アクチュエータ及びその製造方法
【課題】安定性を向上させた圧電駆動式のアクチュエータ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】アクチュエータ１は、ベース部２と、ベース部２に支持されたアクチュエータ本体３と、アクチュエータ本体３を傾動させる圧電素子４と、アクチュエータ本体３のうちベース部２に支持された端部に対向して設けられた対向電極５とを備えている。アクチュエータ１の製造方法においては、ＳＯＩ基板２００の第１シリコン層２１０のうちアクチュエータ本体３となる部分と第２シリコン層２３０のうち対向電極５となる部分との間の酸化膜層２２０を犠牲層エッチングにより部分的に予め除去し、その際に、対向電極５となる部分２３１のうち後の工程で除去される部分２３２と隣接する端部５１に設けられた酸化膜層２２０を除去せずに残しておく。
【解決手段】アクチュエータ１は、ベース部２と、ベース部２に支持されたアクチュエータ本体３と、アクチュエータ本体３を傾動させる圧電素子４と、アクチュエータ本体３のうちベース部２に支持された端部に対向して設けられた対向電極５とを備えている。アクチュエータ１の製造方法においては、ＳＯＩ基板２００の第１シリコン層２１０のうちアクチュエータ本体３となる部分と第２シリコン層２３０のうち対向電極５となる部分との間の酸化膜層２２０を犠牲層エッチングにより部分的に予め除去し、その際に、対向電極５となる部分２３１のうち後の工程で除去される部分２３２と隣接する端部５１に設けられた酸化膜層２２０を除去せずに残しておく。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ本体と、該アクチュエータ本体を傾動させる圧電素子とを備えたアクチュエータ、及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、圧電駆動式のアクチュエータが知られている。例えば、特許文献１には、反射板を駆動するアクチュエータが開示されている。このアクチュエータは、枠状のベース部と、該ベース部に一端が支持されたアクチュエータ本体と、該アクチュエータ本体を傾動させる圧電素子とを備えている。アクチュエータ本体の他端は、反射板の弾性支持部に連結されている。このアクチュエータは、アクチュエータ本体を傾動させることによって反射板を傾動させる。
【０００３】
このように構成されたアクチュエータは、ＳＯＩ基板を用いて製造されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２５７２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、圧電素子はクリープ（ドリフト）特性を有するため、前述のような圧電駆動式のアクチュエータは安定性の観点からは不利である。
【０００６】
ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、安定性を向上させた圧電駆動式のアクチュエータ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここに開示されたアクチュエータは、ベース部と、前記ベース部に支持されたアクチュエータ本体と、前記アクチュエータ本体を傾動させる圧電素子と、前記アクチュエータ本体のうち該ベース部に支持された端部に対向して設けられた対向電極とを備え、前記アクチュエータ本体は、第１シリコン層と酸化膜層と第２シリコン層とを積層させたＳＯＩ基板の該第１シリコン層で形成され、前記対向電極は、前記ＳＯＩ基板の前記第２シリコン層で形成され、前記アクチュエータ本体と前記対向電極との間には、前記ＳＯＩ基板の前記酸化膜層を除去することによって形成された間隙が設けられており、前記アクチュエータ本体と前記対向電極との静電容量に基づいて前記アクチュエータ本体の傾動を制御するものである。
【０００８】
前記の構成によれば、前記アクチュエータ本体に対向して前記対向電極を設けることによって、該アクチュエータ本体と該対向電極との静電容量に基づいて該アクチュエータ本体の変位を検出することができる。すなわち、該静電容量に基づいてアクチュエータ本体の傾動を制御することができる。こうすることで、アクチュエータの安定性を向上させることができる。
【０００９】
また、このような構成においては、対向電極をアクチュエータ本体との間に微小な間隙を有した状態で該アクチュエータ本体に対向させて設ける必要がある。しかし、アクチュエータ本体と対向電極とを別々の基板で形成して、両者を貼り合わせる構成では、対向電極とアクチュエータ本体との間の間隙のばらつきが大きくなってしまう。
【００１０】
それに対し、前記の構成によれば、ＳＯＩ基板を用いてアクチュエータを形成する、詳しくは、第１シリコン層でアクチュエータ本体を形成し、第２シリコン層で対向電極を形成し、酸化膜層を除去することによってアクチュエータ本体と対向電極との間の間隙を形成する。これにより、アクチュエータ本体と対向電極とを対向させ、両者の間に高精度の間隙を設けることができる。
【００１１】
さらに、ここに開示されたアクチュエータの製造方法は、ベース部と、該ベース部に支持されたアクチュエータ本体と、該アクチュエータ本体を傾動させる圧電素子と、該アクチュエータ本体のうち該ベース部に支持された端部に対向して設けられた対向電極とを備えたアクチュエータを、第１シリコン層と酸化膜層と第２シリコン層とを積層させたＳＯＩ基板から製造する、アクチュエータの製造方法であって、前記第１シリコン層のうち前記アクチュエータ本体となる部分と前記第２シリコン層のうち前記対向電極となる部分との間の前記酸化膜層をエッチングにより部分的に除去する第１酸化膜除去工程と、前記第１シリコン層の表面に圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、前記第１シリコン層から前記アクチュエータ本体を形成する本体形成工程と、前記第２シリコン層のうち前記アクチュエータ本体と対向する部分をエッチングにより除去して前記対向電極を形成する電極形成工程と、前記電極形成工程後に前記アクチュエータ本体に残っている前記酸化膜層をエッチングにより除去する第２酸化膜除去工程とを含み、前記第１酸化膜層除去工程では、前記対向電極となる部分のうち前記電極形成工程で除去される部分と隣接する端部に設けられた前記酸化膜層を除去せずに残すものとする。
【００１２】
前記の構成によれば、ＳＯＩ基板からアクチュエータが製造される。ＳＯＩ基板の第１シリコン層からアクチュエータ本体が形成され、ＳＯＩ基板の第２シリコン層から対向電極が形成される。そして、ＳＯＩ基板の酸化膜層を除去することによって、アクチュエータ本体と対向電極との間に間隙が形成される。前記の製造方法においては、第１シリコン層のアクチュエータ本体となる部分と第２シリコン層の対向電極となる部分との間の酸化膜層を犠牲層エッチングすることによって間隙を形成した後、第２シリコン層をエッチングすることによって対向電極を形成する。このような製造方法においては、第２シリコン層をエッチングする際に、前記間隙を有する第２シリコン層のうち対向電極として残る部分と第１シリコン層のアクチュエータ本体となる部分とまでエッチングされる虞がある。
【００１３】
それに対し、前記の製造方法においては、酸化膜層を犠牲層エッチングする第１酸化膜除去工程では、第２シリコン層の対向電極となる部分のうち電極形成工程で除去される部分と隣接する端部に設けられた酸化膜層を除去せずに残すようになっている。つまり、電極形成工程において最終的に対向電極が形成されたときには、除去された部分と隣接する対向電極の端部には、酸化膜層が残っているため、エッチングガス又はエッチング液がアクチュエータ本体と対向電極と間の間隙に侵入しない。これにより、アクチュエータ本体及び対向電極が不要にエッチングされることを防止することができ、アクチュエータ本体と対向電極との間の間隙を高精度に維持することができる。
【発明の効果】
【００１４】
前記アクチュエータによれば、アクチュエータ本体と対向電極との間の静電容量によりアクチュエータ本体の変位を検出することができるので、アクチュエータ本体を安定的に制御することができる。
【００１５】
前記アクチュエータの製造方法によれば、アクチュエータ本体と対向電極との間に高精度の間隙を形成することができるので、前述の安定的なアクチュエータを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態に係るミラーアレイの平面図である。
【図２】ミラーアレイの下面図である。
【図３】ミラーアレイの、図１のIII−III線における断面図である。
【図４】貫通孔形成工程におけるＳＯＩ基板を示す図であって、（Ａ）はＢ図のＡ−Ａ線における断面図を、（Ｂ）は平面図を示す。
【図５】部分除去工程におけるＳＯＩ基板の、図４（Ａ）に相当する断面図を示す。
【図６】成膜工程におけるＳＯＩ基板を示す図であって、（Ａ）は図４（Ａ）に相当する断面図を、（Ｂ）は貫通孔の部分拡大断面図を示す。
【図７】形成工程におけるＳＯＩ基板を示す図であって、（Ａ）はＢ図のＡ−Ａ線における断面図を、（Ｂ）は平面図を示す。
【図８】本体形成工程におけるＳＯＩ基板を示す図であって、（Ａ）はＢ図のＡ−Ａ線における断面図を、（Ｂ）は平面図を示す。
【図９】電極形成工程におけるＳＯＩ基板の、図４（Ａ）に相当する断面図を示す。
【図１０】第２酸化膜除去工程におけるＳＯＩ基板の、図４（Ａ）に相当する断面図を示す。
【図１１】電極成膜工程におけるＳＯＩ基板の、図４（Ａ）に相当する断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１は、ミラーアレイ１００の平面図を、図２は、ミラーアレイ１００の下面図を、図３はミラーアレイ１００の、図１のIII−III線における断面図を示す。
【００１９】
ミラーアレイ１００は、枠状のベース部２と、４つのアクチュエータ１，１，…と、２つのミラー１１０，１１０と、各アクチュエータ１とミラー１１０とを連結する第１ヒンジ６と、各ミラー１１０とベース部２とを連結する第２ヒンジ７と、アクチュエータ１，１，…を制御する制御部１２０とを備えている。各ミラー１１０は、２つのアクチュエータ１，１により駆動される。その結果、ミラー１１０は、互いに直交する主軸Ｘ及び副軸Ｙ回りに回動する。例えば、ミラーアレイ１００は、波長選択スイッチとして使用される。
【００２０】
このミラーアレイ１００は、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板２００を用いて製造されている。ＳＯＩ基板２００は、単結晶シリコンで形成された第１シリコン層２１０と、ＳｉＯ２で形成された酸化膜層２２０と、単結晶シリコンで形成された第２シリコン層２３０とがこの順で積層されて構成されている。
【００２１】
ベース部２は、概略長方形の枠状に形成されている。ベース部２の大部分は、第１シリコン層２１０、酸化膜層２２０及び第２シリコン層２３０で形成されている。
【００２２】
ミラー１１０は、概略長方形状をした板状に形成されている。ミラー１１０は、第１シリコン層２１０で形成されている。
【００２３】
