JP2021181155A - アクチュエータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】連結部上に設けられた配線の低抵抗化、及び金属疲労の抑制を図りつつも、信頼性を高めることができるアクチュエータ装置を提供する。【解決手段】アクチュエータ装置１は、支持部５と、可動部６と、可動部６が第１軸線Ｘ１周りに揺動可能となるように、第１軸線Ｘ１上において可動部６を支持部５に連結する第１連結部８と、第１連結部８上に設けられた第１配線２１と、を備える。第１配線２１は、ビッカース硬さが５０ＨＶ以上の第１金属材料からなる第１本体部を有する。第１本体部は、第１連結部８と向かい合う第１表面と、第１表面以外の第２表面と、を含む。第２表面は、第１配線２１の延在方向に垂直な断面において、第１連結部８側に向けて凸となるように湾曲した湾曲部分を有している。【選択図】図２

Description

本発明は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスとして構成されるアクチュエータ装置に関する。

ＭＥＭＳデバイスとして、支持部と、可動部と、可動部が所定の軸線周りに揺動可能となるように、軸線上において可動部を支持部に連結する連結部と、連結部上に設けられた配線と、を備えるアクチュエータ装置が知られている。そのようなアクチュエータ装置では、例えば可動部がその共振周波数レベル（数ＫＨｚ〜数十ＫＨｚ）で高速に揺動される場合がある。そのため、配線の材料としてアルミニウム又は銅などの金属を用いると、ヒステリシス挙動、加工硬化等による制御性の低下、特性の経時変化等が生じ、特性の劣化、断線等に繋がるおそれがある。

上述したような問題を解決するために、半導体材料からなる連結部に不純物を拡散することによって拡散層を形成し、連結部自体を配線として機能させる技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開平８−１８６９７５号公報

しかしながら、一般に拡散層の抵抗は金属材料の抵抗よりも非常に高いため、上述したような技術は、高速且つ大きな振れ角で可動部を揺動させる場合のように、比較的大きな電流を流す場合には適していない。そこで、低抵抗化を図りつつ金属疲労の発生をも抑制するために、硬度の高い金属材料によって配線を構成することが考えられるが、可動部の揺動時に配線に応力集中に起因する脆性破壊が生じるおそれがある。

そこで、本発明は、連結部上に設けられた配線の低抵抗化、及び金属疲労の抑制を図りつつも、信頼性を高めることができるアクチュエータ装置を提供することを目的とする。

本発明のアクチュエータ装置は、支持部と、可動部と、可動部が第１軸線周りに揺動可能となるように、第１軸線上において可動部を支持部に連結する第１連結部と、第１連結部上に設けられた第１配線と、を備え、第１配線は、ビッカース硬さが５０ＨＶ以上の金属材料からなる第１本体部を有し、第１本体部は、第１連結部と向かい合う第１表面と、第１表面以外の第２表面と、を含み、第２表面は、第１配線の延在方向に垂直な断面において、第２表面の全体にわたって曲率が連続した形状を有している。

このアクチュエータ装置では、第１連結部上に設けられた第１配線が、ビッカース硬さが５０ＨＶ以上の金属材料からなる第１本体部を有している。これにより、第１配線の全体が拡散層によって構成される場合と比べて第１配線の低抵抗化が図られると共に、ビッカース硬さが５０ＨＶよりも小さい金属材料によって第１配線の全体が構成される場合と比べて金属疲労の抑制が図られる。更に、第１本体部の第２表面が、第１配線の延在方向に垂直な断面において、第２表面の全体にわたって曲率が連続した形状を有している。これにより、第２表面に曲率が不連続な点が存在しないため、応力集中の発生が抑制され、その結果、第１配線に脆性破壊が生じるのを抑制することができる。特に、仮に第２表面に曲率が不連続な点が存在していると、アクチュエータ装置の製造過程等において第２表面に欠け、傷等が発生し易く、それらが発生した位置において応力集中が生じるおそれがあるが、このアクチュエータ装置では、第２表面が全体にわたって曲率が連続した形状を有しているため、そのような応力集中の発生を抑制することができる。よって、このアクチュエータ装置によれば、連結部上に設けられた配線の低抵抗化、及び金属疲労の抑制を図りつつも、信頼性を高めることができる。

本発明のアクチュエータ装置では、第２表面は、第１配線の延在方向に垂直な断面において、第１連結部の反対側に向けて凸となるように湾曲した湾曲部分を有していてもよい。これによれば、第１配線に脆性破壊が生じるのを抑制しつつ、第１配線の断面積を確保して、第１配線の一層の低抵抗化を図ることができる。

本発明のアクチュエータ装置では、第２表面は、第１配線の延在方向に垂直な断面において、鋭角をなすように第１表面と交差していてもよい。これによれば、第２表面と第１表面との交差部分における応力集中を抑制することができ、信頼性を一層高めることができる。

本発明のアクチュエータ装置では、第１連結部は、半導体材料からなり、第１連結部には、不純物が拡散された拡散層が、第１配線と接触するように形成されていてもよい。これによれば、拡散層が第１配線の一部として機能するため、第１配線の更なる低抵抗化を図ることができる。

本発明のアクチュエータ装置では、第１本体部は、タングステン、チタン、ニッケル、モリブデン、アルミニウム合金、タングステン合金、チタン合金、ニッケル合金及びステンレス鋼の少なくとも１つからなっていてもよい。これによれば、連結部上に設けられた配線の低抵抗化、及び金属疲労の抑制を図りつつも、信頼性を高めることができるとの上記作用効果が好適に得られる。

本発明のアクチュエータ装置では、第１配線は、第１連結部と第１本体部との間に設けられたシード層を更に有していてもよい。これによれば、第１連結部に対する第１本体部の密着性を向上することができる。

本発明のアクチュエータ装置では、シード層は、ビッカース硬さが５０ＨＶ以上の金属材料からなっていてもよい。これによれば、シード層に金属疲労及び脆性破壊が生じるのを抑制することができる。

本発明のアクチュエータ装置は、第１連結部と第１配線との間に設けられたバリア層を更に備えてもよい。これによれば、拡散し易い金属材料が第１配線に含まれる場合でも、当該金属材料の第１連結部への拡散を抑制することができる。

