JP6187405B2

JP6187405B2 - Optical deflector

Info

Publication number: JP6187405B2
Application number: JP2014139542A
Authority: JP
Inventors: 栗原　誠; 誠栗原
Original assignee: JVCKenwood Corp
Current assignee: JVCKenwood Corp
Priority date: 2014-07-07
Filing date: 2014-07-07
Publication date: 2017-08-30
Anticipated expiration: 2034-07-07
Also published as: JP2016018029A

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いた光偏向器に関する。 The present invention relates to an optical deflector using MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology.

光偏向器は、プロジェクタやヘッドマウントディスプレイ等の投射型のディスプレイ分野に用いられている。光偏向器は、偏向駆動するミラーにレーザ光が照射されることで、レーザ光をミラーの偏向方向に走査する。 Optical deflectors are used in the field of projection-type displays such as projectors and head-mounted displays. The optical deflector scans the laser light in the deflection direction of the mirror by irradiating the mirror to be deflected with the laser light.

光偏向器の一形態として、ＭＥＭＳ技術を用いたものがある。ＭＥＭＳ技術を用いた光偏向器は、一般的に、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウエハを半導体製造技術を用いて微細加工することで作製される。そのため、ＭＥＭＳ技術を用いた光偏向器は、ポリゴンミラーやガルバノミラー等の他の形態と比較して小型化が容易である。
特許文献１には、ＭＥＭＳ技術を用いた光偏向器の一例が記載されている。 One type of optical deflector uses a MEMS technology. An optical deflector using the MEMS technology is generally manufactured by finely processing an SOI (Silicon on Insulator) wafer using a semiconductor manufacturing technology. Therefore, the optical deflector using the MEMS technology can be easily downsized as compared with other forms such as a polygon mirror and a galvanometer mirror.
Patent Document 1 describes an example of an optical deflector using MEMS technology.

特開２０１４−８５４０９号公報JP 2014-85409 A

ＭＥＭＳ技術を用いた光偏向器は、一般的に、ミラーの偏向角（振れ角ともいう）を増大させるほど、ミラーの撓みが大きくなる傾向を有する。ミラーの撓みが大きくなると、レーザ光の走査精度が悪化するため、光偏向器を投射型のディスプレイに用いた場合、画像の解像度を悪化させる要因となる。
そこで、特許文献１に記載されている光偏向器は、ミラーの裏面にシリコンからなる補強リブを設けることによって、ミラーの撓みを低減している。 In general, an optical deflector using the MEMS technology has a tendency that the deflection of the mirror increases as the deflection angle (also referred to as a deflection angle) of the mirror increases. When the deflection of the mirror is increased, the scanning accuracy of the laser beam is deteriorated. Therefore, when the optical deflector is used for a projection type display, the resolution of the image is deteriorated.
Therefore, the optical deflector described in Patent Document 1 reduces mirror deflection by providing reinforcing ribs made of silicon on the back surface of the mirror.

しかしながら、特許文献１に記載されている光偏向器は、補強リブの厚さがフレームの厚さと同じであるので、光偏向器を平坦面に設置すると、フレームと共に補強リブも平坦面に接触する。従って、光偏向器を平坦面に設置した状態でミラーを偏向駆動させることはできない。
そこで、ミラーが偏向駆動する領域にざぐり等による凹部が形成された基台を準備する必要がある。光偏向器の他に、基台等の部材が必要になると、装置の小型化が困難になったり、コストが高くなったりする要因となる。 However, since the thickness of the reinforcing rib is the same as the thickness of the frame in the optical deflector described in Patent Document 1, when the optical deflector is installed on a flat surface, the reinforcing rib contacts the flat surface together with the frame. . Therefore, the mirror cannot be driven to be deflected with the optical deflector installed on a flat surface.
Therefore, it is necessary to prepare a base in which a recess is formed in the region where the mirror is driven to deflect. If a member such as a base is required in addition to the optical deflector, it becomes difficult to reduce the size of the apparatus or increase the cost.

そこで、本発明は、ミラーの撓みを低減し、かつ、ミラーを偏向駆動させるための光偏向器以外の構成部材を必要とせずにミラーを偏向駆動させる光偏向器を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical deflector that reduces the deflection of a mirror and that deflects and drives the mirror without requiring a component other than the optical deflector for driving and deflecting the mirror. .

本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、フレームと、前記フレームに一端側がそれぞれ固定された複数のアームと、前記複数のアームの他端側に一端側がそれぞれ対応して接続された複数のトーションバーと、前記複数のトーションバーの他端側が接続され、照射される光を反射する反射面を有するミラーと、前記ミラーの前記反射面とは反対側の面に形成された補強リブと、前記複数のアームを駆動させることにより、前記複数のトーションバーを介して、前記ミラーを前記補強リブと共に駆動させる駆動部とを備え、前記複数のアーム、前記複数のトーションバー及び前記ミラーは、第１のシリコン層で構成され、前記補強リブは、前記第１のシリコン層に対して積層されたガラス層で構成され、前記フレームは、前記第１のシリコン層と、前記ガラス層と、前記ガラス層に対して積層された第２のシリコン層とを有して構成されていることを特徴とする光偏向器を提供する。 In order to solve the above-described problems of the prior art, the present invention is connected to a frame, a plurality of arms each having one end fixed to the frame, and one end corresponding to the other end of each of the plurality of arms. A plurality of torsion bars, a mirror having a reflecting surface for reflecting the irradiated light, and a reinforcement formed on a surface opposite to the reflecting surface of the mirror. A drive unit that drives the mirror together with the reinforcing rib via the plurality of torsion bars by driving the plurality of arms; and the plurality of arms, the plurality of torsion bars, and the mirror Comprises a first silicon layer, the reinforcing rib comprises a glass layer laminated on the first silicon layer, and the frame comprises the first silicon layer. Providing a silicon layer, and the glass layer, an optical deflector, characterized in that it is constituted and a second silicon layer laminated to the glass layer.

本発明の光偏向器によれば、ミラーの撓みを低減し、かつ、ミラーを偏向駆動させるための光偏向器以外の構成部材を必要とせずにミラーを偏向駆動させることができる。 According to the optical deflector of the present invention, the mirror can be deflected and driven without reducing the deflection of the mirror and without requiring a component other than the optical deflector for driving the mirror to deflect.

第１の実施形態の光偏向器を示す平面図である。It is a top view which shows the optical deflector of 1st Embodiment. 図１のＡ−Ａ線における断面図である。It is sectional drawing in the AA of FIG. 第１の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the manufacturing method of the optical deflector of 1st Embodiment. 図３のＡ−Ａ線における断面図である。It is sectional drawing in the AA of FIG. 第１の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the manufacturing method of the optical deflector of 1st Embodiment. 図５のＡ−Ａ線における断面図である。It is sectional drawing in the AA of FIG. 第１の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the manufacturing method of the optical deflector of 1st Embodiment. 図７のＡ−Ａ線における断面図である。It is sectional drawing in the AA of FIG. 第１の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the manufacturing method of the optical deflector of 1st Embodiment. 図９のＡ−Ａ線における断面図である。It is sectional drawing in the AA of FIG. 第１の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the manufacturing method of the optical deflector of 1st Embodiment. 図１１のＡ−Ａ線における断面図である。It is sectional drawing in the AA of FIG. 第１の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the manufacturing method of the optical deflector of 1st Embodiment. 図１３のＡ−Ａ線における断面図である。It is sectional drawing in the AA of FIG. 第１の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the manufacturing method of the optical deflector of 1st Embodiment. 図１５のＡ−Ａ線における断面図である。It is sectional drawing in the AA of FIG. 第１の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the manufacturing method of the optical deflector of 1st Embodiment. 図１７のＡ−Ａ線における断面図である。It is sectional drawing in the AA of FIG. 第１の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the manufacturing method of the optical deflector of 1st Embodiment. 図１９のＡ−Ａ線における断面図である。It is sectional drawing in the AA of FIG. 第１の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the manufacturing method of the optical deflector of 1st Embodiment. 図２１のＡ−Ａ線における断面図である。It is sectional drawing in the AA of FIG. 第１の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the manufacturing method of the optical deflector of 1st Embodiment. 図２３のＡ−Ａ線における断面図である。It is sectional drawing in the AA of FIG. 第１の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the manufacturing method of the optical deflector of 1st Embodiment. 図２５のＡ−Ａ線における断面図である。It is sectional drawing in the AA of FIG. 第１の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the manufacturing method of the optical deflector of 1st Embodiment. 図２７のＡ−Ａ線における断面図である。It is sectional drawing in the AA of FIG. 第２の実施形態の光偏向器を示す平面図である。It is a top view which shows the optical deflector of 2nd Embodiment. 図２９のＡ−Ａ線における断面図である。It is sectional drawing in the AA of FIG. 第２の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the manufacturing method of the optical deflector of 2nd Embodiment. 図３１のＡ−Ａ線における断面図である。It is sectional drawing in the AA of FIG. 第２の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the manufacturing method of the optical deflector of 2nd Embodiment. 図３３のＡ−Ａ線における断面図である。It is sectional drawing in the AA of FIG. 第２の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the manufacturing method of the optical deflector of 2nd Embodiment. 図３５のＡ−Ａ線における断面図である。It is sectional drawing in the AA of FIG. 第２の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the manufacturing method of the optical deflector of 2nd Embodiment. 図３７のＡ−Ａ線における断面図である。It is sectional drawing in the AA of FIG. 第３の実施形態の光偏向器を示す平面図である。It is a top view which shows the optical deflector of 3rd Embodiment. 図３９のＡ−Ａ線における断面図である。It is sectional drawing in the AA of FIG. 第３の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the manufacturing method of the optical deflector of 3rd Embodiment. 図４１のＡ−Ａ線における断面図である。It is sectional drawing in the AA of FIG. 第３の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the manufacturing method of the optical deflector of 3rd Embodiment. 図４３のＡ−Ａ線における断面図である。It is sectional drawing in the AA of FIG. 第３の実施形態の光偏向器の製造方法を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the manufacturing method of the optical deflector of 3rd Embodiment. 図４５のＡ−Ａ線における断面図である。It is sectional drawing in the AA of FIG.

＜第１の実施形態＞
図１及び図２を用いて、第１の実施形態の光偏向器を説明する。図１（ａ）は第１の実施形態の光偏向器をミラーの反射面側から見た平面図である。図１（ｂ）は光偏向器をミラーの裏面側から見た平面図である。図２は図１（ａ）及び図１（ｂ）のＡ−Ａ線における断面図である。 <First Embodiment>
The optical deflector according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1A is a plan view of the optical deflector of the first embodiment viewed from the reflection surface side of the mirror. FIG. 1B is a plan view of the optical deflector viewed from the back side of the mirror. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIGS. 1 (a) and 1 (b).

