JP2011112806A - Mems optical scanner and method of manufacturing the same - Google Patents

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Kiyohiko Kono
清彦 河野
Hiroaki Tachibana
宏明 橘
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a micro electromechanical system (MEMS) optical scanner which is inexpensive, has high reliability and suppresses unnecessary reflection of light; and to provide a method of manufacturing the MEMS optical scanner. <P>SOLUTION: The MEMS optical scanner includes: a mirror forming substrate 1 which is formed by using a silicon-on-insulator (SOI) substrate (semiconductor substrate) 100 and has an outside frame part 10, a movable part 20 provided with a mirror face 21 and a pair of torsion spring parts 30, 30; a first cover substrate 2 which is formed by using a first glass substrate 200 and connected to one surface side of the mirror forming substrate 1; and a second cover substrate 3 connected to the other surface side of the mirror forming substrate 1. The first cover substrate 2 and the second cover substrate 3 are formed in the same overall dimensions as the overall dimensions of the mirror forming substrate 1, and the first cover substrate 2 has, on the outer surface side opposite to the mirror forming substrate 1, a fine cyclic structure 6 which is formed of a translucent resin or a low melting point glass and suppresses light reflection. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、MEMS光スキャナおよびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a MEMS optical scanner and a manufacturing method thereof.

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、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。   In recent years, as a kind of MEMS (micro electro mechanical systems) device formed using micromachining technology or the like, a movable portion formed using micromachining technology or the like and provided with a mirror surface for reflecting light; A MEMS optical scanner that includes a driving unit that drives a movable portion and scans light incident on a mirror surface has been researched and developed in various places (for example, see Patent Document 1). Note that this type of MEMS optical scanner is considered to be applied to various optical devices such as a laser projector, a laser beam printer, a barcode reader, an endoscope, and a distance image sensor.

ここにおいて、上記特許文献1には、図8に示すように、半導体基板として第1のシリコン基板101a’と第2のシリコン基板101b’とを絶縁層(SiO層)101c’を介して張り合わせたSOI(Silicon on Insulator)基板100’を用いて形成され一表面側にミラー面(図示せず)が設けられたミラー形成基板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’の上記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’とを備えたMEMS光スキャナが提案されている。 Here, in the above-mentioned Patent Document 1, as shown in FIG. 8, a first silicon substrate 101a ′ and a second silicon substrate 101b ′ are bonded as semiconductor substrates via an insulating layer (SiO 2 layer) 101c ′. A mirror-formed substrate 1 ′ formed using a SOI (Silicon on Insulator) substrate 100 ′ and having a mirror surface (not shown) on one surface side, and a mirror formed using a first glass substrate 200 ′. A first cover substrate 2 ′ bonded to the one surface side of the formation substrate 1 ′ and a second glass substrate 300 ′ formed using the second glass substrate 300 ′ and bonded to the other surface side of the mirror formation substrate 1 ′. A MEMS optical scanner including a cover substrate 3 ′ has been proposed.

上述のミラー形成基板1’は、矩形枠状の外側フレーム部10’と、外側フレーム部10’の内側に配置され上記ミラー面が設けられた矩形板状の可動部20’と、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’とを備えている。また、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’を結ぶ方向に直交する方向の両側に形成された櫛形状の可動電極22’,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’,22b’に対向する複数の固定櫛歯片12b’,12b’を有する櫛形状の固定電極12’,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、上述のSOI基板100’は、第2のシリコン基板101b’の厚さを500μm程度とし、第1のシリコン基板101a’の厚さを100μm以下としてある。   The mirror forming substrate 1 ′ includes a rectangular frame-shaped outer frame portion 10 ′, a rectangular plate-shaped movable portion 20 ′ provided inside the outer frame portion 10 ′ and provided with the mirror surface, and an outer frame portion. A pair of torsion springs 30 'and 30' are arranged so as to sandwich the movable part 20 'inside 10' and connect the outer frame part 10 'and the movable part 20' to allow torsional deformation. Further, the mirror forming substrate 1 ′ includes comb-shaped movable electrodes 22 ′ and 22 ′ formed on both sides in a direction orthogonal to a direction connecting the pair of torsion spring portions 30 ′ and 30 ′ in the movable portion 20 ′, and an outer side. Comb-shaped fixed electrodes 12 ′, 12 ′ having a plurality of fixed comb teeth 12b ′, 12b ′ opposed to the plurality of movable comb teeth 22b ′, 22b ′ of the movable electrode 22 ′ formed on the frame portion 10 ′; And an electrostatic drive means for driving the movable portion 20 ′ by electrostatic force. In the above-described SOI substrate 100 ′, the thickness of the second silicon substrate 101 b ′ is about 500 μm, and the thickness of the first silicon substrate 101 a ′ is 100 μm or less.

また、図8に示した構成のMEMS光スキャナは、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’側の表面に、可動部20’の変位空間を確保する変位空間形成用凹部301’が形成されており、第1のカバー基板2’と外側フレーム部10’と第2のカバー基板3’とで囲まれた気密空間を真空としてあるので、駆動電圧の低電圧化を図りながらも必要な振れ角を確保することが可能となる。   Further, in the MEMS optical scanner having the configuration shown in FIG. 8, the second cover substrate 3 ′ secures a displacement space of the movable portion 20 ′ on the surface of the second glass substrate 300 ′ on the mirror forming substrate 1 ′ side. The displacement space forming recess 301 ′ is formed, and the airtight space surrounded by the first cover substrate 2 ′, the outer frame portion 10 ′, and the second cover substrate 3 ′ is evacuated. It is possible to secure a necessary deflection angle while reducing the voltage.

ところで、図8に示した構成のMEMS光スキャナでは、別置の光源(例えば、レーザ光源など)から出射され第1のカバー基板2’におけるミラー形成基板1’側とは反対の外表面に入射した光のうち、第1のカバー基板2’を透過してミラー形成基板1’の上記ミラー面で反射されて第1のカバー基板2’の上記外表面から出射する所望の光と、第1のカバー基板2’の上記外表面で反射された不要な光との進行方向が揃ってしまうことがあり、例えば、レーザプロジェクタに応用した場合、スクリーン上に不要な輝点が生じてしまう。   Incidentally, in the MEMS optical scanner having the configuration shown in FIG. 8, the light is emitted from a separate light source (for example, a laser light source) and is incident on the outer surface of the first cover substrate 2 ′ opposite to the mirror forming substrate 1 ′ side. Of the received light, the first light transmitted through the first cover substrate 2 ′, reflected by the mirror surface of the mirror forming substrate 1 ′, and emitted from the outer surface of the first cover substrate 2 ′; The traveling direction with the unnecessary light reflected by the outer surface of the cover substrate 2 'may be aligned. For example, when applied to a laser projector, an unnecessary bright spot is generated on the screen.

また、従来から、光学素子などの分野において、入射する光の波長よりも周期の小さな微細周期構造を設けることで光の反射(フレネル反射)を抑制して透過率を高める技術が知られている(例えば、特許文献2,3参照)。   Further, conventionally, in the field of optical elements and the like, there has been known a technique for suppressing light reflection (Fresnel reflection) and increasing transmittance by providing a fine periodic structure having a period smaller than the wavelength of incident light. (For example, see Patent Documents 2 and 3).

特開2004−109651号公報JP 2004-109651 A 特開2004−219626号公報JP 2004-219626 A 特開2002−182003号公報JP 2002-182003 A

そこで、図8に示した構成のMEMS光スキャナにおいて、第1のカバー基板2’として、第1のガラス基板200’におけるミラー形成基板1’側とは反対の表面側に微細凹凸構造を形成したものを用いることが考えられるが、ミラー形成基板1’と第1のカバー基板2’とを陽極接合などにより接合する際の荷重に起因して微細周期構造に傷がついて光学特性(反射防止性能)が低下し、歩留まりの低下によるコストアップの原因となってしまう。また、ミラー形成基板1’と第1のカバー基板2’とを接合した後で、ダイシングを行うような場合、微細周期構造に微細粉(シリコンやガラスの粉)が付着して微細周期構造の光学特性に影響を与えることが考えられる。   Therefore, in the MEMS optical scanner having the configuration shown in FIG. 8, a fine concavo-convex structure is formed on the surface side of the first glass substrate 200 ′ opposite to the mirror forming substrate 1 ′ as the first cover substrate 2 ′. Although it is conceivable to use a substrate, the fine periodic structure is damaged due to the load when the mirror forming substrate 1 ′ and the first cover substrate 2 ′ are bonded by anodic bonding or the like, and the optical characteristics (antireflection performance) ) Is reduced, resulting in an increase in cost due to a decrease in yield. Further, when dicing is performed after joining the mirror forming substrate 1 ′ and the first cover substrate 2 ′, fine powder (silicon or glass powder) adheres to the fine periodic structure and the fine periodic structure It is considered that the optical characteristics are affected.

また、ミラー形成基板1’と第1のカバー基板2’とを接合した後で、目視や光学顕微鏡などによる外観検査によって各捩りばね部30’,30’、固定櫛歯片12b’、可動櫛歯片22b’などの折れや異物の付着やスティッキングなどがないかの検査を行うことが考えられるが、光学顕微鏡や目視による外観検査では、微細周期構造に起因して十分な検査ができず、接合工程で、不良品が発生した場合でもシステムに組み込んで動作させるまで不良の発生が分からないので、結果的にコストが高くなってしまう。なお、第1のカバー基板2’の材料としては、気密封止のためのミラー形成基板1’との接合性、SOI基板100’の主材料であるシリコンとの線膨張率差、ミラー形成基板1’の当該第1のカバー基板2’の透光性などを考慮してガラス基板を採用している。   In addition, after joining the mirror forming substrate 1 ′ and the first cover substrate 2 ′, the torsion spring portions 30 ′, 30 ′, the fixed comb teeth 12b ′, and the movable comb by visual inspection or visual inspection using an optical microscope or the like. Although it is conceivable to inspect whether the tooth piece 22b ′ or the like is not bent, adhesion of foreign matter, sticking, etc., in the appearance inspection by optical microscope or visual inspection, sufficient inspection cannot be performed due to the fine periodic structure, Even when a defective product is generated in the joining process, the occurrence of a defect is not known until it is incorporated into a system and operated, resulting in an increase in cost. The material of the first cover substrate 2 ′ includes bonding properties with the mirror forming substrate 1 ′ for hermetic sealing, a difference in linear expansion coefficient with silicon that is the main material of the SOI substrate 100 ′, and a mirror forming substrate. A glass substrate is employed in consideration of the translucency of the first cover substrate 2 ′ of 1 ′.

