振蕩器裝置製造方法及具有振蕩器裝置的光偏轉器和光學器械的製作方法

2023-10-30 05:53:22 6

專利名稱：振蕩器裝置製造方法及具有振蕩器裝置的光偏轉器和光學器械的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種製造振蕩器裝置的方法和包括根據所述製造方法 生產的振蕩器裝置的光偏轉器和光學器械，所述振蕩器裝置具有用於
扭轉振蕩(torsional oscillation )的、被彈性支承的可動部件。
特別地，根據所述製造方法生產的振蕩器裝置可用於光偏轉器或
例如成像設備等使用所述光偏轉器的光學器械中。
例如，本發明優選用於通過光的掃描偏轉而投射圖像的投影顯示
器或具有電子照相處理的成像設備例如雷射束印表機或數字複印機中。
背景技術：
通過使用半導體加工工藝從晶片傳統地生產出的精密機器部件 (minute machine member )可加工到孩i米級，並且基於這些精密才幾器 部件獲得了各種精密的功能裝置。
包括通過這樣的技術生產的振蕩器並且具有被扭轉振蕩來進行光 學掃描的反射表面的光偏轉器與使用例如多角鏡的旋轉多稜鏡的光學 掃描光學系統相比較具有下述有利的特徵。
即，可以使光學偏轉器的尺寸變小；並且功率損耗低。
而且，如果這種光偏轉器在振蕩器的扭轉振蕩的諧振頻率附近被 驅動，則可以使功率損耗更低。
特別地，如果基於上述振蕩器裝置的光偏轉器用來構造成像設備， 則需要具有大反射面積的振蕩器裝置。
傳統地，為了製造包括振蕩器(比如上述振蕩器)的精密機器部 件，例如，日本特開(Laid-Open )專利申請No. 5-27193公開了一種 基於半導體加工工藝中使用的蝕刻技術而由晶片製造所迷精密機器部件的方法。
而且，美國專利申請公開No. 2005/0141070的說明書公開了用於 所述蝕刻技術的各相異性蝕刻的使用。
當使用這種蝕刻工藝生產精密機器部件時，每單個晶片的產品數 量越大，它們的生產成本就越低。
而且，如果微振蕩器的彈簧使用鹼性水溶液基於矽的各向異性蝕 刻來生產，則可以使接收大應力的彈簧表面變平滑。
因而，通過該平滑表面可以避免應力集中，並且可以生產出帶有 具有良好耐久性的彈簧的微振蕩器。
另一方面，日本特開專利申請No. 7-58345公開了一種在對單晶 矽基底進行各相異性蝕刻來生產半導體加速度傳感器時使用修正圖案 的技術。

發明內容
但是，當基於晶片蝕刻工藝來生產屬於例如上面提到的精密機器 部件的振蕩器時，需要不同的蝕刻掩模來生產具有不同諧振頻率的振 蕩器。
這意味著每一次產品需要的諧振頻率不同就必須改變蝕刻掩模的
製造工藝。這使得製造工藝非常複雜並且降低效率。
而且，如果基于振蕩器裝置的光偏轉器用於構成上述的成像設備， 則需要具有大反射面積的振蕩器裝置。在此，如果微振蕩器基於蝕刻 形成有四邊形反射表面時，將造成下述缺點。
當微振蕩器通過蝕刻形成有四邊形反射表面時，由於反射表面的 頂角是圓角，將減少有效的反射面積。特別地，在各相異性蝕刻的情 況下，為了避免這點，可使用一種在將形成頂角的部分形成修正圖案 的技術(參見日本特開專利申請No. 7-58345)。但是，對於該程序， 必須使用額外的圖案，更嚴重的是，即使使用了這樣的額外圖案，仍 然很難以直角形成頂角。
如果大區域用於反射表面來克服這些缺點，則會存在裝置尺寸增大的問題。
而且，由於蝕刻中的頂角最終誤差將導致可動部件的轉動慣量誤 差，因此必然導致諧振頻率的製造離差增加。
本發明提供了一種振蕩器裝置的製造方法，通過所述方法，可通 過使用相同的蝕刻掩模來製造不同諧振頻率的微振蕩器，並且通過所 述方法可以很好地抑制有效反射面積降低和諧振頻率的製造離差。
而且，本發明提供了 一種包括根據所述製造方法製造的振蕩器裝 置的光偏轉器和/或光學器械。
根據本發明的一個方面，提供了一種基於蝕刻單晶矽基底來製造 振蕩器的方法，所述振蕩器包括支承基板、扭簧和可動部件，所述可 動部件由所述扭簧支承，用於相對於所述支承基板圍繞扭轉軸線進行 振蕩運動，而且所述振蕩器圍繞所述扭轉軸線具有至少一個諧振頻率，
