(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、
前記基台によって支持された第１櫛型電極と、
前記第１櫛型電極と対向する第２櫛型電極と、前記基台の方向に突出した少なくとも１つの補強リブとを備える可動部と、
複数方向に延びる梁部を有し、前記可動部の前記基台に対する変位が少なくとも可動部中心まわりの２軸方向に回動可能なように前記基台と前記可動部との間で前記可動部を支持する弾性支持部と、
前記弾性支持部の一部を前記可動部に固定する固定部と
を備え、
前記梁部は、前記固定部から前記可動部の外周部に向かう方向に延びており、
前記補強リブは、前記梁部が延びる方向に沿って延びる第１の補強リブと、前記梁部が延びる方向とは異なる方向に延びる第２の補強リブと、を有し、
前記可動部の底面からの前記第２の補強リブの高さが、前記可動部の底面からの前記第１の補強リブの高さよりも高く、かつ、
前記第２の補強リブは、少なくとも一部の前記第１櫛型電極と同じ方向に沿って延びており、少なくとも一部の前記第１櫛型電極と所定の空間を介してかみ合うように形成されている、マイクロアクチュエータ。
【請求項２】
前記第２の補強リブの高さは、前記第２櫛型電極の高さよりも高い、請求項１に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項３】
前記第２櫛型電極は複数の櫛歯部を備え、
前記第２の補強リブの厚さは、前記複数の櫛歯部のそれぞれの厚さよりも厚い、請求項１に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項４】
前記第２櫛型電極は複数の櫛歯部を備え、
前記複数の櫛歯部および前記第２の補強リブは、前記第２櫛型電極の背面から前記基板に向かって突出しており、
前記複数の櫛歯部の最高点の位置と前記第２の補強リブの最高点の位置とは互いに異なる、請求項１に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項５】
前記第２の補強リブの最高点の位置から前記第２櫛型電極の背面までの長さは、前記複数の櫛歯部の最高点の位置から前記第２櫛型電極の背面までの長さよりも長い、請求項４に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項６】
前記第２櫛型電極は複数の櫛歯部を備え、
前記複数の櫛歯部は、前記可動部の内側から外側へ向かう方向に沿って延びている、請求項１または４に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項７】
前記第２櫛型電極は複数の櫛歯部を備え、
前記複数の櫛歯部は同心円状の形状を有する、請求項１または４に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項８】
前記第２の補強リブは、前記可動部の外周部にさらに設けられている、請求項１または４に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項９】
前記第２櫛型電極は複数の櫛歯部を備え、
前記複数の櫛歯部と前記第２の補強リブとは同じ方向に沿って延びている、請求項１または４に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項１０】
前記第２櫛型電極は複数の櫛歯部を備え、
前記複数の櫛歯部と前記第２の補強リブの一部とは互いに垂直な方向に沿って延びている、請求項１または４に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項１１】
前記第２櫛型電極の高さは、前記可動部の内側から外側へ向かう方向に沿って低くなっている、請求項１または４に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項１２】
前記弾性支持部は、前記可動部の前記基台に対する２軸の傾動が可能なように前記可動部を支持する、請求項１または４に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項１３】
前記第１櫛型電極の互いに隣接する櫛型電極の間に形成された溝部において、前記第２の補強リブと対向する位置に形成された溝部の深さは、その他の溝部の深さよりも深く形成されている、請求項１に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項１４】
前記第２櫛型電極の高さと前記第２の補強リブの高さとは互いに異なる、請求項１に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項１５】
前記弾性支持部は、前記可動部の前記基台に対する垂直方向の変位、および前記基台に対する２軸の傾動が可能なように前記可動部を支持する、請求項１または４に記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項１６】
前記可動部は光反射面を備える、請求項１または４に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、櫛型電極を備え、静電力を用いて可動部を変位させるマイクロアクチュエータに関する。本発明のマイクロアクチュエータは、例えば、可動部に光反射面を備えたマイクロミラーデバイスとして用いられる。
【背景技術】
【０００２】
マイクロマシニング技術を応用したマイクロアクチュエータは、例えば、レーザプリンタ、スキャナ、ディスプレイ等における光走査装置や、光ファイバに対して入出力する光を切り替える光スイッチングデバイスとして用いられる。
【０００３】
