(57)【要約】【課題】ミラーを駆動するアクチュエータが静電的な引力によって基板に接触した場合にミラーを元の位置に比較的簡単に戻すことのできるＭＥＭＳ素子およびこれを使用した光減衰器等の光デバイスを得ること。【解決手段】ミラー部２０２とアクチュエータ２０５、２０６はトーションスプリング２０７、２０８によって固定部２０９、２１０に接続され、電源２１７によるアクチュエータ２０５、２０６とシリコン基板２１５の静電的な引力によって回転軸２０３の回りを回転する力を受ける。アクチュエータ２０５、２０６の側部には小突起２５１〜２５４が設けられており、この部分がシリコン基板２１５の上面と点接触するので、これらの間の密着力が弱い。そこで駆動電圧の印加停止等によりアクチュエータ２０５、２０６は比較的簡単に元の回転位置に戻る。【選択図】  図１
2004264703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の電極となる導電性の基板と、
この基板と絶縁状態でこれと間隔を置いて平行に配置された導電性の所定層から形成され、前記一方の電極との間の電圧印加による静電的な力を受けることで前記基板上面と平行な所定の回転軸を中心として回転力を生じると共にこの回転軸のそれぞれの位置から回転軸と直交する方向での対応する側壁部分までの距離が一部箇所で他の箇所よりも長くなるような側壁を配置したアクチュエータと、前記所定層から形成されアクチュエータに一端を接続すると共に前記回転軸に沿って回動自在に配置されたヒンジ部材と、
前記アクチュエータと一体的に配置され、アクチュエータの回転に応じて入射光の反射方向を変化させるミラー
とを具備することを特徴とするＭＥＭＳ素子。
【請求項２】
一方の電極となる導電性の基板と、
この基板と絶縁状態でこれと間隔を置いて平行に配置された導電性の所定層から形成され、前記一方の電極との間の電圧印加による静電的な力を受けることで前記基板上面と平行な所定の回転軸を中心として回転力を生じると共にこの回転軸からすべて等距離となるようにその側壁を配置したアクチュエータと、
前記所定層から形成されアクチュエータに一端を接続すると共に前記回転軸に沿って回動自在に配置されたヒンジ部材と、
前記アクチュエータと一体的に配置され、アクチュエータの回転に応じて入射光の反射方向を変化させるミラーと、
前記アクチュエータの側部から前記回転軸と遠ざかる方向に突出するように配置された突起部
とを具備することを特徴とするＭＥＭＳ素子。
【請求項３】
一方の電極となる導電性の基板と、
この基板と絶縁状態でこれと間隔を置いて平行に配置された導電性の所定層から形成され、前記一方の電極との間の電圧印加による静電的な力を受けることで前記基板上面と平行な所定の回転軸を中心として回転力を生じると共にこの回転軸からすべて等距離となるようにその側壁を配置したアクチュエータと、
前記所定層から形成されアクチュエータに一端を接続すると共に前記回転軸に沿って回動自在に配置されたヒンジ部材と、
前記アクチュエータと一体的に配置され、アクチュエータの回転に応じて入射光の反射方向を変化させるミラーと、
前記アクチュエータの一方の面上に形成され成膜時の応力でアクチュエータを構成する前記所定層の厚さ方向に所定の反りを発生させる所定膜
とを具備することを特徴とするＭＥＭＳ素子。
【請求項４】
前記突起部は前記回転軸を中心とした対称位置に互いに対称となる形状で配置されていることを特徴とする請求項２記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項５】
一方の電極となる導電性の基板と、この基板と絶縁状態でこれと間隔を置いて平行に配置された導電性の所定層から形成され、前記一方の電極との間の電圧印加による静電的な力を受けることで前記基板上面と平行な所定の回転軸を中心として回転力を生じると共にこの回転軸からすべて等距離となるようにその側壁を配置したアクチュエータと、前記所定層から形成されアクチュエータに一端を接続すると共に前記回転軸に沿って回動自在に配置されたヒンジ部材と、前記アクチュエータと一体的に配置され、アクチュエータの回転に応じて入射光の反射方向を変化させるミラーと、前記アクチュエータの側部から前記回転軸と遠ざかる方向に突出するように配置された突起部とを備えたＭＥＭＳ素子と、
このＭＥＭＳ素子の前記基板と前記所定層との間に電圧を印加する電源と、
この電源の電圧印加に応じて傾斜する前記ミラーを用いて光線の入出力を行う入出力手段
とを具備することを特徴とする光デバイス。
【請求項６】
一方の電極となる導電性の基板と、この基板と絶縁状態でこれと間隔を置いて平行に配置された導電性の所定層から形成され、前記一方の電極との間の電圧印加による静電的な力を受けることで前記基板上面と平行な所定の回転軸を中心として回転力を生じると共にこの回転軸からすべて等距離となるようにその側壁を配置したアクチュエータと、前記所定層から形成されアクチュエータに一端を接続すると共に前記回転軸に沿って回動自在に配置されたヒンジ部材と、前記アクチュエータと一体的に配置され、アクチュエータの回転に応じて入射光の反射方向を変化させるミラーと、前記アクチュエータの一方の面上に形成され成膜時の応力でアクチュエータを構成する前記所定層の厚さ方向に所定の反りを発生させる所定膜とを備えたＭＥＭＳ素子と、
このＭＥＭＳ素子の前記基板と前記所定層との間に電圧を印加する電源と、
この電源の電圧印加に応じて傾斜する前記ミラーを用いて光線の入出力を行う入出力手段
とを具備することを特徴とする光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は微小電気機械システムとしてのＭＥＭＳ素子と、これを使用した光減衰器、光スイッチ、光スキャナ等の光デバイスに係わり、特にチルトミラーを使用したＭＥＭＳ素子と、ＭＥＭＳ素子を使用した光デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信技術の発展に伴い、各種の光デバイスが開発されている。この中で、微細構造デバイスとしてのＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）素子が近年注目を集めている。ＭＥＭＳ素子は固体の弾性的あるいは機械的な性質を制御する技術を応用したもので、金属等の各種の材料で作られた従来の機械システムをシリコン加工により極小サイズで製造するデバイスである。部品が小型のため最終的な製品も小さくなるという利点があり、また金属疲労が無く、素子としての信頼性が高い。
【０００３】
ＭＥＭＳ素子のうちで、その一部にミラーが備えられているものは、電圧を印加することでこのミラーの傾斜角やミラーの位置を変化させ、入射した光の反射方向等を変化させることができる（たとえば特許文献１）。この原理を用いることで、ＭＥＭＳ素子を使用した光減衰器や光スイッチあるいは光スキャナ等の各種の光デバイスを製造することができる。傾斜角を変化させるミラーを備えたＭＥＭＳ素子では、ミラー自体が比較的大面積であっても、電圧印加に応じて傾斜角が変化したときに反りが少ないことが重要である。また、このような精度の高いＭＥＭＳ素子が簡単なプロセスで製造できることが求められている。以下、単にＭＥＭＳ素子と表現するときにはその一部にミラーを備えた素子をいうものとする。
