Optical MEMS2006 における研究開発動向調査
06.10.27
MMC 調査研究部
目次■ 概要■ 詳細報告■ プログラム一覧【概要】<出張先> Optical MEMS 2006
International Conference On Optical MEMS and Their Applications<場所> 米国・モンタナ州 ビックスカイリゾート<日時> 2006 年 8 月 21 日〜24 日・光 MEMS にフォーカスした本国際会議は 1996 年から毎年開催されており、昨年の欧州・フィンランド Oulu 市に続き今年で 11 回目。
学会発表は全てシリアルセッション形式で行われ、基調講演 2 件、招待講演 9 件、口頭発表 51件、ポスター35 件、が 1２セッションに分かれ行われた。
国別では米国 38 件、日本 25 件、あわせて全体の 6 割を占める一方、欧州からの発表が前回に比べて少なくなっていることが特徴に挙げられる。 日米以外では台湾 10 件、ドイツ 9 件、韓国 7件と続いており、アジア勢、とくに台湾の健闘が目を引いた。
採択論文の分野別傾向としては、光通信関連が減少傾向であること、ディスプレイおよびマスクレスリソグラフィ用を想定した MEMS ミラーの発表が多いことなどがあげられる。 また、デバイスとして具体的応用を想定した発表が多いこと、Biomedical や Nano Optics/Photonics に関する発表増加など、などが特徴としてあげられる。
次回の Optical MEMS は 台湾のホアリェン（花蓮 HUALIEN）にて 2007 年 8 月 12 日〜16 日に行われる予定。

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国別発表件数40
35

2
3Contributeinvitedplenary30

Nano
Optics/Photonics
BiomedicalApplications

25

2

Tunable/Reconfi
gurable Devices
Display/AdaptiveOptics

Fabrication

20

Sensing andCharacterization

33
15
23

Micro-mirrors

ン

コ1ルン

1トイペル

1ス

ポーエル

1ガス

ラ

アリラトスー

1
1

図−2：発表の技術分類

オイフ

カ3ス

ダ

3ナス

国イス

ツ

韓本湾

イド

台国

0

Actuators

シ

327ン

9ラ

10

5日

Integrated/MicroOptics

Spectrocopy

10

米

件数

図―１：国別の発表件数

1

・・

国内からの企業・研究機関からの発表

表‐1：国内企業からの発表
表-2：国内研究機関からの発表

表―3：東京大学からの発表一覧

表―４：東北大学からの発表一覧

2

1996

Colorad1997

Nara1998

Monterry

1999

Mainz

2000

Kauai

2001

Okinawa

2002

Lugano2003

Hawaii

2004

Takamatsu

2005

Oulu

2006

Bigsky montana

表―5：学会「OPTICAL MEMS」の歴史【詳細報告】
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初日の基調講演ではナノテクに関する報告 2 件。
1 件目は Cornell 大の H. G. Craighead によるもので、一分子検出 / 計測などに応用可能なナノ構造およびナノ光学素子に関する発表。 分子観察のフロー（試料準備、分離、ソーティング、検出、解析等）に従い、ナノ技術を解説
2 件目は Princeton 大の S. Y. Chau によるもので、波長サイズ以下の光学素子 SOE（Subwavelength Optical Element）と加工技術としてのナノインプリント技術について解説

図−3：Princeton 大 S.Y.Chau の発表資料
セッションは基調講演、ポスターも含めて以下 12 セッション① Plenary② Ｔunable Devices③ Display④ Integration systems⑤ Spectroscopy⑥ Characterization

3⑦⑧⑨⑩⑪⑫・・・・・・

Nano optics
Poster
Adaptive optics
Microscopy
Microfluidics
Communicatins

セッション「Tunable Devices」‐ 7 件中 4 件が Tunable VCSEL に関する発表- ハイブリッド集積、熱駆動方式の外部ミラーのガスセンサデバイス（Darmstadt 大など）
- SOI 活性層を利用したハイブリッド集積、静電駆動方式外部ミラーの光通信用デバイス（横河電機）、モノリシック集積、圧電駆動方式外部ミラーを有するデバイス- モノリシック集積、静電駆動方式で Subwavelength Grating を外部ミラーとするデバイス（いずれも UC Berkeley）。
セッション「Display」- GLV（glating light valve）熱特性に関する招待講演（ソニー）- ミラーアレイによる SLM（Spatial light moludation）に関するものが 2 件（LucentTechnologies およびフラウンホーファー研究所）- コンパクトディスプレイ用に PZT を用いた２次元ミラー（スタンレー電気／東大生研）- 光源としてシリコン上に GaN を成長させた光源アレイに偏向用レンズアレイを組み合わせたデバイス（東北大）
セッション「Integrated Systems」‐ SOI 基板にリング型共振器（Cornell 大）、UV エンボスによるマイクロ光学素子（スイスCSEM）が招待講演‐ 内視鏡用共焦点プローブとしての MEMS スキャナ（サンテック／東大生研）- 光データストレージ用の大移動・小型 XY ステージ（東北大）
セッション「Spectroscopy」- 偏向ミラーの応用（Stanford 大）、位相格子の応用（トルコ Koc 大）、DRIE による側面を可動参照ミラーとしたマイケルソン干渉計（フランス ESIEE 等のグループ）、傾きと変位が測定できる集積型センサ（九州大等のグループ）等の発表
セッション「Microscopy」- たんぱく質の一分子蛍光観察に関する研究紹介とこれに用いられるマイクロデバイスの可能性についての招待講演（東京大）- ここ数年の傾向である内視鏡用共焦点（Stanford 大から２件、Florida 大）あるいはOCT（UC Berkeley 等のグループ、Montana 州立大等のグループ）を利用した観察装置に関する発表が集中
セッション「Communications」- 可変波長フィルタに関する招待講演（Intel）

