JP2008122723A - 可変形状ミラー及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】組立て時における薄膜構造体及び薄膜ミラー層の変形を防いで、製造ばらつきが生ずるのを低減させることができる可変形状ミラー及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】電極基板１と可変薄膜部６ａの周囲との間の複数箇所に配設され且つ接着剤１２で薄膜構造体５と電極基板１に接着固定されたミラー支持用の第１スペーサ１１が設けられ、導電性接着剤１５の部分に第２スペーサ１４を介装して、第２スペーサ１４を導電性接着剤１５で電極基板１と薄膜構造体５とに接着固定している。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電力によって薄膜ミラーを変形させるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いた可変形状ミラー及びその製造方法に関する。

この種の可変形状ミラーとしては、基板上に導電性薄膜（薄膜構造体）を複数のスペーサを介して固定することにより、導電性薄膜が基板上に所定間隔をおいて配設され、複数のスペーサ間に位置するように薄膜ミラー層が導電性薄膜上に形成されていると共に、複数のスペーサ間に位置するように電極が基板上に設けられた構成が知られている。

しかも、上述したスペーサにはガラスやプラスチック製の大きさの揃ったボール（大きさはφ数十μm）が一箇所に多数用いられ、この多数のボールは接着剤により基板と導電性薄膜に接着固定されている。また、薄膜ミラー層の外側に位置させて基板と導電性薄膜との間に導電性接着剤を介装している（例えば特許文献１参照）。

このような可変形状ミラーでは、電極と導電性薄膜との間に導電性接着剤を介して電圧を印加させることにより、導電性薄膜と電極との間に静電引力を発生させて、この静電引力により薄膜ミラー層を変形（可変）させるようにしている。
特開２００４−２８２８３９号公報

しかし、硬化時における導電性接着剤の収縮のため、導電性薄膜（薄膜構造体）が部分的に引っ張られ変形する。その結果、薄膜ミラーの形状も変形してしまい、可変形状ミラーの性能ばらつきは大きくなるという問題があった。

そこで、本発明では、組立て時における薄膜構造体及び薄膜ミラー層の変形を防いで、製造ばらつきが生ずるのを低減させることができる可変形状ミラー及びその製造方法を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、請求項１の発明は、上面に電圧印加用の電極が設けられた電極基板と、変形可能な可変薄膜部が設けられ且つ前記電極基板上に配設された薄膜構造体と、前記可変薄膜部上に形成された薄膜ミラー層と、前記電極基板と前記可変薄膜部の周囲との間の複数箇所に配設され且つ接着剤で前記薄膜構造体と前記電極基板に接着固定されたミラー支持用の第１スペーサと、前記薄膜ミラー層の外側に位置させて前記電極基板と薄膜構造体との間に介装されて硬化させられた導電性接着剤とを備え、前記電極と前記薄膜ミラー層との間に電圧を印加することにより、前記薄膜ミラー層に静電力を作用させて、前記可変薄膜部及び薄膜ミラー層を前記静電力により一体に変形させるようにした可変形状ミラーであって、前記導電性接着剤の部分に第２スペーサを介装して、前記第２スペーサを前記導電性接着剤で前記電極基板と薄膜構造体とに接着固定した可変形状ミラーとしたことを特徴とする。

また、上述した目的を達成するため、請求項２の発明は、上面に電圧印加用の電極が設けられた電極基板と、変形可能な可変薄膜部が設けられ且つ前記可変薄膜部上に薄膜ミラー層が形成された薄膜構造体とを用意して、前記薄膜構造体を電極基板上に配設すると共に、前記可変薄膜部の周囲の複数箇所と前記電極基板の間に接着剤と球状の第１スペーサの混合材料を介装した後、前記薄膜構造体を介して前記第１スペーサを前記電極基板上に押し付けた状態で前記接着剤を硬化させることにより、前記第１スペーサを前記薄膜構造体と前記電極基板とに密着させた状態で前記電極基板と薄膜構造体とに接着固定する一方、前記薄膜ミラー層の外側に位置させて前記電極基板と薄膜構造体との間に導電性接着剤を介装して硬化させるようにした可変形状ミラーの製造方法であって、球状の第２スペーサを前記導電性接着剤で前記電極基板と薄膜構造体とに接着固定することにより、前記導電性接着剤が硬化して収縮する際、前記薄膜構造体が変形するのを防止する可変形状ミラーの製造方法としたことを特徴とする。

