(57)【要約】【課題】    本発明の一つの目的は小さな作動電圧で全方向の変位が得られるとともに、大きな変位も得られる静電アクチュエータを提供する。本発明の他の目的はこのようなアクチュエータの製造方法を提供する。【解決手段】    静電気アクチュエータは少なくとも一つの基板（４）に対する固定電極（２）と、該基板に面して配置される少なくとも一つの可撓電極（６）と、固定電極（２）に対向する面に該可撓電極に固定されるとともに導電体からなる該可撓電極のピボットを形成する少なくとも一つの手段と、基板（４）から距離をおいて停止位置で該可撓電極を保持する少なくとも一つの可撓電極の懸架手段（１１）とを備える。【選択図】  図１Ａ
2007006696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対して固定される少なくとも一つの固定電極と、
該基板に対向して配置される少なくとも一つの可撓電極と、
前記固定電極に対向する面で前記可撓電極に固定されるとともに導電体からなり、前記可撓電極のピボットを形成する少なくとも一つの手段と、
前記基板から距離をおいた停止位置で前記可撓電極を保持し、前記ピボットを形成する手段と異なる前記可撓電極の少なくとも一つの懸架手段とを備えることを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項２】
前記懸架手段は一端が前記基板から突出する支持体に固定される懸架ビームから形成されることを特徴とする請求項１に記載の静電アクチュエータ。
【請求項３】
前記ピボットを形成する手段はパッドのように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電アクチュエータ。
【請求項４】
前記可撓電極はその第１端部とその第２端部との間に少なくとも部分的にジグザグに延びることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の静電アクチュエータ。
【請求項５】
前記固定電極の対向面とは反対側の可撓電極の一つの面が、移動されるオブジェクトを支持するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載の静電アクチュエータ。
【請求項６】
誘電体層が前記可撓電極及び/または前記固定電極にコーティングされていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一つに記載の静電アクチュエータ。
【請求項７】
二つの固定電極と二つのピボットを形成する手段とを有し、前記固定電極はそれぞれ前記可撓電極の一端とピボットを形成する手段との間に配置されることを特徴とする請求項1乃至請求項６の何れか一つに記載の静電アクチュエータ。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の一つに記載の第１と第２アクチュエータとを備える静電アクチュエーションデバイス。
【請求項９】
前記二つのアクチュエータの可撓電極は前記基板から突出する共通支持体から関連懸架手段により懸架されることを特徴とする請求項８に記載の静電アクチュエーションデバイス。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項７の一つによる少なくとも一つの第１タイプのアクチュエータと、
固定電極と前記固定電極から所定の距離を置いて保持される可撓電極とを有する少なくとも一つの第２タイプのアクチュエータとを備え、
前記アクチュエータは等角間隔で均一に分布されていることを特徴とする静電アクチュエーションデバイス。
【請求項１１】
前記懸架手段は前記アクチュエータの間に等角間隔で分布されていることを特徴とする請求項１０に記載の静電アクチュエーションデバイス。
【請求項１２】
交互に配置される三つの前記第１タイプのアクチュエータと、三つの前記第２タイプのアクチュエータとを有することを特徴とする請求項１１に記載の静電アクチュエーションデバイス。
【請求項１３】
三つの懸架手段が前記第１タイプのアクチュエータと前記第２タイプのアクチュエータとの間に等角間隔で分布されることを特徴とする請求項１２に記載の静電アクチュエーションデバイス。
【請求項１４】
第１タイプのアクチュエータと第２タイプのアクチュエータは、移動されるオブジェクトに一端で固定される軸の各側に配置され、懸架手段を形成することを特徴とする請求項１１に記載の静電アクチュエータデバイス。
【請求項１５】
前記軸の各側に、互いに平行して交互に配置される複数の前記第１タイプと第２タイプのアクチュエータを有することを特徴とする請求項１４に記載の静電アクチュエーションデバイス。
【請求項１６】
隣接の前記第１タイプと第２タイプのアクチュエータはＵ状レッグにより保持され、前記軸の一端側に配置されるＵ状レッグが前記軸に固定され前記Ｕ状レッグの底部を接合する中央レッグを介して前記軸の他端側に配置されるＵ状レッグと接続されることを特徴とする請求項１５に記載の静電アクチュエーションデバイス。
【請求項１７】
少なくとも二つの軸線を有し、有利には六つの軸線が移動されるオブジェクトの周りに等角間隔を置いて分布されていることを特徴とする請求項１４乃至請求項１６の何れか一つに記載の静電アクチュエーションデバイス。
【請求項１８】
可撓電極には、前記基板に前記可撓電極を接合することを促進するために引込ゾーンが設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項１７の何れか一つに記載の静電アクチュエーションデバイス。
【請求項１９】
移動されるオブジェクトと、  
請求項８乃至請求項１８による静電アクチュエーションデバイスとを備えることを特徴とするマイクロシステム。
【請求項２０】
移動されるオブジェクトはミラーであることを特徴とする請求項１９に記載のマイクロシステム。
【請求項２１】
a)基板の表面に少なくとも一つの固定電極を形成し、
b)犠牲層を被覆し、
c)前記犠牲層を構成して、少なくとも一つの可撓電極と、少なくとも一つの懸架手段と、少なくとも一つのピボットを形成する手段とを形成し、
d)導電層を被覆して前記可撓電極と前記ピボットを形成する手段とを形成し、また前記犠牲層を除去するステップを有する請求項１乃至請求項７の何れか一つによる静電アクチュエータを基板に製造する方法。
【請求項２２】
前記固定電極が形成される前に、例えば酸化シリコンからなる酸化層を前記基板の表面に被覆することを特徴とする請求項２１に記載の静電アクチュエータ製造方法。
【請求項２３】
前記ステップa)の間、金属層が酸化物に被覆され、リソグラフィーと前記金属層をエッチングすることにより層を構成することを特徴とする請求項２１または請求項２２に記載の静電アクチュエータ製造方法。
【請求項２４】
前記金属層がエッチングされた後に、誘電体層が被覆されることを特徴とする請求項２１乃至請求項２３の何れか一つに記載の静電アクチュエータ製造方法。
【請求項２５】
前記ステップｃ）が２回のリソグラフィーと前記犠牲層のエッチングにより実施されることを特徴とする請求項２１乃至請求項２４の何れか一つに記載の静電アクチュエータ製造方法。
【請求項２６】
前記ステップｃ）の最後に、前記犠牲層は前記基板と前記可撓電極間の接合のための絶縁層に到達する貫通チャンネルと、前記ピボットを形成する手段の形成のための少なくとも一つの非貫通チャンネルとを有することを特徴とする請求項２５に記載の静電アクチュエータ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロエレクトロ機械・システム（ＭＥＭＳ）、特にこのタイプのシステムに用いられる静電アクチュエータ、このようなアクチュエータを有するデバイス及びこのようなアクチュエータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
「進行閉鎖またはジッピング（progressive closing or zipping）」式アクチュエータは、可動電極がそれを固定電極から隔てる絶縁体と接触するまたは上記絶縁体に接触される特殊な静電アクチュエータであり、この移動は徐々に行われ、印加電圧に対して略直線である。
【０００３】
この原理に基づき周知のデバイス操作は、J. Gravesen et al. ≪A New Electrostatic Actuator providing improved Stroke length and Force≫, MEMS’９２  (文献１を参照) とWO ９２/２２７６３ (文献２を参照)の文献に記載されている。
【０００４】
これらのデバイスは回転軸の周りまたは移動軸に沿って変位を可能にする。
【０００５】
さらに、このタイプのデバイスは数度の回転をするために数十ボルトの電圧を必要とする。
【０００６】
特許文献ＵＳ２００２/０１３５８５０（文献３を参照）には他のデバイスよりも大きい振幅で変位に適用可能なデバイスを開示している。これは従来のアクチュエータのシーケンスからデバイスを形成し、作動中初期変位を増幅することにより実施される。このようなデバイスは相対的に複雑である。
【０００７】
また、可撓電極のためのピボットを形成する手段を有する静電アクチュエータもあり、該ピボットは固定電極に対して固定され、その結果前記可撓電極の自由端の垂直変位を可能にし、且つその変位を増幅する。しかし、このデバイスは、単一のアクチュエータで異なる変位タイプを得るのに適用できない。さらに、このようなアクチュエータの作動電圧は、ピボットを有しないアクチュエータと略同じである（特許文献４〜６を参照）。
【特許文献１】J. Gravesen et al. ≪A New Electrostatic Actuator providing improved Stroke length and Force≫, MEMS’９２
【特許文献２】WO ９２/２２７６３
【特許文献３】US ２００２/０１３５８５０
【特許文献４】FR ２ ８５９ ５４１ A
【特許文献５】US ６ １９８ １８０ B１
【特許文献６】US ２００３/０３９０１６ A１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明の一つの目的は小さな作動電圧で全方向の変位が得られるとともに、大きな変位が得られる静電アクチュエータを提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的は、可撓電極と、基板に対して固定される固定電極と、前記可撓電極のピボットを形成する手段とを備え、前記ピボットを形成する手段が前記可撓電極に固定されるとともに導電体からなることを特徴とするアクチュエータにより達成される。また、前記可撓電極は前記基板から前記電極を懸架する手段も有する。固定電極とピボットとの間の距離が固定電極と可動電極との間の距離より小さいので、作動電圧がより小さい。
【００１０】
そして、本発明の主な目的の静電アクチュエータは、  
基板に対して固定される少なくとも一つの固定電極と、
該基板に対向して配置される少なくとも一つの可撓電極と、
前記固定電極に対向する面に前記可撓電極に固定される前記可撓電極のピボットを形成する少なくとも一つの手段と、
前記基板から距離をおいて停止位置で前記可撓電極を保持する少なくとも一つの前記可撓電極の懸架手段とを備える。
【００１１】
前記懸架手段が有利には、前記基板から突出するサポートに一端で固定される懸架ビームから形成される。
【００１２】
一つの実施形態において、前記ピボットを形成する手段はパッドのような形状をしている。
【００１３】
