JP2009048009A - ミラーデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 ミラー（特にミラー反射面）の破損を防止することで、ミラーの反射特性を維持するミラーデバイスを提供する。
【解決手段】 積層された複数（３枚以上）の基板を構成要素にもつミラーデバイスにおいて、前記複数の基板の一枚がミラーを有するミラー基板であり、前記ミラーは前記ミラー基板と支持部材で接続され回動可能であり、前記ミラー反射面と前記枠は前記ミラーの同一面側に配置されており、前記ミラーは前記ミラー基板と該ミラーデバイスを構成する他の基板で形成された閉空間内に配置され、前記複数の基板の少なくとも一枚が、少なくとも部分的に光学的に透明な材料で形成され、前記光学的に透明な材料部分を介し、ミラーデバイス外部の空間と前記ミラーが光学的に接続されているミラーデバイス。
【選択図】図１６

Description

本発明は電磁波、ミリ波、可視光、赤外光、紫外光、あるいは音波を反射するミラーデバイスに関する。具体的には光通信システムや照明装置等において用いられるミラーデバイスに関するものである。より具体的には光通信システムにおける、１×２光スイッチ、ＯＮ／ＯＦＦ光スイッチ、およびそれらを有する装置に適用するミラーデバイスに関する。

静電駆動を利用してミラーを動作させ光信号の伝播方向を切り換えるミラーデバイスが提案されている。特許文献１では、ミラー上部に配置した基板とミラー下部に配置した基板を利用してミラー姿勢を規定する。具体的には、ミラーはミラー上部の基板とミラー下部の基板の両方と同時に接触する状態で光の伝播方向を切り換える。

特開２００４−７８１３６号公報

上記従来技術では、光の伝播方向を切り換える時に、ミラーはミラー上部に設けた基板とミラー反射面で接触する。このため、スイッチング動作を長期的に繰り返し行った場合には、ミラー反射面の破損や、ミラーとミラー上部の基板との接触で生じたゴミが反射面に乗り上げることが起こる。その結果、ミラー反射面での反射特性が低下するという課題が生じる。また振動や衝撃によってミラー反射面が破損した場合にも、反射特性の低下が生じる。
本発明の目的は、スイッチング動作を長期的に繰り返し行った場合、あるいは振動や衝撃によりミラー位置が強制的に変位した場合に、ミラー、特にミラー反射面、の破損を防止することで、ミラーの反射特性を維持するミラーデバイスを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のミラーデバイスは、光を反射させる反射面を有し、可動に保持されるミラーを備え、前記光が反射する方向を切り替えるミラーデバイスにおいて、
前記ミラーを可動させるための電極を有する第一の基板と、前記第一の基板の上側に設けられた第二の基板と、前記第二の基板及び前記ミラーより上側に設けられると共に前記光を通過させる開口を有する第三の基板と、前記第三の基板より上側に設けられると共に前記光を透過させる第四の基板とを備え、
前記ミラーと前記第三の基板との距離は、前記ミラーと前記第一の基板との距離よりも大きいことを特徴とする。

本発明の他のミラーデバイスは、光を反射させる反射面を有し、可動に保持されるミラーを備え、前記光が反射する方向を切り替えるミラーデバイスにおいて、
前記ミラーを可動させるための電極を有する第一の基板と、前記第一の基板の上側に設けられた第二の基板と、前記第二の基板及び前記ミラーより上側に設けられると共に前記光を透過させる第三の基板とを備え、
前記ミラーと前記第三の基板との距離は、前記ミラーと前記第一の基板との距離よりも大きいことを特徴とする。

本発明の他のミラーデバイスは、光を反射させる反射面を有し、可動に保持されるミラーを備え、前記光が反射する方向を切り替えるミラーデバイスにおいて、
前記ミラーの反射面側に設けられると共に前記光を通過させる開口を有する反射面側基板と、前記ミラーの反射面とは反対側に設けられると共に前記ミラーが可動する力を付与する電極を有する電極基板と、前記反射面側基板の開口を覆うように設けられると共に前記光を透過させる透過基板とを備え、
前記反射面から前記反射面側基板までの距離は、前記ミラーから前記反射面側基板までの距離よりも大きいことを特徴とする。

本発明の他のミラーデバイスは、光を反射させる反射面を有し、可動に保持されるミラーを備え、前記光が反射する方向を切り替えるミラーデバイスにおいて、
前記ミラーの反射面側に設けられると共に前記光を透過させる反射面側基板と、前記ミラーの反射面とは反対側に設けられると共に前記ミラーが可動する力を付与する電極を有する電極基板とを備え、
前記反射面から前記反射面側基板までの距離は、前記ミラーから前記反射面側基板までの距離よりも大きいことを特徴とする。

本発明の他のミラーデバイスは、積層された複数（３枚以上）の基板を備えるミラーデバイスにおいて、
前記複数の基板の１枚がミラーを有するミラー基板であり、
前記ミラーは、ミラー反射面及び枠を有し、前記ミラー基板と支持部材で回動可能に接続され、
前記ミラー反射面と前記枠は前記ミラーの同一面側に配置されており、
前記複数の基板の他の１枚が前記ミラー基板に対して前記ミラー反射面とは反対側に積層された第一の基板であり、
前記複数の基板の更に他の１枚が前記ミラー基板に対して前記ミラー反射面側に積層された第二の基板であり、
前記ミラーは複数（２つ以上）の安定動作姿勢を有し、
前記ミラーは前記安定動作姿勢において前記ミラーのミラー反射面の反対側の複数箇所で前記第一の基板と当接し、
前記ミラーと前記第一の基板との距離が前記枠と前記第二の基板との距離よりも大きく、
前記第二の基板は第一のストッパ開口部と前記第一のストッパ開口部より小さな第二のストッパ開口部を有し、
前記第一のストッパ開口部は前記ミラーより大であり、
前記第二のストッパ開口部は前記ミラー反射面より大で前記ミラーより小であり、
前記ミラーは、前記複数の基板で形成された閉空間内に配置され、
前記複数の基板の少なくとも１つは、ミラーデバイス外部の空間と前記ミラーを光学的に接続するために、一部又は全体が光透過性部材で構成されていることを特徴とする。

該構成によれば、長期的に繰り返し行なう切り換え動作に対して、ミラーはミラー反射面を有する側で他の部材と接触することがないので、ミラー反射面の破損や汚染を回避することができ、結果としてミラーの反射特性を長期的に維持することができる。さらに、ミラーに振動や衝撃が加えられた場合も、ミラーはミラー反射面で他の部材と接触することがないので、ミラーの反射特性を維持することができる。同時に、ミラーをミラー基板と接続する支持部材の変形量も制限できるので、支持部材の破損を回避しミラーの機能を維持することができる。さらに、ミラーが閉空間に収められているので外部からの異物の侵入を防止することができ、ミラーの機能を長期的に維持できる。

本発明によれば、長期的に繰り返し行なう切り換え動作、あるいは振動や衝撃によるミラーの破損を防止し、ミラー反射面での反射特性を維持するミラーデバイスを提供できる。

次に、図１〜図１９を参照して、本発明によるミラーデバイスの実施例を説明する。なお、本発明はこれら実施例に必ずしも限定されるものではない。
本発明の説明に先立ち図１〜１５を用いて本発明のミラーデバイスの予備検討例を説明する。

［予備検討例１］
本発明の予備検討例を図１〜図６を用いて説明する。図１は予備検討対象としたミラーデバイス１００の主要部分の断面図である。図２（ａ）は予備検討対象としたミラーデバイスを２個アレイ化した状態の上面図である。図１は図２（ａ）のＡ−Ａ’断面図に相当する。図２（ｂ）の破線はストッパ基板１０３の裏面の概略形状を示している。図２（ｃ）の破線はミラー基板１０２の概略形状を示している。該ミラー基板１０２はストッパ基板１０３の下に配置される。図２（ｄ）の破線は電極基板１０１の概略形状を示している。該電極基板はミラー基板１０２の下に配置される。

