JP2003311695A - Planar type actuator and its manufacturing method - Google Patents

Planar type actuator and its manufacturing method

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JP2003311695A
JP2003311695A JP2002127671A JP2002127671A JP2003311695A JP 2003311695 A JP2003311695 A JP 2003311695A JP 2002127671 A JP2002127671 A JP 2002127671A JP 2002127671 A JP2002127671 A JP 2002127671A JP 2003311695 A JP2003311695 A JP 2003311695A
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Japan
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torsion bar
base material
movable plate
residual stress
thermal expansion
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JP2002127671A
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Japanese (ja)
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Yuzuru Ueda
譲 上田
Eiji Watanabe
英二 渡辺
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Nippon Signal Co Ltd
Original Assignee
Nippon Signal Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a planar type actuator and its manufacturing method, the actuator having a large deflection angle of a movable plate by increasing the strength of a torsion bar, and having a long service life. <P>SOLUTION: The planar type actuator 1 comprises a movable plate 2, the torsion bar 3 pivotally supporting the movable plate 2 to be rotatable, and a drive means 4 for generating turning force to turn the movable plate 2. A compression residual stress processing layer 6 formed on the side surface 3a of the torsion bar 3. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、可動板をトーショ
ンバーで軸支するプレーナ型アクチュエータに関し、特
に、可動板の振れ角を大きくでき、トーションバーに作
用する繰返し荷重に対する疲労寿命を向上させたプレー
ナ型アクチュエータ及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 planar actuator in which a movable plate is pivotally supported by a torsion bar, and more particularly, the deflection angle of the movable plate can be increased, and the fatigue life against repeated load acting on the torsion bar is improved. The present invention relates to a planar actuator and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のプレーナ型アクチュエータは、例
えば特許公報第2722314号に開示のものがある。
このプレーナ型アクチュエータは、シリコン基板を異方
性エッチングして可動板とトーションバーとを一体的に
形成し、シリコン基板の固定部に可動板をトーションバ
ーで軸支し、さらに上記可動板の周縁部に沿って良電導
性の金属薄膜からなる駆動コイルを敷設し、上記トーシ
ョンバーの軸方向に平行な可動板対辺部の駆動コイルに
静磁界を作用させる、例えば永久磁石の静磁界発生手段
を設けて構成されている。
2. Description of the Related Art A conventional planar type actuator is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 2722314.
In this planar type actuator, a movable plate and a torsion bar are integrally formed by anisotropically etching a silicon substrate, the movable plate is pivotally supported by a torsion bar on a fixed portion of the silicon substrate, and further, the peripheral edge of the movable plate. A drive coil made of a metal thin film having good electrical conductivity is laid along the section, and a static magnetic field is applied to the drive coil on the opposite side of the movable plate parallel to the axial direction of the torsion bar. It is provided and configured.

【0003】このように構成したプレーナ型アクチュエ
ータの駆動コイルに電流を供給すると、上記静磁界発生
手段によって発生する静磁界が、トーションバーの軸方
向と平行な可動板の対辺部を流れる駆動コイルの電流に
作用して駆動コイルにローレンツ力を発生させ、上記可
動板を上記トーションバーを中心に回動させる。このと
き、上記トーションバーの固有振動数にほぼ等しい周波
数の電流が駆動コイルに供給されると、可動板はこの周
波数で共振し効率よく回動することになる。
When an electric current is supplied to the drive coil of the planar type actuator constructed as described above, the static magnetic field generated by the static magnetic field generation means flows through the opposite side of the movable plate parallel to the axial direction of the torsion bar. A Lorentz force is generated in the drive coil by acting on the electric current, and the movable plate is rotated about the torsion bar. At this time, when a current having a frequency substantially equal to the natural frequency of the torsion bar is supplied to the drive coil, the movable plate resonates at this frequency and rotates efficiently.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来のプレーナ型アクチュエータにおいては、可動板の回
動に伴って捩られるトーションバーの母材がシリコン部
材の脆性材であるため、脆性破壊応力までしか捩じるこ
とができず、また繰返し荷重に対して疲労破壊し易い。
このため、可動板の振れ角を大きくしようとすると、ト
ーションバーが破損しやすく、また可動板を揺動させて
使用する場合は、耐久性の点で問題があった。
However, in such a conventional planar type actuator, since the base material of the torsion bar that is twisted with the rotation of the movable plate is a brittle material of silicon member, brittle fracture stress is generated. It can be twisted only up to, and is susceptible to fatigue failure under repeated loading.
For this reason, when the deflection angle of the movable plate is increased, the torsion bar is easily damaged, and when the movable plate is swung and used, there is a problem in durability.

