(57)【要約】【課題】ショートによる導通不良を解消することが可能なミラー駆動装置を提供する。【解決手段】ミラー駆動装置１は、固定フレームと、可動フレーム１４と、ミラーと、永久磁石１０とを備える。可動フレーム１４は、基材１００と、駆動コイル１８と、被覆層１０２と、絶縁層１０４とを有する。基材１００は、主面Ｓ４側に位置し且つスパイラル状に延びる溝部１００ａを含む。駆動コイル１８は、溝部１００ａ内に配置された金属材料によって構成されている。被覆層１０２は、溝部１００ａの開口を覆うように主面Ｓ４上まで延びると共に、駆動コイル１８を構成する金属材料の拡散を抑制する金属材料で構成されている。絶縁層１０４は、主面Ｓ４上及び被覆層１０２上に配置されている。駆動コイル１８の内側端部に電気的に接続された引き出し導体２８ｂは、絶縁層１０４を介して駆動コイル１８と立体的に交差している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定フレームと、
同一直線上に延びるトーションバーを介して、前記固定フレームに対して回転可能に支持された可動フレームと、
前記可動フレームの表面に配置されたミラーと、
前記可動フレームの周囲に磁場を形成する磁石とを備え、
前記可動フレームは、
主面と、前記主面側に位置し且つ前記主面に対して直交する方向から見てスパイラル状に延びる溝部とを含む基材と、
前記溝部内に配置された第１の金属材料によって構成されると共に、前記主面に対して直交する方向から見てスパイラル状に巻回された駆動コイルと、
前記溝部の開口を覆うように前記主面上まで延びると共に、前記第１の金属材料の拡散を抑制する第２の金属材料で構成された被覆層と、
前記主面上及び前記被覆層上に配置された第１の絶縁層とを有し、
前記駆動コイルの内側端部には、引き出し導体の一端が電気的に接続されており、
前記引き出し導体の他端は、前記駆動コイルの外側に引き出されており、
前記引き出し導体は、前記第１の絶縁層を介して前記駆動コイルと立体的に交差している、ミラー駆動装置。
【請求項２】
前記第１の金属材料はＣｕ又はＡｕである、請求項１に記載のミラー駆動装置。
【請求項３】
前記第２の金属材料はＡｌ又はＡｌを含む合金である、請求項１又は２に記載のミラー駆動装置。
【請求項４】
前記基材は、前記主面と前記溝部の内壁面とに沿って配置された第２の絶縁層を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のミラー駆動装置。
【請求項５】
前記基材はシリコンで構成されており、
前記第２の絶縁層はシリコンが熱酸化された酸化シリコンで構成されている、請求項４に記載のミラー駆動装置。
【請求項６】
シード層が、前記第２の絶縁層と前記第１の金属材料との間に配置されている、請求項４又は５に記載のミラー駆動装置。
【請求項７】
前記シード層はＴｉＮにより構成されている、請求項６に記載のミラー駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミラー駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微少な大きさの機械的要素及び電子回路要素を融合したＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術（マイクロマシン技術ともいう）を用いたミラー駆動装置の研究が盛んに行われている。ミラー駆動装置の一例として、特許文献１は、固定フレームと、可動フレームと、ミラーと、駆動コイルと、一対の永久磁石とを備える、電磁式のミラー駆動装置を開示している。
【０００３】
可動フレームは、同一直線上に延びる一対のトーションバーを介して、固定フレームに対し回転可能に取り付けられている。ミラーは、可動フレームの表面に配置されている。駆動コイルは、可動フレームに配置されると共に、ミラーの表面に対して直交する方向から見てスパイラル状に巻回されている。一対の永久磁石は、一対のトーションバーが延びる方向とは交差する方向において、駆動コイルが間に位置するように配置されている。
【０００４】
