(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電力により駆動される静電アクチュエーターであって、可動ビームと、可動ビームを片持ちに支持するビーム支持部とを有しており、可動ビームは、直列的に接続された複数の単位駆動素子を有しており、単位駆動素子は、一対の電極支持部と、一対の電極支持部を連結するバネ部と、電極支持部の各々に設けられた少なくとも一対の電極要素とを有している、静電アクチュエーター。
【請求項２】
単位駆動素子は、電極支持部の各々に設けられた二対の電極要素を有している、請求項１に記載の静電アクチュエーター。
【請求項３】
複数の単位駆動素子は、可動ビームの延びる方向に沿って、交互に逆向きで並んでいる、請求項１または請求項２に記載の静電アクチュエーター。
【請求項４】
複数の単位駆動素子は、可動ビームの延びる方向に沿って、同じ向きで並んでいる、請求項１または請求項２に記載の静電アクチュエーター。
【請求項５】
一対の電極要素は一対の平板電極であり、一対の平板電極は間隔を置いて向き合っている、請求項１または請求項２に記載の静電アクチュエーター。
【請求項６】
可動ビームは、少なくとも一つの第一の単位駆動素子を有しており、第一の単位駆動素子は、そのバネ部が、可動ビームの延びる方向に直交する方向にたわみ得るたわみバネである、請求項１または請求項２に記載の静電アクチュエーター。
【請求項７】
静電力により駆動されるミラーアレイであって、複数の可動ビームと、複数の可動ビームを片持ちに支持するビーム支持部と、可動ビームの各々の自由端部に設けられた複数のミラーとを有しており、可動ビームの各々は、直列的に接続された複数の単位駆動素子を有しており、単位駆動素子は、一対の電極支持部と、一対の電極支持部を連結するバネ部と、電極支持部の各々に設けられた少なくとも一対の電極要素とを有している、ミラーアレイ。
【請求項８】
単位駆動素子は、電極支持部の各々に設けられた二対の電極要素を有している、請求項７に記載のミラーアレイ。
【請求項９】
複数の単位駆動素子は、可動ビームの延びる方向に沿って、同じ向きで並んでいる、請求項７または請求項８に記載のミラーアレイ。
【請求項１０】
複数の単位駆動素子は、可動ビームの延びる方向に沿って、交互に逆向きで並んでいる、請求項７または請求項８に記載のミラーアレイ。
【請求項１１】
一対の電極要素は一対の平板電極であり、一対の平板電極は間隔を置いて向き合っている、請求項７または請求項８項に記載のミラーアレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電アクチュエーター及びそれを利用したミラーアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マイクロマシンの駆動手段の１つとして、静電引力を利用したアクチュエーターが広く使用されている。これらのアクチュエーターは、図６０に示すように接地電極１４０２と、それに対向して配置される駆動電極１４０４と、駆動電極１４０４を支持するバネ１４０６とを有している。
【０００３】
図６０に示される静電アクチュエーターの動作について、図６１を参照して説明する。図６１に示すように、接地電極１４０２を接地した状態で、駆動電極１４０４に電源１４１２により電圧を印加すると、接地電極１４０２と駆動電極１４０４の表面に互いに極性が逆の電荷１４１４と電荷１４１６が誘起され、電荷１４１４と電荷１４１６の間に作用する静電力により、駆動電極１４０４が接地電極１４０２の方向に引き寄せられる。
【０００４】
この静電アクチュエーターのストロークは、駆動電極１４０４と接地電極１４０２の初期の間隔に制約されるが、ストロークを増大する目的で初期の電極間隔を増大すると、電極間に作用する静電力は電極間隔の二乗に比例して減少するため、アクチュエーターの駆動力が急激に低下する。
【０００５】
電極間に作用する静電力は印加電圧の二乗に比例するため、駆動電極１４０４と接地電極１４０２の間に印加する電圧を増大させることにより、前述の電極間隔の増大による静電引力の低下を補うことが可能だが、電圧には、各電極間または電極に接続される配線間の静電耐圧により制限される上限が存在するため、印加電圧を無制限に増大させることはできない。従って、図６０に示される静電アクチュエーターは、大きな変位を必要とする用途には適していない。
【０００６】
このような不具合を解決した静電アクチュエーターとして、図６２に示す構成のアクチュエーターが開示されている（日本機械学会、ロボティクス・メカトロニクス講演会’９８講演論文集（No. 98-4, 1AIV2-3））。このアクチュエーターは、図６２に示すように、シリコン基板１５０２と、絶縁膜１５０４と、給電パッド１５０６と、第一の駆動電極１５１２と、第二の駆動電極１５１４と、第三の駆動電極１５１６と、第四の駆動電極１５１８と、第五の駆動電極１５１８と、第一のバネ１５２２と、第二のバネ１５２４と、第三のバネ１５２６と、第四のバネ１５２８と、第五のバネ１５３０とを有している。
【０００７】
図６２に示すように、シリコン基板１５０２の表面は絶縁膜１５０４で覆われており、その上に給電パッド１５０６が形成されている。第一の駆動電極１５１２は導電性の第一のバネ１５２２を介して給電パッド１５０６に片持ち支持されており、第二の駆動電極１５１４は導電性の第二のバネ１５２４を介して第一の駆動電極１５１２に、第三の駆動電極１５１６は導電性の第三のバネ１５２６を介して第二の駆動電極１５１４に、第四の駆動電極１５１８は導電性の第四のバネ１５２８を介して第三の駆動電極１５１６に、第五の駆動電極１５２０は導電性の第五のバネ１５３０を介して第四の駆動電極１５１８に片持ち支持されている。
【０００８】
バネ１５２２、１５２４、１５２６、１５２８、１５３０は、残留応力の異なる二種類の薄膜から構成されており、反りを有している。このため、第一ないし第五の駆動電極１５１２、１５１４、１５１６、１５１８、１５２０は、電圧が印加されていない状態において、シリコン基板１５０２の表面に対して斜めに支持されており、先端に近い駆動電極は給電パッド１５０６に近い駆動電極に比べて大きい傾斜角を有している。
【０００９】
このアクチュエーターは、図６３に示すように、電源１５３２により一定の電圧をシリコン基板１５０２と給電パッド１５０６の間に印加することで駆動される。電圧が印加されると、第一ないし第五の駆動電極１５１２、１５１４、１５１６、１５１８、１５２０に、シリコン基板１５０２に対して、同時に同一の電位が与えられる。これにより、シリコン基板１５０２と各駆動電極１５１２、１５１４、１５１６、１５１８、１５２０の間には、静電引力が働く。
【００１０】
まず、最も大きい静電引力を受けている第一の駆動電極１５１２がシリコン基板１５０２に引き寄せらる。その結果、第一の駆動電極１５１２は、最終的には、図６４に示されるように、シリコン基板１５０２の表面の絶縁膜１５０４に全体的に接触する。
【００１１】
第一の駆動電極１５１２が絶縁膜１５０４に全体的に接触すると今度は、次に大きい静電引力を受けている第二の駆動電極１５１４が、シリコン基板１５０２に引き寄せられ、図６５に示されるように、シリコン基板１５０２の表面の絶縁膜１５０４に全体的に接触する。その後、同様に、第三の駆動電極１５１６と第四の駆動電極１５１８が順次、シリコン基板１５０２に引き寄せられて、その表面の絶縁膜１５０４に全体的に接触する。最後に、第五の駆動電極１５２０が、シリコン基板１５０２に引き寄せられ、図６６に示されるように、シリコン基板１５０２の表面の絶縁膜１５０４に全体的に接触する。
【００１２】
この静電アクチュエーターは、反ったバネを介して直列的に接続された複数の駆動電極を有していることにより、駆動電圧の増大を必要とすることなく、変位の拡大を達成している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
図６２に示される静電アクチュエーターにおいては、その特性は、バネの初期の曲率に大きく影響される。バネの初期の曲率は、それを構成する二種類の薄膜の残留応力差に依存するため、これを正確に制御することは難しい。
【００１４】
また、駆動電極とシリコン基板の間に生じる静電引力は、印加電圧に対してリニアに変化しない。また、静電引力は、印加電圧だけでなく、電極間隔にも依存している。このため、駆動電極に印加する電圧を調節することにより、静電アクチュエーターの変位量を正確に制御することは、言い換えれば、駆動電極を所望の位置に正確に配置することは難しい。このためには、位置センサー等の素子が別に必要となる。これは、コスト低減や素子の小型化を妨げる。
【００１５】
また、この静電アクチュエーターは、比較的大きな平板状の基板を必要とする共に、その構成上、駆動電極の移動方向は、基板に垂直な方向、それも基板に接近する一方向に制約される。応用範囲が限定される。
【００１６】
本発明は、このような実状を鑑みて成されたものであり、その主な目的は、大きいストローク（可動範囲）を有し、変位の正確な制御が容易に達成可能な静電アクチュエーターを提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ひとつには、静電力により駆動される静電アクチュエーターであり、可動ビームと、可動ビームを片持ちに支持するビーム支持部とを有しており、可動ビームは、直列的に接続された複数の単位駆動素子を有しており、単位駆動素子は、一対の電極支持部と、一対の電極支持部を連結するバネ部と、電極支持部の各々に設けられた少なくとも一対の電極要素とを有している。
【００１８】
本発明は、また、静電力により駆動されるミラーアレイであり、複数の可動ビームと、複数の可動ビームを片持ちに支持するビーム支持部と、可動ビームの各々の自由端部に設けられた複数のミラーとを有しており、可動ビームの各々は、直列的に接続された複数の単位駆動素子を有しており、単位駆動素子は、一対の電極支持部と、一対の電極支持部を連結するバネ部と、電極支持部の各々に設けられた少なくとも一対の電極要素とを有している。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。まず最初に、本発明のひとつの側面である静電アクチュエーターについて説明する。
【００２０】
［第一の実施の形態］
本発明の第一の実施の形態である静電アクチュエーターについて図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１に示されるように、第一の実施の形態の静電アクチュエーター１００は、可動ビーム１０２と、可動ビーム１０２を片持ちに支持するビーム支持部１０４とを有している。
【００２２】
可動ビーム１０２は、図２に模式的に示されるように、直列的に接続された複数の単位駆動素子１１０を有している。単位駆動素子１１０の各々は、第一の電極支持部１１２と、第二の電極支持部１１４と、これら一対の電極支持部１１２、１１４を連結するバネ部１１６とを有している。複数の単位駆動素子１１０は、可動ビーム１０２の延びる方向に沿って、交互に逆向きで並んでいる。バネ部１１６は、可動ビーム１０２の延びる方向に直交する方向にたわみ得るたわみバネである。
