(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコン層とハンドル基板とを備える第１の基板を用意し、前記単結晶シリコン層を可動構造体の形状に加工する工程（Ａ１）と、
前記単結晶シリコン層上に第１の犠牲層を形成する工程（Ａ２）と、
前記第１の犠牲層上に弾性支持層を形成する工程（Ａ３）と、
前記弾性支持層上に第２の犠牲層を堆積形成する工程（Ａ４）と、
前記第２の犠牲層上に固定電極層の一部として機能する第１電極層を形成する工程（Ａ５）と
回路と、前記回路に電気的に接続されて前記固定電極の一部として機能する第２電極層とを備える第２の基板を用意する工程（Ｂ）と、
前記第１の基板と前記第２の基板とを対向させ、前記第１電極層を前記第２電極層に接合する工程（Ｃ）と、
前記ハンドル基板を除去し、前記可動構造体を露出させる工程（Ｄ）と、
前記第１の犠牲層および前記第２の犠牲層を除去し、前記固定電極の少なくとも一部を前記可動構造体に対向させる工程（Ｅ）と、
を含む微小機械構造体システムの製造方法。
【請求項２】
前記工程（Ｄ）の後に、前記可動構造体の表面に光反射膜を形成する工程を含む、請求項１に記載の微小機械構造体システムの製造方法。
【請求項３】
前記工程（Ａ１）の後に、応力調整膜を形成する工程を含む請求項２に記載の微小機械構造体システムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性支持部材で支持された微小な可動部を駆動する微小機械構造体システムに関するもので、特に可動部に光反射面を備えたマイクロミラー、およびそれらを２次元アレイ状に配列して独立に駆動できるようにしたマイクロミラーデバイスに適した微小機械構造体システムおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、補償光学分野における光の波面の制御や、光ビームを反射して所定の位置にある光電気素子や光ファイバに入射させる機械的光スイッチの実現に向け、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いる、極めて小型のマイクロミラーデバイスの提案が行われている。
【０００３】
マイクロミラーデバイスにおいては、反射光の品質を高めるためにミラー面の平面度を高める必要がある。これを実現するため、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板の単結晶シリコン層をミラー面に用いることが提案されている。ＳＯＩ基板が備える単結晶シリコン層は、残留応力がなく平坦性に優れる特徴を持ち、平面度の高いミラーを形成することが可能である。また、ＤＲＩＥ（ＤＥＥＰ  ＲＥＡＣＴＩＶＥ  ＩＯＮ  ＥＴＣＨＩＮＧ）技術により単結晶シリコン層に垂直な溝を形成できるので、これを用いてミラーを形成することができる。
【０００４】
しかしながら、単結晶シリコン層の内部に単結晶シリコン層に平行な溝を形成することが困難であり、駆動電極とミラーが対向する様な中空形状を、単結晶シリコン層のみの加工で実現することができない。このため、駆動電極とミラーが対向する構成が必要なマイクロミラーデバイスにおいては、駆動電極のみを形成した基板を別途用意し、接合によりミラー基板と電極基板を一体化する方法がとられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図２４は特許文献１に記載された従来のミラーアレイの製造工程途中の段階における構成を示す断面図である。
【０００６】
図２４に示される段階では、別々に作製されたミラー基板１００と電極基板１２０とが積層された状態でステージ９０１とダイボンダ７０１との間に挟まれている。具体的には、ミラー基板１００はステージ９０１に逆さに固定され、電極基板１２０はダイボンダ７０１の上に固定されている。
【０００７】
ミラー基板１００は、ＳＯＩ基板１０１をフォトグラフィ技術とエッチング技術によりパターニングして形成されており、ミラー１０５を備える。ミラー１０５は図示しない枠部に弾性支持されており、自由に回動できるように周囲の絶縁層とハンドル基板は取り除かれている。
【０００８】
一方、電極基板１２０には、ミラー１０５に対向する位置に制御電極１２４が形成されている。電極基板１２０には支持部材１２５が形成されており、支持部材１２５の上にはスペーサパターン８０１が形成されている。スペーサパターン８０１は、別途転写板（図示せず）の上に導電性ペーストパターン（図示せず）を形成した後、支持部材１２５の上に押しつけて転写することにより形成される。このとき、導電ペーストパターンが厚すぎると、スペーサパターン８０１がつぶれて変形し、はみ出すことがあるため、導電性ペーストパターンの厚さは精密に制御されて形成される。
【０００９】
図２４に示す積層構造物を形成するためには、ミラー基板１００を搭載するステージ９０１と、電極基板１２０を搭載するダイボンダ７０１とを相対的に移動させることにより、電極基板１２０のスペーサパターン８０１と、ミラー基板１００側の図示しない枠部とを当接させる。この状態で焼成することにより、ミラー基板１００側と電極基板１２０側とが接着され、ミラー１０５と制御電極１２４は一定の距離を介して固定される。
【００１０】
制御電極１２４は配線層１２３によって独立に給電可能に構成されており、例えばミラー１０５を接地電位に設定し、制御電極１２４に駆動電位を印可することで、ミラー１０５と制御電極１２４の間に静電力を生じさせ、ミラー１０５を回動させることができる。
【特許文献１】特開２００４−３３０３６３号公報（第９頁、図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記の従来技術によれば、ステージ９０１とダイボンダ１２０を駆動して位置あわせをするときの位置合わせ精度の限界により、ミラー１０５と制御電極１２４との間に、ミラー基板１００に平行な方向の大きな接合位置誤差が生じる。このような位置誤差が生じると、ミラー１０５に作用する静電力の作用点がずれるため、回転モーメントが変化し、ミラーの回動動作に大きな誤差を与えてしまう。接合の際のステージ９０１とダイボンダ７０２の位置合わせは一般には高精度が望めず、またスペーサパターン８０１の変形の影響も加わって、ミラー１０５と制御電極１２４のミラー基板１００に平行な方向の位置合わせ誤差が大きくなることがある。このため、接合法によれば、ミラー１０５に作用する静電力の作用点がずれ、回転モーメントが変化することが大きな問題となっている。
【００１２】
また、上記の従来技術では、ミラー１０５と制御電極１２４との間に生じる、ミラー基板１００に垂直な方向の相対距離のばらつきを小さく抑えることも困難である。その結果、ミラー１０５と制御電極１２４との間に発生する静電力のばらつきが大きくなり、ミラーの制御に大きな誤差を与えてしまうという問題もある。
【００１３】
ミラー１０５と制御電極１２４との間の相対距離は、スペーサパターン８０１の厚さにより決定される。スペーサパターン８０１の厚さは、導電性ペーストパターンの粘性や加圧力によって大きく変化し、常に均一な厚さに形成することは困難である。また、ミラー基板１００と電極基板１２０との接着時において、スペーサパターン８０１が変形し、相対距離が更にばらつきやすくなるという問題もある。ミラー１０５と制御電極１２４の間の静電力は相対距離の２乗に反比例して変動するので、静電力のばらつきも極めて大きくミラーの制御に大きな誤差を与えてしまう。
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、電極と可動構造体（ミラー）との間の相対距離および相対位置のばらつきを小さくし、可動構造体を高精度に駆動制御可能な微小機械構造体システムおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の微小機械構造体システムは、少なくとも一部が単結晶材料で形成される可動構造体と、前記可動構造体を支持する弾性支持部材と、少なくとも一部が前記可動構造体に対向する固定電極部と、回路部、および前記回路部に電気的に接続される前記固定電極部が設けられた基台とを備え、前記固定電極部は、前記可動構造体に対して位置決めされた第１電極層と、前記基台に対して位置決めされた第２電極層とを備え、前記第１電極層と前記第２電極層とは、直接または導電性物質を介して接合されている。
【００１６】
好ましい実施形態において、前記第１電極層を前記基台の上面に投影した領域は、前記第２電極層を前記基台の上面に投影した領域内に含まれる。
【００１７】
