(57)【要約】      （修正有）【課題】異なる共振周波数のマイクロ揺動体を同じエッチングマスクで製造することができ、有効反射面積の低下及び共振周波数の製造ばらつきを抑制することが可能となる揺動体装置の製造方法を提供する。【解決手段】単結晶シリコン基板に、個々の揺動体が複数連結された繰り返し形状によるパターンを有するエッチングマスクを形成する工程と、エッチングマスクをマスクとして、単結晶シリコン基板をエッチングし、単結晶シリコン基板に繰り返し形状を形成する工程と、個々の揺動体として用いられる際に必要とされる共振周波数を規定する揺動体の可動部６及び支持基板の幅を決定し、ダイシングによって切断するダイシング工程と、を有する構成とする。【選択図】図６
2009128463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、ねじりバネと、前記支持基板に対して前記ねじりバネによってねじり軸まわりに揺動可能に支持された可動部を備え、前記ねじり軸まわりに少なくとも１つの共振周波数を有する揺動体を、
単結晶シリコン基板にエッチングを施して製造する揺動体の製造方法であって、
前記単結晶シリコン基板に、前記支持基板と前記可動部との間に前記ねじりバネを備えた個々の揺動体が複数連結された繰り返し形状によるパターンを有するエッチングマスクを形成するマスク形成工程と、
前記エッチングマスクをマスクとして、前記単結晶シリコン基板をエッチングし、該単結晶シリコン基板に前記個々の揺動体が複数連結された繰り返し形状を形成するエッチング工程と、
前記エッチング工程で形成された前記繰り返し形状中の個々の揺動体に対して、それらが個々の揺動体として用いられる際に必要とされる共振周波数を規定する可動部及び支持基板の幅を決定し、
前記可動部及び前記支持基板を前記複数の揺動体の隣接間において、前記決定された幅にダイシングによって切断するダイシング工程と、
を有することを特徴とする揺動体の製造方法。
【請求項２】
前記ダイシング工程を経た後に、前記単結晶シリコン基板において前記複数の揺動体を連結している領域を切断し、個々の揺動体に分離する分離工程を有することを特徴とする請求項１に記載の揺動体の製造方法。
【請求項３】
前記エッチングは、結晶異方性エッチング溶液を用いたエッチングであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の揺動体の製造方法。
【請求項４】
前記ダイシング工程の後、
更に、前記可動部に、前記共振周波数を調整する調整部を形成する周波数調整部位の形成工程を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の揺動体の製造方法。
【請求項５】
前記周波数調整部位の形成工程の後、
更に、前記調整部の一部を除去することにより前記共振周波数を調整するトリミング工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の揺動体の製造方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の揺動体装置の製造方法によって製造された揺動体装置と、
該揺動体装置における前記揺動体の上に配置された光偏向素子と、
を有することを特徴とする光偏向器。
【請求項７】
光源と、感光体または画像表示体と、請求項６に記載の光偏向器と、
を有し、前記光偏向器が、前記光源からの光を前記光偏向器により偏向し、前記光の少なくとも一部を、前記感光体または前記画像表示体上に入射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、ねじり振動自在に可動部が弾性支持された揺動体装置の製造方法、該製造方法により製造された揺動体装置によって構成される光偏向器及び光学機器に関する。
特に、この製造方法によって製造された揺動体装置は、光偏向器、光偏向器を用いた画像形成装置等の光学機器に用いられる。
例えば、光の偏向走査によって画像を投影するプロジェクションディスプレイや、電子写真プロセスを有するレーザービームプリンタ、デジタル複写機等の画像形成装置に好適に利用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体プロセスによってウエハから製造される微小機械部材はマイクロメータオーダの加工が可能であり、これらを用いて様々な微小機能素子が実現されている。
このような技術によって形成される揺動体に設けられた反射面をねじり振動し光走査を行う光偏向器は、ポリゴンミラー等の回転多面鏡を使用した光走査光学系に比べて、次の様な特徴がある。
すなわち、光偏向器を小型化することが可能であること、消費電力が少ないこと、等の特徴がある。
また、このような光偏向器を、揺動体のねじり振動の共振周波数付近で駆動することにより、更に低消費電力とできる。
特に、上記揺動体装置による光偏向器を用いて、画像形成装置を構成する場合は、大きな反射面積を備えた揺動体装置を必要とする。
【０００３】
従来において、上記のような揺動体を含む微小機械部材を製造するに際し、例えば、特許文献１では、半導体プロセスで用いられるエッチングによってウエハから製造する方法が開示されている。
また、このようなエッチングに際し、特許文献２では異方性エッチングを用いることが開示されている。
このようなエッチングプロセスによって微小機械部材を製造する場合、ウエハあたりの部材の製造個数を多くするほど、安価に製造することが可能となる。