図１及び図２に示すように、光偏向器１は、フレーム２と、アーム３，４，５，６と、トーションバー７，８，９，１０と、ミラー１１と、補強リブ１２と、圧電素子１３，１４と、を有して構成されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the optical deflector 1 includes a frame 2, arms 3, 4, 5, 6, torsion bars 7, 8, 9, 10, a mirror 11, a reinforcing rib 12, The piezoelectric elements 13 and 14 are provided.

フレーム２は、枠状の平面形状を有する。
ミラー１１は、円板形状を有する。図１（ａ）において、ミラー１１の紙面手前側の面が、外部から照射されたレーザ光を反射する反射面となっている。 The frame 2 has a frame-like planar shape.
The mirror 11 has a disk shape. In FIG. 1A, the front surface of the mirror 11 is a reflecting surface that reflects laser light emitted from the outside.

アーム３，４，５，６、トーションバー７，８，９，１０、及びミラー１１は、フレーム２の枠内の空隙部に配置されている。 The arms 3, 4, 5, 6, the torsion bars 7, 8, 9, 10 and the mirror 11 are arranged in the gap in the frame 2.

アーム３は、一端側がフレーム２に固定され、他端側がトーションバー７の一端側に接続されている。
アーム４は、一端側がフレーム２に固定され、他端側がトーションバー８の一端側に接続されている。
アーム５は、一端側がフレーム２に固定され、他端側がトーションバー９の一端側に接続されている。
アーム６は、一端側がフレーム２に固定され、他端側がトーションバー１０の一端側に接続されている。 The arm 3 has one end fixed to the frame 2 and the other end connected to one end of the torsion bar 7.
The arm 4 has one end fixed to the frame 2 and the other end connected to one end of the torsion bar 8.
One end of the arm 5 is fixed to the frame 2 and the other end is connected to one end of the torsion bar 9.
One end of the arm 6 is fixed to the frame 2, and the other end is connected to one end of the torsion bar 10.

アーム３及びアーム４は、一対のアームを構成し、ミラー１１の重心Ｃ１１を通る中心線Ａ−Ａを線対称として対向配置されている。
アーム５及びアーム６は、一対のアームを構成し、ミラー１１の重心Ｃ１１を通る中心線Ａ−Ａを線対称として対向配置されている。 The arm 3 and the arm 4 constitute a pair of arms, and are opposed to each other with the center line AA passing through the center of gravity C11 of the mirror 11 as line symmetry.
The arm 5 and the arm 6 constitute a pair of arms, and are opposed to each other with the center line AA passing through the center of gravity C11 of the mirror 11 as line symmetry.

アーム３とアーム５は、ミラー１１の重心Ｃ１１を通る中心線Ｂ−Ｂを線対称として対向配置されている。
アーム４とアーム６は、ミラー１１の重心Ｃ１１を通る中心線Ｂ−Ｂを線対称として対向配置されている。 The arm 3 and the arm 5 are opposed to each other with the center line BB passing through the center of gravity C11 of the mirror 11 as line symmetry.
The arm 4 and the arm 6 are opposed to each other with the center line B-B passing through the center of gravity C11 of the mirror 11 as line symmetry.

トーションバー７は、一端側がアーム３に接続され、他端側がミラー１１に接続されている。
トーションバー８は、一端側がアーム４に接続され、他端側がミラー１１に接続されている。
トーションバー９は、一端側がアーム５に接続され、他端側がミラー１１に接続されている。
トーションバー１０は、一端側がアーム６に接続され、他端側がミラー１１に接続されている。 The torsion bar 7 has one end connected to the arm 3 and the other end connected to the mirror 11.
The torsion bar 8 has one end connected to the arm 4 and the other end connected to the mirror 11.
The torsion bar 9 has one end connected to the arm 5 and the other end connected to the mirror 11.
The torsion bar 10 has one end connected to the arm 6 and the other end connected to the mirror 11.

ミラー１１における反射面とは反対側の面（図１（ｂ）における紙面手前側の面）には、ミラー１１の外周に沿うリング状の補強リブ１２が形成されている。
補強リブ１２は、その重心Ｃ１２の位置がミラー１１の重心Ｃ１１の位置と一致するように、ミラー１１における反射面とは反対側の面（裏面）に形成されている。
補強リブ１２は、ミラー１１が往復回転駆動しているときに、ミラー１１の撓みを低減する機能を有する。 A ring-shaped reinforcing rib 12 along the outer periphery of the mirror 11 is formed on the surface of the mirror 11 opposite to the reflecting surface (the surface on the front side in FIG. 1B).
The reinforcing rib 12 is formed on the surface (back surface) opposite to the reflecting surface of the mirror 11 so that the position of the center of gravity C12 coincides with the position of the center of gravity C11 of the mirror 11.
The reinforcing rib 12 has a function of reducing the bending of the mirror 11 when the mirror 11 is driven to rotate back and forth.

また、図２に示すように、光偏向器１は、シリコン層２０とガラス層２１とシリコン層２２とが常温接合または陽極接合された積層構造を有する。 As shown in FIG. 2, the optical deflector 1 has a laminated structure in which a silicon layer 20, a glass layer 21, and a silicon layer 22 are joined at room temperature or anodic.

アーム３，４，５，６と、トーションバー７，８，９，１０と、ミラー１１と、フレーム２の上層とは、共通のシリコン層２０を加工して形成されている。そのため、アーム３，４，５，６と、トーションバー７，８，９，１０と、ミラー１１と、フレーム２の上層とは、同一平面状に位置している。また、アーム３，４，５，６の厚さと、トーションバー７，８，９，１０の厚さと、ミラー１１の厚さと、フレーム２の上層の厚さとは、ほぼ同じ厚さになっている。 The arms 3, 4, 5, 6, the torsion bars 7, 8, 9, 10, the mirror 11, and the upper layer of the frame 2 are formed by processing a common silicon layer 20. Therefore, the arms 3, 4, 5, 6, the torsion bars 7, 8, 9, 10, the mirror 11, and the upper layer of the frame 2 are located on the same plane. The thicknesses of the arms 3, 4, 5 and 6, the thicknesses of the torsion bars 7, 8, 9, and 10, the thickness of the mirror 11, and the thickness of the upper layer of the frame 2 are substantially the same. .

補強リブ１２とフレーム２とは、シリコン層２０と常温接合または陽極接合された共通のガラス層２１を加工して形成されている。そのため、補強リブ１２と、フレーム２の中間層を形成するガラス層２１とは、同一平面状に位置し、かつ、補強リブ１２の厚さと、フレーム２の中間層の厚さとは、ほぼ同じ厚さになっている。 The reinforcing rib 12 and the frame 2 are formed by processing a common glass layer 21 that is bonded to the silicon layer 20 at room temperature or anodic bonded. Therefore, the reinforcing rib 12 and the glass layer 21 forming the intermediate layer of the frame 2 are positioned on the same plane, and the thickness of the reinforcing rib 12 and the thickness of the intermediate layer of the frame 2 are substantially the same thickness. It has become.

フレーム２は、さらに、ガラス層２１と常温接合または陽極接合されたシリコン層２２を加工することによって、下層が形成されている。なお、フレーム２にはハードマスク２３が形成されているが、ハードマスク２３は、光偏向器１を製造する過程で用いるものであり、フレーム２の構成上、なくてもよい。 The frame 2 is further formed with a lower layer by processing a silicon layer 22 that is bonded to the glass layer 21 at room temperature or anodic bonded. Although the hard mask 23 is formed on the frame 2, the hard mask 23 is used in the process of manufacturing the optical deflector 1, and may be omitted from the configuration of the frame 2.

圧電素子１３は、アーム３上の領域及びアーム４上の領域を含んで形成されている。本実施形態では、アーム３上の領域及びアーム４上の領域を含むコ字状の領域に、圧電素子１３を形成している。
圧電素子１４は、アーム５上の領域及びアーム６上の領域を含んで形成されている。本実施形態では、アーム５上の領域及びアーム６上の領域を含むコ字状の領域に、圧電素子１４を形成している。 The piezoelectric element 13 includes a region on the arm 3 and a region on the arm 4. In the present embodiment, the piezoelectric element 13 is formed in a U-shaped region including the region on the arm 3 and the region on the arm 4.
The piezoelectric element 14 includes a region on the arm 5 and a region on the arm 6. In the present embodiment, the piezoelectric element 14 is formed in a U-shaped region including the region on the arm 5 and the region on the arm 6.

圧電素子１３は、シリコン層２０の上層に形成されている絶縁層３０上に、下電極３１と圧電体層３２と上電極３３とが積層された積層構造を有する。
圧電素子１４は、シリコン層２０の上層に形成されている絶縁層４０上に、下電極４１と圧電体層４２と上電極４３とが積層された積層構造を有する。 The piezoelectric element 13 has a stacked structure in which a lower electrode 31, a piezoelectric layer 32, and an upper electrode 33 are stacked on an insulating layer 30 formed on the upper layer of the silicon layer 20.
The piezoelectric element 14 has a laminated structure in which a lower electrode 41, a piezoelectric layer 42, and an upper electrode 43 are laminated on an insulating layer 40 formed on the upper layer of the silicon layer 20.

本実施形態では、絶縁層３０，４０の材料として二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を用い、圧電体層３２，４２の材料としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いている。また、下電極３１，４１をチタン（Ｔｉ）と白金（Ｐｔ）の積層構造とし、上電極３３，４３をチタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）の積層構造としている。 In the present embodiment, silicon dioxide (SiO ₂ ) is used as the material for the insulating layers 30 and 40, and lead zirconate titanate (PZT) is used as the material for the piezoelectric layers 32 and 42. The lower electrodes 31 and 41 have a laminated structure of titanium (Ti) and platinum (Pt), and the upper electrodes 33 and 43 have a laminated structure of titanium (Ti) and gold (Au).

フレーム２のシリコン層２０上には、圧電素子１３の上電極３３から延伸する引き出し電極５１、及び、圧電素子１３の下電極３１から延伸する引き出し電極５２が、それぞれ形成されている。また、フレーム２のシリコン層２０上には、圧電素子１４の下電極４１から延伸する引き出し電極５３、及び、圧電素子１４の上電極４３から延伸する引き出し電極５４が、それぞれ形成されている。 On the silicon layer 20 of the frame 2, an extraction electrode 51 extending from the upper electrode 33 of the piezoelectric element 13 and an extraction electrode 52 extending from the lower electrode 31 of the piezoelectric element 13 are formed. Further, on the silicon layer 20 of the frame 2, an extraction electrode 53 extending from the lower electrode 41 of the piezoelectric element 14 and an extraction electrode 54 extending from the upper electrode 43 of the piezoelectric element 14 are formed.

