JP6220648B2

JP6220648B2 - 光偏向器及びその製造方法

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Publication number: JP6220648B2
Application number: JP2013241107A
Authority: JP
Inventors: 広文千葉
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2013-11-21
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2017-10-25
Anticipated expiration: 2033-11-21
Also published as: JP2015102597A

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（Micro−Electro−Mechanical Systems）技術による製造される光偏向器に関する。

ＭＥＭＳ技術による製造される光偏向器は、ミラー部と、該ミラー部を回動するアクチュエータ部とを備える。

従来の光偏向器は、Ｓi層と該Ｓi層の上に形成されたＳiＯ_２層とを含むＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板上に、圧電膜の層を含み酸化シリコン層上に形成されたアクチュエータ層を形成し、アクチュエータ層は層間絶縁膜により被膜される。

例えば、特許文献１は、半導体素子としての面発光レーザ素子を開示する。該面発光レーザ素子では、基板の上に下側から順番に下部半導体、下部スペーサ層、活性層、上部スペーサ層、及び上部半導体が積層されている積層体が製造される。次に、該積層体は、加熱処理用チャンバー内に入れられて、窒素雰囲気中で３５０℃〜４００℃の温度に３分間保持され、これにより、積層体の表面が不動態化処理され、該表面に、内部への水分侵入を防ぐ不動態膜（防湿膜）が形成される。次に、該不動態膜付きの積層体は、加熱処理用チャンバーから取出されて、上側にＳiやＳiＯ_２のパッシベーション膜が該不動態膜付きの積層体の上に成膜される。

特許文献２は、基板上に圧電膜の弾性表面素子を形成し、弾性表面素子の上面との間に所定の空間を保持しつつ、封止部材を、弾性表面素子の上側から被せて、基板に固定し、封止部材の内面側に弾性表面素子を収容する弾性表面装置を開示する。特許文献２は、１つの基板から複数の弾性表面装置を製造するために、１つの基板上に複数の弾性表面素子を形成して、それらの上側から基板の全面にわたり封止部材の材料を積層し、その後、基板及び封止部材の材料層を各弾性表面装置の境界線に沿ってダイシングすることを開示する。

特開２０１０−２６７９４６号公報特開２００８−５４６４号公報

従来の光偏向器では、アクチュエータ部において、層間絶縁膜を介して圧電膜に湿気が浸透し、アクチュエータの寿命が低下している。この対策のために、光偏向器のアクチュエータ部の途中の製造工程において層間絶縁膜を形成後、その上側にさらに防湿膜を被膜することが考えられる。しかしながら、アクチュエータ部の変位を許容するため、アクチュエータ部の側縁の外側において基板のシリコン層をエッチングにより分断しており、それに伴い、層間絶縁膜の下端部の側面が露出してしまう。湿気は、層間絶縁膜の露出した側面からも侵入するので、アクチュエータの寿命改善が困難となっている。

また、光偏向器は、面発光レーザ素子と異なり、可動部としてのアクチュエータ部を備えるので、アクチュエータ部の側縁において基板をエッチングして、アクチュエータ部の可動を保証する必要がある。上記特許文献１の面発光レーザ素子では、可動部がないので、上面側全体を防湿膜で完全に被膜すれば、防湿対策がなされたことになる。しかしながら、特許文献１の防湿構造を光偏向器に適用して、可動部の側縁をエッジングにより貫通させるならば、防湿膜の下側の吸湿性層の側面が露出するため、光偏向器の防湿対策にはならない。

一方、上記特許文献２の弾性表面装置は、基板上に弾性表面素子が形成されて封止部材により封入されるが、光偏向器のアクチュエータ部は変位量が大きい。このため、特許文献２の封入方式を光偏向器に適用すると、アクチュエータ部の可動空間全体を封止部材内に封入する構造になってしまい、光偏向器が大型化してしまう。

本発明の目的は、防湿構造を大型化することなく、アクチュエータ部の圧電膜を確実に防湿することができる光偏向器と、その製造方法を提供することである。

本発明の光偏向器は、ミラー部と、該ミラー部を回動させるアクチュエータ部とを備える光偏向器であって、前記アクチュエータ部は、シリコン層とその上の酸化シリコン層とを含む基板と、圧電膜の層を含み前記酸化シリコン層上に形成されたアクチュエータ層と、前記シリコン層の上面を下端面において被膜しつつ前記シリコン層の上面から上の前記酸化シリコン層及び前記アクチュエータ層を内側に包み込むように被膜する層間絶縁膜と、前記シリコン層の上面を下端面において被膜しつつ前記層間絶縁膜を内側に包み込むように被膜する防湿膜とを備えることを特徴とする。

