(57)【要約】【課題】外部衝撃による破損およびそれによるコストアップを抑制できるＭＥＭＳデバイス、およびその製造方法を提供する。【解決手段】フレーム１１１と、フレームと同じ層に形成され、フレームに対して相対運動可能に一対のトーションバネ１１３によりフレームの内側に連結された駆動体１１５と、駆動体の高さ方向変位を制限する上昇ストッパ１４０および下降制限ストッパ１５０と、を備えたＭＥＭＳデバイスであり、駆動体は周辺部を備えており、外部衝撃が加えられて駆動体が急激に上昇する場合には駆動体の周辺部が上昇制限ストッパの一端部１４１にひっかかり、外部衝撃が加えられて駆動体が急激に下降する場合には下降制限ストッパの一端部１５１がフレームにひっかかることを特徴とする。【選択図】図１
2011042029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームと、
前記フレームと同じ層に形成され、前記フレームに対して相対運動可能に一対のトーションバネにより前記フレームの内側に連結された駆動体と、
前記駆動体の高さ方向変位を制限する少なくとも一つのストッパと、を備え
前記ストッパは、前記駆動体の上向き変位を制限する上昇制限ストッパと、前記駆動体の下向き変位を制限する下降制限ストッパと、を備え、
前記駆動体は、周辺部を備え、
前記上昇制限ストッパは、前記駆動体の変位がないとき、前記駆動体と所定の間隔ほど離隔された状態で重なる一端部を備え、外部衝撃が加えられて前記駆動体が急激に上昇する場合には、前記駆動体の周辺部が前記上昇制限ストッパの一端部にひっかかり、
前記下降制限ストッパは、前記駆動体の変位がないとき、前記フレームと所定の間隔ほど離隔された状態で重なる一端部を備え、外部衝撃が加えられて前記駆動体が急激に下降する場合には、前記下降制限ストッパの一端部が前記フレームにひっかかり、
前記フレームと前記駆動体は第１基板に形成され、
前記上昇制限ストッパと前記下降制限ストッパは、前記第１基板に接着された第２基板に形成され、
前記駆動体上に固定されるステージをさらに備えることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
前記上昇制限ストッパおよび前記下降制限ストッパは、前記ステージと同じ層に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
前記駆動体の熱変形による前記ステージの変形を抑制するために、前記駆動体と前記ステージとの間に介在された離隔カラムをさらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
前記駆動体に前記離隔カラムが結合された領域の周辺部には、前記ステージと前記駆動体との間の熱伝達を抑制するための環状開口部が形成されたことを特徴とする請求項３に記載のＭＥＭＳデバイス
【請求項５】
前記駆動体は、前記フレームに対して回動自在に連結されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項６】
前記駆動体の回動量を感知するための静電容量センサをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のＭＥＭＳデバイス
【請求項７】
前記静電容量センサは、前記駆動体の回動によって前記駆動体とともに回動する駆動コームと、前記駆動コームと噛み合う相補的な位置に固定支持されて前記駆動コームの回動によって増減する重畳面を形成する固定コームと、を備えることを特徴とする請求項６に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項８】
前記駆動体は、第１回動軸を基準として前記フレームに対して回動自在に連結された外部可変部と、前記第１回動軸と直交する第２回動軸を基準として前記外部可変部に対して回動自在であり、前記外部可変部の内側に位置した内部可変部と、を備え、
前記上昇制限ストッパおよび前記下降制限ストッパは、前記外部可変部の高さ方向変位を制限可能に構成されたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項９】
前記駆動体の周辺部に取り付けられた駆動コイルと、前記駆動コイルに流れる電流と交差する磁場を形成するためのマグネットと、をさらに備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１０】
第１基板上に第２基板を接着する工程と、
前記第１基板を部分的に除去して、フレーム、および前記フレームに対して相対運動可能に一対のトーションバネにより前記フレームの内側に連結された駆動体および当該駆動体の周辺部を形成する工程と、
前記第２基板を部分的に除去して、前記駆動体の高さ方向変位を制限する少なくとも一つのストッパを前記第２基板に形成する工程と、を含み、
