(57)【要約】【課題】可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体の間の噛み合いアライメントを比較的容易に達成できる揺動体装置である。【解決手段】揺動体装置は、可動板と、可動板を支持基板に対して揺動可能に軸支する少なくとも１つの軸支部と、可動板から延びる可動櫛歯状構造体と、可動櫛歯状構造体と隔間して噛み合う位置に配置される固定櫛歯状構造体と、可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体との間に静電力を働かせて可動板を揺動・変位させる静電駆動手段を備える。可動板と、軸支部と、可動櫛歯状構造体と、固定櫛歯状構造体は、それぞれ、絶縁層１０６、１１３を挟んで電気的に分離された２層構造の第一及び第二の可動板１０７、１０８、２層構造の第一及び第二の軸支部１０９、１１０、第一及び第二の可動櫛歯層１１１、１１２、第一及び第二の固定櫛歯層１１４、１１５；１１６、１１７から成る。【選択図】図２
2006154315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動板と、可動板を支持基板に対して揺動可能に軸支する少なくとも１つの軸支部と、可動板から延びる可動櫛歯状構造体と、可動櫛歯状構造体と隔間して噛み合う位置に配置される固定櫛歯状構造体と、可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体との間に静電力を働かせて可動板を揺動・変位させる静電駆動手段を備え、
前記可動板と、前記軸支部と、前記可動櫛歯状構造体と、前記固定櫛歯状構造体が、それぞれ、絶縁層を挟んで電気的に分離された２層構造の第一及び第二の可動板、２層構造の第一及び第二の軸支部、第一及び第二の可動櫛歯層、第一及び第二の固定櫛歯層から成ることを特徴とする揺動体装置。
【請求項２】
前記軸支部はトーションバーであり、前記可動櫛歯状構造体は、トーションバーの伸長方向に略直交する方向に延びる請求項１記載の揺動体装置。
【請求項３】
前記可動板と軸支部と可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体は、複数のシリコン層が絶縁層を介して接合されたシリコンウエハから形成されて成る請求項１または２記載の揺動体装置。
【請求項４】
前記可動板が揺動していない状態において、前記各絶縁層が同一平面内にある請求項１乃至３のいずれかに記載の揺動体装置。
【請求項５】
第一の可動部を構成する前記第一可動板と前記第一軸支部と前記第一可動櫛歯層が電気的に接続しており、かつ第二の可動部を構成する前記第二可動板と前記第二軸支部と前記第二可動櫛歯層が電気的に接続しており、前記第一の可動部、前記第二の可動部、第一固定櫛歯層、第二固定櫛歯層がそれぞれ独立に制御できる様に構成されている請求項１乃至４のいずれかに記載の揺動体装置。
【請求項６】
前記可動櫛歯状構造体及び固定櫛歯状構造体が、前記軸支部に対して略対称な位置に配置されている請求項１乃至５のいずれかに記載の揺動体装置。
【請求項７】
前記可動板が、可動ミラーと、別のトーションバーと、可動ミラーを別のトーションバーによりねじり回転可能に支持するジンバルとを有し、前記可動ミラーを前記ジンバルに対してねじり回転させる別の駆動手段を備える請求項１乃至６のいずれかに記載の揺動体装置。
【請求項８】
請求項３記載の揺動体装置の作製方法であって、複数のシリコン層が絶縁層を介して接合されたシリコンウエハから、可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体が隔間して噛み合うためのアライメントを、フォトリソグラフィーとエッチングでシリコンウエハの表面に形成するマスクにより行いつつ、可動板と軸支部と可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体を形成することを特徴とする揺動体装置の作製方法。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれかに記載の揺動体装置の可動板または可動ミラー上に反射鏡を形成して構成されていることを特徴とする光偏向器。
【請求項１０】
請求項９記載の光偏向器、及び前記光偏向器に入射させる光を出射する光源を具備することを特徴とする光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動板が揺動運動する小型のアクチュエーターなどの揺動体装置、その作製方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
可動板が揺動運動するアクチュエーターなどの揺動体装置は、例えば、レーザ光を偏向する用途に利用されるものである。従来、レーザ光を偏向・走査する走査ミラーとしては、ガルバノミラーがある。ガルバノミラーの駆動原理は次の如きものである。磁界中に配置した可動コイルに電流を流すと、電流と磁束とに関連して電磁力が発生して、電流に比例したトルクが生じる。そして、このトルクとバネ力とが平衡する角度まで可動コイルが回転し、この可動コイルを介して指針を振らせて電流の有無や大小を検出する。ガルバノミラーは、こうしたガルバノメータの原理を利用したもので、可動コイルと一体に回転する軸に、前記指針の代わりに反射鏡を設けて構成される。