圧電素子１３は、外部から、引き出し電極５１及び引き出し電極５２を介して、上電極３３及び下電極３１に、所定の周波数または調整された周波数の交流電圧を印加すると、交流電圧値に応じた圧電効果によって圧電体層３２が変形を繰り返す。
圧電体層３２の変形の影響を受け、アーム３及びアーム４は、フレーム２に固定された一端側を支点として、それぞれの他端側が図１（ａ）及び図１（ｂ）における紙面手前奥方向に振動する。
アーム３及びアーム４の振動がトーションバー７，８を介してミラー１１に伝達することによって、ミラー１１は、その重心Ｃ１１を通る中心軸Ｂ−Ｂを回転軸として、往復回転駆動する。ミラー１１に固定されている補強リブ１２もミラー１１と共に往復回転駆動する。 When an AC voltage having a predetermined frequency or adjusted frequency is applied to the upper electrode 33 and the lower electrode 31 from the outside via the extraction electrode 51 and the extraction electrode 52, the piezoelectric element 13 is piezoelectric according to the AC voltage value. Due to the effect, the piezoelectric layer 32 is repeatedly deformed.
Under the influence of the deformation of the piezoelectric layer 32, the arm 3 and the arm 4 have one end fixed to the frame 2 as a fulcrum, and the other end of each of the arms 3 and 4 is the front side of the paper in FIGS. 1 (a) and 1 (b). Vibrate in the direction.
By transmitting the vibrations of the arm 3 and the arm 4 to the mirror 11 via the torsion bars 7 and 8, the mirror 11 is driven to reciprocate around the central axis B-B passing through the center of gravity C11. The reinforcing rib 12 fixed to the mirror 11 is also driven to reciprocate together with the mirror 11.

また、外部から、引き出し電極５３及び引き出し電極５４を介して、圧電素子１４の下電極４１及び上電極４３に、所定の周波数または調整された周波数の交流電圧を印加することで、圧電素子１３と同様にミラー１１を往復回転駆動させることができる。 Further, by applying an AC voltage having a predetermined frequency or adjusted frequency to the lower electrode 41 and the upper electrode 43 from the outside via the extraction electrode 53 and the extraction electrode 54, Similarly, the mirror 11 can be driven to reciprocate.

交流電圧の周波数は、ミラー１１、トーションバー７，８，９，１０、及び、アーム３，４，５，６からなる振動系の共振周波数であり、共振による往復回転駆動するように設定または調整される。
また、交流電圧値に応じてミラー１１の偏向角を設定または調整することができる。すなわち、交流電圧値を大きくすることでミラー１１の偏向角を大きくすることができ、交流電圧値を小さくすることでミラー１１の偏向角を小さくすることができる。 The frequency of the AC voltage is the resonance frequency of the vibration system composed of the mirror 11, the torsion bars 7, 8, 9, 10 and the arms 3, 4, 5, 6 and is set or adjusted so as to be driven to reciprocate by resonance. Is done.
Further, the deflection angle of the mirror 11 can be set or adjusted according to the AC voltage value. That is, the deflection angle of the mirror 11 can be increased by increasing the AC voltage value, and the deflection angle of the mirror 11 can be decreased by decreasing the AC voltage value.

また、圧電素子１３と圧電素子１４の両方に互いに逆位相の交流電圧を印加することで、一方の圧電素子に交流電圧を印加する場合よりもミラー１１の偏向角を大きくすることができる。 Also, by applying alternating voltages having opposite phases to both the piezoelectric element 13 and the piezoelectric element 14, the deflection angle of the mirror 11 can be made larger than when applying an alternating voltage to one of the piezoelectric elements.

上述したように、圧電素子１３及び圧電素子１４の少なくともいずれかは、ミラー１１を補強リブ１２と一緒に偏向駆動するための駆動部である。
なお、本実施形態では、ミラーを偏向駆動させる手段として圧電素子を形成したが、これに限定されるものではない。ミラー１１を偏向駆動するための駆動部として、圧電素子の他に、静電力を利用してミラーを偏向駆動させる静電アクチュエータなどを用いることもできる。 As described above, at least one of the piezoelectric element 13 and the piezoelectric element 14 is a drive unit that drives the mirror 11 to be deflected together with the reinforcing rib 12.
In the present embodiment, the piezoelectric element is formed as means for driving the mirror to be deflected. However, the present invention is not limited to this. As a drive unit for driving the mirror 11 to be deflected, an electrostatic actuator for driving the mirror to be deflected using an electrostatic force can be used in addition to the piezoelectric element.

往復回転駆動するミラー１１の反射面にレーザ光等の光を照射することにより、照射光をミラーの偏向角に応じて偏向させることができる。 By irradiating light such as laser light onto the reflecting surface of the mirror 11 that is driven to reciprocately rotate, the irradiated light can be deflected according to the deflection angle of the mirror.

前述したように、ミラー１１と、フレーム２の上層とは、共通のシリコン層２０を加工して形成されているので、ミラー１１と、フレーム２の上層とは、同一平面状に位置し、かつ、ミラー１１の厚さと、フレーム２の上層の厚さとは、ほぼ同じ厚さになっている。
また、補強リブ１２と、フレーム２の中間層とは、シリコン層２０と常温接合または陽極接合された共通のガラス層２１を加工して形成されている。そのため、補強リブ１２と、フレーム２の中間層とは、同一平面状に位置し、かつ、補強リブ１２の厚さと、フレーム２の中間層の厚さとは、ほぼ同じ厚さになっている。
また、フレーム２の下層は、ガラス層２１と常温接合または陽極接合されたシリコン層２２を加工して形成されている。
すなわち、補強リブ１２の底面は、フレームの底面に対して、少なくともシリコン層２２の厚さ分、高い位置に配置されている。 As described above, since the mirror 11 and the upper layer of the frame 2 are formed by processing the common silicon layer 20, the mirror 11 and the upper layer of the frame 2 are located on the same plane, and The thickness of the mirror 11 and the thickness of the upper layer of the frame 2 are substantially the same.
The reinforcing ribs 12 and the intermediate layer of the frame 2 are formed by processing a common glass layer 21 that is bonded to the silicon layer 20 at room temperature or anodic bonded. Therefore, the reinforcing rib 12 and the intermediate layer of the frame 2 are positioned on the same plane, and the thickness of the reinforcing rib 12 and the thickness of the intermediate layer of the frame 2 are substantially the same.
Further, the lower layer of the frame 2 is formed by processing a silicon layer 22 that is bonded to the glass layer 21 at room temperature or anodic bonded.
That is, the bottom surface of the reinforcing rib 12 is disposed at a position higher than the bottom surface of the frame by at least the thickness of the silicon layer 22.

従って、上述した光偏向器１によれば、少なくともシリコン層２２の厚さを、ミラー１１及び補強リブ１２が往復回転駆動しているときの動作範囲よりも厚くなるように設計しておけば、ミラー１１の撓みを低減し、かつ、ざぐり等による凹部が形成された基台などの他の部材を必要とせずにミラー１１を偏向駆動させることができる。 Therefore, according to the optical deflector 1 described above, if at least the thickness of the silicon layer 22 is designed to be thicker than the operating range when the mirror 11 and the reinforcing rib 12 are driven to reciprocate, The deflection of the mirror 11 can be reduced, and the mirror 11 can be driven to be deflected without the need for other members such as a base having a recess formed by a counterbore or the like.

次に、図１から図２８を用いて、上述した光偏向器１の製造方法を説明する。図３，図５，図７，図９，図１１，図１３，図１５，図１７，図１９，図２１，図２３，図２５，図２７における（ａ）及び（ｂ）は、図１の（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ対応する。また、図４，図６，図８，図１０，図１２，図１４，図１６，図１８，図２０，図２２，図２４，図２６，図２８は、図２にそれぞれ対応する。
なお、説明をわかりやすくするために、同じ構成部には同じ符号を付して説明する。 Next, a manufacturing method of the above-described optical deflector 1 will be described with reference to FIGS. FIGS. 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, and 27, (a) and (b) in FIG. Respectively correspond to (a) and (b). 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 16, 18, 20, 22, 24, 26, and 28 correspond to FIG. 2, respectively.
In order to make the description easy to understand, the same components are denoted by the same reference numerals.

［接合工程］
まず、ガラスウエハをシリコンウエハで挟み、常温接合または陽極接合する。
図３及び図４に示すように、接合されたガラスウエハは前述のガラス層２１となる。ガラス層２１の一面側に接合されたシリコンウエハは前述のシリコン層２０となり、他面側に接合されたシリコンウエハは前述のシリコン層２２となる。 [Jointing process]
First, a glass wafer is sandwiched between silicon wafers and normal temperature bonding or anodic bonding is performed.
As shown in FIGS. 3 and 4, the bonded glass wafer becomes the glass layer 21 described above. The silicon wafer bonded to one surface side of the glass layer 21 becomes the aforementioned silicon layer 20, and the silicon wafer bonded to the other surface side becomes the aforementioned silicon layer 22.

一般的に、ＭＥＭＳ技術を用いた光偏向器には、ＳＯＩウエハが用いられる。通常、ＳＯＩウエハは、各層がそれぞれ決まった厚さで作製された積層構造のウエハである。そのため、ＳＯＩウエハを外部から入手することで積層工程を省略できるメリットがある一方、高価であり、かつ、各層がそれぞれ決まった厚さで作製されているため、各層をそれぞれ所望の厚さにすることは現実的に難しい。 In general, an SOI wafer is used for an optical deflector using the MEMS technology. Usually, the SOI wafer is a wafer having a laminated structure in which each layer is manufactured with a predetermined thickness. Therefore, there is a merit that the lamination process can be omitted by obtaining an SOI wafer from the outside, but it is expensive and each layer is manufactured with a predetermined thickness, so that each layer has a desired thickness. That is difficult in practice.

それに対して、本実施形態では、それぞれ所望の厚さのガラスウエハとシリコンウエハを準備し、これらを常温接合または陽極接合するため、ガラス層２１、シリコン層２０、シリコン層２２の各厚さをそれぞれ目的の厚さにすることができる。 On the other hand, in the present embodiment, a glass wafer and a silicon wafer having desired thicknesses are prepared, and each of the glass layer 21, the silicon layer 20, and the silicon layer 22 has different thicknesses for room temperature bonding or anodic bonding. Each can have a desired thickness.