本発明の光偏向器によれば、酸化シリコン層及びアクチュエータ層を内側に包み込むように被膜する層間絶縁膜に対し、防湿膜がシリコン層の上面を下端面において被膜しつつ層間絶縁膜を内側に包み込むように被膜する。これにより、防湿構造の大型化を回避しつつ層間絶縁膜の下端部の側面からの湿気の侵入を防止して、アクチュエータ部の圧電膜を確実に防湿することができる。

本発明の光偏向器の製造方法は、ミラー部と、該ミラー部を回動させるアクチュエータ部とを備える光偏向器の製造方法であって、シリコン層とその上の酸化シリコン層とを含む基板の上に、圧電膜の層を含むアクチュエータ層を形成する第１工程と、前記第１工程により製造された第１積層体に対し、前記アクチュエータ部の第１エッチング線より外側において、前記アクチュエータ層の上面から前記シリコン層の上面までエッチングして、前記シリコン層の上面を露出させる第２工程と、前記第２工程により製造された第２積層体に対し、前記シリコン層の露出上面と該露出上面より上で露出する前記第２積層体の露出面全体とを層間絶縁膜により被膜する第３工程と、前記第３工程により製造された第３積層体に対し、前記第１エッチング線より外側の第２エッチング線より外側において、前記層間絶縁膜を前記シリコン層の上面までエッチングして、前記シリコン層の上面を露出させる第４工程と、前記第４工程により製造された第４積層体に対し、前記シリコン層の露出上面と該露出上面より上で露出する前記第４積層体の露出面全体とを防湿膜により被膜する第５工程と、前記第５工程により製造された第５積層体に対し、前記第２エッチング線より外側の第３エッチング線より外側において前記防湿膜の上面から前記シリコン層の上面までエッチングして、前記シリコン層の上面を露出させる第６工程とを備えることを特徴とする。

本発明の製造方法によれば、第２工程では、第１エッチング線より外側においてエッチングして、シリコン層の上面を露出させ、第３工程では、シリコン層の露出上面と該露出上面より上の積層体の露出面との全面を層間絶縁膜により被膜する。次に、第４工程では、第１エッチング線より外側の第２エッチング線より外側において層間絶縁膜をエッチングして、シリコン層の上面を露出させ、第５工程では、シリコン層の露出上面と該露出上面より上の積層体の露出面との全面を防湿膜により被膜する。そして、第６工程では、第２エッチング線より外側の第３エッチング線より外側において防湿膜をエッチングする。この結果、層間絶縁膜は、下端部の側面も含めて、防湿膜により被膜されるので、層間絶縁膜の露出部を介する内部への湿気の侵入が防止される。また、防湿構造が、可動空間を含めて封入する構造でないので、光偏向器の防湿構造の大型化を回避することができる。

光偏向器の斜視図。光偏向器の製造方法の工程を順番に示す図。図２の工程に続く工程を順番に示す図。図３の工程に続く工程を順番に示す図。光偏向器の概略断面図。防湿効果の説明図。

図１を参照して、光偏向器１の構成について説明する。光偏向器１は、図２以降で説明するように、ＭＥＭＳ技術を利用して製造された光偏向器であり、下から順番に支持板１８、ＳＯＩ基板２０及び上部積層部１９が積層された構造となっている。支持板１８は、ＳＯＩ基板２０の下側開口を閉塞している。

光偏向器１は、主要構成要素として、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１の縦方向であり、左斜め上−右斜め下の方向が光偏向器１の横方向となる。また、光偏向器１が、光を入射及び反射する側を光偏向器１の表側と定義し、表側とは反対側を光偏向器１の裏側と定義する。

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に結合することなく、内側枠部３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、位相が、相互に逆になっている。

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回転軸線の回りに同一の回転方向に駆動する。第１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、ミアンダ状に配設された複数（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、下側の横辺部側）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ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）層３２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。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回転軸線の回りに往復回動させる。第２回転軸線とは、光偏向器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の電極端子に接続され、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の電極端子に接続される。電極パッド８，９は、ボンディングパッドとして、光偏向器１が収納されるパッケージ（図示せず）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、該光を第１及び第２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、ミラー部２からの反射光は、第１回転軸線の回りのミラー部２の往復回動により水平方向へ往復変位する。また、ミラー部２からの反射光は、第２回転軸線の回りのミラー部２の往復回動により鉛直方向へ往復変位する。これにより、光偏向器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。

