JP2006106047A - 共振振動デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造工程に工夫を凝らし、余分な工程に依存することなく、所定の共振周波数を確保するようにした共振振動デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】 基板厚さ測定工程Ｓ２１でシリコン基板１００の厚さを測定する。ついで、エッチング条件決定工程Ｓ２２でシリコン基板１００の測定厚さのハーフ厚さをエッチング量として決定する。このように決定したエッチング量に対応するエッチング時間（主エッチング時間）とし、主エッチング工程Ｓ２３においてシリコン基板を、上記主エッチング時間の間、エッチング液によりエッチングする。次の貫通確認工程Ｓ２４で、主エッチング後のシリコン基板の貫通状態を確認する。ついで、ハーフ厚さ測定工程Ｓ２５で、シリコン基板のエッチング後のハーフ厚さを測定する。そして、追加エッチング工程Ｓ２６で、上記エッチング後のシリコン基板に対しさらにエッチングを施す。
【選択図】 図４

Description

本発明は、梁の振動を利用する光スキャナその他の共振振動デバイスの製造方法に関するものである。

従来、この種の共振振動デバイスの製造方法においては、例えば、下記特許文献１に開示されたガルバノ装置の製造方法がある。この製造方法では、反射ミラー及びトーションバーの双方が、トーションバーでもって反射ミラーを揺動可能に支持するようにシリコン基板に形成され、然る後、反射ミラーの共振周波数が設定値から外れる場合に、反射ミラー及びトーションバーにエッチングを施して、反射ミラーの共振周波数が設定共振周波数に合わせ込まれるようになっている。
特開２００２−２２８９６５号公報

しかしながら、上記ガルバノ装置の製造方法によれば、上述のように、反射ミラー及びトーションバーの双方がシリコン基板に形成された後に反射ミラーの共振周波数がエッチングにより設定値に合わせ込まれる。

従って、このようなエッチングによる合わせ込みの工程が、余分な付加的工程となって、ガルバノ装置の製造工程の増加を招く要因となっている。

そこで、本発明は、以上のようなことに対処するため、製造工程に工夫を凝らし、余分な工程に依存することなく、所定の共振周波数を確保するようにした共振振動デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題の解決にあたり、本発明に係る共振振動デバイスの製造方法では、請求項１の記載によれば、支持体（１０）と、この支持体から振動可能に延出する梁（２０）と、この梁の振動に伴い所望の共振周波数にて共振振動するように梁に支持される振動素子（３０）とからなる構成を、基板（１００）を用いて一体に形成する。

当該共振振動デバイスの製造方法において、基板の厚さを測定する厚さ測定工程（Ｓ２１）と、この厚さ測定工程で測定された基板の厚さに基づき、当該基板のうち上記梁の形成部位のエッチング条件を、上記所定の共振周波数を得るように決定するエッチング条件決定工程（Ｓ２２）と、基板を上記エッチング条件に従いエッチングするエッチング工程（Ｓ２３、Ｓ２５、Ｓ２６）とを備えるようにしたことを特徴とする。

このように、基板の厚さを測定し、この測定厚さに基づき上記エッチング条件を上記所定の共振周波数を得るように決定し、当該エッチング条件のもとに基板をエッチングするから、基板の厚さにばらつきがあっても、上記所定の共振周波数は精度よく確保される。

従って、上記エッチング後において再度所定の共振周波数を確保するために基板に対するエッチングを行う必要がなくなる。その結果、共振振動デバイスの製造工程に対する余分な追加工程を不要としつつ、当該共振振動デバイスの所定の共振周波数を精度よく所望の値に調整し得る。

また、本発明では、請求項２の記載によれば、請求項１に記載の共振振動デバイスの製造方法において、厚さ測定工程では、基板のうち上記梁の形成部位の厚さを基板の厚さとして測定することを特徴とする。

これにより、その後の上記エッチング条件に従う基板のうち上記梁の形成部位のエッチングがより一層精度よくなされる。その結果、請求項１に記載の発明の作用効果がより一層向上し得る。

また、本発明では、請求項３の記載によれば、請求項１或いは２に記載の共振振動デバイスの製造方法において、エッチング条件決定工程では、上記エッチング条件が、エッチング液でもってウェットエッチングするエッチング時間でもって上記所定の共振周波数を得るように決定されることを特徴とする。

これにより、基板のエッチングがより一層適切になされ、請求項１或いは２に記載の発明の作用効果が向上する。

また、本発明では、請求項４の記載によれば、請求項３に記載の共振振動デバイスの製造方法において、エッチング条件決定工程で、上記エッチング時間と基板の測定厚さとの間の所定の関係を用いて当該基板の測定厚さに基づき上記エッチング時間を決定し、共振周波数と基板の測定厚さとの間の所定の関係を用いて当該基板の測定厚さに基づき上記所定の共振周波数を決定し、上記エッチング時間でもって上記所定の共振周波数を得るように上記エッチング条件が決定されることを特徴とする。

このように、上記エッチング時間と基板の測定厚さとの間の所定の関係及び上記共振周波数と基板の測定厚さとの間の所定の関係を用いて決定するエッチング時間及び所定の共振周波数に基づき、上述のようにエッチング条件を決定することで、請求項３に記載の発明の作用効果をより一層確実に達成し得る。

また、本発明では、請求項５の記載によれば、請求項３或いは４に記載の共振振動デバイスの製造方法において、エッチング条件決定工程で、上記エッチング時間は、上記エッチング液の濃度及び温度の少なくとも一方に応じて調整されることを特徴とする。

これにより、上記エッチング時間が、上記エッチング液の濃度及び温度の少なくとも一方を考慮して調整されることとなり、その結果、請求項３或いは４に記載の発明の作用効果がより一層適切に達成され得る。