特許文献１は、櫛型電極を備え、光偏向器として機能するマイクロアクチュエータを開示している。この光偏向器の可動部は光反射面として機能するミラー面を備えている。可動部は同一直線上に設けられた２本の梁で支持されており、可動部に設けられた櫛型電極と基台に設けられた櫛型電極との間に発生した静電力により、２本の梁をねじり回転軸として傾動する。この光偏向器は、モーターを用いてポリゴンミラーを回転させる光偏向器よりも構造がシンプルであり、また、半導体プロセスでの一括形成が可能なため、小型化が容易で製造コストも低くできる等の効果が期待できる。
【０００４】
この光偏向器の可動部が備える櫛型電極は、傾動軸に対して直交する方向に延びる櫛歯部として機能する突起部を有し、突起部間には溝が形成されている。基台が備える櫛型電極も、傾動軸に対して直交する方向に延びる櫛歯部である突起部を有し、突起部間には溝が形成されている。可動部の櫛歯部と基台の櫛歯部とは、互いにギャップを隔ててかみ合った状態で対向している。可動部の櫛歯部が基台の方向に向かって突出していることにより、可動部が補強されている。
【０００５】
この光偏向器は１軸チルトミラーであり、可動部が傾いたときに可動部の櫛歯部と基台の櫛歯部との間のギャップが変化しないように、これらの櫛歯部は、回動軸と直交する方向にのみ延びている。
【特許文献１】特開２０００−１４７４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の光偏向器では、以下のような課題があった。
【０００７】
上述の光偏向器では、可動部の櫛歯部は、傾動軸に直交する１方向のみに沿って延びており、その他の方向には可動部は補強されていないので可動部の剛性が低いという問題がある。可動部の剛性が低いと、光の反射率を高めるために可動部表面にＡｕ膜や誘電体多層膜を形成した場合に、これらの膜の材料と可動部の材料との間の熱膨張係数の差によって可動部にそりが発生し、光反射面の平面度が悪くなるという問題がある。
【０００８】
可動部の剛性を高めるために櫛歯部の高さを高くすることが考えられる。しかし、可動部に必要な剛性を得るために必要な高さまで櫛歯部を高くすると、可動部の重量が増すため、可動部を駆動するためにはより大きな駆動力が必要となる。また、可動部の重量が増すと、可動部の共振周波数が低くなるので、可動部を高速で駆動させることができないという問題がある。
【０００９】
また、上述のマイクロアクチュエータの可動部は１軸の傾動を行うのみであるが、他の種類のマイクロアクチュエータとして、櫛歯部を複数の方向に沿って張り巡らせ、可動部に多軸の傾動を行わせるマイクロアクチュエータがある。このようなマイクロアクチュエータでは、可動部の剛性を高めるために櫛歯部の高さを高くすると、可動部を傾動させたときに、可動部に設けられた櫛歯部と基台に設けられた櫛歯部とが接触するという問題がある。このような接触を避けるために、櫛歯部間のギャップを広くすると、発生する静電力が低下するという問題がある。また、櫛歯部の高さを高くすると可動部の重量が増すため、上述したような大きな駆動力が必要となるという問題と、可動部を高速で駆動させることができないという問題がある。このように、可動部の剛性と重量との間、および可動部の剛性と静電力との間の両方にトレードオフがあった。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、多軸の傾動が可能で且つ軽量で剛性の高い可動部を備え、低電圧で高速動作が可能なマイクロアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のマイクロアクチュエータは、基台と、前記基台によって支持された第１櫛型電極と、前記第１櫛型電極と対向する第２櫛型電極と前記基台の方向に突出した少なくとも１つの補強リブとを備える可動部と、前記可動部の前記基台に対する変位が可能なように前記可動部を支持する弾性支持部とを備え、前記第２櫛型電極の高さと前記少なくとも１つの補強リブの高さとは互いに異なることを特徴とする。
【００１２】
ある実施形態において、前記少なくとも１つの補強リブの高さは、前記第２櫛型電極の高さよりも高い。
【００１３】
ある実施形態において、前記第２櫛型電極は複数の櫛歯部を備え、前記少なくとも１つの補強リブの厚さは、前記複数の櫛歯部のそれぞれの厚さよりも厚い。
【００１４】
ある実施形態において、前記第２櫛型電極は複数の櫛歯部を備え、前記複数の櫛歯部は、前記可動部の内側から外側へ向かう方向に沿って延びている。
【００１５】
ある実施形態において、前記第２櫛型電極は複数の櫛歯部を備え、前記複数の櫛歯部は同心円状の形状を有する。
【００１６】
ある実施形態において、前記少なくとも１つの補強リブは、前記可動部の外周部に設けられている。
【００１７】
ある実施形態において、前記第２櫛型電極は複数の櫛歯部を備え、前記複数の櫛歯部と前記少なくとも１つの補強リブとは同じ方向に沿って延びている。
【００１８】
ある実施形態において、前記第２櫛型電極は複数の櫛歯部を備え、前記複数の櫛歯部と前記少なくとも１つの補強リブとは互いに垂直な方向に沿って延びている。
【００１９】
ある実施形態において、前記第２櫛型電極の高さは、前記可動部の内側から外側へ向かう方向に沿って低くなっている。
【００２０】
ある実施形態において、前記第２櫛型電極は複数の櫛歯部を備え、前記複数の櫛歯部のそれぞれの厚さは、前記可動部の内側から外側へ向かう方向に沿って薄くなっている。
【００２１】
ある実施形態において、前記弾性支持部は、前記可動部の前記基台に対する２軸の傾動が可能なように前記可動部を支持する。
【００２２】
ある実施形態において、前記弾性支持部は、前記可動部の前記基台に対する垂直方向の変位、および前記基台に対する２軸の傾動が可能なように前記可動部を支持する。
【００２３】
