JPWO2020188732A1 - 光走査装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

光走査装置（１）は、走査構造体（３）、アンカー（２１）および駆動部（７）を備える。駆動部（７）は、第１駆動部（７ａ）と第２駆動部（７ｂ）とを含む。第１駆動部（７ａ）は、第１駆動梁（９ａ）と電極配線（１３ａ）と一対の支持体（１７）と薄膜磁石（１５ａ、１５ｂ）とを備える。第１駆動梁（９ａ）は、支持体（１７）に接続された第１固定端および走査構造体（３）に接続された第１駆動端を有する。電極配線（１３ａ）は、第１駆動梁（９ａ）に形成されている。支持体（１７）は、アンカー（２１）にそれぞれ接続されるとともに、第１駆動梁（９ａ）を挟み込むように配置されている。薄膜磁石（１５）は、支持体（１７）のそれぞれに配置されている。薄膜磁石（１５）は、電極配線（１３ａ）が延在する方向と交差する方向に磁力線を生じさせる態様で配置されている。

Description

本発明は、光走査装置と、その光走査装置の製造方法とに関する。

レーザー距離センサまたは光スキャナ等の光走査装置では、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を適用したＭＥＭＳミラーが用いられている。そのＭＥＭＳミラーを駆動させるのに、電磁力、静電力または圧電効果を利用したＭＥＭＳミラーがある。ＭＥＭＳミラーを支持梁（軸）の回りに回転振動させることによって、光の走査が行われる。

たとえば、特許文献１に開示されている光走査装置では、シリコン基板を加工することによって、支持梁および可動プレートが形成される。可動プレートに配線を形成することによって、駆動コイルが形成される。駆動コイルには電流が流される。駆動コイルに流す電流と、ＭＥＭＳミラーの外部に設置した永久磁石の磁界との間でローレンツ力が発生する。そのローレンツ力を駆動力として、可動プレートが支持梁の回りに回転することで、光が走査されることになる。

国際公開ＷＯ２０１３／１２４９１３号

上述したように、従来の光走査装置では、ＭＥＭＳミラーを回転させるために永久磁石を配置させることが求められる。このことは、光走査装置の小型化を阻害する要因の一つとされている。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、一つの目的は、小型化を図ることができ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。

本発明に係る光走査装置は、走査構造体と支持本体と１以上の駆動部とを有している。走査構造体は、光を反射する反射面を有する。支持本体は、アンカーである。１以上の駆動部は、走査構造体と支持本体との間に接続され、走査構造体を駆動させる。１以上の駆動部は、第１駆動梁と第１電極配線と一対の第１支持体と第１膜状磁石とを備えている。第１駆動梁は、支持本体に接続された第１固定端および走査構造体に接続された第１駆動端を有する。第１電極配線は、第１駆動梁に形成されている。一対の第１支持体は、支持本体にそれぞれ接続されるとともに、第１駆動梁を挟み込むように配置されている。第１膜状磁石は、一対の第１支持体のそれぞれに配置されている。第１膜状磁石は、第１電極配線が延在する方向と交差する第１方向に磁力線を生じさせる態様で配置されている。

本発明に係る一の光走査装置の製造方法は、以下の工程を備えている。半導体基板本体の表面上に第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、第１電極配線を形成するとともに、反射鏡を形成する。第２絶縁膜上に、第１膜状磁石を形成する。第２絶縁膜、半導体層、第１絶縁膜および半導体基板本体に加工を行うことにより、アンカーとしての支持本体、反射鏡が配置された走査構造体、第１電極配線が配置され、一端が固定端として支持本体に接続されるとともに、他端が駆動端として走査構造体に接続される第１駆動梁、および、第１膜状磁石がそれぞれ配置され、第１駆動梁を挟み込むように支持本体に接続される一対の第１支持体をそれぞれ形成する。第１膜状磁石を形成する工程では、第１膜状磁石は、第１電極配線が延在する方向と交差する方向に磁力線が生じるように形成される。

本発明に係る他の光走査装置の製造方法は、以下の工程を備えている。半導体基板本体の表面上に第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、第１電極配線を形成する。第２絶縁膜上に、第１膜状磁石を形成する。第２絶縁膜、半導体層、第１絶縁膜および半導体基板本体に加工を行うことにより、アンカーとしての支持本体、第１電極配線が配置され、一端が固定端として支持本体に接続されるとともに、他端を駆動端とする第１駆動梁、および、第１膜状磁石がそれぞれ配置され、第１駆動梁を挟み込むように支持本体に接続される一対の第１支持体をそれぞれ形成する。反射鏡が配置された走査構造体を形成する。第１駆動梁の駆動端としての他端に、走査構造体を接合する。第１膜状磁石を形成する工程では、第１膜状磁石は、第１電極配線が延在する方向と交差する方向に磁力線が生じるように形成される。

本発明に係る光走査装置によれば、第１電極配線が延在する方向と交差する第１方向に磁力線を生じさせる態様で配置されている第１膜状磁石が膜状であることで、光走査装置の小型化に寄与することができる。

本発明に係る一の光走査装置の製造方法によれば、第１電極配線が延在する方向と交差する方向に磁力線が生じるように形成される第１膜状磁石が膜から形成されることで、小型化に寄与することができる光走査装置を製造することができる。

