JP2009122520A - 異方性エッチングによる構造体の作製方法、及びエッチングマスク付きシリコン基板 - Google Patents

Abstract

【課題】構造体の最終形状が目標形状と異なる形状にエッチングされることを防止して、構造体の不良品率を低減することができる異方性エッチングによる構造体の作製方法を提供する。
【解決手段】異方性エッチングによる構造体の作製方法では、（１００）面を主面とする単結晶シリコン基板１００上に、凸部コーナを有する第１の構造体と該第1の構造体と開口部を介して隣接する第２の構造体とを少なくとも有する目標形状に対応する基本エッチングマスクと、第１の構造体のエッチングマスク１０３の凸部コーナから伸びて第２の構造体のエッチングマスク１０１と連結する補正エッチングマスク１０７ａ〜１０７ｄを形成する。更に、基本エッチングマスクと補正エッチングマスクを有する単結晶シリコン基板を異方性エッチングし目標形状を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、異方性エッチングによる構造体の作製方法、エッチングマスク付きシリコン基板などに関する。より詳細には、エッチングマスク付き単結晶シリコン基板、これを用いた光偏向器などのマイクロ構造体等の構造体の作製方法、この作製方法により作製された光偏向器等に関する。この光偏向器は、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。

従来、半導体プロセスによってシリコン基板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。特に、この様な技術によって形成される光偏向器は、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、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。

この種の提案例として、半導体プロセスの一つである異方性ウェットエッチング技術を用いて作製した光偏向器がある（特許文献１参照）。他方、異方性ウェットエッチング技術によってシリコン基板をエッチングして、所望の目標形状（基本エッチングマスクに対応する形状）にするための技術として、補正エッチングマスクを用いる提案例がある（特許文献２及び特許文献３参照）。
特開２００２−３２１１９６号公報 特開平６−１６３５１１号公報 特開平７−５８３４５号公報

しかしながら、シリコンの異方性ウェットエッチングにより目標形状を作製する場合、エッチング中やエッチング後に、基本エッチングマスクに繋がる補正エッチングマスクが剥がれたり、破壊されたりすることがある。そして、壊れた補正エッチングマスクが、形成されつつある目標形状に付着すると、最終形状が所望の目標形状と異なる形状になる可能性がある。

上記課題に鑑み、本発明の異方性エッチングによる構造体の作製方法は次の工程を有する。
（１００）面を主面とする単結晶シリコン基板上に、凸部コーナを有する第１の構造体と該第1の構造体と開口部を介して隣接する第２の構造体とを少なくとも有する目標形状に対応する基本エッチングマスクと、前記第１の構造体のエッチングマスクの凸部コーナから伸びて前記第２の構造体のエッチングマスクと連結する補正エッチングマスクと、を形成する工程。
前記基本エッチングマスクと前記補正エッチングマスクを有する前記単結晶シリコン基板を異方性エッチングし前記目標形状を形成する工程。

また、上記課題に鑑み、本発明のエッチングマスクが形成された（１００）面を主面とする単結晶シリコン基板は次の特徴を有する。
即ち、上記エッチングマスクは、（１００）面を主面とする単結晶シリコン基板上に、凸部コーナを有する第１の構造体と該第1の構造体と開口部を介して隣接する第２の構造体とを少なくとも有する目標形状に対応する基本エッチングマスクと、前記第１の構造体のエッチングマスクの凸部コーナから伸びて前記第２の構造体のエッチングマスクと連結する補正エッチングマスクである。

また、上記課題に鑑み、本発明の揺動体装置は次の特徴を有する。
即ち、揺動体装置は、支持体と、上記支持体に対して可動に支持された可動部と、上記支持体と上記可動部とをねじり軸回りに弾性的に連結する弾性支持部と、上記可動部を駆動する駆動手段とを有し、上記の構造体の作製方法により作製されることを特徴とする。

また、上記課題に鑑み、本発明の光偏向器は、上記揺動体装置と、上記可動部に設けられた光偏向素子とを有することを特徴とする。

また、上記課題に鑑み、本発明の画像形成装置などの光学機器は、上記光偏向器を有し、該光偏向器は、光源からの光ビームを反射・偏向し、該光ビームの少なくとも一部を感光体などの光照射対象物に入射させることを特徴とする。

本発明によれば、上記の如き補正エッチングマスクを用いるので、基本エッチングマスクに繋がる補正エッチングマスクが剥がれたり、破壊されたりする可能性が少なくなる。よって、エッチングで形成される構造体の最終形状が所望の目標形状と異なる形状になる可能性を低減でき、構造体の不良品率を低減することができる。

以下に、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
本発明の異方性エッチングによる構造体の作製方法や本発明のエッチングマスクが形成された（１００）面を主面とする単結晶シリコン基板においては、基本的に、次の要件が満たされる必要がある。まず、（１００）面を主面とする単結晶シリコン基板上に以下のようなエッチングマスクを形成する。凸部コーナを有する第１の構造体と該第1の構造体と開口部を介して隣接する第２の構造体とを少なくとも有する目標形状に対応する基本エッチングマスク。前記第１の構造体のエッチングマスクの凸部コーナから伸びて前記第２の構造体のエッチングマスクと連結する補正エッチングマスク。そして、前記基本エッチングマスクと前記補正エッチングマスクを有する前記単結晶シリコン基板を異方性エッチングし前記目標形状を形成する。この際、前記補正エッチングマスクを形成した部分の単結晶シリコン基板はエッチングにより除去される。

