JP6899974B1 - 光走査装置およびその製造方法ならびに測距装置 - Google Patents

光走査装置およびその製造方法ならびに測距装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6899974B1
JP6899974B1 JP2020563567A JP2020563567A JP6899974B1 JP 6899974 B1 JP6899974 B1 JP 6899974B1 JP 2020563567 A JP2020563567 A JP 2020563567A JP 2020563567 A JP2020563567 A JP 2020563567A JP 6899974 B1 JP6899974 B1 JP 6899974B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
optical scanning
reflector
protective film
semiconductor layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020563567A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2021229757A1 (ja
Inventor
裕介 白柳
裕介 白柳
佳敬 梶山
佳敬 梶山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Application granted granted Critical
Publication of JP6899974B1 publication Critical patent/JP6899974B1/ja
Publication of JPWO2021229757A1 publication Critical patent/JPWO2021229757A1/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/14—Protective coatings, e.g. hard coatings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0064—Constitution or structural means for improving or controlling the physical properties of a device
    • B81B3/0067—Mechanical properties
    • B81B3/0075—For improving wear resistance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/0009—Structural features, others than packages, for protecting a device against environmental influences
    • B81B7/0025—Protection against chemical alteration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00261—Processes for packaging MEMS devices
    • B81C1/00277—Processes for packaging MEMS devices for maintaining a controlled atmosphere inside of the cavity containing the MEMS
    • B81C1/00293—Processes for packaging MEMS devices for maintaining a controlled atmosphere inside of the cavity containing the MEMS maintaining a controlled atmosphere with processes not provided for in B81C1/00285
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • G02B26/0858—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting means being moved or deformed by piezoelectric means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/03—Microengines and actuators
    • B81B2201/032—Bimorph and unimorph actuators, e.g. piezo and thermo
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/04—Optical MEMS
    • B81B2201/042—Micromirrors, not used as optical switches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
    • B81B2203/0145—Flexible holders
    • B81B2203/0154—Torsion bars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
    • B81B2203/0181—See-saws
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2201/00—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems
    • B81C2201/01—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate
    • B81C2201/0174—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate for making multi-layered devices, film deposition or growing
    • B81C2201/0176—Chemical vapour Deposition
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

光走査装置（１）は、金属膜（２７）の反射面（２７ａ）を有するＭＥＭＳミラーとしての反射体（３）と、支持体（５）と、駆動梁（７）と、駆動部（１０）とを備えている。支持体（５）は、反射体（３）と距離を隔てて、反射体（３）を取り囲むように配置されている。駆動梁（７）は、反射体（３）と支持体（５）とを接続する。駆動梁（７）における、第２半導体層（１５）の側壁面を含む対向する側面、上面および下面の全面にわたって、第１保護膜（３１ａ）が形成されている。第１保護膜（３１ａ）として、原子層堆積法によって、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アルミナ膜またはチタニア膜が形成されている。

