JP3533514B2 - 静電アクチュエータとその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高精度に位置決め制
御が行える静電駆動方式のアクチュエータの構造に係
り、特に光デバイスや磁気ディスク装置のスライダの高
精度位置合わせが可能な静電アクチュエータとその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体製造プロセスを利用したマ
イクロマシニング技術の発展により、微小機械の研究・
開発が活発に行われている。特にマイクロアクチュエー
タに関しては静電、圧電、バイメタル、形状記憶合金な
ど数多くの方式が存在するが、静電駆動方式のアクチュ
エータとしては、例えば、Ｔransducers‘89 B11．3
（1989） 138頁から140頁に記載されている例および特
開平6―86570号公報に記載されている例がある。前者の
方式はシリコン基板の平面上に櫛歯構造のリニアマイク
ロアクチュエータをポリシリコンの薄膜を用いて形成し
たものである。この方式では静電気力を利用して櫛歯を
駆動させる。一方、後者の方式では単結晶シリコンに櫛
歯を形成したものと表面に金属膜が形成されたガラス基
板とを陽極接合したものをシリコン平行板ばねの上に接
合し、最後にダイシングにより、可動部分を形成してい
る。前記絶縁物のガラス基板には電極が多数配線されて
いる。この方式も前者と同様に静電気力を利用して櫛歯
を駆動させるリニアマイクロアクチュエータである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術では前者の
場合、櫛歯の材料にポリシリコンの薄膜を用いているた
め、単結晶シリコンと比較して内部応力が大きく、信頼
性が低い。また、内部応力が大きいことに起因して、梁
の寸法を大きくすると梁の自重で撓んでしまうため、梁
の寸法を大きくできない。さらに薄膜を用いているため
静電容量を大きくすることができず、大きな駆動力が得
られない課題があった。そのため、後者の技術では材料
に単結晶シリコンとガラス基板とを適用して大きな変位
と大きな駆動力を得るための提案がなされているが、こ
の方式では櫛歯加工を施したシリコンと薄膜電極を形成
したガラス基板とを陽極接合を用いて接合し、その後、
ギャップに樹脂を充填した後、ダイシングで切断・研磨
加工を行ったものと、それとは別に形成したシリコン平
行板ばねをあとで組み立てる方法が用いられている。そ
のため、加工工程が大変複雑である課題があった。ま
た、絶縁物のガラス基板には複数、配線されている。

【０００４】前記課題を解決するために、本発明の静電
アクチュエータは、基板面に固定され櫛歯状の電極を備
えた固定電極と、該固定電極の櫛歯状の電極に対向する
櫛歯状の電極を備え、該固定電極に対して相対的に移動
可能に配置された可動電極を有し、前記固定電極と前記
可動電極間に電位差を与えることによって発生する静電
気力を利用して可動電極を前記固定電極の長手方向に相
対的に移動させ、前記可動電極は、該可動電極を前記基
板に結合する固定端に移動可能に支持され、かつ、前記
固定電極は、前記可動電極を挟んでその両側に一対をな
して配置されると共に、前記可動電極の移動方向に少な
くとも二組に分割され、電気的に互いに絶縁されてな
り、前記固定電極および前記可動電極は、単結晶シリコ
ンを用いて形成され、前記少なくとも二組の固定電極の
うち、前記可動電極の移動方向に位置する前記一対の固
定電極と前記可動電極との間に電位差を与えて前記可動
電極を移動させ、電位差を与える前記可動電極と前記一
対の固定電極との組合せを切替えて前記可動電極を前記
長手方向の両方向に移動可能に形成したことを特徴とす
る。

【０００５】また、前記少なくとも二組の固定電極は、
前記可動電極の移動方向に対し直交する方向に間隔を空
けて複数配列され、前記可動電極は、前記各一対の固定
電極に挟まれて複数配列され、前記固定電極の各組の間
隔の位置で連結して形成することができる。

【０００６】前記可動電極は、その移動方向に直交する
方向に配置され両端が前記基板に固定された梁に結合さ
れて支持されるようにするのがよい。

【０００７】前記固定電極が固定されるとともに可動電
極が結合された基板はガラス基板とし、それら固定及び
結合は陽極接合によるものとする。前記可動電極の固定
端が前記ガラス基板と結合された側の面の反対面には、
前記ガラス基板と別のガラス基板を陽極接合によって固
定するのがよい。また、前記固定電極が固定された基板
面に、前記固定電極および可動電極の周囲を囲む側壁を
設けるのが望ましい。さらに、両電極に駆動方向と平行
に多数の櫛歯が形成されている構造を用いればよい。

