JPH10323059A - 回転プレートを含む超小型電気機械的装置及び関連方法 - Google Patents
回転プレートを含む超小型電気機械的装置及び関連方法Info
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- JPH10323059A JPH10323059A JP9275034A JP27503497A JPH10323059A JP H10323059 A JPH10323059 A JP H10323059A JP 9275034 A JP9275034 A JP 9275034A JP 27503497 A JP27503497 A JP 27503497A JP H10323059 A JPH10323059 A JP H10323059A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 回転を行わせるのに必要とされるトルクを減
少させることができる改良アクチュエータを含む電気機
械的回転プレートを提供する。 【解決手段】 第１フレーム５０の第１開口内に懸架さ
れ、第２開口を有する第２フレーム５２と、前記第２開
口内に懸架されたプレート５４とを含む。第１対のビー
ム５６は、第２フレームが第１フレームに対して第１軸
線を中心に回転するように第２フレームを第１フレーム
に対して第１軸線に沿って支持する。第２対のビーム５
８は、プレートがフレームに対して第２軸線を中心に回
転するようにプレートを第２フレームに対して第２軸線
に沿って支持する。第１アクチュエータ６０が第２フレ
ームを第１フレームに対して第１軸線を中心に回転させ
るための機械的力をもたらす。第２アクチュエータ６２
がプレートを第２フレームに対して第２軸線を中心に回
転させるための機械的力をもたらす。
少させることができる改良アクチュエータを含む電気機
械的回転プレートを提供する。 【解決手段】 第１フレーム５０の第１開口内に懸架さ
れ、第２開口を有する第２フレーム５２と、前記第２開
口内に懸架されたプレート５４とを含む。第１対のビー
ム５６は、第２フレームが第１フレームに対して第１軸
線を中心に回転するように第２フレームを第１フレーム
に対して第１軸線に沿って支持する。第２対のビーム５
８は、プレートがフレームに対して第２軸線を中心に回
転するようにプレートを第２フレームに対して第２軸線
に沿って支持する。第１アクチュエータ６０が第２フレ
ームを第１フレームに対して第１軸線を中心に回転させ
るための機械的力をもたらす。第２アクチュエータ６２
がプレートを第２フレームに対して第２軸線を中心に回
転させるための機械的力をもたらす。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気機械技術の分
野に関し、特に超小型電気機械装置の技術分野に関す
る。
野に関し、特に超小型電気機械装置の技術分野に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】超小型電子集積回路の分野で開発された
薄膜加工は、精密超小型電気機械装置を製造するのに使
用されてきた。例えば、固体レーザー及び繊維光学カッ
プリング、インクジェットノズル及びクレジットカー
ド、磁気ディスク読み／書きヘッド及び光学記録ヘッド
は、写真平版法、スパッター成膜法、エッチング法及び
プラズマ法を含む薄膜法を使用して製造されてきた。こ
れらの薄膜法により、ミクロン以下の寸法制御で超小型
電気機械装置を製造することができる。
薄膜加工は、精密超小型電気機械装置を製造するのに使
用されてきた。例えば、固体レーザー及び繊維光学カッ
プリング、インクジェットノズル及びクレジットカー
ド、磁気ディスク読み／書きヘッド及び光学記録ヘッド
は、写真平版法、スパッター成膜法、エッチング法及び
プラズマ法を含む薄膜法を使用して製造されてきた。こ
れらの薄膜法により、ミクロン以下の寸法制御で超小型
電気機械装置を製造することができる。
【０００３】１つの重要な超小型電気機械装置は、バー
コード読み取り器のような光学走査器に使用される静電
駆動式回転ミラーである。特に、静電駆動式トーション
走査ミラーが１９８０年９月のＩＢＭ Ｒｅｓ．Ｄｅｖ
ｅｌｏｐ２４巻、第５号にＫｕｒｔ Ｅ．Ｐｅｔｅｒｓ
ｅｎによる「シリコーントーション走査ミラー」と題す
る参考文献に論じられている。
コード読み取り器のような光学走査器に使用される静電
駆動式回転ミラーである。特に、静電駆動式トーション
走査ミラーが１９８０年９月のＩＢＭ Ｒｅｓ．Ｄｅｖ
ｅｌｏｐ２４巻、第５号にＫｕｒｔ Ｅ．Ｐｅｔｅｒｓ
ｅｎによる「シリコーントーション走査ミラー」と題す
る参考文献に論じられている。
【０００４】この参考文献では、単結晶シリコーンチッ
プが２つの単結晶シリコーントーションバーに取り付け
られたミラー要素を収容する。このシリコーンチップ
は、浅い長方形縦穴をエッチングした他の基板に結合さ
れる。縦穴の底で２つの電極が交互に賦勢されて、ミラ
ー要素をシリコーントーションバーを中心とする捩じり
運動で偏向させる。
プが２つの単結晶シリコーントーションバーに取り付け
られたミラー要素を収容する。このシリコーンチップ
は、浅い長方形縦穴をエッチングした他の基板に結合さ
れる。縦穴の底で２つの電極が交互に賦勢されて、ミラ
ー要素をシリコーントーションバーを中心とする捩じり
運動で偏向させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シリコ
ーントーションバーは不必要に堅く、かくして、ミラー
を回転させるのに過剰なトルクを必要とする。加えて、
回転ミラーの経路における電極の位置はミラーの回転を
制限する。電極とミラーとの間の距離を増すと電極とミ
ラーとの間に発生される静電力を減少させる。その上、
シリコーンチップと第２基板との結合は装置の製造に不
必要な複雑さを加えることになる。
ーントーションバーは不必要に堅く、かくして、ミラー
を回転させるのに過剰なトルクを必要とする。加えて、
回転ミラーの経路における電極の位置はミラーの回転を
制限する。電極とミラーとの間の距離を増すと電極とミ
ラーとの間に発生される静電力を減少させる。その上、
シリコーンチップと第２基板との結合は装置の製造に不
必要な複雑さを加えることになる。
【０００６】２次元の光学走査器が１９９５年のＰｒｏ
ｃｅｅｄｉｎｇｓ，ＩＥＥＥ Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓの頁４１
８、３０６−３０９の大塚義則他による「２自由度をも
つ捩じり共振器を適用する２次元光学走査器」と称する
参考文献に論じられている。この参考文献は１つの駆動
