JP5951640B2 - マイクロメカニカルデバイス - Google Patents

Description

本発明は、マイクロメカニカルデバイス、例えばマイクロメカニカルアクチュエータまたはマイクロメカニカルセンサに関する。

マイクロメカニカル的に製作され、能動的に撓み可能な（ａｃｔｉｖｅｌｙ ｄｅｆｌｅｃｔａｂｌｅ）梁およびプレート構造が、多数の様々な応用に使用される。撓み可能なプレートは、それらの微小厚み幅のため、膜（ｍｅｍｂｒａｎｅ）ともしばしば呼ばれる。能動的に撓み可能な梁については、用語カンチレバーが多用される。表１は、マイクロシステムのいくつかの例をリストし、能動的に撓み可能なマイクロ構造の機能原則について説明する。

基本的に、ここで提示された能動的に撓み可能なマイクロ構造の機能原則は、２つの種類に分けることができる。

１つ目の種類においては、力が、撓まされるその構造１００（＝梁またはプレート）に、直交して作用する。

図４３は、例として、このタイプのマイクロメカニカルアクチュエータを示す。図４３は、撓み可能なプレートまたは撓み可能な梁１００を有するマイクロメカニカルデバイスを示す。そして、それは本ケースにおいては片持ちにされており、外部から生じた力Ｆが有効であって、図４３の左の静止位置と右の撓まされた位置との間の矢印１００ａによって示されているように、それはそのプレート又は梁１００を静止位置から伸張方向に垂直にもっていく。ここで、本願の全書類において、含まれた図面およびスケッチが、ｘ、ｙおよびｚによってマークされる概略的な座標シンボルを含むこと、および、ここで、示されたデバイスがチップに集積される場合には、ｘｙ平面が基板平面またはチップ平面と平行であり、したがって、チップ集積がある場合には、ｚ方向が基板平面に直交するように一貫して処理されていることに留意されたい。

しばしば、垂直にかかる力Ｆは、静電界からの力である。ここで、静電界Ｅは、撓まされる梁（またはプレート）と静止電極１０１（対向電極とも呼ばれる）との間の電圧Ｕを使用して生成される。

図４４は、マイクロメカニカルアクチュエータを示す。そこにおいて、撓まされる構造１００は、電圧Ｕが撓まされる構造１００とそれに対向する電極１０１との間に印加され、それが撓まされる構造１００と電極１０１とが互いに引きつけあう効果を有するので、撓まされる。このように、図４４の場合、撓まされる構造、ここでは片持梁又はプレートが静電界によって撓まされる。

マイクロシステム技術において静電駆動が優位である理由は、マイクロシステムに関して一般的な次元の（静電界の電極に作用する）力のより良いスケーリング挙動である。簡単にいえば、平面平行電極アセンブリは全く又はほとんど動かないが、力が電極間隔の二乗（Ｆ〜１／ｄ²）に反比例する。このように、小さい電極間隔が、結果として電極に対する高い力効果をもたらす。

マイクロ構造（梁またはプレート）の撓み量（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）ｗは、（平面平行電極アセンブリＦ〜１／ｄ²に関して）印加電圧Ｕに、およそ二乗で依存する。基本的な曲線が、図４５に示される。

この特性曲線の第１の領域は、静電界の力とクランプの復元力との間の安定釣合によって特徴づけられる。第２の領域は、不安定釣合によって特徴づけられる。電圧の微小な変化は、静電界の力がクランプ（＝マイクロ構造のホルダ）の力学的な復元力より大きくなるという効果を生む。梁（またはプレート）１００は、このように不安定な領域に達して、対向電極１０１に加速される。この挙動は、「引き込み現象（ｐｕｌｌ−ｉｎ ｅｆｆｅｃｔ）」として当業者に知られている：
● 引き込み現象は、すべての静電気的に撓み可能なマイクロ構造において起こる。
● 最大可能撓みｗ_pull―_inは、引き込み現象によって電極間隔ｄの最大約１／３に制限される（クランプの機械的特徴に依存する）。
● 大きな撓みは、電極の大きな間隔ｄによって可能にされることができるだけである。しかし、大きな間隔は、（Ｆが１／ｄ²に比例するため）必要とされる電気駆動電圧を著しく増加させる。

引き込み現象と比率Ｆ〜１／ｄ²のため、静電気的に撓み可能なマイクロ構造の大きな撓みは、高電圧と常に組み合わされる。１００Ｖのレンジの電圧は、マイクロメートルレンジの撓みについてしばしば一般的である（例えば：［２］および［３］）。

マイクロ構造の第２の種類において、横力が、撓まされる構造２００の１つ又はいくつかの層の範囲内で作用する。

図４６は、２つ又は複数の層２０１および２０２の層スタックからなる撓まされる構造２００を示す。横歪みは、２００ａで示されるように、撓まされる構造２００、ここでも例えば梁又はプレートが撓まされる力によって、層の少なくとも１つに生じる。

撓み可能な構造のこの形は、モノモルフ型またはバイモルフ型の撓み可能なカンチレバーまたは膜（梁またはプレート）として当業者に知られている。横力Ｆ（より正確には：物理的効果によって生じる横歪み）は、種々の物理的効果によって生じうる。
○ 熱機械励振（熱機械バイモルフ）：ここで、異なる線膨張係数を有する２つの材料２０１および２０２が、互いにしっかりと接合される。この構造が（例えば内蔵された電熱マイクロヒーティング＝抵抗の電力の使用によって）加熱されるときに、横歪みが生じ、したがって両方の層に異なる強さの横力が生じる。これにより、マイクロ構造は曲げられる。
○ 圧電および電歪励振（横効果を用いたエレクトロアクティブのモノモルフ、バイモルフおよびマルチモルフ）：ここで、横歪み又は横力は、静電界によって、および、エレクトロアクティブ材料を使用することによって、少なくとも一つの層２０１の範囲内で生み出される。この物質的な歪みは、電圧または電界を使用して、能動的に変えることができる。この結果として、マイクロ構造は曲げられる。
○ 圧磁および磁歪励振（横効果を用いたマグネットアクティブのモノモルフ、バイモルフおよびマルチモルフ）：ここで、磁界および磁気活性材料の使用は、少なくとも一つの層２０１の範囲内で横歪みを生成する。その結果として、マイクロ構造は曲げられる。

梁またはプレートの厚みｔ（ｗ＜ｔ）に対する最大撓み量ｗの適正比のために、球形の変形プロファイルが生じる。これは、最大撓み量ｗがマイクロ構造の長さｌの二乗（ｗ〜ｌ²）に比例しているという結果に結びつく。

バイモルフまたはモノモルフの撓み可能なマイクロ構造の利点は、比較的小さい能動的に調節可能な材料歪みによって、大きな撓みが十分に大きな構造長さｌを用いて生じるということである。最大可能な撓みは、駆動原理の特性によって（上記のケースのように）制限されない。

熱機械励振と関連した問題は、マイクロメカニカルカンチレバーおよびプレートについての基本的に十分に大きい物質的な歪みが熱機械的効果および（２０１および２０２についての）適切な材料選択によって生じうるが、これに必要とされる温度の生成には、３つの以下の異なる理由の問題があるというものである。
○ 与えられた電力カップリングによって生じうる温度の高さが、それらの環境に関して撓まされるマイクロ構造の断熱（より正確には、ヒートフローバランス）に依存する。加熱される梁又はプレート面積のサイズに依存して、撓まされる構造の高断熱性が、必ずしも実現されるとは限らない。このように、マイクロシステムの比較的高い電力消費量が、撓みに必要とされる温度を生成するために必要である。
○ 抵抗性のマイクロヒーティング（＝オームの「電力損失」の使用）が使用される場合、カンチレバーまたはプレートのターゲット動作のために使用される温度の動作範囲が、ターゲットアプリケーションの最大環境温度より上に常になければならない。この理由は、抵抗性のマイクロヒーティングが温度を上昇させることができるだけであるということである。このように、マイクロシステムは、小さいターゲット撓みでさえ高い電力消費量を有する［５］。基本的に、その温度は、ペルティエ効果を使用することにより、増加されることも減少されることも可能であるが、低効率のため、低消費電力を有するマイクロシステムは、ここでも可能でない。
○ 撓まされるマイクロ構造の断熱と関連する（例えば周囲空気の）全熱量容量は、撓みの動きの最大可能速度を制限する。比較的高い熱容量のため、熱カットオフ周波数は、マイクロシステムの低い次元についても、下部のＨｚ範囲にある［５］、［１６］。これは以下の結果を有する：
● より高い周波数を有するバイモルフ梁またはプレートが、準静的方法で動かされることになる場合、撓みの顕著な減少は、温度生成のローパス挙動のため受け入れられなければならない。
● ターゲット撓みのステップ状の変化について、ターゲット撓みに達するまで、撓まされるマイクロ構造は、（低い熱カットオフ周波数のため）非常に遅い方法で応答して、それ故、多くの時間を必要とする。

上に述べた制限（大きい電力消費量、「一定の予熱」および撓みの低カットオフ周波数）のため、熱機械的効果は、能動的に撓むプレートまたは梁のためにはめったに使用されない。能動的に撓むマイクロ構造のために熱機械的効果を使用した市販のマイクロシステムは、我々の側ではわかっていない。

電気活性または磁気活性材料を使用した励振に伴う問題には、例えば、以下がある。マイクロシステム技術においては、例えば、主に逆圧電効果の使用が一般的である（［４］も参照）。しかしながら、問題は、半導体互換の生産工場内での一般の電気活性又は磁気活性材料（しばしば、「ＣＭＯＳ互換材料」と呼ばれる）の使用である：高い電気機械又は磁気機械材料カップリングを有する材料（例えば圧電材料ＰＺＴ、ＢａＴｉＯ₃またはＬｉＮｂＯ₃）は、生産工場または方法のありうる汚染のため、半導体互換製品工場または処理において使用されることができない。基本的に、半導体互換の電気活性材料、例えば窒化アルミニウムまたはＰＶＤＦがある。しかし、電気機械材料カップリングは（例えば窒化アルミニウムまたは窒化ガリウムなどに関して）非常に低く、または、これらの材料は、温度または長期の安定挙動を有しない（例えば酸化亜鉛）。高い電気活性材料カップリングのためのデポジション条件を最適化することは非常に高価であり、場合によっては、その材料は、その後、能動的に分極されなければならない。磁気活性材料は、基本的に、（熱機械原理に類似した）マイクロコンポーネントの高い電力消費量の問題がある。というのも、変更可能な場の強さを有する磁界が、能動的に材料を撓ませるために生じさせられなければならないからである。可変的な磁場を生じさせることは、充分な電流の強さを有するコイルアセンブリの可変的な電流フローによってしか実行することができない。永久磁石の使用は、それが「定常磁界（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ）」を生成するので、ここでは可能でない。

従って、要約すると、上で簡潔に概略を述べられた種々の駆動原理の利点の少なくともいくつかを結びつけ、そして、すべての付随する不利な点を受け入れる必要のないマイクロメカニカルデバイスのための他の駆動原理を有することが望まれる。

［４］未公開特許文献（Ｍｉｋｒｏｍｅｃｈａｎｉｓｃｈｅｓ Ｅｌｅｍｅｎｔ）（１０２０１００２８１１１．５； ＩＰＭＳ： １０Ｆ５１１２２−ＩＰＭＳ； Ｐａｔｅｎｔａｎｗａｅｌｔｅ Ｓｃｈｏｐｐｅ ｕ．ａ．： ＦＨ１００４０５ＰＤＥ） 独国特許出願公開第１０２００８０４９６４７号明細書