好ましい実施形態において、前記第１電極層は、前記第２電極層から横方向にオーバーハングした部分を含んでいる。
【００１８】
好ましい実施形態において、前記第１電極層は、第１の固定電極と第２の固定電極を有し、前記第１の固定電極は、前記弾性支持部材を支持し、前記第２の固定電極は、少なくとも一部が前記可動構造体に所定の空隙を介して対向する。
【００１９】
好ましい実施形態において、前記第１の固定電極と前記第２の固定電極の少なくとも一部は、略同一平面上に形成されている。
【００２０】
好ましい実施形態において、前記可動構造体は、前記基台と対向する面の反対面に、光反射膜を備える。
【００２１】
好ましい実施形態において、前記弾性支持部材は、前記可動構造体と前記基板との間に配置されている。
【００２２】
好ましい実施形態において、前記可動構造体と前記第２の固定電極の間に所定の空隙を介して配置された中間電極を更に備え、前記中間電極は、前記可動構造体に連結され、前記可動構造体の一部を構成する。
【００２３】
好ましい実施形態において、前記可動構造体と前記第２の固定電極の間に所定の空隙を介して配置された中間電極を更に備え、前記中間電極は、前記第２の固定電極に連結され、前記第２の固定電極の一部を構成する。
【００２４】
好ましい実施形態において、前記可動構造体に対する前記第１電極層の位置ずれ、および、前記基台に対する前記第２電極層の位置ずれは、いずれも、前記第１電極層と前記第２電極層との間の位置ずれよりも小さい。
【００２５】
本発明による微小機械構造体システムの製造方法は、単結晶シリコン層とハンドル基板とを備える第１の基板を用意し、前記単結晶シリコン層を可動構造体の形状に加工する工程（Ａ１）と、前記単結晶シリコン層上に第１の犠牲層を形成する工程（Ａ２）と、前記第１の犠牲層上に弾性支持層を形成する工程（Ａ３）と、前記弾性支持層上に第２の犠牲層を堆積形成する工程（Ａ４）と、前記第２の犠牲層上に固定電極層の一部として機能する第１電極層を形成する工程（Ａ５）と、回路と、前記回路に電気的に接続されて前記固定電極の一部として機能する第２電極層とを備える第２の基板を用意する工程（Ｂ）と、前記第１の基板と前記第２の基板とを対向させ、前記第１電極層を前記第２電極層に接合する工程（Ｃ）と、  前記ハンドル基板を除去し、前記可動構造体を露出させる工程（Ｄ）と、前記第１の犠牲層および前記第２の犠牲層を除去し、前記固定電極の少なくとも一部を前記可動構造体に対向させる工程（Ｅ）とを含む。
【００２６】
好ましい実施形態において、前記工程（Ｄ）の後に、前記可動構造体の表面に光反射膜を形成する工程を含む。
【００２７】
好ましい実施形態において、前記工程（Ａ１）の後に、応力調整膜を形成する工程を含む。
【００２８】
本発明の光ピックアップは、光ビームを放射する光源と、前記光ビームを光ディスク上に集束する対物レンズと、前記光ディスクから反射された光ビームを受け、電気信号を生成する光検出器と、前記光ビームの収差を補正する収差補正素子とを備える光ピックアップであって、前記収差補正素子は、少なくとも一部が単結晶材料で形成される可動構造体と、前記可動構造体を支持する弾性支持部材と、少なくとも一部が前記可動構造体に対向する固定電極部と、回路部、および前記回路部に電気的に接続される前記固定電極部が設けられた基台とを備え、前記固定電極部は、前記可動構造体に対して位置決めされた第１電極層と、前記基台に対して位置決めされた第２電極層とを備え、前記第１電極層と前記第２電極層とは、直接または導電性物質を介して接合されている。
【００２９】
本発明の光ディスク装置は、光ディスクを回転させるモータと、前記光ディスクの所望トラックにアクセスする光ピックアップと、光ピックアップの出力に基づいて前記光ディスクからデータを再生する信号処理部とを備える光ディスク装置であって、前記光ピックアップは、光ビームを放射する光源と、前記光ビームを光ディスク上に集束する対物レンズと、前記光ディスクから反射された光ビームを受け、電気信号を生成する光検出器と、前記光ビームの収差を補正する収差補正素子とを備え、前記収差補正素子は、少なくとも一部が単結晶材料で形成される可動構造体と、前記可動構造体を支持する弾性支持部材と、少なくとも一部が前記可動構造体に対向する固定電極部と回路部、および前記回路部に電気的に接続される前記固定電極部が設けられた基台とを備え、前記固定電極部は、前記可動構造体に対して位置決めされた第１電極層と、前記基台に対して位置決めされた第２電極層とを備え、前記第１電極層と前記第２電極層とは、直接または導電性物質を介して接合されている。
【００３０】
本発明の表示装置は、光ビームを放射する光源と、画像信号に応じて前記光ビームの強度を変調する光源駆動部と、前記光ビームでスクリーンを走査するスキャンミラー部とを備える表示装置であって、前記スキャンミラー部は、少なくとも一部が単結晶材料で形成される可動構造体と、前記可動構造体を支持する弾性支持部材と、少なくとも一部が前記可動構造体に対向する固定電極部と、回路部、および前記回路部に電気的に接続される前記固定電極部が設けられた基台とを備え、前記固定電極部は、前記可動構造体に対して位置決めされた第１電極層と、前記基台に対して位置決めされた第２電極層とを備え、前記第１電極層と前記第２電極層とは、直接または導電性物質を介して接合されており、前記可動構造体の少なくとも一部が前記光ビームを反射するミラーとして機能する。
【００３１】
本発明による他の微小機械構造体システムは、少なくとも一部が単結晶材料で形成される可動構造体と、前記可動構造体を支持する弾性支持部材と、少なくとも一部が前記可動構造体に対向する固定電極部と、回路部、および前記回路部に電気的に接続される前記固定電極部が設けられた基台とを備え、前記固定電極部は、直接または導電性物質を介して相互に接合された第１電極層および第２電極層を含む積層構造を有しており、前記可動構造体に対する前記第１電極層の位置合わせずれ、および、前記基台に対する前記第２電極層の位置合わせずれは、いずれも１０μｍ以下である。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の微小機械構造体システムおよびその製造方法によれば、単結晶材料で形成した可動構造体を回路部と接合する際に高精度な位置合わせ精度が不要になる。その結果、製造歩留まりを向上でき、低コストで生産可能な微小機械構造体システムを提供できる。また、可動構造体と電極との間の相対距離および相対位置のばらつきが小さくなるため、可動構造体を高精度に駆動制御可能な微小機械構造体システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００３４】
（実施形態１）
図１を参照しながら、本発明による機械構造体システム（マイクロミラーデバイス）の第１の実施形態を説明する。図１は、本実施形態における微小機械構造体システム（マイクロミラーデバイス）の分解斜視図である。図１では、単一のミラーが示されているが、本実施形態のマイクロミラーデバイスは、二次元的に配列された複数のミラーのアレイを備えている。
【００３５】
本実施形態における微小機械構造体システムは、少なくとも一部が単結晶材料で形成された可動構造体５と、可動構造体５を支持する弾性支持部材１０と、少なくとも一部が可動構造体５に対向する固定電極部１３，２５と、回路部を有し、固定電極部１３、２５が固定された基台２２とを備えている。
【００３６】
本実施形態で特徴的な点は、固定電極部１３、２５が、可動構造体５に対して位置決めされた第１電極層（上層固定電極層）１３と、基台２２に対して位置決めされた第２電極層（下層固定電極層）２５とを備え、第１電極層１３と第２電極層２５とは接着層１５，１６を介して接合されている点にある。
【００３７】
可動構造体５は、ミラー１、光反射膜２、中間電極３、および第１の連結部材４を備えており、これらが相互に連結されて常に一体的に動作する。
【００３８】
ミラー１は、一辺約５０μｍの６角形単結晶シリコン（厚さ：例えば５〜１０μｍ）から形成されている。単結晶シリコンは残留応力がなく、反りが発生しにくいため、ミラー１の平面度が高く、光学特性に優れている。光反射膜２は、ミラー１の上に設けられた金属薄膜（例えばＡｌまたはＡｇ）であり、所定の波長の光の反射率を上げて光量損失を抑制する。光反射膜２の厚さは例えば数十ｎｍである。中間電極３は、ポリシリコンで形成された厚さ０．３μｍ〜１μｍの電極であり、一つのミラー１につき３つの中間電極３が、ミラー１と所定の隙間を介して設けられる。中間電極３の各々は、中央で連結されている。ミラー１と中間電極３とは、ポリシリコンで形成された第１の連結部材４によって剛結合されている。各中間電極３には、４個ずつの第１の連結部材が設けられている。
