光偏向器、光偏向器の製造方法、光学装置及び表示装置
【課題】トーションバー加工時のばらつきを抑制する光偏向器、光偏向器の製造方法、光学装置及び表示装置を提供する。
【解決手段】光偏向器Ａは、光を反射する可動板１と、一端が可動板に固定され、他端が支持体に固定され、可動板を回転振動可能に軸支する一対のトーションバー２ａ、２ｂと、可動板を回転振動させる駆動機構と、を備えている。このトーションバー２ａ、２ｂは、単結晶シリコンを含んでおり、また、トーションバー２ａ、２ｂの可動板１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、断面の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である。
【解決手段】光偏向器Ａは、光を反射する可動板１と、一端が可動板に固定され、他端が支持体に固定され、可動板を回転振動可能に軸支する一対のトーションバー２ａ、２ｂと、可動板を回転振動させる駆動機構と、を備えている。このトーションバー２ａ、２ｂは、単結晶シリコンを含んでおり、また、トーションバー２ａ、２ｂの可動板１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、断面の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である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームを偏向、走査する光偏向器、光偏向器の製造方法、当該光偏向器を備える光学装置及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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）。
【０００５】
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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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、光偏向器の製造方法、光学装置及び表示装置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】
【００１０】
本発明の光偏向器は、光を反射する可動板と、一端が可動板に固定され、他端が支持体に固定され、可動板を回転振動可能に軸支する一対のトーションバーと、可動板を回転振動させる駆動機構と、を備え、トーションバーは、単結晶シリコンを含み、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、断面の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であることを特徴とする。
【００１１】
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。
【００１２】
本発明の光学装置は、上記光偏向器を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の表示装置は、上記光偏向器を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
（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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
（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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
（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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
（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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
（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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
（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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【符号の説明】
【００８８】
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
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８９】
【特許文献１】特開２００８−２５７２２６号公報
【特許文献２】特許第４１２４９８６号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームを偏向、走査する光偏向器、光偏向器の製造方法、当該光偏向器を備える光学装置及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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）。
【０００５】
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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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、光偏向器の製造方法、光学装置及び表示装置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】
【００１０】
本発明の光偏向器は、光を反射する可動板と、一端が可動板に固定され、他端が支持体に固定され、可動板を回転振動可能に軸支する一対のトーションバーと、可動板を回転振動させる駆動機構と、を備え、トーションバーは、単結晶シリコンを含み、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、断面の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であることを特徴とする。
【００１１】
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。
【００１２】
本発明の光学装置は、上記光偏向器を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の表示装置は、上記光偏向器を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
（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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
（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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
（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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
（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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
（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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
（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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【符号の説明】
【００８８】
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
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８９】
【特許文献１】特開２００８−２５７２２６号公報
【特許文献２】特許第４１２４９８６号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を反射する可動板と、
一端が前記可動板に固定され、他端が支持体に固定され、前記可動板を回転振動可能に軸支する一対のトーションバーと、
前記可動板を回転振動させる駆動機構と、を備え、
前記トーションバーは、単結晶シリコンを含み、
前記トーションバーの前記可動板表面に垂直であって前記トーションバー軸支方向の断面における形状は、前記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前記中心線で接合した形状であることを特徴とする光偏向器。
【請求項２】
前記トーションバーは、エッチングマスクパターンを片面のみに設けて幅を加工されていることを特徴とする請求項１記載の光偏向器。
【請求項３】
前記トーションバー幅よりも狭い幅のシリコン酸化膜と、
前記トーションバー幅と同じ幅のシリコン窒化膜と、を備え、
前記シリコン酸化膜は、前記トーションバー表面に設けられ、
前記シリコン窒化膜は、前記シリコン酸化膜における前記トーションバーとの接面と反対側の表面に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の光偏向器。
【請求項４】
前記可動板は、表面上に光を反射する反射部が設けられ、
前記反射部の下地層は、シリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の光偏向器。
【請求項５】
前記可動板は、表面上に光を反射する反射部が設けられ、
前記反射部の下地層は、シリコン窒化膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光偏向器。
【請求項６】
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、
前記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前記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前記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、
前記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前記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、
前記異方性ドライエッチング用エッチングマスクで前記トップ層を略垂直に加工する工程と、
前記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、
前記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前記トップ層を加工する工程と、を有することを特徴とする光偏向器の製造方法。
【請求項７】
前記トーションバー加工工程により加工されたトーションバーは、前記トーションバー軸支方向の断面の形状が、前記断面の前記支持体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前記中心線で接合した形状であることを特徴とする請求項６記載の光偏向器の製造方法。
【請求項８】
前記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は、シリコン窒化膜であることを特徴とする請求項６又は７に記載の光偏向器の製造方法。
【請求項９】
前記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は、シリコン酸化膜であることを特徴とする請求項６又は７に記載の光偏向器の製造方法。
【請求項１０】
請求項１から５の何れか１項に記載の光偏向器を備えることを特徴とする光学装置。
【請求項１１】
請求項１から５の何れか１項に記載の光偏向器を備えることを特徴とする表示装置。
【請求項１】
光を反射する可動板と、
一端が前記可動板に固定され、他端が支持体に固定され、前記可動板を回転振動可能に軸支する一対のトーションバーと、
前記可動板を回転振動させる駆動機構と、を備え、
前記トーションバーは、単結晶シリコンを含み、
前記トーションバーの前記可動板表面に垂直であって前記トーションバー軸支方向の断面における形状は、前記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前記中心線で接合した形状であることを特徴とする光偏向器。
【請求項２】
前記トーションバーは、エッチングマスクパターンを片面のみに設けて幅を加工されていることを特徴とする請求項１記載の光偏向器。
【請求項３】
前記トーションバー幅よりも狭い幅のシリコン酸化膜と、
前記トーションバー幅と同じ幅のシリコン窒化膜と、を備え、
前記シリコン酸化膜は、前記トーションバー表面に設けられ、
前記シリコン窒化膜は、前記シリコン酸化膜における前記トーションバーとの接面と反対側の表面に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の光偏向器。
【請求項４】
前記可動板は、表面上に光を反射する反射部が設けられ、
前記反射部の下地層は、シリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の光偏向器。
【請求項５】
前記可動板は、表面上に光を反射する反射部が設けられ、
前記反射部の下地層は、シリコン窒化膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光偏向器。
【請求項６】
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、
前記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前記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前記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、
前記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前記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、
前記異方性ドライエッチング用エッチングマスクで前記トップ層を略垂直に加工する工程と、
前記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、
前記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前記トップ層を加工する工程と、を有することを特徴とする光偏向器の製造方法。
【請求項７】
前記トーションバー加工工程により加工されたトーションバーは、前記トーションバー軸支方向の断面の形状が、前記断面の前記支持体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前記中心線で接合した形状であることを特徴とする請求項６記載の光偏向器の製造方法。
【請求項８】
前記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は、シリコン窒化膜であることを特徴とする請求項６又は７に記載の光偏向器の製造方法。
【請求項９】
前記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は、シリコン酸化膜であることを特徴とする請求項６又は７に記載の光偏向器の製造方法。
【請求項１０】
請求項１から５の何れか１項に記載の光偏向器を備えることを特徴とする光学装置。
【請求項１１】
請求項１から５の何れか１項に記載の光偏向器を備えることを特徴とする表示装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１８０２４９（Ｐ２０１１−１８０２４９Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４２４３０（Ｐ２０１０−４２４３０）
【出願日】平成２２年２月２６日（２０１０．２．２６）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２６日（２０１０．２．２６）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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