ミラーデバイスは、下から電極基板１０１、ミラー基板１０２、ストッパ基板１０３の順に積層した基板に空間を形成し、この空間にミラー１０６を配置して形成される。最下層の電極基板１０１は、ピボット１０７を有し、ピボット１０７の両側に電極１０４ａ，１０４ｂを有する。電極基板１０１の上にはミラー基板１０２を配置する。ミラー１０６は、ミラー基板１０２を加工して形成される。ここで図２を用いてミラー１０６とミラー基板１０２の接続関係を説明する。ミラー１０６は可動軸を有し、該可動軸に沿って一対の梁１２３を有する。該一対の梁１２３は、ミラー１０６をミラー基板１０２に対して支持する支持部材であり、ミラー基板１０２に対してミラー１０６を回動可能に接続している。

ミラー基板１０２の上には、ストッパ基板１０３が備えられている。ストッパ基板１０３は、ミラー１０６上方の基板厚が薄くなっており、電極基板１０１、ミラー基板１０２とともにミラー１０６を収容するための空間を形成し、ミラー１０６は、電極基板１０１、ミラー基板１０２およびストッパ基板１０３によって周囲を囲まれた構造となっている。なお、本予備検討においてはストッパ基板１０３に開口部１３１を有しているが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、他の予備検例、例えば予備検討例１１、に示すように該開口部は貫通孔でなくても良い。

本予備検討例１ではストッパ基板１０３はシリコンウェハを異方性エッチングして加工して開口部を設けた例である。開口部１３１は結晶方位に依存した傾斜を持つ。該開口部１３１の形成方法は異方性エッチング以外の方法、例えばドライエッチング、でも良い。ミラー反射面１０６ａで反射された光は開口部１３１を通過してミラーデバイス外部へ伝播する。ミラー反射面１０６ａで反射される光の光源はミラーデバイス内部に有する場合もあれば、ミラーデバイス外部に有する場合もある。開口部１３１はミラー反射面１０６ａよりも大きくする。ストッパ基板１０３は、ミラー反射面１０６ａの周囲に設けられた枠１０８がストッパ基板１０３と接触した時に梁１２３が壊れない範囲の大きさのストッパ段差１０５を持つ。段差量の決定方法は後述する。

図３（ａ）にミラー１０６及びミラー基板１０２の平面図を示す。ミラー１０６は、基板部１０６ｂ、枠１０８、ミラー反射面１０６ａを構成要素として有する。ミラー１０６は各種材料を用いて形成して良いが、本予備検討例ではＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウェハを用いた。梁１２３は基板部１０６ｂ（図１参照）側からのエッチングで作製する。このとき中間酸化膜１０６ｃ（図１参照）をエッチングストップ層とする。ミラー１０６は１枚のウェハから複数個同時作成することが望ましい。この場合、複数のミラーはそれぞれが独立したミラーデバイスを形成してもよく、複数個のミラーをアレイ化した状態で１組のミラーデバイスを形成してもよい。いずれの場合においても、１枚のウェハに複数個のミラーを同時形成した場合、梁２０３の厚さが異なると、各ミラーの梁剛性が異なることとなる。その結果、個々のミラーに同じ外部動力、例えば駆動電圧を供給した時の個々のミラー特性が変わることになるので、特性ばらつきの抑制の意味で望ましくない。ここで、梁２０３をＳＯＩウェハの一方の側のシリコン層を利用して作製することは、梁２０３の厚さばらつき管理が、ＳＯＩウェハのシリコン層のばらつき管理で行えることを意味するので、ミラー特性のばらつき抑制に有効である。

一方、ミラー１０６が重いと、ミラー１０６を支える梁の剛性を高くする必要があるので、ミラー動作に要する電圧、すなわち駆動電圧、が高くなる。大きな駆動電圧の供給は電気回路への負荷を大きくするので、これを避けるためにミラー１０６の軽量化を図った。具体的には、ミラー１０６に他の領域よりも薄くなるミラー加工段差１０６ｄを設けた。該ミラー加工段差１０６ｄの外側にはミラー加工段差１０６ｄよりも厚い枠１０８を設け、ミラー１０６の剛性を保った。また前記ミラー加工段差１０６ｄよりも厚い枠１０８はミラー反射面１０６ａと、ストッパ基板１０３との接触の防止にも寄与する。枠１０８がストッパとして機能するので、ミラー支持部材である梁１２３の破損を防止する効果も得られる。

ミラー１０６はＮ個（複数個）並べて配置させ、１組のミラーデバイスとすることもできる。ミラー１０６をミラー基板１０２と接続するための支持部材である梁１２３は、図３に示した例に関わらず、折り返し数が増減しても良く、あるいは直梁であっても良い。

電源接続パッド１２１ａ，１２１ｂ（図２参照）は電圧を印加する装置に接続するためのパッドである。例えば電源接続パッド１２１ａ，１２１ｂにワイヤーボンディングを施し電圧を供給する装置と接続する。

図３（ｂ）の平面図に示すように、電極基板１０１の電極１０４ａ及び１０４ｂはピボット１０７の両側に配置され、電源接続パッド１２１ａ及び１２１ｂと配線１２４ａ，１２４ｂで接続している。電極、電源接続パッド、および配線は電極基板表面の絶縁膜（例えばＳｉＯ_２膜）上に形成することで、各々の絶縁を確保する。

次に、本予備検討例におけるストッパ基板１０３、ミラー基板１０２及び電極基板１０１の加工プロセスの一例について説明する。ミラーデバイス１００はストッパ基板１０３、ミラー基板１０２、および電極基板１０１をそれぞれ個別に加工した後に組み立てる。各基板の加工はフォトリソグラフィを用いることが望ましい。ストッパ基板１０３は、両面にフォトリソグラフィを行ない、異方性エッチング溶液、例えばＫＯＨ４０％水溶液、で両面から同時にウェットエッチングを行って加工する。ストッパ基板１０３の材質としては、加工が容易であることと、ミラー１０６の母材にシリコンを利用した場合に線膨張係数がミラーと同じであることからシリコンが望ましい。シリコン基板に対しＫＯＨ等を用いた異方性ウェットエッチングを行なうことで、ストッパ基板１０３の寸法管理を高精度に行なうことができる。またシリコン基板を両面から同じ深さウェットエッチングする製法は生産性向上の効果を有する。

ただし、ストッパ基板１０３の材料として、シリコン以外の半導体、アルミニウムや真鍮などの金属、ガラス、樹脂なども用いることができる。また、等方性ウェットエッチングや各種ガスを用いたドライエッチング、あるいはマイクロ機械加工や、射出形成およびモールディングを用いて加工することができる。

ミラー基板１０２にはＳＯＩウェハを用いた。ＳＯＩウェハにフォトリソグラフィでミラー１０６のパターンを形成し、両面からエッチングを行ってミラー１０６を形成した。また、ミラー反射面１０６ａは、ミラー１０６との密着性を確保し、使用する光に対する反射率を高くするために、チタンと金の多層膜を被覆して構成した。該多層膜はチタンがベース（下地）となるように、チタン、金の順にスパッタリングを用いて形成した。シリコンウェハ上への金属膜の成膜は、スパッタリング以外にも、例えば蒸着やメッキで行なうことができる。金のベースとなる薄膜は、クロムなど他の金属でも良い。また、チタンと金の間に、例えば白金など別の金属を入れて、３層以上の多層にしても良い。使用する光に対する反射率が高ければ、表面は金でなくても良い。例えばアルミニウムが適用できる。またミラー１０６との密着性が確保でき、使用する光に対する反射率が高いのであれば誘電体多層膜を用いても良い。

電極基板１０１はシリコン基板に対して異方性ウェットエッチングを施すことで形成する。異方性ウェットエッチングは複数のウェハを同時処理できるので生産性に優れると同時に、結晶の特性を活かした加工であるので加工精度の均一性に優れる。

図１に示した電極基板１０１はミラー基板と接する部分（ミラー支持突起１５０ａ，１５０ｂ）、ピボット１０７の頂部、電極１０４ａ，１０４ｂの形成面で異なる高さを有する。これらの高さの差は異方性ウェットエッチングを複数回施すことで形成する。第一の異方性ウェットエッチングでは電極基板１０１に、ミラー基板と接する部分（ミラー支持突起１５０ａ，１５０ｂ）とピボット１０７の頂部との高低差を形成する。第二の異方性ウェットエッチングではピボット１０７の頂部と電極１０４ａ，１０４ｂの形成面との高低差を形成する。