回路で、２つの振動力を生じさせる捩じり振動系を論じ
ている。
ｃｅｅｄｉｎｇｓ，ＩＥＥＥ Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓの頁４１
８、３０６−３０９の大塚義則他による「２自由度をも
つ捩じり共振器を適用する２次元光学走査器」と称する
参考文献に論じられている。この参考文献は１つの駆動
回路で、２つの振動力を生じさせる捩じり振動系を論じ
ている。
【０００７】特に、捩じり振動を励起させるのにバイモ
ルフセルが使用される。２つの捩じり振動のいずれかの
共振周波数でバイモルフセルを駆動することによって１
次元の走査を可能にする。２つの捩じり振動の共振周波
数信号を加えることによってバイモルフセルを操作すれ
ば、２次元操作を達成することができる。
ルフセルが使用される。２つの捩じり振動のいずれかの
共振周波数でバイモルフセルを駆動することによって１
次元の走査を可能にする。２つの捩じり振動の共振周波
数信号を加えることによってバイモルフセルを操作すれ
ば、２次元操作を達成することができる。
【０００８】しかしながら、この参考文献の操作器は一
次元において所定の共振周波数で独立に走査することが
できるにすぎない。換言すれば、２軸を中心とする振動
を励起させるのに単一の駆動回路が使用されるので、い
ずれの軸を中心とする振動は所定の共振周波数に制限さ
れる。この参考文献の走査器はまた別々の構成部品の組
み立てを必要とする。
次元において所定の共振周波数で独立に走査することが
できるにすぎない。換言すれば、２軸を中心とする振動
を励起させるのに単一の駆動回路が使用されるので、い
ずれの軸を中心とする振動は所定の共振周波数に制限さ
れる。この参考文献の走査器はまた別々の構成部品の組
み立てを必要とする。
【０００９】上記の参考文献にもかかわらず、当該技術
では改良超小型電気機械的走査器及び方法の要望が存在
し続けている。従って、本発明の目的は改良超小型電気
機械装置及び方法を提供することにある。本発明の他の
目的は改良アクチュエータを含む電気機械的回転プレー
トを提供することにある。本発明の更に他の目的は、回
転を行わせるのに必要とされるトルクを減少させること
ができる電気機械的回転プレートを提供することにあ
る。本発明の更に他の目的は、２つの異なる軸線を中心
に独立に回転させることができる電気機械的回転プレー
トを提供することにある。
では改良超小型電気機械的走査器及び方法の要望が存在
し続けている。従って、本発明の目的は改良超小型電気
機械装置及び方法を提供することにある。本発明の他の
目的は改良アクチュエータを含む電気機械的回転プレー
トを提供することにある。本発明の更に他の目的は、回
転を行わせるのに必要とされるトルクを減少させること
ができる電気機械的回転プレートを提供することにあ
る。本発明の更に他の目的は、２つの異なる軸線を中心
に独立に回転させることができる電気機械的回転プレー
トを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】これらの目的及び他の目
的は、本発明によれば、開口を有するフレームと、開口
内に懸架されたプレートとを含む電気機械装置によって
達成される。一対のビームがプレートの両側からフレー
ムまで延び、ビームの各々の第１の端はプレート及びフ
レームのうちの一方に固定的に連結され、ビームの各々
の第２の端は、プレートがビームによって定められた軸
線を中心に第２フレームに対して回転するようにプレー
ト及びフレームのうちの他方と回転接触状態にある。従
って、プレートは軸線を中心に自由に回転し、かくし
て、回転を行わせるトルクは比較的小さくてすむ。
的は、本発明によれば、開口を有するフレームと、開口
内に懸架されたプレートとを含む電気機械装置によって
達成される。一対のビームがプレートの両側からフレー
ムまで延び、ビームの各々の第１の端はプレート及びフ
レームのうちの一方に固定的に連結され、ビームの各々
の第２の端は、プレートがビームによって定められた軸
線を中心に第２フレームに対して回転するようにプレー
ト及びフレームのうちの他方と回転接触状態にある。従
って、プレートは軸線を中心に自由に回転し、かくし
て、回転を行わせるトルクは比較的小さくてすむ。
【００１１】その上、電気機械装置は、フレームから間
隔を隔てた電極及び電極からプレートの一部分まで延び
るアームを有するアクチュエータを含み、電極とプレー
トとの間の電位差により静電力を生じさせ、該静電力を
アームによってプレートに伝達させ、かくして、プレー
トの回転を行わせる。このアクチュエータがプレートの
代わりに、それ自体とフレームとの間の電位差に応答し
て静電力を発生させるから、アクチュエータはプレート
の運動を阻止しない。加えて、このアクチュエータはプ
レートのための賦勢支持体をなす。
隔を隔てた電極及び電極からプレートの一部分まで延び
るアームを有するアクチュエータを含み、電極とプレー
トとの間の電位差により静電力を生じさせ、該静電力を
アームによってプレートに伝達させ、かくして、プレー
トの回転を行わせる。このアクチュエータがプレートの
代わりに、それ自体とフレームとの間の電位差に応答し
て静電力を発生させるから、アクチュエータはプレート
の運動を阻止しない。加えて、このアクチュエータはプ
レートのための賦勢支持体をなす。
【００１２】本発明の１つの観点によれば、電気機械的
装置は第１開口を有する第１フレームと、第１開口内に
懸架され第２開口を有する第２フレームと、第２開口内
に懸架されたプレートとを含む。第１対のビームが、第
２フレームが第１フレームに対して第１軸線を中心に回
転するように第２フレームを第１軸線に沿って支持す
る。第２対のビームが、プレートが第２フレームに対し
て第２軸線を中心に回転するようにプレートを第２軸線
に沿って支持する。
装置は第１開口を有する第１フレームと、第１開口内に
懸架され第２開口を有する第２フレームと、第２開口内
に懸架されたプレートとを含む。第１対のビームが、第
２フレームが第１フレームに対して第１軸線を中心に回
転するように第２フレームを第１軸線に沿って支持す
る。第２対のビームが、プレートが第２フレームに対し
て第２軸線を中心に回転するようにプレートを第２軸線
に沿って支持する。
【００１３】第１軸線と第２軸線は、この両軸線を中心
とするプレートの独立の回転に備えて９０°の角度に交
差するのが好ましい。第１アクチュエータが、第２フレ
ームを第１フレームに対して第１軸線を中心に回転させ
るための機械的な力をもたらす。第２アクチュエータ
が、プレートを第２フレームに対して第２軸線を中心に
回転させるための機械的な力をもたらす。従って、プレ