また、アルカリ水溶液によるシリコンの異方性エッチングを用いてマイクロ揺動体のバネを製造すれば、大きな応力を受けるバネ表面を平滑にすることができる。
これにより、この平滑な表面によって応力集中を回避し、良好な耐久性を備えたバネを有するマイクロ揺動体を製造することができる。
また、特許文献３には単結晶シリコン基板を異方性エッチングして半導体加速度センサを製造する際に、補正パターンを用いる技術が開示されている。
【特許文献１】特開平５−２７１９３号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／０１４１０７０号明細書
【特許文献３】特開平７−５８３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような微小機械部材である揺動体をウエハからエッチングによって製造する場合、異なる共振周波数を有する揺動体を製造するためには、異なるエッチングマスクが必要となる。
そのため、エッチングマスクの製造工程を、製品に必要な共振周波数の種類毎に変えることが必要となることから、製造工程の複雑化や、効率の低下が生じることとなる。
【０００５】
また、上記したように、揺動体装置による光偏向器を用いて、画像形成装置を構成する場合は、大きな反射面積を備えた揺動体装置を必要とするが、エッチングによって、マイクロ揺動体に四角形の反射面を形成する場合には、つぎのような問題が生じる。
エッチングによって、マイクロ揺動体に四角形の反射面を形成する場合においては、反射面の頂点が丸く形成されてしまうことから、有効反射面積を低下させてしまうこととなる。
特に、異方性エッチングでは、これらを回避するため、頂点形成予定部分に補正パターンを形成する手法が用いられる（特許文献３参照）。しかし、これによると余分なパターンが必要となるだけでなく、このような余分なパターンを用いても、頂点を直角に形成することは困難である。
これらに対処するために、大きな領域を反射面に当てた場合には、素子の大型化を招くという問題が生じる。
また、このようなエッチングによる頂点の加工誤差は、可動部分の慣性モーメントの誤差となるため、共振周波数の製造ばらつきを増大させてしまうこととなる。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑み、異なる共振周波数のマイクロ揺動体を同じエッチングマスクで製造することができ、有効反射面積の低下及び共振周波数の製造ばらつきを抑制することが可能となる揺動体装置の製造方法の提供を目的とするものである。
また、本発明は、上記製造方法により製造された揺動体装置によって構成される光偏向器及び光学機器の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下のように構成した揺動体装置の製造方法、該製造方法により製造された揺動体装置によって構成される光偏向器及び光学機器を提供するものである。
本発明の揺動体装置の製造方法は、
支持基板と、ねじりバネと、前記支持基板に対して前記ねじりバネによってねじり軸まわりに揺動可能に支持された可動部を備え、前記ねじり軸まわりに少なくとも１つの共振周波数を有する揺動体を、
単結晶シリコン基板にエッチングを施して製造する揺動体の製造方法であって、
前記単結晶シリコン基板に、前記支持基板と前記可動部との間に前記ねじりバネを備えた個々の揺動体が複数連結された繰り返し形状によるパターンを有するエッチングマスクを形成するマスク形成工程と、
前記エッチングマスクをマスクとして、前記単結晶シリコン基板をエッチングし、該単結晶シリコン基板に前記個々の揺動体が複数連結された繰り返し形状を形成するエッチング工程と、
前記エッチング工程で形成された前記繰り返し形状中の個々の揺動体に対して、それらが個々の揺動体として用いられる際に必要とされる共振周波数を規定する可動部及び支持基板の幅を決定し、
前記可動部及び前記支持基板を前記複数の揺動体の隣接間において、前記決定された幅にダイシングによって切断するダイシング工程と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の揺動体装置の製造方法は、前記ダイシング工程を経た後に、前記単結晶シリコン基板において前記複数の揺動体を連結している領域を切断し、個々の揺動体に分離する分離工程を有することを特徴とする。
また、本発明の揺動体装置の製造方法は、前記エッチングは、結晶異方性エッチング溶液を用いたエッチングであることを特徴とする。
また、本発明の揺動体装置の製造方法は、前記ダイシング工程の後、
更に、前記可動部に、前記共振周波数を調整する調整部を形成する周波数調整部位の形成工程を含むことを特徴とする。
また、本発明の揺動体装置の製造方法は、前記周波数調整部位の形成工程の後、
更に、前記調整部の一部を除去することにより前記共振周波数を調整するトリミング工程を含むことを特徴とする。
また、本発明の光偏向器は、上記したいずれかに記載の揺動体装置の製造方法によって製造された揺動体装置と、
該揺動体装置における前記揺動体の上に配置された光偏向素子と、を有することを特徴とする。
また、本発明の光学機器は、光源と、感光体または画像表示体と、上記光偏向器と、を有し、前記光偏向器が、前記光源からの光を前記光偏向器により偏向し、前記光の少なくとも一部を、前記感光体または前記画像表示体上に入射することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、異なる共振周波数のマイクロ揺動体を同じエッチングマスクで製造することができ、有効反射面積の低下及び共振周波数の製造ばらつきを抑制することが可能となる揺動体装置の製造方法を実現することができる。