【０００８】このような構造を用いることにより、内部
応力がなく、信頼性の高いアクチュエータを提供でき
る。また、単結晶シリコンを用いているため、可動電極
の梁の剛性が高く、例えば、磁気ディスク装置のスライ
ダを本発明のアクチュエータの上に載せて、高精度位置
決めを行うことができる。また、側壁を設けたことによ
り、外部からのごみの進入を防ぐことができる。

【０００９】可動電極は両持ち梁構造が好ましく、複数
本の可動電極の両側には複数個の島状固定電極が配置さ
れた構造を用いることにより、大きな駆動力が得られ
る。

【００１０】さらに、本発明のアクチュエータはマイク
ロマシニング技術を用いて製作することにより、両電極
間のギャップを小さく、複数の櫛歯を容易に作り込むこ
とが可能であり、可動電極の変位量を自由にコントロー
ルすることができる。

【００１１】ＩＣＰ―ＲＩＥ（Ｉnductively Ｃoupled
Ｐlasma―ＲＩＥ）装置を用いることにより、単結晶
シリコンからなる前記固定電極および可動電極の狭ギャ
ップは高アスペクト比加工が可能である。

【００１２】上記構成の静電アクチュエータを製造する
方法としては、単結晶シリコンからなるシリコンウェハ
の両面に熱酸化膜を形成する工程と、該熱酸化膜が形成
された前記シリコンウェハの両面をエッチング処理し
て、前記可動電極を形成する領域と前記固定電極を形成
する領域にそれぞれ突起部を形成する工程と、前記シリ
コンウェハの前記固定電極を形成する領域に形成された
前記突起部に第 1 の基板を陽極接合する工程と、前記シ
リコンウェハをホトリソプロセスにより加工して、前記
固定電極と前記可動電極を分離形成するとともに、前記
可動電極を支持する前記固定端を残して前記可動電極を
前記第 1 の基板から分離する工程と、前記可動電極に形
成された前記突起部に第２の基板を陽極接合する工程を
含んでなり、前記第 1 の基板は、前記可動電極と前記固
定電極に接続される電気配線を予め形成するようにすれ
ばよい。

【００１３】また、第１のガラス基板に複数のアクチュ
エータが構成され、あとで各チップが分離、分割される
場合、前記シリコンウエハ、前記第 1 および第 2 の基板
は、それぞれ複数の前記静電アクチュエータを形成可能
な大きさを有し、前記シリコンウエハの前記突起部に前
記第 1 の基板を陽極接合する前に、第１の基板の前記静
電アクチュエータの境界となる線に沿って、前記陽極接
合される面の反対面に切断溝を形成する工程と、前記シ
リコンウエハの前記突起部に前記第２の基板を陽極接合
する前に、第２の基板の前記静電アクチュエータの境界
となる線を跨いでシリコン構造体を接合する工程と、該
境界となる線に沿って第２の基板を切断する工程とを含
んでなるようにすればよい。これにより、アクチュエー
タ形成後、第１、第２のガラス基板を切断して各チップ
を分離、分割するのが容易であり、分割の際、可動電極
を損傷するおそれが少なくなる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明に係る実施の形態を図１か
ら図１０を参照して説明する。本発明の一実施例に関す
るアクチュエータの構造について図１および図２を用い
て説明する。図１はアクチュエータの平面図、図２はそ
の断面図を示す。

【００１５】本実施例のアクチュエータは、図示のよう
に、第１のガラス基板（以下、第１基板という）５と、
この第１基板５に固定された可動電極２と、この可動電
極２の櫛歯部分に対向して配置され第１基板５に固定さ
れた２対の固定電極１ａ，１ｂとを含んで構成されてい
る。固定電極１ａ，１ｂ及び可動電極２は、いずれも単
結晶シリコンで形成されている。

【００１６】可動電極２は、平面図で見てアルファベッ
トのＨを左右方向に引き延ばした形状をしており、梁４
を構成する左右の縦の線の上下端に矩形状の固定端３が
形成され、左右の縦の線を結ぶ横の線、すなわち駆動力
発生部２Ａには中央の部分を残して両側上下（図１はＨ
形を９０度回転させた状態で示してあるので、図１上で
は上下の左右、以下図１の上下を基準にして説明する）
に対称に櫛歯状の電極１８が形成されている。さらに、
駆動力発生部２Ａの櫛歯状の電極１８が形成されている
上下二つの部分それぞれの上面には突起部６が矩形状に
形成されている。前記４か所の固定端が第１基板５の上
面に固定され、可動電極２の他の部分は第１基板５の上
面から浮き上がって（離れて）いる。すなわち、梁４は
両端が固定端３で支持された両持ち梁で、その中央部に
櫛歯状の電極１８を備えた駆動力発生部２Ａの端部が結
合されている。可動電極の構造は両持ち梁構造の方が片
持ち梁構造と比較して構造的に安定しているため、好ま
しい。なお、可動電極２は、梁４、固定端３、駆動力発
生部２Ａ及び突起部６が一体に形成された一体構造とな
っている。

