JP2007075978A - 構造体の製造方法およびアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】厚い基板に対しても優れた寸法精度で微細な加工を行うことができる構造体の製造方法、および、この製造方法を用いて製造されたアクチュエータを提供すること。
【解決手段】本発明の構造体の製造方法は、シリコン単結晶で構成された面方位（１００）の基板（第３の層１０３）に、その厚さ方向に貫通する貫通部を形成することにより、構造体を得るものであって、基板を用意する第１の工程と、基板に第１のウェットエッチングを施して、基板の貫通部の形成予定部位に、基板よりも薄い薄肉部１０３ａを形成する第２の工程と、ウェットエッチング以外の方法で薄肉部１０３ａの一部に貫通孔１０３ｂを形成する第３の工程と、第２のウェットエッチングにより貫通孔１０３ｂを拡張して、貫通部１０３ｃを形成する第４の工程とを有する。
【選択図】図７

Description

本発明は、構造体の製造方法およびアクチュエータに関するものである。

アクチュエータとしては、例えば、レーザープリンタ等に用いられるポリゴンミラー（回転多面体）が知られている。
しかし、このようなポリゴンミラーにおいて、より高解像度で品質のよい印字と高速印刷を達成するには、ポリゴンミラーの回転をさらに高速にしなければならない。現在のポリゴンミラーには高速安定回転を維持するためにエアーベアリングが使用されているが、今以上の高速回転を得るのは困難となっている。また、高速にするためには、大型のモーターが必要であり、機器の小型化の面で不利であるという問題がある。このようなポリゴンミラーを用いると、構造が複雑となり、コストが高くなるといった問題も生じる。

そこで、構造の比較的簡単なアクチュエータとして、ねじり振動子を用いたもの、例えば、板状の反射ミラーをその両側で１対のねじりバネによって回動可能に支持し、１対のねじりバネをねじれ変形させながら、反射ミラーを回動（振動）させるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このようなアクチュエータの製造方法として、例えば、特許文献１では、シリコン単結晶基板に異方性エッチングを施して、アクチュエータを得る。このような方法にあっては、表面の面方位が（１００）であるシリコン単結晶基板に、開口を有するマスクを介してウェットエッチングを施して、シリコン単結晶基板の厚さ方向に貫通する貫通部を形成する。

しかしながら、特許文献１にかかる製造方法では、ウェットエッチングのみにより貫通部を形成するため、マスクの開口の幅が小さいと、エッチングレートの極端に遅い（１１１）面のみが露出し、エッチングが進行せず、貫通部を形成することができない。すなわち、特許文献１にかかる製造方法では、シリコン単結晶基板の厚さに対して貫通部の幅を小さくすることができず、貫通部の幅に対する厚さの比、すなわちアスペクト比が小さくなってしまう。そのため、基板が厚いと、微細な加工を行うことができず、所望の特性を有するアクチュエータを得ることが難しい。

特開２００２−２７７８０６号公報

本発明の目的は、厚い基板に対しても優れた寸法精度で微細な加工を行うことができる構造体の製造方法、および、この製造方法を用いて製造されたアクチュエータを提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の構造体の製造方法は、シリコン単結晶で構成された面方位（１００）の基板に、その厚さ方向に貫通する貫通部を形成することにより、構造体を得る構造体の製造方法であって、
前記基板を用意する第１の工程と、
前記基板に第１のウェットエッチングを施して、前記基板の前記貫通部の形成予定部位に、前記基板よりも薄い薄肉部を形成する第２の工程と、
ウェットエッチング以外の方法で前記薄肉部の一部に貫通孔を形成する第３の工程と、
第２のウェットエッチングにより前記貫通孔を拡張して、前記貫通部を形成する第４の工程とを有することを特徴とする。
これにより、優れた寸法精度で高アスペクト比の貫通部を基板に形成することができる。すなわち、厚い基板に対しても優れた寸法精度で微細な加工を行うことができる。

本発明の構造体の製造方法では、前記第２の工程にて、前記第１のウェットエッチングは、前記基板の（１１１）面でエッチングが実質的に停止するまで行うことが好ましい。
これにより、薄肉部の厚さを小さくして、第３の工程での貫通孔の形成をより容易にすることができる。
本発明の構造体の製造方法では、前記第３の工程では、前記貫通孔を前記薄肉部の幅方向での中央部に形成することが好ましい。
これにより、第４の工程での第２のウェットエッチングを均一に進行させて、より簡単かつ確実に貫通部を形成することができる。

本発明の構造体の製造方法では、前記第４の工程にて、前記第２のウェットエッチングは、前記基板の板面に直角な面で停止することが好ましい。
これにより、互いに平行に対向する１対の壁面を有する貫通部を形成することができる。
本発明の構造体の製造方法では、前記第３の工程にて、前記貫通孔の形成は、ドライエッチングにより行うことが好ましい。
これにより、優れた寸法精度で貫通孔を形成することができる。

本発明の構造体の製造方法では、前記第２の工程にて、前記第１のウェットエッチングは、第１のマスクを用い、前記第４の工程にて、前記第２のウェットエッチングは、前記第１のマスクの構成材料と異なる材料で構成された第２のマスクを用いることが好ましい。
これにより、第１のウェットエッチングおよび第２のウェットエッチングのそれぞれに適したエッチング液を用いることができる。