【0005】そこで、本発明は、このような問題点に鑑
み、トーションバーの強度を高めることにより可動板の
振れ角を大きくでき、且つ疲労寿命を向上させたプレー
ナ型アクチュエータ及びその製造方法を提供することを
目的とする。
In view of the above problems, the present invention provides a planar actuator in which the deflection angle of the movable plate can be increased by increasing the strength of the torsion bar and the fatigue life is improved, and a manufacturing method thereof. The purpose is to do.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によるプレーナ型アクチュエータは、平板状
の可動板と、該可動板を回動可能に軸支するトーション
バーと、上記可動板に回動力を発生させる駆動手段とを
有するものであって、上記トーションバーの少なくとも
側面に圧縮残留応力処理層を形成したものである。
In order to achieve the above object, a planar actuator according to the present invention comprises a flat movable plate, a torsion bar for rotatably supporting the movable plate, and the movable plate. And a drive means for generating a turning force, wherein a compression residual stress treatment layer is formed on at least a side surface of the torsion bar.

【0007】このような構成により、駆動手段により可
動板を回動させたときに捩じり力が作用するトーション
バーの側面に圧縮残留応力処理層を形成し、トーション
バーの強度を向上させる。
With such a structure, a compressive residual stress treatment layer is formed on the side surface of the torsion bar on which the torsional force acts when the movable plate is rotated by the driving means, and the strength of the torsion bar is improved.

【0008】また、上記圧縮残留応力処理層は、上記ト
ーションバーの母材よりも熱膨張係数の大きい部材を上
記トーションバー母材表面に設け、熱膨張係数の相違に
基づいてトーションバー母材表面に形成したものであ
る。具体的には、上記トーションバーの母材はシリコン
部材であり、上記熱膨張係数の大きい部材は、二酸化珪
素、酸化ジルコニウム、酸化クロム及び窒化珪素のうち
いずれか一つである。または、上記熱膨張係数の大きい
部材は、有機物であってもよい。これにより、トーショ
ンバー母材と圧縮残留応力処理層の熱膨張係数の差によ
り、トーションバー母材表面に圧縮残留応力を付与す
る。
The compression residual stress treatment layer is provided with a member having a coefficient of thermal expansion larger than that of the base material of the torsion bar on the surface of the torsion bar base material, and the surface of the torsion bar base material is based on the difference in thermal expansion coefficient. It was formed in. Specifically, the base material of the torsion bar is a silicon member, and the member having a large coefficient of thermal expansion is any one of silicon dioxide, zirconium oxide, chromium oxide, and silicon nitride. Alternatively, the member having a large coefficient of thermal expansion may be an organic material. As a result, a compressive residual stress is applied to the surface of the torsion bar base material due to the difference in thermal expansion coefficient between the torsion bar base material and the compression residual stress treatment layer.

【0009】さらに、上記圧縮残留応力処理層は、放電
により励起されたプラズマイオンを上記トーションバー
母材表面に衝突させて形成したものであってもよい。こ
れにより、トーションバー母材表面にプラズマイオンを
衝突させることによりショットピーニングの効果によっ
て圧縮残留応力を付与する。
Further, the compression residual stress treatment layer may be formed by causing plasma ions excited by electric discharge to collide with the surface of the torsion bar base material. As a result, a compressive residual stress is applied by the effect of shot peening by causing plasma ions to collide with the surface of the torsion bar base material.

【0010】また、本発明によるプレーナ型アクチュエ
ータの製造方法は、可動板を形成する工程と、該可動板
を軸支するトーションバーを形成する工程と、上記可動
板に回動力を発生させる駆動手段を形成する工程と、上
記トーションバーの少なくとも側面に圧縮残留応力処理
層を形成する工程とを備えたものである。
Further, in the method of manufacturing the planar type actuator according to the present invention, the step of forming the movable plate, the step of forming the torsion bar for axially supporting the movable plate, and the driving means for generating the turning force in the movable plate. And a step of forming a compressive residual stress treatment layer on at least a side surface of the torsion bar.

【0011】そして、上記圧縮残留応力処理層を形成す
る工程は、上記トーションバー母材よりも熱膨張係数の
大きい部材を加熱雰囲気中で上記トーションバー母材表
面に設けた後、室温まで冷却することにより熱膨張係数
の相違に基づいてトーションバー母材表面に形成するこ
とである。具体的には、上記トーションバーの母材はシ
リコン部材であり、上記熱膨張係数の大きい部材は、二
酸化珪素、酸化ジルコニウム、酸化クロム及び窒化珪素
のいずれか一つである。または、上記熱膨張係数の大き
い部材は有機物であってもよい。
In the step of forming the compression residual stress treated layer, a member having a coefficient of thermal expansion larger than that of the torsion bar base material is provided on the surface of the torsion bar base material in a heating atmosphere and then cooled to room temperature. Therefore, it is formed on the surface of the torsion bar base material based on the difference in the coefficient of thermal expansion. Specifically, the base material of the torsion bar is a silicon member, and the member having a large coefficient of thermal expansion is any one of silicon dioxide, zirconium oxide, chromium oxide, and silicon nitride. Alternatively, the member having a large coefficient of thermal expansion may be an organic material.