［１］Ｃｏｎｒａｄ，Ｈ．，Ｋｌｏｓｅ，Ｔ．，Ｓａｎｄｅｒ，Ｔ．，Ｓｃｈｅｎｋ，Ｈ．，Ｌａｋｎｅｒ，Ｈ．：アクティブフォーカスバリエーションのための準静的マイクロミラーの駆動方法（Ａｃｔｕａｔｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｑｕａｓｉｓｔａｔｉｃ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒｓ ｆｏｒ Ａｃｔｉｖｅ Ｆｏｃｕｓ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）， Ｐｒｏｃ． ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ ２００８ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔｕｄｅｎｔｓ ａｎｄ Ｙｏｕｎｇ Ｓｃｉｅｎｔｉｓｔｓ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ "Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ"， ページ７〜１１，２００８年 ［２］Ｓｈａｏ，Ｙ．，Ｄｉｃｋｅｎｓｈｅｅｔｓ，Ｄ−Ｌ．，Ｈｉｍｍｅｒ，Ｐ．： レーザビームポインティング及びフォーカス制御に関する３−Ｄ ＭＯＥＭＳミラー（３−Ｄ ＭＯＥＭＳ Ｍｉｒｒｏｒ ｆｏｒ Ｌａｓｅｒ Ｂｅａｍ Ｐｏｉｎｔｉｎｇ ａｎｄ Ｆｏｃｕｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）， ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＥＬＥＣＴＥＤ ＴＯＰＩＣＳ ＩＮ ＱＵＡＮＴＵＭ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ， ＶＯＬＵＭＥ １０， Ｎｏ．３，ページ５２８〜５３５，２００４年 ［３］Ｍｅｓｃｈｅｄｅｒ，Ｕ．Ｍ．，Ｅｓｔａｎ，Ｃ．，Ｓｏｍｏｇｙｉ，Ｇ．，Ｆｒｅｕｄｅｎｒｅｉｃｈ，Ｍ．：大形開口部を有する歪み最適化されたフォーカシングミラーデバイス（Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｍｉｒｒｏｒ ｄｅｖｉｃｅ ｗｉｔｈ ｌａｒｇｅ ａｐｅｒｔｕｒｅ）． Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ，１３０−１３１，ページ２０〜２７，２００６年 ［５］Ｃｏｎｒａｄ，Ｈ．： アクティブフォーカス変化についての操作可能な電気熱の1のマイクロメカニカルの概念の検査（Ｋｏｎｚｅｐｔｉｏｎｅｌｌｅ Ｕｎｔｅｒｓｕｃｈｕｎｇｅｎ ｅｉｎｅｓ ｅｌｅｋｔｒｏｔｈｅｒｍｉｓｃｈ ａｕｓｌｅｎｋｂａｒｅｎ ｍｉｋｒｏｍｅｃｈａｎｉｓｃｈｅｎ Ｍｅｍｂｒａｎ¬ｓｐｉｅｇｅｌｓ ｚｕｒ ａｋｔｉｖｅｎ Ｆｏｋｕｓｖａｒｉａｔｉｏｎ）， Ｍａｓｔｅｒａｒｂｅｉｔ， ＨＴＷ Ｄｒｅｓｄｅｎ，２００７年 ［６］Ｐｅｔｅｒｓｅｎ，Ｋ．Ｅ．：シリコンを用いたねじれスキャンニングミラー（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｔｏｒｓｉｏｎａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｍｉｒｒｏｒ）． ＩＢＭ Ｊ． ＲＥＳ． ＤＥＶＥＬＯＰ．， Ｖｏｌｕｍｅ ２４， Ｎｏ．５，ページ６３１〜６３７，１９８０年 ［７］Ｄａｕｄｅｒｓｔａｅｄｔ，Ｕ．，Ｄｕｅｒｒ，Ｐ．，Ｓｉｎｎｉｎｇ，Ｓ．，Ｗｕｌｌｉｎｇｅｒ，Ｉ．，Ｗａｇｎｅｒ，Ｍ．： マイクロミラー空間光変調器での荷電効果（Ｃｈａｒｇｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ ｉｎ ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ ｓｐａｔｉａｌ ｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ）． Ｊ． Ｍｉｃｒｏ／Ｎａｎｏｌｉｔｈ． ＭＥＭＳ ＭＯＥＭＳ， Ｖｏｌｕｍｅ ７（２）， ページ０２１０１１−１〜０２１０１１−１０，２００８年 ［８］Ｍａｎｈａｒｔ，Ｓ．，Ｈｕｐｆｅｒ，Ｗ．，Ｎｉｋｏｌｏｖ，Ｓ．，Ｗｕｅｈｒｅｒ，Ｃ．，Ｖｄｏｖｉｎ，Ｇ．Ｖ． Ｓｏｄｎｉｋ，Ｚ．： ５０ｍｍ ＭＥＭＳ変形可能なミラー（５０ ｍｍ ＭＥＭＳ Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ Ｍｉｒｒｏｒ）． Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｐｒｏｃ． ｏｆ ＳＰＩＥ， Ｂａｎｄ ４００７， ページ５５５〜５６２，２０００年 ［９］Ｍａｌｉ，Ｒ．Ｋ．，Ｂｉｆａｎｏ，Ｔ．Ｇ．，Ｖａｎｄｅｌｌｉ，Ｎ．，Ｈｏｒｅｎｓｔｅｉｎ，Ｍ．Ｎ．： 光の位相変調のためのマイクロエレクトロメカニクスによる可変形鏡の開発（Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ ｍｉｒｒｏｒｓ ｆｏｒ ｐｈａｓｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｇｈｔ）． Ｊ． Ｏｐｔ． Ｅｎｇ．， Ｖｏｌｕｍｅ ３６（２），ページ５４２〜５４８，１９９７年 ［１０］Ｓｍｉｔｓ，Ｊ．Ｇ．，Ｆｕｊｉｍｏｔｏ，Ｋ．，Ｋｌｅｐｔｓｙｎ，Ｖ．Ｆ．： マイクロ電気機械的にたわむＰＺＴ駆動の光走査装置：静的動作と共振動作（Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｆｌｅｘｕｒｅ ＰＺＴ ａｃｔｕａｔｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｃａｎｎｅｒ： ｓｔａｔｉｃ ａｎｄ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｂｅｈａｖｉｏｒ）． Ｊ． Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ． Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．， Ｖｏｌｕｍｅ １５，ページ１．２８５〜１．２９３，２００５年 ［１１］Ｋｕｄｒｙａｓｈｏｖ，Ａ．Ｖ．，Ｃｈｅｒｅｚｏｖａ，Ｔ．Ｙ．： フレキシブルミラーによるレーザビームシェーピング（Ｌａｓｅｒ Ｂｅａｍ Ｓｈａｐｉｎｇ ｂｙ Ｍｅａｎｓ ｏｆ Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｍｉｒｒｏｒｓ）． Ｌａｓｅｒ Ｂｅａｍ Ｓｈａｐｉｎｇ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ， ページ２１１〜２４０， ＩＳＢＮ： ９７８−０−８２４７−５９４１−４， ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ，２００６年 ［１２］Ｓｉｎｇｈ，Ｊ．，Ｔｅｏ，Ｊ．Ｈ．Ｓ．，Ｘｕ，Ｙ．ｕ．ａ．．： 内視鏡バイオイメージングのための２軸走査ＳＯＩ ＭＥＭＳマイクロミラー（Ａ ｔｗｏ ａｘｅｓ ｓｃａｎｎｉｎｇ ＳＯＩ ＭＥＭＳ ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ ｆｏｒ ｅｎｄｏｓｃｏｐｉｃ ｂｉｏｉｍａｇｉｎｇ）． Ｊ． Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ． Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．， Ｖｏｌｕｍｅ １８，ページ０２５００１，２００８年 ［１３］Ｔｏｄｄ，Ｓ．Ｔ．，Ｊａｉｎ，Ａ．，Ｑｕ，Ｈ．，Ｘｉｅ，Ｈ．： 逆配列接続のバイモルフアクチュエータを利用した多重自由度のマイクロミラー（Ａ ｍｕｌｔｉ−ｄｅｇｒｅｅ−ｏｆ−ｆｒｅｅｄｏｍ ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ｉｎｖｅｒｔｅｄ−ｓｅｒｉｅｓ−ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｂｉｍｏｒｐｈ ａｃｔｕａｔｏｒｓ）． Ｊ． Ｏｐｔ． Ａ： Ｐｕｒｅ Ａｐｐｌ． Ｏｐｔ．， Ｖｏｌｕｍｅ ８，ページＳ３５２〜Ｓ３５９，２００６年 ［１４］Ｙａｎｇ，Ｊ．Ｐ．，Ｄｅｎｇ，Ｘ．Ｃ．，Ｃｈｏｎｇ，Ｔ．Ｃ．： 光学式ドライブのトラッキングメカニズムのためのマイクロミラーを利用したセルフセンシング熱アクチュエータ（Ａ Ｓｅｌｆ−ｓｅｎｓｉｎｇ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｃｔｕａｔｏｒ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ ｆｏｒ Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｒｉｖｅ）． Ｓｅｎｓｏｒｓ， Ｖｏｌｕｍｅ ２， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＥＥＥ，ページ９００〜９０３，２００４年 ［１５］ＧＥＨＮＥＲ，Ａ．，ＳＣＨＭＩＤＴ，Ｊ．Ｕ．，ＷＩＬＤＥＮＨＡＩＮ，Ｍ．，ＫＮＯＢＢＥ，Ｊ．，ＷＡＧＮＥＲ，Ｍ．： ＣＭＯＳ集積ＭＥＭＳ ＡＯミラー開発の近年の進歩（ＲＥＣＥＮＴ ＰＲＯＧＲＥＳＳ ＩＮ ＣＭＯＳ ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＭＥＭＳ ＡＯ ＭＩＲＲＯＲ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ）． ＡＤＡＰＴＩＶＥ ＯＰＴＩＣＳ ＦＯＲ ＩＮＤＵＳＴＲＹ ＡＮＤ ＭＥＤＩＣＩＮＥ， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｉｘｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ， ページ５３〜５８，２００７年 ［１６］Ｓｕｎ，Ｊ．，Ｇｕｏ，Ｓ．，Ｗｕ，Ｌ．，Ｌｉｕ，Ｌ．，Ｃｈｏｅ，Ｓ．，Ｓｏｒｇ，Ｂ．Ｓ． ｕｎｄ Ｘｉｅ，Ｈ．： ３Ｄ Ｉｎ Ｖｉｖｏ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ｌｏｗ−ｖｏｌｔａｇｅ， ｌａｒｇｅ−ｓｃａｎ−ｒａｎｇｅ ２Ｄ ＭＥＭＳ ｍｉｒｒｏｒ． Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ， Ｖｏｌｕｍｅ １８， Ｉｓｓｕｅ １２， ページ１２．０６５ 〜 １２．０７５， ２０１０年 ［１７］Ｓｃｈｗｅｉｚｅｒ，Ｓ．； Ｃａｌｍｅｓ，Ｓ．； Ｌａｕｄｏｎ，Ｍ．； Ｒｅｎａｕｄ，Ｐ．： 大きな角度と低消費を持つ熱活性型光マイクロスキャナ（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ａｃｔｕａｔｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｉｃｒｏｓｃａｎｎｅｒ ｗｉｔｈ ｌａｒｇｅ ａｎｇｌｅ ａｎｄ ｌｏｗ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）， Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ ７６ （１９９９）， ｐｐ．４７０−４７７ ［１８］Ｂｒｏｔｈｅｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ， Ｌｔｄ．： Ｂｒｏｔｈｅｒ Ｄｅｖｅｌｏｐｓ Ｓｐｅｃｔａｃｌｅ−ｔｙｐｅ Ｗｅａｒａｂｌｅ Ｒｅｔｉｎａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｉｓｐｌａｙ， Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ （２００８）， ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂｒｏｔｈｅｒ．ｃｏｍ／ｅｎ／ｎｅｗｓ／２００８／ｒｉｄ／ ［１９］Ｓｅｈｒ， Ｈ．， Ｅｖａｎｓ， Ａ． Ｇ． Ｒ．， Ｂｒｕｎｎｓｃｈｗｅｉｌｅｒ， Ａ．， Ｅｎｓｅｌｌ， Ｇ． Ｊ． ｕｎｄ Ｎｉｂｌｏｃｋ， Ｔ． Ｅ． Ｇ．： ウェハ平面での動きに関する熱垂直バイモルフアクチュエータの製作及びテスト（Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｓｔ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｂｉｍｏｒｐｈ ａｃｔｕａｔｏｒｓ ｆｏｒ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｗａｆｅｒ ｐｌａｎｅ）． Ｊ． Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ． Ｍｉｃｒｏｅｎｇ． １１， ページ３０６〜３１０，２００１年 ［２０］Ｈｕａｎｇ， Ｑ．−Ａ． ｕｎｄ Ｌｅｅ， Ｎ． Ｋ． Ｓ．： ポリシリコンを用いた熱撓みアクチュエータの解析と設計（Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ ｔｈｅｒｍａｌ ｆｌｅｘｕｒｅ ａｃｔｕａｔｏｒ）． Ｊ． Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ． Ｍｉｃｒｏｅｎｇ． ９，ページ６４〜７０，１９９９年 ［２１］Ｐｙａｙｔ， Ａ． Ｌ．， Ｓｔａｒｋｗｅａｔｈｅｒ， Ｇ． Ｋ． ｕｎｄ Ｓｉｎｃｌａｉｒ， Ｍ．： テレスコーピック・ピクセル設計に基づく高効率ディスプレイ（Ａ ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｄｉｓｐｌａｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ｔｅｌｅｓｃｏｐｉｃ ｐｉｘｅｌ ｄｅｓｉｇｎ． Ｎａｔｕｒｅ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ ２， ページ４９２〜４９５，２００８年

本発明の目的は、この要求を満たすマイクロメカニカルデバイスを提供することである。

この目的は、請求項１に記載のマイクロメカニカルデバイスによって解決される。

本発明の基礎をなしている基本原理は、より有効な駆動機構に達するために、種々の周知の駆動原理の異なる利点を組み合わせることが可能であるという発見である。特に、その発見は、梁若しくはプレート又は他の撓み可能な構造若しくは変形可能な要素を撓ませることについてバイモルフ又はモノモルフ原理を使用することが基本的に非常に有益であるというものである。というのも、小さい横方向の物質の歪みは、撓み量ｗが、撓まされる構造又は変形可能な要素の長さの二乗に比例する、すなわち、ｗ〜ｌ²であるというすでに上で提示した背景のため、大きな撓みを生じさせるからである。本発明者は、本明細書の導入部分で述べられた課題に関与している熱機械的、電気活性的、または、磁気活性的な効果なしで、必要とされる材料歪みまたは収縮を生み出すことが可能であることを認めた。特に、静電力によってバイモルフ又はモノモルフ原理に従って変形可能な要素の変形を遂行することが可能であることが、本発明の発見である。平板コンデンサアセンブリにおける静電界の電極への力が、相関Ｆ〜１／ｄ²のため、マイクロメートルレンジで非常に良く、さらにはナノメートルレンジでさえかなりよくスケールするので、静電力を用いて、変形可能な要素又は撓まされる構造の上又はその内部に、横歪み又は機械的応力を生み出すのに極めて有利である。このように、本発明はまた、変形可能な要素を変形することができる又は撓み可能な構造を撓ませる横方向の引張り力又は圧縮力が生じるように、静電界の電極への力を使用することが可能であるという発見に基づく。本発明によれば、これは、マイクロメカニカルデバイスが、電極や変形可能な要素とは別に、絶縁スペーシング層を含み、それを介して電極が変形可能な要素に固定され、その絶縁スペーサ層は、電極と変形可能な要素との間の電圧を印加することによって、横方向に沿って変形可能な要素を曲げる横方向の引張り力又は圧縮力が生じるように、横方向に沿って間隔を置いて配置された幾つかのセグメントに構築されることによって可能となる。本発明の構造のため、静電ドライブによって通常生じている問題、すなわち、引き込み現象の問題は、解決される。このように、本発明によれば、変形可能な要素の撓みは、２つの電極、すなわち上述の電極と変形可能な要素の間隔よりはるかに大きくありえる。

代わりに、または、加えて、上述の方法で、電極と変形可能な要素との間の静電容量が横方向の変形可能な要素の変形によって変化するように、電極が間隔を置いたいくつかのセグメントに横方向に沿って絶縁スペーサ層を構築することによってセンサとして変形可能な要素に固定される電極、変形可能な要素および絶縁スペーサ層を有するマイクロメカニカルデバイスを使用することも、可能である。

