(57)【要約】　　　（修正有）【課題】２軸自由度を有し、静電力により駆動されるマイクロミラーアクチュエータを提供する。【解決手段】絶縁層が形成された基板と、絶縁層上にそれぞれ設けられる２つの下部ポストと、下部ポストの上面に跨るように設けられる第１のトーションバーと、第１のトーションバーと直交するように設けられる第２のトーションバーと、第１のトーションバーと第２のトーションバーとの交差により画成される領の内側にそれぞれ位置するように絶縁層上にそれぞれ設けられる４つの電極と、第２のトーションバーの上面にそれぞれ設けられる２つの上部ポスト、及び上部ポストの上面に跨ることで上部ポストにより支持固定されるように設けられるマイクロミラーから構成される。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層が形成された基板と、所定の距離を隔てて前記絶縁層上にそれぞれ設けられる２つの下部ポストと、前記下部ポストのそれぞれの上面に跨るように設けられる第１のトーションバーと、前記第１のトーションバーと直交するように設けられる第２のトーションバーと、前記第１のトーションバーと前記第２のトーションバーとの交差により画成される領域の内側にそれぞれ位置するように前記絶縁上にそれぞれ設けられる４つの電極と、自己の上面のそれぞれが前記電極の上面より高い位置にあるように、前記第２のトーションバーの上面にそれぞれ設けられる２つの上部ポスト、及び前記上部ポストの上面に跨ることで前記上部ポストにより支持固定されるように設けられるマイクロミラーとを含むことを特徴とするマイクロミラーアクチュエーター。
【請求項２】
前記マイクロミラーが傾けられる希望の角度に応じて前記電極の高さが異なって設けられるか、または上部ポストの高さが異なって設けられることを特徴とする請求項１に記載のマイクロミラーアクチュエーター。
【請求項３】
前記第１のトーションバー、第２のトーションバー、及び電極が、銅、ニッケル、及びゴールドよりなる群から選ばれたいずれか１種からなることを特徴とする請求項１に記載のマイクロミラーアクチュエーター。
【請求項４】
前記マイクロミラーが、銅、ニッケル、ゴールド、単結晶シリコン、及び多結晶シリコンよりなる群から選ばれたいずれか１種からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマイクロミラーアクチュエーター。
【請求項５】
前記電極の上面が、長方形、１／４円形または扇形の形状であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロミラーアクチュエーター。
【請求項６】
前記第１及び第２のトーションバーが、一直線をなすバーまたは屈曲のあるバーの形状であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロミラーアクチュエーター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロミラーアクチュエーターに関し、特に、２軸自由度を有し静電力により駆動されるマイクロミラーアクチュエーターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信で要求されているデータ伝送需要を満たすために波長分割多重化（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、ＷＤＭ）網の研究が盛んに進められてきており、各波長の伝送容量及び１本の光ファイバーの中に入れられる波長の個数が増し、多くのポート数を有する光スイッチが要求されている。しかしながら、既存の平面導波管スイッチは、光損失が多く、且つその大きさも大きいことから、ＭＥＭＳ技術を用いた小型で光損失の少ないマイクロミラーに対する研究が盛んに行われている。
【０００３】
ＭＥＭＳ技術を用いた３−Ｄ光スイッチ用マイクロミラーは、大半がミラーの反射面とその下側の電極との間の静電力を用いた静電駆動方式をとっており、２軸駆動のために外部フレームを用いたジンバル構造となっている。米国所在のＬｕｃｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　Ｉｎｃ．社は、これに関して２００１年に特許を登録し（米国特許番号６，３００，１５６号と６，３００，６１９号）、論文を２０００年度のＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ＳＰＩＥ，Ｖｏｌ．４１７８，ｐｐ３２０−３２４に発表した。
【０００４】
