JP2011112803A - Ｍｅｍｓ光スキャナ - Google Patents

Abstract

【課題】ミラー面の振れ角に応じて出力が変化するように配置された受光素子を備えた構成の採用による小型化を図ながらも、ミラー面において光ビームを入射させる位置が制限されたりミラー面の振れ角が制限されるのを防止することが可能なＭＥＭＳ光スキャナを提供する。
【解決手段】外側フレーム部１０、ミラー面２１が設けられた可動部２０、一対の捩りばね部３０，３０を有するミラー形成基板１と、ミラー形成基板１に接合された第１のカバー基板２および第２のカバー基板３とを備える。受光素子６は、ミラー面２１で反射された光のうち第１のカバー基板２を透過する主光線Ｉ１ではなく第１のカバー基板３におけるミラー面２１側の表面で反射された副光線Ｉ２を受光しミラー面２１の振れ角に応じて出力が変化するように、第１のカバー基板２の上記表面側に配置してある。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＭＥＭＳ光スキャナに関するものである。

近年、マイクロマシニング技術などを利用して形成されるＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）デバイスの一種として、マイクロマシニング技術などを利用して形成されて、入射光を反射するミラー面が設けられた可動部と、可動部を駆動する駆動手段とを備え、ミラー面に入射する入射光を走査するＭＥＭＳ光スキャナが各所で研究開発されている（例えば、特許文献１，２参照）。なお、この種のＭＥＭＳ光スキャナは、例えば、レーザプロジェクタ、レーザビームプリンタ、バーコードリーダ、内視鏡、距離画像センサなどの種々の光学機器への応用が考えられている。

ここにおいて、上記特許文献１には、画像形成装置に用いる光走査装置として、図９に示すように、レーザ光源７’からの光ビームを偏向するＭＥＭＳ光スキャナ（偏向素子）８’と、ＭＥＭＳ光スキャナ８’により偏向された光ビームの一部を受光する受光素子（同期センサ）９’とを備えた構成のものが提案されている。なお、レーザ光源７’は、光源駆動部（図示せず）により駆動され画像データに対応して変調された光ビームを出射する。

図９に示した構成のものでは、ＭＥＭＳ光スキャナ８’により偏向された光ビームの一部を光学モニタとしての機能を有する受光素子９’により受光して当該受光素子９’の出力に基づいた制御を行うことができるが、ＭＥＭＳ光スキャナ８’とは別に受光素子９’が設けられているので、ＭＥＭＳ光スキャナ８’と受光素子９’とを備えた光走査装置全体（システム全体）が大型化してしまう。また、上述のようにＭＥＭＳ光スキャナ８’とは別に受光素子９’を備えたシステムでは、生産時に、レーザ光源７’を駆動してＭＥＭＳ光スキャナ８’と受光素子９’との光軸調整（アクティブアライメント）を行う必要があり、生産性が低くなってしまう。

これに対して、上記特許文献２には、図１０に示すように、半導体基板であるシリコン基板１０１ａ’を用いて形成され、矩形枠状の外側フレーム部１０’、外側フレーム部１０’の内側に配置されミラー面２１が設けられた矩形板状の可動部２０’、外側フレーム部１０’の内側で可動部２０’を挟む形で配置され外側フレーム部１０’と可動部２０’とを連結し捩れ変形が可能な一対の捩りばね部３０’，３０’を有するミラー形成基板１’と、ミラー形成基板１においてミラー面２１’が設けられた一表面側とは反対の他表面側に接合されたカバー基板３’と、可動部２０’を駆動する駆動手段（図示せず）と、カバー基板３’における可動部２０’との対向面に設けられ、ミラー面２１’を含む可動部２０’の厚み方向に貫設された中空部分２０ｄ’を透過した光を受光するフォトダイオードからなる受光素子（光検出素子）６’とを備えたＭＥＭＳ光スキャナが提案されている。なお、受光素子６’は、カバー基板３’においてミラー形成基板１’との対向面に形成され可動部２０’の変位空間を確保する変位空間形成用凹部３０１’の内底面の中央部に配設されている。

図１０に示した構成のＭＥＭＳ光スキャナを用いたシステムでは、可動部２０’の変位角（つまり、ミラー面２１’の振れ角）の変化に応じて受光素子６’の受光量が変化して受光素子６’の出力が変化するので、受光素子６’の出力に基づいて可動部２０’の一対の捩りばね部３０’，３０’の軸回りの振れ角を検知することができるから、受光素子６’の出力に基づいてミラー面２１’の振れ角を求め当該振れ角に基づいて上記駆動手段を制御する制御手段を設ければ、周囲温度の変化や経時変化などに起因して、可動部２０’と一対の捩りばね部３０’，３０’とにより構成される振動系の共振周波数が変化しても、ミラー面２１’の振れ角を高精度に制御することが可能となる。

特開２００５−７０２０５号公報 特開２００３−５１２４号公報

しかしながら、図１０に示した構成のＭＥＭＳ光スキャナでは、ミラー面２１’を含む可動部２０’の厚み方向に中空部分２０ｄ’が貫設されているので、可動部２０’のミラー面２１’において光ビームを入射させる位置が制限されてしまうとともに、ミラー面２１’の振れ角が制限されてしまう。また、図１０に示した構成のＭＥＭＳ光スキャナでは、図示しない光源（レーザ光源など）からの光の一部がミラー面２１’で反射されずに中央部分２０ｄ’を透過するので、その透過する分が光損失となってしまい、光利用効率が低下してしまう。なお、図１０に示した構成のＭＥＭＳ光スキャナでは、ミラー形成基板１’の上記一表面側が開放されており、可動部２０’と一対の捩りばね部３０’，３０’とで構成される振動系が空気雰囲気にあるので、空気抵抗の影響で振れ角が小さくなってしまうという課題や、ミラー面２１’の材料によってはミラー面２１’が酸化されて反射特性が低下してしまうという課題もある。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、ミラー面の振れ角に応じて出力が変化するように配置された受光素子を備えた構成の採用による小型化を図ながらも、ミラー面において光ビームを入射させる位置が制限されたりミラー面の振れ角が制限されるのを防止することが可能なＭＥＭＳ光スキャナを提供することにある。

請求項１の発明は、半導体基板を用いて形成され、外側フレーム部、外側フレーム部の内側に配置されミラー面が設けられた可動部、および外側フレーム部の内側で可動部を挟む形で配置され外側フレーム部と可動部とを連結し捩れ変形が可能な一対の捩りばね部を有するミラー形成基板と、ミラー形成基板においてミラー面が設けられた一表面側に接合されたガラス基板からなるカバー基板と、可動部を駆動する駆動手段と、カバー基板を通してミラー面へ入射しミラー面で反射された光の一部を受光する受光素子とを備え、受光素子は、ミラー面で反射された光のうちカバー基板を透過する主光線ではなくカバー基板におけるミラー面側の表面で反射された副光線を受光しミラー面の振れ角に応じて出力が変化するように、カバー基板の前記表面側もしくはミラー形成基板の前記一表面側における可動部以外の部位に配置してあることを特徴とする。

この発明によれば、受光素子が、ミラー面で反射された光のうちカバー基板を透過する主光線ではなくカバー基板におけるミラー面側の表面で反射された副光線を受光しミラー面の振れ角に応じて出力が変化するように、カバー基板の前記表面側もしくはミラー形成基板の前記一表面側における可動部以外の部位に配置してあるので、ミラー面の振れ角に応じて出力が変化するように配置された受光素子を備えた構成の採用による小型化を図ながらも、ミラー面において光ビームを入射させる位置が制限されたりミラー面の振れ角が制限されるのを防止することが可能となり、その上、受光素子に光を導くための構造を別途に設ける必要がないので、従来のように受光素子に光を導くために可動部に光を透過させるための中空部分を設けた構成に比べて光損失を低減でき、光利用効率を高めることが可能となる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ミラー形成基板の前記一表面側に接合された前記カバー基板である第１のカバー基板とは別に、前記ミラー形成基板の他表面側に接合された第２のカバー基板を備え、前記外側フレーム部と前記第１のカバー基板と前記第２のカバー基板とで囲まれた空間が真空雰囲気であることを特徴とする。

