(57)【要約】【課題】  小型化を図るのに適したマイクロ揺動素子を提供する。【解決手段】  本発明のマイクロ揺動素子Ｘ１は、可動機能部１１を有する揺動部１０と、フレーム２１と、揺動部１０およびフレーム２１を連結して揺動部１０の揺動動作の揺動軸心Ａ１を規定する捩れ連結部２２とを備える。これら揺動部１０、フレーム２１、および捩れ連結部２２は、第１導体層、第２導体層、並びに当該第１および第２導体層の間の絶縁層、からなる積層構造を有する材料基板から一体的に成形されたものである。可動機能部１１は第１導体層において成形された部位であり、フレーム２１は第２導体層において成形された部位である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導体層、第２導体層、並びに当該第１および第２導体層の間の絶縁層、からなる積層構造を有する材料基板から一体的に成形された、可動機能部を有する揺動部と、フレームと、当該揺動部およびフレームを連結して当該揺動部の揺動動作の揺動軸心を規定する捩れ連結部とを備え、
前記可動機能部は前記第１導体層において成形された部位であり、前記フレームは前記第２導体層において成形された部位である、マイクロ揺動素子。
【請求項２】
前記第１導体層において前記可動機能部よりも薄く成形され且つ前記絶縁層を介して前記フレームに固定された薄肉構造部を更に備える、請求項１に記載のマイクロ揺動素子。
【請求項３】
前記薄肉構造部は、前記絶縁層を貫通する導電連絡部を介して前記フレームと電気的に接続されている、請求項２に記載のマイクロ揺動素子。
【請求項４】
前記第１導体層において成形され且つ前記絶縁層を介して前記フレームに固定されて当該フレームよりも幅狭である幅狭構造部を更に備える、請求項１から３のいずれか一つに記載のマイクロ揺動素子。
【請求項５】
前記幅狭構造部は、前記絶縁層を貫通する導電連絡部を介して前記フレームと電気的に接続されている、請求項４に記載のマイクロ揺動素子。
【請求項６】
前記第１導体層において前記可動機能部よりも薄く成形され且つ前記絶縁層を介して前記フレームに固定されて当該フレームよりも幅狭である薄肉幅狭構造部を更に備える、請求項１から５のいずれか一つに記載のマイクロ揺動素子。
【請求項７】
前記薄肉幅狭構造部は、前記絶縁層を貫通する導電連絡部を介して前記フレームと電気的に接続されている、請求項６に記載のマイクロ揺動素子。
【請求項８】
前記揺動部は、前記揺動軸心の延び方向と交差する方向に前記可動機能部から延出するアーム部と、当該アーム部の延び方向と交差する方向に当該アーム部から各々が延出し且つ当該アーム部の延び方向に互いに離隔する複数の第１電極歯からなる、第１櫛歯電極とを更に有し、
前記アーム部の延び方向と交差する方向に前記フレームから各々が延出し且つ前記アーム部の延び方向に互いに離隔する複数の第２電極歯からなる、前記第１櫛歯電極と協働して前記揺動動作の駆動力を発生させるための第２櫛歯電極を、更に備える、請求項１から７のいずれか一つに記載のマイクロ揺動素子。
【請求項９】
前記複数の第１電極歯の延び方向は、前記揺動軸心に対して平行である、請求項８に記載のマイクロ揺動素子。
【請求項１０】
追加フレームと、当該追加フレームおよび前記フレームを連結して当該フレームの揺動動作の揺動軸心を規定する追加捩れ連結部とを更に備える、請求項１から９のいずれか一つに記載のマイクロ揺動素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転変位可能な揺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揺動素子に関する。
【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。例えば光通信技術の分野においては、光反射機能を有する微小なマイクロミラー素子が注目されている。
【０００３】
光通信においては、光ファイバを媒体として光信号が伝送され、一般に、光信号の伝送経路を或るファイバから他のファイバへと切り換えるべく光スイッチング装置が利用される。良好な光通信を達成するうえで光スイッチング装置に求められる特性としては、切り換え動作における、大容量性、高速性、高信頼性などが挙げられる。これらの観点より、光スイッチング装置としては、マイクロマシニング技術により作製されるマイクロミラー素子を組み込んだものに対する期待が高まっている。マイクロミラー素子は、光スイッチング装置における入力側の光伝送路と出力側の光伝送路との間で、光信号を電気信号に変換せずに光信号のままでスイッチング処理を行うことができ、上掲の特性を得るうえで好適だからである。
【０００４】
マイクロミラー素子は、光を反射するためのミラー面を備え、当該ミラー面の揺動により光の反射方向を変化させることができる。ミラー面を揺動するうえで静電引力を利用する静電駆動型のマイクロミラー素子が、多くの装置で採用されている。静電駆動型マイクロミラー素子は、いわゆる表面マイクロマシニング技術により製造されるマイクロミラー素子と、いわゆるバルクマイクロマシニング技術により製造されるマイクロミラー素子とに、大きく２つに類別することができる。
【０００５】
表面マイクロマシニング技術では、基板上において、各構成部位に対応する材料薄膜を所望のパターンに加工し、このようなパターンを順次積層することにより、支持固定部、揺動部、ミラー面、および電極部など、素子を構成する各部位や、後に除去される犠牲層を形成する。一方、バルクマイクロマシニング技術では、材料基板自体をエッチングすることにより固定支持部や揺動部などを所望の形状に成形し、ミラー面や電極を薄膜形成する。バルクマイクロマシニング技術については、例えば下記の特許文献１〜４に記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１４６０３２号公報
【特許文献２】特開平９−１４６０３４号公報
【特許文献３】特開平１０−１９０００７号公報
【特許文献４】特開平２０００−３１５０２号公報
【０００７】
マイクロミラー素子に要求される技術的事項の一つとして、光反射を担うミラー面の平面度が高いことが挙げられる。しかしながら、表面マイクロマシニング技術によると、最終的に形成されるミラー面が薄いためにミラー面が湾曲しやすく、従って、広面積のミラー面において高い平面度を達成するのが困難である。これに対し、バルクマイクロマシニング技術によると、相対的に分厚い材料基板自体をエッチング技術により削り込んでミラー支持部を構成して当該ミラー支持部上にミラー面を設けるため、広面積のミラー面であっても、その剛性を確保することができる。その結果、充分に高い光学的平面度を有するミラー面を形成することが可能である。
【０００８】
図４０〜図４３は、従来のマイクロミラー素子Ｘ４を表す。図４０は、マイクロミラー素子Ｘ４の平面図であり、図４１〜図４３は、各々、図４０の線XXXXI−XXXXI、線XXXXII−XXXXII、および線XXXXIII−XXXXIIIに沿った断面図である。
【０００９】
マイクロミラー素子Ｘ４は、揺動部８０と、フレーム９１と、一対のトーションバー９２と、櫛歯電極９３とを備え、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）基板である材料基板に対して後述のように加工を施すことによって製造されたものである。後述のように、当該材料基板は、シリコン層２０１，２０２およびこれらの間の絶縁層２０３からなる積層構造を有し、各シリコン層２０１，２０２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。マイクロミラー素子Ｘ４における上述の各部位はシリコン層２０１および／またはシリコン層２０２に由来して形成されるところ、図の明確化の観点より、図４０においては、シリコン層２０１に由来して絶縁層２０３よりも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。
【００１０】
揺動部８０は、例えば図４３に表れているようにシリコン層２０１に由来する部位であり、ミラー支持部８１と、櫛歯電極８２と、梁部８３とを有する。ミラー支持部８１の表面には、光反射機能を有するミラー面８１ａが設けられている。櫛歯電極８２は、基部８２ａとこれから延出する複数の電極歯８２ｂとからなる。梁部８３は、ミラー支持部８１および櫛歯電極８２を連結し、これらと電気的に接続している。
【００１１】
フレーム９１は、図４１〜図４３に表れているように主にシリコン層２０１，２０２に由来する部位であり、揺動部８０を囲む形状を有してフレーム９１内の構造を支持する。
【００１２】
一対のトーションバー９２は、各々、シリコン層２０１に由来する部位であり、揺動部８０の梁部８３とフレーム９１においてシリコン層２０１に由来する部位とに接続してこれらを連結する。各トーションバー９２により、フレーム９１においてシリコン層２０１に由来する部位と梁部９２とは電気的に接続される。このような一対のトーションバー９２は、揺動部８０ないしミラー支持部８１の揺動動作の揺動軸心Ａ４を規定する。
【００１３】
櫛歯電極９３は、櫛歯電極８２と協働して静電引力を発生するための部位であり、フレーム９１から延出する複数の電極歯９３ａからなる。各電極歯９３ａは、シリコン層２０２に由来する部位であり、フレーム９１におけるシリコン層２０２に由来する部位に固定されている。このような櫛歯電極９３と上述の櫛歯電極８２とは、本素子の駆動機構を構成する。櫛歯電極８２，９３は、揺動部８０の例えば非動作時には、図４２および図４３に示すように、互いに異なる高さに位置する。また、櫛歯電極８２，９３は、揺動部８０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８２ｂ，９３ａが位置ずれした態様で配されている。
【００１４】
マイクロミラー素子Ｘ４においては、櫛歯電極８２，９３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８０ないしミラー支持部８１を揺動軸心Ａ４まわりに回転変位させることができる。櫛歯電極８２に対する電位付与は、フレーム９１の第１シリコン層由来部位、両トーションバー９２、および梁部８３を介して実現することができる。櫛歯電極９３に対する電位付与は、フレーム９１の第２シリコン層由来部位を介して実現することができる。櫛歯電極８２，９３の各々に所定の電位を付与することにより櫛歯電極８２，９３間に所望の静電引力を発生させると、櫛歯電極８２は櫛歯電極９３に引き込まれる。そのため、揺動部８０ないしミラー支持部８１は、揺動軸心Ａ４まわりに回転動作し、櫛歯電極８２，９３間の静電引力と各トーションバー９２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。また、櫛歯電極８２，９３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９２はその自然状態に復帰し、揺動部８０ないしミラー支持部８１は、図４３に表れているような配向をとる。以上のような揺動部８０ないしミラー支持部８１の揺動駆動により、ミラー支持部８１上に設けられたミラー面８１ａ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。
【００１５】
