JP2001117029A - マイクロ電気機械光学デバイス - Google Patents
マイクロ電気機械光学デバイスInfo
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- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
- G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
- G02B26/0866—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting means being moved or deformed by thermal means
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
- B81B3/0035—Constitution or structural means for controlling the movement of the flexible or deformable elements
- B81B3/004—Angular deflection
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
- B81B2201/04—Optical MEMS
- B81B2201/042—Micromirrors, not used as optical switches
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光学デバイスの運動の範囲を増大させる方法
を提供すること。 【解決手段】 光学デバイスをその１つまたは複数の軸
の周りで枢動させる方法を開示する。ばねで光学デバイ
スをマイクロ電気機械構造に結合する。これらのばねの
一部分は、マイクロ電気機械構造上に固定される。各ば
ねのこの部分を電気機械構造上に固定することにより、
光学デバイスが１つまたは複数の軸の周りで枢動すると
きに、ばねが光学デバイスを並進方向に移動させること
を防止する。
を提供すること。 【解決手段】 光学デバイスをその１つまたは複数の軸
の周りで枢動させる方法を開示する。ばねで光学デバイ
スをマイクロ電気機械構造に結合する。これらのばねの
一部分は、マイクロ電気機械構造上に固定される。各ば
ねのこの部分を電気機械構造上に固定することにより、
光学デバイスが１つまたは複数の軸の周りで枢動すると
きに、ばねが光学デバイスを並進方向に移動させること
を防止する。
Description
【０００１】
【関連出願】本願は、１９９７年１２月２２日に出願さ
れた特許出願第０８／９９７１７５号の一部継続出願で
ある。
れた特許出願第０８／９９７１７５号の一部継続出願で
ある。
【０００２】
【発明の属する技術分野】本発明は一般には光通信シス
テムに関し、さらに詳細には、マイクロ電気機械光学デ
バイスに関する。
テムに関し、さらに詳細には、マイクロ電気機械光学デ
バイスに関する。
【０００３】
【従来の技術】光通信システムは、通常は、様々な光学
デバイス（例えば光源、光検出器、スイッチ、減衰器、
ミラー、増幅器、フィルタ）を含む。光学デバイスは、
光通信システム中の光信号を伝送、修正、または検出す
る。いくつかの光学デバイスは、マイクロ電気機械構造
（例えば熱アクチュエータ）に結合され、マイクロ電気
機械光学デバイスを形成する。本開示で使用するマイク
ロ電気機械構造という用語は、電気信号の制御下で機械
的に動作する構造を指す。マイクロ電気機械構造は、光
学デバイスを第１の位置から第２の位置に移動させる。
デバイス（例えば光源、光検出器、スイッチ、減衰器、
ミラー、増幅器、フィルタ）を含む。光学デバイスは、
光通信システム中の光信号を伝送、修正、または検出す
る。いくつかの光学デバイスは、マイクロ電気機械構造
（例えば熱アクチュエータ）に結合され、マイクロ電気
機械光学デバイスを形成する。本開示で使用するマイク
ロ電気機械構造という用語は、電気信号の制御下で機械
的に動作する構造を指す。マイクロ電気機械構造は、光
学デバイスを第１の位置から第２の位置に移動させる。
【０００４】通常は、マイクロ電気機械構造および光学
デバイスはともに、基板上に形成された複数の材料層を
パターン形成することによって製作される。しかし、基
板に対して垂直な光学デバイスの運動の通常の範囲は、
材料層の厚さまでに制限される。特に、このように光学
デバイスの運動の範囲が制限されることで、光学デバイ
スのサイズまたは光学デバイスの回転角度、あるいはそ
の両方も制限される。
デバイスはともに、基板上に形成された複数の材料層を
パターン形成することによって製作される。しかし、基
板に対して垂直な光学デバイスの運動の通常の範囲は、
材料層の厚さまでに制限される。特に、このように光学
デバイスの運動の範囲が制限されることで、光学デバイ
スのサイズまたは光学デバイスの回転角度、あるいはそ
の両方も制限される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】したがって、光学デバ
イスの運動の範囲を増大させる方法が必要とされてい
る。
イスの運動の範囲を増大させる方法が必要とされてい
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、光学デバイス
をそのひとつまたは複数の軸の周りで枢動させる方法を
対象とする。本発明の一実施形態では、ばねで光学デバ
イスをマイクロ電気機械構造に結合する。マイクロ電気
機械構造は、基板表面の平面の上方に光学デバイスを上
昇させる。マイクロ電気機械構造は係合プレートを含
む。各ばねの第１の端部は係合プレートに結合される。
各ばねの第２の端部は光学デバイスに結合される。
をそのひとつまたは複数の軸の周りで枢動させる方法を
対象とする。本発明の一実施形態では、ばねで光学デバ
イスをマイクロ電気機械構造に結合する。マイクロ電気
機械構造は、基板表面の平面の上方に光学デバイスを上
昇させる。マイクロ電気機械構造は係合プレートを含
む。各ばねの第１の端部は係合プレートに結合される。
