(57)【要約】【課題】不要な反射光の方向がミラー面での反射光の方向に揃うのを抑制することが可能なＭＥＭＳ光スキャナを提供する。【解決手段】半導体基板である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と、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と、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とを備える。ミラー形成基板１は、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可動部２０と、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とを有する。第１のカバー基板２におけるミラー形成基板１とは反対の外表面側に、透光性部材６が配置される。透光性部材６は、第１のカバー基板２側とは反対側の表面が、第１のカバー基板２におけるミラー形成基板１側の平面とは非平行な非平行面６１となっている。【選択図】図１
2012027337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を用いて形成され可動部にミラー面が設けられたミラー形成基板と、前記ミラー形成基板において前記ミラー面が設けられた一表面側に接合されたガラス基板からなる第１のカバー基板と、ミラー形成基板の他表面側に接合された第２のカバー基板と、前記可動部を駆動する駆動手段とを備え、前記ミラー形成基板が、外側フレーム部と、前記外側フレーム部の内側に配置された前記可動部と、前記外側フレーム部の内側で前記可動部を挟む形で配置され前記外側フレーム部と前記可動部とを連結し捩れ変形が可能な一対の捩りばね部とを有し、前記第１のカバー基板における前記ミラー形成基板側とは反対の外表面側に、透光性部材が配置されており、前記透光性部材における前記第１のカバー基板側とは反対の表面が、前記第１のカバー基板における前記ミラー形成基板側の平面とは非平行な非平行面であることを特徴とするＭＥＭＳ光スキャナ。
【請求項２】
前記透光性部材と前記第１のカバー基板とが、透光性を有する接着剤により固着されてなることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳ光スキャナ。
【請求項３】
前記ミラー形成基板は、前記一表面側において前記外側フレーム部に形成され前記駆動手段に接続された複数のパッドを備え、前記第１のカバー基板は、前記各パッドそれぞれを露出させる複数の貫通孔が形成され、前記各貫通孔それぞれに各別に連通するとともに前記貫通孔側とは反対側が開放された溝部が形成されてなり、前記透光性部材は、前記パッドに電気的に接続され前記溝部を通された金属線を保護することが可能な大きさ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光スキャナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（micro  electro  mechanical  systems）光スキャナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシニング技術などを利用して形成されるＭＥＭＳデバイスの一種として、入射光を反射する機能を有する可動部と、可動部を駆動する駆動手段とを備えたＭＥＭＳ光スキャナが各所で研究開発されている（例えば、特許文献１参照）。なお、ＭＥＭＳ光スキャナは、例えば、レーザプロジェクタ、レーザビームプリンタ、バーコードリーダ、内視鏡、距離画像センサなどの種々の光学機器への応用が考えられている。
【０００３】
特許文献１には、ＭＥＭＳ光スキャナとして、図９に示す構成の光走査装置が開示されている。この光走査装置は、ミラー基板（ミラー形成基板）１０１と、ミラー基板１０１の一表面側に接合されたカバー基板２２０と、ミラー基板１０１の他表面側に接合されたベース基板３３０とを備えている。なお、ミラー基板１０１は、第１のシリコン基板１４１と第２のシリコン基板１４２とでシリコン酸化膜１４３を挟んで接合した２層シリコン基板１４０を用いて形成してある。ここで、２層シリコン基板１４０は、第２のシリコン基板１４２の厚さを５００μｍ程度とし、第１のシリコン基板１４１の厚さを１００μｍ以下としてある。また、カバー基板２２０およびベース基板３３０の材料としては、パイレックス（登録商標）ガラスが採用されている。ミラー基板１０１とカバー基板２２０およびベース基板３３０とは、陽極接合などにより接合している。
【０００４】
上述のミラー基板１０１は、フレーム部（外側フレーム部）１１０と、フレーム部１１０の内側に配置され一表面側にミラー面（図示せず）が形成された矩形板状のミラー（可動部）１２０と、フレーム部１１０の内側でミラー１２０を挟む形で配置されフレーム部１１０とミラー１２０とを連結した一対の捻れ梁（捩りばね部）１３０，１３０とを備えている。また、ミラー基板１０１は、静電力によってミラー１２０を駆動する静電駆動式の駆動手段を備えている。この駆動手段は、ミラー１２０において一対の捻れ梁１３０，１３０を結ぶ方向に直交する方向の両側に形成された櫛形状の可動電極１２２，１２２と、フレーム部１１０に形成され可動電極１２２，１２２の複数の可動櫛歯片１２２ｂに対向する複数の固定櫛歯片１１２ｂを有する櫛形状の固定電極１１２，１１２とで構成されている。
【０００５】
