(57)【要約】【課題】可動板の不所望な変位が抑制された長期信頼性の高い光偏向器を提供することである。【解決手段】光偏向器１００は、反射膜１１０を備えた可動板１０１と、可動板１０１を軸１１１の周りに傾斜可能に支持している一対のトーションバー１０２と、トーションバー１０２を支持するための一対の固定部１０４と、トーションバー１０２と固定部１０４の間にそれぞれ介在する一対の連結部１０３を備えている。各連結部１０３は、トーションバー１０２と固定部１０４の間に延びている連結部本体１０３ａと、トーションバー１０２の両側に配置された一対の張力付与部１０３ｂを備えている。張力付与部１０３ｂは、トーションバー１０２に引っ張り応力を生じさせる張力付与構造を構成している。【選択図】図１
2014035429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動板と、
前記可動板を傾斜可能に支持している一対のトーションバーと、
前記トーションバーを支持するための固定部と、
前記トーションバーと前記固定部の間に介在する少なくとも一つの連結部を備えており、
前記連結部の少なくとも一つは、前記トーションバーに引っ張り応力を生じさせる張力付与構造を備えている、光偏向器。
【請求項２】
前記可動板と前記トーションバーと前記連結部は、前記固定部によって両持ち支持された梁構造をしており、
前記連結部は、連結部本体と前記張力付与構造から構成されており、前記張力付与構造は、少なくとも一つの張力付与部を備えており、前記張力付与部は、その周辺の連結部本体の部分を前記トーションバーの軸方向に押圧する、請求項１に記載の光偏向器。
【請求項３】
前記連結部と前記固定部の接続部は、前記連結部が接続されているトーションバーの両側に位置し、前記トーションバーの軸方向に関して、前記連結部が接続されているトーションバーと前記可動板の接続部と、前記連結部が接続されているトーションバーと前記連結部の接続部の間に位置しており、
前記張力付与構造は、前記連結部が接続されているトーションバーの両側に配置された一対の張力付与部を備えており、各張力付与部は、その周辺の連結部本体の部分を前記トーションバーの軸方向に押圧する、請求項２に記載の光偏向器。
【請求項４】
各張力付与部は、前記連結部を厚さ方向に貫通して延び、前記トーションバーに面する端面に露出しており、前記張力付与部の線膨張係数は前記連結部本体の線膨張係数よりも小さい、請求項３に記載の光偏向器。
【請求項５】
前記可動板と前記トーションバーと前記連結部本体は単結晶シリコン材料から構成され、前記張力付与部はシリコン熱酸化膜で構成されている、請求項４に記載の光偏向器。
【請求項６】
各張力付与部は、前記トーションバーの軸方向に延びている少なくとも一つの部分と、前記トーションバーの軸方向に垂直な方向に延びている少なくとも一つの部分を有している、請求項４に記載の光偏向器。
【請求項７】
各張力付与部は、前記トーションバーの軸方向に関して互いに離間して配置された複数の要素を有している、請求項４に記載の光偏向器。
【請求項８】
各張力付与部は、前記トーションバーの軸方向に垂直な方向に関して空間を介して配置された複数の要素を有している、請求項４に記載の光偏向器。
【請求項９】
前記トーションバーと前記固定部の間にそれぞれ介在する一対の連結部を備えており、一方の連結部が、前記トーションバーに引っ張り応力を付与する張力付与構造を備えている、請求項１ないし請求項８のいずれかひとつに記載の光偏向器。
【請求項１０】
前記トーションバーと前記固定部の間にそれぞれ介在する一対の連結部を備えており、各連結部が、前記トーションバーに引っ張り応力を付与する張力付与構造を備えている、請求項１ないし８のいずれかひとつに記載の光偏向器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光偏向器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信におけるスイッチング素子や光学機器内で光ビームを走査する光スキャナ等に光偏向器が利用されている。光偏向器は、例えば、トーションバーを軸として傾斜可能な可動板を有しており、可動板の傾斜角度を変えることにより、例えば可動板によって反射される光ビームを偏向する。最近では、光偏向器には、ＭＥＭＳ技術を利用したマイクロミラーデバイスが利用されている。
