JP5221037B2 - ミラー装置 - Google Patents

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本発明は、傾斜角が可変なミラーを備えた静電駆動型のミラー装置、このミラー装置を２次元的に複数配設したミラーアレイ、このミラーアレイを備えた光スイッチに関するものである。
大規模光スイッチを実現するハードウェア技術として、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）光スイッチが注目されている。ＭＥＭＳ光スイッチの構成部品として最も特徴的なものがＭＥＭＳミラーアレイであり、このＭＥＭＳミラーアレイは複数のＭＥＭＳミラー装置（以下、ミラー装置という）を２次元的に配置したものである。従来のミラー装置（例えば、特許第３５７９０１５号公報を参照）について、以下に説明する。
図１０７、図１０８に示すように、単結晶シリコンからなる下部基板８００１の中央部にはシリコン酸化膜からなる絶縁層８００２を介して４つの駆動電極８００３−１〜８００３−４が設けられている。また、下部基板８００１の上面の両側には単結晶シリコンからなる支柱８００４が設けられている。
一方、上部基板８１０１の内側には円環状のジンバル８１０２が設けられ、さらにジンバル８１０２の内側にミラー８１０３が設けられている。ミラー８１０３の上面には、例えば３層のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層（不図示）が形成されている。上部基板８１０１とジンバル８１０２とは、１８０゜隔てた２か所においてトーションバネ８１０４により連結され、同様にジンバル８１０２とミラー８１０３とは、１８０゜隔てた２か所においてトーションバネ８１０５により連結されている。一対のトーションバネ８１０４を通るｘ軸と、一対のトーションバネ８１０５を通るｙ軸は直交する。結果として、ミラー８１０３は、ｘ軸とｙ軸の２軸を回動軸として回動することができる。上部基板８１０１、ジンバル８１０２、ミラー８１０３、トーションバネ８１０４，８１０５は単結晶シリコンで一体形成されている。
図１０７、図１０８に示したような下部基板８００１の構造と上部基板８１０１の構造とが別々に作製され、はんだにより支柱８００４に上部基板８１０１が取り付けられ、下部基板８００１に上部基板８１０１がボンディングされている。このミラー装置においては、ミラー８１０３を接地し、駆動電極８００３−１〜８００３−４に正の電圧を与えて、しかも駆動電極８００３−１〜８００３−４間で非対称な電位差を生じさせることにより、ミラー８１０３を静電力で吸引し、ミラー８１０３を任意の方向へ回動させることができる。
駆動電極８００３−１〜８００３−４により生じる静電力でミラー８１０３を駆動するミラー装置においては、寸法の３乗、すなわち体積に比例する重力や慣性力に比べ、静電力が寸法の２乗、すなわち面積に比例した力であることにその設計の基本がある。日常的なｃｍ以上の寸法では静電力が顕著にその存在を認められるのは数千ボルト以上の高電圧をもつ摩擦電気に限られる。しかし、寸法が小さくなるに従い慣性力は寸法の３乗に比例して急激に小さくなるのに対して、静電力は寸法の２乗に比例して小さくなるため、寸法の小さな世界では静電力は数ボルトから数十ボルトの低い電圧でも物体を持ち上げたり動かしたりできる。図１０７、図１０８に示したミラー装置は、ミラー８１０３の直径が例えば５００μｍ程度で、ミラー８１０３と駆動電極８００３−１〜８００３−４との距離が例えば９０μｍ程度の大きさで形成される。
摩擦電気が生じると、その高い電圧のために火花が飛ぶ放電が起こるが、同じ電界強度であってもミラー装置のように寸法が小さいと、火花が飛ぶような雪崩的な放電は起きない。この理由は、強い電界強度であっても、ミラー８１０３と駆動電極８００３−１〜８００３−４との間の距離が短いので、電界で加速された粒子（何らかの理由で電離した粒子、例えば宇宙線や自然放射線で電離した空気中のイオンなど）が他の中性粒子に衝突してそれを電離させるほどのエネルギーを獲得できないためである。静電力は電極間（ミラー装置の場合はミラー８１０３と駆動電極８００３−１〜８００３−４との間）の電界強度に比例するので、電極間距離が大きい場合は電極間に大きな電圧差を与える必要があるが、電極間に大きな電圧差を与えることは前述のように放電を引き起こす危険性がある。これに対し、同じ電界強度を与える場合でも、ミラー装置のように寸法が小さい場合は電極間に与える電圧差を電極間距離に比例して低くできる。放電は上記の理由で抑制されるので安定した駆動力を得ることができる。以上の理由がミラー装置における駆動力として静電力が有効である主たる理由である。また、静電力を用いると、駆動力を駆動電極８００３−１〜８００３−４への印加電圧で制御できるので、電子回路による制御が容易となり、さらに定常的な電流が流れないので、消費電力が著しく低くなるといった優れた特徴がある。
ミラー装置においてミラー８１０３の駆動に必要な力の絶対値は、その寸法が小さい分小さくなる。慣性力を駆動力の基準として見るなら、ミラー８１０３の駆動に必要な力の絶対値は寸法の３乗に比例して急激に小さくなる。一方、静電力も寸法の２乗に比例して小さくなるが、ミラー８１０３の駆動に必要な力の絶対値に比べて相対的に大きな力となる。このようにミラー装置は微小な力で動作する装置であるため、日常の寸法では全く影響を無視できるようなほんの僅かな予期せぬ静電力の影響を受けやすいという問題点があった。
その典型が静電駆動型ＭＥＭＳミラー装置で問題となるドリフト現象である。ドリフトとは、駆動電極８００３−１〜８００３−４に印加した電圧で決まる本来の角度からミラー８１０３の傾斜角θが変位することである。このドリフトの問題は従来よりその存在が知られ、ドリフトの原因が電荷の移動と関係があることは理解されてきた。すなわち、電極間やその他の浮遊容量への充電に要する時間に関係したドリフトや電極周辺の帯電による影響などである。しかし、ドリフト現象の詳しい機構は解明されておらず、したがってドリフトを抑制するための対策も経験的に行われ、その対策の効果が得られたり得られなかったりと実用的な方法が確立されているとは言いがたい状況であった。
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、ミラーのドリフトを抑制することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、所望する反り量のミラーを製造することができるミラー装置の製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、良品歩留まりの高い状態でミラー基板が形成できるようにすることを目的とする。
また、本発明の他の目的は、低電圧での駆動及び低コストを実現し、かつ、ミラーの回動角を大きくすることを目的とする。
このような目的を達成するために、本発明に係るミラー装置は、ミラー基板に対して回動可能に支持されるミラーと、ミラー基板と対向する電極基板の上に絶縁層を介して形成された駆動電極と、ミラーと電極基板との間の空間内に配設された帯電防止構造とを備え、ミラー基板とミラーおよび電極基板は導電性を有し、ミラー基板と電極基板とを導体の支柱を介して電気的に接続し、駆動電極は、ミラーの傾斜角を制御し、駆動電極に第１の電位を印加する電源をさらに備え、帯電防止構造は、ミラーの駆動電極と対向する面に形成された第１の金属層と、電極基板上の駆動電極の周囲に形成された第２の金属層とからなり、電源は、ミラーと電極基板および第１の金属層と第２の金属層に第２の電位を印加することを特徴とする
本発明の効果は、ミラーのドリフトを抑制することである。その理由は、ミラーと下部基板との間の空間内に帯電防止構造を配設することにより、ミラーの駆動に関わりを持つ部位への充放電の時定数を小さくするか、あるいは充放電の時定数が大きい部位を駆動電極の近傍から排除することができることにある。
また、本発明によれば、ミラーの片面のみならず他の面にも金属層を設けることにより、ミラーの反りを制御することが可能となる。
また、本発明によれば、基部，連結部，及びミラー構造体が埋め込み絶縁層の上に形成されている段階で、これらの間に充填して形成された保護層を備えるようにしたので、ミラー形成領域における埋め込み絶縁層が除去されてシリコン層の両面が露出し、ミラー構造体が可動する状態となった段階でも、ミラー構造体の可動が抑制されるようになる。この結果、本発明によれば、ミラー構造体や連結部が破損から保護されるなど、良品歩留まりの高い状態でミラー基板が形成できるようになるという優れた効果が得られる。
また、本発明によれば、基部から掘り込まれたトレンチ内に突出部を形成することにより、突出部の高低差を大きくすることができるので、ミラーの回動角を大きくすることが可能となる。このとき、配線は基部上に、電極は基板から掘り込まれたトレンチ及びこのトレンチから突出した突出部上にそれぞれ形成される。したがって、配線及び電極を形成する際に、露光装置の焦点を基部上に合わせることにより、配線を必要とされる精度で形成することが可能となる。
図１は、本発明の第１の実施例となるミラー装置の分解斜視図である。 図２は、本発明の第１の実施例となるミラー装置の断面図である。 図３は、ミラー装置におけるミラーの駆動に関わる電気回路の等価回路図である。 図４は、本発明の第２の実施例となるミラー装置の断面図である。 図５は、本発明の第３の実施例となるミラー装置の断面図である。 図６は、本発明の第４の実施例となるミラー装置の断面図である。 図７は、本発明の第５の実施例となるミラー装置の要部断面図である。 図８は、本発明の第６の実施例となるミラー装置の構成を示す分解斜視図である。 図９は、図８のミラー装置の要部断面図である。 図１０は、本発明の第７の実施例となるミラー装置の断面図である。 図１１は、従来のミラー基板及び電極基板の構成を示す概略斜視図である。 図１２は、従来のミラー装置の構成を示す概略斜視図である。 図１３は、図１２のミラー装置の断面図である。 図１４は、第８の実施例となるミラーアレイの電極基板の構成を示す斜視図である。 図１５は、第８の実施例のミラー基板及び電極基板の構成を示す概略斜視図である。 図１６Ａは、図１６ＢのI-I線断面図である。 図１６Ｂは、本発明の第８の実施例となるミラー装置の平面図である。 図１７Ａ〜図１７Ｄは、第８の実施例の電極基板の製造方法を示す図である。 図１８Ａ〜図１８Ｃは、第８の実施例の電極基板の製造方法を示す図である。 図１９Ａ〜図１９Ｃは、第８の実施例の電極基板の製造方法を示す図である。 図２０Ａ〜図２０Ｆは、第８の実施例の電極基板の製造方法を示す図である。 図２１は、第８の実施例の電極基板の変形例を示す断面図である。 図２２は、第８の実施例の電極基板の変形例を示す断面図である。 図２３は、従来の光スイッチを示す模式図である。 図２４は、従来のミラーアレイの構成を模式的に示す断面図である。 図２５Ａは、第９の実施例のミラーアレイの構成を示す断面模式図である。 図２５Ｂは、第９の実施例のミラーアレイの構成を示す平面模式図である。 図２６は、従来のミラー装置の構成を示す断面模式図である。 図２７は、第９の実施例のミラー装置の構成を示す断面模式図である。 図２８は、第９の実施例のミラーアレイの構成を示す平面模式図である。 図２９は、第９の実施例の光スイッチの構成を示す模式図である。 図３０は、第９の実施例のミラーアレイの断面の模式図である。 図３１は、第１０の実施例のミラー装置の平面模式図である。 図３２は、トーションバネの構成を示す模式図である。 図３３Ａは、トーションバネの構造を示す模式図である。 図３３Ｂは、図３３Ａのトーションバネのバネ定数を示す図である。 図３４Ａは、トーションバネの構造を示す模式図である。 図３４Ｂは、図３４Ａのトーションバネのバネ定数を示す図である。 図３５は、従来のミラー装置の構成を示す断面模式図である。 図３６は、第１０の実施例のミラー装置の構成を示す断面模式図である。 図３７は、第１０の実施例のミラーアレイの構成を示す平面模式図である。 図３８は、ミラー基板の変形例を示す平面模式図である。 図３９Ａは、第１１の実施例のミラー装置の断面模式図である。 図３９Ｂは、第１１の実施例のミラー装置の平面模式図である。 図４０は、従来のミラー装置の構成を示す断面模式図である。 図４１は、第１１の実施例のミラー装置の構成を示す断面模式図である。 図４２は、第１１の実施例のミラーアレイの構成を示す平面模式図である 図４３は、第１２の実施例のミラー装置の構成を示す斜視図である。 図４４は、第１２の実施例のミラー装置の構成を示す断面模式図である 図４５は、第１３の実施例のミラー装置の平面模式図である。 図４６は、従来のミラー装置の構成を示す断面模式図である。 図４７は、第１３の実施例のミラー装置の断面模式図である。 図４８は、第１３の実施例の他のミラー装置の平面模式図である。 図４９は、第１３の実施例の他のミラー装置の平面模式図である。 図５０は、第１３の実施例の他のミラー装置の平面模式図である。 図５１は、第１３の実施例のミラーアレイの平面模式図である。 図５２は、第１４の実施例のミラー装置の構成を示す分解斜視図である。 図５３は、図５２のミラー装置の断面図である。 図５４は、配線からの静電力がミラー１１０３に与える影響を実測した結果を示す図である。 図５５は、図５４のデータを測定したときのミラー１１０３と駆動電極１００３−１〜１００３−４と配線の配置条件を説明するための図である。 図５６は、第１５の実施例のミラーアレイにおけるミラー装置と配線の配置を示す平面図である。 図５７は、第１６の実施例のミラー装置の構成を示す分解斜視図である。 図５８は、図５７のミラー装置の断面図である。 図５９は、第１６の実施例においてミラーの傾斜角の変動を抑制する原理を説明するための図である。 図６０は、第１７の実施例のミラー装置の構成を示す要部断面図である。 図６１は、第１８の実施例のミラー装置の構成を示す要部断面図である。 図６２は、従来のミラー装置の構成を示す分解斜視図である。 図６３は、図６２のミラー装置の断面図である。 図６４は、図６２のミラー装置における駆動電圧−傾斜角特性曲線の１例を示す図である。 図６５は、図６２のミラー装置においてミラーが沈み込んで回動する場合の駆動電圧−傾斜角特性曲線の１例を示す図である。 図６６は、第１９の実施例のミラー装置の構成を示す分解斜視図である。 図６７は、図６６の断面図である。 図６８は、第１９の実施例におけるバイアス電圧の印加方法を説明するための図である。 図６９は、第１９の実施例においてミラーを回動させる場合の電圧の印加方法を説明するための図である。 図７０は、第１９の実施例のミラー装置における駆動電圧−傾斜角特性曲線の１例を示す。 図７１は、第１９の実施例において駆動電極にバイアス電圧を印加する効果を説明するための図である。 図７２は、２軸回動の場合の駆動方法を説明するための図である。 図７３は、バイアス電圧の設定方法を説明するための図である。 図７４は、バイアス電圧を変化させたときの駆動電圧と傾斜角の関係を示す図である。 図７５は、第２０の実施例におけるミラー装置の構成例を示す模式的な斜視図である。 図７６Ａ〜図７６Ｌは、第２０の実施例におけるミラー基板の製造方法例を示す工程図である。 図７７は、第２０の実施例におけるミラー基板の構成例を模式的に示す平面図である。 図７８は、第２０の実施例におけるミラー基板の構成例を部分的に示す模式的な斜視図である。 図７９は、第２０の実施例におけるミラー基板の構成例を部分的に示す模式的な斜視図である。 図８０は、第２０の実施例におけるミラー基板の構成例を模式的に示す平面図である。 図８１は、第２０の実施例におけるミラー基板の構成例を模式的に示す平面図である。 図８２は、第２１の実施例におけるミラー装置の構成を断面で示す構成図である。 図８３は、第２１の実施例におけるミラー装置の構成を示す斜視図である。 図８４Ａ〜図８４Ｅは、第２１の実施例におけるミラー装置を構成するミラー基板の製造方法例を説明する工程図である。 図８５Ａ〜図８５Ｅは、第２１の実施例におけるミラー装置を構成するミラー基板の製造方法例を説明する工程図である。 図８６は、従来のミラー装置の構成例を示す断面図である。 図８７は、従来のミラー装置の構成例を示す断面図である。 図８８は、第２２の実施例のミラー基板の構成を説明する平面図である。 図８９は、可動枠連結部とミラー連結部を構成するトーションバネを示す斜視図である。 図９０は、第２２の実施例のミラー基板の構成を説明する平面図である。 図９１は、従来の光スイッチを示す斜視図である。 図９２は、従来の光スイッチの問題点を説明するための図である。 図９３は、第２３の実施例の光スイッチの構成を示す斜視図である。 図９４は、第２３の実施例の光スイッチを構成するミラー装置の分解斜視図である。 図９５は、第２３の実施例における入力側ミラーアレイのミラー装置の駆動電極配置と出力側ミラーアレイのミラー装置の配置領域との関係を示す図である。 図９６は、第２４の実施例における下部基板の段丘状の突出部に駆動電極を形成したミラー装置の断面図である。 図９７は、下部基板の円錐形の突出部に駆動電極を形成したミラー装置の断面図である。 図９８は、段丘状の突出部の斜視図である。 図９９は、段丘状の突出部に形成した４分割駆動電極の斜視図である。 図１００Ａは、第１の参考例のミラーアレイにおけるミラー装置のミラーの構成を示す上面からの模式図である。 図１００Ｂは、第１の参考例のミラーの側面からの模式図である。 図１００Ｃは、第１の参考例のミラーの底面からの模式図である。 図１０１Ａは、表面層２３２のみを設けたミラー２３０における金の蒸着厚さとミラーの反り量との関係を示すグラフである。 図１０１Ｂは、表面層２３２のみを設けたミラー２３０における金の蒸着厚さとミラーの反り量との関係を示すグラフである。 図１０２Ａは、ミラー２３０の反りを説明するためのミラー２３０の断面模式図である。 図１０２Ｂは、ミラー２３０の反りを説明するためのミラー２３０の断面模式図である。 図１０２Ｃは、ミラー２３０の反りを説明するためのミラー２３０の断面模式図である。 図１０３Ａ〜図１０３Ｅは、第１の参考例に係るミラーアレイのミラー基板の製造方法を説明する模式図である。 図１０４Ａ〜図１０４Ｃは、ミラー２３０の反りを説明する模式図である。 図１０５Ａ〜図１０５Ｋは、第４の参考例におけるミラー基板の形成方法例を示す工程図である。 図１０６は、図１０５Ａ〜図１０５Ｋにより形成されたミラー基板２３００の概略的な構成を模式的に示す斜視図である。 図１０７は、従来のミラー装置の構成を示す分解斜視図である。 図１０８は、図１０７のミラー装置の断面図である。
以下、図面を参照し、本発明の実施例について詳細に説明する。
［第１の実施例］
第１の実施例のミラー装置１について以下に説明する。図１、図２に示すように、単結晶シリコンからなる下部基板１０１の中央部にはシリコン酸化膜からなる絶縁層１０２を介して４つの駆動電極１０３−１〜１０３−４が設けられている。また、下部基板１０１の上面の両側には単結晶シリコンからなる支柱１０４が設けられている。
また、本実施例では、支柱１０４の表面の絶縁層１０２を一部除去してコンタクトホール１０６を形成し、このコンタクトホール１０６上にＡｕ等からなる金属層１０５を形成している。
一方、上部基板１５１の内側には円環状のジンバル１５２が設けられ、さらにジンバル１５２の内側にミラー１５３が設けられている。ミラー１５３の上面には、例えば３層のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層（不図示）が形成されている。上部基板１５１とジンバル１５２とは、１８０゜隔てた２か所においてトーションバネ１５４により連結され、同様にジンバル１５２とミラー１５３とは、１８０゜隔てた２か所においてトーションバネ１５５により連結されている。一対のトーションバネ１５４を通るｘ軸と、一対のトーションバネ１５５を通るｙ軸は直交する。結果として、ミラー１５３は、ｘ軸とｙ軸の２軸を回動軸として回動することができる。
また、本実施例では、上部基板１５１、ジンバル１５２、ミラー１５３及びトーションバネ１５４，１５５の下面に前記帯電防止構造としてＡｕ等からなる金属層１５６が形成されている。
ミラー装置においては、ミラー１５３の表面の平坦度とトーションバネ１５４，１５５の信頼性の要求から単結晶シリコン、特に１０μｍ程度の厚さの単結晶シリコン板を容易に得られるＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いることが一般的である。ミラー１５３をＳＯＩ基板上に形成し、このミラー１５３と駆動電極１０３−１〜１０３−４とを対向させ、ＡｕＳｎ合金などの半田、Ａｇペーストなどの導電性接着剤で金属層１０５と金属層１５６と接着することにより、下部基板１０１上に上部基板１５１がボンディングされる。
このようなミラー装置は、ミラー１５３を接地し、駆動電極１０３−１〜１０３−４に正または負の電圧を与えて、しかも駆動電極１０３−１〜１０３−４間で非対称な電位差を生じさせることにより、ミラー１５３を静電力で吸引し、ミラー１５３を任意の方向へ回動させることができる。
次に、ミラーのドリフトの原因について、図１０７、図１０８に示した従来のミラー装置を例に、図３を参照して説明する。
図３において、Ｒ１はミラー８１０３の接地抵抗、Ｒ２は駆動電極８００３−１〜８００３−４の表面に形成された絶縁層（図１０７、図１０８では不図示）の抵抗、Ｒ３は下部基板８００１の接地抵抗、Ｒ４は駆動電極８００３−１〜８００３−４及びこれらの電極に第１の電位Ｖ（本実施例では、Ｖ≧０）を供給する配線（図１０７、図１０８では不図示）から絶縁層８００２を介して下部基板８００１にリーク電流が流れる際の絶縁リーク抵抗、Ｃ１はミラー８１０３と駆動電極８００３−１〜８００３−４との間に形成される容量、Ｃ２は駆動電極８００３−１〜８００３−４の表面に形成された絶縁層の容量、Ｃ３は駆動電極８００３−１〜８００３−４及びこれらの電極に第１の電位を供給する配線と下部基板８００１との間に形成される配線浮遊容量（絶縁層８００２の容量）、ＲＥＧは配線を介して駆動電極８００３−１〜８００３−４に第１の電位を印加すると同時に、ミラー８１０３及び下部基板８００１に第２の電位（第１の電位と同一もしくは異なる電位であり、本実施例では、接地電位）を印加する電源である。
ミラー８１０３のドリフトには大きく分けて２つの種類がある。１つは、ミラー８１０３と駆動電極８００３−１〜８００３−４との間に電圧を印加するための電気配線が不完全なために、配線に印加した電圧に対してミラー８１０３と駆動電極８００３−１〜８００３−４間の電圧が追随しないことにより生じるものである。もう１つは、電位を確定することのできない電気的に浮遊した部位が電圧印加により分極する、何らかの理由で徐々に帯電する、または、帯電した電荷が徐々に放電することにより、ミラー８１０３の駆動力に影響を与えることによって生じるものである。このような分極あるいは帯電が起きる部位としては、その他に第１の電位または第２の電位と高抵抗で接続されている部位がある。
つまり、ドリフトの基本的な発生メカニズムは、ミラー８１０３の駆動に関わりを持つ部位（ミラー８１０３、駆動電極８００３−１〜８００３−４あるいは駆動電極８００３−１〜８００３−４近傍の構造物）への電荷の充電と放電の時定数が大きいと、ドリフトが発生するということである。このようなドリフトを抑制するには、２つの対処法があり、１つは充放電の時定数を小さくすること、もう１つは充放電の時定数が大きい部位を駆動電極８００３−１〜８００３−４の近傍から排除することである。
静電力によりミラー８１０３を回動させ光ビームを偏向させるミラー装置では、ミラー８１０３の僅かな傾斜角の変位が光ビームの投影箇所の変位に拡大されるため、ミラー８１０３のドリフトを極力抑制する必要がある。特に、ミラー装置を用いた空間型光スイッチの場合、ミラー８１０３の傾斜角の変位は挿入損失変動になるので、ドリフトがあると実用的に使うことができなくなる。
そこで、本実施例では、前記２つの対処法に基づき、ミラー１５３の駆動に関わりを持つ部位（ミラー１５３、駆動電極１０３−１〜１０３−４あるいは駆動電極１０３−１〜１０３−４近傍の構造物）に帯電防止構造を設ける。
前述のとおり、上部基板１５１、ジンバル１５２、ミラー１５３及びトーションバネ１５４，１５５はＳＯＩ基板の単結晶シリコンで一体形成されており、ミラー１５３には、上部基板１５１とトーションバネ１５４とジンバル１５２とトーションバネ１５５とを介して、接地電位が印加される。しかし、実際のミラー１５３の電位は、図３のＡ点の電位であり、ミラー１５３と駆動電極１０３−１〜１０３−４との間に形成される容量Ｃ１の充電が完了するまで、接地電位よりも高くなる。その理由は、図３に示したミラー１５３（シリコン層）の接地抵抗Ｒ１が存在するためである。
駆動電極１０３−１〜１０３−４と対向するミラー１５３の下面の電位を確定するために電気的な接続を確実にすることがドリフト防止には必要だが、これを実現することは一般的に容易ではない。まず、ミラー１５３となるシリコン層は、ＳＯＩ基板のベースのシリコン層からは絶縁層で電気的に分離されている。光ビームを反射するという機能を実現するため、ミラー１５３の上面にはＡｕ等からなる金属層が蒸着されている。しかし、この蒸着された金属層でミラー１５３のシリコン層とＳＯＩ基板のベースのシリコン層とが電気的に接続されることは通常期待できない。さらに、シリコン表面には通常、自然酸化膜すなわち絶縁性のシリカ層が形成されているので、ミラー１５３となるシリコン層の上面に金属層を蒸着して、この金属層を電気的にある電位に接続したとしても、ミラー１５３のシリコン層自体がその電位に接続されるとは限らない。
したがって、駆動電極１０３−１〜１０３−４と対向するミラー１５３の下面の電位を確定するためには、駆動電極１０３−１〜１０３−４と対向する側からミラー１５３の下面に直接電気的接触をとることが有効である。
そこで、本実施例では、図１，２に示すように、上部基板１５１、ジンバル１５２、ミラー１５３及びトーションバネ１５４，１５５の下面に前記帯電防止構造としてＡｕ等からなる金属層１５６を形成し、この金属層１５６に第２の電位を与える。このような構造は、図３の接地抵抗Ｒ１を下げることを意味する。
上部基板１５１、ジンバル１５２、ミラー１５３及びトーションバネ１５４，１５５は単結晶シリコンで一体形成されているのであるから、これらの下面に金属層１５６を形成して、金属層１５６の端から第２の電位を印加すれば、ミラー１５３の下面は第２の電位に確定される。しかし、ミラー装置の側面から金属層１５６に第２の電位を直接与えることは難しい場合がある。
そこで、本実施例では、下部基板１０１と支柱１０４とを介して金属層１５６に第２の電位を与える。このような電気的接続を実現するため、本実施例では、支柱１０４の表面の絶縁層１０２を一部除去してコンタクトホール１０６を形成し、このコンタクトホール１０６上にＡｕ等からなる金属層１０５を形成し、この金属層１０５を上部基板１５１側の金属層１５６と接続する。これにより、配線が困難な金属層１５６への電気的接続を容易に行うことができる。
以上のように、駆動電極１０３−１〜１０３−４と対向するミラー１５３の下面に帯電防止構造として金属層１５６を形成し、この金属層１５６に第２の電位を与えることにより、ミラー１５３の下面の電位を確定することができ、ミラー１５３のドリフトを抑制することができる。
［第２の実施例］
次に、本発明の第２の実施例について、図４を参照して説明する。なお、図４において、図１、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。第１の実施例では、単結晶シリコンからなる下部基板１０１と支柱１０４とを介して金属層１５６に第２の電位を与えているが、図４に示すように絶縁層１０２の上に形成した金属製の支柱１０７を介して金属層１５６に第２の電位を与えるようにしてもよい。支柱１０７を形成するには、Ａｕ等の金属をメッキなどの方法で堆積させればよい。これにより、本実施例では、シリコン層を介すことなく金属層１５６への電気的接続を行うことができるので、ミラー１５３の下面の電位設定を確かなものとすることができる。
［第３の実施例］
次に、本発明の第３の実施例について、図５を参照して説明する。なお、図５において、図１、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。第１の実施例では、単結晶シリコンからなる下部基板１０１と支柱１０４とを介して金属層１５６に第２の電位を与えているが、図５に示すように、下部基板１０１上の絶縁層１０２を一部除去してコンタクトホール１０９を形成し、このコンタクトホール１０９上にＡｕ等からなる支柱１０８を形成して、支柱１０８を介して金属層１５６に第２の電位を与えるようにしてもよい。これにより、支柱１０８への電気的接続を容易に行うことができる。
なお、第１〜第３の実施例において、金属層１５６との電気的接続を確実にするため、金属層１０５，１５６や支柱１０７，１０８の表面の酸化膜を酸などで除去した上で接続するようにしてもよい。また、金属層１０５と１５６との電気的接続、あるいは金属層１５６と支柱１０７，１０８との電気的接続には、機械的な接触のほかに、ＡｕＳｎ合金などの半田、Ａｇペーストなどの導電性接着剤を使うことができる。
［第４の実施例］
次に、本発明の第４の実施例について、図６を参照して説明する。なお、図６において、図１、図２と同一の構成には同一の符号が付してある。本実施例は、下部基板１０１側に帯電防止構造を設けたものである。駆動電極１０３−１〜１０３−４への第１の電位の供給は、通常、金属配線で行われるので、駆動電極１０３−１〜１０３−４の電位が不確定になることはない。したがって、配線に印加した電圧に対して駆動電極１０３−１〜１０３−４の電圧が追随しないという問題は避けることができる。
一方、電位を確定することのできない電気的に浮遊した部位は、いくつかに分類することができる。このような部位としては、まず下部基板１０１がある。通常、ミラー１５３は、対向する駆動電極１０３−１〜１０３−４より面積が広い。そのため、ミラー１５３と対向する位置に下部基板そのものが存在することがある。下部基板１０１の電位がミラー１５３と同じでない場合は、ミラー１５３と対向する下部基板１０１に存在する電荷に応じた静電力がミラー１５３に加わることになる。この電荷は、図３の抵抗Ｒ４を介して第１の電位側に、あるいは抵抗Ｒ３を介して第２の電位側に徐々に移動するので、そのためにミラー１５３のドリフトが発生することになる。
このような下部基板１０１を原因とするミラー１５３のドリフトを防ぐには、下部基板１０１をミラー１５３と同じ第２の電位にすることが重要である。そこで、本実施例では、前記帯電防止構造として下部基板１０１に導電性材料（本実施例では、単結晶シリコン）を用い、さらに下部基板１０１の裏面あるいは側面の酸化膜を除去した上で、酸化膜を除去した箇所に金属層１１０を堆積し、この金属層１１０を介して下部基板１０１に第２の電位を与えるようにすればよい。このような構造は、図３の接地抵抗Ｒ３を下げることを意味する。
以上のように、本実施例では、下部基板１０１に導電性材料を用い、下部基板１０１の裏面あるいは側面の酸化膜を除去した上で、酸化膜を除去した箇所に金属層１１０を堆積し、この金属層１１０を介して下部基板１０１に第２の電位を与えることにより、下部基板１０１をミラー１５３と同じ電位に確定することができ、ミラー１５３のドリフトを抑制することができる。
［第５の実施例］
次に、本発明の第５の実施例について、図７を参照して説明する。なお、図７において、図１、図２と同一の構成には同一の符号が付してある。
第４の実施例により下部基板１０１の電気的接続を確実にすることができるが、次に問題になるのが、駆動電極１０３−１〜１０３−４の表面に存在する絶縁層である。図１，図２，図４，図５や図１０７、図１０８では図示していないが、駆動電極１０３−１〜１０３−４の表面には電極保護や短絡防止のために絶縁層を形成するのが一般的である。この絶縁層は駆動電極１０３−１〜１０３−４に第１の電位が印加されると分極する。絶縁層とはいっても電気伝導度は非常に低いが有限の値をもっているので、ある時定数で電荷が移動し、最終的には駆動電極１０３−１〜１０３−４と同じ電位になる。
したがって、最終的には絶縁層の厚さ分だけ駆動電極１０３−１〜１０３−４とミラー１５３との距離が短縮されたことになり、駆動電極１０３−１〜１０３−４とミラー１５３とが引き合う力は距離が短縮された分だけ増し、ミラー１５３のドリフトが発生することになる。この絶縁層内の分極の放電は通常時定数が大きく、数分から数時間の程度となる。
そこで、本実施例では、図７に示すように駆動電極１０３−１〜１０３−４の表面の絶縁層１１１に、前記帯電防止構造として開口部１１２を設ける。これは、図３の容量Ｃ２と抵抗Ｒ２を除去（短絡）することを意味する。
以上のように、本実施例では、駆動電極１０３−１〜１０３−４の表面の絶縁層１１１に開口部１１２を設けることにより、充放電の時定数が大きい部位を駆動電極１０３−１〜１０３−４の近傍から排除することができ、ミラー１５３のドリフトを抑制することができる。
［第６の実施例］
次に、本発明の第６の実施例について、図８，図９を参照して説明する。なお、図８，９において、図１、図２と同一の構成には同一の符号が付してある。
図８、図９において、１１３−１〜１１３−４はそれぞれ駆動電極１０３−１〜１０３−４に第１の電位を供給する配線、１１４は駆動電極１０３−１〜１０３−４の周囲に形成された金属層である。
第５の実施例により駆動電極１０３−１〜１０３−４上の絶縁層で分極・放電が発生することを回避できるが、次に問題になるのが、下部基板１０１の表面に存在する絶縁層１０２である。第５の実施例のように駆動電極１０３−１〜１０３−４上の絶縁層を除去することは容易であるが、絶縁層１０２を除去することは、絶縁層１０２の上に駆動電極１０３−１〜１０３−４や配線を形成する関係で不可能なことが多い。
そこで、本実施例では、絶縁層１０２上の駆動電極１０３−１〜１０３−４の周囲に、前記帯電防止構造として金属層１１４を形成し、この金属層１１４にミラー１５３と同じ第２の電位を与える。前述のように、ミラー１５３は駆動電極１０３−１〜１０３−４より面積が広い。そのため、駆動電極１０３−１〜１０３−４の周囲の絶縁層１０２はミラー１５３の外周部と対向することになる。このミラー１５３と対向する絶縁層１０２上に金属層１１４を形成する。金属層１１４は、駆動電極１０３−１〜１０３−４や配線１１３−１〜１１３−４と同時に形成することができる。
複数の金属層１１４に第２の電位を与えるためには、それぞれの金属層１１４と接続する配線を設ける必要があるが、配線数が増え、また駆動電極１０３−１〜１０３−４への配線１１３−１〜１１３−４を跨って形成する必要があるので、現実的でない。そこで、図９に示すように、下部基板１０１上の絶縁層１０２を一部除去してコンタクトホール１１５を形成し、このコンタクトホール１１５上に金属層１１４を形成することにより、金属層１１４を下部基板１０１と同電位にする。これにより、表層での配線の引き回しを行うことなく、金属層１１４への電気的接続を容易に行うことができる。
以上のように、本実施例では、絶縁層１０２上の駆動電極１０３−１〜１０３−４の周囲に、前記帯電防止構造として金属層１１４を形成し、この金属層１１４に第２の電位を与えることにより、充放電の時定数が大きい部位を駆動電極１０３−１〜１０３−４の近傍から排除することができ、ミラー１５３のドリフトを抑制することができる。
［第７の実施例］
次に、本発明の第７の実施例について、図１０を参照して説明する。なお、図１０において、図１，図２，図８，図９と同一の構成には同一の符号を付してある。
第６の実施例では、配線１１３−１〜１１３−４を駆動電極１０３−１〜１０３−４と同一平面に形成しているが、図１０に示すように、配線１１３−１〜１１３−４と駆動電極１０３−１〜１０３−４とを別の平面に形成するようにしてもよい。本実施例の場合、絶縁層１０２上に配線１１３−１〜１１３−４を形成し、絶縁層１０２及び配線１１３−１〜１１３−４上に絶縁層１１５を堆積し、絶縁層１１５上に駆動電極１０３−１〜１０３−４及び金属層１１４を形成する。このとき、絶縁層１０２上には、金属層１１４と接続する配線１１６も配線１１３−１〜１１３−４と同時に形成し、配線１１６を介して金属層１１４にミラー１５３と同じ第２の電位または第２の電位にオフセットを付加した電位を与える。これにより、表層での配線の引き回しを行うことなく、金属層１１４への電気的接続を容易に行うことができる。
また、本実施例において、絶縁層１０２上に配線１１７も配線１１３−１〜１１３−４と同時に形成し、配線１１７の一端部が露出した絶縁層１１５上に上部基板１５３を支持する金属製の支柱１１８を形成するようにしてもよい。このとき、駆動電極１０３−１〜１０３−４は、金属層１１４及び支柱１１８と放電を起こさない程度（例えば数μｍ〜２５μｍ程度）支柱１１８と間隔を空けて形成される。支柱１１８を形成するには、Ａｕ等の金属をメッキなどの方法で堆積させればよい。これにより、金属層１５６に、支柱１１８及び配線１１７を介して第２の電位を与えることができ、ミラー１５３下面の電位設定を確かなものとすることができる。
なお、本実施例において、支柱１１８の代わりに、第１の実施例と同様、下部基板１０１と支柱１０４とを介して金属層１５６に第２の電位を与えるようにしてもよい。この場合、図２によく示されるように、支柱１０４の表面の絶縁層１０２を一部除去してコンタクトホール１０６を形成し、このコンタクトホール１０６上にＡｕ等からなる金属層１０５を形成し、この金属層１０５を上部基板１５１側の金属層１５６と接続する。このようにしても、金属層１５６に第２の電位を与えることができ、ミラー１５３下面の電位設定を確かなものとすることができる。
以上のように、本実施例では、絶縁層１０２上の駆動電極１０３−１〜１０３−４の周囲に、前記帯電防止構造として金属層１１４を形成し、この金属層１１４に配線１１６を介して第２の電位を与えることにより、充放電の時定数が大きい部位を駆動電極１０３−１〜１０３−４の近傍から排除することができ、ミラー１５３のドリフトを抑制することができる。
なお、図１０において、金属層１１４と接続する配線１１６と支柱１１８と接続する配線１１７とが別に設けられているが、それぞれを接続するようにしてもよい。
また、第１〜第７の実施例では、第１の電位≧第２の電位としたが、これに限るものではなく、第１の電位≦第２の電位としてもよい。
［第８の実施例］
次に、本発明の第８の実施例について説明する。
まず、従来のミラーアレイの一例を図１１，図１２に示す。なお、図１１，１２は、主にミラーアレイの１構成単位である一つのミラーを備えたミラー装置を部分的に示している。ミラーアレイは、複数のミラー装置を２次元的に格子状に配設したものである。
ミラー装置８２００は、ミラーが形成されたミラー基板８２０１と、電極が形成された電極基板８３０１とが平行に配設された構造を有する。
ミラー基板８２０１は、枠部８２１０と、一対の可動枠連結部８２１１ａ，８２１１ｂにより枠部８２１０の開口内に配設された可動枠８２２０と、一対のミラー連結部８２２１ａ，８２２１ｂにより可動枠８２２０の開口内に配設された平面視略円形のミラー８２３０とを有する。また、枠部８２１０の上面には、可動枠８２２０及びミラー８２３０を取り囲むような枠状部材８２４０が形成されている。