本発明の有利な実施態様は、従属請求項の対象である。

本発明の好ましい実施形態は、添付図面を参照して以下に述べる。

図１は、正の横変形のための作用力を示している平板コンデンサアセンブリの模式的な横断面である。 図２ａ〜２ｃは、正の横変形のための作用力を示している傾斜した電極を有する種々の平板コンデンサアセンブリの模式的な横断面である。 図３ａ及び図３ｂは、正の横変形のための作用力を示している傾斜した電極を有する種々の平板コンデンサアセンブリの模式的な横断面である。 図４ａは、負の横変形のための作用力を示している傾斜した電極を有する「プレート」のキャパシタアセンブリの模式的な横断面である。 図４ｂは、負の横変形のための作用力を示している傾斜した電極を有する「プレート」のキャパシタアセンブリの模式的な横断面である。 図４ｃは、負の横変形の発生を示すための模式的な力線図である。 図５は、負の横変形のための作用力を示している傾斜した電極を有する「プレート」のキャパシタアセンブリの模式的な横断面である。 図６ａは、静電気的にバイモルフ撓み可能で一方が固定されたカンチレバーの形のマイクロメカニカルデバイスの模式的な横断面である。 図６ｂは、図６ａの横断面図の概略上面図である。 図７は、図６ａ及び図６ｂのマイクロメカニカルデバイスにおいて作用している物理量の簡略機能チェーンのブロック図である。 図８は、更なる実施形態による静電気的にバイモルフ撓み可能で一方が固定されたカンチレバーの形のマイクロメカニカルデバイスの模式的な横断面である。 図９は、更なる実施形態による静電気的にバイモルフ撓み可能で一方が固定されたカンチレバーの形のマイクロメカニカルデバイスの模式的な横断面である。 図１０は、シミュレーションが実行されたカンチレバーの形のマイクロメカニカルデバイスの寸法の入った図面である。 図１１は、Ｕ＝５０Ｖで位置ｘに依存した図１０の梁のｚ撓みを示しているグラフである。 図１２は、印加電圧Ｕに依存した図１０の梁末端で梁の最大撓みを示しているグラフである。 図１３は、結果として梁の相当する撓み量ｗmaxをもたらすであろう図１０のカンチレバーの電極で印加電圧Ｕに依存した厚さ２００ｎｍの層の「相当する層応力（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｌａｙｅｒ ｓｔｒｅｓｓ）」を示しているグラフである。 図１４ａ〜図１４ｄは、一実施形態によるそれの製造の続いて起こるステージのマイクロメカニカルデバイスの簡略化された模式的な横断面である。 図１４ｅ〜図１４ｇは、一実施形態によるそれの製造の続いて起こるステージのマイクロメカニカルデバイスの簡略化された模式的な横断面である。 図１４ｈは、図１４ｇの最終状態の平面図である。 図１５は、更なる実施形態による静電気的にバイモルフ撓み可能で一方が固定されたカンチレバーの形のマイクロメカニカルデバイスの模式的な横断面である。 図１６は、更なる実施形態による静電気的にバイモルフ撓み可能で一方が固定されたカンチレバーの形のマイクロメカニカルデバイスの模式的な横断面である。 図１７は、更なる実施形態による静電気的にバイモルフ撓み可能で一方が固定されたカンチレバーの形のマイクロメカニカルデバイスの模式的な横断面である。 図１８は、更なる実施形態による静電気的にバイモルフ撓み可能で一方が固定されたカンチレバーの形のマイクロメカニカルデバイスの模式的な三次元的視界である。 図１９は、更なる実施形態による静電気的にバイモルフ撓み可能で一方が固定されたカンチレバーの形のマイクロメカニカルデバイスの模式的な横断面である。 図２０は、更なる実施形態による静電気的にバイモルフ撓み可能で一方が固定されたカンチレバーの形のマイクロメカニカルデバイスの模式的な横断面である。 図２１ａ〜図２１ｃは、更なる実施形態による静電気的にバイモルフ撓み可能で一方が固定されたカンチレバーの形のマイクロメカニカルデバイスの模式的な横断面である。 図２２ａは、ここでは例として一実施形態による平面の中の撓みのための静電気的にバイモルフ撓み可能で一方が固定されたカンチレバーの形でマイクロメカニカルデバイスの模式的な横断面である。 図２２ｂは、図２２ａの側面図の概略的な上面図である。 図２３ａ〜図２３ｄは、一実施形態によるその製造の異なるステージのマイクロメカニカルデバイスの簡略化された模式的な平面図である。 図２３ｅは、図２３ｄの平面図の概略的な側面の断面図である。 図２４ａ〜図２４ｄは、一実施形態によるそれの製造の図２４ｄと異なるステージのマイクロメカニカルデバイスの簡略化された模式的な平面図である。 図２４ｅは、平面内の撓みのための静電気的にバイモルフ撓み可能で一方が固定された環状のカンチレバーの概略上面図である。 図２５ａは、例えば能動的なフォーカス変化を得るために、能動的にミラープレートを曲げるというオプションによって、４つのばね要素によって固定フレームと連結された円形のミラープレートの形の更なる実施形態によるマイクロメカニカルデバイスの平面図である。 図２５ｂは、ミラープレートの撓まされていない状態の図２５ａの断面平面ＡＡに沿った横の断面図である。 図２５ｃは、ミラープレートの撓まされた状態の図２５ａの断面平面ＡＡに沿った横の断面図である。 図２６ａは、一実施形態による、能動的に曲げることもできる２つの梁形のばね要素によって、固定フレームに連結された長方形のミラープレートの形のマイクロメカニカルデバイスの概略上面図である。 図２６ｂは、撓まされていない状態の図２６ａの断面平面ＡＡに沿った概略的な側面断面図である。 図２６ｃは、撓まされた状態の図２６ａの断面平面ＡＡに沿った概略的な側面断面図である。 図２７は、一実施形態による曲げることのできる梁を有する平行な梁構造を使用してトルクを生成するための図である。 図２８は、一実施形態による、それら自体が能動的に曲げることのできる２つのＹ字形のばね要素によって、固定フレームに連結された円形のミラープレートの形のマイクロメカニカルデバイスの概略上面図である。 図２９は、更なる実施形態による、それら自体が能動的に曲げることのできる２つのＹ字形のばね要素によって、固定フレームに連結された円形のミラープレートの形のマイクロメカニカルデバイスの概略上面図である。 図３０は、更なる実施形態による、それら自体が能動的に曲げることのできる２つのＹ字形のばね要素によって、固定フレームに連結された円形のミラープレートの形のマイクロメカニカルデバイスの概略上面図である。 図３１は、更なる実施形態による、それら自体が能動的に曲げることのできる２つのＹ字形のばね要素によって、固定フレームに連結された円形のミラープレートの形のマイクロメカニカルデバイスの概略上面図である。 図３２は、更なる実施形態による、それら自体が能動的に曲げることのできる２つのＹ字形のばね要素によって、固定フレームに連結された円形のミラープレートの形のマイクロメカニカルデバイスの概略上面図である。 図３３は、更なる実施形態による、それら自体が能動的に曲げることのできる２つのＹ字形のばね要素によって、固定フレームに連結された円形のミラープレートの形のマイクロメカニカルデバイスの概略上面図である。 図３４は、更なる実施形態による、それら自体が能動的に曲げることのできる２つのＹ字形のばね要素によって、固定フレームに連結された円形のミラープレートの形のマイクロメカニカルデバイスの概略上面図である。 図３５は、更なる実施形態による、それら自体が能動的に曲げることのできる２つのＹ字形のばね要素によって、固定フレームに連結された円形のミラープレートの形のマイクロメカニカルデバイスの概略上面図である。 図３６ａは、ミラープレートの傾動及び平行移動のための一実施形態による、それら自体が能動的に曲げることのできる部分を与えられる□形のばねを介して固定フレームに連結された長方形のミラープレートの形のマイクロメカニカルデバイスの概略上面図である。 図３６ｂは、図３６ａの断面平面ＡＡに沿った概略的な側面断面図である。 図３７は、ミラープレートの傾動のための更なる実施形態による、それら自体が能動的に曲げることのできる部分を与えられる□形のばねを介して固定フレームに連結された長方形のミラープレートの形のマイクロメカニカルデバイスの概略上面図である。 図３８は、ミラープレートの傾動及び平行移動のための更なる実施形態による、それら自体が能動的に曲げることのできる部分を与えられる□形のばねを介して固定フレームに連結された長方形のミラープレートの形のマイクロメカニカルデバイスの概略上面図である。 図３９は、ミラープレートの傾動及び平行移動のための更なる実施形態による、それら自体が能動的に曲げることのできる部分を与えられる□形のばねを介して固定フレームに連結された長方形のミラープレートの形のマイクロメカニカルデバイスの概略上面図である。 図４０は、内側のミラープレートが、可動フレームを介して固定フレームと連結されて、内側のミラープレートが軸中心に傾斜運動を、その可動フレームがそれに長方形に配置された軸中心に傾斜運動を実行することが可能である、ジンバル支持された２Ｄで傾斜されたミラーアセンブリの形の一実施形態によるマイクロメカニカルデバイスの概略上面図である。 図４１は、２Ｄ傾動可能性を有する能動的に曲げることのできるミラープレートの形の実施形態によるマイクロメカニカルデバイスの概略上面図である。 図４２は、ダイナミック励振または非接触モードまたは一時停止モードを有するＡＦＭのためのＡＦＭカンチレバーの形の実施形態によるマイクロメカニカルデバイスの概略的な横断面図である。 図４３は、垂直に有効な力によって撓まされた片持ちにされた梁又はプレートの概略的な横断面図である。 図４４は、静電界によって撓まされた片持ちにされた梁又はプレートの概略的な横断面図である。 図４５は、正規化された電圧に依存した図４４による梁又はプレートの正規化された撓みの基本的な曲線を示しているグラフである。 図４６は、少なくとも一つの層の横歪によって撓まされた片持ちにされた梁又はプレートの概略的な横断面図である。

本発明の好ましい実施形態が以下でより詳細に述べられる前に、まず、その後説明される実施形態の基礎をなしている基本原理または基本的効果が、より詳細に述べられる又は根拠が示される。まず、正の横変形のための形状が提示される。

図１は、単純な平板コンデンサアセンブリ３００の横断面を示す。ここで、電極３０１および３０２は、電気的絶縁材料３０３を使用して、距離ｄで互いに間隔を置いて配置される。電極間の間隔３０４は、空気又は他のガスで満たされうる、または、排気されうる（真空）。そして、それは、誘電率を有する。

この領域力は、非常に高い値をとることができる。例えば、電極板が距離ｄ＝１００ｎｍで互いに間隔を置いて配置され、プレート間に空気（ε＝８，８５・１０^-12 ＡｓＶ^-1ｍ^-1）がある場合、１０Ｖの電圧では、４４ｋＮ／ｍ²の領域力が両方の電極にかかる。数百ナノメートルの範囲のプレート間隔を生じさせることは、マイクロシステム技術において知られている犠牲的層技術を用いた比較的単純な方法で可能である。

静電界の垂直的に作用する力Ｆ_zの結果として、水平方向に作用する反力Ｆ_xが生じる（図１）。この効果は、構造力学において知られた横変形の効果に類似して理解されることになる。その効果は、一方または両方の電極をわずかに傾斜させることによって著しく増加されうる。図２ａ〜図２ｃの典型的なアセンブリにおいて、上部電極３０１または両方の電極３０１および３０２は、角度αだけ傾斜させられている。例３００、４００、５００および６００は、正の横変形の効果と比較することができる。

小さいチルト角αについてさえ、図３ａ、図３ｂに示されるように、互いに離れる方向に向く水平力Ｆ_xが、静電界の垂直力Ｆ_zから生じる。角度α＜４５°について、構造力学から知られる正の横変形の効果に、この「力の変換（ｆｏｒｃｅ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）」は、比較することもできる。

上記の事前の考察は、「負の横変形のための形状（ｇｅｏｍｅｔｒｉｅｓ ｆｏｒ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｌａｔｅｒａｌ ｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ）」のために続けることができる。形状７００および８００（図３ａ、３ｂの平板コンデンサ）において、角度αが４５°より大きく増加された場合、垂直力Ｆ_zは、互いの方に向かう水平力成分Ｆ_xを生成する。この原理は、構造力学の負の横変形として知られた効果と比較することができる。

「負の横変形（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｌａｔｅｒａｌ ｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ）」を理解するために、平面リジッドサポート構造（＝棒が理想的に堅くて、変形することができない棒構造）を使用することもできる。図４ｃの左側の画像において、垂直力Ｆ_zは、外側の方へ作用していて、正の横変形に対応している反力成分Ｆ_xに変換される。図４ｃの右側の図において、上部電極の角度をセットすることによって（α＞４５°、参照図４ａ〜図５）、互いの方を向いている反力Ｆ_xが生み出され、それは、「負の横変形（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｌａｔｅｒａｌ ｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ）」と呼ばれる。これは、力の釣り合い（または力および運動量等価）に基づいて示されうるが、この特定の場合には、これが不定方程式であるので、容易に可能ではない。負の横変形の証明は、ＦＥＭ計算によって実行された。

しかしながら、大きな角度αは、２つの理由で好ましくない。形状９００および１０００が、図４ａ、４ｂに示すように、犠牲的層技術を使用して非常に不十分にしか製造できず、平均して大きい電極間隔のため、より高い駆動電圧が必要とされる。その対策が、図５に示される形状によって与えられる。この形状もまた、犠牲的層技術を使用して予め構築される基板に生成されることができる。

上述した平板コンデンサは、結果として生じる横力によって所望の変形を得るために、後述する実施形態に従って、片持梁または片持プレートなどの変形可能な要素に与えられる。

上述した平板コンデンサ形状については、静電界から生じている力Ｆ_zをどのように水平に作用する力Ｆ_xに変換することができるかについて示された。アクチュエータについての下記の実施形態の主なアイデアは、能動的に梁およびプレートを曲げることができる水平に作用する力の使用法である。これについて、平板コンデンサは、カンチレバーまたは変形可能な要素の上に、または、その中に取り付けられる。

図６ａ、６ｂは、変形可能な要素の例として片持梁を示す（平面図１２００および横断面１３００）。ここで、絶縁材料３０３および電気伝導性材料３０１は、電気伝導性のある梁１２０１の上に堆積される。例えば犠牲的層技術によって、絶縁材料３０３は、横方向に構築されることができ、その結果、薄い空隙３０４が、電極１２０１と３０１との間に形成される。その空隙は、誘電性犠牲的層の厚み幅を有し、従って、キャパシタのプレートギャップを定める。電圧が電極１２０１と３０１との間に印加される場合、梁の表面の横歪みが、静電界の垂直力から生じる。表層歪みの結果として、梁は、（上記のバイモルフまたはモノモルフ原理と類似して）撓まされる。図６ａ、図６ｂに示されているように、規則的な横方向の形状が使用される場合、表層歪みは、およそ一定であり、そして球形の変形プロファイルｗ（ｘ）が生じる。

換言すれば、図６ａおよび図６ｂは、以下に示す図の主題でもあるように、異なって実施されうる、本ケースにおいて片持梁またはプレートとして例示的に実施される電極３０１および変形可能な要素１２０１を有するマイクロメカニカルデバイスであって、絶縁スペーサ層３０３を有するマイクロメカニカルデバイスを示す。そこにおいて、電極３０１は、絶縁スペーサ層３０３を介して変形可能な要素１２０１に固定され、絶縁スペーサ層３０３は、電極３０１と変形可能な要素１２０１との間に電圧を印加することによって、ここでは正負のｚ方向、横方向３０５に沿って変形可能な要素を曲げる横方向の引張り力または圧縮力が生じるように、図６ａおよび図６ｂの陰影のついた方法で示される、図６ａおよび図６ｂのｘ方向と一致する横方向３０５に沿って幾つかの間隔をおいて配置されたセグメントに構築される。ここで、図６ｂに示すように、セグメントは、それぞれ、横方向３０５に対して直角に走っている縦にのびる方向を含むことができる。図６ａおよび図６ｂの実施形態において、セグメントは、ストライプ形に実施される。同じことが、セグメント間のギャップ３０４にも明らかにあてはまる。

変形可能な要素１２０１が、必ずしもプレートまたは梁である必要はない。実施態様が、ボウル、膜または棒を有することも可能である。特に、図６ａおよび図６ｂの場合のように、変形可能な要素１２０１は、それが、横方向２０５に垂直な横方向、ここではｙ方向に沿って電圧を印加することによって、曲がっていない状態を維持するように、サスペンドおよびクランプされうる。しかし、以下の実施形態は、電圧Ｕが横方向３０５に垂直な横方向に沿って、電極と変形可能な要素との間に印加されるとき、変形可能な要素が、それが横方向３０５に沿って同じ方向に曲がるように、サスペンドおよびクランプされうることも示す。その結果は、ボウル形またはヘルメット形の曲がりであり、例えば、方向３０５が、半径方向に対応し、曲げの上述の一般の方向は、絶縁層３０３の厚み幅に沿って、電極３０１から変形可能な要素１２０１に向く。

図６ａおよび図６ｂの座標系によって示されているように、マイクロメカニカルデバイスは、基板、例えばウェハまたはチップに形成されることができる。そうすると、電極３０１は、基板厚み方向、すなわちｚ方向の変形可能な要素１２０１の上又は下に固定され、その結果、変形可能な要素１２０１の曲げによって、それが例えば変形可能な要素１２０１の静止位置に対応する基板平面の外に、すなわち、図６ａおよび図６ｂの場合、ｚの反対方向を指す曲げ方向に、曲げられる。しかし、後に別の実施形態が説明される。それによれば、マイクロメカニカルデバイスは、変形可能な要素を曲げることによってそれが現在の基板平面の範囲で曲げられるように、電極が変形可能な要素に横に固定されるように、基板に形成されることもできる。

梁若しくはプレートまたは変形可能な要素１２０１の撓みの高さは、電圧を変えることによって、能動的に変えることができる。基礎をなす物理原理は、図７の機能的なチェーン（＝物理量の変換）によって説明されることもできる。

図７に示されているように、電圧Ｕは、同様に電極３０１および変形可能な要素１２０１が力Ｆ_zによって厚み方向またはｚ軸に沿って互いに引きつけられるという効果を有する静電界を生成する。そこにおいて、同様に、電極３０１、変形可能な要素１２０１および絶縁層３０３の形状およびアセンブリは、変形可能な要素における曲げｗをもたらす引張り力のまたは圧縮力Ｆ_xが、変形可能な要素に、または、電極３０１と変形可能な要素１２０１との間に生じさせられるという効果を有する。より良い理解のために、変形可能な要素１２０１は、すべてのこれらの特定の実施形態も容易に一般化されることできる梁またはプレートであることが以下で仮定される。

前述したように、垂直力Ｆ_zを横に作用する力Ｆ_xに変換することは、一方または両方の電極がテーパを付けられる（＝傾かせられる）ときに、著しく増加することができる。より大きな力変換は、梁またはプレートのより大きい撓みと結び付けられる。したがって、低い電気駆動電圧は、同じ撓みのために必要とされる。

図８は、上部電極３０１が傾斜させられた実施形態を示す。この形状は、例えば、電極３０１が堆積される前に、すでにその層厚の空隙３０４を生成するための犠牲的層を予め構築することによって生成されることができる。

図８は、電極３０１は、変形可能な要素１２０１から離れる側にカーブした方法で、平面的に、絶縁層３０３のセグメント間に形成されることができることを示す。図８の実施形態において、図１〜図５に関する事前考察の場合にもあったように、電極３０１は、横方向３０５および絶縁スペーサ層３０３の厚み方向によって及んでいる絶縁層３０３のセグメント間の平面、すなわちｘｚ平面においてＶ字形の横断面を有するように形作られる。しかし、そのカーブは、特に、方向３０５に対し横方向に走っているエッジなしで、または、方向３０５に沿った微分可能な曲線を有して、異なって実施されることもできる。図８の場合において、電極３０１は、絶縁層３０３のセグメント間の各ギャップ部分において、絶縁層３０３のすぐ隣接するセグメントから各々の方に向かって連続しており、かつ、さらに１８０°−２×αの角度で交わる変形可能な要素１２０１から離れる向きに連続する２つの平面部分を含む。そこにおいて、図２ｂまたは図３ａのαの定義が使用された。すなわち、αは、絶縁層３０３の平面に対するこれら２つの平面部分の角度を定める。このように、ギャップ３０４ごとに、それは絶縁層３０３のセグメント間の中心を走る、層形の電極３０１のエッジが生じる。角度αは、例えば、１°と４５°との間（それぞれの角度を含む）にある。