本発明に係る他の光走査装置の製造方法によれば、第１電極配線が延在する方向と交差する方向に磁力線が生じるように形成される第１膜状磁石が膜から形成され、また、走査構造体が、第１駆動梁等は別途製造されて、最終的に第１駆動梁と接合されることで、小型化に寄与す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平面図。 同実施の形態において、図１に示す断面線ＩＩ−ＩＩにおける部分断面図。 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、図１に示す断面線ＩＩＩ−ＩＩＩに対応する断面線における断面図。 同実施の形態において、図３Ａに示す工程の後に行われる工程を示す断面図。 同実施の形態において、図３Ｂに示す工程の後に行われる工程を示す断面図。 同実施の形態において、図３Ｃに示す工程の後に行われる工程を示す断面図。 同実施の形態において、図３Ｄに示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図。 同実施の形態において、図４Ａに示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図。 同実施の形態において、図４Ａおよび図４Ｂに示す工程の変形例を示す部分断面図。 同実施の形態において、図４Ｂに示す工程の後に行われる工程を示す断面図。 同実施の形態において、図６Ａに示す工程の後に行われる工程を示す断面図。 同実施の形態において、光走査装置の動作を説明するための、図１に示す断面線ＶＩＩＡ−ＶＩＩＡにおける部分断面図。 同実施の形態において、光走査装置の動作を説明するための、図１に示す断面線ＶＩＩＢ−ＶＩＩＢにおける部分断面図。 実施の形態２に係る光走査装置の平面図。 同実施の形態において、図８に示す断面線ＩＸ−ＩＸにおける部分断面図。 実施の形態３に係る光走査装置の部分平面図。 実施の形態４に係る光走査装置の平面図。 同実施の形態において、図１１に示す断面線ＸＩＩ−ＸＩＩにおける断面図。 各実施の形態において、電極配線のバリエーションの一例を示す部分平面図。 各実施の形態において、図１３に示す断面線ＸＩＶ−ＸＩＶにおける部分断面図。 各実施の形態において、電極配線のバリエーションの他の例を示す部分平面図。 各実施の形態において、図１５に示す断面線ＸＶＩ−ＸＶＩにおける部分断面図。 各実施の形態において、薄膜磁石のバリエーションの一例を示す部分断面図。

実施の形態１．
実施の形態１に係る光走査装置について説明する。図１および図２に示すように、光走査装置１は、走査構造体３、アンカー２１および駆動部７を備えている。駆動部７は、走査構造体３とアンカー２１との間に接続されて、走査構造体３を駆動させる。駆動部７は、駆動梁９、リンク梁１１、電極配線１３、支持体１７および薄膜磁石１５を備えている。駆動部７は、第１駆動部７ａと第２駆動部７ｂとを含む。なお、この明細書では、必要に応じて、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を用いて説明する。光走査装置１が配置されている面をＸ−Ｙ平面とする。Ｚ軸は、Ｘ−Ｙ平面に直交する。

走査構造体３は、平面視的にほぼ矩形状に形成されている。走査構造体３には、反射鏡５が形成されている。アンカー２１は、平面視的に矩形の枠状に形成されている。アンカー２１は、走査構造体３、駆動梁９および支持体１７を取り囲むように形成されている。光走査装置１としてのサイズは、たとえば、数百μｍ〜数十ｍｍ程度とされる。

駆動梁９は、第１駆動梁９ａ、および、第２駆動梁９ｂを含む。駆動梁９の幅は、たとえば、１０〜３０００μｍ程度である。駆動梁９の長さは、たとえば、１００〜２００００μｍ程度である。

第１駆動梁９ａは、第１固定端と第１駆動端とを有し、第１固定端がアンカー２１に接続され、第１駆動端がリンク梁１１を介して走査構造体３におけるＹ軸方向の負側に接続されている。第２駆動梁９ｂは、第２固定端と第２駆動端とを有し、第２固定端がアンカー２１に接続され、第２駆動端が第１駆動端に接続されるとともに、リンク梁１１を介して走査構造体３におけるＹ軸方向の負側に接続されている。

電極配線１３は、第１電極配線としての電極配線１３ａ、および、第２電極配線としての電極配線１３ｂを含む。電極配線１３は、駆動梁９の上にシリコン酸化膜５９を介在させて形成されている。電極配線１３の厚さは、たとえば、０．１〜１０μｍ程度である。シリコン酸化膜５９の厚さは、たとえば、０．０１〜１μｍ程度である。

電極配線１３ａの一端側は電極１９ａに電気的に接続されている。電極配線１３ｂの一端側は電極１９ｂに電気的に接続されている。電極配線１３ａの他端側と電極配線１３ｂの他端側とが電気的に接続されている。

支持体１７は、一対の第１支持体としての支持体１７ａ、および、一対の第２支持体としての支持体１７ｂを含む。支持体１７ａ、１７ｂのそれぞれは、アンカー２１に接続されている。

薄膜磁石１５は、第１膜状磁石としての薄膜磁石１５ａ、１５ｂ、および、第２膜状磁石としての薄膜磁石１５ｃ、１５ｄを含む。薄膜磁石１５ａ、１５ｂによって生じる磁力線の第１方向としての向きは、電極配線１３ａが延在するＹ軸方向と交差しており、Ｘ軸正方向である。

薄膜磁石１５ｃ、１５ｄによって生じる磁力線の第２方向としての向きは、電極配線１３ｂが延在するＹ軸方向と交差しており、Ｘ軸負方向である。第１方向と第２方向とは、互いに反対向きである。この明細書において、薄膜磁石１５とは、スパッタ法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等の半導体プロセスによって形成される膜から形成される磁石であり、特に、約１００μｍ以下の厚さを有する膜状の磁石をいう。

走査構造体３、駆動梁９、リンク梁１１、支持体１７、およびアンカー２１を構成する主な材料としては、シリコンが挙げられる。そのシリコンとして、たとえば、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板のシリコンを適用することができる。ＳＯＩ基板を使用することで、走査構造体３、駆動梁９およびリンク梁１１のそれぞれの厚さを変えることができる。

走査構造体３では、厚さをより厚く設定することで、走査構造体３の変形を抑制することができる。一方、駆動梁９では、厚さをより薄く設定することで、駆動梁９の剛性が低くなり、駆動梁９の変位量を増加させることができる。シリコンとしては、単結晶シリコンの他に、たとえば、ポリシリコンを適用してもよい。

