(57)【要約】【課題】光スキャナの揺動するミラー部の共振周波数を変化させないで、ミラー部の反りを抑制することを可能とする光スキャナの製造方法を提供する。【解決手段】ミラー部１と、前記ミラー部１を揺動可能に支持する梁部２と、前記梁部２を保持する枠部３とを備えた光スキャナ１０の製造方法において、前記ミラー部１の表面に反射膜６を堆積する成膜工程と、前記ミラー部１の表面の反りを低減するために前記ミラー部１の表面にイオン注入法によりイオン化された材料を注入するイオン注入工程を含むことを特徴とする光スキャナの製造方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミラー部と、前記ミラー部を揺動可能に支持する梁部と、前記梁部を保持する枠部とを備えた光スキャナの製造方法において、
前記ミラー部の表面に反射膜を堆積する成膜工程と、前記ミラー部の表面の反りを低減するためにイオン注入法によりイオン化された材料を前記ミラー部に注入するイオン注入工程を含むことを特徴とする光スキャナの製造方法。
【請求項２】
前記成膜工程は、前記反射膜の表面に保護膜を堆積する工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の光スキャナの製造方法。
【請求項３】
前記成膜工程は前記ミラー部の一方の表面に反射膜を堆積する工程であり、前記イオン注入工程は前記ミラー部の他方の表面にイオン化された材料を注入する工程であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光スキャナの製造方法。
【請求項４】
前記イオン化された材料は、酸素又はリンのいずれかであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光スキャナの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像投影装置等において用いられる光スキャナのマイクロミラーの製造方法に関する。特にマイクロミラーの表面の反りを抑制する製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光スキャナは、画像投影装置やプリンター等において、投影画像を形成するために使用されている。光スキャナは、揺動する反射面からなるマイクロミラーにレーザ光などを照射して反射光を走査し、スクリーンや感光体ドラムに投影像を形成する。しかし、反射表面の平坦性が悪化すると、反射ビームの特性が劣化し、投影画像の解像度が低下するなど、所期の目的が達成できなくなる。
【０００３】
図４（ａ）は、従来公知のマイクロミラーを用いた光走査装置１００を示す斜視図である。光走査装置１００は、反射面が形成されたミラー部１０１と、ミラー部１０１を支持する梁部１０２と、この梁部１０２を保持する枠部１０３とから構成されている。梁部１０２はミラー部１０１の揺動の揺動軸をなしている。ミラー部１０１の辺部近傍には平面型コイル１０４が形成され、平面型コイル１０４が囲む面内を通過する磁界の変化により、ミラー部１０１に回転トルクが与えられ、ミラー部１０１は梁部１０２を揺動軸として揺動する。この揺動に伴い、レーザ光などの入射ビーム１０８は揺動するミラー部１０１により反射され、走査された走査ビーム１０９として出射される。
【０００４】
図４（ｂ）は、ミラー部１０１の断面を表す模式図である。ミラー部１０１は、例えばシリコン基板１０５と、その表面に形成した金属からなる反射膜１０６と、反射膜１０６の上面及びシリコン基板１０５の下面に形成した酸化膜１０７などから構成されている。ミラー部１０１に入射するレーザ光が劣化しないようにするために、ミラー部１０１の表面を平坦に作成する必要がある。一般的に、波長λのレーザ光が照射される領域において、ミラー部１０１の表面の凹凸ｄはλ／４以下とする必要がある。しかしながら、反射膜１０６の膜厚や、酸化膜１０７の種類や膜厚、製造時の温度等の影響を受けて、形成した薄膜に応力が残留し、凹凸ｄはλ／４以上となる。
【０００５】