下部電極または梁材料１２０１の表面が予め構築された実施形態が、図９に示される。図９は、電極３０１に対向している変形可能な要素１２０１の表面が、絶縁層３０３のセグメントとの間でカーブした方法で、すなわち例えば図９に示すように、電極３０１に対向して、形成されることができることを示す。しかし、図２ｂの場合のように、その表面は、上部電極から離れる向きにすることもできる。基本的に、全９つの組み合わせオプションが可能であり、それらによれば、電極３０１は、平面でありえる、変形可能な要素１２０１の方へ曲がっている、電極３０１の方へ曲がっている、または、それらとは反対の向きでありえる。オプションのうちの６つは、図１ａ〜図３ｂに示された。図２ｃの例に対応する図９の場合も同様に、絶縁層３０３のセグメント間の電極３０１に対向する変形可能な要素１２０１の表面は、それが層形の電極に平行に走るように形成されうる。絶縁スペーサ層は、平面でありえる。絶縁スペーサ層が曲がっている場合、それは、電極３０１および／または変形可能な要素１２０１の各々の表面の断面の曲がりまたは曲率より小さい。

上記効果の大きさのオーダーを推定することができるように、（図９における）実施形態１５００は、有限要素分析法を利用して検討された。これについて、図１０の非最適化された形状が使用された。
● ２００μｍの長さおよび約５μｍの厚みを有するシリコンの片持梁は、下部電極１２０１を示す。５°の傾斜角αが生じるように、梁の表面は予め構築された。
● １００ｎｍの厚み幅を有する二酸化ケイ素の絶縁層３０３は、梁の上にある。
● 上部電極３０３は、厚さ２００ｎｍであって、更にシリコンから成る。
● 電極間のギャップは、１００ｎｍである。個々の電極セグメントは、５μｍの長さを有する。

有限要素モデルを利用して、梁の撓みが算出された。５０Ｖの電圧の梁全体の典型的な変形プロファイルは、図１１に示される（ｘ＝０は、サスペンション位置である）。

印加電圧に依存した梁の末端の最大撓み量が、図１２に示される。

電圧に対する依存の例のために算出された相当する層応力は、図１３に示される：
１．特性曲線は、すでに低い電圧において、高い相当する層応力（ここではＭＰａレンジの圧縮応力）を図１０の形状によって生じさせることができることを示す。このように、その効果は、重要である。
２．典型的な特性曲線の曲線はまた、プレート又は梁のバイモルフ又はモノモルフの曲げに関する平板コンデンサの使用が電歪材料の使用と比較されることができることを示す。電歪材料については、能動的に生み出すことができる物質的な歪みまたは材料応力は、電界または電圧に二乗の形で依存する（→σ〜Ｕ²）。換言すれば、電歪材料は、能動的に撓み可能なカンチレバーまたは他の変形可能な要素の上若しくはその中の、図１０に示された平板コンデンサの形状の使用によって置換されることができる。標準材料を撓み可能な構造または変形可能な要素を生み出すために使用することができるので、前記実施形態は、高い電歪材料カップリングを有する材料を使用する必要なく、電歪効果と同等の効果の使用を可能にする。

この計算例において、上部電極３０１の個々のセグメントは、５０Ｖの電圧で、３０ｎｍ未満だけ、ｚ方向に撓んでいる。従って、電極の動きは、上記の不安定引き込み領域にまだ達していない。同時に、（本発明の構造の力変換によって）２μｍ以上の梁の全体の撓みを観察することができる。このように、全体の撓みは、電極の最大の動きよりはるかに大きく、電極のギャップよりも著しく高い。

このように、上記並びに下記の実施形態は、今までに従来の静電気的に撓み可能なアクチュエータで常に生じていた、引き込み現象の上記「ジレンマ」を解決する。

このように、上で示された実施形態は、湾曲するマイクロ構造のために静電界の使用を可能にする。そこにおいて、全体の撓みは、電極のギャップより著しく大きくありえる。このことは、これまで可能ではなかった。

このように、非常に小さい電極ギャップおよび低い電圧も、マイクロ構造をたわませるために使用することができる。こうして、高駆動効率が可能にされる。このように、前記実施形態はまた、電流が静電界を変える時にだけ流れるので、静電気的に撓み可能なマイクロ構造が低消費電力を有する利点がある。そして、それは、熱機械的、圧磁的、または、磁気歪的バイモルフまたはモノモルフ撓み可能な梁またはプレートである。

電極３０１と変形可能な要素１２０１との間の小さい電極ギャップは、周知の犠牲的層技術を使用することにより、比較的容易につくることができる。半導体互換の「標準的な材料」が、その構造をつくりだすために使用されることができる。

能動的にバイモルフまたはモノモルフの撓み可能な梁またはプレートが、電気活性又は磁気活性材料を使用することなしで、変形可能な要素としてつくることができる。このように、実際上、半導体互換生産工程においては使用されることができないという、高い圧電性、電歪、圧磁性、磁歪材料カップリングを有している材料を使用する問題は解決される。

強誘電性特性も有する、一般の圧電材料（例えばＰＺＴまたはＢａＴｉＯ₃）は、電界の強さと比較して材料歪みの特性曲線のヒステリシスを有する。マイクロ構造がこれらの材料によってたわませられる場合、デバイスの特性曲線（制御電圧に依存する撓み）はまた、ヒステリシス関数を有する。このように、圧電的に撓み可能なマイクロ構造の挙動は決定されない。示された且つ更に示される実施形態の静電気的に、バイモルフ型またはモノモルフ型の撓み可能なマイクロ構造の機械的に変形された構成要素が、可塑的に変形しないと仮定すると、この種のマイクロシステムはヒステリシスを有しない。有利で、決定されたデバイス挙動を考えることができる。

唯一の不利な点は、非常に小さい電極ギャップを有する平板コンデンサにおいて、電荷キャリアが一方の電極から対向する電極に直接にとぶことができるということである。この効果は、「電界放出（ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）」として知られ、それによる電流の流れのため、最大使用可能電圧を減少させる。この不利な効果の強さは、使用された電極材料に依存する。この不利な効果は、適切な方法で電極３０１および変形可能な要素１２０１のための電極材料を選択することによって、または、以下で示されるように、追加的に他の処置をとることによって、例えば互いに対向する電極と変形可能な要素１２０１の表面、または、それらの少なくとも一方に、薄い絶縁層を与えることなどによって、その程度において制限することができる。

上記実施形態によるマイクロメカニカルデバイスのための典型的な製造工程を以下で説明する前に、変形可能な要素１２０１が、導体から成ることができる、すなわち、ドーピングなどによって、それ自体伝導性を有しうる、局所的に伝導性を有しうる、または、電極３０１に対向する側などに、金属被覆などによって、導体でコーティングされうる点に留意する必要がある。変形可能な要素は、半導体材料または他の適切な材料から成ることができる。絶縁層も、材料の選択に関してほとんど制限されない。好ましくは、それは、高い剛性および高い電気抵抗を有する。変形可能な要素の様に、電極３０１は、導体から成ることができるか、局所的に導通するようにされることができるか、または、導体でコーティングされることができる。

典型的な生産方法についての以下の説明において示されるように、変形可能な要素は、半導体基板などの基板の薄くされた領域に対応しうる。そこにおいて、厚み方向に連続的である変形可能な要素の円周に沿ってのびている開口が円周の各部をそれ以外はリジッド基板から分離するという点で、単に局部的、例えば一方又は二方のサスペンションは、任意選択で各ばね要素の形で、実現されることができる。しかしながら、別な方法として、変形可能な要素は、例えば横方向のエッチングによって、基板のそれぞれ大きくひっこんだ場所より上に配置されることによって、動きの自由を有することもできる。

本発明の構造をつくりだすための典型的な手順フローが、図１４に示される。ここで、そのプロセスは、典型的には、ＢＳＯＩ（ｂｏｎｄｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェハ１５５０（ステップａ）で始まる。そこにおいて、ＳＯＩ層１５５２（最上部層またはデバイスシリコン）は、十分に高い伝導率のための適切なドーピングを有するシリコンから成る。ＢＳＯＩウェハの代わりに、明白であるが、他のＳＯＩウェハも、使用されることができる。他のタイプのウェハを有するバリエーションさえ容易に可能である。図示するように、ウェハ１５５０は、ＳＯＩまたは半導体基板の下に埋込酸化物層１５５４およびキャリア基板１５５６を有する層スタックを含む。第１のプロセスステップｂ）として、（ＣＶＤ蒸着または熱成長を利用した）デポジションによって、シリコン酸化層１５５８が加えられ、例えばその厚みが電極ギャップを後に定める。次のステップｃ）において、後に電極３０１を形成する、適切な導体（例えばアルミニウム合金、アモルファスシリコンまたはアモルファス・チタン・アルミナイド）が堆積され、そこにおいて、その物質は１５６０で示される。その後、適切な写真平板プロセスステップによって、小穴１５６２は、一番上の材料層１５６０に（例えば後の犠牲的層エッチング（ステップｄ）のための反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって）生ぜしめられる。その穴の距離、配置およびサイズは、例えば、絶縁領域３０３が犠牲的層エッチング（ステップＢ参照）により残るように、選択される。その後、適切な裏側のリソグラフィは、ＢＳＯＩウェハの裏側で実施される。その結果、ステップｅ）において、処理または支持シリコン（＝ＢＳＯＩウェハの最下層または基板１５５６）は、湿式の化学方法（ＴＭＡＨまたはＫＯＨエッチング）によってだけでなく、おそらく適切なレジストまたはハードマスク上に深掘り反応性イオンエッチング（ｄｅｅｐ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）（ＤＲＩＥ）によって、エッチングされることができる。空洞１５６４より上に薄い、片持ちにされた膜を有する図１４ｅに示されないマスクの裏側の穴によって定められる大領域１５６４が生じる。その後のステップｆ）において、１つ又はいくつかの開いた溝１５６６のエッチングが、カンチレバー（または撓まされる他のマイクロ構造）の端のために実行される。しかし、このために必要とされるエッチング・マスクは、ステップｅ）の前に適用されこともでき、そして、ＳＯＩ層１５５２をエッチングすることは、ＲＩＥ、ＤＲＩＥ、またはおそらく純粋に化学的に、例えばＸｅＦ₂ガスによって実行されることができる。リリースステップｇ）において、一番上のＳｉＯ₂層１５５８の犠牲的層エッチングが実行される。しかし、埋込酸化物層１５５４もエッチングされ、その結果、溝１５６６は連続する開口になる。図１４ｈは、変形可能な要素の構造がカンチレバーまたは片持梁若しくはプレートとしてより明らかに示される平面図を示す。ここで、適切なエッチング液が、ステップｄ）において生ぜしめられたエッチング穴１５６２を通って流れ、ギャップ３０４を形成するために、一番上の電極層３０１または１５６２を侵食する又はくり抜く。理論的には、このために（例えばＢＯＥによって）湿式の化学方法を使用することができるが、それは、液体の強い表面力および薄い被露光構造の付随する機械的応力のため望ましくない（いわゆるスティッキングエフェクト（ｓｔｉｃｋｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）が生じうる）。より良い変形例として、蒸気のフッ化水素（蒸気ＨＦ）を利用したＳｉＯ₂犠牲的層エッチングが知られており、上部電極３０１の等方的に横方向にエッチングするために使用されることができる。この蒸気ＨＦエッチングは、絶縁材料３０３または１５５８が充分な幅に維持されるように、それぞれ選択されたエッチング周期までに実行されることになっている。

上で及び図１４で示された「基本プロセス」は、以下の拡張または修正によって適用する又は改善されることができる。
● デポジションｂ）およびｃ）の代わりに、複数のＢＳＯＩウェハ（ＢＳＯＩ―ＳＯＩウェハ）が使用されることができる。このように、上部電極３０１もシリコンから成る、犠牲的層エッチングのために必要とされる層は、複数のＢＳＯＩウェハの中の上部のＳｉＯ₂層であり、撓まされるカンチレバーまたはマイクロ構造は、中心のシリコン層によって実現される。このアプローチの利点は、機械的に応力を加えられた要素が単結晶シリコンから作り出されることができるということである。単結晶シリコンは、その優れた機械的な剛性のためマイクロアクチュエータ工学ではよく知られている（そして、「普及している」）。
● 曲がった電極３０１だけでなく、複雑な、例えばサイン波電極形状（図１５及び図１６参照）の製造は、ＳＯＩ層１５６０の適切に生成された前構造体化によって実現されうる。これについて、ステップｂ）の前に、最上層のシリコン層（ＳＯＩ）は、湿式又は乾式化学方法を使用して構築されて、グレースケール・リソグラフィ、または、おそらくナノインプリント法を介して構築される。特に、本発明の例（例えば図５の１１００）に示された５４．７°の角度は、単結晶、（１００）配向したシリコンのＴＭＡＨエッチングによって生成されることができる。
● 加えて、上部の犠牲的層１５５８はまた、更に複雑な電極形状をつくりだすために、ステップｃ）の上部電極３０１のデポジションの前に、適切な形成的な方法によって構築されることもできる。例えば、正弦波状の電極形状は、ガラス転移温度より上の高温で二酸化ケイ素を結合することによって可能にされることができる。これについて、ステップが、ＳｉＯ₂層に、例えば適切なドライエッチング法によってエッチングされる。ガラス転移温度より上で、これらの直角をなすＳｉＯ₂ステップを加熱するときに、材料が次第に流れ始めて、エネルギー条件のためその表面を最小化しようとする。ステップの距離及び高さ並びに加熱時間が適切に選択されるときに、エネルギー的に好ましい最小曲面は正弦カーブに対応する。

（図１５〜図２０の）静電気的に撓み可能な梁についての以下の実施形態１６００〜２１００は、すべての可能な形状バリエーションでなく、一部をカバーするだけであるが、更なる図についても役に立つ。しかしながら、まず、以下のことが留意されなければならない。

例えば、図１５に示されており、更に上で指摘されているように、絶縁層３０３のセグメント間の電極３０１および／またはそれに対向している変形可能な要素１２０１の面の湾曲は、Ｖ字でなくなって、実際には丸まったものとすることが可能である。図１６に示されているように、絶縁層３０３自体のセグメントの領域部分において、電極３０１およびそれに対向している変形可能な要素１２０１の面を平面的に実施することは必要でない。むしろ、電極３０１および／またはそれに対向している変形可能な要素１２０１の面の波形は、絶縁層３０３およびそのギャップ３０４のいくつかのセグメントにわたって連続的にのびることができる。しかし、絶縁層３０３またはそのセグメントは、実施形態に示されるように、通常の平面に、すなわち平面的に形成されることができる。その結果、電極３０１および／またはそれに対向している変形可能な要素１２０１の面ごとに、反対の位置にデザインされた湾曲が絶縁層３０３のセグメントの位置にも存在する。

すでに上で述べたように、図１７は、図２ｂの事前の考察に対応して、図１７の電極３０１およびそれとは離れる方に向く変形可能な構造１２０１の表面の典型的なＶ型の曲がりが、互いに離れる方向を指し示して実装されうる。図１８および図１９は、上部電極３０１又はそれに対向している変形可能な構造１２０１の面の曲がりに関して、図３ａまたは図３ｂの実装に対応するマイクロメカニカルデバイス１９００または２０００のための更なるオプションを示す。図２０は、電極３０１と変形可能な要素１２０１との間に電圧を印加することによって、ｚ軸の方向、すなわち図２０の上部の方への、変形可能な要素１２０１の変形が、すなわち絶縁層３０３のセグメント間の個々の部分の横変形のため、生じるように、絶縁層３０３のセグメント間の部分が図５の実装に従って形成される他のマイクロメカニカルデバイス２１００を示す。

