JPH08186975A - 電磁アクチュエータ及びその製造方法 - Google Patents
電磁アクチュエータ及びその製造方法Info
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- JPH08186975A JPH08186975A JP6327369A JP32736994A JPH08186975A JP H08186975 A JPH08186975 A JP H08186975A JP 6327369 A JP6327369 A JP 6327369A JP 32736994 A JP32736994 A JP 32736994A JP H08186975 A JPH08186975 A JP H08186975A
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- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
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- G02B7/18—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
- G02B7/182—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors
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Abstract
(57)【要約】
【目的】プレーナ型電磁アクチュエータにおいて、トー
ションバー部分の配線パターンをなくし、トーションバ
ーの捩じれ運動の繰り返しによるコイルの断線を防止し
て、プレーナ型電磁アクチュエータの耐久性及び信頼性
を向上させる。 【構成】プレーナ型電磁アクチュエータ（例えばガルバ
ノミラー）において、可動板５を軸支するトーションバ
ー６部分を、高濃度の硼素を拡散させて導電性とし、外
部電源と平面コイル７とを、トーションバー６自体を介
して電気的に接続する。
ションバー部分の配線パターンをなくし、トーションバ
ーの捩じれ運動の繰り返しによるコイルの断線を防止し
て、プレーナ型電磁アクチュエータの耐久性及び信頼性
を向上させる。 【構成】プレーナ型電磁アクチュエータ（例えばガルバ
ノミラー）において、可動板５を軸支するトーションバ
ー６部分を、高濃度の硼素を拡散させて導電性とし、外
部電源と平面コイル７とを、トーションバー６自体を介
して電気的に接続する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造技術を利用
して小型化を実現した電磁アクチュエータ及びその製造
方法に関し、特に、可動板を駆動するための駆動コイル
の断線防止を図った電磁アクチュエータの改良に関す
る。
して小型化を実現した電磁アクチュエータ及びその製造
方法に関し、特に、可動板を駆動するための駆動コイル
の断線防止を図った電磁アクチュエータの改良に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体製造技術を利用した超小型
の電磁アクチュエータとして、本発明者により先に提案
された、例えばプレーナ型ガルバノミラー（特願平５−
３２０５２４号及び特願平６−９８２４号）、プレーナ
型電磁リレー（特願平５−３２０５２５号参照）或い
は、光検出装置（特願平６−３１０６５７号参照）等が
ある。
の電磁アクチュエータとして、本発明者により先に提案
された、例えばプレーナ型ガルバノミラー（特願平５−
３２０５２４号及び特願平６−９８２４号）、プレーナ
型電磁リレー（特願平５−３２０５２５号参照）或い
は、光検出装置（特願平６−３１０６５７号参照）等が
ある。
【０００３】従来のこの種の電磁アクチュエータについ
て、プレーナ型ガルバノミラーを例として以下に説明す
る。ガルバノミラーは、レーザ光を偏向走査するレーザ
スキャナ等に利用されるもので、その原理は、磁界中に
配置した可動コイルに電流を流すと、電流と磁束とに関
連して電磁力が発生して電流に比例した回転力（トル
ク）が生じる。このトルクとバネ力とが平衡する角度ま
で可動コイルが回動し、この可動コイルを介して指針を
振らせて電流の有無や大小を検出するというガルバノメ
ータの原理を利用したもので、可動コイルと一体に回転
する軸に、前記指針の代わりに反射鏡を設けて構成され
る。
て、プレーナ型ガルバノミラーを例として以下に説明す
る。ガルバノミラーは、レーザ光を偏向走査するレーザ
スキャナ等に利用されるもので、その原理は、磁界中に
配置した可動コイルに電流を流すと、電流と磁束とに関
連して電磁力が発生して電流に比例した回転力（トル
ク）が生じる。このトルクとバネ力とが平衡する角度ま
で可動コイルが回動し、この可動コイルを介して指針を
振らせて電流の有無や大小を検出するというガルバノメ
ータの原理を利用したもので、可動コイルと一体に回転
する軸に、前記指針の代わりに反射鏡を設けて構成され
る。
【０００４】従来の実用的なガルバノミラーとしては、
例えば、磁界中に配置する可動コイルの代わりに可動鉄
片を用い、その周囲に２つの永久磁石と４つの磁極を設
けた磁性体とで磁路を構成し、前記磁性体に巻回した駆