第１ヒンジ６は、一端がアクチュエータ１の先端に連結され、他端がミラー１１０の端縁に連結されている。第１ヒンジ６は、アクチュエータ１の先端とミラー１１０の端縁との間を蛇行するように延びている。これにより、第１ヒンジ６は、容易に変形できるように構成されている。ミラー１１０には、２つの第１ヒンジ６，６が連結されている。つまり、ミラー１１０には、２つのアクチュエータ１，１が第１ヒンジ６，６を介して連結されている。２つの第１ヒンジ６，６は、ミラー１１０の端縁の中点に対して対称な位置に連結されている。第１ヒンジ６は、第１シリコン層２１０で形成されている。
【００２４】
第２ヒンジ７の一端は、ミラー１１０の、第１ヒンジ６が連結された端縁と対向する端縁に連結されている。一方、第２ヒンジ７の他端は、ベース部２に連結されている。第２ヒンジ７は、ミラー１１０の端縁とベース部２との間を蛇行するように延びている。これにより、第２ヒンジ７は、容易に変形できるように構成されている。第２ヒンジ７は、ミラー１１０の端縁の中点に連結されている。第２ヒンジ７は、第１シリコン層２１０で形成されている。
【００２５】
各アクチュエータ１は、前記ベース部２と、該ベース部２に連結されたアクチュエータ本体３と、アクチュエータ本体３の表面に形成された圧電素子４と、アクチュエータ本体３に対向して設けられた対向電極５とを備えている。
【００２６】
アクチュエータ本体３は、その基端がベース部２に連結されている。アクチュエータ本体３は、ベース部２に片持ち状に支持されている。また、アクチュエータ本体３の先端には、第１ヒンジ６が連結されている。アクチュエータ本体３は、第１シリコン層２１０で形成されている。アクチュエータ本体３は、ベース部２のうち第１シリコン層２１０で形成された部分と一体に形成されている。
【００２７】
圧電素子４は、アクチュエータ本体３の表面３１（対向電極と対向する面３２とは反対側の面）に形成されている。圧電素子４は、下部電極４１と、上部電極４３と、これらに挟持された圧電体層４２とを有する。下部電極４１、圧電体層４２、上部電極４３は、アクチュエータ本体３の表面３１にこの順で積層されている。圧電素子４は、ＳＯＩ基板２００とは別の部材で形成されている。詳しくは、下部電極４１は、Ｐｔ／Ｔｉ膜で形成されている。圧電体層４２は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で形成されている。上部電極４３は、Ａｕ／Ｔｉ膜で形成されている。
【００２８】
圧電体層４２は、アクチュエータ本体３の長手方向の全域に亘って設けられている。圧電体層４２は、アクチュエータ本体３の基端部からベース部２側にも延びている。そして、圧電体層４２は、ベース部２上において、隣接する別のアクチュエータの圧電体層４２と連結されている。つまり、４つのアクチュエータ１，１，…の圧電体層４２，４２，…は、１つに連結されている。
【００２９】
上部電極４３は、圧電体層４２のうちアクチュエータ本体３上の部分に設けられた本体４３ａと、圧電体層４２のうちベース部２上の部分に設けられた端子（以下、「上部端子」ともいう）４３ｂと、該本体４３ａと端子４３ｂとを連結する連結部４３ｃとを有している。連結部４３ｃは、本体４３ａや端子４３ｂよりも細い形状となっている。
【００３０】
下部電極４１は、圧電体層４２と概ね同様の形状をしており、圧電体層４２の下方に位置している。そのため、下部電極４１は、基本的には、外部に露出していない。ただし、下部電極４１の端子（以下、「下部端子」ともいう）４１ａだけが、外部に露出している。下部電極４１の下部端子４１ａは、４つのアクチュエータ１，１，…の下部電極４１，４１，…で共通である。
【００３１】
対向電極５は、ベース部２と一体的に構成されている。対向電極５は、アクチュエータ本体３の基端部３３と対向して設けられている。対向電極５とアクチュエータ本体３の基端部３３との間には、間隙Ｇ１が設けられている。対向電極５は、アクチュエータ本体３ごとに設けられている。すなわち、本実施形態では、アクチュエータ本体３が４つなので、対向電極５も４つ設けられている。対向電極５は、第２シリコン層２３０で形成されている。対向電極５は、ベース部２のうち第２シリコン層２３０で形成された部分と一体に形成されている。ただし、ベース部２の第２シリコン層２３０においては、４つの対向電極５，５，…のそれぞれを分離させるための溝２３４，２３４，…が形成されている。該溝２３４は、酸化膜層２２０まで達している。こうして、４つの対向電極５，５，…は、それぞれ電気的に絶縁されている。間隙Ｇ１は、酸化膜層２２０を除去することによって形成されている。
【００３２】
ベース部２には、詳しくは後述するが、アクチュエータ本体３と対向電極５との間の静電容量を検出するための第１及び第２検出端子８１，８２が設けられている。詳しくは、第１検出端子８１は、ベース部２における第１シリコン層２１０に設けられている。第１検出端子８１は、第１シリコン層２１０に設けられているので、アクチュエータ本体３と電気的に接続されていることになる。また、ベース部２には、第２シリコン層２３０を第１シリコン層２１０側に露出させるための概略長方形状の開口２１が形成されている。この開口２１は、第１シリコン層２１０及び酸化膜層２２０を貫通している。第２検出端子８２は、開口２１において露出する第２シリコン層２３０に設けられている。第２検出端子８２は、第２シリコン層２３０に設けられているので、対向電極５と電気的に接続されていることになる。
【００３３】
さらに、ベース部２の第１シリコン層２１０には、開口２１を挟んで、第１検出端子８１とを反対側に、参照端子８３が設けられている。この参照端子８３は、詳しくは後述するが、参照静電容量を検出するための端子である。
【００３４】
また、ベース部２のうち、開口２１に隣接し且つ開口２１よりも参照端子８３側の部分には、第１シリコン層２１０と第２シリコン層２３０との間に間隙Ｇ２が設けられている。間隙Ｇ２は、酸化膜層２２０を除去することによって形成されている。
【００３５】
次に、このように構成されたミラーアレイ１００の動作について説明する。ミラーアレイ１００の制御部１２０は、上部電極４３の端子４３ｂと下部電極４１の下部端子４１ａとに駆動電圧を印加する。この駆動電圧に応じて、圧電体層４２が伸張又は収縮する。その結果、アクチュエータ本体３の表面３１側の部分が、裏面３２に対して伸張又は収縮し、アクチュエータ本体３が上方（表面３１側）又は下方（裏面３２側）に傾動する。さらに詳しくは、ミラー１１０に連結された２つのアクチュエータ本体３，３を同じ方向に傾動させることによって、ミラー１１０を主軸Ｘ回りに回動させることができる。このとき、２つのアクチュエータ本体３，３を上方に傾動させるか、下方に傾動させるかによって、ミラー１１０の主軸Ｘ回りの回動方向を切り替えることができる。一方、２つのアクチュエータ本体３，３をそれぞれ逆方向に傾動させることによって、ミラー１１０を副軸Ｙ回りに回動させることができる。このとき、上方に傾動させるアクチュエータ本体３と下方に傾動させるアクチュエータ本体３とを入れ替えることによって、ミラー１１０の副軸Ｙ回りの回動方向を切り替えることができる。
【００３６】
また、制御部１２０は、ベース部２に設けられた第１及び第２検出端子８１，８２を介して、アクチュエータ本体３と対向電極５との間の静電容量を検出することによって、アクチュエータ本体３の変位、即ち、傾動量を検出する。つまり、アクチュエータ本体３が傾動すると、アクチュエータ本体３と対向電極５との間の間隙Ｇ１の大きさが変化する。それにより、アクチュエータ本体３と対向電極５との間の静電容量が変化するので、該静電容量を検出することによって、アクチュエータ本体３の傾動量を検出することができる。そして、制御部１２０は、第１及び第２検出端子８１，８２間の電圧に基づいて、アクチュエータ本体３の傾動量が所望の値となるように駆動電圧を調整する。こうすることで、圧電素子４にクリープが生じたとしても、アクチュエータ本体３の傾動量を安定的に制御することができる。
【００３７】
尚、静電容量を検出する際には、制御部１２０は、参照端子８３と第２検出端子８２とを介して、ベース部２における間隙Ｇ２を挟んだ第１シリコン層２１０と第２シリコン層２３０との間の静電容量を検出している。間隙Ｇ２は、アクチュエータ本体３を作動させても変化しないはずなので、間隙Ｇ２の静電容量を検出することによって静電容量の誤差変動を検出することができる。すなわち、間隙Ｇ１の静電容量から当該誤差変動分を減算することによって、アクチュエータ本体３の作動による正確な静電容量の変化を求めることができる。
【００３８】
続いて、ミラーアレイ１００の製造方法について説明する。図３〜１０に、ミラーアレイ１００の製造工程を説明するためのＳＯＩ基板２００を示す。
【００３９】
まず、ＳＯＩ基板２００を用意する。
【００４０】
続いて、図４に示すように、ＳＯＩ基板２００の第１シリコン層２１０をドライエッチングして、複数の貫通孔２１１，２１１，…を形成する（貫通孔形成工程）。貫通孔２１１は、第１シリコン層２１０を貫通して、酸化膜層２２０に達している。複数の貫通孔２１１，２１１，…は、第１グループと第２グループとに分けられる。詳しくは、第１グループの貫通孔２１１ａ，２１１ａ，…は、アクチュエータ１の間隙Ｇ１に対応する部分に形成されており、第２グループの貫通孔２１１ｂ，２１１ｂ，…は、アクチュエータ１の間隙Ｇ２に対応する部分に形成されている（以下、グループを区別しないときには、単に「貫通孔２１１」と称する）。また、各貫通孔２１１は、テーパ形状をしている（図６（Ｂ）参照）。詳しくは、貫通孔２１１は、断面円形であり、酸化膜層２２０に近づくほど内径が小さくなっている。
【００４１】
続いて、図５に示すように、貫通孔２１１，２１１，…を介した犠牲層エッチングにより酸化膜層２２０をエッチングする（部分除去工程）。この工程と前の貫通孔形成工程とが第１酸化膜除去工程に相当する。エッチングにはＨＦガスが用いられる。貫通孔２１１，２１１，…を通って酸化膜層２２０へ到達したＨＦガスは、酸化膜層２２０を等方的にエッチングする。すなわち、酸化膜層２２０は、厚み方向だけでなく、厚み方向と直交する方向へもエッチングされる。こうして、第１シリコン層２１０のうち第１グループの貫通孔２１１ａ，２１１ａ，…が形成された部分と第２グループの貫通孔２１１ｂ，２１１ｂ，…が形成された部分との裏側では、酸化膜層２２０が除去され、第１シリコン層２１０と第２シリコン層２３０とで挟まれた間隙Ｇ１と間隙Ｇ２が形成される。
【００４２】
ただし、この工程においては、第１シリコン層２１０のうちアクチュエータ本体３の基端部となる部分と第２シリコン層２３０のうち対向電極５となる部分とに挟持された酸化膜層２２０を、全て除去するわけではない。詳しくは、図４に示すように、第２シリコン層２３０では、対向電極５となる部分２３１と、後の工程で除去される部分（アクチュエータ本体３のうち基端部を除く部分の裏側に位置する部分）２３２とが隣接している。そして、対向電極５のうち、除去される部分２３２と隣接する側の端部（アクチュエータ本体３の支持端とは反対側の端部、即ち、アクチュエータ本体３の先端側の端部）には酸化膜層２２０が除去されずに残っている。すなわち、除去される部分２３２とアクチュエータ本体３とに挟持された酸化膜層２２０が、アクチュエータ本体３の基端部と対向電極５との間に少しだけ侵入した状態となっている。
【００４３】