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、低コストで信頼性が高く、光の不要な反射を抑制することが可能なMEMS光スキャナおよびその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described reasons, and an object of the present invention is to provide a MEMS optical scanner that is low in cost, highly reliable, and capable of suppressing unnecessary reflection of light, and a method for manufacturing the same. It is in.

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第1のカバー基板と、ミラー形成基板の他表面側に接合された第2のカバー基板と、可動部を駆動する駆動手段とを備えたMEMS光スキャナであって、第1のカバー基板および第2のカバー基板がミラー形成基板と同じ外形寸法に形成され、第1のカバー基板におけるミラー形成基板とは反対の外表面側に、透光性樹脂もしくは低融点ガラスにより形成され光の反射を抑制する微細周期構造を有することを特徴とする。   The invention of claim 1 is formed by using a semiconductor substrate, and is arranged in such a manner that the outer frame part, the movable part arranged inside the outer frame part and provided with a mirror surface, and the movable part sandwiched inside the outer frame part. A mirror forming substrate having a pair of torsion springs that can be deformed by connecting the outer frame portion and the movable portion, and a glass substrate bonded to one surface side of the mirror forming substrate on which the mirror surface is provided. A MEMS optical scanner comprising a first cover substrate, a second cover substrate joined to the other surface side of the mirror forming substrate, and a driving means for driving the movable portion, wherein the first cover substrate and the second cover substrate The cover substrate is formed with the same outer dimensions as the mirror formation substrate, and is formed on the outer surface side of the first cover substrate opposite to the mirror formation substrate with a light-transmitting resin or low-melting glass. And having a suppressing fine periodic structure reflection.

この発明によれば、第1のカバー基板および第2のカバー基板がミラー形成基板と同じ外形寸法に形成され、第1のカバー基板におけるミラー形成基板とは反対の外表面側に、透光性樹脂もしくは低融点ガラスにより形成され光の反射を抑制する微細周期構造を有するので、ミラー形成基板と各カバー基板とを接合した後で、外観検査を行ってから、第1のカバー基板におけるミラー形成基板とは反対の外表面側に透光性樹脂もしくは低融点ガラスを塗布してから成形することにより微細周期構造を形成し、その後、ダイシングを行う製造プロセスを採用することが可能となり、第1のカバー基板の基礎となる第1のガラス基板を加工して微細周期構造を形成してから第1のカバー基板をミラー形成基板に接合するような製造プロセスを採用するような場合に比べて、低コストで信頼性が高く、光の不要な反射を抑制することが可能となる。   According to the present invention, the first cover substrate and the second cover substrate are formed to have the same outer dimensions as the mirror formation substrate, and the first cover substrate has a translucent property on the outer surface side opposite to the mirror formation substrate. Since it has a fine periodic structure that is made of resin or low-melting-point glass and suppresses reflection of light, a mirror is formed on the first cover substrate after visual inspection is performed after the mirror-formed substrate and each cover substrate are joined. It is possible to adopt a manufacturing process in which a fine periodic structure is formed by applying a translucent resin or low melting point glass on the outer surface side opposite to the substrate and then forming, and then dicing. A manufacturing process is adopted in which the first glass substrate that forms the basis of the cover substrate is processed to form a fine periodic structure, and then the first cover substrate is bonded to the mirror forming substrate. As compared to the case so that a, it is possible to reliable low-cost high, to suppress unwanted reflection of light.

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。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the mirror forming substrate includes a plurality of pads formed on the outer frame portion on the one surface side and connected to the driving unit, and the first cover. The substrate is characterized in that a plurality of through holes are formed to expose each pad over the entire circumference.

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、前記ミラー形成基板の外形寸法を大きくする要因となる前記外側フレーム部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。   According to the present invention, the first cover substrate does not overlap with each pad, and a part of each pad does not intervene between the first cover substrate and the outer frame portion. Since it is possible to prevent the bonding between the first cover substrate and the outer frame portion of the mirror forming substrate from being disturbed by each pad, the bonding property and the airtightness are impaired due to the influence of the thickness of each pad. It is possible to reduce the cost by improving the yield without increasing the width of the outer frame, which causes the outer dimensions of the mirror-forming substrate to be increased. Deterioration can be suppressed.

請求項3の発明は、請求項1または請求項2記載のMEMS光スキャナの製造方法であって、ミラー形成基板が複数形成された第1のウェハと、第1のカバー基板が複数形成された第2のウェハおよび第2のカバー基板が複数形成された第3のウェハとが接合されたウェハレベルパッケージ構造体を形成した後、ウェハレベルパッケージ構造体の各第1のカバー基板における各ミラー形成基板とは反対の外表面側に透光性樹脂もしくは低融点ガラスを塗布してから成形することにより微細周期構造を形成し、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の外形サイズに分割することを特徴とするMEMS光スキャナの製造方法。   A third aspect of the present invention is the method of manufacturing the MEMS optical scanner according to the first or second aspect, wherein a first wafer on which a plurality of mirror-formed substrates are formed and a plurality of first cover substrates are formed. After forming a wafer level package structure in which a second wafer and a third wafer on which a plurality of second cover substrates are formed are joined, forming each mirror on each first cover substrate of the wafer level package structure A fine periodic structure is formed by applying a light-transmitting resin or low-melting glass on the outer surface opposite to the substrate and then forming it, and then dividing the wafer-level package structure into the outer size of the mirror forming substrate. A method for manufacturing a MEMS optical scanner.

この発明によれば、ウェハレベルパッケージ構造体を形成し各微細周期構造を形成してから分割するので、小型化が可能であるとともにウェハレベルパッケージ構造体の形成後に光学顕微鏡や目視による外観検査を行うことができ、且つ、当該外観検査後にウェハレベルパッケージ構造体に複数の微細周期構造を同時に成形することができるので、低コストで信頼性が高く、光の不要な反射を抑制することが可能なMEMS光スキャナを提供することができる。   According to the present invention, since the wafer level package structure is formed and each fine periodic structure is formed and then divided, it is possible to reduce the size, and after the wafer level package structure is formed, an optical microscope or visual inspection is performed. Can be performed, and after the appearance inspection, a plurality of fine periodic structures can be simultaneously formed on the wafer-level package structure, so that it is low-cost, highly reliable, and can suppress unnecessary reflection of light. A simple MEMS optical scanner can be provided.

請求項1の発明では、低コストで信頼性が高く、光の不要な反射を抑制することが可能となるという効果がある。   The invention of claim 1 is advantageous in that it is low in cost and high in reliability and can suppress unnecessary reflection of light.

請求項3の発明では、低コストで信頼性が高く、光の不要な反射を抑制することが可能なMEMS光スキャナを提供することができるという効果がある。   According to the invention of claim 3, there is an effect that it is possible to provide a MEMS optical scanner that is low in cost, high in reliability, and capable of suppressing unnecessary reflection of light.

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)は要部拡大平面図である。1 shows a MEMS optical scanner according to Embodiment 1, wherein (a) is a schematic plan view, (b) is a schematic cross-sectional view taken along line A-A ′ of (a), and (c) is an enlarged plan view of a main part. 同上のMEMS光スキャナの概略分解斜視図である。It is a schematic exploded perspective view of a MEMS optical scanner same as the above. 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。It is main process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of a MEMS optical scanner same as the above. 実施形態2のMEMS光スキャナの概略分解斜視図である。FIG. 5 is a schematic exploded perspective view of a MEMS optical scanner according to a second embodiment. 同上のMEMS光スキャナの概略斜視図である。It is a schematic perspective view of a MEMS optical scanner same as the above. 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。It is main process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of a MEMS optical scanner same as the above. 同上のMEMS光スキャナの他の構成例の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the other structural example of a MEMS optical scanner same as the above. 従来例のMEMS光スキャナを示し、(a)は概略分解斜視図、(b)は概略断面図である。The MEMS optical scanner of a prior art example is shown, (a) is a schematic exploded perspective view, (b) is a schematic sectional drawing.

(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。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the MEMS optical scanner of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

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。   The MEMS optical scanner according to the present embodiment is formed using an SOI substrate 100 which is a semiconductor substrate, and has an outer frame portion (fixed frame portion) 10 having an outer peripheral shape of a rectangular shape (here, a rectangular frame shape) and an outer side. The movable portion 20 having a rectangular shape in plan view and provided with a mirror surface 21 having a rectangular shape in plan view disposed inside the frame portion 10 and the outer frame portion 10 disposed so as to sandwich the movable portion 20 inside the outer frame portion 10. The mirror forming substrate 1 having a pair of torsion spring portions 30, 30 that can be connected to the movable portion 20 and capable of torsional deformation, and a mirror surface 21 is provided on the mirror forming substrate 1 formed using the first glass substrate 200. The first cover substrate 2 bonded to the one surface side and the second cover substrate 3 formed using the second glass substrate 300 and bonded to the other surface side of the mirror forming substrate 1 are provided. There.

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。   Here, the outer peripheral shape of the mirror forming substrate 1 and each of the cover substrates 2 and 3 is a rectangular shape, and each of the cover substrates 2 and 3 is formed to have the same outer dimensions as the mirror forming substrate 1.

