ＭＥＭＳデバイス
【課題】パッドから取り出す電気信号のＳ／Ｎ比を向上させることが可能なＭＥＭＳデバイスを提供する。
【解決手段】ＳＯＩ基板１００を用いて形成されたミラー形成基板（デバイス本体）１を備える。ミラー形成基板１は、第１のシリコン層１００ａに形成され電気信号を生成する可動電極（機能部）２２と、第１のシリコン層１００ａ上に形成され電気信号を取り出すためのパッド１３ａと、第１のシリコン層１００ａにおいてパッド１３ａが形成された島状の導電部１１ａｃとを有する。導電部１１ａｃと第１のシリコン層１００ａにおける導電部１１ａｃの周辺部位とを絶縁分離するように第１のシリコン層１００ａに第１の分離部１０ａａが形成され、第２のシリコン層１００ｂのうち導電部１１ａｃおよび絶縁層１００ｃとともに寄生コンデンサを構成する部分の面積を低減するように第２のシリコン層１００ｂに第２の分離部１０ｂが形成されている。
【解決手段】ＳＯＩ基板１００を用いて形成されたミラー形成基板（デバイス本体）１を備える。ミラー形成基板１は、第１のシリコン層１００ａに形成され電気信号を生成する可動電極（機能部）２２と、第１のシリコン層１００ａ上に形成され電気信号を取り出すためのパッド１３ａと、第１のシリコン層１００ａにおいてパッド１３ａが形成された島状の導電部１１ａｃとを有する。導電部１１ａｃと第１のシリコン層１００ａにおける導電部１１ａｃの周辺部位とを絶縁分離するように第１のシリコン層１００ａに第１の分離部１０ａａが形成され、第２のシリコン層１００ｂのうち導電部１１ａｃおよび絶縁層１００ｃとともに寄生コンデンサを構成する部分の面積を低減するように第２のシリコン層１００ｂに第２の分離部１０ｂが形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、マイクロマシニング技術などを利用して形成されるＭＥＭＳデバイスとして、例えば、光スキャナ（マイクロスキャナ）、加速度センサ、ジャイロセンサなどが広く知られている。
【０００３】
この種のＭＥＭＳデバイスとしては、マイクロマシニング技術によりＳＯＩ（Siliconon Insulator）ウェハを加工することにより形成され、電気信号を発生する機能部および機能部で発生する電気信号を取り出すためのパッドが、ＳＯＩウェハにおける絶縁層上のシリコン層側に形成されたものが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
特許文献１には、図１１に示す構成のマイクロスキャナ４００が開示されている。このマイクロスキャナ４００は、レーザ光を反射するミラー４１６および櫛歯状の電極としての可動櫛歯部４１２，４１４を有する可動部４１０と、可動部４１０を回転方向に揺動自在に支持する固定部４２０とを備えている。ここにおいて、固定部４２０には、可動部４１０を支持する２本の支持梁４３４，４３６が形成されている。また、固定部４２０と可動部４１０とは、支持梁４３４，４３６により連結されている部位を除いて、可動部４１０を両側から囲む溝４０２，４０４によって分離されている。
【０００５】
また、固定部４２０には、可動櫛歯部４１２，４１４に対向する櫛歯状の電極として、駆動用固定櫛歯部４２２ａ，４２４ａと、検出用固定櫛歯部４２２ｂ，４２４ｂとが設けられている。また、固定部４２０には、駆動用固定櫛歯部４２２ａ，４２４ａに電気的に接続された駆動用パッド４２６，４２８が設けられるとともに、検出用固定櫛歯部４２２ｂ，４２４ｂに電気的に接続された検出用パッド４３０，４３２が設けられている。
【０００６】
ここで、駆動用固定櫛歯部４２２ａ，４２４ａは、シリコン層４４７と二酸化シリコン層４０５とポリシリコン層４０６との３層構造を有しており、検出用パッド４３０，４３２は、ポリシリコン層４０６の延長された部位上に形成されている。また、固定部４２０は、ＳＯＩウェハにおける絶縁層４４９直下のシリコン基板からなるベース部４４８を有している。要するに、固定部４２０においては、シリコン層４４７とベース部４４８との間に絶縁層４４９が介在している。
【０００７】
上述のマイクロスキャナ４００では、可動櫛歯部４１２，４１４と駆動用固定櫛歯部４２２ａ，４２４ａとの間に駆動信号としてのパルス電圧を印加することで、静電引力により可動部４１０を上記回転方向に往復振動させてレーザ光を走査することができる。また、マイクロスキャナ４００では、可動部４１０の回転角度に基づいて、可動櫛歯部４１２，４１４と検出用固定櫛歯部４２２ｂ，４２４ｂとの間の静電容量が変化するので、この静電容量の変化に基づいて可動部４１０の回転角度を検出することができる。要するに、このマイクロスキャナ４００では、可動櫛歯部４１２，４１４と検出用固定櫛歯部４２２ｂ，４２４ｂとが、電気信号を発生する機能部を構成し、検出用パッド４３０，４３２が、機能部で発生する電気信号を取り出すためのパッドを構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２４５８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、図１１に示した構成のマイクロスキャナ４００では、検出用パッド４３０，４３２直下のポリシリコン層４０６，４０６とシリコン層４４７，４４７との間の寄生容量、および、シリコン層４４７，４４７とベース部４４８との間の寄生容量が大きく、検出用パッド４３０，４３２から取り出す電気信号のＳ／Ｎ比が低下してしまう。
【００１０】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、パッドから取り出す電気信号のＳ／Ｎ比を向上させることが可能なＭＥＭＳデバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のＭＥＭＳデバイスは、第１のシリコン層と第２のシリコン層との間に絶縁層が介在するＳＯＩ基板を用いて形成されたデバイス本体を備え、前記デバイス本体は、前記第１のシリコン層に形成され電気信号を生成する機能部と、前記第１のシリコン層上に形成され前記電気信号を取り出すためのパッドと、前記第１のシリコン層において前記パッドが形成された島状の導電部とを有し、前記導電部と前記第１のシリコン層における前記導電部の周辺部位とを絶縁分離するように前記第１のシリコン層における前記絶縁層側とは反対の表面から前記絶縁層に達する第１の分離部が形成され、前記第２のシリコン層のうち前記導電部および前記絶縁層とともに寄生コンデンサを構成する部分の面積を低減するように前記第２のシリコン層における前記絶縁層側とは反対の表面から前記絶縁層に達する第２の分離部が形成されてなることを特徴とする。
【００１２】
このＭＥＭＳデバイスにおいて、前記第２の分離部が空隙であることが好ましい。
【００１３】
このＭＥＭＳデバイスにおいて、前記第２の分離部は、前記第１の分離部の前記第２のシリコン層側への投影領域に重なるように形成されてなることが好ましい。
【００１４】
このＭＥＭＳデバイスにおいて、前記デバイス本体における前記第２のシリコン層の前記表面側に接合された保護基板を備えることが好ましい。
【００１５】
このＭＥＭＳデバイスにおいて、前記保護基板は、ガラス基板であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のＭＥＭＳデバイスにおいては、第１のシリコン層の一部により構成されパッドが形成された導電部と第２のシリコン層との間の寄生容量を低減でき、パッドから取り出す電気信号のＳ／Ｎ比を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態１のＭＥＭＳデバイス（光スキャナ）におけるデバイス本体（ミラー形成基板）を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ概略断面図である。
【図２】同上のＭＥＭＳデバイスを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ概略断面図である。
【図３】同上のＭＥＭＳデバイスの概略斜視図である。
【図４】同上のＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図５】同上のＭＥＭＳデバイスの動作説明図である。
【図６】実施形態２のＭＥＭＳデバイス（光スキャナ）におけるデバイス本体（ミラー形成基板）を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ概略断面図である。
【図７】同上のＭＥＭＳデバイスの概略分解斜視図である。
【図８】同上のＭＥＭＳデバイスにおけるデバイス本体の概略斜視図である。
【図９】同上のＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１０】同上のＭＥＭＳデバイスの他の構成例を示す要部概略断面図である。
【図１１】従来例のマイクロスキャナを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施形態１）
本実施形態では、ＭＥＭＳデバイスの一例として、光スキャナ（以下、ＭＥＭＳ光スキャナと称する）を例示する。
【００１９】
以下、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナについて図１〜図３を参照しながら説明する。
【００２０】
本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナは、ＳＯＩ基板１００を用いて形成され可動部２０にミラー面２１が設けられたミラー形成基板１を備えている。また、ＭＥＭＳ光スキャナは、ミラー形成基板１においてミラー面２１が設けられた一表面側に接合された第１のカバー基板２を備えている。また、光スキャナは、ミラー形成基板１の他表面側に接合された第２のカバー基板３を備えている。なお、本実施形態では、ミラー形成基板１が、デバイス本体を構成し、第２のカバー基板３が、保護基板を構成している。
【００２１】
ミラー形成基板１は、枠状（ここでは、矩形枠状）の外側フレーム部１０と、外側フレーム部１０の内側に配置された上述の可動部２０と、外側フレーム部１０の内側で可動部２０を挟む形で配置され外側フレーム部１０と可動部２０とを連結した一対の捩りばね部３０，３０とを有している。各捩りばね部３０，３０は、捩れ変形が可能となっている。
【００２２】
外側フレーム部１０は、外周形状および内周形状それぞれが矩形状に形成されている。ここにおいて、ＭＥＭＳ光スキャナは、ミラー形成基板１および各カバー基板２，３それぞれの外周形状が、矩形状であり、各カバー基板２，３の外形寸法を、ミラー形成基板１の外形寸法に合わせてある。
【００２３】
ミラー形成基板１は、可動部２０の平面視形状が矩形状であり、ミラー面２１の平面視形状も矩形状としてある。
【００２４】
ミラー形成基板１は、上述のＳＯＩ基板１００をバルクマイクロマシニング技術などにより加工することによって形成してある。このＳＯＩ基板１００は、導電性を有する第１のシリコン層（活性層）１００ａと第２のシリコン層（シリコン基板）１００ｂとの間に絶縁層（ＳｉＯ２層）１００ｃが介在している。なお、ＳＯＩ基板１００は、第１のシリコン層１００ａの厚さを３０μｍ、第２のシリコン層１００ｂの厚さを４００μｍに設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。また、ＳＯＩ基板１００の一表面である第１のシリコン層１００ａの表面は（１００）面としてある。
【００２５】
また、第１のカバー基板２は、それぞれパイレックス（登録商標）ガラスなどからなる２枚のガラス板を厚み方向に重ねて接合することにより形成した第１のガラス基板２００を用いて形成してある。また、第２のカバー基板３は、パイレックス（登録商標）ガラスなどからなる第２のガラス基板３００を加工することにより形成してある。なお、第１のガラス基板２００および第２のガラス基板３００の厚さは、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の範囲で設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。
【００２６】
ミラー形成基板１の外側フレーム部１０は、ＳＯＩ基板１００の第１のシリコン層１００ａ、絶縁層１００ｃ、第２のシリコン層１００ｂそれぞれを利用して形成してある。そして、ミラー形成基板１は、外側フレーム部１０のうち第１のシリコン層１００ａにより形成された部位が、第１のカバー基板２の外周部と全周に亘って接合され、外側フレーム部１０のうち第２のシリコン層１００ｂにより形成された部位が、第２のカバー基板３の外周部と全周に亘って接合されている。また、ミラー形成基板１は、上記一表面側において、外側フレーム部１０に、後述の２つのパッド１３，１３が形成されている。各パッド１３，１３は、平面視形状が円形状であり、第１の金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜など）により構成されている。なお、本実施形態では、各パッド１３，１３の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、この数値は一例であり、特に限定するものではない。
【００２７】
また、ミラー形成基板１の可動部２０および各捩りばね部３０，３０は、ＳＯＩ基板１００の第１のシリコン層１００ａを用いて形成されており、外側フレーム部１０よりも十分に薄肉となっている。また、可動部２０に設けられたミラー面２１は、光源（レーザ光源など）からの光を反射するものであり、可動部２０において第１のシリコン層１００ａにより形成された部位上に形成した第２の金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜など）からなる反射膜２１ａの表面により構成されている。なお、本実施形態では、反射膜２１ａの膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、この数値は一例であり、特に限定するものではない。
【００２８】
以下では、図１（ａ），（ｂ）それぞれの左下に示すように、平面視において一対の捩りばね部３０，３０の並設方向に直交する方向をｘ軸方向、一対の捩りばね部３０，３０の並設方向をｙ軸方向、ｘ軸方向およびｙ軸方向に直交する方向をｚ軸方向として説明する。
【００２９】
ミラー形成基板１は、一対の捩りばね部３０，３０がｙ軸方向に並設されており、可動部２０が、外側フレーム部１０に対して一対の捩りばね部３０，３０の回りで変位可能となっている（ｙ軸方向の軸回りで回動可能となっている）。つまり、一対の捩りばね部３０，３０は、外側フレーム部１０に対して可動部２０が揺動自在となるように外側フレーム部１０と可動部２０とを連結している。言い換えれば、外側フレーム部１０の内側に配置される可動部２０は、可動部２０から相反する２方向へ連続一体に延長された２つの捩りばね部３０，３０を介して、外側フレーム部１０に揺動自在に支持されている。ここで、一対の捩りばね部３０，３０は、両者のｙ軸方向に沿った中心線同士を結ぶ直線が、平面視で可動部２０の重心を通るように形成されている。なお、各捩りばね部３０，３０は、厚み寸法（ｚ軸方向の寸法）を３０μｍ、幅寸法（ｘ軸方向の寸法）を、５μｍに設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。また、可動部２０およびミラー面２１の平面視形状は、矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。また、外側フレーム部１０の内周形状も矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。
【００３０】
上述のミラー形成基板１は、可動部２０において一対の捩りばね部３０，３０を結ぶ方向（一対の捩りばね部３０，３０の並設方向）に直交する方向（つまり、ｘ軸方向）の両側に形成された櫛形状の可動電極２２を備えている。さらに、ミラー形成基板１は、外側フレーム部１０に形成され可動電極２２の複数の可動櫛歯片２２ｂに対向する複数の固定櫛歯片１２ｂを有する櫛形状の固定電極１２を備えている。ここにおいて、可動電極２２と固定電極１２とで、静電力により可動部２０を駆動する静電駆動式の駆動手段を構成している。なお、本実施形態では、駆動手段が、静電力により可動部２０を駆動するものであるが、静電駆動式に限らず、例えば、電磁力によって可動部２０を駆動する電磁駆動式でもよいし、圧電素子によって可動部２０を駆動する圧電駆動式でもよい。
【００３１】
上述の固定電極１２は、平面視形状が櫛形状であり、外側フレーム部１０のうちｙ軸方向に沿った枠片部において第１のシリコン層１００ａにより形成された部位の一部が、櫛骨部１２ａを構成している。そして、固定電極１２は、櫛骨部１２ａにおける可動部２０との対向面（外側フレーム部１０におけるｙ軸方向に沿った内側面）に、多数の固定櫛歯片１２ｂが一対の捩りばね部３０，３０の並設方向に沿って列設されている。ここで、各固定櫛歯片１２ｂは、第１のシリコン層１００ａの一部により構成されている。
【００３２】
一方、可動電極２２は、可動部２０における固定電極１２の櫛骨部１２ａ側の櫛骨部２２ａの側面（可動部２０におけるｙ軸方向に沿った側面）において、第１のシリコン層１００ａの一部により構成され固定櫛歯片１２ｂにそれぞれ対向する多数の可動櫛歯片２２ｂが上記並設方向に列設されている。ここで、各可動櫛歯片２２ｂは、第１のシリコン層１００ａの一部により構成されている。
【００３３】
櫛形状の固定電極１２と櫛形状の可動電極２２とは、それぞれの櫛骨部１２ａ，２２ａが互いに対向し、固定電極１２の各固定櫛歯片１２ｂが可動電極２２の櫛溝に入り組んでおり、固定櫛歯片１２ｂと可動櫛歯片２２ｂとが、ｙ軸方向において互いに離間している。したがって、駆動手段では、固定電極１２と可動電極２２との間に電圧が印加されることにより、固定電極１２と可動電極２２との間に互いに引き合う方向に作用する静電力が発生する。なお、ｙ軸方向における固定櫛歯片１２ｂと可動櫛歯片２２ｂとの間の隙間は、例えば、２μｍ〜５μｍ程度の範囲で適宜設定すればよい。
【００３４】
ミラー形成基板１の外側フレーム部１０において第１のシリコン層１００ａにより形成された部位には、一方のパッド１３（図１における左側のパッド１３ａ）が可動電極２２，２２に電気的に接続されるとともに他方のパッド１３（図１における右側のパッド１３ｂ）が固定電極１２，１２に電気的に接続され、且つ、固定電極１２，１２と可動電極２２，２２とが電気的に絶縁されるように、複数（ここでは、３つ）のスリット１０ａが絶縁層１００ｃに達する深さで形成されている。これにより、外側フレーム部１０において第１のシリコン層１００ａにより形成された部分は、可動部２０の可動電極２２，２２と同電位になる第１の導電性構造体１１ａと、固定電極１２，１２と同電位になる第２の導電性構造体１１ｂとに分けられている。