Description

本開示は、光走査装置およびその製造方法ならびに測距装置に関する。
光走査装置は、レーザ距離センサ、レーザプロジェクタまたは投射型ディスプレイ等に利用されている。光走査装置には、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を利用することが知られている。ＭＥＭＳ技術を利用することで、低コスト化、小型化および高精度化が図られている。一般的に、光走査装置は、光を反射する反射体と、その反射体を支持する支持体と、反射体を駆動させる駆動部とによって構成されている。反射体は、駆動梁を介して支持体に接続されている。
ＭＥＭＳ技術を適用した光走査装置では、反射体は、主として、静電力、圧電膜による応力または電磁力を利用した駆動部によって駆動される。電気信号によって反射体の角度を変えることで、反射体によって反射されたレーザ光または光が物体に走査しながら照射される。反射体を支持する支持体には、主にＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板が利用されている。ＳＯＩ基板は、シリコンの支持基板上に酸化膜を介在させてシリコン層が形成された基板である。
そのＳＯＩ基板（シリコン）にエッチング処理を施すことによって、立体構造の光走査装置が製造される。特に、半導体プロセスを利用することで、同一のＳＯＩ基板（ウェハ）から、複数の光走査装置をチップとして製造することができ、製造コストの低減に効果がある。
支持体に駆動梁を介して反射体が接続された光走査装置では、駆動梁は、シリコンのドライエッチング技術を利用したＳＯＩ基板への深堀加工によって形成される。このため、駆動梁の側壁面が、形状的にスキャロップ状の側壁面になることがある。また、駆動梁の側壁面がプラズマダメージを受けることがある。
このような技術的課題に対して、たとえば、特許文献１では、駆動梁の側壁面を平坦化し、酸化膜を形成する手法が提案されている。また、特許文献２では、力学用センサの可動部に、保護膜を形成する手法が提案されている。
特開２０１３−３５０８１号公報 特開平０９−１８０１９号公報
光走査装置では、長寿命化が求められている。光走査装置の長寿強化には、反射体の駆動に伴って負荷（応力）が作用する駆動梁の耐湿性を向上させることが求められている。
本開示は、このような開発の下でなされたものであり、一つの目的は、長寿命化が図られる光走査装置を提供することであり、他の目的は、そのような光走査装置の製造方法を提供することである。
本開示に係る光走査装置は、反射体と支持体と駆動梁と駆動部とを備えている。反射体は、反射面を有する。支持体は、記反射体と距離を隔てて配置されている。駆動梁は、反射体と支持体とを接続する。駆動部は、支持体に対して、駆動梁を軸として、反射体を捻じれ駆動させる。駆動梁では、駆動梁の側面を含む駆動梁の全面が、第１保護膜を含む少なくとも一層の保護膜によって覆われている。
本開示に係る光走査装置の製造方法は、反射体、支持体および駆動梁を有する光走査装置の製造方法であって、以下の工程を備えている。支持基板の上に第１絶縁膜を介在させて半導体層が形成された基板を用意する。半導体層の上に第２絶縁膜を介在させて、反射体となる反射面を有する反射膜を形成する。反射体を駆動する駆動部を形成する。第２絶縁膜、半導体層、第１絶縁膜および支持基板に加工を行うことにより、反射膜を有する反射体、反射体と距離を隔てて配置された支持体、および、反射体と支持体とを接続する駆動梁を形成する。駆動梁を形成する工程は、エッチング処理を施すことにより、駆動梁となる半導体層をパターニングする工程と、パターニングされた半導体層の厚さ方向の側壁面を含む駆動梁の全面を覆うように、第１保護膜を含む少なくとも一層の保護膜を形成する工程とを備えている。
本開示に係る光走査装置によれば、駆動梁では、駆動梁の側面を含む駆動梁の全面が、第１保護膜を含む少なくとも一層の保護膜によって覆われている。これにより、耐湿性が向上し、光走査装置の長寿命化を図ることができる。
本開示に係る光走査装置の製造方法によれば、駆動梁を形成する工程は、エッチング処理を施すことにより、駆動梁となる半導体層をパターニングする工程と、パターニングされた半導体層の厚さ方向の側壁面を含む駆動梁の全面を覆うように、第１保護膜を含む少なくとも一層の保護膜を形成する工程とを備えている。これにより、耐湿性が向上し、長寿命化を図ることができる光走査装置を製造することができる。
実施の形態１に係る光走査装置の斜視図である。 同実施の形態において、光走査装置の平面図である。 同実施の形態において、図２に示す断面線ＩＩＩａ−ＩＩＩａ、断面線ＩＩＩｂ−ＩＩＩｂおよび断面線ＩＩＩｃ−ＩＩＩｃのそれぞれにおける断面図を合わせて示す断面図である。 同実施の形態において、駆動梁の構造の一例を示す断面図である。 同実施の形態において、光走査装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図５に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図６に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図７に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 実施の形態２に係る光走査装置の断面図である。 同実施の形態において、光走査装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図１０に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図１１に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図１２に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図１３に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 実施の形態３に係る光走査装置の断面図である。 同実施の形態において、駆動梁の構造の一例を示す断面図である。 同実施の形態において、光走査装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図１７に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図１８に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図１９に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図２０に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 各実施の形態において、駆動部として静電駆動方式を採用した光走査装置を示す平面図である。 各実施の形態において、駆動部として圧電駆動方式を採用した光走査装置を示す平面図である。 実施の形態４に係る、光走査装置を適用した測距装置を、車両に搭載した模式図である。 同実施の形態において、測距装置の構造を模式的に示す図である。
実施の形態１．
実施の形態１に係る光走査装置の一例について説明する。図１に示すように、光走査装置１は、金属膜２７の反射面２７ａを有するＭＥＭＳミラーとしての反射体３と、支持体５と、駆動梁７と、駆動部１０とを備えている。
支持体５は、反射体３と距離を隔てて、反射体３を取り囲むように配置されている。駆動梁７は、反射体３と支持体５とを接続する。駆動部１０は、たとえば、電磁駆動であり、反射体３に配置された第１配線２３と、一対の磁石９とを含む。駆動部１０により、駆動梁７を軸として、反射体３は支持体５に対して捻じれ駆動する。
図２に示すように、第１配線２３は、反射体３の外周縁に沿ってコイル状に配置されている。第１配線２３の一端側は、駆動梁７に配置された第１配線２３の部分を経て電極パッド２４ａに電気的に接続されている。第１配線２３の他端側は、第２配線２５を介して、駆動梁７に配置された第１配線２３の部分を経て電極パッド２４ｂに電気的に接続されている。
電極パッド２４（２４ａ、２４ｂ）は、外部電源（図示せず）と電気的に接続されている。一対の磁石９は、反射体３（支持体５）を挟み込むように配置されている。第１配線２３に流れる電流と磁石９の磁力線との作用に基づくローレンツ力によって、反射体３が駆動梁７を軸として捻じれ駆動（回転）する。
光走査装置１の構造について、詳しく説明する。光走査装置１は、後述するように、ＳＯＩ基板５１から形成される（図５参照）。ＳＯＩ基板５１では、支持基板とされる第１半導体層１１上に第１絶縁層１３を介在させて第２半導体層１５が形成されている。
図３に示すように、支持体領域４５では、第１半導体層１１、第１絶縁層１３および第２半導体層１５が積層されている。第２半導体層１５の一方の表面上に第１絶縁膜１７と第２絶縁膜１９とが積層されている。第２絶縁膜１９の上に、第１配線２３と電極パッド２４とが形成されている。第１配線２３および電極パッド２４の一部を覆うように、第３絶縁膜２１が形成されている。