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200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。 In the mirror forming substrate 1 described above, the insulating layer (SiO 2 layer) 100c is interposed between the conductive first silicon layer (active layer) 100a and the second silicon layer (silicon substrate) 100b. The SOI substrate 100 is formed by processing using a bulk micromachining technique or the like. The first cover substrate 2 is formed by using a first glass substrate 200 formed by stacking and joining two glass plates each made of Pyrex (registered trademark) glass or the like in the thickness direction. The second cover substrate 3 is formed by processing a second glass substrate 300 made of Pyrex (registered trademark) glass or the like. Note that in the SOI substrate 100, the thickness of the first silicon layer 100a is set to 30 μm, the thickness of the second silicon layer 100b is set to 400 μm, and the thicknesses of the first glass substrate 200 and the second glass substrate 300 are set. Is set in the range of about 0.5 mm to 1.5 mm, but these numerical values are examples and are not particularly limited. The surface of the first silicon layer 10c, which is one surface of the SOI substrate 100 as a semiconductor substrate, is a (100) plane.

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。   The outer frame portion 10 of the mirror forming substrate 1 is formed using each of the first silicon layer 100 a, the insulating layer 100 c, and the second silicon layer 100 b of the SOI substrate 100. The portion formed by the silicon layer 100a is joined to the entire periphery of the first cover substrate 2, and the portion formed by the second silicon layer 100c in the outer frame portion 10 is the second cover. Two pads 13, 13 that are joined to the outer peripheral portion of the substrate 3 over the entire periphery and are electrically connected to the outer frame portion 10 on the one surface side to a driving means that drives the movable portion 20 described later. Is formed. Each of the pads 13 and 13 has a circular shape in plan view, and is composed of a first metal film (for example, an Al—Si film). In the present embodiment, the thickness of each of the pads 13 and 13 is set to 500 nm, but this numerical value is an example and is not particularly limited.

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(例えば、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。   Further, the movable portion 20 and the torsion spring portions 30, 30 of the mirror forming substrate 1 are formed using the first silicon layer 100 a of the SOI substrate 100 and are sufficiently thinner than the outer frame portion 10. Yes. The mirror surface 21 provided on the movable portion 20 reflects light from a light source (for example, a laser light source) and is formed on a portion of the movable portion 20 formed by the first silicon layer 100a. The surface of the reflective film 21a made of the second metal film (for example, an Al—Si film) is formed. In the present embodiment, the thickness of the reflective film 21a is set to 500 nm, but this numerical value is an example and is not particularly limited.

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。   In the following, as shown in the lower left of each of FIGS. 1A, 1B, and 1C, the direction perpendicular to the parallel arrangement direction of the pair of torsion spring portions 30, 30 in plan view is the x-axis direction, and the pair of The parallel arrangement direction of the torsion springs 30 and 30 will be described as the y-axis direction, and the direction orthogonal to the x-axis direction and the y-axis direction will be described as the z-axis direction.

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。   In the above-described mirror forming substrate 1, a pair of torsion spring portions 30, 30 are arranged in parallel in the y-axis direction, and the movable portion 20 is around the pair of torsion spring portions 30, 30 with respect to the outer frame portion 10. It can be displaced (it can be rotated around the axis in the y-axis direction). That is, the pair of torsion spring portions 30, 30 connects the outer frame portion 10 and the movable portion 20 so that the movable portion 20 can swing with respect to the outer frame portion 10. In other words, the movable part 20 arranged inside the outer frame part 10 swings to the outer frame part 10 via two torsion spring parts 30 and 30 that are continuously and integrally extended in two opposite directions from the movable part 20. It is supported freely. Here, the pair of torsion spring portions 30 and 30 are formed such that a straight line connecting the center lines along the y-axis direction passes through the center of gravity of the movable portion 20 in plan view. Each of the torsion spring portions 30 and 30 has a thickness dimension (dimension in the z-axis direction) set to 30 μm and a width dimension (dimension in the x-axis direction) set to 5 μm, but these numerical values are examples. There is no particular limitation. Moreover, the planar view shape of the movable part 20 and the mirror surface 21 is not limited to a rectangular shape, and may be a circular shape, for example. Further, the inner peripheral shape of the outer frame portion 10 is not limited to a rectangular shape, and may be a circular shape, for example.

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。   The mirror forming substrate 1 described above has both sides in a direction (that is, the x-axis direction) orthogonal to the direction connecting the pair of torsion spring portions 30 and 30 (the direction in which the pair of torsion spring portions 30 and 30 are juxtaposed) in the movable portion 20. A comb-shaped movable electrode 22 formed on the outer frame portion 10 and a comb-shaped fixed electrode 12 having a plurality of fixed comb-tooth pieces 12 b that are formed on the outer frame portion 10 and face the plurality of movable comb-tooth pieces 22 b of the movable electrode 22. An electrostatic drive type driving means configured to drive the movable portion 20 by electrostatic force is provided. In the present embodiment, the driving means drives the movable portion 20 by electrostatic force, but is not limited to the electrostatic drive type that drives the movable portion 20 by electrostatic force, and drives the movable portion 20 by electromagnetic force. It may be an electromagnetic driving type, or a piezoelectric driving type in which the movable portion 20 is driven by a piezoelectric element.

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。   The above-described fixed electrodes 12 and 12 have a comb shape in plan view, and a portion where the comb bone portion 12a is formed by the first silicon layer 100a in the frame piece portion along the y-axis direction in the outer frame portion 10. The surface of the comb bone portion 12a facing the movable portion 20 (the inner side surface along the y-axis direction in the outer frame portion 10) is made of a portion of the first silicon layer 100a. A large number of fixed comb teeth 12b are arranged along the direction in which the pair of torsion spring portions 30 and 30 are arranged side by side. On the other hand, the movable electrodes 22, 22 are the first silicon on the side surfaces (side surfaces along the y-axis direction in the movable portion 20) of the comb portions 22 a, 22 a on the comb bone portion 12 a side of the fixed electrode 12 in the movable portion 20. A large number of movable comb teeth 22b that are constituted by a part of the layer 100a and that face the fixed comb teeth 12b, respectively, are arranged in the above-mentioned parallel direction. Here, in the comb-shaped fixed electrode 12 and the comb-shaped movable electrode 22, the comb bone portions 12 a and 22 a face each other, and the fixed comb teeth 12 b of the fixed electrode 12 enter the comb groove of the movable electrode 22. The fixed comb tooth piece 12b and the movable comb tooth piece 22b are separated from each other in the y-axis direction, and a voltage is applied between the fixed electrode 12 and the movable electrode 22, whereby the fixed electrode 12 and the movable electrode tooth 22b are movable. An electrostatic force acting in a direction attracting each other is generated between the electrodes 22. In addition, what is necessary is just to set the clearance gap between the fixed comb-tooth piece 12b and the movable comb-tooth piece 22b in a y-axis direction suitably in the range of about 2 micrometers-5 micrometers, for example.

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。   One pad 13 (the right pad 13b in FIG. 2) is electrically connected to the fixed electrodes 12 and 12 at a portion formed by the first silicon layer 100a in the outer frame portion 10 of the mirror forming substrate 1. In addition, the other pad 13 (the left pad 13a in FIG. 2) is electrically connected to the movable electrodes 22 and 22, and the fixed electrodes 12 and 12 and the movable electrodes 22 and 22 are electrically insulated. The plurality of slits 10a, 10a, 10a are formed to a depth reaching the insulating layer 100c. Here, in this embodiment, each slit 10a, 10a, 10a is made into a trench, and the plan view shape of each slit 10a, 10a, 10a is made into the shape which is not open | released by the outer surface side of the outer side frame part 10, By this While adopting the structure in which the slits 10a, 10a, 10a are formed in the portion 10, it is possible to prevent the bonding property between the outer frame portion 10 and the first cover substrate 2 from being lowered, and the outer frame portion 10 and each cover substrate. The airtightness of the space surrounded by 2 and 3 is secured.

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。   Here, the portion formed by the first silicon layer 100a in the outer frame portion 10 is connected to the outer surface of the movable portion 20 in an integrated manner by forming the slits 10a, 10a, 10a described above. In addition, the torsion springs 30 and 30 have a rectangular island formed with two anchor portions 11a and 11b in which the other end portions of the torsion spring portions 30 and 30 are continuously and integrally connected to the inner surface, and one anchor portion 11aa and one pad 13a. The first conductive structure 11a composed of the part 11c and the L-shaped conductive part 11ad in plan view connecting the one anchor part 11ab and the island part 11ac is the movable electrodes 22, 22 of the movable part 20. And the second conductive structure 11b formed of the remaining portion and having the other pad 13b formed is at the same potential as the fixed electrodes 12 and 12.

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。   As described above, the first cover substrate 2 uses the first glass substrate 200 and penetrates in the thickness direction of the first glass substrate 200 to expose the pads 13 and 13 over the entire circumference. Two through holes 202, 202 are formed. Here, each through-hole 202, 202 of the first glass substrate 200 is formed in a tapered shape in which the opening area gradually increases as the distance from the mirror forming substrate 1 increases. Here, each of the through holes 202 and 202 of the first cover substrate 2 is formed by the sand blasting method. However, the present invention is not limited to the sand blasting method, and depending on the shape of the through holes 202 and 202, a drilling method or etching is performed. You may employ | adopt a law etc. suitably.

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。   In the MEMS optical scanner of the present embodiment, the planar view shape of each pad 13, 13 is a circular shape having a diameter of 0.5 mm, and the opening diameter of each through-hole 202, 202 on the first mirror forming substrate 1 side is the same. Although it is made larger than 0.5 mm, the diameter of each pad 13 and 13 is not specifically limited, Moreover, it does not necessarily need to be circular shape, For example, although it may be square shape, a through-hole In order to reduce the opening diameters of 202 and 202, a circular shape is preferable to a square shape.

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。   Here, when a part of each of the pads 13 and 13 overlaps the first cover substrate 2 in the thickness direction, the bondability and the airtightness are impaired due to the thickness of the pads 13 and 13, and the yield during manufacturing is reduced. In addition, there is a concern that the stability of the operation and the stability over time may be deteriorated, and the width dimension of the outer frame portion 10 (the distance between the outer surface and the inner surface of the outer frame portion 10) needs to be increased. It is conceivable that downsizing of the MEMS optical scanner is limited.