前記ストッパの形成工程は、前記駆動体の変位がないとき、前記駆動体と所定の間隔ほど離隔された状態で重なる一端部を備えるとともに、外部衝撃が加えられて前記駆動体が急激に上昇する場合には、前記駆動体の周辺部を当該一端部にひっかけることによって前記駆動体の上向き変位を制限する上昇制限ストッパと、前記駆動体の変位がないとき、前記フレームと所定の間隔ほど離隔された状態で重なる一端部を備えるとともに、外部衝撃が加えられて前記駆動体が急激に下降する場合には、当該一端部を前記フレームにひっかけることによって前記駆動体の下向き変位を制限する下降制限ストッパと、を形成する工程を含み、
さらに、前記第２基板を部分的に除去して前記駆動体上に固定されたステージを形成する工程を含むことを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１１】
前記第１基板および前記第２基板は、シリコンからなることを特徴とする請求項１０に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１２】
前記駆動体の形成工程は、前記フレームに対して回動自在に連結された駆動体を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１３】
前記上昇制限ストッパの一端部および前記下降制限ストッパの一端部を前記第１基板に対して離隔させるために、前記第１基板と前記第２基板とを接着するのに先立って、前記第２基板の底面を部分的にエッチングする工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１４】
前記駆動体と前記ステージとの間に介在される離隔カラムを形成するために、前記第１基板と前記第２基板とを接着するのに先立って、前記第２基板の底面を部分的にエッチングする工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１５】
前記上昇制限ストッパの一端部および前記下降制限ストッパの一端部を前記第１基板に対して離隔させるために、前記第１基板と前記第２基板とを接着するのに先立って、前記第１基板の上面を部分的にエッチングする工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１６】
前記駆動体を形成する工程は、第１回動軸を基準として前記フレームに対して回動自在に連結された外部可変部と、前記第１回動軸と直交する第２回動軸を基準として前記外部可変部に対して回動自在であり、前記外部可変部の内側に位置する内部可変部と、を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１０〜１５のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１７】
前記駆動体の周辺部に取り付けられた駆動コイルを形成する工程と、
前記駆動コイルに流れる電流と交差する磁場が形成されるようにマグネットを配置する工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項１０〜１６のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１８】
前記駆動コイルの形成工程は、前記第１基板の底面をエッチングして駆動コイル用溝を形成する工程と、
前記駆動コイル用溝に金属を積層する工程と、を含むことを特徴とする請求項１７に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイスに係り、特に駆動体の高さ方向変位を制限して、外部衝撃による破損が抑制されるＭＥＭＳデバイス、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ディスプレイ、レーザープリンタ、精密測定、精密加工など多様な技術分野において、マイクロマシニング技術により製造される微小構造を有するＭＥＭＳデバイスについての研究が活発に進められている。例えば、ディスプレイ分野で、ＭＥＭＳデバイスは、画面上に走査光を偏向反射するための光スキャナーへの活用が注目されている。
【０００３】
光スキャナーとして主に使われる従来のＭＥＭＳデバイスは、フレームと、フレームに対して回動自在に所定の回動軸により連結された駆動体と、を備える。駆動体は、フレームと同じ層に形成され、フレームの内側に形成される。ＭＥＭＳデバイスに平面方向の外部衝撃が加えられるときには、駆動体と同じ層に形成されたフレームが、駆動体の過度な平面方向変位を制限するので、比較的大きい外部衝撃に対しても、ＭＥＭＳデバイスの破損が抑制される。