ある実施形態において、前記可動部は光反射面を備える。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のマイクロアクチュエータによれば、可動部が補強リブを備えることで、可動部の剛性を高めることができる。また、補強リブの高さを櫛型電極より高くすることで、可動部の剛性をより高めることができる。剛性を高めるために櫛歯部の高さを高くする必要がないので、互いに噛み合う櫛歯部間の水平方向のギャップを狭くすることができ、また、可動部を軽量にすることができる。これにより、低電圧で高速に可動部を駆動することができる。また、可動部の剛性が高いので、可動部が光反射面を備える場合には、光反射面の平面度を極めて高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００２６】
（実施形態１）
図１〜図６を参照して、本発明によるマイクロアクチュエータの第１の実施形態を説明する。
【００２７】
まず、図１および図２を参照する。図１および図２は、本実施形態のマイクロアクチュエータ１００を模式的に示す分解斜視図である。図１は、マイクロアクチュエータ１００を斜め上から見たときの分解斜視図であり、図２は、マイクロアクチュエータ１００を斜め下から見たときの分解斜視図である。図１では、可動部の一部を切り欠いて、可動部背面の断面も示している。マイクロアクチュエータ１００は、半導体プロセスを用いたマイクロマシニング技術やＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術によって作製されている。
【００２８】
マイクロアクチュエータ１００は、基台１と、基台１によって支持された複数の第１櫛型電極２と、可動部６と、可動部６の基台１に対する変位が可能なように可動部６を支持する弾性支持部３とを備える。基台１は、第１櫛型電極２に電圧を印加する駆動回路（図示せず）と、駆動回路上に設けられた絶縁層（図示せず）とを備える。基台１の絶縁層上の正六角形の領域に、複数（本実施形態では３つ）の第１櫛型電極２と弾性支持部３とが設けられている。第１櫛型電極２は、固定電極として機能する。第１櫛型電極２のそれぞれは、複数の第１櫛歯部２ａを備える。複数の第１櫛歯部２ａは、正六角形の領域の内側から外側へ向かう方向に沿って延びている。
【００２９】
弾性支持部３は、基台１の正六角形の領域の外周側に位置する３つの支持ポスト４と、正六角形の領域の中心に位置する固定部５とを備える。固定部５は弾性支持部３と可動部６とを固定する。支持ポスト４のそれぞれから固定部５へ向かって梁部が延びており、この梁部および固定部５は、基台１から所定量浮いている。固定部５と、可動部６の中央ポスト７とが結合することにより、弾性支持部３と可動部６とが固定されている。弾性支持部３は、可動部６の基台１に対する垂直方向の変位、および基台１に対する２軸の傾動が可能なように可動部６を支持している。
【００３０】
可動部６の平面形状は六角形である。可動部６の平面形状およびサイズは、マイクロアクチュエータ１００の用途や求められる性能等によって様々に設計される。本実施形態では、可動部６の幅は約１００（μｍ）とする。可動部６は、光反射面６ａと、複数（本実施形態では３つ）の第２櫛型電極８とを備える。光反射面６ａは、可動部６のうちの基台１と対向する面とは反対側の面に位置している。第２櫛型電極８は、可動部６のうちの基台１と対向する面に設けられており、可動電極として機能する。第２櫛型電極８のそれぞれは、第１櫛型電極２のうちの対応する１つと対向している。第２櫛型電極８のそれぞれは、複数の第２櫛歯部８ａを備える。複数の第２櫛歯部８ａは、可動部６の内側から外側へ向かう方向に沿って延びている。第１櫛歯部２ａと第２櫛歯部８ａとは、互いにギャップを隔ててかみ合った状態で対向している。
【００３１】
可動部６は、可動部６のうちの基台１と対向する面から基台１の方向に突出した少なくとも１つの補強リブ９を備える。補強リブ９は可動部６を補強し、可動部６の剛性を高めている。本実施形態では、可動部６は、複数の補強リブ９を備える。補強リブ９は、可動部６の外周部に設けられていると共に、可動部６の中心部から六角形の各頂点に向かって放射状に延びている。この放射状に延びている補強リブ９のうちの３つは、それぞれ、第２櫛型電極８のうちの対応する１つを通っており、その対応する第２櫛型電極８が備える複数の第２櫛歯部８ａと同じ方向に沿って延びている。
【００３２】
補強リブ９のうち、弾性支持部３の上部に位置する３つの補強リブ９は、第２櫛型電極８と同じ高さであり、弾性支持部３から所定量の空隙が空けられている。それ以外の補強リブ９と、第２櫛型電極８の高さとは互いに異なっている。具体的には、第２櫛型電極８を通り、対応する第２櫛歯部８ａと同じ方向に沿って延びている補強リブ９の高さは、第２櫛型電極８の高さ（すなわち第２櫛歯部８ａの高さ）よりも高い。また、可動部６の外周部に設けられた補強リブ９の高さは、第２櫛型電極８の高さよりも高い。これらの補強リブ９の高さは、第２櫛型電極８の高さよりも例えば約１．５〜２倍高い。第１および第２櫛歯部２ａおよび８ａの高さは、例えば約１０〜２０（μｍ）であり、補強リブ９の高さは、例えば約１５〜４０（μｍ）である。これらの補強リブ９の高さが第２櫛型電極８の高さよりも高いことにより、可動部６の剛性をより高くすることができる。
【００３３】
３つの第１櫛型電極２にはそれぞれ独立に駆動回路から駆動電圧が印加される。弾性支持部３は駆動回路を介してグランドに接続しており、可動部６は弾性支持部３を介してグランドに接続している。第１櫛型電極２に駆動電圧を印加すると、第１櫛型電極２と第２櫛型電極８との間に働く静電力により可動部６が基台１の方向に引き寄せられる。可動部６の基台１に対する変位に応じて弾性支持部５には復元力および復元トルクが生じる。この復元力および復元トルクと静電力とがつり合うように、可動部６は基台１に対する垂直方向の変位、および基台１に対する２軸の傾動を行う。
【００３４】
