(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に架設された梁体を回転軸として回動変位する平板部材を含み、該平板部材の上面が光学反射性のミラー部として機能する可動部材と、
前記平板部材における前記回動軸に対称な位置に一対で設けられた可動電極と、
前記可動部材の機械的変位が可能となる軌道範囲外に配置され、電圧印加により前記可動電極と協働して前記可動部材を変位駆動させる固定電極とを備え、
前記可動電極には前記可動部材の回動変位する方向に延びる第１の対向導電面が設けられ、前記固定電極には、前記可動部材の回動変位時に前記第１の対向導電面と対向しつつ前記第１の対向導電面に生じる静電吸引力を増加せしめる第２の対向導電面が設けられ、前記第１の対向導電面及び前記第２の対向導電面が前記回転軸に対して平行する面であることを特徴とする光変調素子。
【請求項２】
前記第１の対向導電面及び前記第２の対向導電面がともに平坦面であることを特徴とする請求項１に記載の光変調素子。
【請求項３】
前記第１の対向導電面及び前記第２の対向導電面がともに前記可動部材の回動方向に沿って湾曲する曲面であり、前記第２の対向導電面が一対の導電部からなり、前記一対の導電部が前記可動部材の回動方向に並べて設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光変調素子。
【請求項４】
前記基板上には、前記可動電極に静電気力を作用せしめる補助電極が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の光変調素子。
【請求項５】
前記基板上には、前記可動電極と同電位に調整可能なシールド電極が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の光変調素子。
【請求項６】
基板と、前記基板上に架設された梁体を回転軸として回動変位する平板部材を含み、該平板部材の上面が光学反射性のミラー部として機能する可動部材と、前記平板部材における前記回動軸に対称な位置に一対で設けられた可動電極と、該可動部材の機械的変位が可能となる軌道範囲外に配置され、電圧印加により前記可動電極と協働して前記可動部材を変位駆動させる固定電極とを備え、
前記可動電極には前記可動部材の回動変位する方向に延びる第１の対向導電面が設けられ、前記固定電極には、前記可動部材の回動変位時に前記第１の対向導電面と対向しつつ前記第１の対向導電面に生じる静電吸引力を増加せしめる第２の対向導電面が設けられ、前記第１の対向導電面及び前記第２の対向導電面が前記回転軸に対して平行する面であることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項７】
基板と、前記基板上に架設された梁体を回転軸として回動変位する平板部材を含み、該平板部材の上面が光学反射性のミラー部として機能する可動部材と、前記平板部材における前記回動軸に対称な位置に一対で可動部材と、前記平板部材における前記回動軸に対称な位置に一対で設けられた可動電極と、該可動部材の機械的変位が可能となる軌道範囲外に配置され、電圧印加により前記可動電極と協働して前記可動部材を回動変位駆動させる固定電極とを備え、前記固定電極には、前記可動部材の回動変位時に前記第１の対向導電面と対向する第２の対向導電面が設けられ、前記第１の対向導電面及び前記第２の対向導電面が前記回転軸に対して平行する面であるアクチュエータの駆動方法であって、
前記可動部材の変位駆動時に、前記可動電極に前記可動部材の変位する方向に延設された前記第１の対向導電面と前記第２の対向導電面とを対向させるように両者の間に作用する静電吸引力を増加させることを特徴とするアクチュエータの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトリソグラフィ工程に使用されるオンデマンドのデジタル露光ヘッド、デジタル露光ヘッドによる画像形成装置、プロジェクタ等の投影表示装置、ヘッドマウントディスプレイ等のマイクロディスプレイ装置などに搭載される光変調素子および微小機械を変位させるアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光変調素子として、例えば、１０〜２０ミクロン四方程度の可動マイクロミラーを備え、このマイクロミラーがアドレス回路上に形成され、光変調素子アレイによって表示される画像の一画素を形成し、２つの位置のうち一方の位置で、入射光を投射レンズに反射し、他方の位置で入射光を光アブソーバーに偏向するものがある。
【０００３】