ートを第１軸線及び第２軸線に対して独立に回転させる
ことができる。
とするプレートの独立の回転に備えて９０°の角度に交
差するのが好ましい。第１アクチュエータが、第２フレ
ームを第１フレームに対して第１軸線を中心に回転させ
るための機械的な力をもたらす。第２アクチュエータ
が、プレートを第２フレームに対して第２軸線を中心に
回転させるための機械的な力をもたらす。従って、プレ
ートを第１軸線及び第２軸線に対して独立に回転させる
ことができる。
【００１４】第１フレーム及び第２フレームを超小型電
子基板で形成して超小型電気機械的アクチュエータを作
ることができる。プレートもこの超小型電子基板で形成
することができる。従って、２つの軸線方向アクチュエ
ータをウェーハ結合の必要なしに単一の基板上に作るこ
とができる。特に、第１フレーム、第２フレーム及びプ
レートをシリコーン基板で形成し、ビームをポリシリコ
ーンで形成することができる。かくして、超小型電気機
械的アクチュエータはミクロ機械加工の分野で知られた
薄膜加工技術を使用して製造することができる。
子基板で形成して超小型電気機械的アクチュエータを作
ることができる。プレートもこの超小型電子基板で形成
することができる。従って、２つの軸線方向アクチュエ
ータをウェーハ結合の必要なしに単一の基板上に作るこ
とができる。特に、第１フレーム、第２フレーム及びプ
レートをシリコーン基板で形成し、ビームをポリシリコ
ーンで形成することができる。かくして、超小型電気機
械的アクチュエータはミクロ機械加工の分野で知られた
薄膜加工技術を使用して製造することができる。
【００１５】プレートを支持するビームの各々は、プレ
ートの両側から第２フレームまで延び、ビームの各々の
第１端はプレート又はフレームのうちの一方に固定的に
連結されるのがよい。ビームの各々の第２端は、プレー
トがビームによって定められた軸線を中心に第２フレー
ムに対して回転するように、プレート又はフレームのう
ちの他方と回転接触状態にあるのがよい。特にこれらの
アームはプレートに固定的に連結され、各ビームは、プ
レートが回転するときビームの各々が第２フレーム上で
転がるように第２フレームに隣接して円弧状接触面を有
するのがよい。円弧状接触面はプレートを回転させるの
に必要とされるトルクを更に減ずる。
ートの両側から第２フレームまで延び、ビームの各々の
第１端はプレート又はフレームのうちの一方に固定的に
連結されるのがよい。ビームの各々の第２端は、プレー
トがビームによって定められた軸線を中心に第２フレー
ムに対して回転するように、プレート又はフレームのう
ちの他方と回転接触状態にあるのがよい。特にこれらの
アームはプレートに固定的に連結され、各ビームは、プ
レートが回転するときビームの各々が第２フレーム上で
転がるように第２フレームに隣接して円弧状接触面を有
するのがよい。円弧状接触面はプレートを回転させるの
に必要とされるトルクを更に減ずる。
【００１６】賦勢支持体は、機械的な力が第２アクチュ
エータによって与えられないときプレートと第２フレー
ムが同一平面をなすように、また機械的な力が第２アク
チュエータによって与えられるときプレートが第２軸線
を中心に回転するように、プレートを第２フレームに対
して支持することができる。この賦勢支持体はアクチュ
エータによって提供されるのがよい。特に、第２アクチ
ュエータはフレームから間隔を隔てた電極と、電極から
プレートの一部分まで延びるアームとを含み、電極と第
２フレームとの間の電位差により静電力が生じ、この静
電力はアームを経てプレートに伝達され、かくして、プ
レートを第２フレームに対して回転させる。
エータによって与えられないときプレートと第２フレー
ムが同一平面をなすように、また機械的な力が第２アク
チュエータによって与えられるときプレートが第２軸線
を中心に回転するように、プレートを第２フレームに対
して支持することができる。この賦勢支持体はアクチュ
エータによって提供されるのがよい。特に、第２アクチ
ュエータはフレームから間隔を隔てた電極と、電極から
プレートの一部分まで延びるアームとを含み、電極と第
２フレームとの間の電位差により静電力が生じ、この静
電力はアームを経てプレートに伝達され、かくして、プ
レートを第２フレームに対して回転させる。
【００１７】電極はプレートから間隔を隔てた部分に沿
って第２フレームに固定的に連結されるのがよく、アー
ムは、電極と第２フレームとの間に電位差がないときプ
レートと第２フレームを共通の平面に維持するようにプ
レートに固定的に連結されるのがよい。変形例として、
プレートと第２フレームとの間に超小型機械的ばねを設
けてもよい。
って第２フレームに固定的に連結されるのがよく、アー
ムは、電極と第２フレームとの間に電位差がないときプ
レートと第２フレームを共通の平面に維持するようにプ
レートに固定的に連結されるのがよい。変形例として、
プレートと第２フレームとの間に超小型機械的ばねを設
けてもよい。
【００１８】第２フレームと第２アクチュエータの電極
との間に、両者間の電気短絡を防止する絶縁層を設ける
のがよい。例えば、第２フレーム上に窒化シリコーン層
を設けるのがよい。加えて、アクチュエータのアームは
第２軸線から近接した、プレートの部分まで延びる。従
って、アクチュエータの比較的小さい運動で、プレート
を第２軸線を中心に比較的大きく回転させることができ
る。
との間に、両者間の電気短絡を防止する絶縁層を設ける
のがよい。例えば、第２フレーム上に窒化シリコーン層
を設けるのがよい。加えて、アクチュエータのアームは
第２軸線から近接した、プレートの部分まで延びる。従
って、アクチュエータの比較的小さい運動で、プレート
を第２軸線を中心に比較的大きく回転させることができ
る。
【００１９】本発明の他の観点によれば、基板上に電気
機械的装置を製造する方法は基板の面上にプレート領域
及びフレーム領域を定める段階を含み、フレーム領域は
プレート領域を取り囲み、プレート領域とフレーム領域
は基板犠牲領域によって分離される。プレート領域をフ
レーム領域に対して軸線に沿って支持する支持構造体を
形成し、基板の面上に機械的力をプレート領域に与える
アクチュエータを形成する。
機械的装置を製造する方法は基板の面上にプレート領域
及びフレーム領域を定める段階を含み、フレーム領域は
プレート領域を取り囲み、プレート領域とフレーム領域
は基板犠牲領域によって分離される。プレート領域をフ
レーム領域に対して軸線に沿って支持する支持構造体を
形成し、基板の面上に機械的力をプレート領域に与える
アクチュエータを形成する。
【００２０】次いで、基板犠牲領域を除去し、プレート
領域はアクチュエータによって与えられた機械的力に応
答してフレーム領域に対して軸線を中心に回転する。こ
