WO2021229757A1 - 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

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optical scanning
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protective film
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裕介 白柳
佳敬 梶山
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三菱電機株式会社
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    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical 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
    • C23C16/455Chemical 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
    • C23C16/45523Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525Atomic layer deposition [ALD]

Definitions

  • the present disclosure relates to an optical scanning device, a manufacturing method thereof, and a ranging device.
  • the optical scanning device is used for a laser distance sensor, a laser projector, a projection type display, or the like. It is known that MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology is used for the optical scanning device. By using MEMS technology, cost reduction, miniaturization, and high accuracy have been achieved.
  • MEMS Micro Electro Mechanical System
  • an optical scanning device is composed of a reflector that reflects light, a support that supports the reflector, and a drive unit that drives the reflector. The reflector is connected to the support via a drive beam.
  • the reflector is mainly driven by a drive unit that utilizes electrostatic force, stress due to a piezoelectric film, or electromagnetic force.
  • a drive unit that utilizes electrostatic force, stress due to a piezoelectric film, or electromagnetic force.
  • An SOI (Silicon On Insulator) substrate is mainly used as a support for supporting the reflector.
  • the SOI substrate is a substrate on which a silicon layer is formed by interposing an oxide film on a silicon support substrate.
  • an optical scanning device with a three-dimensional structure is manufactured.
  • a plurality of optical scanning devices can be manufactured as chips from the same SOI substrate (wafer), which is effective in reducing manufacturing costs.
  • the drive beam is formed by deep digging into an SOI substrate using silicon dry etching technology. Therefore, the side wall surface of the drive beam may be a scallop-shaped side wall surface in shape. In addition, the side wall surface of the drive beam may be damaged by plasma.
  • Patent Document 1 proposes a method of flattening the side wall surface of a drive beam to form an oxide film.
  • Patent Document 2 proposes a method of forming a protective film on a movable portion of a mechanical sensor.
  • the optical scanning device is required to have a long life. In order to enhance the longevity of the optical scanning device, it is required to improve the moisture resistance of the driving beam on which a load (stress) acts as the reflecting body is driven.
  • the present disclosure has been made under such development, one purpose is to provide an optical scanning device with a long life, and the other purpose is to provide an optical scanning device for such an optical scanning device. It is to provide a manufacturing method.
  • the optical scanning device includes a reflector, a support, a drive beam, and a drive unit.
  • the reflector has a reflective surface.
  • the support is located at a distance from the reflector.
  • the drive beam connects the reflector and the support.
  • the drive unit twists and drives the reflector with respect to the support with the drive beam as an axis.
  • the entire surface of the drive beam including the side surface of the drive beam is covered with at least one layer of the protective film including the first protective film.
  • the method for manufacturing an optical scanning device is a method for manufacturing an optical scanning device having a reflector, a support, and a drive beam, and includes the following steps.
  • a substrate on which a semiconductor layer is formed is prepared by interposing a first insulating film on the support substrate.
  • a second insulating film is interposed on the semiconductor layer to form a reflective film having a reflective surface as a reflector. It forms a drive unit that drives the reflector.
  • a reflector having a reflective film, a support arranged at a distance from the reflector, and a reflector and a support Form a drive beam to connect.
  • the steps of forming the drive beam include a step of patterning the semiconductor layer to be the drive beam by performing an etching process and a step of covering the entire surface of the drive beam including the side wall surface in the thickness direction of the patterned semiconductor layer. It includes a step of forming at least one protective film including the first protective film.
  • the entire surface of the drive beam including the side surface of the drive beam is covered with at least one protective film including the first protective film.
  • the moisture resistance is improved and the life of the optical scanning apparatus can be extended.
  • the steps of forming the drive beam include the step of patterning the semiconductor layer to be the drive beam by performing an etching process and the thickness direction of the patterned semiconductor layer. It is provided with a step of forming at least one protective film including the first protective film so as to cover the entire surface of the drive beam including the side wall surface of the above.
  • FIG. It is a perspective view of the optical scanning apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a top view of the optical scanning apparatus in the same embodiment.
  • it is a cross-sectional view which shows the cross-sectional view in each of the cross-sectional line IIIa-IIIa, the cross-sectional line IIIb-IIIb and the cross-sectional line IIIc-IIIc shown in FIG.
  • It is sectional drawing which shows an example of the structure of a drive beam in the same embodiment.
  • It is sectional drawing which shows the process performed after the process shown in FIG. 6 in the same embodiment.
  • FIG. 7 It is sectional drawing which shows the process performed after the process shown in FIG. 7 in the same embodiment. It is sectional drawing of the optical scanning apparatus which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is sectional drawing which shows one step of the manufacturing method of the optical scanning apparatus in the same embodiment. It is sectional drawing which shows the process performed after the process shown in FIG. 10 in the same embodiment. It is sectional drawing which shows the process performed after the process shown in FIG. 11 in the same embodiment. It is sectional drawing which shows the process performed after the process shown in FIG. 12 in the same embodiment. It is sectional drawing which shows the process performed after the process shown in FIG. 13 in the same embodiment. It is sectional drawing of the optical scanning apparatus which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. It is sectional drawing which shows one step of the manufacturing method of the optical scanning apparatus in the same embodiment. It is sectional drawing which shows the process performed after the process shown in FIG. 10 in the same embodiment. It is sectional drawing which shows the process performed after the process shown in FIG. 11 in the same embodiment.