前記説明に関して、以下のことが、指摘されなければならない。前述の実施形態すべては、それに３１０ａ、３１０ｂおよび３１０ｃを有する３つの部分として図１８において例として示され、絶縁層３０３のすぐ隣のセグメント間にのびる周期的部分が、すなわち、例えば、図１ａ〜図５のうちの１つの実施態様の選択に関して、方向３０５にセグメントの間隔を置くギャップ３０４の横断面の寸法まで、すべて等しく構築された。しかし、これは、必ずしもそうである必要はない。個々の部分３１０ａ〜３１０ｃにわたって、電極３０１またはそれに対向している変形可能な要素１２０１の表面の曲がりに関する寸法又は実施態様は、異なることもできる。図１８は、三次元の図として例として示され、この図から、絶縁層３０３の個々のセグメントが、好ましくは完全に互いに分離しており、更には変形可能な要素１２０１の端または横方向の外周で分離したままであり、その結果、ギャップ３０４が、方向３０５の横方向の端で、または、方向３０５の横方向に互いに対向する端で、開口していることが明白になる。

加えて、上記実施形態において、周期的平板コンデンサアセンブリが変形可能な要素３０１の主面のうちの一方にだけ常に配置されたことは、指摘されなければならない。しかし、これらの周期的に繰り返されている平板コンデンサアセンブリが変形可能な要素の上部および下部に、または、変形可能な要素の中間相の上下に配置されることも、可能である。これは図２１ａに示される。図２１ａに示されているように、横方向の圧縮応力を生み出すための静電アクチュエータが変形可能な要素１２０１の上部および下部に実装される場合、すなわち、絶縁層３０３のセグメント間の個々の部分が、正の横変形のための実装に対応する場合、変形可能な要素１２０１または梁若しくはプレートは、電極３０１がどのように対処されるかに依存して、両方向に、すなわち、図２１における上部又は下部の方に、撓ませられる（または、共振して震動する）ことができる。上部および下部の平板コンデンサが横方向の引張応力のために実行される又は負の横変形のための実施態様に対応するときに、同じことがあてはまる。

図２１ａの場合、梁１２０１は、電圧が上部電極３０１と変形可能な要素１２０１との間に印加されるときに、上部の方へ曲がり、この電圧が下部電極３０１と要素１２０１との間に印加されるときに、下部の方へ曲がり、その一方で、電圧はそれぞれ異なる電極ペアに印加されない。しかし、変形可能な要素１２０１の上の平板コンデンサアセンブリが、引張り応力または負の横変形のために実装されること、そして、横方向の圧縮応力または正の横変形のために、下部に実装されることも、可能である。この場合、変形可能な要素の撓み量は、増幅されることができる、または、その撓み量は、同じ電気駆動電圧によって増加することができる。この場合、電圧は、上部電極３０１と変形可能な要素１２０１との間、および、変形可能な要素１２０１と下部電極３０１との間の両方ともに、それぞれ印加される。もちろん、逆の構成も、可能であり、それによれば、上部のキャパシタ配置は、正の横変形のために、そして、下部では、負の横変形のために実装される。

加えて、結果として歪み効果を増加させるための複数のアクチュエータになるように、各々の上に平板コンデンサ装置またはアセンブリのいくつかの平面をスタックすることは、可能である。これに関するオプションは、図２１ｂおよび図２１ｃにおいて示す。両方の図は、更なる電極３０１が、第１の電極３０１とは別に存在することを示す。そして、それは、更なる絶縁スペーサ層３０３を介して変形可能な要素から離れた側の第１の電極３０１の面に固定され、更なる絶縁スペーサ層３０３は、横方向に沿っていくつかの間隔を置いたセグメントにも構築される。図２１ｂにおいて、更なる電極３０１のセグメントは、第１の電極３０１のセグメントの間隔で横に位置決めされ、その一方で、図２１ｃの場合、２つの絶縁層３０３のセグメントは、横に互いに一定の方向を向き、その結果、それらは、それらの間の各ギャップ３０４と同様に、第１の電極３０１全体にわたって互いに対向する。

図２１ｂによる実施態様は、それによれば、アクチュエータ要素が、下にあるアクチュエータ要素と比較して、ラスタ幅の半分だけオフセットされて各々配置され、アクチュエータ層の機械的相互作用を低減する。曲げるための図２１ｂおよび図２１ｃによる実施態様において、電圧は、一方では電極３０１間、他方では第１の電極３０１と変形可能な要素１２０１間で、両方同時に印加され、それによって説明された歪み効果を増加することができる。

前の実施形態は、梁またはプレートが平面から曲げられることができて、それ故、静電ドライブの水平構造のため、ｚ方向に撓まされうるという点を特徴とした。これは、とりわけ、ｘ―ｙ平面が基板平面に対して平行であった概略的な座標系によって示された。この理由は、薄い犠牲的層を利用して小さい電極ギャップの比較的単純な製造であったからである。

しかし、図２２に示されているように、基本的に、傾斜させた方法で構造を構築することも可能である。ここで、電極領域３０１および１２０１は、基板平面に互いに直交するように配置される。このようにして、超小形構成要素は、チップ平面内で（例えば図２２のｙ方向に）撓ませることもできる。

このように、それが形成される基板の平面の変形可能な要素１２０１の撓みは、図２２のマイクロメカニカルデバイスによって可能である。次に、可能な生産方法について説明する。

平面を有するマイクロ構造のバイモルフまたはモノモルフ型撓みが今までに熱励振を使用して（例えば［１９］、または、ホットアーム原理によって：［２９］）可能なだけあった。知っている限りでは、電気または磁気活性的な効果をここでは使用することができない。というのも、例えば梁の側壁に、必要とされる層特性を有する各物質を堆積させることは困難であるからである。熱機械励振と比較して、静電気的にモノモルフ型またはバイモルフ型の撓み可能なアクチュエータは、低消費電力を有する。このように、マイクロ構造のエネルギー効率の良いモノモルフ型またはバイモルフ型の撓みは、チップ平面の範囲で可能にされることができる。これは、今までは可能でなかった。

以下に、チップ平面内での撓みを有する図２２の実施形態に関して、典型的な生産工程を説明する。

これらの構造を生産することが、図１〜図２１ｃほど容易でないが、マイクロシステムに関する一般の技術を使用することは不可能ではない。特に、マイクロエレクトロニクスにおいて、最小構造幅のますますの極小化によって、１００ｎｍレンジの横方向の構造幅も、マイクロシステム技術で使用可能になるであろうことも期待されうる。現在では、約１μｍの最小構造解像度は、マイクロシステム技術では一般的である。

図２３は、本発明の垂直に構築された構造の典型的な簡略手順フローを示す。ここで、小孔１５７０が深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）（ステップｂ）を使用して、適切なウェハ（例えばＢＳＯＩウェハ）のデバイス・シリコン１５５２に生じさせられている。その孔１５７０は、絶縁層３０３のセグメントとして、または、その位置として用いられる。その後のステップｃ）において、例えばＣＶＤ蒸着または熱成長を利用して、小孔１５７０は、シリコン酸化膜または他の絶縁材料で満たされる。その後、十分に高い横の構造解像度で構築することによって、電極３０１および１２０１間のギャップ３０４は、例えば、ＤＲＩＥ技術を使用してエッチングされることができる。このステップｄ）において、ＤＲＩＥによって、撓まされるマイクロ構造の輪郭１５７４（例えば梁の端）を同時にエッチングすることも、可能である。基板厚み方向に連続した開口１５７４は、変形可能な要素の輪郭だけでなく変形可能な要素の撓み可能な軌道も定める。そして、それが図２３ｄの開口１５７４が、より広々としたものとなっている理由である。図２３ｅは、断面図の図２３ｄの最終状態を示す。図に示すように、絶縁スペーサ層３０３を間に含んでいる電極および変形可能な要素１２０１が、ウェハまたは基板のＳＯＩ層１５５２にだけ形成されることもありえ、ここで、埋込酸化物層１５５４およびキャリア基板１５５６は、変形可能な要素１２０１の動きを自由にするために、局所的に除去される。しかし、埋込酸化物層１５５４だけが取り除かれ、一方、キャリア基板１５５６が変形可能な要素の下に残ったままにされるケースもありえる。結局のところ、それが、必ずしもＳＯＩウェハである必要はない。

図２４ａに示されるように、横方向の構築化（そして、その後のエッチング）のため、ギャップ３０４の形状だけでなく、上部電極３０１の形状も形成することは可能である。このように、ｚ方向の撓みに関する上で示されたすべての実施形態を製造することができる。加えて、図１５〜図２１ｃに示された組み合わせ、並びに、複数層アクチュエータ、並びに、横方向の引張り歪み若しくは圧縮歪みを生み出すためのアクチュエータの組み合わせは、中立素分の上下に可能であり、いかなる追加的労力なしでも実施されることができる。

図２４に示される工程フローは、それがいかなる煩雑なマイクロ構造の面内の撓みにも適していることを示す。これは、環状の梁を基礎とした図２４に示す。この梁は、一端に確実にクランプされる。静電アクチュエータが梁の（端の近くの）中立素分の外側に取り付けられる場合、環状の梁の半径は、制御可能な電圧によって変化する。梁の自由端は、チップ平面内の横方向の動きを実行する。

しかしながら、このような方法で撓み可能であるマイクロ構造の他のいかなる形状も可能である。

以下に、前記実施形態が特定のアプリケーションで使用される実施形態について説明する。ここで、これまでに示された構造１２００〜２１００は、能動的に撓み可能なマイクロデバイスの範囲で使用される。以下のセクションは、いくつかの例に基づいて上で示した静電気的に撓み可能な梁およびプレートの使用法を示す。これらの例は、もちろん、完全ではなく、上で示したマイクロメカニカルデバイスまたはそのバリエーションの使用法の多様性を示すことになる。

図２５の実施形態において、例えば、上記実施形態のうちの１つに類似したマイクロメカニカルデバイスは、能動的なフォーカス変化のための能動的に曲げることのできるマイクロミラーとなるように使用される。丸い輪郭を有するミラープレートは、最適にサスペンドされている変形可能な要素として機能する。そこにおいて、その裏側に、絶縁スペーサ層のセグメントが円形状で且つ互いに同心状に、そして、ミラープレートの輪郭に形成され、それを介して、電極がミラープレートの裏側に固定される。上記実施形態に類似して、横方向、すなわち、スペーサ層が構築され、ミラープレートを曲げることができる半径方向が存在する。そして、凹面若しくは集光ミラーまたは凸面鏡として正若しくは負の横変形のための平板コンデンサ部の実施態様に依存する。

図２５は、例として能動的なフォーカス変化のための静電気的に能動的に曲げることのできるマイクロミラーの実施形態を示す。この図において、細い黒線は、物体の形状を定めている開いたエッチングされた溝である。円環状のミラープレート３００１は、４つの弾性のばね要素３００２を介して固定フレーム３００３と連結される。ミラープレートの底面３００４に、例として、構造１５００が実装される（図２５ｂ参照）。静電気的に撓み可能な構造の２つの電極３０１および３００１間に電圧を印加することは、プレートの底面３００４に横方向の圧縮歪みをもたらす。横方向の圧縮歪みの結果として、プレートはボウル形状に曲げられ、それは図２５ｃに示される。個々の平板コンデンサセグメント３１０の横方向の形状がプレート３００１の全体の寸法と比較して小さく、加えて、均等に割当てられる場合、プレート３００１の底部３００４へのおよそ一様な放射状に作用する表層圧縮歪みを考えることができる。この一様な表層歪みのため、プレート３００４のおよそ球面の変形が得られる。

反射層がプレートの表面３００５に堆積される場合、構造３０００は、光のアクティブフォーカス変更のために使用されることができる。ここで、凹面鏡の焦点距離を変えることは、電圧を変えることによって成し遂げられる。

図２５の例のありうる拡張が、以下である。
● 電圧によって横方向の引張歪みを生じさせる構造が使用されて、ミラープレート３００１の底部に実装されるとき、ミラープレートは、ヘルメット形に曲がる。ヘルメット形の曲がりは、おそらく、適切な光学系を使用して光のアクティブフォーカス変更のために使用されることもあるだろう。
● すべての発明の構造１２００〜２１００は、基本的に、ミラープレートの上部に実装されることもできる。しかしながら、（１２００を除いた）これらの発明の構造が、曲がった電極セグメント３０１のため表層トポロジー効果を有することは、不利な点である。焦点合せされる光の使用された波長に応じて、この表層トポロジー効果は、結果として反射された光線において、ほとんどの場合望ましくない屈折および散乱効果となりうる。したがって、その構造が曲げることのできるミラープレートの表面に配置されることになっている場合、更なる平面層が構造１３００〜２１００の上部電極３０１に堆積される場合、それは有利でありえる。これは、例えば、マイクロシステム技術において知られた化学的・機械的研磨（ＣＭＰ）の方法を使用して、適切な薄層のデポジションおよび平坦化によって実行される。
● 構造１２００〜２１００のセグメント化された配置を使用して、または、電極３０１または１２０１と各電気配線のうちの少なくとも１つのセグメント化によって、ミラープレートの上下に異なる高さの圧縮のおよび張力の歪みを有する領域を生み出すことも可能である。これによって、ミラープレートは、異なる位置で異なる程度に曲げられる。この原理によって、マイクロミラーは、光の波面の特定の影響（単に焦点を外すだけではない）のため（いわゆる補償光学（ａｄａｐｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ）ミラー＝ＡＯミラー）に得られる。

図２６に関して、一実施形態について以下に述べる。それによれば、前記実施形態を利用して、空間的に光を偏向するための微小傾斜ミラーはマイクロメカニカルデバイスのために得られる。この実施形態において、変形可能な要素は、ミラープレートが傾斜可能な方法でサスペンドしているばねを形成する。ばね要素または変形可能な要素を曲げることは、傾斜につながる。

バイモルフまたはモノモルフ撓み可能なはり構造を使用して能動的に傾斜プレートのための単純なオプションが、図２６ａ〜図２６ｃに示される。ここで、（おそらく長方形の）ミラープレート３１０１は、１つ又はいくつかの梁形のばね要素３１０２を介して固定フレーム３１０３と連結される。さらにまた、構造１２００〜２１００の静電界の力が使用される（ここでは、例として構造１５００）。これについて、その構造は、梁形のばね要素３１０２の上に、その範囲内に、または、その底部に、実装される。さらにまた、電圧によって生成される引張り歪み又は圧縮歪みは、結果としてばね要素３１０２の能動的な曲がりをもたらす。結果として、図２６ｃに示されているように、ばね要素に取り付けられるプレート３１０１は傾斜させられる。このプレートが上面３１０５および／または底面３１０６に適切なミラー層を有する場合、それは、空間的に光を曲げるために（例えば平面の中の一次元の光スキャンまたはビーム位置決め）使用されることができる。ミラーの撓みは、準静的だけでなく共振振動して、実行されることができる。

図２６に示される静電気的にバイモルフまたはモノモルフ傾斜可能なミラープレートのオプションには、中心回転の軸がないという不利な点がある。これは、傾斜ミラーの回転の軸がミラープレート３１０４の対称軸と一致しないことを意味する。空間的に光を曲げるための微小傾斜ミラーの以下の実施態様は、中心回転軸を有する。

図２６ｂおよび図２６ｃに示されているように、ばね要素または変形可能な要素がミラープレート３１０１と比較して減じた厚み幅を有し、その結果、ミラープレート３１０１はより固く、したがって変形に対してより耐性があり、一方、ばね要素または変形可能な要素は、より容易に変形されることができる点に更に留意されるべきである。しかし、これは絶対に必要というわけではない。

共振ドライブを用いて、変形可能な要素１２０１の形でプレート３１０１、ばねの重量およびその復元力からばね質量系の力学的共振周波数の範囲で定められる周波数を有する交流電圧の形で、電極３０１および変形可能な要素１２０１との間に電圧が印加される。

モノモルフ型またはバイモルフ型の撓み可能な平行な梁構造を用いた（ミラー）プレートを傾斜させるために必要とされるトルクを生成するための考えられる構造が、図２７に示される。原理に関しては、ここで、図１８も参照されたい。ここで、能動的に調節可能な物質的な歪みを有する前記実施形態のうちの１つによる構造は、平行なはり構造３１５０の各制御回路部３１５２および３１５４に堆積される。梁のアクティブ層の能動的に調節可能な物質的な歪みの範囲が（例えば、歪みの異なる符号によって示される、図２７、例１において）異なる場合、トルク３１５８は両方の梁のジョイント３１５６で生成される。