特許文献１には、シリコン酸化膜からなる可動体及びトーションバーと、これらに一体的に枠部を形成したプレーナ型電磁アクチュエータが記載されている。揺動する可動体の表面には、中央部に反射膜や絶縁膜を堆積したミラー部を形成し、周辺部に平面型のコイル部を形成している。中央部の反射膜や絶縁膜はスパッタ法又は蒸着法により形成している。そして、コイル部やミラー部の応力を打ち消して可動体の反りを制御するために、可動体に更に応力膜を形成することが記載されている。
【特許文献１】特開２００４−２６４６０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の方法によれば、可動体の反りを制御するために可動体に応力膜を堆積する。しかし、この応力膜を堆積することにより、可動体が当初有していた質量が変化し、これに伴って回転モーメントも変化する。その結果、可動体（ミラー部１０１に相当する）の揺動における共振周波数が変化してしまう、という不具合が発生した。本発明はこのような従来例の課題を解決する目的でなされた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するために以下の手段を講じた。
【０００８】
請求項１に係る発明においては、ミラー部と、前記ミラー部を揺動可能に支持する梁部と、前記梁部を保持する枠部とを備えた光スキャナの製造方法において、前記ミラー部の表面に反射膜を堆積する成膜工程と、前記ミラー部の表面の反りを低減するためにイオン注入法によりイオン化された材料を前記ミラー部に注入するイオン注入工程を含むことを特徴とする光スキャナの製造方法とした。
【０００９】
請求項２に係る発明においては、前記成膜工程は、前記反射膜の表面に保護膜を堆積する工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の光スキャナの製造方法。
とした。
【００１０】
請求項３に係る発明においては、前記成膜工程は前記ミラー部の一方の表面に反射膜を堆積する工程であり、前記イオン注入工程は前記ミラー部の他方の表面にイオン化された材料を注入する工程であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光スキャナの製造方法とした。
【００１１】
請求項４に係る発明においては、前記イオン化された材料は、酸素又はリンのいずれかであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光スキャナの製造方法とした。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、ミラー部の表面に反射膜を堆積し、更にミラー部の表面にイオン化された材料を注入する光スキャナの製造方法とした。これにより、ミラー部の質量をほとんど変化させることなくミラー部の応力を調整することができる。そのため、共振周波数に影響を与えないでミラー部の平坦性を向上させることができる、という利点を有する。
【００１３】
請求項２の発明によれば、反射膜の表面に保護膜を堆積する工程を含む。これにより、反射膜に反射率の低下及び反射膜の傷等による損傷を防止することができる、という利点を有する。
【００１４】
請求項３の発明によれば、イオン注入は、反射膜が形成されていない裏面に注入するようにした。これにより、イオン化された材料の注入により反射面が荒されることを防止することができる、という利点を有する。
【００１５】
請求項４の発明によれば、イオン化された材料を、酸素又はリンとした。これにより、ミラー部の領域に圧縮応力や引っ張り応力を、ミラー部の共振周波数を変化させることなく付与することができる、という利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１（ａ）は、本発明の製造方法により製造される光スキャナ１０の模式的な上面図を表し、図１（ｂ）は、当該図１（ａ）のＸＸ’部の模式的な断面図を表す。
【００１７】