【００３５】
第１の導電性構造体１１ａは、各捩りばね部３０，３０それぞれに連続一体に連結された２つのアンカー部１１ａａ，１１ａｂと、一方のパッド１３ａが形成された島状（ここでは、平面視矩形状）の導電部１１ａｃと、一方のアンカー部１１ａａと島部１１ａｃとをつなぐ平面視Ｌ字状の導電部１１ａｄとで構成されている。また、第２の導電性構造体１１ｂは、第１のシリコン層１００ａのうち第１の導電性構造体１１ａ以外の残りの部分からなり、他方のパッド１３ｂが形成されている。本実施形態では、スリット１０ａのうち、島状の導電部１１ａｃを囲んでいる部位が、島状の導電部１１ａｃと第１のシリコン層１００ａにおける当該導電部１１ａｃの周辺部位とを絶縁分離するように第１のシリコン層１００ａにおける絶縁層１００ｃ側とは反対の表面から絶縁層１００ｃに達する第１の分離部１０ａａを構成している。したがって、第１の分離部１０ａａは、空隙となっている。
【００３６】
また、ミラー形成基板１は、一方のパッド１３ａの下方に、第２のシリコン層１００ｂにおける絶縁層１００ｃ側とは反対の表面から絶縁層１００ｃに達する第２の分離部１０ｂが形成されている。この第２の分離部１０ｂは、第２のシリコン層１００ｂのうち島状の導電部１１ａｃおよび絶縁層１００ｃとともに寄生コンデンサを構成する部分の面積を低減するように形成されている。図１に示した例では、第２の分離部１０ｂは、第１の分離部１０ａａの第２のシリコン層１００ｂ側への投影領域に重なるように形成されている。ここにおいて、第１のシリコン層１００ａ側では、島状の導電部１１ａｃと平面視Ｌ字状の導電部１１ａｄとを連続させる必要があるので、第１の分離部１０ａａが開ループ状に形成されているのに対して、第２の分離部１０ｂは、閉ループ状に形成されている。また、第２の分離部１０ｂは、空隙となっている。
【００３７】
ここで、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第１のシリコン層１００ａに形成する各スリット１０ａをトレンチとし、各スリット１０ａの平面視形状を外側フレーム部１０の外側面側に開放されない形状としてある。しかして、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、外側フレーム部１０にスリット１０ａ，１０ａ，１０ａを形成した構造を採用しながらも、外側フレーム部１０と第１のカバー基板２との接合性が低下するのを防止することが可能となる。また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第２のシリコン層１００ｂに形成する第２の分離部１０ｂをトレンチとし、第２の分離部１０ｂの平面視形状を外側フレーム部１０の外側面に開放されない形状としてある。しかして、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、外側フレーム部１０に第２の分離部１０ｂを形成した構造を採用しながらも、外側フレーム部１０と第１のカバー基板２との接合性が低下するのを防止することが可能となる。そして、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、外側フレーム部１０と各カバー基板２，３とで囲まれる空間の気密性を確保することができる。
【００３８】
第１のカバー基板２は、上述のように第１のガラス基板２００を用いており、第１のガラス基板２００の厚み方向に貫通して各パッド１３それぞれを全周に亘って露出させる２つの貫通孔２０２が形成されている。ここにおいて、第１のガラス基板２００の各貫通孔２０２は、ミラー形成基板１から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなるテーパ状に形成されている。各貫通孔２０２は、サンドブラスト法により形成してある。各貫通孔２０２の形成方法は、サンドブラスト法に限定するものではなく、ドリル加工法やエッチング法などを採用してもよい。
【００３９】
本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、各パッド１３の平面視形状を円形状としてあり、各貫通孔２０２の第１のミラー形成基板１側での開口径が各パッド１３の直径よりも大きくなるようにしてある。各パッド１３の直径は、０．５ｍｍに設定してあるが、特に限定するものではない。また、各パッド１３の平面視形状は、必ずしも円形状である必要はなく、例えば、正方形状としてもよいが、各貫通孔２０２の開口径を小さくするうえでは円形状の方が正方形状よりも好ましい。
【００４０】
ところで、各パッド１３の一部が厚み方向において第１のカバー基板２に重なる場合には、各パッド１３の厚みの影響で接合性や気密性が損なわれて製造時の歩留まり低下や、動作安定性の低下、経時安定性の低下の原因となる懸念がある。したがって、このような場合には、外側フレーム部１０の幅寸法（外側フレーム部１０の外側面と内側面との距離）を増大させる必要が生じて、ＭＥＭＳ光スキャナの小型化が制限されてしまうことが考えられる。
【００４１】
これに対して、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第１のカバー基板２が各パッド１３と重なることがなく、第１のカバー基板２と外側フレーム部１０との間に各パッド１３の一部が介在することもない。したがって、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第１のカバー基板２とミラー形成基板１の外側フレーム部１０との接合が各パッド１３により妨げられるのを防止することができる。その結果、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、各パッド１３の厚みの影響で接合性や気密性が損なわれるのを防止することができ、外側フレーム部１０の幅寸法を増大させずに歩留まりの向上による低コスト化を図れるとともに、動作安定性の低下、経時安定性の低下を抑制することが可能となる。
【００４２】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、ミラー形成基板１の外側フレーム部１０と各カバー基板２，３とで囲まれる気密空間を真空（真空雰囲気）とすることで、低消費電力化を図りつつ可動部２０の機械振れ角を大きくすることが可能となる。そこで、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、上記気密空間を真空とするとともに、第２のカバー基板３におけるミラー形成基板１との対向面において外側フレーム部１０に接合される部位よりも内側の適宜部位に非蒸発型ゲッタ（図示せず）を設けてある。なお、非蒸発型ゲッタは、例えば、Ｚｒを主成分とする合金やＴｉを主成分とする合金などにより形成すればよい。また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナにおいて、外側フレーム部１０と第１のカバー基板２と第２のカバー基板３とで囲まれた上記気密空間を不活性ガス雰囲気（例えば、ドライ窒素ガス雰囲気など）としてもよい。本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、上記気密空間を真空雰囲気と不活性ガス雰囲気とのいずれにしても、ミラー面２１の酸化を防止できるから、ミラー面２１の材料の選択肢が多くなるとともに、ミラー面２１の反射特性の経時変化を抑制することができる。
【００４３】
第１のガラス基板２００は、ミラー形成基板１との対向面に、可動部２０の変位空間を確保するための凹部（以下、第１の凹部と称する）２０１を有している。ここで、第１のガラス基板２００は、上述のように２枚のガラス板を接合して形成されている。そこで、第１のガラス基板２００は、ミラー形成基板１に近い側に配置するガラス板（以下、第１のガラス板と称する）において第１の凹部２０１に対応する部位に、厚み方向に貫通する開孔部を形成し、ミラー形成基板１から遠い側に配置するガラス板（以下、第２のガラス板と称する）を平板状としてある。したがって、第１のガラス基板２００は、サンドブラスト加工などにより第１の凹部２０１が形成されたものに比べて、第１の凹部２０１の内底面を滑らかな表面とすることができ、第１の凹部２０１の内底面での拡散反射、光拡散、散乱損失などを低減できる。
【００４４】
第２のカバー基板３は、第２のガラス基板３００を用いて形成されており、厚み方向の両面を平面状としてある。第２のカバー基板３については、可動部２０の厚みや、ＳＯＩ基板１００の第２のシリコン層１００ｂの厚みなどに応じて、第２のガラス基板３００におけるミラー形成基板１側の一表面に、可動部２０の変位空間を確保するための凹部（以下、第２の凹部と称する）を形成してもよい。第２のガラス基板３００の上記一表面に第２の凹部を形成する場合は、例えば、サンドブラスト法などにより形成すればよい。なお、第２のカバー基板３は、光を透過させる必要がないので、第２のガラス基板３００に限らず、例えば、シリコン基板を用いて形成してもよく、この場合の第２の凹部は、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成すればよい。
【００４５】
各ガラス基板２００，３００のガラス材料としては、硼珪酸ガラスであるパイレックス（登録商標）やテンパックス（登録商標）を用いればよい。また、本実施形態では、各カバー基板２，３の厚さを０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の範囲で設定し、第１の凹部２０１の深さを０．３ｍｍ程度に設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。
【００４６】
以下、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの製造方法について図４を参照しながら説明するが、（ａ）〜（ｄ）は図２（ａ）のＡ−Ｂ断面に対応する部分の概略断面を示している。
【００４７】
まず、半導体基板であるＳＯＩ基板１００の上記一表面側に所定膜厚（例えば、５００ｎｍ）の金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜）をスパッタ法や蒸着法などにより成膜する金属膜形成工程を行う。続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して金属膜をパターニングすることにより各パッド１３および反射膜２１ａを形成する金属膜パターニング工程を行うことによって、図４（ａ）に示す構造を得る。なお、本実施形態では、各パッド１３と反射膜２１ａとの材料および膜厚を同じに設定してあるので、各パッド１３と反射膜２１ａとを同時に形成しているが、各パッド１３と反射膜２１ａとの材料や膜厚が相違する場合には、各パッド１３を形成するパッド形成工程と反射膜２１ａを形成する反射膜形成工程とを別々に設ければよく、パッド形成工程と反射膜形成工程との順序はどちらが先でもよい。
【００４８】
上述の各パッド１３および反射膜２１ａを形成した後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側で、第１のシリコン層１００ａのうち可動部２０、一対の捩りばね部３０，３０、外側フレーム部１０、各固定電極１２、各可動電極２２に対応する部位を覆うようにパターニングされた第１のレジスト層１３０を形成する。続いて、第１のレジスト層１３０をマスクとして、第１のシリコン層１００ａをパターニングする第１のシリコン層パターニング工程（表面側パターニング工程）を行うことによって、図４（ｂ）に示す構造を得る。なお、第１のシリコン層パターニング工程では、第１のシリコン層１００ａを絶縁層１００ｃに達する深さ（第１の所定深さ）までエッチングする。この第１のシリコン層パターニング工程を行うことによって、各スリット１０ａも形成される。第１のシリコン層パターニング工程での第１のシリコン層１００ａのエッチングは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のエッチング装置などのように、異方性の高いエッチングが可能なドライエッチング装置により行えばよい。また、第１のシリコン層パターニング工程では、絶縁層１００ｃをエッチングストッパ層として利用している。
【００４９】
上述の第１のシリコン層パターニング工程の後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側の第１のレジスト層１３０を除去する。その後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側の全面に第２のレジスト層１３１を形成し、続いて、ＳＯＩ基板１００の他表面側で、第２のシリコン層１００ｂのうち外側フレーム部１０に対応する部位以外を露出させるようにパターニングされた第３のレジスト層１３２を形成する。そして、第３のレジスト層１３２をマスクとして、第２のシリコン層１００ｂをパターニングする第２のシリコン層パターニング工程を行うことによって、図４（ｃ）に示す構造を得る。この第２のシリコン層パターニング工程では、第２のシリコン層１００ｂを絶縁層１００ｃに達する深さ（第２の所定深さ）までエッチングする。この第２のシリコン層パターニング工程を行うことによって、第２の分離部１０ｂ（図１参照）を構成するスリット（トレンチ）も形成される。第２のシリコン層パターニング工程での第２のシリコン層１００ｂのエッチングは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のエッチング装置などのように、異方性が高く垂直深堀が可能なドライエッチング装置により行えばよい。また、第２のシリコン層パターニング工程では、絶縁層１００ｃをエッチングストッパ層として利用している。
【００５０】
上述の第２のシリコン層パターニング工程の後、ＳＯＩ基板１００の絶縁層１００ｃにおいて外側フレーム部１０と可動部２０との間の部位、可動電極２２と固定電極１２との間の部位を、ＳＯＩ基板１００の上記他表面側からエッチングする絶縁層パターニング工程を行うことでミラー形成基板１を形成する。続いて、第２のレジスト層１３１および第３のレジスト層１３２を除去する。その後、ミラー形成基板１と、第１のカバー基板２および第２のカバー基板３とを陽極接合などにより接合する接合工程を行うことによって、図４（ｄ）に示す構造のＭＥＭＳ光スキャナを得る。
【００５１】
上述の接合工程では、ミラー形成基板１のミラー面２１を保護する観点から、第１のカバー基板２とミラー形成基板１とを接合する第１の接合過程を行ってから、ミラー形成基板１と第２のカバー基板３とを接合する第２の接合過程を行うことが好ましい。ここで、第１の接合過程では、先ず、第１のガラス基板２００に第１の凹部２０１や各貫通孔２０２を形成した第１のカバー基板２とミラー形成基板１とを重ねた積層体を、所定真空度（例えば、１０Ｐａ以下）の真空中で所定の接合温度（例えば、３００℃〜４００℃程度）に加熱した状態で、第１のシリコン層１００ａと第１のカバー基板２との間に第１のカバー基板２側を低電位側として所定電圧（例えば、４００Ｖ〜８００Ｖ程度）を印加し、この状態を所定の接合時間（例えば、２０分〜６０分程度）だけ保持すればよい。また、第２の接合過程では、上述の第１の接合過程に準じて、第２のシリコン層１００ｂと第２のカバー基板３との陽極接合を行う。なお、ミラー形成基板１と各カバー基板２，３を接合する接合方法は、陽極接合に限らず、例えば、常温接合法などでもよい。また、第１のシリコン層パターニング工程の後に、ＳＯＩ基板１００と第１のカバー基板２とを接合し、その後、第２のシリコン層パターニング工程、絶縁層パターニング工程を行うことでミラー形成基板１を形成し、その後、ミラー形成基板１と第２のカバー基板３とを接合するようにしてもよい。
【００５２】
ところで、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの製造方法では、接合工程が終了するまでの全工程をミラー形成基板１および各カバー基板２，３それぞれについてウェハレベルで行うことでウェハレベルパッケージ構造体を形成するようにし、当該ウェハレベルパッケージ構造体から個々のＭＥＭＳ光スキャナに対応するチップに分割する分割工程を行う。
【００５３】
要するに、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの製造方法では、ミラー形成基板１を複数形成した第１のウェハと、第１のカバー基板２を複数形成した第２のウェハおよび第２のカバー基板３を複数形成した第３のウェハとを接合することでウェハレベルパッケージ構造体を形成した後、ウェハレベルパッケージ構造体からミラー形成基板１の外形サイズに分割するようにしているので、各カバー基板２，３の平面サイズをミラー形成基板１の外形サイズに合わせることができるから、小型のＭＥＭＳ光スキャナセンサを簡易なプロセスで製造することができ、また、量産性を高めることが可能となる。
【００５４】
次に、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの動作について簡単に説明する。
【００５５】
本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、互いに対向する可動電極２２と固定電極１２との間に、可動部２０を駆動するためのパルス電圧を一対のパッド１３，１３を介して印加することにより、可動電極２２・固定電極１２間に静電力が発生し、可動部２０がｙ軸方向の軸回りで回動する。しかして、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、可動電極２２・固定電極１２間に所定の駆動周波数のパルス電圧を印加することにより、周期的に静電力を発生させることができ、可動部２０を揺動させることができる。
【００５６】
