JP2019109448A - 光偏向器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回動部の最大回動角の増大と、回動部の共振周波数の増大とを両立させつつ、均一な厚みの圧電膜を得ることができる光偏向器の製造方法を提供する。【解決手段】ＳＯＩ板４０に対し、表面Ｓｉ層４３の表面側より、少なくともミラー部２の形成領域は除外しつつ、表面Ｓｉ層４３の外側圧電アクチュエータ５の形成領域をエッチングして、底面５１ａが表面粗さでＲａ１．０ｎｍである凹部５１を形成する。次に、表面側の全面に圧電膜を成膜する。次に、表面側から圧電膜をエッチングすることにより凹部５１の表面側に外側圧電アクチュエータ５の圧電構造５８を形成する。次に、裏面側からのエッチングより回動ブロック６５、外側圧電アクチュエータ５及び固定枠６の側面輪郭及び裏面輪郭を形成する。【選択図】図３

Description

本発明は、ミラー部を往復回動させつつ、入射光をミラー部で反射して出射する光偏向器の製造方法に関する。

近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の光偏向器が知られている。

一般的な構造のＭＥＭＳの光偏向器は、光を反射するミラー部と、ミラー部を第１軸線の回りに往復回動させる第１駆動部と、及びミラー部を第１軸線とは別の第２軸線の回りに往復回動させる第２駆動部とを備えている。

特許文献１の光偏向器は、ミラー部を軸線の回りに高速で往復回動するために、ミラー部の共振を利用する。該光偏向器は、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）板から製造され、圧電式駆動部のカンチレバーの基板部としてのＳｉ（ケイ素）層は、該ＳＯＩ板の表面Ｓｉ層の厚みをそのまま利用している。

特開２００５−１２８１４７号公報

圧電構造でカンチレバーを変形させる駆動部では、カンチレバーは、薄い方が、電圧印加時の変形量が増大し、同一の駆動電圧に対するミラー部の回動角（振れ角）を大きくすることができる。一方、ミラー部を共振周波数で往復回動させる場合、厚いカンチレバーの方が剛性（スティフネス）が高くなり、高い共振周波数でミラー部を回動させることができる。

特許文献１の光偏向器を含む従来の光偏向器では、複数の駆動部の共通の基板部としてのＳＯＩ板の表面Ｓｉ層の厚みは同一である。したがって、ミラー部を一方の軸線の回りで高い共振周波数で往復回動させることと、他方の軸線の回りで最大回動角を増大させることとを両立させることは、困難になっている。

本発明の目的は、一方の軸線の回りのミラー部の共振周波数の増大と他方の軸線の回りの最大回動角の増大とを両立させつつ、均一な厚みの圧電膜を得ることができる光偏向器の製造方法を提供することである。

本発明の製造方法は、
光を反射するミラー部と、
第１圧電構造を有し、該第１圧電構造に供給される第１駆動電圧により変形して、前記ミラー部を第１軸線の回りに往復回動させる第１駆動部と、
第２圧電構造を有し、該第２圧電構造に供給される第２駆動電圧により変形して、前記ミラー部を第２軸線の回りに往復回動させる第２駆動部とを備える光偏向器の製造方法において、
表面側から裏面側の方へ順番に表面Ｓｉ層、ＳＯＩ層及び裏面Ｓｉ層を有するＳＯＩ板に対し、前記表面Ｓｉ層の表面側の第１部位とは別の第２部位をエッチングすることにより、前記表面Ｓｉ層の前記第２部位に底面が、表面粗さでＲａ１．０ｎｍ以下である凹部を形成する第１工程と、
次に、表面Ｓｉ層の表面側を覆う圧電膜を成膜する第２工程と、
次に、表面側から前記圧電膜をエッチングすることにより前記第１部位及び前記第２部位にそれぞれ前記第１駆動部の前記第１圧電構造及び前記第２駆動部の前記第２圧電構造の輪郭を形成する第３工程と、
次に、裏面側からの前記裏面Ｓｉ層及び前記ＳＯＩ層のエッチングより前記第１駆動部及び前記第２駆動部の輪郭を完成させる第４工程とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、第２部位における凹部の形成により、第２部位に形成する第２駆動部が、第１部位に形成する第１駆動部より薄くされる。これにより、第１駆動部の剛性を大きく、第２の駆動部の剛性は小さくなる。この結果、第１軸線の回りのミラー部の共振周波数の増大と第２軸線の回りの最大回動角の増大とを両立させることができる。

