JP2007241169A - スキャナ配列基板、被覆素子配列基板、光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光スキャナウェハーの切断加工時の応力発生に起因して発生するミラーの共振周波数のばらつきを抑制し、ミラーの振れ角を一定にする。
【解決手段】ミラー部１、トーションバー３、可動電極、固定電極の形成と同時に基板除去部６を形成する。スキャナ配列基板をダイシングブレードで切断する際に、基板除去部６を通って切断し、スキャナ配列基板を個別の素子に分離する。
【選択図】図１

Description

本発明は、微小なミラーを揺動させて光ビームの偏向を行うスキャナ素子、該スキャナ素子を備えた光走査装置および画像形成装置に関し、特に電子写真による露光光の走査に用いる光書込装置に好適な技術に関する。

近年、レーザー光等の光ビームを走査する光走査装置がバーコードリーダ、レーザープリンタ、ヘッドマウントディスプレー等の光学機器に用いられている。この種の光スキャナとして、マイクロマシニング技術を利用した微小ミラーを揺動させる構成のものが提案されている。

図８は、マイクロマシニング技術を利用した微小ミラーの例を示す。基板としては、２枚の導電性シリコン基板１００、１０１が絶縁性の酸化珪素膜１０２を介して張り付けられているＳＯＩの２層基板を用いている。同一直線上に設けた２本の梁としての弾性部材（トーションバー）３を回転軸として支持された可動板であるミラー１と、ミラー１に設けた可動電極８と、可動電極８に対向して固定部材５に設けた固定電極９を有し、可動電極と固定電極は分離溝６で分離している。固定電極のボンディングパッド１１、可動電極のボンディングパッド１２は導電性のシリコン１００を介して各々可動電極８と固定電極９に繋がっている。光スキャナ１０は、可動電極８と固定電極９との間の静電吸引力で、２本の弾性部材３を捻り回転軸としてミラー１を往復振動させる。

このようなミラーの形成法としては、ＳＯＩの２層基板の片面にレジスト膜をスピンコートで形成し、その後フォトリソグラフィ法でフレーム部５、ミラー部１、梁部３、可動電極部８、固定電極部９、分離溝６を形成するフォトマスクを用いてレジストを現像定着し、そのパターンを形成したレジスト膜を用いて、ドライエッチング法で酸化珪素膜面まで形状を形成する。

その後、ＳＯＩ基板の反対面に同様にレジスト膜を形成し、フレーム部５、固定電極部９のみを残すパターンのフォトマスクでレジストのパターニングを行った後、ドライエッチングでフレーム部、固定電極部を除いた部分を酸化珪素膜面までエッチングする。その後、露出している酸化珪素膜をエッチングで除去し、その後所定の位置に電極１１、１２を形成する方法などがある。

図９は、このような光スキャナを実装するステム２０の例である。ステムの中央には、光スキャナの揺動を妨げないように、座グリ部分２１が形成されている。この光スキャナ１０とステム２０を実装した状態を図１０に示す。このように、光スキャナを分離した後にステムに実装する方法のほかに、図１１に示すように光スキャナ素子を分離する前のウェハーの状態で実装する方法も用いられる。

図１１（Ａ）に示すように、光スキャナ素子が複数個整列配置している光スキャナウェハー４０と、カバーガラス素子が複数個整列配置しているカバーガラスウェハー４２と、ステムに対応するベース素子が複数個整列配置しているベースウェハー４１を各素子が図１１（Ｂ）の拡大図に示すように、個々の素子の位置を合わせて接合する。接合した状態のウェハーを図１１（Ｃ）に示す。この接合したウェハーを分離線に沿って分離することで図１１（Ｄ）に示すような、素子の組み立てが出来上がる。図１１（Ｅ）は、出来上がった素子の組み立ての構成を示す図で、光スキャナ素子４３、カバーガラス素子４５、ベース素子４４が所定の位置で組み合わさるようになっている。このようにウェハーレベルで一括して組み立てたのち、分離することで、あらかじめ素子を分離してから組み立てるのに対して効率的な組み立てが可能になる。

また、このような微小ミラーを用いた光走査装置の例として、複数の光スキャナを配備した構成が提案されている。図１２は、光走査装置の構成の断面を示す。ベース３１上に、複数の光スキャナ４を配備している。３０は駆動電圧を印加する駆動装置、２８はレーザー光源、２９はミラー１により反射されたレーザービームである。このような光走査装置を用いた画像形成装置として以下のようなものが提案されている。