しかし、ＭＥＭＳデバイスに高さ方向の外部衝撃が加えられるときには、駆動体の高さ方向変位を制限する構成がないので、小さい外部衝撃にも容易にＭＥＭＳデバイスが永久的に破損されるという問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、前記した問題点を解決するためのものであって、駆動体の高さ方向変位を制限して、外部衝撃による破損が抑制されるＭＥＭＳデバイス、およびその製造方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するために、本発明は、フレームと、フレームと同じ層に形成され、フレームに対して相対運動可能に一対のトーションバネによりフレームの内側に連結された駆動体と、駆動体の高さ方向変位を制限する少なくとも一つのストッパと、を備え、ストッパは、駆動体の上向き変位を制限する上昇制限ストッパと、駆動体の下向き変位を制限する下降制限ストッパと、を備え、駆動体は、周辺部を備え、上昇制限ストッパは、駆動体の変位がないとき、駆動体と所定の間隔ほど離隔された状態で重なる一端部を備え、外部衝撃が加えられて駆動体が急激に上昇する場合には、駆動体の周辺部が上昇制限ストッパの一端部にひっかかり、下降制限ストッパは、駆動体の変位がないとき、フレームと所定の間隔ほど離隔された状態で重なる一端部を備え、外部衝撃が加えられて駆動体が急激に下降する場合には、下降制限ストッパの一端部がフレームにひっかかり、フレームと駆動体は第１基板に形成され、上昇制限ストッパと下降制限ストッパは、第１基板に接着された第２基板に形成され、駆動体上に固定されるステージをさらに備えることを特徴とするＭＥＭＳデバイスを提供する。
【０００６】
望ましくは、上昇制限ストッパおよび下降制限ストッパは、ステージと同じ層に形成される。
【０００７】
望ましくは、ＭＥＭＳデバイスは、駆動体の熱変形によるステージの変形を抑制するために、駆動体とステージとの間に介在された離隔カラムをさらに備える。
【０００８】
望ましくは、駆動体に離隔カラムが結合された領域の周辺部には、ステージと駆動体との間の熱伝達を抑制するための環状開口部が形成される。
【０００９】
望ましくは、ＭＥＭＳデバイスは、ステージの上面に形成された光反射面をさらに備える。
【００１０】
望ましくは、駆動体は、フレームに対して回動自在に連結される。
【００１１】
望ましくは、ＭＥＭＳデバイスは、駆動体の回動量を感知するための静電容量センサをさらに備える。
【００１２】
望ましくは、静電容量センサは、駆動体の回動によって駆動体と共に回動する駆動コームと、駆動コームと噛み合う相補的な位置に固定支持されて、駆動コームの回動によって増減する重畳面を形成する固定コームと、を備える。
【００１３】
望ましくは、駆動体は、第１回動軸を基準としてフレームに対して回動自在に連結された外部可変部と、第１回動軸と直交する第２回動軸を基準として外部可変部に対して回動自在であり、外部可変部の内側に位置した内部可変部と、を備え、上昇制限ストッパおよび下降制限ストッパは、外部可変部の高さ方向変位を制限可能に構成される。
【００１４】
望ましくは、ＭＥＭＳデバイスは、内部可変部の上面に形成された光反射面をさらに備える。
【００１５】
望ましくは、ＭＥＭＳデバイスは、駆動体の周辺部に取り付けられた駆動コイルと、駆動コイルに流れる電流と交差する磁場を形成するためのマグネットと、をさらに備える。
【００１６】
また、本発明は、第１基板上に第２基板を接着する工程と、第１基板を部分的に除去して、フレーム、およびフレームに対して相対運動可能に一対のトーションバネによりフレームの内側に連結された駆動体および当該駆動体の周辺部を形成する工程と、第２基板を部分的に除去して、駆動体の高さ方向変位を制限する少なくとも一つのストッパを第２基板に形成する工程と、を含み、ストッパの形成工程は、駆動体の変位がないとき、駆動体と所定の間隔ほど離隔された状態で重なる一端部を備えるとともに、外部衝撃が加えられて駆動体が急激に上昇する場合には、駆動体の周辺部を当該一端部にひっかけることによって駆動体の上向き変位を制限する上昇制限ストッパと、駆動体の変位がないとき、フレームと所定の間隔ほど離隔された状態で重なる一端部を備えるとともに、外部衝撃が加えられて駆動体が急激に下降する場合には、当該一端部をフレームにひっかけることによって駆動体の下向き変位を制限する下降制限ストッパと、を形成する工程を含み、さらに、第２基板を部分的に除去して駆動体上に固定されたステージを形成する工程を含むことを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法を提供する。
【００１７】
望ましくは、第１基板および第２基板は、シリコンからなる。
【００１８】
望ましくは、ＭＥＭＳデバイスの製造方法は、駆動体の形成工程は、フレームに対して回動自在に連結させた駆動体を形成する工程を含む。
【００１９】
望ましくは、ＭＥＭＳデバイスの製造方法は、上昇制限ストッパの一端部および下降制限ストッパの一端部を第１基板に対して離隔させるために、第１基板と第２基板とを接着するのに先立って、第２基板の底面を部分的にエッチングする工程をさらに含む。
【００２０】
望ましくは、ＭＥＭＳデバイスの製造方法は、ステージの上面に光反射面を形成する工程をさらに含む。
【００２１】
望ましくは、ＭＥＭＳデバイスの製造方法は、駆動体とステージとの間に介在される離隔カラムを形成するために、第１基板と第２基板とを接着するのに先立って、第２基板の底面を部分的にエッチングする工程をさらに含む。
【００２２】