一方、本発明者は、凹部に形成する圧電構造の圧電膜の厚みの均一化について知見を得た。該知見とは、該凹部の底面を、表面粗さでＲａ１．０ｎｍ以下にすれば、該底面の上に圧電膜を成膜するときに、圧電膜の厚みを安定的に均一化できるということである。

本発明によれば、この知見に基づいて、第２駆動部を薄くするために表面Ｓｉ層に形成した凹部は、底面が表面粗さでＲａ１．０ｎｍ以下とされる。こうして、凹部の形成にもかかわらず、該凹部に成膜する圧電膜の厚みを均一化することができる。

本発明の製造方法において、前記第１工程の前記エッチングは、ウェットエッチングとすることが好ましい。

この構成によれば、ウェットエッチングで第１圧電アクチュエータがエッチングされるので、ドライエッチングに比してＲａ１．０ｎｍ以下である底面を有する凹部を支障なく形成することができる。

本発明の製造方法において、前記第１工程の前記ＳＯＩ板は、劈開の結晶方位を［１１１］に設定されていることが好ましい。

この構成によれば、エッチングにより形成した凹部の側壁を垂直壁でなく、傾斜面にすることができる。これにより、凹部の圧電構造に配線層を引き回すときに、断線し難い配線層を形成することができる。

光偏向器の正面図。 光偏向器の圧電アクチュエータのＳＯＩ板厚と各種特性との関係についての説明に関し、図２Ａは、共振周波数と振れ角とがトレードオフの関係にあることを示す表、図２Ｂは共振周波数とＳＯＩ板厚との関係のグラフ、図２Ｃは光偏向器のミラーの角度と駆動電圧との関係のグラフ。 光偏向器の製造方法の工程図。

（光偏向器／構成）
図１は、光偏向器１の正面図である。なお、平板状の光偏向器１に対し、ミラー部２の反射面が視認できる側を「正面」、その反対側を「背面」ということにする。

以下、光偏向器１について上下左右というとき、光偏向器１の正面視での上下左右をいうものとする。光偏向器１の構成の把握の便宜のため、図１等に三軸直交座標を記載している。原点Ｏは、ミラー部２の中心に設定している。Ｚ軸は、光偏向器１の厚み方向に対応している。Ｘ軸及びＹ軸は、左右方向及び上下方向に対応している。Ｚ軸は、背面から正面に向かう向きとされる。Ｘ軸は、左から右に向かう向きとされる。Ｙ軸は、下から上に向かう向きとされる。以下、光偏向器１の構成は、ミラー部２の静止時、すなわちミラー部２の反射面の法線がＺ軸に一致している時を基準として説明する。

光偏向器１は、ミラー部２、第１駆動部としての内側圧電アクチュエータ３ａ，３ｂ、可動支持部としての可動枠４、第２駆動部としての外側圧電アクチュエータ５ａ，５ｂ、及び固定枠６を備える。固定枠６は、正面視で横長の矩形となっている。固定枠６の長辺及び短辺は、それぞれＸ軸及びＹ軸に平行である。

図１において、軸線Ｌｘ及び軸線Ｌｙは、ミラー部２が往復回動（正逆転）する２つの軸線である。軸線Ｌｙは本発明の第１軸線に相当し、軸線Ｌｘは本発明の第２軸線に相当する。軸線Ｌｘ及び軸線Ｌｙは、ミラー部２の中心において直交する。外側圧電アクチュエータ５ａ，５ｂは、図示していない駆動部から第２駆動電圧を供給されて、ミラー部２を軸線Ｌｘの回りに第２周波数で往復回動させる。内側圧電アクチュエータ３は、駆動部から第１駆動電圧を供給されて、ミラー部２を軸線Ｌｙの回りに第１周波数で往復回動させる。

内側圧電アクチュエータ３ａ，３ｂは、圧電構造付きのカンチレバーから構成され、正面視においてＹ軸に対して左右対称の構造になっている。内側圧電アクチュエータ３ａ，３ｂは、Ｙ軸方向の両端部において相互に結合し、全体では、ミラー部２を包囲するＹ軸方向に縦長の楕円環を構成する。可動枠４は、内外周がＹ軸方向に縦長の楕円輪郭の環状枠として形成され、内周側において内側圧電アクチュエータ３ａ，３ｂから構成される楕円環を包囲する。