本発明のアクチュエータ装置では、バリア層は、ビッカース硬さが５０ＨＶ以上の材料からなっていてもよい。これによれば、バリア層に金属疲労及び脆性破壊が生じるのを抑制することができる。

本発明のアクチュエータ装置は、支持部上に設けられ、第１配線に接続された第２配線を更に備え、第２配線は、ビッカース硬さが５０ＨＶよりも小さい金属材料からなっていてもよい。これによれば、例えば第２配線を比抵抗が小さい金属材料により構成することで、支持部上に設けられた第２配線を低抵抗化することができる。

本発明のアクチュエータ装置は、支持部及び可動部を支持する枠部と、支持部が第１軸線と交差する第２軸線周りに揺動可能となるように、第２軸線上において支持部を枠部に連結する第２連結部と、第２連結部上に設けられた第３配線と、を更に備え、第３配線は、第１本体部を構成する金属材料よりも比抵抗が小さい金属材料からなる第２本体部を有していてもよい。これによれば、第２連結部上に設けられた第３配線を低抵抗化することができる。

本発明のアクチュエータ装置は、支持部及び可動部を支持する枠部と、支持部が第１軸線と交差する第２軸線周りに揺動可能となるように、第２軸線上において支持部を枠部に連結する第２連結部と、第２連結部上に設けられた第３配線と、を更に備え、第３配線は、ビッカース硬さが５０ＨＶ以上の金属材料からなる第２本体部を有し、第２本体部は、第２連結部と向かい合う第３表面と、第３表面以外の第４表面と、を含み、第４表面は、第３配線の延在方向に垂直な断面において、第４表面の全体にわたって曲率が連続した形状を有していてもよい。これによれば、第２連結部上に設けられた第３配線についても、低抵抗化及び金属疲労の抑制を図りつつも、高い信頼性を得ることができる。

本発明のアクチュエータ装置では、可動部に設けられたミラーを更に備えてもよい。これによれば、ミラーを第１軸線周りに揺動させて、光の走査等に利用することができる。

本発明によれば、連結部上に設けられた配線の低抵抗化、及び金属疲労の抑制を図りつつも、信頼性を高めることができるアクチュエータ装置を提供できる。

実施形態に係るアクチュエータ装置を示す斜視図である。 図１に示されるアクチュエータ装置の回路構成を示す平面図である。 図２のIII-III線に沿っての一部断面図である。 図３のIV−IV線に沿っての一部断面図である。 図３のV−V線に沿っての一部断面図である。 試作された第１配線の断面を示す顕微鏡写真である。 （ａ）〜（ｃ）は、第１〜第３比較例の概略断面図である。 試作された第３比較例の配線の断面を示す顕微鏡写真である。 （ａ）及び（ｂ）は、第１及び第２変形例の概略断面図である。 第３変形例の概略断面図である。 第４変形例の概略断面図である。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。

図１及び図２に示されるように、アクチュエータ装置１は、ミラー２と、磁界発生部３と、枠部４と、支持部５と、可動部６と、一対の第２連結部７と、一対の第１連結部８と、を備えている。アクチュエータ装置１は、互いに直交する第１軸線Ｘ１及び第２軸線Ｘ２のそれぞれの周りにミラー２を揺動させるＭＥＭＳデバイスとして構成されている。このようなアクチュエータ装置１は、例えば光通信用光スイッチ又は光スキャナ等に用いられる。

ミラー２は、金属膜により構成された光反射膜である。ミラー２は、平面視において（少なくとも支持部５、可動部６及び一対の第１連結部８が配置される平面と直交する方向から見た場合に）円形状を呈している。ミラー２を構成する金属材料は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム系合金、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銀系合金等である。

磁界発生部３は、矩形状の平板であり、一対の主面を有している。磁界発生部３は、支持部５に設けられたコイル１１及び可動部６に設けられたコイル１２（コイル１１，１２については後述する）に磁界を作用させる。磁界発生部３は、例えば永久磁石等により構成されている。磁界発生部３における磁極の配列は、例えばハルバッハ配列である。

枠部４は、平面視において矩形状を呈する平板状の枠体である。枠部４は、磁界発生部３の一方の主面上に配置されている。枠部４は、一対の第２連結部７を介して、支持部５、可動部６及びミラー２等を支持している。各第２連結部７は、支持部５が第２軸線Ｘ２周りに揺動可能となるように、第２軸線Ｘ２上において支持部５を枠部４に連結している。つまり、各第２連結部７は、トーションバーとして機能する。各第２連結部７は、強度の向上及び捩りばね定数の調整の容易化のために、平面視において蛇行形状を呈している。より具体的には、各第２連結部７は、第２軸線Ｘ２方向に延在し、第１軸線Ｘ１方向に並んで配置された複数の直線状部分７ａと、複数の直線状部分７ａの両端を交互に連結する複数の折り返し部分７ｂと、を有している。複数の折り返し部分７ｂは、直線状に延在する折り返し部分と、Ｒ状に湾曲して延在する折り返し部分とを含んでいる。

支持部５は、例えば平面視において矩形状を呈する平板状の枠体であり、枠部４の内側に位置している。支持部５は、磁界発生部３の一方の主面と対向し且つ磁界発生部３の一方の主面から離間するように配置されている。支持部５は、一対の第１連結部８を介して、可動部６及びミラー２等を支持している。各第１連結部８は、可動部６が第１軸線Ｘ１周りに揺動可能となるように、第１軸線Ｘ１上において可動部６を支持部５に連結している。つまり、各第１連結部８は、トーションバーとして機能する。各第１連結部８は、例えば平面視において略矩形状を呈する平板状の部材であり、第１軸線Ｘ１に沿って直線状に延在している。