次に、図２〜図４を参照して、光偏向器１の製造方法について説明する。説明の便宜上、光偏向器１の上下を図２〜図４における上下として説明する。この上下方向は、図１の説明時に光偏向器１の表裏方向と定義した方向である。

図２〜図４において、Ａcは、完成時にカンチレバー１３が形成される部位を示している。本発明の実施形態の光偏向器１（図１）では、各外側アクチュエータ７は、４つのカンチレバー１３を備えるが、これら図では、図示の簡略化のために、横方向に隣接する２つのカンチレバー１３の部位としてのカンチレバー部位Ａcの横方向範囲と、横方向両端部のみを示す。

また、光偏向器１は、アクチュエータ部として、カンチレバー１３の他に、内側アクチュエータ６を備えるが、両者の積層構造は同一であるので、図２〜図４の製造方法の説明図において、内側アクチュエータ６の積層構造の図示は省略する。

隣接するカンチレバー１３同士は、相互の相対変位のために、間に間隙が形成され、側面が露出する。これに対し、内側アクチュエータ６は、隣接しないものの、内側枠部３等の支持部に対して相対変位するために、側縁の外側に間隙を形成する必要があるため、側面が、カンチレバー１３と同様に、露出状態になり、側面からの湿気の侵入対策（後述の図４のＳＴＥＰ１２において、パッシベーンション膜４５がＴＥＯＳ膜３７を下端部の側面を含めて外面全面を覆うための構造）が必要になる。

ＳＴＥＰ１では、ＳＯＩ基板２０が用意される。ＳＯＩ基板２０は、下側から上側へ順番に裏面ＳiＯ_２層２１、単結晶シリコンのＳiハンドリング層２２、中間ＳiＯ_２層２３、単結晶シリコンのＳi層２４及び表面ＳiＯ_２層２５が積層した積層構造を備えている。

ＳＯＩ基板２０の各層の厚さを例示すると、次のとおりである。裏面ＳiＯ_２層２１の厚さ：５００ｎｍ〜２０００ｎｍ／Ｓiハンドリング層２２の厚さ：１００〜６００μｍ／中間ＳiＯ_２層２３の厚さ：０．５〜２μｍ／Ｓi層２４の厚さ：２０〜１５０μｍ／表面ＳiＯ_２層２５の厚さ：１０００ｎｍ〜３０００ｎｍ。Ｓi（シリコン）層２４の上面は光学研磨処理がなされている。表面ＳiＯ_２層２５は、Ｓi層２４の光学研磨処理がなされている上面に積層されている。

ＳＴＥＰ２では、ＳＯＩ基板２０の上面にアクチュエータ層３０が積層される。アクチュエータ層３０は、下側から上側へ順番に金属薄膜から成る下部電極層３１、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）から成る圧電膜層としてのＰＺＴ層３２、金属薄膜から成る上部電極層３３の積層構造から成る。下部電極層３１の金属薄膜は、Ｐt（白金）及びＴi（チタン）から成り、最初に、表面ＳiＯ_２層２５の上面に下側にＴiを１０〜１００ｎｍ蒸着させ、次にその上に、Ｐtを１００〜３００ｎｍ程度蒸着させている。電極形成のための蒸着方法としては、スパッタ法やＥＢ蒸着法等がある。また、金属薄膜は、上記材料に限定されず、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＳＲＯ（strontium ruthenium oxide）といった酸化膜導電体でも構わない。

ＰＺＴ層３２は、例えば、特開２００１−２３４３３１号公報、特開２００２−１７７７６５号公報、及び特開２００３−８１６９４号公報に記載されてい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より成膜する。下部電極層３１及び上部電極層３３の成膜厚さは１〜１０μｍ程度である。また、上部電極層３３のＰＺＴ層３２は、スパッタ法、ゾルゲル法等により成膜することもできる。ただし、イオンプレーティング法による成膜では、バルクの圧電体と同等の圧電特性を有する圧電膜を形成することができる。

