JP2003057575A - Micromirror device and its manufacturing method - Google Patents

Micromirror device and its manufacturing method

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JP2003057575A
JP2003057575A JP2001313006A JP2001313006A JP2003057575A JP 2003057575 A JP2003057575 A JP 2003057575A JP 2001313006 A JP2001313006 A JP 2001313006A JP 2001313006 A JP2001313006 A JP 2001313006A JP 2003057575 A JP2003057575 A JP 2003057575A
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micromirror device
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栄治 日暮
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a micromirror device which can slant a mirror widely with a low voltage. SOLUTION: This micromirror device has the mirror 33, torsion springs 35 and 36 which support the mirror 33 so that the mirror can slant to an upper substrate 27, a lower substrate 21 which is arranged opposite to the reverse surface of the mirror, a projection part 34 which is provided on the top surface of the lower substrate 21, and lower electrodes 22 and 23 which are formed on the external surface of the projection part 34. The torsion spring 36 has a >=1.8 aspect ratio of the height and width in section per perpendicular to its length.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001 】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、通信用の光スイッ
チング素子、計測機器、ディスプレイ、スキャナなどに
使用可能なマイクロミラー装置およびその製造方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a micromirror device that can be used for optical switching elements for communication, measuring instruments, displays, scanners and the like, and a manufacturing method thereof.

【0002 】[0002]

【従来の技術】図34は従来のマイクロミラー装置を示
す概略斜視図である。このマイクロミラー装置では、図
に示すように、基板1上に回動可能な支持部2が設けら
れ、これら支持部2にヒンジ7を介して基部3が回動可
能に設けられている。基部3にトーションスプリング
(図示せず)を介して枠体4が設けられ、枠体4にトー
ションスプリング(図示せず)を介してミラー5が設け
られ、基板1のミラー5と対向する部分に複数の下部電
極6が設けられている。これら下部電極6に対して電圧
を加えることにより、ミラー5を静電気力で吸引し、ミ
ラー5を任意の方向へ傾動させることができる。
2. Description of the Related Art FIG. 34 is a schematic perspective view showing a conventional micromirror device. In this micromirror device, as shown in the figure, a rotatable support portion 2 is provided on a substrate 1, and a base portion 3 is rotatably provided on the support portion 2 via a hinge 7. A frame 4 is provided on the base 3 via a torsion spring (not shown), a mirror 5 is provided on the frame 4 via a torsion spring (not shown), and a portion of the substrate 1 facing the mirror 5 is provided. A plurality of lower electrodes 6 are provided. By applying a voltage to these lower electrodes 6, the mirror 5 can be attracted by electrostatic force and the mirror 5 can be tilted in any direction.

【0003 】図34に示したマイクロミラー装置は表
面マイクロマシニング技術により作製されている。すな
わち、多結晶シリコン層の成長と酸化シリコン(SiO
2)層の形成とを各層をパターニングしながら行なうこ
とにより、多結晶シリコン層と酸化シリコン層とを交互
に堆積し、最終的に緩衝フッ酸などに浸漬して酸化シリ
コン層を溶解して、酸化シリコン層を除去することによ
り、可動部を形成している。この酸化シリコン層、たと
えば図35に示す酸化シリコン層11は可動部やギャッ
プを構成するために存在することから犠牲層と呼ばれて
いる。
The micromirror device shown in FIG. 34 is manufactured by a surface micromachining technique. That is, the growth of the polycrystalline silicon layer and the silicon oxide (SiO 2
2) Layer formation and patterning of each layer are performed to alternately deposit a polycrystalline silicon layer and a silicon oxide layer, and finally to immerse in a buffer hydrofluoric acid or the like to dissolve the silicon oxide layer, The movable portion is formed by removing the silicon oxide layer. This silicon oxide layer, for example, the silicon oxide layer 11 shown in FIG. 35, is called a sacrificial layer because it exists to form a movable portion and a gap.

【0004 】図34に示したマイクロミラー装置にお
いては、酸化シリコン層と多結晶シリコンとからなるパ
ターニングした層を形成したのち、緩衝フッ酸で酸化シ
リコン層を除去することにより、支持部2、基部3、枠
体4、ミラー5を形成している。この方法によりマイク
ロミラー装置を作製したときには、多数個のミラーパタ
ーンを形成しておくと、犠牲層である酸化シリコン層1
1を除去するだけで多数個のミラー5が形成される利点
がある。
In the micromirror device shown in FIG. 34, after forming a patterned layer composed of a silicon oxide layer and polycrystalline silicon, the silicon oxide layer is removed by buffered hydrofluoric acid, whereby the support portion 2 and the base portion are removed. 3, the frame body 4 and the mirror 5 are formed. When a micromirror device is manufactured by this method, if a large number of mirror patterns are formed, the silicon oxide layer 1 that is a sacrificial layer will be formed.
There is an advantage that a large number of mirrors 5 are formed only by removing 1.

【0005 】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のマイク
ロミラー装置では、ミラー5の電極と下部電極6とが平
行に配置されており、電極間ギャップが大きい。ミラー
5に加わる静電気力は電極間ギャップの2乗に反比例す
ることから、ミラー5に大きな傾きを引き起こすには高
い電圧が必要だった。
However, in the above micromirror device, the electrodes of the mirror 5 and the lower electrode 6 are arranged in parallel, and the gap between the electrodes is large. Since the electrostatic force applied to the mirror 5 is inversely proportional to the square of the gap between the electrodes, a high voltage was required to cause a large tilt in the mirror 5.

【0006 】また、このようなマイクロミラー装置に
おいては、ミラー5が多結晶シリコンで形成されている
ため、結晶成長条件により内部ひずみが残留し、それが
ミラー5の変形を引き起こす。この変形のために、コリ
メート光が入射すると、いびつな形状のビームプロファ
イルをもつビームとなって反射される。したがって、例
えば入力光ファイバから出力光ファイバへ切り替える光
スイッチとしてこのマイクロミラー装置を使用する場合
には、入力ファイバから出射したコリメートビームが反
射後出力ファイバに入射する際に損失が大きかった。
Further, in such a micromirror device, since the mirror 5 is made of polycrystalline silicon, internal strain remains due to crystal growth conditions, which causes deformation of the mirror 5. Due to this deformation, when collimated light is incident, it is reflected as a beam having a distorted beam profile. Therefore, for example, when this micromirror device is used as an optical switch for switching from the input optical fiber to the output optical fiber, there is a large loss when the collimated beam emitted from the input fiber enters the output fiber after being reflected.

【0007 】そこで、ミラー5の変形に基づく損失を
低減するために、変形を補償できる下部電極6とミラー
5の電極間における電圧の面分布を予めコンピュータの
メモリに記憶しておき、これに基づいてミラー5に与え
る静電気力の分布をコントロールし、ミラー5の変形を
補正している。しかし、このような補正は非常に面倒で
ある。
Therefore, in order to reduce the loss due to the deformation of the mirror 5, the surface distribution of the voltage between the lower electrode 6 and the electrode of the mirror 5 capable of compensating the deformation is stored in advance in the memory of the computer, and based on this. The distribution of the electrostatic force applied to the mirror 5 is controlled to correct the deformation of the mirror 5. However, such correction is very troublesome.

【0008 】また、ミラー5の復元力を与えるトーシ
ョンスプリングが多結晶シリコンで形成され、多結晶シ
リコンは多数の結晶粒界を有しているから、繰り返しの
力が作用すると結晶粒界が疲労破壊の原因となる。した
がって、繰り返し力をかけると疲労が速く進み、寿命に
問題がある。
Further, since the torsion spring that gives the restoring force of the mirror 5 is made of polycrystalline silicon and the polycrystalline silicon has a large number of crystal grain boundaries, when the repeated force acts, the crystal grain boundaries undergo fatigue fracture. Cause of. Therefore, repeated application of fatigue causes rapid fatigue, resulting in a problem of life.

【0009 】また、ミラー5を支える支持部2も多結
晶シリコンから構成されていることから、ミラー5に加
わる静電気力の変動によって支持部2が変形するという
問題もあった。また、各下部電極6へ通電するプリント
配線が基板1の表面側に形成されているために、ミラー
5を多数並べてアレイを構成する場合には、必要な配線
パターン幅が細かくなる。しかも支持部2を避けて配線
する必要があるために、配線自由度が低い問題を有して
いた。
Further, since the supporting portion 2 supporting the mirror 5 is also made of polycrystalline silicon, there is a problem that the supporting portion 2 is deformed by the fluctuation of the electrostatic force applied to the mirror 5. In addition, since the printed wiring for energizing each lower electrode 6 is formed on the front surface side of the substrate 1, when a large number of mirrors 5 are arranged to form an array, the required wiring pattern width becomes narrow. Moreover, since it is necessary to avoid the supporting portion 2 for wiring, there is a problem that the degree of freedom of wiring is low.

【0010 】本発明は、低い電圧でミラーを大きく傾
動させることができるマイクロミラー装置を提供するこ
とを課題とする。
An object of the present invention is to provide a micromirror device that can tilt a mirror greatly at a low voltage.

【0011 】[0011]

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明のマイクロミラー装置は、ミラー、前記ミラ
ーを上部基板に対して傾動可能に支持する複数のトーシ
ョンスプリング、前記ミラーの下面と対向して配置され
た下部基板、前記下部基板の上面に前記ミラーの中央部
と対向して設けられた凸部、および前記凸部の外面に形
成された複数の下部電極を有する。
In order to achieve the above object, a micromirror device of the present invention comprises a mirror, a plurality of torsion springs for tiltably supporting the mirror with respect to an upper substrate, and a lower surface of the mirror. A lower substrate arranged in the same manner, a convex portion provided on the upper surface of the lower substrate so as to face the central portion of the mirror, and a plurality of lower electrodes formed on the outer surface of the convex portion.

【0012 】このマイクロミラー装置によれば、前記
凸部を形成したことにより、ミラーと下部電極の少なく
とも一部を接近させることができ、ミラーの傾動に要す
る電圧を低下することが可能である。
According to this micromirror device, by forming the convex portion, at least a part of the mirror and the lower electrode can be brought close to each other, and the voltage required for tilting the mirror can be reduced.

【0013 】前記トーションスプリングは、その長手
方向に対して垂直な断面における、高さ/幅のアスペク
ト比が1.8以上であってもよい。この場合には、トー
ションスプリングによるミラー支持強度は維持しつつ、
ミラーの傾動がより容易になるので、ミラーの傾動に要
する電圧を低減することができる。
The torsion spring may have a height / width aspect ratio of 1.8 or more in a cross section perpendicular to the longitudinal direction thereof. In this case, while maintaining the mirror support strength by the torsion spring,
Since the tilting of the mirror becomes easier, the voltage required for tilting the mirror can be reduced.

【0014 】前記下部基板の上面には、前記凸部の周
囲であって前記ミラーの外周縁と対向する位置に、凹部
が形成されていてもよい。この場合には、ミラーの外周
縁が凹部に入るまでミラーを傾動させることが可能とな
るから、ミラーの傾動範囲を拡大できるうえ、ミラーが
下部基板と接触しにくくなるから、ミラーの破壊を防止
できる。
A recess may be formed on the upper surface of the lower substrate at a position around the protrusion and facing the outer peripheral edge of the mirror. In this case, the mirror can be tilted until the outer peripheral edge of the mirror enters the concave portion, so that the tilting range of the mirror can be expanded and the mirror is less likely to contact the lower substrate, preventing the mirror from being broken. it can.

【0015 】前記凸部には、ミラーの中心と対向し
て、絶縁体からなる支点突起が形成されていてもよい。
この場合には、支点突起によってミラーが過剰に下方へ
変位することが防止でき、ミラー電極と下部電極とがシ
ョートすることがないので、ミラー電極および下部電極
の破損が防止できる。
A fulcrum protrusion made of an insulator may be formed on the convex portion so as to face the center of the mirror.
In this case, the fulcrum protrusion can prevent the mirror from being excessively displaced downward, and the mirror electrode and the lower electrode are not short-circuited, so that the mirror electrode and the lower electrode can be prevented from being damaged.

【0016 】前記トーションスプリングは蛇行形状部
を有し、前記上部基板には、前記トーションスプリング
の変位範囲を規制するための位置規制部が形成されてい
てもよい。この場合には、位置規制部によりトーション
スプリングおよびミラーの過剰な変位を防ぐとともに、
トーションスプリングの損傷が防止できる。
The torsion spring may have a meandering portion, and the upper substrate may be formed with a position regulating portion for regulating the displacement range of the torsion spring. In this case, the position control unit prevents excessive displacement of the torsion spring and mirror, and
Damage to the torsion spring can be prevented.

【0017 】前記ミラー、前記トーションスプリン
グ、および前記上部基板は、シリコン単結晶によって一
体的に形成され、このシリコン単結晶が、前記下部基板
上に形成されたスペーサに接合されていてもよい。この
場合には、ミラーの平面度を高め、トーションスプリン
グの寿命を延ばすことができる。
The mirror, the torsion spring, and the upper substrate may be integrally formed of a silicon single crystal, and the silicon single crystal may be bonded to a spacer formed on the lower substrate. In this case, the flatness of the mirror can be increased and the life of the torsion spring can be extended.

【0018 】前記下部基板の下面には配線パターンが
形成され、これら配線パターンと、前記下部電極のそれ
ぞれは、前記下部基板の内部に形成されたスルーホール
を通じて導通されていてもよい。この場合には、下部電
極への配線の自由度が増し、配線が容易になるだけでな
く、配線のパターン幅を太くすることができる。
Wiring patterns may be formed on a lower surface of the lower substrate, and the wiring patterns and the lower electrodes may be electrically connected to each other through through holes formed in the lower substrate. In this case, the degree of freedom of wiring to the lower electrode is increased, and not only the wiring becomes easy, but also the pattern width of the wiring can be widened.