の方法により、単一の基板を使用して回転プレートをも
つ超小型電気機械的装置を製造することができ、かくし
て、ウェーハ結合の必要を除去する。特に、プレート領
域とフレーム領域とを定める段階はそれぞれの領域をド
ーピすることを含み、基板犠牲領域を除去する段階は基
板のドープされてない部分をエッチングすることを含
む。
領域はアクチュエータによって与えられた機械的力に応
答してフレーム領域に対して軸線を中心に回転する。こ
の方法により、単一の基板を使用して回転プレートをも
つ超小型電気機械的装置を製造することができ、かくし
て、ウェーハ結合の必要を除去する。特に、プレート領
域とフレーム領域とを定める段階はそれぞれの領域をド
ーピすることを含み、基板犠牲領域を除去する段階は基
板のドープされてない部分をエッチングすることを含
む。
【００２１】したがって、プレート領域とフレーム領域
は製造過程で早く定めることができ、ビーム及びアクチ
ュエータを形成した後、製造過程で遅く分離することが
できるとゝもに、プレート領域とフレーム領域は著しい
地形を作ることなく定めることができ、ビームとアクチ
ュエータを比較的平らな基板上に形成させることができ
る。
は製造過程で早く定めることができ、ビーム及びアクチ
ュエータを形成した後、製造過程で遅く分離することが
できるとゝもに、プレート領域とフレーム領域は著しい
地形を作ることなく定めることができ、ビームとアクチ
ュエータを比較的平らな基板上に形成させることができ
る。
【００２２】支持構造体を形成する段階はプレート領域
を通る回転軸線を定める、プレート領域の両側に一対の
ビームを形成する段階を含む。ビームの各々はプレート
領域からフレーム領域まで延び、ビームの各々はプレー
ト領域及びフレーム領域のうちの一方に固定的に連結さ
れる。ビームの各々の第２端は、プレートがフレームに
対して回転するように、プレート領域及びフレーム領域
のうちの他方と回転接触状態にある。上述したように、
回転接触はプレートを回転させるのに必要なトルクを減
ずる。
を通る回転軸線を定める、プレート領域の両側に一対の
ビームを形成する段階を含む。ビームの各々はプレート
領域からフレーム領域まで延び、ビームの各々はプレー
ト領域及びフレーム領域のうちの一方に固定的に連結さ
れる。ビームの各々の第２端は、プレートがフレームに
対して回転するように、プレート領域及びフレーム領域
のうちの他方と回転接触状態にある。上述したように、
回転接触はプレートを回転させるのに必要なトルクを減
ずる。
【００２３】ビームを形成する段階は基板に犠牲層を形
成する段階と、犠牲層に第１穴及び第２穴を形成して軸
線に沿うプレート領域の部分を露出させる段階と、フレ
ーム領域を露出させることなく、フレーム領域と向かい
合って犠牲層に第１および第２部分穴を形成する段階と
を含む。部分穴は軸線にそって形成され、部分穴は犠牲
層を等方的にエッチングすることによって形成されるの
がよい。
成する段階と、犠牲層に第１穴及び第２穴を形成して軸
線に沿うプレート領域の部分を露出させる段階と、フレ
ーム領域を露出させることなく、フレーム領域と向かい
合って犠牲層に第１および第２部分穴を形成する段階と
を含む。部分穴は軸線にそって形成され、部分穴は犠牲
層を等方的にエッチングすることによって形成されるの
がよい。
【００２４】犠牲層に第１及び第２ビームが形成され、
ビームの各々は犠牲層のそれぞれの穴を介してプレート
領域に固定的に連結される。各ビームはプレート領域の
それぞれの露出部分からフレーム領域と向かい合ったそ
れぞれの部分穴まで延びる。次いで、犠牲層は、第１及
び第２ビームがプレートからフレームまで片持ちの仕方
で延びるように、除去される。従って、ビームの各々は
フレームと回転接触している円弧状接触面を有する。
ビームの各々は犠牲層のそれぞれの穴を介してプレート
領域に固定的に連結される。各ビームはプレート領域の
それぞれの露出部分からフレーム領域と向かい合ったそ
れぞれの部分穴まで延びる。次いで、犠牲層は、第１及
び第２ビームがプレートからフレームまで片持ちの仕方
で延びるように、除去される。従って、ビームの各々は
フレームと回転接触している円弧状接触面を有する。
【００２５】犠牲層を形成する段階は、第１エッチング
速度を有する第１犠牲副層を形成する段階と、第１エッ
チング速度に対して高い第２エッチング速度を有する第
２犠牲副層を成形する段階とを含む。かくして、犠牲層
を等方的にエッチングする段階は主として第２犠牲副層
に部分穴を形成する。かくして、比較的低いエッチング
速度をもった第１犠牲副層はビームの接触面と基板との
間に適当な間隔を確保する。
速度を有する第１犠牲副層を形成する段階と、第１エッ
チング速度に対して高い第２エッチング速度を有する第
２犠牲副層を成形する段階とを含む。かくして、犠牲層
を等方的にエッチングする段階は主として第２犠牲副層
に部分穴を形成する。かくして、比較的低いエッチング
速度をもった第１犠牲副層はビームの接触面と基板との
間に適当な間隔を確保する。
【００２６】アクチュエータを形成する段階は、フレー
ム領域から間隔を隔てた電極及び電極からプレート領域
の一部分まで延びるアームを形成する段階を含むのがよ
い。電極とフレーム領域との間の電位差により、アーム
によってプレート領域に伝達される静電力が生じる。従
って、プレートは電極とフレームとの間に発生した静電
力に応答して回転することができる。その上、アームと
プレートとの間に固定連結を与えることによって、アク
チュエータは、プレートに機械的な力が与えられないと
き、プレートとフレームが同一平面になるように、プレ
ートをフレームに対して支持する賦勢支持体をもたら
す。
ム領域から間隔を隔てた電極及び電極からプレート領域
の一部分まで延びるアームを形成する段階を含むのがよ
い。電極とフレーム領域との間の電位差により、アーム
によってプレート領域に伝達される静電力が生じる。従
って、プレートは電極とフレームとの間に発生した静電
力に応答して回転することができる。その上、アームと
プレートとの間に固定連結を与えることによって、アク
チュエータは、プレートに機械的な力が与えられないと
き、プレートとフレームが同一平面になるように、プレ
ートをフレームに対して支持する賦勢支持体をもたら
す。
【００２７】かくして、本発明の電気機械的装置はプレ
ートを２つの回転軸線を中心として独立に回転させるこ
とができる。プレートとフレームとの間に回転接触を与
えるビームはプレートを回転させるのに必要なトルクを
減少させることができる。その上、電極とフレームとの
間の電位差に応答して機械的な力を発生させる静電気ア
クチュエータはプレートの回転経路内に位置しない。本
