JP6809018B2 - 光偏向器、光走査装置、画像形成装置及び画像投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、光偏向器、光走査装置、画像形成装置及び画像投影装置に関する。

マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）技術を用いて製作した光偏向器、この光偏向器を搭載した光走査装置、画像形成装置及び画像投影装置は、ポリゴンミラーや従来型のガルバノミラーに較べて省電力化、小型化や高速化の可能性がある。また、駆動部分の形成もシリコンウェハ（特にＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハ）を素材として、半導体微細加工技術を用いて大量で安価に形成できる可能性があるため実用化が期待されている。
前記したＳＯＩウェハは、支持基板となる単結晶シリコン上に埋め込み酸化膜（Buried Oxide Layer：以下、「ＢＯＸ層」と記述する）と呼ばれる酸化シリコン膜が形成され、その上に活性層と呼ばれる単結晶シリコンが形成された３層構造（以下、ＳＯＩ基板ともいう）となっている。

上記技術で製作された光偏向器は、電磁力や静電力、及び電歪素子（圧電力）などによる多様な形態の駆動方式により、可動板（ミラー）を２方向にそれぞれ回転制御し、２次元的に光を走査させる装置（技術）として既に知られている。
光偏向器は、シリコンウェハを素材として、ミラー部である反射板（ミラー）を駆動させるための電磁力や静電力、及び圧電力などを得るべく、上部／下部電極と入出力信号ラインをつなぐメタル配線材料を用いており、この配線材料の信頼性的な保護膜として窒化シリコン膜、酸化シリコン膜の成膜が必要である（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上記ミラー部を駆動させる梁部は、ＳＯＩの活性層のシリコン（以下、シリコン活性層ともいう）で形成されており、先述の保護膜は製造プロセス上、全て取り除かれるか、あるいは全て残すかのどちらかであった。この場合、保護膜を取り除いたときには梁部側面が荒れて振動動作が不安定になり、保護膜を残したときには駆動動作中に膜はがれが発生する、という問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、梁部のシリコン活性層上の第１の保護膜（酸化シリコン膜）の残存に着目し、振動動作が安定し、駆動耐久性（信頼性）の高い光偏向器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、可動部と、前記可動部を支持する基板部と、前記可動部と前記基板部とを連結する梁部と、を備え、前記梁部は、前記可動部を可動に支持する一対の弾性支持部材と、圧電部材が固着された一対の駆動梁と、を有し、前記一対の駆動梁は、シリコン活性層を有し、該シリコン活性層の上に形成された第１の保護膜及び該第１の保護膜の上に形成された第２の保護膜を有し、前記一対の弾性支持部材は、前記第１の保護膜を有し、前記第２の保護膜を有さない光偏向器である。

本発明によれば、振動動作が安定し、駆動耐久性（信頼性）の高い光偏向器を提供することができる。

パッケージングされた光偏向器の一例の概略図である。 第１の実施形態に係る光偏向器の平面図である。 図２のＰ−Ｐ’線断面図である。 図２のＱ−Ｑ’線断面図である。 第１の実施形態の光偏向器の第２駆動部の駆動を模式的に表した斜視図である。 従来例の光偏向器の製造プロセスを説明する工程図である。 図６に続く従来例の光偏向器の製造プロセスを説明する工程図である。 図７に続く従来例の光偏向器の製造プロセスを説明する工程図である。 第１の実施形態の光偏向器の製造プロセスを説明する要部の工程図である。 （ａ）は従来例１に係る光偏向器の要部の平面図、（ｂ）は従来例２に係る光偏向器の要部の平面図、（ｃ）は第１の実施形態の光偏向器の要部の平面図である。 （ａ）は、従来例１に係る光偏向器の経時駆動により、膜剥がれが発生する問題を説明する図である。（ｂ）は、第１の実施形態の光偏向器の経時駆動によって膜剥がれが発生することがないことを説明する図である。 （ａ）は、従来例２のトーションバーの絶縁膜エッチング後の梁部フォトレジストパターニング後の断面状態と、梁部シリコン活性層エッチング後において、シリコン活性層の側面荒れが発生する問題とを説明する図である。（ｂ）は、第１の実施形態のトーションバーの絶縁膜エッチング後の梁部フォトレジストパターニングの断面状態と、梁部シリコン活性層エッチング後において、シリコン活性層の側面荒れが抑制される状態を説明する図である。 本発明が適用可能な光偏向器の斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る画像形成装置の一例を示す図である。 図１４に示した光走査装置の一例を示す斜視図である。 図１４に示した光偏向器の構成の一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る画像投影装置の構成の一例を示す図である。

以下、図を参照して実施例を含む本発明の実施の形態を詳細に説明する。各実施形態等に亘り、同一の機能および形状等を有する構成要素（部材や構成部品）等については、混同の虞がない限り一度説明した後では同一符号を付すことによりその説明を省略する。

［パッケージング］
図１を参照して、光偏向器のパッケージングについて説明する。図１は、パッケージングされた光偏向器の一例の概略図である。
図１に示すように、光偏向器１０には、レーザ光などの光束Ｌが反射する反射面５が設けられている。光偏向器１０は、筐体状のパッケージ部材２の内側に配置される取付部材３に取り付けられ、パッケージ部材２の一部を透過部材４で覆われて、密閉されることでパッケージングされる。
さらに、光偏向器１０が密閉されたパッケージ内には、窒素ガス等の不活性ガスが密封されている。これにより、光偏向器１０の酸化による劣化が抑制され、さらに温度等の環境の変化に対する耐久性が向上する。

