(57)【要約】【課題】構成が簡単で容易に製造でき、機械的強度に優れると共に電気的信頼性の高い櫛歯アクチュエータとして利用可能な三次元構造体を提供する。【構成】基板１０の平坦部に、ミラー２０およびこれに連結された第１の電極３１が形成されている。基板１０の一部は、完全には切り離されていない折曲げ部１１にそって折り曲げられて傾斜部１２Ａ，１２Ｂとなっており、この傾斜部１２Ａ，１２Ｂには、第２の電極３２が形成されている。第２の電極３２は、第１の電極３１との間に基板１０の平坦部に対して垂直方向の間隔３３を有する。基板１０としては、保持基板の表面に酸化膜および半導体薄膜が形成されたＳＯＩ基板が好ましい。折曲げ部１１は、異方性エッチングにより保持基板にＶ字状の溝を形成して酸化膜および半導体膜のうち少なくとも一方を残存させた構成を有することが好ましい。【選択図】        図１
2004219839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦部を有する基板を用いた三次元構造体であって、
前記基板の平坦部に形成された変位可能な本体部と、
前記基板の平坦部に前記本体部に連結して形成された第１の電極と、
前記基板に形成された完全には切り離されていない直線状の折曲げ部と、
前記折曲げ部にそって前記基板の一部を折曲げることにより形成された傾斜部と、
前記傾斜部に前記第１の電極との間に所定の間隔を有するように形成され、前記第１の電極と共に駆動部を構成する第２の電極と
を備えたことを特徴とする三次元構造体。
【請求項２】
前記第１の電極および第２の電極は、互いに噛み合う櫛歯状の形状を有する
ことを特徴とする請求項１記載の三次元構造体。
【請求項３】
前記第１の電極と第２の電極との間に電位差を付与する電圧印加手段を備え、前記電極間に生ずる静電力により前記第１の電極と共に前記本体部を駆動させる
ことを特徴とする請求項１記載の三次元構造体。
【請求項４】
前記本体部は、反射膜を有するミラーである
ことを特徴とする請求項１記載の三次元構造体。
【請求項５】
前記駆動部は、前記本体部を一方向に回転駆動させる第１の駆動部と、前記本体部を前記方向とは逆方向に回転駆動させる第２の駆動部とからなり、前記ミラーを揺動運動させる
ことを特徴とする請求項４記載の三次元構造体。
【請求項６】
前記基板は、保持基板の表面に酸化膜および半導体薄膜をこの順に積層した構造を有するものである
ことを特徴とする請求項１記載の三次元構造体。
【請求項７】
前記折曲げ部は、前記保持基板を選択的に除去することにより前記酸化膜および前記半導体薄膜のうち少なくとも一方を残存させた構成を有する
ことを特徴とする請求項６記載の三次元構造体。
【請求項８】
前記折曲げ部を構成する半導体薄膜は、溝および貫通孔のうち少なくとも一方を有する
ことを特徴とする請求項７記載の三次元構造体。
【請求項９】
前記第１の電極および第２の電極は前記半導体薄膜に設けられている
ことを特徴とする請求項６記載の三次元構造体。
【請求項１０】
前記半導体薄膜に、前記本体部として反射膜を有するミラーが設けられている
ことを特徴とする請求項６記載の三次元構造体。
【請求項１１】
前記傾斜部は、前記基板の裏面に凹部が設けられることにより厚みが薄くなっており、前記傾斜部の前記折曲げ部に対向する端部が前記支持台に接するまで前記基板の一部が前記折曲げ部で折り曲げられた
ことを特徴とする請求項１記載の三次元構造体。
【請求項１２】
平坦部を有する基板を用いた三次元構造体の製造方法であって、
前記基板の平坦部に、変位可能な本体部および前記本体部に連結した第１の電極、並びに前記第１の電極と対をなし、かつ前記本体部と連結されない第２の電極を形成する工程と、
前記基板を選択的に除去し、完全には切り離されていない直線状の折曲げ部を形成する工程と、
前記折曲げ部にそって前記基板の一部を折曲げて傾斜部を形成することにより、前記第２の電極と前記第１の電極との間に所定の間隔を設け、前記第１の電極と第２の電極とからなる駆動部を形成する工程と
を含むことを特徴とする三次元構造体の製造方法。
【請求項１３】
前記折曲げ部で前記基板を折り曲げる工程において、前記基板を、角度の付いた二つの平面を有するジグに沿わせる
ことを特徴とする請求項１２記載の三次元構造体の製造方法。
【請求項１４】
平坦部を有する基板を用いた三次元構造体を備えた電子機器であって、
前記三次元構造体は、
前記基板の平坦部に形成された変位可能な本体部と、
前記基板の平坦部に前記本体部に連結して形成された第１の電極と、
前記基板に形成された完全には切り離されていない直線状の折曲げ部と、
前記折曲げ部にそって前記基板の一部を折曲げることにより形成された傾斜部と、
前記傾斜部に前記第１の電極との間に所定の間隔を有するように形成され、前記第１の電極と共に駆動部を構成する第２の電極と
を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項１５】
前記本体部は、反射膜を有するミラーである