一対の可動枠連結部８２１１ａ，８２１１ｂは、可動枠８２２０の切り欠き内に設けられており、つづら折りの形状を有するトーションバネから構成され、枠部８２１０と可動枠８２２０とを連結している。一対のミラー連結部８２２１ａ，８２２１ｂは、可動枠８２２０の切り欠き内に設けられており、つづら折りの形状を有するトーションバネから構成され、可動枠８２２０とミラー８２３０とを連結している。
電極基板８３０１は、板状の基部８３１０と、基部８３１０の表面（上面）から突出した突出部８３２０を有する。ここで、突出部８３２０は、基部８３１０の上面に形成された第３テラス８３２３と、この第３テラス８３２３の上面に形成された第２テラス８３２２と、この第２テラス８３２２の上面に形成された第１テラス８３２１と、この第１テラス８３２１の上面に形成されたピボット８３３０とから構成される。
また、突出部８３２０の外面を含む基部８３１０の上面には、４つの扇形の電極８３４０ａ〜８３４０ｄが形成されており、これらの電極８３４０ａ〜８３４０ｄの周囲には、対向するミラー基板８２０１の可動枠連結部８２１１ａ，８２１１ｂ及びミラー連結部８２２１ａ，８２２１ｂに対向する位置に、それぞれ平面視略矩形の凹部８３５０ａ〜８３５０ｄが形成されている。また、基部８３１０の上面には、第１〜第３テラス８３２１〜８３２３及び凹部８３５０ａ〜８３５０ｄを挟むように並設された一対の凸部８３６０ａ，８３６０ｂが形成されている。さらに、基部８３１０の上面の凹部８３５０ａと凸部８３６０ａ及び凹部８３５０ｃと凸部８３６０ｂの間の箇所には、配線８３７０が形成されており、この配線８３７０には、引き出し線８３４１ａ〜８３４１ｄを介して電極８３４０ａ〜８３４０ｄが接続されている。
上述したようなミラー基板８２０１と電極基板８３０１とは、ミラー８２３０とこのミラー８２３０に対応する電極８３４０ａ〜８３４０ｄとが対向配置されるように、枠部８２１０の下面と凸部８３６０ａ，８３６０ｂの上面とを接合することにより、図１２に示すようなミラー装置８２００が形成される。このようなミラー装置８２００がマトリクス状に複数配設された構成を有するミラーアレイは、以下に説明するような方法により製造される。
ミラー基板８２０１は、ＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板から形成される。
まず、ＳＯＩ基板の埋め込み絶縁層８２４１が形成されている側（主表面：ＳＯＩ層）より、公知のフォトリソグラフィ技術とＤＥＥＰ ＲＩＥなどのエッチングによって、単結晶シリコン層に枠部８２１０、可動枠連結部８２１１ａ，８２１１ｂ、可動枠８２２０、ミラー連結部８２２１ａ，８２２１ｂ及びミラー８２３０の形状に対応する溝を形成する。
次に、上記溝に対応する所定の領域が開口したレジストパターンをＳＯＩ基板の裏面に形成し、水酸化カリウムなどのエッチング液を用い、ＳＯＩ基板の裏面より選択的にシリコンをエッチングする。このエッチングでは、埋め込み絶縁層８２４１をエッチングストッパ層として用い、ＳＯＩ基板の裏面に開口部及び枠状部材８２４０を形成する。
次いで、埋め込み絶縁層８２４１の上記開口部に露出している領域を、フッ酸等のウエットエッチングやＣＦ系ガスを用いたドライエッチングで除去する。
これにより、上述した形状を有するミラー基板８２０１が形成される。
一方、電極基板８３０１は、例えばシリコン基板から形成される。
まず、シリコン基板をシリコン窒化膜またはシリコン酸化膜からなる所定のマスクパターンをマスクとし、水酸化カリウム溶液等を用いたアルカリ溶液で選択的にエッチングを行う。これを繰り返し行うことにより、基部８３１０、第１〜３テラス８３２１〜８３２３、ピボット８３３０、凹部８３５０、凸部８３６０ａ，８３６０ｂが形成された状態とする。
次に、シリコン基板のエッチングを行った側の面を酸化し、シリコン酸化膜を形成する。
続いて、シリコン酸化膜上に蒸着法などにより金属膜を形成し、この金属膜を公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とによりパターニングし、電極８３４０ａ〜８３４０ｄ、引き出し線８３４１ａ〜８３４１ｄ及び配線８３７０を形成する。
これにより、上述した形状を有する電極基板８３０１が形成される。
この後、ミラー基板８２０１及び電極基板８３０１を貼り合わせることで、図１２に示すように、電極８３４０ａ〜８３４０ｄに対する電界印加によってミラー８２３０を可動するミラー装置８２００を有するミラーアレイが製造できる。なお、ミラー８２３０の反射率を向上させるためにミラー８２３０の上面に金などの金属膜を形成してもよい。
このようなミラーアレイのミラー装置８２００は、配線８３７０を介して電極８３４０ａ〜８３４０ｄに個別の電圧を加えることによって生じる電界でミラー８２３０に吸引力を与え、ミラー８２３０を数度の角度で回動させるものである。このミラー８２３０を回動動作について、図１３を参照して説明する。なお、便宜上、図１３を正面視した状態で上下方向を高さまたは深さ方向、図１３の上方を上側、図１３の下方を下側と言う。
光ＭＥＭＳ型のミラー装置の特徴として、ミラーの回動角は、電極基板の電極構造により一意に決定される角度までしか静的に安定に回動させることができない。図１３に示すように、ミラー８２３０のプルイン回動角をθP、突出部８３２０上に形成された電極８３４０ａ〜８３４０ｄの傾斜角をθとすると、それぞれの関係は概ね下式（１）で表される。
θP＝（１／３）θ ・・・（１）
したがって、ミラー８２３０をなるべく大きくかつ低い電圧で回動させるには、ミラー８２３０に対向する電極８３４０ａ〜８３４０ｄをミラー８２３０と同じ面積を有するように配置し、かつ、電極８３４０ａ〜８３４０ｄが形成される突出部８３２０の傾斜角を大きくすることが必要である。これには、例えば、突出部８３２０の高低差を大きくすることが考えられる。
しかしながら、従来では、配線８３７０を突出部８３２０の底面と同一面に形成していたため、突出部８３２０の高低差を大きくするのが困難であった。
上述したように、電極基板８３０１上の配線８３７０は、金属膜上にフォトレジストを塗布し、露光装置により配線８３７０となるパターンをフォトレジストに転写して、エッチングを行うことにより形成される。露光装置が精密にパターンを転写できる深さ（被写体深度）には限界（最大５０〜７０ミクロン）があり、この限界を超えて露光するとフォトレジストに転写するパターンのピントがボケてしまい、細かな配線パターンを形成することが困難である。特に、配線８３７０には多くの配線を配設する関係上、数ミクロンの精度で配線のパターン形成が要求されている。
従来では、図１１〜図１３に示すように、配線８３７０を基部８３１０上、すなわち突出部８３２０の第３テラス８３２３の底面の層に形成している。このため、配線８３７０に露光装置の焦点の下限を合わせて露光する関係上、突出部８３２０の高低差は５０〜７０ミクロン以下に制限せざるを得なかった。ところが、ミラー８２３０の回動角を大きくするためには、突出部８３２０の高低差を上述の制限以上、望ましくは１００ミクロン以上にする必要がある。これを実現するには、焦点の範囲が広い特殊な露光装置を使用したり、高さ毎に複数回に分けて露光しなければならず、高コストになってしまう。
そこで、本実施例は、上述したような課題を解決するためになされたものであり、低電圧での駆動及び低コストを実現し、かつ、ミラーの回動角が大きいミラー装置、ミラーアレイ及びミラー装置の製造方法を提供することを目的とするものである。
次に、図１４〜図１６Ｂを参照して本実施例について説明する。なお、図１４〜図１６Ｂでは、主にミラーアレイの１構成単位である一つのミラーを備えたミラー装置を部分的に示している。なお、本実施例に係るミラーアレイは、複数のミラー装置が２次元的に格子状に形成されたものである。
本実施例に係るミラー装置は、ミラーが形成されたミラー基板２００と、電極が形成された電極基板３００とが平行に配設された構造を有する。
ミラー基板２００は、平面視略円形の開口を有する板状の枠部２１０と、平面視略円形の開口を有し、一対の可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂにより枠部２１０の開口内に配設された可動枠２２０と、一対のミラー連結部２２１ａ，２２１ｂにより可動枠２２０の開口内に配設された平面視略円形のミラー２３０とを有する。また、枠部２１０の上面には、可動枠２１０及びミラー２３０を取り囲むような枠状部材２４０が形成されている。
一対の可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂは、可動枠２２０の切り欠き内に設けられており、つづら折りの形状を有するトーションバネから構成され、枠部２１０と可動枠２２０とを連結している。これにより、可動枠２２０は、一対の可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂを通る回動軸（可動枠回動軸）を中心に、回動可能とされている。
一対のミラー連結部２２１ａ，２２１ｂは、可動枠２２０の切り欠き内に設けられており、つづら折りの形状を有するトーションバネから構成され、可動枠２２０とミラー２３０とを連結している。これにより、ミラー２３０は、一対のミラー連結部２２１ａ，２２１ｂを通る回動軸（ミラー回動軸）を中心に回動可能とされている。
なお、可動枠回動軸とミラー回動軸とは、互いに直交している。
電極基板３００は、板状の基部３２０と、この基部３２０上に形成された平面視略矩形の外堀トレンチ３３０と、この外堀トレンチ３３０内に形成された略錐状の形状を有する突出部３４０とを有する。基部３２０の外堀トレンチ３３０及び突出部３４０が形成された側の面には、絶縁膜３２１が形成されている。
突出部３４０の外面及び外堀トレンチ３３０の上面には、ミラー２３０とほぼ同じ大きさの同心の円形をなすように、それぞれ扇形の形状を有する４つの電極３６０ａ〜３６０ｄが形成されている。また、基部３２０の上面３２０ａには、外堀トレンチ３３０を挟むように並設された一対の凸部３７０ａ，３７０ｂが形成されており、この凸部３７０ａ，３７０ｂと外堀トレンチ３３０との間の基部３２０の上面３２０ａ上に配線３８０が形成されている。この配線３８０は、引き出し線３６１ａ〜３６１ｄを介して電極３６０ａ〜３６０ｄと接続されている。
外堀トレンチ３３０は、基部３２０の表面からから堀り込まれた凹部からなり、この凹部は開口部（上面）が底面部よりも大きい角錐台の形状を有する。このような外堀トレンチ３３０の表面に突出部３４０が形成される。このように基部３２０上ではなく、基部３２０上から堀り込まれた外堀トレンチ３３０上に突出部３４０を形成することにより、突出部３４０の高低差を高くすることが可能となる。
このような外堀トレンチ３３０及び突出部３４０上に、電極３６０ａ〜３６０ｄが形成される。
突出部３４０は、外堀トレンチ３３０の表面（底面）に形成された角錐台の形状を有する第３テラス３４３と、この第３テラス３４３の上面に形成された角錐台の形状を有する第２テラス３４２と、この第２テラス３４２の上面に形成された角錐台の形状を有する第１テラス３４１と、この第１テラス３４１の上面に形成された角錐台の形状を有するピボット３５０とから構成される。
ここで、図１４に示すように、第２テラス３４２の下面、すなわち第３テラス３４３の上面の高さは、基部３２０の上面３２０ａの高さと同じ高さに形成されている。
このように構成される電極基板３００にミラー基板２００を接合する、具体的には、ミラー基板２００のミラー２３０とこのミラー２３０に対応する電極基板３００の電極３６０ａ〜３６０ｄとが対向配置されるように、ミラー基板２００の枠部２１０の下面に電極基板３００の凸部３７０ａ，３７０ｂの上面を接合することによって、複数のミラー装置が２次元的にマトリクス状に配設されたミラーアレイが形成される。
次に、図１７Ａ〜図２０Ｆを参照して、電極基板３００の製造方法について説明する。
はじめに、シリコン基板３００上にピボット３５０を形成するため、図１７Ａに示すように、シリコン基板４００を酸化して、シリコン基板４００の表面にＳｉＯ2からなる絶縁膜４０１が形成された状態とする。
次いで、図１７Ｂに示すように、絶縁膜４０１上にフォトレジスト材料を塗布して、保護膜４０２が形成された状態とする。
次いで、図１７Ｃに示すように、公知のフォトリソグラフィ技術により保護膜４０２をパターニングして、マスクパターン（ピボット形成準備用マスクパターン）４０３が形成された状態とする。
次いで、図１７Ｄに示すように、ピボット形成準備用マスクパターン４０３をマスクとして絶縁膜４０１をエッチングし、絶縁膜４０１にマスクパターン（ピボット形成用マスク）４０４が形成された状態とする。このエッチングは、例えば公知のウエットエッチングやドライエッチングにより行うことができる。
次いで、図１８Ａに示すように、例えば灰化処理等によりピボット形成準備用マスクパターン４０３が除去された状態とする。
次いで、図１８Ｂに示すように、ピボット形成用マスクパターン４０４をマスクとしてシリコン基板４００をエッチングし、ピボット３５０が形成された状態とする。このエッチングは、例えば水酸化カリウム溶液等のアルカリ溶液を用いたウエットエッチングにより行う。
次いで、図１８Ｃに示すように、例えばフッ酸等により、シリコン基板４００上からピボット形成用マスクパターン４０４が除去された状態とする。これにより、シリコン基板４００の表面にピボット３５０が形成される。
次いで、図１７Ａ〜図１８Ｃに示した工程と同等の工程を行うことにより、図１９Ａに示すように、シリコン基板４００の表面に第１テラス３４１が形成された状態とする。
次いで、第１テラス３４１を形成したのと同等の工程を行うことにより、図１９Ｂに示すように、シリコン基板４００の表面に第２テラス３４２が形成された状態とする。
次いで、第２テラス３４２を形成したのと同等の工程を行うことにより、図１９Ｃに示すように、シリコン基板４００の表面に外堀トレンチ３３０、第３テラス３４３及び凸部３７０ａ，３７０ｂが形成された状態とする。これにより、基部３２０の形状が形成される。
ここで、突出部３４０は、高低差、すなわち第３テラス３４３の下面からピボット３５０の端部までの距離が所望の値、例えば１００ミクロン程度になるように形成される。また、第３テラス３４３の上面と基部３２０の上面３２０ａとは、同一の高さとなる。
次いで、図２０Ａに示すように、基部３２０を酸化して、基部３２０の突出部３４０が形成された側の表面にＳｉＯ2からなる絶縁膜３２１を形成する。
次いで、図２０Ｂに示すように、例えばスパッタ法や蒸着法により、基部３２０の絶縁膜３２１が形成された側の表面にＡｌ等からなる金属膜（電極・配線用金属膜）４０５が形成された状態とする。
次いで、図２０Ｃに示すように、金属膜４０５の表面にフォトレジスト材料からなる保護膜４０６が形成された状態とする。
次いで、図２０Ｄに示すように、公知のフォトリソグラフィ技術により保護膜４０６をパターニングして、図１４，図１６Ａ，図１６Ｂに示す電極３６０ａ〜３６０ｄ、引き出し線３６１ａ〜３６１ｄ及び配線３８０の配線パターンが形成されたパターン４０７が形成された状態とする。
ここで、上記配線パターンを保護膜４０６に転写する際の露光装置の焦点は、配線３８０を形成する基部３２０の上面３２０ａの高さに合わせる。これにより、配線３８０を最も高い解像度で形成することが可能となる。
一方、電極３６０ａ〜３６０ｄ及び引き出し線３６１ａ〜３６１ｄは、高さ方向（図１６Ａを正面視した状態で上下方向）において、基部３２０の上面３２０ａから掘り込まれた外堀トレンチ３３０から第１テラス３４１の間、すなわち基部３２０の上面３２０ａをほぼ中心としてこの上面３２０ａの上方から下方にかけて位置している。このため、基部３２０の上面３２０ａに露光装置の焦点を合わせて露光を行うと、電極３６０ａ〜３６０ｄ及び引き出し線３６１ａ〜３６１ｄについても、露光装置が精密にパターンを転写できる範囲内またはこの範囲近傍の比較的像のボケが少ない領域でパターンの転写が行われるので、精度よく形成することが可能となる。
次いで、図２０Ｅに示すように、パターン４０７をマスクとして、金属膜４０５をエッチングし、図１４〜図１６Ｂに示す電極３６０ａ〜３６０ｄ、引き出し線３６１ａ〜３６１ｄ及び配線３８０等からなる配線層４０８が形成された状態とする。
次いで、図２０Ｆに示すように、例えば灰化処理等により、パターン４０７が除去された状態とする。
このようにして製造された電極基板３００を有する本実施例に係るミラーアレイは、配線３８０を介して電極３６０ａ〜３６０ｄ全体に一定のバイアス電圧をかけたうえで、各電極３６０ａ〜３６０ｄに個別の変位電圧を加えることにより、ミラー２３０を回動させることができる。
本実施例によれば、従来の露光装置を利用した場合であっても、突出部３４０の高低差を所望する値、例えば約１００ミクロン程度にすることが可能なので、突出部３４０の傾斜角を大きくして、従来よりミラー２３０の回動角を大きくすることが可能となる。また、電極３６０ａ〜３６０ｄがミラー２３０と同等の大きさを有するので、ミラー２３０を低電圧で駆動させることが可能となる。
なお、外堀トレンチは、上述したような１段の構造のみならず、多段構造にしてもよい。外堀トレンチを多段構造としたミラーアレイを図２１に示す。なお、図２１において、図１４〜図１６Ｂに示すミラー装置と同等の構成要素には、同じ名称及び符号を付し、適宜説明を省略する。また、図２１は、図１６Ａ，図１６Ｂと同等の切断面の断面図を示す。
図２１に示す電極基板３０１は、板状の基部３２０と、この基部３２０上に形成された平面視略矩形の凹部からなる第１外堀トレンチ３３１と、この第１外堀トレンチ３３１上に形成された平面視略矩形の凹部からなる第２外堀トレンチ３２２と、この第２外堀トレンチ３３２上に形成された略錐状の突出部３４０とを有する。基部３２０の第１外堀トレンチ３３１、第２外堀トレンチ３３２及び突出部３４０が形成された側の面には、絶縁膜３２１が形成されている。また、突出部３４０の外面及び第２外堀トレンチ３３２の上面には、ミラー２３０と同心の円形をなすように、それぞれ扇形の形状を有する４つの電極３６０ａ〜３６０ｄが形成されている。また、基部３２０の上面３２０ａには、第１外堀トレンチ３３１を挟むように並設された図示しない一対の凸部３７０ａ，３７０ｂが形成されており、この凸部３７０ａ，３７０ｂと第１外堀トレンチ３３１との間の基部３２０上に配線３８０が形成されている。この配線３８０は、引き出し線３６１ａ〜３６１ｄを介して電極３６０ａ〜３６０ｄと接続されている。
第１外堀トレンチ３３１は、基部３２０から掘り込まれた凹部からなり、この凹部は上面が底面よりも大きい角錐台の形状を有する。このような第１外堀トレンチ３３１の上面は、第２テラスの上面と同じ高さに形成される。
第２外堀トレンチ３３２は、第１外堀トレンチ３３１の底面から掘り込まれた凹部からなり、この凹部は上面が底面よりも大きい角錐台の形状を有する。この第２外堀トレンチ３３２の底面に突出部３４０が形成される。また、第２外堀トレンチ３３２及び突出部３４０上に、電極３６０ａ〜３６０ｄが形成される。
突出部３４０は、第２外堀トレンチ３３２の表面（底面）に形成された角錐台の形状を有する第３テラス３４３と、この第３テラス３４３の上面に形成された角錐台の形状を有する第２テラス３４２と、この第２テラス３４２の上面に形成された角錐台の形状を有する第１テラス３４１と、この第１テラス３４１の上面に形成された角錐台の形状を有するピボット３５０とから構成される。
ここで、図２１に示すように、第１テラス３４１の下面、すなわち第２テラス３４２の上面の高さは、基部３２０の高さと同じになるように形成されている。また、第２テラス３４２の下面、すなわち第３テラスの上面の高さは、第１外堀トレンチ３３１の上面の高さと同じになるように形成されている。
このような突出部３４０は、高低差が所望の値、例えば１００ミクロン程度となるように形成される。
図２１に示す場合も、電極３６０ａ〜３６０ｄ、引き出し線３６１ａ〜３６１ｄ及び配線３８０となるパターンをフォトレジストに転写する際に、露光装置の焦点を基部３２０の高さに合わせる。これにより、配線３８０を数ミクロンの精度で形成することが可能となる。また、電極３６０ａ〜３６０ｄ及び引き出し線３６１ａ〜３６１ｄについても、露光装置が精密にパターンを転写できる範囲内またはこの範囲近傍の比較的像のボケが少ない領域でパターンの転写が行われるので、精度よく形成することができる。
結果として、突出部３４０の高低差を所望する値、例えば１００ミクロン程度にすることが可能となるので、突出部３４０の傾斜角を大きくして、従来よりミラー２３０の回動角を大きくすることができる。
特に、図２１に示す電極基板の場合、図１６Ａ，図１６Ｂに示す電極基板と比較して、基部３２０の上面３２０ａからピボット３５０までの高低差を小さくすることができる。このため、ピボット３５０形成時の露光装置によるパターン転写の際、基部３２０の上面３２０ａからの上下方向のボケをより小さくすることができ、結果としてより高精度なパターン形成が可能となる。
図２１に示す外堀トレンチが多段構造のミラーアレイは、上述した図１４〜図１６Ｂに示すミラーアレイと同等の製造方法により製造することができる。
また、外堀トレンチは、上述したような一体形成された構造のみならず、分割された構造にしてもよい。外堀トレンチを分割構造としたミラーアレイを図２２に示す。図２２は、本実施例に係るミラーアレイの電極基板の変形例を示す断面図である。なお、図２２において、図１４〜図１６Ｂに示すミラー装置と同等の構成要素には、同じ名称及び符号を付し、適宜説明を省略する。
図２２に示す電極基板３０２は、板状の基部３２０と、この基部３２０上に形成された４つの平面視略Ｌ字状の凹部からなる外堀トレンチ３３３ａ〜３３３ｄと、基部３２０上に形成された略錐状の突出部３４０とを有する。ここで、基部３２０の外堀トレンチ３３３ａ〜３３３ｄ及び突出部３４０が形成された側の面には、絶縁膜（図示せず）が形成されている。この絶縁膜が形成された基部３２０、外堀トレンチ３３３ａ〜３３３ｄ及び突出部３４０の上面には、ミラー２３０と同心の円形をなすように、それぞれ扇形の形状を有する４つの電極３６０ａ〜３６０ｄが形成されている。また、基部３２０の上面３２０ａには、外堀トレンチ３３３ａ〜３３３ｄを挟むように並設された一対の凸部３７０ａ，３７０ｂが形成されており、この凸部３７０ａ，３７０ｂと外堀トレンチ３３３ａ〜３３３ｄとの間の基部３２０の上面３２０ａ上に配線３８０が形成されている。この配線３８０は、基部３２０上に形成された引き出し線３６１ａ〜３６１ｄを介して電極３６０ａ〜３６０ｄと接続されている。
外堀トレンチ３３３ａ〜３３３ｄは、基部３２０から掘り込まれた凹部からなり、この凹部は上面が底面よりも大きい錐台の形状を有する。このような外堀トレンチ３３３ａ〜３３３ｄは、突出部３４０を取り囲み、かつ、突出部３４０及び電極３６０ａ〜３６０ｄと同心の矩形をなすように、それぞれ点対称に形成されている。
突出部３４０は、外堀トレンチ３３３ａ〜３３３ｄに囲まれた基部３２０の上面３２０ａに形成された角錐台の形状を有する第２テラス３４２と、この第２テラス３４２の上面に形成された角錐台の形状を有する第１テラス３４１と、この第１テラス３４１の上面に形成された角錐台の形状を有するピボット３５０とから構成される。したがって、当然ではあるが、第２テラス３４２の下面の高さは、基部３２０の高さと同じになる。なお、外堀トレンチ３３３ａ〜３３３ｄに囲まれ、上面が基部３２０の上面３２０ａに対応する略角錐台の部分は、図１４〜図１６Ｂ及び図２１に示した第３テラス３４３に相当する。
このような突出部３４０は、高低差を所望する値に形成することができる。例えば、第３テラスに相当する上記略角錐台部分を突出部３４０に含めた場合、突出部３４０の高低差を例えば１００ミクロン程度にすることが可能となるので、突出部３４０の傾斜角を大きくして、従来よりミラー２３０の回動角を大きくすることができる。
引き出し線３６１ａ〜３６１ｄは、基部３２０上の隣り合う外堀トレンチ３３３ａ〜３３３ｄに挟まれた部分に形成される。したがって、引き出し線３６１ａ〜３６１ｄと配線３８０は、基部３２０上に形成されることになる。
図２２に示す場合も、電極３６０ａ〜３６０ｄ、引き出し線３６１ａ〜３６１ｄ及び配線３８０となるパターンをフォトレジストに転写する際に、露光装置の焦点を基部３２０の高さに合わせる。これにより、配線３８０を数ミクロンの精度で形成することが可能となる。特に、図２２の場合は、引き出し線３６１ａ〜３６１ｄを基部３２０上に形成するため、配線３８０のみならず引き出し線３６１ａ〜３６１ｄも数ミクロンの精度で形成することが可能となる。さらに、電極３６０ａ〜３６０ｄについても、露光装置が精密にパターンを転写できる範囲内またはこの範囲近傍の比較的像のボケが少ない領域でパターンの転写が行われるので、精度よく形成することができる。
結果として、突出部３４０の高低差を所望する値にすることが可能となるので、突出部３４０の傾斜角を大きくして、従来よりもミラー２３０の回動角を大きくすることが実現できる。
図２２に示す外堀トレンチが分割されたミラーアレイは、上述した図１４，図１５，１６Ａ，図１６Ｂに示すミラーアレイと同等の製造方法により製造することができる。
なお、本実施例では、シリコン基板４００を掘り込むことにより突出部３４０等を有する電極基板３００，３０１，３０２を形成したが、任意の基板上から任意の物質を堆積することによって、突出部３４０等を有する電極基板３００，３０１，３０２を形成するようにしてもよい。
以上説明したように、本実施例によれば、基部から掘り込まれたトレンチ内に突出部を形成することにより、突出部の高低差を大きくすることができるので、ミラーの回動角を大きくすることが可能となる。このとき、配線は基部上に、電極は基板から掘り込まれたトレンチ及びこのトレンチから突出した突出部上にそれぞれ形成される。したがって、配線及び電極を形成する際に、露光装置の焦点を基部上に合わせることにより、配線を必要とされる精度で形成することが可能となる。
［第９の実施例］
まず、従来のミラー装置について説明する。従来のミラー装置８２００は、図１３によ示されるように、配線８３７０を介して電極８３４０ａ〜８３４０ｄに個別の電圧を加えることによって生じる電界でミラー８２３０に吸引力を与え、ミラー８２３０を数度の角度で回動させるものである。電極８３４０ａ〜８３４０ｄに電圧が印加されていない場合、ミラー８２３０は、図１３の実線で示すように、電極基板８３０１に対して略平行な状態（以下、初期位置という）となる。この状態で、電極８３４０ａ〜８３４０ｄに個別の電圧を加えると、ミラー８２３０は、図１３の点線に示すように傾動する。
このようなミラー装置８２００を備えた光スイッチを図２３に示す。光スイッチ８４００は、複数の光ファイバを２次元的に配列した一対のコリメータアレイ８４１０，８４２０と、上述したミラー装置８２００を２次元的に配列した一対のミラーアレイ８４３０，８４４０とから構成される。このような光スイッチ８４００では、入力ポートとなるコリメータアレイ８４１０から入力された光ビームは、ミラーアレイ８４３０，８４４０により反射されて、出力ポートとなるコリメータアレイ８４２０に到達し、このコリメータアレイ８４２０から出力される。ここで、例えば、コリメータアレイ８４１０の光ファイバ８４１０ａから光スイッチ８４００内部に導入された光ビームａは、ミラーアレイ８４３０のミラー装置８２００ａに照射される。すると、その光ビームは、ミラー装置８２００ａのミラー８２３０により反射されて、ミラーアレイ８４４０のミラー装置８２００ｂに到達する。このミラーアレイ８４４０でもミラーアレイ８４３０の場合と同様、上記光ビームは、ミラー装置８２００ｂのミラー８２３０により反射されて、コリメータアレイ８４２０の光ファイバ８４２０ａに到達する。このように、光スイッチ８４００は、コリメータアレイ８４１０から入力されたコリメート光を電気信号に変換することなく、光ビームのままでコリメータアレイ８４２０へ空間的にクロスコネクトすることが可能となる。
このような光スイッチ８４００において、ミラーアレイ８４３０，８４４０に２次元的に配設される各ミラー装置８２００は、いずれも各構成要素が同一の形状を有するように形成されている。例えば、ミラー８２３０の大きさ、可動枠連結部８２１１ａ，８２１１ｂ及びミラー連結部８２２１ａ，８２２１ｂの形状、ミラー８２３０と可動枠連結部８２１１ａ，８２１１ｂまたはミラー連結部８２２１ａ，８２２１ｂとの相対位置、ミラー８２３０と電極８３４０ａ〜８３４０ｄとの相対位置、電極８３４０ａ〜８３４０ｄの大きさ等は、いずれのミラー装置も同一の形状を有するように形成されている。このように、従来の光スイッチ８４００では、同一の形状を有するミラー装置８２００をミラーアレイ８４３０，８４４０に配設しているので、ミラーアレイ８４３０，８４４０の各ミラー８２３０は、図２４に示すように電極基板８３０１に対して略平行に配設される。なお、図２４は、ミラーアレイ８４３０，８４４０それぞれに複数配設されたミラー装置８２００のミラー８２３０の断面を模式的に示したものであり、ミラーアレイ８４３０はミラー８２３０に対応するミラー８４３１〜８４３５を、ミラーアレイ８４４０はミラー８２３０に対応するミラー８４４１〜８４４５をそれぞれ有するものとする。
ミラーアレイ８４３０の各ミラー８４３１〜８４３５は、初期位置において、電極基板８３０１に対して略平行に位置し、かつ、対となるミラーアレイ８４４０の対応するミラーに光ビームが当たるように配設されている。例えば、ミラー８４３１は、図２４において符号ａで示す光ビーム（以下、光ビームａという）を、ミラー８４３１に対応するミラー８４４１に反射する。また、ミラー８４３３は、図２４において符号ｂで示す光ビーム（以下、光ビームｂという）を、ミラー８４３３に対応するミラー８４４３に反射される。また、ミラー８４３５は、図２４において符号ｃで示す光ビーム（以下、光ビームｃという）を、ミラー８４３５に対応するミラー８４４５に照射される。ここで、対応するミラーとは、例えば対となるミラーアレイにおいて、一方のミラーアレイをビーム反射面の裏面より投影視し、他方のミラーアレイをビーム反射面より見た場合に同じ位置に位置するミラーのことを言う。
このような光スイッチ８４００のミラーアレイ８４３０において、各ミラー８４３１〜８４３５に対応する電極８３４０ａ〜８３４０ｄに個別の電圧を印加して各ミラー８４３１〜８４３５を傾動させると、各ミラー８４３１〜８４３５に照射される光ビームを、ミラーアレイ８４４０の任意のミラーに照射することが可能となる。
しかしながら、従来のミラーアレイでは、ミラー装置のミラーを傾動させて２次元的なターゲットに光ビームを照射する際、ミラーアレイ内の各ミラー装置の位置によって、ミラーを傾動させる角度が異なる。
例えば、図２４に示すような一対のミラーアレイ８４３０，８４４０を有する光スイッチ８４００の場合、ミラーアレイ８４３０のミラー８４３１では、初期位置から正の方向（図２４を正面視した状態で右側の方向）にθ１の半分の角度だけミラー８４３１を傾かせると、光ビームａは、ターゲットとなるミラーアレイ８４４０のミラー８４４５に照射される。したがって、ミラー８４３１の場合、対向するミラーアレイ８４４０の全てのミラー８４４１〜８４４５に光ビームａを照射するためには、初期位置から正の方向にθ１の半分の角度まで傾動可能でなければならない。
ミラー８４３３では、初期位置から負の方向（図２４を正面視した状態で左側の方向）にθ２の半分の角度だけミラー８４３３を傾かせると、光ビームｂは、ミラー８４４１に照射される。また、初期位置から正の方向にθ３の半分の角度だけミラー８４３３を傾かせると、光ビームｂは、ミラー８４４５に照射される。したがって、ミラー８４３３の場合、対向するミラーアレイ８４４０の全てのミラー８４４１〜８４４５に光ビームｂを照射するには、初期位置から負の方向にθ２の半分の角度、初期位置から正の方向にθ３の半分の角度だけそれぞれ傾動可能でなければならない。
ミラー８４３５では、初期位置から負の方向にθ４の半分の角度だけミラー８４３５を傾かせると、光ビームｃは、ミラー８４４１に照射される。したがって、ミラー８４３５の場合、対向するミラーアレイ８４４０の全てのミラー８４４１〜８４４５に光ビームｃを照射するには、初期位置から負の方向にθ４の半分の角度まで傾動可能でなければならない。
このように従来のミラーアレイでは、ミラーアレイ内の位置によってミラーを傾動させる角度が異なるが、各ミラー装置は同一の形状を有するように形成されている。このため、各ミラー装置は、同じミラーアレイに含まれるミラー装置が必要とするのと同じ角度だけ傾動可能でなければならない。例えば、図２４の場合、各ミラー８４３１〜８４３５は、正の方向にθ１の半分の角度、負の方向にθ４の半分の角度だけ傾動可能でなければならない。しかしながら、ＭＥＭＳ技術を用いたミラー装置では、低電圧でミラーの傾動角度を大きくするのが困難なため、ミラーの傾動角度を小さくできるミラー装置が望まれていた。
そこで、本実施例は、上述したような課題を解決するためになされたものであり、ミラーの傾動角度を小さくすることができるミラー装置、ミラーアレイ及び光スイッチを提供することを目的とする。
次に、本実施例について説明する。本実施例は、支点突起をミラーの中心からずれた位置に設けることにより、ミラーの傾動角度を小さくするものである。なお、本実施例において、第８の実施例と同等の構成要素には同じ符号を付してある。また、図２５Ａ，図２５Ｂでは、主にミラーアレイの１構成単位である一つのミラーを備えたミラー装置を部分的に示している。
本実施例に係るミラー装置２は、ミラーが形成されたミラー基板２００と、電極が形成された電極基板３００とが平行に配設された構造を有し、図２５Ａに示すように、電極基板３００の第１テラス３４１の上面において、この上面の中央部からずれた位置に略柱状の突起からなるピボット（支点突起）３５０を設けたものである。ここで、電極基板３００の突出部３２０は、ミラー基板２００のミラー２３０と対向するように配設されている。これにより、ミラー２３０に対するピボット３５０の位置は、ミラー２３０の平面に垂直な中心軸からずれることになる。すなわち、ミラー２３０の中心を電極基板３００上に投影したとすると、そのミラー２３０の中心とピボット３５０とは、一致せず、電極基板３００上の異なった箇所に位置する。なお、ピボット３５０を第１テラス３４１の略中央から移動させる距離及び方向は、ミラーアレイ中のミラー装置２の位置に応じて設定される。
図２６に示すように、従来のミラー装置８２００では、ピボット８３３０がミラー８２３０の略中心に対向するように配設されている。このため、電極８３４０ａ〜８３４０ｄに一様な電圧をかけると、ミラー８２３０全体に一様な吸引力が働き、ミラー８２３０は、電極基板８３０１側に引き寄せられてピボット８３３０に当接するが、電極基板８３０１に対して略平行な状態、すなわちピボット８３３０の軸線（図２６中に一点鎖線で示す）に対して垂直な状態となる。
これに対して、本実施例のミラー装置２では、図２７に示すように、ピボット３５０の位置が対向するミラー２３０の中心からずれるように配設されている。このため、電極３６０ａ〜３６０ｄに一様な電圧（以下、バイアス電圧という）をかけると、ミラー２３０は、ピボット３５０に当接し、ピボット３５０の軸線（図２７中に一点鎖線で示す）に対して垂直な状態（図２７中に点線で示す）から所定の角度だけ傾いた状態（以下、初期状態という）となる。本実施例では、この状態から各電極３６０ａ〜３６０ｄに個別の変位電圧を加え、ピボット３５０を支点としてミラー２３０を傾動させる。
次に、本実施例に係るミラーアレイ及びこのミラーアレイを備えた光スイッチについて説明する。
図２８に示すように、本実施例に係るミラーアレイ５００は、図２５Ａ，図２５Ｂ，図２７を参照して説明したミラー装置２が２次元的にマトリクス状に配設されたものである。
図２９に示すように、本実施例に係る光スイッチ６００は、複数の光ファイバを２次元的に配列した一対のコリメータアレイ６１０，６２０と、上述したミラーアレイ５００からなる一対のミラーアレイ５１０，５２０とから構成される。このような光スイッチ６００では、入力ポートとなるコリメータアレイ６１０から入力された光ビームは、ミラーアレイ５１０，５２０により反射されて、出力ポートとなるコリメータアレイ６２０に到達し、このコリメータアレイ６２０から出力される。ここで、例えば、コリメータアレイ６１０の光ファイバ６１０ａから光スイッチ６００内部に導入された光ビームａは、ミラーアレイ５１０のミラー装置２−１に照射される。すると、その光ビームは、ミラー装置２−１のミラー２３０により反射されて、ミラーアレイ５２０のミラー装置２−２に到達する。このミラーアレイ５２０でもミラーアレイ５１０の場合と同様、上記光ビームは、ミラー装置２−２のミラー２３０により反射されて、コリメータアレイ６２０の光ファイバ６２０ａに到達する。このように、光スイッチ６００は、コリメータアレイ６１０から入力されたコリメート光を電気信号に変換することなく、光ビームのままでコリメータアレイ６２０へ空間的にクロスコネクトすることが可能となる。
ミラーアレイ５００において、各ミラー装置のピボット３５０の位置（図２８中に点線丸印で示す）は、初期状態において対向するミラーアレイの中央部に位置するミラーに光ビームを反射するように、ミラー２３０の中心（図２８中に×印で示す）からずらした位置に設定される。一例として、図２８に示すミラーアレイ５００では、各ミラー装置２のピボット３５０は、ミラーアレイ５００の中央部に位置するミラー装置２ａと、各ミラー装置２のミラー２３０の中心とを結ぶ直線上に位置し、かつ、ミラー装置２ａから離れるにつれて徐々に各ミラー装置２のミラー２３０の中心からミラー装置２ａと反対側に離れた位置に配設されている。ミラー装置２ａのピボット３５０は、ミラー２３０の中心に対向する位置に配設される。これにより、ミラーアレイ５００の各ミラー装置２は、電極３６０ａ〜３６０ｄにバイアス電圧が印加されると、ミラー２３０がピボット３５０に当接して傾動し、照射される光ビームを対となるミラーアレイの中央のミラーに反射させる。
図３０に、ミラーアレイ５１０，５２０の断面の模式図を示す。なお、図３０は、ミラーアレイ５１０，５２０に複数配設されたミラー装置２のミラー２３０の断面を模式的に示したものである。ここで、ミラーアレイ５１０のミラー５１１〜５１５及びミラーアレイ５２０のミラー５２１〜５２５は、それぞれ上述したミラー２３０に対応するものである。
ミラーアレイ５１０の各ミラー装置２の電極３６０ａ〜３６０ｄにバイアス電圧が印加されると、ミラー５１１〜５１５は、図３０に示すように、ミラーアレイ５１０内の位置に応じて傾動し、所定の角度で傾いた状態となる。この初期状態では、ミラー５１１〜５１５は、ミラーアレイ５１０に入力された光ビームをミラーアレイ５２０の中央部に位置するミラー５２３に反射するように傾いている。このため、ミラー５１１〜５１５は、ミラーアレイ５２０のミラー５２１〜５２５それぞれに光ビームを照射するには、正の方向（図３０を正面視した状態で右側の方向）と負の方向（図３０を正面視した状態で左側の方向）に同程度だけ傾動可能であればよい。
例えば、図３０のミラー５１１では、初期状態から負の方向にθ５の半分の角度だけミラー５１１を傾かせると、光ビームａは、ミラー５２１に照射される。また、初期状態から正の方向にθ６の半分の角度だけミラー５１１を傾かせると、光ビームａは、ミラー５２５に照射される。したがって、ミラー５１１の場合、対向するミラーアレイ５２０の全てのミラー５２１〜５２５に光ビームａを照射するためには、初期状態から負の方向にθ５の半分の角度、正の方向にθ６の半分の角度だけそれぞれ傾動可能であればよい。
