(57)【要約】【課題】可動部が梁により揺動可能に支持された光学素子において、可動部を揺動させやすくする。【解決手段】ＳＯＩ基板１の薄膜シリコン層４には埋込み酸化膜３に達するトレンチ１０が形成され、梁１６ａ，１６ｂに連結された可動部１７が区画されている。シリコン基板２および埋込み酸化膜３に対し可動部１７の区画用のトレンチ１０につながる貫通部が形成され、この貫通部において、光反射部となる可動部１７が梁１６ａ，１６ｂに支持された状態で可動部１７が揺動する。梁１６ａ，１６ｂの周囲における薄膜シリコン層４に対し埋込み絶縁膜３に達するトレンチ１０ａが形成され、梁１６ａ，１６ｂがその周囲の薄膜シリコン層４から分離されるとともに、梁１６ａ，１６ｂがその下の埋込み酸化膜３から分離されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板（２）の上に埋込み絶縁膜（３）を介して薄膜シリコン層（４）を形成したＳＯＩ基板（１）を用い、前記薄膜シリコン層（４）には前記埋込み絶縁膜（３）に達するトレンチ（１０）が形成されており、このトレンチ（１０）により、梁（１６ａ，１６ｂ）に連結された可動部（１７）が区画され、また、前記シリコン基板（２）および前記埋込み絶縁膜（３）に対し前記可動部（１７）の区画用のトレンチ（１０）につながる貫通部（３５）が形成され、この貫通部（３５）において、前記可動部（１７）が梁（１６ａ，１６ｂ）に支持された状態で前記可動部（１７）が揺動する光学素子であって、
前記梁（１６ａ，１６ｂ）の周囲における前記薄膜シリコン層（４）に対し前記埋込み絶縁膜（３）に達するトレンチ（１０ａ）を形成して前記梁（１６ａ，１６ｂ）をその周囲の薄膜シリコン層（４）から分離するとともに、前記梁（１６ａ，１６ｂ）をその下の前記埋込み絶縁膜（３）から分離したことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光学素子において、
前記薄膜シリコン層（４）よりなる前記梁（１６ａ，１６ｂ）における前記埋込み絶縁膜（３）との接触部は楔形状をなすことを特徴とする光学素子。
【請求項３】
請求項２に記載の光学素子において、
前記薄膜シリコン層（４）よりなる前記梁（１６ａ，１６ｂ）における前記埋込み絶縁膜（３）との接触部は、前記トレンチ（１０ａ）を形成する時に発生するノッチ現象を利用して楔形状にしたものであることを特徴とする光学素子。
【請求項４】
請求項１または２に記載の光学素子において、
前記梁（１６ａ，１６ｂ）をその周囲の薄膜シリコン層（４）から分離するトレンチ（１０ａ）に、梁（１６ａ，１６ｂ）のヤング率よりも小さいヤング率の導電性材料（５０）を配置し、当該導電性材料（５０）を通して前記梁（１６ａ，１６ｂ）とその周囲の薄膜シリコン層（４）を電気的に接続したことを特徴とする光学素子。
【請求項５】
請求項１に記載の光学素子において、
前記梁（１６ａ，１６ｂ）の下面は前記シリコン基板（２）と接していることを特徴とする光学素子。
【請求項６】
請求項５に記載の光学素子において、
前記梁（１６ａ，１６ｂ）は、トレンチを形成する際に前記薄膜シリコン層（４）を前記埋込み絶縁膜（３）が露出するまでエッチングした後に、前記梁（１６ａ，１６ｂ）の下の前記埋込み絶縁膜（３）をエッチング除去することにより前記梁（１６ａ，１６ｂ）の下面を前記シリコン基板（２）と接するようにしたものであることを特徴とする光学素子。
【請求項７】
請求項５に記載の光学素子において、
前記シリコン基板（２）と接している前記梁（１６ａ，１６ｂ）の周囲に、梁（１６ａ，１６ｂ）のヤング率よりも小さいヤング率の導電性材料（５２）を配置し、当該導電性材料（５２）を通して前記梁（１６ａ，１６ｂ）と前記シリコン基板（２）を電気的に接続したことを特徴とする光学素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学素子において、
前記薄膜シリコン層（４）に対し前記梁（１６ａ，１６ｂ）を囲う脱落防止用キャップ材（５３）を設けたことを特徴とする光学素子。
【請求項９】
半導体基板（１）に形成した凹部または貫通部における開口部において、可動部（６１）が捩じり梁（６０）により揺動可能に支持された光学素子であって、
前記捩じり梁（６０）と可動部（６１）とを梁（６２ａ，６２ｂ）により連結したことを特徴とする光学素子。
【請求項１０】
請求項９に記載の光学素子において、
前記可動部（６１）は２つの部材（６１ａ，６１ｂ）よりなり、この２つの部材（６１ａ，６１ｂ）の間に前記捩じり梁（６０）の捩じり軸（Ｌ１）が存在するとともに、２つの部材（６１ａ，６１ｂ）の間に間隙（６３ａ，６３ｂ）が存在していることを特徴とする光学素子。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光学素子において、