駆動コイルに電流が流れると、一対の永久磁石の間に生じている磁場との相互作用により駆動コイルにローレンツ力が発生し、可動フレームが固定フレームに対して回転する。可動フレームが回転すると、可動フレームの表面に配置されているミラーの向きが変わり、ミラーからの反射光の光路が変更される。このようなミラー駆動装置は、例えば、光通信用光スイッチや光スキャナなどに応用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１２２９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の駆動コイルは、可動フレームとなるシリコン基板の表面に形成されたスパイラル状を呈する溝内に、シード層を介して金属材料（例えばＣｕ）をより埋め込む、いわゆるダマシン法によって形成される。特に金属材料がＣｕである場合には、エッチングでの微細化が困難であるため、ダマシン法が好適に用いられる。溝内に金属材料が埋め込まれた後は、例えば化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）によって表面が平坦化される。
【０００７】
駆動コイルは、ミラーの表面に対して直交する方向から見てスパイラル状に巻回されている構造上、内側に位置する端部を外側に引き出すための引き出し導体を必要とする。そのため、平坦化工程の後に、駆動コイルのうち両端部を除く表面を絶縁層で被覆し、絶縁層を介して駆動コイルと立体的に交差するように引き出し導体をパターニングする。これにより、引き出し導体の一端は、駆動コイルの内側端部と接続され、引き出し導体の他端は、駆動コイルの外側に引き出される。
【０００８】
しかしながら、駆動コイルを構成する金属材料が絶縁層に拡散して、駆動コイルのうち隣り合う配線間や、駆動コイルと引き出し導体との間でショートが発生してしまう場合があった。金属材料がＣｕである場合には特に絶縁層に拡散しやすく、ショートの発生の虞が高まっていた。
【０００９】
そのため、本発明の目的は、ショートによる導通不良を解消することが可能なミラー駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一側面に係るミラー駆動装置は、固定フレームと、同一直線上に延びるトーションバーを介して、固定フレームに対して回転可能に支持された可動フレームと、可動フレームの表面に配置されたミラーと、可動フレームの周囲に磁場を形成する磁石とを備え、可動フレームは、主面と、主面側に位置し且つ主面に対して直交する方向から見てスパイラル状に延びる溝部とを含む基材と、溝部内に配置された第１の金属材料によって構成されると共に、主面に対して直交する方向から見てスパイラル状に巻回された駆動コイルと、凹溝部の開口を覆うように主面上まで延びると共に、第１の金属材料の拡散を抑制する第２の金属材料で構成された被覆層と、主面上及び被覆層上に配置された第１の絶縁層とを有し、駆動コイルの内側端部には、引き出し導体の一端が電気的に接続されており、引き出し導体の他端は、駆動コイルの外側に引き出されており、引き出し導体は、第１の絶縁層を介して駆動コイルと立体的に交差している。
【００１１】
本発明の一側面に係るミラー駆動装置では、第１の金属材料の拡散を抑制する第２の金属材料で構成された被覆層が、溝部の開口を覆うように主面上まで延びている。そのため、駆動コイルを構成する第１の金属材料が第１の絶縁層に拡散し難くなっており、駆動コイルのうち隣り合う配線間や、駆動コイルと引き出し導体との間で、ショートの発生が防止される。従って、ショートによる導通不良を解消できる。これに伴い、高密度に巻回された駆動コイルが実現されるので、より大きな電流を駆動コイルに流すことができる。その結果、より大きなローレンツ力を駆動コイルに作用させ得るので、ミラーの可動範囲が大きなミラー駆動装置を得ることができる。
【００１２】
第１の金属材料はＣｕ又はＡｕであってもよい。電気抵抗率が低い一方で比較的拡散しやすい材料であるＣｕやＡｕを第１の金属材料として用いた場合であっても、被覆層により、これらの材料の拡散を抑制できる。そのため、駆動コイルの電気抵抗率を下げつつショートの発生を防止できる。
【００１３】
第２の金属材料はＡｌ又はＡｌを含む合金であってもよい。この場合、第１の金属材料の拡散を極めて良好に抑制できる。
【００１４】
基材は、主面と溝部の内壁面とに沿って配置された第２の絶縁層を有してもよい。
【００１５】
基材はシリコンで構成されており、第２の絶縁層はシリコンが熱酸化された酸化シリコンで構成されていてもよい。
【００１６】
シード層が、第２の絶縁層と第１の金属材料との間に配置されていてもよい。この場合、電気めっき法を用いて、第１の金属材料をシード層上に成長させることができる。