また、ミラー５１５では、初期状態から負の方向にθ７の半分の角度だけミラー５１５を傾かせると、光ビームｃは、ミラー５２１に照射される。また、初期状態から正の方向にθ８の半分の角度だけミラー５１５を傾かせると、光ビームｃは、ミラー５２５に照射される。したがって、ミラー５１５の場合、対向するミラーアレイ５２０の全てのミラー５２１〜５２５に光ビームｃを照射するためには、初期状態から負の方向にθ７の半分の角度、正の方向にθ８の半分の角度だけそれぞれ傾動可能であればよい。
図２４に示した従来のミラーアレイ８４３０では、本実施例のミラーアレイ５１０のミラー５１１に対応するミラー８４３１は、対向するミラーアレイ８４４０の全てのミラー８４４１〜８４４５に光ビームａを照射するためには、初期位置から正の方向にθ１（＝θ５＋θ６）の半分の角度まで傾動可能でなければならなかった。また、本実施例のミラーアレイ５１０のミラー５１５に対応するミラー８４３５は、初期位置から負の方向にθ４（＝θ７＋θ８）の半分の角度まで傾動可能でなければならなかった。このため、従来のミラーアレイ８４３０の各ミラー装置８２００は、それぞれ同一の形状を有するように形成されていたので、正の方向にθ１の半分の角度、負の方向にθ４の半分の角度だけミラー２３０を傾動可能でなければならなかった。
これに対して本実施例では、例えばミラー５１１の場合、上述したように初期状態から負の方向にθ５の半分の角度、正の方向にθ６の半分の角度だけそれぞれ傾動可能であればよい。これは、従来のミラーアレイ８４３０のミラー装置８２００がミラー２３０を傾動可能とする角度よりも小さく、ほぼ半分の値である。このように、本実施例に係るミラーアレイは、ミラーの傾動角度を小さくすることが可能となる。また、これにより、ミラー装置及びミラーアレイの駆動電圧を低くすることができる。
次に、本実施例に係るミラー装置及びミラーアレイの製造方法について説明する。ここで、ミラー基板２００は、ＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板から形成される。
まず、ＳＯＩ基板の埋め込み絶縁層２５０が形成されている側（主表面：ＳＯＩ層）より、公知のフォトリソグラフィ技術とＤＥＥＰ ＲＩＥなどのエッチングによって、単結晶シリコン層に枠部２１０、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ、可動枠２２０、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂ及びミラー２３０の形状に対応する溝を形成する。
次いで、上記溝に対応する所定の領域が開口したレジストパターンをＳＯＩ基板の裏面に形成し、ＳＦ6などを用いたドライエッチングによりＳＯＩ基板の裏面から選択的にシリコンをエッチングする。このエッチングでは、埋め込み絶縁層２５０をエッチングストッパ層として用い、ＳＯＩ基板の裏面に開口部及び枠状部材２４０を形成する。なお、上記シリコンのエッチングは、水酸化カリウムなどを用いたウエットエッチングにより行うようにしてもよい。
次いで、埋め込み絶縁層２５０の上記開口部に露出している領域を、ＣＦ4などを用いたドライエッチングにより除去する。これにより、ミラー基板２００が形成される。なお、上記埋め込み絶縁層２５０の除去は、フッ酸を用いて除去するようにしてもよい。
一方、電極基板３００は、例えばシリコン基板から形成される。まず、シリコン基板をシリコン窒化膜またはシリコン酸化膜からなる所定のマスクパターンをマスクとし、水酸化カリウム溶液で選択的にエッチングを行う。これを繰り返し行うことにより、基部３１０、第１，２テラス３２１，３２２、ピボット３５０、凸部３６０ａ，３６０ｂが形成された状態とする。ここで、ピボット３５０は、ミラーアレイ５００内の位置に応じて第１テラス３４１の中央部からずれた位置に形成する。なお、ミラーアレイ５００内の中央部に位置するミラー装置２のピボット３５０については、第１テラス３４１のほぼ中央に位置するように形成する。
次いで、シリコン基板のエッチングを行った側の面を酸化し、シリコン酸化膜を形成する。次いで、シリコン酸化膜上に蒸着法などにより金属膜を形成し、この金属膜を公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とによりパターニングし、電極３６０ａ〜３６０ｄ、引き出し線３４１ａ〜３４１ｄ及び配線３７０を形成する。これにより、上述した形状を有する電極基板３００が形成される。
この後、ミラー基板２００及び電極基板３００を貼り合わせることにより、電極３６０ａ〜３６０ｄに対する電界印加によってミラー２３０を可動するミラー装置２を有するミラーアレイ５００が製造できる。このように製造されたミラーアレイ５００は、ミラーアレイ５００内の位置に応じて各ミラー装置２のピボット３５０の位置が調整されており、電極３６０ａ〜３６０ｄにバイアス電圧を印加した際に対向するミラーアレイ５２０の中央のミラーに光ビームを反射する。これにより、各ミラー装置２のミラー２３０を傾動させる角度を小さくすることが可能となる。
なお、本実施例において、図２８に示すミラーアレイ５００は、縦横にそれぞれ５つのミラー装置２を設けるようにしたが、ミラーアレイ５００に設けるミラー装置２の数量は縦横５つに限定されず適宜自由に設定することができる。
また、本実施例に示すミラーアレイ５２０は、ミラーアレイ５１０と同等の構成を有するようにしてもよい。
また、本実施例に示すミラー装置２のミラー２３０は、図３０に示すように１次元的に傾動するのみならず、可動枠回動軸及びミラー回動軸を中心に２次元的に傾動するものである。したがって、ミラー装置２のピボット３５０を第１テラス３４１上に配設する位置は、ミラー装置２のミラーアレイ５００内の位置に応じて２次元的に調整される。
また、本実施例では、ピボット３５０は、突出部３２０上に設けるようにしたが、電極基板３００上に設けるようにしてよい。この場合、電極３６０ａ〜３６０ｄは、電極基板３００上に設けられる。
また、本実施例では、電極３６０ａ〜３６０ｄにバイアス電圧及び変位電極を印加するようにしたが、変位電圧のみを印加するようにしてもよい。
また、本実施例において、突出部３４０には第３テラス３４３が形成されていないが、第３テラス３４３も形成されたミラー装置にも適用することができる。同様に、本実施例では外堀トレンチが形成されていないが、外堀トレンチが形成されたミラー装置にも適用することができる。
また、本実施例に示すミラー装置２及びミラーアレイは、光スイッチのみならず、計測機器、ディスプレイ、スキャナ等に使用することが可能である。この場合、ミラー装置２のピボット３５０は、用途や仕様に応じて任意の位置に設けられる。
以上説明したように、本実施例によれば、支点突起をミラーの中心からずれた位置に設けることにより、電極にバイアス電圧を印加するとミラーが所定の角度だけ傾く。この傾いた状態から、ミラーを傾動させるので、ミラーの傾動角度を小さくすることが可能となる。また、これにより、ミラー装置を低電圧で駆動させることも可能となる。
［第１０の実施例］
次に、本発明の第１０の実施例について説明する。本実施例は、連結部が対となる連結部と異なる構成とすることにより、ミラーの傾動角度を小さくするものである。
なお、本実施例において、第８，９の実施例と同等の構成要素には同じ符号を付してある。また、図３１では、主にミラーアレイの１構成単位である一つのミラーを備えたミラー装置２を部分的に示している。なお、本実施例に係るミラーアレイは、複数のミラー装置が２次元的にマトリクス状に配設されたものである。
ミラー装置２は、ミラーが形成されたミラー基板２００と、電極が形成された電極基板３００とが平行に配設された構造を有する。ここで、ミラー基板２００は、平面視略円形の開口を有する板状の枠部２１０と、平面視略円形の開口を有し、一対の可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂにより枠部２１０の開口内に配設された可動枠２２０と、一対のミラー連結部２２１ａ，２２１ｂにより可動枠２２０の開口内に配設された平面視略円形のミラー２３０と、可動枠２２０及びミラー２３０を取り囲むように枠部２１０の上面に形成された枠状部材２４０とを有する。
一対の可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂは、可動枠２２０の第１切り欠き２２２ａ，２２２ｂ内に設けられており、つづら折りの形状を有するトーションバネから構成され、枠部２１０と可動枠２２０とを連結している。これにより、可動枠２２０は、一対の可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂを通る可動枠回動軸を中心に回動可能とされている。ここで、可動枠連結部２１１ａと可動枠連結部２１１ｂとは、異なる構成、具体的にはバネ定数が異なるように形成されている。例えば、図３１の場合、可動枠連結部２１１ａは、可動枠連結部２１１ｂよりも太く形成されている。これより、可動枠連結部２１１ａのバネ定数は、可動枠連結部２１１ｂよりも大きな値となっている。
一対のミラー連結部２２１ａ，２２１ｂは、可動枠２２０の第２切り欠き内２２３ａ，２２３ｂに設けられており、つづら折りの形状を有するトーションバネから構成され、可動枠２２０とミラー２３０とを連結している。これにより、ミラー２３０は、一対のミラー連結部２２１ａ，２２１ｂを通るミラー回動軸を中心に回動可能とされている。ここで、ミラー連結部２２１ａとミラー連結部２２１ｂとは、異なる構成、具体的にはバネ定数が異なるように形成されている。例えば、図３１の場合、ミラー連結部２２１ａは、ミラー連結部２２１ｂよりも太く形成されている。これにより、ミラー連結部２２１ａのバネ定数は、ミラー連結部２２１ｂよりも大きな値となっている。なお、可動枠回動軸とミラー回動軸とは、互いに直交している。
ここで、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂのバネ定数の大小関係について図３２を参照して説明する。図３２は、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂを構成するトーションバネの模式図である。本実施例に係るミラーアレイの可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂのバネ定数とは、主にミラー基板２００と電極３００との距離方向、すなわちＺ軸方向のバネ定数を意味する。このＺ軸方向のバネ定数の大小関係は、以下に示す要素に依存する。
まず、Ｚ軸方向のバネ定数の大小関係は、図３２に符号ｌ１で示すトーションバネのＸ方向の長さに依存する。ｌ１が長くなるほど、バネ定数は小さくなる。逆に、ｌ１が短くなるほど、バネ定数は大きくなる。
また、Ｚ軸方向のバネ定数の大小関係は、図３２に符号ｌ２で示すトーションバネのＹ方向の長さにも依存する。ｌ２が長くなるほど、バネ定数は小さくなる。逆に、ｌ２が短くなるほど、バネ定数は小さくなる。
また、Ｚ軸方向のバネ定数の大小関係は、図３２に符号ｔで示すトーションバネの幅にも依存する。ｔが小さくなる、すなわちトーションバネが細くなるほど、バネ定数は小さくなる。逆に、ｔが大きくなる、すなわちトーションバネが太くなるほど、バネ定数は大きくなる。
また、Ｚ軸方向のバネ定数の大小関係は、図３２に符号ｐで示す隣接するトーションバネの間隔、すなわちトーションバネのつづら折り形状のピッチにも依存する。ｐが大きくなるほど、バネ定数は小さくなる。逆に、ｐが小さくなるほど、バネ定数は大きくなる。
また、Ｚ軸方向のバネ定数の大小関係は、図３２に符号ｎで示すトーションバネのつづら折り形状の折り返し回数にも依存する。ｎが大きくなる、すなわちトーションバネの折り返し回数が増えると、バネ定数は小さくなる。逆に、ｎが小さくなる、すなわちトーションバネの折り返し回数が少なくなると、バネ定数は大きくなる。
また、Ｚ軸方向のバネ定数の大小関係は、図３２に符号ｈで示すトーションバネの厚さにも依存する。ｈが小さくなる、すなわちトーションバネが薄くなると、バネ定数は小さくなる。逆に、ｈが大きくなる、すなわちトーションバネが厚くなると、バネ定数は大きくなる。
本実施例に係るミラーアレイでは、上述した要素のうち少なくとも一つの要素を、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂの対となる部材間で異ならせる。これにより、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂの対となる部材同士のバネ定数を異ならせる。
なお、Ｘ，Ｙ方向とＸ軸回りの回転のバネ定数も、上述したＺ軸方向のバネ定数の大小関係と同様、トーションバネの形状により変化する。これについて、図３３Ａ〜図３４Ｂを参照して説明する。なお、図３３Ａ〜図３４Ｂでは、一例としてＳｉからなる矩形断面の単純梁の構造を有するトーションバネにおける幅とバネ定数との関係を示している。図３３Ａ，図３４Ａにおいて、右側の縦軸はトーションバネの長手方向回り、すなわちＸ軸回りの回転のバネ定数を表している。同様に、左側の縦軸はトーションバネの高さ方向、すなわちＺ軸方向のバネ定数を表しており、横軸はトーションバネの幅、すなわちＹ軸方向の長さをそれぞれ表している。また、図３３Ａ、図３４Ａにおいて、符号ａで示す曲線はトーションバネのＸ軸回りの回転のバネ定数とトーションバネの幅との関係、符号ｂで示す曲線はトーションバネのＺ軸方向のバネ定数とトーションバネの幅との関係をそれぞれ表している。
図３３Ａ，図３４Ａの符号ａの曲線に示されるように、トーションバネのＸ軸回りの回転のバネ定数は、トーションバネの幅が細くなるほど小さくなり、トーションバネの幅が太くなるほど大きくなる。このように、トーションバネの幅などトーションバネの形状に関するパラメータを変化させると、上述したトーションバネのＺ軸方向のバネ定数のみならず、トーションバネのＸ，Ｙ方向とＸ軸回りの回転のバネ定数も変化する。このＸ軸回りの回転のバネ定数が変化すると、ミラーを所定の角度まで傾動させるのに必要な電圧も変化してしまう。したがって、トーションバネのＺ軸方向のバネ定数を変化させる際には、トーションバネのＸ，Ｙ方向とＸ軸回りの回転のバネ定数が変化しないようにトーションバネの形状を設定する必要がある。この設定は、例えばトーションバネのＸ，Ｙ方向とＸ軸回りの回転のバネ定数を任意の値に固定することにより行うことができる。
一例として、図３３Ｂに示すＸ軸方向の長さが１８０μｍ、高さ１０μｍのトーションバネにおいて、Ｘ軸回りの回転のバネ定数を１．０×１０-8と設定すると、図３３Ａに示すように、符号ａで示す曲線からトーションバネの幅が１．８μｍ、符号ｂに示す曲線からＺ軸方向のバネ定数が６９と算出される。ここで、図３３ＢのトーションバネのＸ軸方向の長さを図３４Ｂに示すように２１０μｍとした場合、Ｘ軸回りの回転のバネ定数を図３３Ｂのトーションバネと同様に１．０×１０-8に設定すると、図３４Ａに示すように、符号ａで示す曲線からトーションバネの幅が１．９μｍ、符号ｂで示す曲線からＺ軸方向のバネ定数が４７と算出される。
このように、トーションバネの幅や長さなどトーションバネの形状に関するパラメータを変更することにより、トーションバネのＸ軸回りの回転のバネ定数を変化させることなく、トーションバネのＺ軸方向のバネ定数を変化させることが可能となる。
次に、本実施例に係るミラーアレイのミラー装置の動作について、図３１，図３５，３６を参照して説明する。なお、図３５，図３６は、図３１のI-I線の要部断面であり、ミラー２３０とミラー連結部２２１ａ，２２１ｂとの関係を示すものである。また、図３５，図３６では、一例として突出部が形成されていない平板状の電極を有するミラー装置について説明するが、本実施例は突出部が形成されたミラー装置にも適用することができる。同様に、図３５，図３６では、一例として外堀トレンチが形成されていないミラー装置について説明するが、本実施例はトレンチが形成されたミラー装置にも適用することができる。
まず、ミラー装置の一次元的な傾き動作について説明する。図３５に示す従来のミラー装置８２００の場合、ミラー連結部８２２１ａ，８２２１ｂは、それぞれ同じ構成を有するように形成されている。このため、ミラー８２３０は、ミラー連結部８２２１ａ，８２２１ｂにより支持される両端部が同等の吊着力で可動枠８２２０に接続されていることになる。したがって、電極８３４０ａ〜８３４０ｄ一様な電圧をかけると、ミラー８２３０全体に一様な吸引力が働き、ミラー８２３０は、図３５の点線で示すように基部８３１０に対して略平行な状態となる。
これに対して、図３６に示す本実施例のミラー装置２では、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂは、対となる部材同士で異なる構成、具体的には異なるバネ定数を有するように形成されている。このため、ミラー２３０は、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂにより支持される各端部が対となる端部と異なる吊着力で可動枠２２０に接続されていることになる。したがって、電極３４０ａ〜３４０ｄに一様な電圧（以下、バイアス電圧という）が印加されてミラー２３０に吸引力が働くと、ミラー２３０は、図３６の点線で示すように、基部３１０に対して所定の角度だけ傾いた状態（以下、初期状態という）となる。
次に、ミラー装置の２次元的な傾き動作について説明する。図３１に示すミラー装置２の場合、可動枠連結部２１１ａは可動枠連結部２１１ｂよりも、ミラー連結部２２１ａはミラー連結部２２１ｂよりも、それぞれバネ定数が大きくなるように形成されている。このため、電極３４０ａ〜３４０ｄにバイアス電圧が印加されると、可動枠２２０は、Ｙ方向へ進むほど基部３００に近接する、枠部２１０と平行な状態から基部３００側に傾いた状態（以下、「Ｙ方向に傾く」という）となる。同様に、ミラー２３０は、Ｘ方向に進むほど基部３００に近接する、可動枠２２０と平行な状態から基部３００側に傾いた状態（以下、「Ｘ方向に傾く」という）となる。したがって、本実施例のミラー装置２では、電極３４０ａ〜３４０ｄに一様な大きさの電圧が印加されると、ミラー２３０は、図３１中の矢印ａで示す方向へ進むほど基部３００に近接する、枠部２１０と平行な状態から基部３１０側に傾いた状態（以下、「ａ方向に傾く」という）となる。本実施例では、この状態から各電極３４０ａ〜３４０ｄに個別の制御電圧を加えることにより、ミラー２３０を傾動させる。
本実施例のミラー装置２から構成されるミラーアレイの一例を図３７に示す。この図３７は、電極３４０ａ〜３４０ｄに一定のバイアス電圧を印加した状態を示している。また、図３７に示す各ミラー装置は、図３１を正面視した状態、すなわち左右方向にミラー連結部２２１ａ，２２１ｂ、上下方向に可動枠連結部２１１ｂ，２１１ａが設けられているものとする。
本実施例に係るミラーアレイ７００は、図３１，図３６を参照して説明したミラー装置２が２次元的にマトリクス状に配設されたものであり、図２９に示す光スイッチ６００のミラーアレイ５１０，５２０に対応する。このようなミラーアレイ７００において、各ミラー装置の可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂは、電極３４０ａ〜３４０ｄに一様なバイアス電圧を印加した初期状態においてミラー２３０が対向するミラーアレイの中央部に位置するミラーに光ビームを反射するように、対となる部材と異なるバネ定数を有するように形成される。なお、ミラーアレイ７００の中央部に位置するミラー装置では、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂは、それぞれ対となる部材と同じバネ定数を有するように形成される。
例えば、ミラー装置２ａとＸ方向と逆方向（以下、「−Ｘ方向」という）に隣接するミラー装置２ｂでは、初期状態においてミラー２３０がミラー装置２ａよりもＸ方向に傾くように、ミラー連結部２２１ｂよりもミラー連結部２２１ａのＺ軸方向のバネ定数を大きくする。このミラー装置２ｂと−Ｘ方向に隣接するミラー装置２ｃでは、初期状態においてミラー２３０をミラー装置２ｂのミラー２３０よりもさらにＸ方向に傾かせる。例えば、ミラー装置２ｃとミラー装置２ｂのミラー連結部２２１ｂのＺ軸方向のバネ定数が等しい場合、ミラー装置２ｃのミラー連結部２２１ａのＺ軸方向のバネ定数を、ミラー装置２ｂのミラー連結部２２１ｂよりも大きくする。
また、ミラー装置２ａとＹ方向と逆方向（以下「−Ｙ方向という）に隣接するミラー装置２ｄでは、初期状態においてミラー２３０がミラー装置２ａよりもＹ方向に傾くように、可動枠連結部２１１ｂよりも可動枠連結部２１１ａのＺ軸方向のバネ定数を大きくする。このミラー装置２ｄと−Ｙ方向に隣接するミラー装置２ｅでは、初期状態においてミラー２３０をミラー装置２ｄのミラー２３０よりもさらにＹ方向に傾かせる。例えば、ミラー装置２ｄとミラー装置２ｅの可動枠連結部２１１ｂのＺ軸方向のバネ定数が等しい場合、ミラー装置２ｅの可動枠連結部２１１ａのＺ軸方向のバネ定数を、ミラー装置２ｄの可動枠連結部２１１ａよりも大きくする。
また、ミラー装置２ａと−Ｘ方向及び−Ｙ方向、すなわち図３７中の矢印ａの方向と反対方向（以下、「−ａ方向」という）に隣接するミラー装置２ｆでは、初期状態においてミラー２３０がミラー装置２ａよりもＸ方向及びＹ方向、すなわち図３７中の矢印ａの方向（以下、ａ方向という）に傾くように、可動枠連結部２１１ｂよりも可動枠連結部２１１ａのＺ軸方向のバネ定数を大きくし、かつ、ミラー連結部２２１ｂよりもミラー連結部２２１ａのＺ軸方向のバネ定数を大きくする。このミラー装置２ｆと−ａ方向に隣接するミラー装置２ｇでは、初期状態においてミラー２３０をミラー装置２ｆのミラー２３０よりもさらにａ方向に傾かせる。例えば、ミラー装置２ｆとミラー装置２ｇの可動枠連結部２１１ｂ及びミラー連結部２２１ｂのＺ軸方向のバネ定数が等しい場合、ミラー装置２ｇの可動枠連結部２１１ａ及びミラー連結部２２１ａのＺ軸方向のバネ定数と、ミラー装置２ｆの可動枠連結部２１１ａ及びミラー連結部２２１ａよりもそれぞれ大きくする。
また、ミラー装置２ｃと−Ｙ方向に隣接するミラー装置２ｈでは、初期状態においてミラー２３０がＸ方向にミラー装置２ｃ，２ｇと同程度、Ｙ方向にミラー装置２ｄ，２ｆと同程度傾くようにする。したがって、例えば、ミラー装置２ｃ，２ｄ，２ｆ，２ｇ，２ｈの可動枠連結部２１１ｂ及びミラー連結部２２１ｂのＺ軸方向のバネ定数がそれぞれ等しい場合、ミラー装置２ｈの可動枠連結部２１１ａは、ミラー装置２ｄ、２ｆの可動枠連結部２１１ａと同じＺ軸方向のバネ定数を有するようにする。また、ミラー装置ｈのミラー連結部２２１ａは、ミラー装置２ｃ，２ｇのミラー連結部２２１ａと同じＺ軸方向のバネ定数を有するようにする。
上述したようにミラーアレイ７００内の位置に応じて可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂのバネ定数を設定することにより、ミラーアレイ７００の各ミラー装置２は、電極３４０ａ〜３４０ｄに一様な大きさのバイアス電圧が印加されるとミラー２３０が傾き、照射される光ビームを対となるミラーアレイの中央のミラーに反射させる。この反射動作については、第９の実施例において図３０を参照して説明したのと同等である。
なお、図３０は、図３７のII-II線の断面図であり、ミラーアレイ７００からなるミラーアレイ５１０，５２０に複数配設されたミラー装置２のミラー２３０の断面を模式的に示したものである。ここで、ミラーアレイ５１０のミラー５１１〜５１５及びミラーアレイ５２０のミラー５２１〜５２５は、それぞれ上述したミラーアレイ７００に含まれるミラー装置２のミラー２３０に対応するものである。また、図３０に示すミラーアレイ５１０，５２０は、図２９に示す光スイッチ６００のミラーアレイ５１０，５２０にそれぞれ対応するものである。
このように、本実施例では、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂが対となる部材同士でバネ定数が異なるようにすることより、初期状態で所定の角度だけ傾いた状態となるため、結果としてミラーの傾動角度を小さくすることが可能となる。
本実施例に係るミラー装置及びミラーアレイは、上述した第９の実施例と同等の製造方法により製造される。
なお、本実施例では、単結晶シリコン層に枠部２１０、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ、可動枠２２０、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂ及びミラー２３０の形状に対応する溝を形成する工程の際、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂをミラーアレイ内の位置に応じてバネ定数を変化させて形成する。
このように製造されたミラーアレイ７００は、ミラーアレイ７００内の位置に応じて各ミラー装置２の可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂのバネ定数が調整されており、電極３４０ａ〜３４０ｄに一定のバイアス電圧を印加した際に対向するミラーアレイ８０の中央のミラーに光ビームを反射する。これにより、各ミラー装置２のミラー２３０を傾動させる角度を小さくすることが可能となる。
図３８は、ミラー基板２００の変形例である。本実施例では、上述したように、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂは、可動枠２２０に形成した第１切り欠き部２２２ａ，２２２ｂ内に設けるようにした。しかしながら、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂを設ける場所はこれに限定されず、図３８に示すように、枠部２１０に形成した第３切り欠き２２４ａ，２２４ｂ内に設けるようにしてもよい。
また、電極３４０ａ〜３４０ｄを設ける場所は基部３１０上に限定されず、例えば、基部３１０上に突出部を設け、この突出部上に設けるようにしてもよい。または、その突出部及び基部３１０上に設けるようにしてもよい。
また、本実施例において、図３７に示すミラーアレイ７００は、縦横にそれぞれ５つのミラー装置２を設けるようにしたが、ミラーアレイ７００に設けるミラー装置２の数量は縦横５つに限定されず適宜自由に設定することができる。また、本実施例のミラーアレイ８０は、ミラーアレイ７００と同等の構成を有するようにしてもよい。
また、本実施例に示すミラー装置２及びミラーアレイは、光スイッチのみならず、計測機器、ディスプレイ、スキャナ等に使用することが可能である。この場合、ミラー装置２の突出部３２０及び電極３４０ａ〜３４０ｄは、用途や仕様に応じて任意の位置に設けられる。
また、本実施例では、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂを構成するトーションバネのＺ軸方向のバネ定数を調整することにより、初期状態でのミラー２３０を傾かせるようにしたが、トーションバネのＸ軸回りの回転のバネ定数を調整するようにしてもよい。このようにしても、初期状態においてミラー２３０を傾かせることが可能となる。
また、本実施例では、電極３４０ａ〜３４０ｄにバイアス電圧及び変位電極を印加するようにしたが、変位電圧のみを印加するようにしてもよい。
以上説明したように、本実施例によれば、連結部が対となる連結部と異なる構成を有することにより、電極にバイアス電圧を印加するとミラーが所定の角度だけ傾く。この傾いた状態から制御電圧を印加してミラーを傾動させるので、ミラーの傾動角度を小さくすることが可能となる。したがって、ミラーを大きく傾けなければならない場合であっても、低電圧で動作させることが可能となる。
［第１１の実施例］
次に、本発明の第１１の実施例について説明する。本実施例は、電極基板上に投影したミラーの回動軸に対して非対称となる基板上の任意の位置に電極を設けることにより、ミラーの傾動角度を小さくするものである。なお、本実施例において、第８〜１０の実施例と同等の構成要素には同じ符号を付してある。また、図３９Ａ，図３９Ｂでは、主にミラーアレイの１構成単位である一つのミラーを備えたミラー装置２を部分的に示している。本実施例では、一例として突出部が形成されていない平板状の電極を有するミラー装置について説明する。
ミラー装置２は、円形のミラー２３０が形成されたミラー基板２００と、電極３４０ａ〜３４０ｄが形成された電極基板３００とが平行に配設された構造を有し、図３９Ａ，図３９Ｂに示すように、電極基板３００上に投影したミラー２３０の可動枠回動軸及びミラー回動軸の少なくとも一方に対して非対称となる電極基板３００上の任意の位置に電極３４０ａ〜３４０ｄを形成したものである。ここで、電極３４０ａ〜３４０ｄは、ミラー２３０と同等の大きさの円を可動枠回動軸及びミラー回動軸に平行な分割線により等しい大きさに４分割した扇型の形状を有する。電極３４０ａ〜３４０ｄの中心とは、その円の中心のことをいい、この中心は上記分割線の交点を通る。なお、電極３４０ａ〜３４０ｄを電極基板３００の略中央から移動させる距離及び方向は、ミラーアレイ中のミラー装置２の位置に応じて設定される。また、分割線は、直線のみならず、任意の曲線等から構成されるようにしてもよい。
図４０に示すように、従来のミラー装置８２００では、電極８３４０ａ〜８３４０ｄは、電極基板８３０１上に投影したミラー８２３０の可動枠回動軸及びミラー回動軸に対して自身が対称となる基部８３１０上の位置に形成されている。このため、図４０に示すように、ミラー８２３０の中心軸（図４０中に一点鎖線で示す）と電極８３４０ａ〜８３４０ｄの中心軸（図４０中に二点鎖線で示す）とは、一致する。したがって、電極８３４０ａ〜８３４０ｄに一様な電圧をかけると、ミラー８２３０全体に一様な吸引力が働き、ミラー２３０は、電極基板８３０１の基部８３１０の主表面に対して略平行な状態、すなわちミラー８２３０の中心軸に対して略垂直な状態となる。なお、ミラー２３０の中心軸とは、ミラー８２３０の中心を通り、かつ、ミラー８２３０の平面に対して垂直、すなわちミラー基板８２０１と電極基板８３０１との距離方向に平行な直線のことを言う。また、電極８３４０ａ〜８３４０ｄの中心軸とは、電極８３４０ａ〜８３４０ｄの中心を通り、かつ、電極８３４０ａ〜８３４０ｄの平面、すなわちミラー基板８２０１と電極基板８３０１との距離方向に平行な直線のことを言う。
これに対して、本実施例のミラー装置２では、電極３４０ａ〜３４０ｄは、電極基板３００上に投影したミラー２３０の可動枠回動軸及びミラー回動軸の少なくとも一方に対して自身が対称とならない基部３１０上の位置に形成されている。このため、図４１に示すように、ミラー２３０の中心軸（図４１中に一点鎖線で示す）と電極３４０ａ〜３４０ｄの中心軸（図４１中に二点鎖線で示す）とは、一致しない。したがって、電極３４０ａ〜３４０ｄに一様な電圧（以下、バイアス電圧という）をかけると、ミラー２３０には、電極３４０ａ〜３４０ｄと対向する部分に引力が働くため、ミラー２３０の中心軸に対して垂直な状態（図４１中に点線で示す）から所定の角度だけ傾いた状態となる（以下、初期状態という）。本実施例では、この状態から各電極３４０ａ〜３４０ｄに個別の制御電圧を加えることにより、ミラー２３０を傾動させる。
次に、図４２を参照して、本実施例に係るミラーアレイについて説明する。本実施例に係るミラーアレイ８００は、図３９Ａ，図３９Ｂ，図４１を参照して説明したミラー装置２が２次元的にマトリクス状に配設されたものであり、図２９に示す光スイッチ６００のミラーアレイ５１０，５２０に対応する。このようなミラーアレイ８００において、各ミラー装置の電極３４０ａ〜３４０ｄ（図４２中に点線で示す）は、ミラー２３０が初期状態において対向するミラーアレイの中央部に位置するミラーに光ビームを反射するように、電極基板３００上に投影したミラー２３０の回動軸に対して自身が非対称となる電極基板３００上の位置に形成される。なお、ミラー２３０の傾きは、バイアス電圧の大きさで調整することも可能である。
一例として、図４２に示すミラーアレイ８００では、各ミラー装置２の電極３４０ａ〜３４０ｄは、ミラーアレイ８００の中央部に位置するミラー装置２ａと、各ミラー装置２のミラー２３０の中心とを結ぶ直線上に位置し、ミラー装置２ａから離れるにつれて徐々に各ミラー装置２のミラー２３０の中心からミラー装置２ａ側に離れた位置に配設されている。これは、ミラー装置２ａから離れたミラー装置２ほど、ミラー２３０の傾きが大きくなるようにするためである。なお、ミラー装置２ａの電極３４０ａ〜３４０ｄは、中心軸がミラー２３０の中心軸と一致するように配設される。これにより、ミラーアレイ８００の各ミラー装置２は、電極３４０ａ〜３４０ｄに一様な大きさのバイアス電圧が印加されると、ミラー２３０が傾き、照射される光ビームを対となるミラーアレイの中央のミラーに反射させる。この反射動作については、第９の実施例で図３０を参照して説明したのと同等である。
なお、図３０は、図４２のI-I線断面図であり、ミラーアレイ８００からなるミラーアレイ５１０，５２０に複数配設されたミラー装置２のミラー２３０の断面を模式的に示したものである。ここで、ミラーアレイ５１０のミラー５１１〜５１５及びミラーアレイ５２０のミラー５２１〜５２５は、それぞれ上述したミラー２３０に対応するものである。また、図３０に示すミラーアレイ５１０，５２０は、図２９に示す光スイッチ６００のミラーアレイ５１０，５２０にそれぞれ対応するものである。
このように、本実施例では、ミラーの傾動角度を小さくすることが可能となる。また、これにより、ミラー装置及びミラーアレイの駆動電圧を低くすることができる。
本実施例に係るミラー装置及びミラーアレイは、上述した第９の実施例と同等の製造方法により製造される。
なお、本実施例では、金属膜を公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とによりパターニングし、電極３４０ａ〜３４０ｄ、引き出し線３４１ａ〜３４１ｄ及び配線３７０を形成する工程の際、電極３４０ａ〜３４０ｄをミラーアレイ８００内の位置に応じて基部３１０の中央部からずれた位置に形成する。ミラーアレイ８００内の中央部に位置するミラー装置２の電極３４０ａ〜３４０ｄについては、基部３１０の略中央部に位置するように形成する。これにより、上述した形状を有する電極基板３００が形成される。
このように製造されたミラーアレイ８００は、ミラーアレイ８００内の位置に応じて各ミラー装置２の電極３４０ａ〜３４０ｄの位置が調整されており、電極３４０ａ〜３４０ｄに一様なバイアス電圧を印加した際に対向するミラーアレイ８００の中央のミラーに光ビームを反射する。これにより、各ミラー装置２のミラー２３０を傾動させる角度を小さくすることが可能となる。また、初期状態においてミラー２３０が傾いているため、ミラー２３０の動作範囲が小さくなり、結果として低電圧駆動が可能となる。
以上説明したように、本実施例によれば、電極基板上に投影したミラーの回動軸に対して非対称となる基板上の任意の位置に電極を設けることにより、電極にバイアス電圧を印加するとミラーが所定の角度だけ傾く。この傾いた状態から制御電圧を印加してミラーを傾動させるので、ミラーの傾動角度を小さくすることができる。また、傾動角度が小さくなるので、低電圧駆動も可能となる。
［第１２の実施例］
次に、本発明の第１２の実施例について説明する。なお、本実施例は、図４３，図４４に示すように、第１１の実施例の電極基板３００上に突出部を設け、この突出部及び電極基板３００上にかけて電極３４０ａ〜３４０ｄを設けたものである。したがって、第１１の実施例と同等の構成要素については、同一の符号及び名称を付し、適宜説明を省略する。
ミラー装置２は、ミラーが形成されたミラー基板２００と、電極が形成された電極基板３００とが平行に配設された構造を有する。
電極基板３００は、板状の基部３１０と、基部３１０の表面（上面）から突出した錐状の形状の突出部３２０とを有する。この突出部３２０は、基部３１０の上面に形成された角錐台の形状を有する第２テラス３２２と、この第２テラス３２２の上面に形成された角錐台の形状を有する第１テラス３２１と、この第１テラス３２１の上面に形成された柱状の形状を有するピボット３３０とから構成される。このような突出部３２０は、ミラーアレイ内の位置に応じて中心が基部３１０の中央部からずれた位置に形成される。なお、突出部３２０を基部３１０の中央部から移動させる距離及び方向は、ミラーアレイ中のミラー装置２の位置に応じて設定される。
突出部３２０の外面を含む基部３１０の上面には、対向するミラー基板２００のミラー２３０と同等の大きさの円内に４つの扇形の電極３４０ａ〜３４０ｄが形成されている。ミラー装置２を平面視した際、電極３４０ａ〜３４０ｄの中心は、ピボット３３０の中心とほぼ一致する。上述したように、突出部３２０がミラーアレイ８００内の位置に応じて基部３１０の中央部からずれた位置に形成されているので、電極３４０ａ〜３４０ｄとミラー２３０とは、それぞれの中心軸が一致せず、平面視した際に一部が重なる状態となる。
本実施例のミラー装置２では、図４４に示すように、ミラー２３０の中心軸（図４４中に一点鎖線で示す）と表面に電極３４０ａ〜３４０ｄが形成された突出部３２０の中心軸（図４４中に二点鎖線で示す）とがずれるように配設されている。このため、電極３４０ａ〜３４０ｄに一様なバイアス電圧をかけると、ミラー２３０は、ミラー２３０の中心軸に対して垂直な状態（図４４中に点線で示す）から所定の角度だけ傾いた状態（以下、初期状態という）となる。本実施例では、この状態から各電極３４０ａ〜３４０ｄに個別の制御電圧を加えることにより、ミラー２３０を傾動させる。
このようなミラー装置２を２次元的にマトリクス状に配設することにより、図４２に示すようなミラーアレイ８００が形成される。図４２に示すミラー装置２を有するミラーアレイ８００は、各ミラー装置２の突出部３２０の中心軸及び電極３４０ａ〜３４０ｄの中心軸は、ミラーアレイ８００の中央部に位置するミラー装置２ａと、各ミラー装置２のミラー２３０の中心とを結ぶ直線上に位置し、かつ、ミラー装置２ａから離れるにつれて徐々に各ミラー装置２のミラー２３０の中心からミラー装置２ａ側に離れた位置に配設されている。なお、ミラー装置２ａの突出部３２０及び電極３４０ａ〜３４０ｄは、中心軸がミラー２３０の中心軸と一致するように配設される。これにより、ミラーアレイ８００の各ミラー装置２は、電極３４０ａ〜３４０ｄに一様にバイアス電圧が印加されると、ミラー２３０が傾き、照射される光ビームを対となるミラーアレイの中央のミラーに反射させる。これにより、本実施例に係るミラーアレイは、ミラーの傾動角度を小さくすることが可能となる。
次に、本実施例に係るミラーアレイの製造方法について説明する。なお、ミラー基板２００の製造方法については、第１１の実施例と同等である。
なお、本実施例では、基部３１０、第１，２テラス３２１，３２２、ピボット３３０、凸部３６０ａ，３６０ｂを形成する工程の際、突出部３２０をミラーアレイ内の位置に応じて基部３１０の中央部からずれた位置に形成する。ミラーアレイ内の中央部に位置するミラー装置２の突出部３２０については、基部３１０の略中央部に位置するように形成する。これにより、上述した形状を有する電極基板３００が形成される。
このように製造されたミラーアレイ８００は、ミラーアレイ８００内の位置に応じて各ミラー装置２の突出部３２０の位置、すなわち電極３４０ａ〜３４０ｄの位置が調整されており、電極３４０ａ〜３４０ｄに一様なバイアス電圧を印加した際に対向するミラーアレイ８００の中央のミラーに光ビームを反射する。これにより、各ミラー装置２のミラー２３０を傾動させる角度を小さくすることが可能となる。
