(57)【要約】【課題】駆動特性の劣化を抑制するのに適したマイクロ可動素子、および、そのようなマイクロ可動素子を含むマイクロ可動素子アレイを、提供する。【解決手段】本発明のマイクロ可動素子（Ｘ１）は、第１駆動電極を有する可動部と、第１駆動電極との間に静電引力を発生させるための第２駆動電極と、第１駆動電極と電気的に接続している第１導体部（２２ｃ）と、第２駆動電極と電気的に接続している第２導体部（２２ｂ）と、第１および第２駆動電極と電気的に接続しておらず、第１導体部（２２ｃ）と絶縁膜（２３）を介して接合し、且つ、第２導体部（２２ｂ）と絶縁膜（２３）を介して接合している、第３導体部（２１ａ）とを備える。
2009057202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１駆動電極を有する可動部と、
前記第１駆動電極との間に静電引力を発生させるための第２駆動電極と、
前記第１駆動電極と電気的に接続している第１導体部と、
前記第２駆動電極と電気的に接続している第２導体部と、
前記第１および第２駆動電極と電気的に接続しておらず、前記第１導体部と絶縁膜を介して接合し、且つ、前記第２導体部と絶縁膜を介して接合している、第３導体部と、を備えるマイクロ可動素子。
【請求項２】
前記第１導体部には基準電位が付与され、前記第２導体部には可変の駆動電位が付与され、前記第３導体部には、前記基準電位と最大の駆動電位との間の中間電位が付与される、請求項１に記載のマイクロ可動素子。
【請求項３】
前記第２導体部には基準電位が付与され、前記第１導体部には可変の駆動電位が付与され、前記第３導体部には、前記基準電位と最大の駆動電位との間の中間電位が付与される、請求項１に記載のマイクロ可動素子。
【請求項４】
フレームと、
前記フレームおよび前記可動部を連結して前記可動部の揺動動作の軸心を規定する連結部と、を更に備える、請求項１に記載のマイクロ可動素子。
【請求項５】
追加フレームと、
前記フレームおよび前記追加フレームを連結し、且つ、前記フレームの揺動動作の、前記軸心と交差する方向に延びる追加軸心を規定する、追加連結部と、
前記フレームの前記揺動動作の駆動力を発生させるための駆動機構と、を更に備える、請求項４に記載のマイクロ可動素子。
【請求項６】
前記追加連結部は、前記第１導体部と電気的に接続している部位、前記第２導体部と電気的に接続している部位、および、前記第３導体部と電気的に接続している部位を含む、請求項５に記載のマイクロ可動素子。
【請求項７】
前記第３導体部は、前記第１導体部と絶縁膜を介して接合する第１部位と、前記第２導体部と絶縁膜を介して接合する第２部位と、を含む、電気的に分離された複数の部位を有する、請求項１に記載のマイクロ可動素子。
【請求項８】
前記第１および第２駆動電極は、各々、櫛歯電極である、請求項１に記載のマイクロ可動素子。
【請求項９】
前記第１および第２駆動電極の間の離隔距離は、前記絶縁膜の厚さよりも大きい、請求項１に記載のマイクロ可動素子。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一つに記載のマイクロ可動素子を複数含む、マイクロ可動素子アレイ。
【請求項１１】
前記複数のマイクロ可動素子における前記可動部の前記第１駆動電極には、共通的に電位を付与可能であり、且つ、前記複数のマイクロ可動素子における前記第２駆動電極には、マイクロ可動素子ごとに個別に電位を付与可能である、請求項１０に記載のマイクロ可動素子アレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小な可動部を有する例えばマイクロミラー素子、加速度センサ、角速度センサ、振動素子などのマイクロ可動素子およびマイクロ可動素子アレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な技術分野において、マイクロマシニング技術により形成される微小構造を有する素子の応用化が図られている。そのような素子には、例えば、マイクロミラー素子や、角速度センサ、加速度センサなど、微小な可動部を有するマイクロ可動素子が含まれる。マイクロミラー素子は、例えば光ディスク技術や光通信技術の分野において、光反射機能を担う素子として利用される。角速度センサおよび加速度センサは、例えば、ビデオカメラやカメラ付き携帯電話の手振れ防止機能、カーナビゲーションシステム、エアバック開放タイミングシステム、車やロボット等の姿勢制御システムの用途で、利用される。このようなマイクロ可動素子については、例えば下記の特許文献１〜３に記載されている。【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１９７００号公報
【特許文献２】特開２００４−３４１３６４号公報
【特許文献３】特開２００６−７２２５２号公報
【０００４】
図２３から図２５は、従来のマイクロ可動素子の一例たるマイクロ可動素子Ｘ３を表す。図２３は、マイクロ可動素子Ｘ３の平面図であり、図２４および図２５は、各々、図２３の線XXIV−XXIVおよび線XXV−XXVに沿った断面図である。【０００５】
マイクロ可動素子Ｘ３は、揺動部４０と、フレーム５１と、一対のトーションバー５２と、櫛歯電極５３とを備え、マイクロミラー素子として構成されたものである。図の明確化の観点より、図２３においては、揺動部４０およびフレーム５１についてハッチングを付して表す。【０００６】
揺動部４０は、ランド部４１と、櫛歯電極４２と、梁部４３とを有し、揺動可能に設けられている。ランド部４１の表面には、光反射機能を有するミラー面４１ａが設けられている。櫛歯電極４２は、本素子の駆動機構における可動電極を構成し、導電性を付与されたシリコン材料よりなる。梁部４３は、導電性を付与されたシリコン材料よりなり、ランド部４１および櫛歯電極４２を連結する。【０００７】
フレーム５１は、揺動部４０を囲む形状を有し、導電性を付与されたシリコン材料よりなる。【０００８】
一対のトーションバー５２は、揺動部４０ないしランド部４１の揺動動作の軸心Ａ３を規定する。各トーションバー５２は、揺動部４０の梁部４３およびフレーム５１に接続してこれらを連結する。また、トーションバー５２は、導電性を付与されたシリコン材料よりなり、フレーム５１と梁部４３とを電気的に接続する機能を有する。【０００９】
櫛歯電極５３は、櫛歯電極４２と協働して静電引力を発生するための部位であり、図２５に表れているように、絶縁膜５４を介してフレーム５１に固定されている。すなわち、櫛歯電極５３は、本素子の駆動機構における固定電極を構成する。このような櫛歯電極５３は、導電性を付与されたシリコン材料よりなる。また、絶縁膜５４は酸化シリコンよりなり、絶縁膜５４の厚さは０.５μｍである。櫛歯電極４２，５３は、揺動部４０の例えば非動作時には、図２４および図２５に示すように、互いに異なる高さに位置する。非動作における櫛歯電極４２，５３間の離隔距離は３μｍ程度である。また、櫛歯電極４２，５３は、揺動部４０の揺動動作時において互いに当接しないように、それらの電極歯が位置ずれした態様で配されている。【００１０】
マイクロ可動素子Ｘ３においては、櫛歯電極４２，５３の各々に対して必要に応じて所定の電位を付与することにより、揺動部４０ないしランド部４１を軸心Ａ３まわりに回転変位させることができる。櫛歯電極４２に対する電位付与は、フレーム５１、両トーションバー５２、および梁部４３を介して実現することができ、櫛歯電極４２はグラウンド接続されている。櫛歯電極４２，５３の各々に所定の電位を付与することにより櫛歯電極４２，５３間に電界を形成して所望の静電引力を発生させると、櫛歯電極４２は櫛歯電極５３に引き込まれる。そのため、揺動部４０ないしランド部４１は、軸心Ａ３まわりに揺動動作し、電極間の静電引力と各トーションバー５２の捩り抵抗力の総和とが釣り合う角度まで回転変位し得る。このような揺動動作における回転変位量を調節するには、櫛歯電極４２，５３への付与電位が調整される。また、櫛歯電極４２，５３間に作用する静電引力を消滅させると、各トーションバー５２はその自然状態に復帰し、揺動部４０ないしランド部４１は、図２５に表れているような配向をとる。以上のような揺動部４０ないしランド部４１の揺動駆動により、ランド部４１上に設けられたミラー面４１ａにて反射される光の反射方向を適宜切り換えることができる。【００１１】