各ばねの第２の端部は光学デバイスに結合される。
【０００７】ばねの第２の端部付近の部分は、１つまた
は複数のブレースによって任意選択で係合プレート上に
保持される。ブレースは、１つまたは複数の材料ストリ
ップから作成される。各ばねのこの部分をブレースでマ
イクロ電気機械構造上に保持することにより、光学デバ
イスが枢動するときに並進方向に移動することが防止さ
れる。
は複数のブレースによって任意選択で係合プレート上に
保持される。ブレースは、１つまたは複数の材料ストリ
ップから作成される。各ばねのこの部分をブレースでマ
イクロ電気機械構造上に保持することにより、光学デバ
イスが枢動するときに並進方向に移動することが防止さ
れる。
【０００８】光学デバイスが基板表面の平面の上方に上
昇した後で、上昇した光学デバイスと基板表面の間で静
電界を生成する。この静電界は、光学デバイスと基板表
面の一部分との間にバイアス電圧を印加することによっ
て生成する。
昇した後で、上昇した光学デバイスと基板表面の間で静
電界を生成する。この静電界は、光学デバイスと基板表
面の一部分との間にバイアス電圧を印加することによっ
て生成する。
【０００９】静電界は光学デバイスを枢動させ、その縁
部を基板表面に向かって偏向させる。光学デバイスは、
ばねが規定する軸の周りで枢動する。光学デバイスの偏
向距離は、印加するバイアス電圧の量によって決まる。
部を基板表面に向かって偏向させる。光学デバイスは、
ばねが規定する軸の周りで枢動する。光学デバイスの偏
向距離は、印加するバイアス電圧の量によって決まる。
【００１０】基板および光学デバイスはともに、それら
にバイアス電圧を印加することができるように導電性で
あることが好ましい。基板または光学デバイスのいずれ
かの導電性が光学デバイスを基板表面に向かって偏向さ
せるのに不十分であるときには、導電層（例えば電極）
を任意選択でそれらの領域上に形成する。
にバイアス電圧を印加することができるように導電性で
あることが好ましい。基板または光学デバイスのいずれ
かの導電性が光学デバイスを基板表面に向かって偏向さ
せるのに不十分であるときには、導電層（例えば電極）
を任意選択でそれらの領域上に形成する。
【００１１】係合プレートは、任意選択で、光学デバイ
スに結合された１つまたは複数の中間構造に結合され
る。１つまたは複数の中間構造は、ばねによって係合プ
レートおよび光学デバイスの両方に結合される。この１
つまたは複数の中間構造により、そこに結合された光学
デバイスが複数の軸で回転することが可能となる。複数
の電極を、任意選択で中間構造および光学デバイスの両
方に近接した基板表面上に配設し、光学デバイスが複数
の軸の周りでほぼ独立して回転することができるように
する。
スに結合された１つまたは複数の中間構造に結合され
る。１つまたは複数の中間構造は、ばねによって係合プ
レートおよび光学デバイスの両方に結合される。この１
つまたは複数の中間構造により、そこに結合された光学
デバイスが複数の軸で回転することが可能となる。複数
の電極を、任意選択で中間構造および光学デバイスの両
方に近接した基板表面上に配設し、光学デバイスが複数
の軸の周りでほぼ独立して回転することができるように
する。
【００１２】本発明のその他の目的および特徴は、添付
の図面に関連して考慮した以下の詳細な説明から明らか
になるであろう。ただし、これらの図面は単に例示のみ
を目的としたものであって、本発明を限定する働きはせ
ず、これについては添付の特許請求の範囲を参照しなけ
ればならないことを理解されたい。
の図面に関連して考慮した以下の詳細な説明から明らか
になるであろう。ただし、これらの図面は単に例示のみ
を目的としたものであって、本発明を限定する働きはせ
ず、これについては添付の特許請求の範囲を参照しなけ
ればならないことを理解されたい。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明は、光通信システム中で使
用するのに適したマイクロ電気機械光学デバイスを対象
とする。図１を参照すると、マイクロ電気機械光学デバ
イスは、基板１３の表面上に配設されたマイクロ電気機
械構造１５および光学デバイス１７を含む。マイクロ電
気機械構造１５は、光学デバイス１７に結合される。マ
イクロ電気機械構造１５は、光学デバイス１７を基板表
面１３の平面の上方に上昇させる。
用するのに適したマイクロ電気機械光学デバイスを対象
とする。図１を参照すると、マイクロ電気機械光学デバ
イスは、基板１３の表面上に配設されたマイクロ電気機
械構造１５および光学デバイス１７を含む。マイクロ電
気機械構造１５は、光学デバイス１７に結合される。マ
イクロ電気機械構造１５は、光学デバイス１７を基板表
面１３の平面の上方に上昇させる。
【００１４】図２は、図１に示す領域１０の拡大図であ
る。ばね３０は、光学デバイス１７をマイクロ電気機械
構造１５に結合している。
る。ばね３０は、光学デバイス１７をマイクロ電気機械
構造１５に結合している。
【００１５】ばね３０の一部分は、１つまたは複数のブ
レース３５によって任意選択でマイクロ電気機械構造１
５上に保持される。ブレース３５は、１つまたは複数の
材料ストリップから作成される。ばね３０のこの部分を
ブレース３５でマイクロ電気機械構造１５上に保持する
ことにより、光学デバイスが軸１−１’の周りで枢動す
るときに並進方向に移動することが防止される。
レース３５によって任意選択でマイクロ電気機械構造１
５上に保持される。ブレース３５は、１つまたは複数の
材料ストリップから作成される。ばね３０のこの部分を
ブレース３５でマイクロ電気機械構造１５上に保持する
ことにより、光学デバイスが軸１−１’の周りで枢動す
るときに並進方向に移動することが防止される。
【００１６】図３を参照すると、マイクロ電気機械構造
１５は、複数のビーム１９、２６を含む。ビーム１９の
第１の端部２２は、基板表面１３にヒンジで取り付けら
れたプレート２０に結合される。ヒンジ・プレートは、
Ｖ字型ノッチを含む。ヒンジ・プレート２０は、係合プ
レート２５に結合される。係合プレート２５は、一対の
ばね３０によって光学デバイス１７にも結合される。ビ
