JP2002189176A - ミラー駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ミラーを動かすことができる角度の範囲を大
きくでき、耐振動性に優れたミラー駆動装置を提供す
る。 【解決手段】 第１の主面と第２の主面を有しかつ上記
第１の主面から上記第２の主面に貫通する開口部を有す
る第１の基板と、一端と他端とを有しその他端の近傍で
第１の基板の第１の主面に接合され、他端を電気信号に
対応させて移動させることができるアクチュエーター
と、第３の主面と第４の主面を有し、その第３の主面に
ピボットが形成されてなり、そのピボットが開口部の略
中央に位置するように第１の基板の第２の主面と上記第
３の主面が接合された第２の基板と、一方の主面と他方
の主面とを有し、アクチュエーターの他端と外周の一部
で接合されかつ一方の主面の略中央部が上記ピボットの
先端により支持されたプレートとを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として光通信網
に用いられる多チャンネルの光スイッチと、その光スイ
ッチに用いることができるミラー駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】テレコミュニケーションシステム等に利
用される光通信システムにおいて、光スイッチは重要な
部品である。この光通信システムに使用される光スイッ
チは、例えば円形の複数のミラーとそのミラーの方向を
所望の方向に変化させる駆動機構部とを備えてなり、そ
のミラーの方向を変化させることにより光をスイッチン
グする。このような光スイッチにおける駆動機構として
は、ミラーが形成されたプレートを２軸のジンバルによ
り支持して、方向を変化させる方法などがある。この方
法ではミラーとなる反射膜が成膜されたポリシリコンの
プレートを直交する２軸の回転自由度を持つジンバルで
支持し、プレートとその下の電極間に電圧をかけ静電力
によりミラーの傾きを制御している。この構成部品は全
てウェハープロセスによりシリコン基板表面に形成さ
れ、ジンバルとプレートは弱いばねで接続されている。
また、各部品を独立可動とするために犠牲層をエッチン
グし、この時、所望のミラー傾き角となってもプレート
裏面が下部電極面と接触しないように、周囲に配した２
本の梁でミラーを持ち上げジンバル毎に横から持ち上げ
支えている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の光スイッチでは、ミラー駆動装置において、ミラ
ーと電極間の距離が制限され、ミラーの位置を電極に対
して高くできないので、ミラーを動かすことができる角
度の範囲が狭いという問題点があった。また、従来の光
スイッチのミラー駆動装置では、ジンバルだけで空間に
保持されているので、振動に対して弱いという問題点が
あった。また、従来の光スイッチのミラー駆動装置にお
いて、ミラーが形成されたプレートを支持軸と一体で形
成した構造も提案されているが、このようにプレートと
支持軸とを一体で構成すると、ミラーを動かすことがで
きる角度の範囲が狭くなるという問題点があった。

【０００４】そこで、本発明は、ミラーを動かすことが
できる角度の範囲を大きくでき、耐振動性に優れたミラ
ー駆動装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、本発明に係るミラー駆動装置は、第１の主面と第
２の主面を有しかつ上記第１の主面から上記第２の主面
に貫通する開口部を有する第１の基板と、一端と他端と
を有しその他端の近傍で上記第１の基板の第１の主面に
接合され、上記他端を電気信号に対応させて移動させる
ことができるアクチュエーターと、第３の主面と第４の
主面を有し、その第３の主面にピボットが形成されてな
り、そのピボットが上記開口部の略中央に位置するよう
に上記第１の基板の第２の主面と上記第３の主面が接合
された第２の基板と、一方の主面と他方の主面とを有
し、上記アクチュエーターの他端と外周の一部で接合さ
れかつ上記一方の主面の略中央部が上記ピボットの先端
により支持されたプレートとを備えたことを特徴とす
る。以上のように構成された本発明に係るミラー駆動装
置は、上記プレートを上記ピボットで支持するようにし
ているので、上記ピボットの高さを変えることによりミ
ラー面の高さを任意に決定することができ、その高さを
高くすることによりミラー面の角度を広い範囲で変化さ
せることができる。また、本発明のミラー駆動装置で
は、基板に固定されたピボットの先端で上記プレートを
支えるようにしているので、基板に固定されたピボット
の先端を中心としてプレートを揺動でき、ばね構造によ
り中空でプレートを保持した場合に比較して、振動の影
響を少なくできる。これにより、安定して従来例に比較
して、耐振動性を良好にできる。

【０００６】また、本発明に係るミラー駆動装置におい
て、上記アクチュエーターとして、正及び負の電極のう
ちの一方の電極が形成された梁部と、該梁部に対向して
設けられた正及び負の電極のうちの他方の電極とを備え
た静電アクチュエーターを用いることができる。このよ
うに構成すると、比較的大きな変位量が得られるアクチ
ュエーターを、上記第１の基板上に一体で形成でき、し
かも印加する電圧により容易にかつ比較的大きな範囲で
ミラーの傾斜角を変化させることができる。

【０００７】さらに、本発明に係るミラー駆動装置にお
いて、上記プレートは円形であって、上記梁部は長手方
向が該プレートの外周に沿った円弧形状になるように形
成されていることが好ましい。このようにすると、隣接
するミラー（プレート）間の間隔を大きくすることな
く、上記梁部の長手方向の長さを長くできるので、隣接
するミラー（プレート）間の間隔を大きくすることなく
より大きな変位量を確保できる。これにより、小型でか
つミラー傾斜角の可変範囲を大きくできるミラー駆動装
置を提供できる。また、このように構成すると、上記梁
に働く捩れ応力により梁を大きく変位させることがで
き、上記プレートの傾斜角の制御範囲を大きくできる。