また、上記製造方法により製造された揺動体装置によって構成される光偏向器及び光学機器を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明を実施するための最良の形態を、以下の実施例により説明する。
【実施例】
【００１０】
つぎに、本発明の実施例を説明する。
［実施例１］
本発明の実施例１として、本発明の単結晶シリコン基板にエッチングを施して製造する揺動体の製造方法の構成例について説明する。
図１に、本実施例における製造方法で製造されたマイクロ揺動体の構成例について説明する図を示す。
図２は、本実施例におけるマイクロ揺動体によって構成された光偏向器を説明する図であり、図２（ａ）はその上面図、図２（ｂ）はその可動部を示す図２（ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。
図３から図７は、本発明の実施例におけるマイクロ揺動体の製造方法を説明する図である。
図１において、２は支持基板、３はねじりバネ、６は可動部、１４はねじり軸、１６は可動部の頂点付近を示している。
【００１１】
本実施例において、固定された支持基板２に対し、ねじりバネ３によってねじり軸１４まわりに揺動可能に支持され、ねじり軸１４回りに少なくとも１つの共振周波数を有する可動部６を備えたマイクロ揺動体が構成されている。
ここで、可動部６は、支持基板２に２本で１対のねじりバネ３で支持された構造となっている。
両端の支持基板２は、機械的に固定され、２本で１対のねじりバネ３は可動部６をねじり軸１４を中心に弾性的に、ねじり振動自在に支持するものである。
したがって、ねじり軸１４まわりのねじり振動の共振周波数は、つぎの（式１）で表される。
ｆ＝１／（２・π）・√（２・Ｋ／Ｉ）        （式１）
ここで、Ｋは１つのねじりバネ３のねじり軸１４まわりのねじりバネ定数、Ｉは可動部６のねじり軸１４まわりの慣性モーメントを示している。
【００１２】
そして、このマイクロ揺動体による光偏向器の構成例は、図２のようになる。図２（ａ）に示すように、可動部６は反射面４を有している。
一方、図２（ｂ）に示すように、可動部６の反射面４形成面の反対側に、永久磁石７が図示の方向に着磁され構成されている。
図示しない駆動手段は、図２（ｂ）の磁場方向１５の方向かその反対方向に磁場を交互に発生するよう構成される。
このとき、駆動手段は、可動部６を共振周波数ｆにほぼ一致した周波数で駆動する。そのため、省電力な駆動を実現できる。
【００１３】
つぎに、図３から図７を用いて本実施例のマイクロ揺動体の製造方法について説明する。
本実施例のマイクロ揺動体の製造方法は、この共振周波数ｆが異なるマイクロ揺動体を効果的に製造する方法を提供するものである。
また、可動部６の頂点（例えば、１つの頂点を破線１６で示す）がエッチングを用いてもほぼ直角に精度よく形成されるため、反射面４の有効反射面積を大きくすることが可能となる。
図３は、本実施例のマイクロ揺動体を製造する際に用いるシリコン基板１００の上面図である。
このように、一般に半導体製造に用いるシリコン基板を用いて、１枚のウエハに複数のマイクロ揺動体を製造可能である。
【００１４】
以下、図４から図６を用いて、本実施例の製造方法における工程について、各工程が施される順番に説明する。
図４から図６における（ａ）から（ｃ）は、本実施例の製造方法を説明する工程図である。
図４（ａ）はマスク形成工程における上面図、図４（ｂ）はマスク形成工程における図４（ａ）のＡ−Ａ’断面図、図４（ｃ）はマスク形成工程における図４（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
図４は、本実施例のマイクロ揺動体の製造方法におけるマスク形成工程を説明する図である。
【００１５】
本実施例のマスク形成工程において、前記単結晶シリコン基板に、前記支持基板と前記可動部との間に前記ねじりバネを備えた個々の揺動体が複数連結された繰り返し形状によるパターンを有するエッチングマスクを形成する。
具体的には、シリコン基板１００を図示しない保持基板に貼り付けて、貼り付け面ではない面にエッチングマスク１０１を図４（ａ）のように作製する。
この工程では、母材となるシリコン基板１００の厚さに応じて様々な材料を用いてエッチングマスク１０１を作製可能である。
例えば、エッチングマスク１０１として、アルミニウムを蒸着し、フォトリソグラフを用いてアルミニウムを図４（ａ）のようにパターニングすることで作製することができる。
本実施例のマスク形成工程によれば、エッチングマスクは、図４（ｂ）に示すように、後の工程でねじりバネとなる領域の輪郭に沿って形状が形成される。
一方、図４（ｃ）に示すように、後に可動部となる個所は、個々の完成品であるマイクロ揺動体にわたって図のように連続に連結した形状となっている。
【００１６】
次に、エッチング工程において、シリコン基板１００を、つぎのようにエッチングする。
図５に、本発明の実施例１のマイクロ揺動体の製造方法におけるエッチング工程を説明する図を示す。
図５（ａ）はエッチング工程における上面図、図５（ｂ）はエッチング工程における図５（ａ）のＡ−Ａ’断面図、図５（ｃ）はエッチング工程における図５（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【００１７】
次に、本実施例のエッチング工程では、前記エッチングマスクをマスクとして、前記単結晶シリコン基板をエッチングし、該単結晶シリコン基板に前記個々の揺動体が複数連結された繰り返し形状を形成する。