上部電極層３３は、ＰＺＴ層３２上に成膜された金属薄膜から成る。上部電極層３３の材料として、Ｐtを１００〜３００ｎｍ程度蒸着させた後、Ｔiを１０〜１００ｎｍ程度蒸着させている。電極形成方法としては、スパッタ法やＥＢ蒸着法等により蒸着させる。また金属薄膜は上記材料の他に、例えばＩＴＯやＳＲＯといった酸化膜導電体であってもよい。

ＳＴＥＰ３では、フォトリソグラフィー技術を用いて、上部電極層３３とＰＺＴ層３２の形状加工を行う。

ＳＴＥＰ４では、同様に、フォトリソグラフィー技術を用いて、下部電極層３１と表面ＳiＯ_２層２５の形状加工を行う。

具体的に説明すると、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３３のエッチングを行う。エッチングは、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置を用いてドライエッチングを行う。ＰＺＴ層３２に対しても同様に、ドライエッチングにより除去する。ＰＺＴ層３２のエッチングは、ドライエッチングに代えて、酸系（ＨＣl、ＨＮＯ_３など）を用いたウェットエッチングを使用することもできる。

ＳＴＥＰ４の終了段階の積層体では、ＰＺＴ層３２と下部電極層３１との間に段部が形成される。すなわち下部電極層３１は、周辺部においてＰＺＴ層３２の周縁から外側へ少しはみ出ている。これにより、下部電極層３１の周縁部の上面は、下部電極層３１の下面から露出する。また、表面ＳiＯ_２層２５は、ＳＴＥＰ４におけるエッチング範囲において剥がされ、その下のＳi層２４の上面３５が露出する。

エッチング線３６は、各カンチレバー部位Ａcにおいて、Ｓi層２４の上面３５より上側の積層部分が、上面３５より立ち上がる周縁に一致している。エッチング線３６は、後述のエッチング線４０と同様に、カンチレバー１３の周縁に沿って周回している。エッチング線３６は、エッチング線４０の内側を周回している。なお、エッチング線３６等に関して、内側及び外側とは、カンチレバー部位Ａcの中心に近い側及び遠い側をそれぞれいうものとする。

図３のＳＴＥＰ５では、ＳＯＩ基板（カンチレバー部位Ａc以外の部位では、表面ＳiＯ_２層２５が除去されているＳＯＩ基板２０）の全面（露出面全体）に層間絶縁膜としての薄膜のＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）膜３７を形成する。ＴＥＯＳ膜３７の材料としては、酸化膜（ＳiＯ_２）及び窒化膜（シリコンＮ）が用いられる。ＴＥＯＳ膜３７の厚さは１００〜１０００ｎｍ程度とする。また、成膜に関しては、原料としてシリコンＨ_４（シランガス）を用いる成膜方法などでもよいが、ＴＥＯＳ膜３７がより望ましい。なぜならば、原料としてプラズマＣＶＤを用いた成膜方法でＴＥＯＳ膜３７を成膜することにより、膜応力、膜密度などが制御できるだけでなく、圧電素子に特有な数μｍ程度の高い段差を円滑に被膜することができるからである。

ＳＴＥＰ６では、ＴＥＯＳ膜３７の一部に対し、エッチングにより形状加工を行う。エッチング箇所は、コンタクトホール３９を空けるＴＥＯＳ膜３７の部位と、エッチング線３６より外側のエッチング線４０より外側のエッチング範囲４１である。

具体的には絶縁膜上にフォトリソグラフィー技術を用いてレジスト材料をパターニングし、パターニングしたレジスト材料をマスクとしてＴＥＯＳ膜３７に、ＲＩＥ装置を用いてドライエッチングを行いＴＥＯＳ膜３７を除去する。こうして、カンチレバー部位Ａcにおいて、ＴＥＯＳ膜３７にコンタクトホール３９を任意の形状で形成することができる。

ＳＴＥＰ６の終了段階の積層体では、Ｓi層２４の上面３５がエッチング範囲４１において露出している。また、各カンチレバー部位Ａcにおいて、ＴＥＯＳ膜３７は、エッチング線４０において上面３５から盛り上がっている。そして、ＴＥＯＳ膜３７の下端面４２が、エッチング線４０より内側においてＳi層２４の上面３５を被膜している。