また、本発明では、請求項６の記載によれば、請求項１に記載の共振振動デバイスの製造方法において、エッチング工程において、上記エッチング条件が、基板の厚さのばらつき範囲内の下限厚さを有する基板が当該基板のうち貫通させる部位にて貫通されたときに形成される振動素子の共振周波数を上記所望の共振周波数にするように、設定されており、
基板の測定厚さがそのばらつき範囲の下限厚さよりも大きいとき、上記所望の共振周波数が得られるまでオーバーエッチングすることを特徴とする。
これにより、基板の厚さにばらつきがあっても、上記所望の共振周波数は、上記下限厚さを有する基板の場合の値として確保され得る。その結果、上記所望の共振周波数が基板の厚さのばらつきに起因してばらつくことなく、請求項１に記載の発明の作用効果が達成され得る。また、基板の厚さが下限厚さに近い場合には、オーバーエッチングが不要となるので、エッチング処理が簡単になる。

また、本発明では、請求項７の記載によれば、請求項６に記載の共振振動デバイスの製造方法において、エッチング工程にて、エッチング条件が、基板の厚さのばらつき範囲内の下限厚さを有する基板が当該基板のうち貫通させる部位にて貫通されたときに形成される振動素子の共振周波数を上記所望の共振周波数にするように設定した第１のエッチング条件と、上記オーバーエッチング時に利用される上記第１のエッチング条件とは異なる第２のエッチング条件とを備えることを特徴とする。

このように、基板に対するエッチング条件を互いに異なる第１及び第２のエッチング条件とすることで、共振振動デバイスの各部位毎に最適なエッチングを確保するとともに、基板に対する全体としてのエッチングを容易にしつつ、請求項６に記載の発明の作用効果が達成され得る。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであるが、この実施形態に限定されるものではない。

以下、本発明の各実施形態を図面により説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明が適用される光スキャナの第１実施形態を示している。この光スキャナは、マイクロマシニング技術により、図１にて示す構成を有するように製造されている。当該光スキャナは、板状の環状枠体１０と、二組の両梁２０と、円板状反射ミラー３０と、二組の両駆動素子４０とを備えている。なお、図１において図示左斜め上側及び図示右斜め下側が当該光スキャナの左側及び右側に相当する。また、図１において図示右斜め上側及び図示斜め下側が当該光スキャナの前側及び後側に相当する。

環状枠体１０は、環状外枠１０ａ及び環状内枠１０ｂを有している。環状外枠１０ａは、左右両側辺部１１及び前後両側辺部１２でもって、四角形状となるように一体的に形成されている。

環状内枠１０ｂは、図１にて示すごとく、左右両中央側厚肉部１３及び前後両側のコ字状薄肉部１４を有するように、環状外枠１０ａとその内側にて一体的に形成されている。左右両中央側厚肉部１３は、外枠１０ａの左右両側辺部１１の各長手方向中央からその内方に向け互いに対向するように延出している。なお、当該左右両中央側厚肉部１３は環状外枠１０ａと同一の厚さを有する。

前後両側薄肉部１４は、図１にて示すごとく、両側辺部１４ａ及び接続部１４ｂでもってコ字状に形成されている。ここで、これら前後両側薄肉部１４は、環状外枠１０ａの裏面から表面側へ当該外枠１０ａよりも薄い厚さにて形成されている。なお、前側薄肉部１４は、その両側辺部１４ａにて、左右両中央側厚肉部１３を介し、後側薄肉部１４の両側辺部１４ａに対向している。

二組の両梁２０は、前後両側薄肉部１４の各接続部１４ｂの長手方向中央から一体的に内方へ互いに対向するように延出している。当該二組の両梁２０のうち、前側両梁２０は、前側薄肉部１４の接続部１４ｂの長手方向中央から一体的に延出している。一方、後側両梁２０は、後側薄肉部１４の接続部１４ｂの長手方向中央から前側両梁２０に向け一体的に延出している。

ここで、前側両梁２０の左側梁及び右側梁は、それぞれ、後側両梁２０の左側梁及び右側梁と同軸的に位置している。また、二組の両梁２０は、薄肉部１４と同一の厚さを有しており、当該二組の両梁２０は、共に、同一の幅及び同一の長さを有する。

反射ミラー３０は、前後両側連結体５０によって二組の両梁２０に一体的に連結支持されている。この連結支持構成につき詳細に説明すると、前後両側連結体５０は、反射ミラー３０に対しその前後方向において対称的な構成を有するもので、当該前後両側連結体５０は、それぞれ、頭部５１の長手方向中央からコ字状脚部５２を延出させて形成されている。

ここで、前側連結体５０は、その頭部５１にて、反射ミラー３０からその前後方向軸に沿い前方へ延出しており、当該前側連結体５０のコ字状脚部５２はその両先端部にて前側両梁２０に連結支持されている。一方、後側連結体５０は、その頭部５１にて、反射ミラー３０からその前後方向軸に沿い後方へ延出しており、当該後側連結体５０のコ字状脚部５２は、その両先端部にて後側両梁２０に連結支持されている。

これにより、反射ミラー３０は、上述のように、両連結体５０を介し二組の両梁２０により一体的に連結支持されている。なお、反射ミラー３０は、前後両側連結体５０と共に、外枠１０ａと同一の厚さを有する。

二組の両駆動素子４０のうち、前側両駆動素子４０は、図１にて示すごとく、前側薄肉部１４の接続部１４ｂの中央上から前側両梁２０上にかけて形成されており、一方、後側両駆動素子４０は、図１及び図２にて示すごとく、後側薄肉部１４の接続部１４ｂの中央上から後側両梁２０上にかけて形成されている。

二組の両駆動素子４０は、それぞれ、同一構成を有する圧電素子でもって構成されている。そこで、当該二組の駆動素子４０のうち、後側両駆動素子４０の一方である右側駆動素子４０を例にとりその構成につき図２に基づいて説明する。

この右側駆動素子４０は、図２にて示すごとく、下側電極４１、圧電膜４２及び上側電極４３でもって構成されている。当該右側電極４０において、下側電極４１は、後側両梁２０の一方である右側梁２０上に形成されている。圧電膜４２は、下側電極４１上に積層状に形成されている。上側電極４３は、圧電膜４２を介し下側電極４１に対向するように、圧電膜４２上に積層状に形成されている。