シリコン層２０（シリコンウエハ）の厚さは、ミラー１１が往復回転駆動しているときのアーム３，４，５，６、トーションバー７，８，９，１０、及びミラー１１の機械的強度や共振条件等を鑑みて設定される。本実施形態では、シリコン層２０の厚さを５０μｍとしている。 The thickness of the silicon layer 20 (silicon wafer) depends on the mechanical strength of the arms 3, 4, 5, 6, the torsion bars 7, 8, 9, 10 and the mirror 11 when the mirror 11 is driven to reciprocate. It is set in view of resonance conditions and the like. In the present embodiment, the thickness of the silicon layer 20 is 50 μm.

ガラス層２１（ガラスウエハ）の厚さは、ミラー１１の撓みを低減可能な厚さであり、かつ、ミラー１１の共振条件を鑑みて設定される。本実施形態では、ガラス層２１の厚さを１８０μｍとしている。 The thickness of the glass layer 21 (glass wafer) is a thickness that can reduce the deflection of the mirror 11 and is set in consideration of the resonance condition of the mirror 11. In the present embodiment, the thickness of the glass layer 21 is 180 μm.

シリコン層２２（シリコンウエハ）の厚さは、ミラー１１及び補強リブ１２が往復回転駆動しているときの動作範囲よりも厚くなるように設定される。本実施形態では、シリコン層２２の厚さを１７０μｍとしている。 The thickness of the silicon layer 22 (silicon wafer) is set to be thicker than the operation range when the mirror 11 and the reinforcing rib 12 are driven to reciprocate. In the present embodiment, the thickness of the silicon layer 22 is 170 μm.

［圧電素子形成工程］
次に、図５及び図６に示すように、シリコン層２０上に絶縁膜６０を成膜する。成膜した絶縁膜６０は、前述の絶縁層３０，４０となる。本実施形態では、絶縁膜６０（絶縁層３０，４０）として、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）膜を成膜している。 [Piezoelectric element forming process]
Next, as shown in FIGS. 5 and 6, an insulating film 60 is formed on the silicon layer 20. The formed insulating film 60 becomes the above-described insulating layers 30 and 40. In this embodiment, a silicon dioxide (SiO ₂ ) film is formed as the insulating film 60 (insulating layers 30 and 40).

さらに、絶縁膜６０上に、金属膜６１、圧電体膜６２、金属膜６３を順次成膜する。
金属膜６１は、前述の下電極３１，４１及び引き出し電極５２，５３となる。本実施形態では、金属膜６１（下電極３１，４１及び引き出し電極５２，５３）として、チタン（Ｔｉ）膜と白金（Ｐｔ）膜を順次成膜している。
圧電体膜６２は、前述の圧電体層３２，４２となる。本実施形態では、圧電体膜６２（圧電体層３２，４２）として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）膜を成膜している。
金属膜６３は、前述の上電極３３，４３及び引き出し電極５１，５４となる。本実施形態では、金属膜６３（上電極３３，４３及び引き出し電極５１，５４）として、チタン（Ｔｉ）膜と金（Ａｕ）膜を順次成膜している。 Further, a metal film 61, a piezoelectric film 62, and a metal film 63 are sequentially formed on the insulating film 60.
The metal film 61 becomes the lower electrodes 31 and 41 and the extraction electrodes 52 and 53 described above. In this embodiment, a titanium (Ti) film and a platinum (Pt) film are sequentially formed as the metal film 61 (the lower electrodes 31 and 41 and the extraction electrodes 52 and 53).
The piezoelectric film 62 becomes the above-described piezoelectric layers 32 and 42. In this embodiment, a lead zirconate titanate (PZT) film is formed as the piezoelectric film 62 (piezoelectric layers 32 and 42).
The metal film 63 becomes the above-described upper electrodes 33 and 43 and extraction electrodes 51 and 54. In this embodiment, a titanium (Ti) film and a gold (Au) film are sequentially formed as the metal film 63 (upper electrodes 33 and 43 and extraction electrodes 51 and 54).

次に、図７及び図８に示すように、金属膜６３を、フォトリソグラフィを用いてエッチングし、それぞれパターン化された上電極３３，４３、及び、引き出し電極５１，５４を形成する。
さらに、上電極３３，４３、及び、引き出し電極５１，５４が形成されている領域以外の圧電体膜６２をエッチングし、圧電体層３２，４２を形成する。 Next, as shown in FIGS. 7 and 8, the metal film 63 is etched using photolithography to form patterned upper electrodes 33 and 43 and lead electrodes 51 and 54, respectively.
Further, the piezoelectric film 62 other than the region where the upper electrodes 33 and 43 and the extraction electrodes 51 and 54 are formed is etched to form the piezoelectric layers 32 and 42.

その後、図９及び図１０に示すように、金属膜６１を、フォトリソグラフィを用いてエッチングし、それぞれパターン化された下電極３１，４１、及び、引き出し電極５２，５３を形成する。
なお、金属膜６１をエッチングする際、下電極３１，４１、及び、引き出し電極５２，５３が形成される領域以外の絶縁膜６０もエッチングされる。上記エッチングで残った下電極３１及び引き出し電極５１，５２の下層の絶縁膜６０は、絶縁層３０となる。また、上記エッチングで残った下電極４１及び引き出し電極５３，５４の下層の絶縁膜６０は、絶縁層４０となる。 Thereafter, as shown in FIGS. 9 and 10, the metal film 61 is etched using photolithography to form patterned lower electrodes 31 and 41 and lead electrodes 52 and 53, respectively.
When the metal film 61 is etched, the insulating film 60 other than the region where the lower electrodes 31 and 41 and the extraction electrodes 52 and 53 are formed is also etched. The insulating film 60 under the lower electrode 31 and the extraction electrodes 51 and 52 remaining after the etching becomes the insulating layer 30. The insulating film 60 under the lower electrode 41 and the extraction electrodes 53 and 54 remaining after the etching becomes the insulating layer 40.

上述した一連のエッチングにより、絶縁層３０上に下電極３１と圧電体層３２と上電極３３とが積層された積層構造を有する圧電素子１３と、絶縁層４０上に下電極４１と圧電体層４２と上電極４３とが積層された積層構造を有する圧電素子１４とが、一度に形成される。 By the series of etching described above, the piezoelectric element 13 having a laminated structure in which the lower electrode 31, the piezoelectric layer 32, and the upper electrode 33 are laminated on the insulating layer 30, and the lower electrode 41 and the piezoelectric layer on the insulating layer 40. The piezoelectric element 14 having a laminated structure in which 42 and the upper electrode 43 are laminated is formed at a time.

［アーム・トーションバー・ミラー形成工程］
図１１及び図１２に示すように、シリコン層２０を、フォトリソグラフィを用いてエッチングし、それぞれパターン化されたアーム３，４，５，６、トーションバー７，８，９，１０、及び、ミラー１１を形成する。 [Arm torsion bar mirror forming process]
As shown in FIGS. 11 and 12, the silicon layer 20 is etched using photolithography to form patterned arms 3, 4, 5, 6, torsion bars 7, 8, 9, 10, and mirrors, respectively. 11 is formed.

［フレーム・補強リブ形成工程］
図１３及び図１４に示すように、シリコン層２２の裏面（図１４における下側の面）側に、ハードマスク層７０を成膜する。本実施形態では、ハードマスク層７０として、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）膜を成膜している。また、ハードマスク層７０として、ニッケル（Ｎｉ）膜等の金属膜を成膜してもよい。
さらに、ハードマスク層７０を覆うようにレジスト７１を形成する。 [Frame and reinforcing rib forming process]
As shown in FIGS. 13 and 14, a hard mask layer 70 is formed on the back surface (lower surface in FIG. 14) of the silicon layer 22. In the present embodiment, a silicon dioxide (SiO ₂ ) film is formed as the hard mask layer 70. Further, a metal film such as a nickel (Ni) film may be formed as the hard mask layer 70.
Further, a resist 71 is formed so as to cover the hard mask layer 70.

次に、図１５及び図１６に示すように、レジスト７１を、フォトリソグラフィを用いてパターン化する。レジスト７１は、前述のフレーム２に対応する領域にパターン形成される。 Next, as shown in FIGS. 15 and 16, the resist 71 is patterned using photolithography. The resist 71 is patterned in a region corresponding to the frame 2 described above.

さらに、図１７及び図１８に示すように、パターン化されたレジスト７１をマスクとして、ハードマスク層７０をエッチングし、ハードマスク２３を形成する。従って、ハードマスク２３もレジスト７１と同様に、前述のフレーム２に対応する領域に形成される。 Further, as shown in FIGS. 17 and 18, the hard mask layer 70 is etched using the patterned resist 71 as a mask to form the hard mask 23. Accordingly, the hard mask 23 is also formed in the region corresponding to the frame 2 described above, like the resist 71.

次に、図１９及び図２０に示すように、パターン化されたレジスト７１及びハードマスク２３のダブルマスクを用いて、シリコン層２２をエッチングする。シリコン層２２のエッチングは、ガラス層２１の表面で終点検出される。
本実施形態では、シリコン層２２が１７０μｍと厚いため、レジスト７１のみではシリコン層２２に対する十分なエッチング選択比を取ることが難しい。そのため、本実施形態では、レジスト７１及びハードマスク２３のダブルマスクを用いているが、ハードマスク２３のみで十分なエッチング選択比が取れるようであれば、レジスト７１を除去した後にシリコン層２２をエッチングしてもよい。 Next, as shown in FIGS. 19 and 20, the silicon layer 22 is etched using the patterned resist 71 and the double mask of the hard mask 23. The etching of the silicon layer 22 is detected at the end point on the surface of the glass layer 21.
In the present embodiment, since the silicon layer 22 is as thick as 170 μm, it is difficult to obtain a sufficient etching selection ratio with respect to the silicon layer 22 using only the resist 71. Therefore, in this embodiment, the resist 71 and the double mask of the hard mask 23 are used. However, if a sufficient etching selectivity can be obtained only by the hard mask 23, the silicon layer 22 is etched after removing the resist 71. May be.

次に、図２１及び図２２に示すように、レジスト７１を除去する。 Next, as shown in FIGS. 21 and 22, the resist 71 is removed.

