ＭＥＭＳ揺動装置
【課題】低電圧で駆動したいという要望を満足でき、可動枠体の板厚方向及びこの板厚方向と直交する方向の剛性の向上を図ることのできるMEMS揺動装置を提供する。
【解決手段】本発明に係るMEMS揺動装置は、可動体３０B、可動体を揺動可能に支持する第１バネ部３３Bを有する可動枠体３４B、可動枠体を揺動可能に支持する第２バネ部３１１B、３１２T１、３１２T2とを有する固定枠体３８Bとを有し、第２バネ部は可動枠体の厚さ方向から見て厚さ方向に間隔を開けてクロスされた独立変位可能な二本の板バネ体３１１B、３１２T1から構成され、この板バネ体は、可動枠体の厚さ方向から板バネ体を見たときのバネ幅が可動枠体の厚さ方向と直交する方向から板バネ体を見たときのバネ幅よりも小さい。
【解決手段】本発明に係るMEMS揺動装置は、可動体３０B、可動体を揺動可能に支持する第１バネ部３３Bを有する可動枠体３４B、可動枠体を揺動可能に支持する第２バネ部３１１B、３１２T１、３１２T2とを有する固定枠体３８Bとを有し、第２バネ部は可動枠体の厚さ方向から見て厚さ方向に間隔を開けてクロスされた独立変位可能な二本の板バネ体３１１B、３１２T1から構成され、この板バネ体は、可動枠体の厚さ方向から板バネ体を見たときのバネ幅が可動枠体の厚さ方向と直交する方向から板バネ体を見たときのバネ幅よりも小さい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ電気機械機構（ＭＥＭＳ）揺動装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、MEMS技術を利用して製造されるマイクロ構造体として、MEMS走査型ミラー等のMEMS揺動装置が知られている。
例えば、そのMEMS走査型ミラーとしては、１つの段差付き静電櫛歯アクチュエータを有し、ミラーを最上面よりも下に形成して、ミラー表面に傷が発生するのを防止し、製造歩留まりの向上を図ったものが知られている。
【０００３】
このMEMS走査型ミラーは、可動櫛歯が形成された一対の揺動軸とミラー面とを有する可動体と、この一対の揺動軸と固定枠体とを連結するバネ部とから大略構成されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
一般に、MEMS走査型ミラーは、低電圧で駆動して大きな回転角度を得られるようにすることが望ましいため、揺動軸と固定枠体とを連結するバネ部を回転に対して抵抗力の小さい柔らかいバネ部にする必要がある。
【０００５】
しかしながら、バネ部の材料にそのような柔らかいものを用いて、このバネ部を構成することにすると、バネ部の剛性が低下し、可動体が回転変位以外の変位を発生し易くなる。
【０００６】
例えば、静電櫛歯アクチュエータの駆動電圧が高くなるに伴って、静電引力がバネの復元力に比べて過大となってバネ部が変形することにより、可動櫛歯が電極側に引き込まれて、可動体が安定して回動しなくなるといういわゆるプルイン現象が生じる。
【０００７】
光学機器にこのMEMS走査型ミラーを組み込んで用いる場合、バネ部が変形することにより、ミラーの姿勢を安定して制御できなくなったり、アライメントのずれが生じたりし、光学機器が正常に動作しないという問題が生じる。
【０００８】
また、MEMS製造工程では、高温環境条件のもとで、シリコンウエハーを張り合わせたり、成膜したりしているが、MEMSを形成するシリコンウエハーの各層に圧縮又は引っ張り応力が加わっている。
【０００９】
このため、バネ部の剛性が低いと、MEMS走査型ミラーを構成するシリコンウエハーに生じた応力によってバネ部が変形し、MEMS走査型ミラーが設計で意図した通りに正常に作動しないという問題も生じる。
【００１０】
従って、MEMS走査型ミラーを設計で意図した通りに駆動させるには、剛性の高い材料のバネ部を用いざるを得ず、このような剛性の高いバネ部を用いたMEMS走査型ミラーにより走査ミラーの回転角度を大きくしようとすると、高い駆動電圧を静電櫛歯アクチュエータに加えざるを得ず、従来のMEMS走査型ミラーでは、低電圧で駆動したいという要望と安定して駆動させたいという要望との相反する要望を両立させ難いという問題があった。
【００１１】
また、本発明に係るMEMS技術の類似の技術として、半導体プロセスによってねじり揺動体を作成する技術も知られている（特許文献２参照）。
この特許文献２に開示の技術では、固定枠体と可動体としてのミラー板とを二枚の平行四辺形状の板バネをクロスさせて連結すると共に、二枚の平行四辺形状の板バネを軸対称に配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１０−１０７６２８号公報
【特許文献２】特開２０００−３３００６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、この特許文献２に示すねじり揺動体は、ミラー板の板厚方向と直交する方向のバネの剛性を向上させることは可能であるが、ミラー板の板厚方向の剛性が低く、バネ体が厚さ方向に撓みやすいという問題がある。
【００１４】
すなわち、特許文献２に開示の技術は、低電圧で駆動したいという要望を満足することはできるが、ミラー板の板厚方向及びこの板厚方向と直交する方向の剛性の向上を解決する技術を提供するものではない。
【００１５】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、低電圧で駆動したいという要望を満足することができるのみならず、可動体の板厚方向及びこの板厚方向と直交する方向の両方向の剛性の向上を図ることのできるMEMS揺動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に記載のMEMS揺動装置は、可動体と該可動体を揺動可能に支持するバネ部とを有するMEMS揺動装置であって、
前記バネ部は、前記可動体の厚さ方向から見て厚さ方向に間隔を開けてクロスされた独立変位可能な二本の板バネ体から構成され、該二本の板バネ体は、前記可動体の厚さ方向から前記板バネ体を見たときのバネ幅が前記可動体の厚さ方向と直交する方向から前記板バネ体を見たときのバネ幅よりも小さくされていることを特徴とする。
【００１７】
請求項２に記載のMEMS揺動装置は、可動体と、該可動体を揺動可能に支持する第１バネ部を有する可動枠体と、該可動枠体を揺動可能に支持する第２バネ部とを有する固定枠体とを有して２軸回りに揺動可能なMEMS揺動装置であって、
前記第２バネ部は前記可動枠体の厚さ方向から見て厚さ方向に間隔を開けてクロスされた独立変位可能な二本の板バネ体から構成され、該二本の板バネ体は、前記可動枠体の厚さ方向から前記板バネ体を見たときのバネ幅が前記可動枠体の厚さ方向と直交する方向から前記板バネ体を見たときのバネ幅よりも小さくされていることを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載のMEMS揺動装置は、前記可動枠体が二層のデバイス層と該二層の間に存在する絶縁層とを含み、前記二本の板バネ体の間隔は、前記絶縁層を除去することによって形成されることを特徴とする。
【００１９】
請求項４に記載のMEMS揺動装置は、外側に向かってY軸方向に延びる一対の外側可動櫛歯が形成された可動体と、該可動体を包囲するようにして配置されかつ内側に向かって延びて前記外側可動櫛歯に対向する一対の内側固定櫛歯と前記可動体を前記Y軸方向と直交するX軸方向の回りに揺動可能に支持する一対の第１バネ部と外側に向かって前記X軸方向に延びる一対の外側可動櫛歯とを有する内側可動枠体と、前記内側可動枠体を包囲するようにして配置されかつ内側に向かって延びて前記内側可動枠体の外側可動櫛歯に対向する一対の固定櫛歯と前記内側可動枠体を前記Y軸方向の回りに揺動可能に支持する一対の第２バネ部とを有する外側固定枠体とを有するMEMS揺動装置であって、前記第２バネ部は前記内側可動枠体の厚さ方向から見て厚さ方向に間隔を開けてクロスされた独立変位可能な二本の板バネ体から構成され、該二本の板バネ体は、前記内側可動枠体の厚さ方向から前記板バネ体を見たときのバネ幅が前記内側可動枠体の厚さ方向と直交する方向から前記板バネ体を見たときのバネ幅よりも小さくされていることを特徴とする。
【００２０】
請求項５に記載のMEMS揺動装置は、前記二本の板バネ体の内の少なくとも一本が、前記内側可動枠体の外側可動櫛歯と前記可動体の外側可動櫛歯、又は前記内側可動枠体の内側固定櫛歯に電圧を印加する電圧供給ラインとなっていることを特徴とする。
【００２１】
請求項６に記載のＭＥＭＳ走査型ミラーの製造方法は、請求項４又は請求項５に記載のMEMS揺動装置の製造方法であって、
空洞が形成されるべきハンドル層と請求項４又は請求項５に記載の下層構成要素が形成されるべきデバイス層とがシリコン酸化膜を介して接合されたウエハを準備する工程と、
前記デバイス層に前記ＭＥＭＳ揺動装置の下層構成要素に対応する下層構造体を形成する工程と、
前記下層構造体の形成後のウエハの前記デバイス層にシリコン酸化膜を介して請求項４又は請求項５に記載のMEMS揺動装置の上層構成要素が形成されるべき上層のデバイス層を形成するためのウエハを接合する工程と、
該上層のウエハを加工して所定厚さの上層のデバイス層を形成する工程と、
該上層のデバイス層に請求項４又は請求項５に記載のＭＥＭＳ揺動装置の上層構成要素に対応する上層構造体を形成する工程と、
前記ハンドル層に前記空洞を形成する工程と、
前記下層構造体と前記上層構造体との間のシリコン酸化膜を除去して請求項４又は請求項５に記載のＭＥＭＳ揺動装置を完成させる工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、低電圧で駆動したいという要望を満足することができるのみならず、可動体又は可動枠体の板厚方向及びこの板厚方向と直交する方向の剛性の向上を図ることのできるMEMS揺動装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は本発明に係るＭＥＭＳ揺動装置としてのMEMS走査型ミラーの第１の実施例を示す説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ’線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）に示すＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図２】図２は図１に示すバネ部のクロス部分を拡大して示す斜視図である。
【図３】図３は本発明に係るＭＥＭＳ走査型ミラーの第２の実施例を示す説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ’線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）に示すＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図４】図４は本発明に係るＭＥＭＳ走査型ミラーの製造方法の実施例を示す説明図であって、（ａ）は準備工程の説明図、（ｂ）はデバイス層への構造体の形成工程の図１（a）に示すA−A’線に沿う説明図、（ｃ）はシリコンウエハ接合工程の説明図、（ｄ）は最上層のデバイス層の形成工程の説明図、（ｅ）はハンドル層へのマスクの形成工程の説明図である。
【図５】図５は本発明に係るＭＥＭＳ走査型ミラーの製造方法の実施例を示す説明図であって、（ａ）は最上層のデバイス層への構造体の形成工程の図１（a）に示すA−A’線に沿う説明図、（ｂ）はハンドル層への空洞の形成工程の説明図、（ｃ）はシリコン酸化膜除去工程の説明図である。