後側両駆動素子４０の他方である左側駆動素子４０及び前側両駆動素子４０も、それぞれ、上述した後側両駆動素子４０の一方と同様に、下側電極４１、圧電膜４２及び上側電極４３でもって構成されている。後側両駆動素子４０の他方である左側駆動素子４０においては、下側電極４１、圧電膜４２及び上側電極４３が、後側薄肉部１４の接続部１４ｂの中央上から後側両梁２０の他方である左側梁２０上にかけて順次積層して形成されている。

前側両駆動素子４０の一方である左側駆動素子４０においては、下側電極４１、圧電膜４２及び上側電極４３が、前側薄肉部１４の接続部１４ｂの中央上から前側両梁２０の一方である左側梁２０上にかけて順次積層して形成されている。また、前側両駆動素子４０の他方である右側駆動素子４０においては、下側電極４１、圧電膜４２及び上側電極４３が、前側薄肉部１４の接続部１４ｂの中央上から前側両梁２０の他方である右側梁２０上にかけて順次積層して形成されている。

このように構成した当該光スキャナにおいては、前側両駆動素子４０が前側両梁２０を捻れ振動するように駆動し、後側両駆動素子４０が後側両梁２０を前側両梁２０の捻れ振動方向とは逆方向に捻れ振動するように駆動すると、反射ミラー３０が、両連結体５０を介し前後の各両梁２０により所定の共振周波数でもって揺動的に振動される。これに伴い、反射ミラー３０がその反射面に入射する光を走査する。

次に、以上のように構成した光スキャナの製造方法について説明する。当該光スキャナの製造にあたり、シリコン基板１００（図５（ａ）及び図６（ａ）参照）を準備する。当該シリコン基板１００は、多数準備されるシリコン基板の１つであるが、これら多数のシリコン基板の厚さは、約９０（μｍ）〜１１０（μｍ）の範囲以内においてばらついているものとする。

また、当該光スキャナの製造にあたり、この光スキャナの設計仕様が予め設定される。この設計仕様の１つである反射ミラー３０の所定の共振周波数Ｆｏは、次のようにして設定される。

当該光スキャナに所望の特性を与えるためには、シリコン基板１００の厚さはばらつくことなく一定であると仮定した上で、シリコン基板１００のうち前後両側梁２０及び内枠１０ｂの前後両側薄肉部１４を形成する部位（以下、梁・薄肉部形成部位ともいう）の厚さが、例えば、シリコン基板１００の厚さの２分の１の厚さ（以下、ハーフ厚さともいう）に加工されることが望ましいとされる。

また、当該光スキャナにおいて、反射ミラー３０の所定の共振周波数を設定するにあたり、次の式（１）が用いられる。

Ｆｏ＝（１／２π）・（Ｋ／Ｉ）^１／２ ・・・（１）
この式（１）において、Ｆｏは反射ミラー３０の所定の共振周波数である。また、Ｋは、シリコン基板１００のうち両梁２０の形成部位の弾性係数であり、また、Ｉは、シリコン基板１００のうち反射ミラー３０の形成部位の慣性モーメントである。

また、弾性係数Ｋ及び慣性モーメントＩは、それぞれ、次の式（２）及び式（３）で与えられる。

Ｋ＝２・κ・ａ・ｂ^３・Ｇ／Ｌ ・・・（２）
Ｉ＝Ｍ・Ｄ^２／１２ ・・・（３）
但し、式（２）において、ａ、ｂ及びＬは、それぞれ、梁２０の幅、厚さ及び長さである。κは梁２０の断面係数である。また、Ｇはシリコン基板１００のねじれ剛性である。式（３）において、Ｄは反射ミラー３０の直径である。また、Ｍは、反射ミラー３０の質量であって、次の式（４）でもって与えられる。

Ｍ＝Ｄ^２・ｔ・ρ ・・・（４）
但し、式（４）において、ｔは反射ミラー３０の厚さである。ρは、シリコン基板１００の密度である。

以上より、上記所定の共振周波数Ｆｏは、式（１）を用いて、予め設定される。なお、当該光スキャナの構成上、式（１）をそのまま適用することはできないが、上述した慣性モーメントＩ及び弾性係数Ｋを適切に見積もれば、式（１）の適用が可能となる。但し、このような式（１）を用いたモデルの計算は非常に複雑であるため、共振周波数は、通常、シミュレータを使用して算出される。

以下、当該光スキャナの製造工程について順次説明する。なお、図５（ａ）〜（ｇ）は、当該光スキャナの製造過程における断面構造の変化を、図１の図示Ａ−Ａ線に沿う断面で示す。また、図６（ａ）〜（ｇ）は、当該光スキャナの製造過程における断面構造の変化を、図１の図示Ｂ−Ｂ線に沿う断面で示す。
１．パターニング工程Ｓ１０
パターニング工程Ｓ１０（図３参照）においては、まず、酸化膜形成工程Ｓ１１において、図５（ａ）及び図６（ａ）にて示すごとく、表面側酸化膜１１０をシリコン基板１００の表面１０１に形成するとともに、裏面側酸化膜１１０を当該シリコン基板１００の裏面１０２に形成する。

ついで、フォトリソグラフィ工程Ｓ１２の処理を行う。このフォトリソグラフィ工程Ｓ１２では、フォトレジスト塗布工程Ｓ１２ａにおいて、フォトレジストを表面側及び裏面側の両酸化膜１１０の各外面に塗布して、図５（ｂ）及び図６（ｂ）にて示すごとく、表面側レジスト膜１２０及び裏面側レジスト膜１２０を形成する。

そして、露光工程Ｓ１２ｂにおいて、両レジスト膜１２０に所定形状のマスクを施して当該両レジスト膜１２０を露光処理し、然る後、現像工程Ｓ１２ｃにおいて、両レジスト膜１２０に現像処理を施す。これに伴い、両レジスト膜１２０は、図５（ｃ）及び図６（ｃ）にて示すごとく、所定のパターン形状となるように部分的に除去されて、両レジストパターン膜１２０ａ、１２０ｂとして形成される。これにより、フォトリソグラフィ工程Ｓ１２の処理が終了する。

