(57)【要約】      【課題】より低い駆動電圧で作動するマイクロアクチュエータを提供する。      【解決手段】マイクロアクチュエータは、基板を含む固定部と、湾曲部と直線状部とを有する片持ち構造の可動部とを備える。湾曲部は駆動力が加えられていない状態において湾曲する。直線状部は片持ち構造の固定端と湾曲部との間に配置され、駆動力が加えられていない状態において基板の主平面と略平行に延びる。駆動電圧が印加されたときに湾曲部の少なくとも一部と直線状部の少なくとも一部が固定部側にプルインされる。      【選択図】図３
2008160906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を含む固定部に対して変位し得る可動部であって、前記固定部に対して固定端が固定された片持ち構造を持つ可動部を備えたマイクロアクチュエータであって、
前記可動部は、湾曲部と、前記湾曲部と前記固定端との間に配置された直線状部とを有し、
前記湾曲部は、前記可動部に駆動力が加えられていない状態において、自身の保有する応力によって、前記固定端側から先端側に向うに従って前記固定部側から反り上がるかあるいは前記固定端側から前記先端側に向うに従って前記固定部から遠ざかる方向に巻始められてから巻回するように、湾曲し、
前記直線状部は、前記可動部に駆動力が加えられていない状態において、自身の保有する応力によって、前記固定部から間隔をあけた状態で前記固定端側から前記先端側に向うに従って前記基板の主平面と略平行に延び、
前記固定部は、前記直線状部の少なくとも一部及び前記湾曲部の少なくとも一部に対応する箇所において第１の電極部を有し、
前記可動部は、前記直線状部及び前記湾曲部において第２の電極部を有し、
前記第１及び第２の電極部間に所定の大きさ以上の駆動電圧が印加されたときに、前記第１及び第２の電極部間に駆動力として作用する静電力によって、前記直線状部の少なくとも一部及び前記湾曲部の少なくとも一部が前記固定部側にプルインされる、
ことを特徴とするマイクロアクチュエータ。
【請求項２】
前記可動部が薄膜で構成されたことを特徴とする請求項１記載のマイクロアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical System）等の分野で用いることができるマイクロアクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、下記の特許文献１に開示されているマイクロアクチュエータが提案されている。このマイクロアクチュエータでは、基板から立ち上がった脚部に固定端が固定され薄膜で構成された湾曲部と、湾曲部に設けられた可動電極と、基板上の湾曲部に対応する箇所に設けられた固定電極と、を備えている。湾曲部は、可動電極と固定電極との間に静電力が加わっていない状態において、自身の保有する応力によって、固定端側から先端側に向かうに従って基板から遠ざかる方向に巻始められてから巻回するように湾曲している。そして、可動電極と固定電極との間に静電力が加わると、湾曲部が巻き戻されて固定電極側にプルインされて基板に沿って展開される。
【０００３】
このマイクロアクチュエータでは、湾曲部自体が当該マイクロアクチュエータが駆動する被駆動体を兼ねている。特許文献１には、例えば、湾曲部自体が光シャッタ部や光変調部を兼ねる例が開示されている。
【特許文献１】特許第３４３９７６６号公報の第１（ｊ）図
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来のマイクロアクチュエータでは、可動電極と固定電極との間に加える駆動電圧を高くしなければ、適切に駆動することができなかった。マイクロアクチュエータにおいては、必要とする駆動電圧が低いほど好ましいことは言うまでもない。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、可動部が湾曲部を有するにも拘わらず、より低い駆動電圧で作動するマイクロアクチュエータ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】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様によるマイクロアクチュエータは、基板を含む固定部に対して変位し得る可動部であって、前記固定部に対して固定端が固定された片持ち構造を持つ可動部を備えたマイクロアクチュエータであって、前記可動部は、湾曲部と、前記湾曲部と前記固定端との間に配置された直線状部とを有し、前記湾曲部は、前記可動部に駆動力が加えられていない状態において、自身の保有する応力によって、前記固定端側から先端側に向うに従って前記固定部側から反り上がるかあるいは前記固定端側から前記先端側に向うに従って前記固定部から遠ざかる方向に巻始められてから巻回するように、湾曲し、前記直線状部は、前記可動部に駆動力が加えられていない状態において、自身の保有する応力によって、前記固定部から間隔をあけた状態で前記固定端側から前記先端側に向うに従って前記基板の主平面と略平行に延び、前記固定部は、前記直線状部の少なくとも一部及び前記湾曲部の少なくとも一部に対応する箇所において第１の電極部を有し、前記可動部は、前記直線状部及び前記湾曲部において第２の電極部を有し、前記第１及び第２の電極部間に所定の大きさ以上の駆動電圧が印加されたときに、前記第１及び第２の電極部間に駆動力として作用する静電力によって、前記直線状部の少なくとも一部及び前記湾曲部の少なくとも一部が前記固定部側にプルインされるものである。
本発明の第２の態様によるマイクロアクチュエータは、前記第１の態様において、前記可動部が薄膜で構成されたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、可動部が湾曲部を有するにも拘わらず、より低い駆動電圧で作動するマイクロアクチュエータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明によるマイクロアクチュエータについて、図面を参照して説明する。
【０００９】
図１は、本発明の一実施の形態によるマイクロアクチュエータを用いた可変キャパシタ１を模式的に示す概略平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。ただし、図１及び図２は、この可変キャパシタ１の製造途中において、犠牲層３１〜３３等の犠牲層を除去する前の状態を示している。犠牲層３１〜３３等の犠牲層は、図１及び図２では省略しているので、後述する図９（ｂ）を参照されたい。なお、理解を容易にするため、図１では、膜１０，１２等の図示は省略するとともに、配線パターン１１，１４，１５及びオン駆動用固定電極１３にハッチングを付している。図１において、支持突起１６ａ〜１６ｄは、本来は隠れ線で示すべきであるが、図面表記の便宜上実線で示している。図３，図５及び図６はそれぞれ、この可変キャパシタ１の各動作状態を示す概略断面図であり、図２と同じ断面を示している。図３は後述するオン駆動用静電力及びアナログ駆動用静電力が両方とも印加されていない状態を示し、図５はオン駆動用静電力は印加されているがアナログ駆動用静電力は印加されていない状態を示し、図６はオン駆動用静電力及びアナログ駆動用静電力が両方とも印加されている状態を示している。図４は、この可変キャパシタ１の、図３に示す状態から図５へ示す状態へ移行する過程を示す概略断面図であり、図２と同じ断面を示している。
【００１０】
この可変キャパシタ１は、シリコン基板等の基板２と、脚部３と、直線状部４と、湾曲部５と、直線状部６と、平板状のプレート部７と、直線状部８とを備えている。
【００１１】
脚部３は、基板２上に順次形成された酸化珪素膜９，１０、アルミニウム系合金膜からなる配線パターン１１及び酸化珪素膜１２を介して、基板２から立ち上がっている。脚部３の上部の周囲には、補強用段差をなす立ち上がり部３ａが形成されている。基板２、酸化珪素膜９，１０、１２、配線パターン１１、並びに、後述するオン駆動用固定電極１３、配線パターン１４，１５等によって、固定部が構成されている。
【００１２】
この可変キャパシタ１において、直線状部６，８、プレート部７及び配線パターン１５以外の要素によって、本発明の一実施の形態によるマイクロアクチュエータである被駆動体（直線状部６，８及びプレート部７）を駆動するマイクロアクチュエータが構成されている。
【００１３】
直線状部４の一端は、脚部３に機械的に接続され、固定端となっている。直線状部４は、駆動力（本例では、オン駆動用静電力及びアナログ駆動用静電力）が加えられていない状態で、自身の保有する応力によって、図３に示すように基板２を含む固定部から間隔をあけた状態で前記一端側から他端側に向かうに従って基板２の主平面と略平行に延びている。
【００１４】
直線状部４の他端には、湾曲部５の一端が機械的に接続されている。湾曲部５は、駆動力（オン駆動用静電力及びアナログ駆動用静電力）が加えられていない状態で、自身の保有する応力によって、図３に示すように前記一端側から他端側に向かうに従って基板２側から反り上がるように湾曲している。
【００１５】
湾曲部５の他端には、駆動力（オン駆動用静電力及びアナログ駆動用静電力）が加えられていない状態で自身の保有する応力によって平板状となる直線状部６の一端が、機械的に接続されている。