ところで、Ｌｕｃｅｎｔ社で提案したマイクロミラーは、犠牲層の高さが小さいため、外部アクチュエーターを用いて数十μｍ高さに反射面を高く浮上させる必要があり、また、トーションバーがミラーの反射面の横に取り付いており、実際に光を反射する部分より全体構造体の面積が大きいため、複数個のマイクロミラーを配列する際、ミラー同士を近接して配設し難いという不利がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであって、マイクロミラーを所望する高さまで直接浮上させることができ、且つ構造体の面積を軽減することができるマイクロミラーアクチュエーターを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を解決するために、本発明に係るマイクロミラーアクチュエーターは、絶縁層が形成された基板と、所定の距離を隔てて前記絶縁層にそれぞれ設けられる２つの下部ポストと、前記下部ポストのそれぞれの上面に跨るように設けられる第１のトーションバーと、前記第１のトーションバーと直交するように設けられる第２のトーションバーと、前記第１のトーションバーと前記第２のトーションバーとの交差により画成される領域の内側にそれぞれ位置するように前記絶縁層上にそれぞれ設けられる４つの電極と、自己の上面のそれぞれが前記電極の上面より高い位置にあるように、前記第２のトーションバーの上面にそれぞれ設けられる２つの上部ポスト、及び前記上部ポストの上面に跨ることで前記上部ポストにより支持固定されるように設けられるマイクロミラーとを含むことを特徴とする。
【０００７】
なお、前記マイクロミラーが傾けられる所望の角度に応じて前記電極の高さが異なって設けられるか、または上部ポストの高さが異なって設けられることも可能である。
【０００８】
更に、前記電極の上面が、長方形、１／４円形または扇形の形状であることが好ましい。
【０００９】
更にまた、前記第１及び第２のトーションバーが、一直線をなすバーまたは屈曲のあるバーの形状であることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００１１】
図１ａは、本発明の実施の形態に係るマイクロミラーアクチュエーターを説明するための分解斜視図であり、図１ｂは、図１ａによるマイクロミラーアクチュエーターにおけるトーションバーを説明するための斜視図であり、図２ａ乃至図３ｃは、図１ａに係るマイクロミラーアクチュエーターの作動を説明するための図であり、図４ａ乃至図７ｅは、マイクロミラーアクチュエーターの製造方法を説明するための図である。
【００１２】
図１ａ及び図１ｂを参照すると、本発明に係るマイクロミラーアクチュエーターは、基板１０、２つの下部ポスト１１０、１２０、第１のトーションバー２００、第２のトーションバー３００、４つの電極４１０、４２０、４３０、４４０、２つの上部ポスト５１０、５２０、マイクロミラー６００を含む。
【００１３】
基板１０は、シリコンウェハからなり、一方の面には絶縁層（図示せず）が形成されている。
【００１４】
２つの下部ポスト１１０、１２０は、互いに所定の距離を隔てて絶縁層上にそれぞれ設けられる。
【００１５】
第１のトーションバー２００は、一端が含まれた所定の領域の下面と他端が含まれた所定の領域の下面が２つの下部ポスト１１０、１２０の上面にそれぞれ位置するように設けられる。即ち、第１のトーションバー２００は、２つの下部ポスト１１０、１２０上に固定される。
【００１６】
第２のトーションバー３００は、第１のトーションバー２００と直交するように設けられ、このとき、第１のトーションバー２００の所定の領域と第２のトーションバー３００の所定の領域、即ち、交差する領域は共通する。
【００１７】
第１のトーションバー２００及び第２のトーションバー３００は、一直線の形状だけに限ることではなく、低い電圧による静電力によっても捻じれ得る形状、即ち、屈曲のあるバーの形状でもよい。
【００１８】
４つの電極４１０、４２０、４３０、４４０は、第１のトーションバー２００と第２のトーションバー３００との交差により画成される領域の内側にそれぞれ位置するように絶縁層上にそれぞれ設けられる。従って、いずれか一つの電極４１０は、隣接するいずれか一つの電極４２０とは第１のトーションバー２００を基準にして前後対向し、隣接するいずれか一つの電極４３０とは第２のトーションバー３００を基準にして左右対向し、残りの一つの電極４４０とは対角線方向に位置する。なお、電極４１０、４２０、４３０、４４０の上面の形状は、一般の長方形に限ることではない。同じ電圧が印加される場合でも所定の領域に駆動範囲が増大し得る形状、即ち、１／４円形または扇形の形状等にも形成される。
【００１９】
２つの上部ポスト５１０、５２０は、上面のそれぞれが電極４１０、４２０、４３０、４４０の上面より高い位置にあるように、第２のトーションバー３００の一端が含まれた所定の領域の上面と第２のトーションバー３００の他端が含まれた所定の領域の上面にそれぞれ設けられる。
【００２０】
マイクロミラー６００は、上部ポスト５１０、５２０の上面に跨ることで上部ポスト５１０、５２０により支持固定されるように設けられる。
【００２１】