ここで、図５（ｃ）において、各符号１２１、１２２は、両レジストパターン膜１２０ａ、１２０ｂのうち図１のＡ−Ａ線に沿う断面を示す。また、図６（ｃ）において、各符号１２３は、表面側レジストパターン膜１２０ａのうち図１のＢ−Ｂ線に沿う断面を示し、各符号１２４、１２５は、裏面側レジストパターン膜１２０ｂのうち図１のＢ−Ｂ線に沿う断面を示す。

なお、符号１２１で示す断面は、当該光スキャナの枠体１０の前後方向中央部の断面に対応し、各符号１２２で示す断面は、当該光スキャナの反射ミラー３０に対応する断面を示す。また、図６（ｃ）において、各符号１２３、１２４で示す断面は、当該光スキャナの枠体１０の後側部の断面に対応し、各符号１２５で示す断面は、当該光スキャナの後側両梁２０の断面に対応する。

上述のようにフォトリソグラフィ工程Ｓ１２の処理が終了すると、次の酸化膜エッチング工程Ｓ１３において、両レジストパターン膜１２０ａ、１２０ｂを介し両酸化膜１１０に異方性のウェットエッチング処理を施す。これにより、両酸化膜１１０は、両レジストパターン膜１２０ａ、１２０ｂと同様のパターン形状の両酸化パターン膜１１０ａ、１１０ｂとして形成される（図５（ｄ）及び図６（ｄ）参照）。

然る後、フォトレジスト除去工程Ｓ１４において、両レジストパターン膜１２０ａ、１２０ｂを両酸化パターン膜１１０ａ、１１０ｂから除去する（図５（ｅ）及び図６（ｅ）参照）。以上により、パターニング工程Ｓ１０の処理が終了する。
２．基板エッチング工程Ｓ２０
以下、基板エッチング工程Ｓ２０について図３及び図４を参照して説明する。この基板エッチング工程Ｓ２０では、シリコン基板１００に対し両酸化パターン膜１１０ａ、１１０ｂを介しエッチング処理を施す。本第１実施形態では、基板エッチング工程Ｓ２０の処理にあたり、以下に述べることを考慮した。
（１）所定の共振周波数Ｆｏのシリコン基板１００の厚さとの関係
所定の共振周波数Ｆｏは、式（１）及び式（２）から分かる通り、梁２０の厚さｂによって大きく影響される。しかも、シリコン基板１００の厚さは、９０（μｍ）〜１１０（μｍ）の範囲以内でばらつく。

従って、シリコン基板１００の厚さを上述のように一定と仮定して所定の共振周波数Ｆｏを設定しても、シリコン基板１００の厚さが実際にはばらつくため、所定の共振周波数Ｆｏは、一義的には得られず変化する。

これらのことを前提に、所定の共振周波数Ｆｏがシリコン基板１００の厚さのばらつきとどのような関係を有するかについて、式（１）を用いて調べてみた。具体的には、シリコン基板１００の上記梁・薄肉部形成部位の厚さに一義的に対応する上記ハーフ厚さを変化させて、所定の共振周波数Ｆｏを式（１）に基づき算出してみた。

この算出の結果、所定の共振周波数と上記ハーフ厚さとの間の近似直線的関係を表す特性（以下、所定の共振周波数−ハーフ厚さ特性という）が、図７のグラフにて示すごとく、得られた。当該所定の共振周波数−ハーフ厚さ特性によれば、所定の共振周波数Ｆｏは、上記ハーフ厚さの変化に伴い図７のグラフで示すごとくほぼ直線的に変化することが分かる。

ちなみに、上記ハーフ厚さが４５（μｍ）であれば、所定の共振周波数Ｆｏは、上記所定の共振周波数−ハーフ厚さ特性に基づき、２５．５（ｋＨｚ）となる。また、上記ハーフ厚さが５５（μｍ）であれば、所定の共振周波数Ｆｏは、上記共振周波数−ハーフ厚さ特性に基づき、２９（ｋＨｚ）となる。

さらに、所定の共振周波数Ｆｏの上記ハーフ厚さの変化に対する変化割合について調べたところ、所定の共振周波数の変化割合は、上記ハーフ厚さの変化に応じて、図８のグラフにて示すごとく変化することが分かった。このグラフによれば、例えば、シリコン基板１００の厚さが１００（μｍ）のとき、即ち、上記ハーフ厚さが５０（μｍ）のとき、所定の共振周波数の変化割合は０（％）である。従って、シリコン基板１００が１００（μｍ）の厚さを有するとき、シリコン基板の上記梁・薄肉部形成部位を上記ハーフ厚さに形成する誤差が最も厳しくなる。また、シリコン基板１００が１００（μｍ）の厚さよりも薄くなるのに伴い、シリコン基板における上記梁・薄肉部形成部位を上記ハーフ厚さに形成する誤差が緩くなる。

以上のことから、シリコン基板１００の厚さが９０（μｍ）〜１１０（μｍ）の範囲以内でばらつくとすれば、当該光スキャナの製造上、シリコン基板１００の厚さが９０（μｍ）であることを基準に、当該シリコン基板の上記梁・薄肉部形成部位に対するエッチングを行うことが望ましい。このことは、シリコン基板１００の厚さがばらついていても、所定の共振周波数Ｆｏは、当該光スキャナを９０（μｍ）の厚さのシリコン基板から製造したときの所定の共振周波数とすることを意味する。
（２）シリコン基板の厚さ（以下、基板厚さともいう）とエッチング時間との関係
シリコン基板１００のエッチングは、エッチング液を用いたウェットエッチングであるが、上記基板厚さは、図９のグラフで示す通り、シリコン基板１００のエッチング時間を長くする程、薄くなることが分かっている。