動コイルに流す電流の大小及び方向によって磁極間の磁
束を変化させることにより、可動鉄片を介して反射鏡を
揺動させ、レーザ光を偏光走査するようにしたものがあ
る（例えば、共立出版株式会社「実用レーザ技術」，Ｐ
２１０〜２１２，１９８７年１２月１０日発行、等参
照）。
例えば、磁界中に配置する可動コイルの代わりに可動鉄
片を用い、その周囲に２つの永久磁石と４つの磁極を設
けた磁性体とで磁路を構成し、前記磁性体に巻回した駆
動コイルに流す電流の大小及び方向によって磁極間の磁
束を変化させることにより、可動鉄片を介して反射鏡を
揺動させ、レーザ光を偏光走査するようにしたものがあ
る（例えば、共立出版株式会社「実用レーザ技術」，Ｐ
２１０〜２１２，１９８７年１２月１０日発行、等参
照）。
【０００５】しかし、従来のガルバノミラーでは、駆動
コイルが機械巻き等であることから小型化することが難
しく、従って、このガルバノミラーによるレーザスキャ
ニングシステムや、このシステムを用いるレーザ応用機
器の小型化は難しいという問題がある。かかる問題を解
消するため、本発明者は、前述した超小型で薄型のプレ
ーナ型ガルバノミラーを提案した。
コイルが機械巻き等であることから小型化することが難
しく、従って、このガルバノミラーによるレーザスキャ
ニングシステムや、このシステムを用いるレーザ応用機
器の小型化は難しいという問題がある。かかる問題を解
消するため、本発明者は、前述した超小型で薄型のプレ
ーナ型ガルバノミラーを提案した。
【０００６】かかるプレーナ型ガルバノミラーについて
図７及び図８に示し説明する。図７は１軸のプレーナ型
ガルバノミラーの一例を示し、図８は２軸のプレーナガ
ルバノミラーの一例を示している。まず、図７の１軸の
ものについて説明する。図において、ガルバノミラー１
は、シリコン基板２の上下面に、図中矢印で示すよう
に、それぞれ例えばホウケイ酸ガラス等からなる上側及
び下側ガラス基板３，４を陽極接合して３層構造として
いる。前記各ガラス基板３，４は、それぞれ中央部に例
えば超音波加工によって形成した溝３Ａ，４Ａを設けた
構造とし、これにより、シリコン基板２に形成される後
述の可動板５の揺動空間を確保している。前記シリコン
基板２には、前述の平板状の可動板５と、この可動板５
の中心位置でシリコン基板２に対して基板上下方向に揺
動可能に可動板５を軸支するトーションバー６，６とが
異方性エッチングによって一体形成される。前記可動板
５の上面周縁部には、通電により磁界を発生する銅薄膜
の平面コイル７が電鋳コイル法等を用いて形成されてい
る。また、可動板５の平面コイル７で囲まれる上面中央
部には、反射鏡としての全反射ミラー８がアルミニウム
蒸着により形成されている。更に、シリコン基板２のト
ーションバー６，６の側方上面には、トーションバー
６，６の部分を介して平面コイル７と電気的に接続する
一対の電極端子９，９が電鋳コイル法等で形成されてい
る。
図７及び図８に示し説明する。図７は１軸のプレーナ型
ガルバノミラーの一例を示し、図８は２軸のプレーナガ
ルバノミラーの一例を示している。まず、図７の１軸の
ものについて説明する。図において、ガルバノミラー１
は、シリコン基板２の上下面に、図中矢印で示すよう
に、それぞれ例えばホウケイ酸ガラス等からなる上側及
び下側ガラス基板３，４を陽極接合して３層構造として
いる。前記各ガラス基板３，４は、それぞれ中央部に例
えば超音波加工によって形成した溝３Ａ，４Ａを設けた
構造とし、これにより、シリコン基板２に形成される後
述の可動板５の揺動空間を確保している。前記シリコン
基板２には、前述の平板状の可動板５と、この可動板５
の中心位置でシリコン基板２に対して基板上下方向に揺
動可能に可動板５を軸支するトーションバー６，６とが
異方性エッチングによって一体形成される。前記可動板
５の上面周縁部には、通電により磁界を発生する銅薄膜
の平面コイル７が電鋳コイル法等を用いて形成されてい
る。また、可動板５の平面コイル７で囲まれる上面中央
部には、反射鏡としての全反射ミラー８がアルミニウム
蒸着により形成されている。更に、シリコン基板２のト
ーションバー６，６の側方上面には、トーションバー
６，６の部分を介して平面コイル７と電気的に接続する
一対の電極端子９，９が電鋳コイル法等で形成されてい
る。
【０００７】上側及び下側ガラス基板３，４の図中左右
側には、前記トーションバー６，６の軸方向と平行な可
動板５の対辺の平面コイル７部分に静磁界を作用させる
互いに対をなす円形状の永久磁石10Ａ，10Ｂと11Ａ，11
Ｂが設けられている。互いに対をなす永久磁石10Ａ，10
Ｂは、例えば下側がＮ極、上側がＳ極となるよう設けら
れ、互いに対をなす永久磁石11Ａ，11Ｂは、逆に下側が
Ｓ極、上側がＮ極となるよう設けられる。ここで、前記
永久磁石10Ａ，10Ｂと11Ａ，11Ｂが静磁界発生手段に相
当する。
側には、前記トーションバー６，６の軸方向と平行な可
動板５の対辺の平面コイル７部分に静磁界を作用させる
互いに対をなす円形状の永久磁石10Ａ，10Ｂと11Ａ，11
Ｂが設けられている。互いに対をなす永久磁石10Ａ，10
Ｂは、例えば下側がＮ極、上側がＳ極となるよう設けら
れ、互いに対をなす永久磁石11Ａ，11Ｂは、逆に下側が
Ｓ極、上側がＮ極となるよう設けられる。ここで、前記