発明の電気機械的装置はまたミクロ機械加工技術を使用
して単一基板上に作ることができる。
ートを２つの回転軸線を中心として独立に回転させるこ
とができる。プレートとフレームとの間に回転接触を与
えるビームはプレートを回転させるのに必要なトルクを
減少させることができる。その上、電極とフレームとの
間の電位差に応答して機械的な力を発生させる静電気ア
クチュエータはプレートの回転経路内に位置しない。本
発明の電気機械的装置はまたミクロ機械加工技術を使用
して単一基板上に作ることができる。
【００２８】プレート上に反射面を設けることによっ
て、走査器用の回転ミラーを製造することができる。従
って、回転ミラーを、ウェーハ接合又は別々の構成部品
の組み立ての必要なしに、効率的に且つ経済的に製造す
ることができる。
て、走査器用の回転ミラーを製造することができる。従
って、回転ミラーを、ウェーハ接合又は別々の構成部品
の組み立ての必要なしに、効率的に且つ経済的に製造す
ることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】今、本発明を、発明の好ましい実
施形態を示す添付図面を参照して以下にもっと詳細に説
明する。しかしながら、本発明は多くの異なる形態で実
施することができ、従ってここに記載の実施の形態に限
定されるものと解釈すべきではなく、寧ろ、これらの実
施の形態はこの開示が完全であり、発明の範囲を当業者
に完全に伝えるために提供される。図面では、層及び領
域の厚さは明瞭にするために誇張されている。同じ番号
は全体を通して同じ要素を指す。
施形態を示す添付図面を参照して以下にもっと詳細に説
明する。しかしながら、本発明は多くの異なる形態で実
施することができ、従ってここに記載の実施の形態に限
定されるものと解釈すべきではなく、寧ろ、これらの実
施の形態はこの開示が完全であり、発明の範囲を当業者
に完全に伝えるために提供される。図面では、層及び領
域の厚さは明瞭にするために誇張されている。同じ番号
は全体を通して同じ要素を指す。
【００３０】本発明による超小型電気機械的回転ミラー
の平面図を図５Ａに示し、横断面図を図５Ｂ及び５Ｃに
示す。特に、第１フレーム５０と第２フレーム５２がミ
ラーを形成することができ回転プレート５４を取り囲
む。第１対のビーム５６が第２フレーム５２を第１フレ
ーム５０に対して第１軸線に沿って支持するので、第２
フレーム５２は第１フレーム５０に対して第１軸線を中
心に回転する。第２対のビーム５８がプレート５２を第
２フレーム５２に対して第２軸線に沿って支持するか
ら、プレート５４は第２フレーム５０に対して第２軸線
を中心に回転する。図示したように、第１回転軸線と第
２回転軸線は９０°の角度で交差する。
の平面図を図５Ａに示し、横断面図を図５Ｂ及び５Ｃに
示す。特に、第１フレーム５０と第２フレーム５２がミ
ラーを形成することができ回転プレート５４を取り囲
む。第１対のビーム５６が第２フレーム５２を第１フレ
ーム５０に対して第１軸線に沿って支持するので、第２
フレーム５２は第１フレーム５０に対して第１軸線を中
心に回転する。第２対のビーム５８がプレート５２を第
２フレーム５２に対して第２軸線に沿って支持するか
ら、プレート５４は第２フレーム５０に対して第２軸線
を中心に回転する。図示したように、第１回転軸線と第
２回転軸線は９０°の角度で交差する。
【００３１】第１組の４つのアクチュエータ６０が第１
対のビーム５６の各々の各側に１つずつ第１フレーム５
０に設けられる。これらのアクチュエータ６０は、第２
フレーム５２を第１フレーム５０に対して、第１対のビ
ーム５６によって定められた第１軸線を中心に回転させ
るための機械的力をもたらす。第２組の４つのアクチュ
エータ６２が、第２対のビーム５８の各々の各側に１つ
ずつ第２フレーム５２に設けられる。
対のビーム５６の各々の各側に１つずつ第１フレーム５
０に設けられる。これらのアクチュエータ６０は、第２
フレーム５２を第１フレーム５０に対して、第１対のビ
ーム５６によって定められた第１軸線を中心に回転させ
るための機械的力をもたらす。第２組の４つのアクチュ
エータ６２が、第２対のビーム５８の各々の各側に１つ
ずつ第２フレーム５２に設けられる。
【００３２】これらのアクチュエータ６２はプレート５
４を第２フレーム５２に対して、第２対のビーム５８に
よって定められた第２軸線を中心に回転させるための機
械的力をもたらす。加えて、両組のアクチュエータは可
動プレート及び第２フレームを位置決め且つ支持するの
を補助する。従って、プレートは第１回転軸線と第２回
転軸線の両方を中心に独立に回転することができる。
４を第２フレーム５２に対して、第２対のビーム５８に
よって定められた第２軸線を中心に回転させるための機
械的力をもたらす。加えて、両組のアクチュエータは可
動プレート及び第２フレームを位置決め且つ支持するの
を補助する。従って、プレートは第１回転軸線と第２回
転軸線の両方を中心に独立に回転することができる。
【００３３】図５Ｂに断面で示すように、第２対のビー
ム５８の各々はプレート５４の側から延び、そしてプレ
ート５４に固定的に連結される。各ビーム５８は第２フ
レーム５２の上に延び、そして回転運動可能にその表面
に隣接して位置決めされる。従って、これらのビーム５
８は、プレート５４が第２フレーム５２に対して回転す
る第２回転軸線を定める。
ム５８の各々はプレート５４の側から延び、そしてプレ
ート５４に固定的に連結される。各ビーム５８は第２フ
レーム５２の上に延び、そして回転運動可能にその表面
に隣接して位置決めされる。従って、これらのビーム５
８は、プレート５４が第２フレーム５２に対して回転す
る第２回転軸線を定める。
【００３４】ビーム５８はプレート５４と第２フレーム
５２の両方に固定的に連結されないから、プレートを第
２回転軸線を中心に回転させるのに必要とされるトルク
を減少させることができる。その上、第２フレーム５２
に隣接した各ビーム５８のアーチ形接触面６４により、
プレート５４の回転中ビームは第２フレーム上でころが
り、プレートを回転させるのに必要とされるトルク一層
減少させる。
５２の両方に固定的に連結されないから、プレートを第
２回転軸線を中心に回転させるのに必要とされるトルク
を減少させることができる。その上、第２フレーム５２
に隣接した各ビーム５８のアーチ形接触面６４により、
プレート５４の回転中ビームは第２フレーム上でころが
り、プレートを回転させるのに必要とされるトルク一層
減少させる。
【００３５】当業者によって理解されるように、アーチ
形接触面６４を丸くしてもよいし、尖らせてもよいし、
或いはプレートが回転するとき、ビームの転がり運動を
もたらすように形成されてもよい。加えて、プレートの