反射体領域４１では、第２半導体層１５の一方の表面上に、第１絶縁膜１７が形成されている。第１絶縁膜１７の上に第２配線２５が形成されている。第２配線２５を覆うように、第２絶縁膜１９が形成されている。その第２絶縁膜上に、コイル状の第１配線２３が形成されている。第１配線２３の他端は第２配線２５に電気的に接続されている。第１配線２３を覆うように、第３絶縁膜２１が形成されている。その第３絶縁膜２１上に、反射体３の反射面２７ａを有する金属膜２７が形成されている。第２半導体層１５の他方の表面上に第１絶縁層１３を介在させて、リブ２９が形成されている。
駆動梁領域４３では、第２半導体層１５の一方の表面上に、第１絶縁膜１７と第２絶縁膜１９とが積層されている。第２絶縁膜１９の上に、コイル状の第１配線２３に電気的に接続される第１配線２３の部分が形成されている。第１配線２３を覆うように、第３絶縁膜２１が形成されている。第２半導体層１５の他方の表面上に、第１絶縁層１３が位置する。
駆動梁領域４３では、駆動梁７における、パターニングされて露出した第２半導体層１５の側壁面を含む対向する側面、上面および下面の全面にわたって、保護膜３１として、第１保護膜３１ａが形成されている。第１保護膜３１ａは、原子層堆積法（ＡＬＤ法：Atomic Layer Deposition）によって、駆動梁７の表面に隙間なくピンホールフリーの状態で形成されている。
第１保護膜３１ａはパッシベーション膜であり、たとえば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アルミナ膜またはチタニア膜の単層膜であってもよい。また、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アルミナ膜およびチタニア膜から選ばれる少なくとも二つの積層膜であってもよい。
後述するように、駆動梁７等は、ドライエッチング技術を利用したＳＯＩ基板への深堀加工によって形成される。このため、図４に示すように、駆動梁７の側面、具体的には、梁本体としての第２半導体層１５の側壁面１６が、形状的にスキャロップ状の側壁面になることがある。
そのスキャロップ状の側壁面（側面）を含む駆動梁７の全面を覆うように、ピンホールフリーの第１保護膜３１ａが形成されていることで、耐湿性を向上させることができる。なお、スキャロップ状の第２半導体層１４の側壁面を平坦化してもよく、平坦化された駆動梁７の側壁面に第１保護膜３１ａを形成することで、耐湿性をさらに向上させることができる。
第１保護膜３１ａは、駆動梁領域４３の他に、支持体領域４５および反射体領域４１のそれぞれにも形成されている。支持体領域４５では、第１保護膜３１ａは、第３絶縁膜２１および第１半導体層１１および第２半導体層１５のそれぞれの側壁面等を覆うように形成されている。反射体領域４１では、第１保護膜３１ａは、第３絶縁膜２１および金属膜２７等を覆うように形成されている。実施の形態１に係る光走査装置１は、上記のように構成される。
次に、上述した光走査装置１の製造方法の一例について説明する。図５に示すように、まず、ＳＯＩ基板５１を用意する。ＳＯＩ基板５１は、第１半導体層１１上に第１絶縁層１３を介在させて第２半導体層１５が形成されている。第１半導体層１１および第２半導体層１５としてシリコン層が適用される。第１半導体層１１に熱酸化処理を施すことによって第１絶縁層１３が形成される。第１絶縁層１３は、シリコン酸化膜からなる埋め込み酸化膜（ＢＯＸ：Buried OXide）である。
その第１絶縁層１３上に第２半導体層１５が形成される。第１半導体層１１の厚さは、たとえば、５００μｍ程度である。第１絶縁層１３の厚さは、たとえば、１μｍ程度である。第２半導体層１５は、たとえば、５０μｍ程度である。
次に、図６に示すように、第２半導体層１５の表面に第１絶縁膜１７を形成する。第１絶縁膜１７は、熱酸化法によって形成される。第１絶縁膜１７は、シリコン酸化膜（熱酸化膜）であり、膜厚は、たとえば、０．１μｍ程度とされる。次に、第１絶縁膜１７上に第２配線２５を形成する。第２配線２５は、たとえば、化学気相成長法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）によって形成される。
まず、高濃度のリンまたはボロンを添加したポリシリコン薄膜（図示せず）を形成する。ポリシリコン薄膜の膜厚は、たとえば、０．５μｍ程度とされる。次に、写真製版処理を施すことによって、レジストマスク（図示せず）を形成する。次に、そのレジストマスクをエッチングマスクとして、反応性イオンエッチング等のドライエッチング処理を施すことによって、第２配線２５がパターニングされる。
次に、第２配線２５を覆うように、第１絶縁膜１７上に第２絶縁膜１９を形成する。第２絶縁膜１９は、たとえば、減圧ＣＶＤ法、常圧ＣＶＤ法、プラズマ励起ＣＶＤ法、スパッタリング法または塗布法によって形成される。第２絶縁膜１９は、たとえば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、リンが添加されたシリコン酸化膜（ＰＳＧ：Phospho Silicate Glass）、ボロンが添加されたシリコン酸化膜（ＢＳＧ：Boro Silicate Glass）、ボロンとリンとが添加されたシリコン酸化膜（ＢＰＳＧ：Boro Phospho Silicate Glass）、ＴＥＯＳ膜（Tetra EthOxy Silane）またはＳＯＧ膜（Spin On Glass）等である。第２絶縁膜１９の膜厚は、たとえば、１．０μｍ程度とされる。
次に、第２絶縁膜１９に、写真製版処理とドライエッチング処理を施すことによって、第２配線２５を露出する１９ａが形成される。次に、第２絶縁膜１９上に、第１配線２３を形成する。第１配線２３は、たとえば、スパッタリング法またはメッキ法等によって形成される。
まず、第１配線２３と下地との密着性を高めるために、チタン膜（Ｔｉ）またはチタンナイトライド膜（ＴｉＮ）を形成する。次に、たとえば、アルミニウム膜（Ａｌ）、アルミニウムのシリサイド膜（ＡｌＳｉ）、アルミニウムと銅の合金膜（ＡｌＣｕ）、窒化アルミニウム膜（ＡｌＮ）または銅膜（Ｃｕ）等の伝導性が良好な金属膜を形成する。
さらに、アルミニウム膜等の耐腐食性を高めるために、チタン膜（Ｔｉ）またはチタンナイトライド膜（ＴｉＮ）を形成する。次に、写真製版処理と、ＲＩＥ等のドライエッチング処理またはエッチャント溶液によるウェットエッチング処理を施すことによって、第１配線２３がパターニングされる。
次に、第３絶縁膜２１を形成する。第３絶縁膜２１は、たとえば、プラズマ励起ＣＶＤ法、塗布法、スパッタリング法等によって形成される。第３絶縁膜２１は、たとえば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、ＴＥＯＳ膜、ＰＳＧ膜、ＢＳＧ膜、ＳＯＧ膜、シリコン窒化膜等である。第３絶縁膜２１の膜厚は、０．１μｍ程度とされる。こうして、ＳＯＩ基板５１上に、反射体を駆動させるための第１配線２３等を含む第１構造体が形成される。
次に、ＳＯＩ基板にエッチング処理を施すことによって、反射体、支持体および駆動梁をパターニングする。
まず、第３絶縁膜を覆うように、反射体となる金属膜２７（図７参照）が形成される。金属膜２７は、たとえば、スパッタリング法、真空蒸着法等によって形成される。金属膜２７を形成した後、写真製版処理およびエッチング処理を施すことによって、反射体領域４１に、金属膜２７がパターニングされる。反射面２７ａを有する金属膜２７としては、走査される光の波長に対して反射率が高い金属膜が望ましい。
走査される光が、たとえば、赤外線の場合には、金（Ａｕ）膜が好適である。金膜を形成する場合には、下地との密着性を高めるための膜を、金膜と下地との間に介在させることが望ましい。たとえば、クロム（Ｃｒ）膜／ニッケル（Ｎｉ）膜／金膜、または、チタン（Ｔｉ）膜／白金（Ｐｔ）膜／金膜が好ましい。
次に、写真製版処理を行い、第３絶縁膜２１、第２絶縁膜１９、第１絶縁膜１７、第２半導体層１５および第１絶縁層１３に、順次ドライエッチング処理を施すことによってパターニングを行う。第２半導体層１５は、ＢＯＳＣＨ社によって開発されたＢＯＳＣＨ法等の深堀加工プロセスによってエッチングする。この深堀加工（エッチング）では、第１絶縁層１３がエッチングストッパ層として作用する。
この深堀加工では、第２半導体層１５の側壁面は、スキャロップ状の形状に形成される（図４参照）。第２半導体層１５のスキャロップ状の側壁面は、たとえば、ケミカルドライエッチング（ＣＤＥ：Chemical Dry Etching）処理を施すことによって、第２半導体層１５の側壁面が等方的にエッチングされて、側壁面が平坦化される。その後、第１絶縁層１３にドライエッチング処理を施すことによって、第１半導体層１１を露出させる。
次に、写真製版処理を施し、第１半導体層１１にドライエッチング処理を施すことによって、図７に示すように、反射体、支持体および駆動梁を形成する。第１半導体層１１は、ＢＯＳＣＨ法等の深堀加工プロセスによってエッチングする。反射体３には、反射体３の剛性を高めるために、リブ２９が形成される。こうして、反射体３、支持体５および駆動梁７がパターニングされた第２構造体が形成される。