【０００３】
特許文献１は、トーションバーを軸とする可動板の傾斜以外の不所望な変位を抑える手法として、トーションバーに引っ張り応力を生じさせる技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３２１６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１は、可動板の不所望な変位を抑えるには有効であるが、長期信頼性に難がある。
【０００６】
特許文献１は、薄膜の応力によりトーションバーに張力を生じさせることを開示しているが、多結晶膜によってトーションバーを形成すると、結晶粒界に沿った破損や、疲労が生じやすい。このため、トーションバーは、機械的強度の点で信頼性の高い単結晶シリコン等の材料で形成することが望ましい。
【０００７】
また、成膜条件等である程度の抑制は可能であるが、実際には膜応力に経時的変動が生じる場合が多い。膜応力の変動はトーションバーの機械特性を変化させるため、特に精密な角度制御が必要となる応用では特性変動の影響が無視出来なくなる場合がある。これは、単結晶シリコン製のトーションバーに多結晶膜を成膜して張力を持たせた場合においても同様である。
【０００８】
特許文献１はまた、シリコンの熱変形で応力を生じさせる例も開示しているが、製造時の制御が難しく実用的には安定した特性を得ることが困難である。
【０００９】
本発明は、このような実状を考慮して成されたものであり、その目的は、可動板の不所望な変位が抑制された長期信頼性の高い光偏向器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による光偏向器は、可動板と、前記可動板を傾斜可能に支持している一対のトーションバーと、前記トーションバーを支持するための固定部と、前記トーションバーと前記固定部の間に介在する少なくとも一つの連結部を備えている。前記連結部の少なくとも一つは、前記トーションバーに引っ張り応力を生じさせる張力付与構造を備えている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、可動板の不所望な変位が抑制された長期信頼性の高い光偏向器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の光偏向器の上面図である。
【図２】図１中に示すＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【図３】図１と図２に示した光偏向器の要部の斜視図である。
【図４Ａ】図１〜図３に示した光偏向器を製造するために用意するウェハを示している。
【図４Ｂ】図４Ａに示したウェハに固定櫛歯を形成したウェハを示している。
【図５Ａ】図１〜図３に示した光偏向器を製造するために用意する別のウェハを示している。
【図５Ｂ】図５Ａに示したウェハに溝を形成したウェハを示している。
【図５Ｃ】図５Ａに示したウェハに張力付与部を形成したウェハを示している。
【図６Ａ】図４Ｂに示したウェハと図５Ｃに示したウェハを接合した構造体を示している。
【図６Ｂ】図６Ａに示した構造体に反射膜を形成した構造体を示している。
【図６Ｃ】図６Ｂに示した構造体にフォトレジストのマスクを形成した構造体を示している。
【図６Ｄ】図６Ｃに示した構造体に可動板とトーションバーと連結部と固定部を形成した完成品の光偏向器を示している。
【図７】従来の一般的な光偏向器において可動板の面内回転発生時のトーションバーに加わる力を示した概略図である。
【図８】実施形態の光偏向器において可動板の面内回転時のトーションバーに加わる力を示した概略図である。
【図９】実施形態の変形例１によるトーションバーと連結部と固定部を示している。
【図１０】実施形態の変形例２によるトーションバーと連結部と固定部を示している。