また、当該エッチング時間は、エッチング液の温度及び濃度の少なくとも一方に影響されて変化することも分かっている。具体的には、上記基板厚さを一定とするとき、当該エッチング時間は、エッチング液の濃度或いは温度が高い程、短く、逆に、エッチング液の濃度或いは温度が低い程、長くなる。換言すれば、図９のグラフは、その座標面上において、エッチング液の濃度或いは温度が高い程、図示下方へ移動し、逆に、エッチング液の濃度或いは温度が低い程、図示上方へ移動する。

従って、上記ハーフ厚さを決定し、エッチング液の濃度及び温度を一定にすれば、上記梁・薄肉部形成部位を上記基板厚さから当該ハーフ厚さまでエッチングするに要するエッチング時間は、図９のグラフから分かる。
（３）エッチング時間とエッチング量との関係
上述したエッチング時間と上記基板厚さとの関係を前提に、シリコン基板１００を上記ハーフ厚さまで薄くするに要するエッチング時間は、シリコン基板１００の上記梁・薄肉部形成部位の上記ハーフ厚さまでのエッチング量との間において、図１０のグラフで示すような直線的関係を有する。このことは、シリコン基板１００の上記梁・薄肉部形成部位を上記ハーフ厚さまで薄くするエッチング量が分かれば、シリコン基板１００の上記梁・薄肉部形成部位を上記ハーフ厚さまで薄くするエッチング時間が分かることを意味する。

従って、シリコン基板１００の厚さ（上記基板厚さ）が予め分かれば、図１０のグラフに基づきエッチング時間が分かる。

以上を前提に、以下、基板エッチング工程Ｓ２０の処理につき詳細に説明する。まず、図４の基板厚さ測定工程Ｓ２１において、シリコン基板１００の厚さを測定する。ついで、エッチング条件決定工程Ｓ２２において、シリコン基板１００の測定厚さの２分の１の厚さ（ハーフ厚さ）を求め、このハーフ厚さをエッチング量として決定する。このように決定したエッチング量を用いて図１０のグラフに基づきエッチング時間を決定する。このエッチング時間を主エッチング時間とする。

ちなみに、シリコン基板１００の測定厚さが９０（μｍ）のときにはハーフ厚さは４５（μｍ）である。従って、エッチング量は４５（μｍ）であるから、主エッチング時間は、図１１のグラフに基づき、７０（分）である。また、シリコン基板１００の測定厚さが１００（μｍ）のときにはハーフ厚さは５０（μｍ）である。従って、エッチング量は５０（μｍ）であるから、主エッチング時間は、図１０のグラフに基づき、８０（分）である。

また、エッチング液として４０（％）の水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いる。但し、当該エッチング液の濃度及び温度は共に一定に維持するものとする。

上述のようにエッチング条件決定工程Ｓ２２の処理をした後、次の主エッチング工程Ｓ２３の処理を行う。具体的には、上記エッチング液をエッチング槽（図示しない）に収容し、シリコン基板１００を、上記主エッチング時間の間、当該エッチング槽内のエッチング液に浸漬させる。これにより、シリコン基板１００は、両酸化パターン膜１１０ａ、１１０ｂを介し上記エッチング液により異方性のウェットエッチングを施される。これに伴い、シリコン基板１００は、主エッチング基板１００ａとして形成される（図５（ｆ）及び図６（ｆ）参照）。

本第１実施形態では、上記エッチング槽内のエッチング液の濃度及び温度を調整するにあたり、エッチング液供給ライン及び純水供給ライン（図示しない）が上記エッチング槽に接続されている。また、上記エッチング槽内のエッチング液の温度及び濃度は、それぞれ、温度センサ及び濃度センサでもって検出される。

しかして、上記エッチング液供給ラインからのエッチング液及び純水供給ラインからの純水の少なくとも一方が、上記濃度センサの検出出力に基づき、上記エッチング槽内に供給されて、当該エッチング槽内のエッチング液の濃度を一定に維持するように調整する。また、上記エッチング槽内のエッチング液の温度は、上記温度センサの検出出力に基づき加熱装置（図示しない）でもって一定の温度（例えば、２３（℃））に維持されるように調整される。

上述のように主エッチング工程Ｓ２３の処理終了後、貫通確認工程Ｓ２４において、主エッチング基板１００ａの貫通状態を目視、透過型センサ或いは反射型センサにより確認する。ついで、ハーフ厚さ測定工程Ｓ２５において、主エッチング基板１００ａの上記梁・薄肉部形成部位のエッチング後のハーフ厚さを測定する。

ここで、当該梁・薄肉部形成部位のエッチング後の測定厚さがシリコン基板１００の厚さ９０（μｍ）の２分の１と同一であれば、シリコン基板１００に対するエッチングは終了する。また、当該梁・薄肉部形成部位のエッチング後の測定厚さがシリコン基板１００の厚さ９０（μｍ）の２分の１よりも厚ければ、主エッチング基板１００ａをさらにエッチングする必要がある。

そこで、次の追加エッチング工程Ｓ２６において、主エッチング基板１００ａに対し両酸化パターン膜１１０ａ、１１０ｂを介しさらにエッチング（追加エッチング或いはオーバーエッチング）を施す。

ここで、例えば、シリコン基板１００の厚さが１００（μｍ）である場合には、主エッチング基板１００ａの上記梁・薄肉部形成部位のハーフ厚さは５０（μｍ）である。従って、追加エッチング量は、５０（μｍ）−４５（μｍ）＝５（μｍ）である。よって、追加エッチング時間は、図１０のグラフによれば、８０（分）−７０（分）＝１０（分）となる。

以上より、主エッチング基板１００ａを両酸化パターン膜１１０ａ、１１０ｂを介し上記追加エッチング時間の間上記エッチング槽内のエッチング液に浸漬して上述と同様にウェットエッチングする。これにより、主エッチング基板１００ａの上記梁・薄肉部形成部位の厚さは、シリコン基板１００の厚さ９０（μｍ）の２分の１となる。