図３は、図１に示す３Ａ−３Ａ線に沿ったマイクロアクチュエータ１００の断面図であり、マイクロアクチュエータ１００の中心を通り弾性支持部３に沿った断面を示している。
【００３５】
基台１と弾性支持部３との間には、可動部６の所望の変位範囲を確保できるような空隙を空けている。また同様に、弾性支持部３と、弾性支持部３の上部に位置する補強リブ９との間には、可動部６の所望の変位範囲を確保できるような空隙を空けている。可動部６は、弾性支持部３と中央ポスト７との結合部に位置する回動中心１０周りに傾動する。
【００３６】
図４（ａ）および図４（ｂ）は、図１に示す３Ａ−３Ａ線に沿ったマイクロアクチュエータ１００の部分断面図であり、可動部６が変位した状態を示している。
【００３７】
図４（ａ）に示す状態は、全ての第１櫛型電極２に同一電圧を印加して可動部６が下方へ最大距離ｓだけ並進移動した状態であり、電極間にはたらく静電力によって可動部６が下方に吸引され、弾性支持部３が撓んだ状態である。
【００３８】
図４（ｂ）に示す状態は、第１櫛型電極２への印加電圧を互いに異ならせることにより可動部６が最大角度θだけ傾斜した状態を示す。傾斜によって最も下方へ変位する部分にも空隙が残るよう各構成要素間の空隙が設定されている。
【００３９】
当然のことながら、駆動電圧の印加を止めると可動部６は弾性支持部３の弾性復元力および復元トルクによって元の位置および姿勢に復帰する。
【００４０】
第１および第２櫛型電極２および８と補強リブ９を形成するには、例えば、ＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）と呼ばれるプラズマエッチングを用いる。ＤＲＩＥによって基台１に溝を形成し、その溝内に犠牲層と構造体とをさらに堆積してゆくことでそれらの構成要素を形成する。ＤＲＩＥにより形成される溝には幅依存性があり、溝の幅が広いほど溝の深さは深くなる。従って、第２櫛型電極８よりも補強リブ９の幅が広くなるようにパターンニングを行うことにより、第２櫛型電極８の高さよりも補強リブ９の高さを高くすることができる。また、補強リブ９の厚さが第２櫛歯部８ａのそれぞれの厚さよりも大きくなることにより、可動部６の剛性をさらに高めることが出来る。第１および第２櫛歯部２ａおよび８ａの厚さは、例えば約１．０〜３．０（μｍ）であり、補強リブ９の厚さは、例えば約２．０〜５．０（μｍ）である。
【００４１】
図５は、図１に示す５Ａ−５Ａ線に沿ったマイクロアクチュエータ１００の断面図であり、第１櫛型電極２と第２櫛型電極８とが噛み合う様子を示している。
【００４２】
第１櫛歯部２ａの先端部の高さと第２櫛歯部８ａの根元部の高さとの間の距離Ｇｓは、可動部６のストロークの長さより長い。同様に、第２櫛歯部８ａの先端部の高さと第１櫛歯部２ａの根元部の高さとの間の距離Ｇｓは、可動部６のストロークの長さより長い。距離Ｇｓは、第１および第２櫛歯部２ａおよび８ａのそれぞれの先端部周辺の空隙の高さに対応している。距離Ｇｓは、例えば約３．０〜１０（μｍ）である。第１櫛歯部２ａと第２櫛歯部８ａとは、互いに長さＬだけオーバーラップして噛み合っている。長さＬは、例えば約１０〜２０（μｍ）である。第１および第２櫛歯部２ａおよび８ａの高さ（Ｇｓ＋Ｌ）は、可動部６のストロークの長さと必要な静電力とに応じて必要最小限の高さに設定する。それに対して、補強リブ９は、第１および第２櫛歯部２ａおよび８ａよりも高さを高く設定し、可動部６の剛性を高めている。補強リブ９が可動部６の剛性を高めることにより、第１および第２櫛歯部２ａおよび８ａの高さを必要最小限の高さにすることが出来るとともに、可動部６の光反射面６ａ領域の厚さを薄くすることが出来る。これにより、必要な可動部６の剛性を確保しつつ、可動部６の重量を大幅に軽くすることができる。補強リブ９を備える可動部６の重量は、補強リブ９を備えずに同じ剛性を有する可動部（すなわち光反射面６ａ領域の厚さが大きいおよび／または第２櫛歯部８ａの高さが高い可動部）の重量よりも、例えば約２〜５倍程度軽くすることが出来る。また、光反射面６ａの反射率を高めるために光反射面６ａにＡｕ膜や誘電体多層膜を形成した場合に、第２櫛型電極８のみでは可動部６の剛性が不足したとしても、補強リブ９によって可動部６の剛性を増すことが出来るので、平面度の良好な光反射面６ａが得られる。第１櫛型電極２のうちの補強リブ９と対向する部分の溝の深さを、補強リブ９の高さに対応して深く形成することにより、補強リブ９の先端部周辺の空隙の高さを第２櫛歯部８ａの先端部周辺の空隙の高さと同等にしている。
【００４３】
図６（ａ）および図６（ｂ）は、図１に示す５Ａ−５Ａ線に沿ったマイクロアクチュエータ１００の断面図であり、可動部６が変位した状態を示している。
【００４４】
図６（ａ）に示す状態は、全ての第１櫛型電極２に同一電圧を印加して可動部６が最大距離ｓだけ下方へ並進移動した状態である。可動部６の横方向への移動はないため、第１櫛歯部２ａと第２櫛歯部８ａとが干渉することはない。第１櫛歯部２ａと第２櫛歯部８ａとの間の水平方向のギャップをｇ１、補強リブ９と第１櫛歯部２ａとの間のギャップをｇ２としている。
【００４５】
図６（ｂ）に示す状態は、第１櫛型電極２への印加電圧を互いに異ならせることにより可動部６が最大角度θだけ傾斜した状態を示す。この場合、可動部６は、回動中心１０周りに傾動する。回動中心１０から距離Ｈの位置（すなわち第１櫛歯部２ａの先端部の高さの位置）で、第２櫛型電極８は水平方向に最大Ｈθ移動する。距離Ｈは、上述の第１および第２櫛歯部２ａおよび８ａの高さ（Ｇｓ＋Ｌ）にほぼ等しい。マイクロアクチュエータ１００では、高さ（Ｇｓ＋Ｌ）を必要最小限の高さに設定しているのでＨθも最小限ですむ。櫛歯部同士の干渉を避けるために櫛歯部間の水平方向のギャップｇ１を大きくすると発生する静電力が低下するが、高さ（Ｇｓ＋Ｌ）を最小限に抑えているので、ｇ１を小さくすることが出来る。補強リブ９と第１櫛歯部２ａとの間のギャップｇ２もｇ１と同等でよく、補強リブ９も第１櫛型電極２と干渉することはない。