【図１１】実施形態の変形例３によるトーションバーと連結部と固定部を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら実施形態の光偏向器について説明する。図１は、実施形態の光偏向器の上面図であり、図２は、図１中に示すＡ−Ａ’線に沿った断面図である。図３は、図１と図２に示した光偏向器の要部の斜視図であり、より詳しくは、図１中に示された領域Ｂの内側の構造体の斜視図である。
【００１４】
図１に示すように、光偏向器１００は、反射膜１１０を備えた可動板１０１と、可動板１０１を軸１１１の周りに傾斜可能に支持している一対のトーションバー１０２と、トーションバー１０２を支持するための一対の固定部１０４と、トーションバー１０２と固定部１０４の間にそれぞれ介在する一対の連結部１０３を備えている。トーションバー１０２は、可動板１０１から軸１１１に沿って両側に延びており、連結部１０３に接続されている。軸１１１は、トーションバー１０２の内部を通って延びており、例えばトーションバー１０２の中心軸に一致している。
【００１５】
可動板１０１とトーションバー１０２と連結部１０３と固定部１０４はミラー層２０１で構成されており、固定部１０４は固定層２０２と絶縁層２０３を介して支持層２０４に強固に固定されている。したがって、可動板１０１とトーションバー１０２と連結部１０３は、固定部１０４によって両持ち支持された梁構造となっている。
【００１６】
図２に示すように、本実施形態の光偏向器１００は、構造的には、ミラー層２０１と固定層２０２と絶縁層２０３と支持層２０４の４層の積層構造体で構成されている。ミラー層２０１と固定層２０２と支持層２０４は、Ｐ，Ａｓ，Ｂ等の不純物を含み導電性を持つシリコン材料から構成されている。また絶縁層２０３は、シリコン酸化膜などの絶縁性材料から構成されている。
【００１７】
図１に示すように、片側のトーションバー１０２と連結部１０３と固定部１０４に関して、連結部１０３と固定部１０４の接続部は、トーションバー１０２の両側に位置しており、トーションバー１０２の軸方向すなわち軸１１１に平行な方向に関して、可動板１０１とトーションバー１０２の接続部と、トーションバー１０２と連結部１０３の接続部の間に位置している。
【００１８】
各連結部１０３は、トーションバー１０２と固定部１０４の間に延びている連結部本体１０３ａと、トーションバー１０２の両側に配置された一対の張力付与部１０３ｂを備えている。張力付与部１０３ｂは、トーションバー１０２に引っ張り応力を生じさせる張力付与構造を構成している。各張力付与部１０３ｂは、動作環境の温度域において、その周辺の連結部本体１０３ａの部分をトーションバー１０２の軸方向に押圧している。
【００１９】
各張力付与部１０３ｂは、連結部１０３を厚さ方向に貫通して延び、トーションバー１０２に面する端面に露出している。張力付与部１０３ｂは、軸１１３に平行な方向に長い構造となっている。張力付与部１０３ｂの線膨張係数は連結部本体１０３ａの線膨張係数よりも小さい。これに限定されないが、一例では、可動板１０１とトーションバー１０２と固定部１０４と連結部本体１０３ａは単結晶シリコン材料から構成されており、張力付与部１０３ｂはシリコン熱酸化膜で構成されている。
【００２０】
ここで、厚さ方向は、光偏向器１００を構成している積層構造体の積層方向を意味している。また軸１１３は、軸１１１に垂直かつ積層方向に垂直な仮想的な直線を意味している。
【００２１】
可動板１０１は、複数の可動櫛歯１０６，１０７を有している。複数の可動櫛歯１０６，１０７は、可動板１０１の両側から外側に、軸１１３に平行な方向に延在している。可動櫛歯１０６，１０７は、軸１１１に平行な方向に間隔を置いて配置されている。光偏向器１００はまた、複数の固定櫛歯１０８，１０９を有している。固定櫛歯１０８，１０９は、軸１１３に平行な方向に延在している。固定櫛歯１０８，１０９は、軸１１１に平行な方向に間隔を置いて配置されている。可動櫛歯１０６，１０７は、軸１１１と軸１１３が張る平面への投影において、それぞれ、固定櫛歯１０８，１０９の間にすき間を置いて配置されている。
【００２２】