図４４は、マイクロミラー素子Ｘ４の製造過程の一部を表す。図４４においては、図４０に示すミラー支持部８１の一部、フレーム９１、トーションバー９２、および一組の櫛歯電極８２，９３の一部の形成過程を、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ミラー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。
【００１６】
マイクロミラー素子Ｘ４の製造においては、まず、図４４（ａ）に示すような材料基板２００が用意される。材料基板２００は、ＳＯＩウエハであり、シリコン層２０１，２０２およびこれらの間の絶縁層２０３からなる積層構造を有する。次に、図４４（ｂ）に示すように、シリコン層２０１に対して所定のマスクを介して異方性エッチングが行われることにより、ミラー支持部８１、フレーム９１の一部、トーションバー９２、櫛歯電極８２などが、シリコン層２０１において形成される。次に、図４４（ｃ）に示すように、シリコン層２０２に対して所定のマスクを介して異方性エッチングが行われることにより、フレーム９１の一部および櫛歯電極９３が、シリコン層２０２において形成される。次に、図４４（ｄ）に示すように、絶縁層２０３に対して等方性エッチングを行うことにより、絶縁層２０３において露出する箇所を除去する。以上のようにして、揺動部８０（ミラー支持部８１，櫛歯電極８２，梁部８３）、フレーム９１、トーションバー９２、および櫛歯電極９３が形成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述のように、揺動部８０はシリコン層２０１に由来する部位であり、且つ、フレーム９１はシリコン層２０１に由来する部位を有し且つシリコン層２０２に由来する部位を有する。そのため、マイクロミラー素子Ｘ４においては、可動部である揺動部８０と固定部であるフレーム９１との間に空隙を設けてこれらを材料基板の面内方向に分離する必要がある。この空隙の、揺動部８０とフレーム９１との間の距離については、所定以上に設定される必要がある。例えば、揺動部８０のミラー支持部８１とフレーム９１との間の空隙Ｇの、揺動部８０とフレーム９１との間の長さｄ４については、図４４（ｂ）を参照して上述した工程において、シリコン層２０１内のミラー支持部８１およびフレーム９１の間を適切にエッチング除去すべく、所定以上に設定される必要がある。
【００１８】
長さｄ４が小さいほど、図４４（ｄ）を参照して上述した工程においてミラー支持部８１およびフレーム９１の間に形成すべき空隙Ｇのアスペクト比 Ｄ／ｄ４（Ｄはシリコン層２０１の厚さ）は大きい。長さｄ４が所定以下に小さくてアスペクト比 Ｄ／ｄ４が所定以上に大きい場合、ミラー支持部８１およびフレーム９１の間を適切にエッチング除去することが困難となるので、ミラー支持部８１、フレーム９１の一部、およびこれらの間の空隙Ｇを、適切に形成することが困難となる。したがって、ミラー支持部８１とフレーム９１との間の空隙Ｇの長さｄ４は、充分に小さなアスペクト比を確保できる程度に大きくなければならないのである。
【００１９】
ミラー支持部８１とフレーム９１との間の空隙Ｇの長さｄ４について所定以上に設定される必要のあるこのようなマイクロミラー素子Ｘ４においては、揺動軸心Ａ４の方向やこれと交差する方向の短縮化による小型化を、充分には達成できない場合がある。
【００２０】
本発明は、以上のような事情のもとで考え出されたものであり、小型化を図るのに適したマイクロ揺動素子を提供することを、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明により提供されるマイクロ揺動素子は、第１導体層、第２導体層、並びに当該第１および第２導体層の間の絶縁層、からなる積層構造を有する材料基板から一体的に成形された、可動機能部を有する揺動部と、フレームと、当該揺動部およびフレームを連結して当該揺動部の揺動動作の揺動軸心を規定する捩れ連結部とを備える。本素子において、可動機能部は第１導体層において成形された部位であり、フレームは第２導体層において成形された部位である。本素子は、例えばマイクロミラー素子に適用することができる。
【００２２】
このような構成のマイクロ揺動素子は、例えばＭＥＭＳ技術などのバルクマイクロマシニング技術により、第１導体層、第２導体層、これらの間の絶縁層からなる積層構造を有す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。例えば、可動機能部は、材料基板の第１導体層に対して絶縁層とは反対の側からエッチングを施すことより、成形された部位であり、フレームは、材料基板の第２導体層に対して絶縁層とは反対の側からエッチングを施すことより、成形された部位である。
【００２３】
上述のマイクロミラー素子Ｘ４では、所定以下のアスペクト比 Ｄ／ｄ４を有する空隙Ｇ（即ち、材料基板の面内方向において所定以上の長さｄ４を有する空隙Ｇ）を、ミラー支持部８１（可動機能部）およびフレーム９１の間に形成する必要があり、これが素子の小型化を阻んでいる。これに対し、本発明のマイクロ揺動素子では、可動機能部およびフレームが互いに異なる導体層内において成形された部位であるため、可動機能部やフレームを形成する際に、所定以下のアスペクト比を有する空隙（即ち、材料基板の面内方向において所定以上の長さを有する空隙）を、可動機能部およびフレームの間に形成する必要はない。本マイクロ揺動素子では、材料基板の面内方向における可動機能部とフレームとの離隔距離は、揺動部の揺動動作時に可動機能部がフレームに当接するのを回避するための必要最小の長さで足りる。したがって、本マイクロ揺動素子は、小型化を図るのに適しているのである。
【００２４】
本マイクロ揺動素子は、第１導体層において可動機能部よりも薄く成形され且つ絶縁層を介してフレームに固定された薄肉構造部を更に備えてもよい。この場合、好ましくは、薄肉構造部は、絶縁層を貫通する導電連絡部を介してフレームと電気的に接続されている。或は、本マイクロ揺動素子は、第１導体層において成形され且つ絶縁層を介してフレームに固定されて当該フレームよりも幅狭である幅狭構造部を更に備えてもよい。この場合、好ましくは、幅狭構造部は、絶縁層を貫通する導電連絡部を介してフレームと電気的に接続されている。或は、本マイクロ揺動素子は、第１導体層において可動機能部よりも薄く成形され且つ絶縁層を介してフレームに固定されて当該フレームよりも幅狭である薄肉幅狭構造部を更に備えてもよい。この場合、好ましくは、薄肉幅狭構造部は、絶縁層を貫通する導電連絡部を介してフレームと電気的に接続されている。これらの構成は、マイクロ揺動素子の小型化を図りつつ素子内の配線態様の自由度を増すうえで好適である。
【００２５】
好ましい実施の形態では、揺動部は、揺動軸心の延び方向と交差する方向に可動機能部から延出するアーム部と、当該アーム部の延び方向と交差する方向に当該アーム部から各々が延出し且つ当該アーム部の延び方向に互いに離隔する複数の第１電極歯からなる、第１櫛歯電極とを更に有する。この場合、本マイクロ揺動素子は、アーム部の延び方向と交差する方向にフレームから各々が延出し且つアーム部の延び方向に互いに離隔する複数の第２電極歯からなる、第１櫛歯電極と協働して揺動動作の駆動力を発生させるための第２櫛歯電極を、更に備える。第１および第２櫛歯電極は、揺動部の揺動動作のための駆動機構としての、いわゆる櫛歯電極型アクチュエータを構成する。
【００２６】
このような構成を具備するマイクロ揺動素子においては、第１櫛歯電極の複数の第１電極歯は、可動機能部から延出するアーム部の延び方向に互いに離隔して当該アーム部に支持されており、且つ、第２櫛歯電極の複数の第２電極歯は、可動機能部から延出するアーム部の延び方向に互いに離隔してフレームに支持されている。第１および第２電極歯は、可動機能部に直接的には支持されていない。そのため、一組の櫛歯電極（第１櫛歯電極，第２櫛歯電極）を構成する電極歯（第１電極歯，第２電極歯）の数は、アーム部の延び方向に対して例えば直角に交差する揺動軸心の延び方向における可動機能部の長さによる制約を受けない。したがって、本素子では、揺動軸心方向における可動機能部の設計寸法に関わらず、所望数の第１および第２電極歯を設けることにより、第１および第２櫛歯電極において電極歯どうしが対向可能な面積を確保することができる。本素子では、第１および第２櫛歯電極において電極歯どうしが対向可能な面積を確保するうえで、第１および第２電極歯の機械的強度に支障を来すほどに第１および第２電極歯について幅を短縮したり延出長さを増大する必要はなく、且つ、素子の製造過程に不具合を生じるほどに電極歯間ギャップを短縮する必要はない。このように、本素子は、揺動軸心方向における可動機能部の設計寸法に関わらず所望数の第１および第２電極歯を設けることによって揺動部の揺動動作のための駆動力を確保しつつ、揺動軸心方向における可動機能部したがって素子全体の設計寸法を短く設定することによって小型化を図るのに、適しているのである。
【００２７】
好ましい実施の形態では、複数の第１電極歯の延び方向は、揺動軸心に対して平行である。この場合、第２電極歯の延び方向は、第１電極歯の延び方向に対して平行であるのが好ましい。第１および第２電極歯の延び方向が揺動軸心に対して平行である構成は、当該揺動軸心まわりの揺動動作のための駆動力を効率よく発生するうえで好適である。
【００２８】
他の好ましい実施の形態では、複数の第１電極歯の延び方向と揺動軸心の延び方向とは交差する。この場合、第２電極歯の延び方向は、第１電極歯の延び方向に対して平行であるのが好ましい。第１および第２電極歯の延び方向が、揺動軸心に対して非平行であっても、揺動軸心まわりの揺動動作のための駆動力を第１および第２櫛歯電極により発生可能な場合がある。
【００２９】
好ましくは、第１櫛歯電極は３本以上の電極歯からなり、隣り合う２つの第１電極歯間の距離は、揺動軸心から遠いほど長い。また、好ましくは、第２櫛歯電極は３本以上の電極歯からなり、隣り合う２つの第２電極歯間の距離は、揺動軸心から遠いほど長い。第１電極歯は、揺動軸心から遠いほど、揺動部の揺動動作時における電極歯離隔方向（アーム部の延び方向）の変位量が大きいところ、これらの構成は、例えば、揺動部の揺動動作時において第１電極歯が第２電極歯に当接してしまうのを回避するうえで好適である。
【００３０】
好ましくは、アーム部の延び方向において隣り合う２つの第２電極歯の間に位置する第１電極歯は、当該２つの第２電極歯間の中心位置から、揺動軸心に近付く方に偏位している。或は、アーム部の延び方向において隣り合う２つの第２電極歯の間に位置する第１電極歯は、当該２つの第２電極歯間の中心位置から、揺動軸心から遠ざかる方に偏位している。いわゆるpull-in現象を抑制するうえでは、これらの構成を採用するのが好ましい場合がある。
【００３１】
好ましくは、本マイクロ揺動素子は、追加フレームと、当該追加フレームおよびフレームを連結して当該フレームの揺動動作の揺動軸心を規定する追加捩れ連結部とを更に備える。この場合、揺動軸心の延び方向と追加揺動軸心の延び方向とは直交するのが好ましい。本素子は、このように２軸型の揺動素子として構成してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１〜図５は、本発明の第１の実施形態に係るマイクロミラー素子Ｘ１を表す。図１は、マイクロミラー素子Ｘ１の平面図であり、図２は、マイクロミラー素子Ｘ１の一部省略平面図である。また、図３〜図５は、各々、図１の線III−III、線IV−IV、および線V−Vに沿った断面図である。
