JP2015102785A - 光偏向器及び光偏向器チップ - Google Patents

Abstract

【課題】光偏向器チップとパッケージとの間の所望の接着面積を確保しつつ、内側への接着剤のはみ出しによる光偏向器チップの可動部の変位妨害を防止する光偏向器を提供する。
【解決手段】光偏向器チップ１は、ミラー部２を含む可動部と、可動部を可動するように支持するとともに、裏側において開口する可動部の裏側空間３５を内周側に形成する外側枠部４とを有する。パッケージ２６は、裏側空間３５に対峙する凹部４１と、周辺の座部４０とを有する。外側枠部４の裏面部は、座部４０に対峙して接着される外周側裏面５３と、凹部４１の周壁４３に対峙して接着される内側外周面５５とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（Micro−Electro−Mechanical Systems）技術を利用して製造される光偏向器及び光偏向器チップに関する。

ＭＥＭＳ技術を利用して製造される光偏向器チップは、表側に光反射面を含む可動部と、可動部を可動するように支持するとともに、可動部を変位させるために裏側において開口する変位空間を内周側に形成する支持部とを有している（例：特許文献１，２）。

該光偏向器チップは、パッケージに収納され、パッケージと共に光偏向器を構成する（例：特許文献３）。パッケージには、例えば、ミラー面や可動部に異物が付着したり挟まったりするのを防止する役目がある。

図９は、従来の光偏向器の構造を模式的に示している。図示した光偏向器１２５は、光偏向器チップ１０１と、光偏向器チップ１０１を収納空間１２７に収納するパッケージ１２６とを備える。

光偏向器チップ１０１は、ミラー部１０２と、ミラー部１０２の周囲を包囲する内側枠部１０３と、内側枠部１０３を包囲する外側枠部１０４と、ミラー部１０２と内側枠部１０３との間に介在してミラー部１０２を第１の回転軸線の回りに往復回動させる内側アクチュエータ部と、内側枠部１０３と外側枠部１０４との間に介在して内側枠部１０３を、第１の回転軸線に対して直交する第２の回転軸線の回りに往復回動させる外側アクチュエータ部とを備える。

パッケージ１２６は、底部１３９において、中心部の凹部１４１と，凹部１４１を取り囲む周辺部の座部１４０とを有している。凹部１４１は、底面１４２と，底面１４２の周縁から起立する周壁１４３とを有している。延長空間１４５は、凹部１４１の底面１４２と周壁１４３とで形成され、光偏向器チップ１０１の変位許容空間１３５の裏側開口に合わせられるとともに、変位許容空間１３５の裏側に連続する空間を形成する。

外側枠部１０４の裏面は、パッケージ本体１２８の座部１４０の面に合わせて平坦状である。外側枠部１０４の裏面は、その内周縁が座部１４０の内周縁に合わさるように、座部１４０に載置され、座部１４０との間に介在するダイアタッチ剤１６０により底部１３９に接着される。

特開２００５−１４８４５９号公報 特開２００８−４０２４０号公報 特開２００３−２４３５５０号公報

上記した従来の光偏向器１２５では、光偏向器チップ１０１をパッケージ本体１２８の底部１３９に固定する際、外側枠部１０４が載置される座部１４０の部位にダイアタッチ剤１６０が塗布される。その後、外側枠部１０４は、座部１４０に押圧されて、ダイアタッチ剤１６０により裏面を座部１４０に接着される。その際、ダイアタッチ剤１６０は、外側枠部１０４の外周の外側にはみ出して、はみ出した部分が外側枠部１０４の外周側に山裾状フィレット１６１を形成する。また、ダイアタッチ剤１６０は、外側枠部１０４の内周の内側にはみ出して、はみ出した部分が外側枠部１０４の内周側に玉状フィレット１６２を形成する。

第２の回転軸線から最も遠い内側枠部１０３の外周縁部位は、第２の回転軸線の回りの往復回動に伴い、外側枠部１０４の内周側をかすめつつ、光偏向器チップ１０１の表裏方向へ変位するので、大きい玉状フィレット１６２が形成されていると、玉状フィレット１６２に衝突して破損したり、第２の回転軸線回りの往復回動を阻害される虞がある。

この対策として、凹部１４１の径を増大して、外側枠部１０４が内周側において座部１４０から所定量突出する庇のような構造にし、玉状フィレット１６２を庇の下に形成して、玉状フィレット１６２の突出端が、外側枠部１０４の内周を越えて内側枠部１０３の変位範囲に突出しないようにすることが考えられる。しかしながら、この構造では、外側枠部１０４と座部１４０との接着面積が減少してしまい、接着力が低下するという問題がある。

本発明の目的は、光偏向器チップとパッケージとの間の所望の接着面積を確保しつつ、接着剤が内側にはみ出して光偏向器チップの可動部の変位を妨害する事態を防止することができる光偏向器及び光偏向器チップを提供することである。

本発明の光偏向器は、光偏向器チップと、該光偏向器チップを配置するパッケージとを備え、前記光偏向器チップは、表側に光反射面を含む可動部と、該可動部を変位自在に支持するとともに、前記可動部を変位させるために裏側において開口する変位空間を内周側に形成する支持部とを有し、前記パッケージは、前記変位空間の裏側に対峙する位置に形成された凹部と、前記光偏向器チップの前記支持部の裏面部が当たる位置に形成された座部とを有し、前記支持部の裏面部は、表裏方向に前記座部に対峙して接着される外周側裏部分と、表裏方向に対して直角方向に前記凹部の周壁に対峙して接着される内周側裏部分とを有することを特徴とする。