図２と図３に示すように、可動板１０１が傾斜していない状態において、可動櫛歯１０６は、厚さ方向に関して、固定櫛歯１０８とは異なる位置にある。また図２に示すように、可動櫛歯１０６はミラー層２０１で構成されている。可動櫛歯１０７についても同様である。固定櫛歯１０８は、固定層２０２で構成され、絶縁層２０３を介して支持層２０４に強固に固定されている。固定櫛歯１０８を構成している固定層２０２の部分は、固定部１０４と接合されている固定層２０２の部分から電気的に独立している。固定櫛歯１０９についても同様である。
【００２３】
ここで、光偏向器１００の製造プロセスの一例について図４Ａ〜４Ｂ，５Ａ〜５Ｃ，６Ａ〜６Ｄを参照しながら説明する。
【００２４】
図４Ａに示すように、固定層２０２と絶縁層２０３と支持層２０４を有するＳＯＩウェハを用意する。図４Ｂに示すように、このＳＯＩウェハの固定層２０２上に固定部１０４と固定櫛歯１０８，１０９に対応した形状のマスクを形成し、このマスクを介してＤｅｅｐ ＲＩＥおよびＨＦによるウェットエッチングなどをおこなって固定層２０２と絶縁層２０３を選択的に除去して固定櫛歯１０８，１０９と固定部１０４の対応部分１０４ａを形成する。
【００２５】
また、図５Ａに示すように、ミラー層２０１と絶縁層２０５と支持層２０６を有するＳＯＩウェハを用意する。図５Ｂに示すように、このＳＯＩウェハのミラー層２０１上に、ＣＶＤを利用して窒化シリコン膜２０７を成膜し、この窒化シリコン膜２０７を張力付与部１０３ｂに対応した形状にパターニングした後、ＲＩＥなどを利用して窒化シリコン膜２０７とミラー層２０１を貫通する溝２０８を形成する。次に、約１０００℃の炉の中でウェット熱酸化をおこない、溝２０８が完全に埋まるまで酸化した後、窒化シリコン膜２０７を除去する。その結果、図５Ｃに示すように、張力付与部１０３ｂが形成される。ミラー層２０１はシリコンで構成されており、張力付与部１０３ｂは熱酸化膜で構成されている。熱酸化膜の線膨張係数はシリコンの線膨張係数の１／１０程度である。このため、酸化後に温度が常温に下がったとき、シリコンの方が熱酸化膜よりも縮みが大きい。このため、常温では熱酸化膜には圧縮応力が生じている状態となる。
【００２６】
図６Ａに示すように、各ウェハの固定層２０２とミラー層２０１を直接接合により接合する。次に、図６Ｂに示すように、支持層２０６と絶縁層２０５を除去し、金属膜を成膜し、パターニングし、エッチングして反射膜１１０を形成する。続けて、図６Ｃに示すように、ミラー層２０１上にフォトレジスト層２０９を形成し、可動板１０１と可動櫛歯１０６，１０７とトーションバー１０２と連結部１０３と固定部１０４に対応した形状にフォトレジスト層２０９をパターニングする。さらに、図６Ｄに示すように、フォトレジスト層２０９をマスクとしてＩＣＰ−ＲＩＥによりミラー層２０１をエッチングした後、フォトレジスト層２０９を除去して光偏向器１００が完成する。
【００２７】
フォトレジスト層２０９をマスクとしてミラー層２０１をエッチングすることによって、ミラー層２０１の不要部分が選択的に除去され、トーションバー１０２に面する端面に各張力付与部１０３ｂが露出する。その結果、熱酸化膜製の張力付与部１０３ｂに生じている圧縮応力の一部が解放されて、張力付与部１０３ｂがその周辺の連結部本体１０３ａの部分をトーションバー１０２の軸方向に押圧している状態になる。これにより、連結部本体１０３ａは、トーションバー１０２と連結部１０３の接続部を軸１１１に沿って可動板１０１から遠ざけるように変形し、トーションバー１０２に引っ張り応力が生じている状態となる。
【００２８】
＜基本動作＞
以下に光偏向器１００の駆動方法を示す。固定部１０４を例えばグラウンド電位に接続する。これにより、可動櫛歯１０６，１０７を含むミラー層２０１全体と、固定櫛歯１０８，１０９を除いた固定層２０２の部分がグランド電位となる。また、周辺電位を安定させるために支持層２０４も同じくグラウンド電位に接続することが望ましい。一方、固定櫛歯１０８，１０９にはそれぞれ任意の電位Ｖ１，Ｖ２を与える。これにより、可動櫛歯１０６と固定櫛歯１０８の間と、可動櫛歯１０７と固定櫛歯１０９の間に、それぞれ静電引力が生じる。電極間のアライメントが理想的に調整されていて、電極間の静電ギャップが同一であれば、個々の櫛歯に働く力は、軸１１１と軸１１３が張る平面に垂直な方向になり、結果として軸１１１を中心として可動板１０１を傾斜させることが出来る。電位Ｖ１，Ｖ２の相対的な大きさを調整することにより、軸１１１を中心として可動板１０１を時計回りと反時計回りの両方に傾斜させることが可能であり、また可動板１０１の傾斜角度を所定の範囲内で任意の角度に制御することが可能である。そのため、可動板１０１の反射膜１１０によって反射される光ビームを一次元的に任意の方向に偏向することが可能である。
