JP2006030585A - Thin film member, micro-actuator, optical device, and optical switch - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばMEMS(Micro-Electro-Mechanical System)などで用いられる薄膜部材、並びに、これを用いたマイクロアクチュエータ、光学装置及び光スイッチに関するものである。この光学装置及び光スイッチは、例えば、光通信装置や光伝送装置等で用いることができるものである。 The present invention relates to a thin film member used in, for example, a MEMS (Micro-Electro-Mechanical System), and a microactuator, an optical device, and an optical switch using the thin film member. The optical device and the optical switch can be used in, for example, an optical communication device or an optical transmission device.
例えばMEMSなどにおいては、固定部により支持されて前記固定部に対して移動する可動部の少なくとも一部を構成する薄膜部材であって、当該薄膜部材の少なくとも一部が前記固定部に押し付けられる押し付け状態と前記固定部から引き離される状態とに切り替えられる薄膜部材が、用いられる場合がある。 For example, in MEMS, a thin film member that constitutes at least a part of a movable part that is supported by a fixed part and moves relative to the fixed part, and at least a part of the thin film member is pressed against the fixed part. A thin film member that can be switched between a state and a state of being separated from the fixed portion may be used.
例えば、下記の特許文献1,2には、このような薄膜部材を用いたマイクロアクチュエータを利用した光スイッチが開示されている。マイクロアクチュエータは、固定部と、該固定部により支持されて前記固定部に対して移動し得る可動部とを備えている。特許文献1では、可動部が片持ち梁構造を持つタイプのマイクロアクチュエータ(例えば、特許文献1の図26、図36〜図40)が開示され、特許文献2では、可動部が両持ち構造を持つタイプのマイクロアクチュエータ(例えば、特許文献2の図2〜図4)が開示されている。これらのマイクロアクチュエータでは、可動部は、弾性部(例えば、片持ち梁構造を持つタイプのマイクロアクチュエータでは梁部を構成する板ばね部、両持ち構造を持つタイプのマイクロアクチュエータではフレクチュア部)を有し、該弾性部の変形に従って基板に対して移動し得るようになっている。
For example,
特許文献1,2に開示された各光スイッチでは、それぞれミラーの支持構造は異なるものの、いずれの光スイッチにおいても、可動部が薄膜で構成されて薄膜部材となっており、可動部におけるミラー支持基板となる領域にその面と垂直にミラーが搭載されている。そして、これらの光スイッチでは、ミラーがマイクロアクチュエータにより駆動されて上下方向に移動し、ミラーが入射光路から退出した時に光が直進する一方、ミラーが入射光路に進出した時に光がそのミラーで反射されることにより、出射光路が切り替えられる。この出射光路の切り替えの際に、前記薄膜部材におけるミラー支持基板となる部分が固定部に押し付けられる押し付け状態と前記固定部から引き離される状態とに切り替えられる。
In each optical switch disclosed in
そして、特許文献1に開示された光スイッチでは、ミラーを安定して支持するために、前記薄膜部材におけるミラー支持基板となる領域に、凹凸形状を付与することで段差を形成して、この段差により当該領域の剛性を高めている。特許文献2に開示された光スイッチでは、前記薄膜部材におけるミラー支持基板となる領域は単に平板状に構成され、この領域には凹凸形状は付与されていないが、ミラーを安定して支持するためには、特許文献1に開示された光スイッチと同様に、前記薄膜部材におけるミラー支持基板となる領域に凹凸形状を付与することが好ましい。
しかしながら、前記特許文献1に開示された光スイッチで用いられている前記薄膜部材では、前記凹凸形状は次のように付与されていた。すなわち、固定部の側に凹となる凹部が、固定部の側に凸となる凸部によって完全に囲まれ、前記押し付け状態において、前記凹部の周囲の凸部の少なくとも一部が固定部と接触することで、前記凹部と固定部とがなす空間が閉空間又はこれに近い状態となっていた。
However, in the thin film member used in the optical switch disclosed in
したがって、前記押し付け状態において前記凹部及びその付近が吸盤に類似した作用を行ってしまい、これにより、前記押し付け状態において前記薄膜部材と固定部との間に比較的大きな吸着力が作用していた。その結果、前記押し付け状態から前記薄膜部材を固定部から引き離すのに時間を要し、迅速に前記薄膜部材を固定部から引き離すことができなかった。なお、前記吸着力が比較的大きくなる原因が、前記凹部及びその付近が吸盤に類似した作用を行うためであることは、本発明者の研究の結果として判明したものである。 Therefore, in the pressed state, the concave portion and its vicinity perform an action similar to a suction cup, and thereby a relatively large adsorption force acts between the thin film member and the fixed portion in the pressed state. As a result, it took time to separate the thin film member from the fixed portion from the pressed state, and the thin film member could not be quickly separated from the fixed portion. In addition, as a result of the inventor's research, the reason why the suction force is relatively large is that the concave portion and the vicinity thereof perform an action similar to a suction cup.
以上、光スイッチのマイクロアクチュエータで用いられている薄膜部材を例に挙げて説明したが、前述した事情は他の用途の薄膜部材についても同様である。 As described above, the thin film member used in the microactuator of the optical switch has been described as an example, but the situation described above is the same for the thin film member for other uses.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、固定部により支持されて前記固定部に対して移動する可動部の少なくとも一部を構成する薄膜部材であって、当該薄膜部材の少なくとも一部が前記固定部に押し付けられる押し付け状態と前記固定部から引き離される状態とに切り替えられる薄膜部材において、所定領域の剛性を高めつつ、迅速に前記薄膜部材を固定部から引き離すことができる薄膜部材を提供することを目的とする。また、本発明は、このような薄膜部材を用いたマイクロアクチュエータ、光学装置及び光スイッチを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is a thin film member that constitutes at least a part of a movable portion that is supported by a fixed portion and moves with respect to the fixed portion, In a thin film member that can be switched between a pressed state in which a part is pressed against the fixed part and a state in which the part is separated from the fixed part, the thin film member can quickly separate the thin film member from the fixed part while increasing the rigidity of a predetermined region. The purpose is to provide. It is another object of the present invention to provide a microactuator, an optical device, and an optical switch using such a thin film member.
前記課題を解決するため、本発明の第1の態様による薄膜部材は、固定部により支持されて前記固定部に対して移動する可動部の少なくとも一部を構成する薄膜部材であって、当該薄膜部材の少なくとも一部が前記固定部に押し付けられる押し付け状態と前記固定部から引き離される状態とに切り替えられる薄膜部材において、(i)所定の領域において前記固定部の側に凹凸形状を持つことで、前記所定領域において、前記固定部の側に凸となる凸部、及び、前記固定部の側に凹となる凹部を備え、(ii)前記押し付け状態において前記凸部の一部と前記固定部との間に隙間が生ずるか否かに拘わらず、前記押し付け状態において前記凹部と前記固定部とがなす空間が前記隙間以外から外部に連通するように、構成されたものである。 In order to solve the above-described problem, the thin film member according to the first aspect of the present invention is a thin film member that constitutes at least a part of a movable part that is supported by a fixed part and moves relative to the fixed part. In the thin film member that is switched between a pressed state in which at least a part of the member is pressed against the fixed portion and a state in which the member is pulled away from the fixed portion, (i) having a concavo-convex shape on the fixed portion side in a predetermined region, In the predetermined region, a convex portion that is convex toward the fixed portion, and a concave portion that is concave toward the fixed portion, and (ii) a part of the convex portion and the fixed portion in the pressed state Regardless of whether or not there is a gap between them, the space formed by the concave portion and the fixed portion in the pressed state is configured to communicate with the outside from other than the gap.
本発明の第2の態様による薄膜部材は、前記第1の態様において、前記凹部の側壁の一部に、前記空間を外部に連通させる開口が形成されたものである。 The thin film member according to a second aspect of the present invention is the thin film member according to the first aspect, wherein an opening for communicating the space with the outside is formed in a part of the side wall of the recess.
本発明の第3の態様による薄膜部材は、前記第1又は第2の態様において、前記凹部の底部分の一部に、前記空間を外部に連通させる開口が形成されたものである。 The thin film member according to a third aspect of the present invention is the thin film member according to the first or second aspect, wherein an opening for communicating the space to the outside is formed in a part of the bottom portion of the recess.