【0019 】本発明のマイクロミラー装置の製造方法
は、以下の工程を具備する:支持基板上に、第1酸化物
層、第1単結晶シリコン層、第2酸化物層、および第2
単結晶シリコン層を順に形成する工程;前記第2単結晶
シリコン層、前記第2酸化物層、および前記第1単結晶
シリコン層を貫通する溝を形成する工程;前記溝内に多
結晶シリコン層を形成する工程;前記第2単結晶シリコ
ン層をエッチングして、前記第2単結晶シリコン層によ
りミラーおよびトーションスプリングを形成する工程;
前記溝内の前記多結晶シリコン層を除去する工程;前記
溝を通じて、前記第1単結晶シリコン層の、前記トーシ
ョンスプリングの下方に位置する部分をエッチングする
工程;および前記第1酸化物層および前記第2酸化物層
を除去して、前記トーションスプリングを独立させる工
程。この製造方法によれば、ミラーおよびトーションス
プリングを容易に一体成形できる。
The method for manufacturing a micromirror device of the present invention comprises the following steps: a first oxide layer, a first single crystal silicon layer, a second oxide layer, and a second oxide layer on a supporting substrate.
Forming a single crystal silicon layer in order; forming a groove penetrating the second single crystal silicon layer, the second oxide layer, and the first single crystal silicon layer; a polycrystalline silicon layer in the groove Forming a mirror and a torsion spring with the second single crystal silicon layer by etching the second single crystal silicon layer;
Removing the polycrystalline silicon layer in the groove; etching a portion of the first single crystal silicon layer located below the torsion spring through the groove; and the first oxide layer and the Removing the second oxide layer to make the torsion spring independent. According to this manufacturing method, the mirror and the torsion spring can be easily integrally molded.

【0020 】[0020]

【発明の実施の形態】図1は本発明に係るマイクロミラ
ー装置の第1実施形態を示す分解斜視図、図2はミラー
支持構造を示す斜視図、図3は図2のA−A断面図であ
る。本発明は以下の実施形態のみに限定されるものでは
なく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更を加
えてよい。
1 is an exploded perspective view showing a first embodiment of a micromirror device according to the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing a mirror support structure, and FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. Is. The present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.

【0021 】図に示すように、結晶方位が(100)
の単結晶シリコンからなる下部基板(下部電極基板)2
1の中央部に矩形状をなす突出部34が設けられ、突出
部34の上面には四隅の近くにそれぞれ下部電極22が
設けられている。突出部34の周囲にも間隔を空けて複
数の下部電極23が設けられている(この例では8
個)。下部基板21の下面には、パターン状の配線24
が形成され、下部電極23と配線24とは、下部基板2
1を貫通するスルホール25を通じてそれぞれ電気的に
接続されている。
As shown in the figure, the crystal orientation is (100)
Lower substrate (lower electrode substrate) 2 made of single crystal silicon
A rectangular projecting portion 34 is provided in the center of 1, and lower electrodes 22 are provided near the four corners on the upper surface of the projecting portion 34, respectively. A plurality of lower electrodes 23 are also provided around the protrusion 34 at intervals (8 in this example).
Individual). On the lower surface of the lower substrate 21, patterned wiring 24
And the lower electrode 23 and the wiring 24 are formed on the lower substrate 2
1 are electrically connected to each other through through holes 25.

【0022 】下部基板21の上面の両側にはAuSn
からなるはんだ部26が設けられている。また、SOI
(Silicon On Insulator)基板からなる上部基板(ミラ
ー形成基板)27の下面には、結晶方位が(100)の
単結晶シリコンからなる支柱28が設けられている。支
柱28の上部幅は例えば1mmであり、下部幅が300
μmである。支柱28の下部に3層のTi/Pt/Au
からなる接合部29が設けられ、支柱28は下部基板2
1のはんだ部26に接合されている。これにより下部基
板21に上部基板27がボンディングされている。
AuSn is formed on both sides of the upper surface of the lower substrate 21.
A solder portion 26 made of is provided. In addition, SOI
On the lower surface of an upper substrate (mirror forming substrate) 27 made of a (Silicon On Insulator) substrate, columns 28 made of single crystal silicon having a crystal orientation of (100) are provided. The upper width of the pillar 28 is, for example, 1 mm, and the lower width is 300 mm.
μm. Three layers of Ti / Pt / Au are provided under the pillar 28.
And a support post 28 is provided on the lower substrate 2.
It is joined to the first solder portion 26. As a result, the upper substrate 27 is bonded to the lower substrate 21.

【0023 】上部基板27の上面には酸化シリコン層
30が設けられ、酸化シリコン層30上に単結晶シリコ
ンからなる基部31が設けられ、基部31の内側に円環
状の枠体32が設けられ、さらに枠体32の内側にミラ
ー33が設けられている。ミラー33の表面には3層の
Ti/Pt/Au層が形成され、導電性が付与されてい
る。支柱28によりミラー33が支えられており、例え
ば下部電極22とミラー33との間隔は20μm、下部
電極23とミラー33との間隔は40μmに設定されて
いる。
A silicon oxide layer 30 is provided on the upper surface of the upper substrate 27, a base 31 made of single crystal silicon is provided on the silicon oxide layer 30, and an annular frame 32 is provided inside the base 31. Further, a mirror 33 is provided inside the frame body 32. Three Ti / Pt / Au layers are formed on the surface of the mirror 33 to impart conductivity. A mirror 33 is supported by the support column 28. For example, the distance between the lower electrode 22 and the mirror 33 is set to 20 μm, and the distance between the lower electrode 23 and the mirror 33 is set to 40 μm.

【0024 】基部31と枠体32とは、180゜隔て
た2か所においてトーションスプリング35により連結
され、枠体32とミラー33とは180゜隔てた2か所
においてトーションスプリング36により連結されてい
る。トーションスプリング35、36は同様の形状をし
ている。トーションスプリング35同士を結ぶ線と、ト
ーションスプリング36同士を結ぶ線は直交する。基部
31、枠体32、ミラー33、およびトーションスプリ
ング35、36は単結晶シリコンで一体形成されてい
る。
The base 31 and the frame 32 are connected to each other by a torsion spring 35 at two positions separated by 180 °, and the frame 32 and the mirror 33 are connected by a torsion spring 36 at two positions separated by 180 °. There is. The torsion springs 35 and 36 have the same shape. The line connecting the torsion springs 35 and the line connecting the torsion springs 36 are orthogonal to each other. The base 31, the frame 32, the mirror 33, and the torsion springs 35 and 36 are integrally formed of single crystal silicon.

【0025 】トーションスプリング35、36の断面
の高さをa、幅をbとすると、高さaと幅bとのアスペ
クト比a/bが重要なパラメータとなる。アスペクト比
a/bは1.8以上であることが望ましく、より好まし
くは2.5〜8であり、最も好ましくは約3である。ア
スペクト比a/bは1.8以上であれば、トーションス
プリング35、36はよりねじれやすくなるうえ、ミラ
ー33の自重や静電気力Fによってトーションスプリン
グ35、36が撓みにくくなる。よって、ミラー33の
姿勢制御がより高精度に行える。この効果を説明すると
以下の通りである。
When the height of the cross section of each of the torsion springs 35 and 36 is a and the width thereof is b, the aspect ratio a / b between the height a and the width b is an important parameter. The aspect ratio a / b is preferably 1.8 or more, more preferably 2.5 to 8, and most preferably about 3. When the aspect ratio a / b is 1.8 or more, the torsion springs 35 and 36 are more likely to be twisted, and the torsion springs 35 and 36 are less likely to bend due to the weight of the mirror 33 and the electrostatic force F. Therefore, the attitude control of the mirror 33 can be performed with higher accuracy. This effect will be described below.

【0026 】トーションスプリング35はねじれ(ト
ーション)の復元力を与えるスプリングとして機能する
のみならず、ミラー33部の自重を支える支持部として
機能する。このため、ミラー33の自重やミラー33を
駆動するための静電気力Fにより、トーションスプリン
グ35に曲げ応力が加わり、ミラー33を支柱28で頑
丈に支えてはいるものの、ミラー33の撓みを引き起こ
す原因となる。トーションスプリング35の断面の高さ
をa、幅をb、定数をβ、単結晶シリコンのせん断弾性
係数をGとすると、トーションスプリング35のねじれ
角θとトルクTとの関係式は次式で表される。 θ=T/βab3
The torsion spring 35 not only functions as a spring that gives a restoring force of torsion, but also functions as a support portion that supports the weight of the mirror 33. For this reason, bending stress is applied to the torsion spring 35 by the self-weight of the mirror 33 and the electrostatic force F for driving the mirror 33, and although the mirror 33 is firmly supported by the support column 28, it causes the bending of the mirror 33. Becomes When the height of the cross section of the torsion spring 35 is a, the width is b, the constant is β, and the shear elastic modulus of the single crystal silicon is G, the relational expression between the torsion angle θ of the torsion spring 35 and the torque T is expressed by the following equation. To be done. θ = T / βab 3 G

【0027 】また、定数をα、単結晶シリコンの縦断
弾性係数をE、トーションスプリング35の断面二次モ
ーメントをIとすると、曲げ撓み量δと静電気力Fとの
関係式は次式で表される。 δ=Fα/EI断面二次モーメントIは次式で表され
る。 I=ba3/12
When the constant is α, the longitudinal elastic modulus of the single crystal silicon is E, and the moment of inertia of area of the torsion spring 35 is I, the relational expression between the bending deflection amount δ and the electrostatic force F is expressed by the following equation. It δ = Fα / EI The moment of inertia of area I is expressed by the following equation. I = ba 3/12

【0028 】したがって、定数をAとすると、曲げ撓
み量δとねじれ角θとの比δ/θは次式で表される。 δ/θ=Aβ(b/a)2 このため、幅bに比べて高さaを大きくすることによ
り、相対的にねじれやすくなり、ミラー33の自重や静
電気力Fによる撓みが少なくなるのである。
Therefore, when the constant is A, the ratio δ / θ between the bending deflection amount δ and the twist angle θ is expressed by the following equation. δ / θ = Aβ (b / a) 2 Therefore, by increasing the height a as compared with the width b, it becomes relatively easy to twist, and the self-weight of the mirror 33 and the deflection due to the electrostatic force F are reduced. .

【0029 】このマイクロミラー装置においては、上
部基板27を負、下部電極22、23に正の電場を与え
て、しかも下部電極22、23間で非対称な電位差を生
じさせることにより、ミラー33を任意の方向へ傾動さ
せる。たとえば、60Vの電圧を下部電極22、23の
片側全電極に印加すると、ミラー33を約10°傾ける
ことができる。
In this micromirror device, the mirror 33 is arbitrarily provided by applying a negative electric field to the upper substrate 27 and a positive electric field to the lower electrodes 22 and 23, and by causing an asymmetric potential difference between the lower electrodes 22 and 23. Tilt in the direction of. For example, when a voltage of 60 V is applied to all electrodes on one side of the lower electrodes 22 and 23, the mirror 33 can be tilted by about 10 °.

【0030 】このようなマイクロミラー装置において
は、ミラー33に加わる静電気力は電極間ギャップの2
乗に反比例するが、下部基板21の上面にミラー33の
中央部と対向する突出部34を形成し、この突出部34
の上面に下部電極22を形成したから、ミラー33の回
動範囲を狭めることなく、ミラー33と下部電極22と
の間の距離を小さくすることができる。したがって、低
い電圧でミラー33を大きく傾けることができる。
In such a micromirror device, the electrostatic force applied to the mirror 33 is equal to the interelectrode gap 2
A protrusion 34 is formed on the upper surface of the lower substrate 21 so as to face the center of the mirror 33, although the protrusion 34 is inversely proportional to the power of the protrusion.
Since the lower electrode 22 is formed on the upper surface of the mirror 33, the distance between the mirror 33 and the lower electrode 22 can be reduced without narrowing the rotation range of the mirror 33. Therefore, the mirror 33 can be largely tilted with a low voltage.

【0031 】また、この実施形態では、ミラー33が
多結晶シリコンよりも硬質の単結晶シリコンで形成され
ているから、ミラー33に内部ひずみが残留することが
なく、内部歪みによる変形が少ない。よって、コリメー
ト光を照射させたときにいびつな形状のビームプロファ
イルを生じず、入力光ファイバから出力光ファイバへ光
路を切り替える光スイッチとしてこのマイクロミラー装
置を使用する場合にも、入力光ファイバから出射したコ
リメートビームが反射後に出力ファイバに入射する際の
損失を低減できる。したがって、ミラー33に与える静
電気力の分布をコントロールしてミラー33の変形を補
償する必要がない。
Further, in this embodiment, since the mirror 33 is made of single crystal silicon which is harder than polycrystalline silicon, no internal strain remains in the mirror 33 and the deformation due to the internal strain is small. Therefore, when the collimated light is emitted, a distorted beam profile is not generated, and even when this micromirror device is used as an optical switch that switches the optical path from the input optical fiber to the output optical fiber, it is emitted from the input optical fiber. The loss when the collimated beam is incident on the output fiber after being reflected can be reduced. Therefore, it is not necessary to control the distribution of the electrostatic force applied to the mirror 33 to compensate for the deformation of the mirror 33.

【0032 】また、この実施形態では、ミラー33の
復元力を与えるトーションスプリング35、36が単結
晶シリコンで形成されていることから、繰り返しの力に
対して疲労が生じにくく、寿命が長い。また、上部基板
27としてSOI基板を用いているから、容易にマイク
ロミラー装置を製造することができる。
Further, in this embodiment, since the torsion springs 35 and 36 for giving the restoring force of the mirror 33 are made of single crystal silicon, fatigue is unlikely to occur due to repeated force and the life is long. Further, since the SOI substrate is used as the upper substrate 27, the micromirror device can be easily manufactured.

【0033 】また、ミラー33を支える支柱28も、
硬質の単結晶シリコンから構成されているから、ミラー
33に加わる静電気力の変動によって支柱28が変形す
ることがなく、ミラー33の姿勢制御を正確に行える。
また、ミラー33が設けられた上部基板27は、下部電
極22、23が設けられた下部基板21とは別個に製造
されているから、製造時にミラーがスティッキングを生
じることがない。
Also, the support column 28 for supporting the mirror 33 is
Since it is made of hard single crystal silicon, the support column 28 is not deformed by the fluctuation of the electrostatic force applied to the mirror 33, and the attitude of the mirror 33 can be accurately controlled.
Further, since the upper substrate 27 provided with the mirror 33 is manufactured separately from the lower substrate 21 provided with the lower electrodes 22 and 23, sticking of the mirror does not occur during manufacturing.

【0034 】また、下部電極23と配線24とをスル
ホール25により接続しているから、下部電極22、2
3および支柱28を避けて配線する必要がないので、ミ
ラー33を駆動するための配線24のパターン幅を太く
することができ、また配線自由度ならびに配線密度を高
くすることができる。
Since the lower electrode 23 and the wiring 24 are connected by the through hole 25, the lower electrodes 22, 2
Since it is not necessary to avoid the wires 3 and the pillars 28 for wiring, the pattern width of the wires 24 for driving the mirror 33 can be increased, and the wiring flexibility and the wiring density can be increased.

