JP2002204587A - 熱マイクロエレクトリカルメカニカルアクチュエータ - Google Patents
熱マイクロエレクトリカルメカニカルアクチュエータInfo
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- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の熱アクチュエータに匹敵する力で面外
運動を実現でき、標準的な集積回路と適合する電圧およ
び電流で動作することが可能で、小面積の熱マイクロエ
レクトリカルメカニカルアクチュエータを提供するこ
と。 【解決手段】 アクチュエータを、基板に固定された第
１および第２のアンカーと、アンカーの間に固定された
複数の引き延ばされた熱バックルビーム部とを含む構成
とした。熱バックルビーム部は、ポリシリコンなどの半
導体材料で形成される。熱バックルビーム部は、熱バッ
クルビーム部の各々に固定された枠体基部を含む旋回枠
体と、１端で枠体基部に結合されアクチュエータが活動
化されると面外へ旋回する自由端を含む少なくとも１つ
の旋回アームとによって結合されている。電流源は、ア
ンカーを介し、熱バックルビーム部を介して電流を導
き、熱バックルビーム部の熱膨張を、したがって基板の
面外へのそれらの湾曲運動を伝える。
運動を実現でき、標準的な集積回路と適合する電圧およ
び電流で動作することが可能で、小面積の熱マイクロエ
レクトリカルメカニカルアクチュエータを提供するこ
と。 【解決手段】 アクチュエータを、基板に固定された第
１および第２のアンカーと、アンカーの間に固定された
複数の引き延ばされた熱バックルビーム部とを含む構成
とした。熱バックルビーム部は、ポリシリコンなどの半
導体材料で形成される。熱バックルビーム部は、熱バッ
クルビーム部の各々に固定された枠体基部を含む旋回枠
体と、１端で枠体基部に結合されアクチュエータが活動
化されると面外へ旋回する自由端を含む少なくとも１つ
の旋回アームとによって結合されている。電流源は、ア
ンカーを介し、熱バックルビーム部を介して電流を導
き、熱バックルビーム部の熱膨張を、したがって基板の
面外へのそれらの湾曲運動を伝える。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロエレクト
ロメカニカルシステムアクチュエータに関し、より詳細
には、ジュール加熱によって活動化される熱式マイクロ
エレクトロメカニカルシステムアクチュエータに関す
る。
ロメカニカルシステムアクチュエータに関し、より詳細
には、ジュール加熱によって活動化される熱式マイクロ
エレクトロメカニカルシステムアクチュエータに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】マイクロエレクトロメカニカルシステム
（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓ
ｙｓｔｅｍ／ＭＥＭＳ）アクチュエータは、従来の半導
体（たとえば、ＣＭＯＳ）製造プロセスによって半導体
基板上に形成される非常に小型の構成要素の制御を実現
する。ＭＥＭＳシステムおよびＭＥＭＳアクチュエータ
は、マイクロマシンによるシステムオンチップ（ｍｉｃ
ｒｏｍａｃｈｉｎｅｄｓｙｓｔｅｍｓ−ｏｎ−ａ−ｃｈ
ｉｐ）と称されることがある。
（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓ
ｙｓｔｅｍ／ＭＥＭＳ）アクチュエータは、従来の半導
体（たとえば、ＣＭＯＳ）製造プロセスによって半導体
基板上に形成される非常に小型の構成要素の制御を実現
する。ＭＥＭＳシステムおよびＭＥＭＳアクチュエータ
は、マイクロマシンによるシステムオンチップ（ｍｉｃ
ｒｏｍａｃｈｉｎｅｄｓｙｓｔｅｍｓ−ｏｎ−ａ−ｃｈ
ｉｐ）と称されることがある。
【０００３】従来のＭＥＭＳアクチュエータの１つは、
静電アクチュエータまたは櫛形ドライブである。一般に
このようなアクチュエータは２つの櫛形構造を有し、そ
れぞれが基板に平行な面内に整列した複数の櫛歯を有し
ている。２つの櫛形構造の歯は交互に入り込んでおり、
櫛形構造に印加された電位差が両者間に静電気のやりと
りを確立し、それによって互いに近づけたり離したりし
て櫛形構造を動かす。
静電アクチュエータまたは櫛形ドライブである。一般に
このようなアクチュエータは２つの櫛形構造を有し、そ
れぞれが基板に平行な面内に整列した複数の櫛歯を有し
ている。２つの櫛形構造の歯は交互に入り込んでおり、
櫛形構造に印加された電位差が両者間に静電気のやりと
りを確立し、それによって互いに近づけたり離したりし
て櫛形構造を動かす。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】静電アクチュエータ
は、必要な電流が少なく、その結果作動エネルギーが小
さくなること、および比較的周波数応答が高いという利
点を有する反面、高い駆動電圧（たとえば、数十または
数百ボルト）と大面積が要求されること、および出力さ
れる力が小さいという問題がある。
は、必要な電流が少なく、その結果作動エネルギーが小
さくなること、および比較的周波数応答が高いという利
点を有する反面、高い駆動電圧（たとえば、数十または
数百ボルト）と大面積が要求されること、および出力さ
れる力が小さいという問題がある。
【０００５】例えば、マイクロ構造の配備に使用される
櫛形ドライブ（静電）アクチュエータは、一般に、配備
されるデバイスの面積の数倍を占有し、更に、その動作
に必要な高電圧（たとえば、数十または数百ボルト）
は、従来のロジック系および低電圧系電子回路とは適合
せず、それらと一体化できないという問題がある。
櫛形ドライブ（静電）アクチュエータは、一般に、配備
されるデバイスの面積の数倍を占有し、更に、その動作
に必要な高電圧（たとえば、数十または数百ボルト）
は、従来のロジック系および低電圧系電子回路とは適合
せず、それらと一体化できないという問題がある。
【０００６】一方、擬似バイモルフ（ｐｓｅｕｄｏ−ｂ
ｉｍｏｒｐｈ）熱アクチュエータは、静電アクチュエー
タの代替である。これらのアクチュエータは、サイズの
異なる２本のポリシリコンアームの異なる熱膨張を利用
して、基板に対して平行に弧を描いてたわむ擬似バイモ
ルフを発生する。このような熱アクチュエータは、櫛形
ドライブアクチュエータよりもはるかに高い単位体積あ
たりの力（１００〜４００倍）を発生し、非常に低い電
圧で動作できる。このようなアクチュエータは、アクチ
ュエータの平面内での掃拭運動または円弧運動に制限さ
れる。
ｉｍｏｒｐｈ）熱アクチュエータは、静電アクチュエー
タの代替である。これらのアクチュエータは、サイズの
異なる２本のポリシリコンアームの異なる熱膨張を利用
して、基板に対して平行に弧を描いてたわむ擬似バイモ
ルフを発生する。このような熱アクチュエータは、櫛形
ドライブアクチュエータよりもはるかに高い単位体積あ
たりの力（１００〜４００倍）を発生し、非常に低い電
圧で動作できる。このようなアクチュエータは、アクチ
ュエータの平面内での掃拭運動または円弧運動に制限さ
れる。
【０００７】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的とするところは、従来の熱ア
クチュエータに匹敵する力で面外運動を実現でき、標準
的な集積回路（たとえばＣＭＯＳ）と適合する電圧およ
び電流で動作することが可能で、面積が非常に小さく、
比較的大きい力を有する熱マイクロエレクトリカルメカ
ニカルアクチュエータを提供することにある。
たものであって、その目的とするところは、従来の熱ア
クチュエータに匹敵する力で面外運動を実現でき、標準
的な集積回路（たとえばＣＭＯＳ）と適合する電圧およ
び電流で動作することが可能で、面積が非常に小さく、
比較的大きい力を有する熱マイクロエレクトリカルメカ
ニカルアクチュエータを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、熱マイ
クロエレクトリカルメカニカルアクチュエータであっ
て、第１および第２のアンカーが固定された平坦な基板
と、前記第１および第２のアンカーにそれぞれ結合され
た第１および第２の端縁をそれぞれが有する、１つまた
は複数の引き延ばされた熱バックルビーム部と、活動化
されると前記熱バックルビーム部を傾倒させて前記基板
から離す面外バックルバイアス部と、前記第１および第
２のアンカーを介し、前記熱バックルビーム部を介して
電流を導く電気結合部とを備え、該電気結合から伝達さ
れる、前記熱バックルビーム部の熱膨張および前記基板
から離れる前記熱バックルビーム部の運動によって活動
化されることを特徴とする。
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、熱マイ
クロエレクトリカルメカニカルアクチュエータであっ
て、第１および第２のアンカーが固定された平坦な基板
と、前記第１および第２のアンカーにそれぞれ結合され
た第１および第２の端縁をそれぞれが有する、１つまた
は複数の引き延ばされた熱バックルビーム部と、活動化
されると前記熱バックルビーム部を傾倒させて前記基板
から離す面外バックルバイアス部と、前記第１および第
２のアンカーを介し、前記熱バックルビーム部を介して
電流を導く電気結合部とを備え、該電気結合から伝達さ
れる、前記熱バックルビーム部の熱膨張および前記基板
から離れる前記熱バックルビーム部の運動によって活動
化されることを特徴とする。
【０００９】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアクチュ
エータにおいて、前記熱バックルビーム部の各々に固定
された枠体基部を含む旋回枠体と、１端で前記枠体基部
に結合され、アクチュエータが活動化されると面外へ旋
回する自由端を有する少なくとも１つの旋回アームとを
具備することを特徴とする。
に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアクチュ
エータにおいて、前記熱バックルビーム部の各々に固定
された枠体基部を含む旋回枠体と、１端で前記枠体基部
に結合され、アクチュエータが活動化されると面外へ旋
回する自由端を有する少なくとも１つの旋回アームとを
具備することを特徴とする。
【００１０】また、請求項３に記載の発明は、請求項２
に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアクチュ
エータにおいて、前記旋回枠体内に、その自由端が接合
された２つの旋回アームを具備し、アクチュエータが活
動化されるとそれらが一緒に旋回することを特徴とす
る。
に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアクチュ
エータにおいて、前記旋回枠体内に、その自由端が接合
された２つの旋回アームを具備し、アクチュエータが活
動化されるとそれらが一緒に旋回することを特徴とす
る。
【００１１】また、請求項４に記載の発明は、請求項１
に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアクチュ
エータにおいて、前記熱バックルビーム部の各々にその
中点とアンカーの１つとの間で固定された枠体基部を備
え、１端で前記枠体基部に結合され、アクチュエータが