ことを特徴とする請求項１４記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ；微小電気機械システム）分野に用いられる三次元構造体およびその製造方法、並びにこれを用いた電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＥＭＳを利用した三次元構造体の例として、例えばレーザスキャナ，バーコードリーダー等の電子機器において、レーザビームを偏向させるマイクロミラー（走査ミラー）がある。マイクロミラーは、シリコン（Ｓｉ）基板のマイクロマシニング（ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ）により作製されたものであり、例えば、シリコン基板の平面部分を利用したマイクロミラーと、このマイクロミラーを支持する捩れヒンジ部（トーションバー）とが、異方性エッチングにより形成されている。
【０００３】
このようなマイクロミラーを駆動するための電極構造として、２枚の櫛歯状の電極を、櫛歯の延伸方向に対して垂直方向の間隙をへだてて配置したいわゆる垂直櫛歯アクチュエータが知られている（例えば、特許文献１参照。）。図１３は、従来の垂直櫛歯アクチュエータの一例を表すものである。このアクチュエータは、対をなす櫛歯形状の電極１１２，１１３により構成されており、これら電極１１２，１１３には直流電源１１４が接続される。一方の電極１１２はシリコン基板１１１側に固定され、他方の電極１１３は図示しないマイクロミラーなどの可動体に連結されている。電極１１２，１１３は、シリコン基板１１１の表面に対して垂直な方向の間隙１１５を隔てて設けられている。直流電源１１４により電極１１２，１１３の間に所定の電圧が印加されると、電極１１２，１１３の間に働く静電気力により電極１１３の支持軸１１３Ａに回転トルクが掛かり、電極１１３が矢印１１６方向（時計廻り方向）に変位するのに伴ってマイクロミラーが同方向に回転する。
【０００４】
図１４は、上記垂直櫛歯アクチュエータの他の構成を表すもので、電極１１３を斜めに配設したものである。このような構成例では、電極１１２，１１３の間に電圧を印加すると、電極１１３が矢印１１７方向に変位し、電極１１２，１１３を平行に設けた図１３の構成に比べて回転角を大きくとることができる。
【０００５】
このように櫛歯に角度を付ける方法として、従来では、例えば図１５に示したように、レジストの表面張力を利用する方法が知られている（例えば、非特許文献１，非特許文献２および非特許文献３参照。）。すなわち、図１４の例で説明すると、電極１１３の櫛歯部分１１３Ｂをシリコン基板１１１から切り離し、その切り離した部分にレジスト１１８を塗布してパターニングする。そののち、温度を上げてレジスト１１８を液状にすると、レジスト１１８の表面張力によって櫛歯部分１１３Ｂが引っ張られて櫛歯部分１１３Ｂに角度を付けることができる。櫛歯部分１１３Ｂの傾き角度は、構造パターンにストッパを設け、このストッパに当たったところで一義的に決まるようになっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１４７４１９号公報
【非特許文献１】
Ｒ．Ｒ．Ａ．シムズ（Ｒ．Ｒ．Ａ．  Ｓｙｍｓ  ）、外２名，Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ  ｙｉｅｌｄ，  ａｃｃｕｒａｃｙ  ａｎｄ  ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ  ｉｎ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｔｅｎｓｉｏｎ  ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  ＭＯＥＭＳ，“Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ａ  ”，（オランダ），Ｅｌｓｅｖｉｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００１年１月，第８８巻，第３，５号，ｐ２７３−２８３
【非特許文献２】
Ｒ．Ｒ．Ａ．シムズ（Ｒ．Ｒ．Ａ．  Ｓｙｍｓ  ），Ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  ３−Ｄ  ｓｉｌｉｃｏｎｍｉｃｒｏｓｃａｎｎｅｒｓ  ｗｉｔｈ  ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｄｒｉｖｅｓ  ，“ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ”，（米国），２０００年１１月，第１２巻，第１１号，ｐ１５１９−１５２１
【非特許文献３】