本発明の第4の態様による薄膜部材は、固定部により支持されて前記固定部に対して移動する可動部の少なくとも一部を構成する薄膜部材であって、当該薄膜部材の少なくとも一部が前記固定部に押し付けられる押し付け状態と前記固定部から引き離される状態とに切り替えられる薄膜部材において、(i)前記固定部に相対的に近い高さを有する平面状部である凸平面状部、前記凸平面状部と略平行でかつ前記凸平面状部に比べて前記固定部から遠い高さを有する平面状部である凹平面状部、及び、前記凸平面状部と前記凹平面状部との間の段差を形成する段差側壁部を、所定領域において備え、(ii)前記押し付け状態において前記凸部の一部と前記固定部との間に隙間が生ずるか否かに拘わらず、前記押し付け状態において前記凹平面状部と前記固定部との間に形成される空間が前記隙間以外から外部に連通するように構成されたものである。 A thin film member according to a fourth aspect of the present invention is a thin film member that constitutes at least a part of a movable part that is supported by a fixed part and moves relative to the fixed part, wherein at least a part of the thin film member is the above-mentioned In the thin film member that is switched between a pressed state pressed against the fixed portion and a state separated from the fixed portion, (i) a convex flat portion that is a flat portion having a height relatively close to the fixed portion, the convex A concave planar portion that is a planar portion that is substantially parallel to the planar portion and has a height farther from the fixed portion than the convex planar portion, and the convex planar portion and the concave planar portion. (Ii) the pressing state regardless of whether or not a gap is formed between a part of the convex portion and the fixing portion in the pressing state. In the concave planar shape And in which a space formed between the fixed portion is configured to communicate with the outside from other than the gap.
本発明の第5の態様による薄膜部材は、前記第4の態様において、(i)略々前記高さの方向から見た平面視で、前記凹平面状部の外側周囲の少なくとも一部が前記凸平面状部によって囲まれないように、前記凸平面状部及び前記凹平面状部が配置され、(ii)前記押し付け状態において前記凹平面状部と前記固定部との間に形成される空間が、前記凹平面状部の外側周囲の前記少なくとも一部と前記固定部との間から外部に連通するものである。 The thin film member according to a fifth aspect of the present invention is the thin film member according to the fourth aspect, wherein (i) at least a part of the outer periphery of the concave planar portion is substantially the same as viewed from the height direction. The convex planar part and the concave planar part are arranged so as not to be surrounded by the convex planar part, and (ii) a space formed between the concave planar part and the fixing part in the pressing state However, it communicates with the outside from between the at least part of the outer periphery of the concave planar portion and the fixing portion.
本発明の第6の態様による薄膜部材は、前記第5の態様において、(i)略々前記高さの方向から見た平面視で、前記凹平面状部の外側周囲の全体が前記凸平面状部によって囲まれないとともに前記凸平面状部の外側周囲の全体又は大部分が前記凹平面状部によって囲まれるように、前記凸平面状部及び前記凹平面状部が配置され、(ii)前記押し付け状態において前記凹平面状部と前記固定部との間に形成される空間が、前記凹平面状部の外側周囲の全体と前記固定部との間から外部に連通するものである。 The thin film member according to a sixth aspect of the present invention is the thin film member according to the fifth aspect, wherein (i) the entire outer periphery of the concave planar portion is the convex plane in a plan view as viewed substantially from the height direction. The convex planar portion and the concave planar portion are arranged such that the entire outer periphery of the convex planar portion is surrounded by the concave planar portion and is not surrounded by the convex portion, and (ii) A space formed between the concave planar portion and the fixed portion in the pressed state communicates with the outside from between the entire outer periphery of the concave planar portion and the fixed portion.
本発明の第7の態様による薄膜部材は、前記第5の態様において、(i)略々前記高さの方向から見た平面視で、前記凹平面状部の外側周囲の大部分が前記凸平面状部によって囲まれるとともに前記凹平面状部の外側周囲の残りの部分が前記凸平面状部によって囲まれないように、前記凸平面状部及び前記凹平面状部が配置され、(ii)前記押し付け状態において前記凹平面状部と前記固定部との間に形成される空間が、前記凹平面状部の外側周囲の前記残りの部分と前記固定部との間の開口から外部に連通するものである。 A thin film member according to a seventh aspect of the present invention is the thin film member according to the fifth aspect, wherein (i) a large portion of the outer periphery of the concave planar portion is substantially convex in plan view as viewed substantially from the height direction. (Ii) the convex planar portion and the concave planar portion are arranged so that the remaining portion around the outside of the concave planar portion is not surrounded by the convex planar portion while being surrounded by the planar portion; A space formed between the concave planar portion and the fixing portion in the pressed state communicates with the outside through an opening between the remaining portion around the outer side of the concave planar portion and the fixing portion. Is.
本発明の第8の態様による薄膜部材は、前記第7の態様において、前記開口が2箇所以上に存在し、前記開口は、前記凹平面状部の連続領域の所定方向の両側において前記所定方向に対向する2つの箇所には、位置していないものである。 The thin film member according to an eighth aspect of the present invention is the thin film member according to the seventh aspect, wherein the openings are present at two or more locations, and the openings are in the predetermined direction on both sides of the predetermined direction of the continuous region of the concave planar portion. It is not located in the two places opposite to.
本発明の第9の態様による薄膜部材は、前記第7又は第8の態様において、前記凹平面状部は、各部分で実質的に同じ高さを有するものである。 The thin film member according to the ninth aspect of the present invention is the thin film member according to the seventh or eighth aspect, wherein the concave planar portion has substantially the same height in each portion.
本発明の第10の態様による薄膜部材は、前記第7又は第8の態様において、(i)前記凹平面状部は、互いに異なる高さを有する第1部分と第2部分とを有し、(ii)前記第1部分と前記第2部分との間の段差を形成する第2の段差側壁部を備え、(iii)前記凹平面状部の外側周囲の前記残りの部分が前記凸平面状部によって囲まれないことにより生じようとする強度低下を補うように、前記第2の段差側壁部が配置されたものである。 The thin film member according to a tenth aspect of the present invention is the thin film member according to the seventh or eighth aspect, wherein (i) the concave planar portion has a first portion and a second portion having different heights, (Ii) a second step side wall portion that forms a step between the first portion and the second portion; and (iii) the remaining portion around the outside of the concave flat portion is the convex flat shape. The second step side wall portion is arranged so as to compensate for the strength reduction that is caused by being not surrounded by the portion.
本発明の第11の態様による薄膜部材は、前記第4乃至第10のいずれかの態様において、前記凹平面状部の一部に、前記空間を外部に連通させる開口が形成されたものである。 The thin film member according to an eleventh aspect of the present invention is the thin film member according to any one of the fourth to tenth aspects, wherein an opening that communicates the space with the outside is formed in a part of the concave planar portion. .
本発明の第12の態様によるマイクロアクチュエータは、固定部により支持されて前記固定部に対して移動し得る可動部とを備え、前記可動部の少なくとも一部が前記固定部に押し付けられる押し付け状態と前記固定部から引き離される状態とに切り替えられるマイクロアクチュエータであって、前記可動部の前記少なくとも一部が前記第1乃至第11のいずれかの態様による薄膜部材で構成されたものである。 A microactuator according to a twelfth aspect of the present invention includes a movable portion supported by a fixed portion and movable with respect to the fixed portion, and at least a part of the movable portion is pressed against the fixed portion; The microactuator can be switched to a state of being pulled away from the fixed part, wherein the at least part of the movable part is formed of a thin film member according to any one of the first to eleventh aspects.
本発明の第13の態様による光学装置は、前記第12の態様によるマイクロアクチュエータと、前記可動部に設けられた光学素子とを備えたものである。 An optical device according to a thirteenth aspect of the present invention includes the microactuator according to the twelfth aspect and an optical element provided in the movable portion.
本発明の第14の態様による光スイッチは、前記第12の態様によるマイクロアクチュエータと、前記可動部に設けられたミラーとを備えたものである。 An optical switch according to a fourteenth aspect of the present invention includes the microactuator according to the twelfth aspect and a mirror provided on the movable part.
本発明によれば、固定部により支持されて前記固定部に対して移動する可動部の少なくとも一部を構成する薄膜部材であって、当該薄膜部材の少なくとも一部が前記固定部に押し付けられる押し付け状態と前記固定部から引き離される状態とに切り替えられる薄膜部材において、所定領域の剛性を高めつつ、迅速に前記薄膜部材を固定部から引き離すことができる薄膜部材を提供することができる。また、本発明によれば、このような薄膜部材を用いたマイクロアクチュエータ、光学装置及び光スイッチを提供することができる。 According to the present invention, a thin film member that constitutes at least a part of a movable part that is supported by a fixed part and moves relative to the fixed part, wherein at least a part of the thin film member is pressed against the fixed part In the thin film member that can be switched between the state and the state of being separated from the fixed part, it is possible to provide a thin film member that can quickly separate the thin film member from the fixed part while increasing the rigidity of a predetermined region. In addition, according to the present invention, a microactuator, an optical device, and an optical switch using such a thin film member can be provided.
以下、本発明による薄膜部材、並びに、これを用いたマイクロアクチュエータ、光学装置及び光スイッチについて、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a thin film member according to the present invention, and a microactuator, an optical device, and an optical switch using the same will be described with reference to the drawings.