活動化されると面外へ旋回する自由端を有する少なくと
も１つの旋回アームを具備する旋回枠体を備えるアクチ
ュエータであって、前記１つまたは複数の熱バックルビ
ーム部のそれぞれが中点を有することを特徴とする。
に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアクチュ
エータにおいて、前記熱バックルビーム部の各々にその
中点とアンカーの１つとの間で固定された枠体基部を備
え、１端で前記枠体基部に結合され、アクチュエータが
活動化されると面外へ旋回する自由端を有する少なくと
も１つの旋回アームを具備する旋回枠体を備えるアクチ
ュエータであって、前記１つまたは複数の熱バックルビ
ーム部のそれぞれが中点を有することを特徴とする。
【００１２】また、請求項５に記載の発明は、請求項４
に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアクチュ
エータにおいて、前記枠体基部が、前記熱バックルビー
ム部の各々にその中点とアンカーの１つとの間のほぼ中
間で固定されることを特徴とする。
に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアクチュ
エータにおいて、前記枠体基部が、前記熱バックルビー
ム部の各々にその中点とアンカーの１つとの間のほぼ中
間で固定されることを特徴とする。
【００１３】また、請求項６に記載の発明は、請求項４
に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアクチュ
エータにおいて、前記旋回アームが光反射器を支持する
ことを特徴とする。
に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアクチュ
エータにおいて、前記旋回アームが光反射器を支持する
ことを特徴とする。
【００１４】また、請求項７に記載の発明は、請求項１
に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアクチュ
エータにおいて、前記面外バックルバイアス部が前記熱
バックルビーム部を備え、該熱バックルビーム部の各々
は、前記基板に対して平行な幅と前記基板に対して垂直
な厚みを有しており、前記熱バックルビーム部の各々の
幅がその厚みよりも大きい幅広のアスペクト比を有する
ことを特徴とする。
に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアクチュ
エータにおいて、前記面外バックルバイアス部が前記熱
バックルビーム部を備え、該熱バックルビーム部の各々
は、前記基板に対して平行な幅と前記基板に対して垂直
な厚みを有しており、前記熱バックルビーム部の各々の
幅がその厚みよりも大きい幅広のアスペクト比を有する
ことを特徴とする。
【００１５】また、請求項８に記載の発明は、請求項１
に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアクチュ
エータにおいて、前記面外バックルバイアス部が、前記
熱バックルビーム部の各々の下に基板から延びる離隔パ
ッドを備えることを特徴とする。
に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアクチュ
エータにおいて、前記面外バックルバイアス部が、前記
熱バックルビーム部の各々の下に基板から延びる離隔パ
ッドを備えることを特徴とする。
【００１６】また、請求項９に記載の発明は、請求項７
に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアクチュ
エータにおいて、前記離隔パッドが、前記熱バックルビ
ーム部の何れの下にも延びる単一構造として形成される
ことを特徴とする。
に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアクチュ
エータにおいて、前記離隔パッドが、前記熱バックルビ
ーム部の何れの下にも延びる単一構造として形成される
ことを特徴とする。
【００１７】また、請求項１０に記載の発明は、請求項
１に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアクチ
ュエータにおいて、前記１つまたは複数の熱バックルビ
ーム部のそれぞれが中点を有し、かつ、前記面外バック
ルバイアス部が前記熱バックルビーム部の各々のほぼ中
点の下に基板から延びる前記離隔パッドを備えることを
特徴とする。
１に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアクチ
ュエータにおいて、前記１つまたは複数の熱バックルビ
ーム部のそれぞれが中点を有し、かつ、前記面外バック
ルバイアス部が前記熱バックルビーム部の各々のほぼ中
点の下に基板から延びる前記離隔パッドを備えることを
特徴とする。
【００１８】また、請求項１１に記載の発明は、請求項
１に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアクチ
ュエータにおいて、前記面外バックルバイアス部が、前
記熱バックルビーム部の各々の各端部付近に形成される
窪みを有することを特徴とする。
１に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアクチ
ュエータにおいて、前記面外バックルバイアス部が、前
記熱バックルビーム部の各々の各端部付近に形成される
窪みを有することを特徴とする。
【００１９】また、請求項１２に記載の発明は、熱マイ
クロエレクトリカルメカニカルアクチュエータであっ
て、第１および第２のアンカーが固定された平坦な基板
と、前記第１および第２のアンカーにそれぞれ結合され
た第１および第２の端縁をそれぞれが有する、１つまた
は複数の引き延ばされた熱バックルビーム部と、前記熱
バックルビーム部の各々に固定された枠体基部と、その
１端で前記枠体基部に結合され、アクチュエータが活動
化されると面外へ旋回する自由端を有する少なくとも１
つの旋回アームとを具備する旋回枠体と、前記第１およ
び第２のアンカーを介し、前記熱バックルビーム部を介
して電流を導き、前記熱バックルビーム部の熱膨張、お
よび前記基板から離れるそれらの運動を伝え、それによ
ってアクチュエータを活動化させる電気結合部とを具備
することを特徴とする。
クロエレクトリカルメカニカルアクチュエータであっ
て、第１および第２のアンカーが固定された平坦な基板
と、前記第１および第２のアンカーにそれぞれ結合され
た第１および第２の端縁をそれぞれが有する、１つまた
は複数の引き延ばされた熱バックルビーム部と、前記熱
バックルビーム部の各々に固定された枠体基部と、その
１端で前記枠体基部に結合され、アクチュエータが活動
化されると面外へ旋回する自由端を有する少なくとも１
つの旋回アームとを具備する旋回枠体と、前記第１およ
び第２のアンカーを介し、前記熱バックルビーム部を介
して電流を導き、前記熱バックルビーム部の熱膨張、お
よび前記基板から離れるそれらの運動を伝え、それによ
ってアクチュエータを活動化させる電気結合部とを具備
することを特徴とする。
【００２０】また、請求項１３に記載の発明は、請求項
１２に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアク
チュエータにおいて、前記旋回枠体内に、その自由端が
接合された２つの旋回アームを含み、アクチュエータが
活動化されるとそれらが一緒に旋回することを特徴とす
る。
１２に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアク
チュエータにおいて、前記旋回枠体内に、その自由端が
接合された２つの旋回アームを含み、アクチュエータが
活動化されるとそれらが一緒に旋回することを特徴とす
る。
【００２１】また、請求項１４に記載の発明は、請求項
１２に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアク
チュエータにおいて、前記１つまたは複数の熱バックル
ビーム部のそれぞれが中点を有し、前記枠体基部が、前
記熱バックルビーム部の各々にその中点と前記アンカー
の１つとの間で固定されていることを特徴とする。
１２に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアク
チュエータにおいて、前記１つまたは複数の熱バックル
ビーム部のそれぞれが中点を有し、前記枠体基部が、前
記熱バックルビーム部の各々にその中点と前記アンカー
の１つとの間で固定されていることを特徴とする。
【００２２】また、請求項１５に記載の発明は、請求項
１４に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアク
チュエータにおいて、前記枠体基部が、前記熱バックル
ビーム部の各々にその中点と前記アンカーの１つとの間
のほぼ中間で固定されていることを特徴とする。
１４に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアク
チュエータにおいて、前記枠体基部が、前記熱バックル
ビーム部の各々にその中点と前記アンカーの１つとの間
のほぼ中間で固定されていることを特徴とする。
【００２３】また、請求項１６に記載の発明は、請求項
１２に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアク
チュエータにおいて、活動化されると前記熱バックルビ
ーム部を傾倒させて前記基板から離す面外バックルバイ
アス部を備え、前記熱バックルビーム部の各々の幅がそ
の厚みよりも大きい幅広のアスペクト比を有することを
特徴とする。
１２に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアク
チュエータにおいて、活動化されると前記熱バックルビ
ーム部を傾倒させて前記基板から離す面外バックルバイ
アス部を備え、前記熱バックルビーム部の各々の幅がそ
の厚みよりも大きい幅広のアスペクト比を有することを
特徴とする。
【００２４】また、請求項１７に記載の発明は、請求項
１２に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアク
チュエータにおいて、前記熱バックルビーム部の各々の
下に基板から延びる離隔パッドを具備する面外バックル
バイアス部を備え、該面外バックルバイアス部が活動化
されると前記熱バックルビーム部を傾倒させて前記基板
から離すことを特徴とする。
１２に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアク
チュエータにおいて、前記熱バックルビーム部の各々の
下に基板から延びる離隔パッドを具備する面外バックル
バイアス部を備え、該面外バックルバイアス部が活動化
されると前記熱バックルビーム部を傾倒させて前記基板
から離すことを特徴とする。
【００２５】また、請求項１８に記載の発明は、請求項
１７に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアク
チュエータにおいて、前記離隔パッドが、前記熱バック
ルビーム部の何れの下にも延びる単一構造として形成さ
れることを特徴とする。