【００１６】
直線状部６の他端には、平板状のプレート部７の一端が機械的に接続されている。プレート部７の周囲には、補強用段差をなす立ち上がり部７ａが形成されている。これにより、プレート部７は、剛性を持ち、常に平板状を維持する。
【００１７】
プレート部７の他端には、駆動力（オン駆動用静電力及びアナログ駆動用静電力）が加えられていない状態で自身の保有する応力によって平板状となる直線状部８の一端が、機械的に接続されている。直線状部８の他端は自由端となっている。直線状部６には支持突起１６ａ，１６ｂが設けられ、直線状部８には後述する支持突起１６ｃ，１６ｄが設けられている。支持突起１６ａ，１６ｂは、図１に示すように、直線状部６において、プレート部７における図１中の左側の立ち上がり部７ａから距離Ｌ１の位置に配置されている。支持突起１６ｃ，１６ｄは、直線状部８において、プレート部７における図１中の右側の立ち上がり部７ａから距離Ｌ１の位置に配置されている。支持突起１６ａ〜１６ｄは、図５や図６に示す状態になったときに、固定部（本例では、基板２上の酸化珪素膜１２）に当接して、プレート部７の付近の部分（本例では、プレート部７、並びに、その両側の直線状部６における長さＬ１の部分６ａ及び直線状部８における長さＬ１の部分８ａ）を両持ち状態で支持する。このとき、直線状部６の長さＬ１の部分６ａ及び直線状部８における長さＬ１の部分８ａは、バネ部として作用し、剛性を持つプレート部７を基板２と平行のまま基板２との間隔を狭め得るようにプレート部７を支持する。
【００１８】
以上説明したように各部３〜８が順次機械的に直列的に接続されることによって、直線状部４、湾曲部５、直線状部６、プレート部７及び直線状部８が、全体として、直線状部４の一端を固定端とした片持ち構造を持つ可動部を構成している。
【００１９】
湾曲部５は、下側の窒化珪素膜２１と中間のアルミニウム系合金膜２２と上側の窒化珪素膜２３とが積層された３層の薄膜で構成されている。湾曲部５は、力を受けない状態において、膜２１〜２３の応力によって、図３に示すように上方（基板２とは反対側）に湾曲している。このような湾曲状態は、膜２１〜２３の成膜条件を適宜設定することにより実現することができる。
【００２０】
直線状部４は、下側の窒化珪素膜２４と、中間下側のアルミニウム系合金膜２５と、湾曲部５からそのまま連続して延びた中間上側のアルミニウム系合金膜２２と、湾曲部５からそのまま連続して延びた上側の窒化珪素膜２３とが積層された４層の薄膜で構成されている。直線状部４は、力を受けない状態において、膜２２〜２５の応力によって、図３に示すように直線状に延びている。このような直線状態は、膜２２〜２５の成膜条件を適宜設定することにより実現することができる。
【００２１】
脚部３は、直線状部４を構成する窒化珪素膜２３，２４及びアルミニウム系合金膜２２，２５がそのまま連続して延びることによって構成されている。アルミニウム系合金膜２５は、脚部３において、窒化珪素膜１２，２４に形成された開口を介して配線パターン１１に接続されている。
【００２２】
直線状部６，プレート部７及び直線状部８は、下側の窒化珪素膜２６と、中間下側のアルミニウム系合金膜２７と、湾曲部５からそのまま連続して延びた中間上側のアルミニウム系合金膜２２と、湾曲部５からそのまま連続して延びた上側の窒化珪素膜２３とが積層された４層の薄膜で構成されている。ただし、直線状部６，８に設けられた支持突起１６ａ〜１６ｄは、アルミニウム系合金膜２２，２７で構成されている。直線状部６，８は、力を受けない状態において、膜２２，２３，２６，２７の応力によって、図３に示すように直線状に延びている。このような直線状態は、膜２２，２３，２６，２７の成膜条件を適宜設定することにより実現することができる。また、プレート部７は、膜２２，２３，２６，２７の成膜条件の設定によるのみならず、前述した立ち上がり部７ａにより補強されることで、常に平板状を維持する。
【００２３】
以上の説明からわかるように、本例では、可動部（直線状部４、湾曲部５、直線状部６、プレート部７及び直線状部８）の全体に渡って全体的に導通するように１層又は２層の導電膜（具体的には、アルミニウム系合金膜２２，２５，２７）が形成され、当該導電膜が配線パターン１１に電気的に接続されている。そして、本例では、当該導電膜は、その箇所に応じて、後述する電極となったりその配線となったりする。
【００２４】
本例では、前記導電膜（アルミニウム系合金膜２２，２５，２７）における直線状部４の大部分、湾曲部５の全体及び直線状部６の一部分に渡って設けられた部分が、オン駆動用可動電極（第２の電極部）となっており、このオン駆動用可動電極に対応する箇所（図１、図２、図５及び図６に示す各状態において対向する箇所）には、酸化珪素膜１０，１２間に、アルミニウム系合金膜からなるオン駆動用固定電極（第１の電極部）１３が形成されている。