ここで、上述の可動部２０は、内部応力に起因して、静止状態でも水平姿勢（ｘｙ平面に平行な姿勢）ではなく、きわめて僅かであるが傾いているので、例えば、可動電極２２・固定電極１２間にパルス電圧が印加されると、静止状態からであっても、可動部２０に略垂直な方向（ｚ軸方向）の駆動力が加わり、可動部２０が一対の捩りばね部３０，３０を回動軸として当該一対の捩りばね部３０，３０を捩りながら回動する。そして、可動電極２２・固定電極１２間の駆動力を、可動櫛歯片２２ｂと固定櫛歯片１２ｂとが完全に重なりあうような姿勢となったときに解除すると、可動部２０は、慣性力により、一対の捩りばね部３０，３０を捩りながら回動し続ける。そして、可動部２０の回動方向への慣性力と、一対の捩りばね部３０，３０の復元力とが等しくなったとき、当該回動方向への可動部２０の回動が停止する。このとき、可動電極２２・固定電極１２間に再びパルス電圧が印加されて静電力が発生すると、可動部２０は、一対の捩りばね部３０，３０の復元力と駆動手段の駆動力とにより、それまでとは逆の方向への回動を開始する。可動部２０は、駆動手段の駆動力と一対の捩りばね部３０，３０の復元力とによる回動を繰り返して、一対の捩りばね部３０，３０を回動軸として揺動する。
【００５７】
本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、可動部２０と一対の捩りばね部３０，３０とにより構成される振動系の共振周波数の略２倍の周波数のパルス電圧を印加することにより、可動部２０が共振現象を伴って駆動され、機械振れ角（ｘｙ平面に平行な水平面を基準としたときの傾き）が大きくなる。なお、可動電極２２・固定電極１２間への電圧（駆動電圧）の印加形態や周波数は特に限定するものではなく、例えば、可動電極２２・固定電極１２間に印加する電圧を正弦波電圧としてもよい。
【００５８】
ところで、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナを用いるシステムにおいては、ＭＥＭＳ光スキャナを駆動する駆動回路から可動電極２２・固定電極１２間に印加する駆動用の電圧信号よりなる駆動信号Ｓ１（図５参照）に、当該駆動信号Ｓ１に比べて高周波の検出用の電圧信号よりなる検出用信号Ｓ２（図５参照）を重畳させるようにすれば、固定フレーム部１０に対する可動部２０の相対的な位置（機械振れ角）の変化に応じて、可動電極２２・固定電極１２間の静電容量に変化が生じ、検出用信号Ｓ２に微小な電圧変化が生じるから、可動電極２２に電気的に接続されているパッド１３ａと固定電極１２に電気的に接続されているパッド１３ｂとの間の検出用信号Ｓ２を監視することにより、可動部２０の機械振れ角を検知することが可能となる。ここで、検出用信号Ｓ２を監視するには、例えば、駆動信号Ｓ１よりも高周波の検出用信号Ｓ２を通過させるハイパスフィルタと、ハイパスフィルタの出力の振幅成分を取り出す検波回路と、検波回路の出力に基づいて機械振れ角を求めるためのプログラムが搭載されたマイクロコンピュータなどからなる信号処理部とを備えた制御装置を用いればよい。なお、駆動信号Ｓ１と検出用信号Ｓ２とに関しては、例えば、〔駆動信号Ｓ１の周波数〕：〔検出用信号Ｓ２の周波数〕を１：１００程度とすればよく、駆動信号Ｓ１の周波数を５０ｋＨｚ、検出用信号Ｓ２の周波数を５ＭＨｚとすればよい。また、検出用信号の振幅は、例えば、駆動信号Ｓ１の振幅の２０分の１程度に設定すればよい。ただし、駆動信号Ｓ１の周波数や振幅、検出用信号Ｓ２の周波数や振幅、駆動信号Ｓ１と検出用信号Ｓ２との周波数比や振幅比は特に限定するものではない。また、図５に示した駆動信号Ｓ１は、正弦波状としてあるが、これに限らず、矩形波状でもよい。また、制御装置の構成も特に限定するものではない。
【００５９】
本実施形態では、可動電極２２と固定電極１２とが、第１のシリコン層１００ａに形成され電気信号を生成する機能部を構成し、パッド１３ａ，１３ｂが、第１のシリコン層１００ａ上に形成され電気信号を取り出すためのパッドを構成している。
【００６０】
以上説明した本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、島状の導電部１１ａｃと第１のシリコン層１００ａにおける当該導電部１１ａｃの周辺部位とを絶縁分離するように第１のシリコン層１００ａに第１の分離部１０ａａが形成され、第２のシリコン層１００ｂのうち導電部１１ａｃおよび絶縁層１００ｃとともに寄生コンデンサを構成する部分の面積を低減するように第２のシリコン層１００ｂに第２の分離部１０ｂが形成されているので、第１のシリコン層１００ａの一部により構成されパッド１３ａが形成された導電部１１ａｃと第２のシリコン層１００ｂとの間の寄生容量を低減でき、パッド１３ａから取り出す電気信号のＳ／Ｎ比を向上させることが可能となる。
【００６１】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第２の分離部１０ｂが空隙なので、第２の分離部１０ｂが有機絶縁材料（例えば、ポリイミドなど）や無機絶縁材料（例えば、ＳｉＯ２など）により形成されている場合に比べて、第２のシリコン層１００ｂのうち第２の分離部１０ｂに囲まれた部分と第２の分離部１０ｂの外側の部分との間に形成される寄生容量を低減できる。
【００６２】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第２の分離部１０ｂが、第１の分離部１０ａａの第２のシリコン層１００ｂ側への投影領域に重なるように形成されているので、第２の分離部１０ｂが、第１の分離部１０ａａの投影領域に重ならずに、当該投影領域よりも外側に形成されている場合や、当該投影領域の内側に形成されている場合に比べて、寄生容量を低減することが可能となる。
【００６３】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、ミラー形成基板１における第２のシリコン層１００ｂの絶縁層側とは反対の表面側に接合された保護基板である第２のカバー基板３を備えているので、ミラー形成基板１に第２の分離部１０ｂを設けたことによる脆弱性を補償することが可能となる。言い換えれば、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、ミラー形成基板１を第２のカバー基板３により補強することができる。
【００６４】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第２のカバー基板３が、第２のガラス基板３００により構成されているので、デバイス本体であるミラー形成基板１と保護基板である第２のカバー基板３とを陽極接合により容易に接合することができる。
【００６５】
（実施形態２）
本実施形態では、ＭＥＭＳデバイスの一例として、実施形態１と同様、ＭＥＭＳ光スキャナを例示する。
【００６６】
以下、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナについて図６〜図８を参照しながら説明する。
【００６７】
本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの基本構成は実施形態１と略同じであって、可動部２０および第２のカバー基板３などの構造が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００６８】
本実施形態では、可動部２０が、外側フレーム部（固定フレーム部）１０に一対の捩りばね部３０，３０（以下、第１の捩りばね部３０，３０と称する）を介して揺動自在に支持された枠状（ここでは、矩形枠状）の可動フレーム部２３と、可動フレーム部２３の内側に配置されミラー面２１が設けられたミラー部２４と、可動フレーム部２３の内側でミラー部２４を挟む形で配置され可動フレーム部２３とミラー部２４とを連結し捩れ変形が可能な一対の捩りばね部２５，２５（以下、第２の捩りばね部２５，２５と称する）とを有している。
【００６９】
第２の捩りばね部２５，２５は、第１の捩りばね部３０，３０の並設方向（ｙ軸方向）とは直交する方向（ｘ軸方向）に並設されている。要するに、可動部２０は、一対の第２の捩りばね部２５，２５がｘ軸方向に並設されており、ミラー部２４が、可動フレーム部２３に対して一対の第２の捩りばね部２５，２５の回りで変位可能となっている（ｘ軸方向の軸回りで回動可能となっている）。つまり、一対の第２の捩りばね部２５，２５は、可動フレーム部２３に対してミラー部２４が揺動自在となるように可動フレーム部２３とミラー部２４とを連結している。言い換えれば、可動フレーム部２３の内側に配置されるミラー部２４は、ミラー部２４から相反する２方向へ連続一体に延長された２つの第２の捩りばね部２５，２５を介して可動フレーム部２３に揺動自在に支持されている。ここで、一対の第２の捩りばね部２５，２５は、両者のｘ軸方向に沿った中心線同士を結ぶ直線が、平面視でミラー部２４の重心を通るように形成されている。なお、各第２の捩りばね部２５は、厚み寸法（ｚ軸方向の寸法）を３０μｍ、幅寸法（ｙ軸方向の寸法）を、３０μｍに設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。また、ミラー部２４およびミラー面２１の平面視形状は、矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。また、可動フレーム部２３の内周形状も矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。
【００７０】
上述の説明から分かるように、ミラー部２４は、一対の第１の捩りばね部３０，３０の軸回りの回動と、一対の第２の捩りばね部２５，２５の軸回りの回動とが可能である。要するに、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナは、ミラー部２４のミラー面２１が、２次元的に回動可能に構成されている。ここで、可動部２０は、可動フレーム部２３における第１のカバー基板２側とは反対側に、可動フレーム部２３を支持する枠状の支持体２９が一体に設けられており、支持体２９が可動フレーム部２３と一体に回動可能となっている。
【００７１】
そこで、第２のカバー基板３は、第２のガラス基板３００におけるミラー形成基板１側の上記一表面に、可動部２０の変位空間を確保するための第２の凹部３０１を形成してある。
【００７２】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、外側フレーム部１０と第１のカバー基板２と第２のカバー基板３とで囲まれる気密空間を真空とすることで、低消費電力化を図りつつ可動部２０の機械振れ角を大きくすることが可能となるので、上記気密空間を真空とするとともに、第２の凹部３０１の内底面に、フィルム状のゲッタ４を配置してある。なお、ゲッタ４としては、非蒸発型ゲッタが好ましく、例えば、Ｚｒを主成分とする合金やＴｉを主成分とする合金などにより形成すればよい。
【００７３】
ここにおいて、第２のガラス基板３００の上記一表面に第２の凹部３０１を形成する場合は、例えば、サンドブラスト法などにより形成すればよい。また、第２のカバー基板３についても、第１のカバー基板２と同様、２枚のガラス板を接合して形成してもよく、ミラー形成基板１に近い側に配置するガラス板（以下、第３のガラス板と称する）において第２の凹部３０１に対応する部位に厚み方向に貫通する開孔部を形成するとともに、ミラー形成基板１から遠い側に配置するガラス板（以下、第４のガラス板と称する）を平板状としてもよい。第２のカバー基板３は、光を透過させる必要がないので、第２のガラス基板３００に限らず、ミラー形成基板１との接合が容易で且つ半導体基板（ＳＯＩ基板１００）の材料であるＳｉとの線膨張率差が小さな材料により形成された基板であればよく、例えば、シリコン基板を用いて形成してもよく、この場合の第２の凹部３０１は、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成すればよい。
【００７４】
なお、本実施形態では、第１のカバー基板２および第２のカバー基板３の厚さを０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の範囲で設定し、第１の凹部２０１および第２の凹部３０１の深さを３００μｍ〜８００μｍの範囲で設定してあるが、これらの数値は一例であり、可動部２０のｚ軸方向への変位量に応じて適宜設定すればよく（つまり、可動部２０の回動運動を妨げない深さであればよく）、特に限定するものではない。
【００７５】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナは、外側フレーム部１０に、３つのパッド１３が平面視において一直線上に並ぶように略等間隔で並設されており、第１のカバー基板２に、各パッド１３それぞれを各別に露出させる３つの貫通孔２０２が貫設されている。
【００７６】
また、ミラー形成基板１は、実施形態１と同様、可動部２０において一対の第１の捩りばね部３０，３０を結ぶ方向（一対の第１の捩りばね部３０，３０の並設方向）に直交する方向（つまり、ｘ軸方向）の両側に形成された櫛形状の可動電極２２（以下、第１の可動電極２２と称する）と、外側フレーム部１０に形成され第１の可動電極２２の複数の可動櫛歯片２２ｂに対向する複数の固定櫛歯片１２ｂを有する櫛形状の固定電極１２（以下、第１の固定電極１２と称する）とを備えている。さらに、ミラー形成基板１は、ミラー部２４において一対の第２の捩りばね部２５，２５を結ぶ方向（一対の第２の捩りばね部２５，２５の並設方向）に直交する方向（つまり、ｙ軸方向）の両側に形成された櫛形状の第２の可動電極２７と、可動フレーム部２３に形成され第２の可動電極２７の複数の可動櫛歯片２７ｂに対向する複数の固定櫛歯片２６ｂを有する櫛形状の第２の固定電極２６とを備えている。そして、ミラー形成基板１は、第１の可動電極２２と第１の固定電極１２との組、第２の可動電極２７と第２の固定電極２６との組、それぞれが静電力により可動部２０を駆動する静電駆動式の駆動手段を構成している。
【００７７】
上述の第２の固定電極２６は、平面視形状が櫛形状であり、櫛骨部２６ａが可動フレーム部２３の一部により構成されている。そして、第２の固定電極２６の櫛骨部２６ａにおけるミラー部２４との対向面（可動フレーム部２３におけるｘ軸方向に沿った内側面）には、多数の固定櫛歯片２６ｂが一対の第２の捩りばね部２５，２５の並設方向に沿って列設されている。一方、第２の可動電極２７はミラー部２４の一部により構成されており、第２の固定電極２６の櫛骨部２６ａ側の側面（ミラー部２４におけるｘ軸方向に沿った側面）には、固定櫛歯片２６ｂにそれぞれ対向する多数の可動櫛歯片２７ｂが上記並設方向に列設されている。ここで、櫛形状の第２の固定電極２６と櫛形状の第２の可動電極２７とは、櫛骨部２６ａ，２７ａが互いに対向し、第２の固定電極２６の各固定櫛歯片２６ｂが第２の可動電極２７の櫛溝に入り組んでおり、固定櫛歯片２６ｂと可動櫛歯片２７ｂとが、ｘ軸方向において互いに離間している。したがって、ミラー形成基板１は、第２の固定電極２６と第２の可動電極２２との間に電圧が印加されることにより、第２の固定電極２６と第２の可動電極２７との間に、互いに引き合う方向に作用する静電力が発生する。なお、ｘ軸方向における固定櫛歯片２６ｂと可動櫛歯片２７ｂとの間の隙間は、例えば、２μｍ〜５μｍ程度の範囲で適宜設定すればよい。
【００７８】
ミラー形成基板１は、外側フレーム部１０において第１のシリコン層１００ａにより形成された部位に複数（ここでは、３つ）のスリット１０ａを形成するとともに、可動部２０の可動フレーム部２３において第１のシリコン層１００ａにより形成された部位に複数（ここでは、４つ）のスリット２０ａを形成してある。これにより、ミラー形成基板１は、３つのパッド１３のうち図６（ａ）における真ん中のパッド１３（１３ｂ）が第１の固定電極１２と電気的に接続されて同電位となり、右側のパッド１３（１３ａ）が第１の可動電極２２および第２の可動電極２６と電気的に接続されて同電位となり、左側のパッド１３（１３ｃ）がミラー部２４の第２の可動電極２７と電気的に接続されて同電位となっている。
【００７９】
ここで、外側フレーム部１０の複数のスリット１０ａは、絶縁層１００ｃに達する深さで形成されている。本実施形態においても、実施形態１と同様、各スリット１０ａをトレンチとし、各スリット１０ａの平面視形状を外側フレーム部１０の外側面側に開放されない形状とすることで、外側フレーム部１０にスリット１０ａを形成した構造を採用しながらも、外側フレーム部１０と第１のカバー基板２との接合性が低下するのを防止し、外側フレーム部１０と各カバー基板２，３とで囲まれる空間の気密性を確保している。
【００８０】
また、可動部２０における可動フレーム部２３の各スリット２０ａは、トレンチとしてあり、ＳＯＩ基板１００の絶縁層１００ｃの一部と第２のシリコン層１００ｂの一部とで構成される上述の支持体２９における絶縁層１００ｃに達する深さに形成してある。要するに、本実施形態では、可動フレーム部２３に複数のスリット２０ａを形成した構成を採用しながらも支持体２９により可動フレーム部２３を支持しているので、可動フレーム部２３と支持体２９とが、一対の第１の捩りばね部３０，３０の軸回りで一体に回動可能となっている。ここにおいて、支持体２９は、可動フレーム部２３のうち各固定櫛歯片２６ｂおよび各可動櫛歯片２２ｂを除く部位を覆う枠状（矩形枠状）に形成されている（図８参照）。また、可動フレーム部２３の複数のスリット２０ａは、支持体２９を含めた可動部２０の重心が、平面視において一対の第１の捩りばね部３０，３０のｙ軸方向に沿った中心線を結ぶ直線の略真ん中に位置するように形状を設計してある。しかして、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、可動部２０が一対の第１の捩りばね部３０，３０の軸回りでスムーズに揺動し、反射光のスキャンが適正に行われる。なお、本実施形態では、支持体２９において第２のシリコン層１００ｂにより構成される部位の厚さを、外側フレーム部１０において第２のシリコン層１００ｂにより構成される部位と同じ厚さに設定してあるが、同じに限らず、厚くしてもよいし薄くしてもよい。
【００８１】
なお、ミラー形成基板１は、外側フレーム部１０と第１のカバー基板２とで囲まれた空間側において、第１のシリコン層１００ａの反射膜２１ａが形成されていない部位の表面に、シリコン酸化膜１１１ａ（図９（ｆ）参照）が形成されている。
【００８２】
以下、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの製造方法について図９を参照しながら説明するが、図９の（ａ）〜（ｆ）は図７のＡ−Ｂ断面に対応する部分の概略断面を示している。
【００８３】