また、補正エッチングマスクは屈折部を有する形状としてもよい。また、補正エッチングマスクは、［１１０］方向に伸びる形状を少なくとも有する形状としてもよい。また、補正エッチングマスクは、［１００］方向に伸びる形状を少なくとも有する形状としてもよい。尚、本実施形態では凸部コーナを有する第１の構造体として図２に示す可動部２０３、第1の構造体と開口部を介して隣接する第２の構造体として図２に示す支持部２０１を実施形態として示すが、本発明はこれに限定されるものではない。つまり、本発明は凸部コーナを有する第１の構造体と該第1の構造体と開口部を介して隣接する第２の構造体とを少なくとも有するマイクロ構造体であれば、どのようなものにも適用することができる。例えば、マイクロマシン技術を用いて作製した加速度センサや角速度センサ等のマイクロ構造体にも適用することができる。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態のマイクロ構造体などの構造体のエッチングマスクを示す上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ｂ断面図である。また、図２−1は、異方性エッチング溶液によって単結晶シリコン基板をエッチングして作製するマイクロ構造体などの構造体を示す上面図であり、図２−２はその断面図である。また、図３は、本実施形態の補正エッチングマスクの一部の拡大上面図であり、補正エッチングマスクの下の単結晶シリコン基板が異方性エッチング溶液によってどの様にエッチングされるかを説明するための図である。

本実施形態のマイクロ構造体の作製方法では、支持体２０１（第２の構造体）と、弾性支持部２０２ａ、２０２ｂと、ねじり軸２０７回りに揺動可能な可動部２０３（第１の構造体）とを有する図２−1に示す様なマイクロ揺動体が目標形状である。このマイクロ構造体は、反射面２０４を有し、図２−２に示す様な磁性体２０５及びコイル２０６を有するので、反射面２０４で入射光を反射偏向する光偏向器として利用することができる。本実施形態の適用範囲は、微小なマイクロ構造体に限らないが、以下の説明ではマイクロ構造体として説明する。

本実施形態のマイクロ構造体の作製方法では、（１００）面を主面とする単結晶シリコン基板を異方性ウェットエッチングすることによって、目標形状が形成される。異方性ウェットエッチングとは、特定の結晶方位に対してエッチングが進まない性質を有するエッチング液を用いるエッチングであり、特定の結晶面を基準とした微細構造、即ちこうした結晶面で画された構造体を非常に高い加工精度で作製することができる。異方性エッチング液には、ＫＯＨ（水酸化カリウム）、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液）、ＥＤＰ（エチレンジアミンピロカテコール＋水）、ＮａＯＨ（水酸化ナトリウム）、ヒドラジン等がある。

異方性エッチング溶液で単結晶シリコン基板をエッチングする場合、目標形状に忠実な形状にシリコン基板をエッチングするために、目標形状に対応する基本エッチングマスクと共に、目標形状の凸部コーナを保護するための補正エッチングマスクが用いられる。つまり、補正エッチングマスクは、シリコン基板を目標形状に加工するまでエッチングしている間、目標形状の凸部コーナがエッチングされてしまうのを防止する。このために、凸部コーナと連結される補正エッチングマスクの端部は、凸部コーナの形状が無くなる様に凸部コーナと連結される。図１の実施形態において、基本エッチングマスクは、支持体２０１、弾性支持部２０２ａ、２０２ｂ、可動部２０３に夫々対応する部分１０１、１０２ａ、１０２ｂ、１０３（以下において、こうしたマスク部分を支持体１０１などと記すこともある）を含む。また、補正エッチングマスクは、部分１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄを含む（以下において、部分１０７ａなどを補正エッチングマスクなど１０７ａと記すこともある）。こうして、図２−1に示す支持部２０１、弾性支持部２０２ａ、２０２ｂ、可動部２０３が作製されるまで、図１の補正エッチングマスク１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄが可動部２０３の凸部コーナがエッチングされるのを防止する。

本実施形態のマイクロ構造体の作製方法を説明する。まず、（１００）面を主面とする単結晶シリコン基板１００の両面に、マスク材料を成膜する。マスク材料は、シリコン基板が異方性エッチング溶液でエッチングされている間、消失しない材料であればよい。例えば、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等である。マスク材料をフォトリソグラフィ及びパターニングすることによって、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す様なマスクパターンを形成することができる。マスクパターン形成後、シリコン基板１００を異方性エッチング溶液に浸すことによって、図２−1に示す様な最終形状を形成することができる。この際、シリコン基板１００の側面がエッチング溶液に晒される場合には、側面にもマスク材料を成膜しておく。なお、マスクパターンは単結晶シリコン基板１００の片面だけに形成し、その他の面はマスク材料を成膜しておいて、エッチングを実行することもできる。ただし、この場合は、エッチングのされ方が図１０に示すものとは異なる。また、一枚のシリコン基板上に、マイクロ構造体を複数並べて作製することができる。その場合、各マイクロ構造体は隣接しているので、シリコン基板の側面にもマスク材料を成膜しておけばよい。