次に、パターニングされた駆動梁７等に、保護膜３１として第１保護膜３１ａを形成する（図３参照）。第１保護膜３１ａは、たとえば、ＡＬＤ法によって形成され、ピンホールフリーの第１保護膜３１ａが、駆動梁７の側壁面を含む駆動梁７の全面に隙間なく連続的に形成される。ＡＬＤ法としては、たとえば、熱ＡＬＤ法またはプラズマＡＬＤ法を用いる。
第１保護膜３１ａはパッシベーション膜であり、たとえば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アルミナ膜またはチタニア膜を形成する。パッシベーション膜は、絶縁性と耐湿性とを有している。成膜温度は、第１配線２３への影響が少ない温度が好ましく、たとえば、３００℃以下であることが好ましい。より好ましくは、１５０℃〜２５０℃程度である。
ＡＬＤ法によって、第１保護膜３１ａを形成する際には、反射体３、支持体５および駆動梁７を含む第２構造体の全表面に、第１保護膜３１ａが形成されることになる。このため、電極パッド２４の表面も、第１保護膜３１ａが形成される。電極パッド２４には、外部電源から電流を流すために、電極パッド２４の表面を露出しておく必要がある。
そこで、第１保護膜３１ａを形成する際に、あらかじめ、電極パッド２４の表面に耐熱性の被膜を形成しておく。その状態で、第１保護膜３１ａを形成した後、被膜を除去することで、電極パッド２４の表面を露出させる。これにより、図８に示すように、電極パッド２４の表面以外の、反射体３、支持体５および駆動梁７を含む第２構造体の全表面に第１保護膜３１ａが形成される。
次に、反射体３、支持体５および駆動梁７を覆うように第１保護膜３１ａが形成された第２構造体を、ＳＯＩ基板からチップとして取り出す作業を行う。たとえば、ステルスレーザダイシングまたはブレードダイシングによって、ダインシングラインに沿ってダイシングすることで、反射体３、支持体５および駆動梁７を含む光走査装置１がチップとして取り出される。こうして、図１等に示す光走査装置１が完成する。
一般的に、ローレンツ力を利用した光走査装置では、反射体が駆動梁を軸として捻じれ駆動（回転）する。このため、駆動梁には、応力が集中しやすく、駆動梁が破壊されてしまう場合が想定される。特に、湿度等の外部環境の影響によって、駆動梁を構成するシリコンが劣化されてしまい、駆動梁の耐久性が悪化することが想定される。その結果、外部環境の影響がない場合と比較して、駆動梁が破壊されるまでの時間が短くなることが想定される。
これに対して、上述した光走査装置１では、駆動梁７の側壁面を含む駆動梁７の全面にわたり連続的に、保護膜３１として、第１保護膜３１ａが形成されている。第１保護膜３１ａは、ＡＬＤ法によって形成された、ピンホールフリーのパッシベーション膜である。パッシベーション膜としては、たとえば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アルミナ膜またはチタニア膜の単層膜か、または、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アルミナ膜およびチタニア膜から選ばれる少なくとも二つの積層膜である。
これにより、反射体３の駆動に伴って応力が作用する駆動梁７の内部へ水分が浸透するのをより効果的に防止することができる。その結果、駆動梁７の耐久性が大幅に向上し、光走査装置１の長寿命化を図ることができる。
実施の形態２．
前述した光走査装置では、ＳＯＩ基板から形成された光走査装置の一例について説明した。ここでは、Ｃ−ＳＯＩ（Cavity Silicon On Insulator）基板から形成された光走査装置の一例について説明する。
光走査装置１は、キャビティーが形成されたＣ−ＳＯＩ基板から形成される。この場合、キャビティーが形成された第３半導体層の表面にも第１保護膜が形成され、その第１保護膜が形成された第３半導体層に加工を施すことによって、光走査装置が形成される。
このため、図９に示すように、光走査装置１における反射体領域４１では、第３半導体層の部分から形成されるリブ２９の表面の一部を除く態様で、反射体３を覆うように第１保護膜３１ａが形成されている。支持体領域４５では、第３半導体層１２の表面の一部を除く態様で、支持体５を覆うように第１保護膜３１ａが形成されている。
一方、駆動梁領域４３では、駆動梁７の全面を連続的に覆うように第１保護膜３１ａが形成されている。なお、これ以外の構成については、図３に示す光走査装置１の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
次に、上述した光走査装置１の製造方法の一例について説明する。光走査装置１は、Ｃ−ＳＯＩ基板から形成される。まず、Ｃ−ＳＯＩ基板の製造方法から説明する。支持基板とされる第３半導体層１２（図１０参照）の表面に熱酸化処理を施すことによって、熱酸化膜（図示せず）を形成する。その熱酸化膜に写真製版処理とエッチング処理を施すことによって、キャビティーを形成するための熱酸化膜のパターン（図示せず）を形成する。
その熱酸化膜のパターンをエッチングマスクとして、第３半導体層１２にエッチング処理を施すことによってキャビティー１２ａ（図１０参照）を形成する。次に、第２半導体層１５に熱酸化処理を施すことによって、第１絶縁層１３（図１０参照）を形成する。次に、キャビティー１２ａが形成された第３半導体層１２と、第２半導体層１５に形成された第１絶縁層１３とを接合することによって、図１０に示すように、キャビティー１２ａを有するＣ−ＳＯＩ基板５３が形成される。
次に、図６に示す工程と同様の工程を経て、図１１に示すように、反射体領域４１では、第１配線２３と、その第１配線２３を覆う第３絶縁膜２１とを形成する。駆動梁領域４３では、第１配線２３と、その第１配線を覆う第３絶縁膜２１とを形成する。支持体領域４５では、第１配線２３と、その第１配線２３を覆う第３絶縁膜２１とを形成するとともに、電極パッド２４ｂおよび電極パッド２４ｂの一部を覆う第３絶縁膜２１を形成する。こうして、Ｃ−ＳＯＩ基板５３上に、反射体を駆動させるための第１配線２３を含む第３構造体が形成される。
次に、図７に示す工程と同様にして、反射体領域４１に反射面２７ａを有する金属膜２７を形成する（図１２参照）。次に、写真製版処理を施し、図７に示す工程と同様のエッチング手法により、第３絶縁膜２１、第２絶縁膜１９、第１絶縁膜１７、第２半導体層１５および第１絶縁層１３に、順次ドライエッチング処理を施すことによって、キャビティー１２ａに連通する開口部５３ａを含むパターニングを行う。これにより、図１２に示すように、駆動梁７を含む第４構造体が形成される。
次に、図１３に示すように、パターニングされた駆動梁７等に、保護膜３１として第１保護膜３１ａを形成する。図８に示す工程と同様の手法、すなわち、ＡＬＤ法によってピンホールフリーの第１保護膜３１ａを、駆動梁７の側壁面を含む駆動梁７の全面に隙間なく連続的に形成する。こうして、駆動梁７の全面が第１保護膜３１ａによって覆われた駆動梁７を含む第５構造体が形成される。
ＡＬＤ法によって、第１保護膜３１ａを形成する際には、駆動梁を含む第４構造体の全表面に、第１保護膜３１ａが形成されることになる。このため、図８に示す手法と同様にして、電極パッド２４には、外部電源から電流を流すために、電極パッド２４の表面を露出させる。
次に、図１４に示すように、反射体領域４１および駆動梁領域４３に位置する第３半導体層１２（Ｃ−ＳＯＩ基板５３の裏面側）に、キャビティー１２ａに達するまでエッチング処理を施すことにより、反射体３と駆動梁７と支持体５とを含む光走査装置の主要部分を形成する。その後、Ｃ−ＳＯＩ基板からチップとして取り出す作業を行うことによって、図９に示す光走査装置１が完成する。
上述した光走査装置１では、駆動梁７の側壁面を含む駆動梁７の全面にわたり連続的に、保護膜３１として、ＡＬＤ法によってピンホールフリーの第１保護膜３１ａ（パッシベーション膜）が形成されている。これにより、すでに説明したように、反射体３の駆動に伴って応力が作用する駆動梁７の内部へ水分が浸透するのをより効果的に防止することができる。その結果、駆動梁７の耐湿性が大幅に向上し、光走査装置１の長寿命化を確実に図ることができる。
さらに、上述した光走査装置１では、Ｃ−ＳＯＩ基板を加工することによって光走査装置１が形成される。この場合、第３半導体層１２にエッチング処理を施す前に、第１保護膜３１ａが形成される（図１３参照）。このため、第１保護膜３１ａを、反射体領域４１および駆動梁領域４３の厚みを薄くする前に形成することができ、Ｃ−ＳＯＩ基板５３をハンドリングする際にＣ−ＳＯＩ基板５３が割れる等のＣ−ＳＯＩ基板５３が損傷を受けるのを防止することができる。
なお、第３半導体層１２にエッチング処理を施す前の状態の構造、すなわち、図１３に示す第５構造体の状態で、光走査装置１として適用することも可能である。
実施の形態３．
ここでは、複数の層からなる保護膜によって覆われた駆動梁を備えた光走査装置の一例について説明する。