また、ベース基板３３０は、ミラー基板１０１側の表面に、ミラー１２０の振動空間を確保するための凹部３３１が形成されている。そして、光走査装置は、ミラー１２０の振動空間を減圧してある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１０９６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、図９に示した構成の光走査装置のようなＭＥＭＳ光スキャナでは、別置の光源（例えば、レーザ光源など）から出射されカバー基板２２０の外表面に入射した光ビームのうち、カバー基板２２０を透過してミラー基板１０１の上記ミラー面で反射されてカバー基板２２０の上記外表面から出射する所望の光ビームと、カバー基板２２０の上記外表面で反射された不要な光ビームとの進行方向が揃ってしまうことがある。このため、上述の光走査装置を、例えば、レーザプロジェクタなどの表示装置に応用した場合、スクリーン上に不要な輝点が生じてしまい、表示品質が低下してしまう懸念がある。
【０００８】
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、不要な反射光の方向がミラー面での反射光の方向に揃うのを抑制することが可能なＭＥＭＳ光スキャナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のＭＥＭＳ光スキャナは、半導体基板を用いて形成され可動部にミラー面が設けられたミラー形成基板と、前記ミラー形成基板において前記ミラー面が設けられた一表面側に接合されたガラス基板からなる第１のカバー基板と、ミラー形成基板の他表面側に接合された第２のカバー基板と、前記可動部を駆動する駆動手段とを備え、前記ミラー形成基板が、外側フレーム部と、前記外側フレーム部の内側に配置された前記可動部と、前記外側フレーム部の内側で前記可動部を挟む形で配置され前記外側フレーム部と前記可動部とを連結し捩れ変形が可能な一対の捩りばね部とを有し、前記第１のカバー基板における前記ミラー形成基板側とは反対の外表面側に、透光性部材が配置されており、前記透光性部材における前記第１のカバー基板側とは反対の表面が、前記第１のカバー基板における前記ミラー形成基板側の平面とは非平行な非平行面であることを特徴とする。
【００１０】
このＭＥＭＳ光スキャナにおいて、前記透光性部材と前記第１のカバー基板とが、透光性を有する接着剤により固着されてなることが好ましい。
【００１１】
このＭＥＭＳ光スキャナにおいて、前記ミラー形成基板は、前記一表面側において前記外側フレーム部に形成され前記駆動手段に接続された複数のパッドを備え、前記第１のカバー基板は、前記各パッドそれぞれを露出させる複数の貫通孔が形成され、前記各貫通孔それぞれに各別に連通するとともに前記貫通孔側とは反対側が開放された溝部が形成されてなり、前記透光性部材は、前記パッドに電気的に接続され前記溝部を通された金属線を保護することが可能な大きさに形成されてなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のＭＥＭＳ光スキャナにおいては、不要な反射光の方向がミラー面での反射光の方向に揃うのを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１のＭＥＭＳ光スキャナを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。
【図２】同上のＭＥＭＳ光スキャナの概略分解斜視図である。
【図３】同上のＭＥＭＳ光スキャナの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図４】実施形態２のＭＥＭＳ光スキャナの概略分解斜視図である。
【図５】同上のＭＥＭＳ光スキャナの要部の概略分解斜視図である。
【図６】同上のＭＥＭＳ光スキャナの要部の概略斜視図である。
【図７】同上のＭＥＭＳ光スキャナの要部の概略斜視図である。
【図８】同上のＭＥＭＳ光スキャナの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図９】従来例の光走査装置を示し、（ａ）は概略分解斜視図、（ｂ）は概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施形態１）
以下、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナについて図１および図２を参照しながら説明する。
【００１５】
本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナは、半導体基板である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、ＭＥＭＳ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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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、可動部２０を駆動する後述の駆動手段に電気的に接続される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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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２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２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。ここで、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が形成された矩形状の島部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。
【００３０】