パメラ  Ｒ．パターソン（Ｐａｍｅｌａ  Ｒ．  Ｐａｔｔｅｒｓｏｎ  ）、外５名，Ａ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  ｗｉｔｈ  ａｎｇｕｌａｒ  ｃｏｍｂ  ｄｒｉｖｅ  ａｃｔｕａｔｉｏｎ，“Ｔｈｅ  Ｆｉｆｔｅｅｎｔｈ  ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  ２００２  ”，（米国），２００２年，ｐ５４４−５４７
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように従来の垂直櫛歯アクチュエータでは、いずれも電圧の印加によりマイクロミラー等を駆動させることが可能ではあるが、次のような問題があった。すなわち、図１３に示した電極１１２，１１３を互いに平行に設けた構成のアクチュエータでは、例えば二枚の基板に電極１１２，１１３をそれぞれ形成し、張り合わせることによって電極１１２，１１３の間に間隙１１５を設けるようにしており、作製プロセスが複雑であった。
【０００８】
また、図１５に示したレジスト１１８の表面張力を利用して櫛歯部分１１３Ｂに角度を付ける構造のアクチュエータでは、櫛歯部分１１３Ｂが基板１１１から完全に切り離され、レジスト１１８のみによって支えられているので、櫛歯部分１１３Ｂの強度に問題があった。したがって、レジスト１１８に過大なトルクが掛かると櫛歯部分１１３Ｂが壊れてしまう虞があり、トルクの必要な大きめのマイクロミラーには適用することができなかった。また、レジスト１１８は１５０℃程度で流動性を有するので、高温での使用ができないという問題があった。
【０００９】
更に、製造プロセスにおいては、切り離された櫛歯部分１１３Ｂと基板１１１との間の隙間にレジスト１１８が入り込むことがあるが、このように隙間に入り込んだレジスト１１８は完全に取り除くことが困難であった。この問題を解決するため、例えば、櫛歯部分１１３Ｂと基板１１１との間の隙間に酸化膜を埋め込むことも提案されているが、これでは製造プロセスは更に複雑になるという問題がある（例えば、非特許文献３参照）。
【００１０】
加えて、高度な構造であるにも関わらず櫛歯部分１１３Ｂの傾き角度の精度は０．５度程度である。更にまた、マスク設計時点で櫛歯部分１１３Ｂの傾き角度が決まってしまい、後から変更することができない。加えてまた、櫛歯部分１１３Ｂは電極を兼ねるので、レジスト１１８の上に導電材料のスパッタリングなどにより配線パターンを形成する必要があるが、レジスト１１８の上の配線パターンは、電気的に信頼性が低いという問題がある。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、構成が簡単で容易に製造でき、機械的強度に優れると共に電気的信頼性の高い櫛歯アクチュエータとして利用可能な三次元構造体およびその製造方法、並びにこれを用いた電子機器を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明による三次元構造体は、平坦部を有する基板を用いたものであって、基板の平坦部に形成された変位可能な本体部と、基板の平坦部に本体部に連結して形成された第１の電極と、基板に形成された完全には切り離されていない直線状の折曲げ部と、折曲げ部にそって基板の一部を折曲げることにより形成された傾斜部と、傾斜部に第１の電極との間に所定の間隔を有するように形成され、第１の電極と共に駆動部を構成する第２の電極とを備えたものである。
【００１３】
本発明による三次元構造体の製造方法は、平坦部を有する基板を用いた三次元構造体を製造するものであって、基板の平坦部に、変位可能な本体部および本体部に連結した第１の電極、並びに第１の電極と対をなし、かつ本体部と連結されない第２の電極を形成する工程と、基板を選択的に除去し、完全には切り離されていない直線状の折曲げ部を形成する工程と、折曲げ部にそって基板の一部を折曲げて傾斜部を形成することにより、第２の電極と第１の電極との間に所定の間隔を設け、第１の電極と第２の電極とからなる駆動部を形成する工程とを含むものである。
【００１４】
本発明による電子機器は、平坦部を有する基板を用いた三次元構造体を備えたものであって、三次元構造体は、基板の平坦部に形成された変位可能な本体部と、基板の平坦部に本体部に連結して形成された第１の電極と、基板に形成された完全には切り離されていない直線状の折曲げ部と、折曲げ部にそって基板の一部を折曲げることにより形成された傾斜部と、傾斜部に第１の電極との間に所定の間隔を有するように形成され、第１の電極と共に駆動部を構成する第２の電極とを備えたものである。
【００１５】
本発明による三次元構造体または本発明による電子機器では、第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加すると、両電極間の静電気力により第１の電極が変位する。この第１の電極の変位に伴って、本体部としての例えば反射膜を有するミラーが変位し、入射光に対する相対的な角度が変化して、入射光が偏向される。
【００１６】