【００１７】固定電極１ａ，１ｂは、それぞれ可動電極
２の前記駆動力発生部２Ａの櫛歯状の電極１８が形成さ
れた部分を、図１の上で、左右から前記櫛歯状の電極１
８に対向して挟むように対になって配置され、可動電極
２の前記櫛歯状の電極１８に対向する側に、同じく櫛歯
状の電極１８を備えている。

【００１８】矢印７はアクチュエータの駆動方向を示し
ており、静電気力が加わると可動電極の梁４がたわんで
矢印の方向に変位する。梁４はばね定数が小さいほど変
位が容易となり、小さな静電気力で駆動させることがで
きる。また、両電極に用いるシリコンは抵抗率が低いも
のを用いることが好ましい。固定電極1aおよび1bと可動
電極２に形成する櫛歯はその数を増加させることで静電
気力を大きくさせることができる。

【００１９】また、本実施例では、固定電極は可動電極
２に対して、駆動方向に二対（固定電極１ａが一対、固
定電極１ｂが一対）、直列に配置されているが、固定電
極１ａ、１ｂをそれぞれ２対以上の複数対配置としても
よい。

【００２０】図２の（ａ）は図１のＡ―Ａ´断面を示
す。固定電極１と可動電極２とのギャップdは、可動電
極の両側とも同じ間隔に形成されている。一般に前記ギ
ャップｄは間隔が狭いほど、固定電極１と可動電極２の
ずれている櫛歯の数が多いほど、電極の高さが高いほど
静電気力が大きくなる。また、パッシェン則によると、
空気中において両電極に印加する電位差が３３０Ｖ以下
の場合、ギャップをどんなに小さくしても放電が生じな
い。これは放電のきっかけをつくる初期電子がほとんど
衝突することなしに対向電極に達してしまい、電子のな
だれ現象が起こりにくくなるため放電は起こらず、絶縁
破壊電圧が増大するためである。そのため、本静電方式
のアクチュエータは微小化が可能である。

【００２１】前記アクチュエータはポリシリコンなどを
用いて形成した薄膜に比べ、電極の厚さを非常に厚く形
成することができる単結晶シリコンを材料に用いて、図
２の（a）に示す固定電極１ｂと可動電極２の重なり合
っている部分の厚さｔ１を厚く形成している。そのた
め、大きな駆動力を得ることができる。しかし、単結晶
シリコンを用いた場合、固定電極１と可動電極２の重な
り合っている部分の厚さｔ１はいくらでも厚く形成でき
るわけではない。これはギャップｄの垂直エッチング加
工に制限があるためで、一般に、アスペクト比（厚さｔ
１をギャップｄで割った値）が大きくなるほど加工は困
難になる。なお、可動電極２と第一基板５とのギャップ
ｔ２は可動電極が浮上しているギャップ量を示してい
る。

【００２２】図２の（ｂ）は可動電極２及び固定電極１
の上に第２のガラス基板８（以下、基板８という）を付
加し、第１基板５と基板８で可動電極２をサンドイッチ
状に挟んだ例を示す。突起部６はアクチュエータとして
可動電極２に基板などを搭載する場合に、搭載した基板
などが固定電極１aおよび１bと接触させないための突起
である。

【００２３】前記、第一基板５の材質にはナトリウムを
含有しているガラスが好ましく、電気配線の形成が可能
で、配線同士が絶縁されていれば、ガラス以外の材料、
例えば、熱酸化膜付シリコン基板を用いてもよい。

【００２４】本発明の前記アクチュエータの駆動原理は
次のとおりである。はじめに一対の固定電極１aと可動
電極２の間に電位差を与える。その結果、両電極の互い
に対向する面に形成された櫛歯の、ずれている櫛歯部分
が対向面の櫛歯と重なり合う方向に静電引力が働き、図
１平面図の上の方向に可動電極が移動する。次に、前記
固定電極１aと可動電極２の間の電位差を消去するとと
もに一対の固定電極１bと可動電極２の間に電位差を与
える。その結果、前記と同様に両電極の互いに対向する
面に形成された櫛歯の、ずれている櫛歯部分が対向面の
櫛歯と重なり合う方向に静電引力が働き、図１平面図の
下の方向に可動電極２が移動する。