【００２９】
＜基本動作の課題＞
静電アクチュエータを利用した光偏向器において、大振れ角化または低電力化を達成するためには、トーションバーのねじりばね定数を小さくしたり、静電引力によるトルクを大きくしたりすることが必要となる。トーションバーのねじりばね定数を小さくするには、トーションバーの長さを大きくするか、幅や高さを小さくすればよい。静電引力によるトルクを大きくするためには、櫛歯型静電アクチュエータを利用した光偏向器では、櫛歯間の静電ギャップを小さくしたり、櫛歯数を増やしたり櫛歯長を大きくして対向面積を大きくしたりして静電容量を大きくしたり、櫛歯を傾斜の中心となる軸から遠い位置に配置したりすることが必要となる。
【００３０】
以下では、説明を簡潔にするとともに理解を容易にするために、本実施形態と相違する一般的な光偏向器についても、適宜、本実施形態の用語（例えば軸１１１，１１３）と参照符号を流用して説明する。
【００３１】
光偏向器において、可動板１０１に生じる変位は、軸１１１の周りの傾斜だけであることが理想であるが、実際にはそれ以外の変位も生じ得る。そのような変位のひとつは、軸１１５の周りの可動板１０１の回転である。ここで、軸１１５は、軸１１１と軸１１３の両方に垂直かつ可動板１０１の中心を通る仮想的な直線を意味している。また、以下では、軸１１５の周りの可動板１０１の回転を、可動板１０１の面内回転と呼ぶ。
【００３２】
このような可動板１０１の面内回転は、例えば、光偏向器１００に振動や衝撃が加わることによって生じ得る。また、櫛歯型静電アクチュエータを利用した光偏向器では、可動櫛歯１０６，１０７と固定櫛歯１０８，１０９の若干の製造誤差によるアンバランスによっても生じ得る。
【００３３】
可動板１０１の面内回転の発生は、櫛歯型静電アクチュエータを利用した光偏向器にとっては重要な問題である。駆動電圧の印加時に可動板１０１の面内回転がある角度を超えると、可動櫛歯１０６，１０７と固定櫛歯１０８，１０９が引き付けられて接触する。可動櫛歯１０６，１０７と固定櫛歯１０８，１０９が接触すると、接触部に大電流が流れて可動櫛歯１０６，１０７と固定櫛歯１０８，１０９が融着して復帰不能な状態となってしまう。このような接触は、大振れ角化や低電力化を目指した設計にするほど助長される。このため、多くの場合、最大振れ角や必要駆動電力は、櫛歯の接触に対する安全性によって規定され制限される。
【００３４】
なお、トーションバー１０２のねじり剛性を保ちつつこの接触を抑制するには、トーションバー１０２の幅を大きく、厚さを薄くして、軸１１５の周りの剛性を高めることがある程度有効である。しかし、その場合、トーションバー１０２の厚さ方向の剛性が小さくなるため、振動等による厚さ方向の可動板１０１の変位が起こりやすくなる。可動板１０１が厚さ方向に変位すると、可動櫛歯１０６，１０７と固定櫛歯１０８，１０９の位置関係が変化し、可動板１０１の傾斜角度の変動となって現れるため、精密な角度制御が必要な用途への適用が難しくなる。トーションバー１０２のねじり剛性に対して他の方向の剛性はいずれも高く保っておく必要がある。
【００３５】
＜基本動作の課題に対する効果＞