【００２５】
本例では、前記導電膜（特に、アルミニウム系合金膜２２，２７）におけるプレート部７の部分が、容量用可動電極となっている。本例では、この容量用可動電極は、アナログ駆動用可動電極としても兼用される。オン駆動用固定電極（第１の電極部）１３に対する配線をなすアルミニウム系合金膜からなる配線パターン１４が、酸化珪素膜９，１０間に形成されている。図面には示していないが、配線パターン１４は、酸化珪素膜１０に形成された開口を介して、オン駆動用固定電極１３に電気的に接続されている。酸化珪素膜１０，１２間には、アルミニウム系合金膜からなる配線パターン１５が形成されている。本例では、配線パターン１５における前記容量用可動電極に対応する部分（図１、図２、図５及び図６に示す各状態においてプレート部７と対向する配線パターン１５の部分）が、容量用固定電極となっている。本例では、この容量用固定電極は、アナログ駆動用固定電極としても兼用される。
【００２６】
本例による可変キャパシタ１の容量は、容量用可動電極と容量用固定電極との間の容量、したがって、配線パターン１１，１５間の容量として得られる。配線パターン１５は例えば高周波信号線として用いることができ、配線パターン１１は例えば接地線又は第２の高周波信号線として用いることができる。
【００２７】
本例では、図３に示す状態における湾曲部５の湾曲の程度や湾曲部５の長さなどを適宜設定することによって、図３に示す状態において、容量用可動電極（アルミニウム系合金膜２２，２７におけるプレート部７の部分）が容量用固定電極としての配線パターン１５と実質的に対向しないように、設定されている。本例では、このように容量用可動電極が容量用可動電極と実質的に対向しないだけでなく、湾曲部５の長さなどを適宜設定することによって図３に示す状態における容量用可動電極（アルミニウム系合金膜２２，２７におけるプレート部７の部分）と容量用固定電極としての配線パターン１５との間の距離が十分に長くなるように設定され、これにより、図３に示す状態において、容量用可動電極と容量用固定電極との間の容量がほぼゼロとなるようになっている。
【００２８】
また、本例では、湾曲部５の長さや配線パターン１５との位置関係などを適宜設定することによって、図５及び図６に示す各状態において、容量用可動電極（アルミニウム系合金膜２２，２７におけるプレート部７の部分）が容量用固定電極としての配線パターン１５の一部と対向するように、設定されている。本例では、前述したように、図５及び図６に示す各状態において、支持突起１６ａ〜１６ｄが基板２上の酸化珪素膜１２に当接するようになっている。
【００２９】
次に、本例による可変キャパシタ１の製造方法の一例について、図７乃至図９を参照して説明する。図７乃至図９は、各製造工程を示す概略断面図であり、図２に対応している。
【００３０】
まず、シリコン基板１の上に、酸化珪素膜９を全面に形成する。次いで、酸化珪素膜９上にアルミニウム系合金膜を形成し、フォトリソエッチング法により、そのアルミニウム系合金膜を配線パターン１４（図７乃至図９では図示せず。図１参照。）の形状にパターニングする。その後、酸化珪素膜１０をデポした後、その酸化珪素膜１０に、フォトリソエッチング法により、配線パターン１４とのコンタクト部となる開口を形成する。次いで、アルミニウム系合金膜をデポし、フォトリソエッチング法により、そのアルミニウム系合金膜を、配線パターン１１，１５及びオン駆動用固定電極１３の形状にパターニングする。図７（ａ）は、この状態を示している。なお、配線パターン１１，１５及びオン駆動用固定電極１３の材料としては、アルミニウム、銅、金などを用いてもよい。また、本例による可変キャパシタ１を高周波回路で使用する場合は、配線パターン１１，１５及びオン駆動用固定電極１３の膜厚は、例えば、１μｍ以上あるいは２μｍ以上とすることも可能である。
【００３１】
次に、酸化珪素膜１２を全面にデポした後、その酸化珪素膜１２に、フォトリソエッチング法により、脚部３における配線パターン１１とのコンタクト部となる開口１２ａを形成する。図７（ｂ）は、この状態を示している。
【００３２】
次いで、図７（ｂ）に示す状態の基板上の凹所（ただし、脚部３に相当する箇所を除く。）に、レジスト等の犠牲層３１を埋め込む。引き続いて、レジスト等の犠牲層３２を塗布し、フォトリソグラフィにより、その犠牲層３２において、脚部３を形成すべき位置に開口３２ａを形成するとともに支持突起１６ａ〜１６ｄを形成すべき位置に開口３２ｂを形成する。さらに、レジスト等の犠牲層３３を塗布し、その犠牲層３３を、フォトリソグラフィにより、脚部３の上部の立ち上がり部３ａ及びプレート部７の立ち上がり部７ａを形成するための形状にパターニングする。図８（ａ）は、この状態を示している。