このような可変形状ミラー及びその製造方法によれば、可変形状ミラーの組立て時における、薄膜構造体及び薄膜ミラー層の変形を防いで、製造ばらつきが生ずるのを低減させることができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１（ａ）において、１は電極基板、２は電極基板１の上に設けられ且つ図１（ｂ）のように中央に円形孔２ａを有する電圧印加用の第１電極、３は円形孔２ａ内に位置させて電極基板１上に形成された電圧印加用の第２電極（電極パターン）である。

この図１（ｂ）では、図示の便宜上、第２電極３を単に円形に示している。しかし、実際の第２電極３は図１（ａ）に示したように複数の電極部3-1，3-2，3-3・・・3-nを有していて、複数の電極部3-1，3-2，3-3・・・3-nは電極パターン（詳細図示せず）を形成している。しかも、第１電極２，第２電極３の複数の電極部3-1，3-2，3-3・・・3-nは駆動回路４に接続されている。

このような電極基板１上には薄膜構造体５が配設されている。この薄膜構造体（ミラー構造体）５にはＳＯＩウエハが用いられている。この薄膜構造体５は、薄膜状のシリコン層６と、シリコン層６の周縁部上に形成された酸化シリコン層７と、この酸化シリコン層７上に一体に形成された厚肉のシリコン層８を有する。

例えば、シリコン層６の厚さは６μｍ、酸化シリコン層７は１μｍ、シリコン層８は４００μｍ程度に形成されている。また、シリコン層８の中央部には、第１電極２の円形孔２ａに対応する円形孔８ａが形成されている。この円形孔８ａは、例えば１２ｍｍ程度に形成されている。

しかも、シリコン層８の円形孔８ａに臨む部分は変形可能な可変薄膜部６ａとなっている。この可変薄膜部６ａ上には、アルミニウムを蒸着することにより形成された薄膜ミラー層９が設けられている。

また、第１電極２とシリコン層６との間には間隔保持構造１０が設けられている。この間隔保持構造１０は、円形孔２ａに沿って１２０°の間隔で等ピッチに設けられていると共に、円形孔２ａに近接して設けられている。この間隔保持構造１０は、複数の球状の第１スペーサ１１と、この第１スペーサ１１を第１電極２とシリコン層６とに接着固定している接着剤１２を有する。

この第１スペーサ１１には、例えば５０μｍの直径のガラスボールが用いられている。また、各間隔保持構造１０の部分にはこのガラスボールが第１スペーサ１１として数十個用いられている。これはガラスボールの直径のバラツキを抑えるためである。即ち、複数のガラスボールの最も直径の大きいものにより最も高いところで間隔設定ができるからである。

また、接着剤１２にはフィラー等の導電繊維が入っていないタイプのものが用いられている。これにより、球状の第１スペーサ１１は、第１電極２とシリコン層６とに接触した状態で固定されている。しかも、接着剤１２には、薄膜構造体（ミラー構造体）５と第１電極２との熱膨張率の相違による影響をなくすため、室温硬化タイプのものが用いられる。更に、接着剤１２には、接着剤硬化時の薄膜構造体５にかかる応力を低減させるために、低応力タイプ（フレキシブルタイプ）のものが良い。

また、第１電極２とシリコン層６との間には導電保持構造１３が設けられている。この導電保持構造１３は、複数の球状の第２スペーサ１４と、この第２スペーサ１４を第１電極２とシリコン層６とに接着固定している導電性接着剤１５を有する。しかも、導電保持構造１３は、第１電極２のコーナ部と薄膜構造体５のコーナ部との間に設けられている。また、間隔保持構造１０の一つは導電保持構造１３に近い位置に配置されている。