電極１０４ａ，１０４ｂは第二の異方性ウェットエッチング後のシリコンウェハ表面に熱酸化膜（ＳｉＯ_２膜）を形成した後、クロム膜をベース（下地）として形成し、その上に金膜をスパッタリングで形成し、不要な部分の金膜とクロム膜をエッチング除去する方法で形成した。電極１０４ａ，１０４ｂの金のベース（下地）となる薄膜はクロム以外、例えばチタン、白金、ニッケルあるいはこれらの多層膜、でも良い。シリコンウェハ上へのクロムや金の成膜は、スパッタリング以外にも、例えば蒸着やメッキで行なうことができる。電極１０４ａ，１０４ｂの形成は上述したエッチング以外にも、イオンミリングやリフトオフ等の方法が適用できる。配線１２４ａ，１２４ｂ、および電源接続パッド１２１ａ，１２１ｂは電極１０４ａ，１０４ｂ、と同時に形成して良い。

また、クロム膜と金膜の間に、例えば白金膜など別の金属の膜を入れて、３層以上の多層の薄膜にしても良い。電極１０４ａ，１０４ｂに使用する材料は導電性があり薄膜形成可能な金属、例えば銅、アルミ、白金、チタン、コバルト、モリブデン、タングステンなどでも良い。これらの金属は高温で溶融あるいは拡散しないことが望ましい。高温で溶融あるいは拡散しない材料とすることで、ミラーデバイスの製造工程に高温工程を含ませることができ、製造工程の選択肢が広がるからである。例えば製造工程に金−錫（Ａｕ−Ｓｎ）はんだを用いる工程を有する場合、耐熱温度が約３００℃以上となる膜を用いる。このような多層膜構造としては、例えば、下地層にチタン（Ｔｉ）、中間層にニッケル（Ｎｉ）、最表面層に金（Ａｕ）とする多層膜構造が適用できる。電極１０４ａ，１０４ｂの厚さは、ミラー１０６と電極１０４ａ，１０４ｂが接触するのを避けるため、１μｍ以下とすることが望ましい。

ミラーデバイス１００はストッパ基板１０３、ミラー基板１０２及び電極基板１０１を加工した後に、全ての基板を組み合わせて形成する。このとき各基板に位置決め用の孔（図９に示す位置決め用の孔１２２と同様の孔）を形成しておき、該位置決め用の孔に同等な寸法のピンなどを挿入することによって基板同士の位置合わせを行なうことができる。ただしこの組み立て方法は一例であり、別の方法を用いて各基板の位置合わせを行っても良い。例えば各基板の外形寸法で位置合わせを行っても良い。あるいは、別途形成した位置合わせマーク（図示せず）を用いて各基板の位置合わせを行っても良い。

次に本ミラーデバイスの動作について図４を用いて説明する。図４は本予備検討例のミラーデバイスを駆動した時の断面図である。図４（ａ）は、電極１０４ｂとミラー１０６との電位差を電極１０４ａとミラー１０６との電位差より大きく与えた時の状態を示した図である。このとき、ミラー１０６は梁１２３を中心にした回動と電極基板１０１側への移動を行ない、ミラー１０６の裏側がピボット１０７と電極基板１０１に接触した状態で停止する。この状態で、入射光１６１はミラー反射面１０６ａにより反射され、反射光１６２となる。

ここで入射光１６１はミラーデバイス１００内部からミラー反射面１０６ａへ向かう光であっても良い（図示せず）。すなわちミラーデバイス１００内部に光源を有する構造であっても良い。あるいは反射光１６２はミラーデバイス１００内部へ反射される光であっても良い（図示せず）。すなわちミラーデバイス１００内部に受光器を有する構造であっても良い。本ミラーデバイスはミラー１０６の裏側をミラー下部に形成したピボット１０７と電極基板１０１に接触させてミラーの姿勢を固定するので、ミラー１０６の姿勢を固定するときにミラー１０６はミラー上部に配置したストッパ基板１０３に接触しない。

図４（ｂ）は、電極１０４ａとミラー１０６との電位差を、電極１０４ｂとミラー１０６との電位差より大きくしたときの状態を示す図である。電極１０４ａ、１０４ｂとミラー１０６との電位差の大小関係を反対にすると、ミラー１０６は図４（ｂ）のように図４（ａ）とは逆方向に動作し、入射光１６１を別の方向へ反射させる。ミラー１０６が静止した時、ミラー１０６とストッパ基板１０３が接触しないように、ストッパ基板１０３は部分的にストッパ段差１０５だけストッパ基板表面から後退させている。つまりミラー反射面１０６ａ側ではミラー１０６と他の基板との接触はないので、ミラーを繰り返し動作させてもミラー反射面１０６ａの破損や汚れは生じ難い。

このように、ミラー１０６は、電極１０４ａ、１０４ｂによって駆動力を付与され、光を反射させる状態では、電極基板１０１及びピボット１０７に当接することによって位置及び角度を決める。なお、ミラー１０６の姿勢はピボット１０７および電極基板１０１との当接でなされるので、ミラーを中空に保持する場合と異なり姿勢の安定性に優れる。ミラー基板１０２とストッパ基板１０３の間のストッパ段差１０５は、ミラー１０６の大きさおよび梁１２３の形状を考慮して与えることが望ましい。

本予備検討例においてはミラー１０６の素材を単結晶シリコンとし、梁１２３の幅を１０μｍ、厚さを１０μｍ、長さを６００μｍ、片側の梁の折れ曲がり回数を６回（ここで、図３（ａ）の例では折れ曲がり数を４回と数える）とし、ミラーの長さを１７００μｍ、幅を５００μｍ、ミラーの枠１０８の幅を５０μｍとし、ミラー反射面１０６ａの大きさを４００μｍ×３００μｍとし、ミラー加工段差１０６ｄを３００μｍとし、基板部１０６ｂの厚さを１０μｍとした。該ミラー１０６に対しミラー１０６がストッパ基板１０３に動作する方向の衝撃加速度を与えたときのミラー変位量を図６に示す。例えば５００Ｇの衝撃加速度を加えた場合、ミラーの変位量は約４２０μｍとなる。衝撃加速度が４７０Ｇ以上のとき、梁の最大主応力はシリコンの破壊応力である１０００ＭＰａ（＝１ＧＰａ）に達する。従って梁１２３の破損を回避するためにストッパ段差１０５は５６０μｍ以下とすることが望ましい。

一方、ストッパ段差１０５がミラー裏面段差１０９をわずかに上回る大きさしかなければ、わずかな衝撃加速度が与えられた場合にも、ミラー１０６とストッパ基板１０３が衝突する。ミラー１０６とストッパ基板１０３の衝突頻度が多ければ、ミラー１０６あるいはストッパ基板１０３に破損が生じる可能性が高くなる。よってミラー１０６とストッパ基板１０３の衝突頻度は少ない方が望ましい。標準的に加えられる衝撃加速度を２５０Ｇと見込むとミラーは２００μｍ変位することになる。この変位量に対してミラー１０６とストッパ基板１０３が接触しないようにすることが望ましいので、ストッパ段差１０５は２００μｍ以上とすることが望ましい。本予備検討例ではストッパ段差１０５をおよそ２６０μｍとした。

ミラー１０６がストッパ基板１０３に多数回衝突すると、ミラー１０６が破損する可能性がある。特にミラー反射面１０６ａが直接ストッパ基板１０３に衝突すると、反射膜として形成した薄膜がはく離する可能性がある。あるいは、ミラー１０６を形成するシリコンが欠けてゴミを生じミラー反射面１０６ａを汚染する可能性がある。ミラー反射面１０６ａの薄膜はく離や汚染が起こるとミラー反射面１０６ａの反射率は低下する。すなわちミラーデバイス１００の反射特性が低下する。本予備検討例のミラーデバイス１００はストッパ段差１０５をミラー裏面段差１０９より大とすることで、ミラー１０６は外部から過大な振動および衝撃が加えられたときにのみ、ストッパ基板１０３と接触する構造とした。ミラー１０６に外部から過大な振動および衝撃が加えられたときは、ストッパ基板１０３がミラー１０６の移動する範囲を制限することで、梁１２３に加わる曲げ応力を規定範囲内に抑え、梁１２３の破損を回避する。さらに図５の断面図に示すように、ストッパの開口部１３１の幅をミラー反射面１０６ａより大とすることで、枠１０８がストッパ基板１０３と衝突する構造とした。該構造とすることで、過大な振動や衝撃がミラー１０６に加えられたときもミラー反射面１０６ａは保護されるので、ミラー反射面１０６ａの薄膜はく離や汚染の可能性を低減しミラー反射面１０６ａの反射率低下を回避できる。すなわちミラーデバイス１００の反射特性の低下を回避できる。