【００２３】
第一の電極支持部１１２は、図３と図４に詳しく示されるように、二つの接地電極１２２ａ、１２２ｂを含んでおり、第二の電極支持部１１４は、二つの駆動電極１２４ａ、１２４ｂを含んでいる。つまり、ひとつの単位駆動素子１１０は、バネ部１１６のたわみ得る方向に置いて向き合っている接地電極１２２ａと駆動電極１２４ａの第一の対と、バネ部１１６のたわみ得る方向に間隔をおいて向き合っている接地電極１２２ｂと駆動電極１２４ｂの第二の対を有している。
【００２４】
図４に示されるように、第一の接地電極１２２ａは、シリコン層１３２と、その第一の駆動電極１２４ａと向き合う面を覆う絶縁層である酸化シリコン層１３４と、その反対側の面を覆う絶縁層である酸化シリコン層１３６を有している。また、第一の駆動電極１２４ａは、シリコン層１４２と、その第一の接地電極１２２ａと向き合う面を覆う絶縁層である酸化シリコン層１４４とを有している。第二の接地電極１２２ｂと第二の駆動電極１２４ｂも同様の構造を有している。
【００２５】
シリコン１３２と酸化シリコン層１３４と酸化シリコン層１３６は、第一の電極支持部１１２の一部を構成するとともに、バネ部１１６の一部と、第二の電極支持部１１４の一部を構成している。シリコン層１３２は肉薄部を有しており、この部分がバネ部１１６の一部を構成している。隣接する二つの単位駆動素子１１０のシリコン層１３２の肉薄部に挟まれた部分は、第二の電極支持部１１４の一部を構成している。
【００２６】
また、シリコン層１４２と酸化シリコン層１４４は、第二の電極支持部１１４の一部を構成している。シリコン層１４２は凸部を有しており、この凸部は酸化シリコン膜１３４、１４４を挟んでシリコン層１３２に結合されている。第一の接地電極１２２ａの主材料であるシリコン１３２と、第一の駆動電極１２４ａの主材料であるシリコン１４２は、それぞれを覆っている絶縁層１３４と絶縁層１４４によって、互いに電気的に絶縁されている。
【００２７】
隣接する二つの単位駆動素子の駆動電極１２４ａは、コンタクトホール１４６を介して、共通の配線１４８と電気的に接続されている。同様に、隣接する二つの単位駆動素子の駆動電極１２４ｂは、コンタクトホール１４６を介して、共通の配線１４８と電気的に接続されている。配線１４８は、酸化シリコン層１３６の上を延びている。
【００２８】
図６に示されるように、ビーム支持部１０４は、その内部に複数の給電パッド１５２を有しており、給電パッド１５２の各々は、対応する配線１４８を介して、隣接する二つの単位駆動素子の駆動電極１２４ａと１２４ｂのいずれかに電気的に接続されている。また、ビーム支持部１０４は、一対の給電パッド１５４（図にはその一つのみ示されている）を有しており、給電パッド１５４の各々は接地電極１２２ａと１２２ｂのいずれかに電気的に接続されている。
【００２９】
図５に示されるように、ビーム支持部１０４は、駆動電極１２４ａと１２４ｂ用の給電パッド１５２と外部装置との電気的接続のための複数の開口１５６を有している。複数の開口１５６は、図５に見える表側と、その反対側に位置するため図５には見えない裏側とに形成されている。また接地電極１２２ａと１２２ｂ用の給電パッド１５４と外部との電気的接続のための一対の開口１５８を有している。開口１５８は、図５に見える表側と、その反対側に位置するため図５には見えない裏側にひとつずつ形成されている。
【００３０】
図７は、本実施の形態の静電アクチュエーター１００の動作を説明する図である。上述した静電アクチュエーター１００において、接地電極１２２ａと１２２ｂと下側の第二の駆動電極１２４ｂを接地電位に保った状態で、上側の第一の駆動電極１２４ａに電圧を印加すると、接地電極１２２ａがバネ部１１６を支点として、静電引力によって上側の第一の駆動電極１２４ａに引き寄せられるため、図７に示されるように、可動ビーム１０２が全体的に上側に反る。
【００３１】
これとは逆に、上側の第一の駆動電極１２４ａを接地電位に保ち、下側の第二の駆動電極１２４ｂに電圧を印加すると、可動ビーム１０２が全体的に下側に反る。
【００３２】
さらに、前述したように、直列的に並んでいる単位駆動素子１１０の駆動電極１２４ａと１２４ｂは、隣接する二つは電気的に接続しているが、二つずつ単位で互いに電気的に分離されている。従って、隣接する二つの単位駆動素子１１０毎に、駆動電極１２４ａと１２４ｂに印加する電圧を独立に制御することができる。これにより、可動ビーム１０２の任意の位置にある隣接する二つの単位駆動素子１１０を変位させることができるので、可動ビーム１０２の全体の変位量を、電圧を印加する駆動電極１２４ａと１２４ｂの個数を変えることにより、小刻みに制御することができる。
【００３３】
図８〜図１７は、本実施の形態の静電アクチュエーター１００の可動ビームの製造工程を示す斜視図である。以下、図８〜図１７を参照しながら、本実施の形態の静電アクチュエーター１００の可動ビーム１０２の製造方法について説明する。
【００３４】
まず、図８に示すように、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用意し、その活性層をフォトレジスト（図示せず）等をマスクとしてＲＩＥ（Riactive Ion Etching）やＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）エッチングによって２回選択的に除去することにより、駆動電極２０２及び接合部２０４を形成する。ここで２０６および２０８は、それぞれＳＯＩ基板の支持層および埋め込み酸化膜である。
【００３５】
次に別のＳＯＩ基板を用意し、その活性層を図８と同様の方法で選択的に除去することにより、図９に示すように、接地電極２１２及び電極ポスト２１４を形成する。ここで２１６および２１８は、それぞれＳＯＩ基板の支持層および埋め込み酸化膜である。
【００３６】
次に図１０に示すように、図８および図９の工程で加工した基板の表面に熱酸化膜２２２、２２４をそれぞれ形成した後、図８における接合部２０４が、図９における電極ポスト２１４に接触するよう位置合わせを行ない、両者の基板を接合する。
【００３７】
次に支持層２１６をＴＭＡＨ（Tetramethyl ammonium hydroxide）等により除去した後、埋め込み酸化膜２１８をＲＩＥによって除去する。さらに図１１に示すように基板のシリコンを、フォトレジスト２３６をマスクとしてＲＩＥによって一部除去することにより、配線溝２３８を形成する。
【００３８】
次にフォトレジスト２３６を除去した後、熱酸化を行い、新たに形成された熱酸化膜の一部をフォトレジストをマスクとしてバッファードフッ酸またはＲＩＥによって除去することにより、酸化膜マスク（図示せず）を形成する。次にこの酸化膜マスクを介して、下層のシリコンをＴＭＡＨによって除去することにより、図１２に示される凹部２４２を形成する。次に酸化膜マスクを除去した後、再度熱酸化を行い、図１２に示される酸化シリコン膜２４４を形成する。さらに酸化シリコン膜２４４の一部をフォトレジストを介してＲＩＥによって除去することにより、コンタクトホール２４６を形成する。ここで、コンタクトホール２４６の形成と同時に、図中に２４８で示される部分の酸化シリコン膜を除去しておく。
【００３９】
次にフォトレジストを除去した後、イオン注入等の方法によってドーパントをコンタクトホール２４６下層のシリコン層に拡散することにより、この部分に高濃度のドーパント拡散層を形成する。
【００４０】
さらに図１３に示すように、アルミニウム等の導体膜をスパッタリング法等の方法によって成膜した後、この導体膜の一部をフォトレジスト等を介して除去することにより、配線２５２を形成する。
【００４１】
次に図１４に示すように、酸化シリコン膜２４４をマスクとして、シリコンをＩＣＰエッチング法によって除去することにより、接地電極２１２および電極ポスト２１４を基板から分離するとともに、バネ部２５４を形成する。さらに埋め込み酸化膜２０８が露出している部分のうち面積の広い箇所に、ポリイミド膜２５６をスクリーン印刷法等の方法により成膜する。
【００４２】
次に図１５に示すように、図１４の工程で形成される構造体を二枚、各々の構造が接合面に対してミラー対称になるよう位置合わせを行った後、両者を接合する。この接合は、構造中に使用している配線材の融点やポリイミドの熱分解温度より低い温度で行う。さらに同図中に示される支持層２０６を除去する。
【００４３】
支持層２０６の除去は、アクチュエーターの形成されている空間２５８を封止した状態で、ＴＭＡＨ等を使用して行なう。支持層２０６が完全に除去されると、ＴＭＡＨの液圧が埋め込み酸化膜２０８に作用するが、この部分は図１４の工程で形成したポリイミド膜２５６によって補強されているため、埋め込み酸化膜２０８の液圧による破損が防止される。
【００４４】
最後に埋め込み酸化膜２０８及びポリイミド膜２５６を、ＲＩＥによって除去することにより、図３と図４に示される可動ビーム１０２が完成する。なお配線の信頼性向上のため、配線２５２の表面にシリコン酸化膜等をＰ−ＣＶＤ（Plasma Assisted Chemical Vapor Deposition）法により形成してもよい。
【００４５】
本発明の実施の形態の静電アクチュエーターは、同一の二枚の構造体を張り合わせて作製されるために、図４に示されるように、配線１４８が配線溝の上面と下面に形成されるので、図６に示されるように、給電パッド１５２はビーム支持部１０４の上側と下側の両方に形成される。
【００４６】
図１６と図１７は、それぞれ、図１３の工程と図１５の工程に対応する、ビーム支持部の製造工程を示す斜視図である。
【００４７】
図１６は、図１３に示す工程が終了した時点における給電パッド付近の構造を示している。支持部２６２は、図８の工程において形成される駆動電極２０２及び接合部２０４と同時に形成される。また、支持部２６４は、図９の工程において形成される接地電極２１２及び電極ポスト２１４と同時に形成される。また開口部２６６は、支持部２６２及び支持部２６４を形成する工程において、同時に形成される。さらに給電パッド２６８、２７２は、図１３の工程で形成される配線２５２と同時に形成され、コンタクトホール２７０は、図１２の工程で形成されるコンタクトホール２４６と同時に形成される。また、給電パッド２７２は、コンタクトホール２７０を介して支持部２６４に接続される。また支持部２６４のうち給電パッド２７２に接する部分には、高濃度のドーパント拡散層（図示せず）が形成されている。
【００４８】
次に図１７に示すように、埋め込み酸化膜２０８が露出している部分のうち面積の広い箇所にポリイミド膜２５６を成膜した後、図１６の工程を経て形成される構造体を二枚接合する。接合される二枚の構造体は、給電パッド２６８、２７２と開口部２６６の位置が異なっており、一方の構造体の給電パッドと開口部がそれぞれ他方の構造体の開口部と給電パッドと向き合うように配置されている。
【００４９】
次に支持層２０６を除去する。この工程において、図１７に示される下側の構造体の支持層２０６をマスク２７４を介して除去することにより、図５に示される保持部１６０が形成される。マスク２７４は、工程の途中で基板の裏面に形成される熱酸化膜をパターニングして使用する。さらに埋め込み酸化膜２０８、ポリイミド膜２５６を除去することにより、パッド周辺の構造が完成する。