前記可動部（６１）を構成する２つの部材（６１ａ，６１ｂ）を２つ以上の梁（６２ａ，６２ｂ，６２ｃ）で連結したことを特徴とする光学素子。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれか１項に記載の光学素子において、
前記捩じり梁（６０）と可動部（６１）の間に設けられた梁（６２ａ，６２ｂ）と、可動部（６１）とによる構造体における共振周波数は、捩じり梁（６０）と、前記捩じり梁（６０）と可動部（６１）の間に設けられた梁（６２ａ，６２ｂ）と、可動部（６１）とによる構造体における共振周波数より高いことを特徴とする光学素子。
【請求項１３】
半導体基板（１）に形成した凹部または貫通部における開口部において、可動部（７１）が捩じり梁（７０）により揺動可能に支持された光学素子であって、
前記捩じり梁（７０）の捩じり軸（Ｌ５）から、前記可動部（７１）における慣性質量の重心（Ｐ１）をズラしたことを特徴とする光学素子。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光学素子において、
前記捩じり梁（７０）に対し離間した可動部（７１）を、梁（７５ａ，７５ｂ）を用いて連結したことを特徴とする光学素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光学素子である光スキャナが特許文献１に開示されている。この光スキャナは、図３６に示すように、シリコン基板１００に形成した凹部１０１での開口部において捩じり梁（トーションバー）１０２ａ，１０２ｂにより可動部１０３が支持され、同可動部１０３にはミラー１０４が形成されている。シリコン基板１００の上には絶縁膜１０５を介して固定電極１０６ａ，１０６ｂが形成され、固定電極１０６ａ，１０６ｂは可動部１０３に形成した可動電極１０７ａ，１０７ｂと対向して配置されている。そして、固定電極１０６ａ，１０６ｂと可動電極１０７ａ，１０７ｂとの間に電圧を印加し、両者間に生じる静電気力によって可動部１０３が揺動する。この際、可動電極１０７ａ，１０７ｂと固定電極１０６ａ，１０６ｂとは干渉しないようにしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−５２２７８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
光スキャナの広角化、即ち、可動部１０３の振れ角増大のためには、静電気力を利用する場合において印加電圧を増加させたり、あるいは、捩じり梁（トーションバー）１０２ａ，１０２ｂの径を小さくして捩じり梁（トーションバー）１０２ａ，１０２ｂの剛性を小さくすればよい。しかし、前者は電源の昇圧化が必要となり、後者は捩じり梁（トーションバー）１０２ａ，１０２ｂの疲労破壊を起こしやすいなどの耐久性に問題がある。
【０００５】
本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的は、可動部が梁により揺動可能に支持された光学素子において、可動部を揺動させやすくすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、梁の周囲における薄膜シリコン層に対し埋込み絶縁膜に達するトレンチを形成して梁をその周囲の薄膜シリコン層から分離するとともに、梁をその下の埋込み絶縁膜から分離したことを特徴としている。これにより、弱い力でも大きく可動部を揺動させることができる。
【０００７】
さらに、共振点以外の周波数でも十分大きな振幅を得ることが可能となる。つまり、図３６において、静電気力による回転力と捩じり梁（トーションバー）１０ａ，１０２ｂのバネ力が平衡する状態まで可動部１０３が回動し、電圧の印加を停止すると元に位置まで戻る。よって、固定電極１０６ａ，１０６ｂと可動電極１０７ａ，１０７ｂに電圧を交互に印加することで繰り返し可動部１０３を振らせることができるが、静電気力自体が小さく、可動部１０３の往復周期に同期する共振点付近でないと振幅が稼げないため、任意の周波数での揺動ができない問題点があった。これに対し、本発明によれば、共振点以外の周波数でも可動部を揺動することができる。
【０００８】
請求項２に記載のように、薄膜シリコン層よりなる梁における埋込み絶縁膜との接触部は楔形状をなす構造としてもよい。この場合、請求項３に記載のように、薄膜シリコン層よりなる梁における埋込み絶縁膜との接触部は、トレンチを形成する時に発生するノッチ現象を利用して楔形状にするとよい。
