JP5344035B2

JP5344035B2 - マイクロ可動素子アレイおよび通信機器

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Publication number: JP5344035B2
Application number: JP2011506878A
Authority: JP
Inventors: 修壷井; 悟覚 ▲高▼馬; 松本　　剛
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: CN102369153A; WO2010113251A1; US8390911B2; JPWO2010113251A1; CN102369153B; US20120057214A1

Description

本発明は、微小な可動部を有する例えばマイクロミラー素子、角速度センサ、加速度センサなどのマイクロ可動素子を複数含むマイクロ可動素子アレイ、および、通信機器に関する。

近年、様々な技術分野において、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）技術により形成される微小構造を有する素子の応用化が図られている。そのような素子には、例えば、マイクロミラー素子や、角速度センサ、加速度センサなど、微小な可動部を有するマイクロ可動素子が含まれる。マイクロミラー素子は、例えば光通信技術や光ディスク技術の分野において、光反射機能を担う素子として利用される。角速度センサおよび加速度センサは、例えば、ビデオカメラやカメラ付き携帯電話の手振れ防止機能、カーナビゲーションシステム、エアバッグ開放タイミングシステム、車やロボット等の姿勢制御システムの用途で、利用される。このようなマイクロ可動素子については、例えば下記の特許文献１〜４に記載されている。

先行技術文献

特開２００３−１９７００号公報特開２００４−３４１３６４号公報特開２００５−３０５５８２号公報特開２００６−７２２５２号公報

図３９から図４１は、従来のマイクロ可動素子の一例たるマイクロ可動素子９０を表す。図３９は、マイクロ可動素子９０の平面図である。図４０および図４１は、それぞれ、図３９の線XL−XLおよび線XLI−XLIに沿った断面図である。

マイクロ可動素子９０は、可動主部９１と、これを囲むフレーム９２と、これを囲むフレーム９３と、可動主部９１およびフレーム９２を連結する一対のトーションバー９４と、フレーム９２，９３を連結する一対のトーションバー９５とを備える。一対のトーションバー９４は、可動主部９１の回転変位の軸心Ｂ１を規定し、一対のトーションバー９５は、フレーム９２およびこれに伴う可動主部９１の回転変位の軸心Ｂ２を規定し、軸心Ｂ１，Ｂ２は直交する。すなわち、マイクロ可動素子９０は、いわゆる二軸型の揺動素子である。

このようなマイクロ可動素子９０が例えばマイクロミラー素子として構成される場合、可動主部９１上にミラー面９１ａが設けられ、可動主部９１が軸心Ｂ１まわりに回転変位するための駆動力を発生させる所定の第１アクチュエータ（図示略）が設けられる。また、フレーム９２およびこれに伴う可動主部９１が軸心Ｂ２まわりに回転変位するための駆動力を発生させる所定の第２アクチュエータ（図示略）も設けられる。そして、両アクチュエータが適宜稼動することによって、可動主部９１が各軸心Ｂ１，Ｂ２まわりに回転変位ないし揺動駆動される。このような可動主部９１の揺動駆動により、可動主部９１上に設けられたミラー面９１ａにて反射される光信号の反射方向が適宜切り換えられる。

一方、マイクロ可動素子９０が角速度センサとして構成される場合、例えば、可動主部９１の軸心Ｂ１まわりの回転変位量に応じて静電容量が変化する、相対する一対の検出用キャパシタ電極（図示略）のそれぞれが可動主部９１およびフレーム９２に設けられる。また、フレーム９２およびこれに伴う可動主部９１が軸心Ｂ２まわりに回転変位するための駆動力を発生させる所定のアクチュエータ（図示略）も設けられる。そして、アクチュエータが稼動してフレーム９２およびこれに伴う可動主部９１が所定の振動数ないし周期で軸心Ｂ２まわりに揺動動作される。この振動状態において、可動主部９１に所定の角速度が作用すると、可動主部９１が軸心Ｂ１まわりに回転変位し、検出用キャパシタ電極対間の静電容量が変化する。この静電容量変化に基づいて、可動主部９１の回転変位量が検出され、その検出結果に基づき、マイクロ可動素子９０ないし可動主部９１に作用する角速度が導出される。

従来の技術では、複数の上述のようなマイクロ可動素子９０を一列に配し且つフレーム９３を共通化して一体化させることによってマイクロ可動素子アレイを構成するとき、素子配列方向において充分に高い可動主部９１の占有率を実現することが困難な場合がある。その理由は次のとおりである。

上記マイクロ可動素子アレイないしマイクロ可動素子９０の各部は、ＭＥＭＳ技術によって材料基板に対して作り込まれるものであるところ、一定の厚さの材料基板を貫通する空隙を形成する際にその空隙につき実現できる最小幅には、加工技術上の限界がある。すなわち、上記マイクロ可動素子アレイにおいて隣り合うマイクロ可動素子９０の離隔距離については、加工限界を超えて小さくすることができない。そのため、隣り合うマイクロ可動素子９０の可動主部９１間の離隔距離については、加工限界を超えて小さくすることができない。

また、上記マイクロ可動素子アレイの各マイクロ可動素子９０は可動部を有し、当該可動部は電気的に駆動されるものである。そのため、上記マイクロ可動素子アレイでは、隣り合うマイクロ可動素子９０の間において、機械的干渉や電気的干渉をするのを回避するのに必要な離隔距離を確保する必要がある。

以上のような加工限界や、機械的干渉回避の必要性、電気的干渉回避の必要性ため、従来の技術では、素子配列方向において充分に高い可動主部９１の占有率を実現することが困難な場合があるのである。

素子配列方向において充分に高い可動主部９１の占有率を実現することができないと、複数のマイクロ可動素子９０を備える上記マイクロ可動素子アレイにおいて、充分な高機能化を図ることができない場合がある。例えば、各マイクロ可動素子９０がマイクロミラー素子であって、上記マイクロ可動素子アレイが波長選択型光スイッチング装置に組み込まれるマイクロミラー素子アレイである場合を想定する。この場合、素子配列方向における可動主部９１の占有率が低いほど、上記マイクロ可動素子アレイが全体として受けて各ミラー面９１ａにて反射する光信号について、損失が増大することが知られている。例えば、各マイクロ可動素子９０が角速度センサや加速度センサであって、上記マイクロ可動素子アレイがセンシングデバイスである場合を想定する。この場合、素子配列方向における可動主部９１の占有率が低いほど、検出信号がノイズの影響を受けやすく、センサ感度が低下することが知られている。複数のマイクロ可動素子９０が隣り合って配置されることで、各素子にて発生するノイズが、隣り合う素子間でキャンセルし合う効果が期待されるが、素子配列方向の可動主部９１の占有率が低いほど当該ノイズキャンセル効果ないしノイズ低減効果が減弱する。

発明の概要

本発明は、以上のような事情の下で考え出されたものであって、複数の可動主部の配列方向において大きな可動主部占有率を実現するのに適したマイクロ可動素子アレイ、および、そのようなマイクロ可動素子アレイを備える通信機器を提供することを、目的とする。

本発明の一側面によるとマイクロ可動素子アレイが提供される。このマイクロ可動素子アレイは、第1フレームと、第1可動主部を有して前記第1フレームに支持された複数の第1可動部を含む第1可動部列と、第2フレームと、第2可動主部を有して前記第2フレームに支持された複数の第2可動部を含む第2可動部列と、を備え、前記第1フレームおよび前記第2フレームは、前記第1可動部列および前記第2可動部列が対向配置されるように積層配置され、前記第1可動部列では、前記複数の第1可動部は、第1可動主部およびギャップが交互に位置して複数の第1可動主部が一方向に配列するように、位置し、前記第2可動部列では、前記複数の第2可動部は、各第2可動主部が前記第1可動部列の一の前記ギャップに対向して複数の第2可動主部が前記一方向に配列するように、位置しており、ベース部と、前記第1フレームおよび前記第2フレームの間に介在する複数の第1スペーサと、前記第2フレームおよび前記ベース部の間に介在する複数の第2スペーサと、を更に備え、前記第1フレームの一部は、少なくとも一つの前記第1スペーサ、前記第2フレームの一部、および少なくとも一つの前記第2スペーサを介して前記ベース部と電気的に接続されており、前記第2フレームの他の一部は、少なくとも一つの前記第2スペーサを介して前記ベース部と電気的に接続されている。

図１は、第１の実施形態に係るマイクロ可動素子アレイの分解一部省略平面図である。図２は、第１の実施形態に係るマイクロ可動素子アレイの一部省略断面図である。図３は、第１の実施形態における第１アレイの一部省略平面図である。図４は、第１の実施形態における第２アレイの一部省略平面図である。図５は、第１の実施形態における第１アレイおよび第２アレイに含まれるマイクロ可動素子の平面図である。図６は、図５に示すマイクロ可動素子の一部省略平面図である。図７は、図５の線VII−VIIに沿った拡大断面図である。図８は、図５の線VIII−VIIIに沿った拡大断面図である。図９は、図５の線IX−IXに沿った拡大断面図である。図１０は、図５の線X−Xに沿った拡大断面図である。図１１は、図５の線XI−XIに沿った拡大断面図である。図１２は、図５の線XII−XIIに沿った拡大断面図である。図１３は、図５の線XIII−XIIIに沿った拡大断面図である。図１４は、図５の線XIV−XIVに沿った拡大断面図である。図１５は、駆動時における図５の線VII−VIIに沿った拡大断面図である。図１６は、マイクロ可動素子の製造方法における一部の工程を表す。図１７は、図１６の後に続く工程を表す。図１８は、図１７の後に続く工程を表す。図１９は、マスクパターンの平面図である。図２０は、他のマスクパターンの平面図である。図２１は、第２の実施形態に係るマイクロ可動素子アレイの分解一部省略平面図である。図２２は、第２の実施形態に係るマイクロ可動素子アレイの一部省略断面図である。図２３は、図２１に示す第１アレイの平面図である。図２４は、図２１に示す第２アレイの平面図である。図２５は、第２の実施形態における第１アレイに含まれるマイクロ可動素子の平面図である。図２６は、図２５に示すマイクロ可動素子の一部省略平面図である。図２７は、図２５の線XXVII−XXVIIに沿った拡大断面図である。図２８は、図２５の線XXVIII−XXVIIIに沿った拡大断面図である。図２９は、図２５の線XXIX−XXIXに沿った拡大断面図である。図３０は、図２５の線XXX−XXXに沿った拡大断面図である。図３１は、図２５の線XXXI−XXXIに沿った拡大断面図である。図３２は、図２５の線XXXII−XXXIIに沿った拡大断面図である。図３３は、図２５の線XXXIII−XXXIIIに沿った拡大断面図である。図３４は、図２５の線XXXIV−XXXIVに沿った拡大断面図である。図３５は、第２の実施形態における第２アレイに含まれるマイクロ可動素子の平面図である。図３６は、図３５の線XXXVI−XXXVIに沿った拡大断面図である。図３７は、第３の実施形態に係る光スイッチング装置の概略構成を表す。図３８は、第４の実施形態に係る光スイッチング装置の概略構成を表す。図３９は、従来のマイクロ可動素子の平面図である。図４０は、図３９の線XL−XLに沿った断面図である。図４１は、図３９の線XLI−XLIに沿った断面図である。

発明を実施するための形態

図１および図２は、第１の実施形態に係るマイクロ可動素子アレイＸ１を表す。図１は、マイクロ可動素子アレイＸ１の分解一部省略平面図である。図２は、マイクロ可動素子アレイＸ１の一部省略断面図である。