［予備検討例２］
他の予備検討例を、図７を用いて説明する。本予備検討例の大部分は予備検討例１と同様である。ただし、ミラー反射面２０６ａをミラーの枠１０８よりも低くした点が予備検討例１と異なる。図７（ａ）に示したミラー２０６は、ミラー２０６の材料としたＳＯＩ基板の一方のシリコン層に対しエッチングを複数回行なうことにより、ミラー反射面２０６ａをミラーの枠１０８よりも低くしたミラーである。ミラーデバイス２００が外部から振動および衝撃を受けた場合、ミラーの枠１０８がストッパ基板１０３に接触するがミラー反射面２０６ａは保護されるのでミラー２０６の反射特性は低下しない。

さらに振動あるいは衝撃によりミラー２０６に反り等の変形が生じることを見込んでミラー反射面２０６ａは枠１０８より十分に低くすることが望ましい。例えば、図７（ｂ）にように、ミラー３０６には、ミラー反射面３０６ａを活性層（基板部）１０６ｂ、すなわち枠１０８とは反対側のシリコン層、に形成してミラーデバイス３００を構成してもよい。ストッパ基板３０３には図７（ａ）より幅広の開口部３３１を形成する。
図７（ａ），（ｂ）の場合にストッパ基板１０３又は３０３に設けた開口部２３１又は３３１は、光の入反射を妨げない範囲でミラー反射面２０６ａ又は３０６ａよりも小さくしても良い。

［予備検討例３］
他の予備検討例を、図８を用いて説明する。図８に示したミラーデバイス４００は、ミラー基板４０２の材料をＳＯＩよりも安価な単層基板、例えばシリコン基板、としたミラーデバイスである。本予備検討例においてミラー４０６の梁（図示せず）はミラー基板４０２の材料である単層の基板に対し厚さを調整するエッチングと形状を形成するエッチングを施すことで形成する。ここで厚さを調整するエッチングとして、例えばＫＯＨの４０％水溶液を用いた異方性ウェットエッチングを用い、形状を形成するエッチングとして、例えばドライエッチングを用いることができる。ストッパ基板４０３に設けた開口部４３１はミラー反射面１１６ａよりも大とし、ミラー４０６よりは小とする。これにより、ミラー４０６に外部からの過大な振動および衝撃が加えられたとき、ミラー側面の斜面４０７とストッパ基板４０３が接触することにより、ミラーの反射面４０６ａおよび梁１２３の破損を防止する。

［予備検討例４］
他の予備検討例を、図９を用いて説明する。図９（ｂ）は、ストッパ基板１０３の開口部の設計を簡便にするために、ミラー全てに共通な共通開口部５３１をひとつ設けたストッパ基板５０３の図である。該共通開口部１１１以外の構造は予備検討例１のストッパ基板１０３と共通とする。図２に示した予備検討例１のストッパ基板１０３は、図９（ａ）に示すようにミラー１０６ごとに開口部１３１を有していたが、本予備検討例では複数のミラーが共通開口部５３１を使用するストッパ基板５０３とした。

ここで、全てのミラーに共通する共通開口部をひとつ設けるのでは無く、Ｎ個のミラーのうち、いくつかのミラーで共通する共通開口部を数個設けても良い。共通開口部５３１は、ミラーの長手方向、即ち可動軸に直交する方向の大きさ、よりも小さいことが望ましく、ミラー反射面１０６ａよりも大きくすることが望ましい。符号１２２は位置決め用の孔である。

［予備検討例５］
他の予備検討例を、図１０を用いて説明する。図１０に示したミラーデバイス６００は、ストッパ基板１０３とミラーの枠１０８が接触する部分に緩衝材６２１，６２２を設けたミラーデバイスである。ミラー６０６はミラー１０６に上部緩衝材６２１を付加した構成となっている。この図ではストッパ基板１０３の下面に緩衝材６２１を、ミラーの枠１０８上部緩衝材６２２を設けた。しかし、これらはどちらか一方でも構わない。緩衝材６２１，６２２はストッパ基板１０３及びミラーの枠１０８よりも弾性率が小さいことが望ましい。ストッパ基板１０３は予備検討例１と同様に作製する。加工が容易であることから、ストッパ基板１０３にのみ緩衝材６２１を設ける方式が望ましい。緩衝材６２１，６２２は、ミラーの枠１０８およびストッパ基板１０３と固着を起こしにくい部材が望ましいので、表面エネルギーの小さい材料、例えばポリイミドが適用できる。また、緩衝材６２１，６２２に光を吸収する部材を用いると、不要な散乱孔光の拡散を防止できる。

［予備検討例６］
他の予備検討例を、図１１を用いて説明する。図１１に示したミラーデバイス７００はストッパ基板７４５に第一のストッパ段差７３４と第二のストッパ段差７３５を設けたミラーデバイスである。本発明のミラーデバイス７００において、枠１０８からストッパ基板７４５までの距離を第一のストッパ段差７３４で規定する。第一のストッパ段差７３４は第二のストッパ基板７３５より小さくする。さらにストッパ基板７４５に設けた第一のストッパ開口部７３２はミラー反射面１０６ａより大とする。該構造とすると、ミラーが外部から振動および衝撃を受けた場合、ミラーの枠１０８がストッパ基板７４５に設けた第一のストッパ段差７３４と接触するので、ミラー反射面１０６ａは保護される。このときストッパ基板７４５に設けた第二のストッパ開口部７３３は、光の入反射を妨げない範囲で、ミラー反射面１０６ａよりも小さくても良い。なお、第一のストッパ段差７３４の代わりに、ストッパ基板７４５のミラーの枠１０８に接触する位置に、突起を設けても良い。

［予備検討例７］
他の予備検討例を、図１２を用いて説明する。図１２に示したミラーデバイス８００は、電極基板１０１、ミラー基板１０２、スペーサ８４１、およびストッパ基板８４２を構成要素に持つミラーデバイスである。前述の予備検討例１では、ストッパ基板１０３のミラーと対向する面を加工してミラー反射面１０６ａを保護するが、本予備検討例ではスペーサ８４１とストッパ基板８４２を用いてミラー反射面１０６ａを保護する。本構成とすることでストッパ基板の加工負荷が低減できる。スペーサ８４１とストッパ基板８４２の材料は、シリコンやその他の半導体、アルミニウムや真鍮などの金属、ガラス、および樹脂などを用いることができるが、ミラー１０６の主材料としてシリコンを用いた場合は、線膨張係数が同じであるシリコンを材料とすることが望ましい。スペーサ８４１の厚さは、ストッパ基板９４２とミラー１０６との距離８０５がミラー１０６から電極基板１０１までの距離よりも大きくなる厚さを選択する。さらに通常の振動や衝撃ではミラー１０６とストッパ基板８４２が接触しない厚さとすることが望ましい。該厚さの選択は予備検討例１の事例と同様の手順で、図６を参照して決定する。ストッパ基板８４２の加工は（ドライ）エッチングや機械加工などで行なう。電極基板１０１および、ミラー基板１０２は予備検討例１と同様の方法で作製する。ストッパ基板８４２の開口部８３１はミラー反射面１０６よりも大とする。

［予備検討例８］
本発明のミラーデバイスに適用するミラー基板として、前述の予備検討例と異なる形状のミラー基板を有するミラー９０６，１００６の部分図を１３（ａ），（ｂ）に示す。本ミラーを用いたミラーデバイスにおいて、ミラー形状以外の要素は前述した予備検討例１〜７のいずれかと共通である。図１３（ａ）に示したミラー９０６は、基板部９０６ｂを介してミラー反射面９０６ａとミラーの枠９０８を分離した構造のミラーである。該構造とすることでミラーは軽量化できる。特にミラー９０６全体に対しミラー反射面９０６ａを小さくできるほど、該構造の効果は顕著となる。