【００５０】
本実施の形態の静電アクチュエーターは、様々な変形や変更が可能である。
【００５１】
上述した実施の形態の静電アクチュエーターでは、可動ビームを上下両方向に変位させるために、各単位駆動素子は、可動ビームの延びる方向（別の言い方をすればビームの軸）の両側に対称的に、接地電極と駆動電極の対をひとつずつ有しているが、上方向または下方向の一方への変位が要求される場合には、各単位駆動素子は、一対の接地電極と駆動電極を、可動ビームの延びる方向（別の言い方をすればビームの軸）の片側に有してさえすればよい。このような構造体は、具体的には、図１４に示した工程の後に、同様の構造体を接合することなく、支持層２０６、埋め込み酸化膜２０８、ポリイミド膜２５６を順次除去することによって、作製され得る。
【００５２】
上述した実施の形態の静電アクチュエーターでは、接地電極と駆動電極の対は、間隔を置いて向き合った一対の平板状の電極であるが、両者間で静電引力が生じるものであれば、その形状は任意に変更してもよい。例えば、図１８に示されるように、駆動電極と接地電極の対は、それぞれ複数の歯を有しており、一方の櫛形電極の歯は他方の櫛形電極の歯の間に延びている一対の櫛形電極であってもよい。このような櫛形電極は、例えば、図８と図９に示される工程でそれぞれ形成すればよい。
【００５３】
上述した実施の形態の静電アクチュエーターでは、図２に分かり易く模式的に示されるように、複数の単位駆動素子は、可動ビームの延びる方向に沿って、交互に逆向きで並んでいるが、単位駆動素子の配列はこれに限定されず、直列的に並んでしさえすればよい。例えば、図１９に示されるように、さらに図２０に分かり易く模式的に示されるように、複数の単位駆動素子は、可動ビームの延びる方向に沿って、同じ向きで並んでいてもよい。このような可動ビームは、図９に示される工程において、エッチングのパターンを変える点を除いては、本実施の形態と同様の手法によって作製され得る。
【００５４】
本実施の形態の静電アクチュエーターは、可動ビームが直列的に接続された複数の単位駆動素子を有していることにより、接地電極と駆動電極の間隔を増大させることなく、アクチュエーターの変位量の増大と、十分な駆動力の確保とを同時に達成している。また、単位駆動素子を隣接する二つ毎に独立に制御できるので、アクチュエーターの変位を細かく制御することが可能である（もちろん、単位駆動素子をひとつずつ独立に制御するような変更も可能である）。この制御は、駆動電極に電圧を印加する単位駆動素子の個数を変更することで行なわれるので、Ｄ/Ａ変換を行なうことなく、デジタル回路により直接制御することができる。
【００５５】
［第二の実施の形態］
本発明の第二の実施の形態である静電アクチュエーターの可動ビームについて図面を参照しながら説明する。第二の実施の形態の静電アクチュエータの可動ビームを図２１に示す。
【００５６】
図２１に示されるように、可動ビーム３０２は、直列的に接続されている三種類の単位駆動素子３１０、３３０、３５０を有している。第一の単位駆動素子３１０は上下方向にたわみ変位し得、第二の単位駆動素子３３０は左右方向にたわみ変位し得、第三の単位駆動素子３５０は、可動ビーム３０２の軸を中心に左右回りにねじれ変位し得る。
【００５７】
ここにおいて、「可動ビーム３０２の軸」という用語は、可動ビーム３０２が無変位の状態において、可動ビーム３０２の延びている方向に平行で、可動ビーム３０２の中心を通る仮想的な線を言うものとする。また、「上下方向」という用語は、可動ビーム３０２の軸に直交する一方向を言い、「左右方向」という用語は、可動ビーム３０２の軸に直交するとともに前述の「上下方向」に直交する方向を言うものとする。
【００５８】
図２１には、複数の単位駆動素子３１０と一つの単位駆動素子３５０と複数の単位駆動素子３３０が示されているが、それらの個数はこれに限定されるものではなく、任意の個数の組み合わせであってよい。また、可動ビーム３０２は、必ずしも三種類の単位駆動素子３１０、３３０、３５０の全てを含んでいる必要はなく、要求される動きに応じて、第一ないし第三の単位駆動素子３１０、３３０、３５０の内の二種類あるいは一種類のみを有していてもよい。
【００５９】
第一の単位駆動素子３１０は、図２２と図２３に示されるように、第一の電極支持部３１２と、第二の電極支持部３１４と、第一の電極支持部３１２と第二の電極支持部３１４を連結しているバネ部３１６とを有している。バネ部３１６は、可動ビーム３０２の軸に直交する上下方向にたわみ得るたわみバネである。
【００６０】
第一の電極支持部３１２は、二つの接地電極３２２ａ、３２２ｂを有しており、第二の電極支持部３１４は、二つの駆動電極３２４ａ、３２４ｂを有している。すなわち、第一の単位駆動素子３１０は、接地電極と駆動電極の対を二つ、すなわち、接地電極３２２ａと駆動電極３２４ａの第一の対と、接地電極３２２ｂと駆動電極３２４ｂの第二の対とを有している。
【００６１】
接地電極３２２ａ、３２２ｂと駆動電極３２４ａ、３２４ｂは共に複数の歯を有する櫛形電極であり、それぞれの対を成している櫛形電極は、一方の歯が他方の歯の間に入り込んでおり、各対の櫛形電極の歯は共に可動ビーム３０２の延びる方向に沿って延びている。
【００６２】
第一の対の櫛形電極（すなわち接地電極３２２ａと駆動電極３２４ａ）は、可動ビーム３０２の軸から、バネ部３１６がたわみ得る方向に外れて位置している。同様に、第二の対の櫛形電極（すなわち接地電極３２２ｂと駆動電極３２４ｂ）は、可動ビーム３０２の軸から、バネ部３１６がたわみ得る方向に外れて位置している。さらに、第一の対の櫛形電極（すなわち接地電極３２２ａと駆動電極３２４ａ）と第二の対の櫛形電極（すなわち接地電極３２２ｂと駆動電極３２４ｂ）は、可動ビーム３０２の軸を通り、バネ部３１６がたわみ得る方向に直交する平面に対して面対称に位置している。
【００６３】
第一の単位駆動素子３１０の動作について図２８を参照して説明する。図２８は、複数の第一の単位駆動素子３１０が直列的に接続された構造体を横から見た図である。図２８において、接地電極３２２ａ、３２２ｂおよび下側の駆動電極３２４ｂを接地電位に保った状態で、上側の駆動電極３２４ａに電圧を印加すると、接地電極３２２ａと上側の駆動電極３２４ａが静電引力によって互いに引き寄せられ、バネ部３１６がたわみ変形を起こす。その結果、図２８に示される構造体（つまり可動ビームの一部）は上方向に反る。
【００６４】
これとは反対に、接地電極３２２ａ、３２２ｂおよび上側の駆動電極３２４ａを接地電位に保った状態で、下側の駆動電極３２４ｂに電圧を印加すれば、図２８に示される構造体（つまり可動ビームの一部）は下方向に反る。
【００６５】
また、駆動電圧に電圧を印加する単位駆動素子３１０の個数を制御することにより、図２８に示される構造体（つまり可動ビームの一部）の反る量つまり変位量を細かく制御することができる。さらに、適当な単位駆動素子３１０に対しては上側の駆動電極３２４ａに電圧を印加するとともに、その以外のうちの適当な単位駆動素子３１０に対して下側の駆動電極３２４ｂに電圧を印加することにより、図２８に示される構造体（つまり可動ビームの一部）を上下方向に複雑な形状に変形させることもできる。
【００６６】
図２２と図２３に示される第一の単位駆動素子３１０は、上方向と下方向の両方向への移動のために、可動ビーム３０２の軸から対称的に外れて配置された二対の接地電極と駆動電極を有しているが、上方向または下方向のいずれか一方への移動のみが要求される用途に対しては、第一の単位駆動素子３１０は、可動ビーム３０２の軸から外れて配置された一対の接地電極と駆動電極を有してさえすればよい。
【００６７】
第二の単位駆動素子３３０は、図２４と図２５に示されるように、第一の電極支持部３３２と、第二の電極支持部３３４と、第一の電極支持部３３２と第二の電極支持部３３４を連結しているバネ部３３６とを有している。バネ部３３６は、可動ビーム３０２の軸に直交する左右方向にたわみ得るたわみバネである。
【００６８】
第一の電極支持部３３２は、四つの接地電極３４２ａ、３４２ｂ、３４２ｃ、３４２ｄを有しており、第二の電極支持部３３４は、四つの駆動電極３４４ａ、３４４ｂ、３４４ｃ、３４４ｄを有している。すなわち、第二の単位駆動素子３３０は、接地電極と駆動電極の対を四つ、すなわち、接地電極３４２ａと駆動電極３４４ａの第一の対と、接地電極３４２ｂと駆動電極３４４ｂの第二の対と、接地電極３４２ｃと駆動電極３４４ｃの第三の対と、接地電極３４２ｄと駆動電極３４４ｄの第四の対とを有している。
【００６９】
接地電極３４２ａ、３４２ｂ、３４２ｃ、３４２ｄと駆動電極３４４ａ、３４４ｂ、３４４ｃ、３４４ｄは共に複数の歯を有する櫛形電極であり、それぞれの対を成している櫛形電極は、一方の歯が他方の歯の間に入り込んでおり、各対の櫛形電極の歯は共に可動ビーム３０２の延びる方向に沿って延びている。
【００７０】
第一の対の櫛形電極（すなわち接地電極３４２ａと駆動電極３４４ａ）と第二の対の櫛形電極（すなわち接地電極３４２ｂと駆動電極３４４ｂ）は共に、可動ビーム３０２の軸から、バネ部３３６がたわみ得る方向に外れて位置している。さらに、第一の対の櫛形電極と第二の対の櫛形電極は、可動ビーム３０２の軸を通り、バネ部３３６がたわみ得る方向に平行な平面に対して面対称に位置している。
【００７１】
同様に、第三の対の櫛形電極（すなわち接地電極３４２ｃと駆動電極３４４ｃ）と第四の対の櫛形電極（すなわち接地電極３４２ｄと駆動電極３４４ｄ）は共に、可動ビーム３０２の軸から、バネ部３３６がたわみ得る方向に外れて位置している。さらに、第三の対の櫛形電極と第四の対の櫛形電極は、可動ビーム３０２の軸を通り、バネ部３３６がたわみ得る方向に平行な平面に対して面対称に位置している。
【００７２】
加えて、第一の対と第二の対の二対の櫛形電極と、第三の対と第四の対の二対の櫛形電極とは、可動ビーム３０２の軸を通り、バネ部３３６がたわみ得る方向に直交する平面に対して面対称に位置している。
【００７３】
第二の単位駆動素子３３０の動作について図２９を参照して説明する。図２９は、複数の第二の単位駆動素子３３０が直列的に接続された構造体を上から見た図である。図２９において、接地電極３４２ａ、３４２ｂ、３４２ｃ、３４２ｄおよび左側の駆動電極３４４ａ、３４４ｂを接地電位に保った状態で、右側の駆動電極３４４ｃ、３４４ｄに電圧を印加すると、接地電極３４２ｃ、３４２ｄと右側の駆動電極３４４ｃ、３４４ｄが静電引力によって互いに引き寄せられ、バネ部３３６がたわみ変形を起こす。その結果、図２９に示される構造体（つまり可動ビームの一部）は右方向に反る。
【００７４】
これとは反対に、接地電極３４２ａ、３４２ｂ、３４２ｃ、３４２ｄおよび右側の駆動電極３４４ｃ、３４４ｄを接地電位に保った状態で、左側の駆動電極３４４ａ、３４４ｂに電圧を印加すれば、図２８に示される構造体（つまり可動ビームの一部）は左方向に反る。
【００７５】