この発明によれば、前記外側フレーム部と第１のカバー基板と第２のカバー基板とで囲まれた空間が真空雰囲気であることにより、駆動電圧の低電圧化を図りながらもミラー面の振れ角を大きくすることができ、また、前記ミラー面の酸化を防止できるから、前記ミラー面の材料の選択肢が多くなるとともに、前記ミラー面の反射特性の経時変化を抑制することができる。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記ミラー形成基板の前記一表面側に接合された前記カバー基板である第１のカバー基板とは別に、前記ミラー形成基板の他表面側に接合された第２のカバー基板を備え、前記外側フレーム部と前記第１のカバー基板と前記第２のカバー基板とで囲まれた空間が不活性ガス雰囲気であることを特徴とする。

この発明によれば、前記外側フレーム部と第１のカバー基板と第２のカバー基板とで囲まれた空間が不活性ガス雰囲気であることにより、前記ミラー面の酸化を防止できるから、前記ミラー面の材料の選択肢が多くなるとともに、前記ミラー面の反射特性の経時変化を抑制することができる。

請求項４の発明は、請求項２または請求項３の発明において、前記第１のカバー基板および前記第２のカバー基板が前記ミラー形成基板と同じ外形寸法に形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記第１のカバー基板および前記第２のカバー基板が前記ミラー形成基板と同じ外形寸法に形成されていることにより、前記第１のカバー基板および前記第２のカバー基板の外形寸法が前記ミラー形成基板の外形寸法よりも大きい場合に比べて小型化を図れ、しかも、前記ミラー形成基板が複数形成された第１のウェハと、前記第１のカバー基板が複数形成された第２のウェハおよび前記第２のカバー基板が複数形成された第３のウェハとを接合したウェハレベルパッケージ構造体を形成してから、個々のＭＥＭＳ光スキャナに分割する製造プロセスを採用することができて低コスト化を図れ、その上、前記ミラー面と前記受光素子との相対的な位置精度を高めることができる。

請求項５の発明は、請求項２ないし請求項４の発明において、前記ミラー形成基板は、前記一表面側において前記外側フレーム部に形成され前記駆動手段に接続された複数のパッドを備え、前記第１のカバー基板は、各パッドそれぞれを全周に亘って露出させる複数の貫通孔が形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記第１のカバー基板が各パッドと重なることがなく、前記第１のカバー基板と前記外側フレーム部との間に各パッドの一部が介在することもないので、前記第１のカバー基板と前記ミラー形成基板の前記外側フレーム部との接合が各パッドにより妨げられるのを防止することができるから、各パッドの厚みの影響で接合性や気密性が損なわれるのを防止することができ、歩留まりの向上による低コスト化を図れるとともに、動作安定性の低下、経時安定性の低下を抑制することができる。

請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、前記受光素子は、前記ミラー面で反射させるスキャン対象の光の波長に応じて受光ピーク波長が設定されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記受光素子の受光ピーク波長がスキャン対象の光の波長に応じて設定されていることにより、前記受光素子が波長選択性を有することとなり、外乱光の影響による感度の低下を抑制することが可能となる。

請求項１の発明では、ミラー面の振れ角に応じて出力が変化するように配置された受光素子を備えた構成の採用による小型化を図ながらも、ミラー面において光ビームを入射させる位置が制限されたりミラー面の振れ角が制限されるのを防止することが可能となるという効果がある。

実施形態１のＭＥＭＳ光スキャナを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’概略断面図である。 同上のＭＥＭＳ光スキャナの概略分解斜視図である。 同上のＭＥＭＳ光スキャナの製造方法を説明するための主要工程断面図である。 実施形態２のＭＥＭＳ光スキャナを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。 実施形態３のＭＥＭＳ光スキャナの概略分解斜視図である。 同上のＭＥＭＳ光スキャナの概略斜視図である。 同上のＭＥＭＳ光スキャナの製造方法を説明するための主要工程断面図である。 同上のＭＥＭＳ光スキャナの他の構成例の概略断面図である。 従来例のＭＥＭＳ光スキャナを用いた光走査装置の概略構成図である。 他の従来例のＭＥＭＳ光スキャナの概略分解斜視図である。

（実施形態１）
以下、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナについて図１および図２を参照しながら説明する。

本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナは、半導体基板であるＳＯＩ基板１００を用いて形成され、外周形状が矩形状の枠状（ここでは、矩形枠状）の外側フレーム部（固定フレーム部）１０、外側フレーム部１０の内側に配置され平面視矩形状のミラー面２１が設けられた平面視矩形状の可動部２０、および外側フレーム部１０の内側で可動部２０を挟む形で配置され外側フレーム部１０と可動部２０とを連結し捩れ変形が可能な一対の捩りばね部３０，３０を有するミラー形成基板１と、第１のガラス基板２００を用いて形成されミラー形成基板１においてミラー面２１が設けられた一表面側に接合された第１のカバー基板２と、第２のガラス基板３００を用いて形成されミラー形成基板１の他表面側に接合された第２のカバー基板３とを備えている。

ここにおいて、ミラー形成基板１および各カバー基板２，３の外周形状は矩形状であり、各カバー基板２，３はミラー形成基板１と同じ外形寸法に形成されている。

上述のミラー形成基板１は、導電性を有する第１のシリコン層（活性層）１００ａと第２のシリコン層（シリコン基板）１００ｂとの間に絶縁層（ＳｉＯ_２層）１００ｃが介在する上述のＳＯＩ基板１００をバルクマイクロマシニング技術などにより加工することによって形成してある。また、第１のカバー基板２は、それぞれパイレックス（登録商標）ガラスなどからなる２枚のガラス板を厚み方向に重ねて接合することにより形成した第１のガラス基板を用いて形成してあり、第２のカバー基板３は、パイレックス（登録商標）ガラスなどからなる第２のガラス基板３００を加工することにより形成してある。なお、ＳＯＩ基板１００は、第１のシリコン層１００ａの厚さを３０μｍ、第２のシリコン層１００ｂの厚さを４００μｍに設定し、第１のガラス基板２００および第２のガラス基板３００の厚さは、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の範囲で設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。また、半導体基板たるＳＯＩ基板１００の一表面である第１のシリコン層１０ｃの表面は（１００）面としてある。

ミラー形成基板１の外側フレーム部１０は、ＳＯＩ基板１００の第１のシリコン層１００ａ、絶縁層１００ｃ、第２のシリコン層１００ｂそれぞれを利用して形成してあり、外側フレーム部１０のうち第１のシリコン層１００ａにより形成された部位が第１のカバー基板２の外周部と全周に亘って接合され、外側フレーム部１０のうち第２のシリコン層１００ｃにより形成された部位が第２のカバー基板３の外周部と全周に亘って接合されており、上記一表面側において外側フレーム部１０に、可動部２０を駆動する後述の駆動手段に電気的に接続される２つのパッド１３，１３が形成されている。各パッド１３，１３は平面視形状が円形状であり、第１の金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜など）により構成されている。なお、本実施形態では、各パッド１３，１３の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、この数値は一例であり、特に限定するものではない。

また、ミラー形成基板１の可動部２０および各捩りばね部３０，３０は、ＳＯＩ基板１００の第１のシリコン層１００ａを用いて形成されており、外側フレーム部１０よりも十分に薄肉となっている。また、可動部２０に設けられたミラー面２１は、光源（レーザ光源など）からの光を反射するものであり、可動部２０において第１のシリコン層１００ａにより形成された部位上に形成した第２の金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜など）からなる反射膜２１ａの表面により構成されている。なお、本実施形態では、反射膜２１ａの膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、この数値は一例であり、特に限定するものではない。

以下では、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）それぞれの左下に示すように、平面視において一対の捩りばね部３０，３０の並設方向に直交する方向をｘ軸方向、一対の捩りばね部３０，３０の並設方向をｙ軸方向、ｘ軸方向およびｙ軸方向に直交する方向をｚ軸方向として説明する。

上述のミラー形成基板１は、一対の捩りばね部３０，３０がｙ軸方向に並設されており、可動部２０が、外側フレーム部１０に対して一対の捩りばね部３０，３０の回りで変位可能となっている（ｙ軸方向の軸回りで回動可能となっている）。つまり、一対の捩りばね部３０，３０は、外側フレーム部１０に対して可動部２０が揺動自在となるように外側フレーム部１０と可動部２０とを連結している。言い換えれば、外側フレーム部１０の内側に配置される可動部２０は、可動部２０から相反する２方向へ連続一体に延長された２つの捩りばね部３０，３０を介して外側フレーム部１０に揺動自在に支持されている。ここで、一対の捩りばね部３０，３０は、両者のｙ軸方向に沿った中心線同士を結ぶ直線が、平面視で可動部２０の重心を通るように形成されている。なお、各捩りばね部３０，３０は、厚み寸法（ｚ軸方向の寸法）を３０μｍ、幅寸法（ｘ軸方向の寸法）を、５μｍに設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。また、可動部２０およびミラー面２１の平面視形状は、矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。また、外側フレーム部１０の内周形状も矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。

