(57)【要約】【課題】  印加する電圧を上昇させることなく駆動力を向上し、かつ小型化が可能な静電アクチュエータを提供すること。【解決手段】  基板１と、基板１の一方の面に設けられた固定部２と、一端が固定部２に固着されて弾性を有する弾性支持部３と、第１主面４３と第２主面４４とを有し、第１主面４３が基板と相対するように弾性支持部３の他端に固着されることにより基板１上で遊動するように支持された可動子４と、可動子４に設けられた可動電極４２と、可動電極４２と相対して基板１上に固着された固定電極５と、からなる静電アクチュエータ。弾性支持部３は、その基板１側へ向かう方向の厚さを可動子４の基板１側へ向かう方向の厚さよりも薄く形成してなり、可動子４とは第２主面４４を含む平面より基板１側で固着されてなる。【選択図】          図１
2005045976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の一方の面に設けられた固定部と、
一端が前記固定部に固着されて弾性を有する弾性支持部と、
第１主面と第２主面とを有し、前記第１主面が前記基板と相対するように前記弾性支持部の他端に固着されることにより基板上で遊動するように支持された可動子と、
前記可動子に設けられた可動電極と、
前記可動電極と相対して前記基板上に固着された固定電極と、からなる静電アクチュエータにおいて、
前記弾性支持体は、その前記基板側へ向かう方向の厚さを前記可動子の基板側へ向かう方向の厚さよりも薄く形成してなり、可動子とは前記第２主面を含む平面より基板側で固着されてなることを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項２】
前記可動電極及び前記固定電極は、平面視において櫛型に形成され、かつ互いに空隙を有して噛合されている請求項１に記載の静電アクチュエータ。
【請求項３】
前記可動電極は、前記基板と直交する方向に間隔を有して少なくとも２層設けられている請求項１又は２に記載の静電アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータに関し、特に電極間の静電引力を利用して駆動力を得る静電アクチュエータおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の背景技術として、例えば、特開平１０−３１３１２３号公報（特許文献１）に提案されているマイクロアクチュエータがあり、これを図４に示す。このものは、基板１００と、浮動体１１０と、固定電極１２０と、接続電極１３０とを備えている。
【０００３】
このうち、基板１００はシリコンにて形成されており、その一方の面には絶縁層１０１が形成されている。また、この絶縁層１０１上にはポリシリコンからなる浮動体アンカ１４０および固定電極アンカ１５０が接合されている。
【０００４】
浮動体１１０は、浮動基幹１１１と可動側櫛歯１１２とから構成されている。ここにおいて、可動側櫛歯１１２は、浮動基幹１１１の向かい合う一対の外縁から外方に向かって基板１００と平行に突設されている。また、浮動基幹１１１は、浮動体アンカ１４０に固着されて弾性を有する支持梁１６０と連設されており、基板１００から離間して遊動可能な状態で支持されている。さらに、可動側櫛歯１１２の側面には導電体１７０が接合されている。
【０００５】
固定電極１２０は、基幹部１２１と固定櫛歯電極１２２とから構成されている。ここにおいて、固定櫛歯電極１２２は、基幹部１２１に対して直交する方向に突設されており、平面視において櫛歯状に形成されている。また、固定電極１２０は、可動側櫛歯１１２と相対して絶縁層１０１上に固着されており、固定櫛歯電極１２２と可動側櫛歯１１２とは互いに空隙を有して噛合されている。さらに固定櫛歯電極１２２の側面には導電体１７０が接合されている。
【０００６】
接続電極１３０は、金属にて形成されており、少なくとも固定電極アンカ１５０上に接合されている。また、このものは、浮動体アンカ１４０および固定電極アンカ１５０と絶縁層１０１上に形成された配線１８０を介して電気的に接続されており、結果的に浮動体１１０および固定電極１２０と電気的に接続されている。
【０００７】
このマイクロアクチュエータによれば、接続電極１３０を通じて浮動体１１０および固定電極１３０に電圧を印加することにより、この両者間に静電引力が発生して浮動体１１０を駆動することができ、さらに、可動側櫛歯１１２および固定櫛歯電極１２２の側面に導電体１７０を設けているので、櫛歯電極間距離が短縮して浮動体１１０および固定電極１２０に印加する電圧を上昇させることなく駆動力を向上することができる。
【０００８】
ところで、このようなマイクロアクチュエータは、浮動体１１０を構成する浮動基幹１１１と可動側櫛歯１１２との厚さが同一の寸法に形成されている。したがって、さらなる駆動力の向上を実現するためには、櫛歯電極間距離をさらに短縮する、可動側櫛歯１１２と固定櫛歯電極１２２の側面の面積を大きくする、可動側櫛歯１１２および固定櫛歯電極１２２の数量を増加する必要があり、また、支持梁１６０の平面方向の幅を狭くする、支持梁１６０の平面方向の長さを長くする必要がある。