本発明の構造体の製造方法では、前記第１の工程の後、かつ、前記第２の工程の前に、前記基板上に前記第２のマスクを形成するとともに、前記第２のマスク上に前記第１のマスクを形成する工程と、前記第２の工程の後、かつ、前記第４の工程の前に、前記第１のマスクを除去する工程とを有することが好ましい。
これにより、第１のマスクおよび第２のマスクの形成を簡単にしつつ、第１のマスクと第２のマスクとのアライメント精度を極めて優れたものとすることができる。
本発明の構造体の製造方法では、前記第１のマスクを除去する工程は、前記第２の工程の後、かつ、前記第３の工程の前に行うことが好ましい。
これにより、第３の工程にて、第２のマスクを介して薄肉部にドライエッチングなどを施して貫通孔を形成することができる。

本発明の構造体の製造方法では、前記第１のウェットエッチングは、エッチング液としてＫＯＨ水溶液を用いることが好ましい。
これにより、第１のマスクの厚さを小さく抑えることができる。
本発明の構造体の製造方法では、前記第１のマスクは、シリコン窒化物を主材料として構成されていることが好ましい。
これにより、第１のマスクの厚さを小さく抑えることができ、第１のマスクの形成を簡単なものとすることができる。

本発明の構造体の製造方法では、前記第２のウェットエッチングは、エッチング液としてＴＭＡＨ水溶液を用いることが好ましい。
これにより、第２のマスクの厚さを小さく抑えることができる。
本発明の構造体の製造方法では、前記第２のマスクは、シリコン酸化物を主材料として構成されていることが好ましい。
これにより、第２のマスクの厚さを小さく抑えることができ、第２のマスクの形成を簡単なものとすることができる。

本発明の構造体の製造方法では、前記基板に前記貫通部を形成することにより、前記構造体として、互いに間隙を隔てて噛み合うように配置された櫛歯状の可動電極および固定電極を有するものを得ることが好ましい。
これにより、可動電極と固定電極との間の距離を小さくしつつ、可動電極と固定電極との対向する面積を大きくすることができる。そのため、可動電極と固定電極との間に電圧を印加したときにこれらの間に生じる静電引力を大きくすることができる。

本発明のアクチュエータは、本発明の構造体の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする。
これにより、比較的簡単に、所望の特性を有するアクチュエータを提供することができる。

以下、本発明の構造体の製造方法の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態では、本発明をアクチュエータに適用した場合を一例として説明する。
まず、本発明の構造体の製造方法の説明に先立ち、本発明の構造体の製造方法を用いて製造されたアクチュエータを説明する。

図１は、本実施形態にかかるアクチュエータを示す平面図、図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図、図３は、図１に示すアクチュエータの第２の質量部と第２の弾性連結部との連結状態を説明するための部分拡大斜視図、図４は、印加する交流電圧の一例を示す図、図５は、印加した交流電圧の周波数と、第１の質量部および第２の質量部の共振曲線を示すグラフである。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言い、図２中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。

アクチュエータ１は、図１に示すような２自由度振動系を有する基体２を有しており、図２に示すように、この基体２の下部には、支持基板４が絶縁層５を介して接合されている。
基体２は、１対の第１の質量部（駆動部）２１、２２と、１対の支持部２３、２４と、第２の質量部（可動部）２５と、１対の第１の弾性連結部２６、２７と、１対の第２の弾性連結部２８、２９と、固定電極３０、３１とを備えている。このような基体２にあっては、左右対称な形状となるように、第２の質量部２５を中心とし、その左方に、第２の弾性連結部２８、第１の質量部２１、支持部２３が順次配設され、右方に、第２の弾性連結部２９、第１の質量部２２、支持部２４が順次配設されている。
１対の第１の質量部２１、２２は、それぞれ、板状をなし、互いにほぼ同一寸法でほぼ同一形状をなしている。

また、１対の第１の質量部２１、２２には、第１の質量部２１、２２を駆動するために、後述する固定電極３０、３１に間隔を隔てて噛み合うように、櫛歯状の可動電極２１１、２２１が設けられている。
また、１対の第１の質量部２１、２２の間には、第２の質量部２５が設けられており、１対の第１の質量部２１、２２は、第２の質量部２５を中心として、ほぼ左右対称となるように設けられている。

第２の質量部２５は、板状をなし、その板面に光反射部２５１が設けられている。これにより、アクチュエータ１を光スキャナ、光アッテネータ、光スイッチなどの光デバイスに適用することができる。
このような第１の質量部２１、２２および第２の質量部２５にあっては、第１の質量部２１、２２が第１の弾性連結部２６、２７を介して支持部２３、２４に接続され、第２の質量部２５が第２の弾性連結部２８、２９を介して第１の質量部２１、２２に接続されている。

第１の弾性連結部２６は、第１の質量部２１を支持部２３に対して回動可能とするように、第１の質量部２１と支持部２３とを連結している。これと同様に、第１の弾性連結部２７は、第１の質量部２２を支持部２４に対して回動可能とするように、第１の質量部２２と支持部２４とを連結している。
第２の弾性連結部２８は、第２の質量部２５を第１の質量部２１に対して回動可能とするように、第２の質量部２５と第１の質量部２１とを連結している。これと同様に、第２の弾性連結部２９は、第２の質量部２５を第１の質量部２２に対して回動可能とするように、第２の質量部２５と第１の質量部２２とを連結している。

本発明にかかるアクチュエータ１では、第２の弾性連結部２８は、その途中から分岐した２つの分岐部２８１、２８２を有している。これと同様に、第２の弾性連結部２９は、その途中から分岐した２つの分岐部２９１、２９２を有している。
各分岐部２８１、２８２、２９１、２９２は、第２の質量部２５の回動中心軸を介して対向する位置で第２の質量部２５に接続されている。より具体的には、各分岐部２８１、２８２、２９１、２９２は、第２の質量部２５の回動中心軸と該回動中心軸からの遠位端との中間点より前記遠位端側で、第２の質量部２５に接続されている。