[第1の実施の形態] [First Embodiment]
図1は、本発明の第1の実施の形態による光学装置としての光スイッチを複数有する光スイッチアレー1を備えた光学システム(本実施の形態では、光スイッチシステム)の一例を模式的に示す概略構成図である。説明の便宜上、図1に示すように、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸を定義する(後述する図についても同様である。)。図1において、X’軸及びY’軸は、X軸及びY軸をそれぞれZ軸回りに45゜回転した軸を示す。光スイッチアレー1の基板11の面がXY平面と平行となっている。また、Z軸方向のうち矢印の向きを+Z方向又は+Z側、その反対の向きを−Z方向又は−Z側と呼び、X軸方向及びY軸方向についても同様とする。なお、Z軸方向の+側を上側、Z軸方向の−側を下側という場合がある。
FIG. 1 schematically shows an example of an optical system (in this embodiment, an optical switch system) including an
この光スイッチシステムは、図1に示すように、光スイッチアレー1と、m本の光入力用光ファイバ2と、m本の光出力用光ファイバ3と、n本の光出力用光ファイバ4と、光スイッチアレー1に対して後述するように磁界を発生する磁界発生部としての磁石5と、光路切替状態指令信号に応答して、当該光路切替状態指令信号が示す光路切換状態を実現するための制御信号を光スイッチアレー1に供給する制御部としての外部制御回路6と、を備えている。図1に示す例では、m=3、n=3となっているが、m及びnはそれぞれ任意の数でよい。
As shown in FIG. 1, this optical switch system includes an
本実施の形態では、磁石5は、光スイッチアレー1の下側に配置された永久磁石であり、光スイッチアレー1に対して、X軸方向に沿ってその+側へ向かう略均一な磁界を発生している。もっとも、磁界発生部として、磁石5に代えて、例えば、他の形状を有する永久磁石や、電磁石などを用いてもよい。
In the present embodiment, the
光スイッチアレー1は、図1に示すように、基板11と、基板11上に配置されたm×n個のミラー31とを備えている。m本の光入力用光ファイバ2は、基板11に対するY’軸方向の一方の側からY’軸方向に入射光を導くように、XY平面と平行な面内に配置されている。m本の光出力用光ファイバ3は、m本の光入力用光ファイバ2とそれぞれ対向するように基板11に対する他方の側に配置され、光スイッチアレー1のいずれのミラー31によっても反射されずにY’軸方向に進行する光が入射するように、XY平面と平行な面内に配置されている。n本の光出力用光ファイバ4は、光スイッチアレー1のいずれかのミラー31により反射されて−X’軸方向に進行する光が入射するように、XY平面と平行な面内に配置されている。m×n個のミラー31は、m本の光入力用光ファイバ2の出射光路と光出力用光ファイバ4の入射光路との交差点に対してそれぞれ、後述するマイクロアクチュエータにより進出及び退出可能にZ軸方向に移動し得るように、2次元マトリクス状に基板11上に配置されている。なお、本例では、ミラー31の向きは、その法線がXY平面と平行な面内においてY軸’と45゜をなすY軸と平行となるように設定されている。もっとも、その角度は適宜変更することも可能であり、ミラー31の角度を変更する場合には、その角度に応じて光出力用光ファイバ4の向きを設定すればよい。なお、この光スイッチシステムの光路切替原理自体は、従来の2次元光スイッチの光路切替原理と同様である。
As shown in FIG. 1, the
図2は、図1中の光スイッチアレー1を模式的に示す概略平面図である。光スイッチアレー1は、基板11(図2では図示せず)と、該基板11上に2次元状に配置されたm×n個の可動板12と、各可動板12に搭載されたミラー31とを備えている。図1及び図2並びに後述する図では、説明を簡単にするため、9個の光スイッチを3行3列に配置しているが、光スイッチの数は何ら限定されるものではない。光スイッチアレー1のうちのミラー31以外の部分が、マイクロアクチュエータアレーを構成している。なお、本発明では、光スイッチは、アレー化することなく単体で用いてもよい。
FIG. 2 is a schematic plan view schematically showing the
次に、図1中の光スイッチアレー1の単位素子としての1つの光スイッチの構造について、図3乃至図5を参照して説明する。
Next, the structure of one optical switch as a unit element of the
図3は、図1中の光スイッチアレー1の単位素子としての1つの光スイッチ(すなわち、1つのマイクロアクチュエータ及びこれにより駆動される1つのミラー31)を模式的に示す概略平面図である。理解を容易にするため、図3において、Al膜22の部分にハッチングで示している。図4及び図5はそれぞれ、図3中のA−A’線に沿った断面を+Y側から−Y方向に見た概略断面図である。図4はミラー31が上側に保持されて光路Kに進出した状態、図5はミラー31が下側に保持されて光路から退出した状態を示している。
FIG. 3 is a schematic plan view schematically showing one optical switch (that is, one microactuator and one
光スイッチアレー1の単位素子としての光スイッチは、図3乃至図5に示すように、基板11上に設けられ基板11と共にマイクロアクチュエータを構成する可動部としての可動板12と、可動板12に搭載された被駆動体である光学素子としてのミラー31とを有している。本実施の形態では、基板11としてシリコン基板が用いられているが、本発明では、これに限定されるものではなく、適宜、基板11としてガラス基板等の絶縁性基板を用いてもよい。
As shown in FIGS. 3 to 5, the optical switch as a unit element of the
ここで、可動板12について、図3乃至図5の他に、図6乃至図11を参照して説明する。図6は、図3中の可動板12の外形及び凹凸の状況を示す概略平面図である。図7は、図6中のC−C’線に沿った概略断面図である。図8は、図6中のD−D’線に沿った概略断面図である。図9は、図6中のE−E’線に沿った概略断面図である。図10は、図6中のM1付近を模式的に示す概略拡大斜視図である。図11は、図10中のF−F’線断面を、製造途中で形成され最終的には除去される後述の犠牲層としてのレジスト100,101と共に、模式的に示す概略断面図である。なお、図11は、後述する図13(b)と同じ工程を示している。また、図面表記の便宜上、図10及び図11では、可動板12が単層膜で構成されているかのように示している。
Here, the
可動板12は、薄膜で構成されて薄膜部材となっており、図3乃至図5及び図7乃至図9に示すように、可動板12の平面形状の全体に渡る下側の窒化ケイ素膜(SiN膜)21と、SiN膜21上に部分的に形成されたAl膜22とから構成されている。すなわち、可動板12は、下から順にSiN膜21からなる1層膜からなる部分と、下から順にSiN膜21及びAl膜22を積層した2層膜からなる部分とを、併有している。これらのSiN膜21及びAl膜22上に、更に、可動板12の平面形状の全体に渡るSiN膜を積層してもよい。Al膜22のパターン形状は図3に示す通りであるが、これについては後述する。可動板12は、SiN膜21とAl膜22との熱膨張係数の差によって生じる内部応力、並びに、成膜時に生じた内部応力により、図4に示すように基板11に対して上向き(+Z方向)に湾曲するように、予め定められた膜厚及び成膜条件によって形成されている。
The
可動板12は、図3及び図6に示すように、ミラー31を搭載するための搭載部(すなわち、ミラー31用の支持基体)としての長方形状のミラー搭載板12bと、ミラー搭載板12bの端部に接続された2本の帯状の支持板12cとを含む。本実施の形態では、これらの2本の支持板12cが、互いに機械的に並列接続された2本の梁部となっている。支持板12cは、それぞれの端部に脚部12a及び脚部12dを有している。脚部12a及び12dは、いずれも基板11に固定されており、可動板12は、脚部12a及び12dを固定端として、図4に示すように、ミラー搭載板12b側が持ち上がるようになっている。このように、本実施の形態では、可動板12は、脚部12a,12dを固定端とする片持ち梁構造を持つ可動部となっている。本実施の形態では、基板11、並びに、後述する絶縁膜18,19及び固定電極35等が、固定部を構成している。
As shown in FIGS. 3 and 6, the
可動板12は、図6に示すように、ミラー搭載板12b及び支持板12cのミラー搭載板12b側部分からなる領域Rにおいて、後に詳述する凹凸形状を持っている。この凹凸形状によって段差が生じるため、可動板12の領域Rの剛性が高まり、この領域Rは、内部応力による湾曲が抑制され、平面性を維持することができる。このため、可動板12は、図4のように内部応力による湾曲によりミラー31を上側の位置に持ち上げた状態であっても、ミラー31を搭載している部分は平面であるため、搭載されているミラー31の形状を安定して一定に保つことができる。
As shown in FIG. 6, the
このように、可動板12では、領域Rは湾曲が抑制されるが、支持板12cの脚部12dに近い領域は、凹凸形状が設けられていない。これにより、支持板12cの脚部12dに近い領域の湾曲によって、可動板12は、脚部12a,12dを固定端として、図4のように、ミラー搭載板12b側が持ち上がるようになっている。また、支持板12cの脚部12dに近い領域は、凹凸形状が設けられていないことにより、弾性部としての板ばね部となっている。
As described above, in the
ここで、可動板12のAl膜22の形状について、図3を参照して説明する。本実施の形態では、駆動力としてローレンツ力と静電力の両方を用いて可動板12を駆動するために、図3に示すような形状に、Al膜22をパターニングしている。
Here, the shape of the