【００１７】
シード層はＴｉＮにより構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ショートによる導通不良を解消することが可能なミラー駆動装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本実施形態に係るミラー駆動装置を示す平面図である。
【図２】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】図３は、図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００２１】
本実施形態に係るミラー駆動装置１は、図１及び図２に示されるように、永久磁石１０と、固定フレーム１２と、可動フレーム１４と、ミラー１６とを備える。
【００２２】
永久磁石１０は、矩形状を呈する平板である。永久磁石１０は、一対の主面１０ａ，１０ｂを有する。永久磁石１０は、可動フレーム１４の周囲（後述する駆動コイル１８，２０の周囲）に磁場を形成する。本実施形態では、主面１０ａ側がＮ極であり、主面１０ｂ側がＳ極である。主面１０ａ側がＳ極であり、主面１０ｂ側がＮ極であってもよい。永久磁石１０の厚さは、例えば２ｍｍ〜３ｍｍ程度に設定することができる。
【００２３】
固定フレーム１２は、矩形状を呈する枠体である。固定フレーム１２は、永久磁石１０の主面１０ａ上に配置されている。固定フレーム１２の厚さは、例えば２５０μｍ〜３００μｍ程度に設定することができる。
【００２４】
可動フレーム１４は、固定フレーム１２の開口内に位置している。可動フレーム１４は、外側に位置する外側部１４ａと、外側部１４ａの内側に位置する内側部１４ｂと、内側部１４ｂの内側に位置すると共にミラー１６が配置されるミラー配置部１４ｃとを有する。
【００２５】
外側部１４ａ及び内側部１４ｂは、矩形状を呈する平板状の枠体である。外側部１４ａは、永久磁石１０及び固定フレーム１２から離間している。外側部１４ａは、永久磁石１０とは反対側を向く主面Ｓ１を有する。外側部１４ａは、同一直線上に延びる一対のトーションバー２２を介して、固定フレーム１２に対し回転可能に取り付けられている。トーションバー２２は、直線状を呈していてもよいし、蛇行形状を呈していてもよい。
【００２６】
外側部１４ａの主面Ｓ１側には、駆動コイル１８が配置されている。駆動コイル１８は、主面Ｓ１（ミラー１６の表面）に対して直交する方向から見てスパイラル状に複数周回巻回されている。駆動コイル１８の一端は駆動コイル１８の外側に位置し、駆動コイル１８の他端は駆動コイル１８の内側に位置する。駆動コイル１８の外側端部には、引き出し導体２８ａの一端が電気的に接続されている。駆動コイル１８の内側端部には、引き出し導体２８ｂの一端が電気的に接続されている。
【００２７】
引き出し導体２８ａ，２８ｂは、外側部１４ａからトーションバー２２を介して固定フレーム１２まで引き出されている。引き出し導体２８ａ，２８ｂの他端は、固定フレーム１２の表面に配置された電極３０ａ，３０ｂに電気的に接続されている。電極３０ａ，３０ｂは図示しない電源に接続されている。引き出し導体２８ｂは、駆動コイル１８の上方を通るように駆動コイル１８と立体的に交差している。
【００２８】
内側部１４ｂは、外側部１４ａから離間している。内側部１４ｂは、永久磁石１０とは反対側を向く主面Ｓ２を有する。内側部１４ｂは、トーションバー２２と同一直線上に延びる一対のトーションバー２４を介して、外側部１４ａに対し回転可能に取り付けられている。トーションバー２４は、直線状を呈していてもよいし、蛇行形状を呈していてもよい。
【００２９】
内側部１４ｂの主面Ｓ２側には、駆動コイル２０が配置されている。駆動コイル２０は、主面Ｓ２（ミラー１６の表面）に対して直交する方向から見てスパイラル状に複数周回巻回されている。駆動コイル２０の一端は駆動コイル２０の外側に位置し、駆動コイル２０の他端は駆動コイル２０の内側に位置する。駆動コイル２０の外側端部には、引き出し導体３２ａの一端が電気的に接続されている。駆動コイル２０の内側端部には、引き出し導体３２ｂの一端が電気的に接続されている。
【００３０】