上記の光変調素子としては、例えば、下記の特許文献１に記載されているものがある。これら光変調素子は、ヨークによって支持されたミラー素子が、ミラーアドレス電極との間に生じる静電気力によりミラー素子が回転することで、反射される入射光の方向を偏向している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２４２３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に示される光変調素子は、アドレス電極とヨークとが同一平面に配置されているため、各電極の面積が小さくなり、画素ミラーとアドレス電極とに働く静電気力及びヨークとアドレス電極とに働く静電気力がいずれも小さくなり、ミラーの変位駆動の高速化を図る点で改善の余地があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、高速応答性に優れた光変調素子、アクチュエータ及びアクチュエータの駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記目的は、基板と、
前記基板上に架設された梁体を回転軸として回動変位する平板部材を含み、該平板部材の上面が光学反射性のミラー部として機能する可動部材と、
前記平板部材における前記回動軸に対称な位置に一対で設けられた可動電極と、
前記可動部材の機械的変位が可能となる軌道範囲外に配置され、電圧印加により前記可動電極と協働して前記可動部材を変位駆動させる固定電極とを備え、
前記可動電極には前記可動部材の回動変位する方向に延びる第１の対向導電面が設けられ、前記固定電極には、前記可動部材の回動変位時に前記第１の対向導電面と対向しつつ前記第１の対向導電面に生じる静電吸引力を増加せしめる第２の対向導電面が設けられ、前記第１の対向導電面及び前記第２の対向導電面が前記回転軸に対して平行する面であることを特徴とする光変調素子によって達成される。
【０００８】
本発明の光変調素子は、電圧駆動制御により固定電極に電圧を印加して該固定電極と可動部材に設けられた可動電極との電位差を生じさせると、可動電極と固定電極との間に静電気力が発生し、例えば、光反射性を有するミラー部などの光学機能を備えた可動部材が、この静電気力を駆動力とすることによって基板に対して変位する構成である。
【０００９】
ここで、可動電極と固定電極には、それぞれ第１の対向導電面と第２の対向導電面が設けられているため、これら面同士の間で電場の集中が起こり、可動電極を固定電極側にひきつけようとする静電吸引力が増加する。このため、可動部材の変位駆動時に固定電極に電圧を印加すると、第１の対向導電面と第２の対向導電面との間の静電吸引力に応じて可動部材が変位駆動するときの駆動力が大きくなり、可動部材の変位する速度が上がる。したがって、本発明の光変調素子は高速応答性を向上させることができる。
【００１１】
上記光変調素子は、第１の対向導電面及び第２の対向導電面がともに平坦面であることが好ましい。
こうすれば、第１の対向導電面及び第２の対向導電面に生じる静電気力をより効率良く増加させることができる。
【００１２】
上記光変調素子は、第１の対向導電面及び第２の対向導電面がともに可動部材の回動方向に沿って湾曲する曲面であり、第２の対向導電面が一対の導電部からなり、一対の導電部が可動部材の回動方向に並べて設けられていることが好ましい。
こうすれば、各固定電極における一対の導電部のうち、変位する方向の導電部をそれぞれ電圧駆動制御することで、可動部材が梁体を回転軸として回動方向両側に変位可能であるうえ、可動部材には各固定電極の第２の対向導電面の両方から静電吸引力がかかるため、より大きい回転トルクを得ることができる。このため、双方向駆動の光変調素子についても高速応答性を実現することができる。また、可動部材の変位後において、各固定電極の第２の対向導電面から作用する静電吸引力によって可動部材が変位後の位置を保持する静止力もより一層増加させることができる。
【００１３】
上記光変調素子において、基板上には、可動電極に静電気力を作用せしめる補助電極が設けられていることが好ましい。
こうすれば、補助電極によって、可動電極にかかる静電吸引力を大きくすることで、光変調素子の高速応答性をより一層向上させることができるうえ、変位後の可動部材を静止させる静止力も増加させることができる。
【００１４】
上記光変調素子において、基板上には、可動電極と同電位に調整可能なシールド電極が設けられていることが好ましい。
こうすれば、シールド電極によって光変調素子に及ぼす周囲の不要な電界を遮蔽することが可能となり、例えば光変調素子を２次元又は３次元に配列してなる光変調素子アレイとした場合に、他の光変調素子からの静電気力に作用されて、可動部材が不適切に変位することを防止することができ、光変調素子の駆動動作がより一層正確に行うことができる。
【００１５】
また、本発明はアクチュエータに適用することができ、具体的には、基板と、前記基板上に架設された梁体を回転軸として回動変位する平板部材を含み、該平板部材の上面が光学反射性のミラー部として機能する可動部材と、前記平板部材における前記回動軸に対称な位置に一対で設けられた可動電極と、該可動部材の機械的変位が可能となる軌道範囲外に配置され、電圧印加により前記可動電極と協働して前記可動部材を変位駆動させる固定電極とを備え、