ここで、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、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り、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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）を採用しているが、硼珪酸ガラスに限らず、例えば、ソーダライムガラス、無アルカリガラス、石英ガラスなどを採用してもよい。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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
ところで、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナは、第１のカバー基板２におけるミラー形成基板１とは反対の外表面側に、透光性材料（例えば、ガラス、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂など）からなる透光性部材６が配置されている。ここにおいて、透光性部材６の透光性材料としては、第１のガラス基板２との屈折率差が小さいことが好ましく、第１のガラス基板２と屈折率が同じ透光性材料であることが、より好ましい。透光性部材６は、第１のカバー基板２側とは反対側の表面が、第１のカバー基板２におけるミラー形成基板１側の平面（ｘｙ平面に平行な平面であり、より具体的には、第１のカバー基板２におけるミラー形成基板１との接合面を含む仮想平面）とは非平行な非平行面６１となっており、第１のカバー基板２の外表面とも非平行となっている。ここにおいて、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、透光性部材６の非平行面６１が、一対の捩りばね部３０，３０を結ぶ直線に直交する断面（ｘｚ平面に平行な面）において傾斜する傾斜面により構成されている。ここで、透光性部材６は、光源からの光が入射する側の方が、厚みが薄くなっている。なお、図１（ｂ）中の太線の矢印は、光源からの光で透光性部材６の非平行面６１に入射する光のうちミラー面２１で反射される光の進行経路を模式的に示し、細線の矢印は上記光源からの光で透光性部材６の非平行面６１に入射する光のうち非平行面６１で反射される光（不要な反射光）の進行方向を模式的に示している。
【００４４】
また、透光性部材６と第１のカバー基板２とは、透光性の接着剤により固着されているが、接着剤の材料としては、透光性部材６および第１のカバー基板２との屈折率差が小さな材料が好ましく、屈折率が同じで材料であることが、より好ましい。なお、透光性部材６の非平行面６１は、傾斜面に限らず、例えば、凸曲面や凹曲面などでもよい。
【００４５】
以下、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの製造方法について図３を参照しながら説明するが、（ａ）〜（ｄ）は図１（ａ）のＡ−Ｂ’断面に対応する部分の概略断面を示している。
【００４６】
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３（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。
【００４７】
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１３１を形成する。続いて、第１のレジスト層１３１をマスクとして、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とにより第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３（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。
【００４８】
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１３１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１３２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１３３を形成する。そして、第３のレジスト層１３３をマスクとして、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とにより第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３（ｃ）に示す構造を得る。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。
【００４９】
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１３２および第３のレジスト層１３３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。続いて、第１のカバー基板２におけるミラー形成基板１とは反対の外表面側に、透光性部材６を固着する透光性部材固着工程を行うことによって、図３（ｄ）に示す構造のＭＥＭＳ光スキャナを得る。
【００５０】
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。
【００５１】
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い、その後、各チップそれぞれにおける第１のカバー基板２に、透光性部材６を固着するようにしている。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。