所述方法包括掩模形成步驟，用於在所述單晶矽基底上形成蝕刻掩 模，所述蝕刻掩模具有帶有包括多個相互連接的振蕩器的重複形狀的 圖案，所述多個相互連接的振蕩器中的每一個包括在所述支承基板和 所述可動部件之間的扭簧；蝕刻步驟，用於在使用所述蝕刻掩模作為 掩模的同時蝕刻單晶矽基底，從而在所述單晶矽基底上形成包括多個 相應的相互連接的振蕩器的重複形狀；和切割步驟，用於確定在所述 蝕刻步驟中形成的所述重複形狀的每一個振蕩器的所述可動部件和所 述支承基板的寬度，所述寬度有效地確定所述各個振蕩器當用作振蕩 器時所需要的諧振頻率，並且所述切割步驟用於以確定的所述寬度來 在毗連的振蕩器之間切割所述可動部件和所述支承基板而進行切斷。
在本發明的該方面的一個優選形式中，所述方法還包括分離步驟， 用於在所述切割步驟之後切斷有多個振蕩器連接在一起的單晶矽基底 的區域以將所述振蕩器分離為單件。
所述蝕刻步驟可以使用晶體各相異性蝕刻溶液來進行蝕刻。 所述方法還可以包括頻率調節部件形成步驟，用於在所述切割步 驟之後為可動部件提供調節部件，所述調節部件構造成用於調節所述 諧振頻率。所述方法還可以包括修整步驟，用於在所述頻率調節部件形成步 驟之後，通過去除所述頻率調節部件的一部分來調節所述諧振頻率。
根據本發明的另一個方面，提供了一種光偏轉器，包括根據上 述振蕩器裝置製造方法製造的振蕩器裝置；以及設在所述振蕩器裝置 的振蕩器上的光偏轉元件。
根據本發明的另一個方面，提供了一種光學器械，包括光源； 感光部件或圖像顯示部件；以及如上所述的光偏轉器；其中，所述光 偏轉器構造成用於從所述光源偏轉光，以使至少一部分光入射在所述 感光部件或所述圖像顯示部件上。
本發明的這些和其他目的、特徵和優點將在考慮下面結合附圖的 本發明優選實施例的描述時變得更顯而易見。


圖1是用於說明根據本發明第 一 實施例的微振蕩器的俯視圖。 圖2A和2B是用於說明使用根據本發明第 一 實施例的微振蕩器的
光偏轉器的示意圖，其中，圖2A是示出了第一實施例的光偏轉器的
俯視圖，圖2B是沿圖2A的C-C，的剖視圖，示出了第一實施例的光
偏轉器的可動部件。
圖3是當生產本發明第一實施例中的微振蕩器時使用的矽基底的
俯視圖。
圖4A-4C是用於說明本發明第 一 實施例的微振蕩器製造方法中的 掩模形成步驟的示意圖，其中，圖4A是掩模形成步驟中的俯視圖， 圖4B是在掩模形成步驟中沿圖4A的A-A，的剖視圖，圖4C是在掩模 形成步驟中沿圖4A的B-B，的剖視圖。
圖5A-5C是用於說明本發明第 一 實施例的微振蕩器製造方法中的 蝕刻步驟的示意圖，其中，圖5A是在蝕刻步驟中的俯視圖，圖5B是 在蝕刻步驟中沿圖5A的A-A，的剖視圖，圖5C是在蝕刻步驟中沿圖 5A的B-B'的剖^L圖。
圖6A-6C是用於說明本發明第 一 實施例的微振蕩器製造方法中的切割步驟的示意圖，其中，圖6A是在切割步驟中的俯視圖，圖6B是 在切割步驟中沿圖6A的A-A，的剖視圖，圖6C是在切割步驟中沿圖 6A的B-B'的剖糹見圖。
圖7是用於說明通過根據本發明第 一 實施例的微振蕩器製造方法 的切割步驟來製造具有不同諧振頻率的微振蕩器的方法的俯視圖。
圖8A和8B是用於說明與傳統實例相比較的本發明第一實施例的 微振蕩器製造方法的示意圖，其中，圖8A是在傳統實例的蝕刻步驟 之後的矽基底的俯視圖，圖8B是示出了在本發明蝕刻步驟之後的矽 基底的俯視圖。
圖9是沿圖8A的Q-Q，的剖視圖，顯示了在傳統實例的蝕刻步驟 之後被斷開的可動部件。
圖IOA和IOB是示意圖，顯示了具有在傳統實例的蝕刻步驟中發 生的蝕刻誤差的可動部件的頂角的形狀，其中，圖10A顯示了其中已 經形成蝕刻掩模的表面，其與圖1中以虛線描述的區域處於相同位置， 圖IOB是在附著表面側處的可動部件的俯視圖。
圖11A-11C是用於說明根據本發明第二實施例的使用微振蕩器的 光偏轉器的示意圖，其中，圖IIA是示出了所述第二實施例的光偏轉 器的俯視圖，圖IIB是從反射表面側看圖11A的光偏轉器的俯視圖， 圖IIC是沿圖11B的D-D，的剖視圖，示出了第二實施例的光偏轉器 的第二可動部件。
圖12A-12C是用於說明在本發明第二實施例的微振蕩器製造方法 中的掩模形成步驟的示意圖，其中，圖12A是顯示了放大比例的矽基 底100的一部分的俯視圖，圖12B是沿圖12A的E-E，的剖視圖，圖 12C是沿圖12A的D-D，的剖視圖。