一つの実施形態において、前記固定電極の対向面の反対側の可撓電極の一つの面が、移動されるオブジェクトを支持するように構成されている。
【００１４】
誘電体層が望ましくは前記可撓電極及び/または前記固定電極にコーティングされている。
【００１５】
前記アクチュエータは例えば、二つの固定電極と二つのピボットを形成する手段とを有し、各前記固定電極はそれぞれ前記可撓電極の一端とピボットを形成する手段との間に配置される。
【００１６】
さらに、本発明の他の目的の静電アクチュエーションデバイスは、本発明による第１アクチュエータと第２アクチュエータとを有する。
【００１７】
もう一つの実施形態において、前記二つのアクチュエータの可撓電極は前記基板から突出する共通支持体から関連懸架手段により懸架される。
【００１８】
他の実施形態において、静電アクチュエーションデバイスは少なくとも一つの本発明による第１タイプのアクチュエータと、固定電極と該固定電極から所定距離を置いて保持される可撓電極とを有する少なくとも一つの第２タイプのアクチュエータとを備え、前記アクチュエータは等角間隔で均一に分布されている。
【００１９】
前記懸架手段は有利には前記アクチュエータの間に等角間隔で分布される。
【００２０】
デバイスは例えば交互に配置される前記第１タイプの三つのアクチュエータと、第２タイプの三つのアクチュエータとを有する。第１タイプのアクチュエータと第２タイプのアクチュエータとの間に、三つの懸架手段が等角間隔で分布する可能性がある。
【００２１】
有利には、前記第１タイプと前記第２タイプのアクチュエータの可撓電極は、それらの第１とそれらの第２端との間にジグザグの形にされる。
【００２２】
他の実施形態において、第１タイプと第２タイプのアクチュエータは、移動されるオブジェクトに一端で固定される軸の各側に配置され、懸架手段を形成する。
【００２３】
この実施形態において、デバイスは前記軸の各側に、互いに平行して交互に配置される複数の前記第１タイプと第２タイプのアクチュエータを有することが可能である。
【００２４】
隣接の前記第１タイプと第２タイプのアクチュエータは例えばＵ状レッグにより保持され、前記軸の一つ側に配置されるＵ状レッグが前記軸に固定され前記Ｕ状レッグの底部を接合する中央レッグを介して前記軸の他側に配置されるＵ状レッグと接続される。
【００２５】
このデバイスは少なくとも二つの軸線を有することが可能であり、有利には六つの軸線が移動されるオブジェクトの周りに等角間隔を置いて分布される。
【００２６】
可撓電極には前記可撓電極の、前記基板への変位を促進するために引込ゾーンが有利には設けられている。
【００２７】
本発明の他の目的は、移動されるオブジェクトと、本発明による静電アクチュエータデバイスとを備えるマイクロシステムである。該移動されるオブジェクトは例えばミラーである。
【００２８】
本発明の他の目的は、基板上に静電アクチュエータを製造する方法である。本発明によれば、該方法は、
a)基板の表面に少なくとも一つの固定電極を形成し、
b)犠牲層を被覆し、
c)前記犠牲層を構成して、少なくとも一つの可撓電極と、少なくとも一つの懸架手段と、少なくとも一つのピボットを形成する手段とを形成し、
d)導電層を被覆し、前記犠牲層を除去するステップを有する。
【００２９】
前記固定電極が形成される前に、有利には、例えば酸化シリコンからなる酸化層を前記基板の表面に被覆する。
【００３０】
前記ステップa)の間、金属層が酸化物に被覆され、リソグラフィーと該金属層をエッチングすることにより層を構成する。
【００３１】
望ましくは、前記金属層がエッチングされた後に、誘電体層が被覆される。
【００３２】
さらに、前記ステップｃ）が前記犠牲層の２回のリソグラフィーとエッチングにより実施されることが可能である。前記ステップc)の最後に、前記犠牲層は、前記基板と前記可撓電極間の接合のための絶縁層に到達する貫通チャンネルと、前記ピボットを形成する手段の形成のための少なくとも一つの非貫通チャンネルとを有する。
【発明の効果】
【００３３】
従って、本発明は、小さい作動電圧で、全方向の変位を達成でき、大きい変位も得られる静電アクチュエータを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。    
＜第１実施形態＞
【００３５】
図１Ａは本発明によるアクチュエータの実施形態を示す。このアクチュエータが基板４に対して固定される固定電極２と、該固定電極に面する可撓電極６とを有する。移動されるオブジェクト７が可撓電極６の上面９に固定される。
【００３６】
アクチュエータは基板から可撓電極を懸架する懸架手段１１も有する。この実施形態において、懸架手段１１が第１、２懸架ビーム８、１０により形成される。第１、２懸架ビーム８、１０は対応する支持体１６、１８に第１端部１２、１４により取付けられ、オブジェクト７に第２端部２０、２２により取り付けられる。
【００３７】
懸架ビーム８、１０は、有利には同軸上に配置される。換言すれば、オブジェクト７はディスク形状であれば、ビームが固定され且つオブジェクト７とまったく正反対である。
【００３８】
また、懸架手段１１はシングルビームまたは２つ以上のビームを有することが可能である。
【００３９】
懸架手段は、所定のアクチュエーションモードによっては直線または曲線であっても良い。
【００４０】
そして、可撓電極６は固定電極２から距離をおいて略平行に保持される。
【００４１】
アクチュエータはまた、可撓電極のピボットを形成する手段３０を有し、可撓電極６の第１端部２４と第２端部２６の間、前記可撓電極に固定される。第１端部２４が固定電極２に向いて移動するとき、第２端部２６が基板４の可撓電極からの分離を可能にするために、固定電極２は第１端部２４とピボット手段３０との間に配置された可動電極６の一部分に面して配置される。ピボット手段３０のレバー作用により、第２端部２６が略垂直に上方へ変位する。
【００４２】
ピボット形成手段は導電性材料から形成され、有利には、可撓電極を形成する材料と同じ材料から形成され、可動電極の変位に関与し、可撓電極の作動電圧を低減することを可能にする。
【００４３】
図５に示すように、ピボット３０の下端が固定電極２から離れる距離ｄ１は、可撓電極６が固定電極２から離れる距離ｄ０より短く、閾値電圧または作動電圧が減少される。
【００４４】
パッドを可撓電極に締結するのは、パッドが基板に固定されるとき発生可能な制御されていないスライド移動を避ける利点もある。従って、可撓電極の変位はより良好に制御される。
【００４５】
可撓電極及びピボットを形成する手段は、有利には一体形成される。
【００４６】
一つの変形例において、ビームから形成された懸架手段と支持体も可撓電極と共に一体で作られている。
【００４７】
全軸長を増やさず、電極長を増やすために、可撓電極はジグザグ形状または任意の形状であっても良い。
次に、作動閾値電圧を低減する手段の特有の形状について述べる。
【００４８】
懸架ビーム８、１０は可撓電極上に直接固定されても良い。
【００４９】
ピボット３０は例えば平行六面形状の断面を有するパッド形状である。なお、ピボット３０はほかの形状のパッドであっても良い。
【００５０】
ピボット手段が設けられたアクチュエータの使用は、小さい使用電圧で大きい変位が得られる。
【００５１】
固定及び可動電極は導電体３２、３４を介して電源に接続されている。また、この電圧は二つの電極２、６のうち一つのみにおいて変化され、もう一方の電極６、２はグラウンドに接続される。
【００５２】
有利には、固定及び/または可動電極には、短路の発生を防止するための絶縁層が覆われている。
【００５３】
移動されるオブジェクト７は例えば、機械的負荷及び/または電気的接点と/または電気及び/または光学素子、またはミラー及び/または膜、特にそれ自体がミラーを形成可能であれば良い。
【００５４】
膜の場合には、戻り力が有利には膜により付与されてアクチュエータから付与された力に反発するが、既知のタイプのアクチュエータにおいて、特定の戻り素子が必要である。
【００５５】
次に、このようなアクチュエータの作動について説明する。
【００５６】
電位差が可撓電極６と固定電極２との間に印加されると、可撓電極は基板４に向いて移動して、基板４と接触し、その結果ピボット形成手段３０の周りに旋回する。それにより、アクチュエータは大きい振幅を有するとともに、ピボット３０の周りに回転する垂直変位を有する。
【００５７】
図１Ｂにおいて、アクチュエータは可撓電極６の中央軸の各側に対称に配置される二つのピボット形成手段３０と、二つの固定電極２とを有する。従って、オブジェクト７を基板の面に平行であり、且つピボット３０、３０を通る二つの回転軸周囲に配置することができる。
【００５８】
基板面に並行してオブジェクト７を移動するも可能である。可撓電極６の二つの端部がそれと面する固定電極に対して同時に同じ電圧差が印加されるとき、可動電極６は基板４の面に平行に移動し、基板４に向いて引き寄せられるか、基板４から押しのけられる（図１Ｂ’）。
【００５９】
その結果、オブジェクト７は上述した変位を組み合わせることにより、異なる変位を有することができる。
【００６０】
図１Ｃは本発明に係る二つのアクチュエータＡと、Ｂとを有する静電アクチュエーションデバイスを示す。該二つのアクチュエータは上述の構造を有する。示された実施形態において、該二つのアクチュエータは、１つの端部で対応する支持体１８、１８’から、第２端部で共通支持体１６から懸架される。各アクチュエータは別個の支持体を有しても良い。各アクチュエータの操作モードが上述したのと同じである。
【００６１】
アドレス指定手段が図１Ｂに示された実施形態における二つの固定電極及び図１Ｃに示された実施形態における二つのアクチュエータを独立に制御するように設けられている。
【００６２】
このアドレス指定手段は、固定電極と、可動電極または固定及び可動電極で機能しても良い。通常、アドレス非指定電極は接地電位である。
＜第２実施形態＞
【００６３】
図２Ａは６つの可撓電極を有する本発明に係る静電アクチュエーション装置の他の実施形態を示す。三つの電極３０６.１と、３０６.３と、３０６.５（第１電極）とのそれぞれの変位は、ピボット３３０により増幅されるが、他の電極３０６.２、３０６.４、３０６.６（第２電極）の場合、別である。第１と第２電極は、移動されるオブジェクト７例えばミラーの周りに、交互にかつ等角間隔をおいて分配される。
【００６４】
複数の第１電極は実質的に同一であり、また複数の第２電極も実質的に同一であるので、第１電極３０６.１と第２電極３０６.２について述べる。
【００６５】
可撓電極３０６.１は、支持体３１４に固定される第１端部３１０と、移動されるオブジェクト７に固定される第２端部３１２とにより基板から懸架されるように保持される。
【００６６】
可撓電極３０６.１に面して配置される基板（図示せず）にある固定電極に向いて可撓電極３０６.１の移動を促進するため、第１端部３１０には、引き込み帯域が設けられている。
【００６７】
ピボット手段３３０は可撓電極と固定電極との間に挿入され、可撓電極３０６.１に対して固定され、支持体３１４とピボット３３０との間の領域３１８.１及びピボット３３０とオブジェクト７との間の領域３１７.１を画定している。
【００６８】
可撓電極３０６.２は電極３０６.１と同一であるが、可撓電極３０６.１と固定電極との間にピボット手段３３０はない。
【００６９】
有利には、可撓電極３０６.１〜３０６.６はそれぞれそれらの第１端部３１０と第２端部３１２との間にジグザグに形成されるので、それらの変形の中によりよい可撓性及びアクチュエータの良好な感度性を提供する。
【００７０】
