JP4889320B2

JP4889320B2 - マイクロミラー、マイクロミラー・デバイス、およびマイクロミラーの製造方法。

Info

Publication number: JP4889320B2
Application number: JP2006052932A
Authority: JP
Inventors: 豊江崎; 康次苗村; 元久田口; 晋一出尾
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2026-02-28
Also published as: JP2007232923A

Description

本発明は、光の位相制御、光路長制御などで有用なマイクロミラー、上記マイクロミラーを用いたマイクロミラー・デバイス、および上記マイクロミラーの製造方法に関するものである。

従来から、シリコン板の中央部に正多角形の微小ミラーを配置し、そのミラーの各辺に沿って片持ちばりを配置し、その片持ちばりの一端を固定すると共に他端をミラーの辺の一端に取り付ける一方、片持ちばりの表面または内部に圧電部材を片持ちばりの長手方向に形成させ、全ての圧電部材へ同一の電圧を印加することによって片持ちばりの先端部が曲がるのを利用してミラーを並進移動させるようにしたマイクロミラーは、後記の特許文献１から公知である。
また、アドレス電極１０２の上に可撓ヒンジ１０４により懸垂されたミラー１００を有し、４個の可撓ヒンジ１０４が４個の支持ポスト１０６に取り付けられたデジタル・マイクロミラー装置は、後記の特許文献２から公知である。

上記した従来のマイクロミラーは、当該マイクロミラーを並進移動させるために、当該マイクロミラーの周囲に配置された複数の駆動アクチュエータを必要とし、またマイクロミラーを傾きを生じることなく並進移動させるには、各駆動アクチュエータの駆動量を同じにしなければならない問題があった。
特開２０００−３３９７２５号公報（要約の解決手段、図３）特開平７−２５３５５１号公報（段落番号００２７、図１０）

本発明は、従来技術における如上の問題に鑑みて、一つの駆動アクチュエータでマイクロミラーをその鏡面における法線方向に並進移動させることが可能であって、並進移動の際にミラー面に法線方向からの傾きずれが生じ難いマイクロミラー、当該マイクロミラーを用いたマイクロミラー・デバイス、および上記マイクロミラーの製造方法を提供することを課題とするものである。

本発明のマイクロミラーは、一端面が鏡面となっているマイクロミラー本体、上記マイクロミラー本体を囲む筒状枠体、上記マイクロミラー本体と上記筒状枠体との上記鏡面に対する法線方向の各両端部同士を上記マイクロミラー本体が上記法線方向に移動可能なように接続するバネ体、を備えたことを特徴とするものである。

本発明のマイクロミラー・デバイスは、上記マイクロミラーおよび上記マイクロミラーのマイクロミラー本体を法線方向に移動させるミラー駆動体、を備えたことを特徴とするものである。

本発明のマイクロミラーの製造方法は、上記請求項１記載のマイクロミラーの製造方法において、第一層、第二層、および上記第一層と上記第二層との間に存在する第三層を有する積層体を用いて、上記第二層の上記マイクロミラー本体と上記筒状枠体となる部分以外の部分を除去して第一加工積層体を得る第一工程、上記第一加工積層体の上記第二層と未加工の上記積層体の上記第一層とを接合して第二加工積層体を得る第二工程、上記第二加工積層体に含まれた上記バネ体となる部分、上記マイクロミラー本体となる部分、および上記筒状枠体となる部分以外の部分を除去する第三工程、を含むことを特徴とするものである。

本発明によれば、上記のように構成されたマイクロミラーでは、上記鏡面に対する法線方向に関しては、上記バネ体が変形することにより、上記マイクロミラー本体の法線方向への並進移動が可能であり、一方、上記バネ体がマイクロミラー本体の上記両端に設けられたことにより、法線方向が傾く方向への移動に対しては、バネ体の高い剛性に基づいてマイクロミラー本体の傾きが生じ難くなっている。このために本発明では、一つのミラー駆動体により、マイクロミラー本体を法線方向に並進駆動させることが可能となる効果がある。