【０００３】
しかしながら、ガルバノミラーでは、機械巻きの駆動コイルと磁界発生のための大型ヨークが必要であり、主に出力トルクの理由から、これらの機械要素の小型化には限度がある。また同時に、各構成部材を組み上げる際のスペース等から、光偏向のための装置全体のサイズが大きくなっていた。
【０００４】
小型の光偏向器としては、半導体製造技術を応用して微小機械を半導体基板上に一体形成するマイクロマシニング技術を用いて作製した光偏向器がある。例えば、K.E.Petersen等によりシリコンで形成されるTorsional Scanning Mirrorが提案されている（非特許文献１参照）。この光偏向器は、図１４に示す様に、機械的可動部が光偏向板としてのミラーとミラーを支持する梁からなり、ミラーと基板上に形成した固定電極との間に駆動電圧を印加して生じる静電引力により、梁にねじりモーメントを与えてねじり回転させ、ミラーの偏向角度を変えるものである。ミラー部の最大偏向角はミラー部と基板との空隙間隔ｔ０にて一義的に決定される。一般に、光偏向器においては偏向角が大きいほど良く、これには空隙間隔を大きくとる必要がある。しかし、空隙間隔を大きくとると、固定電極とミラー部との距離が増加し、駆動電圧が著しく増加してしまう。逆に低電圧化を図るには空隙間隔を短くし、ミラー部の偏向角を抑える必要があり、こうして駆動電圧の低減化と大偏向角化は合い矛盾する要求であった。
【０００５】
これに対して、別の小型の光偏向器として、図１５に示す様に、可動ミラー（可動板）上に可動櫛型電極を形成し、これと互いに間隔を置いて噛み合う様に固定櫛型電極を上下に配置し、可動櫛型電極と固定櫛型電極との間に上下に引き合う様な静電引力を生じさせ、可動ミラーを偏向させるものがある（特許文献１参照）。この構成の光偏向器は、電極間の距離が狭く構成できるため、駆動電圧を低くすることが可能となる。また、トーションバーに対しては、ねじり方向以外の変位（上下、左右の変位）を抑えることが可能なため、軸ズレを低減できる。また、非共振駆動においては、トーションバーを柔らかくすることが低電圧での駆動において重要となるが、この構成においては、上下に引き合う様な静電引力を生じさせるので、トーションバーを柔らかくすることが可能である。
【非特許文献１】IBM J.RES. DEVELOP., VOL.24,NO5,9,1980.P631-637
【特許文献１】特開平２００３−２４１１３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この様な可動櫛型電極と固定櫛型電極との間のアライメントは非常に高精度に行う必要がある。しかしながら、上記の構成においては、ミラー（可動板）上に形成される可動櫛型電極と、その上下に配置される固定櫛型電極を別々に形成しているため、個々の基板に形成される櫛型電極同士のアライメントが相当に難しく、それ相応に生産コストがかかる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題に鑑み、本発明の揺動体装置は、可動板と、可動板を支持基板に対して揺動可能に軸支する少なくとも１つのトーションバーなどの軸支部と、可動板から延びる可動櫛歯状構造体と、可動櫛歯状構造体と隔間して噛み合う位置に配置される固定櫛歯状構造体と、可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体との間に静電力を働かせて可動板を揺動・変位させる静電駆動手段を備え、前記可動板と、前記軸支部と、前記可動櫛歯状構造体と、前記固定櫛歯状構造体が、それぞれ、絶縁層を挟んで電気的に分離された２層構造の第一及び第二の可動板、２層構造の第一及び第二の軸支部、第一及び第二の可動櫛歯層、第一及び第二の固定櫛歯層から成ることを特徴とする。
【０００８】
典型的には、前記軸支部はトーションバーであり、前記可動櫛歯状構造体は、トーションバーの伸長方向に略直交する方向に延びるが、軸支部が片持ち梁式の形態で可動板を揺動可能に軸支して、軸支部のある側と反対側の可動板の端部から可動櫛歯状構造体が片持ち梁式軸支部の伸長方向に略平行な方向に延びる如き形態も可能である。また、前記可動櫛歯状構造体は、後記実施例の如く軸支部に近接してその伸長方向に略平行な方向に可動板から延びた支持部から延びていたり、前記略直交する方向における可動板の縁部から延びていたりする。
【０００９】
また、上記課題に鑑み、本発明の揺動体装置の作製方法は、複数（２つの例と３つの例が後記実施例にある）のシリコン層が絶縁層を介して接合されたシリコンウエハから、可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体が隔間して噛み合うためのアライメントを、フォトリソグラフィーとエッチングでシリコンウエハの表面に形成するマスクにより行いつつ、可動板と軸支部と可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体を形成することを特徴とする。