本実施形態の光偏向器１００では、トーションバー１０２と連結部１０３と固定部１０４は単結晶シリコンから一体に形成されている。張力付与部１０３ｂは、前に述べたように、熱酸化膜で構成されており、１０００℃前後の高温下で形成された後に常温まで冷却される。熱酸化膜の線膨張係数はシリコンの線膨張係数の１／１０程度であるため、熱酸化膜よりもシリコンの方が冷却時の縮みが大きく、相対的に見ると常温では張力付与部１０３ｂが若干膨らんだ状態となる。張力付与部１０３ｂはトーションバー１０２に面する端面に露出しており、張力付与部１０３ｂの周辺部分では連結部本体１０３ａは張力付与部１０３ｂによって分離されている。そのため、張力付与部１０３ｂの両側の連結部本体１０３ａの部分は互いに離されるように力を受ける。固定部１０４は強固に固定されているため、連結部本体１０３ａは、トーションバー１０２と連結部１０３の接続部を可動板１０１から遠ざけるように変形する。その結果、トーションバー１０２に引っ張り応力が生じる。
【００３６】
図７は、トーションバーに引っ張り応力が生じていない従来の一般的な光偏向器において可動板の面内回転発生時のトーションバーに加わる力を示した概略図である。可動板１０１が面内回転することにより、トーションバー１０２は回転時に若干の伸びを含んだ変形をする。実際には伸びと曲げによりトーションバー１０２内は複雑な応力分布になるが、ここでは簡単のためトーションバー１０２の長手方向に加わる平均的な力で考える。変形によりトーションバー１０２の内部の長手方向には平均的には伸びに比例した引っ張り応力Ｆ１が生じる。この引っ張り応力Ｆ１が可動板１０１を元の状態に戻す復元力となり、トーションバー１０２の変形による引っ張り応力Ｆ１と面内回転を発生させる力によるモーメントＭ１の釣り合いにより可動板１０１の回転量が決まる。
【００３７】
図８は、本実施形態の光偏向器１００において可動板の面内回転時のトーションバー１０２に加わる力を示した概略図である。比較のため、図７と同等の面内回転が可動板１０１に発生したと仮定する。この場合、可動板１０１の面内回転が発生していない状態において、トーションバー１０２にはすでに張力付与部１０３ｂの圧縮応力に起因する引っ張り応力Ｆ２が生じている。可動板１０１が面内回転した場合、トーションバー１０２には、伸びによる引っ張り応力Ｆ１と初期の引っ張り応力Ｆ２の和の引っ張り応力Ｆ１’が生じ、これが可動板１０１を元の状態に戻す復元力となる。したがって、同一の外力に対して発生する可動板１０１の面内回転は、本実施形態の光偏向器１００の方が一般的な光偏向器よりも小さい。つまり、本実施形態の光偏向器１００は、一般的な光偏向器よりも、可動板１０１が面内回転しにくい。この引っ張り応力Ｆ２は、トーションバー１０２のねじれに対しては大きな影響を与えないため、結果として可動板１０１の軸１１１の周りの傾斜以外の可動板１０１の不所望な変位が相対的に小さく抑えられる。
【００３８】
＜特許文献１の課題と本実施形態の効果＞
例えば特許文献１に開示されているように、トーションバーに薄膜を成膜して引っ張り応力を持たせた構成では、引っ張り応力を決めるのは主に成膜時に生じたトーションバーと薄膜の間の残留応力と、それに伴うトーションバーの反りである。通常、トーションバーと薄膜の間の残留応力は経時的に開放されるため、引っ張り応力の微小な変動が直接的に長期的なデバイス特性の変化となってしまう。特に、金属膜を用いた場合には引っ張り応力が変動しやすく、その影響は顕著である。
【００３９】
本実施形態の光偏向器１００においてトーションバー１０２に引っ張り応力を生じさせる手法の特徴として、引っ張り応力Ｆ２が主に平面内の幾何学的寸法によって決まる点が挙げられる。この方法において引っ張り応力Ｆ２を決めるのは主に、張力付与部１０３ｂが、その周辺の連結部本体１０３ａの部分を軸１１１に平行に押し出す距離である。固定部１０４は固定層２０２に強固に固定されているため、引っ張り応力Ｆ２の変動は生じにくい。また張力付与部１０３ｂは、一般的におこなわれているシリコンエッチングと熱酸化によって形成が可能であり、その形状の制御は容易である。
【００４０】
また、特許文献１に開示されているように、多結晶膜を利用してトーションバーを形成すると、結晶粒界に沿った破損や疲労が生じやすく、信頼性に問題が生じやすい。一方、本実施形態では、トーションバーは、機械的強度の点で信頼性の高い単結晶シリコンで形成することが出来る。また、張力付与部１０３ｂは、シリコン熱酸化膜で形成することが出来る。シリコン熱酸化膜は安定性が高く、トーションバーに応力を生じさせる材料に適している。
