JP2005283678A

JP2005283678A - 静電型アクチュエータ及びその製造方法

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Publication number: JP2005283678A
Application number: JP2004093786A
Authority: JP
Inventors: Taichi Tsuchiya; 太一土屋
Original assignee: Miyota KK
Current assignee: Miyota KK
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】低電圧の印加であっても可動部の変位量を増加でき、安定した駆動ができる静電型アクチュエータを得る。
【解決手段】少なくとも、半導体基板上に、揺動軸を中心に揺動する可動部と、該可動部と対向する位置に形成される固定部と、前記可動部移動線上に形成されるストッパー部を備え、前記可動部にはミラー部と電極部と前記半導体基板と導通させるための接触部が形成され、前記固定部には電極部が形成され、前記可動部に形成した電極部と、該電極部と対向する部位に設けられた固定部に形成した電極部との間に静電力を発生させ、前記半導体基板の上面に沿って揺動軸を中心に揺動駆動する駆動手段とを備えた静電型アクチュエータとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばレーザー光を偏向走査するレーザースキャナまたは光スイッチ等に利用する光偏向器の静電型アクチュエータ及びその製造方法に関する。

図６は従来技術による静電型アクチュエータの斜視図である。図７も従来技術による静電型アクチュエータであり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。半導体製造技術により、絶縁層６０を上下からシリコン結晶層６１，６２で挟み込んで形成した半導体基板の上側シリコン結晶層６１に、固定部６３からバネ６４を介して支持される可動部６５と、該可動部６５を挟む位置に固定部６６，６７を形成し、前記可動部６５の先端部にはミラー６８と揺動軸６９が形成されている。前記可動部６５の後部と前記固定部６６，６７には電極７０，７１，７２が形成され、可動部６５後部の電極７０と対向する位置に固定部６６，６７の電極７１，７２が配置されている。固定部６３，６６，６７及び揺動軸６９は絶縁層６０を介して下側シリコン結晶層６２に固定され、該固定部６３，６６，６７及び揺動軸６９以外はエッチングにより絶縁層６０を除去してあり、前記下側シリコン結晶層６２の上面に沿って、可動部６５は揺動軸６９を軸中心として揺動駆動する。

前記可動部６５の電極７０には複数の櫛歯を有する第一櫛歯部７３が設けられ、前記可動部６５を挟む位置に形成した固定部６６，６７の電極７１，７２には前記第一櫛歯部７３と対向する位置に、前記第一櫛歯部７３の各櫛歯間に挿入される複数の櫛歯を有する第二櫛歯部７４、第三櫛歯部７５が設けられている。電極７０，７１，７２に櫛歯を有することにより電極７０，７１，７２の表面積が大きくなるため、可動部６５と固定部６６，６７の電極７０，７１，７２間に大きな静電気力を得やすくなる。

図８は従来技術による静電型アクチュエータの揺動駆動状態を示す図である。揺動駆動する手段として、可動部６５の後部に形成した電極７０と、該電極７０と対向する位置に設けられた固定部６６，６７の電極７１，７２との間に静電気力を発生させることにより、可動部６５が固定部６６，６７間に対して反発及び引き寄せられ、揺動軸６９を軸中心として揺動駆動する。可動部６５の揺動によって、可動部６５の先端部に形成されたミラー６８も同時に揺動し、例えば光偏向器として機能する。該揺動駆動時における各電極７０，７１，７２に対して電荷を印加する方法は、固定部６６，６７の電極７１，７２にはそれぞれ−電荷と＋電荷を常時印加しておき、可動部６５の電極７０には可動部の揺動に合わせて＋と−電荷を切り替える。バネ６４は可動部の揺動に合わせて伸縮するものである。

前記した従来技術の静電型アクチュエータは、本出願人により既に出願されている技術である。（特願２００３−８９８７７）

従来の静電型アクチュエータはバネを介して支持される可動部と、該可動部と向かい合う位置に固定部を備え、対向する電極間に電圧を印加することにより働く静電引力と、前記バネの復元力で可動部移動線上を往復運動させるものである。該可動部を駆動させるには高電圧の印加が必要であり、また、前記、対向する電極間に電圧を印加することにより働く静電引力と、バネの復元力の釣合いのバランスは、前記可動部の変位量が増大するのに伴い不安定になり、正常な揺動に支障を与えてしまうことがある。