［光偏向器の詳細］
図２〜図４を参照して、本発明の第１の実施形態に係る光偏向器について詳細に説明する。図２は、主走査方向としてのＹ方向と、副走査方向としてのＸ方向との２軸方向に光偏向可能な両持ちタイプの光偏向器の平面図である。図３は、図２のＰ−Ｐ’線断面図である。図４は、図２のＱ−Ｑ’線断面図である。
図２に示すように、光偏向器１０は、入射した光束を反射するミラー部１１と、ミラー部１１に接続され、ミラー部１１をＹ軸に平行な第１軸Ｏ_１周りに駆動する第１駆動部１２ａ、１２ｂと、ミラー部１１及び第１駆動部１２ａ、１２ｂを支持する第１支持部１３を有する。光偏向器１０はまた、第１支持部１３に接続され、ミラー部１１及び第１支持部１３をＸ軸に平行な第２軸Ｏ_２周りに駆動する第２駆動部１４ａ、１４ｂと、第２駆動部１４ａ、１４ｂを支持する第２支持部１５と、第１駆動部１２ａ、１２ｂ、第２駆動部１４ａ、１４ｂ及び制御装置に電気的に接続される電極接続部１６と、を有する。

光偏向器１０は、図３に示すように、例えば１枚のＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板をエッチング処理等により成形し、成形した基板上に反射面５や第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂ、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ、１３２ａ〜１３２ｆ、電極接続部１６等を形成することで、上記の各構成部が一体的に形成されている。
尚、上記の各構成部の形成は、ＳＯＩ基板の成形後に行ってもよいし、ＳＯＩ基板の成形中に行ってもよい。

ＳＯＩ基板は、図３、図４に示すように、例えば単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる第１のシリコン層たるシリコン支持層１６１と、シリコン支持層１６１の上部に形成された酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなるＢＯＸ層１６２と、ＢＯＸ層１６２の上に形成された第２のシリコン層たるシリコン活性層１６３と、を有するシリコン基板である。

シリコン活性層１６３は、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に対してＺ軸方向への厚みが小さいため、シリコン活性層１６３で構成された部材は、弾性を有する弾性部としての機能を備える。
例えば、本実施形態においては、図３、図４に示すように、第１駆動部１２ａ、１２ｂと、第２駆動部１４ａ、１４ｂとは何れも、かかるシリコン活性層１６３を基材としており、弾性部としての機能を有している。

また、本実施形態における光偏向器１０のうち、少なくとも枠体部である第２支持部１５と、第１支持部１３と、は、シリコン支持層１６１を有していることが望ましい。
このように、第１支持部１３と第２支持部１５とがシリコン支持層１６１を有することにより、Ｚ方向についての厚みが厚くなるから、第１支持部１３と第２支持部１５との弾性変形を抑制して、動作の精度が向上する。

ミラー部１１は、例えば、円形状のミラー部基体１７と、ミラー部基体１７の＋Ｚ側の面上に形成された反射面５とから構成される。反射面５は、例えば、アルミニウム、金、銀等を含む金属薄膜で構成される。ミラー部１１は、光を反射する反射面５が設けられた可動部として機能する。
また、ミラー部１１は、ミラー部基体１７の−Ｚ側の面にミラー部補強用のリブが形成されていてもよい。リブは、例えば、シリコン活性層１６３及び酸化シリコン層１６４から構成され、ミラー部１１の動作によって生じる反射面５の歪みを抑制することができる。

第１駆動部１２ａ、１２ｂは、ミラー部基体１７に各一端が接続し、第１軸Ｏ_１方向にそれぞれ延びてミラー部１１を可動可能に支持する２つのトーションバー１１１ａ、１１１ｂと、各一端がトーションバー１１１ａ、１１１ｂの他端に接続され、各他端が第１支持部１３の内周部に接続される第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂと、を有する。

図３に示すように、トーションバー１１１ａ、１１１ｂは、シリコン活性層１６３を用いて構成される。また、第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂは、弾性部であるシリコン活性層１６３の＋Ｚ側の面上に下部電極２０１、圧電部２０２、上部電極２０３の順に形成されて構成される。
上部電極２０３及び下部電極２０１は、例えば金（Ａｕ）又は白金（Ｐｔ）等を用いて構成される。圧電部２０２は、例えば、圧電材料であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を用いて構成されている。

上記したとおり、トーションバー１１１ａ、１１１ｂは、ミラー部１１と第１支持部１３、第２支持部１５とを連結する梁部としての機能を有する。トーションバー１１１ａ、１１１ｂは、本発明の弾性支持部材として機能する。第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂは、本発明の駆動梁として機能する。

図２、図３に示すように、第１支持部１３は、例えば、シリコン支持層１６１、ＢＯＸ層１６２、シリコン活性層１６３を用いて構成され、ミラー部１１を囲うように形成された矩形形状の支持体である。
上記したとおり、可動部たるミラー部１１を支持する第１支持部１３は、本発明の狭義の基板部として機能し、さらに第２支持部１５は、本発明の広義の基板部として機能する。

第２駆動部１４ａ、１４ｂは、例えば、折り返すように連結された複数の第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ、１３２ａ〜１３２ｆを有する。第２駆動部１４ａ、１４ｂの各一端は、第１支持部１３の外周部に接続され、各他端は第２支持部１５の内周部に接続されている。
このとき、第２駆動部１４ａと第１支持部１３との接続箇所及び第２駆動部１４ｂと第１支持部１３との接続箇所と、さらに第２駆動部１４ａと第２支持部１５の接続箇所及び第２駆動部１４ｂと第２支持部１５との接続箇所とは、反射面５の中心に対して点対称となるように構成されている。

図４に示すように、第２圧電駆動部１３０ａは、弾性部であるシリコン活性層１６３の＋Ｚ側の面上に下部電極２０１、圧電部２０２、上部電極２０３の順に形成されて構成される。第２圧電駆動部１３０ｂも第２圧電駆動部１３０ａと同様に構成されている。
上部電極２０３及び下部電極２０１は、例えば金（Ａｕ）又は白金（Ｐｔ）等を用いて構成される。圧電部２０２は、例えば、圧電材料であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を用いて構成されている。