１７に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアク
チュエータにおいて、前記離隔パッドが、前記熱バック
ルビーム部の何れの下にも延びる単一構造として形成さ
れることを特徴とする。
【００２６】また、請求項１９に記載の発明は、請求項
１２に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアク
チュエータにおいて、前記熱バックルビーム部の各々の
各端部付近に形成される窪みを有する面外バックルバイ
アス部を備え、該面外バックルバイアス部が活動化され
ると前記バックルビーム部を傾倒させて前記基板から離
すことを特徴とする。
１２に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアク
チュエータにおいて、前記熱バックルビーム部の各々の
各端部付近に形成される窪みを有する面外バックルバイ
アス部を備え、該面外バックルバイアス部が活動化され
ると前記バックルビーム部を傾倒させて前記基板から離
すことを特徴とする。
【００２７】また、請求項２０に記載の発明は、熱マイ
クロエレクトリカルメカニカルアクチュエータであっ
て、第１および第２のアンカーが固定された平坦な基板
と、前記第１および第２のアンカーにそれぞれ結合され
た第１および第２の端縁をそれぞれが有する、複数の実
質的に同一な引き延ばされた熱バックルビーム部と、ア
クチュエータが活動化されると面外へ移動する前記バッ
クルビーム部の間の結合部と、前記アンカーを介し、前
記熱バックルビーム部を介して電流を導き、前記熱バッ
クルビーム部の熱膨張、および前記基板から離れるそれ
らの運動を伝え、それによってアクチュエータを活動化
させる電気結合部とを具備することを特徴とする。
クロエレクトリカルメカニカルアクチュエータであっ
て、第１および第２のアンカーが固定された平坦な基板
と、前記第１および第２のアンカーにそれぞれ結合され
た第１および第２の端縁をそれぞれが有する、複数の実
質的に同一な引き延ばされた熱バックルビーム部と、ア
クチュエータが活動化されると面外へ移動する前記バッ
クルビーム部の間の結合部と、前記アンカーを介し、前
記熱バックルビーム部を介して電流を導き、前記熱バッ
クルビーム部の熱膨張、および前記基板から離れるそれ
らの運動を伝え、それによってアクチュエータを活動化
させる電気結合部とを具備することを特徴とする。
【００２８】また、請求項２１に記載の発明は、請求項
２０に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアク
チュエータにおいて、前記結合部が、前記熱バックルビ
ーム部の各々に固定された枠体基部と、自由端を有し、
１端で前記枠体基部に結合され、アクチュエータが活動
化されると面外へ旋回する少なくとも１つの旋回アーム
とを具備する旋回枠体を備えることを特徴とする。
２０に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアク
チュエータにおいて、前記結合部が、前記熱バックルビ
ーム部の各々に固定された枠体基部と、自由端を有し、
１端で前記枠体基部に結合され、アクチュエータが活動
化されると面外へ旋回する少なくとも１つの旋回アーム
とを具備する旋回枠体を備えることを特徴とする。
【００２９】また、請求項２２に記載の発明は、請求項
２１に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアク
チュエータにおいて、活動化されると前記熱バックルビ
ーム部を傾倒させて前記基板から離す面外バックルバイ
アス部を具備することを特徴とする。
２１に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアク
チュエータにおいて、活動化されると前記熱バックルビ
ーム部を傾倒させて前記基板から離す面外バックルバイ
アス部を具備することを特徴とする。
【００３０】更に、請求項２３に記載の発明は、請求項
２０に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアク
チュエータにおいて、活動化されると前記熱バックルビ
ーム部を傾倒させて前記基板から離す面外バックルバイ
アス部を具備することを特徴とする。
２０に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアク
チュエータにおいて、活動化されると前記熱バックルビ
ーム部を傾倒させて前記基板から離す面外バックルバイ
アス部を具備することを特徴とする。
【００３１】本発明は、半導体材料（たとえばシリコ
ン）の平坦な基板上に形成された面外熱式バックルビー
ムマイクロエレクトリカルメカニカルアクチュエータを
含む。このアクチュエータは、基板に固定された第１お
よび第２のアンカーと、アンカーの間に固定された複数
の引き延ばされた熱バックルビームとを含む。バックル
ビームは、ポリシリコンなどの半導体材料で形成され
る。一実施態様では、バックルビームが、各バックルビ
ームに固定された枠体基部を含む旋回枠体と、１端で枠
体基部に結合され、アクチュエータが活動化されると面
外へ旋回する自由端を含む少なくとも１つの旋回アーム
とによって結合されている。電流源は、アンカーを介
し、熱バックルビームを介して電流を導き、バックルビ
ームの熱膨張を、したがって基板の面外への（つまり基
板から離れる）それらの湾曲運動（ｂｕｃｋｌｉｎｇ
ｍｏｔｉｏｎ）を伝える。一部の実施態様は、活動化さ
れるとバックルビームを傾倒させて基板から離す作用を
奏する面外バックルバイアス（ｂｕｃｋｌｅ ｂｉａ
ｓ）を含むことができる。
ン）の平坦な基板上に形成された面外熱式バックルビー
ムマイクロエレクトリカルメカニカルアクチュエータを
含む。このアクチュエータは、基板に固定された第１お
よび第２のアンカーと、アンカーの間に固定された複数
の引き延ばされた熱バックルビームとを含む。バックル
ビームは、ポリシリコンなどの半導体材料で形成され
る。一実施態様では、バックルビームが、各バックルビ
ームに固定された枠体基部を含む旋回枠体と、１端で枠
体基部に結合され、アクチュエータが活動化されると面
外へ旋回する自由端を含む少なくとも１つの旋回アーム
とによって結合されている。電流源は、アンカーを介
し、熱バックルビームを介して電流を導き、バックルビ
ームの熱膨張を、したがって基板の面外への（つまり基
板から離れる）それらの湾曲運動（ｂｕｃｋｌｉｎｇ
ｍｏｔｉｏｎ）を伝える。一部の実施態様は、活動化さ
れるとバックルビームを傾倒させて基板から離す作用を
奏する面外バックルバイアス（ｂｕｃｋｌｅ ｂｉａ
ｓ）を含むことができる。
【００３２】本発明の他の目的および効果は、添付した
図面を参照しながら説明したその好ましい実施形態の記
載から明らかであろう。
図面を参照しながら説明したその好ましい実施形態の記
載から明らかであろう。
【００３３】
【発明の実施の形態】本発明を理解する一助とするた
め、図１〜１５を参照しながら、ＭＵＭＰｓプロセスを
使用してマイクロメカニカルデバイスを製作する一般手
順を説明する。
め、図１〜１５を参照しながら、ＭＵＭＰｓプロセスを
使用してマイクロメカニカルデバイスを製作する一般手
順を説明する。
【００３４】ＭＵＭＰｓプロセスは、エッチングされて
所望の物理構造を生み出す３層の共形（ｃｏｎｆｏｒｍ
ａｌ）ポリシリコンを提供する。ＰＯＬＹ０と表記され
た第１層は支持用ウェハに結合され、それぞれＰＯＬＹ
１およびＰＯＬＹ２の第２層および第３層は、層が分離
されてプロセス中に除去される犠牲層を使用することに
よって下にある構造から分離できるメカニカル層であ
る。
所望の物理構造を生み出す３層の共形（ｃｏｎｆｏｒｍ
ａｌ）ポリシリコンを提供する。ＰＯＬＹ０と表記され
た第１層は支持用ウェハに結合され、それぞれＰＯＬＹ
１およびＰＯＬＹ２の第２層および第３層は、層が分離
されてプロセス中に除去される犠牲層を使用することに
よって下にある構造から分離できるメカニカル層であ
る。
【００３５】図１〜１５は、ノースカロライナ州リサー
チトライアングルパーク、コーンウォリスロード３０２
１のＭＥＭＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａｐｐｌｉｃａ
ｔｉｏｎｓ Ｃｅｎｔｅｒより提供されたマイクロモー
タを構築するための一般プロセスを示す。
チトライアングルパーク、コーンウォリスロード３０２
１のＭＥＭＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａｐｐｌｉｃａ
ｔｉｏｎｓ Ｃｅｎｔｅｒより提供されたマイクロモー
タを構築するための一般プロセスを示す。
【００３６】ＭＵＭＰｓプロセスは、１００ｍｍのｎ型
シリコンウェハ１０で始まる。ウェハ表面には、ＰＯＣ
ｌ３をドーパント源として使用して、標準的な拡散炉中
で燐が高濃度にドープされる。これは、後からウェハ上
に載置される静電性デバイスからのシリコンへの電荷の
フィードスルー（ｆｅｅｄ−ｔｈｒｏｕｇｈ）を減少さ
せる。次いで、応力の低い６００ｎｍの低圧化学気相堆
積（ＬＰＣＶＤ）窒化珪素層１２が、電気絶縁層として
シリコン上に堆積され、シリコンウェハと窒化珪素層が
基板を形成する。
シリコンウェハ１０で始まる。ウェハ表面には、ＰＯＣ
ｌ３をドーパント源として使用して、標準的な拡散炉中
で燐が高濃度にドープされる。これは、後からウェハ上
に載置される静電性デバイスからのシリコンへの電荷の
フィードスルー（ｆｅｅｄ−ｔｈｒｏｕｇｈ）を減少さ
せる。次いで、応力の低い６００ｎｍの低圧化学気相堆
積（ＬＰＣＶＤ）窒化珪素層１２が、電気絶縁層として
シリコン上に堆積され、シリコンウェハと窒化珪素層が
基板を形成する。
【００３７】次いで、５００ｎｍのＬＰＣＶＤポリシリ
コン膜であるＰＯＬＹ０層１４が基板上に堆積される。
次いで、ＰＯＬＹ０層１４は、ＰＯＬＹ０層をフォトレ
ジスト１６で被覆すること、マスク（図示せず）を用い
てフォトレジストを露光すること、および露光したフォ
トレジストを現像して、後からＰＯＬＹ０層にパターン
を転写するための所望のエッチマスクを作成することを
含むフォトリソグラフィによってパターン付けされる
（図２）。フォトレジストをパターン付けした後で、Ｐ
ＯＬＹ０層１４が反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）シ
ステムでエッチングされる（図３）。
コン膜であるＰＯＬＹ０層１４が基板上に堆積される。
次いで、ＰＯＬＹ０層１４は、ＰＯＬＹ０層をフォトレ
ジスト１６で被覆すること、マスク（図示せず）を用い
てフォトレジストを露光すること、および露光したフォ
トレジストを現像して、後からＰＯＬＹ０層にパターン
を転写するための所望のエッチマスクを作成することを
含むフォトリソグラフィによってパターン付けされる
（図２）。フォトレジストをパターン付けした後で、Ｐ
ＯＬＹ０層１４が反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）シ
ステムでエッチングされる（図３）。
【００３８】図４を参照すると、２．０μｍのＰＳＧ
（ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅｇｌａｓｓ）犠牲層