望ましくは、ＭＥＭＳデバイスの製造方法は、上昇制限ストッパの一端部および下降制限ストッパの一端部を第１基板に対して離隔させるために、第１基板と第２基板とを接着するのに先立って、第１基板の上面を部分的にエッチングする工程をさらに含む。
【００２３】
望ましくは、駆動体を形成する工程は、第１回動軸を基準としてフレームに対して回動自在に連結された外部可変部と、第１回動軸と直交する第２回動軸を基準として外部可変部に対して回動自在であり、外部可変部の内側に位置する内部可変部と、を形成する工程を含む。
【００２４】
望ましくは、ＭＥＭＳデバイスの製造方法は、内部可変部の上面に光反射面を形成する工程をさらに含む。
【００２５】
望ましくは、ＭＥＭＳデバイスの製造方法は、駆動体の周辺部に取り付けられた駆動コイルを形成する工程と、駆動コイルに流れる電流と交差する磁場が形成されるようにマグネットを配置する工程と、をさらに含む。
【００２６】
望ましくは、駆動コイルの形成工程は、第１基板の底面をエッチングして駆動コイル用溝を形成する工程と、駆動コイル用溝に金属を積層する工程と、を含む。
【発明の効果】
【００２７】
本発明のＭＥＭＳデバイスは、駆動体の高さ方向変位を制限するストッパを備えて、外部衝撃によるＭＥＭＳデバイスの破損およびそれによるコストアップを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態によるＭＥＭＳデバイスを上から見て示す分解斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるＭＥＭＳデバイスを下から見て示す分解斜視図である。
【図３】図１のＡ−Ａ′線の部分断面斜視図である。
【図４Ａ】図１のＡ−Ａ′線の断面図であって、外部衝撃により駆動体が上昇する場合を示す図面である。
【図４Ｂ】図１のＡ−Ａ′線の断面図であって、外部衝撃により駆動体が下降する場合を示す図面である。
【図５Ａ】図１のＭＥＭＳデバイスを製造する過程を順次に示す断面図である。
【図５Ｂ】図１のＭＥＭＳデバイスを製造する過程を順次に示す断面図である。
【図５Ｃ】図１のＭＥＭＳデバイスを製造する過程を順次に示す断面図である。
【図５Ｄ】図１のＭＥＭＳデバイスを製造する過程を順次に示す断面図である。
【図５Ｅ】図１のＭＥＭＳデバイスを製造する過程を順次に示す断面図である。
【図５Ｆ】図１のＭＥＭＳデバイスを製造する過程を順次に示す断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態によるＭＥＭＳデバイスを上から見て示す分解斜視図である。
【図７】本発明の第２実施形態によるＭＥＭＳデバイスを下から見て示す分解斜視図である。
【図８】図６の部分断面斜視図である。
【図９】本発明の第３実施形態によるＭＥＭＳデバイスの斜視図である。
【図１０】図９のＢ部分を拡大して示す斜視図であって、上から見て示す図面である。
【図１１】図９のＢ部分を拡大して示す斜視図であって、下から見て示す図面である。
【図１２】本発明の第４実施形態によるＭＥＭＳデバイスを上から見て示す斜視図である。
【図１３】本発明の第４実施形態によるＭＥＭＳデバイスを下から見て示す斜視図である。
【図１４】図１２のＣ部分を拡大して示す平面図である。
【図１５】図１４のＤ−Ｄ′線の部分断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付された図面を参照して、本発明の望ましい実施形態によるＭＥＭＳデバイス、およびその製造方法を詳細に説明する。
【００３０】
図１および図２は、本発明の第１実施形態によるＭＥＭＳデバイスを上及び下から見て示す分解斜視図であり、図３は、図１のＡ−Ａ′線の部分断面斜視図であり、図４Ａおよび図４Ｂは、図１のＡ−Ａ′線の断面図であって、図４Ａは、外部衝撃により駆動体１１５が上昇する場合を、図４Ｂは、外部衝撃により駆動体１１５が下降する場合を示す図面である。
【００３１】
図１ないし図３に示すように、本発明の第１実施形態によるＭＥＭＳデバイス１００は、所定の支持台に固定されるフレーム１１１と、フレーム１１１に対して回動軸Ｓを基準として回動自在に連結された駆動体１１５と、駆動体１１５上に固定されたステージ１３２と、を備える。駆動体１１５は、フレーム１１１の中央部に配置され、一対のトーションバネ１１３によりフレーム１１１と連結される。フレーム１１１、駆動体１１５およびトーションバネ１１３は、第１基板１１０を加工して形成されるので、同じ層に形成される。
【００３２】
ＭＥＭＳデバイス１００は、駆動体１１５の底面の周辺部に取り付けられた駆動コイル１２０を備え、駆動コイル１２０に流れる電流と交差する磁場を形成するためにフレーム１１１を介して互いに対向するように配置された一対のマグネット１０５、１０６をさらに備える。端子１２５は、駆動コイル１２０に電流を印加するために外部電源と接続される。駆動コイル１２０に流れる電流とマグネット１０５、１０６により駆動コイル１２０のパターンと交差する方向に形成された磁場との相互作用により、駆動体１１５は、ローレンツの法則による方向に旋回し、電流が遮断されれば、トーションバネ１１３の弾性復元力により、駆動体１１５は、フレーム１１１に対して平行な状態に復帰する。