図２、図４に示すように、第２支持部１５は、例えば、シリコン支持層１６１、ＢＯＸ層１６２、シリコン活性層１６３を用いて構成されている。第２支持部１５は、ミラー部１１、第１駆動部１２ａ、１２ｂ、第１支持部１３及び第２駆動部１４ａ、１４ｂを囲うように形成された矩形の支持体である。

図２に示す電極接続部１６は、例えば、第２支持部１５の＋Ｚ側の面上に形成され、第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂ、第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆ、１３２ａ〜１３２ｆの各上部電極２０３及び各下部電極２０１、並びに制御装置にアルミニウム（Ａｌ）等の電極配線を介して電気的に接続されている。

上記実施形態に限らず、上部電極２０３又は下部電極２０１は、それぞれが電極接続部１６と直接接続されていてもよいし、電極同士を接続する等により間接的に接続されていてもよい。

また、上記実施形態では、圧電部２０２が弾性部であるシリコン活性層１６３の一面（＋Ｚ側の面）のみに形成された場合を一例として説明したが、弾性部の他の面（例えば−Ｚ側の面）に設けてもよいし、弾性部の一面及び他面の双方に設けてもよい。

また、ミラー部１１を第１軸Ｏ_１周り又は第２軸Ｏ_２周りに駆動可能であれば、各構成部の形状は上記実施形態の形状に限定されない。例えば、トーションバー１１１ａ、１１１ｂや第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂが曲率を有した形状を具備していてもよい。

さらに、第１駆動部１２ａ、１２ｂの上部電極２０３の＋Ｚ側の面上、第１支持部１３の＋Ｚ側の面上、第２駆動部１４ａ、１４ｂの上部電極２０３の＋Ｚ側の面上、第２支持部の＋Ｚ側の面上の少なくとも何れか一つに酸化シリコン膜からなる絶縁層が形成されていてもよい。
このとき、絶縁層の上に電極配線を設けるとともに、上部電極２０３又は下部電極２０１と電極配線とが接続される接続スポットに、開口部として部分的に絶縁層を除去又は絶縁層を形成しなくてもよい。これにより、第１駆動部１２ａ、１２ｂ、第２駆動部１４ａ、１４ｂ及び電極配線の設計自由度をあげ、さらに電極同士の接触による短絡を抑制することができる。また、酸化シリコン膜は、反射防止材としての機能も備える。

図３には、本発明の特徴的な構成が示されている。即ち、同図に示すように、シリコン活性層１６３の上部及び上部電極２０３を覆っている第１の保護膜としての酸化シリコン層１６４は、梁部であるトーションバー１１１ｂの形成領域においても存在している。しかしながら、酸化シリコン層１６４の上部を覆っている第２の保護膜としての窒化シリコン層１６８は、トーションバー１１１ｂの形成領域において除去されて無い状態になっている。

従って、光偏向器１０の駆動によって窒化シリコン層１６８が酸化シリコン層１６４から剥がれる膜剥がれ不具合は発生することがない。上記状態は、トーションバー１１１ｂと反対側のトーションバー１１１ａでも同様であることは無論である。
尚、酸化シリコン層１６４、窒化シリコン層１６８は、保護膜及び絶縁膜等の機能を有するパッシベーション膜であるが、その成膜等については光偏向器の製造プロセスにおいて後述する。

光偏向器１０の要部動作について説明する。第１駆動部１２ａ、１２ｂ及び第２駆動部１４ａ、１４ｂが有する圧電部２０２は、分極方向に正又は負の電圧が印加されると、印加電圧の電位に比例した変形（例えば、伸縮）が生じ、いわゆる逆圧電効果を発揮する。第１駆動部１２ａ、１２ｂ及び第２駆動部１４ａ、１４ｂでは、上記の逆圧電効果を利用してミラー部１１を可動させる。

このとき、ミラー部１１の反射面５に入射した光束が偏向される角度を振れ角と呼ぶ。圧電部に電圧を印加していないときの振れ角をゼロとし、その角度よりも偏向角度が大きい場合を正の振れ角、小さい場合を負の振れ角とする。

第１駆動部１２ａ、１２ｂでは、第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂが有する圧電部２０２に、上部電極２０３、下部電極２０１を介して駆動部から駆動電圧が並列に印加されると、それぞれの圧電部２０２が変形・振動する。この圧電部２０２の変形・振動による作用により、第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂが屈曲変形・振動する。
その結果、２つのトーションバー１１１ａ、１１１ｂの捩れを介してミラー部１１に第１軸周りの駆動力が作用し、ミラー部１１が第１軸Ｏ_１周りに可動・揺動振動することとなる。第１駆動部１２ａ、１２ｂに印加される駆動電圧は、制御装置によって制御される。

図５は、光偏向器１０の第２駆動部１４ａ、１４ｂの駆動を模式的に表した斜視図である。同図において、クロス斜線で表されている領域がミラー部１１等である。

説明が前後するが、図２において、第２駆動部１４ａが有する複数の第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆのうち、最もミラー部１１に距離が近い第２圧電駆動部（１３１ａ）から数えて偶数番目の第２圧電駆動部、即ち第２圧電駆動部１３１ｂ、１３１ｄ、１３１ｆを圧電駆動部群Ａとする。

また、さらに第２駆動部１４ｂが有する複数の第２圧電駆動部１３２ａ〜１３２ｆのうち、最もミラー部１１に距離が近い第２圧電駆動部（１３２ａ）から数えて奇数番目の第２圧電駆動部、即ち第２圧電駆動部１３２ａ、１３２ｃ、１３２ｅを同様に圧電駆動部群Ａとする。圧電駆動部群Ａは、駆動電圧が並行に印加されると、圧電駆動部群Ａが同一方向に屈曲変形し、正の振れ角となるようにミラー部１１が第２軸周りに可動する。