永久磁石10Ａ，10Ｂと11Ａ，11Ｂが静磁界発生手段に相
当する。
【０００８】かかるガルバノミラーの動作について説明
する。一方の電極端子９を＋極、他方の電極端子９を−
極として平面コイル７に電流を流す。可動板５の両側で
は、永久磁石10Ａと10Ｂ、11Ａと11Ｂによって、可動板
５の平面に沿って平面コイル７を横切るような方向に磁
界が形成されており、この磁界中の平面コイル７に電流
が流れると、平面コイル７の電流密度と磁束密度に応じ
て可動板５の両端に、電流・磁束密度・力のフレミング
の左手の法則に従った方向に磁気力が作用して可動板５
が回動する。
する。一方の電極端子９を＋極、他方の電極端子９を−
極として平面コイル７に電流を流す。可動板５の両側で
は、永久磁石10Ａと10Ｂ、11Ａと11Ｂによって、可動板
５の平面に沿って平面コイル７を横切るような方向に磁
界が形成されており、この磁界中の平面コイル７に電流
が流れると、平面コイル７の電流密度と磁束密度に応じ
て可動板５の両端に、電流・磁束密度・力のフレミング
の左手の法則に従った方向に磁気力が作用して可動板５
が回動する。
【０００９】一方、可動板５が回動することによりトー
ションバー６，６が捩じられてばね反力が発生し、前記
磁気力とばね反力が釣り合う位置まで可動板５が回動す
る。可動板５の回動角は平面コイル７に流れる電流に比
例するので、平面コイル７に流す電流を制御することで
可動板５の回動角を制御することができる。従って、ト
ーションバー６，６の軸に対して垂直な面内において全
反射ミラー８に入射するレーザ光の反射方向を自由に制
御でき、全反射ミラー８の変位角を連続的に反復動作さ
せれば、レーザ光のスキャニングができる。
ションバー６，６が捩じられてばね反力が発生し、前記
磁気力とばね反力が釣り合う位置まで可動板５が回動す
る。可動板５の回動角は平面コイル７に流れる電流に比
例するので、平面コイル７に流す電流を制御することで
可動板５の回動角を制御することができる。従って、ト
ーションバー６，６の軸に対して垂直な面内において全
反射ミラー８に入射するレーザ光の反射方向を自由に制
御でき、全反射ミラー８の変位角を連続的に反復動作さ
せれば、レーザ光のスキャニングができる。
【００１０】図８に示す２軸のガルバノミラー２0 で
は、シリコン基板２の可動板５が、枠状の外側可動板５
Ａと平板状の内側可動板５Ｂとで構成され、互いに直交
形成された２組のトーションバー６Ａ，６Ａと６Ｂ，６
Ｂで軸支される。外側可動板５Ａ上面には、第１のトー
ションバー６Ａの一方の部分を介してシリコン基板２上
の一対の外側電極端子９Ａ，９Ａに電気的に接続する平
面コイル７Ａ（図では模式的に１本線で示す）が設けら
れている。また、内側可動板５Ｂ上面には、第２のトー
ションバー６Ｂの一方から外側可動板５Ａ部分を通り、
第１のトーションバー６Ａの他方側を介してシリコン基
板２上の内側電極端子９Ｂ，９Ｂに電気的に接続する平
面コイル７Ｂ（図では模式的に１本線で示す）が設けら
れると共に、中央部に全反射ミラー８が形成される。
は、シリコン基板２の可動板５が、枠状の外側可動板５
Ａと平板状の内側可動板５Ｂとで構成され、互いに直交
形成された２組のトーションバー６Ａ，６Ａと６Ｂ，６
Ｂで軸支される。外側可動板５Ａ上面には、第１のトー
ションバー６Ａの一方の部分を介してシリコン基板２上
の一対の外側電極端子９Ａ，９Ａに電気的に接続する平
面コイル７Ａ（図では模式的に１本線で示す）が設けら
れている。また、内側可動板５Ｂ上面には、第２のトー
ションバー６Ｂの一方から外側可動板５Ａ部分を通り、
第１のトーションバー６Ａの他方側を介してシリコン基
板２上の内側電極端子９Ｂ，９Ｂに電気的に接続する平
面コイル７Ｂ（図では模式的に１本線で示す）が設けら
れると共に、中央部に全反射ミラー８が形成される。
【００１１】また、２軸の場合には、上側及び下側ガラ
ス基板３，４には、２個づつ対となったそれぞれ８個づ
つの静磁界発生手段としての永久磁石10Ａ〜13Ａと10Ｂ
〜13Ｂが図示のように配置される。永久磁石10Ａ，10Ｂ
と11Ａ，11Ｂは、外側可動板駆動用の磁界を発生させる
ものであり、永久磁石12Ａ，12Ｂと13Ａ，13Ｂは、内側
可動板駆動用の磁界を発生させるものである。
ス基板３，４には、２個づつ対となったそれぞれ８個づ
つの静磁界発生手段としての永久磁石10Ａ〜13Ａと10Ｂ
〜13Ｂが図示のように配置される。永久磁石10Ａ，10Ｂ
と11Ａ，11Ｂは、外側可動板駆動用の磁界を発生させる
ものであり、永久磁石12Ａ，12Ｂと13Ａ，13Ｂは、内側
可動板駆動用の磁界を発生させるものである。
【００１２】２軸のガルバノミラー20の場合、外側可動
板５Ａの平面コイル７Ａのみに電流を流せば外側可動板
５Ａが回動し、この際に内側可動板５Ｂも外側可動板５
Ａと一体に回動して、全反射ミラー８は１軸の場合と同
様の動きとなる。一方、内側可動板５Ｂの平面コイル７
Ｂにも電流を流せば外側可動板５Ａの回動方向と直角方
向に内側可動板５Ｂが回動し、この場合には、全反射ミ
ラー８でレーザ光を偏光走査すると２次元的な走査が行
える。
板５Ａの平面コイル７Ａのみに電流を流せば外側可動板
５Ａが回動し、この際に内側可動板５Ｂも外側可動板５
Ａと一体に回動して、全反射ミラー８は１軸の場合と同
様の動きとなる。一方、内側可動板５Ｂの平面コイル７