【００３３】
マイクロミラー素子Ｘ１は、揺動部１０と、フレーム２１と、捩れ連結部２２と、櫛歯電極２３Ａ，２３Ｂと、配線部２４とを備え、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）基板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。マイクロミラー素子Ｘ１における上記の各部位は主に第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は、マイクロミラー素子Ｘ１において第２シリコン層に由来する構造を表す。
【００３４】
揺動部１０は、ミラー支持部１１と、アーム部１２と、櫛歯電極１３Ａ，１３Ｂとを有する。
【００３５】
ミラー支持部１１は、第１シリコン層に由来する部位であり、本発明における可動機能部に相当する。ミラー支持部１１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。ミラー面１１ａは、例えば、第１シリコン層上に成膜されたＣｒ層およびその上のＡｕ層よりなる積層構造を有する。また、ミラー支持部１１について図１に示す長さＬ１は、例えば２０〜３００μｍである。
【００３６】
アーム部１２は、主に第１シリコン層に由来する部位であり、ミラー支持部１１から延出する。アーム部１２について図１に示す長さＬ２は、例えば１０〜１００μｍである。
【００３７】
櫛歯電極１３Ａは、複数の電極歯１３ａからなる。複数の電極歯１３ａは、アーム部１２から各々が延出し、且つ、アーム部１２の延び方向に互いに離隔する。櫛歯電極１３Ｂは、複数の電極歯１３ｂからなる。複数の電極歯１３ｂは、電極歯１３ａとは反対の側にアーム部１２から各々が延出し、且つ、アーム部１２の延び方向に互いに離隔する。電極歯１３ａ，１３ｂは、主に第１シリコン層に由来する部位である。本実施形態では、図１に示すように、電極歯１３ａ，１３ｂの延び方向とアーム部１２の延び方向とは直交し、電極歯１３ａは、図４に示すように素子厚さ方向Ｈに起立しており、電極歯１３ｂも素子厚さ方向Ｈに起立している。また、本実施形態では、図１に示すように、電極歯１３ａ，１３ｂの幅は一様である。このような櫛歯電極１３Ａないし電極歯１３ａと櫛歯電極１３Ｂないし電極歯１３ｂとは、アーム部１２を介して電気的に接続されている。
【００３８】
フレーム２１は、第２シリコン層に由来する部位であり、所定の機械的強度を有してフレーム２１内の構造を支持する。フレーム２１の幅Ｌ３は、例えば５〜５０μｍである。
【００３９】
捩れ連結部２２は、一対のトーションバー２２ａからなる。各トーションバー２２ａは、主に第１シリコン層に由来する部位であり、揺動部１０のアーム部１２とフレーム２１とに接続してこれらを連結する。トーションバー２２ａにより、フレーム２１とアーム部１２とは電気的に接続される。また、トーションバー２２ａは、素子厚さ方向Ｈにおいて、図４に示すようにアーム部１２より薄肉である。このような捩れ連結部２２ないし一対のトーションバー２２ａは、揺動部１０ないしミラー支持部１１の揺動動作の揺動軸心Ａ１を規定する。揺動軸心Ａ１は、アーム部１２の延び方向と直交する。したがって、アーム部１２の延び方向に直交する方向にアーム部１２から延出する上述の電極歯１３ａ，１３ｂの延び方向は、揺動軸心Ａ１に対して平行である。このような揺動軸心Ａ１は、好ましくは、揺動部１０の重心またはその近傍を通る。
【００４０】
本実施形態では、各トーションバー２２ａに代えて、第１シリコン層において成形されて並列する一組のトーションバーを設けてもよい。この場合、当該一組のトーションバーの間隔は、フレーム２１からアーム部１２に近付くにつれて漸増するのが好ましい。マイクロミラー素子Ｘ１では、一対のトーションバー２２ａに代えて、このように並列する２つのトーションバーを２組設けることにより、揺動軸心Ａ１を規定してもよい。後述のマイクロミラー素子においても同様である。
【００４１】
櫛歯電極２３Ａは、櫛歯電極１３Ａと協働して静電引力を発生するための部位であり、複数の電極歯２３ａからなる。また、櫛歯電極２３Ａは、主に第２シリコン層に由来する部位であり、図１および図２に示すようにフレーム２１に固定されている。複数の電極歯２３ａは、フレーム２１から各々が延出し、且つ、アーム部１２の延び方向に互いに離隔する。本実施形態では、図１に示すように、電極歯２３ａの延び方向とアーム部１２の延び方向とは直交し、電極歯２３ａの延び方向は揺動軸心Ａ１に対して平行である。また、本実施形態では、図１に示すように電極歯２３ａの幅は一様であり、図４に示すように電極歯２３ａは素子厚さ方向Ｈに起立している。
【００４２】
このような櫛歯電極２３Ａは、櫛歯電極１３Ａと共に駆動機構を構成する。櫛歯電極１３Ａ，２３Ａは、揺動部１０の例えば非動作時には、図４および図５に示すように、互いに異なる高さに位置する。また、櫛歯電極１３Ａ，２３Ａは、揺動部１０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１３ａ，２３ａが位置ずれした態様で配されている。本実施形態では、隣り合う２つの電極歯１３ａ間の距離は全て同じであり、隣り合う２つの電極歯２３ａ間の距離は全て同じであり、アーム部１２の延び方向において２つの電極歯２３ａの間に位置する電極歯１３ａは、２つの電極歯２３ａ間の中心に位置する。
【００４３】
櫛歯電極２３Ｂは、櫛歯電極１３Ｂと協働して静電引力を発生するための部位であり、複数の電極歯２３ｂからなる。また、櫛歯電極２３Ｂは、主に第２シリコン層に由来する部位であり、図１および図２に示すようにフレーム２１に固定されている。複数の電極歯２３ｂは、フレーム２１から各々が延出し、且つ、アーム部１２の延び方向に互いに離隔する。櫛歯電極２３Ｂないし電極歯２３ｂは、フレーム２１を介して櫛歯電極２３Ａないし電極歯２３ａと電気的に接続されている。本実施形態では、図１に示すように、電極歯２３ｂの延び方向とアーム部１２の延び方向とは直交し、電極歯２３ｂの延び方向は揺動軸心Ａ１に対して平行である。また、本実施形態では、図１に示すように電極歯２３ｂの幅は一様であり、電極歯２３ａと同様に電極歯２３ｂも素子厚さ方向Ｈに起立している。
【００４４】
このような櫛歯電極２３Ｂは、櫛歯電極１３Ｂと共に駆動機構を構成する。櫛歯電極１３Ｂ，２３Ｂは、揺動部１０の例えば非動作時には、図５に示すように、互いに異なる高さに位置する。また、櫛歯電極１３Ｂ，２３Ｂは、揺動部１０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１３ｂ，２３ｂが位置ずれした態様で配されている。本実施形態では、隣り合う２つの電極歯１３ｂ間の距離は全て同じであり、隣り合う２つの電極歯２３ｂ間の距離は全て同じであり、アーム部１２の延び方向において２つの電極歯２３ｂの間に位置する電極歯１３ｂは、２つの電極歯２３ｂ間の中心に位置する。
【００４５】
配線部２４は、第１シリコン層に由来する部位であり、絶縁層を介してフレーム２１に固定され且つ各トーションバー２２ａと構造的かつ電気的に接続している。また、配線部２４は、素子厚さ方向Ｈにおいて、図４および図５に示すように揺動部１０よりも薄肉であり、且つ、図１、図４、および図５に示すようにフレーム２１よりも幅狭である。このような配線部２４は、本発明における薄肉幅狭構造部に相当する。
【００４６】
マイクロミラー素子Ｘ１においては、図６（ａ）に示すような配線部２５、および、図６（ｂ）に示すような配線部２６を、配線部２４の全て又は一部に代えて設けてもよい。配線部２５は、配線部２４と同様に、第１シリコン層に由来する部位であり且つ絶縁層を介してフレーム２１に固定されている。また、配線部２５は、素子厚さ方向Ｈにおいて揺動部１０よりも薄肉であり、且つ、フレーム２１と同じ幅を有する。このような配線部２５は、本発明における薄肉構造部に相当する。一方、配線部２６は、配線部２４と同様に、第１シリコン層に由来する部位であり且つ絶縁層を介してフレーム２１に固定されている。また、配線部２６は、素子厚さ方向Ｈにおいて揺動部１０と同じ厚さを有し、且つ、フレーム２１よりも幅狭である。このような配線部２６は、本発明における幅狭構造部に相当する。
【００４７】
図７および図８は、マイクロミラー素子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ミラー素子Ｘ１を製造するための一手法である。図７および図８においては、図８（ｄ）に示すミラー支持部Ｍ、アーム部ＡＲ、フレームＦ１，Ｆ２、トーションバーＴ１，Ｔ２、一組の櫛歯電極Ｅ１，Ｅ２、および配線部Ｗ１,Ｗ２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ミラー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。ミラー支持部Ｍは、ミラー支持部１１の一部に相当する。アーム部ＡＲは、アーム部１２に相当し、アーム部１２の横断面を表す。フレームＦ１，Ｆ２は、各々、フレーム２１に相当し、フレーム２１の横断面を表す。トーションバーＴ１は、トーションバー２２ａに相当し、トーションバー２２ａの延び方向の断面を表す。トーションバーＴ２は、トーションバー２２ａに相当し、トーションバー２２ａの横断面を表す。櫛歯電極Ｅ１は、櫛歯電極１３Ａ，１３Ｂの一部に相当し、電極歯１３ａ，１３ｂの横断面を表す。櫛歯電極Ｅ２は、櫛歯電極２３Ａ，２３Ｂの一部に相当し、電極歯２３ａ，２３ｂの横断面を表す。配線部Ｗ１，Ｗ２は、配線部２４に相当し、配線部２４の横断面を表す。
【００４８】
マイクロミラー素子Ｘ１の製造においては、まず、図７（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基板である。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。
【００４９】
次に、図７（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。マイクロミラー素子Ｘ１の所定箇所に電極パッドを設ける場合には、ミラー面１１ａとともに当該電極パッドを形成してもよい。電極パッドの形成手法はミラー面１１ａの形成手法と同様である。
【００５０】
次に、図７（ｃ）に示すように、シリコン層１０１上には酸化膜パターン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、揺動部１０（ミラー支持部Ｍ，アーム部ＡＲ，櫛歯電極Ｅ１）に対応するパターン形状を有する。レジストパターン１１１は、両トーションバー２２ａ（トーションバーＴ１，Ｔ２）および配線部２４（配線部Ｗ１，Ｗ２）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、フレーム２１（フレームＦ１，Ｆ２）および櫛歯電極２３Ａ，２３Ｂ（櫛歯電極Ｅ２）に対応するパターン形状を有する。
【００５１】
次に、図７（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、ＤＲＩＥ（deep reactive ion etching）により、シリコン層１０１に対し所定の深さまでエッチング処理を行う。所定の深さとは、トーションバーＴ１，Ｔ２および配線部Ｗ１，Ｗ２の厚さに相当する深さであり、例えば５μｍである。ＤＲＩＥでは、エッチングと側壁保護とを交互に行うＢｏｓｃｈプロセスにおいて、良好なエッチング処理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。