走査構造体３の上には、シリコン酸化膜５９を介在させて反射鏡５が配置されている。反射鏡５は、反射率が比較的高い金属膜によって形成される。反射率が高い金属膜として、たとえば、金（Ａｕ）膜が好適である。シリコンまたはシリコン酸化膜の表面に金膜が直接形成されると、金膜とシリコン等の下地との密着性が弱いために、金膜がシリコン等の下地の表面から剥がれてしまうおそれがある。これを抑制するために、金膜とシリコン等の下地の表面との間に、密着層を介在させることが望ましい。

密着層として、たとえば、クロム（Ｃｒ）膜、クロム（Ｃｒ）膜とニッケル（Ｎｉ）膜との積層膜、チタン（Ｔｉ）膜、チタン（Ｔｉ）膜と白金（Ｐｔ）膜との積層膜が好ましい。反射鏡５のサイズは、たとえば、直径１００〜１００００μｍ程度である。

反射鏡５を形成する金属膜としては、金膜の他に、たとえば、白金（Ｐｔ）膜または銀（Ａｇ）膜等を適用してもよい。使用する光の波長に応じて、反射率がより高い金属膜を適用することが望ましい。また、反射鏡５を含む走査構造体３を、たとえば、真空封止等、気密封止によってパッケージする場合がある。そのような場合には、反射鏡５を、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）膜等の酸化しやすい金属膜によって形成することも可能である。

金属膜の形成方法としては、たとえば、スパッタ法が好適である。スパッタ法によって形成された金属膜では、膜質が良好とされる。スパッタ法の他に、たとえば、蒸着法を適用してもよい。

電極配線１３の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）が好適である。電極配線１３の材料としては、電流が流れる材料であればよく、アルミニウムの他に、たとえば、アルミニウム−シリコン（Ａｌ−Ｓｉ）または金（Ａｕ）等を適用してもよい。

電極１９の材料として、金（Ａｕ）が好適である。電極１９は、反射鏡５を形成する工程と同じ工程で形成するのが好ましい。また、電極１９を、電極配線１３を形成する工程と同じ工程で形成してもよい。

薄膜磁石１５の材料としては、ＮｄＦｅＢ（ネオジム）が好適である。薄膜磁石１５の材料としては、磁界を形成することができる材料であればよく、ＮｄＦｅＢ（ネオジム）の他に、たとえば、ＳｍＣｏ（サマリウムコバルト）、ＣｏＰｔＣｒ（コバルトプラチナクロム）等を適用してもよい。

次に、上述した光走査装置１の製造方法の一例について、図１に示す断面線ＩＩＩ−ＩＩＩに対応する断面線に基づいて説明する。

まず、図３Ａに示すように、ＳＯＩ基板５１が用意される。ＳＯＩ基板５１では、半導体基板本体としてのシリコン基板５３の一方の主面上に、シリコン酸化膜５５を介在させてシリコン層５７が形成されている。そのシリコン層５７の表面に、さらに、シリコン酸化膜５９が形成されている。シリコン基板５３の他方の主面上に、シリコン酸化膜６１が形成されている。シリコン基板５３の厚さは、たとえば、１００〜１０００μｍ程度である。シリコン層５７の厚さは、たとえば、２〜２００μｍ程度である。

なお、ＳＯＩ基板５１にシリコン酸化膜５９、６１が形成されていない場合には、あらかじめ、シリコン層５７の表面にシリコン酸化膜５９を形成し、シリコン基板５３の他方の主面にシリコン酸化膜６１を形成する。シリコン酸化膜５９、６１の形成方法として、熱酸化法が好適である。熱酸化法では、膜質がよいシリコン酸化膜５９、６１を形成することができる。ＳＯＩ基板５１の他に、たとえば、単結晶シリコン基板を適用してもよい。なお、この場合には、後述する単結晶シリコン基板の裏面をエッチングする際には、エッチングを時間によって制御する必要がある。

次に、シリコン酸化膜５９を覆うように、たとえば、スパッタ法によって、電極配線となる膜（図示せず）が形成される。次に、電極配線となる膜に、写真製版処理とエッチング処理とが行われる。エッチング処理として、たとえば、反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching）処理が好適である。反応性イオンエッチング処理の場合、塩素（Ｃｌ_２）／アルゴン（Ａｒ）系のガスを用いることが好適である。写真製版処理では、エッチング処理を行う際のマスク（保護膜）として、フォトレジストパターンが形成される。

これにより、図３Ｂに示すように、電極配線１３が形成される。このとき、電極１９の一部も形成される。なお、反応性イオンエッチング処理の他に、たとえば、エッチャント液を用いたウェットエッチング処理を行ってもよい。なお、エッチング処理では、下地のシリコン酸化膜５９がエッチングされにくいエッチング条件を設定する必要がある。電極配線１３等が形成された後、フォトレジストパターンが除去される。フォトレジストパターンの除去には、Ｏ_２アッシングが好適である。また、剥離液を用いて、フォトレジストパターンを除去してもよい。

次に、シリコン酸化膜５９を覆うように、反射鏡および電極となる膜（図示せず）が形成される。次に、写真製版処理およびエッチング処理が行われる。これにより、図３Ｃに示すように、反射鏡５と電極１９の残りの部分が形成される。反射鏡および電極となる膜として、たとえば、クロム（Ｃｒ）膜／ニッケル（Ｎｉ）膜／金（Ａｕ）膜、または、チタン（Ｔｉ）膜／白金（Ｐｔ）膜／金（Ａｕ）膜等の積層膜が好適である。このような積層膜は、下地との密着性が高く、また、高い反射率を有する。積層膜の形成には、スパッタ法が好適である。