マイクロ可動素子Ｘ３を駆動するためには、上述のように櫛歯電極４２，５３間に電位差を生じさせて電界を発生させる必要があるところ、櫛歯電極４２，５３間に電位差が生ずるときには、櫛歯電極４２と電気的に接続しているフレーム５１と、櫛歯電極５３との間にも、電位差が生ずる。そして、マイクロ可動素子Ｘ３を適切に駆動するためには、櫛歯電極４２，５３間に比較的大きな電位差を生じさせて比較的強い電界を発生させる必要があるところ、素子駆動時には、この電極間電界よりも更に強い電界が、フレーム５１と櫛歯電極５３の間に介在する絶縁膜５４にて発生する傾向がある。絶縁膜５４の誘電率が櫛歯電極４２，５３間のギャップの誘電率よりも大きいからである。また、絶縁膜５４の厚さが櫛歯電極４２，５３間のギャップよりも小さいほど、絶縁膜５４にて発生する電界は強い。【００１２】
このように絶縁膜５４にて発生する強い電界は、絶縁膜５４の絶縁特性を劣化させる要因となる。そのため、マイクロ可動素子Ｘ３では、フレーム５１および櫛歯電極５３の間に介在してこれらを接合する絶縁膜５４の絶縁特性は劣化しやすい。絶縁膜５４の絶縁特性が劣化すると、マイクロ可動素子Ｘ３における駆動特性が劣化する。絶縁膜５４の絶縁特性が劣化して絶縁膜５４にて絶縁破壊が生ずると、マイクロ可動素子Ｘ３を駆動することができなくなる。【００１３】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであり、駆動特性の劣化を抑制するのに適したマイクロ可動素子およびマイクロ可動素子アレイを提供することを、目的とする。
【発明の開示】
【００１４】
本発明の第１の側面によるとマイクロ可動素子が提供される。このマイクロ可動素子は、第１駆動電極を有する可動部と、第１駆動電極との間に静電引力を発生させるための第２駆動電極と、第１駆動電極と電気的に接続している第１導体部と、第２駆動電極と電気的に接続している第２導体部と、第１および第２駆動電極と電気的に接続しておらず、第１導体部と絶縁膜を介して接合し、且つ、第２導体部と絶縁膜を介して接合している、第３導体部とを備える。本マイクロ可動素子では、第１および第２駆動電極の各々に所定の電位を付与し、当該電極間に電界を形成して所望の静電引力を発生させることによって、可動部を動作させることができる。
【００１５】
本マイクロ可動素子においては、第１および第２駆動電極間に電位差を生じさせて電界を発生させると、これと共に、第１駆動電極と電気的に接続している第１導体部と、第２駆動電極と電気的に接続している第２導体部との間にも、電位差が生ずる。しかしながら、本マイクロ可動素子では、比較的大きな電位差が生じ得る第１および第２導体部は、単一の絶縁膜を介しては接合していない。本マイクロ可動素子では、第１導体部と絶縁膜を介して接合し且つ第２導体部と絶縁膜を介して接合している第３導体部が存在し、第１および第２導体部を機械的に連結する。そのため、本マイクロ可動素子では、第１および第３導体部の間の電位差ならびに第２および第３導体部の間の電位差を抑制することができ、従って、第１および第３導体部の間の絶縁膜（第１絶縁膜）にて発生する電界を抑制するとともに、第２および第３導体部の間の絶縁膜（第２絶縁膜）にて発生する電界を抑制することが可能となる。例えば、一定の基準電位を第１導体部に付与し且つ一定の駆動電位を第２導体部に付与する場合、当該基準電位と駆動電位の間の中間電位を第３導体部に付与することによって、第１および第３導体部の間の電位差を抑制して第１絶縁膜にて発生する電界を抑制するとともに、第２および第３導体部の間の電位差を抑制して第２絶縁膜にて発生する電界を抑制することが可能である。例えば、一定の基準電位を第１導体部に付与し且つ可変の駆動電位を第２導体部に付与する場合、当該基準電位と最大の駆動電位との間の中間電位を第３導体部に付与することによって、第１および第３導体部の間の電位差を抑制して第１絶縁膜にて発生する電界を抑制するとともに、第２および第３導体部の間の電位差を抑制して第２絶縁膜にて発生する電界を抑制することが可能である（最大の駆動電位とは、基準電位との差が最大となる駆動電位である）。例えば、一定の基準電位を第２導体部に付与し且つ可変の駆動電位を第１導体部に付与する場合、当該基準電位と最大の駆動電位との間の中間電位を第３導体部に付与することによって、第１および第３導体部の間の電位差を抑制して第１絶縁膜にて発生する電界を抑制するとともに、第２および第３導体部の間の電位差を抑制して第２絶縁膜にて発生する電界を抑制することが可能である。
【００１６】
このようにして、第１導体部と他の導体部との間に介在して両導体部を電気的に分離する絶縁膜（第１絶縁膜）にて発生する電界を抑制ないし緩和するとともに、第２導体部と他の導体部との間に介在して両導体部を電気的に分離する絶縁膜（第２絶縁膜）にて発生する電界を抑制ないし緩和することが可能な、本マイクロ可動素子では、当該絶縁膜の絶縁特性の劣化は抑制される。このようなマイクロ可動素子は、絶縁特性の劣化に起因する駆動特性の劣化を抑制するのに適している。
【００１７】
好ましい実施の形態においては、本マイクロ可動素子は、フレームと、フレームおよび可動部を連結して可動部の揺動動作の軸心を規定する連結部とを更に備える。このようにして、本マイクロ可動素子は、いわゆるマイクロ揺動素子として構成されてもよい。この場合、本マイクロ可動素子は、追加フレームと、フレームおよび追加フレームを連結し、且つ、フレームの揺動動作の、軸心と交差する方向に延びる追加軸心を規定する、追加連結部と、フレームの揺動動作の駆動力を発生させるための駆動機構と、を更に備えてもよい。本マイクロ可動素子は、このような構成を具備するいわゆる二軸型揺動素子であってもよい。追加連結部は、好ましくは、第１導体部と電気的に接続している部位、第２導体部と電気的に接続している部位、および、第３導体部と電気的に接続している部位を含む。
【００１８】
第３導体部は、第１導体部と絶縁膜を介して接合する第１部位と、第２導体部と絶縁膜を介して接合する第２部位と、を含む、電気的に分離された複数の部位を有する。このような構成によると、上述の第１および第２絶縁膜の絶縁特性の劣化を抑制しやすい。
【００１９】
好ましくは、第１および第２駆動電極は、各々、櫛歯電極である。好ましくは、第１および第２駆動電極の間の離隔距離は、導体部間の絶縁膜の厚さよりも大きい。一般に、電位差のある導体部間に介在する絶縁膜においては当該絶縁膜が薄いほど強い電界が発生して不具合が生じやすいが、絶縁膜における電界緩和効果を享受することのできる本発明によると、このような構成をとりやすい。
【００２０】
本発明の第２の側面によるとマイクロ可動素子アレイが提供される。このマイクロ可動素子アレイは、本発明の第１の側面に係るマイクロ可動素子を複数含んでなる。好ましくは、複数のマイクロ可動素子における揺動部の第１駆動電極には、共通的に電位を付与可能であり、且つ、複数のマイクロ可動素子における第２駆動電極には、マイクロ可動素子ごとに個別に電位を付与可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係るマイクロ可動素子の平面図である。
【図２】図２は、図１に示すマイクロ可動素子の一部省略平面図である。
【図３】図３は、図１の線III−IIIに沿った断面図である。
【図４】図４は、図１の線IV−IVに沿った拡大断面図である。
【図５】図５は、図１の線V−Vに沿った拡大断面図である。
【図６】図６は、図１の線VI−VIに沿った拡大断面図である。
【図７】図７は、図１の線VII−VIIに沿った拡大断面図である。
【図８】図８は、駆動時における図１の線III−IIIに沿った断面図である。
【図９】図９は、図１に示すマイクロ可動素子の製造方法における一部の工程を表す。
【図１０】図１０は、図９の後に続く工程を表す。
【図１１】図１１は、マスクパターンの平面図である。
【図１２】図１２は、他のマスクパターンの平面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第２の実施形態に係るマイクロ可動素子アレイの平面図である。
【図１４】図１４は、図１３の線XIV−XIVに沿った部分拡大断面図である。
【図１５】図１５は、本発明の第３の実施形態に係るマイクロ可動素子アレイの部分平面図である。
【図１６】図１６は、図１５に示すマイクロ可動素子アレイに含まれるマイクロ可動素子の平面図である。
【図１７】図１７は、図１６に示すマイクロ可動素子の一部省略平面図である。
【図１８】図１８は、図１６の線XVIII−XVIIIに沿った拡大断面図である。
【図１９】図１９は、図１６の線XIX−XIXに沿った拡大断面図である。
【図２０】図２０は、図１６の線XX−XXに沿った拡大断面図である。
【図２１】図２１は、図１６の線XXI−XXIに沿った拡大断面図である。
