限らず、ドライエッチングであってもよい。この場合、溝部９ａ，９ｂの断面は四角状になる。
【００２４】
工程（Ｃ）では、第１半導体基板７の溝部９ａ，９ｂの内面に再度保護層１１を形成する。
【００２５】
工程（Ｄ）では、第１半導体基板７の裏面（溝部９ａ，９ｂ形成側）に、単結晶シリコンからなる第２半導体基板１０を貼り合わせる。ここで、第１半導体基板７及び第２半導体基板１０の加工（工程（Ｆ）及び工程（Ｇ））は、通常減圧した状態で行われるため、第１半導体基板７の溝部９ａ，９ｂに残留した空気が減圧下で膨張して、第１半導体基板７と第２半導体基板１０との貼着面を剥離させたりしてしまうおそれがある。そのため、第１半導体基板７のエッチング（工程（Ｂ））を行う際に、図示省略するが予め空気抜き用の連通孔を形成するようにしたり、第１半導体基板７と第２半導体基板１０を貼り合わせる前に第１半導体基板７の溝部９ａ，９ｂ内を充填材で埋めるようにしたりするとよい。
【００２６】
工程（Ｅ）では、第１半導体基板７の表面に配線材料をスパッタリングした後、パターニングして不要な部分をエッチングし、図示省略するが、駆動コイル８を外側可動部６ａに形成する。
【００２７】
工程（Ｆ）では、第１半導体基板７の表面をパターニングし、保護層１２および第１半導体基板７をエッチングして固定部４、外側トーションバー５ａ，５ａ、内側トーションバー５ｂ，５ｂ、外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂ以外の部分を除去し、アクチュエータ部２を形成する。この際、図５（Ｆ）に示すように、エッチングは、第１半導体基板７の下面及び溝部の内面に形成された保護層１１に到達するまで行われる。
【００２８】
工程（Ｇ）では、第２半導体基板１０の裏面（第１半導体基板７と反対側）をパターニングして、支持部３が枠状で、その枠外面が固定部４の枠外面と略面一で、かつ、その枠幅が固定部４の枠幅より幅広になるように、第２半導体基板１０をエッチングして支持部３を形成する。この際、第２半導体基板１０に接する部分の保護層１１は、エッチング時のストップ層として機能する。一方、第１半導体基板７の溝部９ａ，９ｂの内面に形成された保護層１１は、このエッチング時にトーションバー等の裏面が不必要に削られ表面の荒れが発生することを確実に防止する。そして、第１半導体基板１０と第２半導体基板１０の間にある保護層１１をエッチングし、固定部４以外の部分を除去する。最後に、第１半導体基板７の表面の反射ミラーを形成する箇所以外をマスキング治具等によりマスキングし、反射ミラーの材料をスパッタリングし、反射ミラー１３を形成することにより、図１及び図２に示すプレーナ型アクチュエータ１が形成される。
【００２９】
次に、本発明の第２実施形態によるプレーナ型アクチュエータについて説明する。
図６は、本発明によるプレーナ型アクチュエータ１の第２実施形態の断面図であり、図２と同様にＡ−Ｏ−Ｂ線に沿った断面図である。尚、第２実施形態のプレーナ型アクチュエータ１の上面図は図１と同じである。図１に示す第１実施形態と同一の構成については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。また、本実施形態におけるプレーナ型アクチュエータ１の動作は、第１実施形態と同じであるため、説明を省略する。
【００３０】
本実施形態においては、支持部３を形成する第２半導体基板１０は、図６及び図７に示すように、外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂの回動を許容する回動許容溝部９ｃが予め形成されたキャビティー基板であり、回動許容溝部９ｃの断面が台形状に形成されている。この第２半導体基板１０は、保護層１１を介して第１半導体基板７に接合されている。
【００３１】