本発明によれば、光偏向器チップとパッケージは、光偏向器チップの裏面部の外周側裏部分とパッケージの座部との間、及び光偏向器チップの裏面部の内周側裏部分と凹部の周壁との間において接着されるので、所望の接着面積が確保される。

また、本発明によれば、光偏向器チップの裏面部の内周側裏部分が表裏方向に対して直角方向に凹部の周壁に対峙している。したがって、座部に塗布された接着剤は、光偏向器チップの裏面部の外周側裏部分からの押圧に伴い、内側の方へ押し出されると、向きを内側から凹部の周壁に沿う向きに転換する。この結果、接着剤が、表裏方向に対して直角方向の内側へ支持部を越えてはみ出すことが防止され、可動部の変位を妨害する事態を防止することができる。

本発明の光偏向器において、前記座部は、前記光偏向器チップが収納される収納空間の底部に接着されて起立する起立部の頂部に形成され、前記凹部は、前記起立部の内周側に形成されていることが好ましい。

この構成によれば、光偏向器チップの支持部は、底部との間に起立部を介在させて固定される。この起立部の内周側に支持部の内周側裏部分を嵌合させる際、裏面部と底部の表裏方向寸法が減少すると光偏向器チップの可動部が底部に衝突し易くなる。これを回避するために底部に凹部を形成する場合、凹部の深さを深くすると底部の強度が低下してしまうが、起立部を介在させるように構成して該起立部の高さを増大することにより、上記の問題を解消することができる。

本発明の光偏向器において、前記光偏向器チップの前記可動部は、前記光反射面を表側に有するミラー部と、該ミラー部を包囲するとともに前記支持部としての外側枠部の内側に配設される内側枠部と、該内側枠部と前記ミラー部との間に介在して前記ミラー部を第１の回転軸線回りに往復回動させる内側アクチュエータ部と、前記第１の回転軸線に直交する第２の回転軸線の方向に前記内側枠部の両側でかつ前記外側枠部の内周側に配設され前記外側枠部と前記内側枠部との間に介在して前記内側枠部を前記第２の回転軸線の回りに、往復回動させる外側アクチュエータ部とを含むことが好ましい。

この構成によれば、光偏向器チップの小型化のために、第２の回転軸線から最も離れた内側枠部の部位は、外側枠部の内周に極めて接近した箇所を表裏方向に変位するとともに、最大変位の箇所になって、支持部の裏面近辺まで変位する。しかしながら、裏面部の内周側裏部分が、外周側裏部分より裏方向へ突出して、凹部の周壁の嵌合する構造により、接着剤のはみ出し部は、裏面部の内周側裏部分の裏側の位置になって、内周側裏部分から内側への接着剤のはみ出しが防止される。これにより、内側枠部の最大変位部位が最大変位時に接着剤にぶつかることを有効に防止することができる。

次に、本発明の光偏向器チップは、表側に光反射面を含む可動部と、前記可動部を可動するように支持するとともに、前記可動部を変位させるために裏側において開口する変位空間を内周側に形成する支持部とを備え、前記支持部の裏面部は、表裏方向に対して直角の平面となっている外周側裏部分と、前記外周側裏部分より裏方向へ突出した内周側裏部分とを有することを特徴とする。

本発明の光偏向器チップによれば、支持部の裏面部は、パッケージの座部と凹所の周壁とに接着可能な外周側裏部分と内周側裏部分とを有するので、パッケージとの所望の接着面積が確保される。

また、パッケージに接着される際の座部との間の接着剤は、内側に食み出すことなく凹部の周壁に沿って奥の方へ移動するので、接着剤の食み出し部が、可動部の変位を妨害する事態を防止することができる。

光偏向器チップの斜視図。 光偏向器の構造図。 外側枠部の断面図。 光偏向器チップの第１範囲の製造工程図。 光偏向器チップの第２範囲の製造工程図。 光偏向器チップの第３範囲の製造工程図。 パッケージに光偏向器チップを組み付ける製造工程図。 別のパッケージに光偏向器チップを組み付けるときの説明図。 従来の光偏向器の説明図。

図１を参照して、実施形態の光偏向器チップについて説明する。光偏向器チップ１は、後述のように、ＭＥＭＳ技術を利用して製造される。光偏向器チップ１は、中心に配置されるミラー部２、ミラー部２を外側から包囲する矩形の内側枠部３、及び内側枠部３を外側から包囲する矩形の外側枠部４を備えている。

説明の便宜上、光偏向器チップ１の縦方向及び横方向を、それぞれ外側枠部４の短辺に平行な方向及び長辺に平行な方向と定義する。図１では、左斜め下−右斜め上の方向が光偏向器チップ１の縦方向であり、左斜め上−右斜め下の方向が光偏向器チップ１の横方向となる。また、光偏向器チップ１が、光を入射及び反射する側を光偏向器チップ１の表側と定義し、表側とは反対側を光偏向器チップ１の裏側と定義する。

光偏向器チップ１は、ミラー部２の中心を通る縦方向の中心線に対して対称の構造になっている。１対のトーションバー５は、その軸線を縦方向に揃えて、ミラー部２に対して縦方向両側に配設され、ミラー部２に先端側を結合している。トーションバー５の基端側は内側枠部３の横辺の内周側の中心部に結合している。なお、トーションバー５の基端側は、内側枠部３の内周に結合することなく、内側枠部３の内周から分離していてもよい。

各トーションバー５に対して、横方向両側には内側アクチュエータ６が１つずつ配設されている。内側アクチュエータ６は、横方向へ直線の形状であり、基端側及び先端側においてそれぞれ内側枠部３の内周及びトーションバー５に結合している。トーションバー５への内側アクチュエータ６の結合位置は、ミラー部２の周縁から所定距離、離れた縦方向位置に設定されている。