【０００９】
請求項４に記載のように、梁をその周囲の薄膜シリコン層から分離するトレンチに、梁のヤング率よりも小さいヤング率の導電性材料を配置し、当該導電性材料を通して梁とその周囲の薄膜シリコン層を電気的に接続してもよい。
【００１０】
請求項５に記載のように、梁の下面はシリコン基板と接している構造としてもよい。この場合、請求項６に記載のように、梁は、トレンチを形成する際に薄膜シリコン層を埋込み絶縁膜が露出するまでエッチングした後に、梁の下の埋込み絶縁膜をエッチング除去することにより梁の下面をシリコン基板と接するようにするとよい。
【００１１】
請求項７に記載のように、シリコン基板と接している梁の周囲に、梁のヤング率よりも小さいヤング率の導電性材料を配置し、当該導電性材料を通して梁とシリコン基板を電気的に接続してもよい。
【００１２】
請求項８に記載のように、薄膜シリコン層に対し梁を囲う脱落防止用キャップ材を設けるとよい。
請求項９に記載の発明は、捩じり梁と可動部とを梁により連結したことを特徴としている。これにより、弱い力でも大きく可動部を揺動させることができる。
【００１３】
請求項１０に記載のように、可動部は２つの部材よりなり、この２つの部材の間に捩じり梁の捩じり軸が存在するとともに、２つの部材の間に間隙が存在しているようにしてもよい。
【００１４】
請求項１１に記載のように、可動部を構成する２つの部材を２つ以上の梁で連結するとよい。
請求項１２に記載のように、捩じり梁と可動部の間に設けられた梁と、可動部とによる構造体における共振周波数は、捩じり梁と、捩じり梁と可動部の間に設けられた梁と、可動部とによる構造体における共振周波数より高いようにするとよい。
【００１５】
請求項１３に記載の発明は、捩じり梁の捩じり軸から、可動部における慣性質量の重心をズラしたことを特徴としている。これにより、慣性モーメントの作用により弱い力でも大きく可動部を揺動させることができる。
【００１６】
請求項１４に記載のように、捩じり梁に対し離間した可動部を、梁を用いて連結すると、さらに大きく可動部を揺動させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、この発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１８】
図１には、本実施形態における光学素子である光スキャナの斜視図を示す。図２には光スキャナの平面図を示す。図２のＡ−Ａ線での縦断面を図３に、図２のＢ−Ｂ線での縦断面を図４に、図２のＣ−Ｃ線での縦断面を図５に、それぞれ示す。
【００１９】
本実施形態においてはＳＯＩ基板１を用いている。つまり、ＳＯＩ基板１は、シリコン基板２の上に埋込み酸化膜（広義には、埋込み絶縁膜）３を介して薄膜シリコン層４を形成することにより構成されている。図２に示すように、薄膜シリコン層４にはトレンチ１０が形成され、このトレンチ１０は埋込み酸化膜３に達している。トレンチ１０により、第１の固定側部材（四角枠部）１１と、第２の固定側部材（第１の固定電極部）１２と、第３の固定側部材（第２の固定電極部）１３と、第４の固定側部材１４と、第５の固定側部材（可動電極給電部）１５と、梁１６ａ，１６ｂに連結された可動部１７とに区画形成されている。可動部（質量部）１７は、長方形状をなしている。長方形状の可動部１７における長辺での中央部には、棒状の梁１６ａ，１６ｂが直線的に延びている。
【００２０】
また、長方形状の可動部１７における短辺部には櫛歯電極２０ａ，２０ｂが形成されている。一方、第２の固定側部材（第１の固定電極部）１２および第３の固定側部材（第２の固定電極部）１３において、可動部１７の櫛歯電極２０ａ，２０ｂに対向するように櫛歯電極２１ａ，２１ｂが形成されている。そして、櫛歯電極２０ａ，２０ｂと櫛歯電極２１ａ，２１ｂとの間に電圧を印加することにより静電気力が作用する。
【００２１】
第２の固定側部材１２の上面にはアルミパッド３０が形成され、アルミパッド３０を通して櫛歯電極２１ａに電圧を印加することができる。また、第３の固定側部材１３の上面にはアルミパッド３１が形成され、アルミパッド３１を通して櫛歯電極２１ｂに電圧を印加することができる。
【００２２】
一方、図４，５に示すように、ＳＯＩ基板１の中央部分において貫通部３５が形成され、この貫通部３５は当該領域におけるシリコン基板２と埋込み酸化膜３とを除去することにより形成したものである。この貫通部３５は、図２に示すように、長方形状の可動部１７の形成領域を含めたその周辺に開口している。そして、貫通部３５の開口部において、棒状の梁１６ａ，１６ｂに連結された可動部１７（櫛歯電極２０ａ，２０ｂ）が、棒状の梁１６ａ，１６ｂを結ぶ線を中心にして揺動することになる。