圖13A-13C是用於說明本發明第二實施例的微振蕩器製造方法中 的蝕刻步驟的示意圖，其中，圖13A是蝕刻步驟中的俯視圖，圖13B 是在蝕刻步驟中沿圖13A的E-E，的剖視圖，圖13C是在蝕刻步驟中 沿圖13A的D-D，的剖視圖。
圖14A-14C是用於說明本發明第二實施例的微振蕩器製造方法中
8的切割步驟的示意圖，其中，圖14A是在切割步驟中的俯視圖，圖14B 是在切割步驟中沿圖14A的E-E，的剖視圖，圖14C是在切割步驟中 沿圖14A的D-D，的剖;f見圖。
圖15A-15C分別是用於說明本發明第二實施例的微振蕩器製造方 法中的形成頻率調節部分的步驟的俯視圖。
圖16A和16B是用於說明一種基於傳統蝕刻步驟的情況的示意 圖，其中，圖16A是用於說明在傳統實例中的掩模形成步驟的俯視圖， 圖16B是用於說明在傳統實例中的蝕刻步驟的俯視圖。
圖17A是用於說明根據傳統實例的有效反射面積的俯視圖。
圖17B是用於說明基於本發明的該實施例的有效反射面積的俯視圖。
圖18是用於說明根據本發明第三實施例的成像設備的結構的透 視圖。
具體實施例方式
現在將參照附圖描述本發明的優選實施例。 [實施例1
將參照其中對單晶矽基底進行蝕刻的振蕩器製造方法的結構實例 來描述本發明的第一實施例。
圖1示出了用於說明通過本實施例的製造方法來製造的微振蕩器 結構實例的示意圖。
圖2A和2B是用於說明包括本實施例的微振蕩器的光偏轉器的示 意圖，其中，圖2A是其俯視圖，圖2B是沿圖2A的C-C，示出了其可 動部件的剖視圖。
圖3到圖7是用於說明本發明該實施例的微振蕩器製造方法的示 意圖。
在圖1中2處標示的是支承基板，3處標示的是扭簧。6處標示的 是可動部件，14處標示的是扭轉軸線。16處標示的部分示出了所述可 動部件頂角周圍的區域。本實施例布置成用來提供包括由扭簧3支承的可動部件6的微振 蕩器，所述扭簧3用於相對於固定的支承基板2圍繞扭轉軸線14進行 振蕩運動。可動部件6圍繞扭轉軸線14具有至少一個諧振頻率。
在此，可動部件6具有由一對扭簧支承到所述支承基板2的結構。
處於相對端的支承基板2被機械固定。成對的兩個扭簧3構造成 用於彈性支承可動部件6以便圍繞扭轉軸線14進行扭轉振蕩。因而， 圍繞扭轉軸線14的扭轉振蕩的諧振頻率可由下面的方程(1)表示
/ = 1/(2-;0-7(21〃) (1)
其中&為圍繞扭轉軸線14的一個扭簧3的扭簧常數，/為可動部 件6圍繞扭轉軸線14的轉動慣量。
圖2A中顯示了基於該微振蕩器的光偏轉器的結構實例。如圖2A 中所示，可動部件6具有反射表面4。
另一方面，如圖2B中所示，在遠離形成反射表面4側的一側處 有永磁體7，永磁體沿所示出的方向被極化。
存在構造成用於沿圖2B中所示的磁場方向15的方向或其扭反方 向產生磁場的驅動裝置(未顯示)。
在此，驅動裝置在大約等於諧振頻率/的頻率下驅動可動部件6。 因此，實現了節約功率的驅動。
接下來，參照圖3到圖7，將說明本實施例的微振蕩器製造方法。
本實施例的微振蕩器製造方法提供了 一種可以有效地製造該諧振 頻率f不同的微振蕩器的方法。
而且，不管使用的蝕刻工藝如何，可動部件6的頂角(例如，在 虛線16處示出了一個頂角)可以以直角精確地形成。因此，可以使反 射表面4的有效反射面積很大。
圖3是在生產本實施例微振蕩器時將使用的矽基底100的俯視圖。
如所示出的，使用通常在半導體生產中使用的矽基底，在單片晶 片上可以製造多個微振蕩器。
接下來，參照圖4A到圖6C，將按照步驟進行的順序來說明本實 施例的製造方法的過程。圖4A-4C到圖6A-6C是示出了本實施例製造方法的工藝過程示意圖。
圖4A是掩模形成步驟中的俯視圖。圖4B是在掩模形成步驟中沿 圖4A的A-A，的剖視圖。圖4C是在掩模形成步驟中沿圖4A的B-B， 的剖視圖。
圖4A-4C是用於說明本實施例微振蕩器製造方法中的掩模形成步 驟的示意圖。
本實施例的掩模形成步驟是用於在單晶矽基底上形成蝕刻掩模的 工藝，所述蝕刻掩模具有包括多個相互連接的微振蕩器的重複形狀的 圖案，所述相互連接的微振蕩器的每一個包括如上所述的在支承基板 和可動部件之間的扭簧。
更特別地，矽基底100附著到保持基底(未顯示)上，蝕刻掩模 101形成在不同於附著表面的表面上，如圖4A所示。