内側アクチュエータ６は、圧電膜を利用したカンチレバー式の圧電アクチュエータとなっている。光偏向器チップ１が光スキャナ等に組み込まれた場合には、横方向両側の内側アクチュエータ６は、光スキャナの制御器（図示せず）からの印加電圧により駆動される。該印加電圧は、周波数がミラー部２及びトーションバー５を含む構造部分の共振周波数と同一周波数（以下、「第１周波数」という。）で、かつ横方向両側の内側アクチュエータ６において、相互に逆の位相とされる。

この結果、横方向両側の内側アクチュエータ６としてのカンチレバーは、相互に逆位相で撓み量を増減し、トーションバー５を第１の回転軸線回りに同一の回転方向に駆動する。第１の回転軸線は、トーションバー５の軸線に一致し、ミラー部２の中心を通るように設定されている。

制御器（図示せず）から内側アクチュエータ６へカンチレバーの印加電圧として供給される制御電圧は、第１周波数で増減するので、ミラー部２は、第１の回転軸線の回りに第１周波数で往復回動する。

１対の外側アクチュエータ７は、内側枠部３に対して横方向両側に配設される。各外側アクチュエータ７は、ミアンダパターンで直列に結合された複数（図示の例では４つ）のカンチレバー１３を有し、基端側を外側枠部４の縦辺部の一端側（図１において下側）に結合し、先端側を内側枠部３の縦辺部の一端側に結合している。

各カンチレバー１３は、１つのアクチュエータとして作動可能な構造を有している。したがって、外側アクチュエータ７の全体の作用は、４つのアクチュエータとしての４つのカンチレバー１３の協働作用となる。

各外側アクチュエータ７において、カンチレバー１３は、長手方向を光偏向器チップ１の縦方向に揃えて、並設され、横方向に隣り関係のカンチレバー１３同士は、折返し部を介して端部において相互に連結されている。これにより、外側アクチュエータ７は、複数のカンチレバー１３が直列に結合した構造になっている。

各外側アクチュエータ７の複数のカンチレバー１３に対し、外側アクチュエータ７の基端側から先端側への配列順に番号１〜４を付けると、各カンチレバー１３の後述の圧電体層８０への光スキャナの制御器（図示せず）からの所定の印加電圧の供給により、カンチレバー１３の撓み量は、奇数番のカンチレバー１３同士、及び偶数番のカンチレバー１３同士では、同一位相で増減する。また、奇数番のカンチレバー１３の撓み量と偶数番のカンチレバー１３の撓み量とは、相互に逆位相で増減する。これにより、ミラー部２に対して横方向両側の外側アクチュエータ７は、協働して、内側枠部３の縦方向の一端側を第２の回転軸線の回りに往復回動させる。第２の回転軸線は、光偏向器チップ１の横方向に平行な直線であり、ミラー部２の中心において第１の回転軸線と直交する。

電極パッド８，９は、外側枠部４の一方及び他方の縦辺部の表側の面にそれぞれ配備される。電極パッド８は、ミラー部２に対して電極パッド８側に配設された内側アクチュエータ６及び外側アクチュエータ７内の電極端子に金属配線を介して接続され、電極パッド９は、ミラー部２に対して電極パッド９側に配設された内側アクチュエータ６及び外側アクチュエータ７内の電極端子に金属配線を介して接続される。電極パッド８，９は、ボンディングパッドとして、光偏向器チップ１が収納されるパッケージ２６の端子と、図示しないボンディングワイヤを介して接続される。

光偏向器チップ１の全体の作用を簡単に説明する。ミラー部２は、内側アクチュエータ６及び外側アクチュエータ７の作動により第１及び第２の回転軸線の回りにそれぞれ第１及び第２周波数で往復回動しつつ、図示していない光源（例：レーザ光源）からの一定方向の光を表側からミラー部２の表側のミラー面に入射される。ミラー部２は、該光を、ミラー面において第１及び第２の回転軸線の回りの回転角に応じた角度で反射して、表側に出射する。

光偏向器チップ１からの出射光は、横方向及び縦方向へ所定の走査角範囲でかつ所定の振動数で往復する走査光となる。なお、通常、第２周波数は、第１周波数より低い値となっている。また、第２周波数での外側アクチュエータ７による第２軸線回りのミラー部２の往復回動には、ミラー部２及びトーションバー５を含む構造部分の共振は利用されない。したがって、外側アクチュエータ７によるミラー部２の回転駆動力は、内側アクチュエータ６によるミラー部２の回転駆動力よりも大きくする必要がある。

光偏向器チップ１は、典型的には、その縦方向及び横方向をそれぞれ鉛直方向及び水平方向に揃えて、設置される。その場合、第１の回転軸線回りのミラー部２の回動により、ミラー部２からの反射光は水平方向へ往復変位する。また、第２の回転軸線回りのミラー部２の回動により、ミラー部２からの反射光は鉛直方向へ往復変位する。これにより、光偏向器チップ１からの反射光は、照射先を縦横に走査する光として出射される。

光偏向器チップ１は、その光源と共に、光スキャナに実装される。該光スキャナは、例えば、プロジェクタ、バーコードリーダ、レーザプリンタ、レーザヘッドアンプ、又はヘッドアップディスプレイ等に装備される。