次に、図６に示すように、第１シリコン層２１０の表面にＳｉＯ２膜２４０、Ｐｔ／Ｔｉ膜２５０、ＰＺＴ膜２６０及びＡｕ／Ｔｉ膜２７０を順に成膜する（成膜工程）。詳しくは、まず、絶縁膜としてのＳｉＯ２膜をＳＯＩ基板２００の全面に減圧ＣＶＤによって成膜する。その後、ＳｉＯ２膜２４０が成膜された第１シリコン層２１０の表面に、Ｐｔ／Ｔｉ膜２５０、ＰＺＴ膜２６０及びＡｕ／Ｔｉ膜２７０を順にスパッタリングにより成膜する。尚、Ａｕ／Ｔｉ膜２７０を成膜する前に、ＰＺＴ膜２６０のうち下部電極４１の下部端子４１ａが設けられる部分をウェットエッチングにより除去しておく。これにより、当該除去した部分においては、Ｐｔ／Ｔｉ膜２５０上にＡｕ／Ｔｉ膜２７０が積層され、両者が電気的に接続される。
【００４４】
また、このとき、貫通孔２１１，２１１，…の内周面にもＳｉＯ２膜２４０、Ｐｔ／Ｔｉ膜２５０、ＰＺＴ膜２６０及びＡｕ／Ｔｉ膜２７０が成膜される。ここで、貫通孔２１１は、図６（Ｂ）に示すように、前述の如くテーパ形状となっているため、貫通孔２１１は、ＳｉＯ２膜２４０、Ｐｔ／Ｔｉ膜２５０、ＰＺＴ膜２６０及びＡｕ／Ｔｉ膜２７０を順に成膜していく過程で完全に塞がれる。こうして、貫通孔２１１は、ＳｉＯ２膜２４０、Ｐｔ／Ｔｉ膜２５０、ＰＺＴ膜２６０及びＡｕ／Ｔｉ膜２７０により埋められる。
【００４５】
次に、図７に示すように、Ａｕ／Ｔｉ膜２７０、ＰＺＴ膜２６０及びＰｔ／Ｔｉ膜２５０を順にエッチングして、圧電素子４を形成する（形成工程）。この工程と前の成膜工程とが圧電素子形成工程に相当する。詳しくは、まず、Ａｕ／Ｔｉ膜２７０をドライエッチングして、下部電極４１の下部端子４１ａ及び上部電極４３を形成する。次に、ＰＺＴ膜２６０をウェットエッチングして、圧電体層４２を形成する。最後に、Ｐｔ／Ｔｉ膜２５０をドライエッチングして、下部電極４１を形成する。
【００４６】
次に、図８に示すように、ＳｉＯ２膜２４０及び第１シリコン層２１０をエッチングする。この工程が本体形成工程に相当する。まず、ＳｉＯ２膜２４０を所定の形状にエッチングする。このとき、ＳｉＯ２膜２４０は二段階でエッチングされる。まず始めに、４つのアクチュエータ本体３，３，…、下部電極４１の下部端子４１ａ及び上部電極４３，４３，…の上部端子４３ｂ，４３ｂ，…を含む領域のＳｉＯ２膜２４０は残し、ミラー１１０や第１及び第２ヒンジ６，７に対応する部分のＳｉＯ２膜２４０をウェットエッチングにより除去する。次に、残ったＳｉＯ２膜２４０をドライエッチングにより、アクチュエータ本体３の１つ１つに対応した形状に形成する。１段目をウェットエッチングにより行うことによって、ミラー１１０や第１及び第２ヒンジ６，７を不要にエッチングしてしまうことを防止することができる。
【００４７】
こうして、ＳｉＯ２膜２４０をエッチングした後、第１シリコン層２１０をドライエッチングにより所定の形状に形成する。詳しくは、第１シリコン層２１０をエッチングして、ベース部２、アクチュエータ本体３，３，…、ミラー１１０，１１０、第１ヒンジ６，６，…、及び第２ヒンジ７，７を形成する。ベース部２には、枠状の第１溝２１２と、該第１溝２１２を囲む、さらに大きな枠状の第２溝２１３が形成される。第１及び第２溝２１２，２１３はそれぞれ、長方形状をしている。これら第１及び第２溝２１２，２１３により、ベース部２の第１シリコン層２１０は、アクチュエータ本体３，３，…、ミラー１１０，１１０、第１ヒンジ６，６，…、及び第２ヒンジ７，７を囲む枠状の第１フレーム部２１４と、第１フレーム部２１４を囲む枠状の第２フレーム部２１５と、第２フレーム部２１５を囲む枠状の第３フレーム部２１６に分割される。第１フレーム部２１４は、アクチュエータ本体３，３，…が直接連結されて該アクチュエータ本体３，３，…を支持すると共に、第２ヒンジ７，７を介してミラー１１０，１１０を支持している。また、第１フレーム部２１４には、上部端子４３ｂ，４３ｂ，…、下部端子４１ａが設けられている。第２フレーム部２１５には、第２グループの貫通孔２１１ｂ，２１１ｂ，…が形成されている。貫通孔２１１ｂ，２１１ｂ，…が形成された部分の裏側には、第２シリコン層２３０との間に間隙Ｇ２が形成されている。間隙Ｇ２は、第１溝２１２に隣接している。第１溝２１２のうち、間隙Ｇ２と隣接する部分は、それ以外の部分よりも幅が広くなっており、前記開口２１を構成する。開口２１と間隙Ｇ２とは連通している。第３フレーム部２１６は、ミラーアレイ１００の最外周に位置している。
【００４８】
こうして、ＳｉＯ２膜２４０及び第１シリコン層２１０をエッチングした後、第１溝２１２の一部で構成される開口２１において露出する酸化膜層２２０をドライエッチングにより除去する。その結果、第２シリコン層２３０が開口２１を介して露出するようになる。
【００４９】
次に、図９に示すように、第２シリコン層２３０をエッチングして対向電極５を形成する。この工程が電極形成工程に相当する。詳しくは、アクチュエータ本体３，３，…、ミラー１１０，１１０、第１ヒンジ６，６，…及び第２ヒンジ７，７の裏側に位置する第２シリコン層２３０を除去する。まず、第１シリコン層２１０の表面側には、図示を省略するが、熱可塑性樹脂で構成されたワックスを介してダミー基板が貼り合わされる。このとき、ワックスは、アクチュエータ本体３，３，…やミラー１１０，１１０等を表面側から全体的に覆うように設けられている。アクチュエータ本体３の基端部においては、先の犠牲層エッチングにより酸化膜層２２０が除去されており、間隙Ｇ１はアクチュエータ本体３の短手方向、即ち、側方に開口している。前記ワックスは、アクチュエータ本体３の側端縁にも設けられており、間隙Ｇ１の側方への開口を塞いでいる。次に、第２シリコン層２３０のうち除去される部分２３２（図５参照）の表面に成膜されたＳｉＯ２膜２４０をドライエッチングにより除去する。続いて、第２シリコン層２３０の除去される部分２３２をドライエッチングにより除去する。その結果、第２シリコン層２３０のうち、アクチュエータ本体３の基端部３３と対向する部分２３１は、除去されずに、対向電極５として残る。対向電極５は、１つのアクチュエータ本体３につき１つ設けられ、合計４つ設けられている。対向電極５は、第２シリコン層２３０のうちベース部２を構成する部分と一体に形成されている。４つの対向電極５，５，…は、互いに絶縁されている。詳しくは、この工程において、第２シリコン層２３０のうちベース部２を構成する部分には、エッチングにより溝２３４（図２参照）が形成される。この溝２３４により、第２シリコン層２３０のうちベース部２を構成する部分は、対向電極５ごとに独立した４つの部分に分割されている。
【００５０】
この工程により、第２シリコン層２３０には、除去される部分２３２に相当する開口２３３が形成される。開口２３３内において、アクチュエータ本体３，３，…、ミラー１１０，１１０、第１ヒンジ６，６，…及び第２ヒンジ７，７の裏側には、酸化膜層２２０が残っている。ここで、間隙Ｇ１を形成する工程において、対向電極５のうち、除去される部分２３２と隣接する側の端部５１に酸化膜層２２０を残しておいたので、アクチュエータ本体３，３，…等の裏側に位置する酸化膜層２２０は、間隙Ｇ１内に少しだけ侵入した状態となっている。その結果、開口２３３と間隙Ｇ１とが酸化膜層２２０により遮断されている。そのため、除去される部分２３２をエッチングする際のエッチングガスが間隙Ｇ１内へ流入することが防止される。それにより、間隙Ｇ１を形成する第１及び第２シリコン層２１０，２３０が不必要に加工されることが防止される。
【００５１】
尚、対向電極５の側端部（アクチュエータ本体３の長手方向に延びる端部）には酸化膜層２２０は残留していないため、間隙Ｇ１はアクチュエータ本体３の短手方向に開口している。しかし、前述の如く、間隙Ｇ１の側方への開口は、ワックスにより塞がれているため、エッチングガスが該側方の開口から間隙Ｇ１内へ流入することが防止される。
【００５２】
次に、図１０に示すように、酸化膜層２２０を除去する。この工程が第２酸化膜除去工程に相当する。詳しくは、第２シリコン層２３０に形成された開口２３３を介して、酸化膜層２２０を、ＨＦを含む混合液からなるエッチング液を用いてウェットエッチングにより除去する。こうすることで、アクチュエータ本体３，３，…、ミラー１１０，１１０、第１ヒンジ６，６，…及び第２ヒンジ７，７がそれぞれ独立した状態となる。また、酸化膜層２２０のうち、間隙Ｇ１内に入り込んでいる部分も、サイドエッチにより除去される。これにより、アクチュエータ本体３の基端部３３と対向電極５との間の酸化膜層２２０は完全に除去される。その後、ＳＯＩ基板２００から、ミラーアレイ１００となる部分がダイシングされる。
【００５３】
次に、図１１に示すように、Ａｕ／Ｔｉ膜２８０を所定の部分に成膜する（電極成膜工程）。詳しくは、ミラー１１０の表面及び裏面にＡｕ／Ｔｉ膜２８０ａ，２８０ｂを成膜する。Ａｕ／Ｔｉ膜２８０ａは、ミラー１１０の鏡面を構成する。Ａｕ／Ｔｉ膜２８０ｂは、Ａｕ／Ｔｉ膜２８０ａに対するバランスウェイトの機能を有する。また、ベース部２の第１フレーム部２１４上であってＳｉＯ２膜２４０が設けられていない部分にＡｕ／Ｔｉ膜２８０ｃを成膜する。このＡｕ／Ｔｉ膜２８０ｃは、第１検出端子８１となる。また、ベース部２の、開口２１において露出する第２シリコン層２３０にＡｕ／Ｔｉ膜２８０ｄを成膜する。このＡｕ／Ｔｉ膜２８０ｄは、第２検出端子８２となる。また、ベース部２の第２フレーム部２１５上であって間隙Ｇ２と重なっていない部分にＡｕ／Ｔｉ膜２８０ｅを成膜する。このＡｕ／Ｔｉ膜２８０ｅは、参照端子８３となる。
【００５４】
こうして、ミラーアレイ１００が製造される。
【００５５】
したがって、本実施形態によれば、アクチュエータ１は、ベース部２と、ベース部２に支持されたアクチュエータ本体３と、アクチュエータ本体３を傾動させる圧電素子４と、アクチュエータ本体３のうちベース部２に支持された端部３３に対向して設けられた対向電極５とを備え、アクチュエータ本体３は、第１シリコン層２１０と酸化膜層２２０と第２シリコン層２３０とを積層させたＳＯＩ基板２００の第１シリコン層２１０で形成され、対向電極５は、ＳＯＩ基板２００の第２シリコン層２３０で形成され、アクチュエータ本体３と対向電極５との間には、ＳＯＩ基板２００の酸化膜層２２０を除去することによって形成された間隙Ｇ１が設けられており、アクチュエータ本体３と対向電極５との静電容量に基づいてアクチュエータ本体３の傾動を制御するように構成されている。このアクチュエータ１は、圧電駆動式なので、静電駆動式のようにアクチュエータ本体３に対向する駆動用電極を設ける必要がないため、アクチュエータ本体３の傾動量が駆動用電極によって制限されるということがない。すなわち、アクチュエータ本体３の傾動量を大きくすることができる。また、圧電素子４は伸張と収縮の両方を行うため、アクチュエータ本体３の片面だけに圧電素子４を設ける構成であっても、アクチュエータ本体３を表面側及び裏面側の両方に傾動させることができる。
【００５６】
ただし、圧電素子４はクリープ特性を有するが、アクチュエータ本体３に対向する対向電極５を設け、アクチュエータ本体３と対向電極５との間の静電容量に基づいてアクチュエータ本体３の傾動量をフィードバック制御することによって、アクチュエータ本体３の傾動量を安定的に制御することができる。このとき、対向電極５を、アクチュエータ本体３のうち、傾動量が相対的に小さい基端部３３に対向させることによって、対向電極５によりアクチュエータ本体３の傾動が制限されることを防止することができる。