また、第２駆動部１４ａが有する複数の第２圧電駆動部１３１ａ〜１３１ｆのうち、最もミラー部に距離が近い第２圧電駆動部（１３１ａ）から数えて奇数番目の第２圧電駆動部、即ち第２圧電駆動部１３１ａ、１３１ｃ、１３１ｅを圧電駆動部群Ｂとする。
また、さらに第２駆動部１４ｂが有する複数の第２圧電駆動部１３２ａ〜１３２ｆのうち、最もミラー部１１に距離が近い第２圧電駆動部（１３２ａ）から数えて偶数番目の第２圧電駆動部、即ち、第２圧電駆動部１３２ｂ、１３２ｄ、１３２ｆを同様に圧電駆動部群Ｂとする。圧電駆動部群Ｂは、駆動電圧が並行に印加されると、圧電駆動部群Ｂが同一方向に屈曲変形し、図５（ｂ）に示すように、負の振れ角となるようにミラー部１１を第２軸Ｏ_２周りに可動する。

図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、第２駆動部１４ａ又は第２駆動部１４ｂでは、圧電駆動部群Ａが有する複数の圧電部２０２又は圧電駆動部群Ｂが有する複数の圧電部２０２を屈曲変形させることにより、屈曲変形による可動量を累積させ、ミラー部１１の第２軸周りの振れ角を大きくすることができる。

図６〜図８を参照して、従来例の光偏向器の製造プロセスを説明する。この従来例としては、例えば特許文献１の図５Ａ〜図５Ｃに示されている製造プロセスが一部相当し、一般的な光偏向器の製造プロセスである。
従来の光偏向器の製造プロセスは、先ず、図６（１）に示すように、光偏向器の基板部を形成する基板形成工程から始まる。支持基板となる単結晶シリコン（Ｓｉ）からなるシリコン支持層１６１上に酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなるＢＯＸ層１６２を形成する。さらに、ＢＯＸ層１６２の上にシリコン（Ｓｉ）からなるシリコン活性層１６３を形成して、ＳＯＩ基板１６０を作製する。さらに、シリコン活性層１６３の上部に、第１の保護膜としての酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる酸化シリコン層１６４を形成する。尚、図６（１）に示した、ＳＯＩ基板１６０の上に酸化シリコン層１６４を形成した４層構造のものをＳＯＩ基板と呼ぶこともあり、これは商品化されている。

次いで、図６（２）に示すように、酸化シリコン層１６４の上に下部電極を形成するための下部電極膜２０１’と、圧電部を形成するためにＰＺＴからなる圧電膜２０２’と、上部電極２０３を形成するための上部電極膜２０３’とを、順次成膜する。

次いで、図６（３）に示すように、図６（２）の下部電極膜２０１’、圧電膜２０２’、上部電極膜２０３’をそれぞれパターニングして、下部電極２０１、圧電部２０２、上部電極２０３を形成する電極形成工程を行う。

次いで、図６（４）に示すように、下部電極２０１、圧電部２０２及び上部電極２０３に対して酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる層間絶縁膜１６５をパターニングする層間絶縁膜パターニング工程を行う。層間絶縁膜１６５は、後述するように配線電極を形成する際に下部電極２０１と上部電極２０３とがショートしないように形成するためのものである。

次いで、図７（５）に示すように、下部電極２０１に対してＡｌ−Ｃｕ合金からなる配線メタル１６６を、上部電２０３に対してもＡｌ−Ｃｕ合金からなる配線メタル１６７をパターニングする配線電極形成工程を行う。

次いで、図７（６）に示すように、パッシベーション膜・第２の保護膜として窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる窒化シリコン膜１６８’を形成する保護膜成膜工程を行う。換言すれば、保護膜形成工程は、梁部のシリコン活性層１６３の上部に形成されている第１の保護膜である酸化シリコン層１６４の上に、かつ、下部電極２０１、圧電部２０２、上部電極２０３を覆うように、第１の保護膜及び第２の保護膜のうちの少なくとも第２の保護膜を形成する工程である。
尚、パッシベーション膜としては下層に酸化シリコン膜を、この上に窒化シリコン膜を成膜する２層構成のパッシベーション膜を成膜してもよい。

次いで、図７（７）に示すように、ミラー膜５’を成膜するとともに、ミラー膜５’をパターニングして反射面５を形成する反射面形成工程を行う。

次いで、図７（８）に示すように、窒化シリコン膜１６８’をパターニングするパッシベーションパターニング工程を行う。この工程は、本発明の少なくとも第２の保護膜をパターニングする保護膜パターニング工程に相当する。１６８は、パッシベーションパターニング後の窒化シリコン層である。

次いで、図８（９）に示すように、梁部（例えば、トーションバーの形成部）の保護膜（絶縁膜）である酸化シリコン層１６４及び窒化シリコン層１６８をエッチングする梁部保護膜エッチング工程を行う。従来例の梁部保護膜エッチング工程では、窒化シリコン層１６８及び酸化シリコン層１６４の双方を取り除くエッチングを行っていた。

次いで、図８（１０）に示すように、梁部のシリコン活性層１６３をエッチングする梁部シリコン活性層エッチング工程を行う。このように、従来例では、図６（１）〜図８（１０）の工程を経て光偏向器１０Ｘを製作していた。

次に、本実施形態の光偏向器１０の製造プロセスを従来例の光偏向器１０Ｘのそれと対比しながら説明する。本実施形態の光偏向器１０の製造プロセスは、図６（１）〜図８（１０）に示した従来例の光偏向器１０Ｘの製造プロセスと比較して、図８（９）〜図８（１０）の工程に代えて、図９（９）〜図９（１１）の工程を有する点が相違する。即ち、本実施形態の図９（９）よりも前の工程は、図６（１）〜図８（８）に示した従来例と同様である。