【００３３】
ステージ１３２の上面には、光反射物質が積層されて形成された光反射面１３５が備えられる。駆動コイル１２０に電流が流れれば、駆動コイル１２０は、抵抗により熱膨張し、これにより、駆動体１１５が変形される。かかる駆動体１１５の変形によるステージ１３２の変形を抑制するために、ステージ１３２と駆動体１１５との間に離隔カラム１３３が介在される。ステージ１３２と駆動体１１５とは、離隔カラム１３３の高さｄ１ほど離隔される。駆動体１１５の熱変形によりステージ１３２に及ぼす影響を最小化するために、駆動体１１５に接着される離隔カラム１３３の底面は、ステージ１３２の光反射面１３５より狭く設定される。
【００３４】
ＭＥＭＳデバイス１００は、駆動体１１５の高さ方向変位を制限するストッパを備える。ストッパには、駆動体１１５の上向き変位を制限する上昇制限ストッパ１４０と、駆動体１１５の下向き変位を制限する下降制限ストッパ１５０と、が備えられる。ストッパ１４０、１５０とステージ１３２とは、第１基板１１０上に接着される第２基板１３０を加工して形成されるものであるので、同じ層に形成される。
【００３５】
上昇制限ストッパ１４０は、フレーム１１１に接着された固定部１３９から延びてフレーム１１１に対して固定されている。上昇制限ストッパ１４０は、駆動体１１５の高さ方向変位がないとき、駆動体１１５の周辺部と所定間隔ｄ２ほど離隔された状態で重なる一端部１４１を備える。
【００３６】
下降制限ストッパ１５０の付着面１５２が駆動体１１５の上面に接着されて、下降制限ストッパ１５０は、駆動体１１５に対して固定される。下降制限ストッパ１５０は、駆動体１１５の高さ方向変位がないとき、フレーム１１１と所定間隔ｄ３ほど離隔された状態で重なる一端部１５１を備える。離隔カラム１３３の高さｄ１、上昇制限ストッパ１４０の離隔間隔ｄ２および下降制限ストッパ１５０の離隔間隔ｄ３は、第２基板１３０の底面をエッチングすることによって形成されるので、前記ｄ１、ｄ２およびｄ３は同じである。
【００３７】
図４Ａに示すように、ＭＥＭＳデバイス１００に外部衝撃が加えられて駆動体１１５が急激に上昇する場合には、駆動体１１５の周辺部が上昇制限ストッパ１４０の端部１４１にひっかかるので、駆動体１１５の過度な上昇が防止される。また、図４Ｂに示すように、ＭＥＭＳデバイス１００に外部衝撃が加えられて駆動体１１５が急激に下降する場合には、駆動体１１５と共に下降する下降制限ストッパ１５０の端部１５１がフレーム１１１にひっかかるので、駆動体１１５の過度な下降が防止される。したがって、外部衝撃によるＭＥＭＳデバイス１００の破損、特にトーションバネ１１３の破損が防止される。
【００３８】
図５Ａないし図５Ｆは、図１のＭＥＭＳデバイスを製造する過程を順次に示す断面図である。
【００３９】
図５Ａに示すように、まず、第１基板１１０と第２基板１３０とを準備する。第１基板１１０および第２基板１３０は、加工性および平坦度の優れたシリコンからなる基板でありうる。第１基板１１０の上面は、酸化させて絶縁層１１７を形成し、第２基板１３０の底面は、ステージ１３２（図３参照）の間隔ｄ１（図３参照）、上昇制限ストッパ１４０（図３参照）の間隔ｄ２（図３参照）、および下降制限ストッパ１５０（図３参照）の間隔ｄ３（図３参照）を形成するために、部分的にエッチングしてグルーブ１６０を形成する。グルーブ１６０の形成方法は、フォトリソグラフィによるパターン形成後、ドライまたはウェットエッチングするか、またはサンドブラスティングすることを含むものであって、半導体製造工程で公知されたものである。
【００４０】
図５Ｂに示すように、第１基板１１０上に第２基板１３０を接着する。基板１１０、１３０がシリコンからなる場合ならば、ＳＤＢ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｄｉｒｅｃｔ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）方法により、第１基板１１０と第２基板１３０とを接着できる。
【００４１】
次いで、第１基板１１０の厚さを駆動体１１５（図３参照）およびフレーム１１１（図３参照）の厚さに対応するように研磨し、第１基板１１０の底面をエッチングして駆動コイル用溝１１８を形成する。駆動コイル用溝１１８の形成方法も、フォトリソグラフィによるパターンの形成後、ドライまたはウェットエッチングするか、またはサンドブラスティングすることを含む。
【００４２】
次いで、駆動コイル用溝１１８に絶縁層１１９を形成する。
【００４３】
図５Ｃに示すように、駆動コイル用溝１１８に金属、例えば銅を積層して巻き取られた駆動コイル１２０を形成する。駆動コイル用溝１１８に金属シード層（図示せず）を蒸着した後、金属をメッキするか、または金属を蒸着して駆動コイル１２０を形成できる。
【００４４】
図５Ｄに示すように、駆動コイル１２０が形成された第１基板１１０の底面に、絶縁層１２２を形成し、駆動コイル１２０を外部電源と連結するための端子１２５を形成する。また、第２基板１３０をステージ１３２（図３参照）、ストッパ１４０、１５０（図３参照）および固定部１３９（図３参照）の各厚さに対応するように研磨する。