【００５７】
そして、このようなアクチュエータ１を製造方法は、前記第１シリコン層２１０のうち前記アクチュエータ本体３となる部分と前記第２シリコン層２３０のうち前記対向電極５となる部分との間の前記酸化膜層２２０を犠牲層エッチングにより部分的に除去する第１酸化膜除去工程と、前記第１シリコン層２１０の表面に圧電素子４を形成する圧電素子形成工程と、前記第１シリコン層２１０から前記アクチュエータ本体３を形成する本体形成工程と、前記第２シリコン層２３０のうち前記アクチュエータ本体３と対向する部分をエッチングにより除去して前記対向電極５を形成する電極形成工程と、前記電極形成工程後に前記アクチュエータ本体３に残っている前記酸化膜層２２０をエッチングにより除去する第２酸化膜除去工程とを含み、前記第１酸化膜層除去工程では、前記対向電極５となる部分のうち前記電極形成工程で除去される部分と隣接する端部に設けられた前記酸化膜層２２０を除去せずに残すようにしている。
【００５８】
前記のアクチュエータを製造するためには、アクチュエータ本体３の裏側に位置する第２シリコン層２３０を除去することと、アクチュエータ本体３の裏側に位置する酸化膜層２２０を、対向電極５と挟持する部分も含めて除去することとが少なくとも必要である。
【００５９】
これらを実現する方法としては、まず、アクチュエータ本体３の裏側の第２シリコン層２３０を除去し、続いて、かかる工程により露出した酸化膜層２２０を除去し、その際に、サイドエッチによりアクチュエータ本体３と対向電極５との間の酸化膜層２２０も除去することが考えられる。しかし、この方法では、サイドエッチによる酸化膜層２２０の除去に時間を要すること、及び、そのためにアクチュエータ本体３と対向電極５とが不必要にエッチングされてしまうことが問題となる。
【００６０】
そこで、アクチュエータ本体３と対向電極５との間の酸化膜層２２０を予め犠牲層エッチングにより除去しておくことが考えられる。しかしながら、アクチュエータ本体３と対向電極５との間の酸化膜層２２０を完全に除去してしまうと、第２シリコン層２３０をエッチングする際に、エッチングが酸化膜層２２０まで達すると、エッチングガス（液）がアクチュエータ本体３と対向電極５との間隙Ｇ１に侵入する虞がある。該間隙Ｇ１にエッチングガス（液）が侵入すると、アクチュエータ本体３と対向電極５とが不必要にエッチングされると共に、該間隙Ｇ１の精度が悪化してしまう。また、犠牲層エッチングを行うためには、第１シリコン層２１０にエッチングホール（貫通孔）が形成される場合がある。アクチュエータ本体３と対向電極５との間隙Ｇ１にエッチングガス（液）が侵入すると、貫通孔を介してエッチングガス（液）が第１シリコン層２１０の表面に形成された圧電素子４に到達し、圧電素子４を損傷させる虞がある。圧電素子４を損傷させないとしても、後に洗浄工程が必要になってしまう場合がある。
【００６１】
それに対して、本実施形態の製造方法によれば、アクチュエータ本体３と対向電極５との間の酸化膜層２２０犠牲層エッチングにより部分的に除去し、第２シリコン層２３０のうち対向電極５となる部分２３１の、後の工程で除去される部分２３２と隣接する端部５１に設けられた酸化膜層２２０を除去せずに残すようにしている。こうすることで、第２シリコン層２３０の除去される部分２３２をエッチングにより除去する際に、エッチングが進行して酸化膜層２２０まで達しても、対向電極５の端部とアクチュエータ本体３との間には酸化膜層２２０が残留しているので、エッチングガス（液）がアクチュエータ本体３と対向電極５との間隙Ｇ１に侵入することを防止することができる。その結果、アクチュエータ本体３及び対向電極５の不必要なエッチングを防止して、間隙Ｇ１の形状精度を向上させることができる。さらには、圧電素子４の損傷を防止することができると共に、洗浄工程も不要とすることができる。
【００６２】
さらに、前記製造方法においては、第１シリコン層２１０に貫通孔２１１，２１１，…を形成し、該貫通孔２１１，２１１，…を介して酸化膜層２２０の犠牲層エッチングを行う。そして、最終的に酸化膜層２２０を除去する第２酸化膜除去工程よりも前に、該貫通孔２１１，２１１，…を埋めている。これにより、第２酸化膜除去工程において酸化膜層２２０を除去する際に、エッチング液（ガス）が貫通孔２１１，２１１，…を介して圧電素子４に達することを防止することができる。その結果、圧電素子４の損傷をより一層、防止することができる。
【００６３】
また、貫通孔２１１，２１１，…を埋める作業は、第１シリコン層２１０の表面に圧電素子４を形成する工程で同時に行われるため、貫通孔２１１，２１１，…を埋めるためだけの工程を設ける必要がなく、製造方法が煩雑になることを防止することができる。ここで、貫通孔２１１，２１１，…を酸化膜層２２０に向かって先細のテーパ形状とすることによって、貫通孔２１１，２１１，…を容易に塞ぐことができる。
【００６４】
《その他の実施形態》
本発明は、前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００６５】
前記実施形態では、アクチュエータ１をミラーアレイ１００に適用した例を説明したが、これに限られるものではない。アクチュエータ１は様々なアプリケーションに組み込むことができる。
【００６６】
また、アクチュエータ１は、アクチュエータ本体３が片持ち状に支持されているが、これに限られるものではない。例えば、アクチュエータ本体３が膜状の部材であって、その周縁部がベース部２に支持されて、中央部が揺動する構成であってもよい。
【００６７】
さらに、前記実施形態で説明した、アクチュエータ本体３に間隙Ｇ１を介して対向電極５を設ける構成及びその構成を製造する方法は、圧電駆動以外の駆動方式のアクチュエータにも適用することができる。例えば、対向電極との間の静電力によりアクチュエータ本体を傾動させる静電駆動式のアクチュエータに適用してもよい。また、アクチュエータ本体に設けたコイルによる磁力と外部磁場との関係でアクチュエータ本体を傾動させる電磁駆動式のアクチュエータに適用してもよい。さらに、線膨張係数が異なる部材でアクチュエータ本体を構成し、両者の熱ひずみの差によりアクチュエータ本体を傾動させるアクチュエータに適用してもよい。
【００６８】
また、前記製造方法では、ドライエッチング、ウェットエッチング、減圧ＣＶＤ等が特定されているが、これらに限られるものではない。つまり、前記アクチュエータを製造できる限り、エッチングの種類が特に限定されるわけではなく、成膜の方法が限定されるわけではない。例えば、減圧ＣＶＤの代わりに、プラズマＣＶＤやスパッタリングであってもよい。
【００６９】
さらに、前記実施形態で説明した材質及び形状は、一例に過ぎず、これらに限定されるものではない。
【００７０】
また、前記製造方法では、貫通孔２１１をテーパ形状としているが、これに限られるものではない。例えば、貫通孔２１１は、円筒形状等、その他の形状であってもよい。
【００７１】
また、前記製造方法では、第１酸化膜除去工程において、第２シリコン層２３０の対向電極５となる部分２３１のうちアクチュエータ本体３の支持端とは反対側の端部５１にのみ酸化膜層２２０を残しているが、これに限られるものではない。例えば、対向電極５となる部分２３１のうち、アクチュエータ本体３の長手方向と平行に延びる端部（側端部）にも酸化膜層２２０を残してもよい。前記製造方法では、第２シリコン層２３０をエッチングする際にアクチュエータ本体３及び対向電極５の側端縁にワックスを設けて、対向電極５の側端縁から間隙Ｇ１へエッチングガスが侵入しないようにされているが、対向電極５の側端部にも酸化膜層２２０を残留させておけば、ワックスを設ける工程を不要とすることができる。
【００７２】
さらに、第２シリコン層２３０をエッチングする際にアクチュエータ本体３と対向電極５の側端縁との間を塞ぐワックスは、これに限られるものではない。ドライエッチング耐性（フッ酸耐性）を有する材質であれば、任意の材質を保護部材として設けることができる。
【００７３】
尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
以上説明したように、本発明は、アクチュエータ本体と、該アクチュエータ本体を傾動させる圧電素子とを備えたアクチュエータ、及びその製造方法について有用である。
【符号の説明】
【００７５】
１００ ミラーアレイ
２００ ＳＯＩ基板
２１０ 第１シリコン層
２１１ａ 貫通孔
２２０ 酸化膜層
２３０ 第２シリコン層
２３１ 対向電極となる部分
２３２ 除去される部分
１ アクチュエータ
２ ベース部
３ アクチュエータ本体
４ 圧電素子
５ 対向電極
Ｇ１ 間隙
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ本体と、該アクチュエータ本体を傾動させる圧電素子とを備えたアクチュエータ、及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、圧電駆動式のアクチュエータが知られている。例えば、特許文献１には、反射板を駆動するアクチュエータが開示されている。このアクチュエータは、枠状のベース部と、該ベース部に一端が支持されたアクチュエータ本体と、該アクチュエータ本体を傾動させる圧電素子とを備えている。アクチュエータ本体の他端は、反射板の弾性支持部に連結されている。このアクチュエータは、アクチュエータ本体を傾動させることによって反射板を傾動させる。
【０００３】
このように構成されたアクチュエータは、ＳＯＩ基板を用いて製造されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２５７２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、圧電素子はクリープ（ドリフト）特性を有するため、前述のような圧電駆動式のアクチュエータは安定性の観点からは不利である。
【０００６】
ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、安定性を向上させた圧電駆動式のアクチュエータ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここに開示されたアクチュエータは、ベース部と、前記ベース部に支持されたアクチュエータ本体と、前記アクチュエータ本体を傾動させる圧電素子と、前記アクチュエータ本体のうち該ベース部に支持された端部に対向して設けられた対向電極とを備え、前記アクチュエータ本体は、第１シリコン層と酸化膜層と第２シリコン層とを積層させたＳＯＩ基板の該第１シリコン層で形成され、前記対向電極は、前記ＳＯＩ基板の前記第２シリコン層で形成され、前記アクチュエータ本体と前記対向電極との間には、前記ＳＯＩ基板の前記酸化膜層を除去することによって形成された間隙が設けられており、前記アクチュエータ本体と前記対向電極との静電容量に基づいて前記アクチュエータ本体の傾動を制御するものである。
【０００８】
前記の構成によれば、前記アクチュエータ本体に対向して前記対向電極を設けることによって、該アクチュエータ本体と該対向電極との静電容量に基づいて該アクチュエータ本体の変位を検出することができる。すなわち、該静電容量に基づいてアクチュエータ本体の傾動を制御することができる。こうすることで、アクチュエータの安定性を向上させることができる。