【００５２】
次に、図８（ａ）に示すように、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。剥離液としては、例えばＡＺリムーバ７００（クラリアントジャパン製）を使用することができる。
【００５３】
次に、図８（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、トーションバーＴ１，Ｔ２および配線部Ｗ１，Ｗ２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（ミラー支持部Ｍ，アーム部ＡＲ，櫛歯電極Ｅ１）、両トーションバー２２ａ（トーションバーＴ１，Ｔ２）、および配線部２４（配線部Ｗ１，Ｗ２）が、成形される。
【００５４】
次に、図８（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２１（フレームＦ１，Ｆ２）および櫛歯電極２３Ａ，２３Ｂ（櫛歯電極Ｅ２）が成形される。
【００５５】
次に、図８（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。
【００５６】
以上の一連の工程を経ることにより、ミラー支持部Ｍ、アーム部ＡＲ、フレームＦ１，Ｆ２、トーションバーＴ１，Ｔ２、一組の櫛歯電極Ｅ１，Ｅ２、および配線部Ｗ１，Ｗ２を成形してマイクロミラー素子Ｘ１を製造することができる。
【００５７】
マイクロミラー素子Ｘ１においては、櫛歯電極１３Ａ，１３Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ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１０ないしミラー支持部１１を揺動軸心Ａ１まわりに回転変位させることができる。櫛歯電極１３Ａ，１３Ｂに対する電位付与は、配線部２４、両トーションバー２２ａ、およびアーム部１２を介して実現することができる。櫛歯電極１３Ａ，１３Ｂは、例えばグラウンド接続されている。一方、櫛歯電極２３Ａ，２３Ｂに対する電位付与は、フレーム２１を介して実現することができる。フレーム２１と配線部２４とは、上述のように絶縁層（例えば上述の絶縁層１０３）により電気的に分離されている。
【００５８】
櫛歯電極１３Ａ，１３Ｂ，２３Ａ，２３Ｂの各々に所定の電位を付与することにより櫛歯電極１３Ａ，２３Ａ間および櫛歯電極１３Ｂ，２３Ｂ間に所望の静電引力を発生させると、櫛歯電極１３Ａは櫛歯電極２３Ａに引き込まれ、且つ、櫛歯電極１３Ｂは櫛歯電極２３Ｂに引き込まれる。そのため、揺動部１０ないしミラー支持部１１は、揺動軸心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２２ａ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、櫛歯電極１３Ａ，２３Ａは、例えば図９に示す配向をとり、櫛歯電極１３Ｂ，２３Ｂも同様の配向をとる。このような揺動動作における回転変位量は、櫛歯電極１３Ａ，１３Ｂ，２３Ａ，２３Ｂへの付与電位を調整することにより、調節することができる。また、櫛歯電極１３Ａ，２３Ａ間の静電引力および櫛歯電極１３Ｂ，２３Ｂ間の静電引力を消滅させると、各トーションバー２２ａはその自然状態に復帰し、揺動部１０ないしミラー支持部１１は、図４に表れているような配向をとる。以上のような揺動部１０ないしミラー支持部１１の揺動駆動により、ミラー支持部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。
【００５９】
上述の従来のマイクロミラー素子Ｘ４では、所定以下のアスペクト比 Ｄ／ｄ４を有する空隙Ｇ（即ち、材料基板の面内方向において所定以上の長さｄ４を有する空隙Ｇ）を、ミラー支持部８１およびフレーム９１の間に形成する必要があり、これが素子の小型化を阻んでいる。これに対し、マイクロミラー素子Ｘ１では、ミラー支持部１１およびフレーム２１が互いに異なる導体層内において異なるエッチング工程で成形された部位であるため、ミラー支持部１１やフレーム２１を形成する際に、所定以下のアスペクト比を有する空隙（即ち、材料基板の面内方向において所定以上の長さを有する空隙）を、ミラー支持部１１およびフレーム２１の間に形成する必要はない。マイクロミラー素子Ｘ１では、材料基板の面内方向におけるミラー支持部１１とフレーム２１との離隔距離ｄ１は、揺動部１０の揺動動作時にミラー支持部１１がフレーム２１に当接するのを回避するための必要最小の長さで足りる。したがって、マイクロミラー素子Ｘ１は、小型化を図るのに適しているのである。
【００６０】
また、マイクロミラー素子Ｘ１においては、櫛歯電極１３Ａの複数の電極歯１３ａは、ミラー支持部１１から延出するアーム部１２の延び方向に互いに離隔してアーム部１２に支持されており、且つ、櫛歯電極２３Ａの複数の電極歯２３ａは、アーム部１２の延び方向に互いに離隔してフレーム２１に支持されている。一方、櫛歯電極１３Ｂの複数の電極歯１３ｂは、ミラー支持部１１から延出するアーム部１２の延び方向に互いに離隔してアーム部１２に支持されており、且つ、櫛歯電極２３Ｂの複数の電極歯２３ｂは、アーム部１２の延び方向に互いに離隔してフレーム２１に支持されている。これら電極歯１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂは、ミラー支持部１１に直接的には支持されていない。そのため、一組の櫛歯電極１３Ａ，２３Ａを構成する電極歯１３ａ，２３ａの数、および、一組の櫛歯電極１３Ｂ，２３Ｂを構成する電極歯１３ｂ，２３ｂの数は、アーム部１２の延び方向に対して直交する揺動軸心Ａ１の延び方向におけるミラー支持部１１の長さによる制約を受けない。したがって、マイクロミラー素子Ｘ１では、揺動軸心Ａ１方向におけるミラー支持部１１の設計寸法に関わらず、所望数の電極歯１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂを設けることにより、電極歯１３ａ，２３ａどうしが対向可能な面積、および、電極歯１３ｂ，２３ｂどうしが対向可能な面積を、確保することができる。マイクロミラー素子Ｘ１では、例えば、一組の櫛歯電極１３Ａ，２３Ａにおいて電極歯１３ａ，２３ａどうしが対向可能な面積を確保するうえで、電極歯１３ａ，２３ａの機械的強度に支障を来すほどに電極歯１３ａ，２３ａについて幅を短縮したり延出長さを増大する必要はなく、且つ、素子の製造過程に不具合を生じるほどに電極歯間ギャップを短縮する必要はない。このように、マイクロミラー素子Ｘ１は、揺動軸心Ａ１方向におけるミラー支持部１１の設計寸法に関わらず所望数の電極歯１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂを設けることによって揺動部１０の揺動動作のための駆動力を確保しつつ、揺動軸心Ａ１方向におけるミラー支持部１１したがって素子全体の設計寸法を短く設定することによって小型化を図るのに、適しているのである。
【００６１】
図１０は、複数のマイクロミラー素子Ｘ１を含むマイクロミラーアレイＹ１を表す。図の明確化の観点より、図１０においては、揺動部１０、フレーム２１、および配線部２４について斜線ハッチングを付して表す。また、図１１は、図１０の線XI−XIに沿った拡大断面図である。マイクロミラーアレイＹ１では、複数のマイクロミラー素子Ｘ１は、揺動軸心Ａ１の方向に一列に配されている。したがって、マイクロミラーアレイＹ１では、複数のミラー面１１ａは、揺動軸心Ａ１の方向に一列に配されている。複数のミラー面１１ａの配設ピッチは、図１１に示すようにＬ１＋Ｌ３＋２ｄ１で表される。
【００６２】
上述のように、材料基板の面内方向におけるミラー支持部１１とフレーム２１との離隔距離ｄ１は、揺動部１０の揺動動作時にミラー支持部１１がフレーム２１に当接するのを回避するための必要最小の長さで足りる。加えて、マイクロミラー素子Ｘ１は、揺動軸心Ａ１方向の短縮化に適した構造の駆動機構（櫛歯電極１３Ａ，１３Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ）を有する。したがって、マイクロミラーアレイＹ１においては、複数のミラー面１１ａについて、短い配設ピッチを実現することができる。すなわち、マイクロミラーアレイＹ１では、複数のミラー面１１ａを、回転軸心Ａ１方向において高密度に配設することが可能なのである。
【００６３】
図１２は、マイクロミラー素子Ｘ１の第１変形例の平面図である。本変形例では、アーム部１２の延び方向において隣り合う２つの電極歯２３ａの間に位置する電極歯１３ａは、当該２つの電極歯２３ａ間の中心位置から、揺動軸心Ａ１に近付く方に偏位しているか、或は、アーム部１２の延び方向において隣り合う２つの電極歯１３ａの間に位置する電極歯２３ａは、当該２つの電極歯１３ａ間の中心位置から、揺動軸心Ａ１から遠ざかる方に偏位している。これとともに、アーム部１２の延び方向において隣り合う２つの電極歯２３ｂの間に位置する電極歯１３ｂは、当該２つの電極歯２３ｂ間の中心位置から、揺動軸心Ａ１に近付く方に偏位しているか、或は、アーム部１２の延び方向において隣り合う２つの電極歯１３ｂの間に位置する電極歯２３ｂは、当該２つの電極歯１３ｂ間の中心位置から、揺動軸心Ａ１から遠ざかる方に偏位している。
【００６４】
図１３は、マイクロミラー素子Ｘ１の第２変形例の平面図である。本変形例では、アーム部１２の延び方向において隣り合う２つの電極歯２３ａの間に位置する電極歯１３ａは、当該２つの電極歯２３ａ間の中心位置から、揺動軸心Ａ１から遠ざかる方に偏位しているか、或は、アーム部１２の延び方向において隣り合う２つの電極歯１３ａの間に位置する電極歯２３ａは、当該２つの電極歯１３ａ間の中心位置から、揺動軸心Ａ１に近付く方に偏位している。これとともに、アーム部１２の延び方向において隣り合う２つの電極歯２３ｂの間に位置する電極歯１３ｂは、当該２つの電極歯２３ｂ間の中心位置から、揺動軸心Ａ１から遠ざかる方に偏位しているか、或は、アーム部１２の延び方向において隣り合う２つの電極歯１３ｂの間に位置する電極歯２３ｂは、当該２つの電極歯１３ｂ間の中心位置から、揺動軸心Ａ１に近付く方に偏位している。
【００６５】
第１および第２変形例の構成は、一組の櫛歯電極１３Ａ，２３Ａおよび一組の櫛歯電極１３Ｂ，２３Ｂにおいて、素子駆動時にいわゆるpull-in現象の発生を抑制するのに好ましい場合がある。素子駆動時には、上述のように、櫛歯電極１３Ａ，２３Ａ間および櫛歯電極１３Ｂ，２３Ｂ間に所望の静電引力が発生され、櫛歯電極１３Ａは櫛歯電極２３Ａに引き込まれ、且つ、櫛歯電極１３Ｂは櫛歯電極２３Ｂに引き込まれる。櫛歯電極１３Ａ，２３Ａが図１，４，５に示す構造を有するマイクロミラー素子Ｘ１では、櫛歯電極１３Ａが櫛歯電極２３Ａに引き込まれた状態において、素子厚さ方向Ｈにおける揺動軸心Ａ１の位置によっては、一の電極歯１３ａと揺動軸心Ａ１に対して当該電極歯１３ａよりも外側で当該電極歯１３ａと隣り合う電極歯２３ａとの距離が、揺動軸心Ａ１に対して当該電極歯１３ａよりも内側で当該電極歯１３ａと隣り合う他の電極歯２３ａと当該電極歯１３ａとの距離よりも、短い場合や長い場合がある。短い場合、電極歯１３ａと外側の電極歯２３ａとの間の静電引力（第１の静電引力）は、電極歯１３ａと内側の電極歯２３ａとの間の静電引力（第２の静電引力）よりも、大きい傾向にある。第１の静電引力が第２の静電引力より所定以上に大きいと、電極歯１３ａと外側の電極歯２３ａとが不当に引き合い、pull-in現象が生じやすい。第２の静電引力が第１の静電引力より所定以上に大きいと、電極歯１３ａと内側の電極歯２３ａとが不当に引き合い、pull-in現象が生じやすい。同様に、櫛歯電極１３Ｂ，２３Ｂが図１，５に示す構造を有するマイクロミラー素子Ｘ１では、当該櫛歯電極１３Ｂ，２３Ｂにおいてpull-in現象が発生してしまう場合がある。pull-in現象の発生は、素子の揺動特性を阻害するので好ましくない。