【００４５】
次いで、図５Ｅに示すように、第１基板１１０の厚さ方向に貫通するように第１基板１１０を部分的に除去して、フレーム１１１、駆動体１１５およびトーションバネ１１３を形成する。
【００４６】
次いで、図５Ｆに示すように、第２基板１３０の厚さ方向に貫通するように第２基板１３０を部分的に除去して、ステージ１３２、上昇制限ストッパ１４０、下降制限ストッパ１５０および固定部１３９を形成する。
【００４７】
次いで、前記ステージ１３２の上面に金属性光反射物質を積層して光反射面１３５を形成した後、マグネット１０５、１０６（図１参照）を、フレーム１１１を介して互いに対向するように配置する。このように製造されたＭＥＭＳデバイス１００は、光スキャナーとして使われる。
【００４８】
図６および図７は、本発明の第２実施形態によるＭＥＭＳデバイスを上及び下から見て示す分解斜視図であり、図８は、図６の部分断面斜視図である。また、図９は、本発明の
第３実施形態によるＭＥＭＳデバイスの斜視図であり、図１０および図１１は、図９のＢ
部分を拡大して示す斜視図であって、図１０は、上から見て示す図面、図１１は、下から見て示す図面である。
【００４９】
図６ないし図８に示すように、本発明の第２実施形態によるＭＥＭＳデバイス２００Ａは、ベース２０１に固定されるフレーム２１１と、フレーム２１１に対して回動軸Ｓを基準として回動自在に連結された駆動体２１５と、駆動体２１５上に固定されたステージ２３２と、を備える。駆動体２１５は、フレーム２１１の中央部に配置され、一対のトーションバネ２１３によりフレーム２１１と連結される。フレーム２１１、駆動体２１５、およびトーションバネ２１３は、第１基板２１０を加工して形成されるので、同じ層に形成される。ベース２０１は、シリコンまたはガラスからなり、駆動体２１５の回動を妨害しないために中央部に開口２０２が形成される。
【００５０】
駆動体２１５の底面の周辺部には、巻き取られた駆動コイル２２０が備えられ、フレーム２１１を介して互いに対向するように一対のマグネット２０５、２０６が配置される。駆動コイル２２０に流れる電流と、マグネット２０５、２０６により駆動コイル２２０のパターンと交差する方向に形成された磁場との相互作用により、駆動体２１５は、ローレンツの法則による方向に旋回し、電流が遮断されれば、トーションバネ２１３の弾性復元力により、駆動体２１５は、フレーム２１１に対して平行な状態に復帰する。
【００５１】
ステージ２３２の上面には、光反射面２３５が備えられ、駆動体２１５の熱変形によるステージ２３２の変形を抑制するための離隔カラム２３３が、ステージ２３２と駆動体２１５との間に介在される。駆動体２１５で離隔カラム２３３が結合された領域の周辺部には、ステージ２３２と駆動体２１５との間の熱伝達を抑制するための環状開口部２６３が形成される。
【００５２】
ＭＥＭＳデバイス２００Ａは、駆動体２１５の上向き変位を制限する上昇制限ストッパ２４０Ａと、駆動体２１５の下向き変位を制限する下降制限ストッパ２５０Ａと、を備える。ストッパ２４０Ａ、２５０Ａ、およびステージ２３２は、第１基板２１０上に接着される第２基板２３０を加工して形成されるものであるので、同じ層に形成される。
【００５３】
上昇制限ストッパ２４０Ａは、フレーム２１１に接着された固定部２３９から延びて、フレーム２１１に対して固定されている。上昇制限ストッパ２４０Ａは、トーションバネ２１３と所定間隔ほど離隔されて駆動体２１５の周辺部に延びる。上昇制限ストッパ２４０Ａは、駆動体２１５の高さ方向変位がないとき、駆動体２１５の周辺部と所定間隔ほど離隔された状態で重なる一端部２４１Ａを備える。
【００５４】
下降制限ストッパ２５０Ａの付着面２５２が駆動体２１５の上面に接着されて、下降制限ストッパ２５０Ａは、駆動体２１５に対して固定される。下降制限ストッパ２５０Ａは、上昇制限ストッパ２４０Ａを介して分岐され、フレーム２１１に向かって延びた端部２５１Ａを備える。下降制限ストッパ２５０Ａの端部２５１Ａは、駆動体２１５の高さ方向変位がないとき、フレーム２１１と所定間隔ほど離隔された状態で重なる。
【００５５】
ＭＥＭＳデバイス２００Ａに外部衝撃が加えられて駆動体２１５が急激に上昇する場合には、駆動体２１５の周辺部が上昇制限ストッパ２４０Ａの端部２４１Ａにひっかかるので、駆動体２１５の過度な上昇が防止される。また、ＭＥＭＳデバイス２００Ａに外部衝撃が加えられて駆動体２１５が急激に下降する場合には、駆動体２１５と共に下降する下降制限ストッパ２５０Ａの端部２５１Ａがフレーム２１１にひっかかるので、駆動体２１５の過度な下降が防止される。したがって、外部衝撃によるＭＥＭＳデバイス２００Ａの破損、特にトーションバネ２１３の破損が防止される。
【００５６】
ＭＥＭＳデバイス２００Ａは、駆動体２１５の回動量を感知するための静電容量センサをさらに備える。静電容量センサは、下降制限ストッパ２５０Ａから回動軸Ｓと直交する方向に延びた複数の駆動コーム２６０と、フレーム２１１に固定された複数の固定コーム２６１と、を備える。駆動コーム２６０は、駆動体２１５およびステージ２３２の回動によってその回動角度と同じ角度でともに回動する。固定コーム２６１は、駆動コーム２６０に噛み合う相補的な位置に固定支持される。