【００４１】
したがって、本実施形態によれば、可動板１０１の不所望な変位が良好に抑制された長期信頼性の高い光偏向器を提供することが出来る。特に、可動板１０１の面内回転が抑えられることにより、可動櫛歯１０６，１０７と固定櫛歯１０８，１０９の接触の発生が好適に防止される。
【００４２】
本実施形態では、可動櫛歯１０６，１０７への電位供給の目的で、張力付与部１０３ｂは連結部１０３の一部に形成し、シリコンの連結部本体１０３ａを残した構造としているが、別途電位を供給可能な場合には、固定部１０４と連結部本体１０３ａのシリコン部分を完全に分断するような構成にしてもよい。
【００４３】
本実施形態では、連結部１０３は、バランスを考慮してトーションバー１０２の両側の固定部１０４に接続された構成であるが、必ずしもそのような構成である必要はなく、例えば片側の固定部１０４のみに接続された構成であってもよい。
【００４４】
また、本実施形態では連結部１０３と固定部１０４の接続部は、軸１１１に平行な方向に関して可動板１０１とトーションバー１０２の接続部と、トーションバー１０２と連結部１０３の接続部の間に位置しているが、例えば連結部１０３の一部が可動板１０１側に伸びたような形状であれば、トーションバー１０２と連結部１０３の接続部が可動板１０１とトーションバー１０２の接続部と連結部１０３と固定部１０４の接続部の間にあってもよい。
【００４５】
また、トーションバー１０２と張力付与部１０３ｂの構成材料はそれぞれ上記に示すようにシリコンとシリコン熱酸化膜が効果的ではあるが必ずしもそれに限定されるものではない。例えば張力付与部１０３ｂの構成材料に、熱酸化膜の代わりにＣＶＤにより形成した酸化膜を使用してもよい。
【００４６】
（変形例１）
張力付与部１０３ｂの形状は、図１に示した形状に限らず、さまざまに変更することが可能である。本変形例によるトーションバー１０２と連結部１０３と固定部１０４を図９に示す。本変形例では、連結部３０３は連結部本体３０３ａと一対の張力付与部３０３ｂを有し、各張力付与部３０３ｂはトーションバー１０２に平行な方向と垂直な方向に蛇行している。つまり、張力付与部３０３ｂは、トーションバー１０２の軸方向に延びている複数の部分と、トーションバー１０２の軸方向に垂直な方向に延びている複数の部分を有し、それらの部分は互いに連続している。トーションバー１０２の軸方向に延びている部分と、トーションバー１０２の軸方向に垂直な方向に延びている部分は、それぞれ、一つであってもよい。本変形例においても、張力付与部３０３ｂは、張力付与部１０３ｂと同様に、連結部１０３を厚さ方向に貫通して延び、トーションバー１０２に面する端面に露出している。
【００４７】
熱酸化膜は酸化工程においてその両側のシリコンが成長して接触することで形成されるため、完全に一体の構造ではない。そのため、一体構造と比較してその界面での破断が生じやすい。蛇行形状にして界面の接触する方向を複数にすることにより、ある一方向からの力に対して複数の方向の接触面を持たせることで破断が生じにくくすることが出来る。
【００４８】
（変形例２）
本変形例によるトーションバー１０２と連結部１０３と固定部１０４を図１０に示す。本変形例では、連結部４０３は連結部本体４０３ａと一対の張力付与部４０３ｂを有し、各張力付与部４０３ｂはトーションバー１０２の軸方向に複数に分かれて存在している。言い換えれば、各張力付与部４０３ｂは、トーションバー１０２の軸方向に関して互いに離間して配置された複数の要素４０３ｂ１，４０３ｂ２，４０３ｂ３，４０３ｂ４を有している。これらの要素４０３ｂ１〜４０３ｂ４は、トーションバー１０２の軸方向に垂直な方向に延びている。本変形例においても、張力付与部４０３ｂの各要素４０３ｂ１〜４０３ｂ４は、張力付与部１０３ｂと同様に、連結部１０３を厚さ方向に貫通して延び、トーションバー１０２に面する端面に露出している。
【００４９】
本実施形態では、トーションバー１０２に引っ張り応力を生じさせるために連結部本体１０３ａを歪ませている。トーションバー１０２に生じる引っ張り応力を大きくするために張力付与部１０３ｂを厚い熱酸化膜で構成した場合には、連結部本体１０３ａの一部に力が過剰にかかって連結部本体１０３ａが破損するおそれがある。本変形例では、