マイクロ可動素子アレイＸ１は、第１アレイ１と、第２アレイ２と、ベース部３と、複数のスペーサ４と、複数のスペーサ５とを含み、本実施形態においてはマイクロミラー素子アレイである。第１アレイ１および第２アレイ２の間に複数のスペーサ４が介在し、第２アレイ２およびベース部３の間に複数のスペーサ５が介在する。ベース部３は配線基板であり（図１および図２において配線は省略）、第１アレイ１の一部は、一部のスペーサ４、第２アレイ２の一部、および一部のスペーサ５を介して、ベース部３の配線の一部と電気的に接続されている。第２アレイ２の一部は、一部のスペーサ５を介してベース部３の配線の一部と電気的に接続されている。これら電気的接続のためのスペーサ４，５は、導電材料よりなり、例えば、単一の又は積層された金バンプである。

図３は、第１アレイ１の一部省略平面図である。図４は、第２アレイ２の一部省略平面図である。第１アレイ１および第２アレイ２は、それぞれ、複数のマイクロ可動素子Ｙ１を含む（図３および図４では、一部のマイクロ可動素子Ｙ１を省略する）。

図５から図１４は、第１アレイ１および第２アレイ２に含まれるマイクロ可動素子Ｙ１を表す。図５は、マイクロ可動素子Ｙ１の平面図である。図６は、マイクロ可動素子Ｙ１の一部省略平面図である。図７から図１４は、それぞれ、図５の線VII−VII、線VIII−VIII、線IX−IX、線X−X、線XI−XI、線XII−XII、線XIII−XIII、および線XIV−XIVに沿った拡大断面図である。

マイクロ可動素子Ｙ１は、内可動部１０と、外可動部たるフレーム２０と、固定部たるフレーム３０と、一対の連結部４０と、一対の連結部５０Ａ，５０Ｂと、電極部６０，７０，８０とを備え、本実施形態においてはマイクロミラー素子である。また、マイクロ可動素子Ｙ１は、ＭＥＭＳ技術により、いわゆるＳＯＩ（silicon on insulator）ウエハである材料基板に対して加工を施すことによって製造されたものである。当該材料基板は、第１および第２シリコン層ならびに当該シリコン層間の絶縁層よりなる積層構造を有し、各シリコン層は、不純物のドープにより所定の導電性が付与されている。マイクロ可動素子Ｙ１における上述の各部位は主に第１シリコン層および／または第２シリコン層に由来して形成されるところ、図の明確化の観点より、図３から図５においては、第１シリコン層に由来する部位について斜線ハッチングを付して表す。また、図６に示す構造は、マイクロ可動素子Ｙ１において第２シリコン層に由来するものである。

内可動部１０は、ランド部１１と、電極部１２と、梁部１３と、シールド部１４とを有する。

ランド部１１は、第１シリコン層に由来する部位であり、その表面には、光反射機能を有するミラー面１１’が設けられている。このようなランド部１１およびミラー面１１’は可動主部である。この可動主部ないしランド部１１は、図８に示すように、厚さ方向Ｈにおいて部分的に薄肉であってフレーム２０に対向する対向部１１ａを有する。対向部１１ａは、ランド部１１の縁端において、図５に示す矢印Ｄ２方向に延びる。また、ランド部１１について図５および図８に示す長さＬ１は、例えば２０〜３００μｍである。

電極部１２は、第１シリコン層に由来する部位であり、一対のアーム１２Ａ，１２Ｂ、複数の電極歯１２ａ、および複数の電極歯１２ｂを有する。電極歯１２ａは、図５および図１０に示すようにアーム１２Ａからアーム１２Ｂ側へ延出し、且つ、図５に示すようにアーム１２Ａの延び方向に離隔して並列する。電極歯１２ｂは、アーム１２Ｂからアーム１２Ａ側へ延出し、且つ、アーム１２Ｂの延び方向に離隔して並列する。このように、電極部１２は櫛歯電極構造を有する。また、電極部１２は、マイクロ可動素子Ｙ１の駆動時に所定の基準電位（例えばグラウンド電位）が付与されるための部位である。

梁部１３は、第１シリコン層に由来する部位であり、ランド部１１および電極部１２を連結する。

シールド部１４は、図６に示すように第２シリコン層に由来する部位であり、図９に示すように絶縁層１５を介して電極部１２に接合している。シールド部１４および電極部１２は、絶縁層１５を貫通する導電ビア１６を介して電気的に接続されている。

フレーム２０は、例えば図７および図１１に示すように、第１シリコン層に由来する第１層部２１と、第２シリコン層に由来する第２層部２２と、当該第１および第２層部２１，２２の間の絶縁層２３とからなる積層構造を有する。第１層部２１は、図５に示すように、相互に離隔した部分２１ａ，２１ｂ，２１ｃを有する。第２層部２２は、図６に示すように、相互に離隔した部分２２ａ，２２ｂを有する。第１層部２１の部分２１ａは、図５に示すように内可動部１０を部分的に囲む形状を有する。第２層部２２の部分２２ａは、内可動部１０を部分的に囲む形状を有する。部分２１ａ，２２ａは、図１１に示すように、絶縁層２３を貫通する導電ビア２４を介して電気的に接続されている。部分２１ｂ，２２ｂは、絶縁層２３を貫通する導電ビア２５を介して電気的に接続されている。部分２１ｃ，２２ａは、図１３に示すように、絶縁層２３を貫通する導電ビア２６を介して電気的に接続されている。

また、フレーム２０は、内可動部１０のランド部１１ないし可動主部に沿って図５および図６に示す矢印Ｄ２方向に延びる一対の延び部２０Ａを含む。

一対の延び部２０Ａは、図８に示すように厚さ方向Ｈにおいて空隙を介してランド部１１ないし可動主部の対向部１１ａに対向する。厚さ方向Ｈにおけるランド部１１と延び部２０Ａの間のギャップＧ１は、上述の材料基板の絶縁層の厚さより大きく、例えば０.５〜２０μｍである。また、一対の延び部２０Ａの外端間の図８に示す長さＬ２は、ランド部１１ないし可動主部についての上述の長さＬ１以下である。

フレーム３０は、図１２に示すように、第１シリコン層に由来する第１層部３１と、第２シリコン層に由来する第２層部３２と、当該第１および第２層部３１，３２の間の絶縁層３３とからなる積層構造を有する。図５および図１２に示すように、第１層部３１は、相互に離隔する部分３１ａ，３１ｂを含む。部分３１ａは、相互に離隔する部分を含む（図示略）。図６および図１２に示すように、第２層部３２は、相互に離隔する部分３２ａ，３２ｂ，３２ｃを含む。部分３２ａは、相互に離隔する部分を含む（図示略）。部分３１ｂ，３２ｂは、図１２に示すように、絶縁層３３を貫通する導電ビア３４を介して電気的に接続されている。部分３１ａの一部および部分３２ｃは、図１４に示すように、絶縁層３３を貫通する導電ビア３５を介して電気的に接続されている。

一対の連結部４０は、それぞれ、図５に示すように二本のトーションバー４１からなる。各連結部４０は、第１シリコン層に由来する部位であり、内可動部１０の梁部１３とフレーム２０の第１層部２１の部分２１ａとに接続して、内可動部１０およびフレーム２０を連結する（梁部１３と部分２１ａは連結部４０を介して電気的に接続されている）。各連結部４０を構成する二本のトーションバー４１の間隔は、フレーム２０の側から内可動部１０の側にかけて漸増する。また、トーションバー４１は、図７に示すように、厚さ方向Ｈにおいて、内可動部１０よりも薄肉であり、且つ、フレーム２０の第１層部２１よりも薄肉である。このような一対の連結部４０は、内可動部１０ないし可動主部（ランド部１１，ミラー面１１’）の回転変位の軸心Ａ１を規定する。上述の電極歯１２ａ，１２ｂの延出方向は、軸心Ａ１の延び方向と平行である。フレーム２０の側から内可動部１０の側にかけて間隔が漸増する二本のトーションバー４１を含む各連結部４０は、内可動部１０が動作するに際して不要な変位成分が発生するのを抑制するのに好適である。

一対の連結部５０Ａ，５０Ｂは、それぞれ、図５に示すように二本のトーションバー５１からなる。各連結部５０Ａ，５０Ｂは、第１シリコン層に由来する部位であり、フレーム２０およびフレーム３０を連結する。具体的には、図５に示すように、連結部５０Ａは、フレーム２０の第１層部２１の部分２１ｂと、フレーム３０の第１層部３１の部分３１ｂとに接続して、これらを連結する（部分２１ｂ，３１ｂは連結部５０Ａを介して電気的に接続されている）。連結部５０Ｂは、フレーム２０の第１層部２１の部分２１ｃと、フレーム３０の第１層部３１の部分３１ａの一部とに接続して、これらを連結する（部分２１ｃと部分３１ａの当該一部とは連結部５０Ｂを介して電気的に接続されている）。各連結部５０Ａ，５０Ｂを構成する二本のトーションバー５１の間隔は、フレーム３０の側からフレーム２０の側にかけて漸増する。また、トーションバー５１は、厚さ方向Ｈにおいて、トーションバー４１と同様にフレーム２０の第１層部２１よりも薄肉であり、且つ、フレーム３０の第１層部３１よりも薄肉である。このような一対の連結部５０Ａ，５０Ｂは、フレーム２０およびこれに伴う内可動部１０の回転変位の軸心Ａ２を規定する。本実施形態では、軸心Ａ２は軸心Ａ１と直交する。フレーム３０の側からフレーム２０の側にかけて間隔が漸増する二本のトーションバー５１を含む各連結部５０Ａ，５０Ｂは、フレーム２０およびこれに伴う内可動部１０が動作するに際して不要な変位成分が発生するのを抑制するのに好適である。

電極部６０は、第２シリコン層に由来する部位であり、図６によく表れているように、アーム６１、複数の電極歯６２ａ、および複数の電極歯６２ｂを有する。アーム６１は、フレーム２０の第２層部２２の部分２２ｂから延出する。複数の電極歯６２ａは、電極部１２のアーム１２Ａ側へアーム６１から延出し、且つ、アーム６１の延び方向に離隔して並列する。複数の電極歯６２ｂは、電極部１２のアーム１２Ｂ側へアーム６１から延出し、且つ、アーム６１の延び方向に離隔して並列する。このように、電極部６０は櫛歯電極構造を有する。

電極部７０は、第１シリコン層に由来する部位であり、図５に示すように複数の電極歯７１からなる。複数の電極歯７１は、図５および図１４に示すようにフレーム２０の第１層部２１の部分２１ｃから電極部８０側へ延出し、且つ、軸心Ａ２の延び方向に離隔して並列する。このように、電極部７０は櫛歯電極構造を有する。

電極部８０は、第２シリコン層に由来する部位であり、図６に示すようにアーム８１および複数の電極歯８２からなる。アーム８１は、軸心Ａ２の延び方向に延びる。複数の電極歯８２は、アーム８１から電極部７０側へ延出し、且つ、アーム８１の延び方向に離隔して並列する。このように、電極部８０は櫛歯電極構造を有する。

マイクロ可動素子Ｙ１において、一対の電極部１２，６０は、軸心Ａ１まわりの内可動部１０の回転変位に係る駆動力を発生させるための駆動機構ないしアクチュエータを構成し得る。また、一対の電極部７０，８０は、フレーム２０およびこれに伴う内可動部１０の軸心Ａ２まわりの回転変位に係る駆動力を発生させるための駆動機構ないしアクチュエータを構成し得る。

マイクロ可動素子Ｙ１の駆動時には、内可動部１０の電極部１２および電極部７０に基準電位が付与される。電極部１２に対する基準電位の付与は、フレーム３０の第１層部３１の部分３１ａの一部、連結部５０Ｂ（トーションバー５１）、フレーム２０の第１層部２１の部分２１ｃ、導電ビア２６（図１３に示す）、フレーム２０の第２層部２２の部分２２ａ、導電ビア２４（図１１に示す）、フレーム２０の第１層部２１の部分２１ａ、連結部４０（トーションバー４１）、および内可動部１０の梁部１３を介して、実現することができる。電極部７０に対する基準電位の付与は、フレーム３０の第１層部３１の部分３１ａの一部、連結部５０Ｂ（トーションバー５１）、およびフレーム２０の第１層部２１の部分２１ｃを介して、実現することができる。フレーム３０の第１層部３１の部分３１ａにおいて基準電位が付与される部位（基準電位付与部）は、部分３１ａの他の部位から離隔して電気的に分離されている。基準電位は、例えばグラウンド電位であり、好ましくは一定に維持される。