【０００８】また、本発明に係るミラー駆動装置では、
上記梁部は一端から他端に向かって上記第１の基板との
距離が徐々に変化するように構成することが好ましい。
このようにすると、上記プレートの高さ方向の位置に依
らず静電力でプレートの傾斜角を制御できる。

【０００９】本発明に係るミラー駆動装置では、上記プ
レートが上記アクチュエーターの復元力により上記ピボ
ットの先端に押圧されていることが好ましく、これによ
り、上記プレートの中心をより確実に固定できるので、
光軸のずれを少なくできる。

【００１０】本発明に係るミラー駆動装置では、上記一
方の電極と上記他方の電極の短絡を防止するために、上
記梁部と上記他方の電極との間に絶縁層を形成すること
が好ましい。

【００１１】また、本発明に係るミラー駆動装置におい
て、上記梁部と上記他方の電極との間に絶縁層を形成す
る場合には、上記絶縁層から上記梁部の方に突出する金
属からなりかつ、上記正の電極及び上記負の電極とは電
気的に分離されたバンプをさらに有していることが好ま
しい。このようにすると、静電アクチュエーターにおけ
る墜落電圧を大きくできるので、より広範囲の電圧値に
対して静電アクチュエータの先端の変位を略線形に制御
でき、上記プレートの傾斜角の制御範囲をさらに大きく
できる。

【００１２】本発明に係るミラー駆動装置において、上
記プレートの他方の主面に反射膜を形成する。

【００１３】さらに、本発明に係るミラー駆動装置にお
いて、上記プレート上に該プレートより大きい第２のプ
レートを設け、該第２のプレートに反射膜を形成するこ
とが好ましい。この構造によれば、上記第２のプレート
の直径とピッチを略同一にでき、また、上記プレート自
体の直径を小さくできるのでミラーの傾き角を大きくで
きる。これらにより、光スイッチに適用した場合、該光
スイッチをコンパクトにできる。

【００１４】本発明に係るミラー駆動装置は、上記プレ
ートの傾斜角を２軸制御するように、上記アクチュエー
ターを３つ以上備えることがてきる。

【００１５】本発明に係るミラー駆動装置において、上
記アクチュエーターを３つ以上備えている場合、上記複
数のアクチュエーターは、上記プレートの外周において
略等間隔に接合されていることが好ましい。このように
すると、より効果的に上記プレートの２軸制御が可能と
なる。

【００１６】本発明に係るミラー駆動装置において、上
記ピボットの先端部と上記プレートの下面とは、耐磨耗
材を介して接触していることが好ましい。このように、
上記プレートと上記ピボットの接触部に耐摩耗性の部材
を配したことでプレートとピボットの焼き付き、摩耗を
防ぎ、繰返し信頼性を確保することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
に係る実施の形態について説明する。 実施の形態１．本発明に係る実施の形態１のミラー駆動
装置は、光スイッチ用のミラー駆動装置であって、図１
の平面図及びその断面図である図２に示すように、以下
のような要素により構成される。尚、図２の断面図は、
１つの平面の断面図ではなく図１の破線Ｌ１に沿った断
面を平面上に描いたものである。また、本明細書におい
て、上面と言う時は図面上で上に位置する面をいい、下
面と言う時は図面上下に位置する面をいう。したがっ
て、上面又は下面と記載されていても、実際の使用状態
で上に位置する面又は下に位置する面を意味するもので
はない。

【００１８】実施の形態１のミラー駆動装置の構成要素 （１）第１の基板２ 第１の基板２は、下面から上面に貫通する開口部２ａを
有し、その上面の一部には後述するアクチュエーター１
の一端部（固定部１b）が接合される。また、本実施の
形態１において、この第１の基板２はｐ型又はｎ型の導
電性を有し、アクチュエーター１の下部電極を兼ねてい
る。

【００１９】（２）アクチュエーター１ アクチュエーター１は、薄いＳｉ層２１ｅとそのＳｉ層
２１ｅの上面に形成された上部電極９とＳｉ層２１ｅの
下面に形成された絶縁層８からなる梁部１ａと基板２の
一部を下部電極として含んでなり、ＤＣ電源により印加
された直流電圧の大きさに対応して静電力により梁１ａ
の撓み量が変化してその他端を上下に移動させることが
できる。本実施の形態１のミラー駆動装置では、同様に
構成された３つのアクチュエーター１を用いて構成さ
れ、この３つのアクチュエーターの撓み量をコントロー
ルすることにより、後述のプレート４の軸方向を予め設
定された立体角の範囲内において任意に設定することが
できる。尚、本実施の形態１のミラー駆動装置におい
て、アクチュエーターの梁の幅は、例えば、０．３ｍｍ
〜０．５ｍｍに設定され、梁の厚さは、例えば、１〜２
μｍに設定される。

【００２０】（３）第２の基板１１ 第２の基板１１の上面には、円錐や四角錐などの先端が
尖った形状のピボット５が形成されている。また、この
第２の基板１１の上面は、ピボット５が第１の基板２の
開口部２ａの略中央に位置するように第１の基板２の下
面と接着剤５によって接合されている。