換言すれば、図２７は、例えばプレートの鏡軸に近軸の、傾斜可能なプレートをサスペンドするために使用されることができる平行した梁構造３１５０を示す。梁構造３１５０は、互いに平行に配置された２つの梁３１５２及び３１５４を有する。それらの伸張方向に沿ったこれらの梁３１５２および３１５４の一端で、それらは、共通の連結梁３１６０を介して図２７に示されていない傾斜させられる構造、または、直接傾斜させられる構造に連結されるように、ジョイント３１５６で互いに連結される。反対の端で、梁３１５２および３１５４は、それは図２７にも示されないが、フレームにしっかりと連結される。それらの上部３１６２若しくは３１６４および／またはそれらの底部３１６６若しくは３１６８に、すなわち対向している及び離れる方を向いている梁３１５２および３１５４の面領域を連結する面に、梁３１５２および３１５４は、絶縁層３０３及び電極のセグメントの上記構造のうちの１つを供給され、その結果、一方である梁３１５２が、図２７の梁３１５２のようにｚ方向と反対の方向に曲げることが可能であり、もう一方、図２７の梁３１５４は、その反対方向すなわちｚ方向に、各電圧を印加することによって、曲げることができる。相互に梁を曲げることによって、トルク３１５８が生じ、したがって、サスペンドされた要素、例えばミラープレートの回転を生じさせる。

図２７に示される構造１２００〜２１００を有する平行した梁構造３１５０を用いて、図２８に示される能動的に撓み可能な傾斜ミラーを実現することができる。図２８の静電気的に撓み可能な傾斜ミラーにおいて、例えば円状の、ミラープレート３２０１は、図２７の構造３１５６に対応する２つのＹ字形の曲げられる平行した梁構造３２０２（＝Ｙ字形のばね要素）を介して、固定フレーム３２０３と連結される。静電気的に、モノモルフ型またはバイモルフ型の撓み可能な平板コンデンサドライブは、ばね要素３２０２の各梁の上部、その中、および／または下側にある。電圧を変えることによって、ミラープレートは、平面から傾斜させられることができる。そこにおいて、傾斜軸３２０４は、ミラープレート３２０５の中心対称軸と一致し、ミラープレート３２０１は、Ｙ字形のばね要素３２０２を介してこの軸３２０４に沿って反対側でサスペンドされる。

図２８の例３２００は、引張り応力又は圧縮応力を生成している２つのサブアクチュエータタイプを有する。加えて、更なる組み合わせが可能である。本発明の、静電気的に撓み可能なカンチレバー１２００〜２１００を交換することが可能であり、それは図２９に示される。加えて、ミラープレートのＹ字形のサスペンションの一方だけを使用することも可能であり、それは図３０および図３１に示される。

加えて、または、代わりに、裏側に、すなわち鏡から離れる方の面に、圧縮または引張歪み生成のための構造を与えることは可能である。

電気的に静電駆動器を接触させることがより容易に実現されうるように、図２８〜図３１に示されたミラープレートのＹ字形のサスペンション３２０２を１８０°だけ向きを変えることが有効でありえる。図３２において、このことは、上で述べたすべての組み合わせ３２００〜３５００のために例として示される。ここで、静電ドライブの上部電極３０１の電気配線は、梁構造を介して固定フレームに送られる導電トレース３６０１によって実現することができる。第２の接触平面１２０１は、すべてのアクチュエータについて、各導電基板によって実現することができる。

図４５に関して、すでに示されたように、モノモルフ型またはバイモルフ型の撓み可能なプレート及び梁のサポートを有する最大偏位が、それらの構造長さｌに二次曲線的に依存する。大きな撓みは、長い梁によって得られることができるだけである。上で示された静電気的に撓み可能な傾斜ミラーの実施形態において、横方向の空間要件は、平行したはり構造３２０２の必要とされる横方向の寸法のため不利である。よりコンパクトなドライブを有する微小傾斜ミラーが、以下のセクションで示される。

静電アクチュエータ構成要素がばね要素の上に（その中に、または、下に）位置付けられ、それは、典型的な丸いミラープレートの端に分布した方法でもたらされる、光の空間屈折のための微小傾斜ミラーについての可能な実施形態が図３３に示される。この実施形態は、「分布ばね（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｓｐｒｉｎｇｓ）」として知られている。分布ばねのアクチュエータ構成要素を位置付けることは、すでに特許出願の内容であって、特許出願公開第１０２００８０４９６４７号明細書において詳細にわたって説明されている。ここで、さらにまた、静電気的に能動的に撓み可能なモノモルフ型またはバイモルフ型のはり構造１２００〜２１００は、ミラープレートを撓ませるために使用された。

図３３の実施形態において、ここで典型的な円形のミラープレート３２０１が傾斜および鏡軸３２０４に沿って連続するねじりばねを介してサスペンドされる。そこにおいて、ねじりばね３７０２は、傾斜軸にあるミラープレート３２０１の円周に沿った点では直に影響を及ぼさないが、円周に沿った軸３２０４から離れた点３７０３に影響を及ぼす。それぞれ梁形で実施され、図１〜２２の前記実施形態のうちの１つに従って能動的に曲げることのできる構造によって形成されるいわゆる分布ばね３７０１は、ねじりばね３７０２から円周に沿ったこれらの点３７０３にリードしている。同時にその構造に電圧を印加することは、軸３２０４を中心とする鏡３２０１の傾斜をもたらす。そのとき、図３３に示されているように、引張歪み生成構造は、分布ばね３７０１のための軸３２０４に対して他の側面側への圧縮歪み生成構造に使用される。このように、分布ばね３７０１は、軸３２０４に沿ってのびている各ねじりばね３７０２からプレート３２０１の円周に沿った軸から離れた点３７０３に沿ってのびるプレート３２０１の円周に沿った梁形においてリードしている。

静電アクチュエータ構成要素３８０３が前記実施形態に従って分布ばね３８０１若しくは３９０１の、または、その下の少なくとも一つの１２個の可能な位置に配置されることができる、円形ミラープレートの２つの更なる実施形態は、図３４および図３５に示される。

図３４および図３５の実施形態は、すでに図３３の実施形態において、分布ばねが共通のねじり軸から生じる必要がないが、各分布ばねがそれ自身のねじり軸を有することができることを明らかに示す。図３４および図３５の場合、例えば、ミラープレート３２０１は、傾斜軸３２０４と直角をなし、ミラープレート３２０１の対称軸を示す軸３８０５に鏡面対称に、８つの分布ばね３８０３によってサスペンドされる。８つの分布ばね３８０３は、ミラープレート３２０１の円周に沿って傾斜軸３２０４に対称な８つの異なる位置で影響し、ミラープレート３２０１の円周に沿った効果の位置からミラープレート３２０１の円周に沿って傾斜軸３２０４の方にのびて、そこからねじりばね３８０２を介してサスペンション３２０３にのびる。そこにおいて、傾斜軸３２０４に平行に走る各ねじりばね３８０２は、各分布ばね３８０３に割り当てられる。このように、全体から見て、８つの分布ばね３０８２が、すでに述べたように、表側、裏側又はその両方に、構造１２００〜２１００のうちの１つによって圧縮歪み若しくは引張歪み生成についての構造を含むことができる１２の部分を有する。図３４および図３５の実施形態の傾斜原理は、それ以外では図３３による実施形態のものと同じである。上述の分布ばね３８０３の１２の可能な部分に上記実施形態の１２００〜２１００による可能な駆動構造の分布のために、特に以下の組み合わせが有利である。
● 引張り歪みのためのアクチュエータは、ねじり軸３２０４より上に配置されて、圧縮歪みのためのアクチュエータは、ねじり軸３２０４の下のみに配置される。
● 上記と同じで、引張り歪み及び圧縮歪みだけが交換される、または、１８０°だけ向きを変えた配置とする。
● 引張り歪みのためのアクチュエータだけが、ねじり軸３２０４の上にだけ又は下にだけ配置される。
● 圧縮歪みのためのアクチュエータだけが、ねじり軸３２０４の上にだけ又は下にだけ配置される。

以下に、微小傾斜する及び上昇するミラー（ｍｉｃｒｏ ｔｉｌｔｉｎｇ ａｎｄ ｌｉｆｔｉｎｇ ｍｉｒｒｏｒ）の例について説明する。特に、ｚ方向又は基板厚み方向の平行運動を有する降下ミラー（ｌｏｗｅｒｉｎｇ ｍｉｒｒｏｒ）として同時に使用することができる傾斜ミラーの実施形態が説明される。この種の鏡は、図３６に示される。

ここで、典型的な長方形のミラープレート（３２０１）は、２つの□形のばね要素４００１および４００４に取り付けられる。本発明の、静電気的にバイモルフ撓み可能な構造（１２００〜２１００）の最高１６の部分が、□形のばね要素の上、その中、または、その下にある。これらの構造の能動的に調節可能な横歪は、□形のばね要素の梁のＳ型の湾曲の効果を有する（図３６ｂの断面ＡＡ参照）。そこにおいて、ミラープレートの端は、ｚ方向への撓みを体験する。ばね要素（例えば４００４）がたわむ場合、ミラープレートは、その回転軸３２０４を中心に傾斜させられる。このミラープレートの揺動運動も、ばね要素４００１および４００４を交互に撓ませることによって遂行することができる。両方の□形のばね要素が同時に撓む場合、ミラープレート全体は持上げられる。したがって、プレートは、上昇ミラーとして使用されることができる。

換言すれば、図３６の実施形態は、□形のばね要素４００１および４００４を介して、それの周に沿って反対側でサスペンドされたミラープレート３２０１を示す。各□形のばね要素４００１および４００２が両半分を有し、Ｕの開口側を有する互いに対向するＵ字形のばね部分を含む。両半分は、Ｕの開口端でミラープレート３２０１およびサスペンションに連結される。各ばね要素がミラープレート３２０１の端につなげられる点のその静止位置からミラープレート３２０１を撓ませることによって、図３６ｂに図示するように、ばね要素のＵ字形状半分の湾曲を生じる。各Ｕ字形状半分４００５で、４つの順次配置された部分は、サスペンション位置３２０３にプレート３２０１の端に沿った連結点４００６から生じる。そして、それは、図３６ｂで分かるように、交替に逆の湾曲または反対方向への湾曲を体験する。これらの４つの部分のうちの２つは、Ｕ字形状半分４００５の脚部４００７にあり、他の２つは、Ｕ字形状半分４００５の他の脚部４００８にある。すでに前述したように、脚部４００７および４００８は、連結部分４００９を介してＵｓの閉口部分において互いにつながっている。逆の曲がりのため、反対の張力、すなわち、図３６の異なる参照番号ですなわち圧縮歪みを生成するための構造のための参照番号４００２および引張り歪みを生成するための構造のための参照番号４００２で与えられた圧縮歪み及び引張り歪みを生成するための構造は、４つの部分に沿って交替に配置される。このようにして、ミラープレート３２０１は、合計４つのＵ字形状半分４００５によってサスペンドされ、それらのうちの２つが、それぞれ、ばね要素４００１および４００４のうちの１つを形成する。

さらにまた換言すれば、図３６は、□形のばね４００１および４００４を介して固定フレーム３２０３と連結される長方形のミラープレート３２０１を示す。そこにおいて、さらに、図３６において、例として、曲げ構造が上述の１６の可能な位置で□形のばねに位置付けられる。

□形のばね要素のうちの１つに静電駆動要素４００２および４００３が交換される場合、ミラープレートの端は、負のｚ方向に移動する。このことは、ばね要素４００１のための図３７に例として示される。この構成では、ばね要素４００１および４００４の静電ドライブが同時に使用されるまたは制御されるときに、ミラープレートは回転軸３２０４を中心に傾斜を経験する。傾斜角は、静電ドライブの同じ駆動電圧を用いて図２６の装置と比較して、およそ２倍の大きさである。しかし、ミラープレートの上昇移動は、この装置では、もはや可能でない。

図３６および図３７に示された微小傾斜ミラーの実施形態は、光の空間二次元的偏向のために拡張されることもできる。これについて、図３８に示されるアセンブリが使用されることができる。この例において、ミラープレート３２０１は、４つの□形のばね要素（４００１、４００４、４２０１および４２０２）を介して、固定フレームとつなげられた。□形の個々のばね要素の撓みに応じて、ミラープレートは、ねじり軸３２０４および４２０３を中心に傾斜させることができる。すべての□形のばね要素の同時の撓みによる（平面内の梁位置決めのための）両方の軸を中心とする同時の傾斜も、ミラープレートの（位相変化させる光学素子としての）上昇移動も可能である。

静電アクチュエータ構成要素の上述した交換に類似して、ここでは傾斜角度を約２倍にすることが可能である。これは図３９に示す。

図３６および図３７のように、図３８の異なる参照番号４００２および４００３も、異なる引張り応力又は圧縮応力、すなわち、圧縮歪みを生成している構造のための参照番号４００２および引張歪みを生成している構造のための参照番号４００３を生成している構造を示すことになる。

このように、図３８および３０９は、各々、４つの□形のばね４００１、４００４、４２０１および４２０２を介して固定フレーム４２０３と連結される長方形のミラープレート３２０１を示す。そこにおいて、ここでは例として□形のばねに加えて、引張り歪み又は圧縮歪み生成構造４００２および４００３は、ここでは可能な限りの３２の位置に配置される。

駆動原理について最後に説明された実施形態は、基底要素、更には生産技術又は基板もまた組み合わされうる。可能な組み合わせは、例えば、光の二次元の偏向を可能にするために、互いにジンバル支持された２つの傾斜可能なミラープレートの配置である。図４０の例において、例として、基本構造３７００は、ここで２回使用された。基本的に、上記のすべての傾斜ミラーが使用されることができる。そこにおいて、ジンバル支持を利用して、それは２Ｄを傾斜ミラーとして使用されるために組み合わされることができる。

図２５に関して説明されるように曲げることのできるミラープレートを有する集束ミラーの組み合わせは、上記の傾斜ミラーと、または、上昇ミラーとして使用されうる装置４０００または４２００とも組み合わされうる。典型的な組み合わせアセンブリは、図４１に示される。

特に、図４０は、内側ミラープレート３２０１が可動フレーム５００３を介して固定フレーム３２０３と連結されるジンバル支持した２Ｄ傾斜ミラーアセンブリを示す。内側ミラープレート３２０１は、軸５００２を中心とする傾斜運動をもたらすことができ、その動きは、軸５００１を中心とする傾斜運動を構成する。図４１は、ビーム集束３０００および２Ｄ傾斜ミラーアセンブリ４２００のための静電気的に能動的に曲げることのできるミラープレート３２０１の組み合わせを示す。

原子間力顕微鏡検査（ＡＦＭ）に関して、探針（ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｔｉｐ）を有する一般に薄い梁（板ばね）は、物質解析（表面粗さ、その電気分極を有するドメイン）のために使用される。これらの測定方法のために、探針を有するカンチレバーが共振振動モードで能動的に撓まされるまたは作動される測定モードが存在する。梁を撓ませることは、上記の静電気的にモノモルフ型またはバイモルフ型の撓み可能なカンチレバーによって実行されることもできる。図４２は、原子間力顕微鏡検査のための静電気的に撓み可能なカンチレバーを使用するためのオプションを示す。この例においては、例として、構造１５００が、ＡＦＭのために必要とされる探針６００１で付加される。

最後に、図４２は、上記実施形態が原子間力顕微鏡検査のために、すなわちＡＦＭカンチレバー（カンチレバー＝片持梁）として、使用されることもできることを示している実施形態を示す。

このように、前記実施形態は、とりわけ、横方向に作用する引張り力又は圧縮力によって能動的に梁またはプレート１２０１を曲げることができるように、電極３０１が梁またはプレート１２０１より上の小距離３０４のところに配置される静電気的に撓み可能なマイクロメカニカル部材を示す。そこにおいて、低い電極ギャップ３０４が絶縁材層３０３によってつくりだされる。静電駆動の電極は、横方向に絶縁層３０３を構築することによって、いくつかのセグメントに横方向に分けられることができる。横方向の構築は、均一に実施されることができ、その結果、横方向に作用するおよそ一定の引張り歪み又は圧縮歪みが、横に作用する引張り力又は圧縮力から生じる。電極３０１および絶縁材層３０３はまた、能動的に曲げられる梁またはプレート１２０１内に、又はその下に、または、その上下に配置されることもできる。電極３０１は、デバイス１４００および１９００のための実施形態の場合のように、平面に対して傾斜させた方法で配置されることができる。梁またはプレート１２０１の表面もまた、それぞれ構築することによってテーパをつけることもできる。そこにおいて、実施形態１５００、１８００、２０００および２１００を参照されたい。傾斜角は、例えば、５０°と６０°との間の範囲にあり、例えば、特に５４．７°である。