【００１０】
また、上記課題に鑑み、本発明の光偏向器は、上記の揺動体装置の可動板上に反射鏡を形成して構成されていることを特徴とし、そして本発明の画像表示装置、画像形成装置などの光学機器は、この光偏向器、及び光偏向器に入射させる光を出射する光源を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成を有する本発明の揺動体装置によれば、上記の如き本発明の作製方法を用いて作製することができるので、比較的容易に、可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体を隔間して噛み合う位置に配置することができる。つまり、可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体を別々の基板に形成した場合に必要となるアライメント精度を要する組み立て工程が不要となる。また、絶縁層を挟んで電気的に分離された２層構造の第一及び第二の可動櫛歯層、第一及び第二の固定櫛歯層を備えるので、可動板の駆動・制御態様を柔軟に設定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、具体的な実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
（第一の実施例）
図１乃至図５を用いて、アクチュエーターないし揺動体装置に係る本発明の第一の実施例を説明する。図１は本実施例の構成を示す上面図、図２はその揺動体装置の構成を示す断面図、図３はその揺動体装置の駆動方法を説明する断面図、図４は、本実施例の揺動体装置の作製工程を説明する為の上面図である。そして、図５-１と図５−２は、図４のA-A’線での断面図を用いて本実施例の揺動体装置の作製方法の一実施形態を示す図である。
【００１３】
本実施例の揺動体装置は、図１及び図２に示す様に、可動板１０７、１０８と、可動板を支持基板１０５に対して揺動可能に軸支するトーションバー１０９、１１０と、可動板からトーションバーの伸長方向に略直交する方向に延びる可動櫛歯状構造体１１１、１１２と、可動櫛歯状構造体と隔間して噛み合う位置にアライメントされて配置される固定櫛歯状構造体１１４〜１１７と（ここで、隔間して噛み合うとは、図１に示す様に、一方の櫛歯状構造体の前記略直交方向に延びる凹部の両壁からほぼ等距離だけ隔たって他方の櫛歯状構造体の前記略直交方向に延びる凸部が配される噛み合い関係を言う）、可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体との間に静電力を働かせて可動板を揺動・変位させる静電駆動手段（可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体に配線するためのコンタクトパッド１１８〜１２３を除いて、不図示）を備える。そして、前記可動板と、前記トーションバーと、前記可動櫛歯状構造体と、前記固定櫛歯状構造体が、それぞれ、絶縁層１０３、１０６、１１３を挟んで電気的に分離された２層構造の第一及び第二の可動板１０７、１０８、２層構造の第一及び第二のトーションバー１０９、１１０、第一及び第二の可動櫛歯層１１１、１１２、第一及び第二の固定櫛歯層１１４、１１５;１１６、１１７から成り、可動板が揺動しない状態において、絶縁層１０３、１０６、１１３が同一平面内にある。
【００１４】
また、第一の可動部（可動部A）を構成する第一可動板１０７と第一トーションバー１０９と第一可動櫛歯層１１１が電気的に接続しており、かつ第二の可動部（可動部B）を構成する第二可動板１０８と第二トーションバー１１０と第二可動櫛歯層１１２が電気的に接続しており、可動部A、可動部B、第一固定櫛歯層１１４、１１５、第二固定櫛歯層１１６、１１７をそれぞれ独立に制御（例えば、駆動電圧を独立に印加）できる様に構成されている。また、可動櫛歯状構造体及び固定櫛歯状構造体は、トーションバー１０９、１１０に対して略対称な位置に配置されている。こうして揺動回転軸の両側に可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体があるので、トーションバーにはねじりモーメントのみが生じる様に容易にできる。さらに、可動櫛歯状構造体は、トーションバー１０９、１１０に近接してその伸長方向に略平行な方向に可動板１０７、１０８から延びた支持部１５０から延びている。ここで、可動板１０７上に反射鏡を形成すれば光偏向器として構成される。
【００１５】
本実施例において、厚みが２０μｍの第一のシリコン層１０１、厚みが２００μｍの第二のシリコン層１０２、第一及び第二のシリコン層１０１、１０２に挟まれる厚さ０.５μｍの絶縁層１０３から成るSOI基板を用いることができる。トーションバーは、可動板１０７、１０８に対して、その中心部を通る一直線上にあって且つ可動板の重心を両側で支持する様に位置する。また、トーションバーは、固定端１０４で支持体１０５に固定されている。トーションバーは本実施例では２本あるが、１本であっても良い。