トーションバー２１ａ，２１ｂは、ミラー部２からｙ軸に沿って上下に直線状に突出し、中間部において内側圧電アクチュエータ３ａ，３ｂの結合部に結合し、突出端において可動枠４の内周に結合する。軸線Ｌｙは、トーションバー２１ａ，２１ｂの中心線に一致する。

外側圧電アクチュエータ５ａ，５ｂは、矩形の固定枠６の内周側でかつＸ軸方向に可動枠４に対して左右対称に配設される。外側圧電アクチュエータ５ａ，５ｂの各々は、ミアンダ配列の複数のカンチレバー２３から構成される。カンチレバー２３も、内側圧電アクチュエータ３ａ，３ｂのカンチレバーと同様に、圧電構造付きとなっている。

具体的には、各カンチレバー２３は、長手方向をＹ軸方向に揃えて、Ｘ軸方向に一列に配列される。複数のカンチレバー２３は、全体として直列の結合となるように、Ｙ軸方向の端部においてＸ軸方向に左隣り又は右隣りのカンチレバー２３に結合している。なお、配列におけるＸ軸方向の両端のカンチレバー２３は、長さが中間のカンチレバー２３の半分となっており、Ｙ軸上で固定枠６及び可動枠４にそれぞれ結合している。固定枠６に結合しているカンチレバー２３の端部は、外側圧電アクチュエータ５ａ，５ｂの基端部を構成し、可動枠４に結合しているカンチレバー２３の端部は、外側圧電アクチュエータ５ａ，５ｂの先端部を構成する。

電極パッド１６ａ，１６ｂは、固定枠６の短辺部の表面に複数ずつ配設されている。電極パッド１６ａは、光偏向器１の左半部の電気素子（例：内側圧電アクチュエータ３ａ及び外側圧電アクチュエータ５ａ）に積層方向下側（裏面側）の連続導電層や積層方向上側（表面側）の配線層（各圧電アクチュエータでは、上側電極層に接続される。図示せず。）を介して接続されている。なお、積層方向下側の連続導電層は、アース配線層を形成し、各圧電アクチュエータでは、アース電位の下側電極層を構成する。電極パッド１６ｂは、光偏向器１の右半部の電気素子（例：内側圧電アクチュエータ３ｂ及び外側圧電アクチュエータ５ｂ）に積層方向下側の連続導電層や積層方向上側の配線層を介して接続されている。

（光偏向器／作用）
光偏向器１の作用について説明する。なお、以下、内側圧電アクチュエータ３ａ，３ｂを特に区別しないときは、「内側圧電アクチュエータ３」と総称する。外側圧電アクチュエータ５ａ，５ｂを特に区別しないときは、「外側圧電アクチュエータ５」と総称する。電極パッド１６ａ，１６ｂを特に区別しないときは、「電極パッド１６」と総称する。

光偏向器１は、二次元スキャナとして、映像器や車両用前照灯等に装備される。光偏向器１は、パッケージ内に収納されて、光偏向器１の電極パッド１６とパッケージの端子とは、ボンディングワイヤ（図示せず）により接続されている。内側圧電アクチュエータ３及び外側圧電アクチュエータ５には、それらの圧電膜層に電極パッド１６から駆動電圧が供給される。

図示していない光源（例：レーザ光源）からの光（例：レーザ光）が、光偏向器１のミラー部２の中心（三軸座標系の原点Ｏ）に入射する。

外側圧電アクチュエータ５は、電極パッド１６からの駆動電圧により作動して、可動枠４をＸ軸の回りに第２周波数で往復回動させる。この結果、ミラー部２は、軸線Ｌｘの回りを第２周波数で往復回動する。なお、軸線ＬｘとＸ軸とは、一致しない。ミラー部２は、後述するように、軸線Ｌｙの回りに往復回動しているので、軸線Ｌｘも軸線Ｌｙの往復回動に伴い、回転する。これに対して、Ｘ軸は、固定されている。