金（Ａｕ）膜が形成されている場合には、エッチャント液によるウェットエッチングが好ましい。この他に、反射鏡および電極となる膜を、リフトオフ法またはイオンビームエッチング法（ＩＢＥ：Ion Beam Etching）によって形成してもよい。反射鏡５および電極１９が形成された後、フォトレジストパターンが除去される。

反射鏡５と電極１９とをパターニングする際のエッチング処理において、電極配線１３がエッチングされてしまうのを抑制するために、反射鏡および電極となる膜を形成する前に、電極配線１３を覆う保護膜（図示せず）を形成することが好ましい。保護膜としては、絶縁膜であるシリコン酸化膜が好適である。電極１９を電極配線１３に電気的に導通させるために、電極１９の下に位置する保護膜の部分を除去する必要がある。

また、電極配線１３と反射鏡５とを同時に形成するようにしてもよい。この場合には、電極配線１３と反射鏡５との双方に適用可能な膜を形成することが好ましい。反射鏡５を形成する条件（膜種、パターニング等）に合わせて、電極配線１３を形成することが好ましい。

次に、シリコン酸化膜５９を覆うように、薄膜磁石となる膜（図示せず）が形成される。薄膜磁石となる膜の形成方法は、膜質が良好なスパッタ法が好適である。次に、図３Ｄに示すように、薄膜磁石となる膜１４をパターニングすることによって、薄膜磁石となる膜１４のパターンが形成される。薄膜磁石となる膜１４のパターニングには、イオンビームエッチング（ＩＢＥ）法が好適である。

イオンビームエッチング法の他に、反応性イオンエッチング処理を適用してもよい。この場合、下地のシリコン酸化膜５９がエッチングされにくい条件を設定する必要がある。反応性イオンエッチング処理を適用する場合には、塩素（Ｃｌ_２）／アルゴン（Ａｒ）系のガスを用いることが好適である。

なお、反応性イオンエッチング処理によって薄膜磁石１５を形成する場合には、電極配線１３、反射鏡５、電極１９がエッチングされてしまうのを抑制するために、薄膜磁石となる膜を形成する前に、電極配線１３、反射鏡５および電極１９を覆う保護膜（図示せず）を形成することが好ましい。保護膜としては、絶縁膜であるシリコン酸化膜が好適である。薄膜磁石となる膜１４のパターンが形成された後には、反射鏡５によって光を反射させるために、反射鏡５の表面を覆う保護膜を、反応性イオンエッチング処理によって除去する。

次に、薄膜磁石となる膜１４のパターンを着磁し、磁極を確定する処理が行われる。着磁方法として、たとえば、着磁ヨークが用いられる。図４Ａおよび図４Ｂに示すように、着磁ヨーク８１によって、対になっている薄膜磁石となる膜１４のパターンごとに着磁が行われる。

なお、この場合には、１回目に着磁した薄膜磁石１５によって磁界が形成されていることで、その磁界によって、２回目の薄膜磁石となる膜１４のパターンの着磁が正確に行われない場合が想定される。そこで、図５に示すように、着磁ヨークとして、ハルバッハ配列を有する着磁ヨーク８１を用いて着磁を行うことが望ましい。ハルバッハ配列された着磁ヨークでは、磁極の向きを並び替えることによって、磁石の一方側、この場合、薄膜磁石となる膜１４のパターンが配置されている側に磁界を集中させることができ、薄膜磁石１５ｂの磁界の向きとは逆向きの磁界を生じる薄膜磁石１５ｃの着磁が可能になる。なお、着磁は、図６Ｂに示す工程において行ってもよい。

また、局所レーザーアニール等によって、薄膜磁石となる膜１４に局所的に熱処理を行うことで、さらに、微細な着磁が可能になる。この他に、薄膜磁石１５を別途作製し、その薄膜磁石１５をシリコン酸化膜５９に貼り付けるようにしてもよい。薄膜磁石１５を貼り付ける場合には、シリコン層５７をエッチングした後に、シリコン基板５３に対して、薄膜磁石１５が形成されたシリコンを常温接合によって接合するのが好ましい。

また、反射鏡５および電極１９が形成されている領域以外の領域に、保護膜を形成するようにしてもよい。保護膜として、湿度等に対して耐性を有するシリコン酸化膜または有機膜等が好ましい。

次に、光走査装置としての構造を形成する処理が行われる。まず、写真製版処理およびエッチング処理を行うことによって、シリコン酸化膜５９がパターニングされる（図１０参照）。シリコン酸化膜５９のパターニングは、反応性イオンエッチング処理によって行うのが好適である。次に、パターニングされたシリコン酸化膜５９等をエッチングマスクとして、シリコン層５７にエッチング処理が行われる。エッチング処理は、誘導結合方式の反応性イオンエッチング処理（ＩＣＰ−ＲＩＥ：Inductive Coupling Plasma-RIE）が好適である。エッチング処理は、シリコン酸化膜５５の表面が露出するまで行われる（図１０参照）。

次に、露出したシリコン酸化膜５５にエッチング処理が行われる。エッチング処理は、エッチング条件を変更して、連続して、誘導結合方式の反応性イオンエッチング処理によって行うのが好適である。これにより、図６Ａに示すように、シリコン基板５３の表面が露出する。なお、このエッチング処理を、他の反応性イオンエッチング装置によって行うようにしてもよい。

次に、ＳＯＩ基板５１の裏面側に処理が施される。まず、写真製版処理およびエッチング処理を行うことによって、シリコン酸化膜６１がパターニングされる（図１１参照）。次に、図６Ｂに示すように、シリコン酸化膜６１のパターン等をエッチングマスクとして、シリコン基板５３にエッチング処理が行われる。これにより、支持体１７、駆動梁９、走査構造体３等が形成される。その後、ＳＯＩ基板５１をダイシングすることによって、図１等に示す光走査装置１が完成する。