可動部６は、フレームＦと配置部９とを有し、支持部５の内側に位置している。フレームＦは、平面視において矩形状を呈する平板状の枠体であり、第１連結部８に接続されている。配置部９は、平面視において円形状を呈する平板であり、フレームＦの内側に配置され、フレームＦに接続されている。可動部６は、磁界発生部３の一方の主面と対向し且つ磁界発生部３の一方の主面から離間するように配置されている。ミラー２は、配置部９上に配置されている。つまり、ミラー２は、可動部６に設けられている。枠部４、支持部５、可動部６、一対の第２連結部７及び一対の第１連結部８は、例えばシリコン（Ｓｉ）等の半導体材料により一体に形成されている。なお、図２に示される例では、フレームＦと配置部９との間に隙間が形成されているが、フレームＦと配置部９とは、互いの間に隙間が形成されないように一続きに設けられてもよい。

アクチュエータ装置１は、図２に示されるように、支持部５に設けられたコイル１１と、可動部６に設けられたコイル１２と、を更に備えている。コイル１１は支持部５に埋設されており、コイル１２は可動部６に埋設されている。各コイル１１，１２は、例えば銅（Ｃｕ）等の金属材料により構成されている。なお、図２では、理解を容易にするために各配線が実線で示されているが、コイル１１，１２等の各配線は、実際には後述する絶縁層５１、絶縁層５２及び／又は絶縁層５３によって覆われている。

コイル１１は、平面視においてスパイラル状に複数周回巻回されている。コイル１１の内側端部には、配線１４ａの一端が電気的に接続されている。コイル１１の外側端部には、配線１４ｂの一端が電気的に接続されている。各配線１４ａ，１４ｂは、後述する第２金属材料からなる。各配線１４ａ，１４ｂは、一方の第２連結部７上に設けられ、支持部５から枠部４に至っている。配線１４ａの他端は、支持部５に設けられた電極１５ａと電気的に接続されており、配線１４ｂの他端は、支持部５に設けられた電極１５ｂと電気的に接続されている。各電極１５ａ，１５ｂは、制御回路等と電気的に接続される。配線１４ａは、コイル１１の上方を通るようにコイル１１と立体的に交差している。

コイル１２は、平面視においてスパイラル状に複数周回巻回されている。コイル１２の内側端部には、配線１６ａの一端が電気的に接続されている。コイル１２の外側端部には、配線１６ｂの一端が電気的に接続されている。各配線１６ａ，１６ｂは、一対の第１連結部８、支持部５及び他方の第２連結部７上に設けられ、可動部６から枠部４に至っている。配線１６ａの他端は、支持部５に設けられた電極１７ａと電気的に接続されており、配線１６ｂの他端は、支持部５に設けられた電極１７ｂと電気的に接続されている。各電極１７ａ，１７ｂは、制御回路等と電気的に接続される。配線１６ａは、コイル１２の上方を通るようにコイル１２と立体的に交差している。

各配線１６ａ，１６ｂは、各第１連結部８上に設けられた第１配線２１と、支持部５上及び可動部６上のそれぞれに設けられた第２配線３１Ａ，３１Ｂと、を有している。

第１配線２１は、第１金属材料からなる。第１配線２１は、支持部５、第１連結部８及び可動部６上にわたって設けられている。第１配線２１は、第１部分２２と、第２部分２３と、第３部分２４と、を有している。第１部分２２は、支持部５、第１連結部８及び可動部６上において第１軸線Ｘ１に沿って延在している。第２部分２３は、支持部５上において第１部分２２の支持部５側の端部から他方の第２連結部７側に延在している。第３部分２４は、可動部６上において第１部分２２の可動部６側の端部から一方の第２連結部７側に延在している。第１部分２２の延在方向と第２部分２３の延在方向とは互いに直交しており、第１部分２２の延在方向と第３部分２４の延在方向とは互いに直交している。第１配線２１は、支持部５上の端部において第２配線３１Ａと電気的に接続されている。第１配線２１は、可動部６上の端部において第２配線３１Ｂと電気的に接続されている。

第２配線３１Ａ，３１Ｂは、第２金属材料からなる。第２配線３１Ａの一端は、第１配線２１と電気的に接続されている。第２配線３１Ａの他端は、電極１７ａと電気的に接続されている。第２配線３１Ａの一端には、他の部分よりも拡幅された拡幅部３２Ａが設けられている。第２配線３１Ａは、拡幅部３２Ａにおいて第１配線２１と電気的に接続されている。第２配線３１Ｂの一端は、第１配線２１と電気的に接続されている。第２配線３１Ｂの他端は、コイル１２と電気的に接続されている。第２配線３１Ｂの一端には、他の部分よりも拡幅された拡幅部３２Ｂが設けられている。第２配線３１Ｂは、拡幅部３２Ｂにおいて第１配線２１と電気的に接続されている。

第１配線２１を構成する第１金属材料のビッカース硬さは、５０ＨＶ以上である。ビッカース硬さは、ＪＩＳ Ｚ２２４４：２００９に規定された試験方法によって測定される。第１金属材料は、例えばタングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム合金、タングステン合金、チタン合金、ニッケル合金及びステンレス鋼の少なくとも１つである。アルミニウム合金としては、例えばジュラルミン等が挙げられる。ステンレス鋼は、鉄（Ｆｅ）を５０％以上、クロム（Ｃｒ）を１０．５％以上含む合金である。合金のビッカース硬さはその構成材料に応じて変化する。第１金属材料が合金である場合、第１金属材料としては、ビッカース硬さが５０ＨＶ以上となるように構成された合金が用いられる。第１金属材料がニッケル、チタン、タングステン、ジュラルミンである場合、第１金属材料のビッカース硬さは、それぞれ、９６ＨＶ，１２０ＨＶ，１００ＨＶ〜３５０ＨＶ，１１５ＨＶ〜１２８ＨＶである。第１金属材料のビッカース硬さは、５００ＨＶ以下であってよい。