本実施形態のマイクロ構造体の作製方法では、補正エッチングマスク１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄは、基本エッチングマスクである可動部１０３及び支持部１０１と連結する。このうち、補正エッチングマスク１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄは、一端部が可動部の基本エッチングマスク１０３の凸部コーナと連結し、且つ［１１０］方向に伸びている長方形の形状を有する。補正エッチングマスク１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄの他端部は、屈折部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄとなっていて、補正エッチングマスク１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｄ、１０９ｅ、１０９ｆ、１０９ｇ、１０９ｈと連結する。補正エッチングマスク１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｄ、１０９ｅ、１０９ｆ、１０９ｇ、１０９ｈは、［１００］方向に伸びており、支持部の基本エッチングマスク１０１と連結する。本実施形態のマイクロ構造体の作製方法では、補正エッチングマスクは屈折部ないし分岐部を有していればよく、屈折部から［１００］方向に伸びたエッチングマスクでなくともよい。例えば、［１００］方向と［１１０］方向の間の方向に伸びていてもよい。なお、結晶方位１２０について、結晶の等価方位、等価面は同じ表記をする。例えば、［００１］方向も［１００］方向と表記する。

この様に、補正エッチングマスク１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄは、夫々、目標形状の開口部中を伸びて複数（ここでは三つ）の端部を有し、そのうちの少なくとも二つの端部は、開口部を挟む両側において、基本エッチングマスクに連結される。そして、各補正エッチングマスクの一端部は基本エッチングマスクの凸部コーナと連結されている。

本実施形態のマイクロ構造体の作製方法における補正エッチングマスクの作用・効果を説明する。図３は、図１の補正エッチングマスクの部分１０７ａにおけるエッチング過程を拡大して示し、図1の対応する部分を３百番台の数字で示す図である。図３（ａ）に示す様に、（１００）面を主面とする単結晶シリコン基板３００上に可動部の基本エッチングマスク３０３と支持部の基本エッチングマスク３０１が形成される。更に、補正エッチングマスク３０８、３０９ａ、３０９ｂが形成され、可動部３０３と支持部３０１と連結している。

図３（ｂ）に示す様に、シリコン基板３００を異方性ウェットエッチング溶液に浸すと、紙面垂直方向［１００］方向にエッチングが進むと共に、主に、補正エッチングマスク３０９ａ、３０９ｂ下のシリコンもエッチングされていく（破線で示す）。更にエッチングが進むと、図３（ｃ）に示す様に、マスク部分３０９ａ、３０９ｂ下のシリコン基板はエッチングされてしまい、補正エッチングマスク３０８下のシリコン部分がエッチングされる（破線で示す）。最終的に、図３（ｄ）に示す様に、可動部の基本エッチングマスク３０３下のシリコン部分が残り、最終形状となる。最終形状では、補正エッチングマスク下のシリコンを完全にエッチングする間に、サイドエッチングが進み、凸部が僅かにエッチングされて図３（ｄ）の破線で示すサイドエッチング部３１１が形成される。補正エッチングマスクは、基本エッチングマスクに連結されているので、最終形状が作製されて補正エッチングマスクの下にシリコンがなくなっても、補正エッチングマスクの両端部は基本エッチングマスクと連結している。

一方、比較例として、マイクロ構造体の最終形状を作製するために図８に示すエッチングマスクを用いるとする。図８に示す補正エッチングマスク７０７ａ、７０７ｂ、７０７ｃ、７０７ｄの一端部は、基本エッチングマスク７０３の凸部コーナと連結している。他方、補正エッチングマスク７０７ａ、７０７ｂ、７０７ｃ、７０７ｄの他端は、どこにも連結していない。図９は、図８の補正エッチングマスクの一部の拡大図である。なお、図８において、図1の対応する部分を７百番台の数字で示す。

こうして、比較例では、図９（ａ）に示す様に、（１００）面を主面とする単結晶シリコン基板上に可動部の基本エッチングマスク７０３と補正エッチングマスク７０７ａが形成されている。補正エッチングマスク７０７ａの一端は基本エッチングマスク７０３の凸部コーナと連結しているが、他端は基本エッチングマスクと連結していない。図９（ｂ）、（ｃ）に示す様に、シリコン基板７００を異方性ウェットエッチング溶液に浸すと、紙面垂直方向［１００］方向にエッチングが進むと共に、補正エッチングマスク７０７ａ下のシリコンもエッチングされていく（破線で示す）。最終的に、図９（ｄ）に示す様に、可動部の基本エッチングマスク７０３下のシリコン部分が残り、最終形状となる。

図１０は、図８のＡ−Ｂ断面図である。図１０（ａ）は、エッチングマスクが形成されたシリコン基板７００の断面図であり、図１０（ｂ）は、エッチングが終了した時のシリコン基板７００の断面図である。この比較例では、図１０（ｂ）に示す様に、エッチング終了時の補正エッチングマスク７０７ａ、７０７ｂ、７０７e、７０７f下のシリコンがエッチングされて、補正エッチングマスクが片支持状になっている。従って、補正エッチングマスクは非常に壊れやすい。また、補正エッチングマスクは、その下のシリコンがエッチングされてシリコン基板がないと共に、補正エッチングマスクの厚みは、サブミクロンオーダーであり非常に薄いため、非常に壊れやすくなっている。また、成膜時にマスク材料には残留応力があるために、シリコン基板がエッチングされた後は、応力によって補正エッチングマスクが変形しやすい。なお、図１０において、７０１ａ、７０１ｂ、７０３ａ、７０３ｂは、シリコン基板７００の上下面上の基本エッチングマスクを示す。