１８がＬＰＣＶＤによってＰＯＬＹ０層１４上に堆積さ
れ、窒化物層１２のうち一部が露出している。本明細書
中で第１酸化物（ＦｉｒｓｔＯｘｉｄｅ）と称されるこ
のＰＳＧ層は、プロセスの終わりに除去されて、ポリシ
リコンの第１機械層ＰＯＬＹ１（下記）を下にある構
造、すなわちＰＯＬＹ０および窒化珪素層から開放す
る。この犠牲層はディンプル（ＤＩＭＰＬＥＳ）マスク
を用いてリソグラフィでパターン付けされ、深さ７５０
ｎｍでＲＩＥによって第１酸化物層に窪み２０を形成す
る（図５）。次いでウェハは、第３マスク層ＡＮＣＨＯ
Ｒ１を用いてパターン付けされ、第１酸化物層からＰＯ
ＬＹ０層へ延びるアンカー穴（ａｎｃｈｏｒ ｈｏｌ
ｅ）２２を設けるためにエッチングされる（図６）。Ａ
ＮＣＨＯＲ１穴は、次のステップでＰＯＬＹ１層２４に
よって充填される。
（ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅｇｌａｓｓ）犠牲層
１８がＬＰＣＶＤによってＰＯＬＹ０層１４上に堆積さ
れ、窒化物層１２のうち一部が露出している。本明細書
中で第１酸化物（ＦｉｒｓｔＯｘｉｄｅ）と称されるこ
のＰＳＧ層は、プロセスの終わりに除去されて、ポリシ
リコンの第１機械層ＰＯＬＹ１（下記）を下にある構
造、すなわちＰＯＬＹ０および窒化珪素層から開放す
る。この犠牲層はディンプル（ＤＩＭＰＬＥＳ）マスク
を用いてリソグラフィでパターン付けされ、深さ７５０
ｎｍでＲＩＥによって第１酸化物層に窪み２０を形成す
る（図５）。次いでウェハは、第３マスク層ＡＮＣＨＯ
Ｒ１を用いてパターン付けされ、第１酸化物層からＰＯ
ＬＹ０層へ延びるアンカー穴（ａｎｃｈｏｒ ｈｏｌ
ｅ）２２を設けるためにエッチングされる（図６）。Ａ
ＮＣＨＯＲ１穴は、次のステップでＰＯＬＹ１層２４に
よって充填される。
【００３９】ＡＮＣＨＯＲ１のエッチング後、ポリシリ
コン（ＰＯＬＹ１）の第１構造層２４が厚さ２．０μｍ
で堆積される。次いで薄い２００ｎｍのＰＳＧ層２６が
ＰＯＬＹ１層２４の上に堆積され、ウェハをアニールし
て（図７）ＰＳＧ層から燐をＰＯＬＹ１層にドープす
る。アニールはまた、ＰＯＬＹ１層の応力を減少させ
る。ＰＯＬＹ１およびＰＳＧマスク層２４、２６はリソ
グラフィでパターン付けされ、ＰＯＬＹ１層の構造を形
成する。ＰＯＬＹ１層をエッチングした後（図８）、フ
ォトレジストが剥離され、残りの酸化物マスクがＲＩＥ
によって除去される。
コン（ＰＯＬＹ１）の第１構造層２４が厚さ２．０μｍ
で堆積される。次いで薄い２００ｎｍのＰＳＧ層２６が
ＰＯＬＹ１層２４の上に堆積され、ウェハをアニールし
て（図７）ＰＳＧ層から燐をＰＯＬＹ１層にドープす
る。アニールはまた、ＰＯＬＹ１層の応力を減少させ
る。ＰＯＬＹ１およびＰＳＧマスク層２４、２６はリソ
グラフィでパターン付けされ、ＰＯＬＹ１層の構造を形
成する。ＰＯＬＹ１層をエッチングした後（図８）、フ
ォトレジストが剥離され、残りの酸化物マスクがＲＩＥ
によって除去される。
【００４０】ＰＯＬＹ１層２４がエッチングされた後、
第２ＰＳＧ層（以下第２酸化物（Ｓｅｃｏｎｄ Ｏｘｉ
ｄｅ））２８が堆積される（図９）。第２酸化物は、異
なる目的を有する２枚の異なるエッチマスクを使用して
パターン付けされる。
第２ＰＳＧ層（以下第２酸化物（Ｓｅｃｏｎｄ Ｏｘｉ
ｄｅ））２８が堆積される（図９）。第２酸化物は、異
なる目的を有する２枚の異なるエッチマスクを使用して
パターン付けされる。
【００４１】第１に、ＰＯＬＹ１＿ＰＯＬＹ２＿ＶＩＡ
（バイア）エッチング（３０に示す）により、第２酸化
物内にＰＯＬＹ１層２４に至るエッチング穴を設ける。
このエッチングは、ＰＯＬＹ１層と後続のＰＯＬＹ２層
の間の機械接続および電気接続を提供する。ＰＯＬＹ１
＿ＰＯＬＹ２＿ＶＩＡ層はリソグラフィでパターン付け
され、ＲＩＥによってエッチングされる（図１０）。
（バイア）エッチング（３０に示す）により、第２酸化
物内にＰＯＬＹ１層２４に至るエッチング穴を設ける。
このエッチングは、ＰＯＬＹ１層と後続のＰＯＬＹ２層
の間の機械接続および電気接続を提供する。ＰＯＬＹ１
＿ＰＯＬＹ２＿ＶＩＡ層はリソグラフィでパターン付け
され、ＲＩＥによってエッチングされる（図１０）。
【００４２】第２に、ＡＮＣＨＯＲ２エッチング（３２
に示す）は、第１および第２酸化物層１８、２８、なら
びにＰＯＬＹ１層２４を１回のステップでエッチングす
るために行われる（図１１）。ＡＮＣＨＯＲ２エッチン
グでは、第２酸化物層が、ＰＯＬＹ１＿ＰＯＬＹ２＿Ｖ
ＩＡエッチングと同じ方法でリソグラフィでパターン付
けされ、ＲＩＥによってエッチングされる。図１１は、
ＰＯＬＹ１＿ＰＯＬＹ２＿ＶＩＡエッチングとＡＮＣＨ
ＯＲ２エッチングとが終了した後のウェハ断面を示す。
に示す）は、第１および第２酸化物層１８、２８、なら
びにＰＯＬＹ１層２４を１回のステップでエッチングす
るために行われる（図１１）。ＡＮＣＨＯＲ２エッチン
グでは、第２酸化物層が、ＰＯＬＹ１＿ＰＯＬＹ２＿Ｖ
ＩＡエッチングと同じ方法でリソグラフィでパターン付
けされ、ＲＩＥによってエッチングされる。図１１は、
ＰＯＬＹ１＿ＰＯＬＹ２＿ＶＩＡエッチングとＡＮＣＨ
ＯＲ２エッチングとが終了した後のウェハ断面を示す。
【００４３】次いで、第２構造層ＰＯＬＹ２（３４）が
厚さ１．５μｍで堆積され、それに続いて２００ｎｍの
ＰＳＧが堆積される。次いでウェハは、ＰＯＬＹ２層に
ドープし、膜の残留応力を減少させるためにアニールさ
れる。次いで、ＰＯＬＹ２層が７番目のマスクを用いて
リソグラフィでパターン付けされ、ＰＳＧ層およびＰＯ
ＬＹ２層がＲＩＥによってエッチングされる。次いで、
フォトレジストが剥離され、マスク酸化物が除去される
（図１３）。
厚さ１．５μｍで堆積され、それに続いて２００ｎｍの
ＰＳＧが堆積される。次いでウェハは、ＰＯＬＹ２層に
ドープし、膜の残留応力を減少させるためにアニールさ
れる。次いで、ＰＯＬＹ２層が７番目のマスクを用いて
リソグラフィでパターン付けされ、ＰＳＧ層およびＰＯ
ＬＹ２層がＲＩＥによってエッチングされる。次いで、
フォトレジストが剥離され、マスク酸化物が除去される
（図１３）。
【００４４】ＭＵＭＰｓプロセスで最後に堆積される層
は、プローブ用、ボンディング用、電気経路決め用およ
び高反射率鏡面の表面を提供する０．５μｍの金属層３
６である。ウェハは８番目のマスクを用いてリソグラフ
ィでパターン付けされ、リフトオフ技法を使用して金属
が堆積され、かつパターン付けされる。最後の未剥離の
例示的な構造を図１４に示す。
は、プローブ用、ボンディング用、電気経路決め用およ
び高反射率鏡面の表面を提供する０．５μｍの金属層３
６である。ウェハは８番目のマスクを用いてリソグラフ
ィでパターン付けされ、リフトオフ技法を使用して金属
が堆積され、かつパターン付けされる。最後の未剥離の
例示的な構造を図１４に示す。
【００４５】最後に、ウェハは既知の方法を使用して犠
牲層の剥離および試験を受ける。図１５は、犠牲酸化物
が剥離された後のデバイスを示す。
牲層の剥離および試験を受ける。図１５は、犠牲酸化物
が剥離された後のデバイスを示す。
【００４６】好ましい実施形態では、本発明のデバイス
が上述のステップによるＭＵＭＰｓプロセスによって製
作される。ただし、本発明のデバイスは図１〜１５の一
般プロセスに示された特定のマスクを使用せず、本発明
の構造に特有のマスクを使用する。また、ＭＵＭＰｓプ
ロセスについて上述したステップは、ＭＥＭＳ Ｔｅｃ
ｈｎｏｌｏｇｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｅｎｔ
ｅｒによる指令によって変わることがある。この製作プ
ロセスは本発明の一部ではなく、本発明を作成するため
に使用できるいくつかのプロセスの１つにすぎない。
が上述のステップによるＭＵＭＰｓプロセスによって製
作される。ただし、本発明のデバイスは図１〜１５の一
般プロセスに示された特定のマスクを使用せず、本発明
の構造に特有のマスクを使用する。また、ＭＵＭＰｓプ
ロセスについて上述したステップは、ＭＥＭＳ Ｔｅｃ
ｈｎｏｌｏｇｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｅｎｔ
ｅｒによる指令によって変わることがある。この製作プ
ロセスは本発明の一部ではなく、本発明を作成するため
に使用できるいくつかのプロセスの１つにすぎない。
【００４７】図１６は、本発明によるマイクロエレクト
リカルメカニカル面外熱バックルビームアクチュエータ
５０の側面線図である。アクチュエータ５０は、基板
（たとえば、図示しないが基板１０または窒化物層１
２）に固定された１対の構造アンカー５２および５４、
および、その基部端縁６０および６２でそれぞれアンカ
ー５２および５４に固定された１つまたは複数の熱バッ
クルビーム５６（複数示す）を含む。バックルビーム５
６は実質的に同じであり、実質的に基板と平行に、かつ
基板から間隔をあけて延び、アンカー５２および５４の
ところを除いて基板から解放される。
リカルメカニカル面外熱バックルビームアクチュエータ
５０の側面線図である。アクチュエータ５０は、基板
（たとえば、図示しないが基板１０または窒化物層１
２）に固定された１対の構造アンカー５２および５４、
および、その基部端縁６０および６２でそれぞれアンカ
ー５２および５４に固定された１つまたは複数の熱バッ
クルビーム５６（複数示す）を含む。バックルビーム５
６は実質的に同じであり、実質的に基板と平行に、かつ
基板から間隔をあけて延び、アンカー５２および５４の
ところを除いて基板から解放される。
【００４８】旋回枠体６４は、一実施態様ではバックル
ビームの中点（破線７０で示す）と、アンカー５２およ
び５４のうち１つ（たとえば、アンカー５４）との間に
位置決めされる結合点６８でバックルビーム５６に固定
される枠体基部６６を含む。旋回枠体６４は、１端で枠
体基部６６に結合され、アクチュエータ５０が活動化さ
れると面外へ旋回する自由端７４に延びる少なくとも１
つの旋回アーム７２（２本示す）をさらに含む。旋回枠
体６４は、枠体基部６６が結合点６８に固定されている
ところを除いて解放され、自由に移動する。図１７は、
弛緩状態にあるアクチュエータ５０の側面線図であり、
バックルビーム５６に対して概ね平行な、またはそれと
共面の旋回枠体６４を示す。
ビームの中点（破線７０で示す）と、アンカー５２およ
び５４のうち１つ（たとえば、アンカー５４）との間に
位置決めされる結合点６８でバックルビーム５６に固定
される枠体基部６６を含む。旋回枠体６４は、１端で枠
体基部６６に結合され、アクチュエータ５０が活動化さ
れると面外へ旋回する自由端７４に延びる少なくとも１
つの旋回アーム７２（２本示す）をさらに含む。旋回枠
体６４は、枠体基部６６が結合点６８に固定されている
ところを除いて解放され、自由に移動する。図１７は、
弛緩状態にあるアクチュエータ５０の側面線図であり、
バックルビーム５６に対して概ね平行な、またはそれと
共面の旋回枠体６４を示す。
【００４９】構造アンカー５２および５４とバックルビ
ーム５６は、電気的に半導体性を有し、正の熱膨張係数
を有する。たとえば、バックルビーム５６はシリコンで
形成される。アクチュエータ５０は、導電性結合部８２
および８４ならびに構造アンカー５２および５４をそれ
ぞれ介し、バックルビーム５６を介して電流源８０から
電流が通過したときに活動化される。印加された電流に