図１（ａ）に示すように、光スキャナ１０は、ミラー部１と、このミラー部１を両側から軸支する梁部２と、この梁部２を保持する枠部３とから構成されている。梁部２はミラー部１の揺動軸をなしており、ミラー部１は梁部２を揺動軸として振動する。例えば、ミラー部１の周縁部表面にコイルを形成し、このコイルが囲む面内を通過する磁界を外部から変化させることにより、ミラー部１に回転トルクを与え、梁部２を揺動軸としてミラー部１を振動させることができる。また、梁部２と枠部３との間に圧電体等からなる振動体を設置し、この振動体の振動を梁部２からミラー部１に伝達し、梁部２を揺動軸としてミラー部１を振動させることができる。
【００１８】
なお、図１においては、光スキャナ１０の下部及び上部に収納部及び蓋部を取り付け、ミラー部１の揺動空間を構成するが、これらの収納部や蓋部は省略している。また、ミラー部１に揺動を生じさせるコイルや圧電体も省略している。
【００１９】
図１（ｂ）に示すように、ミラー部１は、シリコン基板５と、シリコン基板５の表面に堆積したアルミニウム膜等からなる反射膜６と、この反射膜６の上に堆積したシリコン酸化膜等からなる保護膜７と、シリコン基板の裏面に形成したシリコン酸化膜８とから構成されている。後に詳細に説明するが、シリコン基板５の裏面に形成したシリコン酸化膜８の、反射膜６が形成された領域に対応する裏面領域には、イオン注入法により注入された注入材料９がシリコン酸化膜８又はシリコン基板５に局在している。注入される材料は、例えば、酸素原子やリン原子である。
【００２０】
イオン注入法により、注入した材料を反射膜６に対応する裏面の領域に局在させることにより、形成した各膜の内部応力を相殺して、ミラー部１の反りを照射するレーザ光の波長λの１／４以下としている。
【００２１】
図２は、本発明に係る光スキャナ１０の製造方法を示すフロー図である。特に、図１のＸＸ’部分に沿った光スキャナ１０の断面部分を表している。本実施形態においては、光スキャナ１０を多数個同時に製造する方法を説明する。以下、同一の部分又は同一の機能を有する部分については同一の符号を付した。
【００２２】
図１(ａ)において、まず、洗浄したシリコン基板５を用意する。シリコン基板は約０．５ｍｍの厚さ有する。次に、シリコン基板５の表面にスピンナー等によりフォトレジスト１１を一様に塗布する。次に、塗布したフォトレジスト１１をプリベークして乾燥し、マスクを用いて必要な領域を露光する。次に、フォトレジスト１１の現像処理を行い、ミラー部１、梁部２及び枠部３に相当する領域にフォトレジスト１１を残す。図１（ｂ）は、フォトレジスト１１の現像後の断面を表している。次に、フォトレジスト１１のポストベークを行ってフォトレジスト１１をシリコン基板５に密着させる。
【００２３】
次に、ＲＩＥ（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｉｏｎ  ｅｔｃｈｉｎｇ）等によるドライエッチ又はＫＯＨ等の溶液を用いたウエットエッチにより、シリコン基板５をエッチング除去する（図２（ｃ））。ＫＯＨ等のウエットエッチングによりシリコン基板５をエッチング除去する場合には、シリコン基板５の裏面に予めシリコン酸化膜やレジスト等のエッチング防止膜を形成しておく。図２（ｃ）に示すエッチング後のシリコン基板の状態は、ミラー部１が梁部２により枠部３に保持された状態となる。
【００２４】
次に、図２（ｄ）に示すように、シリコン基板５のミラー部１にアルミニウム等からなる反射膜６を堆積して成膜する。反射膜６は、スパッタリング法或いは電子ビーム蒸着法等の真空蒸着法により堆積する。反射膜６の堆積の際には、メタルマスクを用いてミラー部１の領域にのみ反射膜６が堆積するようにする。或いは、シリコン基板５の表面全面に反射膜６を形成し、その後、フォトリソグラフィ及びエッチング工程によりミラー部１の領域のみに反射膜６を残すようにしてもよい。反射膜６として、アルミニウムの他に、金や銀の薄膜を堆積して形成することができる。走査する光に応じて、反射膜６の材料を適宜選定する。
【００２５】