  • FIG. 1 It is a top view which shows the optical scanning apparatus which adopted the piezoelectric drive system as the drive part in each embodiment. It is a schematic diagram which mounted on the vehicle the ranging apparatus to which the optical scanning apparatus was applied which concerns on Embodiment 4. FIG. It is a figure which shows typically the structure of the distance measuring apparatus in the same embodiment.
  • the optical scanning device 1 includes a reflector 3 as a MEMS mirror having a reflecting surface 27a of a metal film 27, a support 5, a driving beam 7, and a driving unit 10.
  • the support 5 is arranged so as to surround the reflector 3 at a distance from the reflector 3.
  • the drive beam 7 connects the reflector 3 and the support 5.
  • the drive unit 10 is, for example, electromagnetically driven and includes a first wiring 23 arranged on the reflector 3 and a pair of magnets 9. The drive unit 10 twists and drives the reflector 3 with respect to the support 5 with the drive beam 7 as an axis.
  • the first wiring 23 is arranged in a coil shape along the outer peripheral edge of the reflector 3.
  • One end side of the first wiring 23 is electrically connected to the electrode pad 24a via the portion of the first wiring 23 arranged on the drive beam 7.
  • the other end side of the first wiring 23 is electrically connected to the electrode pad 24b via the second wiring 25 and the portion of the first wiring 23 arranged on the drive beam 7.
  • the electrode pads 24 (24a, 24b) are electrically connected to an external power source (not shown).
  • the pair of magnets 9 are arranged so as to sandwich the reflector 3 (support 5).
  • the reflector 3 is twisted and driven (rotated) around the drive beam 7 by the Lorentz force based on the action of the current flowing through the first wiring 23 and the magnetic field lines of the magnet 9.
  • the structure of the optical scanning device 1 will be described in detail.
  • the optical scanning device 1 is formed from the SOI substrate 51 (see FIG. 5), as will be described later.
  • the second semiconductor layer 15 is formed by interposing the first insulating layer 13 on the first semiconductor layer 11 which is a support substrate.
  • the first semiconductor layer 11, the first insulating layer 13, and the second semiconductor layer 15 are laminated.
  • the first insulating film 17 and the second insulating film 19 are laminated on one surface of the second semiconductor layer 15.
  • the first wiring 23 and the electrode pad 24 are formed on the second insulating film 19.
  • a third insulating film 21 is formed so as to cover a part of the first wiring 23 and the electrode pad 24.
  • the first insulating film 17 is formed on one surface of the second semiconductor layer 15.
  • the second wiring 25 is formed on the first insulating film 17.
  • a second insulating film 19 is formed so as to cover the second wiring 25.
  • a coil-shaped first wiring 23 is formed on the second insulating film. The other end of the first wiring 23 is electrically connected to the second wiring 25.
  • a third insulating film 21 is formed so as to cover the first wiring 23.
  • a metal film 27 having a reflecting surface 27a of the reflector 3 is formed on the third insulating film 21.
  • the rib 29 is formed on the other surface of the second semiconductor layer 15 with the first insulating layer 13 interposed therebetween.
  • the first insulating film 17 and the second insulating film 19 are laminated on one surface of the second semiconductor layer 15.
  • a portion of the first wiring 23 electrically connected to the coiled first wiring 23 is formed on the second insulating film 19.
  • a third insulating film 21 is formed so as to cover the first wiring 23.
  • the first insulating layer 13 is located on the other surface of the second semiconductor layer 15.
  • the first protective film 31a is formed as the protective film 31 over the entire surface of the opposite side surface, the upper surface and the lower surface including the side wall surface of the second semiconductor layer 15 patterned and exposed in the drive beam 7. ing.
  • the first protective film 31a is formed on the surface of the drive beam 7 in a pinhole-free state by an atomic layer deposition method (ALD method: Atomic Layer Deposition).
  • the first protective film 31a is a passivation film, and may be, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, an alumina film, or a single-layer film of a titania film. Further, at least two laminated films selected from a silicon oxide film, a silicon nitride film, an alumina film and a titania film may be used.
  • the drive beam 7 and the like are formed by deep digging into the SOI substrate using dry etching technology. Therefore, as shown in FIG. 4, the side surface of the drive beam 7, specifically, the side wall surface 16 of the second semiconductor layer 15 as the beam body may be a scallop-shaped side wall surface in shape.
  • the moisture resistance can be improved by forming the pinhole-free first protective film 31a so as to cover the entire surface of the drive beam 7 including the scallop-shaped side wall surface (side surface).
  • the side wall surface of the scallop-shaped second semiconductor layer 14 may be flattened, and the moisture resistance can be further improved by forming the first protective film 31a on the side wall surface of the flattened drive beam 7. can.