まず、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側および上記他表面側それぞれに熱酸化法などによりシリコン酸化膜１１１ａ，１１１ｂを形成する酸化膜形成工程を行うことによって、図９（ａ）に示す構造を得る。
【００８４】
その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してＳＯＩ基板１００の上記一表面側のシリコン酸化膜（以下、第１のシリコン酸化膜と称する）１１１ａをパターニングする第１のシリコン酸化膜パターニング工程を行うことによって、図９（ｂ）に示す構造を得る。この第１のシリコン酸化膜パターニング工程では、第１のシリコン酸化膜１１１ａのうち、可動部２０において反射膜２１ａの形成予定領域以外の部分、第１の捩りばね部３０，３０などに対応する部位などが残るように、第１のシリコン酸化膜１１１ａをパターニングする。
【００８５】
第１のシリコン酸化膜パターニング工程の後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側に所定膜厚（例えば、５００ｎｍ）の金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜）をスパッタ法や蒸着法などにより成膜する金属膜形成工程を行い、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して金属膜をパターニングすることにより各パッド１３および反射膜２１ａを形成する金属膜パターニング工程を行うことによって、図９（ｃ）に示す構造を得る。なお、本実施形態では、各パッド１３と反射膜２１ａとの材料および膜厚を同じに設定してあるので、各パッド１３と反射膜２１ａとを同時に形成しているが、各パッド１３と反射膜２１ａとの材料や膜厚が相違する場合には、各パッド１３を形成するパッド形成工程と反射膜を形成する反射膜形成工程とを別々に設ければよい。
【００８６】
上述の各パッド１３および反射膜２１ａを形成した後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側で、第１のシリコン層１００ａのうち可動フレーム部２３、ミラー部２４、一対の第１の捩りばね部３０，３０、一対の第２の捩りばね部２５，２５、外側フレーム部１０、第１の固定電極１２、第２の可動電極２２、第２の固定電極２６、第２の可動電極２７に対応する部位を覆うようにパターニングされた第１のレジスト層１３０を形成する。その後、第１のレジスト層１３０をマスクとして、第１のシリコン層１００ａをパターニングする第１のシリコン層パターニング工程（表面側パターニング工程）を行うことによって、図９（ｄ）に示す構造を得る。この第１のシリコン層パターニング工程では、第１のシリコン層１００ａを絶縁層１００ｃに達する深さ（第１の所定深さ）までエッチングする。第１のシリコン層パターニング工程での第１のシリコン層１００ａのエッチングは、誘導結合プラズマ型のエッチング装置などのように、異方性の高いエッチングが可能なドライエッチング装置により行えばよい。また、第１のシリコン層パターニング工程では、絶縁層１００ｃをエッチングストッパ層として利用している。
【００８７】
上述の第１のシリコン層パターニング工程の後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側の第１のレジスト層１３０を除去する。その後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側の全面に第２のレジスト層１３１を形成する。続いて、ＳＯＩ基板１００の他表面側で、第２のシリコン層１００ｂのうち外側フレーム部１０、支持体２９に対応する部位以外を露出させるようにパターニングされた第２のレジスト層１３２を形成する。その後、第３のレジスト層１３２をマスクとして、第２のシリコン層１００ｂをパターニングする第２のシリコン層パターニング工程を行うことによって、図９（ｅ）に示す構造を得る。この第２のシリコン層パターニング工程では、第２のシリコン層１００ｂを絶縁層１００ｃに達する深さ（第２の所定深さ）までエッチングする。第２のシリコン層パターニング工程での第２のシリコン層１００ｂのエッチングは、誘導結合プラズマ型のエッチング装置などのように、異方性が高く垂直深堀が可能なドライエッチング装置により行えばよい。また、第２のシリコン層パターニング工程では、絶縁層１００ｃをエッチングストッパ層として利用している。
【００８８】
上述の第２のシリコン層パターニング工程の後、ＳＯＩ基板１００の絶縁層１００ｃの不要部分をＳＯＩ基板１００の上記他表面側からエッチングする絶縁層パターニング工程を行うことでミラー形成基板１を形成する。続いて、第２のレジスト層１３１および第３のレジスト層１３２を除去する。その後、ミラー形成基板１と、第１のカバー基板２および第２のカバー基板３とを陽極接合などにより接合する接合工程を行うことによって、図９（ｆ）に示す構造のＭＥＭＳ光スキャナを得る。
【００８９】
上述の接合工程では、ミラー形成基板１のミラー面２１を保護する観点から、第１のカバー基板２とミラー形成基板１とを接合する第１の接合過程を行ってから、ミラー形成基板１と第２のカバー基板３とを接合する第２の接合過程を行うことが好ましい。ここで、第１の接合過程では、先ず、第１のガラス基板２００に第１の凹部２０１や各貫通孔２０２などを形成した第１のカバー基板２とミラー形成基板１とを重ねた積層体を、所定真空度（例えば、１０Ｐａ以下）の真空中で所定の接合温度（例えば、３００℃〜４００℃程度）に加熱した状態で、第１のシリコン層１００ａと第１のカバー基板２との間に第１のカバー基板２側を低電位側として所定電圧（例えば、４００Ｖ〜８００Ｖ程度）を印加し、この状態を所定の接合時間（例えば、２０分〜６０分程度）だけ保持すればよい。また、第２の接合過程では、上述の第１の接合過程に準じて、第２のシリコン層１００ｂと第２のカバー基板３との陽極接合を行う。なお、ミラー形成基板１と各カバー基板２，３を接合する接合方法は、陽極接合に限らず、例えば、常温接合法などでもよい。また、第１のシリコン層パターニング工程の後に、ＳＯＩ基板１００と第１のカバー基板２とを接合し、その後、第２のシリコン層パターニング工程、絶縁層パターニング工程を行うことでミラー形成基板１を形成し、その後、ミラー形成基板１と第２のカバー基板３とを接合するようにしてもよい。
【００９０】
以下、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの動作について説明する。
【００９１】
本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、例えば、第１の可動電極２２および第２の固定電極２６が電気的に接続されたパッド１３ａの電位を基準電位として、第１の固定電極１２および第２の可動電極２７それぞれの電位を周期的に変化させることにより、可動部２０を一対の第１の捩りばね部３０，３０の軸回りで回動させることができるとともに、ミラー部２４を一対の第２の捩りばね部２５，２５の軸回りで回動させることができる。
【００９２】
要するに、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、対向する第１の固定電極１２と可動電極２２との間に、可動部２０を駆動するためのパルス電圧を一対のパッド１３ｂ，１３ａを介して印加することにより、第１の固定電極１２・第１の可動電極２２間に静電力が発生し、可動部２０がｙ軸方向の軸回りで回動する。また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、対向する第２の固定電極２６と第２の可動電極２７との間に、ミラー部２４を駆動するためのパルス電圧を一対のパッド１３ａ，１３ｃを介して印加することにより、第２の固定電極２６・第２の可動電極２７間に静電力が発生し、ミラー部２４がｘ軸方向の軸回りで回動する。しかして、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第１の固定電極１２・第１の可動電極２２間に所定の第１の駆動周波数のパルス電圧を印加することにより、周期的に静電力を発生させることができ、可動部２０全体を揺動させることができ、さらに、第２の固定電極２６・第２の可動電極２７間に所定の第２の駆動周波数のパルス電圧を印加することにより、周期的に静電力を発生させることができ、可動部２０のミラー部２４を揺動させることができる。
【００９３】
本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第１の固定電極１２・第１の可動電極２２間に、可動部２０と一対の第１の捩りばね部３０，３０とにより構成される振動系の共振周波数の略２倍の周波数のパルス電圧を印加することにより、可動部２０が共振現象を伴って駆動され、機械振れ角（ｘｙ平面に平行な水平面を基準としたときの傾き）が大きくなる。また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第２の固定電極２６・第２の可動電極２７間に、ミラー部２４と一対の第２の捩りばね部２５，２５とにより構成される振動系の共振周波数の略２倍の周波数のパルス電圧を印加することにより、ミラー部２４が共振現象を伴って駆動され、機械振れ角（可動フレーム部２３における第１のカバー基板２側の表面に平行な面を基準としたときの傾き）が大きくなる。
【００９４】
ところで、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナを用いるシステムにおいては、ＭＥＭＳ光スキャナを駆動する第１の駆動回路から第１の可動電極２２・第１の固定電極１２間に印加する駆動用の電圧信号よりなる第１の駆動信号に、当該第１の駆動信号に比べて高周波の検出用の電圧信号よりなる第１の検出用信号を重畳させるようにすれば、固定フレーム部１０に対する可動フレーム部２３の相対的な位置（機械振れ角）の変化に応じて、第１の可動電極２２・第１の固定電極１２間の静電容量に変化が生じ、第１の検出用信号に微小な電圧変化が生じるから、第１の可動電極２２に電気的に接続されているパッド１３ａと第１の固定電極１２に電気的に接続されているパッド１３ｂとの間の第１の検出用信号を監視することにより、固定フレーム部１０に対する可動フレーム部２３の機械振れ角を検知することが可能となる。同様に、ＭＥＭＳ光スキャナを駆動する第２の駆動回路から第２の可動電極２７・第２の固定電極２６間に印加する駆動用の電圧信号よりなる第２の駆動信号に、当該第２の駆動信号に比べて高周波の検出用の電圧信号よりなる第２の検出用信号を重畳させるようにすれば、可動フレーム部２３に対するミラー部２４の相対的な位置（機械振れ角）の変化に応じて、第２の可動電極２７・第２の固定電極２６間の静電容量に変化が生じ、第２の検出用信号に微小な電圧変化が生じるから、第２の可動電極２７に電気的に接続されているパッド１３ｃと第２の固定電極２６に電気的に接続されているパッド１３ａとの間の第１の検出用信号を監視することにより、固定フレーム部１０に対する可動フレーム部２３の機械振れ角を検知することが可能となる。
【００９５】
要するに、本実施形態では、第１の可動電極２２と第１の固定電極１２との組、第２の可動電極２７と第２の固定電極２６との組が、第１のシリコン層１００ａに形成され電気信号を生成する機能部を構成し、パッド１３ａ，１３ｃが、第１のシリコン層１００ａ上に形成され電気信号を取り出すためのパッドを構成している。
【００９６】
ここにおいて、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第１のシリコン層１００ａのうちパッド１３ａが形成された島状（ここでは、平面視矩形状）の導電部１１ａｄと、パッド１３ｃが形成された島状の導電部１１ａｃとを備えている。そして、スリット１０ａのうち、島状の導電部１１ａｃ，１１ａｄを囲んでいる部位が、島状の導電部１１ａｃ，１１ａｄと第１のシリコン層１００ａにおける当該導電部１１ａｃ，１１ａｄの周辺部位とを絶縁分離するように第１のシリコン層１００ａにおける絶縁層１００ｃ側とは反対の表面から絶縁層１００ｃに達する第１の分離部１０ａａ，１０ａａを構成している。したがって、第１の分離部１０ａａ，１０ａａは、空隙となっている。
【００９７】
また、ミラー形成基板１は、パッド１３ａ，１３ｃそれぞれの下方に、第２のシリコン層１００ｂにおける絶縁層１００ｃ側とは反対の表面から絶縁層１００ｃに達する第２の分離部１０ｂ，１０ｂが形成されている。この第２の分離部１０ｂ，１０ｂは、第２のシリコン層１００ｂのうち島状の導電部１１ａｃ，１１ａｄおよび絶縁層１００ｃとともに寄生コンデンサを構成する部分の面積を低減するように形成されている。図６に示した例では、第２の分離部１０ｂ，１０ｂは、第１の分離部１０ａａ，１０ａａの第２のシリコン層１００ｂ側への投影領域に重なるように形成されている。ここにおいて、第１のシリコン層１００ａ側では、第１の分離部１０ａａ，１０ａａが開ループ状に形成されているのに対して、第２の分離部１０ｂ，１０ｂは、閉ループ状に形成されている。また、第２の分離部１０ｂ，１０ｂは、空隙となっている。
【００９８】
以上説明した本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、島状の導電部１１ａｃ，１１ａｄと第１のシリコン層１００ａにおける当該導電部１１ａｃ，１１ａｄの周辺部位とを絶縁分離するように第１のシリコン層１００ａに第１の分離部１０ａａ，１０ａａが形成され、第２のシリコン層１００ｂのうち導電部１１ａｃ，１１ａｄおよび絶縁層１００ｃとともに寄生コンデンサを構成する部分の面積を低減するように第２のシリコン層１００ｂに第２の分離部１０ｂ，１０ｂが形成されているので、第１のシリコン層１００ａの一部により構成されパッド１３ｃ，１３ａが形成された導電部１１ａｃ，１１ａｄと第２のシリコン層１００ｂとの間の寄生容量を低減でき、パッド１３ｃ，１３ａから取り出す電気信号のＳ／Ｎ比を向上させることが可能となる。
【００９９】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第２の分離部１０ｂ，１０ｂが空隙なので、第２の分離部１０ｂが有機絶縁材料（例えば、ポリイミドなど）や無機絶縁材料（例えば、ＳｉＯ２など）により形成されている場合に比べて、第２のシリコン層１００ｂのうち第２の分離部１０ｂに囲まれた部分と第２の分離部１０ｂの外側の部分との間に形成される寄生容量を低減できる。
【０１００】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第２の分離部１０ｂ，１０ｂが、第１の分離部１０ａａ，１０ａａの第２のシリコン層１００ｂ側への投影領域に重なるように形成されているので、第２の分離部１０ｂ，１０ｂが、第１の分離部１０ａａ，１０ａａの投影領域に重ならずに、当該投影領域よりも外側に形成されている場合や、当該投影領域の内側に形成されている場合に比べて、寄生容量を低減することが可能となる。
【０１０１】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、ミラー形成基板１における第２のシリコン層１００ｂの絶縁層側とは反対の表面側に接合された保護基板である第２のカバー基板３を備えているので、ミラー形成基板１に第２の分離部１０ｂを設けたことによる脆弱性を補償することが可能となる。言い換えれば、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、ミラー形成基板１を第２のカバー基板３により補強することができる。
【０１０２】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第２のカバー基板３が、第２のガラス基板３００により構成されているので、デバイス本体であるミラー形成基板１と保護基板である第２のカバー基板３とを陽極接合により容易に接合することができる。
【０１０３】
ところで、上述のＭＥＭＳ光スキャナでは、第２の分離部１０ｂ、１０ｂを空隙としてあるが、図１０に示すように、第２の分離部１０ｂ，１０ｂをガラスにより形成してもよく、この場合には、ミラー形成基板１の機械的強度を高めることが可能となる。
【０１０４】
上記各実施形態では、ＭＥＭＳデバイスの一例としてＭＥＭＳ光スキャナについて例示したが、ＭＥＭＳデバイスは、ＭＥＭＳ光スキャナに限らず、例えば、加速度センサやジャイロセンサ、振動エネルギを電気エネルギに変換する振動式の発電デバイス、圧電層の厚み方向の縦振動モードを利用する共振子を備えたＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave）共振装置、赤外線センサなどでもよい。
【符号の説明】
【０１０５】
１ ミラー形成基板（デバイス本体）
３ 第２のカバー基板（保護基板）
１０ａａ 第１の分離部
１０ｂ 第２の分離部
１１ａｃ 導電部
１１ａｄ 導電部
１３（１３ａ） パッド
１３（１３ｂ） パッド
１３（１３ｃ） パッド
２２ 可動電極（機能部）
１００ ＳＯＩ基板
１００ａ 第１のシリコン層
１００ｂ 第２のシリコン層
１００ｃ 絶縁層
３００ 第２のガラス基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、マイクロマシニング技術などを利用して形成されるＭＥＭＳデバイスとして、例えば、光スキャナ（マイクロスキャナ）、加速度センサ、ジャイロセンサなどが広く知られている。
【０００３】
この種のＭＥＭＳデバイスとしては、マイクロマシニング技術によりＳＯＩ（Siliconon Insulator）ウェハを加工することにより形成され、電気信号を発生する機能部および機能部で発生する電気信号を取り出すためのパッドが、ＳＯＩウェハにおける絶縁層上のシリコン層側に形成されたものが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
特許文献１には、図１１に示す構成のマイクロスキャナ４００が開示されている。このマイクロスキャナ４００は、レーザ光を反射するミラー４１６および櫛歯状の電極としての可動櫛歯部４１２，４１４を有する可動部４１０と、可動部４１０を回転方向に揺動自在に支持する固定部４２０とを備えている。ここにおいて、固定部４２０には、可動部４１０を支持する２本の支持梁４３４，４３６が形成されている。また、固定部４２０と可動部４１０とは、支持梁４３４，４３６により連結されている部位を除いて、可動部４１０を両側から囲む溝４０２，４０４によって分離されている。