さらに、アクチュエーション閾値電圧がこの電極の形状により調整される。可動電極の長さが増加されると、貯蔵の静電エネルギーも増加し、可撓電極を可動電極に接触させることで低い電圧が必要であるということは、観察されている。図１Ａは電圧の関数として、長さ３００μｍの電極と長さ２００μｍの電極の変位を示す。最大電極の変位がより小さい電極の変位と比べ著しく大きいことは明らかである。
【００７１】
他の任意の形状例えば曲線または螺旋形は、可撓電極の全寸法を増加せずに長さを増加するのに、用いられることができる。
【００７２】
図２Ｂは図２Ａに示された装置と略同じ構造の静電アクチュエーション装置を示すが、可撓電極３０６.１〜３０６.６は平行六面体状の舌（tongue）の形である。
【００７３】
指針として、可撓電極の長さは、５０μｍから８００μｍの間にあって良いし、パッドが設けられた場合、上方へ向かって１μｍから１０μｍ間の移動距離を有してもよい。
【００７４】
また有利には、アクチュエーションデバイスは懸架アーム３２８.１と、３２８.２と、３２８.３と（示されるモードにおいて三つのアーム）を有し、第１端部で基板から突出する支持体３３１.１、３３１.２、３３１.３に取り付けられ、第２端部３３２.１、３３２.２、３３２.３でオブジェクト７に取り付けられる。停止状態のとき、それらはオブジェクトの位置を定める。
【００７５】
有利には、それぞれの懸架アームはピボット手段を有する可撓電極と、ピボット手段を有しない可撓電極との間に、等角間隔をおいて配置される。
【００７６】
有利には、懸架アームは回転軸Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３を形成するよう第１と第２アクチュエータにほぼ直角に配置される。そして、これらのアーム３３０.１〜３３０.３は回転時にねじりトルクを受ける。
【００７７】
つぎに、このような装置の動作を説明する。
【００７８】
電圧差が可撓電極３０６.１と、基板へ向いて可撓電極を引き付け可能な関連固定電極（図示せず）との間に印加されるとき、領域３１８は固定電極に向いて移動し、部分３１７と第２端部３１２とを可撓電極３０６.１から離し、オブジェクト７は持ち上げられる。同じ電圧差が各可撓電極３０６.１、３０６.３、３０６.５とその関連固定電極との間に印加されるとき、オブジェクトは支持体の面に略直交の軸に沿って移動し、電位差の表示に従って基板に向かって移動するか、あるいは基板から離れて移動する。
【００７９】
電圧差が可撓電極３０６.２と、基板へ向いて該可動電極３０６.２を引き付け可能な関連固定電極（図示せず）との間に印加されるとき、オブジェクト７は下降される。同じ電圧差が各電極３０６.２、３０６.４、３０６.６とその関連固定電極との間に印加されるとき、オブジェクトは支持体の面と略直交の軸に沿って移動し、電圧差の表示により基板に向かって移動するか、あるいは基板から離れて移動する。同じ電位差が印加されるとき、これらの変位の振幅は、電極３０６.１、３０６.３と３０６.５とのアクチュエーションにより生じる変位より低い。
【００８０】
所要の変位を得るのに必要なのは、電極３０６.１〜３０６.６の間の一つまたは数個の可撓電極を作動するだけである。
【００８１】
次に、電極３０６.２と３０６.５とを説明する。
【００８２】
電位差は可動電極３０６.５と該可動電極３０６.５を引き付け可能な関連固定電極との間に、また電極３０６.２と基板に向いて該電極３０６.２を引き付け可能な関連固定電極との間に印加されるとき、オブジェクト７は矢表示Ｒ１の方向に沿って軸Ｘ１周りに旋回する。この回転方向は電位差の反転により反転され得る。
【００８３】
アドレス指定手段（図示せず）は一つまたは数個のアクチュエータを作動するように設けられている。
【００８４】
アドレス指定手段は固定電極と、可動電極３０６.１〜３０６.６または固定と可動電極とで機能してもよい。アドレス非指定電極は通常、接地電位である。
【００８５】
アドレス指定が固定電極上に実施された場合、すべての可動電極は一体に形成されても良いが、アドレス指定が可動電極上に実施された場合、すべての固定電極は一体に形成されても良い。
＜第３実施形態＞
【００８６】
図３には、本発明に係る数個のアクチュエータを有するアクチュエーション装置を示す。これらのアクチュエータがアームにより移動されるオブジェクトに接続される。
【００８７】
本第３の実施形態による装置が移動されるオブジェクトの周りに等角間隔を置いて分布される６個のアクチュエーションアーム１０１.１〜１０１.６を有する。従って、アーム１０１.１と１０１．４、１０１．２と１０１．５、１０１．３と１０１.６は互いに略直径方向両端にペアで配置される。
【００８８】
示される実施形態において、全アームは略同一であるので、アーム１０１.１について簡単に説明する。
【００８９】
アーム１０１.１がその軸の各側に配置される第１アクチュエーション素子１０２.１及び１０２.２と、第２アクチュエーション素子１０４.１及び１０４.２とを有する。アーム１０１.１は各側に同数の第１アクチュエータと第２アクチュエータとを有し、第１アクチュエータが第２アクチュエータと略対向するように、交互に且つ平行して配置される。従って、一つのアームに付与される力のバランスをとることができ、その移動を促進することもできる。アーム１０４.２の一つが一側で上方へ移動するとき、軸の他方側のアーム１０２.１が下方へ移動する。
【００９０】
本実施形態において、可撓電極は略平行６面体形状の舌で形成される。一つの変形実施形態において、アクチュエータは上述のように、ジグザグまたはほかの任意形状の可撓電極を有しても良い。
【００９１】
有利には、アーム１０１.１は、軸１０３.１に接続される４個のアクチュエータのサブアセンブリーＥ１〜Ｅ４を有する（図３Ａ）。
次に、サブアセンブリーＥ１のみを説明する。サブアセンブリーＥ１が４個のアクチュエータ１０２.１と、１０２.２と、１０４.１と、１０４.２とを有する。示される本実施形態において各側に配置される第１アクチュエータ１０２.１、１０２.２及び第２アクチュエータ１０４.１、１０４.２は共通の可撓電極１０６を有する。電極１０６は軸１０３.１と基板から突出する支持体１１４との間に懸架される。
【００９２】
それぞれのアクチュエータは中間支持体を介して軸に取り付けられる別個のフレクシブル電極を有してもよい。
【００９３】
可撓電極１０６はそれぞれのレッグにアクチュエータ１０２.１と１０４.１とを支持する第１Ｕ形状部１０８と、アクチュエータ１０２.２と１０４.２とを支持する第２Ｕ形状部１１０とを有する。略その中央部で軸１０３.１に固定される中央レッグ１１２は、有利には軸１０３.１に対称であるように第１部１０８と第２部１１０とを接続する。
【００９４】
それぞれのＵ形状部の自由端が基板から突出する支持体１１４に接続されている。
【００９５】
本実施形態において、アドレス指定はアクチュエータ１０２.１、１０２.２、１０４.１、１０４.２の制御を別々にできるよう、固定電極で行われる。
【００９６】
例えば、アクチュエータの長さは約２０μｍであり、両つのアクチュエータを隔てる距離は約１０μｍと同じでも良い。
【００９７】
次に、第３実施形態によるアクチュエーション装置の動作について説明する。
【００９８】
電圧差が可撓電極と、基板に向いて可動電極を引き付け可能なアーム１０１.１の第１アクチュエータの固定電極との間に印加されるとき、アームはピボットによるレバー作用で支持体から離れて移動される。そして、オブジェクト７は軸１０３.１と略直交する軸の周りに旋回する。
【００９９】
同一電圧差が各可動電極とその関連する固定電極との間に印加されると、次に６個のアクチュエーションアームの全第１アクチュエータが作動され、そしてオブジェクト７が支持体の面に略直交するＺ軸に沿って移動し、電圧差の表示に従って支持体から離れてあるいは支持体に向いて移動する。
【０１００】
次に、アーム１０１.２と１０１.５についてより詳細に説明する。
【０１０１】
オブジェクト７は全第１アクチュエータを同時に作動することにより、軸１０３.２、１０３.５を通る軸Ｙ１の周りに回転されることができる。軸１０３.２と１０３.５の同側に配置されるアクチュエータは、軸１０３.２と１０３.５に取り付けられる可撓電極の終端部で同一移動をさせるように作動される。例えば、図３において軸１０３.２と１０３.５の左側に配置されるアクチュエータは、基板に向いて可動電極の端部を移動するように作動され、図３において軸１０３.２と１０３.５の右側に配置されるアクチュエータは、軸１０３.２と１０３.５に取り付けられる可撓電極の端部を基板から離れて移動するように作動され、その結果、オブジェクト７は矢表示Ｒ２が示す方向に沿って回転する。
【０１０２】
印加電圧差を変更することで回転の方向を反転することができる。
【０１０３】
次に、一部のアクチュエータは、所定の変位を得るように作動されることができる。
【０１０４】
有利には、直径方向の両端アーム１０２.１-１０２.４、１０２.２-１２.５、１０２.３-１０２.６は同時に作動され、正確な移動を与える。
【０１０５】
この装置は第２実施形態によるアクチュエータで得られる結果よりもより正確で良好な制御変位を得られる装置を提供する。
【０１０６】
装置は第１アクチュエータまたは第２アクチュエータのみを有するアクチュエーションアームに設けられることができ、これらのアームは移動されるオブジェクトの周りに均等に分布されることができる。
【０１０７】
本発明によるアクチュエータ製造方法を説明する。
【０１０８】
この製造方法は、
a)基板の表面に少なくとも一つの固定電極を製造し、
b)犠牲層を被覆し、
c)前記犠牲層を構造して、少なくとも一つの可撓電極と、少なくとも一つの懸架手段と、少なくとも一つのピボット形成手段とを形成し、
d)導電層を被覆し、犠牲層を除去するメインステップを備える。
【０１０９】
次に、本発明によるデバイスの製造方法について、詳細に説明する。
【０１１０】
第１ステップにおいて、図４Ａに示すように、基板２０２の表面、例えばシリコンタイプ基板には酸化物（SiO２）層２０４がコーティングされている。
【０１１１】
第２ステップにおいて、図４Ｂに示すように、酸化層２０４には例えばアルミニウム、金、銅、またはプラチナ、またはポリシリコンなどの金属で形成された導電層２０６がコーティングされている。
【０１１２】
次に、図４Ｃに示すように、樹脂製のリソグラフィーマスク２０８が金属層２０６上に形成され、その後、金属層２０６がエッチングされ、マスク２０８は除去される。
【０１１３】
従って、その結果は、図４Ｄに示すような酸化層を有する基板である。この酸化層上に金属製のストリップ形状領域２０７が互いに平行するように形成され、固定電極を形成する。図４Ｄ’は基板の俯瞰図を示し、実施形態における複数の固定電極２０７は複数の電気接続ピン２０３に同時または非同時に接続される。
【０１１４】
そして、例えばＳｉＮまたはＳｉＯ２製の絶縁層（図示せず）は金属ストリップに被覆される。
【０１１５】
それから、図４Ｅに示すように、犠牲層２１０はエッチングされた金属層の表面に被覆される。
【０１１６】
次に、樹脂層２０５は犠牲層に被覆され、第１リソグラフィー（図４Ｆ）が犠牲層（図４Ｇ）の部分的なエッチングをできるように、犠牲層２１０の複数の端部を露出するために行われる。
【０１１７】
そして、第２リソグラフィーが犠牲層２１０の中央部を露出するために樹脂層２０５に形成される（図４Ｈ）。
【０１１８】
犠牲層２１０の最終エッチングはチャンネル２１５を形成するように実施される。従って、基板に対して垂直に延びるチャンネルは犠牲層２１０に形成され、複数のチャンネル２１４が貫通し且つ金属ストリップ２０７に到達する。図４Ｉに示すように、チャンネル２１４は薄い犠牲層２１６を形成する。例えば、この犠牲層はＳｉＯ２タイプ酸化物または樹脂層である。