【００２５】固定電極１aと可動電極２の間の電位差
と、固定電極１bと可動電極２の間の電位差を交互に付
加することにより、可動電極を一定の周波数で図の上下
方向に往復駆動させることができる。電位差が付加され
ない状態では、可動電極２は、梁４の弾性により、中立
位置に復帰する。また、本発明の前記アクチュエータは
可動電極および固定電極の高さ（図２のｔ１）を大きく
するか、その電極間のギャップｄを小さくすれば発生す
る駆動力を大きくすることができる。また、変位する電
極数、すなわち櫛歯の歯数が多いほど発生する駆動力を
大きくすることができる。

【００２６】次に前記アクチュエータの加工方法につい
て述べる。まず、はじめに固定電極１aおよび１bと可動
電極２を形成する厚さ１００μｍの（１００）方位のシ
リコンウエハを用いて一方の面に突起部６を、他方の面
にギャップｔ２を確保するための段差を形成する。より
詳細には、前記シリコンウエハに０．５μｍ厚さの熱酸
化膜を形成し、ホトリソプロセスを用いて、レジスト塗
布・パターン露光・現像・熱酸化膜のエッチングを両面
から行い、その後、６０℃の水酸化カリウム水溶液を用
いてシリコンウェハの両面に１０μｍ段差を形成するエ
ッチング加工を行った。前記シリコンのエッチング加工
には、水酸化カリウム水溶液だけではなく、その他のウ
エットエッチング液、例えば、エチレンジアミンピロカ
テコール、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイ
ド、ヒドラジンを用いることができる。さらに、ＲＩＥ
（Ｒeactive Ｉon Ｅtching）装置やイオンミリング
装置などのドライエッチング装置を用いてエッチング加
工を行うこともできる。

【００２７】次に、電気配線が形成されたガラス基板５
と前記シリコンウエハを陽極接合を用いて接合した。陽
極接合はガラス基板を４００℃に加熱し、１０００Ｖの
直流電圧を印加して行った。前記ガラス基板５に配線す
る材料にはＣrとＡｕを選定し、Ｃrを２０ｎｍ、その上
にＡｕを３００ｎｍ、スパッタリング装置を用いて、ガ
ラス基板の上にリフトオフ法を用いて形成した。前記配
線材料は４００℃以下で溶解せず、電気的導通がある薄
膜形成可能な材料であれば他の材料を用いてもよい。配
線形成に用いる装置もスパッタリング装置以外の装置、
例えば、蒸着装置を用いてもよい。さらに、配線の形成
方法はリフトオフ法にかぎらず、基板全面に薄膜を形成
した後、ホトリソを行い、エッチングによって形成して
もよい。また、ガラス基板上には、固定電極や可動電極
に電位差を負荷するための配線だけでなく、同位電極１
２も形成されている。これはガラス基板５に１００μｍ
厚の薄いシリコンウエハを用いているため、可動電極部
の段差加工部分が変形しやすく、陽極接合の時に可動電
極部をガラス基板５に接合させないためのものである。

【００２８】前記陽極接合によって形成したガラス基板
とシリコンウェハの結合体に、ホトリソプロセスを用い
て、図１平面図に示す形状のパターニングを行い、ＩＣ
Ｐ―ＲＩＥ装置を用いてシリコンのドライエッチング加
工を行った。特に固定電極と可動電極とのギャップｄは
４μｍで高アスペクト比形状に加工されている。前記エ
ッチング加工のマスク材にはレジストを用いた。レジス
ト以外に熱酸化膜をマスク材として用いてもよい。ま
た、固定電極をガラス基板に接合する接合幅eは固定電
極の幅より、小さく形成した。これは、陽極接合後に行
う、ドライエッチング加工のためのホトリソプロセスに
おいて位置ずれが生じた場合でもアクチュエータとして
機能するようにさせるためである。これにより、位置ず
れが数μｍ程度あっても性能には支障はない。

【００２９】次に、図２（b）に示す基板８にガラス基
板を用いて、陽極接合により可動電極上（すなわち、前
記突起部６上面）に接合した。この時、前記ガラス基板
８の固定電極と対向する場所には、前述したように同位
電極の配線１２が形成されており、ガラス基板８は突起
部６以外の場所とは接合しない。

【００３０】前記アクチュエータの可動電極部を支えて
いる梁の材料に単結晶シリコンを用いているため、梁の
剛性が高く、基板８の上に別の基板などを搭載すること
も可能である。

【００３１】以上のように構成されたアクチュエータは
組立てが容易である利点を有している。

【００３２】本発明の他の実施例に関するアクチュエー
タの構造について図３を用いて説明する。図３の（a）
はアクチュエータの平面図、図３の（b）にそのＢ−
Ｂ’線断面図を示す。