図９（９）に示すように、本実施形態では、梁部（例えば、図２のトーションバー１１１ａ、１１１ｂ）の第２の保護膜（絶縁膜）である窒化シリコン層１６８のみをエッチングする梁部窒化シリコン膜エッチング工程を行う。換言すれば、酸化シリコン層１６４が残存するように窒化シリコン層１６８のみをエッチングによって除去する。梁部窒化シリコン膜エッチング工程は、本発明の第２の保護膜エッチング工程に相当する。

次いで、図９（１０）に示すように、梁部の第１の保護膜（絶縁膜）である酸化シリコン層１６４をエッチングする梁部酸化シリコン膜エッチング工程を行う。

次いで、図９（１１）に示すように、梁部のシリコン活性層１６３の一部をエッチングする梁部シリコン活性層エッチング工程を行う。このように、本実施形態では、図６（１）〜図７（８）、図９（９）〜図９（１１）の工程を経て光偏向器１０を製作する。

図１０〜図１２を参照して、従来例における梁部窒化シリコン膜残しの問題点、従来例における梁部窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜の双方を除去する梁部保護膜全除去の問題点と、これを解決する本実施形態の構成について説明する。図１０（ａ）は、従来例１に係る光偏向器１０Ｘ１のミラー部１１、トーションバー１１１ａＸ１、１１１ｂＸ１周りの平面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の従来例１とは別の従来例２に係る光偏向器１０Ｘ２のミラー部１１、トーションバー１１１ａＸ２、１１１ｂＸ２周りの平面図である。図１０（ｃ）は、本実施形態の光偏向器１０のミラー部１１、トーションバー１１１ａ、１１１ｂ周りの平面図である。

図１０（ａ）に示す従来例１の光偏向器１０Ｘ１は、ミラー部１１に連結するトーションバー１１１ａＸ１、１１１ｂＸ１は、クロス斜線で示すように窒化シリコン層１６８と、この下部に酸化シリコン層１６４とが残っている、全保護膜残しのものである。

図１０（ｂ）に示す従来例２の光偏向器１０Ｘ２は、ミラー部１１に連結するトーションバー１１１ａＸ２、１１１ｂＸ２は、全保護膜除去（窒化シリコン層１６８及び酸化シリコン層１６４を除去）したものである。

図１０（ｃ）に示す本実施形態の光偏向器１０は、ミラー部１１に連結するトーションバー１１１ａ、１１１ｂは、斜線で示すように窒化シリコン層１６８のみ除去し、酸化シリコン層１６４が残存しているものである。

図１１（ａ）は、図１０（ａ）に示した従来例１の光偏向器１０Ｘ１のトーションバー１１１ｂＸ１のＲ−Ｒ’線断面図である。図１１（ａ）の左側に示す光偏向器１０Ｘ１は、その初期駆動時の層構成状態を示しており、そのトーションバー１１１ｂＸ１には、シリコン活性層１６３の上に形成された酸化シリコン層１６４が、更に酸化シリコン層１６４の上に形成された窒化シリコン層１６８が共に残っている（反対側のトーションバー１１１ａＸ１も同じ）。

図１１（ａ）の左側に示す光偏向器１０Ｘ１は、経時駆動Ｔにより、同図の右側に示すように、トーションバー１１１ｂＸ１が過酷な捻り振動を受けることによって、酸化シリコン層１６４と窒化シリコン層１６８との間で膜剥がれＬＢが発生するという、信頼性上の問題があった。

図１１（ｂ）の左側に示す図は、図１０（ｃ）に示した本実施形態の光偏向器１０のトーションバー１１１ｂのＲ−Ｒ’線断面図である。図１１（ｂ）の左側に示す光偏向器１０は、その初期駆動時の層構成状態を示しており、そのトーションバー１１１ｂには、シリコン活性層１６３の上に形成された酸化シリコン層１６４が残るように窒化シリコン層１６８が除去されている（反対側のトーションバー１１１ａも同じ）。

図１１（ｂ）の左側に示す光偏向器１０は、経時駆動Ｔにより、同図の右側に示すように、トーションバー１１１ｂが過酷な捻り振動を受けても、窒化シリコン層１６８が除去されているため、膜剥がれを発生することがない。
これにより、駆動耐久性（信頼性）の高い光偏向器１０を提供することができる。

図１２（ａ）は、図１０（ｂ）に示した従来例２の光偏向器１０Ｘ２のトーションバー１１１ｂＸ２の製造プロセス途中におけるＲ−Ｒ’線断面図である。図１２（ａ）の左側に示す図は、梁部であるトーションバー１１１ｂＸ２の絶縁膜エッチング後（図８（９）参照）の梁部フォトレジストパターニングの断面を、図１２（ａ）の右側の図は、梁部シリコン活性層エッチング後の断面（図８（１０）参照）を、それぞれ表わしている（反対側の梁部であるトーションバー１１１ａＸ２も同じ）。

トーションバー１１１ｂＸ２の絶縁膜エッチング後のフォトレジストパターニングの工程では、図１２（ａ）の左側の図に示すように、梁部のシリコン活性層１６３の上面、酸化シリコン層１６４の上の窒化シリコン層１６８の上面には、フォトレジスト層１６９がパターニングされている。この状態から、製造プロセスＰＴを経て、図１２（ａ）の右側の図に示すように、梁部であるトーションバー１１１ｂＸ２のシリコン活性層１６３をエッチングする梁部シリコン活性層エッチング工程を行う。