【００５７】
固定コーム２６１と駆動コーム２６０とは、互いにオーバーラップされる重畳面を形成するが、駆動体２１５の回動量によってその重畳面の面積が変化する。このように重畳面が形成される駆動コーム２６０と固定コーム２６１との間に所定の電位差を付与すれば、駆動体２１５の回動量と一定な関数関係を有する静電容量を形成する。したがって、駆動コーム２６０と固定コーム２６１との間の静電容量を測定して、駆動体２１５およびステージ２３２の回動量を測定できる。
【００５８】
図９ないし図１１に示すように、本発明の第３実施形態によるＭＥＭＳデバイス２００Ｂは、前述した第２実施形態によるＭＥＭＳデバイス２００Ａの変形例であって、上昇制限ストッパ２４０Ｂおよび下降制限ストッパ２５０Ｂの構成のみが第２実施形態のＭＥＭＳデバイス２００Ａと異なり、他の構成はいずれも同一である。第３実施形態によるＭＥＭＳデバイス２００Ｂの下降制限ストッパ２５０Ｂは、トーションバネ２１３を覆うことのないように分岐され、フレーム２１１に向かって延びた端部２５１Ｂを備える。下降制限ストッパ２５０Ｂの端部２５１Ｂは、駆動体２１５の高さ方向変位がないとき、フレーム２１１の端部２１２と所定間隔ほど離隔されるように上向きに掘られた溝部２５２と、溝部２５２の末端に形成された連結部２５３と、を備える。連結部２５３には、駆動体片２１６が接着される。駆動体片２１６は、フレーム２１１と分離されているため、駆動体２１５の昇降または回動によって動く。上昇制限ストッパ２４０Ｂは、固定部２３９から下降制限ストッパ２５０Ｂの連結部２５３と対向するように突出する。上昇制限ストッパ２４０Ｂは、駆動体２１５の高さ方向変位がないとき、駆動体片２１６と所定の間隔ほど離隔されるように形成される。
【００５９】
ＭＥＭＳデバイス２００Ｂに外部衝撃が加えられて駆動体２１５が急激に上昇する場合には、連結部２５３に接着された駆動体片２１６が上昇制限ストッパ２４０Ｂにひっかかるので、駆動体２１５の過度な上昇が防止される。また、ＭＥＭＳデバイス２００Ｂに外部衝撃が加えられて駆動体２１５が急激に下降する場合には、駆動体２１５とともに下降する下降制限ストッパ２５０Ｂの溝部２５２が、フレーム２１１に連結して固定されたフレームの端部２１２にひっかかるので、駆動体２１５の過度な下降が防止される。したがって、外部衝撃によるＭＥＭＳデバイス２００Ｂの破損、特にトーションバネ２１３の破損が防止される。
【００６０】
図１２および図１３は、本発明の第４実施形態によるＭＥＭＳデバイスを上および下から見て示す斜視図であり、図１４は、図１２のＣ部分を拡大して示す平面図であり、図１５は、図１４のＤ−Ｄ′線の部分断面斜視図である。
【００６１】
図１２ないし図１５に示すように、本発明の第４実施形態によるＭＥＭＳデバイス３００は、中央部に開口３０２が形成されたベース３０１と、ベース３０１上に接着される第１基板３１０と、第１基板３１０上に接着される第２基板３３０と、を備える。ベース３０１は、シリコンまたはガラスからなり、第１基板３１０と第２基板３３０とは、シリコンからなる。
【００６２】
第１基板３１０は、ベース３０１の開口３０２に配置されて回動自在な駆動体３１５と、駆動体３１５の外郭に形成され、ベース３０１に接着固定されるフレーム（図示せず）と、を備える。第２基板３３０は、第１基板３１０のフレームに接着固定されてフレームを塞げる固定部３３９、駆動体３１５の高さ方向変位を制限する上昇制限ストッパ３４０および下降制限ストッパ３５０を備える。
【００６３】
駆動体３１５は、第１回動軸Ｓ１を基準としてフレームに対して回動自在に連結された外部可変部３１８と、第１回動軸Ｓ１と直交する第２回動軸Ｓ２を基準として外部可変部３１８に対して回動自在に設けられた内部可変部３１６と、内部可変部３１６と外部可変部３１８との間に設けられたフィルタ可変部３１７と、を備える。外部可変部３１８は、第１回動軸Ｓ１と同じ方向に延びた一対の第１トーションバネ３２２により第１基板３１０のフレームに連結され、フィルタ可変部３１７は、第１トーションバネ３２２と同じ方向に延びた一対のフィルタバネ３２３により外部可変部３１８に連結され、内部可変部３１６は、第２回動軸Ｓ２と同じ方向に延びた一対の第２トーションバネ３２４によりフィルタ可変部３１７に連結される。
【００６４】
外部可変部３１８の底面には、巻き取られた駆動コイル３２０が備えられ、ベース３０１、第１基板３１０、および第２基板３３０を介して互いに対向するように一対のマグネット３０５、３０６が配置される。一対のマグネット３０５、３０６により形成される磁気力線の方向は、第１回動軸Ｓ１および第２回動軸Ｓ２に対して傾斜している。駆動コイル３２０に電流を供給すれば、マグネット３０５、３０６により形成される磁場と電流方向に垂直な方向にトルクが発生する。このように発生したトルクは、第１回動軸Ｓ１と第２回動軸Ｓ２との二つの成分に分離されて、内部可変部３１６は、第２回動軸Ｓ２を基準として回動し、また、内部可変部３１６、フィルタ可変部３１７および外部可変部３１８は、第１回動軸Ｓ１を基準として回動する。内部可変部３１６の上面には、光反射面３３５が形成され、光反射面３３５に入射する光信号を２軸に分配できる。