【０００５】
また、固定部４２０には、可動櫛歯部４１２，４１４に対向する櫛歯状の電極として、駆動用固定櫛歯部４２２ａ，４２４ａと、検出用固定櫛歯部４２２ｂ，４２４ｂとが設けられている。また、固定部４２０には、駆動用固定櫛歯部４２２ａ，４２４ａに電気的に接続された駆動用パッド４２６，４２８が設けられるとともに、検出用固定櫛歯部４２２ｂ，４２４ｂに電気的に接続された検出用パッド４３０，４３２が設けられている。
【０００６】
ここで、駆動用固定櫛歯部４２２ａ，４２４ａは、シリコン層４４７と二酸化シリコン層４０５とポリシリコン層４０６との３層構造を有しており、検出用パッド４３０，４３２は、ポリシリコン層４０６の延長された部位上に形成されている。また、固定部４２０は、ＳＯＩウェハにおける絶縁層４４９直下のシリコン基板からなるベース部４４８を有している。要するに、固定部４２０においては、シリコン層４４７とベース部４４８との間に絶縁層４４９が介在している。
【０００７】
上述のマイクロスキャナ４００では、可動櫛歯部４１２，４１４と駆動用固定櫛歯部４２２ａ，４２４ａとの間に駆動信号としてのパルス電圧を印加することで、静電引力により可動部４１０を上記回転方向に往復振動させてレーザ光を走査することができる。また、マイクロスキャナ４００では、可動部４１０の回転角度に基づいて、可動櫛歯部４１２，４１４と検出用固定櫛歯部４２２ｂ，４２４ｂとの間の静電容量が変化するので、この静電容量の変化に基づいて可動部４１０の回転角度を検出することができる。要するに、このマイクロスキャナ４００では、可動櫛歯部４１２，４１４と検出用固定櫛歯部４２２ｂ，４２４ｂとが、電気信号を発生する機能部を構成し、検出用パッド４３０，４３２が、機能部で発生する電気信号を取り出すためのパッドを構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２４５８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、図１１に示した構成のマイクロスキャナ４００では、検出用パッド４３０，４３２直下のポリシリコン層４０６，４０６とシリコン層４４７，４４７との間の寄生容量、および、シリコン層４４７，４４７とベース部４４８との間の寄生容量が大きく、検出用パッド４３０，４３２から取り出す電気信号のＳ／Ｎ比が低下してしまう。
【００１０】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、パッドから取り出す電気信号のＳ／Ｎ比を向上させることが可能なＭＥＭＳデバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のＭＥＭＳデバイスは、第１のシリコン層と第２のシリコン層との間に絶縁層が介在するＳＯＩ基板を用いて形成されたデバイス本体を備え、前記デバイス本体は、前記第１のシリコン層に形成され電気信号を生成する機能部と、前記第１のシリコン層上に形成され前記電気信号を取り出すためのパッドと、前記第１のシリコン層において前記パッドが形成された島状の導電部とを有し、前記導電部と前記第１のシリコン層における前記導電部の周辺部位とを絶縁分離するように前記第１のシリコン層における前記絶縁層側とは反対の表面から前記絶縁層に達する第１の分離部が形成され、前記第２のシリコン層のうち前記導電部および前記絶縁層とともに寄生コンデンサを構成する部分の面積を低減するように前記第２のシリコン層における前記絶縁層側とは反対の表面から前記絶縁層に達する第２の分離部が形成されてなることを特徴とする。
【００１２】
このＭＥＭＳデバイスにおいて、前記第２の分離部が空隙であることが好ましい。
【００１３】
このＭＥＭＳデバイスにおいて、前記第２の分離部は、前記第１の分離部の前記第２のシリコン層側への投影領域に重なるように形成されてなることが好ましい。
【００１４】
このＭＥＭＳデバイスにおいて、前記デバイス本体における前記第２のシリコン層の前記表面側に接合された保護基板を備えることが好ましい。
【００１５】
このＭＥＭＳデバイスにおいて、前記保護基板は、ガラス基板であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のＭＥＭＳデバイスにおいては、第１のシリコン層の一部により構成されパッドが形成された導電部と第２のシリコン層との間の寄生容量を低減でき、パッドから取り出す電気信号のＳ／Ｎ比を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態１のＭＥＭＳデバイス（光スキャナ）におけるデバイス本体（ミラー形成基板）を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ概略断面図である。
【図２】同上のＭＥＭＳデバイスを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ概略断面図である。
【図３】同上のＭＥＭＳデバイスの概略斜視図である。
【図４】同上のＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図５】同上のＭＥＭＳデバイスの動作説明図である。
【図６】実施形態２のＭＥＭＳデバイス（光スキャナ）におけるデバイス本体（ミラー形成基板）を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ概略断面図である。
【図７】同上のＭＥＭＳデバイスの概略分解斜視図である。
【図８】同上のＭＥＭＳデバイスにおけるデバイス本体の概略斜視図である。
【図９】同上のＭＥＭＳデバイスの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１０】同上のＭＥＭＳデバイスの他の構成例を示す要部概略断面図である。
【図１１】従来例のマイクロスキャナを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施形態１）
本実施形態では、ＭＥＭＳデバイスの一例として、光スキャナ（以下、ＭＥＭＳ光スキャナと称する）を例示する。
【００１９】
以下、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナについて図１〜図３を参照しながら説明する。
【００２０】
本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナは、ＳＯＩ基板１００を用いて形成され可動部２０にミラー面２１が設けられたミラー形成基板１を備えている。また、ＭＥＭＳ光スキャナは、ミラー形成基板１においてミラー面２１が設けられた一表面側に接合された第１のカバー基板２を備えている。また、光スキャナは、ミラー形成基板１の他表面側に接合された第２のカバー基板３を備えている。なお、本実施形態では、ミラー形成基板１が、デバイス本体を構成し、第２のカバー基板３が、保護基板を構成している。
【００２１】
ミラー形成基板１は、枠状（ここでは、矩形枠状）の外側フレーム部１０と、外側フレーム部１０の内側に配置された上述の可動部２０と、外側フレーム部１０の内側で可動部２０を挟む形で配置され外側フレーム部１０と可動部２０とを連結した一対の捩りばね部３０，３０とを有している。各捩りばね部３０，３０は、捩れ変形が可能となっている。
【００２２】
外側フレーム部１０は、外周形状および内周形状それぞれが矩形状に形成されている。ここにおいて、ＭＥＭＳ光スキャナは、ミラー形成基板１および各カバー基板２，３それぞれの外周形状が、矩形状であり、各カバー基板２，３の外形寸法を、ミラー形成基板１の外形寸法に合わせてある。
【００２３】
ミラー形成基板１は、可動部２０の平面視形状が矩形状であり、ミラー面２１の平面視形状も矩形状としてある。
【００２４】
ミラー形成基板１は、上述のＳＯＩ基板１００をバルクマイクロマシニング技術などにより加工することによって形成してある。このＳＯＩ基板１００は、導電性を有する第１のシリコン層（活性層）１００ａと第２のシリコン層（シリコン基板）１００ｂとの間に絶縁層（ＳｉＯ２層）１００ｃが介在している。なお、ＳＯＩ基板１００は、第１のシリコン層１００ａの厚さを３０μｍ、第２のシリコン層１００ｂの厚さを４００μｍに設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。また、ＳＯＩ基板１００の一表面である第１のシリコン層１００ａの表面は（１００）面としてある。
【００２５】
また、第１のカバー基板２は、それぞれパイレックス（登録商標）ガラスなどからなる２枚のガラス板を厚み方向に重ねて接合することにより形成した第１のガラス基板２００を用いて形成してある。また、第２のカバー基板３は、パイレックス（登録商標）ガラスなどからなる第２のガラス基板３００を加工することにより形成してある。なお、第１のガラス基板２００および第２のガラス基板３００の厚さは、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の範囲で設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。
【００２６】
ミラー形成基板１の外側フレーム部１０は、ＳＯＩ基板１００の第１のシリコン層１００ａ、絶縁層１００ｃ、第２のシリコン層１００ｂそれぞれを利用して形成してある。そして、ミラー形成基板１は、外側フレーム部１０のうち第１のシリコン層１００ａにより形成された部位が、第１のカバー基板２の外周部と全周に亘って接合され、外側フレーム部１０のうち第２のシリコン層１００ｂにより形成された部位が、第２のカバー基板３の外周部と全周に亘って接合されている。また、ミラー形成基板１は、上記一表面側において、外側フレーム部１０に、後述の２つのパッド１３，１３が形成されている。各パッド１３，１３は、平面視形状が円形状であり、第１の金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜など）により構成されている。なお、本実施形態では、各パッド１３，１３の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、この数値は一例であり、特に限定するものではない。
【００２７】
また、ミラー形成基板１の可動部２０および各捩りばね部３０，３０は、ＳＯＩ基板１００の第１のシリコン層１００ａを用いて形成されており、外側フレーム部１０よりも十分に薄肉となっている。また、可動部２０に設けられたミラー面２１は、光源（レーザ光源など）からの光を反射するものであり、可動部２０において第１のシリコン層１００ａにより形成された部位上に形成した第２の金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜など）からなる反射膜２１ａの表面により構成されている。なお、本実施形態では、反射膜２１ａの膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、この数値は一例であり、特に限定するものではない。
【００２８】
以下では、図１（ａ），（ｂ）それぞれの左下に示すように、平面視において一対の捩りばね部３０，３０の並設方向に直交する方向をｘ軸方向、一対の捩りばね部３０，３０の並設方向をｙ軸方向、ｘ軸方向およびｙ軸方向に直交する方向をｚ軸方向として説明する。
【００２９】
ミラー形成基板１は、一対の捩りばね部３０，３０がｙ軸方向に並設されており、可動部２０が、外側フレーム部１０に対して一対の捩りばね部３０，３０の回りで変位可能となっている（ｙ軸方向の軸回りで回動可能となっている）。つまり、一対の捩りばね部３０，３０は、外側フレーム部１０に対して可動部２０が揺動自在となるように外側フレーム部１０と可動部２０とを連結している。言い換えれば、外側フレーム部１０の内側に配置される可動部２０は、可動部２０から相反する２方向へ連続一体に延長された２つの捩りばね部３０，３０を介して、外側フレーム部１０に揺動自在に支持されている。ここで、一対の捩りばね部３０，３０は、両者のｙ軸方向に沿った中心線同士を結ぶ直線が、平面視で可動部２０の重心を通るように形成されている。なお、各捩りばね部３０，３０は、厚み寸法（ｚ軸方向の寸法）を３０μｍ、幅寸法（ｘ軸方向の寸法）を、５μｍに設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。また、可動部２０およびミラー面２１の平面視形状は、矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。また、外側フレーム部１０の内周形状も矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。
【００３０】
上述のミラー形成基板１は、可動部２０において一対の捩りばね部３０，３０を結ぶ方向（一対の捩りばね部３０，３０の並設方向）に直交する方向（つまり、ｘ軸方向）の両側に形成された櫛形状の可動電極２２を備えている。さらに、ミラー形成基板１は、外側フレーム部１０に形成され可動電極２２の複数の可動櫛歯片２２ｂに対向する複数の固定櫛歯片１２ｂを有する櫛形状の固定電極１２を備えている。ここにおいて、可動電極２２と固定電極１２とで、静電力により可動部２０を駆動する静電駆動式の駆動手段を構成している。なお、本実施形態では、駆動手段が、静電力により可動部２０を駆動するものであるが、静電駆動式に限らず、例えば、電磁力によって可動部２０を駆動する電磁駆動式でもよいし、圧電素子によって可動部２０を駆動する圧電駆動式でもよい。
【００３１】
上述の固定電極１２は、平面視形状が櫛形状であり、外側フレーム部１０のうちｙ軸方向に沿った枠片部において第１のシリコン層１００ａにより形成された部位の一部が、櫛骨部１２ａを構成している。そして、固定電極１２は、櫛骨部１２ａにおける可動部２０との対向面（外側フレーム部１０におけるｙ軸方向に沿った内側面）に、多数の固定櫛歯片１２ｂが一対の捩りばね部３０，３０の並設方向に沿って列設されている。ここで、各固定櫛歯片１２ｂは、第１のシリコン層１００ａの一部により構成されている。
【００３２】
一方、可動電極２２は、可動部２０における固定電極１２の櫛骨部１２ａ側の櫛骨部２２ａの側面（可動部２０におけるｙ軸方向に沿った側面）において、第１のシリコン層１００ａの一部により構成され固定櫛歯片１２ｂにそれぞれ対向する多数の可動櫛歯片２２ｂが上記並設方向に列設されている。ここで、各可動櫛歯片２２ｂは、第１のシリコン層１００ａの一部により構成されている。
【００３３】
櫛形状の固定電極１２と櫛形状の可動電極２２とは、それぞれの櫛骨部１２ａ，２２ａが互いに対向し、固定電極１２の各固定櫛歯片１２ｂが可動電極２２の櫛溝に入り組んでおり、固定櫛歯片１２ｂと可動櫛歯片２２ｂとが、ｙ軸方向において互いに離間している。したがって、駆動手段では、固定電極１２と可動電極２２との間に電圧が印加されることにより、固定電極１２と可動電極２２との間に互いに引き合う方向に作用する静電力が発生する。なお、ｙ軸方向における固定櫛歯片１２ｂと可動櫛歯片２２ｂとの間の隙間は、例えば、２μｍ〜５μｍ程度の範囲で適宜設定すればよい。
【００３４】
ミラー形成基板１の外側フレーム部１０において第１のシリコン層１００ａにより形成された部位には、一方のパッド１３（図１における左側のパッド１３ａ）が可動電極２２，２２に電気的に接続されるとともに他方のパッド１３（図１における右側のパッド１３ｂ）が固定電極１２，１２に電気的に接続され、且つ、固定電極１２，１２と可動電極２２，２２とが電気的に絶縁されるように、複数（ここでは、３つ）のスリット１０ａが絶縁層１００ｃに達する深さで形成されている。これにより、外側フレーム部１０において第１のシリコン層１００ａにより形成された部分は、可動部２０の可動電極２２，２２と同電位になる第１の導電性構造体１１ａと、固定電極１２，１２と同電位になる第２の導電性構造体１１ｂとに分けられている。
【００３５】
第１の導電性構造体１１ａは、各捩りばね部３０，３０それぞれに連続一体に連結された２つのアンカー部１１ａａ，１１ａｂと、一方のパッド１３ａが形成された島状（ここでは、平面視矩形状）の導電部１１ａｃと、一方のアンカー部１１ａａと島部１１ａｃとをつなぐ平面視Ｌ字状の導電部１１ａｄとで構成されている。また、第２の導電性構造体１１ｂは、第１のシリコン層１００ａのうち第１の導電性構造体１１ａ以外の残りの部分からなり、他方のパッド１３ｂが形成されている。本実施形態では、スリット１０ａのうち、島状の導電部１１ａｃを囲んでいる部位が、島状の導電部１１ａｃと第１のシリコン層１００ａにおける当該導電部１１ａｃの周辺部位とを絶縁分離するように第１のシリコン層１００ａにおける絶縁層１００ｃ側とは反対の表面から絶縁層１００ｃに達する第１の分離部１０ａａを構成している。したがって、第１の分離部１０ａａは、空隙となっている。
【００３６】
また、ミラー形成基板１は、一方のパッド１３ａの下方に、第２のシリコン層１００ｂにおける絶縁層１００ｃ側とは反対の表面から絶縁層１００ｃに達する第２の分離部１０ｂが形成されている。この第２の分離部１０ｂは、第２のシリコン層１００ｂのうち島状の導電部１１ａｃおよび絶縁層１００ｃとともに寄生コンデンサを構成する部分の面積を低減するように形成されている。図１に示した例では、第２の分離部１０ｂは、第１の分離部１０ａａの第２のシリコン層１００ｂ側への投影領域に重なるように形成されている。ここにおいて、第１のシリコン層１００ａ側では、島状の導電部１１ａｃと平面視Ｌ字状の導電部１１ａｄとを連続させる必要があるので、第１の分離部１０ａａが開ループ状に形成されているのに対して、第２の分離部１０ｂは、閉ループ状に形成されている。また、第２の分離部１０ｂは、空隙となっている。
【００３７】
ここで、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第１のシリコン層１００ａに形成する各スリット１０ａをトレンチとし、各スリット１０ａの平面視形状を外側フレーム部１０の外側面側に開放されない形状としてある。しかして、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、外側フレーム部１０にスリット１０ａ，１０ａ，１０ａを形成した構造を採用しながらも、外側フレーム部１０と第１のカバー基板２との接合性が低下するのを防止することが可能となる。また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第２のシリコン層１００ｂに形成する第２の分離部１０ｂをトレンチとし、第２の分離部１０ｂの平面視形状を外側フレーム部１０の外側面に開放されない形状としてある。しかして、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、外側フレーム部１０に第２の分離部１０ｂを形成した構造を採用しながらも、外側フレーム部１０と第１のカバー基板２との接合性が低下するのを防止することが可能となる。そして、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、外側フレーム部１０と各カバー基板２，３とで囲まれる空間の気密性を確保することができる。