次に、図２（ｅ）に示すように、シリコン基板５の表面に保護膜７を堆積する。保護膜７としては、ＰＣＶＤ（ｐｌａｓｍａ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）や反応性スパッタリング法によりシリコン酸化膜を堆積する。また、シリコン基板５の裏面にも全面に同様の方法によりシリコン酸化膜８を堆積する。表面に形成する保護膜７は、反射膜６の表面が酸化して反射効率が低下することを防止すると共に、反射膜６の表面保護のために形成している。シリコン基板５の裏面に形成するシリコン酸化膜８は、表面に形成した保護膜７がシリコン酸化膜である場合に、シリコン酸化膜の内部応力によりミラー部１に反りが発生することを防止するために設けている。保護膜７として、シリコン酸化膜に代えて、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜等、他の透明膜を使用することができる。その場合、シリコン基板５の反りを防止するために、裏面にも同様の方法により同様の薄膜を堆積するのが好ましい。
【００２６】
次に、図２（ｆ）に示すように、シリコン基板５の裏面のシリコン酸化膜８に、イオン化された材料をイオン注入する。イオン注入とは、原子や分子をイオン化して電界により加速し、その運動エネルギーを利用して対象物に注入する方法である。具体的には、イオン源において打ち込むべき元素や分子をイオン化し、質量分析器を通過させてイオン化した材料を選別し、加速器により数ＫｅＶから数十ＭｅＶまで加速する。イオン注入は、シリコン基板５の表面の反射膜６が形成された領域に行うこともできる。ただし、反射膜６の表面がイオン注入により荒れる虞があるため、好ましくは、図２（ｆ）に示すようにシリコン基板５の裏面から行う。イオン注入の際には、マスク１３により、少なくとも梁部２にイオン材料が注入されないようにマスキングする。梁部２にイオン注入されて、梁部２のねじれ弾性係数が変化し、ミラー部１の共振周波数が変化することを防止するためである。また、マスク１３に代えて、少なくとも梁部２の裏面にレジストを塗布し、梁部２にイオンが注入されることを阻止するようにしてもよい。
【００２７】
イオン注入する材料は、上記シリコン基板の反りの方向、反りの程度により異なる。例えば、ミラー部１が裏面側に凸状に反りがある場合には、酸素イオンをシリコン酸化膜８側から注入する。酸素イオンがシリコン酸化膜８側に打ち込まれることにより、当該表面に引っ張り応力を生じさせる。これにより、上記裏面の凸状の反りを低減し、ミラー部１の平坦性を向上させることができる。一方、ミラー部１が裏面側に凹状に反りがある場合には、リンイオンをシリコン酸化膜８側に注入する。リンイオンがシリコン酸化膜８に打ち込まれることにより、当該表面に圧縮応力を生じさせる。これにより、上記裏面の凹状の反りを低減し、ミラー部１の平坦性を向上させることができる。
【００２８】
イオン注入する際のイオンの加速エネルギーは、１０ＫｅＶ（キロエレクトロンボルト）から３ＭｅＶ（メガエレクトロンボルト）が好ましい。３ＭｅＶ以上の加速エネルギーの場合は、シリコン酸化膜８やシリコン基板の表面が損傷を受けるので好ましくなく、１０ＫｅＶ以下では、注入されるイオン材料の深さが浅く、ミラー部１の反り低減の効果が低くなる。なお、イオン注入される材料の注入深さは、１０ｎｍ（ナノメートル）から１μｍ（マイクロメートル）程度が好ましい。シリコン酸化膜８やシリコン基板５の表面近傍に注入材料を偏在させる。これにより、圧縮応力や引っ張り応力をより効果的に生じさせることができる。
【００２９】
イオン注入用の材料は、酸素やリンに限定されない。窒素（Ｎ）、水素（Ｈ）、ボロン（Ｂ）、アルゴン（Ａｒ）等、イオン化可能な材料利用することができる。
【００３０】
なお、イオン原子を打ち込んでもミラー部１の質量の変化はごくわずかである。そのために、ミラー部１の質量変化は無視することができ、ミラー部１の梁部２を揺動軸とする回転モートンに影響を及ぼさない。それ故に、イオン注入法はミラー部１の反りの制御に好適である。
【００３１】
次に、図２（ｇ）に示すように、切断線１４に沿って隣接する枠部３を分離する。次に、図２（ｈ）に示すように、収納部１５の上に枠部３を接着固定して、図示しない蓋部により覆う。
【００３２】