【００１６】
第一可動板１０７と第一トーションバー１０９と第一可動櫛歯層１１１（可動部A）は第一のシリコン層１０１を除去加工して一体形成することができる。また、第二可動板１０８と第二トーションバー１１０と第二可動櫛歯層１１２（可動部B）は第二のシリコン層１０２を除去加工して一体形成することができる。上述した様に、第一可動板１０７と第一トーションバー１０９と第一可動櫛歯層１１１は電気的に接続し、また第二可動板１０８と第二トーションバー１１０と第二可動櫛歯層１１２は電気的に接続していて、さらに第一可動板１０７の表面には金属薄膜層が形成されてもよく、このアクチュエーターを光偏向器として用いる場合には、金属薄膜層は、可動板上の反射鏡として用いられる。
【００１７】
固定櫛歯状構造体は可動櫛歯状構造体と隔間して噛合う位置に配置されていて、固定櫛歯状構造体は絶縁層１１３を挟んで電気的に分離された２層構造で、第一固定櫛歯層、第二固定櫛歯層から成る。第一固定櫛歯層１１４、１１５は、第一のシリコン層１０１を除去加工して形成することができる。また、第二固定櫛歯層１１６、１１７は、第二のシリコン層１０２を除去加工して形成することができる。第一固定櫛歯層１１４と１１５とは電気的に接続していなく、同様に第二固定櫛歯層１１６と１１７とは電気的に接続していない。
【００１８】
また、可動部A、可動部B、第一固定櫛歯層１１４、第一固定櫛歯層１１５、第二固定櫛歯層１１６、第二固定櫛歯層１１７用に、それぞれ電圧を印加するためのコンタクトパッド１１８〜１２３が形成されている。凹部１５７（図５−２（５−ｉ）に図示の凹部１５７参照）内に形成されたコンタクトパッド１１８は可動部B用のものであり、第一のシリコン層１０１上に形成されたコンタクトパッド１１９は可動部A用のものであり、第一のシリコン層１０１上に形成されたコンタクトパッド１２０、１２３はそれぞれ第一固定櫛歯層１１５、１１４用のものであり、凹部１５７内に形成されたコンタクトパッド１２１、１２２はそれぞれ第二固定櫛歯層１１７、１１６用のものである。可動部A、可動部Bが角変位可能にするために、第二のシリコン層１０２には貫通孔１２４が形成されている。また、図１の溝１５５、１５６（図５−２（５−ｉ）に図示の溝１５５、１５６参照）は、それらの両側の部分を電気的に分離するためのものである。
【００１９】
ここで図３を用いて駆動方法を説明する。図３は可動部A、B及び第一及び第二の固定櫛歯層１１４、１１５;１１６、１１７のみの断面図である。いずれにも電圧を印加しない状態（図３（３−ｂ））では、可動部A、Bは角変位せずそれぞれの絶縁層１０３、１０６、１１３が同一平面内に位置する。可動部Bと第二固定櫛歯層１１６に正のバイアス電圧、可動部Aと第一固定櫛歯層１１５に負のバイアス電圧を加え、第一の固定櫛歯層１１４、第二の固定櫛歯層１１７をGND（接地）に接続すると、可動部A（第一の可動櫛歯層１１１）と第二固定櫛歯層１１６が引き合うとともに可動部B（第二の可動櫛歯層１１２）と第二固定櫛歯層１１６が反発し合い、また可動部B（第二の可動櫛歯層１１２）と第一固定櫛歯層１１５が引き合うとともに可動部A（第一の可動櫛歯層１１１）と第一固定櫛歯層１１５が反発し合って、図３（３−a）の様に角変位する。また、可動部Bと第二固定櫛歯層１１７に正のバイアス電圧、可動部Aと第一固定櫛歯層１１４に負のバイアス電圧を加え、第一の固定櫛歯層１１５、第二の固定櫛歯層１１６をGNDに接続すると、図３（３−ｃ）の様に角変位する。この状態を繰り返すことにより可動板は角変位を繰り返す。
【００２０】
駆動は、可動板およびトーションバーのねじり共振周波数に合わせた共振駆動でも、非共振駆動でもよい。共振駆動の場合には、非共振駆動の場合に比べて同じ変位角を生じるための駆動電圧を低く抑えることができる。また、非共振駆動の場合においては、可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体が上下に引き合う様に静電引力を生じるため（トーションバーを挟んで両側にある可動・固定櫛歯状構造体の組ではトーションバーに対して横方向の力も発生するが、これらの力は互いに逆方向なのでキャンセルされて前記上下に引き合う静電力のみが残ることになる）、トーションバーにはねじりモーメントのみが生じる。このため、トーションバーを柔らかく形成した場合でも、ねじり以外の変位（左右及び上下の変位）を抑えることができる。
【００２１】
この際、可動櫛歯状構造体（第一及び第二の可動櫛歯層１１１、１１２）と固定櫛歯状構造体（第一の固定櫛歯層１１４、１１５と第二の固定櫛歯層１１６、１１７）は、間隔をもって噛み合う様に正確にアライメントされているので、両者が深く噛み合う揺動運動も可能である。図３はこの揺動運動の一例の様子を示している。
【００２２】