本発明による三次元構造体の製造方法では、基板の平坦部に、変位可能な本体部および本体部に連結した第１の電極、並びに第１の電極と対をなし、かつ本体部と連結されない第２の電極が形成される。次に、基板が選択的に除去され、完全には切り離されていない直線状の折曲げ部が形成される。そののち、折曲げ部にそって基板の一部が折曲げられて傾斜部が形成されることにより、第２の電極と第１の電極との間に、基板の表面に対して垂直な所定の間隔が設けられる。これにより、第１の電極と第２の電極とからなる駆動部が形成される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
〔第１の実施の形態〕
図１は本発明の第１の実施の形態に係る三次元構造体の構成を表すものである。この三次元構造体は、例えばレーザスキャナあるいはバーコードリーダー等の電子機器において図示しないレーザダイオードから射出されたレーザ光を偏向させるために用いられるものであり、基板１０に、本体部としてのミラー２０と、このミラー２０を揺動運動させるための駆動部（アクチュエータ）３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄとを作製したものである。
【００１９】
基板１０としては、例えば、シリコン基板などの平坦面を有する半導体基板が用いられる。シリコン基板は一般に内部応力がないので、その表面を利用してミラー２０を形成しても、ミラー２０に反りが発生することがないからである。特に、シリコンなどの半導体よりなる保持基板の表面に二酸化ケイ素（ＳｉＯ２  ）などの酸化膜およびシリコンなどの半導体薄膜をこの順に積層した構造を有する、いわゆるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板は、バルク基板のマイクロマシニングにより三次元構造体を形成するよりも製造プロセスが格段に簡素化されることから、より好ましい。
【００２０】
ミラー２０は、基板１０の表面の平坦面を利用して形成され、表面には、例えばアルミニウム（Ａｌ）膜などの反射膜２１が形成されている。また、ミラー２０は、例えば異方性エッチングにより周囲の基板１０からくりぬかれるように分離され、ミラー２０の対向する２辺と基板１０との間に設けられた２本の捩れヒンジ部２２Ａ，２２Ｂのみによって基板１０に支持されている。
【００２１】
駆動部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄは、ミラー２０を捩れヒンジ部２２Ａ，２２Ｂを中心として図１において右上（以下、「向こう側」という）へ揺動させる第１の駆動部３０Ａ，３０Ｂと、ミラー２０を逆方向である左下（以下、「手前側」という）へ揺動させる第２の駆動部３０Ｃ，３０Ｄとからなっている。駆動部３０Ａと駆動部３０Ｃとは、ミラー２０の捩れヒンジ部２２Ａと同じ側に、捩れヒンジ部２２Ａを挟んで隣り合うように設けられている。駆動部３０Ｂと駆動部３０Ｄとは、ミラー２０の捩れヒンジ部２２Ｂと同じ側に、捩れヒンジ部２２Ｂを隔てて隣り合うように設けられている。
【００２２】
駆動部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄは、それぞれ、互いに噛み合う櫛歯状の第１の電極３１および第２の電極３２を有している。第１の電極３１は、基板１０の平坦部に形成され、ミラー２０に連結されている。第２の電極３２は、基板１０の後述する傾斜部に形成されている。
【００２３】
本実施の形態では、基板１０に、後述するように完全には切り離されていない直線状の折曲げ部１１が形成され、この折曲げ部１１で折り曲げられて一部分が傾斜した傾斜部１２Ａ，１２Ｂとなっている。傾斜部１２Ａには、第１の駆動部３０Ａ，３０Ｂの第２の電極３２が形成され、傾斜部１２Ｂには、第２の駆動部３０Ｃ，３０Ｄの第２の電極３２が形成されている。傾斜部１２Ａ，１２Ｂは、基板１０の平坦部に対して下方へ折り曲げられており、これにより、第２の電極３２の先端の櫛歯部分は、基板１０の平坦部よりも上方に突出した状態となり、第２の電極３２と第１の電極３１との間に、基板１０の表面に対して垂直方向の間隔３３が設けられている。なお、傾斜部１２Ａ，１２Ｂは、基板１０の平坦部に対して下方へ、且つ互いに逆方向に傾斜している。本実施の形態では、傾斜部１２Ａ，１２Ｂの傾斜角度は例えば１．２度、間隔３３は例えば１５μｍとなっている。
【００２４】
図２は、駆動部３０Ａを拡大して表すものである。ここでは、基板１０を、シリコンなどの半導体よりなる保持基板１３の表面に二酸化ケイ素（ＳｉＯ２  ）などの酸化膜１４およびシリコンなどの半導体薄膜１５をこの順に積層した構造を有するＳＯＩ基板としている。ミラー２０および第１の電極３１、並びに第２の電極３２は、半導体薄膜１５を利用して形成されている。なお、第１の電極３１および第２の電極３２は、半導体薄膜１５に、リン（Ｐ）あるいはホウ素（Ｂ）などの不純物を選択的に添加して導電性を付与することにより形成したものでもよく、あるいは半導体薄膜１５の上にアルミニウムなどの配線パターンを形成したものでもよい。この場合、不純物は、第１の電極３１および第２の電極３２の少なくとも櫛歯状の部分に添加されていればよく、例えば、第１の電極３１および第２の電極３２の全体に添加してもよく、あるいは櫛歯状の部分を含む一部のみに添加してもよい。