張力付与部４０３ｂの各要素４０３ｂ１〜４０３ｂ４により連結部本体１０３ａの複数の個所を歪ませることによってトーションバー１０２に生じる引っ張り応力を大きくするため、連結部本体１０３ａの一部への力の集中が避けられる。また、幅の広い一つの貫通溝を埋める熱酸化膜を形成するよりも、幅の狭い複数の貫通溝を埋める熱酸化膜を形成する方が酸化工程の時間を短くて済む。
【００５０】
（変形例３）
本変形例によるトーションバー１０２と連結部１０３と固定部１０４を図１１に示す。本変形例では、連結部５０３は連結部本体５０３ａと一対の張力付与部５０３ｂを有し、各張力付与部５０３ｂは、トーションバー１０２の軸方向に垂直な方向に関して空間を介して配置された複数の要素５０３ｂ１，５０３ｂ２，５０３ｂ３を有している。各要素５０３ｂ１〜５０３ｂ３は、連結部１０３を厚さ方向に貫通して延びており、また要素５０３ｂ１は、トーションバー１０２に面する端面に露出している。また、別の見方をすれば、連結部本体５０３ａは、トーションバー１０２の軸方向に垂直な方向に整列した貫通孔５０３ｃ１，５０３ｃ２，５０３ｃ３を有しており、要素５０３ｂ１の一端は貫通孔５０３ｃ１に露出し、要素５０３ｂ２の両端は貫通孔５０３ｃ１，５０３ｃ２に露出し、要素５０３ｂ３の両端は貫通孔５０３ｃ２，５０３ｃ３に露出している。
【００５１】
本変形例では、トーションバー１０２の軸方向に垂直な方向の各要素５０３ｂ１〜５０３ｂ３の両端面が空間に露出しているため、張力付与部５０３ｂの各要素５０３ｂ１〜５０３ｂ３と連結部本体１０３ａの界面に発生する余分な内部応力が開放され、トーションバー１０２に引っ張り応力を生じさせることに寄与しない変形や過剰な応力集中を抑えることが出来る。
【００５２】
ここでは、張力付与部の形状の変形例１〜変形例３を示したが、張力付与部の形状は、変形例１〜変形例３に限定されるものではなく、そのほかのさまざまな形状に変形されてもよい。
【００５３】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。ここにいう様々な変形や変更は、上述した実施形態を適当に組み合わせた実施も含む。
【００５４】
実施形態では、一対の連結部１０３を有し、各連結部１０３が張力付与部１０３ｂを有している構成を示したが、一方の連結部１０３だけが張力付与部１０３ｂを有している構成であってもよい。また、一方のトーションバー１０２と固定部１０４の間にだけ連結部１０３が介在し、他方のトーションバー１０２は固定部１０４に直接接続された構成であってもよい。また、一対の固定部１０４は、互いに分離されているが、一体化された構成であってもよい。
【００５５】
また実施形態では、可動板の面内回転の抑制が強く望まれる櫛歯型静電アクチュエータを利用した光偏向器を例に挙げたが、本実施形態の技術思想は、静電アクチュエータを利用した光偏向器や、さらには他の駆動方式の光偏向器に適用されてもよい。いずれの光偏向器に対しても、可動板の面内回転のほかに、トーションバーの軸方向に垂直な方向の可動板の変位も抑制されるため有用である。
【符号の説明】
【００５６】
１００…光偏向器、１０１…可動板、１０２…トーションバー、１０３…連結部、１０３ａ…連結部本体、１０３ｂ…張力付与部、１０４…固定部、１０４ａ…対応部分、１０６，１０７…可動櫛歯、１０８，１０９…固定櫛歯、１１０…反射膜、１１１，１１３，１１５…軸、２０１…ミラー層、２０２…固定層、２０３…絶縁層、２０４…支持層、２０５…絶縁層、２０６…支持層、２０７…窒化シリコン膜、２０８…溝、２０９…フォトレジスト層、３０３ｂ…張力付与部、４０３ｂ…張力付与部、４０３ｂ１〜４０３ｂ４…要素、５０３ｂ…張力付与部、５０３ｂ１〜５０３ｂ３…要素、５０３ｃ１〜５０３ｃ３…貫通孔、Ｆ１，Ｆ１’，Ｆ２…引っ張り応力、Ｍ１…モーメント、Ｖ１，Ｖ２…電位。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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