第一可動櫛歯層１１１、第二可動櫛歯層１１２、第一固定櫛歯層１１４、第一固定櫛歯層１１５、第二固定櫛歯層１１６、第二固定櫛歯層１１７へのバイアス電圧ないし駆動電圧の加え方は、上記の方法に限られず、トーションバー１０９、１１０を回転軸とする可動板１０７、１０８の揺動運動を可能とする限り、種々の方法が可能である。例えば、可動部Bと第二固定櫛歯層１１６、１１７に逆極性の電圧をかけて両者を引き合う状態にしてトーションバーの硬さを調整することで共振周波数を制御して可動板を共振駆動させることもできる。
【００２３】
また、これらの櫛歯層のうちの少なくとも１つの組（例えば、第一の可動櫛歯層１１１と第一の固定櫛歯層１１４の組と第二の可動櫛歯層１１２と第二の固定櫛歯層１１７の組）が、可動板の揺動・変位に伴って変化するそれらの間の静電容量を検出するための静電容量検出手段専用のものとされたり、静電容量検出手段を兼ねたりすることもできる。これにより、可動板の変位角の情報を検出でき、この角変位情報をもとにフィードバック制御することで可動板１０７、１０８の変位角を高精度に制御できる。この場合、静電容量の変化の差動検出も可能である。以上の様に可動板の駆動・制御態様を非常に柔軟に設定できるのは、絶縁層を挟んで電気的に分離されて独立に制御できる第一及び第二の可動櫛歯層、第一及び第二の固定櫛歯層を備えるからである。
【００２４】
ここで、本実施例の作製方法の一例を図５-１と図５−２に沿って説明する。例えば、厚みが２０μｍの第一のシリコン層５０１、厚みが２００μｍ第二のシリコン層５０２、第一及び第二のシリコン層５０１、５０２に挟まれる厚さ０.５μｍの絶縁層（酸化膜層（BOX層））５０３から成るSOI基板を用いることができる（図５-１（５−a））。まず、SOI基板の表面には、酸化膜から成るマスク５０４がフォトリソグラフィーとエッチングにより形成される。マスク５０４の厚みは１μｍである。また、SOI基板の裏面には、酸化膜から成るマスク５０５が形成される。マスク５０５の厚みは１μｍである（図５-１（５-ｂ））。
【００２５】
次に、表面と裏面にフォトレジストから成るマスク５０６、５０７を形成する（図５-１（５−ｃ））。そして、ICP-RIEを用いて第二のシリコン層５０２を裏面から厚さ方向へ４０μｍエッチングする（図５-１（５−ｄ））。
【００２６】
次に、マスク５０６を除去し、マスク５０６で保護していた部分の第二のシリコン層５０２の厚みが２０μｍになるまで、ICP-RIEを用いて第二のシリコン層５０２を裏面からエッチングする。このエッチングは貫通孔１２４などを形成するためのもので、その深さはエッチング時間等を調整して制御する。このとき図５-１（５−ｄ）の工程で先にエッチングされていた部分は絶縁層５０３までエッチングした状態になる（図５-１（５−ｅ））。これは、電極分離のためである。次に、ICP-RIEを用いて第一のシリコン層５０１を表面から絶縁層５０３が露出するまでエッチングする（図５-１（５-ｆ））。
【００２７】
次に、（図５-１（５-ｆ））の工程で露出した絶縁層５０３をエッチングする（図５-１（５−ｇ））。次に、ICP-RIEを用いて第一のシリコン層５０１を表面から可動部（（可動櫛歯状構造体（第一可動櫛歯層５０８、第二可動櫛歯層５０９）、可動板（第一可動板５１０、第二可動板５１１）、トーションバー（第一トーションバー５１２、第二トーションバー５１３）、櫛歯支持部５５０）がリリースされるまでエッチングする。このとき固定櫛歯状構造体（第一固定櫛歯層５１４、第二固定櫛歯層５１５）も形成される（図５-１（５−ｈ））。
【００２８】
次に、マスク５０７を酸素プラズマを用いて除去した後に、コンタクトパッド５１６〜５１９となるCr/Auをそれぞれ適当な部分に成膜する（図５-１（５−ｉ））。こうして形成された図５-１（５−ｉ）の断面構造は、図４のA-A’線に沿った断面構造を反映している。
【００２９】
この作製方法では、可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体のアライメントは、初期のフォトリソグラフィーとエッチングで第一のシリコン層５０１の表面に形成されるマスク５０４により決定されており、可動櫛歯状構造および固定櫛歯状構造体形成後のアライメントを必要としない。つまり、可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体を別々の基板に形成した場合に必要となるアライメント精度を要する組み立て工程が不要であり、生産が容易である。また、可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体とのギャップを狭くすることが可能で低電圧での駆動が可能となる。さらに、固定櫛歯状構造体と可動櫛歯状構造体に対して、可動櫛歯状構造体を上下に引き合う様に電位を与えることができる。これにより、トーションバーにねじり以外の変位（左右及び上下の変位）を与えることが抑えられる。したがって、トーションバーを柔らかく形成でき、低電圧で大きな角変位を可動板に生じさせられる。また、大型のヨークなどを必要としないため構造を小型にできる。この様な小型の揺動体装置は、光偏向器、この光偏向器を用いた光学機器を構成するにあたり、その利点を発揮する。