次に、図２３及び図２４に示すように、ハードマスク２３及びガラス層２１を覆うようにレジスト７２を形成する。レジスト７２は、スプレーコート法等を用いることで形成される。 Next, as shown in FIGS. 23 and 24, a resist 72 is formed so as to cover the hard mask 23 and the glass layer 21. The resist 72 is formed by using a spray coating method or the like.

さらに、図２５及び図２６に示すように、レジスト７２を、フォトリソグラフィを用いてパターン化する。レジスト７２は、ハードマスク２３に対応する領域、及び、前述の補強リブ１２に対応する領域にパターン形成される。 Further, as shown in FIGS. 25 and 26, the resist 72 is patterned using photolithography. The resist 72 is patterned in a region corresponding to the hard mask 23 and a region corresponding to the aforementioned reinforcing rib 12.

次に、図２７及び図２８に示すように、パターン化されたレジスト７２をマスクとして、ガラス層２１をエッチングする。本実施形態では、ＩＣＰ−ＲＩＥ（Inductive Coupled Plasma - Reactive Ion Etching）にてエッチングを行っている。なお、ガラス層２１をエッチングする際、ＩＣＰ−ＲＩＥに加えて、深堀り補助のため、イオンミリングを併用してもよい。 Next, as shown in FIGS. 27 and 28, the glass layer 21 is etched using the patterned resist 72 as a mask. In this embodiment, etching is performed by ICP-RIE (Inductive Coupled Plasma-Reactive Ion Etching). In addition, when etching the glass layer 21, in addition to ICP-RIE, ion milling may be used in combination to assist deepening.

ガラス層２１のエッチングにより、ガラス層２１からなる単層構造を有する補強リブ１２、及び、シリコン層２０とガラス層２１とシリコン層２２とハードマスク２３とが積層された積層構造を有するフレーム２が形成される。 By etching the glass layer 21, the reinforcing rib 12 having a single layer structure made of the glass layer 21 and the frame 2 having a laminated structure in which the silicon layer 20, the glass layer 21, the silicon layer 22, and the hard mask 23 are laminated. It is formed.

その後、レジスト７１を除去することで、図１及び図２に示す光偏向器１が作製される。 Thereafter, by removing the resist 71, the optical deflector 1 shown in FIGS. 1 and 2 is manufactured.

なお、ハードマスク２３は、光偏向器１の製造過程で用いるものであり、フレーム２の構成上、なくてもよい。従って、ハードマスク２３は、レジスト７１またはレジスト７２を除去した後に除去してもよい。 Note that the hard mask 23 is used in the manufacturing process of the optical deflector 1, and may be omitted from the configuration of the frame 2. Therefore, the hard mask 23 may be removed after the resist 71 or the resist 72 is removed.

上述した光偏向器１によれば、補強リブ１２の底面が、フレーム２の底面に対して、少なくともシリコン層２２の厚さ分、高い位置に配置されている。そのため、少なくともシリコン層２２の厚さを、ミラー１１及び補強リブ１２が往復回転駆動しているときの動作範囲よりも厚くなるように設計しておけば、ミラー１１の撓みを低減し、かつ、ざぐり等による凹部が形成された基台などの他の部材を必要とせずにミラー１１を偏向駆動させることができる。 According to the optical deflector 1 described above, the bottom surface of the reinforcing rib 12 is disposed at a position higher than the bottom surface of the frame 2 by at least the thickness of the silicon layer 22. Therefore, if at least the thickness of the silicon layer 22 is designed to be thicker than the operating range when the mirror 11 and the reinforcing rib 12 are driven to reciprocate, the bending of the mirror 11 is reduced, and The mirror 11 can be driven to be deflected without the need for other members such as a base having a recess formed by counterbore or the like.

また、上述した光偏向器１によれば、高価で、かつ、各層が決まった厚さで作製されているＳＯＩウエハを使用せずに、それぞれ所望の厚さのガラスウエハとシリコンウエハを準備し、これらを常温接合または陽極接合することにより、ガラス層２１、シリコン層２０、シリコン層２２の各厚さをそれぞれ目的の厚さにすることができる。即ち、ＳＯＩウエハを使用した場合と比較して、各層の厚さの設計の自由度が向上する。 Further, according to the optical deflector 1 described above, a glass wafer and a silicon wafer having desired thicknesses are prepared without using expensive SOI wafers in which each layer is formed with a fixed thickness. The glass layer 21, silicon layer 20, and silicon layer 22 can be made to have desired thicknesses by room temperature bonding or anodic bonding. That is, the degree of freedom in designing the thickness of each layer is improved as compared with the case where an SOI wafer is used.

例えば、シリコン層２０（シリコンウエハ）の厚さは、ミラー１１が往復回転駆動しているときのアーム３，４，５，６、トーションバー７，８，９，１０、及びミラー１１の機械的強度や共振条件等を鑑みて決定される。
また、ガラス層２１（ガラスウエハ）の厚さは、ミラー１１の撓みを低減可能な厚さであり、かつ、ミラー１１の共振条件を鑑みて決定される。
また、シリコン層２２（シリコンウエハ）の厚さは、ミラー１１及び補強リブ１２が往復回転駆動しているときの動作範囲を鑑みて決定される。 For example, the thickness of the silicon layer 20 (silicon wafer) is such that the arms 3, 4, 5, 6, the torsion bars 7, 8, 9, 10 and the mirror 11 when the mirror 11 is driven to reciprocate and rotate. It is determined in view of strength, resonance conditions, and the like.
Further, the thickness of the glass layer 21 (glass wafer) is a thickness that can reduce the deflection of the mirror 11 and is determined in view of the resonance condition of the mirror 11.
The thickness of the silicon layer 22 (silicon wafer) is determined in view of the operating range when the mirror 11 and the reinforcing rib 12 are driven to reciprocate.

なお、本実施形態では、それぞれ所望の厚さのガラスウエハとシリコンウエハを準備し、これらを常温接合または陽極接合することにより、ガラス層２１、シリコン層２０、シリコン層２２の各厚さをそれぞれ目的の厚さとしているが、これに限定されるものではない。
例えば、ガラスウエハ（ガラス層２１）の一面側にシリコンウエハ（シリコン層２２）を常温接合または陽極接合し、ガラスウエハの他面側を研磨して所望の厚さとした後に、ガラスウエハの他面側にシリコンウエハ（シリコン層２０）を常温接合または陽極接合してもよい。 In the present embodiment, a glass wafer and a silicon wafer having respective desired thicknesses are prepared, and the respective thicknesses of the glass layer 21, the silicon layer 20, and the silicon layer 22 are set by room temperature bonding or anodic bonding. Although it is set as the target thickness, it is not limited to this.
For example, a silicon wafer (silicon layer 22) is bonded to one surface side of a glass wafer (glass layer 21) at room temperature bonding or anodic bonding, and the other surface side of the glass wafer is polished to a desired thickness, and then the other surface of the glass wafer. A silicon wafer (silicon layer 20) may be bonded at room temperature or anodic bonding to the side.

＜第２の実施形態＞
図２９及び図３０を用いて、第２の実施形態の光偏向器を説明する。図２９（ａ）は第２の実施形態の光偏向器をミラーの反射面側から見た平面図である。図２９（ｂ）は光偏向器をミラーの裏面側から見た平面図である。図３０は図２９（ａ）及び図２９（ｂ）のＡ−Ａ線における断面図である。
また、図２９（ａ）及び図２９（ｂ）は、第１の実施形態の図１（ａ）及び図１（ｂ）にそれぞれ対応する。図３０は、第１の実施形態の図２に対応する。 <Second Embodiment>
The optical deflector according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 29A is a plan view of the optical deflector of the second embodiment viewed from the reflection surface side of the mirror. FIG. 29B is a plan view of the optical deflector viewed from the back side of the mirror. FIG. 30 is a cross-sectional view taken along line AA in FIGS. 29 (a) and 29 (b).
FIGS. 29A and 29B correspond to FIGS. 1A and 1B of the first embodiment, respectively. FIG. 30 corresponds to FIG. 2 of the first embodiment.

図２９及び図３０に示すように、第２の実施形態の光偏向器１０１は、第１の実施形態の光偏向器１と比較して、光偏向器１０１自体の層構成、フレーム１０２及び補強リブ１１２の層構成が異なり、他の構成については第１の実施形態の光偏向器１と同じである。 As shown in FIGS. 29 and 30, the optical deflector 101 according to the second embodiment is different from the optical deflector 1 according to the first embodiment in the layer configuration, frame 102 and reinforcement of the optical deflector 101 itself. The layer configuration of the rib 112 is different, and the other configurations are the same as those of the optical deflector 1 of the first embodiment.

具体的には、第１の実施形態の光偏向器１は、シリコン層２０とガラス層２１とシリコン層２２とが常温接合または陽極接合された積層構造を有する。それに対して、第２の実施形態の光偏向器１０１は、シリコン層２０とガラス層２１と金属層１２３とシリコン層２２とが積層された積層構造を有する点で相違する。 Specifically, the optical deflector 1 of the first embodiment has a laminated structure in which a silicon layer 20, a glass layer 21, and a silicon layer 22 are joined at room temperature or anodic bonding. On the other hand, the optical deflector 101 of the second embodiment is different in that it has a laminated structure in which a silicon layer 20, a glass layer 21, a metal layer 123, and a silicon layer 22 are laminated.

また、第１の実施形態の光偏向器１におけるフレーム２は、シリコン層２０とガラス層２１とシリコン層２２とハードマスク２３と積層された積層構造を有する。それに対して、第２の実施形態の光偏向器１０１におけるフレーム１０２は、シリコン層２０とガラス層２１と金属層１２３とシリコン層２２とハードマスク２３とが積層された積層構造を有する点で相違する。 The frame 2 in the optical deflector 1 of the first embodiment has a laminated structure in which a silicon layer 20, a glass layer 21, a silicon layer 22, and a hard mask 23 are laminated. On the other hand, the frame 102 in the optical deflector 101 of the second embodiment is different in that it has a laminated structure in which a silicon layer 20, a glass layer 21, a metal layer 123, a silicon layer 22, and a hard mask 23 are laminated. To do.

また、第１の実施形態の光偏向器１における補強リブ１２は、ガラス層２１からなる単層構造を有する。それに対して、第２の実施形態の光偏向器１０１における補強リブ１１２は、ガラス層２１と金属層１２３とが積層された積層構造を有する点で相違する。 Further, the reinforcing rib 12 in the optical deflector 1 of the first embodiment has a single-layer structure composed of the glass layer 21. On the other hand, the reinforcing rib 112 in the optical deflector 101 of the second embodiment is different in that it has a laminated structure in which the glass layer 21 and the metal layer 123 are laminated.