【００５２】
以上説明した本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、透光性部材６における第１のカバー基板２側とは反対の表面が、第１のカバー基板２におけるミラー形成基板１側の平面とは非平行な非平行面６１であるので、不要な反射光の方向がミラー面２１での反射光（ミラー面２１で反射されＭＥＭＳ光スキャナから出射される光）の方向に揃うのを抑制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、透光性部材６と第１のカバー基板２とが、透光性を有する接着剤により固着されているので、透光性部材６の形状の自由度が高くなるとともに、製造が容易になる。
【００５３】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、ＳＯＩ基板１００の第１のシリコン層１００ａにより各捩りばね部３０，３０を形成してあるので、半導体基板としてシリコン基板を用いる場合に比べて各捩りばね部３０，３０の厚み寸法の精度を高めることができ、可動部２０と一対の捩りばね部３０，３０とで構成される振動系の共振周波数の精度を高めることができる。
【００５４】
（実施形態２）
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、図４〜図７に示すように、ミラー形成基板１と第１のカバー基板２と第２のカバー基板３とで構成されるチップ９が実装される実装基板５を備えている点や、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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
ここにおいて、第２のガラス基板３００の上記一表面に凹部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。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、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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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５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。
【００６６】
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。
【００６７】
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７参照）。また、可動フレーム部２３の複数のトレンチ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。
【００６８】
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。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。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８（ｆ）参照）が形成されている。
【００６９】
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。
【００７０】
以下、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナにおいて、ミラー形成基板１と第１のカバー基板２と第３のカバー基板３とで構成されるチップ９の製造方法について図８を参照しながら説明するが、図８の（ａ）〜（ｆ）は図５のＡ−Ｂ断面に対応する部分の概略断面を示している。
【００７１】
まず、半導体基板である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８（ａ）に示す構造を得る。
【００７２】
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８（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。
【００７３】
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８（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。
【００７４】
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１３１を形成する。その後、第１のレジスト層１３１をマスクとして、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とにより第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８（ｄ）に示す構造を得る。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。
【００７５】
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１３１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１３２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３のレジスト層１３３を形成する。その後、第３のレジスト層１３３をマスクとして、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とにより第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８（ｅ）に示す構造を得る。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。