本発明のミラーデバイスのミラー形状は、例えば図１３（ｂ）に示した形状とすることも出来る。図１３（ａ）に示した寸法比の場合、ミラー反射面と枠の隙間部分で加工面積が狭く、その他の部分で加工面積が広い。ミラー９０６全体に対しミラー反射面９０６ａをそれほど小さく出来ない場合、加工面積の差が激しくなるので、それらの部分間で加工の一様性が低下する。加工の一様性の低下は意図したミラー形状実現の困難にする可能性があり望ましくない。図１３（ｂ）の形状は加工の一様性を確保するために、加工面積の狭い部分を与えない構造とした例である。該構造のミラーは、ミラー１００６全体に対しミラー反射面１００６ａをそれほど小さく出来ない場合に、加工の一様性を維持しつつミラーの軽量化を図ることができる。

［予備検討例９］
本発明のミラーデバイスに適用するミラー１１０６として、前述の予備検討例１と異なる形状のミラーを有するミラーの部分図を１４に示す。本ミラーを用いたミラーデバイスにおいて、ミラー形状と電極基板１０１上のピボット１０７や電極１０４ａ，１０４ｂ以外の要素は前述した予備検討例１〜７のいずれかと共通である。
図１４に示したミラー１１０６はミラー形状を長方形から多角形に変形したミラーである。図１４においては、ミラー反射面１０１６とミラーの枠１０１８を同じ高さにしたので、前述のいずれかの予備検討例で示した方法、例えばストッパ基板のストッパ開口部をミラー反射面１０１６より大とするなど、で振動や衝撃に対してミラー反射面１０１６を保護する。前述のいずれかの予備検討例で示した方法で振動や衝撃に対してミラー反射面１０１６を保護するであれば、ミラー反射面１０１６とミラーの枠１０１８の高低関係は問わない。ミラーの形状は、別の多角形でも円形でも良い。予備検討例１で示したミラーデバイスは安定した光の反射方向が２方向に限定されるが、本予備検討例のミラーを用いたミラーデバイスは、ミラーを構成する多角形の辺の数、あるいはミラーを駆動させる駆動源、本予備検討例では駆動電極数に応じて、複数の光の反射方向を安定して形成できる。

［予備検討例１０］
別の予備検討例を図１５（ａ），（ｂ）を用いて説明する。図１５（ａ），（ｂ）に示したミラーデバイス１２００は、スペーサ８４１を用いてミラー基板１０２の上部に光学的に透明な部材を構成要素に持つ蓋１２２３を配置したミラーデバイスである。前記蓋１２２３は予備検討例２におけるストッパ基板１０３の機能を有する。その他の構成は予備検討例２と同様である。例えば本予備検討例におけるミラー２０６は、過大な振動や衝撃によってミラー２０６が上方に変位したとき、前記蓋１２２３とミラー反射面２０６ａが接触することを防ぐために、予備検討２で示したようなミラーの枠１０８よりもミラー反射面２０６ａが低いミラー２０６を用いる。枠１０８と蓋１２２３のストッパ段差１２０５は段差１０５と同様にする。蓋を設けることで、外部からミラーへの異物の侵入を防止することができる。

図１５（ｂ）はさらに別の予備検討例である。図１５（ｂ）に示した予備検討例では、ミラー基板１０２および電極基板１０１を光学的に透明な部材を構成要素に持つ蓋１３２３とアルミやコバールなどの金属またはアルミナなどのセラミック（表面に金属膜を成膜したものを含む）などで構成された筐体１３２９で覆う。全体を覆うことにより、ミラーデバイス内にゴミやほこりの侵入を防ぐことができる。このとき蓋１３２３の端と受け部１３２４を金属または受け部１３２４の表面に金属膜を形成したものとすることで、両者を溶接などで容易に組立てることができる。このとき筐体１３２９内部の気密性を保つことで、外部からの湿度の侵入によりミラー１０６が劣化することを回避できる。なお、組み立て方法は溶接に限定されるものではなく、接着剤やはんだを用いても良い。

以上の予備検討例１〜１０を参照して、以下に本発明のミラーデバイスを説明する。

［実施例１］
本発明のミラーデバイス１４００を図１６（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。また、本発明のミラーデバイスを構成するミラー基板と電極基板の説明には、図３（ａ）および図１８を利用する。本発明のミラーデバイス１４００は、積層された複数（３枚以上）の基板を構成要素にもつミラーデバイスである。前記複数の基板の一枚はミラー１０６を有するミラー基板１０２である。前記ミラー１０６は前記ミラー基板１０２と支持部材である梁１２３で接続され、前記梁１２３で規定される軸に対し回動可能である。また前記ミラー１０６はミラー反射面１０６ａと枠１０８を有しており、前記ミラー反射面１０６ａと前記枠１０８は前記ミラー１０６の同一面側に配置されている。前記ミラー１０６は前記ミラー基板１０２と該ミラーデバイス１４００を構成する他の基板、具体的には電極基板１０１、ストッパ基板１０３、および蓋１４２３で形成された閉空間内に配置されている。

前記複数の基板の一枚は前記ミラー基板１０２に対して前記ミラー反射面１０６ａとは反対側、つまり図１６（ａ）、（ｂ）における下側、に積層された第一の基板（電極基板１０１）である。また前記複数の基板の一枚は前記ミラー基板に対して前記ミラー反射面１０６ａ側、つまり図１６（ａ）、（ｂ）における上側、に積層された第二の基板（ストッパ基板１０３）である。前記ミラー１０６は複数（２つ以上）の安定動作姿勢を有する。該安定状態は予備検討例として図４に示した状態と同様である。前記ミラー１０６は前記安定動作姿勢において前記ミラー１０６のミラー反射面１０６ａの反対側の複数箇所で前記第一の基板（電極基板１０１）と当接する。

このとき、前記ミラー１０６と前記第一の基板（電極基板１０１）との距離、すなわちミラー裏面段差１０９、が前記枠１０８と前記第二の基板（ストッパ基板１０３）との距離、すなわち第一のストッパ段差１４３４、よりも大きい。さらに、前記第二の基板（ストッパ基板１０３）は第一のストッパ開口部１４３２と前記第一のストッパ開口部より小さな第二のストッパ開口部１４３３を有し、前記第一のストッパ開口部１４３２は前記ミラー１０６より大であり、前記第二のストッパ開口部１４３３は前記ミラー反射面１０６ａより大で前記ミラー１０６より小である。蓋１４２３は少なくとも部分的に光学的に透明な部材で構成する。蓋１４２３はストッパ基板１０３と共通の部材で作製する、あるいは一体に形成する、こともできる。前記ミラー１０６は本発明のミラーデバイス１４００外部の空間と光学的に接続されている。

以下、本発明のミラーデバイス１４００をさらに詳しく説明する。本発明のミラーデバイス１４００は上述した予備検討例1あるいは図１で説明したミラーデバイスにおいてストッパ基板に開口部を与えない構造に類似する。ミラーデバイスの動作については、予備検討例１において図４を用いて説明した動作と同じ動作を行う。ミラーとストッパ基板との距離関係については、同じく予備検討例１において図６を用いて説明した手順で決定する。

本実施例ではミラー基板１０２の上部にストッパ基板１０３を介し蓋１４２３を配置する。該ストッパ基板１０３はミラー基板１０２と蓋１４２３との隙間を確保する機能を有する。前記蓋１４２３は一部または全部を光学的に透明な材料で構成する。ミラー反射面１０６ａで反射した光は、該蓋１４２３の光学的に透明な材料で構成された領域を通過して、ミラーデバイス１４００の外部に射出される。ミラー反射面１０６ａで反射される光の光源はミラーデバイス内部に有する場合もあれば、ミラーデバイス外部に有する場合もある。前記光学的に透明な材料は使用する光の波長によって選択できる材料が異なる。例えば、可視光の場合石英、パイレックス（登録商標）、ＢＫ７、ホウケイ酸ガラス等を用いる。赤外光の場合、前記材料例に加えてシリコン等の材料が選択できる。前記蓋１４２３の光が通過する部分には表裏面に反射防止膜を形成することが望ましい。反射防止膜を形成することで、ミラー反射面１０６ａで反射した光はより多くミラーデバイス１４００の外部へ射出できる。