外側圧電アクチュエータ５の作動について詳説する。各外側圧電アクチュエータ５は、ミアンダ配列の複数のカンチレバー２３から成る。外側圧電アクチュエータ５の基端側（固定枠６側）から先端側（可動枠４側）との結合端の方に順番にカンチレバー２３に番号を付けると、奇数番のカンチレバー２３と偶数番のカンチレバー２３とは、駆動電圧を逆位相にして、湾曲変形の向きが逆になるように設定される。

この結果、ミアンダ配列を構成する各カンチレバー２３は、外側圧電アクチュエータ５の作動時に、湾曲変形に伴い、Ｘ軸方向に隣接するもの同士で逆向きに湾曲する。この時、各カンチレバー２３における基端側（固定枠６の方に結合する側）の回転量に対する先端側（可動枠４の方に結合する側）の回転量の差分が、外側圧電アクチュエータ５の全体で累積される。これにより、可動枠４は、外側圧電アクチュエータ５の圧電膜の印加電圧（外側圧電アクチュエータ５の駆動電圧）の第２周波数（例：６０Ｈｚ）でＸ軸の回りに往復回動する。

軸線Ｌｘの回りの可動枠４の往復回動により、ミラー部２及び可動枠４は軸線Ｌｘの回りに一体的に往復回動する。

一方、内側圧電アクチュエータ３は、電極パッド１６からの外側圧電アクチュエータ５とは別の駆動電圧によりトーションバー２１をその中心軸線としての軸線Ｌｙの回りに第１周波数（例：３０ｋＨｚ）で往復回動させる。第１周波数は、高い周波数を確保するためには、軸線Ｌｙの回りのミラー部２の共振周波数に設定される。軸線Ｌｙの回りのミラー部２の共振周波数は、主に、内側圧電アクチュエータ３のカンチレバーの剛性により決定される。

こうして、ミラー部２は、軸線Ｌｙの回りに共振周波数で往復回動しつつ、軸線Ｌｘの回りに非共振周波数で往復回動する。この結果、ミラー部２は、正面視で、左右には共振周波数で、上下には非共振周波数で首振りする。

なお、ミラー部２の反射面の法線がＺ軸に一致したときのみ、軸線ＬｘはＸ軸に一致し、軸線ＬｙはＹ軸に一致する。図示しない光源からの光は、ミラー部２の中心で反射して、その時々の軸線Ｌｘ及び軸線Ｌｙの回りの回動角に対応する方向に偏向された走査光として出射する。

（ＳＯＩ板厚と圧電アクチュエータの特性との関係）
図２は、光偏向器１の圧電アクチュエータのＳＯＩ板厚と各種特性との関係についての説明に関する。図２Ａは、共振周波数と振れ角（ミラー部２の最大回動角）とがトレードオフの関係にあることを示す表、図２Ｂは共振周波数とＳＯＩ板厚との関係のグラフ、図２Ｃは光偏向器のミラーの角度と駆動電圧との関係のグラフである。なお、図２Ａの振れ角は、ミラー部２が光偏向器１の左右対称面に対して振れるとき、該左右対称面に対する最大傾斜角（最大回動角）をレーザ光を反射させて測定した光学的な測定角を意味する。図２Ｃの機械半角は、固定枠６に対するミラー部２の角度を機械的に測定した角度を意味する。したがって、実質的には、図２Ａの振れ角は、機械半角に相当する。

図２において、ＳＯＩ板厚とは、内側圧電アクチュエータ３及び外側圧電アクチュエータ５が基板部（後述の図３では、表面Ｓｉ層４３に相当する。）とその表面側に形成された圧電構造との上下の積層から成る場合の基板部の厚みをいうものとする。

光偏向器１は、車両用前照灯等として車両に搭載される場合には、通常、Ｘ軸方向のミラー部２の振れ（軸線Ｌｙの回りのミラー部２の往復回動）を車両の水平方向に対応させ、Ｙ軸方向のミラー部２の振れ（軸線Ｌｘの回りのミラー部２の往復回動）を車両の垂直方向に対応させて、配置される。

図２Ａの水平軸の振れは、内側圧電アクチュエータ３の作動による共振で行われる。また、垂直軸方向のミラー部２の振れは、外側圧電アクチュエータ５の作動による非共振で行われる。したがって、第１周波数及び第２周波数は、図２等の共振周波数及び非共振周波数を意味する。