こうした理由で、図９（ｃ）の様に、補正エッチングマスク７０７ａ、７０７ｂ、７０７e、７０７fがエッチング途中に壊れて、エッチングされるシリコン部分に付着した場合、付着されたシリコンはエッチングされなくなる。また、他のエッチングマスク上に付着した場合は、付着した部分の厚みは二倍になってしまう。従って、エッチングマスクを剥離する工程において、付着した部分にマスク材料が残ってしまったり、剥離工程時間を二倍にしたりする必要がある。剥離時間を長くした場合、シリコン部分も削れてしまうことがある。この様に、最終形状が所望の目標形状と異なる形状になり易くなる。

これに対して、本実施形態のマイクロ構造体の作製方法では、補正エッチングマスクが基本エッチングマスクに連結されて壊れ難くなっている。よって、最終形状を作製した後の補正エッチングマスクは強固であり、補正エッチングマスクの破壊の可能性を低減することができる。こうして、マイクロ構造体が目標形状と異なる形状となる不良品率を低減することができる。

また、本実施形態のマイクロ構造体の作製方法では、補正エッチングマスクは少なくとも一箇所の屈折部を有し、［１１０］方向に伸びた長方形部分を有している。

例えば、補正エッチングマスクが屈折部を有さず、［１００］方向に伸びた長方形のみで形成される場合、補正エッチングマスク下のシリコンがエッチングされて消失する時間は補正エッチングマスクの幅に依存する。従って、シリコンを最終形状に加工する時間（エッチング時間）が長い場合は、補正エッチングマスクの幅を太くする必要がある。幅が太い補正エッチングマスクは、基本エッチングマスク（目標形状）が小さい場合には適用することが難しい。また、補正エッチングマスクの幅を太くして長さが短い場合、エッチング途中でエッチング速度の非常に遅い（１１１）面が露出しエッチングが進まなくなったり、エッチングが不安定になったりする可能性がある。従って、シリコンを目標形状に加工するためには、補正エッチングマスクの長さも長くしなければならなくなり易い。これによって、一枚のシリコンウェハから作製できる最終形状のマイクロ構造体の数が減少するため、コスト上昇を招き易い。更に、補正エッチングマスク下のシリコンが完全にエッチングされずに残る可能性もある。ただし、目標形状に依っては、こうした［１００］方向に基本エッチングマスクの凸部コーナから伸びた長方形のみで形成された壊れ難い補正エッチングマスクを用いることもできるので、本発明はこうした形態を排除するものではない。

一方、補正エッチングマスクが屈折部を有さず、［１１０］方向に伸びた長方形のみから構成される場合、エッチング速度の遅い（１１１）面が露出して、補正エッチングマスクの下のシリコンがエッチングされなくなる可能性がある。従って、シリコンを最終形状に加工することが難しいので、補正エッチングマスクとして機能することが困難である。［１１０］方向に伸びた補正エッチングマスクをシリコンウェハの両面に形成し、シリコンウェハの両面からエッチングした場合のみ、補正エッチングマスクの下のシリコンをエッチングすることができることがある。しかし、その場合でも、エッチング中に様々な結晶面が露出するため、エッチングが不安定になり易い。更に、補正エッチングマスクが機能する時間を長くすることができないので、エッチング時間が長い場合、補正エッチングマスクとして機能しない可能性がある。従って、こうした形態も好ましいものではないが、伸張方向を［１１０］方向から僅かでも傾ける場合は補正エッチングマスクとして使用できる場合もあり得る。よって、場合に依っては、この様な形態の壊れ難い補正エッチングマスクを用いることもできるので、本発明はこうした形態も排除するものではない。

上述した様に、本実施形態では、補正エッチングマスクは少なくとも一箇所の屈折部ないし分岐部を有し、［１１０］方向に伸びた長方形部分を有している。従って、最初に、［１１０］方向に伸びた長方形部分以外の屈折した箇所より、先端部分の補正エッチングマスク下のシリコンがエッチングされる。その後、［１１０］方向に伸びた長方形部分がエッチングされ、目標形状が実現される。

つまり、本実施形態のマイクロ構造体の作製方法では、補正エッチングマスクの両端部が基本エッチングマスクに連結しており、シリコン基板を目標形状に加工できると共に、マイクロ構造体の不良品率を低減できる。従って、マイクロ構造体の製造コストを大幅に低減することができる。更に、補正エッチングマスクの大きさを小さくすることができるので、シリコン基板を小さな最終形状に加工することもできると共に、一枚のウェハから作製できるマイクロ構造体の数を増やすことができる。

更に、本実施形態は、補正エッチングマスクの他端部が、［１００］方向に伸びている形状を有し、且つ基本エッチングマスクと連結されているマイクロ構造体の作製方法である。図３に示す様に、本実施形態のマイクロ構造体の作製方法では、［１１０］方向に伸びた長方形部分の屈折した部分より先の部分からエッチングが進む。この部分が［１００］方向に伸びていれば、エッチング方向は［１００］方向となり、補正エッチングマスクとして機能する時間は、幅のみで決まる。一方、この部分が、他の方向（［１００］方向と［１１０］方向の間）の場合、様々な面がエッチング中に現われ易いため、安定したエッチングを行うことができずエッチング時間が不安定になり易い。従って、本実施形態のマイクロ構造体の作製方法では、安定したエッチングが可能となる。更に、［１００］方向に伸びた長方形部分の幅を太くして、［１１０］方向に伸びた長方形部分の長さを短くすることによって、補正エッチングマスクの大きさを小さくすることもできる。