各分岐部２８１、２８２、２９１、２９２は、図３に示すように、その途中に第２の弾性連結部２８の他の部分よりも肉薄な肉薄部を有し、この肉薄部が、第２の弾性連結部２８、２９から第２の質量部２５に伝達されるねじりトルクを緩衝させる緩衝部を構成する。
すなわち、各分岐部２８１、２８２、２９１、２９２は、その途中に、第２の弾性連結部２８、２９から第２の質量部２５に伝達されるねじりトルクを緩衝させる緩衝部を有する。この緩衝部は、第２の弾性連結部２８、２９の分岐部２８１、２８２、２９１、２９２以外の部分のバネ定数よりも低いバネ定数の低バネ定数部で構成されている。

本実施形態では、このように、緩衝部（肉薄部）の厚さは、第２の弾性連結部２８、２９の分岐部２８１、２８２、２９１、２９２以外の部分の厚さよりも小さくなっているが、緩衝部（肉薄部）の幅は第２の弾性連結部２８、２９の分岐部２８１、２８２、２９１、２９２以外の部分の幅とほぼ同じになっている。これにより、緩衝部（肉薄部）の横断面積が、第２の弾性連結部２８、２９の分岐部２８１、２８２、２９１、２９２以外の部分の横断面積よりも小さくなっている。
なお、分岐部２８１、２８２、２９１、２９２の途中が前述したような緩衝部を構成することができれば、緩衝部（肉薄部）の幅と、第２の弾性連結部２８、２９の分岐部２８１、２８２、２９１、２９２以外の部分の幅とは、異なっていてもよい。

各第１の弾性連結部２６、２７および各第２の弾性連結部２８、２９は、同軸的に設けられており、これらを回動中心軸（回転軸）として、第１の質量部２１、２２が支持部２３、２４に対して、また、第２の質量部２５が第１の質量部２１、２２に対して回動可能となっている。
このように、基体２は、第１の質量部２１、２２と第１の弾性連結部２６、２７とで構成された第１の振動系と、第２の質量部２５と第２の弾性連結部２８、２９とで構成された第２の振動系とを有する。すなわち、基体２は、第１の振動系および第２の振動系からなる２自由度振動系を有する。
また、このような２自由度振動系を駆動するために、第１の質量部２１、２２の可動電極２１１、２２１に間隔を隔てて噛み合うように、固定電極３０、３１が設けられている。

固定電極３０は、図１に示すように、第１の質量部２１に対応する部分に、第１の質量部２１の回動中心軸を中心にほぼ対称となるように１対設けられ、また、これと同様に、固定電極３１は、第１の質量部２２に対応する部分に、第１の質量部２２の回動中心軸を中心にほぼ対称となるように１対設けられている。
このような各固定電極３０、３１と第１の質量部２１、２２とは、図示しない電源に接続されており、第１の質量部２１、２２と各固定電極３０、３１ととの間に交流電圧（駆動電圧）を印加できるよう構成されている。

また、このような２自由度振動系は、基体２に異形孔３２が形成されることにより形成されている。
このような基体２は、後に詳述するようにシリコン単結晶で構成されていて、第１の質量部２１、２２と、第２の質量部２５と、支持部２３、２４と、第１の弾性連結部２６、２７と、第２の弾性連結部２８、２９とが一体的に形成されている。

前述したような基体２を支持する支持基板４は、例えば、ガラスやシリコンを主材料として構成されている。
支持基板４の上面には、図２に示すように、第１の質量部２１、２２および第２の質量部２５に対応する部分に開口部４１が形成されている。
この開口部４１は、第１の質量部２１、２２や第２の質量部２５が回動（振動）する際に、これらが支持基板４に接触するのを防止する逃げ部を構成する。開口部（逃げ部）４１を設けることにより、アクチュエータ１全体の大型化を防止しつつ、第２の質量部２５の振れ角（振幅）をより大きく設定することができる。
このような支持基板４は、図２に示すように、基体２の支持部２３、２４、固定電極３０、３１に絶縁層５を介して接続されている。

以上のような構成のアクチュエータ１は、次のようにして駆動する。
すなわち、第１の質量部２１、２２と各固定電極３０、３１との間に、例えば、正弦波（交流電圧）等を印加する。具体的には、例えば、第１の質量部２１、２２をアースしておき、図１中上側の２つの固定電極３０、３１に、図４（ａ）に示すような波形の電圧を印加し、図１中下側の２つの固定電極３０、３１に、図４（ｂ）に示すような波形の電圧を印加する。すると、第１の質量部２１、２２と各固定電極３０、３１との間に静電気力（クーロン力）が生じる。

この静電気力により、第１の質量部２１、２２が、各固定電極３０、３１の方へ引きつけられる力が正弦波の位相により変化し、第１の弾性連結部２６、２７を軸に、支持基板４の板面（図１における紙面）に対して傾斜するように振動（回動）する。
そして、この第１の質量部２１、２２の振動（駆動）に伴って、第２の弾性連結部２８、２９を介して連結されている第２の質量部２５も、第２の弾性連結部２８、２９を軸に、支持基板４の板面（図１における紙面）に対して傾斜するように振動（回動）する。

このとき、第２の弾性連結部２８、２９から第２の質量部２５へ捩りトルクが第２の質量部２５の回動中心軸から離れた位置で伝達されるので、駆動時の第２の弾性連結部２８、２９の横断面形状の変化に伴う第２の質量部２５の撓みを抑えるとともに、第２の質量部２５の慣性力による撓みを抑えることができる。その際、第２の弾性連結部２８、２９から第２の質量部２５に伝達されるねじりモーメントを分岐部２８１、２８２、２９１、２９２の緩衝部で低減して、駆動時の分岐部２８１、２８２、２９１、２９２の撓みに伴う第２の質量部２５の撓みも抑えることができる。その結果、第２の質量部２５の撓みを大幅に低減して、第２の質量部２５の駆動時における平滑性を極めて高いものとすることができる。