【００４６】
このように、静電力を発生する第２櫛型電極８の高さと、可動部６の剛性を高める補強リブ９の高さとを互いに異ならせることにより、駆動力の低下させることなく、可動部６の剛性を必要十分に高めることができる。これにより、軽量で剛性が高く、光反射面の平面度の良好な可動部６が得られる。
【００４７】
（実施形態２）
図７を参照して、本発明によるマイクロアクチュエータの第２の実施形態を説明する。
【００４８】
図７は、本実施形態の可動部１６を模式的に示す平面図である。本実施形態では、マイクロアクチュエータ１００は可動部６の代わりに可動部１６を備える。
【００４９】
可動部１６は、可動部６の構成要素に加えて、少なくとも１つ（本実施形態では複数）の補強リブ１１をさらに備える。補強リブ１１のそれぞれは、第２櫛型電極８のうちの対応する１つを通っており、その対応する第２櫛型電極８が備える第２櫛歯部８ａが延びる方向と垂直な方向に沿って延びている。補強リブ１１は、第２櫛歯部８ａの高さよりも高い補強リブ９と同じ高さを有している。本実施形態では、第１櫛型電極２には、補強リブ１１に対応する溝部（図示せず）が形成されている。補強リブ１１と第１櫛型電極２との間の距離の関係は、補強リブ９と第１櫛型電極２との間の距離の関係と同様に設定される。可動部１６が補強リブ１１を備えることにより、可動部６と比較して可動部１６の剛性をさらに高めることができる。
【００５０】
（実施形態３）
図８を参照して、本発明によるマイクロアクチュエータの第３の実施形態を説明する。
【００５１】
図８は、本実施形態の可動部２６を模式的に示す平面図である。本実施形態では、マイクロアクチュエータ１００は可動部６の代わりに可動部２６を備える。
【００５２】
可動部２６は、可動部６の複数の第２櫛型電極８の代わりに複数の第２櫛型電極２８を備える。第２櫛型電極２８のそれぞれは、同心円状の形状を有する複数の第２櫛歯部８ｂを備える。本実施形態では、第１櫛歯部２ａも第２櫛歯部８ｂに対応した同心円状の形状（図示せず）になっている。放射状に延びる補強リブ９に対して第２櫛歯部８ｂは直角に交わっているため、可動部の剛性を高めることが出来る。また、可動部２６の傾動の方向によらず、第１櫛型電極２と第２櫛型電極２８との位置関係は同じになるため、駆動力をバランスよく得ることができる。
【００５３】
さらには、第１櫛歯部２ａと第２櫛歯部８ｂとの間の水平方向のギャップのばらつきによって生じる水平方向の吸引力は常に半径方向となる。可動部２６を支持する弾性支持部３は放射状に延びており半径方向の剛性が高いので、第２櫛型電極２８が水平方向に吸引されて第１櫛型電極２と接触することがないという効果も得ることができる。
【００５４】
（実施形態４）
図９および図１０を参照して、本発明によるマイクロアクチュエータの第４の実施形態を説明する。
【００５５】
まず、図９を参照する。図９は、本実施形態の可動部３６を模式的に示す平面図である。本実施形態では、マイクロアクチュエータ１００は可動部６の代わりに可動部３６を備える。
【００５６】
可動部３６は、可動部６の複数の第２櫛型電極８の代わりに複数の第２櫛型電極３８を備える。第２櫛型電極３８のそれぞれは、複数の第２櫛歯部８ｃを備える。複数の第２櫛歯部８ｃのそれぞれの厚さは、可動部３６の内側から外側へ向かう方向に沿って薄くなっている。すなわち、第２櫛歯部８ｃのうちの、可動部３６の中心側の幅ｗ１よりも外周側の幅ｗ２を小さくしている。本実施形態では、第１櫛歯部２ａの厚さは、第２櫛歯部８ｃの形状に対応して、可動部３６の内側から外側へ向かう方向に沿って厚くなっており（図示せず）、第１櫛歯部２ａと第２櫛歯部８ｃとの間の水平方向のギャップは一定に保たれている。これにより、可動部３６の剛性を低下させることなく、可動部６と比較して可動部３６をさらに軽量にすることができる。
【００５７】
図１０に、第２櫛歯部８ｃの断面形状を示す。第２櫛歯部８ｃの高さは、可動部３６の内側から外側へ向かう方向に沿って低くなっている。第１櫛型電極２と第２櫛型電極３８とをＤＲＩＥにより形成すると、ＤＲＩＥの幅依存性により、第２櫛歯部８ｃの幅が狭いところほど高さは低くなる。このような形状の第２櫛歯部８ｃでは、内周側の高さＬ１に対し、外周側の高さＬ２が低くなっている。このような形状により第２櫛歯部８ｃの外周側の領域周辺の空隙に余裕ができるため、可動部３６の傾動によって第２櫛歯部８ｃが下降した場合でも、第２櫛歯部８ｃと弾性支持部３との接触を防ぐことができ、より信頼性の高いマイクロアクチュエータが得られる。
【００５８】
（実施形態５）
図１１〜図１７を参照して、本発明のマイクロアクチュエータ１００の製造方法の実施形態を説明する。図１１〜図１７は、本発明のマイクロアクチュエータの製造方法の実施形態を模式的に示す断面図である。図１１〜図１７の（ａ）は、図１に示す５Ａ−５Ａ線に沿ったマイクロアクチュエータ１００の断面に対応しており、図１１〜図１７の（ｂ）は、図１に示す３Ａ−３Ａ線に沿ったマイクロアクチュエータ１００の断面に対応している。説明を簡単にするために、本実施形態では、図中に示す第１および第２櫛歯部２ａおよび８ａの数を、図１に示す数よりも少なくしている。第１および第２櫛歯部２ａおよび８ａの数は任意である。全ての製造工程は基台１が備える駆動回路（ＣＭＯＳ回路等）の一般的な耐熱温度である４５０℃よりも低い温度で実施される。
【００５９】
まず、図１１（ａ）および図１１（ｂ）を参照する。基台１上に第１導電層３０１を形成する。第１導電層３０１は、スパッタリング法、フォトリソグラフィ、エッチング技術等を用いて所望の形状に形成される。第１導電層３０１の材料は、例えばアルミニウムである。第１導電層３０１の厚さは例えば約０．５〜１．０（μｍ）である。なお、第１導電層３０１の材料は、ポリシリコンであってもよく、この場合はＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて第１導電層３０１が形成される。第１導電層３０１は、第１櫛型電極２の土台部および弾性支持部３の支持ポスト４になる部分である。