Al膜22のうちパターン22aは、2つの脚部12dのうちの一方から、可動板12の外周の縁に沿って延びて可動板12の先端まで到達した後、可動板12の反対側の縁に沿って他方の脚部12dに達するパターンである。このパターン22aは、ローレンツ力により可動板12を駆動する際に、ローレンツ力を生じさせるための電流を流す配線として用いられる。パターン22aは、図4及び図5に示すように、+Y側の脚部12dにおいて基板11上のシリコン酸化膜等の絶縁膜19のスルーホール及びSiN膜21のコンタクトホールを介して配線40に接続されるとともに、−Y側の脚部12dにおいて絶縁膜18,19間に形成された配線(図示せず)と接続され、脚部12dを介して配線40からローレンツ力用駆動信号としての電流が供給される。パターン22aのうち、可動板12の先端の一辺12eに沿ってY軸方向に延びた直線部分が、磁界内に配置されて通電により駆動力としてのローレンツ力を生じる電流路(ローレンツ力用電流路)を構成している。パターン22aの他の部分は、ローレンツ力用電流路の配線となっている。図1に示す磁石5によって、ローレンツ力用電流路がX軸方向の磁界内に置かれている。したがって、パターン22aに電流を供給すると、ローレンツ力用電流路に、その電流の向きに応じて、+Z方向又は−Z方向のローレンツ力が生ずる。
The
また、Al膜22のうちパターン22bは、2つの脚部12aのそれぞれから、可動板12の内側の縁に沿ってミラー搭載板12bの固定端側(−X側)まで延び、ミラー搭載板12bの固定端側に配置された長方形状のパターン22dに接続されている。パターン22dは、駆動力としての静電力を発生するための可動電極である。以下、パターン22dを可動電極22dと呼ぶ場合がある。パターン22dもAl膜22のうちのパターンである。パターン22bは、可動電極22dの配線パターンである。パターン22bは、両方の脚部12aにおいて、絶縁膜19のスルーホール及びSiN膜21のコンタクトホールを介して配線(図示せず)に接続され、Al膜等からなる固定電極35との間に電圧(静電力用電圧、静電力用駆動信号)が印加される。固定電極35は、基板11上の絶縁膜18,19間に形成され、可動電極22dと対向する位置に配置されている。固定電極35は、基板11から絶縁されている。可動電極22dと固定電極35との間に電圧が印加されると、両者の間に駆動力としての静電力が生じ、この静電力により可動板12は基板11に引き寄せられる。
The
本実施の形態では、可動電極22dと固定電極35との間の静電力用電圧及び前記ローレンツ力用電流路に流す電流を制御することで、ミラー31が上側(基板11と反対側)に保持された状態(図4)及びミラー31が下側(基板11側)に保持された状態(図5)にすることができる。本実施の形態では、後述するように、外部回路6によってこのような制御が行われるようになっている。図4及び図5において、Kは、ミラー31の進出位置に対する入射光の光路の断面を示している。
In the present embodiment, the
図4に示すように、駆動力としての前記静電力及び駆動力としての前記ローレンツ力が印加されていない状態では、支持板12cの脚部12dに近い領域の膜の応力(バネ力)によって+Z方向に湾曲した状態に復帰し、ミラー31が上側に保持される。これにより、ミラー31が光路Kに進出して、当該光路Kに入射した光を反射させる。この状態から、光路Kに入射した光をミラー31で反射させずにそのまま通過させる状態(図5)に切り替える場合には、例えば、まず、駆動力としての前記ローレンツ力を印加して、支持板12cの脚部12dに近い領域の膜の応力(バネ力)に抗してミラー31を下方へ移動させ、ミラー31が基板11側に保持された後、駆動力としての前記静電力を印加してその保持を維持し、前記ローレンツ力の印加を停止させればよい。このようにして、可動板12の領域Rは、固定部に押し付けられる押し付け状態(図5)と、固定部から引き離される状態(図4)とに切り替えられる。
As shown in FIG. 4, when the electrostatic force as the driving force and the Lorentz force as the driving force are not applied, + Z is caused by the stress (spring force) of the film in the region near the
以上の説明からわかるように、本実施の形態では、駆動力としての静電力を発生させる可動電極22d及び固定電極35、及び、駆動力としてのローレンツ力を発生させる前記ローレンツ力用電流路が、信号に応じて、可動板12の弾性部(凸部24が設けられていない支持板12cの領域)のバネ力に抗してミラー31の移動及び位置の保持を行う駆動力を可動板12に付与し得る駆動力付与手段を、構成している。
As can be seen from the above description, in the present embodiment, the
もっとも、本発明では、この駆動力付与手段は、例えば、可動電極22d及び固定電極35と前記ローレンツ力用電流路のうちの一方のみで構成してもよい。駆動力付与手段を可動電極22d及び固定電極35のみで構成する場合には、例えば、パターン22aを除去するかあるいは途中で断線させておけばよい。駆動力付与手段を前記ローレンツ力用電流路のみで構成する場合には、例えば、パターン22bを除去するかあるいは途中で断線させるか、あるいは、可動電極22dを除去すればよい。また、本発明では、他の種々の駆動力を利用するようにしてもよい。
However, in the present invention, the driving force applying means may be configured by only one of the
本実施の形態では、ミラー31は、前記特許文献2に開示されているミラーと同様に、Au、Ni又はその他の金属で構成され、可動板12のミラー搭載板12bの上面に直立して、単に固定されている。このミラー31は、例えば、前記特許文献2に開示されているように、ミラー31に対応する凹所をレジストによって形成した後、電解メッキによりミラー31となるべきAu、Niその他の金属を成長させ、その後に前記レジストを除去することで、形成することができる。ミラー31をその支持基体となるミラー搭載板12bにより支持する支持構造は、これに限定されるものではなく、例えば、特許文献1に開示された支持構造を採用してもよい。その場合、この支持構造及びミラー31は、特許文献1に開示されている製造方法と同様の製造方法により製造することができる。
In the present embodiment, the
ここで、可動板12の領域Rに付与されている凹凸形状について、詳述する。可動部12の領域Rには、図4乃至図11(特に、図6)に示すように、前記固定部(したがって、基板11)に相対的に近い高さを有する平面状部である凸平面状部50と、凸平面状部50と略平行でかつ凸平面状部50に比べて前記固定部から遠い高さを有する平面状部である凹平面状部51と、凸平面状部50と前記凹平面状部51との間の段差を形成する段差側壁部52とが、形成されている。凸平面状部50、凹平面状部51及び段差側壁部52は、可動板12を構成している構成膜によって形成されている。略前記高さの方向から見た平面視で、凸平面状部50と凹平面状部51との間の境界には段差側壁部52が存在する一方、可動板12の外縁と一致する凸平面状部50や凹平面状部51の縁などの、前記境界とならない所には、段差側壁部52は存在しない。凹平面状部51及びこれに繋がっている段差側壁部52によって、下側(固定部の側)に凹となる凹部が構成されている。本実施の形態では、凹平面状部51は各部分で実質的に同じ高さを有している。一方、凸平面状部50によって、下側(固定部の側)に凸となる凸部が構成されている。
Here, the uneven shape imparted to the region R of the
本実施の形態では、固定部の上面(すなわち、絶縁膜19の上面)には、絶縁膜18,19間に、固定電極35又は配線パターンが存在している所と存在していない所との間で、その厚みに応じた微小の段差が存在する。したがって、図5に示すように、可動板12が固定部に押し付けられた状態において、固定電極35又は配線パターンが存在している所では、凹平面状部51が固定部に接触する一方、固定電極35又は配線パターンが存在していない所では、凹平面状部51と固定部との間に微小の隙間Sが生ずる。
In the present embodiment, on the upper surface of the fixed portion (that is, the upper surface of the insulating film 19), there are a place where the fixed
本実施の形態では、図3及び図6に示すように、凹平面状部51は、可動板12のミラー31を搭載している部分に相当する平面視で長方形状の内側の凸平面状部50を完全に取り囲んでいる。凹平面状部51の外側周囲の大部分が外側の凸平面状部50で囲まれ、凹平面状部51の外側周囲の残りの部分(本実施の形態では、図6中のM1〜M16の付近の部分)が凸平面状部50で囲まれていない。よって、凹平面状部51の外側周囲の図6中のM1〜M16の付近の部分に繋がる段差側壁部52が存在せず(図8乃至図11参照)、この段差側壁部52が存在しない箇所が、図5に示すような可動板12の固定部への押し付け状態において凹平面状部51と固定部との間の空間を前記隙間S以外から外部に連通する開口Lとなる。この開口Lは、凹平面状部51及びこれに繋がっている段差側壁部52がなす凹部(下側に凹となる凹部)の側壁の一部に形成された開口に、相当している。なお、図6中のM2〜M16の付近の構造も、図10に示す図6中のM1の付近の構造と同様である。
In this embodiment, as shown in FIGS. 3 and 6, the concave
本実施の形態による光スイッチアレー1は、例えば、膜の形成及びパターニング、エッチング、犠牲層の形成・除去などの半導体製造技術を利用して、製造することができる。その具体例を図12及び図13を参照して簡単に説明する。図12及び図13は、本実施の形態による光スイッチアレー1の製造方法における各製造工程を模式的に示す概略断面図であり、図4及び図5に対応している。
The
まず、基板11上に絶縁膜18を成膜する。次いで、絶縁膜18上にAl膜を成膜し、フォトリソエッチング法等によって、このAl膜を固定電極35並びに配線40及びその他の配線の形状にパターニングする。次いで、その上に絶縁膜19を成膜し、この絶縁膜19に脚部12a,12dのための開口19aを形成する(図12(a))。
First, the insulating
次いで、この状態の基板上に犠牲層としてのレジスト100を形成し、このレジスト100に脚部12a,12dのための開口100aを形成する(図12(b))。
Next, a resist 100 as a sacrificial layer is formed on the substrate in this state, and