【０００４】
ＭＥＭＳ素子として、従来からＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）プロセスによる片持ち梁の素子が知られている。
【０００５】
図１３（ａ）はこのＳＯＩプロセスを使用したＭＥＭＳ素子を上から見たもので、同図（ｂ）はこれをＫ−Ｋ方向に切断したものである。このＭＥＭＳ素子１０１は、電極を兼ねたシリコン基板１０２上に所定の厚さの酸化層からなる支持部１０３を配置し、更にこの上に単結晶シリコンの上部電極１０４を配置して、この上部電極１０４におけるこれらの図で右半分部分にミラー１０５を形成した構造となっている。上部電極１０４におけるミラー１０５が形成された領域の直下の酸化層は、除去されている。
【０００６】
このようなＭＥＭＳ素子１０１は上部電極１０４と、下部電極を兼ねたシリコン基板１０２との間に電圧を印加すると、両者の間に矢印１０６で示す静電引力が働く。ミラー１０５が形成され下方に空隙が生じている上部電極１０４が、これにより矢印１０７方向に傾斜して、ミラー面の上方から入射する図示しない光の反射角度を変えることができる。
【０００７】
図１３に示したＭＥＭＳ素子１０１は次のようにして製造される。まずシリコン基板１０２の上に支持部１０３となる酸化層および上部電極１０４となる単結晶シリコンの層を形成する。この後、上部電極１０４となる単結晶シリコンにおけるミラー１０５が形成される直下の部分を切削する。次に、シリコン基板１０２上の酸化層における図１４で支持部１０３となっている部分以外をエッチングにより取り除く。この後、このエッチングにより除去した酸化層の上側の上部電極１０４の部分にミラー１０５を積層する。
【０００８】
このように図１３に示したＭＥＭＳ素子１０１は、比較的簡単なＳＯＩプロセスで製造できるという利点がある。また、上部電極１０４は単結晶のシリコン板であるため、膜厚を厚く構成することができ、その上に積層して形成するミラー１０５の反りが少ないという長所がある。しかしながら、ミラー１０５が片持ち梁の構造となっているので、ミラー面がシリコン基板１０２に吸引される方向にのみ傾斜することになる。このように、図１３に示したバルクマイクロマシニングを使用して製造すると、ＭＥＭＳ素子のミラー１０５の傾斜の自由度が少ないという問題があった。
【０００９】
そこで、表面マイクロマシニングを使用してＭＥＭＳ素子の設計の自由度を高めることで、ミラーが跳ね上がる方向にも傾斜できるようにする提案が行われている。
【００１０】
図１４（ａ）は、表面マイクロマシニングの技術を使用して製造したＭＥＭＳ素子を上から見たもので、同図（ｂ）はこれをＬ−Ｌ方向に切断したものである。このＭＥＭＳ素子１２１は、同図（ｂ）に示すように非導電体の基板１２２上に酸化層からなる支持部１２３を配置し、その上にポリシリコン薄膜１２４を配置した構造となっている。ポリシリコン薄膜１２４は同図（ａ）における左半分の部分が上部電極１２５を構成しており、ここには、多数のエッチングホールと呼ばれる開口１２６が開けられている。ポリシリコン薄膜１２４の右側の部分にはその上部にミラー部１２７が形成されている。ポリシリコン薄膜１２４は同図（ａ）でほぼ中央部に図で上下に細く伸びたヒンジ部１２８１、１２８２を有しており、これらヒンジ部１２８１、１２８２の端部と一体となった矩形領域からなる固定部１２９１、１２９２は同図（ｂ）に示した支持部１２３のちょうど上に積層されている。基板１２２とポリシリコン薄膜１２４の間は支持部１２３を除いて空隙となっており、上部電極１２５と対向する基板１２２上には下部電極１３１が形成されている。
【００１１】
このような図１４に示す構造のＭＥＭＳ素子１２１では、上部電極１２５と下部電極１３１の間に電圧を印加することで、矢印１３０で示すように静電引力が働き、ヒンジ部１２８１、１２８２を回転中心としてミラー部１２７を矢印１３２、１３３方向にチルトさせることができる。すなわちミラー部１２７を上方向に蹴り上げるように傾斜させることができる。これにより、静電引力による駆動時に傾斜角度をより大きく変化させることができる。また図１３と図１４を比較すると分かるように、ミラー面をより大型のものとすることも可能である。
【００１２】
なお、図１４でポリシリコン薄膜１２４はヒンジ部１２８１、１２８２を結ぶ直線（回転軸）に対して図でわずかに左側が長くなった形状となっている。これは回転軸を中心に左右の重さのバランスをとることで最も効率的な駆動特性を得るようにするためである。図で回転軸の左側を構成するポリシリコン薄膜１２４の幅を右側よりも若干広くしても、同様に質量によるモーメントを左右対称として駆動特性を最も効率的なものとすることができる。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００１−１７４７２４号公報（第００１７段落、図５）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ヒンジ部１２８１、１２８２を回転中心としてミラー部１２７を回転させる構造を有するＭＥＭＳ素子では、ある印加電圧まで上部電極１２５と下部電極１３１の間に印加される電圧とミラー部１２７の回転角（傾斜角）は対応関係を保つ。ところが、上限となるある電圧を超えると、ヒンジ部１２８１、１２８２が急激に回転して、上部電極１２５の端部が下部電極１３１と接触するまで一気に引き付けられる。この現象は、一般にプルイン（ｐｕｌｌ−ｉｎ）と呼ばれている。
【００１５】
図１５は、上部電極の一端が下部電極と接触した状態の一例を表わしたものである。この図に示すようなプルイン現象が一度発生しても、上部電極１２５と下部電極１３１の間の電圧の印加を再び解除すると、ヒンジ部１２８１、１２８２（図ではヒンジ部１２８１のみ図示。）におけるバネの復元力によって上部電極１２５は再び下部電極１３１から離れて初期的な回転角度に戻るのが通常である。
【００１６】
ところが、特に低電圧駆動等の要請でヒンジ部１２８１、１２８２が細くなって、それ自体のバネの復元力（剛性）が低下したような場合には、上部電極１２５と下部電極１３１の間の電圧の印加を解除しても、図１５に示すようにこれらの電極が接触状態を保った状態のままとなる場合がある。これには幾つかの原因が考えられている。たとえば上部電極１２５と下部電極１３１が接触した際に、原子間力やその他の物理的な力が働いて、これらの力が保持されたままとなったような場合や、水分や微細なごみが接触部位に存在して、この箇所で上部電極１２５と下部電極１３１が接着したような力が働くような場合である。
【００１７】
このように上部電極１２５の一端が下部電極１３１と接触したままの状態となると、そのＭＥＭＳ素子は作動しない状態となり、これを応用した光デバイスに障害を発生させることになる。たとえば光減衰器は光の減衰量を調整することができなくなり、光スイッチは光のオン・オフ制御が不可能になる。また、光スキャナでは光を周期的にスキャン（走査）できなくなってしまう。
【００１８】