第２の実施形態の光偏向器１０１において、アーム３，４，５，６と、トーションバー７，８，９，１０と、ミラー１１と、フレーム１０２の上層とは、共通のシリコン層２０を加工して形成されている。そのため、アーム３，４，５，６と、トーションバー７，８，９，１０と、ミラー１１と、フレーム１０２の上層とは、同一平面状に位置する。また、アーム３，４，５，６の厚さと、トーションバー７，８，９，１０の厚さと、ミラー１１の厚さと、フレーム１０２の上層の厚さとは、ほぼ同じ厚さになっている。 In the optical deflector 101 of the second embodiment, the arms 3, 4, 5, 6, the torsion bars 7, 8, 9, 10, the mirror 11, and the upper layer of the frame 102 form a common silicon layer 20. Processed and formed. Therefore, the arms 3, 4, 5, 6, the torsion bars 7, 8, 9, 10, the mirror 11, and the upper layer of the frame 102 are located on the same plane. The thicknesses of the arms 3, 4, 5 and 6, the thicknesses of the torsion bars 7, 8, 9, and 10, the thickness of the mirror 11, and the thickness of the upper layer of the frame 102 are substantially the same. .

補強リブ１１２の上層と、フレーム１０２のシリコン層２０の下層とは、シリコン層２０と常温接合または陽極接合された共通のガラス層２１を加工して形成されている。そのため、補強リブ１１２の上層と、フレーム１０２のシリコン層２０の下層とは、同一平面状に位置し、かつ、補強リブ１１２の上層の厚さと、フレーム１０２のシリコン層２０の下層の厚さとは、ほぼ同じ厚さになっている。 The upper layer of the reinforcing rib 112 and the lower layer of the silicon layer 20 of the frame 102 are formed by processing a common glass layer 21 that is bonded to the silicon layer 20 at room temperature or anodic bonded. Therefore, the upper layer of the reinforcing rib 112 and the lower layer of the silicon layer 20 of the frame 102 are located on the same plane, and the thickness of the upper layer of the reinforcing rib 112 and the thickness of the lower layer of the silicon layer 20 of the frame 102 are The thickness is almost the same.

また、補強リブ１１２のガラス層２１の下層と、フレーム１０２のガラス層２１の下層とは、ガラス層２１にスパッタリングやめっき等によって形成された共通の金属層１２３を加工して形成されている。そのため、補強リブ１１２のガラス層２１の下層と、フレーム１０２のガラス層２１の下層とは、同一平面状に位置し、かつ、補強リブ１１２のガラス層２１の下層の厚さと、フレーム１０２のガラス層２１の下層の厚さとは、ほぼ同じ厚さになっている。 The lower layer of the glass layer 21 of the reinforcing rib 112 and the lower layer of the glass layer 21 of the frame 102 are formed by processing a common metal layer 123 formed on the glass layer 21 by sputtering or plating. Therefore, the lower layer of the glass layer 21 of the reinforcing rib 112 and the lower layer of the glass layer 21 of the frame 102 are located on the same plane, and the thickness of the lower layer of the glass layer 21 of the reinforcing rib 112 and the glass of the frame 102 The thickness of the lower layer of the layer 21 is substantially the same.

フレーム１０２の金属層１２３の下層は、金属層１２３と常温接合されたシリコン層２２を加工して形成されている。なお、フレーム１０２にはハードマスク２３が形成されているが、ハードマスク２３は、光偏向器１０１を製造する過程で用いるものであり、フレーム１０２の構成上、なくてもよい。 The lower layer of the metal layer 123 of the frame 102 is formed by processing the silicon layer 22 bonded to the metal layer 123 at room temperature. Although the hard mask 23 is formed on the frame 102, the hard mask 23 is used in the process of manufacturing the optical deflector 101, and may be omitted from the configuration of the frame 102.

フレーム１０２が、枠状の平面形状を有する点は、第１の実施形態と同じである。
補強リブ１１２の重心Ｃ１１２の位置がミラー１１の重心Ｃ１１の位置と一致するように、補強リブ１１２がミラー１１の反射面とは反対側の面に形成されている点は、第１の実施形態と同じである。 The point that the frame 102 has a frame-like planar shape is the same as in the first embodiment.
The point that the reinforcing rib 112 is formed on the surface opposite to the reflecting surface of the mirror 11 so that the position of the center of gravity C112 of the reinforcing rib 112 coincides with the position of the center of gravity C11 of the mirror 11 is the first embodiment. Is the same.

次に、図２９から図３８を用いて、光偏向器１０１の製造方法を説明する。図３１，図３３，図３５，図３７における（ａ）及び（ｂ）は、図２９の（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ対応する。また、図３２，図３４，図３６，図３８は、図３０にそれぞれ対応する。なお、説明をわかりやすくするために、同じ構成部には同じ符号を付して説明する。 Next, a manufacturing method of the optical deflector 101 will be described with reference to FIGS. (A) and (b) in FIGS. 31, 33, 35, and 37 correspond to (a) and (b) in FIG. 29, respectively. 32, 34, 36, and 38 correspond to FIG. 30, respectively. In order to make the description easy to understand, the same components are denoted by the same reference numerals.

ガラスウエハの一面側に金属膜を成膜し、金属膜とシリコンウエハとを常温接合し、ガラスウエハの他面側とシリコンウエハとを、常温接合または陽極接合する。 A metal film is formed on one surface side of the glass wafer, the metal film and the silicon wafer are bonded at room temperature, and the other surface side of the glass wafer and the silicon wafer are bonded at room temperature or anodic bonding.

図３１及び図３２に示すように、接合されたガラスウエハはガラス層２１となる。ガラス層２１の一面側に成膜された金属膜は金属層１２３となる。金属層１２３と常温接合されたシリコンウエハはシリコン層２２となる。ガラス層２１の他面側に常温接合または陽極接合されたシリコンウエハはシリコン層２０となる。
本実施形態では、金属膜として、ニッケル（Ｎｉ）膜を成膜している。
なお、本実施形態では、ガラスウエハに金属膜を成膜しているが、これに限定されるものではない。例えば、シリコンウエハが常温接合または陽極接合されたガラスウエハと、他のシリコンウエハに成膜された金属膜とを常温接合するようにしてもよい。 As shown in FIGS. 31 and 32, the bonded glass wafer becomes a glass layer 21. The metal film formed on the one surface side of the glass layer 21 becomes the metal layer 123. The silicon wafer bonded to the metal layer 123 at room temperature becomes the silicon layer 22. A silicon wafer bonded at room temperature or anodically to the other side of the glass layer 21 becomes the silicon layer 20.
In this embodiment, a nickel (Ni) film is formed as the metal film.
In this embodiment, the metal film is formed on the glass wafer, but the present invention is not limited to this. For example, a glass wafer on which a silicon wafer is bonded at room temperature or anodic bonding and a metal film formed on another silicon wafer may be bonded at room temperature.

次に、第１の実施形態で図５から図１０を用いて説明した圧電素子形成工程と同様の工程を行う。 Next, a process similar to the piezoelectric element forming process described in the first embodiment with reference to FIGS. 5 to 10 is performed.

次に、第１の実施形態で図１１及び図１２を用いて説明したアーム・トーションバー・ミラー形成工程と同様の工程を行う。 Next, the same process as the arm torsion bar mirror forming process described in the first embodiment with reference to FIGS. 11 and 12 is performed.

次に、第１の実施形態で図１３から図２０を用いて説明したフレーム・補強リブ形成工程と同様の工程を行う。即ち、フレーム・補強リブ形成工程において、シリコン層２２のエッチングまでの工程を行う。なお、第２の実施形態では、シリコン層２２のエッチングは、金属層１２３の表面で終点検出される。 Next, the same process as the frame / reinforcing rib forming process described in the first embodiment with reference to FIGS. 13 to 20 is performed. That is, in the frame / reinforcing rib forming step, the steps up to etching of the silicon layer 22 are performed. In the second embodiment, the etching of the silicon layer 22 is detected at the end point on the surface of the metal layer 123.

次に、第１の実施形態で図２１から図２４を用いて説明したフレーム・補強リブ形成工程と同様の工程を行う。即ち、フレーム・補強リブ形成工程において、レジスト７１の除去からレジスト７２の形成までの工程を行う。 Next, the same process as the frame / reinforcing rib forming process described in the first embodiment with reference to FIGS. 21 to 24 is performed. That is, in the frame / reinforcing rib forming step, the steps from the removal of the resist 71 to the formation of the resist 72 are performed.

次に、図３３及び図３４に示すように、レジスト７２を、フォトリソグラフィを用いてパターン化する。レジスト７２は、ハードマスク２３に対応する領域、及び、前述の補強リブ１１２に対応する領域にパターン形成される。 Next, as shown in FIGS. 33 and 34, the resist 72 is patterned using photolithography. The resist 72 is patterned in a region corresponding to the hard mask 23 and a region corresponding to the reinforcing rib 112 described above.

さらに、図３５及び図３６に示すように、パターン化されたレジスト７２をマスクとして、金属層１２３をエッチングし、金属層１２３をパターン化する。従って、金属層１２３もレジスト７２と同様に、ハードマスク２３に対応する領域、及び、前述の補強リブ１１２に対応する領域にパターン形成される。
パターン化された金属層１２３は、ガラス層２１をエッチングする際のエッチングマスクとして機能する。 Further, as shown in FIGS. 35 and 36, using the patterned resist 72 as a mask, the metal layer 123 is etched, and the metal layer 123 is patterned. Therefore, similarly to the resist 72, the metal layer 123 is also patterned in a region corresponding to the hard mask 23 and a region corresponding to the reinforcing rib 112 described above.
The patterned metal layer 123 functions as an etching mask when the glass layer 21 is etched.

次に、図３７及び図３８に示すように、パターン化されたレジスト７２及び金属層１２３のダブルマスクを用いて、ガラス層２１をエッチングする。 Next, as shown in FIGS. 37 and 38, the glass layer 21 is etched using a patterned resist 72 and a double mask of the metal layer 123.