そして、基準電位よりも高い駆動電位を電極部６０，８０のそれぞれに対して必要に応じて付与する。電極部６０への駆動電位の付与により、電極部１２，６０間に静電引力を発生させて図１５に示すように内可動部１０を軸心Ａ１まわりに回転変位させることができる。電極部８０への駆動電位の付与により、電極部７０，８０間に静電引力を発生させてフレーム２０およびこれに伴う内可動部１０を軸心Ａ２まわりに回転変位させることができる。マイクロ可動素子Ｙ１は、いわゆる二軸型の揺動素子である。電極部６０に対する駆動電位の付与は、フレーム３０の第２層部３２の部分３２ｂ、導電ビア３４（図１２に示す）、フレーム３０の第１層部３１の部分３１ｂ、連結部５０Ａ（トーションバー５１）、フレーム２０の第１層部２１の部分２１ｂ、導電ビア２５（図１１に示す）、およびフレーム２０の第２層部２２の部分２２ｂを介して、実現することができる。このような二軸型の駆動により、マイクロ可動素子Ｙ１のランド部１１上に設けられたミラー面１１’にて反射される光の反射方向を適宜切り換えることができる。

図１から図３に示すように、第１アレイ１は、複数のマイクロ可動素子Ｙ１を含む。第１アレイ１において、複数のマイクロ可動素子Ｙ１は、全ての軸心Ａ２（図１から図３では図示せず）が相互に平行となるように、軸心Ａ１の延び方向に一列に配されている。第１アレイ１において、各マイクロ可動素子Ｙ１のフレーム３０は一体化されて枠体をなし、全マイクロ可動素子Ｙ１の第１可動部（内可動部１０，フレーム２０，連結部４０，電極部６０）を囲む。第１アレイ１における全マイクロ可動素子Ｙ１の複数の第１可動部が第１可動部列をなす。第１可動部列では、複数の第１可動部は、ミラー面１１’を伴うランド部１１（可動主部）とギャップＧ２とが交互に位置し且つ当該可動主部が第１可動部の配列方向Ｄ１に一列に並ぶように、一列に配されている。本実施形態では、第１可動部列にて、配列方向Ｄ１におけるランド部１１ないしミラー面１１’の長さＬ１とギャップＧ２とは同じに設定されている。そのため、本実施形態では、第１アレイ１のフレーム３０内の配列方向Ｄ１におけるランド部１１ないしミラー面１１’の占有率は５０％程度となる。第１アレイ１の当該占有率については、異なる値を設定してもよい。また、第１アレイ１においては、フレーム３０における第１層部３１の部分３１ａの基準電位付与部は、全マイクロ可動素子Ｙ１にわたって連続している。第１アレイ１の全マイクロ可動素子Ｙ１の内可動部１０の電極部１２及びシールド部１４、フレーム２０の第１層部２１の部分２１ａ，２１ｃ及び第２層部２２の部分２２ａ、フレーム３０の第２層部３２の部分３２ｃ、並びに電極部７０は電気的に接続されている。

図１、図２および図４に示すように、第２アレイ２は、複数のマイクロ可動素子Ｙ１を含む。第２アレイ２において、複数のマイクロ可動素子Ｙ１は、全ての軸心Ａ２（図４では図示せず）が相互に平行となるように、軸心Ａ１の延び方向に一列に配されている。第２アレイ２において、各マイクロ可動素子Ｙ１のフレーム３０は一体化されて枠体をなし、全マイクロ可動素子Ｙ１の第２可動部（内可動部１０，フレーム２０，連結部４０，電極部６０）を囲む。第２アレイ２における全マイクロ可動素子Ｙ１の複数の第２可動部が第２可動部列をなす。第２可動部列では、複数の第２可動部は、ミラー面１１’を伴う各ランド部１１（可動主部）が第１可動部列の一のギャップＧ２に対向し且つ複数の可動主部がギャップＧ３を介して配列方向Ｄ１に一列に並ぶように、一列に配されている。また、第２可動部列では、可動主部とギャップＧ３とが交互に位置する。第２可動部列にて、配列方向Ｄ１におけるランド部１１ないしミラー面１１’の長さＬ１とギャップＧ３とを同じに設定した場合、第２アレイ２のフレーム３０内の配列方向Ｄ１におけるランド部１１ないしミラー面１１’の占有率は５０％程度となる。第２アレイ２の当該占有率については、異なる値を設定してもよい。配列方向Ｄ１において第２アレイ２の各ランド部１１（ミラー面１１’）の両端部が、第１アレイ１のランド部１１（ミラー面１１’）と重なり合うように第２アレイ２のランド部１１（ミラー面１１’）の長さＬ１を設定してもよい。この場合、第２アレイ２にてＧ３＜Ｌ１であり、第２アレイ２のフレーム３０内の配列方向Ｄ１におけるランド部１１ないしミラー面１１’の占有率は５０％より大きい。また、第２アレイ２においては、フレーム３０における第１層部３１の部分３１ａの基準電位付与部は、全マイクロ可動素子Ｙ１にわたって連続している。第２アレイ２の全マイクロ可動素子Ｙ１の内可動部１０の電極部１２及びシールド部１４、フレーム２０の第１層部２１の部分２１ａ，２１ｃ及び第２層部２２の部分２２ａ、フレーム３０の第２層部３２の部分３２ｃ、並びに電極部７０は電気的に接続されている。

ベース部３は、基準電位配線および複数対の駆動配線（第１駆動配線，第２駆動配線）を有する。基準電位配線は、第１アレイ１および第２アレイ２の各フレーム３０における第１層部３１の部分３１ａの上述の基準電位付与部と電気的に接続している。第１駆動配線は、第１アレイ１および第２アレイ２における各マイクロ可動素子Ｙ１の上述の電極部６０と電気的に接続している。第２駆動配線は、第１アレイ１および第２アレイ２における各マイクロ可動素子Ｙ１の上述の電極部８０と電気的に接続している。具体的には、次のとおりである。

上述の第１アレイ１では、フレーム３０の第１層部３１の部分３１ａの基準電位付与部は、フレーム３０の絶縁層３３を貫通する所定の導電ビア（図示略）を介して、フレーム３０の第２層部３２の部分３２ａの一部（基準電位付与部）と電気的に接続している。この部分３２ａの基準電位付与部には、導電材料よりなる少なくとも一つの上述のスペーサ４が接合され、当該スペーサ４は、第２アレイ２におけるフレーム３０の第１層部３１の部分３１ａの基準電位付与部に接合されている。したがって、第１アレイ１におけるフレーム３０の第１層部３１の部分３１ａの基準電位付与部と、第２アレイ２におけるフレーム３０の第１層部３１の部分３１ａの基準電位付与部とは、電気的に接続している。これと共に、第２アレイ２では、フレーム３０の第１層部３１の部分３１ａの基準電位付与部は、フレーム３０の絶縁層３３を貫通する所定の導電ビア（図示略）を介して、フレーム３０の第２層部３２の部分３２ａの一部（基準電位付与部）と電気的に接続している。この部分３２ａの基準電位付与部には、導電材料よりなる少なくとも一つの上述のスペーサ５が接合され、当該スペーサ５は、ベース部３の配線の一部（基準電位配線）に接合されている。したがって、第１アレイ１および第２アレイ２の各フレーム３０における第１層部３１の部分３１ａの基準電位付与部と、ベース部３の基準電位配線とは、電気的に接続している。

第１アレイ１の各マイクロ可動素子Ｙ１におけるフレーム３０の第２層部３２の部分３２ｂ（上述のように、同一マイクロ可動素子Ｙ１内の電極部６０と電気的に接続している）には、導電材料よりなるスペーサ４が接合されている。当該スペーサ４は、第２アレイ２におけるフレーム３０の第１層部３１の部分３１ａの一部（第１駆動電位付与部）に接合されている。第２アレイ２では、フレーム３０の第１層部３１の部分３１ａの各第１駆動電位付与部は、フレーム３０の絶縁層３３を貫通する所定の導電ビア（図示略）を介して、フレーム３０の第２層部３２の部分３２ａの一部（第１駆動電位付与部）と電気的に接続している。この部分３２ａの各第１駆動電位付与部には、導電材料よりなるスペーサ５が接合され、当該スペーサ５は、ベース部３の一の第１駆動配線に接合されている。したがって、第１アレイ１の各マイクロ可動素子Ｙ１における部分３２ｂしたがって電極部６０は、ベース部３の一の第１駆動配線と電気的に接続している。

第１アレイ１の各マイクロ可動素子Ｙ１における電極部８０には、導電材料よりなるスペーサ４が接合されている。当該スペーサ４は、第２アレイ２におけるフレーム３０の第１層部３１の部分３１ａの一部（第２駆動電位付与部）に接合されている。第２アレイ２では、フレーム３０の第１層部３１の部分３１ａの各第２駆動電位付与部は、フレーム３０の絶縁層３３を貫通する所定の導電ビア（図示略）を介して、フレーム３０の第２層部３２の部分３２ａの一部（第２駆動電位付与部）と電気的に接続している。この部分３２ａの各第２駆動電位付与部には、導電材料よりなるスペーサ５が接合され、当該スペーサ５は、ベース部３の一の第２駆動配線に接合されている。したがって、第１アレイ１の各マイクロ可動素子Ｙ１における電極部８０は、ベース部３の一の第２駆動配線と電気的に接続している。

第２アレイ２の各マイクロ可動素子Ｙ１におけるフレーム３０の第２層部３２の部分３２ｂ（上述のように、同一マイクロ可動素子Ｙ１内の電極部６０と電気的に接続している）には、導電材料よりなるスペーサ５が接合されている。当該スペーサ５は、ベース部３の一の第１駆動配線に接合されている。したがって、第２アレイ２の各マイクロ可動素子Ｙ１における部分３２ｂしたがって電極部６０は、ベース部３の一の第１駆動配線と電気的に接続している。

第２アレイ２の各マイクロ可動素子Ｙ１における電極部８０には、導電材料よりなるスペーサ５が接合されている。当該スペーサ５は、ベース部３の一の第２駆動配線に接合されている。したがって、第２アレイ２の各マイクロ可動素子Ｙ１における電極部８０は、ベース部３の一の第２駆動配線と電気的に接続している。

マイクロ可動素子アレイＸ１の各マイクロ可動素子Ｙ１における基準電位付与部（電極部１２，７０を含む）および電極部６０，８０と、ベース部３の基準電位配線および複数対の駆動配線との間には、具体的には以上のような電気的接続関係が形成されている。

マイクロ可動素子アレイＸ１の駆動時には、全マイクロ可動素子Ｙ１における内可動部１０の電極部１２と電極部７０に対して共通的に基準電位が付与された状態で、選択されたマイクロ可動素子Ｙ１の電極部６０，８０のそれぞれに対して駆動電位が付与される。これにより、各マイクロ可動素子Ｙ１の内可動部１０およびフレーム２０が個別に揺動駆動され、各マイクロ可動素子Ｙ１の内可動部１０のランド部１１上のミラー面１１’にて反射される光の反射方向を適宜切り換えることができる。

以上の構成を有するマイクロ可動素子アレイＸ１では、第１アレイ１ないしそのフレーム３０と、第２アレイ２ないしそのフレーム３０とは、スペーサ４を介して積層配置されている。図３に示すように、第１アレイ１のフレーム３０には、複数のマイクロ可動素子Ｙ１の複数の第１可動部（内可動部１０とフレーム２０を含む）が支持されて、上述のように当該複数の第１可動部が第１可動部列をなす。第１可動部列では、上述のように、複数の第１可動部は、ミラー面１１’を伴うランド部１１（可動主部）とギャップＧ２とが交互に位置し且つ可動主部が配列方向Ｄ１に一列に並ぶように、一列に配されている。