さらに、マイクロミラー本体の裏面またはミラー駆動部に上記突起が設けられると、ミラー駆動部がマイクロミラー本体を駆動させる際に、上記突起の存在により駆動力がマイクロミラー本体の中央部に作用するため、当該駆動力の作用線のミラー中心からのずれに起因するモーメント量が小さくなるので、マイクロミラー本体の傾きを生じ難くする効果がある。

さらに、上記マイクロミラー本体の上記鏡面とは反対の端面と上記ミラー駆動体との間に与圧がかかる状態で上記ミラー駆動体および上記筒状枠体を固定する固定装置を備えるとマイクロミラー本体とミラー駆動部とを接着することなく、ミラー駆動部の動きに合わせてマイクロミラー本体を押す方向と引く方向の両方向にミラー駆動ができる効果がある。また、接着が不要になるため、接着不良や接着ばらつきに依る接着剤硬化時のミラーへのモーメント入力発生を防止できるので、ミラーの傾きを生じ難くする効果がある

さらに本発明のマイクロミラーの製造方法において、上記積層体としてその表面が平面に研磨されたものを使用すると、研磨された上記積層体からマイクロミラー本体、筒状枠体、およびバネ体が形成されるため、それらは共に、マイクロミラー本体の一端面たる鏡面と同一平面内に収まる研磨された表面を有することとなる。この結果、上記ミラー駆動部によるマイクロミラー本体の法線方向への並進移動が容易となる。

実施の形態１．
図１〜図３は、本発明のマイクロミラーについての実施の形態１を説明するものであって、図１は実施の形態１の正面図であり、図２は、図１の一部拡大斜視図であり、図３は、図２のＸ−Ｘ面に沿った断面図である。図１では、複数のマイクロミラー本体２のアレイを含むマイクロミラー１００が示されている。図１〜図３において、実施の形態１のマイクロミラー１００は、直方体のマイクロミラー本体２、マイクロミラー本体２を囲む筒状枠体３、および前記バネ体の一例としての板バネ体４から構成されていて、マイクロミラー本体２と筒状枠体３とは、板バネ体４にて接続されている。矢印Ａは、マイクロミラー本体２の法線方向を示す。

マイクロミラー本体２は、その法線Ａ方向の断面が正方形の柱状体であって、法線Ａ方向の両端面の一方が鏡面２１（図２では梨地で示す）であり、他方が裏面２２となっている。筒状枠体３は、法線Ａ方向の両端が開口した筒状体であって、その筒内にマイクロミラー本体２が位置している。板バネ体４は、マイクロミラー本体２の鏡面２１に近傍の４側面に設けられた板バネ体部分４１〜４４と、マイクロミラー本体２の裏面２に近傍の４側面に設けられた板バネ体部分４５〜４８とからなる。

なお図の煩雑さを避けるために、図１および図２では板バネ体部分４１〜４４のみを示し、板バネ体部分４５〜４８については、後記実施の形態２を説明する図４を参照されたい。板バネ体部分４１〜４８のそれぞれは、互いに同形、同サイズであって、設置位置が異なるだけである。よって板バネ体部分４１〜４８のうちの板バネ体部分４１に就き詳細に説明すると、それは、マイクロミラー本体２の鏡面２１の近傍の側面から図２において向かって右方向に延びる部分４１１と部分４１１の右端から下方向に延びて筒状枠体３の側壁３１と接続された部分４１２とから構成されたＬ字状体である。板バネ体部分４１〜４４は、図１および図２に示すように卍状に配置されている。板バネ体部分４５〜４８も図４に示すように卍状に配置されている。
さらに板バネ体部分４１〜４８のそれぞれは、マイクロミラー本体２が上記法線Ａ方向に移動可能なようにマイクロミラー本体２と筒状枠体３とを接続する必要があるので、図３に示すように断面が例えば直方形の平板体であって、広い両面が上記法線Ａ方向と直交するように形成されている。