具体的には、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、図４のマスク形成工程で製造されたエッチングマスク１０１の輪郭に従ったエッチング穴がシリコン基板１００に形成される。
このとき、シリコン基板１００は図示しない保持基板に貼り付けられているため、シリコン基板１００を完全に貫通する穴をエッチングすることが可能である。エッチングは、一般に行われるシリコンの深堀りドライエッチングを用いて行うことができる。
エッチングが終了したらエッチングマスク１０１を除去する。
このようにして図５（ｂ）に示すように、ねじりバネ３がこの工程で形成される。
【００１８】
次に、ダイシング工程において、まず、前記エッチング工程で形成された前記繰り返し形状中の個々の揺動体に対して、それらが個々の揺動体として用いられる際に必要とされる共振周波数を規定する可動部及び支持基板の幅を決定する。そして、前記可動部及び前記支持基板を前記複数の揺動体の隣接間において、前記決定された幅にダイシングによって切断する。
具体的には、上記エッチング工程において作製されたねじりバネ３が形成されたシリコン基板１００を、つぎのように切断する。
図６は本実施例のマイクロ揺動体の製造方法におけるダイシング工程を説明する図である。
図６（ａ）はダイシング工程における上面図、図６（ｂ）はダイシング工程における図６（ａ）のＡ−Ａ’断面図、図６（ｃ）はダイシング工程における図６（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【００１９】
本実施例のダイシング工程では、図６（ａ）に示すように、幅１９Ａのピッチでシリコン基板１００をＹ方向に切断する。
この切断工程は、一般にシリコン基板を切断するダイシング装置や、レーザ加工等を用いることが可能である。
切断しろを考慮して予めエッチングマスク１０１を形成すれば、この工程で図６（ｃ）に示すように、幅１９Ｂの可動部６が形成される。
以下の説明では、可動部の幅とは、図６（ｃ）の１９Ｂに示されている、ねじり軸に垂直な寸法を言う。
次に、前記ダイシング工程を経た後の分離工程において、前記単結晶シリコン基板において前記複数の揺動体を連結している領域を切断し、個々の揺動体に分離する。本実施例の分離工程では、図６（ａ）に示すように複数の揺動体が連結している支持基板を横方向に切断することで、個々の揺動体に分離する（つまり、図６（ａ）のＸ方向に切断する）。分離工程においても、ダイシング装置やレーザ加工装置等を用いることができる。
尚、分離工程はダイシング工程よりも先となってもよい。つまり、本実施例の場合は、複数の揺動体が連結している支持基板を横方向（Ｘ方向）に切断し（分離工程）、その後、幅１９Ａのピッチでシリコン基板１００を縦方向（Ｙ方向）に切断してもよい（ダイシング工程）。
【００２０】
つぎに、本実施例によるダイシング工程を用い、共振周波数が異なるマイクロ揺動体を製造する方法について説明する。
図７に、本実施例のダイシング工程によって、共振周波数が異なるマイクロ揺動体を製造する方法を説明する上面図を示す。
図７において、図５までは全く同一の工程を経た後、ダイシング工程での切断ピッチのみが図６とは異なっている状態が示されている。
【００２１】
本実施例のダイシング工程を用い、図７に示すように、図６（ａ）で示した幅１９Ａのピッチよりも小さいピッチによる１９Ｃで、シリコン基板１００を切断する。
これにより、図６（ｃ）で示した幅より小さい幅の１９Ｃののピッチによる可動部を有するマイクロ揺動体を作製可能となる。
共振周波数は、慣性モーメントＩに前述した式１のように関係している。可動部６の慣性モーメントＩは、幅１９Ｂ、１９Ｃの方向の寸法にほぼ３乗で変化するため、可動部の幅を変えることで、異なる共振周波数を有するマイクロ揺動体を製造可能となる。
【００２２】
以上のように、本実施例の工程によれば、異なる共振周波数のマイクロ揺動体を同じエッチングマスクで製造することができるだけでなく、可動部の頂点を直角な形状に形成することができる。
すなわち、本実施例の工程によれば、前述した従来例のエッチング工程による場合のように頂点が丸くならず、直角な形を形成することができるから、大きな反射面を有するマイクロ揺動体１を１枚のシリコン基板１００に多く製造することが可能となる。
【００２３】
つぎに、以上の本実施例の工程を従来例との比較において、更に詳細に説明する。
図８は本実施例のマイクロ揺動体の製造方法を、従来例との比較において説明する図であり、図８（ａ）は従来例におけるエッチング工程を経た後のシリコン基板の上面図、図８（ｂ）は本発明のエッチング工程を経た後のシリコン基板を示す上面図である。
図９は、従来例におけるエッチング工程を経た後、切り離された可動部である図８（ａ）のＱ−Ｑ’断面図である。
図９に示すように、エッチング工程によって、加工される穴の形状は、特徴的なエッチング誤差を示しており、ノッチ部２５Ａ、２５Ｂとして示すように、加工の入り込みが発生する。
ノッチ部２５Ａは、エッチングマスク１０１のエッジが早くエッチングされることにより形成されるものであり、ノッチ部２５Ｂは、貫通の際、貼り付け基板の面でエッチングのラジカルやイオン等が反射されることにより、エッチングが横に進む現象である。
【００２４】
図１０に、以上のような従来例のエッチング工程によって生じたエッチング誤差を有する可動部６の頂点の形状を示す。
図１０（ａ）は、図１の破線１６で示される領域と同じ個所を想定した、エッチングマスクが形成されていた面、図１０（ｂ）は、貼り付け面側の可動部６の上面図である。