【０００９】
また、このような構成においては、対向電極をアクチュエータ本体との間に微小な間隙を有した状態で該アクチュエータ本体に対向させて設ける必要がある。しかし、アクチュエータ本体と対向電極とを別々の基板で形成して、両者を貼り合わせる構成では、対向電極とアクチュエータ本体との間の間隙のばらつきが大きくなってしまう。
【００１０】
それに対し、前記の構成によれば、ＳＯＩ基板を用いてアクチュエータを形成する、詳しくは、第１シリコン層でアクチュエータ本体を形成し、第２シリコン層で対向電極を形成し、酸化膜層を除去することによってアクチュエータ本体と対向電極との間の間隙を形成する。これにより、アクチュエータ本体と対向電極とを対向させ、両者の間に高精度の間隙を設けることができる。
【００１１】
さらに、ここに開示されたアクチュエータの製造方法は、ベース部と、該ベース部に支持されたアクチュエータ本体と、該アクチュエータ本体を傾動させる圧電素子と、該アクチュエータ本体のうち該ベース部に支持された端部に対向して設けられた対向電極とを備えたアクチュエータを、第１シリコン層と酸化膜層と第２シリコン層とを積層させたＳＯＩ基板から製造する、アクチュエータの製造方法であって、前記第１シリコン層のうち前記アクチュエータ本体となる部分と前記第２シリコン層のうち前記対向電極となる部分との間の前記酸化膜層をエッチングにより部分的に除去する第１酸化膜除去工程と、前記第１シリコン層の表面に圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、前記第１シリコン層から前記アクチュエータ本体を形成する本体形成工程と、前記第２シリコン層のうち前記アクチュエータ本体と対向する部分をエッチングにより除去して前記対向電極を形成する電極形成工程と、前記電極形成工程後に前記アクチュエータ本体に残っている前記酸化膜層をエッチングにより除去する第２酸化膜除去工程とを含み、前記第１酸化膜層除去工程では、前記対向電極となる部分のうち前記電極形成工程で除去される部分と隣接する端部に設けられた前記酸化膜層を除去せずに残すものとする。
【００１２】
前記の構成によれば、ＳＯＩ基板からアクチュエータが製造される。ＳＯＩ基板の第１シリコン層からアクチュエータ本体が形成され、ＳＯＩ基板の第２シリコン層から対向電極が形成される。そして、ＳＯＩ基板の酸化膜層を除去することによって、アクチュエータ本体と対向電極との間に間隙が形成される。前記の製造方法においては、第１シリコン層のアクチュエータ本体となる部分と第２シリコン層の対向電極となる部分との間の酸化膜層を犠牲層エッチングすることによって間隙を形成した後、第２シリコン層をエッチングすることによって対向電極を形成する。このような製造方法においては、第２シリコン層をエッチングする際に、前記間隙を有する第２シリコン層のうち対向電極として残る部分と第１シリコン層のアクチュエータ本体となる部分とまでエッチングされる虞がある。
【００１３】
それに対し、前記の製造方法においては、酸化膜層を犠牲層エッチングする第１酸化膜除去工程では、第２シリコン層の対向電極となる部分のうち電極形成工程で除去される部分と隣接する端部に設けられた酸化膜層を除去せずに残すようになっている。つまり、電極形成工程において最終的に対向電極が形成されたときには、除去された部分と隣接する対向電極の端部には、酸化膜層が残っているため、エッチングガス又はエッチング液がアクチュエータ本体と対向電極と間の間隙に侵入しない。これにより、アクチュエータ本体及び対向電極が不要にエッチングされることを防止することができ、アクチュエータ本体と対向電極との間の間隙を高精度に維持することができる。
【発明の効果】
【００１４】
前記アクチュエータによれば、アクチュエータ本体と対向電極との間の静電容量によりアクチュエータ本体の変位を検出することができるので、アクチュエータ本体を安定的に制御することができる。
【００１５】
前記アクチュエータの製造方法によれば、アクチュエータ本体と対向電極との間に高精度の間隙を形成することができるので、前述の安定的なアクチュエータを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態に係るミラーアレイの平面図である。
【図２】ミラーアレイの下面図である。
【図３】ミラーアレイの、図１のIII−III線における断面図である。
【図４】貫通孔形成工程におけるＳＯＩ基板を示す図であって、（Ａ）はＢ図のＡ−Ａ線における断面図を、（Ｂ）は平面図を示す。
【図５】部分除去工程におけるＳＯＩ基板の、図４（Ａ）に相当する断面図を示す。
【図６】成膜工程におけるＳＯＩ基板を示す図であって、（Ａ）は図４（Ａ）に相当する断面図を、（Ｂ）は貫通孔の部分拡大断面図を示す。
【図７】形成工程におけるＳＯＩ基板を示す図であって、（Ａ）はＢ図のＡ−Ａ線における断面図を、（Ｂ）は平面図を示す。
【図８】本体形成工程におけるＳＯＩ基板を示す図であって、（Ａ）はＢ図のＡ−Ａ線における断面図を、（Ｂ）は平面図を示す。
【図９】電極形成工程におけるＳＯＩ基板の、図４（Ａ）に相当する断面図を示す。
【図１０】第２酸化膜除去工程におけるＳＯＩ基板の、図４（Ａ）に相当する断面図を示す。
【図１１】電極成膜工程におけるＳＯＩ基板の、図４（Ａ）に相当する断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１は、ミラーアレイ１００の平面図を、図２は、ミラーアレイ１００の下面図を、図３はミラーアレイ１００の、図１のIII−III線における断面図を示す。
【００１９】
ミラーアレイ１００は、枠状のベース部２と、４つのアクチュエータ１，１，…と、２つのミラー１１０，１１０と、各アクチュエータ１とミラー１１０とを連結する第１ヒンジ６と、各ミラー１１０とベース部２とを連結する第２ヒンジ７と、アクチュエータ１，１，…を制御する制御部１２０とを備えている。各ミラー１１０は、２つのアクチュエータ１，１により駆動される。その結果、ミラー１１０は、互いに直交する主軸Ｘ及び副軸Ｙ回りに回動する。例えば、ミラーアレイ１００は、波長選択スイッチとして使用される。
【００２０】
このミラーアレイ１００は、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板２００を用いて製造されている。ＳＯＩ基板２００は、単結晶シリコンで形成された第１シリコン層２１０と、ＳｉＯ２で形成された酸化膜層２２０と、単結晶シリコンで形成された第２シリコン層２３０とがこの順で積層されて構成されている。
【００２１】
ベース部２は、概略長方形の枠状に形成されている。ベース部２の大部分は、第１シリコン層２１０、酸化膜層２２０及び第２シリコン層２３０で形成されている。
【００２２】
ミラー１１０は、概略長方形状をした板状に形成されている。ミラー１１０は、第１シリコン層２１０で形成されている。
【００２３】
第１ヒンジ６は、一端がアクチュエータ１の先端に連結され、他端がミラー１１０の端縁に連結されている。第１ヒンジ６は、アクチュエータ１の先端とミラー１１０の端縁との間を蛇行するように延びている。これにより、第１ヒンジ６は、容易に変形できるように構成されている。ミラー１１０には、２つの第１ヒンジ６，６が連結されている。つまり、ミラー１１０には、２つのアクチュエータ１，１が第１ヒンジ６，６を介して連結されている。２つの第１ヒンジ６，６は、ミラー１１０の端縁の中点に対して対称な位置に連結されている。第１ヒンジ６は、第１シリコン層２１０で形成されている。
【００２４】
第２ヒンジ７の一端は、ミラー１１０の、第１ヒンジ６が連結された端縁と対向する端縁に連結されている。一方、第２ヒンジ７の他端は、ベース部２に連結されている。第２ヒンジ７は、ミラー１１０の端縁とベース部２との間を蛇行するように延びている。これにより、第２ヒンジ７は、容易に変形できるように構成されている。第２ヒンジ７は、ミラー１１０の端縁の中点に連結されている。第２ヒンジ７は、第１シリコン層２１０で形成されている。
【００２５】
各アクチュエータ１は、前記ベース部２と、該ベース部２に連結されたアクチュエータ本体３と、アクチュエータ本体３の表面に形成された圧電素子４と、アクチュエータ本体３に対向して設けられた対向電極５とを備えている。
【００２６】
アクチュエータ本体３は、その基端がベース部２に連結されている。アクチュエータ本体３は、ベース部２に片持ち状に支持されている。また、アクチュエータ本体３の先端には、第１ヒンジ６が連結されている。アクチュエータ本体３は、第１シリコン層２１０で形成されている。アクチュエータ本体３は、ベース部２のうち第１シリコン層２１０で形成された部分と一体に形成されている。
【００２７】
圧電素子４は、アクチュエータ本体３の表面３１（対向電極と対向する面３２とは反対側の面）に形成されている。圧電素子４は、下部電極４１と、上部電極４３と、これらに挟持された圧電体層４２とを有する。下部電極４１、圧電体層４２、上部電極４３は、アクチュエータ本体３の表面３１にこの順で積層されている。圧電素子４は、ＳＯＩ基板２００とは別の部材で形成されている。詳しくは、下部電極４１は、Ｐｔ／Ｔｉ膜で形成されている。圧電体層４２は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で形成されている。上部電極４３は、Ａｕ／Ｔｉ膜で形成されている。
【００２８】
圧電体層４２は、アクチュエータ本体３の長手方向の全域に亘って設けられている。圧電体層４２は、アクチュエータ本体３の基端部からベース部２側にも延びている。そして、圧電体層４２は、ベース部２上において、隣接する別のアクチュエータの圧電体層４２と連結されている。つまり、４つのアクチュエータ１，１，…の圧電体層４２，４２，…は、１つに連結されている。
【００２９】
上部電極４３は、圧電体層４２のうちアクチュエータ本体３上の部分に設けられた本体４３ａと、圧電体層４２のうちベース部２上の部分に設けられた端子（以下、「上部端子」ともいう）４３ｂと、該本体４３ａと端子４３ｂとを連結する連結部４３ｃとを有している。連結部４３ｃは、本体４３ａや端子４３ｂよりも細い形状となっている。
【００３０】
下部電極４１は、圧電体層４２と概ね同様の形状をしており、圧電体層４２の下方に位置している。そのため、下部電極４１は、基本的には、外部に露出していない。ただし、下部電極４１の端子（以下、「下部端子」ともいう）４１ａだけが、外部に露出している。下部電極４１の下部端子４１ａは、４つのアクチュエータ１，１，…の下部電極４１，４１，…で共通である。
【００３１】
対向電極５は、ベース部２と一体的に構成されている。対向電極５は、アクチュエータ本体３の基端部３３と対向して設けられている。対向電極５とアクチュエータ本体３の基端部３３との間には、間隙Ｇ１が設けられている。対向電極５は、アクチュエータ本体３ごとに設けられている。すなわち、本実施形態では、アクチュエータ本体３が４つなので、対向電極５も４つ設けられている。対向電極５は、第２シリコン層２３０で形成されている。対向電極５は、ベース部２のうち第２シリコン層２３０で形成された部分と一体に形成されている。ただし、ベース部２の第２シリコン層２３０においては、４つの対向電極５，５，…のそれぞれを分離させるための溝２３４，２３４，…が形成されている。該溝２３４は、酸化膜層２２０まで達している。こうして、４つの対向電極５，５，…は、それぞれ電気的に絶縁されている。間隙Ｇ１は、酸化膜層２２０を除去することによって形成されている。