第２配線３１Ａ，３１Ｂを構成する第２金属材料のビッカース硬さは、５０ＨＶよりも小さい。すなわち、第２金属材料のビッカース硬さは、第１金属材料のビッカース硬さよりも小さい。換言すれば、第１金属材料のビッカース硬さは、第２金属材料のビッカース硬さよりも大きい。第２金属材料は、例えばアルミニウム、銅、アルミニウム−銅合金、アルミニウム−シリコン−銅合金、アルミニウム−シリコン−チタン合金、アルミニウム−シリコン合金又はアルミニウム−チタン合金である。第２金属材料が合金である場合、第２金属材料としては、ビッカース硬さが５０ＨＶよりも小さくなるように構成された合金が用いられる。第２金属材料がアルミニウム、銅である場合、第２金属材料のビッカース硬さは、それぞれ、２５ＨＶ，４６ＨＶである。第２配線３１Ａを構成する金属材料と第２配線３１Ｂを構成する金属材料とは互いに異なっていてもよい。第２金属材料の比抵抗は、第１金属材料の比抵抗よりも小さくてもよい。換言すれば、第１金属材料の比抵抗は、第２金属材料の比抵抗よりも大きくてもよい。なお、金属材料においては、ビッカース硬さが小さいほど、比抵抗が小さくなる傾向がある。

本実施形態では、各第２連結部７上に設けられた配線（以下、第３配線という）を構成する金属材料の比抵抗は、第１金属材料の比抵抗よりも小さい。第３配線は、配線１４ａ，１４ｂにおける第２連結部７上に位置する部分、及び第２配線３１Ａ，３１Ｂにおける第２連結部７上に位置する部分である。上述した比抵抗の関係が満たされる金属材料の組み合わせとしては、例えば、第３配線を構成する金属材料がアルミニウム、銅、アルミニウム−銅合金、アルミニウム−シリコン−銅合金、アルミニウム−シリコン−チタン合金、アルミニウム−シリコン合金又はアルミニウム−チタン合金であり、第１金属材料がタングステン、チタン、ニッケル、モリブデン、アルミニウム合金、タングステン合金、チタン合金、ニッケル合金及びステンレス鋼の少なくとも１つである組み合わせが挙げられる。なお、本実施形態では、第３配線が第２配線３１Ａ，３１Ｂの一部として構成されているが、第３配線が第２配線３１Ａ，３１Ｂとは別体に構成され、第２配線３１Ａ，３１Ｂと電気的に接続されてもよい。この場合、第３配線を構成する金属材料と第２配線３１Ａ，３１Ｂを構成する金属材料とは互いに異なっていてもよい。また、本実施形態では、第３配線が配線１４ａ，１４ｂの一部として構成されているが、第３配線が配線１４ａ，１４ｂとは別体に構成され、配線１４ａ，１４ｂと電気的に接続されてもよい。この場合、第３配線を構成する金属材料と配線１４ａ，１４ｂを構成する金属材料とは互いに異なっていてもよい。

図３〜図５に示されるように、アクチュエータ装置１は、絶縁層５１，５２，５３を更に備えている。各絶縁層５１，５２，５３は、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）又は窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる。絶縁層５１は、枠部４、支持部５、可動部６、一対の第２連結部７及び一対の第１連結部８の表面に設けられている。絶縁層５２，５３は、可動部６上の絶縁層５１上に設けられている。

図３に示されるように、第１配線２１の第１部分２２は、第１連結部８の平坦な表面８ａ上に設けられている。すなわち、第１部分２２（第１配線２１）は、第１連結部８の表面８ａ上に載置されている。第１配線２１は、表面８ａ上に設けられたシード層２５と、シード層２５上に設けられた第１本体部２６と、を有している。すなわち、シード層２５は、第１連結部８と第１本体部２６との間に設けられている。この例では、シード層２５及び第１本体部２６の双方が上述した第１金属材料からなる。例えば、シード層２５がチタンからなり、第１本体部２６がタングステンからなる。第１本体部２６は、第１配線２１において主に電流を流すための部分であり、断面積が最も大きい部分である。第１本体部２６は、第１連結部８の表面８ａに沿った方向から見て、第１配線２１の他の部分よりも第１連結部８から遠い側に位置する。シード層２５は、シリコンからなる第１連結部８に対する第１本体部２６の密着性を向上させる機能を有している。第１本体部２６は、ニッケル、モリブデン、アルミニウム合金、タングステン合金、チタン合金、ニッケル合金又はステンレス鋼により構成されてもよい。シード層２５が省略され、第１本体部２６が表面８ａ上に直接に設けられてもよい。この場合、第１本体部２６は、タングステン、チタン、ニッケル、モリブデン、アルミニウム合金、タングステン合金、チタン合金、ニッケル合金又はステンレス鋼により構成されてもよい。

第１部分２２における第１本体部２６は、第１連結部８と向かい合う第１表面２７と、第１表面２７以外の第２表面２８と、を有している。第１表面２７は、シード層２５を介して第１連結部８と向かい合っており、第１表面２７の全体にわたって平坦に形成されている。第２表面２８は、第１部分２２の延在方向（第１軸線Ｘ１と平行な方向）に垂直な断面（図３に示される断面）において、第２表面２８の全体にわたって曲率が連続した形状を有している。換言すれば、当該断面において、第２表面２８上には、曲率が不連続な点が存在していない。曲率が不連続な点とは、例えば尖った角部（鋭角、直角、鈍角のいずれの場合も含む）の頂点である。第２表面２８は、当該断面において、表面８ａと平行に延在する平坦な平坦部分２８ａと、平坦部分２８ａの両端部に連続し、第１連結部８の反対側に向けて凸となるように湾曲した一対の湾曲部分２８ｂと、を有している。ここで、平坦部分２８ａ（直線部分）の曲率は値０とみなすことができ、平坦部分２８ａと湾曲部分２８ｂとの境界においても曲率は連続している。第２表面２８は、当該断面において、第１連結部８側に向けて凸となるように湾曲した部分を有しておらず、全体として第１連結部８の反対側に向いた凸状を呈している。第２表面２８は、湾曲部分２８ｂにおいて第１表面２７と交差している。第２表面２８は、当該断面において、鋭角（９０度よりも小さい角度）をなすように第１表面２７と交差している。第２表面２８と第１表面２７とがなす角度θは、例えば約４５度以下である。ここで、角度θは、第２表面２８と第１表面２７とがなす内側の角の角度である。本実施形態のように第２表面２８が第１表面２７との交差部分において湾曲している場合、角度θは、第２表面２８の当該交差部分における接線と第１表面２７とがなす角の角度である。