【0035 】図1〜図3に示したマイクロミラー装置
の製造方法について説明する。まず、結晶方位が(10
0)の単結晶シリコン基板に酸素イオン注入して、一定
の深さに酸化シリコン層30を形成してSIMOX基板
とする。SIMOX基板の活性層の上にエピタキシャル
で単結晶シリコンを成長させて、約10μmの厚さのS
OI層を形成して、SOI基板を用意する。
A method of manufacturing the micromirror device shown in FIGS. 1 to 3 will be described. First, the crystal orientation is (10
Oxygen ions are implanted into the single crystal silicon substrate of 0) to form a silicon oxide layer 30 at a constant depth to form a SIMOX substrate. Single crystal silicon is epitaxially grown on the active layer of the SIMOX substrate to form an S layer having a thickness of about 10 μm.
An OI layer is formed and an SOI substrate is prepared.

【0036 】つぎに、SOI基板のSOI層に不純物
濃度が1×1020となるように不純物をドープして、比
抵抗を1000分の数Ωcmにする。つぎに、リフトオ
フにより3層のTi/Pt/Auからなる反射膜を形成
する。その表面のミラーパターンに合わせて両面アライ
ナを用いてSOI基板の支持基板の裏面に3層のTi/
Pt/Auからなる接合部29をパターニングする。支
持基板のバックエッチングを行なうことにより支柱28
を形成する。
Next, the SOI layer of the SOI substrate is doped with impurities so that the impurity concentration is 1 × 10 20, and the specific resistance is set to several thousandths of Ωcm. Next, three layers of Ti / Pt / Au reflective film are formed by lift-off. A double-sided aligner is used according to the mirror pattern on the front surface of the support substrate of the SOI substrate to form three layers of Ti /
The joint portion 29 made of Pt / Au is patterned. By performing back etching of the supporting substrate, the support 28
To form.

【0037 】つぎに、ICP(inductively-coupled p
lasma)を用いてSOI層をエッチングして、基部3
1、枠体32、ミラー33ならびにトーションスプリン
グ35、36を一体形成する。PCVD(プラズマCV
D)で表面に酸化シリコン層(パッシベーション膜)を
形成して表面を保護したのちに、KOHのエッチャント
でエッチングする。エッチング条件等については、H. S
eidel他、Anisotropic Etching of Crystalline Silico
n in Alkaline Solutions I., J. Electrochem. Soc.,
Vol.137, No.11 (1990) 3612-3626およびH. Seidel他、
Anisotropic Etching of Crystalline Silicon in Alka
line Solutions II., J. Electrochem. Soc., Vol.137,
No.11 (1990) 3626を参照することができる。
Next, ICP (inductively-coupled p
lasma) to etch the SOI layer to form a base 3
1, the frame 32, the mirror 33, and the torsion springs 35 and 36 are integrally formed. PCVD (plasma CV
After forming a silicon oxide layer (passivation film) on the surface by D) and protecting the surface, etching is performed with an etchant of KOH. For etching conditions, see H.S.
eidel et al., Anisotropic Etching of Crystalline Silico
n in Alkaline Solutions I., J. Electrochem. Soc.,
Vol.137, No.11 (1990) 3612-3626 and H. Seidel et al.,
Anisotropic Etching of Crystalline Silicon in Alka
line Solutions II., J. Electrochem. Soc., Vol.137,
No. 11 (1990) 3626 can be referred to.

【0038 】結晶方位が(100)の単結晶シリコン
基板をKOHでエッチングして突出部34を形成し、下
部電極22、23を形成し、段差の最下部には3層のT
i/Pt/Au層を形成したのち、Ti/Pt/Au層
上にはんだ部26を形成する。
A single crystal silicon substrate having a crystal orientation of (100) is etched with KOH to form protrusions 34, lower electrodes 22 and 23 are formed, and three layers of T are formed at the bottom of the step.
After forming the i / Pt / Au layer, the solder portion 26 is formed on the Ti / Pt / Au layer.

【0039 】つぎに、下部電極23に対応してスルー
ホール25を形成し、単結晶シリコン基板の裏面側に配
線24を形成する。その後、上部基板27と下部基板2
1との位置合わせを行なったのち、接合部29をはんだ
部26に押し付けた状態で390℃で加熱により、はん
だ部26のはんだを溶融して下部基板21に上部基板2
7をボンディングする。
Next, through holes 25 are formed corresponding to the lower electrodes 23, and wirings 24 are formed on the back surface side of the single crystal silicon substrate. Then, the upper substrate 27 and the lower substrate 2
1 is aligned, and then the joint portion 29 is pressed against the solder portion 26 and heated at 390 ° C. to melt the solder in the solder portion 26 and the lower substrate 21 to the upper substrate 2.
Bond 7

【0040 】このマイクロミラー装置の製造方法によ
れば、ミラー33が単結晶シリコンで形成されるから、
内部歪みによる変形が少なく、またトーションスプリン
グ35、36が単結晶シリコンで形成されていることか
ら、繰り返しの力に対して寿命が長くなる。
According to this method for manufacturing a micromirror device, since the mirror 33 is formed of single crystal silicon,
Deformation due to internal strain is small, and since the torsion springs 35 and 36 are made of single crystal silicon, the life is extended with respect to repeated force.

【0041 】図4は本発明に係る他のマイクロミラー
装置の一部を示す斜視図である。図に示すように、支柱
28上に単結晶シリコンからなる下部シリコン層41が
設けられ、下部シリコン層41上に酸化シリコン層42
が設けられ、酸化シリコン層42上に単結晶シリコンか
らなる上部シリコン層43が設けられ、基部31が下部
シリコン層41、酸化シリコン層42、上部シリコン層
43により構成されている。
FIG. 4 is a perspective view showing a part of another micromirror device according to the present invention. As shown in the figure, a lower silicon layer 41 made of single crystal silicon is provided on the pillar 28, and a silicon oxide layer 42 is provided on the lower silicon layer 41.
Is provided, an upper silicon layer 43 made of single crystal silicon is provided on the silicon oxide layer 42, and the base 31 is composed of the lower silicon layer 41, the silicon oxide layer 42, and the upper silicon layer 43.

【0042 】トーションスプリング35、枠体32は
上部シリコン層43で形成されている。また、トーショ
ンスプリング35の下方には、ミラー33部の自重や静
電気力Fによるトーションスプリング35の撓みが生ず
るのを防止するために、水平な保持部44が設けられて
いる。保持部44は下部シリコン層41の一部から構成
されている。ミラー33に過剰な荷重がかかると、トー
ションスプリング35の先端が保持部44に当接して、
それ以上の変位を規制する。
The torsion spring 35 and the frame 32 are formed of the upper silicon layer 43. A horizontal holding portion 44 is provided below the torsion spring 35 in order to prevent the torsion spring 35 from being bent due to its own weight of the mirror 33 and electrostatic force F. The holding portion 44 is composed of a part of the lower silicon layer 41. When an excessive load is applied to the mirror 33, the tip of the torsion spring 35 comes into contact with the holding portion 44,
Restrict further displacement.

【0043 】このようなマイクロミラー装置において
は、トーションスプリング35にミラー33部の自重や
静電気力Fによる撓みが生ずるのを防止するための保持
部44が設けられているから、トーションスプリング3
5の比a/bをそれほど大きくする必要がないので、ト
ーションスプリング35の形成が容易になる。
In such a micromirror device, since the torsion spring 35 is provided with the holding portion 44 for preventing the mirror 33 from bending due to its own weight or the electrostatic force F, the torsion spring 3 is provided.
Since it is not necessary to increase the ratio a / b of 5, the torsion spring 35 can be easily formed.

【0044 】図4のマイクロミラー装置の製造方法を
図5(a)〜5(d)および図6(a)〜6(c)によ
り説明する。図5(a)に示すように、単結晶シリコン
からなる支持基板50上に順に、酸化シリコン層45、
下部シリコン層41、酸化シリコン層42、上部シリコ
ン層43を形成し、この5層構造の基板の下部に接合部
29を形成する。
A method of manufacturing the micromirror device shown in FIG. 4 will be described with reference to FIGS. 5 (a) to 5 (d) and FIGS. 6 (a) to 6 (c). As shown in FIG. 5A, a silicon oxide layer 45 is formed on a supporting substrate 50 made of single crystal silicon in order.
A lower silicon layer 41, a silicon oxide layer 42, and an upper silicon layer 43 are formed, and a junction 29 is formed below the substrate having the five-layer structure.

【0045 】つぎに、図5(b)に示すように、エッ
チングにより下部シリコン層41に達する溝(穴)46
を形成する。つぎに、図5(c)に示すように、エッチ
ングにより酸化シリコン層45までを貫通した溝(穴)
47a、47bを形成する。この場合、まず上部シリコ
ン層43をSF6ガスでICPを用いてエッチングし、
酸化シリコン層42をCF系ガスで反応性エッチングす
る。その後、さらにSF6ガスでICPを用いて下部シ
リコン層41をエッチングし、酸化シリコン層45をC
F系ガスで反応性エッチングする。
Next, as shown in FIG. 5B, a groove (hole) 46 reaching the lower silicon layer 41 by etching.
To form. Next, as shown in FIG. 5C, a groove (hole) penetrating up to the silicon oxide layer 45 by etching.
47a and 47b are formed. In this case, first, the upper silicon layer 43 is etched with SF6 gas using ICP,
The silicon oxide layer 42 is reactively etched with a CF-based gas. After that, the lower silicon layer 41 is further etched by using ICP with SF6 gas to remove the silicon oxide layer 45 by C
Reactive etching is performed with an F-based gas.

【0046 】つぎに、図5(d)に示すように、溝4
6、47a、47b内に多結晶シリコン層48を形成す
る。つぎに、図6(a)に示すように、上部シリコン層
43をエッチングすることにより、トーションスプリン
グ35を形成する。この場合、酸化シリコン層42がエ
ッチングストッパになる。
Next, as shown in FIG. 5D, the groove 4
A polycrystalline silicon layer 48 is formed in 6, 47a and 47b. Next, as shown in FIG. 6A, the torsion spring 35 is formed by etching the upper silicon layer 43. In this case, the silicon oxide layer 42 serves as an etching stopper.

【0047 】つぎに、図6(b)に示すように、上部
シリコン層43の上面に3層のTi/Pt/Au層49
を形成する。つぎに、図6(c)に示すように、支持基
板50のバックエッチングを行なうことにより支柱28
を形成する。この場合、溝47bは酸化シリコン層45
を貫通しているから、下部シリコン層41の溝47b部
もエッチングされ、保持部44が形成される。
Next, as shown in FIG. 6B, three Ti / Pt / Au layers 49 are formed on the upper surface of the upper silicon layer 43.
To form. Next, as shown in FIG. 6C, the support substrate 50 is back-etched to support the pillars 28.
To form. In this case, the groove 47b is formed on the silicon oxide layer 45.
Since it penetrates through, the groove 47b portion of the lower silicon layer 41 is also etched, and the holding portion 44 is formed.

【0048 】つぎに、緩衝フッ酸に浸漬することによ
り酸化シリコン層42、45を除去して、トーションス
プリング35の根元と保持部44とを互いに分離する。
Next, the silicon oxide layers 42 and 45 are removed by immersing in buffered hydrofluoric acid to separate the root of the torsion spring 35 and the holding portion 44 from each other.

【0049 】このマイクロミラー装置の製造方法にお
いては、溝47aが酸化シリコン層42、45を貫通し
ているから、緩衝フッ酸に浸漬することにより酸化シリ
コン層42、45を除去したときに、基部31において
酸化シリコン層42、45が除去されるのを防止するこ
とができるので、基部31において支持基板50(支柱
28)、下部シリコン層41、上部シリコン層43が分
離することがない。
In the method of manufacturing the micromirror device, since the groove 47a penetrates the silicon oxide layers 42 and 45, when the silicon oxide layers 42 and 45 are removed by immersion in buffered hydrofluoric acid, the base portion is removed. Since it is possible to prevent the silicon oxide layers 42 and 45 from being removed in 31, the support substrate 50 (support 28), the lower silicon layer 41, and the upper silicon layer 43 are not separated in the base 31.

【0050 】図7は本発明に係る他のマイクロミラー
装置の一部を示す斜視図、図8は図7に示したマイクロ
ミラー装置の一部を示す断面図である。図に示すよう
に、支柱28上に単結晶シリコンからなる下部シリコン
層51が設けられ、下部シリコン層51上にSi−B−
Oからなりかつ厚さが10μmの中間層52が設けら
れ、中間層52上に単結晶シリコンからなる上部シリコ
ン層53が設けられ、基部31が下部シリコン層51、
中間層52、上部シリコン層53により構成されてい
る。
FIG. 7 is a perspective view showing a part of another micromirror device according to the present invention, and FIG. 8 is a sectional view showing a part of the micromirror device shown in FIG. As shown in the figure, a lower silicon layer 51 made of single crystal silicon is provided on the pillar 28, and Si-B- is formed on the lower silicon layer 51.
An intermediate layer 52 made of O and having a thickness of 10 μm is provided, an upper silicon layer 53 made of single crystal silicon is provided on the intermediate layer 52, and a base 31 is a lower silicon layer 51.
It is composed of an intermediate layer 52 and an upper silicon layer 53.

【0051 】下部シリコン層51の一部に下部電極板
54が設けられ、上部シリコン層53により構成された
トーションスプリング35と枠体32との間に上部電極
板55が設けられている。上部電極板55の幅すなわち
トーションスプリング35の両端を結ぶ線の方向の寸法
が40μm、それに直角方向の長さが55μmである。
A lower electrode plate 54 is provided on a part of the lower silicon layer 51, and an upper electrode plate 55 is provided between the torsion spring 35 formed by the upper silicon layer 53 and the frame body 32. The width of the upper electrode plate 55, that is, the dimension in the direction of the line connecting both ends of the torsion spring 35 is 40 μm, and the length in the direction perpendicular thereto is 55 μm.

【0052 】基部31に下部電極板54の電極に接続
された入力電極56が設けられ、トーションスプリング
35の両側部に上部電極板55の電極に接続された入力
電極57が設けられている。
An input electrode 56 connected to the electrode of the lower electrode plate 54 is provided on the base 31, and an input electrode 57 connected to the electrode of the upper electrode plate 55 is provided on both sides of the torsion spring 35.