したがって、アクチュエータ１にあっては、第２の質量部２５の振れ角を大きくしたり、第２の質量部２５の厚さを小さくしたりしても、第２の質量部２５の撓みを抑えて、高精度に駆動を行うことができる。
特に、本実施形態では、緩衝部（肉薄部）の厚さが、第２の弾性連結部２８、２９の分岐部２８１、２８２、２９１、２９２以外の部分の厚さよりも小さくなっているので、比較的簡単な構成で、駆動時における第２の質量部２５の撓みを大幅に低減することができる。

また、緩衝部（肉薄部）の横断面積が、第２の弾性連結部２８、２９の分岐部２８１、２８２、２９１、２９２以外の部分の横断面積よりも小さくなっているので、この点でも、比較的簡単な構成で、駆動時における第２の質量部２５の撓みを大幅に低減することができる。
その際、緩衝部の横断面積をＡとし、第２の弾性連結部２８、２９の分岐部２８１、２８２、２９１、２９２以外の部分の横断面積をＢとしたとき、１／４＜Ａ／Ｂ＜１の関係を満たすのが好ましく、１／４＜Ａ／Ｂ＜１／２の関係を満たすのがより好ましい。これにより、比較的簡単な構成で、かつ、より確実に、駆動時における第２の質量部２５の撓みを低減することができる。

また、各分岐部２８１、２８２、２９１、２９２は、第２の質量部２５の回動中心軸と該回動中心軸からの遠位端との中間点より前記遠位端側で、第２の質量部２５に接続されているので、より確実に、駆動時における第２の質量部２５の撓みを大幅に低減することができる。
また、第２の弾性連結部２８、２９は、第２の質量部２５を介して、その両側に１対設けられ、１対の第２の弾性連結部２８、２９がそれぞれ分岐部を有しているので、駆動時における第２の質量部２５の撓みを大幅に低減するとともに、第２の質量部２５をより高精度に駆動することができる。

また、第１の質量部２１の回動中心軸からこれにほぼ垂直な方向（長手方向）での長さをＬ_１とし、第１の質量部２２の回動中心軸からこれにほぼ垂直な方向（長手方向）での長さをＬ_２とし、第２の質量部２５の回動中心軸からこれにほぼ垂直な方向での長さをＬ_３としたとき、本実施形態では、第１の質量部２１、２２が、それぞれ独立して設けられているため、第２の質量部２５の大きさ（長さＬ_３）にかかわらず、第１の質量部２１、２２と第２の質量部２５とが干渉せず、Ｌ_１およびＬ_２を小さくすることができる。これにより、第１の質量部２１、２２の回転角度（振れ角）を大きくすることができ、その結果、第２の質量部２５の回転角度を大きくすることができる。

ここで、第１の質量部２１、２２および第２の質量部２５の寸法は、それぞれ、Ｌ_１＜Ｌ_３かつＬ_２＜Ｌ_３なる関係を満足するよう設定されるのが好ましい。
前記関係を満たすことにより、Ｌ_１およびＬ_２をより小さくすることができ、第１の質量部２１、２２の回転角度をより大きくすることができ、第２の質量部２５の回転角度をさらに大きくすることができる。
この場合、第２の質量部２５の最大回転角度が、２０°以上となるように構成されるのが好ましい。

これらによって、第１の質量部２１、２２の低電圧駆動と、第２の質量部２５の大回転角度での振動（回動）とを実現することができる。
このため、このようなアクチュエータ１を、例えばレーザープリンタや、走査型共焦点レーザー顕微鏡等の装置に用いられる光スキャナに適用した場合には、より容易に装置を小型化することができる。
なお、前述したように、本実施形態では、Ｌ_１とＬ_２とはほぼ等しく設定されているが、Ｌ_１とＬ_２とが異なっていてもよいことは言うまでもない。

ところで、このような質量部２１、２２、２５よりなる振動系（２自由度振動系）では、第１の質量部２１、２２および第２の質量部２５の振幅（振れ角）と、印加する交流電圧の周波数との間に、図５に示すような周波数特性が存在している。
すなわち、かかる振動系は、第１の質量部２１、２２の振幅と、第２の質量部２５の振幅とが大きくなる２つの共振周波数ｆｍ_１［ｋＨｚ］、ｆｍ_３［ｋＨｚ］（ただし、ｆｍ_１＜ｆｍ_３）と、第１の質量部２１、２２の振幅がほぼ０となる、１つの反共振周波数ｆｍ_２［ｋＨｚ］とを有している。

この振動系では、第１の質量部２１、２２と各固定電極３０、３１との間に印加する交流電圧の周波数Ｆが、２つの共振周波数のうち低いもの、すなわち、ｆｍ_１とほぼ等しくなるように設定するのが好ましい。これにより、第１の質量部２１、２２の振幅を抑制しつつ、第２の質量部２５の振れ角（回転角度）を大きくすることができる。
なお、本明細書中では、Ｆ［ｋＨｚ］とｆｍ_１［ｋＨｚ］とがほぼ等しいとは、（ｆｍ_１−１）≦Ｆ≦（ｆｍ_１＋１）の条件を満足することを意味する。