【００２１】（４）プレート４ プレート４の上面には、反射膜３が形成されている。ま
た、プレート４は、その外周面の一部とアクチュエータ
ー１の他端とが接続ばね６によって接続され、かつプレ
ート４の下面の中心部がピボット５の先端に支持される
ことにより、その軸方向を一定の範囲内で自在に変化さ
せることができるように保持されている。ここで、本実
施の形態１では、プレート４の下面のピボット５の先端
により支持される部分には、耐磨耗性膜７が形成されて
いる。また、本実施の形態１のミラー駆動装置では、プ
レート４の外周面とアクチュエーター１との３つの接続
ポイントは、プレート４の外周面においてほぼ等間隔に
なるように設定される。尚、本実施の形態１のミラー駆
動装置において、プレート４は円形で構成されることが
好ましく、その径は例えば５００μｍ〜２ｍｍに設定さ
れる。また、ばね６は、例えば、薄いシリコン板により
形成することができ、その厚さは例えば１〜２μｍ、そ
の幅は、０．０３〜０．０５ｍｍに設定される。さら
に、プレート４とアクチュエーターの梁との間隔は、例
えば、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍに設定される。

【００２２】以上のように構成されたミラー駆動装置に
おいて、各アクチュエーター１に印加する直流電圧を変
化させると、その変化に対応して各アクチュエーター１
の他端が上下する。したがって、各アクチュエーター１
に印加する直流電圧を制御することにより、設定された
立体角の範囲内でプレート４の軸方向を任意に設定する
ことができ、これにより、光の反射方向を任意に設定す
ることができる。

【００２３】次に、実施の形態１のミラー駆動装置の製
造方法について説明する。本製造方法では、まず、下面
に例えば０．５μｍの厚さの熱酸化膜２２が形成された
シリコン基板２１を準備し、図３（ａ）に示すように、
アクチュエーター１の可動部分である梁１ａを形成する
部分とバネ６を形成する部分、及びプレート４の中心部
分に位置する熱酸化膜２２を除去する。次に、図３
（ｂ）に示すように、熱酸化膜２２が除去された部分に
アクチュエーターの絶縁用及びピボット５の先端があた
る部分の磨耗防止用のＳｉＮｘ膜２３を例えば、０．２
μｍの厚さに形成する。尚、アクチュエーター絶縁用に
形成されたＳｉＮｘ膜２３は、図１におけるアクチュエ
ーターの絶縁膜８に対応し、磨耗防止用のＳｉＮｘ膜２
３は図１における耐磨耗性膜７に対応する。次に、図３
（ｃ）に示すように、別に用意したシリコン基板２をシ
リコン基板２１の下面に水ガラスにより接着し、図３
（ｄ）に示すように、シリコン基板２１を、プレート４
の厚さになるまで研削ポリッシュする。

【００２４】そして、研磨したシリコン基板２１におい
て、図３（ｅ）に示すように、プレート４を形成する部
分２１ａ、ばね６を形成する部分２１ｂ、アクチュエー
ター１を形成する部分２１ｃを異方性エッチングを用い
て形成する。具体的には、以下のステップで形成する。 ステップ１．研磨したシリコン基板２１の表面を０．５
μｍ程度熱酸化する。 ステップ２．犠牲層（熱酸化膜２２）までエッチングす
る部分とアクチュエーターの梁となる薄肉部分も含めて
フォトレジストを形成し、犠牲層（熱酸化膜２２）まで
エッチングする部分とアクチュエーターの梁となる薄肉
部分に位置する熱酸化膜を除去する。 ステップ３．ステップ２で形成したフォトレジストを除
去し、犠牲層（熱酸化膜２２）までエッチングする部分
を開口させるフォトレジストを形成する。 ステップ４．ステップ２，３の重ね合わせマスクを用い
て、はりの厚み分だけＳｉをエッチングする。 ステップ５．ステップ３で形成したマスクを用いて、ス
テップ２で形成した熱酸化膜マスクをエッチングする。 ステップ６．ステップ５で形成したフォトレジストと熱
酸化膜をマスクとして犠牲層（熱酸化膜２２）までエッ
チングする。 以上のようにして、図３（ｆ）に示すように、プレート
４を形成する部分２１ａ、ばね６を形成する部分２１
ｂ、アクチュエーター１を形成する部分２１ｃを形成す
る。

【００２５】次に、シリコン基板２のプレート４を形成
する部分２１ａの下をアルカリ溶液によりエッチングす
ることにより開口部２ａを形成する。そして、水ガラス
と犠牲層２２とを、アクチュエーター１と基板２との固
定部を除いて除去し、梁、プレート４及びばね６とを中
空構造とする。次に、図５（ａ）に示すように、シリコ
ン基板２と、別途用意したピボット５が形成された基板
１１とを接着剤１０で接合する。ここで、基板１１は図
４（ａ）に示すように、例えば、異方性エッチングを用
いてピボット５を形成した後、図４（ｂ）に示すよう
に、接着剤１０を形成する。