ーム２６の第１の端部は、係合プレート２５に結合され
る。ビーム２６の第２の端部は、基板表面１３に結合さ
れる。組み立てられていないときには、ビーム１９、２
６、ヒンジ・プレート２０、係合プレート２５、および
光学デバイス１７は、基板表面１３上に平らに載ってい
る。
１５は、複数のビーム１９、２６を含む。ビーム１９の
第１の端部２２は、基板表面１３にヒンジで取り付けら
れたプレート２０に結合される。ヒンジ・プレートは、
Ｖ字型ノッチを含む。ヒンジ・プレート２０は、係合プ
レート２５に結合される。係合プレート２５は、一対の
ばね３０によって光学デバイス１７にも結合される。ビ
ーム２６の第１の端部は、係合プレート２５に結合され
る。ビーム２６の第２の端部は、基板表面１３に結合さ
れる。組み立てられていないときには、ビーム１９、２
６、ヒンジ・プレート２０、係合プレート２５、および
光学デバイス１７は、基板表面１３上に平らに載ってい
る。
【００１７】係合プレート２５は、複数のＶ字型ノッチ
を含む。係合プレート２５上のＶ字型ノッチは、ヒンジ
・プレート２０上のＶ字型ノッチに対応する。
を含む。係合プレート２５上のＶ字型ノッチは、ヒンジ
・プレート２０上のＶ字型ノッチに対応する。
【００１８】図４を参照すると、ビーム１９の第１の端
部２２が起動力の印加に応答して、ほぼ円弧の形状で、
基板表面の平面の上方に上向きに上昇している。ビーム
１９の第１の端部２２は、基板表面の平面の上方に上昇
するにつれて、ヒンジ・プレート２０を基板の平面から
回転させる。
部２２が起動力の印加に応答して、ほぼ円弧の形状で、
基板表面の平面の上方に上向きに上昇している。ビーム
１９の第１の端部２２は、基板表面の平面の上方に上昇
するにつれて、ヒンジ・プレート２０を基板の平面から
回転させる。
【００１９】ヒンジ・プレート２０が基板の平面から回
転したときに、ビーム２６は、係合プレート２５ならび
に光学デバイスを基板の平面の上方に上昇させる。係合
プレートが基板の平面の上方に上昇するにつれて、係合
プレート２５上のＶ字型ノッチの対は、ヒンジ・プレー
ト２０上のＶ字型ノッチ中に滑り込む。係合プレート２
５は、上昇すると、ビーム１９が開始したヒンジ・プレ
ート２０の回転を完了させ、ヒンジ・プレートは基板の
平面から約９０度の角度となる。ヒンジ・プレート２０
上のＶ字型ノッチの高さにより、光学デバイスが上昇す
る高さが制限され、光学デバイスは一定の明確に規定さ
れた位置に保持される。
転したときに、ビーム２６は、係合プレート２５ならび
に光学デバイスを基板の平面の上方に上昇させる。係合
プレートが基板の平面の上方に上昇するにつれて、係合
プレート２５上のＶ字型ノッチの対は、ヒンジ・プレー
ト２０上のＶ字型ノッチ中に滑り込む。係合プレート２
５は、上昇すると、ビーム１９が開始したヒンジ・プレ
ート２０の回転を完了させ、ヒンジ・プレートは基板の
平面から約９０度の角度となる。ヒンジ・プレート２０
上のＶ字型ノッチの高さにより、光学デバイスが上昇す
る高さが制限され、光学デバイスは一定の明確に規定さ
れた位置に保持される。
【００２０】様々な起動力をマイクロ電気機械構造に印
加して、ビーム１９、２６の第１の端部２２を上昇させ
ることができる。適当な起動力としては、熱膨張、固有
応力、スクラッチ・ドライブ（ｓｃｒａｔｃｈ ｄｒｉ
ｖｅ）、および電磁力がある。熱膨張に基づく例示的な
マイクロ電気機械構造については、Ｃｏｗａｎ、Ｗｉｌ
ｌｉａｍ Ｄ．他の「Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｔｈｅｒｍａ
ｌ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏ−Ｏｐｔ
ｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅ
ｍｓ」、ＳＰＩＥ、Ｖｏｌ．３２２６、１３７から１４
６ページ（１９９７）で論じられており、固有応力につ
いては同時係属の特許出願第０９／ｘｘｘｘｘｘｘで、
スクラッチ・ドライブについてはＡｋｉｙａｍａ．Ｔ他
の「ＡＱｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ
ｏｆ Ｓｃｒａｔｃｈ Ｄｒｉｖｅ Ａｃｔｕａｔｏｒ
Ｕｓｉｎｇ Ｂｕｃｋｌｉｎｇ Ｍｏｔｉｏｎ」Ｐｒ
ｏｃ．８ｔｈ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
ＭＥＭＳ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ、３１０〜３１５ページ
（１９９５）で、また電磁力に基づく電気機械構造につ
いてはＢｕｓｃｈ−Ｖｉｓｈｎｉａｃ、Ｉ．Ｊ．の「Ｔ
ｈｅ Ｃａｓｅｆｏｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ Ｄ
ｒｉｖｅｎ Ｍｉｃｒｏａｃｔｕａｔｏｒｓ」、Ｓｅｎ
ｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ、Ａ３３、
２０７〜２２０ページ（１９９２）で論じられている。
加して、ビーム１９、２６の第１の端部２２を上昇させ
ることができる。適当な起動力としては、熱膨張、固有
応力、スクラッチ・ドライブ（ｓｃｒａｔｃｈ ｄｒｉ
ｖｅ）、および電磁力がある。熱膨張に基づく例示的な
マイクロ電気機械構造については、Ｃｏｗａｎ、Ｗｉｌ
ｌｉａｍ Ｄ．他の「Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｔｈｅｒｍａ
ｌ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏ−Ｏｐｔ
ｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅ
ｍｓ」、ＳＰＩＥ、Ｖｏｌ．３２２６、１３７から１４
６ページ（１９９７）で論じられており、固有応力につ
いては同時係属の特許出願第０９／ｘｘｘｘｘｘｘで、
スクラッチ・ドライブについてはＡｋｉｙａｍａ．Ｔ他
の「ＡＱｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ
ｏｆ Ｓｃｒａｔｃｈ Ｄｒｉｖｅ Ａｃｔｕａｔｏｒ
Ｕｓｉｎｇ Ｂｕｃｋｌｉｎｇ Ｍｏｔｉｏｎ」Ｐｒ
ｏｃ．８ｔｈ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
ＭＥＭＳ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ、３１０〜３１５ページ
（１９９５）で、また電磁力に基づく電気機械構造につ
いてはＢｕｓｃｈ−Ｖｉｓｈｎｉａｃ、Ｉ．Ｊ．の「Ｔ
ｈｅ Ｃａｓｅｆｏｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ Ｄ
ｒｉｖｅｎ Ｍｉｃｒｏａｃｔｕａｔｏｒｓ」、Ｓｅｎ
ｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ、Ａ３３、
２０７〜２２０ページ（１９９２）で論じられている。
【００２１】電気機械構造１５が光学デバイス１７を基
板の平面の上方に上昇させた後で、上昇した光学デバイ
ス１７を、光学デバイス１７と基板表面１３の間で生成
した静電界に応答して動作させることができる。この静
電界は、光学デバイス１７と基板表面１３の一部分との
間にバイアス電圧を印加することによって生成される。
板の平面の上方に上昇させた後で、上昇した光学デバイ
ス１７を、光学デバイス１７と基板表面１３の間で生成
した静電界に応答して動作させることができる。この静
電界は、光学デバイス１７と基板表面１３の一部分との
間にバイアス電圧を印加することによって生成される。
【００２２】図３を参照すると、静電界は、光学デバイ
ス１７と基板１３の間で生成されたときに、この光学デ
バイス１７を、ばねの軸に対応する軸１−１’の周りで
枢動させる。ブレース３５がばねを係合プレートの一部
分の上に任意選択に保持するときには、このばねは、光
学デバイス１７が並進方向に大幅に移動することを防止
する。
ス１７と基板１３の間で生成されたときに、この光学デ
バイス１７を、ばねの軸に対応する軸１−１’の周りで
枢動させる。ブレース３５がばねを係合プレートの一部
分の上に任意選択に保持するときには、このばねは、光
学デバイス１７が並進方向に大幅に移動することを防止
する。
【００２３】基板および光学デバイスはともに、それら
にバイアス電圧を印加することができるように導電性で
あることが好ましい。基板または光学デバイスのいずれ
かの導電性が光学デバイスを基板表面に向かって偏向さ
せるのに不十分であるときには、導電層（例えば電極）
を任意選択でそれらの領域上に形成する。図３を参照す
ると、光学デバイス１７の下の基板表面上の電極５０、
５２を使用して、静電界を生成している。
にバイアス電圧を印加することができるように導電性で
あることが好ましい。基板または光学デバイスのいずれ
かの導電性が光学デバイスを基板表面に向かって偏向さ
せるのに不十分であるときには、導電層（例えば電極）
を任意選択でそれらの領域上に形成する。図３を参照す
ると、光学デバイス１７の下の基板表面上の電極５０、
５２を使用して、静電界を生成している。
【００２４】別法として、図５を参照すると、光学デバ
イス１７は、係合プレート２５に結合された中間プレー
ト７０に結合されている。中間プレート７０は、複数の
ばね３０によって光学デバイス１７および係合プレート
２５の両方に結合される。ブレース３５は、任意選択で
ばねの一部を中間プレート７０または係合プレート２５
上に保持する。電極５４、５５、５６、および５７を使
用して、中間プレート７０ならびにそこに結合された光
学デバイス１７を、５−５’で示される軸の周りで回転
させる。電極５０、５２を使用して、光学デバイス１７
を７−７’で示される軸の周りで回転させる。
イス１７は、係合プレート２５に結合された中間プレー
ト７０に結合されている。中間プレート７０は、複数の
ばね３０によって光学デバイス１７および係合プレート
２５の両方に結合される。ブレース３５は、任意選択で
ばねの一部を中間プレート７０または係合プレート２５
上に保持する。電極５４、５５、５６、および５７を使
用して、中間プレート７０ならびにそこに結合された光
学デバイス１７を、５−５’で示される軸の周りで回転
させる。電極５０、５２を使用して、光学デバイス１７
を７−７’で示される軸の周りで回転させる。
【００２５】光学デバイス１７、中間プレート７０、お
よび係合プレート２５は、図５では長方形または正方形
の形状で示してある。光学デバイス、中間プレート、お
よび係合プレートのその他の適当な形状としては、円形
がある。電極の形状は、通常は光学デバイスの傾斜範囲
が最大となるように決められる。
よび係合プレート２５は、図５では長方形または正方形
の形状で示してある。光学デバイス、中間プレート、お
よび係合プレートのその他の適当な形状としては、円形
がある。電極の形状は、通常は光学デバイスの傾斜範囲
が最大となるように決められる。
【００２６】本発明のマイクロ電気光学機械デバイスを
製作する際には、適切に準備し（すなわち好適にはドー
ピングし）、洗浄した基板を準備する。適当な基板材料
としては、シリコン、ガリウムヒ素、リン化インジウ
ム、ゲルマニウム、または酸化インジウムスズ（ＩＴ
Ｏ）で被覆したガラスがある。
製作する際には、適切に準備し（すなわち好適にはドー
ピングし）、洗浄した基板を準備する。適当な基板材料
としては、シリコン、ガリウムヒ素、リン化インジウ
ム、ゲルマニウム、または酸化インジウムスズ（ＩＴ
Ｏ）で被覆したガラスがある。
【００２７】複数の材料層を、この基板の表面上にプレ
ーナ配列で形成する。適当な材料層の例としては、ポリ
シリコン、窒化ケイ素、および二酸化ケイ素がある。
ーナ配列で形成する。適当な材料層の例としては、ポリ
シリコン、窒化ケイ素、および二酸化ケイ素がある。
【００２８】複数の材料層の各材料層を基板上に形成し
た後で、各材料層をパターン形成して、マイクロ電気機
械構造ならびに光学デバイスを形成する。例えば、ミラ
ー１７ならびにビーム１９、２６を含む図３に示す電気
光学機械デバイスは、米国ノースカロライナ州、Ｒｅｓ
ｅａｒｃｈ Ｔｒｉａｎｇｌｅ Ｐａｒｋ、ＭＣＮＣの