両側から延びる対の第２ビームは、プレートに対のビー
ムを接合する構造を含むように構成される。換言すれ
ば、プレートを横切ってプレートの両側を越えて延び
る、プレート上の構造によって提供される。
形接触面６４を丸くしてもよいし、尖らせてもよいし、
或いはプレートが回転するとき、ビームの転がり運動を
もたらすように形成されてもよい。加えて、プレートの
両側から延びる対の第２ビームは、プレートに対のビー
ムを接合する構造を含むように構成される。換言すれ
ば、プレートを横切ってプレートの両側を越えて延び
る、プレート上の構造によって提供される。
【００３６】対の第１ビームは、プレートの運動を許す
ように持ち上げられる、第２フレーム上の同様な構造に
よって提供される。変形例として、対の第２ビーム及び
プレートを、対の第２ビームとプレートが単一平面内に
閉じ込められるように、ポリシリコーンのような材料の
単一層で形成してもよい。再び、対の第１ビームと第２
フレームを同様に単一層で形成してもよい。第２フレー
ム５２から延びるビーム５６はプレート５４から延びる
ビーム５８について上で論じたと同じ方法で作動する。
ように持ち上げられる、第２フレーム上の同様な構造に
よって提供される。変形例として、対の第２ビーム及び
プレートを、対の第２ビームとプレートが単一平面内に
閉じ込められるように、ポリシリコーンのような材料の
単一層で形成してもよい。再び、対の第１ビームと第２
フレームを同様に単一層で形成してもよい。第２フレー
ム５２から延びるビーム５６はプレート５４から延びる
ビーム５８について上で論じたと同じ方法で作動する。
【００３７】図５Ｃに示すように、アクチュエータ６２
の各々は、第２フレーム５２から間隔を隔てられ、且つ
第２フレーム５２から電気絶縁された少なくとも１つの
電極６６と、電極６６から延び、第２軸線から外れたプ
レート５４の部分に取付けられたアーム６８とを含む。
電極は、第２フレームとほぼ平行で、図５Ｂ及び５Ｃに
示すように、支持体によって第２フレームから間隔を隔
てられた電導性プレートである。支持体は好ましくは電
極の縁に位置し、且つ２つの側に位置するが、この形態
は必要に応じて変えてもよく或いは運動のために構造的
支持及び可撓性の最適な組み合わせを得るのに望ましい
かもしれない。
の各々は、第２フレーム５２から間隔を隔てられ、且つ
第２フレーム５２から電気絶縁された少なくとも１つの
電極６６と、電極６６から延び、第２軸線から外れたプ
レート５４の部分に取付けられたアーム６８とを含む。
電極は、第２フレームとほぼ平行で、図５Ｂ及び５Ｃに
示すように、支持体によって第２フレームから間隔を隔
てられた電導性プレートである。支持体は好ましくは電
極の縁に位置し、且つ２つの側に位置するが、この形態
は必要に応じて変えてもよく或いは運動のために構造的
支持及び可撓性の最適な組み合わせを得るのに望ましい
かもしれない。
【００３８】従って、電極６６と第２フレーム５２との
間の電位差は静電力を生じさせ、この静電力はアーム６
８を経てプレート５４に伝達され、かくして、プレート
を第２フレーム５２に対して回転させる。アーム６８を
プレート５４に取り付けることによって、電極６６と第
２フレーム５２との間に電位差がないとき、プレート５
４と第２フレーム５２をほぼ共通の平面に維持すること
ができる。
間の電位差は静電力を生じさせ、この静電力はアーム６
８を経てプレート５４に伝達され、かくして、プレート
を第２フレーム５２に対して回転させる。アーム６８を
プレート５４に取り付けることによって、電極６６と第
２フレーム５２との間に電位差がないとき、プレート５
４と第２フレーム５２をほぼ共通の平面に維持すること
ができる。
【００３９】かくして、アクチュエータ６２は、プレー
ト５４を第２フーム５２に対して支持し、プレートを所
望な回転を誘発させるように選択的に賦勢する構造を提
供することができる。別の例として、プレート及び第２
フレームを形成するのに使用されるのと同じ材料で形成
される、ミクロ機械加工されたスプリングによってかか
る賦勢支持をなしてもよい。例えば、プレートとフレー
ムとの間に曲がりくねったスプリングを形成してもよ
い。
ト５４を第２フーム５２に対して支持し、プレートを所
望な回転を誘発させるように選択的に賦勢する構造を提
供することができる。別の例として、プレート及び第２
フレームを形成するのに使用されるのと同じ材料で形成
される、ミクロ機械加工されたスプリングによってかか
る賦勢支持をなしてもよい。例えば、プレートとフレー
ムとの間に曲がりくねったスプリングを形成してもよ
い。
【００４０】第２フレーム５２の回転を図５Ｂ及び図５
Ｃに矢印５９で示す。この回転は、図５Ｂ及び図５Ｃの
平面で第１対のビーム５６によって定められた軸線（図
５Ａに示す）を中心に起こる。プレート５４は第２対の
ビーム５８によって定められた軸線を中心に図５Ｂ及び
図５Ｃの平面へ回転したりその平面の外に回転したりす
る。
Ｃに矢印５９で示す。この回転は、図５Ｂ及び図５Ｃの
平面で第１対のビーム５６によって定められた軸線（図
５Ａに示す）を中心に起こる。プレート５４は第２対の
ビーム５８によって定められた軸線を中心に図５Ｂ及び
図５Ｃの平面へ回転したりその平面の外に回転したりす
る。
【００４１】プレート又はその回転円弧から遠方の位置
で、電極６６と第２フレーム５２との間に電位差を発生
させることによって電極はプレート５４の回転路と干渉
せず又はその回転路へ浸入しない。従って、電極６６を
第２フレーム５２から近接させ、かくして、プレート５
４の運動範囲を減少させることなく、発生させる静電力
を増大させることができる。その上、電極６２の有用な
寸法及びそれによって発生される静電力はプレート５４
の寸法によって制限されない。
で、電極６６と第２フレーム５２との間に電位差を発生
させることによって電極はプレート５４の回転路と干渉
せず又はその回転路へ浸入しない。従って、電極６６を
第２フレーム５２から近接させ、かくして、プレート５
４の運動範囲を減少させることなく、発生させる静電力
を増大させることができる。その上、電極６２の有用な
寸法及びそれによって発生される静電力はプレート５４
の寸法によって制限されない。
【００４２】アーム６８は、好ましくは第２軸線から近
接したプレート５４の部分まで延びる。従って、アーム
６８の比較的小さい変位にり、プレート５４を比較的大
きく回転させることができる。図示したように、アクチ
ュエータアーム６８はプレート５４に固定的に連結さ
れ、かくして、プレートの賦勢支持をもたらす。変形例
として、アームはプレートに固定的に連結されることな
くプレートに隣接して延びてもよい。
接したプレート５４の部分まで延びる。従って、アーム