【００３０】
（第二の実施例）
次に、第二の実施例の揺動体装置を図６乃至図９に沿って説明する。図６は本実施例の構成を示す上面図、図７はその揺動体装置の構成を示す断面図、図８は、本実施例の揺動体装置の作製工程を説明する為の上面図である。そして、図９-１と図９−２は図８のA-A’線での断面図を用いて本実施例の揺動体装置の作製方法の一実施形態を示す図である。駆動方法は、図３で説明した第一の実施例と同様の方法を用いることができる。
【００３１】
本実施例では、厚みが２０μｍの第一のシリコン層６０１、厚みが２０μｍ第二のシリコン層６０２、厚みが２００μｍの第三のシリコン層６０３、第一及び第二のシリコン層６０１、６０２に挟まれる厚さ０.５μｍの絶縁層６０４、第二及び第三のシリコン層６０２、６０３に挟まれる厚さ０.５μｍの絶縁層６０５から成るダブルSOI基板を用いた。
【００３２】
第二の実施例も基本的には第一の実施例と同様な構成を有する。可動板には櫛歯支持部６５０が形成され、可動櫛歯状構造体は櫛歯支持部６５０から延びる。トーションバーは、可動板に対して、一直線上にあり且つ可動板の重心を両側で支持する様に位置する。トーションバーは、固定端６０６で支持体６０７に固定されている。可動板、櫛歯支持部、可動櫛歯状構造体は、それぞれ絶縁層６０７を挟んで電気的に分離された２層構造を有し、可動板は第一及び第二の可動板６０８、６０９、トーションバーは第一及び第二のトーションバー６１０、６１１、可動櫛歯状構造体は第一及び第二の可動櫛歯層６１２、６１３から成る。
【００３３】
可動櫛歯状構造体は、櫛歯支持部６５０からトーションバーと略直交する方向に延びている。第一可動板６０８と第一トーションバー６１０と第一可動櫛歯層６１２は、第一のシリコン層６０１を除去加工して一体形成することができる（可動部Aの形成）。また、第二可動６０９と第二トーションバー６１１と第二可動櫛歯層６１３は、第二のシリコン層６０２を除去加工して一体形成することができる（可動部Bの形成）。第一可動板６０８と第一トーションバー６１０と第一可動櫛歯層６１２は電気的に接続していて、第二可動板６０９と第二トーションバー６１１と第二可動櫛歯層６１３も電気的に接続している。
【００３４】
固定櫛歯状構造体は、可動櫛歯状構造体と隔間して噛合う位置に配置され、固定櫛歯状構造体は、絶縁層６１４を挟んで電気的に分離された２層構造で、第一固定櫛歯層と第二固定櫛歯層から成る。第一固定櫛歯層６１５、６１６は、第一のシリコン層６０１を除去加工して形成することができる。また、第二固定櫛歯層６１７、６１８は、第二のシリコン層６０２を除去加工して形成することができる。第一固定櫛歯層６１５と６１６は電気的に接続していない。同様に、第二固定櫛歯層６１７と６１８も電気的に接続していない。
【００３５】
また、可動部A、可動部B、第一固定櫛歯層６１５、第一固定櫛歯層６１６、第二固定櫛歯層６１７、第二固定櫛歯層６１８をそれぞれ独立に制御する（例えば、それぞれ電圧を印加する）ためのコンタクトパッド６１９〜６２４がそれぞれ適当な箇所に形成されている。さらに、可動部A、可動部Bが角変位可能にするために、第三のシリコン層６０３には貫通孔６２５が形成されるとともに、支持体６０７を支持する支持枠６２６が形成されている。
【００３６】
ここで、図８を参照しつつ図９-１と図９−２を用いて本実施例のアクチュエーターの作製方法を説明する。まず、例えば、厚みが２０μｍの第一のシリコン層８０１、厚みが２０μｍの第二のシリコン層８０２、厚みが２００μｍの第三のシリコン層８０３、厚さ０.５μｍの第一及び第二のシリコン層８０１、８０２に挟まれる絶縁層８０４、厚さ０．５μｍの第二及び第三のシリコン層８０２、８０３に挟まれる絶縁層８０５から成るダブルSOI基板を用い、両面に厚さ１μｍの熱酸化膜を形成する（図９-１（８−a））。
【００３７】
次に、SOI基板の表面に酸化膜から成るマスク８０６がフォトリソグラフィーとエッチングにより形成される。上記の如く、マスク８０６の厚みは１μｍである。また、SOIの裏面には酸化膜から成るマスク８０７が形成される。マスク８０７の厚みも１μｍである（図９-１（８-ｂ））。
【００３８】
次に、表面にフォトレジストから成るマスク８０８を形成する（図９-１（８−ｃ））。そして、ICP-RIEを用いて第三のシリコン層８０３を裏面から厚さ方向へ絶縁層８０５が露出するまでエッチングする（図９-１（８−ｄ））。このエッチングは貫通孔６２５を形成するためのもので、その深さの制御は、絶縁層８０５がエッチストップ層として働くので容易に行われる。
【００３９】
次に、ICP-RIEを用いて第一のシリコン層８０１を表面から絶縁層８０４が露出するまでエッチングする（図９-２（８−e））。
【００４０】
次に、図９-２（８−e）の工程で露出した絶縁層８０４をエッチングする（図９-２（８−ｆ））。そして、コンタクトパッド部をレジストで保護した後に、ICP-RIEを用いて第二のシリコン層８０２を表面から絶縁層８０５が露出するまでエッチングする（図９-２（８−ｇ））。