【００２５】
第１の電極３１と第２の電極３２との間には、両者間に電位差を付与する電圧印加部３４が設けられている。電圧印加部３４は、第１の電極３１と第２の電極３２との間に働く静電気力により第１の電極３１と共にミラー２０を駆動させるものである。
【００２６】
折曲げ部１１は、保持基板１３を異方性エッチングにより選択的に除去して逆Ｖ字状の溝１１Ａを形成することにより、酸化膜１４および半導体薄膜１５を残存させた構成を有している。溝１１Ａには、所望の折曲げ角度を保持するためにレジスト１６が注入され、固定されている。
【００２７】
更に、折曲げ部１１は、半導体薄膜１５に溝１１Ｂを形成して膜厚を薄くすると共に、半導体薄膜１５および酸化膜１４を貫通する貫通孔１１Ｃを設けることによって、基板１０を折り曲げやすくすることが好ましい。溝１１Ｂの深さ、貫通孔１１Ｃの寸法および個数などは、半導体薄膜１５の膜厚に応じて決めることができる。
【００２８】
この三次元構造体は、例えば、次のようにして製造することができる。なお、以下の図３ないし図６は、図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面を表している。
【００２９】
まず、図３（Ａ）に示したように、基板１０として、シリコンよりなる厚さが例えば３００μｍの保持基板１３の表面に、二酸化ケイ素よりなる厚さが例えば０．５μｍないし１μｍ程度の酸化膜１４およびシリコンよりなる厚さが例えば１０μｍの半導体薄膜１５がこの順で積層された構造を有するＳＯＩ基板を用意する。
【００３０】
次に、図３（Ｂ）に示したように、予め作製した図示しないマスクを用いて、例えばＩＣＰ（誘導結合プラズマ；Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）を用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング；Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）により、半導体薄膜１５に、ミラー２０および第１の電極３１（図１参照）、並びに第２の電極３２（図１参照）のパターンを形成する。このとき、半導体薄膜１５に、折曲げ部１１の貫通孔１１Ｃも同時に形成する。貫通孔１１Ｃは、酸化膜１４の表面に達するように形成される。
【００３１】
第１の電極３１および第２の電極３２は、半導体薄膜１５に、リンあるいはホウ素などの不純物を選択的に添加して導電性を付与することにより形成してもよく、あるいは後続の工程においてミラー２０に反射膜２１を形成するのと同時に半導体薄膜１５の上にアルミニウムなどの配線パターンを形成してもよい。
【００３２】
続いて、図３（Ｃ）に示したように、予め作製した別のマスクを用いて、例えばＩＣＰを用いたＲＩＥにより、半導体薄膜１５に、折曲げ部１１の溝１１Ｂを形成し、折曲げ部１１における半導体薄膜１５の膜厚を薄くする。
【００３３】
次に、図４（Ａ）に示したように、基板１０の両面に厚さが例えば４００ｎｍの熱酸化膜４１を形成する。
【００３４】
続いて、図４（Ｂ）に示したように、基板１０の保持基板１３側に形成された熱酸化膜４１を、例えばフォトリソグラフィと緩衝化したフッ化水素（ＢｕｆｆｅｒｅｄＨｙｄｒｏｇｅｎ  Ｆｌｕｏｒｉｄｅ  ；ＢＨＦ）を用いたエッチングとによりパターニングする。こうして、保持基板１３のウエット異方性エッチングのための熱酸化膜マスク４２を形成する。
【００３５】
次に、図４（Ｃ）に示したように、この熱酸化膜マスク４２を用いて、例えば水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）によるウエット異方性エッチングを行う。これにより、逆Ｖ字状の溝１１Ａが形成され、溝１１Ａ，１１Ｂおよび貫通孔１１Ｃを有する折曲げ部１１が形成される。また、保持基板１３のミラー２０に対応する領域も除去される。
【００３６】
続いて、図５（Ａ）に示したように、溝１１Ａにレジスト１６を注入し、例えば１５０℃で焼成する。
【００３７】
次に、図５（Ｂ）に示したように、例えば濃度４９％のフッ化水素（ＨＦ）溶液を用いたエッチングにより熱酸化膜４１および熱酸化膜マスク４２を除去する。このとき、保持基板１３と半導体薄膜１５とで挟まれた酸化膜１４（埋込み酸化膜）は残存するが、露出した酸化膜１４（表面酸化膜）は、熱酸化膜４１および熱酸化膜マスク４２と共に除去される。これにより、ミラー２０は、捩れヒンジ部２２を除いて基板１０から分離される。また、貫通孔１１Ｃの内部の酸化膜１４も除去されるので、貫通孔１１Ｃは、半導体薄膜１５および酸化膜１４を貫通して保持基板１３の表面に達する。よって、折曲げ部１１は完全には切り離されず、半導体薄膜１５および酸化膜１４によって部分的につながった状態となる。エッチング終了後、洗浄によりフッ酸を除去し、例えば二酸化炭素（ＣＯ２  ）雰囲気中において加圧することにより臨界乾燥を行う。