その後、このレジスト100上に、凹平面状部51等を形成するための犠牲層としてレジスト101を島状に形成する(図13(a))。その後、SiN膜を形成し、フォトリソエッチング法等によって、このSiN膜を可動部11のSiN膜21の形状にパターニングするとともに、このSiN膜に、脚部12a,12dにおけるコンタクトホールを形成する。
Thereafter, a resist 101 is formed in an island shape on the resist 100 as a sacrificial layer for forming the concave
次に、この状態の基板上にAl膜を成膜し、フォトリソエッチング法等により、このAl膜をパターン22a,22b,22dの形状にパターニングする(図13(b))。前述したように、図11は、図13(b)と同じ工程を示している。
Next, an Al film is formed on the substrate in this state, and this Al film is patterned into the shapes of the
その後、例えば、前記特許文献1に開示されている製造方法と同様に、この状態の基板上にミラー形成用のレジストを塗布し、ミラー31に対応する凹所をこのレジストに形成した後、電解メッキによりミラー31となるべきAu、Niその他の金属を成長させる。最後に、アッシング法等により、レジスト100,101及び前記ミラー形成用レジストを除去する。これより、本実施の形態による光スイッチアレー1が完成する。
Thereafter, for example, as in the manufacturing method disclosed in
ここで、本実施の形態と比較される比較例について、図14を参照して説明する。図14は、比較例による光スイッチアレーの1つの光スイッチの可動板の外形及び凹凸の状況を示す概略平面図であり、図6に対応している。図14において、図6中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。 Here, the comparative example compared with this Embodiment is demonstrated with reference to FIG. FIG. 14 is a schematic plan view showing the outer shape and unevenness of the movable plate of one optical switch of the optical switch array according to the comparative example, and corresponds to FIG. 14, elements that are the same as or correspond to those in FIG. 6 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.
この比較例が本実施の形態と異なる所は、本実施の形態では、前述したように、平面視で、凹平面状部51の外側周囲の図6中のM1〜M16の付近の部分が凸平面状部50で囲まれていなかったのに対し、この比較例では、凹平面状部51の外側周囲の全体が外側の凸平面状部50で囲まれている点のみである。したがって、比較例では、図5に示すような可動板12の固定部への押し付け状態において形成される凹平面状部51と固定部との空間は、前記隙間S以外からは外部に連通しない。この比較例は、前述した従来技術に対応している。
This comparative example is different from the present embodiment in the present embodiment, as described above, in the plan view, the portions around M1 to M16 in FIG. 6 around the outer side of the concave
図15を参照して、前記比較例と比較しつつ本実施の形態の効果について説明する。図15は、比較例と本実施の形態とを比較するためのモデル図である。図15(a)(c)は、前記比較例において、可動板12が固定部(図15では、符号200を付している)に押し付けられた状態から力Fで固定部から引き離されようとしている状態を、モデル化して示している。図15(b)(d)は、本実施の形態において、同様の状態をモデル化して示している。図15(a)(b)は、押し付け状態において、凸平面状部50の一部と固定部200との間に隙間Sが生じている場合を示し、図15(c)(d)は、固定部200の表面が平坦化されるなどにより隙間Sが生じていない場合を示している。
With reference to FIG. 15, the effect of the present embodiment will be described in comparison with the comparative example. FIG. 15 is a model diagram for comparing the comparative example with the present embodiment. 15 (a) and 15 (c) show that in the comparative example, the
押し付け状態において隙間Sが生じている場合、可動板12の固定部からの引き離しに伴って外部の流体(本実施の形態は、大気中で使用される例を挙げたが、液体中で使用される場合もある。)が隙間Sから凹平面状部51と固定部200との間の空間に入ろうとする。比較例の場合、押し付け状態において形成される凹平面状部51と固定部との空間は、隙間S以外からは外部に連通していないので、図15(a)に示すように、流体は隙間Sからしか入り得ず、流体が前記空間に入り難い。したがって、吸盤に類似した作用によって、可動板12と固定部200との間に比較的大きな吸着力が作用する。よって、押し付け状態から可動板12を固定部200から引き離すのに時間を要し、迅速に可動板12を固定部200から引き離すことができない。これに対し、本実施の形態によれば、図15(b)に示すように、押し付け状態において形成される凹平面状部51と固定部との空間は、開口Lによっても外部に連通しているので、流体が隙間Sのみならず開口Lからも前記空間に入るため、流体が前記空間に入り易くなる。したがって、可動板12と固定部200との間の吸着力が低減され、迅速に可動板12を固定部200から引き離すことができる。
When the gap S is generated in the pressed state, an external fluid (this embodiment has been described as being used in the atmosphere as the
押し付け状態において隙間Sが生じていない場合、比較例では、図15(c)に示すように、流体は前記空間に著しく入り難い。これに対して、本実施の形態では、開口Lから前記空間に入るため、やはり、流体が前記空間に入り易くなる。したがって、本実施の形態によれば、可動板12と固定部200との間の吸着力が低減され、迅速に可動板12を固定部200から引き離すことができる。
When the gap S is not generated in the pressed state, in the comparative example, as shown in FIG. 15C, the fluid is extremely difficult to enter the space. On the other hand, in this embodiment, since it enters the space from the opening L, it is easy for the fluid to easily enter the space. Therefore, according to the present embodiment, the adsorption force between the
このように、本実施の形態によれば、押し付け状態において隙間Sが生じていてもいなくても、開口Lによって、迅速に可動板12を固定部200から引き離すことができる。
As described above, according to the present embodiment, the
[第2の実施の形態] [Second Embodiment]
図16は、本発明の第2の実施の形態による光スイッチを複数有する光スイッチアレーの、1つの光スイッチの可動板12の外形及び凹凸の状況を示す概略平面図であり、図6に対応している。図16において、図6中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
FIG. 16 is a schematic plan view showing the outer shape and unevenness of the
本実施の形態が前記第1の実施の形態と異なる所は、前記第1の実施の形態では、図10に示すM1付近の構造と同様の構造が図6中のM4,M5,M6,M9,M10,M11の位置に設けられていたのに対し、その代わりに、図10に示すM1付近の構造と同様の構造がそれらの位置からそれぞれずれた図16中のM4’,M5’,M6’,M9’,M10’,M11’の位置に設けられている点のみである。 The present embodiment differs from the first embodiment in that the structure similar to the structure near M1 shown in FIG. 10 is the same as M4, M5, M6, and M9 in FIG. , M10, and M11, but instead, structures similar to those in the vicinity of M1 shown in FIG. 10 are shifted from those positions in FIG. 16, respectively M4 ′, M5 ′, and M6. It is only the point provided in the position of ', M9', M10 ', M11'.
したがって、本実施の形態によっても、基本的に前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。 Therefore, the same advantages as those of the first embodiment can be basically obtained by this embodiment.