  • the first protective film 31a is formed in each of the support region 45 and the reflector region 41 in addition to the drive beam region 43.
  • the first protective film 31a is formed so as to cover the side wall surfaces of the third insulating film 21, the first semiconductor layer 11, and the second semiconductor layer 15.
  • the first protective film 31a is formed so as to cover the third insulating film 21, the metal film 27, and the like.
  • the optical scanning device 1 according to the first embodiment is configured as described above.
  • the SOI substrate 51 is prepared.
  • the second semiconductor layer 15 is formed on the first semiconductor layer 11 with the first insulating layer 13 interposed therebetween.
  • a silicon layer is applied as the first semiconductor layer 11 and the second semiconductor layer 15.
  • the first insulating layer 13 is formed by subjecting the first semiconductor layer 11 to a thermal oxidation treatment.
  • the first insulating layer 13 is an embedded oxide film (BOX: Buried OXide) made of a silicon oxide film.
  • the second semiconductor layer 15 is formed on the first insulating layer 13.
  • the thickness of the first semiconductor layer 11 is, for example, about 500 ⁇ m.
  • the thickness of the first insulating layer 13 is, for example, about 1 ⁇ m.
  • the second semiconductor layer 15 is, for example, about 50 ⁇ m.
  • the first insulating film 17 is formed on the surface of the second semiconductor layer 15.
  • the first insulating film 17 is formed by a thermal oxidation method.
  • the first insulating film 17 is a silicon oxide film (thermal oxide film), and the film thickness is, for example, about 0.1 ⁇ m.
  • the second wiring 25 is formed on the first insulating film 17.
  • the second wiring 25 is formed by, for example, a chemical vapor deposition method (CVD).
  • a polysilicon thin film (not shown) to which a high concentration of phosphorus or boron is added is formed.
  • the film thickness of the polysilicon thin film is, for example, about 0.5 ⁇ m.
  • a resist mask (not shown) is formed by performing a photoengraving process.
  • the second wiring 25 is patterned by performing a dry etching process such as reactive ion etching using the resist mask as an etching mask.
  • the second insulating film 19 is formed on the first insulating film 17 so as to cover the second wiring 25.
  • the second insulating film 19 is formed by, for example, a reduced pressure CVD method, a normal pressure CVD method, a plasma excitation CVD method, a sputtering method or a coating method.
  • the second insulating film 19 is, for example, a silicon oxide film (SiO 2 ), a silicon oxide film (PSG: Phospho Silicate Glass) to which phosphorus is added, a silicon oxide film (BSG: Boro Silicate Glass) to which boron is added, or boron.
  • a silicon oxide film (BPSG: Boro Phospho Silicate Glass), a TEOS film (Tetra EthOxy Silane), an SOG film (Spin On Glass), or the like to which phosphorus and phosphorus are added.
  • the film thickness of the second insulating film 19 is, for example, about 1.0 ⁇ m.
  • the second insulating film 19 is subjected to a photoplate making process and a dry etching process to form 19a that exposes the second wiring 25.
  • the first wiring 23 is formed on the second insulating film 19.
  • the first wiring 23 is formed by, for example, a sputtering method, a plating method, or the like.
  • a titanium film (Ti) or a titanium nitride film (TiN) is formed in order to improve the adhesion between the first wiring 23 and the substrate.
  • a metal film having good conductivity such as an aluminum film (Al), an aluminum silicide film (AlSi), an aluminum-copper alloy film (AlCu), an aluminum nitride film (AlN), or a copper film (Cu).
  • Al aluminum film
  • AlSi aluminum silicide film
  • AlCu aluminum-copper alloy film
  • AlN aluminum nitride film
  • Cu copper film
  • a titanium film (Ti) or a titanium nitride film (TiN) is formed.
  • the first wiring 23 is patterned by performing a photoplate making process, a dry etching process such as RIE, or a wet etching process using an etchant solution.
  • the third insulating film 21 is formed by, for example, a plasma-excited CVD method, a coating method, a sputtering method, or the like.
  • the third insulating film 21 is, for example, a silicon oxide film (SiO 2 ), a TEOS film, a PSG film, a BSG film, an SOG film, a silicon nitride film, or the like.
  • the film thickness of the third insulating film 21 is about 0.1 ⁇ m. In this way, the first structure including the first wiring 23 and the like for driving the reflector is formed on the SOI substrate 51.
  • the reflector, the support, and the drive beam are patterned by etching the SOI substrate.
  • a metal film 27 (see FIG. 7) to be a reflector is formed so as to cover the third insulating film.
  • the metal film 27 is formed by, for example, a sputtering method, a vacuum vapor deposition method, or the like.
  • the metal film 27 is patterned in the reflector region 41 by performing a photoplate making process and an etching process.
  • a metal film having a high reflectance with respect to the wavelength of the scanned light is desirable.
  • a gold (Au) film is suitable.
  • Au film it is desirable to interpose a film for enhancing the adhesion with the substrate between the gold film and the substrate.