【００３３】
その後、窒化珪素膜を全面にデポした後、その窒化珪素膜を、フォトリソエッチング法により、脚部３及び直線状部４における窒化珪素膜２４の形状並びに直線状部６，８及びプレート部７の窒化珪素膜２６の形状に、パターニングする。図８（ｂ）は、この状態を示している。
【００３４】
次に、アルミニウム系合金膜をデポし、そのアルミニウム系合金膜を、フォトリソエッチング法により、脚部３及び直線状部４におけるアルミニウム系合金膜２５の形状並びに直線状部６，８及びプレート部７のアルミニウム系合金膜２７の形状に、パターニングする。次いで、窒化珪素膜２１をデポし、フォトリソエッチング法により、その窒化珪素膜２１を湾曲部５の形状に合わせてパターニングする。引き続いて、アルミニウム系合金膜２２をデポし、フォトリソエッチング法により、そのアルミニウム系合金膜２２を、脚部３、直線状部４、湾曲部５、直線状部６、プレート部７及び直線状部８の形状に合わせてパターニングする。図９（ａ）は、この状態を示している。
【００３５】
次いで、窒化珪素膜２３をデポし、フォトリソエッチング法により、窒化珪素膜２３を、脚部３、直線状部４、湾曲部５、直線状部６、プレート部７及び直線状部８の形状に合わせてパターニングする。図９（ｂ）は、この状態を示している。
【００３６】
その後、全面にレジスト等の犠牲層（図示せず）を塗布した後、ダイシングソーなどでチップ毎に分割する。最後に、犠牲層３１〜３３及びその他の犠牲層を除去する。これにより、湾曲部５が図３に示すように上方に湾曲し、本例による可変キャパシタ１が完成する。
【００３７】
なお、可動部をなす窒化珪素膜２１，２３，２４，２６及びアルミニウム系合金膜２２、２５，２７の成膜は、犠牲層を除去した後に、成膜時のストレスによって図３に示すような形状となるような条件で、行う。
【００３８】
次に、本例による可変キャパシタ１の動作について、図３乃至図６を参照して説明する。
【００３９】
配線パターン１１とオン駆動用固定電極１３との間を同電位とするとともに、配線パターン１１と配線パターン１５との間に直流バイアス電圧を印加しなければ、オン駆動用可動電極（アルミニウム系合金膜２２，２５，２７における直線状部４の大部分、湾曲部５の全体及び直線状部６の一部分に渡る部分）とオン駆動用固定電極１３との間に静電力（オン駆動用静電力）が加わらないとともに、容量用可動電極（アルミニウム系合金膜２２，２７におけるプレート部７の部分）と容量用固定電極（配線パターン１５の一部）との間に静電力（アナログ駆動用静電力）が加わらない。したがって、図３に示す状態となる。図３に示す状態では、直線状部４は、自身の保有する応力によって、基板２側（固定部）から間隔をあけた状態で基板２の主平面と略平行に延びている。また、図３に示す状態では、湾曲部５は、自身の保有する応力によって、基板２側から反り上がるように湾曲している。直線状部６，８は、自身の保有応力によって平板状となっている。その結果、本例では、図３に示す状態では、容量用可動電極（アルミニウム系合金膜２２，２７におけるプレート部７の部分）は、容量用固定電極（配線パターン１５の一部）と実質的に対向しない非対向状態となり、これらの両電極間の容量Ｃは、ほぼゼロとなっている。両電極間の容量Ｃがほぼゼロであるので、両電極間の容量形成をオフにした状態と実質的に同一の状態である。したがって、図３に示す状態を非対向状態又はオフ状態と呼ぶ場合がある。
【００４０】
次に、図３に示す状態において、配線パターン１１とオン駆動用固定電極１３との間に所定の大きさ以上の駆動電圧を印加した場合の、状態遷移について説明する。この駆動電圧は直流でも交流でもよい。この場合、オン駆動用可動電極（アルミニウム系合金膜２２，２５，２７における直線状部４の大部分、湾曲部５の全体及び直線状部６の一部分に渡る部分）とオン駆動用固定電極１３との間にオン駆動用静電力が加わる。当初の図３に示す状態では、オン駆動用可動電極のうちの直線状部４の部分とオン駆動用固定電極１３との間の間隔が、オン駆動用可動電極のうちの湾曲部５の部分とオン駆動用固定電極１３との間の間隔に比べて小さいので、オン駆動用可動電極のうちの直線状部４の部分とオン駆動用固定電極１３との間で大きな静電力が加わり、オン駆動用可動電極のうちの湾曲部５の部分とオン駆動用固定電極１３との間でさほど静電力は加わらない。その結果、まず、図４に示すように、直線状部４のみがオン駆動用固定電極１３側にプルインされることになる。図４に示す状態になると、オン駆動用可動電極のうちの湾曲部５の部分は、その固定端側付近でオン駆動用固定電極１３との間の間隔が著しく狭まり、オン駆動用固定電極１３から大きな静電力を受けることになる。その結果、湾曲部５は、固定端側の部分から先端側にかけて順次オン駆動用固定電極１３側にプルインされていき、最終的に、図５に示すように、湾曲部５のオン駆動用固定電極１３側へのプルインが完了する。