なお、第１１、第１２の実施例において、図４２に示すミラーアレイ８００は、縦横にそれぞれ５つのミラー装置２を設けるようにしたが、ミラーアレイ８００に設けるミラー装置２の数量は縦横５つに限定されず適宜自由に設定することができる。
また、第１１，第１２の実施例に示すミラー装置２のミラー２３０は、図３０に示すように１次元的に傾動するのみならず、可動枠回動軸及びミラー回動軸を中心に２次元的に傾動するものである。したがって、ミラー装置２の電極３４０ａ〜３４０ｄ及び突出部３２０を電極基板３００上に配設する位置は、ミラー装置２のミラーアレイ８００内の位置に応じて２次元的に調整される。
また、第１１，第１２の実施例に示すミラー装置２及びミラーアレイは、光スイッチのみならず、計測機器、ディスプレイ、スキャナ等に使用することが可能である。この場合、ミラー装置２の突出部３２０及び電極３４０ａ〜３４０ｄは、用途や仕様に応じて任意の位置に設けられる。
また、第１１，第１２の実施例では、電極基板３００上の突出部３２０または電極３４０ａ〜３４０ｄの位置を調整することにより、ミラー２３０の中心軸と突出部３２０及び電極３４０ａ〜３４０ｄの中心軸とがずれるようにしたが、ミラー基板２００上のミラー２３０の位置を調整することによって、ミラー２３０の中心軸と突出部３２０及び電極３４０ａ〜３４０ｄの中心軸とがずれるようにしてもよい。
また、第１１，第１２の形態では、電極３４０ａ〜３４０ｄにバイアス電圧及び変位電極を印加するようにしたが、変位電圧のみを印加するようにしてもよい。
以上説明したように、本実施例によれば、電極基板上に投影したミラーの回動軸に対して非対称となる基板上の任意の位置に電極を設けることにより、電極にバイアス電圧を印加するとミラーが所定の角度だけ傾く。この傾いた状態から制御電圧を印加してミラーを傾動させるので、ミラーの傾動角度を小さくすることができる。また、傾動角度が小さくなるので、低電圧駆動も可能となる。
［第１３の実施例］
次に、本発明の第１３の実施例について説明する。本実施例は、ミラー装置の可動枠回動軸及びミラー回動軸の少なくとも一方が、ミラーの重心を通らないようにすることにより、ミラーの傾動角度を小さくするものである。なお、本実施例において、第８〜第１２の実施例と同等の構成要素には同じ符号を付してある。また、図４５では、主にミラーアレイの１構成単位である一つのミラーを備えたミラー装置２を部分的に示している。本実施例では、一例として突出部が形成されていない平板状の電極を有するミラー装置について説明する。
ミラー装置２は、ミラーが形成されたミラー基板２００と、電極が形成された電極基板３００とが平行に配設された構造を有する。ここで、ミラー基板２００は、平面視略円形の開口を有する板状の枠部２１０と、平面視略円形の開口を有し、一対の可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂにより枠部２１０の開口内に配設された可動枠２２０と、一対のミラー連結部２２１ａ，２２１ｂにより可動枠２２０の開口内に配設された平面視略円形のミラー２３０と、可動枠２２０及びミラー２３０を取り囲むように枠部２１０の上面に形成された枠状部材２４０とを有する。
一対の可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂは、可動枠２２０の第１切り欠き２２２ａ，２２２ｂ内に設けられており、つづら折りの形状を有するトーションバネから構成され、枠部２１０と可動枠２２０とを連結している。これにより、可動枠２２０は、一対の可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂを通る可動枠回動軸を中心に回動可能とされている。図４５に示すミラー装置２の場合、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂは、図４５中に一点鎖線ｋで示す可動枠回動軸がミラー２３０の重心Ｇを通るように枠部２１０と可動枠２２０とに接続されている。なお、本実施例では、ミラー２３０が平面視略円形に形成されているので、ミラー２３０の重心は、ミラー２３０の外形をなす円の中心に対応する。
一対のミラー連結部２２１ａ，２２１ｂは、可動枠２２０の第２切り欠き内２２３ａ，２２３ｂに設けられており、つづら折りの形状を有するトーションバネから構成され、可動枠２２０とミラー２３０とを連結している。これにより、ミラー２３０は、一対のミラー連結部２２１ａ，２２１ｂを通るミラー回動軸を中心に回動可能とされている。図４５に示すミラー装置２の場合、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂは、図４５中に点線ｌで示す重心Ｇを通る従来のミラー装置のミラー回動軸からも可動枠連結部２１１ｂの側、すなわち図４５に示すＹ方向側に平行移動した位置に設けられている。したがって、ミラー回動軸は、従来のミラー回動軸ｌからＹ方向側に平行移動するため、図４５中に二点鎖線ｍで示すようにミラー２３０の重心を通らない。なお、可動枠回動軸とミラー回動軸とは、互いに直交している。
次に、本実施例のミラー装置の動作について、図４５〜図４７を参照して説明する。なお、図４６，図４７は、図４５のI-I線の要部断面図に対応するものであり、ミラー回動軸とミラー２３０との関係を示すものである。
図４６に示す従来のミラー装置８２００の場合、ミラー連結部８２２１ａ，２２１ｂは、ミラー回動軸がミラー８２３０の重心Ｇを通るように配設されている。このため、ミラー８２３０は、ミラー回動軸に対して対称に支持されている。したがって、電極８３４０ａ〜８３４０ｄに一様な電圧をかけると、ミラー８２３０全体に一様な吸引力が働き、ミラー８２３０及び可動枠８２２０は、図４６の点線で示すように、基部８３１０に対して略平行な状態のまま基部８３１０側に引き寄せられる。
これに対して、図４７に示す本実施例のミラー装置２では、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂは、上述したように可動枠連結部２１１ｂの側、すなわちＹ方向に平行移動した位置に設けられており、ミラー回動軸ｍがミラー２３０の重心Ｇを通らない。このため、図４５，図４７に示すように、ミラー回動軸ｍ上において、ミラー２３０の可動枠連結部２１１ａ側の端部とミラー回動軸との距離は、ミラー２３０の可動枠連結部２１１ｂ側の端部とミラー回動軸との距離よりも長くなる。したがって、電極３４０ａ〜３４０ｄに一様な電圧（以下、バイアス電圧という）を印加してミラー２３０に吸引力が働くと、図４７の点線で示すように、ミラー２３０は、可動枠２２０と基部３１０側に引き寄せられるとともに、ミラー回動軸を回動中心として傾き、可動枠連結部２１１ａ側の端部が基部３１０側に引き寄せられた状態（以下、初期状態という）となる。本実施例では、この状態、すなわち図４５においてＹ方向と反対側の方向（以下、「−Ｙ方向」という）のミラー２３０の端部が基部３１０側に引き寄せられた状態（以下、「−Ｙ方向に傾く」という）から、各電極３４０ａ〜３４０ｄに個別の制御電圧を加えることにより、ミラー２３０を傾動させる。
なお、図４５、図４７に示すミラー装置２において、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂを移動させる距離及び方向は、ミラー装置２のミラーアレイ内の位置に応じて適宜自由に設定される。
また、図４５に示すミラー装置２では、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂを同時にＹ方向に移動させることにより、ミラー回動軸がミラー２３０の重心Ｇを通らないようにしたが、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂのうち一方をＹ方向に移動することにより、ミラー回動軸がミラー２３０の重心Ｇを通らないようにしてもよい。この場合について、図４８を参照して説明する。図４８では、主にミラーアレイの１構成単位である一つのミラーを備えたミラー装置２のミラー基板を部分的に示している。ここで、図４５で示したミラー装置と同等の構成については、同じ名称及び符号を付して、適宜説明を省略する。
図４８に示すミラー装置２の場合、ミラー連結部２２１ａは、図４８中に点線ｌで示す重心Ｇを通る従来のミラー装置８２００のミラー回動軸から可動枠連結部２１１ｂ側、すなわちＹ方向に移動した位置に設けられている。このため、ミラー回動軸は、従来のミラー回動軸ｌのミラー連結部２２１ａ側の端部がＹ方向に移動した状態、すなわち図４８中に二点差線ｍで示す状態となり、ミラー２３０の重心を通らない。このように、ミラー回動軸ｍは、可動枠回動軸ｋと直交せず、可動枠回動軸ｋに対して任意の角度で交わる。このとき、可動枠回動軸ｋ上において、ミラー２３０の可動枠連結部２１１ａ側の端部とミラー回動軸との距離は、ミラー２３０の可動枠連結部２１１ｂ側の端部とミラー回動軸との距離よりも長くなっている。したがって、電極３４０ａ〜３４０ｄに一様な大きさのバイアス電圧が印加されてミラー２３０に吸引力が働くと、ミラー２３０は、可動枠回動軸ｋに対して任意の角度で交わったミラー回動軸ｍを回動中心として傾き、可動枠連結部２１１ａ側の端部が基部３１０側に引き寄せられた状態となる。本実施例では、このような初期状態、すなわち図４８おいてミラー回動軸ｍと直交するａ方向と反対側の方向（以下、「−ａ方向」という）のミラー２３０の端部が基部３１０側に引き寄せられた状態（以下、「−ａ方向に傾く」という）から、各電極３４０ａ〜３４０ｄに個別の制御電圧を加えることにより、ミラー２３０を傾動させる。
なお、図４８に示すミラー装置２では、ミラー連結部２２１ａをＹ方向に移動させるようにしたが、ミラー連結部２２１ｂをＹ方向に移動させるようにしてもよい。さらに、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂを移動させる距離は、ミラー装置２のミラーアレイ内の位置に応じて適宜自由に設定される。また、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂを移動させる方向、すなわち、従来のミラー装置８２００のミラー回動軸からＹ方向における正負の方向は、ミラー装置２のミラーアレイ内の位置に応じて適宜自由に設定される。
また、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂそれぞれをＹ方向に移動させるようにしてもよい。この場合、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂは、ミラー回動軸がミラー２３０の重心を通らない位置であれば、適宜自由に移動させることができる。
次に、図４９を参照して、可動枠回動軸がミラーの重心を通らないミラー装置について説明する。図４９では、主にミラーアレイの１構成単位である一つのミラーを備えたミラー装置２のミラー基板２００を部分的に示している。なお、図４５で示したミラー装置と同等の構成については、同じ名称及び符号を付して、適宜説明を省略する。
図４９に示すミラー装置２の場合、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂは、図４９中に点線ｎで示す重心Ｇを通る従来のミラー装置８２００の可動枠回動軸からミラー連結部２２１ｂ側、すなわちＸ方向に移動した位置に設けられている。したがって、可動枠回動軸は、従来の可動枠回動軸ｎからＸ方向に平行移動するため、図４９中に一点鎖線ｋで示すように、ミラー２３０の重心を通らない。これにより、可動枠回動軸ｋ上において、ミラー２３０のミラー連結部２２１ａ側の端部と可動枠回動軸との距離は、ミラー２３０のミラー連結部２２１ｂ側の端部とミラー回動軸との距離よりも長くなる。このため、電極３４０ａ〜３４０ｄに一定のバイアス電圧が印加されてミラー２３０に吸引力が働くと、ミラー２３０は、可動枠回動軸を回動中心として傾き、ミラー連結部２２１ａ側の端部が基部３１０側に引き寄せられた状態となる。本実施例では、このような初期状態、すなわち図４９においてＸ方向と反対側の方向（以下、「−Ｘ方向」という）の端部が基部３１０側に引き寄せられた状態（以下、「−Ｘ方向に傾く」という）から、各電極３４０ａ〜３４０ｄに個別の制御電圧を加えることにより、ミラー２３０を傾動させる。
なお、図４９に示すミラー装置２において、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂを移動させる距離は、ミラー装置２のミラーアレイ内の位置に応じて適宜自由に設定される。また、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂを移動させる方向、すなわち、従来のミラー装置８２００の可動枠回動軸からＸ方向における正負の方向は、ミラー装置２のミラーアレイ内の位置に応じて適宜自由に設定される。
また、図４８の場合と同様、図４９に示すミラー装置２の場合も、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂのうち一方を移動することにより、可動枠回動軸がミラー２３０の重心を通らないようにしてもよい。この場合、電極３４０ａ〜３４０ｄに一様なバイアス電圧が印加されてミラー２３０に吸引力が働くと、ミラー２３０は、ミラー回動軸に対して任意の角度で交わった可動枠回動軸を回動中心として傾き、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂの一方の側の端部が基部３１０側に引き寄せられた状態となる。この場合も、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂを移動させる距離及び方向は、ミラー装置２のミラーアレイ内の位置に応じて適宜自由に設定される。
また、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂそれぞれをＸ方向に移動させるようにしてもよい。この場合、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂは、可動枠回動軸がミラー２３０の重心を通らない位置であれば、適宜自由に移動させることができる。
次に、図５０を参照して、可動枠回動軸及びミラー回動軸がミラーの重心Ｇを通らないミラー装置について説明する。図５０では、主にミラーアレイの１構成単位である一つのミラーを備えたミラー装置２のミラー基板２００を部分的に示している。なお、図４５，４９で示したミラー装置と同等の構成については、同じ名称及び符号を付して、適宜説明を省略する。
図５０に示すミラー装置２の場合、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂは、図５０中に点線ｎで示す重心Ｇを通る従来のミラー装置８２００の可動枠回動軸からミラー連結部２２１ｂ側、すなわちＸ方向に移動した位置に設けられている。また、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂは、図５０中の点線ｌで示す重心Ｇを通る従来のミラー装置８２００のミラー回動軸から可動枠連結部２１１ｂ側、すなわちＹ方向に移動した位置に設けられている。したがって、図５０中に一点鎖線ｋで示す可動枠回動軸及び二点差線ｍで示すミラー回動軸は、従来の可動枠回動軸ｎ及びミラー回動軸ｌからそれぞれＸ方向及びＹ方向に平行移動するため、ミラー２３０の重心を通らない。これにより、可動枠回動軸ｋ上において、ミラー２３０のミラー連結部２２１ａ側の端部と可動枠回動軸との距離は、ミラー２３０のミラー連結部２２１ｂ側の端部とミラー回動軸との距離よりも長くなる。また、ミラー回動軸ｍ上において、ミラー２３０の可動枠連結部２１１ａ側の端部とミラー回動軸との距離は、ミラー２３０の可動枠連結部２１１ｂ側の端部とミラー回動軸との距離よりも長くなる。このため、電極３４０ａ〜３４０ｄに一定のバイアス電圧が印加されてミラー２３０に吸引力が働くと、ミラー２３０は、可動枠回動軸ｋ及びミラー回動軸ｍを回動中心として傾き、図５０においてａ方向と反対側の方向（以下、「−ａ方向」という）の端部が基部３１０側に引き寄せられた状態（以下、「−ａ方向に傾く」という）となる。本実施例では、このような初期状態から、各電極３４０ａ〜３４０ｄに個別の制御電圧を加えることにより、ミラー２３０を傾動させる。
なお、図５０に示すミラー装置２において、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂを移動させる距離は、ミラー装置２のミラーアレイ内の位置に応じて適宜自由に設定される。また、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂを移動させる方向、すなわち、Ｘ及びＹ方向における正負の方向は、ミラー装置２のミラーアレイ内の位置に応じて適宜自由に設定される。
また、図５０に示すミラー装置２では、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂをそれぞれ同時にＹ方向に移動させることにより、可動枠回動軸及びミラー回動軸がミラー２３０の重心Ｇを通らないようにしたが、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂのそれぞれのうち一方を移動することにより、ミラー回動軸がミラー２３０の重心Ｇを通らないようにしてもよい。
次に、図５１を参照して、本実施例に係るミラーアレイについて説明する。図５１は、電極３４０ａ〜３４０ｄに一定のバイアス電圧を印加した状態を示している。また、図５１に示す各ミラー装置は、図４５，４８，４９，５０を正面視した状態、すなわち左右方向にミラー連結部２２１ａ，２１１ｂ、上下方向に可動枠連結部２１１ｂ，２１１ａが設けられているものとする。
本実施例に係るミラーアレイ９００は、図４５，４８，４９，５０を参照して説明したミラー装置２が２次元的にマトリクス状に配設されたものであり、図２９に示す光スイッチ６００のミラーアレイ５１０，５２０に対応する。このようなミラーアレイ９００において、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂは、電極３４０ａ〜３４０ｄに一様なバイアス電圧を印加した初期状態においてミラー２３０が対向するミラーアレイの中央部に位置するミラーに光ビームを反射させるため、可動枠回動軸及びミラー回動軸の少なくとも一方がミラー２３０の重心を通らない位置に形成される。なお、ミラーアレイ９００の中央部に位置するミラー装置２ａでは、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂは、可動枠回動軸及びミラー連結部がミラー２３０の重心を通り、かつ、可動枠回動軸とミラー連結部が直交する位置に形成される。
例えば、図５１において、ミラー装置２ａとＹ方向に隣接するミラー装置２ｂでは、図４５に示すミラー装置２の場合と同様、初期状態においてミラー２３０が−Ｙ方向に傾くように、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂを重心ＧよりもＹ方向における正の方向に移動させる。このミラー装置２ｂとＹ方向に隣接するミラー装置２ｃでは、初期状態においてミラー２３０がミラー装置２ｂのミラー２３０よりもさらに−Ｙ方向に傾くように、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂをミラー装置２ｂのミラー連結部２２１ａ，２２１ｂよりもさらにＹ方向における正の方向に移動させる。
また、ミラー装置２ａとＸ方向に隣接するミラー装置２ｄでは、図４９に示すミラー装置２の場合と同様、初期状態においてミラー２３０が−Ｘ方向に傾くように、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂを重心ＧよりもＸ方向における正の方向に移動させる。このミラー装置２ｄとＸ方向に隣接するミラー装置２ｅでは、初期状態においてミラー２３０がミラー装置２ｄのミラー２３０よりもさらに−Ｘ方向に傾くように、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂをミラー装置２ｄの可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂよりもさらにＸ方向における正の方向に移動させる。
また、ミラー装置２ａとＸ方向及びＹ方向、すなわち図５０中の矢印ａの方向に隣接するミラー装置２ｆでは、図４８に示すミラー装置２の場合と同様、初期状態においてミラー２３０がミラー装置２ａよりも−Ｘ方向及び−Ｙ方向、すなわち図５０中の矢印ａと反対方向（以下、「−ａ方向」という）に傾くように、ミラー連結部２２１ａを重心ＧもＹ方向における正の方向に移動させる。このミラー装置２ｆとａ方向に隣接するミラー装置２ｇでは、初期状態においてミラー２３０がミラー装置２ｆのミラー２３０よりもさらに−ａ方向に傾くように、ミラー連結部２２１ａをミラー装置２ｆのミラー連結部２２１ａよりもさらにＹ方向における正の方向に移動させる。
なお、ミラー装置２ｆ，２ｇの場合、可動枠連結部２１１ａをＸ方向における正の方向に移動させるようにしてもよい。また、ミラー装置２ｆ、２ｇの場合、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂをそれぞれＸ方向及びＹ方向の正の方向に移動させるようにしてもよい。また、ミラー装置２ｆ、２ｇの場合、可動枠連結部２１１ａ及びミラー連結部２２１ａをそれぞれＹ方向及びＸ方向の正の方向に移動させるようにしてもよい。
上述したようにミラーアレイ９００内の位置に応じて可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂの位置を設定することにより、ミラーアレイ９００の各ミラー装置２は、電極３４０ａ〜３４０ｄに一様な大きさのバイアス電圧が印加されるとミラー２３０が傾き、照射される光ビームを対となるミラーアレイの中央のミラーに反射させる。この反射動作については、第９の実施例において図３０を参照して説明したのと同等である。
なお、図３０は、図５１のII-II線の断面図であり、ミラーアレイ９００からなるミラーアレイ５１０，５２０に複数配設されたミラー装置２のミラー２３０の断面を模式的に示したものである。ここで、ミラーアレイ５１０のミラー５１１〜５１５及びミラーアレイ５２０のミラー５２１〜５２５は、それぞれ上述したミラーアレイ９００に含まれるミラー２３０に対応するものである。また、図３０に示すミラーアレイ５１０，５２０は、図２９に示す光スイッチ６００のミラーアレイ５１０，５２０にそれぞれ対応するものである。
このように、本実施例では、可動枠回動軸及びミラー回動軸のうち少なくとも一方がミラー２３０の重心を通らない位置に可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂを設けることより、初期状態で所定の角度だけ傾いた状態となるため、結果としてミラーの傾動角度を小さくすることが可能となる。また、これにより、ミラー装置及びミラーアレイの駆動電圧を低くすることができる。
本実施例に係るミラー装置及びミラーアレイは、上述した第９の実施例と同等の製造方法により製造される。
なお、本実施例では、単結晶シリコン層に枠部２１０、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ、可動枠２２０、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂ及びミラー２３０の形状に対応する溝を形成する工程の際、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂを、ミラーアレイ内の位置に応じて上述したＸ方向及びＹ方向に移動させて形成する。
このように製造されたミラーアレイ９００は、ミラーアレイ９００内の位置に応じて各ミラー装置２の可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂのミラー基板２００上の位置が調整されており、電極３４０ａ〜３４０ｄに一定のバイアス電圧を印加した際に対向するミラーアレイの中央のミラーに光ビームを反射する。これにより、各ミラー装置２のミラー２３０を傾動させる角度を小さくすることが可能となる。また、初期状態においてミラー２３０が傾いているため、ミラー２３０の動作範囲が小さくなり、結果として低電圧駆動が可能となる。
図３８は、ミラー基板２００の変形例である。本実施例では、上述したように、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂは、可動枠２２０に形成した第１切り欠き部２２２ａ，２２２ｂ内に設けるようにした。しかしながら、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂを設ける場所はこれに限定されず、図３８に示すように、枠部２１０に形成した第３切り欠き２２４ａ，２２４ｂ内に設けるようにしてもよい。このようなミラー基板２００においても、可動枠回動軸及びミラー回動軸がミラー２３０の重心を通らないようにすることにより、ミラー２３０を傾動させる角度を小さくすることが可能となる。
また、電極３４０ａ〜３４０ｄを設ける場所は基部３１０上に限定されず、例えば、基部３１０上に突出部を設け、この突出部上に設けるようにしてもよい。または、その突出部及び基部３１０上に設けるようにしてもよい。
また、本実施例において、図５１に示すミラーアレイ９００は、縦横にそれぞれ５つのミラー装置２を設けるようにしたが、ミラーアレイ９００に設けるミラー装置２の数量は縦横５つに限定されず適宜自由に設定することができる。
また、本実施例に示すミラー装置２及びミラーアレイは、光スイッチのみならず、計測機器、ディスプレイ、スキャナ等に使用することが可能である。この場合、ミラー装置２の突出部３２０及び電極３４０ａ〜３４０ｄは、用途や仕様に応じて任意の位置に設けられる。
また、本実施例では、電極３４０ａ〜３４０ｄにバイアス電圧及び変位電極を印加するようにしたが、変位電圧のみを印加するようにしてもよい。
以上説明したように、本実施例によれば、ミラーの回動軸が重心を通らないので、電極にバイアス電圧を印加するとミラーが所定の角度だけ傾く。この傾いた状態から制御電圧を印加してミラーを傾動させるので、ミラーの傾動角度を小さくすることができる。また、傾動角度が小さくなるので、低電圧駆動も可能となる。
［第１４の実施例］
次に、本発明の第１４の実施例について説明する。
従来、図１０７、図１０８では電気配線について記載していないが、ミラーアレイに複数のミラー８１０３（ミラー装置）を２次元的に集積配置する場合、あるミラー装置（以下、第１のミラー装置と呼ぶ）のミラー８１０３の近傍を、別の第２のミラー装置の駆動電極８００３−１〜８００３−４に電圧を供給するための配線が通過する配線レイアウトになる。この配線には駆動電圧が印加されるため、第１のミラー装置のミラー８１０３はこの配線からも静電力を受けることになり、ミラー８１０３の傾斜角θは、第１のミラー装置の駆動電極８００３−１〜８００３−４に印加された電圧で決まる本来の角度からずれた値になる。しかも、第２のミラー装置の駆動電極８００３−１〜８００３−４に印加される駆動電圧は光スイッチの状態により随時変化するため、複数の第２のミラー装置に向かう配線からの影響を受けると、第１のミラー装置のミラー８１０３の傾斜角制御が困難になる。
このような配線からの干渉は、ミラー８１０３から配線を極端に遠ざければ無視できるが、ミラー８１０３の配置間隔が広がって、ミラーアレイ全体の寸法が大きくなり、経済的でない。また、光スイッチでは一対のミラーアレイを対向させてミラーアレイ間で光ビームを授受する関係上、ミラーアレイのミラー配置間隔が広がると、各ミラー８１０３に要求される傾斜角θも大きくなり、製作が困難になるという問題が発生する。したがって、複数のミラー８１０３をできるだけ近接して配置したいという要求がある。駆動電極８００３−１〜８００３−４を配置する下部基板８００１に垂直に孔を穿ち、配線を下部基板８００１の裏面側に引き出すことができれば、複数のミラー８１０３を近接配置しながら、配線からの干渉を抑制できるが、下部基板８００１の裏面側に配線を引き出すことは技術的に困難である。つまり、配線は下部基板８００１の表面に平面的に形成することが製造上好ましい。しかし、配線がミラー８１０３の近傍にあると、前述のように配線によるミラー８１０３への干渉が無視できない。
そこで、本実施例は、上記課題を解決するためになされたもので、ミラー装置及び複数のミラー装置を２次元的に配置したミラーアレイにおいて、近接する配線からの干渉による予期しないミラーの傾斜角の変動を抑制することを目的とするものである。
本実施例は、図５２、図５３に示すように、単結晶シリコンからなる下部基板１００１の中央部に４つの駆動電極１００３−１〜１００３−４が設けられている。また、下部基板１００１の上面の両側には単結晶シリコンからなる支柱１００４が設けられている。
一方、上部基板１１０１の内側には円環状のジンバル１１０２が設けられ、さらにジンバル１１０２の内側にミラー１１０３が設けられている。ミラー１１０３の上面には、例えば３層のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層が形成されている。上部基板１１０１とジンバル１１０２とは、１８０゜隔てた２か所においてトーションバネ１１０４により連結され、同様にジンバル１１０２とミラー１１０３とは、１８０゜隔てた２か所においてトーションバネ１１０５により連結されている。一対のトーションバネ１１０４を通るｘ軸と、一対のトーションバネ１１０５を通るｙ軸は直交する。結果として、ミラー１１０３は、ｘ軸とｙ軸の２軸を回動軸として回動することができる。上部基板１１０１、ジンバル１１０２、ミラー１１０３、トーションバネ１１０４，１１０５は単結晶シリコンで一体形成されている。
図５２、図５３に示したような下部基板１００１の構造と上部基板１１０１の構造とが別々に作製され、はんだにより支柱１００４に上部基板１１０１が取り付けられ、下部基板１００１に上部基板１１０１がボンディングされている。このミラー装置においては、ミラー１１０３を接地し、駆動電極１００３−１〜１００３−４に正の電圧を与えて、しかも駆動電極１００３−１〜１００３−４間で非対称な電位差を生じさせることにより、ミラー１１０３を静電力で吸引し、ミラー１１０３を任意の方向へ回動させることができる。
また、本実施例では、上部基板１１０１上に配線１００５−１〜１００５−４が形成されている。配線配線１００５−１〜１００５−４は、それぞれ駆動電極１００３−１〜１００３−４と接続され、図示しない電源から駆動電極１００３−１〜１００３−４に駆動電圧を供給する。配線１００６は、図５２、図５３のミラー装置と同一の基板１００１，１１０１に形成された他のミラー装置の駆動電極（不図示）と接続され、この駆動電極に駆動電圧を供給する。
図５２、図５３のようなミラー装置において、配線１００５−１〜１００５−４，１００６がｘ軸、ｙ軸と平行に存在すると、ｘ軸を回動軸とするジンバル１１０２及びｙ軸を回動軸とするミラー１１０３の回動への影響が強く現れる。特に、ミラー１１０３の外側にあるジンバル１１０２は配線１００５−１〜１００５−４，１００６からの影響を受けやすい。その理由は、ミラー１１０３に比べて配線１００５−１〜１００５−４，１００６に近い位置にあるからである。
一方、ｘ軸と垂直な方向に配線１００５−１〜１００５−４，１００６がある場合、このｘ軸を回動軸とするジンバル１１０２の回動への干渉は起きにくくなる。これは、回動軸回りのモーメントが発生しにくいためである。同様に、ｙ軸と垂直な方向に配線１００５−１〜１００５−４，１００６を配置すれば、ｙ軸を回動軸とするミラー１１０３の回動への干渉は起きにくくなる。
そこで、本実施例では、配線１００５−１〜１００５−４，１００６からの影響を受けやすいジンバル１１０２について、この影響を抑制することを重視し、ジンバル１１０２の回動軸と直交するｙ軸の方向に配線１００５−１〜１００５−４，１００６を設ける。ミラー１１０３の回動への影響については、以下のようにミラー１１０３と配線１００５−１〜１００５−４，１００６との距離を離すことで対処する。
ミラー１１０３の傾斜角制御の精度を、全傾斜角の１０００分の１程度とすれば、配線１００５−１〜１００５−４，１００６からの影響もその程度以下であれば許容される。全傾斜角の１０００分の１程度の精度とは、例えばミラー１１０３の直径が５００μｍで、ミラー１１０３の配置間隔が１ｍｍ、ミラー１１０３を縦１０個×横１０個配置したとき、約１０μｍのビーム位置精度に相当する。
図５４，図５５を参照して、配線からの静電力がミラー１１０３に与える影響を実測した結果について説明する。図５４において、横軸はミラー１１０３の端から配線までの水平距離ｈ、縦軸は配線からの静電力によって生じるミラー１１０３の傾斜角のずれである。ここでは、トーションバネ１１０５の回転バネ剛性を２．４×１０-9Ｎｍ、配線に印加される電圧を８０Ｖ、配線の幅Ｗを９μｍ、ミラー１１０３と駆動電極１００３−１〜１００３−４との距離ｄを８７．７μｍとする。
この条件で実測した結果が図５４の特性Ａ１である。ただし、実際の使用条件では、駆動電圧が最大で例えば２４０Ｖ程度になるので、駆動電圧２４０Ｖの条件で特性Ａ１を換算すると、図５４の特性Ａ２になる。特性Ａ２は、特性Ａ１に対してミラー１１０３の角度ずれが約９倍になる。さらに、特性Ａ１，Ａ２は配線が１本の条件で求めているため、１２本の配線（合計の配線幅Ｗが２００μｍ）に駆動電圧２４０Ｖが印可される条件で特性Ａ１を換算すると、図５４の特性Ａ３になる。特性Ａ３は、特性Ａ１に対してミラー１１０３の角度ずれが約３０倍になる。
図５４の特性Ａ３から分かるように、水平距離ｈがミラー１１０３と駆動電極１００３−１〜１００３−４との距離ｄに等しくなると、ｈ＝０の場合に比べて角度ずれが約１桁減少する。さらに、ｈ＝２ｄになると、ｈ＝０の場合に比べて角度ずれが約２桁減少し、ｈ＝４ｄになると、角度ずれが約３桁減少する。この結果から、配線１００５−１〜１００５−４，１００６をミラー１１０３から例えば４ｄ程度離せば、配線の影響を実効的に無視できるレベルに抑制できることが分かる。
以上により、本実施例では、ジンバル１１０２の回動軸と直交する方向に配線１００５−１〜１００５−４，１００６を設けることで、配線１００５−１〜１００５−４，１００６からの干渉による予期しないミラー１１０３の傾斜角の変動を抑制することができ、ミラー１１０３から配線１００５−１〜１００５−４，１００６を離すことで、この抑制効果をさらに高めることができる。なお、ジンバルがない１軸回動のミラー装置の場合は、ミラー１１０３の回動軸と直交する方向に配線１００５−１〜１００５−４，１００６を設けるようにすればよい。
以上説明したように、本実施例によれば、上部基板に対して回動可能に支持されるミラーを備えた１軸回動のミラー装置において、駆動電極と接続される配線を下部基板上にミラーの回動軸と直交させて配置することにより、この配線からの干渉による予期しないミラーの傾斜角の変動を抑制することができる。また、配線を下部基板の裏面側に形成する必要がないので、製造の容易さを維持しつつ、ミラーの傾斜角の変動を抑制することができる。
また、本実施例によれば、上部基板に対して回動可能に支持される環状のジンバルと、ジンバルに対して回動可能に支持されるミラーとを備え、直交する２軸で回動する２軸回動のミラー装置において、駆動電極と接続される配線を下部基板上にジンバルの回動軸と直交させて配置することにより、この配線からの干渉による予期しないミラーの傾斜角の変動を抑制することができる。また、配線を下部基板の裏面側に形成する必要がないので、製造の容易さを維持しつつ、ミラーの傾斜角の変動を抑制することができる。
［第１５の実施例］
第１４の実施例では、ミラー装置単体での配線について説明したが、本実施例では、複数のミラー装置を２次元的に配置するミラーアレイの配線について図５６を参照して説明する。なお、図５６において、図５２、図５３と同一の構成には同一の符号を付してある。図５６において、１００７は各ミラー装置の駆動電極と接続される配線（図５２、図５３の配線１００５−１〜１００５−４，１００６に相当）、１００８は配線１００７と接続されるワイヤーボンディング用の電極端子である。
図５６に示すミラーアレイでは、矩形のミラー配置領域１２０１の周縁に外部の電源との接続用の電極端子１００８を配置し、電極端子１００８から中央に向かって配線１００７を配置する。これにより、効率的な配線レイアウトを実現する。
さらに、本実施例では、ミラー配置領域１２０１を２本の対角線１２０２，１２０３で４つの分割領域１２０４〜１２０７に分け、ミラー配置領域１２０１の交差する２辺と対角線１２０２，１２０３によって囲まれた任意の隣接する２つの分割領域では、ジンバル１１０２の回動軸（一対のトーションバネ１１０４を通る軸）が互いに直交するように各ミラー装置を配置する。例えば、分割領域１２０４では、ジンバル１１０２の回動軸が図５６の左右方向に配置されるのに対し、これに隣接する分割領域１２０５では、ジンバル１１０２の回動軸が図５６の上下方向に配置される。各分割領域１２０４〜１２０７において、ジンバル１１０２の回動軸と直交する方向に配線１００７を設けることは第１４の実施例と同じである。
こうして、本実施例では、配線１００７からの干渉による予期しないミラー１１０３の傾斜角の変動を抑制することができる。
以上説明したように、本実施例によれば、２軸回動のミラー装置を２次元的に複数配置したミラーアレイにおいて、矩形のミラー配置領域の交差する２辺と対角線によって囲まれた任意の隣接する２つの分割領域では、ジンバルの回動軸が互いに直交するように各ミラー装置を配置し、分割領域の各々においては、駆動電極と接続される配線を下部基板上にジンバルの回動軸と直交させて配置することにより、配線からの干渉による予期しないミラーの傾斜角の変動を抑制することができる。
［第１６の実施例］
次に、本発明の第１６の実施例について説明する。本実施例は、ミラーよりも配線に近い位置に、ミラーと同電位の導電性部材を配設することにより、配線からの干渉による予期しないミラーの傾斜角の変動を抑制するものである。なお、本実施例において、第１４の実施例と同等の構成要素については、同じ名称が付してある。
図５７、図５８に示すように、単結晶シリコンからなる下部基板１００１の中央部にはシリコン酸化膜からなる絶縁層１００２を介して４つの駆動電極１００３−１〜１００３−４が設けられている。また、下部基板１００１の上面の両側には単結晶シリコンからなる支柱１００４が設けられている。配線１００５−１〜１００５−４は、それぞれ駆動電極１００３−１〜１００３−４と接続され、図示しない電源から駆動電極１００３−１〜１００３−４に駆動電圧を供給する。配線１００６は、図５７、図５８のミラー装置と同一の基板１００１，１１０１に形成された他のミラー装置の駆動電極（不図示）と接続され、この駆動電極に駆動電圧を供給する。