上述のミラー形成基板１は、可動部２０において一対の捩りばね部３０，３０を結ぶ方向（一対の捩りばね部３０，３０の並設方向）に直交する方向（つまり、ｘ軸方向）の両側に形成された櫛形状の可動電極２２と、外側フレーム部１０に形成され可動電極２２の複数の可動櫛歯片２２ｂに対向する複数の固定櫛歯片１２ｂを有する櫛形状の固定電極１２とで構成され静電力により可動部２０を駆動する静電駆動式の駆動手段を備えている。なお、本実施形態では、駆動手段が、静電力により可動部２０を駆動するものであるが、静電力によって可動部２０を駆動する静電駆動式に限らず、電磁力によって可動部２０を駆動する電磁駆動式でもよいし、圧電素子によって可動部２０を駆動する圧電駆動式でもよい。

上述の固定電極１２，１２は、平面視形状が櫛形状であり、櫛骨部１２ａが外側フレーム部１０のうちｙ軸方向に沿った枠片部において第１のシリコン層１００ａにより形成された部位の一部により構成されており、櫛骨部１２ａにおける可動部２０との対向面（外側フレーム部１０におけるｙ軸方向に沿った内側面）には、第１のシリコン層１００ａの一部からなる多数の固定櫛歯片１２ｂが一対の捩りばね部３０，３０の並設方向に沿って列設されている。一方、可動電極２２，２２は、可動部２０における固定電極１２の櫛骨部１２ａ側の櫛骨部２２ａ，２２ａの側面（可動部２０におけるｙ軸方向に沿った側面）において、第１のシリコン層１００ａの一部により構成され固定櫛歯片１２ｂにそれぞれ対向する多数の可動櫛歯片２２ｂが上記並設方向に列設されている。ここで、櫛形状の固定電極１２と櫛形状の可動電極２２とは、櫛骨部１２ａ，２２ａが互いに対向し、固定電極１２の各固定櫛歯片１２ｂが可動電極２２の櫛溝に入り組んでおり、固定櫛歯片１２ｂと可動櫛歯片２２ｂとが、ｙ軸方向において互いに離間しており、固定電極１２と可動電極２２との間に電圧が印加されることにより、固定電極１２と可動電極２２との間に互いに引き合う方向に作用する静電力が発生する。なお、ｙ軸方向における固定櫛歯片１２ｂと可動櫛歯片２２ｂとの間の隙間は、例えば、２μｍ〜５μｍ程度の範囲で適宜設定すればよい。

ミラー形成基板１の外側フレーム部１０において第１のシリコン層１００ａにより形成された部位には、一方のパッド１３（図２における右側のパッド１３ｂ）が固定電極１２，１２に電気的に接続されるとともに他方のパッド１３（図２における左側のパッド１３ａ）が可動電極２２，２２に電気的に接続され、且つ、固定電極１２，１２と可動電極２２，２２とが電気的に絶縁されるように、複数のスリット１０ａ，１０ａ，１０ａが絶縁層１００ｃに達する深さで形成されている。ここで、本実施形態では、各スリット１０ａ，１０ａ，１０ａをトレンチとし、各スリット１０ａ，１０ａ，１０ａの平面視形状を外側フレーム部１０の外側面側に開放されない形状とすることで、外側フレーム部１０にスリット１０ａ，１０ａ，１０ａを形成した構造を採用しながらも、外側フレーム部１０と第１のカバー基板２との接合性が低下するのを防止し、外側フレーム部１０と各カバー基板２，３とで囲まれる空間の気密性を確保している。

ここで、外側フレーム部１０において第１のシリコン層１００ａにより形成された部分は、上述のスリット１０ａ，１０ａ，１０ａを形成することにより、一端部が可動部２０の外側面に連続一体に連結された各捩りばね部３０，３０それぞれの他端部が内側面に連続一体に連結された２つのアンカー部１１ａ，１１ｂと、一方のアンカー部１１ａａと一方のパッド１３ａが形成された矩形状の島部１１ｃと、上記一方のアンカー部１１ａｂと島部１１ａｃとをつなぐ平面視Ｌ字状の導電部１１ａｄとで構成される第１の導電性構造体１１ａが、可動部２０の可動電極２２，２２と同電位になり、残りの部分からなり他方のパッド１３ｂが形成された第２の導電性構造体１１ｂが固定電極１２，１２と同電位になる。

第１のカバー基板２は、上述のように第１のガラス基板２００を用いており、第１のガラス基板２００の厚み方向に貫通して各パッド１３，１３それぞれを全周に亘って露出させる２つの貫通孔２０２，２０２が形成されている。ここにおいて、第１のガラス基板２００の各貫通孔２０２，２０２は、ミラー形成基板１から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなるテーパ状に形成されている。ここで、第１のカバー基板２の各貫通孔２０２，２０２は、サンドブラスト法により形成してあるが、サンドブラスト法に限定するものではなく、貫通孔２０２，２０２の形状によってはドリル加工法やエッチング法などを適宜採用してもよい。

本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、各パッド１３，１３の平面視形状を直径が０．５ｍｍの円形状としてあり、各貫通孔２０２，２０２の第１のミラー形成基板１側での開口径が０．５ｍｍよりも大きくなるようにしてあるが、各パッド１３，１３の直径は特に限定するものではなく、また、必ずしも円形状とする必要はなく、例えば、正方形状としてもよいが、貫通孔２０２，２０２の開口径を小さくするうえでは円形状の方が正方形状よりも好ましい。

ここにおいて、各パッド１３，１３の一部が厚み方向において第１のカバー基板２に重なる場合には、パッド１３，１３の厚みの影響で接合性や気密性が損なわれて製造時の歩留まり低下や、動作安定性の低下、経時安定性の低下の原因となる懸念があり、外側フレーム部１０の幅寸法（外側フレーム部１０の外側面と内側面との距離）を増大させる必要が生じてＭＥＭＳ光スキャナの小型化が制限されてしまうことが考えられる。

これに対して、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第１のカバー基板２が各パッド１３，１３と重なることができ、第１のカバー基板２と外側フレーム部１０との間にパッド１３，１３の一部が介在することもないので、第１のカバー基板２とミラー形成基板１の外側フレーム部１０との接合が各パッド１３，１３により妨げられるのを防止することができるから、パッド１３，１３の厚みの影響で接合性や気密性が損なわれるのを防止することができ、外側フレーム部１０の幅寸法を増大させずに歩留まりの向上による低コスト化を図れるとともに、動作安定性の低下、経時安定性の低下を抑制することができる。

また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、ミラー形成基板１の外側フレーム部１０と各カバー基板２，３とで囲まれる気密空間を真空（真空雰囲気）とすることで、低消費電力化を図りつつ可動部２０の機械振れ角を大きくすることが可能となるので、上記気密空間を真空雰囲気とするとともに、第２のカバー基板３におけるミラー形成基板１との対向面において外側フレーム部１０に接合される部位よりも内側の適宜部位に非蒸発型ゲッタ（図示せず）を設けてある。なお、非蒸発型ゲッタは、例えば、Ｚｒを主成分とする合金やＴｉを主成分とする合金などにより形成すればよい。

ところで、第１のガラス基板２００は、ミラー形成基板１との対向面に可動部２０の変位空間を確保する変位空間形成用凹部（以下、第１の変位空間形成用凹部と称する）２０１を有しているが、上述のように２枚のガラス板を接合して形成されており、ミラー形成基板１に近い側に配置するガラス板（以下、第１のガラス板と称する）において第１の変位空間形成用凹部２０１に対応する部位に厚み方向に貫通する開孔部を形成するとともにミラー形成基板１から遠い側に配置するガラス板（以下、第２のガラス板と称する）を平板状としてあるので、１枚のガラス基板を用いて当該ガラス基板にサンドブラスト加工などにより第１の変位空間形成用凹部２０１を形成する場合に比べて、第１の変位空間形成用凹部２０１の内底面を滑らかな表面とすることができ、第１の変位空間形成用凹部２０１の内底面での拡散反射、光拡散、散乱損失などを低減できる。