この際、フォトレジスト層１６９がシリコン活性層１６３上面を保護するだけで、シリコン活性層１６３の側面を保護するものがないため、パターニングされたシリコン活性層１６３の側面荒れＳＢが発生してしまう。この側面荒れＳＢは、例えば、エッチング液に含まれている腐食剤によってシリコン活性層１６３の側面が荒れてしまう不具合である。これにより、トーションバー１１１ａＸ２、１１１ｂＸ２のシリコン活性層１６３の安定した側面形状を得ることができず、振動動作が不安定になる問題があった。

図１２（ｂ）は、図１０（ｃ）に示した実施形態の光偏向器１０のトーションバー１１１ｂの製造プロセス途中におけるＲ−Ｒ’線断面図である。図１２（ｂ）の左側の図は、梁部であるトーションバー１１１ｂの絶縁膜エッチング後（図９（１０）参照）の梁部フォトレジストパターニングの断面を、図１２（ｂ）の右側の図は、梁部シリコン活性層エッチング後の断面（図９（１１）参照）を、それぞれ表わしている（反対側の梁部であるトーションバー１１１ａも同じ）。

トーションバー１１１ｂの絶縁膜エッチング後のフォトレジストパターニングの工程では、図１２（ｂ）の左側の図に示すように、梁部のシリコン活性層１６３上の酸化シリコン層１６４が残存するように窒化シリコン層１６８のみがエッチングによって除去されている。即ち、梁部のシリコン活性層１６３上に酸化シリコン層１６４が存在する状態で、酸化シリコン層１６４の上面には、フォトレジスト層１６９がパターニングされている。この状態から、製造プロセスＰＴを経て、図１２（ｂ）の右側の図に示すように、梁部であるトーションバー１１１ｂのシリコン活性層１６３をエッチングする梁部シリコン活性層エッチング工程を行う。

この際、フォトレジスト層１６９だけではなく、梁部であるトーションバー１１１ｂのシリコン活性層１６３上の酸化シリコン層１６４がハードマスクの役割を果たすことにより、エッチングによってパターニングされるシリコン活性層１６３の側面荒れを抑制したり、側面荒れをなくしたりすることができる。これにより、トーションバー１１１ａ、１１１ｂのシリコン活性層１６３の安定した側面形状を得ることができ、その結果、振動動作が安定した光偏向器１０を提供することができる。

梁部としては、上記実施形態ではトーションバー１１１ａ、１１１ｂを例示したが、これに限らず、図２に示した圧電駆動部群Ａ又はＢにおいて、例えば、互いに隣の第２圧電駆動部１３２ａと第２圧電駆動部１３２ｂとを連結していて変形可能な梁状部材が挙げられる。

以上説明したとおり、本実施形態によれば、振動動作が安定し、駆動耐久性（信頼性）の高い光偏向器を提供することができる。

本実施形態をさらに補説する。梁部のシリコン活性層を加工するためには、その上部に成膜された第１の保護膜（例えば、酸化シリコン）のパターニングが必要であり、この工法としてドライエッチング工法が良く知られている。このドライエッチング工法は、加工寸法制御について優位性を持っているが、オーバーエッチング量がバラついてしまうと梁部のシリコン厚みが変動し、光偏向器の駆動特性に悪影響を及ぼす。
また、梁部のシリコン活性層上の第２の保護膜（例えば、窒化シリコン）を残したままでは、光偏向器の駆動中に窒化シリコン膜が剥れるという信頼性上の問題が発生してしまう。本実施形態によれば、上述したとおり、このような従来の問題を解決することができる。

図１３を参照して、本発明が適用可能な光偏向器について説明する。図１３は、本発明が適用可能な光偏向器の斜視図である。
図１３に示すように、光偏向器１０Ａは、レーザ光Ｌを反射するミラー部２２と、ミラー部２２を支持するための第１梁部３０ａ、３０ｂと、可動部たる可動枠部２１と、可動枠部２１を支持するための不動部たる基板部２０と、を有している。
光偏向器１０Ａは、ミラー部２２に第１梁部３０ａ、３０ｂによって連結された可動枠部２１と、可動枠部２１と基板部２０とを連結する第２梁部３１ａ、３１ｂと、を有している。

光偏向器１０Ａは、図２等に示した光偏向器１０と比較して、ミラー部１１に代えて、形状が異なるミラー部２２を用いる点、多数の圧電駆動部群Ａ、Ｂにより構成された第２駆動部１４ａ、１４ｂに代えて、より簡素な構成の一対の第２梁部３１ａ、３１ｂを用いる点が主に相違する。

ミラー部２２は、＋Ｚ側の面に鏡面加工された反射面となるミラー面２２ａを有するミラーであり、後述するように第１梁部３０ａ、３０ｂと、第２梁部３１ａ、３１ｂとに電圧を印加することで回転駆動が可能な態様で基板部２０に支持されている。
ミラー面２２ａは、シリコン基板の表面にアルミニウムや金の金属薄膜を形成された反射部としての機能を有している。
ミラー部２２は、第１梁部３０ａ、３０ｂと接続される端部に、梁部であり弾性支持部材としてのトーションバースプリング２０ａ、２０ｂをそれぞれ有している。

ミラー面２２ａは、Ｘ軸に平行な第２軸Ｏ_２方向について長径、Ｙ軸に平行な第１軸Ｏ_１について短径の楕円形状の面である。
このように、比較的高速に動作させる第２軸Ｏ_２方向に対して直交する方向をなるべく短くすることにより、ミラー部２２の回転駆動時の回転慣性モーメント（イナーシャ）が低減される。