【図６】図６は図２に示すバネ部を部分的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００２４】
以下に、図面を参照しつつ、本発明に係る段差付き静電櫛歯アクチュエータを有するＭＥＭＳ走査型ミラー及びその製造方法を説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１は、本発明に係わるMEMS揺動装置としての２つの段差付き静電櫛歯アクチュエータを有するＭＥＭＳ走査型ミラーの模式図を示している。
このＭＥＭＳ走査型ミラーは、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、３層構造を呈しており、最上層のデバイス層Ｔ、最下層のハンドル層Ｈ及びこれらの間に存在するデバイス層Ｂからなる。
【００２６】
この実施例１の可動体としてのミラー板は、図１（ａ）に示すＸ−Ｘ’軸、及びこれと直交するＹ−Ｙ’軸の２軸周りの回転が可能である。
デバイス層Ｔ、デバイス層Ｂはｎ型又はｐ型にドープされた導電性のシリコンからなる。ハンドル層Ｈには絶縁性若しくは導電性シリコン又はガラスが用いられる。これらの各層の間は、絶縁層Ｉによって電気的に絶縁されている。絶縁層Ｉは、ハンドル層Ｈがシリコンの場合、シリコン酸化物であることが好ましい。
【００２７】
そのハンドル層Ｈには空洞ＨＯが形成されている。各デバイス層Ｔ、デバイス層Ｂに形成される静電櫛歯アクチュエータの構成要素はその空洞ＨＯの上方に位置する。この各デバイス層Ｔ、デバイス層Ｂに形成される静電櫛歯アクチュエータの構成要素については、各層を示す符号Ｔ、Ｂに添字を付して説明する。
【００２８】
デバイス層Ｂに形成される静電櫛歯アクチュエータの各構成要素は、ミラー板３０Ｂ、Ｘ軸周りの一対の外側可動櫛歯３１Ｂ、Ｘ軸周りの第１バネ部３３Ｂ、内側可動枠部３４B、外側固定枠部３８Ｂ、Ｙ軸周りの外側可動櫛歯３６Ｂ、Ｙ軸周りの第２バネ部を構成する板バネ体としてのバネ下部３１１Ｂである。これらの各構成要素は全てが一体とされ、電気的に等電位である。
【００２９】
デバイス層Ｔに形成される静電櫛歯アクチュエータの各構成要素は、Ｘ軸周りの上内側固定櫛歯３２Ｔ１、Ｘ軸周りの下内側固定櫛歯３２Ｔ２、内側上土台３５Ｔ１、内側下土台３５Ｔ２、Ｙ軸周りの左内側固定櫛歯３７Ｔ１、右内側固定櫛歯３７Ｔ２、外側上土台３９Ｔ１、外側下土台３９Ｔ２、外側左土台３１０Ｔ１、外側右土台３１０Ｔ２、Ｙ軸周りの第２バネ部を構成する板バネ体としての上バネ上部３１２Ｔ１、Ｙ軸周りの第２バネ部を構成する板バネ体としての下バネ上部３１２Ｔ２である。
【００３０】
外側可動櫛歯３１Bはミラー板３０Bと一体に形成され、Y軸方向に向かって延びている。内側可動枠部３４Bは、ミラー板３０Bを包囲するようにして配置されている。
内側可動枠部３４Bはデバイス層Bの上面に形成されたデバイス層Tと共に内側可動枠体を構成している。
【００３１】
その内側可動枠体のデバイス層Tには、内側に向かって延びて外側可動櫛歯３１Bに対向する一対の上下内側固定櫛歯３２T1、３２T２が形成されている。
第１バネ部３３Bは、X−X’軸方向に延びてミラー板３０Bと内側可動枠部３４Bとを連結し、ミラー板３０BをX−X’軸回りに揺動可能に支持している。
【００３２】
外側可動櫛歯３６Bは内側可動枠部３４Bと一体に形成されて、外側に向かってX軸方向に延びている。
バネ下部３１１Bは外側固定枠部３８Bと内側可動枠部３４Bとを連結している。外側固定枠部３８Bは内側可動枠部３４Bを包囲するようにして配置されている。その外側固定枠部３８Bはデバイス層Bの上面に形成されたデバイス層Tと共に外側固定枠体を構成している。
【００３３】
その外側固定枠体のデバイス層Tには、内側に向かって延びて外側可動櫛歯３６Bに対向する一対の左内側固定櫛歯３７Ｔ１、右内側固定櫛歯３７Ｔ２と、一対の第２バネ部を構成する上バネ上部３１２Ｔ１、下バネ上部３１２Ｔ２が形成されている。
その左内側固定櫛歯３７T１、右内側固定櫛歯３７Ｔ２はY軸方向に内側に向かって延びて、それぞれ外側可動櫛歯３６Bに対向している。
【００３４】
上バネ上部３１２T１、下バネ上部３１２T2は、内側可動枠体のデバイス層Tと外側固定枠体のデバイス層Tとを連結し、内側可動枠体をY−Y’軸回りに揺動可能に支持する一対の第２バネ部をバネ下部３１１Bと協働して構成している。
この構造により、デバイス層Ｂに形成される全ての構成要素は一体化される。なお、ミラー板３０Ｂの表面には、金、アルミニウム等による膜が形成されていてもよい。
【００３５】
その上バネ上部３１２T１（下バネ上部３１２T2）とバネ下部３１１Bとは、図２に斜視図として示すように、可動体としての内側可動枠体を厚さ方向から見て厚さ方向に間隔ｈを開けかつ図１（a）に示すY−Y’軸を境にして対称的にクロス形成されて、上バネ上部３１２T１（下バネ上部３１２T2）とバネ下部３１１Bとは、独立変位可能とされている。
【００３６】
この上バネ上部３１２T１（下バネ上部３１２T2）とバネ下部３１１Bとは、内側可動枠体のY−Y’軸回りの回動方向の剛性が大幅に高くならず、内側可動枠体の厚さ方向と直交する方向（X−X’方向及びY−Y’方向）の剛性及び内側可動枠体の厚さ方向の剛性が高くなるように、内側可動枠体を厚さ方向から見たときのバネ幅ｔ１が内側可動枠体をその厚さ方向と直交する方向から見たときのバネ幅ｔ２よりも小さくされている。
また、上バネ上部３１２T１（下バネ上部３１２T2）のバネ幅ｔ２とバネ下部３１１Bとのバネ幅ｔ２との和は内側可動枠体の厚さ方向の幅と略同じ幅とされている。
【００３７】
すなわち、Ｘ軸周りの上内側固定櫛歯３２Ｔ１、内側上土台３５Ｔ１、Ｙ軸周りの上バネ上部３１２Ｔ１及び外側上土台３９Ｔ１は一体化され、Ｘ軸周りの下内側固定櫛歯３２Ｔ２、内側下土台３５Ｔ２、Ｙ軸周りの下バネ上部３１２Ｔ２及び外側下土台３９Ｔ２は一体化され、Ｙ軸周りの左内側固定櫛歯３７Ｔ１及び外側左土台３１０Ｔ１は一体化され、Ｙ軸周りの右内側固定櫛歯３７Ｔ２及び外側右土台３１０Ｔ２は一体化されている。これら一体化されている構成要素ごとに、互いに独立に電圧を設定することができる。
【００３８】
バネ下部３１１Bは外側可動櫛歯３１B、３６Bに電圧を印加する電圧供給ラインとされ、上バネ上部３１２Ｔ１は上内側固定櫛歯３２T１に電圧を印加する電圧供給ラインとされ、下バネ上部３１２Ｔ２は下内側固定櫛歯３２T２に電圧を印加する電圧供給ラインとされている。
【００３９】
デバイス層Ｂには、その表面が優れた鏡面を有するシリコンウエハが用いられ得る。このデバイス層Ｂとハンドル層Ｈとを絶縁層Ｉを介して接合した材料がＭＥＭＳ走査型ミラーの作製用に提供され得る。デバイス層Ｂ、絶縁層Ｉ、ハンドル層Ｈがあらかじめ一体化されたＳＯＩウエハを用いても良い。ＳＯＩウエハのデバイス層Ｂの表面は優れた鏡面状態に仕上げることができる。
【００４０】
いずれの材料を用いてＭＥＭＳ走査型ミラーを作製する場合でも、デバイス層Ｂの優れた鏡面をそのまま用いることにより、鏡面性の良好なミラー板３０Ｂを実現することができる。
【００４１】
この実施例１のＭＥＭＳ走査型ミラーは、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、デバイス層Ｔで定義される最上面ＴＯＰＳよりも下にミラー板３０Ｂの表面３０ＢＳが位置している。その作用、効果については、 特開２０１０−１０７６２８号公報を参照されたい。
【００４２】
Ｘ軸周りの外側可動櫛歯３１Ｂは、Ｘ軸周りの上下内側下固定櫛歯３２Ｔ１、３２Ｔ２に対して段差をもって交差指状に位置している。外側可動櫛歯３１Ｂと上下内側固定櫛歯３２Ｔ１、３２Ｔ２間に電圧が印加されると、静電エネルギーが低下するように、Ｘ軸周りの外側可動櫛歯３１Ｂ、すなわち、ミラー板３０ＢにＸ−Ｘ’軸周りのトルクが発生する。
【００４３】
また、Ｙ軸周りの外側可動櫛歯３６Ｂは、Ｙ軸周りの左右内側固定櫛歯３７Ｔ１、３７Ｔ２に対して段差をもって交差指状に位置している。外側可動櫛歯３６Ｂと左右内側固定櫛歯３７Ｔ１、３７Ｔ２間に電圧が印加されると、静電エネルギーが低下するように、Ｙ軸周りの外側可動櫛歯３６Ｂ、すなわち、ミラー板３０Ｂを一体に有する内側可動枠体にＹ−Ｙ’軸周りのトルクが発生する。
【００４４】
この実施例によれば、上バネ上部３１２T１（下バネ上部３１２T2）とバネ下部３１１Bとは、互いに独立変位可能とされ、かつ、この上バネ上部３１２T１（下バネ上部３１２T2）とバネ下部３１１Bを内側可動枠体の厚さ方向から見たときのバネ幅ｔ１がこの内側可動枠体の厚さ方向と直交する方向から見たときのバネ幅ｔ２よりも小さく、しかも、上バネ上部３１２T１（下バネ上部３１２T2）とバネ下部３１１Bの撓みの方向が同方向となるので、その回動方向の抵抗力が小さく、従って、内側可動枠体を極力低電圧で駆動することが可能である。
【００４５】
これに対して、内側可動枠体をその厚さ方向と直交する方向から見たときの上バネ上部３１２T１（下バネ上部３１２T2）のバネ幅ｔ２とバネ下部３１１Bのバネ幅ｔ２との和は、内側可動枠体の厚さ方向の幅と略同じ幅とされているので、かつ、上バネ上部３１２T１（下バネ上部３１２T2）とバネ下部３１１Bとがクロスされているので、外力Fzを構造力学的に面的に受けることができることになり、内側可動枠体にその厚さ方向から加わる外力Fzに対する剛性を高めることができる。
【００４６】
また、上バネ上部３１２T１（下バネ上部３１２T2）とバネ下部３１１Bとは、クロスして、内側可動枠体と外側固定枠体とを連結しているので、内側可動枠体にX−X’方向から外力Fｘが加わった場合は、内側可動枠体のX−X’方向の変位により、上バネ上部３１２T１（下バネ上部３１２T2）とバネ下部３１１Bとの一方が延び、一方は縮む方向に撓み変位するので、内側可動枠体にそのX−X’方向から加わる外力Fｘに対する剛性を高めることができる。
【００４７】
更に、内側可動枠体にY−Y’方向から外力Fｙが加わった場合は、上バネ上部３１２T１とバネ下部３１１B（下バネ上部３１２T2とバネ下部３１１B）との対の一方が突っ張り力を発生するので、内側可動枠体にそのY−Y’方向から加わる外力Fｙに対する剛性を高めることができる。
【００４８】
この実施例１によるＭＥＭＳ走査型ミラーは、Ｘ−Ｘ’軸及びＹ−Ｙ’軸の２軸周りに駆動が可能である。好ましくは、デバイス層Ｂの全体は接地（符号GNDで示す）され、Ｘ軸周りの上下内側固定櫛歯３２Ｔ１、３２Ｔ２、Ｙ軸周りの左右内側固定櫛歯３７Ｔ１、３７Ｔ２に、それぞれ電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２、Ｖｙ１、Ｖｙ２を印加することにより、ＭＥＭＳ走査型ミラー（デバイス）が駆動される。
【００４９】
この実施例１によれば、２軸共にＤＣ駆動、１軸がＤＣ駆動で他の１軸が共振駆動、２軸共に共振駆動のいずれをも採用することができる。例えば、Ｖｘ１、Ｖｘ２、Ｖｙ１、Ｖｙ２のいずれもＤＣ電圧とした場合、２軸共にＤＣ駆動となる。また、これらのいずれもＡＣ電圧とすると、２軸共に共振駆動が得られる。また、例えば、Ｖｘ１、Ｖｘ２をＤＣ電圧とし、Ｖｙ１、Ｖｙ２をＡＣ電圧とすれば、Ｘ−Ｘ’軸周りにＤＣ駆動、Ｙ−Ｙ’軸周りに共振駆動を実現できる。
【実施例２】
【００５０】
図３は本発明に係わる１つの段差付き静電櫛歯アクチュエータを有するＭＥＭＳ走査型ミラーの他の例の模式図を示している。この実施例２では、実施例１と同様に、ミラー板はＸ−Ｘ’軸、Ｙ−Ｙ’軸の２軸周りの回転が可能であるが、Ｙ−Ｙ’軸周りの駆動は、共振駆動に限定される。