【００７６】
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１３２および第３のレジスト層１３３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８（ｆ）に示す構造を得る。
【００７７】
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。
【００７８】
ところで、上述の実装基板５は、複数の導体パターン（電極）５０２が一表面側に形成されている。そして、実装基板５は、チップ９の各パッド１３それぞれから延出されたボンディングワイヤ８が互いに異なる導体パターン５０２に電気的に接続されている。ここで、ボンディングワイヤ８を構成する金属線としては、例えば、Ａｕ細線や、１％Ｓｉ−Ａｌ線、１％Ｍｇ−Ａｌ線などＡｌ−Ｓｉ細線を用いることができるが、導電性に優れたＡｕ細線が好ましい。また、導体パターン５０２の材料は、耐酸化性の高い金属であれば特に限定するものではないが、ボンディングワイヤ８との接合性の観点からＡｕが好ましい。
【００７９】
また、実装基板５は、プリント配線板などの配線基板（回路基板）に対して２次実装するにあたって、表面実装できるように、側面（側面に形成された切欠部の内面）と裏面とに跨って連続する導体パターン（端子パターン）からなる外部接続電極５０４が形成されている。したがって、実装基板５を上記配線基板に２次実装する場合には、半田フィレットを形成でき、実装強度の向上を図れる。なお、実装基板５は、導体パターン５０２と外部接続電極５０４とを電気的に接続する配線用導体パターン５０３も形成されているが、導体パターン５０２と外部接続電極５０４とが連続して形成されるような配置にすれば、配線用導体パターン５０３は設ける必要はない。外部接続電極５０４および配線用導体パターン５０３の材料は、導体パターン５０２と同様、Ａｕが好ましい。
【００８０】
また、上述のチップ９は、第１のカバー基板２に、各貫通孔２０２それぞれに各別に連通するととともに貫通孔２０２側とは反対側が開放された複数（ここでは、３つ）の溝部２０３が形成されている。
【００８１】
上述の実装基板５の各導体パターン５０２は、対応するパッド１３（ボンディングワイヤ８を介して電気的に接続するパッド１３）との距離が短くなるように配置されており、溝部２０３は、１対１で対応するパッド１３と導体パターン５０２との並び方向に沿って走るように形成されている。溝部２０３の深さ寸法は、当該溝部２０３に通したボンディングワイヤ８が、第１のカバー基板２の外表面を含む平面から突出しないようにボンディングワイヤ８を退避させる（隠す）ことができる値であればよい。
【００８２】
さらに、溝部２０３について説明すれば、ミラー形成基板１の構造によっては、溝部２０３を第１のカバー基板２の厚み方向に貫通する形で形成してもよいが、ミラー形成基板１と第１のカバー基板２との接合面積や、チップ９内部の気密性の観点から、貫通していないことが好ましく、溝部２０３の深さ寸法は、貫通孔２０３の長さ寸法よりも２００μｍ〜４００μｍ程度小さいことが好ましい。特に本実施形態では、図５における左右のパッド１３（１３ｃ），１３（１３ａ）の周りに、スリット１０ａ，１０ａの一部が形成されているので、気密性を確保するために、少なくとも、図５における左右の溝部２０３，２０３は、第１のカバー基板２の厚み方向に貫通しない形で形成する必要がある。なお、溝部２０３の幅寸法は、ボンディングワイヤ８を通すことができる寸法であればよく、本実施形態では、第１のカバー基板２の外表面における貫通孔２０２の開口径よりも小さな値に設定してあるが、幅寸法は特に限定するものではない。また、溝部２０３の開口形状は、特に限定するものではなく、溝部２０３の内側面がテーパ面となっていてもよい。また、第１のカバー基板２の溝部２０３は、ドリル加工法により形成してある。溝部２０３の形成方法は、ドリル加工法に限らず、例えば、サンドブラスト法やエッチング法などを採用してもよく、第２のカバー基板２の材料や溝部２０３の所望の開口形状に応じて適宜の形成方法を採用すればよい。
【００８３】
また、実装基板５は、中央部に、導体パターン５０２を含む平面よりも凹んだ凹部５０１が形成されており、当該凹部５０１の内底面にチップ９が搭載されているので、凹部５０１の深さ寸法を適宜設定することにより、ミラー形成基板１の厚み方向に沿った方向におけるパッド１３と導体パターン５０２との高低差を低減でき、ボンディングワイヤ８が溝部２０３の両端で第１のカバー基板２に接触するのを防止することが可能となる。ここで、凹部５０１の深さ寸法は、チップ９の裏面からパッド１３の表面までの高さに応じて適宜設定すればよく、例えば、数百μｍ〜１ｍｍ程度の範囲で適宜設定すればよい。言い換えれば、実装基板５の凹部５０１の深さ寸法を適宜設定することにより、ミラー形成基板１の厚み方向に沿った方向におけるパッド１３と導体パターン５０２との高低差を調整することができる。なお、チップ９は、実装基板５に対して、ダイボンド材を用いて接着されている（ダイボンドされている)。ダイボンド材としては、例えば、樹脂系のダイボンド材（例えば、シリコーン樹脂や、エポキシ樹脂など）を採用すればよいが、実装基板５の凹部５０１の内底面からパッド１３の表面までの高さ寸法の精度を高めるために、例えば、多数の球状のスペーサを混ぜた樹脂を用いてもよい。また、実装基板５は、セラミック基板により形成されているが、特にセラミック基板に限定するものではない。