第１梁部３０ａ、３０ｂは、直方体状の梁部であり、一方の端部たる−Ｙ側の端部を可動枠部２１に連結され、他方の端部たる＋Ｙ側の端部がミラー部２２に連結されている。
第１梁部３０ａ、３０ｂは、互いに対称に配置され、その構成も共通であるので、ここでは特に第１梁部３０ａの構成について説明し、第１梁部３０ｂについては省略する。第１梁部３０ａは、例えば図２に示した光偏向器１０の第１圧電駆動部１１２ａ、１１２ｂと同様な構成であり、弾性部であるシリコン活性層の＋Ｚ側の面上に下部電極、圧電部、上部電極の順に形成されて構成されている。第１梁部３０ａ、３０ｂは、一対の駆動梁として機能する。

第１梁部３０ａは、上部電極と下部電極との間に電圧を印加することで、圧電部が電歪特性により長手方向に伸縮して曲げ変形する。
このとき、第１梁部３０ａ、３０ｂに同相の電圧を印加すると、対称に配置された第１梁部３０ａ、３０ｂが同一方向に伸縮して、Ｘ軸に平行な軸を中心に±Ｚ方向にミラー部２２が駆動される。

第２梁部３１ａ、３１ｂは、直方体状の梁部であり、一方の端部たる＋Ｘ側の端部を基板部２０に連結され、他方の端部たる−Ｘ側の端部が可動枠部２１に連結されている。
第２梁部３１ａ、３１ｂの構成については、既に述べた第１梁部３０ａ、３０ｂの構成と同様であるため説明を省略する。
第２梁部３１ａ、３１ｂも同様に、上部電極３４ａと下部電極３５ａとの間に電圧を印加することで、Ｙ軸に平行な軸を中心に±Ｚ方向に可動枠部２１が駆動される。

即ち、第１梁部３０ａ、３０ｂと、第２梁部３１ａ、３１ｂとにそれぞれ独立した電圧を印加することで、ミラー部２２が第２軸Ｏ_２又は第１軸Ｏ_１を中心に任意に回転駆動する。

既に述べたように、第１梁部３０ａ、３０ｂとミラー部２２との間には、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂがそれぞれ設けられている。
トーションバースプリング２０ａ、２０ｂは、長手方向がそれぞれＸ軸に平行に配置される。即ち、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂの長手方向と、第１梁部３０ａ、３０ｂの長手方向と、は互いに直交するように配置されている。言い換えると第１梁部３０ａ、３０ｂの±Ｚ方向への上下振動がトーションバースプリング２０ａ、２０ｂの捻り中心軸に垂直である。
従って、トーションバースプリング２０ａ、２０ｂによって第１梁部３０ａ、３０ｂの曲げ振動が捻り振動に効率よく変換されてミラー部２２の回転角を大きくすることができる。
かかる構成により、第１梁部３０ａ、３０ｂの長さによって決まるミラー部２２の回転角をさらに大きくできるので、光偏向器の小型化に寄与する。

上述した光偏向器１０Ａにおいても、図１１（ｂ）及び図１２（ｂ）に示した本発明の第１の実施形態の構成をトーションバースプリング２０ａ、２０ｂなどに適用することにより、振動動作が安定し、駆動耐久性（信頼性）の高い光偏向器１０Ａを提供することができる。

本発明の第２の実施形態の例として、図１４に光走査装置１０１を用いた画像形成装置１００を示す。
画像形成装置１００は、トナー画像を形成するための像担持体としての感光体１０２と、感光体１０２上に形成された画像をシートたる用紙Ｐ上に転写するための転写手段たる転写部１０６と、用紙Ｐを転写部１０６へ搬送する搬送手段１０７と、を有している。

画像形成装置１００は、感光体１０２の表面を帯電させる帯電手段１０４と、感光体１０２に静電潜像を書き込むための光走査装置１０１と、該静電潜像にトナーを付着させて顕像化する現像手段１０５と、を有している。
画像形成装置１００は、転写部１０６よりも感光体１０２の回転方向Ａの下流側にあって残留トナーを除去するクリーニング部１０９と、用紙Ｐ上に形成されたトナー像を熱と圧力により定着する定着手段１０８と、を有している。

画像形成装置１００を用いて用紙Ｐ上に画像を形成するときには、まず感光体１０２の表面を帯電手段１０４によって一様に帯電する。
帯電した感光体１０２の表面を光走査装置１０１によって走査するとともに、感光体１０２が回転することで、感光体１０２の表面には静電潜像が形成される。このとき感光体１０２の表面は、光走査装置１０１によってレーザ光Ｌが所定の速度で走査される走査面である。

この際、光走査装置１０１に配置された光偏向器１０によって、レーザ光Ｌが所定の方向に沿って偏向される。即ち、図２に示した光偏向器１０のミラー部１１（の反射面）が第１軸Ｏ_１を中心に揺動することで、入射したレーザ光Ｌが光走査装置１０１における主走査方向である感光体１０２の長手方向に沿って偏向される。
また、ミラー部１１が第２軸Ｏ_２を中心に揺動することで、入射したレーザ光Ｌが光走査装置１０１における副走査方向である感光体１０２の周方向に沿って偏向される。

現像手段１０５は、内蔵している現像剤中のトナーを感光体１０２表面に付着させることで静電潜像を顕像化する。
転写部１０６は、感光体１０２との間でニップ部Ｎを形成し、用紙Ｐがニップ部Ｎを通過することで、用紙Ｐにトナー像が転写される。

搬送手段１０７は、用紙Ｐを搬送する搬送ベルトであり、搬送手段１０７の経路上に設けられたレジストローラによって、感光体１０２上に形成されたトナー像と用紙Ｐの画像形成領域とが一致するように、タイミングを合わせて用紙Ｐをニップ部Ｎに搬送する。
定着手段１０８は、定着ニップＮ２を形成し、用紙Ｐが定着ニップＮ２を通過するときに、トナーに熱と圧力とを加えて溶融させることで用紙Ｐ上のトナー像を画像として定着させる。
ニップ部Ｎを通過した感光体１０２の表面部分は、クリーニング部１０９において残留トナーを除去される。