【００３２】
ベース部２には、詳しくは後述するが、アクチュエータ本体３と対向電極５との間の静電容量を検出するための第１及び第２検出端子８１，８２が設けられている。詳しくは、第１検出端子８１は、ベース部２における第１シリコン層２１０に設けられている。第１検出端子８１は、第１シリコン層２１０に設けられているので、アクチュエータ本体３と電気的に接続されていることになる。また、ベース部２には、第２シリコン層２３０を第１シリコン層２１０側に露出させるための概略長方形状の開口２１が形成されている。この開口２１は、第１シリコン層２１０及び酸化膜層２２０を貫通している。第２検出端子８２は、開口２１において露出する第２シリコン層２３０に設けられている。第２検出端子８２は、第２シリコン層２３０に設けられているので、対向電極５と電気的に接続されていることになる。
【００３３】
さらに、ベース部２の第１シリコン層２１０には、開口２１を挟んで、第１検出端子８１とを反対側に、参照端子８３が設けられている。この参照端子８３は、詳しくは後述するが、参照静電容量を検出するための端子である。
【００３４】
また、ベース部２のうち、開口２１に隣接し且つ開口２１よりも参照端子８３側の部分には、第１シリコン層２１０と第２シリコン層２３０との間に間隙Ｇ２が設けられている。間隙Ｇ２は、酸化膜層２２０を除去することによって形成されている。
【００３５】
次に、このように構成されたミラーアレイ１００の動作について説明する。ミラーアレイ１００の制御部１２０は、上部電極４３の端子４３ｂと下部電極４１の下部端子４１ａとに駆動電圧を印加する。この駆動電圧に応じて、圧電体層４２が伸張又は収縮する。その結果、アクチュエータ本体３の表面３１側の部分が、裏面３２に対して伸張又は収縮し、アクチュエータ本体３が上方（表面３１側）又は下方（裏面３２側）に傾動する。さらに詳しくは、ミラー１１０に連結された２つのアクチュエータ本体３，３を同じ方向に傾動させることによって、ミラー１１０を主軸Ｘ回りに回動させることができる。このとき、２つのアクチュエータ本体３，３を上方に傾動させるか、下方に傾動させるかによって、ミラー１１０の主軸Ｘ回りの回動方向を切り替えることができる。一方、２つのアクチュエータ本体３，３をそれぞれ逆方向に傾動させることによって、ミラー１１０を副軸Ｙ回りに回動させることができる。このとき、上方に傾動させるアクチュエータ本体３と下方に傾動させるアクチュエータ本体３とを入れ替えることによって、ミラー１１０の副軸Ｙ回りの回動方向を切り替えることができる。
【００３６】
また、制御部１２０は、ベース部２に設けられた第１及び第２検出端子８１，８２を介して、アクチュエータ本体３と対向電極５との間の静電容量を検出することによって、アクチュエータ本体３の変位、即ち、傾動量を検出する。つまり、アクチュエータ本体３が傾動すると、アクチュエータ本体３と対向電極５との間の間隙Ｇ１の大きさが変化する。それにより、アクチュエータ本体３と対向電極５との間の静電容量が変化するので、該静電容量を検出することによって、アクチュエータ本体３の傾動量を検出することができる。そして、制御部１２０は、第１及び第２検出端子８１，８２間の電圧に基づいて、アクチュエータ本体３の傾動量が所望の値となるように駆動電圧を調整する。こうすることで、圧電素子４にクリープが生じたとしても、アクチュエータ本体３の傾動量を安定的に制御することができる。
【００３７】
尚、静電容量を検出する際には、制御部１２０は、参照端子８３と第２検出端子８２とを介して、ベース部２における間隙Ｇ２を挟んだ第１シリコン層２１０と第２シリコン層２３０との間の静電容量を検出している。間隙Ｇ２は、アクチュエータ本体３を作動させても変化しないはずなので、間隙Ｇ２の静電容量を検出することによって静電容量の誤差変動を検出することができる。すなわち、間隙Ｇ１の静電容量から当該誤差変動分を減算することによって、アクチュエータ本体３の作動による正確な静電容量の変化を求めることができる。
【００３８】
続いて、ミラーアレイ１００の製造方法について説明する。図３〜１０に、ミラーアレイ１００の製造工程を説明するためのＳＯＩ基板２００を示す。
【００３９】
まず、ＳＯＩ基板２００を用意する。
【００４０】
続いて、図４に示すように、ＳＯＩ基板２００の第１シリコン層２１０をドライエッチングして、複数の貫通孔２１１，２１１，…を形成する（貫通孔形成工程）。貫通孔２１１は、第１シリコン層２１０を貫通して、酸化膜層２２０に達している。複数の貫通孔２１１，２１１，…は、第１グループと第２グループとに分けられる。詳しくは、第１グループの貫通孔２１１ａ，２１１ａ，…は、アクチュエータ１の間隙Ｇ１に対応する部分に形成されており、第２グループの貫通孔２１１ｂ，２１１ｂ，…は、アクチュエータ１の間隙Ｇ２に対応する部分に形成されている（以下、グループを区別しないときには、単に「貫通孔２１１」と称する）。また、各貫通孔２１１は、テーパ形状をしている（図６（Ｂ）参照）。詳しくは、貫通孔２１１は、断面円形であり、酸化膜層２２０に近づくほど内径が小さくなっている。
【００４１】
続いて、図５に示すように、貫通孔２１１，２１１，…を介した犠牲層エッチングにより酸化膜層２２０をエッチングする（部分除去工程）。この工程と前の貫通孔形成工程とが第１酸化膜除去工程に相当する。エッチングにはＨＦガスが用いられる。貫通孔２１１，２１１，…を通って酸化膜層２２０へ到達したＨＦガスは、酸化膜層２２０を等方的にエッチングする。すなわち、酸化膜層２２０は、厚み方向だけでなく、厚み方向と直交する方向へもエッチングされる。こうして、第１シリコン層２１０のうち第１グループの貫通孔２１１ａ，２１１ａ，…が形成された部分と第２グループの貫通孔２１１ｂ，２１１ｂ，…が形成された部分との裏側では、酸化膜層２２０が除去され、第１シリコン層２１０と第２シリコン層２３０とで挟まれた間隙Ｇ１と間隙Ｇ２が形成される。
【００４２】
ただし、この工程においては、第１シリコン層２１０のうちアクチュエータ本体３の基端部となる部分と第２シリコン層２３０のうち対向電極５となる部分とに挟持された酸化膜層２２０を、全て除去するわけではない。詳しくは、図４に示すように、第２シリコン層２３０では、対向電極５となる部分２３１と、後の工程で除去される部分（アクチュエータ本体３のうち基端部を除く部分の裏側に位置する部分）２３２とが隣接している。そして、対向電極５のうち、除去される部分２３２と隣接する側の端部（アクチュエータ本体３の支持端とは反対側の端部、即ち、アクチュエータ本体３の先端側の端部）には酸化膜層２２０が除去されずに残っている。すなわち、除去される部分２３２とアクチュエータ本体３とに挟持された酸化膜層２２０が、アクチュエータ本体３の基端部と対向電極５との間に少しだけ侵入した状態となっている。
【００４３】
次に、図６に示すように、第１シリコン層２１０の表面にＳｉＯ２膜２４０、Ｐｔ／Ｔｉ膜２５０、ＰＺＴ膜２６０及びＡｕ／Ｔｉ膜２７０を順に成膜する（成膜工程）。詳しくは、まず、絶縁膜としてのＳｉＯ２膜をＳＯＩ基板２００の全面に減圧ＣＶＤによって成膜する。その後、ＳｉＯ２膜２４０が成膜された第１シリコン層２１０の表面に、Ｐｔ／Ｔｉ膜２５０、ＰＺＴ膜２６０及びＡｕ／Ｔｉ膜２７０を順にスパッタリングにより成膜する。尚、Ａｕ／Ｔｉ膜２７０を成膜する前に、ＰＺＴ膜２６０のうち下部電極４１の下部端子４１ａが設けられる部分をウェットエッチングにより除去しておく。これにより、当該除去した部分においては、Ｐｔ／Ｔｉ膜２５０上にＡｕ／Ｔｉ膜２７０が積層され、両者が電気的に接続される。
【００４４】
また、このとき、貫通孔２１１，２１１，…の内周面にもＳｉＯ２膜２４０、Ｐｔ／Ｔｉ膜２５０、ＰＺＴ膜２６０及びＡｕ／Ｔｉ膜２７０が成膜される。ここで、貫通孔２１１は、図６（Ｂ）に示すように、前述の如くテーパ形状となっているため、貫通孔２１１は、ＳｉＯ２膜２４０、Ｐｔ／Ｔｉ膜２５０、ＰＺＴ膜２６０及びＡｕ／Ｔｉ膜２７０を順に成膜していく過程で完全に塞がれる。こうして、貫通孔２１１は、ＳｉＯ２膜２４０、Ｐｔ／Ｔｉ膜２５０、ＰＺＴ膜２６０及びＡｕ／Ｔｉ膜２７０により埋められる。
【００４５】
次に、図７に示すように、Ａｕ／Ｔｉ膜２７０、ＰＺＴ膜２６０及びＰｔ／Ｔｉ膜２５０を順にエッチングして、圧電素子４を形成する（形成工程）。この工程と前の成膜工程とが圧電素子形成工程に相当する。詳しくは、まず、Ａｕ／Ｔｉ膜２７０をドライエッチングして、下部電極４１の下部端子４１ａ及び上部電極４３を形成する。次に、ＰＺＴ膜２６０をウェットエッチングして、圧電体層４２を形成する。最後に、Ｐｔ／Ｔｉ膜２５０をドライエッチングして、下部電極４１を形成する。
【００４６】
次に、図８に示すように、ＳｉＯ２膜２４０及び第１シリコン層２１０をエッチングする。この工程が本体形成工程に相当する。まず、ＳｉＯ２膜２４０を所定の形状にエッチングする。このとき、ＳｉＯ２膜２４０は二段階でエッチングされる。まず始めに、４つのアクチュエータ本体３，３，…、下部電極４１の下部端子４１ａ及び上部電極４３，４３，…の上部端子４３ｂ，４３ｂ，…を含む領域のＳｉＯ２膜２４０は残し、ミラー１１０や第１及び第２ヒンジ６，７に対応する部分のＳｉＯ２膜２４０をウェットエッチングにより除去する。次に、残ったＳｉＯ２膜２４０をドライエッチングにより、アクチュエータ本体３の１つ１つに対応した形状に形成する。１段目をウェットエッチングにより行うことによって、ミラー１１０や第１及び第２ヒンジ６，７を不要にエッチングしてしまうことを防止することができる。
【００４７】
こうして、ＳｉＯ２膜２４０をエッチングした後、第１シリコン層２１０をドライエッチングにより所定の形状に形成する。詳しくは、第１シリコン層２１０をエッチングして、ベース部２、アクチュエータ本体３，３，…、ミラー１１０，１１０、第１ヒンジ６，６，…、及び第２ヒンジ７，７を形成する。ベース部２には、枠状の第１溝２１２と、該第１溝２１２を囲む、さらに大きな枠状の第２溝２１３が形成される。第１及び第２溝２１２，２１３はそれぞれ、長方形状をしている。これら第１及び第２溝２１２，２１３により、ベース部２の第１シリコン層２１０は、アクチュエータ本体３，３，…、ミラー１１０，１１０、第１ヒンジ６，６，…、及び第２ヒンジ７，７を囲む枠状の第１フレーム部２１４と、第１フレーム部２１４を囲む枠状の第２フレーム部２１５と、第２フレーム部２１５を囲む枠状の第３フレーム部２１６に分割される。第１フレーム部２１４は、アクチュエータ本体３，３，…が直接連結されて該アクチュエータ本体３，３，…を支持すると共に、第２ヒンジ７，７を介してミラー１１０，１１０を支持している。また、第１フレーム部２１４には、上部端子４３ｂ，４３ｂ，…、下部端子４１ａが設けられている。第２フレーム部２１５には、第２グループの貫通孔２１１ｂ，２１１ｂ，…が形成されている。貫通孔２１１ｂ，２１１ｂ，…が形成された部分の裏側には、第２シリコン層２３０との間に間隙Ｇ２が形成されている。間隙Ｇ２は、第１溝２１２に隣接している。第１溝２１２のうち、間隙Ｇ２と隣接する部分は、それ以外の部分よりも幅が広くなっており、前記開口２１を構成する。開口２１と間隙Ｇ２とは連通している。第３フレーム部２１６は、ミラーアレイ１００の最外周に位置している。