また、補正エッチングマスクは、第１の構造体（可動部）のマスク１０３の凸部コーナから［１１０］方向に伸びると共に、［１００］方向に分岐したそれぞれの補正エッチングマスクが第２の構造体（支持部）のマスク１０１と連結したＹ字形状を有してもよい。すなわち、補正エッチングマスクは少なくとも三つの端部を有し、端部の全てが基本エッチングマスクと連結されているマイクロ構造体の作製方法とすることもできる。本実施形態では、図１に示す様に、補正エッチングマスクの形状を三つの端部を有するＹ字形状にし、全ての端部を基本エッチングマスクに連結している。こうした基本エッチングマスクを用いる作製方法によって、エッチング中やエッチング後に補正エッチングマスクが剥がれたり、破壊されたりすることを、より確実に防止することができる。よって、マイクロ構造体の不良品率を更に低減することができる。なお、例えば、図１の破線で示す様に、更に屈折部を設けて四つ以上の端部を有する補正エッチングマスクとした場合、補正エッチングマスクが更に破壊され難くなる。

また、補正エッチングマスクの凹部に曲率（すなわち丸み）を付与するマイクロ構造体の作製方法とすることもできる。この作製方法によって、補正エッチングマスクの凹部への応力集中を緩和することができるので、より一層、補正エッチングマスクが破壊されるのを防止することができる。

また、基本エッチングマスク及び補正エッチングマスクを単結晶シリコン基板の両面に形成するマイクロ構造体の作製方法とすることもできる。この作製方法によって、両面に同じ形状のマイクロ構造体を作製することができる。両面に補正エッチングマスクが存在し、補正エッチングマスクが壊れる可能性は多少増えるが、従来例よりは不良品率を低減することができる。

更に、本実施形態のマイクロ構造体の作製方法により、支持体と、可動部と、支持体と可動部とをねじり軸回りに弾性的に連結する弾性支持部と、可動部を駆動させる駆動手段とを有するマイクロ揺動体を作製することができる。図２−２に示す様な磁性体２０５及びコイル２０６が駆動手段を構成する。この作製方法により作製されるマイクロ揺動体の不良品率を低減することができるので、比較的安価なマイクロ揺動体を提供することができる。

また、上記マイクロ揺動体の可動部上に光偏向素子を設けて光偏向器を作製することもできる。光偏向器では、図２−２に示す様な反射面２０４で入射光を反射偏向する。ここでも、光偏向器の不良品率を低減できるので、安価な光偏向器を提供することができる。

更に、光源と、上記光偏向器と、感光体などの光照射対象物とを有し、光偏向器は光源からの光を偏向し、光の少なくとも一部を感光体などの光照射対象物上に入射させる画像形成装置などの光学機器を作製することもできる。ここでも、安価な光偏向器を用いているので、比較的安価な光学機器を提供することができる。

以下、図に沿って、本発明の具体的な実施例を説明する。

（実施例1）
実施例１の光偏向器の構成、駆動方法、作製方法を図１、図２−1、図２−２を用いて説明する。図１（ａ）は、本実施例の光偏向器のエッチングマスクを示す上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ｂ断面図である。また、図２−1、図２−２は、異方性エッチング溶液によって、（１００）面を主面とする単結晶シリコン基板をエッチングして作製する光偏向器を説明する図である。

図２−1、図２−２に示す様に、本実施例の光偏向器は、支持体２０１と、可動部２０３と、弾性支持部２０２ａ、２０２ｂを有する。弾性支持部２０２ａ、２０２ｂは、可動部２０３を支持部２０１に対して、ねじり軸２０７回りに弾性的に連結している。可動部２０３上には、反射面２０４が形成されている。本実施例では、反射面２０４の材料はアルミニウムであり、真空蒸着により形成されている。しかし、反射面２０４は別の材質、例えば金、銅等でもよく、更に保護膜或いは誘電体多層膜を形成してもよい。例えば、可動部２０３は、ねじり軸２０７に垂直な方向の長さが１.３ｍｍ、ねじり軸２０７に平行な方向の長さが１.５ｍｍ、厚さが０.２ｍｍである。光偏向器のチップ全長は、例えば、１０ｍｍである。

本実施例の光偏向器の駆動原理について説明する。図２−２に示す様に、可動部２０３は、硬磁性体２０５を有しており、ねじり軸２０７に対して垂直方向に磁化されている。コイル２０６に印加する電流は交流であり、交流の周波数に応じた磁場が発生し、この磁場が可動部２０３の硬磁性体２０５に力を及ぼす。こうして、可動部２０３にトルクが印加され、ねじり振動で光偏向器を駆動することができる。更には、本実施例の光偏向器が有する共振周波数と同じ交流電流をコイル２０６に流すことによって、低消費電力でねじり振動させることができる。

本実施例の作製方法を図１を用いて説明する。（１００）面を主面とする単結晶シリコン基板１００の両面に、窒化シリコン膜をＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ＣＶＤ）によって約２０００Å成膜する。窒化シリコン膜は、水酸化カリウム溶液に対して高い耐性を有するため、シリコン基板１００が異方性エッチング溶液でエッチングされている間、消失しない。次に、図１に示すエッチングマスクパターンになる様に、フォトリソグラフィによって単結晶シリコン基板１００の両面をパターニングする。その後、１１０℃に加熱した異方性エッチング溶液である水酸化カリウム溶液（３０％重量濃度）によって、パターニングしたシリコン単結晶基板１００をエッチングする。エッチング終了後、エッチングマスクである窒化シリコン膜をドライエッチングにより剥離する。最後に反射面となるアルミニウムを成膜することによって、図２−1に示す様な最終形状を形成することができる。