一方、上部基板１１０１の内側には円環状のジンバル１１０２が設けられ、さらにジンバル１１０２の内側にミラー１１０３が設けられている。ミラー１１０３の上面には、例えば３層のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層が形成されている。上部基板１１０１とジンバル１１０２とは、１８０゜隔てた２か所においてトーションバネ１１０４により連結され、同様にジンバル１１０２とミラー１１０３とは、１８０゜隔てた２か所においてトーションバネ１１０５により連結されている。一対のトーションバネ１１０４を通るｘ軸と、一対のトーションバネ１１０５を通るｙ軸は直交する。結果として、ミラー１１０３は、ｘ軸とｙ軸の２軸を回動軸として回動することができる。上部基板１１０１、ジンバル１１０２、ミラー１１０３、トーションバネ１１０４，１１０５は単結晶シリコンで一体形成されている。
図５７、図５８に示したような下部基板１００１の構造と上部基板１１０１の構造とが別々に作製され、はんだにより支柱１００４に上部基板１１０１が取り付けられ、下部基板１００１に上部基板１１０１がボンディングされている。このミラー装置においては、ミラー１１０３を接地し、駆動電極１００３−１〜１００３−４に正の電圧または負の電圧を与えて、しかも駆動電極１００３−１〜１００３−４間で非対称な電位差を生じさせることにより、ミラー１１０３を静電力で吸引し、ミラー１１０３を任意の方向へ回動させることができる。
前述のとおり、上部基板１１０１、ジンバル１１０２、ミラー１１０３及びトーションバネ１１０４，１１０５は単結晶シリコンで一体形成されており、ミラー１１０３には、上部基板１１０１とトーションバネ１１０４とジンバル１１０２とトーションバネ１１０５とを介して所定の電位（例えば接地電位）が印加される。
本実施例の特徴は、ミラー１１０３よりも配線１００５−１〜１００５−４，１００６に近い位置に、ミラー１１０３と同電位の導電性部材を配設することである。これにより、配線１００５−１〜１００５−４，１００６からの干渉による予期しないミラー１１０３の傾斜角の変動を抑制する。そして、本実施例では、ミラー１１０３と同電位の導電性部材として、単結晶シリコンからなる下部基板（導電性基板）１００１を用いる。すなわち、図５９に示すように、下部基板１００１をミラー１１０３と同電位にする。
ミラー１１０３と駆動電極１００３−１〜１００３−４との距離ｄは例えば９０μｍ程度である。これに対して、配線１００５−１〜１００５−４，１００６と下部基板１００１との間に存在する絶縁層１００２は距離ｄよりも薄いので、下部基板１００１はミラー１１０３よりも配線１００５−１〜１００５−４，１００６に近い。このため、下部基板１００１をミラー１１０３と同電位にすると、配線１００５−１に電圧Ｖを印加することによって生じる電気力線Ｅの大半は、図５９に示すように下部基板１００１側に終端される。図５９では、記載を容易にするために配線１００５−１のみ電気力線を示しているが、他の配線１００５−２〜１００５−４，１００６についても同様である。したがって、本実施例によれば、配線１００５−１〜１００５−４，１００６からの干渉による予期しないミラー１１０３の傾斜角の変動を抑制することができる。
なお、下部基板として絶縁性基板を使用する場合、配線からの電気力線はミラー側基板に終端されるため、ミラーへの干渉が強くなる。このような絶縁性基板の場合でも、配線に隣接してミラーと同電位の遮蔽用の配線を配置すれば、本実施例と同様の効果が得られる。しかし、この遮蔽用の配線のために余分な面積を消費し、配線とミラー間の間隙を広く維持することができなくなる。
以上説明したように、本実施例によれば、ミラーよりも配線に近い位置に、ミラーと同電位の導電性部材を配設することにより、配線からの干渉による予期しないミラーの傾斜角の変動を抑制することができる。また、本実施例では、配線を下部基板の裏面側に形成する必要がないので、製造の容易さを維持しつつ、ミラーの傾斜角の変動を抑制することができる。また、本実施例では、下部基板をミラーと同電位の導電性部材として用いることにより、ミラーよりも配線に近い位置にある導電性部材を容易に実現することができる。
［第１７の実施例］
次に、本発明の第１７の実施例について説明する。なお、図６０において、図５７、図５８と同一の構成には同一の符号を付してある。
本実施例では、第１６の実施例と同様に下部基板１００１をミラー１１０３と同電位の導電性部材として用いると共に、配線１００５−１〜１００５−４,１００６の上に絶縁層１００７を介して形成した導電層１００８を、ミラー１１０３と同電位の導電性部材として用いる。
導電層１００８により配線１００５−１〜１００５−４，１００６を静電シールドすることで、配線１００５−１〜１００５−４，１００６からの干渉による予期しないミラー１１０３の傾斜角の変動を抑制するという第１の実施例の効果をより高めることができる。
導電層１００８をミラー１１０３と同電位にするには、下部基板１００１の表面の絶縁層１００２を一部除去してコンタクトホール１００９を形成すればよく、これにより導電層１００８をミラー１１０３と同電位にするための配線を引き回すことなく、導電層１００８を下部基板１００１に直接接続することができ、配線が困難な孤立した導電層１００８への電気接続を容易に行うことができる。
以上説明したように、本実施例によれば、また、配線の上に絶縁層を介して形成された導電層を、ミラーと同電位の導電性部材とすることにより、配線からの干渉によるミラーの傾斜角の変動を抑制するという効果をより高めることができる。
［第１８の実施例］
次に、本発明の第１８の実施例について説明する。なお、図６１において、図５７、図５８と同一の構成には同一の符号を付してある。
本実施例では、第１６の実施例と同様に下部基板１００１をミラー１１０３と同電位の導電性部材として用いると共に、ミラー１１０３と配線１００５−１〜１００５−４，１００６との間に配置した導電性の壁状部材１０１０を、ミラー１１０３と同電位の導電性部材として用いる。
壁状部材１０１０によりミラー１１０３から配線１００５−１〜１００５−４，１００６を遮蔽することで、配線１００５−１〜１００５−４，１００６からの干渉による予期しないミラー１１０３の傾斜角の変動を抑制するという第１６の実施例の効果をより高めることができる。
壁状部材１０１０をミラー１１０３と同電位にするには、第１７の実施例と同様に絶縁層１００２の一部を除去してコンタクトホール１０１１を形成し、このコンタクトホール１０１１の部分に壁状部材１０１０を形成すればよい。これにより、壁状部材１０１０を容易にミラー１１０３と同電位にすることができる。
以上説明したように、本実施例によれば、ミラーと配線との間に配置された導電性の壁状部材を、ミラーと同電位の導電性部材とすることにより、配線からの干渉によるミラーの傾斜角の変動を抑制するという効果をより高めることができる。
なお、第１６〜第１８の実施例において、ミラー１１０３と配線１００５−１〜１００５−４，１００６との距離を離せば、第１６〜第１８の実施例の効果をより高めることができる。ミラー１１０３の傾斜角制御の精度を、全傾斜角の１０００分の１程度とすれば、配線１００５−１〜１００５−４，１００６からの影響もその程度以下であれば許容される。全傾斜角の１０００分の１程度の精度とは、例えばミラー１１０３の直径が５００μｍで、ミラー１１０３の配置間隔が１ｍｍ、ミラー１１０３を縦１０個×横１０個配置したとき、約１０μｍのビーム位置精度に相当する。
［第１９の実施例］
次に、本発明の第１９の実施例について説明する。
まず、従来のミラー装置について、図６２，図６３を参照して説明する。なお、図６２，図６３において、図１０７，図１０８と同等の構成要素には同じ符号が付してある。
図６２、図６３に示すように、単結晶シリコンからなる下部基板８００１の中央部に段丘状をなす突出部８００５が設けられ、突出部８００５の四隅とこの四隅に続く下部基板８００１の上面には、シリコン酸化膜からなる絶縁層８００２を介して４つの駆動電極８００３−１〜８００３−４が設けられている。また、下部基板８００１の上面の両側には単結晶シリコンからなる支柱８００４が設けられている。
一方、上部基板８１０１の内側には円環状のジンバル８１０２が設けられ、さらにジンバル８１０２の内側にミラー８１０３が設けられている。ミラー８１０３の上面には、例えば３層のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層が形成されている。上部基板８１０１とジンバル８１０２とは、１８０゜隔てた２か所においてトーションバネ８１０４により連結され、同様にジンバル８１０２とミラー８１０３とは、１８０゜隔てた２か所においてトーションバネ８１０５により連結されている。一対のトーションバネ８１０４を通るｘ軸と、一対のトーションバネ８１０５を通るｙ軸は直交する。結果として、ミラー８１０３は、ｘ軸とｙ軸の２軸を回動軸として回動することができる。上部基板８１０１、ジンバル８１０２、ミラー８１０３、トーションバネ８１０４，８１０５は単結晶シリコンで一体形成されている。
図６２、図６３に示したような下部基板８００１の構造と上部基板８１０１の構造とが別々に作製され、はんだにより支柱８００４に上部基板８１０１が取り付けられ、下部基板８００１に上部基板８１０１がボンディングされている。このミラー装置においては、ミラー８１０３を接地し、駆動電極８００３−１〜８００３−４に正の電圧を与えて、しかも駆動電極８００３−１〜８００３−４間で非対称な電位差を生じさせることにより、ミラー８１０３を静電力で吸引し、ミラー８１０３を任意の方向へ回動させることができる。
図６２、図６３に示したミラー装置では、駆動電極８００３−１〜８００３−４に印加する駆動電圧Ｖとミラー８１０３の傾斜角θとの関係が非線形であるという問題点があった。特に、傾斜角θが大きくなると、駆動電圧Ｖに対する傾斜角θの変化が急激に大きくなり、ついにはｄθ／ｄＶが無限大となり、駆動電極８００３−１〜８００３−４にミラー８１０３が吸引される、プルインあるいはスナップダウンと呼ばれる不安定な状態になる。駆動電圧を印加していない状態でのミラー８１０３と駆動電極８００３−１〜８００３−４の斜面とのなす角のおよそ１／３がプルイン角となる。図６４に、駆動電圧−傾斜角特性曲線の１例を示す。図６４において、θｐはプルイン角、Ｖｐはプルイン角θｐを与えるプルイン電圧である。
また、図６２、図６３に示したミラー装置では、ミラー８１０３の自由な回動を実現するために、トーションバネ８１０４，８１０５でミラー８１０３を支持するのであるが、回動方向のバネ剛性のみ低く、その他の変位については無限大の剛性を示すことがトーションバネ８１０４，８１０５として理想的である。しかし、現実には、回動方向のバネ剛性を低くするためには上下方向のバネ剛性や伸び縮み方向のバネ剛性も低くせざるをえない。そのため、駆動電極８００３−１〜８００３−４に電圧を印加してミラー８１０３を回動させるモーメントを発生させると、単にミラー８１０３が回動するだけでは済まず、ミラー８１０３が駆動電極８００３−１〜８００３−４側に引き寄せられてしまう。
ミラー８１０３の重心位置、すなわち回動中心が動かないままでミラー８１０３が回動する場合と、ミラー８１０３が駆動電極８００３−１〜８００３−４の方向に沈み込んで回動する場合とでは、同じ駆動電圧で得られるミラー８１０３の傾斜角θはミラー８１０３が沈み込んで回動する場合の方が大きくなる。その理由は、駆動電極８００３−１〜８００３−４とミラー８１０３間の距離の２乗に反比例して静電力が増大するからである。このようなミラー８１０３の沈みこみがあると、ミラー８１０３の傾斜角θの駆動電圧に対する増加は、回動中心が固定されている場合よりも大きな非線形性を示す。図６５に、ミラー８１０３が沈み込んで回動する場合の駆動電圧−傾斜角特性曲線の１例を示す。図６５における実線がミラー８１０３が沈み込んで回動する場合の特性を示し、破線はミラー８１０３が沈み込まない場合の特性（図６４の特性）を示している。
図６５から分かるように、ミラー８１０３の沈みこみがあると、傾斜角θの駆動電圧Ｖに対する非線形性はより著しくなり、プルイン角θｐとプルイン電圧Ｖｐも低下する。ミラー８１０３の沈み込みを起こさないようなトーションバネの構造であれば、以上のような間題は起きないのであるが、上述したように現実の設計では、ミラー８１０３の回動方向のみ柔らかく、ミラー８１０３の沈み込み方向に堅いトーションバネ８１０４，８１０５を実現することは難しい。
そこで、本実施例は、上記課題を解決するためになされたもので、ミラー装置において駆動電圧に対するミラーの傾斜角の線形応答性を改善することを目的とするものである。
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。本実施例のミラー装置は、図６６、図６７に示すように、単結晶シリコンからなる下部基板１３０１の中央部に段丘状をなす突出部１３０５が設けられ、突出部１３０５の四隅とこの四隅に続く下部基板１３０１の上面には、シリコン酸化膜からなる絶縁層１３０２を介して４つの駆動電極１３０３−１〜１３０３−４が設けられている。また、下部基板１３０１の上面の両側には単結晶シリコンからなる支柱１３０４が設けられている。
一方、上部基板１４０１の内側には円環状のジンバル１４０２が設けられ、さらにジンバル１４０２の内側にミラー１４０３が設けられている。ミラー１４０３の上面には、例えば３層のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層が形成されている。上部基板１４０１とジンバル１４０２とは、１８０゜隔てた２か所においてトーションバネ１４０４により連結され、同様にジンバル１４０２とミラー１４０３とは、１８０゜隔てた２か所においてトーションバネ１４０５により連結されている。一対のトーションバネ１４０４を通るｘ軸と、一対のトーションバネ１４０５を通るｙ軸は直交する。結果として、ミラー１４０３は、ｘ軸とｙ軸の２軸を回動軸として回動することができる。上部基板１４０１、ジンバル１４０２、ミラー１４０３、トーションバネ１４０４，１４０５は単結晶シリコンで一体形成されている。
図６６、図６７に示したような下部基板１３０１の構造と上部基板１４０１の構造とが別々に作製され、はんだにより支柱１３０４に上部基板１４０１が取り付けられ、下部基板１３０１に上部基板１４０１がボンディングされている。このミラー装置においては、ミラー１４０３を接地し、駆動電極１３０３−１〜１３０３−４に正の電圧を与えて、しかも駆動電極１３０３−１〜１３０３−４間で非対称な電位差を生じさせることにより、ミラー１４０３を静電力で吸引し、ミラー１４０３を任意の方向へ回動させることができる。
本実施例では、ミラー１４０３の沈み込みを防ぐために、ミラー１４０３の回動中心を支えるピボット（支柱）１３０６を突出部１３０５の上面に形成する。ミラー１４０３の回動中心の位置に先鋭構造のピボット１３０６を配置することでミラー１４０３の回動中心の位置を固定し、ミラー１４０３の沈みこみを防止し、本来のプルイン角度までミラー１４０３を回動させることが可能となる。
また、本実施例では、ピボット１３０６によりミラー１４０３の沈み込みを防ぐことができるので、トーションバネ１４０４，１４０５の沈み込み方向（図６７の下方向）のバネ剛性を下げることができ、回動方向（図６７の矢印の方向）のバネ剛性も下げることができる。その結果、ミラー１４０３を回動させるのに必要な駆動電圧を従来よりも低くすることができる。下部基板１３０１、突出部１３０５及びピボット１３０６は単結晶シリコンで一体形成されるが、ピボット１３０６は、シリコンの異方性エッチングや、ＲＩＥによる高アスペクト比構造加工などで形成することができる。
また、本実施例では、図６８に示すように、４分割の駆動電極１３０３−１〜１３０３−４に電源１５０１から一定のバイアス電圧Ｖｂを印加する。従来と同様に、上部基板１４０１、ジンバル１４０２、ミラー１４０３及びトーションバネ１４０４，１４０５は単結晶シリコンで一体形成されており、ミラー１４０３には、上部基板１４０１とトーションバネ１４０４とジンバル１４０２とトーションバネ１４０５とを介して接地電位が印加される。駆動電極１３０３−１〜１３０３−４にバイアスＶｂのみを印加した状態では、ミラー１４０３は回動することなく、平衡状態（θ＝０）を保つ。
この平衡状態からミラー１４０３を回動させる方法について説明する。なお、説明を簡単にするため、１軸回動の場合について説明し、２軸回動については後述する。ミラー１４０３を例えばｙ軸周りに回動させるには、図６９に示すように、駆動電極１３０３−１〜１３０３−４のうち、ミラー１４０３と近づく駆動電極（以下、正側駆動電極と呼ぶ）１３０３−１，１３０３−２にＶｂ＋Ｖａを印加し、ミラー１４０３と離れる駆動電極（以下、負側駆動電極と呼ぶ）１３０３−３，１３０３−４にＶｂ＋Ｖｃを印加する。バイアス電圧Ｖｂと共に印加する電圧Ｖａ，Ｖｃは、ミラー１４０３の傾斜角θを得るのに必要な駆動電圧をＶとすると、Ｖａ＝Ｖ、Ｖｃ＝−Ｖである。なお、バイアス電圧Ｖｂと駆動電圧Ｖとの関係はＶ＜Ｖｂとなる。
本実施例では、バイアス電圧Ｖｂを印加した状態で、正側駆動電極と負側駆動電極との間に電圧差を生じさせることで、ミラー１４０３を回動させることができ、駆動電圧Ｖに対する傾斜角θの線形応答性を改善することができる。図７０に、本実施例のミラー装置における駆動電圧−傾斜角特性曲線の１例を示す。本実施例によれば、θ＝０からプルイン角θｐに近い角度まで比較的広い領域で線形に近い応答性が得られることが分かる。バイアス電圧Ｖｂを印加しない場合は、図６４、図６５に示したように大きな電圧を印加するまでミラー１４０３は顕著な傾斜を示さず、その後急激に回動してプルインに至る。一方、本実施例のように、バイアス電圧Ｖｂを印加すると、正側駆動電極と負側駆動電極の電圧差に比例してミラー１４０３が回動する。そのため、ミラー１４０３の回動の制御性を向上させることができる。
以下、バイアス電圧Ｖｂの印加によって駆動電圧に対する傾斜角θの線形応答性を改善できる理由について説明する。ミラー１４０３の傾斜角θは、駆動電極１３０３−１〜１３０３−４とミラー１４０３との間に印加した電圧に応じて増大するが、この傾斜角θは、トーションバネ１４０４，１４０５の回転のばね剛性ｋによるトーションバネ１４０４，１４０５の復元力と駆動電極１３０３−１〜１３０３−４からの静電力との釣り合いによって決まる。
トーションバネ１４０４，１４０５の復元力によるモーメントをＭS 、静電力によるモーメントをＭE とすると、モーメントＭS，ＭEは以下のようになる。
ＭS＝−ｋθ ・・・（２）
ＭE＝ＭE（Ｖ，θ） ・・・（３）
静電力によるモーメントＭE は、駆動電極１３０３−１〜１３０３−４の形状に依存するため、モーメントＭE を関数ＭE（Ｖ，θ）で表す。ばね剛性ｋは、トーションバネ１４０４，１４０５の形状に依存する。
説明を単純化するため、図７１に示すように、正側駆動電極１３０３ａと負側駆動電極１３０３ｂとが、ミラー１４０３の回動中心を通る鉛直線Ｌに対して左右対称となるように角度θａの斜面に配置されているものとする。正側駆動電極１３０３ａと負側駆動電極１３０３ｂとは、それぞれ鉛直線Ｌから距離ｘ１とｘ２との間に配置されているものとする。また、ミラー１４０３はｙ軸（図７１の紙面に垂直な方向）周りに回動するものとし、ｘ軸周りの回動は無視する。
バイアス電圧をＶｂ、駆動分の電圧をＶとして、負側駆動電極１３０３ｂにはＶｂ−Ｖ、正側駆動電極１３０３ａにはＶｂ＋Ｖの電圧を印加する。このとき、駆動電極１３０３ａ，１３０３ｂからの静電力によるモーメントＭE は次のように表すことができる。
Figure 0005221037
式（４）において、右辺第１項は正側駆動電極１３０３ａによるモーメント、右辺第２項は負側駆動電極１３０３ｂによるモーメントである。式（４）を計算すると次式のようになる。
Figure 0005221037
さらに、θ／θａ＜＜１と仮定して式（５）を近似すると次式が得られる。
Figure 0005221037
式（６）の括弧内の第１項はモーメントＭE が電圧Ｖの１乗に比例することを表し、しかも、θ＜θａ／３かつＶ＜Ｖｂなので、比較的広い角度範囲で式（６）の括弧内の第２項は第１項に比べ無視できるほど小さな値であることが分かる。静電力によるモーメントとトーションバネ１４０４，１４０５の復元力との釣り合いからミラー１４０３の傾斜角θが求まるので、以下のようになる。
ＭS＋ＭE＝０ ・・・（７）
したがって、式（２）と式（６）と式（７）から次式が求まる。
Figure 0005221037
さらに、式（８）を近似すると、次式が求まる。
Figure 0005221037
式（９）より、バイアス電圧Ｖｂを印加した場合、ミラー１４０３の傾斜角θが電圧Ｖに線形応答することが分かる。
バイアス電圧Ｖｂを印加しない場合を比較のために示すと、静電力によるモーメントＭE は次のようになる。
Figure 0005221037
式（１０）を計算すると次式のようになる。
Figure 0005221037
θ／θａ＜＜１と仮定して式（１１）を近似し、この近似した式と式（２）と式（７）から次式が求まる。
Figure 0005221037
式（１２）より、バイアス電圧Ｖｂを印加しない場合、ミラー１４０３の傾斜角θは角度の小さい領域でも電圧Ｖの２乗に比例することが分かる。
なお、バイアス電圧Ｖｂには明瞭な上限値がある。その理由は、バイアス電圧Ｖｂをある値以上に大きくすると、θ＝０においてもミラー１４０３の状態が不安定になり、復元できない現象が生じるからである。この現象は、θ＝０のときのトーションバネ１４０４，１４０５の復元力によるモーメントと静電力によるモーメントとの和の微分値が０以上になることを意味する。つまり、ミラー１４０３をθ＝０の状態に復元することができなくなり、傾斜角θが増大する方向にミラー１４０３が勝手に回動するということである。したがって、バイアス電圧Ｖｂの条件は次の関係式から求められる。
Figure 0005221037
すなわち、ｄＭS／ｄθ＜ｋ を満たすバイアス電圧Ｖｂとなる。図７１の電極構造の場合は、次式のようになる。
Figure 0005221037
したがって、次式が求まる。
Figure 0005221037
以上説明したとおり、バイアス電圧Ｖｂの印加によって駆動電圧Ｖに対するミラー１４０３の傾斜角θの線形応答性を改善することができる。ただし、駆動電極にバイアス電圧Ｖｂを印加することは、ミラー１４０３を駆動電極側に吸引することを意味し、トーションバネ１４０４，１４０５のみでミラー１４０３を支持する場合、ミラー１４０３が沈み込み、線形性応答性の改善は期待できなくなる。極端な場合は単に駆動電極にプルインするだけという結果になる。これに対して、本実施例では、ミラー１４０３の回動中心の位置にピボット１３０６を配置して、バイアス電圧Ｖｂを印加した状態でもピボット１３０６でミラー１４０３の沈み込みを抑えることで、電圧Ｖに対する傾斜角θの線形応答性の改善を実現することができる。
バイアス電圧Ｖｂを印加して駆動した場合でも、プルイン角はバイアス電圧Ｖｂを印加しない場合とほとんど変わらない。また、プルイン電圧（ＶｂとＶの加算値）は、バイアス電圧Ｖｂを印加しない場合とあまり変わらない。したがって、駆動電極にバイアス電圧Ｖｂを印加して駆動する方法は、ミラー１４０３の回転可能な角度を減少させたり、電源１５０１への負担を増やしたりすることなく、電圧Ｖに対する傾斜角θの線形応答性を改善することができる。
最後に、２軸回動の場合の駆動方法について説明する。図７２に示すように、２軸回動の場合、４分割の駆動電極１３０３−１，１３０３−２，１３０３−３，１３０３−４にそれぞれＶｂ＋Ｖ１，Ｖｂ＋Ｖ２，Ｖｂ＋Ｖ３，Ｖｂ＋Ｖ４を印加することになる。
ミラー１４０３の任意の傾斜角について必要な駆動電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を求めるには、ミラー１４０３と駆動電極１３０３−１〜１３０３−４との位置関係から、ミラー１４０３と駆動電極１３０３−１〜１３０３−４との間の静電容量を算出し、微小なミラー傾斜角に対する静電容量の変化からその傾斜角における静電力を算出する。この値から静電力によるモーメントが求まり、このモーメントとトーションバネ１４０４，１４０５の復元力との釣り合いで駆動電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４とミラー１４０３の傾斜角との関係が求まる。
ミラー１４０３と駆動電極１３０３−１〜１３０３−４との間の静電容量を算出するには、ミラー１４０３と駆動電極１３０３−１〜１３０３−４との位置関係を境界条件として電磁界の解析を行う必要があり、通常、有限要素法を用いた数値解析を行うのが一般的な方法である。有限要素法を用いた数値解析については、例えば文献「M.Fischer et al.，“Electrostatically deflectable polysilicon micromirrors-dynamic behaviour and comparison with the results from FEM modelling with ANSYS”，Sensors and Actuators，Vol.A67，pp.89-95，1998」、あるいは文献「M.Urano et al.，“Novel Fabrication Process and Structure of a Low-Voltage-Operation Micromirror Array for Optical MEMS Switches”，Technical digest of Electron Dvice Meeting(IEDM'03)，8-10，Dec.2003 」に開示されている。
こうして、求めたミラー１４０３のｘ軸方向の傾斜角及びｙ軸方向の傾斜角と駆動電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４との関係をテーブル（記憶部）１５０２に予め記憶させておく。制御回路（取得部）１５０３は、ミラー１４０３の所望の傾斜角に応じた駆動電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の値をテーブル１５０２から取得して電源１５０１に設定する。電源１５０１は、設定された駆動電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を所定のバイアス電圧Ｖｂと共に駆動電極１３０３−１〜１３０３−４に印加することになる。
次に、バイアス電圧Ｖｂの設定方法について説明する。上述したようにミラー装置にある値以上の電圧を駆動電極に印加すると、プルインあるいはスナップダウンと呼ばれる不安定な状態になる。これを防ぐには、駆動電極に印加する電圧に制限を設ける、すなわち駆動電圧Ｖとバイアス電圧Ｖｂの和で表される印加電圧の最大値（以下、印加電圧最大値という）を設定する必要がある。既に述べたように、ミラーの傾斜角は駆動電圧の値より変化するので、バイアス電圧Ｖｂの値を適切に設定しないとミラーの姿勢変位量を制限することとなり、所望するミラーの傾斜角を実現できなくなる。このため、本実施例では、バイアス電圧Ｖｂを以下に示すように設定する。
一例として、図７３では、駆動電極１３０３−１と駆動電極１３０３−３とがｘ軸を挟んで対称、かつ、駆動電極１３０３−２と駆動電極１３０３−４とがｙ軸を挟んで対称になるように配設している。このような場合において、駆動電極１３０３−１〜１３０３−４の上方に配設されたミラー１４０３（図示せず）をｙ軸周りに回動させるには、駆動電極１３０３−１〜１３０３−４のうち、正側駆動電極１３０３−１にＶｂ＋Ｖａを印加し、負側駆動電極１３０３−３にＶｂ＋Ｖｃを印加する。バイアス電圧Ｖｂとともに印加する駆動電圧Ｖａ，Ｖｃは、ミラー１４０３の傾斜角θｙを得るのに必要な駆動電圧をＶｙとすると、Ｖａ＝Ｖｙ、Ｖｃ＝−Ｖｙである。同様に、ミラー１４０３をｘ軸周りに回動させるには、正側駆動電極１３０３−２にＶｂ＋Ｖｄを印加し、負側駆動電極１３０３−４にＶｂ＋Ｖｅを印加する。駆動電圧Ｖｄ、Ｖｅは、ミラー１４０３の傾斜角θｘを得るのに必要な駆動電圧をＶｘとすると、Ｖｄ＝Ｖｘ、Ｖｅ＝−Ｖｘである。
図７３に示す駆動電極に対して、印加電圧最大値を１４０［Ｖ］、駆動電圧Ｖｘを０［Ｖ］とし、駆動電圧Ｖｙを変化させたときのミラー１４０３の傾斜角θｙの測定結果を図７４に示す。図７４において、符号ａで示す実線は、バイアス電圧Ｖｂを０［Ｖ］としたときの駆動電圧Ｖｙと傾斜角θｙとの関係を示している。同様に、符号ｂ〜ｌで示す実線も駆動電圧Ｖｙと傾斜角θｙとの関係を示しており、それぞれはバイアス電圧Ｖｂを１０〜１１０［Ｖ］まで１０［Ｖ］刻みで異ならせたものである。
図７４に示すように、バイアス電圧Ｖｂを変化させることにより、傾斜角θｙも変化することが分かる。特に、符号ｈ，ｉで示す実線（Ｖｂ＝７０，８０［Ｖ］）のようにバイアス電圧Ｖｂを印加電圧最大値の約１／２にしたとき、傾斜角θｙは最も大きくなる。したがって、本実施例では、バイアス電圧Ｖｂを印加電圧最大値の約１／２に設定する。これにより、ミラー１４０３の傾斜角を大きくすることができる。
このように設定されたバイアス電圧Ｖｂは、テーブル１５０２に予め記憶される。制御回路１５０３は、ミラー１４０３の所望の傾斜角に応じた駆動電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の値及びバイアス電圧Ｖｂをテーブル１５０２から取得して電源１５０１に設定する。電源１５０１は、設定された駆動電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４をバイアス電圧Ｖｂと共に駆動電極１３０３−１〜１３０３−４に印加することになる。
なお、図７４では、駆動電圧Ｖｙと傾斜角θｙの関係について述べたが、駆動電圧Ｖｙと傾斜角θｙとの関係についても同様である。また、図７３に示すような２軸を回動させるミラー装置のみならず、１軸を回動させるミラー装置や並進させるミラー装置においても、駆動電極に印加するバイアス電圧の値を印加電圧最大値の約１／２にすることにより、傾斜角を大きくすることができる。
以上説明したように、本実施例によれば、下部基板上に形成したピボットによりミラーの回動中心を支え、かつミラーと対向する複数の駆動電極に同一のバイアス電圧を印加することにより、駆動電圧に対するミラーの傾斜角の線形応答性を改善することができる。
また、本実施例によれば、ミラーの傾斜角と各駆動電極に印加する駆動電圧との関係を記憶手段に予め記憶させ、記憶手段からミラーの所望の傾斜角を得るのに必要な駆動電圧の値を駆動電極毎に取得することにより、各駆動電極に印加する電圧を駆動電極毎に個別に決定することができる。
さらに、本実施例によれば、駆動電極に印加するバイアス電圧を、駆動電極に印加することができる最大の電圧値の約１／２にすることにより、ミラーの傾斜角を大きくすることができる。
［第２０の実施例］
以下、本発明の第２０の実施例について説明する。本実施例は、低電圧での駆動でミラーのより大きい回動角度が得られる状態を、高いコストをかけることなく実現できるようにすることを目的とするものである。
図７５は、主にミラーアレイの１構成単位であるミラー装置を部分的に示している。ミラーアレイは、図７５に示すミラー装置が、例えば２次元的に正方配列されたものである。ミラー装置は、ミラーが形成されたミラー基板１５００と、電極が形成された電極基板１５３０とを備え、これらが平行に配設されている。図７５において、ミラー基板１５００は、電極基板１５３０に対向する面が示されており、図１１の斜視図とは異なる状態を示している。
ミラー基板１５００は、板状の基部１５０１とリング状の可動枠１５０２と円板状のミラー１５０３とを備える。基部１５０１は、平面視略円形の開口を備える。可動枠１５０２は、基部１５０１の開口内に配置され、一対の連結部１５０１ａ，１５０１ｂにより基部１５０１に連結している。また、可動枠１５０２も、平面視略円形の開口を備えている。ミラー１５０３は、可動枠１５０２の開口内に配置され、一対のミラー連結部１５０２ａ，１５０２ｂにより可動枠１５０２に連結されている。また、基部１５０１の周辺部には、可動枠１５０２及びミラー１５０３を取り囲むような枠部１５０４が形成されている。枠部１５０４は、絶縁層１５０５を介して基部１５０１に固定されている。
連結部１５０１ａ，１５０１ｂは、可動枠１５０２の切り欠き内に設けられており、つづら折りの形状を有するトーションバネから構成され、基部１５０１と可動枠１５０２とを連結している。このように基部１５０１に連結された可動枠１５０２は、連結部１５０１ａ，１５０１ｂを通る回動軸（可動枠回動軸）を中心に、回動可能とされている。また、ミラー連結部１５０２ａ，１５０２ｂは、可動枠１５０２の切り欠き内に設けられており、つづら折りの形状を有するトーションバネから構成され、可動枠１５０２とミラー１５０３とを連結している。このように可動枠１５０２に連結されたミラー１５０３は、ミラー連結部１５０２ａ，１５０２ｂを通る回動軸（ミラー回動軸）を中心に回動可能とされている。なお、図７５に示す構成例では、可動枠回動軸とミラー回動軸とは、互いに直交している。
一方、電極基板１５３０は、突出部１５３６と、突出部１５３６の周辺部に設けられたリブ構造体１５３１とを備える。突出部１５３６は、角錐台の形状を有する第３テラス１５３２と、第３テラス１５３２の上面に形成された角錐台の形状を有する第２テラス１５３３と、第２テラス１５３３の上面に形成された角錐台の形状を有する第１テラス１５３４と、第１テラス１５３４の上面に形成された角錐台の形状を有するピボット１５３５とから構成される。
また、突出部１５３６の外面を含む電極基板１５３０の上面には、例えば、対向するミラー基板１５００のミラー１５０３と同心の円内に、一体に形成された共通電極１５４１が形成されている。また、電極基板１５３０の突出部１５３６周囲には、配線１５３７が形成され、配線１５３７には、引き出し線１５４２を介して共通電極１５４１が接続されている。共通電極１５４１は、突出部１５３６の領域が含まれる領域に一体の金属膜として形成されていればよい。従って、共通電極１５４１の形成には、高い加工精度が必要とならず、大きな段差のある突出部１５３６においても、複雑なプロセスを必要とせずに、容易に共通電極１５４１が形成できる。例えば、フォトリソグラフィの工程において、微細なパターンである配線１５３７用のマスクパターンの形成に合わせた焦点位置による露光により、焦点位置が大きく異なる共通電極１５４１用のマスクパターンが、同時に形成できる。
加えて、図７５に示すミラー基板１５００は、ミラー１５０３の表面に、駆動電極１５０３ａ，駆動電極１５０３ｂ，駆動電極１５０３ｃ，駆動電極１５０３ｄを備える。また、各駆動電極は、ミラー（ミラー構造体）１５０３の中心に対して対称に配置されている。これらのように構成されたミラー基板１５００と電極基板１５３０とは、各々対応するミラー１５０３と共通電極１５４１とが対向配置され、基部１５０１の下面とリブ構造体１５３１の上面とが接合されてミラー装置が形成される。また、図７５に示すミラー装置では、ミラー１５０３に形成された駆動電極１５０３ａ，駆動電極１５０３ｂ，駆動電極１５０３ｃ，駆動電極１５０３ｄと、電極基板１５３０に形成された共通電極１５４１とが対向している。
図７５に示すミラー装置では、例えば、共通電極１５４１が接地された状態とし、駆動電極１５０３ａ，駆動電極１５０３ｂ，駆動電極１５０３ｃ，駆動電極１５０３ｄに正または負の電圧を与え、これらの間で非対称な電位差を生じさせ、発生した静電力でミラー１５０３が共通電極１５４１の側へ吸引される状態とすることで、ミラー１５０３が任意の方向へ回動する状態が得られる。上記正または負の電圧は、ミラー装置外部に設けた電源により印加される。
ここで、複数のテラスを備えて階段状に形成された突出部１５３６に共通電極１５４１が設けられているので、ミラー１５０３の傾斜角θを犠牲にすることなく、駆動電極１５０３ａ，駆動電極１５０３ｂ，駆動電極１５０３ｃ，駆動電極１５０３ｄと、共通電極１５４１との距離を狭めることができる。この結果、図７５に示すミラー装置によれば、ミラー１５０３の高いプルイン角と低電圧駆動が実現できる。なお、プルイン角とは、これ以上の傾斜角θではミラー１５０３を静的には安定に制御できない角度のことであり、プルイン角以上の傾斜角θでは、静電力が連結部の復元力に勝って、ミラー１５０３が電極基板１５３０側に接触する。図７５に示すミラー装置によれば、前述したように、大きな段差のある突出部１５３６を備えていても、共通電極１５４１が容易に形成できるので、突出部１５３６の傾斜角度を従来に比較してより大きくすることが容易となる。この結果、図７５に示すミラー装置によれば、従来に比較して、ミラー１５０３の傾斜角度をより大きくすることができるようになる。
従来では、高いプルイン角と低電圧駆動を実現するために、図１１に示すように、電極基板８３０１に突出部８３２０を設け、突出部８３２０の斜面に電極を形成するようにしている。一方、配線８３７０は、電極基板８３０１の基部８３１０の上に形成している。ところで、電極や配線などのパターン形成では、電極に比較してより微細なパターンである配線８３７０に、露光装置の焦点の下限を合わせ、形成されるパターンの精度を確保するようにしている。ところが、露光装置の被写体深度には限界があり、突出部８３２０の高低差は５０〜７０μｍ以下に制限せざるを得ない。
しかしながら、より高いプルイン角とより低電圧駆動を実現するためには、突出部８３２０の高低差をより高くした方がよく、望ましくは１００μｍ以上にした方がよい。この状態は、焦点の範囲が広い特殊な露光装置を用いることや、段差の高さ毎に複数回に分けて露光するなどのことにより実現可能である。しかしながら、特殊な露光装置は高額であり、また工程数の増加はプロセスコストの上昇を招くため、上述した構成を実現するために、従来では高コストになるという問題があった。
そこで、本実施例に係るミラー装置は、電極基板の上に形成された共通電極と、電極基板の上に離間して共通電極と対向して回動可能に配置されたミラー構造体と、ミラー構造体の共通電極との対向面に設けられた複数の駆動電極とを備えるようにしたものである。従って、例えば、共通電極が接地された状態とし、いずれかの駆動電極に正または負の電圧を与えることで発生した静電力により、ミラー構造体が回動する。
上記ミラー装置において、電極基板の上に形成された略錐状に形成された突出部を備え、共通電極の少なくとも一部は、突出部の上に形成されているようにすればよい。また、ミラー構造体は、このミラー構造体の中心を通る回動軸を軸中心として回動可能に配置され、複数の駆動電極は、ミラー構造体の中心に対して対称に配置されていてもよい。また、共通電極の周囲の電極基板の上に設けられたリブ構造体と、ミラー構造体が回動可能に連結されたミラー基板とを備え、ミラー基板は、リブ構造体の上に固定されているようにすることで、電極基板の上に離間して共通電極と対向してミラー構造体が配置された状態が得られる。
以上説明したように、本発明によれば、ミラー構造体に駆動電極が配置されているようにしたので、電極基板側には一体に形成された共通電極が配置されていればよく、微細なパターンを形成する必要がないなど、電極基板側により大きな段差が形成可能となるので、低電圧での駆動でミラーのより大きい回動角度が得られる状態を、高いコストをかけることなく実現できるという優れた効果が得られる。
次に、図７５に示したミラー基板１５００の製造方法例について説明する。まず、図７６Ａに示すように、面方位が（１００）であるシリコン基部１６０１の上に、膜厚１μｍ程度の酸化シリコンからなる埋め込み絶縁層１６０２と、膜厚１０μｍのシリコン単結晶層（ＳＯＩ層）１６０３とが形成されているＳＯＩ基板を用意する。次いで、例えば熱酸化法などにより、ＳＯＩ層１６０３の表面に酸化層１６０４が形成され、シリコン基部１６０１の裏面に酸化層１６０５が形成された状態とする。