図１３は、画像形成装置の一例であるレーザープリンタの概略構成図を示す。画像形成装置としてのレーザープリンタ６６は、上記した構成の光走査装置６０と、光走査装置６０のミラー１により偏向された反射レーザー光により静電潜像が形成される感光体６５と、感光体６５に形成された静電潜像をトナーにより現像する現像手段６２と、感光体６５上に形成されたトナー像を被記録体に転写するための転写手段６３と、被記録体を画像形成部に供給するための被記録体供給手段６４と、被記録体上のトナー像を定着させるための定着手段６７とを備える。

図１４は、光走査装置６０と感光体６５を上から見た図である。光スキャナ４が主走査方向に複数配置されている。レーザー光源２８は、図示しない画像信号生成装置による画像信号に基づき発光する。レーザー光源２８より照射されるレーサービームは、光走査装置６０に入射する。光走査装置６０のミラー１により偏向された反射レーザー光２９が感光体６５上に静電潜像を形成する。

このような画像形成装置では、光走査装置を形成する光スキャナの共振周波数のバラツキが問題となる。図１５は、各光スキャナ４の共振周波数ｆ０を測定した結果を示す。各光スキャナ４は、図１５に示すようにそれぞれの共振周波数を有している。このような共振周波数のバラツキは以下のような原因で発生する。

図８を用いて、光スキャナの共振周波数について説明する。同一直線上に設けた２本の梁としての弾性部材（トーションバー）３を回転軸として支持されたミラー１と、ミラー１に設けた可動電極８と、可動電極８に対向して固定部材５に設けた固定電極９を有し、可動電極２６と固定電極２５との間の静電吸引力で、２本の弾性部材３を捻り回転軸としてミラー１を往復振動させる光スキャナにおいて、ミラー１の共振周波数ｆ０は概略以下の式で与えられる。
ｆ０＝１／２π√（Ｋ／Ｉ） ・・・（式１）
但し、Ｉはミラー慣性モーメント、Ｋは２本の弾性部材によって決まるバネ定数を表す。
このように、弾性部材（トーションバー）３のバネ定数が変わると光スキャナの共振周波数は変動する。

そこで、光スキャナの共振周波数を調整する方法が従来から提案されている（例えば、特許文献１〜３を参照）。しかし、特許文献１、２の方法では、周波数の調整に高出力のレーザー装置が必要になり、コストの上昇を招くほか、レーザー照射で飛散した物質がミラー面等に付着し、ミラーの汚染を招くという問題がある。また、ミラー面の近傍に高出力のレーザーを照射するため、ミラー構成部材の温度上昇を防ぐことが難しく、部分的なミラー部の温度上昇がミラー部の歪みを発生する。

また、特許文献３のような金属蒸着やエッチングでは、半導体技術などを用いて半導体ウェハー上に複数のガルバノミラー（スキャナ）をまとめて作成する場合には、ウェハー内での蒸着量やエッチング量の分布を制御することが困難であり、ウェハー内の個々のガルバノミラーを最適化することが難しい。

特開２００２−４０３５５号公報 特開２００３−８４２２６号公報 特開２００２−４０３５３号公報

図１６は、従来技術における光スキャナ素子の分離方法の説明図である。図１１に示すように、光スキャナは複数個整列配置したウェハーを切り出して作る。図１６（ａ）は２つにつながっている光スキャナを切り出している部分の斜視図である。２つの光スキャナ素子の中間を回転式の刃で切断する。図１６（ａ）は切断の途中を示しているが、このようにトーションバーの根元付近も切削していることになる。

図１６（ｂ）はトーションバー付近を切削しているところを示している。刃がフレーム部を切削するとき、刃から力を受けるフレーム部では応力が発生する。そのフレーム部に発生した応力は、フレーム部と連続してつながっているトーションバーにも伝播し、トーションバーの圧縮応力の発生、さらに大きな応力が発生した場合には、トーションバーの根元のクラックの発生や、トーションバー自体の破損を引き起こす。トーションバーへの圧縮応力の残留やトーションバーの根元のクラックの発生はトーションバーのばね定数の変化を引き起こし、そのため光スキャナの共振周波数が変動する。トーションバーが破損した場合には光スキャナ自体が動作しなくなる。このように、ウェハー切削加工時に発生する残留応力発生のためトーションバネのバネ定数Ｋがばらつき、式１で示される共振周波数ｆ０の値にもばらつきを生じることになる。また、複数の光スキャナを有する光走査装置において、各光スキャナ間でミラー１の共振周波数ｆ０にばらつきがあると、ミラーの振れ角θにばらつきを生じる。そして、このような光スキャナを用いた画像形成装置では、隣接する光スキャナ間によって形成される画像のつなぎ目が視認できるようになり、画質の劣化を招くという問題点がある。