【００２６】最後に、アクチュエーター１の上部電極９
と配線及びプレート４の上に反射膜３を形成する。ここ
で、上部電極９と配線及び反射膜３は、例えば、Ｃｒを
下地膜としたＡｕで構成することができ、この場合、例
えばＣｒ膜は１０ｎｍ又はそれ以上の膜厚に形成し、Ａ
ｕ膜は０．２μｍ程度に成膜する。このようにして、本
発明に係る実施の形態１のミラー駆動装置は作製され
る。

【００２７】以上のように作製された本発明に係る実施
の形態１のミラー駆動装置において、静電アクチュエー
タ１は表面側に上部電極９、裏面に絶縁膜８を備えたＳ
ｉ層２１ｅからなる梁１ａとシリコン基板２からなる下
部電極とから構成され、その静電アクチュエータ１の上
部電極９とシリコン基板２（下部電極）の間に電位差を
与えることで、上部電極９を固着した梁１と下部電極２
の間の間隔を静電力で縮めることにより、接続ばね６を
介して接続されたプレート４の接続部分に下向きの力を
加えることができる。本実施の形態１のミラー駆動装置
では、プレート４の外周にほぼ等間隔に３点で静電アク
チュエーター１が接続されているので、プレート４の傾
きを２軸で制御することができる。

【００２８】また、プレート４のミラー面は、プレート
４を裏面から押上げるピボット５の高さを変えることに
より所望の位置に設定できる。ミラーをジンバル支持し
た従来例では、平面上に形成したミラーを持ち上げた後
その高さに保持するための支持部材もミラーと同じ面に
形成するため、ミラー面を高くしようとすると、支持部
材の幅も必然的に広くなり、ミラー間のピッチも広がっ
てしまう。しかしながら、この実施の形態１のミラー駆
動装置では、プレート４のミラーの傾き角を大きくでき
るミラー駆動装置をコンパクトに構成することができ、
回転中心位置もピボット５で規定できるので反射光の光
路ずれも小さくできる。

【００２９】さらに、本実施の形態１のミラー駆動装置
は、プレート４が、梁１ａの弾性復元力によりピボット
５に押し付けられる方向に付勢されかつ、梁１ａと接続
ばね６とも連結されているので、外乱に対して強い構造
である。したがって、本実施の形態１によれば、耐振動
性に優れたミラー駆動装置を提供できる。

【００３０】また、ミラーをジンバル支持した従来例で
は、ミラーを固着したプレート裏面を上部電極として対
向する下部電極間で静電力を働かせているので、プレー
トを高くすると静電力は電極間距離の２乗で小さくなる
ため、静電力により駆動できる範囲が制限されるが、本
実施の形態１によれば、静電アクチュエータ１の電極間
距離は固定部から先端部にかけて徐々に広がる構造をし
ているので、プレート４の位置を高くしても動かすこと
ができる。図６に静電アクチュエータ１に印加する電圧
と梁１の変形の関係を定性的に示す。電圧を高くしてい
くとある時点で急激に静電力が大きくなり反り返った梁
１が下部電極９に急に張り付いてしまう（この電圧を墜
落電圧と呼ぶ）。本実施の形態１のミラー駆動装置で
は、図６のような変位特性を有する静電アクチュエータ
ーを用いて構成しているので、図６における墜落電圧以
下の略線形に変化する範囲内でプレート４の傾きをコン
トロールすることにより、アナログ的にプレート４のミ
ラーの傾き角を制御することができる。

【００３１】また、墜落電圧より大きな電圧と、墜落電
圧より小さな電圧の２つの電圧間で切りかえることによ
り、プレート４のミラーの傾き角を２値制御できる。こ
の場合、プレート４の直径とピボット５の高さを適宜選
択することにより、ミラーの傾斜角の変更可能範囲を要
求仕様に合わせて容易に設定できる。

【００３２】以上の実施の形態１のミラー駆動装置で
は、3本の静電アクチュエータにより、２軸の姿勢制御
が可能な構成としたが、本発明はこれに限られるもので
はなく、例えば、図７に示すように、2本の静電アクチ
ュエータをプレート４に接続してミラーの姿勢を一軸で
線形又は、2値制御するようにしてもよい。また、２軸
制御する場合においても、アクチュエーター１の数は３
つに限られるものではなく、３つ以上のアクチュエータ
ーで２軸制御するようにしてもよい。

【００３３】さらに、本実施の形態１では、静電アクチ
ュエーター１を用いて構成するようにしたが、本発明は
これに限られるものではなく、圧電アクチュエーター等
の他のアクチュエーターを用いて構成することもでき
る。

【００３４】実施の形態２．以下、本発明に係る実施の
形態２について説明する。本実施の形態２のミラー駆動
装置は、梁１ａと基板２００との間にバンプ１２を形成
することにより、実施の形態１のミラー駆動装置より広
範囲の角度でプレートの傾斜角を制御できるようにした
ことを特徴とし、以下のような工程で作製される。