第１部分２２におけるシード層２５は、第２表面２８に連なる表面２５ａを有している。表面２５ａは、例えば第１連結部８の表面８ａに対して略垂直に延在している。表面２５ａと表面８ａとがなす角度（表面２５ａと表面８ａとがなす内側の角の角度）は、約４５度〜約９０度であってもよい。このように表面２５ａと表面８ａとがなす角の角度が比較的大きい場合、当該角度が小さい場合と比べて、エッチングにより表面２５ａの第１連結部８側の端部を滑らかに形成し易くなる。これにより、シード層２５に応力集中が生じることを抑制することができる。

絶縁層５１は、第１配線２１上に乗り上げるように設けられている。第１連結部８の表面８ａには、第１配線２１と接触するように、第１配線２１との対向領域の全体にわたって拡散層８ｂが形成されている。拡散層８ｂは、支持部５、可動部６及び第１連結部８にわたって形成されている。拡散層８ｂは、例えば、ｎ型のシリコン基板の表面にｐ型の不純物が拡散されることにより形成された拡散領域、又はｐ型のシリコン基板の表面にｎ型の不純物が拡散されることにより形成された拡散領域である。

第１配線２１の第２部分２３及び第３部分２４についても、第１部分２２と同一の層構成及び断面形状を有している。すなわち、第２部分２３における第１本体部２６の上面（支持部５と向かい合う表面以外の表面）についても、第２部分２３の延在方向（第２軸線Ｘ２と平行な方向）に垂直な断面において、上面の全体にわたって曲率が連続した形状を有している。第３部分２４における第１本体部２６の上面（可動部６と向かい合う表面以外の表面）についても、第３部分２４の延在方向（第２軸線Ｘ２と平行な方向）に垂直な断面において、上面の全体にわたって曲率が連続した形状を有している。このように、「第１配線２１の延在方向に垂直な断面」とは、互いに異なる方向に延在する複数の部分を第１配線２１が有している場合、各部分における延在方向に垂直な断面を意味する。この例では、第１配線２１は、延在方向に沿って一様な断面形状を有している。

図６は、試作された第１配線の断面を示す顕微鏡写真である。このような断面形状の第１配線２１は、フォトリソグラフィ、ドライエッチング又はウェットエッチング等により形成することができる。例えば、フォトリソグラフィを用いる場合、グレースケールマスクの使用、又はフォトレジストのベークにより、３次元的に丸みを帯びたレジストパターンを形成することができる。このレジストパターンをシリコン基板に転写することにより、所望の配線形状を得ることができる。

図４に示されるように、第２配線３１Ａは、絶縁層５１の内部に設けられている。すなわち、第２配線３１Ａは、絶縁層５１を介して支持部５上及び第２連結部７上に設けられている。第２配線３１Ａは、例えば断面矩形状に形成されている。

図５に示されるように、可動部６には、コイル１２に対応する形状を呈する溝部５５が設けられている。溝部５５の内面には、絶縁層５１が設けられている。溝部５５内の絶縁層５１上には、シード層５６が設けられている。シード層５６は、例えば窒化チタンからなる。コイル１２は、絶縁層５１及びシード層５６を介して溝部５５内に配置されている。コイル１２は、例えばダマシン法によって溝部５５内に例えば銅等の金属材料を埋め込むことにより形成される。絶縁層５２は、溝部５５内に配置されたコイル１２を覆うように設けられている。第２配線３１Ｂは、例えば第２配線３１Ａと同一の断面形状を有し、絶縁層５２上に設けられている。すなわち、第２配線３１Ｂは、絶縁層５１，５２を介して可動部６上に設けられている。第２配線３１Ｂは、コイル１２の内側端部を露出させるように絶縁層５２に設けられた開口を介して、コイル１２と電気的に接続されている。第２配線３１Ｂ上には、絶縁層５３が設けられている。

コイル１２の形成過程において、コイル１２における絶縁層５２側の表面とシード層５６との境界に沿って溝部１３が形成される。絶縁層５２は、可動部６の反対側の表面において溝部１３と対応する位置に、溝部５２ａを有している。溝部５２ａは、絶縁層５２の形成時に絶縁層５２の一部が溝部１３内に入り込むことにより形成される。絶縁層５３は、可動部６の反対側の表面において溝部５２ａと対応する位置に、溝部５３ａを有している。溝部５３ａは、絶縁層５３の形成時に絶縁層５３の一部が溝部５２ａ内に入り込むことにより形成される。

アクチュエータ装置１では、コイル１１に電流が流れると、磁界発生部３で生じる磁界により、コイル１１内を流れる電子に所定の方向にローレンツ力が生じる。これにより、コイル１１は所定の方向に力を受ける。このため、コイル１１に流れる電流の向き又は大きさ等を制御することで、支持部５を第２軸線Ｘ２周りに揺動させることができる。同様に、コイル１２に流れる電流の向き又は大きさ等を制御することで、可動部６を第１軸線Ｘ１周りに揺動させることができる。よって、コイル１１及びコイル１２の電流の向き又は大きさ等をそれぞれ制御することにより、互いに直交する第１軸線Ｘ１及び第２軸線Ｘ２それぞれの周りにミラー２を揺動させることができる。また、可動部６の共振周波数に対応する周波数の電流をコイル１２に流すことで、可動部６を共振周波数レベルで高速に揺動させることもできる。この場合、内側（ミラー２に近い側）に配置された第１連結部８の方が、外側に配置された第２連結部７よりも高速で揺動される。

以上説明したアクチュエータ装置１では、第１連結部８上に設けられた第１配線２１が、ビッカース硬さが５０ＨＶ以上の第１金属材料からなる第１本体部２６を有している。これにより、第１配線２１の全体が拡散層によって構成される場合と比べて第１配線２１の低抵抗化が図られると共に、ビッカース硬さが５０ＨＶよりも小さい金属材料によって第１配線２１の全体が構成される場合と比べて金属疲労の抑制が図られる。更に、第１本体部２６の第２表面２８が、第１配線２１の延在方向に垂直な断面において、第２表面２８の全体にわたって曲率が連続した形状を有している。これにより、第２表面２８に曲率が不連続な点が存在しないため、応力集中の発生が抑制され、その結果、第１配線２１に脆性破壊が生じるのを抑制することができる。