図１５に示すように、光走査装置１は、ＭＥＭＳミラーとしての反射体３と、支持体５と、駆動梁７と、駆動部１０（図１参照）を備えている。図１５および図１６に示すように、駆動梁領域４３では、パターニングされて露出した梁本体としての第２半導体層１５の側壁面を含む、駆動梁７の全面にわたり、保護膜３１が形成されている。保護膜３１は、第１保護膜３１ａと第２保護膜３１ｂとを含む。
第２保護膜３１ｂは、第３絶縁膜２１を覆うとともに、第３絶縁膜、第２絶縁膜１９および第１絶縁膜１７のそれぞれの端面と、第２半導体層１５の側壁面とを覆うように形成されている。第２保護膜３１ｂは、樹脂膜であり、たとえば、アクリル系樹脂膜、ポリイミド系樹脂膜またはエポキシ系樹脂膜が適用されている。
第１保護膜３１ａは、第２保護膜３１ｂ等を覆うように、駆動梁７の表面に隙間なく連続的に形成されている。第１保護膜３１ａは、ＡＬＤ法によって形成された、ピンホールフリーのパッシベーション膜であり、たとえば、たとえば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アルミナ膜またはチタニア膜である。
図１５に示すように、第１保護膜３１ａおよび第２保護膜３１ｂは、駆動梁領域４３の他に、支持体領域４５および反射体領域４１のそれぞれにも形成されている。支持体領域４５では、第２保護膜３１ｂは、第３絶縁膜２１を覆うように形成されている。第１保護膜３１ａは、第３絶縁膜２１および第１半導体層１１および第２半導体層１５のそれぞれの側壁面および第２保護膜３１ｂ等を覆うように形成されている。
反射体領域４１では、第２保護膜３１ｂは、第３絶縁膜２１を覆うように形成されている。第１保護膜３１ａは、第３絶縁膜２１、第２保護膜３１ｂおよび金属膜２７等を覆うように形成されている。なお、これ以外の構成については、図３および図４に示す光走査装置１の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。実施の形態３に係る光走査装置１は、上記のように構成される。
次に、上述した光走査装置１の製造方法の一例について説明する。図５から図６に示す工程と同様の工程を経て、図１７に示すように、反射体領域４１では、第１配線２３と、その第１配線２３を覆う第３絶縁膜２１とを形成する。駆動梁領域４３では、第１配線２３と、その第１配線を覆う第３絶縁膜２１とを形成する。支持体領域４５では、第１配線２３と、第１配線２３を覆う第３絶縁膜２１とを形成するとともに、電極パッド２４ｂおよび電極パッド２４ｂの一部を覆う第３絶縁膜２１を形成する。こうして、ＳＯＩ基板５１上に、反射体を駆動させるための第１配線２３を含む第１構造体が形成される。
次に、図１８に示すように、写真製版処理およびエッチング処理を施すことによって、第１半導体層１１を露出する開口部５１ａを形成する。開口部５１ａは、反射体３、駆動梁７および支持体５（図１５参照）に対応したパターンとされる。写真製版処理を行い、第３絶縁膜２１、第２絶縁膜１９、第１絶縁膜１７、第２半導体層１５および第１絶縁層１３に、順次ドライエッチング処理を施すことによって開口部５１ａを形成する。
第２半導体層１５は、ＢＯＳＣＨ法等の深堀加工プロセスによってエッチングする。この深堀加工（エッチング）では、第１絶縁層１３がエッチングストッパ層として作用する。この深堀加工において形成される、スキャロップ状の第２半導体層１５の側壁面は、たとえば、ケイカルドライエッチング処理を施すことによって平坦化することができる。こうして、反射体３、駆動梁７および支持体５に対応した開口部５１ａのパターンを有する第６構造体が形成される。
次に、図１９に示すように、第３絶縁膜２１を覆うように第２保護膜３１ｂを形成する。第２保護膜３１ｂは、段差部分を均一に塗布することが可能なスプレー塗布によって、第３絶縁膜２１の全面を覆うように形成する。第２保護膜３１ｂとしては、たとえば、アクリル系樹脂膜、ポリイミド系樹脂膜またはエポキシ系樹脂膜が好ましい。また、第２保護膜３１ｂとして、感光系の材料を適用してもよい。
第２保護膜３１ｂの膜厚としては、１μｍ以上が好ましく、１〜４μｍがより好ましい。次に、写真製版処理とエッチング処理を施すことによって、開口部５１ａに位置する第２保護膜３１ｂの部分と、電極パッド２４を覆う第２保護膜３１ｂの部分とを除去する。次に、２００℃程度の温度条件のもとで熱処理を施すことにより、第２保護膜３１ｂを硬化し、下地と密着させる。こうして、第２保護膜３１ｂが形成された第７構造体が形成される。
次に、図１２に示す工程と同様にして、第２保護膜３１ｂを覆うように、反射体となる金属膜２７を形成する。次に、写真製版処理およびエッチング処理を施すことによって、反射体領域４１に、反射面２７ａを有する金属膜２７がパターニングされる。
次に、図２０に示すように、第１半導体層１１（ＳＯＩ基板５１の裏面側）に、開口部５１ａに達するまでエッチング処理を施すことによって、反射体３と駆動梁７と支持体５とをパターニングする。反射体３には、剛性を高めるためのリブ２９が形成される。こうして、反射体３と駆動梁７と支持体５とを含む第８構造体が形成される。
次に、図２１に示すように、パターニングされた駆動梁７等に、第１保護膜３１ａを形成する。図８に示す工程と同様の手法、すなわち、ＡＬＤ法によってピンホールフリーの第１保護膜３１ａを、駆動梁７の側壁面を含む駆動梁７の全面に隙間なく連続的に形成する。なお、電極パッド２４には、外部電源から電流を流すために、電極パッド２４の表面が露出される。その後、ＳＯＩ基板からチップとして取り出す作業を行うことによって、図１５に示す光走査装置１が完成する。
上述した光走査装置１では、駆動梁７の側壁面を含む駆動梁７の全面にわたり連続的に、保護膜３１として、ＡＬＤ法によってピンホールフリーの第１保護膜３１ａ（パッシベーション膜）が形成されている。これにより、すでに説明したように、反射体３の駆動に伴って応力が作用する駆動梁７の内部へ水分が浸透するのをより効果的に防止することができ、駆動梁７の耐湿性を大幅に向上させることができる。
さらに、上述した光走査装置１では、保護膜３１として、第１保護膜３１ａに加えて第２保護膜３１ｂが形成されている。これにより、耐湿性をより高めることができる。その結果、光走査装置１の長寿命化を図ることができる。
なお、上述した各光走査装置１では、駆動部１０として、第１配線２３に流す電流と磁石９による磁力線との作用によるローレンツ力を利用した電磁駆動方式の駆動部１０を例に挙げて説明した。駆動部１０としては電磁駆動方式に限られず、静電駆動方式でもよいし、圧電駆動方式でもよい。
図２２に示すように、静電駆動方式の駆動部１０は、固定櫛歯電極６１と可動櫛歯電極６３とによって構成されている。固定櫛歯電極６１は、支持体５に形成されている。可動櫛歯電極６３は、反射体３に形成されている。この光走査装置１では、固定櫛歯電極６１に印可される電圧と可動櫛歯電極６３に印可される電圧とによって生じる電荷の静電力によって、駆動梁７を軸として反射体３が捻じれ駆動することになる。
図２３に示すように、圧電駆動方式の駆動部１０は、圧電膜７１によって構成される。圧電膜７１は、電気信号を応力に変換する機能を有しており、駆動梁７の表面に形成されている。圧電膜７１として、たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等が適用される。圧電膜７１に電圧を印可することで膜応力が発生し、逆圧電効果によって駆動梁７が変形する。駆動梁７が変形することで反射体３が駆動することになる。
実施の形態４．
ここでは、各実施の形態において説明した光走査装置１を適用した測距装置について説明する。
測距装置は、光源から対象物に向けて光を照射し、その対象物によって反射された光を受光することによって、光源から対象物までの距離を測定する装置である。対象物によって反射された光は戻り光と呼ばれる。
近年、自動車の自動運転においては、たとえば、レーザ光を使用した測距装置が適用されている。測距装置では、レーザ光を照射した際に、反射光が受光されるか否かによって、障害物の有無が検出される。また、測距装置では、レーザ光の発光タイミングと反射光の受光タイミングとの時間差に基づいて、障害物までの距離が算出される。
以下、実施の形態４に係る測距装置について説明する。図２４に、測距装置１０１を搭載した車両１１７を模式的に示す。図２４に示すように、測距装置１０１は、たとえば、車両１１７の前面に設置される。測距装置１０１は、前方の対象物１１９を検出する。測距装置１０１は、車両１１７から対象物１１９までの距離を算出する。対象物１１９とは、たとえば、他の車両、自転車または歩行者等である。測距装置１０１では、出射光１２１を出射し、対象物１１９からの反射光１２５（図２５参照）が検出される。測距装置１０１では、検出された反射光１２５に基づいて距離画像が生成される。
（測距装置の全体構成）
図２５に、測距装置１０１の構成を模式的に示す。測距装置１０１は、複数の光源１０３、レンズ１２３、ミラー１０５（出射側）、ミラー１２７（受光側）、受光部１０７および制御部１０９を備えている。ミラー１０５として、たとえば、実施の形態１等において説明した光走査装置１が適用されている。これらの光学系は、筐体１１１内に収容されている。筐体１１１には、窓１１３が設けられている。以下、各部について、具体的に説明する。
（光源）