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と重なることがなく、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。   On the other hand, in the MEMS optical scanner of the present embodiment, the first cover substrate 2 does not overlap the pads 13 and 13, and the pads 13 and 13 are disposed between the first cover substrate 2 and the outer frame portion 10. Since a part of 13 does not intervene, it is possible to prevent the bonding between the first cover substrate 2 and the outer frame portion 10 of the mirror forming substrate 1 from being obstructed by the pads 13, 13. It is possible to prevent the bondability and airtightness from being impaired due to the influence of the thicknesses 13 and 13, and it is possible to reduce the cost by improving the yield without increasing the width dimension of the outer frame portion 10, and the operational stability. And deterioration of stability over time can be suppressed.

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。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とで囲まれた気密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、真空(真空雰囲気)とした場合、不活性ガス雰囲気とした場合のいずれも、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。   Further, in the MEMS optical scanner of the present embodiment, the movable portion 20 is achieved while reducing power consumption by making the airtight space surrounded by the outer frame portion 10 of the mirror forming substrate 1 and the cover substrates 2 and 3 vacuum. Therefore, the airtight space is evacuated and the surface of the second cover substrate 3 facing the mirror forming substrate 1 is more than the portion bonded to the outer frame portion 10. A non-evaporable getter (not shown) is provided at an appropriate site inside. The non-evaporable getter may be formed of, for example, an alloy containing Zr as a main component or an alloy containing Ti as a main component. Further, in the MEMS optical scanner of the present embodiment, an airtight space surrounded by the outer frame portion 10, the first cover substrate 2 and the second cover substrate 3 is an inert gas atmosphere (for example, a dry nitrogen gas atmosphere). In both the vacuum (vacuum atmosphere) and the inert gas atmosphere, the mirror surface 21 can be prevented from being oxidized. It is possible to suppress changes in reflection characteristics with time.

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。   Incidentally, the first glass substrate 200 has a displacement space forming recess (hereinafter referred to as a first displacement space forming recess) 201 that secures a displacement space of the movable portion 20 on the surface facing the mirror forming substrate 1. However, it is formed by joining two glass plates as described above, and the first glass plate (hereinafter referred to as the first glass plate) disposed on the side close to the mirror forming substrate 1 is used. A glass plate (hereinafter referred to as a second glass plate) that is formed on the side far from the mirror forming substrate 1 while forming an opening portion penetrating in the thickness direction in a portion corresponding to the displacement space forming recess 201 is formed into a flat plate shape. Therefore, compared to the case where the first displacement space forming recess 201 is formed on the glass substrate by sandblasting or the like using a single glass substrate, the inner bottom surface of the first displacement space forming recess 201 is smoother. It can be a surface, it can be reduced diffuse reflection at the inner bottom surface of the first displacement space forming recess 201, light diffusion, and the like scattering loss.

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。   The second cover substrate 3 is formed by using the second glass substrate 300, and both surfaces in the thickness direction are planar, but the thickness of the movable portion 20 and the first of the SOI substrate 100 that constitutes the semiconductor substrate. Depending on the thickness of the second silicon layer 100b and the like, a recess for securing a displacement space of the movable portion 20 on one surface of the second glass substrate 300 on the mirror forming substrate 1 side (hereinafter referred to as a second displacement space formation). May be formed). Here, when the second displacement space forming recess is formed on the one surface of the second glass substrate 300, for example, it may be formed by a sandblast method or the like. Since the second cover substrate 3 does not need to transmit light, the second cover substrate 3 is not limited to the second glass substrate 300 and may be formed using, for example, a silicon substrate. In this case, the second displacement space is used. The formation recess may be formed using a photolithography technique and an etching technique.

なお、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。   In addition, as a glass material of each of the glass substrates 200 and 300 described above, Pyrex (registered trademark) which is a borosilicate glass is adopted, but not limited to a borosilicate glass, for example, soda lime glass, non-alkali glass, Quartz glass or the like may be employed. In this embodiment, the thickness of each cover substrate 2 and 3 is set in the range of about 0.5 mm to 1.5 mm, and the depth of the first displacement space forming recess 201 is set to about 0.3 mm. However, these numerical values are examples and are not particularly limited.

次に、本実施形態のMEMS光スキャナの動作について簡単に説明する。   Next, the operation of the MEMS optical scanner of this embodiment will be briefly described.

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。   In the MEMS optical scanner of the present embodiment, the movable electrode 22 is fixed by applying a pulse voltage for driving the movable portion 20 between the movable electrode 22 and the fixed electrode 12 facing each other through the pair of pads 13 and 13. An electrostatic force is generated between the electrodes 12, and the movable part 20 rotates about the axis in the y-axis direction. Thus, in the MEMS optical scanner of this embodiment, by applying a pulse voltage having a predetermined drive frequency between the movable electrode 22 and the fixed electrode 12, an electrostatic force can be periodically generated, and the movable unit 20 is It can be swung.

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。   Here, the above-mentioned movable part 20 is not in a horizontal posture (attitude parallel to the xy plane) and is tilted slightly though it is stationary due to internal stress. For example, the movable electrode 22 is fixed. When a pulse voltage is applied between the electrodes 12, a driving force in a direction substantially perpendicular to the movable portion 20 (z-axis direction) is applied even from a stationary state, so that the movable portion 20 has a pair of torsion spring portions 30, The pair of torsion springs 30 and 30 are rotated while twisting about 30 as a rotation axis. Then, when the driving force between the movable electrode 22 and the fixed electrode 12 is released when the movable comb tooth piece 22b and the fixed comb tooth piece 12b are in a posture that completely overlaps, the movable portion 20 has an inertial force. Thus, the pair of torsion springs 30 and 30 continue to rotate while twisting. Then, when the inertial force in the rotational direction of the movable portion 20 and the restoring force of the pair of torsion spring portions 30 and 30 become equal, the rotation of the movable portion 20 in the rotational direction stops. At this time, when an electrostatic force is generated again by applying a pulse voltage between the movable electrode 22 and the fixed electrode 12, the movable portion 20 is caused by the restoring force of the pair of torsion spring portions 30, 30 and the movable electrode 22 and the fixed electrode 12. By the driving force of the configured driving means, the rotation in the opposite direction is started. The movable portion 20 repeats the rotation by the driving force of the driving means and the restoring force of the pair of torsion spring portions 30 and 30, and swings about the pair of torsion spring portions 30 and 30 as the rotation shaft.

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。   In the MEMS optical scanner of this embodiment, the movable part 20 is applied by applying a pulse voltage having a frequency approximately twice the resonance frequency of the vibration system constituted by the movable part 20 and the pair of torsion spring parts 30 and 30. Driven with a resonance phenomenon, the mechanical deflection angle (tilt with respect to a horizontal plane parallel to the xy plane) increases. The application form and frequency of the voltage (drive voltage) between the movable electrode 22 and the fixed electrode 12 are not particularly limited. For example, the voltage applied between the movable electrode 22 and the fixed electrode 12 may be a sine wave voltage. Good.

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におけるミラー形成基板1とは反対の外表面側に透光性樹脂(例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂など)もしくは低融点ガラスにより形成され光の反射を抑制する微細周期構造6を有している。なお、透光性樹脂としては、熱硬化型ものを用いているが、熱硬化型に限らず、紫外線硬化型のものや、紫外線・熱併用硬化型のものを用いてもよい。また、低融点ガラスとしては、環境負荷を低減する観点から、鉛フリーの低融点ガラスを用いることが好ましい。   By the way, the MEMS optical scanner of the present embodiment has a translucent resin (for example, silicone resin, epoxy resin, acrylic resin, polycarbonate resin, etc.) on the outer surface side of the first cover substrate 2 opposite to the mirror forming substrate 1. Or it has the fine periodic structure 6 which is formed with low melting glass and suppresses reflection of light. In addition, although the thermosetting resin is used as the translucent resin, it is not limited to the thermosetting resin, and an ultraviolet curable resin or a UV / heat combined curable resin may be used. Further, as the low melting point glass, it is preferable to use lead-free low melting point glass from the viewpoint of reducing the environmental load.

上述の微細周期構造6は、図1(b),(c)に示すように、四角錘状の山部61が2次元アレイ状に配列されているが、山部61の形状は、四角錘状に限らず、例えば、円錐状でもよいし、四角柱状でもよい。ここにおいて、微細周期構造6は、当該微細周期構造の周期(山部61のピッチ)を、ミラー面21での走査対象(スキャン対象)の光の波長程度(好ましくは、光の波長の1/4倍〜1倍)に設定し、山部61のアスペクト比を1〜2程度に設定することが好ましい。本実施形態では、微細周期構造6の山部61と当該微細周期構造6の隣り合う山部61の間の媒質(ここでは、空気)とで構成される屈折率周期構造の有効屈折率は、微細周期構造6の山部61の媒質(透光性樹脂もしくは低融点ガラス)と隣り合う山部61間の媒質(空気)との中間の値とすることができるので、山部61の媒質を第1のガラス基板200の媒質と略同じ屈折率としておけば、屈折率周期構造の有効屈折率を第のガラス基板200の屈折率と空気の屈折率との中間の値とすることができる。   In the fine periodic structure 6 described above, as shown in FIGS. 1B and 1C, square pyramidal peaks 61 are arranged in a two-dimensional array. For example, a conical shape or a quadrangular prism shape may be used. Here, the fine periodic structure 6 has a period of the fine periodic structure (pitch of the peak portion 61) approximately equal to the wavelength of the light to be scanned (scanned object) on the mirror surface 21 (preferably, 1 / wavelength of the light. It is preferable to set the aspect ratio of the peak portion 61 to about 1-2. In the present embodiment, the effective refractive index of the refractive index periodic structure composed of the peak portion 61 of the fine periodic structure 6 and a medium (here, air) between the adjacent peak portions 61 of the fine periodic structure 6 is Since the medium of the peak portion 61 of the fine periodic structure 6 (translucent resin or low-melting glass) and the medium (air) between the adjacent peak portions 61 can be set, the medium of the peak portion 61 is If the refractive index is approximately the same as that of the medium of the first glass substrate 200, the effective refractive index of the refractive index periodic structure can be set to an intermediate value between the refractive index of the first glass substrate 200 and the refractive index of air.