なお、パッケージの形態として、ウェハレベルパッケージ等を考慮した場合、ＳＯＩ基板５１をダイシングする前に、ＳＯＩ基板５１の表面側と裏面側とに、ガラス基板またはシリコン基板を接合させて光走査装置１を封止した構造にしてもよい。ＳＯＩ基板５１とガラス基板との接合は、陽極接合が好ましい。ＳＯＩ基板５１とシリコン基板との接合は、常温接合が好ましい。

次に、上述した光走査装置１の動作の一例について説明する。電極配線１３に電流が流れると、電流が流れる向きと、薄膜磁石１５によって形成される磁力線の向きとのそれぞれにほぼ直交する方向に、ローレンツ力が発生する。

図１に示すように、第１駆動部７ａにおける薄膜磁石１５ａ、１５ｂによって、Ｘ軸方向（正方向）の磁力線が生じる。薄膜磁石１５ｃ、１５ｄによって、Ｘ軸方向（負方向）の磁力線（二重矢印参照）が生じる。第２駆動部７ｂにおける薄膜磁石１５ｄ、１５ｃによって、Ｘ軸方向（正方向）の磁力線が生じる。薄膜磁石１５ｂ、１５ａによって、Ｘ軸方向（負方向）の磁力線（二重矢印参照）が生じる。

このとき、たとえば、第１駆動部７ａにおける電極１９ａから電極１９ｂに向かって電流（矢印参照）を流すと、電極配線１３ａでは、Ｙ軸方向（負方向）に電流が流れる。電極配線１３ｂでは、Ｙ軸方向（正方向）に電流が流れる。第２駆動部７ｂにおける電極１９ａから電極１９ｂに向かって電流（矢印参照）を流すと、電極配線１３ａでは、Ｙ軸方向（正方向）に電流が流れる。電極配線１３ｂでは、Ｙ軸方向（負方向）に電流が流れる。

そうすると、この場合には、図７Ａに示すように、第１駆動部７ａでは、電極配線１３ａが配置された第１駆動梁９ａと、電極配線１３ｂが配置された第２駆動梁９ｂとには、Ｚ軸方向（正方向）のローレンツ力（矢印参照）が発生する。一方、図７Ｂに示すように、第２駆動部７ｂでは、電極配線１３ｂが配置された第２駆動梁９ｂと、電極配線１３ａが配置された第１駆動梁９ａとには、Ｚ軸方向（負方向）のローレンツ力（矢印参照）が発生する。

このため、第１駆動部７ａでは、駆動梁９の駆動端がＺ軸の正方向に変位し、走査構造体３のＹ軸方向の負方向側の端部が上昇する。一方、第２駆動部７ｂでは、駆動梁９の駆動端がＺ軸の負方向に変位し、走査構造体３のＹ軸方向の正方向側の端部が下降する。これにより、走査構造体３がＸ−Ｙ平面に対して傾けられることになる。

こうして、第１駆動部７ａにおける電極配線１３ａ、１３ｂに流す電流の向きおよび強さと、第２駆動部７ｂにおける電極配線１３ａ、１３ｂに流す電流の向きおよび強さとを制御することで、走査構造体３に形成された反射鏡５を、所望の方向に傾けることができる。

上述した光走査装置１では、駆動梁９にローレンツ力を作用させる磁力線は、薄膜磁石１５によって生じる。これにより、外部に永久磁石を配置した光走査装置と比べると、光走査装置１の小型化に寄与することができる。

また、第１駆動部７ａにおける電極配線１３ａ、１３ｂと、第２駆動部７ｂにおける電極配線１３ａ、１３ｂとにそれぞれ流す電流の周波数、位相を調整することで、走査構造体３の様々な動きをさせることができる。さらに、リンク梁１１の長さを調整することで、反射鏡５から駆動梁９を離すことができ、光の漏れによる迷光を低減させることができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る光走査装置について説明する。図８および図９に示すように、光走査装置１は、走査構造体３、アンカー２１および駆動部７を備えている。走査構造体３および反射鏡５は、ほぼ円形状とされる。駆動部７は、走査構造体とアンカー２１との間に接続されて、走査構造体３を駆動させる。駆動部７は、円形状の走査構造体３の外周に沿って、円弧状に形成されている。駆動部７は、第１駆動部７ａ、第２駆動部７ｂ、第３駆動部７ｃおよび第４駆動部７ｄを含む。

駆動部７は、駆動梁９、電極配線１３、薄膜磁石１５および支持体１７を備えている。第１駆動部７ａにおける駆動梁９の駆動端（リンク梁１１）は、走査構造体３の外周部における第１位置に接続されている。第２駆動部７ｂにおける駆動梁９の駆動端（リンク梁１１）は、走査構造体３の外周部における第１位置とは異なる第２位置に接続されている。

第３駆動部７ｃにおける駆動梁９の駆動端（リンク梁１１）は、走査構造体３の外周部における第１位置および第２位置とは異なる第３位置に接続されている。第４駆動部７ｄにおける駆動梁９の駆動端（リンク梁１１）は、走査構造体３の外周部における第１位置空第３位置とは異なる第４位置に接続されている。なお、これ以外の構成については、図１等に示す光走査装置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の製造方法について説明する。上述した光走査装置１では、走査構造体３および駆動部７のそれぞれの形状が、前述した光走査装置１の対応する形状とは異なるだけで基本的な構造は同じである。したがって、上述した光走査装置１の製造方法は、マスクのパターンを変更するだけで、前述した光走査装置１の製造方法と実質的に同じ製造工程によって製造することができる。

次に、上述した光走査装置１の動作について説明する。前述したように、駆動部７では、電極配線１３を流れる電流の向きと、薄膜磁石１５によって形成される磁力線の向きとのそれぞれにほぼ直交する方向に発生するローレンツ力によって、駆動梁９の駆動端がＺ軸方向に変位することになる。第１駆動部７ａ〜第４駆動部７ｄのそれぞれにおける電極配線１３ａ、１３ｂにそれぞれ流す電流の周波数、位相を調整することで、走査構造体３の様々な動きをさせることができる。