【００５１】
このＭＥＭＳ走査型ミラーも、実施例１と同様に３層構造を呈しており、最上層のデバイス層Ｔ、最下層のハンドル層Ｈ及びこれらの間に存在するデバイス層Ｂからなる。デバイス層Ｔ、デバイス層Ｂはｎ型又はｐ型にドープされた導電性のシリコンからなる。ハンドル層Ｈには絶縁性若しくは導電性シリコン又はガラスが用いられる。これらの各層の間は、絶縁層Ｉによって電気的に絶縁されている。絶縁層Ｉは、ハンドル層Ｈがシリコンの場合、シリコン酸化物であることが好ましい。
【００５２】
そのハンドル層Ｈには空洞ＨＯが形成されている。各デバイス層Ｔ、デバイス層Ｂに形成される静電櫛歯アクチュエータの構成要素はその空洞ＨＯの上方に位置する。この各デバイス層Ｔ、デバイス層Ｂに形成される静電櫛歯アクチュエータの構成要素については、各層を示す符号Ｔ、Ｂに添字を付して説明する。
【００５３】
デバイス層Ｂに形成される静電櫛歯アクチュエータの各構成要素は、ミラー板４０Ｂ、Ｘ軸周りの外側可動櫛歯４１Ｂ、Ｘ軸周りの第１バネ部４３Ｂ、内側可動枠部４４Ｂ、Ｙ軸周りの外側可動櫛歯４６Ｂ、Ｙ軸周りの左内側固定櫛歯４７Ｂ１、Ｙ軸周りの右内側固定櫛歯４７Ｂ２、外側固定枠部４８Ｂ、Ｙ軸周りの第２バネを構成する板バネ体としてのバネ下部４１０Ｂ、外側左土台４１２Ｂ１、外側右土台４１２Ｂ２、溝４１３である。
【００５４】
第１バネ部４３Bは、Ｘ−Ｘ’軸に沿って延びてミラー板４０Ｂと内側可動枠部４４Bとを連結し、ミラー板４０BをX−X’軸回りに揺動可能に支持している。
外側可動櫛歯４１Ｂはミラー板４０Bと一体に形成されて、Y軸方向に向かって延びている。
【００５５】
内側可動枠部４４Bは、ミラー板４０Bを包囲するようにして配置されている。
内側可動枠部４４Bは、デバイス層Bの上面に形成されたデバイス層Tと共に内側可動枠体を構成している。
デバイス層Ｂに形成された各構成要素４０Ｂ、４１Ｂ、４３Ｂ、４４Ｂ、４６Ｂ、４８Ｂ、４１０Ｂは一体とされ、電気的には等電位である。
【００５６】
デバイス層Ｔに形成される静電櫛歯アクチュエータの各構成要素は、Ｘ軸周りの上内側固定櫛歯４２Ｔ１、Ｘ軸周りの下内側固定櫛歯４２Ｔ２、内側上土台４５Ｔ１、内側下土台４５Ｔ２、外側上土台４９Ｔ１、外側下土台４９Ｔ２、Ｙ軸周りの第２バネ部を構成する板バネ体としての上バネ上部４１１Ｔ１、Ｙ軸周りの第２バネ部を構成する板バネ体としての下バネ上部４１１Ｔ２である。上内側固定櫛歯４２Ｔ１、下内側固定櫛歯４２Ｔ２は、内側に向かって延びて、外側可動櫛歯４１Bに対向している。
【００５７】
Ｘ軸周りの上内側固定櫛歯４２Ｔ１、内側上土台４５Ｔ１、Ｙ軸周りの上バネ上部４１１Ｔ１、外側上土台４９Ｔ１は一体化され、Ｘ軸周りの下内側固定櫛歯４２Ｔ２、内側下土台４５Ｔ２、Ｙ軸周りの下バネ上部４１１Ｔ２、外側下土台４９Ｔ２は一体化され、これら一体の構成要素ごとに独立に電圧を設定することができる。
外側可動櫛歯４６Ｂは内側可動枠部４４Bと一体に形成されて外側に向かってX軸方向に延びている。
【００５８】
バネ下部４１０Bは、外側固定枠部４８Bと内側可動枠部４４Bとを連結している。外側固定枠部４８Bは内側可動枠部４４Bを包囲するようにして配置されている。外側固定枠部４８Bはそのデバイス層Bの上面に形成されたデバイス層Tと共に外側固定枠体を形成している。
【００５９】
溝４１３はその外側固定枠部４８Ｂに形成され、これにより、外側固定枠部４８Ｂに対して絶縁された外側左土台４１２Ｂ１、外側右土台４１２Ｂ２が形成される。Ｙ軸周りの左内側固定櫛歯４７Ｂ１、Ｙ軸周りの右内側固定櫛歯４７Ｂ２は外側左右土台４１２Ｂ１、４１２Ｂ２にそれぞれ形成される。
バネ下部４１０Ｂ、上バネ上部４１１Ｔ１、下バネ上部４１１Ｔ２の構造は、実施例１と同様である。
【００６０】
Ｙ軸周りの左右内側固定櫛歯４７Ｂ１、４７Ｂ２は、溝４１３により外側固定枠部４８Ｂと電気的に分離した外側左土台４１２Ｂ１、外側右土台４１２Ｂ２にそれぞれ連結されているので、外側固定枠部４８Ｂ、外側左土台４１２Ｂ１、外側右土台４１２Ｂ２には、それぞれ独立に電圧を印加することができる。なお、ミラー板４０Ｂの表面は、金、アルミニウム膜等が形成されていてもよい。
【００６１】
そのデバイス層Ｂには、実施例１と同様に、その表面が優れた鏡面を有するシリコンウエハが用いられ得る。このデバイス層Ｂとハンドル層Ｈとを絶縁層Ｉを介して接合した材料がＭＥＭＳ走査型ミラーの作製用に提供され得る。デバイス層Ｂ、絶縁層Ｉ、ハンドル層Ｈがあらかじめ一体化されたＳＯＩウエハを用いても良い。ＳＯＩウエハのデバイス層Ｂの表面は、優れた鏡面状態に仕上げることができる。
【００６２】
いずれの材料を用いてＭＥＭＳ走査型ミラーを作製する場合でも、デバイス層Ｂの優れた鏡面をそのまま用いることにより、鏡面性の良好なミラー板４０Ｂを実現することができる。
【００６３】
この実施例１のＭＥＭＳ走査型ミラーも、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、デバイス層Ｔで定義される最上面ＴＯＰＳよりも下にミラー板４０Ｂの表面４０ＢＳが位置している。
【００６４】
Ｘ軸周りの外側可動櫛歯４１Ｂは、Ｘ軸周りの上下内側固定櫛歯４２Ｔ１、４２Ｔ２に対して段差をもって交差指状に位置している。外側可動櫛歯４１Ｂと上下内側固定櫛歯４２Ｔ１、４２Ｔ２間に電圧が印加されると、静電エネルギーが低下するように、Ｘ軸周りの外側可動櫛歯４１Ｂ、すなわち、ミラー板４０ＢにＸ−Ｘ’軸周りのトルクが発生する。また、Ｙ軸周りの左右内側固定櫛歯４７Ｂ１、４７Ｂ２は、いずれも、Ｙ軸周りの外側可動櫛歯４６Ｂに対して交差指状に位置している。
外側可動櫛歯４６Ｂと左右内側固定櫛歯４７Ｂ１、４７Ｂ２間にＡＣ電圧が印加されると、ミラー板４０Ｂを有する内側可動枠部４４ＢにＹ−Ｙ’軸周りの振動が励起される。
【００６５】
この実施例２によるＭＥＭＳ走査型ミラーは、Ｘ−Ｘ’軸、Ｙ−Ｙ’軸の２軸周りに駆動が可能である。好ましくは、デバイス層Ｂの全体は接地され、Ｘ軸周りの上下内側固定櫛歯４２Ｔ１、４２Ｔ２、Ｙ軸周りの左右内側固定櫛歯４７Ｂ１、４７Ｂ２に、それぞれ電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２、Ｖｙ１、Ｖｙ２を印加することにより、ＭＥＭＳ走査型ミラー（デバイス）が駆動される。
【００６６】
ここで、Ｘ軸周りの上下内側固定櫛歯４２Ｔ１、４２Ｔ２、外側可動櫛歯４１Ｂは、一組の段差付き静電櫛歯を構成するが、Ｙ軸周りの左右内側固定櫛歯４７Ｂ１、４７Ｂ２、外側可動櫛歯４６Ｂは、一組の段差のない静電櫛歯を構成しており、Ｙ軸周りは共振駆動のみが可能である。
【００６７】
この実施例２によれば、Ｘ−Ｘ’軸周りがＤＣ駆動でかつＹ−Ｙ’軸周りが共振駆動又は２軸共に共振駆動のいずれをも採用することができる。例えば、Ｖｘ１、Ｖｘ２にＤＣ電圧、Ｖｙ１、Ｖｙ２にＡＣ電圧を印加すると、Ｘ−Ｘ’軸周りがＤＣ駆動でＹ−Ｙ’軸周りが共振駆動となる。これらのいずれの電圧もＡＣ電圧とすると、２軸共に共振駆動が得られる。
【実施例３】
【００６８】
実施例１に示す段差付き静電櫛歯アクチュエータを有するＭＥＭＳ走査型ミラーの製造方法の一例を図４を参照しつつ説明する。この図４に示す模式図は、図１のＡ−Ａ’線に沿う断面に対応している。
【００６９】
なお、このＭＥＭＳ走査型ミラーの製造方法は、実施例２に係わるＭＥＭＳ走査型ミラーの製造方法にも適用できるものである。
１．準備工程
図４（ａ）はＭＥＭＳ走査型ミラーの各構成要素に対応する構造体形成前のウエハＭＭの図１のＡ−Ａ’線に相当する断面図を示している。
【００７０】
ウエハＭＭは、デバイス層Ｂとハンドル層Ｈとが絶縁層Ｉを介して一体に形成されている。デバイス層Ｂの表面ＢＳは加工前にあらかじめ鏡面仕上げされている。デバイス層Ｂ、ハンドル層Ｈは好ましくはシリコンであり、絶縁層Ｉはシリコン酸化膜である。ここでは、ハンドル層Ｈの表面ＨＳにもシリコン酸化膜（絶縁層Ｉ）が形成されている。
【００７１】
ウエハＭＭには、市販のＳＯＩ（Silicon-on-Insulator）ウエハを用いることができる。シリコン酸化膜（絶縁層Ｉ）には、後加工において利用する第１アラインメントマーク（図示を略す）を形成する。この第１アラインメントマークは、シリコン酸化膜（絶縁層Ｉ）上にあらかじめ感光性レジストを用いてアライメントパターンを形成した後、フッ化水素、緩衝フッ化水素により感光性レジストで覆われていない部分のシリコン酸化膜をエッチングにより除去することにより形成できる。感光性レジストは、エッチング後、例えば、アセトン洗浄により除去できる。
【００７２】
２．デバイス層ＢへのＭＥＭＳ走査ミラーの下層構成要素に対応する下層構造体の形成工程
デバイス層Ｂに、ミラー板３０Ｂ、外側可動櫛歯３１B、内側可動枠部３４B、第１バネ部３３B、外側固定枠部３８B、バネ下部３１１B、外側可動櫛歯３６Bに対応する構造体を形成する。図４（ｂ）には、外側固定枠部３８B、バネ下部３１１B、内側可動枠部３４B、外側可動櫛歯３６Bに対応する構造体３８Ｂ’、３１１Ｂ’、３４Ｂ’、３６Ｂ’が示されている。
【００７３】
この加工は、第１アラインメントマークを用いて、あらかじめ、デバイス層Ｂの表面に感光性レジストでこの構造体に対応するパタ−ンを形成した後、ボッシュプロセスによるＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）法を用いて行うことができる。なお、図４（ｂ）はＤＲＩＥ後に感光性レジストを除去した状態を示している。
【００７４】
３．デバイス層Ｂへのシリコンウエハ接合工程
デバイス層Ｂに、図４（ｃ）に示すように、シリコン酸化膜（絶縁層Ｉ）が表面に形成されたシリコンウエハ５２が接合される。この接合はデバイス層Ｂの最上面とシリコンウエハ５２の表面とを接触させ、例えば、１０００℃から１１００℃に加熱処理することにより行われる。
【００７５】
４．シリコンウエハのグラインディング及びラッピング工程
図４（ｃ）に示すシリコンウエハ５２をグラインディング及びラッピングすることにより、シリコンウエハ５２の厚みを減少させ、図４（ｄ）に示すように、所定の厚さを有する上層のデバイス層Ｔを形成する。
【００７６】
従来のＭＥＭＳ走査型ミラーでは、貼り合せウエハの最上面にグラインディング、ラッピング、研磨加工を施して得られる表面がミラーに供せられる。
【００７７】
研磨後の表面状態は鏡面性能（ミラー性能）を決定するため、従来の加工に許容される表面精度が厳しく要求される。また、従来の加工が施されるシリコンウエハの下部に貼り合せられたシリコンウエハの下部、とりわけ、ミラー板に相当する部分の下に空洞が形成されている場合、ウエハ面内の加工の均一性が劣化し、優れた鏡面性をもつミラー板を歩留りよく得ることが困難である。
【００７８】
これに対して、本発明に係わる実施例よれば、ミラーはデバイスの最上面ではなく、あらかじめ鏡面加工されたウエハの表面に形成するので、鏡面仕上げのための研磨加工を省略できると共に、グラインディング、ラッピング加工に許容される表面粗さの要求精度が従来に較べて緩和される。
【００７９】
また、後述するように、あらかじめ鏡面加工されたウエハの表面は、デバイスの完成直前までシリコン酸化膜で保護されているので、本発明によれば、ミラー板３０Ｂは表面の優れた鏡面性が確保される。従って、本発明のＭＥＭＳ走査ミラーによれば、製造歩留りの向上を図ることができる。
【００８０】
５．ハンドル層Ｈへのマスクの形成工程