本発明の目的は、低電圧の印加であっても可動部の変位量を増加でき、安定した駆動ができる静電型アクチュエータを得ようとするものである。

少なくとも、半導体基板上に、揺動軸を中心に揺動する可動部と、該可動部と対向する位置に形成される固定部と、前記可動部移動線上に形成されるストッパー部を備え、前記可動部にはミラー部と電極部と前記半導体基板と導通させるための接触部が形成され、前記固定部には電極部が形成され、前記可動部に形成した電極部と、該電極部と対向する部位に設けられた固定部に形成した電極部との間に静電力を発生させ、前記半導体基板の上面に沿って揺動軸を中心に揺動駆動する駆動手段とを備えた静電型アクチュエータとする。

前記可動部の電極部には、複数の櫛歯部が設けられ、前記可動部と対向する位置に設置された固定部の電極部にも、前記可動部の櫛歯部の各櫛歯間に挿入される複数の櫛歯部が設けられている静電型アクチュエータとする。

少なくとも、
絶縁層を介してシリコン結晶層を貼り合わせる工程と、
前記貼り合わされたシリコン結晶層の上側シリコン結晶層にレジスト膜を形成する工程と、
前記揺動軸と、該揺動軸を中心に揺動する可動部と、前記固定部と、前記ストッパー部のパターン形状を有し、さらに、前記揺動軸のパターン付近に捨てパターン形状を有するマスクを用いて露光し、前記レジスト膜の不要部分を除去する工程と、
前記レジスト膜不要部分の除去により露出した上側シリコン結晶層をエッチングにより前記絶縁層まで除去する工程と、
前記工程後に残ったレジスト膜を除去し、前記揺動軸と、前記可動部と、前記固定部と、前記ストッパー部と、捨てパターン部を形成する工程と、
前記揺動軸と前記固定部と前記ストッパー部の直下を除く絶縁層を除去するとともに前記捨てパターン部を除去する工程と、
を有する静電型アクチュエータの製造方法とする。

本発明の構成による静電型アクチュエータにより、低電圧の印加で可動部の変位量を増加させることが可能となり、安定した駆動が得られる。

図１は本発明の一実施例を示す静電型アクチュエータの斜視図である。図２も本発明の一実施例を示す静電型アクチュエータであり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。半導体製造技術により、絶縁層１５を上下からシリコン結晶層１４、１６で挟み込んで形成した半導体基板の上側シリコン結晶層１４に、可動部１０と、該可動部１０と対向する位置に固定部１、３を形成し、前記可動部１０にはミラー部１１と揺動軸１２が形成される。１０ａは前記可動部１０に設けられた接触部で、シリコン結晶層１６と接している部分である。前記可動部１０と前記固定部１、３の間には電極部２、４、１３が形成され、可動部１０の電極部１３と対向する位置に固定部１、３の電極部２、４が配置されている。前記固定部１、３及びスットパー部６、８及び揺動軸１２は絶縁層１５を介して下側シリコン結晶層１６に固定され、該固定部１、３及びスットパー部６、８及び揺動軸１２以外はエッチングにより絶縁層１５を除去してあり、前記下側シリコン結晶層１６の上面に沿って、可動部１０は揺動軸１２を軸中心として揺動運動をする構成である。

前記可動部１０の電極部１３には複数の櫛歯を有する第一櫛歯部７が設けられ、前記可動部１０と対向する個所に配置された固定部１、３の電極部２、４には前記第一櫛歯部７と対向する位置に、前記第一櫛歯部７の各櫛歯間に挿入される複数の櫛歯を有する第二櫛歯部５、第三櫛歯部９が設けられている。電極部１３、２、４に櫛歯を有することにより電極１３、２、４の表面積が大きくなるため、可動部１０と固定部１、３の電極部１３、２、４間に大きな静電気力を得やすくしている。電極部１３への電圧印加はシリコン結晶層１６上に設けられたパッド（不図示）と前記シリコン結晶層１６と接する前記可動部１０の接触部１０ａを介して行われる。また、電極部２、４への電圧印加は固定部１、３上に設けられたパッド（不図示）を介して行われる。