Ｂにも電流を流せば外側可動板５Ａの回動方向と直角方
向に内側可動板５Ｂが回動し、この場合には、全反射ミ
ラー８でレーザ光を偏光走査すると２次元的な走査が行
える。
【００１３】尚、図７及び図８のガルバノミラーにおい
て、永久磁石10Ａ〜13Ｂを他の固定部に取り付けるよう
にすれば、上側及び下側のガラス基板３，４は必ずしも
必要ではない。
て、永久磁石10Ａ〜13Ｂを他の固定部に取り付けるよう
にすれば、上側及び下側のガラス基板３，４は必ずしも
必要ではない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のプレ
ーナ型ガルバノミラーの場合、可動板５、言い換えれば
全反射ミラー８を駆動するための駆動コイルである平面
コイル７の配線が、１軸の場合は図９に示すように、２
軸の場合は図10に示すように、いずれもトーションバー
６の部分にパターニングされている。このため、全反射
ミラー８の駆動時のトーションバーの捩じれ運動の繰り
返しによって、平面コイル７の金属材料が金属疲労によ
って断線する可能性があり、平面コイル７の疲労強度に
よってガルバノミラーの寿命が決まってしまうという問
題がある。
ーナ型ガルバノミラーの場合、可動板５、言い換えれば
全反射ミラー８を駆動するための駆動コイルである平面
コイル７の配線が、１軸の場合は図９に示すように、２
軸の場合は図10に示すように、いずれもトーションバー
６の部分にパターニングされている。このため、全反射
ミラー８の駆動時のトーションバーの捩じれ運動の繰り
返しによって、平面コイル７の金属材料が金属疲労によ
って断線する可能性があり、平面コイル７の疲労強度に
よってガルバノミラーの寿命が決まってしまうという問
題がある。
【００１５】本発明は上記の事情に鑑みなされたもの
で、駆動コイルの断線故障を生じることのない電磁アク
チュエータ及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
で、駆動コイルの断線故障を生じることのない電磁アク
チュエータ及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
【００１６】
【課題を解決するための手段】このため本発明では、半
導体基板に、可動板と該可動板を前記半導体基板に対し
て揺動可能に軸支するトーションバーと一体形成し、前
記可動板の周縁部に設けた駆動コイルと、該駆動コイル
に静磁界を与える磁界発生手段とを備え、前記駆動コイ
ルに電流を流すことにより発生する磁気力により前記可
動板を駆動する構成の電磁アクチュエータにおいて、前
記トーションバーの少なくとも一部を導電性に形成し、
この導電領域を介して外部電源と駆動コイルとを電気的
に接続する構成とした。
導体基板に、可動板と該可動板を前記半導体基板に対し
て揺動可能に軸支するトーションバーと一体形成し、前
記可動板の周縁部に設けた駆動コイルと、該駆動コイル
に静磁界を与える磁界発生手段とを備え、前記駆動コイ
ルに電流を流すことにより発生する磁気力により前記可
動板を駆動する構成の電磁アクチュエータにおいて、前
記トーションバーの少なくとも一部を導電性に形成し、
この導電領域を介して外部電源と駆動コイルとを電気的
に接続する構成とした。
【００１７】また、前記トーションバー全体を導電性と
した。また、前記可動板の駆動コイルで囲まれる中央部
に反射鏡を設けてガルバノミラーとした。また、トーシ
ョンバー形成部分を除いて半導体基板の下面から上面に
向けて異方性エッチングにより貫通させて半導体基板に
揺動可能に軸支される可動板を形成する工程と、可動板
上面周囲に駆動コイルを形成する工程と、駆動コイルに
静磁界を与える磁界発生手段を固定する工程を備えた電
磁アクチュエータの製造方法において、トーションバー
形成部分の少なくとも一部にＰ型不純物を高濃度に拡散
して導電領域を形成した後、前記異方性エッチングによ
り可動板を形成し、駆動コイルを形成する際に、同時に
前記導電領域の両端部に、当該導電領域を外部電源側と
駆動コイル側にそれぞれ接続するための電極端子部を形
成するようにした。
した。また、前記可動板の駆動コイルで囲まれる中央部
に反射鏡を設けてガルバノミラーとした。また、トーシ
ョンバー形成部分を除いて半導体基板の下面から上面に
向けて異方性エッチングにより貫通させて半導体基板に
揺動可能に軸支される可動板を形成する工程と、可動板
上面周囲に駆動コイルを形成する工程と、駆動コイルに
静磁界を与える磁界発生手段を固定する工程を備えた電
磁アクチュエータの製造方法において、トーションバー
形成部分の少なくとも一部にＰ型不純物を高濃度に拡散
して導電領域を形成した後、前記異方性エッチングによ
り可動板を形成し、駆動コイルを形成する際に、同時に
前記導電領域の両端部に、当該導電領域を外部電源側と
駆動コイル側にそれぞれ接続するための電極端子部を形
成するようにした。
【００１８】また、前記Ｐ型不純物として、硼素、アル
ミニウム、ガリウム及びインジウムのいずれか１つを使
用するようにした。また、反射鏡を形成する工程を加え
るようにした。
ミニウム、ガリウム及びインジウムのいずれか１つを使
用するようにした。また、反射鏡を形成する工程を加え
るようにした。
【００１９】
【作用】かかる構成によれば、トーションバー部分に多