前記可動電極には前記可動部材の回動変位する方向に延びる第１の対向導電面が設けられ、前記固定電極には、前記可動部材の回動変位時に前記第１の対向導電面と対向しつつ前記第１の対向導電面に生じる静電吸引力を増加せしめる第２の対向導電面が設けられ、前記第１の対向導電面及び前記第２の対向導電面が前記回転軸に対して平行する面であることを特徴とするアクチュエータとすることができる。
こうすれば、高速応答性に優れたアクチュエータを提供することができる。
【００１６】
さらに、本発明は、上記アクチュエータの駆動方法に適用することができ、具体的には、基板と、前記基板上に架設された梁体を回転軸として回動変位する平板部材を含み、該平板部材の上面が光学反射性のミラー部として機能する可動部材と、前記平板部材における前記回動軸に対称な位置に一対で可動部材と、前記平板部材における前記回動軸に対称な位置に一対で設けられた可動電極と、該可動部材の機械的変位が可能となる軌道範囲外に配置され、電圧印加により前記可動電極と協働して前記可動部材を回動変位駆動させる固定電極とを備え、前記固定電極には、前記可動部材の回動変位時に前記第１の対向導電面と対向する第２の対向導電面が設けられ、前記第１の対向導電面及び前記第２の対向導電面が前記回転軸に対して平行する面であるアクチュエータの駆動方法であって、
前記可動部材の変位駆動時に、前記可動電極に前記可動部材の変位する方向に延設された前記第１の対向導電面と前記第２の対向導電面とを対向させるように両者の間に作用する静電吸引力を増加させることを特徴とするアクチュエータの駆動方法とすることができる。
こうすれば、アクチュエータを駆動させる場合に、このアクチュエータの変位動作の速度を高速化することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高速応答性に優れた光変調素子、アクチュエータ及びアクチュエータの駆動方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明にかかる光変調素子の第１の実施形態を示す斜視図である。図２は、光変調素子の形状、および寸法を説明するための説明図である。図３は、図１に示す光変調素子のＡ−Ａ矢視図における断面図である。図４は、図３に示す光変調素子を変位させた状態を示す図である。
【００１９】
光変調素子１０は、基板１１と、該基板１１上で回転変位可能に架設された可動部材１４と、可動部材１４を支持する支持部１９と、基板１１上に設けられた固定電極１２，１３とを備えている。
【００２０】
基板１１は、所定の厚さを有する板体であり、一方の面（図１中の上面）に長方体形状の固定電極１２，１３が固定されている。本実施形態の光変調素子１０において、固定電極１２，１３が対になるように設けられている。
【００２１】
可動部材１４は、固定電極１２，１３同士の間において、基板１１に設けられた一対の支持体１９に支持されて固定電極１２，１３と非接触となるように架設されている。可動部材１４は、上面に平坦部を有する長方体の支持板１６と、該支持板１６の周縁辺のうち対向する２つの縁辺それぞれに垂直、且つ互いに平行に形成された一対の板体である可動電極１７Ａ，１７Ｂと、支持板１６の中心（一対の可動電極１７Ａ，１７Ｂの中央）を通り、他の２つの縁辺から側方に突設された梁体１５とからなり、導電性材料により一体に形成されている。
【００２２】
導電性材料をアルミニウムなどの金属で構成した場合、支持板１６の平坦部（図１中の上面）は光学機能としての光学反射性を有し、ミラー部１８として機能する。
【００２３】
可動部材１４は、駆動力を加えられることによって梁体１５を捩れの軸としつつ、この軸を回転軸Ｓとして矢印Ｄ１，Ｄ２で示す方向に回動するといった機械的変位が可能である。
【００２４】
固定電極１２，１３は、可動部材１４の機械的変位が可能となる軌道範囲外に配置され、駆動電圧制御で印加される電圧によって、可動電極１７Ａ，１７Ｂと協働して可動部材１４を変位駆動させる。固定電極１２、１３には、可動部材１４の変位駆動時に第１の対向導電面である側面１７ａ，１７ｂと略平行に対向する側面１２ａ，１３ａが設けられている。この側面１２ａ，１３ａは第２の対向導電面として機能する。
【００２５】
可動電極１７Ａ，１７Ｂには、それぞれ固定電極１２，１３に対向するように支持板１６の固定電極１２，１３側端部から支持板１６に対して垂直に立設された側面１７ａ，１７ｂが設けられている。本実施形態において、可動電極１７Ａ，１７Ｂの側面１７ａ，１７ｂが第１の対向導電面として機能する。
【００２６】