【００３３】本実施例のアクチュエータは、図３に示す
ように、格子状の枠をなす一体構造の可動電極２と、該
可動電極２の櫛歯が形成されている部分を挟んで配置さ
れ第一基板５に接合されている、固定電極１aおよび１b
の複数個の対と、を含んで構成されている。格子状の枠
をなす可動電極２は、その移動方向両端の幅方向（移動
方向に直交する方向）中央部が幅方向に配置された両持
ち梁４Ａの同じく幅方向中央部に結合されて支持され、
この両持ち梁４Ａの幅方向両端部は、両持ち梁４Ａの外
側（可動電極２の移動方向終端側）に両持ち梁４Ａと平
行に配置された両持ち梁４の幅方向両端部にそれぞれ結
合され支持されている。両持ち梁４の幅方向中央部に固
定端３が配置され、可動電極２では、この固定端３だけ
が第一基板５に接合されている。なお、図３にも示され
ているように、両端の両持ち梁４及び４Ａは、その幅方
向両端部が、可動電極２の移動方向に延びる１対の縦梁
２５，２５Ａで結合されている。したがって、格子状の
枠をなす電極部分と、両持ち梁４，４Ａと、縦梁２５，
２５Ａと、固定端３と、が一体に構成されてなる可動電
極２は、固定端３以外の部分は第一基板５から浮いてい
る構造となっている。また、固定電極１a及び１bの可動
電極２に対向する面にもそれぞれ櫛歯が形成されてい
る。

【００３４】第一基板５には、固定電極１a，１bと可動
電極２からなるアクチュエータを取り囲む側壁９が固着
配置され、該側壁９は第１基板５上に形成した配線とは
導通しないように配線の部分だけ、第１基板５の面から
浮いた構造となっている。側壁９を第１基板５の面から
浮かせる代わりに、配線の上に薄膜の絶縁物を形成して
もよい。このような側壁を設けることにより、微小アク
チュエータの問題であるごみなどの進入を防ぐことがで
きる。

【００３５】矢印７はアクチュエータ駆動方向を示して
おり、静電気力、すなわち、固定電極と可動電極の間に
電位差が付加されると、可動電極の４本の両持ち梁４，
４Ａが撓んで矢印の方向に変位する。両持ち梁４，４Ａ
は平行板ばね構造となっている。なお、梁の付け根部分
（縦梁２５，２５Ａとの結合部分）には、機械的強度を
向上させるため、丸みを形成している。６は可動電極２
の上面に形成した突起部を示す。また、固定電極と可動
電極とのギャップは２μｍに形成されており、断面図に
示す、複数の可動電極２とその両側に配置した固定電極
１bとのギャップはすべて等間隔となっている。

【００３６】前記図３に示すアクチュエータの加工は図
１に示したアクチュエータと同様の方法によって形成し
た。なお、第一基板５にはガラス基板を用い、固定電極
１ａ，１ｂおよび可動電極２の材料には１１０μｍ厚さ
のシリコンウエハを用い、固定電極１ａ，１ｂと第一基
板５の接合、及び可動電極２の固定端３と第一基板５の
接合には陽極接合を用いた。

【００３７】図３に示すアクチュエータの電極の配置方
法について図４の平面図および図５の断面図を用いて説
明する。第一基板５には３個所の配線を含むパッド１０
a、１０b、１０cがそれぞれ形成されている。パッド１
０aはパッド１０aの配線を介して可動電極の固定端３に
接続されている。また、パッド１０bはパッド１０bの配
線を介して複数の固定電極１aと、パッド１０cはパッド
１０cの配線を介して複数の固定電極１bと、それぞれ接
続されている。

【００３８】図５は図４の各断面図を示しており、
（a）はＣ−Ｃ’断面、（b）はＤ−Ｄ’断面、（ｃ）は
Ｅ−Ｅ’断面を、それぞれ示す。（a）の断面では、第
一基板５の上に形成されたパッド１０bの配線は複数の
固定電極１aと密着し、固定電極１ａと配線は電気的に
導通している。このとき、可動電極２は第一基板５から
浮いているため、可動電極２とパッド１０bの配線とは
電気的導通はない。また、側壁９の配線と交差する部分
は電気的に導通しないように、第一基板５から浮かした
構造としている。（ｂ）の断面では、第一基板５の上に
形成されたパッド１０cの配線は複数の固定電極１bと密
着し、固定電極１ｂと配線とは電気的に導通している。
このとき、前記と同様に可動電極２は第一基板５から浮
いているため、可動電極２とパッド１０cの配線とは電
気的導通はない。

【００３９】図５の（ｃ）に示す断面では、固定電極１
aおよび１bの配線部以外の部分は第一基板５と接合され
ているが、パッド１０bの配線およびパッド１０cの配線
は固定電極により押圧されている状態で固定電極と密着
している。このような電極構造を用いることにより、複
数の電極に電位差を付加する導線を容易に配線すること
ができる。