【００３９】
弾性支持部１０は、ヒンジ部材６、ヒンジ外周端７、ミラー連結ポスト８、ヒンジポスト９を備えている。ヒンジ部材６は、ポリシリコンで形成され、中間電極３の中央部近傍から外周方向へ伸びる、例えば幅１〜４μｍ程度の細長い梁である。弾性を有し、ミラー１が変位する際に元の位置に復元させる復元力を備える。ヒンジ支持部７は、ヒンジ部材６の外周端に設けられたヒンジ外周端である。ミラー連結ポスト８は、ポリシリコンで形成され、ミラー１とヒンジ部材６を連結するポストである。ヒンジポスト９は、ポリシリコンで形成され、一端がヒンジ外周端７に結合されるポストである。
【００４０】
本実施形態では、上層固定電極層１３がヒンジ電極１１とアクチュエータ電極１２とによって構成され、下層固定電極２３が第１の回路電極２３と第２の回路電極２４によって構成されている。以下、これらの構成を説明する。
【００４１】
ヒンジ電極（第１の固定電極）１１は、ポリシリコンで形成された例えば厚さ１μｍの電極であり、ヒンジポスト９を介してヒンジ外周端７を支持する台を兼ねている。アクチュエータ電極（第２の固定電極）１２は、ポリシリコンで形成された電極であり、ヒンジ電極１１とほぼ同一平面上に形成されている。アクチュエータ電極１２は、中間電極３に対向して３つ設けられ、中間電極３とともに３つの静電アクチュエータを構成している。
【００４２】
アクチュエータ電極１２に電圧を印可すると、対向する中間電極３との間に静電力が発生し、弾性支持部１０の弾性力と釣り合うところまで中間電極３をアクチュエータ電極１２側に近づけ変位させることができる。３つのアクチュエータ電極１２に独立に電圧を設定することにより、３つの中間電極３の位置を独立に変えることができるので、ミラー１を平行に変位させたり、回動させたりすることが可能となる。
【００４３】
一般に、静電アクチュエータの静電力は電極間の距離の２乗に反比例する。本実施形態では、静電アクチュエータをミラー１とアクチュエータ電極１２とで構成せずに、アクチュエータ電極１２とミラー１との間に設けた中間電極３と、アクチュエータ電極１２とで構成している。このため、電極間の距離を短くすることができ、静電力が大きく、低電圧駆動が可能になる。
【００４４】
第１の接着部材１５は、厚さ２〜３μｍのＡｕ膜であり、ヒンジ電極１１の裏面に設けられる。第２の接着部材１６は、アクチュエータ電極１２の裏面に設けられるＡｕ膜であり、第１の接着部材１５と同材質、同厚さの膜から形成される。
【００４５】
回路部２０は、ミラー１を独立に制御するための制御信号を生成する回路群であり、典型的にはＣＭＯＳ基板と称される集積回路基板である。絶縁層２１は、回路部２０を保護する絶縁膜である。回路部２０と絶縁層２１は基台２２を構成している。
【００４６】
第１の回路電極２３は、絶縁層２２の上に設けられ、回路部２０にビア（図示せず）により接続される。第１の回路電極２３は、回路部２０で生成されるヒンジ電極１１への制御信号を出力する。第２の回路電極２４は、絶縁層２２の上に設けられ、回路部２０にビア（図示せず）により接続される。第２の回路電極２３は、回路部２０で生成されるアクチュエータ電極１２への制御信号を出力する。第１および第２の回路電極２３、２４は、いずれも、好ましくはＡｕから形成される。前述のように、第１の回路電極２３と第２の回路電極２４が下層固定電極層２５を構成している。
【００４７】
図２は、本実施形態における微小機械構造体システムのアレイ状態の分解斜視図である。内部の構造を示すため、部分的に構造を省略し、アレイの一部のみを表示している。
【００４８】
図２において、正６角形のミラー１は、隣接する隙間１〜２μｍで配置されている。補償光学における光の波面の制御用途に用いられる微小機械構造体システムでは、例えば約１０００個のミラー１を同一基板上に配置し、それぞれを独立して駆動することにより、反射波面の位相を制御する。各ミラー１の可動ストロークは例えば±０．５μｍである。
【００４９】
この例では、ヒンジ支持部６などを含む弾性支持部１０の全体が、ミラー１の下に完全に格納されており、ミラーとして機能しない面積を少なくして光量損失を少なくしている。
【００５０】
アクチュエータ電極１２は、第２の回路電極２４の上に第２の接着部材１６を介して接合されている。アクチュエータ電極１２の外形が第２の回路電極２４より小さくなっているので、アクチュエータ電極１２のほぼ全面が第２の回路電極２４に接合されている。アクチュエータ電極１２を構成するポリシリコンは厚さ方向に応力勾配を持つことが避けられず、アクチュエータ電極１２が固定されていない部分があると反りが発生してしまうが、アクチュエータ電極１２のほぼ全面で第２の回路電極２４に接合しているのでこれを防止することが可能である。このことは、ヒンジ電極１１についても同様である。
【００５１】
次に、図３〜図１１を用いて、本実施形態における微小機械構造体システムの製造方法を説明する。なお、以下の断面図に置いて厚さ方向の寸法は必ずしも実際の寸法を反映したものではない。
【００５２】
図３は、本実施形態における微小機械構造体システムの製造方法の構造体形成工程を示す説明図である。図３（ａ）はＳＯＩ基板の断面図、図３（ｂ）は構造体形成工程後の平面図、図３（ｃ）は構造体形成工程後の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図である。
【００５３】
図３（ａ）に示されるように、ＳＯＩ基板（第１の基板）３０は、ハンドル基板３１と、埋め込み絶縁層３２（厚さ０．５〜１μｍ）と、単結晶シリコン層３３とを備えている。
【００５４】
図３（ｂ）、図３（ｃ）に示されるように、隣り合うミラー１は、溝３４を形成することにより分割されている。溝３４の幅は例えば１〜２μｍである。溝３４の形成には、単結晶シリコン層３３の上にフォトレジストを塗布し、溝形状を有するマスクによる露光、現像を行う公知のリソグラフィ技術と、ＤＲＩＥ（ＤＥＥＰ  ＲＥＡＣＴＩＶＥ  ＩＯＮ  ＥＴＣＨＩＮＧ）技術が用いられる。ＤＲＩＥ技術により単結晶シリコン層３３の表面から埋め込み絶縁層３２に到達する深さまで溝３４を形成すれば、単結晶シリコン層３３を個々のミラー１に分割することができる。
【００５５】
図４は、本実施形態における微小機械構造体システムの製造方法の第１の犠牲層形成工程を示す説明図である。図４（ａ）は第１の犠牲層形成工程後の平面図、図４（ｂ）は第１の犠牲層形成工程後の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図である。
【００５６】
図４（ａ）、図４（ｂ）に示されるように、第１の犠牲層（厚さ２〜３μｍの）４０が堆積された後、第１の犠牲層４０にビア４１、ビア４２、ビア４３が形成される。ビア４１およびビア４２は、ミラー１の中央部付近にそれぞれ設けられ、ビア４３はミラー１の外周部付近に９個設けられている。
【００５７】
第１の犠牲層４０は、ＰＳＧ（ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ  ｇｌａｓｓ）から形成される。ＰＳＧは、ＳｉＨ4ガスを用い、ＰＨ3を同時に添加してＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により堆積され得る。なお、第１の犠牲層４０を堆積する前に、図示しない酸化シリコン膜（厚さ２００ｎｍ）をＬＰＣＶＤによりあらかじめ形成しておくことが好ましい。この酸化シリコン膜は、不純物がドープされておらず、第１の犠牲層４０（ＰＳＧ）とミラー１との間に設けられ、ミラー１にＰＳＧ中の不純物が拡散することを防止している。
【００５８】
ビア４１、ビア４２、ビア４３は、リソグラフィ技術およびＲＩＥ（ＲＥＡＣＴＩＶＥ  ＩＯＮ  ＥＴＣＨＩＮＧ）技術により形成する。これらのビア４１〜４３は、第１の犠牲層４０を貫通し、ミラー１の一部を露出させる。
【００５９】
図５は、本実施形態における微小機械構造体システムの製造方法の弾性支持部材形成工程を示す説明図である。図５（ａ）は弾性支持部材形成工程後の平面図、図５（ｂ）は弾性支持部材形成工程後の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図である。
【００６０】
図５（ａ）、図５（ｂ）に示されるように、ヒンジ層４５が、第１の犠牲層４０の上に堆積される。ヒンジ層４５は、例えば厚さ０．３μｍ〜１μｍのポリシリコン層である。ヒンジ層４５のうち一部は、図４に示す第１の犠牲層４０に設けられた穴のビア４１、ビア４２、ビア４３に入り込み、ミラー１とヒンジ部材６を連結する第１の連結部材４と、ミラー連結ポスト８を形成する。