上述した光走査装置１では、走査構造体３および反射鏡５は、円形状に形成されている。光走査装置１に照射されるレーザー光のスポット形状は、基本的には円形状である。走査構造体３および反射鏡５の形状として、その円形状に対応した形状に設定することで、走査構造体３および反射鏡５の面積を必要最小限に抑えることができる。これにより、光走査装置１の小型化にさらに寄与することができる。

また、レーザー光は反射鏡５に対し、ある入射角度をもって斜め入射することが多い。このため、反射鏡５の表面では、レーザー光のスポット形状は楕円形になる。したがって、反射鏡５の形状としては、楕円形状がより好ましい。

さらに、上述した光走査装置１では、第１駆動部７ａ〜第４駆動部７ｄが、走査構造体３の外周部におけるそれぞれ異なる位置に接続されている。これにより、走査構造体３を歳差運動させることも可能になり、光走査装置１としての用途も拡げることができる。

なお、上述した光走査装置１では、駆動部７として、第１駆動部７ａ〜第４駆動部７ｄを例に挙げて説明したが、駆動部７としては、少なくとも３つ備えていれば、走査構造体３を歳差運動させることができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る光走査装置について説明する。図１０に示すように、光走査装置１における薄膜磁石１５では、薄膜磁石１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄのそれぞれが、円弧に沿って互いに距離を隔てて配置されている。すなわち、薄膜磁石１５が複数に分割されており、複数の分割された薄膜磁石１５が、電極配線１３に沿って配置されている。

なお、図１０において、図８に示される断面線ＩＸ−ＩＸに対応する断面線における断面構造は、図９に示される断面構造と同じである。これ以外の構成については、図８等に示す光走査装置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の製造方法について説明する。上述した光走査装置１では、走査構造体３、薄膜磁石１５を含む駆動部７の形状が、実施の形態１において説明した光走査装置１の対応する形状とは異なるだけで基本的な構造は同じである。したがって、上述した光走査装置１の製造方法は、マスクのパターンを変更するだけで、前述した光走査装置１の製造方法と実質的に同じ製造工程によって製造することができる。

次に、上述した光走査装置１の動作について説明する。実施の形態１において説明したように、駆動部７では、電極配線１３を流れる電流の向きと、薄膜磁石１５によって形成される磁力線の向きとのそれぞれにほぼ直交する方向に発生するローレンツ力によって、駆動梁９の駆動端がＺ軸方向に変位することになる。第１駆動部７ａ等のそれぞれにおける電極配線１３ａ、１３ｂにそれぞれ流す電流の周波数、位相を調整することで、走査構造体３の様々な動きをさせることができる。

上述した光走査装置１では、前述した光走査装置１の効果に加えて、次のような効果が得られる。すなわち、図８および図１０に示すように、円弧状に形成される薄膜磁石となる膜１４として、複数に分割されていることで、分割されていない薄膜磁石となる膜１４と比べて、分割された個々の薄膜磁石となる膜１４を確実に着磁することができ、一連の薄膜磁石１５として、磁界の向きを所望の向きに設定することができる。

実施の形態４．
実施の形態４に係る光走査装置について説明する。図１１および図１２に示すように、光走査装置１では、反射鏡５が形成された走査構造体３が、駆動部７を覆うように配置されている。駆動部７は、第１駆動部７ａおよび第２駆動部７ｂを含む。第１駆動部７ａおよび第２駆動部７ｂのそれぞれでは、駆動梁９の数、電極配線１３の本数、薄膜磁石１５の数が、図１等に示される光走査装置１における対応する部材の数よりも多く設定されている。

第１駆動部７ａにおける駆動梁９の駆動端に接続されたリンク梁１１に、走査構造体３におけるＹ軸方向の負方向側の端部が支柱２３を介在させて接続されている。第２駆動部７ｂにおける駆動梁９の駆動端に接続されたリンク梁１１に、走査構造体３におけるＹ軸方向の正方向側の端部が支柱２３を介在させて接続されている。なお、これ以外の構成については、図１等に示す光走査装置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の製造方法について説明する。上述した光走査装置１では、走査構造体３が、駆動部７等を形成する工程とは別の工程において形成される点を除いて、実施の形態１において説明した工程と同様の工程を経て製造される。すなわち、実施の形態１において説明した光走査装置１と同様の工程を経て、走査構造体３を除く駆動部７等が形成される。

一方、たとえば、シリコン基板等に所望の処理を施すことによって、走査構造体３が別途形成される。また、シリコン等から支柱２３が形成される。その後、その駆動部７等のリンク梁１１に、別途作成された走査構造体３が支柱２３を介在させて接合される。支柱２３と走査構造体３との接合方法および支柱２３とリンク梁１１との接合方法としては、常温接合が好ましい。この他に、接着剤を用いて接合してもよい。こうして、図１１および図１２に示す光走査装置１が完成する。

次に、上述した光走査装置１の動作について説明する。実施の形態１において説明したように、駆動部７では、電極配線１３を流れる電流の向きと、薄膜磁石１５によって形成される磁力線の向きとのそれぞれにほぼ直交する方向に発生するローレンツ力によって、駆動梁９の駆動端がＺ軸方向に変位することになる。第１駆動部７ａおよび第２駆動部７ｂのそれぞれにおける電極配線１３ａ、１３ｂにそれぞれ流す電流の周波数、位相を調整することで、走査構造体３に形成された反射鏡５を、所望の方向に傾けることができる。