ミラー基板１０２の下部には電極基板１０１を配置する。電極基板１０１に形成した電極１０４ａ，１０４ｂとミラー１０６との間に電位差を発生させることでミラー１０６を駆動させる。ミラー１０６の動作時の姿勢は、ミラー１０６の裏側の中央付近がピボット１０７と端部が電極基板１０１と接触する姿勢とする。ストッパ基板１０３に形成する第一のストッパ段差１４３４はミラー裏面段差１０９より大とする。ミラー１０６は動作時にミラー反射面１０６ａ側でストッパ基板１０３と接触しないので、ミラー１０６を繰返し動作させても、ミラー１０６とストッパ基板１０３との接触に起因するミラー反射面１０６ａの破損や汚れは生じ難い。その結果、ミラー反射面１０６ａの反射率低下、すなわちミラー１０６の反射特性の低下を回避できる。

さらに、第一のストッパ開口部をミラー１０６より大とし、第二のストッパ開口部３０３をミラー反射面１０６ａより大とすることで、振動や衝撃が加わった際のミラー１０６とストッパ基板１０３の接触部を枠１０８に限定することが望ましい。このときミラー反射面１０６ａは保護されることになるので、ミラー反射面１０６ａの破損や汚れによる反射率低下、すなわちミラー１０６の反射特性の低下を回避できる。このとき第二のストッパ開口部１４３３は、光の入反射を妨げない範囲で、ミラー反射面１０６ａよりも小さくても良い。

またミラー１０６に振動や衝撃が加わった際には、枠１０８とストッパ基板１０３が接触したままの状態となり、ミラー１０６が動作不能となる可能性がある。枠１０８とストッパ基板１０３とを引き付ける力は、静電気力やメニスカス力や分子間力であるので、ストッパ基板１０３と枠１０８が接触する部位には帯電防止膜や疎水性膜を形成し、表面を粗面化することが望ましい。上記帯電防止膜、疎水性膜あるいは、表面の粗面化は、ストッパ基板１０３と枠１０８のどちらか一方に形成しても良いし、両方に形成しても良い。

なお、接触状態が意図せずに保たれる状態は通常のミラー動作時にも発生し得る。これを回避するために電極基板１０１に帯電防止膜１４６５を形成し、疎水性膜（図示せず）で表面状態を疎水化し、ミラー１０６との接点付近を粗面化領域（１４５５ａ，１４５５ｂ）とすることのいずれか、あるいはそれらの組み合わせ、を施すことが望ましい。
帯電防止膜１４６５は例えば外部電源と接続（または接地）した導電性膜とする。このとき該導電性膜の電位はミラー１０６の電位と共通にする。電極基板の粗面化はピボット１０７あるいはミラー支持突起１４５０（または１５５０）を形成する工程に組み込むことが、工程数増加を防止する上で、望ましい。例えば、ピボット１０７やミラー支持突起１４５０（または１５５０）をＫＯＨ水溶液を用いたＳｉ(シリコン)の異方性エッチングで作製する場合、同じ工程で微小パターンをエッチングして電極基板を粗面化する。前記微小パターンを適切に小さくすることで該微小パターンは過剰にエッチングされる。最終的に該微小パターンは初期のパターン形状を維持出来ずに電極基板表面を粗面化することとなる。このときの微小パターン寸法はミラー支持突起１４５０（または１５５０）の高さ１８μｍに対しφ３５μｍ程度以下が望ましい。

さらにミラー１０６に剥離用ばね１７０を形成することで、通常のミラー動作時にミラー１０６と電極基板１０１との間で意図しない接触状態が保たれることを有効に回避できる。剥離用ばね１７０は図１９に示す。ミラー１０６が電極基板１０１と接触するとき、最初に剥離用ばね１７０の先端が電極基板１０１と接触する。その後、剥離用ばね１７０が変形することでミラーの端部１８０が電極基板１０１と接触し、ミラー１０６の姿勢を規定する。ミラー１０６の姿勢を変化させるとき、変形していた剥離用ばね１７０の復元力でミラーの端部１８０が電極基板１０１から剥離される。このとき剛性の高いミラーの端部１８０がミラー姿勢を規定するが剛性の低い剥離用ばね１７０はミラー姿勢の規定には関与しないので、ミラー１０６の姿勢を安定に保つことができる。

さらに、ストッパ基板１０３と蓋１４２３を同一の部材から一体に形成することは、両者の貼り合わせ工程が削減されるので望ましい。このようなストッパ基板を用いたミラーデバイス１５００を図１６（ｂ）に示した。ストッパ基板１０３と蓋の一体形成は、例えばシリコンの多段エッチングで形成する。このときストッパ基板１０３には第一のストッパ段差１５３４と第二のストッパ段差１５３５を形成する。第一のストッパ段差１５３４はミラー裏面段差１０９より大とする。ミラー１０６は動作時にミラー反射面１０６ａ側でストッパ基板１０３と接触しないので、ミラー１０６を繰返し動作させてもミラー１０６とストッパ基板１０３との接触に起因するミラー反射面１０６ａの破損や汚れは生じ難い。その結果、ミラー反射面１０６ａの反射率低下、すなわちミラー１０６の反射特性の低下を回避できる。

さらに枠１０８からストッパ基板１０３までの距離を第一のストッパ段差１５３４で規定し、第一のストッパ開口部をミラー１０６より大とし、第二のストッパ開口部１５３３をミラー反射面１０６ａより大とすることで、振動や衝撃が加わった際のミラー１０６とストッパ基板１０３の接触部を枠１０８に限定することが望ましい。このときミラー反射面１０６ａは保護されることになるので、ミラー反射面１０６ａの破損や汚れによる反射率低下、すなわちミラー１０６の反射特性の低下を回避できる。このとき第二のストッパ開口部１５３３は、光の入反射を妨げない範囲で、ミラー反射面１０６ａよりも小さくても良い。

またミラー１０６に振動や衝撃が加わった際には、枠１０８とストッパ基板１０３が接触したままの状態となり、ミラー１０６が動作不能となる可能性がある。枠１０８とストッパ基板１０３とを引き付ける力は、静電気力やメニスカス力や分子間力であるので、ストッパ基板１０３と枠１０８が接触する部位には帯電防止膜や疎水性膜を形成し、表面を粗面化することが望ましい。上記帯電防止膜、疎水性膜あるいは、表面の粗面化は、ストッパ基板１０３と枠１０８のどちらか一方に形成しても良いし、両方に形成しても良い。

ミラー１０６は電極基板１０１、ミラー基板１０２、ストッパ基板１０３、および蓋１４２３で閉じられた空間（閉空間）に配置することが望ましい。該閉空間は電極基板１０１、ミラー基板１０２、ストッパ基板１０３、および蓋１４２３（ただし、上述の通り、ストッパ基板１０３と蓋１４２３が同一基板である場合もある）を接合することで形成する。該接合方法には、はんだ、低融点ガラス、接着剤等の接合剤を用いた接合、陽極接合、共晶接合等の基板直接接合が適用できる。はんだ、低融点ガラス、接着剤等の接合剤を用いた接合の場合、接合部に接合材収容溝（図示せず）を形成することが望ましい。該接合材収容溝は過剰な接合剤を収容することで接合剤層の均一化を行う。接合剤層を均一化することで、接合の安定性が向上し、接合された基板の反り等の変形が抑制できる。

該接合材収容溝は接合する基板にプロセス負荷を与えずに形成することが望ましい。例えば、ＳＯＩ基板の薄いＳｉ層側に梁１２３を形成し、該薄いＳｉ層側を電極基板１０１と接合するミラー基板１０２においては、梁１２３と前記接合材収容溝を同時工程で作成することが望ましい。このとき、ＳＯＩ基板の薄いＳｉ層の厚さが１０μｍであり、梁１２３をＳＯＩ基板の中間酸化膜をエッチストップ層として機能させたドライエッチングで作成するのであれば、同時に作成した前記接合材収容溝の深さは１０μｍとなる。すなわち、該構造においては、前記接合剤収容溝はミラー基板１０２側に形成することが望ましい。