  • a chromium (Cr) film / nickel (Ni) film / gold film or a titanium (Ti) film / platinum (Pt) film / gold film is preferable.
  • a photoplate making process is performed, and the third insulating film 21, the second insulating film 19, the first insulating film 17, the second semiconductor layer 15 and the first insulating layer 13 are sequentially subjected to a dry etching process to perform patterning. conduct.
  • the second semiconductor layer 15 is etched by a deep digging process such as the BOSCH method developed by BOSCH. In this deep digging (etching), the first insulating layer 13 acts as an etching stopper layer.
  • the side wall surface of the second semiconductor layer 15 is formed in a scalloped shape (see FIG. 4).
  • the scallop-shaped side wall surface of the second semiconductor layer 15 is subjected to, for example, chemical dry etching (CDE) treatment, so that the side wall surface of the second semiconductor layer 15 is isotropically etched to form a side wall surface. Is flattened.
  • CDE chemical dry etching
  • a photoplate making process is performed, and the first semiconductor layer 11 is subjected to a dry etching process to form a reflector, a support, and a drive beam as shown in FIG. 7.
  • the first semiconductor layer 11 is etched by a deep digging process such as the BOSCH method. Ribs 29 are formed on the reflector 3 in order to increase the rigidity of the reflector 3. In this way, a second structure in which the reflector 3, the support 5, and the drive beam 7 are patterned is formed.
  • the first protective film 31a is formed as the protective film 31 on the patterned drive beam 7 and the like (see FIG. 3).
  • the first protective film 31a is formed by, for example, the ALD method, and the pinhole-free first protective film 31a is continuously formed on the entire surface of the drive beam 7 including the side wall surface of the drive beam 7 without any gap.
  • the ALD method for example, a thermal ALD method or a plasma ALD method is used.
  • the first protective film 31a is a passivation film, and forms, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, an alumina film, or a titania film.
  • the passivation film has insulating properties and moisture resistance.
  • the film formation temperature is preferably a temperature that has little effect on the first wiring 23, and is preferably 300 ° C. or lower, for example. More preferably, it is about 150 ° C. to 250 ° C.
  • the first protective film 31a is formed by the ALD method
  • the first protective film 31a is formed on the entire surface of the second structure including the reflector 3, the support 5, and the drive beam 7. .. Therefore, the first protective film 31a is also formed on the surface of the electrode pad 24.
  • the surface of the electrode pad 24 needs to be exposed in order for a current to flow from the external power source to the electrode pad 24.
  • the first protective film 31a when forming the first protective film 31a, a heat-resistant film is formed on the surface of the electrode pad 24 in advance. In that state, after forming the first protective film 31a, the surface of the electrode pad 24 is exposed by removing the film. As a result, as shown in FIG. 8, the first protective film 31a is formed on the entire surface of the second structure including the reflector 3, the support 5, and the drive beam 7 other than the surface of the electrode pad 24.
  • the work of taking out the second structure in which the first protective film 31a is formed so as to cover the reflector 3, the support 5, and the drive beam 7 as a chip from the SOI substrate is performed. For example, by dicing along a dicing line by stealth laser dicing or blade dicing, the optical scanning device 1 including the reflector 3, the support 5, and the drive beam 7 is taken out as a chip. In this way, the optical scanning device 1 shown in FIG. 1 and the like is completed.
  • the reflector is twisted and driven (rotated) around the drive beam. Therefore, it is assumed that stress is likely to be concentrated on the drive beam and the drive beam may be destroyed. In particular, it is assumed that the silicon constituting the drive beam is deteriorated due to the influence of the external environment such as humidity, and the durability of the drive beam is deteriorated. As a result, it is expected that the time until the drive beam is destroyed will be shorter than when there is no influence of the external environment.
  • the first protective film 31a is continuously formed as the protective film 31 over the entire surface of the drive beam 7 including the side wall surface of the drive beam 7.
  • the first protective film 31a is a pinhole-free passivation film formed by the ALD method.
  • the passivation film may be, for example, a single-layer film of a silicon oxide film, a silicon nitride film, an alumina film or a titania film, or at least two laminated films selected from a silicon oxide film, a silicon nitride film, an alumina film and a titania film. be.
  • Embodiment 2 In the above-mentioned optical scanning apparatus, an example of the optical scanning apparatus formed from the SOI substrate has been described. Here, an example of an optical scanning device formed from a C-SOI (Cavity Silicon On Insulator) substrate will be described.
  • C-SOI Silicon On Insulator
  • the optical scanning device 1 is formed from a C-SOI substrate on which a cavity is formed.
  • a first protective film is also formed on the surface of the third semiconductor layer on which the cavity is formed, and the optical scanning device is formed by processing the third semiconductor layer on which the first protective film is formed. Will be done.
  • the reflector region 41 in the optical scanning device 1 covers the reflector 3 in a manner excluding a part of the surface of the rib 29 formed from the portion of the third semiconductor layer.
  • the first protective film 31a is formed.
  • the first protective film 31a is formed so as to cover the support 5 in a mode in which a part of the surface of the third semiconductor layer 12 is removed.