【図２２】図２２は、図１６の線XXII−XXIIに沿った拡大断面図である。
【図２３】図２３は、従来のマイクロ可動素子の平面図である。
【図２４】図２４は、図２３の線XXIV−XXIVに沿った断面図である。
【図２５】図２５は、図２３の線XXV−XXVに沿った断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１から図７は、本発明の第１の実施形態に係るマイクロ可動素子Ｘ１を表す。図１は、マイクロ可動素子Ｘ１の平面図であり、図２は、マイクロ可動素子Ｘ１の一部省略平面図である。図３は、図１の線III−IIIに沿った断面図である。図４から図７は、各々、図１の線IV−IV、線V−V、線VI−VI、および線VII−VIIに沿った拡大断面図である。【００２３】
マイクロ可動素子Ｘ１は、揺動部１０と、フレーム２０と、一対の連結部３１と、駆動電極３２とを備え、本実施形態ではマイクロミラー素子として構成されている。また、マイクロ可動素子Ｘ１は、ＭＥＭＳ技術などのバルクマイクロマシニング技術により、いわゆるＳＯＩ（silicon on insulator）ウエハである材料基板に対して加工を施すことによって製造されたものである。当該材料基板は、第１および第２シリコン層ならびに当該シリコン層間の絶縁膜よりなる積層構造を有し、各シリコン層は、不純物のドープにより所定の導電性が付与されている。マイクロ可動素子Ｘ１における上述の各部位は主に第１シリコン層および／または第２シリコン層に由来して形成されるところ、図の明確化の観点より、図１においては、第１シリコン層に由来して絶縁層より紙面手前方向に突き出る部位について、斜線ハッチングを付して表す。また、図２に示される構造は、マイクロ可動素子Ｘ１において第２シリコン層に由来するものである。【００２４】
揺動部１０は、ランド部１１と、駆動電極１２と、梁部１３と、錘部１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃを有し、本発明における可動部を構成する。【００２５】
ランド部１１は、第１シリコン層に由来する部位であり、その表面には、光反射機能を有するミラー面１１ａが設けられている。ランド部１１について図１に示す長さＬ１は、例えば２０〜３００μｍである。【００２６】
駆動電極１２は、第１シリコン層に由来する部位であり、一対のアーム１２Ａ，１２Ｂ、複数の電極歯１２ａ、および複数の電極歯１２ｂを有する。アーム１２Ａ，１２Ｂは、図１に示す矢印Ｄ方向に平行である。電極歯１２ａは、図１および図４に示すようにアーム１２Ａからアーム１２Ｂ側へ延出し、且つ、図１に示すようにアーム１２Ａの延び方向に離隔して並列する。電極歯１２ｂは、アーム１２Ｂからアーム１２Ａ側へ延出し、且つ、アーム１２Ｂの延び方向に離隔して並列する。また、駆動電極１２は、マイクロ可動素子Ｘ１の駆動時に所定の基準電位（例えばグラウンド電位）が付与されるための部位である。このような駆動電極１２は、本発明における第１駆動電極を構成する。【００２７】
梁部１３は、第１シリコン層に由来する部位であり、ランド部１１および駆動電極１２を連結する。【００２８】
錘部１４Ａは、駆動電極１２のアーム１２Ａの先端に固定され、且つ、駆動電極１２と電気的に接続されている。錘部１４Ｂは、駆動電極１２のアーム１２Ｂの先端に固定され、且つ、駆動電極１２と電気的に接続されている。錘部１４Ｃは、図２に示すように第２シリコン層に由来する部位であり、ランド部１１および駆動電極１２の間において、図５に示すように絶縁膜１５を介して駆動電極１２に接合している。錘部１４Ｃおよび駆動電極１２は、絶縁膜１５を貫通する導電ビア１６を介して電気的に接続されている。【００２９】
フレーム２０は、例えば図３および図６に示すように、第１シリコン層に由来する第１層部２１と、第２シリコン層に由来する第２層部２２と、当該第１および第２層部２１，２２の間の絶縁膜２３とからなる積層構造を有する。【００３０】
フレーム２０の第１層部２１は、図１に示すように、空隙を介して分離した部分２１ａ，２１ｂからなり、揺動部１０を部分的に囲む形状を有する。部分２１ａは、本発明における第３導体部である。【００３１】
フレーム２０の第２層部２２は、例えば図２に示すように、空隙を介して分離した部分２２ａ，２２ｂ，２２ｃからなり、揺動部１０を全体的に囲む形状を有するフレーム本体である。部分２２ｂは、本発明における第２導体部である。部分２２ｃは、本発明における第１導体部である。【００３２】
第１層部２１の部分２１ａおよび第２層部２２の部分２２ａは、図６に示すように、絶縁膜２３を介して接合し且つ当該絶縁膜２３を貫通する導電ビア２４を介して電気的に接続されている。第１層部２１の部分２１ａおよび第２層部２２の部分２２ｂは、図６および図７に示すように、絶縁膜２３を介して接合している。第１層部２１の部分２１ａおよび第２層部２２の部分２２ｃは、図６および図７に示すように、絶縁膜２３を介して接合している。第１層部２１の部分２１ｂおよび第２層部２２の部分２２ｃは、図６に示すように、絶縁膜２３を介して接合し且つ当該絶縁膜２３を貫通する導電ビア２５を介して電気的に接続されている。【００３３】
連結部３１は、各々、図１に示すように二本のトーションバー３１ａからなる。各トーションバー３１ａは、第１シリコン層に由来する部位であり、揺動部１０の梁部１３とフレーム２０の第１層部２１の部分２１ｂとに接続して、揺動部１０およびフレーム２０を連結する。トーションバー３１ａにより、梁部１３と部分２１ｂとは電気的に接続される。各連結部３１を構成する二本のトーションバー３１ａの間隔は、フレーム２０の側から揺動部１０の側にかけて漸増する。また、トーションバー３１ａは、図３に示すように、厚さ方向Ｈにおいて、揺動部１０より薄肉であり、且つ、フレーム２０の第１層部２１よりも薄肉である。このような一対の連結部３１は、揺動部１０ないしランド部１１の揺動動作の軸心Ａ１を規定する。軸心Ａ１は、図１に示す矢印Ｄ方向と、即ち、駆動電極１２のアーム１２Ａ，１２Ｂの延び方向と、直交する。フレーム２０の側からランド部１１の側にかけて間隔が漸増する二本のトーションバー３１ａを含む各連結部３１は、ランド部１１の揺動動作における不要な変位成分の発生を抑制するのに好適である。【００３４】
駆動電極３２は、図２によく表れているように、第２シリコン層に由来する部位であり、アーム３２Ａ、複数の電極歯３２ａ、および複数の電極歯３２ｂからなる。アーム３２Ａは、フレーム２０の第２層部２２の部分２２ｂから延出し、図１に示す矢印Ｄ方向に延びる。複数の電極歯３２ａは、駆動電極１２のアーム１２Ａ側へアーム３２Ａから延出し、且つ、アーム３２Ａの延び方向に離隔して並列する。複数の電極歯３２ｂは、駆動電極１２のアーム１２Ｂ側へアーム３２Ａから延出し、且つ、アーム３２Ａの延び方向に離隔して並列する。【００３５】
マイクロ可動素子Ｘ１において、一対の駆動電極１２，３２は、揺動部１０に係る駆動力を発生させるための駆動機構ないしアクチュエータを構成する。当該駆動機構において、駆動電極１２のアーム１２Ａ，１２Ｂは、離隔して、軸心Ａ１と直交する方向に延びる。一対のアーム１２Ａ，１２Ｂは、駆動電極１２，３２からなる駆動機構の構造において、揺動部１０に係る軸心Ａ１の延び方向における最も外側の部位をなす。駆動電極３２は、図１および図４に示すように、このようなアーム１２Ａ，１２Ｂの離隔距離Ｌ２以内に設けられている。離隔距離Ｌ２は、例えば１０〜３００μｍである。また、駆動電極１２，３２の離隔距離は、上述の絶縁膜２３の厚さよりも大きい限りにおいて、例えば０.５〜２０μｍである。【００３６】
マイクロ可動素子Ｘ１の揺動部１０においては、ランド部１１よりも疎な構造をとる駆動電極１２がランド部１１と錘部１４Ａ，１４Ｂとの間に位置するように、ランド部１１、駆動電極１２、および錘部１４Ａ，１４Ｂは配列されている。このような揺動部１０の揺動動作の軸心Ａ１は、ランド部１０および駆動電極１２の間の梁部１３に接続してフレーム２０と揺動部１０とを連結する連結部３１ないしトーションバー３１ａによって規定されるところ、相対的に疎な構造をとる駆動電極１２の側に錘部１４Ａ，１４Ｂが連結している構成によると、ランド部１１および駆動電極１２を含む揺動部１０における軸心Ａ１まわりの重量バランスをとりやすい（特に、図１に示す矢印Ｄ方向において軸心Ａ１を中心として一方に延びる側と他方に延びる側との重量バランスをとりやすい）。【００３７】