【0012】また、上記圧縮残留応力処理層を形成する
工程は、放電により励起されたプラズマイオンを上記ト
ーションバー母材表面に衝突させて形成することであ
る。
The step of forming the compressive residual stress treatment layer is to form plasma ions excited by discharge on the surface of the torsion bar base material.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明によるプ
レーナ型アクチュエータの実施の形態を示す概略斜視図
である。このプレーナ型アクチュエータ1は、平板状の
可動板2と、該可動板2を回動可能に軸支するトーショ
ンバー3,3と、上記可動板2に回動力を発生させる駆
動手段4とを有して構成したものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic perspective view showing an embodiment of a planar actuator according to the present invention. The planar actuator 1 has a flat plate-shaped movable plate 2, torsion bars 3 and 3 for rotatably supporting the movable plate 2, and a drive means 4 for generating a turning force on the movable plate 2. It has been configured.

【0014】可動板2は、上記トーションバー3,3を
中心に回動しその下面に設けた後述の反射ミラー13
(図3(g)参照)により光ビームを偏向するものであ
る。また、トーションバー3,3は、一端が上記可動板
2の側面に、他端が固定部5に接続して可動板2を固定
部5に軸支し、可動板2の回動に伴ってバネ反力を発生
させるものであり、シリコン基板を異方性エッチングし
て固定部5に可動板2と一体的に形成されたものであ
る。そして、上記トーションバー3,3の少なくとも側
面3a,3aには、圧縮残留応力処理層6が形成されて
いる。
The movable plate 2 rotates about the torsion bars 3 and 3 and is provided on the lower surface of the movable plate 2, which will be described later.
The light beam is deflected by (see FIG. 3 (g)). The torsion bars 3 and 3 have one end connected to the side surface of the movable plate 2 and the other end connected to the fixed portion 5 to pivotally support the movable plate 2 on the fixed portion 5 and to rotate the movable plate 2. A spring reaction force is generated, which is formed integrally with the movable plate 2 on the fixed portion 5 by anisotropically etching the silicon substrate. A compressive residual stress treatment layer 6 is formed on at least the side surfaces 3a, 3a of the torsion bars 3, 3.

【0015】圧縮残留応力処理層6は、トーションバー
3,3の母材よりも熱膨張係数の大きい部材を加熱雰囲
気中で上記トーションバー母材表面に設けた後、室温ま
で冷却することにより熱膨張係数の相違に基づいてトー
ションバー母材表面に形成したものである。例えば、ト
ーションバーの母材がシリコン部材であれば、上記熱膨
張係数の大きい部材は、二酸化珪素、酸化ジルコニウ
ム、酸化クロム及び窒化珪素のうちいずれか一つが適用
できる。または、ポリイミド等の有機物も適用できる。
この場合、加熱雰囲気中で形成されたトーションバー母
材よりも熱膨張係数の大きい部材は、冷却段階でトーシ
ョンバー母材よりも多く縮もうとするため、トーション
バー母材表面には圧縮方向の応力である圧縮残留応力が
発生し、圧縮残留応力処理層6が形成されることにな
る。
The compressive residual stress treatment layer 6 is formed by providing a member having a coefficient of thermal expansion larger than that of the base material of the torsion bars 3 and 3 on the surface of the torsion bar base material in a heating atmosphere, and then cooling to room temperature. It is formed on the surface of the torsion bar base material based on the difference in expansion coefficient. For example, if the base material of the torsion bar is a silicon member, any one of silicon dioxide, zirconium oxide, chromium oxide and silicon nitride can be applied to the member having a large thermal expansion coefficient. Alternatively, an organic substance such as polyimide can be applied.
In this case, a member having a coefficient of thermal expansion larger than that of the torsion bar base material formed in the heating atmosphere tries to shrink more than the torsion bar base material during the cooling stage. A compressive residual stress, which is a stress, is generated, and the compressive residual stress processing layer 6 is formed.

【0016】また、圧縮残留応力処理層6は、放電によ
り励起されたプラズマイオンを上記トーションバー3,
3の母材表面に、該トーションバー3,3の母材がエッ
チングされない程度のエネルギーで衝突させることで、
ショットピーニングの効果により形成することもでき
る。
Further, the compressive residual stress treatment layer 6 allows the plasma ions excited by the discharge to generate the above-mentioned torsion bar 3,
By colliding with the surface of the base material of No. 3 with energy such that the base materials of the torsion bars 3 and 3 are not etched,
It can also be formed by the effect of shot peening.

【0017】駆動手段4は、可動板2の上面にその周縁
部に沿って設けた駆動コイル7と、上記可動板2を軸支
するトーションバー3,3の軸方向に平行な対辺に対向
して配設した静磁界発生手段8,8とで構成されたもの
であり、静磁界発生手段8,8は薄膜若しくは薄片の永
久磁石である。そして、上記駆動コイル7は上記トーシ
ョンバー3,3を介して一対の電極端子部9,9と電気
的に接続している。
The drive means 4 faces the drive coil 7 provided on the upper surface of the movable plate 2 along the peripheral edge thereof, and the opposite sides of the torsion bars 3 supporting the movable plate 2 parallel to the axial direction. The static magnetic field generating means 8 and 8 are thin film or thin piece permanent magnets. The drive coil 7 is electrically connected to the pair of electrode terminal portions 9, 9 via the torsion bars 3, 3.