よってバックルビーム５６のオーミック加熱またはジュ
ール加熱が誘発され、シリコンの正の温度膨張係数のた
め、バックルビームが長手方向に延びる。アンカー５２
および５４がバックルビーム５６の基部端縁６０および
６２を制約しているため、延びるバックルビーム５６が
ついに湾曲して基板から離れる。一実施態様では、バッ
クルビーム５６が、幅（基板に対して平行）が厚み（基
板に対して垂直）より大きい幅広のアスペクト比を有
し、基板と平行に湾曲しない偏向または傾倒が得られる
ように形成される。たとえば、バックルビーム５６は幅
３μｍ、厚み２μｍの３：２という幅広のアスペクト比
と、長さ１９４μｍを有する。図１８は、活動化状態に
あるアクチュエータ５０の側面線図であり、バックルビ
ーム５６の面外湾曲を示す。
ーム５６は、電気的に半導体性を有し、正の熱膨張係数
を有する。たとえば、バックルビーム５６はシリコンで
形成される。アクチュエータ５０は、導電性結合部８２
および８４ならびに構造アンカー５２および５４をそれ
ぞれ介し、バックルビーム５６を介して電流源８０から
電流が通過したときに活動化される。印加された電流に
よってバックルビーム５６のオーミック加熱またはジュ
ール加熱が誘発され、シリコンの正の温度膨張係数のた
め、バックルビームが長手方向に延びる。アンカー５２
および５４がバックルビーム５６の基部端縁６０および
６２を制約しているため、延びるバックルビーム５６が
ついに湾曲して基板から離れる。一実施態様では、バッ
クルビーム５６が、幅（基板に対して平行）が厚み（基
板に対して垂直）より大きい幅広のアスペクト比を有
し、基板と平行に湾曲しない偏向または傾倒が得られる
ように形成される。たとえば、バックルビーム５６は幅
３μｍ、厚み２μｍの３：２という幅広のアスペクト比
と、長さ１９４μｍを有する。図１８は、活動化状態に
あるアクチュエータ５０の側面線図であり、バックルビ
ーム５６の面外湾曲を示す。
【００５０】アクチュエータ５０の活動化状態でバック
ルビーム５６が湾曲して基板から離れると、旋回枠体６
４の自由端７４が旋回して基板から離れる。旋回枠体６
４は枠体基部６６を軸に回転するが、枠体基部６６もま
たバックルビーム５６によって持ち上げられて基板から
離れる。その結果、自由端７４が移動して、基板から外
側へ離れる旋回力または回転力を働かせる。活動化電流
が停止すると、バックルビーム５６が冷えて収縮し、こ
れによって旋回枠体６４の自由端７４がその最初の位置
に戻る。このような旋回枠体６４の回転たわみは、マイ
クロ光デバイス（ｍｉｃｒｏ−ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｖ
ｉｃｅｓ）に使用されるものなどの他のマイクロメカニ
カル構造の面外配備を提供することを含む様々な用途で
使用できる。たとえば、図１６〜１８に示す実施態様で
は、鏡８６が自由端７４に固定されて旋回枠体６４と共
に旋回し、アクチュエータ５０が弛緩状態にあるのか、
それとも活動化状態にあるのかによって選択的に光を偏
向させる。
ルビーム５６が湾曲して基板から離れると、旋回枠体６
４の自由端７４が旋回して基板から離れる。旋回枠体６
４は枠体基部６６を軸に回転するが、枠体基部６６もま
たバックルビーム５６によって持ち上げられて基板から
離れる。その結果、自由端７４が移動して、基板から外
側へ離れる旋回力または回転力を働かせる。活動化電流
が停止すると、バックルビーム５６が冷えて収縮し、こ
れによって旋回枠体６４の自由端７４がその最初の位置
に戻る。このような旋回枠体６４の回転たわみは、マイ
クロ光デバイス（ｍｉｃｒｏ−ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｖ
ｉｃｅｓ）に使用されるものなどの他のマイクロメカニ
カル構造の面外配備を提供することを含む様々な用途で
使用できる。たとえば、図１６〜１８に示す実施態様で
は、鏡８６が自由端７４に固定されて旋回枠体６４と共
に旋回し、アクチュエータ５０が弛緩状態にあるのか、
それとも活動化状態にあるのかによって選択的に光を偏
向させる。
【００５１】バックルビーム５６の幅広のアスペクト比
は、概して基板と平行に湾曲するのを妨げる。偏向また
は傾倒がなければ、基板と垂直のバックルビーム５６の
湾曲（たとえば図１８）が任意に起こって基板から離れ
ることも基板に向かうこともでき、前者はアクチュエー
タ５０の動作にとって必要である。それに応じて、図１
９および２０は、基板に向かうのではなく、基板から湾
曲して離れるようなバックルビーム５６の偏向または傾
倒が得られる偏向構造を示す図である。
は、概して基板と平行に湾曲するのを妨げる。偏向また
は傾倒がなければ、基板と垂直のバックルビーム５６の
湾曲（たとえば図１８）が任意に起こって基板から離れ
ることも基板に向かうこともでき、前者はアクチュエー
タ５０の動作にとって必要である。それに応じて、図１
９および２０は、基板に向かうのではなく、基板から湾
曲して離れるようなバックルビーム５６の偏向または傾
倒が得られる偏向構造を示す図である。
【００５２】図１９は、基板１０（たとえば窒化物層１
２）に固定され、かつそこから延びる離隔パッド９０の
上に延びた弛緩状態の例示的なバックルビーム５６を示
す拡大側面図である。旋回枠体は、見やすくするために
示さない。図２０は、活動化状態にある例示的なバック
ルビーム５６を示す拡大側面図である。たとえば、離隔
パッド９０は厚み０．５μｍのＰ０層で形成することが
でき、またバックルビーム５６は異なる（解放された）
層で形成できる。離隔パッド９０は、製作の共形の性質
によりバックルビーム５６それぞれに小さな（たとえば
０．５μｍ）隆起またはたわみ９４を押し出す。また、
窪み９２がバックルビーム５６の各端部付近に形成され
る。窪み９２は、図のようにバックルビーム５６の底面
からの突出部または窪みとして、またはその上面内の凹
部として、あるいはその両方として形成できる。たとえ
ば、ＭＵＭＰｓの実施態様では、窪み９２は２μｍのポ
リ１層内の０．５μｍの凹部として形成でき、基板に接
触しない。
２）に固定され、かつそこから延びる離隔パッド９０の
上に延びた弛緩状態の例示的なバックルビーム５６を示
す拡大側面図である。旋回枠体は、見やすくするために
示さない。図２０は、活動化状態にある例示的なバック
ルビーム５６を示す拡大側面図である。たとえば、離隔
パッド９０は厚み０．５μｍのＰ０層で形成することが
でき、またバックルビーム５６は異なる（解放された）
層で形成できる。離隔パッド９０は、製作の共形の性質
によりバックルビーム５６それぞれに小さな（たとえば
０．５μｍ）隆起またはたわみ９４を押し出す。また、
窪み９２がバックルビーム５６の各端部付近に形成され
る。窪み９２は、図のようにバックルビーム５６の底面
からの突出部または窪みとして、またはその上面内の凹
部として、あるいはその両方として形成できる。たとえ
ば、ＭＵＭＰｓの実施態様では、窪み９２は２μｍのポ
リ１層内の０．５μｍの凹部として形成でき、基板に接
触しない。
【００５３】離隔パッド９０および窪み９２は、バック
ルビーム５６が湾曲して基板から離れることを可能に
し、バックルビーム５６と基板（たとえば窒化物層１
２）の間の静止摩擦を減少させる。典型的なアクチュエ
ータ５０内の複数のバックルビーム５６では、各バック
ルビーム５６ごとに別々の離隔パッド９０を形成できる
こと、または離隔パッド９０をすべてのバックルビーム
５６の下に延びる単一の連続パッドとして形成できるこ
とが理解されよう。離隔パッド９０と窪み９２は、個別
にまたは一緒に、単独で、またはバックルビーム５６の
幅広のアスペクト比と共に使用して、それらが基板から
離れるように湾曲するような偏向または傾倒をもたらす
ことができる。
ルビーム５６が湾曲して基板から離れることを可能に
し、バックルビーム５６と基板（たとえば窒化物層１
２）の間の静止摩擦を減少させる。典型的なアクチュエ
ータ５０内の複数のバックルビーム５６では、各バック
ルビーム５６ごとに別々の離隔パッド９０を形成できる
こと、または離隔パッド９０をすべてのバックルビーム
５６の下に延びる単一の連続パッドとして形成できるこ
とが理解されよう。離隔パッド９０と窪み９２は、個別
にまたは一緒に、単独で、またはバックルビーム５６の
幅広のアスペクト比と共に使用して、それらが基板から
離れるように湾曲するような偏向または傾倒をもたらす
ことができる。
【００５４】初期の実験では、アクチュエータ５０が、
基板に対して少なくとも約１５度で旋回枠体６４の旋回
またはたわみを実現できることが立証された。一実施態
様では、枠体基部６６を、バックルビームの中点とアン
カー５２および５４のうち一方との中間にある結合点６
８に固定すると、旋回枠体６４の最大の旋回またはたわ
みが得られる。このような結合点６８は、ビーム５６が
湾曲したときにその屈曲点に対応し、したがって旋回枠
体６４の最大のたわみをもたらす。
基板に対して少なくとも約１５度で旋回枠体６４の旋回
またはたわみを実現できることが立証された。一実施態
様では、枠体基部６６を、バックルビームの中点とアン
カー５２および５４のうち一方との中間にある結合点６
８に固定すると、旋回枠体６４の最大の旋回またはたわ
みが得られる。このような結合点６８は、ビーム５６が
湾曲したときにその屈曲点に対応し、したがって旋回枠
体６４の最大のたわみをもたらす。
【００５５】一般に本発明は、正の温度膨張係数を有
し、オーミック加熱用の電流を運ぶことができる解放可
能な層を少なくとも１つ含むどのような製作プロセスに
も適合可能である。さらに、アクチュエータとその関連
導体が電流と熱を処理でき、ビームが急速に熱を失うこ
とができる限り、バックルビーム５６の数には理論的に
制限がない。一実施態様では、加熱温度を８００℃未満
に維持し、不可逆性の損傷を引き起こすことがある自己
アニールを防止した。
し、オーミック加熱用の電流を運ぶことができる解放可
能な層を少なくとも１つ含むどのような製作プロセスに
も適合可能である。さらに、アクチュエータとその関連
導体が電流と熱を処理でき、ビームが急速に熱を失うこ
とができる限り、バックルビーム５６の数には理論的に
制限がない。一実施態様では、加熱温度を８００℃未満
に維持し、不可逆性の損傷を引き起こすことがある自己
アニールを防止した。
【００５６】バックルビーム５６ならびにアンカー５２
および５４は、アンカー５２および５４を解放しない
で、解放可能なＭＵＭＰｓポリシリコン層の一方または
両方から製作できる。このようなＭＵＭＰｓ実施態様で
は、アクチュエータ５０が、可能な厚み１．５、２．
０、または３．５μｍを有することができる。ポリシリ
コンの抵抗率により、アクチュエータは標準的な集積回
路（たとえばＣＭＯＳ）と適合する電圧および電流で動
作することが可能である。加えて、本発明によるアクチ
ュエータは面積が非常に小さく、比較的大きい力を有す
る。
および５４は、アンカー５２および５４を解放しない
で、解放可能なＭＵＭＰｓポリシリコン層の一方または
両方から製作できる。このようなＭＵＭＰｓ実施態様で
は、アクチュエータ５０が、可能な厚み１．５、２．
０、または３．５μｍを有することができる。ポリシリ
コンの抵抗率により、アクチュエータは標準的な集積回
路（たとえばＣＭＯＳ）と適合する電圧および電流で動
作することが可能である。加えて、本発明によるアクチ