第１の実施形態では、レジスト７２のみで１８０μｍと厚いガラス層２１をエッチングしている。それに対して、第２の実施形態では、レジスト７２及び金属層１２３のダブルマスクを用いて、ガラス層２１をエッチングするため、第１の実施形態よりもエッチングマスクとしての耐性が向上する。これにより、ガラス層２１のエッチング条件の自由度が増すので、歩留まりの向上やエッチング時間の短縮等、第１の実施形態よりも生産性を向上させることができる。
なお、本実施形態では、レジスト７２及び金属層１２３のダブルマスクを用いているが、金属層１２３のみで十分なエッチング選択比が取れるようであれば、レジスト７２を除去した後にガラス層２１をエッチングしてもよい。 In the first embodiment, the thick glass layer 21 having a thickness of 180 μm is etched only by the resist 72. On the other hand, in the second embodiment, since the glass layer 21 is etched using the double mask of the resist 72 and the metal layer 123, resistance as an etching mask is improved as compared with the first embodiment. Thereby, since the freedom degree of the etching conditions of the glass layer 21 increases, productivity can be improved rather than 1st Embodiment, such as a yield improvement and shortening of etching time.
In this embodiment, a double mask of the resist 72 and the metal layer 123 is used. However, if a sufficient etching selectivity can be obtained only by the metal layer 123, the glass layer 21 is etched after removing the resist 72. May be.

ガラス層２１のエッチングにより、ガラス層２１と金属層１２３とが積層された積層構造を有する補強リブ１１２が形成される。また、ガラス層２１のエッチングにより、シリコン層２０とガラス層２１と金属層１２３とシリコン層２２とハードマスク２３とが積層された積層構造を有するフレーム１０２が形成される。 By etching the glass layer 21, the reinforcing rib 112 having a laminated structure in which the glass layer 21 and the metal layer 123 are laminated is formed. Further, the etching of the glass layer 21 forms the frame 102 having a laminated structure in which the silicon layer 20, the glass layer 21, the metal layer 123, the silicon layer 22, and the hard mask 23 are laminated.

その後、レジスト７２を除去することで、図２９及び図３０に示す光偏向器１０１が作製される。 Thereafter, by removing the resist 72, the optical deflector 101 shown in FIGS. 29 and 30 is manufactured.

上述した光偏向器１０１によれば、補強リブ１１２の底面が、フレーム１０２の底面に対して、少なくともシリコン層２２の厚さ分、高い位置に配置されている。そのため、少なくともシリコン層２２の厚さを、ミラー１１及び補強リブ１１２が往復回転駆動しているときの動作範囲よりも厚くなるように設計しておけば、ミラー１１の撓みを低減し、かつ、ざぐり等による凹部が形成された基台などの他の部材を必要とせずにミラー１１を偏向駆動させることができる。 According to the optical deflector 101 described above, the bottom surface of the reinforcing rib 112 is disposed at a position higher than the bottom surface of the frame 102 by at least the thickness of the silicon layer 22. Therefore, if the thickness of at least the silicon layer 22 is designed to be thicker than the operating range when the mirror 11 and the reinforcing rib 112 are driven to reciprocate, the bending of the mirror 11 is reduced, and The mirror 11 can be driven to be deflected without the need for other members such as a base having a recess formed by counterbore or the like.

また、上述した光偏向器１０１によれば、高価で、かつ、各層が決まった厚さで作製されているＳＯＩウエハを使用せずに、それぞれ所望の厚さのガラスウエハとシリコンウエハを準備し、これらを常温接合または陽極接合することにより、ガラス層２１、シリコン層２０、シリコン層２２の各厚さをそれぞれ目的の厚さにすることができる。即ち、ＳＯＩウエハを使用した場合と比較して、各層の厚さの設計の自由度が向上する。 Further, according to the optical deflector 101 described above, a glass wafer and a silicon wafer having desired thicknesses are prepared without using expensive SOI wafers in which each layer is formed with a predetermined thickness. The glass layer 21, silicon layer 20, and silicon layer 22 can be made to have desired thicknesses by room temperature bonding or anodic bonding. That is, the degree of freedom in designing the thickness of each layer is improved as compared with the case where an SOI wafer is used.

例えば、シリコン層２０（シリコンウエハ）の厚さは、ミラー１１が往復回転駆動しているときのアーム３，４，５，６、トーションバー７，８，９，１０、及びミラー１１の機械的強度や共振条件等を鑑みて決定される。 For example, the thickness of the silicon layer 20 (silicon wafer) is such that the arms 3, 4, 5, 6, the torsion bars 7, 8, 9, 10 and the mirror 11 when the mirror 11 is driven to reciprocate and rotate. It is determined in view of strength, resonance conditions, and the like.

また、ガラス層２１（ガラスウエハ）の厚さは、ミラー１１の撓みを低減可能な厚さであり、かつ、ミラー１１の共振条件を鑑みて決定される。 Further, the thickness of the glass layer 21 (glass wafer) is a thickness that can reduce the deflection of the mirror 11 and is determined in view of the resonance condition of the mirror 11.

また、シリコン層２２（シリコンウエハ）の厚さは、ミラー１１及び補強リブ１１２が往復回転駆動しているときの動作範囲を鑑みて決定される。 Further, the thickness of the silicon layer 22 (silicon wafer) is determined in consideration of the operating range when the mirror 11 and the reinforcing rib 112 are driven to reciprocate.

＜第３の実施形態＞
図３９及び図４０を用いて、第３の実施形態の光偏向器を説明する。図３９（ａ）は第３の実施形態の光偏向器をミラーの反射面側から見た平面図である。図３９（ｂ）は光偏向器をミラーの裏面側から見た平面図である。図４０は図３９（ａ）及び図３９（ｂ）のＡ−Ａ線における断面図である。
また、図３９（ａ）及び図３９（ｂ）は、第１の実施形態の図１（ａ）及び図１（ｂ）にそれぞれ対応する。図４０は、第１の実施形態の図２に対応する。 <Third Embodiment>
The optical deflector according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 39 and 40. FIG. 39A is a plan view of the optical deflector according to the third embodiment viewed from the reflecting surface side of the mirror. FIG. 39B is a plan view of the optical deflector viewed from the back side of the mirror. FIG. 40 is a cross-sectional view taken along line AA in FIGS. 39 (a) and 39 (b).
FIGS. 39A and 39B correspond to FIGS. 1A and 1B of the first embodiment, respectively. FIG. 40 corresponds to FIG. 2 of the first embodiment.

図３９及び図４０に示すように、第３の実施形態の光偏向器２０１は、第１の実施形態の光偏向器１と比較して、光偏向器２０１自体の層構成、フレーム２０２及び補強リブ２１２の層構成が異なり、他の構成については第１の実施形態の光偏向器１と同じである。 As shown in FIGS. 39 and 40, the optical deflector 201 according to the third embodiment is different from the optical deflector 1 according to the first embodiment in the layer configuration, frame 202 and reinforcement of the optical deflector 201 itself. The layer configuration of the rib 212 is different, and the other configurations are the same as those of the optical deflector 1 of the first embodiment.

具体的には、第１の実施形態の光偏向器１は、シリコン層２０とガラス層２１とシリコン層２２とが常温接合または陽極接合された積層構造を有する。それに対して、第３の実施形態の光偏向器２０１は、シリコン層２０とガラス層２１とシリコン層２２と金属層２２３とが積層された積層構造を有する点で相違する。 Specifically, the optical deflector 1 of the first embodiment has a laminated structure in which a silicon layer 20, a glass layer 21, and a silicon layer 22 are joined at room temperature or anodic bonding. On the other hand, the optical deflector 201 of the third embodiment is different in that it has a laminated structure in which a silicon layer 20, a glass layer 21, a silicon layer 22, and a metal layer 223 are laminated.

また、第１の実施形態の光偏向器１におけるフレーム２は、シリコン層２０とガラス層２１とシリコン層２２とハードマスク２３と積層された積層構造を有する。それに対して、第３の実施形態の光偏向器２０１におけるフレーム２０２は、シリコン層２０とガラス層２１とシリコン層２２とハードマスク２３と金属層２２３とが積層された積層構造を有する点で相違する。 The frame 2 in the optical deflector 1 of the first embodiment has a laminated structure in which a silicon layer 20, a glass layer 21, a silicon layer 22, and a hard mask 23 are laminated. On the other hand, the frame 202 in the optical deflector 201 of the third embodiment is different in that it has a laminated structure in which a silicon layer 20, a glass layer 21, a silicon layer 22, a hard mask 23, and a metal layer 223 are laminated. To do.

また、第１の実施形態の光偏向器１における補強リブ１２は、ガラス層２１からなる単層構造を有する。それに対して、第３の実施形態の光偏向器２０１における補強リブ２１２は、ガラス層２１と金属層２２３とが積層された積層構造を有する点で相違する。 Further, the reinforcing rib 12 in the optical deflector 1 of the first embodiment has a single-layer structure composed of the glass layer 21. On the other hand, the reinforcing rib 212 in the optical deflector 201 of the third embodiment is different in that it has a laminated structure in which the glass layer 21 and the metal layer 223 are laminated.

第３の実施形態の光偏向器２０１において、アーム３，４，５，６と、トーションバー７，８，９，１０と、ミラー１１と、フレーム２０２の上層とは、共通のシリコン層２０を加工して形成されている。そのため、アーム３，４，５，６と、トーションバー７，８，９，１０と、ミラー１１と、フレーム２０２の上層とは、同一平面状に位置する。また、アーム３，４，５，６の厚さと、トーションバー７，８，９，１０の厚さと、ミラー１１の厚さと、フレーム２０２の上層の厚さとは、ほぼ同じ厚さになっている。 In the optical deflector 201 of the third embodiment, the arms 3, 4, 5, 6, the torsion bars 7, 8, 9, 10, the mirror 11, and the upper layer of the frame 202 form a common silicon layer 20. Processed and formed. Therefore, the arms 3, 4, 5, 6, the torsion bars 7, 8, 9, 10, the mirror 11, and the upper layer of the frame 202 are located on the same plane. Further, the thicknesses of the arms 3, 4, 5, and 6, the thicknesses of the torsion bars 7, 8, 9, and 10, the thickness of the mirror 11, and the thickness of the upper layer of the frame 202 are substantially the same. .

補強リブ２１２の上層と、フレーム２０２のシリコン層２０の下層とは、シリコン層２０と常温接合または陽極接合された共通のガラス層２１を加工して形成されている。そのため、補強リブ２１２の上層と、フレーム２０２のシリコン層２０の下層とは、同一平面状に位置し、かつ、補強リブ２１２の上層の厚さと、フレーム２０２のシリコン層２０の下層の厚さとは、ほぼ同じ厚さになっている。 The upper layer of the reinforcing rib 212 and the lower layer of the silicon layer 20 of the frame 202 are formed by processing the common glass layer 21 bonded to the silicon layer 20 at room temperature or anodic bonding. Therefore, the upper layer of the reinforcing rib 212 and the lower layer of the silicon layer 20 of the frame 202 are located on the same plane, and the thickness of the upper layer of the reinforcing rib 212 and the thickness of the lower layer of the silicon layer 20 of the frame 202 are The thickness is almost the same.