このような切削部での応力の発生は切削速度が速いほど大きくなるので、通常は切削速度を遅くして応力の発生を抑えている。しかし、切削速度の低下は加工時間を伸ばしコストの増大を招くという問題がある。

本発明は上記した問題点に鑑みてなされたもので、
本発明の目的は、光スキャナウェハーの切断加工時の応力発生に起因して発生するミラーの共振周波数のばらつきを抑制し、ミラーの振れ角を一定にするスキャナ素子、光走査装置を提供することにあり、更には、前記光走査装置を備え、良好な画質の画像を形成する画像形成装置を提供することにある。

本発明は、基板に、可動板と可動板を基板に対し揺動可能に軸支するトーションバーとトーションバーを支持するフレーム部を一体に形成し、前記可動板を揺動するスキャナ素子において、前記スキャナ素子を複数個整列配置したスキャナ配列基板の隣接するスキャナ素子のトーションバーの長手方向の延長線上で、前記トーションバーに接しない位置に前記基板の一部を除去した基板除去部分を形成する。これにより、基板除去部で応力の伝播を抑え、トーションバーに応力が伝播することを抑制できる。

本発明の基板除去部分は前記スキャナ配列基板を個別の素子に分離する場合の分離線上にある。これにより、基板の分離時にトーションバー付近での応力の伝播を抑制することができる。

本発明では、前記基板除去部分の前記分離線と直交する方向の幅が前記分離線の幅より広い。これにより、基板の分離時にトーションバー付近での応力の伝播を有効に抑制することができる。

本発明では、前記基板除去部分の前記分離線と並行する方向の幅が前記トーションバーの幅より広い。これにより、基板の分離時にトーションバー付近での応力の伝播を有効に抑制することができる。

本発明では、スキャナ配列基板上の基板除去部分に対応した部分に、被覆素子配列基板の一部を除去した基板除去部分を形成する。これにより、被覆素子が不透明材料の場合でも、被覆素子配列基板の基板除去部から、スキャナ配列基板の基板除去部を観察することができ、両基板の正確な位置合わせ接合が容易にできるようになる。

本発明では、スキャナ配列基板と被覆素子配列基板を接合し、その後各スキャナ素子ごとに分離するデバイスの製造方法において、デバイスの分離を行うための分離線上に、前記被覆素子配列基板上の基板除去部がある。これにより、両基板を張り合わせたあとで、正確な両素子の切断分離が容易に行えるようになる。

本発明の光走査装置において、本発明のスキャナ配列基板と光源を備えている。これにより、制御性の良いミラーの揺動を行うことで、制御性の高い光の走査を行うことが可能になる。

本発明の光走査装置において、本発明のスキャナ配列基板と被覆素子配列基板と光源を備えている。これにより、制御性の良いミラーの揺動を行うことで、制御性の高い光の走査を行うことが可能になる。

本発明の画像形成装置において、本発明の光走査装置と、該光走査装置により静電潜像を形成する感光体と、該静電潜像をトナーにより顕像化する現像手段と、トナー像を用紙に転写する転写手段とを有する。これにより、制御性の良い光の走査を行うことで、高画質の画像の出力が可能になる。

本発明の画像形成装置は、本発明の光走査装置を複数搭載している。これにより、制御性の良い光の走査を行うことで、高画質の画像の出力が可能になる。

本発明（請求項１）は、基板除去部で応力の伝播を抑え、トーションバーに応力が伝播することを抑制できるので、トーションバーへの外部からの応力の伝播によるばね定数の変化に起因する共振周波数の変動を抑制できる。

本発明（請求項２）は、基板の分離時にトーションバー付近での応力の伝播を抑制することができるので、ウェハー切断時に共振周波数が変動することを抑制できる。

本発明（請求項３、４）は、基板の分離時にトーションバー付近での応力の伝播を有効に抑制することができるので、ウェハー切断時に共振周波数が変動することを抑制できる。

本発明（請求項５）は、被覆素子配列基板が不透明材料の場合でも、被覆素子配列基板の基板除去部から、スキャナ配列基板の基板除去部を観察することができ、両基板の正確な位置合わせ接合が容易にできるので、不透明な材料の被覆素子配列基板を用いたウェハー一括組み立てにおいて、ウェハー切断時に共振周波数が変動することを抑制できる。