ＭＣＮＣ ＭＥＭＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａｐｐｌ
ｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｅｎｔｅｒによって提供されたＭ
ｕｌｔｉ−Ｕｓｅｒ ＭＥＭＳ Ｐｒｏｃｅｓｓ（ＭＵ
ＭＰＳ）を使用して製作する（ＳｍａｒｔＭＵＭＰｓ
ＤｅｓｉｇｎＨａｎｄｂｏｏｋ ａｔ ｍｅｍｓ．ｍｃ
ｎｃ．ｏｒｇ参照）。
た後で、各材料層をパターン形成して、マイクロ電気機
械構造ならびに光学デバイスを形成する。例えば、ミラ
ー１７ならびにビーム１９、２６を含む図３に示す電気
光学機械デバイスは、米国ノースカロライナ州、Ｒｅｓ
ｅａｒｃｈ Ｔｒｉａｎｇｌｅ Ｐａｒｋ、ＭＣＮＣの
ＭＣＮＣ ＭＥＭＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａｐｐｌ
ｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｅｎｔｅｒによって提供されたＭ
ｕｌｔｉ−Ｕｓｅｒ ＭＥＭＳ Ｐｒｏｃｅｓｓ（ＭＵ
ＭＰＳ）を使用して製作する（ＳｍａｒｔＭＵＭＰｓ
ＤｅｓｉｇｎＨａｎｄｂｏｏｋ ａｔ ｍｅｍｓ．ｍｃ
ｎｃ．ｏｒｇ参照）。
【００２９】ＭＵＭＰＳプロセスでは、マイクロ電気機
械構造および光学ミラーはポリシリコン層中に形成さ
れ、酸化物層（例えばホスホシリコンガラス（ｐｈｏｓ
ｐｈｏｓｉｌｉｃｏｎ ｇｌａｓｓ））が犠牲層をもた
らし、窒化ケイ素がマイクロ電気機械構造および光学ミ
ラーを基板から電気的に分離する。マイクロ電気機械構
造および光学ミラーは、複数のフォトリソグラフィ・ス
テップでポリシリコン層中に形成される。
械構造および光学ミラーはポリシリコン層中に形成さ
れ、酸化物層（例えばホスホシリコンガラス（ｐｈｏｓ
ｐｈｏｓｉｌｉｃｏｎ ｇｌａｓｓ））が犠牲層をもた
らし、窒化ケイ素がマイクロ電気機械構造および光学ミ
ラーを基板から電気的に分離する。マイクロ電気機械構
造および光学ミラーは、複数のフォトリソグラフィ・ス
テップでポリシリコン層中に形成される。
【００３０】フォトリソグラフィは、ポリシリコン層お
よびホスホシリコンガラス層の１つまたは複数をフォト
レジスト（すなわちエネルギー感光材料）で被覆するス
テップと、適当なマスクを付けたフォトレジストを露光
するステップと、露光されたフォトレジストを現像し
て、その下にある１つまたは複数のポリシリコン層およ
びホスホシリコンガラス層中に後にパターン転写するた
めの所望のエッチング・マスクを生み出すステップとを
含む。フォトレジスト中に画定されるパターンは、例え
ば反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）システム中での
エッチングにより、その下にある１つまたは複数のポリ
シリコン層およびホスホシリコンガラス層中に転写され
る。本発明の特定の実施形態を説明するために、以下の
実施例を与える。
よびホスホシリコンガラス層の１つまたは複数をフォト
レジスト（すなわちエネルギー感光材料）で被覆するス
テップと、適当なマスクを付けたフォトレジストを露光
するステップと、露光されたフォトレジストを現像し
て、その下にある１つまたは複数のポリシリコン層およ
びホスホシリコンガラス層中に後にパターン転写するた
めの所望のエッチング・マスクを生み出すステップとを
含む。フォトレジスト中に画定されるパターンは、例え
ば反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）システム中での
エッチングにより、その下にある１つまたは複数のポリ
シリコン層およびホスホシリコンガラス層中に転写され
る。本発明の特定の実施形態を説明するために、以下の
実施例を与える。
【００３１】
【実施例】実施例１ 図３に示す構造を有するマイクロ電気機械光学デバイス
を、米国ノースカロライナ州、Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｔｒ
ｉａｎｇｌｅ Ｐａｒｋ、ＭＣＮＣのＭＥＭＳＴｅｃｈ
ｎｏｌｏｇｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ
から得た。このマイクロ電気機械光学デバイスは、シリ
コン基板の表面上に配設した。シリコン基板の抵抗率
は、約１〜２Ω・ｃｍであった。厚さ６００ｎｍ（ナノ
メートル）の窒化ケイ素層の上に形成されたポリシリコ
ン層（ＰＯＬＹ０、ＰＯＬＹ１、およびＰＯＬＹ２）と
ホスホシリコンガラス層（ＯＸ１およびＯＸ２）とが交
互になった多層プレーナ配列を、シリコン基板上に形成
した。
を、米国ノースカロライナ州、Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｔｒ
ｉａｎｇｌｅ Ｐａｒｋ、ＭＣＮＣのＭＥＭＳＴｅｃｈ
ｎｏｌｏｇｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ
から得た。このマイクロ電気機械光学デバイスは、シリ
コン基板の表面上に配設した。シリコン基板の抵抗率
は、約１〜２Ω・ｃｍであった。厚さ６００ｎｍ（ナノ
メートル）の窒化ケイ素層の上に形成されたポリシリコ
ン層（ＰＯＬＹ０、ＰＯＬＹ１、およびＰＯＬＹ２）と
ホスホシリコンガラス層（ＯＸ１およびＯＸ２）とが交
互になった多層プレーナ配列を、シリコン基板上に形成
した。
【００３２】ポリシリコン層ＰＯＬＹ０、ＰＯＬＹ１、
およびＰＯＬＹ２の厚さはそれぞれ、約０．５μｍ（マ
イクロメートル）、２．０μｍ、および１．５μｍであ
った。ホスホシリコンガラス層ＯＸ１およびＯＸ２の厚
さは、それぞれ約２μｍおよび１．５μｍであった。
０．５μｍのＣｒ／Ａｕの層を、ＰＯＬＹ２層の上に形
成した。
およびＰＯＬＹ２の厚さはそれぞれ、約０．５μｍ（マ
イクロメートル）、２．０μｍ、および１．５μｍであ
った。ホスホシリコンガラス層ＯＸ１およびＯＸ２の厚
さは、それぞれ約２μｍおよび１．５μｍであった。
０．５μｍのＣｒ／Ａｕの層を、ＰＯＬＹ２層の上に形
成した。
【００３３】窒化ケイ素層、ポリシリコン層（ＰＯＬＹ