結晶構造の金属の電気配線がなくなるので、トーション
バーの捩じれ運動に起因する金属疲労による電気配線の
断線故障がなくなる。尚、ここで用いている半導体基板
は単結晶構造なので、弾性限界の範囲内の使用であれば
寿命は半永久的である。従って、電磁アクチュエータの
寿命を延ばすことができる。
結晶構造の金属の電気配線がなくなるので、トーション
バーの捩じれ運動に起因する金属疲労による電気配線の
断線故障がなくなる。尚、ここで用いている半導体基板
は単結晶構造なので、弾性限界の範囲内の使用であれば
寿命は半永久的である。従って、電磁アクチュエータの
寿命を延ばすことができる。
【００２０】また、トーションバー形成部分の少なくと
も一部に、Ｐ型不純物、例えば硼素アルミニウム、ガリ
ウム及びインジウムのいずれか１つを高濃度に拡散して
導電領域を形成すると、異方性エッチングにより可動板
を形成する際に、トーションバー形成部分の硼素が高濃
度に拡散された導電領域では、特定のエッチング液でエ
ッチング速度が極端に遅くなり、トーションバー形成部
分が残って導電領域を有するトーションバーが形成でき
る。
も一部に、Ｐ型不純物、例えば硼素アルミニウム、ガリ
ウム及びインジウムのいずれか１つを高濃度に拡散して
導電領域を形成すると、異方性エッチングにより可動板
を形成する際に、トーションバー形成部分の硼素が高濃
度に拡散された導電領域では、特定のエッチング液でエ
ッチング速度が極端に遅くなり、トーションバー形成部
分が残って導電領域を有するトーションバーが形成でき
る。
【００２１】このように形成したトーションバーの導電
領域の体積抵抗率は、10-3Ωｃｍ程度あり、シリコン真
性半導体の体積抵抗率2.3 ×105 Ωｃｍに比べて格段に
抵抗率が低く、駆動コイルへの電流供給路として十分使
用することができる。
領域の体積抵抗率は、10-3Ωｃｍ程度あり、シリコン真
性半導体の体積抵抗率2.3 ×105 Ωｃｍに比べて格段に
抵抗率が低く、駆動コイルへの電流供給路として十分使
用することができる。
【００２２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１に本発明に係る電磁アクチュエータとしてガ
ルバノミラーに適用した第１実施例の要部の構成を示
す。尚、本実施例のプレーナ型ガルバノミラーの基本構
成は、図７に示す従来例と同様であり、トーションバー
部分の構成のみが異なるので、ここでは、トーションバ
ー部分の構成について説明する。
する。図１に本発明に係る電磁アクチュエータとしてガ
ルバノミラーに適用した第１実施例の要部の構成を示
す。尚、本実施例のプレーナ型ガルバノミラーの基本構
成は、図７に示す従来例と同様であり、トーションバー
部分の構成のみが異なるので、ここでは、トーションバ
ー部分の構成について説明する。
【００２３】図において、本実施例のガルバノミラーの
トーションバー６部分は、Ｐ型不純物、例えば硼素が高
濃度に拡散されてトーションバー６全体が導電性を有し
ている。そして、この導電性のトーションバー６の半導
体基板２側端部付近には、図中破線で示す導電領域内
に、外部電源（図示せず）に電気的に接続するための電
極端子９が形成されている。また、トーションバー６の
可動板５側端部付近には、図中破線で示す導電領域内
に、可動板５上の駆動コイルとしての平面コイル７に電
気的に接続するための電極端子31が形成されている。
トーションバー６部分は、Ｐ型不純物、例えば硼素が高
濃度に拡散されてトーションバー６全体が導電性を有し
ている。そして、この導電性のトーションバー６の半導
体基板２側端部付近には、図中破線で示す導電領域内
に、外部電源（図示せず）に電気的に接続するための電
極端子９が形成されている。また、トーションバー６の
可動板５側端部付近には、図中破線で示す導電領域内
に、可動板５上の駆動コイルとしての平面コイル７に電
気的に接続するための電極端子31が形成されている。
【００２４】かかる構成において、平面コイル７は、導
電性のトーションバー６を介して外部電源と電気的に接
続されて電流が供給される。そして、例えば硼素の不純
物濃度を約1020／ｃｍ3 とすれば、前記トーションバー
６の導電領域の体積抵抗率は約10-3Ωｃｍであり、シリ
コンの真性半導体の体積抵抗率である2.3 ×105 に比べ
て極めて低く導電性が高いので、十分に電流通路として
機能することができる。
電性のトーションバー６を介して外部電源と電気的に接
続されて電流が供給される。そして、例えば硼素の不純
物濃度を約1020／ｃｍ3 とすれば、前記トーションバー
６の導電領域の体積抵抗率は約10-3Ωｃｍであり、シリ
コンの真性半導体の体積抵抗率である2.3 ×105 に比べ
て極めて低く導電性が高いので、十分に電流通路として
機能することができる。
【００２５】このように、トーションバー６を導電性に
し、トーションバー６自体を介して平面コイル７に電流
を供給する構成とすれば、トーションバー６上の多結晶
構造の金属配線がなくなり、トーションバー６の捩じれ
運動による金属配線の断線故障をなくすことができる。
そして、半導体基板は単結晶構造なので、弾性限界の範
囲内の使用であれば寿命は半永久的である。従って、プ
レーナ型ガルバノミラーの寿命が延ばすことができ、信
頼性が向上する。
し、トーションバー６自体を介して平面コイル７に電流