以下、本発明の静電型アクチュエータの製造方法について説明する。図３は本発明の静電型アクチュエータの製造方法を説明するための図で、所定パターンのマスクを配した状態の図である。前記図３のマスクは、可動部マスクパターン１０’、固定部マスクパターン１’、３’、ストッパー部マスクパターン６’、８’を有するとともに、捨てマスクパターン２０’、２１ａ’、２１ｂ’を有している。前記捨てマスクパターンは可動部マスクパターン１０’の揺動軸周辺部位に形成されている。

図４は、静電型アクチュエータの製造工程を示す図で、図３のＢ−Ｂ断面図である。
工程（Ａ）：シリコン結晶層１４、１６を、絶縁層１５を介して貼り合わせ、半導体基板を構成する。
工程（Ｂ）：上側シリコン結晶層１４の上にレジスト膜２２を形成する。
工程（Ｃ）：レジスト膜２２を図３に示す所定パターンのマスクを用いて露光し、不要部分を除去し、エッチングにより除去させる上側シリコン結晶層を露出させる。
工程（Ｄ）：露出した上側シリコン結晶層をエッチングにより、絶縁層１５まで除去する。
工程（Ｅ）：上側シリコン結晶層１４の上に形成されたレジスト膜２２を除去すると、揺動軸１２、可動部１０、可動部１０のミラー部１１が形成される。（図示してないが、固定部１、３とストッパー部６、８も同時に形成される。）２０は捨てパターン部である。
工程（Ｆ）：揺動軸１２直下の一部分と、図示しない固定部１、３とストッパー部６、８直下の一部分以外の絶縁層１５を除去し、可動部１０をリリースすると、揺動軸１２の先端が可動部１０に対して絶縁層１５の厚み分突出した状態になり、可動部１０の接触部１０ａのみがシリコン結晶層１６と接触した状態になる。この時、捨てパターン部２０は絶縁層の除去と同時に除去される。

前記可動部１０は上側シリコン結晶層１４をドライエッチングにより形成する際に、図３の静電型アクチュエータのマスクの揺動軸付近に、捨てマスクパターン２０’、２１ａ’、２１ｂ’を配置することにより、前記可動部１０の捨てマスクパターン２０’、２１ａ’、２１ｂ’の配置されていない個所よりドライエッチングによる加工速度を遅延させ、前記揺動軸付近の捨てマスクパターン２０’、２１ａ’、２１ｂ’を配置させた付近の構造体の高さを保持している。前記可動部１０の捨てパターン２０’、２１ａ’、２１ｂ’の配置されていない個所はオーバエッチングの効果により構造体の下側のパターンが除去されることを利用し、前記可動部１０と下側シリコン結晶層１６の接触を接触部１０ａのみにした構造を得ている。前記により、可動部１０と下側シリコン結晶層１６の接触面積を減少させている。下側シリコン結晶層１６と接触するのは揺動軸１２周囲に位置する可動部１０の一部（接触部１０ａ）のみであるため、前記可動部１０を揺動運動させる際に生じる摩擦を低減させることができる。

図５は本発明による静電型アクチュエータの揺動駆動状態を示す図である。揺動駆動する手段として、可動部１０と接触する下側シリコン結晶層１６に形成した電極パット１７と固定部１、３に設けられた電極パット１８、１９との間に静電気力を発生させることにより、可動部１０が固定部１、３間に対して引き寄せられ、揺動軸１２を軸中心として揺動運動する。可動部１０への電圧印加は、可動部１０の揺動軸１２周辺のシリコン結晶層１６との接触部１０ａを介して行われるものである。可動部１０の揺動によって、可動部１０の先端部に形成されたミラー部１１も同時に揺動し、たとえば光偏向器として機能させることができる。該揺動駆動時における各電極パット１７、１８、１９に対して電荷を印加する方法は、固定部１、３の電極パット１８、１９の片方と、下側シリコン結晶層１６に形成した電極パット１７との間で電荷を印加させ、可動部の揺動に合わせて該固定部１、３の電極パット１８、１９と該下側シリコン結晶層との接触を切り替えることにより行うものである。尚、ストッパー部６、８は可動部１０の移動線上に設けられており、可動部１０の移動量を規制するために設けられている。