０、ＰＯＬＹ１、およびＰＯＬＹ２）、ホスホシリコン
ガラス層（ＯＸ１およびＯＸ２）、ならびにＣｒ／Ａｕ
層は、低圧蒸着技法を使用してシリコン基板上に形成し
た。
０、ＰＯＬＹ１、およびＰＯＬＹ２）、ホスホシリコン
ガラス層（ＯＸ１およびＯＸ２）、ならびにＣｒ／Ａｕ
層は、低圧蒸着技法を使用してシリコン基板上に形成し
た。
【００３４】図３を参照すると、電気機械構造１５およ
び光学デバイス１７は、フォトリソグラフィ技法を使用
して多層プレーナ配列で画定したものである。電気機械
構造は、基板にヒンジで取り付けられたプレート２０に
それぞれ一方の縁部が結合された、２本のビーム１９、
２６を含む。各ビーム１９の幅は約５０μｍ、長さは約
３００μｍであった。ビーム２６の幅は約１００μｍ、
長さは約５００μｍであった。これらのビームは、ＰＯ
ＬＹ１層およびＰＯＬＹ２層中に画定した。ビーム１
９、２６は、固有応力を生み出すためにその上に堆積さ
せたＣｒ／Ａｕ層も有し、これによりビームが巻き上が
り、構造を組み立てる。
び光学デバイス１７は、フォトリソグラフィ技法を使用
して多層プレーナ配列で画定したものである。電気機械
構造は、基板にヒンジで取り付けられたプレート２０に
それぞれ一方の縁部が結合された、２本のビーム１９、
２６を含む。各ビーム１９の幅は約５０μｍ、長さは約
３００μｍであった。ビーム２６の幅は約１００μｍ、
長さは約５００μｍであった。これらのビームは、ＰＯ
ＬＹ１層およびＰＯＬＹ２層中に画定した。ビーム１
９、２６は、固有応力を生み出すためにその上に堆積さ
せたＣｒ／Ａｕ層も有し、これによりビームが巻き上が
り、構造を組み立てる。
【００３５】ヒンジ・プレート２０の幅は約５００μ
ｍ、高さは約７５μｍであった。Ｖ字型ノッチのノッチ
の高さは約５０μｍであった。ヒンジ・プレート２０
は、ＰＯＬＹ２層およびＰＯＬＹ１層中に画定した。
ｍ、高さは約７５μｍであった。Ｖ字型ノッチのノッチ
の高さは約５０μｍであった。ヒンジ・プレート２０
は、ＰＯＬＹ２層およびＰＯＬＹ１層中に画定した。
【００３６】係合プレート２５の長さは約５００μｍ、
幅は約５００μｍであった。各Ｖ字型ノッチのノッチの
高さは約７５μｍであった。係合プレート２５は、ＰＯ
ＬＹ１層およびＰＯＬＹ２層中に画定した。
幅は約５００μｍであった。各Ｖ字型ノッチのノッチの
高さは約７５μｍであった。係合プレート２５は、ＰＯ
ＬＹ１層およびＰＯＬＹ２層中に画定した。
【００３７】光学デバイスは、約４００μｍ×４００μ
ｍの寸法を有するミラーである。光学デバイスは、ＰＯ
ＬＹ１層、ＰＯＬＹ２層、およびＣｒ／Ａｕ層中に画定
した。
ｍの寸法を有するミラーである。光学デバイスは、ＰＯ
ＬＹ１層、ＰＯＬＹ２層、およびＣｒ／Ａｕ層中に画定
した。
【００３８】光学デバイスの縁部を、ばね３０で係合プ
レートに結合した。ばねは、ＰＯＬＹ１層およびＰＯＬ
Ｙ２層中に画定する。ばねは、ＰＯＬＹ１層およびＰＯ
ＬＹ２層中に画定されたブレース３５で係合プレート上
に固定される。
レートに結合した。ばねは、ＰＯＬＹ１層およびＰＯＬ
Ｙ２層中に画定する。ばねは、ＰＯＬＹ１層およびＰＯ
ＬＹ２層中に画定されたブレース３５で係合プレート上
に固定される。
【００３９】電極５０、５２は、長さが約２００μｍ、
幅が約１００μｍであり、ＰＯＬＹ０を使用して形成し
た。
幅が約１００μｍであり、ＰＯＬＹ０を使用して形成し
た。
【００４０】上述の各製作ステップを、米国ノースカロ
ライナ州、Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｔｒｉａｎｇｌｅ Ｐａ
ｒｋ、ＭＣＮＣのＭＥＭＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａ
ｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒで実行した。
ライナ州、Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｔｒｉａｎｇｌｅ Ｐａ
ｒｋ、ＭＣＮＣのＭＥＭＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａ
ｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒで実行した。
【００４１】電気機械構造および光学デバイスをＰＯＬ
Ｙ０、ＰＯＬＹ１、ＰＯＬＹ２、ＯＸ１、ＯＸ２、およ
びＣｒ／Ａｕ層中に画定した後で、４９％ＨＦの槽中で
室温で約１〜２分間ホスホシリコンガラス層をエッチン
グすることにより、電気機械構造および光学デバイスを
シリコン基板の表面から解放した。
Ｙ０、ＰＯＬＹ１、ＰＯＬＹ２、ＯＸ１、ＯＸ２、およ
びＣｒ／Ａｕ層中に画定した後で、４９％ＨＦの槽中で
室温で約１〜２分間ホスホシリコンガラス層をエッチン
グすることにより、電気機械構造および光学デバイスを
シリコン基板の表面から解放した。
【００４２】ホスホシリコンガラス層が除去された後
で、ビームがヒンジ・プレートを回転させ、係合プレー
トならびに光学デバイスを基板表面から上昇させた。光
学デバイスは、基板表面の上方約５０μｍの高さまで上
昇した。
で、ビームがヒンジ・プレートを回転させ、係合プレー
トならびに光学デバイスを基板表面から上昇させた。光
学デバイスは、基板表面の上方約５０μｍの高さまで上
昇した。
【００４３】約１００ボルトの電圧を光学デバイスと基
板表面上のパッド５０の間に印加した。光学デバイスと
パッド５０の間に電圧を印加した後で、光学デバイスが
軸１−１’（図３）の周りで枢動し、光学デバイスは基
板表面に対して約５°の角度となった。
板表面上のパッド５０の間に印加した。光学デバイスと
パッド５０の間に電圧を印加した後で、光学デバイスが
軸１−１’（図３）の周りで枢動し、光学デバイスは基
板表面に対して約５°の角度となった。
【００４４】実施例２ 図５の構造を有するマイクロ電気機械光学デバイスを形
成する。この電気機械光学デバイスは、シリコン基板の
表面上に形成した。シリコン基板は、そのいくつかの領
域上に、厚さ０．５μｍのＰＯＬＹ０パッド５０、５
２、５４、５５、５６、および５７を有する。このマイ