図示のように、エッチングのノッチ部２５Ａ、２５Ｂによって表裏いずれの頂点も角が丸く形成されてしまう。
また、特に図１０（ｂ）に示すように貼り付け面側の幅は、ノッチ２５Ｂによって小さく形成されてしまう。
【００２５】
以上のように、従来のエッチング工程では、反射面となる可動部６の頂点が丸く形成され、幅もエッチングマスクより小さく形成されてしまう。
したがって、所望の反射面積を形成するためには、エッチングマスクを大きく形成する必要があり、１枚のシリコン基板１００で製造できるマイクロ揺動体１が少なくなってしまうこととなる。
一方、本発明の製造方法によれば、ダイシング工程によって、図９に相当する可動部６の形成を行った際、ダイシング工程では、エッチングよりも直角な形状が形成される。
そのため、頂点が丸くなるのを防ぐことができ、大きな反射面を有するマイクロ揺動体１を１枚のシリコン基板１００に多く製造することが可能となる。
【００２６】
また、図８（ｂ）に示すように、本実施例の製造方法では、エッチング工程後、個々のマイクロ揺動体１のねじりバネや可動部となる領域が、リブ構造２０として連結されて形成される。
このため、シリコン基板全体にわたって強度が増し破損をしにくい構成となる。また、保持基板との貼り付けに局所的な強度むらが生じる場合でも、リブ構造２０によって連結していることにより、一部が剥がれて、不良品となる確率を下げ歩留まりを向上することができる。
【００２７】
［実施例２］
本発明の実施例２として、本発明の揺動体装置の製造方法を適用したマイクロ揺動体の製造方法と該方法により製造されたマイクロ揺動体を用いた光偏向器の構成例について説明する。
図１１に、本発明の実施例２におけるマイクロ揺動体を用いた光偏向器を説明する図を示す。
図１１（ａ）は本実施例の光偏向器を示す上面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）に示される光偏向器を反射面側から見た上面図、図１１（ｃ）は本実施例の光偏向器の第２可動部を示す図１１（ｂ）のＤ−Ｄ’断面図である。
図１２から図１５は、本発明の実施例におけるマイクロ揺動体の製造方法を説明する図である。
図１１において、２は支持基板、４は反射面、５は調整部、７は永久磁石、３１は第１ねじりバネ、３２は第２ねじりバネ、１４はねじり軸、１６は第１可動部の頂点付近、６１は第１可動部、６２は第２可動部、を示している。
【００２８】
本実施例において、固定された支持基板２に対し、ねじりバネ３１、３２によってねじり軸１４まわりに揺動可能に支持され、
ねじり軸１４回りに少なくとも２つの共振周波数を有する第１可動部６１、第２可動部６２を備えたマイクロ揺動体が構成されている。
ここで、第１可動部６１は、第２可動部６２に１本の第１ねじりバネ３１で支持され、第２可動部６２は、支持基板２に１本の第２ねじりバネ３２で支持されている。
また、支持基板２は、機械的に固定され、ねじり軸１４を中心に、２つの可動部をねじり振動自在に支持する。そして、ねじり軸１４に対して、ねじり振動の共振周波数を２つ有している。
本実施例のマイクロ揺動体では、この２つの共振周波数は１対２の関係となるように、マイクロ揺動体の寸法が設計されている。
【００２９】
そして、図１１（ｂ）に示すように、第１可動部６１はアルミで形成された反射面４を有している。
一方、図１１（ａ）（ｃ）に示すように、第２可動部６２に、永久磁石７が図示の方向に着磁され構成されている。
図示しない駆動手段は、図１１（ｃ）の磁場方向１５の方向かその反対方向に磁場を交互に発生するよう構成される。
このとき、駆動手段は、マイクロ揺動体を２つの共振周波数にほぼ一致した２つの周波数で駆動する。そのため、このとき、同時に励起するこの２つの周波数の振幅を適切な比とすれば、第１可動部６１は、周波数が２倍の関係となる正弦波の合成波形となる。
そして、光源からの光を反射面４で反射すれば、正弦波で走査するときと比べて、良好な等角速度の光走査を広い角度にわたって行うことができる。
【００３０】
更に、本実施例のマイクロ揺動体には調整部５が形成されている。
調整部５は第１可動部６１、第２可動部６２のねじり軸１４から最も離れた個所に、ねじり軸１４と平行に伸びる片持ち梁構造として形成される。
これら調整部５は、この部分をレーザ加工等の方法で除去することにより、２つの可動部の慣性モーメントをそれぞれ独立に調整可能となる。片持ち梁構造として形成されるため、加工の際の熱や加工屑の影響が反射面４に及びにくくなる。
【００３１】
以下、図１２から図１５を用いて、本実施例の製造方法における工程について、各工程が施される順番に説明する。
図１２から図１５における（ａ）から（ｃ）は、本実施例の製造方法を説明する工程図であり、図１２（ａ）はシリコン基板１００の一部を拡大した上面図、図１２（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ’断面図、図１２（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面図である。
図１２は、本実施例のマイクロ揺動体の製造方法におけるマスク形成工程を説明する図である。
【００３２】
本実施例のマスク形成工程において、面方位が（１００）方向であるシリコン基板１００の両面にエッチングマスク１０１を図１２（ａ）のように作製する。図１２（ａ）に示した長方形のマスクパターンはそれぞれの辺が、シリコン基板１００の＜１１０＞方向にアライメントして形成されている。