可動部材１４を支持する支持部１９が、導電性材料で形成されている場合、可動部材１４と支持部１９とは電気的に接続されているので、可動部材１４の電位を制御するとき、基板１１に形成された駆動回路（図示せず）の出力は、支持部１９を介して可動部材１４に供給することが可能となり、構造の簡素化が図られる。
【００２７】
尚、可動電極１７Ａ，１７Ｂは、全体が導電性材料から構成されていてもよいし、側面１７ａ，１７ｂ含む、少なくとも一部がアルミ薄膜や導電性材料から構成されていてもよい。ここで、側面１７ａ，１７ｂは、本実施形態のように支持板１６に対して垂直に立設された構成に限定されず、可動部材１４の変位する方向に延設されたものであればよい。
【００２８】
次に、本実施形態における光変調素子の望ましい形状、寸法について図２に基づいて説明する。図２は光変調素子の形状、および寸法を説明するための説明図である。図２に示すように、可動部材１４の回転中心をＰとし、Ｐ点から第１の対向導電面（可動電極１７Ａの側面１７ａまたは可動電極１７Ｂの側面１７ｂ）までの距離をａ、Ｐ点から第２の対向導電面（固定電極１２の側面１２ａまたは固定電極１３の側面１３ａ）までの水平距離をｂ、基板１１の垂直線ＶＬに対する固定電極１２の側面１２ａまたは固定電極１３の側面１３ａの傾斜角度をθとする。
【００２９】
ここで、可動部材１４が図２中に破線で示すように、角度θ変位すると、側面１７ａ（第１の対向導電面）と側面１２ａ（第２の対向導電面）とのギャップｇは、（式１）により求められる。
【００３０】
ｇ＝ｂ・ｃｏｓθ−ａ      ・・・（式１）
【００３１】
ここで、実用的な低い駆動電圧（５〜５０Ｖ程度）で、可動部材１４を変位させるのに十分な静電気力を得るには、ギャップｇは、０．１μｍ〜２．０μｍとするのが好ましい。更に、実用的には０．２μｍ〜１．０μｍとするのが好ましい。
【００３２】
一方、固定電極１２の側面１２ａおよび固定電極１３の側面１３ａの傾斜角度をθは、支持板１６の上面に設けられたミラー部１８によって光を変調させる光変調素子を想定した場合、１°〜４５°程度が実用的に好ましい値であるので、Ｐ点から第１の対向導電面（側面１７ａ，１７ｂ）までの距離ａ、およびＰ点から第２の対向導電面（側面１２ａ，１３ａ）までの水平距離ｂは、第１の対向導電面（側面１７ａ，１７ｂ）と第２の対向導電面（側面１２ａ，１３ａ）とのギャップｇ、および固定電極１２，１３の側面１２ａ，１３ａの傾斜角度θを適宜決めることにより、求められる。
【００３３】
尚、第１の対向導電面（側面１７ａ、１７ｂ）の高さｃが高くなると、静電気力を発生するための面積が増加して傾斜変位時の保持力が大きくなるが、高過ぎると可動部材１４の慣性モーメントが大きくなり、高速応答性を損ねる。従って、第１の対向導電面（側面１７ａ、１７ｂ）の高さｃは、傾斜変位時の保持力および応答性の両者をバランスよく満足させる範囲で適宜最適値が決められる。
【００３４】
図３に示すように、可動電極１７Ａ，１７Ｂには駆動電極Ｖ１１，Ｖ１２がそれぞれ電気的に接続され、また、固定電極１２，１３には駆動電極Ｖ２１，Ｖ２２がそれぞれ電気的に接続されている。本実施形態の光変調素子１０は、駆動電極Ｖ１１，Ｖ２１又は／及び駆動電極Ｖ１２，Ｖ２２を駆動電圧制御することで、第１の対向導電面１７ａ，１７ｂと第２の対向導電面１２ａ，１３ａとに電位差を生じさせることができる構成である。
【００３５】
基板１１は、Ｓｉ基板上に図示しないＣＭＯＳ回路を形成し、この回路上にＳｉＯ２等からなる絶縁膜を形成する。その表面をＣＭＰなどで平坦化した後、駆動回路の出力を素子の各電極と接続するためのコンタクトホールを形成して構成される。尚、可動部材１４を支持する支持部１９が、導電性材料で形成されている場合には、駆動電極Ｖ１１，Ｖ１２を基板１１上に形成することにより、駆動電圧を支持部１９を介して可動部材１４に供給することができる。
【００３６】
次に、本実施形態の光変調素子が変位するときの動作を説明する。
光変調素子１０において、可動部材１４を図３中の矢印ｄ１及びｄ２で示す方向に可動駆動させて変位させるときには、駆動電極Ｖ１２，Ｖ２２の電圧印加により第１の対向導電面である側面１７ｂと第２の対向導電面である側面１３ａとの電位差を生じさせて、両者の間に静電気力を発生させる。すると、可動部材１４の可動電極１７Ｂには、静電気力を駆動力として固定電極１３の第２の対向導電面１３ａに向って引きつけられる静電吸引力が生じる。こうして、可動部材１４は、梁体１５の捩れの軸Ｓを回転軸として図３中矢印ｄ１及びｄ２で示す方向に駆動され、第１の対向導電面１７ｂと第２の対向導電面１３ａとの間の静電気力が最大となる位置で停止する。この結果、図４に示すように、光学機能として上面にミラー部１８が形成された可動部材１４の位置が変位する。このため、ミラー部１８に照射される入射光Ｌの反射する方向が偏向することができるようになる。
【００３７】
変位した可動部材１４の変位位置は、第１の対向導電面である側面１７ｂと第２の対向導電面である側面１３ａとの間の静電気力によって確実に保持することができる。