一方、図４に示すように、第２アレイ２のフレーム３０には、複数のマイクロ可動素子Ｙ１の複数の第２可動部（内可動部１０とフレーム２０を含む）が支持されて、上述のように当該複数の第２可動部が第２可動部列をなす。第２可動部列では、上述のように、複数の第２可動部は、ミラー面１１’を伴う各ランド部１１（可動主部）が第１可動部列の一のギャップＧ２に対向し且つ複数の可動主部がギャップＧ３を介して配列方向Ｄ１に一列に並ぶように、一列に配されている。

マイクロ可動素子アレイＸ１では、配列方向Ｄ１において隣り合う二つの可動部の一方は第１アレイ１側にあり、他方は第２アレイ２側にあり、当該隣り合う可動部は、図２に示すように、第１アレイ１および第２アレイ２の積層方向に位置ずれしている。そして、配列方向Ｄ１において隣り合う二つの可動主部（第１可動主部，第２可動主部）も、第１アレイ１および第２アレイ２の積層方向に位置ずれしている。このようなマイクロ可動素子アレイＸ１では、配列方向Ｄ１において隣り合う二つの可動部の機械的干渉や電気的干渉を回避しつつ、当該二つの可動部の可動主部（第１および第２可動主部）について、加工限界に関わらず近接して配置することが可能である。したがって、マイクロ可動素子アレイＸ１は、素子ないし可動部の配列方向Ｄ１において高い可動主部（本実施形態では、ミラー面１１’を伴うランド部１１）の占有率を実現することができる。配列方向Ｄ１におけるランド部１１ないしミラー面１１’の占有率が高いほど、マイクロ可動素子アレイＸ１が全体として受けて各ミラー面１１’にて反射する光信号について、損失を低減することができる。マイクロ可動素子アレイＸ１では、配列方向Ｄ１におけるランド部１１ないしミラー面１１’の占有率について、９９％以上であって実質的に１００％を実現することが可能である。波長分割多重（ＷＤＭ：wavelength division multiplexing）通信システムにおける波長選択スイッチとしてマイクロ可動素子アレイＸ１を使用する場合を想定する。この場合、マイクロ可動素子アレイＸ１においては、反射対象信号として各ミラー面１１’に割り当てられる光信号について、間断なく波長帯域ないし周波数帯域を設定して大きな波長帯域ないし周波数帯域を設定することが可能である。

一般に、光反射面の縁端部にて反射した光は散乱することがある。そして、光スイッチングデバイスにおいては、当該散乱光は、ノイズとなり、通信信号の質に影響を与え得る。しかしながら、マイクロ可動素子アレイＸ１の第２アレイ２における各ミラー面１１’の縁端部にて反射して生ずる散乱光の多くは、第１アレイ１における可動部（ランド部１１およびフレーム２０を含む）にて遮蔽される。そのため、マイクロ可動素子アレイＸ１を例えばＷＤＭ通信システムにおける波長選択スイッチとして使用する場合、前述のような散乱光に起因する通信信号への影響を抑制することが可能である。

マイクロ可動素子アレイＸ１の各マイクロ可動素子Ｙ１では、内可動部１０の電極部１２と、シールド部１４と、フレーム２０の第２層部２２の部分２２ａと、フレーム３０の第２層部３２の部分３２ｃとは、電気的に接続されている。したがって、駆動時には、電極部１２と共にシールド部１４および部分２２ａ，３２ｃにも基準電位（例えばグラウンド電位）が付与される。そのため、基準電位よりも高い駆動電位に起因して、駆動時に電極部６０から例えば内可動部１０のランド部１１側へ発する電界は、シールド部１４によって吸収されやすい（即ち、当該電界は、シールド部１４を越えて例えばランド部１１に至りにくい）。これと共に、駆動時に電極部６０から発する電界は、部分２２ａによって吸収されやすい（即ち、当該電界は、フレーム２０の第２層部２２の部分２２ａ側を越えて素子外に漏出しにくい）。これと共に、基準電位よりも高い駆動電位に起因して、駆動時に電極部８０から電極部７０とは反対の側に発する電界は、部分３２ｃによって吸収されやすい（即ち、当該電界は、部分３２ｃを越えて素子外に漏出しにくい）。これら電界吸収効果は、マイクロ可動素子Ｙ１における素子外への電界漏れを防止または抑制する。このような素子外への電界漏れの防止または抑制により、各マイクロ可動素子Ｙ１における駆動機構（電極部１２，６０，７０，８０）からの漏れ電界が、隣接する他のマイクロ可動素子Ｙ１の駆動特性に不当な影響を与えることを、回避することができる。したがって、上述の電界吸収効果は、マイクロ可動素子Ｙ１の配列方向における高密度化、ひいては、配列方向Ｄ１における可動主部（ランド部１１，ミラー面１１’）の占有率の向上に資する。

マイクロ可動素子アレイＸ１の上述の各マイクロ可動素子Ｙ１は、角速度センサや加速度センサなどのセンシングデバイスとすることができる。センシングデバイスとしてのマイクロ可動素子Ｙ１においては、内可動部１０のランド部１１上のミラー面１１’は必ずしも設ける必要はない。

角速度センサとされたマイクロ可動素子Ｙ１の駆動時には、例えば、可動部（内可動部１０，フレーム２０，連結部４０，電極部６０）は、一定の振動数ないし周期で軸心Ａ２まわりに揺動動作される。この揺動動作は、電極部７０，８０間に対して一定の周期で電圧印加を行うことによって実現される。本実施形態では、例えば、電極部７０をグラウンド接続したうえで、電極部８０への駆動電位の付与を一定の周期で行う。

例えばこのようにして可動部を揺動動作ないし振動させている状態において、マイクロ可動素子Ｙ１ないし内可動部１０に所定の角速度が作用すると、内可動部１０が軸心Ａ１まわりに一定量回転変位して、電極部１２，６０の相対的配置が変化して当該電極部１２，６０間の静電容量が変化する。これら静電容量変化に基づいて、内可動部１０の回転変位量を検出することができる。その検出結果に基づき、マイクロ可動素子Ｙ１ないし内可動部１０に作用する角速度を導出することが可能である。

加速度センサとして構成されたマイクロ可動素子Ｙ１の駆動時には、例えば、電極部１２，６０間に所定の直流電圧印加を行うことによって、フレーム２０や電極部６０に対して内可動部１０を静止状態にさせる。この状態で、マイクロ可動素子Ｙ１ないし内可動部１０に法線方向（図５の平面図において紙面に垂直な方向）の加速度が作用すると、加速度と平行なベクトル成分の慣性力が働く。そして、内可動部１０に対し、一対の連結部４０によって規定される軸心Ａ１まわりに回転トルクが作用し、加速度に比例した回転変位（軸心Ａ１まわりの回転変位）が内可動部１０に生じる。当該慣性力は、図５に現れる平面視において内可動部１０の重心位置が軸心Ａ１と重ならないように設計しておくことで、発生させ得る。回転変位量は、電極部１２，６０間の静電容量の変化として電気的に検出することができる。その検出結果に基づき、マイクロ可動素子Ｙ１ないし内可動部１０に作用する加速度を導出することが可能である。

図１６から図１８は、マイクロ可動素子アレイＸ１に含まれる各マイクロ可動素子Ｙ１の製造方法の一例を表す。この方法は、ＭＥＭＳ技術により各マイクロ可動素子Ｙ１を製造するための一手法である。図１６から図１８においては、図１８（ｄ）に示すランド部Ｌ、梁部Ｂ、フレームＦ１，Ｆ２，Ｆ３、連結部Ｃ１，Ｃ２、および一組の電極Ｅ１，Ｅ２の形成過程を、一の断面の変化として表す。当該一の断面は、加工が施されるウエハにおける単一のマイクロ可動素子形成区画に含まれる複数の所定箇所の断面を、モデル化して連続断面として表したものである。ランド部Ｌは、ランド部１１の一部に相当する。梁部Ｂは、梁部１３に相当する。フレームＦ１は、フレーム２０の一部に相当する。フレームＦ２は、フレーム２０における延び部２０Ａ（第２層部２２の部分２２ａの一部）に相当する。フレームＦ３は、フレーム３０の一部に相当する。連結部Ｃ１は、連結部４０に相当し、トーションバー４１の延び方向の断面を表す。連結部Ｃ２は、連結部４０，５０Ａ，５０Ｂのそれぞれに相当し、各トーションバー４１，５１の横断面を表す。電極Ｅ１は、電極部１２，７０のそれぞれの一部に相当し、一組の電極歯１２ａおよび一組の電極歯７１のそれぞれの横断面を表す。電極Ｅ２は、電極部６０，８０のそれぞれの一部に相当し、一組の電極歯６１および一組の電極歯８２のそれぞれの横断面を表す。

マイクロ可動素子Ｙ１の製造においては、まず、図１６（ａ）に示すようなシリコンウエハ１０１’を用意する。シリコンウエハ１０１’は、ランド部１１における薄肉の対向部１１ａが成形される箇所に対応して延びる溝１０１ａを有する。このようなシリコンウエハ１０１’の作製においては、厚さが例えば２００μｍの未加工のシリコンウエハに対し、溝１０１ａに対応する開口部を有するレジストパターンをマスクとして利用して、ＤＲＩＥ（deep reactive ion etching）により、所定の深さ（例えば３０μｍ）までエッチング処理を行う。ＤＲＩＥでは、ＳＦ₆ガスを用いて行うエッチングとＣ₄Ｆ₈ガスを用いて行う側壁保護とを交互に繰り返すＢｏｓｃｈプロセスにおいて、良好な異方性エッチング加工を行うことができる。後出のＤＲＩＥについても、このようなＢｏｓｃｈプロセスを採用することができる。また、シリコンウエハ１０１’は、不純物をドープすることにより導電性を付与されたシリコン材料よりなる。不純物としては、Ｂなどのｐ型不純物や、ＰおよびＳｂなどのｎ型不純物を採用することができる。

次に、図１６（ｂ）に示すように、シリコンウエハ１０１’上に絶縁膜１０１ｂを形成する。絶縁膜１０１ｂは、例えば、シリコンウエハ１０１’の表面を熱酸化法によって酸化することによって形成することができる。絶縁膜１０１ｂの厚さは例えば５００ｎｍである。本工程の後、上述の導電ビア（導電ビア１６，２４〜２６，３４，３５を含む）のそれぞれの一部をなすこととなる複数の導電部（図示せず）を、絶縁膜１０１ｂに埋め込み形成する。具体的には、絶縁膜１０１ｂの所定の箇所に開口部を形成し、当該開口部に導電材料を充填する。導電材料としては、例えばタングステンやポリシリコンを採用することができる。

次に、図１６（ｃ）に示すような、表面に絶縁膜１０２ａを伴うシリコンウエハ１０２’を用意する。シリコンウエハ１０２’は、不純物をドープすることにより導電性を付与されたシリコン材料よりなる。不純物としては、Ｂなどのｐ型不純物や、ＰおよびＳｂなどのｎ型不純物を採用することができる。シリコンウエハ１０２’の厚さは例えば２００μｍである。絶縁膜１０２ａの厚さは例えば５００ｎｍである。絶縁膜１０２ａは、例えば、シリコンウエハ１０２’の表面を熱酸化法によって酸化することによって形成することができる。また、絶縁膜１０２ａには、上述の導電ビア（導電ビア１６，２４〜２６，３４，３５を含む）のそれぞれの一部をなすこととなる複数の導電部（図示せず）が、埋め込み形成されている。このような導電部は、絶縁膜１０２ａの所定の箇所に開口部を形成し、当該開口部に導電材料を充填することによって、形成することができる。導電材料としては、例えばタングステンやポリシリコンを採用することができる。