在該工藝中，蝕刻掩模101可以根據用作基體材料的矽基底100 的厚度使用多種材料製成。
例如，蝕刻掩模101可以通過蒸鍍鋁並且通過使用光刻技術為鋁 形成圖案而製成，如圖4A所示。
對於本實施例的掩模形成步驟，可以製成具有如圖4B所示的沿 將在後面步驟提供扭簧的材料部分的輪廓形成的形狀的蝕刻掩模。
另一方面，如圖4C所示，將提供可動部件的材料部分具有連續 形狀，所述連續形狀如所示出的在將生產成各個成品的多個微振蕩器 上方延伸。
下一個步驟是蝕刻步驟，通過所述蝕刻步驟，以下述方式蝕刻矽 基底100。
圖5A-5C示出了本發明第 一實施例的微振蕩器製造方法中的蝕刻 步驟。
圖5A是蝕刻步驟中的俯視圖。圖5B是在蝕刻步驟中沿圖5A的 A-A，的剖視圖。圖5C是在蝕刻步驟中沿圖5A的B-B，的剖視圖。
在本實施例的蝕刻步驟中，在上面提到的蝕刻掩模用作掩模的同時蝕刻單晶矽基底，由此，在單晶矽基底上形成了多個相互連接的振 蕩器的重複形狀。
更具體地，如圖5A、 5B和5C中所示，在矽基底100中形成遵 循已經在圖4A-4C的掩模形成步驟生產出的蝕刻掩模101的輪廓的蝕 刻孔。
在此，由於矽基底IOO已經附著到保持基底(未顯示)上，因此 可以進行蝕刻，以使孔完全延伸穿過矽基底100。蝕刻工藝可以使用 通常使用的矽的深幹蝕刻技術。
一旦蝕刻完成，去除蝕刻掩模101。
以這種方式，通過該步驟形成扭簧3，如圖5B所示。
下一個步驟是切割步驟。首先，確定在蝕刻步驟中形成的重複形 狀的各個振蕩器的可動部件和支承基板的寬度，當它們(可動部件和 支承基板)用作單個振蕩器時，該寬度確定了所需的諧振頻率。然後， 以該確定的寬度通過在毗連的振蕩器之間切割來切斷可動部件和支承 基板。
更具體地，以下述方式切斷矽基底100，所述矽基底100具有在 前述蝕刻步驟中形成在其上的扭簧3。
圖6A-6C是用於說明本實施例的微振蕩器製造方法中的切割步驟 的示意圖。
圖6A是切割步驟中的俯視圖。圖6B是在切割步驟中沿圖6A的 A-A，的剖視圖。圖6C是在切割步驟中沿圖6A的B-B，的剖視圖。
在本實施例的切割步驟中，如圖6A中所示，矽基底100沿Y方 向以寬度19A的間距,皮切斷。
該切斷步驟可使用通常用於切斷矽基底的切割裝置或雷射束機加 工來進行。
如果在考慮了切割邊緣的同時製備的蝕刻掩模101，則可以在如 圖6C所示的該步驟中生產出具有寬度19B的可動部件6。
在下面的描述中，術語"可動部件的寬度"指垂直於扭轉軸線的尺 寸，如在圖6C中19B處所示。下一個步驟是在切割步驟之後的分離步驟。在該分離步驟中，其 中多個振蕩器相互連接的單晶矽基底的區域被切斷，以使這些振蕩器 分離為各個單獨件。在本實施例的分離步驟中，其上連接有多個振蕩
器的支承基板被沿著如圖6A中所示的橫向方向切斷成各個振蕩器 (即，沿圖6A中X方向切斷)。同樣，在該分離步驟中，可以使用切 割裝置或雷射束機加工裝置。
應注意的是，分離步驟可以在切割步驟之前進行。即，在本實施 例中，連接多個振蕩器的支承基板可沿橫向方向(X方向)(分離步驟) 被切斷，並且之後，矽基底IOO可以以寬度19A的間距沿著縱向(沿 Y方向)被切斷(切割步驟)。
接下來，將說明基於本實施例切割步驟的具有不同諧振頻率的微 振蕩器的製造方法。
圖7是用於說明基於本實施例切割步驟的不同諧振頻率的微振蕩 器的製造方法。
圖7所示的情況為已經進行了與直到圖5A-5C所示步驟完全相 同的程序並且僅僅切割步驟的切斷間距與圖6A所示的切斷間距不同。
使用本實施例的切割步驟，如圖7所示，矽基底100以寬度19C 的間距被切斷，所述寬度19C的間距小於圖6A所示的寬度19A的間 距。
通過該步驟，可以生產出包括基於寬度19C間距的可動部件的微 振蕩器，所述寬度19C小於圖6C所示的寬度。
如在前面提到的方程(1)中所提出的，諧振頻率與轉動慣量I 有關。由於可動部件6的轉動慣量I近似以沿寬度19B或19C的方向 的尺寸的立方變化，因此，通過改變可動部件的寬度，可以生產出具 有不同諧振頻率的微振蕩器。
通過如上所述的本實施例的程序，不僅可以使用相同的蝕刻掩模 來生產出不同諧振頻率的微振蕩器，而且每一個可動部件的頂角可以 以直角形狀精確地形成。