【００３８】
また、可動部材１４を変位前における元の位置に戻すには、駆動電極Ｖ１２，Ｖ２２の電圧印加を中止して第１の対向導電面である側面１７ｂと第２の対向導電面である側面１３ａとの電位差をなくすことで、両者の間の静電気力を消失させる。すると、可動部材１４が、梁体１５の捩じりによる応力によって図３中矢印ｄ３及びｄ４に示す方向に機械的変位し、元のように可動部材１４の支持板１６が基板１１表面に対して略平行になる。
【００３９】
一方、光変調素子１０において、可動部材１４を図３中の矢印ｄ３及びｄ４で示す方向に可動駆動させて変位させるときには、駆動電極Ｖ１１，Ｖ２１の電圧印加により第１の対向導電面である側面１７ａと第２の対向導電面である側面１２ａとの電位差を生じさせて、両者の間に静電気力を発生させる。すると、可動部材１４の可動電極１７Ａには、静電気力を駆動力として固定電極１２の第２の対向導電面１２ａに向って引きつけられる静電吸引力が生じる。こうして、可動部材１４は、梁体１５の捩れの軸Ｓを回転軸として図３中矢印ｄ３及びｄ４で示す方向に駆動され、ミラー部１８に照射される入射光Ｌの反射する方向が偏向することができるようになる。同様に、可動部材１４を変位前における元の位置に戻すには、駆動電極Ｖ１１，Ｖ２１の電圧印加を中止して第１の対向導電面である側面１７ａと第２の対向導電面である側面１２ａとの電位差をなくすことで、可動部材１４が図３中矢印ｄ１及びｄ２に示す方向に機械的変位し、元のように支持板１６が基板１１表面に対して略平行な位置になる。
【００４０】
上記実施形態のように、本発明に係る光変調素子１０は、電圧駆動制御により固定電極１２，１３に電圧を印加して該固定電極１２，１３と可動部材１４に設けられた可動電極１７Ａ，１７Ｂとの電位差を生じさせると、可動電極１７Ａ，１７Ｂと固定電極１２，１３との間に静電気力が発生し、可動部材１４がこの静電気力を駆動力とすることによってミラー部１８と共に基板１１に対して変位する構成である。
【００４１】
ここで、可動電極１７Ａ，１７Ｂと固定電極１２，１３には、それぞれ第１の対向導電面１７ａ，１７ｂと第２の対向導電面１２ａ，１３ａが設けられているため、これら面同士の間で電場の集中が起こり、可動電極１７Ａ，１７Ｂを固定電極１２，１３側にひきつけようとする静電吸引力が増加する。このため、可動部材１４の変位駆動時に固定電極１２，１３に電圧を印加すると、第１の対向導電面１７ａ，１７ｂと第２の対向導電面１２ａ，１３ａとの間の静電吸引力に応じて可動部材１４が変位駆動される際の駆動力が大きくなり、可動部材１４の変位する速度が上がる。したがって、本発明の光変調素子１０は高速応答性を向上させることができる。
【００４２】
本実施形態の光変調素子１０において、可動電極１７Ａ，１７Ｂと固定電極１２，１３とは、可動部材１４の変位時に第１の対向導電面１７ａ，１７ｂと第２の対向導電面１２ａ，１３ａとの向かい合う２つの平坦面によって静電気力を及ぼし合う位置関係にあり、第１の対向導電面１７ａ，１７ｂ及び第２の対向導電面１２ａ，１３ａに生じる静電気力をより効率良く増加させることができる。
【００４３】
次に、上記した光変調素子の作成方法について、図５に基づいて説明する。図５は光変調素子の作成過程を（ａ）から（ｈ）で説明する概略図である。
【００４４】
図５（ａ）に示すように、基板１１は、Ｓｉ基板６１上にＣＭＯＳ駆動回路（図示せず）を形成し、その上に第１のＳｉ０２絶縁膜（図示せず）を形成してその表面をＣＭＰ（化学的機械的研磨）等で平坦化した後、ＣＭＯＳ駆動回路の出力を固定電極１２，１３，および可動電極１７Ａ，１７Ｂと接続するためのコンタクトホール(図示せず)を形成して構成される。Ｓｉ基板６１の上部に第１導電膜６２であるアルミニウム（好ましくは、高融点金属を含有したアルミニウム合金）をスパッタで成膜する。
【００４５】
次に、図５（ｂ）に示すように、ポジ型レジスト膜を塗布し、グレースケールフォトマスクを使用したフォトリソグラフィにより、所望の形状を有した第１レジスト構造体６３を形成する。この第１レジスト構造体６３は、内側に所望の傾斜を有した一対の固定電極１２，１３の下半分と、梁体１５を支持する支持部１９の形状と相似な構造体である。
【００４６】
次に、図５（ｃ）に示すように、塩素系ガスによるＲＩＥドライエッチングにより、第１導電膜側面の内側に所望の傾斜を有した第１導電膜６２を形成する。即ち、第１レジスト構造体６３を第１導電膜６２の構造に転写する。ここで、第１導電膜６２は、左右の固定電極１２，１３に分離されるが、それぞれは、Ｓｉ基板６１側で駆動電極Ｖ２１，Ｖ２２にコンタクトホール（図示せず）を介して接続される。
【００４７】