【００６１】
ヒンジ層４５の形成は以下の手順で行われる。
【００６２】
まずポリシリコンを第１の犠牲層４０全体の上にＬＰＣＶＤにより堆積する。さらにその上に２００ｎｍの厚さのＰＳＧ（図示せず）をＬＰＣＶＤにより堆積した後、１０５０℃で１時間アニールする。これによりポリシリコンは両面からＰＳＧにより不純物がドープされて抵抗値が下がると共に、その残留応力が緩和される。
【００６３】
続いてフォトレジストを塗布し、ヒンジ層４５の形状を規定するマスクで露光、現像してパターニングする。その後、ＲＩＥにより、まずＰＳＧをエッチングしてハードマスクを形成し、続いてポリシリコンをエッチングして、ヒンジ層４５の形状を形成する。最後にフォトレジストを除去し、ＰＳＧハードマスクをＲＩＥにより除去する。
【００６４】
ここで、ミラー１とミラー連結ポスト８とは、接着部材等を介さずＬＰＣＶＤにより直接堆積して結合しており、また、ミラー連結ポスト８とヒンジ部材６は一体に形成されている。このようにミラー１、ミラー連結ポスト８、ヒンジ部材６で構成される可動箇所に接合による連結箇所がないため、長期にわたり駆動、振動させても接着部の劣化による破損等が発生しない、信頼性の高い微小機械構造体システムを提供できる。
【００６５】
図６は、本実施形態における微小機械構造体システムの製造方法の第２の犠牲層形成工程を示す説明図である。図６（ａ）は第２の犠牲層形成工程後の平面図、図６（ｂ）は第２の犠牲層形成工程後の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図である。
【００６６】
図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、第２の犠牲層５０が堆積された後、第２の犠牲層５０にビア５１が形成される。第２の犠牲層５０は、例えば３μｍの厚さを有している。ビア５１はヒンジ外周端７の上に形成され、ヒンジ外周端７を露出させる。ホール５２は、ヒンジ層４５のくぼみを反映して犠牲層５０に上面に形成される凹部である。
【００６７】
第２の犠牲層５０はＰＳＧから形成され、第１の犠牲層４０と同じＬＰＣＶＤにより堆積される。第２の犠牲層５０は、例えば温度４００℃、圧力３００ｍＴｏｒｒの条件下で、堆積速度１２．５ｎｍ／ｍｉｎで成膜される。その厚さは、堆積時間の制御によって高精度に管理することが可能であり、目標の厚さに対して、例えば数十ｎｍの誤差に押さえることも可能である。ビア５１の形成は、リソグラフィ技術およびＲＩＥにより行う。
【００６８】
図７は、本実施形態における微小機械構造体システムの製造方法の固定電極形成工程を示す説明図である。図７（ａ）は固定電極形成工程後の平面図、図７（ｂ）は固定電極形成工程後の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図である。
【００６９】
図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、固定電極層５５が第２の犠牲層５０の上に堆積形成される。固定電極層５５は、例えば厚さ１μｍのポリシリコン層である。固定電極層５５のうち一部は、アクチュエータ電極１２（第２の固定電極）を形成し、他の一部はビア５１（図６参照）に入り込みヒンジポスト１０とヒンジ電極１１（第１の固定電極）を形成する。ヒンジポスト１０とヒンジ層４５は連結されているので電気的に同電位となり、ヒンジ層４５に設けられた中間電極３は、ヒンジ電極１１を通じて所望の電位に設定され得る。
【００７０】
アクチュエータ電極１２は、ホール５２上にオーバーラップしないように形成されている。アクチュエータ電極１２がホール５２上にオーバーラップして形成された場合、ホール５２の中にアクチュエータ電極１２の一部が入り込み、中間電極３に向かって棒状の構造が形成され、アクチュエータ電極１２と中間電極３との相対距離が短くなり、中間電極３が回動変位した場合に衝突してしまうという問題がある。アクチュエータ電極１２を、ホール５２上にオーバーラップしないように形成することにより、アクチュエータ電極１２と中間電極３の相対距離が短くなることを避けることが可能となる。
【００７１】
固定電極層５５の形成は、ヒンジ層４５と同様の手順で行われる。まずポリシリコンを第２の犠牲層５０全体の上にＬＰＣＶＤにより形成する。さらにその上に２００ｎｍの厚さのＰＳＧ（図示せず）をＬＰＣＶＤにより成膜した後、１０５０℃で１時間アニールする。続いてフォトレジストを塗布し、固定電極層５５の形状を規定するマスクで露光、現像してパターニングした後、ＲＩＥによりまずＰＳＧエッチングしてハードマスクを形成する。続いてポリシリコンをエッチングして、固定電極層５５の形状を形成する。最後にフォトレジストを除去しＰＳＧハードマスクをＲＩＥにより除去する。
【００７２】
ここで、中間電極３とアクチュエータ電極１２のハンドル基板３１に垂直な方向の相対距離は、第２の犠牲層５０の厚さで決定される。第２の犠牲層５０はＬＰＣＶＤに堆積により形成され誤差を数十ｎｍに抑えることが可能なので、中間電極３とアクチュエータ電極１２の相対距離もばらつきを少なく抑えることができ、中間電極３とアクチュエータ電極１２の間に発生する静電力のばらつきを極めて少なく抑えることが可能である。
【００７３】
固定電極層５５に形成されるアクチュエータ電極１２の、ハンドル基板３１に平行な方向の位置精度は、露光時のマスクのアライメント精度により決まり数μｍ（１０μｍ以下、例えば５μｍ以下、好ましくは２μｍ以下）の僅かな誤差しか持たない。この大きさは、図２４を参照して説明した従来の接合方法での位置ずれ（２０μｍ程度）に比べて著しく小さい。従って、ヒンジ層４５の中の中間電極３とアクチュエータ電極１２の位置ずれも極めて小さく抑えることができる。これにより、静電力の作用点のずれが少なく、回転モーメントの変化が小さく、ミラー１の回動動作の誤差を少なく抑えることが可能である。
【００７４】
図８は、本実施形態における微小機械構造体システムの製造方法の接着層を形成する工程を示す説明図である。図８（ａ）は接着層堆積後の平面図、図８（ｂ）は接着層堆積後の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図である。
【００７５】
図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、厚さ２〜３μｍのＡｕ膜を有する接着層６０を電極１１、１２上に形成する。Ａｕ膜と固定電極層５５の間には図示しないＣｒの薄膜も形成され、Ａｕ膜と固定電極層５５のポリシリコンの接着性を高めている。接着層６０を構成する第１の接着部材１５および第２の接着部材１６は、基台２２との接合において接着材として機能する。第１の接着部材１５および第２の接着部材１６は、それぞれ、ヒンジ電極１１とアクチュエータ電極１２上のほぼ全面に渡って、外周側に１〜２μｍの隙間を残して形成されている。
【００７６】
接着層６０の形成は、公知のリフトオフ技術により行うことができる。フォトレジストを塗布し、接着層６０の形状を規定するマスクにより、露光、現像を行った後、スパッタ法により、Ｃｒ、Ａｕの膜を形成し、最後にフォトレジストおよび不要部分を取り除く。
【００７７】
ここで、ヒンジ電極１１およびアクチュエータ電極１２は、ＬＰＣＶＤによりほぼ同一平面上に形成されており、これらの上に形成される第１の接着部材１５および第２の接着部材１６も同一平面上に形成されている。
【００７８】
この工程まででミラーウエハ６１の作成が終了する。
【００７９】
図９は、本実施形態における微小機械構造体システムの製造方法の接合工程を示す説明図である。図９（ａ）は接合工程前の断面図、図９（ｂ）は接合工程後の断面図である。
【００８０】
図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、ミラーウエハ６１は、固定電極層６０側がＣＭＯＳウエハ６２に対向するように配置されている。回路部２０と絶縁層２１を備えるＣＭＯＳウエハ６２の表面には、第１の回路電極２３とおよび第２の回路電極２４がＡｕ膜で形成されている。ここで、ヒンジ電極１１と第１の回路電極２３、アクチュエータ電極１２と第２の回路電極２４は、それぞれ向かい合わせの位置になる様形成されている。
【００８１】