【００４１】
次に、上記保護レジストを除去後、絶縁層８０５の露出した部分をエッチングして可動部（（可動櫛歯状構造体（第一可動櫛歯層８０９、第二可動櫛歯層８１０）、可動板（第一可動板８１１、第二可動板８１２）、トーションバー（第一トーションバー８１３、第二トーションバー８１４）、櫛歯支持部８５０）がリリースされるまでエッチングする。このとき、固定櫛歯状構造体（第一固定櫛歯層８１５、第二固定櫛歯層８１６）も形成される。続いて、マスク８０８を酸素プラズマを用いて除去した後に、コンタクトパッド８１７〜８２１となるCr/Auをそれぞれ適当な部分に成膜する（図９-２（８−ｈ））。こうして形成された図９-２（８−ｈ）の断面構造は、図８のA-A’線に沿った断面構造を反映している。
【００４２】
この作製方法でも、可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体のアライメントは初期のフォトリソグラフィーとエッチングで基板の表面に形成されるマスク８０６により決定されており、可動櫛歯状構造および固定櫛歯状構造体形成後のアライメントを必要としない。つまり、可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体を別々の基板に形成した場合に必要となるアライメント精度を要する組み立て工程が不要であり、生産が容易となった。また、固定櫛歯状構造体と可動櫛歯状構造体とが、上下に引き合う様に電位を与えることができる。これにより、非共振駆動の場合でも、トーションバーにねじり以外の変位（左右及び上下の変位）を抑えることが可能となる。従って、トーションバーを柔らかく形成でき、低電圧で大きな角変位を生じることができる。
【００４３】
また、可動板、トーションバー、可動櫛歯状構造体、固定櫛歯状構造体の厚さが第一のシリコン層８０１及び第二のシリコン層８０２の厚さで決まっており、作製における歩留まりが向上する。
【００４４】
また、可動櫛歯状構造体が可動板の一部である櫛歯支持部に設けられており、可動板の変位角と可動櫛歯状構造体の変位角が略一致しており、単位変位角あたりの可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体との重なり面積の変化量が大きい。これにより変位角あたりの可動櫛歯状構造体と固定櫛歯状構造体とで形成する静電容量の変化量が大きくなり、低電圧で大きな変位角を生じることが可能である。また、この構成のアクチュエーターを共振駆動させる場合には、アクチュエーターの慣性モーメントが、可動板の縁に櫛歯を形成した場合よりも小さくすることができ、可動板が角変位するスピードの高速化が可能である。また、非共振駆動においては、駆動波形に対する応答性が高く、変位角の応答波形を三角波にすることも可能である。また、大きな大型のヨークなどを必要としないため小型化が可能となる。これらのことは第一の実施例でも言い得る。
【００４５】
（第三の実施例）
次に、図１０と図１１を用いて、第三の実施例の揺動体装置ないしアクチュエーターを説明する。本実施例では、上記実施例の可動板が、可動ミラー１００１とトーションバー１００２と可動ミラー１００１をトーションバー１００２によりねじり回転可能に支持する（揺動可能に軸支する）ジンバル１００３とを有し、可動ミラー１００１をジンバル１００２に対してねじり回転させる別の駆動手段（コイル１００６と永久磁石１００４）を備えることを特徴とする。図１０は本実施例のアクチュエーターの構成を示す上面図、図１１は図１０の線A-A’での本実施例のアクチュエーターの構成を示す断面図である。
【００４６】
本実施例のアクチュエーターは、第一実施例と同様の工程の作製方法で作製できる。ただし、図９−１（８−ｂ）での表面側の酸化膜から成るマスクのパターンに、可動ミラー１００１とトーションバー１００２とジンバル１００３のパターンが追加される。ここにおいて、トーションバー１００２は、トーションバー８１３の伸長方向と略直交する方向に可動ミラー１００１を両端支持する様に配置される。また、図９−１（８−ｂ）の工程の後に、可動ミラー１００１の裏面に永久磁石１００４を配置する。また、絶縁層（不図示）を形成した基板上１００５に平面状のコイル１００６を形成し、可動ミラー１００１の裏面側に配置する。図１０に示す様に、コイル１００６には、電流を印加する為のコンタクトパッド１００７が形成されている。
【００４７】
本実施例のアクチュエーターにおいては、上記実施例のアクチュエーターの作用・効果に加え、コイル１００６に通電することにより発生する磁場と永久磁石１００４の磁場とが作用して、可動ミラー１００１をジンバル１００３に対して角変位させることができる。こうしてジンバル１００３と可動ミラー１００１の両方を異なる方向に角変位させた場合には、可動ミラー１００１の角変位にはジンバル１００３の角変位が重畳され、２次元の偏向が可能となる。
【００４８】
（第四の実施例）