【０１１９】
次のステップにおいて、図４Ｊに示すように、導電層２１８が犠牲層に被覆される。例えば、この層はポリシリコンであっても良い。導電層２１８は犠牲層を覆い、チャンネル２１４と、２１５とを充填する。
【０１２０】
次に、図４Ｋに示すように、犠牲層はエッチングされ、多結晶シリコン層はブリッジ２２０を形成する。ブリッジ２２０は基板に置かれている第１と第２フィート２０７、２０７と、基板から短い距離をおいて分離される第３フィート２０９とを有する。ブリッジ２２０は可撓電極２２２と、懸架ビーム２２４とを形成し、第１と第２フィート２０７は懸架アームの支持体を形成する。第３フィート２０９はピボット手段を形成する。
【０１２１】
最後に、電気接続手段はフレクシブル及び固定電極のために作られる。有利には、これらは可撓電極のために移動されるオブジェクトの表面に作られ、また基板に被覆される固定電極のために直接基板に作られる。
【０１２２】
本発明に係る方法は上記の異なる実施形態による装置を得るために、図４Ｊに示す多数の単一構造を同時に形成するのに用いられることができる。
【０１２３】
ピボット手段を形成するパッドは、可撓電極と同時にまたは単独で被覆されてもよい。単独で被覆される場合、製造時間が長くなる。
【０１２４】
この方法は、数百μｍの微小寸法をもつアクチュエータの製造に用いることができ、高い組み込み効率が得られる。
【０１２５】
指針として、層の厚さは、５００nmと２μｍとの間に変更しても良い。
【０１２６】
この発明は、主にマイクロシステム、特に微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）及び特に移動ミラーを用いたシステムに応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１Ａ】本発明による第１作動位置におけるアクチュエータの第１実施形態の概略図である。
【図１Ｂ】本発明による停止位置におけるアクチュエータの第２実施形態の概略図である。
【図１Ｂ−１】作動位置における図１Ｂのアクチュエータの概略図である。
【図１Ｃ】本発明による一部作動する装置の第１実施形態の概略図である。
【図２Ａ】第２実施形態による装置の第１実施形態の平面図である。
【図２Ｂ】第２実施形態による装置の第２実施形態の平面図である。
【図３】本発明によるアクチュエーション装置の第３実施形態の平面図である。
【図３Ａ】図３の詳細を示す図である。
【図４Ａ】本発明による製造方法のステップを示す図である。
【図４Ｂ】本発明による製造方法のステップを示す図である。
【図４Ｃ】本発明による製造方法のステップを示す図である。
【図４Ｄ】本発明による製造方法のステップを示す図である。
【図４Ｄ−１】本発明による製造方法のステップを示す図である。
【図４Ｅ】本発明による製造方法のステップを示す図である。
【図４Ｆ】本発明による製造方法のステップを示す図である。
【図４Ｇ】本発明による製造方法のステップを示す図である。
【図４Ｈ】本発明による製造方法のステップを示す図である。
【図４Ｉ】本発明による製造方法のステップを示す図である。
【図４Ｊ】本発明による製造方法のステップを示す図である。
【図４Ｋ】本発明による製造方法のステップを示す図である。
【図５】本発明によるアクチュエータの詳細を示す図である。
【図６】異なる長さの電極に対する印加電圧の関数として可撓電極の変位変化の図解図である。
【符号の説明】
【０１２８】
２          固定電極
４、２０２  基板
６          可撓電極
８          懸架ビーム
１１        懸架手段
１６        支持体
３０        ピボット  
２０４      酸化層
２０６      金属層
２０９      誘電体
２１０      犠牲層
２１４      チャンネル
２１５      非貫通チャンネル
２１８      導電層
【図１Ａ】
2007006696.tif 000003
【図１Ｂ】
2007006696.tif 000004
【図１Ｂ−１】
2007006696.tif 000005
【図１Ｃ】
2007006696.tif 000006
【図２Ａ】
2007006696.tif 000007
【図２Ｂ】
2007006696.tif 000008
【図３】
2007006696.tif 000009
【図３Ａ】
2007006696.tif 000010
【図４Ａ】
2007006696.tif 000011
【図４Ｂ】
2007006696.tif 000012
【図４Ｃ】
2007006696.tif 000013
【図４Ｄ】
2007006696.tif 000014
【図４Ｄ−１】
2007006696.tif 000015
【図４Ｅ】
2007006696.tif 000016
【図４Ｆ】
2007006696.tif 000017
【図４Ｇ】
2007006696.tif 000018
【図４Ｈ】
2007006696.tif 000019
【図４Ｉ】
2007006696.tif 000020
【図４Ｊ】
2007006696.tif 000021
【図４Ｋ】
2007006696.tif 000022
【図５】
2007006696.tif 000023
【図６】
2007006696.tif 000024
【外国語明細書】
TITLE OF THE INVENTION
ELECTROSTATIC ACTUATOR, DEVICE COMPRISING SUCH ACTUATORS, MICROSYSTEM COMPRISING SUCH A DEVICE AND METHOD FOR MAKING SUCH AN ACTUATOR
TECHNICAL FIELD 
【0001】
This invention relates to micro electro-mechanical systems (MEMS). More particularly, the invention relates to an electrostatic actuator used in this type of system, to devices comprising such an actuator and to a method for making such an actuator.
BACKGROUND ART
【0002】
A "progressive closing or zipping" type actuation is a particular electrostatic actuation in which a mobile electrode comes into contact with or is forced into contact with an insulator separating it from a fixed electrode, this movement taking place progressively and almost linearly with the applied voltage.
【0003】
Known devices operating based on this principle are described in the article by J. Gravesen et al. ≪A New Electrostatic Actuator providing improved Stroke length and Force≫, MEMS’92  (See Reference document 1) and in document WO 92/22763 (See Reference document 2).
【0004】
These devices enable displacements around a rotation axis, or along a translation axis.
【0005】
Furthermore, this type of device requires voltages of several tens of volts for rotations of a few degrees.
【0006】
Document US 2002/0135850 (See Reference document 3) describes a device that can be used for displacements with a greater amplitude than other devices.  This is done by forming the device from a sequence of actuators of a known type, that in operation amplify the initial displacement. This type of device is relatively complex.
【0007】
There are also electrostatic actuators comprising a means forming a pivot for the flexible electrode, this pivot being fixed with respect to a fixed electrode, which then enables a vertical displacement for the free end of the flexible electrode and amplifies the displacement. However, this device cannot be used to obtain different displacement types with a single actuator. Furthermore, the actuation voltage of such actuators is approximately the same as actuators without a pivot (See Reference document 4-6).
【Reference document 1】 J. Gravesen et al. ≪A New Electrostatic Actuator providing improved Stroke length and Force≫, MEMS’92
【Reference document 2】   WO 92/22763
【Reference document 3】  US 2002/0135850
【Reference document 4】   FR 2 859 541 A
【Reference document 5】  US 6 198 180 B1
【Reference document 6】  US 2003/039016 A1
DISCLOSURE OF INVENTION
PROBLEM TO BE SOLVED BY THE INVENTION
【0008】
Consequently, one of the purposes of this invention is to propose an electrostatic actuator capable of achieving displacements in all directions and also obtaining a large displacement with a small actuation voltage.
MEANS FOR SOLVING THE PROBLEM 
【0009】