即，通過本實施例的程序，頂角不是如前面描述的傳統實例的蝕刻步驟所產生的圓角，而是可以形成精確的直角形狀。因此，可以在
單片矽基底100上生產出大量具有寬反射表面的微振蕩器。
接下來，將通過與傳統實例進行比較來更詳細地說明本實施例的 程序。
圖8A和8B是與傳統實例相比較用於說明本實施例的微振蕩器制 造方法的示意圖。圖8A是已經通過傳統實例的蝕刻步驟加工出的矽 基底的俯視圖。圖8B是示出了通過本發明蝕刻步驟加工出的矽基底 的俯視圖。
圖9是沿圖8A的Q-Q，的剖視圖，示出了已經通過傳統實例中的 蝕刻步驟加工出的分離的可動部件。
從圖9可以看出，通過蝕刻步驟加工的孔的形狀顯示了典型的蝕 刻誤差。即，如由凹槽25A和25B所描繪的，具有由加工造成的缺口。
凹槽25A由對蝕刻掩模的邊緣快速蝕刻而造成。凹槽25B是由以 下現象造成的，即在穿透過程中由於在附著基底表面處進行蝕刻的原 子團或離子的反射而使蝕刻橫向前進。
圖10A和10B示出具有由上述的傳統實例的蝕刻步驟所造成的蝕 刻誤差的可動部件6的頂角形狀。
圖IOA顯示了類似於圖1中由虛線16描繪的區域的表面部分， 其中已經形成了蝕刻掩模。圖10B是在其附著表面側的可動部件6的 俯視圖。從這些附圖可以看出，頂部表面側和底部表面側上的頂角的 拐角由於出現了由蝕刻造成的凹槽25A和25B而成為圓角。
特別地，如圖IOB所示，使在附著表面側的寬度由於凹槽25B而 變小。
如上所述，通過傳統的蝕刻步驟，提供反射表面的可動部件6的 頂角為圓角，並且寬度也變得比蝕刻掩模中所限定的寬度小。
因而，為了形成期望的反射面積，蝕刻掩模必須以較大的尺寸形 成。這必然導致可以從單片矽基底100生產出的微振蕩器的數量減少。
另一方面，根據本發明的製造方法，當通過切割步驟來形成對應 於圖9所示的那些可動部件6時，可通過該切割步驟形成比通過蝕刻更精確的直角形狀。其結果是，可以防止頂角形成圓角，並且可從單
片矽基底100生產出具有大反射表面的更大數量的微振蕩器。
而且，如圖8B所示，利用本實施例的製造方法，在蝕刻步驟之
後，保留將提供各個微振蕩器的扭簧和可動部件的區域，所述區域以
肋狀結構20連接。
其結果是，整個矽基底具有提高的強度，這有效地減少了斷裂的
可能性。而且，即使在與保持基底附著處存在矽基底的局部強度不均
勻性，由於通過肋狀結構20的連接，仍能降低一些部分剝落而造成缺
陷的可能性，並且因而可以提高產量。 [實施例2
本發明的第二實施例將參照使用微振蕩器的光偏轉器的結構實例 進行描述，所述微振蕩器通過將本發明的振蕩器裝置製造方法應用到 微振蕩器製造方法中而生產出。
圖11A-11C是用於說明根據本發明第二實施例的使用微振蕩器的 光偏轉器的示意圖。
圖IIA是示出了本實施例光偏轉器的俯視圖。圖IIB是圖IIA所 示的光偏轉器從其反射表面側看的俯視圖。圖11C是沿圖11B的D-D， 的剖視圖，示出了本實施例的光偏轉器的第二可動部件。
圖12A到圖15C是用於說明本發明該實施例的微振蕩器製造方法 的示意圖。
在圖11A-11C中，在2處標示的是支承基板，在4處標示的是反 射表面。在5處標示的是調節部件，在7處標示的是永磁體。在31 處標示的是第一扭簧，在32處標示的是第二扭簧。在14處標示的是 扭轉軸線。附圖標記16描繪了圍繞第一可動部件頂角的區域。在61 處標示的是第一可動部件，在62處標示的是第二可動部件。
本實施例布置成用於提供包括第一可動部件61和第二可動部件 62的微振蕩器，所述第一可動部件61和第二可動部件62由扭簧31 和32支承，以便圍繞扭轉軸線14相對於固定的支承基板2振蕩運動。 第一和第二可動部件61和62圍繞扭轉軸線14具有至少兩個諧振頻率。
在此，第一可動部件61由第二可動部件62通過單件第一扭簧31 支承，並且第二可動部件62由支承基板2通過單件第二扭簧32支承。
支承基板2被機械固定，並且其支承用於圍繞扭轉軸線14扭轉振 蕩的兩個可動部件。因而，其提供了相對於扭轉軸線14的扭轉振蕩的 兩個諧振頻率。
在本實施例的微振蕩器中，微振蕩器的尺寸設計成使這兩個諧振 頻率具有1: 2的關係。
然後，如圖11B所示，第一可動部件61具有由鋁形成的反射表面4。
另一方面，如圖11A和11C所示，第二可動部件62設有沿所示 方向極4t的7JC/P茲體7。