4

-

光スイッチ関連が２件（東大生研、Lucent Technologies）
分光器、偏光制御、Si フォトダイオード、光励起の高周波発振器等の要素技術。

トピックスとして以下３件について報告① 「A Combination of Fast Resonant Mode and Slow Static Deflection of SOI-PZT Actuators for
MEMS Image Projection Display」
Masanao Tani*1, Masahiro Akamatsu*1, Yoshiaki Yasuda*1,Hiroyuki Fujita*2, and Hiroshi Toshiyoshi*2*1Research and Development Center, Stanley Electric Co., Ltd.,*2Institute of Industrial Science, University of Tokyo・・・・・・・・・・・

プロジェクタディスプレイ応用 MEMS ミラーに関する報告。
PZT アクチュエータを採用、新構成により、スタティックに大触れ角の MEMS スキャナを実現。
モバイルディスプレイ用の２Ｄスキャナにおいて、垂直方向（vertical）にスタティックに触れ角大となる PZT アクチュエータを設計、試作、評価。 ＰＺＴアクチュエータは SOI 基板活性層面に、屈曲パタンで直列的に配置された PZT ユニモルフカンチレバーで構成。 動作原理は図 1 の通りピエゾＡ、Ｂに電圧印加することでトーションバーにねじり運動を発生させ、ミラー傾斜させる。
スタティック変位のために図２に示す屈曲パタン利用。
製法
SOI ウエハ 30um 活性層 /2um BOX/500um 支持層
４um 厚 PZT を ADRP(Arc Discharged Reactive Ion Plating)法で形成。 電極 Pt/Ti
ウエハ裏面から BOX まで D-RIE でエッチング除去。可動域を確保。
光学特性
水平方向： 11.2KHz、39 度（光学触れ角） ＠40Ｖac
垂直方向： 60Hz、29 度（光学触れ角） ＠40Ｖac
低電圧印加で大触れ角が実現

5②「Gimbaled 2D Scanning Mirror with vertical combs for Laser Display」
Young-Chul Ko1, Jin-Ho Lee1, Jin-Woo Cho1, Yong-Hwa Park1, Jun-O Kim1, Yong-Chul Cho1,Seok-Mo Chang1, Hyun-Gu Jeong1, Seok-Jin Kang2, Seok-Whan Chung2, Seong-Ho Shin1,John Sunu1, Ji-Beom Yoo3
1Micro Systems Lab, 2Nano Fab. Tech. Center, Samsung Advanced Institute of Technology,
3Center for Nanotubes and Nanostructure Composite, Sungkyunkwan University,・・・・・・・・・・・・

レーザースキャン用のジンバル型ミラーデバイスの構成、製法に関する報告。
SOI基板の活性層および支持層に駆歯のローター、ステーターを作りこみ、ガラス基板との接合によりデバイス実現。
レーザースキャンディスプレイ用のジンバル型２次元スキャニングミラー（ＧＤＭ）。 SOI基板の活性層、支持層にそれぞれローター部、ステーター部が櫛歯として作りこまれ、円形のミラー、楕円形のジンバル部と上記櫛歯アクチュエータ、さらにはミラー可動空間を確保するために接合されたパイレックスガラスから構成（図２）。
製法（図３、図４）
SOI基板 70um 活性層 / 2um BOX /80um 支持層
ICP-RIEにて活性層にローター、支持層にステーターを加工、BOXはエッチストッパー。
パターニングには両面ステッパー使用。上下櫛歯アライメントずれを低減。
SOI加工後にミラー可動空間用にサンドブラスト加工されたパイレックス基板との陽極接合。
反射膜はアルミ、電極はCr/Au
特性（図５、図６）
水平方向24〜24.5kHz、垂直方向800〜900Hzの共振周波数
触れ角（機械）は水平±8度、垂直±4.2度

6③「XY-Stage for Scanning Media for Optical Data Storage」
Minoru Sasaki, Fuminori Bono, Kazuhiro Hane
Tohoku University

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光学データストレージの構成要素として必要な 100μm 以上移動可能な XY ステージに関する報告。
SPM マルチプローブ化によるデータストレージ応用展開ではプローブアレイ化技術、記録材料技術、とともにＸＹステージの開発が必要となる。
ＸＹステージにはプローブをアレイ化する際の間隔制約から 100μ以上の移動量が求められる。
データストレージ用ＸＹステージとしては電磁駆動方式（IBM）、ピエゾ方式（東北大）などがある
が、本方式は静電櫛歯駆動方式を採用。
構造（図１、２、３）
電気パッドを除くデバイスサイズは 3.5 ㎜Ｘ1.75 ㎜^２
Ｘは低速スキャン、Ｙは高速スキャン
2 のメディアステージ（820×950μm^2）は互いに反対向き（共にＹ方向）に駆動慣性力をｷｬﾝｾﾙ
メディアステージは埋め込み酸化膜 BOX を介して可動部と繋がっている
製法
SOI 基板 100μ活性層/2μBOX/100μ支持層
表裏面の ICP 加工および BOX エッチにより可動部を製作
特性（図４、５）
SOI 櫛歯アクチュエータ構造とＹ方向の慣性力ｷｬﾝｾﾙ構造により 100μm 以上移動量を実現
DC 変位 Ｘ軸 110μm＠70Ｖ
Y 軸 90μm＠125Ｖ
AC 変位 Y 軸 共振モード 115μm＠20Ｖ、690Hz

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写真―１：口頭発表会場

写真―２：ポスター発表会場

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【プログラム一覧】

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以上//11