そこで、従来ではプルイン現象が生じない範囲でＭＥＭＳ素子の駆動を行ったり、プルイン現象が生じにくいようにヒンジ部の剛性を比較的高めた状態に設計するといった工夫が行われていた。この結果、ＭＥＭＳ素子の低電圧駆動のための設計が困難となったり、ＭＥＭＳ素子全体に対するミラーやアクチュエータ部分の大型化が困難になるという問題があった。特に後者の場合には、ミラーを大型化するほど光学系の設計が容易となってコストダウンを図ることができる利点があるが、大型化による重量の増加でプルイン現象が生じやすくなるので、コストダウンを図りにくくなるといった問題を発生させていた。
【００１９】
そこで本発明の目的は、ミラーを駆動するアクチュエータが静電的な引力によって基板に接触した場合にミラーを元の位置に比較的簡単に戻すことのできるＭＥＭＳ素子およびこれを使用した光減衰器、光スイッチおよび光スキャナ等の光デバイスを提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、（イ）一方の電極となる導電性の基板と、（ロ）この基板と絶縁状態でこれと間隔を置いて平行に配置された導電性の所定層から形成され、前記した一方の電極との間の電圧印加による静電的な力を受けることで基板上面と平行な所定の回転軸を中心として回転力を生じると共にこの回転軸のそれぞれの位置から回転軸と直交する方向での対応する側壁部分までの距離が一部箇所で他の箇所よりも長くなるような側壁を配置したアクチュエータと、（ハ）前記した所定層から形成されアクチュエータに一端を接続すると共に回転軸に沿って回動自在に配置されたヒンジ部材と、（ニ）アクチュエータと一体的に配置され、アクチュエータの回転に応じて入射光の反射方向を変化させるミラーとをＭＥＭＳ素子に具備させる。
【００２１】
すなわち請求項１記載の発明では、アクチュエータが回転軸を中心として回転するとき、一部箇所で他の箇所よりも回転軸からの距離が長くなるような側壁部分を備えた側壁を有するアクチュエータを配置しておいて、この側壁部分が導電性の基板と接触するようにし、アクチュエータの側部全部が基板と接触する事態を避けて、両者の密着力を弱めるようにしている。これにより、基板とアクチュエータの間の駆動電圧の印加停止や印加電圧の低下によってアクチュエータはヒンジ部材の復元力によって比較的簡単に元の回転位置に戻ることができる。ここで、このような側壁の例を挙げると、２等辺三角形をして底辺を２分した点と頂点を通る線分を回転軸としたアクチュエータの斜辺を構成する側壁や、矩形の対応する２辺の中点を通る線分を回転軸とし、この回転軸と平行な辺の一部に突起が存在するこれらの辺を構成する側壁のようなものである。請求項２記載の発明もこれに該当する。
【００２２】
請求項２記載の発明では、（イ）一方の電極となる導電性の基板と、（ロ）この基板と絶縁状態でこれと間隔を置いて平行に配置された導電性の所定層から形成され、前記した一方の電極との間の電圧印加による静電的な力を受けることで基板上面と平行な所定の回転軸を中心として回転力を生じると共にこの回転軸からすべて等距離となるようにその側壁を配置したアクチュエータと、（ハ）前記した所定層から形成されアクチュエータに一端を接続すると共に回転軸に沿って回動自在に配置されたヒンジ部材と、（ニ）アクチュエータと一体的に配置され、アクチュエータの回転に応じて入射光の反射方向を変化させるミラーと、（ホ）アクチュエータの側部から回転軸と遠ざかる方向に突出するように配置された突起部とをＭＥＭＳ素子に具備させる。
【００２３】
すなわち請求項２記載の発明では、アクチュエータが回転軸を中心として回転するとき、アクチュエータの側部から回転軸と遠ざかる方向に突起部を突出するように配置しておいて、この突起部が導電性の基板と接触するようにし、アクチュエータの側部全部が基板と接触する事態を避けて、両者の密着力を弱めるようにしている。これにより、基板とアクチュエータの間の駆動電圧の印加停止や印加電圧の低下によってアクチュエータはヒンジ部材の復元力によって比較的簡単に元の回転位置に戻ることができる。
【００２４】
請求項３記載の発明では、（イ）一方の電極となる導電性の基板と、（ロ）この基板と絶縁状態でこれと間隔を置いて平行に配置された導電性の所定層から形成され、前記した一方の電極との間の電圧印加による静電的な力を受けることで基板上面と平行な所定の回転軸を中心として回転力を生じると共にこの回転軸からすべて等距離となるようにその側壁を配置したアクチュエータと、（ハ）前記した所定層から形成されアクチュエータに一端を接続すると共に回転軸に沿って回動自在に配置されたヒンジ部材と、（ニ）アクチュエータと一体的に配置され、アクチュエータの回転に応じて入射光の反射方向を変化させるミラーと、（ホ）アクチュエータの一方の面上に形成され成膜時の応力でアクチュエータを構成する前記した所定層の厚さ方向に所定の反りを発生させる所定膜とをＭＥＭＳ素子に具備させる。
【００２５】
すなわち請求項３記載の発明では、アクチュエータの一方の面に所定膜を成膜してその過程でこの膜の厚さ方向に所定の反りを発生させるようにしている。これにより、アクチュエータが回転軸を中心として回転するときにこの反った箇所が導電性の基板と接触するようにし、アクチュエータの側部全部が基板と接触する事態を避けて、両者の密着力を弱めるようにしている。これにより、基板とアクチュエータの間の駆動電圧の印加停止や印加電圧の低下によってアクチュエータはヒンジ部材の復元力によって比較的簡単に元の回転位置に戻ることができる。
【００２６】
請求項４記載の発明では、請求項２記載のＭＥＭＳ素子で、突起部は回転軸を中心とした対称位置に互いに対称となる形状で配置されていることを特徴としている。
【００２７】
すなわち請求項４記載の発明では、突起部は回転軸を中心とした対称位置に互いに対称となる形状で配置されているので、回転軸に対するモーメントを左右対称にすることができ、外部からの加速度でヒンジ部材が特定方向に余計に回転してねじ切れるのを防ぐことができる。
【００２８】
請求項５記載の発明では、（イ）一方の電極となる導電性の基板と、この基板と絶縁状態でこれと間隔を置いて平行に配置された導電性の所定層から形成され、前記した一方の電極との間の電圧印加による静電的な力を受けることで基板上面と平行な所定の回転軸を中心として回転力を生じると共にこの回転軸からすべて等距離となるようにその側壁を配置したアクチュエータと、前記した所定層から形成されアクチュエータに一端を接続すると共に回転軸に沿って回動自在に配置されたヒンジ部材と、アクチュエータと一体的に配置され、アクチュエータの回転に応じて入射光の反射方向を変化させるミラーと、アクチュエータの側部から回転軸と遠ざかる方向に突出するように配置された突起部とを備えたＭＥＭＳ素子と、（ロ）このＭＥＭＳ素子の基板と前記した所定層との間に電圧を印加する電源と、（ハ）この電源の電圧印加に応じて傾斜するミラーを用いて光線の入出力を行う入出力手段とを光デバイスに具備させる。
【００２９】
すなわち請求項５記載の発明では、請求項２記載のＭＥＭＳ素子を使用して光減衰器、光スイッチ、光スキャナ等の光デバイスを製作することができるので、アクチュエータがプルイン現象を発生させたような場合にも光デバイスを信頼性よく作動させることができ、プルイン現象を生じないように特別の回路を設ける必要がないのでデバイスの設計が容易になり、コストダウンも図ることができる。
【００３０】