【００３５】（実施の形態２のミラー駆動装置の製造方
法）本製造方法では、まず、図１０（ａ）に示すよう
に、不純物をドープしていない絶縁性のシリコンからな
る基板２００上面の静電アクチュエーターを形成する位
置に、例えば、直径１０μｍ、厚さ３μｍのＣｕ（下地
層Ｔａ）からなるバンプ１２を、フレームメッキにより
形成する。次に、図１０（ｂ）に示すように、シリコン
基板２００の上面にＳｉＯｘからなる絶縁膜３１を形成
し、図１０（ｃ）に示すように、シリコン基板２００上
面の静電アクチュエーターを形成する位置の絶縁膜３１
上に例えば０．２μｍの厚さのＡｕ電極（Ｃｒ下地）３
２をバンプ１２と接触しないように形成し、さらに図１
０（ｄ）に示すように、ＳｉＮｘからなる絶縁膜３３を
形成する。このとき、バンプ１２とＡｕ電極３２の間に
は、絶縁膜３３が形成されるようにし、バンプ１２とＡ
ｕ電極３２の間をより確実に絶縁する。

【００３６】次に、図１０（ｅ）に示すように、下面に
ＳｉＯｘからなる絶縁膜３４ａが形成されたシリコン基
板３４をシリコン基板２００上にガラス接合して、図１
０（ｆ）に示すように、シリコン基板３４を所定の厚さ
になるように研削して表面をポリッシングする。尚、シ
リコン基板３４は、シリコン基板２００の上に押さえら
れるために、図１０（ｆ）に誇張して示すように、アク
チュエーターを形成する部分と他の部分との段差に対応
して変形する。

【００３７】次に、図１１（ａ）に示すように、研磨し
たシリコン基板３４において、プレート４を形成する部
分３４ａ、ばね６を形成する部分３４ｂ、アクチュエー
ター１を形成する部分３４ｃを異方性エッチングを用い
て形成する。そして、実施の形態１と同様にして、図１
１（ｂ）に示すように、ばね６を形成する部分３４ｂ、
アクチュエーター１を形成する部分３４ｃを薄肉化する
ことにより、ばね６及びＳｉ層３４ｅを形成する。

【００３８】次に、図１１（ｃ）に示すように、シリコ
ン基板２００のプレート４を形成する部分３４ａの下を
アルカリ溶液によりエッチングすることにより開口部２
ａを形成する。そして、図１１（ｄ）に示すように、水
ガラスと絶縁膜（犠牲層）３５とを、アクチュエーター
１と基板２００との固定部を除いて除去し、Ｓｉ層３４
ｅ、プレート４及びばね６とを中空構造とする。次に、
図１１（ｅ）に示すように、シリコン基板２００と、別
途用意したピボット５が形成された基板１１とを接着剤
１０で接合する。ここで、基板１１は図１２（ａ）に示
すように、例えば、異方性エッチングを用いてピボット
５を形成した後、図１２（ｂ）に示すように、ピボット
５の先端部分にＳｉＮｘからなる耐磨耗材７ａを形成
し、基板１１上の一部に接着剤１０を形成する。

【００３９】最後に、アクチュエーター１の上部電極９
と配線及びプレート４の上に反射膜３を形成する。ここ
で、上部電極９と配線及び反射膜３は、Ｃｒを下地膜と
したＡｕで構成することができ、Ｃｒ膜は１０ｎｍ又は
それ以上の膜厚に形成し、Ａｕ膜は０．２μｍ程度に成
膜する。以上のように、実施の形態２において、アクチ
ュエーター１を固定する基板として絶縁性のシリコン基
板２００を用いているので、本実施の形態２のアクチュ
エーター１は、上部電極９が形成されたＳｉ層３４ｅを
備えた梁部１ａ、絶縁層３３及び絶縁層３１の間に形成
されたＡｕ電極３２からなる下部電極（以下、Ａｕ電極
と同じ３２の符号を付して示す。）とをその基本構造と
して備え、さらにシリコン基板２００上に下部電極とは
分離されて設けられたバンプ１２を有してなる。

【００４０】以上のようにして作製された実施の形態２
のミラー駆動装置は、実施の形態１のミラー駆動装置と
同様の作用効果を有し、さらに以下のような特徴を有す
る。すなわち、図１，図２等に示した実施の形態１のミ
ラー駆動装置では、静電アクチュエータの上部電極９と
下部電極３２間に電位差を与えることで、上部電極９を
固着した梁１と下部電極３２間の間隔を静電力で縮める
構成であるが、図６のグラフを用いて説明したように、
墜落電位を印加したところで急激に静電力が大きくなり
反り返った梁が下部電極に急に張り付いてしまう。これ
を離そうと電位を下げていっても、絶縁膜８の帯電によ
り張り付く電位（墜落電位）よりさらに小さくしていか
ないと離れないというヒステリシスを持つ。そのため、
反射膜３とプレート４からなるミラーの傾きを細かく制
御できる範囲が、従来例より広くできるとは言っても、
まだ制限され、また、大きな電位をかけた場合にはデジ
タル的にでしか制御できない。

【００４１】しかしながら、上述の実施の形態２のミラ
ー駆動装置では、これを改善することができ、広範囲で
細かなミラー角度制御ができるようになる。その理由
は、実施の形態２のミラー駆動装置において、上述のよ
うに構成された静電アクチュエータ１は、電極間距離が
縮まって接触しそうなときに、絶縁膜８を介して上部電
極９と下部電極３２が接触しないように電気的に中立
（上部電極９及び下部電極３２のいずれの電極からも絶
縁されている）な導電性のバンプ１２を設けたことによ
るものである。すなわち、このバンプ１２により、上下
電極９，３２間の間隔が絶縁膜３３の膜厚と等しくなる
ことを防ぎ、絶縁膜３３を介して上部電極９と下部電極
３２が接触した場合に、電極間に働く静電力が接触した
ことにつられて急激に増大することを防いでいる。この
ように、この絶縁膜３３から突出するバンプ５を設ける
ことにより、墜落電圧を上昇させることができ、静電ア
クチュエータの先端の変位を略線形に制御できる範囲を
拡大することができる。