第１の質量部２１、２２の平均厚さは、それぞれ、１〜１５００μｍであるのが好ましく、１０〜３００μｍであるのがより好ましい。
第２の質量部２５の平均厚さは、１〜１５００μｍであるのが好ましく、１０〜３００μｍであるのがより好ましい。
第１の弾性連結部２６、２７のばね定数ｋ_１は、１×１０^−４〜１×１０^４Ｎｍ/ｒａｄであるのが好ましく、１×１０^−２〜１×１０^３Ｎｍ/ｒａｄであるのがより好ましく、１×１０^−１〜１×１０^２Ｎｍ/ｒａｄであるのがさらに好ましい。これにより、第２の質量部２５の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。

一方、第２の弾性連結部２８、２９のばね定数ｋ_２は、１×１０^−４〜１×１０^４Ｎｍ/ｒａｄであるのが好ましく、１×１０^−２〜１×１０^３Ｎｍ/ｒａｄであるのがより好ましく、１×１０^−１〜１×１０^２Ｎｍ/ｒａｄであるのがさらに好ましい。これにより、第１の質量部２１、２２の振れ角を抑制しつつ、第２の質量部２５の振れ角をより大きくすることができる。

また、第１の弾性連結部２６、２７のばね定数ｋ_１と第２の弾性連結部２８、２９のばね定数ｋ_２とは、ｋ_１＞ｋ_２なる関係を満足するのが好ましい。これにより、第１の質量部２１、２２の振れ角を抑制しつつ、第２の質量部２５の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
さらに、第１の質量部２１、２２の慣性モーメントをＪ_１とし、第２の質量部２５の慣性モーメントをＪ_２としたとき、Ｊ_１とＪ_２とは、Ｊ_１≦Ｊ_２なる関係を満足することが好ましく、Ｊ_１＜Ｊ_２なる関係を満足することがより好ましい。これにより、第１の質量部２１、２２の振れ角を抑制しつつ、第２の質量部２５の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。

ところで、第１の質量部２１、２２と第１の弾性連結部２６、２７とからなる第１の振動系の固有振動数ω_１は、第１の質量部２１、２２の慣性モーメントＪ_１と、第１の弾性連結部２６、２７のばね定数ｋ_１とにより、ω_１＝（ｋ_１／Ｊ_１）^１／２によって与えられる。一方、第２の質量部２５と第２の弾性連結部２８、２９とからなる第２の振動系の固有振動数ω_２は、第２の質量部２５の慣性モーメントＪ_２と、第２の弾性連結部２８、２９のばね定数ｋ_２とにより、ω_２＝（ｋ_２／Ｊ_２）^１／２によって与えられる。
このようにして求められる第１の振動系の固有振動数ω_１と第２の振動系の固有振動数ω_２とは、ω_１＞ω_２なる関係を満足するのが好ましい。これにより、第１の質量部２１、２２の振れ角を抑制しつつ、第２の質量部２５の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。

このようなアクチュエータ１は、例えば、次のようにして製造することができる。
図６、図７は、それぞれ、本実施形態のアクチュエータの製造方法を説明するための図（縦断面図）である。なお、以下では、説明の便宜上、図６、図７中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
本実施形態のアクチュエータ１の製造方法は、［１］３層構成の基板を用意する工程と、［２］その基板の一層目を加工して支持基板４を得る工程と、［３］その基板の２層目を加工して絶縁層５を得る工程と、［４］その基板の３層目を本発明の構造体の製造方法を用いて加工して基体２を得る工程とを有する。以下、各工程を順次説明する。

［１］基板を用意する工程
まず、図６（ａ）に示すように、第１の層１０１、第２の層１０２、第３の層１０３がこの順で積層されてなる３層構成の基板１０を用意する。
この基板１０を構成する各層のうち、第１の層１０１は、支持基板４に、第２の層１０２は、絶縁層５に、第３の層１０３は、基体２となる部分である。

この基板１０としては、各層１０１、１０２、１０３の組み合わせで各種のものが挙げられるが、特に、主としてＳｉで構成された第１の層１０１上に、主としてＳｉＯ_２で構成された第２の層１０２と、主としてＳｉで構成された第３の層（活性層）１０３とがこの順で積層されてなるＳＯＩ基板が好適である。以下では、基板１０としてＳＯＩ基板を用いる場合を例に説明する。

基板１０としてＳＯＩ基板を用いることにより、第１の層１０１の厚さが比較的厚いものを作製することができるようになる。このため、形成される第１の質量部２１、２２の各可動電極２１１、２２１および各固定電極３０、３１の厚さを大きくすることができるので、得られるアクチュエータ１の駆動力を大きくすることができる。その結果、アクチュエータ１の省電力化および大振幅化を図ることができ、また、アクチュエータ１の小型化を図ることができる。

［２］支持基板を得る工程
次に、図６（ｂ）に示すように、前述したような基板１０の第１の層１０１に開口部４１を形成して、支持基板４を得る。
開口部４１の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、反応性イオンエッチング、プラズマエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチングのようなドライエッチング、ウェットエッチング等のうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

［３］絶縁層を得る工程
次に、図６（ｃ）に示すように、第２の層１０２の一部を除去して、絶縁層５を得る。
第２の層１０２の一部を除去する方法としては、特に限定されないが、例えば、反応性イオンエッチング、プラズマエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチングのようなドライエッチング、ウェットエッチング等がのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