図２は、光偏向器２５の内部構造を示す断面図である。図２は、ミラー部２の中心を通り第２の回転軸線に対して直角な断面図となっている。

光偏向器２５は、光偏向器チップ１と、光偏向器チップ１を収納するセラミック製のパッケージ２６とを備えている。パッケージ２６は、光偏向器チップ１を収納する収納空間２７を内側に形成するパッケージ本体２８と、パッケージ本体２８の開口側を封鎖する蓋２９とを備える。蓋２９による封鎖後の収納空間２７内は、例えば減圧状態又はほぼ真空状態にある。蓋２９は、光を透過する透過窓３２を中心部に有する。パッケージ２６の外からミラー部２に向かう入射光及びミラー部２からパッケージ２６の外へ向かう反射光としての出射光は、透過窓３２を通過する。

光偏向器チップ１のミラー部２等の可動部は、図１で説明したように、外側アクチュエータ７の作用により第２の回転軸線回りに往復回動する。この結果、可動部の各部位は、表裏方向（図２の上下方向に相当）に往復変位する。ミラー部２の光反射面の中心は、表裏方向の可動部の変位中も表裏方向に同一位置に保持される。可動部は、光偏向器チップ１の作動停止中は、静止状態になり、表裏方向にミラー部２の中心にほぼ揃う位置（以下、「中立位置」という。）になる。

裏側空間３５は、外側枠部４の内周面により形成され、可動部が表裏方向へ中立位置に対して裏側へ変位することを許容する。光偏向器チップ１の可動部において、第２の回転軸線から遠い部位ほど、表裏方向の変位範囲が増大する。また、外側アクチュエータ７において先端部に近い部位ほど、カンチレバー１３の撓み量が蓄積され、表裏方向の変位範囲が増大する。この結果、内側枠部３の横辺部の外周縁は、外側枠部４の横辺部の内周側をかすめるように、光偏向器チップ１の表裏方向へ変位するとともに、光偏向器チップ１において表裏方向へ最大変位する部位になる。

パッケージ本体２８の底部３９は、周辺部の座部４０と、中央部の凹部４１とを有する。座部４０は、光偏向器チップ１の表裏方向に対して直角の平面に形成されている。凹部４１は、パッケージ本体２８内の最奥部としての底面４２と、底面４２の周縁から表方向へ立ち上がる周壁４３とを有する。

延長空間４５は、凹部４１の底面４２及び周壁４３により形成され、裏側空間３５の裏側に連続する空間を形成する。光偏向器チップ１の表裏方向への内側枠部３の最大変位部は、最も裏側に変位したときには、外側枠部４の裏面を越えることがあるので、延長空間４５は、その時の可動部と底面４２との衝突を回避させる役割がある。

図３は、光偏向器チップ１の表裏方向に平行な平面で外側枠部４を切ったときの断面図である。外側枠部４は、表面５０、外周面５１及び内周面５２をもつとともに、裏側に外周側裏面５３、内周側裏面５４及び内側外周面５５をもつ。内周側裏面５４は、表裏方向へ外周側裏面５３より裏側へ突出している。このため、内側外周面５５が外周側裏面５３の内周縁と内周側裏面５４の外周縁との間に形成されている。なお、内側外周面５５に対し、外周面５１は外側外周面を構成する。

図３において、ｄ１は、光偏向器チップ１の縦方向及び横方向の外周側裏面５３の寸法、ｄ２は、表裏方向の外周側裏面５３と内周側裏面５４との距離、ｄ３は、光偏向器チップ１の縦方向及び横方向の表面５０の寸法を示す。寸法例は次のとおりである。
ｄ１：２００［μｍ］以上、好ましくは２５０［μｍ］。
ｄ２：２００［μｍ］以上。
ｄ３：５００［μｍ］。

上記のｄ１，ｄ２の寸法（例）によれば、光偏向器チップ１を外側枠部４の外周側裏面５３を座部４０に押し当てたときに、外周側裏面５３が座部４０から凹部４１内へ滑り込むのを防止できる。なお、図１の光偏向器チップ１における外側枠部４の矩形の内周縁の寸法は、例えば、縦が約４ｍｍ、横が約１０ｍｍである。

図２に戻って、ダイアタッチ剤６０は、底部３９への光偏向器チップ１の固定に先立って、座部４０の凹部４１側の周縁部に沿って塗布される。ダイアタッチ剤６０の材料は、例えば、エポキシ樹脂若しくはシリコン樹脂などの樹脂、又はＡｕＳｎ共晶ペーストである。光偏向器チップ１は、外側枠部４の内側外周面５５が凹部４１の周壁４３の内側に嵌合し、外周側裏面５３が座部４０に突き当たるように、凹部４１の底面４２の方へ押し込まれる。

これにより、ダイアタッチ剤６０は、外周側裏面５３と座部４０との間に挟まれて、光偏向器チップ１の表裏方向に対して直角方向であって凹部４１側及びその反対方向、すなわち内側及び外側へ押し出される。山裾状フィレット６１は、外側に座部４０と外周側裏面５３からはみ出して来たダイアタッチ剤６０の部分により形成され、外周面５１と座部４０とに付着する。

外周側裏面５３と座部４０との間から内側へ押し出されたダイアタッチ剤６０の部分は、内側外周面５５に突き当たり、向きを内側から光偏向器チップ１の表裏方向裏側へ転換される。その後は、周壁４３と内側外周面５５の間を底面４２の方へ移動し、内周側裏面５４から露出して、内周側裏面５４に対して底面４２側に玉状フィレット６２を形成する。

玉状フィレット６２は、所定の大きさを有するが、内周面５２より内側に突出することはない。また、外側枠部４は、外周側裏面５３及び内側外周面５５においてダイアタッチ剤６０により接着されるので、十分な接着面積が確保される。

内側枠部３は、ミラー部２の中心を通る第２の回転軸線の回りに往復回動し、裏側への最大変位箇所の最大変位時では、表裏方向へ内周側裏面５４の位置又はそれより裏側まで変位する。しかしながら、玉状フィレット６２との衝突を免れるので、ダイアタッチ剤６０による光偏向器チップ１の可動部の変位妨害は阻止される。