本発明では、マイクロミラー１００の全体、およびそれを構成する部分のサイズについては、特に制限はないが、一例を挙げると、マイクロミラー本体２および筒状枠体３の法線Ａ方向の長さは４００μｍ程度、筒状枠体３の側壁の厚みは６０μｍ程度、マイクロミラー本体２の法線Ａと直交する方向の断面の一辺の長さは６００μｍ程度、板バネ体部分４１〜４８の各板幅は６０μｍ程度、板バネ体部分４１〜４８の各板厚は１０μｍ程度、マイクロミラー本体２と筒状枠体３の側壁３１との間の間隔は１４０μｍ程度である。

本発明において、マイクロミラー本体２、筒状枠体３、および板バネ体４の形成材料に就いても、とくに制限はなく、従来から斯界で公知あるいは周知であるものが採用可能であって、例えばシリコンやシリカなどが例示される。なおその場合、鏡面２１は、マイクロミラー本体２の一端面に先ず銀やクロムなどの下地層を施し、その上に金メッキを施して形成される。

実施の形態２．
図４は、本発明のマイクロミラーについての実施の形態２を説明するものであって、前記図２に対応するマイクロミラー本体２の裏面２２の拡大斜視図である。実施の形態２は、前記実施の形態１とは、裏面２２の中央に突起２２１が形成されている点において異なり、その他の構成は同じである。
後記するように本発明のマイクロミラー・デバイスでは、マイクロミラー本体２を法線Ａ方向に移動させるミラー駆動体５を裏面２２側に設置して裏面２２を押してマイクロミラー本体２を法線Ａ方向に移動させるが、その際、裏面２２の中央に突起２２１が形成されているとミラー駆動体５による押圧力が法線Ａ方向のみに作用し易くなり、法線Ａと直交する方向、即ち図４上で上に向かう方向や図４上で右や左に向かう方向、などの回りの回転モーメントが作用し難くなる効果がある。よって、突起２２１の形状や大きさは、かかる法線Ａ方向への押圧力が生じ易くなる限り、任意であってよい。例えばマイクロミラー本体２のサイズが実施の形態１で説明した程度である場合、突起２２１の底面の面積は、例えば１２００平方μｍ程度であり、例えば高さは２０μｍ程度であって、その形状は直方状、半球状、山形状などである。

実施の形態３．
図５は、本発明のマイクロミラー・デバイスについての実施の形態３を説明する概略平面図である。当該マイクロミラー・デバイス１０１は、マイクロミラー１００と複数のミラー駆動体５とから構成されており、ミラー駆動体５は、マイクロミラー１００に含まれている複数のマイクロミラー本体２のそれぞれの裏面２２を法線Ａ方向に押し圧可能なように設置されている。各ミラー駆動体５は、裏面２２に直接当接する押圧部５１と押圧部５１を駆動する駆動部５２とから構成されている。

実施の形態４．
図６は、本発明のマイクロミラー・デバイスについての実施の形態４を説明する概略平面図であって、各ミラー駆動体５は、その押圧部５１の先端にマイクロミラー本体２の裏面２２の中央に直接当接する突起５１１を備えている点において前記実施の形態３と異なり、その他の構成は同じである。突起５１１は、前記実施の形態２において説明した、マイクロミラー本体２の裏面２２に設けられた突起２２１と同じ作用並びに効果を有する。しかして実施の形態４の変形として、ミラー駆動体５としては前記実施の形態３で使用されたものを用い、マイクロミラー本体２としては前記実施の形態２で使用された、裏面２２に突起２２１を有するものを用いてもよい。