【００４１】
本発明者は、このような可変キャパシタ１の動作（特に、マイクロアクチュエータの動作）を次のようにして実証した。すなわち、本発明者は、本例による可変キャパシタ１と同様の可変キャパシタを試作した。この試作の可変キャパシタにおいて、配線パターン１１とオン駆動用固定電極１３との間に印加する直流の印加電圧を０Ｖから徐々に上げた後に更に徐々に下げて０Ｖに戻した。そして、可変キャパシタ１の前述したような各動作状態（変位状態）を示す指標値として、各印加電圧を印加しているときにそれぞれ、配線パターン１１とオン駆動用固定電極１３との間の容量値を測定した。この可変キャパシタにおいて、測定された容量値が小さいほど、直線状部４や湾曲部５がオン駆動用固定電極１３から遠ざかっていることを示し、測定された容量値が大きいほど、直線状部４や湾曲部５がオン駆動用固定電極１３に近づいていることを示すことになる。その測定結果を図１０に示す。図１０の横軸は、配線パターン１１とオン駆動用固定電極１３との間の直流の印加電圧を示している。図１０の縦軸は、印加電圧が０Ｖのときに測定された容量値を基準として、この基準容量値に対する測定容量値の変化量（差分）を示している。図１０において、印加電圧１３Ｖの付近で測定容量値がステップ状に増大した点Ｂが、最初に図４に示すように直線状部４のみが固定電極１３側にプルインされた状態に相当している。印加電圧２８Ｖの付近で測定容量値が大きく急激に増大した点Ｃが、最初に図５に示すように直線状部４及び湾曲部５の両方がオン駆動用固定電極１３側にプルインされた状態に相当している。図１０から、本例による可変キャパシタ１の前述した動作（特に、マイクロアクチュエータの動作）が実証されたことがわかる。
【００４２】
本例では、可変キャパシタ１（特にそのマイクロアクチュエータ）は、前述した動作を行うため、直線状部４を取り除いて湾曲部５の一端（図１及び図２中の左端）を直接に脚部３に固定した構成を採用するような場合に比べて、より低い駆動電圧で、湾曲部５を固定電極１３側へプルインされた状態にすることができる。
【００４３】
本例では、図５に示す状態において、支持突起１６ａ〜１６ｄが基板２上の酸化珪素膜１２に当接する。そして、支持突起１６ａ〜１６ｄによって、プレート部７の付近の部分（本例では、プレート部７、並びに、その両側の直線状部６における長さＬ１の部分６ａ及び直線状部８における長さＬ１の部分８ａ）が両持ち状態で支持される。図５に示す状態では、容量用可動電極（アルミニウム系合金膜２２，２７におけるプレート部７の部分）は、容量用固定電極（配線パターン１５の一部）と対向した対向状態となり、これらの両電極間の容量Ｃは、ほぼゼロではなく、それよりもかなり大きい予め設定された所望の値となる。したがって、図５に示す状態は、これらの両電極間の容量形成をオンにした状態（すなわち、あたかも、両電極間が対向状態で形成する容量を配線パターン１１，１５間にスイッチでオンにして有効に接続した状態）と実質的に同一の状態である。よって、図５に示す状態を対向状態又はオン状態と呼ぶ場合がある。この点については、図６に示す状態も図５に示す状態と同様であるので、図６に示す状態も対向状態又はオン状態と呼ぶ場合がある。
【００４４】
図５に示す状態では、配線パターン１１と配線パターン１５との間に直流バイアス電圧は印加されておらず、容量用可動電極（アルミニウム系合金膜２２，２７におけるプレート部７の部分）と容量用固定電極（配線パターン１５の一部）との間に静電力（アナログ駆動用静電力）が加わっていない状態を示している。図５に示す状態では、アナログ駆動用静電力が加わっていないので、直線状部６における長さＬ１の部分６ａ及び直線状部８における長さＬ１の部分８ａは、自身が有する応力によって平板状となっている。
【００４５】
図５に示す状態では、容量用可動電極（アルミニウム系合金膜２２，２７におけるプレート部７の部分）と容量用固定電極（アルミニウム系合金膜２２，２７におけるプレート部７の部分）とが平行平板をなしており、両電極間の間隔（ギャップ）ｇは初期間隔ｄ０となっている。この初期間隔ｄ０は、例えば、図９（ｂ）中の犠牲層３２，３３の各厚さによって適宜設定することができる。また、図５に示す状態において、容量用可動電極と容量用固定電極との間の容量Ｃは、前記間隔ｇのみならず両電極の対向面積Ｓにも依存する。