  • the first protective film 31a is formed so as to continuously cover the entire surface of the drive beam 7. Since the other configurations are the same as the configurations of the optical scanning apparatus 1 shown in FIG. 3, the same members are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated unless necessary.
  • the optical scanning device 1 is formed from a C-SOI substrate.
  • a thermal oxide film (not shown) is formed by subjecting the surface of the third semiconductor layer 12 (see FIG. 10) to be a support substrate to a thermal oxidation treatment. By subjecting the thermal oxide film to a photoengraving process and an etching process, a pattern (not shown) of the thermal oxide film for forming a cavity is formed.
  • the cavity 12a (see FIG. 10) is formed by etching the third semiconductor layer 12 using the pattern of the thermal oxide film as an etching mask.
  • the first insulating layer 13 (see FIG. 10) is formed by subjecting the second semiconductor layer 15 to a thermal oxidation treatment.
  • the cavity 12a is provided by joining the third semiconductor layer 12 on which the cavity 12a is formed and the first insulating layer 13 formed on the second semiconductor layer 15.
  • the C-SOI substrate 53 is formed.
  • the first wiring 23 and the third insulating film 21 covering the first wiring 23 are formed. ..
  • the drive beam region 43 the first wiring 23 and the third insulating film 21 covering the first wiring are formed.
  • the support region 45 the first wiring 23 and the third insulating film 21 covering the first wiring 23 are formed, and the electrode pad 24b and the third insulating film 21 covering a part of the electrode pad 24b are formed. .. In this way, a third structure including the first wiring 23 for driving the reflector is formed on the C-SOI substrate 53.
  • a metal film 27 having a reflecting surface 27a is formed in the reflector region 41 in the same manner as in the process shown in FIG. 7 (see FIG. 12).
  • a photoplate making process is performed, and the third insulating film 21, the second insulating film 19, the first insulating film 17, the second semiconductor layer 15, and the first insulating layer 13 are subjected to the same etching method as the step shown in FIG.
  • a dry etching process patterning including the opening 53a communicating with the cavity 12a is performed.
  • a fourth structure including the drive beam 7 is formed.
  • the first protective film 31a is formed as the protective film 31 on the patterned drive beam 7 and the like.
  • a pinhole-free first protective film 31a is continuously formed on the entire surface of the drive beam 7 including the side wall surface of the drive beam 7 without a gap by the same method as the step shown in FIG. 8, that is, the ALD method. In this way, a fifth structure including the drive beam 7 in which the entire surface of the drive beam 7 is covered with the first protective film 31a is formed.
  • the first protective film 31a is formed by the ALD method
  • the first protective film 31a is formed on the entire surface of the fourth structure including the driving beam. Therefore, in the same manner as the method shown in FIG. 8, the surface of the electrode pad 24 is exposed on the electrode pad 24 in order to allow current to flow from the external power source.
  • the third semiconductor layer 12 (the back surface side of the C-SOI substrate 53) located in the reflector region 41 and the drive beam region 43 is etched until it reaches the cavity 12a.
  • the optical scanning device 1 shown in FIG. 9 is completed by taking out the chip from the C-SOI substrate.
  • a pinhole-free first protective film 31a (passivation film) is continuously formed as a protective film 31 over the entire surface of the drive beam 7 including the side wall surface of the drive beam 7. ing.
  • the optical scanning device 1 is formed by processing the C-SOI substrate.
  • the first protective film 31a is formed before the third semiconductor layer 12 is etched (see FIG. 13). Therefore, the first protective film 31a can be formed before the thickness of the reflector region 41 and the drive beam region 43 is reduced, and the C-SOI substrate 53 is cracked when the C-SOI substrate 53 is handled. It is possible to prevent the C-SOI substrate 53 of the above from being damaged.
  • the structure before the etching treatment of the third semiconductor layer 12, that is, the state of the fifth structure shown in FIG. 13 can be applied as the optical scanning device 1.
  • Embodiment 3 an example of an optical scanning device including a drive beam covered with a protective film composed of a plurality of layers will be described.
  • the optical scanning device 1 includes a reflector 3 as a MEMS mirror, a support 5, a drive beam 7, and a drive unit 10 (see FIG. 1).
  • a protective film 31 is formed over the entire surface of the drive beam 7, including the side wall surface of the second semiconductor layer 15 as a patterned and exposed beam body.
  • the protective film 31 includes a first protective film 31a and a second protective film 31b.
  • the second protective film 31b covers the third insulating film 21, the end faces of the third insulating film, the second insulating film 19, and the first insulating film 17, and the side wall surface of the second semiconductor layer 15. Is formed in.
  • the second protective film 31b is a resin film, and for example, an acrylic resin film, a polyimide resin film, or an epoxy resin film is applied.
  • the first protective film 31a is continuously formed on the surface of the drive beam 7 without a gap so as to cover the second protective film 31b and the like.
  • the first protective film 31a is a pinhole-free passivation film formed by the ALD method, and is, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, an alumina film, or a titania film.