ュエータは面積が非常に小さく、比較的大きい力を有す
る。
【００５７】一部の動作モードでは、鏡８６と旋回枠体
６４が枠体基部６６を軸に振動する振り子を形成し、ア
クチュエータ５０を共振発振器として動作させることを
可能にする。一実施態様では、このような共振モードが
１４ｋＨｚで発生し、弛緩状態に対して約２５度の鏡８
６のピークたわみをもたらす。このモードでは、バック
ルビーム５６が近定常状態の湾曲配置を帯びているよう
に見え、鏡８６および旋回枠体６４の静たわみを伝え
る。これに対してこの実施態様の非共振モードでは、ア
クチュエータ５０が約２ＫＨｚの半増幅応答、および約
５度のたわみを有する。
６４が枠体基部６６を軸に振動する振り子を形成し、ア
クチュエータ５０を共振発振器として動作させることを
可能にする。一実施態様では、このような共振モードが
１４ｋＨｚで発生し、弛緩状態に対して約２５度の鏡８
６のピークたわみをもたらす。このモードでは、バック
ルビーム５６が近定常状態の湾曲配置を帯びているよう
に見え、鏡８６および旋回枠体６４の静たわみを伝え
る。これに対してこの実施態様の非共振モードでは、ア
クチュエータ５０が約２ＫＨｚの半増幅応答、および約
５度のたわみを有する。
【００５８】図２１は、方形（たとえば正方形）の鏡１
２０の隣接する辺に整列して互いに直角に位置決めされ
た複数（たとえば２つ）のアクチュエータ１０２Ａ、１
０２Ｂを有するマイクロエレクトリカルメカニカル面外
バックルビームアクチュエータアセンブリ１００の例示
的な実施態様の平面線図である。アクチュエータ１０２
Ａ、１０２Ｂは、アクチュエータ１０２Ａ、１０２Ｂが
旋回枠体６４とは異なる旋回枠体１０６Ａ、１０６Ｂを
含むことを除いて、それぞれ上述のアクチュエータ５０
に類似である。同様に、鏡１０４は鏡８６に類似である
が、旋回枠体１０６Ａ、１０６Ｂへの載置および結合が
異なる。次の説明はアクチュエータ１０２Ａを対象とす
るが、同じ参照番号で示される類似の構成要素を有する
アクチュエータ１０２Ｂにも同様に適用される。
２０の隣接する辺に整列して互いに直角に位置決めされ
た複数（たとえば２つ）のアクチュエータ１０２Ａ、１
０２Ｂを有するマイクロエレクトリカルメカニカル面外
バックルビームアクチュエータアセンブリ１００の例示
的な実施態様の平面線図である。アクチュエータ１０２
Ａ、１０２Ｂは、アクチュエータ１０２Ａ、１０２Ｂが
旋回枠体６４とは異なる旋回枠体１０６Ａ、１０６Ｂを
含むことを除いて、それぞれ上述のアクチュエータ５０
に類似である。同様に、鏡１０４は鏡８６に類似である
が、旋回枠体１０６Ａ、１０６Ｂへの載置および結合が
異なる。次の説明はアクチュエータ１０２Ａを対象とす
るが、同じ参照番号で示される類似の構成要素を有する
アクチュエータ１０２Ｂにも同様に適用される。
【００５９】アクチュエータ１０２Ａは、基板（たとえ
ば、図示しないが基板１０または窒化物層１２）に固定
された１対の構造アンカー５２Ａおよび５４Ａと、その
基部端縁でアンカー５２および５４に固定された複数の
熱バックルビーム５６Ａとを含む。旋回枠体１１０Ａ
は、バックルビーム５６Ａに固定された枠体基部１１２
Ａと、１端で枠体基部１１２Ａに固定され、アクチュエ
ータ１０２Ａが活動化された際に面外へ旋回する自由端
１１６Ａに延びる１つの旋回アーム１１４Ａとを含む。
自由端１１６Ａは鏡１２０の１つの隅に取り付けられ、
鏡１２０は、腱１２２によって鏡アンカー１２４にリン
クされている。
ば、図示しないが基板１０または窒化物層１２）に固定
された１対の構造アンカー５２Ａおよび５４Ａと、その
基部端縁でアンカー５２および５４に固定された複数の
熱バックルビーム５６Ａとを含む。旋回枠体１１０Ａ
は、バックルビーム５６Ａに固定された枠体基部１１２
Ａと、１端で枠体基部１１２Ａに固定され、アクチュエ
ータ１０２Ａが活動化された際に面外へ旋回する自由端
１１６Ａに延びる１つの旋回アーム１１４Ａとを含む。
自由端１１６Ａは鏡１２０の１つの隅に取り付けられ、
鏡１２０は、腱１２２によって鏡アンカー１２４にリン
クされている。
【００６０】アクチュエータ１０２Ａは、導電性結合部
１２６Ａおよび１２８Ａ、ならびに構造アンカー５２Ａ
および５４Ａをそれぞれ介し、バックルビーム５６Ａを
介して電流源１２４Ａから電流が通過したときに活動化
される。印加された電流によってバックルビーム５６Ａ
のオーミック加熱またはジュール加熱が誘発され、前述
のように、シリコンの正の温度膨張係数のため、バック
ルビームが長手方向に延びる。
１２６Ａおよび１２８Ａ、ならびに構造アンカー５２Ａ
および５４Ａをそれぞれ介し、バックルビーム５６Ａを
介して電流源１２４Ａから電流が通過したときに活動化
される。印加された電流によってバックルビーム５６Ａ
のオーミック加熱またはジュール加熱が誘発され、前述
のように、シリコンの正の温度膨張係数のため、バック
ルビームが長手方向に延びる。
【００６１】アクチュエータ１０２Ａおよび１０２Ｂ
は、それぞれ軸１３０Ａおよび１３０Ｂを軸に鏡１２０
を傾斜させるように機能する。それぞれの電流源１２４
Ａおよび１２４Ｂを有するアクチュエータ１０２Ａおよ
び１０２Ｂは、傾斜軸１３０Ａおよび１３０Ｂを軸に鏡
１２０を任意に傾斜させるため、別々に動作できる。整
合された動作によって、アクチュエータアセンブリ１０
０および鏡１２０は、バーコードまたはベクタイメージ
スキャナ内のスキャン制御鏡として、あるいは画像形成
のラスタスキャンパターンを提供するために使用するこ
とができる。
は、それぞれ軸１３０Ａおよび１３０Ｂを軸に鏡１２０
を傾斜させるように機能する。それぞれの電流源１２４
Ａおよび１２４Ｂを有するアクチュエータ１０２Ａおよ
び１０２Ｂは、傾斜軸１３０Ａおよび１３０Ｂを軸に鏡
１２０を任意に傾斜させるため、別々に動作できる。整
合された動作によって、アクチュエータアセンブリ１０
０および鏡１２０は、バーコードまたはベクタイメージ
スキャナ内のスキャン制御鏡として、あるいは画像形成
のラスタスキャンパターンを提供するために使用するこ
とができる。
【００６２】好ましい実施形態の説明のうち一部は、上
述したＭＵＭＰｓ製作プロセスのステップを参照してい
る。しかし前述のように、ＭＵＭＰｓは広範なＭＥＭＳ
デバイス設計に対応する一般的な製作プロセスである。
したがって、本発明のため特に設計される製作プロセス
は、おそらく異なるステップと、追加のステップと、異
なる寸法および厚みと、異なる材料とを含むことにな
る。このような特定の製作プロセスはフォトリソグラフ
ィプロセスの当業者の知識内にあり、本発明の一部では
ない。
述したＭＵＭＰｓ製作プロセスのステップを参照してい
る。しかし前述のように、ＭＵＭＰｓは広範なＭＥＭＳ
デバイス設計に対応する一般的な製作プロセスである。
したがって、本発明のため特に設計される製作プロセス
は、おそらく異なるステップと、追加のステップと、異
なる寸法および厚みと、異なる材料とを含むことにな
る。このような特定の製作プロセスはフォトリソグラフ
ィプロセスの当業者の知識内にあり、本発明の一部では
ない。
【００６３】本発明の技術的構成が適用でき得る多数の
可能な実施形態に鑑みて、詳しい実施形態は例示のため
にすぎず、本発明の技術的範囲を限定すると解釈される
べきではないことを理解されたい。また、本発明者は、
特許請求の範囲およびその均等物の範囲に入り得るよう
な実施形態すべてを本発明の技術的範囲に包含されるも
のとして主張する。
可能な実施形態に鑑みて、詳しい実施形態は例示のため
にすぎず、本発明の技術的範囲を限定すると解釈される
べきではないことを理解されたい。また、本発明者は、
特許請求の範囲およびその均等物の範囲に入り得るよう
な実施形態すべてを本発明の技術的範囲に包含されるも
のとして主張する。
【００６４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱マイク
ロエレクトリカルメカニカルアクチュエータによれば、
従来の熱アクチュエータに匹敵する力で面外運動を実現
でき、標準的な集積回路（たとえばＣＭＯＳ）と適合す
る電圧および電流で動作することが可能で、更に、その
面積を非常に小さくすることが可能となる。
ロエレクトリカルメカニカルアクチュエータによれば、
従来の熱アクチュエータに匹敵する力で面外運動を実現
でき、標準的な集積回路（たとえばＣＭＯＳ）と適合す
る電圧および電流で動作することが可能で、更に、その
面積を非常に小さくすることが可能となる。
【図１】マイクロエレクトリカルメカニカルデバイスを
製作するための従来技術で周知の一般的なマルチユーザ
ＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭＳｐ
ｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれた従
来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善するため
省略されている。
製作するための従来技術で周知の一般的なマルチユーザ
ＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭＳｐ
ｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれた従
来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善するため
省略されている。
【図２】マイクロエレクトリカルメカニカルデバイスを
製作するための当技術分野で周知の一般的なマルチユー
ザＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭＳ
ｐｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれた
従来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善するた
め省略されている。
製作するための当技術分野で周知の一般的なマルチユー
ザＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭＳ
ｐｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれた
従来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善するた
め省略されている。
【図３】マイクロエレクトリカルメカニカルデバイスを
製作するための当技術分野で周知の一般的なマルチユー
ザＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭＳ
ｐｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれた
従来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善するた
め省略されている。
製作するための当技術分野で周知の一般的なマルチユー
ザＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭＳ
ｐｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれた
従来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善するた
め省略されている。
【図４】マイクロエレクトリカルメカニカルデバイスを
製作するための当技術分野で周知の一般的なマルチユー
ザＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭＳ
ｐｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれた
従来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善するた
め省略されている。
製作するための当技術分野で周知の一般的なマルチユー
ザＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭＳ
ｐｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれた
従来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善するた
め省略されている。
【図５】マイクロエレクトリカルメカニカルデバイスを
製作するための当技術分野で周知の一般的なマルチユー
ザＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭＳ
ｐｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれた
従来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善するた
め省略されている。
製作するための当技術分野で周知の一般的なマルチユー
ザＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭＳ
ｐｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれた
従来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善するた
め省略されている。
【図６】マイクロエレクトリカルメカニカルデバイスを
製作するための当技術分野で周知の一般的なマルチユー
ザＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭＳ
ｐｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれた
従来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善するた
め省略されている。
製作するための当技術分野で周知の一般的なマルチユー
ザＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭＳ
ｐｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれた
従来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善するた
め省略されている。
【図７】マイクロエレクトリカルメカニカルデバイスを
製作するための当技術分野で周知の一般的なマルチユー
ザＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭＳ
ｐｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれた
従来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善するた
め省略されている。
製作するための当技術分野で周知の一般的なマルチユー
ザＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭＳ
ｐｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれた
従来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善するた
め省略されている。
【図８】マイクロエレクトリカルメカニカルデバイスを
製作するための当技術分野で周知の一般的なマルチユー
ザＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭＳ
ｐｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれた
従来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善するた
め省略されている。
製作するための当技術分野で周知の一般的なマルチユー
ザＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭＳ
ｐｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれた
従来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善するた
め省略されている。
【図９】マイクロエレクトリカルメカニカルデバイスを
製作するための当技術分野で周知の一般的なマルチユー
ザＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭＳ
ｐｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれた
従来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善するた
め省略されている。
製作するための当技術分野で周知の一般的なマルチユー
ザＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭＳ
ｐｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれた
従来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善するた
め省略されている。
【図１０】マイクロエレクトリカルメカニカルデバイス
を製作するための当技術分野で周知の一般的なマルチユ
ーザＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭ
Ｓｐｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれ
た従来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善する
ため省略されている。
を製作するための当技術分野で周知の一般的なマルチユ
ーザＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭ
Ｓｐｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれ
た従来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善する
ため省略されている。
【図１１】マイクロエレクトリカルメカニカルデバイス
を製作するための当技術分野で周知の一般的なマルチユ
ーザＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭ
Ｓｐｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれ
た従来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善する
ため省略されている。
を製作するための当技術分野で周知の一般的なマルチユ
ーザＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭ
Ｓｐｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれ
た従来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善する
ため省略されている。
【図１２】マイクロエレクトリカルメカニカルデバイス
を製作するための当技術分野で周知の一般的なマルチユ
ーザＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭ
Ｓｐｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれ
た従来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善する
ため省略されている。
を製作するための当技術分野で周知の一般的なマルチユ
ーザＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭ
Ｓｐｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれ
た従来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善する
ため省略されている。
【図１３】マイクロエレクトリカルメカニカルデバイス
を製作するための当技術分野で周知の一般的なマルチユ
ーザＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭ
Ｓｐｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれ
た従来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善する
ため省略されている。
を製作するための当技術分野で周知の一般的なマルチユ
ーザＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭ
Ｓｐｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれ
た従来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善する
ため省略されている。
【図１４】マイクロエレクトリカルメカニカルデバイス
を製作するための当技術分野で周知の一般的なマルチユ
ーザＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭ
Ｓｐｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれ
た従来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善する
ため省略されている。
を製作するための当技術分野で周知の一般的なマルチユ
ーザＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭ
Ｓｐｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれ
た従来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善する
ため省略されている。
【図１５】マイクロエレクトリカルメカニカルデバイス