請求項６記載の発明では、（イ）一方の電極となる導電性の基板と、この基板と絶縁状態でこれと間隔を置いて平行に配置された導電性の所定層から形成され、前記した一方の電極との間の電圧印加による静電的な力を受けることで基板上面と平行な所定の回転軸を中心として回転力を生じると共にこの回転軸からすべて等距離となるようにその側壁を配置したアクチュエータと、前記した所定層から形成されアクチュエータに一端を接続すると共に回転軸に沿って回動自在に配置されたヒンジ部材と、アクチュエータと一体的に配置され、アクチュエータの回転に応じて入射光の反射方向を変化させるミラーと、アクチュエータの一方の面上に形成され成膜時の応力でアクチュエータを構成する前記した所定層の厚さ方向に所定の反りを発生させる所定膜とを備えたＭＥＭＳ素子と、（ロ）このＭＥＭＳ素子の基板と前記した所定層との間に電圧を印加する電源と、（ハ）この電源の電圧印加に応じて傾斜するミラーを用いて光線の入出力を行う入出力手段とを光デバイスに具備させる。
【００３１】
すなわち請求項６記載の発明では、請求項３記載のＭＥＭＳ素子を使用して光減衰器、光スイッチ、光スキャナ等の光デバイスを製作することができるので、アクチュエータがプルイン現象を発生させたような場合にも光デバイスを信頼性よく作動させることができ、プルイン現象を生じないように特別の回路を設ける必要がないのでデバイスの設計が容易になり、コストダウンも図ることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
【００３３】
【実施例】
以下実施例につき本発明を詳細に説明する。
＜第１の実施例＞
【００３４】
図１は本発明の第１の実施例におけるＭＥＭＳ素子の要部を斜め上方から見たものである。このＭＥＭＳ素子２０１は、円盤状のミラー部２０２を備えている。このミラー部２０２は、円盤の中心を上面と平行な方向に貫通する１本の回転軸２０３を中心として傾斜角度θで矢印２０４方向に回転するようになっている。ミラー部２０２は、この回転軸２０３の貫通した２方向に突出した第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６を備えている。これら第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６の延長上には回転軸２０３が同じく中心部分を貫通した形で細い棒状の第１および第２のトーションスプリング（ヒンジ部）２０７、２０８のそれぞれ一端が配置されており、これらの他端は第１および第２の固定部２０９、２１０に接続された構造となっている。ただし、ミラー部２０２、第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６、第１および第２のトーションスプリング２０７、２０８ならびに第１および第２の固定部２０９、２１０は別々の部品が組み合わされているのではなく、上部電極層と呼ばれる１つの層を所定の処理によって加工したものである。第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６にはエッチングホールと呼ばれる開口２１２が複数配置されている。また、ミラー部２０２には図示しないが必要に応じて金（Ａｕ）やクロム（Ｃｒ）等の金属によって反射面が形成されている。
【００３５】
この図１で第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６の右半分部分の下側には所定の間隔ｄをおいて、下部電極を兼ねたシリコン基板２１５が配置されている。ミラー部２０２の下側では、このミラー部２０２の円形形状よりもやや大きなサイズでシリコン基板２１５がその面とほぼ垂直方向にくり抜かれるように切除されており、円形開口部２１６を形成している。これは、回転軸２０３を中心としてミラー部２０２が矢印２０４方向に回転するとき、シリコン基板２１５の上面と接触するのを防止するためと、上部電極層と下部電極を兼ねたシリコン基板２１５の間に電源２１７によって電圧を印加したときミラー部２０２に静電的な力が直接及ぼされないようにするためである。
【００３６】
また、円形開口部２１６に連なって第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６の図で左側の領域でもシリコン基板２１５がその面とほぼ垂直方向にくり抜かれるように切除されており、矩形開口部２１８を構成している。これに対して第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６の図で右側の領域ではシリコン基板２１５は切除されていない。このように回転軸２０３を中心としてシリコン基板２１５が左右不均衡に存在することによって、電源２１７による電圧印加の大きさに応じて第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６が左右異なった静電引力を受ける。この結果、印加電圧に応じてミラー部２０２は矢印２０４方向に回転する力を第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６から伝達され、第１および第２のトーションスプリング２０７、２０８のこれに逆らう力と均衡する傾斜角にミラー面が設定されることになる。
【００３７】
すなわち、電圧が印加されていない状態におけるミラー部２０２のミラー面と直交する垂線（Ｙ軸方向）２２１に対して入射角αで光ビーム２２２が入射したとすると、電源２１７の印加電圧が大きくなるに応じて傾斜角度θが角度αから次第に大きな値に変化することになる。このようにミラー部２０２の傾斜角度θを電源２１７による印加電圧によって任意に変化させることで、後に説明するようにＭＥＭＳ素子を光減衰器、光スイッチあるいは光スキャナ等の各種の光学部品あるいは光学装置に応用することができる。
【００３８】
第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６は、ミラー部２０２に比較的近い側の左右の側部からそれぞれ半円筒形状の小突起２５１〜２５４が突出している。このうちの図で左側の２つの小突起２５２、２５４は、第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６が回転軸２０３を中心として回転してプルイン現象を発生させたとき、下部電極を兼ねたシリコン基板２１５に局部的に接触するために設けられている。右側の２つの小突起２５１、２５３は矩形開口部２１８の上に存在するので、この役割は有していない。これらの小突起２５１、２５３は回転軸２０３に対するモーメントを左右対称にするためのものであり、これについて問題が生じないような場合には省略可能である。
【００３９】
なお、この図１では層構造を分りやすくするために、第１のアクチュエータ２０５の手前側（電源２１７を示している側）のシリコン基板２１５を適宜切除して図解している。
【００４０】