更に、導電性接着剤１５には、薄膜構造体（ミラー構造体）５と第１電極２との熱膨張率の相違による影響をなくすため、室温硬化タイプのものが用いられる。更に、導電性接着剤１５には、接着剤硬化時の薄膜構造体５にかかる応力を低減させるために、低応力タイプ（フレキシブルタイプ）のものが良い。

また、この導電性接着剤１５の側面とシリコン層６〜８の側面には導電性接着剤１５から成る導電性接着剤層１６が跨るように接着固定されている。これにより、上下のシリコン層６，８に電圧を印加可能になって、通電時には薄膜構造体（ミラー構造体）５全体を同電位にできる。この結果、上部のシリコン層８が電気的に浮き上がることにより、チャージアップなどによる動作不安定性を除去できる。

更に、導電性接着剤１５と共に用いられる第２スペーサ１４には、上述したように第１スペーサ１２と同じ直径のガラスボールを用いても良いし、薄膜構造体５や電極基板１の制作上での平面度に応じて第１スペーサ１２と異なる直径のガラスボールを用いてもよい。

次に、このような構成の可変形状ミラーの作用を説明する。

この様な構成においては、駆動回路４により第２電極３の複数の電極部3-1，3-2，3-3・・・3-nに電圧Ｖ１〜Ｖｎを選択的に印加すると共に、駆動回路４により第１電極２，導電性接着剤１５，１６を介してシリコン層６〜８に電圧を印加することにより、薄膜構造体５の可変薄膜部６ａ及び薄膜ミラー層９と電極部3-1，3-2，3-3・・・3-nの選択されたものとの間に静電引力が作用し、この静電引力により可変薄膜部６ａ及び薄膜ミラー層９が変形させられることになる。

また、このような可変形状ミラーを製造するには、上述した第１電極２及び第２電極３が設けられた電極基板１を用意する一方、薄膜構造体５を用意する。

この薄膜構造体５を形成するには、先ず図２（ａ）に示したように薄肉のシリコン層（下シリコン層）６，酸化シリコン層７，及び厚肉のシリコン層（上シリコン層）８が積層された構造のＳＯＩウエハ２０を用意する。そして、図２（ｂ）に示したように上のシリコン層８にエッチングにより円形孔８ａを形成した後、図２（ｃ）の酸化シリコン層７の円形孔８ａ内の部分を除去する。この後、図２（ｃ）のシリコン層８側からアルミニウムを蒸着して、図２（ｄ）の如く円形孔８ａ内のシリコン層６の上面に薄膜ミラー層９を形成する。

また、図３（ａ），図３（ｂ）に示したように、多数の球状の第１スペーサ１１（例えば、ガラスボール）を混入した接着剤１２を円形孔２ａに沿って等ピッチに電極基板１の第１電極２上の複数箇所（本例では３箇所）に塗布する。また、多数の球状の第２スペーサ１４（例えば、ガラスボール）を混入した導電性接着剤１５を電極基板１の第１電極２上のコーナ部に付着させる。

次に、図３（ａ）に示したように、可変薄膜部６ａ即ち薄膜ミラー９が第２電極３（電極パターン）に対応するように、薄膜構造体５を電極基板１上に配設し、この薄膜構造体５を第１スペーサ１１及び接着剤１２上に載置する。この後、各第１スペーサ１１及び接着剤１２上の位置に、重り２２の突起部２１が来るように、重り２２を加圧手段として載置する。

この重り２２は、接着剤１２を塗布した部分の複数の球状の第１スペーサ１１（例えば、ガラスボール）が重なるのを防ぐ程度の重量があればよく、一箇所当たり数ｇ〜１０ｇ程度の加重を作用させることが可能な重量とする。また、この加重は、３箇所の第１スペーサ１１にかかればよい。