【０００９】
しかしながら、可動側櫛歯１１２および固定櫛歯電極１２２の側面の面積を大きくすることや数量を増加すること、ならびに、支持梁１６０を長くすることはマイクロアクチュエータのサイズを増大させることとなり、また、櫛歯電極間距離をさらに短縮することや支持梁１６０の幅を狭くすることは製造上の制約により困難性を増す要因となる。
【特許文献１】特開平１０−３１３１２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記の点に鑑みてなしたものであり、その目的とするところは、印加する電圧を上昇させることなく駆動力を向上し、かつ小型化が可能な静電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】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の静電アクチュエータは、基板と、基板の一方の面に設けられた固定部と、一端が固定部に固着されて弾性を有する弾性支持部と、第１主面と第２主面とを有し、第１主面が基板と相対するように弾性支持部の他端に固着されることにより基板上で遊動するように支持された可動子と、可動子に設けられた可動電極と、可動電極と相対して基板上に固着された固定電極と、からなる静電アクチュエータにおいて、前記弾性支持体は、その基板側へ向かう方向の厚さを可動子の基板側へ向かう方向の厚さよりも薄く形成してなり、可動子とは第２主面を含む平面より基板側で固着されてなるものである。
【００１２】
請求項２に係る発明の静電アクチュエータは、請求項１に記載の構成において、可動電極及び固定電極を平面視において櫛型に形成して互いに空隙を有して噛合させたものである。
【００１３】
請求項３に係る発明の静電アクチュエータは、請求項１又は２に記載の構成において、可動電極を基板と直交する方向に間隔を有して少なくとも２層設けたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の静電アクチュエータによれば、弾性支持体は、その基板側へ向かう方向の厚さを可動子の基板側へ向かう方向の厚さよりも薄く形成して、可動子とは第２主面を含む平面より基板側で固着しているので、弾性支持部の平面視における形状を変化させることなく、つまり、静電アクチュエータのサイズを変化させることなく弾性支持部の剛性、すなわち、弾性支持部のばね係数を小さくすることが可能となり、比較的に低い電圧印加で大きな駆動力を有する静電アクチュエータを得ることができる。
【００１５】
また、可動電極及び固定電極を平面視において櫛型に形成するとともに互いに空隙を有して噛合したり、さらに、可動電極を基板と直交する方向に間隔を有して少なくとも２層設けているので、可動電極と固定電極との対向面積が拡大し、それに応じて対向面積と比例関係にある静電引力はさらに増加して、より大きな駆動力を有する静電アクチュエータを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る静電アクチュエータを図１に基づいて説明する。図１（ａ）はその平面図、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ線に沿って切断したときの断面斜視図である。
【００１７】
この静電アクチュエータは、基板１と、固定部２と、弾性支持部３と、可動子４と、固定電極５とを主要構成要素としている。
【００１８】
基板１は、中間絶縁膜１３が第１のシリコン基板１１および第２のシリコン基板１２で挟まれた構造をなすＳＯＩ基板であり、平面視において略四角形状の平板をなしている。また、第２のシリコン基板１２は、所定の領域を中間絶縁膜１３までエッチングすることにより、後述する固定部２と、可動子４と、弾性支持部３と、固定電極５とに加工され、第１のシリコン基板はそれらを支える支持部材となる。
【００１９】
固定部２は、可動子４および弾性支持部３を基板１から離間させて支持するものである。このものは、中間絶縁膜１３上に固着しており、平面視において略四角形状をなす塊体をなしている。また、固定部２の上面には、例えば、アルミニウム（Ａｌ）からなる電極パッド２１を形成しており、可動子４とは固定部２および弾性支持部３を介して電気的に接続されている。
【００２０】
可動子４は、固定電極５と相関して、例えば、機械的な変位を電気的な変位に変換する、あるいは、電気的な変位を機械的な変位に変換するためのものである。このものは、可動子４の第１主面４３を第１のシリコン基板１１と相対させて基板１上で遊動自在に支持されている。また、この可動子４は、平面視において略四角形状の棒体をなす基幹部４１に、それと直交して基板１と平行な方向に同じく略四角形状の棒体をなす可動電極４２を突設したものである。この可動電極４２は、互いに等しい間隔を空けて複数個配置しており、その高さを基幹部４１と略同等に形成している。さらに、基幹部４１と可動電極４２とは一体形成されており、同一の材料、すなわちシリコンにて形成している。また、基幹部４１の長手方向と直交する面は弾性支持部３と連接している。