具有構造用於交替地在沿圖11C所示的磁場方向15的方向或其 相反方向產生磁場的驅動裝置(未顯示)。
在此，驅動裝置在大約對應於兩個諧振頻率的兩個頻率下驅動微 振蕩器。因此， 一旦這兩個同時激發的頻率的振幅以適當比率設置， 第一可動部件61將由雙重頻率關係的正弦波複合波形驅動。
因而，通過利用反射表面4反射來自光源的光，與由正弦波進行 掃描的情況相比較，可以在寬角度範圍內進行恆定角速度的優良光掃 描。
而且，本實施例的微振蕩器設有調節部件5。
這些調節部件5形成為懸臂結構，該懸臂結構在第一和第二可動 部件61和62上的最遠離扭轉軸線14的位置處平行於扭轉軸線14延 伸。
通過使用例如雷射束機加工方法來去除該部分，這些調節部件5 構造成獨立地調節兩個可動部件的轉動慣量。由於它們形成為懸臂結 構，因此機加工過程中的熱或由機加工產生的灰塵不會影響反射表面 4。
接下來，將參照圖12A到圖15C按照進行步驟的順序來描述本實
16施例的製造方法的程序。
圖12A-12C到圖15A-15C為示出了本實施例製造方法的工藝過程 示意圖。
圖12A是以》文大比例顯示矽基底100的一部分的俯^L圖。圖12B 是沿圖12A的E-E，的剖視圖，圖12C是沿圖12A的D-D，的剖視圖。 圖12A-12C是用於說明本實施例微振蕩器製造方法中掩模形成步驟的 示意圖。
本實施例的掩模形成步驟是用於在具有沿(100 )方向的平面定向 的矽基底100的相對表面上形成蝕刻掩模101的過程，如圖12A所示。 圖12A所示的矩形形狀的掩模圖案具有與矽基底100的方向對 準形成的其相應側面。
在該過程中，蝕刻掩模101可以通過使用根據後續蝕刻步驟中將 使用的蝕刻溶液的各種類型的多種材料而製成。
例如，關於蝕刻掩模101,氮化矽薄膜可通過化學氣相合成法形 成，並且其可以使用光刻技術如所示出的z在蝕刻掩模101中形成圖 案。
通過本實施例的掩模形成步驟，如圖12B中所示，在將提供第一 可動部件61或第二可動部件62的材料部分處形成連續的蝕刻掩模。 另一方面，如圖12C中所示，在將形成第一扭簧31和第二扭簧32的 材料部分處，分別沿頂部和底部表面上的輪廓形成具有相同結構的蝕 刻掩模。
接下來的步驟是蝕刻步驟，其中矽基底100以下述方式被蝕刻。 圖13A-13C示出了本發明第二實施例的微振蕩器製造方法的蝕刻 步驟。
圖13A是在蝕刻步驟中的俯視圖。圖13B是在蝕刻步驟中沿圖 13A的E-E，的剖視圖。圖13C是在蝕刻步驟中沿圖13A的D-D，的剖 視圖。
在本實施例的蝕刻步驟中，如圖13A、 13B和13C所示，在矽基 底100中形成蝕刻孔，遵循在圖12A-12C的掩模形成步驟中已經製備好的蝕刻掩模101的輪廓。
在此，矽基底IOO使用矽晶體各相異性蝕刻溶液從其兩側進行蝕
刻。例如，本實施例中使用氬氧化鉀水溶液。
通過使用這樣的晶體各相異性蝕刻溶液，通過蝕刻而形成的兩個 扭簧的部分可以具有由(111)等效表面圍繞的特有多邊形形狀，如圖
13C所示。
在完成蝕刻之後，去除蝕刻掩模101。以這種方式，在該步驟形 成了第 一扭簧31和第二扭簧32。
接下來的步驟是切割步驟，其中，以下述方式切割具有通過前述 蝕刻步驟在其上形成的扭簧31的矽基底100。
圖14A-14C是用於說明本實施例的微振蕩器製造方法的切割步驟 的示意圖。
圖14A是在切割步驟中的俯視圖。圖14B是在切割步驟中沿圖 14A的E-E，的剖視圖。圖14C是在切割步驟中沿圖14A的D-D，剖視 圖。
在本實施例的切割步驟中，矽基底100以寬度19A的間距進行切 割，如圖14A所示。
該切割步驟可使用通常用於切割矽基底的切割裝置或雷射加工來 進行。
如果在考慮了切割邊緣的同時製備的蝕刻掩模101，則在該步驟 中可以生產出具有寬度19B的第一和第二可動部件61和62，如圖14B所示。
同樣，通過本實施例的製造程序，可以通過改變該切割步驟的間 距來生產出不同寬度的可動部件，如圖7所示。
因而，可通過相同的掩模形成步驟生產出包括具有不同頻率的兩 個可動部件的微振蕩器。
圖15A-15C是顯示用於形成頻率調節部件的工藝過程的俯視圖。