ここで、図７（ａ）〜図７（ｃ）及び図８を参照しつつ、第１配線２１の第２表面２８に曲率が不連続な点が存在しないことの優位性について更に説明する。図７（ａ）〜図７（ｃ）に示される第１〜第３比較例では、第１連結部８に対応する連結部１０８上に、第１配線２１に対応する配線１２１が設けられている。連結部１０８及び配線１２１上には、絶縁層５１に対応する絶縁層１５１が設けられている。第１〜第３比較例のいずれにおいても、配線１２１の上面（連結部１０８と向かい合う表面以外の表面）１２８に曲率が不連続な点Ｐ１〜Ｐ３が存在している。点Ｐ１〜Ｐ３は、尖った角部の頂点である。点Ｐ１〜Ｐ３は、平坦部分同士の接続点、又は平坦部分と湾曲部分との接続点に形成されている。曲率が不連続な点は、湾曲部分同士の接続点に形成される場合もある。図８は、試作された第３比較例の配線の断面を示す顕微鏡写真である。このような断面形状の配線１２１は、例えば実施形態の第１配線２１と同様の方法により形成される。

第１〜第３比較例のように配線１２１の上面１２８に曲率が不連続な点Ｐ１〜Ｐ３が存在している場合、アクチュエータ装置の製造過程等において上面１２８に欠け、傷等が発生し易く、それらが発生した位置において応力集中が生じるおそれがある。すなわち、例えば配線形成のためのエッチング中、又は製造工程におけるハンドリング中などに、点Ｐ１〜Ｐ３に対して外力が加わることにより、当該部分に欠け、傷等が発生する場合がある。この場合、可動部の揺動時に、欠け、傷等が発生した部分に応力が集中することにより、脆性破壊が生じるおそれがある。これに対して、アクチュエータ装置１では、第１配線２１の第２表面２８が全体にわたって曲率が連続した形状を有しているため、そのような応力集中の発生を抑制することができる。

したがって、アクチュエータ装置１によれば、第１連結部８上に設けられた第１配線２１の低抵抗化、及び金属疲労の抑制を図りつつも、信頼性を高めることができる。なお、仮に第１配線２１がコイル１２のように溝部内に埋め込まれたダマシン配線により構成されている場合、次のような不利益がある。まず、一般にダマシン配線の材料としては銅が用いられるが、銅のビッカース硬さは５０ＨＶよりも小さいため、配線に金属疲労が生じ易い。このため、塑性変形によるバネ定数の非線形化、ヒステリシス挙動、加工硬化等による制御性の低下、特性の経時変化等が生じるおそれがある。また、ダマシン配線では溝部内に角部が形成されており、溝部内の表面に曲率が不連続な点が複数存在するため、応力集中が生じ易い。

アクチュエータ装置１では、第２表面２８が、第１配線２１の延在方向に垂直な断面において、第１連結部８の反対側に向けて凸となるように湾曲した湾曲部分２８ｂを有している。これにより、第１配線２１に脆性破壊が生じるのを抑制しつつ、第１配線２１の断面積を確保して、第１配線２１の一層の低抵抗化を図ることができる。すなわち、アクチュエータ装置１では、例えば、湾曲部分２８ｂが仮に第１連結部８側に向けて凸となるように湾曲している場合と比べて、第１配線２１の断面積が大きい。

アクチュエータ装置１では、第２表面２８が、第１配線２１の延在方向に垂直な断面において、鋭角をなすように第１表面２７と交差している。これにより、第２表面２８と第１表面２７との交差部分における応力集中を抑制することができ、信頼性を一層高めることができる。

アクチュエータ装置１では、不純物が拡散された拡散層８ｂが、第１配線２１と接触するように第１連結部８に形成されている。これにより、拡散層８ｂが第１配線２１の一部として機能するため、第１配線２１の更なる低抵抗化を図ることができる。

アクチュエータ装置１では、第１本体部２６が、タングステン、チタン、ニッケル、モリブデン、アルミニウム合金、タングステン合金、チタン合金、ニッケル合金及びステンレス鋼の少なくとも１つからなる。これにより、第１連結部８上に設けられた第１配線２１の低抵抗化、及び金属疲労の抑制を図りつつも、信頼性を高めることができるとの上記作用効果が好適に得られる。

アクチュエータ装置１では、第１配線２１が、第１連結部８と第１本体部２６との間に設けられたシード層２５を更に有している。これにより、第１連結部８に対する第１本体部２６の密着性を向上することができる。

アクチュエータ装置１では、シード層２５が、ビッカース硬さが５０ＨＶ以上の金属材料からなる。これにより、シード層２５に金属疲労及び脆性破壊が生じるのを抑制することができる。

アクチュエータ装置１では、支持部５上に設けられた第２配線３１Ａが、ビッカース硬さが５０ＨＶよりも小さい第２金属材料からなる。これにより、例えば第２金属材料として比抵抗が低い材料を用いることで、支持部５上に設けられた第２配線３１Ａを低抵抗化することができる。

アクチュエータ装置１では、可動部６にミラー２が設けられている。これにより、ミラー２を第１軸線Ｘ１周りに揺動させて、光の走査等に利用することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。

第１配線２１は、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示される第１及び第２変形例のように構成されてもよい。第１及び第２変形例では、拡散層８ｂが形成されておらず、第１連結部８上に絶縁層５７が設けられている。第１配線２１は、絶縁層５７上に設けられている。すなわち、第１配線２１は、絶縁層５７を介して第１連結部８上に設けられている。第１本体部２６の第１表面２７は、シード層２５及び絶縁層５７を介して第１連結部８と向かい合っている。第１変形例及び第２変形例のいずれにおいても、第１本体部２６の第２表面２８は、第１配線２１の延在方向に垂直な断面において、第２表面２８の全体にわたって曲率が連続した形状を有している。第１変形例では、第２表面２８と第１表面２７とがなす角度θは、例えば約４５度〜約９０度である。第２変形例では、第２表面２８は、当該断面において、平坦部分２８ａ及び湾曲部分２８ｂに加えて、第１連結部８側に向けて凸となるように湾曲した湾曲部分２８ｃを更に有している。第２変形例では、第２表面２８と第１連結部８とがなす角度θは、例えば約４５度以下である。このような第１及び第２変形例によっても、上記実施形態と同様に、第１連結部８上に設けられた第１配線２１の低抵抗化、及び金属疲労の抑制を図りつつも、信頼性を高めることができる。