【００２１】
弾性支持部３は、可動子４が基板１上で遊動できるように支持するものである。このものは、平面視において略四角形状をなす短冊体をなしており、その厚さは、基幹部４１の厚さ（図１の上下方向）より薄く、基板１と直交する方向に撓まない程度に形成している。また、弾性支持部３は、固定部２と一体形成してその基端部を固定部２の側面（図１の左右方向）に連接し、その先端部を上述のように基幹部４１の長手方向と直交する面に連接させている。ここにおいて、先端部は基幹部４１の側面の下方（第１主面４３側）と接続しており、弾性支持部３の基板１と相対する面は、第１主面４３と同一平面上に位置している。
【００２２】
ここにおいて、上述した固定部２、可動子４、弾性支持部３は第２のシリコン基板１２にて一体形成されている。
【００２３】
固定電極５は、可動電極４２と相関して、例えば、固定電極５と可動電極４２との間に機械的、あるいは電気的変位を発生させるものである。このものは、平面視において棒体をなす幹部５１と、それと直交する方向に同じく略四角形状の棒体をなす歯部５２が同一方向に突設された櫛歯体をなしており、中間絶縁膜１３上に固着している。ここにおいて、歯部５２は、可動電極４２と互いに空隙を有して噛合するように位置している。さらに、幹部５１と歯部５２とは一体形成されており、同一の材料、すなわちシリコンにて形成している。また、幹部５１の上面には、例えば、アルミニウム（Ａｌ）からなる電極パッド５３を形成している。この電極パッド５３は幹部５１を介して歯部５２と電気的に接続されている。
【００２４】
次に、その製造方法を図２に基づいて説明する。
【００２５】
まず、第２のシリコン基板１２上に熱酸化法を用いてマスク層８となる酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜を１μｍ程度形成する。
【００２６】
次いで、弾性支持部３となる位置のマスク層８をフルオロホルム（ＣＨＦ３）又は四フッ化炭素（ＣＦ４）を用いてエッチングして第２のシリコン基板１２を露出させる。
【００２７】
次いで、マスク層８上に再度酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜を０．２μｍ程度形成し、固定部２と、弾性支持部３と、可動子４と、固定電極５となる位置のマスク層８を残してその他の領域をフルオロホルム（ＣＨＦ３）又は四フッ化炭素（ＣＦ４）を用いてエッチング除去する。この際、弾性支持部３上のマスク層８の厚みは、可動子４および固定電極５上のマスク層８の厚みより薄くなっている。
【００２８】
次いで、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｉｎｇ  Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）を用いて第２のシリコン基板１２を中間絶縁膜１３までエッチングする。このＩＣＰを用いたエッチングは、第２のシリコン基板１２およびマスク層８もエッチングするが、エッチングレートの差（シリコン：２μｍ／分、酸化シリコン：０．０２μｍ／分）により、第２のシリコン基板１２の露出領域が最も顕著にエッチングされ、弾性支持部３上のマスク層８と可動子４および固定電極５上のマスク層８との厚みの違いにより、弾性支持部３となる領域の第２のシリコン基板１２が可動子４および固定電極５となる領域の第２のシリコン基板１２よりオーバーエッチングされる。また、このときの中間絶縁膜１３はエッチストップ層として機能し、第１のシリコン基板１１がエッチングされることを防止している。
【００２９】
そして、弾性支持部３および可動子４下部の中間絶縁膜１３をバッファフッ酸（ＢＨＦ）を用いて除去し、弾性支持部３および可動子４を基板１から遊離する。
【００３０】
最後に、２×１０−３Ｔｏｒｒ程度の雰囲気中でスパッタ法を用いてアルミニウム（Ａｌ）を１．５μｍ程度形成し、静電アクチュエータが完成する。
【００３１】
以上説明した本実施形態の静電アクチュエータによると、弾性支持部３の厚さを可動子４の厚さより薄く形成して可動子４の第１主面４３と同一平面上に位置させるとともに、可動電極４２および固定電極５を平面視において櫛型に形成していることにより、弾性支持部３のばね係数を平面視における形状を変化させることなく小さくすることができるとともに、可動電極４２と固定電極５との対向面積を拡大させて静電引力を増加することがきるので、比較的に低い電圧印加で大きな駆動力を有する静電アクチュエータを得ることができる。
【００３２】
また、弾性支持部３となる領域のマスク層８の厚さが他の領域のマスク層８の厚さよりも薄くなるようにマスク層８を加工する工程と、再度マスク層８に固定部２、弾性支持部３、可動子４、可動電極４２、固定電極５のマスクパターンを形成して中間絶縁膜１３まで基板１をマスク層８ごと異方性エッチングする工程を備えているので、１回の基板エッチング工程で弾性支持部３となる領域のエッチング時間を他の領域のエッチング時間より長くすることが可能となり、比較的に簡単な製造方法で弾性支持部３の基板１側へ向かう方向の厚さを可動子４の基板１側へ向かう方向の厚さよりも薄く形成することができる。