【0018】従って、本実施形態のプレーナ型アクチュ
エータ1によれば、可動板2を軸支するトーションバー
3,3に圧縮残留応力処理層6を設け、このトーション
バー3,3の母材表面に圧縮残留応力を与えているの
で、トーションバー3,3の脆性破壊応力が増し可動板
2の振れ角を大きくすることができる。また、トーショ
ンバー3,3の繰返し荷重に対する疲労寿命も向上する
ので、ひいてはプレーナ型アクチュエータ1の耐久性も
向上する。
Therefore, according to the planar type actuator 1 of this embodiment, the compression residual stress treatment layer 6 is provided on the torsion bars 3 and 3 which pivotally support the movable plate 2, and the surface of the base material of the torsion bars 3 and 3 is provided. Since the compressive residual stress is applied, the brittle fracture stress of the torsion bars 3 is increased, and the deflection angle of the movable plate 2 can be increased. Further, since the fatigue life of the torsion bars 3 and 3 against repeated load is also improved, the durability of the planar actuator 1 is also improved.

【0019】次に、本発明によるプレーナ型アクチュエ
ータの製造方法を図2及び図3を参照して説明する。な
お、図2は一連の製造工程の内、駆動コイルの形成工程
までを示し、図3はシリコン基板のエッチングから反射
ミラー形成工程までを示している。そして、いずれの図
も図1のX−Y線断面図で示している。
Next, a method of manufacturing the planar type actuator according to the present invention will be described with reference to FIGS. Note that FIG. 2 shows up to the step of forming the drive coil in the series of manufacturing steps, and FIG. 3 shows from the etching of the silicon substrate to the step of forming the reflection mirror. Further, all of the drawings are shown in the sectional view taken along the line XY in FIG.

【0020】先ず、図2に示すように、工程(a)にお
いては、SOI(Silicon On Insulator)ウエハのシリ
コン基板10を準備する。例えばシリコン基板10は1
00μmの厚みを有するシリコン活性層10aと、1μ
mの厚みを有するSiO2の中間層10bと、400μ
mの厚みを有するシリコン支持基板10cを積層した構
成を有するものである。
First, as shown in FIG. 2, in step (a), a silicon substrate 10 of an SOI (Silicon On Insulator) wafer is prepared. For example, the silicon substrate 10 is 1
Silicon active layer 10a having a thickness of 00 μm and 1 μm
a SiO 2 intermediate layer 10b having a thickness of m
The silicon support substrate 10c having a thickness of m is laminated.

【0021】次に、工程(b)においては、シリコン基
板10の上下面を熱酸化し1μm程度のSiO2の絶縁
層10d,10eを形成する。そして、シリコン活性層
10a側の絶縁層10d上に駆動コイル7を形成する。
駆動コイル7の形成方法は、先ず、シリコン基板10の
ほぼ全面に例えば良電導性の金属としてアルミニウムの
薄膜を1μm程度の厚みでスパッタリング等の真空成膜
技術により形成する。次に、その上にレジストを塗布
し、第1層目駆動コイル7a及び第2層目駆動コイルと
の電気的接続をとるための第1コンタクト部7bに対応
する部分のレジストを残して、コイル形状のレジストの
パターンを形成する。そして、これをマスクとして上記
アルミニウムの薄膜をエッチングして第1層目駆動コイ
ル7a及び第1コンタクト部7bを形成する。エッチン
グはエッチング液を使用して行うウエットエッチングま
たは反応性ガスを使用して行うドライエッチングがあ
る。
Next, in step (b), the upper and lower surfaces of the silicon substrate 10 are thermally oxidized to form SiO 2 insulating layers 10d and 10e of about 1 μm. Then, the drive coil 7 is formed on the insulating layer 10d on the silicon active layer 10a side.
As the method of forming the drive coil 7, first, a thin film of aluminum, for example, as a metal having good conductivity is formed with a thickness of about 1 μm on almost the entire surface of the silicon substrate 10 by a vacuum film forming technique such as sputtering. Next, a resist is applied on the coil, leaving the resist in the portion corresponding to the first contact portion 7b for electrical connection with the first-layer drive coil 7a and the second-layer drive coil, and leaving the coil. A resist pattern having a shape is formed. Then, the aluminum thin film is etched using this as a mask to form the first layer drive coil 7a and the first contact portion 7b. Etching includes wet etching performed using an etching solution or dry etching performed using a reactive gas.