【００６６】
これに対し、アーム部１２の延び方向において隣り合う２つの電極歯２３ａの間に位置する電極歯１３ａが、揺動部１０が回転変位していない状態では当該２つの電極歯２３ａ間の中心位置から内側または外側の電極歯２３ａの方に偏位している第１または第２変形例では、素子厚さ方向Ｈにおける揺動軸心Ａ１の位置に応じて当該偏位量を適当に設定することにより、揺動部１０が回転変位して櫛歯電極１３Ａが櫛歯電極２３Ａ，２３Ｂに引き込まれた状態における、一の電極歯１３ａと外側の電極歯２３ａとの距離、および、当該電極歯１３ａと内側の電極歯２３ａとの距離を、実質的に等しくすることができる場合がある。この場合、櫛歯電極１３Ａ，２３Ａにおいてpull-in現象の発生を抑制することができる。同様に、第１および第２変形例の構成によると、櫛歯電極１３Ｂ，２３Ｂにおいてpull-in現象の発生を抑制することができる場合がある。
【００６７】
図１４は、マイクロミラー素子Ｘ１の第３変形例の平面図である。本変形例では、アーム部１２の延び方向におけるアーム部１２の寸法およびフレーム２１の寸法が増大され、隣り合う２つの電極歯１３ａ間の距離、隣り合う２つの電極歯１３ｂ間の距離、隣り合う２つの電極歯２３ａ間の距離、および、隣り合う２つの電極歯２３ｂ間の距離は、揺動軸心Ａ１から遠いほど長い。
【００６８】
電極歯１３ａ，１３ｂは、揺動軸心Ａ１から遠いほど、揺動部１０の揺動動作時における電極歯離隔方向（アーム部１２の延び方向）の変位量が大きいところ、本変形例は、素子駆動時に揺動部１０が回転変位して櫛歯電極１３Ａ，１３Ｂが各々櫛歯電極２３Ａ，２３Ｂに引き込まれた状態において、電極歯１３ａ，２３ａ間の距離を全て同程度にするうえで好適であり、電極歯１３ｂ，２３ｂ間の距離を全て同程度にするうえで好適である。素子駆動時における電極歯１３ａ，２３ａ間の距離を全て同程度にすることにより、素子駆動時において櫛歯電極１３Ａ，２３Ａ間の全体にわたって均等化された静電引力を発生させることが可能である。同様に、素子駆動時における電極歯１３ｂ，２３ｂ間の距離を全て同程度にすることにより、素子駆動時において櫛歯電極１３Ｂ，２３Ｂ間の全体にわたって均等化された静電引力を発生させることが可能である。
【００６９】
図１５は、マイクロミラー素子Ｘ１の第４変形例の平面図である。本変形例では、櫛歯電極１３Ａ，１３Ｂの複数の電極歯１３ａ，１３ｂの延び方向、および、櫛歯電極２３Ａ，２３Ｂの複数の電極歯２３ａ，２３ｂの延び方向は、アーム部１２の延び方向とは直交せず、電極歯１３ａ，２３ａの延び方向は互いに平行であり、電極歯１３ｂ，２３ｂの延び方向は互いに平行である。電極歯１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂの延び方向とアーム部１２の延び方向とがなす鋭角は例えば４５°である。マイクロミラー素子Ｘ１は、このような構造の櫛歯電極１３Ａ，１３Ｂ，２３Ａ，２３Ｂを有していてもよい。
【００７０】
図１６は、マイクロミラー素子Ｘ１の第５変形例の平面図である。本変形例では、電極歯１３ａ，１３ｂの両側面がアーム部１２の側面に対して非垂直であり、電極歯１３ａ，１３ｂの幅は、アーム部１２から遠ざかるほど小さい。これとともに、電極歯２３ａ，２３ｂの両側面がフレーム２１の側面に対して非垂直であり、電極歯２３ａ，２３ｂの幅は、フレーム２１から遠ざかるほど小さい。
【００７１】
このような構成は、素子駆動時に揺動部１０が回転変位して櫛歯電極１３Ａ，１３Ｂが各々櫛歯電極２３Ａ，２３Ｂに引き込まれた状態において、電極歯１３ａ，２３ａ間や電極歯１３ｂ，２３ｂ間が過度に近接するのを回避するのに好適である。素子駆動時に電極歯１３ａ，２３ａ間が過度に近接するのを回避することにより、素子駆動時に櫛歯電極１３Ａ，２３Ａにおいてpull-in現象が発生するのを抑制することができる。同様に、素子駆動時に電極歯１３ｂ，２３ｂ間が過度に近接するのを回避することにより、素子駆動時に櫛歯電極１３Ｂ，２３Ｂにおいてpull-in現象が発生するのを抑制することができる。
【００７２】
図１７は、マイクロミラー素子Ｘ１の第６変形例の平面図である。本変形例では、電極歯１３ａ，１３ｂの、ミラー支持部１１側を向く側面が、アーム部１２の側面に対して垂直であり、電極歯１３ａ，１３ｂの他方の側面がアーム部１２の側面に対して非垂直であり、電極歯１３ａ，１３ｂの幅は、アーム部１２から遠ざかるほど小さい。これとともに、電極歯２３ａ，２３ｂの、ミラー支持部１１側を向く側面が、フレーム２１の側面に対して非垂直であり、電極歯２３ａ，２３ｂの他方の側面がフレーム２１の側面に対して垂直であり、電極歯２３ａ，２３ｂの幅は、フレーム２１から遠ざかるほど小さい。
【００７３】
このような構成は、素子駆動時に揺動部１０が回転変位して櫛歯電極１３Ａ，１３Ｂが各々櫛歯電極２３Ａ，２３Ｂに引き込まれた状態において、特に電極歯１３ａと外側の電極歯２３ａとの間や電極歯１３ｂと外側の電極歯２３ｂとの間が、過度に近接するのを回避するのに好適である。
【００７４】
図１８は、マイクロミラー素子Ｘ１の第７変形例の、図１の線IV−IVに相当する断面図である。本変形例では、揺動部１０の非動作時には電極歯１３ａの起立方向は、素子厚さ方向Ｈに対して傾斜している。具体的には、電極歯１３ａは、電極歯２３ａに近付くほどミラー支持部１１に近付くように傾斜している。これとともに、電極歯２３ａは、電極歯１３ａに近付くほどミラー支持部１１から遠ざかるように傾斜している。本変形例では、電極歯１３ｂ，２３ｂも、電極歯１３ａ，２３ａと同様に傾斜している。
【００７５】
揺動部１０の非動作時における櫛歯電極２３Ａに対する櫛歯電極１３Ａの配向と、揺動部１０が回転変位して櫛歯電極１３Ａが櫛歯電極２３Ａに引き込まれた状態での櫛歯電極２３Ａに対する櫛歯電極１３Ａの配向とは、異なる。櫛歯電極１３Ａ，２３Ａが図１，４，５に示す構造を有する場合、この配向の変化は比較的大きい。これに対し、本変形例の櫛歯電極１３Ａ，２３Ａは、櫛歯電極１３Ａが櫛歯電極２３Ａに引き込まれるときに電極歯１３ａが傾斜する方向に予め傾斜している電極歯１３ａ，２３ａを有するので、非動作時と動作時との間での配向の変化は、比較的小さい。同様に、本変形例の櫛歯電極１３Ｂ，２３Ｂも、櫛歯電極１３Ｂが櫛歯電極２３Ｂに引き込まれるときに電極歯１３ｂが傾斜する方向に予め傾斜している電極歯１３ｂ，２３ｂを有するので、非動作時と動作時との間での配向の変化は、比較的小さい。このような配向変化の抑制は、櫛歯電極１３Ａ，２３Ａ間および櫛歯電極１３Ｂ，２３Ｂ間にて安定した静電引力を発生させるうえで好ましい。
【００７６】
図１９〜図２７は、本発明の第２の実施形態に係るマイクロミラー素子Ｘ２を表す。図１９は、マイクロミラー素子Ｘ２の平面図であり、図２０は、マイクロミラー素子Ｘ２の一部省略平面図である。図２１〜図２７は、各々、マイクロミラー素子Ｘ２の所定断面の拡大図である。
【００７７】
マイクロミラー素子Ｘ２は、揺動部１０と、フレーム２１と、捩れ連結部２２と、櫛歯電極２３Ａ，２３Ｂと、配線部２７と、アイランド部２８と、フレーム３１（一部省略）と、アーム部３２，３３と、捩れ連結部３４と、櫛歯電極３６，３７とを備える。また、マイクロミラー素子Ｘ２は、マイクロミラー素子Ｘ１に関して上述したようにＭＥＭＳ技術を利用して、ＳＯＩ基板である材料基板に対して加工を施すことにより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。図の明確化の観点より、図１９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２０は、マイクロミラー素子Ｘ２において第２シリコン層に由来する構造を表す。
【００７８】
マイクロミラー素子Ｘ２における揺動部１０、フレーム２１、捩れ連結部２２、および櫛歯電極２３Ａ，２３Ｂについては、第１の実施形態における揺動部１０、フレーム２１、捩れ連結部２２、および櫛歯電極２３Ａ，２３Ｂに関して上述したのと同様である。
【００７９】
配線部２７は、第１シリコン層に由来する部位であり、絶縁層を介してフレーム２１に固定され且つトーションバー２２ａと構造的かつ電気的に接続している。また、配線部２７は、素子厚さ方向Ｈにおいて、図２１、図２２、および図２４に示すように揺動部１０よりも薄肉であり、且つ、図１９、図２１、図２２、および図２４に示すようにフレーム２１よりも幅狭である。このような配線部２７は、本発明における薄肉幅狭構造部に相当する。
【００８０】
アイランド部２８は、第１シリコン層に由来する部位であり、絶縁層を介してフレーム２１に固定されている。また、フレーム２１よりも幅狭であり、本発明における幅狭構造部に相当する。このようなアイランド部２８は、絶縁層を貫通する導電プラグＰ１を介して、フレーム３１の第２シリコン層由来部位と電気的に接続されている。
【００８１】
フレーム３１は、主に第１および第２シリコン層に由来する部位であり、所定の機械的強度を有してフレーム３１内の構造を支持する。フレーム３１において第２シリコン層に由来する部位を図２０に示す。また、フレーム３１は、図１９、図２４、および図２７に示すように、第１シリコン層由来部位内において周囲とは構造的かつ電気的に分離されたアイランド部３１ａ，３１ｂを有する。フレーム３１の第１シリコン層由来部位上には、例えば図１９に示すように、電極パッド４１，４２，４３が設けられている。電極パッド４１は、図１９および図２４に示すように、アイランド部３１ａ上に位置する。電極パッド４２は、図１９および図２７に示すように、アイランド部３１ｂ上に位置し、アイランド部３１ｂおよび絶縁層を貫通する導電プラグＰ２を介してフレーム３１の第２シリコン層由来部位と電気的に接続されている。電極パッド４３は、フレーム３１の第１シリコン層由来部位におけるアイランド部３１ａ，３１ｂ以外と電気的に接続している。
【００８２】
アーム部３２は、主に第１シリコン層に由来する部位であり、図１９および図２５に示すように、揺動部１０の揺動軸心Ａ１と直交する方向にアイランド部２８から延出する。アーム部３３は、主に第２シリコン層に由来する部位であり、揺動部１０の揺動軸心Ａ１と直交する方向であってアーム部３２に平行にフレーム３１から延出する。また、アーム部３３は、図２０に示すように、フレーム３１の第２シリコン層由来部位に固定されている。
【００８３】