【００３３】
なお、可動電極４２および固定電極５は、その形状が櫛型に限定されるものではなく、例えば、互いに向かい合う平板でもよい。
【００３４】
また、弾性支持部３の形成位置は、基幹部４１の第１主面４３と同一平面上に位置するものに限定されるものではなく、第２主面４４と同一平面上に位置していなければその形成位置は適宜設計変更できるものである。
【００３５】
また、弾性支持部３は、その形状が短冊体に限定されるものではなく、例えば、矩形波状に形成してもよい。
【００３６】
また、本実施形態では基板１にＳＯＩ基板を用いているが、単結晶の単層シリコン基板を用いてもよい。この場合、ｎ型シリコン基板の一方の面にリン（Ｐ）をドーピングしてｐ型の高濃度層を形成し、これをエッチストップ層として上述した製造工程を経ることにより静電アクチュエータを製造することも可能である。
【００３７】
［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る静電アクチュエータを図３に基づいて説明する。図３は静電アクチュエータの断面斜視図である。
【００３８】
この実施形態の静電アクチュエータは、基板６と可動子７が第１の実施形態と異なるものであり、他の構成要素は第１の実施形態のものと実質的に同一であるので、同一部材には同一の番号を付して説明を省略する。
【００３９】
基板６は、第１の中間絶縁膜６４と第２の中間絶縁膜６５が第１のシリコン基板６１と第２のシリコン基板６２と第３のシリコン基板６３とにより挟まれた構造をなすＳＯＩ基板であり、平面視の形状は上述の基板１と同等である。また、固定部２と、可動子４と、弾性支持部３と、固定電極５とは第２のシリコン基板６２および第３のシリコン基板６３上に形成している。
【００４０】
ここにおいて、固定部２の第２のシリコン基板６２と第３のシリコン基板６３及び固定電極５の第２のシリコン基板６２と第３のシリコン基板６３はそれぞれ電気的に導通している。これは、固定部２及び固定電極５の第３のシリコン基板６３から第２のシリコン基板６２に向かって第２の中間絶縁膜６５を貫通する貫通孔２２を形成し、その貫通孔２２に、例えばリン（Ｐ）を注入したｐ型のポリシリコンを埋設することにより実現している。
【００４１】
可動子７は、その基幹部７１を第２のシリコン基板６２と第２の中間絶縁膜６５と第３のシリコン基板６３の３層にて構成している。また、略四角形状の棒体をなす可動電極７２，７３が基幹部７１の第２のシリコン基板６２および第３のシリコン基板６３から基板６の平面方向に互いに等しい間隔を有して複数突設されており、さらに基板６と直交する方向（図３の上下方向）において略同一直線上に位置している。また、可動電極７２，７３の高さは、基幹部７１を構成する第２のシリコン基板６２と第３のシリコン基板６３の厚さと略同等である。また、弾性支持部３は、基幹部７１の長手方向と直交する面の第２シリコン基板６２部分と連接している。
【００４２】
以上説明した本実施形態の静電アクチュエータによると、可動電極７２，７３を２層形成していることにより、弾性支持部３のばね係数を平面視における形状を変化させることなく小さくすることができるとともに、可動電極７２，７３と固定電極５との対向面積をより拡大させて静電引力を増加することがきるので、さらに比較的に低い電圧印加で大きな駆動力を有する静電アクチュエータを得ることができる。
【００４３】
なお、可動電極７２，７３の積層数は２層に限定されるものではなく、静電アクチュエータとして実現可能な範囲で多層にするのが駆動力を向上させるためにも好ましい。この際、基板６のシリコン基板層も可動電極の積層数に応じて多層とするのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る静電アクチュエータを示すものであり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線に沿って切断したときの断面図である。
【図２】同上の他の実施形態に係る静電アクチュエータの製造方法を示す断面工程図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る静電アクチュエータを示す断面図である。
【図４】従来の半導体発光素子の全体概略平面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１      基板
２      固定部
３      弾性支持部
４      可動子
４２    可動電極
４４    第２主面
５      固定電極
６      基板
７      可動子
７２    可動電極
７３    可動電極
【図１】
2005045976.tif 000003
【図２】
2005045976.tif 000004
【図３】
2005045976.tif 000005
【図４】
2005045976.tif 000006