を供給する構成とすれば、トーションバー６上の多結晶
構造の金属配線がなくなり、トーションバー６の捩じれ
運動による金属配線の断線故障をなくすことができる。
そして、半導体基板は単結晶構造なので、弾性限界の範
囲内の使用であれば寿命は半永久的である。従って、プ
レーナ型ガルバノミラーの寿命が延ばすことができ、信
頼性が向上する。
【００２６】次に上記第１実施例のガルバノミラーのト
ーションバー部分の製造工程を、図２〜図４を参照しな
がら説明する。まず、シリコン基板101 の上下面を熱酸
化して酸化膜102 を形成する（ａ工程）。次に、表面側
のトーションバー形成部分の酸化膜を除去して不純物拡
散用の穴103 を形成し（ｂ工程）、この穴から不純物の
硼素を高濃度に拡散して導電領域104 を形成する（ｃ工
程）。
ーションバー部分の製造工程を、図２〜図４を参照しな
がら説明する。まず、シリコン基板101 の上下面を熱酸
化して酸化膜102 を形成する（ａ工程）。次に、表面側
のトーションバー形成部分の酸化膜を除去して不純物拡
散用の穴103 を形成し（ｂ工程）、この穴から不純物の
硼素を高濃度に拡散して導電領域104 を形成する（ｃ工
程）。
【００２７】1100℃で１時間熱酸化して導電領域104 上
に酸化膜を形成し（ｄ工程）、更にその上にスパッタリ
ングによってＳｉＯ2 膜を形成する（ｅ工程）。次に、
裏面側にホトリソグラフにより貫通穴のパターンを形成
し、貫通穴105部分の酸化膜をエッチング除去した後
（ｆ工程）、貫通穴105 部分に異方性エッチングを行
う。これにより、可動板５部分が形成されると共に、Ｐ
+ エッチストップ作用により導電領域104 はエッチング
されず、導電領域104 からなる導電性のトーションバー
６も同時に形成される（工程ｇ）。尚、Ｐ型不純物とし
て硼素（Ｂ）の代わりに、アルミニウム（Ａl ）、ガリ
ウム（Ｇａ）或いはインジウム（Ｉｎ）等を用いてもＰ
+ エッチストップ作用を利用することができる。また、
Ｐ+ エッチストップ作用を利用せずに形成する場合は、
Ｐ型不純物として、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチ
モン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等を使用することがで
きる。
に酸化膜を形成し（ｄ工程）、更にその上にスパッタリ
ングによってＳｉＯ2 膜を形成する（ｅ工程）。次に、
裏面側にホトリソグラフにより貫通穴のパターンを形成
し、貫通穴105部分の酸化膜をエッチング除去した後
（ｆ工程）、貫通穴105 部分に異方性エッチングを行
う。これにより、可動板５部分が形成されると共に、Ｐ
+ エッチストップ作用により導電領域104 はエッチング
されず、導電領域104 からなる導電性のトーションバー
６も同時に形成される（工程ｇ）。尚、Ｐ型不純物とし
て硼素（Ｂ）の代わりに、アルミニウム（Ａl ）、ガリ
ウム（Ｇａ）或いはインジウム（Ｉｎ）等を用いてもＰ
+ エッチストップ作用を利用することができる。また、
Ｐ+ エッチストップ作用を利用せずに形成する場合は、
Ｐ型不純物として、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチ
モン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等を使用することがで
きる。
【００２８】次に、電極端子形成部分の酸化膜を除去し
てコンタクトホール106 を形成する（ｈ工程）。次に、
表面側の酸化膜102 上に、従来公知の電鋳コイル法によ
って平面コイル７及び電極端子９，31を形成する（工程
ｉ）。電鋳コイル法は、シリコン基板101 の表面側にニ
ッケルのスパッタを行ってニッケル層を形成し、電解め
っき又はスパッタにより銅層を形成する。次にポジ型の
レジストで平面コイル及び電極端子に相当する部分をマ
スクし、銅エッチング、ニッケルエッチングを順次行
い、エッチング後、レジストを除去し、更に、銅電解め
っきを行ってニッケル層の全周を銅で覆い平面コイル及
び電極端子に相当する銅層を形成する。次に、銅層を除
いた部分にネガ型のメッキレジストを塗布した後、銅電
解めっきを行って銅層を厚くして、平面コイル及び電極
端子を形成する。
てコンタクトホール106 を形成する（ｈ工程）。次に、
表面側の酸化膜102 上に、従来公知の電鋳コイル法によ
って平面コイル７及び電極端子９，31を形成する（工程
ｉ）。電鋳コイル法は、シリコン基板101 の表面側にニ
ッケルのスパッタを行ってニッケル層を形成し、電解め
っき又はスパッタにより銅層を形成する。次にポジ型の
レジストで平面コイル及び電極端子に相当する部分をマ
スクし、銅エッチング、ニッケルエッチングを順次行
い、エッチング後、レジストを除去し、更に、銅電解め
っきを行ってニッケル層の全周を銅で覆い平面コイル及
び電極端子に相当する銅層を形成する。次に、銅層を除
いた部分にネガ型のメッキレジストを塗布した後、銅電
解めっきを行って銅層を厚くして、平面コイル及び電極
端子を形成する。
【００２９】次に、２層めの平面コイルと絶縁するた
め、例えば感光性ポリイミド等の絶縁層107 を形成す
る。この絶縁層107 は、電極端子部と１層目と２層目と