即ち、シリコン基板１００をそのハーフ厚さまで主エッチングしたときに当該ハーフ厚さが４５（μｍ）よりも厚い場合には、当該ハーフ厚さと４５（μｍ）との差に対応する追加エッチング量或いは追加エッチング時間だけ主エッチング基板１００ａの上記梁・薄肉部形成部位をさらにエッチングして追加エッチング基板として形成する。これにより、シリコン基板１００の厚さが例えば１００（μｍ）である場合にも、シリコン基板１００の厚さが９０（μｍ）のときの所定の共振周波数Ｆｏが得られる。

ちなみに、所定の厚さのシリコン基板を用いて製造した光スキャナに関して、所定の共振周波数Ｆｏが上記追加エッチング量のばらつきによりどのように変化するかについて調べたところ、図１１のグラフにて示すような所定の共振周波数と追加エッチング量との間の関係が得られた。これによれば、上記ハーフ厚さのばらつきに伴う上記追加エッチング量の変化に伴い、所定の共振周波数Ｆｏがどのように変化するかが分かる。このような変化傾向は、どのような厚さのシリコン基板にも共通していることから、図１１では、１００（μｍ）の厚さのシリコン基板についてのみ記載されている。

例えば、上記ハーフ厚さが５０（μｍ）のとき、追加エッチング量が０（μｍ）である場合には、所定の共振周波数Ｆｏは、２７．５（ｋＨｚ）であることが分かる。また、上記ハーフ厚さを４５（μｍ）にした場合を想定すれば、追加エッチング量が５（μｍ）であることから、所定の共振周波数Ｆｏは２４（μｍ）であることが分かる。換言すれば、厚さのばらつき範囲の下限値であるシリコン基板１００の厚さが９０（μｍ）のときに製造された光スキャナの共振周波数が２４（μｍ）の場合、シリコン基板１００の厚さが１００（μｍ）のときには、５０（μｍ）だけ主エッチングした後５（μｍ）だけ追加エッチングすればよいことが分かる。

また、所定の共振周波数Ｆｏが上記追加エッチング時間のばらつきによりどのように変化するかについて調べたところ、図１２のグラフにて示すような所定の共振周波数と追加エッチング時間との間の関係が得られた。なお、これによれば、図１２のグラフは、図１１のグラフと同様の特性を示すことが分かる。

以上のようにして基板エッチング工程２０を終了した後は、図３の酸化パターン膜除去工程Ｓ３０において、両酸化パターン膜１１０ａ、１１０ｂを主エッチング基板１００ａ或いは上記追加エッチング基板から除去する（図５（ｇ）及び図６（ｇ）参照）。

然る後、駆動素子形成工程Ｓ４０（図４参照）の処理を行う。まず、下側電極膜成膜工程Ｓ４１において、下側電極膜を主エッチング基板１００ａ或いは上記追加エッチング基板の表面全体に亘り成膜する。ついで、圧電体膜を上記下側電極膜上にその全体に亘り成膜し、次の上側電極膜成膜工程Ｓ４３において、上側電極膜を上記圧電体膜上にその全体に亘り成膜する。

このように成膜を終えた後、上記上側電極膜、圧電体膜及び下側電極膜のうち各梁２０の表面に対する各対応部以外の部位を除去する。これにより、各駆動素子４０が各対応梁２０上に形成され、当該光スキャナの製造が終了する。

このように光スキャナの製造が終了した後は、共振周波数検査工程Ｓ５０において、当該光スキャナを駆動することで、反射ミラー３０の共振周波数を検査する。この検査において、製造した光スキャナの共振周波数が、シリコン基板１００の厚さ９０（μｍ）のときの所定の共振周波数Ｆｏと等しいことで、当該光スキャナは良品とされる。

以上説明した通り、本第１実施形態では、当該光スキャナの製造にあたり、基板エッチング工程Ｓ２０（図３及び図４参照）において、シリコン基板１００の厚さを基板厚さ測定工程Ｓ２１にて測定した後、エッチング条件決定工程Ｓ２２で、当該測定厚さの２分の１（ハーフ厚さ）に対応するエッチング量に基づき図１０のグラフに基づきエッチング時間を決定するとともにエッチング液を決定する。

そして主エッチング工程Ｓ２３において、シリコン基板１００の上記梁・薄肉部形成部位を上記エッチング液を用い上記エッチング時間の間ウェットエッチングする。このとき、上記エッチング液の濃度及び温度を一定に維持する。

ついで、このようなウェットエッチングにより形成された主エッチング基板の上記梁・薄肉部形成部位のエッチング後の厚さを、ハーフ厚さ測定工程Ｓ２５において測定する。この測定厚さがシリコン基板１００の厚さのばらつき範囲の下限値９０（μｍ）の２分の１（ハーフ厚さ）と同一であれば、シリコン基板１００に対するエッチングは上述の主エッチング工程Ｓ２３の処理のみで終了する。

また、ハーフ厚さ測定工程Ｓ２５での測定厚さがシリコン基板１００の厚さのばらつき範囲の下限値のハーフ厚さよりも厚ければ、追加エッチング工程Ｓ２６において、上記主エッチング基板のエッチング後の上記梁・薄肉部形成部位をさらにエッチングする。

このエッチングにおいては、上記主エッチング基板の梁・薄肉部形成部位の厚さとシリコン基板１００の厚さのばらつき範囲の下限値９０（μｍ）のハーフ厚さとの差に対応するエッチング量を追加エッチング量として決定し、この追加エッチング量に対応する追加エッチング時間を図１０のグラフに基づき決定する。そして、当該追加エッチング時間だけ、上記主エッチング基板を上述と同様にさらにウェットエッチングする。

これにより、シリコン基板１００の測定厚さが９０（μｍ）より厚くても、当該シリコン基板１００の上記梁・薄肉部形成部位の厚さが、シリコン基板１００のばらつき範囲の下限値９０（μｍ）で得られた場合と同一の共振周波数に調整される。その結果、シリコン基板１００の測定厚さが９０（μｍ）より厚くても、当該シリコン基板１００から製造される光スキャナの特性の１つである所定の共振周波数が、シリコン基板１００が９０（μｍ）の厚さを有する場合のハーフ厚さで設定した所定の共振周波数に調整される。