【0022】また、工程(c)においては、上記第1層
目の駆動コイル7aの上に感光性ポリイミドの第1絶縁
層11aを形成する。この場合、上記第1コンタクト部
7b上、及び外部の電気回路との電気的接続をとるため
の引き出し線部7e及び図示省略の電極端子部9,9
(図1参照)の対応部分を除いて、第1絶縁層11aが
形成される。具体的には、シリコン基板10の上面全面
に上記感光性ポリイミドを塗布して形成する。塗布方法
は、スピンコート法、スリットダイコート法、スプレー
法、ロールコート法、ディップ法など公知の技術が利用
できる。ここで、例えばポジ型の感光性ポリイミドを使
用した場合には、上記コンタクト部7b上、引き出し線
部7e及び図示省略の電極端子部9,9(図1参照)の
対応部分を除く所要部分をマスクして紫外線露光する。
ポジ型の感光性ポリイミドの場合は、露光部分が現像液
に溶解するため上記コンタクト部7b上、引き出し線部
7e及び電極端子部9,9の対応部分を紫外線露光する
と、現像により当該対応部分の感光性ポリイミドが除去
される。
In the step (c), the first insulating layer 11a of photosensitive polyimide is formed on the first layer drive coil 7a. In this case, the lead wire portion 7e for electrically connecting to the first contact portion 7b and an external electric circuit, and the electrode terminal portions 9 and 9 not shown.
The first insulating layer 11a is formed except for the corresponding portion (see FIG. 1). Specifically, the photosensitive polyimide is formed on the entire upper surface of the silicon substrate 10 by coating. As a coating method, known techniques such as a spin coating method, a slit die coating method, a spraying method, a roll coating method and a dipping method can be used. Here, for example, when a positive photosensitive polyimide is used, the required portions except the corresponding portions of the contact portion 7b, the lead wire portion 7e and the electrode terminal portions 9 and 9 (not shown) (see FIG. 1) are provided. Mask and expose to UV light.
In the case of a positive type photosensitive polyimide, the exposed portion is dissolved in a developing solution, and therefore, when the corresponding portion of the lead wire portion 7e and the electrode terminal portions 9 and 9 is exposed to ultraviolet rays, the corresponding portion of the contact portion 7b is developed by the development. The photosensitive polyimide is removed.

【0023】次に、工程(b)と同様にして、シリコン
基板10の全面にアルミニウムの薄膜を1μm程度成膜
し、これをエッチングして第2層目駆動コイル7c、第
2コンタクト部7d、引き出し線部7e及び図示省略の
電極端子部9,9(図1参照)を形成する。
Next, in the same manner as in step (b), a thin film of aluminum having a thickness of about 1 μm is formed on the entire surface of the silicon substrate 10, and the thin film is etched to form a second layer drive coil 7c, a second contact portion 7d, The lead wire portion 7e and the electrode terminal portions 9, 9 (not shown) are formed (see FIG. 1).

【0024】さらに、工程(d)において、工程(c)
と同様にして上記第2層目駆動コイル7c、第2コンタ
クト部7d及び引き出し線部7eの上部を覆って感光性
ポリイミドの第2絶縁層11bを形成する。これは、駆
動コイル7c及び引き出し線部7eの腐食防止を目的と
する保護膜となるものである。
Further, in step (d), step (c)
In the same manner as above, a second insulating layer 11b of photosensitive polyimide is formed so as to cover the second layer drive coil 7c, the second contact portion 7d and the upper portion of the lead wire portion 7e. This serves as a protective film for the purpose of preventing corrosion of the drive coil 7c and the lead wire portion 7e.

【0025】次に、図3に示すように、シリコン基板1
0がエッチングされる。先ず、工程(e)では、シリコ
ン基板10の可動板2、トーションバー3,3及び固定
部5に対応する部分をレジストマスクで覆い、シリコン
基板10のSiO2の絶縁層10dをエッチングして除
去する。さらに、SiO2の絶縁層10dが除かれ剥き
出しとなったシリコン活性層10aを異方性エッチング
する。この場合、エッチングはSiO2の中間層10b
でストップし、図4に示すように凹陥部12,12が形
成され、下面がシリコン支持基板10cで繋がった状態
の可動部2及びトーションバー3,3が形成される。
Next, as shown in FIG. 3, the silicon substrate 1
0 is etched. First, in step (e), portions of the silicon substrate 10 corresponding to the movable plate 2, the torsion bars 3 and 3 and the fixed portion 5 are covered with a resist mask, and the SiO 2 insulating layer 10d of the silicon substrate 10 is etched and removed. To do. Further, the exposed silicon active layer 10a by removing the SiO 2 insulating layer 10d is anisotropically etched. In this case, the etching is performed on the intermediate layer 10b of SiO 2.
Then, the concave portions 12, 12 are formed as shown in FIG. 4, and the movable portion 2 and the torsion bars 3, 3 whose lower surface is connected by the silicon supporting substrate 10c are formed.