この工程では、後に続くエッチング工程のエッチング溶液の種類に応じて様々な材料を用いてエッチングマスク１０１を作製可能である。
例えば、エッチングマスク１０１として、窒化シリコン膜を化学気相合成法で成膜し、フォトリソグラフを用いて図のようにエッチングマスク１０１としてパターニングすることができる。
本実施例のエッチング工程により、図１２（ｂ）に示すように、後に第１可動部６１または第２可動部６２と成る個所は連続なエッチングマスクが形成される。一方図１２（ｃ）に示すように、第１ねじりバネ３１、第２ねじりバネ３２が形成される個所には、輪郭に沿って表裏同一のエッチングマスクが形成される。
【００３３】
次に、エッチング工程において、シリコン基板１００を、つぎのようにエッチングする。
図１３に、本発明の実施例２のマイクロ揺動体の製造方法におけるエッチング工程を説明する図を示す。
図１３（ａ）はエッチング工程における上面図、図１３（ｂ）はエッチング工程における図１３（ａ）のＥ−Ｅ’断面図、図１３（ｃ）はエッチング工程における図１３（ａ）のＤ−Ｄ’断面図である。
本実施例のエッチング工程では、図１３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、図１２のマスク形成工程で製造されたエッチングマスク１０１の輪郭に従ったエッチング穴がシリコン基板１００に形成される。
このとき、シリコン基板１００は両面から、シリコン結晶異方性エッチング溶液によってエッチングされる。
例えば、本実施例では、水酸化カリウム水溶液を用いている。
このような結晶異方性エッチング溶液を用いることにより、エッチングによって形成される２つのねじりバネの断面は図１３（ｃ）に示すように、（１１１）等価面で囲まれた特徴的な多角形となる。
エッチングが終了した後、エッチングマスク１０１を除去する。このようにして、第１ねじりバネ３１、第２ねじりバネ３２がこの工程で形成される。
【００３４】
次に、ダイシング工程において、上記エッチング工程において作製されたねじりバネ３１が形成されたシリコン基板１００を、つぎのように切断する。
図１４は本実施例のマイクロ揺動体の製造方法におけるダイシング工程を説明する図である。
図１４（ａ）はダイシング工程における上面図、図１４（ｂ）はダイシング工程における図１４（ａ）のＥ−Ｅ’断面図、図１４（ｃ）はダイシング工程における図１４（ａ）のＤ−Ｄ’断面図である。
【００３５】
本実施例のダイシング工程では、図１４（ａ）に示すように、幅１９Ａのピッチでシリコン基板１００を切断する。
この切断工程は、一般にシリコン基板を切断するダイシング装置や、レーザ加工等を用いることが可能である。
切断しろを考慮して予めエッチングマスク１０１を形成すれば、この工程で図１４（ｂ）に示すように、幅１９Ｂの第１可動部６１および第２可動部６２が形成される。
本実施例の製造工程でも、図７に示すように、このダイシング工程のピッチを変更することにより、異なる幅の可動部を形成可能である。
したがって、同じマスク形成工程で異なる周波数を有する２つの可動部を備えたマイクロ揺動体を形成可能となる。
【００３６】
図１５は、周波数調整部位の形成工程を示す上面図である。
図１４のダイシング工程で、本実施例のマイクロ揺動体は図１５（ａ）のような形状に形成される。
このとき、第１連結部２２Ａ、２２Ｂ、第２連結部２３Ａ、２３Ｂによって、第１可動部６１、第２可動部６２、支持基板２は連結されている。
そして、図１５（ｂ）に示すように、まず第１連結部２２Ａ、２２Ｂをレーザ加工で切断する。
このとき、第１可動部６１が第２可動部６２から切り離されてねじり振動可能となる。
したがって、図１５（ｂ）の状態で第１可動部６１と第１ねじりバネ３１で形成される部分的な振動子の共振周波数を調べ、切断部２４Ａ、２４Ｂの切断量を調整し、第１可動部６１を所望の値にすることができる。
更に、第２連結部も同様にレーザ加工で切断し、図１５（ｃ）のように、調整部５を有する２つの可動部と２つのねじりバネで構成される本実施例のマイクロ揺動体を製造することができる。
【００３７】
更に、２つの共振周波数を下記のようなトリミング工程によって所望の値に調整することが可能である。
まず、マイクロ揺導体の２つの共振周波数を、駆動手段の駆動周波数を掃引することにより測定する。
測定された共振周波数が、所望の共振周波数と誤差が生じていた場合、調整部５の一部を例えばレーザにより除去し、慣性モーメントを調整することにより共振周波数を目標値に調整することが可能である。
調整部５は前述の通り、片持ち梁構造として形成されるため、加工の熱や加工屑の影響が反射面４に及びにくくなる。
【００３８】
以上のような製造方法で形成される本実施例のマイクロ揺動体は、エッチング工程がシリコン結晶異方性エッチング溶液を用いているため、ねじりバネの表面を滑らかにすることができる。
したがって、ねじり振動の際、応力の集中を防ぎ信頼性の高い揺動体とすることができる。
そして、光偏向器として用いた場合も寿命の長い光偏向器とすることができる。
【００３９】
つぎに、従来例のエッチング工程を用いた場合、可動部の頂点部分がエッチングによって丸く形成されてしまうことについて説明する
図１６に、従来例のエッチング工程を用いた場合について説明する図を示す。
図１６（ａ）は従来例によるマスク形成工程を説明する上面図であり、図１６（ｂ）従来例によるエッチング工程を説明する上面図である。
図１６（ａ）には、従来例のシリコン結晶異方性エッチング溶液を用いて、図１１（ｂ）の破線１６のような可動部の頂点を形成する場合について説明する。
その際、図１６（ａ）はマスク形成工程では、２つの隣接するマイクロ揺動体の頂点を示している。