このように、シリコン基板１００の厚さが上述のようなばらつきのため当該シリコン基板１００の厚さのばらつき範囲の下限値より厚くても、当該シリコン基板１００の梁・薄肉部形成部位の厚さを、そのハーフ厚さに主エッチングした後、さらに、シリコン基板１００の厚さのばらつき範囲の下限値（９０（μｍ））の２分の１に追加エッチングする。

換言すれば、シリコン基板１００の厚さがばらついても、エッチング条件決定工程においてエッチング条件を調整し、主エッチング工程或いはこの主エッチング工程及び追加エッチング工程においてシリコン基板１００の梁・薄肉部形成部位の厚さをエッチング調整する。このような２段階エッチング処理とすることで、シリコン基板１００のエッチング処理が、シリコン基板１００の厚さのばらつき範囲の下限値９０（μｍ）の２分の１で設定した所定の共振周波数を精度よく確保するように、精度よくなされ得る。その結果、当該光スキャナの所定の共振周波数が、シリコン基板１００が９０（μｍ）の厚さを有する場合のハーフ厚さで設定した所定の共振周波数に精度よく調整される。

ここで、シリコン基板の厚さが９０（μｍ）よりも厚い場合においては、上述のような２段階エッチング処理とすることで、主エッチング時には、上記梁・薄肉部形成部位のエッチング加工精度を緩くし、追加エッチング時には、主エッチング後の上記梁・薄肉部形成部位のエッチングを精度よく行えばよく、シリコン基板に対する全体としてのエッチングが容易となる。

また、上述のように２段階エッチング処理とすることで、光スキャナの所定の共振周波数が精度よく確保される。従って、共振周波数検査工程Ｓ５０での検査後において再度所定の共振周波数を確保するためにシリコン基板の梁・薄肉部形成部位に対するエッチングを行う必要がなくなる。その結果、当該光スキャナの製造工程に対する余分な追加工程を不要としつつ、当該光スキャナの所定の共振周波数を精度よく所望の設定値に調整し得る。

また、上述したエッチング条件においては、所定の共振周波数に影響を与える要素が主として梁の厚さであることを考慮しておけば、所定の共振周波数を所望の設定値にするためのエッチング条件の決定は容易である。しかも、従来のエッチング方法をそのまま利用すればよい。従って、本第１実施形態にて述べた製造方法は、安価でかつ非常に効率のよい方法といえる。

以上述べたことから、本第１実施形態によれば、特に、マイクロマシニング技術を用いて光スキャナを製造する場合に生じがちなコストの低さや多品種少量のための管理の観点からしても、非常に効率のよい製造方法の提供が可能となる。

なお、本第１実施形態においては、上述のごとく、シリコン基板の厚さのばらつき範囲の下限値９０（μｍ）を基準としてシリコン基板のエッチング処理を行うようにしたが、これに代えて、上記下限値９０（μｍ）よりも薄い厚さ（例えば、８５（μｍ））を基準にシリコン基板のエッチング処理を行えば、下限値９０（μｍ）のシリコン基板でも精度よく容易に所定の共振周波数の確保が可能となる。

また、本第１実施形態では、上述のように、シリコン基板の厚さがシリコン基板の厚さのばらつき範囲の下限値９０（μｍ）よりも厚い場合には、当該シリコン基板の上記梁・薄肉部形成部位をそのハーフ厚さまで主エッチングし、然る後、上記下限値の２分の１まで追加エッチングするようにした。しかし、これに代えて、上述した主エッチングを、上記ハーフ厚さ以外の厚さまで行い、上述した追加エッチングを、上記下限値の２分の１以外の厚さまで行うようにしてもよい。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の要部について説明する。この第２実施形態では、上記第１実施形態にて述べた主エッチング工程Ｓ２３（図４参照）において、同一のエッチング量に対するエッチング時間を調整するために、上記エッチング槽内のエッチング液の濃度を、当該エッチング槽への上記エッチング液供給ラインからのエッチング液及び上記純水供給ラインからの純水の各供給量の少なくとも一方を、上記濃度センサの検出出力に応じて制御する。

この制御にあたり、本第２実施形態では、上記第１実施形態にて述べたように図９のグラフが、その座標面上において、上記エッチング槽内のエッチング液の濃度に応じて移動することを前提として、図１０のグラフが、その座標面上において、当該エッチング液の濃度に応じて移動することが利用される。なお、詳細には、図１０のグラフは、その座標面上において、当該エッチング液の濃度が高い程、エッチング速度の傾きが大きくなり、逆に、当該エッチング液の濃度が低い程、エッチング速度の傾きが小さくなる。

従って、本第２実施形態において、例えば、同一のエッチング量に対するエッチング時間を短縮するには、上述したエッチング液供給ラインからのエッチング液の供給量を減少制御することで、上記エッチング槽内のエッチング液の濃度を低下させる。これにより、図１０のグラフでは、エッチング時間が、上記同一のエッチング量に対し短く決定される。その結果、シリコン基板１００の上記梁・薄肉部形成部位のエッチング時間が短縮され迅速なエッチング処理を行い得る。

一方、同一のエッチング量に対するエッチング時間を長くするには、上述したエッチング液供給ラインからのエッチング液の供給量を増大制御することで、上記エッチング槽内のエッチング液の濃度を高める。これにより、図１０のグラフでは、エッチング時間が、上記同一のエッチング量に対し長く決定される。その結果、シリコン基板１００の上記梁・薄肉部形成部位のエッチング時間が長くなり、緩やかなエッチング処理を行い得る。その他の構成及び作用効果は上記第１実施形態と同様である。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態の要部について説明する。この第３実施形態では、上記第１実施形態にて述べた主エッチング工程Ｓ２３（図４参照）において、同一のエッチング量に対するエッチング時間を調整するために、上記エッチング槽内のエッチング液の温度を上記温度センサの検出出力に応じて制御する。