また、駆動電圧に電圧を印加する単位駆動素子３３０の個数を制御することにより、図２９に示される構造体（つまり可動ビームの一部）の反る量つまり変位量を細かく制御することができる。さらに、適当な単位駆動素子３３０に対しては左側の駆動電極３４４ａ、３４４ｂに電圧を印加するとともに、その以外のうちの適当な単位駆動素子３３０に対して右側の駆動電極３４４ｃ、３４４ｄに電圧を印加することにより、図２９に示される構造体（つまり可動ビームの一部）を左右方向に複雑な形状に変形させることもできる。
【００７６】
図２４と図２５に示される第二の単位駆動素子３３０は、左方向と右方向の両方向への移動のために、可動ビーム３０２の軸から対称的に外れて配置された第一と第二の対の接地電極と駆動電極および第三と第四の対の接地電極と駆動電極を有しているが、左方向または右方向のいずれか一方への移動のみが要求される用途に対しては、第二の単位駆動素子３３０は、可動ビーム３０２の軸から外れて配置された二対（例えば第一と第二の対）の接地電極と駆動電極を有してさえすればよい。
【００７７】
第三の単位駆動素子３５０は、図２６と図２７に示されるように、第一の電極支持部３５２と、第二の電極支持部３５４と、第一の電極支持部３５２と第二の電極支持部３５４を連結しているバネ部３５６とを有している。バネ部３５６は、可動ビーム３０２の軸を中心にねじれ得るねじれバネである。
【００７８】
第一の電極支持部３５２は、四つの接地電極３６２ａ、３６２ｂ、３６２ｃ、３６２ｄを有しており、第二の電極支持部３５４は、四つの駆動電極３６４ａ、３６４ｂ、３６４ｃ、３６４ｄを有している。すなわち、第二の単位駆動素子３５０は、接地電極と駆動電極の対を四つ、すなわち、接地電極３６２ａと駆動電極３６４ａの第一の対と、接地電極３６２ｂと駆動電極３６４ｂの第二の対と、接地電極３６２ｃと駆動電極３６４ｃの第三の対と、接地電極３６２ｄと駆動電極３６４ｄの第四の対とを有している。
【００７９】
接地電極３６２ａ、３６２ｂ、３６２ｃ、３６２ｄと駆動電極３６４ａ、３６４ｂ、３６４ｃ、３６４ｄは共に複数の歯を有する櫛形電極であり、それぞれの対を成している櫛形電極は、一方の歯が他方の歯の間に入り込んでおり、各対の櫛形電極の歯は共に可動ビーム３０２の軸に直交する方向に沿って延びている。
【００８０】
第一の対の櫛形電極（すなわち接地電極３６２ａと駆動電極３６４ａ）と第四の対の櫛形電極（すなわち接地電極３６２ｄと駆動電極３６４ｄ）は、可動ビーム３０２の延びる方向に沿って延びる軸に対して対称的に位置している。同様に、第二の対の櫛形電極（すなわち接地電極３６２ｂと駆動電極３６４ｂ）と第三の対の櫛形電極（すなわち接地電極３６２ｃと駆動電極３６４ｃ）は、可動ビーム３０２の延びる方向に沿って延びる軸に対して対称的に位置している。
【００８１】
第三の単位駆動素子３５０の動作について図３０を参照して説明する。図３０は、第三の単位駆動素子３５０を可動ビームの軸方向から見た図である。図３０において、接地電極３６２ａ、３６２ｂ、３６２ｃ、３６２ｄおよび駆動電極３６４ｂ、３６４ｃを接地電位に保った状態で、駆動電極３６４ａ、３６４ｄに電圧を印加すると、接地電極３６２ａ、３６２ｄと駆動電極３６４ａ、３６４ｄが静電引力によって互いに引き寄せられ、バネ部３５６（図２７参照）がねじり変形を起こす。その結果、第一の電極支持部３５２は第二の電極支持部３５４に対して右回りにねじれる。これにより、第一の電極支持部３５２に接続されている構造体は、第二の電極支持部３５４に接続されている構造体に対して、右回りにねじれる。
【００８２】
これとは反対に、接地電極３６２ａ、３６２ｂ、３６２ｃ、３６２ｄおよび駆動電極３６４ａ、３６４ｄを接地電位に保った状態で、駆動電極３６４ｂ、３６４ｃに電圧を印加すれば、第一の電極支持部３５２は第二の電極支持部３５４に対して左回りにねじれる。
【００８３】
図２６と図２７に示される第三の単位駆動素子３５０は、左回りと右回りの両方向への回転のために、可動ビーム３０２の軸に対して軸対称に配置された第一と第四の対の接地電極と駆動電極および第二と第三の対の接地電極と駆動電極を有しているが、左回りまたは右回りのいずれか一方への回転のみが要求される用途においては、第三の単位駆動素子３５０は、可動ビーム３０２の軸に対して軸対象に配置された二対（例えば第一と第四の対）の接地電極と駆動電極を有してさえすればよい。
【００８４】
第一ないし第三の単位駆動素子３１０、３３０、３５０の第一の電極支持部３１２、３３２、３５２は、それに隣接する第一ないし第三の単位駆動素子３１０、３３０、３５０の第二の電極支持部３１４、３３４、３５４と連結されている。このようにして複数の単位駆動素子が直列的に接続されている構造体（すなわち可動ビーム３０２）は、後述するように、半導体製造プロセスを適用して、シリコン基板から作製される。
【００８５】
図２２〜図２７に示される第一ないし第三の単位駆動素子の各々において、第一の電極支持部と第二の電極支持部とバネ部と接地電極と駆動電極は共に主にシリコンで構成されている。駆動電極は酸化シリコン膜によって第二の電極支持部から電気的に絶縁されている。また接地電極も酸化シリコン膜によって第一の電極支持部から電気的に絶縁されている。
【００８６】
各単位駆動素子３１０、３３０、３５０は、図２２〜図２７に示されるように、第一の電極支持部と第二の電極支持部とバネ部の内部を通る配線溝３１８、３３８、３５８を有している。配線溝３１８、３３８、３５８は、酸化シリコン膜によって、第一の電極支持部と第二の電極支持部とバネ部から電気的に絶縁されている。
【００８７】
また、各単位駆動素子は、図２２〜図２７には図示されていないが、第一の電極支持部と第二の電極支持部の内部に形成されたＣＭＯＳ回路を有している。駆動電極はそれぞれコンタクトホールを介してＣＭＯＳ回路と電気的に接続されている。また、隣接する単位駆動素子の内部のＣＭＯＳ回路同士は、配線溝内を延びる配線を介して互いに電気的に接続されている。また、隣接する単位駆動素子の接地電極は、配線溝内を延びる配線を介して互いに電気的に接続されている。
【００８８】
さらに、本実施の形態の静電アクチュエータは、図示しないが、第一の実施の形態と同様に、可動ビーム３０２を片持ちに支持するビーム支持部を有しており、ビーム支持部は給電パッドを有しており、給電パッドは配線溝内を延びる配線によって隣接する単位駆動素子のＣＭＯＳ回路と電気的に接続されている。
【００８９】
各単位駆動素子３１０、３３０、３５０の内部に設けられるＣＭＯＳ回路は、電圧を印加する駆動電極の選択に使用される。図３１に示されるように、ＣＭＯＳ回路４０２は、シフトレジスタ４０４とラッチ回路４０６とＭＯＳトランジスタ４０８とを有している。ＭＯＳトランジスタ４０８のソース及びドレインには直流電源４１２および単位駆動素子の駆動電極４４４がそれぞれ接続されている。
【００９０】
また、ＭＯＳトランジスタ４０８のゲートはＭＯＳトランジスタに対応するラッチ回路４０６に接続されている。ＣＭＯＳ回路４０２内において、ラッチ回路４０６はシフトレジスタ４０４内のノード４１８に接続され、シフトレジスタ４０４内の各ノードは、各々の駆動電極４４４に１対１で対応するものとする。
【００９１】
以下このＣＭＯＳ回路４０２の動作について説明する。
【００９２】
まず、入力パルスを端子４１４から入力する。入力パルスはシフトレジスタ４０４により入力端子側より順次転送されていく。シフトレジスタ４０４内を転送されてきた入力パルスが駆動したい電極に対応するシフトレジスタ内のノード４１８まで到達したら、ラッチ回路コントローラ４１０を動作させ、各々のラッチ回路４０６内部にシフトレジスタ内ノード４１８の電位情報をラッチする。このラッチされた電位情報によりＭＯＳトランジスタを制御する事で、電源４１２の電圧が任意の駆動電極４４４に印加される。
【００９３】
本発明の実施の形態においては、図２５および図２７から示唆されるように、第二の単位駆動素子３３０と第三の単位駆動素子３５０において、それぞれ、バネ部３３６とバネ部３５６の内部に形成される配線溝３３８と配線溝３５８の幅が十分確保できないケースが予想されるが、各単位駆動素子に上記のＣＭＯＳ回路４０２を設けることにより、配線溝の内部を通る配線は駆動電極の個数に依らず、図３１の４２２、４２４、４２６で示される配線の他、接地電極４４２に接続される配線や、各回路に電圧および駆動のためのパルスを供給する配線のみで済むため、配線溝が狭いことによる不具合は生じない。
【００９４】
各単位駆動素子の駆動電極は互いに電気的に分離されているため、各単位駆動素子に対して独立に電圧を印加することができる。従って、可動ビーム３０２の任意の箇所を変位させることができるともに、可動ビーム全体の変位量を、電圧を印加する単位駆動素子の個数によって制御することができる。
【００９５】
図３２〜図４１は、本実施の形態の静電アクチュエーターの可動ビーム３０２の製造工程を示す斜視図である。以下、図３２〜図４１を参照しながら、本実施の形態の静電アクチュエーターの可動ビーム３０２の製造方法について説明する。図３２〜図４１には、可動ビーム３０２のうち、第一の単位駆動素子３１０と第二の単位駆動素子３３０と第三の単位駆動素子３５０をひとつずつ含む部分が描かれている。
【００９６】
まず図３２に示すように、活性層と支持層５０４と埋め込み酸化膜５０６を有するＳＯＩ基板を用意し、その活性層を、フォトレジスト（図示せず）等をマスクとしてＲＩＥやＩＣＰエッチングによって２回選択的に除去することにより、接地電極５０８ａ、５０８ｂ、５０８ｃと、駆動電極５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃとを形成する。接地電極５０８ａ、５０８ｂ、５０８ｃはそれぞれ突出した接合部５１２を有し、駆動電極５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃはそれぞれ突出した接合部５１４を有している。
【００９７】
接地電極５０８ａと駆動電極５１０ａは、それぞれ、第一の単位駆動素子３１０の接地電極と駆動電極になり、接地電極５０８ｂと駆動電極５１０ｂは、それぞれ、第二の単位駆動素子３３０の接地電極と駆動電極になり、接地電極５０８ｃと駆動電極５１０ｃは、それぞれ、第三の単位駆動素子３５０の接地電極と駆動電極になる。
【００９８】
次に、同様に活性層５２２と支持層５２４と埋め込み酸化膜５２６を有する別のＳＯＩ基板を用意し、その活性層５２２を、図３２の工程と同様の手法により、選択的に除去することにより、図３３に示すように、電極支持部５２８ａ、５２８ｂ、５２８ｃ、５２８ｄと、電極支持部５２８ｂと電極支持部５２８ｃの間に延びるバネ形成予定部５３０とを形成する。
【００９９】
電極支持部５２８ａは、第一の単位駆動素子３１０の第一の電極支持部の一部となり、電極支持部５２８ｂは、第一の単位駆動素子３１０の第二の電極支持部と第二の単位駆動素子３３０の第一の電極支持部の一部となり、電極支持部５２８ｃは、第二の単位駆動素子３３０の第二の電極支持部と第三の単位駆動素子３５０の第一の電極支持部の一部となり、電極支持部５２８ｄは、第三の単位駆動素子３５０の第二の電極支持部の一部となる。
【０１００】