ハンドル層Ｈに空洞を形成するエッチング工程で用いるマスク５１を形成するために、図４（ｅ）に示すように、ハンドル層Ｈの表面ＨＳのシリコン酸化膜（絶縁層Ｉ）の一部を除去する。
【００８１】
マスク５１の形成には、第１アラインメントマークを用い、シリコン酸化膜（絶縁層Ｉ）上に予め感光性レジストでパターンを形成した後、フッ化水素、緩衝フッ化水素により感光性レジストで覆われていない部分のシリコン酸化膜をエッチングにより除去することにより、マスク５１が得られる。
【００８２】
なお、エッチング後に感光性レジストは、アセトン洗浄等により除去される。なお、エッチング時に用いるこのマスク５１は、少なくともミラー板３０Ｂ、外側可動櫛歯３１Ｂ、内側可動枠部３４B、外側可動櫛歯３６B、バネ下部３１１B、左右内側固定櫛歯３７T１、３７T2、上下内側固定櫛歯３２T1、３２T2、上バネ上部３１２T1、下バネ上部３１２T2に対応する構造体の下の部分を覆わないように形成する。
【００８３】
なお、このハンドル層Ｈへのマスク５１の形成工程のエッチング時間の短縮化を図るために、準備工程１において、マスク５１を予め形成しておけば、デバイス層Ｂへのシリコンウエハ接合工程３で生じるマスク開口部の薄いシリコン酸化膜（絶縁層Ｉ）を短時間のエッチングにより除去できる。
【００８４】
６．デバイス層ＴにＭＥＭＳ走査ミラーの上層構成要素に対応する上層構造体を形成する形成工程
次に、デバイス層Ｔに、上内側固定櫛歯３２Ｔ１、下内側固定櫛歯３２Ｔ２、内側上土台３５Ｔ１、内側下土台３５Ｔ２、外側上土台３９Ｔ１、外側下土台３９Ｔ２、上バネ上部３１２Ｔ１、下バネ上部３１２Ｔ２、外側左土台３１０T1、外側右土台３１０T2、左内側固定櫛歯３７T1、右内側固定櫛歯３７T2を形成する。
【００８５】
その図５（a）には、外側固定枠部３８B、バネ下部３１１B、内側可動枠部３４B、外側可動櫛歯３６Bに対応する構造体３８Ｂ’、３１１Ｂ’、３４Ｂ’、３６Ｂ’と共に、外側上土台３９Ｔ１、上バネ上部３１２Ｔ１、内側上土台３５Ｔ１、左内側固定櫛歯３７T1、外側左土台３１０T1に対応する構造体３９Ｔ１’、３１２Ｔ１’、３５Ｔ１’、３７Ｔ１’、３１０T１’が示されている。
【００８６】
この形成工程では、各構造体３８Ｂ’、３１１Ｂ’、３４Ｂ’、３６Ｂ’、３９Ｔ１’、３１２Ｔ１’、３５Ｔ１’、３７Ｔ１’、３１０T１’等は形成されているが、ミラー板３０Ｂの表面は未だ露出されず、シリコン酸化膜（絶縁層Ｉ）により保護されている。また、ミラー板３０Ｂに対応する構造体の下部にはハンドル層Ｈが存在し、機械的強度を維持している。
更に、バネ下部３１１Bと上バネ上部３１２Ｔ１とを構成する構造体、バネ下部３１１Bと下バネ上部３１２T２とを構成する構造体も絶縁層Iを介して一体化されている。
【００８７】
このデバイス層ＴにＭＥＭＳ走査ミラーの上層構成要素に対応する上層構造体を形成する形成工程には、デバイス層ＢへのＭＥＭＳ走査ミラーの下層構成要素に対応する下層構造体の形成工程で用いた加工方法と同様の加工方法を用いる。なお、この加工工程にも、第１アラインメントマークを利用可能である。
【００８８】
しかし、工程２から工程５に至る加工の際に、第１アラインメントマークが不鮮明となり、十分なアライメント精度が得られないと考えられる場合には、工程２において、デバイス層Ｂに図示を略す第２アラインメントマークを形成し、工程６に先立って第１アラインメントマークを用いてボッシュプロセスによりデバイス層Ｔにデバイス層Ｂに至る貫通穴を第２アラインメントマークを囲むように形成しておくことにより、この第２アラインメントマークを用いて精度よくこの加工を実施できる。
【００８９】
７．ハンドル層Ｈにエッチングによる空洞の形成工程
工程５で形成されたマスク５１を用い、ボッシュプロセスによりハンドル層Ｈをエッチングすることにより、図５（ｂ）に示すように、下層構造体の下に空洞ＨＯを形成する。
【００９０】
これにより、ミラー板３０Ｂ、内側可動枠部３４Bが回転動作を行う際に、ハンドル層Ｈと衝突することが回避される。この工程７では、未だ、バネ下部３１１B、内側可動枠部３４B、外側可動櫛歯３６B、上バネ上部３１２Ｔ１、左内側固定櫛歯３７T1等はシリコン酸化膜（絶縁層Ｉ）により固定されており、リリースされていない。
【００９１】
８．シリコン酸化膜除去工程
工程７で形成された空洞を有するハンドル層Ｈ、デバイス層Ｔ、Ｂの表面に形成されている露出部分のシリコン酸化膜（絶縁層Ｉ）は、図５（ｃ）に示すようにエッチングにより除去される。エッチング液にはフッ化水素を用いることができる。この段階で、バネ下部３１１Bと上バネ上部３１２Ｔ１（下バネ上部３１２Ｔ２）との交差部に存在する非露出部分の絶縁層Iも交差面積が小さいので除去される。
【００９２】
９．デバイス層Ｂ、Ｔの表面への膜形成工程
なお、デバイス層Ｂ、Ｔの表面には、金、アルミニウム、誘電多層膜等の膜を蒸着、スパッタリング等の手法により形成するのが望ましい。これにより、ミラーの反射率が向上、すなわち、ミラー特性が向上する。ミラーにより反射させる光の波長に応じて、好ましい反射・吸収特性を有する素材を選択するか又は多層膜を光学的に設計して採用すると、なお、一層好ましい。
【００９３】
この実施例に係るMEMS揺動装置によれば、可動体としてのミラー板、このミラー板を揺動可能に支持する第１バネ部を有する可動枠体と、この可動枠体を揺動可能に支持する第２バネ部とを有して２軸回りに揺動可能なMEMS揺動装置において、第２バネ部を、ミラー板の厚さ方向から見て厚さ方向に間隔を開けてクロスされた独立変位可能な二本の板バネ体から構成し、この二本の板バネ体を、可動枠体の回動方向の剛性が大幅に高くならず、かつ可動枠体の厚さ方向とこの厚さ方向に対して直交する方向との剛性が高くなるように、可動枠体の厚さ方向から板バネ体を見たときのバネ幅が可動枠体の厚さ方向と直交する方向から板バネ体を見たときのバネ幅よりも小さく構成しているので、低電圧で駆動したいという要望を満足することができるのみならず、可動枠体の板厚方向及びこの板厚方向と直交する方向の剛性の向上を図ることのできるMEMS揺動装置を提供できる。
【００９４】
以上、実施例においては、二軸駆動のMEMS揺動装置について説明したが、可動体としてもミラー板とこのミラー板を揺動可能に支持するバネ部とを有する一軸回りの駆動のMEMS揺動装置にも本発明を適用できるものである。
【００９５】
この場合、バネ部を、ミラー板の厚さ方向から見て厚さ方向に間隔を開けてクロスされた独立変位可能な二本の板バネ体から構成し、この二本の板バネ体は、ミラー板の回動方向の剛性が大幅に高くならず、かつミラー板の厚さ方向とこの厚さ方向に対して直交する方向との剛性が高くなるように、ミラー板の厚さ方向から板バネ体を見たときのバネ幅がミラー板の厚さ方向と直交する方向から板バネ体を見たときのバネ幅よりも小さく構成すれば良い。
【００９６】
ところで、各板バネ体としての上バネ上部３１２Ｔ１、下バネ上部３１２Ｔ２、及びバネ下部３１１Ｂの寸法（バネ幅ｔ１及びバネ幅ｔ２）はそれぞれ異ならせても良い。
また、板バネ体の形状は向かい合う側面同士が平行の関係にあるものに限らず、各バネ体はそれぞれ異なる形状としても良い。
【００９７】
また、なお、図６に示すように、実施例１の上バネ上部３１２Ｔ１（下バネ上部３１２Ｔ２）とバネ下部３１１ＢとのＸ方向のバネ間隔ｈ’を広げると、バネ部のＸ方向の剛性が大きくなり、一方、バネ幅ｔ１を大きくするに伴って可動枠体３４Ｂに対するＸ方向の剛性及び可動枠体３４Ｂを回動させる方向の剛性が大きくなるので、バネ間隔ｈ’、バネ幅ｔ１はこれらを考慮して所望の剛性が得られるように設定するのが望ましい。
【符号の説明】
【００９８】
３０B…可動体（ミラー板）
３３B…第１バネ部
３４B…可動枠体（内側可動枠部）
３１１B…バネ下部（第２バネ部）
３１２T１…上バネ上部（第２バネ部）
３１２T2…下バネ上部（第２バネ部）
３８B…固定枠体（外側可動枠部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ電気機械機構（ＭＥＭＳ）揺動装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、MEMS技術を利用して製造されるマイクロ構造体として、MEMS走査型ミラー等のMEMS揺動装置が知られている。
例えば、そのMEMS走査型ミラーとしては、１つの段差付き静電櫛歯アクチュエータを有し、ミラーを最上面よりも下に形成して、ミラー表面に傷が発生するのを防止し、製造歩留まりの向上を図ったものが知られている。
【０００３】
このMEMS走査型ミラーは、可動櫛歯が形成された一対の揺動軸とミラー面とを有する可動体と、この一対の揺動軸と固定枠体とを連結するバネ部とから大略構成されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
一般に、MEMS走査型ミラーは、低電圧で駆動して大きな回転角度を得られるようにすることが望ましいため、揺動軸と固定枠体とを連結するバネ部を回転に対して抵抗力の小さい柔らかいバネ部にする必要がある。
【０００５】
しかしながら、バネ部の材料にそのような柔らかいものを用いて、このバネ部を構成することにすると、バネ部の剛性が低下し、可動体が回転変位以外の変位を発生し易くなる。
【０００６】
例えば、静電櫛歯アクチュエータの駆動電圧が高くなるに伴って、静電引力がバネの復元力に比べて過大となってバネ部が変形することにより、可動櫛歯が電極側に引き込まれて、可動体が安定して回動しなくなるといういわゆるプルイン現象が生じる。
【０００７】
光学機器にこのMEMS走査型ミラーを組み込んで用いる場合、バネ部が変形することにより、ミラーの姿勢を安定して制御できなくなったり、アライメントのずれが生じたりし、光学機器が正常に動作しないという問題が生じる。
【０００８】
また、MEMS製造工程では、高温環境条件のもとで、シリコンウエハーを張り合わせたり、成膜したりしているが、MEMSを形成するシリコンウエハーの各層に圧縮又は引っ張り応力が加わっている。
【０００９】
このため、バネ部の剛性が低いと、MEMS走査型ミラーを構成するシリコンウエハーに生じた応力によってバネ部が変形し、MEMS走査型ミラーが設計で意図した通りに正常に作動しないという問題も生じる。
【００１０】
従って、MEMS走査型ミラーを設計で意図した通りに駆動させるには、剛性の高い材料のバネ部を用いざるを得ず、このような剛性の高いバネ部を用いたMEMS走査型ミラーにより走査ミラーの回転角度を大きくしようとすると、高い駆動電圧を静電櫛歯アクチュエータに加えざるを得ず、従来のMEMS走査型ミラーでは、低電圧で駆動したいという要望と安定して駆動させたいという要望との相反する要望を両立させ難いという問題があった。
【００１１】
また、本発明に係るMEMS技術の類似の技術として、半導体プロセスによってねじり揺動体を作成する技術も知られている（特許文献２参照）。
この特許文献２に開示の技術では、固定枠体と可動体としてのミラー板とを二枚の平行四辺形状の板バネをクロスさせて連結すると共に、二枚の平行四辺形状の板バネを軸対称に配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１０−１０７６２８号公報
【特許文献２】特開２０００−３３００６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、この特許文献２に示すねじり揺動体は、ミラー板の板厚方向と直交する方向のバネの剛性を向上させることは可能であるが、ミラー板の板厚方向の剛性が低く、バネ体が厚さ方向に撓みやすいという問題がある。