第２のカバー基板３は、第２のガラス基板３００を用いて形成されており、厚み方向の両面を平面状としてあるが、可動部２０の厚みや、半導体基板を構成するＳＯＩ基板１００の第２のシリコン層１００ｂの厚みなどによっては、第２のガラス基板３００におけるミラー形成基板１側の一表面に、可動部２０の変位空間を確保するための凹部（以下、第２の変位空間形成用凹部と称する）を形成してもよい。ここにおいて、第２のガラス基板３００の上記一表面に第２の変位空間形成用凹部を形成する場合は、例えば、サンドブラスト法などにより形成すればよい。なお、第２のカバー基板３は、光を透過させる必要がないので、第２のガラス基板３００に限らず、例えば、シリコン基板を用いて形成してもよく、この場合の第２の変位空間形成用凹部は、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成すればよい。また、第２のカバー基板３は、必ずしも設ける必要はなく、例えば、ＭＥＭＳ光スキャナを実装する実装基板に第２の変位空間形成用凹部を設けて、ミラー形成基板１の外側フレーム部１０を実装基板における第２の変位空間形成用凹部の周部に気密的に接合するようにしてもよいし、第２の変位空間形成用凹部が不要の場合にはミラー形成基板１の外側フレーム部１０を実装基板に気密的に接合するようにしてもよい。

上述の各ガラス基板２００，３００のガラス材料としては、硼珪酸ガラスであるパイレックス（登録商標）を採用しているが、硼珪酸ガラスに限らず、例えば、ソーダライムガラス、無アルカリガラス、石英ガラスなどを採用してもよい。また、本実施形態では、各カバー基板２，３の厚さを０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の範囲で設定し、第１の変位空間形成用凹部２０１の深さを０．３ｍｍ程度に設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。

ここで、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの基本的な動作について簡単に説明する。

本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、一対のパッド１３，１３を通して、対向する可動電極２２と固定電極１２との間に可動部２０を駆動するためのパルス電圧を与えることにより、可動電極２２・固定電極１２間に静電力が発生し、可動部２０がｙ軸方向の軸回りで回動する。しかして、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、可動電極２２・固定電極１２間に所定の駆動周波数のパルス電圧を印加することにより、周期的に静電力を発生させることができ、可動部２０を揺動させることができる。

ここで、上述の可動部２０は、内部応力に起因して、静止状態でも水平姿勢（ｘｙ平面に平行な姿勢）ではなく、きわめて僅かであるが傾いているので、例えば、可動電極２２・固定電極１２間にパルス電圧が印加されると、静止状態からであっても、可動部２０に略垂直な方向（ｚ軸方向）の駆動力が加わり、可動部２０が一対の捩りばね部３０，３０を回動軸として当該一対の捩りばね部３０，３０を捩りながら回動する。そして、可動電極２２・固定電極１２間の駆動力を、可動櫛歯片２２ｂと固定櫛歯片１２ｂとが完全に重なりあうような姿勢となったときに解除すると、可動部２０は、慣性力により、一対の捩りばね部３０，３０を捩りながら回動し続ける。そして、可動部２０の回動方向への慣性力と、一対の捩りばね部３０，３０の復元力とが等しくなったとき、当該回動方向への可動部２０の回動が停止する。このとき、可動電極２２・固定電極１２間に再びパルス電圧が印加されて静電力が発生すると、可動部２０は、一対の捩りばね部３０，３０の復元力と可動電極２２および固定電極１２により構成される駆動手段の駆動力により、それまでとは逆の方向への回動を開始する。可動部２０は、駆動手段の駆動力と一対の捩りばね部３０，３０の復元力とによる回動を繰り返して、一対の捩りばね部３０，３０を回動軸として揺動する。

本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、可動部２０と一対の捩りばね部３０，３０とにより構成される振動系の共振周波数の略２倍の周波数のパルス電圧を印加することにより、可動部２０が共振現象を伴って駆動され、機械振れ角（ｘｙ平面に平行な水平面を基準としたときの傾き）が大きくなる。なお、可動電極２２・固定電極１２間への電圧（駆動電圧）の印加形態や周波数は特に限定するものではなく、例えば、可動電極２２・固定電極１２間に印加する電圧を正弦波電圧としてもよい。

ところで、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナは、第１のカバー基板２を通してミラー面２１へ入射しミラー面２１で反射された光の一部を受光するフォトダイオードからなる受光素子６を備えている（なお、図１（ｂ）では、第１のカバー基板２を通してミラー面２１へ入射する光を入射光線Ｉ０として示してある）。ここにおいて、受光素子６は、ミラー面２１で反射された光のうち第１のカバー基板２を透過する主光線Ｉ１（図１（ｂ）参照）ではなく第１のカバー基板２におけるミラー面２１側の表面で反射された副光線Ｉ２（図１（ｂ）参照）を受光しミラー面２１の振れ角に応じて出力が変化するように、第１のカバー基板の前記表面側に配置してある。ここで、受光素子６は、第１のカバー基板２の上記表面においてミラー面２１の一部と対向する位置であって、入射光線Ｉ０および主光線Ｉ１を遮光しない位置に配置してある。さらに説明すれば、受光素子６は、ミラー面２１において一対の捩りばね部３０，３０を結ぶ方向（一対の捩りばね部３０，３０の並設方向）に直交する方向の両端部のうち入射光線Ｉ０が入射する側とは反対側の端部に対向する位置に配置してある。

上述の受光素子６は、第１のカバー基板２の上記表面上に形成されたｎ形アモルファスシリコン層からなるｎ形半導体領域６２と当該ｎ形半導体領域６２上に形成されたｐ形アモルファスシリコン層からなるｐ形半導体領域６１とを有しており、ｐ形半導体領域６１が受光領域を構成している。また、ｐ形半導体領域６１およびｎ形半導体領域６２は、それぞれ第１のカバー基板２の上記表面とミラー形成基板１側とは反対の外表面との間に貫設された貫通配線からなる外部接続電極６５，６６と電気的に接続されている。また、第１のカバー基板２の上記表面には、ｐ形半導体領域６１と外部接続電極６５とを電気的に接続する金属配線６４を、ｎ形半導体領域６２と絶縁するための絶縁層６３が形成されている。

以下、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの製造方法について図３を参照しながら説明するが、（ａ）〜（ｄ）は図１（ａ）のＡ−Ｃ断面に対応する部分の概略断面を示している。

まず、半導体基板であるＳＯＩ基板１００の上記一表面側に所定膜厚（例えば、５００ｎｍ）の金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜）をスパッタ法や蒸着法などにより成膜する金属膜形成工程を行い、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して金属膜をパターニングすることにより各パッド１３，１３および反射膜２１ａを形成する金属膜パターニング工程を行うことによって、図３（ａ）に示す構造を得る。なお、本実施形態では、各パッド１３，１３と反射膜２１ａとの材料および膜厚を同じに設定してあるので、各パッド１３，１３と反射膜２１ａとを同時に形成しているが、各パッド１３，１３と反射膜２１ａとの材料や膜厚が相違する場合には、各パッド１３，１３を形成するパッド形成工程と反射膜を形成する反射膜形成工程とを別々に設ければよく、パッド形成工程と反射膜形成工程との順序はどちらが先でもよい。

上述の各パッド１３，１３および反射膜２１ａを形成した後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側で、第１のシリコン層１００ａのうち可動部２０、一対の捩りばね部３０，３０、外側フレーム部１０、固定電極１２，１２、可動電極２２，２２に対応する部位を覆うようにパターニングされた第１のレジスト層１３０をマスクとして、第１のシリコン層１００ａを絶縁層１００ｃに達する深さ（第１の所定深さ）までエッチングすることにより第１のシリコン層１００ａをパターニングする第１のシリコン層パターニング工程（表面側パターニング工程）を行うことによって、図３（ｂ）に示す構造を得る。要するに、第１のシリコン層パターニング工程は、半導体基板であるＳＯＩ基板１００を上記一表面から第１の所定深さまでエッチングする表面側パターニング工程を構成している。第１のシリコン層パターニング工程での第１のシリコン層１００ａのエッチングは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のエッチング装置などの異方性の高いエッチングが可能なドライエッチング装置により行えばよい。また、第１のシリコン層パターニング工程では、絶縁層１００ｃをエッチングストッパ層として利用している。

上述の第１のシリコン層パターニング工程の後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側の第１のレジスト層１３０を除去してから、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側の全面に第２のレジスト層１３１を形成し、続いて、ＳＯＩ基板１００の他表面側で、第２のシリコン層１００ｂのうち外側フレーム部１０に対応する部位以外を露出させるようにパターニングされた第３のレジスト層１３２をマスクとして、第２のシリコン層１００ｂを絶縁層１００ｃに達する深さ（第２の所定深さ）までエッチングすることにより第２のシリコン層１００ｂをパターニングする第２のシリコン層パターニング工程を行うことによって、図３（ｃ）に示す構造を得る。要するに、第２のシリコン層パターニング工程は、半導体基板であるＳＯＩ基板１００を上記他表面から第２の所定深さまでエッチングする裏面側パターニング工程を構成している。第２のシリコン層パターニング工程での第２のシリコン層１００ｂのエッチングは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のエッチング装置などの異方性が高く垂直深堀が可能なドライエッチング装置により行えばよい。また、第２のシリコン層パターニング工程では、絶縁層１００ｃをエッチングストッパ層として利用している。