このような構成により、本実施形態におけるプレーナ型アクチュエータ１によれば、支持部３を、各可動部６ａ，６ｂの回動を許容する回動許容溝部９ｃが形成されたキャビティー基板とすることで、支持部３の強度を第１実施形態の枠状の支持部と比べてさらに高めることができるため、ハンドリング性及び駆動の安定性をさらに向上させることができる。さらに、本実施形態のように、上記回動許容溝部９ｃが形成された支持部３は、回動許容溝部９ｃ内にエアだまり領域を形成することができるため、外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂが回動する際に、エアダンパーとして機能する。したがって、外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂのＱ値が高く、駆動制御が難しい場合には、本実施形態の支持部３の構造を採用することにより、支持部３をエアダンパーとして機能させることができるため、外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂのＱ値を下げることができ、駆動制御が容易になる。また、例えば、一般的に一枚の半導体基板上に複数のアクチュエータチップが形成され、洗浄用の水等を噴霧しながらダイシングして、単一のアクチュエータチップを形成するが、本実施形態の支持部３の構造を採用し、支持部３側から洗浄用の水等を噴霧してダイシングすることにより、アクチュエータ部２の破損等を心配することなくダイシングすることが可能となる。なお、本実施形態においては、第２半導体基板１０の上面の形状は、図６及び図７に示すように、固定部４の下面より広くなるように形成した場合で説明したが、これに限らず、固定部４の下面と同じ形状又は固定部の下面より狭く形成してもよい。この場合であっても、支持部３はアクチュエータ部２の裏面を覆うように形成されているため、単なる枠状の従来の支持部よりも強度を高めることができる。
【００３２】
次に、上記第２実施形態のプレーナ型アクチュエータ１の製造方法を詳細に説明する。
図８は、第２実施形態のプレーナ型アクチュエータ１の製造工程（Ａ）〜（Ｄ）を示すものであり、図９は、図８に続く製造工程（Ｅ）及び（Ｈ）を示すものである。尚、図８及び図９は、各製造工程における、図１のＡ−Ｏ−Ｂ線に沿った断面に対応する図である。尚、第１実施形態のプレーナ型アクチュエータの製造方法と同一の構成については説明を簡略化する。
【００３３】
本実施形態におけるプレーナ型アクチュエータ１の製造方法は、半導体基板７’に保護層１２を形成する工程（Ａ）と、第１半導体基板７としてのキャビティー基板を形成する工程（Ｂ）と、第２半導体基板１０に保護層１１を形成する工程（Ｃ）と、第２半導体基板１２をエッチングして支持部を形成する工程（Ｄ）と、第２半導体基板１０に再度保護層１１を形成する工程（Ｅ）と、第１半導体基板７と第２半導体基板１０を貼り合わせる工程（Ｆ）と、第１半導体基板７に駆動コイル８を形成する工程（Ｇ）と、第１半導体基板７をエッチングしてアクチュエータ部２を形成する工程（Ｈ）と、を備えて構成される。
以下に本実施形態における上記各工程について説明する。
【００３４】
工程（Ａ）では、単結晶シリコンからなる半導体基板７’の表面に保護層１２を形成する。そして、工程（Ｂ）では、第１実施形態の工程（Ｂ）と同様に、半導体基板７’をパターニング及びウェットエッチングして、溝部９ａ及び溝部９ｂが形成されたキャビティー基板からなる第１半導体基板７を形成する。
【００３５】
工程（Ｃ）では、単結晶シリコンからなる第２半導体基板１０の表面に、保護層１１を形成する。工程（Ｄ）では、第２半導体基板１０の表面をパターニング後、ウェットエッチングして、外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂの回動を許容する断面が台形状の回動許容溝部９ｃを形成し、支持部３を形成する。なお、このエッチングは、ウェットエッチングに限らず、ドライエッチングであってもよい。この場合、回動許容溝部９ｃの断面は四角状になる。
【００３６】
工程（Ｅ）では、第２半導体基板１０の回動許容溝部９ｃの内面に再度保護層１１を形成する。
【００３７】
工程（Ｆ）では、第１半導体基板７の裏面側に第２半導体基板１０を貼り合わせる。この際、溝部９ａ，９ｂ内と同様に、第２半導体基板１０の回動許容溝部９ｃ内を充填材で埋めるようにしてもよい。