通過圖14A-14C的切割步驟，本實施例的微振蕩器以例如圖15A 所示的形狀形成。在此，第一可動部件61、第二可動部件62和支承基板2通過第 一連接部22A和22B及笫二連接部23A和23B結合在一起。
然後，如圖15B所示，通過使用雷射加工開始切割第一連接部22A 和22B。
在此，第一可動部件61與第二可動部件63斷開連接，以便它能 扭轉振蕩。
因此，在圖15B的狀態中，可以檢測由第一可動部件61和第一 扭簧31形成的局部振動器的諧振頻率。因而，通過基於其來調節切割 部分24A和24B的去除量，第一可動部件61可以獲得期望值。
而且，同樣，第二連接部可通過雷射加工而被切割，如圖15C所 示，由此，通過調節部件5，可以生產出包括兩個可動部件和兩個扭 簧的本實施例的微振蕩器。
而且，通過下述的修整步驟，可以將兩個諧振頻率調諧成期望值。
首先，通過掃描驅動裝置的驅動頻率來測量微振蕩器的兩個諧振 頻率。
如果測量的諧振頻率相對於期望諧振頻率具有誤差，則可以通過 例如使用雷射來去除調節部件5的一部分，從而調節轉動慣量。通過 該調節，諧振頻率可調成目標值。
由於調節部件5形成為如前面所述的懸臂結構，因此機加工過程 中的熱或由機加工產生的灰塵將不會影響反射表面4。
通過上述的製造方法生產的本實施例的微振蕩器在蝕刻步驟中使 用矽晶體各相異性蝕刻溶液。結果，可以使扭簧的表面變平滑。因而，
可避免在扭轉振蕩過程中的應力集中，並且可實現了具有高可靠性的 振蕩器。因此，當該微振蕩器用作光偏轉器時，實現了具有長使用壽 命的光偏轉器。
順便提及的是，通過傳統實例的蝕刻工藝，可動部件的頂角部分 將通過蝕刻而變圓。這將在下面進行詳細說明。
圖16A和16B是用於說明使用傳統實例的蝕刻工藝的情況的示意圖。圖16A是示出了傳統實例的掩模形成步驟的俯視圖，圖16B是示 出了傳統實例的蝕刻步驟的俯視圖。
參照圖16A，將說明在傳統實例中通過使用矽晶體各相異性蝕刻 溶液來形成例如由圖11B的虛線16所描述的可動部件頂角的實例。
在此，圖16A示出了在掩模形成步驟中的兩個相鄰微振蕩器的頂 角。圖16B示出通過使用圖16A的蝕刻掩模由蝕刻步驟形成的頂角狀 態。
從圖16B看出，對於傳統實例，頂角由在18A所描繪的蝕刻而形 成為圓角。
這由於在矽晶體各相異性蝕刻中蝕刻在頂角部分中快速進行造成的。
因此，需要在將形成頂角的部分製備比如圖16A所示的修正圖案21。
但是，即使使用這樣的修正圖案21,仍很難使頂角精確地變成直 角，並且頂角將形成為圖16B所示的圓角。
如果使用這樣的可動部件形成反射表面，如圖17A所示，則有效 反射面積17相對於反射表面4的整個面積變得非常小。
與其進行比較，根據本實施例的製造方法，由於可動部件的形狀 由如圖17B所示的切割步驟確定，因此避免了頂角為圓角，並且形狀 可以是比通過蝕刻獲得的更精確的直角。因而，可以使有效反射面積 17變大。
而且，傳統的蝕刻工藝需要使用修正圖案21來形成頂角部分，如 圖16A和16B所示。這造成了各個微振蕩器不能彼此靠近地布置的缺 點，並且因而減少可從單片矽基底生產出微振蕩器的數量。
而且，在修正圖案21的蝕刻掩模中，由於矽在蝕刻工藝的端點處 蝕刻，因此僅蝕刻掩模具有懸臂結構。
這容易產生掩模斷裂從而汙染蝕刻劑的問題或掩模粘到任何其他 部分從而形成蝕刻誤差因素，導致產量下降的問題。
與其比較，根據本實施例的製造方法，不需要在蝕刻步驟中使用修正圖案，並且可減少傳統實例造成的缺點。
[實施例31
將參照使用包括根據本發明微振蕩器的光偏轉器的光學器械的結 構實例來描述第三實施例。
在此，成像設備顯示為光學器械。
圖18是用於說明根據本實施例的成像設備的結構實例的示意性 透視圖。
在圖18中，在3001處標示的是雷射源，在3002處標示的是透鏡 或透鏡組。在3003處標示的是包括本發明振蕩器裝置的光偏轉器。在 3004處標示的是記錄透鏡或透鏡組。在3005處標示的是鼓形感光部 件。
本實施例的成像設備包括光源、感光部件和光偏轉器，所述光偏 轉器具有布置在振蕩器上的光偏轉元件，並且包括本發明的振蕩器裝 置。
來自光源的光被光偏轉器偏轉，並且所述光的至少一部分入射在 感光部件上。
從雷射源3001投射的雷射束接收與光的掃描偏轉的定時相關的
預定強度調製。具體地，如圖18所示，該強度調製光穿過透鏡或透鏡