電極３０１および／または梁またはプレート１２０１の表面もまた、垂直に波状の形状で実行されることもできる。そこにおいて、実施形態１６００および１７００を参照されたい。波状の横断面は、折曲状、球形又は卵形であるように実施されることができる。しかし、横断面は、いかなる機能にも対応することもできる、またはいかなる自由な形状によっても示されることもできる。

電極３０１および絶縁材層３０３は、梁またはプレート１２０１の上に、その中に、および／または、その下に、相互に積み重ねられるいくつかのシートに配置されることもできる。複数のアクチュエータにおいて、個々のセグメントは、構造の半分だけ互いにオフセットさせて配置されることができる。

加えて、絶縁材層３０３が犠牲的層エッチングによって電極３０１のギャップを生み出している犠牲的層でもあることは可能である。電極３０１および梁またはプレート１２０１間のギャップは、例えば、１００ｎｍと５μｍとの間にある。

梁若しくはプレート１２０１又は電極３０１が、導体、例えばドーピングされた、単結晶、アモルファス、多結晶のシリコン、ゲルマニウム、シリコン・ゲルマニウム、炭化ケイ素またはガリウム砒素から製造できる。しかし、それらはまた、アルミニウムまたはチタン、チタンアルミナイドまたはチタン合金のアルミニウム合金、例えばＡｌＭｇＳｉ、ＡｌＴｉＳｉ、ＡｌＳｉＣｕから成ることもできる。

さらにまた、絶縁層３０３は、シリコン酸化膜、窒化ケイ素、アルミナ、窒化アルミニウム、酸化チタンまたは窒化チタンから形成されることができる。

互いに対向している電極３０１および１２０１の表面に、追加の電気絶縁、すなわち電気的な層が、可能な電界放出効果によって生じる絶縁破壊を防止する若しくは減少させるために、または、上部電極３０１の可能な同期引き込み（ｐｕｌｌ−ｉｎ）で、デバイスが不可逆的に損傷を受けるのを防止するために、堆積させることができる。ここで、誘電体層は、シリコン酸化膜、窒化ケイ素、アルミナ、窒化アルミニウム、酸化チタンまたは窒化チタンから成ることができる。電極３０１および１２０１間のギャップ３０４は、ポリマーなどの柔らかい材料、液体またはいかなるガスもまたは真空で満たされることができる。

静電気的に曲げることのできる梁または静電気的に曲げることのできるプレートは、例えば以下のようなマイクロ構造を撓ませるために使用されることができる。
i．傾斜ミラー、上昇又は降下ミラー（＝平行移動ミラー）、傾斜ミラーのためや、傾斜ミラー及び降下ミラーアレイのため。
ii．集束ミラーのためや、波面補正のためのいかなる変形可能なミラーのため。
iii．傾斜、上昇又は降下ミラー（＋アレイ）の範囲内の固有の物質的な張力によって生成されるミラープレートの曲げのアクティブ補償のため。
iv．アクティブ調節可能なレンズまたはレンズアレイのため。
v．原子間力顕微鏡アセンブリの範囲内の板ばねのダイナミック励振のため。
vi．可変電気容量（ＭＥＭＳバリキャップまたはＭＥＭＳバラクタ）のため、または、電気スイッチのため。
vii．能動的な裏の平面のマイクロミラー・アレイの中の使用のため（ここでは：個々の情報チャンネルをアドレス付けするためまたは選択するための電気光学回路）。
viii．加速度または回転速度センサのため。

通常、微小位置決めのための使用が可能である。

アクチュエータとしての使用に加えて又はその代わりとして、電極３０１および１２０１間の電気容量を変えることによってマイクロデバイスの曲げ状態または撓みを検出するセンサとして、その構造を使用することも可能である。

しかし、その構造は、運動エネルギーを電気エネルギーに変換するジェネレータとして、すなわちいわゆるエネルギー収集のために使用されることもできる：
この目的のために、グラウンドまたはプレートは、外部の運動エネルギーによって、または、気流によって撓まされる梁に取り付けることができる。そこにおいて、梁が曲がり、それによって電極ギャップ３０４、ひいては電気容量が変化する。電極３０１および１２０１間の撓まされる一定の電圧で、電流フローが、静電容量の変化によって生じる。このことにより、電気エネルギーを取り出すことができる、又は、例えば、自律システムを出力するために使用されることができる。

しかし、上記構造は、光ファイバ、マイクロミラーやマイクロレンズなどのマイクロ要素を取り付けるための集積された要素としてのアクチュエータのためにも使用されることができる。ヒンジを介してチップに取り付けられて、単一化、取付、連結技法後のそのマイクロ要素を設定、調節又は位置決めするために使用される。

この種のアクチュエータの使用はまた、それが、メカトロニックアプリケーション内など、微小位置決めなど、シリコンチップや、移動若しくは運搬基板なしで、片持ちされた構造として使用されることを提供することができる。

梁またはプレートの励振的動きは、準静的にまたは共振的に生じうる。

マイクロアクチュエータをそれらの制御のための電子回路と結合するかまたは統合することは、結果として各自のファンクションを果たすことができる各自のシステムになることができる。

上述の通り、例えば図２２〜２４ｂに関して、そのアセンブリが、垂直に、すなわち撓まされるマイクロ構造の中立素分の上若しくは下にアクチュエータを配置することによって構築されることも、可能である。この種の横方向の撓み可能な構造の使用法は、例えば以下のようなものがある。
i．光学的アパーチャ（例えば絞りアパーチャ、光シャッタまたはアパーチャ若しくはシャッタアレイ）
ii．透過型ディスプレイ内で使用されるシャッタアレイ、
iii．ギアの駆動または線形駆動（アクチュエータ）。

梁などのマイクロ構造が、垂直にだけでなく、平面内で撓まされるように、上記マイクロ構造の組み合わせも可能だろう。そこにおいて、この種の構造の使用は、マイクログリッパーなどとしての三次元の位置決めのため、または、横方向位置決めのためでありえ、同時に、原子間力顕微鏡すなわちダイナミック励振によるＡＦＭの探針を有する梁の垂直な撓みのためでありえる。

一方で、前記実施形態のいくつかは、静電気的に撓み可能な集束ミラー３０００を示した。そこにおいて、横方向に構築された絶縁層３０３によって電気的に絶縁する方法で小さいギャップ３０４で堆積される電極３０１は、導電ミラープレート３００１の上に、その中に、又はその下にあり、そのミラープレートは電気制御電圧が印加されるときに曲げられる。通常、同じバリエーションオプションは、マイクロデバイスのための概要で先に述べた通りになる。例えば中心焦点で光を集めるために、ミラープレートは、およそ球面又は放物線状の曲がりとすることができる。ミラープレートは、長方形、円形、楕円形、あるいは、多角形などの自由な形状を有することもできる。ミラープレートは、適切なばね要素３００２によってプレートのエッジで１つ又はいくつかの点で固定フレーム３００３と連結されることができる。追加の平面層は、電極３０１および１２０１がミラープレートの正面に堆積されて、電極の曲がりなどの、重要なトポロジー効果を有するという場合のために供給されることができる。化学的・機械的研磨（ＣＭＰ）は、堆積された平面層を平らにするために使用されることができる。この種の集束ミラーは、特に梁プロファイルを修正する又は任意で変形する又は影響するために使用されることができる。これにより、２つの電極３０１または１２０１のうちの少なくとも１つの電気的な分離化が、いくつかの電気的に分離した制御電圧によってミラープレートの個々の領域を局所的に異なる程度で曲げることが可能であるために供給されることができる。この種のデバイスは、特に光波の位相面に影響するための適応可能な光学ミラーとして使用されることができる。

通常、この種の集束ミラー３０００が以下にあげたもののために使用されうる。
i．材料のカット、印付け、及び溶着をするときのレーザー光線の焦点合せ、
ii．レーザーベースのバーコードスキャナのフォーカス長の追従、
iii．プロジェクタ、フォトカメラ、共焦点顕微鏡などのイメージングキャプチャやイメージングシステムの、および、光コヒーレンストモグラフィのズーム及びフォーカスアプリケーション
iv．多層光学データキャリアの読み出し、
v．（望遠鏡のピクセル表示における）透過型ディスプレイ内の凹面鏡配列。

前記実施形態のいくつかは、ミラープレート３１０１または３２０１が少なくとも一つの梁３１０２、３２０２、３７０１、３８０１または３９０１に取り付けられる静電気的に撓み可能な傾斜ミラー３１００〜３９００を説明した。そこにおいて、電極３０１は、この梁の上、その中、または、その下にあり、この梁は、電気的に絶縁方法の横方向に構築された絶縁層３０３によって低い距離３０４で取り付けられ、電気制御電圧が印加されるときに、ミラープレートは傾斜させられる。さらにまた、マイクロデバイスに関して上で説明されたバリエーションオプションは、適用されることができる。ミラープレートは、長方形、円形、楕円形、または、多角形のような自由な形状を有することができる。ミラープレート３２０１は、例えば、実施形態３２００のケースがそうであったように、少なくとも一つのＹ字状の平行なばね構造３２０２を介して固定フレーム３２０３と連結されることができる。加えて、静電ドライブはＹ字状の平行なばね構造の２つの異なる位置で、梁の上に、その中に、または、その下に配置されることができる。そこにおいて、異なるアセンブリ３２００〜３６００が参照される。ミラープレート３２０１はまた、いくつかの分布された、梁状のばね構造３７０１、３８０１または３９０１、並びに、平行にガイドされた１つ又はいくつかのねじりばね３７０２、３８０２および３９０２によって固定フレーム３２０３と連結されることもでき、そこにおいて、実施形態３７００、３８００および３９００が参照される。分布ばねの梁の上、その中、または、その下の静電ドライブは、異なって配置されることができる。そこにおいて、３２００〜３６００に従った異なるアセンブリが参照される。この種の静電気的に撓み可能な傾斜ミラーが、例えば、以下に挙げられたもののために、使用されることができる
i．１Ｄ、２Ｄスキャナおよび顕微鏡におけるデータ取得、
ii．レーザディスプレイ、レーザープリンタ、レーザラベリングまたは露光マシンにおけるデータ出力。

前記実施形態のいくつかはまた、静電気的に撓み可能な傾斜ミラー、上昇ミラー及び降下ミラー４０００〜４３００に関連した。ここで、ミラープレート３２０１は、少なくとも一つの梁４００１、４００４、４２０１および４２０２に取り付けられ、そこにおいて、電極３０１は、この梁の上、その中、またはその下にあり、この梁は、横方向に構築された絶縁層３０３によって電気的に絶縁した方法で小距離３０４で取り付けられる。そこにおいて、ミラープレートの端は、電気制御電圧が印加されるときに、上昇または下降させられる。マイクロデバイスに関して上記説明されたバリエーションオプションは、ここで適用されることもできる。上で説明されたように、ばね要素のＳ型のカーブは、プレートの端が、一方向、例えば実施形態４０００のケースのような正のｚ方向に、または、実施形態４１００のような負のｚ方向に、移動することができるように、最適に静電ドライブを配置することによって得られることができる。プレートの端を上昇させる又は降下させるという使用法は、例えば、ミラープレートを傾斜させるために、すなわち、傾斜ミラーとして、または、ミラープレート上昇若しくは降下させるため、例えば平行移動ミラーとして、使用できる。

ミラープレートは、長方形、円形、楕円形、または、多角形のような自由な形状を有することができる。４つのばね要素の使用法も、実施形態４２００および４３００に示されたように、可能である。これによって、二次元の傾斜運動を実現することができる。傾斜ミラーとしての使用法が、例えば、以下にあげたもののために可能である。
i．１Ｄ、２Ｄスキャナおよび顕微鏡のデータ取得、
ii．レーザディスプレイ、レーザープリンタ、レーザラベリングまたは露光マシンのデータ出力。
平行移動鏡としての使用法が、例えば、以下にあげたもののために可能である。
i．フーリエ変換分光器、干渉計、ラメラー格子干渉分光器において。
ii．共焦点顕微鏡において、または、
iii．光路長変調装置において。

最後に、静電気的に撓み可能な板ばね６０００を有する実施形態が説明された。そこにおいて、１つの電極３０１は、横方向に作用する引張り力又は圧縮力によって能動的に梁１２０１を曲げることが可能であるように、梁１２０１より上に小距離３０４で配置される。そこにおいて、低い電極ギャップ３０４が、絶縁材層３０３によってつくりだすことができ、探針は梁の下にある。ここで、マイクロデバイスに関して上で説明されたバリエーションオプションを適用することもできる。梁は、片持ちにすることができ、固定フレームにつなげることができる。例えばダイナミック励振のために、この種の板ばねの使用法が、例えば、原子間力顕微鏡において生じうる。

電極３０１が、基板１５５０の基板厚み方向に取り付けられることができ、マイクロメカニカルデバイスが、ＢＳＯＩウェハなどの変形可能な要素１２０１の上又は下に形成されることができ、その結果、変形可能な要素１２０１を曲げることによって、それが基板がそれに沿ってのびる基板平面から、すなわち、基板厚み方向に曲げられることが示された。この場合、スペーサ層は、それが平面的な方法で形成されるとき、電極３０１および変形可能な要素１２０１のように、基板平面に平行にのびる。あるいは、そのデバイスは、電極３０１が横方向に変形可能な要素に固定され、その結果、変形可能な要素を曲げることによって、それが基板平面の範囲内で曲げられるように、基板（１５５０）において形成されることができる。この場合、スペーサ層は、変形可能な要素１２０１が平面方法で形成されるとき、電極３０１および変形可能な要素１２０１のように、基板平面と直角をなす。

前記実施形態の各々によるマイクロメカニカルデバイスは、上で説明されたように、マイクロメカニカルデバイスがマイクロメカニカルアクチュエータとして働くように、図６ａの点線によって示されるように、電圧Ｕをマイクロメカニカルデバイスに印加するためのドライバ回路３４０を含むことができる。これが、電極３０１、変形可能な要素１２０１及び絶縁スペーサ層３０３を有する加速度センサなどのセンサのマイクロメカニカルデバイスであって、その電極が絶縁スペーサ層３０３を介して変形可能な要素１２０１に固定され、絶縁スペーサ層３０３が横方向３０５に沿ったいくつかの間隔をおいて配置されたセグメントに構築され、その結果、横方向への変形可能な要素１２０１の変形によって、電極及び変形可能な要素の間の静電容量が変化する場合において、図６ａの示された回路３４０は、マイクロメカニカルデバイスの電極３０１および変形可能な要素１２０１間の静電容量を検出する検出回路でありえる。しかしながら、３４０は、変形可能な要素１２０１の外部的に誘発された曲がりによって、電流の流れが電極３０１および変形可能な要素１２０１間に生成され、ひいてはエネルギージェネレータが形成されるように、電極３０１および変形可能な要素１２０１間に一定の電圧を印加するための電源でもありえる。

上で説明されたように、変形可能な要素１２０１は、サスペンション位置３２０３とマイクロメカニカルデバイスの機能要素３２０１との間にばね部分３８０３を形成することができる。そこにおいて、機能要素は、傾斜軸を中心として傾斜可能にサスペンドされるプレート３２０１を含むことができ、そして、ばね部分は、マイクロメカニカルデバイスの傾斜軸（すなわち第１および第２の分布ばねのためのそれぞれの軸又は共通の軸 ）に沿ってのびているねじりばね３８０２からプレートの円周の取付位置に、平面の円周に沿ってマイクロメカニカルデバイスの第２の分布ばねの反対に、すなわち第２の分布ばねに対称的に、のびるマイクロメカニカルデバイスの第１の分布ばね３８０３を形成することができる。ここで、電極と変形可能な要素との間に電圧（Ｕ）を印加することによって、下方向若しくは負のｚ方向などの第１の法線方向にプレートに対して第１の分布ばねを曲げる横方向の引張り力及び圧縮力が生じるように、第１の分布ばねにおいて、絶縁スペーサ層３０３が構築されるように、そして、電極と変形可能な要素との間に電圧（Ｕ）を印加することによって、第１の法線方向とは反対の第２の法線方向に、プレートに対して第２の分布ばねを曲げる横方向の引張り力及び圧縮力が生じるように、第２の分布ばねにおいて、絶縁スペーサ層３０３が構築されるように、更なるスペーサ層を介して第２の分布ばねに固定される更なる電極が提供される。