この制御にあたり、本第３実施形態では、上記第１実施形態にて述べたように図９のグラフが、その座標面上において、上記エッチング槽内のエッチング液の温度に応じて移動することを前提として、図１０のグラフが、その座標面上において、当該エッチング液の温度に応じて移動することが利用される。なお、詳細には、図１０のグラフは、その座標面上において、当該エッチング液の温度が高い程、図示下方へ移動し、逆に、当該エッチング液の温度が低い程、図示上方へ移動する。

従って、本第３実施形態において、例えば、同一のエッチング量に対するエッチング時間を短縮するには、上記エッチング槽内のエッチング液の温度を高める。これにより、図１０のグラフでは、エッチング時間が、上記同一のエッチング量に対し短く決定される。その結果、シリコン基板１００の上記梁・薄肉部形成部位のエッチング時間が短縮され迅速なエッチング処理を行い得る。

一方、同一のエッチング量に対するエッチング時間を長くするには、上記エッチング槽内のエッチング液の温度を低下させる。これにより、図１０のグラフでは、エッチング時間が、上記同一のエッチング量に対し長く決定される。その結果、シリコン基板１００の上記梁・薄肉部形成部位のエッチング時間が長くなり緩やかなエッチング処理を行い得る。その他の構成及び作用効果は上記第１実施形態と同様である。

なお、本発明の実施にあたり、上記各実施形態に限ることなく、次のような種々の変形例が挙げられる。
（１）シリコン基板に代えて、例えば、ステンレス製基板を採用してもよい。
（２）光スキャナは、前後両側梁２０を有するものに限ることなく、前後各１つの梁を有するものであってもよい。
（３）光スキャナに限ることなく、共振振動を利用して走査するガルバノ装置や共振振動を利用して加速度を検出する加速度センサその他の各種の共振振動デバイスに、本発明を適用してもよい。
（４）シリコン基板のエッチングは、ウエットエッチングに限ることなく、例えば、ドライエッチングでもよい。

光スキャナに適用してなる本発明の第１実施形態を示す斜視図である。 図１にてＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 上記第１実施形態における製造工程図である。 図３の基板エッチング工程の詳細な工程図である。 （ａ）〜（ｇ）は、それぞれ、上記第１実施形態の製造過程における断面構造の変化を図１にてＡ−Ａ線に沿う断面で示す図である。 （ａ）〜（ｇ）は、それぞれ、上記第１実施形態の製造過程における断面構造の変化を、図１の図示Ｂ−Ｂ線に沿う断面で示す図である。 上記第１実施形態における所定の共振周波数とハーフ厚さとの関係を示すグラフである。 上記第１実施形態における所定の共振周波数の変化割合とハーフ厚さとの関係を示すグラフである。 上記第１実施形態における基板厚さとエッチング時間との関係を示すグラフである。 上記第１実施形態におけるエッチング時間とエッチング量との関係を示すグラフである。 上記第１実施形態における所定の共振周波数と追加エッチング量との関係を示すグラフである。 上記第１実施形態における所定の共振周波数と追加エッチング時間との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０…枠体、２０…梁、３０…反射ミラー、４０…駆動素子、
１００…シリコン基板、Ｓ２１…厚さ測定工程、Ｓ２２…エッチング条件決定工程、
Ｓ２３…主エッチング工程、Ｓ２５…ハーフ厚さ測定工程、Ｓ２６…追加エッチング工程。

Claims (7)

1. 支持体と、この支持体から振動可能に延出する梁と、この梁の振動に伴い所望の共振周波数にて共振振動するように前記梁に支持される振動素子とからなる構成を、基板を用いて一体に形成するようにした共振振動デバイスの製造方法において、
   前記基板の厚さを測定する厚さ測定工程と、
   この厚さ測定工程で測定された前記基板の厚さに基づき、前記基板のうち前記梁の形成部位のエッチング条件を、前記所定の共振周波数を得るように決定するエッチング条件決定工程と、
   前記基板を前記エッチング条件に従いエッチングするエッチング工程とを備えるようにしたことを特徴とする共振振動デバイスの製造方法。
2. 前記厚さ測定工程では、前記基板のうち前記梁の形成部位の厚さを前記基板の厚さとして測定することを特徴とする請求項１に記載の共振振動デバイスの製造方法。
3. 前記エッチング条件決定工程では、前記エッチング条件が、エッチング液でもってウェットエッチングするエッチング時間でもって前記所定の共振周波数を得るように決定されることを特徴とする請求項１或いは２に記載の共振振動デバイスの製造方法。
4. 前記エッチング条件決定工程において、前記エッチング時間と前記基板の測定厚さとの間の所定の関係を用いて当該基板の測定厚さに基づき前記エッチング時間を決定し、共振周波数と前記基板の測定厚さとの間の所定の関係を用いて前記基板の測定厚さに基づき前記所定の共振周波数を決定し、前記エッチング時間でもって前記所定の共振周波数を得るように前記エッチング条件が決定されることを特徴とする請求項３に記載の共振振動デバイスの製造方法。
5. 前記エッチング条件決定工程において、前記エッチング時間は、前記エッチング液の濃度及び温度の少なくとも一方に応じて調整されることを特徴とする請求項３或いは４に記載の共振振動デバイスの製造方法。
6. 前記エッチング工程において、前記エッチング条件が、前記基板の厚さのばらつき範囲内の下限厚さを有する基板が当該基板のうち貫通させる部位にて貫通されたときに形成される前記振動素子の共振周波数を前記所望の共振周波数にするように、設定されており、
   前記基板の測定厚さがそのばらつき範囲の下限厚さよりも大きいとき、前記所望の共振周波数が得られるまでオーバーエッチングすることを特徴とする請求項１に記載の共振振動デバイスの製造方法。
7. 前記エッチング工程において、前記エッチング条件が、
   前記基板の厚さのばらつき範囲内の下限厚さを有する基板が当該基板のうち貫通させる部位にて貫通されたときに形成される前記振動素子の共振周波数を前記所望の共振周波数にするように設定した第１のエッチング条件と、
   前記オーバーエッチング時に利用される前記第１のエッチング条件とは異なる第２のエッチング条件とを備えることを特徴とする請求項６に記載の共振振動デバイスの製造方法。

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