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−B’断面に対応する部分の概略断面を示している。   Hereinafter, the manufacturing method of the MEMS optical scanner according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 3, and (a) to (d) are schematic cross sections of portions corresponding to the cross section AB ′ of FIG. Show.

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。   First, a metal film forming step of forming a metal film (for example, an Al—Si film) having a predetermined film thickness (for example, 500 nm) on the one surface side of the SOI substrate 100 as a semiconductor substrate by a sputtering method, a vapor deposition method, or the like. 3A is obtained by performing a metal film patterning process for forming the pads 13, 13 and the reflective film 21a by patterning the metal film using photolithography technology and etching technology. . In this embodiment, since the materials and film thicknesses of the pads 13 and 13 and the reflective film 21a are set to be the same, the pads 13 and 13 and the reflective film 21a are formed simultaneously. When the materials and film thicknesses of the pads 13 and 13 and the reflective film 21a are different, the pad forming process for forming the pads 13 and 13 and the reflective film forming process for forming the reflective film may be provided separately. The order of the pad forming step and the reflective film forming step may be either.

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。   After forming the pads 13 and 13 and the reflective film 21a, the movable portion 20, the pair of torsion spring portions 30 and 30, and the outer frame portion of the first silicon layer 100a are formed on the one surface side of the SOI substrate 100. 10. Depth reaching the first silicon layer 100a to the insulating layer 100c using the first resist layer 130 patterned so as to cover the portions corresponding to the fixed electrodes 12 and 12 and the movable electrodes 22 and 22 (a first thickness). The structure shown in FIG. 3B is obtained by performing a first silicon layer patterning step (surface side patterning step) for patterning the first silicon layer 100a by etching to a predetermined depth of 1). In short, the first silicon layer patterning step constitutes a surface side patterning step of etching the SOI substrate 100, which is a semiconductor substrate, from the one surface to a first predetermined depth. Etching of the first silicon layer 100a in the first silicon layer patterning step may be performed by a dry etching apparatus capable of highly anisotropic etching such as an inductively coupled plasma (ICP) type etching apparatus. In the first silicon layer patterning step, the insulating layer 100c is used as an etching stopper layer.

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。   After the first silicon layer patterning step, the first resist layer 130 on the one surface side of the SOI substrate 100 is removed, and then the second resist layer 131 is formed on the entire surface on the one surface side of the SOI substrate 100. Then, on the other surface side of the SOI substrate 100, the third resist layer 132 patterned so as to expose the second silicon layer 100b other than the portion corresponding to the outer frame portion 10 is used as a mask. By performing a second silicon layer patterning step of patterning the second silicon layer 100b by etching the second silicon layer 100b to a depth (second predetermined depth) reaching the insulating layer 100c, FIG. The structure shown in 3 (c) is obtained. In short, the second silicon layer patterning step constitutes a back side patterning step of etching the SOI substrate 100, which is a semiconductor substrate, from the other surface to a second predetermined depth. Etching of the second silicon layer 100b in the second silicon layer patterning step may be performed by a dry etching apparatus that has high anisotropy and enables vertical deepening, such as an inductively coupled plasma (ICP) etching apparatus. In the second silicon layer patterning step, the insulating layer 100c is used as an etching stopper layer.

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い、続いて、光学顕微鏡により、第1のカバー基板2側から、ミラー形成基板1のミラー面21、各捩りばね部30,30、固定櫛歯片12b、可動櫛歯片22bの外観検査を行い、その後、第1のカバー基板2におけるミラー形成基板1とは反対の外表面側に透光性樹脂もしくは低融点ガラスを塗布してから成形することにより微細周期構造6を形成する微細周期構造形成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。   After the above-described second silicon layer patterning step, a portion between the outer frame portion 10 and the movable portion 20 and a portion between the movable electrodes 22, 22 and the fixed electrodes 12, 12 in the insulating layer 100c of the SOI substrate 100. After forming the mirror forming substrate 1 by performing an insulating layer patterning step of etching from the other surface side of the SOI substrate 100, the second resist layer 131 and the third resist layer 132 are removed, and then A joining step of joining the mirror forming substrate 1 to the first cover substrate 2 and the second cover substrate 3 by anodic bonding or the like is performed, followed by mirror formation from the first cover substrate 2 side by an optical microscope. Appearance inspection of the mirror surface 21 of the substrate 1, the torsion spring portions 30 and 30, the fixed comb teeth 12b, and the movable comb teeth 22b is performed. By performing a fine periodic structure forming step of forming the fine periodic structure 6 by applying a translucent resin or low-melting glass on the outer surface side opposite to the ring forming substrate 1 to form the fine periodic structure 6 in FIG. The MEMS optical scanner having the structure shown in FIG.

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、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。   Here, in the bonding step, from the viewpoint of protecting the mirror surface 21 of the mirror forming substrate 1, after performing a first bonding process for bonding the first cover substrate 2 and the mirror forming substrate 1, the mirror forming substrate 1. It is preferable to perform a second joining process for joining the first cover substrate 3 and the second cover substrate 3. Here, in the first bonding process, first, the first cover substrate 2 and the mirror forming substrate 1 in which the first displacement space forming recesses 201 and the through holes 202 and 202 are formed in the first glass substrate 200, In a state where the stacked body is heated to a predetermined bonding temperature (for example, about 300 ° C. to 400 ° C.) in a vacuum with a predetermined degree of vacuum (for example, 10 Pa or less), the first silicon layer 100a and the first layer are stacked. A predetermined voltage (for example, about 400V to 800V) is applied between the cover substrate 2 and the first cover substrate 2 side as a low potential side, and this state is maintained for a predetermined bonding time (for example, about 20 minutes to 60 minutes). Just hold it. In the second bonding process, anodic bonding between the second silicon layer 100b and the second cover substrate 3 is performed in accordance with the first bonding process described above. Note that the bonding method for bonding the mirror forming substrate 1 and the cover substrates 2 and 3 is not limited to anodic bonding, and may be, for example, a room temperature bonding method. In addition, after the first silicon layer patterning step, the SOI substrate 100 and the first cover substrate 2 are bonded together, and then the second silicon layer patterning step and the insulating layer patterning step are performed, so that the mirror forming substrate 1 is formed. Then, the mirror forming substrate 1 and the second cover substrate 3 may be bonded.

また、微細周期構造形成工程では、第1のカバー基板2におけるミラー形成基板1とは反対の外表面側に熱硬化型の透光性樹脂もしくは低融点ガラスを塗布してから、微細周期構造6の形状に対応したモールド型を押し付けて当該モールド型を介して透光性樹脂もしくは低融点ガラスを加熱することで透光性樹脂もしくは低融点ガラスを硬化させ、モールド型を離型するようにしている。なお、透光性樹脂として紫外線硬化型のものを用いる場合には、モールド型を押し付けて紫外線を照射することで透光性樹脂を硬化させるようにすればよく、紫外線・熱併用硬化型紫外線のものを用いる場合には、紫外線を照射するとともに加熱を行うようにすればよい。また、微細周期構造6を形成する微細周期構造形成工程では、第1のカバー基板2の貫通孔202,202内に透光性樹脂もしくは低融点ガラスが入らないように、適宜、枠部材やマスクを設ければよい。   In the fine periodic structure forming step, a thermosetting translucent resin or low-melting glass is applied to the outer surface of the first cover substrate 2 opposite to the mirror forming substrate 1, and then the fine periodic structure 6 is applied. By pressing a mold corresponding to the shape of the mold and heating the translucent resin or low-melting glass through the mold, the translucent resin or low-melting glass is cured, and the mold is released. Yes. In the case of using an ultraviolet curable resin as the translucent resin, the translucent resin may be cured by pressing the mold and irradiating the ultraviolet ray. In the case of using a thing, it is sufficient to irradiate ultraviolet rays and perform heating. Further, in the fine periodic structure forming step for forming the fine periodic structure 6, a frame member or a mask is appropriately used so that the translucent resin or the low melting point glass does not enter the through holes 202, 202 of the first cover substrate 2. May be provided.

ところで、本実施形態のMEMS光スキャナの製造方法では、微細周期構造形成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た後、ウェハレベルパッケージ構造体の各第1のカバー基板2における各ミラー形成基板1とは反対の外表面側に透光性樹脂もしくは低融点ガラスを塗布してから成形することにより各微細周期構造6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、微細周期構造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。   By the way, in the manufacturing method of the MEMS optical scanner of the present embodiment, the MEMS optical scanner is manufactured by performing all the processes up to the end of the fine periodic structure forming process on the mirror forming substrate 1 and each of the cover substrates 2 and 3 at the wafer level. A plurality of wafer level package structures are formed, and a dividing step of dividing the wafer level package structures into individual MEMS optical scanners is performed. In short, in the manufacturing method of the MEMS optical scanner of this embodiment, the first wafer on which a plurality of mirror forming substrates 1 are formed, the second wafer on which a plurality of first cover substrates 2 are formed, and the second cover substrate 3 are provided. After a plurality of formed third wafers are bonded together to form a wafer level package structure, on the outer surface side of each first cover substrate 2 of the wafer level package structure opposite to each mirror forming substrate 1 Since each fine periodic structure 6 is formed by applying a light-transmitting resin or low-melting glass and then forming, and then dividing the wafer-level package structure into the outer size of the mirror forming substrate 1, Since the planar size of each of the cover substrates 2 and 3 can be adjusted to the outer size of the mirror forming substrate 1, a small MEMS optical fiber having the fine periodic structure 6 can be used. Yanasensa can be produced by a simple process, also, it is possible to improve the mass productivity.