【００３８】
工程（Ｇ）では、図示省略するが、配線材料をスパッタリングした後パターニング及びエッチングし、駆動コイル８を外側可動部６ａに形成する。
【００３９】
工程（Ｈ）では、保護層１２および第１半導体基板７をエッチングして固定部４、外側トーションバー５ａ，５ａ、内側トーションバー５ｂ，５ｂ、外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂ以外の部分を除去し、アクチュエータ部２を形成する。この際、第１半導体基板７に接する部分の保護層１１は、エッチング時のストップ層として機能し、第２半導体基板１０の回動許容溝部９ｃの内面に形成された保護層１１は、このエッチング時に回動許容溝部９ｃの内面が不必要に削られ表面の荒れが発生することを確実に防止する。そして、第１半導体基板７と第２半導体基板１０の間にある保護層１１をエッチングし、固定部４以外の部分を除去する。最後に、反射ミラー１３を形成することにより、図６に示すプレーナ型アクチュエータ１が形成される。
【００４０】
なお、上記第２実施形態において、支持部３を形成する第２半導体基板１０は、図６に示すように、単にアクチュエータ部２に対して略凹形状に形成されたものとして説明したが、これに限らず、別の構成例を示す図１０及び図１１に示すように、回動許容溝部９ｃ内の各可動部６ａ，６ｂの回動を妨げない箇所に凸部９ｄが残るように予め形成されたものとしてもよい。これにより、凸部９ｄがリブとして機能し、支持部３の強度を図６に示す支持部と比べてさらに高めることができるため、駆動の安定性及びハンドリング性をさらに向上させることができる。
【００４１】
また、上記第２実施形態において、固定部４は、図１及び図６に示したように、枠状に形成した場合で説明したが、これに限らず、さらに別の構成例を示す図１２、及び図１２のＡ−Ｏ−Ｂ線に沿った断面を表した図１３に示すように、固定部４は、図１における一対の外側トーションバー５ａ，５ａの軸方向と平行な２辺を除去した形状であってもよい。この場合、支持部３についても、図１２及び図１３に示すように、その上面の形状を固定部４に対応した形状に形成する。これらにより、一枚の半導体基板により多くのアクチュエータチップを形成することができる。また、静磁界発生手段を外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂにより近づけることができるので、駆動力を向上させることができ、さらには、プレーナ型アクチュエータの小型化を実現することができる。なお、図１２及び図１３に示す構成においても、図１０及び図１１に示したように、回動許容溝部９ｃ内の各可動部６ａ，６ｂの回動を妨げない箇所に凸部９ｄが残るように予め形成されたものとしてもよい。
【００４２】
また、上記第１及び第２実施形態において、アクチュエータ部２は、各トーションバー５ａ，５ａ、５ｂ，５ｂに対応する部位に加えて、内側可動部６ｂに対応する部位にも溝部が形成された例で説明したが、内側可動部６ｂの部位を外側可動部６ａや固定部４と同一の厚みにしてもよい場合は、内側可動部６ｂに対応する部位に溝部を形成しなくてもよい。溝部は、少なくとも各トーションバー５ａ，５ａ、５ｂ，５ｂに対応する部位に各トーションバー５ａ，５ａ、５ｂ，５ｂに応じた厚さが残るように形成されていればよく、各トーションバー５ａ，５ａ、５ｂ，５ｂ以外の部位については、アクチュエータの設計仕様により適宜その形成位置を決めることができる。
【００４３】
また、上記第１及び第２実施形態において、駆動コイル８を外側可動部６ａにのみ設けた場合で説明したが、これに限らず、図示省略するが、従来と同様に外側可動部６ａに外側駆動コイルを設け、内側可動部６ｂに内側駆動コイルを設けて、各駆動コイルに対応する可動部の共振周波数で変化する交流電流をそれぞれ供給して揺動させてもよい。また、このように各可動部に駆動コイルを設ける場合は、各駆動コイルに直流電流を供給して、供給したそれぞれの駆動電流値に応じた回動位置で外側可動部６ａ及び内側可動部６ｂを停止させ、反射ミラー１３を所望の方向に向けて、光ビームをその方向に偏向させる構成としてもよい。光スキャナの場合を例として作用を説明したが、本発明は光スキャナ以外にも適用できるものである。さらに、上記第１及び第２本実施形態においては、反射ミラー１３を形成した場合で説明したが、反射ミラー１３を設けなくてもよい。