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Claims (34)

1. マイクロメカニカルデバイスは、
   電極（３０１）と、
   変形可能な要素（１２０１）と、
   絶縁スペーサ層（３０３）とを含み、
   前記電極は、前記絶縁スペーサ層（３０３）を介して、前記変形可能な要素（１２０１）に固定されること、および、
   前記電極と前記変形可能な要素との間に電圧（Ｕ）を印加することによって、厚み方向に作用する領域力が、前記電極および前記変形可能な要素に加わり、その結果として、バイモルフ原理に従って、横方向（３０５）に沿って前記変形可能な要素を曲げる横の方への引張り力又は圧縮力が生じるように、前記絶縁スペーサ層（３０３）は、前記横方向（３０５）に沿って、間隔を置いて配置された幾つかのセグメントに構築されることを特徴とする、前記マイクロメカニカルデバイス。
2. 前記セグメントの各々は、前記横方向（３０５）に横切ってのびている縦の伸張方向を有することを特徴とする、請求項１に記載のマイクロメカニカルデバイス。
3. 前記セグメント、および前記セグメント間のギャップ（３０４）は、ストライプ形であることを特徴とする、請求項２に記載のマイクロメカニカルデバイス。
4. 前記絶縁スペーサ層（３０３）の前記構築の周期性は、前記電極（３０１）と前記変形可能な要素（１２０１）が互いに対向する領域全体にわたって、前記横方向（３０５）におよそ一定であることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のマイクロメカニカルデバイス。
5. 前記変形可能な要素（１２０１）は、プレート、ボウル、膜、梁または棒であることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のマイクロメカニカルデバイス。
6. 前記変形可能な要素（１２０１）は、前記横方向（３０５）に垂直な横方向に沿って電圧を印加することによって、前記変形可能な要素（１２０１）が、曲がっていない状態を維持するように、または、同様に前記横方向（３０５）に沿った同じ方向に曲がるように、サスペンドされ、クランプされることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれかに記載のマイクロメカニカルデバイス。
7. 前記マイクロメカニカルデバイスは、基板（１５５０）に形成され、前記電極（３０１）は、前記変形可能な要素（１２０１）を曲げることによって、それが前記基板平面から外に曲げられるように、前記変形可能な要素（１２０１）の上又は下に基板方向に固定され、前記絶縁スペーサ層（３０３）は、前記基板平面に平行にのびることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれかに記載のマイクロメカニカルデバイス。
8. 前記マイクロメカニカルデバイスは、基板（１５５０）に形成され、前記電極（３０１）は、前記変形可能な要素を曲げることによって、それが前記基板の基板平面の範囲内で曲げられるように、前記変形可能な要素に横方向に固定され、前記絶縁スペーサ層（３０３）は、前記基板平面に横切ってのびることを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれかに記載のマイクロメカニカルデバイス。
9. 前記電極（３０１）は、第１の電極であり、前記マイクロメカニカルデバイスは、更なる絶縁スペーサ層（３０３）を介して、前記変形可能な要素（１２０１）から離れる方を向いている前記第１の電極（３０１）の前記面に固定された更なる電極（３０１）を含み、前記更なる絶縁スペーサ層（３０３）は、前記横方向（３０５）に沿って、間隔を置いて配置された幾つかのセグメントに構築されることを特徴とする、請求項１〜請求項８のいずれかに記載のマイクロメカニカルデバイス。
10. 前記スペーサ層（３０３）は、第１の絶縁スペーサ層（３０３）であり、前記更なる絶縁スペーサ層（３０３）の前記セグメントは、前記第１の絶縁スペーサ層（３０３）の前記セグメントの間隔で、横方向に配置されることを特徴とする、請求項９に記載のマイクロメカニカルデバイス。
11. 前記電極（３０１）は、第１の電極であり、前記マイクロメカニカルデバイスは、更なる絶縁スペーサ層（３０３）を介して、前記第１の電極から離れる方を向いている前記変形可能な要素（１２０１）の面に固定された更なる電極（３０１）を含み、前記更なる絶縁スペーサ層（３０３）は、前記第１の電極と前記変形可能な要素との間に電圧（Ｕ）を印加することによって、第１の方向に、前記横方向に沿って前記変形可能な要素を曲げる横方向の引張り力又は圧縮力が生じ、一方、前記第２の電極と前記変形可能な要素との間に電圧（Ｕ）を印加することによって、同じく前記第１の方向に、前記横方向に沿って前記変形可能な要素を曲げる横方向の引張り力若しくは圧縮力と同じものが生じる、又は、前記第１の方向とは反対の方向に、前記横方向に沿って前記変形可能な要素を曲げる前記横方向の引張り力若しくは圧縮力の他方が生じるように、前記横方向（３０５）に沿って、間隔を置いて配置された幾つかのセグメントに構築されることを特徴とする、請求項１〜請求項１０のいずれかに記載のマイクロメカニカルデバイス。
12. 前記絶縁スペーサ層（３０３）の厚みは、１００ｎｍ以上かつ５μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜請求項１１のいずれかに記載のマイクロメカニカルデバイス。
13. 前記変形可能な要素（１２０１）は、導体からなるか、局所的に導通するようにされるか、または、導体でコーティングされるかすることを特徴とする、請求項１〜請求項１２のいずれかに記載のマイクロメカニカルデバイス。
14. 
    前記電極（３０１）は、平面的に形成され、前記セグメント間では前記変形可能な要素から離れる方にそれぞれカーブしていることを特徴とする、請求項１〜請求項１３のいずれかに記載のマイクロメカニカルデバイス。
15. 前記電極（３０１）は、平面的に形成され、前記セグメント間では前記変形可能な要素の方にそれぞれカーブしていることを特徴とする、請求項１〜請求項１３のいずれかに記載のマイクロメカニカルデバイス。
16. 前記電極（３０１）は、平面的に形成され、前記横方向および前記絶縁スペーサ層の厚み方向に及ぶ前記セグメント間の平面においてＶ字形の断面をそれぞれ有することを特徴とする、請求項１〜請求項１５のいずれかに記載のマイクロメカニカルデバイス。
17. 前記電極（３０１）に面している前記変形可能な要素の表面は、前記セグメント間で前記電極から離れる方にカーブしてそれぞれ形成されることを特徴とする、請求項１〜請求項１６のいずれかに記載のマイクロメカニカルデバイス。
18. 前記電極（３０１）に面している前記変形可能な要素（１２０１）の表面は、前記セグメント間の前記電極の方へカーブしてそれぞれ形成されることを特徴とする、請求項１〜請求項１６のいずれかに記載のマイクロメカニカルデバイス。
19. 前記電極（３０１）および前記電極（３０１）に面している前記変形可能な要素の表面は、それらの間のギャップが、前記横方向および前記絶縁スペーサ層（３０３）の厚み方向に及ぶ平面において同じ断面を有するように、前記セグメント間にそれぞれ形成されることを特徴とする、請求項１〜請求項１８のいずれかに記載のマイクロメカニカルデバイス。
20. 前記マイクロメカニカルデバイスがマイクロメカニカルアクチュエータとして作動するように、前記マイクロメカニカルデバイスに前記電圧を印加するための駆動回路を有することを特徴とする、請求項１〜請求項１９のいずれかに記載のマイクロメカニカルデバイス。
21. 前記変形可能な要素（１２０１）は、前記マイクロメカニカルデバイスのサスペンション位置（３１０３；３２０３）と機能的要素（３１０１；３２０１；６００１）との間にばね部分（３１０２；３８０２；４００２、４００３）を形成することを特徴とする、請求項１〜請求項２０のいずれかに記載のマイクロメカニカルデバイス。
22. 前記機能的要素は、傾斜軸を中心に傾斜可能にサスペンドされたプレート（３２０１）を含み、前記ばね部分は、前記マイクロメカニカルデバイスの第１の分布ばね（３８０３）を形成し、前記第１の分布ばねは、前記マイクロメカニカルデバイスのねじりばね（３８０２）から前記プレートの周に沿って前記マイクロメカニカルデバイスの第２の分布ばねの反対側にのび、前記ねじりばねは、前記プレートの前記周の取付位置で前記傾斜軸に沿ってのびる、すなわち、前記ばね部分は、前記マイクロメカニカルデバイスの前記第１の分布ばね（３８０３）を、前記第２の分布ばねに対称的に、形成することを特徴とする、請求項２１に記載のマイクロメカニカルデバイス。
23. 前記電極と前記変形可能な要素との間に電圧（Ｕ）を印加することによって、第１の法線方向に、前記プレートに対して前記第１の分布ばねを曲げる横方向の引張り力及び圧縮力が生じるように、前記第１の分布ばねにおいて、前記絶縁スペーサ層（３０３）が構築されるように、そして、前記電極と前記変形可能な要素との間に電圧（Ｕ）を印加することによって、前記第１の法線方向とは反対の第２の法線方向に、前記プレートに対して前記第２の分布ばねを曲げる横方向の引張り力及び圧縮力が生じるように、前記第２の分布ばねにおいて、前記絶縁スペーサ層（３０３）が構築されるように、更なるスペーサ層を介して前記第２の分布ばねに固定された更なる電極を更に含むことを特徴とする、請求項２２に記載のマイクロメカニカルデバイス。
24. 前記変形可能な要素（１２０１）は、前記マイクロメカニカルデバイスのサスペンション位置（３２０３）と機能的要素（３２０１）との間にばね部分（３２０２）を形成し、前記機能的要素は、傾斜軸を中心に傾斜可能にサスペンドされたプレート（３２０１）を含み、前記ばね部分は、前記傾斜軸に平行にのびる前記マイクロメカニカルデバイスのＹ字形のばねの第１の梁（３８０３）を形成し、前記第１の梁（３８０３）は前記マイクロメカニカルデバイスの前記Ｙ字形のばねの第２の梁に平行にすなわち前記傾斜軸に対称的にのび、前記マイクロメカニカルデバイスは、前記第１の梁において、前記絶縁スペーサ層（３０３）が、前記電極と前記第１の梁との間に電圧（Ｕ）を印加することによって、第１の法線方向に、前記プレートに対して前記第１の梁を曲げる横方向の引張り力又は圧縮力が生じるように構築され、前記第２の梁において、前記絶縁スペーサ層（３０３）が、前記電極と前記第２の梁との間に前記電圧（Ｕ）を印加することによって、前記第１の法線方向とは反対の第２の法線方向に、前記プレートに対して前記第２の梁を曲げる横方向の引張り力又は圧縮力が生じるように構築されるように、更なるスペーサ層を介して前記第２の梁に固定された更なる電極を含むことを特徴とする、請求項１〜請求項２０のいずれかに記載のマイクロメカニカルデバイス。
25. 前記変形可能な要素（１２０１）は、前記マイクロメカニカルデバイスのサスペンション位置（３２０３）と機能的要素（３２０１）との間にばね部分（３２０２）を形成し、前記機能的要素は、その周に沿ったサスペンションポイントでサスペンドされたプレート（３２０１）を含み、前記ばね部分は、前記マイクロメカニカルデバイスのＵ字形のばねの４つの部分のうちの１つを形成し、それは前記サスペンションポイントから前記プレートの前記周に沿って前記サスペンション位置にのびて、前記Ｕ字形のばねは、前記プレートが、前記Ｕ字形のばねに沿って連続的に配置された前記４つの部分の静止位置平面から前記サスペンションポイントで、前記静止位置平面に対してある方向とその反対方向とに交互に撓まされるときに曲がり、前記マイクロメカニカルデバイスは、更なるスペーサ層を介して前記４つの部分の他の１つに固定された更なる電極を更に含み、すなわち、その結果、前記サスペンション位置又は前記サスペンションポイントからの前記第１の部分及び第３の部分において、前記電極と前記各部分との間に電圧（Ｕ）を印加することによって、第１の法線方向に前記プレートに対して前記各部分を曲げる横方向の引張り力又は圧縮力が生じ、前記サスペンション位置又は前記サスペンションポイントからの前記第２の部分及び第４の部分において、前記電極と前記各部分との間に電圧（Ｕ）を印加することによって、前記第１の法線方向とは反対の第２の法線方向に前記プレートに対して前記各部分を曲げる横方向の引張り力又は圧縮力が生じ、更なるＵ字形のばねは、サスペンション位置及びサスペンションポイントの連結線に対して前記Ｕ字形のばねに対称的に形成されることを特徴とする、請求項１〜請求項２０のいずれかに記載のマイクロメカニカルデバイス。
26. 前記プレートは、前記傾斜軸または連結線に対して垂直な軸に対称的にサスペンドされることを特徴とする、請求項２２〜請求項２５のいずれかに記載のマイクロメカニカルデバイス。
27. 前記機能的要素は、ミラー、分散素子若しくは回折素子などの光学素子又はＡＦＭ探針を含むことを特徴とする、請求項２１に記載のマイクロメカニカルデバイス。
28. 前記変形可能な要素は、プレート（３００１；３２０１）であり、前記セグメントは、前記電極（３０１）と前記変形可能な要素（１２０１）との間に前記電圧（Ｕ）を印加することによって生じる前記横方向の引張り力又は圧縮力が、ヘルメット形に又はボウル形に前記プレートを曲げるように、同心円を形成することを特徴とする、請求項１に記載のマイクロメカニカルデバイス。
29. 前記プレートはミラープレートであることを特徴とする、請求項２８に記載のマイクロメカニカルデバイス。
30. 前記電極（３０１）は、平面的に形成され、前記セグメント間では前記変形可能な要素の方にそれぞれカーブしており、
    前記電極（３０１）に面している前記変形可能な要素の表面は、前記セグメント間で前記電極から離れる方にカーブしてそれぞれ形成され、その結果、
    前記変形可能な要素から離れる前記厚み方向に、前記絶縁スペーサ層（３０３）の前記セグメント間の前記変形可能な要素の部分の横変形によって、前記変形可能な要素の前記前記曲がりが生じることを特徴とする、請求項１〜請求項２９のいずれかに記載のマイクロメカニカルデバイス。
31. 前記電極（３０１）は、第１の電極であり、前記マイクロメカニカルデバイスは、更なる絶縁スペーサ層（３０３）を介して、前記変形可能な要素（１２０１）から離れる方を向いている前記第１の電極（３０１）の前記面に固定された更なる電極（３０１）を含み、前記更なる絶縁スペーサ層（３０３）は、前記横方向（３０５）に沿って、間隔を置いて配置された幾つかのセグメントに構築され、
    前記スペーサ層（３０３）は、第１の絶縁スペーサ層（３０３）であり、前記更なる絶縁スペーサ層（３０３）の前記セグメントは、前記第１の絶縁スペーサ層（３０３）の前記セグメントの間隔で、横方向に配置されることを特徴とする、請求項１〜請求項３０のいずれかに記載のマイクロメカニカルデバイス。
32. 前記マイクロメカニカルデバイスの前記電極（３０１）と前記変形可能な要素（１２０１）との間の前記静電容量を検出するための検出回路を更に含む、請求項１〜請求項３１のいずれかに記載のマイクロメカニカルデバイスを有するセンサ。
33. 外部的に誘発された前記変形可能な要素の曲がりによって、電流の流れが前記電極と前記変形可能な要素との間に生成されるように、前記電極と前記変形可能な要素との間に定常電圧を印加するための電圧源を更に含む、請求項１〜請求項３２のいずれかに記載のマイクロメカニカルデバイスを含むエネルギージェネレータ。
34. 重し又はプレートは、前記変形可能な要素の固定されていない端に取り付けられることを特徴とする、請求項３３に記載のエネルギージェネレータ。

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