のコイル接続部を除いて形成する（ｊ工程）。次に、前
記絶縁層107 の上に、再度電鋳コイル法によって２層目
の平面コイルを形成し（ｋ工程）、その上に感光性ポリ
イミド等の絶縁層107 を形成する（ｌ工程）。
め、例えば感光性ポリイミド等の絶縁層107 を形成す
る。この絶縁層107 は、電極端子部と１層目と２層目と
のコイル接続部を除いて形成する（ｊ工程）。次に、前
記絶縁層107 の上に、再度電鋳コイル法によって２層目
の平面コイルを形成し（ｋ工程）、その上に感光性ポリ
イミド等の絶縁層107 を形成する（ｌ工程）。
【００３０】その後は、シリコン基板の上下面に上側ガ
ラス基板３と下側ガラス基板４をそれぞれ陽極接合によ
って結合し、上下のガラス基板３，４の所定位置に永久
磁石を取付ける。上記第１実施例では、図７の１軸のガ
ルバノミラーに適用する例を示したが、図８に示す２軸
のガルバノミラーのようにトーションバー６部分に２本
の配線を必要とする場合には、図５或いは図６のように
構成すればよい。
ラス基板３と下側ガラス基板４をそれぞれ陽極接合によ
って結合し、上下のガラス基板３，４の所定位置に永久
磁石を取付ける。上記第１実施例では、図７の１軸のガ
ルバノミラーに適用する例を示したが、図８に示す２軸
のガルバノミラーのようにトーションバー６部分に２本
の配線を必要とする場合には、図５或いは図６のように
構成すればよい。
【００３１】図５に示す第２実施例では、トーションバ
ー６部分に、図の一点鎖線で示すように、間隔を設けて
平行に互いに絶縁して２つの不純物拡散による導電領域
104，104 を形成する。この場合、約300 μｍの幅のト
ーションバー６に対して、各導電領域104 ，104 の幅は
約50μｍ程度あればよいので、半導体製造技術における
素子間分離技術によって２つの導電領域104 ，104 を互
いに絶縁するのは可能であるので、何ら支障はなく実現
できる。従って、第１実施例と同様に、プレーナ型ガル
バノミラーの寿命を延ばし信頼性を向上できる。
ー６部分に、図の一点鎖線で示すように、間隔を設けて
平行に互いに絶縁して２つの不純物拡散による導電領域
104，104 を形成する。この場合、約300 μｍの幅のト
ーションバー６に対して、各導電領域104 ，104 の幅は
約50μｍ程度あればよいので、半導体製造技術における
素子間分離技術によって２つの導電領域104 ，104 を互
いに絶縁するのは可能であるので、何ら支障はなく実現
できる。従って、第１実施例と同様に、プレーナ型ガル
バノミラーの寿命を延ばし信頼性を向上できる。
【００３２】また、図６に示す第３実施例は、トーショ
ンバー６の中間部分を貫通させて、互いに近接した２本
のトーションバー６ａ，６ｂに分割構成し、各トーショ
ンバー６ａ，６ｂを、図１に示す第１実施例と同様に、
全体に不純物を拡散させて導電領域としている。この場
合は、トーションバーによるばね反力特性が異なるの
で、磁気力とばね反力との関係が１本の場合と異なるだ
けで、ガルバノミラーとして動作させるのには何ら影響
はなく、第１実施例と同様にコイルの断線防止効果を有
し、プレーナ型ガルバノミラーの寿命を延ばし信頼性を
向上できる。
ンバー６の中間部分を貫通させて、互いに近接した２本
のトーションバー６ａ，６ｂに分割構成し、各トーショ
ンバー６ａ，６ｂを、図１に示す第１実施例と同様に、
全体に不純物を拡散させて導電領域としている。この場
合は、トーションバーによるばね反力特性が異なるの
で、磁気力とばね反力との関係が１本の場合と異なるだ
けで、ガルバノミラーとして動作させるのには何ら影響
はなく、第１実施例と同様にコイルの断線防止効果を有
し、プレーナ型ガルバノミラーの寿命を延ばし信頼性を
向上できる。
【００３３】尚、１軸のガルバノミラーの場合も、図５
に示すように、トーションバー６の一部に不純物拡散に
よる導電領域を形成するようにしてもよいことを言うま
でもない。本実施例では、電磁アクチュエータとしてプ
レーナ型ガルバノミラーに適用した例を示したが、前述
したプレーナ型電磁リレーや光検出装置等の電磁アクチ
ュエータについても適用できることは言うまでもない。
に示すように、トーションバー６の一部に不純物拡散に
よる導電領域を形成するようにしてもよいことを言うま
でもない。本実施例では、電磁アクチュエータとしてプ
レーナ型ガルバノミラーに適用した例を示したが、前述
したプレーナ型電磁リレーや光検出装置等の電磁アクチ
ュエータについても適用できることは言うまでもない。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ト
ーションバー部分を導電性として、トーションバーの導
電領域を介して外部電源と駆動コイルとを電気的に接続
する構成としたので、トーションバーの捩じれ運動の繰
り返しによるコイル通電用配線の断線故障を防止でき、
プレーナ型の電磁アクチュエータの耐久性及び信頼性を
向上できる。
ーションバー部分を導電性として、トーションバーの導
電領域を介して外部電源と駆動コイルとを電気的に接続
する構成としたので、トーションバーの捩じれ運動の繰
り返しによるコイル通電用配線の断線故障を防止でき、
プレーナ型の電磁アクチュエータの耐久性及び信頼性を
向上できる。
【図１】本発明に係る電磁アクチュエータの第１実施例
を示す要部構成図