【００４４】
また、上記第１及び第２実施形態においては、二次元アクチュエータを製造する場合について説明したが、本発明は一次元アクチュエータを製造する場合にも適用できるものである。また、本発明は、上述した電磁駆動タイプのプレーナ型アクチュエータだけでなく、静電駆動タイプ、圧電駆動タイプ等、あらゆるプレーナ型アクチュエータに適用できる。
【符号の説明】
【００４５】
１ プレーナ型アクチュエータ
２ アクチュエータ部
３ 支持部
４ 固定部
５ａ，５ａ 外側トーションバー
５ｂ，５ｂ 内側トーションバー
６ａ 外側可動部
６ｂ 内側可動部
７ 第１半導体基板
８ 駆動コイル（駆動手段）
９ａ，９ｂ 溝部
９ｃ 溝部（回動許容溝部）
９ｄ 凸部
１０ 第２半導体基板
１１ 保護層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
枠状の固定部と、該固定部の内側に形成されるトーションバーと、該トーションバーを介して前記固定部に回動可能に軸支され駆動手段により駆動される可動部とを第１半導体基板で一体形成して備えたアクチュエータ部と、第２半導体基板で形成され前記固定部を介して前記アクチュエータ部を支持する支持部とを有し、前記第１半導体基板として、少なくとも前記トーションバーに対応する部位に該トーションバーに応じた厚さが残るように予め溝部が形成されたキャビティー基板を用いて形成したプレーナ型アクチュエータにおいて、
前記第２半導体基板で形成された前記支持部を、前記固定部と異なる形状に形成したことを特徴とするプレーナ型アクチュエータ。
【請求項２】
前記支持部を枠状に形成する構成とし、該支持部の枠外面が前記固定部の枠外面と略面一で、かつ、該支持部の枠幅が前記固定部の枠幅より幅広になるように、該支持部を形成したことを特徴とする請求項１に記載のプレーナ型アクチュエータ。
【請求項３】
前記第２半導体基板は、前記可動部の回動を許容する溝部が予め形成されたキャビティー基板であることを特徴とする請求項１に記載のプレーナ型アクチュエータ。
【請求項４】
前記第２半導体基板は、前記溝部内の前記可動部の回動を妨げない箇所に凸部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載のプレーナ型アクチュエータ。
【請求項５】
枠状の固定部と、該固定部の内側に形成されるトーションバーと、前記トーションバーを介して前記固定部に回動可能に軸支され駆動手段によって駆動される可動部とを第１半導体基板で一体形成して備えたアクチュエータ部と、第２半導体基板で形成され前記固定部を介して前記アクチュエータ部を支持する支持部とを有し、前記第１半導体基板として、少なくとも前記トーションバーに対応する部位に該トーションバーに応じた厚さが残るように予め溝部が形成されたキャビティー基板を用いて形成したプレーナ型アクチュエータの製造方法において、
半導体基板の裏面側からエッチングして、少なくとも前記トーションバーに対応する部位に該トーションバーに応じた厚さが残るように除去して前記溝部を形成して、前記第１半導体基板としてのキャビティー基板を形成する工程と、
前記第１半導体基板の裏面に、第２半導体基板を貼り合わせる工程と、
前記第１半導体基板の表面をパターニングして、エッチングし、前記固定部、前記トーションバー及び前記可動部以外の部分を除去し、前記アクチュエータ部を形成する工程と、
前記第２半導体基板の裏面をパターニングして、前記固定部と異なる形状になるようにエッチングし、前記支持部以外の部分を除去し、前記支持部を形成する工程と、
を備えていることを特徴とするプレーナ型アクチュエータの製造方法。
【請求項６】