The purpose stated above is achieved by an actuator comprising a flexible electrode, a fixed electrode with respect to the substrate, and a means forming a pivot for the flexible electrode, the means forming the pivot being fixed to the flexible electrode and made of a conducting material. The flexible electrode also comprises means of suspension of the said electrode from the substrate. The distance between the fixed electrode and the pivot is less than the distance between the fixed electrode and the mobile electrode, therefore the actuation voltage is smaller.
【0010】
The main purpose of this invention is then an electrostatic actuator comprising:
-at least one fixed electrode with respect to a substrate,
-at least one flexible electrode arranged facing the substrate,
-at least one means forming the pivot of the flexible electrode, the said means being fixed to the flexible electrode on its face facing the fixed electrode,
-at least one means of suspension of the flexible electrode, holding the said flexible electrode at rest at a distance from the substrate.
【0011】
Advantageously, the suspension means is formed from a suspension beam fixed at one end to a support projecting from the substrate.
【0012】
In one particular embodiment, the means forming the pivot is shaped like a pad.
【0013】
In one particular embodiment, one face of the flexible electrode opposite the facing face of the fixed electrode, is designed to support an object to be moved.
【0014】
Preferably, the flexible electrode and/or the fixed electrode is (are) coated with a layer of a dielectric material.
【0015】
For example, the actuator may comprise two fixed electrodes and two means forming a pivot, each of the fixed electrodes being arranged between one end of the flexible electrode and a means forming a pivot.
【0016】
Furthermore, another purpose of the invention is an electrostatic actuation device, comprising first and second actuators according to this invention.
【0017】
In one particular embodiment, the flexible electrodes of the two actuators are suspended by the associated suspension means from a common support projecting from the substrate.
【0018】
In another particular embodiment, the electrostatic actuation device comprises at least one actuator of the first type according to the invention, and at least one actuator of the second type comprising a fixed electrode and a flexible electrode held at a distance from the fixed electrode, the said actuators being uniformly distributed at an equal angular spacing.
【0019】
Advantageously, the suspension means are distributed at an equal angular spacing between the actuators.
【0020】
For example, the device comprises three actuators of the first type and three actuators of the second type, arranged alternately. There may be three suspension means distributed at an equal angular spacing between an actuator of the first type and an actuator of the second type.
【0021】
Advantageously, the flexible electrodes of the actuators of the first type and the second type zigzag between their first and their second ends.
【0022】
In another particular embodiment, the actuators of the first type and the second type are arranged on each side of an axis fixed at one end to the object to be moved and forming a suspension means.
【0023】
In this particular embodiment, the device may comprise a plurality of actuators of the first type and the second type on each side of the axis, arranged alternately parallel to each other.
【0024】
For example, the adjacent actuators of the first type and the second type are carried by the legs of a U, one U arranged on one side of the axis being connected to another U arranged on the other side of the axis through a central leg fixed to the axis and connecting the bottoms of the U shapes.
【0025】
The device may comprise at least two axes, advantageously six axes distributed at an equal angular spacing around the object to be moved.
【0026】
Advantageously, the flexible electrodes are provided with pull-in zones so as to facilitate displacment of the flexible electrodes toward the substrate.
【0027】
Another purpose of this invention is a microsystem comprising an object to be moved and an electrostatic actuation device according to the invention, for example the object to be moved being a mirror.
【0028】
Another purpose of this invention is a method for making an electrostatic actuator on a substrate, according to the invention, comprising the following steps:
a)make at least one fixed electrode on the front face of the substrate,
b)deposit a sacrificial layer,
c)structure the said sacrificial layer to form at least one flexible electrode, at least one suspension means and at least one means forming the pivot,
d)deposit a conducting layer and eliminate the sacrificial layer.
【0029】
Advantageously, an oxide layer is deposited on the front face of the substrate, for example made of silicon oxide, before the fixed electrode is formed.
【0030】
During step a), a metallic layer is deposited on the oxide and structuring layer by lithography and etching of the said metallic layer.
【0031】
Preferably, a layer of dielectric material is deposited after the metallic layer has been etched.