次に、第四の実施例に係る光学機器について説明する。本実施例の光学機器では、上記実施例で説明した揺動体装置の可動板上の金属薄膜を反射鏡として用いた光偏向器を使用している。図１２は、光学機器として画像表示装置の場合を例として示す図である。
【００４９】
図１２において、１１０１は、図１などの光偏向器を偏向方向が互いに直交する様に２個配置した光偏向器群（図１０の二方向光偏向器に置き換えることもできる）であり、この場合は、水平・垂直方向に入射光をラスタスキャンする光スキャナ装置として用いている。１１０２はレーザ光源である。１１０３はレンズ或いはレンズ群であり、１００４は書き込みレンズ又はレンズ群、１１０５は投影面である。レーザ光源１１０２から射出されたレーザ光は、光走査のタイミングと関係した所定の強度変調を受けて、光偏向器群１１０１により２次元的に走査される。走査されたレーザ光は、書き込みレンズ１１０４を透過して投影面１１０５上に画像を形成する。これにより、大走査角を特徴とし且つ生産性が良く低消費電力の光スキャナ装置を実現できる。
【００５０】
（第五の実施例）
図１３は、上記実施例で示した揺動体装置の可動板上の金属薄膜を反射鏡として用いた光偏向器を画像形成装置に用いた場合の第五の実施例を示す図である。
【００５１】
図１３において、１２０１は図１などに示された光偏向器であり、この場合は、入射光を１次元に走査する光スキャナ装置として用いている。１２０２はレーザ光源である。１２０３はレンズ或いはレンズ群であり、１２０４は書き込みレンズ或いはレンズ群、１２０５は感光体である。レーザ光源１２０２から射出されたレーザ光は光走査のタイミングと関係した所定の強度変調を受けて、光偏向器１２０１により１次元的に走査される。走査されたレーザ光は、書き込みレンズ１２０４により感光体１２０５上へ画像を形成する。感光体１２０５は図示しない帯電器により一様に帯電されており、この上に光を走査することにより静電潜像が形成される。そして、図示しない現像器により静電潜像の画像部分にトナー像が形成され、これを、例えば、図示しない用紙に転写・定着することで用紙上に可視像が形成される。これにより、大走査角を特徴とし且つ生産性が良く低消費電力の画像形成装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の揺動体装置の第一の実施例を示す上面図である。
【図２】本発明の揺動体装置の第一の実施例を示す断面図である。
【図３】本発明の揺動体装置の第一の実施例などの駆動方法を説明する断面図である。
【図４】本発明の揺動体装置の第一の実施例の作製方法例を説明するための上面図である。
【図５−１】本発明の揺動体装置の第一の実施例の櫛歯状構造体の作製方法例を説明する断面図である。
【図５−２】本発明の揺動体装置の第一の実施例の櫛歯状構造体の作製方法例を説明する断面図である。
【図６】本発明の揺動体装置の第二の実施例を示す上面図である。
【図７】本発明の揺動体装置の第二の実施例を示す断面図である。
【図８】本発明の揺動体装置の第二の実施例の作製方法例を説明するための上面図である。
【図９−１】本発明の揺動体装置の第二の実施例の櫛歯状構造体の作製方法例を説明する断面図である。
【図９−２】本発明の揺動体装置の第二の実施例の櫛歯状構造体の作製方法例を説明する断面図である。
【図１０】本発明の揺動体装置の第三の実施例を示す上面図である。
【図１１】本発明の揺動体装置の第三の実施例を示す断面図である。
【図１２】本発明の揺動体装置を光偏向器として用いた第四の実施例に係る画像形成装置を示す図である。
【図１３】本発明の揺動体装置を光偏向器として用いた第五の実施例に係る画像形成装置を示す図である。
【図１４】従来例を示す図である。
【図１５】他の従来例を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０３、１０６、１１３、６０４、６０７、６１４    絶縁層
１０５、６０７    支持基板（支持体）
１０７、１０８、６０８、６０９、１００１、１００３    可動板（ジンバル、可動ミラー）
１０９、１１０、６１０、６１１、８１３    軸支部（トーションバー）
１１１、６１２    第一の可動櫛歯層（可動櫛歯状構造体）
１１２、６１３    第二の可動櫛歯層（可動櫛歯状構造体）
１１４、１１５、６１５、６１６    第一の固定櫛歯層（固定櫛歯状構造体）
１１６、１１７、６１７、６１８    第二の固定櫛歯層（固定櫛歯状構造体）
１１８〜１２３、６１９〜６２４    コンタクトパッド（静電駆動手段）
１１０１、１２０１    光偏向器
１１０２、１２０２    光源（レーザ）
【図１】
2006154315.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９−１】
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【図９−２】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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