【００４６】
図６は、図５と同じくオン状態（配線パターン１１とオン駆動用固定電極１３との間に所定の大きさ以上の駆動電圧が印加され、直線状部４及び湾曲部５の両方がオン駆動用固定電極１３側にプルインされて、支持突起１６ａ〜１６ｄが基板２上の酸化珪素膜１２に当接されている状態）である上に、図５の場合と異なり、配線パターン１１と配線パターン１５との間に所定の大きさの直流バイアス電圧（第２の駆動信号）が印加され、容量用可動電極（アルミニウム系合金膜２２，２７におけるプレート部７の部分）と容量用固定電極（配線パターン１５の一部）との間に所定の大きさの静電力（アナログ駆動用静電力）が加わり、直線状部６，８の各部分６ａ，８ａが下方に撓んで、両電極間のギャップｇがｄ１（ｄ１＜ｄ０）に狭まった状態を示している。本例では、配線パターン１１と配線パターン１５との間に印加する直流バイアス電圧をアナログ的に変えることで、両電極間の間隔ｇを初期間隔ｄ０からプルインが生ずるｄ０／３まで可変できるため、両電極間の容量を初期間隔ｄ０時の容量値Ｃ０の１．５倍の容量値である１．５×Ｃ０までアナログ的に可変できるようになっている。
【００４７】
図５や図６に示すオン状態（対向状態）において、配線パターン１１とオン駆動用固定電極１３との間を同電位とするとともに、配線パターン１１と配線パターン１５との間の直流バイアス電圧をゼロにすると、図３に示すオフ状態（非対向状態）に復帰する。
【００４８】
以上の説明からわかるように、本例による可変キャパシタ１は、従来の可変キャパシタとスイッチとの直列回路と実質的に同等の機能を有している。すなわち、本例による可変キャパシタ１の図３に示すオフ状態（非対向状態）では、容量用固定電極と容量用可動電極との間の容量Ｃがほぼゼロであるので、図３に示す状態は当該直列回路において前記スイッチをオフにした状態と実質的に同等である。また、本例による可変キャパシタ１の図５及び図６に示すオン状態（対向状態）は、当該直列回路において前記スイッチをオンにした状態と実質的に同等である。しかも、本例による可変キャパシタ１では、実際はスイッチを有しているわけではないので、特別なスイッチが不要となり、これにより、占有面積を低減することができるとともにＱ値の低下を防止することができる。
【００４９】
したがって、複数のキャパシタを組み合わせることで所望の容量可変範囲を得るに際して、当該複数のキャパシタのうちの少なくとも１つとして本例による可変キャパシタ１を用いれば、本例による可変キャパシタ１を用いた分だけ、特別なスイッチの数を低減することができ、その分、占有面積を低減することができるとともにＱ値の低下を防止することができる。その一例を、図１１及び図１２に示す。
【００５０】
また、本例による可変キャパシタ１では、図３に示すオフ状態（非対向状態）において得られる容量Ｃは、ほぼゼロであるが、ゼロではなくて前記容量Ｃ０に比べて十分に小さな値である。よって、本例による可変キャパシタ１によれば、他のキャパシタやスイッチを特別に要することなく、図３に示すオフ状態で得られる十分に小さな容量値と、オン状態（対向状態）で得られるＣ０から１．５×Ｃ０までの容量値を得ることができ、互いの比が大きい２値の容量を含む容量値を得ることができる。したがって、本例による可変キャパシタ１は、他のキャパシタと組み合わせずに単体で用いても有用である。
【００５１】
図１１は、前述した可変キャパシタ１を用いた可変キャパシタ装置の要部を模式的に示す概略平面図であり、図１に対応している。図１１も、図１と同様に、製造途中において犠牲層を除去する前の状態を示している。図１１において、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。図１２は、この可変キャパシタ装置を示す回路図である。
【００５２】
この可変キャパシタ装置は、前述した可変キャパシタ１とそれぞれ同一の構成及び各部の寸法を有する５個の可変キャパシタ４１〜４５と、制御回路５１と、オンオフ駆動回路５２と、バイアス電圧印加回路５３とを備えている。
【００５３】
可変キャパシタ４１〜４５は、同一のシリコン基板２（図１１及び図１２では、図示せず。）に搭載されている。可変キャパシタ４１〜４５に関して、前述した配線パターン１１，１５がそれぞれ共通に接続されることで、図１２に示すように、可変キャパシタ４１〜４５は並列接続されている。
【００５４】