【0032】
Moreover, step c) may be done by double lithography and etching of the sacrificial layer. At the end of step c), the sacrificial layer comprises through channels reaching the insulating layer for the connection between the substrate and the flexible electrode and at least one non-through channel for formation of the means forming the pivot.
EFFECT OF THE INVENTION
【0033】
Therefore, the invention may provide an electrostatic actuator capable of achieving displacements in all directions and also obtaining a large displacement with a small actuation voltage.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
【0034】
This invention will be better understood after reading the following description and with reference to the attached drawings.
EMBODIMENT
【0035】
Figure 1A shows an example embodiment of an actuator according to this invention comprising an electrode 2 fixed with respect to a substrate 4, and a flexible electrode 6 facing the fixed electrode.  An object to be moved 7 is fixed to an upper face 9 of the flexible electrode 6.
【0036】
The actuator also comprises suspension means 11 suspending the flexible electrode from the substrate.  In the example shown, the means 11 are formed by first and second suspension beams 8,10 attached by a first end 12,14 to corresponding supports 16,18 and by a second end 20,22 to the object 7.
【0037】
The beams 8,10 are advantageously arranged coaxially. In other words, if the object 7 is in the shape of a disk, the beams are fixed and are diametrically opposite to the object 7.
【0038】
The suspension means 11 may comprise a single beam or more than two beams.
【0039】
The suspension means may be straight or curved depending on the required actuation mode.
【0040】
The flexible electrode is then held at a distance from the fixed electrode, approximately parallel to it.
【0041】
The actuator also comprises a means 30 forming a pivot of the flexible electrode, fixed to the said flexible electrode, between the first 24 and the second 26 ends of the flexible electrode 6. The fixed electrode 2 is arranged facing the portion of the mobile electrode 6 located between the first end 24 and the pivot means 30, so as to enable separation of the second end 26 from the flexible electrode of the substrate 4, when the first end 24 moves towards the fixed electrode 2. Due to the lever effect caused by the means 30, the second end 26 has an approximately vertical upwards displacement.
【0042】
The means forming the pivot is made from a conducting material, advantageously the same as the material forming the flexible electrode, allowing it to participate in displacement of the mobile electrode and to reduce the actuation voltage of the flexible electrode.
【0043】
As can be seen in Figure 5, the distance d1 separating a lower end of the pivot 30 from the fixed electrode 2 is less than the distance d0 separating the flexible electrode 6 from the fixed electrode 2, and the threshold or actuation voltage is reduced.
【0044】
Fastening the pad to the flexible electrode also has the advantage that it avoids uncontrolled sliding movements that can take place when the pad is fixed to the substrate. Thus, displacement of the flexible electrode is better controlled.
【0045】
Advantageously, the flexible electrode and the means forming the pivot are made in a single piece.
【0046】
In one variant embodiment, the suspension means formed from the beams and the supports are also made in a single piece with the flexible electrode.
【0047】
The flexible electrode may be in a zigzag shape or in any other shape in order to increase the length of the electrode without increasing its overall axial length. This particular shape provides a means of reducing the actuation threshold voltage as will be described in the remainder of the description.
【0048】
The suspension beams 8,10 may be fixed directly on the flexible electrode.
【0049】
The pivot 30 is in the shape of a pad, for example with a parallelepiped shaped section. But other shaped pads are possible.
【0050】
The use of an actuator provided with a pivot means provides a means of obtaining large displacements with small working voltages.
【0051】
The fixed and mobile electrodes are connected to a voltage source through conductors 32,34. The voltage could also be varied in only one of the two electrodes 2,6, the other electrode 6,2 being connected to the ground.
【0052】
Advantageously, the fixed and/or mobile electrodes are coated with an insulating layer to prevent the occurence of short circuits.
【0053】
The object to be moved 7 may for example be a mechanical load and/or an electrical contact and/or an electrical and/or an optical component, or a mirror and/or a membrane, particularly itself possibly forming a mirror.
【0054】
In the case of a membrane, the return force is advantageously applied by the membrane to resist the force applied by the actuator, while a specific return element is necessary in known types of actuators.
【0055】
We will now describe the operation of such an actuator.
【0056】
When a voltage difference is applied between the flexible electrode 6 and the fixed electrode 2, the flexible electrode moves towards the substrat 4 so that it comes into contact with the substrate 4 and then pivots about the means forming the pivot 30. Thus the actuator has a large amplitude and at the same time a rotating vertical displacement about the pivot 30.
【0057】
In Figure 1B, the actuator comprises two means forming the pivot 30 arranged symmetrically on each side of a median axis of the flexible electrode, and two fixed electrodes 2. Thus, it is possible to orient the object 7 about two rotation axes parallel to the plane of the sheet and passing through the pivots 30.
【0058】
It is also possible to move the object 7 parallel to the plane of the substrate. When the two ends of the flexible electrode 6 are subject to the same voltage difference at the same time with respect to the fixed electrode facing it, the mobile electrode 6 is attracted towards the substrate 4 or is pushed away from the substrate 4 moving parallel to the plane of the substrate 4 (Figure 1B’).
【0059】
Consequently, the object 7 may have different displacements by combining the displacements described above.
【0060】
Figure 1C shows an electrostatic actuation device comprising two actuators A,B according to this invention. The two actuators have the structure described above. In the example shown, the two actuators are suspended at one end from a corresponding support 18,18’, and at a second end from a common support 16.  Each actuator can have distinct supports. The operating mode of each actuator is identical to that described above.
【0061】
Addressing means are provided to independently control the two fixed electrodes in the example shown in Figure 1B, and the two actuators in the example shown in Figure 1C.
【0062】
The addressing means may act at the fixed electrodes, at the mobile electrodes or at the fixed and the mobile electrodes.  Non-addressed electrodes are usually at the ground potential.
【0063】
Figure 2A shows another embodiment of an electrostatic actuation device according to this invention comprising six flexible electrodes, the displacement of each of the three electrodes 306.1, 306.3 and 306.5 (the "first electrodes") is amplified by a pivot 330, which is not the case for the other electrodes 306.2, 306.4, 306.6 (the "second electrodes"). The first and second electrodes are distributed alternately and at a uniform angular spacing around an object 7 to be moved, for example a mirror.
【0064】
The first electrodes are all practically identical, and the second electrodes are all practically identical, therefore we will describe the first electrode 306.1 and the second electrode 306.2.
【0065】
The flexible electrode 306.1 is kept suspended from the substrate by a first end 310 fixed to a support 314, and by a second end 312 fixed to the object to be moved 7.
【0066】
The first end 310 is provided with a pull-in zone to facilitate movement of the flexible electrode 306.1 towards a fixed electrode on the substrate (not shown) arranged facing the flexible electrode 306.1.
【0067】
The pivot means 330 is inserted between the flexible electrode and the fixed electrode, fixed with respect to the flexible electrode 306.1, and delimits an area 318.1 between the support 314 and the pivot 330 and an area 317.1 between the pivot 330 and the object 7.
【0068】
The flexible electrode 306.2 is identical to the electrode 306.1, however there is no pivot means 330 between the flexible electrode 306.1 and the fixed electrode.
【0069】
Advantageously, the flexible electrodes 306.1 to 306.6 zigzag between their first ends 310 and second ends 312 respectively, thus providing more flexibility during their deformation, and a better sensitivity of the actuator.
【0070】
Furthermore, this electrode shape reduces the actuation threshold voltage. It has been observed that as the length of the mobile electrode increases, the stored electrostatic energy also increases and a lower voltage is necessary to force the flexible electrode into contact with the mobile electrode.  Figure 6 shows the displacement of a 300 μm long electrode and a 200 μm long electrode as a function of the voltage, and it can be seen that the displacement of the largest electrode is significantly greater than the displacement of the smaller electrode.
【0071】
Any other shape could be used for increasing the length without increasing the overall dimension of the flexible electrode, for example a curved or spiral shape.
【0072】
Figure 2B shows an electrostatic actuation device with approximately the same structure as that of the device shown in Figure 2A, however the flexible electrodes 306.1 to 306.6 are in the form of a parallelepiped shaped tongue.
【0073】
For guidance, the length of a flexible electrode may be between 50 μm and 800 μm, and when provided with a pad, it may have a movement distance of between 1 μm and 10 μm upwards.
【0074】
Advantageously, the device also comprises suspension arms 328.1, 328.2, 328.3, (three arms in the mode shown) that are attached by a first end to a support 331.1,331.2 and 331.3 projecting from the substrate, and by a second end 332.1,332.2,332.3 to the object 7.  When at rest, they define a position of the object.
【0075】
Advantageously, each suspension arm is arranged at an equal angle between a flexible electrode provided with a pivot means and a flexible electrode without a pivot means.
【0076】
The suspension arms are advantageously arranged approximately orthogonally to the first and second actuators so as to form rotation axes X1, X2, X3.  These arms 330.1 to 330.3 are then subjected to torsion torque when they are rotated.
【0077】
We will now explain the operation of such a device.