上記実施形態と第１及び第２変形例とを比べると、上記実施形態では、第２表面２８と第１表面２７とのなす角度θが第１変形例の場合よりも小さい。これにより、第１変形例と比べて、第２表面２８と第１表面２７との交差部分における応力集中を一層抑制することができる。また、上記実施形態では、第２表面２８と第１表面２７との交差部分まで湾曲部分２８ｂが延在しているため、第１本体部２６の高さが同一であると仮定すると、第２変形例に比べて、湾曲部分２８ｂが形成された領域が広い。これにより、第１配線２１の断面積を大きくすることができ、低抵抗化を図ることができる。一方、第１変形例と第２変形例とを比べると、第１変形例では、角度θが第２変形例よりも大きいため、第２変形例と比べて、第１配線２１の断面積を大きくすることができ、低抵抗化を図ることができる。これに対して、第２変形例では、角度θが第１変形例よりも小さいため、第１変形例と比べて、第２表面２８と第１表面２７との交差部分における応力集中を抑制することができる。更に、第２変形例では、湾曲部分２８ｂ，２９ｃを有するため、応力を分散させることができる。

図１０に示される第３変形例のように、アクチュエータ装置１がバリア層４１を更に備えてもよい。第３変形例では、第１本体部２６がアルミニウム合金、タングステン合金、チタン合金、ニッケル合金又はステンレス鋼からなり、第１本体部２６に拡散係数が高い金属材料（例えば亜鉛（Ｚｎ）、銅）が含まれている。当該金属材料の拡散を抑制するために、絶縁層５７上にバリア層４１が設けられ、バリア層４１上に第１配線２１が設けられている。すなわち、バリア層４１は、第１連結部８と第１配線２１との間に設けられている。バリア層４１は、ビッカース硬さが５０ＨＶ以上の金属材料又は絶縁材料からなる。バリア層４１を構成する材料は、例えばチタン、窒化チタン又はタングステンである。この例では、バリア層４１は、絶縁層５７上に設けられた第１層４２と、第１層４２上に設けられた第２層４３と、を有している。例えば、第１層４２はチタンからなり、第２層４３は窒化チタン（ＴｉＮ）又はタングステンからなる。第２層４３が主にバリア機能を奏する層である。このような第３変形例によっても、上記実施形態と同様に、第１連結部８上に設けられた第１配線２１の低抵抗化、及び金属疲労の抑制を図りつつも、信頼性を高めることができる。また、第１本体部２６に含まれる金属材料の第１連結部８への拡散を抑制することができる。更に、バリア層４１に金属疲労及び脆性破壊が生じるのを抑制することができる。なお、第１層４２が省略され、第２層４３が絶縁層５７上に直接に設けられてもよい。

図１１に示される第４変形例のようにシード層２５が形成されてもよい。第４変形例では、第１配線２１の延在方向（第１軸線Ｘ１と平行な方向）に垂直な断面（図１１に示される断面）において、第１配線２１の第２表面２８とシード層２５の表面２５ａとの境界部分における曲率は、連続している。表面２５ａは、当該断面において、表面２５ａの全体にわたって曲率が連続した形状を有している。すなわち、第１配線２１において、第１本体部２６の第２表面２８及びシード層２５の表面２５ａは、当該断面において、第２表面２８及び表面２５ａの全体にわたって曲率が連続した形状を有している。表面２５ａは、当該断面において、鋭角をなすように第１連結部８と交差している。表面２５ａと第１連結部８とがなす角度（表面２５ａと第１連結部８とがなす内側の角の角度）は、例えば約４５度以下である。このような第４変形例によっても、上記実施形態と同様に、第１連結部８上に設けられた第１配線２１の低抵抗化、及び金属疲労の抑制を図りつつも、信頼性を高めることができる。また、第２表面２８と表面２５ａとの境界部分における応力集中を抑制することができ、信頼性をより一層高めることができる。

上記実施形態において、各第２連結部７上に設けられた配線（以下、第３配線という）が、第１配線２１と同様に構成されてもよい。この場合、第３配線は、例えば、配線１４ａ，１４ｂにおける第２連結部７上に位置する部分、及び第２配線３１Ａ，３１Ｂにおける第２連結部７上に位置する部分として構成され、配線１４ａ，１４ｂ又は第２配線３１Ａ，３１Ｂと電気的に接続される。第３配線は、ビッカース硬さが５０ＨＶ以上の金属材料からなる第２本体部を有する。第３配線を構成する金属材料としては、第１金属材料として挙げられた材料を用いることができる。第３配線の第２本体部は、第２連結部７と向かい合う第３表面と、第３表面以外の第４表面と、を含む。第４表面は、第３配線の延在方向に垂直な断面において、第４表面の全体にわたって曲率が連続した形状を有する。このような変形例によれば、第２連結部７上に設けられた第３配線についても、低抵抗化及び金属疲労の抑制を図りつつも、信頼性を高めることができる。なお、第３配線においても、第１配線２１と同様に、「第３配線の延在方向に垂直な断面」とは、互いに異なる方向に延在する複数の部分を第３配線が有する場合、各部分における延在方向に垂直な断面を意味する。例えば、直線状部分７ａ上の第３配線の延在方向は、当該直線状部分７ａに沿った方向である。直線状の折り返し部分７ｂ上の第３配線の延在方向は、当該折り返し部分７ｂに沿った方向である。Ｒ状に湾曲した折り返し部分７ｂ上の第３配線の延在方向は、当該折り返し部分７ｂに沿った方向（周方向）である。

アクチュエータ装置１は、ミラー２以外を駆動するものであってもよい。ミラー２の形状は、円形状に限られない。ミラー２は、例えば矩形状、菱形状又は楕円形状等を呈していてもよい。上記実施形態では、ミラー２の揺動（駆動）は、電磁力によって行われているが、例えば圧電素子によって行われてもよい。この場合、コイル１１，１２に代えて、圧電素子に電圧を印加するための配線が設けられる。磁界発生部３は省略されてもよい。第１軸線Ｘ１と第２軸線Ｘ２とは、直交していなくてもよく、互いに交差していればよい。アクチュエータ装置１は、第１軸線Ｘ１の周りのみに揺動させるものであってもよい。この場合、枠部４及び第２連結部７は省略されてもよく、制御回路等との電気的な接続のための電極は支持部５に設けられてもよい。