【００１４】
すなわち、特許文献２に開示の技術は、低電圧で駆動したいという要望を満足することはできるが、ミラー板の板厚方向及びこの板厚方向と直交する方向の剛性の向上を解決する技術を提供するものではない。
【００１５】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、低電圧で駆動したいという要望を満足することができるのみならず、可動体の板厚方向及びこの板厚方向と直交する方向の両方向の剛性の向上を図ることのできるMEMS揺動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に記載のMEMS揺動装置は、可動体と該可動体を揺動可能に支持するバネ部とを有するMEMS揺動装置であって、
前記バネ部は、前記可動体の厚さ方向から見て厚さ方向に間隔を開けてクロスされた独立変位可能な二本の板バネ体から構成され、該二本の板バネ体は、前記可動体の厚さ方向から前記板バネ体を見たときのバネ幅が前記可動体の厚さ方向と直交する方向から前記板バネ体を見たときのバネ幅よりも小さくされていることを特徴とする。
【００１７】
請求項２に記載のMEMS揺動装置は、可動体と、該可動体を揺動可能に支持する第１バネ部を有する可動枠体と、該可動枠体を揺動可能に支持する第２バネ部とを有する固定枠体とを有して２軸回りに揺動可能なMEMS揺動装置であって、
前記第２バネ部は前記可動枠体の厚さ方向から見て厚さ方向に間隔を開けてクロスされた独立変位可能な二本の板バネ体から構成され、該二本の板バネ体は、前記可動枠体の厚さ方向から前記板バネ体を見たときのバネ幅が前記可動枠体の厚さ方向と直交する方向から前記板バネ体を見たときのバネ幅よりも小さくされていることを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載のMEMS揺動装置は、前記可動枠体が二層のデバイス層と該二層の間に存在する絶縁層とを含み、前記二本の板バネ体の間隔は、前記絶縁層を除去することによって形成されることを特徴とする。
【００１９】
請求項４に記載のMEMS揺動装置は、外側に向かってY軸方向に延びる一対の外側可動櫛歯が形成された可動体と、該可動体を包囲するようにして配置されかつ内側に向かって延びて前記外側可動櫛歯に対向する一対の内側固定櫛歯と前記可動体を前記Y軸方向と直交するX軸方向の回りに揺動可能に支持する一対の第１バネ部と外側に向かって前記X軸方向に延びる一対の外側可動櫛歯とを有する内側可動枠体と、前記内側可動枠体を包囲するようにして配置されかつ内側に向かって延びて前記内側可動枠体の外側可動櫛歯に対向する一対の固定櫛歯と前記内側可動枠体を前記Y軸方向の回りに揺動可能に支持する一対の第２バネ部とを有する外側固定枠体とを有するMEMS揺動装置であって、前記第２バネ部は前記内側可動枠体の厚さ方向から見て厚さ方向に間隔を開けてクロスされた独立変位可能な二本の板バネ体から構成され、該二本の板バネ体は、前記内側可動枠体の厚さ方向から前記板バネ体を見たときのバネ幅が前記内側可動枠体の厚さ方向と直交する方向から前記板バネ体を見たときのバネ幅よりも小さくされていることを特徴とする。
【００２０】
請求項５に記載のMEMS揺動装置は、前記二本の板バネ体の内の少なくとも一本が、前記内側可動枠体の外側可動櫛歯と前記可動体の外側可動櫛歯、又は前記内側可動枠体の内側固定櫛歯に電圧を印加する電圧供給ラインとなっていることを特徴とする。
【００２１】
請求項６に記載のＭＥＭＳ走査型ミラーの製造方法は、請求項４又は請求項５に記載のMEMS揺動装置の製造方法であって、
空洞が形成されるべきハンドル層と請求項４又は請求項５に記載の下層構成要素が形成されるべきデバイス層とがシリコン酸化膜を介して接合されたウエハを準備する工程と、
前記デバイス層に前記ＭＥＭＳ揺動装置の下層構成要素に対応する下層構造体を形成する工程と、
前記下層構造体の形成後のウエハの前記デバイス層にシリコン酸化膜を介して請求項４又は請求項５に記載のMEMS揺動装置の上層構成要素が形成されるべき上層のデバイス層を形成するためのウエハを接合する工程と、
該上層のウエハを加工して所定厚さの上層のデバイス層を形成する工程と、
該上層のデバイス層に請求項４又は請求項５に記載のＭＥＭＳ揺動装置の上層構成要素に対応する上層構造体を形成する工程と、
前記ハンドル層に前記空洞を形成する工程と、
前記下層構造体と前記上層構造体との間のシリコン酸化膜を除去して請求項４又は請求項５に記載のＭＥＭＳ揺動装置を完成させる工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、低電圧で駆動したいという要望を満足することができるのみならず、可動体又は可動枠体の板厚方向及びこの板厚方向と直交する方向の剛性の向上を図ることのできるMEMS揺動装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は本発明に係るＭＥＭＳ揺動装置としてのMEMS走査型ミラーの第１の実施例を示す説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ’線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）に示すＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図２】図２は図１に示すバネ部のクロス部分を拡大して示す斜視図である。
【図３】図３は本発明に係るＭＥＭＳ走査型ミラーの第２の実施例を示す説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ’線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）に示すＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図４】図４は本発明に係るＭＥＭＳ走査型ミラーの製造方法の実施例を示す説明図であって、（ａ）は準備工程の説明図、（ｂ）はデバイス層への構造体の形成工程の図１（a）に示すA−A’線に沿う説明図、（ｃ）はシリコンウエハ接合工程の説明図、（ｄ）は最上層のデバイス層の形成工程の説明図、（ｅ）はハンドル層へのマスクの形成工程の説明図である。
【図５】図５は本発明に係るＭＥＭＳ走査型ミラーの製造方法の実施例を示す説明図であって、（ａ）は最上層のデバイス層への構造体の形成工程の図１（a）に示すA−A’線に沿う説明図、（ｂ）はハンドル層への空洞の形成工程の説明図、（ｃ）はシリコン酸化膜除去工程の説明図である。
【図６】図６は図２に示すバネ部を部分的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００２４】
以下に、図面を参照しつつ、本発明に係る段差付き静電櫛歯アクチュエータを有するＭＥＭＳ走査型ミラー及びその製造方法を説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１は、本発明に係わるMEMS揺動装置としての２つの段差付き静電櫛歯アクチュエータを有するＭＥＭＳ走査型ミラーの模式図を示している。
このＭＥＭＳ走査型ミラーは、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、３層構造を呈しており、最上層のデバイス層Ｔ、最下層のハンドル層Ｈ及びこれらの間に存在するデバイス層Ｂからなる。
【００２６】
この実施例１の可動体としてのミラー板は、図１（ａ）に示すＸ−Ｘ’軸、及びこれと直交するＹ−Ｙ’軸の２軸周りの回転が可能である。
デバイス層Ｔ、デバイス層Ｂはｎ型又はｐ型にドープされた導電性のシリコンからなる。ハンドル層Ｈには絶縁性若しくは導電性シリコン又はガラスが用いられる。これらの各層の間は、絶縁層Ｉによって電気的に絶縁されている。絶縁層Ｉは、ハンドル層Ｈがシリコンの場合、シリコン酸化物であることが好ましい。
【００２７】
そのハンドル層Ｈには空洞ＨＯが形成されている。各デバイス層Ｔ、デバイス層Ｂに形成される静電櫛歯アクチュエータの構成要素はその空洞ＨＯの上方に位置する。この各デバイス層Ｔ、デバイス層Ｂに形成される静電櫛歯アクチュエータの構成要素については、各層を示す符号Ｔ、Ｂに添字を付して説明する。
【００２８】
デバイス層Ｂに形成される静電櫛歯アクチュエータの各構成要素は、ミラー板３０Ｂ、Ｘ軸周りの一対の外側可動櫛歯３１Ｂ、Ｘ軸周りの第１バネ部３３Ｂ、内側可動枠部３４B、外側固定枠部３８Ｂ、Ｙ軸周りの外側可動櫛歯３６Ｂ、Ｙ軸周りの第２バネ部を構成する板バネ体としてのバネ下部３１１Ｂである。これらの各構成要素は全てが一体とされ、電気的に等電位である。
【００２９】
デバイス層Ｔに形成される静電櫛歯アクチュエータの各構成要素は、Ｘ軸周りの上内側固定櫛歯３２Ｔ１、Ｘ軸周りの下内側固定櫛歯３２Ｔ２、内側上土台３５Ｔ１、内側下土台３５Ｔ２、Ｙ軸周りの左内側固定櫛歯３７Ｔ１、右内側固定櫛歯３７Ｔ２、外側上土台３９Ｔ１、外側下土台３９Ｔ２、外側左土台３１０Ｔ１、外側右土台３１０Ｔ２、Ｙ軸周りの第２バネ部を構成する板バネ体としての上バネ上部３１２Ｔ１、Ｙ軸周りの第２バネ部を構成する板バネ体としての下バネ上部３１２Ｔ２である。
【００３０】
外側可動櫛歯３１Bはミラー板３０Bと一体に形成され、Y軸方向に向かって延びている。内側可動枠部３４Bは、ミラー板３０Bを包囲するようにして配置されている。
内側可動枠部３４Bはデバイス層Bの上面に形成されたデバイス層Tと共に内側可動枠体を構成している。
【００３１】
その内側可動枠体のデバイス層Tには、内側に向かって延びて外側可動櫛歯３１Bに対向する一対の上下内側固定櫛歯３２T1、３２T２が形成されている。
第１バネ部３３Bは、X−X’軸方向に延びてミラー板３０Bと内側可動枠部３４Bとを連結し、ミラー板３０BをX−X’軸回りに揺動可能に支持している。
【００３２】
外側可動櫛歯３６Bは内側可動枠部３４Bと一体に形成されて、外側に向かってX軸方向に延びている。
バネ下部３１１Bは外側固定枠部３８Bと内側可動枠部３４Bとを連結している。外側固定枠部３８Bは内側可動枠部３４Bを包囲するようにして配置されている。その外側固定枠部３８Bはデバイス層Bの上面に形成されたデバイス層Tと共に外側固定枠体を構成している。
【００３３】
その外側固定枠体のデバイス層Tには、内側に向かって延びて外側可動櫛歯３６Bに対向する一対の左内側固定櫛歯３７Ｔ１、右内側固定櫛歯３７Ｔ２と、一対の第２バネ部を構成する上バネ上部３１２Ｔ１、下バネ上部３１２Ｔ２が形成されている。
その左内側固定櫛歯３７T１、右内側固定櫛歯３７Ｔ２はY軸方向に内側に向かって延びて、それぞれ外側可動櫛歯３６Bに対向している。
【００３４】
上バネ上部３１２T１、下バネ上部３１２T2は、内側可動枠体のデバイス層Tと外側固定枠体のデバイス層Tとを連結し、内側可動枠体をY−Y’軸回りに揺動可能に支持する一対の第２バネ部をバネ下部３１１Bと協働して構成している。
この構造により、デバイス層Ｂに形成される全ての構成要素は一体化される。なお、ミラー板３０Ｂの表面には、金、アルミニウム等による膜が形成されていてもよい。
【００３５】
その上バネ上部３１２T１（下バネ上部３１２T2）とバネ下部３１１Bとは、図２に斜視図として示すように、可動体としての内側可動枠体を厚さ方向から見て厚さ方向に間隔ｈを開けかつ図１（a）に示すY−Y’軸を境にして対称的にクロス形成されて、上バネ上部３１２T１（下バネ上部３１２T2）とバネ下部３１１Bとは、独立変位可能とされている。