【0026】さらに工程(e)では、可動板2及び固定
部5上をマスクしてトーションバー3,3の少なくとも
側面3aを圧縮残留応力処理する。具体的には、シリコ
ン基板10より熱膨張係数の大きい、例えば二酸化珪
素、酸化ジルコニウム、酸化クロムまたは窒化珪素の無
機物をプラズマCVD法により温度300〜400℃の
下でトーションバー3,3の少なくとも側面3aに形成
し、そして、室温まで冷却してトーションバー母材との
熱膨張係数の差に基づいて圧縮残留応力処理層6を形成
する。上記無機物は上述したようにシリコン基板10よ
りも熱膨張係数が大きいため、冷却時にシリコン基板1
0よりもより多く縮もうとし、無機物で被覆されたトー
ションバー3,3の母材表面に圧縮残留応力を発生させ
て圧縮残留応力処理層6が形成される。
Further, in the step (e), the movable plate 2 and the fixed portion 5 are masked to subject at least the side surface 3a of the torsion bars 3 to a compressive residual stress treatment. Specifically, at least the side surfaces of the torsion bars 3 are formed by plasma CVD using an inorganic substance having a thermal expansion coefficient larger than that of the silicon substrate 10, such as silicon dioxide, zirconium oxide, chromium oxide, or silicon nitride, at a temperature of 300 to 400 ° C. 3a and then cooled to room temperature to form the compressive residual stress treatment layer 6 based on the difference in thermal expansion coefficient from the torsion bar base material. Since the inorganic material has a larger coefficient of thermal expansion than the silicon substrate 10 as described above, the silicon substrate 1 is not cooled during cooling.
The compression residual stress treatment layer 6 is formed by attempting to shrink more than 0 to generate a compressive residual stress on the surface of the base material of the torsion bars 3, 3 covered with the inorganic substance.

【0027】また、シリコン基板10より熱膨張係数の
大きい部材として、感光性ポリイミドの有機物を塗布し
てもよい。感光性ポリイミドは上記二酸化珪素等の無機
物よりもさらに熱膨張係数が大きいため、例えば100
℃以上の温度で乾燥させ室温に戻しても、上述と同様に
ポリイミドで被覆されたトーションバー3,3の母材表
面に圧縮残留応力を発生させて圧縮残留応力処理層6を
形成することができる。
Further, a photosensitive polyimide organic material may be applied as a member having a coefficient of thermal expansion larger than that of the silicon substrate 10. Since the photosensitive polyimide has a coefficient of thermal expansion larger than that of the above inorganic substances such as silicon dioxide,
Even when dried at a temperature of ℃ or more and returned to room temperature, compressive residual stress is generated on the surface of the base material of the torsion bars 3, 3 coated with polyimide to form the compressive residual stress treatment layer 6 as described above. it can.

【0028】また、放電により励起されたプラズマイオ
ンを上記トーションバー3,3の側面3aに対して、該
トーションバー3,3の母材であるシリコン基板10が
エッチングされない程度のエネルギーで衝突させ、いわ
ゆるショットピーニングの効果により上記トーションバ
ー3,3の側面3aに圧縮残留応力を付与して圧縮残留
応力処理層6を形成することもできる。この場合、図5
に示すように、スパッタリング装置やイオンエッチング
装置等を適用してAr等の希ガスのプラズマイオンを発
生させ、該プラズマイオンをシリコン基板10がエッチ
ングされない程度のエネルギーで衝突させ、シリコン基
板10の表面に圧縮残留応力を発生させるものである。
このときの圧縮残留応力付与の条件は、装置に導入する
希ガスの流量やプラズマ発生用RF電源の電力調整によ
り行われる。
Further, the plasma ions excited by the discharge are made to collide with the side surfaces 3a of the torsion bars 3 and 3 with energy such that the silicon substrate 10, which is the base material of the torsion bars 3 and 3, is not etched, The compressive residual stress treatment layer 6 can be formed by giving a compressive residual stress to the side surfaces 3a of the torsion bars 3 and 3 by the effect of so-called shot peening. In this case,
As shown in FIG. 3, a sputtering device, an ion etching device, or the like is applied to generate plasma ions of a rare gas such as Ar, and the plasma ions are caused to collide with energy such that the silicon substrate 10 is not etched. To generate compressive residual stress.
The condition for applying the compressive residual stress at this time is determined by adjusting the flow rate of the rare gas introduced into the apparatus and the electric power of the RF power source for plasma generation.

【0029】次に、工程(f)においては、シリコン基
板10の下面の固定部5に対応する部分をレジストでマ
スクしSiO2の絶縁層10eをエッチングして除去す
る。さらに露出したシリコン基板10の支持基板10c
をSiO2の中間層10b部まで異方性エッチングす
る。そして、このエッチングによって露出したSiO2
の中間層10bをエッチングして除去すれば、図4の凹
陥部12がシリコン基板10の下部から上部に貫通する
ことになる。
Next, in step (f), a portion of the lower surface of the silicon substrate 10 corresponding to the fixed portion 5 is masked with a resist and the insulating layer 10e of SiO 2 is etched and removed. Further exposed support substrate 10c of silicon substrate 10
Is anisotropically etched up to the intermediate layer 10b of SiO 2 . Then, the SiO 2 exposed by this etching
If the intermediate layer 10b is removed by etching, the recess 12 of FIG. 4 penetrates from the lower part to the upper part of the silicon substrate 10.