［４］基体を得る工程
次に、図６（ｄ）に示すように、第３の層１０３の一部を除去し、図６（ｅ）に示すように、光反射部２５１を形成して、基体２を得る。
第３の層１０３の一部を除去する方法としては、反応性イオンエッチング、プラズマエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチングのようなドライエッチング、ウェットエッチング等のうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができるが、少なくとも図１に示すＸおよびＹの部分に関しては、図７に示すように、第１のウェットエッチングにより基板（第３の層１０３）を薄肉化し、次いで、その薄肉化した部分に貫通孔を形成し、その後、その貫通孔を第２のウェットエッチングにより拡張して貫通部を形成する。すなわち、本工程［４］は、本発明の構造体の製造方法を含むものである。

より具体的に説明すると、本実施形態の構造体の製造方法は、Ａ．基板を用意する工程と、Ｂ．第１のマスクおよび第２のマスクを形成する工程と、Ｂ．第１のマスクを介して基板に第１のウェットエッチングを施して薄肉部を形成する工程と、Ｃ．第１のマスクを除去する工程と、Ｄ．薄肉部に貫通孔を形成する工程と、Ｅ．第２のマスクを介して基板に第２のウェットエッチングを施して貫通部を形成する工程とを有する。

ここで、本実施形態の構造体の製造方法を図７に基づき詳細に説明する。なお、図７は、説明の便宜上、模式的に示している。
Ａ．基板を用意する工程（第１の工程）
本実施形態では、まず、図７（ａ）に示すように、基板として、前述した第３の層１０３を用いる。
第３の層１０３は、シリコン単結晶で構成され、その表面の面方位が（１００）である。

Ｂ．第１のマスクおよび第２のマスクを形成する工程
次に、図７（ｂ）に示すように、第３の層１０３の両面に、第２のマスク６を形成した後に、第２のマスク６上に第１のマスク７を形成する。
第１のマスク７の形成方法および第２のマスク６の形成方法としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、ディッピング法、印刷法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、溶射、金属箔の接合、第３の層１０３の表面の熱処理等を用いることができる。

第１のマスク７の構成材料としては、後述する第１のウェットエッチングに用いるエッチング液の種類などに応じて適宜選択され、例えば、レジスト材料、金属材料、シリコン窒化物、シリコン酸化物などを用いることができる。
第２のマスク６の構成材料としては、後述する第２のウェットエッチングに用いるエッチング液の種類などに応じて適宜選択され、例えば、レジスト材料、金属材料、シリコン窒化物、シリコン酸化物などを用いることができる。

Ｃ．基板に薄肉部を形成する工程（第２の工程）
次に、第１のマスク７を介して第３の層１０３の貫通部１０３ｃ（異形孔３２）の形成予定部位に第１のウェットエッチング（異方性エッチング）を施して、図７（ｃ）、図７（ｄ）に示すように、第３の層１０３よりも薄い薄肉部１０３ａを形成する。
このとき、第１のウェットエッチングは、第３の層１０３の（１００）面での進行速度が速く、（１１１）面での進行速度が遅い。そのため、第１のウェットエッチングは、図７（ｃ）に示すように進行し、図７（ｄ）に示すように、第３の層１０３の（１１１）面でエッチングが実質的に停止するまで行うことができる。

第３の層１０３の（１１１）面でエッチングが実質的に停止するまで第１のウェットエッチングを行うと、薄肉部１０３ａの厚さを小さくして、後述する第３の工程での貫通孔１０３ｂの形成をより容易にすることができる。
第１のウェットエッチングのエッチング液としては、薄肉部１０３ａを形成することができるものであれば、特に限定されず、例えば、ＫＯＨ（水酸化カリウム）水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液等が挙げられる。

これらの中でも、特に、第１のウェットエッチングのエッチング液としては、ＫＯＨ水溶液を用いるのが好ましい。これにより、第１のマスクの厚さを小さく抑えることができ、また、高精度な結晶異方性を得ることができる。
この場合、水酸化カリウムの濃度は、１０〜５０重量％であるのが好ましい。また、処理温度は、６０〜１２０℃であるのが好ましい。
また、第１のウェットエッチングのエッチング液としてＫＯＨ水溶液を用いる場合、第１のマスク７は、シリコン窒化物を主材料として構成されているのが好ましい。これにより、第１のマスク７の厚さを小さく抑えることができ、前述した工程Ｂにおいて、第１のマスク７の形成を簡単なものとすることができる。

Ｄ．第１のマスクを除去する工程
次に、図７（ｅ）に示すように、第１のマスク７を除去する。
第１のマスク７の除去方法としては、例えば、第１のマスク７がレジスト材料で構成される場合には、レジスト剥離液を用いることができ、また、第１のマスク７が金属材料で構成される場合には、リン酸溶液のようなメタル剥離液等を用いることができ、また、第１のマスク７がシリコン酸化物やシリコン窒化物で構成されている場合には、ドライエッチング等を用いることができる。

このように、本実施形態の構造体の製造方法は、第１の工程の後、かつ、後述する第２の工程の前に、第３の層１０３上に第２のマスク６を形成するとともに、第２のマスク６上に前記第１のマスク７を形成する工程と、第２の工程の後、かつ、後述する第４の工程の前に、第１のマスク７を除去する工程とを有する。これにより、第１のマスク７および第２のマスク６の形成を簡単にしつつ、第１のマスク７と第２のマスク６とのアライメント精度を極めて優れたものとすることができる。
特に、本実施形態では、第１のマスク７を除去する工程は、第２の工程の後、かつ、後述する第３の工程の前に行う。これにより、後述する第３の工程にて、第２のマスク６を介して薄肉部１０３ａにドライエッチングなどを施して貫通孔１０３ｂを形成することができる。