【００３６】
この上バネ上部３１２T１（下バネ上部３１２T2）とバネ下部３１１Bとは、内側可動枠体のY−Y’軸回りの回動方向の剛性が大幅に高くならず、内側可動枠体の厚さ方向と直交する方向（X−X’方向及びY−Y’方向）の剛性及び内側可動枠体の厚さ方向の剛性が高くなるように、内側可動枠体を厚さ方向から見たときのバネ幅ｔ１が内側可動枠体をその厚さ方向と直交する方向から見たときのバネ幅ｔ２よりも小さくされている。
また、上バネ上部３１２T１（下バネ上部３１２T2）のバネ幅ｔ２とバネ下部３１１Bとのバネ幅ｔ２との和は内側可動枠体の厚さ方向の幅と略同じ幅とされている。
【００３７】
すなわち、Ｘ軸周りの上内側固定櫛歯３２Ｔ１、内側上土台３５Ｔ１、Ｙ軸周りの上バネ上部３１２Ｔ１及び外側上土台３９Ｔ１は一体化され、Ｘ軸周りの下内側固定櫛歯３２Ｔ２、内側下土台３５Ｔ２、Ｙ軸周りの下バネ上部３１２Ｔ２及び外側下土台３９Ｔ２は一体化され、Ｙ軸周りの左内側固定櫛歯３７Ｔ１及び外側左土台３１０Ｔ１は一体化され、Ｙ軸周りの右内側固定櫛歯３７Ｔ２及び外側右土台３１０Ｔ２は一体化されている。これら一体化されている構成要素ごとに、互いに独立に電圧を設定することができる。
【００３８】
バネ下部３１１Bは外側可動櫛歯３１B、３６Bに電圧を印加する電圧供給ラインとされ、上バネ上部３１２Ｔ１は上内側固定櫛歯３２T１に電圧を印加する電圧供給ラインとされ、下バネ上部３１２Ｔ２は下内側固定櫛歯３２T２に電圧を印加する電圧供給ラインとされている。
【００３９】
デバイス層Ｂには、その表面が優れた鏡面を有するシリコンウエハが用いられ得る。このデバイス層Ｂとハンドル層Ｈとを絶縁層Ｉを介して接合した材料がＭＥＭＳ走査型ミラーの作製用に提供され得る。デバイス層Ｂ、絶縁層Ｉ、ハンドル層Ｈがあらかじめ一体化されたＳＯＩウエハを用いても良い。ＳＯＩウエハのデバイス層Ｂの表面は優れた鏡面状態に仕上げることができる。
【００４０】
いずれの材料を用いてＭＥＭＳ走査型ミラーを作製する場合でも、デバイス層Ｂの優れた鏡面をそのまま用いることにより、鏡面性の良好なミラー板３０Ｂを実現することができる。
【００４１】
この実施例１のＭＥＭＳ走査型ミラーは、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、デバイス層Ｔで定義される最上面ＴＯＰＳよりも下にミラー板３０Ｂの表面３０ＢＳが位置している。その作用、効果については、 特開２０１０−１０７６２８号公報を参照されたい。
【００４２】
Ｘ軸周りの外側可動櫛歯３１Ｂは、Ｘ軸周りの上下内側下固定櫛歯３２Ｔ１、３２Ｔ２に対して段差をもって交差指状に位置している。外側可動櫛歯３１Ｂと上下内側固定櫛歯３２Ｔ１、３２Ｔ２間に電圧が印加されると、静電エネルギーが低下するように、Ｘ軸周りの外側可動櫛歯３１Ｂ、すなわち、ミラー板３０ＢにＸ−Ｘ’軸周りのトルクが発生する。
【００４３】
また、Ｙ軸周りの外側可動櫛歯３６Ｂは、Ｙ軸周りの左右内側固定櫛歯３７Ｔ１、３７Ｔ２に対して段差をもって交差指状に位置している。外側可動櫛歯３６Ｂと左右内側固定櫛歯３７Ｔ１、３７Ｔ２間に電圧が印加されると、静電エネルギーが低下するように、Ｙ軸周りの外側可動櫛歯３６Ｂ、すなわち、ミラー板３０Ｂを一体に有する内側可動枠体にＹ−Ｙ’軸周りのトルクが発生する。
【００４４】
この実施例によれば、上バネ上部３１２T１（下バネ上部３１２T2）とバネ下部３１１Bとは、互いに独立変位可能とされ、かつ、この上バネ上部３１２T１（下バネ上部３１２T2）とバネ下部３１１Bを内側可動枠体の厚さ方向から見たときのバネ幅ｔ１がこの内側可動枠体の厚さ方向と直交する方向から見たときのバネ幅ｔ２よりも小さく、しかも、上バネ上部３１２T１（下バネ上部３１２T2）とバネ下部３１１Bの撓みの方向が同方向となるので、その回動方向の抵抗力が小さく、従って、内側可動枠体を極力低電圧で駆動することが可能である。
【００４５】
これに対して、内側可動枠体をその厚さ方向と直交する方向から見たときの上バネ上部３１２T１（下バネ上部３１２T2）のバネ幅ｔ２とバネ下部３１１Bのバネ幅ｔ２との和は、内側可動枠体の厚さ方向の幅と略同じ幅とされているので、かつ、上バネ上部３１２T１（下バネ上部３１２T2）とバネ下部３１１Bとがクロスされているので、外力Fzを構造力学的に面的に受けることができることになり、内側可動枠体にその厚さ方向から加わる外力Fzに対する剛性を高めることができる。
【００４６】
また、上バネ上部３１２T１（下バネ上部３１２T2）とバネ下部３１１Bとは、クロスして、内側可動枠体と外側固定枠体とを連結しているので、内側可動枠体にX−X’方向から外力Fｘが加わった場合は、内側可動枠体のX−X’方向の変位により、上バネ上部３１２T１（下バネ上部３１２T2）とバネ下部３１１Bとの一方が延び、一方は縮む方向に撓み変位するので、内側可動枠体にそのX−X’方向から加わる外力Fｘに対する剛性を高めることができる。
【００４７】
更に、内側可動枠体にY−Y’方向から外力Fｙが加わった場合は、上バネ上部３１２T１とバネ下部３１１B（下バネ上部３１２T2とバネ下部３１１B）との対の一方が突っ張り力を発生するので、内側可動枠体にそのY−Y’方向から加わる外力Fｙに対する剛性を高めることができる。
【００４８】
この実施例１によるＭＥＭＳ走査型ミラーは、Ｘ−Ｘ’軸及びＹ−Ｙ’軸の２軸周りに駆動が可能である。好ましくは、デバイス層Ｂの全体は接地（符号GNDで示す）され、Ｘ軸周りの上下内側固定櫛歯３２Ｔ１、３２Ｔ２、Ｙ軸周りの左右内側固定櫛歯３７Ｔ１、３７Ｔ２に、それぞれ電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２、Ｖｙ１、Ｖｙ２を印加することにより、ＭＥＭＳ走査型ミラー（デバイス）が駆動される。
【００４９】
この実施例１によれば、２軸共にＤＣ駆動、１軸がＤＣ駆動で他の１軸が共振駆動、２軸共に共振駆動のいずれをも採用することができる。例えば、Ｖｘ１、Ｖｘ２、Ｖｙ１、Ｖｙ２のいずれもＤＣ電圧とした場合、２軸共にＤＣ駆動となる。また、これらのいずれもＡＣ電圧とすると、２軸共に共振駆動が得られる。また、例えば、Ｖｘ１、Ｖｘ２をＤＣ電圧とし、Ｖｙ１、Ｖｙ２をＡＣ電圧とすれば、Ｘ−Ｘ’軸周りにＤＣ駆動、Ｙ−Ｙ’軸周りに共振駆動を実現できる。
【実施例２】
【００５０】
図３は本発明に係わる１つの段差付き静電櫛歯アクチュエータを有するＭＥＭＳ走査型ミラーの他の例の模式図を示している。この実施例２では、実施例１と同様に、ミラー板はＸ−Ｘ’軸、Ｙ−Ｙ’軸の２軸周りの回転が可能であるが、Ｙ−Ｙ’軸周りの駆動は、共振駆動に限定される。
【００５１】
このＭＥＭＳ走査型ミラーも、実施例１と同様に３層構造を呈しており、最上層のデバイス層Ｔ、最下層のハンドル層Ｈ及びこれらの間に存在するデバイス層Ｂからなる。デバイス層Ｔ、デバイス層Ｂはｎ型又はｐ型にドープされた導電性のシリコンからなる。ハンドル層Ｈには絶縁性若しくは導電性シリコン又はガラスが用いられる。これらの各層の間は、絶縁層Ｉによって電気的に絶縁されている。絶縁層Ｉは、ハンドル層Ｈがシリコンの場合、シリコン酸化物であることが好ましい。
【００５２】
そのハンドル層Ｈには空洞ＨＯが形成されている。各デバイス層Ｔ、デバイス層Ｂに形成される静電櫛歯アクチュエータの構成要素はその空洞ＨＯの上方に位置する。この各デバイス層Ｔ、デバイス層Ｂに形成される静電櫛歯アクチュエータの構成要素については、各層を示す符号Ｔ、Ｂに添字を付して説明する。
【００５３】
デバイス層Ｂに形成される静電櫛歯アクチュエータの各構成要素は、ミラー板４０Ｂ、Ｘ軸周りの外側可動櫛歯４１Ｂ、Ｘ軸周りの第１バネ部４３Ｂ、内側可動枠部４４Ｂ、Ｙ軸周りの外側可動櫛歯４６Ｂ、Ｙ軸周りの左内側固定櫛歯４７Ｂ１、Ｙ軸周りの右内側固定櫛歯４７Ｂ２、外側固定枠部４８Ｂ、Ｙ軸周りの第２バネを構成する板バネ体としてのバネ下部４１０Ｂ、外側左土台４１２Ｂ１、外側右土台４１２Ｂ２、溝４１３である。
【００５４】
第１バネ部４３Bは、Ｘ−Ｘ’軸に沿って延びてミラー板４０Ｂと内側可動枠部４４Bとを連結し、ミラー板４０BをX−X’軸回りに揺動可能に支持している。
外側可動櫛歯４１Ｂはミラー板４０Bと一体に形成されて、Y軸方向に向かって延びている。
【００５５】
内側可動枠部４４Bは、ミラー板４０Bを包囲するようにして配置されている。
内側可動枠部４４Bは、デバイス層Bの上面に形成されたデバイス層Tと共に内側可動枠体を構成している。
デバイス層Ｂに形成された各構成要素４０Ｂ、４１Ｂ、４３Ｂ、４４Ｂ、４６Ｂ、４８Ｂ、４１０Ｂは一体とされ、電気的には等電位である。
【００５６】
デバイス層Ｔに形成される静電櫛歯アクチュエータの各構成要素は、Ｘ軸周りの上内側固定櫛歯４２Ｔ１、Ｘ軸周りの下内側固定櫛歯４２Ｔ２、内側上土台４５Ｔ１、内側下土台４５Ｔ２、外側上土台４９Ｔ１、外側下土台４９Ｔ２、Ｙ軸周りの第２バネ部を構成する板バネ体としての上バネ上部４１１Ｔ１、Ｙ軸周りの第２バネ部を構成する板バネ体としての下バネ上部４１１Ｔ２である。上内側固定櫛歯４２Ｔ１、下内側固定櫛歯４２Ｔ２は、内側に向かって延びて、外側可動櫛歯４１Bに対向している。
【００５７】
Ｘ軸周りの上内側固定櫛歯４２Ｔ１、内側上土台４５Ｔ１、Ｙ軸周りの上バネ上部４１１Ｔ１、外側上土台４９Ｔ１は一体化され、Ｘ軸周りの下内側固定櫛歯４２Ｔ２、内側下土台４５Ｔ２、Ｙ軸周りの下バネ上部４１１Ｔ２、外側下土台４９Ｔ２は一体化され、これら一体の構成要素ごとに独立に電圧を設定することができる。
外側可動櫛歯４６Ｂは内側可動枠部４４Bと一体に形成されて外側に向かってX軸方向に延びている。
【００５８】
バネ下部４１０Bは、外側固定枠部４８Bと内側可動枠部４４Bとを連結している。外側固定枠部４８Bは内側可動枠部４４Bを包囲するようにして配置されている。外側固定枠部４８Bはそのデバイス層Bの上面に形成されたデバイス層Tと共に外側固定枠体を形成している。
【００５９】
溝４１３はその外側固定枠部４８Ｂに形成され、これにより、外側固定枠部４８Ｂに対して絶縁された外側左土台４１２Ｂ１、外側右土台４１２Ｂ２が形成される。Ｙ軸周りの左内側固定櫛歯４７Ｂ１、Ｙ軸周りの右内側固定櫛歯４７Ｂ２は外側左右土台４１２Ｂ１、４１２Ｂ２にそれぞれ形成される。
バネ下部４１０Ｂ、上バネ上部４１１Ｔ１、下バネ上部４１１Ｔ２の構造は、実施例１と同様である。
【００６０】
Ｙ軸周りの左右内側固定櫛歯４７Ｂ１、４７Ｂ２は、溝４１３により外側固定枠部４８Ｂと電気的に分離した外側左土台４１２Ｂ１、外側右土台４１２Ｂ２にそれぞれ連結されているので、外側固定枠部４８Ｂ、外側左土台４１２Ｂ１、外側右土台４１２Ｂ２には、それぞれ独立に電圧を印加することができる。なお、ミラー板４０Ｂの表面は、金、アルミニウム膜等が形成されていてもよい。
【００６１】
そのデバイス層Ｂには、実施例１と同様に、その表面が優れた鏡面を有するシリコンウエハが用いられ得る。このデバイス層Ｂとハンドル層Ｈとを絶縁層Ｉを介して接合した材料がＭＥＭＳ走査型ミラーの作製用に提供され得る。デバイス層Ｂ、絶縁層Ｉ、ハンドル層Ｈがあらかじめ一体化されたＳＯＩウエハを用いても良い。ＳＯＩウエハのデバイス層Ｂの表面は、優れた鏡面状態に仕上げることができる。
【００６２】
いずれの材料を用いてＭＥＭＳ走査型ミラーを作製する場合でも、デバイス層Ｂの優れた鏡面をそのまま用いることにより、鏡面性の良好なミラー板４０Ｂを実現することができる。
【００６３】