  • the first protective film 31a and the second protective film 31b are formed not only in the drive beam region 43 but also in the support region 45 and the reflector region 41, respectively.
  • the second protective film 31b is formed so as to cover the third insulating film 21.
  • the first protective film 31a is formed so as to cover the side wall surfaces of the third insulating film 21, the first semiconductor layer 11, and the second semiconductor layer 15, the second protective film 31b, and the like.
  • the second protective film 31b is formed so as to cover the third insulating film 21.
  • the first protective film 31a is formed so as to cover the third insulating film 21, the second protective film 31b, the metal film 27, and the like. Since the other configurations are the same as the configurations of the optical scanning apparatus 1 shown in FIGS. 3 and 4, the same members are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated unless necessary. ..
  • the optical scanning device 1 according to the third embodiment is configured as described above.
  • the first wiring 23 and the third insulating film 21 covering the first wiring 23 are formed. ..
  • the drive beam region 43 the first wiring 23 and the third insulating film 21 covering the first wiring are formed.
  • the support region 45 the first wiring 23 and the third insulating film 21 covering the first wiring 23 are formed, and the electrode pad 24b and the third insulating film 21 covering a part of the electrode pad 24b are formed.
  • the first structure including the first wiring 23 for driving the reflector is formed on the SOI substrate 51.
  • a photoplate making process and an etching process are performed to form an opening 51a that exposes the first semiconductor layer 11.
  • the opening 51a has a pattern corresponding to the reflector 3, the drive beam 7, and the support 5 (see FIG. 15).
  • a photoplate making process is performed, and the third insulating film 21, the second insulating film 19, the first insulating film 17, the second semiconductor layer 15 and the first insulating layer 13 are sequentially subjected to a dry etching process to form an opening 51a. do.
  • the second semiconductor layer 15 is etched by a deep digging process such as the BOSCH method.
  • the first insulating layer 13 acts as an etching stopper layer.
  • the side wall surface of the scallop-shaped second semiconductor layer 15 formed in this deep digging process can be flattened by, for example, performing a cacal dry etching process. In this way, a sixth structure having a pattern of openings 51a corresponding to the reflector 3, the drive beam 7, and the support 5 is formed.
  • the second protective film 31b is formed so as to cover the third insulating film 21.
  • the second protective film 31b is formed so as to cover the entire surface of the third insulating film 21 by spray coating capable of uniformly coating the stepped portion.
  • the second protective film 31b for example, an acrylic resin film, a polyimide resin film, or an epoxy resin film is preferable. Further, a photosensitive material may be applied as the second protective film 31b.
  • the film thickness of the second protective film 31b is preferably 1 ⁇ m or more, more preferably 1 to 4 ⁇ m.
  • the portion of the second protective film 31b located at the opening 51a and the portion of the second protective film 31b covering the electrode pad 24 are removed.
  • the second protective film 31b is cured by performing a heat treatment under a temperature condition of about 200 ° C., and is brought into close contact with the substrate. In this way, the seventh structure in which the second protective film 31b is formed is formed.
  • a metal film 27 to be a reflector is formed so as to cover the second protective film 31b.
  • the metal film 27 having the reflective surface 27a is patterned in the reflector region 41 by performing a photoplate making process and an etching process.
  • the first semiconductor layer 11 (the back surface side of the SOI substrate 51) is subjected to an etching process until it reaches the opening 51a, whereby the reflector 3, the drive beam 7, and the support 5 are formed. Is patterned. A rib 29 for increasing the rigidity is formed on the reflector 3. In this way, an eighth structure including the reflector 3, the drive beam 7, and the support 5 is formed.
  • the first protective film 31a is formed on the patterned drive beam 7 and the like.
  • a pinhole-free first protective film 31a is continuously formed on the entire surface of the drive beam 7 including the side wall surface of the drive beam 7 without a gap by the same method as the step shown in FIG. 8, that is, the ALD method.
  • the surface of the electrode pad 24 is exposed on the electrode pad 24 in order to allow a current to flow from an external power source.
  • the optical scanning device 1 shown in FIG. 15 is completed by taking out the chip from the SOI substrate.
  • a pinhole-free first protective film 31a (passivation film) is continuously formed as a protective film 31 over the entire surface of the drive beam 7 including the side wall surface of the drive beam 7. ing.
  • a second protective film 31b is formed as the protective film 31 in addition to the first protective film 31a.
  • the drive unit 10 of the electromagnetic drive method using the Lorentz force due to the action of the current flowing through the first wiring 23 and the magnetic field lines of the magnet 9 will be described as an example. bottom.
  • the drive unit 10 is not limited to the electromagnetic drive system, and may be an electrostatic drive system or a piezoelectric drive system.
  • the electrostatic drive type drive unit 10 is composed of a fixed comb tooth electrode 61 and a movable comb tooth electrode 63.
  • the fixed comb tooth electrode 61 is formed on the support 5.
  • the movable comb tooth electrode 63 is formed on the reflector 3.