【００３８】
続いて、図６（Ａ）に示したように、角度の付いた二つの平面４３Ａ，４３Ｂを有する折曲げジグ４３を予め作製しておき、この折曲げジグ４３の上に基板１０を載置し、例えば１５０℃に昇温してレジスト１６を再び軟化させる。
【００３９】
次に、図６（Ｂ）に示したように、基板１０を折曲げジグ４３の平面４３Ａ，４３Ｂに沿って折曲げ部１１で折り曲げて傾斜部１２Ａ，１２Ｂを形成する。そののち、基板１０全体を例えば常温に戻すことにより冷却し、固定する。基板１０の折り曲げられる角度は、折曲げジグ４３の平面４３Ａ，４３Ｂのなす角度を変えることによって任意に調整することができる。
【００４０】
続いて、例えばシャドウマスクを用いてアルミニウム膜を蒸着することにより反射膜２１を形成する。このとき、必要に応じて第１の電極３１および第２の電極３２の上に、配線パターンあるいは電極パッド等を同時に形成してもよい。なお、反射膜２１および電極パッド等は、プロセス途中において、すなわち、例えばミラー２０が捩れヒンジ部２２を除いて基板１０から分離される前の段階で、金（Ａｕ）またはアルミニウムなどを成膜してパターニングすることにより形成してもよい。以上により、図１に示した三次元構造体が完成する。
【００４１】
この三次元構造体では、例えば駆動部３０Ａ，３０Ｂにおいて、電圧印加部３４により第１の電極３１と第２の電極３２との間に所定の電圧が印加されると、第１の電極３１が第２の電極３２に引きつけられて手前側（図２の矢印Ａ参照）に回転することにより変位し、第１の電極３１の変位に伴ってミラー２０が手前側に回転する。また、例えば駆動部３０Ｃ，３０Ｄにおいて、電圧印加部３４により第１の電極３１と第２の電極３２との間に所定の電圧が印加されると、第１の電極３１が第２の電極３２に引きつけられて向こう側に回転することにより変位し、第１の電極３１の変位に伴ってミラー２０が向こう側に回転する。これにより、ミラー２０の入射光に対する相対的な角度が変化し、入射光が偏向される。この三次元構造体では、完全には切り離されていない折曲げ部１１で基板１０を折り曲げて傾斜部１２Ａ，１２Ｂを形成し、この傾斜部１２Ａ，１２Ｂに第２の電極３２を形成することにより第１の電極３１と第２の電極３２との間に間隔３３を設けたので、従来のような櫛歯部分をレジストで基板に接合した構成に比べて、折曲げ部１１の引張り強度が向上する。また、折曲げ部１１は完全に切り離されていないので、折曲げ部１１またはその上に形成した配線パターンを介して電極３１，３２に電圧を印加することができ、従来のようなレジストの上に配線パターンを形成する構成よりも電気的な信頼性が高くなる。
【００４２】
図７は、第１の電極３１と第２の電極３２の間に印加される電圧と、第１の電極３１およびミラー２０の回転角との関係を表す特性曲線である。本実施の形態の構成によるミラー２０の回転角は最大３．２度となっている。なお、回転角の特性曲線は非線形性を示しており、ミラー２０が電極間の静電気力で駆動されていることが分かる。
【００４３】
このように本実施の形態では、完全には切り離されていない折曲げ部１１で基板１０を折り曲げて傾斜部１２Ａ，１２Ｂを形成し、この傾斜部１２Ａ，１２Ｂに第２の電極３２を形成することにより第１の電極３１と第２の電極３２との間に間隔３３を設けたので、基板の貼り合わせなどの複雑な構造が不要となり、機械的強度に優れ電気的信頼性の高い三次元構造体を、簡単な構成および製造プロセスで実現できる。また、基板１０の折り曲げられる角度の精度を０．２度程度と従来よりも高くすることができ、歩留り向上が可能となる。
【００４４】
加えて、特にバーコードリーダ用途などにおいては、例えば８０ｍｍ程度離れたところでレーザビームを２００μｍ程度に絞り込む際に、回折限界の関係で発光部およびミラーには０．６３ｍｍ以上の大きさが必要であり、ビームを更に絞り込む場合にはミラーは更に大きなものが必要となる。よって、アライメントおよび角度が付いた場合のミラー面の範囲を考慮すると、ミラーの大きさは１ｍｍレベルが要求されるが、本実施の形態ではそのような大きなミラー２０を駆動できる十分な機械的強度を有する三次元構造体を実現することが可能となる。
【００４５】
特に、基板１０として保持基板１３の表面に酸化膜１４および半導体薄膜１５がこの順に積層された構造を有するものを用いたので、バルク基板のマイクロマシニングにより三次元構造体を形成するよりも製造プロセスを格段に簡素化することができる。
【００４６】
また、特に、半導体薄膜１５に溝１１Ｂおよび貫通孔１１Ｃを設けるようにしたので、折曲げ部１１を更に折り曲げやすくすることができる。
【００４７】
更に、基板１０を折曲げ部１１で折り曲げる際に、角度の付いた二つの平面４３Ａ，４３Ｂを有する折曲げジグ４３に沿わせるようにしたので、基板１０の折り曲げられる角度を、折曲げジグ４３の平面４３Ａ，４３Ｂのなす角度を変えることによって任意に調整することができる。