次に、図１６（ｄ）に示すように、シリコンウエハ１０１’，１０２’を位置合わせしたうえで接合する。これにより、絶縁膜１０１ｂに埋め込み形成されている上述の導電部と、絶縁膜１０２ａに埋め込み形成されている上述の導電部とから、各導電ビアが形成されることとなる。シリコンウエハ１０１’，１０２’を接合するには、例えば、シリコンウエハ１０１’，１０２’を、アンモニア水溶液で洗浄し、清浄な環境にて貼り合わせ、窒素雰囲気下において例えば１２００℃の高温でアニールする。

次に、シリコンウエハ１０１’，１０２’のそれぞれに対して研磨処理を施すことにより、図１７（ａ）に示すようにシリコンウエハ１０１’，１０２’を所望の厚さにまで薄くする。これにより、溝１０１ａを伴うシリコン層１０１と、シリコン層１０２と、当該シリコン層１０１，１０２間の絶縁層１０３とからなる積層構造を有するＳＯＩウエハたる材料基板１００が得られる。材料基板１００の絶縁層１０３には、上述の導電ビア（導電ビア１６，２４〜２６，３４，３５を含む）が埋め込み形成されている（図示略）。シリコン層１０１の厚さは例えば２０〜２００μｍであり、シリコン層１０２の厚さは例えば２０〜２００μｍであり、絶縁層１０３の厚さは例えば０.３〜２μｍである。

次に、図１７（ｂ）に示すように、シリコン層１０１上にミラー面１１’を形成する。ミラー面１１’の形成においては、まず、スパッタリング法により、シリコン層１０１上に例えばＣｒ（５０ｎｍ）およびこれに続いてＡｕ（２００ｎｍ）を成膜する。次に、マスクを介してこれら金属膜に対してエッチング処理を順次行うことにより、ミラー面１１’をパターン形成する。Ａｕに対するエッチング液としては、例えば、ヨウ化カリウム−ヨウ素水溶液を使用することができる。Ｃｒに対するエッチング液としては、例えば硝酸第二セリウムアンモニウム水溶液を使用することができる。

次に、図１７（ｃ）に示すように、シリコン層１０１上に酸化膜パターン１１０およびレジストパターン１１１を形成し、シリコン層１０２上に酸化膜パターン１１２を形成する。酸化膜パターン１１０は、シリコン層１０１において成形されるべき内可動部１０の一部（ランド部１１、電極部１２、梁部１３を含む）、フレーム２０の第１層部２１、フレーム３０の第１層部３１、および電極部７０に対応する図１９に示すパターン形状を有する。酸化膜パターン１１０の形成においては、例えば、スパッタリング法またはＣＶＤ法によって材料基板１００のシリコン層１０１側に酸化物材料を成膜した後、当該酸化物膜をパターニングする。レジストパターン１１１は、連結部４０，５０Ａ，５０Ｂに対応するパターン形状を有する。レジストパターン１１１の形成においては、例えば、スピンコーティング法によって材料基板１００のシリコン層１０１側にレジスト材料を成膜した後、当該レジスト膜をパターニングする。酸化膜パターン１１２は、シリコン層１０２において成形されるべき内可動部１０のシールド部１４、フレーム２０の第２層部２２、フレーム３０の第２層部３２、および電極部６０，８０に対応する図２０に示すパターン形状を有する。酸化膜パターン１１２の形成においては、例えば、スパッタリング法またはＣＶＤ法によって材料基板１００のシリコン層１０２側に酸化物材料を成膜した後、当該酸化物膜をパターニングする。

次に、図１７（ｄ）に示すように、酸化膜パターン１１０およびレジストパターン１１１をマスクとして利用して、ＤＲＩＥにより、シリコン層１０１に対して所望の深さまでエッチング処理を行う。所望の深さとは、連結部Ｃ１，Ｃ２の厚さに相当する深さであり、例えば５μｍである。

次に、図１８（ａ）に示すようにレジストパターン１１１を除去する。例えば、所定の剥離液を作用させることにより、レジストパターン１１１を剥離することができる。

次に、図１８（ｂ）に示すように、酸化膜パターン１１０をマスクとして利用して、ＤＲＩＥにより、連結部Ｃ１，Ｃ２を残存形成しつつシリコン層１０１に対してエッチング処理を行う。本工程にて、ランド部Ｌ、梁部Ｂ、電極Ｅ１、フレームＦ１の一部（フレーム２０の第１層部２１）、フレームＦ３の一部（フレーム３０の第１層部３１）、および各連結部Ｃ１，Ｃ２が、成形される。

次に、図１８（ｃ）に示すように、酸化膜パターン１１２をマスクとして利用して、ＤＲＩＥによりシリコン層１０２に対してエッチング処理を行う。本工程にて、フレームＦ１の一部（フレーム２０の第２層部２２）、フレームＦ２（フレーム２０の第２層部２２の一部たる延び部２０Ａ）、フレームＦ３の一部（フレーム３０の第２層部３２）、および電極Ｅ２が、成形される。

次に、図１８（ｄ）に示すように、絶縁層１０３において露出している箇所、および酸化膜パターン１１０，１１２を、エッチング除去する。エッチング手法としては、ドライエッチングまたはウエットエッチングを採用することができる。ドライエッチングを採用する場合、エッチングガスとしては、例えば、ＣＦ₄やＣＨＦ₃などを採用することができる。ウエットエッチングを採用する場合、エッチング液としては、例えば、フッ酸とフッ化アンモニウムからなるバッファードフッ酸（ＢＨＦ）を使用することができる。

以上の一連の工程を経ることにより、ランド部Ｌ、梁部Ｂ、フレームＦ１，Ｆ２，Ｆ３、連結部Ｃ１，Ｃ２、および一組の電極Ｅ１，Ｅ２を成形するなどしてマイクロ可動素子Ｙ１を製造することができる。マイクロ可動素子アレイＸ１の第１アレイ１および第２アレイ２は、各マイクロ可動素子Ｙ１についてこのような製造過程を経ることによって製造することができる。

マイクロ可動素子アレイＸ１の製造においては、まず、基材上に上述の基準電位配線および複数対の駆動配線をパターン形成して上述のベース部３を作製する。次に、ベース部３上に、複数のスペーサ５をワイヤーボンディングによって形成する。次に、各スペーサ５の頭頂部に導電性接着剤を塗布した後、ベース部３および第２アレイ２を、位置合わせしつつ、スペーサ５および導電性接着剤を介して接合する。次に、第２アレイ２上に、複数のスペーサ４をワイヤーボンディングによって形成する。次に、各スペーサ４の頭頂部に導電性接着剤を塗布した後、第１アレイ１および第２アレイ２（ベース部３を伴う）を、位置合わせしつつ、スペーサ４および導電性接着剤を介して接合する。

図２１および図２２は、第２の実施形態に係るマイクロ可動素子アレイＸ２を表す。図２１は、マイクロ可動素子アレイＸ２の分解一部省略平面図である。図２２は、マイクロ可動素子アレイＸ２の一部省略断面図である。

マイクロ可動素子アレイＸ２は、第１アレイ６と、第２アレイ７と、ベース部３と、複数のスペーサ４と、複数のスペーサ５とを含み、本実施形態においてはマイクロミラー素子アレイである。第１アレイ６および第２アレイ７の間に複数のスペーサ４が介在し、第２アレイ７およびベース部３の間に複数のスペーサ５が介在する。ベース部３は配線基板であり（図２１および図２２において配線は省略）、第１アレイ６の一部は、一部のスペーサ４、第２アレイ７の一部、および一部のスペーサ５を介して、ベース部３の配線の一部と電気的に接続されている。第２アレイ７の一部は、一部のスペーサ５を介してベース部３の配線の一部と電気的に接続されている。これら電気的接続のためのスペーサ４，５は、導電材料よりなり、例えば、単一の又は積層された金バンプである。

図２３は、第１アレイ６の一部省略平面図である。第１アレイ６は、複数のマイクロ可動素子Ｙ２を含む（図２３では、一部のマイクロ可動素子Ｙ２を省略する）。図２４は、第２アレイ７の一部省略平面図である。第２アレイ７は、複数のマイクロ可動素子Ｙ３を含む（図２４では、一部のマイクロ可動素子Ｙ３を省略する）。

図２５から図３４は、第１アレイ６に含まれるマイクロ可動素子Ｙ２を表す。図２５は、マイクロ可動素子Ｙ２の平面図である。図２６は、マイクロ可動素子Ｙ２の一部省略平面図である。図２７から図３４は、それぞれ、図２５の線XXVII−XXVII、線XXXVIII−XXXVIII、線XXIX−XXIX、線XXX−XXX、線XXXI−XXXI、線XXXII−XXXII、線XXXIII−XXXIII、および線XXXIV−XXXIVに沿った拡大断面図である。

マイクロ可動素子Ｙ２は、内可動部１０と、外可動部たるフレーム２０と、固定部たるフレーム３０’と、一対の連結部４０と、一対の連結部５０Ｃ，５０Ｄと、電極部６０，７０と、電極部８０’とを備え、本実施形態においてはマイクロミラー素子である。マイクロ可動素子Ｙ２は、フレーム３０に代えてフレーム３０’を備える点、一対の連結部５０Ａ，５０Ａに代えて一対の連結部５０Ｃ，５０Ｄを備える点、および、電極部８０に代えて電極部８０’を備える点において、上述のマイクロ可動素子Ｙ１と異なる。フレーム３０’、連結部５０Ｃ，５０Ｄおよび電極部８０’以外のマイクロ可動素子Ｙ２の構成は、マイクロ可動素子Ｙ１と同様である。また、マイクロ可動素子Ｙ２は、マイクロ可動素子Ｙ１と同様に、ＭＥＭＳ技術により、ＳＯＩウエハである材料基板に対して加工を施すことによって製造されたものである。当該材料基板は、第１および第２シリコン層ならびに当該シリコン層間の絶縁層よりなる積層構造を有し、各シリコン層は、不純物のドープにより所定の導電性が付与されている。マイクロ可動素子Ｙ２における上述の各部位は主に第１シリコン層および／または第２シリコン層に由来して形成されるところ、図の明確化の観点より、図２３および図２５においては、第１シリコン層に由来する部位について斜線ハッチングを付して表す。また、図２６に示す構造は、マイクロ可動素子Ｙ２において第２シリコン層に由来するものである。

フレーム３０’は、図３２に示すように、第１シリコン層に由来する第１層部３１と、第２シリコン層に由来する第２層部３２と、当該第１および第２層部３１，３２の間の絶縁層３３とからなる積層構造を有する。図２５および図３２に示すように、第１層部３１は、相互に離隔する部分３１ａ，３１ｂを含む。部分３１ａは、相互に離隔する部分を含む（図示略）。図２６および図３２に示すように、第２層部３２は、相互に離隔する部分３２ａ，３２ｂ，３２ｃを含む。部分３２ａは、相互に離隔する部分を含む（図示略）。部分３１ｂ，３２ｂは、図３２に示すように、絶縁層３３を貫通する導電ビア３４を介して電気的に接続されている。

一対の連結部４０は、それぞれ、図２５に示すように二本のトーションバー４１からなる。各連結部４０は、第１シリコン層に由来する部位であり、内可動部１０の梁部１３とフレーム２０の第１層部２１の部分２１ａとに接続して、内可動部１０およびフレーム２０を連結する（梁部１３と部分２１ａは連結部４０を介して電気的に接続されている）。各連結部４０を構成する二本のトーションバー４１の間隔は、フレーム２０の側から内可動部１０の側にかけて漸増する。また、トーションバー４１は、図２７に示すように、厚さ方向Ｈにおいて、内可動部１０よりも薄肉であり、且つ、フレーム２０の第１層部２１よりも薄肉である。このような一対の連結部４０は、内可動部１０ないし可動主部（ランド部１１，ミラー面１１’）の回転変位の軸心Ａ１を規定する。上述の電極歯１２ａ，１２ｂの延出方向は、軸心Ａ１の延び方向と平行である。フレーム２０の側から内可動部１０の側にかけて間隔が漸増する二本のトーションバー４１を含む各連結部４０は、内可動部１０が動作するに際して不要な変位成分が発生するのを抑制するのに好適である。