この状態で、常温で接着剤１２及び導電性接着剤１５を硬化させる。この導電性接着剤１５が硬化する際、導電性接着剤１５が収縮して薄膜構造体５を変形させようとする。しかし、導電性接着剤１５のある部分には複数の球状の第２スペーサ１４（ガラスボール）があるので、導電性接着剤１５の収縮に伴う薄膜構造体５の変形を第２スペーサ１４が防止することになる。尚、図１（ａ）における導電性接着剤１６を導電性接着剤１５の側面からシリコン層８の側面まで跨るように塗布して硬化させる。

このような製造方法で組み立てた可変形状ミラーにおいて、薄膜構造体５のシリコン層８の歪みは図４（ａ）に示したように狭い幅で小さく、薄膜構造体５の薄膜ミラー層９の歪みは図４（ｂ）に示したように小さく平均的であった。

これに対して、第２スペーサ１４がない可変形状ミラーを上述した手順と略同様にして製造した場合、シリコン層８の歪みは図５（ａ）に示したように広い幅で大きく、薄膜ミラー層９の歪みは図５（ｂ）に示したように大きいものであった。

この結果、この発明における製造方法で組み立てた可変形状ミラーは、薄膜構造体５の歪みを第２スペーサ１４がない可変形状ミラーの薄膜構造体の歪みよりも充分に小さくできた。

尚、重り２２に代えて油圧シリンダやエアシリンダ等を加圧手段として用いることもできる。

以上説明したように、この発明の実施の形態の可変形状ミラーは、上面に電圧印加用の電極（第２電極３）が設けられた電極基板１と、変形可能な可変薄膜部６ａが設けられ且つ前記電極基板１上に配設された薄膜構造体５と、前記可変薄膜部６ａ上に形成された薄膜ミラー層９と、前記電極基板１と前記可変薄膜部６ａの周囲との間の複数箇所に配設され且つ接着剤１２で前記薄膜構造体５と前記電極基板１に接着固定されたミラー支持用の第１スペーサ１１と、前記薄膜ミラー層９の外側に位置させて前記電極基板１と薄膜構造体５との間に介装されて硬化させられた導電性接着剤１５とを備えている。しかも、前記電極（第２電極３）と前記薄膜ミラー層９との間に電圧を印加することにより、前記薄膜ミラー層９に静電力を作用させて、前記可変薄膜部６ａ及び薄膜ミラー層９を前記静電力により一体に変形させるようにしている。また、前記導電性接着剤１５の部分に第２スペーサ１４を介装して、前記第２スペーサ１４を前記導電性接着剤１５で前記電極基板１と薄膜構造体５とに接着固定している。

このような可変形状ミラーによれば、可変形状ミラーの組立て時における、薄膜構造体５及び薄膜ミラー層９の変形を防いで、製造ばらつきが生ずるのを低減させることができる。

また、この発明の実施の形態の可変形状ミラーの製造方法では、上面に電圧印加用の電極（第２電極３）が設けられた電極基板１と、変形可能な可変薄膜部６ａが設けられ且つ前記可変薄膜部６ａ上に薄膜ミラー層９が形成された薄膜構造体５とを用意する。そして、前記薄膜構造体５を電極基板１上に配設すると共に、前記可変薄膜部６ａの周囲の複数箇所と前記電極基板１との間に接着剤１２と球状の第１スペーサ１１の混合材料を介装した後、前記薄膜構造体５を介して前記第１スペーサ１１を前記電極基板１上に押し付けた状態で前記接着剤１２を硬化させることにより、前記第１スペーサ１１を前記薄膜構造体５と前記電極基板１とに密着させた状態で前記電極基板１と薄膜構造体５とに接着固定する。一方、前記薄膜ミラー層９の外側に位置させて前記電極基板１と薄膜構造体５との間に導電性接着剤１５を介装して硬化させるようにしている。しかも、球状の第２スペーサ１４を前記導電性接着剤１５で前記電極基板１と薄膜構造体５とに接着固定することにより、前記導電性接着剤１５が硬化して収縮する際、前記薄膜構造体５が変形するのを防止するようにしている。