ミラーウエハ６１とＣＭＯＳウエハ６２の接合は、例えば低温プラズマ接合によって行うことができる。まず、第１の回路電極２３、第２の回路電極２４、接着層６０の表面を、Ａｒプラズマにより活性化する。次にＣＭＯＳで形成される回路部２０が破壊しない低温（例えば２００℃程度）で、ウエハ同士を所定圧力で当接させる。これにより、ヒンジ電極１１と第１の回路電極２３、アクチュエータ電極１２と第２の回路電極２４が、それぞれ第１の接着部材１５、第２の接着部材１６を介して機械的に結合する。こうして、ミラーウエハ６１とＣＭＯＳウエハ６２を一体に形成するとともに電気的にも結合し、ＣＭＯＳウエハ６２側の回路部２０からアクチュエータ電極１２およびヒンジ電極１１を通じ駆動信号を供給することを可能となる。
【００８２】
このような接合工程におけるミラーウエハ６１とＣＭＯＳウエハ６２との間の面内方向の位置合わせは、高い精度が必要ない。機械的に十分な接合強度を有し、電気的に接続がとれていれば、相当の位置ずれも許容される。このため、製造歩留まりが向上し、低コストで微小機械構造体システムを実現可能である。
【００８３】
この接合工程に際して、ミラーウエハ６１とＣＭＯＳウエハ６２との間に１０μｍを超えるような大きさの位置合わせずれが発生した場合、例えば、アクチュエータ電極１２の一部が第２の回路電極２４よりも横方向にオーバーハングする場合がありえる。そのような場合でも、本実施形態では、上下の両電極１２、２４間で電気的導通が確保される限り、大きな問題は生じない。
【００８４】
このように、本実施形態における固定電極部は、可動構造体に対して位置決めされた第１電極層（固定電極１３）と、基台２２に対して位置決めされた第２電極層（回路電極２５）とを備え、固定電極１３と回路電極２５とが、直接または導電性物質を介して接合されている点に大きな特徴を有している。そして、その結果、可動構造体に対する固定電極１３の位置合わせずれ、および、基台２２に対する回路電極２５の位置合わせずれが、いずれも１０μｍ以下（好ましくは２μｍ以下）に低減される。こうして、可動構造体と固定電極１３との配置関係が高精度に規定され、可動構造体の正確に回動できるようになる。
【００８５】
本実施形態では、上記以外の箇所に接合箇所が無く、可動箇所に接合部を有しないので、長期間にわたる駆動を経ても接合部が劣化しにくく信頼性の高い微小機械構造体システムを実現可能である。
【００８６】
ヒンジ電極１１の第１の回路電極２３への投影形状は、第１の回路電極２３の外形より小さくなっており、接合後には、ヒンジ電極１１の接合面のほぼ全体を、第１の接着部材１５を介して第１の回路電極２３に接着することができるので、ヒンジ電極１１の反りの発生を防止できる。同様に、アクチュエータ電極１２の第２の回路電極２４への投影形状も、第２の回路電極２４の外形より小さくなっており、アクチュエータ電極１２の反りの発生も防止できる。
【００８７】
ヒンジ電極１１およびアクチュエータ電極１２は同一平面上に形成されているので、第１の回路電極２３および第２の回路電極２４も同一平面上に形成すれば良い。このため、それぞれの高さを独立して管理する必要がないので、工程を削減可能で低コストな微小機械構造体システムを提供できる。
【００８８】
図１０は、本実施形態における微小機械構造体システムの製造方法の可動構造体露出工程および反射膜形成工程を示す断面図である。図１０（ａ）は可動構造体露出工程後の断面図、図１０（ｂ）は反射膜形成工程後の断面図である。
【００８９】
図１０（ａ）に示すように、ハンドル基板３１および埋め込み絶縁層３２の除去により、ミラー１の表面１ａを露出させる。ハンドル基板３１を切削により除去した後、埋め込み絶縁層３２をＲＩＥにより除去する。
【００９０】
図１０（ｂ）に示すように、光反射膜２は、ＡｌまたはＡｇのスパッタ法とリフトオフにより形成される。
【００９１】
図１１は本実施形態における微小機械構造体システムの製造方法の犠牲層除去工程を示す断面図である。図１１（ａ）はダイシング後の断面図、図１１（ｂ）は犠牲層除去工程後の断面図である。
【００９２】
図１１（ａ）では、便宜的に一つのミラー１を切り出した状態が示されているが、本実施形態のマイクロミラーデバイスは、約１０００個のミラー１を備える。また、本実施形態の製造方法によれば、１枚のウエハから、複数個のマイクロミラーデバイスを形成することができる。この場合、ダイシングによりウエハを各マイクロミラーデバイスに切断し、切り出すことになる。
【００９３】
図１１（ａ）に示す例では、ミラーウエハ切断箇所６１ａ、ＣＭＯＳウエハ切断箇所６２ａで切断が行われている。ダイシングの際、第１の犠牲層４０および第２の犠牲層５０は除去されていないので、ダイシングによる切り屑が中間電極３とアクチュエータ電極１２の間に混入することがなく、信頼性の高い微小機械構造体システムを提供可能である。
【００９４】
図１１（ｂ）に示すように、ダイシングにより切り出した各マイクロミラーアレイを、例えばＨＦ溶液を用いた犠牲層エッチングにより第１の犠牲層４０および第２の犠牲層５０の除去を行う。第１の犠牲層４０および第２の犠牲層５０が除去されると、ヒンジ層４５が自由に変形可能になる。その結果、回路部２０から駆動電圧を供給することにより、中間電極３およびアクチュエータ電極１２を静電アクチュエータとして動作させることが可能になる。
【００９５】
このように本実施形態によれば、ミラー１を単結晶材料で構成し、接合箇所を上層固定電極１３と下層固定電極２５との間のみに設けたので、平面度の高い光学特性に優れるミラーを実現しつつ、高精度な位置あわせの接合を必要とせず、さらに、可動箇所に接合部を有しないので、接合部が劣化しにくく信頼性の高い微小機械構造体システムを提供できる。
【００９６】
また、ヒンジ電極１１およびアクチュエータ電極１２は、それぞれ第１の回路電極２３、第２の回路電極２４への投影形状が、第１の回路電極２３、第２の回路電極２４の外形より小さいので、ほぼ全面に渡って第１の回路電極２３、第２の回路電極２４に接合することができ、反りなどが発生せず中間電極３とアクチュエータ電極１２の相対距離を精度良く保つことが可能な微小機械構造体システムを提供できる。
【００９７】
また、中間電極３とアクチュエータ電極１２の相対距離を決定する第２の犠牲層５０をＬＰＣＶＤにより厚さを高精度に管理して形成するので、相対距離のばらつきが少なく静電力のばらつきの少ない制御性に優れる微小機械構造体システムを提供できる。
【００９８】
また、中間電極３とアクチュエータ電極１２の面内方向の位置ずれは、リソグラフィの精度で小さく抑えることができるので、静電力の作用点となる駆動中心位置のばらつきも少なくすることが可能であり、ミラー１の回動動作時の回転モーメントの大きさのばらつきも少なく、回動動作を高精度に制御することが可能な微小機械構造体システムを提供できる。
【００９９】
また、ヒンジ電極１１およびアクチュエータ電極１２は同一平面上に形成されているので、第１の回路電極２３および第２の回路電極２４も同一平面上に形成すれば良く、それぞれの高さを独立して管理する必要がないので、工程を削減可能で低コストな微小機械構造体システムを提供できる。
【０１００】
また、弾性支持部１０はミラー１と基台２２の間に配置されているので、ミラー１をアレイ状態に配置すれば弾性支持部１０全体がミラー１の下に完全に格納され、ミラーとして機能しない面積を少なくすることができ、光量損失の少ない微小機械構造体システムを提供できる。
【０１０１】
また、アクチュエータ電極１２とミラー１の間に中間電極３を設け、アクチュエータ電極１２と中間電極３とで静電アクチュエータを構成したので、電極間の距離を短くすることができ、静電力が大きく低電圧駆動可能な微小機械構造体システムを提供できる。
【０１０２】
また、ダイシングしてから犠牲層を除去するので、ダイシングによる切り屑が中間電極３とアクチュエータ電極１２の間に混入することがない信頼性の高い微小機械構造体システムを提供できる。
【０１０３】
（実施形態２）
図１２は、本発明の実施形態２における微小機械構造体システム（マイクロミラーデバイス）の分解斜視図である。図１２において、実施形態１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【０１０４】
図１２に示すように、中間電極７０が、ヒンジ部材６と同一平面上にポリシリコンで形成される。中間電極７０は、ヒンジ部材６とは接続されておらず、ヒンジ部材６が変形しても変位しない平板電極である。電極接合部７１は、ポリシリコンで形成され、第２の接着部材１６を介して第２の回路電極２４に接合される。第２の連結部材７２は、ポリシリコンで形成され、中間電極７０と電極接合部７１とを導通可能に連結する。第２の連結部材７２は、回路部２０で生成される制御信号を中間電極７０に伝達する。中間電極７０、電極接合部７１、第２の連結部材７２は、アクチュエータ電極１２（第２の固定電極）を構成する。中間電極７０はミラー１と静電アクチュエータを構成している。ここで、静電アクチュエータをミラー１とアクチュエータ電極１２とで構成せずに、アクチュエータ電極１２とミラー１の間に設けた中間電極７０とミラー１とで構成したので、電極間の距離を短くすることができ、静電力が大きく低電圧駆動可能な微小機械構造体システムを提供できる。