捩れ連結部３４は、一対のトーションバー３４ａ，３４ｂからなる。トーションバー３４ａは、主に第１シリコン層に由来する部位であり、図１９および図２４に示すように、フレーム２１とフレーム３１の第１シリコン層由来部位とに接続してこれらを連結する。トーションバー３４ａは、フレーム２１上の配線部２７にも接続している。トーションバー３４ａおよびフレーム２１は、これらの間に介在する絶縁層により電気的に分離されている。また、トーションバー３４ａは、図２４に示すように、素子厚さ方向Ｈにおいてフレーム３１の第１シリコン層由来部位よりも薄肉である。トーションバー３４ｂは、主に第１シリコン層に由来する部位であり、図１９および図２５に示すように、フレーム３１とアーム部３２とに接続してこれらを連結する。このようなトーションバー３４ｂは、フレーム３１の第１シリコン層由来部位とアーム部３２とを電気的に接続する機能を有する。このような捩れ連結部３４（トーションバー３４ａ，３４ｂ）は、フレーム２１の揺動動作の揺動軸心Ａ２を規定する。揺動軸心Ａ２の延び方向は、揺動軸心Ａ１の延び方向と直交する。このような揺動軸心Ａ２は、好ましくは、揺動部１０の重心またはその近傍を通る。
【００８４】
櫛歯電極３６は、複数の電極歯３６ａからなる。複数の電極歯３６ａは、アーム部３２から各々が延出し、且つ、アーム部３２の延び方向に互いに離隔する。電極歯３６ａは、主に第１シリコン層に由来する部位である。櫛歯電極３７は、櫛歯電極３６と協働して静電引力を発生するための部位であり、複数の電極歯３７ａからなる。複数の電極歯３７ａは、アーム部３３から各々が延出し、且つ、アーム部３３の延び方向に互いに離隔する。電極歯３７ａは、主に第２シリコン層に由来する部位である。このような櫛歯電極３６，３７は、本素子の駆動機構を構成する。櫛歯電極３６，３７は、フレーム２１の例えば非動作時には、図２５および図２６に示すように、互いに異なる高さに位置する。また、櫛歯電極３６，３７は、フレーム２１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３６ａ，３７ａが位置ずれした態様で配されている。
【００８５】
図２８および図２９は、マイクロミラー素子Ｘ２における導電プラグＰ１，Ｐ２の形成方法を表す。
【００８６】
導電プラグＰ１，Ｐ２の形成においては、まず、図２８（ａ）に示すように、図７（ａ）を参照して上述したのと同様の材料基板１００のシリコン層１０１，１０２の表面に、各々、酸化膜１１３を形成する。酸化膜１１３は、ＣＶＤ法により二酸化ケイ素をシリコン層１０１，１０２上に成膜することにより形成することができる。或は、酸化膜１１３は、熱酸化法（加熱温度：例えば９００℃）によりシリコン層１０１，１０２の表面を酸化することにより形成することができる。酸化膜１１３は、必要に応じて研磨してもよい。酸化膜１１３の厚さは、例えば０．５〜２μｍである。本工程では、酸化膜１１３に代えて窒化膜を形成してもよい。
【００８７】
次に、図２８（ｂ）に示すように、酸化膜１１３上に、所定の開口部を有するレジストパターン１１４を形成する。レジストパターン１１４の形成においては、まず、酸化膜１１３上に液状のフォトレジストをスピンコーティングにより成膜する。次に、露光処理およびその後の現像処理を経て、当該フォトレジスト膜をパターニングする。フォトレジストとしては、例えば、ＡＺＰ４２１０（クラリアントジャパン製）やＡＺ１５００（クラリアントジャパン製）を使用することができる。
【００８８】
次に、図２８（ｃ）に示すように、レジストパターン１１４をマスクとして酸化膜１１３をエッチングする。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、ＣＨＦ3およびＡｒからなる混合ガスなどを、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。酸化膜、酸化膜パターン、または絶縁層に対する後出のエッチング手法ないし除去手法としても、このようなドライエッチングやウエットエッチングを採用することができる。このような酸化膜１１３のパターニングの後、レジストパターン１１４は、除去せずに残しておくのが好ましい。
【００８９】
次に、図２８（ｄ）に示すように、シリコン層１０１を貫通するホールＨ１’，Ｈ２’を形成する。ホールＨ１’，Ｈ２’の形成においては、前工程にてパターニングされた酸化膜１１３、或は、残存する場合にはレジストパターン１１４をマスクとして、ＤＲＩＥにより、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。
【００９０】
次に、図２９（ａ）に示すように、絶縁層１０３においてホールＨ１’，Ｈ２’に露出する箇所をエッチング除去することにより、シリコン層１０１に加えて絶縁層１０３を貫通するホールＨ１，Ｈ２を形成する。図２８（ｃ）を参照して上述した工程を終えた後にもレジストパターン１１４を残しておくと、当該レジストパターン１１４は本工程においてもマスクとして機能することができ、効率的である。
【００９１】
次に、図２９（ｂ）に示すように、剥離液を作用させることにより、レジストパターン１１４（別のレジストパターンを使用した場合には当該別のレジストパターン）を剥離する。剥離液としては、ＡＺリムーバ７００（クラリアントジャパン製）を使用することができる。
【００９２】
次に、図２９（ｃ）に示すように、例えばＣＶＤ法により、ホールＨ１，Ｈ２の内部に導電材料Ｐ’を堆積させる。このとき、酸化膜１１３上にも堆積するまで、充分量の導電材料Ｐ’をホールＨ１，Ｈ２に供給する。導電材料Ｐ’としては、所定の不純物をドープさせたポリシリコン、または、ＣｕやＷなどの金属を、採用することができる。導電材料Ｐ’とシリコン層１０１，１０２との良好な電気的接続を確保するうえでは、導電材料Ｐ’を堆積させる直前に、ホールＨ１，Ｈ２の表面における自然酸化膜を、フッ酸などを作用させることにより除去しておくのが好ましい。
【００９３】
次に、図２９（ｄ）に示すように、シリコン層１０１，１０２の表面を露出させる。具体的には、所定のドライエッチングまたはウエットエッチングにより、ホールＨ１，Ｈ２外の導電材料Ｐ’をエッチング除去した後、酸化膜１１３をエッチング除去する。導電材料Ｐ’の除去手法として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ＫＯＨ水溶液やＢＨＦを使用することができる。本工程は、このような手法に代えて、ホールＨ１，Ｈ２外の導電材料Ｐ’および酸化膜１１３をＣＭＰ法により研磨して除去する手法を採用してもよい。本工程にて、導電プラグＰ１，Ｐ２が残存形成されることとなる。これら導電プラグＰ１，Ｐ２は、図２９（ｄ）に示す状態においてはシリコン層１０１とシリコン層１０２とを電気的に接続する。
【００９４】
以上のようにして、材料基板１００に埋設された導電プラグＰ１，Ｐ２を形成することができる。導電プラグＰ１，Ｐ２が埋設された材料基板１００に対し、マイクロミラー素子Ｘ１に関して上述したようにＭＥＭＳ技術を利用して加工を施すことにより、マイクロミラー素子Ｘ２を製造することができる。
【００９５】
マイクロミラー素子Ｘ２においては、櫛歯電極１３Ａ，１３Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ，３６，３７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１０ないしミラー支持部１１を揺動軸心Ａ１まわりに揺動駆動することができるとともに、フレーム２１およびこれに伴う揺動部１０を揺動軸心Ａ２まわりに揺動駆動することができる。すなわち、マイクロミラー素子Ｘ２は、いわゆる２軸型の揺動素子である。
【００９６】
櫛歯電極１３Ａ，１３Ｂに対する電位付与は、電極パッド４１、フレーム３１のアイランド部３１ａ、トーションバー３４ａ、配線部２７、両トーションバー２２ａ、およびアーム部１２を介して実現することができる。櫛歯電極３６に対する電位付与は、電極パッド４３、フレーム３１において電極パッド４３と電気的に接続する第１シリコン層由来部位、トーションバー３４ｂ、およびアーム部３２を介して実現することができる。櫛歯電極２３Ａ，２３Ｂに対する電位付与は、電極パッド４３、フレーム３１において電極パッド４３と電気的に接続する第１シリコン層由来部位、トーションバー３４ｂ、アーム部３２、アイランド部２８、導電プラグＰ１、およびフレーム２１を介して実現することができる。櫛歯電極３７に対する電位付与は、電極パッド４２、導電プラグＰ２、フレーム３１の第２シリコン層由来部位、およびアーム部３３を介して実現することができる。揺動軸心Ａ１まわりの揺動動作における回転変位量は、櫛歯電極１３Ａ，１３Ｂ，２３Ａ，２３Ｂへの付与電位を調整することにより、調節することができる。また、揺動軸心Ａ２まわりの揺動動作における回転変位量は、櫛歯電極３６，３７への付与電位を調整することにより、調節することができる。このような揺動部１０ないしミラー支持部１１の揺動駆動およびフレーム２１およびこれに伴う揺動部１０の揺動駆動により、ミラー支持部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。
【００９７】
マイクロミラー素子Ｘ２では、マイクロミラー素子Ｘ１と同様に、ミラー支持部１１およびフレーム２１が互いに異なる導体層内において異なるエッチング工程で成形された部位であるため、ミラー支持部１１やフレーム２１を形成する際に、所定以下のアスペクト比を有する空隙（即ち、材料基板の面内方向において所定以上の長さを有する空隙）を、ミラー支持部１１およびフレーム２１の間に形成する必要はない。マイクロミラー素子Ｘ２では、材料基板の面内方向におけるミラー支持部１１とフレーム２１との離隔距離ｄ１（図２１，２２に示す）は、揺動部１０の揺動動作時にミラー支持部１１がフレーム２１に当接するのを回避するための必要最小の長さで足りる。したがって、マイクロミラー素子Ｘ２は、小型化を図るのに適しているのである。
【００９８】
また、マイクロミラー素子Ｘ２は、マイクロミラー素子Ｘ１に関して上述したのと同様に、揺動軸心Ａ１方向におけるミラー支持部１１の設計寸法に関わらず所望数の電極歯１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ，３６ａ，３７ａを設けることによって揺動部１０の揺動動作のための駆動力を確保しつつ、揺動軸心Ａ１方向におけるミラー支持部１１したがって素子全体の設計寸法を短く設定することによって小型化を図るのに、適している。
【００９９】
図３０は、複数のマイクロミラー素子Ｘ２を含むマイクロミラーアレイＹ２を表す。図の明確化の観点より、図３０においては、一部の部位について斜線ハッチングを付して表す。また、図３１および図３２は、各々、マイクロミラーアレイＹ２に含まれるマイクロミラー素子Ｘ２ａ，Ｘ２ｂについての、図３０の線XXXI−XXXIおよび線XXXII−XXXIIに沿った拡大断面図である。マイクロミラーアレイＹ２では、複数のマイクロミラー素子Ｘ２は、揺動軸心Ａ１の方向に一列に配されている。したがって、マイクロミラーアレイＹ２では、複数のミラー面１１ａは、揺動軸心Ａ１の方向に一列に配されている。隣り合う２つのマイクロミラー素子Ｘ２のフレーム２１間の離隔距離をｄ２とすると、複数のミラー面１１ａの配設ピッチは、Ｌ１＋２Ｌ３＋２ｄ１＋ｄ２で表される。
【０１００】
上述のように、材料基板の面内方向におけるミラー支持部１１とフレーム２１との離隔距離ｄ１は、揺動部１０の揺動動作時にミラー支持部１１がフレーム２１に当接するのを回避するための必要最小の長さで足りる。加えて、マイクロミラー素子Ｘ２は、揺動軸心Ａ１方向の短縮化に適した構造の駆動機構（櫛歯電極１３Ａ，１３Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ，３６，３７）を有する。したがって、マイクロミラーアレイＹ２においては、複数のミラー面１１ａについて、短い配設ピッチを実現することができる。すなわち、マイクロミラーアレイＹ２では、複数のミラー面１１ａを、回転軸心Ａ１方向において高密度に配設することが可能なのである。