バネ形成予定部５３０は、第二の単位駆動素子３３０用であり、最終的に、第二の単位駆動素子３３０のバネ部の一部となる。また、活性層５２２のエッチングは、埋め込み酸化膜５２６が露出する前で止められており、従って、電極支持部５２８ａと電極支持部５２８ｂの間および電極支持部５２８ｃと電極支持部５２８ｄの間には、薄い活性層５２２が残っている。電極支持部５２８ａと電極支持部５２８ｂの間に残る薄い活性層５２２は、第一の単位駆動素子３１０用のバネ形成予定部となり、最終的に、第一の単位駆動素子３１０のバネ部の一部となる。また、電極支持部５２８ｃと電極支持部５２８ｄの間に残る薄い活性層５２２の中央部分は、第三の単位駆動素子３５０用のバネ形成予定部となり、最終的に、第三の単位駆動素子３５０のバネ部の一部となる。
【０１０１】
図３２および図３３の工程において使用するＳＯＩ基板の活性層には、初期酸素濃度が１０〜２８ｐｐｍａ（OLD ASTM）の範囲のものを使用する。本実施の形態においては、素子内部にＭＯＳトランジスタを形成（後述）するため、多くの熱工程が必要となるが、熱工程の条件によっては、シリコン中に含まれる格子間酸素が析出することにより、格子間酸素濃度が低下する。
【０１０２】
格子間酸素濃度が１０ｐｐｍａ（OLD ASTM）以下に低下すると、シリコンの機械強度が急激に低下することが知られているが（阿部孝夫著、シリコン結晶とドーピング（丸善（株））Ｐ３２）、熱工程前の格子間酸素濃度を１０〜２８ｐｐｍａ（OLD ASTM）の範囲に制御することにより、熱工程中による酸素析出が防止され、アクチュエーターを構成するシリコンの機械強度が確保される（F. Shimura, Semiconductor Silicon Crystal Technology(Academic Press Inc.)、P320）。
【０１０３】
次に、図３３の工程によって作製された構造体の活性層５２２の表面に熱酸化膜５３２を形成した後、図３４に示すように、これを、図３２の工程によって作製された構造体と接合する。
【０１０４】
図３４の構造体を部分的に破断して示す図３５に示されるように、これら二つの構造体は、第一の単位駆動素子３１０用のバネ形成予定部５３４が、その接地電極５０８ａと駆動電極５１０ａの中央に、第二の単位駆動素子３３０用のバネ形成予定部５３０が、その接地電極５０８ｂと駆動電極５１０ｂの中央に、第三の単位駆動素子３５０用のバネ形成予定部５３６が、その接地電極５０８ｃと駆動電極５１０ｃの中央に来るように、位置合わせされる。
【０１０５】
次に支持層５２４をＴＭＡＨ等により除去した後、埋め込み酸化膜５２６をＲＩＥによって除去する。さらに、図３６に示すように、フォトレジスト５４２をマスクとしてＲＩＥによって、活性層５２２のシリコンを一部除去することにより、配線溝５４４を形成する。
【０１０６】
次にフォトレジスト５４２を除去した後、熱酸化を行ない、新たに形成された熱酸化膜の一部をフォトレジストをマスクとしてバッファードフッ酸またはＲＩＥによって除去することにより、図３７に示される酸化膜マスク５４６を形成する。さらに図３７に示すように、酸化膜マスク５４６を介して、下層のシリコン５２２をＴＭＡＨによって除去することにより、凹部５４８を形成する。
【０１０７】
次に酸化膜マスク５４６を除去した後、再度熱酸化を行ない、図３８に示される酸化シリコン膜５５０を形成する。さらに酸化シリコン膜５５０の一部をフォトレジストをマスクとしてＲＩＥによって除去することにより、図３８に示されるＣＭＯＳ形成領域５５２のシリコンを露出させる。
【０１０８】
続いて、ウエル形成、ゲート酸化、フィールド酸化、ソースドレイン形成等を順次行ない、ＣＭＯＳ形成領域５５２にＭＯＳトランジスタを形成する。次に、ＣＭＯＳ形成領域に形成されたＭＯＳトランジスタの各端子および凹部５４８の底部に、コンタクトホール（図示せず）を形成した後、第一の実施の形態と同様の手法により、図３８に示される配線５５４および層間絶縁膜（図示せず）を形成する。
【０１０９】
次に、前工程で形成した層間絶縁膜及び酸化シリコン膜５５０を一部除去した後、これらをマスクとして下層のシリコンをＩＣＰエッチング法によって除去することにより、図３９に示すように、電極支持部５２８ａ、５２８ｂ、５２８ｃ、５２８ｄおよびバネ部５５８ａ、５５８ｂ、５５８ｃの輪郭に沿って、不要な部分のシリコン５２２と酸化シリコン膜５３２を除去する。バネ部５５８ａ、５５８ｂ、５５８ｃはそれぞれ第一〜第三の単位駆動素子３１０、３３０、３５０のバネ部の一部となる。
【０１１０】
さらに埋め込み酸化膜５０６が露出している部分のうち面積の広い箇所に、ポリイミド膜５６０をスクリーン印刷法等の方法により成膜する。
【０１１１】
次に図４０に示すように、図３９の工程で形成された構造体５６２を二つ、各々の構造が接合面に対してミラー対称になるよう位置合わせを行った後、両者を接合する。この接合は、構造中に使用している配線材の融点やポリイミドの熱分解温度より低い温度で行なう。さらに支持層５０４を除去する。支持層５０４の除去は、アクチュエーターの形成されている空間５６４を封止した状態で、ＴＭＡＨ等を使用して行なう。
【０１１２】
ポリイミド膜５６０は、第一の実施の形態と同様、埋め込み酸化膜５０６の補強材として機能する。最後に埋め込み酸化膜５０６及びポリイミド膜５６０をＲＩＥによって除去することにより、図４１に示されるように、第一ないし第三の単位駆動素子３１０、３３０、３５０をひとつずつ含む可動ビーム３０２の一部が完成する。
【０１１３】
なお、配線溝５４４の表面荒れにより、後工程で形成するＣＭＯＳ回路の特性に悪影響を及ぼす場合は、図３３の工程において、スタートウエハとして、三層のシリコンと二層の埋め込み酸化膜を有するＳＯＩ基板を使用することにより、埋め込み酸化膜のひとつを、電極溝形成の際のシリコンエッチングの停止層として使用してもよい。
【０１１４】
第二の実施の形態のビーム支持部は、第一の実施の形態のビーム支持部とほぼ同じ構造であるため、その図示は省略されているが、第二の実施の形態においても、これまでの製造方法の説明から分かるように、配線が配線溝内面の上面と下面に形成されているため、ビーム支持部は、第一の実施の形態と同様に、その内部に形成される給電パッドへの電気的接続のための開口部が上面と下面に形成されている。
【０１１５】
本実施の形態による静電アクチュエーターは、可動ビームが直列的に接続された複数の単位駆動素子を有しているので、可動ビームを十分な駆動力で大きく変位させることができる。また、単位駆動素子がひとつずつ独立に制御可能であるので、可動ビームの任意の部分を変形させることができる。駆動する単位駆動素子の個数を変更することにより、可動ビームの全体の変位量を、Ｄ/Ａ変換を行なうことなく、デジタル回路により直接制御することができる。
【０１１６】
また、可動ビームは、複数の種類の単位駆動素子を含んでいるため、本実施の形態による静電アクチュエーターは、複数の種類の変位、例えば、上下方向や左右方向への反り、ねじれの変位を発生し得る。このため、マイクロファクトリーおよびマイクロロボットのアームや歩行機構、カテーテル、光スイッチ、等様々な用途への応用が可能である。
【０１１７】
［ミラーアレイ］
続いて、本発明の別の側面であるミラーアレイについて説明する。続く説明では、最初に、ミラーアレイの背景について述べ、その後で、ミラーアレイの具体的な実施の形態について述べる。
【０１１８】
特開平６−２０７８５３号には、静電力により駆動するミラーアレイを利用した小型の分光装置が開示されている。この分光装置は、図５３に示すように、スリット１１０２と、コリメーター１１０４と、プリズム１１０６と、空間光変調器１１０８と、集光ミラー１１１０と、検出器１１１２とを有している。
【０１１９】
図５３において、スリット１１０２を透過した光は、コリメーター１１０４によって平行光束に変換され、プリズム１１０６によって分光された後、空間光変調器１１０８に入射する。ここでプリズム１１０６によって分光された光は、入射光に含まれる光の波長毎に固有の角度に方向付けられるので、互いに波長の異なる光成分は、空間光変調器１１０８上の異なる位置に入射する。従って、空間光変調器１１０８によって、特定の位置に入射した光のみを集光ミラー１１１０に向けて出力することにより、ピンホール１１０２に入射した光から特定の波長の光のみを検出器１１１２で検出することができる。
【０１２０】
空間光変調器１１０８としては、ミラーアレイ、シャッターアレイ、フィルターアレイ等があるが、このうちミラーアレイは、損失が小さく、異なる位置に入射した複数の光を異なる方向に同時に出力できるという長所を有している。このミラーアレイを使用した空間光変調器の一つとして、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）が特開２０００−２８９３７号等に開示されている。
【０１２１】
ＤＭＤは、図５４に示すように、駆動電極１２０２と、接地電極１２０４と、トーションバーポスト１２０６と、トーションバー１２０８と、ミラーポスト１２１０と、ミラー１２１２とを有している。
【０１２２】
接地電極１２０４は、導電性の弾性体から成る一対のトーションバー１２０８によって、偏向可能に支持されている。トーションバー１２０８は、導電性の一対のトーションバーポスト１２０６によって支持されており、接地電極１２０４は、トーションバー１２０８とトーションバーポスト１２０６を介して設置電位に保たれる。また、接地電極１２０４にはミラーポスト１２１０が取り付けられており、ミラーポスト１２１０にはミラー１２１２が固定されている。駆動電極１２０２は、接地電極１２０４に対向して、接地電極１２０４の偏向軸に対して互いに対称な位置に一枚ずつ配置されている。
【０１２３】
ＤＭＤにおいて、図５５に示すように、接地電極１２０４および一方の駆動電極１２０２ａを接地した状態で、他方の駆動電極１２０２ｂに電源１２２０により電圧を印加すると、接地電極１２０４と駆動電極１２０２ｂの表面に互いに極性が逆の電荷１２２４、１２２２が誘起され、電荷１２２４と電荷１２２２の間に作用する静電力により、接地電極１２０４の片側が駆動電極１２０２ｂの方向に引き寄せられる。このためミラーポスト１２１０を介して接地電極１２０４に固定されたミラー１２１２が偏向し、ミラー１２１２によって反射される光の方向が変化する。
【０１２４】
ミラー１２１２は、図５４に示されるように、二次元的に配列されており、このうち特定のミラー１２１２を、図５３中の集光ミラー１１１０の方向に偏向させることにより、図５３の分光装置は、特定の波長の光のみを選択的に検出できる。
【０１２５】
図５３中の分光器１１０６を透過した光束は、空間光変調器１１０８の表面において、図５６に示すように長径１２３２および短径１２３４を有する長円状の領域１２３６に投影される。ここで、領域１２３６に投影された光のうち波長の異なる成分は、領域１２３６の長径方向に分離されるため、長径方向が図５６のＸ方向に揃うようプリズムや空間光変調器を配置すると、Ｘ方向におけるミラーの位置が、空間光変調器から出力される光の波長に対応する。
【０１２６】
図５３において、空間光変調器１１０８から集光ミラー１１１０の方向に出力される光には、所望の波長の光以外に、図５６において、隣接するミラー１２１２の端面１２４２からの散乱光が迷光として含まれ、この散乱光は、検出信号のＳ／Ｎ比を劣化させる。
【０１２７】