本実施例のマイクロ構造体の作製方法では、補正エッチングマスク１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄは、夫々、基本エッチングマスクである可動部１０３及び支持部１０１に連結している。補正エッチングマスク１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄの一端部は、夫々、可動部の基本エッチングマスク１０３の凸部コーナと連結し、且つその部分は［１１０］方向に伸びている長方形状を有する。更に、補正エッチングマスクの屈折部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄから分岐した部分１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｄ、１０９ｅ、１０９ｆ、１０９ｇ、１０９ｈは、夫々、支持部の基本エッチングマスク１０１と連結している。こうして、基本エッチングマスクである可動部１０３及び支持部１０１は、可動部１０３の凸部コーナを画する開口部を挟んで両側にあり、その間を補正エッチングマスクが架橋している。

本実施例のエッチング過程は、上述の実施形態の説明で図３を参照しつつ述べた通りである。

以上の様な補正エッチングマスクのパターンであるので、本実施例では次の如き効果が得られる。例えば、エッチング途中に補正エッチングマスクが破壊され、形成されつつある弾性支持部２０２ａ、２０２ｂに付着した場合、弾性支持部の形状が悪化し、弾性支持部が壊れやすくなってしまう。また、形成されつつある可動部２０３上に付着した場合、反射面に段差が発生してしまい、光偏向器の光学特性を劣化させる。本実施例では、エッチングマスクの上記開口部を横切るＹ字形状の補正エッチングマスクの全ての端部（ここでは三つ）が基本エッチングマスクに連結している。そのため、エッチング中或いはエッチング後の洗浄工程において、補正エッチングマスクが破壊することを確実に低減できる。従って、９０％以上の歩留まりを実現できる。

（実施例２）
実施例２のマイクロ構造体の作製方法を図４を用いて説明する。図４は、本実施例のマイクロ構造体のエッチングマスクを示す上面図である。実施例２のマイクロ揺動体の構成は、実施例１の光偏向器の構成と略同様である。本実施例のマイクロ構造体の作製方法の特徴は、補正エッチングマスクの凹部に曲率（丸み）が付与されていることである。

本実施例のマイクロ構造体の作製方法では、鉤形状の補正エッチングマスク４０７ａ、４０７ｂ、４０７ｃ、４０７ｄは、夫々、基本エッチングマスクである可動部４０３及び支持部４０１に連結している。基本エッチングマスクは、支持体に対応する部分４０１と、可動部に対応する部分４０３と、弾性支持部に対応する部分４０２ａ、４０２ｂを有する。

補正エッチングマスク４０８ａ、４０８ｂ、４０８ｃ、４０８ｄは、夫々、可動部の基本エッチングマスク４０３の凸部コーナと連結し、且つ［１１０］方向に伸びている長方形状を有する。また、補正エッチングマスク４０９ａ、４０９ｂ、４０９ｃ、４０９ｄは、支持部の基本エッチングマスク４０１と連結している。補正エッチングマスクのこれらの端部も、［１１０］方向に伸びている形状を有して、前記凸部コーナに対する基本エッチングマスク４０１と連結している。更に、補正エッチングマスクの凹部には、曲率半径１００μｍのＲが設けられている。

本実施例のエッチング過程は、次の様になる。シリコン基板４００を異方性ウェットエッチング溶液に浸すと、紙面垂直方向［１００］方向にエッチングが進むと共に、補正エッチングマスクの屈折部４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃ、４１０ｄの凸部コーナからエッチングが進む。更にエッチングが進むと、補正エッチングマスク４０７ａ、４０７ｂ、４０７ｃ、４０７ｄ下のシリコン基板はエッチングされてしまい、最終的に、基本エッチングマスク下のシリコン部分が残り、最終形状となる。最終形状では、補正エッチングマスク下のシリコンを完全にエッチングする間に、サイドエッチングが進み、可動部４０３の凸部コーナが僅かにエッチングされてサイドエッチング部が形成される。ここでも、補正エッチングマスクの両端部は、基本エッチングマスクに連結されているので、最終形状が作製されて補正エッチングマスクの下にシリコンがなくなっても、補正エッチングマスクの両端は基本エッチングマスクと連結している。

本実施例の作製方法によって、補正エッチングマスクの凹部への応力集中を緩和することができるので、補正エッチングマスクが破壊されるのをより確実に防止することができる。

（実施例３）
実施例３のマイクロ構造体の作製方法及びマイクロ構造体を図５、図６、図７を用いて説明する。図５は、本実施例のマイクロ構造体のエッチングマスクを示す上面図であり、図６は、本実施例の補正エッチングマスクを説明するための上面図である。図７は、本実施例のマイクロ構造体の作製方法により作製した光偏向器の上面図である。実施例３のマイクロ揺動体の構成も、実施例１の光偏向器の構成と略同様である。

本実施例のマイクロ構造体の作製方法では、補正エッチングマスク５０７ａ、５０７ｂ、５０７ｃ、５０７ｄは、夫々、基本エッチングマスクである可動部５０３及び支持部５０１に連結している。また、補正エッチングマスク５０８ａ、５０８ｂ、５０８ｃ、５０８ｄは、可動部の基本エッチングマスク５０３の凸部コーナと連結し、且つ［１１０］方向に伸びている長方形状を有する。更に、［１１０］方向に対して斜めに伸びた補正エッチングマスク５０９ａ、５０９ｂ、５０９ｃ、５０９ｄは、支持部の基本エッチングマスク５０１と連結している。