マイクロ可動素子Ｘ１の揺動部１０は、このような錘部１４Ａ，１４Ｂに加えて錘部１４Ｃを有する。錘部１４Ｃは、揺動部１０の厚さ方向Ｈにおいて駆動電極１２上に積層形成されたものである。このような錘部１４Ｃは、ランド部１１と、駆動電極１２と、錘部１４Ａ，１４Ｂとを含む揺動部１０における軸心Ａ１まわりの重量バランスをとるのに資する（特に、揺動部１０の厚さ方向Ｈにおいて軸心Ａ１を中心として一方の側に位置する構造部と他方の側に位置する構造部との重量バランスをとるのに資する）。【００３８】
これら錘部１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃを具備することによって、マイクロ可動素子Ｘ１においては、揺動部１０について軸心Ａ１まわりの重量バランスがとられている。具体的には、揺動部１０における軸心Ａ１から図３中右側に位置する構造（ランド部１１、梁部１３の一部、および錘部１４Ｃの一部を含む）の質量と、軸心Ａ１から図３中左側に位置する構造（駆動電極１２、梁部１３の一部、錘部１４Ａ，１４Ｂ、錘部１４Ｃの一部を含む）の質量とが等しくなり（すなわち、揺動部１０における軸心Ａ１から図１中上側に位置する構造の質量と、軸心Ａ１から図１中下側に位置する構造の質量とが等しくなり）、且つ、揺動部１０における軸心Ａ１から図３中上側に位置する構造（ランド部１１の一部、駆動電極１２の一部、梁部１３の一部、および錘部１４Ａ，１４Ｂの一部を含む）の質量と、軸心Ａ１から図３中下側に位置する構造（ランド部１１の一部、駆動電極１２の一部、梁部１３の一部、錘部１４Ａ，１４Ｂの一部、および錘部１４Ｃを含む）の質量とが等しくなるように、ランド部１１、駆動電極１２、および梁部１３に加えて揺動部１０に錘部１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃが設けられている。【００３９】
マイクロ可動素子Ｘ１の駆動時には、揺動部１０の駆動電極１２に基準電位を付与し、駆動電極３２に駆動電位を付与し、フレーム２０の第１層部２１の部分２１ａに中間電位を付与する。【００４０】
駆動電極１２に対する基準電位の付与は、フレーム２０における第２層部２２の部分２２ｃ（例えば図２および図６に示す）、導電ビア２５、第１層部２１の２１ｂ、連結部３１のトーションバー３１ａ（例えば図１に示す）、および、揺動部１０の梁部１３を介して、実現することができる。基準電位は、例えばグラウンド電位または−Ｖ1であり、一定に維持される。そして、駆動電位を駆動電極３２に付与することにより、駆動電極１２，３２間（電極歯１２ａ，３２ａ間，電極歯１２ｂ，３２ｂ間）に静電引力を発生させることができる。駆動電極３２に対する電位付与は、フレーム２０における第２層部２２の部分２２ｂ（例えば図２に示す）を介して実現することができる。基準電位がグラウンド電位である場合、駆動電位は例えば０〜Ｖ2であり、基準電位が−Ｖ1である場合、駆動電位は例えば−Ｖ1〜Ｖ3（｜−Ｖ1｜＝｜Ｖ3｜）である。また、このような素子駆動時には、フレーム２０の第１層部２１の部分２１ａには、基準電位と最大の駆動電位との間の中間電位を付与する（最大の駆動電位とは、基準電位との差が最大となる駆動電位である）。部分２１ａに対する中間電位の付与は、フレーム２０の第２層部２２の部分２２ａ（図２および図６に示す）および導電ビア２４を介して実現することができる。基準電位がグラウンド電位であり且つ駆動電位が０〜Ｖ2である場合、中間電位は例えばＶ2／２である。基準電位が−Ｖ1であり且つ駆動電位が−Ｖ1〜Ｖ3（｜−Ｖ1｜＝｜Ｖ3｜）である場合、中間電位は例えばグラウンド電位である。【００４１】
駆動電極１２，３２間に所定以上の電位差が生じて所定以上の静電引力が発生すると、駆動電極１２は駆動電極３２に引き込まれる。そのため、揺動部１０ないしランド部１１は、軸心Ａ１まわりに揺動動作し、当該静電引力と各トーションバー３１ａの捩り抵抗力の総和とが釣り合う角度まで回転変位する。釣り合い状態においては、駆動電極１２，３２は、例えば図８に示す配向をとる。このような揺動動作における回転変位量は、駆動電極３２に対して付与する駆動電位を調整することにより、調節することができる。また、駆動電極１２，３２間の静電引力を消滅させると、各トーションバー３１ａはその自然状態に復帰し、揺動部１０ないしランド部１１は、図３に表れているような配向をとる。以上のような揺動部１０ないしランド部１１の揺動駆動により、ランド部１１上に設けられたミラー面１１ａにて反射される光の反射方向を適宜切り換えることができる。【００４２】
マイクロ可動素子Ｘ１においては、駆動電極１２，３２間に電位差を生じさせて電界を発生させると、これと共に、駆動電極１２と電気的に接続しているフレーム２０の第２層部２２部の部分２２ｃ（第１導体部）と、駆動電極３２と電気的に接続しているフレーム２０の第２層部２２の部分２２ｂ（第２導体部）との間にも、電位差が生ずる。しかしながら、マイクロ可動素子Ｘ１では、比較的大きな電位差が生じ得る部分２２ｂ，２２ｃは、単一の絶縁膜を介しては接合していない。マイクロ可動素子Ｘ１では、部分２２ｃと絶縁膜２３（第１絶縁膜）を介して接合し且つ部分２２ｂと絶縁膜２３（第２絶縁膜）を介して接合している、フレーム２０の第１層部２１の部分２１ａ（第３導体部）が存在し、部分２２ｂ，２２ｃを機械的に連結している。そのため、マイクロ可動素子Ｘ１では、部分２１ａ，２２ｃ間の電位差および部分２１ａ，２２ｂ間の電位差を抑制することができ、従って、部分２１ａ，２２ｃ間の絶縁膜２３にて発生する電界を抑制するとともに、部分２１ａ，２２ｂ間の絶縁膜２３にて発生する電界を抑制することが可能となる。具体的には、部分２２ｃに基準電位が付与され且つ部分２２ｂに可変の駆動電位が付与される場合、当該基準電位と最大の駆動電位との間の中間電位を部分２１ａに付与することによって、部分２１ａ，２２ｃ間の電位差を抑制して絶縁膜２３（第１絶縁膜）にて発生する電界を抑制するとともに、部分２１ａ，２２ｂ間の電位差を抑制して絶縁膜２３（第２絶縁膜）にて発生する電界を抑制することが可能なのである。【００４３】
このようにして、部分２２ｃ（第１導体部）と他の導体部（部分２１ａ）との間に介在して両導体部を電気的に分離する絶縁膜２３（第１絶縁膜）にて発生する電界を抑制するとともに、部分２２ｂ（第２導体部）と他の導体部（部分２１ａ）との間に介在して両導体部を電気的に分離する絶縁膜２３（第２絶縁膜）にて発生する電界を抑制することが可能な、マイクロ可動素子Ｘ１では、当該絶縁膜２３の絶縁特性の劣化は抑制される。このようなマイクロ可動素子Ｘ１は、絶縁特性の劣化に起因する駆動特性の劣化を抑制するのに適している。【００４４】
マイクロ可動素子Ｘ１の駆動時には、駆動電極３２に基準電位を付与し、揺動部１０の駆動電極１２に駆動電位を付与し、フレーム２０の第１層部２１の部分２１ａに中間電位を付与してもよい。この場合、駆動電極３２に付与される基準電位は、例えばグラウンド電位や−Ｖ1であり、一定に維持される。基準電位がグラウンド電位である場合、駆動電極１２に付与される駆動電位は例えば０〜Ｖ2であり、部分２１ａに付与される中間電位は例えばＶ2／２である。基準電位が−Ｖ1である場合、駆動電極１２に付与される駆動電位は例えば−Ｖ1〜Ｖ3（｜−Ｖ1｜＝｜Ｖ3｜）であり、部分２１ａに付与される中間電位は例えばグラウンド電位である。【００４５】
マイクロ可動素子Ｘ１においては、錘部１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃを具備することによって上述のように揺動部１０の重量バランスがとられているため、当該揺動部１０の揺動動作における回転変位量について、高精度に制御しやすい。【００４６】
マイクロ可動素子Ｘ１においては、駆動電極１２の一部を構成するアーム１２Ａ，１２Ｂは、駆動電極１２，３２からなる駆動機構の構造において、揺動部１０に係る軸心Ａ１の延び方向における最も外側の部位をなし、且つ、素子駆動時には、アーム１２Ａ，１２Ｂを含む駆動電極１２に対して基準電位（例えばグラウンド電位）が付与されている。このようなアーム１２Ａ，１２Ｂ間の離隔距離Ｌ２以内に、駆動電極３２は設けられている。そのため、基準電位よりも高い所定の駆動電位に起因して、素子駆動時に駆動電極３２から発する電界は、駆動電極１２のアーム１２Ａ，１２Ｂによって吸収されやすい（即ち、駆動電極３２から発する電界は、アーム１２Ａ，１２Ｂを越えて駆動機構外に漏出しにくい）。したがって、マイクロ可動素子Ｘ１は、その駆動時に素子外への電界漏れを抑制するのに適する。このようなマイクロ可動素子Ｘ１は、素子密度の高いマイクロ可動素子アレイを構成するうえで好ましい。当該マイクロ可動素子アレイでは、複数のマイクロ可動素子Ｘ１を一次元的に配してもよいし、二次元的に配してもよい。【００４７】