本発明（請求項６）は、両基板を張り合わせたあとで、正確な両素子の切断分離が容易に行えるので、不透明な材料の被覆素子配列基板を用いたウェハー一括組み立てにおいて、ウェハー切断時に共振周波数が変動することを抑制できる。

本発明（請求項７）は、制御性の良いミラーの揺動を行うことができ、また制御性の高い光走査が可能になるので、高精度に共振周波数が調整された光スキャナ素子を提供することができる。

本発明（請求項８）は、制御性の良いミラーの揺動を行うことができ、また制御性の高い光走査が可能になる。

本発明（請求項９、１０）は、制御性の良い光走査を行うことができ、高画質の画像の出力が可能になる。

以下、発明の実施の形態について図面により詳細に説明する。

実施例１：
図１は、本発明の実施例１の構成を示す。基本的な作製方法は従来例で説明した図８の微小ミラーと同様である。なお、可動電極８、固定電極９は、本実施例の説明には必要がないので図示を省略している。

複数個のスキャナ素子が整列配置されたスキャナ配列基板２００には、本発明の基板除去部６が形成されている。本発明による基板除去部６は、従来技術で説明した、ミラー部１、トーションバー３、及び可動電極８、固定電極９の形成と同時に形成する。今回作製した実施例の基板除去部６は、幅（トーションバーの幅と同じ方向）が３００μｍ、長さ（トーションバーの長さと同じ方向）が１００μｍ、深さが基板の貫通とした。すなわち、トーションバー３の幅が８０μｍであり、基板除去部６の幅がトーションバー３の幅より広くなっている。

図２は、本実施例のスキャナ配列基板をダイシングブレードで切断する場合の説明図である。ダイシングは、基板除去部６を通ってスキャナ配列基板２００を個別の素子に分離する分離線４０上を切断することになる。ダイシングブレードは厚さ８０μｍであり、切りしろを含めても基板除去部６の長さより狭くなっている。図３は切断後の光スキャナ素子を示す。

本発明による光スキャナ素子は、切断時にトーションバーの付け根付近ではダイシングブレードが基板にあたっていない。図４は、ダイシングブレードがトーションバーの付け根付近を通る時の状況を示す図である。トーションバーの付け根付近では刃（ダイシングブレード）はフレーム部に接触しておらず、そのためフレーム部に応力を発生させない。したがってトーションバーに伝播する応力も激減し、トーションバーのばね定数の変化や、トーションバーの破損などもおきない。これにより安定した共振周波数が得られる。これは切断速度が高速になっても同様であり、切削時間削減のため高速で切断してもトーションバーのばね定数の変化や、トーションバーの破損などもおきない。

実施例２：
図５は、本発明の実施例２の構成を示す。基本的な作製方法は従来例で説明した図８の微小ミラーと同様である。なお、可動電極８、固定電極９は、本実施例の説明には必要がないので図示を省略している。また、本発明による基板除去部６は、従来技術で説明した、ミラー部１、トーションバー３、及び可動電極８、固定電極９の形成と同時に形成する。

本実施例では、基板除去部の幅を更に広くし、更にトーションバーと並行の方向にも基板除去部７を設けている。これにより、切断時の応力がフレーム部を介して伝播するのを更に抑制し、また切断時の振動の伝播も抑えられるのでトーションバーの破損や、さらに固定電極部の振動による破損も抑制できるようになる。

実施例３：
図６は、本発明の実施例３の構成を示す。スキャナ配列基板２００にレイアウトが対応する被覆素子配列基板２０１には、基板除去部６ａが形成されている。被覆素子配列基板２０１の材質はシリコンであり、可視光の領域では不透明である。被覆素子配列基板２０１の材質が透明なガラスや石英製の場合には特に基板除去部が無くても被覆素子配列基板とスキャナ配列基板の位置合わせ接合は容易に行えるが、被覆素子配列基板が不透明の場合には可視光を用いた簡便な方法での位置合わせ接合は困難である。