引き出し導体３２ａ，３２ｂは、内側部１４ｂからトーションバー２２、外側部１４ａ及びトーションバー２２を介して固定フレーム１２まで引き出されている。引き出し導体３２ａ，３２ｂの他端は、固定フレーム１２の表面に配置された電極３４ａ，３４ｂに電気的に接続されている。電極３４ａ，３４ｂは図示しない電源に接続されている。引き出し導体３２ａは、駆動コイル１８の上方を通るように駆動コイル１８と立体的に交差している。引き出し導体３２ｂは、駆動コイル１８，２０の上方を通るように駆動コイル１８，２０と立体的に交差している。
【００３１】
ミラー配置部１４ｃは、円形状を呈する円板である。ミラー配置部１４ｃは、永久磁石１０とは反対側を向く主面Ｓ３を有する。ミラー配置部１４ｃは、同一直線上に延びる一対の支持梁２６を介して、内側部１４ｂに取り付けられている。ミラー配置部１４ｃが支持梁２６を介して内側部１４ｂに連結されていることで、駆動コイル１８，２０において発生したジュール熱がミラー配置部１４ｃに伝熱し難くできると共に、ミラー配置部１４ｃの変形を抑制できる。本実施形態において、支持梁２６の対向方向は、トーションバー２２，２４の対向方向とは交差している。
【００３２】
ミラー１６は、ミラー配置部１４ｃの主面Ｓ３上に配置されている。ミラー１６は、金属薄膜により構成された光反射膜である。ミラー１６に用いられる金属材料としては、例えばアルミ（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）が挙げられる。
【００３３】
続いて、駆動コイル１８，２０の詳細な構成について以下に説明する。駆動コイル１８，２０の構成は本実施形態において同様であるので、以下では駆動コイル１８について説明し、駆動コイル２０の説明は省略する。
【００３４】
図３及び図４に示されるように、外側部１４ａは、基材１００と、駆動コイル１８と、被覆層１０２と、絶縁層１０４とを有する。基材１００は、駆動コイル１８に対応する形状を呈する溝部１００ａを有する。すなわち、溝部１００ａは、基材１００ａの主面Ｓ４側から見てスパイラル状に延びている。このような溝部１００ａは、例えば、平板状の基材１００の表面に所定パターンのマスクを形成し、続いて、当該マスクを介して基材１００をエッチングすることにより形成できる。基材１００は、例えばＳｉで構成される。基材１００の厚さは、例えば２０μｍ〜６０μｍ程度に設定することができる。
【００３５】
基材１００の表面Ｓ４及び溝部１００ａの内壁面には、絶縁層１００ｂが配置されている。絶縁層１００ｂは、基材１００を熱酸化して得られる熱酸化膜である。絶縁層１００ｂは、例えばＳｉＯ２で構成される。溝部１００ａの内壁面には、シード層１００ｃが配置されている。すなわち、シード層１００ｃは、絶縁層１００ｂと駆動コイル１８との間に位置している。シード層１００ｃは、駆動コイル１８を構成する金属材料に対して付着性を有する緻密な金属材料を、基材１００（絶縁層１００ｂ）上にスパッタリングすることにより得られる。シード層１００ｃを構成する金属材料としては、例えばＴｉＮが挙げられる。
【００３６】
溝部１００ａ内で且つシード層１００ｃ上には、駆動コイル１８を構成する金属材料が配置されている。駆動コイル１８は、ダマシン法により、シード層１００ｃ上に当該金属材料を埋め込むことにより得られる。溝部１００ａ内に当該金属材料を埋め込むための手法としては、めっきや、スパッタリングや、ＣＶＤが挙げられる。
【００３７】
溝部１００ａ内に当該金属材料を配置した後に、化学機械研磨によって主面Ｓ４側を平坦化してもよい。この平坦化工程においては、駆動コイル１８とシード層１００ｃとの間で生ずる電位差等により、駆動コイル１８のうちシード層１００ｃと接する境界部１００ｄが局所的に減肉することがある。当該金属材料としては、例えばＣｕ又はＡｕが挙げられる。駆動コイル１８の厚さは、例えば５μｍ〜１０μｍ程度に設定することができる。
【００３８】
被覆層１０２は、溝部１００ａの開口を覆うように主面Ｓ４上まで延びている。すなわち、被覆層１０２は、主面Ｓ１，Ｓ４（ミラー１６の表面）に対して直交する方向から見て、駆動コイル１８のうち主面Ｓ１，Ｓ４側の表面全体を覆うと共に、基材１００のうち溝部１００ａの周囲を覆っている。被覆層１０２は、例えばスパッタリング法又はＣＶＤ法により基材１００の上面全体に金属材料を堆積し、続いて、パターニングすることにより得られる。
【００３９】