マイクロ可動素子Ｘ１においては、駆動電極１２と、揺動部１０の錘部１４Ｃと、フレーム２０における第１層部２１の部分２１ｂおよび第２層部２２の２２ｃとは、電気的に接続されている。したがって、素子駆動時には、駆動電極１２と共に、錘部１４Ｃ、第１層部２１の部分２１ｂ、および第２層部２２の部分２２ｃにも基準電位（例えばグラウンド電位）が付与される。そのため、基準電位よりも高い所定の駆動電位に起因して、素子駆動時に駆動電極３２から例えばランド部１１側へ発する電界は、錘部１４Ｃによって吸収されやすい（即ち、錘部１４Ｃは電界シールドとしても機能し、当該電界は錘部１４Ｃを越えて例えばランド部１１に至りにくい）。また、素子駆動時に駆動電極３２から発する電界は、第１層部２１の部分２１ｂによって吸収されやすい（即ち、部分２１ｂは電界シールドとしても機能し、当該電界は、フレーム２０の第１層部２１の部分２１ｂを越えては素子外に漏出しにくい）。加えて、素子駆動時に駆動電極３２から発する電界は、第２層部２２の部分２２ｃによって吸収されやすい（即ち、部分２２ｃは電界シールドとしても機能し、当該電界は、フレーム２０の第２層部２２の部分２２ｃを越えては素子外に漏出しにくい）。これら電界吸収効果は、素子外への電界漏れを抑制するのに資する。【００４８】
マイクロ可動素子Ｘ１においては、フレーム２０内において比較的大きな電位差が生じ得る部分２２ｂ（第２導体部）と部分２２ｃ（第１導体部）が、部分２２ｃと絶縁膜２３を介して接合し且つ部分２２ｂと絶縁膜２３を介して接合している部分２１ａ（第３導体部）によって機械的に連結される構成に代えて、部分２２ｃと絶縁膜２３を介して接合している第１部位と、部分２２ｂと絶縁膜２３を介して接合している第２部位とを含む、電気的に分離されて絶縁膜を介して連なる複数の部位によって、部分２２ｂ（第２導体部）と部分２２ｃ（第１導体部）を機械的に連結してもよい。このような構成によると、上述の部分２２ｂ，２２ｃに接する絶縁膜２３の絶縁特性の劣化を抑制しやすい。【００４９】
図９および図１０は、マイクロ可動素子Ｘ１の製造方法の一例を表す。この方法は、バルクマイクロマシニング技術によりマイクロ可動素子Ｘ１を製造するための一手法である。図９および図１０においては、図１０（ｄ）に示すランド部Ｌ、梁部Ｂ、フレームＦ１，Ｆ２、連結部Ｃ１，Ｃ２、および一組の電極Ｅ１，Ｅ２の形成過程を、一の断面の変化として表す。当該一の断面は、加工が施される材料基板（多層構造を有するウエハ）における単一のマイクロ可動素子形成区画に含まれる複数の所定箇所の断面を、モデル化して連続断面として表したものである。ランド部Ｌは、ランド部１１の一部に相当する。梁部Ｂは、梁部１３に相当し、梁部１３の横断面を表す。フレームＦ１，Ｆ２は、各々、フレーム２０に相当し、フレーム２０の横断面を表す。連結部Ｃ１は、連結部３１に相当し、トーションバー３１ａの延び方向の断面を表す。連結部Ｃ２は、連結部３１に相当し、トーションバー３１ａの横断面を表す。電極Ｅ１は、駆動電極１２の一部に相当し、電極歯１２ａ，１２ｂの横断面を表す。電極Ｅ２は、駆動電極３２の一部に相当し、電極歯３２ａ，３２ｂの横断面を表す。【００５０】
マイクロ可動素子Ｘ１の製造においては、まず、図９（ａ）に示すような材料基板１００を用意する。材料基板１００は、シリコン層１０１，１０２と、当該シリコン層１０１，１０２間の絶縁層１０３とからなる積層構造を有するＳＯＩウエハであり、図外において導電ビア１６，２４，２５が予め埋め込み形成されたものである。シリコン層１０１，１０２は、不純物をドープすることにより導電性を付与されたシリコン材料よりなる。不純物としては、Ｂなどのｐ型不純物や、ＰおよびＳｂなどのｎ型不純物を採用することができる。絶縁層１０３は例えば酸化シリコンよりなる。シリコン層１０１の厚さは例えば１０〜１００μｍであり、シリコン層１０２の厚さは例えば５０〜５００μｍであり、絶縁層１０３の厚さは例えば０.３〜３μｍである。【００５１】
次に、図９（ｂ）に示すように、シリコン層１０１上にミラー面１１ａを形成する。ミラー面１１ａの形成においては、まず、スパッタリング法により、シリコン層１０１に対して例えばＣｒ（５０ｎｍ）およびこれに続いてＡｕ（２００ｎｍ）を成膜する。次に、所定のマスクを介してこれら金属膜に対してエッチング処理を順次行うことにより、ミラー面１１ａをパターン形成する。Ａｕに対するエッチング液としては、例えば、ヨウ化カリウム−ヨウ素水溶液を使用することができる。Ｃｒに対するエッチング液としては、例えば硝酸第二セリウムアンモニウム水溶液を使用することができる。【００５２】
次に、図９（ｃ）に示すように、シリコン層１０１上に酸化膜パターン１１０およびレジストパターン１１１を形成し、シリコン層１０２上に酸化膜パターン１１２を形成する。酸化膜パターン１１０は、シリコン層１０１において成形されるべき揺動部１０（ランド部１１、梁部１３、駆動電極１２、錘部１４Ａ，１４Ｂを含む）およびフレーム２０の一部等に対応する図１１に示すパターン形状を有する。レジストパターン１１１は、連結部３１に対応するパターン形状を有する。また、酸化膜パターン１１２は、シリコン層１０２において成形されるべきフレーム２０の一部、駆動電極３２、および錘部１４Ｃに対応する図１２に示すパターン形状を有する。【００５３】
次に、図９（ｄ）に示すように、酸化膜パターン１１０およびレジストパターン１１１をマスクとして利用して、ＤＲＩＥ（deep reactive ion etching）により、シリコン層１０１に対して所定の深さまでエッチング処理を行う。所定の深さとは、連結部Ｃ１，Ｃ２の厚さに相当する深さであり、例えば５μｍである。ＤＲＩＥでは、ＳＦ6ガスを用いて行うエッチングとＣ4Ｆ8ガスを用いて行う側壁保護とを交互に繰り返すＢｏｓｃｈプロセスにおいて、良好な異方性エッチング加工を行うことができる。後出のＤＲＩＥについても、このようなＢｏｓｃｈプロセスを採用することができる。【００５４】
次に、図１０（ａ）に示すようにレジストパターン１１１を除去する。例えば、剥離液を作用させることにより、レジストパターン１１１を剥離することができる。【００５５】
次に、図１０（ｂ）に示すように、酸化膜パターン１１０をマスクとして、ＤＲＩＥにより、連結部Ｃ１，Ｃ２を残存形成しつつシリコン層１０１に対して絶縁層１０３に至るまでエッチング処理を行う。本エッチング処理により、揺動部１０（ランド部Ｌ、梁部Ｂ、電極Ｅ１を含む）、フレーム２０（フレームＦ１，Ｆ２を含む）の一部（第１層部２１）、および各連結部３１（連結部Ｃ１，Ｃ２を含む）が、成形される。【００５６】
次に、図１０（ｃ）に示すように、酸化膜パターン１１２をマスクとして、ＤＲＩＥによりシリコン層１０２に対して絶縁層１０３に至るまでエッチング処理を行う。本エッチング処理により、フレーム２０（フレームＦ１，Ｆ２を含む）の一部（第２層部２２）、駆動電極３２（電極Ｅ２を含む）、および錘部１４Ｃが、成形される。【００５７】
次に、図１０（ｄ）に示すように、絶縁層１０３において露出している箇所、および酸化膜パターン１１０，１１２を、エッチング除去する。エッチング手法としては、ドライエッチングまたはウエットエッチングを採用することができる。ドライエッチングを採用する場合、エッチングガスとしては、例えば、ＣＦ4やＣＨＦ3などを採用することができる。ウエットエッチングを採用する場合、エッチング液としては、例えば、フッ酸とフッ化アンモニウムからなるバッファードフッ酸（ＢＨＦ）を使用することができる。【００５８】
以上の一連の工程を経ることにより、ランド部Ｌ、梁部Ｂ、フレームＦ１，Ｆ２、連結部Ｃ１，Ｃ２、および一組の電極Ｅ１，Ｅ２などを成形してマイクロ可動素子Ｘ１を製造することができる。【００５９】
図１３は、第２の実施形態に係るマイクロ可動素子アレイＹ１を表す。図１４は、図１３の線XIV−XIVに沿った、マイクロ可動素子アレイＹ１の部分拡大断面図である。【００６０】
マイクロ可動素子アレイＹ１は、複数（本実施形態では４個）のマイクロ可動素子Ｘ１を含んでなる。マイクロ可動素子アレイＹ１において、複数のマイクロ可動素子Ｘ１は、軸心Ａ１の方向に一列に（即ち一次元的に）配されている。したがって、マイクロ可動素子アレイＹ１では、複数のミラー面１１ａは、軸心Ａ１の方向に一列に配されている。【００６１】
マイクロ可動素子アレイＹ１において、フレーム２０の第２層部２２の部分２２ｃは、全てのマイクロ可動素子Ｘ１にわたって連続しており、従って、全てのマイクロ可動素子Ｘ１における駆動電極１２と、揺動部１０の錘部１４Ｃと、フレーム２０の第１層部２１の部分２１ｂとは、電気的に接続されている。また、マイクロ可動素子アレイＹ１において、各マイクロ可動素子Ｘ１におけるフレーム２０の第１層部２１の部分２１ａは、隣り合う一つのマイクロ可動素子Ｘ１におけるフレーム２０の第１層部２１の部分２１ａと連続している。【００６２】