【００４２】また、実施の形態２のミラー駆動装置で
は、梁１ａが絶縁膜３３に接近した時に、梁１ａが絶縁
膜３３を介して直接下部電極３２と接触することがな
く、かつ電気的に中立な導電性のバンプ１２に接触する
ことになるので、梁１ａが絶縁膜３３に静電的に吸着す
ることなくヒステリシスも生じない。これにより、実施
の形態２のミラー駆動装置では、実施の形態１のミラー
駆動装置に比較して、広い角度範囲で精度良くプレート
４のミラーの角度制御ができる。

【００４３】実施の形態３．本発明に係る実施の形態３
のミラー駆動装置は、以下のように構成されたことを特
徴とする。 （１）まず、実施の形態２の図１１（ｅ）まで作製した
ものを準備し、プレート４の上面に反射膜を形成するこ
となく、上部電極９をアクチュエーター部分のみに形成
する。 （２）一方、図１５（ａ）に示す、例えばシリコンから
なる別の基板４１を準備して、下面に例えば円柱形状の
凸部４１ａを形成し（図１５（ｂ））、その凸部４１ａ
の上面に水ガラス等の接着剤４２を塗布する（図１５
（ｃ））。 （３）そして、図１６（ａ）に示すように、プレート４
の上に基板４１を凸部４１ａの軸とプレート４の軸とが
一致するように接着剤４２により接合し、図１６（ｂ）
に示すように、基板４１の上面に反射膜４３を形成す
る。尚、基板４１の凸部４１ａの高さは、プレート４を
最大限傾けた時に、アクチュエータ等の他の構成要素と
接触しないように設定される。

【００４４】以上のように構成された実施の形態３のミ
ラー駆動装置は、実施の形態１及び２と同様の作用効果
を有しかつミラー間の間隔（ミラー間のピッチ）を狭く
できる。すなわち、実施の形態１及び実施の形態２のミ
ラー駆動装置では、隣接するプレート４の間に各プレー
ト４の傾斜角を変化させるアクチュエーター１を形成す
る必要があるので、そのアクチュエーター１を形成する
ための間隔を確保する必要がある。これに対して、実施
の形態３のミラー駆動装置では、別の基板４１を用いて
反射膜４３を形成しているので、アクチュエーター１の
上に反射膜が形成された基板４１を配置することがで
き、ミラー間の間隔を極めて狭くできる。具体的には、
本実施の形態３のミラー駆動装置において、基板４１の
大きさは隣り合う基板４１が傾いたとき接触しないよう
なクリアランスを設けておけばよく、基板４１の直径と
ピッチとを略同じにできる。

【００４５】また、実施の形態３のミラー駆動装置で
は、プレート４に直接に反射膜を形成する必要がないの
で、反射膜４３の径を例えば実施の形態１又は２のミラ
ー駆動装置における反射膜３の径と同一にした場合、実
施の形態３の構成では、プレート４の直径を小さくでき
るため、ミラーの傾き角を大きくできる。尚、実施の形
態３では、基板４１に段差（凸部４１ａ）を設け、ミラ
ーが所望の傾斜角だけ傾いたときに、基板４１の外周部
が静電アクチュエータを形成する基板の表面と接触しな
いようにしている。

【００４６】変形例．本発明に係る変形例のミラー駆動
装置は、ＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレーター）
基板を用いて作製した例であり、実施の形態１のミラー
駆動装置と同様の作用効果を有する。本変形例のミラー
駆動装置は、以下のように作製される。

【００４７】本方法では、例えば、活性層と呼ばれる厚
さ数十μｍ厚さの高抵抗シリコンとその上に形成された
０．５μｍ厚のＳｉＯｘからなる犠牲層５３と０．４ｍ
ｍ厚の低抵抗シリコン層５４とを備えたシリコン基板５
２を用いる。そして、まず、図１７（ａ）に示すよう
に、０．４ｍｍ厚の低抵抗シリコン層５４の表面を０．
５μｍ程度熱酸化する。

【００４８】次に、図１７（ｂ）に示すように、アクチ
ュエーターの梁を形成する部分、ばね部プレートを分離
するために除去する部分に対応するマスクを熱酸化膜と
フォトレジストで形成して、以下、実施の形態１と同様
にして、活性層にアクチュエーターの梁、ばね及びプレ
ートを形成する。そして、図１７（ｃ）に示すように、
アクチュエーターを構成する、梁の部分及び固定部の上
に絶縁膜５７を形成し、プレート４の下に位置する基板
５２の一部をエッチングで除去することにより基板５２
に開口部５２ａを形成する。そして、図１７（ｄ）に示
すように、必要部分を残して犠牲層５３を除去すること
により、中空構造を形成する。尚、この絶縁膜５７を設
けることで、犠牲層エッチング時に、梁、ばねがベース
Ｓｉと固着することを防ぐように膜応力を設定してお
く。