【0053 】このマイクロミラー装置においては、入
力電極56に負の電圧を印加し、入力電極57に正の電
圧を印加すると、上部電極板55を傾斜することができ
るから、ミラー33を傾斜することができる。
In this micromirror device, when a negative voltage is applied to the input electrode 56 and a positive voltage is applied to the input electrode 57, the upper electrode plate 55 can be tilted, so the mirror 33 should be tilted. You can

【0054 】このようなマイクロミラー装置において
は、中間層52の厚さが10μmであるから、下部電極
板54と上部電極板55との間のギャップすなわち電極
間ギャップが10μmである。静電気力は電極間ギャッ
プの2乗に反比例するから、ミラー33をより大きく傾
斜することができる。すなわち、上部電極板55の面積
はミラー33の面積の6分の1であるが、この電極間ギ
ャップは下部基板の電極部に段差を設けないときの電極
間ギャップ40μmの4分の1であるから、下部基板の
電極部に段差を設けないときと比べて入力電極56、5
7に印加する電圧を2分の1以下すなわち40Vとする
ことができる。
In such a micromirror device, since the thickness of the intermediate layer 52 is 10 μm, the gap between the lower electrode plate 54 and the upper electrode plate 55, that is, the interelectrode gap is 10 μm. Since the electrostatic force is inversely proportional to the square of the gap between the electrodes, the mirror 33 can be tilted more greatly. That is, the area of the upper electrode plate 55 is 1/6 of the area of the mirror 33, but the inter-electrode gap is 1/4 of the inter-electrode gap of 40 μm when no step is provided on the electrode portion of the lower substrate. Therefore, compared with the case where no step is provided in the electrode portion of the lower substrate,
The voltage applied to 7 can be half or less, that is, 40V.

【0055 】この例ではさらに、図1に示すように下
部基板21の突出部34にも下部電極が設けられてお
り、こちらも併用した場合には、入力電極56、57に
印加する電圧を例えば25V以下にすることができる。
Further, in this example, as shown in FIG. 1, a lower electrode is also provided on the projecting portion 34 of the lower substrate 21, and when this is also used, the voltage applied to the input electrodes 56 and 57 is, for example, It can be 25 V or less.

【0056 】図7、図8に示したマイクロミラー装置
を製造する場合には、SOI基板のSOI層(下部シリ
コン層51)上にSi−B−Oを堆積し、その上にエピ
タキシャル結晶成長を施したSIMOX基板を重ね合わ
せてシンク(焼結)することにより、SOI基板とSI
MOX基板とをボンディングし(特開昭61−2420
33号公報参照)、その後研磨とエッチングを行なうこ
とによって基板を作製すれば、容易に中間層52の厚さ
を10μmにすることができる。
When manufacturing the micromirror device shown in FIGS. 7 and 8, Si—B—O is deposited on the SOI layer (lower silicon layer 51) of the SOI substrate, and epitaxial crystal growth is performed thereon. By stacking the SIMOX substrates on top of each other and sinking them (sintering), the SOI substrate and SI
Bonding with MOX substrate (Japanese Patent Laid-Open No. 61-2420)
If the substrate is manufactured by polishing and etching thereafter, the thickness of the intermediate layer 52 can be easily made 10 μm.

【0057 】図9は本発明に係る他のマイクロミラー
装置の一部を示す図である。図に示すように、基部31
と枠体32との間にトーションスプリング61が設けら
れており、枠体32を基部31に対して直角に交わる2
方向線を中心に傾けることができる。
FIG. 9 is a view showing a part of another micromirror device according to the present invention. As shown, the base 31
A torsion spring 61 is provided between the frame 32 and the frame 32, and the torsion spring 61 intersects the frame 32 at right angles to the base 31.
Can be tilted around the direction line.

【0058 】図10は本発明に係る他のマイクロミラ
ー装置を示す分解斜視図である。図に示すように、結晶
方位が(100)の単結晶シリコンからなる下部基板
(下部電極基板)71に突出部72が設けられ、突出部
72に下部電極73が設けられ、下部基板71の上面に
配線74が設けられている。配線74に下部電極73が
接続され、下部基板71の上面に単結晶シリコンからな
る支柱80が設けられている。
FIG. 10 is an exploded perspective view showing another micromirror device according to the present invention. As shown in the drawing, a lower substrate (lower electrode substrate) 71 made of single crystal silicon having a crystal orientation of (100) is provided with a protruding portion 72, a lower electrode 73 is provided on the protruding portion 72, and an upper surface of the lower substrate 71 is provided. The wiring 74 is provided in the. A lower electrode 73 is connected to the wiring 74, and a pillar 80 made of single crystal silicon is provided on the upper surface of the lower substrate 71.

【0059 】上部基板(ミラー形成基板)75に結晶
方位が(100)の単結晶シリコンからなる枠部79が
設けられ、枠部79に単結晶シリコンからなる基部76
が設けられ、基部76の内部に円環状の枠体77が設け
られている。枠体77の内側部にミラー78が設けら
れ、ミラー78の表面には3層のTi/Pt/Au層が
設けられ、下部電極73とミラー78との間隔は20μ
mである。
A frame portion 79 made of single crystal silicon having a crystal orientation (100) is provided on the upper substrate (mirror forming substrate) 75, and a base portion 76 made of single crystal silicon is provided on the frame portion 79.
Is provided, and an annular frame 77 is provided inside the base 76. A mirror 78 is provided inside the frame 77, and three Ti / Pt / Au layers are provided on the surface of the mirror 78. The distance between the lower electrode 73 and the mirror 78 is 20 μm.
m.

【0060 】図1に示したマイクロミラー装置と同様
に、基部76と枠体77とは2か所においてトーション
スプリング(図示せず)により連結されており、枠体7
7とミラー78とは2か所においてトーションスプリン
グ(図示せず)により連結されている。また、支柱80
にはんだにより上部基板75が取り付けられ、下部基板
71に上部基板75がボンディングされている。
Similar to the micromirror device shown in FIG. 1, the base portion 76 and the frame body 77 are connected to each other at two locations by a torsion spring (not shown).
7 and the mirror 78 are connected at two points by a torsion spring (not shown). Also, the column 80
The upper substrate 75 is attached to the lower substrate 71 by soldering, and the upper substrate 75 is bonded to the lower substrate 71.

【0061 】このマイクロミラー装置においては、S
OI基板の支持基板をバックエッチングすることにより
枠部79を形成することができ、またSOI基板のSO
I層をエッチングすることにより枠体77、ミラー7
8、トーションスプリングを一体形成することができ
る。
In this micromirror device, S
The frame portion 79 can be formed by back-etching the support substrate of the OI substrate.
The frame 77 and the mirror 7 are formed by etching the I layer.
8. The torsion spring can be integrally formed.

【0062 】図11は本発明に係る他のマイクロミラ
ー装置を示す分解斜視図である。図に示すように、下部
基板71の下面すなわち図11紙面下部面に配線81が
設けられ、下部電極73と配線81とを接続するスルホ
ール82が設けられている。
FIG. 11 is an exploded perspective view showing another micromirror device according to the present invention. As shown in the drawing, the wiring 81 is provided on the lower surface of the lower substrate 71, that is, the lower surface of the paper of FIG. 11, and the through hole 82 that connects the lower electrode 73 and the wiring 81 is provided.

【0063 】このマイクロミラー装置においては、下
部電極73と配線81とをスルホール82により接続し
ているから、下部電極73、支柱80を避けて配線する
必要がないので、ミラー78を駆動するための配線81
のパターン幅を太くすることができる。
In this micromirror device, since the lower electrode 73 and the wiring 81 are connected by the through hole 82, there is no need to avoid the lower electrode 73 and the supporting column 80 for wiring, so that the mirror 78 is driven. Wiring 81
The pattern width of can be thickened.

【0064 】図12は本発明に係る他のマイクロミラ
ー装置を示す分解斜視図である。図に示すように、結晶
方位が(100)の単結晶シリコンからなる下部基板
(下部電極基板)91の上面すなわち図12紙面上部面
に下部電極92が設けられ、下部基板91に配線93が
設けられ、配線93に下部電極92が接続されている。
FIG. 12 is an exploded perspective view showing another micromirror device according to the present invention. As shown in the figure, the lower electrode 92 is provided on the upper surface of the lower substrate (lower electrode substrate) 91 made of single crystal silicon having the crystal orientation (100), that is, the upper surface of the paper of FIG. 12, and the wiring 93 is provided on the lower substrate 91. The lower electrode 92 is connected to the wiring 93.

【0065 】上部基板(ミラー形成基板)94に結晶
方位が(100)の単結晶シリコンからなる枠部101
が設けられ、枠部101に単結晶シリコンからなる基部
95が設けられている。基部95の内部に円環状の枠体
96が設けられ、枠体96の内側部にミラー97が設け
られ、ミラー97の表面には3層のTi/Pt/Au層
が設けられている。ミラー97の裏面には突出部98が
設けられている。
A frame portion 101 made of single crystal silicon having a crystal orientation (100) is formed on an upper substrate (mirror forming substrate) 94.
And a base portion 95 made of single crystal silicon is provided in the frame portion 101. An annular frame 96 is provided inside the base 95, a mirror 97 is provided inside the frame 96, and three Ti / Pt / Au layers are provided on the surface of the mirror 97. A protrusion 98 is provided on the back surface of the mirror 97.

【0066 】図1に示したマイクロミラー装置と同様
に、基部95と枠体96とは2か所においてトーション
スプリング(図示せず)により連結されており、枠体9
6とミラー97とは2か所においてトーションスプリン
グ(図示せず)により連結されている。単結晶シリコン
からなる基部95、枠体96、ミラー97、トーション
スプリングが一体形成されている。
Similar to the micromirror device shown in FIG. 1, the base 95 and the frame 96 are connected at two locations by a torsion spring (not shown), and the frame 9
6 and the mirror 97 are connected at two locations by a torsion spring (not shown). A base 95 made of single crystal silicon, a frame 96, a mirror 97, and a torsion spring are integrally formed.

【0067 】基部95の両側部には支柱102が設け
られ、支柱102ははんだにより下部基板91に取り付
けられ、下部基板91に上部基板94がボンディングさ
れている。すなわち、この実施形態では、図12に示し
た上部基板94を裏返してつまり表と裏とを反対にし
て、下部基板91に上部基板94がボンディングされて
いる。
Posts 102 are provided on both sides of the base 95, and the posts 102 are attached to the lower substrate 91 by soldering, and the upper substrate 94 is bonded to the lower substrate 91. That is, in this embodiment, the upper substrate 94 shown in FIG. 12 is turned upside down, that is, the front side and the back side are reversed, and the upper substrate 94 is bonded to the lower substrate 91.

【0068 】このマイクロミラー装置においては、ミ
ラー97の裏面に突出部98が設けられているから、下
部電極92とミラー97の電極との間のギャップすなわ
ち電極間ギャップを小さくすることができ、上述の如く
静電気力は電極間ギャップの2乗に反比例するから、ミ
ラー97をより大きく傾斜することができる。
In this micromirror device, since the protrusion 98 is provided on the back surface of the mirror 97, the gap between the lower electrode 92 and the electrode of the mirror 97, that is, the interelectrode gap, can be made small. As described above, since the electrostatic force is inversely proportional to the square of the gap between the electrodes, the mirror 97 can be tilted more greatly.

【0069 】図13は本発明に係る他のマイクロミラ
ー装置の一部を示す斜視図である。図に示すように、基
部76と枠体77との間にトーションスプリング99が
設けられ、ミラー78部の自重や静電気力Fによる曲げ
が生ずるのを防止するための保持部100が設けられて
いる。
FIG. 13 is a perspective view showing a part of another micromirror device according to the present invention. As shown in the figure, a torsion spring 99 is provided between the base portion 76 and the frame body 77, and a holding portion 100 is provided to prevent the mirror 78 portion from being bent due to its own weight or electrostatic force F. .

【0070 】図13に示したマイクロミラー装置の製
造方法を図14(a)〜14(d)、図15(a)〜1
5(c)により説明する。図14(a)に示すように、
単結晶シリコンからなる支持基板111上に酸化シリコ
ン層112が設けられ、かつ酸化シリコン層112上に
シリコン層(SOI層)113が設けられたSOI基板
の下部に、3層のTi/Pt/Auからなる接合部11
4を設け、シリコン層113上にエッチングレジスト層
を形成し、さらにシリコン層113に溝(穴)115を
形成する。
A method of manufacturing the micromirror device shown in FIG. 13 will be described with reference to FIGS. 14 (a) to 14 (d) and FIGS.
5 (c) will be described. As shown in FIG. 14 (a),
A silicon oxide layer 112 is provided on a supporting substrate 111 made of single crystal silicon, and a silicon layer (SOI layer) 113 is provided on the silicon oxide layer 112. Below the SOI substrate, three layers of Ti / Pt / Au are provided. Joint part 11
4, an etching resist layer is formed on the silicon layer 113, and a groove (hole) 115 is further formed in the silicon layer 113.

【0071 】つぎに、図14(b)に示すように、シ
リコン層113の表面を熱酸化して酸化シリコン層11
6を形成したのち、エッチングにより支持基板111に
達する溝(穴)117を形成する。この場合、まず酸化
シリコン層116をCF系ガスで反応性エッチングした
のち、SF6ガスでICPを用いてシリコン層113を
エッチングする。その後、さらに酸化シリコン層112
をCF系ガスで反応性エッチングしたのち、SF6ガス
でICPを用いて支持基板111をエッチングする。
Next, as shown in FIG. 14B, the surface of the silicon layer 113 is thermally oxidized to form the silicon oxide layer 11
After forming 6, the groove (hole) 117 reaching the support substrate 111 is formed by etching. In this case, first, the silicon oxide layer 116 is reactively etched with a CF gas, and then the silicon layer 113 is etched with SF6 gas using ICP. After that, the silicon oxide layer 112 is further added.
After reactive etching with CF-based gas, the supporting substrate 111 is etched with SF6 gas using ICP.

【0072 】つぎに、図14(c)に示すように、エ
ッチングにより酸化シリコン層116に溝(穴)118
を形成する。つぎに、図14(d)に示すように、表面
に多結晶シリコン層119を形成したのち、多結晶シリ
コン層119の一部をエッチングにより除去する。
Next, as shown in FIG. 14C, a groove 118 is formed in the silicon oxide layer 116 by etching.
To form. Next, as shown in FIG. 14D, after the polycrystalline silicon layer 119 is formed on the surface, a part of the polycrystalline silicon layer 119 is removed by etching.