【０１０１】
また、マイクロミラーアレイＹ２では、各マイクロミラー素子Ｘ２の揺動部１０の揺動軸心Ａ１まわりの駆動を、櫛歯電極２３Ａ，２３Ｂをグラウンド接続した状態で、櫛歯電極１３Ａ，１３Ｂに所定電位を付与することにより行うことができる。そのため、マイクロミラーアレイＹ２では、隣接するマイクロミラー素子Ｘ２の間での電気的干渉を抑制することができる。
【０１０２】
仮に、マイクロミラー素子Ｘ２ａの揺動部１０を揺動軸心Ａ１まわりに駆動せずにマイクロミラー素子Ｘ２ｂの揺動部１０を揺動軸心Ａ１まわりに駆動する際に、マイクロミラー素子Ｘ２ａ，Ｘ２ｂの櫛歯電極１３Ａ，１３Ｂをグラウンド接続した状態で、マイクロミラー素子Ｘ２ａの櫛歯電極２３Ａ，２３Ｂに電位を付与せず且つマイクロミラー素子Ｘ２ｂの櫛歯電極２３Ａ，２３Ｂに所定電位を付与すると、マイクロミラー素子Ｘ２ｂのフレーム２１（所定電位が付与されている）と、マイクロミラー素子Ｘ２ａのフレーム２１（電位は０Ｖ）との間には、電位差が生じ、従って静電引力が発生する。そのため、マイクロミラー素子Ｘ２ａ，Ｘ２ｂの２つのフレーム２１が近過ぎると、当該２つのフレーム２１に有意な静電引力が作用して、当該２つのフレーム２１は揺動軸心Ａ２まわりに回転変位してしまう。図３１および図３２に示す断面において各マイクロミラー素子Ｘ２ａ，Ｘ２ｂの最も外側に位置するフレーム２１の間に静電引力が発生し得る駆動手法は、揺動軸心Ａ１方向におけるマイクロミラー素子Ｘ２間距離を短くしてミラー面１１ａの高密度化を図るうえでは好ましくない。
【０１０３】
これに対し、マイクロミラー素子Ｘ２ａの揺動部１０を揺動軸心Ａ１まわりに駆動せずにマイクロミラー素子Ｘ２ｂの揺動部１０を揺動軸心Ａ１まわりに駆動する際に、マイクロミラー素子Ｘ２ａ，Ｘ２ｂの櫛歯電極２３Ａ，２３Ｂをグラウンド接続した状態で、マイクロミラー素子Ｘ２ａの櫛歯電極１３Ａ，１３Ｂに電位を付与せず且つマイクロミラー素子Ｘ２ｂの櫛歯電極１３Ａ，１３Ｂに所定電位を付与すると、マイクロミラー素子Ｘ２ａ，Ｘ２ｂの２つのフレーム２１の間には、電位差は生じず、従って静電引力は発生しない。マイクロミラー素子Ｘ２ａの揺動部１０および配線部２７と、マイクロミラー素子Ｘ２ｂの揺動部１０および配線部２７との間には、電位差が生じる。しかしながら、これらの離隔距離は、隣り合うフレーム２１の離隔距離より長い。これとともに、隣り合う配線部２７の対向面積は、隣り合うフレーム２１の対向面積より小さい。したがって、マイクロミラー素子Ｘ２ａの揺動部１０および配線部２７と、マイクロミラー素子Ｘ２ｂの揺動部１０および配線部２７との間には、有意な静電引力は発生しにくい。このように、マイクロミラーアレイＹ２では、隣接するマイクロミラー素子Ｘ２の間での電気的干渉を抑制することができる。このようなマイクロミラーアレイＹ２は、複数のミラー面１１ａを揺動軸心Ａ１方向において高密度に配設するのに適している。
【０１０４】
図３３〜図３６は、本発明の第３の実施形態に係るマイクロミラー素子Ｘ３を表す。図３３は、マイクロミラー素子Ｘ３の平面図であり、図３４は、マイクロミラー素子Ｘ３の一部省略平面図である。図３５および図３６は、各々、マイクロミラー素子Ｘ３の線XXXV−XXXVおよび線XXXVI−XXXVIに沿った断面図である。
【０１０５】
マイクロミラー素子Ｘ３は、揺動部１０と、フレーム２１と、捩れ連結部２２と、櫛歯電極２３Ａ，２３Ｂと、配線部２７と、アイランド部２９と、フレーム３８（一部省略）と、アーム部３２，３３と、捩れ連結部３９と、櫛歯電極３６，３７とを備える。また、マイクロミラー素子Ｘ３は、マイクロミラー素子Ｘ１に関して上述したようにＭＥＭＳ技術を利用して、ＳＯＩ基板である材料基板に対して加工を施すことにより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。図の明確化の観点より、図３３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３４は、マイクロミラー素子Ｘ３において第２シリコン層に由来する構造を表す。
【０１０６】
マイクロミラー素子Ｘ３における揺動部１０、フレーム２１、捩れ連結部２２、および櫛歯電極２３Ａ，２３Ｂについては、第１の実施形態における揺動部１０、フレーム２１、捩れ連結部２２、および櫛歯電極２３Ａ，２３Ｂに関して上述したのと同様である。また、マイクロミラー素子Ｘ３におけるアーム部３２および櫛歯電極３６，３７については、第２の実施形態におけるアーム部３２および櫛歯電極３６，３７に関して上述したのと同様である。
【０１０７】
アイランド部２９は、第１シリコン層に由来する部位であり、絶縁層を介してフレーム２１に固定されている。また、フレーム２９は、フレーム２１よりも幅狭であり、本発明における幅狭構造部に相当する。
【０１０８】
フレーム３８は、主に第１および第２シリコン層に由来する部位であり、所定の機械的強度を有してフレーム３８内の構造を支持する。フレーム３８において第２シリコン層に由来する部位を図３４に示す。また、フレーム３８は、図３３および図３５に示すように、第１シリコン層由来部位内において周囲とは構造的かつ電気的に分離されたアイランド部３８ａを有する。フレーム３８の第１シリコン層由来部位上には、例えば図３３に示すように、電極パッド４１，４３が設けられている。電極パッド４１は、図３３および図３５に示すように、アイランド部３８ａ上に位置する。電極パッド４３は、フレーム３８の第１シリコン層由来部位におけるアイランド部３８ａ以外と電気的に接続している。
【０１０９】
アーム部３３は、主に第２シリコン層に由来する部位であり、揺動部１０の揺動軸心Ａ１と直交する方向であってアーム部３２に平行にフレーム３８から延出する。また、アーム部３３は、図３４に示すように、フレーム３８の第２シリコン層由来部位に固定されている。
【０１１０】
捩れ連結部３９は、一組のトーションバー３９ａ，３９ｂおよびトーションバー３９ｃからなる。
【０１１１】
トーションバー３９ａは、主に第１シリコン層に由来する部位であり、図３３および図３５に示すように、フレーム２１とフレーム３１の第１シリコン層由来部位とに接続してこれらを連結する。トーションバー３９ａは、フレーム２１上の配線部２７にも接続する。トーションバー３９ａおよびフレーム２１は、これらの間に介在する絶縁層により電気的に分離されている。このようなトーションバー３９ａは、図３５に示すように、素子厚さ方向Ｈにおいてフレーム３１の第１シリコン層由来部位よりも薄肉である。
【０１１２】
トーションバー３９ｂは、主に第２シリコン層に由来する部位であり、図３４および図３５に示すように、フレーム２１とフレーム３８の第２シリコン層由来部位とに接続してこれらを連結する。このようなトーションバー３９ｂは、フレーム３８の第２シリコン層由来部位とフレーム２１とを電気的に接続する機能を有する。フレーム３８の第２シリコン層由来部位において、トーションバー３９ｂが固定されている箇所と、上述のアーム部３３が固定されている箇所とは電気的に分離されている。また、トーションバー３９ｂは、図３５に示すように、素子厚さ方向Ｈにおいてフレーム２１およびフレーム３８の第２シリコン層由来部位よりも薄肉である。
【０１１３】
トーションバー３９ｃは、主に第１シリコン層に由来する部位であり、図３３に示すように、フレーム３８の第１シリコン層由来部位とアーム部３２とに接続してこれらを連結する。このようなトーションバー３９ｃは、フレーム３１の第１シリコン層由来部位とアーム部３２とを電気的に接続する機能を有する。また、トーションバー３９ｃは、素子厚さ方向Ｈにおいてフレーム３１の第１シリコン層由来部位およびアーム部３２よりも薄肉である。
【０１１４】
このような捩れ連結部３９（トーションバー３９ａ，３９ｂ，３９ｃ）は、フレーム２１の揺動動作の揺動軸心Ａ３を規定する。揺動軸心Ａ３の延び方向は、揺動軸心Ａ１の延び方向と直交する。このような揺動軸心Ａ３は、好ましくは、揺動部１０の重心またはその近傍を通る。
【０１１５】
マイクロミラー素子Ｘ３においては、櫛歯電極１３Ａ，１３Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ，３６，３７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１０ないしミラー支持部１１を揺動軸心Ａ１まわりに揺動駆動することができるとともに、フレーム２１およびこれに伴う揺動部１０を揺動軸心Ａ３まわりに揺動駆動することができる。
【０１１６】
櫛歯電極１３Ａ，１３Ｂに対する電位付与は、電極パッド４１、フレーム３８のアイランド部３８ａ、トーションバー３９ａ、配線部２７、両トーションバー２２ａ、およびアーム部１２を介して実現することができる。櫛歯電極３６に対する電位付与は、電極パッド４３、フレーム３８において電極パッド４３と電気的に接続する第１シリコン層由来部位、トーションバー３９ｃ、およびアーム部３２を介して実現することができる。櫛歯電極２３Ａ，２３Ｂに対する電位付与は、フレーム３８の第２シリコン層由来部位、トーションバー３９ｂ、およびフレーム２１を介して実現することができる。櫛歯電極３７に対する電位付与は、フレーム３８の第２シリコン層由来部位およびアーム部３３を介して実現することができる。上述のように、フレーム３８の第２シリコン層由来部位において、トーションバー３９ｂが固定されている箇所と、上述のアーム部３３が固定されている箇所とは電気的に分離されている。揺動軸心Ａ１まわりの揺動動作における回転変位量は、櫛歯電極１３Ａ，１３Ｂ，２３Ａ，２３Ｂへの付与電位を調整することにより、調節することができる。また、揺動軸心Ａ３まわりの揺動動作における回転変位量は、櫛歯電極３６，３７への付与電位を調整することにより、調節することができる。このような揺動部１０ないしミラー支持部１１の揺動駆動およびフレーム２１およびこれに伴う揺動部１０の揺動駆動により、ミラー支持部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。
【０１１７】
マイクロミラー素子Ｘ３では、マイクロミラー素子Ｘ１と同様に、ミラー支持部１１およびフレーム２１が互いに異なる導体層内において異なるエッチング工程で成形された部位であるため、ミラー支持部１１やフレーム２１を形成する際に、所定以下のアスペクト比を有する空隙（即ち、材料基板の面内方向において所定以上の長さを有する空隙）を、ミラー支持部１１およびフレーム２１の間に形成する必要はない。マイクロミラー素子Ｘ３では、材料基板の面内方向におけるミラー支持部１１とフレーム２１との離隔距離ｄ１（図３３および図３５に示す）は、揺動部１０の揺動動作時にミラー支持部１１がフレーム２１に当接するのを回避するための必要最小の長さで足りる。したがって、マイクロミラー素子Ｘ３は、小型化を図るのに適しているのである。
【０１１８】
また、マイクロミラー素子Ｘ３は、マイクロミラー素子Ｘ１に関して上述したのと同様に、揺動軸心Ａ１方向におけるミラー支持部１１の設計寸法に関わらず所望数の電極歯１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ，３６ａ，３７ａを設けることによって揺動部１０の揺動動作のための駆動力を確保しつつ、揺動軸心Ａ１方向におけるミラー支持部１１したがって素子全体の設計寸法を短く設定することによって小型化を図るのに、適している。