  • the reflector 3 is twisted and driven around the drive beam 7 by the electrostatic force of the electric charge generated by the voltage applied to the fixed comb tooth electrode 61 and the voltage applied to the movable comb tooth electrode 63. Will be done.
  • the drive unit 10 of the piezoelectric drive system is composed of the piezoelectric film 71.
  • the piezoelectric film 71 has a function of converting an electric signal into stress, and is formed on the surface of the drive beam 7.
  • As the piezoelectric film 71 for example, lead zirconate titanate (PZT: Pb (Zr, Ti) O 3 ), aluminum nitride (AlN), or the like is applied.
  • PZT lead zirconate titanate
  • AlN aluminum nitride
  • Embodiment 4 Here, a distance measuring device to which the optical scanning device 1 described in each embodiment is applied will be described.
  • the distance measuring device is a device that measures the distance from the light source to the object by irradiating the object with light from the light source and receiving the light reflected by the object.
  • the light reflected by the object is called return light.
  • a distance measuring device using a laser beam has been applied.
  • the presence or absence of an obstacle is detected depending on whether or not the reflected light is received when the laser beam is irradiated.
  • the distance to the obstacle is calculated based on the time difference between the emission timing of the laser beam and the light receiving timing of the reflected light.
  • FIG. 24 schematically shows a vehicle 117 equipped with a distance measuring device 101.
  • the distance measuring device 101 is installed in front of the vehicle 117, for example.
  • the distance measuring device 101 detects the object 119 in front.
  • the distance measuring device 101 calculates the distance from the vehicle 117 to the object 119.
  • the object 119 is, for example, another vehicle, a bicycle, a pedestrian, or the like.
  • the distance measuring device 101 emits the emitted light 121, and the reflected light 125 (see FIG. 25) from the object 119 is detected.
  • the distance measuring device 101 generates a distance image based on the detected reflected light 125.
  • FIG. 25 schematically shows the configuration of the distance measuring device 101.
  • the distance measuring device 101 includes a plurality of light sources 103, a lens 123, a mirror 105 (emission side), a mirror 127 (light receiving side), a light receiving unit 107, and a control unit 109.
  • the mirror 105 for example, the optical scanning device 1 described in the first embodiment or the like is applied.
  • These optical systems are housed in the housing 111.
  • the housing 111 is provided with a window 113.
  • each part will be specifically described.
  • the light source 103 emits light 115.
  • the light source 103 is, for example, a laser light source or the like.
  • the distance measuring device 101 can include a plurality of light sources 103. Although two light sources 103 are shown in FIG. 25, one light source may be used.
  • the light 115 is a laser beam emitted from the light source 103.
  • the wavelength of the laser beam is, for example, about 870 nm to 1500 nm.
  • the lens 123 changes the light distribution of the light 115 emitted from the light source 103.
  • the light distribution refers to the spatial distribution of light emitted from a light source in each direction.
  • the lens 123 changes the light distribution so that the emitted light 121 emitted from the ranging device 101 becomes parallel light.
  • the lens 123 is, for example, a convex lens, a cylindrical lens, a toroidal lens, or the like. As the lens 123, a plurality of two or more lenses may be used. If the emitted light 121 is emitted as parallel light from the distance measuring device 101, the lens 123 may be omitted.
  • the mirror 105 is a reflecting surface 27a (see FIG. 1) of the reflector 3 of the optical scanning device 1 according to any one of the first to third embodiments.
  • the mirror 105 reflects the light 115 emitted from the light source 103 and transmitted through the lens 123.
  • the light 115 reflected by the mirror 105 is emitted from the ranging device 101 as the emitted light 121.
  • the reflector 3 having the reflecting surface 27a serving as the mirror 105 is twisted (rotated) around the drive beam 7 (see FIG. 1).
  • the twist drive is a reciprocating motion. Due to the twisting drive of the mirror 105, the emitted light 121 is scanned in two dimensions. The light 115 emitted from the plurality of light sources 103 is reflected by the mirror 105 in different directions.
  • the emitted light 121 is a laser beam emitted from the ranging device 101.
  • the emitted light 121 includes light 115 emitted from a plurality of light sources 103 and reflected by the mirror 105.
  • the emitted light 121 is considered to be parallel light.
  • the beam waist where the beam of the emitted light 121 is most focused is set, for example, 60 m ahead.
  • the emitted light 121 is pulsed light.
  • the pulse width is, for example, 1 ns to 10 ns.
  • the emitted light 121 irradiates the object 119.
  • the reflected light 125 is light (component) that travels from the object 119 toward the distance measuring device 101 among the light reflected by the object 119 when the emitted light 121 is applied to the object 119.
  • the light receiving unit 107 detects light.
  • the light receiving unit 107 includes, for example, a light receiving element that detects light.
  • the light receiving element is, for example, a photodiode, an avalanche photodiode, or the like.
  • the light receiving unit 107 advances from the object 119 toward the distance measuring device 101, and the reflected light 125 reflected by the mirror 105 and the mirror 127 is detected.
  • the light receiving unit 107 may be arranged in the vicinity of the light source 103. By arranging the mirror 127, the light receiving unit 107 can be arranged at a position away from the light source 103. A lens (not shown) that collects the reflected light 125 may be arranged in the light receiving unit 107.