この不具合は、図５７に示すように、一方向に長い短冊状のミラーを直線状に並べることにより軽減される。すなわち、図５７に示すように、空間光変調器のミラーを、一方の辺の長さが領域１２３６の短径より長いミラー１２５２に変更することにより、隣接するミラーの端面からの散乱光はｙ方向に反った端面１２５６からの散乱光のみとなり、Ｘ方向に沿った端面１２５４からの散乱光が消失するため、迷光が低減される。
【０１２８】
このような空間光変調器においては、図５７のＹ方向を軸として、ミラー１２５２を偏向させると、ミラー１２５２からの反射光の一部が隣接するミラーに遮られるため、信号強度が低下する。従って、ミラー１２５２は、図５６のＸ方向を軸として、偏向させることが望ましい。
【０１２９】
そのための駆動機構すなわちＤＭＤは、図５８に示すように、ミラー１２５２と駆動電極１２６２と接地電極１２６４が、ミラー偏向軸に直交する方向に比較的長い寸法を持つようになる。ミラー１２５２は、接地電極１２６４の端面と駆動電極１２６２が接触する角度より大きい角度には偏向できない。このため、図５８の駆動機構は、図５４の駆動機構と比較した場合、駆動電極と接地電極の間隔が同じであれば、その偏向角は小さくなる。このため、図５３の分光装置においては、空間光変調器１１０８と、集光ミラー１１１０や検出器１１１２との距離を長くしなければならず、これは、不所望な光学系の寸法の増大を招く。
【０１３０】
また、図５８の駆動機構において、ミラー１２５２の大きい偏向角を得るには、駆動電極１２６２と接地電極１２６４の間隔を大きくすればよいが、両者の電極間に作用する静電引力は電極間隔の二乗に比例して減少するため、駆動電極１２６２と接地電極１２６４の間隔を増大した場合、十分なミラー１２５２の駆動力を確保できなくなる。
【０１３１】
電極間に作用する静電力は印加電圧の二乗に比例するため、駆動電極１２６２と接地電極１２６４の間に印加する電圧を増大させることにより、前述の電極間隔の増大による静電引力の低下を補うことが可能だが、電圧には、各電極間または電極に接続される配線間の静電耐圧により制限される上限が存在するため、印加電圧を無制限に増大させることはできない。
【０１３２】
さらに特開平６−２０７８５３に開示されている走査型顕微鏡のように、波長の異なる複数の光を同時に検出したい場合には、図５９に示すように、空間光変調器１３０２は、これに対して異なる方向に配置された複数の検出器１３０４、１３０６、１３０８のいずれかひとつに対して、光束を方向付ける必要がある。しかし、ＤＭＤにおいては、駆動電極と接地電極間に作用する静電引力は印加電圧に対してリニアに変化せず、また静電引力は印加電圧だけでなく電極間隔にも依存するため、ミラーの角度を複数の異なる一定値のいずれかひとつに正確に制御することは極めて困難である。
【０１３３】
本発明のミラーアレイは、上述した本発明の静電アクチュエーターを利用することにより、このような技術的な困難を克服したものであり、ミラーの角度を複数の異なる一定値のいずれかひとつに正確に制御することができる。以下、本発明のもうひとつの側面であるミラーアレイの実施の形態について説明する。
【０１３４】
［第三の実施の形態］
本発明の第三の実施の形態であるミラーアレイについて図面を参照しながら説明する。
【０１３５】
図４２に示されるように、本実施の形態のミラーアレイは、複数の可動ビーム６０２と、複数の可動ビーム６０２を片持ちに支持するビーム支持部６０４と、可動ビーム６０２の各々の自由端部に設けられた複数のミラー６０６とを有している。ミラー６０６は、可動ビーム６０２の軸に沿って細長い短冊形状を有している。
【０１３６】
可動ビーム６０２の各々は、図４３に示されるように、直列的に接続された複数の単位駆動素子６１０を有している。単位駆動素子６１０の各々は、第一の電極支持部６１２と、第二の電極支持部６１４と、これら一対の電極支持部６１２、６１４を連結するバネ部６１６とを有している。複数の単位駆動素子６１０は、可動ビーム６０２の軸に沿って、交互に逆向きで並んでいる。バネ部６１６は、可動ビーム６０２の軸に直交する方向にたわみ得るたわみバネである。
【０１３７】
第一の電極支持部６１２は、二つの接地電極６２２ａ、６２２ｂを含んでおり、第二の電極支持部６１４は、二つの駆動電極６２４ａ、駆動電極６２４ｂを含んでいる。つまり、ひとつの単位駆動素子６１０は、バネ部６１６のたわみ得る方向に置いて向き合っている接地電極６２２ａと駆動電極６２４ａの第一の対と、バネ部６１６のたわみ得る方向に間隔をおいて向き合っている接地電極６２２ｂと駆動電極６２４ｂの第二の対を有している。
【０１３８】
この単位駆動素子６１０は、第一の実施の形態の単位駆動素子１１０と実質的に同じものである。
【０１３９】
可動ビーム６０２は、その軸に沿って内部を延びる配線溝６３２を有しており、各単位駆動素子６１０の駆動電極６２４ａ、６２４ｂおよび接地電極６２２ａ、６２２ｂは、コンタクトホールを介して、配線溝６３２の中を延びる配線６３４と電気的に接続されている。
【０１４０】
ビーム支持部６０４は、その内部に、一本の可動ビーム６０２に対して一つのＣＭＯＳ回路６４０を有している。ＣＭＯＳ回路６４０は、配線６３４を介して、駆動電極６２４ａ、６２４ｂと電気的に接続されている。ＣＭＯＳ回路６４０は、ビーム支持部６０４に形成された配線溝６４２の中を延びる配線６４４を介して、隣のＣＭＯＳ回路と電気的に接続されている。
【０１４１】
ＣＭＯＳ回路６４０は、可動ビーム６０２の任意の単位駆動素子６１０の駆動電極６２４ａ、６２４ｂに選択的に電圧を与えるための回路であり、これは、第二の実施の形態において図３１を参照して説明したＣＭＯＳ回路と同じものである。
【０１４２】
このような本実施の形態のミラーアレイ６００では、第一の実施の形態の説明から容易に理解できるように、可動ビーム６０２は、単位駆動素子６１０の駆動電極６２４ａ、６２４ｂへの電圧の印加に応じて上下方向に反り、その結果、可動ビーム６０２の自由端部に設けられているミラー６０６の角度が変わる。さらに、可動ビーム６０２の変位量すなわちミラー６０６の角度変位は、電圧を印加する単位駆動素子６１０の個数や位置を変更することにより、細かく制御ができる。
【０１４３】
本実施の形態のミラーアレイ６００は、半導体製造プロセスを適用して、シリコン基板から作製される。その製造方法は、第一の実施の形態の静電アクチュエーターの製造方法と似ており、以下、図４４〜図４９を参照しながら、簡単に説明する。図４４〜図４９には、可動ビーム６０２の先端の一つの単位駆動素子とミラーが描かれている。
【０１４４】
まず図４４に示すように、活性層と支持層７０４と埋め込み酸化膜７０６を有するＳＯＩ基板を用意し、その活性層を、フォトレジスト（図示せず）等をマスクとしてＲＩＥやＩＣＰエッチングによって２回選択的に除去することにより、駆動電極７１２とそこから突出している接合部７１４を形成する。
【０１４５】
駆動電極７１２と接合部７１４は、形成する可動ビームの延びる方向に沿って複数形成され、さらに、一本の可動ビームに対応する複数の駆動電極７１２と接合部７１４の組は、形成する隣接して延びる複数の可動ビームに対応して、互いに隣接して複数並べられて形成される。
【０１４６】
次に、同様に活性層７２２と支持層７２４と埋め込み酸化膜７２６を有する別のＳＯＩ基板を用意し、その活性層７２２を、図４４の工程と同様の手法により、選択的に除去することにより、図４５に示すように、接地電極７３２と電極ポスト７３４と可動板７３６を形成する。活性層７２２のエッチングは、埋め込み酸化膜７２６が露出する前で止めて、接地電極７３２と電極ポスト７３４の間に残る薄い活性層７２２を残す。
【０１４７】
接地電極７３２と電極ポスト７３４は、形成する可動ビームの延びる方向に沿って複数形成され、さらに、一本の可動ビームに対応する複数の駆動電極７１２と接合部７１４の組と可動板７３６は、形成する隣接して延びる複数の可動ビームに対応して、互いに隣接して複数並べられて形成される。
【０１４８】
図４４と図４５の工程において使用するＳＯＩ基板の活性層には、初期酸素濃度が１０〜２８ｐｐｍａ（OLD ASTM）の範囲のものを使用するとよい。これは、第二の実施の形態に関連して説明したように、ＭＯＳトランジスタを形成する際の加熱処理による格子間酸素濃度の低下を抑えて、シリコンの機械強度を確保するためである。
【０１４９】
次に、図４４の工程で作製された構造体の表面に熱酸化膜７４２を形成し、同様に図４５の工程で作製された構造体の表面に熱酸化膜７４４を形成した後、図４６に示すように、接合部７１４と電極ポスト７３４を接触させて、両者を互いに接合する。
【０１５０】
次に支持層７２４をＴＭＡＨ等により除去した後、埋め込み酸化膜７２６をＲＩＥによって除去する。さらに、シリコンを選択的にエッチング加工して、図４７に示すように、配線溝７５２と凹部７５４を形成した後、酸化シリコン膜７５６を形成した後、形成する可動ビームの間に相当する部分を選択的に除去する。
【０１５１】
次に、支持部を形成する領域に、ウエル形成、ゲート酸化、フィールド酸化、ソースドレイン形成等を順次行ない、ＣＭＯＳ回路を形成する。次に、ＣＭＯＳ回路の各端子および凹部７５４の底部に、コンタクトホールを形成する。さらにスパッタリング法等によってアルミニウム等の導体膜を形成した後、この導体膜の一部をフォトレジスト等を介して除去することにより、図４８に示されるように、駆動電極に接続される配線７６２およびＣＭＯＳ回路に接続される配線（図示せず）を形成する。さらに必要に応じて層間絶縁膜を形成する。
【０１５２】
さらに、酸化シリコン膜７５６をマスクにして、露出しているシリコンをＩＣＰエッチング法によって除去することにより、隣接する接地電極７３２と電極ポスト７３４と可動板７３６を互いに切り離す。
【０１５３】
図４８の工程で形成された構造体を二つ用意し、これら二つの構造体を、酸化シリコン膜７５６の面を向かい合わせ、接合面に対して両者がミラー対称となるように位置合わせして互いに接合する。この接合は、構造体に使用している配線材の融点よりも低い温度で行なう。さらに支持層７０４および埋め込み酸化膜７０６を除去する。これにより、図４９に示されるように、互いに隣接して延びている複数の可動ビーム６０２を有する構造体が得られる。
【０１５４】
支持層７０４を除去する工程に関して、一方の支持層７０４について、その前工程で形成される酸化シリコン膜を部分的に残して置き、これをマスクに支持層７０４をエッチングすることにより、図４３に示されるアクチュエーター支持部７６４を同時に形成する。
【０１５５】
最後に、可動板７３６の表面に対して選択的に金属膜を形成して反射面７６４を形成する。その結果、図４９に示されるように、隣接して延びてる複数の可動ビーム６０２を有し、その各々の自由端からミラー６０６が連続して延びている構造体すなわちミラーアレイが得られる。
【０１５６】
なお、配線溝７５２の表面荒れにより、後工程で形成するＣＭＯＳ回路の特性に悪影響を及ぼす場合は、図４５の工程において、スタートウエハとして、三層のシリコンと二層の埋め込み酸化膜を有するＳＯＩ基板を使用することにより、埋め込み酸化膜のひとつを、電極溝形成の際のシリコンエッチングの停止層として使用してもよい。
【０１５７】
［第四の実施の形態］