ただし、本実施の形態では、図16中のM5’,M6’のX座標位置は互いに同一であるため、図10に示すM1付近の構造(したがって、前記開口L)が、凹平面状部51の連続領域のY軸方向の両側においてY軸方向に対向する2つの箇所M5’,M6’に、位置している。したがって、可動板12の片持ち梁構造の固定端から自由端へ向かう方向に対して直交するY軸方向に延びるとともに位置M5’,M6’を通る線を折り曲げ線とするような曲げモーメントが、可動板21に加わり易いにも拘わらず、この曲げモーメントに対する剛性が比較的大きく低下してしまう。これは、前記開口Lによって、このような曲げモーメントに抗しようとするX軸方向に延びる段差側壁部52が位置M5’,M6’付近で途切れるためである。
However, in the present embodiment, since the X coordinate positions of M5 ′ and M6 ′ in FIG. 16 are the same, the structure in the vicinity of M1 shown in FIG. Are located at two locations M5 ′ and M6 ′ opposite to each other in the Y-axis direction on both sides in the Y-axis direction. Therefore, a bending moment that extends in the Y-axis direction orthogonal to the direction from the fixed end to the free end of the cantilever structure of the
同様に、本実施の形態では、前記開口Lが凹平面状部51の連続領域のY軸方向の両側においてY軸方向に対向する2つの箇所M9’,M10’に位置していることによって、位置M9’,M10’を通る線を折り曲げ線とするような曲げモーメントに対する剛性が比較的大きく低下してしまう。また、前記開口Lが凹平面状部51の連続領域のY軸方向の両側においてY軸方向に対向する2つの箇所M4’,M11’に位置していることによって、位置M4’,M11’を通る線を折り曲げ線とするような曲げモーメントに対する剛性が比較的大きく低下してしまう。
Similarly, in the present embodiment, the opening L is located at two locations M9 ′ and M10 ′ facing in the Y-axis direction on both sides in the Y-axis direction of the continuous region of the concave
これに対して、前記第1の実施の形態では、図6中のM5,M6のX座標位置は互いに異なり、M9,M10のX座標位置は互いに異なり、また、M4,M11のX軸座標位置は互いに異なっている。よって、前記第1の実施の形態では、凹平面状部51の連続領域のY軸方向の両側においてY軸方向に対向する2つの箇所には、図10に示すM1付近の構造(したがって、前記開口L)が存在していない。したがって、前記第1の実施の形態の方が、本実施の形態に比べて、剛性を高めることができるので、好ましい。
On the other hand, in the first embodiment, the X coordinate positions of M5 and M6 in FIG. 6 are different from each other, the X coordinate positions of M9 and M10 are different from each other, and the X coordinate positions of M4 and M11 are different from each other. Are different from each other. Therefore, in the first embodiment, two locations facing in the Y-axis direction on both sides in the Y-axis direction of the continuous region of the concave
なお、例えば、図6中のM3,M12のX座標位置は同一であり、2つの箇所M3,M12は凹平面状部51のY軸方向の両側においてY軸方向に対向しているが、両者の間に内側の凸平面状部50が介在しているため、2つの箇所M3,M12は凹平面状部51の連続領域のY軸方向の両側においてY軸方向に対向しているわけではない。両者の間に内側の凸平面状部50が介在していることによって、両者の間にX軸方向に延びる段差側壁部52が介在しているので、この段差側壁部52により、位置M4’,M11’を通る線を折り曲げ線とするような曲げモーメントに対する剛性が高められている。
For example, the X-coordinate positions of M3 and M12 in FIG. 6 are the same, and the two locations M3 and M12 are opposed to the Y-axis direction on both sides of the concave
[第3の実施の形態] [Third Embodiment]
図17は、本発明の第3の実施の形態による光スイッチを複数有する光スイッチアレーの、1つの光スイッチの可動板12の外形及び凹凸の状況を示す概略平面図であり、図6に対応している。図17において、図6中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
FIG. 17 is a schematic plan view showing the outer shape and unevenness of the
本実施の形態が前記第1の実施の形態と異なる所は、前記第1の実施の形態では、凹平面状部51に囲まれた内側の凸平面状部50が存在しているのに対し、本実施の形態では、その内側の平面状部50の領域にも凹平面状部51が及んでおり、内側の平面状部50が存在しない点のみである。
The difference between this embodiment and the first embodiment is that, in the first embodiment, there is an inner convex
本実施の形態によっても、基本的に前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。ただし、前記第1の実施の形態の方が、本実施の形態に比べて剛性を高めることができるので、好ましい。 Also according to this embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained. However, the first embodiment is preferable because the rigidity can be increased as compared with the present embodiment.
なお、本実施の形態では、位置M1,M2,M3のX座標位置が位置M14,M13,M12のX座標位置とそれぞれ同一であるが、より剛性を高めるためには、位置M1,M2,M3のX座標位置を位置M14,M13,M12のX座標位置とそれぞれ異ならせておくことが好ましい。 In the present embodiment, the X coordinate positions of the positions M1, M2, and M3 are the same as the X coordinate positions of the positions M14, M13, and M12. However, in order to increase the rigidity, the positions M1, M2, and M3 It is preferable to make the X coordinate position of the X coordinate position different from the X coordinate position of the positions M14, M13, and M12.
[第4の実施の形態] [Fourth Embodiment]
図18は、本発明の第4の実施の形態による光スイッチを複数有する光スイッチアレーの、1つの光スイッチの可動板12の外形及び凹凸の状況を示す概略平面図であり、図6に対応している。図19は、図18中のM1付近を模式的に示す概略拡大斜視図である。図20は、図19中のG−G’線断面を、製造途中で形成され最終的には除去される犠牲層としてのレジスト100,101,102と共に、模式的に示す概略断面図である。図19及び図20は、図10及び図11にそれぞれ対応している。図18乃至図20において、図6、図10及び図11中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
FIG. 18 is a schematic plan view showing the outer shape and unevenness of the
本実施の形態が前記第1の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点である。前記第1の実施の形態では、凹平面状部51は各部分で実質的に同じ高さを有しているのに対し、本実施の形態では、凹平面状部51に対応する凹平面状部が、凹平面状部51と同じ高さを有する第1部分(第1の凹平面状部51aと呼ぶ。)と、第1の凹平面状部51aより高い高さを有する第2の部分(第2の凹平面状部51bと呼ぶ。)と、を有している。
This embodiment is different from the first embodiment in the points described below. In the first embodiment, the concave
これに伴い、前記第1の実施の形態における段差側壁部52に対応する段差側壁部は、第1の凹平面状部51aと凸平面状部50との間の段差を形成する第1の段差形成部52aと、第2の凹平面状部51bと凸平面状部50との間の段差を形成する第2の段差側壁部52bと、を有している。また、本実施の形態では、第1の凹平面状部51aと第2の凹平面状部51bとの間の段差を形成する第3の段差側壁部52cが、追加されている。
Accordingly, the step side wall portion corresponding to the step
本実施の形態では、図18中のM1付近の構造は、凸平面状部50、凹平面状部51a,51b、及び段差側壁部52a,52b,52cを図19に示すように組み合わせることで構成されている。なお、図18中のM2〜M16の付近の構造も、図19に示す図18中のM1の付近の構造と同様である。
In the present embodiment, the structure in the vicinity of M1 in FIG. 18 is configured by combining the convex
製造に際しては、高さの異なる凹平面状部51a,51bを形成するため、第1の実施の形態の場合と同様に犠牲層としてのレジスト100,101を形成・パターニングした後に、図20に示すように、可動板12の構成膜の成膜前に、レジスト101上に犠牲層としてのレジスト102を形成・パターニングする。レジスト102のパターニング形状及びレジスト101のパターニング形状は、図18及び図19に示す構造を実現するように定めておく。
In manufacturing, in order to form concave
本実施の形態によっても、M1〜M16付近に開口Lが形成されることから、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。 Also according to this embodiment, since the opening L is formed in the vicinity of M1 to M16, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.
また、本実施の形態によれば、第3の段差側壁部52cが、図19に示すように開口Lの付近に配置されるので、凹平面状部(凹平面状部51a,51bの全体)の外側周囲のM1〜M16付近の部分が凸平面状部50によって囲まれずに開口Lが形成されることにより生じようとする強度低下が、第3の段差側壁部52cによって補われる。したがって、本実施の形態によれば、前記第1の実施の形態に比べて、可動板12の領域Rの剛性をより高めることができる。
Further, according to the present embodiment, the third step
[第5の実施の形態] [Fifth Embodiment]
図21は、本発明の第5の実施の形態による光スイッチを複数有する光スイッチアレーの、1つの光スイッチの可動板12の外形及び凹凸の状況を示す概略平面図であり、図18に対応している。図22は、図21中のM1付近を模式的に示す概略拡大斜視図である。図23は、図22中のH−H’線断面を、製造途中で形成され最終的には除去される犠牲層としてのレジスト100,101,102と共に、模式的に示す概略断面図である。図22及び図23は、図19及び図20にそれぞれ対応している。図21乃至図23において、図18乃至図20中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
FIG. 21 is a schematic plan view showing the outer shape and unevenness of the
本実施の形態では、図21中のM1付近の構造は、凸平面状部50、凹平面状部51a,51b、及び段差側壁部52a,52b,52cを図22に示すように組み合わせることで構成されている。その組み合わせは、前記第4の実施の形態の場合と類似している。なお、図21中のM2〜M16の付近の構造も、図22及び図23に示す図21中のM1の付近の構造と同様である。
In the present embodiment, the structure in the vicinity of M1 in FIG. 21 is configured by combining the convex
製造に際しては、高さの異なる凹平面状部51a,51bを形成するため、第1の実施の形態の場合と同様に犠牲層としてのレジスト100,101を形成・パターニングした後に、図23に示すように、可動板12の構成膜の成膜前に、レジスト101上に犠牲層としてのレジスト102を形成・パターニングする。レジスト102のパターニング形状及びレジスト101のパターニング形状は、図21及び図22に示す構造を実現するように定めておく。
In manufacturing, in order to form concave
本実施の形態によっても、M1〜M16付近に開口Lが形成されることから、前記第4の実施の形態と同様に、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。 Also according to the present embodiment, since the openings L are formed in the vicinity of M1 to M16, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained as in the fourth embodiment.