【0078】
When a voltage difference is applied between the flexible electrode 306.1 and the associated fixed electrode (not shown) able to attract the flexible electrode towards the substrate, area 318 moves towards the fixed electrode causing the portion 317 and the second end 312 to move away from the flexible electrode 306.1. The object 7 is lifted. When the same voltage difference is applied between each flexible electrode 306.1, 306.3 and 306.5 and its associated fixed electrode, the object moves along an axis approximately orthogonal to the plane of the support moving towards or away from the substrate depending on the sign of the potential difference.
【0079】
When a voltage difference is applied between the flexible electrode 306.2 and its associated fixed electrode, able to attract the mobile electrode 306.2 towards the substrate, the object 7 is lowered.  When the same voltage difference is applied between each electrode 306.2, 306.4 and 306.6 and its associated fixed electrode, the object then moves along an axis approximately orthogonal to the plane of the support moving towards or away from the substrate depending on the sign of the voltage difference.  These displacements have a lower amplitude than displacements caused by actuation of electrodes 306.1, 306.3 and 306.5 when the same potential difference is applied to them.
【0080】
All that is necessary to obtain the required displacement is to actuate one or several flexible electrodes among electrodes 306.1 to 306.6.
【0081】
We will now consider electrodes 306.2 and 306.5.
【0082】
When a potential difference is applied between the mobile electrode 306.5 and the associated fixed electrode, able to attract the mobile electrode 306.5, and a voltage difference is applied between the electrode 306.2 and the associated fixed electrode,able  to attract electrode 306.2 towards the substrate, the object 7 pivots about the axis X1 in the direction of the arrow R1. The direction of rotation may be inverted by inverting the potential differences.
【0083】
Addressing means (not shown) are provided to actuate one or several actuators. 
【0084】
The addressing means may act at the fixed electrodes, at the mobile electrodes 306.1, 306.2, 306.3, 306.4, 306.5 and 306.6 or at the fixed and the mobile electrodes. Non-addressed electrodes are usually at the ground potential.
【0085】
If addressing is done on fixed electrodes, all the mobile electrodes may be made in a single piece, while if the addressing is done on the mobile electrodes, all the fixed electrodes may be made in a single piece.
【0086】
Figure 3 shows an actuation device comprising several actuators according to this invention, and the actuators are connected to the object to be moved by an arm.
【0087】
The device according to the third embodiment comprises six actuation arms 101.1, 101.2, 101.3, 101.4, 101.5, 101.6 distributed at an equal angular spacing around the object to be moved. Thus, the arms 101.1-101.4, 101.2-101.5, 101.3-101.6 are arranged in pairs approximately diametrically opposite to each other.
【0088】
In the embodiment shown, all arms are approximately identical, consequently we will simply describe the arm 101.1.
【0089】
The arm 101.1 comprises first actuation elements 102.1, 102.2 and second actuation elements 104.1,104.2 on each side of its axis.  The arm 101.1 comprises the same number of first actuators and second actuators on each side, arranged alternately and parallel to each other, such that a first actuator approximately faces a second actuator. Thus, it is possible to balance the force applied on one arm and also to facilitate the movement. When one of the arms 104.2 moves upwards on one side, the arm 102.1 on the other side of the axis moves downwards.
【0090】
In this embodiment, the flexible electrodes are formed by approximately parallelepiped shaped tongues.  In one variant embodiment, the actuators may comprise flexible electrodes in zigzag or in any other shape as described above.
【0091】
Advantageously (Figure 3A), the arm 101.1 comprises subassemblies E1, E2, E3, E4 of four actuators connected to an axis 103.1. We will only describe the subassembly E1. E1 comprises four actuators 102.1,102.2,104.1,104.2, a first 102.1,102.2 and a second 104.1,104.2 actuator on each side in the example shown having a common flexible electrode 106.  The electrode 106 is suspended between the axis 103.1 and supports 114 projecting from the substrate.
【0092】
Each actuator may have a separate flexible electrode attached to the axis through an intermediate support.
【0093】
The flexible electrode 106 comprises a first U shaped part 108 supporting the actuators 102.1 and 104.1 on each of its legs, and a second U shaped part 110 supporting actuators 102.2 and 104.2. A central leg 112 fixed to the axis 103.1 approximately at its median part, connects the first part 108 and the second part 110 such that they are advantageously symmetric about the axis 103.1.
【0094】
The free ends of each U are connected to a support 114 projecting from the substrate.
【0095】
In this embodiment, addressing is done by the fixed electrodes so as to enable individual control of actuators 102.1, 102.2, 104.1, 104.2.
【0096】
For example, the length of an actuator may be about 20 μm and the distance separating two actuators may be equal to about 10 μm.
【0097】
We will now describe operation of the actuation device according to the third embodiment.
【0098】
When a voltage difference is applied between the flexible electrodes and the fixed electrodes of the first actuators of the arm 101.1, able to attract the mobile electrode towards the substrate, the arm is moved away from the support due to the lever effect caused by the pivots.  The object 7 then pivots around an axis approximately orthogonal to axis 103.1.
【0099】
When the same voltage difference is applied between each mobile electrode and its associated fixed electrode, all the first actuators of the six actuation arms are then actuated, the object then moves along a Z axis approximately orthogonal to the plane of the support moving away from or towards the support depending on the sign of the voltage difference.
【0100】
We will now consider arms 101.2 and 101.5 in more detail.
【0101】
The object 7 can be rotated about the axis Y1 passing through axes 103.2 and 103.5 by simultaneously actuating all the first actuators.  The actuators are located on the same side of the axes 103.2 and 103.5 are actuated so as to cause the same movement at the end of the flexible electrode attached to the axes 103.2 and 103.5. For example, the actuators placed on the left side of the axes 103.2 and 103.5 in the figure are actuated so as to move the ends of the mobile electrodes towards the substrate and the actuators arranged on the right side of the axes 103.2 and 103.5 in the figure are actuated so as to move the ends of the flexible electrodes attached to axes 103.2, 103.5 away from the substrate. The object 7 then turns in the direction shown by the arrow R2.
【0102】
The direction of rotation can be inverted by modifying the applied voltage differences.
【0103】
Some actuators can then be actuated to obtain the required displacement.
【0104】
Advantageously, the diametrically opposite arms 102.1-102.4, 102.2-12.5, 102.3-102.6 are actuated simultaneously, which gives a precise movement.
【0105】
This device provides a means of obtaining even more precise and better-controlled displacements than those obtained with the actuator according to the second embodiment.
【0106】
A device can be provided in which the actuation arms only comprise first actuators or second actuators and these arms could be distributed uniformly around the object to be moved.
【0107】
We will now describe a method for making an actuator according to this invention.
【0108】
The manufacturing method comprises the following main steps:
a) manufacture at least one fixed electrode on the front face of the substrate,
b) deposit a sacrificial layer,
c) structure the said sacrificial layer to form at least one flexible electrode, at least one suspension means and at least one means forming the pivot,
d) deposit a conducting layer and eliminate the sacrificial layer.
【0109】
We will give a detailed description of the method for making a device according to this invention.
【0110】
In a first step (Figure 4A), the front face of a substrate 202, for example a silicon type substrate, is coated with a layer 204 of oxide (SiO2).
【0111】
In a second step (Figure 4B), the oxide layer 204 is coated with a conducting layer 206, for example made of a metal such as aluminium, gold, copper or platinum, or polysilicon.
【0112】
A lithography mask 208 (Figure 4C) made of resin is then formed on the metallic layer 206, after which the metallic layer 206 is etched, and the mask 208 is eliminated.
【0113】
The result is thus a substrate provided with an oxide layer on which metallic strip- shaped areas 207 are formed parallel to each other (Figure 4D), forming the fixed electrodes.  Figure 4D’ shows the substrate seen from above, the fixed electrodes 207 in the example being connected to electrical connection pins 203 that may or may not be made simultaneously. 
【0114】
A layer of insulating material (not shown) for example made of SiN or SiO2 is then deposited on the metallic strips.
【0115】
A sacrificial layer 210 is then deposited on the front face on the etched metallic layer (Figure 4E).
【0116】
A resin layer 205 is then deposited on the sacrificial layer and a first lithography (Figure 4F) is made so as to expose the end parts of the sacrificial layer 210 to enable partial etching of the sacrificial layer (Figure 4G).
【0117】
A second lithography is then made on the resin layer 205 to expose a central part of the sacrificial layer 210 (Figure 4H).
【0118】
A final etching of the sacrificial layer 210 is done so as to form a channel 215. Channels extending perpendicular to the substrate are thus formed in the sacrificial layer 210, the channels 214 pass through and reach the metallic strips 207. The channel 214 forms a thin sacrificial layer 116 (Figure 4I). For example, the sacrificial layer may be an SiO2 type oxide or a resin.
【0119】
In a next step, a conducting layer 218 is deposited on the sacrificial layer. For example, this layer may be a polysilicon.  The layer 218 covers the sacrificial layer and fills channels 214 and 215 (Figure 4J).