上述の第２のシリコン層パターニング工程の後、ＳＯＩ基板１００の絶縁層１００ｃにおいて外側フレーム部１０と可動部２０との間の部位、可動電極２２，２２と固定電極１２，１２との間の部位を、ＳＯＩ基板１００の上記他表面側からエッチングする絶縁層パターニング工程を行うことでミラー形成基板１を形成してから、第２のレジスト層１３１および第３のレジスト層１３２を除去し、その後、ミラー形成基板１と、第１のカバー基板２および第２のカバー基板３とを陽極接合などにより接合する接合工程を行うことによって、図３（ｄ）に示す構造のＭＥＭＳ光スキャナを得る。

ここにおいて、接合工程では、ミラー形成基板１のミラー面２１を保護する観点から、受光素子６を形成した第１のカバー基板２とミラー形成基板１とを接合する第１の接合過程を行ってから、ミラー形成基板１と第２のカバー基板３とを接合する第２の接合過程を行うことが好ましい。ここで、第１の接合過程では、先ず、第１のガラス基板２００に第１の変位空間形成用凹部２０１や各貫通孔２０２，２０２や受光素子６などを形成した第１のカバー基板２とミラー形成基板１とを重ねた積層体を、所定真空度（例えば、１０Ｐａ以下）の真空中で所定の接合温度（例えば、３００℃〜４００℃程度）に加熱した状態で、第１のシリコン層１００ａと第１のカバー基板２との間に第１のカバー基板２側を低電位側として所定電圧（例えば、４００Ｖ〜８００Ｖ程度）を印加し、この状態を所定の接合時間（例えば、２０分〜６０分程度）だけ保持すればよい。また、第２の接合過程では、上述の第１の接合過程に準じて、第２のシリコン層１００ｂと第２のカバー基板３との陽極接合を行う。なお、ミラー形成基板１と各カバー基板２，３を接合する接合方法は、陽極接合に限らず、例えば、常温接合法などでもよい。また、第１のシリコン層パターニング工程の後に、ＳＯＩ基板１００と第１のカバー基板２とを接合し、その後、第２のシリコン層パターニング工程、絶縁層パターニング工程を行うことでミラー形成基板１を形成し、その後、ミラー形成基板１と第２のカバー基板３とを接合するようにしてもよい。また、上述の受光素子６は、ＣＶＤ法などの薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術、エッチング技術などを利用してｎ形半導体領域６１およびｐ形半導体領域６２を形成すればよい。

ところで、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの製造方法では、接合工程が終了するまでの全工程をミラー形成基板１および各カバー基板２，３それぞれについてウェハレベルで行うことでＭＥＭＳ光スキャナを複数備えたウェハレベルパッケージ構造体を形成するようにし、当該ウェハレベルパッケージ構造体から個々のＭＥＭＳ光スキャナに分割する分割工程を行うようにしている。要するに、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの製造方法では、ミラー形成基板１を複数形成した第１のウェハと、第１のカバー基板２を複数形成した第２のウェハおよび第２のカバー基板３を複数形成した第３のウェハとを接合することでウェハレベルパッケージ構造体を形成し、その後、ウェハレベルパッケージ構造体からミラー形成基板１の外形サイズに分割するようにしているので、各カバー基板２，３の平面サイズをミラー形成基板１の外形サイズに合わせることができるから、受光素子６を備えた小型のＭＥＭＳ光スキャナセンサを簡易なプロセスで製造することができ、また、量産性を高めることができる。また、分割工程のダイシング時にミラー形成基板１が純水の水圧によって破損するのを防止することもできる。

以上説明した本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、受光素子６が、ミラー面２１で反射された光のうち第１のカバー基板２を透過する主光線Ｉ１ではなく第１のカバー基板２におけるミラー面２１側の上記表面で反射された副光線Ｉ２を受光しミラー面２１の振れ角に応じて出力が変化するように、第１のカバー基板２の上記表面側に配置してあるので、ミラー面２１の振れ角に応じて出力が変化するように配置された受光素子６を備えた構成の採用による小型化を図ながらも、ミラー面２１において入射光線（光ビーム）Ｉ０を入射させる位置が制限されたりミラー面２１の振れ角が制限されるのを防止することが可能となり、その上、受光素子６に光を導くための構造を別途に設ける必要がないので、図１０に示した従来構成のように受光素子６’に光を導くために可動部２０’に光を透過させるための中空部分２０ｄ’を設けた構成に比べて光損失を低減でき、光利用効率を高めることが可能となる。また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、外側フレーム部１０と第１のカバー基板２と第２のカバー基板３とで囲まれた空間が真空雰囲気であることにより、駆動電圧の低電圧化を図りながらもミラー面２１の振れ角を大きくすることができ、しかも、ミラー面２１の酸化を防止できるから、ミラー面２１の材料の選択肢が多くなるとともに、ミラー面２１の反射特性の経時変化を抑制することができる。また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナにおいて、外側フレーム部１０と第１のカバー基板２と第２のカバー基板３とで囲まれた空間を不活性ガス雰囲気（例えば、ドライ窒素ガス雰囲気など）としてもよく、この場合も、ミラー面２１の酸化を防止できるから、ミラー面２１の材料の選択肢が多くなるとともに、ミラー面２１の反射特性の経時変化を抑制することができる。

また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第１のカバー基板２および第２のカバー基板３がミラー形成基板１と同じ外形寸法に形成されているので、第１のカバー基板２および第２のカバー基板３の外形寸法がミラー形成基板１の外形寸法よりも大きい場合に比べて小型化を図れ、しかも、ミラー形成基板１が複数形成された第１のウェハと、第１のカバー基板２が複数形成された第２のウェハおよび第２のカバー基板３が複数形成された第３のウェハとを接合したウェハレベルパッケージ構造体を形成してから、個々のＭＥＭＳ光スキャナに分割する製造プロセスを採用することができて低コスト化を図れ、その上、ミラー面２１と受光素子６との相対的な位置精度を高めることができる。

ところで、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、受光素子６の受光ピーク波長を、ミラー面２１で反射させるスキャン対象の光（入射光線Ｉ０）の波長や波長帯に応じて設定しておけば、受光素子６が波長選択性を有することとなり、外乱光の影響による感度の低下を抑制することが可能となる。ここで、受光素子６の受光ピーク波長を調整するには、例えば、製造時に、受光領域であるｐ形半導体領域６１の不純物濃度を変えることで受光ピーク波長を変えるか、あるいは、ｐ形半導体領域６１の受光面側にカラーフィルタなどの波長選択フィルタを形成すればよい。

また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、ＳＯＩ基板１００の第１のシリコン層１００ａにより各捩りばね部３０，３０を形成してあるので、半導体基板としてシリコン基板を用いる場合に比べて各捩りばね部３０，３０の厚み寸法の精度を高めることができ、可動部２０と一対の捩りばね部３０，３０とで構成される振動系の共振周波数の精度を高めることができる。

（実施形態２）
本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの基本構成は実施形態１と略同じであり、図４に示すように、受光素子６が、ミラー面２１で反射された光のうち第１のカバー基板２を透過する主光線Ｉ１ではなく第１のカバー基板２におけるミラー面２１側の表面で反射された副光線Ｉ２を受光しミラー面２１の振れ角に応じて出力が変化するように、ミラー形成基板１の一表面側における可動部２０以外の部位である外側フレーム部１０に配置してある点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態における受光素子６は、ＳＯＩ基板１００の第１のシリコン層１０１ａによりｎ形半導体領域６２を構成してあり、第１のシリコン層１０１ａの表面側にｐ形不純物をイオン注入法や熱拡散法などによりドーピングすることにより受光領域であるｐ形半導体領域６１を形成してある。ここで、受光素子６は、ミラー形成基板１において、入射光線Ｉ０および主光線Ｉ１を遮光しない位置に配置してある。さらに説明すれば、受光素子６は、外側フレーム部１０であって、可動部２０において一対の捩りばね部３０，３０を結ぶ方向（一対の捩りばね部３０，３０の並設方向）に直交する方向の両端部のうち入射光線Ｉ０が入射する側とは反対側の端部に対向する部位に配置してある。