【００４０】前記アクチュエータの駆動は、はじめにパ
ッド１０aとパッド１０bの間に電位差を与える。その結
果、静電引力により表面積が増加する方向（可動電極２
の櫛歯状の電極の凸部先端が固定電極１ａの櫛歯状の電
極の凸部先端と相互に対向する面積が増加する方向）、
図３の場合、平面図の上の方向に可動電極２が変位す
る。次に、パッド１０aとパッド１０cの間に電位差を与
える。その結果、静電引力により表面積が増加する方向
（可動電極２の櫛歯状の電極の凸部先端が固定電極１ｂ
の櫛歯状の電極の凸部先端と相互に対向する面積が増加
する方向）、図３平面図の下の方向に可動電極が変位す
る。電位差が付加される可動電極と固定電極の組合せを
交互に変化させることにより、可動電極２を図３の上下
方向に往復駆動させることができる。実験の結果、印加
電圧８０Ｖで約９μｍ変位（片振れ）した。この時の駆
動周波数は２０００Ｈｚであった。前記駆動周波数を増
加させるためには両持ち梁４，４Ａの長さを短く形成す
ればよい。また、可動電極２の移動量を同じにしたまま
印加電圧を低下させるためには、可動電極と固定電極の
ギャップ量ｄを小さく形成するか、もしくは可動電極の
両持ち梁４，４Ａのばね定数を低下させる構造を用いる
とよい。

【００４１】本実施例のアクチュエータは複数の電極が
配置された構造であり、大きな発生力を得ることができ
る。また、可動電極と固定電極の電極、すなわち、櫛歯
の幅（可動電極移動方向の櫛歯凸部の幅）を変えること
により、可動電極２の微小な変位量を自由にコントロー
ルすることが可能で、高精度に変位量を制御できる。

【００４２】前記アクチュエータの製造方法について図
６および図７を用いて説明する。図６は第一基板５上に
多数のアクチュエータを形成した場合の１チップの断面
図を示すものである。前記チップはアクチュエータ部の
構造が図３に示すものと同様で、１aが固定電極、２が
可動電極を示し、第一基板５にガラス基板を用いてい
る。可動電極２の上面（つまり突起部６）には、チップ
全体を覆う第２のガラス基板１１（以下ガラス基板１１
という）が陽極接合によって接合されている。ガラス基
板１１と前記可動電極２との接合前に、ガラス基板１１
の、前記可動電極２との接合面と反対側の面の、隣接す
るアクチュエータとの境界線上には、該境界線に沿っ
て、厚さ６０μｍ、梁幅１００μｍの薄い梁１３aが形
成されたシリコン構造体１３が陽極接合によって接合さ
れ、該シリコン構造体１３接合後、ガラス基板１１はダ
イシング加工され、前記境界線に沿って空間１５が形成
される。シリコン構造体１３の平面形状は、チップ境界
線を覆う格子状あるいは網目状をなしている。すなわ
ち、ガラス基板１１はこのシリコン構造体１３を介し
て、隣接して形成されるアクチュエータのガラス基板１
１に結合されており、この状態で多数のアクチュエータ
が形成された第１基板５上の可動電極に接合される。な
お、ガラス基板１１の固定電極と対向する位置には同位
電極１２が形成されている。

【００４３】第一基板５となるガラス基板及びアクチュ
エータを構成するシリコンウェハはいずれも４インチの
大きさのものを用い、１チップの大きさ２ｍｍ角の同一
構成のアクチュエータが１０００チップ形成される。前
記第一基板５には、シリコンウェハとの陽極接合の前
に、ダイシングによって切断溝１４が、隣接するアクチ
ュエータとの境界に沿って、固定電極接着面の反対面に
形成されている。つまり、各チップは、周囲に形成され
ている多数のチップと切断溝１４を隔ててつながってい
る。電極部とガラス基板とは陽極接合で接合されてい
る。ガラス基板１１のアクチュエータ部の周囲にはダイ
シングによって切断された空間１５が形成されており、
各チップのガラス基板１１は、シリコン構造体１３の薄
い梁１３aを介して、周囲に形成されている多数のチッ
プのガラス基板１１とつながっている。

【００４４】上記のように形成された構造体は、可動電
極２が第１基板５から浮いた構造体であり、各チップに
分割するために微小な力を加えても破壊しやすい。その
ため、チップを破壊することなく、各チップに分割する
ためには力を加えないで切断する方法が好ましい。本発
明では図６に示す構造体に無理な力を加えずに切断する
方法としてレーザアシストエッチング法を用いてチップ
の切断を行った。切断部は図６に示すシリコン構造体１
３の梁１３aの部分である。エッチング加工はパルスＹ
ＡＧレーザ装置を用いて３フッ化窒素ガス雰囲気中で、
出力６Ｗの条件下で行った。その結果、厚さ６０μｍの
梁１３ａの切断が容易にできた。言うまでもなく、切断
個所はアクチュエータの外周部である。一方、下のガラ
ス基板５は微小な力を加えてもアクチュエータが破壊さ
れることがないため、各チップに分割するための切断は
切断溝１４にそって行った。