図１６（ｂ）には、エッチング工程において図１６（ａ）のエッチングマスクを用いて形成された頂点の様子を示している。
図１６（ｂ）に示すように、従来例を用いた場合では、１８Ａのように頂点部分がエッチングによって丸く形成されてしまう。
これは、シリコン結晶異方性エッチングでは、頂点部分はエッチングが早く進んでしまうことによる。
そのため、図１６（ａ）のような補正パターン２１を頂点形成予定部分に作製する必要があった。
しかし、このような補正パターン２１を用いても、頂点を直角に形成することは困難であり、図１６（ｂ）のように丸く形成されてしまう。
【００４０】
このような可動部を用いて、反射面を形成した場合は、図１７（ａ）に示すように、反射面４の全面積に対して、有効反射面積１７は小さくなってしまう。
これに対して、図１７（ｂ）に示すように、本実施例の製造方法によれば、ダイシング工程で可動部の形状を決定するため、頂点が丸くならず、エッチングよりも直角な形状を形成することができ、有効反射面積１７を大きく形成することが可能となる。
【００４１】
また、本実施例によれば、図１６（ａ）（ｂ）に示すように、従来のエッチング工程を用いると頂点部分を形成するための補正パターン２１が必要となる。
そのため、個々のマイクロ揺動体を近接して配置できないため、１枚のシリコン基板から製造できるマイクロ揺動体の個数が少なくなってしまう。
また、補正パターン２１のエッチングマスクはエッチング工程の終点では、シリコンがエッチングされてしまうため、エッチングマスクのみが片持ち梁構造となる。
これらは、破れてエッチング液を汚したり、他の部位に貼りついたりしてエッチングの誤差要因となったり、歩留まりが低下する等の問題点が生じる。
一方、本実施例の製造方法によれば、エッチング工程では、頂点部分がないため補正パターンが不必要であり、上記従来例における問題点を低減することが可能となる。
【００４２】
［実施例３］
実施例３では、本発明の揺動体装置を適用して構成した光偏向器を用いた光学機器の構成例について説明する。
ここでは、光学機器として画像形成装置を示している。
図１８に、本実施例における画像形成装置の構成例を説明する概略斜視図を示す。
図１８において、３００１はレーザ光源、３００２はレンズあるいはレンズ群、３００３は本発明の揺動体装置により構成された光偏向器、３００４は書き込みレンズ或いはレンズ群、３００５はドラム状の感光体である。
【００４３】
本実施例の画像形成装置は、光源と、感光体と、本発明の揺動体装置を適用して構成される揺動体の上に配置された光偏向素子を備えた光偏向器とを有している。
そして、前記光源からの光を前記光偏向器により偏向し、前記光の少なくとも一部を、前記感光体上に入射するように構成されている。
レーザ光源３００１から射出されたレーザ光は、光の偏向走査のタイミングと関係した所定の強度変調を受けている。具体的には、図１８に示されるように、この強度変調光は、レンズ或いはレンズ群３００２を通って、上記した各実施例の揺動体装置を用いて構成された光偏向器３００３により、入射光を１次元に走査する。
この走査されたレーザ光は書き込みレンズ３００４により、感光体３００５上へ画像を形成する。
【００４４】
走査方向と直角な方向に回転軸の回りに回転される感光体３００５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その走査部分に静電潜像が形成される。
次に、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画像が形成される。
所望の周波数を有する本発明の光偏向器３００３により、画像を形成することが可能となる。
また、本実施例の光偏向器を用いれば光の偏向走査の角速度を感光体３００５上の仕様範囲内で略等角速度とする様なこともできる。
更に、本発明の揺動体装置を適用して構成した光偏向器を用いることにより、走査位置変動が少なくなり、鮮明な画像を生成できる画像形成装置とできる。
【００４５】
上記説明では、光学機器として画像形成装置を構成した例について説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。
例えば、光源と、画像表示体と、本発明の揺動体装置を適用して構成した光偏向器と、を有し、前記光源からの光を前記光偏向器により偏向した光を、前記画像表示体上に入射するようにしてプロジェクションディスプレイを構成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施例１におけるマイクロ揺動体を説明する上面図である。
【図２】本発明の実施例１におけるマイクロ揺動体を用いた光偏向器を説明する図であり、図２（ａ）は本実施例の光偏向器を示す上面図、図２（ｂ）は本実施例の光偏向器の可動部を示す図２（ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。
【図３】本発明の実施例１におけるマイクロ揺動体を製造する際に用いるシリコン基板の上面図である。