このような可変形状ミラーの製造方法によれば、可変形状ミラーの組立て時における、薄膜構造体５及び薄膜ミラー層９の変形を防いで、製造ばらつきが生ずるのを低減させることができる。

尚、第１スペーサ１１は、第１電極２を介して電極基板１上に間接的に固定されているが、第１電極２を設けずに、電極基板１上に直接接着固定することもできる。また、上述した各部の数値は、一例を示したものであり、その数値に限定されるものではない。

（ａ）はこの発明に係る可変形状ミラーの概略断面図、（ｂ）は（ａ）の電極基板の平面図、（ｃ）は（ａ）の薄膜構造体の平面図である。 （ａ）〜（ｄ）は図１（ａ）の薄膜構造体の製造手順を示す説明図である。 （ａ）は図１（ａ）の可変形状ミラーの製造方法を示す説明図、（ｂ）は（ａ）の電極基板の平面図、（ｃ）は（ａ）の薄膜構造体と荷重伝達部材との関係を示す平面図である。 （ａ）はこの発明の製造方法で製造した可変形状ミラーのシリコン層の歪みを示す説明図、（ｂ）はその可変形状ミラーの薄膜ミラー層の歪みを示す説明図である。 （ａ）はこの第２スペーサがない製造方法で製造した可変形状ミラーのシリコン層の歪みを示す説明図、（ｂ）はその可変形状ミラーの薄膜ミラー層の歪みを示す説明図である。

符号の説明

１・・・電極基板
３・・・第２電極（電極）
５・・・薄膜構造体
６・・・シリコン層
６ａ・・・可変薄膜部
９・・・薄膜ミラー層
１１・・・第１スペーサ
１２・・・接着剤
１４・・・第２スペーサ
１５・・・導電性接着剤

Claims (2)

1. 上面に電圧印加用の電極が設けられた電極基板と、変形可能な可変薄膜部が設けられ且つ前記電極基板上に配設された薄膜構造体と、前記可変薄膜部上に形成された薄膜ミラー層と、前記電極基板と前記可変薄膜部の周囲との間の複数箇所に配設され且つ接着剤で前記薄膜構造体と前記電極基板に接着固定されたミラー支持用の第１スペーサと、前記薄膜ミラー層の外側に位置させて前記電極基板と薄膜構造体との間に介装されて硬化させられた導電性接着剤とを備え、
   前記電極と前記薄膜ミラー層との間に電圧を印加することにより、前記薄膜ミラー層に静電力を作用させて、前記可変薄膜部及び薄膜ミラー層を前記静電力により一体に変形させるようにした可変形状ミラーであって、
   前記導電性接着剤の部分に第２スペーサを介装して、前記第２スペーサを前記導電性接着剤で前記電極基板と薄膜構造体とに接着固定したことを特徴とする可変形状ミラー。
2. 上面に電圧印加用の電極が設けられた電極基板と、変形可能な可変薄膜部が設けられ且つ前記可変薄膜部上に薄膜ミラー層が形成された薄膜構造体とを用意して、前記薄膜構造体を電極基板上に配設すると共に、前記可変薄膜部の周囲の複数箇所と前記電極基板の間に接着剤と球状の第１スペーサの混合材料を介装した後、前記薄膜構造体を介して前記第１スペーサを前記電極基板上に押し付けた状態で前記接着剤を硬化させることにより、前記第１スペーサを前記薄膜構造体と前記電極基板とに密着させた状態で前記電極基板と薄膜構造体とに接着固定する一方、前記薄膜ミラー層の外側に位置させて前記電極基板と薄膜構造体との間に導電性接着剤を介装して硬化させるようにした可変形状ミラーの製造方法であって、
   球状の第２スペーサを前記導電性接着剤で前記電極基板と薄膜構造体とに接着固定することにより、前記導電性接着剤が硬化して収縮する際、前記薄膜構造体が変形するのを防止することを特徴とする可変形状ミラーの製造方法。