また、本実施の形態によれば、第3の段差側壁部52cが、図22に示すように開口Lの付近に配置されるので、前記第4の実施の形態と同様に、凹平面状部(凹平面状部51a,51bの全体)の外側周囲のM1〜M16付近の部分が凸平面状部50によって囲まれずに開口Lが形成されることにより生じようとする強度低下が、第3の段差側壁部52cによって補われる。したがって、本実施の形態によれば、前記第4の実施の形態と同様に、前記第1の実施の形態に比べて、可動板12の領域Rの剛性をより高めることができる。
Further, according to the present embodiment, since the third step
[第6の実施の形態] [Sixth Embodiment]
図24は、本発明の第6の実施の形態による光スイッチを複数有する光スイッチアレーの、1つの光スイッチの可動板12の外形及び凹凸の状況を示す概略平面図であり、図18に対応している。図25は、図24中のM1付近を模式的に示す概略拡大斜視図である。図26は、図25中のJ−J’線断面を、製造途中で形成され最終的には除去される犠牲層としてのレジスト100,101,102と共に、模式的に示す概略断面図である。図25及び図26は、図19及び図20にそれぞれ対応している。図24乃至図26において、図18乃至図20中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
FIG. 24 is a schematic plan view showing the outer shape and unevenness of the
本実施の形態では、図24中のM1付近の構造は、凸平面状部50、凹平面状部51a,51b、及び段差側壁部52a,52b,52cを図25に示すように組み合わせることで構成されている。前記第4の実施の形態では、第1及び第2の凹平面状部51a,51bのうち第1の凹平面状部51aの方が大部分を占めるように構成されているに対し、本実施の形態では、第2の凹平面状部51bの方が大部分を占めるように構成されている。なお、図24中のM2〜M16の付近の構造も、図25及び図26に示す図24中のM1の付近の構造と同様である。
In the present embodiment, the structure in the vicinity of M1 in FIG. 24 is configured by combining the convex
製造に際しては、高さの異なる凹平面状部51a,51bを形成するため、第1の実施の形態の場合と同様に犠牲層としてのレジスト100,101を形成・パターニングした後に、図26に示すように、可動板12の構成膜の成膜前に、レジスト101上に犠牲層としてのレジスト102を形成・パターニングする。レジスト102のパターニング形状及びレジスト101のパターニング形状は、図24及び図25に示す構造を実現するように定めておく。
In manufacturing, in order to form concave
本実施の形態によっても、M1〜M16付近に開口Lが形成されることから、前記第4の実施の形態と同様に、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。 Also according to the present embodiment, since the openings L are formed in the vicinity of M1 to M16, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained as in the fourth embodiment.
また、本実施の形態によれば、第3の段差側壁部52cが、図22に示すように開口Lの付近に配置されるので、前記第4の実施の形態と同様に、凹平面状部(凹平面状部51a,51bの全体)の外側周囲のM1〜M16付近の部分が凸平面状部50によって囲まれずに開口Lが形成されることにより生じようとする強度低下が、第3の段差側壁部52cによって補われる。したがって、本実施の形態によれば、前記第4の実施の形態と同様に、前記第1の実施の形態に比べて、可動板12の領域Rの剛性をより高めることができる。
Further, according to the present embodiment, since the third step
さらに、本実施の形態によれば、Al膜22のパターン22a(図3参照)の断線発生確率、すなわち、配線層の断線発生確率を前記第4の実施の形態に比べて低減することができる。前記第4の実施の形態では、Al膜22のパターン22a(図3参照)の延びる方向に辿っていくと凹平面状部51a,51b間の第3の段差側壁部52cによる段差を乗り越えて行くことになるので配線層の断線発生確率が比較的高くなる。これに対し、本実施の形態によれば、Al膜22のパターン22a(図3参照)の延びる方向に辿っていっても、平坦な凹平面状部51bを辿っていくだけですみ、段差を乗り越えることがないので、配線層の断線発生確率を低減することができるのである。
Furthermore, according to the present embodiment, the disconnection occurrence probability of the
[第7の実施の形態] [Seventh Embodiment]
図27は、本発明の第7の実施の形態による光スイッチを複数有する光スイッチアレーの、1つの光スイッチの可動板12の外形及び凹凸の状況を示す概略平面図であり、図24に対応している。図28は、図27中のM1付近を模式的に示す概略拡大斜視図である。図29は、図28中のN−N’線断面を、製造途中で形成され最終的には除去される犠牲層としてのレジスト100,101,102と共に、模式的に示す概略断面図である。図28及び図29は、図25及び図26にそれぞれ対応している。図27乃至図29において、図24乃至図26中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
FIG. 27 is a schematic plan view showing the outer shape and unevenness of the
本実施の形態では、図27中のM1付近の構造は、凸平面状部50、凹平面状部51a,51b、及び段差側壁部52a,52b,52cを図28に示すように組み合わせることで構成されている。その組み合わせは、前記第6の実施の形態の場合と類似しており、第1及び第2の凹平面状部51a,51bのうち第2の凹平面状部51bの方が大部分を占めるように構成されている。
In the present embodiment, the structure in the vicinity of M1 in FIG. 27 is configured by combining the convex
製造に際しては、高さの異なる凹平面状部51a,51bを形成するため、第1の実施の形態の場合と同様に犠牲層としてのレジスト100,101を形成・パターニングした後に、図29に示すように、可動板12の構成膜の成膜前に、レジスト101上に犠牲層としてのレジスト102を形成・パターニングする。レジスト102のパターニング形状及びレジスト101のパターニング形状は、図27及び図28に示す構造を実現するように定めておく。
In manufacturing, in order to form the concave
本実施の形態によっても、前記第6の実施の形態と同様の利点が得られる。 Also in this embodiment, the same advantages as those in the sixth embodiment can be obtained.
[第8の実施の形態] [Eighth Embodiment]
図30は、本発明の第8の実施の形態による光スイッチを複数有する光スイッチアレーの、1つの光スイッチの可動板12の外形及び凹凸の状況を示す概略平面図であり、図6及び図14に対応している。図30において、図6及び図14中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
FIG. 30 is a schematic plan view showing the outer shape and unevenness of the
本実施の形態が前記第1の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点のみである。すなわち、前記第1の実施の形態では、平面視で、凹平面状部51の外側周囲の図6中のM1〜M16の付近の部分が凸平面状部50で囲まれていなかったのに対し、本実施の形態では、前記比較例と同様に、凹平面状部51の外側周囲の全体が外側の凸平面状部50で囲まれている。本実施の形態では、その代わりに、凹平面状部51に、開口60が形成されている。この開口60は、図5に示すような可動板12の固定部への押し付け状態において凹平面状部51と固定部との間の空間を前記隙間S以外から外部に連通する開口である。この開口60は、凹平面状部51及びこれに繋がっている段差側壁部52がなす凹部(下側に凹となる凹部)の底部分の一部に形成された開口に、相当している。
This embodiment is different from the first embodiment only in the points described below. That is, in the first embodiment, the portion around M1 to M16 in FIG. 6 around the outside of the concave
本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。 Also in this embodiment, the same advantages as those in the first embodiment can be obtained.
なお、前記第1乃至第7の実施の形態においても、開口60に相当する開口を設けてもよい。この場合、より迅速に可動板12を固定部から引き離すことができる。
In the first to seventh embodiments as well, an opening corresponding to the
[第9の実施の形態] [Ninth Embodiment]
図31は、本発明の第9の実施の形態による光スイッチを複数有する光スイッチアレーの、1つの光スイッチの可動板12の外形及び凹凸の状況を示す概略平面図であり、図6及び図14に対応している。図32は、図31中のP−P’線に沿った断面図であり、図7に対応している。図31及び図32において、図6、図14及び図7中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
FIG. 31 is a schematic plan view showing the outer shape and unevenness of the
本実施の形態が図14に示す前記比較例と異なる所は、本実施の形態では、図14中の凹平面状部51の領域にも凸平面状部50が及ぶとともに、図14中の凸平面状部50の領域が凹平面状部51に変更されている点のみである。したがって、本実施の形態では、図31に示すように、平面視で、凹平面状部51の外側周囲の全体が凸平面状部50によって囲まれないとともに、凸平面状部50の外側周囲の全体が凹平面状部51によって囲まれている。
The present embodiment differs from the comparative example shown in FIG. 14 in that, in this embodiment, the convex
したがって、本実施の形態では、図5に示すような可動板12の固定部への押し付け状態において凹平面状部51と固定部との間に形成される空間は、凹平面状部51の外側周囲の全体と固定部との間から外部に連通する。
Therefore, in the present embodiment, the space formed between the concave
このため、本実施の形態によれば、図5に示すような可動板12の固定部への押し付け状態において凹平面状部51と固定部との間に形成される空間は、図14に示す前記比較例のような閉空間に近い空間となるようなことがない。よって、凹平面状部51での吸盤に類似した作用が起こり得ず、これにより、可動板12と固定部との間の吸着力が低減され、迅速に可動板12を固定部から引き離すことができる。
For this reason, according to the present embodiment, the space formed between the concave
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.