【0030】さらに、工程(g)において、固定部5の
下面のSiO2絶縁膜10eをエッチングして除去した
後に、可動板2の下面にアルミニウム等の反射膜を真空
成膜し反射ミラー13を形成する。そして、可動板2の
回動軸に平行な対辺に対向する固定部5の上面に静磁界
発生手段8,8を配設すると図1に示すプレーナ型アク
チュエータ1が完成する。
Further, in step (g), after removing the SiO 2 insulating film 10e on the lower surface of the fixed portion 5 by etching, a reflective film such as aluminum is vacuum-deposited on the lower surface of the movable plate 2 to form the reflective mirror 13. Form. Then, by disposing the static magnetic field generating means 8 on the upper surface of the fixed portion 5 facing the opposite side parallel to the rotation axis of the movable plate 2, the planar type actuator 1 shown in FIG. 1 is completed.

【0031】なお、圧縮残留応力処理は、上記工程
(e)のみならず、反射膜を形成する前であれば工程
(f)の終了後であってもよい。この場合は、トーショ
ンバー3,3の全周に圧縮残留応力処理を施すことがで
きる。また、反射膜の形成前であるため、反射膜の反射
率にはなんら悪影響を及ぼすことがない。
The compressive residual stress treatment may be carried out not only in the step (e) but also after the step (f) before the formation of the reflective film. In this case, compressive residual stress treatment can be applied to the entire circumference of the torsion bars 3 and 3. Further, since the reflection film is not yet formed, the reflectance of the reflection film is not adversely affected.

【0032】なお、本実施形態では、電磁式のアクチュ
エータについて説明してきたが、これに限定されるもの
ではなく、例えば静電気による吸引力を利用した静電方
式のアクチュエータに対しても適用できることはいうま
でもない。
In the present embodiment, the electromagnetic actuator has been described, but the present invention is not limited to this, and it can be applied to an electrostatic actuator using an electrostatic attraction force, for example. There is no end.

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明のプレーナ型アクチュエータによ
れば、可動板の回動に伴って捩じられるトーションバー
の側面に圧縮残留応力処理層を形成して、トーションバ
ーの強度を向上させているので、可動板に大きな振れ角
を与えてもトーションバーが破壊し難く、繰返し荷重に
対するトーションバーの疲労寿命も向上させることがで
き、ひいてはプレーナ型アクチュエータの耐久性も向上
させることもできる。
According to the planar actuator of the present invention, a compressive residual stress treatment layer is formed on the side surface of the torsion bar that is twisted as the movable plate rotates, thereby improving the strength of the torsion bar. Therefore, even if a large deflection angle is given to the movable plate, the torsion bar is less likely to be broken, the fatigue life of the torsion bar against repeated load can be improved, and the durability of the planar actuator can also be improved.

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

【図1】 本発明によるプレーナ型アクチュエータの実
施の形態を示す概略斜視図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an embodiment of a planar actuator according to the present invention.

【図2】 上記プレーナ型アクチュエータの製造方法に
おける駆動コイル形成工程を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a drive coil forming step in the method of manufacturing the planar actuator.

【図3】 上記プレーナ型アクチュエータの製造方法に
おけるシリコン基板エッチング工程を示す説明図であ
る。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a silicon substrate etching step in the method of manufacturing the planar actuator.

【図4】 可動部及びトーションバー形成工程を説明す
るための概略斜視図である。
FIG. 4 is a schematic perspective view for explaining a process of forming a movable portion and a torsion bar.

【図5】 プラズマイオンによるショットピーニング方
法を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a shot peening method using plasma ions.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…プレーナ型アクチュエータ 2…可動板 3…トーションバー 3a…側面 6…圧縮残留応力処理層 1 ... Planar actuator 2 ... Movable plate 3 ... torsion bar 3a ... side surface 6 ... Compressive residual stress treatment layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H041 AA12 AB12 AC05 AC06 AZ02 AZ05 AZ08 2H045 AB16 AB73 5H633 BB02 BB15 GG03 GG06 GG08 GG11 GG12 GG29 GG30 HH02 HH05 HH13 JA07 JB03 JB04   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 2H041 AA12 AB12 AC05 AC06 AZ02                       AZ05 AZ08                 2H045 AB16 AB73                 5H633 BB02 BB15 GG03 GG06 GG08                       GG11 GG12 GG29 GG30 HH02                       HH05 HH13 JA07 JB03 JB04