【００８４】
ところで、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、ミラー形成基板１の厚み方向において、パッド１３の表面を含む平面が、実装基板５の導体パターン５０２の表面を含む平面よりも所定高さ（例えば、２００μｍ〜５００μｍ程度）だけ低い位置となるように実装基板５の凹部５０１の深さ寸法を設定することが好ましい。これにより、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、ボンディングワイヤ８が、溝部２０３の両端で第１のカバー基板２に接触するのを防止することができ、良好なワイヤボンディングを実現することができる。さらに、良好なワイヤボンディングを実現するためには、溝部２０３の深さ寸法よりも、第１のカバー基板２の外表面における貫通孔２０２の開口径を大きくすることが好ましい。
【００８５】
本実施形態のＭＥＭＳスキャナの製造にあたっては、上述のチップ９の製造方法により製造されたチップ９を実装基板５に接着することで実装基板５に搭載するチップ搭載工程を行い、その後、チップ９におけるパッド１３と実装基板５の導体パターン５０２とをボンディングワイヤ８を介して電気的に接続するワイヤボンディング工程を行うようにすればよく、当該ワイヤボンディング工程において、ボンディングワイヤ８を第１のカバー基板２の溝部２０３に通すようにしている。
【００８６】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、各溝部２０３それぞれに各別に充填されボンディングワイヤ８を保護する樹脂からなる複数の保護部７を設けてある。なお、保護部７の材料である樹脂としては、熱硬化型ものを用いているが、熱硬化型に限らず、紫外線硬化型のものや、紫外線・熱併用硬化型のものを用いてもよい。
【００８７】
本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、ボンディングワイヤ８を少量の樹脂により保護することができ、しかも、貫通孔２０２が樹脂溜まりとしての機能を有することとなり、樹脂が第１のカバー基板２の外表面上に広がるのを抑制することが可能となる。なお、保護部７の形成にあたっては、ディスペンサなどを利用して溝部２０３に樹脂を充填すればよい。
【００８８】
また、本実施形態のＭＥＭＳスキャナでは、透光性部材６が、パッド１３に電気的に接続され溝部２０３を通されたボンディングワイヤ８を保護することが可能な大きさに形成されている。具体的には、透光性部材６の外形寸法を実装基板５の外形寸法と略同じに設定してあるが、透光性部材６の外形寸法は特に限定するものではない。しかして、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの製造にあたっては、チップ９を実装基板５に実装した後で、保護部７を形成し、その後、透光性部材６をチップ９における第１のカバー基板２に固着するようにしている。
【００８９】
以上説明した本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、実施形態１と同様、透光性部材６における第１のカバー基板２側とは反対の表面が、第１のカバー基板２におけるミラー形成基板１側の平面とは非平行な非平行面６１であるので、不要な反射光の方向がミラー面２１での反射光（ミラー面２１で反射されＭＥＭＳ光スキャナから出射される光）の方向に揃うのを抑制することが可能となる。
【００９０】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナによれば、第１のカバー基板２に、各貫通孔２０２それぞれに各別に連通するととともに貫通孔２０２側とは反対側が開放されパッド１３と実装基板５の導体パターン５０２とを電気的に接続するボンディングワイヤ８を通す複数の溝部２０３が形成されているので、第１のカバー基板２の外表面よりもボンディングワイヤ８が突出するのを防止することが可能となる。
【００９１】
また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、透光性部材６が、パッド１３に電気的に接続され溝部２０３を通されたボンディングワイヤ８を保護することが可能な大きさに形成されているので、外部物体との接触によるボンディングワイヤ８の破損を防止することが可能となるとともに、保護部７に外力が作用して発生する応力によりボンディングワイヤ８が断線するのを防止することが可能となり、信頼性が向上する。なお、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、保護部７を設けずに、透光性部材６をチップ９に固着するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１  ミラー形成基板
２  第１のカバー基板
３  第２のカバー基板
６  透光性部材
８  ボンディングワイヤ（金属線）
１０  外側フレーム部
１２  固定電極
１３  パッド
２０  可動部
２１  ミラー面
２２  可動電極
３０  捩りばね部
６１  非平行面
１００  ＳＯＩ基板（半導体基板）
２００  第１のガラス基板
２０２  貫通孔
２０３  溝部
【図１】
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【図２】
2012027337.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2012027337.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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