なお、ここでは像担持体が円柱状の感光体１０２であるが、ベルト状の回転体であってもよい。
また、画像形成装置１００は、トナー像を感光体から用紙Ｐ以外の転写ベルトなどの転写媒体に一次転写し、転写媒体から用紙Ｐへと二次転写する構成としてもよい。
また、本実施形態ではモノクロの画像形成装置１００について述べたが、画像形成装置１００は、カラー方式の画像形成装置であってもよい。

光走査装置１０１は、記録信号によって変調された少なくとも１本のレーザ光Ｌを発振する光源たる光源部１０２０と、レーザ光Ｌを変調する光源駆動手段１５００と、レーザ光Ｌを偏向する光偏向器１０と、を有している。
光走査装置１０１は、図１５に示すように、光偏向器１０の反射面たるミラー部１１にレーザ光Ｌを結像させる結像光学系１０２１と、ミラー部１１に反射されたレーザ光Ｌを感光体１０２の表面に結像させる手段である走査光学系１０２３とを有している。

光走査装置１０１は、図１６に示すように、駆動のための集積回路たるミラー駆動手段１０２４と、制御部たる回路基板１０２５と、を有している。ミラー駆動手段１０２４は、光偏向器１０に電圧を印加することで、ミラー部１１を揺動駆動させる。

光偏向器１０の異なる実施形態例として、光偏向器１０を画像投影装置に用いた第３の実施形態について説明する。図１７は、本発明の第３の実施形態に係る画像投影装置の構成の一例を示す図である。
図１７に示すように、画像投影装置２０００は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の異なる３波長のレーザ光源２００１と、各レーザ光源２００１からの出射光たるレーザ光Ｌを平行にする集光光学系としてのレンズ２００２と、を有している。
また、画像投影装置２０００は、画像投影装置２０００の筐体に対して固定されたミラー２００３と、ハーフミラー２００４と、合成プリズム２００５と、を有している。
また、画像投影装置２０００は、第１の実施形態において既に述べた光偏向器１０と、光偏向器１０を備えた光走査装置１０１と、を有している。

かかる画像投影装置２０００において、画像を投射面であるスクリーン２００７に投影することを考える。
レーザ光源２００ｌから射出されたレーザ光Ｌは、ミラー２００３とハーフミラー２００４とによって偏向されて合成プリズム２００５へと入射する。合成プリズム２００５は、入射した３つの波長のレーザ光Ｌを合成して、単一のレーザ光束Ｌ’として光走査装置１０１へと入射する。
レーザ光束Ｌ’は、光偏向器１０の反射面５によって反射され、スクリーン２００７上へと投射される。

以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、上記実施形態等に記載した技術事項を適宜組み合わせたものであってもよい。

例えば、上記実施形態において、画像投影装置は、レーザレーダーなどの光走査を行う投影装置であってもよい。
また、上記の実施形態では、何れも反射面が２軸について揺動自在に支持された２軸揺動可能な光偏向器についてのみ述べたが、１軸のみについて揺動可能な光偏向器としてもよい。また、画像形成装置は、シート状の用紙を記録媒体として用いるものの他、フィルム、記録紙、布、プリント基板などを記録媒体としてもよい。

本発明の実施の形態に適宜記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

５ 反射面
１０ 光偏向器
１１ ミラー部（可動部の一例）
１２ａ、１２ｂ 第１駆動部
１３ 第１支持部（狭義の基板部の一例）
１５ 第２支持部（広義の基板部の一例）
１１１ａ、１１１ｂ トーションバー（梁部、一対の弾性支持部材の一例）
１１２ａ、１１２ｂ 第１圧電駆動部（一対の駆動梁の一例）
１００ 画像形成装置
１０１ 光走査装置
１６１ シリコン支持層
１６２ ＢＯＸ層
１６３ シリコン活性層
１６４ 酸化シリコン層（第１の保護膜の一例）
１６５ 層間絶縁膜
１６８ 窒化シリコン層（第２の保護膜の一例）
２０１ 下部電極
２０２ 圧電部（圧電部材）
２０３ 上部電極
２０００ 画像投影装置

特開２０１４−０３５４２９号公報

Claims (6)

1. 可動部と、
   前記可動部を支持する基板部と、
   前記可動部と前記基板部とを連結する梁部と、を備え、
   前記梁部は、前記可動部を可動に支持する一対の弾性支持部材と、圧電部材が固着された一対の駆動梁と、を有し、
   前記一対の駆動梁は、シリコン活性層を有し、該シリコン活性層の上に形成された第１の保護膜及び該第１の保護膜の上に形成された第２の保護膜を有し、
   前記一対の弾性支持部材は、前記第１の保護膜を有し、前記第２の保護膜を有さない光偏向器。
2. 請求項１記載の光偏向器において、
   前記各弾性支持部材の長手方向と前記各駆動梁の長手方向とが直交して配置されて、前記各弾性支持部材と前記各駆動梁の先端とが接続され、
   前記各駆動梁の他端は、前記基板部に固定されて、前記一対の駆動梁で、前記可動部と前記一対の弾性支持部材とが前記基板部に対して支持されていることを特徴とする光偏向器。
3. 請求項１又は２記載の光偏向器において、
   第１の保護膜は酸化シリコン膜であり、第２の保護膜は窒化シリコン膜であることを特徴とする光偏向器。
4. 請求項１〜３の何れか１つに記載の光偏向器を有し、
   前記光偏向器を用いて入射した前記光を所定の速度で走査面上に投射することを特徴とする光走査装置。
5. 請求項４記載の光走査装置を有することを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項４記載の光走査装置を有することを特徴とする画像投影装置。

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