ＳＴＥＰ７では、ＳＴＥＰ６の終了段階の積層体に対し、その上面側に防湿膜としてのパッシベーンション膜４５を成膜する。パッシベーンション膜４５の材料としては、窒化膜（ＳiＮ）が用いられる。パッシベーンション膜４５の厚さは、１００〜１０００ｎｍ程度とする。パッシベーンション膜４５のその他の材料として、原料としてＳiＨ_４（シランガス）を用いるＳiＯ_２膜でもよいが、外部よりの不純物の拡散や、吸湿性に対して高い信頼性を持つＳiＮ膜をパッシベーション膜として使用することが望ましい。

ＳＴＥＰ８では、パッシベーンション膜４５の一部に対し、エッチングにより形状加工を行う。エッチング箇所は、パッシベーンション膜４５が塞いでいるコンタクトホール３９の部位と、エッチング線４０より外側のエッチング線４６より外側の範囲４７である。

ＳＴＥＰ８における具体的なエッチングの仕方は、ＳＴＥＰ６の仕方と同一である。エッチング線４６の内側では、パッシベーンション膜４５の下端面４８がＳi層２４の上面３５を被膜している。

図４のＳＴＥＰ９では、薄膜の金属配線５０を形成する。具体的には絶縁膜上にフォトリソグラフィー技術を用いてレジスト材料をパターニングし、パターニングしたレジスト材料をマスクとしてパッシベーンション膜４５上に金属材料の蒸着を行う。金属配線５０の蒸着後リフトオフを用いて、金属配線５０の形成を行う。金属材料には、Ａl、Ａu、Ｐt、Ｃuといった単体の金属材料や、Ａl−ＮdやＡl−Ｃuといった合金系の材料が用いられる。また蒸着方法もＥＢ蒸着法やスパッタ法などを用いて蒸着される。金属配線５０の厚さは１００〜１０００ｎｍ程度である。

ＳＴＥＰ１０では、カンチレバー部位Ａcにおいて、ＳＯＩ基板２０のＳi層２４の加工を行う。具体的には、絶縁膜上にフォトリソグラフィー技術を用いてレジスト材料をパターニングし、パターニングしたレジスト材料をマスクとしてＳi層２４の加工を行う。この加工の際、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ装置を用いることによりＳi層２４の深堀りエッチングを行う。このＤｅｅｐ−ＲＩＥ装置は、マイクロマシニング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堀りすることが可能な装置である。これにより、エッチング線４６に沿って外側にスリット６０が形成される。

なお、スリット６０が形成されるのは、カンチレバー１３の幅方向両側である。カンチレバー１３の長手方向両側は、ミアンダ構造の折返し部に結合するので、折返し部との結合力の確保のために、スリット６０は形成されない。これに対し、カンチレバー１３の幅方向両側は、カンチレバー１３の撓み変形を保証するために、両側の素子から分断される必要があるので、スリット６０が形成される。

ＳＴＥＰ１１では、Ｓiハンドリング層２２の形状加工を行う。具体的には絶縁膜上にフォトリソグラフィー技術を用いてレジスト材料をパターニングし、パターニングしたレジスト材料をマスクとしてＳiハンドリング層２２に変位許容空間６５を形成する。変位許容空間６５の形成では、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ装置を用いることでシリコンの深堀りエッチングを行う。このＤｅｅｐ−ＲＩＥ装置は、マイクロマシニング技術で使用されるドライエッチング装置であり、Ｓiハンドリング層２２を垂直に深堀りすることが可能な装置である。

ＳＴＥＰ１２では、カンチレバー部位Ａcのスリット６０の下面の中間ＳiＯ_２層２３を除去して、貫通孔７０を形成する。具体的にはＳＯＩ基板２０の裏側からＲＩＥ装置を用いてドライエッチングを行う。貫通孔７０によりカンチレバー１３が他の部位から分離され、これにより、カンチレバー１３は、幅方向の側縁において束縛を解除され、図４の上下方向へたわみ変位自在になる。

図５は、図１の光偏向器１を横方向及び積層方向に平行な平面で切ったときの断面全体を模式的に示している。図５では、簡略化のために、カンチレバー１３はミラー部２の両側に２つのみ示している。また、内側アクチュエータ６や内側枠部３の図示も省略している。

ミラー部２は、歪み防止用のリブ６８を有している。光偏向器１の横方向へカンチレバー１３間、及びカンチレバー１３と他の素子との間には、貫通孔７０が形成されている。この貫通孔７０は、各カンチレバー１３の側縁の束縛を解除して、制御器からの印加電圧の供給に応じて圧電膜の厚さ方向（光偏向器１の表裏方向）に撓み変形するのを許容するものである。