図２Ａに示すように、例えば、内側圧電アクチュエータ３を５Ｖｐｐの駆動電圧（内側圧電アクチュエータ３の圧電膜の印加電圧でもある。）で駆動したときは、共振周波数は、内側圧電アクチュエータ３の厚みとしてのＳＯＩ板厚の厚みが大きいときほど、増大する。

一方、外側圧電アクチュエータ５の駆動を５０Ｖｐｐの駆動電圧（外側圧電アクチュエータ５の圧電膜の印加電圧でもある。）で駆動したときは、垂直軸方向の振れ角は、外側圧電アクチュエータ５の厚みとしてのＳＯＩ板厚の厚みが小さいときほど、増大する。

光偏向器１では、軸線Ｌｙの回りのミラー部２の共振周波数及び軸線Ｌｘの回りのミラー部２の振れ角は共に大きいことが好ましい。しかしながら、両者の関係は、図２Ａの２つの矢印の向きに示されるように、相反する関係（トレードオフの関係）にある。

（製造方法）
光偏向器１は、図２の分析を踏まえた構造を有するように、ＭＥＭＳの製造技術を使って、製造される。すなわち、次の図３において説明するように、内側圧電アクチュエータ３の形成部位としての表面Ｓｉ層４３の第１部位Ａ１は、エッチングを施すことなく、表面Ｓｉ層４３の元々の厚みを維持している（厚くする）。これに対し、外側圧電アクチュエータ５の形成部位としての表面Ｓｉ層４３の第２部位Ａ２は、エッチングを施して、表面Ｓｉ層４３を薄くしている。

図３は光偏向器１の製造方法の工程を示している。なお、図３の説明において、表面側及び裏面側は、図１においてそれぞれ正面側及び背面側に相当する。図３において、上側が表面側であり、下側が裏面側である。

ＳＴＥＰ１では、ＳＯＩ板４０が用意される。ＳＯＩ板４０は、半導体の製造で周知のＳＯＩ（Silicon on Insulator）板である。裏面側から表面側に順番に裏面Ｓｉ（ケイ素）層４１、ＢＯＸ（Buried Oxide）層４２及び表面Ｓｉ（ケイ素）層４３が配設される３層の積層構造を有している。なお、ＢＯＸ層４２は、ＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）から成る。裏面Ｓｉ層４１は、ウェハーにおいて表面Ｓｉ層４３よりも厚く形成され「支持層」とも呼ばれる。表面Ｓｉ層４３は、ウェハーにおいて「活性層」とも呼ばれる。ＢＯＸ層は、「酸化膜層」又は「中間酸化膜層」とも呼ばれる。また、ＳＯＩ板４０は、実際には、表面及び裏面にＳｉＯ_２を形成してから次のＳＴＥＰ２に移行するが、図３には、これらのＳｉＯ_２の層は図示を省略している。

次のＳＴＥＰ２では、内側圧電アクチュエータ３の形成領域としての表面Ｓｉ層４３の第１部位Ａ１は、除外して外側圧電アクチュエータ５の形成領域としての表面Ｓｉ層４３の第２部位Ａ２に対し、表面側から所定量のエッチングを行う。なお、ミラー部２及び可動枠４の形成領域は、第１部位Ａ１に含まれる。第１部位Ａ１がミラー部２、内側圧電アクチュエータ３及び可動枠４の形成領域に相当し、第２部位Ａ２が外側圧電アクチュエータ５の形成領域に相当する。

ＳＴＥＰ２における第１部位Ａ１の非エッチングと第２部位Ａ２のエッチングとにより、表面Ｓｉ層４３の表面において、第１部位Ａ１は非凹部５２となり、第２部位Ａ２は凹部５１となる。この結果、第２部位Ａ２の表面Ｓｉ層４３は、第１部位Ａ１の表面Ｓｉ層４３より薄くなる。

ＳＴＥＰ２のエッチングは、ウェットエッチングが採用される。凹部５１は、底面５１ａと側面５１ｂとにより画成される。底面５１ａは、ウェットエッチングにより表面粗さとしてＲａ１．０ｎｍ以下にされる。側面５１ｂは傾斜面となるようにエッチングされる。