【０１０５】
応力調整膜７４は、ミラー１上において、光反射膜２の反対面側に設けられ、光反射膜２と同じ材料、ほぼ同じ厚さおよび形状に形成される。ミラー１と光反射膜２の材質が異なると、環境温度変動時に熱膨張係数の違い起因する反りが発生する。ミラー１に要求される平面度に高精度が要求される場合には、ミラー１の厚さによる剛性のみでは反りを許容値以内に抑えることができない場合がある。そこで光反射膜２と同じ材質、形状の膜を反対面に設けることにより、厚さ方向の熱膨張係数の分布を対称にし、反りを防止することができる。なお、応力調整膜７４の材質は、必ずしも光反射膜２と同じである必要はなく、熱膨張係数が光反射膜２の材質と近い、他の材質であっても良い。ミラー１、光反射膜２、応力調整膜７４は、可動構造体５を構成する。
【０１０６】
次に、図１３〜図１４を用いて、本発明の実施形態２における微小機械構造体システムの製造方法を説明する。なお、実施形態１と同一内容の工程については説明を省略する。
【０１０７】
図１３は、本発明の実施形態２における微小機械構造体システムの製造方法の、構造体形成工程から第１の犠牲層形成工程を示す説明図である。図１３（ａ）は構造体形成工程後の断面図、図１３（ｂ）は第１の犠牲層形成工程後の平面図、図１３（ｃ）は第１の犠牲層形成工程後の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図である。
【０１０８】
図１３（ａ）に示すように、ミラー１の外形が形成された後、応力調整膜７４が、光反射膜２（図示せず）と同じ材質、形状、厚さで、スパッタ法とリフトオフにより形成される。
【０１０９】
図１３（ｂ）、図１３（ｃ）に示すように、第１の犠牲層４０が堆積された後、第１の犠牲層４０に応力調整膜７４が露出する深さまでビア７３が形成される。
【０１１０】
図１４は、本発明の実施形態２における微小機械構造体システムの製造方法の、第２の犠牲層形成工程から犠牲層除去工程までを示す断面図である。図１４（ａ）は、第２の犠牲層形成工程後の断面図、図１４（ｂ）は固定電極形成工程後の断面図、図１４（ｃ）は犠牲層除去工程後の断面図である。
【０１１１】
図１４（ａ）に示すように、ビア８０が第２の犠牲層５０に形成される。また、ビア（図１３参照）の上にヒンジ層４５を堆積することにより、ミラー連結ポスト８を形成し、応力調整膜７４とヒンジ部材６とを連結する。ヒンジ層４５はポリシリコンをＬＰＣＶＤにより第１の犠牲層４０の上に堆積して形成する。
【０１１２】
ここで、ヒンジ層４５の堆積により形成される中間電極７０と応力調整膜７４との間の相対距離は、第１の犠牲層４０の厚さにより決まる。第１の犠牲層４０は、ＬＰＣＶＤにより形成され、その厚さは堆積時間の制御によって高精度に管理することが可能である。従って、中間電極７０と応力調整膜７４（およびミラー１）との間に発生する静電力のばらつきも極めて少なく抑えることが可能である。また、中間電極７０の、基板に水平な方向の位置精度は、露光時のマスクのアライメント精度により決まり数μｍの僅かな誤差しか持たない。従って、中間電極７０とミラー１の位置ずれも極めて小さく抑えることができる。これにより、静電力の作用点のずれを抑えることができ、回転モーメントの変化が小さく、ミラー１の回動動作の誤差の少ない微小機械構造体システムを提供できる。
【０１１３】
図１４（ｂ）に示すように、固定電極層５５は、ＬＰＣＶＤによりポリシリコンを第２の犠牲層５０の上に堆積して形成される。これにより電極接合部７１とヒンジ電極１１が形成され、同時に第２の連結部材７２もビア８０の内部に形成される。
【０１１４】
図１４（ｃ）に示すように、電極接合部７１は第２の接着部材１６を介して第２の回路電極２４と接合されている。電極接合部７１は第２の回路電極２４より小さく形成されており、電極接合部７１のほぼ全面が第２の回路電極２４に接合されている。電極接合部７１を構成するポリシリコンが厚さ方向に応力勾配を持つ場合には、電極接合部７１に反りが発生するが、電極接合部７１のほぼ全面を第２の回路電極２４に接合することにより、反りの発生を防止できる。
【０１１５】
以上のように本実施形態によれば、中間電極７０とミラー１の相対距離を決定する第１の犠牲層４０の厚さはＬＰＣＶＤにより高精度に制御されるため、相対距離のばらつきが少なく、静電力のばらつきの少ない制御性に優れる微小機械構造体システムを提供できる。
【０１１６】
また、中間電極７０とミラー１の面内方向の位置ずれは、リソグラフィの精度で小さく抑えることができるので、静電力の作用点となる駆動中心位置のばらつきも少なくすることが可能であり、ミラー１の回動動作時の回転モーメントの大きさのばらつきも少なく、回動動作を高精度に制御することが可能な微小機械構造体システムを提供できる。
【０１１７】
また、アクチュエータ電極１２とミラー１の間に中間電極７０を設け、ミラー１と中間電極７０とで静電アクチュエータを構成したので、電極間の距離を短くすることができ、静電力が大きく低電圧駆動可能な微小機械構造体システムを提供できる。
【０１１８】
また、ミラー１の光反射膜２の反対面に、光反射膜２と同じ材質、形状、厚さの応力調整膜７４を設けたので、熱膨張係数の違いに起因するミラー１の反りのない微小機械構造体システムを提供できる。
【０１１９】
（実施形態３）
図１５は、本発明の実施形態３における微小機械構造体システムの分解斜視図である。図１５に示すように、実施形態１から２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【０１２０】
図１５に示すように、ヒンジポスト８４は、ヒンジ部材６の外周端において、ヒンジ部材６と垂直に形成される。ヒンジポスト８４は、ヒンジ電極１１の端部と結合され、ヒンジ部材６を支持する。ヒンジ電極１１、ヒンジポスト８４、ヒンジ部材６、ミラー連結ポスト８は、後述するように一体に形成される。
【０１２１】
ストッパ８５は、基台２２の表面において、第２の回路電極２４の電極パターンの一部を拡張して設けた板状部材である。可動構造体５が大きく回動した場合に、可動構造体５がアクチュエータ電極２４と接触しないように、ストッパ８５が先に可動構造体５の端部と接触する。
【０１２２】
次に、図１６〜図１７を用いて、本発明の実施形態３における微小機械構造体システムの製造方法を説明する。なお、以下の断面図に置いて厚さ方向の寸法は必ずしも実際の寸法を反映したものではない。
【０１２３】
図１６は、本発明の実施形態３における微小機械構造体システムの製造方法の、構造体形成工程から第３の犠牲層形成までの工程を示す説明図である。図１６（ａ）は第３の犠牲層形成における第１工程後の断面図、図１６（ｂ）は第３の犠牲層形成における第２工程後の平面図、図１６（ｃ）は第３の犠牲層形成における第２工程後の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図である。
【０１２４】
図１６（ａ）に示すように、ミラー１の形成及び応力調整膜７４の形成後、ＰＳＧをＬＰＣＶＤにより第３の犠牲層８６を形成する。第３の犠牲層８６の厚さは、例えば４μｍであり、堆積時間の制御によって厚さばらつきを小さく抑えることができる。第３の犠牲層８６のエッチングによるパターニングは、２工程に分けて行われる。
【０１２５】
ビア８７は、第３の犠牲層８６に対してＲＩＥで形成される。第３の犠牲層エッチングにおける第１工程では、ビア８６の深さは例えば２μｍであり、第３の犠牲層８６の厚さの中間まで形成される。
【０１２６】
図１６（ｂ）、図１６（ｃ）に示すように、ＲＩＥにより第３の犠牲層８６に幅広のヒンジ溝８８が形成される。第３の犠牲層エッチングにおける第２工程では、ヒンジ溝８８は、例えば２．５μｍの深さを有するように、第３の犠牲層８６の中間の厚さまで形成される。この際、ヒンジ溝８８の中に位置しているビア８６もさらに深く掘られ、応力調整膜７４を露出する深さまでエッチングされる。ヒンジ溝８８の形成によって中間段部８８ａができ、次の工程に置いて、中間段部８８ａの上にヒンジ部材６が形成される。
【０１２７】
図１７は、本発明の実施形態３における微小機械構造体システムの製造方法の、弾性支持部材形成工程から犠牲層除去工程後までの工程を示す説明図である。図１７（ａ）は弾性支持部材形成工程後の平面図、図１７（ｂ）は弾性支持部材形成工程後の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図、図１７（ｃ）は犠牲層除去工程後の断面図である。