カンチレバー１３のアクチュエータ層３０（図２）及び表面ＳiＯ_２層２５は、外部に露出することなく、表面をＳi層２４とパッシベーンション膜４５とにより覆われているので、アクチュエータ層３０への湿気の侵入が阻止される。これにより、カンチレバー１３の寿命を大幅に延ばすことができる。

図６は、防湿性の効果の説明図である。（ａ）は実施例の断面図、（ｂ）はパッシベーンション膜４５を有しない構造の断面図、（ｃ）は、パッシベーンション膜４５を有するものの、ＴＥＯＳ膜３７の側面が露出している構造の断面図である。

図６（ａ）のカンチレバー部位Ａcの断面構造は、実施例のものである。実施例では、前述のＳＴＥＰ６において、エッチング範囲４１においてエッチングを行い、表面ＳiＯ_２層２５の高さ範囲に相当するＴＥＯＳ膜３７の側面範囲を露出させる。なお、ＴＥＯＳ膜３７の下端面４２は、エッチング範囲４１に含まれないため、Ｓi層２４の上面の被膜を維持する。

そして、前述のＳＴＥＰ７において、パッシベーンション膜４５が、下端面４８においてＳi層２４の上面を被膜しつつ、ＴＥＯＳ膜３７の外面全体を被膜するので、カンチレバー部位ＡcのＴＥＯＳ膜３７は下端までパッシベーンション膜４５により皮膜される。したがって、ＳＴＥＰ１２のように、カンチレバー１３が幅方向の側縁の外側におけるエッチングにより該側縁が切り離されても、ＴＥＯＳ膜３７の下端部の側面が露出することが回避される。これにより、ＴＥＯＳ膜３７の下端部の露出部から湿気が侵入して、ＰＺＴ層３２の寿命が低下することが防止される。

これに対し、図６（ｂ）のカンチレバー部位Ａcの断面構造では、パッシベーンション膜４５の成膜が省略される。エッチング線３６ｂは、図４のＳＴＥＰ４におけるエッチング線３６に対応するものであり、カンチレバー１３ｂにおいて、表面ＳiＯ_２層２５がＳi層２４の上面から立ち上がっている該上面上の部位を示す。エッチング線３６ｂは、カンチレバー１３の幅方向へ図６（ａ）のエッチング線３６と同一位置であっても、エッチング線３６より外側に設定されてよい。ＴＥＯＳ膜３７の外側端は、エッチング線４６に達する。

図６（ｂ）の構造では、パッシベーンション膜４５の成膜が省略されるので、ＴＥＯＳ膜３７は、外面側を全面にわたって露出することになる。これにより、外部の湿気がＴＥＯＳ膜３７を介してＰＺＴ層３２へ侵入するので、ＰＺＴ層３２の寿命が低下する。

図６（ｃ）の構造では、ＳＴＥＰ５の後、ＳＴＥＰ６を省略し、ＳＴＥＰ７のパッシベーンション膜４５の成膜を行ったときの構造である。ＳＴＥＰ６の省略の結果、図６（ｃ）の構造では、パッシベーンション膜４５は、ＴＥＯＳ膜３７を表面ＳiＯ_２層２５の高さ範囲では被膜できない。そして、表面ＳiＯ_２層２５の上面より上の範囲の被膜に留まる。したがって、ＳＴＥＰ８以降のＳＴＥＰで、カンチレバー部位Ａcの幅方向の側縁の外側がエッチングされるのに伴い、ＴＥＯＳ膜３７の下端の側面３７ｃが露出する。そして、湿気が側面３７ｃを介してＰＺＴ層３２に侵入し、ＰＺＴ層３２の寿命が低下する。

図６（ｃ）において、エッチング線３６ｃは、図４のＳＴＥＰ４におけるエッチング線３６に対応するものであり、カンチレバー１３ｃにおいて、表面ＳiＯ_２層２５がＳi層２４の上面から盛り上がる又は立ち上がる該上面上の部位を示す。エッチング線４６は、図６（ａ）と図６（ｃ）とでは、同一の幅方向位置になるが、図６（ａ）の構造では、パッシベーンション膜４５の下端面４８によりＳi層２４の上面を皮膜させるために、ＴＥＯＳ膜３７の下端面４２がＳi層２４の上面に接触する面積が減少してしまう。これを回避するために、図６（ａ）のエッチング線３６は、図６（ｃ）のエッチング線３６ｃより幅方向内側に設定されてもよい。