上述した光走査装置１では、走査構造体３に覆われるように、駆動部７が配置されている。これにより、光走査装置１の小型化にさらに寄与することができる。

なお、上述した各実施の形態に係る光走査装置１では、電極配線１３として、１本の配線を一例に挙げたが、図１３および図１４に示すように、コイル状に配置された電極配線１３を適用してもよい。また、図１５および図１６に示すように、電極配線１３として、積層された電極配線１３を適用してもよい。

また、薄膜磁石１５としては、単層の薄膜磁石となる膜１４から形成される薄膜磁石１５を例に挙げた。図１７に示すように、薄膜磁石１５としては、たとえば、一の薄膜磁石１５と他の薄膜磁石１５との間にタンタル（Ｔａ）等の中間層１６を介在させた積層態様の薄膜磁石１５を適用してもよい。このような積層態様の薄膜磁石１５を適用することで、磁力を上げることができる。

各実施の形態において説明した光走査装置１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。本発明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。

本発明は、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 走査構造体、５ 反射鏡、７ 駆動部、７ａ 第１駆動部、７ｂ 第２駆動部、７ｃ 第３駆動部、７ｄ 第４駆動部、９、９ａ、９ｂ 駆動梁、１１ リンク梁、１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ 電極配線、１４ 磁石となる膜、１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ 薄膜磁石、１６ 中間層、１７、１７ａ、１７ｂ 支持体、１９、１９ａ、１９ｂ 電極、２１ アンカー、２３ 支柱、５１ ＳＯＩ基板、５３ シリコン基板、５５、５９，６１ シリコン酸化膜、５７ シリコン層、８１ 着磁ヨーク。

本発明に係る光走査装置は、走査構造体と支持本体と１以上の駆動部とを有している。走査構造体は、光を反射する反射面を有する。支持本体は、アンカーである。１以上の駆動部は、走査構造体と支持本体との間に接続され、走査構造体を駆動させる。１以上の駆動部は、第１駆動梁と第１電極配線と一対の第１支持体と第１膜状磁石と第２駆動梁と第２電極配線と一対の第２支持体と第２膜状磁石とを備えている。第１駆動梁は、支持本体に接続された第１固定端および走査構造体に接続された第１駆動端を有する。第１電極配線は、第１駆動梁に形成されている。一対の第１支持体は、支持本体にそれぞれ接続されるとともに、第１駆動梁を挟み込むように配置されている。第１膜状磁石は、一対の第１支持体のそれぞれに配置されている。第２駆動梁は、支持本体に接続された第２固定端および走査構造体に接続されるとともに第１駆動端に接続される第２駆動端を有する。第２電極配線は、第２駆動梁に形成され、第１電極配線と電気的に接続されている。一対の第２支持体は、第２駆動梁を挟み込むように配置されている。第２膜状磁石は、一対の第２支持体のそれぞれに配置されている。第１膜状磁石は、第１電極配線が延在する方向と交差する第１方向に磁力線を生じさせる態様で配置されている。第２膜状磁石は、第２電極配線が延在する方向と交差する第２方向に磁力線を生じさせる態様で配置されている。第１方向と第２方向とは、互いに反対向きである。第１電極配線を流れる電流の向きと、第２電極配線を流れる電流の向きとは、互いに反対向きである。

本発明に係る一の光走査装置の製造方法は、以下の工程を備えている。半導体基板本体の表面上に第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、第１電極配線および第１電極配線と電気的に接続される第２電極配線を形成するとともに、反射鏡を形成する。第２絶縁膜上に、第１膜状磁石および第２膜状磁石を形成する。第２絶縁膜、半導体層、第１絶縁膜および半導体基板本体に加工を行うことにより、アンカーとしての支持本体、反射鏡が配置された走査構造体、第１電極配線が配置され、一端が第１固定端として支持本体に接続されるとともに、他端が第１駆動端として走査構造体に接続される第１駆動梁、第２電極配線が配置され、一端が第２固定端として支持本体に接続され、他端が第２駆動端として走査構造体に接続されるとともに第１駆動端に接続される第２駆動端を有する第２駆動梁、第１膜状磁石がそれぞれ配置され、第１駆動梁を挟み込むように支持本体に接続される一対の第１支持体、第２膜状磁石がそれぞれ配置され、第２駆動梁を挟み込むように支持本体に接続される一対の第２支持体をそれぞれ形成する。第１膜状磁石を形成する工程では、第１膜状磁石は、第１電極配線が延在する方向と交差する方向に磁力線が生じるように形成される。第２膜状磁石を形成する工程では、第２膜状磁石は、第２電極配線が延在する方向と交差する第２方向に磁力線が生じるように形成される。第１電極配線を流れる電流の向きと、第２電極配線を流れる電流の向きとは、互いに反対向きになるように形成される。

本発明に係る他の光走査装置の製造方法は、以下の工程を備えている。半導体基板本体の表面上に第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、第１電極配線および第１電極配線と電気的に接続される第２電極配線を形成する。第２絶縁膜上に、第１膜状磁石および第２膜状磁石を形成する。第２絶縁膜、半導体層、第１絶縁膜および半導体基板本体に加工を行うことにより、アンカーとしての支持本体、第１電極配線が配置され、一端が第１固定端として支持本体に接続されるとともに、他端を第１駆動端とする第１駆動梁、第２電極配線が配置され、一端が第２固定端として支持本体に接続されるとともに、他端が第２駆動端として第１駆動端に接続される第２駆動梁、第１膜状磁石がそれぞれ配置され、第１駆動梁を挟み込むように支持本体に接続される一対の第１支持体、第２膜状磁石がそれぞれ配置され、第２駆動梁を挟み込むように支持本体に接続される一対の第２支持体をそれぞれ形成する。反射鏡が配置された走査構造体を形成する。互いに接続された第１駆動梁の第１駆動端および第２駆動梁の第２駆動端に、走査構造体を接合する。第１膜状磁石を形成する工程では、第１膜状磁石は、第１電極配線が延在する方向と交差する方向に磁力線が生じるように形成される。第２膜状磁石を形成する工程では、第２膜状磁石は、第２電極配線が延在する方向と交差する第２方向に磁力線が生じるように形成される。第１電極配線を流れる電流の向きと、第２電極配線を流れる電流の向きとは、互いに反対向きになるように形成される。