光源１０３は、光１１５を出射する。光源１０３は、たとえば、レーザ光源等である。測距装置１０１では、複数の光源１０３を備えることができる。図２５では、２つの光源１０３が示されているが、一つの光源でもよい。
（光）
光１１５は、光源１０３から出射されたレーザ光である。レーザ光の波長は、たとえば、８７０ｎｍ〜１５００ｎｍ程度である。
（レンズ）
レンズ１２３は、光源１０３から出射された光１１５の配光を変える。配光とは、光源から各方向に出射される光の空間的分布をいう。レンズ１２３は、測距装置１０１から出射される出射光１２１が平行光となるように配光を変える。レンズ１２３は、たとえば、凸レンズ、シリンドリカルレンズまたはトロイダルレンズ等である。レンズ１２３としては、２枚以上の複数枚のレンズを用いてもよい。なお、測距装置１０１から出射光１２１が平行光として出射されるのであれば、レンズ１２３は省いてもよい。
（ミラー）
ミラー１０５は、実施の形態１〜３のいずれかの光走査装置１の反射体３の反射面２７ａ（図１参照）である。ミラー１０５は、光源１０３から出射され、レンズ１２３を透過した光１１５を反射する。ミラー１０５で反射された光１１５は、出射光１２１として、測距装置１０１から出射される。
ミラー１０５となる反射面２７ａを有する反射体３は、駆動梁７を軸として捻じれ駆動（回転）する（図１参照）。捻じれ駆動は往復動作である。ミラー１０５の捻じれ駆動によって、出射光１２１は、二次元に走査されることになる。複数の光源１０３から出射された光１１５は、ミラー１０５によって、それぞれ異なる方向に反射される。
（出射光）
出射光１２１は、測距装置１０１から出射されるレーザ光である。出射光１２１には、複数の光源１０３から出射されてミラー１０５で反射した光１１５を含む。出射光１２１は、平行光とされる。出射光１２１のビームが最も絞られたビームウエストは、たとえば、６０ｍ先に設定される。出射光１２１は、パルス光である。パルス幅は、たとえば、１ｎｓ〜１０ｎｓである。出射光１２１は、対象物１１９に照射される。
（反射光）
反射光１２５は、出射光１２１が対象物１１９に照射されて、対象物１１９において反射した光のうち、対象物１１９から測距装置１０１へ向かって進む光（成分）である。
（受光部）
受光部１０７は、光を検知する。受光部１０７は、たとえば、光を検出する受光素子を備えている。受光素子は、たとえば、フォトダイオードまたはアバランシェフォトダイオード等である。受光部１０７では、対象物１１９から測距装置１０１へ向かって進み、ミラー１０５およびミラー１２７において反射した反射光１２５が検知される。
なお、ミラー１０５において反射した反射光１２５は、光源１０３に向かって進むため、受光部１０７を光源１０３の近傍に配置してもよい。ミラー１２７を配置することで、受光部１０７を光源１０３から離れた位置に配置することができる。受光部１０７には、反射光１２５を集光するレンズ（図示せず）を配置してもよい。
（ミラー）
ミラー１２７は、ミラー１０５において反射された反射光１２５を受光部１０７へ向けて反射する。ミラー１２７は、光源１０３から出射された光１１５が通過するように、たとえば、中心に貫通穴が形成された態様のミラーが望ましい。また、ミラー１２７として、光源１０３から出射された光１１５の光路から外れた位置に配置した１枚または複数枚のミラーでもよい。さらに、ミラー１２７として、照射された光の一部を透過し、一部を反射する、ハーフミラーまたはビームスプリッターでもよい。また、ミラー１２７として、集光機能を備えていてもよい。
（制御部）
制御部１０９は、光源１０３、ミラー１０５、受光部１０７を含む測距装置１０１の動作を制御する。制御部１０９は、光源１０３から出射する、たとえば、パルス状の光１１５の出射タイミングを制御するとともに、その出射タイミングを検知する。制御部１０９は、ミラー１０５の駆動を制御するとともに、ミラー１０５の傾き角度および法線の角度を検知する。制御部１０９は、受光部１０７の受光状況を検知する。
（筐体）
筐体１１１は、測距装置１０１の光学系を収容した外装箱である。筐体１１１の内部には、複数の光源１０３、ミラー１０５および受光部１０７等を含む光学系が収容されている。筐体１１１は、遮光性を有している。筐体１１１の内側は、迷光を吸収するために黒色であることが望ましい。筐体１１１には、出射光１２１と反射光１２５とが通り抜ける窓１１３が設けられている。
（窓）
窓１１３は開口であり、出射光１２１は窓１１３から対象物１１９へ向けて出射される。反射光１２５は窓１１３から筐体１１１内に入射する。窓１１３は、筐体１１１の外部からの光を遮蔽することが望ましい。窓１１３には、透過させる光の波長に対応した波長特性を有する窓材が装着されている。窓材として、光１１５を透過する波長特性を有する窓材が装着されている。
なお、出射光１２１の光路と反射光１２５の光路とが異なる光学系とし、窓１１３として、出射光１２１用の窓と、反射光１２５用の窓との複数の窓を設けるようにしてもよい。窓１１３として、光の集光機能を備えるようにしてもよいし、光の発散機能を備えるようにしてもよい。
（測距装置の動作）
次に、測距装置１０１の動作の一例について説明する。図２５に示すように、光源１０３から出射した光１１５は、レンズ１２３において配光が変更される。レンズ１２３を透過した光１１５は、たとえば、平行光になる。平行光となった光１１５は、ミラー１２７を透過するか、ミラー１２７に設けられた貫通穴（図示せず）を通り抜けて、ミラー１０５において反射される。
ミラー１０５で反射された光１１５は、出射光１２１として、測距装置１０１から対象物１１９へ向けて出射される。ここで、ミラー１０５は、光走査装置１（図１参照）の反射体３であり、光１１５は、反射体３の捻じれ駆動によって二次元に走査される。二次元に走査された光１１５は、出射光１２１として窓１１３から対象物１１９へ向けて出射される。
対象物１１９に照射された出射光１２１は、対象物１１９において反射される。反射された反射光のうち、一部の反射光１２５は、窓１１３から測距装置１０１の筐体１１１内に入射する。筐体１１１内に入射した反射光１２５は、ミラー１０５で反射し、さらに、ミラー１２７で反射して受光部１０７に入射する。受光部１０７では、入射した反射光１２５が検知される。制御部１０９では、光源１０３から光１１５が出射されてから受光部１０７に検知されるまでの時間が計測される。制御部１０９では、計測された時間に基づいて、車両１１７から対象物１１９までの距離が算出される。
制御部１０９では、捻じれ駆動するミラー１０５（反射体３）の法線の方向を検出する。この場合には、たとえば、ミラー１０５の捻じれ駆動の周期を検知するセンサを用いることができる。また、制御部１０９は、ミラー１０５の駆動信号から法線の方向を検出することができる。制御部１０９では、光源１０３の位置とミラー１０５の法線の方向とに基づいて、出射光１２１の出射方向が算出される。
制御部１０９では、出射光１２１の出射方向と対象物１１９までの距離とに基づいて、車両１１７に対して対象物１１９が位置する方向と距離とが算出される。制御部１０９では、時々刻々走査されている出射光１２１と検知される反射光１２５とに基づいて、車両１１７に対して対象物１１９が位置する方向と距離とが算出されることで、距離画像が取得される。
なお、上述した測距装置１０１では、出射光１２１の光学系と反射光１２５の光学系とを同じ光学系としたが、反射光１２５の光学系を、出射光１２１の光学系とは別の光学系としてもよい。このような光学系であっても、出射光１２１と検知される反射光１２５とに基づいて対象物までの距離を算出することができる。さらに、時々刻々走査されている出射光１２１と検知される反射光１２５とに基づいて、対象物１１９を含む測距装置１０１（車両１１７）の周辺の距離画像を取得することができる。
なお、各実施の形態において説明した光走査装置については、必要に応じて種々組み合わせることが可能である。
今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本開示は上記で説明した範囲ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
本開示は、ＭＥＭＳ技術を適用した光走査装置に有効に利用される。
１ 光走査装置、３ 反射体、５ 支持体、７ 駆動梁、９ 磁石、１０ 駆動部、１１ 第１半導体層、１３ 第１絶縁層、１５ 第２半導体層、１６ 側壁面、１７ 第１絶縁膜、１９ 第２絶縁膜、２１ 第３絶縁膜、２４、２４ａ、２４ｂ 電極パッド、１９ａ ヴィアホール、２３ 第１配線、２５ 第２配線、２７ 金属膜、２７ａ 反射面、２９ リブ、３１ 保護膜、３１ａ 第１保護膜、３１ｂ 第２保護膜、４１ 反射体領域、４３ 駆動梁領域、４５ 支持体領域、５１ ＳＯＩ基板、５１ａ 開口部、５３ Ｃ−ＳＯＩ基板、１２ 第３半導体層、１２ａ キャビティー、６１ 固定櫛歯電極、６３ 可動櫛歯電極、７１ 圧電膜、１０１ 測距装置、１０３ 光源、１０５ ミラー、１０７ 受光部、１０９ 制御部、１１１ 筐体、１１３ 窓、１１５ 光、１１７ 車両、１１９ 対象物、１２１ 出射光、１２３ レンズ、１２５ 反射光、１２７ ミラー。