この実施例１のＭＥＭＳ走査型ミラーも、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、デバイス層Ｔで定義される最上面ＴＯＰＳよりも下にミラー板４０Ｂの表面４０ＢＳが位置している。
【００６４】
Ｘ軸周りの外側可動櫛歯４１Ｂは、Ｘ軸周りの上下内側固定櫛歯４２Ｔ１、４２Ｔ２に対して段差をもって交差指状に位置している。外側可動櫛歯４１Ｂと上下内側固定櫛歯４２Ｔ１、４２Ｔ２間に電圧が印加されると、静電エネルギーが低下するように、Ｘ軸周りの外側可動櫛歯４１Ｂ、すなわち、ミラー板４０ＢにＸ−Ｘ’軸周りのトルクが発生する。また、Ｙ軸周りの左右内側固定櫛歯４７Ｂ１、４７Ｂ２は、いずれも、Ｙ軸周りの外側可動櫛歯４６Ｂに対して交差指状に位置している。
外側可動櫛歯４６Ｂと左右内側固定櫛歯４７Ｂ１、４７Ｂ２間にＡＣ電圧が印加されると、ミラー板４０Ｂを有する内側可動枠部４４ＢにＹ−Ｙ’軸周りの振動が励起される。
【００６５】
この実施例２によるＭＥＭＳ走査型ミラーは、Ｘ−Ｘ’軸、Ｙ−Ｙ’軸の２軸周りに駆動が可能である。好ましくは、デバイス層Ｂの全体は接地され、Ｘ軸周りの上下内側固定櫛歯４２Ｔ１、４２Ｔ２、Ｙ軸周りの左右内側固定櫛歯４７Ｂ１、４７Ｂ２に、それぞれ電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２、Ｖｙ１、Ｖｙ２を印加することにより、ＭＥＭＳ走査型ミラー（デバイス）が駆動される。
【００６６】
ここで、Ｘ軸周りの上下内側固定櫛歯４２Ｔ１、４２Ｔ２、外側可動櫛歯４１Ｂは、一組の段差付き静電櫛歯を構成するが、Ｙ軸周りの左右内側固定櫛歯４７Ｂ１、４７Ｂ２、外側可動櫛歯４６Ｂは、一組の段差のない静電櫛歯を構成しており、Ｙ軸周りは共振駆動のみが可能である。
【００６７】
この実施例２によれば、Ｘ−Ｘ’軸周りがＤＣ駆動でかつＹ−Ｙ’軸周りが共振駆動又は２軸共に共振駆動のいずれをも採用することができる。例えば、Ｖｘ１、Ｖｘ２にＤＣ電圧、Ｖｙ１、Ｖｙ２にＡＣ電圧を印加すると、Ｘ−Ｘ’軸周りがＤＣ駆動でＹ−Ｙ’軸周りが共振駆動となる。これらのいずれの電圧もＡＣ電圧とすると、２軸共に共振駆動が得られる。
【実施例３】
【００６８】
実施例１に示す段差付き静電櫛歯アクチュエータを有するＭＥＭＳ走査型ミラーの製造方法の一例を図４を参照しつつ説明する。この図４に示す模式図は、図１のＡ−Ａ’線に沿う断面に対応している。
【００６９】
なお、このＭＥＭＳ走査型ミラーの製造方法は、実施例２に係わるＭＥＭＳ走査型ミラーの製造方法にも適用できるものである。
１．準備工程
図４（ａ）はＭＥＭＳ走査型ミラーの各構成要素に対応する構造体形成前のウエハＭＭの図１のＡ−Ａ’線に相当する断面図を示している。
【００７０】
ウエハＭＭは、デバイス層Ｂとハンドル層Ｈとが絶縁層Ｉを介して一体に形成されている。デバイス層Ｂの表面ＢＳは加工前にあらかじめ鏡面仕上げされている。デバイス層Ｂ、ハンドル層Ｈは好ましくはシリコンであり、絶縁層Ｉはシリコン酸化膜である。ここでは、ハンドル層Ｈの表面ＨＳにもシリコン酸化膜（絶縁層Ｉ）が形成されている。
【００７１】
ウエハＭＭには、市販のＳＯＩ（Silicon-on-Insulator）ウエハを用いることができる。シリコン酸化膜（絶縁層Ｉ）には、後加工において利用する第１アラインメントマーク（図示を略す）を形成する。この第１アラインメントマークは、シリコン酸化膜（絶縁層Ｉ）上にあらかじめ感光性レジストを用いてアライメントパターンを形成した後、フッ化水素、緩衝フッ化水素により感光性レジストで覆われていない部分のシリコン酸化膜をエッチングにより除去することにより形成できる。感光性レジストは、エッチング後、例えば、アセトン洗浄により除去できる。
【００７２】
２．デバイス層ＢへのＭＥＭＳ走査ミラーの下層構成要素に対応する下層構造体の形成工程
デバイス層Ｂに、ミラー板３０Ｂ、外側可動櫛歯３１B、内側可動枠部３４B、第１バネ部３３B、外側固定枠部３８B、バネ下部３１１B、外側可動櫛歯３６Bに対応する構造体を形成する。図４（ｂ）には、外側固定枠部３８B、バネ下部３１１B、内側可動枠部３４B、外側可動櫛歯３６Bに対応する構造体３８Ｂ’、３１１Ｂ’、３４Ｂ’、３６Ｂ’が示されている。
【００７３】
この加工は、第１アラインメントマークを用いて、あらかじめ、デバイス層Ｂの表面に感光性レジストでこの構造体に対応するパタ−ンを形成した後、ボッシュプロセスによるＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）法を用いて行うことができる。なお、図４（ｂ）はＤＲＩＥ後に感光性レジストを除去した状態を示している。
【００７４】
３．デバイス層Ｂへのシリコンウエハ接合工程
デバイス層Ｂに、図４（ｃ）に示すように、シリコン酸化膜（絶縁層Ｉ）が表面に形成されたシリコンウエハ５２が接合される。この接合はデバイス層Ｂの最上面とシリコンウエハ５２の表面とを接触させ、例えば、１０００℃から１１００℃に加熱処理することにより行われる。
【００７５】
４．シリコンウエハのグラインディング及びラッピング工程
図４（ｃ）に示すシリコンウエハ５２をグラインディング及びラッピングすることにより、シリコンウエハ５２の厚みを減少させ、図４（ｄ）に示すように、所定の厚さを有する上層のデバイス層Ｔを形成する。
【００７６】
従来のＭＥＭＳ走査型ミラーでは、貼り合せウエハの最上面にグラインディング、ラッピング、研磨加工を施して得られる表面がミラーに供せられる。
【００７７】
研磨後の表面状態は鏡面性能（ミラー性能）を決定するため、従来の加工に許容される表面精度が厳しく要求される。また、従来の加工が施されるシリコンウエハの下部に貼り合せられたシリコンウエハの下部、とりわけ、ミラー板に相当する部分の下に空洞が形成されている場合、ウエハ面内の加工の均一性が劣化し、優れた鏡面性をもつミラー板を歩留りよく得ることが困難である。
【００７８】
これに対して、本発明に係わる実施例よれば、ミラーはデバイスの最上面ではなく、あらかじめ鏡面加工されたウエハの表面に形成するので、鏡面仕上げのための研磨加工を省略できると共に、グラインディング、ラッピング加工に許容される表面粗さの要求精度が従来に較べて緩和される。
【００７９】
また、後述するように、あらかじめ鏡面加工されたウエハの表面は、デバイスの完成直前までシリコン酸化膜で保護されているので、本発明によれば、ミラー板３０Ｂは表面の優れた鏡面性が確保される。従って、本発明のＭＥＭＳ走査ミラーによれば、製造歩留りの向上を図ることができる。
【００８０】
５．ハンドル層Ｈへのマスクの形成工程
ハンドル層Ｈに空洞を形成するエッチング工程で用いるマスク５１を形成するために、図４（ｅ）に示すように、ハンドル層Ｈの表面ＨＳのシリコン酸化膜（絶縁層Ｉ）の一部を除去する。
【００８１】
マスク５１の形成には、第１アラインメントマークを用い、シリコン酸化膜（絶縁層Ｉ）上に予め感光性レジストでパターンを形成した後、フッ化水素、緩衝フッ化水素により感光性レジストで覆われていない部分のシリコン酸化膜をエッチングにより除去することにより、マスク５１が得られる。
【００８２】
なお、エッチング後に感光性レジストは、アセトン洗浄等により除去される。なお、エッチング時に用いるこのマスク５１は、少なくともミラー板３０Ｂ、外側可動櫛歯３１Ｂ、内側可動枠部３４B、外側可動櫛歯３６B、バネ下部３１１B、左右内側固定櫛歯３７T１、３７T2、上下内側固定櫛歯３２T1、３２T2、上バネ上部３１２T1、下バネ上部３１２T2に対応する構造体の下の部分を覆わないように形成する。
【００８３】
なお、このハンドル層Ｈへのマスク５１の形成工程のエッチング時間の短縮化を図るために、準備工程１において、マスク５１を予め形成しておけば、デバイス層Ｂへのシリコンウエハ接合工程３で生じるマスク開口部の薄いシリコン酸化膜（絶縁層Ｉ）を短時間のエッチングにより除去できる。
【００８４】
６．デバイス層ＴにＭＥＭＳ走査ミラーの上層構成要素に対応する上層構造体を形成する形成工程
次に、デバイス層Ｔに、上内側固定櫛歯３２Ｔ１、下内側固定櫛歯３２Ｔ２、内側上土台３５Ｔ１、内側下土台３５Ｔ２、外側上土台３９Ｔ１、外側下土台３９Ｔ２、上バネ上部３１２Ｔ１、下バネ上部３１２Ｔ２、外側左土台３１０T1、外側右土台３１０T2、左内側固定櫛歯３７T1、右内側固定櫛歯３７T2を形成する。
【００８５】
その図５（a）には、外側固定枠部３８B、バネ下部３１１B、内側可動枠部３４B、外側可動櫛歯３６Bに対応する構造体３８Ｂ’、３１１Ｂ’、３４Ｂ’、３６Ｂ’と共に、外側上土台３９Ｔ１、上バネ上部３１２Ｔ１、内側上土台３５Ｔ１、左内側固定櫛歯３７T1、外側左土台３１０T1に対応する構造体３９Ｔ１’、３１２Ｔ１’、３５Ｔ１’、３７Ｔ１’、３１０T１’が示されている。
【００８６】
この形成工程では、各構造体３８Ｂ’、３１１Ｂ’、３４Ｂ’、３６Ｂ’、３９Ｔ１’、３１２Ｔ１’、３５Ｔ１’、３７Ｔ１’、３１０T１’等は形成されているが、ミラー板３０Ｂの表面は未だ露出されず、シリコン酸化膜（絶縁層Ｉ）により保護されている。また、ミラー板３０Ｂに対応する構造体の下部にはハンドル層Ｈが存在し、機械的強度を維持している。
更に、バネ下部３１１Bと上バネ上部３１２Ｔ１とを構成する構造体、バネ下部３１１Bと下バネ上部３１２T２とを構成する構造体も絶縁層Iを介して一体化されている。
【００８７】
このデバイス層ＴにＭＥＭＳ走査ミラーの上層構成要素に対応する上層構造体を形成する形成工程には、デバイス層ＢへのＭＥＭＳ走査ミラーの下層構成要素に対応する下層構造体の形成工程で用いた加工方法と同様の加工方法を用いる。なお、この加工工程にも、第１アラインメントマークを利用可能である。
【００８８】
しかし、工程２から工程５に至る加工の際に、第１アラインメントマークが不鮮明となり、十分なアライメント精度が得られないと考えられる場合には、工程２において、デバイス層Ｂに図示を略す第２アラインメントマークを形成し、工程６に先立って第１アラインメントマークを用いてボッシュプロセスによりデバイス層Ｔにデバイス層Ｂに至る貫通穴を第２アラインメントマークを囲むように形成しておくことにより、この第２アラインメントマークを用いて精度よくこの加工を実施できる。
【００８９】
７．ハンドル層Ｈにエッチングによる空洞の形成工程
工程５で形成されたマスク５１を用い、ボッシュプロセスによりハンドル層Ｈをエッチングすることにより、図５（ｂ）に示すように、下層構造体の下に空洞ＨＯを形成する。
【００９０】
これにより、ミラー板３０Ｂ、内側可動枠部３４Bが回転動作を行う際に、ハンドル層Ｈと衝突することが回避される。この工程７では、未だ、バネ下部３１１B、内側可動枠部３４B、外側可動櫛歯３６B、上バネ上部３１２Ｔ１、左内側固定櫛歯３７T1等はシリコン酸化膜（絶縁層Ｉ）により固定されており、リリースされていない。
【００９１】
８．シリコン酸化膜除去工程
工程７で形成された空洞を有するハンドル層Ｈ、デバイス層Ｔ、Ｂの表面に形成されている露出部分のシリコン酸化膜（絶縁層Ｉ）は、図５（ｃ）に示すようにエッチングにより除去される。エッチング液にはフッ化水素を用いることができる。この段階で、バネ下部３１１Bと上バネ上部３１２Ｔ１（下バネ上部３１２Ｔ２）との交差部に存在する非露出部分の絶縁層Iも交差面積が小さいので除去される。
【００９２】
９．デバイス層Ｂ、Ｔの表面への膜形成工程
なお、デバイス層Ｂ、Ｔの表面には、金、アルミニウム、誘電多層膜等の膜を蒸着、スパッタリング等の手法により形成するのが望ましい。これにより、ミラーの反射率が向上、すなわち、ミラー特性が向上する。ミラーにより反射させる光の波長に応じて、好ましい反射・吸収特性を有する素材を選択するか又は多層膜を光学的に設計して採用すると、なお、一層好ましい。