次に、図７６Ｂに示すように、酸化層１６０４の上に金属層１６０６が形成された状態とする。例えば、スパッタ法や蒸着法などによりアルミニウムの膜を形成することで、金属層１６０６が形成された状態が得られる。次に、図７６Ｃに示すように、公知のフォトリソグラフィ技術により形成されたフォトレジストからなるパターンが形成されたレジストマスク層１７０１が、金属層１６０６の上に形成された状態とする。次いで、レジストマスク層１７０１をマスクとして金属層１６０６がエッチング加工された状態とし、この後レジストマスク層１７０１を除去することで、図７６Ｄに示すように、酸化層１６０４の上に、駆動電極１５０３ａ，駆動電極１５０３ｃが形成された状態とする。これらの加工は、例えば、リアクティブイオンエッチングなどのよく知られたドライエッチング法を用いればよい。なお、図７６Ｃ〜図７６Ｌでは、断面を示しているため、図７５には示されている駆動電極１５０３ｂ，駆動電極１５０３ｄが、図示されていない。
次に、図７６Ｅに示すように、公知のフォトリソグラフィ技術により形成されたフォトレジストからなるパターンが形成されたレジストマスク層１７０２が、駆動電極１５０３ａ，駆動電極１５０３ｃを含めた酸化層１６０４の上に形成された状態とする。次いで、レジストマスク層１７０２をマスクとして酸化層１６０４がエッチング加工された状態とする。このエッチングでは、例えばリアクティブイオンエッチングなどの方向性エッチングにより行い、エッチング箇所においてＳＯＩ層１６０３の表面を露出させる。このことにより、図７６Ｆに示すように、酸化シリコンからなるマスクパターンが形成された無機マスク層１６０４ａが形成された状態とする。なおこのとき、レジストマスク層１７０２の図示していない領域に、ダイシングの際にガイドとなるスクライブラインを形成するためのパターンが備えられた状態としておく。
次に、オゾンや酸素プラズマを用いた灰化処理によりレジストマスク層１７０２が除去された状態とした後、図７６Ｇに示すように、無機マスク１６０４ａをマスクとしたドライエッチングにより、ＳＯＩ層１６０３がエッチング加工された状態とする。このエッチングにより、基部１５０１，可動枠１５０２，ミラー（ミラー構造体）１５０３，及び図示していない連結部，ミラー連結部が形成され、ミラー基板の基本的な構成が形成された状態が得られる。また、レジストマスク層１７０２の図示していない領域に備えられているスクライブラインのパターンも、無機マスク層１６０４ａに転写され、ＳＯＩ層１６０３に転写された状態となる。なお、可動枠を設けずに、ミラー構造体が基部に連結した構成としてもよい。
次に、駆動電極１５０３ａ，駆動電極１５０３ｃを含めた無機マスク１６０４ａの上に樹脂を塗布し、図７６Ｈに示すように、無機マスク１６０４ａのパターン間及びＳＯＩ層１６０３に形成された各構造体の間が樹脂で充填された状態に、樹脂膜１７１１が形成された状態とする。次いで、樹脂膜１７１１をエッチバックし、図７６Ｉに示すように、駆動電極１５０３ａ，駆動電極１５０３ｃ及び無機マスク層１６０４ａの表面が露出し、無機マスク１６０４ａのパターン間及びＳＯＩ層１６０３に形成された各構造体の間を充填する保護層１７１２が形成された状態とする。
次に、駆動電極１５０３ａ，駆動電極１５０３ｃをマスクとして無機マスク層１６０４ａをエッチング除去し、図７６Ｊに示すように、ＳＯＩ層１６０３の上に、絶縁層１５０６を介して駆動電極１５０３ａ，駆動電極１５０３ｃが配置された状態とする。なお、無機マスク層１５０４ａを選択的に除去せずに、このまま絶縁層１５０６として用いるようにしてもよい。次に、公知のフォトリソグラフィ技術により形成されたマスクパターン（枠形成マスクパターン）を用いて酸化層１６０５及びシリコン基部１６０１をエッチング加工し、図７６Ｋに示すように、枠部１５０４が形成された状態とする。次いで、上記マスクパターンが除去された状態とした後、例えば、アルカリ溶液によるウエットエッチングやドライエッチングにより、図７６Ｌに示すように、酸化層１６０５が除去され、かつ、枠部１５０４の内部に露出している部分の埋め込み絶縁層１６０２が除去された状態とし、枠部１５０４が、絶縁層１５０５を介して基部１５０１に固定されている状態とする。
この後、例えば、ミラー１５０３の枠部１５０４が形成されている側の表面に蒸着法などによりＡｕなどの金属膜からなる反射膜が形成された状態とし、次いで、形成されたミラー基板を電極基板に貼り合わせてミラー装置が形成された状態とする工程，ミラー装置がパッケージに収容されてダイボンディングなどにより固定された状態とする工程，パッケージの端子と電極基板の端子とがワイヤーボンディングされた状態とする工程などを経た後、酸素プラズマを用いた灰化処理などにより、保護層１７１２が除去された状態とすれば、基部１５０１，可動枠１５０２，ミラー１５０３の間に空間が形成され、可動枠１５０２及びミラー１５０３が回動可能な状態が得られる。上述した貼り合わせにより、ミラー基板１５００は、電極基板１５３０に設けられているリブ構造体１５３１の上に固定された状態となる。なお、保護層１７１２の除去は、上述したパッケージングのいずれかの工程の間に行うようにしてもよい。
例えば、上述した反射膜の形成において、蒸着装置にミラー基板１５００を搬入して固定する際などに外部より機械的な振動が加わった場合においても、各連結部の破損などが抑制できる。同様に、ミラー基板を電極基板に貼り合わせてミラー装置とする工程，ミラー装置をパッケージに収容してダイボンディングなどにより固定する工程，パッケージの端子と電極基板の端子とをワイヤーボンディングする工程などにおいても、各連結部の破損などが抑制できる。
なお、上述した製造方法は、一例であり、図７５に示すミラー基板は他の製造方法によっても形成できることは言うまでもない。例えば、駆動電極が形成された後でミラーや可動枠などの構造体が形成されるようにしたが、ミラーや可動枠が形成された後に駆動電極が形成されるようにしてもよい。また、駆動電極は、マスクパターンをマスクとしたエッチングにより形成するようにしたが、これに限るものではなく、所謂リフトオフ法により形成してもよい。
次に、ミラー１５０３に形成された駆動電極１５０３ａ，駆動電極１５０３ｂ，駆動電極１５０３ｃ，駆動電極１５０３ｄに接続する配線について説明する。例えば、簡略化した図７７の平面図に示すように、各駆動電極１５０３ａ，駆動電極１５０３ｂ，駆動電極１５０３ｃ，駆動電極１５０３ｄは、連結部１５０１ａ，１５０１ｂ及びミラー連結部１５０２ａ，１５０２ｂを通る、配線１８０３ａ，配線１８０３ｂ，配線１８０３ｃ，配線１８０３ｄにより、基部１５０１の側に引き出すことができる。なお、各駆動電極は、ミラー（ミラー構造体）１５０３の中心に対して対称に配置されている。
また、図７８の部分拡大した斜視図に示すように、ミラー連結部１５０２ａの一方の面に形成されている絶縁層１５０６の上に設けられた配線１８１３ｂが駆動電極１５０３ｂに接続し、他方の面に形成されている絶縁層１５１６の上に設けられた配線１８１３ａが駆動電極１５０３ａに接続されているようにしてもよい。なお、絶縁層１５０６，ミラー１５０３，及び絶縁層１５１６を貫通する図示しないプラグにより、配線１８１３ａと駆動電極１５０３ａとは接続されている。なお、駆動電極１５０３ｃ，駆動電極１５０３ｄも同様である。
また、図７９の部分拡大した斜視図に示すように、ミラー連結部１５０２ａの一方の面に形成されている絶縁層１５０６の上に設けられた配線１８２３ｂが駆動電極１５０３ｂに接続し、この上の絶縁層１５１６ａを介して設けられた配線１８２３ａが駆動電極１５０３ａに接続されているようにしてもよい。なお、駆動電極１５０３ｃ，駆動電極１５０３ｄも同様である。
また、簡略化した図８０の平面図に示すように、ミラー１５０３に、２分割された駆動電極１８３３ａ，駆動電極１８３３ｂを備えるようにしてもよい。各駆動電極１８３３ａ，駆動電極１８３３ｂは、連結部１５０１ａ，１５０１ｂ及びミラー連結部１５０２ａ，１５０２ｂを通る、配線１８４３ａ，配線１８４３ｂにより、基部１５０１の側に引き出すことができる。なお、各駆動電極は、ミラー（ミラー構造体）１５０３の中心に対して対称に配置されている。
また、簡略化した図８１の平面図に示すように、ミラー１５０３に、２分割された駆動電極１８５３ａ，駆動電極１８５３ｂを備え、可動枠１５０２に、２分割された駆動電極１８５３ｃ，駆動電極１８５３ｄを備えるようにしてもよい。各駆動電極１８５３ａ，駆動電極１８５３ｂは、連結部１５０１ａ，１５０１ｂ及びミラー連結部１５０２ａ，１５０２ｂを通る、配線１８６３ａ，配線１８６３ｂにより、基部１５０１の側に引き出すことができる。また、駆動電極１８５３ｃ，駆動電極１８５３ｄは、連結部１５０１ａ，１５０１ｂを通る、配線１８６３ｃ，配線１８６３ｄにより、基部１５０１の側に引き出すことができる。
また、上述では、突出部１５３６が覆われる程度の領域に、共通電極１５４１が配置されているようにしたが、これに限るものではなく、電極基板１５３０の側には、パターニングされた電極が配置されている必要はない。例えば、ミラー基板１５００に対向している側の電極基板１５３０の全域に、接地電位に接続された金属層を配置し、これを共通電極としてもよい。このようにすることで、共通電極をパターニングする工程が省略され、より簡便で低コストに製造できるようになる。また、電極基板１５３０に、突出部１５３６を設けずに、平坦な状態で共通電極が形成されているようにしてもよい。
［第２１の実施例］
次に、本発明の第２１の実施例について説明する。本実施例は、ミラー基板がギャップ補助層を介してリブ構造体に接合することにより、ミラー基板と電極基板とが、ギャップ補助層とリブ構造体とにより離間させ、ミラー基板と電極基板との間隔をより容易に大きくできるようにしたものである。
まず、図８２，図８３を用いて、本実施例におけるミラー装置の構成例について説明する。なお、図８２，図８３は、主にミラーアレイの１構成単位であるミラー装置を部分的に示している。ミラーアレイは、例えば、図８２に示すミラー装置が、２次元的に正方配列されたものである。ミラーアレイは、複数のミラーが形成されたミラー基板１９００と、複数の電極部分が形成された電極基板２０００とから構成されている。ミラー基板１９００と電極基板２０００とは、平行に配設されている。
ミラー基板１９００は、板状の基部１９１０とリング状の可動枠１９２０と円板状のミラー１９３０とを備える。基部１９１０は、平面視略円形の開口を備える。可動枠１９２０は、基部１９１０の開口内に配置され、一対の連結部１９１１ａ，１９１１ｂにより基部１９１０に連結している。また、可動枠１９２０も、平面視略円形の開口を備えている。ミラー１９３０は、可動枠１９２０の開口内に配置され、一対のミラー連結部１９２１ａ，１９２１ｂにより可動枠１９２０に連結されている。また、基部１９１０の周辺部には、可動枠１９２０及びミラー１９３０を取り囲むような枠部１９４０が形成されている。枠部１９４０は、絶縁層１９５０を介して基部１９１０に固定されている。加えて、図８２，図８３に示すミラー装置では、電極基板２０００に対向する面（下面）において、基部１９１０の周縁部にギャップ補助層２１０１を備えている。ギャップ補助層２１０１は、枠状に形成されていてもよい。
なお、連結部１９１１ａ，１９１１ｂは、可動枠１９２０の切り欠き内に設けられており、つづら折りの形状を有するトーションバネから構成され、基部１９１０と可動枠１９２０とを連結している。このように基部１９１０に連結された可動枠１９２０は、連結部１９１１ａ，１９１１ｂを通る回動軸（可動枠回動軸）を中心に、回動可能とされている。また、ミラー連結部１９２１ａ，１９２１ｂは、可動枠１９２０の切り欠き内に設けられており、つづら折りの形状を有するトーションバネから構成され、可動枠１９２０とミラー１９３０とを連結している。このように可動枠１９２０に連結されたミラー１９３０は、ミラー連結部１９２１ａ，１９２１ｂを通る回動軸（ミラー回動軸）を中心に回動可能とされている。なお、可動枠回動軸とミラー回動軸とは、互いに直交している。
一方、電極基板２０００は、突出部２０２０と、突出部２０２０の周辺部に設けられたリブ構造体２０１０とを備える。突出部２０２０は、角錐台の形状を有する第３テラス２０２３と、第３テラス２０２３の上面に形成された角錐台の形状を有する第２テラス２０２２と、第２テラス２０２２の上面に形成された角錐台の形状を有する第１テラス２０２１とから構成される。また、突出部２０２０の外面を含む電極基板２０００の上面には、対向するミラー基板１９００のミラー１９３０と同心の円内に、扇形の電極２０４０ａ，電極２０４０ｂ，電極２０４０ｃ，電極２０４０ｄが形成されている。さらに、電極基板２０００の突出部２０２０周囲には、配線２０７０が形成され、配線２０７０には、引き出し線２０４１ａ〜２０４１ｄを介して電極２０４０ａ〜２０４０ｄが接続されている。なお、突出部２０２０を設けずに各電極が配設されていてもよい。また、各配線は、各電極が形成されている電極基板の表面に形成されている必要はなく、貫通配線などにより電極基板の内部に配設されていてもよい。
上述した構成とされたミラー基板１９００と電極基板２０００とは、各々対応するミラー１９３０と電極２０４０ａ〜２０４０ｄとが対向配置され、基部１９１０の下面に設けられたギャップ補助層２１０１とリブ構造体２０１０の上面とが接合される。なお、図８２，図８３では、便宜上、ミラー基板１９００と電極基板２０００とが離間した状態を示している。このように、図８２，図８３に示すミラー装置によれば、ミラー基板１９００と電極基板２０００とのギャップが、リブ構造体２０１０とギャップ補助層２１０１により形成される。言い換えると、ミラー基板１９００と電極基板２０００とは、ギャップ補助層２１０１とリブ構造体２０１０とを介して接合されている。
従って、所望とするギャップを、リブ構造体２０１０とギャップ補助層２１０１とにより構成すればよく、リブ構造体２０１０及びギャップ補助層２１０１の厚さを抑制することが可能となる。この結果、例えばミラー基板１９００においては、ギャップ補助層２１０１が存在していてもあまり大きな段差とはならず、連結部１９１１ａ，１９１１ｂ及びミラー連結部１９２１ａ，１９２１ｂなどの微細なパターンが、高精度に形成可能となる。なお、リブ構造体２０１０及びギャップ補助層２１０１は、ミラー基板１９００と電極基板２０００とを所定距離離間して互いに支持された状態とし、ミラー基板１９００と電極基板２０００との間にミラー１９３０などの可動構造体が可動する空間を形成するものである。従って、例えば、リブ構造体２０１０は、電極基板２０００の上で、各電極が配置されていない領域に形成されていればよい。また、このように形成されたリブ構造体２０１０の位置に合わせてギャップ補助層２１０１が配置されていればよい。
突出部の高低差を大きくするためには、ミラー基板と電極基板との間隔（ギャップ）をより大きくすることになるが、従来では、ギャップを大きくすることが容易ではないという問題があった。従来では、例えば、図１３の断面図に示すように、電極基板８３０１を加工することで形成した凸部（リブ構造体）８３６０ａ，８３６０ｂにより、ミラー基板８２０１と電極基板８３０１との間にギャップを形成している。また、図８６の断面図に示すように、ミラー基板８２００の枠部８２４１により、ミラー基板８２００と電極基板８３００との間にギャップを形成する構成がある。また、図８７の断面図に示すように、ミラー基板８２００の枠部（基部）８２１０上に形成した支持部８２６０により、ミラー基板８２００と電極基板８３００との間にギャップを形成する構成がある。
しかしながら、まず、図１３に示す構成では、凸部８３６０ａ，８３６０ｂが形成された状態で電極及び配線を形成するため、凸部８３６０ａ，８３６０ｂの高さをあまり大きくできない。一般に、電極及び配線は、フォトリソグラフィ技術により形成されるため、大きな段差のある領域では、フォトレジストの塗布及び露光が非常に困難である。例えば、通常のフォトリソグラフィ工程では、パターンが形成可能な段差は７０μｍ程度である。
また、図８６に示す構成では、ＳＯＩ基板は、シリコンからなる厚い基体部を加工することで枠部８２４１が形成できるが、ギャップは１００〜２００μｍ程度とするため、上記基体部を１００〜２００μｍ程度にまで薄層化することになる。しかしながら、このように薄層化すると、ミラー基板の強度が著しく低下し、ミラーの形成過程や実装過程におけるハンドリングなどで、容易に破壊される状態となる。また、図８７に示す構成では、支持部８２６０を設けることにより、ミラー８２３０及び枠部８２１０などが形成されるＳＯＩ層の上に大きな段差が形成されることになる。このように大きな段差が存在すると、連結部などの微細な構造体のパターニングが非常に困難な状態となる。
そこで、本実施例に係るミラー素子は、上述した構成を有するようにしたものである。したがって、ミラー基板は、ギャップ補助層を介してリブ構造体に接合されているようにしたので、ミラー基板と電極基板とが、ギャップ補助層とリブ構造体とにより離間しているようになり、ミラー基板と電極基板との間隔が、より容易に大きくできるようになるという優れた効果が得られる。なお、電極基板は、基部からミラーと対向して略錐状に形成された突出部を備え、この突出部に電極が形成されているようにしてもよい。
次に、本実施例におけるミラー装置を構成するミラー基板１９００の製造方法例について説明する。まず、図８４Ａに示すように、面方位が（１００）であるシリコン基部１９４０ａの上に、例えば膜厚１μｍの酸化シリコンからなる絶縁層１９５０と、膜厚１０μｍのシリコン単結晶層（ＳＯＩ層）１９０１とが形成されているＳＯＩ基板を用意する。絶縁層１９５０は、埋め込み絶縁層である。次に、図８４Ｂに示すように、シリコン基部１９４０ａ上に、ギャップ補助層２１０１が形成された状態とする。例えば、ギャップ補助層２１０１の形成領域に、選択的にシード層を形成し、電界メッキ法によりシード層の上に金属層が形成された状態とすることで、ギャップ補助層２１０１が形成された状態とすることができる。ギャップ補助層２１０１は、リブ構造体１９０１０の位置に合わせ、１つのミラー装置となる領域の境界部分に配置されればよい。
次に、図８４Ｃに示すように、ＳＯＩ層１９０１の上にマスクパターン２１０２が形成された状態とする。次いで、マスクパターン２１０２をマスクとし、ＳＯＩ層１９０１がエッチング加工された状態とする。このエッチングでは、例えばリアクティブイオンエッチングなどの方向性エッチングにより行い、エッチング箇所において絶縁層１９５０の表面を露出させる。このエッチングにより、図８４Ｄに示すように、基部１９１０，可動枠１９２０，ミラー（ミラー構造体）１９３０，及び図示していない連結部，ミラー連結部が形成され、ミラー基板の基本的な構成が形成された状態が得られる。
次に、マスクパターン２１０２を除去した後、シリコン基部１９４０ａの裏面にマスクパターン（図示せず）が形成された状態とする。マスクパターンは、ミラーアレイを構成する１つのミラー部分に対応するパターンであり、ミラー毎に各々１つの正方形の領域が開口しているパターンである。この後、上記マスクパターンをマスクにし、ＣＦ系ガスを用いたドライエッチングにより、シリコン基部１９４０ａを絶縁層１９５０が露出するまでエッチングされた状態とする。なお、上記エッチングにおいて、ウエットエッチングを用いるようにしてもよい。
この後、上記マスクパターンを除去する。マスクパターンは、灰化処理や適当なエッチング方法により除去すればよい。次に、形成した開口領域の内部に露出している部分の絶縁層１９５０が除去された状態とすることで、図８４Ｅに示すように、枠部１９４０が形成された状態が得られる。なお、図８４Ａ〜図８４Ｅでは、ギャップ補助層が形成された後、連結部及びミラー連結部などが形成されるようにしたが、これに限るものではない。高精度な微細パターンである連結部及びミラー連結部などが形成された後、ギャップ補助層が形成されるようにしてもよい。
次に、本実施例におけるミラー装置を構成するミラー基板１９００の他の製造方法例について説明する。まず、図８５Ａに示すように、面方位が（１００）であるシリコン基部１９４０ａの上に、例えば膜厚１μｍの酸化シリコンからなる絶縁層１９５０と、膜厚１０μｍのシリコン単結晶層（ＳＯＩ層）１９０１とが形成されているＳＯＩ基板を用意する。これらは、図８４Ａ〜図８４Ｅを用いて説明した製造方法と同様である。
次に、図８５Ｂに示すように、ＳＯＩ層１９０１上にマスクパターン２１１１が形成された状態とする。次いで、マスクパターン２１１１をマスクとしてＳＯＩ層１９０１がエッチング加工された状態とする。このエッチングでは、例えばリアクティブイオンエッチングなどの方向性エッチングにより行い、エッチング箇所において絶縁層１９５０の表面を露出させる。このエッチングにより、図８５Ｃに示すように、基部１９１０，可動枠１９２０，ミラー（ミラー構造体）１９３０，及び図示していない連結部，ミラー連結部が形成され、ミラー基板の基本的な構成が形成された状態が得られる。
次に、マスクパターン２１１１を除去した後、図８５Ｄに示すように、基部１９１０（ＳＯＩ層１９０１）の上に、例えば、ガラスから構成されたギャップ補助層２１０１ａが形成された状態とする。例えば、公知の陽極接合により、シリコンからなる基部１９１０の上にガラスからなるギャップ補助層２１０１ａが接合された状態が得られる。
次に、シリコン基部１９４０ａの裏面にマスクパターンが形成された状態とする。マスクパターンは、ミラーアレイを構成する１つのミラー部分に対応するパターンであり、ミラー毎に各々１つの正方形の領域が開口しているパターンである。この後、上記マスクパターンをマスクにし、ＣＦ系ガスを用いたドライエッチングにより、シリコン基部１９４０ａを絶縁層１９５０が露出するまでエッチングされた状態とする。なお、上記エッチングにおいて、ウエットエッチングを用いるようにしてもよい。
この後、上記マスクパターンを除去する。マスクパターンは、灰化処理や適当なエッチング方法により除去すればよい。次に、形成した開口領域の内部に露出している部分の絶縁層１９５０が除去された状態とすることで、図８５Ｅに示すように、枠部１９４０が形成された状態が得られる。
［第２２の実施例］
次に、本発明の第２２の実施例について説明する。
図１１〜図１３に示すような従来のミラー装置８２００の構成要素、特に、可動枠８２２０、ミラー８２３０、可動枠連結部８２１１ａ，８２１１ｂ及びミラー連結部８２２１ａ，８２２１ｂ等のミラー基板８２０１の構成要素（以下、可動部材という）は、ミラー８２３０をミラー回転軸及び可動枠回転軸を中心に回動可能とするために隣接する部材と離間して配設されている。このため、外部からミラー装置８２００に衝撃が加わると、ミラー基板８２０１の可動部材は、隣接する部材と衝突して破損する恐れがある。したがって、ミラー基板８２０１の可動部材とこの可動部材に隣接する部材の間隔は、外部から衝撃を受けても隣接する構成要素と衝突しないように設定する必要がある。
そこで、本実施例は上述したような課題を解決するためになされたものであり、耐衝撃性に優れたミラー装置及びミラーアレイを提供することを目的とするものである。
以下、図面を参照して本実施例について詳細に説明する。本実施例に係るミラーアレイは、このミラーアレイを構成するミラー措置におけるミラー基板の可動部材とこの可動部材と隣接する部材との間隔を所定の値に設定するものである。本実施例を示す図８８において、図１４，図１５，１６Ａ，図１６Ｂに示すミラー装置と同等の構成要素には、同じ名称及び符号を付し、適宜説明を省略する。
本実施例に係るミラーアレイを構成するミラー装置は、ミラー基板２００における次の４つの間隔ｄ１〜ｄ４を所定の値に設定するものである。
間隔ｄ１は、図８８の符号ａの拡大図によく示されるように、枠部２１０の開口２１０ａの縁部と、可動枠２２０の円弧状の縁部との間隔である。
間隔ｄ２は、図８８の符号ｂの拡大図によ示されるように、ミラー連結部２２１ｂと第２切り欠き部２２３ｂとの間隔、具体的には、ミラー連結部２２１ｂのミラー回動軸と直交する方向の端部と、この端部に隣接する第２切り欠き部２２３ｂのミラー回動軸に平行な縁部との間隔である。また、ミラー連結部２２１ｂのミラー回動軸に沿った方向の端部と、この端部に隣接する第２切り欠き部２２３ｂのミラー回動軸と直交する縁部との間隔も含まれる。
なお、間隔ｄ２には、ミラー連結部２２１ａと第２切り欠き部２２３ａとの間隔、可動枠連結部２１１ａと第１切り欠き部２２２ａとの間隔、及び、可動枠連結部２１１ｂと第１切り欠き部２２２ｂとの間隔も含まれる。それぞれの具体的な内容は次の通りである。
ミラー連結部２２１ａと第２切り欠き部２２３ａとの間隔とは、ミラー連結部２２１ａのミラー回動軸と直交する方向の端部と、この端部に隣接する第２切り欠き部２２３ａのミラー回動軸に平行な縁部との間隔である。また、ミラー連結部２２１ａのミラー回動軸に沿った方向の端部と、この端部に隣接する第２切り欠き部２２３ａのミラー回動軸と直交する縁部との間隔も含まれる。
可動枠連結部２１１ａと第１切り欠き部２２２ａとの間隔とは、可動枠連結部２１１ａの可動枠回動軸と直交する方向の端部と、この端部に隣接する第１切り欠き部２２２ａの可動枠回動軸に平行な縁部との間隔である。また、可動枠連結部２１１ａの可動枠回動軸に沿った方向の端部と、この端部に隣接する第１切り欠き部２２２ａの可動枠回動軸と直交する縁部との間隔も含まれる。
可動枠連結部２１１ｂと第１切り欠き部２２２ｂとの間隔とは、可動枠連結部２１１ｂの可動枠回動軸と直交する方向の端部と、この端部に隣接する第１切り欠き部２２２ｂの可動枠回動軸に平行な縁部との間隔である。また、可動枠連結部２１１ｂの可動枠回動軸に沿った方向の端部と、この端部に隣接する第１切り欠き部２２２ｂの可動枠回動軸と直交する縁部との間隔も含まれる。
間隔ｄ３は、図８８の符号ｃの拡大図によく示されるように、可動枠２２０の開口２２０ａの縁部と、ミラー２３０の縁部との間隔である。
間隔ｄ４は、図８８の符号ｄの拡大図によ示されるように、ミラー連結部２２１ａと可動枠２２０との間隔、具体的には、ミラー回動軸に沿うように形成され、ミラー２３０と接続される側のミラー連結部２２１ａの端部と、可動枠２２０の第２切り欠き部２２３ａと開口２２０ａとを連通する連通部２２４ａの縁部との間隔である。
なお、間隔ｄ４は、ミラー連結部２２１ａと対となるミラー連結部２２１ｂと可動枠２２０との間隔、具体的には、ミラー回動軸に沿うように形成され、ミラー２３０と接続される側のミラー連結部２２１ｂの端部と、可動枠２２０の第２切り欠き部２２３ｂと開口２２０ｂとを連通する連通部２２４ｂの縁部との間隔も含まれる。
このような間隔ｄ１〜ｄ４は、次のように設定される。
ミラー装置の可動部分の質量をｍ［ｋｇ］、その可動部分に加わる加速度をＧ［ｍ／ｓ2］とすると、可動部分には、ｍＧの力が加わることになる。このときの可動部分の変位量をｄ、可動部分を支持している可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂのバネ定数をｋとすると、ｍ、Ｇ、ｋ及びｄの関係は下式（１５）で表される。
ｍＧ＝ｋｄ ・・・（１５）
式（１５）より、変位量ｄは、下式（１６）により算出することができる。
ｄ＝ｍＧ／ｋ ・・・（１６）
よって、間隔ｄ１〜ｄ４は、式（１６）の変位量ｄの値より大きくなるように設定する。これにより、本実施例に係るミラーアレイに加速度Ｇが加わった場合でも、ミラー基板２００の可動部材は、この可動部材と隣接する部材に接触しないので、破損するのを防ぐことができる。
なお、加速度Ｇの値は、本実施例に係るミラーアレイに付与したい耐衝撃性の値に基づいて適宜自由に設定することができる。
ここで、ミラー装置の可動部分とは、可動枠２２０及びミラー２３０を意味する。可動枠２２０は、開口２２０ａ、第１切り欠き部２２２ａ，２２２ｂ及び第２切り欠き部２２３ａ，２２３ｂ等の開口した部分が存在するが、より確実にミラー装置の破損を防ぐためにも、その開口した部分が存在しない完全円として質量を設定する。したがって、可動部分の質量ｍは、可動枠２２０の半径をｒ、可動枠２２０及びミラー２３０を構成する材料の密度をρ、可動枠２２０及びミラー２３０の厚さをｈとすると、πｒ2ρｈで表される。
なお、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂは、ミラー２３０を支持するものであり、ミラー２３０に加わる加速度によって変位する。したがって、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂに関連する間隔、すなわち間隔ｄ２のうちミラー連結部２２１ａ，２２１ｂに関連するもの並びに間隔ｄ３及びｄ４は、質量ｍにミラー２３０の質量を代入して式（１６）より算出された変位ｄよりも大きくなるように設定すればよい。本実施例では、より確実にミラー装置の破損を防ぐためにも、式（１６）の質量ｍには、上述したように可動枠２２０の半径ｒを用いてπｒ2ρｈで算出される値を使用する。
また、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂを構成するつづら折りのトーションバネは、図８９に示すようにｘ方向及びｙ方向に変位する。このため、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂとミラー連結部２２１ａ，２２１ｂのバネ定数ｋは、ｘ方向のバネ定数ｋx及びｙ方向のバネ定数ｋyについて考慮する必要がある。そこで、本実施例に係るミラーアレイでは、バネ定数ｋx、ｋyのうち最も小さい値を採用し、上式（１６）に代入する。これにより、ミラー装置にＧの加速度が加わった場合でも、ミラー基板２００の可動部材が、この可動部材と隣接する部材に接触するのをより確実に防ぐことができる。したがって、本実施例に係るミラーアレイは、耐衝撃性に優れている。
なお、本実施例では、一対の可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂで可動枠２３０を支持しており、一対のミラー連結部２２１ａ，２２１ｂでミラー２３０を支持している。したがって、上式（１５），（１６）のバネ定数ｋは、一対の可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂのバネ定数または一対のミラー連結部２２１ａ，２２１ｂのバネ定数の値を示している。
また、予め間隔ｄ１〜ｄ４を設定しておき、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂとミラー連結部２２１ａ，２２１ｂのバネ定数を算出するようにしてもよい。この場合、式（１５）を変形した式（１７）に、ミラー装置の可動部分の質量ｍ及びその可動部分に加わる加速度Ｇとともに、予め設定した間隔ｄ１〜ｄ４の値を変位量ｄに代入することにより、バネ定数ｋを算出する。この算出したバネ定数ｋに基づいて可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂの形状やサイズを設定し、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂの各方向のバネ定数ｋx、ｋyが式（１７）により算出したバネ定数ｋを上回るようにする。このようにしても、ミラー基板２００の可動部材が、この可動部材と隣接する部材に接触するのを防ぐことができる。
ｋ＝ｍＧ／ｄ ・・・（１７）
次に、具体的なバネ定数の設定例について説明する。
例えば、ミラー装置の可動部分の質量が１．６×１０-8［ｋｇ］、ミラー装置に加わる加速度を１００Ｇ、間隔ｄ１〜ｄ４を１０［μｍ］とする場合、バネ定数ｋは、次のように算出される。
（１．６×１０-8）×（１００×９．８１）／１０×１０-6≒１．５７
よって、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂのバネ定数が１．５７を上回るように可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂの形状等を設定することにより、ミラー基板２００の可動部材が、この可動部材と隣接する部材に接触するのを防ぐことができる。
次に、本実施例に係るミラーアレイの製造方法について説明する。
ここで、ミラー基板２００は、ＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板から形成される。
まず、ＳＯＩ基板の埋め込み絶縁層２５０が形成されている側（主表面：ＳＯＩ層）より、公知のフォトリソグラフィ技術とＤＥＥＰ ＲＩＥなどのエッチングによって、単結晶シリコン層に枠部２１０、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ、可動枠２２０、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂ及びミラー２３０の形状に対応する溝を形成する。
このとき、上述した間隔ｄ１〜ｄ４が、上式（１６）に基づいて算出した変位量ｄ以上となるように上記溝を形成する。具体的には、上記溝の形状等から可動枠２２０とミラー２３０等からなる可動部材の質量ｍを算出し、上記溝の形状等から可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ及びミラー連結部２２１ａ，２２１ｂのバネ定数ｋを算出し、ミラーアレイに耐えさせたい加速度Ｇを設定し、これらの値を上式（１６）に代入して変位量ｄを算出し、間隔ｄ１〜ｄ４が算出した変位量ｄ以上となるように上記溝を形成する。
次いで、上記溝に対応する所定の領域が開口したレジストパターンをＳＯＩ基板の裏面に形成し、ＳＦ6などを用いたドライエッチングによりＳＯＩ基板の裏面から選択的にシリコンをエッチングする。このエッチングでは、埋め込み絶縁層２５０をエッチングストッパ層として用い、ＳＯＩ基板の裏面に開口部及び枠状部材２４０を形成する。なお、上記シリコンのエッチングは、水酸化カリウムなどを用いたウエットエッチングにより行うようにしてもよい。
次いで、埋め込み絶縁層２５０の上記開口部に露出している領域を、ＣＦ4ガスなどを用いたドライエッチングにより除去する。これにより、ミラー基板２００が形成される。なお、上記埋め込み絶縁層２５０の除去は、フッ酸を用いて除去するようにしてもよい。
一方、電極基板３００は、例えばシリコン基板から形成される。
まず、シリコン基板をシリコン窒化膜またはシリコン酸化膜からなる所定のマスクパターンをマスクとし、水酸化カリウム溶液で選択的にエッチングを行う。これを繰り返し行うことにより、基部３１０、第１〜３テラス３２１，３２２，３２３、ピボット３３０、外堀トレンチ３５０、凸部３６０ａ，３６０ｂが形成された状態とする。
次に、シリコン基板のエッチングを行った側の面を酸化し、シリコン酸化膜を形成する。
次に、シリコン酸化膜上に蒸着法などにより金属膜を形成し、この金属膜を公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とによりパターニングし、電極３４０ａ〜３４０ｄ、引き出し線３４１ａ〜３４１ｄ及び配線３７０を形成する。
これにより、上述した形状を有する電極基板３００が形成される。
この後、ミラー基板２００及び電極基板３００を貼り合わせることにより、電極３４０ａ〜３４０ｄに対する電界印加によってミラー２３０を可動するミラー装置を有するミラーアレイが製造できる。
このように製造されたミラーアレイは、加速度Ｇが加わった場合でも、ミラー基板２００の可動部材がこの可動部材と隣接するミラー基板２００の他の構成要素と衝突しないので、ミラー装置が破損することを防ぐことができる。よって、本実施例に係るミラーアレイは、耐衝撃性に優れている。
なお、本実施例では、可動枠２２０に形成した第１切り欠き部２２２ａ，２２２ｂ内に可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂを設けるようにしたが、枠部２１０に形成した切り欠き内に可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂを設けるようにしてもよい。この場合の可動部材とこの可動部材と隣接する部材との間隔について、図９０を参照して説明する。図９０において、図８８に示すミラー基板２００と同等の構成要素には同じ名称及び符号を付して適宜説明を省略する。
図９０に示すミラー基板２００において、一対の可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂは、枠部２１０の一対の第３切り欠き部２１２ａ，２１２ｂ内に設けられており、つづら折りの形状を有するトーションバネから構成され、枠部２１０と可動枠２２０とを連結している。これにより、可動枠２２０は、一対の可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂを通る回動軸（可動枠回動軸）を中心に、回動可能とされている。
このような図９０に示すミラーアレイの場合は、ミラー基板２００における次の５つの間隔ｄ１〜ｄ５を式（１６）により算出した値より大きくなるように設定する。
なお、間隔ｄ１，ｄ３，ｄ４については、図８８に示すミラー基板２００の場合と同様であるので、適宜説明を省略する。
間隔ｄ２は、図９０の符号ｂの拡大図によ示されるように、ミラー連結部２２１ｂと第２切り欠き部２２３ｂとの間隔、具体的には、ミラー連結部２２１ｂのミラー回動軸と直交する方向の端部と、この端部にそれぞれ隣接する第２切り欠き部２２３ｂのミラー回動軸に平行な縁部との間隔である。また、ミラー連結部２２１ｂのミラー回動軸に沿った方向の端部と、この端部に隣接する第２切り欠き部２２３ｂのミラー回動軸と直交する縁部との間隔も含まれる。
なお、間隔ｄ２には、ミラー連結部２２１ａと第２切り欠き部２２３ａとの間隔、可動枠連結部２１１ａと第３切り欠き部２１２ａとの間隔，可動枠連結部２１１ｂと第３切り欠き部２１２ｂとの間隔も含まれる。それぞれの具体的な内容は次の通りである。
ミラー連結部２２１ａと第２切り欠き部２２３ａとの間隔とは、ミラー連結部２２１ａのミラー回動軸と直交する方向の端部と、この端部に隣接する第２切り欠き部２２３ａのミラー回動軸に平行な縁部との間隔である。また、ミラー連結部２２１ａのミラー回動軸に沿った方向の端部と、この端部に隣接する第２切り欠き部２２３ａのミラー回動軸と直交する縁部との間隔も含まれる。
可動枠連結部２１１ａと第３切り欠き部２１２ａとの間隔とは、可動枠連結部２１１ａの可動枠回動軸と直交する方向の端部と、この端部に隣接する第３切り欠き部２１２ａの可動枠回動軸に平行な縁部との間隔である。また、可動枠連結部２１１ａの可動枠回動軸に沿った方向の端部と、この端部に隣接する第３切り欠き部２１２ａの可動枠回動軸と直交する縁部との間隔も含まれる。
可動枠連結部２１１ｂと第３切り欠き部２１２ｂとの間隔とは、可動枠連結部２１１ｂの可動枠回動軸と直交する方向の端部と、この端部に隣接する第３切り欠き部２１２ｂの可動枠回動軸に平行な縁部との間隔である。また、可動枠連結部２１１ｂの可動枠回動軸に沿った方向の端部と、この端部に隣接する第３切り欠き部２１２ｂの可動枠回動軸と直交する縁部との間隔も含まれる。
間隔ｄ５は、図９０の符号ｅの拡大図によく示されるように、可動枠連結部２１１ａと枠部２１０との間隔、具体的には、可動枠回動軸に沿うように形成され、可動枠２２０と接続される側の可動枠連結部２１１ａの端部と、枠部２１０の第３切り欠き部２１２ａと開口２１０ａとを連通する連通部２１３ａの縁部との間隔である。
なお、間隔ｄ５は、可動枠連結部２１１ａと対となる可動枠連結部２１１ｂと枠部２１０との間隔、具体的には、可動枠回動軸に沿うように形成され、可動枠２２０と接続される側の可動枠連結部２１１ｂの端部と、枠部２１０の第３切り欠き部２１２ｂと開口２１０ａとを連通する連通部２１３ｂの縁部との間隔も含まれる。