【0073 】つぎに、図15(a)に示すように、P
CVDで表面に酸化シリコン層(パッシベーション膜)
120を形成する。つぎに、図15(b)に示すよう
に、支持基板111のバックエッチングを行なうことに
より枠部79を形成する。つぎに、図15(c)に示す
ように、緩衝フッ酸に浸漬することにより酸化シリコン
層112、116、120を除去してトーションスプリ
ング99、保持部100を形成する。
Next, as shown in FIG.
Silicon oxide layer (passivation film) on the surface by CVD
120 is formed. Next, as shown in FIG. 15B, the support substrate 111 is back-etched to form a frame portion 79. Next, as shown in FIG. 15C, the silicon oxide layers 112, 116 and 120 are removed by immersing in buffered hydrofluoric acid to form the torsion spring 99 and the holding portion 100.

【0074 】このマイクロミラー装置の製造方法にお
いては、溝117が酸化シリコン層112を貫通してい
るから、緩衝フッ酸に浸漬することにより酸化シリコン
層112を除去したときに、基部76において酸化シリ
コン層112が除去されるのを防止することができるの
で、基部76において支持基板111(枠部79)とシ
リコン層113とが分離することがない。
In the method of manufacturing the micromirror device, since the groove 117 penetrates the silicon oxide layer 112, when the silicon oxide layer 112 is removed by immersing in the buffer hydrofluoric acid, the silicon oxide at the base 76 is removed. Since the layer 112 can be prevented from being removed, the support substrate 111 (frame portion 79) and the silicon layer 113 are not separated at the base portion 76.

【0075 】上述した各実施形態においては、基板す
なわち上部基板としてSOI基板を用いたが、基板とし
てSIMOX基板を用いてもよい。また、上述した各実
施形態においては、酸化物層として酸化シリコン層4
2、45、中間層52、酸化シリコン層112を用いた
が、他の酸化物層を用いてもよい。
In each of the embodiments described above, the SOI substrate is used as the substrate, that is, the upper substrate, but a SIMOX substrate may be used as the substrate. In each of the above-described embodiments, the silicon oxide layer 4 is used as the oxide layer.
Although 2, 45, the intermediate layer 52, and the silicon oxide layer 112 are used, other oxide layers may be used.

【0076 】また、上述した各実施形態においては、
上部基板27、75に1つのミラー33、78を設けた
が、上部基板に多数個のミラー(アレイミラー)を設け
てもよく、この場合に下部基板の下面にミラーを駆動す
るための配線を設け、下部基板に下部電極と配線とを接
続するスルーホールを設けたときには、配線のパターン
幅を太くすることができる。
In each of the above-mentioned embodiments,
Although one mirror 33, 78 is provided on the upper substrate 27, 75, a large number of mirrors (array mirrors) may be provided on the upper substrate. In this case, wiring for driving the mirror is provided on the lower surface of the lower substrate. When the through hole is provided to connect the lower electrode and the wiring on the lower substrate, the pattern width of the wiring can be increased.

【0077 】また、上述した各実施形態においては、
単結晶シリコンからなる支持基板50上に酸化シリコン
層45が設けられ、酸化シリコン層45上に下部シリコ
ン層41、酸化シリコン層42、上部シリコン層43が
設けられた3層構造の基板を用いたが、2枚のエピタキ
シャル結晶成長を施したSIMOX基板のうちの一方に
シリカを主成分とするガラス微粒子(スート)を堆積し
たのち、他方のSIMOX基板を重ね合わせてシンク
(焼結)することにより、両SIMOX基板をボンディ
ングし(特開昭61−242033号公報参照)、その
後研磨とエッチングを行なうことによって基板を作製し
てもよい。
In each of the above-mentioned embodiments,
A substrate having a three-layer structure in which a silicon oxide layer 45 is provided on a supporting substrate 50 made of single crystal silicon and a lower silicon layer 41, a silicon oxide layer 42, and an upper silicon layer 43 are provided on the silicon oxide layer 45 was used. However, by depositing glass fine particles (soot) containing silica as a main component on one of two SIMOX substrates that have been subjected to epitaxial crystal growth, and then stacking (sintering) the other SIMOX substrate on top of each other. Alternatively, both SIMOX substrates may be bonded (see JP-A-61-242033), and then the substrates may be manufactured by polishing and etching.

【0078 】次に、ミラー33と突出部34とが大面
積で接触してしまうこと(プルインという)を防止でき
る実施形態を説明する。
Next, an embodiment will be described in which it is possible to prevent the mirror 33 and the protrusion 34 from contacting each other over a large area (referred to as pull-in).

【0079 】静電気力Fは距離dの2乗に反比例する
から、ミラー33が突出部34にある所定距離以下に近
づいたとたんに、静電気力Fが、ミラー33を元の位置
に戻そうとするトーションスプリング35、36の復元
力よりも遥かに大きくなり、ミラー33と突出部34と
が大面積で接触してしまう場合がある。
Since the electrostatic force F is inversely proportional to the square of the distance d, the electrostatic force F tries to return the mirror 33 to the original position as soon as the mirror 33 approaches the predetermined distance on the protrusion 34 or less. The restoring force of the torsion springs 35 and 36 becomes much larger, and the mirror 33 and the protrusion 34 may come into contact with each other over a large area.

【0080 】このプルインは、電圧Vを小さくしてミ
ラー33を回転させたいがために、距離dをできるだけ
小さくするほど、トーションスプリング35、36のバ
ネ定数を小さくするほど、傾動限界値をプルインが起こ
るしきい値のぎりぎりの値まで近づけるほど、起こりや
すくなる。このため、プルインが生じるしきい値を超え
ないように、数ミリ秒の間に高精度の電圧制御をしてい
かなければならない。この数ミリ秒のミラー33の姿勢
制御がスイッチング時間に相当する。
In this pull-in, since it is desired to reduce the voltage V to rotate the mirror 33, the tilt-in limit value is pulled in as the distance d is reduced as much as possible and the spring constants of the torsion springs 35 and 36 are reduced. The closer it is to the margin of the threshold at which it occurs, the more likely it is that it will occur. For this reason, high-precision voltage control must be performed within a few milliseconds so that the pull-in threshold value is not exceeded. The attitude control of the mirror 33 for several milliseconds corresponds to the switching time.

【0081 】ミラー33がプルインを起こすと、ミラ
ー33の電極と下部電極22とがショートして、ミラー
33の電極、下部電極22が破損することがある。アレ
イミラーの場合には、各ミラー33のトーションスプリ
ング35、36のバネ定数が均一でないから、ミラー3
3のプルインが起こる静電気力Fが異なる場合がある。
この場合、各ミラー33の特性が大きく異なり、実用に
供しない。
When the mirror 33 pulls in, the electrode of the mirror 33 and the lower electrode 22 may be short-circuited, and the electrode of the mirror 33 and the lower electrode 22 may be damaged. In the case of an array mirror, the spring constants of the torsion springs 35 and 36 of each mirror 33 are not uniform, so that the mirror 3
The electrostatic force F that causes the pull-in of 3 may be different.
In this case, the characteristics of the respective mirrors 33 are greatly different and are not practically used.

【0082 】また、ミラー33の回転が大きくなった
ときには、ミラー33のエッジ(周辺部)と下部基板2
1とが点で接触するから、瞬間的にミラー33のエッジ
に応力集中が起こり、ミラー33の破壊を引きやすくな
る。また、薄くて変形しやすいミラー33であれば、プ
ルインの起こる距離dがしきい値よりも小さくなる傾向
がある。また、プルインが起こらなくとも、静電気力F
によりミラー33が下部電極22、23に接近したと
き、すなわちミラー33が下部電極22、23の方向に
シフトしたときには、ミラー33に入射した光ビームの
光軸がシフトすることになるから、ミラー33の下部電
極22、23の方向へのシフトは極力小さく抑える必要
がある。
When the rotation of the mirror 33 becomes large, the edge (peripheral portion) of the mirror 33 and the lower substrate 2
Since point 1 and point 1 come into contact with each other at a point, stress concentrates instantaneously on the edge of the mirror 33, and the mirror 33 is easily broken. If the mirror 33 is thin and easily deformed, the distance d at which pull-in occurs tends to be smaller than the threshold value. Even if pull-in does not occur, the electrostatic force F
Thus, when the mirror 33 approaches the lower electrodes 22 and 23, that is, when the mirror 33 shifts toward the lower electrodes 22 and 23, the optical axis of the light beam incident on the mirror 33 shifts. The shift in the direction of the lower electrodes 22 and 23 must be kept as small as possible.

【0083 】本実施形態はこのような問題を解決する
ためになされたもので、この目的を達成するため、本実
施形態においては、ミラーと、下部電極が設けられた下
部基板とを有するマイクロミラー装置において、上記下
部基板の上記下部電極が設けられた部分に絶縁体からな
る突起を設ける。
The present embodiment has been made to solve such a problem, and in order to achieve this object, in the present embodiment, a micromirror having a mirror and a lower substrate provided with a lower electrode. In the device, a protrusion made of an insulator is provided on a portion of the lower substrate where the lower electrode is provided.

【0084 】図16は本実施形態に係るマイクロミラ
ー装置を示す概略断面図、図17は図16に示したマイ
クロミラー装置の下部基板を示す概略平面図である。図
に示すように、結晶方位が(100)の単結晶シリコン
からなる下部基板(下部電極基板)241に高さ40μ
mの突出部253が設けられ、突出部253に下部電極
242が設けられている。突出部253の中央部すなわ
ち下部電極242の中央部には、表面が絶縁体からな
り、かつ高さが5μm、幅が3μmの突起243が設け
られている。下部電極242の周辺には溝244が設け
られ、溝244の側壁上部および開口縁部を含む下部基
板241の表面に絶縁膜245が設けられている。下部
電極242は絶縁膜245上に設けられている。
FIG. 16 is a schematic sectional view showing the micromirror device according to this embodiment, and FIG. 17 is a schematic plan view showing the lower substrate of the micromirror device shown in FIG. As shown in the figure, a lower substrate (lower electrode substrate) 241 made of single crystal silicon having a crystal orientation of (100) has a height of 40 μm.
m protrusions 253 are provided, and the lower electrodes 242 are provided on the protrusions 253. A protrusion 243 having a surface of an insulator, a height of 5 μm, and a width of 3 μm is provided at the center of the protrusion 253, that is, the center of the lower electrode 242. A groove 244 is provided around the lower electrode 242, and an insulating film 245 is provided on the surface of the lower substrate 241 including the upper side wall of the groove 244 and the opening edge portion. The lower electrode 242 is provided on the insulating film 245.

【0085 】SOI基板からなる上部基板(ミラー形
成基板)252に結晶方位が(100)の単結晶シリコ
ンからなる支柱246が設けられ、支柱246は下部基
板241に取り付けられ、下部基板241に上部基板2
52がボンディングされている。
An upper substrate (mirror forming substrate) 252 made of an SOI substrate is provided with columns 246 made of single crystal silicon having a crystal orientation of (100). The columns 246 are attached to the lower substrate 241, and the upper substrate is attached to the lower substrate 241. Two
52 is bonded.

【0086 】支柱246に厚さが約10μmの単結晶
シリコンからなる基部247が設けられ、基部247の
内部に円環状の枠体248が設けられ、枠体248の内
側部にミラー249が設けられている。ミラー249の
表面には3層のTi/Pt/Au層からなる電極が設け
られている。支柱246によりミラー249が空間に支
えられており、下部電極242とミラー249との距離
は20μmである。そして、基部247と枠体248と
は2か所において、図4、7、9に示したトーションス
プリングと同様のトーションスプリング250により連
結されており、枠体248とミラー249とは2か所に
おいてトーションスプリング250と同様の形状をした
トーションスプリング251により連結され、2つのト
ーションスプリング250を結ぶ線と2つのトーション
スプリング251を結ぶ線とは直交している。厚さが約
10μmの単結晶シリコンからなる基部247、枠体2
48、ミラー249、トーションスプリング250、2
51が一体形成されている。
A base 247 made of single crystal silicon having a thickness of about 10 μm is provided on the support column 246, an annular frame 248 is provided inside the base 247, and a mirror 249 is provided inside the frame 248. ing. On the surface of the mirror 249, electrodes made of three Ti / Pt / Au layers are provided. The pillar 246 supports the mirror 249 in space, and the distance between the lower electrode 242 and the mirror 249 is 20 μm. The base 247 and the frame 248 are connected at two locations by a torsion spring 250 similar to the torsion springs shown in FIGS. 4, 7, and 9, and the frame 248 and the mirror 249 are at two locations. The torsion springs 251 having the same shape as the torsion springs 250 are connected, and the line connecting the two torsion springs 250 and the line connecting the two torsion springs 251 are orthogonal to each other. Base 247 made of single crystal silicon having a thickness of about 10 μm, frame 2
48, mirror 249, torsion spring 250, 2
51 is integrally formed.

【0087 】つぎに、図16、図17に示したマイク
ロミラー装置の製造方法について説明する。まず、結晶
方位が(100)の単結晶シリコン基板に酸素イオン注
入して、一定の深さに酸化シリコン層を形成してSIM
OX基板とし、SIMOX基板の活性層の上にエピタキ
シャルで単結晶シリコンを成長させて、約10μmの厚
さのSOI層を形成して、SOI基板を用意する。つぎ
に、SOI基板のSOI層に不純物濃度が1×1020
なるように不純物をドープして、比抵抗を1000分の
数Ωcmにする。つぎに、リフトオフにより3層のTi
/Pt/Auからなる反射膜を形成し、その表面のミラ
ーパターンに合わせて両面アライナを用いてSOI基板
の支持基板の裏面に3層のTi/Pt/Auからなる接
合部をパターニングする。つぎに、ICP(inductivel
y-coupled plasma)を用いてSOI層をエッチングし
て、基部247、枠体248、ミラー249ならびにト
ーションスプリング250、251を一体形成する。つ
ぎに、PCVD(プラズマCVD)で表面に酸化シリコ
ン層(パッシベーション膜)を形成して表面を保護した
のちに、KOHのエッチャントでSOI基板の支持基板
をエッチングすることにより、支柱246を形成する。
Next, a method of manufacturing the micromirror device shown in FIGS. 16 and 17 will be described. First, oxygen ions are implanted into a single crystal silicon substrate having a crystal orientation of (100), a silicon oxide layer is formed at a constant depth, and a SIM is formed.
As an OX substrate, epitaxially growing single crystal silicon on an active layer of a SIMOX substrate to form an SOI layer having a thickness of about 10 μm, an SOI substrate is prepared. Next, the SOI layer of the SOI substrate is doped with impurities so that the impurity concentration is 1 × 10 20, and the specific resistance is set to several thousandths of Ωcm. Next, three layers of Ti are lifted off.
A reflection film made of / Pt / Au is formed, and a three-layered joint made of Ti / Pt / Au is patterned on the back surface of the supporting substrate of the SOI substrate using a double-sided aligner in accordance with the mirror pattern on the surface. Next, ICP (inductivel
The SOI layer is etched using y-coupled plasma) to integrally form the base portion 247, the frame body 248, the mirror 249, and the torsion springs 250 and 251. Next, a silicon oxide layer (passivation film) is formed on the surface by PCVD (plasma CVD) to protect the surface, and then the support substrate of the SOI substrate is etched with an etchant of KOH to form the pillar 246.