前記支持部を形成する工程は、前記支持部の枠外面が前記固定部の枠外面と略面一で、かつ、当該支持部の枠幅が前記固定部の枠幅より幅広になるように、前記第２半導体基板をエッチングして前記支持部を枠状に形成することを特徴とする請求項５に記載のプレーナ型アクチュエータの製造方法。
【請求項７】
前記キャビティー基板を形成する工程の後に、前記第１半導体基板の前記溝部の内面に保護層を形成する工程を備えることを特徴とする請求項５又は６に記載のプレーナ型アクチュエータの製造方法。
【請求項８】
枠状の固定部と、該固定部の内側に形成されるトーションバーと、前記トーションバーを介して前記固定部に回動可能に軸支され駆動手段によって駆動される可動部とを第１半導体基板で一体形成して備えたアクチュエータ部と、第２半導体基板で形成され前記固定部を介して前記アクチュエータ部を支持する支持部とを有し、前記第１半導体基板として、少なくとも前記トーションバーに対応する部位に該トーションバーに応じた厚さが残るように予め溝部が形成されたキャビティー基板を用いて形成したプレーナ型アクチュエータの製造方法において、
半導体基板の裏面側からエッチングして、少なくとも前記トーションバーに対応する部位に該トーションバーに応じた厚さが残るように除去して前記溝部を形成して、前記第１半導体基板としてのキャビティー基板を形成する工程と、
前記第２半導体基板の表面側から、前記可動部の回動を許容する溝部を形成するようにエッチングして、前記支持部を形成する工程と、
前記第１半導体基板の裏面に、前記第２半導体基板を貼り合わせる工程と、
前記第１半導体基板の表面をパターニングして、エッチングし、前記固定部、前記トーションバー及び前記可動部以外の部分を除去し、前記アクチュエータ部を形成する工程と、
を備えていることを特徴とするプレーナ型アクチュエータの製造方法。
【請求項９】
前記支持部を形成する工程において、該溝部内の前記可動部の回動を妨げない箇所に凸部が残るように、前記第２半導体基板をエッチングして前記支持部を形成することを特徴とする請求項８に記載のプレーナ型アクチュエータの製造方法。
【請求項１０】
前記支持部を形成する工程の後に、前記第２半導体基板の前記溝部の内面に保護層を形成する工程を備えることを特徴とする請求項８又は９に記載のプレーナ型アクチュエータの製造方法。
【請求項１】
枠状の固定部と、該固定部の内側に形成されるトーションバーと、該トーションバーを介して前記固定部に回動可能に軸支され駆動手段により駆動される可動部とを第１半導体基板で一体形成して備えたアクチュエータ部と、第２半導体基板で形成され前記固定部を介して前記アクチュエータ部を支持する支持部とを有し、前記第１半導体基板として、少なくとも前記トーションバーに対応する部位に該トーションバーに応じた厚さが残るように予め溝部が形成されたキャビティー基板を用いて形成したプレーナ型アクチュエータにおいて、
前記第２半導体基板で形成された前記支持部を、前記固定部と異なる形状に形成したことを特徴とするプレーナ型アクチュエータ。
【請求項２】
前記支持部を枠状に形成する構成とし、該支持部の枠外面が前記固定部の枠外面と略面一で、かつ、該支持部の枠幅が前記固定部の枠幅より幅広になるように、該支持部を形成したことを特徴とする請求項１に記載のプレーナ型アクチュエータ。
【請求項３】
前記第２半導体基板は、前記可動部の回動を許容する溝部が予め形成されたキャビティー基板であることを特徴とする請求項１に記載のプレーナ型アクチュエータ。
【請求項４】
前記第２半導体基板は、前記溝部内の前記可動部の回動を妨げない箇所に凸部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載のプレーナ型アクチュエータ。
【請求項５】
枠状の固定部と、該固定部の内側に形成されるトーションバーと、前記トーションバーを介して前記固定部に回動可能に軸支され駆動手段によって駆動される可動部とを第１半導体基板で一体形成して備えたアクチュエータ部と、第２半導体基板で形成され前記固定部を介して前記アクチュエータ部を支持する支持部とを有し、前記第１半導体基板として、少なくとも前記トーションバーに対応する部位に該トーションバーに応じた厚さが残るように予め溝部が形成されたキャビティー基板を用いて形成したプレーナ型アクチュエータの製造方法において、