このようなミラーアレイにおいても、間隔ｄ１〜ｄ５を式（１６）の変位量ｄの値より大きくなるように設定することにより、加速度Ｇが加わった場合でも、ミラー基板２００の可動部材は、この可動部材と隣接する部材に接触しないので、破損するのを防ぐことが可能となる。
以上説明したように、本実施例によれば、ミラーの質量をｍ、ミラー装置またはミラーアレイに加わる加速度をＧ、弾性部材のバネ定数をｋとしたとき、ミラーとこのミラーを支持する枠部材との間隔をｍＧ／ｋ以上と設定することにより、ミラー装置またはミラーアレイにＧの加速度が加わった場合でも、ミラーが枠部材と衝突せず、ミラー装置が破損することを防ぐことができる。よって、本発明のミラー装置及びミラーアレイは、耐衝撃性に優れている。
［第２３の実施例］
以下、本発明の第２３の実施例について説明する。
大規模光スイッチを実現するハードウェア技術として、２軸回転方式の３Ｄ−ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）光スイッチが注目されている。従来の光スイッチを図９１に示す。この図９１において、８５１１ａは入力光ファイバアレイ、８５１１ｂは出力光ファイバアレイ、８５１２ａは入力側コリメータアレイ、８５１２ｂは出力側コリメータアレイ、８５１３ａは入力側ミラーアレイ、８５１３ｂは出力側ミラーアレイである。光ファイバアレイ８５１１ａ，８５１１ｂは、それぞれ２次元的に配列された複数の光ファイバからなり、コリメータアレイ８５１２ａ，８５１２ｂは、それぞれ２次元的に配列された複数のマイクロレンズからなり、ミラーアレイ８５１３ａ，８５１３ｂは、それぞれ２次元的に配列された複数のミラー装置８５１４ａ，８５１４ｂからなる。図９１における矢印は光ビームの進行方向を示している。
入力光ファイバアレイ８５１１ａのある入力ポートから出射した光信号は、入力側コリメータアレイ８５１２ａのマイクロレンズにより光ビームに変換され、入力側ミラーアレイ８５１３ａ、出力側ミラーアレイ８５１３ｂで順次反射され、出力側コリメータアレイ８５１２ｂのマイクロレンズにより集光され、出力光ファイバアレイ８５１１ｂの光ファイバに導かれる。ミラーアレイ８５１３ａ，８５１３ｂを構成するミラー装置８５１４ａ，８５１４ｂのミラーは、２軸周りに回動可能であり、入射光をミラーの傾斜角に応じた所望の方向に反射させることができる。したがって、入力側ミラーアレイ８５１３ａと出力側ミラーアレイ８５１３ｂのミラーの傾斜角を適当に制御することにより、２次元的に配列された任意の入力光ファイバと出力光ファイバ間を接続することができ、光路の切り替えを行うことができる。
以上の光スイッチの構成部品として最も特徴的なものがミラーアレイ８５１３ａ，８５１３ｂである。このミラーアレイ８５１３ａ，８５１３ｂを構成するミラー装置８５１４ａ，８５１４ｂの構造は、図１０７，図１０８で示した通りである。
図１０７、図１０８に示したミラー装置では、静電力によるモーメントに対するミラー８１０３の傾斜角θには方向依存性はない。ｘ軸回りの回動でもｙ軸回りの回動でも、トーションバネ８１０４，８１０５の構造が同じで、静電力によるモーメントが同じであれば、ミラー８１０３は同じ挙動を示す。また、ｘ軸とｙ軸の間の任意の方向への回動についても、ミラー８１０３は同じモーメントであれば同じ傾斜角θを示す。
ところが、ミラー８１０３の２軸方向の回動を制御する静電力を与えるためにミラー８１０３と対向して配されている駆動電極８００３−１〜８００３−４は４分割で構成されるのが普通で、かつ電源電圧には通常上限があり、そのためにミラー８１０３の傾斜角θに方向依存性が発生する。もちろん、ミラー８１０３の回動を４つの駆動電極８００３−１〜８００３−４に印加する駆動電圧で制御するので、ミラー８１０３の傾斜角θの異方性は傾斜角θが小さい領域では問題にならない。電源電圧に制限があり、ある有限な傾斜角θまでしかミラー８１０３を回動させることができないとき、ミラー８１０３の傾斜角θは、４分割駆動電極８００３−１〜８００３−４の分割線と平行な方向（図１０７のｘ軸、ｙ軸の方向）に回動する場合は大きく、分割線に対して４５度の方向に回動する場合は小さくなる。その理由は、駆動電極８００３−１〜８００３−４の分割線と平行な方向では２つの駆動電極でミラー８１０３を静電力で引き付けることができるのに対して、分割線に対して４５度の方向では１つの駆動電極のみでミラー８１０３を引き付けなければならないからである。
したがって、図９１のようにミラーアレイ８５１３ａと８５１３ｂを対向させたとき、ミラーアレイ８５１３ａに配設された入力側ミラー装置８５１４ａのミラー８１０３で走査可能な出力側ミラーアレイ８５１３ｂ上の領域（ミラー８１０３の反射光が届く領域）３０１は、図９２に示すように入力側ミラー装置８５１４ａの駆動電極８００３−１〜８００３−４の分割線に対して平行な方向では広く、分割線に対して４５度の方向では狭くなることが分かる。ミラーアレイ８５１３ｂに配設された出力側ミラー装置８５１４ｂのミラー８１０３で走査可能な入力側ミラーアレイ８５１３ａ上の領域についても同様である。
これに対して、出力側ミラーアレイ８５１３ｂの矩形の領域８６０２内にミラー８１０３を配置すると、走査可能領域８６０１より外側の領域に配置されたミラー８１０３も有効に機能させる必要があるので、入力側ミラー装置８５１４ａのミラー８１０３をより大きく傾けることになり、入力側ミラー装置８５１４ａの駆動電極８００３−１〜８００３−４に印加する駆動電圧をより高くする必要がある。ミラー制御のための駆動電圧を高くすることは、電源の仕様を変更するだけでなく、配線の絶縁性やコネクタ及びケーブル等の耐圧を高めねばならず、技術的な困難が増し、コストが高くなるという問題点があった。
一方、出力側ミラーアレイ８５１３ｂの矩形の領域３０３内にミラー８１０３を配置すると、入力側ミラー装置８５１４ａのミラー８１０３を大きく傾ける必要がなくなるので、駆動電圧を低電圧化することができる。しかし、図９２に示した走査可能領域８６０１のうち斜線部にはミラー８１０３を配置しないので、走査可能領域８６０１を有効利用していないことになる。光スイッチには多チャネル化が要求されるので、走査可能領域８６０１を有効利用して、ミラー８１０３を可能な限り多く配置することが好ましい。
言うまでもなく、駆動電極を４分割でなく、８分割や１６分割といったように分割数を増やして、ミラー８１０３の回動する方向にかかわらず全駆動電極面積の半分に当たる駆動電極に電圧を印加すれば、ミラー８１０３の傾斜角θの異方性は発生しない。しかし、ミラーアレイ８５１３ａ，８５１３ｂにおいては数十個から数百個のミラー８１０３を同時に制御する必要があるので、１つのミラー８１０３のために用意する駆動電極の数は制御に必要な最低数にしたいという強い要請がある。１００個のミラー８１０３を配したミラーアレイ８５１３ａ，８５１３ｂでは、４分割駆動電極で少なくとも４００本の配線が必要であり、この配線の処理は容易ではない。駆動電極の分割数をさらに増やすと、配線数が現実的ではなくなり、製造の困難性は極めて高くなる。
以上のように、従来の光スイッチでは、ミラーアレイ８５１３ａ，８５１３ｂに配置するミラー装置８５１４ａ，８５１４ｂのミラー８１０３の傾斜角θの異方性により、ミラー装置８５１４ａ，８５１４ｂの駆動電極８００３−１〜８００３−４に印加する駆動電圧を高くしなければならないという問題点があり、ミラー配置領域の縮小によって駆動電圧を下げようとすると、ミラー配置の効率が悪くなるという問題点があった。また、駆動電圧の低減を駆動電極の多分割化で実現しようとすると、製造が困難になるという問題点があった。
そこで、本実施例は、上記課題を解決するためになされたもので、光スイッチに設けられる一対のミラーアレイにおいて、駆動電圧の高電圧化や製造の難しさを回避しつつ、ミラーを効率的に配置することを目的とするものである。
次に、図９３を参照して本実施例の光スイッチについて説明する。図９３において、２２０１ａは入力光ファイバアレイ、２２０１ｂは出力光ファイバアレイ、２２０２ａは入力側コリメータアレイ、２２０２ｂは出力側コリメータアレイ、２２０３ａは入力側ミラーアレイ、２２０３ｂは出力側ミラーアレイである。光ファイバアレイ２２０１ａ，２２０１ｂは、それぞれ２次元的に配列された複数の光ファイバからなり、コリメータアレイ２２０２ａ，２２０２ｂは、それぞれ２次元的に配列された複数のマイクロレンズからなり、ミラーアレイ２２０３ａ，２２０３ｂは、それぞれ２次元的に配列された複数のミラー装置２２１４ａ，２２１４ｂからなる。図９３における矢印は光ビームの進行方向を示している。
入力光ファイバアレイ２２０１ａの光ファイバと入力側コリメータアレイ２２０２ａのマイクロレンズとは、矩形の領域２２０４ａ内にマトリクス状に配置され、領域２２０４ａに対応する入力側ミラーアレイ２２０３ａの矩形の領域２２０５ａ内にミラー装置２２１４ａがマトリクス状に配置されている。同様に、出力光ファイバアレイ２２０１ｂの光ファイバと出力側コリメータアレイ２２０２ｂのマイクロレンズとは、矩形の領域２２０４ｂ内にマトリクス状に配置され、領域２２０４ｂに対応する出力側ミラーアレイ２２０３ｂの矩形の領域２２０５ｂ内にミラー装置２２１４ｂがマトリクス状に配置されている。
従来と同様に、入力光ファイバアレイ２２０１ａの入力ポートから出射した光信号は、入力側コリメータアレイ２２０２ａのマイクロレンズにより光ビームに変換され、入力側ミラーアレイ２２０３ａ、出力側ミラーアレイ２２０３ｂで順次反射され、出力側コリメータアレイ２２０２ｂのマイクロレンズにより集光され、出力光ファイバアレイ２２０１ｂの光ファイバに導かれる。
本実施例のミラー装置２２１４ａ，２２１４ｂの構造を、図９４に示す。なお、図９４において、図１に示すミラー装置と同等の構成要素には、同じ名称及び符号を付し、適宜説明を省略する。
図９１に示した従来の光スイッチでは、ミラー装置８５１４ａが配置されるミラーアレイ８５１３ａの矩形の領域８５１５ａの１組の対辺とこれと対向するミラー装置８５１４ｂの駆動電極８００３−１〜８００３−４の第１の分割線（例えばｘ軸の方向）とが平行で、かつ矩形の領域８５１５ａの他の１組の対辺とミラー装置８５１４ｂの駆動電極８００３−１〜８００３−４の第２の分割線（例えばｙ軸の方向）とが平行であった。同様に、ミラー装置８５１４ｂが配置されるミラーアレイ８５１３ｂの矩形の領域８５１５ｂの１組の対辺とミラー装置８５１４ａの駆動電極８００３−１〜８００３−４の第１の分割線とが平行で、かつ矩形の領域８５１５ｂの他の１組の対辺とミラー装置８５１４ａの駆動電極８００３−１〜８００３−４の第２の分割線とが平行であった。
これに対して、本実施例では、図９５に示すように、ミラー装置２２１４ｂが配置されるミラーアレイ２２０３ｂの矩形の領域２２０５ｂの１組の対辺（例えば図９５の２２０６，２２０７）とこれと対向するミラー装置２２１４ａの駆動電極１０３−１〜１０３−４の第１の分割線（例えばｘ軸の方向）とが４５度の角度で交差し、かつ矩形の領域２２０５ｂの他の１組の対辺（例えば図９５の２２０８，２２０９）とミラー装置２２１４ａの駆動電極１０３−１〜１０３−４の第２の分割線（例えばｙ軸の方向）とが４５度の角度で交差するように、ミラー装置２２１４ａが配置される。
同様に、本実施例では、ミラー装置２２１４ａが配置されるミラーアレイ２２０３ａの矩形の領域２２０５ａの１組の対辺とこれと対向するミラー装置２２１４ｂの駆動電極１０３−１〜１０３−４の第１の分割線とが４５度の角度で交差し、かつ矩形の領域２２０５ａの他の１組の対辺とミラー装置２２１４ｂの駆動電極１０３−１〜１０３−４の第２の分割線とが４５度の角度で交差するように、ミラー装置２２１４ｂが配置される。
本実施例のミラーの配置方法は、ミラー装置２２１４ａ，２２１４ｂの配置領域２２０５ａ，２２０５ｂを、ｘ軸、ｙ軸に対して平行な方向には広くとり、ｘ軸、ｙ軸に対して４５度の方向には狭くすることを意味する。すなわち、本実施例では、ミラー装置２２１４ａ，２２１４ｂの配置領域２２０５ａ，２２０５ｂを、ｘ軸、ｙ軸に対して４５度の方向については図９２の領域８６０３と同じ広さとしつつ、ｘ軸，ｙ軸に対して平行な方向については領域８６０１の斜線部まで広げることを意味する。領域８６０１はミラー装置２２１４ａ，２２１４ｂのミラー１５３の走査可能領域であるから、駆動電極１０３−１〜１０３−４に印加する最大電圧を高くする必要はない。
したがって、本実施例では、ミラーアレイ２２０３ａ，２２０３ｂのミラー２０３（ミラー装置２２１４ａ，２２１４ｂ）の配置をミラー１５３の傾斜角θの異方性を考量して最適化することにより、駆動電圧を高電圧化することなく、ミラー１５３の走査可能領域を有効利用することができ、効率的なミラー配置を実現することができる。また、本実施例では、８分割や１６分割といった多分割の駆動電極を使用しておらず、駆動電極１０３−１〜１０３−４の分割線の方向を変えるだけでよいので、従来と同等の製造の容易さでミラーアレイ２２０３ａ，２２０３ｂを実現することができる。
以上説明したように、本実施例によれば、第１のミラーアレイの第１の駆動電極の分割線の方向によって決まる第１のミラーの傾斜角の異方性に応じて、第２のミラーアレイのミラー配置領域を設定すると共に、第２のミラーアレイの第２の駆動電極の分割線の方向によって決まる第２のミラーの傾斜角の異方性に応じて、第１のミラーアレイのミラー配置領域を設定することにより、第１の駆動電極と第２の駆動電極に印可する駆動電圧を高電圧化することなく、第１のミラーと第２のミラーの走査可能領域を有効利用することができ、効率的なミラー配置を実現することができる。また、本発明では、８分割や１６分割といった多分割の駆動電極を使用しておらず、従来と同等の製造の容易さでミラーアレイを実現することができる。
［第２４の実施例］
第２３の実施例では、ミラーアレイ２２０３ａ，２２０３ｂのミラー１５３の配置をミラー１５３の傾斜角θの異方性を考量して最適化したが、図９６に示すように駆動電極１０３−１〜１０３−４を階段状にすると駆動電圧を低減できることが知られている。その理由は、ミラー１５３の傾斜角θを犠牲にすることなく、駆動電極１０３−１〜１０３−４とミラー１５３との距離を狭めることができるからである。図９６に示したミラー装置では、下部基板１０１の中央部に段丘状の突出部１２０を形成して、この突出部１２０に駆動電極１０３−１〜１０３−４を設けている。
理想的には、図９７に示すように、ミラー１５３の中心の位置に頂点がある円錐形の突出部１２０を形成して、この突出部１２０の斜面に駆動電極１０３−１〜１０３−４を形成すると、高いプルイン角と低電圧駆動が実現できる。プルイン角とは、これ以上の傾斜角θではミラー１５３を静的には安定に制御できない角度のことである。つまり、プルイン角以上の傾斜角θでは、静電力がトーションバネの復元力に勝って、ミラー１５３が駆動電極１０３−１〜１０３−４に引き付けられてしまう。円錐形の突出部１２０に駆動電極１０３−１〜１０３−４を形成した場合、電圧印加していない状態でのミラー１５３と突出部１２０の斜面とのなす角のおよそ１／３がプルイン角となる。
実際にはこのような円錐構造をつくることは難しいため、シリコンの異方性エッチングを用いて、円錐構造を近似した段丘状の突出部１２０を作製し、この段丘状の突出部１２０に駆動電極１０３−１〜１０３−４を形成している。異方性エッチングは、シリコンのＫＯＨに対するエッチングレートが結晶方位によって極端に異なることを利用したものである。そのため、掘り込む方向にはシリコンの（１００）面が露出し、（１１１）面が突出部１２０の斜面を形成する。斜面の傾斜角は５７．４度である。任意の斜面角度を近似的に得るため何段階かに分けて異方性エッチングを行い、所望の傾斜角に近い段丘状の突出部１２０を形成する。
ここで、突出部１２０の各段の上面の形状は、異方性エッチングの制約により図９８の１０６，１０７に示すように平面視略正方形である。このように上面１２１，１２２が略正方形であるため、理想的な円錐の斜面とは異なり、ミラー１５３と斜面が成す角度は方向によって異なる。すなわち、突出部１２０の上面１２１の１組の対辺と直交する方向（例えば図９８のｚ軸の方向）及び上面１２１の他の１組の対辺と直交する方向（図９８のｗ軸の方向）については、ミラー１５３と突出部１２０の斜面とのなす角は大きいが、ｚ軸、ｗ軸に対して４５度の方向（上面１２１，１２２の角にあたる方向）については、ミラー１５３と突出部１２０の斜面とのなす角が小さくなる。その結果、ｚ軸、ｗ軸に対して４５度の方向にミラー１５３が回動するときのプルイン角は、ミラー１５３がｚ軸、ｗ軸の方向に回動する場合に比べて小さくなることが分かる。実際に、図９６のような構造のサンプルを作製して測定して見ると、ｚ軸、ｗ軸に対して４５度の方向への回動ではプルイン角度が２０％程度低くなる。
プルイン角が充分に大きく、ミラーアレイ内の任意の箇所に対して光パスを形成可能であれば問題ないのであるが、プルイン角を大きくすることは、突出部１２０の斜面の角度を大きくすることになり、突出部１２０の各段の高低差を大きくすることになる。突出部１２０の各段の高低差を大きくするには、異方性エッチングの加工深さを大きくしなければならない。また、高低差の大きな構造物の表面に駆動電極１０３−１〜１０３−４を形成することになるので、製造が困難になる。このように、突出部１２０の形状でプルイン角を確保しようとすると、製造が極めて困難になる。また、プルイン角を大きくしようとすると、駆動電圧を高くする必要がある。
したがって、プルイン角は必要最小限にして設計することが現実には要求され、プルイン角、すなわちミラー１５３を傾斜可能な最大の角度が駆動電極１０３−１〜１０３−４の立体形状によって方向依存性を持つことを許容して設計せざるを得ない。この方向依存性により、例えば入力側ミラーアレイのミラー１５３で走査可能な出力側ミラーアレイ上の領域は、ｚ軸、ｗ軸の方向では広く、ｚ軸、ｗ軸に対して４５度の方向では狭くなる。
そこで、本実施例では、第２３の実施例の構成に加えて、さらに駆動電極１０３−１〜１０３−４の分割線の方向をｚ軸、ｗ軸と平行にする。例えば、図９９に示すように、突出部１２０とその周囲に駆動電極１０３−１〜１０３−４を形成する場合、駆動電極１０３−１〜１０３−４の第１の分割線（ｘ軸の方向）とｚ軸とを平行とし、駆動電極１０３−１〜１０３−４の第２の分割線（ｙ軸の方向）とｗ軸とを平行とする。つまり、駆動電極１０３−１〜１０３−４は、突出部１２０の４隅とこの４隅に続く下部基板１０１の上面に形成されることになる。
以上により、駆動電極１０３−１〜１０３−４の分割線の方向に応じて決まるミラー１５３の走査可能領域（図９２の３０１）と、駆動電極１０３−１〜１０３−４の立体形状に応じて決まるミラー１５３の走査可能領域とが重なる範囲を最大にすることができ、この２種類の走査可能領域によって決まるミラー１５３の最終的な走査可能領域の広さを最大にすることができる。その結果、ミラーアレイ２２０３ａ，２２０３ｂのミラー配置領域２２０５ａ，２２０５ｂの広さを最大にすることができる。
以上説明したように、本実施例によれば、平面視略正方形の上面を有する段丘状の突出部に４分割で形成した４分割駆動電極を使用する場合に、突出部の上面の１組の対辺と直交する方向を第１の分割線として設定すると共に、上面の他の１組の対辺と直交する方向を第２の分割線として設定し、突出部の４隅に電極を形成することにより、第１のミラーアレイと第２のミラーアレイのミラー配置領域の広さを最大にすることができる。
［第１の参考例］
次に、本発明の第１の参考例について説明する。
図２３で示すような従来の光スイッチでは、ミラー８２３０の平坦度が、接続損失やクロストークに影響を及ぼすことが報告されている（Xiaoming Zhu and Joseph M. Kahn、Computing Insertion Loss in MEMS Optical Switches Caused By Non-Flat Mirrors、CLEO2001 CtuM43、２００１年５月８日、ｐ．１８５−１８６）。このため、図１３に示すような従来のミラー装置８２００のミラー基板８２０１では、平坦度の優れた単結晶シリコンから形成しているが、このシリコンは通信波長帯の透過性が高いので、上述したようにミラー８２３０の反射面に金などの金属層を設けるのが一般である。しかしながら、この金属層をミラー８２３０上に形成する際にミラー８２３０は加熱されるので、金属層を形成後にミラー８２３０を常温下におくと、金属層が冷却されて収縮する。このため、金属層とシリコンとの間に内部応力が生じ、ミラー８２３０に反りが発生してしまう。特に、シリコンと金との密着性を向上させるためにクロム層をさらに設ける場合には、内部応力がさらに高くなり、反りが大きくなってしまう。このため、ミラー８２３０の反りを制御することが従来より望まれていた。
また、光スイッチの低損失化は、ミラー８２３０の形状を平坦にするのみならず、凹面にすることによっても光学設計により実現することができる。しかしながら、従来では、ミラー２３０の反り量を自在に制御することが困難であった。
そこで、本参考例は、上述したような課題を解決するためになされたものであり、所望する反り量のミラーを製造することができるミラー装置の製造方法を提供することを目的とするものである。
次に、本参考例について図１００Ａ〜図１００Ｃを参照して説明する。なお、本参考例に係るミラーアレイは、複数のミラー装置が２次元的にマトリクス状に配設されたものであり、このミラー装置のミラーの構造に特徴を有するものである。本参考例に係るミラーアレイにおいて、背景技術の欄で図１１，図１２，図２９を参照して説明したミラー装置、ミラーアレイ及び光スイッチと同等の構成要素については、同一の符号及び名称を付し、適宜説明を省略する。
光スイッチ６００を構成するミラーアレイ５１０，５２０に含まれるおけるミラー装置のミラー２３０は、基板層２３１と、この基板層２３１の枠状部材２４０が形成された側の面に形成された表面層２３２と、基板層２３１の表面層２３２と反対側の面に形成された裏面層２３３とから構成される。
基板層２３１は、例えば単結晶シリコンからなり、平面視略円形の形状を有し、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂにより可動枠２２０に対して回動可能に支持されている。
表面層２３２は、例えば、金、銀、アルミニウム等の金属から構成される金属層２３２ａと、この金属層２３２ａと基板層２３１との間に設けられ、クロム等からなる中間層２３２ｂとから構成される。このような表面層２３２は、基板層２３１と同等の形状及び大きさを有し、任意の厚さで形成される。
裏面層２３３は、例えば、金、銀、アルミニウム等の金属からなる金属層２３３ａと、この金属層２３３ａと基板層２３１との間に設けられ、クロム等からなる中間層２３３ｂとから構成される。このような裏面層２３３は、基板層２３１と同等の形状及び大きさを有し、任意の厚さで形成される。
このような構成からなるミラー２３０の反り量は、表面層２３２と裏面層２３３の厚さに依存する。これについて、図１０１Ａ〜図１０２Ｃを参照して以下に説明する。なお、図１０１Ａ、図１０１Ｂにおいて、縦軸は、ミラー２３０の反り量、横軸は、直径６００μｍのミラー２３０の直径方向の距離をそれぞれ示している。ここで、図１０１Ａは、金からなる表面層２３２の厚さが０．２３μｍのときのミラー２３０の裏面側の反り量、図１０１Ｂは、金からなる表面層２３２の厚さが０．１５μｍのときのミラー２３０裏面側の反り量を示すものである。このような図１０１Ａ，図１０１Ｂは、Zygo社のNewView200という３次元表面構造解析顕微鏡による測定結果である。
なお、ミラー２３０の反りとは、ミラー２３０が平面の状態、すなわちミラー２３０の曲率半径が無限大の状態から、ミラー２３０が曲面の状態、すなわちミラー２３０の曲率半径が無限大より小さい状態になることを言う。また、ミラー２３０の反り量とは、図１０１に示すようにミラー２３０を端部を基準（図１０１Ａ，図１０１Ｂの縦軸において０の位置）としたとき、平面状態のミラー２３０と、反りが発生して曲面となったミラー２３０との間の、ミラー２３０の平面に垂直な方向における差分を意味する。
図１０１Ａ，図１０１Ｂに示すように、ミラー２３０の反り量は、表面層２３２の厚さを厚くすればするほど大きくなるという性質がある。例えば、図１０１Ａに示すように、表面層２３２の厚さが０．２３μｍのときは、ミラー２３０の反り量が最大で０．２μｍを超えてしまう。一方、図１０１Ｂに示すように、表面層２３２の厚さが０．１５μｍのときは、ミラー２３０の反り量が最大でも０．１μｍを下回る。したがって、表面層２３２と裏面層２３３の厚さ制御することによって、ミラー２３０の反り量を制御することが可能となる。
例えば、図１０２Ａに示すように、表面層２３２を裏面層２３３よりも厚く形成すると、表面層２３２側が凹む、すなわち表面層２３２側に反った凹面状のミラー２３０を形成することができる。逆に、図１０２Ｂに示すように、裏面層２３３を表面層２３２よりも厚く形成すると、裏面層２３３側が凹む、すなわち裏面層２３３側に反った凸面状のミラー２３０を形成することが可能となる。また、図１０２Ｃに示すように、表面層２３２と裏面層２３３の厚さを同程度にすると、平坦なミラー２３０を形成することができる。
次に、図１０３Ａ〜図１０３Ｅを参照して、本参考例に係るミラーアレイの製造方法について説明する。なお、本参考例は、ミラーアレイを構成するミラー装置のミラーの構造に特徴を有するものであり、電極基板の構成は、上述した参考例で説明したミラーアレイと同等である。したがって、電極基板の製造方法については、適宜説明を省略する。
まず、図１０３Ａに示すように、ＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板の埋め込み絶縁層２５０が形成されている側（以下、表面という）より、公知のフォトリソグラフィ技術とＤＥＥＰ ＲＩＥなどのエッチングによって、単結晶シリコン層に枠部２１０、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ、可動枠２２０、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂ、ミラー２３０等の形状に対応する溝を形成する。
次いで、図１０３Ｂに示すように、上記溝に対応する所定の領域が開口したレジストパターンをＳＯＩ基板の裏面に形成し、水酸化カリウムなどのエッチング液を用い、ＳＯＩ基板の裏面より選択的にシリコンをエッチングする。このエッチングでは、埋め込み絶縁層２５０をエッチングストッパ層として用い、ＳＯＩ基板の裏面に開口部及び枠状部材２４０を形成する。
次いで、図１０３Ｃに示すように、埋め込み絶縁層２５０の上記開口部に露出している領域を、フッ酸を用いて除去する。
次いで、図１０３Ｄに示すように、ミラー２３０に対応する所定の領域が開口したマスクをＳＯＩ基板の表面に形成し、公知の蒸着法やスパッタ法により、中間層２３２ｂと、金属層２３２ａとを順次形成し、表面層２３２を設ける。このとき、金属層２３２ａは、ミラー２３０が所望する反り量を有する、すなわち所望する曲率半径となるよう、任意の厚さで形成する。
次いで、図１０３Ｅに示すように、ミラー２３０に対応する所定の領域が開口したマスクをＳＯＩ基板の裏面に形成し、公知の蒸着法やスパッタ法により、中間層２３３ｂと、金属層２３３ａとを順次形成し、裏面層２３３を設ける。このとき、金属層２３３ａは、ミラー２３０が所望する曲率半径となるよう、任意の厚さで形成する。
次いで、ミラー２３０の曲率半径を測定する。所望の曲率半径と計測された曲率半径との間に差がある場合、この差に基づいて、図１０３Ｄ、図１０３Ｅを参照して説明した同等の方法により、さらにミラー２３０に金属層２３２ａ及び２３３ｂの少なくとも一方を重ねて形成する。これにより、所望する形状を有するミラー２３０が形成される。
このように本参考例によれば、表面層２３２及び裏面層２３３の少なくとも一方の厚さを制御することにより、ミラー２３０の反り量を制御して、所望の曲率半径を有するミラー２３０を製造することが可能となる。
なお、本参考例において、表面層２３２及び裏面層２３３形成後、または、表面層２３２及び裏面層２３３が形成されたミラー基板２００と電極基板３００とを接合後、ミラー基板２３０を加熱処理して徐冷する焼きなましを行うようにしてもよい。このときの加熱温度は、表面層２３２及び裏面層２３３形成時の温度の高い方の温度以上とする。これにより、表面層２３２及び裏面層２３３の形成時の温度のばらつきに影響されることなく、ミラー２３０の形状を制御することが可能となる。
［第２の参考例］
次に、本発明の第２の参考例について説明する。なお、本参考例は、表面層２３２と裏面層２３３形成時の温度を変化させることにより、ミラー２３０の反り量を制御するものである。したがって、第１の参考例と同等の構成要素には同じ名称及び符号を付し、適宜説明を省略する。
基板層２３１は、例えば単結晶シリコンからなり、平面視略円形の形状を有し、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂにより可動枠２２０に対して回動可能に支持されている。
表面層２３２は、例えば、金、銀、アルミニウム等の金属から構成される金属層２３２ａと、この金属層２３２ａと基板層２３１との間に設けられ、クロム等からなる中間層２３２ｂとから構成される。このような表面層２３２は、基板層２３１と同等の形状及び大きさを有し、任意の温度下で形成される。
裏面層２３３は、例えば、金、銀、アルミニウム等の金属からなる金属層２３３ａと、この金属層２３３ａと基板層２３１との間に設けられ、クロム等からなる中間層２３３ｂとから構成される。このような裏面層２３３は、基板層２３１と同等の形状及び大きさを有し、任意の温度下で形成される。
ミラー２３０の反り量は、表面層２３２及び裏面層２３３形成時の温度にも依存する。このミラー２３０の反り量は、表面層２３２及び裏面層２３３形成時の温度と常温との温度差が大きいほど、大きくなる。例えば、表面層２３２形成時の温度を裏面層２３３形成時の温度よりも高くすると、図１０４Ａに示すように、表面層２３２側に反った凹面状のミラー２３０を形成することができる。逆に、裏面層２３３形成時の温度を表面層２３２形成時の温度よりも高くすると、図１０４Ｂに示すように、裏面層２３３側に反った凸面状のミラー２３０を形成することができる。また、表面層２３２と裏面層２３３の形成時の温度を同程度にすると、図１０４Ｃに示すように、平坦なミラー２３０を形成することができる。
次に、図１０３Ａ〜図１０３Ｅを参照して、本参考例に係るミラーアレイの製造方法について説明する。
まず、図１０３Ａに示すように、ＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板の埋め込み絶縁層２５０が形成されている側（以下、表面という）より、公知のフォトリソグラフィ技術とＤＥＥＰ ＲＩＥなどのエッチングによって、単結晶シリコン層に枠部２１０、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ、可動枠２２０、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂ、ミラー２３０等の形状に対応する溝を形成する。
次いで、図１０３Ｂに示すように、上記溝に対応する所定の領域が開口したレジストパターンをＳＯＩ基板の裏面に形成し、水酸化カリウムなどのエッチング液を用い、ＳＯＩ基板の裏面より選択的にシリコンをエッチングする。このエッチングでは、埋め込み絶縁層２５０をエッチングストッパ層として用い、ＳＯＩ基板の裏面に開口部及び枠状部材２４０を形成する。
次いで、図１０３Ｃに示すように、埋め込み絶縁層２５０の上記開口部に露出している領域を、フッ酸を用いて除去する。
次いで、ミラー２３０の凹形状となる側の面、すなわち反らせる側の面に金属層を形成する。例えば、表面層２３２側を反らせる場合、図１０３Ｄに示すように、ミラー２３０に対応する所定の領域が開口したマスクをＳＯＩ基板の表面に形成し、公知の蒸着法やスパッタ法により、中間層２３２ｂと、金属層２３２ａとを順次形成し、表面層２３２を設ける。このとき、金属層２３２ａは、ミラー２３０が所望する反り量を有する、すなわち所望する曲率半径となるよう、第１の任意の温度で形成する。例えば、金属層２３２ａを形成する装置内において、ＳＯＩ基板を固定する台にヒータを設け、このヒータによりＳＯＩ基板を任意の温度に加熱した状態で、金属層２３２ａを形成する。ここで、上記第１の任意の温度は、後述する第２の任意の温度よりも高く設定される。
次いで、ミラー２３０の凸形状となる側の面に金属層を形成する。例えば、裏面層２３３側を凸形状とする場合、図１０３Ｅに示すように、ミラー２３０に対応する所定の領域が開口したマスクをＳＯＩ基板の裏面に形成し、公知の蒸着法やスパッタ法により、中間層２３３ｂと、金属層２３３ａとを順次形成し、裏面層２３３を設ける。このとき、金属層２３３ａは、ミラー２３０が所望する反り量を有する、すなわち所望する曲率半径となるよう、第２の任意の温度で形成する。例えば、金属層２３３ａを形成する装置内において、ＳＯＩ基板を固定する台にヒータを設け、このヒータによりＳＯＩ基板を任意の温度に加熱した状態で、金属層２３３ａを形成する。
これにより、所望する形状のミラー２３０が形成される。このように本参考例によれば、表面層２３２及び裏面層２３３のうち少なくとも一方を形成する際の温度を制御することにより、ミラー２３０の反り量を制御して、所望の曲率半径を有するミラー２３０を製造することが可能となる。
なお、ミラー２３０の形状を平坦にする場合、第２の任意の温度は、第１の任意の温度よりも高く設定する。これにより、表面層２３２及び裏面層２３３は、それぞれ第２の任意の温度まで加熱された後に常温まで冷却されることになるので、ミラー２３０は平坦に形成される。
また、本参考例において、第１の参考例で示したように、表面層２３２及び裏面層２３３の少なくとも一方の厚さを制御するようにしてもよい。これにより、より精密にミラー２３０の形状を制御することが可能となる。
［第３の参考例］
次に、本発明の第３の参考例について説明する。なお、本参考例は、熱膨張率に基づいて表面層２３２と裏面層２３３を構成する材料を設定することにより、ミラー２３０の反り量を制御するものである。したがって、第１，第２の参考例と同等の構成要素には同じ名称及び符号を付し、適宜説明を省略する。
基板層２３１は、例えば単結晶シリコンからなり、平面視略円形の形状を有し、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂにより可動枠２２０に対して回動可能に支持されている。
表面層２３２は、ミラー２３０の形状に応じて例えば、金、銀、アルミニウム等の金属のうち何れかから構成される金属層２３２ａと、この金属層２３２ａと基板層２３１との間に設けられ、クロム等からなる中間層２３２ｂとから構成される。このような表面層２３２は、基板層２３１と同等の形状及び大きさを有する。
裏面層２３３は、ミラー２３０の形状に応じて例えば、金、銀、アルミニウム等の金属のうち何れかからなる金属層２３３ａと、この金属層２３３ａと基板層２３１との間に設けられ、クロム等からなる中間層２３３ｂとから構成される。このような裏面層２３３は、基板層２３１と同等の形状及び大きさを有する。
ミラー２３０の反り量は、表面層２３２及び裏面層２３３を構成する材料の熱膨張率にも依存する。上述したように、形成時に加熱された表面層２３２または裏面層２３３が常温へと冷却されて収縮することにより、ミラー２３０には反りが発生する。したがって、表面層２３２及び裏面層２３３を構成する材料の熱膨張率が異なると、冷却される際の収縮量も変化するので、ミラー２３０の反り量も変化する。このように、本実施例では、熱膨張率に基づいて表面層２３２及び裏面層２３３を構成する材料を設定することにより、ミラー２３０の反り量を制御する。
例えば、表面層２３２を構成する材料の熱膨張率を裏面層２３３を構成する材料の熱膨張率よりも大きくすると、図１０４Ａに示すように、表面層２３２側に反った凹面状のミラー２３０を形成することができる。逆に、裏面層２３３を構成する材料の熱膨張率を表面層２３２を構成する材料の熱膨張率よりも大きくすると、図１０４Ｂに示すように、裏面層２３３側に反った凸面状のミラー２３０を形成することができる。また、表面層２３２と裏面層２３３を構成する材料を同じにすると、図１０４Ｃに示すように、平坦なミラー２３０を形成することができる。
次に、図１０３Ａ〜図１０３Ｅを参照して、本参考例に係るミラーアレイの製造方法について説明する。
まず、図１０３Ａに示すように、ＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板の埋め込み絶縁層２５０が形成されている側（以下、表面という）より、公知のフォトリソグラフィ技術とＤＥＥＰ ＲＩＥなどのエッチングによって、単結晶シリコン層に枠部２１０、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ、可動枠２２０、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂ、ミラー２３０等の形状に対応する溝を形成する。
次いで、図１０３Ｂに示すように、上記溝に対応する所定の領域が開口したレジストパターンをＳＯＩ基板の裏面に形成し、水酸化カリウムなどのエッチング液を用い、ＳＯＩ基板の裏面より選択的にシリコンをエッチングする。このエッチングでは、埋め込み絶縁層２５０をエッチングストッパ層として用い、ＳＯＩ基板の裏面に開口部及び枠状部材２４０を形成する。
次いで、図１０３Ｃに示すように、埋め込み絶縁層２５０の上記開口部に露出している領域を、フッ酸を用いて除去する。
次いで、図１０３Ｄに示すように、ミラー２３０に対応する所定の領域が開口したマスクをＳＯＩ基板の表面に形成し、公知の蒸着法やスパッタ法により、中間層２３２ｂと、金属層２３２ａとを順次形成し、表面層２３２を設ける。このとき、金属層２３２ａは、ミラー２３０が所望する反り量を有する、すなわち所望する曲率半径となるよう、任意の熱膨張率を有する材料で形成する。
次いで、図１０３Ｅに示すように、ミラー２３０に対応する所定の領域が開口したマスクをＳＯＩ基板の裏面に形成し、公知の蒸着法やスパッタ法により、中間層２３３ｂと、金属層２３３ａとを順次形成し、裏面層２３３を設ける。このとき、金属層２３３ａは、ミラー２３０が所望する曲率半径となるよう、任意の熱膨張率を有する材料で形成する。これにより、所望する形状のミラー２３０を形成することができる。
このように本参考例によれば、熱膨張率に基づいて表面層２３２及び裏面層２３３を構成する材料を設定することにより、ミラー２３０の反り量を制御して、所望の曲率半径を有するミラー２３０を製造することが可能となる。
なお、本参考例において、表面層２３２及び裏面層２３３形成後、または、表面層２３２及び裏面層２３３が形成されたミラー基板２００と電極基板３００とを接合後、ミラー基板２３０を加熱処理して徐冷する焼きなましを行うようにしてもよい。このときの加熱温度は、表面層２３２及び裏面層２３３形成時の温度の高い方の温度以上とする。これにより、表面層２３２及び裏面層２３３の形成時の温度のばらつきに影響されることなく、ミラー２３０の形状を制御することが可能となる。
また、本参考例において、第１の参考例で示したように、表面層２３２及び裏面層２３３の少なくとも一方の厚さも併せて制御するようにしてもよい。これにより、より精密にミラー２３０の形状を制御することが可能となる。