一方、電極ミラー基板１０１にミラー基板１０２を支持する突起（ミラー支持突起１４５０）を形成し、該突起上を電極配線が乗り越える構造とした。該配線を絶縁膜でカバーした上で該絶縁膜上で電極基板１０１とミラー基板１０２とを接合するとミラーデバイスにおいては、該突起上に前記接合材収容溝を形成することは、該接合材収容溝を横断して配線は形成されることになるので、配線の断線や短絡などの不具合の危険性が高くなるので望ましくない。また、ミラー基板１０２とストッパ基板１０３の接合においては、前記接合材収容溝はストッパ基板１０２に第一のストッパ段差あるいは第二のストッパ段差と形成する工程と同時に形成することが望ましい。例えばストッパ基板１０３を単結晶Ｓｉ基板で作製し、前記第一のストッパ段差あるいは第二のストッパ段差を異方性エッチングで形成する場合、該異方性エッチングと同時に前記接合材収容溝を作成することで、プロセス負荷を高めることなく前記接合層収容溝を作成できる。この場合、前記接合材収容溝の深さを前記第一のストッパ段差あるいは第二のストッパ段差以下とすると、前記接合材収容溝の深さは該接合材収容溝の幅で制御できる。

前記接合材がはんだ接合の場合、接合部に接合材、例えば金−錫（Ａｕ−Ｓｎ）はんだを塗布しておき、接合する基板を加熱加圧することで接合を行なう。はんだを塗布して形成したはんだ層は接合する基板の一方に存在すればよい。はんだ層の形成は接合する基板のどちら側でも良いが、電極基板１０１やストッパ基板１０３に比べて、ミラー基板１０２は壊れやすいので、電極基板１０１とミラー基板１０２の接合においては電極基板１０１側にはんだ層を形成し、ストッパ基板１０３とミラー基板１０２の接合においてはストッパ基板１０３側にはんだ層を形成することが望ましい。ただし、はんだの密着性を高くするためにミラー基板１０２の接合部分には、はんだ下地金属層を形成しておくことが望ましい。

さらに、はんだ層あるいは該はんだの下地金属層を利用してミラーを外部装置と電気的に接続することが望ましい。例えば、ミラーが静電駆動ミラーである場合、ミラーの電位を制御するまたは一定化する必要がある。このとき、例えば、閉空間に配置したミラーをミラー基板１０２と電気的に接続させ、ミラー基板１０２と前記はんだ層と電気的に接続させ、前記はんだ層あるいは該はんだの下地金属層を電極基板１０１に形成した電極と電気的に接続させることで、ミラーを外部装置と電気的に接続可能とすることができる。該構造はミラーへの電気的接続を容易にする。前記はんだ層あるいは該はんだの下地金属層がミラーデバイスの表面に露出しているのであれば、電極基板１０１に形成した電極と前記はんだ層あるいは該はんだの下地金属層が接続されていなくても構わない。

ミラーを収容した前記閉空間は気密封止されていることが望ましい。さらに望ましくは該閉空間を乾燥雰囲気または真空状態で封止する。該閉空間を乾燥雰囲気または真空状態で封止することでミラーと電極基板１０１の接点に水分が凝集することによるミラー動作不良を回避できる。

該構成のミラーデバイスは、長期的に繰り返し行なう動作に対して、ミラーはミラー反射面を有する側で他の部材と接触することがないので、ミラー反射面の破損や汚染を回避することができ、結果としてミラーの反射特性を長期的に維持することができる。さらに、ミラーに振動や衝撃が加えられた場合も、ミラーはミラー反射面で他の部材と接触することがないので、ミラーの反射特性を維持することができる。同時に、ミラーをミラー基板と接続する支持部材の変形量も制限できるので、支持部材の破損を回避しミラーの機能を維持することができる。さらに、ミラーが閉空間に収められているので外部からの異物の侵入を防止することができ、ミラーの機能を長期的に維持できる。

前記電極基板１０１、ミラー基板１０２、ストッパ基板１０３、蓋はそれぞれ別のウェハに複数個一括形成し、ウェハ状態で一体化（ウェハレベルパッケージング）した後、ダイシングやエッチングあるいは研磨等の方法で個片化することが望ましい。そのために前記電極基板１０１とミラー基板１０２とストッパ基板１０３および蓋は共通の配置ピッチとする。前記電極基板１０１とミラー基板１０２とストッパ基板１０３および蓋を形成したウェハは１枚ずつ順次接合しておくこともできるし、多数枚を同時接合することもできる。

ここでミラーデバイスを個片化し、かつ電源接続パッド１２１ａ，１２１ｂ上に空間を確保する方法としてダイシングを用いた例を図１６と図１７を用いて説明する。前述の通り、ミラーデバイスはウェハ状態で一体化した後、個片化することが望ましい。本発明のミラーデバイスは、電極基板１０１にミラー１０６を駆動させるための電極１０４ａ，１０４ｂと該電極に外部から電圧を供給するための電源接続パッド１２１ａ，１２１ｂを有する。該電極は前記閉空間に位置し、該電源接続パッド１２１ａ，１２１ｂは前記閉空間外に位置するので、該電極と該電源接続パッドは多層配線や貫通配線を用いて接続する。電源接続パッド１２１ａ，１２１ｂと外部電源との接続をワイヤーボンディングで行なう場合、電源接続パッド１２１ａ，１２１ｂ上は空間を確保する必要が生じる。このとき、該電源接続パッド１２１ａ，１２１ｂ上からミラー基板１０２、ストッパ基板１０３、および蓋を形成したウェハを排除し空間を確保する必要がある。

ミラーデバイスの個片化にはダイシンングを３度行なう。第一のダイシング工程では、電源接続パッド１２１ａ，１２１ｂ上あるいはそれよりも内側、すなわちミラーが存在する側、の位置をダイシングライン３０６とし蓋からミラー基板１０２までを切断する。該工程でダイシングブレードは電極基板１０１表面に形成した電源接続パッド１２１ａ，１２１ｂあるいは配線１２４ａ，１２４ｂ（図２参照）を切断してはいけない。第一のダイシング工程におけるダイシングブレードと電源接続パッド１２１ａ，１２１ｂあるいは配線１２４ａ，１２４ｂとの間隙は図１６（ａ）においてはミラー基板１０２と接している電極基板１０１のミラー支持突起１４５０又は１５５０の高さで与えられる。

ここで、ダイシングブレードと電源接続パッド１２１ａ，１２１ｂあるいは配線１２４ａ，１２４ｂとの間隙が大きいほど作業性が向上する。該間隙を拡大するためにミラー基板１０２の電極基板１０１と対向する面にダイシングラインに沿ったダイシング溝を形成することが望ましい。図１７（ａ）にミラー基板１０２の断面図を用いて、該ダイシング溝２４１を例示した。

さらに望ましくは前記溝をミラー基板１０２を貫くダイシング貫通孔２４２とすることである。この場合、第一のダイシング工程におけるミラー１０６への振動、衝撃といった負荷を低減することになるのでダイシング時のミラー破損の危険性が低下する。該ダイシング貫通孔２４２を図１７（ｂ）に例示した。さらに望ましくはストッパ基板１０３および蓋２２３に前記ダイシング貫通孔と同様の貫通孔を形成することである。この場合、第一のダイシング工程が不要になるので作業効率が一段と向上する。例えば、シリコン基板を材料としてストッパ基板１０３と蓋を一体化したミラーデバイスの場合、ストッパ基板１０３のダイシング貫通孔を異方性ウェットエッチングで作製することができる。この場合、ストッパ基板１０３のダイシング貫通孔の加工寸法管理が容易である。

第二のダイシング工程では電源接続パッド１２１ａ，１２１ｂよりも外側の位置をダイシングライン３０７とし蓋から電極基板１０１までを切断する。ここで、ミラー基板１０２、ストッパ基板１０３、蓋に第一のダイシングと第二のダイシングを不要とする幅のダイシング貫通孔を形成し、かつ、電極基板１０１に第二のダイシングを不要とする幅のダイシング貫通孔を形成することで、第一のダイシング工程と第二のダイシング工程を不要とすることができる。これにより、作業効率が大幅に向上する。

第三のダイシング工程では前記第一、第二のダイシング工程と直交する方向にダイシングライン３０８を引いて蓋から電極基板１０１までを切断し個片化する。ただし、上述した工程順序は一例に過ぎず、例えば、前記第三のダイシング工程を最初に行ない、次いで第一、第二のダイシング工程を行なうことも可能である。

なお、ダイシングに際してはダイシング条件を適性化することでダイシング端面でのチッピングを回避または抑制することが必要であるが、ダイシング貫通孔を利用する場合、チッピングへの対応が不要になり、作業性が向上する。あるいはダイシング時応力の残留を回避することもできるので、デバイスの特性安定化にも有効である。