【００４５】以上のような方法を用いて分離したチップ
の断面を図７に示す。なお、１６はパルスＹＡＧレーザ
装置による切断面を示す。この断面を観察した結果、レ
ーザの熱エネルギーによって破壊されており、無理な力
が加えられた痕跡は確認されなかった。チップサイズに
切断されたアクチュエータの動作確認を行った結果、全
てのチップが正常に駆動した。以上のことより、本発明
は量産性に優れていることが確認された。

【００４６】図１０に、本発明のアクチュエータの製造
手順の例を示す。

【００４７】本発明の応用例について図８および図９を
用いて説明する。図８は本発明の応用例の一断面図を示
すもので、図７のように形成されたアクチュエータの上
部、すなわち、ガラス基板１１上面はステージ状に形成
されており、かつ、単結晶シリコンを電極に用いている
ため、図８のように搭載物１７を載せてもアクチュエー
タとして駆動させることができる。搭載物１７として
は、は例えば、磁気ディスク装置のスライダ、光ファイ
バ、光デバイス部品などがあり、この他の部品を搭載し
てもよい。なお、搭載物の固定はアクチュエータ上（ガ
ラス基板１１上）のシリコン構造体１３の厚みを利用し
て接着剤１９を隙間に入れて固定することができる。こ
の方法を用いることにより、接着剤１９は外に漏れず、
かつ、搭載物をアクチュエータと平行に固定することが
できる。前記搭載物とアクチュエータとの接合は他の方
法を用いてもよい。

【００４８】本発明のアクチュエータを磁気ディスク装
置のスライダに適用した例について図９を用いて説明す
る。軸２４に装着されたロードアーム２３の先端部に本
発明のアクチュエータ２０およびスライダ２１が取り付
けられている。スライダ２１にはヘッドが搭載されてお
り、ディスク２２との間で情報の書き込みおよび読み取
りを行う。以上のように構成することにより、本発明の
アクチュエータ２０に搭載されたスライダ２１は高精度
の位置決めが可能であり、高密度記録を達成させること
ができる。

【００４９】また、本発明のアクチュエータを、可動電
極２の移動方向を９０度ずらして２基重ねあわせること
により、高精度な位置決めができるＸＹステージを提供
することができる。さらに、本発明のアクチュエータは
光ファイバのスイッチング機構，光ファイバの位置合わ
せ機構およびＳＴＭの駆動機構に適用することができ
る。

【００５０】また、単結晶シリコンを電極材料に用いて
いるため、信頼性が高く、搭載物の重さに適合した各種
サイズのアクチュエータを提供することが可能である。

【００５１】

【発明の効果】本発明のアクチュエータによれば、材料
に単結晶シリコンを用いているため、量産性に優れてお
り、アクチュエータの駆動変位量および大きさを自由に
コントロールすることが可能な信頼性の高いアクチュエ
ータを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の平面構造を示す平面図であ
る。

【図２】図１のＡ−Ａ’線での断面図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す平面図と断面図であ
る。

【図４】図３に示す実施例の配線を示す平面図である。

【図５】図４に示す実施例の断面図である。

【図６】同一基板上に複数のアクチュエータを形成した
場合の本発明の実施例を示す断面図である。

【図７】図６に示す複数のアクチュエータを分離した状
態を示す断面図である。

【図８】本発明の応用例を示す断面図である。

【図９】本発明の他の応用例を示す斜視図である。

【図１０】本発明に係る製造手順の例を示す手順図であ
る。

【符号の説明】

1a、1b 固定電極 ２ 可動電極 ３ 固定端 ４，４Ａ 梁（両持ち梁） ５ 第一基板 ６ 突起部 ７ 駆動方向 ８ 基板 ９ 側壁 10 パッド 11 ガラス基板 12 同位電極 13 シリコン構造体 14 切断溝 15 空間 16 破断面 17 搭載物 18 電極 19 接着剤 20 アクチュエータ 21 スライダ 22 ディスク 23 ロードアーム 24 軸 25 縦梁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−230779（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−259477（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−302182（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−294383（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−220680（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−86570（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02N 1/00 H02N 11/00 H01L 21/68 G11B 21/10