図４〜図７は、光偏向器２５の製造工程を順番に示している。そのうち、図４〜図６は、光偏向器チップ１のみの製造工程である。図７は、完成した光偏向器チップ１をパッケージ２６に組み込む製造工程である。これら図４〜図７は、製造工程の特徴を模式的に示したものであり、図１に図示した構造とは細部において相違している。

図４〜図６の各ＳＴＥＰでは、光偏向器チップ１のミラー部２、外側枠部４、内側アクチュエータ６及び外側アクチュエータ７が未完成であるので、符号２，４，６，７に代えて、符号Ａ１〜Ａ４を使用する。

Ａ１は、光偏向器チップ１の製造工程におけるミラー部２の範囲としてのミラー部形成範囲を指す。Ａ２は、光偏向器チップ１の製造工程における内側アクチュエータ６の範囲としての内側アクチュエータ形成範囲を指す。Ａ３は、光偏向器チップ１の製造工程における外側アクチュエータ７の範囲としての外側アクチュエータ形成範囲を指す。Ａ４は、光偏向器チップ１の製造工程における外側枠部４の範囲としての、外側枠部形成範囲を指す。

光偏向器２５の製造工程を順番に説明する。ＳＴＥＰ１では、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板７０が用意される。ＳＯＩ基板７０は、上の層から順番に、単結晶シリコンの活性層７１（「ＳＯＩ層」ともいう）、酸化シリコンの中間酸化膜層７２、及び単結晶シリコンのハンドリング層７３から成り、３層の貼り合わせ基板となっている。各層の厚みは、例えば、活性層７１の厚みは５〜１００［μｍ］、中間酸化膜層７２の厚みは０．５〜２［μｍ］、ハンドリング層７３の厚みは１００〜６００［μｍ］である。

ＳＴＥＰ２では、ＳＯＩ基板７０の表面（活性層７１側）及び裏面（ハンドリング層７３側）を熱酸化炉（拡散炉）によって酸化し、熱酸化シリコン膜７４，７５を形成する（熱酸化膜形成処理）。熱酸化シリコン膜７４，７５の厚みは、例えば０．１〜１［μｍ］とする。

ＳＴＥＰ３では、ＳＯＩ基板７０の表面（活性層７１側）に、下部電極層７９、圧電体層８０、上部電極層８１を順次形成する。

まず、ＳＴＥＰ３の下部電極層形成処理では、ＳＯＩ基板７０の活性層７１側の熱酸化シリコン膜７４上に、２層の金属薄膜からなる下部電極層７９を形成する。下部電極層７９の材料としては、１層目（下層）の金属薄膜にはチタンを用い、２層目（上層）の金属薄膜には白金を用いる。各金属薄膜は、例えば、スパッタ法、電子ビーム蒸着法等により成膜する。各金属薄膜の厚みは、例えば１層目のＴｉは３０〜１００［ｎｍ］、２層目のＰｔは１００〜３００［ｎｍ］程度とする。

次に、ＳＴＥＰ３の圧電体層形成処理では、下部電極層７９上に、１層の圧電膜からなる圧電体層８０を形成する。圧電体層８０の材料としては、圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる。また、圧電膜の厚みは、例えば１〜１０［μｍ］程度とする。圧電膜は、例えば、反応性アーク放電を利用したイオンプレーティング法により成膜する。反応性アーク放電を利用したイオンプレーティング法については、具体的には、特開２００１−２３４３３１号公報、特開２００２−１７７７６５号公報、特開２００３−８１６９４号公報に記載された手法を用いる。

このアーク放電プラズマを利用した反応性イオンプレーティング法は、プラズマガンで真空容器内に発生させた高密度酸素プラズマ中で原料金属を加熱蒸発させ、真空容器内又は半導体基板上において各金属蒸気と酸素とが反応することにより、半導体基板上に圧電膜を形成するものである。この方法を用いることにより、比較的低い成膜温度においても高速に圧電膜を形成できる。特に、アーク放電反応性イオンプレーティング法による圧電膜を形成する際に、その下地として、例えば化学溶液堆積法（ＣＳＤ（Chemical Solution Deposition）法）によりシード層を形成することで、より優れた圧電特性を有する圧電膜を形成することができる。

圧電膜は、例えばスパッタ法、ゾルゲル法等により成膜してもよい。ただし、反応性アーク放電を利用したイオンプレーティング法を用いることにより、良好な圧電特性（バルクの圧電体と同等の圧電特性）を有する厚みのある膜を成膜することができる。

次に、ＳＴＥＰ３の上部電極層形成処理で、圧電体層８０上に、１層の金属薄膜からなる上部電極層８１を形成する。上部電極層８１の材料としては、Ｐｔ又はＡｕを用いる。上部電極層８１は、例えば、スパッタ法、電子ビーム蒸着法等により成膜する。上部電極層８１の厚みは、例えば１０〜２００［ｎｍ］程度とする。

ＳＴＥＰ４では、形状加工処理で、内側アクチュエータ形成範囲Ａ２及び外側アクチュエータ形成範囲Ａ３において上部電極層８１、圧電体層８０及び下部電極層７９の形状を加工する。これにより、内側アクチュエータ形成範囲Ａ２及び外側アクチュエータ形成範囲Ａ３における上部電極層８１、圧電体層８０及び下部電極層７９から、内側アクチュエータ６及び外側アクチュエータ７の素子としての上部電極、圧電体及び下部電極が形成される。