マイクロ可動素子アレイＹ１の駆動時には、全てのマイクロ可動素子Ｘ１における揺動部１０の駆動電極１２に対して共通的に所定の基準電位が付与された状態で、選択されたマイクロ可動素子Ｘ１の駆動電極３２に対して所定の駆動電位が付与される。これにより、各マイクロ可動素子Ｘ１の揺動部１０ないしランド部１１が個別に揺動駆動され、各マイクロ可動素子Ｘ１のランド部１１上に設けられたミラー面１１ａにて反射される光の反射方向を適宜切り換えることができる。各マイクロ可動素子Ｘ１の駆動手法については、具体的には、第１の実施形態に関して上述したとおりである。【００６３】
第１の実施形態に関して上述したように、各マイクロ可動素子Ｘ１においては、部分２２ｃ（第１導体部）と他の導体部（部分２１ａ）との間に介在して両導体部を電気的に分離する絶縁膜２３（第１絶縁膜）にて発生する電界を抑制するとともに、部分２２ｂ（第２導体部）と他の導体部（部分２１ａ）との間に介在して両導体部を電気的に分離する絶縁膜２３（第２絶縁膜）にて発生する電界を抑制することが可能であり、当該絶縁膜２３の絶縁特性の劣化は抑制される。【００６４】
第１の実施形態に関して上述したように、各マイクロ可動素子Ｘ１においては、錘部１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃを具備することによって揺動部１０の重量バランスがとられているため、各揺動部１０の揺動動作における回転変位量について、高精度に制御しやすい。【００６５】
第１の実施形態に関して上述したように、各マイクロ可動素子Ｘ１では、駆動機構（駆動電極１２，３２）の構造において軸心Ａ１の延び方向における最も外側の部位をなし且つ素子駆動時に基準電位（例えばグラウンド電位）が付与されているアーム１２Ａ，１２Ｂ間の離隔距離Ｌ２以内に、駆動電極３２は設けられているため、基準電位よりも高い所定の駆動電位に起因して素子駆動時に駆動電極３２から発する電界は、当該駆動電極１２のアーム１２Ａ，１２Ｂによって吸収されやすく、当該素子外への電界漏れは抑制される。したがって、マイクロ可動素子アレイＹ１においては、一のマイクロ可動素子Ｘ１の駆動機構（駆動電極１２，３２）からの漏れ電界が、隣接する他のマイクロ可動素子Ｘ１の駆動特性に不当な影響を与えることが、抑制される。このようなマイクロ可動素子アレイＹ１は、複数のマイクロ可動素子Ｘ１について、従って、複数のミラー面１１ａについて、短い配設ピッチを実現するのに適する。すなわち、マイクロ可動素子アレイＹ１は、マイクロ可動素子Ｘ１ないしミラー面１１ａの高密度化を図るのに適するのである。【００６６】
第１の実施形態に関して上述したように、各マイクロ可動素子Ｘ１では、駆動電極１２のアーム１２Ａ，１２Ｂに加えて錘部１４Ｃ、第１層部２１の部分２１ｂ、第２層部２２の部分２２ｃも電界吸収効果を発揮することができる。これらによる電界吸収効果も、マイクロ可動素子アレイＹ１における一のマイクロ可動素子Ｘ１の駆動機構（駆動電極１２，３２）からの漏れ電界が、隣接する他のマイクロ可動素子Ｘ１の駆動特性に不当な影響を与えることを抑制するのに、資する。【００６７】
図１５は、本発明の第３の実施形態に係るマイクロ可動素子アレイＹ２の部分平面図である。マイクロ可動素子アレイＹ２は、複数のマイクロ可動素子Ｘ２を含んでなる。マイクロ可動素子アレイＹ２において、複数のマイクロ可動素子Ｘ２は、一列に（即ち一次元的に）配されている。【００６８】
図１６から図２２は、マイクロ可動素子アレイＹ２を構成するマイクロ可動素子Ｘ２を表す。図１６は、マイクロ可動素子Ｘ２の平面図であり、図１７は、マイクロ可動素子Ｘ２の一部省略平面図である。図１８から図２２は、各々、図１６の線XVIII−XVIII、線XIX−XIX、線XX−XX、線XXI−XXI、および線XXII-XXIIに沿った断面図である。【００６９】
マイクロ可動素子Ｘ２は、揺動部１０と、フレーム２０’と、一対の連結部３１と、駆動電極３２と、フレーム４０と、一対の連結部３３，３４と、駆動電極３５，３６とを備え、本実施形態ではマイクロミラー素子として構成されている。また、マイクロ可動素子Ｘ２は、ＭＥＭＳ技術などのバルクマイクロマシニング技術により、いわゆるＳＯＩウエハである材料基板に対して加工を施すことによって得られたものである。当該材料基板は、第１および第２シリコン層ならびに当該シリコン層間の絶縁層よりなる積層構造を有し、各シリコン層は、不純物のドープにより所定の導電性が付与されている。マイクロ可動素子Ｘ２における上述の各部位は主に第１シリコン層および／または第２シリコン層に由来して形成されるところ、図の明確化の観点より、図１６においては、第１シリコン層に由来して絶縁層より紙面手前方向に突き出る部位について、斜線ハッチングを付して表す。また、図１７に示される構造は、マイクロ可動素子Ｘ２において第２シリコン層に由来するものである。【００７０】
マイクロ可動素子Ｘ２は、フレーム２０に代えてフレーム２０’を備える点、および、フレーム４０と、一対の連結部３３，３４と、駆動電極３５，３６とを追加的に備える点において、第１の実施形態たるマイクロ可動素子Ｘ１と異なる。マイクロ可動素子Ｘ２における揺動部１０、一対の連結部３１、および駆動電極３２は、マイクロ可動素子Ｘ１における揺動部１０、一対の連結部３１、および駆動電極３２と、同様である。【００７１】
フレーム２０’は、第１層部２１が部分２１ｃ，２１ｄを有し且つ第２層部２２が部分２２ａを有しない点において、第１の実施形態におけるフレーム２０と実質的に異なる。部分２１ｃは、図１６および図１８に示すように、第１層部２１において、空隙を介して部分２１ａから分離している。図１８に示すように、部分２１ｃは、絶縁膜２３を貫通する導電ビア２６を介して、フレーム２０’の第２層部２２の部分２２ｂと電気的に接続されている。部分２１ｄは、図１６に示すように、フレーム２０の端部に位置し、図１６に示す矢印Ｄ方向に延びる部位を有し、図２１に示すように、絶縁膜２３を貫通する導電ビア２７を介して第２層部２２の部分２２ｃと電気的に接続されている。【００７２】
フレーム４０は、図１９および図２０に示すように、第１シリコン層に由来する第１層部４１と、第２シリコン層に由来する第２層部４２と、当該第１および第２層部４１，４２の間の絶縁膜４３とからなる積層構造を有する。【００７３】
フレーム４０の第１層部４１は、図１６、図１９、および図２２に示すように、空隙を介して分離した部分４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄからなる（部分４１ａ，４１ｃは図外で連続していてもよい）。部分４１ｃは、本発明における第３導体部である。【００７４】
フレーム４０の第２層部４２は、図１７、図１９、および図２２に示すように、空隙を介して分離した部分４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅからなる。部分４２ｄは、本発明における第１導体部である。部分４２ｅは、本発明における第２導体部である。【００７５】
第１層部４１の部分４１ａおよび第２層部４２の部分４２ａは、図１９に示すように、絶縁膜４３を介して接合し、且つ、当該絶縁膜４３を貫通する導電ビア４４を介して電気的に接続されている。第１層部４１の部分４１ｂおよび第２層部４２の部分４２ｂは、図１９に示すように、絶縁膜４３を介して接合し、且つ、当該絶縁膜４３を貫通する導電ビア４５を介して電気的に接続されている。第１層部４１の部分４１ｃおよび第２層部４２の部分４２ｃは、図２２に示すように、絶縁膜４３を介して接合し、且つ、当該絶縁膜４３を貫通する導電ビア４６を介して電気的に接続されている。第１層部４１の部分４１ｄおよび第２層部４２の部分４２ｄは、図２２に示すように、絶縁膜４３を介して接合し、且つ、当該絶縁膜４３を貫通する導電ビア４７を介して電気的に接続されている。また、第１層部４１の部分４１ｃおよび第２層部４２の部分４２ｄは、図２０および図２２に示すように、絶縁膜４３を介して接合している。第１層部４１の部分４１ｃおよび第２層部４２の部分４２ｅは、絶縁膜４３を介して接合している。【００７６】