以上説明した本実施形態の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、第1のカバー基板2におけるミラー形成基板1とは反対の外表面側に透光性樹脂もしくは低融点ガラスにより形成され光の反射を抑制する微細周期構造6を有するので、ミラー形成基板1と各カバー基板2,3とを接合した後で、外観検査を行ってから、第1のカバー基板2におけるミラー形成基板1とは反対の外表面側に透光性樹脂もしくは低融点ガラスを塗布してから成形することにより微細周期構造6を形成し、その後、ダイシングを行う製造プロセスを採用することが可能となり、第1のカバー基板2の基礎となる第1のガラス基板200を加工して微細周期構造を形成してから第1のカバー基板2をミラー形成基板1に接合するような製造プロセスを採用するような場合に比べて、低コストで信頼性が高く、MEMS光スキャナへ入射する光、ミラー面で反射された光の不要な反射を抑制することができる。しかして、MEMS光スキャナに入射して不要に反射された光の方向がミラー面21で反射されMEMS光スキャナから出射される光の方向に揃うのを抑制することが可能となる。   In the MEMS optical scanner of the present embodiment described above, the first cover substrate 2 and the second cover substrate 3 are formed to have the same outer dimensions as the mirror formation substrate 1, and the mirror formation substrate 1 in the first cover substrate 2 Has a fine periodic structure 6 that is formed of a translucent resin or low-melting glass on the opposite outer surface side and suppresses reflection of light, so that after the mirror forming substrate 1 and the cover substrates 2 and 3 are joined, After performing the appearance inspection, the fine periodic structure 6 is formed by applying a light-transmitting resin or low-melting glass on the outer surface of the first cover substrate 2 opposite to the mirror-forming substrate 1 and then forming it. Thereafter, it becomes possible to adopt a manufacturing process in which dicing is performed. After the first glass substrate 200 serving as the basis of the first cover substrate 2 is processed to form a fine periodic structure, the first process is performed. Compared to a case where a manufacturing process for joining the cover substrate 2 to the mirror forming substrate 1 is adopted, the cost is low and the reliability is high, and the light incident on the MEMS optical scanner and the light reflected on the mirror surface are unnecessary. Reflection can be suppressed. Accordingly, it is possible to prevent the direction of the light incident on the MEMS optical scanner and reflected unnecessarily from being aligned with the direction of the light reflected by the mirror surface 21 and emitted from the MEMS optical scanner.

また、本実施形態のMEMS光スキャナでは、微細周期構造6の山部61が2次元アレイ状に配列されているので、MEMS光スキャナへの光の入射方向やミラー面21での光の反射方向によらず、不要に反射された光の方向がミラー面21で反射された光の方向に揃うのを抑制することが可能となる。   Further, in the MEMS optical scanner of this embodiment, since the peaks 61 of the fine periodic structure 6 are arranged in a two-dimensional array, the incident direction of light to the MEMS optical scanner and the reflection direction of light on the mirror surface 21. Regardless of this, it is possible to prevent the direction of light reflected unnecessarily from aligning with the direction of light reflected by the mirror surface 21.

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。   In the MEMS optical scanner of this embodiment, the torsion springs 30 and 30 are formed by the first silicon layer 100a of the SOI substrate 100. Therefore, each torsion spring is compared with a case where a silicon substrate is used as the semiconductor substrate. The precision of the thickness dimension of the parts 30 and 30 can be raised, and the precision of the resonant frequency of the vibration system comprised by the movable part 20 and a pair of torsion spring parts 30 and 30 can be raised.

また、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のウェハとが接合されたウェハレベルパッケージ構造体を形成した後、ウェハレベルパッケージ構造体の各第1のカバー基板2における各ミラー形成基板1とは反対の外表面側に透光性樹脂もしくは低融点ガラスを塗布してから成形することにより各微細周期構造6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ので、小型化が可能であるとともにウェハレベルパッケージ構造体の形成後に光学顕微鏡や目視による外観検査を行うことができ、且つ、当該外観検査後にウェハレベルパッケージ構造体に複数の微細周期構造6を同時に成形することができるので、低コストで信頼性が高く、光の不要な反射を抑制することが可能なMEMS光スキャナを提供することができる。   In the method for manufacturing the MEMS optical scanner according to the present embodiment, the first wafer on which a plurality of mirror forming substrates 1 are formed, the second wafer on which a plurality of first cover substrates 2 are formed, and the second cover substrate. After forming a wafer level package structure in which a plurality of third wafers 3 are joined, an outer surface opposite to each mirror forming substrate 1 in each first cover substrate 2 of the wafer level package structure Each fine periodic structure 6 is formed by applying a translucent resin or low-melting-point glass on the side and then forming, and then dividing the wafer-level package structure into the outer size of the mirror-forming substrate 1, thereby reducing the size In addition, after the formation of the wafer level package structure, an optical microscope or visual inspection can be performed, and the wafer level can be checked after the visual inspection. Can be simultaneously molded multiple fine periodic structure 6 in a package structure, reliable, low cost, it is possible to provide a MEMS scanner capable of suppressing unwanted reflection of light.

(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と略同じであって、図4、図5および図6(f)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。
(Embodiment 2)
The basic configuration of the MEMS optical scanner of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and as shown in FIGS. 4, 5, and 6 (f), the structure of the movable portion 20, the second cover substrate 3 and the like. Is different. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted suitably.

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。   In the present embodiment, the movable portion 20 is a frame-like shape that is swingably supported by the outer frame portion 10 via a pair of torsion spring portions 30 and 30 (hereinafter referred to as first torsion spring portions 30 and 30). A movable frame portion 23 (here, a rectangular frame shape), a mirror portion 24 having a rectangular shape in plan view provided on the inner side of the movable frame portion 23 and provided with a mirror surface 21, and a mirror portion inside the movable frame portion 23 And a pair of torsion spring portions 25 and 25 (hereinafter referred to as second torsion spring portions 25 and 25) that are arranged so as to sandwich 24 and connect the movable frame portion 23 and the mirror portion 24 and can be torsionally deformed. is doing.

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。   The second torsion spring portions 25, 25 are arranged in parallel in a direction (x-axis direction) orthogonal to the parallel arrangement direction (y-axis direction) of the first torsion spring portions 30, 30. In short, the movable portion 20 has a pair of second torsion spring portions 25, 25 arranged in parallel in the x-axis direction, and the mirror portion 24 is a pair of second torsion spring portions 25 with respect to the movable frame portion 23. , 25 (displaceable around the axis in the x-axis direction). That is, the pair of second torsion spring portions 25, 25 connect the movable frame portion 23 and the mirror portion 24 so that the mirror portion 24 can swing with respect to the movable frame portion 23. In other words, the mirror part 24 disposed inside the movable frame part 23 is movable frame part via two second torsion spring parts 25, 25 extended continuously and integrally from the mirror part 24 in two opposite directions. 23 is swingably supported. Here, the pair of second torsion spring portions 25 and 25 are formed such that a straight line connecting the center lines along the x-axis direction passes through the center of gravity of the mirror portion 24 in plan view. Each of the second torsion springs 25 and 25 has a thickness dimension (z-axis direction dimension) set to 30 μm and a width dimension (y-axis direction dimension) set to 30 μm. There is no particular limitation. Moreover, the planar view shape of the mirror part 24 and the mirror surface 21 is not restricted to a rectangular shape, For example, a circular shape may be sufficient. Further, the inner peripheral shape of the movable frame portion 23 is not limited to a rectangular shape, and may be a circular shape, for example.

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。   As can be seen from the above description, the mirror portion 24 is configured to rotate around the axis of the pair of first torsion spring portions 30 and 30 and rotate around the axis of the pair of second torsion spring portions 25 and 25. Is possible. In short, the mirror surface 21 of the mirror unit 24 is configured to be two-dimensionally rotatable. Here, the movable portion 20 includes a frame-like support body 29 that is integrally provided on the opposite side of the movable frame portion 23 to the first cover substrate 2 side, and supports the movable frame portion 23. 29 is rotatable integrally with the movable frame portion 23.

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。   Therefore, the second cover substrate 3 has a second displacement space forming recess 301 for securing a displacement space of the movable portion 20 on the one surface of the second glass substrate 300 on the mirror forming substrate 1 side. It is.

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。   Further, in the present embodiment, three pads 13, 13, 13 are arranged in parallel at substantially equal intervals so as to be aligned in a plan view on the outer frame portion 10. Three tapered through-holes 202, 202, 202 are provided through which the pads 13, 13, 13 are respectively exposed.

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。   Further, the mirror forming substrate 1 in the MEMS optical scanner of the present embodiment is similar to the first embodiment in the direction in which the pair of first torsion spring portions 30 and 30 are connected in the movable portion 20 (the pair of first torsion spring portions 30. , 30 in parallel with each other in the direction (that is, the x-axis direction) orthogonal to the comb-shaped movable electrodes 22, 22 (hereinafter referred to as the first movable electrodes 22, 22) and the outer frame Comb-shaped fixed electrodes 12, 12 (hereinafter referred to as first fixed electrode 12) having a plurality of fixed comb-teeth pieces 12 b formed in the portion 10 and facing the plurality of movable comb-teeth pieces 22 b of the first movable electrodes 22, 22. , 12), and a direction in which the pair of second torsion springs 25, 25 are connected in the mirror part 24 (a direction in which the pair of second torsion springs 25, 25 are arranged side by side) ) (Ie y-axis) A plurality of fixed comb-shaped movable electrodes 27, 27 formed on both sides of the second movable electrode 27, 27, and a plurality of fixed comb electrodes 27 b formed on the movable frame portion 23. Comb-shaped second fixed electrodes 26 and 26 each having a comb-tooth piece 26 b are provided. A set of the first movable electrodes 22 and 22 and the first fixed electrodes 12 and 12, and a second movable electrode 27. , 27 and the second fixed electrodes 26, 26 constitute electrostatic drive means for driving the movable part 20 by electrostatic force.