【００３８】
第１のカバー基板２は、上述のように第１のガラス基板２００を用いており、第１のガラス基板２００の厚み方向に貫通して各パッド１３それぞれを全周に亘って露出させる２つの貫通孔２０２が形成されている。ここにおいて、第１のガラス基板２００の各貫通孔２０２は、ミラー形成基板１から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなるテーパ状に形成されている。各貫通孔２０２は、サンドブラスト法により形成してある。各貫通孔２０２の形成方法は、サンドブラスト法に限定するものではなく、ドリル加工法やエッチング法などを採用してもよい。
【００３９】
本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、各パッド１３の平面視形状を円形状としてあり、各貫通孔２０２の第１のミラー形成基板１側での開口径が各パッド１３の直径よりも大きくなるようにしてある。各パッド１３の直径は、０．５ｍｍに設定してあるが、特に限定するものではない。また、各パッド１３の平面視形状は、必ずしも円形状である必要はなく、例えば、正方形状としてもよいが、各貫通孔２０２の開口径を小さくするうえでは円形状の方が正方形状よりも好ましい。
【００４０】
ところで、各パッド１３の一部が厚み方向において第１のカバー基板２に重なる場合には、各パッド１３の厚みの影響で接合性や気密性が損なわれて製造時の歩留まり低下や、動作安定性の低下、経時安定性の低下の原因となる懸念がある。したがって、このような場合には、外側フレーム部１０の幅寸法（外側フレーム部１０の外側面と内側面との距離）を増大させる必要が生じて、ＭＥＭＳ光スキャナの小型化が制限されてしまうことが考えられる。
【００４１】
これに対して、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第１のカバー基板２が各パッド１３と重なることがなく、第１のカバー基板２と外側フレーム部１０との間に各パッド１３の一部が介在することもない。したがって、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第１のカバー基板２とミラー形成基板１の外側フレーム部１０との接合が各パッド１３により妨げられるのを防止することができる。その結果、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、各パッド１３の厚みの影響で接合性や気密性が損なわれるのを防止することができ、外側フレーム部１０の幅寸法を増大させずに歩留まりの向上による低コスト化を図れるとともに、動作安定性の低下、経時安定性の低下を抑制することが可能となる。
【００４２】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、ミラー形成基板１の外側フレーム部１０と各カバー基板２，３とで囲まれる気密空間を真空（真空雰囲気）とすることで、低消費電力化を図りつつ可動部２０の機械振れ角を大きくすることが可能となる。そこで、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、上記気密空間を真空とするとともに、第２のカバー基板３におけるミラー形成基板１との対向面において外側フレーム部１０に接合される部位よりも内側の適宜部位に非蒸発型ゲッタ（図示せず）を設けてある。なお、非蒸発型ゲッタは、例えば、Ｚｒを主成分とする合金やＴｉを主成分とする合金などにより形成すればよい。また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナにおいて、外側フレーム部１０と第１のカバー基板２と第２のカバー基板３とで囲まれた上記気密空間を不活性ガス雰囲気（例えば、ドライ窒素ガス雰囲気など）としてもよい。本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、上記気密空間を真空雰囲気と不活性ガス雰囲気とのいずれにしても、ミラー面２１の酸化を防止できるから、ミラー面２１の材料の選択肢が多くなるとともに、ミラー面２１の反射特性の経時変化を抑制することができる。
【００４３】
第１のガラス基板２００は、ミラー形成基板１との対向面に、可動部２０の変位空間を確保するための凹部（以下、第１の凹部と称する）２０１を有している。ここで、第１のガラス基板２００は、上述のように２枚のガラス板を接合して形成されている。そこで、第１のガラス基板２００は、ミラー形成基板１に近い側に配置するガラス板（以下、第１のガラス板と称する）において第１の凹部２０１に対応する部位に、厚み方向に貫通する開孔部を形成し、ミラー形成基板１から遠い側に配置するガラス板（以下、第２のガラス板と称する）を平板状としてある。したがって、第１のガラス基板２００は、サンドブラスト加工などにより第１の凹部２０１が形成されたものに比べて、第１の凹部２０１の内底面を滑らかな表面とすることができ、第１の凹部２０１の内底面での拡散反射、光拡散、散乱損失などを低減できる。
【００４４】
第２のカバー基板３は、第２のガラス基板３００を用いて形成されており、厚み方向の両面を平面状としてある。第２のカバー基板３については、可動部２０の厚みや、ＳＯＩ基板１００の第２のシリコン層１００ｂの厚みなどに応じて、第２のガラス基板３００におけるミラー形成基板１側の一表面に、可動部２０の変位空間を確保するための凹部（以下、第２の凹部と称する）を形成してもよい。第２のガラス基板３００の上記一表面に第２の凹部を形成する場合は、例えば、サンドブラスト法などにより形成すればよい。なお、第２のカバー基板３は、光を透過させる必要がないので、第２のガラス基板３００に限らず、例えば、シリコン基板を用いて形成してもよく、この場合の第２の凹部は、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成すればよい。
【００４５】
各ガラス基板２００，３００のガラス材料としては、硼珪酸ガラスであるパイレックス（登録商標）やテンパックス（登録商標）を用いればよい。また、本実施形態では、各カバー基板２，３の厚さを０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の範囲で設定し、第１の凹部２０１の深さを０．３ｍｍ程度に設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。
【００４６】
以下、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの製造方法について図４を参照しながら説明するが、（ａ）〜（ｄ）は図２（ａ）のＡ−Ｂ断面に対応する部分の概略断面を示している。
【００４７】
まず、半導体基板であるＳＯＩ基板１００の上記一表面側に所定膜厚（例えば、５００ｎｍ）の金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜）をスパッタ法や蒸着法などにより成膜する金属膜形成工程を行う。続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して金属膜をパターニングすることにより各パッド１３および反射膜２１ａを形成する金属膜パターニング工程を行うことによって、図４（ａ）に示す構造を得る。なお、本実施形態では、各パッド１３と反射膜２１ａとの材料および膜厚を同じに設定してあるので、各パッド１３と反射膜２１ａとを同時に形成しているが、各パッド１３と反射膜２１ａとの材料や膜厚が相違する場合には、各パッド１３を形成するパッド形成工程と反射膜２１ａを形成する反射膜形成工程とを別々に設ければよく、パッド形成工程と反射膜形成工程との順序はどちらが先でもよい。
【００４８】
上述の各パッド１３および反射膜２１ａを形成した後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側で、第１のシリコン層１００ａのうち可動部２０、一対の捩りばね部３０，３０、外側フレーム部１０、各固定電極１２、各可動電極２２に対応する部位を覆うようにパターニングされた第１のレジスト層１３０を形成する。続いて、第１のレジスト層１３０をマスクとして、第１のシリコン層１００ａをパターニングする第１のシリコン層パターニング工程（表面側パターニング工程）を行うことによって、図４（ｂ）に示す構造を得る。なお、第１のシリコン層パターニング工程では、第１のシリコン層１００ａを絶縁層１００ｃに達する深さ（第１の所定深さ）までエッチングする。この第１のシリコン層パターニング工程を行うことによって、各スリット１０ａも形成される。第１のシリコン層パターニング工程での第１のシリコン層１００ａのエッチングは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のエッチング装置などのように、異方性の高いエッチングが可能なドライエッチング装置により行えばよい。また、第１のシリコン層パターニング工程では、絶縁層１００ｃをエッチングストッパ層として利用している。
【００４９】
上述の第１のシリコン層パターニング工程の後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側の第１のレジスト層１３０を除去する。その後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側の全面に第２のレジスト層１３１を形成し、続いて、ＳＯＩ基板１００の他表面側で、第２のシリコン層１００ｂのうち外側フレーム部１０に対応する部位以外を露出させるようにパターニングされた第３のレジスト層１３２を形成する。そして、第３のレジスト層１３２をマスクとして、第２のシリコン層１００ｂをパターニングする第２のシリコン層パターニング工程を行うことによって、図４（ｃ）に示す構造を得る。この第２のシリコン層パターニング工程では、第２のシリコン層１００ｂを絶縁層１００ｃに達する深さ（第２の所定深さ）までエッチングする。この第２のシリコン層パターニング工程を行うことによって、第２の分離部１０ｂ（図１参照）を構成するスリット（トレンチ）も形成される。第２のシリコン層パターニング工程での第２のシリコン層１００ｂのエッチングは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のエッチング装置などのように、異方性が高く垂直深堀が可能なドライエッチング装置により行えばよい。また、第２のシリコン層パターニング工程では、絶縁層１００ｃをエッチングストッパ層として利用している。
【００５０】
上述の第２のシリコン層パターニング工程の後、ＳＯＩ基板１００の絶縁層１００ｃにおいて外側フレーム部１０と可動部２０との間の部位、可動電極２２と固定電極１２との間の部位を、ＳＯＩ基板１００の上記他表面側からエッチングする絶縁層パターニング工程を行うことでミラー形成基板１を形成する。続いて、第２のレジスト層１３１および第３のレジスト層１３２を除去する。その後、ミラー形成基板１と、第１のカバー基板２および第２のカバー基板３とを陽極接合などにより接合する接合工程を行うことによって、図４（ｄ）に示す構造のＭＥＭＳ光スキャナを得る。
【００５１】
上述の接合工程では、ミラー形成基板１のミラー面２１を保護する観点から、第１のカバー基板２とミラー形成基板１とを接合する第１の接合過程を行ってから、ミラー形成基板１と第２のカバー基板３とを接合する第２の接合過程を行うことが好ましい。ここで、第１の接合過程では、先ず、第１のガラス基板２００に第１の凹部２０１や各貫通孔２０２を形成した第１のカバー基板２とミラー形成基板１とを重ねた積層体を、所定真空度（例えば、１０Ｐａ以下）の真空中で所定の接合温度（例えば、３００℃〜４００℃程度）に加熱した状態で、第１のシリコン層１００ａと第１のカバー基板２との間に第１のカバー基板２側を低電位側として所定電圧（例えば、４００Ｖ〜８００Ｖ程度）を印加し、この状態を所定の接合時間（例えば、２０分〜６０分程度）だけ保持すればよい。また、第２の接合過程では、上述の第１の接合過程に準じて、第２のシリコン層１００ｂと第２のカバー基板３との陽極接合を行う。なお、ミラー形成基板１と各カバー基板２，３を接合する接合方法は、陽極接合に限らず、例えば、常温接合法などでもよい。また、第１のシリコン層パターニング工程の後に、ＳＯＩ基板１００と第１のカバー基板２とを接合し、その後、第２のシリコン層パターニング工程、絶縁層パターニング工程を行うことでミラー形成基板１を形成し、その後、ミラー形成基板１と第２のカバー基板３とを接合するようにしてもよい。
【００５２】
ところで、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの製造方法では、接合工程が終了するまでの全工程をミラー形成基板１および各カバー基板２，３それぞれについてウェハレベルで行うことでウェハレベルパッケージ構造体を形成するようにし、当該ウェハレベルパッケージ構造体から個々のＭＥＭＳ光スキャナに対応するチップに分割する分割工程を行う。
【００５３】
要するに、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの製造方法では、ミラー形成基板１を複数形成した第１のウェハと、第１のカバー基板２を複数形成した第２のウェハおよび第２のカバー基板３を複数形成した第３のウェハとを接合することでウェハレベルパッケージ構造体を形成した後、ウェハレベルパッケージ構造体からミラー形成基板１の外形サイズに分割するようにしているので、各カバー基板２，３の平面サイズをミラー形成基板１の外形サイズに合わせることができるから、小型のＭＥＭＳ光スキャナセンサを簡易なプロセスで製造することができ、また、量産性を高めることが可能となる。
【００５４】
次に、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの動作について簡単に説明する。
【００５５】
本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、互いに対向する可動電極２２と固定電極１２との間に、可動部２０を駆動するためのパルス電圧を一対のパッド１３，１３を介して印加することにより、可動電極２２・固定電極１２間に静電力が発生し、可動部２０がｙ軸方向の軸回りで回動する。しかして、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、可動電極２２・固定電極１２間に所定の駆動周波数のパルス電圧を印加することにより、周期的に静電力を発生させることができ、可動部２０を揺動させることができる。
【００５６】
ここで、上述の可動部２０は、内部応力に起因して、静止状態でも水平姿勢（ｘｙ平面に平行な姿勢）ではなく、きわめて僅かであるが傾いているので、例えば、可動電極２２・固定電極１２間にパルス電圧が印加されると、静止状態からであっても、可動部２０に略垂直な方向（ｚ軸方向）の駆動力が加わり、可動部２０が一対の捩りばね部３０，３０を回動軸として当該一対の捩りばね部３０，３０を捩りながら回動する。そして、可動電極２２・固定電極１２間の駆動力を、可動櫛歯片２２ｂと固定櫛歯片１２ｂとが完全に重なりあうような姿勢となったときに解除すると、可動部２０は、慣性力により、一対の捩りばね部３０，３０を捩りながら回動し続ける。そして、可動部２０の回動方向への慣性力と、一対の捩りばね部３０，３０の復元力とが等しくなったとき、当該回動方向への可動部２０の回動が停止する。このとき、可動電極２２・固定電極１２間に再びパルス電圧が印加されて静電力が発生すると、可動部２０は、一対の捩りばね部３０，３０の復元力と駆動手段の駆動力とにより、それまでとは逆の方向への回動を開始する。可動部２０は、駆動手段の駆動力と一対の捩りばね部３０，３０の復元力とによる回動を繰り返して、一対の捩りばね部３０，３０を回動軸として揺動する。
【００５７】
本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、可動部２０と一対の捩りばね部３０，３０とにより構成される振動系の共振周波数の略２倍の周波数のパルス電圧を印加することにより、可動部２０が共振現象を伴って駆動され、機械振れ角（ｘｙ平面に平行な水平面を基準としたときの傾き）が大きくなる。なお、可動電極２２・固定電極１２間への電圧（駆動電圧）の印加形態や周波数は特に限定するものではなく、例えば、可動電極２２・固定電極１２間に印加する電圧を正弦波電圧としてもよい。
【００５８】
ところで、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナを用いるシステムにおいては、ＭＥＭＳ光スキャナを駆動する駆動回路から可動電極２２・固定電極１２間に印加する駆動用の電圧信号よりなる駆動信号Ｓ１（図５参照）に、当該駆動信号Ｓ１に比べて高周波の検出用の電圧信号よりなる検出用信号Ｓ２（図５参照）を重畳させるようにすれば、固定フレーム部１０に対する可動部２０の相対的な位置（機械振れ角）の変化に応じて、可動電極２２・固定電極１２間の静電容量に変化が生じ、検出用信号Ｓ２に微小な電圧変化が生じるから、可動電極２２に電気的に接続されているパッド１３ａと固定電極１２に電気的に接続されているパッド１３ｂとの間の検出用信号Ｓ２を監視することにより、可動部２０の機械振れ角を検知することが可能となる。ここで、検出用信号Ｓ２を監視するには、例えば、駆動信号Ｓ１よりも高周波の検出用信号Ｓ２を通過させるハイパスフィルタと、ハイパスフィルタの出力の振幅成分を取り出す検波回路と、検波回路の出力に基づいて機械振れ角を求めるためのプログラムが搭載されたマイクロコンピュータなどからなる信号処理部とを備えた制御装置を用いればよい。なお、駆動信号Ｓ１と検出用信号Ｓ２とに関しては、例えば、〔駆動信号Ｓ１の周波数〕：〔検出用信号Ｓ２の周波数〕を１：１００程度とすればよく、駆動信号Ｓ１の周波数を５０ｋＨｚ、検出用信号Ｓ２の周波数を５ＭＨｚとすればよい。また、検出用信号の振幅は、例えば、駆動信号Ｓ１の振幅の２０分の１程度に設定すればよい。ただし、駆動信号Ｓ１の周波数や振幅、検出用信号Ｓ２の周波数や振幅、駆動信号Ｓ１と検出用信号Ｓ２との周波数比や振幅比は特に限定するものではない。また、図５に示した駆動信号Ｓ１は、正弦波状としてあるが、これに限らず、矩形波状でもよい。また、制御装置の構成も特に限定するものではない。