次に、図５（ｄ）に示すように、犠牲層６４としてポジ型レジスト膜を塗布し、ハードベークする。ハードベークはＤｅｅｐ  ＵＶを照射しながら２００°Ｃを超える温度で行う。これにより後工程の高温プロセスにおいてもその形状を維持し、又レジスト剥離溶剤に不溶となる。また、ベーク時のリフロー効果により、下地膜の段差に依らずレジスト表面は概ね平坦となるが、更にエッチバックや研磨法を用いてレジストの上面を第１導電膜６２の高さと同じにする。この犠牲層６４は、後述する工程で除去される。従って、レジストの膜厚は、将来の基板１１上面と支持板１６下面の空隙を決定する。尚、犠牲層６４として、上記レジストの代わりに感光性ポリイミドも使用可能である。
【００４８】
そして、図５（ｅ）に示すように、第２導電膜６５として第２のアルミニウム薄膜（好ましくは、高融点金属を含有したアルミニウム合金）をスパッタで成膜する。
【００４９】
次に、図５（ｆ）に示すように、ポジ型レジストを塗布し、グレースケールフォトマスクを使用したフォトリソグラフィにより、所望の形状を有した第２レジスト構造体６６を形成する。この第２レジスト構造体６６は、内側に所望の傾斜を有した一対の固定電極１２，１３の上半分と、一対の対向電極面１７ａ，１７ｂを有した可動部１４と、梁体１５の形状と相似な構造体である。
【００５０】
そして、図５（ｇ）に示すように、塩素系ガスによるＲＩＥドライエッチングにより、第２導電膜側面の内側に所望の傾斜を有した一対の固定電極１２，１３の上半分と、一対の対向電極面１７ａ，１７ｂを有した可動部１４と、梁体１５を形成する。即ち、第２レジスト構造体６６を第２導電膜６５の構造に転写する。
【００５１】
最後に、図５（ｈ）に示すように、酸素系ガスのプラズマエッチング（アッシング）により、犠牲層６４であるレジスト層を除去して空隙Ｃを形成し、所望構造の光変調素子を形成する。
尚、本発明の主旨に沿うものであれば、構造・材料・プロセスは上記したものに限定されない。
【００５２】
（第２の実施形態）
図６、図７及び図８に、本発明にかかる第２の実施形態を示す。なお、以下に説明する実施形態において、すでに説明した部材などと同等な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。ここで、図６は、本発明にかかる光変調素子の第２の実施形態を示す斜視図である。図７は、図６に示す光変調素子のＢ−Ｂ矢視図における断面図である。図８は、図７に示す光変調素子を変位させた状態を示す図である。
【００５３】
本実施形態の光変調素子２０において、支持部１９により支持された可動部材２４は、支持板２６の固定電極２２，２３側端辺のそれぞれに、梁体２５の捩れの軸Ｓを回転軸とした回動方向に沿うように湾曲した可動電極２７Ａ，２７Ｂが取り付けられている。本実施形態において、可動電極２７Ａ，２７Ｂの、固定電極２２，２３に向かい合う湾曲した側面２７ａ，２７ｂが第１の対向導電面として機能する。
【００５４】
固定電極２２，２３において、互いに向かい合う側面が、それぞれ反対側の側面に向って凹むように形成された湾曲面である。これら各湾曲面上には一対の導電部２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂが可動部材２４の変位する方向に沿って固定されている。導電部２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂは、上記湾曲面に沿って湾曲した板状部材であり、可動部材２４側の湾曲面２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂが第２の対向導電面として機能する。
【００５５】
図７に示すように、固定電極２２Ｂ，２３Ａには駆動電極Ｖ３１が、固定電極２２Ａ，２３Ｂには駆動電極Ｖ３２がそれぞれ電気的に接続されている。また、可動部材２４の可動電極２７Ａ，２７Ｂには駆動電極Ｖ３３が電気的に接続されている。これら駆動電極Ｖ３１，Ｖ３２及びＶ３３を電圧駆動制御することで、第１の対向導電面２７ａ，２７ｂと第２の対向導電面２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂとの間に電位差を形成し、静電気力を発生させることができる構成である。
【００５６】
なお、電圧駆動制御により電位差を形成することができることを条件として、固定電極２２Ｂ，２３Ａにはそれぞれ別の駆動電極が接続されていてもよく、また、固定電極２２Ａ，２３Ｂにはそれぞれ別の駆動電極が接続されていてもよい。さらに、可動電極２７Ａ，２７Ｂにはそれぞれ別の駆動電極が接続されていてもよい。
【００５７】
次に、本実施形態の光変調素子が変位するときの動作を説明する。