クロ電気機械光学デバイスを、実施例１で述べた製作ス
テップで形成した。この光学デバイスを、実施例１で述
べたように、基板表面に対してほぼ平行な配向となるよ
うに基板表面の上方に上昇させた。
成する。この電気機械光学デバイスは、シリコン基板の
表面上に形成した。シリコン基板は、そのいくつかの領
域上に、厚さ０．５μｍのＰＯＬＹ０パッド５０、５
２、５４、５５、５６、および５７を有する。このマイ
クロ電気機械光学デバイスを、実施例１で述べた製作ス
テップで形成した。この光学デバイスを、実施例１で述
べたように、基板表面に対してほぼ平行な配向となるよ
うに基板表面の上方に上昇させた。
【００４５】約１００Ｖの電圧を、光学デバイスと基板
表面上の光学デバイス１７の下にあるパッド５０、５
５、および５６との間に印加した。光学デバイスとパッ
ド５０、５５、および５６との間に電圧を印加すると、
光学デバイスが軸７−７’および軸５−５’（図５）の
周りで枢動し、光学デバイスが基板表面に対して角度約
５°だけ傾斜し、１００で示す角が基板表面に最も近い
点となった。
表面上の光学デバイス１７の下にあるパッド５０、５
５、および５６との間に印加した。光学デバイスとパッ
ド５０、５５、および５６との間に電圧を印加すると、
光学デバイスが軸７−７’および軸５−５’（図５）の
周りで枢動し、光学デバイスが基板表面に対して角度約
５°だけ傾斜し、１００で示す角が基板表面に最も近い
点となった。
【図１】光学デバイスがばねでマイクロ電気機械構造に
結合された基板を示す上面図である。
結合された基板を示す上面図である。
【図２】図１の領域１０の拡大図である。
【図３】図１に示すマイクロ電気機械構造の一構成を示
す図である。
す図である。
【図４】基板表面の平面の上方に光学デバイスを上昇さ
せた後の、図３の構造の側面図である。
せた後の、図３の構造の側面図である。
【図５】複数の軸で回転する、図１に示すマイクロ電気
機械構造の代替構成を示す図である。
機械構造の代替構成を示す図である。
フロントページの続き (72)発明者 ディビッド ジョン ビショップ アメリカ合衆国 07901 ニュージャーシ ィ，サミット，オーク クノール ロード ７
Claims (14)
- 【請求項１】 光学デバイスを提供する方法であって、 光学デバイス、およびこの光学デバイスに複数のばねで
結合されたマイクロ電気機械構造がその表面上に配設さ
れた基板を準備するステップと、 マイクロ電気機械構造に起動力を印加することによっ
て、基板表面の平面の上方に光学デバイスを上昇させる
ステップと、 光学デバイスと基板の間で電界を生成することによっ
て、光学デバイスをその少なくとも１つの軸の周りで枢
動させるステップとを含む方法。 - 【請求項２】 ばねの一部分が、１つまたは複数のブレ
ースでマイクロ電気機械構造上に固定される、請求項１
に記載の方法。 - 【請求項３】 各ブレースが１つまたは複数の材料層を
含む、請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 光学デバイスが光学ミラーである、請求
項１に記載の方法。 - 【請求項５】 マイクロ電気機械構造が、複数のビーム
と、基板にヒンジで取り付けられた複数のプレートと、
少なくとも１つの係合プレートとを含み、各ヒンジ・プ
レートが少なくとも１つのＶ字型ノッチを含み、係合プ
レートが少なくとも一対のＶ字型ノッチを有し、係合プ
レート上のＶ字型ノッチの各対がヒンジ・プレート上の
ノッチ内にあり、ビームが起動力に応答して、基板表面
の平面の上方に係合プレートを上昇させる、請求項１に
記載の方法。 - 【請求項６】 複数のビームの各ビームが、１つまたは
複数の材料層を含む、請求項５に記載の方法。 - 【請求項７】 第１の材料層が第１の熱膨張係数によっ
て特徴づけられ、第２の材料層が、第１の熱膨張係数と
は異なる第２の熱膨張係数によって特徴づけられる、請
求項６に記載の方法。 - 【請求項８】 １つまたは複数の材料層の少なくとも１
つが固有応力を有する、請求項６に記載の方法。 - 【請求項９】 １つまたは複数の材料層の少なくとも１
つが応力勾配を有する、請求項６に記載の方法。 - 【請求項１０】 １つまたは複数の材料層が、窒化ケイ
素、ポリシリコン、二酸化ケイ素、および金属からなる
グループから選択される、請求項６に記載の方法。 - 【請求項１１】 金属がクロム／金の多層である、請求
項１０に記載の方法。 - 【請求項１２】 静電界が、光学デバイスと基板表面の
少なくとも一部分との間にバイアス電圧を印加すること
によって生成される、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１３】 静電界が、光学デバイスと基板表面上
の少なくとも１つの電極との間にバイアス電圧を印加す
ることによって生成される、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１４】 光学デバイスと基板の間に印加される
バイアス電圧が１０００Ｖ未満である、請求項１２に記
載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/390,580 US6265239B1 (en) | 1997-12-22 | 1999-09-03 | Micro-electro-mechanical optical device |
| US09/390580 | 1999-09-03 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001117029A true JP2001117029A (ja) | 2001-04-27 |
Family
ID=23543052
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000265137A Pending JP2001117029A (ja) | 1999-09-03 | 2000-09-01 | マイクロ電気機械光学デバイス |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6265239B1 (ja) |