【００２３】
このようにして、シリコン基板２および埋込み酸化膜３に対し可動部１７の区画用のトレンチ１０につながる貫通部３５が形成され、この貫通部３５において、光反射部となる可動部１７が梁１６ａ，１６ｂに支持された状態で可動部１７が揺動することになる。
【００２４】
長方形状の可動部１７の上面には反射膜３３が形成されている。反射膜３３として金属膜、具体的にはアルミ薄膜を用いている。そして、可動部１７の揺動に伴ない反射膜３３の向きが変更されることになる。これにより、反射膜３３に照射された光（例えばレーザビーム）の向きが変更（光路が変更）されてスキャニングが行われることになる。
【００２５】
さらに本実施形態においては、図１，２に示すように、薄膜シリコン層４にはトレンチ１０ａが形成され、このトレンチ１０ａは埋込み酸化膜３に達している。トレンチ１０ａにより、薄膜シリコン層４における梁１６ａ，１６ｂをその周囲の固定部側の部材から分離している。また、図３に示すように、梁１６ａ，１６ｂにおける下部は斜状面３７となっており、薄膜シリコン層４よりなる梁１６ａ，１６ｂにおける埋込み酸化膜３との接触部は楔形状をなしている。これにより、梁１６ａ，１６ｂは埋込み酸化膜３と分離している。
【００２６】
また、図２の第５の固定側部材（可動電極給電部）１５の上面にはアルミパッド３２が形成され、アルミパッド３２を通して櫛歯電極２０ａ，２０ｂに電圧を印加することができる。詳しくは、アルミパッド３２に電圧を印加すると静電気力によって梁１６ｂが第５の固定側部材（薄膜シリコン層）１５に引き寄せられて接触し、結果として梁１６ｂを通して櫛歯電極２０ａ，２０ｂに電圧が印加される。
【００２７】
次に、製造方法を説明する。
図６（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板１を用意し、薄膜シリコン層４の上における所定領域に、アルミパッド３０，３１，３２を形成するとともに、図２に示した反射膜３３を形成する。
【００２８】
そして、図６（ｂ）に示すように、薄膜シリコン層４の上にマスク４０を形成した後、マスク４０を用いて薄膜シリコン層４をドライエッチングして埋込み酸化膜３に達するトレンチ１０を形成する。このとき、図２のトレンチ１０ａも形成する。さらに、図６（ｃ）に示すように、薄膜シリコン層４に対するオーバーエッチングを行い、埋込み酸化膜３との接触部において斜状面３７を形成する。
【００２９】
このオーバーエッチングによる斜状面３７の形成について言及する。図７（ａ）に示すように、ドライエッチング工程において、当初、マスクの開口部からイオンを当てて薄膜シリコン層４を掘っていく。そして、ドライエッチングを継続して行うことにより、図７（ｂ）に示すように、埋込み酸化膜３に達する。すると、埋込み酸化膜３の表面がプラスに電離する。ドライエッチングの継続によって、図７（ｃ）に示すように、イオンが埋込み酸化膜３の表面のプラスにより曲げられて薄膜シリコン層４をエッチングして斜状面３７を形成する。
【００３０】
このように、梁１６ａ，１６ｂをその周辺および下の部材から分離する方法として次のようにしている。ドライエッチングにてトレンチを形成する際、埋込み酸化膜３が露出した後もオーバーエッチングを続ける。このことにより埋込み酸化膜３の帯電によりイオンの軌跡が曲がり、埋込み酸化膜３と薄膜シリコン層４の界面付近でノッチ（３７）と呼ばれるエッチングが発生する。これを積極的に利用して梁１６ａ，１６ｂを分離している。即ち、薄膜シリコン層４よりなる梁１６ａ，１６ｂにおける埋込み酸化膜３との接触部は、トレンチ１０ａを形成する時に発生するノッチ現象を利用して楔形状にしたものである。
【００３１】
このようなドライエッチングを行った後、図８（ａ）の状態から、図８（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板１のシリコン基板２の表面に、マスク４１を形成し、このマスク４１を用いてシリコン基板２と埋込み酸化膜３をドライエッチングして貫通部３５を形成する。
【００３２】
このようにして得られた構造として、梁１６ａ，１６ｂの周囲における薄膜シリコン層４に対し埋込み酸化膜３に達するトレンチ１０ａを形成して梁１６ａ，１６ｂをその周囲の薄膜シリコン層４から分離するとともに、梁１６ａ，１６ｂをその下の埋込み酸化膜３から分離している。つまり、梁１６ａ，１６ｂをその周囲の薄膜シリコン層４から分離するとともにその下の埋込み酸化膜３から分離し、自由に回動できる構造にしている。その結果、図９に示すように、弱い静電気力でも十分な回転力が得られ、大きく可動部１７を揺動させることができる。そのため、共振点以外の周波数でも十分大きな振幅を得ることができる。つまり、図３６に示す従来の構造では、捩じり梁（トーションバー）１０２ａ，１０２ｂの復元力に対して相対的に静電気力が小さいために、共振周波数付近でしか大きい振幅がとれなかった。しかし、本実施形態ではトーションバーの復元力を弱くしているため、共振点以外の周波数でも十分大きな振幅を得ることが可能となる。