【００４８】
〔第２の実施の形態〕
図８は本発明の第２の実施の形態に係る三次元構造体の製造方法を表すものである。本実施の形態は、基板１０の裏面に凹部を設けることにより傾斜部１２Ａ，１２Ｂの厚みを薄くして、基板１０を平坦な支持台の上で折り曲げることができるようにしたものであり、折曲げジグ４３を用いて基板１０を折り曲げる必要をなくしたものである。
【００４９】
まず、図８（Ａ）に示したように、保持基板１３の裏面に凹部１３Ａを形成することにより傾斜部１２Ａ，１２Ｂとなる部分の厚みを薄くすることを除いては、第１の実施の形態の図５（Ｂ）と同様に基板１０にミラー２０および第１の電極３１（図１参照）、第２の電極３２（図１参照）並びに折曲げ部１１を形成する。保持基板１３の凹部１３Ａは、例えば異方性エッチングにより形成することができる。また、工程の順序としては、保持基板１３の凹部１３Ａを最初に形成したのちに、第１の実施の形態と同様に図３ないし図５の工程を行うようにしてもよい。あるいは、第１の実施の形態の図３ないし図５の工程を行ったのちに、保持基板１３に凹部１３Ａを形成するようにしてもよい。
【００５０】
次に、図８（Ｂ）に示したように、基板１０を平坦な支持台５１に載置し、厚みを薄くした部分の折曲げ部１１に対向する端部１１Ｄを矢印５２方向に押し、この端部１１Ｄが支持台５１に接するまで基板１０を折曲げ部１１で折り曲げて傾斜部１２Ａ，１２Ｂを形成する。これにより、第１の電極３１と第２の電極３２との間に間隔３３（図１参照）が形成される。基板１０が折り曲げられる角度は、凹部１３Ａの掘り込み深さＤによって任意に調整することができる。
【００５１】
このように本実施の形態によれば、基板１０の裏面に凹部を設けることにより傾斜部１２Ａ，１２Ｂの厚みを薄くするようにしたので、基板１０を平坦な支持台の上で折り曲げることができ、折曲げジグ４３が不要となる。また、基板１０が折り曲げられる角度は、凹部１３Ａの掘り込み深さＤによって任意に調整することができる。
【００５２】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、各部の寸法、基板の材質、膜厚、プロセス条件等は本発明の主旨を逸脱しない限りにおいて変更が可能である。例えば、ＴＭＡＨの代わりに水酸化カリウム（ＫＯＨ），ヒドラジン，エチレンジアミン−ピロカテコール−水（ＥＰＷ）などを用いることも可能である。
【００５３】
また、上記実施の形態では、溝１１Ａに例えば１５０℃程度で軟化するレジスト１６を注入するようにしたが、レジスト１６の代わりに、例えば低融点半田などの金属を用いるようにしてもよい。更に、レジスト１６あるいは低融点半田よりも高温で溶解する材料、例えば高融点半田などの金属を用いれば、より高温環境での使用に適応することができる。
【００５４】
更に、上記実施の形態では、折曲げ部１１の構成を具体的に説明したが、折曲げ部１１の構成を半導体薄膜１５の膜厚に応じて変更することにより折曲げ部１１の折り曲げやすさを調整することが可能である。例えば図９に示したように、半導体薄膜１５に溝１１Ｂのみを設け、貫通孔１１Ｃを設けないようにしてもよい。または、図１０に示したように、例えば半導体薄膜１５の膜厚が薄い場合などには、貫通孔１１Ｃのみを設け、溝１１Ｂを設けないようにしてもよい。逆に、図１１に示したように、半導体薄膜１５の膜厚が厚い場合には、溝１１Ｂの底面に更に幅の狭い溝１１Ｅを設けるようにしてもよい。
【００５５】
加えて、上記実施の形態では、折曲げ部１１に酸化膜１４および半導体薄膜１５の両方を残存させるようにした場合について説明したが、半導体薄膜１５のみを残存させるようにしてもよく、あるいは図１２に示すように酸化膜１４のみを残存させるようにしてもよい。ただし、シリコンよりなる半導体薄膜１５は二酸化ケイ素よりなる酸化膜１４に比べて曲げに強いので、半導体薄膜１５を残存させることが好ましい。
【００５６】
更に、上記実施の形態では、ミラー２０として静電気力で駆動されるガルバノミラーを有する光偏向器を例として説明したが、本発明はポリゴンミラー（回転型多面鏡）を用いた光偏向器の場合にも適用可能である。
【００５７】
加えて、上記実施の形態では、本発明の三次元構造体をレーザスキャナあるいはバーコードリーダなどの電子機器における光偏向器に適用する場合を例に挙げて説明したが、本発明は、例えば超小型バーコードリーダ，ビームスキャナ，レーザプリンタ，光スイッチ，プロジェクタ，レーザショウ用ビームスキャナ，ディスプレイ，二次元バーコードリーダ，距離センサ，レーザソナー，共焦点顕微鏡，レーザ顕微鏡，光造形プロトタイピング，レーザ加工機，ＰｔｏＰ（ピア・ツー・ピア）光通信，光通信などの他の電子機器にも広く適用可能である。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の三次元構造体、および請求項１４または請求項１５記載の電子機器によれば、基板の平坦部に形成された第１の電極と、基板に形成された完全には切り離されていない折曲げ部と、この折曲げ部で基板を折り曲げることにより形成された傾斜部と、この傾斜部に第１の電極との間に所定の間隔を有するように形成された第２の電極とを備えたので、基板の貼り合わせなどの複雑な構造が不要となり、機械的強度に優れ電気的信頼性の高い三次元構造体を、簡単な構成および製造プロセスで実現できる。また、基板の折り曲げられる角度の精度を高くすることができ、歩留り向上が可能となる。