以上の工程で本発明のミラーデバイスを基板上に一括形成した後で個片化することが可能となる。従って、本発明のミラーデバイス、すなわち長期的に繰り返し行なう切り換え動作、および振動や衝撃によるミラーおよびミラー支持部材（梁）の破損を防止し、かつ外部からミラーへの異物の侵入ミラー反射面での反射特性を維持する機構を有するミラーデバイスを安定に製造することが可能となる。

なお、先に説明した予備検討例で開口が開放されているミラーデバイスについても、ウェハの段階で、開口を覆うように光透過性の基板を付加することにより、ミラーを閉空間内に配置し（すなわちパッケージ化し）、本発明のミラーデバイスとすることができる。

本発明の予備検討例にかかるミラーデバイスの断面図であり、図２（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。 本発明の予備検討例にかかるミラーデバイスの上面図である。 本発明の予備検討例にかかる（ａ）ミラー基板の平面図及び（ｂ）電極基板の平面図である。 本発明の予備検討例にかかるミラーデバイスの動作を示す断面図である。 本発明の予備検討例にかかるミラーデバイスに衝撃が加わった際の状態を示す断面図である。 ミラーに加えられた衝撃加速度とミラーの変位量および梁の最大主応力の関係を示したグラフである。 本発明の予備検討例にかかるミラーデバイスの断面図である。 本発明の予備検討例にかかるミラーデバイスの断面図である。 本発明の予備検討例にかかるミラーデバイスのストッパ基板の平面図である。 本発明の予備検討例にかかるミラーデバイスの断面図である。 本発明の予備検討例にかかるミラーデバイスの断面図である。 本発明の予備検討例にかかるミラーデバイスの断面図である。 本発明の予備検討例にかかるミラーデバイスのミラー基板の平面図である。 本発明の予備検討例にかかるミラーデバイスのミラー基板の平面図である。 本発明の予備検討例にかかるミラーデバイスの断面図である。 本発明の一実施例にかかるミラーデバイスの断面図である。 本発明のミラーデバイスのダイシング工程を説明する図である。 本発明の一実施例にかかる電極基板の上面図である。 本発明の一実施例にかかるミラーの上面図である。

符号の説明

１００：ミラーデバイス、 １０１：電極基板、
１０２，４０２：ミラー基板、
１０３，４０３，１２３，７４５，８４２，３０３：ストッパ基板、
１０４ａ，１０４ｂ：電極、
１０５，８０５，１２０５，１３０５：ストッパ段差、 １０６，２０６，３０６，４０６，６０６，９０６，１００６，１１０６：ミラー、
１０６ａ，２０６ａ，３０６ａ，４０６ａ，９０６ａ，１００６ａ，１０１６：ミラー反射面（反射面）
１０６ｂ，９０６ｂ，１００６ｂ：基板部、 １０６ｃ：中間酸化膜
１０６ｄ：ミラー加工段差、
１０７：ピボット、 １０８，９０８，１００８，１０１８：枠（ミラーの枠）、
１０９：ミラー裏面段差、
５３１：共通開口部、 ４０７：ミラー側面の斜面、
６２１，６２２：緩衝材、
８４１：スペーサ、
２００，３００，４００，６００，７００，８００，１２００，１３００，１４００，１５００：ミラーデバイス、
１２１ａ、１２１ｂ：電源接続パッド、
１２２：位置決め用の孔、
１２３，１０２３：梁、 １２４ａ，１２４ｂ：配線、
１２２３，１３２３，１４２３：蓋、
１３２４：受け部、 １３２９：筐体、
２４１：ダイシング溝、 ２４２：ダイシング貫通孔、
１３１，２３１，３３１，４３１，８３１：開口部、７３２，１４３２，１５３２：第一のストッパ開口部、 ７３３，１４３３，１５３３：第二のストッパ開口部、
７３４，１４３４，１５３４：第一のストッパ段差、 ７３５，１４３５，１５３５：第二のストッパ段差、
３０６：第一のダイシングライン、 ３０７：第二のダイシングライン、
３０８：第三のダイシングライン、
５３１：共通開口部、
１６１：入射光、 １６２：反射光、
１５０ａ，１５０ｂ，１４５０，１５５０：ミラー支持突起、
１４５５ａ，１４５５ｂ：粗面化領域、
１４６０ａ，１４６０ｂ：絶縁膜、
１４６５：帯電防止膜、
１７０：剥離用ばね、
１８０：ミラーの端部

Claims (5)

1. 光を反射させる反射面を有し、可動に保持されるミラーを備え、前記光が反射する方向を切り替えるミラーデバイスにおいて、
   前記ミラーを可動させるための電極を有する第一の基板と、前記第一の基板の上側に設けられた第二の基板と、前記第二の基板及び前記ミラーより上側に設けられると共に前記光を通過させる開口を有する第三の基板と、前記第三の基板より上側に設けられると共に前記光を透過させる第四の基板とを備え、
   前記ミラーと前記第三の基板との距離は、前記ミラーと前記第一の基板との距離よりも大きいことを特徴とするミラーデバイス。
2. 光を反射させる反射面を有し、可動に保持されるミラーを備え、前記光が反射する方向を切り替えるミラーデバイスにおいて、
   前記ミラーを可動させるための電極を有する第一の基板と、前記第一の基板の上側に設けられた第二の基板と、前記第二の基板及び前記ミラーより上側に設けられると共に前記光を透過させる第三の基板とを備え、
   前記ミラーと前記第三の基板との距離は、前記ミラーと前記第一の基板との距離よりも大きいことを特徴とするミラーデバイス。
3. 光を反射させる反射面を有し、可動に保持されるミラーを備え、前記光が反射する方向を切り替えるミラーデバイスにおいて、
   前記ミラーの反射面側に設けられると共に前記光を通過させる開口を有する反射面側基板と、前記ミラーの反射面とは反対側に設けられると共に前記ミラーが可動する力を付与する電極を有する電極基板と、前記反射面側基板の開口を覆うように設けられると共に前記光を透過させる透過基板とを備え、
   前記反射面から前記反射面側基板までの距離は、前記ミラーから前記反射面側基板までの距離よりも大きいことを特徴とするミラーデバイス。
4. 光を反射させる反射面を有し、可動に保持されるミラーを備え、前記光が反射する方向を切り替えるミラーデバイスにおいて、
   前記ミラーの反射面側に設けられると共に前記光を透過させる反射面側基板と、前記ミラーの反射面とは反対側に設けられると共に前記ミラーが可動する力を付与する電極を有する電極基板とを備え、
   前記反射面から前記反射面側基板までの距離は、前記ミラーから前記反射面側基板までの距離よりも大きいことを特徴とするミラーデバイス。
5. 積層された複数（３枚以上）の基板を備えるミラーデバイスにおいて、
   前記複数の基板の１枚がミラーを有するミラー基板であり、
   前記ミラーは、ミラー反射面及び枠を有し、前記ミラー基板と支持部材で回動可能に接続され、
   前記ミラー反射面と前記枠は前記ミラーの同一面側に配置されており、
   前記複数の基板の他の１枚が前記ミラー基板に対して前記ミラー反射面とは反対側に積層された第一の基板であり、
   前記複数の基板の更に他の１枚が前記ミラー基板に対して前記ミラー反射面側に積層された第二の基板であり、
   前記ミラーは複数（２つ以上）の安定動作姿勢を有し、
   前記ミラーは前記安定動作姿勢において前記ミラーのミラー反射面の反対側の複数箇所で前記第一の基板と当接し、
   前記ミラーと前記第一の基板との距離が前記枠と前記第二の基板との距離よりも大きく、
   前記第二の基板は第一のストッパ開口部と前記第一のストッパ開口部より小さな第二のストッパ開口部を有し、
   前記第一のストッパ開口部は前記ミラーより大であり、
   前記第二のストッパ開口部は前記ミラー反射面より大で前記ミラーより小であり、
   前記ミラーは、前記複数の基板で形成された閉空間内に配置され、
   前記複数の基板の少なくとも１つは、ミラーデバイス外部の空間と前記ミラーを光学的に接続するために、一部又は全体が光透過性部材で構成されていることを特徴とするミラーデバイス。

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