フレーム２０２のガラス層２１の下層は、ガラス層２１と常温接合または陽極接合されたシリコン層２２を加工して形成されている。なお、フレーム２０２にはハードマスク２３が形成されているが、ハードマスク２３は、光偏向器２０１を製造する過程で用いるものであり、フレーム１０２の構成上、なくてもよい。 The lower layer of the glass layer 21 of the frame 202 is formed by processing the silicon layer 22 bonded to the glass layer 21 at room temperature or anodic bonding. Although the hard mask 23 is formed on the frame 202, the hard mask 23 is used in the process of manufacturing the optical deflector 201, and may be omitted from the configuration of the frame 102.

補強リブ２１２のガラス層２１の下層と、フレーム２０２のハードマスク２３の下層とは、共通の金属層２２３を加工して形成されている。そのため、補強リブ２１２のガラス層２１の下層の厚さと、フレーム２０２のハードマスク２３の下層の厚さとは、ほぼ同じ厚さになっている。 The lower layer of the glass layer 21 of the reinforcing rib 212 and the lower layer of the hard mask 23 of the frame 202 are formed by processing a common metal layer 223. Therefore, the thickness of the lower layer of the glass layer 21 of the reinforcing rib 212 and the thickness of the lower layer of the hard mask 23 of the frame 202 are substantially the same.

フレーム２０２が、枠状の平面形状を有する点は、第１の実施形態と同じである。
補強リブ２１２の重心Ｃ２１２の位置がミラー１１の重心Ｃ１１の位置と一致するように、補強リブ２１２がミラー１１の反射面とは反対側の面に形成されている点は、第１の実施形態と同じである。 The point that the frame 202 has a frame-like planar shape is the same as in the first embodiment.
The point that the reinforcing rib 212 is formed on the surface opposite to the reflecting surface of the mirror 11 so that the position of the center of gravity C212 of the reinforcing rib 212 coincides with the position of the center of gravity C11 of the mirror 11 is the first embodiment. Is the same.

次に、図３９から図４６を用いて、光偏向器２０１の製造方法を説明する。図４１，図４３，図４５における（ａ）及び（ｂ）は、図３９の（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ対応する。また、図４２，図４４，図４６は図４０にそれぞれ対応する。なお、説明をわかりやすくするために、同じ構成部には同じ符号を付して説明する。 Next, a method for manufacturing the optical deflector 201 will be described with reference to FIGS. 41, 43, and 45 correspond to (a) and (b) of FIG. 39, respectively. 42, 44, and 46 correspond to FIG. 40, respectively. In order to make the description easy to understand, the same components are denoted by the same reference numerals.

まず、第１の実施形態で図３及び図４を用いて説明した接合工程と同様の工程を行う。 First, the same process as the joining process described in the first embodiment with reference to FIGS. 3 and 4 is performed.

次に、第１の実施形態で図１３から図２２を用いて説明したフレーム・補強リブ形成工程と同様の工程を行う。即ち、フレーム・補強リブ形成工程において、レジスト７１の除去までの工程を行う。 Next, the same process as the frame / reinforcing rib forming process described in the first embodiment with reference to FIGS. 13 to 22 is performed. That is, in the frame / reinforcing rib forming step, the steps up to the removal of the resist 71 are performed.

次に、図４１及び図４２に示すように、ハードマスク２３及びガラス層２１を覆うように金属膜を成膜する。金属膜は、前述の金属層２２３となる。本実施形態では、金属膜としてニッケル（Ｎｉ）膜を成膜した。 Next, as shown in FIGS. 41 and 42, a metal film is formed so as to cover the hard mask 23 and the glass layer 21. The metal film becomes the metal layer 223 described above. In this embodiment, a nickel (Ni) film is formed as the metal film.

その後、金属層２２３の表面上に、フォトリソグラフィを用いてパターン化されたレジスト７２を形成する。レジスト７２は、ハードマスク２３に対応する領域、及び、前述の補強リブ２１２に対応する領域にパターン形成される。 Thereafter, a resist 72 patterned by photolithography is formed on the surface of the metal layer 223. The resist 72 is patterned in a region corresponding to the hard mask 23 and a region corresponding to the aforementioned reinforcing rib 212.

次に、図４３及び図４４に示すように、パターン化されたレジスト７２をマスクとして、金属層２２３をエッチングする。金属層２２３もレジスト７２と同様に、ハードマスク２３に対応する領域、及び、前述の補強リブ２１２に対応する領域にパターン形成される。
パターン化された金属層２２３は、ガラス層２１をエッチングする際のエッチングマスクとして機能する。 Next, as shown in FIGS. 43 and 44, the metal layer 223 is etched using the patterned resist 72 as a mask. Similarly to the resist 72, the metal layer 223 is also patterned in a region corresponding to the hard mask 23 and a region corresponding to the above-described reinforcing rib 212.
The patterned metal layer 223 functions as an etching mask when the glass layer 21 is etched.

次に、図４５及び図４６に示すように、パターン化されたレジスト７２及び金属層２２３のダブルマスクを用いて、ガラス層２１をエッチングする。 Next, as shown in FIGS. 45 and 46, the glass layer 21 is etched using a patterned resist 72 and a double mask of the metal layer 223.

第１の実施形態では、レジスト７２のみで１８０μｍと厚いガラス層２１をエッチングしている。それに対して、第３の実施形態では、レジスト７２及び金属層２２３のダブルマスクを用いて、ガラス層２１をエッチングするため、第１の実施形態よりもエッチングマスクとしての耐性が向上する。これにより、ガラス層２１のエッチング条件の自由度が増すので、歩留まりの向上やエッチング時間の短縮等、第１の実施形態よりも生産性を向上させることができる。
なお、本実施形態では、レジスト７２及び金属層２２３のダブルマスクを用いているが、金属層２２３のみで十分なエッチング選択比が取れるようであれば、レジスト７２を除去した後にガラス層２１をエッチングしてもよい。 In the first embodiment, the thick glass layer 21 having a thickness of 180 μm is etched only by the resist 72. On the other hand, in the third embodiment, since the glass layer 21 is etched using the double mask of the resist 72 and the metal layer 223, resistance as an etching mask is improved as compared with the first embodiment. Thereby, since the freedom degree of the etching conditions of the glass layer 21 increases, productivity can be improved rather than 1st Embodiment, such as a yield improvement and shortening of etching time.
In this embodiment, a double mask of the resist 72 and the metal layer 223 is used. However, if a sufficient etching selectivity can be obtained only by the metal layer 223, the glass layer 21 is etched after removing the resist 72. May be.

ガラス層２１のエッチングにより、ガラス層２１と金属層２２３とが積層された積層構造を有する補強リブ２１２が形成される。また、ガラス層２１のエッチングにより、シリコン層２０とガラス層２１とシリコン層２２とハードマスク２３と金属層２２３とが積層された積層構造を有するフレーム２０２が形成される。 By etching the glass layer 21, the reinforcing rib 212 having a laminated structure in which the glass layer 21 and the metal layer 223 are laminated is formed. Further, by etching the glass layer 21, a frame 202 having a laminated structure in which the silicon layer 20, the glass layer 21, the silicon layer 22, the hard mask 23, and the metal layer 223 are laminated is formed.

その後、レジスト７２を除去することで、図３９及び図４０に示す光偏向器２０１が作製される。 Thereafter, by removing the resist 72, the optical deflector 201 shown in FIGS. 39 and 40 is manufactured.

上述した光偏向器２０１によれば、補強リブ２１２の底面が、フレーム２０２の底面に対して、少なくともシリコン層２２の厚さ分、高い位置に配置されている。そのため、少なくともシリコン層２２の厚さを、ミラー１１及び補強リブ２１２が往復回転駆動しているときの動作範囲よりも厚くなるように設計しておけば、ミラー１１の撓みを低減し、かつ、ざぐり等による凹部が形成された基台などの他の部材を必要とせずにミラー１１を偏向駆動させることができる。 According to the optical deflector 201 described above, the bottom surface of the reinforcing rib 212 is disposed at a position higher than the bottom surface of the frame 202 by at least the thickness of the silicon layer 22. Therefore, if the thickness of at least the silicon layer 22 is designed to be thicker than the operation range when the mirror 11 and the reinforcing rib 212 are driven to reciprocate, the bending of the mirror 11 is reduced, and The mirror 11 can be driven to be deflected without the need for other members such as a base having a recess formed by counterbore or the like.

また、シリコン層２２（シリコンウエハ）の厚さは、ミラー１１及び補強リブ２１２が往復回転駆動しているときの動作範囲を鑑みて決定される。 Further, the thickness of the silicon layer 22 (silicon wafer) is determined in consideration of the operating range when the mirror 11 and the reinforcing rib 212 are driven to reciprocate.

なお、本発明に係る実施形態は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。 The embodiment according to the present invention is not limited to the configuration and procedure described above, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

１，１０１，２０１光偏向器
２，１０２，２０２フレーム
３，４，５，６アーム
７，８，９，１０トーションバー
１１ミラー
１２，１１２，２１２補強リブ
１３，１４圧電素子（駆動部）
２０，２２シリコン層
２１ガラス層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101,201 Optical deflector 2,102,202 Frame 3, 4, 5, 6 Arm 7, 8, 9, 10 Torsion bar 11 Mirror 12, 112, 212 Reinforcement rib 13, 14 Piezoelectric element (driving part)
20, 22 Silicon layer 21 Glass layer

Claims

Frame,
A plurality of arms each having one end fixed to the frame;
A plurality of torsion bars each having one end connected to the other end of each of the plurality of arms,
The other end side of the plurality of torsion bars is connected, and a mirror having a reflecting surface for reflecting the irradiated light;
A reinforcing rib formed on a surface of the mirror opposite to the reflecting surface;
A drive unit that drives the mirror together with the reinforcing ribs via the plurality of torsion bars by driving the plurality of arms;
With
The plurality of arms, the plurality of torsion bars, and the mirror are composed of a first silicon layer,
The reinforcing rib is composed of a glass layer laminated on the first silicon layer,
The optical deflector according to claim 1, wherein the frame includes the first silicon layer, the glass layer, and a second silicon layer laminated on the glass layer.

2. The optical deflector according to claim 1, wherein the second silicon layer is formed thicker than a driving range of the mirror and the reinforcing rib.

2. The first silicon layer and the glass layer are bonded at room temperature or anodic bonding, and the glass layer and the second silicon layer are bonded at room temperature or anodic bonding. Light deflector.