また、本参考例において、第２の参考例で示したように、表面層２３２及び裏面層２３３形成時の温度も併せて制御するようにしてもよい。このようにしても、より精密にミラー２３０の形状を制御することが可能となる。
さらに、第１〜第３の参考例では、それぞれ金属層２３２ａ，２３３ａの厚さ、形成する際の温度、熱膨張率のうちいずれか１つの要素に基づいてミラー２３０の反り量を制御するようにしたが、これらの全ての要素を組み合わせてミラー２３０の反り量を制御するようにしてもよい。これにより、より精密にミラー２３０の形状を制御することが可能となる。
また、第１〜第３の参考例では、基板層２３１と金属層２３２ａ，２３３ａとの間にそれぞれ中間層２３２ｂ，２３３ｂを設けるようにしたが、この中間層２３２ｂ，２３３ｂを設けないようにしてもよい。
また、第１〜第３の参考例では、表面層２３２を形成した後に裏面層２３３形成するようにしたが、逆にしてもよい。
また、第１〜第３の参考例に係るミラーアレイ及びミラー装置は、光スイッチのみならず、計測機器、ディスプレイ、スキャナ等に使用することが可能である。
以上説明したように、第１〜３の参考例によれば、ミラーの片面のみならず他の面にも金属層を設けることにより、ミラーの反りを制御することが可能となる。
［第４の参考例］
次に、本発明の第４の参考例について説明する。
まず、図１１，図１２に示す従来のミラー装置の製造方法について簡単に説明する。ミラー基板８２０１は、ＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板から形成できる。ＳＯＩ基板は、シリコンからなる厚い基体部の上に埋め込み絶縁層を介して薄いシリコン層（ＳＯＩ層）を備えたものであり、ＳＯＩ層を加工することで、前述した基部８２１０，可動枠８２２０，ミラー８２３０などの板状の構造体が形成できる。また、ＳＯＩ基板の厚い基体部を枠状に残すように除去することで、枠部２４０が形成できる。なお、図１１，図１２に示す絶縁層８２４１が、ＳＯＩ基板の埋め込み絶縁層に対応している。
また、電極基板８３０１は、主表面の結晶方位が（１００）面の単結晶シリコン基板を、水酸化カリウムなどのアルカリ溶液でエッチング加工することで形成できる。よく知られているように、単結晶シリコンは、（１１１）面が、（１００）面や（１１０）面に比べて著しくアルカリによるエッチング速度が小さい。この現象を利用することで、角錐台の突出部８３２０や、凸部（リブ構造体）８３６０ａ，８３６０ｂが形成可能である。
以上のように、ミラー基板８２０１及び電極基板８３０１が形成された後、これらを貼り合わせることで、図１２に示すように、電極８３４０ａ〜８３４０ｄに対する電界印加によってミラー８２３０が可動（回動）するミラー装置が形成できる。また、ミラー８２３０における光の反射率を向上させるために、ミラー８２３０の表面（図１１及び図１２に示されている面）に金などの金属膜を形成する。
ところで、上述したように作製されるミラー基板は、例えば、ミラー連結部で連結されたミラーの部分が形成された後は、これらが回動可能な状態で取り扱われる。例えば、パターニングや選択エッチングなどによりミラーを構成する構造体が形成される工程（スピンコートなどによる基板の回転，各製造装置における基板の搬送，基板の洗浄乾燥）、ウエハのダイシング工程、ミラー表面への金属膜形成工程、ミラー駆動用電極配線を形成した基板との貼り合わせ工程、パッケージへのダイボンディング工程、ワイヤホンディング工程及びポッティング工程などにおいて、ミラーや可動枠などの可動部分が、脆弱な連結部で連結された状態で取り扱われる。
前述したミラー装置は、電極基板に形成された電極に印加された電圧によって生じる電界で、ミラーに吸引力を与えてミラーを数度の角度で回転駆動させるものである。このように、高い位置精度でミラーの回動（位置）を制御するため、連結部は小さな力でも変形するように構成されている。例えば、連結部は、幅２μｍ厚さ１０μｍ程度のトーションスプリングから構成されている。従って、連結部に大きな力が加わると、破損などがおきやすい。また、ミラー自身も薄く形成されているため、やはり、大きな力が加わると欠損や破損などがおきやすい。
ところが、前述したような工程の処理においては、水流やウエハ乾燥時の遠心力あるいは振動や衝撃などが発生し、これらが連結部やミラーなどに加わるため、連結部の破損や、ミラーの欠損が発生しやすい。この結果、ミラー基板の製造歩留まりを低下させるという問題がある。特に多数のミラー装置が、正方配列されたミラーアレイの場合、１つでもミラーが不良となるとミラーアレイとしては使用できず不良品となるので、歩留の低下をより一層招くことになる。
本参考例は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、良品歩留まりの高い状態でミラー基板が形成できるようにすることを目的とするものである。
次に、本参考例ついて図１０５Ａ〜図１０５Ｋを参照して説明する。まず、図１０５Ａに示すように、面方位が（１００）であるシリコン基部２３０１の上に、膜厚１μｍ程度の酸化シリコンからなる埋め込み絶縁層２３０２と、膜厚１０μｍのシリコン単結晶層（ＳＯＩ層）２３０３とが形成されているＳＯＩ基板を用意する。次いで、例えば熱酸化法などにより、ＳＯＩ層２３０３の表面に酸化層２３０４が形成され、シリコン基部２３０１の裏面に酸化層２３０５が形成された状態とする。
次に、図１０５Ｂに示すように、酸化層２３０４の上に公知のフォトリソグラフィ技術により形成されたフォトレジストからなるパターンが形成されたレジストマスク層２３０６が形成された状態とし、レジストマスク層２３０６をマスクとして酸化層２３０４がエッチング加工された状態とする。このエッチングでは、例えばリアクティブイオンエッチングなどの方向性エッチングにより行い、エッチング箇所においてＳＯＩ層２３０３の表面を露出させる。このことにより、図１０５Ｃに示すように、酸化シリコンからなるマスクパターンが形成された無機マスク層（可動部形成マスクパターン）２３０４ａが形成された状態とする。なおこのとき、レジストマスク層２３０６の図示していない領域に、ダイシングの際にガイドとなるスクライブラインを形成するためのパターンが備えられた状態としておく。
次に、オゾンや酸素プラズマを用いた灰化処理によりレジストマスク層２３０６が除去された状態とした後、図１０５Ｄに示すように、無機マスク２３０４ａをマスクとしたドライエッチングにより、ＳＯＩ層２３０３がエッチング加工された状態とする。このエッチングにより、基部２３０１，可動枠２３０３，ミラー（ミラー構造体）２３０５，及び図示していない連結部，ミラー連結部が形成され、ミラー基板の基本的な構成が形成された状態が得られる。また、レジストマスク層２３０６の図示していない領域に備えられているスクライブラインのパターンも、無機マスク層２３０４ａに転写され、ＳＯＩ層２３０３に転写された状態となる。なお、可動枠を設けずに、ミラー構造体が基部に連結した構成としてもよい。
次に、無機マスク２３０４ａの上に樹脂を塗布し、図１０５Ｅに示すように、無機マスク２３０４ａのパターン間及びＳＯＩ層２３０３に形成された各構造体の間が樹脂で充填された状態に、樹脂膜２３０７が形成された状態とする。次いで、樹脂膜２３０７をエッチバックし、図１０５Ｆに示すように、無機マスク層２３０４ａの表面が露出し、無機マスク２３０４ａのパターン間及びＳＯＩ層２３０３に形成された各構造体の間を充填する保護層２３０７ａが形成された状態とする。
次に、例えばよく知られた化学的機械的研磨（ＣＭＰ）法により無機マスク層２３０４ａを研削研磨して除去し、図１０５Ｇに示すように、ＳＯＩ層２３０３の表面が平坦化された状態で、ＳＯＩ層２３０３に形成された各構造体の間を充填する保護層２３０７ａが形成された状態とする。以降に説明するように、シリコン基部２３０１をエッチング加工する際に、ＳＯＩ層２３０３の表面が、各加工装置において固定される面となるため、無機マスク層２３０４ａを除去した状態で、ＳＯＩ層２３０３の表面は、平坦化されていた方がよい。
次に、公知のフォトリソグラフィ技術により形成されたマスクパターン（枠形成マスクパターン）を用いて酸化層２３０５及びシリコン基部２３０１をエッチング加工し、図１０５Ｈに示すように、枠部２３０１ａが形成された状態とする。次いで、上記マスクパターンが除去された状態とした後、例えば、アルカリ溶液によるウエットエッチングやドライエッチングにより、図１０５Ｉに示すように、酸化層２３０５が除去され、かつ、枠部２３０１ａの内部に露出している部分の埋め込み絶縁層２３０２が除去された状態とする。
続いて、図１０５Ｊに示すように、ミラー２３３５の枠部２３０１ａが形成されている側の表面に蒸着法などによりＡｕなどの金属膜２３０８が形成された状態とする。この際、ステンシルマスクなどを用いることにより、選択的にミラー２３３５の部分に金属膜２３０８が形成された状態が得られる。この後、ミラー基板２３００を電極基板に貼り合わせてミラー装置が形成された状態とする工程，ミラー装置がパッケージに収容されてダイボンディングなどにより固定された状態とする工程，パッケージの端子と電極基板の端子とがワイヤーボンディングされた状態とする工程などを経た後、酸素プラズマを用いた灰化処理などにより、保護層２３０７ａが除去された状態とすれば、図１０５Ｋに一部を示すように、基部２３０１，可動枠２３０３，ミラー２３３５の間に空間が形成され、可動枠２３０３及びミラー２３３５が回動可能な状態が得られる。なお、保護層２３０７ａの除去は、ミラー装置が形成された段階で行ってもよく、また、上述したパッケージングのいずれかの工程の間に行うようにしてもよい。
図１０６は、図１０５Ａ〜図１０５Ｉで説明したことにより形成されたミラー基板２３００の概略的な構成を模式的に示す斜視図である。図１０６に示すように、ミラー基板２３００は、ＳＯＩ層２３０３に形成された基部２３０１と可動枠２３０３とミラー２３３５とを備える。可動枠２３０３は、基部２３０１の開口内に配置され、一対の連結部２３３２ａ，２３３２ｂにより基部２３０１に連結している。また、ミラー２３３５は、可動枠２３０３の開口内に配置され、一対のミラー連結部２３３４ａ，２３３４ｂにより可動枠２３０３に連結されている。また、基部２３０１の周辺部には、可動枠２３０３及びミラー２３３５を取り囲むように枠部２３０１ａが形成されている。枠部２３０１ａは、埋め込み絶縁層２３０２を介して基部２３０１に固定されている。
連結部２３３２ａ，２３３２ｂは、可動枠２３０３の切り欠き内に設けられ、基部２３０１と可動枠２３０３とを連結している。このように基部２３０１に連結された可動枠２３０３は、連結部２３３２ａ，２３３２ｂを通る回動軸（可動枠回動軸）を中心に、回動可能とされている。また、ミラー連結部２３３４ａ，２３３４ｂは、可動枠２３０３の切り欠き内に設けられ、可動枠２３０３とミラー２３３５とを連結している。このように可動枠２３０３に連結されたミラー２３３５は、ミラー連結部２３３４ａ，２３３４ｂを通るミラー回動軸を中心に回動可能とされている。
以上の構成は、図１１に示したミラー基板８２０１と同様である。ただし、図１０６に示すミラー基板２３００では、基部２３０１，連結部２３３２ａ，連結部２３３２ｂ，可動枠２３０３，ミラー連結部２３３４ａ，ミラー連結部２３３４ｂ，及びミラー２３３５の各間隙に、充填された状態で保護層２３０７ａを備えている。従って、図１０６に示すミラー基板２３００によれば、上述した構造体が回動などの動作を抑制された状態となり、外部からの機械的振動による破損や損傷から保護されるようになる。
例えば、図１０５Ｊを用いて説明した金属膜２３０８の形成において、蒸着装置にミラー基板２３００を搬入して固定する際などに外部より機械的な振動が加わった場合においても、各連結部の破損などが抑制できる。同様に、ミラー基板２３００を電極基板に貼り合わせてミラー装置とする工程，ミラー装置をパッケージに収容してダイボンディングなどにより固定する工程，パッケージの端子と電極基板の端子とをワイヤーボンディングする工程などにおいても、各連結部の破損などが抑制できる。
以上説明したように、本参考例によれば、基部，連結部，及びミラー構造体が埋め込み絶縁層の上に形成されている段階で、これらの間に充填して形成された保護層を備えるようにしたので、ミラー形成領域における埋め込み絶縁層が除去されてシリコン層の両面が露出し、ミラー構造体が可動する状態となった段階でも、ミラー構造体の可動が抑制されるようになる。この結果、本発明によれば、ミラー構造体や連結部が破損から保護されるなど、良品歩留まりの高い状態でミラー基板が形成できるようになるという優れた効果が得られる。
【０５６３】
なお、第８〜第２４の実施例および第１〜第４の参考例において、第１〜第７の実施例で示した帯電防止構造を有するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
本発明は、斜角が可変なミラーを備えた静電駆動型のミラー装置、このミラー装置を２次元的に複数配設したミラーアレイ、このミラーアレイを備えた光スイッチに適用することができる。

Claims (1)

  1. ミラー基板に対して回動可能に支持されるミラーと、
    前記ミラー基板と対向する電極基板の上に絶縁層を介して形成された駆動電極と、
    前記ミラーと前記電極基板との間の空間内に配設された帯電防止構造と
    を備え、
    前記ミラー基板と前記ミラーおよび前記電極基板は導電性を有し、
    前記ミラー基板と前記電極基板とを導体の支柱を介して電気的に接続し、
    前記駆動電極は、前記ミラーの傾斜角を制御し、
    前記駆動電極に第１の電位を印加する電源をさらに備え、
    前記帯電防止構造は、前記ミラーの前記駆動電極と対向する面に形成された第１の金属層と、前記電極基板上の前記駆動電極の周囲に形成された第２の金属層とからなり、
    前記電源は、前記ミラーと前記電極基板および前記第１の金属層と前記第２の金属層に第２の電位を印加する
    ことを特徴とするミラー装置。
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Families Citing this family (62)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7382515B2 (en) 2006-01-18 2008-06-03 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Silicon-rich silicon nitrides as etch stops in MEMS manufacture
US7711239B2 (en) * 2006-04-19 2010-05-04 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Microelectromechanical device and method utilizing nanoparticles
WO2008013271A1 (fr) * 2006-07-27 2008-01-31 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Dispositif de commande de miroir
US7706042B2 (en) 2006-12-20 2010-04-27 Qualcomm Mems Technologies, Inc. MEMS device and interconnects for same
US7719752B2 (en) 2007-05-11 2010-05-18 Qualcomm Mems Technologies, Inc. MEMS structures, methods of fabricating MEMS components on separate substrates and assembly of same
US7625825B2 (en) * 2007-06-14 2009-12-01 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Method of patterning mechanical layer for MEMS structures
US8068268B2 (en) 2007-07-03 2011-11-29 Qualcomm Mems Technologies, Inc. MEMS devices having improved uniformity and methods for making them
JP4744500B2 (ja) * 2007-11-09 2011-08-10 日本電信電話株式会社 光スイッチ
US7863079B2 (en) * 2008-02-05 2011-01-04 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Methods of reducing CD loss in a microelectromechanical device
JP5341874B2 (ja) * 2008-02-29 2013-11-13 日本電信電話株式会社 Ｍｅｍｓデバイスとその製造方法
JP4847488B2 (ja) 2008-03-26 2011-12-28 富士通株式会社 ミラー駆動回路および光スイッチ
JP5082983B2 (ja) * 2008-03-28 2012-11-28 富士通株式会社 光スイッチ及び光スイッチの制御方法、ｍｅｍｓデバイスの制御方法
JP5391600B2 (ja) * 2008-07-16 2014-01-15 船井電機株式会社 振動ミラー素子
JP5250350B2 (ja) * 2008-09-12 2013-07-31 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線応用装置
JP5151944B2 (ja) * 2008-12-09 2013-02-27 セイコーエプソン株式会社 光フィルタ及びそれを備えた光モジュール
US8729713B2 (en) 2008-12-23 2014-05-20 Silex Microsystems Ab Via structure and method thereof
SE533992C2 (sv) * 2008-12-23 2011-03-22 Silex Microsystems Ab Elektrisk anslutning i en struktur med isolerande och ledande lager
US7863752B2 (en) * 2009-02-25 2011-01-04 Capella Photonics, Inc. MEMS device with integrated via and spacer
JP5243317B2 (ja) * 2009-03-18 2013-07-24 日本電信電話株式会社 光スイッチおよび光スイッチの制御方法
JP5319411B2 (ja) * 2009-06-15 2013-10-16 日本電信電話株式会社 ミラー装置およびミラーアレイ
JP5223793B2 (ja) * 2009-06-26 2013-06-26 富士通株式会社 可変キャパシタ
JP5489797B2 (ja) 2010-03-17 2014-05-14 三菱重工業株式会社 電池システム
DE102010028111B4 (de) * 2010-04-22 2016-01-21 Technische Universität Dresden Mikromechanisches Element
JP5545190B2 (ja) * 2010-11-26 2014-07-09 セイコーエプソン株式会社 波長可変干渉フィルターの製造方法
JP2012145905A (ja) * 2010-12-24 2012-08-02 Sanyo Electric Co Ltd ミラーアクチュエータおよびビーム照射装置
JP5694007B2 (ja) * 2011-03-08 2015-04-01 株式会社トプコン Ｍｅｍｓ揺動装置
JP5246287B2 (ja) * 2011-03-25 2013-07-24 ブラザー工業株式会社 走査デバイス、及びその走査デバイスの製造方法
JP5786424B2 (ja) * 2011-04-11 2015-09-30 セイコーエプソン株式会社 波長可変干渉フィルター、光モジュール、及び電子機器
JP2012226157A (ja) * 2011-04-20 2012-11-15 Sumitomo Precision Prod Co Ltd ミラーデバイス及びその製造方法
US8659816B2 (en) 2011-04-25 2014-02-25 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Mechanical layer and methods of making the same
JP2012237794A (ja) 2011-05-10 2012-12-06 Seiko Epson Corp 光フィルター、光フィルターモジュールおよび光分析装置
JP2013003560A (ja) * 2011-06-22 2013-01-07 Hitachi Media Electoronics Co Ltd ミラーデバイス
KR20140016986A (ko) * 2011-08-25 2014-02-10 가부시키가이샤 니콘 공간광 변조 소자 및 노광 장치
JP5834718B2 (ja) 2011-09-29 2015-12-24 セイコーエプソン株式会社 波長可変干渉フィルター、光学フィルターデバイス、光学モジュール、及び電子機器
JP5751206B2 (ja) 2011-10-21 2015-07-22 株式会社豊田中央研究所 光偏向装置
JP5457481B2 (ja) * 2012-02-22 2014-04-02 日本電信電話株式会社 Ｍｅｍｓミラー装置の制御方法およびｍｅｍｓミラー装置
JP2013182029A (ja) * 2012-02-29 2013-09-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> ミラー装置および波長選択スイッチ
JP2013200337A (ja) * 2012-03-23 2013-10-03 Stanley Electric Co Ltd 光偏向器
ITTO20130031A1 (it) * 2013-01-14 2014-07-15 St Microelectronics Srl Struttura micromeccanica di specchio e relativo procedimento di fabbricazione
US9513470B1 (en) * 2013-02-05 2016-12-06 Vanderbilt University Telecentric lens assembly providing a collimated light space
JP2014168819A (ja) * 2013-03-01 2014-09-18 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> マイクロメカニカル構造体の作製方法
US9335544B2 (en) * 2013-03-15 2016-05-10 Rit Wireless Ltd. Electrostatically steerable actuator
DE102013209819B4 (de) 2013-05-27 2018-01-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Optische Struktur mit daran angeordneten Stegen und Verfahren zur Herstellung derselben
DE102013209829B4 (de) * 2013-05-27 2016-04-28 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Optische Struktur mit daran angeordneten Stegen und Verfahren zur Herstellung derselben
JP5879305B2 (ja) * 2013-05-31 2016-03-08 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 光走査装置及び画像形成装置
US9341790B2 (en) * 2014-03-10 2016-05-17 Huawei Technologies Co., Ltd. Device and method for micro-electro-mechanical-system photonic switch
US10031156B2 (en) * 2014-09-23 2018-07-24 Nxp Usa, Inc. Three-axis microelectromechanical systems devices
JP2016110008A (ja) * 2014-12-10 2016-06-20 スタンレー電気株式会社 二軸光偏向器
JP6519284B2 (ja) 2015-04-01 2019-05-29 セイコーエプソン株式会社 電気光学装置、電気光学装置の製造方法、および電子機器
CN104932098B (zh) * 2015-07-17 2017-04-05 京东方科技集团股份有限公司 微镜阵列和应用其的背光模组及显示装置
US10175344B2 (en) * 2015-12-08 2019-01-08 The Boeing Company Light detection and ranging (LIDAR) scanning systems and methods
US9965751B1 (en) * 2016-12-29 2018-05-08 Capital One Services, Llc Mobile device multi-feed scanner
US10948688B2 (en) 2017-01-23 2021-03-16 Google Llc Optical circuit switch mirror array crack protection
CN110418994B (zh) * 2017-03-14 2022-04-19 浜松光子学株式会社 光模块
US11561388B2 (en) 2017-03-14 2023-01-24 Hamamatsu Photonics K.K. Light module
US11513339B2 (en) 2017-03-14 2022-11-29 Hamamatsu Photonics K.K. Optical module
JP6778134B2 (ja) 2017-03-14 2020-10-28 浜松ホトニクス株式会社 光モジュール及びその実装方法
DE102017205047B4 (de) * 2017-03-24 2022-02-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mikromechanische Aktuatorvorrichtung und Verfahren zu dessen Herstellung
JP6825612B2 (ja) 2017-11-13 2021-02-03 株式会社村田製作所 中央支持部を備えたｍｅｍｓ反射器
JP7200842B2 (ja) * 2019-06-21 2023-01-10 セイコーエプソン株式会社 波長可変干渉フィルター
JP2022097939A (ja) * 2020-12-21 2022-07-01 浜松ホトニクス株式会社 ミラーデバイスの製造方法
US20240025733A1 (en) * 2022-07-22 2024-01-25 Calient Technologies, Inc. Mems mirror arrays with reduced coupling between mirrors

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003057575A (ja) * 2000-10-10 2003-02-26 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> マイクロミラー装置およびその製造方法
JP2004170833A (ja) * 2002-11-22 2004-06-17 Nec Corp スイッチ素子及びそれを有する光スイッチ
JP2004212829A (ja) * 2003-01-08 2004-07-29 Hitachi Ltd 光スイッチ

Family Cites Families (46)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5096279A (en) * 1984-08-31 1992-03-17 Texas Instruments Incorporated Spatial light modulator and method
US4967632A (en) 1988-10-24 1990-11-06 Verne Q. Powell Flutes, Inc. Pad with impression memory
JP3140221B2 (ja) 1992-10-29 2001-03-05 キヤノン株式会社 金単結晶薄膜、その製造方法及び用途
JPH06230295A (ja) * 1993-02-03 1994-08-19 Canon Inc 光偏向器、その作製方法、および光偏向器を用いた表示装置
US5444566A (en) * 1994-03-07 1995-08-22 Texas Instruments Incorporated Optimized electronic operation of digital micromirror devices
US5671083A (en) * 1995-02-02 1997-09-23 Texas Instruments Incorporated Spatial light modulator with buried passive charge storage cell array
JP3577566B2 (ja) * 1999-02-19 2004-10-13 株式会社デンソー 半導体力学量センサの製造方法
US5995688A (en) 1998-06-01 1999-11-30 Lucent Technologies, Inc. Micro-opto-electromechanical devices and method therefor
JP2000010078A (ja) 1998-06-25 2000-01-14 Toshiba Corp 液晶表示装置駆動方法
JP2001004952A (ja) 1999-06-24 2001-01-12 Victor Co Of Japan Ltd 光偏向子
US6315423B1 (en) 1999-07-13 2001-11-13 Input/Output, Inc. Micro machined mirror
US6400009B1 (en) 1999-10-15 2002-06-04 Lucent Technologies Inc. Hermatic firewall for MEMS packaging in flip-chip bonded geometry
US6744550B2 (en) * 1999-11-16 2004-06-01 Xros, Inc. Two-dimensional micro-mirror array enhancements
US6431714B1 (en) * 2000-10-10 2002-08-13 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Micro-mirror apparatus and production method therefor
JP2002156514A (ja) 2000-11-16 2002-05-31 Olympus Optical Co Ltd 可変形状鏡及びその作成方法
JP2002267996A (ja) 2001-03-13 2002-09-18 Ricoh Co Ltd 光走査装置及びその製造方法
JP3557525B2 (ja) * 2001-03-29 2004-08-25 日本航空電子工業株式会社 微小可動デバイス
JP2002301696A (ja) 2001-04-03 2002-10-15 Japan Aviation Electronics Industry Ltd 微小可動デバイス
US6693735B1 (en) * 2001-07-30 2004-02-17 Glimmerglass Networks, Inc. MEMS structure with surface potential control
JP4019847B2 (ja) 2001-08-17 2007-12-12 株式会社デンソー 機能デバイス
JP4040324B2 (ja) 2001-10-24 2008-01-30 日本電信電話株式会社 ミラー、それを用いた光スイッチならびにその製造方法
US6737225B2 (en) * 2001-12-28 2004-05-18 Texas Instruments Incorporated Method of undercutting micro-mechanical device with super-critical carbon dioxide
US6935759B1 (en) 2002-02-19 2005-08-30 Glimmerglass Networks, Inc. Folded longitudinal torsional hinge for gimbaled MEMS mirror
US6717325B2 (en) 2002-03-06 2004-04-06 Glimmerglass Networks, Inc. Method and apparatus for actuation of a two-axis MEMS device using three actuation elements
US6731513B2 (en) * 2002-03-15 2004-05-04 Memx, Inc. Shielded multi-conductor interconnect bus for MEMS
JP3836809B2 (ja) 2002-05-08 2006-10-25 日本電信電話株式会社 マイクロマシンの製造方法
JP2004066379A (ja) * 2002-08-05 2004-03-04 Denso Corp マイクロ構造体の製造方法
JP2004101554A (ja) 2002-09-04 2004-04-02 Seiko Epson Corp ミラーデバイス、光スイッチ、電子機器およびミラーデバイス駆動方法
JP2004101822A (ja) 2002-09-09 2004-04-02 Seiko Epson Corp ミラーデバイス、光スイッチ、電子機器およびミラーデバイス駆動方法
JP3819820B2 (ja) * 2002-09-19 2006-09-13 日本電信電話株式会社 光スイッチ装置の製造方法
JP2004130507A (ja) 2002-09-19 2004-04-30 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 電子部品装置
JP4102158B2 (ja) * 2002-10-24 2008-06-18 富士通株式会社 マイクロ構造体の製造方法
EP1563333A1 (en) 2002-11-22 2005-08-17 Advanced Nano Systems Mems scanning mirror with tunable natural frequency
US6944008B2 (en) * 2002-12-18 2005-09-13 Lucent Technologies Inc. Charge dissipation in electrostatically driven devices
JP3983176B2 (ja) 2003-01-20 2007-09-26 日本電信電話株式会社 ミラー基板の製造方法及び光スイッチ装置の製造方法
JP3831346B2 (ja) 2003-02-04 2006-10-11 日本電信電話株式会社 光スイッチ装置
JP4244649B2 (ja) 2003-02-10 2009-03-25 株式会社デンソー 光学素子
JP2004252337A (ja) 2003-02-21 2004-09-09 Denso Corp 光走査装置及びその製造方法
JP4359054B2 (ja) 2003-02-28 2009-11-04 シチズンファインテックミヨタ株式会社 プレーナ型電磁アクチュエータ及びその製造方法
JP4137678B2 (ja) * 2003-03-27 2008-08-20 オリンパス株式会社 光偏向装置と、光スイッチと、光偏向装置の制御方法
JP4357317B2 (ja) * 2003-05-13 2009-11-04 富士通株式会社 ティルトミラーの制御装置及び制御方法
EP1479647B1 (en) * 2003-05-23 2009-02-25 JDS Uniphase Inc. Electrical cross-talk shield for MEMs micromirrors
JP2005121906A (ja) * 2003-10-16 2005-05-12 Fuji Photo Film Co Ltd 反射型光変調アレイ素子及び露光装置
JP2009252463A (ja) 2008-04-03 2009-10-29 Panasonic Electric Works Co Ltd 微小電気機械スイッチ
JP4964818B2 (ja) 2008-04-04 2012-07-04 シーケーディ株式会社 巻回素子の製造装置
JP5086158B2 (ja) 2008-04-04 2012-11-28 スタンレー電気株式会社 Ｌｅｄ照明装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003057575A (ja) * 2000-10-10 2003-02-26 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> マイクロミラー装置およびその製造方法
JP2004170833A (ja) * 2002-11-22 2004-06-17 Nec Corp スイッチ素子及びそれを有する光スイッチ
JP2004212829A (ja) * 2003-01-08 2004-07-29 Hitachi Ltd 光スイッチ

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6009043571; ＯＦＣ'２００３，　Ｐｏｓｔ　Ｄｅａｄｌｉｎｅ　Ｐａｐｅｒ , 2003, ｐ．ＰＤ３６-１-ＰＤ３６-３ *

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