この様に、（１００）面を主面とする単結晶シリコン基板５００上に、凸部コーナと該凸部コーナを画する開口部とを有する目標形状の基本エッチングマスク５０１、５０３、５０２ａ、５０２ｂ、及び補正エッチングマスクが形成されている。また、補正エッチングマスクは、上記目標形状の開口部中を伸びて、上記凸部コーナと連結された端部と、上記凸部コーナに対する基本エッチングマスクの部分５０１と連結された端部とを含む、

一部を示す図６を用いて説明すると、図６（ａ）に示す如く、（１００）面を主面とする単結晶シリコン基板５００上に、可動部の基本エッチングマスク５０３と支持部の基本エッチングマスク５０１が形成される。更に、補正エッチングマスク５０８ａ、５０９ａが形成され、可動部の基本エッチングマスク５０３と支持部の基本エッチングマスク５０１とを連結している。

こうしたシリコン基板５００を異方性ウェットエッチング溶液に浸すと、図６（ｂ）に示す様に、紙面垂直方向［１００］方向にエッチングが進むと共に、主に、補正エッチングマスク５０９ａ下のシリコンもエッチングされていく。そして、部分５０８ａの凸部も僅かにエッチングされる（破線で示す）。更に、エッチングが進むと、図６（ｃ）に示す様に、部分５０９ａ下のシリコン基板はエッチングされてしまい、補正エッチングマスク５０８ａ下のシリコン部分がエッチングされる。その際、補正エッチングマスク５０８ａ下のシリコン先端部５１２（破線で示す）は、可動部５０３の外周方向（紙面右側）になる。最終的に、図６（ｄ）に示す様に、可動部の基本エッチングマスク５０３下のシリコン部分が残り、最終形状となる。最終形状では、補正エッチングマスク下のシリコンを完全にエッチングする間に、サイドエッチングが進み、凸部が僅かにエッチングされる（破線で示す）。このサイドエッチング量５１１は、補正エッチングマスク５０８ａ下のシリコン先端部５１２が、可動部５０３の外周方向（紙面右側）になるため、小さくなっている。従って、可動部の利用面積を大きくすることができる。

上記エッチング過程で、補正エッチングマスクは、基本エッチングマスクに連結されている。よって、最終形状が作製され、補正エッチングマスクの下にシリコンがなくなっても、補正エッチングマスクの両端部は基本エッチングマスクと連結している。従って、本実施例でも、上記実施例と同様な効果が得られる。

更に、上記の補正エッチングマスクを用いることによって、図７に示す様に可動部６０３の凸部コーナのサイドエッチング量を少なくすることができる。従って、反射面６０４として利用できる領域を増やすことができる。本実施例の光偏向器も、支持体６０１と、可動部６０３と、弾性支持部６０２ａ、６０２ｂを有する。弾性支持部６０２ａ、６０２ｂは、可動部６０３を支持部６０１に対して、ねじり軸回りに弾性的に連結している。

本実施例において、補正エッチングマスクの屈折部５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃ、５１０ｄには、直角を成す凸部が形成されているが、図６（ｃ）の一点鎖線で示す様な鈍角的な凸部が形成された屈折部としてもよい。ただし、この場合は、シリコン先端部５１２が図示の位置より多少図６（ｃ）の左側に寄ってエッチングが進行するので、補正エッチングマスク５０８ａ下の図６（ｄ）に示すシリコン先端部５１２も、多少、可動部５０３の内周方向（紙面左側）になる。

（実施例４）
図１１は上記光偏向器を用いた光学機器の実施例を示す図である。ここでは、光学機器として画像形成装置を示している。図１１において、８０３は本発明による光偏向器であり、本実施例では入射光を１次元に走査する。８０１はレーザ光源である。８０２はレンズ或いはレンズ群であり、８０４は書き込みレンズ或いはレンズ群である。８０５は感光体、８０６は走査軌跡である。

レーザ光源８０１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、光偏向器８０３により１次元的に走査される。この走査されたレーザ光は、書き込みレンズ８０４により、感光体８０５上へ画像を形成する。感光体８０５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でその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。低い不良品率で作製できる本発明の光偏向器を利用した画像形成装置であるので、比較的安価に画像形成装置を提供できる。

本発明の光偏向器は、他の光学機器にも使用できて、これらの装置において、光源からの光ビームを反射・偏向し、該光ビームの少なくとも一部を光照射対象物に入射させる。こうした光学機器としては、レーザビームプリンタなどの画像形成装置の他に、画像表示装置、バーコードリーダー等の光ビームを走査する機械装置などがある。