【００６０】
次に、フォトリソグラフィ法を用いて、基台１上に第１犠牲層２０１を形成する。第１犠牲層２０１の材料は、例えば、フォトレジストおよび感光性ポリイミド等の感光性有機材料である。より好ましくは、第１犠牲層２０１の材料は、高アスペクト形状が得られる高粘度タイプの材料（例えば、ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社製のＳＵ−８およびＳＵ−１０（いずれも商品名））である。第１犠牲層２０１は、後述の製造工程で、弾性支持部３下部の空隙を形成するために設けられる。
【００６１】
次に、図１２（ａ）および図１２（ｂ）を参照する。低温スパッタリング法を用いて、第１導電層３０１および第１犠牲層２０１の上に第２導電層３０２を形成する。第２導電層３０２の材料は、第１導電層３０１と同じ材料（アルミニウム）である。第２導電層３０２の厚さは例えば約０．５〜２．０（μｍ）である。第２導電層３０２は、第１櫛型電極２の土台部と、弾性支持部３の支持ポスト４および梁部とになる部分である。
【００６２】
次に、フォトリソグラフィ法を用いて、基台１および第１導電層３０１の上に第２犠牲層２０２を形成する。第２犠牲層２０２の材料は、第１犠牲層２０１の材料と同じである。第２犠牲層２０２は、後述の製造工程で、補強リブ９下部の空隙を形成するために設けられる。
【００６３】
次に、図１３（ａ）および図１３（ｂ）を参照する。図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示す構造物上に第３犠牲層２０３を形成する。第３犠牲層２０３の材料は、例えば、フォトレジストおよび感光性ポリイミド等の感光性有機材料である。より好ましくは、第３犠牲層２０３の材料は、高アスペクト形状が得られる高粘度タイプの材料（例えば、ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社製のＳＵ−８およびＳＵ−１０（いずれも商品名））である。但し、第３犠牲層２０３の材料としては、第２犠牲層２０２とは異なる材料を用い、後述の製造工程で第３犠牲層２０３の一部を除去するときに第２犠牲層２０２が除去されることを防止する。
【００６４】
次に、第３犠牲層２０３を露光および現像して、貫通穴５０１〜５０３を形成する。貫通穴５０１は、第１櫛歯部２ａを形成するために用いられる。貫通穴５０２は、補強リブ９を形成するために用いられる。貫通穴５０３は、中央ポスト７を形成するために用いられる。
【００６５】
次に、図１４（ａ）および図１４（ｂ）を参照する。第３犠牲層２０３上に第３導電層３０３を形成する。第３導電層３０３は貫通穴５０１〜５０３に埋め込まれて突起形状を形成する。貫通穴５０１に埋め込まれた第３導電層３０３は、第２導電層３０２と一体化されて櫛歯部２ａを形成する。貫通穴５０２に埋め込まれた第３導電層３０３は、補強リブ９を形成する。貫通穴５０３に埋め込まれた第３導電層３０３は、第２導電層３０２と一体化されて中央ポスト７を形成する。
【００６６】
第３導電層３０３の材料は第２導電層３０２と同じ材料（アルミニウム）であり、第３導電層３０３は低温スパッタリングによって形成される。スパッタリング条件は、貫通穴５０１〜５０３全体に上記材料を埋め込むために、貫通穴５０１〜５０３の側面に均一な厚さで成膜が可能な条件を選ぶ。こうした条件は、例えば下記の文献に開示されている。
【００６７】
Ｋ．Ａ．Ｓｈａｗ  ｅｔ  ａｌ．，  “ＳＣＲＥＡＭ  Ｉ：  ａ  ｓｉｎｇｌｅ  ｍａｓｋ，  ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌ  ｓｉｌｉｃｏｎ，  ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｉｏｎ  ｅｔｃｈｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ”，  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ＆  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ａ，  ４０，  ｐｐ．６３−７０  （１９９４）
【００６８】
さらに貫通穴５０１〜５０３全体に上記材料を埋め込むために、コリメーション法（ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）やロングスロー法（ｌｏｎｇ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて、Ａｌターゲットから基台１に入射するスパッタ粒子の方向を基台１に垂直な方向に揃えてもよい。
【００６９】
次に、第３導電層３０３上に第１マスク層４０１を形成する。第１マスク層４０１の材料は、例えば酸化シリコンである。第１マスク層４０１は、第３導電層３０３をエッチングする際のマスクとして用いられる。ウェットエッチング法を用いて第３導電層３０３をエッチングしてもよいが、ここでは塩素系のガスを用いたプラズマエッチング法を用いて第３導電層３０３をエッチングする。エッチング条件は、第３導電層３０３と第３犠牲層２０３との選択比が大きくなるように設定し、第３犠牲層２０３のエッチングを抑制する。
【００７０】