なお、本実施形態では、ｎ形半導体領域６２に電気的に接続される外部接続電極６６を、第１のシリコン層１０１ａの側面に形成してあるが、当該外部接続電極６６を設けずに、固定電極１２に電気的に接続されたパッド１３を受光素子６のｎ形半導体領域６２用の外部接続電極に兼用してもよい。

受光素子６の受光ピーク波長を調整するには、実施形態１と同様、例えば、製造時に、受光領域であるｐ形半導体領域６１の不純物濃度を変えることで受光ピーク波長を変えるか、あるいは、ｐ形半導体領域６１の受光面側にカラーフィルタなどの波長選択フィルタを形成すればよい。なお、本実施形態では、ｐ形半導体領域６１の不純物濃度を変化させることで、受光ピーク波長を５６０ｎｍ〜９２０ｎｍの範囲で調整することが可能である。

以上説明した本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、実施形態１と同様、外側フレーム部１０と第１のカバー基板２と第２のカバー基板３とで囲まれた空間が真空雰囲気であることにより、駆動電圧の低電圧化を図りながらもミラー面２１の振れ角を大きくすることができ、しかも、受光素子６が、ミラー面２１で反射された光のうち第１のカバー基板２を透過する主光線Ｉ１ではなく第１のカバー基板２におけるミラー面２１側の上記表面で反射された副光線Ｉ２を受光しミラー面２１の振れ角に応じて出力が変化するように、ミラー形成基板１の上記一表面側における可動部２０以外の部位に配置してあるので、ミラー面２１の振れ角に応じて出力が変化するように配置された受光素子６を備えた構成の採用による小型化を図ながらも、ミラー面２１において入射光線（光ビーム）Ｉ０を入射させる位置が制限されたりミラー面２１の振れ角が制限されるのを防止することが可能となり、その上、受光素子６に光を導くための構造を別途に設ける必要がないので、図１０に示した従来構成のように受光素子６’に光を導くために可動部２０’に光を透過させるための中空部分２０ｄ’を設けた構成に比べて光損失を低減でき、光利用効率を高めることが可能となる。なお、本実施形態においても、実施形態１と同様に、外側フレーム部１０と第１のカバー基板２と第２のカバー基板３とで囲まれた空間を不活性ガス雰囲気としてもよいし、第２のカバー基板３を設けないようにしてもよい。

（実施形態３）
本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの基本構成は実施形態１と略同じであって、図５および図６に示すように、可動部２０および第２のカバー基板３などの構造が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。

本実施形態では、可動部２０が、外側フレーム部１０に一対の捩りばね部３０，３０（以下、第１の捩りばね部３０，３０と称する）を介して揺動自在に支持された枠状（ここでは、矩形枠状）の可動フレーム部２３と、可動フレーム部２３の内側に配置されミラー面２１が設けられた平面視矩形状のミラー部２４と、可動フレーム部２３の内側でミラー部２４を挟む形で配置され可動フレーム部２３とミラー部２４とを連結し捩れ変形が可能な一対の捩りばね部２５，２５（以下、第２の捩りばね部２５，２５と称する）とを有している。

第２の捩りばね部２５，２５は、第１の捩りばね部３０，３０の並設方向（ｙ軸方向）とは直交する方向（ｘ軸方向）に並設されている。要するに、可動部２０は、一対の第２の捩りばね部２５，２５がｘ軸方向に並設されており、ミラー部２４が、可動フレーム部２３に対して一対の第２の捩りばね部２５，２５の回りで変位可能となっている（ｘ軸方向の軸回りで回動可能となっている）。つまり、一対の第２の捩りばね部２５，２５は、可動フレーム部２３に対してミラー部２４が揺動自在となるように可動フレーム部２３とミラー部２４とを連結している。言い換えれば、可動フレーム部２３の内側に配置されるミラー部２４は、ミラー部２４から相反する２方向へ連続一体に延長された２つの第２の捩りばね部２５，２５を介して可動フレーム部２３に揺動自在に支持されている。ここで、一対の第２の捩りばね部２５，２５は、両者のｘ軸方向に沿った中心線同士を結ぶ直線が、平面視でミラー部２４の重心を通るように形成されている。なお、各第２の捩りばね部２５，２５は、厚み寸法（ｚ軸方向の寸法）を３０μｍ、幅寸法（ｙ軸方向の寸法）を、３０μｍに設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。また、ミラー部２４およびミラー面２１の平面視形状は、矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。また、可動フレーム部２３の内周形状も矩形状に限らず、例えば、円形状でもよい。

上述の説明から分かるように、ミラー部２４は、一対の第１の捩りばね部３０，３０の軸回りの回動と、一対の第２の捩りばね部２５，２５の軸回りの回動とが可能である。要するに、ミラー部２４のミラー面２１が、２次元的に回動可能に構成されている。ここにおいて、可動部２０は、可動フレーム部２３における第１のカバー基板２側とは反対側に一体に設けられ可動フレーム部２３を支持する枠状の支持体２９を備えており、当該支持体２９が可動フレーム部２３と一体に回動可能となっている。

そこで、第２のカバー基板３は、第２のガラス基板３００におけるミラー形成基板１側の上記一表面に、可動部２０の変位空間を確保するための第２の変位空間形成用凹部３０１を形成してある。

また、本実施形態では、外側フレーム部１０に、３つのパッド１３，１３，１３が平面視において一直線上に並ぶように略等間隔で並設されており、第１のカバー基板２に、各パッド１３，１３，１３それぞれを各別に露出させる３つのテーパ状の貫通孔２０２，２０２，２０２が貫設されている。

また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナにおけるミラー形成基板１は、実施形態１と同様、可動部２０において一対の第１の捩りばね部３０，３０を結ぶ方向（一対の第１の捩りばね部３０，３０の並設方向）に直交する方向（つまり、ｘ軸方向）の両側に形成された櫛形状の可動電極２２，２２（以下、第１の可動電極２２，２２と称する）と、外側フレーム部１０に形成され第１の可動電極２２，２２の複数の可動櫛歯片２２ｂに対向する複数の固定櫛歯片１２ｂを有する櫛形状の固定電極１２，１２（以下、第１の固定電極１２，１２と称する）とを備えているだけでなく、さらに、ミラー部２４において一対の第２の捩りばね部２５，２５を結ぶ方向（一対の第２の捩りばね部２５，２５の並設方向）に直交する方向（つまり、ｙ軸方向）の両側に形成された櫛形状の第２の可動電極２７，２７と、可動フレーム部２３に形成され第２の可動電極２７，２７の複数の可動櫛歯片２７ｂに対向する複数の固定櫛歯片２６ｂを有する櫛形状の第２の固定電極２６，２６とを備えており、第１の可動電極２２，２２と第１の固定電極１２，１２との組、第２の可動電極２７，２７と第２の固定電極２６，２６との組、それぞれが静電力により可動部２０を駆動する静電駆動式の駆動手段を構成している。

上述の第２の固定電極２６，２６は、平面視形状が櫛形状であり、櫛骨部２６ａが可動フレーム部２３の一部により構成されており、櫛骨部２６ａにおけるミラー部２４との対向面（可動フレーム部２３におけるｘ軸方向に沿った内側面）には多数の固定櫛歯片２６ｂが一対の第２の捩りばね部２５，２５の並設方向に沿って列設されている。一方、第２の可動電極２７，２７はミラー部２４の一部により構成されており、第２の固定電極２６，２６の櫛骨部２６ａ，２６ａ側の側面（ミラー部２４におけるｘ軸方向に沿った側面）には、固定櫛歯片２６ｂにそれぞれ対向する多数の可動櫛歯片２７ｂが上記並設方向に列設されている。ここで、櫛形状の第２の固定電極２６と櫛形状の第２の可動電極２７とは、櫛骨部２６ａ，２７ａが互いに対向し、第２の固定電極２６の各固定櫛歯片２６ｂが第２の可動電極２７の櫛溝に入り組んでおり、固定櫛歯片２６ｂと可動櫛歯片２７ｂとが、ｘ軸方向において互いに離間しており、第２の固定電極２６と第２の可動電極２２との間に電圧が印加されることにより、第２の固定電極２６と第２の可動電極２７との間に互いに引き合う方向に作用する静電力が発生する。なお、ｘ軸方向における固定櫛歯片２６ｂと可動櫛歯片２７ｂとの間の隙間は、例えば、２μｍ〜５μｍ程度の範囲で適宜設定すればよい。