前述した第１のトーションバー２００、第２のトーションバー３００、及び電極４１０、４２０、４３０、４４０は、銅、ニッケル、またはゴールド等でメッキ、スパッタリングまたは蒸着法等を用いて形成してなる。従って、電極４１０、４２０、４３０、４４０からなる電極のいずれかに電圧が印加されると、静電力により第１のトーションバー２００または第２のトーションバー３００が捩じれながらマイクロミラー６００が傾けられる。
【００２２】
マイクロミラー６００は、第１のトーションバー２００及び第２のトーションバー３００が静電力により捩じれやすくなるように導電性物質、即ち、前述した銅、ニッケルまたはゴールド等からなってもよく、単結晶シリコンや多結晶シリコンからなってもよい。
【００２３】
一方、電極４１０、４２０、４３０、４４０、トーションバー２００、３００の高さを適切に調節するか、または上部ポスト５１０、５２０の高さを適切に調節することによりマイクロミラー６００の傾けられる角度に変化を与え得る。
【００２４】
図２ａ乃至図３ｃを参照して本実施の形態に係るマイクロミラーアクチュエーターの作動を説明する。
【００２５】
図２ａにおいて、マイクロミラー６００は、説明上の便宜のために透かして示している。
【００２６】
図２ｂは、第２のトーションバー３００を挟んで互いに対向する２つの電極４１０、４３０だけに電圧を印加した場合の作動状態を図２ａのＡ−Ａ｀線に沿う断面図で示している。
【００２７】
同図を参照すると、第２のトーションバー３００を挟んで互いに対向する２つの電極４１０、４３０だけに電圧を印加することにより、第１のトーションバー２００において電圧が印加される電極と隣接している領域は下降し、その反対側の領域は上昇するように第１のトーションバー２００が捩じれるようになる。その結果、第２のトーションバー３００とマイクロミラー６００が第１のトーションバー２００を軸にして傾けられる。
【００２８】
図３ｃは、第１のトーションバー２００を挟んで互いに対向する２つの電極４３０、４４０だけに電圧を印加した場合の作動状態を図２ａのＢ−Ｂ｀線に沿う断面図で示している。
【００２９】
同図を参照すると、第１のトーションバー２００を挟んで互いに対向する２つの電極４３０、４４０だけに電圧を印加することにより、第２のトーションバー３００において電圧が印加される電極４３０、４４０と隣接している領域は下降し、その反対側の領域は上昇するように第２のトーションバー３００が捩じれるようになり、その結果、マイクロミラー６００が第２のトーションバー３００を軸にして傾けられる。
【００３０】
従って、図２ｂ及び図３ｃに示すように、マイクロミラー６００は、２軸自由度を有して駆動する。一方、図２ｂ及び図３ｃは、２つの電極に電圧を印加した時のマイクロミラーの駆動状態を示しているが、必要に応じては、いずれか一方の電極だけに電圧を印加することもできる。
【００３１】
以下で、図４ａ乃至図７ｅを参照して、本実施の形態に係るマイクロミラーアクチュエーターの製造方法について説明する。図４ａ、図４ｂ、図５ｃの（１）、図６ｄの（１）及び（２）、図７ｅの（１）は、図２ａのＣ−Ｃ｀線に沿う製造工程を示す図であり、図５ｃの（２）、図６ｄの（３）、図７ｅの（２）は、図２ａのＢ−Ｂ｀線に沿う製造工程を示す図である。
【００３２】
まず、図４ａに示すように、シリコンウェハー１０に絶縁層２０としてシリコンの酸化膜を熱酸化方式で形成した後、絶縁層２０上にＴｉ／Ｃｕシード層３１を蒸着する。このＴｉ／Ｃｕシード層３１は、後述する電極等をＣｕにメッキするためのものであり、シード物質はメッキすべき物質によって異なり得る。
【００３３】
次いで、図４ｂに示すように、シード層３１上に第１のマスクを用いてフォトリソグラフィプロセスで感光性樹脂膜（以下、１次感光性樹脂膜と称す）４１で型を形成した後、４つの電極と２つの下部ポストが設けられる領域をエッチングする。その後、メッキで４つの電極層（以下、１次電極層と称す）４１１、４３１と２つの下部ポスト（以下、１次下部ポストと称す）１１１、１２１を設ける。
【００３４】
引き続き、アセトン溶液を用いて１次感光性樹脂膜４１を除去し、１次感光性樹脂膜４１より厚い感光性樹脂膜（以下、２次感光性樹脂膜と称す）４２を形成する。一例として、ＡＺ９２６０感光性樹脂膜を用いると、約１００μｍ厚の２次感光性樹脂膜４２を形成することができる。これは、１次電極層４１１、４３１上に後述する２次電極層４１２、４３２を更に設けて電極層の高さを高くし、２次下部ポストと第１のトーションバー２００等を設けるためであって、２次感光性樹脂膜４２の厚さは、マイクロミラー６００の傾けられるべき最大の角度によって変化し得る。
【００３５】