なお、上記実施形態において、ミラー部１の上面周辺部に揺動を発生させる平面コイルを形成し、梁部２に引き出し用配線及び枠部３の表面にパッドを形成する場合には、上記工程（ｄ）の反射膜６のパターンを形成後、又は工程（ｅ）の保護膜７を形成後に、アルミニウム等からなる導体を堆積してパターンを形成するようにする。また、圧電振動体によりミラー部１を揺動する場合には、工程（ｅ）の保護膜７を形成後、又は工程（ｆ）のイオン注入後に、枠部３の表面に電極を形成し、次に梁部２と枠部３に跨って圧電振動体を接着固定する。
【００３３】
また、収納部１５を図２（ｇ）に示す複数の枠部３に対応して多数連続して同時に形成し、多数個の枠部３が連続形成されたシートを当該多数連続して形成された収納部１５に積層固定し、その後ダイシングにより分割して個々の光スキャナ１０としてもよい。
【００３４】
なお、光スキャナを利用した装置としてのレーザープリンタや光走査型ディスプレー（網膜走査型ディスプレーやレーザーディスプレー等）が知られているが、本発明を適用すると、解像度低下などが改善でき有効であり、共振周波数が安定化できる点では、特に、光走査周波数の安定が重要な光走査型ディスプレーにおいて有効である。
【００３５】
図３は、本発明の光スキャナの製造方法に係る他の実施形態を示すフロー図である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
【００３６】
図３（ａ）に示すごとく、まず洗浄したシリコン基板５を用意する。次に、図３（ｂ）に示すように、シリコン基板５の両面に、熱酸化によりシリコン酸化膜１７を形成する。次に、図３（ｃ）に示すように、シリコン酸化膜１７の上にアルミニウム等からなる反射膜を堆積し、フォトリソグラフィ及びエッチング工程によりミラー部１の領域に反射膜６を残すようにパターニングする。
【００３７】
次に、シリコン酸化膜等からなる保護膜７をシリコン基板５の表面に全面堆積する。次に、シリコン基板５の裏面にフォトレジストを塗布し、ミラー部１の対応する領域のフォトレジストを除去して、イオン注入用の開口部を形成する。次に、図３（ｅ）に示すように、裏面よりイオン注入を行い、注入材料９を局在させる。イオン注入は、既に説明したように、酸素イオン、リンイオン等を加速して注入する。次に、図３（ｆ）に示すように、フォトレジスト１１をシリコン基板５の表面に塗布し、露光現像してエッチングすべき領域のフォトレジストを除去する。次に、図３（ｇ）に示すように、保護膜７、シリコン酸化膜１７、シリコン基板５、裏面のシリコン酸化膜１７の順にドライエッチ或いはウエットエッチによりエッチング除去し、図３（ｈ）に示すように、フォトレジスト１１を除去する。以降の工程は、図２（ｇ）、（ｈ）と同様である。
【００３８】
本実施形態においては、シリコン基板５の裏面に熱酸化によりシリコン酸化膜１７を形成しているので、シリコン基板５をウエットエッチする際に、シリコン基板５の裏面にレジスト等のマスクを形成する必要がない、という利点を有する。
【００３９】
以上の説明において、シリコン基板を用いた光スキャナについて説明したが、これに限定されない。基板としてステンレス等からなる金属や、金属酸化物、ガラス、セラミックス等を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態に係る光スキャナの模式的な上面図及び断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る光スキャナの製造方法を示すフロー図である。
【図３】本発明の実施形態に係る光スキャナの製造方法を示すフロー図である。
【図４】従来公知の光スキャナの斜視図及びミラー部の断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  ミラー部
２  梁部
３  枠部
５  シリコン基板
６  反射膜
７  保護膜
８  シリコン酸化膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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