【００５９】
本実施形態では、可動電極２２と固定電極１２とが、第１のシリコン層１００ａに形成され電気信号を生成する機能部を構成し、パッド１３ａ，１３ｂが、第１のシリコン層１００ａ上に形成され電気信号を取り出すためのパッドを構成している。
【００６０】
以上説明した本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、島状の導電部１１ａｃと第１のシリコン層１００ａにおける当該導電部１１ａｃの周辺部位とを絶縁分離するように第１のシリコン層１００ａに第１の分離部１０ａａが形成され、第２のシリコン層１００ｂのうち導電部１１ａｃおよび絶縁層１００ｃとともに寄生コンデンサを構成する部分の面積を低減するように第２のシリコン層１００ｂに第２の分離部１０ｂが形成されているので、第１のシリコン層１００ａの一部により構成されパッド１３ａが形成された導電部１１ａｃと第２のシリコン層１００ｂとの間の寄生容量を低減でき、パッド１３ａから取り出す電気信号のＳ／Ｎ比を向上させることが可能となる。
【００６１】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第２の分離部１０ｂが空隙なので、第２の分離部１０ｂが有機絶縁材料（例えば、ポリイミドなど）や無機絶縁材料（例えば、ＳｉＯ２など）により形成されている場合に比べて、第２のシリコン層１００ｂのうち第２の分離部１０ｂに囲まれた部分と第２の分離部１０ｂの外側の部分との間に形成される寄生容量を低減できる。
【００６２】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第２の分離部１０ｂが、第１の分離部１０ａａの第２のシリコン層１００ｂ側への投影領域に重なるように形成されているので、第２の分離部１０ｂが、第１の分離部１０ａａの投影領域に重ならずに、当該投影領域よりも外側に形成されている場合や、当該投影領域の内側に形成されている場合に比べて、寄生容量を低減することが可能となる。
【００６３】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、ミラー形成基板１における第２のシリコン層１００ｂの絶縁層側とは反対の表面側に接合された保護基板である第２のカバー基板３を備えているので、ミラー形成基板１に第２の分離部１０ｂを設けたことによる脆弱性を補償することが可能となる。言い換えれば、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、ミラー形成基板１を第２のカバー基板３により補強することができる。
【００６４】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第２のカバー基板３が、第２のガラス基板３００により構成されているので、デバイス本体であるミラー形成基板１と保護基板である第２のカバー基板３とを陽極接合により容易に接合することができる。
【００６５】
（実施形態２）
本実施形態では、ＭＥＭＳデバイスの一例として、実施形態１と同様、ＭＥＭＳ光スキャナを例示する。
【００６６】
以下、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナについて図６〜図８を参照しながら説明する。
【００６７】
本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの基本構成は実施形態１と略同じであって、可動部２０および第２のカバー基板３などの構造が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００６８】
本実施形態では、可動部２０が、外側フレーム部（固定フレーム部）１０に一対の捩りばね部３０，３０（以下、第１の捩りばね部３０，３０と称する）を介して揺動自在に支持された枠状（ここでは、矩形枠状）の可動フレーム部２３と、可動フレーム部２３の内側に配置されミラー面２１が設けられたミラー部２４と、可動フレーム部２３の内側でミラー部２４を挟む形で配置され可動フレーム部２３とミラー部２４とを連結し捩れ変形が可能な一対の捩りばね部２５，２５（以下、第２の捩りばね部２５，２５と称する）とを有している。
【００６９】
第２の捩りばね部２５，２５は、第１の捩りばね部３０，３０の並設方向（ｙ軸方向）とは直交する方向（ｘ軸方向）に並設されている。要するに、可動部２０は、一対の第２の捩りばね部２５，２５がｘ軸方向に並設されており、ミラー部２４が、可動フレーム部２３に対して一対の第２の捩りばね部２５，２５の回りで変位可能となっている（ｘ軸方向の軸回りで回動可能となっている）。つまり、一対の第２の捩りばね部２５，２５は、可動フレーム部２３に対してミラー部２４が揺動自在となるように可動フレーム部２３とミラー部２４とを連結している。言い換えれば、可動フレーム部２３の内側に配置されるミラー部２４は、ミラー部２４から相反する２方向へ連続一体に延長された２つの第２の捩りばね部２５，２５を介して可動フレーム部２３に揺動自在に支持されている。ここで、一対の第２の捩りばね部２５，２５は、両者のｘ軸方向に沿った中心線同士を結ぶ直線が、平面視でミラー部２４の重心を通るように形成されている。なお、各第２の捩りばね部２５は、厚み寸法（ｚ軸方向の寸法）を３０μｍ、幅寸法（ｙ軸方向の寸法）を、３０μｍに設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。また、ミラー部２４およびミラー面２１の平面視形状は、矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。また、可動フレーム部２３の内周形状も矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。
【００７０】
上述の説明から分かるように、ミラー部２４は、一対の第１の捩りばね部３０，３０の軸回りの回動と、一対の第２の捩りばね部２５，２５の軸回りの回動とが可能である。要するに、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナは、ミラー部２４のミラー面２１が、２次元的に回動可能に構成されている。ここで、可動部２０は、可動フレーム部２３における第１のカバー基板２側とは反対側に、可動フレーム部２３を支持する枠状の支持体２９が一体に設けられており、支持体２９が可動フレーム部２３と一体に回動可能となっている。
【００７１】
そこで、第２のカバー基板３は、第２のガラス基板３００におけるミラー形成基板１側の上記一表面に、可動部２０の変位空間を確保するための第２の凹部３０１を形成してある。
【００７２】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、外側フレーム部１０と第１のカバー基板２と第２のカバー基板３とで囲まれる気密空間を真空とすることで、低消費電力化を図りつつ可動部２０の機械振れ角を大きくすることが可能となるので、上記気密空間を真空とするとともに、第２の凹部３０１の内底面に、フィルム状のゲッタ４を配置してある。なお、ゲッタ４としては、非蒸発型ゲッタが好ましく、例えば、Ｚｒを主成分とする合金やＴｉを主成分とする合金などにより形成すればよい。
【００７３】
ここにおいて、第２のガラス基板３００の上記一表面に第２の凹部３０１を形成する場合は、例えば、サンドブラスト法などにより形成すればよい。また、第２のカバー基板３についても、第１のカバー基板２と同様、２枚のガラス板を接合して形成してもよく、ミラー形成基板１に近い側に配置するガラス板（以下、第３のガラス板と称する）において第２の凹部３０１に対応する部位に厚み方向に貫通する開孔部を形成するとともに、ミラー形成基板１から遠い側に配置するガラス板（以下、第４のガラス板と称する）を平板状としてもよい。第２のカバー基板３は、光を透過させる必要がないので、第２のガラス基板３００に限らず、ミラー形成基板１との接合が容易で且つ半導体基板（ＳＯＩ基板１００）の材料であるＳｉとの線膨張率差が小さな材料により形成された基板であればよく、例えば、シリコン基板を用いて形成してもよく、この場合の第２の凹部３０１は、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成すればよい。
【００７４】
なお、本実施形態では、第１のカバー基板２および第２のカバー基板３の厚さを０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の範囲で設定し、第１の凹部２０１および第２の凹部３０１の深さを３００μｍ〜８００μｍの範囲で設定してあるが、これらの数値は一例であり、可動部２０のｚ軸方向への変位量に応じて適宜設定すればよく（つまり、可動部２０の回動運動を妨げない深さであればよく）、特に限定するものではない。
【００７５】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナは、外側フレーム部１０に、３つのパッド１３が平面視において一直線上に並ぶように略等間隔で並設されており、第１のカバー基板２に、各パッド１３それぞれを各別に露出させる３つの貫通孔２０２が貫設されている。
【００７６】
また、ミラー形成基板１は、実施形態１と同様、可動部２０において一対の第１の捩りばね部３０，３０を結ぶ方向（一対の第１の捩りばね部３０，３０の並設方向）に直交する方向（つまり、ｘ軸方向）の両側に形成された櫛形状の可動電極２２（以下、第１の可動電極２２と称する）と、外側フレーム部１０に形成され第１の可動電極２２の複数の可動櫛歯片２２ｂに対向する複数の固定櫛歯片１２ｂを有する櫛形状の固定電極１２（以下、第１の固定電極１２と称する）とを備えている。さらに、ミラー形成基板１は、ミラー部２４において一対の第２の捩りばね部２５，２５を結ぶ方向（一対の第２の捩りばね部２５，２５の並設方向）に直交する方向（つまり、ｙ軸方向）の両側に形成された櫛形状の第２の可動電極２７と、可動フレーム部２３に形成され第２の可動電極２７の複数の可動櫛歯片２７ｂに対向する複数の固定櫛歯片２６ｂを有する櫛形状の第２の固定電極２６とを備えている。そして、ミラー形成基板１は、第１の可動電極２２と第１の固定電極１２との組、第２の可動電極２７と第２の固定電極２６との組、それぞれが静電力により可動部２０を駆動する静電駆動式の駆動手段を構成している。
【００７７】
上述の第２の固定電極２６は、平面視形状が櫛形状であり、櫛骨部２６ａが可動フレーム部２３の一部により構成されている。そして、第２の固定電極２６の櫛骨部２６ａにおけるミラー部２４との対向面（可動フレーム部２３におけるｘ軸方向に沿った内側面）には、多数の固定櫛歯片２６ｂが一対の第２の捩りばね部２５，２５の並設方向に沿って列設されている。一方、第２の可動電極２７はミラー部２４の一部により構成されており、第２の固定電極２６の櫛骨部２６ａ側の側面（ミラー部２４におけるｘ軸方向に沿った側面）には、固定櫛歯片２６ｂにそれぞれ対向する多数の可動櫛歯片２７ｂが上記並設方向に列設されている。ここで、櫛形状の第２の固定電極２６と櫛形状の第２の可動電極２７とは、櫛骨部２６ａ，２７ａが互いに対向し、第２の固定電極２６の各固定櫛歯片２６ｂが第２の可動電極２７の櫛溝に入り組んでおり、固定櫛歯片２６ｂと可動櫛歯片２７ｂとが、ｘ軸方向において互いに離間している。したがって、ミラー形成基板１は、第２の固定電極２６と第２の可動電極２２との間に電圧が印加されることにより、第２の固定電極２６と第２の可動電極２７との間に、互いに引き合う方向に作用する静電力が発生する。なお、ｘ軸方向における固定櫛歯片２６ｂと可動櫛歯片２７ｂとの間の隙間は、例えば、２μｍ〜５μｍ程度の範囲で適宜設定すればよい。
【００７８】
ミラー形成基板１は、外側フレーム部１０において第１のシリコン層１００ａにより形成された部位に複数（ここでは、３つ）のスリット１０ａを形成するとともに、可動部２０の可動フレーム部２３において第１のシリコン層１００ａにより形成された部位に複数（ここでは、４つ）のスリット２０ａを形成してある。これにより、ミラー形成基板１は、３つのパッド１３のうち図６（ａ）における真ん中のパッド１３（１３ｂ）が第１の固定電極１２と電気的に接続されて同電位となり、右側のパッド１３（１３ａ）が第１の可動電極２２および第２の可動電極２６と電気的に接続されて同電位となり、左側のパッド１３（１３ｃ）がミラー部２４の第２の可動電極２７と電気的に接続されて同電位となっている。
【００７９】
ここで、外側フレーム部１０の複数のスリット１０ａは、絶縁層１００ｃに達する深さで形成されている。本実施形態においても、実施形態１と同様、各スリット１０ａをトレンチとし、各スリット１０ａの平面視形状を外側フレーム部１０の外側面側に開放されない形状とすることで、外側フレーム部１０にスリット１０ａを形成した構造を採用しながらも、外側フレーム部１０と第１のカバー基板２との接合性が低下するのを防止し、外側フレーム部１０と各カバー基板２，３とで囲まれる空間の気密性を確保している。
【００８０】
また、可動部２０における可動フレーム部２３の各スリット２０ａは、トレンチとしてあり、ＳＯＩ基板１００の絶縁層１００ｃの一部と第２のシリコン層１００ｂの一部とで構成される上述の支持体２９における絶縁層１００ｃに達する深さに形成してある。要するに、本実施形態では、可動フレーム部２３に複数のスリット２０ａを形成した構成を採用しながらも支持体２９により可動フレーム部２３を支持しているので、可動フレーム部２３と支持体２９とが、一対の第１の捩りばね部３０，３０の軸回りで一体に回動可能となっている。ここにおいて、支持体２９は、可動フレーム部２３のうち各固定櫛歯片２６ｂおよび各可動櫛歯片２２ｂを除く部位を覆う枠状（矩形枠状）に形成されている（図８参照）。また、可動フレーム部２３の複数のスリット２０ａは、支持体２９を含めた可動部２０の重心が、平面視において一対の第１の捩りばね部３０，３０のｙ軸方向に沿った中心線を結ぶ直線の略真ん中に位置するように形状を設計してある。しかして、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、可動部２０が一対の第１の捩りばね部３０，３０の軸回りでスムーズに揺動し、反射光のスキャンが適正に行われる。なお、本実施形態では、支持体２９において第２のシリコン層１００ｂにより構成される部位の厚さを、外側フレーム部１０において第２のシリコン層１００ｂにより構成される部位と同じ厚さに設定してあるが、同じに限らず、厚くしてもよいし薄くしてもよい。
【００８１】
なお、ミラー形成基板１は、外側フレーム部１０と第１のカバー基板２とで囲まれた空間側において、第１のシリコン層１００ａの反射膜２１ａが形成されていない部位の表面に、シリコン酸化膜１１１ａ（図９（ｆ）参照）が形成されている。
【００８２】
以下、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの製造方法について図９を参照しながら説明するが、図９の（ａ）〜（ｆ）は図７のＡ−Ｂ断面に対応する部分の概略断面を示している。
【００８３】
まず、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側および上記他表面側それぞれに熱酸化法などによりシリコン酸化膜１１１ａ，１１１ｂを形成する酸化膜形成工程を行うことによって、図９（ａ）に示す構造を得る。
【００８４】
その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してＳＯＩ基板１００の上記一表面側のシリコン酸化膜（以下、第１のシリコン酸化膜と称する）１１１ａをパターニングする第１のシリコン酸化膜パターニング工程を行うことによって、図９（ｂ）に示す構造を得る。この第１のシリコン酸化膜パターニング工程では、第１のシリコン酸化膜１１１ａのうち、可動部２０において反射膜２１ａの形成予定領域以外の部分、第１の捩りばね部３０，３０などに対応する部位などが残るように、第１のシリコン酸化膜１１１ａをパターニングする。
【００８５】
第１のシリコン酸化膜パターニング工程の後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側に所定膜厚（例えば、５００ｎｍ）の金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜）をスパッタ法や蒸着法などにより成膜する金属膜形成工程を行い、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して金属膜をパターニングすることにより各パッド１３および反射膜２１ａを形成する金属膜パターニング工程を行うことによって、図９（ｃ）に示す構造を得る。なお、本実施形態では、各パッド１３と反射膜２１ａとの材料および膜厚を同じに設定してあるので、各パッド１３と反射膜２１ａとを同時に形成しているが、各パッド１３と反射膜２１ａとの材料や膜厚が相違する場合には、各パッド１３を形成するパッド形成工程と反射膜を形成する反射膜形成工程とを別々に設ければよい。
【００８６】
上述の各パッド１３および反射膜２１ａを形成した後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側で、第１のシリコン層１００ａのうち可動フレーム部２３、ミラー部２４、一対の第１の捩りばね部３０，３０、一対の第２の捩りばね部２５，２５、外側フレーム部１０、第１の固定電極１２、第２の可動電極２２、第２の固定電極２６、第２の可動電極２７に対応する部位を覆うようにパターニングされた第１のレジスト層１３０を形成する。その後、第１のレジスト層１３０をマスクとして、第１のシリコン層１００ａをパターニングする第１のシリコン層パターニング工程（表面側パターニング工程）を行うことによって、図９（ｄ）に示す構造を得る。この第１のシリコン層パターニング工程では、第１のシリコン層１００ａを絶縁層１００ｃに達する深さ（第１の所定深さ）までエッチングする。第１のシリコン層パターニング工程での第１のシリコン層１００ａのエッチングは、誘導結合プラズマ型のエッチング装置などのように、異方性の高いエッチングが可能なドライエッチング装置により行えばよい。また、第１のシリコン層パターニング工程では、絶縁層１００ｃをエッチングストッパ層として利用している。