前記本発明の一実施例に示す構成によると、従来技術によるバネに相当する部分がないので、低電圧の印加であっても可動部の変位量を増加でき、安定した駆動が行えるものとなる。

本発明の静電型アクチュエータの斜視図本発明の静電型アクチュエータで、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図本発明の静電型アクチュエータの製造方法を説明するための図で、所定パターンのマスクを配した状態の図静電型アクチュエータの製造工程を示す図で、図３のＢ−Ｂ断面図本発明による静電型アクチュエータの揺動駆動状態を示す図従来技術による静電型アクチュエータの斜視図従来技術による静電型アクチュエータであり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図従来技術による静電型アクチュエータの揺動駆動状態を示す図

符号の説明

１固定部
１’ 固定部マスクパターン
２電極
３固定部
３’ 固定部マスクパターン
４電極
５第二櫛歯部
６スットパー部
６’ ストッパー部マスクパターン
７第一櫛歯部
８スットパー部
８’ ストッパー部マスクパターン
９第三櫛歯部
１０可動部
１０’ 可動部マスクパターン
１０ａ接触部
１１ミラー
１２揺動軸
１３電極
１４シリコン結晶層
１５絶縁層
１６シリコン結晶層
１７電極パット
１８電極パット
１９電極パット
２０捨てパターン部
２０’ 捨てマスクパターン
２１ａ’捨てマスクパターン
２１ｂ’捨てマスクパターン
２２レジスト
６０絶縁層
６１シリコン結晶層
６２シリコン結晶層
６３固定部
６４バネ
６５可動部
６６固定部
６７固定部
６８ミラー
６９揺動軸
７０電極
７１電極
７２電極

Claims

少なくとも、半導体基板上に、揺動軸を中心に揺動する可動部と、該可動部と対向する位置に形成される固定部と、前記可動部移動線上に形成されるストッパー部を備え、前記可動部にはミラー部と電極部と前記半導体基板と導通させるための接触部が形成され、前記固定部には電極部が形成され、前記可動部に形成した電極部と、該電極部と対向する部位に設けられた固定部に形成した電極部との間に静電力を発生させ、前記半導体基板の上面に沿って揺動軸を中心に揺動駆動する駆動手段とを備えたことを特徴とする静電型アクチュエータ。
前記可動部の電極部には、複数の櫛歯部が設けられ、前記可動部と対向する位置に設置された固定部の電極部にも、前記可動部の櫛歯部の各櫛歯間に挿入される複数の櫛歯部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の静電型アクチュエータ。
少なくとも、
絶縁層を介してシリコン結晶層を貼り合わせる工程と、
前記貼り合わされたシリコン結晶層の上側シリコン結晶層にレジスト膜を形成する工程と、
前記揺動軸と、該揺動軸を中心に揺動する可動部と、前記固定部と、前記ストッパー部のパターン形状を有し、さらに、前記揺動軸のパターン付近に捨てパターン形状を有するマスクを用いて露光し、前記レジスト膜の不要部分を除去する工程と、
前記レジスト膜不要部分の除去により露出した上側シリコン結晶層をエッチングにより前記絶縁層まで除去する工程と、
前記工程後に残ったレジスト膜を除去し、前記揺動軸と、前記可動部と、前記固定部と、前記ストッパー部と、捨てパターン部を形成する工程と、
前記揺動軸と前記固定部と前記ストッパー部の直下を除く絶縁層を除去するとともに前記捨てパターン部を除去する工程と、
を有することを特徴とする静電型アクチュエータの製造方法。