【００３３】
詳しくは、図３６において、静電気力による回転力と捩じり梁（トーションバー）１０２ａ，１０２ｂのバネ力が平衡する状態まで可動部（ミラー）１０３が回動し、電圧の印加を停止すると元に位置まで戻る。よって、固定電極１０６ａ，１０６ｂと可動電極１０７ａ，１０７ｂに電圧を交互に印加することで繰り返し可動部（ミラー）１０３を振らせることができるが、静電気力自体が小さく、可動部（ミラー）１０３の往復周期に同期する共振点付近でないと振幅が稼げないため、任意の周波数でのスキャニングができない問題点があった。これに対し、本実施形態によれば、共振点以外の周波数でも可動部１７を揺動してスキャニングを行うことができる。
【００３４】
図１０に、応用例を示す。
図１０において、梁１６ａ，１６ｂをその周囲の薄膜シリコン層４から分離するとともにその下の埋込み酸化膜３から分離し、さらに、梁１６ａ，１６ｂをその周囲の薄膜シリコン層４から分離するトレンチ１０ａに、梁１６ａ，１６ｂのヤング率（薄膜シリコン層４のヤング率）よりも小さいヤング率の導電性材料５０を配置（埋設）している。導電性材料５０として導電性樹脂を挙げることができる。これによって、導電性材料５０を通して梁１６ａ，１６ｂとその周囲の薄膜シリコン層４を電気的に接続している。即ち、可動部１７（可動電極２０ａ，２０ｂ）の電位を、周囲の第５の固定側部材１５と確実に同電位にすることができる。その結果、可動部１７（可動電極２０ａ，２０ｂ）の電位が安定し、揺動動作を確実に行わせることができる。また、導電性材料５０のヤング率は梁１６ａ，１６ｂのヤング率よりも小さいため、従来の固定されたトーションバーに比べて可動部１７（可動電極２０ａ，２０ｂ）の回転力を阻害しにくく、導電性材料５０で支持されているためにより安定した揺動動作が可能となる。
【００３５】
なお、導電性材料５０は梁１６ａ，１６ｂの捩じり復元力に対して小さい復元力の材料で構成するとよい。
図１１に、他の応用例を示す。
【００３６】
図１１において、梁１６ａ，１６ｂをその周囲の薄膜シリコン層４から分離するとともその下の埋込み酸化膜３を除去する。つまり、梁１６ａ，１６ｂの下面はシリコン基板２と接している。
【００３７】
製造の際に次のようにする。図１２（ａ）に示すように、薄膜シリコン層４の上にマスク５１を配置してエッチングにより埋込み酸化膜３に達するトレンチ１０を形成する。この時、トレンチ１０ａも形成する。その後、図１２（ｂ）に示すように、埋込み酸化膜３をエッチング除去して梁１６ａ，１６ｂの下の埋込み酸化膜３を除去する。
【００３８】
このようにして梁１６ａ，１６ｂを分離させた後でも、梁１６ａ，１６ｂはシリコン基板２と電気的に接触している。そのため、図示されない電極によってシリコン基板２の電位を制御することにより、可動部１７（可動電極２０ａ，２０ｂ）の電位を制御することができる。つまり、梁１６ａ，１６ｂは、トレンチを形成する際に薄膜シリコン層４を埋込み酸化膜３が露出するまでエッチングした後に、梁１６ａ，１６ｂの下の埋込み酸化膜３をエッチング除去することにより梁１６ａ，１６ｂの下面をシリコン基板２と接するようにすることができる。
【００３９】
図１１の変形例として、図１３に示すようにしてもよい。
図１３に示すように、梁１６ａ，１６ｂをその周囲の薄膜シリコン層４から分離するとともその下の埋込み酸化膜３を除去し、さらに、梁１６ａ，１６ｂの周囲のトレンチ１０ａを梁１６ａ，１６ｂのヤング率（薄膜シリコン層４のヤング率）よりも小さいヤング率の導電性材料５２で埋める。導電性材料５２として導電性樹脂を挙げることができる。これにより、梁１６ａ，１６ｂがシリコン基板２と確実に電気的に接続することで、安定な動作を行うことができる。また、導電性材料５２で固定されているために可動部１７（可動電極２０ａ，２０ｂ）をより安定して揺動動作させることが可能となる。
【００４０】
このようにして、シリコン基板２と接している梁１６ａ，１６ｂの周囲に、導電性材料５２を配置し、導電性材料５２を通して梁１６ａ，１６ｂとシリコン基板２を電気的に接続する。
【００４１】
なお、導電性材料５２は梁１６ａ，１６ｂの捩じり復元力に対して小さい復元力の材料で構成するとよい。
図１４に、他の応用例を示す。
【００４２】