【０１２８】
図１７（ａ）、図１７（ｂ）に示すように、ヒンジ層４５は、ポリシリコンをＬＰＣＶＤにより堆積し、ミラー連結ポスト８、ヒンジ部材６をエッチングにより形成する。同時にヒンジポスト８４、ヒンジ電極１１も形成する。つまりヒンジ層４５は固定電極層５５を兼ねている。第３の犠牲層８６に形成した中間段部８８ａの上にヒンジ部材６を形成し、ヒンジポスト８４を中間段部８８ａに垂直な面に沿って形成し、第３の犠牲層８６の表面にヒンジ電極１１を、同時に形成することが可能である。これにより、犠牲層を２層形成する必要が無く、固定電極層５５を別途形成する必要もないので工程の削減が可能な低コストな微小機械構造体システムを提供できる。
【０１２９】
図１７（ｃ）に示すように、ヒンジ支持部材６は、犠牲層が除去されることによりミラー１側も基台２０側も自由に変形でき、ミラー１を弾性支持可能となる。
【０１３０】
本実施形態によれば、第３の犠牲層８６に中間段部８８ａを設け、その上にヒンジ部材６を形成したので、犠牲層を２層形成する必要が無くヒンジ層４５と固定電極層５５も兼用可能な低コストで微小機械構造体システムを提供できる。
【０１３１】
ミラー１とアクチュエータ電極１２の相対距離を決定する第３の犠牲層８６をＬＰＣＶＤにより厚さを高精度に管理して形成するので、相対距離のばらつきが少なく静電力のばらつきの少ない制御性に優れる微小機械構造体システムを提供できる。
【０１３２】
ミラー１とアクチュエータ電極１２の面内方向の位置ずれは、リソグラフィの精度で小さく抑えることができるので、静電力の作用点となる駆動中心位置のばらつきも少なくすることが可能であり、ミラー１の回動動作時の回転モーメントの大きさのばらつきも少なく、回動動作を高精度に制御することが可能な微小機械構造体システムを提供できる。
【０１３３】
基台２２の表面にストッパ８５を設けたので、ミラー１が大きく回動した場合にも第２の回路電極２４をショートすることがない信頼性の高い微小機械構造体システムを提供できる。
【０１３４】
（実施形態４）
図１８は、本実施形態における微小機械構造体システムの分解斜視図である。図１８に示すように、実施形態１から３と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【０１３５】
図１８に示すように、ヒンジ部材９０は、ミラー１と同じ単結晶シリコンから同一平面上に形成され、弾性支持部材の一部として機能する。ヒンジ外周端９１は、ミラー１と同じ単結晶シリコンから形成され、ヒンジ部材９０の一端に接続され、ヒンジ支持部として機能する。ミラー１がアレイ状に配置される場合、ヒンジ部材９０は隣接する２つの図示しないミラー１に共用される。ヒンジポスト９、ヒンジ部材９０、ヒンジ外周端９１は、弾性支持部１０を構成する。第１の回路電極２３も、隣接する２つの図示しないミラー１に共用される。
【０１３６】
次に、図１９〜図２０を用いて、本実施形態における微小機械構造体システムの製造方法を説明する。なお、以下の断面図に置いて厚さ方向の寸法は必ずしも実際の寸法を反映したものではない。
【０１３７】
図１９は、本実施形態における微小機械構造体システムの製造方法の、構造体形成工程から第３の犠牲層形成までの工程を示す説明図である。図１９（ａ）は構造体形成工程後の平面図、図１９（ｂ）は構造体形成工程後の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図、図１９（ｃ）は第３の犠牲層形成後の断面図である。
【０１３８】
まず、図１９（ａ）、図１９（ｂ）に示すように、単結晶シリコン層３３をＤＲＩＥにより埋め込み絶縁層３２に到達する深さまで溝を形成し、ミラー１、ヒンジ部材９０、ヒンジ外周端９１を形成する。
【０１３９】
次に、図１９（ｃ）に示すように、第３の犠牲層８６を堆積形成した後、ＲＩＥによりビア９２を形成する。ビア９２は、第３の犠牲層８６を貫通してヒンジ外周端９１を露出させている。
【０１４０】
図２０は、本実施形態における微小機械構造体システムの製造方法の、固定電極層形成工程から犠牲層除去工程後までの工程を示す断面図である。図２０（ａ）は固定電極層形成工程後の断面図、図２０（ｂ）は第３の犠牲層除去工程後の断面図である。
【０１４１】
図２０（ａ）に示すように、ポリシリコンをＬＰＣＶＤで堆積した後、固定電極５５として機能するヒンジ電極１１およびアクチュエータ電極１２がＲＩＥにより形成される。第１の接着部材１５がヒンジ電極１１の上に、第２の接着部材１６がアクチュエータ電極１２の上に形成される。
【０１４２】
図２０（ｂ）に示すように、ヒンジ支持部材９０は、第３の犠牲層８６が除去されることにより自由に変形でき、ミラー１を弾性支持可能となる。
【０１４３】
本実施形態によれば、ミラー１を単結晶材料で構成し、接合箇所をヒンジ電極１１、アクチュエータ電極１２と第１の回路電極２３、第２の回路電極２４との間のみに設けたので、平面度の高い光学特性に優れるミラーを実現しつつ、高精度な位置あわせの接合を必要としない。さらに、可動箇所に接合部を有しないので、接合部が劣化しにくく信頼性の高い微小機械構造体システムを提供できる。
【０１４４】
また、ミラー１とアクチュエータ電極１２との間の相対距離を決定する第３の犠牲層８６の厚さを、ＬＰＣＶＤにより高精度に制御しているため、相対距離のばらつきが少なく、静電力のばらつきの少ない制御性に優れる微小機械構造体システムを提供できる。
【０１４５】
ミラー１とアクチュエータ電極１２との面内方向における位置ずれは、リソグラフィの精度で小さく抑えることができるので、静電力の作用点となる駆動中心位置のばらつきも少なくすることが可能である。ミラー１の回動動作時の回転モーメントの大きさのばらつきも少なく、回動動作を高精度に制御することが可能な微小機械構造体システムを提供できる。
【０１４６】
（実施形態５）
図２１は、本発明の微小機械構造体を備える光ピックアップの構成例を示し、図２２は、当該光ピックアップを備える光ディスク装置の構成例を示している。
【０１４７】
図２１の光ピックアップは、レーザ光を放射する半導体レーザ１８１と、レーザ光を平行にするコリメートレンズ１８２と、所定の方向に偏光した直線偏光を反射する偏光ビームスプリッタ１８３と、直線偏光を円偏光に変換するための４分の１波長板１８４と、マイクロミラーアレイデバイス１８５と、レーザ光を光ディスク１８７に集束する対物レンズ１８６と、対物レンズ１８６の位置を変化させるアクチュエータ１８８とを備えている。
【０１４８】
マイクロミラーアレイデバイス１８５は、図２に示されるような多数のミラー１が基台２２上に配列された構成を有している。不図示の駆動回路によってマイクロミラーアレイデバイス１８５の個々のミラー１に割り当てられた固定電極に電圧が与えられ、ミラー１の位置および姿勢が制御される。
【０１４９】
マイクロミラーアレイデバイス１８５の全てのミラー１が形成する反射面を全体として調整することにより、その反射面の形状によって入射光束の波面位相を制御し、球面収差などの光学的なパラメータを制御することが可能になる。
【０１５０】
図２１では、単一の光源１８１が図示されているが、１つの光ピックアップ内に複数の光源が設けられていてもよい。
【０１５１】
次に、図２２を参照しながら、本発明による光ディスク装置の実施形態を説明する。この実施形態は、図２１に示す構成を有する光ピックアップ３００と、光ディスク２００を回転させるディスクモータ３０２と、各種の信号処理を行う部分とを備えている。
【０１５２】
図２２に示す例では、光ピックアップ３００の出力がフロントエンド信号処理部３０６を介してエンコーダ／デコーダ３０８に送られる。エンコーダ／デコーダ３０８は、データ読み出し時、光ピックアップ３００によって得られる信号に基づいて光ディスク２００に記録されているデータを復号する。データ書き込み時、エンコーダ／デコーダ３０８はユーザデータを符号化し、光ディスク２００に書き込むべき信号を生成し、光ピックアップ３００に送出する。
【０１５３】
フロントエンド信号処理部３０６は、光ピックアップ３００の出力に基づいて再生信号を生成する一方、フォーカスエラー信号ＦＥやトラッキングエラー信号ＴＥを生成する。フォーカスエラー信号ＦＥやトラッキングエラー信号ＴＥは、サーボ制御部３１０に送出される。サーボ制御部３１０は、ドライバアンプ３０４を介してディスクモータ３０２を制御する一方、光ピックアップ３００内のアクチュエータを介して対物レンズの位置を制御する。
【０１５４】