具体的には、まず、上部電極層８１上にフォトリソグラフィ技術を用いてレジスト材料をパターニングする。次に、パターニングしたレジスト材料をマスクとして、上部電極層８１及び圧電体層８０に対して、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置を用いて、ドライエッチングを行う。これにより、上部電極パッド（上部配線接続部）、上部電極、及び圧電体が形成される。また、この時、これらの上部電極パッドと、内側アクチュエータ６及び外側アクチュエータ７を構成する各圧電カンチレバーの上部電極とを接続するための上部電極配線（電極配線パターン）も形成される。

同様に、下部電極層７９上にフォトリソグラフィ技術を用いてレジスト材料をパターニングする。次に、パターニングしたレジスト材料をマスクとして、下部電極層７９に対して、ＲＩＥ装置を用いて、ドライエッチングを行う。これにより、下部電極パッド（下部配線接続部）、及び下部電極が形成される。

ＳＴＥＰ５では、熱酸化シリコン膜７５を除去して、ハードマスクを形成する。詳細には、ＳＯＩ基板７０の表面全体を厚膜レジストで保護しておき、裏面のハンドリング層７３側の熱酸化シリコン膜７５を、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）で除去する。そして、ＳＯＩ基板７０の裏面側のハンドリング層７３上の全面に、１層のＡｌ薄膜８４を形成する。Ａｌ薄膜８４は、例えばスパッタ法、蒸着法を用いて成膜する。そして、Ａｌ薄膜８４上にフォトリソグラフィ技術を用いてレジスト材料をパターニングする。次に、パターニングしたレジスト材料をマスクとして、Ａｌ薄膜８４に対してウェットエッチングを行う。これにより、後述のＳＴＥＰ７のＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）−ＲＩＥ装置によるドライエッチングに用いるハードマスク（ミラー部形成範囲Ａ１及び外側枠部形成範囲Ａ４の裏面側のＡｌ薄膜８４）が形成される。

ＳＴＥＰ６では、活性層７１の形状を加工する。まず、フォトリソグラフィ技術を用いてレジスト材料をパターニングし、このパターニングしたレジスト材料をマスクとして、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置を用いて、熱酸化シリコン膜７４及び活性層７１のシリコンの形状を加工する。ＩＣＰ−ＲＩＥ装置は、マイクロマシン技術で使用されるドライエッチング装置であり、シリコンを垂直に深く掘ることが可能な装置である。これにより、活性層７１は、Ａ２〜Ａ４以外の箇所では除去される。

さらに、ＳＴＥＰ６では、ミラー部形成範囲Ａ１において、ＳＯＩ基板７０の中間酸化膜層７２をＩＣＰ−ＲＩＥ装置を用いて除去する。そして、反射面形成処理で、ミラー部２のミラー面反射膜（ミラー部形成範囲Ａ１の金属薄膜８６）が形成される。まず、中間酸化膜層７２を除去して露出したＳＯＩ基板７０のハンドリング層７３上に、１層の金属薄膜８６を形成する。金属薄膜８６の材料としては、例えばＡｕ，Ｐｔ，Ａｇ，Ａｌ等を用いる。また、金属薄膜８６は、例えばスパッタ法、蒸着法を用いて成膜する。金属薄膜８６の厚みは、例えば１０〜５００［ｎｍ］程度とする。

次に、金属薄膜８６の形状を加工する。具体的には、まず、金属薄膜８６上にフォトリソグラフィ技術を用いてレジスト材料をパターニングする。次に、パターニングしたレジスト材料をマスクとして、金属薄膜８６に対して、ＲＩＥ装置を用いてドライエッチングを行う。これにより、ミラー部形成範囲Ａ１において、ＳＯＩ基板７０のハンドリング層７３上に、ミラー面反射膜としての金属薄膜８６が残る。

ＳＴＥＰ７では、ＳＴＥＰ５で形成したハードマスクを用いて、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置を用いて、ハンドリング層７３のシリコンをＳＯＩ基板７０の裏面から加工する。これにより、圧電カンチレバーの支持体（内側アクチュエータ形成範囲Ａ２及び外側アクチュエータ形成範囲Ａ３におけるハンドリング層７３）の裏側とアウターフレームの外側とを一旦２００［μｍ］程度掘り下げて、第１段掘下げ部８７を形成する。

ＳＴＥＰ８では、フォトリソグラフィ技術を用いてレジスト材料をミラー部形成範囲Ａ１及び外側枠部形成範囲Ａ４の裏側をパターニングする。次にパターニングしたレジスト材料をマスクとして、さらに、内側アクチュエータ６及び外側アクチュエータ７の支持体（内側アクチュエータ形成範囲Ａ２及び外側アクチュエータ形成範囲Ａ３の活性層７１）の裏側を掘り下げる。そして、内側アクチュエータ形成範囲Ａ２及び外側アクチュエータ形成範囲Ａ３において第１段掘下げ部８７から第２段掘下げ部８８を形成する。

ＳＴＥＰ９では、ＳＯＩ基板７０の中間酸化膜層７２をバッファードフッ酸（ＢＨＦ）でウェットエッチングして除去する。これにより、ミラー部２、トーションバー５、内側アクチュエータ６、外側アクチュエータ７、内側枠部３の周囲を部分的にＳＯＩ基板７０から切り離して空隙８９を形成し、内側アクチュエータ６の駆動と、外側アクチュエータ７の駆動と、ミラー部２、内側枠部３及びトーションバー５の回転とを可能にする。

ＳＴＥＰ１０では、パッケージ本体２８の座部４０の内周部にダイアタッチ剤６０を塗布してから、外側枠部４の裏側の第１段掘下げ部８７がパッケージ本体２８の凹部４１の周壁４３に嵌合するように、光偏向器チップ１が凹部４１に押し込まれる。なお、外側枠部４の裏側の第１段掘下げ部８７は、図３において、外周側裏面５３及び内側外周面５５により形成される空間部に相当する。