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。   The above-mentioned second fixed electrodes 26, 26 have a comb shape in plan view, and the comb bone portion 26a is constituted by a part of the movable frame portion 23, and the comb bone portion 26a faces the mirror portion 24. A large number of fixed comb teeth 26b are arranged in a line along the direction in which the pair of second torsion spring portions 25, 25 are arranged on the surface (the inner surface along the x-axis direction in the movable frame portion 23). On the other hand, the second movable electrodes 27 and 27 are constituted by a part of the mirror portion 24, and the side surfaces of the second fixed electrodes 26 and 26 on the side of the comb portions 26 a and 26 a (in the x-axis direction of the mirror portion 24). A large number of movable comb teeth 27b respectively facing the fixed comb teeth 26b are arranged in the side-by-side direction. Here, in the comb-shaped second fixed electrode 26 and the comb-shaped second movable electrode 27, the comb bone portions 26a and 27a are opposed to each other, and each fixed comb tooth piece 26b of the second fixed electrode 26 is The fixed comb teeth piece 26b and the movable comb teeth piece 27b are spaced apart from each other in the x-axis direction, and the second fixed electrode 26 and the second movable electrode are arranged in the comb groove of the second movable electrode 27. When a voltage is applied between the second fixed electrode 26 and the second movable electrode 27, an electrostatic force acting in a mutually attracting direction is generated. In addition, what is necessary is just to set the clearance gap between the fixed comb-tooth piece 26b in the x-axis direction and the movable comb-tooth piece 27b suitably in the range of about 2 micrometers-5 micrometers, for example.

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4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。   The mirror forming substrate 1 forms a plurality of slits 10 a, 10 a, 10 a in a portion formed by the first silicon layer 100 a in the outer frame portion 10, and the first silicon layer in the movable frame portion 23 of the movable portion 20. A plurality of slits 20a, 20a, 20a, and 20a are formed in the portion formed by 100a, so that the middle pad 13 (13b) in FIG. 4 among the three pads 13, 13, and 13 is the first fixed electrode 12. 12 are electrically connected to the same potential, and the right pad 13 (13a) is electrically connected to the first movable electrodes 22 and 22 and the second movable electrodes 26 and 26 to have the same potential, and the left side. The pad 13 (13c) is electrically connected to the second movable electrodes 27, 27 of the mirror portion 24 and has the same potential.

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。   Here, the plurality of slits 10a, 10a, 10a of the outer frame portion 10 are formed to a depth reaching the insulating layer 100c. Also in the present embodiment, as in the first embodiment, each slit 10a, 10a, 10a is a trench, and the shape of each slit 10a, 10a, 10a in plan view is a shape that is not opened to the outer surface side of the outer frame portion 10. Thus, while adopting the structure in which the slits 10 a, 10 a, 10 a are formed in the outer frame portion 10, it is possible to prevent the bonding property between the outer frame portion 10 and the first cover substrate 2 from being deteriorated. The airtightness of the space surrounded by the cover substrates 2 and 3 is ensured.

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5参照)。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。   Further, each slit 20a, 20a, 20a, 20a of the movable frame portion 23 in the movable portion 20 is a trench, and is constituted by a part of the insulating layer 100c of the SOI substrate 100 and a part of the second silicon layer 100b. The above-described support 29 is formed to a depth reaching the insulating layer 100c. In short, in the present embodiment, the movable frame portion 23 is supported by the support 29 while adopting a configuration in which a plurality of slits 20a, 20a, 20a, 20a are formed in the movable frame portion 23. And the support 29 can be integrally rotated around the axis of the pair of first torsion spring portions 30 and 30. Here, the support 29 is formed in a frame shape (rectangular frame shape) that covers a portion of the movable frame portion 23 excluding each fixed comb tooth piece 26b and each movable comb tooth piece 22b (see FIG. 5). In addition, the plurality of trenches 20a, 20a, 20a, 20a of the movable frame portion 23 has the center of gravity of the movable portion 20 including the support 29 in the y-axis direction of the pair of first torsion spring portions 30, 30 in plan view. The shape is designed so as to be positioned approximately in the middle of the straight line connecting the center lines along the line. Accordingly, the movable portion 20 smoothly swings around the axis of the pair of first torsion spring portions 30 and 30, and the reflected light is properly scanned. In the present embodiment, the thickness of the portion constituted by the second silicon layer 100b in the support 29 is set to the same thickness as the portion constituted by the second silicon layer 100b in the outer frame portion 10. Although it is not limited to the same, it may be thicker or thinner.

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6(f)参照)が形成されている。   In the MEMS optical scanner of the present embodiment, for example, the first fixed electrode 12 and the second fixed electrode 12 and the second fixed electrode 26 are set using the potential of the pad 13a to which the first movable electrode 22 and the second fixed electrode 26 are electrically connected as a reference potential. By periodically changing the potential of each of the movable electrodes 27, the movable portion 20 can be rotated about the axis of the pair of first torsion spring portions 30 and 30, and the mirror portion 24 is paired with the second pair of second torsion spring portions 30 and 30. The torsion springs 25, 25 can be rotated around the axis. In short, by applying a pulse voltage for driving the movable portion 20 between the first fixed electrode 12 and the movable electrode 22 facing each other through the pair of pads 13b and 13a, the first fixed electrode 12 and the first fixed electrode 12. An electrostatic force is generated between the movable electrodes 22, the movable portion 20 rotates about the axis in the y-axis direction, and the second fixed electrode 26 and the second movable electrode that face each other through the pair of pads 13 a and 13 c. By applying a pulse voltage for driving the mirror section 24 between the electrode 27 and the second fixed electrode 26 and the second movable electrode 27, an electrostatic force is generated, and the mirror section 24 is moved in the x-axis direction. It rotates around the axis. Therefore, in the MEMS optical scanner of this embodiment, an electrostatic force is generated periodically by applying a pulse voltage of a predetermined first driving frequency between the first fixed electrode 12 and the first movable electrode 22. The entire movable part 20 can be swung, and furthermore, by applying a pulse voltage of a predetermined second driving frequency between the second fixed electrode 26 and the second movable electrode 27, An electrostatic force can be periodically generated, and the mirror part 24 of the movable part 20 can be swung. The mirror forming substrate 1 in the present embodiment is a surface of a portion where the reflective film 21a of the first silicon layer 100a is not formed on the space side surrounded by the outer frame portion 10 and the first cover substrate 2. In addition, a silicon oxide film 111a (see FIG. 6F) is formed.

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。   In the MEMS optical scanner of this embodiment, the resonance frequency of the vibration system configured by the movable portion 20 and the pair of first torsion spring portions 30 and 30 between the first fixed electrode 12 and the first movable electrode 22. By applying a pulse voltage having a frequency approximately twice that of the movable portion 20, the movable portion 20 is driven with a resonance phenomenon, and the mechanical deflection angle (inclination with respect to a horizontal plane parallel to the xy plane) is increased. Further, in the MEMS optical scanner of the present embodiment, the vibration system configured by the mirror portion 24 and the pair of second torsion spring portions 25 and 25 between the second fixed electrode 26 and the second movable electrode 27. By applying a pulse voltage having a frequency approximately twice the resonance frequency, the mirror unit 24 is driven with a resonance phenomenon, and the mechanical deflection angle (parallel to the surface of the movable frame unit 23 on the first cover substrate 2 side) is driven. The inclination with respect to the surface becomes larger.

以下、本実施形態のMEMS光スキャナの製造方法について図6を参照しながら説明するが、(a)〜(d)は図4のA−B断面に対応する部分の概略断面を示している。   Hereinafter, the manufacturing method of the MEMS optical scanner of the present embodiment will be described with reference to FIG. 6, wherein (a) to (d) show schematic cross sections of portions corresponding to the cross section AB in FIG. 4.

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6(a)に示す構造を得る。   First, by performing an oxide film forming step of forming silicon oxide films 111a and 111b on the one surface side and the other surface side of the SOI substrate 100, which is a semiconductor substrate, by thermal oxidation or the like, FIG. Get the structure shown.

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6(b)に示す構造を得る。   Thereafter, a portion of the silicon oxide film 111a on the one surface side of the SOI substrate 100 other than the region where the reflective film 21a is to be formed in the movable portion 20, a portion corresponding to the first torsion spring portions 30, 30, and the like remain. A structure shown in FIG. 6B is obtained by performing a first silicon layer patterning process for patterning the first silicon layer 100a using a photolithography technique and an etching technique.

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6(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い。   Thereafter, a metal film forming step is performed in which a metal film (for example, an Al—Si film) having a predetermined film thickness (for example, 500 nm) is formed on the one surface side of the SOI substrate 100 by a sputtering method, a vapor deposition method, or the like. By performing a metal film patterning process for forming the pads 13, 13 and the reflective film 21a by patterning the metal film using the technique and the etching technique, the structure shown in FIG. 6C is obtained. In this embodiment, since the materials and film thicknesses of the pads 13 and 13 and the reflective film 21a are set to be the same, the pads 13 and 13 and the reflective film 21a are formed simultaneously. When the materials and film thicknesses of the pads 13 and 13 and the reflective film 21a are different, the pad forming process for forming the pads 13 and 13 and the reflective film forming process for forming the reflective film may be provided separately. .

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6(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。   After forming each of the pads 13 and 13 and the reflective film 21a, the movable frame portion 23, the mirror portion 24, and the pair of first torsion springs in the first silicon layer 100a are formed on the one surface side of the SOI substrate 100. Portions 30, 30, a pair of second torsion spring portions 25, 25, outer frame portion 10, first fixed electrodes 12, 12, second movable electrodes 22, 22, second fixed electrodes 26, 26, second A depth (first predetermined depth) at which the first silicon layer 100a reaches the insulating layer 100c using the first resist layer 130 patterned so as to cover the portions corresponding to the two movable electrodes 27, 27 as a mask. The structure shown in FIG. 6D is obtained by performing a first silicon layer patterning step (surface-side patterning step) for patterning the first silicon layer 100a by etching up to That. Etching of the first silicon layer 100a in the first silicon layer patterning step may be performed by a dry etching apparatus capable of highly anisotropic etching such as an inductively coupled plasma (ICP) type etching apparatus. In the first silicon layer patterning step, the insulating layer 100c is used as an etching stopper layer.

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6(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。   After the first silicon layer patterning step, the first resist layer 130 on the one surface side of the SOI substrate 100 is removed, and then the second resist layer 131 is formed on the entire surface on the one surface side of the SOI substrate 100. Subsequently, on the other surface side of the SOI substrate 100, a third resist layer patterned so as to expose portions of the second silicon layer 100 b other than those corresponding to the outer frame portion 10 and the support 29. A second silicon layer patterning process is performed in which the second silicon layer 100b is patterned by etching the second silicon layer 100b to a depth (second predetermined depth) reaching the insulating layer 100c using the mask 132 as a mask. As a result, the structure shown in FIG. Etching of the second silicon layer 100b in the second silicon layer patterning step may be performed by a dry etching apparatus that has high anisotropy and enables vertical deepening, such as an inductively coupled plasma (ICP) etching apparatus. In the second silicon layer patterning step, the insulating layer 100c is used as an etching stopper layer.