【００９３】
この実施例に係るMEMS揺動装置によれば、可動体としてのミラー板、このミラー板を揺動可能に支持する第１バネ部を有する可動枠体と、この可動枠体を揺動可能に支持する第２バネ部とを有して２軸回りに揺動可能なMEMS揺動装置において、第２バネ部を、ミラー板の厚さ方向から見て厚さ方向に間隔を開けてクロスされた独立変位可能な二本の板バネ体から構成し、この二本の板バネ体を、可動枠体の回動方向の剛性が大幅に高くならず、かつ可動枠体の厚さ方向とこの厚さ方向に対して直交する方向との剛性が高くなるように、可動枠体の厚さ方向から板バネ体を見たときのバネ幅が可動枠体の厚さ方向と直交する方向から板バネ体を見たときのバネ幅よりも小さく構成しているので、低電圧で駆動したいという要望を満足することができるのみならず、可動枠体の板厚方向及びこの板厚方向と直交する方向の剛性の向上を図ることのできるMEMS揺動装置を提供できる。
【００９４】
以上、実施例においては、二軸駆動のMEMS揺動装置について説明したが、可動体としてもミラー板とこのミラー板を揺動可能に支持するバネ部とを有する一軸回りの駆動のMEMS揺動装置にも本発明を適用できるものである。
【００９５】
この場合、バネ部を、ミラー板の厚さ方向から見て厚さ方向に間隔を開けてクロスされた独立変位可能な二本の板バネ体から構成し、この二本の板バネ体は、ミラー板の回動方向の剛性が大幅に高くならず、かつミラー板の厚さ方向とこの厚さ方向に対して直交する方向との剛性が高くなるように、ミラー板の厚さ方向から板バネ体を見たときのバネ幅がミラー板の厚さ方向と直交する方向から板バネ体を見たときのバネ幅よりも小さく構成すれば良い。
【００９６】
ところで、各板バネ体としての上バネ上部３１２Ｔ１、下バネ上部３１２Ｔ２、及びバネ下部３１１Ｂの寸法（バネ幅ｔ１及びバネ幅ｔ２）はそれぞれ異ならせても良い。
また、板バネ体の形状は向かい合う側面同士が平行の関係にあるものに限らず、各バネ体はそれぞれ異なる形状としても良い。
【００９７】
また、なお、図６に示すように、実施例１の上バネ上部３１２Ｔ１（下バネ上部３１２Ｔ２）とバネ下部３１１ＢとのＸ方向のバネ間隔ｈ’を広げると、バネ部のＸ方向の剛性が大きくなり、一方、バネ幅ｔ１を大きくするに伴って可動枠体３４Ｂに対するＸ方向の剛性及び可動枠体３４Ｂを回動させる方向の剛性が大きくなるので、バネ間隔ｈ’、バネ幅ｔ１はこれらを考慮して所望の剛性が得られるように設定するのが望ましい。
【符号の説明】
【００９８】
３０B…可動体（ミラー板）
３３B…第１バネ部
３４B…可動枠体（内側可動枠部）
３１１B…バネ下部（第２バネ部）
３１２T１…上バネ上部（第２バネ部）
３１２T2…下バネ上部（第２バネ部）
３８B…固定枠体（外側可動枠部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動体と該可動体を揺動可能に支持するバネ部とを有するMEMS揺動装置であって、
前記バネ部は、前記可動体の厚さ方向から見て厚さ方向に間隔を開けてクロスされた独立変位可能な二本の板バネ体から構成され、該二本の板バネ体は、前記可動体の厚さ方向から前記板バネ体を見たときのバネ幅が前記可動体の厚さ方向と直交する方向から前記板バネ体を見たときのバネ幅よりも小さくされていることを特徴とするMEMS揺動装置。
【請求項２】
可動体と、該可動体を揺動可能に支持する第１バネ部を有する可動枠体と、該可動枠体を揺動可能に支持する第２バネ部とを有する固定枠体とを有して２軸回りに揺動可能なMEMS揺動装置であって、
前記第２バネ部は前記可動枠体の厚さ方向から見て厚さ方向に間隔を開けてクロスされた独立変位可能な二本の板バネ体から構成され、該二本の板バネ体は、前記可動枠体の厚さ方向から前記板バネ体を見たときのバネ幅が前記可動枠体の厚さ方向と直交する方向から前記板バネ体を見たときのバネ幅よりも小さくされていることを特徴とするMEMS揺動装置。
【請求項３】
前記可動枠体が二層のデバイス層と該二層の間に存在する絶縁層とを含み、前記二本の板バネ体の間隔は、前記絶縁層を除去することによって形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のMEMS揺動装置。
【請求項４】
外側に向かってY軸方向に延びる一対の外側可動櫛歯が形成された可動体と、該可動体を包囲するようにして配置されかつ内側に向かって延びて前記外側可動櫛歯に対向する一対の内側固定櫛歯と前記可動体を前記Y軸方向と直交するX軸方向の回りに揺動可能に支持する一対の第１バネ部と外側に向かって前記X軸方向に延びる一対の外側可動櫛歯とを有する内側可動枠体と、前記内側可動枠体を包囲するようにして配置されかつ内側に向かって延びて前記内側可動枠体の外側可動櫛歯に対向する一対の固定櫛歯と前記内側可動枠体を前記Y軸方向の回りに揺動可能に支持する一対の第２バネ部とを有する外側固定枠体とを有するMEMS揺動装置であって、前記第２バネ部は前記内側可動枠体の厚さ方向から見て厚さ方向に間隔を開けてクロスされた独立変位可能な二本の板バネ体から構成され、該二本の板バネ体は、前記内側可動枠体の厚さ方向から前記板バネ体を見たときのバネ幅が前記内側可動枠体の厚さ方向と直交する方向から前記板バネ体を見たときのバネ幅よりも小さくされていることを特徴とするMEMS揺動装置。
【請求項５】
前記二本の板バネ体の内の少なくとも一本が、前記内側可動枠体の外側可動櫛歯と前記可動体の外側可動櫛歯、又は前記内側可動枠体の内側固定櫛歯に電圧を印加する電圧供給ラインとなっていることを特徴とする請求項４に記載のMEMS揺動装置。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載のMEMS揺動装置の製造方法であって、
空洞が形成されるべきハンドル層と請求項４又は請求項５に記載のMEMS揺動装置の下層構成要素が形成されるべきデバイス層とがシリコン酸化膜を介して接合されたウエハを準備する工程と、
前記デバイス層に前記ＭＥＭＳ揺動装置の下層構成要素に対応する下層構造体を形成する工程と、
前記下層構造体の形成後のウエハの前記デバイス層にシリコン酸化膜を介して請求項４又は請求項５に記載のMEMS揺動装置の上層構成要素が形成されるべき上層のデバイス層を形成するためのウエハを接合する工程と、
該上層のウエハを加工して所定厚さの上層のデバイス層を形成する工程と、
該上層のデバイス層に請求項４又は請求項５に記載のＭＥＭＳ揺動装置の上層構成要素に対応する上層構造体を形成する工程と、
前記ハンドル層に前記空洞を形成する工程と、
前記下層構造体と前記上層構造体との間のシリコン酸化膜を除去して請求項４又は請求項５に記載のＭＥＭＳ揺動装置を完成させる工程とを含むことを特徴とするＭＥＭＳ走査型ミラーの製造方法。
【請求項１】
可動体と該可動体を揺動可能に支持するバネ部とを有するMEMS揺動装置であって、
前記バネ部は、前記可動体の厚さ方向から見て厚さ方向に間隔を開けてクロスされた独立変位可能な二本の板バネ体から構成され、該二本の板バネ体は、前記可動体の厚さ方向から前記板バネ体を見たときのバネ幅が前記可動体の厚さ方向と直交する方向から前記板バネ体を見たときのバネ幅よりも小さくされていることを特徴とするMEMS揺動装置。
【請求項２】
可動体と、該可動体を揺動可能に支持する第１バネ部を有する可動枠体と、該可動枠体を揺動可能に支持する第２バネ部とを有する固定枠体とを有して２軸回りに揺動可能なMEMS揺動装置であって、
前記第２バネ部は前記可動枠体の厚さ方向から見て厚さ方向に間隔を開けてクロスされた独立変位可能な二本の板バネ体から構成され、該二本の板バネ体は、前記可動枠体の厚さ方向から前記板バネ体を見たときのバネ幅が前記可動枠体の厚さ方向と直交する方向から前記板バネ体を見たときのバネ幅よりも小さくされていることを特徴とするMEMS揺動装置。
【請求項３】
前記可動枠体が二層のデバイス層と該二層の間に存在する絶縁層とを含み、前記二本の板バネ体の間隔は、前記絶縁層を除去することによって形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のMEMS揺動装置。
【請求項４】
外側に向かってY軸方向に延びる一対の外側可動櫛歯が形成された可動体と、該可動体を包囲するようにして配置されかつ内側に向かって延びて前記外側可動櫛歯に対向する一対の内側固定櫛歯と前記可動体を前記Y軸方向と直交するX軸方向の回りに揺動可能に支持する一対の第１バネ部と外側に向かって前記X軸方向に延びる一対の外側可動櫛歯とを有する内側可動枠体と、前記内側可動枠体を包囲するようにして配置されかつ内側に向かって延びて前記内側可動枠体の外側可動櫛歯に対向する一対の固定櫛歯と前記内側可動枠体を前記Y軸方向の回りに揺動可能に支持する一対の第２バネ部とを有する外側固定枠体とを有するMEMS揺動装置であって、前記第２バネ部は前記内側可動枠体の厚さ方向から見て厚さ方向に間隔を開けてクロスされた独立変位可能な二本の板バネ体から構成され、該二本の板バネ体は、前記内側可動枠体の厚さ方向から前記板バネ体を見たときのバネ幅が前記内側可動枠体の厚さ方向と直交する方向から前記板バネ体を見たときのバネ幅よりも小さくされていることを特徴とするMEMS揺動装置。
【請求項５】
前記二本の板バネ体の内の少なくとも一本が、前記内側可動枠体の外側可動櫛歯と前記可動体の外側可動櫛歯、又は前記内側可動枠体の内側固定櫛歯に電圧を印加する電圧供給ラインとなっていることを特徴とする請求項４に記載のMEMS揺動装置。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載のMEMS揺動装置の製造方法であって、
空洞が形成されるべきハンドル層と請求項４又は請求項５に記載のMEMS揺動装置の下層構成要素が形成されるべきデバイス層とがシリコン酸化膜を介して接合されたウエハを準備する工程と、
前記デバイス層に前記ＭＥＭＳ揺動装置の下層構成要素に対応する下層構造体を形成する工程と、
前記下層構造体の形成後のウエハの前記デバイス層にシリコン酸化膜を介して請求項４又は請求項５に記載のMEMS揺動装置の上層構成要素が形成されるべき上層のデバイス層を形成するためのウエハを接合する工程と、
該上層のウエハを加工して所定厚さの上層のデバイス層を形成する工程と、
該上層のデバイス層に請求項４又は請求項５に記載のＭＥＭＳ揺動装置の上層構成要素に対応する上層構造体を形成する工程と、
前記ハンドル層に前記空洞を形成する工程と、
前記下層構造体と前記上層構造体との間のシリコン酸化膜を除去して請求項４又は請求項５に記載のＭＥＭＳ揺動装置を完成させる工程とを含むことを特徴とするＭＥＭＳ走査型ミラーの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１８５４１８（Ｐ２０１２−１８５４１８Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４９８６３（Ｐ２０１１−４９８６３）
【出願日】平成２３年３月８日（２０１１．３．８）
【出願人】（０００２２０３４３）株式会社トプコン (904)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月８日（２０１１．３．８）
【出願人】（０００２２０３４３）株式会社トプコン (904)
【Ｆターム（参考）】
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