ＳＴＥＰ１１では、ＳＴＥＰ１０において、座部４０上にあったダイアタッチ剤６０は、外側及び内側に押し出されて、座部４０及び周壁４３にそれぞれ山裾状フィレット６１及び玉状フィレット６２を形成する。

図８は、金属ＣＡＮ製のパッケージ９０に光偏向器チップ１を取付ける工程の説明図である。パッケージ９０の底部９１（図２のパッケージ２６のパッケージ本体２８の底面４２に相当）は、全面が光偏向器チップ１の表裏方向に対して直角な平坦面に形成される。

環状起立部材９３は、平面の表面及び裏面を有し、裏側にダイアタッチ剤６０を塗布されてから、底部９１の所定部位（図２のパッケージ２６のパッケージ本体２８の底部３９における座部４０の凹部４１側の周縁部に相当）に接着される。なお、環状起立部材９３の表裏方向寸法は、内側外周面５５の寸法長さｄ２（図３参照）より十分に長くなっている。

延長空間９４は、環状起立部材９３の内周側に形成され、パッケージ２６の延長空間４５（図２）と同一の役目をもち、光偏向器チップ１の裏側空間３５にその裏側から合わせられる。

光偏向器チップ１は、環状起立部材９３の表面側にダイアタッチ剤６０を塗布してから、外側枠部４の裏側の第１段掘下げ部８７が環状起立部材９３の内周壁に嵌合するように、環状起立部材９３の内周側に押し込まれる。図示は省略しているが、環状起立部材９３の表面側のダイアタッチ剤６０は、環状起立部材９３への光偏向器チップ１の接着後、図７のＳＴＥＰ１１に図示したのと同様な山裾状フィレット６１及び玉状フィレット６２を環状起立部材９３の頂面及び内周面に形成する。

環状起立部材９３においても、環状起立部材９３への光偏向器チップ１の取付けに伴い外側枠部４と環状起立部材９３との間からはみ出したダイアタッチ剤６０は、外側枠部４の内周壁を越えて、内側へ突出するのを防止される。この結果、玉状フィレット６２（図７のＳＴＥＰ１１参照）による光偏向器チップ１の可動部の表裏方向変位の妨害が防止される。

本発明の効果を確認する対比実験を行ったので、その結果を説明する。対比実験では、光偏向器２５（図２）と光偏向器１２５（図９）とを対比した。光偏向器２５は光偏向器チップ１を装備し、光偏向器１２５は光偏向器チップ１０１を装備する。光偏向器チップ１と光偏向器チップ１０１との相違は、外側枠部４及び外側枠部１０４の断面輪郭である。すなわち、外側枠部４の断面輪郭は図３で示したものであるのに対し、外側枠部１０４の断面輪郭は図９で示す矩形である。外側枠部４及び外側枠部１０４の断面輪郭以外の構造は、光偏向器チップ１及び光偏向器チップ１０１において同一である。したがって、実験結果に使用した光偏向器２５，１２５のうち、光偏向器２５について、具体的な数値等を説明する。

第１の回転軸線の回りのミラー部２の往復回動の周波数としての共振周波数（ミラー部２とトーションバー５との質量体の共振周波数）は１５［ｋＨｚ］となるように設計した。このとき、ＳＯＩ基板７０の各層の厚みは、活性層７１を５０［μｍ］、中間酸化膜層７２を２［μｍ］、ハンドリング層７３を５２５［μｍ］とし、熱酸化シリコン膜７４の厚みは５００［ｎｍ］とした。また、下部電極層７９（Ｔｉ／Ｐｔ）の厚みはＴｉを５０［ｎｍ］、Ｐｔを１５０［ｎｍ］とし、圧電体層８０（ＰＺＴ）の厚みは３［μｍ］とし、上部電極層８１（Ｐｔ）の厚みは１５０［ｎｍ］とした。

この光偏向器２５について、内側アクチュエータ６にピーク間電圧Ｖpp＝２５［Ｖ］、周波数１５［ｋＨｚ］の交流電圧を駆動信号として印加し、外側アクチュエータ７にピーク間電圧Ｖpp＝２５［Ｖ］、周波数６０［Ｈｚ］の交流電圧を駆動信号として印加した。内側アクチュエータ６は水平軸走査用で共振駆動し、外側アクチュエータ７は垂直軸走査用で非共振駆動とした。このとき、水平軸で最大偏向角±８°、垂直軸で最大偏向角±６°が得られる。

光偏向器２５では、表裏方向に対して直角方向の寸法（光偏向器チップ１の縦方向及び横方向の寸法）について、パッケージ２６の延長空間４５の寸法は、光偏向器チップ１の裏側空間３５の寸法に対してｄ３−ｄ１（ｄ１，ｄ３は図３参照）の２倍だけ広げた。また、凹部４１の深さは、光偏向器チップ１の可動部が接触しない十分な深さとした。

パッケージ２６の座部４０にダイアタッチ剤６０としてシリコン系ダイアタッチ剤を塗布し、光偏向器チップ１の外側枠部４を載置して、熱硬化することにより接着した。

光偏向器チップ１の電極パッド８，９とあらかじめセラミック製のパッケージ２６に配置した電極とをＡｕワイヤーによりワイヤーボンディングし、電気的に接続した。

対比実験では、ダイアタッチ剤６０のはみ出しの状態及び光偏向器の動作への影響を確認した。対比実験において、光偏向器１２５では、光偏向器チップ１０１の外側枠部１０４の内側に一様にダイアタッチ剤６０のはみ出しが生じてしまった。この場合において、光偏向器１２５を動作させたところ、図９で説明したように、玉状フィレット１６２が内側枠部１０３に接触してしまい、光偏向器１２５の正常な動作を得ることができなかった。具体的には、上記の特性が得られず、第２の回転軸線の回りの偏向角が大きく低下した。