| EP (1) | EP1093003B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001117029A (ja) |
| DE (1) | DE60000565T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102998794A (zh) * | 2011-08-16 | 2013-03-27 | 安捷讯公司 | 微机电系统双稳态光学开关及其使用方法 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6300619B1 (en) * | 1997-12-22 | 2001-10-09 | Lucent Technologies Inc. | Micro-electro-mechanical optical device |
| US6784771B1 (en) * | 2001-07-24 | 2004-08-31 | New Peregrine, Inc. | MEMS optical mirror array |
| KR100393193B1 (ko) * | 2001-09-29 | 2003-07-31 | 삼성전자주식회사 | 광 도파로와 ｍｅｍｓ 액추에이터를 구비한 가변 광 감쇠기 |
| US7190509B2 (en) | 2001-11-07 | 2007-03-13 | Trex Enterprises Corp. | Optically addressed MEMS |
| US6858911B2 (en) * | 2002-02-21 | 2005-02-22 | Advanced Micriosensors | MEMS actuators |
| US6717227B2 (en) | 2002-02-21 | 2004-04-06 | Advanced Microsensors | MEMS devices and methods of manufacture |
| US6900510B2 (en) * | 2002-02-21 | 2005-05-31 | Advanced Microsensors | MEMS devices and methods for inhibiting errant motion of MEMS components |
| US6975788B2 (en) * | 2002-12-09 | 2005-12-13 | Lucent Technologies, Inc. | Optical switch having combined input/output fiber array |
| JP2007108452A (ja) * | 2005-10-14 | 2007-04-26 | Fujitsu Ltd | 可動ミラーの安定化装置 |
| US11448854B2 (en) * | 2019-02-21 | 2022-09-20 | Alcon, Inc. | Angle adjustment system |
| DE102020204767A1 (de) * | 2020-04-15 | 2021-10-21 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Mikromechanische Vorrichtung mit Anschlagsfederstruktur |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0614101A3 (en) * | 1993-02-03 | 1994-10-19 | Canon Kk | Optical deflector and process for its manufacture. |
| US5903380A (en) | 1997-05-01 | 1999-05-11 | Rockwell International Corp. | Micro-electromechanical (MEM) optical resonator and method |
| US5994159A (en) * | 1997-12-22 | 1999-11-30 | Lucent Technologies, Inc. | Self-assemblying micro-mechanical device |
-
1999
- 1999-09-03 US US09/390,580 patent/US6265239B1/en not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-08-21 EP EP00307182A patent/EP1093003B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-08-21 DE DE60000565T patent/DE60000565T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-09-01 JP JP2000265137A patent/JP2001117029A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102998794A (zh) * | 2011-08-16 | 2013-03-27 | 安捷讯公司 | 微机电系统双稳态光学开关及其使用方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE60000565T2 (de) | 2003-08-14 |
| EP1093003A3 (en) | 2001-05-02 |
| DE60000565D1 (de) | 2002-11-14 |
| US6265239B1 (en) | 2001-07-24 |
| EP1093003B1 (en) | 2002-10-09 |
| EP1093003A2 (en) | 2001-04-18 |
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