本発明の第四の実施の形態であるミラーアレイについて図面を参照しながら説明する。
【０１５８】
図５０に示されるように、本実施の形態のミラーアレイ８００は、複数の可動ビーム８０２と、複数の可動ビーム８０２を片持ちに支持するビーム支持部８０４と、可動ビーム８０２の各々の自由端部に設けられた複数のミラー８０６とを有している。ミラー８０６は、可動ビーム８０２の軸に沿って細長い短冊形状を有している。
【０１５９】
可動ビーム８０２の各々は、図５１に示されるように、直列的に接続された複数の単位駆動素子８１０を有している。単位駆動素子８１０の各々は、第一の電極支持部８１２と、第二の電極支持部８１４と、これら一対の電極支持部８１２、８１４を連結するバネ部８１６とを有している。複数の単位駆動素子８１０は、可動ビーム８０２の軸に沿って、同じ向きで並んでいる。バネ部８１６は、可動ビーム８０２の軸に直交する方向にたわみ得るたわみバネである。
【０１６０】
第一の電極支持部８１２は、二つの接地電極８２２ａ、８２２ｂを含んでおり、第二の電極支持部８１４は、二つの駆動電極８２４ａ、８２４ｂを含んでいる。すなわち、単位駆動素子８１０は、接地電極と駆動電極の対を二つ、すなわち、接地電極８２２ａと駆動電極８２４ａの第一の対と、接地電極８２２ｂと駆動電極８２４ｂの第二の対とを有している。
【０１６１】
接地電極８２２ａ、８２２ｂと駆動電極８２４ａ、８２４ｂは共に複数の歯を有する櫛形電極であり、それぞれの対を成している櫛形電極は、一方の歯が他方の歯の間に入り込んでおり、各対の櫛形電極の歯は共に可動ビーム８０２の軸に沿って延びている。
【０１６２】
この単位駆動素子８１０は、第二の実施の形態の第一の単位駆動素子３１０と実質的に同じものである。
【０１６３】
図５２に示されるように、可動ビーム８０２は、その軸に沿って内部を延びる配線溝８３２を有している。言い換えれば、単位駆動素子８１０の各々は、第一の電極支持部８１２と第二の電極支持部８１４とバネ部８１６の内部を通る延びる配線溝８３２を有している。各単位駆動素子８１０の配線溝８３２の内部には、第二の実施の形態と同様に、ＣＭＯＳ回路が形成されている。あるいは、ＣＭＯＳ回路は、第三の実施の形態と同様に、ビーム支持部８０４の内部に設けられていてもよい。ＣＭＯＳ回路の端子は、図示しない配線によってコンタクトホールを介して、駆動電極８２２ａ、８２２ｂと電気的に接続されている。
【０１６４】
また、配線溝８３２の上下面には、可動ビーム８０２の軸に沿って延びる配線８３４が形成されており、各単位駆動素子８１０のＣＭＯＳ回路や接地電極８２２ａ、８２２ｂの相互間の電気的接続が取られている。また、配線８３４は、第三の実施の形態と同様に、支持部８０４の内部に形成された配線溝まで延びており、その配線溝の中を外部回路との電気的接続のために延び、あるいは、その配線溝を介して他の可動ビームの配線と電気的に接続されている。
【０１６５】
ＣＭＯＳ回路は、可動ビーム８０２の任意の単位駆動素子８１０の駆動電極８２４ａ、８２４ｂに選択的に電圧を与えるための回路であり、これは、第二の実施の形態において図３１を参照して説明したＣＭＯＳ回路と同じものである。
【０１６６】
このような本実施の形態のミラーアレイ８００では、第一の実施の形態の説明から容易に理解できるように、可動ビーム８０２は、単位駆動素子８１０の駆動電極８２４ａ、８２４ｂへの電圧の印加に応じて上下方向に反り、その結果、可動ビーム８０２の自由端部に設けられているミラー８０６の角度が変わる。さらに、可動ビーム８０２の変位量すなわちミラー８０６の角度変位は、電圧を印加する単位駆動素子８１０の個数や位置を変更することにより、細かく制御ができる。
【０１６７】
本実施の形態のミラーアレイ８００も、第三の実施の形態と同様に、半導体製造プロセスを利用してシリコン基板から製造される。第二の実施の形態と第三の実施の形態の説明から容易に類推できるように、第二の実施の形態において詳しく説明した第一の単位駆動素子３１０を、形成する複数の可動ビームの各々の軸に沿って複数個ずつ並べて形成するとともに、第三の実施の形態で説明したように、その先端部に可動板を一緒に形成することにより製造することができる。
【０１６８】
これまで、いくつかの実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で行なわれるすべての実施を含む。
【０１６９】
従って、本発明は以下の各項に記す静電アクチュエーターあるいはミラーアレイを含んでいる。
【０１７０】
１．  静電力により駆動される静電アクチュエーターであって、
可動ビームと、可動ビームを片持ちに支持するビーム支持部とを有しており、
可動ビームは、直列的に接続された複数の単位駆動素子を有しており、
単位駆動素子は、一対の電極支持部と、一対の電極支持部を連結するバネ部と、電極支持部の各々に設けられた少なくとも一対の電極要素とを有している、静電アクチュエーター。
【０１７１】
２．  単位駆動素子は、電極支持部の各々に設けられた二対の電極要素とを有している、第１項に記載の静電アクチュエーター。
【０１７２】
３．  複数の単位駆動素子は、可動ビームの延びる方向に沿って、交互に逆向きで並んでいる、第１項または第２項に記載の静電アクチュエーター。
【０１７３】
４．  複数の単位駆動素子は、可動ビームの延びる方向に沿って、同じ向きで並んでいる、第１項または第２項に記載の静電アクチュエーター。
【０１７４】
５．  一対の電極要素は一対の平板電極であり、一対の平板電極は間隔を置いて向き合っている、第１項または第２項に記載の静電アクチュエーター。
【０１７５】
６．  一対の電極要素は一対の櫛形電極であり、一対の櫛形電極はそれぞれ複数の歯を有しており、一方の櫛形電極の歯は他方の櫛形電極の歯の間に延びている、第１項または第２項に記載の静電アクチュエーター。
【０１７６】
７．  可動ビームは、少なくとも一つの第一の単位駆動素子を有しており、第一の単位駆動素子は、そのバネ部が、可動ビームの延びる方向に直交する方向にたわみ得るたわみバネである、第１項または第２項に記載の静電アクチュエーター。
【０１７７】
８．  可動ビームは、少なくとも一つの第二の単位駆動素子を更に有しており、第二の単位駆動素子は、そのバネ部が、可動ビームの延びる方向に直交する方向にたわみ得るたわみバネであり、第二の単位駆動素子のバネ部がたわむ方向は、第一の単位駆動素子のバネ部がたわむ方向に直交している、第１項または第２項に記載の静電アクチュエーター。
【０１７８】
９．  可動ビームは、少なくとも一つの第三の単位駆動素子を更に有しており、第三の単位駆動素子は、そのバネ部が、可動ビームの延びる方向に沿って延びる軸の周りにねじれ得るねじれバネである、第１項または第２項に記載の静電アクチュエーター。
【０１７９】
１０．  可動ビームは、第一ないし第三の単位駆動素子から選ばれる少なくとも一種類の単位駆動素子を有している第１項または第２項に記載の静電アクチュエーターであって、ここに、第一の単位駆動素子は、そのバネ部が、可動ビームの延びる方向に直交する方向にたわみ得るたわみバネであり、第二の単位駆動素子は、そのバネ部が、可動ビームの延びる方向に直交する方向にたわみ得るたわみバネであり、第二の単位駆動素子のバネ部がたわむ方向は、第一の単位駆動素子のバネ部がたわむ方向に直交しており、第三の単位駆動素子は、そのバネ部が、可動ビームの延びる方向に沿って延びる軸の周りにねじれ得るねじれバネである。
【０１８０】
１１．  可動ビームは、第一ないし第三の単位駆動素子から選ばれる少なくとも二種類の単位駆動素子を有している第１項または第２項に記載の静電アクチュエーターであって、ここに、第一の単位駆動素子は、そのバネ部が、可動ビームの延びる方向に直交する方向にたわみ得るたわみバネであり、第二の単位駆動素子は、そのバネ部が、可動ビームの延びる方向に直交する方向にたわみ得るたわみバネであり、第二の単位駆動素子のバネ部がたわむ方向は、第一の単位駆動素子のバネ部がたわむ方向に直交しており、第三の単位駆動素子は、そのバネ部が、可動ビームの延びる方向に沿って延びる軸の周りにねじれ得るねじれバネである。
【０１８１】
１２．  可動ビームは、第一ないし第三の単位駆動素子から選ばれる三種類の単位駆動素子を有している第１項または第２項に記載の静電アクチュエーターであって、ここに、第一の単位駆動素子は、そのバネ部が、可動ビームの延びる方向に直交する方向にたわみ得るたわみバネであり、第二の単位駆動素子は、そのバネ部が、可動ビームの延びる方向に直交する方向にたわみ得るたわみバネであり、第二の単位駆動素子のバネ部がたわむ方向は、第一の単位駆動素子のバネ部がたわむ方向に直交しており、第三の単位駆動素子は、そのバネ部が、可動ビームの延びる方向に沿って延びる軸の周りにねじれ得るねじれバネである。
【０１８２】
１３．  第一の単位駆動素子は少なくとも一対の櫛形電極を有しており、一対の櫛形電極はそれぞれ複数の歯を有し、一方の櫛形電極の歯は他方の櫛形電極の歯の間に入り込んでおり、一対の櫛形電極の歯は可動ビームの延びる方向に沿って延びており、一対の櫛形電極は、可動ビームの延びる方向に沿って延びる軸から、バネ部がたわむ方向に外れて位置している、第７項ないし第１２項のいずれかひとつに記載の静電アクチュエーター。
【０１８３】
１４．  第一の単位駆動素子は二対の櫛形電極を有しており、二対の櫛形電極は、可動ビームの延びる方向に沿って延びる軸を通り、バネ部がたわむ方向に直交する平面に対して、面対称に位置している、第７項ないし第１２項のいずれかひとつに記載の静電アクチュエーター。
【０１８４】
１５．  第二の単位駆動素子は少なくとも二対の櫛形電極を有しており、各一対の櫛形電極はそれぞれ複数の歯を有し、一方の櫛形電極の歯は他方の櫛形電極の歯の間に入り込んでおり、各一対の櫛形電極の歯は可動ビームの延びる方向に沿って延びており、各一対の櫛形電極は、可動ビームの延びる方向に沿って延びる軸から、バネ部がたわむ方向に外れて位置している、第７項ないし第１２項のいずれかひとつに記載の静電アクチュエーター。
【０１８５】
１６．  第二の単位駆動素子は四対の櫛形電極を有しており、四対の櫛形電極は、可動ビームの延びる方向に沿って延びる軸を通り、バネ部がたわむ方向に直交する平面に対して、面対称に位置している、第７項ないし第１２項のいずれかひとつに記載の静電アクチュエーター。
【０１８６】
１７．  第三の単位駆動素子は少なくとも二対の櫛形電極を有しており、各一対の櫛形電極はそれぞれ複数の歯を有し、一方の櫛形電極の歯は他方の櫛形電極の歯の間に入り込んでおり、各一対の櫛形電極の歯は可動ビームの延びる方向に直交する方向に沿って延びており、二対の櫛形電極は、可動ビームの延びる方向に沿って延びる軸から対称的に外れて位置している、第７項ないし第１２項のいずれかひとつに記載の静電アクチュエーター。
【０１８７】
１８．  第三の単位駆動素子は四対の櫛形電極を有しており、四対の櫛形電極は、可動ビームの延びる方向に沿って延びる軸に対して軸対称に位置している、第７項ないし第１２項のいずれかひとつに記載の静電アクチュエーター。
【０１８８】
１９．  静電アクチュエーターは、格子間酸素濃度が１０ｐｐｍａ(OLD ASTM)以上であるシリコンから構成される、第１項ないし第１８項のいずれかひとつに記載の静電アクチュエーター。