図１４において、梁１６ａ，１６ｂをその周囲の薄膜シリコン層４から分離するとともその下の埋込み酸化膜３から分離し、さらに、ＳＯＩ基板１の上からシリコン基板５３を接合し、このシリコン基板５３により可動部（ミラー）１７が脱落しないようにしている。つまり、薄膜シリコン層４に対し梁１６ａ，１６ｂを囲うシリコン基板５３を設け、このシリコン基板５３を脱落防止用キャップ材として用いている。
【００４３】
詳しくは、シリコン基板５３には透孔５４が形成され、この透孔５４により可動部１７が露出し可動部１７が揺動できるようになっている。また、シリコン基板５３には透孔５５，５６，５７が形成され、この透孔５５，５６，５７により各パッド３０，３１，３２が露出している。さらに、シリコン基板５３の下面における梁１６ａ，１６ｂの配置位置には凹部５８が形成され、この凹部５８により梁１６ａ，１６ｂが回動してもシリコン基板５３と接触することはない。シリコン基板５３の下面には絶縁膜（図示略）が形成され、シリコン基板５３と薄膜シリコン層４とは電気的に分離されている。
【００４４】
なお、図１４においてはシリコン基板５３を脱落防止用キャップ材として用いたが、薄膜材料を脱落防止用キャップ材として用いてもよい。また、図１０や図１３に示した導電性材料（５０，５２）を設けるとともにキャップ材（５３）を設けてもよい。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００４５】
図１５には本実施の形態における可動部の平面図を示す。図１６には斜視図を示す。
本第２の実施の形態および後記する第３の実施の形態においては、第１の実施の形態における特徴的構成である梁１６ａ，１６ｂの周囲の薄膜シリコン層４からの分離および梁１６ａ，１６ｂの下の埋込み酸化膜３からの分離は行っていない。
【００４６】
本光スキャナ（光学素子）はその前提として、図１等に示した半導体基板としてのＳＯＩ基板１に凹部または貫通部を形成している。具体的には、例えば、図４のトレンチ１０および貫通部３５を有している。そして、半導体基板に形成した凹部または貫通部の開口部において、図１５に示すように、光反射部となる可動部６１が捩じり梁６０により揺動可能に支持されている。さらに、本実施形態においては、ある一定の力において、図１７，１８のような捩じり梁（トーションバー）６０を用いたスキャナの振れ角を大きくするために次のようにしている。図１５，１６に示すように捩じり梁（トーションバー）６０から、梁（バネ）６２ａ，６２ｂを介して可動部（ミラー部）６１を連結している。つまり、図１７，１８に示すように、四角形状をなす可動部（質量部）６１における対向する２つの辺の中心部から捩じり梁（トーションバー）６０を突出させるのでなく、図１５，１６の梁（バネ）６２ａ，６２ｂを介して可動部（ミラー部）６１と接続している。詳しくは、可動部６１は２つの部材６１ａ，６１ｂよりなり、この２つの部材６１ａ，６１ｂの間に捩じり梁６０の捩じり軸Ｌ１が存在するとともに、２つの部材６１ａ，６１ｂの間に間隙６３ａ，６３ｂが存在している。
【００４７】
図１９（ａ），（ｂ）には、図１７のＡ−Ａ線での縦断面における揺動状況を示す。図２０（ａ），（ｂ）には、図１５のＡ−Ａ線での縦断面における揺動状況を示す。図１７，１８の場合においては、捩じり梁（トーションバー）６０の回転により、図１９（ａ），（ｂ）に示すように、可動部（質量部）６１が回動する。これに対し、図１５，１６の場合、捩じり梁（トーションバー）６０から突き出した梁（バネ）６２ａ，６２ｂが、図２０（ａ），（ｂ）に示すように、回動とともに変形して可動部（ミラー部）６１の振れ角を大きくすることができる。即ち、捩じり梁（トーションバー）６０の角度θ１よりも梁（バネ）６２ａ，６２ｂの角度θ２が大きく、さらに、梁（バネ）６２ａ，６２ｂの角度θ２よりも可動部（質量部）６１の角度θ３が大きい。即ち、可動部（ミラー部）６１の回動角度を大きくすることができる。
【００４８】
なお、図２１のように、可動部（質量部）６１において反射膜６４ａ，６４ｂを形成してもよい。
このように、図１５の可動部（ミラー部）６１は、捩じり梁（トーションバー）６０に対して左右に分離した構造をとり、可動部（ミラー部）６１は、静電力等により加振される。なお、図１５，１６には、電磁、静電の加振機構は省略している。そして、捩じり梁（トーションバー）６０から梁（バネ）６２ａ，６２ｂを介し可動部（ミラー部）６１を接続すると、図２０に示すように、捩じり梁（トーションバー）６０の捩じりの角度θ１に対し、梁（バネ）６２ａ，６２ｂも変形するため、可動部（ミラー部）６１の変形角度θ３は大きくなる（θ３＞θ１）。
【００４９】