【０１１９】
図３７は、複数のマイクロミラー素子Ｘ３を含むマイクロミラーアレイＹ３を表す。図の明確化の観点より、図３７においては、一部の部位について斜線ハッチングを付して表す。また、図３８および図３９は、各々、図３７の線XXXVIII−XXXVIIIおよび線XXXIX−XXXIXに沿った拡大断面図である。マイクロミラーアレイＹ３では、複数のマイクロミラー素子Ｘ３は、揺動軸心Ａ１の方向に一列に配されている。したがって、マイクロミラーアレイＹ３では、複数のミラー面１１ａは、揺動軸心Ａ１の方向に一列に配されている。隣り合う２つのマイクロミラー素子Ｘ３のフレーム２１間の離隔距離をｄ３とすると、複数のミラー面１１ａの配設ピッチは、Ｌ１＋２Ｌ３＋２ｄ１＋ｄ３で表される。
【０１２０】
上述のように、材料基板の面内方向におけるミラー支持部１１とフレーム２１との離隔距離ｄ１は、揺動部１０の揺動動作時にミラー支持部１１がフレーム２１に当接するのを回避するための必要最小の長さでたりる。加えて、マイクロミラー素子Ｘ３は、揺動軸心Ａ１方向の短縮化に適した構造の駆動機構（櫛歯電極１３Ａ，１３Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ，３６，３７）を有する。したがって、マイクロミラーアレイＹ３においては、複数のミラー面１１ａについて、短い配設ピッチを実現することができる。すなわち、マイクロミラーアレイＹ３では、複数のミラー面１１ａを、回転軸心Ａ１方向において高密度に配設することが可能なのである。
【０１２１】
また、マイクロミラーアレイＹ３では、各マイクロミラー素子Ｘ３の揺動部１０の揺動軸心Ａ１まわりの駆動を、櫛歯電極２３Ａ，２３Ｂをグラウンド接続した状態で、櫛歯電極１３Ａ，１３Ｂに所定電位を付与することにより行うことができる。そのため、マイクロミラーアレイＹ３では、マイクロミラーアレイＹ２に関して上述したのと同様に、隣接するマイクロミラー素子Ｘ３の間での電気的干渉を抑制することができる。このようなマイクロミラーアレイＹ３は、複数のミラー面１１ａを揺動軸心Ａ１方向において高密度に配設するのに適している。
【０１２２】
以上のまとめとして、本発明の構成およびそのバリエーションを以下に付記として列挙する。
【０１２３】
（付記１）第１導体層、第２導体層、並びに当該第１および第２導体層の間の絶縁層、からなる積層構造を有する材料基板から一体的に成形された、可動機能部を有する揺動部と、フレームと、当該揺動部およびフレームを連結して当該揺動部の揺動動作の揺動軸心を規定する捩れ連結部とを備え、
前記可動機能部は前記第１導体層において成形された部位であり、前記フレームは前記第２導体層において成形された部位である、マイクロ揺動素子。
（付記２）前記第１導体層において前記可動機能部よりも薄く成形され且つ前記絶縁層を介して前記フレームに固定された薄肉構造部を更に備える、付記１に記載のマイクロ揺動素子。
（付記３）前記薄肉構造部は、前記絶縁層を貫通する導電連絡部を介して前記フレームと電気的に接続されている、付記２に記載のマイクロ揺動素子。
（付記４）前記第１導体層において成形され且つ前記絶縁層を介して前記フレームに固定されて当該フレームよりも幅狭である幅狭構造部を更に備える、付記１から３のいずれか一つに記載のマイクロ揺動素子。
（付記５）前記幅狭構造部は、前記絶縁層を貫通する導電連絡部を介して前記フレームと電気的に接続されている、付記４に記載のマイクロ揺動素子。
（付記６）前記第１導体層において前記可動機能部よりも薄く成形され且つ前記絶縁層を介して前記フレームに固定されて当該フレームよりも幅狭である薄肉幅狭構造部を更に備える、付記１から５のいずれか一つに記載のマイクロ揺動素子。
（付記７）前記薄肉幅狭構造部は、前記絶縁層を貫通する導電連絡部を介して前記フレームと電気的に接続されている、付記６に記載のマイクロ揺動素子。
（付記８）前記揺動部は、前記揺動軸心の延び方向と交差する方向に前記可動機能部から延出するアーム部と、当該アーム部の延び方向と交差する方向に当該アーム部から各々が延出し且つ当該アーム部の延び方向に互いに離隔する複数の第１電極歯からなる、第１櫛歯電極とを更に有し、
前記アーム部の延び方向と交差する方向に前記フレームから各々が延出し且つ前記アーム部の延び方向に互いに離隔する複数の第２電極歯からなる、前記第１櫛歯電極と協働して前記揺動動作の駆動力を発生させるための第２櫛歯電極を、更に備える、付記１から７のいずれか一つに記載のマイクロ揺動素子。
（付記９）前記複数の第１電極歯の延び方向は、前記揺動軸心に対して平行である、付記８に記載のマイクロ揺動素子。
（付記１０）前記複数の第１電極歯の延び方向と前記揺動軸心の延び方向とは交差する、付記８に記載のマイクロ揺動素子。
（付記１１）前記第２電極歯の延び方向は、前記第１電極歯の延び方向に対して平行である、付記８から１０のいずれか一つに記載のマイクロ揺動素子。
（付記１２）前記第１櫛歯電極は３本以上の電極歯からなり、隣り合う２つの第１電極歯間の距離は、前記揺動軸心から遠いほど長い、付記８から１１のいずれか一つに記載のマイクロ揺動素子。
（付記１３）前記第２櫛歯電極は３本以上の電極歯からなり、隣り合う２つの第２電極歯間の距離は、前記揺動軸心から遠いほど長い、付記８から１２のいずれか一つに記載のマイクロ揺動素子。
（付記１４）前記アーム部の延び方向において隣り合う２つの第２電極歯の間に位置する第１電極歯は、当該２つの第２電極歯間の中心位置から、前記揺動軸心に近付く方に偏位している、付記８から１３のいずれか一つに記載のマイクロ揺動素子。
（付記１５）前記アーム部の延び方向において隣り合う２つの第２電極歯の間に位置する第１電極歯は、当該２つの第２電極歯間の中心位置から、前記揺動軸心から遠ざかる方に偏位している、付記８から１３のいずれか一つに記載のマイクロ揺動素子。
（付記１６）追加フレームと、当該追加フレームおよび前記フレームを連結して当該フレームの揺動動作の揺動軸心を規定する追加捩れ連結部とを更に備える、付記１から１５のいずれか一つに記載のマイクロ揺動素子。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るマイクロミラー素子の平面図である。
【図２】図１に示すマイクロミラー素子の一部省略平面図である。
【図３】図１の線III−IIIに沿った断面図である。
【図４】図１の線IV−IVに沿った断面図である。
【図５】図１の線V−Vに沿った断面図である。
【図６】配線構造部の第１変形例および第２変形例の断面構造を表す。
【図７】図１のマイクロミラー素子の製造方法における一部の工程を表す。
【図８】図７の後に続く工程を表す。
【図９】駆動時における図１の線IV−IVに沿った断面図である。
【図１０】複数の図１のマイクロミラー素子を含むマイクロミラーアレイを表す。
【図１１】図１０の線XI−XIに沿った拡大断面図である。
【図１２】図１のマイクロミラー素子の第１変形例の平面図である。
【図１３】図１のマイクロミラー素子の第２変形例の平面図である。
【図１４】図１のマイクロミラー素子の第３変形例の平面図である。
【図１５】図１のマイクロミラー素子の第４変形例の平面図である。
【図１６】図１のマイクロミラー素子の第５変形例の平面図である。
【図１７】図１のマイクロミラー素子の第６変形例の平面図である。
【図１８】図１のマイクロミラー素子の第７変形例の平面図である。
【図１９】本発明の第２の実施形態に係るマイクロミラー素子の平面図である。
【図２０】図１９に示すマイクロミラー素子の一部省略平面図である。
【図２１】図１９の線XXI−XXIに沿った拡大断面図である。
【図２２】図１９の線XXII−XXIIに沿った拡大断面図である。
【図２３】図１９の線XXIII−XXIIIに沿った拡大断面図である。
【図２４】図１９の線XXIV−XXIVに沿った拡大断面図である。
【図２５】図１９の線XXV−XXVに沿った拡大断面図である。
【図２６】図１９の線XXVI−XXVIに沿った拡大断面図である。
【図２７】図１９の線XXVII−XXVIIに沿った拡大断面図である。
【図２８】図１９のマイクロミラー素子の有する導電プラグの形成方法における一部の工程を表す。
【図２９】図２８の後に続く工程を表す。
【図３０】複数の図１９のマイクロミラー素子を含むマイクロミラーアレイを表す。
【図３１】図３０の線XXXI−XXXIに沿った拡大断面図である。
【図３２】図３０の線XXXII−XXXIIに沿った拡大断面図である。
【図３３】本発明の第３の実施形態に係るマイクロミラー素子の平面図である。
【図３４】図３３に示すマイクロミラー素子の一部省略平面図である。
【図３５】図３３の線XXXV−XXXVに沿った拡大断面図である。
【図３６】図３３の線XXXVI−XXXVIに沿った拡大断面図である。
【図３７】複数の図３３のマイクロミラー素子を含むマイクロミラーアレイを表す。
【図３８】図３７の線XXXVIII−XXXVIIIに沿った拡大断面図である。
【図３９】図３７の線XXXIX−XXXIXに沿った拡大断面図である。
【図４０】従来のマイクロミラー素子の平面図である。
【図４１】図４０の線XXXXI−XXXXIに沿った断面図である。
【図４２】図４０の線XXXXII−XXXXIIに沿った断面図である。
【図４３】図４０の線XXXXIII−XXXXIIIに沿った断面図である。
【図４４】図４０のマイクロミラー素子の製造過程の一部を表す。
【符号の説明】
【０１２５】
Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４      マイクロミラー素子
Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３      マイクロミラーアレイ
１０      揺動部
１１      ミラー支持部
１２，３２，３３      アーム部
１３Ａ，１３Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ，３６，３７      櫛歯電極
１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ，３６ａ，３７ａ      電極歯
２１，３１，３８      フレーム
２２，３４，３９      捩れ連結部
２２ａ，３４ａ，３４ｂ，３９ａ，３９ｂ，３９ｃ      トーションバー
２４，２５，２６，２７      配線部
２８，２９，３１ａ，３１ｂ      アイランド部
１０１，１０２，２０１，２０２      シリコン層
１０３，２０３      絶縁層
【図１】
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【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】
2006162699.tif 000009
【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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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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