ミラー形成基板１は、外側フレーム部１０において第１のシリコン層１００ａにより形成された部位に複数のスリット１０ａ，１０ａ，１０ａを形成するとともに、可動部２０の可動フレーム部２３において第１のシリコン層１００ａにより形成された部位に複数のスリット２０ａ，２０ａ，２０ａ，２０ａを形成することにより、３つのパッド１３，１３，１３のうち図５における真ん中のパッド１３（１３ｂ）が第１の固定電極１２，１２と電気的に接続されて同電位となり、右側のパッド１３（１３ａ）が第１の可動電極２２，２２および第２の可動電極２６，２６と電気的に接続されて同電位となり、左側のパッド１３（１３ｃ）がミラー部２４の第２の可動電極２７，２７と電気的に接続されて同電位となっている。

ここで、外側フレーム部１０の複数のスリット１０ａ，１０ａ，１０ａは絶縁層１００ｃに達する深さで形成されている。本実施形態においても、実施形態１と同様、各スリット１０ａ，１０ａ，１０ａをトレンチとし、各スリット１０ａ，１０ａ，１０ａの平面視形状を外側フレーム部１０の外側面側に開放されない形状とすることで、外側フレーム部１０にスリット１０ａ，１０ａ，１０ａを形成した構造を採用しながらも、外側フレーム部１０と第１のカバー基板２との接合性が低下するのを防止し、外側フレーム部１０と各カバー基板２，３とで囲まれる空間の気密性を確保している。

また、可動部２０における可動フレーム部２３の各スリット２０ａ，２０ａ，２０ａ，２０ａは、トレンチとしてあり、ＳＯＩ基板１００の絶縁層１００ｃの一部と第２のシリコン層１００ｂの一部とで構成される上述の支持体２９における絶縁層１００ｃに達する深さに形成してある。要するに、本実施形態では、可動フレーム部２３に複数のスリット２０ａ，２０ａ，２０ａ，２０ａを形成した構成を採用しながらも支持体２９により可動フレーム部２３を支持しているので、可動フレーム部２３と支持体２９とが、一対の第１の捩りばね部３０，３０の軸回りで一体に回動可能となっている。ここにおいて、支持体２９は、可動フレーム部２３のうち各固定櫛歯片２６ｂおよび各可動櫛歯片２２ｂを除く部位を覆う枠状（矩形枠状）に形成されている（図６参照）。また、可動フレーム部２３の複数のトレンチ２０ａ，２０ａ，２０ａ，２０ａは、支持体２９を含めた可動部２０の重心が、平面視において一対の第１の捩りばね部３０，３０のｙ軸方向に沿った中心線を結ぶ直線の略真ん中に位置するように形状設計してある。しかして、可動部２０が一対の第１の捩りばね部３０，３０の軸回りでスムーズに揺動し、反射光のスキャンが適正に行われる。なお、本実施形態では、支持体２９において第２のシリコン層１００ｂにより構成される部位の厚さを外側フレーム部１０において第２のシリコン層１００ｂにより構成される部位と同じ厚さに設定してあるが、同じに限らず、厚くしてもよいし薄くしてもよい。

本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、例えば、第１の可動電極２２および第２の固定電極２６が電気的に接続されたパッド１３ａの電位を基準電位として、第１の固定電極１２および第２の可動電極２７それぞれの電位を周期的に変化させることにより、可動部２０を一対の第１の捩りばね部３０，３０の軸回りで回動させることができるとともに、ミラー部２４を一対の第２の捩りばね部２５，２５の軸回りで回動させることができる。要するに、一対のパッド１３ｂ，１３ａを通して、対向する第１の固定電極１２と可動電極２２との間に可動部２０を駆動するためのパルス電圧を与えることにより、第１の固定電極１２・第１の可動電極２２間に静電力が発生し、可動部２０がｙ軸方向の軸回りで回動し、また、一対のパッド１３ａ，１３ｃを通して、対向する第２の固定電極２６と第２の可動電極２７との間にミラー部２４を駆動するためのパルス電圧を与えることにより、第２の固定電極２６・第２の可動電極２７間に静電力が発生し、ミラー部２４がｘ軸方向の軸回りで回動する。しかして、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第１の固定電極１２・第１の可動電極２２間に所定の第１の駆動周波数のパルス電圧を印加することにより、周期的に静電力を発生させることができ、可動部２０全体を揺動させることができ、さらに、第２の固定電極２６・第２の可動電極２７間に所定の第２の駆動周波数のパルス電圧を印加することにより、周期的に静電力を発生させることができ、可動部２０のミラー部２４を揺動させることができる。なお、本実施形態におけるミラー形成基板１は、外側フレーム部１０と第１のカバー基板２とで囲まれた空間側において、第１のシリコン層１００ａの反射膜２１ａが形成されていない部位の表面に、シリコン酸化膜１１１ａ（図７（ｆ）参照）が形成されている。

本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第１の固定電極１２・第１の可動電極２２間に、可動部２０と一対の第１の捩りばね部３０，３０とにより構成される振動系の共振周波数の略２倍の周波数のパルス電圧を印加することにより、可動部２０が共振現象を伴って駆動され、機械振れ角（ｘｙ平面に平行な水平面を基準としたときの傾き）が大きくなる。また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、第２の固定電極２６・第２の可動電極２７間に、ミラー部２４と一対の第２の捩りばね部２５，２５とにより構成される振動系の共振周波数の略２倍の周波数のパルス電圧を印加することにより、ミラー部２４が共振現象を伴って駆動され、機械振れ角（可動フレーム部２３における第１のカバー基板２側の表面に平行な面を基準としたときの傾き）が大きくなる。

ところで、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、上述のように、ミラー面２１が設けられたミラー部２４が、一対の第１の捩りばね部３０，３０の軸回りの回動と、一対の第２の捩りばね部２５，２５の軸回りの回動とが可能であるから、各軸回りの回動それぞれでのミラー面２１の振れ角を各別に検知可能とするために、受光素子６を２つ設けてある。ここにおいて、図５では、一対の第１の捩りばね部３０，３０の軸回りの回動に伴うミラー面２１の振れ角を検知するために配置された受光素子６の符号に「ａ」を付加し、一対の第２の捩りばね部２５，２５の軸回りの回動に伴うミラー面２１の振れ角を検知するために配置された受光素子６の符号に「ｂ」を付加してある。

以下、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの製造方法について図７を参照しながら説明するが、（ａ）〜（ｄ）は図５のＡ−Ｂ断面に対応する部分の概略断面を示している。

まず、半導体基板であるＳＯＩ基板１００の上記一表面側および上記他表面側それぞれに熱酸化法などによりシリコン酸化膜１１１ａ，１１１ｂを形成する酸化膜形成工程を行うことによって、図７（ａ）に示す構造を得る。

その後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側のシリコン酸化膜１１１ａのうち可動部２０において反射膜２１ａの形成予定領域以外の部分、第１の捩りばね部３０，３０などに対応する部位などが残るようにフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第１のシリコン層１００ａをパターニングする第１のシリコン層パターニング工程を行うことによって、図７（ｂ）に示す構造を得る。

その後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側に所定膜厚（例えば、５００ｎｍ）の金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜）をスパッタ法や蒸着法などにより成膜する金属膜形成工程を行い、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して金属膜をパターニングすることにより各パッド１３，１３，１３および反射膜２１ａを形成する金属膜パターニング工程を行うことによって、図７（ｃ）に示す構造を得る。なお、本実施形態では、各パッド１３，１３と反射膜２１ａとの材料および膜厚を同じに設定してあるので、各パッド１３，１３と反射膜２１ａとを同時に形成しているが、各パッド１３，１３，１３と反射膜２１ａとの材料や膜厚が相違する場合には、各パッド１３，１３，１３を形成するパッド形成工程と反射膜を形成する反射膜形成工程とを別々に設ければよい。

上述の各パッド１３，１３，１３および反射膜２１ａを形成した後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側で、第１のシリコン層１００ａのうち可動フレーム部２３、ミラー部２４、一対の第１の捩りばね部３０，３０、一対の第２の捩りばね部２５，２５、外側フレーム部１０、第１の固定電極１２，１２、第２の可動電極２２，２２、第２の固定電極２６，２６、第２の可動電極２７，２７に対応する部位を覆うようにパターニングされた第１のレジスト層１３０をマスクとして、第１のシリコン層１００ａを絶縁層１００ｃに達する深さ（第１の所定深さ）までエッチングすることにより第１のシリコン層１００ａをパターニングする第１のシリコン層パターニング工程（表面側パターニング工程）を行うことによって、図７（ｄ）に示す構造を得る。第１のシリコン層パターニング工程での第１のシリコン層１００ａのエッチングは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のエッチング装置などの異方性の高いエッチングが可能なドライエッチング装置により行えばよい。また、第１のシリコン層パターニング工程では、絶縁層１００ｃをエッチングストッパ層として利用している。