（ａ）は本発明の実施形態及び実施例１におけるエッチングマスクを説明するための上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ｂ断面図である。 本発明のマイクロ構造体の作製方法により作製した実施例１のマイクロ揺動体ないし光偏向器の上面図である。 図２−1の断面図である。 （ａ）は本発明の実施例１における補正エッチングマスクの一部を説明するための上面図であり、（ｂ）は補正エッチングマスクの一部での初期のエッチング過程を説明するための上面図であり、（ｃ）は補正エッチングマスクの一部での中期のエッチング過程を説明するための上面図であり、（ｄ）は補正エッチングマスクの一部での終期のエッチング過程を説明するための上面図である。 本発明の実施例２におけるエッチングマスクを説明するための上面図である。 本発明の実施例３におけるエッチングマスクを説明するための上面図である。 （ａ）は本発明の実施例３における補正エッチングマスクの一部を説明するための上面図であり、（ｂ）は補正エッチングマスクの一部での初期のエッチング過程を説明するための上面図であり、（ｃ）は補正エッチングマスクの一部での中期のエッチング過程を説明するための上面図であり、（ｄ）は補正エッチングマスクの一部での終期のエッチング過程を説明するための上面図である。 本発明のマイクロ構造体の作製方法により作製した実施例３のマイクロ揺動体ないし光偏向器の上面図である。 比較例を説明するためのエッチングマスクの上面図である。 比較例を説明するための補正エッチングマスクの一部でのエッチング過程を説明する上面図である。 比較例を説明するための図８のＡ−Ｂ断面図である。 本発明の画像形成装置を説明するための斜視図である。

符号の説明

１００、３００、４００、５００ 単結晶シリコン基板
１０１、３０１、４０１、５０１ 支持部の基本エッチングマスク
１０２ａ、１０２ｂ、４０２ａ、４０２ｂ、５０２ａ、５０２ｂ 弾性支持部の基本エッチングマスク
１０３、３０３、４０３、５０３ 可動部の基本エッチングマスク
１０７ａ〜１０７ｄ、４０７ａ〜４０７ｄ、５０７ａ〜５０７ｄ 補正エッチングマスク
１０８ａ〜１０８ｄ、３０８、４０８ａ〜４０８ｄ、４０９ａ〜４０９ｄ、５０８ａ〜５０８ｄ ［１１０］方向に伸びた補正エッチングマスク
１０９ａ〜１０９ｈ、３０９ａ、３０９ｂ、５０９ａ〜５０９ｄ ［１００］方向に伸びた補正エッチングマスク
１１０ａ〜１１０ｄ、３１０ａ、４１０ａ〜４１０ｄ、５１０ａ〜５１０ｄ 補正エッチングマスクの屈折部
２０１、６０１ 支持部（第２の構造体）
２０２ａ、２０２ｂ、６０２ａ、６０２ｂ 弾性支持部
２０３、６０３ 可動部（第１の構造体）
２０４、６０４ 光偏向素子（反射面）
２０５ 駆動手段（永久磁石）
２０６ 駆動手段（コイル）
２０７ ねじり軸
８０１ 光源（レーザ光源）
８０３ 本発明の光偏向器
８０５ 光照射対象物（感光体）

Claims (11)

1. （１００）面を主面とする単結晶シリコン基板上に、凸部コーナを有する第１の構造体と該第1の構造体と開口部を介して隣接する第２の構造体とを少なくとも有する目標形状に対応する基本エッチングマスクと、前記第１の構造体のエッチングマスクの凸部コーナから伸びて前記第２の構造体のエッチングマスクと連結する補正エッチングマスクと、を形成する工程と、
   前記基本エッチングマスクと前記補正エッチングマスクを有する前記単結晶シリコン基板を異方性エッチングし前記目標形状を形成する工程と、
   を有する構造体の作製方法。
2. 前記基本エッチングマスクと前記補正エッチングマスクを有する前記単結晶シリコン基板を異方性エッチングし目標形状を形成する工程は、前記補正エッチングマスクを形成した部分の単結晶シリコン基板を除去する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の構造体の作製方法。
3. 前記補正エッチングマスクは、屈折部を有することを特徴とする請求項１または２記載の構造体の作製方法。
4. 前記補正エッチングマスクは、［１１０］方向に伸びる形状を少なくとも有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の構造体の作製方法。
5. 前記補正エッチングマスクは、［１００］方向に伸びる形状を少なくとも有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の構造体の作製方法。
6. 前記補正エッチングマスクは、前記第１の構造体のエッチングマスクの凸部コーナから［１１０］方向に伸びると共に、［１００］方向に分岐したそれぞれの補正エッチングマスクが前記第２の構造体のエッチングマスクと連結するＹ字形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の構造体の作製方法。
7. 前記補正エッチングマスクの凹部は曲率を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の構造体の作製方法。
8. （１００）面を主面とする単結晶シリコン基板上に、凸部コーナを有する第１の構造体と該第1の構造体と開口部を介して隣接する第２の構造体とを少なくとも有する目標形状に対応する基本エッチングマスクと、前記第１の構造体のエッチングマスクの凸部コーナから伸びて前記第２の構造体のエッチングマスクと連結する補正エッチングマスクと、を有することを特徴とするエッチングマスク付きシリコン基板。
9. 支持体と、前記支持体に対して可動に支持された可動部と、前記支持体と前記可動部とをねじり軸回りに弾性的に連結する弾性支持部と、前記可動部を駆動する駆動手段とを有する揺動体装置であって、
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載の構造体の作製方法により作製されることを特徴とする揺動体装置。
10. 請求項９に記載の揺動体装置と、前記可動部に設けられた光偏向素子と、を有することを特徴とする光偏向器。
11. 請求項１０に記載の光偏向器を有し、
    前記光偏向器は、光源からの光ビームを反射・偏向し、該光ビームの少なくとも一部を光照射対象物に入射させる、
    ことを特徴とする光学機器。

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