連結部３３は、図１６に示すように二本のトーションバー３３ａ，３３ｂからなる。トーションバー３３ａは、第１シリコン層に由来する部位であり、フレーム２０’の第１層部２１の部分２１ａとフレーム４０の第１層部４１の部分４１ａとに接続して、フレーム２０’，４０を連結する。トーションバー３３ａにより、部分２１ａ，４１ａは電気的に接続される。トーションバー３３ｂは、第１シリコン層に由来する部位であり、フレーム２０’の第１層部２１の部分２１ｃとフレーム４０の第１層部４１の部分４１ｂとに接続して、フレーム２０’，４０を連結する。トーションバー３３ｂにより、部分２１ｃ，４１ｂは電気的に接続される。二本のトーションバー３３ａ，３３ｂの間隔は、フレーム４０の側からフレーム２０’の側にかけて漸増する。また、トーションバー３３ａ，３３ｂは、第１の実施形態における連結部３１のトーションバー３１ａと同様に薄肉である。【００７７】
連結部３４は、図１６に示すように二本のトーションバー３４ａからなる。各トーションバー３４ａは、第１シリコン層に由来する部位であり、フレーム２０’の第１層部２１の部分２１ｄとフレーム４０の第１層部４１の部分４１ｄとに接続して、フレーム２０’，４０を連結する。トーションバー３４ａにより、部分２１ｄ，４１ｄは電気的に接続される。二本のトーションバー３４ａの間隔は、フレーム４０の側からフレーム２０’の側にかけて漸増する。また、トーションバー３４ａは、第１の実施形態における連結部３１のトーションバー３１ａと同様に薄肉である。【００７８】
これら一対の連結部３３，３４は、フレーム２０’の揺動動作の軸心Ａ２を規定する。軸心Ａ２は、図１６に示す矢印Ｄ方向に延びる。フレーム４０の側からフレーム２０’の側にかけて間隔が漸増する二本のトーションバー３３ａ，３３ｂを含む連結部３３、および、フレーム４０の側からフレーム２０’の側にかけて間隔が漸増する二本のトーションバー３４ａを含む連結部３４は、フレーム２０’の揺動動作における不要な変位成分の発生を抑制するのに好適である。【００７９】
駆動電極３５は、第１シリコン層に由来する部位であり、複数の電極歯３５ａからなる。複数の電極歯３５ａは、フレーム２０’における部分２１ｄから駆動電極３６側へ延出し、且つ、軸心Ａ２の延び方向に離隔して並列する。【００８０】
駆動電極３６は、第２シリコン層に由来する部位であり、アーム３６Ａおよび複数の電極歯３６ａからなる。アーム３６Ａは、例えば図１７に示すように、フレーム４０における第２層部４１の部分４２ｅから延出し、軸心Ａ２の延び方向に延びる。複数の電極歯３６ａは、アーム３６Ａから駆動電極３５側へ延出し、且つ、アーム３６Ａの延び方向に離隔して並列する。【００８１】
マイクロ可動素子Ｘ２において、一対の駆動電極１２，３２は、揺動部１０に係る駆動力を発生させるための駆動機構ないしアクチュエータを構成し、且つ、一対の駆動電極３５，３６は、フレーム２０’に係る駆動力を発生させるための駆動機構ないしアクチュエータを構成する。【００８２】
マイクロ可動素子Ｘ１の駆動時には、揺動部１０の駆動電極１２，３５に基準電位を付与し、駆動電極３２に第１駆動電位を付与し、駆動電極３６に第２駆動電極を付与し、フレーム２０’の第１層部２１の部分２１ａとフレーム４０の第１層部４１の部分４１ｃとに中間電位を付与する。【００８３】
駆動電極１２に対する基準電位の付与は、フレーム４０における第２層部４２の部分４２ｄ（例えば図２２に示す）、導電ビア４７、第１層部４１ｄ、連結部３４のトーションバー３４ａ（図１６に示す）、フレーム２０’における第１層部２１の部分２１ｄ、導電ビア２７（図２１に示す）、第２層部２２の部分２２ｃ、導電ビア２５（第１の実施形態に関して図６に示す）、第１層部２１の部分２１ｂ、連結部３１のトーションバー３１ａ（図１６に示す）、および、揺動部１０の梁部１３を介して、実現することができる。この基準電位は、例えばグラウンド電位または−Ｖ1であり、一定に維持される。【００８４】
駆動電極３５に対する基準電位の付与は、フレーム４０における第２層部４２の部分４２ｄ、導電ビア４７、第１層部４１ｄ、連結部３４のトーションバー３４ａ、およびフレーム２０’における第１層部２１の部分２１ｄを介して実現することができる。駆動電極１２，３５は電気的に接続されている。【００８５】
駆動電極３２に対する第１駆動電位の付与は、フレーム４０における第２層部４２の部分４２ｂ（例えば図１９に示す）、導電ビア４５、第１層部４１の部分４１ｂ、連結部３３のトーションバー３３ｂ（図１６に示す）、フレーム２０’における第１層部２１の２１ｃ、導電ビア２６（図１８に示す）、および第２層部２２の部分２２ｂを介して実現することができる。基準電位がグラウンド電位である場合、第１駆動電位は例えば０〜Ｖ2であり、基準電位が−Ｖ1である場合、第１駆動電位は例えば−Ｖ1〜Ｖ3（｜−Ｖ1｜＝｜Ｖ3｜）である。【００８６】
駆動電極３６に対する第２駆動電位の付与は、フレーム４０における第２層部４２の部分４２ｅを介して、駆動電極３２に対する電位付与とは独立に実現することができる。基準電位がグラウンド電位である場合、第２駆動電位は例えば０〜Ｖ2であり、基準電位が−Ｖ1である場合、第２駆動電位は例えば−Ｖ1〜Ｖ3（｜−Ｖ1｜＝｜Ｖ3｜）である。【００８７】
フレーム２０’の第１層部２１の部分２１ａ（例えば図１８に示す）に対する中間電位の付与は、フレーム４０における第２層部４２の部分４２ａ（例えば図１９に示す）、導電ビア４４、第１層部４１の部分４１ａ、連結部３３のトーションバー３３ａ（図１６に示す）、およびフレーム２０’における第１層部２１の部分２１ａを介して実現することができる。フレーム２０’における第２層部２２の部分２２ｃに付与される基準電位がグラウンド電位であり、且つ、フレーム２０’における第２層部２２の部分２２ｂに付与される第１駆動電位が０〜Ｖ2である場合、部分２１ａに対して付与されるこの中間電位は例えばＶ2／２である。フレーム２０’における第２層部２２の部分２２ｃに付与される基準電位が−Ｖ1であり、且つ、フレーム２０’における第２層部２２の部分２２ｂに付与される第１駆動電位が−Ｖ1〜Ｖ3（｜−Ｖ1｜＝｜Ｖ3｜）である場合、部分２１ａに対して付与されるこの中間電位は例えばグラウンド電位である。【００８８】
フレーム４０の第１層部４１の部分４１ｃ（例えば図２２に示す）に対する中間電位の付与は、フレーム４０における第２層部４２の部分４２ｃおよび導電ビア４６を介して実現することができる。フレーム４０における第２層部４２の部分４２ｄに付与される基準電位がグラウンド電位であり、且つ、フレーム４０における第２層部４２の部分４２ｅに付与される第２駆動電位が０〜Ｖ2である場合、部分４１ｃに対して付与されるこの中間電位は例えばＶ2／２である。フレーム４０における第２層部４２の部分４２ｄに付与される基準電位が−Ｖ1であり、且つ、フレーム４０における第２層部４２の部分４２ｅに付与される第２駆動電位が−Ｖ1〜Ｖ3（｜−Ｖ1｜＝｜Ｖ3｜）である場合、部分４１ｃに対して付与されるこの中間電位は例えばグラウンド電位である。【００８９】
マイクロ可動素子Ｘ２においては、第１駆動電位を駆動電極３２に対して必要に応じて付与することにより、駆動電極１２，３２間に静電引力を発生させて揺動部１０を軸心Ａ１まわりに揺動駆動することができ、また、第２駆動電位を駆動電極３６に対して必要に応じて付与することにより、駆動電極３５，３６間に静電引力を発生させてフレーム２０’およびこれに伴う揺動部１０を軸心Ａ２まわりに揺動駆動することができる。マイクロ可動素子Ｘ２は、いわゆる二軸型の揺動素子である。二軸型の揺動駆動により、マイクロ可動素子Ｘ２のランド部１１上に設けられたミラー面１１ａにて反射される光の反射方向を適宜切り換えることができる。【００９０】
マイクロ可動素子Ｘ２においては、駆動電極１２，３２間に電位差を生じさせて電界を発生させると、これと共に、駆動電極１２と電気的に接続しているフレーム２０’の第２層部２２部の部分２２ｃ（第１導体部）と、駆動電極３２と電気的に接続しているフレーム２０’の第２層部２２の部分２２ｂ（第２導体部）との間にも、電位差が生ずる。しかしながら、マイクロ可動素子Ｘ２では、比較的大きな電位差を生じ得る部分２２ｂ，２２ｃは、単一の絶縁膜を介しては接合していない。マイクロ可動素子Ｘ２では、部分２２ｃと絶縁膜２３（第１絶縁膜）を介して接合し且つ部分２２ｂと絶縁膜２３（第２絶縁膜）を介して接合している、フレーム２０’の第１層部２１の部分２１ａ（第３導体部）が存在し、部分２２ｂ，２２ｃを機械的に連結している。そのため、マイクロ可動素子Ｘ２では、部分２１ａ，２２ｃ間の電位差および部分２１ａ，２２ｂ間の電位差を抑制することができ、従って、部分２１ａ，２２ｃ間の絶縁膜２３にて発生する電界を抑制するとともに、部分２１ａ，２２ｂ間の絶縁膜２３にて発生する電界を抑制することが可能となる。具体的には、部分２２ｂに基準電位が付与され且つ部分２２ｃに可変の駆動電位が付与される場合、当該基準電位と最大の駆動電位との間の中間電位を部分２１ａに付与することによって、部分２１ａ，２２ｃ間の電位差を抑制して絶縁膜２３（第１絶縁膜）にて発生する電界を抑制するとともに、部分２１ａ，２２ｂ間の電位差を抑制して絶縁膜２３（第２絶縁膜）にて発生する電界を抑制することが可能なのである。【００９１】