Claims (15)

  1. 反射面を有する反射体と、
    前記反射体と距離を隔てて配置された支持体と、
    前記反射体と前記支持体とを接続する駆動梁と、
    前記支持体に対して、前記駆動梁を軸として、前記反射体を捻じれ駆動させる駆動部とを備え、
    前記反射体と前記支持体と前記駆動梁とが、ＳＯＩ基板に設けられ、
    前記駆動梁では、前記駆動梁の側面を含む前記駆動梁の全面が、第１保護膜を含む少なくとも一層の保護膜によって覆われている、光走査装置。
  2. 前記第１保護膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アルミナ膜およびチタニア膜からなる群から選ばれる少なくともいずれかを含む、請求項１記載の光走査装置。
  3. 前記保護膜は、前記第１保護膜よりも内側に位置する第２保護膜を含む、請求項１または２に記載の光走査装置。
  4. 前記第２保護膜は樹脂膜である、請求項３記載の光走査装置。
  5. 前記樹脂膜は、アクリル系樹脂膜、ポリイミド系樹脂膜およびエポキシ系樹脂膜からなる群から選ばれるいずれかである、請求項４記載の光走査装置。
  6. 前記駆動梁は、梁本体を含み、
    前記梁本体は、前記保護膜によって覆われた対向する側壁面を有し
    前記側壁面は平坦化されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光走査装置。
  7. 前記駆動部は、
    前記反射体の外周に沿って配置された配線と、
    前記反射体を挟み込むように、配置された一対の磁石とを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光走査装置。
  8. 前記駆動部は、静電駆動部および圧電駆動部のいずれかを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光走査装置。
  9. 反射体、支持体および駆動梁を有する光走査装置の製造方法であって、
    支持基板の上に第１絶縁膜を介在させて半導体層が形成されたＳＯＩ基板を用意する工程と、
    前記半導体層の上に第２絶縁膜を介在させて、前記反射体となる反射面を有する反射膜を形成する工程と、
    前記反射体を駆動する駆動部を形成する工程と、
    前記第２絶縁膜、前記半導体層、前記第１絶縁膜および前記支持基板に加工を行うことにより、前記反射膜を有する前記反射体、前記反射体と距離を隔てて配置された前記支持体、および、前記反射体と前記支持体とを接続する前記駆動梁を形成する工程を有し、
    前記駆動梁を形成する工程は、
    エッチング処理を施すことにより、前記駆動梁となる前記半導体層をパターニングする工程と、
    パターニングされた前記半導体層の厚さ方向の側壁面を含む前記駆動梁の全面を覆うように、第１保護膜を含む少なくとも一層の保護膜を形成する工程とを備えた、光走査装置の製造方法。
  10. 前記駆動梁を形成する工程は、前記半導体層をパターニングした後、前記保護膜を形成する前に、パターニングされた前記半導体層の直下に位置する前記支持基板の部分を除去する工程を含む、請求項９記載の光走査装置の製造方法。
  11. 前記ＳＯＩ基板を用意する工程は、前記駆動梁が形成されることになる領域に位置する前記支持基板の部分にキャビティーが形成された前記支持基板を用意する工程を含み、
    前記駆動梁を形成する工程は、
    前記半導体層をパターニングした後、前記駆動梁の直下に前記キャビティーを挟んで前記支持基板の部分が位置する状態で前記保護膜を形成する工程と、
    前記保護膜を形成した後、前記駆動梁の直下に位置する前記支持基板の前記部分を除去する工程とを含む、請求項９記載の光走査装置の製造方法。
  12. 前記保護膜を形成する工程は、前記第１保護膜を原子層堆積法によって形成する工程を含む、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の光走査装置の製造方法。
  13. 前記保護膜を形成する工程は、３００℃以下の温度条件の下で、０．０１μｍ〜１．００μｍの膜厚を有する前記第１保護膜を形成する工程を含む、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の光走査装置の製造方法。
  14. 前記駆動梁を形成する工程は、前記半導体層をパターニングした後、露出した前記半導体層の側壁面を平坦化する工程を含む、請求項９〜１３のいずれか１項に記載の光走査装置の製造方法。
  15. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の光走査装置を適用した測距装置であって、
    前記光走査装置に向けて光を出射する光源と、
    対象物に向けて前記光を反射する前記光走査装置と、
    前記対象物において反射した前記光を検出する光検出器と、
    前記光走査装置の動作の制御を含む制御部とを備えた、測距装置。
JP2020563567A 2020-05-14 2020-05-14 光走査装置およびその製造方法ならびに測距装置 Active JP6899974B1 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2020/019295 WO2021229757A1 (ja) 2020-05-14 2020-05-14 光走査装置およびその製造方法ならびに測距装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6899974B1 true JP6899974B1 (ja) 2021-07-07
JPWO2021229757A1 JPWO2021229757A1 (ja) 2021-11-18