  • the mirror 127 reflects the reflected light 125 reflected by the mirror 105 toward the light receiving unit 107.
  • a mirror having a through hole formed in the center is desirable so that the light 115 emitted from the light source 103 can pass through.
  • the mirror 127 may be one or a plurality of mirrors arranged at a position outside the optical path of the light 115 emitted from the light source 103.
  • the mirror 127 may be a half mirror or a beam splitter that transmits a part of the irradiated light and reflects a part of the irradiated light.
  • the mirror 127 may have a light collecting function.
  • the control unit 109 controls the operation of the distance measuring device 101 including the light source 103, the mirror 105, and the light receiving unit 107.
  • the control unit 109 controls the emission timing of, for example, the pulsed light 115 emitted from the light source 103, and detects the emission timing.
  • the control unit 109 controls the driving of the mirror 105 and detects the tilt angle and the normal angle of the mirror 105.
  • the control unit 109 detects the light receiving state of the light receiving unit 107.
  • the housing 111 is an outer box containing the optical system of the distance measuring device 101.
  • An optical system including a plurality of light sources 103, a mirror 105, a light receiving unit 107, and the like is housed inside the housing 111.
  • the housing 111 has a light-shielding property.
  • the inside of the housing 111 is preferably black in order to absorb stray light.
  • the housing 111 is provided with a window 113 through which the emitted light 121 and the reflected light 125 pass through.
  • the window 113 is an opening, and the emitted light 121 is emitted from the window 113 toward the object 119.
  • the reflected light 125 is incident on the housing 111 from the window 113. It is desirable that the window 113 shields light from the outside of the housing 111.
  • the window 113 is equipped with a window material having a wavelength characteristic corresponding to the wavelength of the transmitted light. As the window material, a window material having a wavelength characteristic that transmits light 115 is attached.
  • the optical path of the emitted light 121 and the optical path of the reflected light 125 may be different from each other, and a plurality of windows including a window for the emitted light 121 and a window for the reflected light 125 may be provided as the window 113. ..
  • the window 113 may be provided with a light condensing function or a light diverging function.
  • the light distribution of the light 115 emitted from the light source 103 is changed in the lens 123.
  • the light 115 transmitted through the lens 123 becomes, for example, parallel light.
  • the parallel light 115 passes through the mirror 127 or passes through a through hole (not shown) provided in the mirror 127 and is reflected by the mirror 105.
  • the light 115 reflected by the mirror 105 is emitted from the ranging device 101 toward the object 119 as the emitted light 121.
  • the mirror 105 is a reflector 3 of the optical scanning device 1 (see FIG. 1), and the light 115 is two-dimensionally scanned by the twisting drive of the reflector 3.
  • the light 115 scanned in two dimensions is emitted from the window 113 toward the object 119 as emitted light 121.
  • the emitted light 121 irradiated to the object 119 is reflected by the object 119.
  • a part of the reflected light 125 is incident on the housing 111 of the distance measuring device 101 from the window 113.
  • the reflected light 125 incident on the housing 111 is reflected by the mirror 105, further reflected by the mirror 127, and incident on the light receiving unit 107.
  • the light receiving unit 107 detects the incident reflected light 125.
  • the control unit 109 measures the time from when the light 115 is emitted from the light source 103 to when it is detected by the light receiving unit 107.
  • the control unit 109 calculates the distance from the vehicle 117 to the object 119 based on the measured time.
  • the control unit 109 detects the direction of the normal of the mirror 105 (reflector 3) that is twist-driven. In this case, for example, a sensor that detects the period of the twist drive of the mirror 105 can be used. Further, the control unit 109 can detect the direction of the normal from the drive signal of the mirror 105. The control unit 109 calculates the emission direction of the emitted light 121 based on the position of the light source 103 and the direction of the normal line of the mirror 105.
  • the control unit 109 calculates the direction and distance at which the object 119 is located with respect to the vehicle 117 based on the emission direction of the emitted light 121 and the distance to the object 119.
  • the control unit 109 calculates the direction and distance at which the object 119 is located with respect to the vehicle 117 based on the emitted light 121 that is scanned every moment and the reflected light 125 that is detected, so that the distance image is obtained. Is obtained.
  • the optical system of the emitted light 121 and the optical system of the reflected light 125 are the same optical system, but the optical system of the reflected light 125 is different from the optical system of the emitted light 121. It may be an optical system. Even with such an optical system, the distance to the object can be calculated based on the emitted light 121 and the detected reflected light 125. Further, it is possible to acquire a distance image around the distance measuring device 101 (vehicle 117) including the object 119 based on the emitted light 121 that is scanned every moment and the reflected light 125 that is detected.
  • optical scanning devices described in each embodiment can be combined in various ways as needed.
  • This disclosure is effectively used for an optical scanning device to which MEMS technology is applied.

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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

光走査装置およびその製造方法ならびに測距装置
 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(SiO)、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(SiO)、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)O)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。
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