本実施例のように、不透明の被覆素子配列基板２０１に、スキャナ配列基板２００の基板除去部６と同じレイアウトの基板除去部６ａを設ければ、各々の基板の基板除去部分を重ね合わせることで容易に位置合わせ接合を行うことができる。図７は、スキャナ素子配列基板２００の上に被覆素子配列基板２０１を重ねた状態を示す（なお、被覆素子配列基板はスキャナ素子を保護するためのカバーであり、実際には図１１と同様に、スキャナ配列基板は、上の被覆素子配列基板と下の被覆素子配列基板とに挟まれて接合される。このようにスキャナ素子がカバーで保護されても、可動板が揺動する空間が確保され、可動板が被覆素子配列基板に接触することはない）。また、不透明な被覆素子配列基板を用いても、切断時の応力発生により共振周波数の変動の起きることが少ないウェハー一括組み立てを容易に行うことが可能になる。

上記した実施例１〜３の光スキャナ素子を用いて図１２に示す光走査装置を構成することができる。また、本発明の光スキャナ素子を用いた光走査装置によって、図１３、１４に示す画像形成装置を構成することができる。

以上、説明したように、本発明により、弾性部材を捻り回転軸としてミラーを往復振動させて光源からの照射光を偏向する光スキャナの加工時に発生するばね定数のばらつきによって生じるミラーの共振周波数のばらつきを抑制し、コストのかかる調整工程が無くてもミラーの振れ角を一定にする光スキャナを有する光走査装置を提供することができる。更には、上記の光走査装置を備え、隣接する光スキャナ間でミラーの振れ角にばらつきを生じることなく、良好な画質の画像形成を行うことができる画像形成装置を提供できる。

本発明の実施例１の構成を示す。 実施例１のスキャナ配列基板をダイシングブレードで切断する場合の説明図である。 切断後の光スキャナ素子を示す。 ダイシングブレードがトーションバーの付け根付近を通る時の状況を示す図である。 本発明の実施例２の構成を示す。 本発明の実施例３の構成を示す。 スキャナ配列基板の上に被覆素子配列基板を重ねた状態を示す。 従来の微小ミラーの例を示す。 光スキャナを実装するステムの例を示す。 光スキャナとステムを実装した状態を示す。 光スキャナ素子を分離する前のウェハーの状態で実装する状態を示す。 光走査装置の構成の断面を示す。 画像形成装置の一例であるレーザープリンタの概略構成図を示す。 光走査装置と感光体を上から見た図である。 各光スキャナの共振周波数を測定した結果を示す。 従来技術における光スキャナ素子の分離方法を説明する図である。

符号の説明

１ ミラー部
３ トーションバー
５ フレーム部
６ 基板除去部

Claims (10)

1. 基板と、可動板と、該可動板を前記基板に対し揺動可能に支持するトーションバーと、前記基板に一体に形成し、前記トーションバーを支持するフレーム部を有するスキャナ素子を、複数個整列配置したスキャナ配列基板において、隣接するスキャナ素子のトーションバーの長手方向の延長線上で、前記トーションバーに接しない位置に、前記スキャナ配列基板の一部を除去した基板除去部分を形成することを特徴とするスキャナ配列基板。
2. 前記基板除去部分は、前記スキャナ配列基板を個別のスキャナ素子に分離する場合の分離線上にあることを特徴とする請求項１記載のスキャナ配列基板。
3. 前記基板除去部分の前記分離線と直交する方向の幅は、前記分離線の幅より広いことを特徴とする請求項２記載のスキャナ配列基板。
4. 前記基板除去部分の前記分離線と並行する方向の幅は、前記トーションバーの幅より広いことを特徴とする請求項２記載のスキャナ配列基板。
5. 請求項１記載のスキャナ素子を被覆する被覆素子配列基板であって、請求項１記載のスキャナ配列基板上の基板除去部分に対応した部分に、前記被覆素子配列基板の一部を除去した基板除去部分を形成することを特徴とする被覆素子配列基板。
6. 前記スキャナ配列基板と前記被覆素子配列基板を接合し、その後、各スキャナ素子ごとに分離するための分離線上に、前記被覆素子配列基板上の基板除去部があることを特徴とする請求項５記載の被覆素子配列基板。
7. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスキャナ配列基板と、光源を備えることを特徴とする光走査装置。
8. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスキャナ配列基板と、請求項５または６記載の被覆素子配列基板と、光源を備えることを特徴とする光走査装置。
9. 請求項７または８記載の光走査装置と、該光走査装置により静電潜像を形成する感光体と、該静電潜像をトナーにより顕像化する現像手段と、トナー像を用紙に転写する転写手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項７または８記載の光走査装置を複数搭載していることを特徴とする請求項９記載の画像形成装置。

Images