Family

ID=76650089

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020563567A Active JP6899974B1 (ja) 2020-05-14 2020-05-14 光走査装置およびその製造方法ならびに測距装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230094213A1 (ja)
JP (1) JP6899974B1 (ja)
WO (1) WO2021229757A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003270555A (ja) * 2002-03-15 2003-09-25 Nippon Signal Co Ltd:The プレーナ型アクチュエータ及びその製造方法
KR20090064844A (ko) * 2007-12-17 2009-06-22 한국알엠아이(주) 레이저 디스플레이용 박막형 2축 구동거울 및 그 제조방법
JP2013035081A (ja) * 2011-08-04 2013-02-21 Seiko Epson Corp アクチュエーターの製造方法、アクチュエーター、光スキャナーおよび画像形成装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003270555A (ja) * 2002-03-15 2003-09-25 Nippon Signal Co Ltd:The プレーナ型アクチュエータ及びその製造方法
KR20090064844A (ko) * 2007-12-17 2009-06-22 한국알엠아이(주) 레이저 디스플레이용 박막형 2축 구동거울 및 그 제조방법
JP2013035081A (ja) * 2011-08-04 2013-02-21 Seiko Epson Corp アクチュエーターの製造方法、アクチュエーター、光スキャナーおよび画像形成装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2021229757A1 (ja) 2021-11-18
WO2021229757A1 (ja) 2021-11-18
US20230094213A1 (en) 2023-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210206625A1 (en) Mems device comprising a membrane and an actuator
US20210405347A1 (en) Micromachined mirror assembly having reflective layers on both sides
US6094289A (en) Method and apparatus for optical code reading using a MEM optical resonator having an integral photodetector
US11099379B2 (en) Reflective device
EP3591454B1 (en) Optical module and distance measurement device
JP5739224B2 (ja) 光学部品の製造方法及び光学部品
WO2010107016A1 (ja) Ｍｅｍｓデバイス
US20210405346A1 (en) Angular piezoelectric actuator for a mems shutter and manufacturing method thereof
JP2004198648A (ja) プレーナ型アクチュエータ
JP6899974B1 (ja) 光走査装置およびその製造方法ならびに測距装置
TWI470670B (zh) 紅外光源
US20230047188A1 (en) Optical scanning device, distance measuring device, and method for manufacturing optical scanning device
WO2022172372A1 (ja) Ｍｅｍｓ素子、光走査装置、測距装置およびｍｅｍｓ素子の製造方法
JP6424337B2 (ja) 波長可変光フィルタモジュール
US20240142770A1 (en) Mems mirror device and distance measuring apparatus
TWI512938B (zh) 整合式微機電元件及其製造方法
JP2010101675A (ja) 赤外線撮像素子およびその製造方法
JP6694355B2 (ja) 可動回折格子及びその製造方法、並びに外部共振器型レーザモジュール
JP2000146702A (ja) 赤外センサ
US11762191B2 (en) Mirror device
JP7105934B2 (ja) Ｍｅｍｓミラー装置及びその製造方法
JP6467254B2 (ja) 赤外線センサ
JPH11288444A (ja) 光学的スキャナ装置
KR101870413B1 (ko) 마이크로 미러 제조방법
JP3920351B2 (ja) 光ピックアップシステム用薄膜アクチュエーテッドミラーアレイ

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201109

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20201109

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20201109

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20210104

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210119

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210311

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210518

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210615

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6899974

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150