半導体基板の裏面側からエッチングして、少なくとも前記トーションバーに対応する部位に該トーションバーに応じた厚さが残るように除去して前記溝部を形成して、前記第１半導体基板としてのキャビティー基板を形成する工程と、
前記第１半導体基板の裏面に、第２半導体基板を貼り合わせる工程と、
前記第１半導体基板の表面をパターニングして、エッチングし、前記固定部、前記トーションバー及び前記可動部以外の部分を除去し、前記アクチュエータ部を形成する工程と、
前記第２半導体基板の裏面をパターニングして、前記固定部と異なる形状になるようにエッチングし、前記支持部以外の部分を除去し、前記支持部を形成する工程と、
を備えていることを特徴とするプレーナ型アクチュエータの製造方法。
【請求項６】
前記支持部を形成する工程は、前記支持部の枠外面が前記固定部の枠外面と略面一で、かつ、当該支持部の枠幅が前記固定部の枠幅より幅広になるように、前記第２半導体基板をエッチングして前記支持部を枠状に形成することを特徴とする請求項５に記載のプレーナ型アクチュエータの製造方法。
【請求項７】
前記キャビティー基板を形成する工程の後に、前記第１半導体基板の前記溝部の内面に保護層を形成する工程を備えることを特徴とする請求項５又は６に記載のプレーナ型アクチュエータの製造方法。
【請求項８】
枠状の固定部と、該固定部の内側に形成されるトーションバーと、前記トーションバーを介して前記固定部に回動可能に軸支され駆動手段によって駆動される可動部とを第１半導体基板で一体形成して備えたアクチュエータ部と、第２半導体基板で形成され前記固定部を介して前記アクチュエータ部を支持する支持部とを有し、前記第１半導体基板として、少なくとも前記トーションバーに対応する部位に該トーションバーに応じた厚さが残るように予め溝部が形成されたキャビティー基板を用いて形成したプレーナ型アクチュエータの製造方法において、
半導体基板の裏面側からエッチングして、少なくとも前記トーションバーに対応する部位に該トーションバーに応じた厚さが残るように除去して前記溝部を形成して、前記第１半導体基板としてのキャビティー基板を形成する工程と、
前記第２半導体基板の表面側から、前記可動部の回動を許容する溝部を形成するようにエッチングして、前記支持部を形成する工程と、
前記第１半導体基板の裏面に、前記第２半導体基板を貼り合わせる工程と、
前記第１半導体基板の表面をパターニングして、エッチングし、前記固定部、前記トーションバー及び前記可動部以外の部分を除去し、前記アクチュエータ部を形成する工程と、
を備えていることを特徴とするプレーナ型アクチュエータの製造方法。
【請求項９】
前記支持部を形成する工程において、該溝部内の前記可動部の回動を妨げない箇所に凸部が残るように、前記第２半導体基板をエッチングして前記支持部を形成することを特徴とする請求項８に記載のプレーナ型アクチュエータの製造方法。
【請求項１０】
前記支持部を形成する工程の後に、前記第２半導体基板の前記溝部の内面に保護層を形成する工程を備えることを特徴とする請求項８又は９に記載のプレーナ型アクチュエータの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１７６４５０（Ｐ２０１２−１７６４５０Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３９６０８（Ｐ２０１１−３９６０８）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００００４６５１）日本信号株式会社 (720)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００００４６５１）日本信号株式会社 (720)
【Ｆターム（参考）】
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