さらに、捩じり梁６０と可動部６１の間に設けられた梁６２ａ，６２ｂと、可動部６１とによる構造体における共振周波数は、捩じり梁６０と梁６２ａ，６２ｂと可動部６１とによる構造体における共振周波数より高くしている。つまり、全体の梁構造体での共振周波数に対して、梁（バネ）６２ａ，６２ｂにおける捩じり梁（トーションバー）６０側の根元部分を、片持ち梁の固定端とした場合の共振周波数を大きく設定する。これは、捩じり梁（トーションバー）６０の振動に対して、変位量のロスが出ないようにすることと、追従性をよくするためである。つまり、図２２のように、梁（バネ）６２ａ，６２ｂにおける捩じり梁（トーションバー）６０側の根元部分の共振周波数が一致した場合においては、捩じり梁６０の傾きと可動部（反射部）６１の傾きが一致する。しかし、梁（バネ）６２ａ，６２ｂにおける捩じり梁（トーションバー）６０側の根元部分の共振周波数が小さい場合、図２３のように捩じり梁６０の傾きと可動部（ミラー部）６１の傾きが逆方向になり、傾きが小さくなる。このことを考慮して、梁６２ａ，６２ｂと可動部６１よりなる構造体における共振周波数を大きく設定する。
【００５０】
以上のように、捩じり梁６０と可動部６１とを梁６２ａ，６２ｂにより連結することにより、弱い力でも大きく可動部６１を揺動させることができる。
図２４には、変形例を示す。
【００５１】
図２４において、可動部（ミラー部）６１は、捩じり梁（トーションバー）６０に対して、左右に分離した構造をとり、左右の部材（ミラー部）６１ａ，６１ｂの間には、捩じり梁（トーションバー）６０は存在しない。図１５において、両部材（ミラー部）６１ａ，６１ｂの間に存在する捩じり梁（トーションバー）６０には、ほとんど外力が加わらないため変形しない。なお、図２５のように、可動部（反射部）６１において反射膜６４ａ，６４ｂを形成してもよい。
【００５２】
この構成とすることにより以下の効果を奏する。
図２６（ａ）に示すごとく左右の部材６１ａ，６１ｂの間に捩じり梁６０が有る場合における、図２６（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面における光路を図２６（ｂ）に示す。図２７（ａ）に示すごとく左右の部材６１ａ，６１ｂの間に捩じり梁６０が無い場合における、図２７（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面における光路を図２７（ｂ）に示す。
【００５３】
図２６（ａ），（ｂ）に示すように、捩じり梁（トーションバー）６０と、両部材（ミラー）６１ａ，６１ｂの傾きが異なるため、捩じり梁（トーションバー）６０に当たった光だけが両部材（ミラー）６１ａ，６１ｂとは別の方向に反射し、ノイズ成分となる。これに対し、図２４の場合においては、図２７（ａ），（ｂ）に示すように、両部材（ミラー）６１ａ，６１ｂの間に捩じり梁（トーションバー）６０が無いため、すべての反射光を一定の向きに反射させることができる。
【００５４】
図２８には、他の変形例を示す。
図２８において、左右の部材（ミラー部）６１ａ，６１ａを３本の梁（バネ）６２ａ，６２ｂ，６２ｃで接続している。即ち、可動部６１を構成する２つの部材６１ａ，６１ｂを２つ以上の梁６２ａ，６２ｂ，６２ｃで連結している。このように、左右の部材（質量部）６１ａ，６１ｂを梁（バネ）６２ａ，６２ｂ，６２ｃで接続する連成系を採用することにより、揺動動作を安定化させることができる。また、図２７で説明したように、左右の部材（ミラー）６１ａ，６１ｂと、梁（バネ）６２ａ，６２ｂ，６２ｃの傾きはほぼ同じになるため、当たった光は、すべて一定方向に反射する。
【００５５】
なお、図２９のように、可動部（質量部）６１において反射膜６４ａ，６４ｂを形成してもよい。
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態を、第２の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００５６】
図３０には本実施の形態における可動部の斜視図を示す。図３１には、その動作状態を示す。
図３０に示す本実施形態においては、捩じり梁７０の捩じり軸Ｌ５から、可動部７１における慣性質量の重心Ｐ１をズラしている。即ち、可動部７１の重心Ｐ１を、捩じり梁（トーションバー）７０の捩じり軸Ｌ５上から距離ΔＬだけ離れた位置に置いている。
【００５７】
詳しくは、次の通りである。図３２においては一般的な可動部の構造を示し、捩じり梁７０の捩じり軸Ｌ５と可動部７１における慣性質量の重心Ｐ１とは一致している。この図３２に示す構成の場合には、図３３に示すように、一定の駆動力の付与により所定角度θ２だけ回動する。これに対し、図３０に示す構造とした場合には、図３１に示すように、一定の駆動力の付与により前述の図３３での角度θ２よりも大きな角度θ１で回動する。つまり、図３０においては、慣性モーメントの作用により捩じり梁（トーションバー）７０の捩じり角を大きくすることができる。