【００８７】
上述の第１のシリコン層パターニング工程の後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側の第１のレジスト層１３０を除去する。その後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側の全面に第２のレジスト層１３１を形成する。続いて、ＳＯＩ基板１００の他表面側で、第２のシリコン層１００ｂのうち外側フレーム部１０、支持体２９に対応する部位以外を露出させるようにパターニングされた第２のレジスト層１３２を形成する。その後、第３のレジスト層１３２をマスクとして、第２のシリコン層１００ｂをパターニングする第２のシリコン層パターニング工程を行うことによって、図９（ｅ）に示す構造を得る。この第２のシリコン層パターニング工程では、第２のシリコン層１００ｂを絶縁層１００ｃに達する深さ（第２の所定深さ）までエッチングする。第２のシリコン層パターニング工程での第２のシリコン層１００ｂのエッチングは、誘導結合プラズマ型のエッチング装置などのように、異方性が高く垂直深堀が可能なドライエッチング装置により行えばよい。また、第２のシリコン層パターニング工程では、絶縁層１００ｃをエッチングストッパ層として利用している。
【００８８】
上述の第２のシリコン層パターニング工程の後、ＳＯＩ基板１００の絶縁層１００ｃの不要部分をＳＯＩ基板１００の上記他表面側からエッチングする絶縁層パターニング工程を行うことでミラー形成基板１を形成する。続いて、第２のレジスト層１３１および第３のレジスト層１３２を除去する。その後、ミラー形成基板１と、第１のカバー基板２および第２のカバー基板３とを陽極接合などにより接合する接合工程を行うことによって、図９（ｆ）に示す構造のＭＥＭＳ光スキャナを得る。
【００８９】
上述の接合工程では、ミラー形成基板１のミラー面２１を保護する観点から、第１のカバー基板２とミラー形成基板１とを接合する第１の接合過程を行ってから、ミラー形成基板１と第２のカバー基板３とを接合する第２の接合過程を行うことが好ましい。ここで、第１の接合過程では、先ず、第１のガラス基板２００に第１の凹部２０１や各貫通孔２０２などを形成した第１のカバー基板２とミラー形成基板１とを重ねた積層体を、所定真空度（例えば、１０Ｐａ以下）の真空中で所定の接合温度（例えば、３００℃〜４００℃程度）に加熱した状態で、第１のシリコン層１００ａと第１のカバー基板２との間に第１のカバー基板２側を低電位側として所定電圧（例えば、４００Ｖ〜８００Ｖ程度）を印加し、この状態を所定の接合時間（例えば、２０分〜６０分程度）だけ保持すればよい。また、第２の接合過程では、上述の第１の接合過程に準じて、第２のシリコン層１００ｂと第２のカバー基板３との陽極接合を行う。なお、ミラー形成基板１と各カバー基板２，３を接合する接合方法は、陽極接合に限らず、例えば、常温接合法などでもよい。また、第１のシリコン層パターニング工程の後に、ＳＯＩ基板１００と第１のカバー基板２とを接合し、その後、第２のシリコン層パターニング工程、絶縁層パターニング工程を行うことでミラー形成基板１を形成し、その後、ミラー形成基板１と第２のカバー基板３とを接合するようにしてもよい。
【００９０】
以下、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの動作について説明する。
【００９１】
本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、例えば、第１の可動電極２２および第２の固定電極２６が電気的に接続されたパッド１３ａの電位を基準電位として、第１の固定電極１２および第２の可動電極２７それぞれの電位を周期的に変化させることにより、可動部２０を一対の第１の捩りばね部３０，３０の軸回りで回動させることができるとともに、ミラー部２４を一対の第２の捩りばね部２５，２５の軸回りで回動させることができる。
【００９２】
要するに、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、対向する第１の固定電極１２と可動電極２２との間に、可動部２０を駆動するためのパルス電圧を一対のパッド１３ｂ，１３ａを介して印加することにより、第１の固定電極１２・第１の可動電極２２間に静電力が発生し、可動部２０がｙ軸方向の軸回りで回動する。また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、対向する第２の固定電極２６と第２の可動電極２７との間に、ミラー部２４を駆動するためのパルス電圧を一対のパッド１３ａ，１３ｃを介して印加することにより、第２の固定電極２６・第２の可動電極２７間に静電力が発生し、ミラー部２４がｘ軸方向の軸回りで回動する。しかして、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第１の固定電極１２・第１の可動電極２２間に所定の第１の駆動周波数のパルス電圧を印加することにより、周期的に静電力を発生させることができ、可動部２０全体を揺動させることができ、さらに、第２の固定電極２６・第２の可動電極２７間に所定の第２の駆動周波数のパルス電圧を印加することにより、周期的に静電力を発生させることができ、可動部２０のミラー部２４を揺動させることができる。
【００９３】
本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第１の固定電極１２・第１の可動電極２２間に、可動部２０と一対の第１の捩りばね部３０，３０とにより構成される振動系の共振周波数の略２倍の周波数のパルス電圧を印加することにより、可動部２０が共振現象を伴って駆動され、機械振れ角（ｘｙ平面に平行な水平面を基準としたときの傾き）が大きくなる。また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第２の固定電極２６・第２の可動電極２７間に、ミラー部２４と一対の第２の捩りばね部２５，２５とにより構成される振動系の共振周波数の略２倍の周波数のパルス電圧を印加することにより、ミラー部２４が共振現象を伴って駆動され、機械振れ角（可動フレーム部２３における第１のカバー基板２側の表面に平行な面を基準としたときの傾き）が大きくなる。
【００９４】
ところで、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナを用いるシステムにおいては、ＭＥＭＳ光スキャナを駆動する第１の駆動回路から第１の可動電極２２・第１の固定電極１２間に印加する駆動用の電圧信号よりなる第１の駆動信号に、当該第１の駆動信号に比べて高周波の検出用の電圧信号よりなる第１の検出用信号を重畳させるようにすれば、固定フレーム部１０に対する可動フレーム部２３の相対的な位置（機械振れ角）の変化に応じて、第１の可動電極２２・第１の固定電極１２間の静電容量に変化が生じ、第１の検出用信号に微小な電圧変化が生じるから、第１の可動電極２２に電気的に接続されているパッド１３ａと第１の固定電極１２に電気的に接続されているパッド１３ｂとの間の第１の検出用信号を監視することにより、固定フレーム部１０に対する可動フレーム部２３の機械振れ角を検知することが可能となる。同様に、ＭＥＭＳ光スキャナを駆動する第２の駆動回路から第２の可動電極２７・第２の固定電極２６間に印加する駆動用の電圧信号よりなる第２の駆動信号に、当該第２の駆動信号に比べて高周波の検出用の電圧信号よりなる第２の検出用信号を重畳させるようにすれば、可動フレーム部２３に対するミラー部２４の相対的な位置（機械振れ角）の変化に応じて、第２の可動電極２７・第２の固定電極２６間の静電容量に変化が生じ、第２の検出用信号に微小な電圧変化が生じるから、第２の可動電極２７に電気的に接続されているパッド１３ｃと第２の固定電極２６に電気的に接続されているパッド１３ａとの間の第１の検出用信号を監視することにより、固定フレーム部１０に対する可動フレーム部２３の機械振れ角を検知することが可能となる。
【００９５】
要するに、本実施形態では、第１の可動電極２２と第１の固定電極１２との組、第２の可動電極２７と第２の固定電極２６との組が、第１のシリコン層１００ａに形成され電気信号を生成する機能部を構成し、パッド１３ａ，１３ｃが、第１のシリコン層１００ａ上に形成され電気信号を取り出すためのパッドを構成している。
【００９６】
ここにおいて、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第１のシリコン層１００ａのうちパッド１３ａが形成された島状（ここでは、平面視矩形状）の導電部１１ａｄと、パッド１３ｃが形成された島状の導電部１１ａｃとを備えている。そして、スリット１０ａのうち、島状の導電部１１ａｃ，１１ａｄを囲んでいる部位が、島状の導電部１１ａｃ，１１ａｄと第１のシリコン層１００ａにおける当該導電部１１ａｃ，１１ａｄの周辺部位とを絶縁分離するように第１のシリコン層１００ａにおける絶縁層１００ｃ側とは反対の表面から絶縁層１００ｃに達する第１の分離部１０ａａ，１０ａａを構成している。したがって、第１の分離部１０ａａ，１０ａａは、空隙となっている。
【００９７】
また、ミラー形成基板１は、パッド１３ａ，１３ｃそれぞれの下方に、第２のシリコン層１００ｂにおける絶縁層１００ｃ側とは反対の表面から絶縁層１００ｃに達する第２の分離部１０ｂ，１０ｂが形成されている。この第２の分離部１０ｂ，１０ｂは、第２のシリコン層１００ｂのうち島状の導電部１１ａｃ，１１ａｄおよび絶縁層１００ｃとともに寄生コンデンサを構成する部分の面積を低減するように形成されている。図６に示した例では、第２の分離部１０ｂ，１０ｂは、第１の分離部１０ａａ，１０ａａの第２のシリコン層１００ｂ側への投影領域に重なるように形成されている。ここにおいて、第１のシリコン層１００ａ側では、第１の分離部１０ａａ，１０ａａが開ループ状に形成されているのに対して、第２の分離部１０ｂ，１０ｂは、閉ループ状に形成されている。また、第２の分離部１０ｂ，１０ｂは、空隙となっている。
【００９８】
以上説明した本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、島状の導電部１１ａｃ，１１ａｄと第１のシリコン層１００ａにおける当該導電部１１ａｃ，１１ａｄの周辺部位とを絶縁分離するように第１のシリコン層１００ａに第１の分離部１０ａａ，１０ａａが形成され、第２のシリコン層１００ｂのうち導電部１１ａｃ，１１ａｄおよび絶縁層１００ｃとともに寄生コンデンサを構成する部分の面積を低減するように第２のシリコン層１００ｂに第２の分離部１０ｂ，１０ｂが形成されているので、第１のシリコン層１００ａの一部により構成されパッド１３ｃ，１３ａが形成された導電部１１ａｃ，１１ａｄと第２のシリコン層１００ｂとの間の寄生容量を低減でき、パッド１３ｃ，１３ａから取り出す電気信号のＳ／Ｎ比を向上させることが可能となる。
【００９９】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第２の分離部１０ｂ，１０ｂが空隙なので、第２の分離部１０ｂが有機絶縁材料（例えば、ポリイミドなど）や無機絶縁材料（例えば、ＳｉＯ２など）により形成されている場合に比べて、第２のシリコン層１００ｂのうち第２の分離部１０ｂに囲まれた部分と第２の分離部１０ｂの外側の部分との間に形成される寄生容量を低減できる。
【０１００】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第２の分離部１０ｂ，１０ｂが、第１の分離部１０ａａ，１０ａａの第２のシリコン層１００ｂ側への投影領域に重なるように形成されているので、第２の分離部１０ｂ，１０ｂが、第１の分離部１０ａａ，１０ａａの投影領域に重ならずに、当該投影領域よりも外側に形成されている場合や、当該投影領域の内側に形成されている場合に比べて、寄生容量を低減することが可能となる。
【０１０１】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、ミラー形成基板１における第２のシリコン層１００ｂの絶縁層側とは反対の表面側に接合された保護基板である第２のカバー基板３を備えているので、ミラー形成基板１に第２の分離部１０ｂを設けたことによる脆弱性を補償することが可能となる。言い換えれば、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、ミラー形成基板１を第２のカバー基板３により補強することができる。
【０１０２】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第２のカバー基板３が、第２のガラス基板３００により構成されているので、デバイス本体であるミラー形成基板１と保護基板である第２のカバー基板３とを陽極接合により容易に接合することができる。
【０１０３】
ところで、上述のＭＥＭＳ光スキャナでは、第２の分離部１０ｂ、１０ｂを空隙としてあるが、図１０に示すように、第２の分離部１０ｂ，１０ｂをガラスにより形成してもよく、この場合には、ミラー形成基板１の機械的強度を高めることが可能となる。
【０１０４】
上記各実施形態では、ＭＥＭＳデバイスの一例としてＭＥＭＳ光スキャナについて例示したが、ＭＥＭＳデバイスは、ＭＥＭＳ光スキャナに限らず、例えば、加速度センサやジャイロセンサ、振動エネルギを電気エネルギに変換する振動式の発電デバイス、圧電層の厚み方向の縦振動モードを利用する共振子を備えたＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave）共振装置、赤外線センサなどでもよい。
【符号の説明】
【０１０５】
１ ミラー形成基板（デバイス本体）
３ 第２のカバー基板（保護基板）
１０ａａ 第１の分離部
１０ｂ 第２の分離部
１１ａｃ 導電部
１１ａｄ 導電部
１３（１３ａ） パッド
１３（１３ｂ） パッド
１３（１３ｃ） パッド
２２ 可動電極（機能部）
１００ ＳＯＩ基板
１００ａ 第１のシリコン層
１００ｂ 第２のシリコン層
１００ｃ 絶縁層
３００ 第２のガラス基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のシリコン層と第２のシリコン層との間に絶縁層が介在するＳＯＩ基板を用いて形成されたデバイス本体を備え、前記デバイス本体は、前記第１のシリコン層に形成され電気信号を生成する機能部と、前記第１のシリコン層上に形成され前記電気信号を取り出すためのパッドと、前記第１のシリコン層において前記パッドが形成された島状の導電部とを有し、前記導電部と前記第１のシリコン層における前記導電部の周辺部位とを絶縁分離するように前記第１のシリコン層における前記絶縁層側とは反対の表面から前記絶縁層に達する第１の分離部が形成され、前記第２のシリコン層のうち前記導電部および前記絶縁層とともに寄生コンデンサを構成する部分の面積を低減するように前記第２のシリコン層における前記絶縁層側とは反対の表面から前記絶縁層に達する第２の分離部が形成されてなることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
前記第２の分離部が空隙であることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
前記第２の分離部は、前記第１の分離部の前記第２のシリコン層側への投影領域に重なるように形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
前記デバイス本体における前記第２のシリコン層の前記表面側に接合された保護基板を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項５】
前記保護基板は、ガラス基板であることを特徴とする請求項４記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１】
第１のシリコン層と第２のシリコン層との間に絶縁層が介在するＳＯＩ基板を用いて形成されたデバイス本体を備え、前記デバイス本体は、前記第１のシリコン層に形成され電気信号を生成する機能部と、前記第１のシリコン層上に形成され前記電気信号を取り出すためのパッドと、前記第１のシリコン層において前記パッドが形成された島状の導電部とを有し、前記導電部と前記第１のシリコン層における前記導電部の周辺部位とを絶縁分離するように前記第１のシリコン層における前記絶縁層側とは反対の表面から前記絶縁層に達する第１の分離部が形成され、前記第２のシリコン層のうち前記導電部および前記絶縁層とともに寄生コンデンサを構成する部分の面積を低減するように前記第２のシリコン層における前記絶縁層側とは反対の表面から前記絶縁層に達する第２の分離部が形成されてなることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
前記第２の分離部が空隙であることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
前記第２の分離部は、前記第１の分離部の前記第２のシリコン層側への投影領域に重なるように形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
前記デバイス本体における前記第２のシリコン層の前記表面側に接合された保護基板を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項５】
前記保護基板は、ガラス基板であることを特徴とする請求項４記載のＭＥＭＳデバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２４８９７（Ｐ２０１２−２４８９７Ａ）
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６７５２７（Ｐ２０１０−１６７５２７）
【出願日】平成２２年７月２６日（２０１０．７．２６）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２６日（２０１０．７．２６）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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