６８の比較的小さい変位にり、プレート５４を比較的大
きく回転させることができる。図示したように、アクチ
ュエータアーム６８はプレート５４に固定的に連結さ
れ、かくして、プレートの賦勢支持をもたらす。変形例
として、アームはプレートに固定的に連結されることな
くプレートに隣接して延びてもよい。
【００４３】従って、プレートを回転させるのに要する
トルクを減少させることができる、何故ならばアームが
プレートの表面に隣接して位置決めされるが、プレート
の表面に取り付けられていない。第２フレームの上面を
形成する絶縁層１１０を使用して電極６２と第２フレー
ム５２の導電性部分との間の電気短絡を防止することが
できる。電極７０と、アーム７２と、を含む、第１フレ
ーム上のアクチュエータ６０は第２フレーム上のアクチ
ュエータ６２に関して上で論じたように作動する。
トルクを減少させることができる、何故ならばアームが
プレートの表面に隣接して位置決めされるが、プレート
の表面に取り付けられていない。第２フレームの上面を
形成する絶縁層１１０を使用して電極６２と第２フレー
ム５２の導電性部分との間の電気短絡を防止することが
できる。電極７０と、アーム７２と、を含む、第１フレ
ーム上のアクチュエータ６０は第２フレーム上のアクチ
ュエータ６２に関して上で論じたように作動する。
【００４４】プレート上に反射面１０７を設けることに
よって、回転ミラーが作られる。この回転ミラーを使用
して、図６に示すように、バーコード読み取り器のよう
な光学走査装置２００を提供することができる。例え
ば、レーザ２０２又はたのエネルギー源が光のような電
磁放射ビーム２０４を発生させ、そのビームを回転ミラ
ーの反射面１０７へ投射することができる。ミラーを第
１及び第２軸線を中心に回転させることによって、反射
ビーム２０６を所定パターンに走査することができる。
この走査ビームを使用してバーコードのようなパターン
を読むことができる。制御回路２０８は回転ミラーの操
作及びレーザの操作を制御する制御信号を出す。
よって、回転ミラーが作られる。この回転ミラーを使用
して、図６に示すように、バーコード読み取り器のよう
な光学走査装置２００を提供することができる。例え
ば、レーザ２０２又はたのエネルギー源が光のような電
磁放射ビーム２０４を発生させ、そのビームを回転ミラ
ーの反射面１０７へ投射することができる。ミラーを第
１及び第２軸線を中心に回転させることによって、反射
ビーム２０６を所定パターンに走査することができる。
この走査ビームを使用してバーコードのようなパターン
を読むことができる。制御回路２０８は回転ミラーの操
作及びレーザの操作を制御する制御信号を出す。
【００４５】図５Ａ乃至図５Ｃのミクロ電気機械的回転
ミラーを作る方法を図１Ａ乃至図１Ｃ、図２Ａ乃至図２
Ｃ、図３Ａ乃至図３Ｃ、図４Ａ乃至図４Ｃ、及び図５Ａ
乃至図５Ｃを参照して以下の通り説明する。図１Ａ乃至
図１Ｃに示すように、基板１００の所定表面領域をドー
プし、かくして、第１フレーム領域１０２、第２フレー
ム領域１０４、及びプレート領域１０６を構成する。
ミラーを作る方法を図１Ａ乃至図１Ｃ、図２Ａ乃至図２
Ｃ、図３Ａ乃至図３Ｃ、図４Ａ乃至図４Ｃ、及び図５Ａ
乃至図５Ｃを参照して以下の通り説明する。図１Ａ乃至
図１Ｃに示すように、基板１００の所定表面領域をドー
プし、かくして、第１フレーム領域１０２、第２フレー
ム領域１０４、及びプレート領域１０６を構成する。
【００４６】基板は、シリコーン、ガリウム砒素、又は
超小型電子装置の製造に使用される他の材料のような材
料で形成された超小型電子基板である。注入工程か拡散
工程のいずれかによって所定表面領域にボロンを添加す
るのがよい。これらの領域の各々は基板の犠牲領域１０
８によて分離されている。ドーパントは後でエッチスト
ップとして役立ち、基板の犠牲領域を選択的にエッチン
グして基板のドープ部分だけを残すことができる。
超小型電子装置の製造に使用される他の材料のような材
料で形成された超小型電子基板である。注入工程か拡散
工程のいずれかによって所定表面領域にボロンを添加す
るのがよい。これらの領域の各々は基板の犠牲領域１０
８によて分離されている。ドーパントは後でエッチスト
ップとして役立ち、基板の犠牲領域を選択的にエッチン
グして基板のドープ部分だけを残すことができる。
【００４７】かかるエッチングは図５Ａ乃至図５Ｃに示
すように、第１フレーム５０、第２フレーム、及びプレ
ート５４を分離するために製造の後の時点で行われるの
がよい。従って、加工の困難性を増す著しい地形を生じ
させることなくフレーム及びプレート領域を構成するこ
とができる。
すように、第１フレーム５０、第２フレーム、及びプレ
ート５４を分離するために製造の後の時点で行われるの
がよい。従って、加工の困難性を増す著しい地形を生じ
させることなくフレーム及びプレート領域を構成するこ
とができる。
【００４８】図２Ａ乃至図２Ｃに示す如く、基板のドー
プ領域に保護用窒化物層１１０を形成し、次いで基板に
犠牲層１１２を形成し且つパターン化する。窒化物層１
１０は分離されたとき、フレーム領域及びプレート領域
に応力補償をもたらし、窒化物層１１０はまた電極とそ
れぞれのフレームとの間に絶縁層をもたらし、窒化物層
１１０はまた導電性ラインと基板のドープ領域との間の
絶縁を行う。
プ領域に保護用窒化物層１１０を形成し、次いで基板に
犠牲層１１２を形成し且つパターン化する。窒化物層１
１０は分離されたとき、フレーム領域及びプレート領域
に応力補償をもたらし、窒化物層１１０はまた電極とそ
れぞれのフレームとの間に絶縁層をもたらし、窒化物層
１１０はまた導電性ラインと基板のドープ領域との間の
絶縁を行う。
【００４９】変形例として、窒化物層１１０は要求され
る如きドープ領域の部分だけを覆ってもよい。例えば、
ミラーを作るために基板の反射特性を使用してプレート
の部分を未被覆のままにする。保護用窒化物層１１１を
基板１００の背面に形成してもよい。窒化物層１１０及
び１１１を同時に形成してもよい。
る如きドープ領域の部分だけを覆ってもよい。例えば、
ミラーを作るために基板の反射特性を使用してプレート
の部分を未被覆のままにする。保護用窒化物層１１１を
基板１００の背面に形成してもよい。窒化物層１１０及
び１１１を同時に形成してもよい。
【００５０】犠牲層の部分穴１２６は、第１対のビーム
の各々の円弧接触面のための型をなし、部分穴１２８は
第２対のビームの各々の円弧接触面のための型をなす。
部分穴１２６及び１２８は基板を露出させることなく、
犠牲層１１２に部分穴を等方的にエッチングすることに
よって同時に形成することができる。等方的エッチング
は図２Ｂに示す円弧面を作る。特に、犠牲層１１２の小