本例では、オンオフ駆動回路５２は、制御回路５１からのオンオフ制御信号（各可変キャパシタ４１〜４５のオンオフ状態を示す制御信号）に応答して、当該オンオフ制御信号が示すオンオフ状態を実現するように、各可変キャパシタ４１〜４５毎に、第１の駆動信号を供給する（すなわち、対応する配線パターン１４と配線パターン１１との間にオン駆動用電圧（当該可変キャパシタをオン状態にするのに必要な電圧）を印加するかあるいは配線パターン１４を配線パターン１１と同電位にする）。なお、本例では、各配線パターン１４はそれぞれ電気的に分離しており、オンオフ駆動回路５２によって、各可変キャパシタ４１〜４５をそれぞれ独立して設定し得るようになっている。
【００５５】
バイアス電圧印加回路５３は、制御回路５１からのバイアス電圧制御信号（配線パターン１１，１５間に印加すべき直流バイアス電圧の大きさを示す信号）を応答して、当該バイアス電圧制御信号が示す大きさの直流バイアス電圧を配線パターン１１，１５間に供給する。
【００５６】
制御回路５１は、外部からの指令信号（配線パターン１１，１５で得るべき容量の指令値を示す信号）に応答して、当該指令信号が示す容量値が得るために必要なオンオフ制御信号及びバイアス電圧制御信号を、オンオフ駆動回路５２及びバイアス電圧印加回路５３にそれぞれ供給する。
【００５７】
制御回路５１、オンオフ駆動回路５２及びバイアス電圧印加回路５３は、シリコン基板２に搭載してもよいし、外部に配置してもよい。
【００５８】
この可変キャパシタ装置によれば、可変キャパシタ４１〜４５のうちのオン状態にする可変キャパシタの数と、配線パターン１１，１５間に供給する直流バイアス電圧の大きさを変えることで、配線パターン１１，１５間の容量を変えることができる。
【００５９】
以上、本発明の一実施の形態によるマイクロアクチュエータと、それを用いた可変キャパシタ及び可変キャパシタ装置の例について説明した。
【００６０】
しかしながら、前記実施の形態によるマイクロアクチュエータの用途は、可変キャパシタに限定されるものではなく、種々の被駆動体を駆動することができる。
【００６１】
また、本発明によるマイクロアクチュエータは、前述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、前述したマイクロアクチュエータを、前述した特許文献１に開示されたマイクロアクチュエータに準じて変形してもよい。この場合、前述した被駆動体（直線状部６，８及びプレート部７）は取り除き、湾曲部５を、自身が保有する応力によって、固定端側から先端側に向かうに従って基板２（固定部）から遠ざかる方向に巻き始められてから１周近く又は１周以上巻回されるように構成することができる。この場合も、直線状部４があるため、図４に示すのと同様の動作状態を経ることによって、特許文献１に開示されたマイクロアクチュエータに比べて、動作電圧が低くてすむ。なお、このように特許文献１に開示されたマイクロアクチュエータに準じて変形した場合には、特許文献１の場合と同様に、例えば、湾曲部５自体を、光シャッタ部として兼ねたり光変調部として兼ねたりすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施の形態によるマイクロアクチュエータを用いた可変キャパシタを模式的に示す概略平面図である。
【図２】図２は、図１中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。
【図３】図１に示す可変キャパシタの一動作状態を示す概略断面図である。
【図４】図１に示す可変キャパシタの状態遷移過程を示す概略断面図である。
【図５】図１に示す可変キャパシタの他の動作状態を示す概略断面図である。
【図６】図１に示す可変キャパシタの更に他の動作状態を示す概略断面図である。
【図７】図１に示す可変キャパシタの製造方法を示す工程図である。
【図８】図７に引き続く工程を示す工程図である。
【図９】図８に引き続く工程を示す工程図である。
【図１０】図１に示す可変キャパシタに関する測定結果を示す図である。
【図１１】図１に示す可変キャパシタを用いた可変キャパシタ装置の要部を模式的に示す概略平面図である。
【図１２】図１１に示す可変キャパシタ装置を示す回路図である。
【符号の説明】
【００６３】
１，４１〜４５  可変キャパシタ
２  基板
４，６，８  直線部
５  湾曲部
７  プレート部
１１，１４，１５  配線パターン
１３  オン駆動用固定電極
１６ａ〜１６ｄ  支持突起
【図１】
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【図２】
2008160906.tif 000004
【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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