このようにして、部分２２ｃ（第１導体部）と他の導体部（部分２１ａ）との間に介在して両導体部を電気的に分離する絶縁膜２３（第１絶縁膜）にて発生する電界を抑制するとともに、部分２２ｂ（第２導体部）と他の導体部（部分２１ａ）との間に介在して両導体部を電気的に分離する絶縁膜２３（第２絶縁膜）にて発生する電界を抑制することが可能な、マイクロ可動素子Ｘ２では、当該絶縁膜２３の絶縁特性の劣化は抑制される。このようなマイクロ可動素子Ｘ２は、絶縁特性の劣化に起因する駆動特性の劣化を抑制するのに適している。【００９２】
マイクロ可動素子Ｘ２においては、駆動電極３５，３６間に電位差を生じさせて電界を発生させると、これと共に、駆動電極３５と電気的に接続しているフレーム４０の第２層部４２の部分４２ｄ（第１導体部）と、駆動電極３６と電気的に接続しているフレーム４０の第２層部４２の部分４２ｅ（第２導体部）との間にも、電位差が生ずる。しかしながら、マイクロ可動素子Ｘ２では、比較的大きな電位差を生じ得る部分４２ｄ，４２ｅは、単一の絶縁膜を介しては接合していない。マイクロ可動素子Ｘ２では、部分４２ｄと絶縁膜４３（第１絶縁膜）を介して接合し且つ部分４２ｅと絶縁膜４３（第２絶縁膜）を介して接合している、フレーム４０の第１層部４１の部分４１ｃ（第３導体部）が存在し、部分４２ｄ，４２ｅを機械的に連結している。そのため、マイクロ可動素子Ｘ２では、部分４１ｃ，４２ｄ間の電位差および部分４１ｃ，４２ｅ間の電位差を抑制することができ、従って、部分４１ｃ，４２ｄ間の絶縁膜４３にて発生する電界を抑制するとともに、部分４１ｃ，４２ｅ間の絶縁膜４３にて発生する電界を抑制することが可能となる。具体的には、部分４２ｄに基準電位が付与され且つ部分４２ｅに可変の駆動電位が付与される場合、当該基準電位と最大の駆動電位との間の中間電位を部分４１ｃに付与することによって、部分４１ｃ，４２ｄ間の電位差を抑制して絶縁膜４３（第１絶縁膜）にて発生する電界を抑制するとともに、部分４１ｃ，４２ｅ間の電位差を抑制して絶縁膜４３（第２絶縁膜）にて発生する電界を抑制することが可能なのである。【００９３】
このようにして、部分４２ｄ（第１導体部）と他の導体部（部分４１ｃ）との間に介在して両導体部を電気的に分離する絶縁膜４３（第１絶縁膜）にて発生する電界を抑制するとともに、部分４２ｅ（第２導体部）と他の導体部（部分４１ｃ）との間に介在して両導体部を電気的に分離する絶縁膜４３（第２絶縁膜）にて発生する電界を抑制することが可能な、マイクロ可動素子Ｘ２では、当該絶縁膜の絶縁特性の劣化は抑制される。このようなマイクロ可動素子Ｘ２は、絶縁特性の劣化に起因する駆動特性の劣化を抑制するのに適している。【００９４】
第１の実施形態たるマイクロ可動素子Ｘ１の構成を実質的に全て具備するマイクロ可動素子Ｘ２においては、第１の実施形態に関して上述したのと同様に、各揺動部１０の揺動動作における回転変位量について、高精度に制御しやすい。【００９５】
第１の実施形態たるマイクロ可動素子Ｘ１の構成を実質的に全て具備するマイクロ可動素子Ｘ２においては、第１の実施形態に関して上述したのと同様に、素子駆動時に駆動電極３２から発する電界の素子外への漏出は抑制される。【００９６】
図１５に示すマイクロ可動素子アレイＹ２は、このようなマイクロ可動素子Ｘ２を複数含んでなる。マイクロ可動素子アレイＹ２において、複数のマイクロ可動素子Ｘ２は、全ての軸心Ａ２（図１５には図示せず）が相互に平行となるように一列に配されている。【００９７】
マイクロ可動素子アレイＹ２において、フレーム４０の第２層部４２の部分４２ｄは、全てのマイクロ可動素子Ｘ２にわたって連続しており、従って、全てのマイクロ可動素子Ｘ２における、部分４２ｄと電気的に接続している駆動電極１２は電気的に接続され、且つ、全てのマイクロ可動素子Ｘ２における、部分４２ｄと電気的に接続している駆動電極３５は電気的に接続されている。そのため、マイクロ可動素子アレイＹ２の駆動時には、全てのマイクロ可動素子Ｘ２における揺動部１０の駆動電極１２，３５に対して共通的に所定の基準電位を付与することができる。そして、全てのマイクロ可動素子Ｘ２における揺動部１０の駆動電極１２，３５に対して共通的に所定の基準電位を付与した状態で、選択されたマイクロ可動素子Ｘ２の駆動電極３２，３６の各々に対して所定の駆動電位が付与される。これにより、各マイクロ可動素子Ｘ２の揺動部１０およびフレーム２０’が個別に揺動駆動され、各マイクロ可動素子Ｘ２のランド部１１上に設けられたミラー面１１ａにて反射される光の反射方向を適宜切り換えることができる。【００９８】
マイクロ可動素子アレイＹ２の各マイクロ可動素子Ｘ２においては、上述のように、素子駆動時に駆動電極３２から発する電界の素子外への漏出は抑制される。したがって、マイクロ可動素子アレイＹ２においては、一のマイクロ可動素子Ｘ２の駆動機構（駆動電極１２，３２）からの漏れ電界が、隣接する他のマイクロ可動素子Ｘ２の駆動特性に不当な影響を与えることが、抑制される。このようなマイクロ可動素子アレイＹ２は、複数の二軸型のマイクロ可動素子Ｘ２について、従って、複数のミラー面１１ａについて、短い配設ピッチを実現するのに適する。すなわち、マイクロ可動素子アレイＹ２は、マイクロ可動素子Ｘ２ないしミラー面１１ａの高密度化を図るのに適するのである。
【図１】
2009057202.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年3月30日(2010.3.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１駆動電極を有する可動部と、
前記第１駆動電極との間に静電引力を発生させるための第２駆動電極と、
前記第１駆動電極と電気的に接続している第１導体部と、
前記第２駆動電極と電気的に接続している第２導体部と、
前記第１および第２駆動電極と電気的に接続しておらず、前記第１導体部と絶縁膜を介して接合し、且つ、前記第２導体部と絶縁膜を介して接合している、第３導体部と、を備えるマイクロ可動素子。
【請求項２】
前記第１導体部には基準電位が付与され、前記第２導体部には可変の駆動電位が付与され、前記第３導体部には、前記基準電位と最大の駆動電位との間の中間電位が付与される、請求項１に記載のマイクロ可動素子。
【請求項３】
前記第２導体部には基準電位が付与され、前記第１導体部には可変の駆動電位が付与され、前記第３導体部には、前記基準電位と最大の駆動電位との間の中間電位が付与される、請求項１に記載のマイクロ可動素子。
【請求項４】
フレームと、
前記フレームおよび前記可動部を連結して前記可動部の揺動動作の軸心を規定する連結部と、を更に備える、請求項１に記載のマイクロ可動素子。
【請求項５】
追加フレームと、
前記フレームおよび前記追加フレームを連結し、且つ、前記フレームの揺動動作の、前記軸心と交差する方向に延びる追加軸心を規定する、追加連結部と、
前記フレームの前記揺動動作の駆動力を発生させるための駆動機構と、を更に備える、請求項４に記載のマイクロ可動素子。
【請求項６】
前記追加連結部は、前記第１導体部と電気的に接続している部位、前記第２導体部と電気的に接続している部位、および、前記第３導体部と電気的に接続している部位を含む、請求項５に記載のマイクロ可動素子。
【請求項７】
前記第３導体部は、前記第１導体部と絶縁膜を介して接合する第１部位と、前記第２導体部と絶縁膜を介して接合する第２部位と、を含む、電気的に分離された複数の部位を有する、請求項１に記載のマイクロ可動素子。
【請求項８】
前記第１および第２駆動電極の間の離隔距離は、前記絶縁膜の厚さよりも大きい、請求項１に記載のマイクロ可動素子。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一つに記載のマイクロ可動素子を複数含む、マイクロ可動素子アレイ。
【請求項１０】
前記複数のマイクロ可動素子における前記可動部の前記第１駆動電極には、共通的に電位を付与可能であり、且つ、前記複数のマイクロ可動素子における前記第２駆動電極には、マイクロ可動素子ごとに個別に電位を付与可能である、請求項９に記載のマイクロ可動素子アレイ。
【国際調査報告】
2009057202.tif 000028
2009057202.tif 000029