上述の第１のシリコン層パターニング工程の後、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側の第１のレジスト層１３０を除去してから、ＳＯＩ基板１００の上記一表面側の全面に第２のレジスト層１３１を形成し、続いて、ＳＯＩ基板１００の他表面側で、第２のシリコン層１００ｂのうち外側フレーム部１０、支持体２９に対応する部位以外を露出させるようにパターニングされた第３のレジスト層１３２をマスクとして、第２のシリコン層１００ｂを絶縁層１００ｃに達する深さ（第２の所定深さ）までエッチングすることにより第２のシリコン層１００ｂをパターニングする第２のシリコン層パターニング工程を行うことによって、図７（ｅ）に示す構造を得る。第２のシリコン層パターニング工程での第２のシリコン層１００ｂのエッチングは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のエッチング装置などの異方性が高く垂直深堀が可能なドライエッチング装置により行えばよい。また、第２のシリコン層パターニング工程では、絶縁層１００ｃをエッチングストッパ層として利用している。

上述の第２のシリコン層パターニング工程の後、ＳＯＩ基板１００の絶縁層１００ｃの不要部分をＳＯＩ基板１００の上記他表面側からエッチングする絶縁層パターニング工程を行うことでミラー形成基板１を形成し、続いて、第２のレジスト層１３１および第３のレジスト層１３２を除去し、その後、ミラー形成基板１と、第１のカバー基板２および第２のカバー基板３とを陽極接合などにより接合する接合工程を行うことによって、図７（ｆ）に示す構造のＭＥＭＳ光スキャナを得る。ここにおいて、接合工程では、ミラー形成基板１のミラー面２１を保護する観点から、各受光素子６ａ，６ｂなどを形成した第１のカバー基板２とミラー形成基板１とを接合する第１の接合過程を行ってから、ミラー形成基板１と第２のカバー基板３とを接合する第２の接合過程を行うことが好ましい。なお、第１のシリコン層パターニング工程の後に、ＳＯＩ基板１００と第１のカバー基板２とを接合し、その後、第２のシリコン層パターニング工程、絶縁層パターニング工程を行うことでミラー形成基板１を形成し、その後、ミラー形成基板１と第２のカバー基板３とを接合するようにしてもよい。

ところで、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの製造方法では、接合工程が終了するまでの全工程をミラー形成基板１および各カバー基板２，３それぞれについてウェハレベルで行うことでＭＥＭＳ光スキャナを複数備えたウェハレベルパッケージ構造体を形成するようにし、当該ウェハレベルパッケージ構造体から個々のＭＥＭＳ光スキャナに分割する分割工程を行うようにしている。要するに、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナの製造方法では、ミラー形成基板１を複数形成した第１のウェハと、第１のカバー基板２を複数形成した第２のウェハおよび第２のカバー基板３を複数形成した第３のウェハとを接合することでウェハレベルパッケージ構造体を形成し、その後、ウェハレベルパッケージ構造体からミラー形成基板１の外形サイズに分割するようにしているので、各カバー基板２，３の平面サイズをミラー形成基板１の外形サイズに合わせることができるから、受光素子６ａ，６ｂを備えた小型のＭＥＭＳ光スキャナを簡易なプロセスで製造することができ、また、量産性を高めることができる。

以上説明した本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナでは、実施形態１と同様、外側フレーム部１０と第１のカバー基板２と第２のカバー基板３とで囲まれた空間が真空雰囲気であることにより、駆動電圧の低電圧化を図りながらもミラー面２１の振れ角を大きくすることができ、しかも、受光素子６ａ，６ｂが、ミラー面２１で反射された光のうち第１のカバー基板２を透過する主光線ではなく第１のカバー基板２におけるミラー面２１側の上記表面で反射された副光線を受光しミラー面２１の振れ角に応じて出力が変化するように、第１のカバー基板２の上記表面側に配置してあるので、ミラー面２１の振れ角に応じて出力が変化するように配置された受光素子６ａ，６ｂを備えた構成の採用による小型化を図ながらも、ミラー面２１において入射光線（光ビーム）を入射させる位置が制限されたりミラー面２１の振れ角が制限されるのを防止することが可能となり、その上、受光素子６ａ，６ｂに光を導くための構造を別途に設ける必要がないので、図１０に示した従来構成のように受光素子６’に光を導くために可動部２０’に光を透過させるための中空部分２０ｄ’を設けた構成に比べて光損失を低減でき、光利用効率を高めることが可能となる。なお、本実施形態においても、実施形態１と同様に、外側フレーム部１０と第１のカバー基板２と第２のカバー基板３とで囲まれた空間を不活性ガス雰囲気としてもよいし、第２のカバー基板３を設けずに、ＭＥＭＳ光スキャナを実装する実装基板に第２の変位空間形成用凹部３０１に相当する凹部を設けるようにしてもよい。

また、本実施形態のＭＥＭＳ光スキャナにおいて、各パッド１３それぞれの代わりに、例えば、図８に示すように、第１のカバー基板２の外表面とミラー形成基板１における外側フレーム部１０の表面と貫通孔２０２の内側面とに跨って形成された貫通配線２１３を外部接続電極として形成してもよく、他の実施形態において同様の外部接続電極を採用してもよい。

なお、上記各実施形態では、受光素子６としてフォトダイオードを採用しているが、受光素子６は、フォトダイオードに限らず、ＰＳＤのような半導体位置検出素子（光位置センサ）を採用してもよい。また、受光素子６のフォトダイオードはフォトダイオードアレイを採用してもよい。

１ ミラー形成基板
２ 第１のカバー基板
３ 第２のカバー基板
６ 受光素子
１３ パッド
２０ 可動部
２１ ミラー面
３０ 捩りばね部
１００ ＳＯＩ基板（半導体基板）
２００ 第１のガラス基板
２０２ 貫通孔
３００ 第２のガラス基板
Ｉ０ 入射光線
Ｉ１ 主光線
Ｉ２ 副光線

Claims (6)

1. 半導体基板を用いて形成され、外側フレーム部、外側フレーム部の内側に配置されミラー面が設けられた可動部、および外側フレーム部の内側で可動部を挟む形で配置され外側フレーム部と可動部とを連結し捩れ変形が可能な一対の捩りばね部を有するミラー形成基板と、ミラー形成基板においてミラー面が設けられた一表面側に接合されたガラス基板からなるカバー基板と、可動部を駆動する駆動手段と、カバー基板を通してミラー面へ入射しミラー面で反射された光の一部を受光する受光素子とを備え、受光素子は、ミラー面で反射された光のうちカバー基板を透過する主光線ではなくカバー基板におけるミラー面側の表面で反射された副光線を受光しミラー面の振れ角に応じて出力が変化するように、カバー基板の前記表面側もしくはミラー形成基板の前記一表面側における可動部以外の部位に配置してあることを特徴とするＭＥＭＳ光スキャナ。
2. 前記ミラー形成基板の前記一表面側に接合された前記カバー基板である第１のカバー基板とは別に、前記ミラー形成基板の他表面側に接合された第２のカバー基板を備え、前記外側フレーム部と前記第１のカバー基板と前記第２のカバー基板とで囲まれた空間が真空雰囲気であることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳ光スキャナ。
3. 前記ミラー形成基板の前記一表面側に接合された前記カバー基板である第１のカバー基板とは別に、前記ミラー形成基板の他表面側に接合された第２のカバー基板を備え、前記外側フレーム部と前記第１のカバー基板と前記第２のカバー基板とで囲まれた空間が不活性ガス雰囲気であることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳ光スキャナ。
4. 前記第１のカバー基板および前記第２のカバー基板が前記ミラー形成基板と同じ外形寸法に形成されてなることを特徴とする請求項２または請求項３記載のＭＥＭＳ光スキャナ。
5. 前記ミラー形成基板は、前記一表面側において前記外側フレーム部に形成され前記駆動手段に接続された複数のパッドを備え、前記第１のカバー基板は、各パッドそれぞれを全周に亘って露出させる複数の貫通孔が形成されてなることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ光スキャナ。
6. 前記受光素子は、前記ミラー面で反射させるスキャン対象の光の波長に応じて受光ピーク波長が設定されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ光スキャナ。

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