底面５１ａをＲａ１．０ｎｍ以下にした理由は、本発明者の知見に基づいている。すなわち、本発明者は、凹部５１の底面５１ａをＲａ１．０ｎｍ以下にすれば、ＳＴＥＰ２より後で、底面５１ａの上に圧電膜を成膜するときに、圧電膜の厚みを安定的に均一化できるということを見出した。

なお、底面５１ａがＲａ１．０ｎｍ以下にされれば、ドライエッチングにより凹部５１を形成することもできる。ただし、ドライエッチングの場合には、追加工として、平滑化処理が必要になる。平滑化処理として、例えば、ＣＭＰ（chemical mechanical polishing）やＣＧＩＢ（Gas Cluster Ion Beam ）がある。また、側面５１ｂを傾斜面とするのは難しい。よって、ウエットエッチングにより凹部を形成することが好ましい。ウエットエッチングならばエッチング液の種類、濃度及び温度等を調整して容易にシリコン異方性エッチングを行うことで必要な形状を形成することができる。

次のＳＴＥＰ３では、前半に、ＳＯＩ板４０の表面側を覆うように、表面側全体に所定の成膜を行い、後半に、所定のエッチングを行って、表面Ｓｉ層４３の表面上に圧電構造５８，５９の輪郭を形成する。

所定の成膜では、圧電構造５８，５９の下側電極層、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）層、及び上側電極層に相当する下側導電膜、ＰＺＴ膜、及び上側導電膜の３層を順番に形成する。

なお、ＳＴＥＰ３における圧電膜としてのＰＺＴの成膜の処理は、ＳＴＥＰ２の終了時のＳＯＩ板４０の表面に凹部５１及び非凹部５２が形成されているため、段差付きのＳＯＩ板４０に対する処理となる。この成膜処理を支障なく行うため、段差は２０μｍよりも大きくしないことが好ましい。段差が２０μｍを超えると段差の上に成膜するＰＺＴを良好な膜質で成膜できなくなる。また、段差が１０μｍよりも小さいと、非共振駆動の駆動部である外側圧電アクチュエータ５を薄くして振れ角を大きくする効果が得られにくくなる。ＰＺＴの成膜は、スパッタリングやイオンプレーティングで行うことが好ましい。ただし、ゾルゲルでＰＺＴの成膜を行っても、コーティング条件やスピン回転数を適切に調整することにより、膜厚の均一なＰＺＴを成膜することができる。

ＳＴＥＰ３の前半の成膜処理は、段差付きのＳＯＩ板４０に対する成膜処理であるので、ＰＺＴ等の成膜後も凹部５１及び非凹部５２の段差による段差が残る。このため、ＳＴＥＰ３の後半における圧電構造５８，５９の輪郭形成も、段差付きのＳＯＩ板４０に対する輪郭形成になる。これに支障なく対処するため、圧電構造５８，５９の輪郭形成のパターニングに使用するレジストコートは、凹部５１の段差を埋めることができるスプレーコートが望ましい。

しかしながら、シリコン加工をウエットエッチング処理した際にできる劈開面の結晶方位を［１１１］とし、その結果得られる凹部５１の側面５１ｂの傾斜（傾斜角度＝５４．７°）を利用することも可能である。傾斜面の側面５１ｂの利用例としては、電極パッド１６から圧電構造５８，５９の下側電極層及び上側電極層への配線部としての下側導電膜及び上側導電膜がある。すなわち、これらの配線部は、凹部５１−非凹部５２間の側面５１ｂを渡ることになる。その場合、側面５１ｂは、垂直面であるよりも、傾斜面である方が、断線防止上、有利となる。

なお、下側導電膜は、圧電構造５８，５９の下側電極層を兼ねるので、電極パッド１６から圧電構造５８，５９の下側電極層への配線部は、凹部５１及び非凹部５２の表面に形成されていることになる。これに対し、電極パッド１６から圧電構造５８，５９の上側電極層への配線部は、上側導電膜を成膜後に成膜される層間膜（図示せず。例：絶縁膜）の表面に形成される。層間膜の表面には、表面Ｓｉ層４３の表面の段差が転写された段差が残っているので、電極パッド１６から圧電構造５８，５９の上側電極層への配線部は、側面５１ｂの傾斜が残っている層間膜の表面を渡ることになる。