光変調素子２０において、可動部材２４を図７中の矢印ｄ１及びｄ２で示す方向に可動駆動させて変位させるときには、駆動電極Ｖ３２，Ｖ３３の電圧印加により第１の対向導電面である側面２７ａと第２の対向導電面である側面２２ａとの電位差を生じさせるとともに、第１の対向導電面である側面２７ｂと第２の対向導電面である側面２３ｂとの電位差を生じさせる。すると、第１の対向導電面である側面２７ａと第２の対向導電面である側面２２ａとの間、及び、第１の対向導電面である側面２７ｂと第２の対向導電面である側面２３ｂとの間に静電気力が発生する。すると、可動部材２４の可動電極２７Ａには静電気力を駆動力として固定電極１２の第２の対向導電面２２ａに向って引きつけられる静電吸引力が生じ、可動部材２４の可動電極２７Ｂには静電気力を駆動力として固定電極１３の第２の対向導電面２３ｂに向って引きつけられる静電吸引力が生じる。こうして、可動部材２４は、梁体２５の捩れの軸Ｓを回転軸として、図７中矢印ｄ１及びｄ２で示す方向に駆動され、第２の対向導電面２２ａと第１の対向導電面である側面２７ａ、および第２の対向導電面２３ｂと第１の対向導電面である側面２７ｂの間の静電気力が最大となる位置で停止する。
この結果、図８に示すように、光学機能として上面にミラー部２８が形成された可動部材２４の位置が変位する。このため、ミラー部２８に照射される入射光Ｌの反射する方向が偏向することができるようになる。
【００５８】
また、可動部材２４を変位前における元の位置に戻すには、駆動電極Ｖ３２，Ｖ３３の電圧印加を中止して、第１の対向導電面である側面２７ａと第２の対向導電面である側面２２ａとの電位差、及び、第１の対向導電面である側面２７ｂと第２の対向導電面である側面２３ｂとの電位差をなくす。すると、両者の間における静電気力が消失し、可動部材２４が梁体２５の捩じりによる応力によって図７中矢印ｄ３及びｄ４に示す方向に機械的変位し、元のように可動部材２４の支持板２６が基板２１表面に対して略平行になる位置に戻る。
【００５９】
つまり、本実施形態の光変調素子２０は、第１の対向導電面２７ａ，２７ｂと第２の対向導電面２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂがともに可動部材２４の回動方向に沿って湾曲する曲面であり、第２の対向導電面２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂが一対の導電部２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂから形成され、一対の導電部２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂが可動部材の回動方向に並べて設けられている。
【００６０】
こうすれば、各固定電極２２，２３における一対の導電部２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂのうち、変位する方向の導電部２２Ａ，２３Ｂ（又は、２２Ｂ，２３Ａ）をそれぞれ電圧駆動制御することで、可動部材２４が梁体２５を回転軸として回動方向両側に変位可能であるうえ、可動部材２４には各固定電極２２，２３の第２の対向導電面２２ａ，２３ｂ（又は、２２ｂ，２３ａ）の両方から静電吸引力がかかるようになる。この結果、可動部材２４は、より大きい回転トルクを得ることができる。このため、本実施形態の構成とすれば、双方向駆動の光変調素子についても高速応答性を実現することができる。また、可動部材２４の変位後において、各固定電極２２，２３の第２の対向導電面２２ａ，２３ｂ（又は、２２ｂ，２３ａ）の両方から作用する静電吸引力によって可動部材２４が変位後の位置を保持する静止力もより一層増加させることができる。
【００６１】
（第３の実施形態）
図９は、本発明にかかる光変調素子の第３の実施形態を説明する断面図である。本実施形態の基本的な構成は図１から図４に示す第１の実施形態と同様である。
本実施形態の光変調素子４０は、基板４１の上面であって、梁体４５の軸Ｓ方向視した支持板４６の一方の端部下方と他方の端部下方とのそれぞれに補助電極４２Ａ，４３Ａが設けられた構成である。
【００６２】
本実施形態の光変調素子４０によれば、補助電極４２Ａ，４３Ａによって、可動電極４７Ａ，４７Ｂにかかる静電吸引力を大きくすることで、光変調素子４０の高速応答性をより一層向上させることができるうえ、変位後の可動部材４４を静止させる静止力も増加させることができる。
【００６３】
なお、本実施形態の光変調素子４０において、補助電極４２Ａ，４３Ａが設けられた位置は、一例であって、可動電極４７Ａ及び４７Ｂに静電吸引力を作用させることができる範囲で他の位置に設けても同様の効果を得ることができる。
【００６４】
（第４の実施形態）
図１０は、本発明にかかる光変調素子の第４の実施形態を説明する断面図である。本実施形態の基本的な構成は図１から図４に示す第１の実施形態と同様である。
本実施形態の光変調素子５０は、基板５１の上面における、且つ、可動部材５４の支持板５６の下方にシールド電極５２ｓが設けられている。シールド電極５２ｓは、アルミ、Ｃｒなどの金属薄膜によって構成されている。
【００６５】