Claims (11)

1. 光を反射する反射面を有する走査構造体と、
   アンカーとしての支持本体と、
   前記走査構造体と前記支持本体との間に接続され、前記走査構造体を駆動させる１以上の駆動部と
   を有し、
   前記１以上の駆動部は、
   前記支持本体に接続された第１固定端および前記走査構造体に接続された第１駆動端を有する第１駆動梁と、
   前記第１駆動梁に形成された第１電極配線と、
   前記支持本体にそれぞれ接続されるとともに、前記第１駆動梁を挟み込むように配置された一対の第１支持体と、
   一対の前記第１支持体のそれぞれに配置された第１膜状磁石と
   を備え、
   前記第１膜状磁石は、前記第１電極配線が延在する方向と交差する第１方向に磁力線を生じさせる態様で配置された、光走査装置。
2. 前記１以上の駆動部は、
   第１駆動部と、
   第２駆動部と、
   第３駆動部と
   を含み、
   前記第１駆動部は、前記走査構造体の外周部における第１位置と前記支持本体との間に接続され、
   前記第２駆動部は、前記走査構造体の前記外周部における前記第１位置とは異なる第２位置と前記支持本体との間に接続され、
   前記第３駆動部は、前記走査構造体の前記外周部における前記第１位置および前記第２位置とは異なる第３位置と前記支持本体との間に接続された、請求項１記載の光走査装置。
3. 前記第１膜状磁石は、複数に分割され、
   複数に分割された前記第１膜状磁石は、前記第１電極配線が延在する方向に沿って配置された、請求項１記載の光走査装置。
4. 前記走査構造体は、前記１以上の駆動部を覆うように配置された、請求項１記載の光走査装置。
5. 前記第１電極配線は、一対の前記第１支持体のそれぞれに配置された前記第１膜状磁石の間に、複数配置された、請求項１記載の光走査装置。
6. 前記第１膜状磁石は、積層構造とされた、請求項１記載の光走査装置。
7. 前記１以上の駆動部は、
   前記支持本体に接続された第２固定端および前記走査構造体に接続されるとともに前記第１駆動端に接続される第２駆動端を有する第２駆動梁と、
   前記第２駆動梁を挟み込むように配置された一対の第２支持体と、
   一対の前記第２支持体のそれぞれに配置された第２膜状磁石と、
   前記第２駆動梁に形成され、前記第１電極配線と電気的に接続された第２電極配線と
   を含み、
   前記第２膜状磁石は、前記第２電極配線が延在する方向と交差する第２方向に磁力線を生じさせる態様で配置され、
   前記第１方向と前記第２方向とは、互いに反対向きであり、
   前記第１電極配線を流れる電流の向きと、前記第２電極配線を流れる電流の向きとは、互いに反対向きである、請求項１記載の光走査装置。
8. 半導体基板本体の表面上に第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工程と、
   前記半導体層の上に第２絶縁膜を介在させて、第１電極配線を形成するとともに、反射鏡を形成する工程と、
   前記第２絶縁膜上に、第１膜状磁石を形成する工程と、
   前記第２絶縁膜、前記半導体層、前記第１絶縁膜および前記半導体基板本体に加工を行うことにより、
   アンカーとしての支持本体、
   前記反射鏡が配置された走査構造体、
   前記第１電極配線が配置され、一端が固定端として前記支持本体に接続されるとともに、他端が駆動端として前記走査構造体に接続される第１駆動梁、および、
   前記第１膜状磁石がそれぞれ配置され、前記第１駆動梁を挟み込むように前記支持本体に接続される一対の第１支持体、
   をそれぞれ形成する工程と
   を備え、
   前記第１膜状磁石を形成する工程では、前記第１膜状磁石は、前記第１電極配線が延在する方向と交差する方向に磁力線が生じるように形成される、光走査装置の製造方法。
9. 前記第１膜状磁石を形成する工程は、
   前記第１電極配線を挟み込むように、磁石となる膜を形成する工程と、
   前記磁石となる膜に、着磁ヨークによって着磁を行うことによって、前記第１膜状磁石を形成する工程と
   を含む、請求項８記載の光走査装置の製造方法。
10. 半導体基板本体の表面上に第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工程と、
    前記半導体層の上に第２絶縁膜を介在させて、第１電極配線を形成する工程と、
    前記第２絶縁膜上に、第１膜状磁石を形成する工程と、
    前記第２絶縁膜、前記半導体層、前記第１絶縁膜および前記半導体基板本体に加工を行うことにより、
    アンカーとしての支持本体、
    前記第１電極配線が配置され、一端が固定端として前記支持本体に接続されるとともに、他端を駆動端とする第１駆動梁、および、
    前記第１膜状磁石がそれぞれ配置され、前記第１駆動梁を挟み込むように前記支持本体に接続される一対の第１支持体、
    をそれぞれ形成する工程と、
    反射鏡が配置された走査構造体を形成する工程と、
    前記第１駆動梁の前記駆動端としての前記他端に、前記走査構造体を接合する工程と
    を備え、
    前記第１膜状磁石を形成する工程では、前記第１膜状磁石は、前記第１電極配線が延在する方向と交差する方向に磁力線が生じるように形成される、光走査装置の製造方法。
11. 前記第１膜状磁石を形成する工程は、
    前記第１電極配線を挟み込むように、磁石となる膜を形成する工程と、
    前記磁石となる膜に、着磁ヨークによって着磁を行うことによって、前記第１膜状磁石を形成する工程と
    を含む、請求項１０記載の光走査装置の製造方法。

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