さらに、該層間膜の厚みを増やすことにより（例：１０uｍ以上の厚みの層間膜）、電極パッド１６から圧電構造５８，５９の上側電極層への配線部は、凹部５１−非凹部５２間において、層間膜の平坦な表面に形成することができる。

圧電構造５８，５９は、それぞれ外側圧電アクチュエータ５及び内側圧電アクチュエータ３に対応する。圧電構造５８，５９は、共に、下側から順番に少なくとも下側電極層、ＰＺＴ層、及び上側電極層の３層を含む積層構造から構成される。該ＰＺＴ層は、圧電膜層として、両面の印加電圧に応じて面方向に伸縮して表面Ｓｉ層４３を厚み方向（Ｚ軸方向）に変形させる。

次のＳＴＥＰ４では、ＳＯＩ板４０の裏側から裏面Ｓｉ層４１及びＢＯＸ層４２に対してエッチングを行う。これにより、圧電構造５８，５９の裏側範囲に裏側空間６２が形成されるとともに、光偏向器１のミラー部２、内側圧電アクチュエータ３、可動枠４、外側圧電アクチュエータ５及び固定枠６の各素子の側面輪郭及び裏面輪郭が形成される。

こうして、ＳＴＥＰ４の終了に伴い、内側圧電アクチュエータ３及び外側圧電アクチュエータ５の輪郭が完成する。図３のＳＴＥＰ４では、ミラー部２、内側圧電アクチュエータ３及び可動枠４は、回動ブロック６５として１つにまとめて図示している。

最終的に、内側圧電アクチュエータ３及び外側圧電アクチュエータ５は、上部構造としての圧電構造５９，５８と、基板部として機能する下部構造としての表面Ｓｉ層４３との上下２層構造となる。内側圧電アクチュエータ３及び外側圧電アクチュエータ５は、機能的には、上部構造の圧電構造５９，５８の圧電膜に所定の駆動電圧を供給して、面方向に伸縮させる。これにより、下部構造のカンチレバーが厚み方向に撓んで、各カンチレバーにおいて先端側が基端側に対して変位し、変位力がアクチュエータとしての作用力として被作用物体としてのトーションバー２１及び可動枠４に作用する。

裏側空間６２は、光偏向器１がパッケージに収納されたときに、ミラー部２、内側圧電アクチュエータ３、可動枠４及び外側圧電アクチュエータ５の運動を許容させる空間となる。

完成状態の光偏向器１では、外側圧電アクチュエータ５の基板部としての表面Ｓｉ層４３ａの裏面と回動ブロック６５に含まれる内側圧電アクチュエータ３の基板部としての表面Ｓｉ層４３ｂの裏面とは、Ｚ軸方向に同一位置にある。これに対し、外側圧電アクチュエータ５の表面Ｓｉ層４３ａの表面は、内側圧電アクチュエータ３の表面Ｓｉ層４３ｂの表面よりＺ軸方向に裏面側にある。すなわち、外側圧電アクチュエータ５の基板部は、内側圧電アクチュエータ３の基板部より薄い。これは、外側圧電アクチュエータ５のカンチレバーとしての剛性が、内側圧電アクチュエータ３のカンチレバーの剛性より十分に小さいことを意味する。

この結果、図２の水平軸方向の共振周波数に対応する軸線Ｌｙの回りのミラー部２の往復回動の周波数は、十分に高められる。一方、図２の垂直軸方向の振れ角に対応する軸線Ｌｘの回りの振れ角は、十分に増大する。

なお、外側圧電アクチュエータ５の基板部を内側圧電アクチュエータ３の基板部より薄くするために、図３では、表面Ｓｉ層４３ａの表面側をエッチングして、表面Ｓｉ層４３ａに凹部５１を形成している。凹部５１を表面Ｓｉ層４３ａの表面側ではなく、表面Ｓｉ層４３ａを裏面側からエッチングして、凹部５１を表面Ｓｉ層４３ａの裏面側に形成し、これにより、外側圧電アクチュエータ５の基板部を内側圧電アクチュエータ３の基板部より薄くすることもできる。この場合は、ＳＯＩ板４０の表面が平坦面であるので、圧電膜の成膜が簡単になるとともに、凹部５１の底面５１ａをＲａ１．０ｎｍ以下にすることが不要になる。