【００４８】
こうして、ＳｉＯ２膜２４０及び第１シリコン層２１０をエッチングした後、第１溝２１２の一部で構成される開口２１において露出する酸化膜層２２０をドライエッチングにより除去する。その結果、第２シリコン層２３０が開口２１を介して露出するようになる。
【００４９】
次に、図９に示すように、第２シリコン層２３０をエッチングして対向電極５を形成する。この工程が電極形成工程に相当する。詳しくは、アクチュエータ本体３，３，…、ミラー１１０，１１０、第１ヒンジ６，６，…及び第２ヒンジ７，７の裏側に位置する第２シリコン層２３０を除去する。まず、第１シリコン層２１０の表面側には、図示を省略するが、熱可塑性樹脂で構成されたワックスを介してダミー基板が貼り合わされる。このとき、ワックスは、アクチュエータ本体３，３，…やミラー１１０，１１０等を表面側から全体的に覆うように設けられている。アクチュエータ本体３の基端部においては、先の犠牲層エッチングにより酸化膜層２２０が除去されており、間隙Ｇ１はアクチュエータ本体３の短手方向、即ち、側方に開口している。前記ワックスは、アクチュエータ本体３の側端縁にも設けられており、間隙Ｇ１の側方への開口を塞いでいる。次に、第２シリコン層２３０のうち除去される部分２３２（図５参照）の表面に成膜されたＳｉＯ２膜２４０をドライエッチングにより除去する。続いて、第２シリコン層２３０の除去される部分２３２をドライエッチングにより除去する。その結果、第２シリコン層２３０のうち、アクチュエータ本体３の基端部３３と対向する部分２３１は、除去されずに、対向電極５として残る。対向電極５は、１つのアクチュエータ本体３につき１つ設けられ、合計４つ設けられている。対向電極５は、第２シリコン層２３０のうちベース部２を構成する部分と一体に形成されている。４つの対向電極５，５，…は、互いに絶縁されている。詳しくは、この工程において、第２シリコン層２３０のうちベース部２を構成する部分には、エッチングにより溝２３４（図２参照）が形成される。この溝２３４により、第２シリコン層２３０のうちベース部２を構成する部分は、対向電極５ごとに独立した４つの部分に分割されている。
【００５０】
この工程により、第２シリコン層２３０には、除去される部分２３２に相当する開口２３３が形成される。開口２３３内において、アクチュエータ本体３，３，…、ミラー１１０，１１０、第１ヒンジ６，６，…及び第２ヒンジ７，７の裏側には、酸化膜層２２０が残っている。ここで、間隙Ｇ１を形成する工程において、対向電極５のうち、除去される部分２３２と隣接する側の端部５１に酸化膜層２２０を残しておいたので、アクチュエータ本体３，３，…等の裏側に位置する酸化膜層２２０は、間隙Ｇ１内に少しだけ侵入した状態となっている。その結果、開口２３３と間隙Ｇ１とが酸化膜層２２０により遮断されている。そのため、除去される部分２３２をエッチングする際のエッチングガスが間隙Ｇ１内へ流入することが防止される。それにより、間隙Ｇ１を形成する第１及び第２シリコン層２１０，２３０が不必要に加工されることが防止される。
【００５１】
尚、対向電極５の側端部（アクチュエータ本体３の長手方向に延びる端部）には酸化膜層２２０は残留していないため、間隙Ｇ１はアクチュエータ本体３の短手方向に開口している。しかし、前述の如く、間隙Ｇ１の側方への開口は、ワックスにより塞がれているため、エッチングガスが該側方の開口から間隙Ｇ１内へ流入することが防止される。
【００５２】
次に、図１０に示すように、酸化膜層２２０を除去する。この工程が第２酸化膜除去工程に相当する。詳しくは、第２シリコン層２３０に形成された開口２３３を介して、酸化膜層２２０を、ＨＦを含む混合液からなるエッチング液を用いてウェットエッチングにより除去する。こうすることで、アクチュエータ本体３，３，…、ミラー１１０，１１０、第１ヒンジ６，６，…及び第２ヒンジ７，７がそれぞれ独立した状態となる。また、酸化膜層２２０のうち、間隙Ｇ１内に入り込んでいる部分も、サイドエッチにより除去される。これにより、アクチュエータ本体３の基端部３３と対向電極５との間の酸化膜層２２０は完全に除去される。その後、ＳＯＩ基板２００から、ミラーアレイ１００となる部分がダイシングされる。
【００５３】
次に、図１１に示すように、Ａｕ／Ｔｉ膜２８０を所定の部分に成膜する（電極成膜工程）。詳しくは、ミラー１１０の表面及び裏面にＡｕ／Ｔｉ膜２８０ａ，２８０ｂを成膜する。Ａｕ／Ｔｉ膜２８０ａは、ミラー１１０の鏡面を構成する。Ａｕ／Ｔｉ膜２８０ｂは、Ａｕ／Ｔｉ膜２８０ａに対するバランスウェイトの機能を有する。また、ベース部２の第１フレーム部２１４上であってＳｉＯ２膜２４０が設けられていない部分にＡｕ／Ｔｉ膜２８０ｃを成膜する。このＡｕ／Ｔｉ膜２８０ｃは、第１検出端子８１となる。また、ベース部２の、開口２１において露出する第２シリコン層２３０にＡｕ／Ｔｉ膜２８０ｄを成膜する。このＡｕ／Ｔｉ膜２８０ｄは、第２検出端子８２となる。また、ベース部２の第２フレーム部２１５上であって間隙Ｇ２と重なっていない部分にＡｕ／Ｔｉ膜２８０ｅを成膜する。このＡｕ／Ｔｉ膜２８０ｅは、参照端子８３となる。
【００５４】
こうして、ミラーアレイ１００が製造される。
【００５５】
したがって、本実施形態によれば、アクチュエータ１は、ベース部２と、ベース部２に支持されたアクチュエータ本体３と、アクチュエータ本体３を傾動させる圧電素子４と、アクチュエータ本体３のうちベース部２に支持された端部３３に対向して設けられた対向電極５とを備え、アクチュエータ本体３は、第１シリコン層２１０と酸化膜層２２０と第２シリコン層２３０とを積層させたＳＯＩ基板２００の第１シリコン層２１０で形成され、対向電極５は、ＳＯＩ基板２００の第２シリコン層２３０で形成され、アクチュエータ本体３と対向電極５との間には、ＳＯＩ基板２００の酸化膜層２２０を除去することによって形成された間隙Ｇ１が設けられており、アクチュエータ本体３と対向電極５との静電容量に基づいてアクチュエータ本体３の傾動を制御するように構成されている。このアクチュエータ１は、圧電駆動式なので、静電駆動式のようにアクチュエータ本体３に対向する駆動用電極を設ける必要がないため、アクチュエータ本体３の傾動量が駆動用電極によって制限されるということがない。すなわち、アクチュエータ本体３の傾動量を大きくすることができる。また、圧電素子４は伸張と収縮の両方を行うため、アクチュエータ本体３の片面だけに圧電素子４を設ける構成であっても、アクチュエータ本体３を表面側及び裏面側の両方に傾動させることができる。
【００５６】
ただし、圧電素子４はクリープ特性を有するが、アクチュエータ本体３に対向する対向電極５を設け、アクチュエータ本体３と対向電極５との間の静電容量に基づいてアクチュエータ本体３の傾動量をフィードバック制御することによって、アクチュエータ本体３の傾動量を安定的に制御することができる。このとき、対向電極５を、アクチュエータ本体３のうち、傾動量が相対的に小さい基端部３３に対向させることによって、対向電極５によりアクチュエータ本体３の傾動が制限されることを防止することができる。
【００５７】
そして、このようなアクチュエータ１を製造方法は、前記第１シリコン層２１０のうち前記アクチュエータ本体３となる部分と前記第２シリコン層２３０のうち前記対向電極５となる部分との間の前記酸化膜層２２０を犠牲層エッチングにより部分的に除去する第１酸化膜除去工程と、前記第１シリコン層２１０の表面に圧電素子４を形成する圧電素子形成工程と、前記第１シリコン層２１０から前記アクチュエータ本体３を形成する本体形成工程と、前記第２シリコン層２３０のうち前記アクチュエータ本体３と対向する部分をエッチングにより除去して前記対向電極５を形成する電極形成工程と、前記電極形成工程後に前記アクチュエータ本体３に残っている前記酸化膜層２２０をエッチングにより除去する第２酸化膜除去工程とを含み、前記第１酸化膜層除去工程では、前記対向電極５となる部分のうち前記電極形成工程で除去される部分と隣接する端部に設けられた前記酸化膜層２２０を除去せずに残すようにしている。
【００５８】
前記のアクチュエータを製造するためには、アクチュエータ本体３の裏側に位置する第２シリコン層２３０を除去することと、アクチュエータ本体３の裏側に位置する酸化膜層２２０を、対向電極５と挟持する部分も含めて除去することとが少なくとも必要である。
【００５９】
これらを実現する方法としては、まず、アクチュエータ本体３の裏側の第２シリコン層２３０を除去し、続いて、かかる工程により露出した酸化膜層２２０を除去し、その際に、サイドエッチによりアクチュエータ本体３と対向電極５との間の酸化膜層２２０も除去することが考えられる。しかし、この方法では、サイドエッチによる酸化膜層２２０の除去に時間を要すること、及び、そのためにアクチュエータ本体３と対向電極５とが不必要にエッチングされてしまうことが問題となる。
【００６０】
そこで、アクチュエータ本体３と対向電極５との間の酸化膜層２２０を予め犠牲層エッチングにより除去しておくことが考えられる。しかしながら、アクチュエータ本体３と対向電極５との間の酸化膜層２２０を完全に除去してしまうと、第２シリコン層２３０をエッチングする際に、エッチングが酸化膜層２２０まで達すると、エッチングガス（液）がアクチュエータ本体３と対向電極５との間隙Ｇ１に侵入する虞がある。該間隙Ｇ１にエッチングガス（液）が侵入すると、アクチュエータ本体３と対向電極５とが不必要にエッチングされると共に、該間隙Ｇ１の精度が悪化してしまう。また、犠牲層エッチングを行うためには、第１シリコン層２１０にエッチングホール（貫通孔）が形成される場合がある。アクチュエータ本体３と対向電極５との間隙Ｇ１にエッチングガス（液）が侵入すると、貫通孔を介してエッチングガス（液）が第１シリコン層２１０の表面に形成された圧電素子４に到達し、圧電素子４を損傷させる虞がある。圧電素子４を損傷させないとしても、後に洗浄工程が必要になってしまう場合がある。
【００６１】
それに対して、本実施形態の製造方法によれば、アクチュエータ本体３と対向電極５との間の酸化膜層２２０犠牲層エッチングにより部分的に除去し、第２シリコン層２３０のうち対向電極５となる部分２３１の、後の工程で除去される部分２３２と隣接する端部５１に設けられた酸化膜層２２０を除去せずに残すようにしている。こうすることで、第２シリコン層２３０の除去される部分２３２をエッチングにより除去する際に、エッチングが進行して酸化膜層２２０まで達しても、対向電極５の端部とアクチュエータ本体３との間には酸化膜層２２０が残留しているので、エッチングガス（液）がアクチュエータ本体３と対向電極５との間隙Ｇ１に侵入することを防止することができる。その結果、アクチュエータ本体３及び対向電極５の不必要なエッチングを防止して、間隙Ｇ１の形状精度を向上させることができる。さらには、圧電素子４の損傷を防止することができると共に、洗浄工程も不要とすることができる。
【００６２】
さらに、前記製造方法においては、第１シリコン層２１０に貫通孔２１１，２１１，…を形成し、該貫通孔２１１，２１１，…を介して酸化膜層２２０の犠牲層エッチングを行う。そして、最終的に酸化膜層２２０を除去する第２酸化膜除去工程よりも前に、該貫通孔２１１，２１１，…を埋めている。これにより、第２酸化膜除去工程において酸化膜層２２０を除去する際に、エッチング液（ガス）が貫通孔２１１，２１１，…を介して圧電素子４に達することを防止することができる。その結果、圧電素子４の損傷をより一層、防止することができる。