本実施形態の光変調素子５０は、シールド電極５２ｓによって光変調素子５０の外部の帯電体から影響を及ぼす静電気を遮蔽することが可能となり、上記光変調素子５０を２次元又は３次元に配列してなる光変調素子アレイとした場合に、他の光変調素子から及ぼされる静電気がシールド電極５２ｓによって遮蔽されて可動電極５７Ａ，５７Ｂに影響を与えることないため、可動部材５４が外部の静電気力によって不適切に変位することを防止することができ、光変調素子５０の駆動動作をより一層正確に行うことができる。
【００６６】
尚、前述の各実施形態においては、可動部に設けられた光学機能としてミラーの例を説明したが、これに限らない。例えば、光学機能を有するものとして、誘電体多層膜からなる光干渉膜や、回折格子などでもよい。これらが回転変位することにより、その入射角依存性を利用した光変調素子にも応用可能である。
【００６７】
本発明は、上記実施形態の光変調素子の構成を有するアクチュエータ及びアクチュエータの駆動方法に及ぶものである。
このようなアクチュエータとして、ミラー部を省略した構成とするとことができる。具体的には、基板と、該基板上で変位可能に架設された可動部材と、可動部材に設けられた可動電極と、該可動部材の機械的変位が可能となる軌道範囲外に配置され、電圧印加により可動電極と協働して可動部材を変位駆動させる固定電極とを備え、可動電極には可動部材の変位する方向に延びる第１の対向導電面が設けられ、固定電極には、可動部材の変位駆動時に第１の対向導電面と対向しつつ第１の対向導電面に生じる静電吸引力を増加せしめる第２の対向導電面が設けられているものである。
こうすれば、可動部材の駆動を高速化することができ、高速応答性に優れたアクチュエータを提供することができる。
【００６８】
また、本発明にかかるアクチュエータの駆動方法としては、基板と、該基板上で変位可能に架設された可動部材と、可動部材に設けられた可動電極と、該可動部材の機械的変位が可能となる軌道範囲外に配置され、電圧印加により可動電極と協働して可動部材を変位駆動させる固定電極とを備えたアクチュエータの駆動方法であって、可動部材の変位駆動時に、可動電極に可動部材の変位する方向に延設された第１の対向導電面と固定電極に設けられた第２の対向導電面とを対向させるように両者の間に作用する静電吸引力を増加させることを特徴とする。
【００６９】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良などが可能である。
例えば、上記実施形態の光変調素子における電極配線、駆動電圧制御による可動部材の変位方法は一例であり、これに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明にかかる光変調素子の第１の実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示す光変調素子の形状、および寸法を説明するための説明図である。
【図３】図１に示す光変調素子のＡ−Ａ矢視図における断面図である。
【図４】図３に示す光変調素子を変位させた状態を示す図である。
【図５】光変調素子の作成過程を（ａ）から（ｈ）で説明する概略図である。
【図６】本発明にかかる光変調素子の第２の実施形態を示す斜視図である。
【図７】図６に示す光変調素子のＢ−Ｂ矢視図における断面図である。
【図８】図７に示す光変調素子を変位させた状態を示す図である。
【図９】本発明にかかる光変調素子の第３の実施形態を説明する図である。
【図１０】本発明にかかる光変調素子の第４の実施形態を説明する図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０，２０，４０，５０  光変調素子
１１，２１，４１，５１  基板
１２，１３，２２，２３，４２，４３，５２，５３  固定電極
１４，２４，４４，５４  可動部材
１７ａ，１７ｂ，２７ａ，２７ｂ，４７ａ，４７ｂ，５７ａ，５７ｂ  第１の対向導電面（可動部材の側面）
１２ａ，１３ａ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，４２ａ，４３ａ，５２ａ，５３ａ  第２の対向導電面（固定電極の側面）
【図１】
0004734122.tif 000002
【図２】
0004734122.tif 000003
【図３】
0004734122.tif 000004
【図４】
0004734122.tif 000005
【図５】
0004734122.tif 000006
【図６】
0004734122.tif 000007
【図７】
0004734122.tif 000008
【図８】
0004734122.tif 000009
【図９】
0004734122.tif 000010
【図１０】
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