実施の形態５．
図７は、本発明のマイクロミラー・デバイスについての実施の形態５を説明する概略平面図であって、マイクロミラー１００の両端に位置する筒状枠体３の外壁と各ミラー駆動体５とは、固定部材６により固定されており、その際に各ミラー駆動体５は、各マイクロミラー本体２の裏面２２を当該両者間に存在する突起２２１（図４参照）または突起５１１（図６参照）を介して常態においても、図７に示すように、各板バネ体４が軽度に変形する程度に押し圧した状態、即ち法線Ａ方向に与圧が生じる状態とされる。かくすることにより、各ミラー駆動体５と対応するマイクロミラー本体２とは、接着剤などを使用しなくても互いに突起２２１または突起５１１を介して接触した常態となり、マイクロミラー・デバイスの作動時では図７の押し圧した状態を押し圧度が零のスタート状態として稼動される。なお接着剤を用いて上記両者を接着する場合には、接着作業が必要となる、両者の接着不良や接着ばらつき、さらには接着剤の硬化時におけるマイクロミラー本体２への異常なモーメントの発生などの諸問題があって、マイクロミラー本体２に傾きを生じることがあるが、上記した与圧を与える方法は、かかる不都合を全て解消する効果がある。

実施の形態６．
図８（ａ）〜（ｆ）は、本発明のマイクロミラー１００を製造するためのプロセス例を示す概略断面図である。当該プロセス例は、図８（ａ）に示すように、前記積層体の一例としての、シリコンからなる第一層７１、シリコンからなる第二層７２、および第一層７１と第二層７２との間に存在するシリカからなる第三層７３を有すると共に、マイクロミラー本体２の柱状長、即ち鏡面２１と裏面２２との間の距離に少なくとも等しい厚みを有する原料ウエハ７が用いられている。

その第一工程では、図８（ｂ）に示すように、第二層７２のマイクロミラー本体２の一部となる部分７２２と筒状枠体３の一部となるとなる部分７２１以外の部分Rを除去して第一加工ウエハが得られる。部分Rの除去は、原料ウエハ７の図８（ａ）上での下面の部分Rに該当する個所以外の個所にレジスト（例えば、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社の商品名；ＡＺ４２１０）が塗布され、部分Rに該当する個所のシリコンは、誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング（以下、ICP−RIE）によりエッチング除去される。

その第二工程では、前記した未加工の積層体が用いられ、当該未加工の積層体は、第一工程で用いられた積層体と同じく第一層〜第三層からなるが、当該各層の構成材料並びに各層厚は、第一工程で用いられた積層体と同じであってもよく異なっていてもよいが、
実施の形態６では、その一例として原料ウエハ７と同様に、シリコンからなる第一層８１、シリコンからなる第二層８２、および第一層８１と第二層８２の間のシリカからなる第三層８３を有する原料ウエハ８が用いられる。第一加工ウエハの部分７２１と部分７２２と原料ウエハ８の第一層８１とがダウーケミカル社製のベンゾシクロブテンにて接合されて、図８（ｃ）に示す第二加工ウエハが得られる。

その第三工程では、先ず第二加工ウエハに含まれている第一層７１の板バネ体４となる部分４が残され、他部が除去され、次いで第一層７１上に写真製版の方法で突起２２１が形成されて図８（ｄ）に示す第三加工ウエハが得られる。ついで第三加工ウエハに含まれている第二層８２がＳＦ_６を用いたプラズマエッチングにて除去され、第三層８３がフッ化水素溶液を用いたウエットエッチングにて除去され、第一層８１のみが残されて、図８（ｅ）に示す第四加工ウエハが得られる。次いで第四加工ウエハに残された板バネ体４となる部分４以外の部分が除去され、かくして図８（ｆ）に示すマイクロミラー１００が製造される。なお上記の除去においてシリコン部分はICP−RIEにより、一方シリカ部分はフッ化水素溶液により除去される。

以上、本発明を実施の形態1〜実施の形態６にて詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に制限されるものではなく、本発明の前記課題並びに解決手段の精神に沿った種々の変形形態をも包含する。例えば、マイクロミラー本体２としては、法線Ａ方向に直交する断面が正方形のもの以外にも、正方形以外の方形、円形、楕円形などであってもよい。マイクロミラー本体２の鏡面２１と裏面２２の間の長さは、ミラー駆動体５による押圧に耐え得る機械的強度を有する限り特に制限はないが、上記長さは、鏡面２１の外周全長の０．２倍〜１０倍が適当である。バネ体は、前記した機能を奏し得る限り、その形状および数は任意であってよいが、数が過小であるとミラー駆動体５で押圧された際にマイクロミラー本体２が法線Ａ方向から逸脱する可能性が高くなるので、鏡面２１および裏面２２の各近傍に少なくとも三箇所に互いに間隔を空けて設置することが好ましくい。