【００４９】そして、アクチュエーター部の絶縁膜上及
びプレート４の上にそれぞれＣｒ／Ａｕ膜を形成するこ
とにより、それぞれアクチュエーターの上部電極９及び
反射膜３を形成する（図１７（ｅ））。そして、図１９
に示すように、シリコン基板５２と、別途用意したピボ
ット５が形成された基板１１とを接着剤１０で接合す
る。ここで、基板１１は、図１８に示すように、例え
ば、異方性エッチングを用いてピボット５を形成した
後、ピボット５の先端に耐磨耗膜７ｃを形成し、基板１
１の所定の位置に接着剤１０を形成する。

【００５０】以上のように作製しても、実施の形態１と
同様の作用効果を有するミラー駆動装置を作製すること
ができる。

【００５１】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
係るミラー駆動装置は、上記開口部を有する第１の基板
と、一端の近傍で上記第１の基板の第１の主面に接合さ
れたアクチュエーターと、上記ピボットを有しそのピボ
ットが上記開口部の略中央に位置するように上記第１の
基板と接合された第２の基板と、上記アクチュエーター
の他端と外周の一部で接合されかつ上記一方の主面の略
中央部で上記ピボットの先端により支持されたプレート
とを備え、上記プレートを上記ピボットで支持するよう
にしているので、上記ピボットの高さを高くすることに
よりミラー面の角度を広い範囲で変化させることができ
る。また、本発明のミラー駆動装置では、基板に固定さ
れたピボットの先端で上記プレートを支えるようにし
て、基板に固定されたピボットの先端を中心としてプレ
ートを揺動できるようにしているので、外部からの振動
の影響を少なくできる。したがって、本発明によれば、
ミラー面の角度を広い範囲で変化させることができかつ
耐振動性に優れたミラー駆動装置を提供できる。

【００５２】また、本発明に係るミラー駆動装置におい
て、上記アクチュエーターとして、上記静電アクチュエ
ーターを用いることにより、そのアクチュエーターを上
記第１の基板上に一体で形成でき、しかも印加する電圧
により容易にかつ比較的大きな範囲でミラーの傾斜角を
変化させることができる。

【００５３】さらに、本発明に係るミラー駆動装置にお
いて、上記梁部を長手方向が該プレートの外周に沿った
円弧形状になるように形成することにより、隣接するミ
ラー（プレート）間の間隔を大きくすることなく、上記
梁部の長手方向の長さを長くでき、より大きな変位量を
確保できるので、小型でかつミラー傾斜角の可変範囲を
大きくできる。

【００５４】また、本発明に係るミラー駆動装置では、
上記梁部は一端から他端に向かって上記第１の基板との
距離が徐々に変化するように構成することにより、上記
プレートの高さ方向の位置に依らず静電力でプレートの
傾斜角を制御できるので、安定して傾斜角を制御でき
る。

【００５５】本発明に係るミラー駆動装置では、上記プ
レートを上記アクチュエーターの復元力により上記ピボ
ットの先端に押圧することにより、上記プレートの中心
をより確実に固定できるので、光軸のずれを少なくで
き、より安定した傾斜角の制御が可能になる。

【００５６】本発明に係るミラー駆動装置では、上記梁
部と上記他方の電極との間に絶縁層を形成することによ
り、上記梁部と上記他方の電極との間の接触を防止でき
る。

【００５７】また、本発明に係るミラー駆動装置におい
て、上記絶縁層から上記梁部の方に突出する金属からな
り、上記正の電極及び上記負の電極とは電気的に分離さ
れたバンプを形成することにより、より広範囲の電圧値
に対して静電アクチュエータの先端の変位を略線形に制
御でき、上記プレートの傾斜角の制御範囲をさらに大き
くできる。

【００５８】本発明に係るミラー駆動装置において、上
記プレートの他方の主面に反射膜を形成することによ
り、簡単な構成でミラー駆動装置を実現できる。

【００５９】さらに、本発明に係るミラー駆動装置にお
いて、上記プレート上に該プレートより大きい第２のプ
レートを設け、該第２のプレートに反射膜を形成するこ
とにより、上記第２のプレートの直径とピッチを略同一
にでき、また、上記プレート自体の直径を小さくできる
のでミラーの傾き角を大きくできるので、小型のミラー
駆動装置を提供できる。

【００６０】本発明に係るミラー駆動装置は、上記アク
チュエーターを３つ以上備えることにより、上記プレー
トの傾斜角を２軸制御することができ、より複雑な機能
を有する光スイッチを実現できる。

【００６１】本発明に係るミラー駆動装置において、上
記３つ以上のアクチュエーターを、上記プレートの外周
において略等間隔に上記プレートと接合することによ
り、より効果的に上記プレートの２軸制御が可能とな
り、上記複雑な機能をより確実に実現できる。

【００６２】本発明に係るミラー駆動装置において、上
記ピボットの先端部と上記プレートの下面とを耐磨耗材
を介して接触させることにより、上記プレートと上記ピ
ボットとの間の、焼き付き、摩耗を防ぐことができ、繰
返し信頼性を高くできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る実施の形態１のミラー駆動装置
の平面図である。