【００５８】
このように、可動部７１における慣性質量の重心Ｐ１の位置を捩じり梁（トーションバー）７０の捩じり軸Ｌ５から離すことで、可動部７１の体積を変えることなく捩じり角を大きくすることができる。また、共振周波数の低減を図ることができる。
【００５９】
なお、図３０，３２において、符号７２にて可動電極（櫛歯電極）を示すとともに、符号７３にて固定電極（櫛歯電極）を示す。
以上のように、図１等に示した半導体基板としてのＳＯＩ基板１に形成した凹部または貫通部における開口部において、図３０に示すごとく光反射部となる可動部７１が捩じり梁７０により揺動可能に支持された光学素子（光スキャナ）であって、捩じり梁７０の捩じり軸Ｌ５から、可動部７１における慣性質量の重心Ｐ１をズラした。これにより、慣性モーメントの作用により弱い力でも大きく可動部７１を揺動させることができる。
【００６０】
図３４に応用例を示す。図３４において、捩じり梁７０に対し離間した可動部７１を、梁７５ａ，７５ｂを用いて連結している。このように、捩じり梁（トーションバー）７０と可動部（マス）７１との間を梁（バネ）７５ａ，７５ｂで連結することで、図３５に示すように、梁（バネ）７５ａ，７５ｂの曲げ変形により、捩じり梁（トーションバー）７０の捩じり角以上に可動部（マス）７１の傾き角度を大きくすることができる。即ち、梁７５ａ，７５ｂの曲げにより可動部（慣性質量）７１の傾き角を大きくして、更に大きく可動部７１を揺動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における光スキャナの斜視図。
【図２】光スキャナの平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線での縦断面図。
【図４】図２のＢ−Ｂ線での縦断面図。
【図５】図２のＣ−Ｃ線での縦断面図。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は製造工程を説明するための光スキャナの縦断面図。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は製造工程を説明するための光スキャナの縦断面図。
【図８】（ａ），（ｂ）は製造工程を説明するための光スキャナの縦断面図。
【図９】動作説明のための光スキャナの縦断面図。
【図１０】応用例における光スキャナの縦断面図。
【図１１】他の応用例における光スキャナの縦断面図。
【図１２】（ａ），（ｂ）は製造工程を説明するための光スキャナの縦断面図。
【図１３】変形例における光スキャナの縦断面図。
【図１４】変形例における光スキャナを示す図。
【図１５】第２の実施の形態における光スキャナの平面図。
【図１６】光スキャナの斜視図。
【図１７】比較のための光スキャナの平面図。
【図１８】比較のための光スキャナの斜視図。
【図１９】（ａ），（ｂ）は動作説明のための光スキャナの断面図。
【図２０】（ａ），（ｂ）は動作説明のための光スキャナの断面図。
【図２１】光スキャナの斜視図。
【図２２】光スキャナの断面図。
【図２３】光スキャナの断面図。
【図２４】変形例における光スキャナの平面図。
【図２５】光スキャナの斜視図。
【図２６】（ａ），（ｂ）は光スキャナを示す図。
【図２７】（ａ），（ｂ）は光スキャナを示す図。
【図２８】他の変形例における光スキャナの平面図。
【図２９】光スキャナの斜視図。
【図３０】第３の実施の形態における光スキャナの斜視図。
【図３１】動作説明のための光スキャナの正面図。
【図３２】比較のための光スキャナの斜視図。
【図３３】動作説明のための光スキャナの正面図。
【図３４】応用例の光スキャナの斜視図。
【図３５】動作説明のための光スキャナの断面図。
【図３６】従来技術を説明するための光スキャナを示す図。
【符号の説明】
１…ＳＯＩ基板、２…シリコン基板、３…埋込み酸化膜、４…薄膜シリコン層、１０…トレンチ、１０ａ…トレンチ、１６ａ，１６ｂ…梁、１７…可動部、３５…貫通部、５０…導電性樹脂、５２…導電性樹脂、５３…シリコン基板、６０…捩じり梁、６１…可動部、６１ａ，６１ｂ…部材、６２ａ，６２ｂ，６２ｃ…梁、６３ａ，６３ｂ…間隙、７０…捩じり梁、７１…可動部、７５ａ，７５ｂ…梁、Ｌ１…捩じり軸、Ｌ５…捩じり軸、Ｐ１…重心。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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