本発明は、光の位相制御、光路長制御などでの利用が期待される。

実施の形態１の正面図である。図１の一部拡大斜視図である。図２のＸ−Ｘ面に沿った断面図である。実施の形態２を説明する部分拡大斜視図である。実施の形態３の概略平面図である。実施の形態４の概略平面図である。実施の形態５の概略平面図である。本発明のマイクロミラーを製造するプロセス例を示す概略断面図である。

符号の説明

１００マイクロミラー１００、１０１マイクロミラー・デバイス、
２マイクロミラー本体、２１鏡面、２２裏面、２２１突起、３筒状枠体
３１側壁、４板バネ体、４１〜４８板バネ体部分、４１１部分、
４１２部分、５ミラー駆動体、５１押圧部、５２駆動部、６固定部材、
７１原料ウエハ、７０１第一層、７０２第二層、７０３第二層、
７２第一加工ウエハ、７３原料ウエハ、７３１第一層、７３２第二層、
７３３第二層、７４第二加工ウエハ、７５第三加工ウエハ、
７６第四加工ウエハ、７原料ウエハ、７１第一層、７２第二層、
７２１部分、７２２部分、R 部分、８原料ウエハ、８１第一層、
８２第二層、８３第三層、Ａ法線。

Claims

一端面が鏡面となっているマイクロミラー本体、上記マイクロミラー本体を囲む筒状枠体、上記マイクロミラー本体と上記筒状枠体との上記鏡面に対する法線方向の各両端部同士を上記マイクロミラー本体が上記法線方向に移動可能なように接続するバネ体、を備えたことを特徴とするマイクロミラー。
上記マイクロミラー本体と上記筒状枠体の上記各端部同士は、間隔を置いた少なくとも三個所で上記バネ体によって接続されたことを特徴とする請求項1記載のマイクロミラー。
上記マイクロミラー本体の上記鏡面とは反対の端面の中央に、上記マイクロミラー本体の上記法線方向への移動力を受ける突起が設けられたことを特徴とする請求項1または請求項２記載のマイクロミラー。
請求項１〜請求項３のいずれか一項記載のマイクロミラー、上記マイクロミラー本体を上記法線方向に移動させるミラー駆動体、を備えたことを特徴とするマイクロミラー・デバイス。
上記マイクロミラー本体の上記鏡面とは反対の端面と上記ミラー駆動体との間に与圧がかかる状態で上記ミラー駆動体および上記筒状枠体を固定する固定装置、を備えたことを特徴とする請求項４記載のマイクロミラー・デバイス。
上記ミラー駆動体は、上記マイクロミラー本体の上記鏡面とは反対の端面の中央に当接する突起を備えたことを特徴とする請求項４または請求項５記載のマイクロミラー・デバイス。
上記請求項１記載のマイクロミラーの製造方法において、第一層、第二層、および上記第一層と上記第二層との間に存在する第三層を有する積層体を用いて、上記第二層の上記マイクロミラー本体と上記筒状枠体となる部分以外の部分を除去して第一加工積層体を得る第一工程、上記第一加工積層体の上記第二層と未加工の上記積層体の上記第一層とを接合して第二加工積層体を得る第二工程、上記第二加工積層体に含まれた上記バネ体となる部分、上記マイクロミラー本体となる部分、および上記筒状枠体となる部分以外の部分を除去する第三工程、を含むことを特徴とするマイクロミラーの製造方法。
上記第一層および上記第二層はシリコン層であり、上記第三層はシリカ層であって、上記第一工程および第三工程における除去は、エッチングにより行われることを特徴とする請求項７記載のマイクロミラーの製造方法。
上記積層体は、上記積層体の表面が平面に研磨されたものであることを特徴とする請求項７または請求項８記載のマイクロミラーの製造方法。