【図２】 図１の破線Ｌ１に沿って切断した断面を１つ
の平面上に示した断面図である。

【図３】 実施の形態１のミラー駆動装置の製造方法に
おいて、第１のシリコン基板に関係する工程を示す断面
図である。

【図４】 実施の形態１のミラー駆動装置の製造方法に
おいて、第２のシリコン基板に関係する工程を示す断面
図である。

【図５】 実施の形態１のミラー駆動装置の製造方法に
おいて、第１のシリコン基板と第２のシリコン基板との
接合工程を示す断面図である。

【図６】 実施の形態１の静電アクチュエーター１にお
ける電圧に対する変位量を示すグラフである。

【図７】 実施の形態１の一変形例のミラー駆動装置の
平面図である。

【図８】 本発明に係る実施の形態２のミラー駆動装置
の平面図である。

【図９】 図８の破線Ｌ２に沿って切断した断面を１つ
の平面上に示した断面図である。

【図１０】 実施の形態２のミラー駆動装置の製造方法
を説明するための各工程毎の断面図である（その１）。

【図１１】 実施の形態２のミラー駆動装置の製造方法
を説明するための各工程毎の断面図である（その２）。

【図１２】 実施の形態２のミラー駆動装置の製造方法
において、第２のシリコン基板に関係する工程を示す断
面図である。

【図１３】 本発明に係る実施の形態３のミラー駆動装
置の平面図である。

【図１４】 図１３の破線Ｌ３に沿って切断した断面を
１つの平面上に示した断面図である。

【図１５】 実施の形態３の第２プレートの製造工程を
示す断面図である。

【図１６】 実施の形態３のミラー駆動装置の製造方法
を説明するための断面図である。

【図１７】 実施の形態１の変形例の製造方法を示す断
面図である。

【図１８】 変形例の製造方法における第２の基板の構
成を示す断面図である。

【図１９】 変形例の製造方法により作製されたミラー
駆動装置の断面図である。

【符号の説明】

１ アクチュエーター、１ａ 梁部、２ａ 開口部、
２，２１，３４，４１，５２，２００ シリコン基板、
３，４３ 反射膜、４ プレート、５ ピボット、６
接続ばね、７，７ａ 耐磨耗性膜、８，３１，３３ 絶
縁膜、９ 上部電極、１０ 接着剤、１１ 基板、１２
バンプ、２１ｅ，３４ｅ Ｓｉ層、２２熱酸化膜、２
３ ＳｉＮｘ膜、３２ 下部電極、４１ａ 凸部、５３
犠牲層、５４ 低抵抗シリコン層。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の主面と第２の主面を有しかつ上記
   第１の主面から上記第２の主面に貫通する開口部を有す
   る第１の基板と、 一端と他端とを有しその他端の近傍で上記第１の基板の
   第１の主面に接合され、上記他端を電気信号に対応させ
   て移動させることができるアクチュエーターと、 第３の主面と第４の主面を有し、その第３の主面にピボ
   ットが形成されてなり、そのピボットが上記開口部の略
   中央に位置するように上記第１の基板の第２の主面と上
   記第３の主面が接合された第２の基板と、 一方の主面と他方の主面とを有し、上記アクチュエータ
   ーの他端と外周の一部で接合されかつ上記一方の主面の
   略中央部が上記ピボットの先端により支持されたプレー
   トとを備えたことを特徴とするミラー駆動装置。
2. 【請求項２】 上記アクチュエーターは、正及び負の電
   極のうちの一方の電極が形成された梁部と、該梁部に対
   向して設けられた正及び負の電極のうちの他方の電極と
   を備えた静電アクチュエーターである請求項１記載のミ
   ラー駆動装置。
3. 【請求項３】 上記プレートは円形であって、上記梁部
   は長手方向が該プレートの外周に沿った円弧形状になる
   ように形成されている請求項２記載のミラー駆動装置。
4. 【請求項４】 上記梁部は一端から他端に向かって上記
   第１の基板との距離が徐々に変化する請求項２又は３記
   載のミラー駆動装置。
5. 【請求項５】 上記プレートは上記アクチュエーターの
   復元力により上記ピボットの先端に押圧されている請求
   項２〜４のうちのいずれか１項に記載のミラー駆動装
   置。
6. 【請求項６】 上記梁部と上記他方の電極との間に絶縁
   層が設けられた請求項２〜５のうちのいずれか１項に記
   載のミラー駆動装置。
7. 【請求項７】 上記絶縁層から上記梁部の方に突出する
   金属からなるバンプをさらに有し、該バンプは上記正の
   電極及び上記負の電極とは電気的に分離されている請求
   項６記載のミラー駆動装置。
8. 【請求項８】 上記プレートの他方の主面に反射膜が形
   成された請求項１〜７のうちのいずれか１項に記載のミ
   ラー駆動装置。
9. 【請求項９】 上記プレート上に該プレートより大きい
   第２のプレートを有し、該第２のプレートに反射膜が形
   成された請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載のミ
   ラー駆動装置。
10. 【請求項１０】 上記アクチュエーターを、複数個備え
    た請求項１〜９のうちのいずれか１項に記載のミラー駆
    動装置。
11. 【請求項１１】 上記プレートは略円形であって、上記
    複数のアクチュエーターは、上記プレートの外周におい
    て略等間隔に接合された請求項１０記載のミラー駆動装
    置。
12. 【請求項１２】 上記ピボットの先端部と上記プレート
    の下面とは、耐磨耗材を介して接触している請求項１〜
    １１のうちのいずれか１項に記載のミラー駆動装置。