図２は、本実施例のＭＥＭＳ素子の平面構造を表わしたものである。ＭＥＭＳ素子２０１の上部電極に相当する部分は、ミラー部２０２と、回転軸２０３（図１）に沿ってミラー部２０２の両側から伸び出した第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６と、これらから回転軸２０３に沿って伸びた第１および第２のトーションスプリング２０７、２０８と、これら第１および第２のトーションスプリング２０７、２０８を固定する第１および第２の固定部２０９、２１０で構成されている。第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６の左右の側部には小突起２５１〜２５４が設けられている。
【００４１】
図３および図４は、このＭＥＭＳ素子の図２におけるＡ−Ａ方向に切断した端面を示したものである。この切断面は２つの突起２５３、２５４の中央を切断する面である。このうち図３は上部電極を構成する第１のアクチュエータ２０５と下部電極を構成するシリコン基板２１５に、図１に示した電源２１７から電圧を印加していない状態、すなわち無バイアス状態を示している。この状態で第１のアクチュエータ２０５はシリコン基板２１５の上面とほぼ平行となっている。
【００４２】
図４は、これに対して上部電極を構成する第１のアクチュエータ２０５と下部電極を構成するシリコン基板２１５に、図１に示した電源２１７から過度の電圧が印加された状態を示している。図１に示した第２のトーションスプリング（ヒンジ部）２０８が印加電圧により回転してプルイン現象を生じている。これにより半円筒の小突起２５４がシリコン基板２１５の表面と接触している。
【００４３】
図５は、両電極の接触部分をシリコン基板の上面と垂直方向に切断して拡大したものである。この図には示していないが、第１のアクチュエータ２０５の側部２０５Ａに小突起２５４がない状態では、側部全長が線状あるいは帯状にシリコン基板の上面２１５Ａと接触することになる。第１の実施例では図５に示したように小突起２５４の先端のみがシリコン基板の上面２１５Ａと接触するので、接触面積が大幅に減少する。これにより上部電極と下部電極の間の電圧の印加を解除したり印加電圧を十分低下させることにより、第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６を図３に示す電圧の印加されていない初期状態に戻すことができる。
【００４４】
ところで、第１の実施例では図１および図２に示したような構造のＭＥＭＳ素子２０１でプルイン現象に対する対策を説明しているが、第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６の形状等が異なれば、この現象の現われる状況も異なってくる。そこで本発明の適用される範囲を考察する意味でも各種の形状に対するプルイン現象の考察を行ってみる。
【００４５】
図６は、図１および図２に示したような構造のＭＥＭＳ素子でアクチュエータの幅を各種設定した場合の駆動特性を示したものである。この図で横軸は、上部電極と下部電極の間の印加電圧としての駆動電圧を示したものであり、縦軸は第１および第２のアクチュエータの回転角を表わしている。また、図７は図６で示した各特性のアクチュエータの形状を示したものである。図６で第１の曲線２６１は、図７（ａ）に示すように第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６の幅Ｗ１（回転軸と直交する方向の長さ）が１４１μｍの場合の特性を表わしている。また、第２の曲線２６２はこの幅Ｗ２が図７（ｂ）に示すように同図（ａ）の場合よりも少し狭い１００μｍの場合の特性を表わしている。この幅Ｗ２は、第１の実施例で用いられているものと同一である。第３の曲線２６３はこの幅Ｗ３が図７（ｃ）に示すように第１の実施例の場合よりも狭い７０μｍの場合の特性を表わしている。これら第１および第２のアクチュエータの回転軸方向の長さは共に５００μｍである。第４の曲線２６４は図７（ｄ）に示すようにアクチュエータの幅が回転軸方向に２５０μｍごとに２段階に変化しており、短い幅Ｗ４の方が７０μｍで、長い幅Ｗ５の方が１４１μｍとなっている。
【００４６】
第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６として図７（ａ）〜（ｄ）に示した各種の形状のものを用意して、これらについて駆動電圧が０Ｖ（ボルト）から次第に高くなっていく場合を図６と共に考察する。一般に第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６の両側部の形状は回転軸２０３（図１参照）に対して単に対称となっているだけでなく、更に回転軸２０３からすべて等距離となるようにその側壁を配置していることが、アクチュエータの効率という点では好ましい。この観点からは図７（ａ）〜（ｄ）の形状の中で図７（ａ）〜（ｃ）の形状が勝ることになる。
【００４７】
図１に示した電源２１７の印加電圧を０Ｖから上昇させていくと、第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６はこれに応じて図１で示した矢印２０４方向に回転していく。すでに説明した通り、上部電極と下部電極の間隔（電極間距離）がある値以下になるとプルイン現象が発生し、第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６は制動が効かなくなったように一気に回転して、両電極が接触する。一般にプルイン現象が発生する電極間距離は、第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６が回転軸２０３に対して対称形となっている場合、初期のギャップ（図１における間隔ｄ）の３分の１程度であるといわれている。
【００４８】
電圧を印加し始めた初期の段階で、図７（ａ）〜（ｄ）に示した各種の形状の第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６はほぼ一致した駆動特性を示す。電圧が更に印加されて第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６の回転角θが増加していくと、図６の第１の曲線２６１で示す最も長い幅Ｗ１のアクチュエータの方が回転によってその端部が最も早く下部電極に近づくので、トルクが大きくなる。この結果として第１の曲線２６１で示すアクチュエータが印加電圧の最も低い段階で回転角を早期に増加させるが、駆動電圧が約３Ｖで回転角が約０．３（ｄｅｇ）に達した時点でプルイン現象を発生させる。
【００４９】
一方、図６の第３の曲線２６３で示す最も短い幅Ｗ３のアクチュエータの場合には、回転によってその端部が最も遅く下部電極に近づくので、トルクが小さくなる。この結果として第３の曲線２６１で示すアクチュエータは印加電圧が１番高くなるまで回転角を増加させていき、駆動電圧が約９Ｖで回転角が約０．７（ｄｅｇ）に達した時点でプルイン現象を発生させる。
【００５０】
したがって、第１の曲線２６１で示す最も長い幅Ｗ１のアクチュエータの場合には、印加電圧が０Ｖからプルイン現象を発生させるまでの電圧範囲が狭く、かつこの間での回転角が少ないため、駆動電圧に対応させてミラー部２０２（図１）の傾斜角の制御を行おうとすると、非常に扱いにくいデバイスとなる。また、第３の曲線２６３で示す最も短い幅Ｗ３のアクチュエータの場合には回転角の制御範囲が広くなるので扱いは容易となるが、ＭＥＭＳ素子２０１を低電圧駆動しようとすると、低電圧領域では十分な回転角の制御を行うことができず、この点で問題が発生する。以上より、アクチュエータの効率と扱いやすさの関係からは、図７（ａ）〜（ｄ）に示す各種アクチュエータの形状の中で同図（ｂ）に示すものが一番適切である。