本発明の実施形態について説明した。内側アクチュエータ６及びカンチレバー１３は本発明のアクチュエータ部の一例である。ＳＯＩ基板２０は本発明の基板の一例である。Ｓi層２４及び表面ＳiＯ_２層２５はそれぞれ本発明のシリコン層及び酸化シリコン層の一例である。

ＰＺＴ層３２は本発明の圧電膜の一例である。Ｓi層２４の上面３５は、本発明の露出上面の一例である。ＴＥＯＳ膜３７は本発明の層間絶縁膜の一例である。パッシベーンション膜４５は防湿膜の一例である。

エッチング線３６は本発明の第１エッチング線の一例である。エッチング線４０は本発明の第２エッチング線の一例である。エッチング線４６は本発明の第３エッチング線の一例である。

上記実施形態において、ＳＴＥＰ２は、本発明の第１積層体の一例を製造する本発明の第１工程の一例、ＳＴＥＰ３，４は、本発明の第２積層体の一例を製造する本発明の第２工程の一例、ＳＴＥＰ５は、本発明の第３積層体の一例を製造する本発明の第３工程の一例、ＳＴＥＰ６は、本発明の第４積層体の一例を製造する本発明の第４工程の一例、ＳＴＥＰ７は、本発明の第５積層体の一例を製造する本発明の第５工程の一例、ＳＴＥ８，９は、本発明の第６工程の一例である。

１・・・光偏向器、２・・・ミラー部、６・・・内側アクチュエータ（アクチュエータ部）、１３・・・カンチレバー（アクチュエータ部）、２０・・・ＳＯＩ基板（基板）、２４・・・Ｓi層（シリコン層）、２５・・・表面酸化Ｓi層（酸化シリコン層）、３０・・・アクチュエータ層、３２・・・ＰＺＴ層（圧電膜）、３５・・・上面（露出上面）、３６・・・エッチング線（第１エッチング線）、３７・・・ＴＥＯＳ膜（層間絶縁膜）、４０・・・エッチング線（第２エッチング線）、４１・・・エッチング範囲、４２，４８・・・下端面、４５・・・パッシベーンション膜（防湿膜）、４６・・・エッチング線（第３エッチング線）。

Claims

ミラー部と、該ミラー部を回動させるアクチュエータ部とを備える光偏向器であって、
前記アクチュエータ部は、
シリコン層とその上の酸化シリコン層とを含む基板と、
圧電膜の層を含み前記酸化シリコン層上に形成されたアクチュエータ層と、
前記シリコン層の上面を下端面において被膜しつつ、前記シリコン層の上面から上の前記酸化シリコン層及び前記アクチュエータ層を内側に包み込むように被膜する層間絶縁膜と、
前記シリコン層の上面を下端面において被膜しつつ前記層間絶縁膜を内側に包み込むように被膜する防湿膜とを備えることを特徴とする光偏向器。
ミラー部と、該ミラー部を回動させるアクチュエータ部とを備える光偏向器の製造方法であって、
シリコン層とその上の酸化シリコン層とを含む基板の上に、圧電膜の層を含むアクチュエータ層を形成する第１工程と、
前記第１工程により製造された第１積層体に対し、前記アクチュエータ部の第１エッチング線より外側において、前記アクチュエータ層の上面から前記シリコン層の上面までエッチングして、前記シリコン層の上面を露出させる第２工程と、
前記第２工程により製造された第２積層体に対し、前記シリコン層の露出上面と該露出上面より上で露出する前記第２積層体の露出面全体とを層間絶縁膜により被膜する第３工程と、
前記第３工程により製造された第３積層体に対し、前記第１エッチング線より外側の第２エッチング線より外側において、前記層間絶縁膜を前記シリコン層の上面までエッチングして、前記シリコン層の上面を露出させる第４工程と、
前記第４工程により製造された第４積層体に対し、前記シリコン層の露出上面と該露出上面より上で露出する前記第４積層体の露出面全体とを防湿膜により被膜する第５工程と、
前記第５工程により製造された第５積層体に対し、前記第２エッチング線より外側の第３エッチング線より外側において前記防湿膜の上面から前記シリコン層の上面までエッチングして、前記シリコン層の上面を露出させる第６工程とを備えることを特徴とする光偏向器の製造方法。