【0088 】結晶方位が(100)の単結晶シリコン
基板の中央部に異方性エッチングにより突起243を形
成し、突起243をマスクして単結晶シリコン基板をK
OHでエッチングして突出部253を形成し、単結晶シ
リコン基板の突出部253の周囲に溝244を形成し、
単結晶シリコン基板の表面を熱酸化することにより絶縁
膜245を形成するとともに、突起243の表面を絶縁
体とし、また絶縁膜245上に下部電極242を形成
し、単結晶シリコン基板の周囲部に3層のTi/Pt/
Au層を形成したのち、Ti/Pt/Au層上にAuS
nからなるはんだ部を形成する。つぎに、下部基板24
1と上部基板252との位置合わせを行なったのち、接
合部をはんだ部に押し付けた状態で390℃で加熱によ
り、はんだ部のはんだを溶融して下部基板241に上部
基板252をボンディングする。
A projection 243 is formed by anisotropic etching in the central portion of a single crystal silicon substrate having a crystal orientation of (100), and the projection 243 is masked to form a single crystal silicon substrate K.
Etching with OH to form a protrusion 253, forming a groove 244 around the protrusion 253 of the single crystal silicon substrate,
The insulating film 245 is formed by thermally oxidizing the surface of the single crystal silicon substrate, the surface of the protrusion 243 is used as an insulator, and the lower electrode 242 is formed on the insulating film 245. 3 layers of Ti / Pt /
After forming the Au layer, AuS on the Ti / Pt / Au layer
A solder part made of n is formed. Next, the lower substrate 24
After aligning 1 with the upper substrate 252, the solder in the solder portion is melted by heating at 390 ° C. with the joint portion pressed against the solder portion, and the upper substrate 252 is bonded to the lower substrate 241.

【0089 】このマイクロミラー装置においては、下
部電極242に大きな電圧を対称に印加したときに、図
18に示すようにミラー249が下部基板241の方向
即ち図18紙面下方に移動するが、ミラー249が突起
243に接触するから、ミラー249と突出部253と
が大面積で接触してしまうことはなく、プルインが起こ
ることもない。
In this micromirror device, when a large voltage is applied symmetrically to the lower electrode 242, the mirror 249 moves toward the lower substrate 241 as shown in FIG. 18, that is, downward in the plane of FIG. Is in contact with the protrusion 243, the mirror 249 and the protrusion 253 do not contact each other over a large area, and pull-in does not occur.

【0090 】また、下部電極242に大きな電圧を非
対称に印加したときには、図19に示すようにミラー2
49が大きく傾斜するが、ミラー249のエッジが溝2
44内に位置するから、ミラー249のエッジが下部基
板241と接触することがない。
When a large voltage is applied to the lower electrode 242 asymmetrically, as shown in FIG.
49 is greatly inclined, but the edge of the mirror 249 is groove 2
Since it is located inside 44, the edge of the mirror 249 does not come into contact with the lower substrate 241.

【0091 】たとえば95V差の電圧を下部電極24
2の片側の全電極に与えると、ミラー249を12°だ
け傾斜させることができた。この時点で、ミラー249
の中央部が突起243に接触し、同時にミラー249の
周辺が溝244の縁と線で接触をした。
For example, a voltage of 95 V difference is applied to the lower electrode 24.
When given to all electrodes on one side of 2, mirror 249 could be tilted by 12 °. At this point, the mirror 249
The central portion of the mirror contacted the protrusion 243, and at the same time, the periphery of the mirror 249 contacted the edge of the groove 244 with a line.

【0092 】さらに、下部電極242に200V差の
電圧を加えても、ミラー249は突起243のみで接触
し、その接触面積が狭いから、プルインが起こらなかっ
た。プルインが起こっていないことを実証するために、
200V差の電圧を下部電極242に与えた上で、数十
V差の電圧を下部電極242に非対称に印加したときに
は、ミラー249を回転させることができた。つぎに、
最大回転角を与える95Vを遥かに超える200V差の
電圧を下部電極242に非対称に与えて回転させても、
ミラー249と下部基板241との接触部は電圧差が9
5Vの場合と変わらず突起243と溝244の上部縁の
みであった(図20参照)。
Further, even if a voltage difference of 200 V was applied to the lower electrode 242, the mirror 249 was contacted only by the protrusion 243, and the contact area was small, so that pull-in did not occur. To demonstrate that pull-in is not happening,
When a voltage of 200V difference was applied to the lower electrode 242 and a voltage of several tens of V difference was applied to the lower electrode 242 asymmetrically, the mirror 249 could be rotated. Next,
Even if the lower electrode 242 is asymmetrically supplied with a voltage of 200 V, which is much larger than 95 V which gives the maximum rotation angle, and is rotated,
The voltage difference is 9 at the contact portion between the mirror 249 and the lower substrate 241.
As in the case of 5V, only the protrusion 243 and the upper edge of the groove 244 were present (see FIG. 20).

【0093 】また、ミラー249のエッジが下部電極
242に衝突することがないから、ミラー249が破壊
することは全くなかった。
Further, since the edge of the mirror 249 did not collide with the lower electrode 242, the mirror 249 was never broken.

【0094 】同じ実験を突起なしで行なったら、電圧
差が70Vでプルインが起こるために、回転制御は電圧
差が65V以内で行なう必要があり、ミラーの可動回転
角は±6度が限界であった。このように、本発明ではミ
ラー249は突起243と絶縁膜245が形成された溝
244の縁でその動きが止められるから、プルインが起
こることもなく、またショートも起こらない。
If the same experiment is performed without protrusions, pull-in occurs at a voltage difference of 70 V, so rotation control needs to be performed within a voltage difference of 65 V, and the movable rotation angle of the mirror is limited to ± 6 degrees. It was As described above, in the present invention, the movement of the mirror 249 is stopped at the edge of the groove 244 where the projection 243 and the insulating film 245 are formed, so that pull-in does not occur and short-circuit does not occur.

【0095 】以上のように、このマイクロミラー装置
においては、ミラー249がプルインを起こすことがな
いから、ミラー249の電極と下部電極242とがショ
ートすることがないので、ミラー249の電極、下部電
極242が破損することがない。また、アレイミラーの
場合に、各ミラー249のトーションスプリング25
0、251のバネ定数が均一でなくとも、実用に供する
ことができる。また、ミラー249の回転がかなり大き
くなったときにも、ミラー249が下部基板241と接
触することがないから、ミラー249の破壊を防止する
ことができる。
As described above, in this micromirror device, since the mirror 249 does not cause pull-in, the electrode of the mirror 249 and the lower electrode 242 are not short-circuited. 242 is not damaged. Further, in the case of an array mirror, the torsion spring 25 of each mirror 249 is
Even if the spring constants of 0 and 251 are not uniform, they can be put to practical use. Further, even when the rotation of the mirror 249 becomes considerably large, the mirror 249 does not come into contact with the lower substrate 241, so that the mirror 249 can be prevented from being broken.

【0096 】また、少なくとも溝244の側壁上部お
よび開口縁部に絶縁膜245が設けられているから、た
とえ仮りにミラー249の回転が非常に大きくなって、
ミラー249が下部基板241と接触したとしても、ミ
ラー249の破壊を確実に防止することができる。
Further, since the insulating film 245 is provided at least on the upper portion of the side wall of the groove 244 and the opening edge portion, even if the rotation of the mirror 249 becomes extremely large,
Even if the mirror 249 comes into contact with the lower substrate 241, the breakage of the mirror 249 can be reliably prevented.

【0097 】図21は本発明に係る他のマイクロミラ
ー装置の下部基板を示す概略平面図、図22は図21の
B−B断面図である。図に示すように、下部基板241
に下部基板241を貫通した穴261が設けられ、穴2
61の側壁上部および開口縁部を含む下部基板241の
表面に絶縁膜262が設けられている。
FIG. 21 is a schematic plan view showing a lower substrate of another micromirror device according to the present invention, and FIG. 22 is a sectional view taken along line BB of FIG. As shown in the figure, the lower substrate 241
Is provided with a hole 261 penetrating the lower substrate 241.
An insulating film 262 is provided on the surface of the lower substrate 241 including the upper side wall of 61 and the opening edge portion.

【0098 】なお、以上の実施形態においては、凹部
として溝244と穴261を設けたが、他の凹部を設け
てもよい。また、上述した実施形態においては、表面が
絶縁体からなる突起243を設けたが、全体が絶縁体か
らなる突起を設けてもよい。
Although the groove 244 and the hole 261 are provided as the recesses in the above embodiment, other recesses may be provided. Further, in the above-described embodiment, the protrusion 243 whose surface is made of an insulator is provided, but the protrusion entirely made of an insulator may be provided.

【0099 】また、上述実施形態においては、高さが
5μmの突起243を設けたが、下部電極に電圧を印加
しないときのミラーと突起との距離をより小さくすれ
ば、ミラー249が下部電極242に接近することすな
わちミラー249の下部電極242の方向へのシフトを
防止することができるから、ミラー249に入射した光
ビームの光軸がシフトすることがない。
Further, in the above-described embodiment, the protrusion 243 having a height of 5 μm is provided. However, if the distance between the mirror and the protrusion when the voltage is not applied to the lower electrode is made smaller, the mirror 249 is moved to the lower electrode 242. Since it is possible to prevent the shift of the mirror 249 toward the lower electrode 242, the optical axis of the light beam incident on the mirror 249 does not shift.

【0100 】図23〜図27は、より具体的な本発明
の他の実施形態を示している。この実施形態のマイクロ
ミラー装置は、図27に示すように、平行に接合された
下部基板300および上部基板301とを有している。
23 to 27 show another more specific embodiment of the present invention. As shown in FIG. 27, the micromirror device of this embodiment has a lower substrate 300 and an upper substrate 301 joined in parallel.

【0101 】下部基板300には、図23に示すよう
に、上面の中央部にミラー318の下面中央部と対向し
て凸部302が形成されている。この凸部302は、平
面視してほぼ正方形をなし、中央にはほぼ正方形状をな
す水平な上段面302bが形成され、その周囲には一段
低い水平な下段面302aが形成されている。上段面3
02bの中心には、ミラー318の中心部と対向する支
点突起304が形成され、ミラー318との間に僅かな
間隙が形成されている。支点突起304はすくなくとも
表面が絶縁体で形成されている。
As shown in FIG. 23, the lower substrate 300 has a convex portion 302 formed in the central portion of the upper surface thereof so as to face the central portion of the lower surface of the mirror 318. The convex portion 302 has a substantially square shape in a plan view, a substantially square upper horizontal surface 302b is formed at the center, and a lower horizontal lower surface 302a is formed around the horizontal upper surface 302b. Upper surface 3
A fulcrum protrusion 304 facing the center of the mirror 318 is formed at the center of 02b, and a slight gap is formed between the fulcrum protrusion 304 and the mirror 318. At least the surface of the fulcrum protrusion 304 is formed of an insulator.

【0102 】凸部302の外面を含む下部基板300
の上面中央には、平面視してミラー318と同心の円形
をなすように、それぞれ扇状をなす4つの下部電極30
6が形成されている。下部電極306の材質等は前述し
た実施形態と同様である。下部電極306の扇の中心は
支点突起304と一致し、各下部電極306の間には、
一定幅の間隙307が形成されている。図示していない
が下部電極306の下方において、下部基板300には
それぞれスルーホールが形成され、これらスルーホール
を通じて下部電極306は下部基板300の下面に形成
されている配線パターン(図示略)に接続されている。
配線パターンを通じて下部電極306とミラー318と
に電圧を印可することにより、ミラー318を傾動させ
ることができる。このとき、ミラー318が所定値以上
に下方へ変位すれば、支点突起304がミラー318の
中心に当接してミラー318が傾動するための支点とな
る。
Lower substrate 300 including outer surface of convex portion 302
At the center of the upper surface of each of the four lower electrodes 30 each having a fan shape so as to form a circle concentric with the mirror 318 in a plan view.
6 is formed. The material and the like of the lower electrode 306 are the same as those in the above-described embodiment. The center of the fan of the lower electrode 306 coincides with the fulcrum protrusion 304, and between the lower electrodes 306,
A gap 307 having a constant width is formed. Although not shown, through holes are formed in the lower substrate 300 below the lower electrode 306, and the lower electrode 306 is connected to a wiring pattern (not shown) formed on the lower surface of the lower substrate 300 through these through holes. Has been done.
The mirror 318 can be tilted by applying a voltage to the lower electrode 306 and the mirror 318 through the wiring pattern. At this time, if the mirror 318 is displaced downward by a predetermined value or more, the fulcrum protrusion 304 comes into contact with the center of the mirror 318 and becomes a fulcrum for tilting the mirror 318.

【0103 】下部電極306の数はこの実施形態では
4つであるが、3つ以上であればミラー318を任意の
方向へ傾動させることができる。ただし、配線の容易
さ、および制御の容易さを考慮すると、4つの場合が好
ましい。
The number of lower electrodes 306 is four in this embodiment, but if the number is three or more, the mirror 318 can be tilted in any direction. However, considering the ease of wiring and the ease of control, four cases are preferable.