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板面に固定され櫛歯状の電極を備えた
   固定電極と、該固定電極の櫛歯状の電極に対向する櫛歯
   状の電極を備え、該固定電極に対して相対的に移動可能
   に配置された可動電極を有し、前記固定電極と前記可動
   電極間に電位差を与えることによって発生する静電気力
   を利用して可動電極を前記固定電極の長手方向に相対的
   に移動させる静電アクチュエータにおいて、 前記可動電極は、該可動電極を前記基板に結合する固定
   端に移動可能に支持され、かつ、前記固定電極は、前記
   可動電極を挟んでその両側に一対をなして配置されると
   共に、前記可動電極の移動方向に少なくとも二組に分割
   され、電気的に互いに絶縁されてなり、前記固定電極お
   よび前記可動電極は、単結晶シリコンを用いて形成さ
   れ、 前記少なくとも二組の固定電極のうち、前記可動電極の
   移動方向に位置する前記一対の固定電極と前記可動電極
   との間に電位差を与えて前記可動電極を移動させ、電位
   差を与える前記可動電極と前記一対の固定電極との組合
   せを切替えて前記可動電極を前記長手方向の両方向に移
   動可能に形成したことを特徴とする静電アクチュエー
   タ。
2. 【請求項２】 前記少なくとも二組の固定電極は、前記
   可動電極の移動方向に対し直交する方向に間隔を空けて
   複数配列され、前記可動電極は、前記各一対の固定電極
   に挟まれて複数配列され、前記固定電極の各組の間隔の
   位置で連結されてなることを特徴とする請求項１に記載
   の静電アクチュエータ。
3. 【請求項３】 前記可動電極は、その移動方向に直交す
   る方向に配置され両端が前記基板に固定された梁に結合
   されて支持されていることを特徴とする請求項１又は請
   求項２に記載の静電アクチュエータ。
4. 【請求項４】 前記固定電極が固定されるとともに可動
   電極が結合された基板はガラス基板であり、それら固定
   及び結合は陽極接合によるものであり、かつ、前記可動
   電極の固定端が前記ガラス基板と結合された側の面の反
   対面には、前記ガラス基板と別のガラス基板が陽極接合
   によって固定されていることを特徴とする請求項１乃至
   請求項３のいずれかに記載の静電アクチュエータ。
5. 【請求項５】 前記固定電極が固定された基板面に、前
   記固定電極および可動電極の周囲を囲む側壁を設けたこ
   とを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
   の静電アクチュエータ。
6. 【請求項６】 軸に装着されて該軸により回転駆動され
   るロードアームと、該ロードアームの先端に装着された
   アクチュエータと、該アクチュエータに装着されたスラ
   イダと、該スライダに装着されてディスクとの間で情報
   の読みだし、書き込みを行うヘッドと、を含んでなり、
   前記アクチュエータは前記ヘッドをロードアームの回転
   の接線方向に移動させるものである磁気ディスク装置に
   おいて、前記アクチュエータが、請求項１乃至請求項５
   のいずれかに記載の静電アクチュエータであることを特
   徴とする磁気ディスク装置。
7. 【請求項７】 請求項 1 に記載の静電アクチュエータを
   製造する方法において、 単結晶シリコンからなるシリコンウェハの両面に熱酸化
   膜を形成する工程と、 該熱酸化膜が形成された前記シリコンウェハの両面をエ
   ッチング処理して、前記可動電極を形成する領域と前記
   固定電極を形成する領域にそれぞれ突起部を形成する工
   程と、 前記シリコンウェハの前記固定電極を形成する領域に形
   成された前記突起部に第 1 の基板を陽極接合する工程
   と、 前記シリコンウェハをホトリソプロセスにより加工し
   て、前記固定電極と前記可動電極を分離形成するととも
   に、前記可動電極を支持する前記固定端を残して前記可
   動電極を前記第 1 の基板から分離する工程と、 前記可動電極に形成された前記突起部に第２の基板を陽
   極接合する工程を含んでなり、 前記第 1 の基板は、前記可動電極と前記固定電極に接続
   される電気配線が予め形成されてなる 静電アクチュエー
   タ製造方法。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の静電アクチュエータ製
   造方法において、 前記シリコンウエハ、前記第 1 および第 2 の基板は、それ
   ぞれ複数の前記静電アクチュエータを形成可能な大きさ
   を有し、 前記シリコンウエハの前記突起部に前記第 1 の基板を陽
   極接合する前に、第１の基板の前記静電アクチュエータ
   の境界となる線に沿って、前記陽極接合される面の反対
   面に切断溝を形成する工程と、 前記シリコンウエハの前記突起部に前記第２の基板を陽
   極接合する前に、第２の基板の前記静電アクチュエータ
   の境界となる線を跨いでシリコン構造体を接合する工程
   と、該境界となる線に沿って第２の基板を切断する工程
   とを含んでなることを特徴とする 静電アクチュエータ製
   造方法。