【００６３】
また、貫通孔２１１，２１１，…を埋める作業は、第１シリコン層２１０の表面に圧電素子４を形成する工程で同時に行われるため、貫通孔２１１，２１１，…を埋めるためだけの工程を設ける必要がなく、製造方法が煩雑になることを防止することができる。ここで、貫通孔２１１，２１１，…を酸化膜層２２０に向かって先細のテーパ形状とすることによって、貫通孔２１１，２１１，…を容易に塞ぐことができる。
【００６４】
《その他の実施形態》
本発明は、前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００６５】
前記実施形態では、アクチュエータ１をミラーアレイ１００に適用した例を説明したが、これに限られるものではない。アクチュエータ１は様々なアプリケーションに組み込むことができる。
【００６６】
また、アクチュエータ１は、アクチュエータ本体３が片持ち状に支持されているが、これに限られるものではない。例えば、アクチュエータ本体３が膜状の部材であって、その周縁部がベース部２に支持されて、中央部が揺動する構成であってもよい。
【００６７】
さらに、前記実施形態で説明した、アクチュエータ本体３に間隙Ｇ１を介して対向電極５を設ける構成及びその構成を製造する方法は、圧電駆動以外の駆動方式のアクチュエータにも適用することができる。例えば、対向電極との間の静電力によりアクチュエータ本体を傾動させる静電駆動式のアクチュエータに適用してもよい。また、アクチュエータ本体に設けたコイルによる磁力と外部磁場との関係でアクチュエータ本体を傾動させる電磁駆動式のアクチュエータに適用してもよい。さらに、線膨張係数が異なる部材でアクチュエータ本体を構成し、両者の熱ひずみの差によりアクチュエータ本体を傾動させるアクチュエータに適用してもよい。
【００６８】
また、前記製造方法では、ドライエッチング、ウェットエッチング、減圧ＣＶＤ等が特定されているが、これらに限られるものではない。つまり、前記アクチュエータを製造できる限り、エッチングの種類が特に限定されるわけではなく、成膜の方法が限定されるわけではない。例えば、減圧ＣＶＤの代わりに、プラズマＣＶＤやスパッタリングであってもよい。
【００６９】
さらに、前記実施形態で説明した材質及び形状は、一例に過ぎず、これらに限定されるものではない。
【００７０】
また、前記製造方法では、貫通孔２１１をテーパ形状としているが、これに限られるものではない。例えば、貫通孔２１１は、円筒形状等、その他の形状であってもよい。
【００７１】
また、前記製造方法では、第１酸化膜除去工程において、第２シリコン層２３０の対向電極５となる部分２３１のうちアクチュエータ本体３の支持端とは反対側の端部５１にのみ酸化膜層２２０を残しているが、これに限られるものではない。例えば、対向電極５となる部分２３１のうち、アクチュエータ本体３の長手方向と平行に延びる端部（側端部）にも酸化膜層２２０を残してもよい。前記製造方法では、第２シリコン層２３０をエッチングする際にアクチュエータ本体３及び対向電極５の側端縁にワックスを設けて、対向電極５の側端縁から間隙Ｇ１へエッチングガスが侵入しないようにされているが、対向電極５の側端部にも酸化膜層２２０を残留させておけば、ワックスを設ける工程を不要とすることができる。
【００７２】
さらに、第２シリコン層２３０をエッチングする際にアクチュエータ本体３と対向電極５の側端縁との間を塞ぐワックスは、これに限られるものではない。ドライエッチング耐性（フッ酸耐性）を有する材質であれば、任意の材質を保護部材として設けることができる。
【００７３】
尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
以上説明したように、本発明は、アクチュエータ本体と、該アクチュエータ本体を傾動させる圧電素子とを備えたアクチュエータ、及びその製造方法について有用である。
【符号の説明】
【００７５】
１００ ミラーアレイ
２００ ＳＯＩ基板
２１０ 第１シリコン層
２１１ａ 貫通孔
２２０ 酸化膜層
２３０ 第２シリコン層
２３１ 対向電極となる部分
２３２ 除去される部分
１ アクチュエータ
２ ベース部
３ アクチュエータ本体
４ 圧電素子
５ 対向電極
Ｇ１ 間隙
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部と、該ベース部に支持されたアクチュエータ本体と、該アクチュエータ本体を傾動させる圧電素子と、該アクチュエータ本体のうち該ベース部に支持された端部に対向して設けられた対向電極とを備えたアクチュエータを、第１シリコン層と酸化膜層と第２シリコン層とを積層させたＳＯＩ基板から製造する、アクチュエータの製造方法であって、
前記第１シリコン層のうち前記アクチュエータ本体となる部分と前記第２シリコン層のうち前記対向電極となる部分との間の前記酸化膜層をエッチングにより部分的に除去する第１酸化膜除去工程と、
前記第１シリコン層の表面に圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、
前記第１シリコン層から前記アクチュエータ本体を形成する本体形成工程と、
前記第２シリコン層のうち前記アクチュエータ本体と対向する部分をエッチングにより除去して前記対向電極を形成する電極形成工程と、
前記電極形成工程後に前記アクチュエータ本体に残っている前記酸化膜層をエッチングにより除去する第２酸化膜除去工程とを含み、
前記第１酸化膜層除去工程では、前記対向電極となる部分のうち前記電極形成工程で除去される部分と隣接する端部に設けられた前記酸化膜層を除去せずに残す、アクチュエータの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のアクチュエータの製造方法において、
前記第１酸化膜除去工程では、前記第１シリコン層に前記酸化膜層まで達する貫通孔を形成し、該貫通孔を介した犠牲層エッチングにより該酸化膜層を除去する、アクチュエータの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載のアクチュエータの製造方法において、
前記圧電素子形成工程では、前記第１酸化膜除去工程で形成された貫通孔を埋める、アクチュエータの製造方法。
【請求項４】
ベース部と、
前記ベース部に支持されたアクチュエータ本体と、
前記アクチュエータ本体を傾動させる圧電素子と、
前記アクチュエータ本体のうち該ベース部に支持された端部に対向して設けられた対向電極とを備え、
前記アクチュエータ本体は、第１シリコン層と酸化膜層と第２シリコン層とを積層させたＳＯＩ基板の該第１シリコン層で形成され、
前記対向電極は、前記ＳＯＩ基板の前記第２シリコン層で形成され、
前記アクチュエータ本体と前記対向電極との間には、前記ＳＯＩ基板の前記酸化膜層を除去することによって形成された間隙が設けられており、
前記アクチュエータ本体と前記対向電極との静電容量に基づいて前記アクチュエータ本体の傾動を制御するアクチュエータ。
【請求項５】
前記間隙は、前記酸化膜層を部分的に除去して、前記対向電極となる部分のうち、前記アクチュエータ本体の前記ベース部への支持端とは反対側に位置する端部に該酸化膜層を残しておき、前記第２シリコン層で前記対向電極を形成した後に、該端部に残しておいた該酸化膜層を除去することによって形成されているアクチュエータ。
【請求項１】
ベース部と、該ベース部に支持されたアクチュエータ本体と、該アクチュエータ本体を傾動させる圧電素子と、該アクチュエータ本体のうち該ベース部に支持された端部に対向して設けられた対向電極とを備えたアクチュエータを、第１シリコン層と酸化膜層と第２シリコン層とを積層させたＳＯＩ基板から製造する、アクチュエータの製造方法であって、
前記第１シリコン層のうち前記アクチュエータ本体となる部分と前記第２シリコン層のうち前記対向電極となる部分との間の前記酸化膜層をエッチングにより部分的に除去する第１酸化膜除去工程と、
前記第１シリコン層の表面に圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、
前記第１シリコン層から前記アクチュエータ本体を形成する本体形成工程と、
前記第２シリコン層のうち前記アクチュエータ本体と対向する部分をエッチングにより除去して前記対向電極を形成する電極形成工程と、
前記電極形成工程後に前記アクチュエータ本体に残っている前記酸化膜層をエッチングにより除去する第２酸化膜除去工程とを含み、
前記第１酸化膜層除去工程では、前記対向電極となる部分のうち前記電極形成工程で除去される部分と隣接する端部に設けられた前記酸化膜層を除去せずに残す、アクチュエータの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のアクチュエータの製造方法において、
前記第１酸化膜除去工程では、前記第１シリコン層に前記酸化膜層まで達する貫通孔を形成し、該貫通孔を介した犠牲層エッチングにより該酸化膜層を除去する、アクチュエータの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載のアクチュエータの製造方法において、
前記圧電素子形成工程では、前記第１酸化膜除去工程で形成された貫通孔を埋める、アクチュエータの製造方法。
【請求項４】
ベース部と、
前記ベース部に支持されたアクチュエータ本体と、
前記アクチュエータ本体を傾動させる圧電素子と、
前記アクチュエータ本体のうち該ベース部に支持された端部に対向して設けられた対向電極とを備え、
前記アクチュエータ本体は、第１シリコン層と酸化膜層と第２シリコン層とを積層させたＳＯＩ基板の該第１シリコン層で形成され、
前記対向電極は、前記ＳＯＩ基板の前記第２シリコン層で形成され、
前記アクチュエータ本体と前記対向電極との間には、前記ＳＯＩ基板の前記酸化膜層を除去することによって形成された間隙が設けられており、
前記アクチュエータ本体と前記対向電極との静電容量に基づいて前記アクチュエータ本体の傾動を制御するアクチュエータ。
【請求項５】
前記間隙は、前記酸化膜層を部分的に除去して、前記対向電極となる部分のうち、前記アクチュエータ本体の前記ベース部への支持端とは反対側に位置する端部に該酸化膜層を残しておき、前記第２シリコン層で前記対向電極を形成した後に、該端部に残しておいた該酸化膜層を除去することによって形成されているアクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−９０４９８（Ｐ２０１３−９０４９８Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３０６１６（Ｐ２０１１−２３０６１６）
【出願日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【出願人】（０００１８３３６９）住友精密工業株式会社 (336)
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【出願人】（０００１８３３６９）住友精密工業株式会社 (336)
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