一対の連結部５０Ｃ，５０Ｄは、それぞれ、図２５に示すように一本の弾性バーである。各連結部５０Ｃ，５０Ｄは、第１シリコン層に由来する部位であり、フレーム２０およびフレーム３０’を連結する。具体的には、図２５に示すように、連結部５０Ｃは、フレーム２０の第１層部２１の部分２１ｂと、フレーム３０’の第１層部３１の部分３１ｂとに接続して、これらを連結する（部分２１ｂ，３１ｂは連結部５０Ｃを介して電気的に接続されている）。連結部５０Ｄは、フレーム２０の第１層部２１の部分２１ｃと、フレーム３０’の第１層部３１の部分３１ａの一部とに接続して、これらを連結する（部分２１ｃと部分３１ａの当該一部とは連結部５０Ｄを介して電気的に接続されている）。また、連結部５０Ｃ，５０Ｄは、厚さ方向Ｈにおいて、トーションバー４１と同様にフレーム２０の第１層部２１よりも薄肉であり、且つ、フレーム３０’の第１層部３１よりも薄肉である。このような一対の連結部５０Ｃ，５０Ｄは、軸心Ａ１方向においてマイクロ可動素子Ｙ２の可動部（内可動部１０，フレーム２０，連結部４０，電極部６０，７０）が並進変位することが可能なようにマイクロ可動素子Ｙ２を支持する弾性部位である。

電極部８０’は、第１シリコン層に由来する部位であり、図２５に示すようにアーム８１および複数の電極歯８２からなる。アーム８１は、軸心Ａ２の延び方向に延びる。複数の電極歯８２は、アーム８１から電極部７０側へ延出し、且つ、アーム８１の延び方向に離隔して並列する。このように、電極部８０’は櫛歯電極構造を有する。また、電極部８０’のアーム８１は、図３４に示すように、絶縁層３３を貫通する導電ビア３５を介してフレーム３０’の部分３２ｃと電気的に接続されている。

マイクロ可動素子Ｙ２において、一対の電極部１２，６０は、軸心Ａ１まわりの内可動部１０の回転変位に係る駆動力を発生させるための駆動機構ないしアクチュエータを構成し得る。また、一対の電極部７０，８０は、フレーム２０およびこれに伴う内可動部１０の軸心Ａ１方向の並進変位に係る駆動力を発生させるための駆動機構ないしアクチュエータを構成し得る。

マイクロ可動素子Ｙ２の駆動時には、内可動部１０の電極部１２および電極部７０に基準電位が付与される。電極部１２に対する基準電位の付与は、フレーム３０’の第１層部３１の部分３１ａの一部、連結部５０Ｄ、フレーム２０の第１層部２１の部分２１ｃ、導電ビア２６（図３３に示す）、フレーム２０の第２層部２２の部分２２ａ、導電ビア２４（図３１に示す）、フレーム２０の第１層部２１の部分２１ａ、連結部４０のトーションバー４１、および内可動部１０の梁部１３を介して、実現することができる。電極部７０に対する基準電位の付与は、フレーム３０’の第１層部３１の部分３１ａの一部、連結部５０Ｄ、およびフレーム２０の第１層部２１の部分２１ｃを介して、実現することができる。フレーム３０’の第１層部３１の部分３１ａにおいて基準電位が付与される部位（基準電位付与部）は、部分３１ａの他の部位から離隔して電気的に分離されている。基準電位は、例えばグラウンド電位であり、好ましくは一定に維持される。

マイクロ可動素子Ｙ２の駆動時には、基準電位よりも高い駆動電位を電極部６０に対して必要に応じて付与する。電極部６０への駆動電位の付与により、電極部１２，６０間に静電引力を発生させて内可動部１０を軸心Ａ１まわりに回転変位させることができる。電極部６０に対する駆動電位の付与は、フレーム３０’の第２層部３２の部分３２ｂ、導電ビア３４（図３２に示す）、フレーム３０’の第１層部３１の部分３１ｂ、連結部５０Ｃ、フレーム２０の第１層部２１の部分２１ｂ、導電ビア２５（図３１に示す）、およびフレーム２０の第２層部２２の部分２２ｂを介して、実現することができる。このような駆動により、マイクロ可動素子Ｙ２のランド部１１上に設けられたミラー面１１’にて反射される光の反射方向を適宜切り換えることができる。

マイクロ可動素子Ｙ２の駆動時には、基準電位よりも高い駆動電位を電極部８０’に対して必要に応じて付与する。電極部８０’への駆動電位の付与により、電極部７０，８０’間に静電引力を発生させてフレーム２０およびこれに伴う内可動部１０のランド部１１（ミラー面１１’）を軸心Ａ１方向に並進変位させることができる。電極部８０’に対する駆動電位の付与は、フレーム３０’の第２層部３２の部分３２ｃ、および導電ビア３５（図３４に示す）を介して、実現することができる。

図３５および図３６は、第２アレイ７に含まれるマイクロ可動素子Ｙ３を表す。図３５は、マイクロ可動素子Ｙ３の平面図である。図３６は、図３５の線XXXVI−XXXVIに沿った拡大断面図である。

マイクロ可動素子Ｙ３は、内可動部１０と、外可動部たるフレーム２０と、固定部たるフレーム３０と、一対の連結部４０と、一対の連結部５０Ａ，５０Ｂと、電極部６０，７０と、電極部８０とを備え、本実施形態においてはマイクロミラー素子である。マイクロ可動素子Ｙ３の方が、マイクロ可動素子Ｙ１よりも、内可動部１０のランド部１１およびミラー面１１’が軸心Ａ１方向において長い。マイクロ可動素子Ｙ３におけるランド部１１およびミラー面１１’の長さＬ３は、マイクロ可動素子Ｙ１における長さＬ１より大きい限りにおいて、例えば５０〜５００μｍである。マイクロ可動素子Ｙ３では、ランド部１１ないし可動主部についての上述の長さＬ３は、フレーム２０の一対の延び部２０Ａの外端間の図３６に示す長さＬ２より大きい。マイクロ可動素子Ｙ３の他の構成は、マイクロ可動素子Ｙ１と同様である。また、マイクロ可動素子Ｙ３は、マイクロ可動素子Ｙ１と同様に、ＭＥＭＳ技術により、ＳＯＩウエハである材料基板に対して加工を施すことによって製造されたものである。当該材料基板は、第１および第２シリコン層ならびに当該シリコン層間の絶縁層よりなる積層構造を有し、各シリコン層は、不純物のドープにより所定の導電性が付与されている。マイクロ可動素子Ｙ３における上述の各部位は主に第１シリコン層および／または第２シリコン層に由来して形成されるところ、図の明確化の観点より、図３５においては、第１シリコン層に由来する部位について斜線ハッチングを付して表す。

各マイクロ可動素子Ｙ３の駆動時には、内可動部１０の電極部１２および電極部７０に基準電位が付与される。電極部１２，７０に対して基準電位を付与するための電気的経路については、上述のマイクロ可動素子Ｙ１の駆動時に関して上述したのと同様である。基準電位は、例えばグラウンド電位であり、好ましくは一定に維持される。

各マイクロ可動素子Ｙ３の駆動時には、基準電位よりも高い駆動電位を電極部６０，８０のそれぞれに対して必要に応じて付与する。電極部６０への駆動電位の付与により、電極部１２，６０間に静電引力を発生させて内可動部１０を軸心Ａ１まわりに回転変位させることができる。電極部８０への駆動電位の付与により、電極部７０，８０間に静電引力を発生させてフレーム２０およびこれに伴う内可動部１０を軸心Ａ２まわりに回転変位させることができる。マイクロ可動素子Ｙ３は、いわゆる二軸型の揺動素子である。電極部６０，８０に対して駆動電位を付与するための電気的経路については、上述のマイクロ可動素子Ｙ１の駆動時に関して上述したのと同様である。このような二軸型の駆動により、マイクロ可動素子Ｙ３のランド部１１上に設けられたミラー面１１’にて反射される光の反射方向を適宜切り換えることができる。

図２１から図２３に示すように、第１アレイ６は、複数のマイクロ可動素子Ｙ２を含む。第１アレイ６において、複数のマイクロ可動素子Ｙ２は、全ての軸心Ａ２（図２１から図２３では図示せず）が相互に平行となるように、軸心Ａ１の延び方向に一列に配されている。第１アレイ６において、各マイクロ可動素子Ｙ２のフレーム３０’は一体化されて枠体をなし、全マイクロ可動素子Ｙ２の第１可動部（内可動部１０，フレーム２０，連結部４０，電極部６０）を囲む。第１アレイ６における全マイクロ可動素子Ｙ２の複数の第１可動部が第１可動部列をなす。第１可動部列では、複数の第１可動部は、ミラー面１１’を伴うランド部１１（可動主部）とギャップＧ２とが交互に位置し且つ当該可動主部が第１可動部の配列方向Ｄ１に一列に並ぶように、一列に配されている。本実施形態では、第１可動部列にて、配列方向Ｄ１におけるランド部１１ないしミラー面１１’の長さＬ１とギャップＧ２とは同じに設定されている。そのため、本実施形態では、第１アレイ１のフレーム３０’内の配列方向Ｄ１におけるランド部１１ないしミラー面１１’の占有率は５０％程度となる。第１アレイ６の当該占有率については、異なる値を設定してもよい。また、第１アレイ６においては、フレーム３０’における第１層部３１の部分３１ａの基準電位付与部は、全マイクロ可動素子Ｙ２にわたって連続している。第１アレイ６の全マイクロ可動素子Ｙ２の内可動部１０の電極部１２及びシールド部１４、フレーム２０の第１層部２１の部分２１ａ，２１ｃ及び第２層部２２の部分２２ａ、フレーム３０’の第２層部３２の部分３２ｃ、並びに電極部７０は電気的に接続されている。

図２１、図２２および図２４に示すように、第２アレイ７は、複数のマイクロ可動素子Ｙ３を含む。第２アレイ７において、複数のマイクロ可動素子Ｙ３は、全ての軸心Ａ２（図２１，２２，２４では図示せず）が相互に平行となるように、軸心Ａ１の延び方向に一列に配されている。第２アレイ７において、各マイクロ可動素子Ｙ３のフレーム３０は一体化されて枠体をなし、全マイクロ可動素子Ｙ３の第２可動部（内可動部１０，フレーム２０，連結部４０，電極部６０）を囲む。第２アレイ７における全マイクロ可動素子Ｙ３の複数の第２可動部が第２可動部列をなす。第２可動部列では、複数の第２可動部は、ミラー面１１’を伴う各ランド部１１（可動主部）が第２可動部列の一のギャップＧ２に対向し且つ複数の可動主部がギャップＧ３を介して配列方向Ｄ１に一列に並ぶように、一列に配されている。また、第２可動部列では、可動主部とギャップＧ３とが交互に位置する。第２可動部列にて、配列方向Ｄ１におけるランド部１１ないしミラー面１１’の長さＬ３とギャップＧ３とを同じに設定した場合、第２アレイ７のフレーム３０内の配列方向Ｄ１におけるランド部１１ないしミラー面１１’の占有率は５０％程度となる。第２アレイ７の当該占有率については、異なる値を設定してもよい。配列方向Ｄ１において第２アレイ７の各ランド部１１（ミラー面１１’）の両端部が、第１アレイ１のランド部１１（ミラー面１１’）と重なり合うように第２アレイ７のランド部１１（ミラー面１１’）の長さＬ１を設定してもよい。この場合、第２アレイ７にてＧ３＜Ｌ３であり、第２アレイ７のフレーム３０内の配列方向Ｄ１におけるランド部１１ないしミラー面１１’の占有率は５０％より大きい。また、第２アレイ７においては、フレーム３０における第１層部３１の部分３１ａの基準電位付与部は、全マイクロ可動素子Ｙ３にわたって連続している。第２アレイ７の全マイクロ可動素子Ｙ３の内可動部１０の電極部１２及びシールド部１４、フレーム２０の第１層部２１の部分２１ａ，２１ｃ及び第２層部２２の部分２２ａ、フレーム３０の第２層部３２の部分３２ｃ、並びに電極部７０は電気的に接続されている。