【0104 】下部基板300の上面には、リング部3
14の外周部の2カ所、およびミラー318の外周部の
2カ所と対向する位置に、それぞれ凹部308、309
が形成されている。凹部308はリング部314を支え
るトーションスプリング316から90゜隔てた位置、
凹部309はミラー318を支えるトーションスプリン
グ316から90゜隔てた位置にそれぞれ形成されてい
る。これにより、トーションスプリング316を軸とす
るミラー318およびリング部314の傾動範囲を大き
く採ることができる。
The ring portion 3 is formed on the upper surface of the lower substrate 300.
The concave portions 308 and 309 are respectively provided at two positions on the outer peripheral portion of the mirror 14 and at two positions on the outer peripheral portion of the mirror 318.
Are formed. The recess 308 is located at a position 90 ° away from the torsion spring 316 that supports the ring portion 314,
The recesses 309 are formed at positions separated by 90 ° from the torsion spring 316 that supports the mirror 318. Thereby, the tilting range of the mirror 318 and the ring portion 314 around the torsion spring 316 can be set large.

【0105 】図24に示すように、上部基板301
は、中央のミラー318、ミラー318の外周を取り巻
くリング部314、リング部314の外周を取り巻く基
部312、および外周縁に形成されたフレーム322
が、一体的にシリコン単結晶で形成されたものである。
フレーム322はシリコン酸化膜320を介して形成さ
れている。基部312とリング部314との間は180
゜隔てた一対のトーションスプリング316で接続さ
れ、リング部314とミラー318との間は、先のトー
ションスプリング316から90゜隔てた位置におい
て、一対のトーションスプリング316で接続されてい
る。これらトーションスプリング316も、ミラー31
8、リング部314、基部312と一体的に形成されて
いる。
As shown in FIG. 24, the upper substrate 301
Is a central mirror 318, a ring portion 314 surrounding the outer periphery of the mirror 318, a base portion 312 surrounding the outer periphery of the ring portion 314, and a frame 322 formed on the outer peripheral edge.
However, it is integrally formed of silicon single crystal.
The frame 322 is formed via the silicon oxide film 320. 180 between the base portion 312 and the ring portion 314
It is connected by a pair of torsion springs 316, and the ring portion 314 and the mirror 318 are connected by a pair of torsion springs 316 at a position 90 ° apart from the previous torsion spring 316. These torsion springs 316 are also included in the mirror 31.
8, the ring portion 314, and the base portion 312 are integrally formed.

【0106 】図25はトーションスプリング316の
詳細を示している。この図はリング部314と基部31
2とを接続するトーションスプリング316を示してい
るが、リング部314とミラー318とを接続するもの
も全く同様である。
FIG. 25 shows details of the torsion spring 316. This figure shows a ring portion 314 and a base portion 31.
Although the torsion spring 316 for connecting to the No. 2 is shown, the one for connecting the ring portion 314 and the mirror 318 is exactly the same.

【0107 】トーションスプリング316は、基部3
12に形成された凹部332内に収容され、基部312
に接続された基端部316aと、蛇行部316bと、蛇
行部316bの先端に形成されたストッパ316cと、
ストッパ316cから延びてリング部314に接続され
た先端部316dとからなる。基端部316aと先端部
316dはリング部314の径方向に向けて延び、蛇行
部316bは径方向と垂直な方向へ延びている。先端部
316dは基部312に形成されたスリット330を通
過している。スリット330の幅は、先端部316dの
捻れを許容するように、先端部316dの幅よりも十分
に大きくされている。
The torsion spring 316 has a base 3
12 is housed in a recess 332 formed in the base 12,
A base end portion 316a, a meandering portion 316b, and a stopper 316c formed at the tip of the meandering portion 316b,
The tip portion 316d extends from the stopper 316c and is connected to the ring portion 314. The base portion 316a and the tip portion 316d extend in the radial direction of the ring portion 314, and the meandering portion 316b extends in a direction perpendicular to the radial direction. The tip portion 316d passes through the slit 330 formed in the base portion 312. The width of the slit 330 is made sufficiently larger than the width of the tip portion 316d so as to allow the twist of the tip portion 316d.

【0108 】基端部316a、蛇行部316b、およ
び先端部316dは、ほぼ長方形をなす互いに同一の断
面形状を有し、その高さH(図27参照)と幅W(図2
5参照)とのアスペクト比H/Wは1.8以上、より好ま
しくは2.5〜8であり、最も好ましくは約3である。
このようなアスペクト比を採ることにより、鉛直方向に
おけるリング部314の支持強度を高めつつも、先端部
316dの捻れ方向への弾力を低下させることができ、
より少ない電力でミラー318を傾動させることが可能
となる。
The base end portion 316a, the meandering portion 316b, and the tip end portion 316d have substantially the same cross-sectional shape in the shape of a rectangle, and their height H (see FIG. 27) and width W (see FIG. 2).
5)), the aspect ratio H / W is 1.8 or more, more preferably 2.5 to 8, and most preferably about 3.
By adopting such an aspect ratio, it is possible to reduce the elasticity of the tip portion 316d in the twisting direction while increasing the support strength of the ring portion 314 in the vertical direction.
It is possible to tilt the mirror 318 with less power.

【0109 】この実施形態のストッパ316cは、リ
ング部314へ向けて凸をなす二等辺三角柱状であり、
スリット330に形成されている一対の位置規制部33
0aとの間に若干の間隙が形成されている。ストッパ3
16cの幅は、スリット330の幅よりも小さい。この
ため、リング部314が下方またはトーションスプリン
グ316から離間する方向へ過剰に変位した場合にも、
ストッパ316cと位置規制部330aとが接触して、
それ以上の変位を抑制する。これにより、トーションス
プリング316の損傷を防ぐことができる。ミラー31
8側のトーションスプリング316についても同様の作
用が得られる。
The stopper 316c of this embodiment has an isosceles triangular prism shape convex toward the ring portion 314,
A pair of position regulating parts 33 formed in the slit 330
There is a slight gap formed between 0a and 0a. Stopper 3
The width of 16c is smaller than the width of the slit 330. Therefore, even when the ring portion 314 is excessively displaced downward or in the direction away from the torsion spring 316,
The stopper 316c and the position restricting portion 330a come into contact with each other,
Suppress further displacement. As a result, the torsion spring 316 can be prevented from being damaged. Mirror 31
The same action can be obtained with the torsion spring 316 on the eight side.

【0110 】図26はストッパ機構の変形例を示す。
この例のストッパ316eは、先端部316dに対して
垂直な面を有する直方体状をなしている。基部312の
スリット330の開口縁には、ストッパ316eへ向け
て突出する一対の位置規制部330bが形成されてい
る。これら位置規制部330bは水平断面がほぼ半円形
状をなしており、ストッパ316eとの間に僅かな間隙
があいている。このため、リング部314が下方または
トーションスプリング316から離間する方向へ過剰に
変位した場合にも、ストッパ316eと位置規制部33
0bとが接触して、それ以上の変位を抑制する。これに
より、トーションスプリング316の損傷を防ぐことが
できる。また、ストッパ316eと位置規制部330b
とは当接しつつリング部314の半径方向に対して垂直
な面に沿って任意方向へ摺動できるため、リング部31
4の傾動を抑制することが少ない。
FIG. 26 shows a modification of the stopper mechanism.
The stopper 316e in this example has a rectangular parallelepiped shape having a surface perpendicular to the tip portion 316d. At the opening edge of the slit 330 of the base portion 312, a pair of position restricting portions 330b protruding toward the stopper 316e are formed. The position restricting portion 330b has a substantially semicircular horizontal cross section, and a slight gap is formed between the position regulating portion 330b and the stopper 316e. Therefore, even when the ring portion 314 is excessively displaced downward or in the direction away from the torsion spring 316, the stopper 316e and the position restricting portion 33 are not provided.
0b comes into contact and suppresses further displacement. As a result, the torsion spring 316 can be prevented from being damaged. In addition, the stopper 316e and the position restricting portion 330b
Since it can slide in any direction along the surface perpendicular to the radial direction of the ring portion 314 while being in contact with the ring portion 31.
The tilting of No. 4 is hardly suppressed.

【0111 】上記構成からなるマイクロミラー装置に
よれば、トーションスプリング316の変位量を規制す
るストッパ316cまたは316eと、位置規制部33
0aまたは330bを形成しているから、リング部31
4およびミラー318の過剰な変位、ならびにトーショ
ンスプリング316の損傷を防ぐことができる。
According to the micromirror device having the above structure, the stopper 316c or 316e for restricting the displacement amount of the torsion spring 316 and the position restricting portion 33 are provided.
0a or 330b is formed, the ring portion 31
4 and the mirror 318 can be prevented from being excessively displaced, and the torsion spring 316 can be prevented from being damaged.

【0112 】また、下段面302aおよび上段面30
2bを有する凸部302を形成して下部電極306のミ
ラー中心側をミラー318に接近させたことにより、比
較的低電圧でミラー318を傾動させることが可能であ
る。
The lower surface 302a and the upper surface 30
By forming the convex portion 302 having 2b and bringing the mirror center side of the lower electrode 306 closer to the mirror 318, it is possible to tilt the mirror 318 with a relatively low voltage.

【0113 】また、下部基板300に凹部308、3
09を形成したことにより、装置全体の厚さを抑えつ
つ、リング部314およびミラー318の傾動範囲を拡
大することができる。なお、凹部308、309は下部
基板300を貫通していてもよい。
Further, the recesses 308, 3 are formed in the lower substrate 300.
By forming 09, the tilt range of the ring portion 314 and the mirror 318 can be expanded while suppressing the thickness of the entire device. The recesses 308 and 309 may penetrate the lower substrate 300.

【0114 】図28は本発明のさらに他の実施形態を
示している。この実施形態では、下部基板300の中央
部に形成された凸部340が円錐形状をなし、その外面
340a上にも下部電極306が形成されている。その
他の構成は図23〜図27の実施形態と同様でよい。
FIG. 28 shows still another embodiment of the present invention. In this embodiment, the convex portion 340 formed in the central portion of the lower substrate 300 has a conical shape, and the lower electrode 306 is also formed on the outer surface 340a thereof. Other configurations may be similar to those of the embodiment shown in FIGS.

【0115 】図33は、図23〜図27の実施形態を
一部変更した実施形態を示している。この実施形態で
は、凸部302の上部(すなわち中央部)であって、支
点突起304および上段面302bを含む部分が絶縁層
で覆われ、4つの下部電極306は下段面302aおよ
びそれより下の領域のみに形成されている。
FIG. 33 shows an embodiment obtained by partially modifying the embodiment shown in FIGS. 23 to 27. In this embodiment, the upper portion (that is, the central portion) of the convex portion 302, which includes the fulcrum protrusion 304 and the upper step surface 302b, is covered with an insulating layer, and the four lower electrodes 306 are provided on the lower step surface 302a and below it. It is formed only in the area.

【0116 】これにより、この実施形態では、凸部3
02の頂点を中心とする一定の領域において、凸部30
2の外周面に下部電極306が形成されていない。この
実施形態では、凸部302の頂点(中心)を中心とし、
前記ミラーの直径の1/5〜1/2の直径を有する円形
の領域には、下部電極306が形成されていないことが
好ましい。その場合には、傾斜角の正確な制御がより容
易に行える。また、凸部302の高さの50%までの範
囲において、下部電極306が形成されていないことが
好ましい。凸部302の高さとは、支点突起304の高
さを含むものとする。
Accordingly, in this embodiment, the convex portion 3
In a certain area centered on the vertex of 02, the convex portion 30
The lower electrode 306 is not formed on the outer peripheral surface of No. 2. In this embodiment, with the vertex (center) of the convex portion 302 as the center,
It is preferable that the lower electrode 306 is not formed in a circular region having a diameter of 1/5 to 1/2 of the diameter of the mirror. In that case, accurate control of the inclination angle can be performed more easily. Further, it is preferable that the lower electrode 306 is not formed in a range up to 50% of the height of the convex portion 302. The height of the convex portion 302 includes the height of the fulcrum protrusion 304.

【0117 】このように、下部電極306を凸部30
2の上部(すなわち中央部)を除く環状部分にのみ形成
した場合、図23〜図27の実施形態に比べて傾斜角/
印加電圧の比は低下するものの、比較的高電圧の領域
(傾斜角が比較的大きい領域)において、傾斜角の正確
な制御が容易に行えるという利点が得られる。
As described above, the lower electrode 306 is formed on the convex portion 30.
When formed only on the annular portion excluding the upper portion (that is, the central portion) of 2, the inclination angle /
Although the ratio of the applied voltage decreases, there is an advantage that accurate control of the tilt angle can be easily performed in a relatively high voltage region (a region where the tilt angle is relatively large).

【0118 】[0118]

【実施例】[実験1]本発明の実施例を4種作成した。い
ずれの実施例も図23〜25および図27に示す共通の
構造を有しており、各部の寸法は図30に示すとおりと
した。各実施例はトーションスプリングの断面のアスペ
クト比(H/W)のみが異なり、それぞれ0.2、1.
2、2.0、3.0とした。これら実施例を用いて、5
0Vを印加した場合のミラー傾斜角度、およびミラーが
下部基板に衝突するプルイン現象の起きる電圧(プルイ
ン電圧と称す)を測定した。電圧を印加する際には、ミ
ラーの片側に対応する2つの下部電極のみに電圧を印加
した。結果を図29に示す。このグラフから明らかなよ
うに、各実施例の感度すなわち50V印加時の傾斜角度
はいずれも同程度であったが、プルイン電圧はアスペク
ト比を大きくすることにより顕著に向上した。
Example [Experiment 1] Four types of examples of the present invention were prepared. All of the examples have the common structure shown in FIGS. 23 to 25 and FIG. 27, and the dimensions of each part are as shown in FIG. The respective examples differ only in the aspect ratio (H / W) of the cross section of the torsion spring, and 0.2, 1.
It was set to 2, 2.0 and 3.0. Using these examples,
The mirror tilt angle when 0 V was applied, and the voltage at which the pull-in phenomenon in which the mirror collides with the lower substrate (referred to as pull-in voltage) were measured. When applying the voltage, the voltage was applied only to the two lower electrodes corresponding to one side of the mirror. The results are shown in Fig. 29. As is clear from this graph, the sensitivity of each of the examples, that is, the inclination angle when 50 V was applied was almost the same, but the pull-in voltage was remarkably improved by increasing the aspect ratio.

【0119 】[実験2]次に、図31に示す比較例のマ
イクロミラー装置を作成した。この比較例におけるトー
ションスプリングのアスペクト比(H/W)は3.0とし
た。比較例は凸部302が形成されていない点のみ実施
例と異なり、他の構成はアスペクト比3.0である実施
例と全く同じである。
[Experiment 2] Next, a micromirror device of a comparative example shown in FIG. 31 was prepared. The aspect ratio (H / W) of the torsion spring in this comparative example was set to 3.0. The comparative example is different from the example only in that the convex portion 302 is not formed, and other configurations are exactly the same as the example having the aspect ratio of 3.0.