一方、光偏向器２５では、光偏向器チップ１の外側枠部４より内側へのダイアタッチ剤６０のはみ出しは、図２で説明したように、生じなかった。塗布するダイアタッチ剤６０の量をある程度増加しても同様にはみ出しは生じず、結果として光偏向器２５を動作しても異常動作の発生は無いことを確認できた。

本発明の実施形態を説明した。光偏向器チップ１は、本発明の光偏向器チップの一例である。ミラー部２、内側枠部３、内側アクチュエータ６及び外側アクチュエータ７は、本発明の可動部の例である。外側枠部４は、可動部を可動するように支持する、本発明の支持部の一例である。

内側アクチュエータ６は、内側枠部とミラー部との間に介在してミラー部を第１の回転軸線回りに往復回動させる、本発明の内側アクチュエータ部の一例である。外側アクチュエータ７は、外側枠部と内側枠部との間に介在して内側枠部を第２の回転軸線の回りに、往復回動させる、本発明の外側アクチュエータ部の一例である。裏側空間３５は、可動部を変位させるために光偏向器チップにおいて裏側において開口する、本発明の変位空間の一例である。凹部４１は、変位空間の裏側に対峙する位置に形成された、本発明の凹部の一例である。

外周側裏面５３、内周側裏面５４及び内側外周面５５は、支持部の、本発明の裏面部の例である。外周側裏面５３は、本発明の外周側裏部分の一例である。内周側裏面５４及び内側外周面５５は、本発明の内周側裏部分の一例である。内側外周面５５は、表裏方向に対して直角方向に凹部の周壁に対峙して接着される、本発明の内周側裏部分の一例である。内側外周面５５は、また、外周側裏部分より裏方向へ突出した、本発明の内周側裏部分の一例である。ダイアタッチ剤６０は、本発明の接着剤の一例である。

環状起立部材９３は、本発明において収納空間の底部に接着されて起立する起立部の一例である。光偏向器チップ１の外周側裏面５３が当てられる側の環状起立部材９３の端面は、起立部の頂部の一例である。

実施形態の光偏向器チップ１は、二次元走査型の光偏向器チップとなっているが、本発明は、内側アクチュエータ６を省略して、外側アクチュエータ７のみの一次元走査型の光偏向器チップにも適用可能である。一次元走査型の光偏向器チップの構造例では、光偏向器チップ１の内側枠部３が、矩形平面の１つのミラー部を構成する。

１・・・光偏向器チップ、２・・・ミラー部（可動部）、３・・・内側枠部（可動部）、４・・・外側枠部（支持部）、６・・・内側アクチュエータ（可動部及び内側アクチュエータ部）、７・・・外側アクチュエータ（可動部及び外側アクチュエータ部）、２５・・・光偏向器、２６・・・パッケージ、２７・・・収納空間、３５・・・裏側空間（変位空間）、３９，９１・・・底部、４０・・・座部、４１・・・凹部、４２・・・底面、４３・・・周壁、５３・・・外周側裏面（外周側裏部分）、５４・・・内周側裏面（内周側裏部分）、５５・・・内側外周面（内周側裏部分）、６０・・・ダイアタッチ剤（接着剤）、９３・・・環状起立部材（起立部）。

Claims (4)

1. 光偏向器チップと、該光偏向器チップを配置するパッケージとを備え、
   前記光偏向器チップは、表側に光反射面を含む可動部と、前記可動部を可動するように支持するとともに、前記可動部を変位させるために裏側において開口する変位空間を内周側に形成する支持部とを有し、
   前記パッケージは、前記変位空間の裏側に対峙する位置に形成された凹部と、前記光偏向器チップの前記支持部の裏面部が当たる位置に形成された座部とを有し、
   前記支持部の裏面部は、表裏方向に前記座部に対峙して接着される外周側裏部分と、表裏方向に対して直角方向に前記凹部の周壁に対峙して接着される内周側裏部分とを有することを特徴とする光偏向器。
2. 請求項１記載の光偏向器において、
   前記座部は、前記光偏向器チップが収納される収納空間の底部に接着されて起立する起立部の頂部に形成され、
   前記凹部は、前記起立部の内周側に形成されていることを特徴とする光偏向器。
3. 請求項１又は２に記載の光偏向器において、
   前記光偏向器チップの前記可動部は
   前記光反射面を表側に有するミラー部と、
   該ミラー部を包囲するとともに前記支持部としての外側枠部の内側に配設される内側枠部と、
   該内側枠部と前記ミラー部との間に介在して前記ミラー部を第１の回転軸線回りに往復回動させる内側アクチュエータ部と、
   前記第１の回転軸線に直交する第２の回転軸線の方向に前記内側枠部の両側でかつ前記外側枠部の内周側に配設され前記外側枠部と前記内側枠部との間に介在して前記内側枠部を前記第２の回転軸線の回りに、往復回動させる外側アクチュエータ部とを含むことを特徴とする光偏向器。
4. 表側に光反射面を含む可動部と、前記可動部を可動するように支持するとともに、前記可動部を変位させるために裏側において開口する変位空間を内周側に形成する支持部とを備え、
   前記支持部の裏面部は、表裏方向に対して直角の平面となっている外周側裏部分と、前記外周側裏部分より裏方向へ突出した内周側裏部分とを有することを特徴とする光偏向器チップ。