ベース部３は、基準電位配線および複数対の駆動配線（第１駆動配線，第２駆動配線）を有する。基準電位配線は、第１アレイ６および第２アレイ７のフレーム３０，３０’における第１層部３１の部分３１ａの上述の基準電位付与部と電気的に接続している。第１駆動配線は、第１アレイ６における各マイクロ可動素子Ｙ２の上述の電極部６０、および、第２アレイ７における各マイクロ可動素子Ｙ３の上述の電極部６０と、電気的に接続している。第２駆動配線は、第１アレイ６における各マイクロ可動素子Ｙ２の上述の電極部８０’、および、第２アレイ７における各マイクロ可動素子Ｙ３の上述の電極部８０と、電気的に接続している。具体的には、次のとおりである。

第１アレイ６では、フレーム３０’の第１層部３１の部分３１ａの基準電位付与部は、フレーム３０’の絶縁層３３を貫通する所定の導電ビア（図示略）を介して、フレーム３０’の第２層部３２の部分３２ａの一部（基準電位付与部）と電気的に接続している。この部分３２ａの基準電位付与部には、導電材料よりなる少なくとも一つの上述のスペーサ４が接合され、当該スペーサ４は、第２アレイ７におけるフレーム３０の第１層部３１の部分３１ａの基準電位付与部に接合されている。したがって、第１アレイ６におけるフレーム３０’の第１層部３１の部分３１ａの基準電位付与部と、第２アレイ７におけるフレーム３０の第１層部３１の部分３１ａの基準電位付与部とは、電気的に接続している。これと共に、第２アレイ７では、フレーム３０における部分３１ａの基準電位付与部は、フレーム３０の絶縁層３３を貫通する所定の導電ビア（図示略）を介して、フレーム３０における部分３２ａの一部（基準電位付与部）と電気的に接続している。この部分３２ａの基準電位付与部には、導電材料よりなる少なくとも一つの上述のスペーサ５が接合され、当該スペーサ５は、ベース部３の配線の一部（基準電位配線）に接合されている。したがって、第１アレイ６および第２アレイ７のフレーム３０，３０’における第１層部３１の部分３１ａの基準電位付与部と、ベース部３の基準電位配線とは、電気的に接続している。

第１アレイ６の各マイクロ可動素子Ｙ２におけるフレーム３０’の第２層部３２の部分３２ｂ（上述のように、同一マイクロ可動素子Ｙ２内の電極部６０と電気的に接続している）には、導電材料よりなるスペーサ４が接合されている。当該スペーサ４は、第２アレイ７におけるフレーム３０の第１層部３１の部分３１ａの一部（第１駆動電位付与部）に接合されている。第２アレイ７では、フレーム３０の第１層部３１の部分３１ａの各第１駆動電位付与部は、フレーム３０の絶縁層３３を貫通する所定の導電ビア（図示略）を介して、フレーム３０の第２層部３２の部分３２ａの一部（第１駆動電位付与部）と電気的に接続している。この部分３２ａの各第１駆動電位付与部には、導電材料よりなるスペーサ５が接合され、当該スペーサ５は、ベース部３の一の第１駆動配線に接合されている。したがって、第１アレイ６の各マイクロ可動素子Ｙ２における部分３２ｂ従って電極部６０は、ベース部３の一の第１駆動配線と電気的に接続している。

第１アレイ６の各マイクロ可動素子Ｙ２におけるフレーム３０’の第２層部３２の部分３２ｃ（上述のように、同一マイクロ可動素子Ｙ２内の電極部８０’と電気的に接続している）には、導電材料よりなるスペーサ４が接合されている。当該スペーサ４は、第２アレイ７におけるフレーム３０の第１層部３１の部分３１ａの一部（第２駆動電位付与部）に接合されている。第２アレイ７では、フレーム３０の第１層部３１の部分３１ａの各第２駆動電位付与部は、フレーム３０の絶縁層３３を貫通する所定の導電ビア（図示略）を介して、フレーム３０の第２層部３２の部分３２ａの一部（第２駆動電位付与部）と電気的に接続している。この部分３２ａの各第２駆動電位付与部には、導電材料よりなるスペーサ５が接合され、当該スペーサ５は、ベース部３の一の第２駆動配線に接合されている。したがって、第１アレイ６の各マイクロ可動素子Ｙ２における部分３２ｃ従って電極部８０’は、ベース部３の一の第２駆動配線と電気的に接続している。

第２アレイ７の各マイクロ可動素子Ｙ３におけるフレーム３０の第２層部３２の部分３２ｂ（上述のように、同一マイクロ可動素子Ｙ３内の電極部６０と電気的に接続している）には、導電材料よりなるスペーサ５が接合されている。当該スペーサ５は、ベース部３の一の第１駆動配線に接合されている。したがって、第２アレイ７の各マイクロ可動素子Ｙ３における部分３２ｂしたがって電極部６０は、ベース部３の一の第１駆動配線と電気的に接続している。

第２アレイ７の各マイクロ可動素子Ｙ３における電極部８０には、導電材料よりなるスペーサ５が接合されている。当該スペーサ５は、ベース部３の一の第２駆動配線に接合されている。したがって、第２アレイ７の各マイクロ可動素子Ｙ３における電極部８０は、ベース部３の一の第２駆動配線と電気的に接続している。

マイクロ可動素子アレイＸ２のマイクロ可動素子Ｙ２，Ｙ３における基準電位付与部（電極部１２，７０を含む）および電極部６０，８０，８０’と、ベース部３の基準電位配線および複数対の駆動配線との間には、具体的には以上のような電気的接続関係が形成されている。

マイクロ可動素子アレイＸ２の駆動時には、全マイクロ可動素子Ｙ２，Ｙ３における内可動部１０の電極部１２と電極部７０に対して共通的に基準電位が付与される。この状態で、選択されたマイクロ可動素子Ｙ２の電極部６０，８０’のそれぞれに対して必要に応じて駆動電位が付与される。マイクロ可動素子Ｙ２では、電極部６０への駆動電位付与によって内可動部１０を軸心Ａ１まわりに回転変位させることができ、電極部８０’への駆動電位付与によって内可動部１０のランド部１１（ミラー面１１’）を軸心Ａ１方向に並進変位させることができる。これと共に、選択されたマイクロ可動素子Ｙ３の電極部６０，８０のそれぞれに対して必要に応じて駆動電位が付与される。これにより、各マイクロ可動素子Ｙ２にて、内可動部１０（ミラー面１１’を伴うランド部１１を含む）が揺動動作され、且つ、フレーム２０に伴う内可動部１０（ミラー面１１’を伴うランド部１１を含む）が揺動動作される。このようなマイクロ可動素子アレイＸ２では、各マイクロ可動素子Ｙ２，Ｙ３の内可動部１０のランド部１１上のミラー面１１’にて反射される光の反射方向を適宜切り換えることができる。

以上の構成を有するマイクロ可動素子アレイＸ２では、第１アレイ６ないしそのフレーム３０’と、第２アレイ７ないしそのフレーム３０とは、スペーサ４を介して積層配置されている。図２３に示すように、第１アレイ６のフレーム３０’には、複数のマイクロ可動素子Ｙ２の複数の第１可動部（内可動部１０とフレーム２０を含む）が支持されて、上述のように、当該複数の第１可動部が第１可動部列をなす。

一方、図２４に示すように、第２アレイ７のフレーム３０には、複数のマイクロ可動素子Ｙ３の複数の第２可動部（内可動部１０とフレーム２０を含む）が支持されて、上述のように当該複数の第２可動部が第２可動部列をなす。第２可動部列では、上述のように、複数の第２可動部は、ミラー面１１’を伴う各ランド部１１（可動主部）が第１可動部列の一のギャップＧ２に対向し且つ複数の可動主部がギャップＧ３を介して配列方向Ｄ１に一列に並ぶように、一列に配されている。

マイクロ可動素子アレイＸ２では、配列方向Ｄ１において隣り合う二つの可動部の一方は第１アレイ６側にあり、他方は第２アレイ７側にあり、当該隣り合う可動部は、図２２に示すように、第１アレイ６および第２アレイ７の積層方向に位置ずれしている。そして、配列方向Ｄ１において隣り合う二つの可動主部（第１可動主部，第２可動主部）も、第１アレイ６および第２アレイ７の積層方向に位置ずれしている。このようなマイクロ可動素子アレイＸ２では、配列方向Ｄ１において隣り合う二つの可動部の機械的干渉や電気的干渉を回避しつつ、当該二つの可動部の可動主部（第１および第２可動主部）について、加工限界に関わらず近接して配置することが可能である。したがって、マイクロ可動素子アレイＸ２は、配列方向Ｄ１ないし可動部配列方向において高い可動主部（本実施形態では、ミラー面１１’を伴うランド部１１）の占有率を実現することができる。配列方向Ｄ１におけるランド部１１ないしミラー面１１’の占有率が高いほど、マイクロ可動素子アレイＸ２が全体として受けて各ミラー面１１’にて反射する光信号について、損失を低減することができる。マイクロ可動素子アレイＸ２では、配列方向Ｄ１におけるランド部１１ないしミラー面１１’の占有率について、９９％以上であって実質的に１００％を実現することが可能である。ＷＤＭ通信システムにおける波長選択スイッチとしてマイクロ可動素子アレイＸ２を使用する場合を想定する。この場合、マイクロ可動素子アレイＸ２においては、反射対象信号として各ミラー面１１’に割り当てられる光信号について、間断なく波長帯域ないし周波数帯域を設定して大きな波長帯域ないし周波数帯域を設定することが可能である。また、この場合、選択されたマイクロ可動素子Ｙ３と隣り合う一のマイクロ可動素子Ｙ２について、図２２にて矢印Ｄ３で示すように並進変位駆動することにより、当該選択されたマイクロ可動素子Ｙ３について、割り当てられる反射対象の光信号の波長帯域ないし周波数帯域を拡大することができる。マイクロ可動素子アレイＸ２では、各マイクロ可動素子Ｙ３について、割り当てられる反射対象の光信号の波長帯域ないし周波数帯域を拡大することができる。

マイクロ可動素子アレイＸ２の各マイクロ可動素子Ｙ２では、内可動部１０の電極部１２と、シールド部１４と、フレーム２０の第２層部２２の部分２２ａと、フレーム３０’の第２層部３２の部分３２ｃとは、電気的に接続されている。したがって、駆動時には、電極部１２と共にシールド部１４および部分２２ａ，３２ｃにも基準電位（例えばグラウンド電位）が付与される。そのため、基準電位よりも高い駆動電位に起因して、駆動時に電極部６０から例えば内可動部１０のランド部１１側へ発する電界は、シールド部１４によって吸収されやすい（即ち、当該電界は、シールド部１４を越えて例えばランド部１１に至りにくい）。これと共に、駆動時に電極部６０から発する電界は、部分２２ａによって吸収されやすい（即ち、当該電界は、フレーム２０の第２層部２２の部分２２ａ側を越えて素子外に漏出しにくい）。これと共に、基準電位よりも高い駆動電位に起因して、駆動時に電極部８０’から電極部７０とは反対の側に発する電界は、部分３２ｃによって吸収されやすい（即ち、当該電界は、部分３２ｃを越えて素子外に漏出しにくい）。これら電界吸収効果は、マイクロ可動素子Ｙ２における素子外への電界漏れを防止または抑制する。このような素子外への電界漏れの防止または抑制により、各マイクロ可動素子Ｙ２における駆動機構（電極部１２，６０，７０，８０’）からの漏れ電界が、隣接する他のマイクロ可動素子Ｙ２の駆動特性に不当な影響を与えることを、回避することができる。したがって、上述の電界吸収効果は、マイクロ可動素子Ｙ２の配列方向における高密度化、ひいては、配列方向Ｄ１における可動主部（ランド部１１，ミラー面１１’）の占有率の向上に資する。