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い、続いて、光学顕微鏡により、第1のカバー基板2側から、ミラー形成基板1のミラー面21、各捩りばね部25,25,30,30、各固定櫛歯片12b,26b、各可動櫛歯片22b,27bの外観検査を行い、その後、第1のカバー基板2におけるミラー形成基板1とは反対の外表面側に透光性樹脂もしくは低融点ガラスを塗布してから成形することにより微細周期構造6を形成する微細周期構造形成工程を行うことによって、図6(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、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。   After the second silicon layer patterning step, the mirror forming substrate 1 is formed by performing an insulating layer patterning step of etching unnecessary portions of the insulating layer 100c of the SOI substrate 100 from the other surface side of the SOI substrate 100, Subsequently, the second resist layer 131 and the third resist layer 132 are removed, and then the junction for joining the mirror forming substrate 1 to the first cover substrate 2 and the second cover substrate 3 by anodic bonding or the like. The process is performed, and subsequently, using an optical microscope, from the first cover substrate 2 side, the mirror surface 21 of the mirror forming substrate 1, the torsion spring portions 25, 25, 30, 30, the fixed comb teeth 12 b, 26 b, Each movable comb tooth piece 22b, 27b is inspected, and then a translucent resin or a low melting point is formed on the outer surface of the first cover substrate 2 opposite to the mirror forming substrate 1. By performing the fine periodic structure forming step of forming a fine periodic structure 6 by molding are coated with the lath to obtain a MEMS scanner having the structure shown in FIG. 6 (f). Here, in the bonding step, from the viewpoint of protecting the mirror surface 21 of the mirror forming substrate 1, after performing a first bonding process for bonding the first cover substrate 2 and the mirror forming substrate 1, the mirror forming substrate 1. It is preferable to perform a second joining process for joining the first cover substrate 3 and the second cover substrate 3. Note that, after the first silicon layer patterning step, the SOI substrate 100 and the first cover substrate 2 are bonded together, and then the second silicon layer patterning step and the insulating layer patterning step are performed, whereby the mirror forming substrate 1 is formed. Then, the mirror forming substrate 1 and the second cover substrate 3 may be bonded.

ところで、本実施形態のMEMS光スキャナの製造方法では、微細周期構造形成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た後、ウェハレベルパッケージ構造体の各第1のカバー基板における各ミラー形成基板とは反対の外表面側に透光性樹脂もしくは低融点ガラスを塗布してから成形することにより各微細周期構造6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、微細周期構造6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。   By the way, in the manufacturing method of the MEMS optical scanner of the present embodiment, the MEMS optical scanner is manufactured by performing all the processes up to the end of the fine periodic structure forming process on the mirror forming substrate 1 and each of the cover substrates 2 and 3 at the wafer level. A plurality of wafer level package structures are formed, and a dividing step of dividing the wafer level package structures into individual MEMS optical scanners is performed. In short, in the manufacturing method of the MEMS optical scanner of this embodiment, the first wafer on which a plurality of mirror forming substrates 1 are formed, the second wafer on which a plurality of first cover substrates 2 are formed, and the second cover substrate 3 are provided. After the wafer level package structure is formed by bonding a plurality of formed third wafers, light is transmitted to the outer surface side of each first cover substrate of the wafer level package structure opposite to each mirror forming substrate. Each fine periodic structure 6 is formed by molding after applying a functional resin or low-melting glass, and then the wafer level package structure is divided into the outer size of the mirror forming substrate 1. Since the planar size of the substrates 2 and 3 can be adjusted to the external size of the mirror forming substrate 1, a small MEMS optical scanner having the fine periodic structure 6 can be used. Can be produced by a simple process, also, it is possible to improve the mass productivity.

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、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、第1のカバー基板2におけるミラー形成基板1とは反対の外表面側に透光性樹脂もしくは低融点ガラスを塗布してから成形することにより形成され光の反射を抑制する微細周期構造6を有するので、ミラー形成基板1と各カバー基板2,3とを接合した後で、外観検査を行ってから、第1のカバー基板2におけるミラー形成基板1とは反対の外表面側に透光性樹脂もしくは低融点ガラスを塗布してから成形することにより微細周期構造6を形成し、その後、ダイシングを行う製造プロセスを採用することが可能となり、第1のカバー基板2の基礎となる第1のガラス基板200を加工して微細周期構造を形成してから第1のカバー基板2をミラー形成基板1に接合するような製造プロセスを採用するような場合に比べて、低コストで信頼性が高く、MEMS光スキャナへ入射する光、ミラー面で反射された光の不要な反射を抑制することができる。しかして、MEMS光スキャナに入射して不要に反射された光の方向がミラー面21で反射されMEMS光スキャナから出射される光の方向に揃うのを抑制することが可能となる。   In the MEMS optical scanner of the present embodiment described above, as in the first embodiment, the first cover substrate 2 and the second cover substrate 3 are formed to have the same outer dimensions as the mirror forming substrate 1, and the first cover substrate 2. The mirror-forming substrate 1 has a fine periodic structure 6 that is formed by applying a translucent resin or low-melting-point glass on the outer surface opposite to the mirror-forming substrate 1 and suppressing the reflection of light. After each of the cover substrates 2 and 3 is joined, a visual inspection is performed, and then a translucent resin or low-melting glass is applied to the outer surface of the first cover substrate 2 opposite to the mirror forming substrate 1. Then, the fine periodic structure 6 can be formed by molding, and then a manufacturing process in which dicing is performed can be adopted, and the first glass substrate 2 serving as the basis of the first cover substrate 2 can be adopted. Compared to a case where a manufacturing process is employed in which the first cover substrate 2 is bonded to the mirror forming substrate 1 after forming a fine periodic structure by processing 0, the MEMS is low in cost and high in reliability. Unnecessary reflection of light incident on the optical scanner and light reflected by the mirror surface can be suppressed. Accordingly, it is possible to prevent the direction of the light incident on the MEMS optical scanner and reflected unnecessarily from being aligned with the direction of the light reflected by the mirror surface 21 and emitted from the MEMS optical scanner.

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7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、実施形態1において同様の外部接続電極を採用してもよい。   Further, in the MEMS optical scanner of the present embodiment, instead of each pad 13, for example, as shown in FIG. 7, the outer surface of the first cover substrate 2 and the surface of the outer frame portion 10 in the mirror forming substrate 1 A through wiring 213 formed across the inner surface of the through hole 202 may be formed as an external connection electrode, and the same external connection electrode may be employed in the first embodiment.

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 微細周期構造
13 パッド
20 可動部
21 ミラー面
30 捩りばね部
61 山部
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mirror formation board | substrate 2 1st cover board | substrate 3 2nd cover board | substrate 6 Fine periodic structure 13 Pad 20 Movable part 21 Mirror surface 30 Torsion spring part 61 Mountain part 100 SOI substrate (semiconductor substrate)
200 First glass substrate 202 Through-hole 300 Second glass substrate

Claims (3)

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第1のカバー基板と、ミラー形成基板の他表面側に接合された第2のカバー基板と、可動部を駆動する駆動手段とを備えたMEMS光スキャナであって、第1のカバー基板および第2のカバー基板がミラー形成基板と同じ外形寸法に形成され、第1のカバー基板におけるミラー形成基板とは反対の外表面側に、透光性樹脂もしくは低融点ガラスにより形成され光の反射を抑制する微細周期構造を有することを特徴とするMEMS光スキャナ。   An outer frame portion formed by using a semiconductor substrate, a movable portion disposed inside the outer frame portion and provided with a mirror surface, and an outer frame portion and a movable portion disposed so as to sandwich the movable portion inside the outer frame portion. A mirror forming substrate having a pair of torsion springs that can be torsionally deformed, a first cover substrate made of a glass substrate bonded to one surface side provided with a mirror surface in the mirror forming substrate, and a mirror A MEMS optical scanner comprising a second cover substrate bonded to the other surface side of the formation substrate and a driving means for driving the movable portion, wherein the first cover substrate and the second cover substrate are mirror formation substrates. The first cover substrate is formed of a light-transmitting resin or low-melting glass on the outer surface opposite to the mirror-forming substrate, so that the reflection of light is suppressed. MEMS optical scanner, characterized by having a periodic structure. 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1記載のMEMS光スキャナ。   The mirror forming substrate includes a plurality of pads formed on the outer frame portion on the one surface side and connected to the driving means, and the first cover substrate exposes each pad over the entire circumference. The MEMS optical scanner according to claim 1, wherein a plurality of through holes are formed. 請求項1または請求項2記載のMEMS光スキャナの製造方法であって、ミラー形成基板が複数形成された第1のウェハと、第1のカバー基板が複数形成された第2のウェハおよび第2のカバー基板が複数形成された第3のウェハとが接合されたウェハレベルパッケージ構造体を形成した後、ウェハレベルパッケージ構造体の各第1のカバー基板における各ミラー形成基板とは反対の外表面側に透光性樹脂もしくは低融点ガラスを塗布してから成形することにより微細周期構造を形成し、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の外形サイズに分割することを特徴とするMEMS光スキャナの製造方法。   3. The method of manufacturing a MEMS optical scanner according to claim 1, wherein the first wafer has a plurality of mirror-formed substrates, the second wafer has a plurality of first cover substrates, and the second wafer. After forming a wafer level package structure bonded to a third wafer on which a plurality of cover substrates are formed, an outer surface opposite to each mirror forming substrate in each first cover substrate of the wafer level package structure A fine periodic structure is formed by applying a light-transmitting resin or low-melting glass on the side and then forming, and then dividing the wafer-level package structure into the outer size of the mirror forming substrate. Manufacturing method of the scanner.
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