図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、エッチング後に残された第３導電層３０３を示している。貫通穴５０１の上部から第１マスク層４０１を除去した状態でＡｌエッチングを行うため、貫通穴５０１内に埋め込まれた第３導電層３０３の上部は除去される。すなわち、第１櫛歯部２ａの上端は第３犠牲層２０３の上面よりも低い位置までエッチバックされる。残った第１櫛歯部２ａの高さは例えば約１０〜２０（μｍ）である。貫通穴５０２および５０３の上部に第１マスク層４０１を残した状態でＡｌエッチングを行うため、貫通穴５０２および５０３（図１３（ａ）および図１３（ｂ））の上部の第３導電層３０３は除去されずに残る。
【００７１】
Ａｌエッチングの後、第１マスク層４０１は除去される。
【００７２】
次に、図１５（ａ）および図１５（ｂ）を参照する。図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示す構造物上に第２マスク層４０２を形成する。第２マスク層４０２は、第３犠牲層２０３をエッチングする際のマスクとして使用するためと、後述の製造工程で第１櫛歯部２ａ上部の空隙を形成するために設けられる。第２マスク層４０２の材料は、例えば酸化シリコンであるが、ＢＣＢ（Ｂｅｎｚｏ  Ｃｙｃｌｏ  Ｂｕｔｅｎｅ）、ＰＡＥ（Ｐｏｌｙ  Ａｒｙｌｅｎｅ  Ｅｔｈｅｒ）、Ａｒｏｍａｔｉｃ  ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ、Ｐａｒｙｌｅｎｅ、ＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙ  Ｔｅｔｒａ  Ｆｌｕｏｒｏ  Ｅｔｈｙｌｅｎｅ）などの有機材料でもよい。
【００７３】
第２マスク層４０２は、貫通穴５０１内の第３導電層３０３上の空隙に埋め込まれる。後述の製造工程でこの埋め込まれた第２マスク層４０２を除去することにより、第１櫛歯部２ａ上部の空隙が形成される。
【００７４】
次に、フォトレジスト（不図示）を塗布し、露光および現像して、補強リブおよび支持ポスト４となる第３導電層３０３上部（すなわち貫通穴５０２および５０３上部）以外の領域からこのフォトレジストを除去する。残ったフォトレジストはマスク層（図示せず）として用いる。この状態で、第２マスク層４０２を所定時間エッチングする。第１櫛歯部２ａ上に位置する第２マスク層４０２の厚さは厚いので、これらの部分の第２マスク層４０２は所定の厚さ（例えば約２．０〜１０（μｍ））で残される。これらの部分およびフォトレジスト（図示せず）で覆われている部分を除く第２マスク層４０２の他の部分は除去される。
【００７５】
次に、第３犠牲層２０３のエッチングを行う。第２マスク層４０２が酸化シリコンである場合には、酸素プラズマを用いたドライエッチングが好ましい。第２マスク層４０２が第３犠牲層２０３の材料とは異なる有機材料である場合には、有機溶剤等を用いたウェットエッチングでもよい。第２マスク層４０２に保護されていない第３犠牲層２０３はその上部が除去されて、下部が残される。残った第３犠牲層２０３下部の厚さは例えば約２．０〜１０（μｍ）である。
【００７６】
次に、図１６（ａ）および図１６（ｂ）を参照する。図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示す構造物上に第４犠牲層２０４を実質的に均一な膜厚で形成する。第４犠牲層２０４の材料は、フォトレジストまたは感光性ポリイミドである。第４犠牲層２０４を均一な厚さで形成するには、パルススプレー法（登録商標、ノードソン社）や蒸着重合法を用いるのが好ましい。第４犠牲層２０４の厚さは例えば約０．５〜１．０（μｍ）である。
【００７７】
第４犠牲層２０４を露光および現像し、補強リブ９および支持ポスト４となる第３導電層３０３上部（すなわち貫通穴５０２および５０３上部）の領域から第４犠牲層２０４を除去する。続いて、これら同じ領域から第２マスク層４０２をエッチングにより除去して、第３導電層３０３を露出させる。
【００７８】
次に、第４犠牲層２０４および露出した第３導電層３０３の上に第４導電層３０４を低温スパッタリングにより形成する。第４導電層３０４の材料は第３導電層３０３と同じ材料（アルミニウム）である。第４導電層３０４は可動部６となる部分である。
【００７９】
ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理によって第４導電層３０４を平滑化する。第４導電層３０４上面は可動部６の光反射面６ａとして機能する。次に、可動部６外周部の補強リブ９の周り（すなわち互いに隣接するマイクロアクチュエータ１００間の領域）に堆積している層をフォトリソグラフィ法により除去する。個々の可動部６の水平方向の長さは例えば約１００〜２００（μｍ）である。
【００８０】
次に、可動部６（第４導電層３０４）のリリースを行う。リリースは２段階の工程で実施する。まず酸素プラズマエッチングにより、第１〜第４犠牲層２０１〜２０４を除去する。第３犠牲層２０３の厚さは厚いためエッチャントの流路が確保しやすい。このため、マイクロアクチュエータ１００の外形面積が１６００μｍ2以上と大きな面積になる場合でも、上部にエッチング用の穴を形成することなく、これらの犠牲層の除去が可能である。次に、フッ化水素ガスを用いて第２マスク層４０２を除去する。これにより、図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示すように可動部６のリリースが完了し、マイクロアクチュエータ１００が完成する。
【００８１】
補強リブ９は貫通穴内で垂直方向に成膜された薄膜のサンドイッチ構造となっているので残留応力が小さく、光反射面６ａの平面度を極めて高くすることができる。可動部６の櫛歯部８ａの高さと補強リブ９の高さとは互いに異ならせることが可能であるため、静電的あるいは剛性的な要求に応じてそれぞれを最適な高さで形成することができる。
【００８２】