【0120】
The sacrificial layer is then etched, and the polycrystalline silicon layer forms bridges 220 (Figure 4K).  The bridge 220 comprises first and second feet 207 resting on the substrate and a third foot 209 separated by a small distance from the substrate.  The bridge forms the flexible electrode 222 and the suspension beams 224, the first and second feet 207 forming the supports of the suspension arms. The third foot 209 forms the pivot means.
【0121】
Finally, electrical connection means are made for the flexible and fixed electrodes. Advantageously, they are made on the front face of the object to be moved for flexible electrodes, and directly in the substrate for fixed electrodes deposited on the substrate.
【0122】
The method according to this invention can be used to simultaneously make a large number of single structures as shown in figure 4J, in order to obtain devices according to the different embodiments described above.
【0123】
The pad forming the pivot means may be deposited at the same time as the flexible electrode or separately, however the production time will be longer  if it is deposited separately.
【0124】
This method can be used to make actuators with very small dimensions of a few hundred μm, enabling a high integration rate.
【0125】
For guidance, the thickness of the layers may vary from between 500 nm and 2 μm.
【0126】
This invention is applicable mainly to micro-systems, particularly Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) and particularly to systems using a mobile mirror.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【0127】
【Fig.1A】 Figure 1A is a diagrammatic view of a first example of an actuator according to this invention in a first actuated position.
【Fig.1B】 Figure 1B is a diagrammatic view of a second example of an actuator according to this invention, in the rest position.
【Fig.1B’】 Figure 1B’ is a diagrammatic view of the actuator in Figure 1B in an actuated position.
【Fig.1C】 Figure 1C is a diagrammatic view of a first embodiment of a device according to this invention, partly actuated.
【Fig.2A】 Figure 2A is a top view of a first example of a device according to a second embodiment.
【Fig.2B】 Figure 2B is a top view of a second example of a device according to the second embodiment.
【Fig.3】 Figure 3 is a top view of a third embodiment of an actuation device according to this invention.
【Fig.3A】 Figure 3A is a view of a detail in Figure 3.
【Fig.4A-4K】 Figures 4A to 4K show steps in a method according to the invention.
【Fig.5】 Figure 5 is a detailed view of an actuator according to this invention.
【Fig.6】 Figure 6 is a graphic representation of the variation of the displacement of a flexible electrode as a function of the applied voltage for electrodes with different lengths.
DESCRIPTION OF NUMERALS
【0128】
2          Fixed electrode
4,  202  Substrate
6          Flexible electrode
8          Suspension beam
11         Suspension means
16         Support
30         Pivot
204       Oxide layer
206       Metallic layer
209       Dielectric material
210       Sacrificial layer
214       Channels
215       Non-through channel
218       Conducting layer
【CLAIM1】
Electrostatic actuator comprising:
at least one fixed electrode, fixed with respect to a substrate,
at least one flexible electrode arranged facing the substrate,
at least one means forming the pivot of the flexible electrode, the said means being fixed to the flexible electrode on its face facing the fixed electrode and made from a conducting material, 
at least one means of suspension of the flexible electrode, holding the said flexible electrode at rest at a distance from the substrate, the suspension means and the means forming the pivot being different. 
【CLAIM2】
Actuator according to claim 1, in which the  suspension means is formed from a suspension beam fixed at one end to a support projecting from the substrate.
【CLAIM3】
Actuator according to one of claims 1 to 2, in which the means forming the pivot is shaped like a pad.
【CLAIM4】
Device according to any one of the previous claims, in which the flexible electrode at least partly zigzags between its first and its second ends.
【CLAIM5】
Actuator according to any one of claims 1 to 4, in which one face of the flexible electrode opposite the facing face of the fixed electrode, is designed to support an object to be moved.
【CLAIM6】
Actuator according to any one of claims 1 to 5, in which the flexible electrode and / or the fixed electrode is (are) coated with a layer of a dielectric material.
【CLAIM7】
Actuator according to one of the previous claims, comprising two fixed electrodes and two means forming a pivot, each of the fixed electrodes being arranged between one end of the flexible electrode and a means forming a pivot.
【CLAIM8】
Electrostatic actuation device, comprising a first and a second actuators according to one of claims 1 to 7.
【CLAIM9】
Device according to the previous claim, in which the flexible electrodes of the two actuators are suspended by the associated suspension means from a common support projecting from the substrate.
【CLAIM10】
Electrostatic actuation device comprising at least one actuator of the first type according to one of claims 1 to 7, and at least one actuator of a second type comprising a fixed electrode and a flexible electrode held at a distance from the fixed electrode, the said actuators being uniformly distributed at an equal angular spacing.
【CLAIM11】
Device according to the previous claim, in which the suspension means are distributed at an equal angular spacing between the actuators.
【CLAIM12】
Device according to the previous claim, comprising three actuators of the first type and three actuators of the second type arranged alternately.
【CLAIM13】
Device according to the previous claim, in which there are three suspension means distributed at an equal angular spacing between an actuator of the first type and an actuator of the second type.
【CLAIM14】
Device according to claim 11, in which the actuators of the first type and the second type are arranged on each side of an axis fixed at one end to the object to be moved and forming a suspension means.
【CLAIM15】
Device according to the previous claim, comprising a plurality of actuators of the first type and the second type on each side of the axis, arranged alternately parallel to each other.
【CLAIM16】
Device according to the previous claim in which the adjacent actuators of the first and second types are carried by the legs of a U, one U arranged on one side of the axis being connected to another U arranged on the other side of the axis through a central leg fixed to the axis and connecting the bottoms of the U shapes.
【CLAIM17】
Device according to one of claims 14 to 16, comprising at least two axes, advantageously six axes distributed at an equal angular spacing around the object to be moved.
【CLAIM18】
Device according to claims 1 to 17, in which the flexible electrodes are provided with pull-in zones so as to facilitate bonding of the flexible electrodes on the substrate.
【CLAIM19】
Microsystem comprising an object to be moved and an electrostatic actuation device according to claims 8 to 18.
【CLAIM20】
Microsystem according to the previous claim, in which the object to be moved is a mirror.
【CLAIM21】
Method for making an electrostatic actuator on a substrate, according to any one of claims 1 to 7, comprising the following steps:
a) make at least one fixed electrode on the front face of the substrate,
b) deposit a sacrificial layer,
c) structure the said sacrificial layer to form at least one flexible electrode, at least one suspension means and at least one means forming the pivot,
d) deposit a conducting layer forming the flexible electrode and the means forming the pivot, and eliminate the sacrificial layer.
【CLAIM22】
Method according to the previous claim, in which an oxide layer is deposited on the front face of the substrate, for example made of silicon oxide, before the fixed electrode is formed.
【CLAIM23】
Method according to claim 21 or 22, in which during step a), a metallic layer is deposited on the oxide and structuring layer by lithography and etching of the said metallic layer.
【CLAIM24】
Method according to any one of claims 21 to 23, in which a layer of dielectric material is deposited after the metallic layer has been etched.
【CLAIM25】
Method according to one of claims 21 to 24 in which step c) is done by double lithography and etching of the sacrificial layer.
【CLAIM26】
Method according to the previous claim, in which at the end of step c), the sacrificial layer comprises through channels reaching the insulating layer for the connection between the substrate and the flexible electrode and at least one non-through channel for formation of the means forming the pivot.
SUMMARY
OBJECT
The invention is to propose an electrostatic actuator capable of achieving displacements in all directions and also obtaining a large displacement with a small actuation voltage. Another purpose of this invention is a method for making such an actuator.
MEANS FOR SOLVING
An electrostatic actuator, includes at least one fixed electrode (2) with respect to a substrate (4), at least one flexible electrode (6) arranged facing the substrate,at least one means forming the pivot of the flexible electrode, the said means being fixed to the flexible electrode on its face facing the fixed electrode (2) and made from a conducting material,and at least one means of suspension (11) of the flexible electrode, holding the said flexible electrode at rest at a distance from the substrate (4).
SELECTING DRAWING   Figure 1A
【Fig.1A】
2007006696.tif 000025
【Fig.1B】
2007006696.tif 000026
【Fig.1B’】
2007006696.tif 000027
【Fig.1C】
2007006696.tif 000028
【Fig.2A】
2007006696.tif 000029
【Fig.2B】
2007006696.tif 000030
【Fig.3】
2007006696.tif 000031
【Fig.3A】
2007006696.tif 000032
【Fig.4A】
2007006696.tif 000033
【Fig.4B】
2007006696.tif 000034
【Fig.4C】
2007006696.tif 000035
【Fig.4D】
2007006696.tif 000036
【Fig.4D’】
2007006696.tif 000037
【Fig.4E】
2007006696.tif 000038
【Fig.4F】
2007006696.tif 000039
【Fig.4G】
2007006696.tif 000040
【Fig.4H】
2007006696.tif 000041
【Fig.4I】
2007006696.tif 000042
【Fig.4J】
2007006696.tif 000043
【Fig.4K】
2007006696.tif 000044
【Fig.5】
2007006696.tif 000045
【Fig.6】
2007006696.tif 000046