【図４】本発明の実施例１のマイクロ揺動体の製造方法におけるマスク形成工程を説明する図である。図４（ａ）はマスク形成工程における上面図、図４（ｂ）はマスク形成工程における図４（ａ）のＡ−Ａ’断面図、図４（ｃ）はマスク形成工程における図４（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図５】本発明の実施例１のマイクロ揺動体の製造方法におけるエッチング工程を説明する図である。図５（ａ）はエッチング工程における上面図、図５（ｂ）はエッチング工程における図５（ａ）のＡ−Ａ’断面図、図５（ｃ）はエッチング工程における図５（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図６】本発明の実施例１のマイクロ揺動体の製造方法におけるダイシング工程を説明する図である。図６（ａ）はダイシング工程における上面図、図６（ｂ）はダイシング工程における図６（ａ）のＡ−Ａ’断面図、図６（ｃ）はダイシング工程における図６（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【図７】本発明の実施例１のマイクロ揺動体の製造方法におけるダイシング工程によって、共振周波数が異なるマイクロ揺動体を製造する方法を説明する上面図である。
【図８】本発明の実施例１のマイクロ揺動体の製造方法を、従来例との比較において説明する図である。図８（ａ）は従来例におけるエッチング工程を経た後のシリコン基板の上面図、図８（ｂ）は本発明のエッチング工程を経た後のシリコン基板を示す上面図である。
【図９】従来例におけるエッチング工程を経た後、切り離された可動部である図８（ａ）のＱ−Ｑ’断面図である。
【図１０】従来例のエッチング工程によって生じたエッチング誤差を有する可動部の頂点の形状を示すである。図１０（ａ）は図１の破線で示される領域と同じ個所を想定した、エッチングマスクが形成されていた面、図１０（ｂ）は貼り付け面側の可動部の上面図である。
【図１１】本発明の実施例２におけるマイクロ揺動体を用いた光偏向器を説明する図である。図１１（ａ）は本実施例の光偏向器を示す上面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）に示される光偏向器を反射面側から見た上面図、図１１（ｃ）は本実施例の光偏向器の第２可動部を示す図１１（ｂ）のＤ−Ｄ’断面図である。
【図１２】本発明の実施例２のマイクロ揺動体の製造方法におけるマスク形成工程を説明する図である。図１２（ａ）はシリコン基板１００の一部を拡大した上面図、図１２（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ’断面図、図１２（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面図である。
【図１３】本発明の実施例２のマイクロ揺動体の製造方法におけるエッチング工程を説明する図である。図１３（ａ）はエッチング工程における上面図、図１３（ｂ）はエッチング工程における図１３（ａ）のＥ−Ｅ’断面図、図１３（ｃ）はエッチング工程における図１３（ａ）のＤ−Ｄ’断面図である。
【図１４】本発明の実施例２のマイクロ揺動体の製造方法におけるダイシング工程を説明する図である。図１４（ａ）はダイシング工程における上面図、図１４（ｂ）はダイシング工程における図１４（ａ）のＥ−Ｅ’断面図、図１４（ｃ）はダイシング工程における図１４（ａ）のＤ−Ｄ’断面図である。
【図１５】本発明の実施例２のマイクロ揺動体の製造方法における周波数調整部位の形成工程を説明する上面図である。
【図１６】従来例のエッチング工程を用いた場合について説明する図を示す。図１６（ａ）は従来例によるマスク形成工程を説明する上面図、図１６（ｂ）従来例によるエッチング工程を説明する上面図である。
【図１７】（ａ）は従来例による有効反射面積を説明する上面図、（ｂ）は本実施例によるの有効反射面積を説明する上面図である。
【図１８】本発明の実施例３における画像形成装置の構成を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
【００４７】
１：マイクロ揺動体
２：支持基板
３：ねじりバネ
４：反射面
５：調整部
６：可動部
７：永久磁石
１４：ねじり軸
１５：磁場方向
１６：可動部（反射面）の頂点周辺
１７：有効反射面積
１８Ａ：従来の反射面の頂点
１８Ｂ：本発明の反射面の頂点
１９Ａ：ダイシングの幅
１９Ｂ：可動部または、第１可動部の幅
２０：リブ構造
２１：補正パターン
２２Ａ、２２Ｂ：第１連結部
２３Ａ、２３Ｂ：第２連結部
２４Ａ、２４Ｂ：レーザ切断部
２５Ａ、２５Ｂ：ノッチ部
３１：第１ねじりバネ
３２：第２ねじりバネ
６１：第１可動部
６２：第２可動部
１００：単結晶シリコン基板
１０１：エッチングマスク
１０２：貼り合わせ面
１０３：表面
３００１：光源（レーザ光源）
３００３：光偏向器（光走査系）
３００５：感光体
【図１】
2009128463.tif 000003
【図２】
2009128463.tif 000004
【図３】
2009128463.tif 000005
【図４】
2009128463.tif 000006
【図５】
2009128463.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009128463.tif 000009
【図８】
2009128463.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2009128463.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2009128463.tif 000017
【図１６】
2009128463.tif 000018
【図１７】
2009128463.tif 000019
【図１８】
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