【０１８９】
２０．  シリコン基板に含まれる初期の格子間酸素濃度が１０〜２８ｐｐｍａ(OLD ASTM)の範囲内にある、第１９項に記載の静電アクチュエーターの製造方法。
【０１９０】
２１．  静電力により駆動されるミラーアレイであって、
複数の可動ビームと、複数の可動ビームを片持ちに支持するビーム支持部と、可動ビームの各々の自由端部に設けられた複数のミラーとを有しており、
可動ビームの各々は、直列的に接続された複数の単位駆動素子を有しており、単位駆動素子は、一対の電極支持部と、一対の電極支持部を連結するバネ部と、電極支持部の各々に設けられた少なくとも一対の電極要素とを有している、ミラーアレイ。
【０１９１】
２２．  単位駆動素子は、電極支持部の各々に設けられた二対の電極要素とを有している、第２１項に記載のミラーアレイ。
【０１９２】
２３．  複数の単位駆動素子は、可動ビームの延びる方向に沿って、同じ向きで並んでいる、第２１項または第２２項に記載のミラーアレイ。
【０１９３】
２４．  複数の単位駆動素子は、可動ビームの延びる方向に沿って、交互に逆向きで並んでいる、第２１項または第２２項に記載のミラーアレイ。
【０１９４】
２５．  一対の電極要素は一対の平板電極であり、一対の平板電極は間隔を置いて向き合っている、第２１項または第２２項に記載のミラーアレイ。
【０１９５】
２６．  一対の電極要素は一対の櫛形電極であり、一対の櫛形電極はそれぞれ複数の歯を有しており、一方の櫛形電極の歯は他方の櫛形電極の歯の間に延びている、第２１項または第２２項に記載のミラーアレイ。
【０１９６】
【発明の効果】
本発明によれば、大きい可動範囲を有し、その変位を印加電圧により正確に制御できる静電アクチュエーターが提供される。また、本発明によれば、ミラーの向きの可動範囲を広く、ミラーの向きを印加電圧により正確に制御できるミラーアレイが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態である静電アクチュエーターの全体斜視図である。
【図２】図１に示される可動ビームに含まれる直列的に接続された複数の単位駆動素子を模式的に示している。
【図３】図１に示される可動ビームの一部を拡大して示す斜視図である。
【図４】図３に示される可動ビームの一部の部分断面斜視図である。
【図５】図１に示される可動ビームの一部とビーム支持部を拡大して示す斜視図である。
【図６】図５に示されるビーム支持部の一部を破断して示している。
【図７】第一の実施の形態の静電アクチュエーターの動作を説明するための図である。
【図８】第一の実施の形態の静電アクチュエーターの可動ビームの製造方法を説明するための図であって、最初の工程を示している。
【図９】第一の実施の形態の静電アクチュエーターの可動ビームの製造方法を説明するための図であって、図８の工程に続く次の工程を示している。
【図１０】第一の実施の形態の静電アクチュエーターの可動ビームの製造方法を説明するための図であって、図９の工程に続く次の工程を示している。
【図１１】第一の実施の形態の静電アクチュエーターの可動ビームの製造方法を説明するための図であって、図１０の工程に続く次の工程を示している。
【図１２】第一の実施の形態の静電アクチュエーターの可動ビームの製造方法を説明するための図であって、図１１の工程に続く次の工程を示している。
【図１３】第一の実施の形態の静電アクチュエーターの可動ビームの製造方法を説明するための図であって、図１２の工程に続く次の工程を示している。
【図１４】第一の実施の形態の静電アクチュエーターの可動ビームの製造方法を説明するための図であって、図１３の工程に続く次の工程を示している。
【図１５】第一の実施の形態の静電アクチュエーターの可動ビームの製造方法を説明するための図であって、図１４の工程に続く最後の工程を示している。
【図１６】第一の実施の形態の静電アクチュエーターのビーム支持部の製造方法を説明するための図であって、図１３の工程に対応する工程を示している。
【図１７】第一の実施の形態の静電アクチュエーターのビーム支持部の製造方法を説明するための図であって、図１５の工程に対応する工程を示している。
【図１８】第一の実施の形態に関する第一の変形例の静電アクチュエーターの可動ビームを部分的に示す斜視図である。
【図１９】第一の実施の形態に関する第二の変形例の静電アクチュエーターの可動ビームを部分的に示す斜視図である。
【図２０】図１９に示される可動ビームに含まれる直列的に接続された複数の単位駆動素子を模式的に示している。
【図２１】本発明の第二の実施の形態である静電アクチュエーターの可動ビームを部分的に示す斜視図である。
【図２２】図２１に示されるひとつの第一の単位駆動素子の斜視図である。
【図２３】図２２に示される第一の単位駆動素子の部分断面斜視図である。
【図２４】図２１に示されるひとつの第二の単位駆動素子の斜視図である。
【図２５】図２４に示される第二の単位駆動素子の部分断面斜視図である。
【図２６】図２１に示されるひとつの第三の単位駆動素子の斜視図である。
【図２７】図２６に示される第三の単位駆動素子の部分断面斜視図である。
【図２８】図２２と図２３に示される第一の単位駆動素子の動作を説明するための図であり、直列的に接続された四個の第一の単位駆動素子の側面図である。
【図２９】図２４と図２５に示される第二の単位駆動素子の動作を説明するための図であり、直列的に接続された四個の第二の単位駆動素子の平面図である。
【図３０】図２６と図２７に示される第三の単位駆動素子の動作を説明するための図であり、可動ビームの軸に沿って見た断面図である。
【図３１】第一ないし第三の駆動素子の内部に形成されるＣＭＯＳ回路の構成を示している。
【図３２】第二の実施の形態の静電アクチュエーターの可動ビームの製造方法を説明するための図であって、最初の工程を示している。
【図３３】第二の実施の形態の静電アクチュエーターの可動ビームの製造方法を説明するための図であって、図３２の工程に続く次の工程を示している。
【図３４】第二の実施の形態の静電アクチュエーターの可動ビームの製造方法を説明するための図であって、図３３の工程に続く次の工程を示している。
【図３５】図３４に示される構造体を部分的に破断して示している。
【図３６】第二の実施の形態の静電アクチュエーターの可動ビームの製造方法を説明するための図であって、図３４の工程に続く次の工程を示している。
【図３７】第二の実施の形態の静電アクチュエーターの可動ビームの製造方法を説明するための図であって、図３６の工程に続く次の工程を示している。
【図３８】第二の実施の形態の静電アクチュエーターの可動ビームの製造方法を説明するための図であって、図３７の工程に続く次の工程を示している。
【図３９】第二の実施の形態の静電アクチュエーターの可動ビームの製造方法を説明するための図であって、図３８の工程に続く次の工程を示している。
【図４０】第二の実施の形態の静電アクチュエーターの可動ビームの製造方法を説明するための図であって、図３９の工程に続く最後の工程を示している。
【図４１】図３２ないし図４０の工程を経て完成された第二の実施の形態の静電アクチュエーターの可動ビームの斜視図である。
【図４２】本発明の第三の実施の形態であるミラーアレイを部分的に示す斜視図である。
【図４３】図４２に示される可動ビームとビーム支持部を拡大して示す図であり、ビーム支持部を部分的に破断して示している。
【図４４】第三の実施の形態のミラーアレイの可動ビームとミラーの製造方法を説明するための図であって、最初の工程を示している。
【図４５】第三の実施の形態のミラーアレイの可動ビームとミラーの製造方法を説明するための図であって、図４４の工程に続く次の工程を示している。
【図４６】第三の実施の形態のミラーアレイの可動ビームとミラーの製造方法を説明するための図であって、図４５の工程に続く次の工程を示している。
【図４７】第三の実施の形態のミラーアレイの可動ビームとミラーの製造方法を説明するための図であって、図４６の工程に続く次の工程を示している。
【図４８】第三の実施の形態のミラーアレイの可動ビームとミラーの製造方法を説明するための図であって、図４７の工程に続く最後の工程を示している。
【図４９】図４４ないし図４８の工程を経て完成された第三の実施の形態のミラーアレイの可動ビームとミラーの斜視図である。
【図５０】本発明の第四の実施の形態であるミラーアレイを部分的に示す斜視図である。
【図５１】図５０に示される可動ビームを部分的に拡大して示している。
【図５２】図５１に示される可動ビームを部分的に破断して示している。
【図５３】既に知られている分光器の構成を示している。
【図５４】図５３に示される空間光変調器に適用可能なＤＭＤ（DigitalMicromirrorDevice）の基本構造を示す破断斜視図である。
【図５５】図５４に示されるＤＭＤの動作原理を説明するための図である。
【図５６】分光装置において、プリズムによって投影される光に対する空間光変調器の好ましい配置関係を示している。
【図５７】散乱光の低減のために、ミラーが短冊状の細長いミラーに変更された空間光変調器を示している。
【図５８】図５７に示される空間光変調器のミラーを駆動するための駆動機構の基本構造を示している。
【図５９】波長の異なる複数の光を同時に検出するために必要な構成を示している。
【図６０】最も単純な静電アクチュエーターの構成を示している。
【図６１】図６０に示される静電アクチュエーターの動作を説明するための図である。
【図６２】大きなストロークを有する既に知られている静電アクチュエーターの斜視図である。
【図６３】図６２に示される静電アクチュエーターの動作を説明するための図であり、電圧が印加された直後の状態を示している。
【図６４】図６２に示される静電アクチュエーターの動作を説明するための図であり、図６３の状態の次に表れる第一の駆動電極が基板に接触した状態を示している。
【図６５】図６２に示される静電アクチュエーターの動作を説明するための図であり、図６４の状態の次に表れる第二の駆動電極が基板に接触した状態を示している。
【図６６】図６２に示される静電アクチュエーターの動作を説明するための図であり、すべての駆動電極が基板に接触した状態を示している。
【符号の説明】
１０２  可動ビーム
１０４  ビーム支持部
１１０  単位駆動素子
１１２  第一の電極支持部
１１４  第二の電極支持部
１１６  バネ部
１２２ａ、１２２ｂ  接地電極
１２４ａ、１２４ｂ  駆動電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
0004441134.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004441134.tif 000008
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
0004441134.tif 000049
【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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