第１櫛歯部２ａは第１櫛型電極２の土台部と垂直方向に最短距離で接続し、可動部６の櫛歯部８ａは可動部の下面と垂直方向に最短距離で接続している。このため、櫛歯部自身は変形しにくく、櫛歯部同士の間隔を狭くしても櫛歯部の不要な変形によるプルインを防止することができる。
【００８３】
また、第３および第４犠牲層２０３および２０４、および第２マスク層４０２の厚さを所望の厚さに設定することで、櫛歯部同士の間の水平方向のギャップと垂直方向のギャップとを所望の長さに設定できるので、水平方向のギャップを小さくすることによる静電力の増大と、垂直方向のギャップを大きくすることによる可動部６の可動ストロークの拡大とを両立させることができる。
【００８４】
なお、上述の実施形態において可動部の形状は正六角形であったが、可動部の形状はこれに限定されない。例えば、可動部の形状は矩形（正方形等）であってもよい。縦横の比率が１：１でない縦長形状の可動部であっても、上述した効果を得ることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明のマイクロアクチュエータは、収差補正、光走査、分光等を行う光デバイス及び光ディスク装置の分野で好適に用いられる。また、チューナブルキャパシタ等の高周波回路や、可変流路等の流体制御デバイス、バイオテクノロジー等の分野でも好適に用いられる。また、本発明のマイクロアクチュエータは、光の方向を高速に変えるアクチュエータとして有用であり、特に、光反射面に高精度の平面度が要求される収差補正マイクロミラーアレイ用のマイクロミラーデバイスとして好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施形態１によるマイクロアクチュエータを模式的に示す分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１によるマイクロアクチュエータを模式的に示す分解斜視図である。
【図３】図１に示す３Ａ−３Ａ線に沿ったマイクロアクチュエータの断面図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、図１に示す３Ａ−３Ａ線に沿ったマイクロアクチュエータの部分断面図であり、可動部が変位した状態を示している。
【図５】図１に示す５Ａ−５Ａ線に沿ったマイクロアクチュエータの断面図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、図１に示す５Ａ−５Ａ線に沿ったマイクロアクチュエータの断面図であり、可動部が変位した状態を示している。
【図７】本発明の実施形態２によるマイクロアクチュエータの可動部を模式的に示す平面図である。
【図８】本発明の実施形態３によるマイクロアクチュエータの可動部を模式的に示す平面図である。
【図９】本発明の実施形態４によるマイクロアクチュエータの可動部を模式的に示す平面図である。
【図１０】本発明の実施形態４によるマイクロアクチュエータの櫛歯部を模式的に示す部分断面図である。
【図１１】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態５によるマイクロアクチュエータの製造方法を模式的に示す断面図である。
【図１２】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態５によるマイクロアクチュエータの製造方法を模式的に示す断面図である。
【図１３】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態５によるマイクロアクチュエータの製造方法を模式的に示す断面図である。
【図１４】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態５によるマイクロアクチュエータの製造方法を模式的に示す断面図である。
【図１５】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態５によるマイクロアクチュエータの製造方法を模式的に示す断面図である。
【図１６】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態５によるマイクロアクチュエータの製造方法を模式的に示す断面図である。
【図１７】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態５によるマイクロアクチュエータの製造方法を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００８７】
１    基台
２    第１櫛型電極
２ａ    櫛歯部
３    弾性支持部
４    支持ポスト
５    固定部
６、１６、２６、３６    可動部
７    中央ポスト
８、２８、３８    第２櫛型電極
８ａ、８ｂ、８ｃ    櫛歯部
９、１１    補強リブ
１０    回動中心
２０    可動部
１００  マイクロアクチュエータ
【図１】
0004761810.tif 000002
【図２】
0004761810.tif 000003
【図３】
0004761810.tif 000004
【図４】
0004761810.tif 000005
【図５】
0004761810.tif 000006
【図６】
0004761810.tif 000007
【図７】
0004761810.tif 000008
【図８】
0004761810.tif 000009
【図９】
0004761810.tif 000010
【図１０】
0004761810.tif 000011
【図１１】
0004761810.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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