を製作するための当技術分野で周知の一般的なマルチユ
ーザＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭ
Ｓｐｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれ
た従来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善する
ため省略されている。
を製作するための当技術分野で周知の一般的なマルチユ
ーザＭＥＭＳプロセス（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＥＭ
Ｓｐｒｏｃｅｓｓ）の断面図である。斜交線は、描かれ
た従来技術の構造およびプロセスの見やすさを改善する
ため省略されている。
【図１６】本発明によるマイクロエレクトリカルメカニ
カル面外熱バックルビームアクチュエータの平面線図で
ある。
カル面外熱バックルビームアクチュエータの平面線図で
ある。
【図１７】弛緩状態にある図１６のアクチュエータの側
面線図である。
面線図である。
【図１８】活動化状態にある図１６のアクチュエータの
側面線図である。
側面線図である。
【図１９】バックルビームが湾曲して基板から離れるよ
うに偏向または傾倒を実現する偏向構造を有する、弛緩
状態にあるバックルビームを示す拡大側面図である。
うに偏向または傾倒を実現する偏向構造を有する、弛緩
状態にあるバックルビームを示す拡大側面図である。
【図２０】バックルビームが湾曲して基板から離れるよ
うに偏向または傾倒を実現する偏向構造を有する、活動
化状態にあるバックルビームを示す拡大側面図である。
うに偏向または傾倒を実現する偏向構造を有する、活動
化状態にあるバックルビームを示す拡大側面図である。
【図２１】複数のアクチュエータを有するマイクロエレ
クトリカルメカニカル面外バックルビームアクチュエー
タの例示的な実施態様の平面線図である。
クトリカルメカニカル面外バックルビームアクチュエー
タの例示的な実施態様の平面線図である。
１０ 基板 １２ 窒化物層 １４ ＰＯＬＹ０層 １６ フォトレジスト １８ 犠牲層 ２０ 窪み ２２ アンカー穴 ２４ ＰＯＬＹ１層 ２６ ＰＳＧ層 ２８ 第２ＰＳＧ層 ３０ ＰＯＬＹ１＿ＰＯＬＹ２＿ＶＩＡエッチング ３２ ＡＮＣＨＯＲ２エッチング ３４ ＰＯＬＹ２層 ３６ 金属層 ５０ アクチュエータ ５２、５２Ａ、５４、５４Ａ アンカー ５６、５６Ａ バックルビーム ６０、６２ 基部端縁 ７０ バックルビームの中点 ７２ 旋回アーム ７４ 自由端 ８０ 電流源 ８２、８４ 導電性結合部 ８６ 鏡 １００ アクチュエータアセンブリ １０２Ａ、１０２Ｂ アクチュエータ １０４ 鏡 １０６Ａ、１０６Ｂ、１１０Ａ 旋回枠体 １１２Ａ 枠体基部 １１４Ａ 旋回アーム １１６Ａ 自由端 １２０ 鏡 １２２ 腱 １２４ 鏡アンカー １２４Ａ、１２４Ｂ 電流源 １２６Ａ、１２８Ａ 導電性結合部 １３０Ａ、１３０Ｂ 傾斜軸
Claims (23)
- 【請求項１】 第１および第２のアンカーが固定された
平坦な基板と、 前記第１および第２のアンカーにそれぞれ結合された第
１および第２の端縁をそれぞれが有する、１つまたは複
数の引き延ばされた熱バックルビーム部と、 活動化されると前記熱バックルビームを傾倒させて前記
基板から離す面外バックルバイアス部と、 前記第１および第２のアンカーを介し、前記熱バックル
ビーム部を介して電流を導く電気結合部とを備え、 該電気結合部から伝達される、前記熱バックルビーム部
の熱膨張および前記基板から離れる前記熱バックルビー
ム部の運動によって活動化されることを特徴とする熱マ
イクロエレクトリカルメカニカルアクチュエータ。 - 【請求項２】 前記熱バックルビーム部の各々に固定さ
れた枠体基部を含む旋回枠体と、１端で前記枠体基部に
結合され、アクチュエータが活動化されると面外へ旋回
する自由端を含む少なくとも１つの旋回アームとを備え
ることを特徴とする請求項１に記載の熱マイクロエレク
トリカルメカニカルアクチュエータ。 - 【請求項３】 前記旋回枠体内に、その自由端が接合さ
れた２つの旋回アームを備え、アクチュエータが活動化
されると前記２つの旋回アームが一緒に旋回することを
特徴とする請求項２に記載の熱マイクロエレクトリカル
メカニカルアクチュエータ。 - 【請求項４】 前記熱バックルビームの各々にその中点
とアンカーの１つとの間で固定された枠体基部を備え、
１端で前記枠体基部に結合され、アクチュエータが活動
化されると面外へ旋回する自由端を有する少なくとも１
つの旋回アームを具備する旋回枠体を備えるアクチュエ
ータであって、前記１つまたは複数の熱バックルビーム
部のそれぞれが中点を有することを特徴とする請求項１
に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアクチュ
エータ。 - 【請求項５】 前記枠体基部が、前記熱バックルビーム
の各々にその中点とアンカーの１つとの間のほぼ中間で
固定されることを特徴とする請求項４に記載の熱マイク
ロエレクトリカルメカニカルアクチュエータ。 - 【請求項６】 前記旋回アームが光反射器を支持するこ
とを特徴とする請求項４に記載の熱マイクロエレクトリ
カルメカニカルアクチュエータ。 - 【請求項７】 前記面外バックルバイアス部が前記熱バ
ックルビーム部を備え、 該熱バックルビーム部の各々は、前記基板に対して平行
な幅と前記基板に対して垂直な厚みを有しており、前記
熱バックルビーム部の各々の幅がその厚みよりも大きい
幅広のアスペクト比を有することを特徴とする請求項１
に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアクチュ
エータ。 - 【請求項８】 前記面外バックルバイアス部が、前記熱
バックルビーム部の各々の下に基板から延びる離隔パッ
ドを備えることを特徴とする請求項１に記載の熱マイク
ロエレクトリカルメカニカルアクチュエータ。 - 【請求項９】 前記離隔パッドが、前記熱バックルビー
ム部の何れの下にも延びる単一構造として形成されるこ
とを特徴とする請求項７に記載の熱マイクロエレクトリ
カルメカニカルアクチュエータ。 - 【請求項１０】 前記１つまたは複数の熱バックルビー
ム部のそれぞれが中点を有し、かつ、前記面外バックル
バイアス部が前記熱バックルビーム部の各々のほぼ中点
の下に基板から延びる前記離隔パッドを備えることを特
徴とする請求項１に記載の熱マイクロエレクトリカルメ
カニカルアクチュエータ。 - 【請求項１１】 前記面外バックルバイアス部が、前記
熱バックルビーム部の各々の各端部付近に形成される窪
みを有することを特徴とする請求項１に記載の熱マイク
ロエレクトリカルメカニカルアクチュエータ。 - 【請求項１２】 第１および第２のアンカーが固定され
た平坦な基板と、 前記第１および第２のアンカーにそれぞれ結合された第
１および第２の端縁をそれぞれが有する、１つまたは複
数の引き延ばされた熱バックルビーム部と、 前記熱バックルビーム部の各々に固定された枠体基部
と、 その１端で前記枠体基部に結合され、アクチュエータが
活動化されると面外へ旋回する自由端を有する少なくと
も１つの旋回アームとを備える旋回枠体と、 前記第１および第２のアンカーを介し、前記熱バックル
ビーム部を介して電流を導き、前記熱バックルビーム部
の熱膨張、および前記基板から離れるそれらの運動を伝
え、それによってアクチュエータを活動化させる電気結
合部とを備えることを特徴とする熱マイクロエレクトリ
カルメカニカルアクチュエータ。 - 【請求項１３】 前記旋回枠体内に、その自由端が接合
された２つの旋回アームを備え、アクチュエータが活動
化されると前記２つの旋回アームが一緒に旋回すること
を特徴とする請求項１２に記載の熱マイクロエレクトリ
カルメカニカルアクチュエータ。 - 【請求項１４】 前記１つまたは複数の熱バックルビー
ム部のそれぞれが中点を有し、前記枠体基部が、前記熱
バックルビーム部の各々にその中点と前記アンカーの１
つとの間で固定されていることを特徴とする請求項１２
に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアクチュ
エータ。 - 【請求項１５】 前記枠体基部が、前記熱バックルビー
ム部の各々にその中点と前記アンカーの１つとの間のほ
ぼ中間で固定されていることを特徴とする請求項１４に
記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアクチュエ
ータ。 - 【請求項１６】 活動化されると前記熱バックルビーム
部を傾倒させて前記基板から離す面外バックルバイアス
部を備え、前記熱バックルビーム部の各々の幅がその厚
みよりも大きい幅広のアスペクト比を有することを特徴
とする請求項１２に記載の熱マイクロエレクトリカルメ
カニカルアクチュエータ。 - 【請求項１７】 前記熱バックルビーム部の各々の下に
基板から延びる離隔パッドを備える面外バックルバイア
ス部を備え、該面外バックルバイアス部が活動化される
と前記熱バックルビーム部を傾倒させて前記基板から離
すことを特徴とする請求項１２に記載の熱マイクロエレ
クトリカルメカニカルアクチュエータ。 - 【請求項１８】 前記離隔パッドが、前記熱バックルビ
ーム部の何れの下にも延びる単一構造として形成される
ことを特徴とする請求項１７に記載の熱マイクロエレク
トリカルメカニカルアクチュエータ。 - 【請求項１９】 前記熱バックルビーム部の各々の各端
部付近に形成される窪みを有する面外バックルバイアス
部を備え、該面外バックルバイアス部が活動化されると
前記バックルビーム部を傾倒させて前記基板から離すこ
とを特徴とする請求項１２に記載の熱マイクロエレクト
リカルメカニカルアクチュエータ。 - 【請求項２０】 第１および第２のアンカーが固定され
た平坦な基板と、 前記第１および第２のアンカーにそれぞれ結合された第
１および第２の端縁をそれぞれが有する、複数の実質的
に同一な引き延ばされた熱バックルビーム部と、 アクチュエータが活動化されると面外へ移動する前記バ
ックルビーム部の間の結合部と、 前記アンカーを介し、前記熱バックルビーム部を介して
電流を導き、前記熱バックルビーム部の熱膨張、および
前記基板から離れるそれらの運動を伝え、それによって
アクチュエータを活動化させる電気結合部とを備えるこ
とを特徴とする熱マイクロエレクトリカルメカニカルア
クチュエータ。 - 【請求項２１】 前記結合部が、前記熱バックルビーム
部の各々に固定された枠体基部と、自由端を有し、１端
で前記枠体基部に結合され、アクチュエータが活動化さ
れると面外へ旋回する少なくとも１つの旋回アームとを
具備する旋回枠体を備えることを特徴とする請求項２０
に記載の熱マイクロエレクトリカルメカニカルアクチュ
エータ。 - 【請求項２２】 活動化されると前記熱バックルビーム
部を傾倒させて前記基板から離す面外バックルバイアス
部を備えることを特徴とする請求項２１に記載の熱マイ
クロエレクトリカルメカニカルアクチュエータ。 - 【請求項２３】 活動化されると前記熱バックルビーム
部を傾倒させて前記基板から離す面外バックルバイアス
部を備えることを特徴とする請求項２０に記載の熱マイ
クロエレクトリカルメカニカルアクチュエータ。
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