【００５９】
加えて、特にバーコードリーダ用途などにおいては、ミラーとして大きなものが要求されるが、本発明によればそのような大きなミラーを駆動できる十分な機械的強度を有する三次元構造体を実現することが可能となる。
【００６０】
特に、請求項６記載の三次元構造体によれば、基板として保持基板の表面に酸化膜および半導体薄膜がこの順に積層された構造を有するものを用いたので、バルク基板のマイクロマシニングにより三次元構造体を形成するよりも製造プロセスを格段に簡素化することができる。
【００６１】
また、特に、請求項８記載の三次元構造体によれば、折曲げ部が、半導体薄膜に溝および貫通孔のうち少なくとも一方を有するようにしたので、折曲げ部を更に折り曲げやすくすることができる。
【００６２】
加えて、特に、請求項１１記載の三次元構造体によれば、基板の裏面に凹部を設けることにより傾斜部の厚みを薄くするようにしたので、基板を平坦な支持台の上で折り曲げることができる。また、基板が折り曲げられる角度は、厚みをどの程度薄くするかによって任意に調整することができる。
【００６３】
請求項１２または請求項１３記載の三次元構造体の製造方法によれば、完全には切り離されていない折曲げ部にそって基板を折り曲げて傾斜部を形成することにより、第２の電極と第１の電極との間に所定の間隔を設けるようにしたので、簡単な工程で、第２の電極と第１の電極との間に基板の表面に対して垂直な間隔を形成することができる。また、電極の機械的強度および電気的な信頼性を向上させることができる。
【００６４】
特に、請求項１３記載の三次元構造体の製造方法によれば、基板を折曲げ部で折り曲げる工程において、角度の付いた二つの平面を有するジグに沿わせるようにしたので、基板の折り曲げられる角度を、ジグの二つの平面のなす角度を変えることによって任意に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る三次元構造体の構成の一例を表す斜視図である。
【図２】図１に示した駆動部の一つを拡大して表す斜視図である。
【図３】図１に示した三次元構造体の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図４】図３の工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図５】図４の工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図６】図５の工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図７】図１に示した電極の間に印加される電圧とミラーの回転角との関係を表す特性曲線である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に掛る三次元構造体の製造方法を表す断面図である。
【図９】図１に示した折曲げ部の他の構成例を表す斜視図である。
【図１０】図１に示した折曲げ部の更に他の構成例を表す斜視図である。
【図１１】図１に示した折曲げ部の更に他の構成例を表す斜視図である。
【図１２】図１に示した折曲げ部の更に他の構成例を表す斜視図である。
【図１３】従来の垂直櫛歯アクチュエータの一構成例を表す平面図および正面図である。
【図１４】従来の垂直櫛歯アクチュエータの他の構成例を表す平面図および正面図である。
【図１５】櫛歯状の電極に角度を付けるための従来の方法を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
１０…基板、１１…折曲げ部、１２Ａ，１２Ｂ…傾斜部、１３…保持基板、１３Ａ…凹部、１４…酸化膜、１５…半導体薄膜、１６…レジスト、２０…ミラー、２１…反射膜、３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ…駆動部、３１…第１の電極、３２…第２の電極、３３…間隔、３４…電圧印加部
【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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【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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