組3002。然後，輸入光通過光偏轉器3003進行一維掃描，所述光偏
轉器3003包括根據前述任一實施例的振蕩器裝置。
通過記錄透鏡3004，掃描雷射束在感光部件3005上形成圖像。 沿垂直於掃描方向並且圍繞旋轉軸線旋轉的感光部件3005通過
充電裝置(未顯示)均勻充電。當用光掃描感光部件表面時，靜電潛
像形成在被光掃描的部分上。
隨後，通過顯影裝置(未顯示)，調色劑圖像形成在靜電潛像的成
影像部分上。然後調色劑圖像轉印到並且定影到紙張(未顯示)上，
由此在紙張上產生圖像。
圖像可通過使用本發明的具有期望頻率的光偏轉器3003來形成。 而且，通過該實施例的光偏轉裝置，可以使光掃描偏轉的角速度
21在特定範圍內基本恆定。
而且，通過使用包括本發明振蕩器裝置的光偏轉器，降低了掃描 位置的漂移，以實現可以產生清晰圖像的成像設備。
雖然在前面的描述中本發明已經參照作為光學器械的成像設備的 實例進行了說明，但是本發明不限於這樣的結構。
例如，其可以包括光源、圖像顯示部件和包括本發明的振蕩器裝 置的光偏轉器，並且可以由此構成投影顯示裝置，布置成使來自光源 的光被光偏轉器偏轉，並且入射在圖像顯示部件上。
雖然本發明已經參照在此公開的結構進行了描述，但是其並不限 於所述的細節，並且本申請旨在覆蓋可落入下列權利要求的改進用途 或範圍內的修改或改變。
權利要求
1. 一種基於蝕刻單晶矽基底來製造振蕩器的方法，所述振蕩器包括支承基板、扭簧和可動部件，所述可動部件由所述扭簧支承，用於相對於所述支承基板圍繞扭轉軸線進行振蕩運動，所述振蕩器圍繞所述扭轉軸線具有至少一個諧振頻率，所述方法包括掩模形成步驟，用於在所述單晶矽基底上形成蝕刻掩模，所述蝕刻掩模具有帶有包括多個相互連接的振蕩器的重複形狀的圖案，所述多個相互連接的振蕩器中的每一個包括在所述支承基板和所述可動部件之間的扭簧；蝕刻步驟，用於在使用所述蝕刻掩模作為掩模的同時蝕刻單晶矽基底，從而在所述單晶矽基底上形成包括多個相應的相互連接振蕩器的重複形狀；和切割步驟，用於確定在所述蝕刻步驟形成的所述重複形狀的每一個振蕩器的所述可動部件和所述支承基板的寬度，所述寬度有效地確定所述各個振蕩器當用作振蕩器時所需要的諧振頻率，並且所述切割步驟用於以確定的所述寬度，通過在毗連的振蕩器之間切割所述可動部件和所述支承基板而進行切斷。
2. 根據權利要求1所述的方法，還包括分離步驟，用於在所述切 割步驟之後切斷有多個振蕩器連接在一起的單晶矽基底的區域，以將 所述振蕩器分離為單件。
3. 根據權利要求l所述的方法，其中，所述蝕刻步驟使用晶體各 相異性蝕刻溶液進行蝕刻。
4. 根據權利要求1所述的方法，還包括頻率調節部件形成步驟， 用於在所述切割步驟之後為可動部件提供調節部件，所述調節部件構 造用於調節所述諧振頻率。
5. 根據權利要求4所述的方法，還包括修整步驟，用於在所述頻 率調節部件形成步驟之後，通過去除所述頻率調節部件的一部分來調節所述諧振頻率。
6. —種光偏轉器，包括根據權利要求1所述的振蕩器裝置製造方法製造的振蕩器裝置；和光偏轉元件，其布置在所述振蕩器裝置的振蕩器上。
7. —種光學器械，包括 光源；感光部件或圖像顯示部件；和 如權利要求6所述的光偏轉器；其中，所述光偏轉器構造成用於從所述光源偏轉光，以使光的至 少一部分入射在所述感光部件或所述圖像顯示部件上。
全文摘要
公開了一種基於蝕刻單晶矽基底的振蕩器製造方法包括掩模形成步驟，用於在單晶矽基底上形成具有帶有包括多個相互連接振蕩器的重複形狀的圖案的蝕刻掩模，振蕩器中的每一個包括在支承基底和可動部件之間的扭簧；蝕刻步驟，用於在使用蝕刻掩模作為掩模的同時蝕刻單晶矽基底，從而在單晶矽基底上形成包括多個相應的相互連接振蕩器的重複形狀；和切割步驟，用於確定處於重複形狀的每一個振蕩器的可動部件和支承基板的寬度，當它們用作振蕩器時，所述寬度有效地確定各個振蕩器所需要的諧振頻率，並且切割步驟用於以確定的所述寬度在毗連的振蕩器之間切割可動部件和支承基板而進行切斷。還公開了相應的光偏轉器和光學器械。
文檔編號G02B26/10GK101441324SQ20081017862
公開日2009年5月27日 申請日期2008年11月21日 優先權日2007年11月21日
發明者加藤貴久, 秋山貴弘, 虎島和敏 申請人:佳能株式會社