次いで、互いに直交する第１のトーションバー及び第２のトーションバー、３次電極層、及び３次下部ポストの形状がパターニングされた第２のマスクを２次感光性樹脂膜４２上に配置した後、紫外線を薄く照射する。その後、２次電極層と２次下部ポストの形状がパターニングされた第３のマスクを配置した後、紫外線を深く照射する。以降、２次感光性樹脂膜４２の所定の領域を除去して１次電極層４１１、４３１と１次下部ポスト１１１、１１２の上面を露出し、第１及び第２のトーションバーが設けられる領域を形成する（図５ｃの（１）及び（２）。ここで、第２のマスクにパターニングされた３次下部ポストの形状は、実際には第１のトーションバーに含まれた領域であって後述するステップで２次下部ポストと第１のトーションバーとが接続することを示すために分離して示している。
【００３６】
次いで、１次電極層４１１、４３１上にメッキを施して１次電極層４１１、４３１を所定の高さまで高くする（以下、２次電極層と称す）４１２、４３２（図６ｄの（１））。なお、１次下部ポスト１１１、１２１上にある２次下部ポスト１１２、１２２も一緒にメッキされる（図３ｄの（３））。また、結果物の上面に全体としてシード層３２を形成し、第１のトーションバー２００と第２のトーションバー３００、３次電極層４１３、４３３が設けられる領域を除く不要の部分のシード層３２を研磨した後、メッキを施して３次電極層４１３、４３３、第２のトーションバー３００、および第１のトーションバー２００を設ける（図６ｄの（２）及び（３））。
【００３７】
結果物上に厚い感光性樹脂膜を再度コーティングし、エッチングした後、第４、５のマスクを用いて、第２、３のマスクを用いた方法と同様の方法にてメッキを施して上部ポスト５１０とマイクロミラー６００を順次に形成する。そして、犠牲層の感光性樹脂膜を湿式エッチングを行い、絶縁層上に形成されたシード層から露出した領域を除去すると、本発明に係るマイクロミラーアクチュエーターが作製される（図７ｅの（１）、（２））。
【００３８】
前記製造方法では、電極を２つだけ例として挙げて説明してきたが、残りの２つの電極も前述の電極が形成される時期に同時に形成される。
【００３９】
メッキを施す金属は、銅やニッケルのように種々の金属を用いることができる。
【００４０】
一方、電極４１０、４２０、４３０、４４０の高さがより低く形成される場合には、電極が１次電極層４１１、４３１、・・・だけからなるようにする。
【００４１】
一方、電圧を印加し接地するためのボンディングやプロービング（ｐｒｏｂｉｎｇ）のために第１の電極層と第１のトーションバーの下端から電線を引き出し、これにパッドを連結して使用してもよい。
【００４２】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係るマイクロミラーアクチュエーターの好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的思想に属するものと了解される。
【００４３】
【発明の効果】
前述したように、本発明に係るマイクロミラーアクチュエーターによると、２つの上部ポストによりマイクロミラーを所望の高さまで直接浮上させることができ、トーションバーがマイクロミラーの下部に位置することにより構造体の面積を軽減することができる。
【００４４】
また、電圧が印加される電極により２軸自由度を有することにより３−Ｄ光スイッチとして有用に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１ａは、本発明の実施例に係るマイクロミラーアクチュエーターを説明するための分解斜視図である。図１ｂは、図１ａによるマイクロミラーアクチュエーターにおけるトーションバーを説明するための斜視図である。
【図２】図２ａ乃至図２ｂは、図１ａに係るマイクロミラーアクチュエーターの作動を説明するための図である。
【図３】図３ｃは、図１ａに係るマイクロミラーアクチュエーターの作動を説明するための図である。
【図４】図４ａ乃至図４ｂは、マイクロミラーアクチュエーターの製造方法を説明するための図である。
【図５】図５ｃは、マイクロミラーアクチュエーターの製造方法を説明するための図である。
【図６】図６ｄは、マイクロミラーアクチュエーターの製造方法を説明するための図である。
【図７】図７ｅは、マイクロミラーアクチュエーターの製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１０　基板
２０　絶縁層
３１，３２　シード層
４１　１次感光性樹脂膜
４２　２次感光性樹脂膜
１１０、１２０　下部ポスト
１１１、１２１　１次下部ポスト
１１２、１２２　２次下部ポスト
２００　第１のトーションバー
３００　第２のトーションバー
４１０、４２０、４３０、４４０　電極
４１１、４３１　１次電極層
４１２、４３２　２次電極層
４１３、４３３　３次電極層
５１０、５２０　上部ポスト
６００　マイクロミラー
【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】
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