【００６５】
フィルタ可変部３１７およびフィルタバネ３２３は、低周波回動する外部可変部３１８と高周波回動する内部可変部３１６とを分離して、高周波ノイズによる外部可変部３１８の不要な振動を遮断する。すなわち、フィルタ可変部３１７およびフィルタバネ３２３は、低周波通過フィルタを機械的に構成したものである。
【００６６】
上昇制限ストッパ３４０および下降制限ストッパ３５０は、外部可変部３１８の高さ方向変位を制限可能に構成される。具体的に、上昇制限ストッパ３４０は、第２基板３３０の固定部３３９と一体に形成され、外部可変部３１８の高さ方向変位がないとき、外部可変部３１８の周辺部と所定間隔ほど離隔された状態で重なるように構成される。下降制限ストッパ３５０は、外部可変部３１８の上面に接着されて外部可変部３１８に対して固定される。下降制限ストッパ３５０は、外部可変部３１８の高さ方向変位がないとき、外部可変部３１８の外側のフレーム周辺部３１２と所定間隔ほど離隔された状態で重なる端部３５１を備える。
【００６７】
ＭＥＭＳデバイス３００に外部衝撃が加えられて外部可変部３１８が急激に上昇する場合には、外部可変部３１８の周辺部が上昇制限ストッパ３４０にひっかかるので、外部可変部３１８の過度な上昇が防止される。また、ＭＥＭＳデバイス３００に外部衝撃が加えられて外部可変部３１８が急激に下降する場合には、外部可変部３１８とともに下降する下降制限ストッパ３５０の端部３５１がフレーム周辺部３１２にひっかかるので、外部可変部３１８の過度な下降が防止される。内部可変部３１６は、それを支持する第２トーションバネ３２４の剛性が高くて、外部可変部３１８およびフィルタ可変部３１７に対してほとんど昇降しない。したがって、外部衝撃にもかかわらず、ＭＥＭＳデバイス３００の破損、特に第１トーションバネ３２２の破損が防止される。
【００６８】
ＭＥＭＳデバイス３００の製造過程は、本発明の第１実施形態によるＭＥＭＳデバイス１００の製造過程と類似している。ただし、上昇制限ストッパ３４０および下降制限ストッパ３５０を、外部可変部３１８の周辺部およびフレーム周辺部３１２に対してそれぞれ所定の間隔ほど離隔させるために、第１基板３１０と第２基板３３０とを接着する前に、第２基板３３０の底面をエッチングするものではなく、第１基板３１０の上面を所定パターンでエッチングしてグルーブを形成する。このように第１基板３１０の上面をエッチングすることにより、第１トーションバネ３２２とフィルタバネ３２３との厚さを、第２トーションバネ３２４に比べて薄くして、第１トーションバネ３２２とフィルタバネ３２３との剛性を第２トーションバネ３２４に比べて弱くする。
【００６９】
本発明は、図面に示した実施形態を参考にして説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形および均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の保護範囲は、特許請求の範囲により決まらねばならない。
【符号の説明】
【００７０】
１００    ＭＥＭＳデバイス、
１０５、１０６    マグネット、
１１０    第１基板、
１１１    フレーム、
１１３    トーションバネ、
１１５    駆動体、
１３０    第２基板、
１３２    ステージ、
１３５    光反射面、
１４０    上昇制限ストッパ（ストッパ）、
１５０    下降制限ストッパ（ストッパ）、
Ｓ    回動軸。
【図１】
2011042029.tif 000003
【図２】
2011042029.tif 000004
【図３】
2011042029.tif 000005
【図４Ａ】
2011042029.tif 000006
【図４Ｂ】
2011042029.tif 000007
【図５Ａ】
2011042029.tif 000008
【図５Ｂ】
2011042029.tif 000009
【図５Ｃ】
2011042029.tif 000010
【図５Ｄ】
2011042029.tif 000011
【図５Ｅ】
2011042029.tif 000012
【図５Ｆ】
2011042029.tif 000013
【図６】
2011042029.tif 000014
【図７】
2011042029.tif 000015
【図８】
2011042029.tif 000016
【図９】
2011042029.tif 000017
【図１０】
2011042029.tif 000018
【図１１】
2011042029.tif 000019
【図１２】
2011042029.tif 000020
【図１３】
2011042029.tif 000021
【図１４】
2011042029.tif 000022
【図１５】
2011042029.tif 000023