【0120 】さらに実施例5として、図33に示す構
造を有し、図30に示したとおりの各部寸法を有するマ
イクロミラー装置を作成した。これら6種のマイクロミ
ラー装置に様々な電圧を印加し、ミラーの傾斜角度を測
定した。結果を図32に示す。このグラフから明らかな
通り、図30および図33に示すように下部基板上に凸
部302を形成することにより、同じ印加電圧でも傾斜
角度を大きくできた。また、図33の実施例は、傾斜角
度が特に4゜を超えた場合に、傾斜角度を制御すること
が容易であることもわかった。
Further, as Example 5, a micromirror device having the structure shown in FIG. 33 and having the dimensions of each part as shown in FIG. 30 was prepared. Various voltages were applied to these six types of micromirror devices, and the tilt angle of the mirror was measured. The results are shown in Fig. 32. As is apparent from this graph, by forming the convex portion 302 on the lower substrate as shown in FIGS. 30 and 33, the inclination angle can be increased even with the same applied voltage. It was also found that in the example of FIG. 33, it is easy to control the tilt angle especially when the tilt angle exceeds 4 °.

【0121 】[0121]

【発明の効果】本発明のマイクロミラー装置は、下部基
板の上面にミラーの中央部と対向して凸部を設け、この
凸部の外面に形成された下部電極を形成しているので、
ミラーと下部電極の少なくとも一部を接近させることが
でき、ミラーの傾動に要する電圧を低下することが可能
である。
According to the micromirror device of the present invention, since the convex portion is provided on the upper surface of the lower substrate so as to face the central portion of the mirror, and the lower electrode is formed on the outer surface of the convex portion,
At least part of the mirror and the lower electrode can be brought close to each other, and the voltage required for tilting the mirror can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明に係るマイクロミラー装置を示す分解
斜視図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a micromirror device according to the present invention.

【図2】 図1に示したマイクロミラー装置の一部を示
す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a part of the micromirror device shown in FIG.

【図3】 図2のA−A断面図である。3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.

【図4】 本発明に係る他のマイクロミラー装置の一部
を示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing a part of another micromirror device according to the present invention.

【図5】 図4に示したマイクロミラー装置の製造方法
の説明図である。
FIG. 5 is an explanatory view of the method for manufacturing the micromirror device shown in FIG.

【図6】 図4に示したマイクロミラー装置の製造方法
の説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a method of manufacturing the micromirror device shown in FIG.

【図7】 本発明に係る他のマイクロミラー装置の一部
を示す斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing a part of another micromirror device according to the present invention.

【図8】 図7に示したマイクロミラー装置の一部を示
す断面図である。
8 is a cross-sectional view showing a part of the micromirror device shown in FIG.

【図9】 本発明に係る他のマイクロミラー装置の一部
を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a part of another micromirror device according to the present invention.

【図10】 本発明に係る他のマイクロミラー装置を示
す分解斜視図である。
FIG. 10 is an exploded perspective view showing another micromirror device according to the present invention.

【図11】 本発明に係る他のマイクロミラー装置を示
す分解斜視図である。
FIG. 11 is an exploded perspective view showing another micromirror device according to the present invention.

【図12】 本発明に係る他のマイクロミラー装置を示
す分解斜視図である。
FIG. 12 is an exploded perspective view showing another micromirror device according to the present invention.

【図13】 図12に示したマイクロミラー装置の一部
を示す斜視図である。
FIG. 13 is a perspective view showing a part of the micromirror device shown in FIG.

【図14】 図12および図13に示したマイクロミラ
ー装置の製造方法の説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram of the method for manufacturing the micromirror device shown in FIGS. 12 and 13.

【図15】 図12および図13に示したマイクロミラ
ー装置の製造方法の説明図である。
FIG. 15 is an explanatory view of the method for manufacturing the micromirror device shown in FIGS. 12 and 13.

【図16】 本発明に係るマイクロミラー装置を示す概
略断面図である。
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing a micromirror device according to the present invention.

【図17】 図16に示したマイクロミラー装置の下部
基板を示す概略平面図である。
FIG. 17 is a schematic plan view showing a lower substrate of the micromirror device shown in FIG.

【図18】 図16および図17に示したマイクロミラ
ー装置の動作説明図である。
FIG. 18 is an operation explanatory diagram of the micromirror device shown in FIGS. 16 and 17;

【図19】 図16および図17に示したマイクロミラ
ー装置の動作説明図である。
FIG. 19 is an operation explanatory diagram of the micromirror device shown in FIGS. 16 and 17;

【図20】 図16および図17に示したマイクロミラ
ー装置の動作説明図である。
20 is an operation explanatory diagram of the micromirror device shown in FIGS. 16 and 17. FIG.

【図21】 本発明に係る他のマイクロミラー装置の下
部基板を示す概略平面図である。
FIG. 21 is a schematic plan view showing a lower substrate of another micromirror device according to the present invention.

【図22】 図21のB−B断面図である。22 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.

【図23】 本発明の他の実施形態の下部基板を示す平
面図である。
FIG. 23 is a plan view showing a lower substrate according to another embodiment of the present invention.

【図24】 他の実施形態の上部基板を示す平面図であ
る。
FIG. 24 is a plan view showing an upper substrate of another embodiment.

【図25】 トーションスプリングのストッパ機構を示
す平面図である。
FIG. 25 is a plan view showing a stopper mechanism of a torsion spring.

【図26】 トーションスプリングのストッパ機構を示
す平面図である。
FIG. 26 is a plan view showing a stopper mechanism of a torsion spring.

【図27】 他の実施形態の縦断面図である。FIG. 27 is a vertical cross-sectional view of another embodiment.

【図28】 さらに他の実施形態を示す縦断面図であ
る。
FIG. 28 is a vertical sectional view showing still another embodiment.

【図29】 本発明の効果を示すグラフである。FIG. 29 is a graph showing the effect of the present invention.

【図30】 本発明の実施例を示す断面図である。FIG. 30 is a sectional view showing an example of the present invention.

【図31】 比較例を示す断面図である。FIG. 31 is a cross-sectional view showing a comparative example.

【図32】 図30および図31の装置による実験結果
を示すグラフである。
FIG. 32 is a graph showing an experimental result by the apparatus of FIGS. 30 and 31.

【図33】 他の実施形態の断面図である。FIG. 33 is a cross-sectional view of another embodiment.

【図34】 従来のマイクロミラー装置を示す概略斜視
図である。
FIG. 34 is a schematic perspective view showing a conventional micromirror device.

【図35】 図34に示したマイクロミラー装置の製造
方法の説明図である。
FIG. 35 is an explanatory diagram of a method for manufacturing the micromirror device shown in FIG. 34.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21、71、91、241、300 下部基板 22、23、73、92、242、306 下部電極 24、74、81、93 配線パターン 25 スルーホール 27、75、94、252、301 上部基板 28、80、102、246 支柱 33、78、97、249、318 ミラー 34、72、98、253 突出部 35、36、99、250、251、316 トーショ
ンスプリング 302 凸部 304 支点突起 330a、330b 位置規制部 41、51 下部シリコン層 42、45、112 酸化シリコン層 43、53 上部シリコン層
21, 71, 91, 241, 300 Lower substrate 22, 23, 73, 92, 242, 306 Lower electrode 24, 74, 81, 93 Wiring pattern 25 Through hole 27, 75, 94, 252, 301 Upper substrate 28, 80 , 102, 246 columns 33, 78, 97, 249, 318 mirrors 34, 72, 98, 253 protrusions 35, 36, 99, 250, 251, 316 torsion springs 302 protrusions 304 fulcrum protrusions 330a, 330b position regulating portion 41 , 51 lower silicon layers 42, 45, 112 silicon oxide layers 43, 53 upper silicon layers

フロントページの続き (72)発明者 丸野 透 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 Fターム(参考) 2H041 AA12 AB14 AC06 AZ02 AZ08 2H045 AB02 AB06 AB13 AB73 Continued front page    (72) Inventor Toru Maruno             2-3-1, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo             Inside Telegraph and Telephone Corporation F-term (reference) 2H041 AA12 AB14 AC06 AZ02 AZ08                 2H045 AB02 AB06 AB13 AB73

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マイクロミラー装置であって、 ミラー;前記ミラーを上部基板に対して傾動可能に支持
する複数のトーションスプリング;前記ミラーの下面と
対向して配置された下部基板;前記下部基板の上面に前
記ミラーの中央部と対向して設けられた凸部;および前
記凸部の外面に形成された複数の下部電極を具備するこ
とを特徴とするマイクロミラー装置。
1. A micromirror device, comprising: a mirror; a plurality of torsion springs for tiltably supporting the mirror with respect to an upper substrate; a lower substrate arranged to face a lower surface of the mirror; and a lower substrate of the lower substrate. A micromirror device comprising: a convex portion provided on an upper surface so as to face a central portion of the mirror; and a plurality of lower electrodes formed on an outer surface of the convex portion.
【請求項2】 請求項1のマイクロミラー装置であっ
て、 前記トーションスプリングは、その長手方向に対して垂
直な断面における、高さ/幅のアスペクト比が1.8以
上であることを特徴とするマイクロミラー装置。
2. The micromirror device according to claim 1, wherein the torsion spring has a height / width aspect ratio of 1.8 or more in a cross section perpendicular to the longitudinal direction thereof. Micro mirror device.
【請求項3】 請求項1のマイクロミラー装置であっ
て、 前記下部基板の上面には、前記凸部の周囲であって前記
ミラーの外周縁と対向する位置に、凹部が形成されてい
ることを特徴とするマイクロミラー装置。
3. The micromirror device according to claim 1, wherein a concave portion is formed on the upper surface of the lower substrate at a position around the convex portion and facing an outer peripheral edge of the mirror. Micromirror device characterized by.
【請求項4】 請求項1のマイクロミラー装置であっ
て、前記凸部には、前記ミラーの中心と対向して、絶縁
体からなる支点突起が形成されていることを特徴とする
マイクロミラー装置。
4. The micromirror device according to claim 1, wherein a fulcrum protrusion made of an insulator is formed on the convex portion so as to face the center of the mirror. .
【請求項5】 請求項1のマイクロミラー装置であっ
て、 前記トーションスプリングは蛇行形状部を有し、前記上
部基板には、前記トーションスプリングの変位範囲を規
制するための位置規制部が形成されていることを特徴と
するマイクロミラー装置。
5. The micromirror device according to claim 1, wherein the torsion spring has a meandering portion, and a position restricting portion for restricting a displacement range of the torsion spring is formed on the upper substrate. A micromirror device characterized in that
【請求項6】 請求項1のマイクロミラー装置であっ
て、 前記ミラー、前記トーションスプリング、および前記上
部基板は、シリコン単結晶によって一体的に形成され、
このシリコン単結晶が、前記下部基板上に形成されたス
ペーサに接合されていることを特徴とするマイクロミラ
ー装置。
6. The micromirror device according to claim 1, wherein the mirror, the torsion spring, and the upper substrate are integrally formed of a silicon single crystal,
A micromirror device, wherein the silicon single crystal is bonded to a spacer formed on the lower substrate.
【請求項7】 請求項1のマイクロミラー装置であっ
て、 前記下部基板の下面には配線パターンが形成され、これ
ら配線パターンと、前記下部電極のそれぞれは、前記下
部基板の内部に形成されたスルーホールを通じて導通さ
れていることを特徴とするマイクロミラー装置。
7. The micromirror device according to claim 1, wherein wiring patterns are formed on a lower surface of the lower substrate, and the wiring patterns and the lower electrodes are formed inside the lower substrate. A micromirror device, which is electrically connected through a through hole.
【請求項8】 請求項1のマイクロミラー装置であっ
て、前記上部基板は、SOI基板またはSIMOX基板
であることを特徴とするマイクロミラー装置。
8. The micromirror device according to claim 1, wherein the upper substrate is an SOI substrate or a SIMOX substrate.
【請求項9】 請求項1のマイクロミラー装置であっ
て、少なくとも前記凹部の開口縁部に絶縁膜が形成され
ていることを特徴とするマイクロミラー装置。
9. The micromirror device according to claim 1, wherein an insulating film is formed on at least an opening edge portion of the concave portion.
【請求項10】 請求項1のマイクロミラー装置であっ
て、前記凸部の頂点を中心とし、前記ミラーの直径の1
/5〜1/2の直径を有する円形の領域には、前記下部
電極が形成されていないことを特徴とするマイクロミラ
ー装置。
10. The micromirror device according to claim 1, wherein the apex of the convex portion is the center and the diameter of the mirror is 1
The micro-mirror device, wherein the lower electrode is not formed in a circular region having a diameter of / 5 to 1/2.
【請求項11】 マイクロミラー装置の製造方法であっ
て、 支持基板上に、第1酸化物層、第1単結晶シリコン層、
第2酸化物層、および第2単結晶シリコン層を順に形成
する工程;前記第2単結晶シリコン層、前記第2酸化物
層、および前記第1単結晶シリコン層を貫通する溝を形
成する工程;前記溝内に多結晶シリコン層を形成する工
程;前記第2単結晶シリコン層をエッチングして、前記
第2単結晶シリコン層によりミラーおよびトーションス
プリングを形成する工程;前記溝内の前記多結晶シリコ
ン層を除去する工程;前記溝を通じて、前記第1単結晶
シリコン層の、前記トーションスプリングの下方に位置
する部分をエッチングする工程;および前記第1酸化物
層および前記第2酸化物層を除去して、前記トーション
スプリングを独立させる工程を具備することを特徴とす
るマイクロミラー装置の製造方法。
11. A method of manufacturing a micromirror device, comprising: a support substrate, a first oxide layer, a first single crystal silicon layer,
A step of sequentially forming a second oxide layer and a second single crystal silicon layer; a step of forming a groove penetrating the second single crystal silicon layer, the second oxide layer, and the first single crystal silicon layer Forming a polycrystalline silicon layer in the groove; etching the second single crystal silicon layer to form a mirror and a torsion spring with the second single crystal silicon layer; Removing a silicon layer; etching a portion of the first single crystal silicon layer located below the torsion spring through the groove; and removing the first oxide layer and the second oxide layer. Then, the method of manufacturing a micromirror device further comprises the step of making the torsion spring independent.
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