Ｅ．薄肉部に貫通孔を形成する工程（第３の工程）
次に、ウェットエッチング以外の方法で、図７（ｅ）に示すように、薄肉部１０３ａの一部に貫通孔１０３ｂを形成する。
特に、本実施形態では、図７（ｅ）に示すように、貫通孔１０３ｂを薄肉部１０３ａの幅方向での中央部に形成する。これにより、後述する第４の工程での第２のウェットエッチングを均一に進行させて、より簡単かつ確実に貫通部１０３ｃ（異形孔３２）を形成することができる。なお、後述する工程Ｆで貫通部１０３ｃを形成することができれば、貫通孔１０３ｂの形状、位置、大きさ等は、前述したものに限定されない。
貫通孔１０３ｂの形成方法としては、ウェットエッチングよりも速いエッチング速度で第３の層１０３を穿孔することができるものであれば、特に限定されず、例えば、ＹＡＧレーザー等のレーザー、ドライエッチング、サンドブラストなどの機械的加工などを用いることができる。

これらの中でも、第３の工程では、ドライエッチングにより貫通孔１０３ｂを形成するのが好ましい。これにより、優れた寸法精度で貫通孔１０３ｂを形成することができる。また、前述したように、第２のマスク６を介して薄肉部１０３ａにドライエッチングを施して貫通孔１０３ｂを形成することができる。
また、貫通孔１０３ｂの形成方法としてレーザーを用いる場合には、レーザー光を薄肉部１０３ａのパターンに沿って走査することにより、貫通孔１０３ｂを形成することができる。

Ｆ．貫通部を形成する工程（第４の工程）
次に、第２のウェットエッチングにより、図７（ｆ）に示すように、貫通孔１０３ｂを拡張して、貫通部１０３ｃ（異形孔３２）を形成する。
このとき、第２のウェットエッチングは、貫通孔１０３ｂの側面から側方に進行する。これにより、貫通部１０３ｃを形成することができる。

第４の工程にて、第２のウェットエッチングは、第３の層１０３の板面に直角な面で停止する。これにより、貫通部１０３ｃは、第３の層１０３の板面に直角で互いに平行に対向する１対の壁面を有するものとなる。なお、第３の層１０３の板面に直角で互いに平行に対向する面が現れた後に、再度（１１１）面のみが露出するまで、第２のウェットエッチングを行うことができ、第２のウェットエッチングでの異方性に応じた形状の貫通部を形成することも可能である。

第２のウェットエッチングのエッチング液としては、第１のウェットエッチングのエッチング液と同様のものを用いることができ、また、第１のウェットエッチングのエッチング液と同一であっても異なっていてもよく、貫通部１０３ｃを形成することができるものであれば、特に限定されず、例えば、ＫＯＨ（水酸化カリウム）水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液等が挙げられる。

これらの中でも、特に、第２のウェットエッチングのエッチング液としては、ＴＭＡＨ水溶液を用いるのが好ましい。これにより、第２のマスク６の厚さを小さく抑えることができ、また、前述のドライエッチング（第３の工程）と同じマスク材料を用いることができる。
この場合、第２のマスク６は、シリコン酸化物を主材料として構成されているのが好ましい。これにより、第２のマスク６の厚さを小さく抑えることができ、第２のマスク６の形成を簡単なものとすることができる。

以上説明したように、図７に示す構造体の製造方法は、シリコン単結晶で構成された面方位（１００）の基板（第３の層１０３）に、その厚さ方向に貫通する貫通部１０３ｃを形成することにより、構造体を得ることができる。
図７に示す構造体の製造方法は、第３の層１０３に第１のウェットエッチングを施して、第３の層１０３の貫通部１０３ｃの形成予定部位に薄肉部１０３ａを形成し、次いで、ウェットエッチング以外の方法で薄肉部１０３ａの一部に貫通孔１０３ｂを形成し、その後、第２のウェットエッチングにより貫通孔１０３ｂを拡張して、貫通部１０３ｃを形成するため、優れた寸法精度で高アスペクト比の貫通部１０３ｃを基板に形成することができる。すなわち、厚い基板（第３の層１０３）に対しても優れた寸法精度で微細な加工を行うことができる。

特に、第１のウェットエッチングにより第３の層１０３を薄肉化した後に、貫通孔１０３ｂを形成するので、貫通孔１０３ｂを形成するまでに要する時間を短縮化するとともに、貫通孔１０３ｂの形成を容易なものとすることができる。また、第２のウェットエッチングにより貫通部１０３ｃの側面が形成されるため、得られる貫通部１０３ｃの側面の荒れを防止することができる。また、貫通孔１０３ｂの形成以外はウェットエッチングにより貫通部１０３ｃを形成するため、大量の基板を同時に加工することができ、量産性に優れ、また、構造体（アクチュエータ１）の低コスト化を図ることができる。また、厚い基板を加工する場合であっても、マスクとしてウェットエッチングに適用可能な程度のものを用いればよいので、ドライエッチングのみを用いて貫通部を形成する場合に比べて、マスクの設計が容易である。

また、本実施形態では、第２の工程にて、第１のウェットエッチングは、第１のマスクを用い、第４の工程にて、第２のウェットエッチングは、第１のマスクの構成材料と異なる材料で構成された第２のマスクを用いる。これにより、第１のウェットエッチングおよび第２のウェットエッチングのそれぞれに適したエッチング液を用いることができる。
また、本実施形態の製造方法では、第３の層１０３（基板）に貫通部１０３ｃを形成することにより、構造体として、図１に示すＸの部分、すなわち、互いに噛み合うように配置された櫛歯状の可動電極２１１、２２１および固定電極３０、３１を有するものを得る。これにより、可動電極２１１、２２１と固定電極３０、３１との間の距離を小さくしつつ、可動電極２１１、２２１と固定電極３０、３１との対向する面積を大きくすることができる。そのため、可動電極２１１、２２１と固定電極３０、３１との間に電圧を印加したときにこれらの間に生じる静電引力を大きくすることができる。