第１配線２１が第２部分２３及び第３部分２４を有さず、第１配線２１の全体が直線状に形成されてもよい。第２表面２８は、平坦部分２８ａを有していなくてもよく、例えば全体にわたって湾曲した形状を有していてもよい。各第２連結部７は、直線状に形成されてもよい。シード層２５は、ビッカース硬さが５０ＨＶよりも小さい金属材料からなっていてもよい。第１本体部２６の第２表面２８とシード層２５の表面２５ａとは、第１部分２２の延在方向に垂直な断面において、互いの境界部分における曲率が連続していなくてもよい。第３配線についても、第１配線２１と同様に、第２連結部７に設けられたシード層と、当該シード層上に設けられた第２本体部と、を有していてもよい。この場合、少なくとも第２本体部が、第１配線２１の第１本体部２６を構成する金属材料よりも比抵抗が小さい金属材料、及び／又はビッカース硬さが５０ＨＶ以上の金属材料からなっていてもよい。

１…アクチュエータ装置、５…支持部、６…可動部、７…第２連結部、８…第１連結部、８ｂ…拡散層、２１…第１配線、２５…シード層、２５ａ…表面、２６…第１本体部、２７…第１表面、２８…第２表面、２８ｂ…湾曲部分、３１Ａ…第２配線、４１…バリア層、Ｘ１…第１軸線、Ｘ２…第２軸線。

Claims (18)

1. 支持部と、
   可動部と、
   前記可動部が第１軸線周りに揺動可能となるように、前記第１軸線上において前記可動部を前記支持部に連結する第１連結部と、
   前記第１連結部上に設けられた第１配線と、を備え、
   前記第１配線は、ビッカース硬さが５０ＨＶ以上の金属材料からなる第１本体部を有し、
   前記第１本体部は、前記第１連結部と向かい合う第１表面と、前記第１表面以外の第２表面と、を含み、
   前記第２表面は、前記第１配線の延在方向に垂直な断面において、前記第１連結部側に向けて凸となるように湾曲した湾曲部分を有している、アクチュエータ装置。
2. 前記第２表面は、前記第１配線の延在方向に垂直な断面において、鋭角をなすように前記第１表面と交差している、請求項１に記載のアクチュエータ装置。
3. 前記第２表面は、前記第１配線の延在方向に垂直な断面において、４５度以下の角度で前記第１表面と交差している、請求項１又は２に記載のアクチュエータ装置。
4. 前記第２表面は、前記第１配線の延在方向に垂直な断面において、前記湾曲部分を複数有している、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
5. 前記第２表面は、前記第１配線の延在方向に垂直な断面において、平坦部分と、前記平坦部分の両端部にそれぞれ連続する一対の前記湾曲部分を有している、請求項１〜４のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
6. 前記第１連結部は、半導体材料からなり、前記第１連結部には、不純物が拡散された拡散層が、前記第１配線と接触するように形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
7. 前記第１本体部は、タングステン、チタン、ニッケル、モリブデン、アルミニウム合金、タングステン合金、チタン合金、ニッケル合金及びステンレス鋼の少なくとも１つからなる、請求項１〜６のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
8. 前記第１配線は、前記第１連結部と前記第１本体部との間に設けられたシード層を更に有している、請求項１〜７のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
9. 前記シード層は、ビッカース硬さが５０ＨＶ以上の金属材料からなる、請求項８に記載のアクチュエータ装置。
10. 前記第１連結部と前記第１配線との間に設けられたバリア層を更に備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
11. 前記バリア層は、ビッカース硬さが５０ＨＶ以上の材料からなる、請求項１０に記載のアクチュエータ装置。
12. 前記支持部上に設けられ、前記第１配線に接続された第２配線を更に備え、
    前記第２配線は、ビッカース硬さが５０ＨＶよりも小さい金属材料からなる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
13. 前記支持部及び前記可動部を支持する枠部と、
    前記支持部が前記第１軸線と交差する第２軸線周りに揺動可能となるように、前記第２軸線上において前記支持部を前記枠部に連結する第２連結部と、
    前記第２連結部上に設けられた第３配線と、を更に備え、
    前記第３配線は、前記第１本体部を構成する金属材料よりも比抵抗が小さい金属材料からなる第２本体部を有している、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
14. 前記支持部及び前記可動部を支持する枠部と、
    前記支持部が前記第１軸線と交差する第２軸線周りに揺動可能となるように、前記第２軸線上において前記支持部を前記枠部に連結する第２連結部と、
    前記第２連結部上に設けられた第３配線と、を更に備え、
    前記第３配線は、ビッカース硬さが５０ＨＶ以上の金属材料からなる第２本体部を有し、
    前記第２本体部は、前記第２連結部と向かい合う第３表面と、前記第３表面以外の第４表面と、を含み、
    前記第４表面は、前記第３配線の延在方向に垂直な断面において、前記第２連結部側に向けて凸となるように湾曲した湾曲部分を有している、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
15. 前記可動部に設けられたミラーを更に備える、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
16. 前記第１配線上に乗り上げるように前記第１連結部上に設けられた絶縁層を更に備え、
    前記絶縁層における前記第１連結部とは反対側の表面は、前記第１配線の延在方向に垂直な断面において、前記第１連結部側に向けて凸となるように湾曲した湾曲部分を有している、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
17. 前記第１配線上に乗り上げるように前記第１連結部上に設けられた絶縁層を更に備え、
    前記絶縁層における前記第１連結部とは反対側の表面は、前記第１配線の延在方向に垂直な断面において、当該表面の全体にわたって曲率が連続した形状を有している、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
18. 前記可動部上に設けられ、前記第１配線と電気的に接続された第４配線を更に備え、
    前記第４配線は、ビッカース硬さが５０ＨＶよりも小さい金属材料からなる、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
    
    

Images