マイクロ可動素子アレイＸ２の上述の各マイクロ可動素子Ｙ２は、角速度センサや加速度センサなどのセンシングデバイスとすることができる。センシングデバイスとしてのマイクロ可動素子Ｙ２においては、内可動部１０のランド部１１上のミラー面１１’は必ずしも設ける必要はない。

上述のマイクロ可動素子アレイＸ１，Ｘ２に含まれるマイクロ可動素子Ｙ１，Ｙ３については、いわゆる一軸型の揺動素子としてもよい。マイクロ可動素子Ｙ１，Ｙ３を一軸型の揺動素子とする場合、電極部７０，８０を設けず、且つ、フレーム２０をフレーム３０に対して固定する構造を採用するのがよい。

上述のマイクロ可動素子アレイＸ１，Ｘ２は、通信機器に具備される光スイッチング装置を構成するためのマイクロミラー素子アレイとして採用することができる。

図３７は、第３の実施形態に係る空間光結合型の光スイッチング装置４００の概略構成を表す。光スイッチング装置４００は、一対のマイクロミラーアレイユニット４０１，４０２と、入力ファイバアレイ４０３と、出力ファイバアレイ４０４と、複数のマイクロレンズ４０５，４０６とを備える。入力ファイバアレイ４０３は所定数の入力ファイバ４０３ａからなり、マイクロミラーアレイユニット４０１には、各入力ファイバ４０３ａに対応するマイクロミラー素子４０１ａが複数配設されている。出力ファイバアレイ４０４は所定数の出力ファイバ４０４ａからなり、マイクロミラーアレイユニット４０２には、各出力ファイバ４０４ａに対応するマイクロミラー素子４０２ａが複数配設されている。マイクロミラー素子４０１ａ，４０２ａは、それぞれ、光を反射するためのミラー面を有して当該ミラー面の向きを制御できるように設けられている。マイクロミラーアレイユニット４０１，４０２は、上述のマイクロ可動素子アレイＸ１，Ｘ２のいずれかである。複数のマイクロレンズ４０５は、それぞれ、入力ファイバ４０３ａの端部に対向するように配置されている。また、複数のマイクロレンズ４０６は、それぞれ、出力ファイバ４０４ａの端部に対向するように配置されている。

光スイッチング装置４００において、入力ファイバ４０３ａから出射される光Ｌ₁は、対応するマイクロレンズ４０５を通過することによって、相互に平行光とされ、マイクロミラーアレイユニット４０１へ向かう。光Ｌ₁は、対応するマイクロミラー素子４０１ａで反射し、マイクロミラーアレイユニット４０２へと偏向される。このとき、マイクロミラー素子４０１ａのミラー面は、光Ｌ₁を所望のマイクロミラー素子４０２ａに入射させるように、予め所定の方向を向いている。次に、光Ｌ₁は、マイクロミラー素子４０２ａで反射し、出力ファイバアレイ４０４へと偏向される。このとき、マイクロミラー素子４０２ａのミラー面は、所望の出力ファイバ４０４ａに光Ｌ₁を入射させるように、予め所定の方向を向いている。

このように、光スイッチング装置４００によると、各入力ファイバ４０３ａから出射した光Ｌ₁は、マイクロミラーアレイユニット４０１，４０２における偏向によって、所望の出力ファイバ４０４ａに到達する。すなわち、入力ファイバ４０３ａと出力ファイバ４０４ａは一対一で接続される。そして、マイクロミラー素子４０１ａ，４０２ａにおける偏向角度を適宜変更することによって、光Ｌ₁が到達する出力ファイバ４０４ａが切換えられる。

光ファイバを媒体として伝送された光信号の伝送経路を或るファイバから他のファイバへと切換えるための光スイッチング装置に求められる特性としては、切換え動作における、大容量性、高速性、高信頼性などが挙げられる。これらの観点より、光スイッチング装置に組み込まれるスイッチング素子としては、ＭＥＭＳ技術によって作製されるマイクロミラー素子が好ましい。マイクロミラー素子によると、光スイッチング装置における入力側の光伝送路と出力側の光伝送路との間で、光信号を電気信号に変換せずに光信号のままでスイッチング処理を行うことができ、上述の特性を得るうえで好適だからである。

図３８は、第４の実施形態に係る波長選択型の光スイッチング装置５００の概略構成を表す。光スイッチング装置５００は、マイクロミラーアレイユニット５０１と、一本の入力ファイバ５０２と、三本の出力ファイバ５０３と、複数のマイクロレンズ５０４ａ，５０４ｂと、分光器５０５と、集光レンズ５０６とを備える。マイクロミラーアレイユニット５０１は、複数のマイクロミラー素子５０１ａを有し、当該複数のマイクロミラー素子５０１ａは、マイクロミラーアレイユニット５０１において例えば一列に配設されている。各マイクロミラー素子５０１ａは、光を反射するためのミラー面を有して当該ミラー面の向きを制御できるように設けられている。マイクロミラーアレイユニット５０１は、上述のマイクロ可動素子アレイＸ１，Ｘ２のいずれかである。マイクロレンズ５０４ａは、入力ファイバ５０２の端部に対向するように配置されている。マイクロレンズ５０４ｂは、出力ファイバ５０３の端部に対向するように配置されている。分光器５０５は、波長によって反射光の回折の程度が異なる反射型回折格子である。

光スイッチング装置５００において、入力ファイバ５０２から出射される光Ｌ₂（複数の波長が混在している）は、マイクロレンズ５０４ａを通過することによって、平行光とされる。この光Ｌ₂は、分光器５０５にて反射する（このとき、波長ごとに異なる角度で反射する）。当該反射光は、集光レンズ５０６を通過する。その際、波長ごとに、マイクロミラーアレイユニット５０１において対応するマイクロミラー素子５０１ａへ集光される。各波長の光は、対応するマイクロミラー素子５０１ａで所定方向に反射される。このとき、マイクロミラー素子５０１ａのミラー面は、対応する波長の光を所望の出力ファイバ５０３に到達させるように、予め所定の方向を向いている。マイクロミラー素子５０１ａにて反射した光は、その後、集光レンズ５０６、分光器５０５、およびマイクロレンズ５０４ｂを経由して、選択された所定の出力ファイバ５０３に入射する。このようにして、光スイッチング装置５００によると、光Ｌ₂から所望の波長の光を選択することができる。

Claims

第1フレームと、
第1可動主部を有して前記第1フレームに支持された複数の第1可動部を含む第1可動部列と、
第2フレームと、
第2可動主部を有して前記第2フレームに支持された複数の第2可動部を含む第2可動部列と、を備え、
前記第1フレームおよび前記第2フレームは、前記第1可動部列および前記第2可動部列が対向配置されるように積層配置され、
前記第1可動部列では、前記複数の第1可動部は、第1可動主部およびギャップが交互に位置して複数の第1可動主部が一方向に配列するように、位置し、
前記第2可動部列では、前記複数の第2可動部は、各第2可動主部が前記第1可動部列の一の前記ギャップに対向して複数の第2可動主部が前記一方向に配列するように、位置しており、
ベース部と、前記第1フレームおよび前記第2フレームの間に介在する複数の第1スペーサと、前記第2フレームおよび前記ベース部の間に介在する複数の第2スペーサと、を更に備え、
前記第1フレームの一部は、少なくとも一つの前記第1スペーサ、前記第2フレームの一部、および少なくとも一つの前記第2スペーサを介して前記ベース部と電気的に接続されており、
前記第2フレームの他の一部は、少なくとも一つの前記第2スペーサを介して前記ベース部と電気的に接続されている、マイクロ可動素子アレイ。
前記一方向における各第1可動主部の長さと、隣り合う第1可動主部間の各ギャップの前記一方向における長さとは、等しい、請求項1に記載のマイクロ可動素子アレイ。
前記第1可動部は、前記第1可動主部における第2可動主部側とは反対の側に光反射面を有し、前記第2可動部は、前記第2可動主部における第1可動主部側に光反射面を有する、請求項1または2に記載のマイクロ可動素子アレイ。
前記第1可動部は更に第1電極部を有し、
前記第2可動部は更に第2電極部を有し、
前記第1フレームおよび前記第1可動部を連結して当該第1可動部の回転変位の軸心を規定する第1捩れ連結部と、
前記第2フレームおよび前記第2可動部を連結して当該第2可動部の回転変位の軸心を規定する第2捩れ連結部と、
前記第1電極部と協働して前記第1可動部の前記回転変位の駆動力を発生させるための、前記第1フレームに対して固定された第3電極部と、
前記第2電極部と協働して前記第2可動部の前記回転変位の駆動力を発生させるための、前記第2フレームに対して固定された第4電極部と、を更に備える、請求項1から3のいずれか一つに記載のマイクロ可動素子アレイ。
前記回転変位における回転軸は、前記第1可動部列における複数の前記第1可動部の配列方向及び前記第2可動部列における複数の前記第2可動部の配列方向と同じである請求項4に記載のマイクロ可動素子アレイ。
前記第1可動部は、第5電極部と、当該第5電極部および前記第1可動主部を連結する第1梁部と、第1可動フレーム部と、当該第1可動フレーム部および前記第1梁部を連結して前記第1可動主部の回転変位の軸心を規定する第3捩れ連結部と、前記第5電極部と協働して前記第1可動主部の前記回転変位の駆動力を発生させるための、前記第1可動フレームに対して固定された第6電極部と、を更に有し、
前記第2可動部は、第7電極部と、当該第7電極部および前記第2可動主部を連結する第2梁部と、第2可動フレーム部と、当該第2可動フレーム部および前記第2梁部を連結して前記第2可動主部の回転変位の軸心を規定する第4捩れ連結部と、前記第7電極部と協働して前記第2可動主部の前記回転変位の駆動力を発生させるための、前記第2可動フレームに対して固定された第8電極部と、を更に有する、請求項4または5に記載のマイクロ可動素子アレイ。
前記第1スペーサおよび前記第2スペーサは導電性を有する請求項1から6のいずれかに記載のマイクロ可動素子アレイ。
複数の光反射面を有するマイクロ可動素子アレイを備える通信機器であって、
マイクロ可動素子アレイは、
第1フレームと、
第1可動主部を有して前記第1フレームに支持された複数の第1可動部を含む第1可動部列と、
第2フレームと、
第2可動主部を有して前記第2フレームに支持された複数の第2可動部を含む第2可動部列と、を備え、
前記第1フレームおよび前記第2フレームは、前記第1可動部列および前記第2可動部列が対向配置されるように積層配置され、
前記第1可動部列では、前記複数の第1可動部は、第1可動主部およびギャップが交互に位置して複数の第1可動主部が一方向に配列するように、位置し、各第1可動部は、前記第1可動主部における第2可動主部側とは反対の側に光反射面を有し、
前記第2可動部列では、前記複数の第2可動部は、各第2可動主部が前記第1可動部列の一の前記ギャップに対向して複数の第2可動主部が前記一方向に配列するように、位置し、各第2可動部は、前記第2可動主部における第1可動主部側に光反射面を有しており、
ベース部と、前記第1フレームおよび前記第2フレームの間に介在する複数の第1スペーサと、前記第2フレームおよび前記ベース部の間に介在する複数の第2スペーサと、を更に備え、
前記第1フレームの一部は、少なくとも一つの前記第1スペーサ、前記第2フレームの一部、および少なくとも一つの前記第2スペーサを介して前記ベース部と電気的に接続されており、
前記第2フレームの他の一部は、少なくとも一つの前記第2スペーサを介して前記ベース部と電気的に接続されている、通信機器。