例えば、図6及び図17中の各位置M1〜M16や、図16中の各位置M1〜M3,M4’〜M6’,M7,M8,M9’〜M11’,M12〜M16において、必ずしも全て同一の構造を採用する必要はなく、各位置毎に、図10に示す構造、図19に示す構造及び図22に示す構造のうちの任意の構造を採用してもよい。 For example, the positions M1 to M16 in FIGS. 6 and 17 and the positions M1 to M3, M4 ′ to M6 ′, M7, M8, M9 ′ to M11 ′, and M12 to M16 in FIG. It is not necessary to adopt this structure, and any structure of the structure shown in FIG. 10, the structure shown in FIG. 19, and the structure shown in FIG. 22 may be adopted for each position.
また、前述した各実施の形態は、本発明を可動部が片持ち梁構造を持つタイプのマイクロアクチュエータに適用した例であったが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、特許文献2に開示されているような可動部が両持ち構造を持つタイプのマイクロアクチュエータにも適用できる。
In addition, each of the above-described embodiments is an example in which the present invention is applied to a microactuator having a movable part having a cantilever structure, but the present invention is not limited to this, for example, The present invention can also be applied to a microactuator of a type in which the movable part as disclosed in
さらに、前述した各実施の形態は、本発明によるマイクロアクチュエータを光スイッチに適用した例であったが、本発明によるマイクロアクチュエータは、他の光学装置やその他の種々の用途に用いることができる。 Furthermore, although each embodiment mentioned above was an example which applied the microactuator by this invention to the optical switch, the microactuator by this invention can be used for another optical apparatus and other various uses.
さらにまた、前述した各実施の形態は、本発明による薄膜部材をマイクロアクチュエータに適用した例であったが、本発明による薄膜部材は他の種々の用途に用いることができる。 Furthermore, although each embodiment mentioned above was an example which applied the thin film member by this invention to the microactuator, the thin film member by this invention can be used for other various uses.
1 光スイッチアレー
11 基板
12 可動板
50 凸平面状部
51,51a,51b 凹平面状部
52,52a,52b,52c 段差側壁部
DESCRIPTION OF
Claims (14)
所定の領域において前記固定部の側に凹凸形状を持つことで、前記所定領域において、前記固定部の側に凸となる凸部、及び、前記固定部の側に凹となる凹部を備え、
前記押し付け状態において前記凸部の一部と前記固定部との間に隙間が生ずるか否かに拘わらず、前記押し付け状態において前記凹部と前記固定部とがなす空間が前記隙間以外から外部に連通するように、構成されたことを特徴とする薄膜部材。 A thin film member that is supported by a fixed part and constitutes at least a part of a movable part that moves relative to the fixed part, wherein at least a part of the thin film member is pressed against the fixed part and the fixed part In the thin film member that is switched to the state of being separated,
By having a concavo-convex shape on the fixed portion side in a predetermined region, the convex portion is convex on the fixed portion side in the predetermined region, and a concave portion on the fixed portion side,
Regardless of whether or not a gap is generated between a part of the convex portion and the fixed portion in the pressed state, the space formed by the concave portion and the fixed portion in the pressed state communicates with the outside from the gap. A thin film member configured as described above.
前記固定部に相対的に近い高さを有する平面状部である凸平面状部、前記凸平面状部と略平行でかつ前記凸平面状部に比べて前記固定部から遠い高さを有する平面状部である凹平面状部、及び、前記凸平面状部と前記凹平面状部との間の段差を形成する段差側壁部を、所定領域において備え、
前記押し付け状態において前記凸部の一部と前記固定部との間に隙間が生ずるか否かに拘わらず、前記押し付け状態において前記凹平面状部と前記固定部との間に形成される空間が前記隙間以外から外部に連通するように構成されたことを特徴とする薄膜部材。 A thin film member that is supported by a fixed part and constitutes at least a part of a movable part that moves relative to the fixed part, wherein at least a part of the thin film member is pressed against the fixed part and the fixed part In the thin film member that is switched to the state of being separated,
A convex planar part that is a planar part having a height relatively close to the fixed part, a plane that is substantially parallel to the convex planar part and farther from the fixed part than the convex planar part A concave planar portion that is a shape portion, and a stepped side wall portion that forms a step between the convex planar portion and the concave planar portion in a predetermined region,
Regardless of whether or not a gap is generated between a part of the convex portion and the fixed portion in the pressed state, a space formed between the concave planar portion and the fixed portion in the pressed state. A thin film member configured to communicate with the outside from other than the gap.
前記押し付け状態において前記凹平面状部と前記固定部との間に形成される空間が、前記凹平面状部の外側周囲の前記少なくとも一部と前記固定部との間から外部に連通することを特徴とする請求項4記載の薄膜部材。 The convex planar portion and the concave planar portion so that at least a part of the outer periphery of the concave planar portion is not surrounded by the convex planar portion in a plan view substantially viewed from the height direction. Is placed,
A space formed between the concave planar portion and the fixing portion in the pressing state is communicated to the outside from between the at least part of the outer periphery of the concave planar portion and the fixing portion. The thin film member according to claim 4, wherein
前記押し付け状態において前記凹平面状部と前記固定部との間に形成される空間が、前記凹平面状部の外側周囲の全体と前記固定部との間から外部に連通することを特徴とする請求項4又は5記載の薄膜部材。 In a plan view substantially viewed from the height direction, the entire outer periphery of the concave planar portion is not surrounded by the convex planar portion and the entire or most of the outer periphery of the convex planar portion is the The convex planar part and the concave planar part are arranged so as to be surrounded by the concave planar part,
A space formed between the concave planar portion and the fixed portion in the pressed state communicates between the entire outer periphery of the concave planar portion and the fixed portion. The thin film member according to claim 4 or 5.
前記押し付け状態において前記凹平面状部と前記固定部との間に形成される空間が、前記凹平面状部の外側周囲の前記残りの部分と前記固定部との間の開口から外部に連通することを特徴とする請求項4又は5記載の薄膜部材。 In plan view as viewed substantially from the height direction, most of the outer periphery of the concave planar part is surrounded by the convex planar part and the remaining part of the outer periphery of the concave planar part is the convex. The convex planar part and the concave planar part are arranged so as not to be surrounded by the planar part,
A space formed between the concave planar portion and the fixing portion in the pressed state communicates with the outside through an opening between the remaining portion around the outer side of the concave planar portion and the fixing portion. 6. The thin film member according to claim 4 or 5, wherein:
前記開口は、前記凹平面状部の連続領域の所定方向の両側において前記所定方向に対向する2つの箇所には、位置していないことを特徴とする請求項7記載の薄膜部材。 The openings are present at two or more locations;
The thin film member according to claim 7, wherein the opening is not located at two locations facing each other in the predetermined direction on both sides of the continuous region of the concave planar portion in the predetermined direction.
前記第1部分と前記第2部分との間の段差を形成する第2の段差側壁部を備え、
前記凹平面状部の外側周囲の前記残りの部分が前記凸平面状部によって囲まれないことにより生じようとする強度低下を補うように、前記第2の段差側壁部が配置されたことを特徴とする請求項7又は8記載の薄膜部材。 The concave planar portion has a first portion and a second portion having different heights,
A second step side wall forming a step between the first portion and the second portion;
The second step side wall portion is disposed so as to compensate for the strength reduction that is caused by the remaining portion around the outside of the concave planar portion not being surrounded by the convex planar portion. The thin film member according to claim 7 or 8.
前記可動部の前記少なくとも一部が請求項1乃至11のいずれかに記載の薄膜部材で構成されたことを特徴とするマイクロアクチュエータ。 A movable portion supported by a fixed portion and movable relative to the fixed portion, wherein at least a part of the movable portion is switched between a pressed state in which the movable portion is pressed against the fixed portion and a state in which the movable portion is separated from the fixed portion. An actuator,
A microactuator, wherein the at least part of the movable part is formed of the thin film member according to any one of claims 1 to 11.
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