【００５１】
次に、プルイン現象が発生したときの上部電極と下部電極との接触について考察する。アクチュエータが図７（ａ）〜（ｃ）に示すように回転軸２０３（図１）に対して左右に完全に等距離の側部を有しているとき、すなわち左右の側部が完全に直線状となりかつ回転軸２０３と平行となっているときには、プルイン現象が発生したときの上部電極と下部電極の接触面積が最大となる。上部電極を構成するアクチュエータの一方の側部全域が下部電極としてのシリコン基板２１５（図１）の上面と接触するからである。これにより、電圧の印加が解除されたり印加電圧が減少した場合に、先に説明した原因で両者が密着して離れにくくなるからである。図７（ｄ）で示したアクチュエータの形状では、プルイン現象が発生したときの上部電極と下部電極の接触の長さを図７（ａ）〜（ｃ）に示した例よりも半分に抑えることができるので、離れにくさの程度が改善されることが認められた。
【００５２】
そこで第１の実施例では更に一歩進めて、図１および図２に示したように第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６の両側部に断面の半径が５μｍ程度の微小な半円筒の小突起２５１〜２５４を設けることにした。これにより、図５で示したように上部電極と下部電極の密着を大幅に軽減できる。すなわち、図７（ｄ）に示す形状よりも小突起２５１〜２５４を設けた本実施例の第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６の方が、効率の点からも密着後の離れやすさの点からも最も適切な形状となる。
【００５３】
小突起２５１〜２５４は本実施例のように断面の形状が半円形に限定されるものではない。たとえば断面の形状が三角形であってもよい。また、経年変化に対する変形を防止したり、接触部分にある程度の強度を持たせたい場合には断面が長方形や台形となっていてもよい。小突起２５１〜２５４のこのような形状およびサイズは、図１および図２に示した第１および第２のトーションスプリング２０７、２０８の剛性あるいはバネの復元力を考慮して設計すればよい。たとえば断面が半円や三角形のように接触が点に近い形で行われる形状は、低電圧駆動等の要請で第１および第２のトーションスプリング２０７、２０８によるバネの復元力が比較的弱い場合に有効である。反対に断面が長方形や台形のように接触が比較的短い線に近い形で行われる形状は、駆動力の大きなＭＥＭＳ素子でアクチュエータと下部電極が比較的大きな力で衝突する場合に有効である。
【００５４】
図８は、第１の実施例のＭＥＭＳ素子をバルクマイクロマシニングによって製造するプロセスを示したものである。まず、同図（ａ）に示すようにシリコン基板２１５と中間層２４１および上部電極層２４２がそれぞれ所望の厚さとなった３層構造のウエハ２４３を用意する。ここでシリコン基板２１５と上部電極層２４２は共にシリコン（Ｓｉ）にボロン（Ｂ）やリン（Ｐ）等の不純物をドープして導体としたものである。中間層２４１はシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）である。このうち、上部電極層２４２は、図１等で説明したミラー部２０２、第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６、第１および第２のトーションスプリング２０７、２０８ならびに第１および第２の固定部２０９、２１０が形成される層である。中間層２４１は、図１に示した間隔ｄに対応する厚さとなっている。第１の実施例ではシリコン基板２１５の厚さは３００〜８００μｍ、中間層２４１の厚さは０．５〜５μｍ、上部電極層２４２の厚さは１０〜５０μｍのものを使用する。
【００５５】
次に、同図（ｂ）に示すようにフォトリソグラフィとエッチングによって上部電極層２４２のパターンを作成する。フォトリソグラフィとエッチングによるパターンの作成については、従来から用いられている手法なので図示および説明を省略する。この処理で図１等で説明したミラー部２０２、第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６、第１および第２のトーションスプリング２０７、２０８、第１および第２の固定部２０９、２１０ならびに開口２１２が形成される。第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６における図１および図２で示した小突起２５１〜２５４もこのとき同時に形成されることになる。なお、図８では上部電極層２４２の詳細な図示は省略している。
【００５６】
次に、同図（ｃ）に示すようにシリコン基板２１５側からフォトリソグラフィとエッチングを行い、図１に示したミラー部２０２に対応する円形開口部２１６や、この図５には示していない矩形開口部２１８を作成する。このときには、必要に応じてウエハ２４３の表裏を反転させて処理を行うことになる。
【００５７】
最後に、同図（ｄ）に示すように中間層２４１を除去する。ただし、図１および図２に示した第１および第２の固定部２０９、２１０の部分は中間層２４１と上部電極層２４２で構成されているので、エッチングの時間を調整することでこの部分の中間層２４１は残存する。なお、以上の工程の後で、あるいは途中にミラー部２０２に対して金を蒸着あるいはスパッタリングしてミラー面を形成する。
【００５８】
以上説明した第１の実施例ではＳＩＯを用いたバルクマイクロマシニングを使用してＭＥＭＳ素子２０１を製造したので、表面マイクロマシニングと比べて簡単な工程となり、コストダウンを図ることができる。しかもＳＩＯを用いた場合、構造体が結晶シリコンとなるため、ミラー等の光学部品を高い品質で製造することができる。更に表面マイクロマシニングと比べて上部電極層２４２を厚く形成することができるので、図１に示したように第１および第２のトーションスプリング２０７の長手方向をこれと直交する方向に比べて厚くすることができ、低電圧駆動を行う場合にも特に補強を行うことなく衝撃に対する耐性を十分持たせることができる。また、構造上、回転軸２０３の方向の耐衝撃性が高いので、結果的にすべての方向に対する耐衝撃性を高めることができる。
【００５９】
また、第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６は第１および第２のトーションスプリング２０７、２０８に対して対称形となり、回転軸２０３の両側に開口２１２を均等に配置している。更に小突起２５１〜２５４も回転軸２０３に対して左右対称に配置している。このため、回転軸２０３に対して質量のモーメントが完全に対称形となり、第１および第２のトーションスプリング２０７、２０８が特定方向に余計に回転してねじ切れるのを効果的に防止することができる。更に第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６のほぼ全面に開口２１２が配置されているので、エッチング液の染み込みを均一に行えると共に空気の粘性抵抗の低減も回転軸２０３を中心にバランスよく行うことができる。更に、小突起２５１〜２５４は、図８（ｂ）の工程で形成されるのでこのために工程が複雑化されることはない。しかもフォトリソグラフィの際のパターンを微細に変更するのみで小突起２５１〜２５４の形状やサイズを各種変更することができる。