被覆層１０２を構成する金属材料は、駆動コイル１８を構成する金属材料の拡散を抑制する機能を有する。被覆層１０２を構成する金属材料としては、例えばＡｌ又はＡｌを含む合金が挙げられる。Ａｌを含む合金としては、Ａｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｃｕ合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金が挙げられる。Ａｌ−Ｓｉ合金の組成比は、例えばＡｌが９９％、Ｓｉが１％とすることができる。Ａｌ−Ｃｕ合金の組成比は、例えばＡｌが９９％、Ｃｕが１％とすることができる。Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金の組成比は、例えばＡｌが９８％、Ｓｉが１％、Ｃｕが１％とすることができる。被覆層１０２の厚さは、例えば１μｍ程度に設定することができる。
【００４０】
絶縁層１０４は、基材１００上及び被覆層１０２上を覆うように配置されている。絶縁層１０４を構成する材料としては、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮ又はＴＥＯＳが挙げられる。絶縁層１０４上には、引き出し導体２８ａ，２８ｂ，３２ａ，３２ｂが配置されている。すなわち、引き出し導体２８ａ，２８ｂは、絶縁層１０４及び被覆層１０２を介して駆動コイル１８と離間している。
【００４１】
以上のような本実施形態では、被覆層１０２が、駆動コイル１８，２０を構成する金属材料の拡散を抑制する金属材料で構成されていると共に、溝部１００ａの開口を覆うように主面Ｓ４上まで延びている。そのため、駆動コイル１８，２０を構成する金属材料が絶縁層１０４に拡散し難くなっており、駆動コイル１８，２０のうち隣り合う配線間や、駆動コイル１８，２０と引き出し導体２８ｂ、３２ａ，３２ｂとの間で、ショートの発生が防止される。従って、ショートによる導通不良を解消できる。これに伴い、高密度に巻回された駆動コイル１８，２０が実現されるので、より大きな電流を駆動コイル１８，２０に流すことができる。その結果、より大きなローレンツ力を駆動コイル１８，２０に作用させ得るので、ミラー１６の可動範囲が大きなミラー駆動装置１を得ることができる。
【００４２】
ところで、平坦化工程において、駆動コイルのうちシード層と接する境界部が局所的に減肉した場合、被覆層１０２がない従来のミラー駆動装置では、駆動コイルと、駆動コイルを覆う絶縁層上に形成される引き出し導体との間の距離が小さくなり、特にショートが発生しやすくなっていた。しかしながら、本実施形態では、被覆層１０２が、駆動コイル１８，２０の表面のみならず溝部１００ａの開口を覆うように主面Ｓ４上まで延びている。そのため、境界部１００ｄが局所的に減肉した場合であっても、ショートによる導通不良を防ぐことができる。
【００４３】
本実施形態では、駆動コイル１８，２０を構成する金属材料がＣｕ又はＡｕである。電気抵抗率が低い一方で比較的拡散しやすい材料であるＣｕやＡｕを用いて駆動コイル１８，２０を構成した場合であっても、被覆層１０２により、これらの材料の拡散を抑制できる。そのため、駆動コイル１８，２０の電気抵抗率を下げつつショートの発生を防止できる。
【００４４】
本実施形態では、駆動コイル１８，２０を構成する金属材料に対して付着性を有するシード層１００ｃが、絶縁層１００ｂと駆動コイル１８，２０との間に配置されている。そのため、電気めっき法を用いて、駆動コイル１８，２０を構成する金属材料をシード層１００ｃ上に成長させることができる。
【００４５】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態ではミラー駆動装置１について説明したが、周囲よりも窪んだ溝部や凹部（窪み部）の内部に金属材料がダマシン法によって埋め込まれた電子部品に、広く本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１…ミラー駆動装置、１０…永久磁石、１２…固定フレーム、１４…可動フレーム、１６…ミラー、１８，２０…駆動コイル、２２，２４…トーションバー、２８ａ，２８ｂ，３２ａ，３２ｂ…引き出し導体、１００…基材、１００ａ…凹溝部、１００ｂ…絶縁層、１００ｃ…シード層、１０２…被覆層、１０４…絶縁層、Ｓ１〜Ｓ４…主面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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