（補足及び変形例）
圧電構造５８，５９は、それぞれ本発明の第２圧電構造及び第１圧電構造に相当する。圧電構造５８，５９は、圧電膜の材料としてＰＺＴが用いられている。しかしながら、本発明の圧電構造の圧電膜の材料は、ＰＺＴに限定されず、他の材料であってもよい。

図３のＳＴＥＰ１〜４に図示しているＳＯＩ板４０は、それぞれＳＴＥＰ１〜４の処理済み後の状態で示している。ＳＴＥＰ２は、本発明の第１工程に相当する。

ＳＴＥＰ３における前半の成膜の工程は本発明の第２工程に相当する。ＳＴＥＰ３における後半のエッチングの工程は本発明の第３工程に相当する。ＳＴＥＰ４は、本発明の第４工程に相当する。本発明では、各工程間に所定の処理工程を追加することも可能である。

内側圧電アクチュエータ３及び外側圧電アクチュエータ５は、それぞれ本発明の第１駆動部及び第２駆動部に相当する。本発明の第１駆動部及び第２駆動部の相対位置関係は、内側及び外側の関係に限定されない。本発明では、第１駆動部及び第２駆動部が、それぞれ外側及び内側の位置関係で配設されてもよい。

内側圧電アクチュエータ３の作動による軸線Ｌｙの回りのミラー部２の往復回動は、共振が利用されている。本発明では、第１軸線の回りのミラー部の往復回動は、共振でなくてもよい。本発明は、第１軸線の回りのミラー部の往復回動の周波数を第２軸線の回りのミラー部の往復回動の周波数に対して十分に高めたい光偏向器に適用することができる。

可動枠４は、本発明において回動部を支持する固定支持部に相当する。本発明の固定支持部は、枠体でなくてもよい。

可動枠４は、本発明の可動支持部に相当する。本発明の可動支持部は、可動枠４のように、楕円環状でなくてもよいし、枠体でなくてもよい。可動支持部は、第１駆動部と第２駆動部との間に介在していれば、形状は任意でよい。

１・・・光偏向器、２・・・ミラー部（回動部）、３・・・内側圧電アクチュエータ（第１駆動部）、４・・・可動枠（可動支持部）、５・・・外側圧電アクチュエータ（第２駆動部）、４０・・・ＳＯＩ板、４１・・・裏面Ｓｉ層、４２・・・ＳＯＩ層、４３・・・表面Ｓｉ層、５１・・・凹部、５１ａ・・・底面、５８，５９・・・圧電構造、Ｌｘ・・・第１軸線、Ｌｙ・・・第２軸線。

Claims (3)

1. 光を反射するミラー部と、
   第１圧電構造を有し、該第１圧電構造に供給される第１駆動電圧により変形して、前記ミラー部を第１軸線の回りに往復回動させる第１駆動部と、
   第２圧電構造を有し、該第２圧電構造に供給される第２駆動電圧により変形して、前記ミラー部を第２軸線の回りに往復回動させる第２駆動部とを備える光偏向器の製造方法において、
   表面側から裏面側の方へ順番に表面Ｓｉ層、ＳＯＩ層及び裏面Ｓｉ層を有するＳＯＩ板に対し、前記表面Ｓｉ層の表面側の第１部位とは別の第２部位をエッチングすることにより、前記表面Ｓｉ層の前記第２部位に底面が、表面粗さでＲａ１．０ｎｍ以下である凹部を形成する第１工程と、
   次に、表面Ｓｉ層の表面側を覆う圧電膜を成膜する第２工程と、
   次に、表面側から前記圧電膜をエッチングすることにより前記第１部位及び前記第２部位にそれぞれ前記第１駆動部の前記第１圧電構造及び前記第２駆動部の前記第２圧電構造の輪郭を形成する第３工程と、
   次に、裏面側からの前記裏面Ｓｉ層及び前記ＳＯＩ層のエッチングより前記第１駆動部及び前記第２駆動部の輪郭を完成させる第４工程とを備えることを特徴とする光偏向器の製造方法。
2. 請求項１に記載の光偏向器の製造方法において、
   前記第１工程の前記エッチングは、ウェットエッチングとすることを特徴とする光偏向器の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の光偏向器の製造方法において、
   前記第１工程の前記ＳＯＩ板は、劈開の結晶方位を［１１１］に設定されていることを特徴とする光偏向器の製造方法。