【００６０】
＜第２の実施例＞
【００６１】
図９は本発明の第２の実施例におけるＭＥＭＳ素子の平面構造を表わしたものである。図９で図２と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。第２の実施例のＭＥＭＳ素子２０１Ａは、図２に示した第１の実施例のＭＥＭＳ素子の第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６に存在した小突起２５１〜２５４が存在しない。この代わりに第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６は、それらの約５００μｍの全長にわたって蒸着あるいはスパッタリングによって金あるいは他の金属による薄膜４０１が形成されている。ミラー部２０２の部分には同様に金等の薄膜が形成されるので、これと同時に第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６に対しても金属による薄膜４０１を形成するものであってもよい。
【００６２】
なお、図９に示した第２の実施例のＭＥＭＳ素子２０１Ａではミラー部２０２、第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６、第１および第２の固定部２０９Ａ、２１０Ａと共に、これらと所定の間隔を置いてストッパ部４０２が、下部電極を構成するシリコン基板２１５の上に上部電極として配置されている。ストッパ部４０２は、ミラー部２０２ならびに第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６が外力によって紙面と平行で回転軸と直交する方向に移動する力を与えられたとき、これらの移動範囲を制限するストッパとしての役割を果たすようになっている。
【００６３】
図１０は、第２の実施例のＭＥＭＳ素子をＣ−Ｃ方向に切断した端面の構造を示したものである。第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６はそれらの厚さが１０〜５０μｍ程度と非常に薄い。このためこれらの上に金属による薄膜４０１が形成されると、成膜時に生じる応力によって第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６が所定の曲率で湾曲し、回転軸２０３方向の異なった２点で第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６の厚さ方向に反りを発生させる。反りの量は、回転軸２０３方向の全長がそれぞれ５００μｍの第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６で０．１μｍ程度である。もちろん、第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６（上部電極）とシリコン基板２１５（下部電極）との間は電圧が印加されていない状態でたとえば４μｍ程度の隙間があるので、この反りは第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６の回転に何らの障害も与えない。
【００６４】
この第２の実施例のＭＥＭＳ素子２０１Ａでは、印加電圧によって第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６が回転を開始すると、これらの側部がシリコン基板２１５の上面に次第に近づくことになる。そして、プルイン現象が発生すると、第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６はその反りによって、ミラー部２０２の下に開いた円形開口部２１６に面したシリコン基板２１５の上端部４１１、４１２と点接触することになる。すなわち、第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６は、シリコン基板２１５の上面とそれぞれ１箇所で点接触した状態で静止する。このため、上部電極と下部電極の接触面積は第１の実施例と同様に小さなものとなり、密着した後の両者が離れやすくなる。
【００６５】
この第２の実施例のＭＥＭＳ素子２０１Ａは、フォトリソグラフィ時のパターンが第１の実施例のＭＥＭＳ素子２０１と若干異なるのと、第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６に対しても金属膜を形成する点で異なる以外は製造プロセスで異なるところがない。したがって、製造プロセスについての図示および説明は省略する。
【００６６】
＜第３の実施例＞
【００６７】
図１１は、本発明の第３の実施例として第１の実施例のＭＥＭＳ素子を光減衰器に応用した例を示したものである。この光減衰器５０１は、減衰を行う光を入射する第１の光ファイバ５０２と減衰後の光を射出する第２の光ファイバ５０３のそれぞれ端部近傍を収容するキャピラリ５０４を備えている。このキャピラリ５０４における第１および第２の光ファイバ５０２、５０３の端部側にはレンズホルダ５０５が接続されている。第１の光ファイバ５０２から射出された光は、このレンズホルダ５０５内を進行して非球面レンズ５０６に入射し、前方に配置されたＭＥＭＳ素子２０１のミラー部２０２に入射する。
【００６８】
このミラー部２０２と下部電極を兼ねたシリコン基板２１５の間には電圧制御部５０８から出力電圧が印加されるようになっている。この出力電圧は所定範囲で連続的にその値を変化させることができるようになっており、この電圧変化によってミラー部２０２の傾斜角が０度（水平）から所定の角度まで変化するようになっている。
【００６９】
電圧制御部５０８による印加電圧を連続的に変化させ、ミラー部２０２の傾斜角をこれに応じて変化させると、レンズホルダ５０５の非球面レンズ５０６から出射しミラー部２０２で反射された光は、非球面レンズ５０６に入射する量および入射角を連続的に変化させる。この結果、非球面レンズ５０６に戻った光のうちで第２の光ファイバ５０３に結合する光の量が連続的に変化することになる。したがって、光減衰器５０１は電圧制御部５０８の出力電圧に応じて光の減衰量を変化させることができる。
【００７０】
このような連続的な光の減衰制御の代わりに、電圧制御部５０８から電圧が２値のいずれかとなったオン・オフ制御信号を出力することで、たとえば第２の光ファイバ５０３に入射する光を第１の光ファイバ５０２から出射された光のほぼ１００パーセントの状態とほぼ０パーセントの状態に切り換えることができる。これにより、図９に示したデバイスを光スイッチとして動作させることができる。
【００７１】
＜第４の実施例＞
【００７２】