を示す要部構成図
【図２】同上第１実施例の製造工程の説明図
【図３】図２に続く製造工程の説明図
【図４】図３に続く製造工程の説明図
【図５】本発明の第２実施例を示す要部構成図
【図６】本発明の第３実施例を示す要部構成図
【図７】従来の１軸のガルバノミラーの分解斜視図
【図８】従来の２軸のガルバノミラーの分解斜視図
【図９】従来の問題点を説明する図
【図10】従来の問題点を説明する図
１，20 ガルバノミラー（電磁アクチュエータ） ２ 半導体基板 ５ 可動板 ６ トーションバー ７ 平面コイル ８ 全反射ミラー ９，31 電極端子 10Ａ〜13Ａ，10Ｂ〜13Ｂ 永久磁石 104 導電領域
Claims (6)
- 【請求項１】半導体基板に、可動板と該可動板を前記半
導体基板に対して揺動可能に軸支するトーションバーと
一体形成し、前記可動板の周縁部に設けた駆動コイル
と、該駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段とを備
え、前記駆動コイルに電流を流すことにより発生する磁
気力により前記可動板を駆動する構成の電磁アクチュエ
ータにおいて、 前記トーションバーの少なくとも一部を導電性に形成
し、この導電領域を介して外部電源と駆動コイルとを電
気的に接続する構成としたことを特徴とする電磁アクチ
ュエータ。 - 【請求項２】前記トーションバー全体を導電性とした請
求項１記載の電磁アクチュエータ。 - 【請求項３】前記可動板の駆動コイルで囲まれる中央部
に反射鏡を設けてなる請求項１又は２記載の電磁アクチ
ュエータ。 - 【請求項４】トーションバー形成部分を除いて半導体基
板の下面から上面に向けて異方性エッチングにより貫通
させて半導体基板に揺動可能に軸支される可動板を形成
する工程と、可動板上面周囲に駆動コイルを形成する工
程と、駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段を固定
する工程を備えた電磁アクチュエータの製造方法におい
て、 トーションバー形成部分の少なくとも一部にＰ型不純物
を高濃度に拡散して導電領域を形成した後、前記異方性
エッチングにより可動板を形成し、駆動コイルを形成す
る際に、同時に前記導電領域の両端部に、当該導電領域
を外部電源側と駆動コイル側にそれぞれ接続するための
電極端子部を形成するようにしたことを特徴とする電磁
アクチュエータの製造方法。 - 【請求項５】前記Ｐ型不純物が、硼素、アルミニウム、
ガリウム及びインジウムのいずれか１つである請求項４
記載の電磁アクチュエータの製造方法。 - 【請求項６】駆動コイルで囲まれた可動板中央部に反射
鏡を形成する工程を備えてなる請求項４又は５記載の電
磁アクチュエータの製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32736994A JP3425814B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 電磁アクチュエータ及びその製造方法 |
| US08/981,245 US5966009A (en) | 1994-12-28 | 1996-04-26 | Electromagnetic actuator and manufacturing method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32736994A JP3425814B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 電磁アクチュエータ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08186975A true JPH08186975A (ja) | 1996-07-16 |
| JP3425814B2 JP3425814B2 (ja) | 2003-07-14 |
Family
ID=18198376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32736994A Expired - Lifetime JP3425814B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 電磁アクチュエータ及びその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5966009A (ja) |
| JP (1) | JP3425814B2 (ja) |
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| WO2019017130A1 (ja) | 2017-07-21 | 2019-01-24 | 浜松ホトニクス株式会社 | アクチュエータ装置 |
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| WO2022172372A1 (ja) * | 2021-02-10 | 2022-08-18 | 三菱電機株式会社 | Ｍｅｍｓ素子、光走査装置、測距装置およびｍｅｍｓ素子の製造方法 |
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