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】平板状の可動板と、該可動板を回動可能に
軸支するトーションバーと、前記可動板に回動力を発生
させる駆動手段とを有するプレーナ型アクチュエータで
あって、 前記トーションバーの少なくとも側面に圧縮残留応力処
理層を形成したことを特徴とするプレーナ型アクチュエ
ータ。
1. A planar actuator having a flat plate-shaped movable plate, a torsion bar rotatably supporting the movable plate, and a drive means for generating a turning force on the movable plate, wherein the torsion is provided. A planar type actuator characterized in that a compressive residual stress treatment layer is formed on at least a side surface of a bar.
【請求項2】前記圧縮残留応力処理層は、前記トーショ
ンバーの母材よりも熱膨張係数の大きい部材を前記トー
ションバー母材表面に設け、熱膨張係数の相違に基づい
てトーションバー母材表面に形成したものであることを
特徴とする請求項1に記載のプレーナ型アクチュエー
タ。
2. The compression residual stress treatment layer is provided with a member having a coefficient of thermal expansion larger than that of the base material of the torsion bar on the surface of the torsion bar base material, and the surface of the torsion bar base material is based on the difference in thermal expansion coefficient. The planar type actuator according to claim 1, wherein the planar type actuator is formed in the following manner.
【請求項3】前記トーションバーの母材はシリコン部材
であり、前記熱膨張係数の大きい部材は、二酸化珪素、
酸化ジルコニウム、酸化クロム及び窒化珪素のうちいず
れか一つであることを特徴とする請求項2に記載のプレ
ーナ型アクチュエータ。
3. The base material of the torsion bar is a silicon member, and the member having a large coefficient of thermal expansion is silicon dioxide,
The planar actuator according to claim 2, which is one of zirconium oxide, chromium oxide, and silicon nitride.
【請求項4】前記熱膨張係数の大きい部材は、有機物で
あることを特徴とする請求項2に記載のプレーナ型アク
チュエータ。
4. The planar actuator according to claim 2, wherein the member having a large coefficient of thermal expansion is an organic material.
【請求項5】前記圧縮残留応力処理層は、放電により励
起されたプラズマイオンを前記トーションバー母材表面
に衝突させて形成したことを特徴とする請求項1に記載
のプレーナ型アクチュエータ。
5. The planar actuator according to claim 1, wherein the compressive residual stress treatment layer is formed by causing plasma ions excited by discharge to collide with the surface of the torsion bar base material.
【請求項6】可動板を形成する工程と、該可動板を軸支
するトーションバーを形成する工程と、前記可動板に回
動力を発生させる駆動手段を形成する工程と、前記トー
ションバーの少なくとも側面に圧縮残留応力処理層を形
成する工程とを備えることを特徴とするプレーナ型アク
チュエータの製造方法。
6. A step of forming a movable plate, a step of forming a torsion bar that pivotally supports the movable plate, a step of forming a driving means for generating a turning force on the movable plate, and at least the torsion bar. And a step of forming a compressive residual stress treatment layer on a side surface of the planar actuator.
【請求項7】前記圧縮残留応力処理層を形成する工程
は、前記トーションバー母材よりも熱膨張係数の大きい
部材を加熱雰囲気中で前記トーションバー母材表面に設
けた後、室温まで冷却することにより熱膨張係数の相違
に基づいてトーションバー母材表面に形成することを特
徴とする請求項6に記載のプレーナ型アクチュエータの
製造方法。
7. In the step of forming the compressive residual stress treatment layer, a member having a coefficient of thermal expansion larger than that of the torsion bar base material is provided on the surface of the torsion bar base material in a heating atmosphere, and then cooled to room temperature. The method of manufacturing a planar actuator according to claim 6, wherein the surface of the torsion bar base material is formed on the basis of the difference in thermal expansion coefficient.
【請求項8】前記トーションバーの母材はシリコン部材
であり、前記熱膨張係数の大きい部材は、二酸化珪素、
酸化ジルコニウム、酸化クロム及び窒化珪素のいずれか
一つであることを特徴とする請求項7に記載のプレーナ
型アクチュエータの製造方法。
8. A base material of the torsion bar is a silicon member, and the member having a large thermal expansion coefficient is silicon dioxide.
8. The method for manufacturing a planar actuator according to claim 7, wherein the method is one of zirconium oxide, chromium oxide, and silicon nitride.
【請求項9】前記熱膨張係数の大きい部材は、有機物で
あることを特徴とする請求項7に記載のプレーナ型アク
チュエータの製造方法。
9. The method of manufacturing a planar actuator according to claim 7, wherein the member having a large coefficient of thermal expansion is an organic material.
【請求項10】前記圧縮残留応力処理層を形成する工程
は、放電により励起されたプラズマイオンを前記トーシ
ョンバー母材表面に衝突させて形成することを特徴とす
る請求項6に記載のプレーナ型アクチュエータの製造方
法。
10. The planar type according to claim 6, wherein the step of forming the compressive residual stress treatment layer is performed by causing plasma ions excited by electric discharge to collide with the surface of the torsion bar base material. Actuator manufacturing method.
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