また、図１に示すＹの部分を本発明の構造体の製造方法により形成すると、第２の質量部２５の回動軸線方向における各分岐部２８１、２８２、２９１、２９２の撓みを防止することができる。その結果、光反射部の撓みを低減することができる。
このように本発明の構造体の製造方法を用いてアクチュエータを製造すると、比較的簡単に、所望の特性を有するものとすることができる。

以上、本発明の構造体の製造方法およびアクチュエータについて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。例えば、前述した実施形態では、アクチュエータの製造に本発明の構造体の製造方法を用いた場合を説明したが、シリコン単結晶で構成された面方位（１００）の基板に、その厚さ方向に貫通する貫通部を形成することにより、構造体を得るものであれば、これに限定されない。

例えば、本発明の振動子を構成する各部は、同様の機能を発揮する任意のものと置換、または、その他の構成を追加することもできる。
また、前述した実施形態では、第２のマスク上に第１のマスクを積層した状態で、第１のウェットエッチングを行う場合を説明したが、工程Ｂで第１のマスクのみを形成し、工程Ｃの後かつ工程Ｆの前に第２のマスクを形成してもよい。この場合、工程Ｄを省略することができる。

本実施形態にかかるアクチュエータを示す平面図である。 図１中のＡ−Ａ線断面図である。 図１に示すアクチュエータの第２の質量部と第２の弾性連結部との連結状態を説明するための部分拡大斜視図である。 印加する交流電圧の一例を示す図である。 印加した交流電圧の周波数と、第１の質量部および第２の質量部の共振曲線を示すグラフある。 図１に示すアクチュエータの製造方法を説明するための図である。 図１に示すアクチュエータの製造方法を説明するための図である。

符号の説明

１……アクチュエータ ２……基体 ２１、２２……第１の質量部 ２１１、２２１……可動電極 ２３、２４……支持部 ２５……第２の質量部 ２５１……光反射部 ２６、２７……第１の弾性連結部 ２８、２９……第２の弾性連結部 ２８１、２８２、２９１、２９２……分岐部 ４……支持基板 ４１……開口部 ３０、３１……固定電極 １０……基板 １０１……第１の層 １０２……第２の層 １０３……第３の層 １０３ａ……薄肉部 １０３ｂ……貫通孔 １０３ｃ……貫通部 ５……絶縁層 ６……第２のマスク ７……第１のマスク ３２……異形孔

Claims (14)

1. シリコン単結晶で構成された面方位（１００）の基板に、その厚さ方向に貫通する貫通部を形成することにより、構造体を得る構造体の製造方法であって、
   前記基板を用意する第１の工程と、
   前記基板に第１のウェットエッチングを施して、前記基板の前記貫通部の形成予定部位に、前記基板よりも薄い薄肉部を形成する第２の工程と、
   ウェットエッチング以外の方法で前記薄肉部の一部に貫通孔を形成する第３の工程と、
   第２のウェットエッチングにより前記貫通孔を拡張して、前記貫通部を形成する第４の工程とを有することを特徴とする構造体の製造方法。
2. 前記第２の工程にて、前記第１のウェットエッチングは、前記基板の（１１１）面でエッチングが実質的に停止するまで行う請求項１に記載の構造体の製造方法。
3. 前記第３の工程では、前記貫通孔を前記薄肉部の幅方向での中央部に形成する請求項１または２に記載の構造体の製造方法。
4. 前記第４の工程にて、前記第２のウェットエッチングは、前記基板の板面に直角な面で停止する請求項１ないし３のいずれかに記載の構造体の製造方法。
5. 前記第３の工程にて、前記貫通孔の形成は、ドライエッチングにより行う請求項１ないし４のいずれかに記載の構造体の製造方法。
6. 前記第２の工程にて、前記第１のウェットエッチングは、第１のマスクを用い、前記第４の工程にて、前記第２のウェットエッチングは、前記第１のマスクの構成材料と異なる材料で構成された第２のマスクを用いる請求項１ないし５のいずれかに記載の構造体の製造方法。
7. 前記第１の工程の後、かつ、前記第２の工程の前に、前記基板上に前記第２のマスクを形成するとともに、前記第２のマスク上に前記第１のマスクを形成する工程と、前記第２の工程の後、かつ、前記第４の工程の前に、前記第１のマスクを除去する工程とを有する請求項６に記載の構造体の製造方法。
8. 前記第１のマスクを除去する工程は、前記第２の工程の後、かつ、前記第３の工程の前に行う請求項７に記載の構造体の製造方法。
9. 前記第１のウェットエッチングは、エッチング液としてＫＯＨ水溶液を用いる請求項６ないし８のいずれかに記載の構造体の製造方法。
10. 前記第１のマスクは、シリコン窒化物を主材料として構成されている請求項９に記載の構造体の製造方法。
11. 前記第２のウェットエッチングは、エッチング液としてＴＭＡＨ水溶液を用いる請求項６ないし１０のいずれかに記載の構造体の製造方法。
12. 前記第２のマスクは、シリコン酸化物を主材料として構成されている請求項１１に記載の構造体の製造方法。
13. 前記基板に前記貫通部を形成することにより、前記構造体として、互いに間隙を隔てて噛み合うように配置された櫛歯状の可動電極および固定電極を有するものを得る請求項１ないし１２のいずれかに記載の構造体の製造方法。
14. 請求項１ないし１３のいずれかに記載の構造体の製造方法を用いて製造されたことを特徴とするアクチュエータ。

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