エンコーダ／デコーダ３０８およびサーボ制御部３１０などの構成要素は、ＣＰＵ３０９によって制御される。
【０１５５】
本発明による光ディスク装置は、図２２に示す構成を有するものに限定されず、本発明の光ピックアップを他の公知の光ディスク装置における光ピックアップと置き換えることによっても得られる。
【０１５６】
（実施形態６）
図２３は、本発明によるレーザプロジェクタの実施形態を示す構成図である。
【０１５７】
本実施形態にレーザプロジェクタ４００は、３原色（ＲＧＢ）の光ビームを放射する３つのレーザ光源４０１と、レーザ光源４０１から放射された光ビームを反射し、スクリーン４２０を反射ビームによって走査するスキャンミラー部４１６などを備えている。本実施形態では、レーザ光源４０１から放射された３色の光ビームが、それぞれのコリメートレンズ４０２によって絞り込まれた後、ダイクロイックプリズム４０３で合成されて１本の投射ビーム４０４を形成する。投射ビーム４０４は、スキャンミラー部４０６によって反射された後、開口４０７を介してスクリーン４２０に投射される。スキャンミラー部４０６は、実施形態１に示すような構成を備える微小機械構造体である。スキャンミラー部４０６は、平面度の高い１つのミラーを備えており、印加電圧に応じて高速に駆動される。その結果、投射ビーム４０４は、大画面のスクリーン４２０を走査し、その上に任意に画像を形成することが可能になる。スキャンミラー部４０６が備えるミラーの形状は、例えば直径１００μｍ程度の円に内接する六角形である。
【０１５８】
スクリーン４２０に表示される画像を規定する画像信号４１０は、制御部４１１に入力される。レーザ変調回路４１２によるレーザの変調に同期して、ミラー駆動部４１３がスキャンミラー部４０６を駆動する。スキャンミラー部４０６の角度を規定する角度変位信号４１６は、制御部４１１に与えられ、フィードバック制御が実行される。
【０１５９】
スキャンミラー部４０６によってスクリーン４２０を走査するビーム４０４は、スクリーン２０上にビームスポット軌跡４２１を描く。
【０１６０】
本実施形態のディスプレイでは、スキャンミラー部４０６の可動部が正確に回動するため、ミラー駆動部４１３による正確な駆動が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【０１６１】
本発明の微小機械構造体システムは、光の方向を高速に変える光偏向器を駆動するマイクロミラーの構造体として有用であり、特に、高精度の平面度が要求される波面収差補正素子用のマイクロミラーデバイスとして好適で、様々な補償光学系に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１６２】
【図１】本実施形態における微小機械構造体システムの分解斜視図である。
【図２】本実施形態における微小機械構造体システムのアレイ状態の分解斜視図である。
【図３】本実施形態における微小機械構造体システムの製造方法の構造体形成工程を示す説明図である。
【図４】本実施形態における微小機械構造体システムの製造方法の第１の犠牲層形成工程を示す説明図である。
【図５】本実施形態における微小機械構造体システムの製造方法の弾性支持部材形成工程を示す説明図である。
【図６】本実施形態における微小機械構造体システムの製造方法の第２の犠牲層形成工程を示す説明図である。
【図７】本実施形態における微小機械構造体システムの製造方法の固定電極形成工程を示す説明図である。
【図８】本実施形態における微小機械構造体システムの製造方法の接着層を形成する工程を示す説明図である。
【図９】本実施形態における微小機械構造体システムの製造方法の接合工程を示す説明図である。
【図１０】本実施形態における微小機械構造体システムの製造方法の可動構造体露出工程および反射膜形成工程を示す断面図である。
【図１１】本実施形態における微小機械構造体システムの製造方法の犠牲層除去工程を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施形態２における微小機械構造体システムの分解斜視図である。
【図１３】本発明の実施形態２における微小機械構造体システムの製造方法の、構造体形成工程から第１の犠牲層形成工程を示す説明図である。
【図１４】本発明の実施形態２における微小機械構造体システムの製造方法の、第２の犠牲層形成工程から犠牲層除去工程までを示す断面図である。
【図１５】本発明の実施形態３における微小機械構造体システムの分解斜視図である。
【図１６】本発明の実施形態３における微小機械構造体システムの製造方法の、構造体形成工程から第３の犠牲層形成までの工程を示す説明図である。
【図１７】本発明の実施形態３における微小機械構造体システムの製造方法の、弾性支持部材形成工程から犠牲層除去工程後までの工程を示す説明図である。
【図１８】本実施形態における微小機械構造体システムの分解斜視図である。
【図１９】本実施形態における微小機械構造体システムの製造方法の、構造体形成工程から第３の犠牲層形成までの工程を示す説明図である。
【図２０】本実施形態における微小機械構造体システムの製造方法の、固定電極層形成工程から犠牲層除去工程後までの工程を示す断面図である。
【図２１】本発明による光ピックアップの実施形態を示す図である。
【図２２】本発明による光ディスク装置の実施形態を示す図である。
【図２３】本発明によるディスプレイの実施形態を示す図である。
【図２４】従来のミラーアレイの断面図である。
【符号の説明】
【０１６３】
１    ミラー
１ａ    ミラー表面
２    光反射膜
３    中間電極
４    第１の連結部材
５    可動構造体
６    ヒンジ部材
７    ヒンジ外周端
８    ミラー連結ポスト
９    ヒンジポスト
１０    弾性支持部
１１    ヒンジ電極（第１の固定電極）
１２    アクチュエータ電極（第２の固定電極）
１３    上層固定電極層（第１電極層）
１５    第１の接着部材
１６    第２の接着部材
２０    回路部
２１    絶縁層
２２    基台
２３    第１の回路電極
２４    第２の回路電極
２５    下層固定電極（第２電極層）
３０    ＳＯＩ基板（第１の基板）
３１    ハンドル基板
３２    埋め込み絶縁層
３３    単結晶シリコン層
３４    溝
４０    第１の犠牲層
４１    ビア
４２    ビア
４３    ビア
４５    ヒンジ層
５０    第２の犠牲層
５１    ビア
５２    ホール
５５    固定電極層
６０    接着層
６１    ミラーウエハ
６１ａ    ミラーウエハ切断箇所
６２    ＣＭＯＳウエハ（第２の基板）
７０    中間電極
７１    電極接合部
７２    第２の連結部材
７３    ビア
７４    応力調整膜
８０    ビア
８４    ヒンジポスト
８５    ストッパ
８６    第３の犠牲層
８６ａ    中間段部
８７    ビア
８８    ヒンジ溝
９０    ヒンジ部材
９１    ヒンジ外周端
９２    ビア
【図１】
0004921366.tif 000002
【図２】
0004921366.tif 000003
【図３】
0004921366.tif 000004
【図４】
0004921366.tif 000005
【図５】
0004921366.tif 000006
【図６】
0004921366.tif 000007
【図７】
0004921366.tif 000008
【図８】
0004921366.tif 000009
【図９】
0004921366.tif 000010
【図１０】
0004921366.tif 000011
【図１１】
0004921366.tif 000012
【図１２】
0004921366.tif 000013
【図１３】
0004921366.tif 000014
【図１４】
0004921366.tif 000015
【図１５】
0004921366.tif 000016
【図１６】
0004921366.tif 000017
【図１７】
0004921366.tif 000018
【図１８】
0004921366.tif 000019
【図１９】
0004921366.tif 000020
【図２０】
0004921366.tif 000021
【図２１】
0004921366.tif 000022
【図２２】
0004921366.tif 000023
【図２３】
0004921366.tif 000024
【図２４】
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