図１２は、本発明の第４の実施例として第１の実施例のＭＥＭＳ素子を光スキャナに応用した例を示したものである。この光スキャナ５５１の一部を構成する光ファイバ５５２から射出された光は、コリメータレンズ５５３によって平行光にされて、図１あるいは図２に示したＭＥＭＳ素子２０１のミラー部２０２に入射する。このミラー部２０２と下部電極を兼ねたシリコン基板２１５の間には電圧制御部５５４から出力電圧が印加されるようになっている。この出力電圧はその値がサイン波状あるいは鋸歯状等種々の波形で周期的に変化するようになっており、これによるミラー部２０２の傾斜角の周期的な変化で反射光５５５が矢印５５６に示すように方向を周期的に変える。したがって、この反射光５５５を用いた光学的なスキャンが可能になる。
【００７３】
以上、各実施例ではＭＥＭＳ素子をＳＯＩを用いたバルクマイクロマシニングで実現する例を説明したが、最終的に同一の構造のＭＥＭＳ素子を他の周知のプロセスで作製した物に対しても本発明を適用することができることは当然である。また、第２の実施例では第１および第２のアクチュエータ２０５、２０６に金属膜を蒸着あるいはスパッタリングしたが、樹脂等の他の材料の薄膜を形成しても同様の効果を得ることができることは当然である。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、一部箇所で他の箇所よりも回転軸からの距離が長くなるような側壁部分を備えた側壁を有するアクチュエータを用意し、この側壁部分が導電性の基板と接触するようにしたので、アクチュエータの側部全部が基板と接触する事態を避けて、両者の密着力を弱めるようにすることができ、基板とアクチュエータの間の駆動電圧の印加停止や印加電圧の低下によってアクチュエータはヒンジ部材の復元力によって比較的簡単に元の回転位置に戻ることができる。
【００７５】
また請求項２記載の発明によれば、アクチュエータの側部から回転軸と遠ざかる方向に突起部を突出するように配置しておいて、この突起部が導電性の基板と接触するようにし、アクチュエータの側部全部が基板と接触する事態を避けて、両者の密着力を弱めるようにしたので、基板とアクチュエータの間の駆動電圧の印加停止や印加電圧の低下によってアクチュエータはヒンジ部材の復元力によって比較的簡単に元の回転位置に戻ることができる。しかも、アクチュエータの形状を突起部を備えるように一部変更するだけでよいので、製造が容易であるという利点がある。
【００７６】
更に、請求項３記載の発明によれば、アクチュエータの一方の面に所定膜を成膜してその過程でこの膜の厚さ方向に所定の反りを発生させ、アクチュエータが回転軸を中心として回転するときにこの反った箇所が導電性の基板と接触するようにし、アクチュエータの側部全部が基板と接触する事態を避けて、両者の密着力を弱めるようにしたので、基板とアクチュエータの間の駆動電圧の印加停止や印加電圧の低下によってアクチュエータはヒンジ部材の復元力によって比較的簡単に元の回転位置に戻ることができる。しかも、アクチュエータの一方の面に成膜するだけでよいので、製造が容易であるという利点がある。
【００７７】
また請求項４記載の発明によれば、突起部は回転軸を中心とした対称位置に互いに対称となる形状で配置されているので、回転軸に対するモーメントを左右対称にすることができ、外部からの加速度でヒンジ部材が特定方向に余計に回転してねじ切れるのを防ぐことができる。
【００７８】
更に請求項５記載の発明によれば、請求項１記載のＭＥＭＳ素子を使用して光減衰器、光スイッチ、光スキャナ等の光デバイスを製作することができるので、アクチュエータがプルイン現象を発生させたような場合にも光デバイスを信頼性よく作動させることができ、プルイン現象を生じないように特別の回路を設ける必要がないのでデバイスの設計が容易になり、コストダウンも図ることができる。
【００７９】
また請求項６記載の発明によれば、請求項２記載のＭＥＭＳ素子を使用して光減衰器、光スイッチ、光スキャナ等の光デバイスを製作することができるので、アクチュエータがプルイン現象を発生させたような場合にも光デバイスを信頼性よく作動させることができ、プルイン現象を生じないように特別の回路を設ける必要がないのでデバイスの設計が容易になり、コストダウンも図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例におけるＭＥＭＳ素子の要部斜視図である。
【図２】第１の実施例のＭＥＭＳ素子の要部を上から見た平面図である。
【図３】図２でＭＥＭＳ素子に電圧を印加していない状態におけるＡ−Ａ方向に切断した端面図である。
【図４】図２でＭＥＭＳ素子がプルイン現象を生じた状態におけるＡ−Ａ方向に切断した端面図である。
【図５】第１の実施例で両電極の接触部分をシリコン基板の上面と垂直方向に切断して拡大した端面図である。
【図６】アクチュエータの幅を各種設定した場合の駆動特性を示した特性図である。
【図７】図６で示した各特性のアクチュエータの形状を示した平面図である。
【図８】第１の実施例のＭＥＭＳ素子をバルクマイクロマシニングによって製造するプロセスを示した説明図である。
【図９】本発明の第２の実施例のＭＥＭＳ素子の要部を上から見た平面図である。
【図１０】図９でＭＥＭＳ素子に電圧を印加していない状態におけるＣ−Ｃ方向に切断した端面図である。
【図１１】本発明の第３の実施例として第１の実施例のＭＥＭＳ素子を光減衰器に応用した例を示した概略構成図である。
【図１２】本発明の第４の実施例として第１の実施例のＭＥＭＳ素子を光スキャナに応用した例を示した概略構成図である。
【図１３】従来ＳＯＩプロセスを使用して製造されたＭＥＭＳ素子の平面および断面を示した図である。
【図１４】表面マイクロマシニングにより従来製造されたＭＥＭＳ素子の平面および断面を示した図である。
【図１５】上部電極の一端が下部電極と接触した状態の一例を表わした拡大断面図である。
【符号の説明】
２０１、２０１Ａ  ＭＥＭＳ素子
２０２  ミラー部（上部電極）
２０３  回転軸
２０５、２０６  アクチュエータ（上部電極）
２０７、２０８  トーションスプリング（ヒンジ部）
２０９、２０９Ａ、２１０、２１０Ａ  固定部
２１５  シリコン基板（下部電極）
２１７  電源
２５１〜２５４  小突起
４０１  薄膜
５０１  光減衰器（光スイッチ）
５０８、５５４  電圧制御部
５５１  光スキャナ
Ｗ  アクチュエータの幅
【図１】
2004264703.tif 000003
【図２】
2004264703.tif 000004
【図３】
2004264703.tif 000005
【図４】
2004264703.tif 000006
【図５】
2004264703.tif 000007
【図６】
2004264703.tif 000008
【図７】
2004264703.tif 000009
【図８】
2004264703.tif 000010
【図９】
2004264703.tif 000011
【図１０】
2004264703.tif 000012
【図１１】
2004264703.tif 000013
【図１２】
2004264703.tif 000014
【図１３】
2004264703.tif 000015
【図１４】
2004264703.tif 000016
【図１５】
2004264703.tif 000017