さい部分は写真平版的に露出され、湿式等方的エッチン
グが所定時間行われ、その結果、部分穴に円弧面が基板
を露出させることなく形成される。
の各々の円弧接触面のための型をなし、部分穴１２８は
第２対のビームの各々の円弧接触面のための型をなす。
部分穴１２６及び１２８は基板を露出させることなく、
犠牲層１１２に部分穴を等方的にエッチングすることに
よって同時に形成することができる。等方的エッチング
は図２Ｂに示す円弧面を作る。特に、犠牲層１１２の小
さい部分は写真平版的に露出され、湿式等方的エッチン
グが所定時間行われ、その結果、部分穴に円弧面が基板
を露出させることなく形成される。
【００５１】犠牲層１１２は第１エッチング速度を有す
る第１犠牲副層１１２Ａと、第１エッチング層に対して
高い第２エッチング層を有する第２犠牲副層１１２Ｂと
を含む。従って、部分穴は主として第２犠牲副層１１２
Ｂに形成され、第１犠牲副層１１２Ａは基板が露出され
るのを防止するのに使用される。特に、第１犠牲副層１
１２Ａは熱酸化シリコーンで形成され、第２犠牲副層１
１２Ｂは熱酸化シリコーンのエッチング速度と比較した
とき高いエッチング速度を有する珪酸燐ガラス（ＰＳ
Ｇ）で形成される。従って、犠牲層の一部分が部分穴の
円弧面と基板との間に残る。図２Ａの点線は前に構成さ
れ、犠牲層１１２で被覆された基板のフレーム領域及び
プレート領域を指示する。
る第１犠牲副層１１２Ａと、第１エッチング層に対して
高い第２エッチング層を有する第２犠牲副層１１２Ｂと
を含む。従って、部分穴は主として第２犠牲副層１１２
Ｂに形成され、第１犠牲副層１１２Ａは基板が露出され
るのを防止するのに使用される。特に、第１犠牲副層１
１２Ａは熱酸化シリコーンで形成され、第２犠牲副層１
１２Ｂは熱酸化シリコーンのエッチング速度と比較した
とき高いエッチング速度を有する珪酸燐ガラス（ＰＳ
Ｇ）で形成される。従って、犠牲層の一部分が部分穴の
円弧面と基板との間に残る。図２Ａの点線は前に構成さ
れ、犠牲層１１２で被覆された基板のフレーム領域及び
プレート領域を指示する。
【００５２】次いで、アクチュエータ及び支持ビームを
固定する基板の部分を露出させるように犠牲層１１２を
パターン化する。穴１１４は、第１対のビームを第２フ
レームに固定する基板の部分を露出させる。穴１１６
は、第２対のビームをプレートに固定する基板の部分を
露出させる。穴１１８は第１組のアクチュエータ電極を
第１フレームに固定する基盤の部分を露出させ、穴１２
０は第１組のアクチュエータアームを第２フレームに固
定する基板の部分を露出させる。
固定する基板の部分を露出させるように犠牲層１１２を
パターン化する。穴１１４は、第１対のビームを第２フ
レームに固定する基板の部分を露出させる。穴１１６
は、第２対のビームをプレートに固定する基板の部分を
露出させる。穴１１８は第１組のアクチュエータ電極を
第１フレームに固定する基盤の部分を露出させ、穴１２
０は第１組のアクチュエータアームを第２フレームに固
定する基板の部分を露出させる。
【００５３】穴１２２は第２組のアクチュエータ電極を
第２フレームに固定する基盤の部分を露出させ、穴１２
４は第２組のアクチュエータアームをプレートに固定す
る基板の部分を露出させる。好ましくは、部分穴１２
６，１２８を形成すの段階は基板を露出させる穴１１
４，１１６，１１８，１２０，１２２，１２４を形成す
る段階に先行する。何故ならば、より高い分解パターン
が部分穴を形成するのに必要とされるからである。
第２フレームに固定する基盤の部分を露出させ、穴１２
４は第２組のアクチュエータアームをプレートに固定す
る基板の部分を露出させる。好ましくは、部分穴１２
６，１２８を形成すの段階は基板を露出させる穴１１
４，１１６，１１８，１２０，１２２，１２４を形成す
る段階に先行する。何故ならば、より高い分解パターン
が部分穴を形成するのに必要とされるからである。
【００５４】図示したように、アクチュエータ電極は、
図２Ａに示すように、Ｌ形パターン１１８，１２２に沿
って基板に固定される。変形例として、アクチュエータ
電極はそれぞれの回転軸線に垂直なＬの直線部分だけを
含むパターンのような基板の小さい部分に固定されても
よい。大きなＬ形アンカーは高い操作頻度で小さい力を
もたらすことのできるより堅いアクチュエータを提供
し、小さい直線固定部は低い操作頻度でより大きい力を
もたらすことのできるもっと可撓性のアクチュエータを
提供する。
図２Ａに示すように、Ｌ形パターン１１８，１２２に沿
って基板に固定される。変形例として、アクチュエータ
電極はそれぞれの回転軸線に垂直なＬの直線部分だけを
含むパターンのような基板の小さい部分に固定されても
よい。大きなＬ形アンカーは高い操作頻度で小さい力を
もたらすことのできるより堅いアクチュエータを提供
し、小さい直線固定部は低い操作頻度でより大きい力を
もたらすことのできるもっと可撓性のアクチュエータを
提供する。
【００５５】パターン化した犠牲層１１２の上にはポリ
シリコーン層が形成され、該ポリシリコーン層は図３Ａ
乃至図３Ｃに示すように、回転軸線を構成するビームを
形成するように、またアクチュエータ電極及びアームの
ための固定用構造体を形成するようにパターン化され
る。特に、ビーム５６の各々はそれぞれの穴１１４を満
たし、各ビーム５６を基板の第２フレーム領域に固定的
に連結し、それぞれの部分穴１２６まで延び、かくし
て、基板の第１フレーム領域から間隔を隔てた円弧状接
触面を形成する。ビーム５８の各々はそれぞれの穴１１
６を満たし、各ビーム５８を基板のプレート領域に固定
的に連結し、それぞれの部分穴１２８まで延び、かくし
て、基板の第２フレーム領域から間隔を隔てた円弧状接
触面を形成する。
シリコーン層が形成され、該ポリシリコーン層は図３Ａ
乃至図３Ｃに示すように、回転軸線を構成するビームを
形成するように、またアクチュエータ電極及びアームの
ための固定用構造体を形成するようにパターン化され
る。特に、ビーム５６の各々はそれぞれの穴１１４を満
たし、各ビーム５６を基板の第２フレーム領域に固定的
に連結し、それぞれの部分穴１２６まで延び、かくし
て、基板の第１フレーム領域から間隔を隔てた円弧状接
触面を形成する。ビーム５８の各々はそれぞれの穴１１
６を満たし、各ビーム５８を基板のプレート領域に固定
的に連結し、それぞれの部分穴１２８まで延び、かくし
て、基板の第２フレーム領域から間隔を隔てた円弧状接
触面を形成する。
【００５６】固定用構造体１３０，１３２，１３４，１
３６はまたこのパターン化されたポリシリコーン層で形
成される。固定用構造体１３０は第１組のアクチュエー
タの電極を基板の第１フレーム領域に固定するのに使用
され、固定用構造体１３２は第２組のアクチュエータの
電極を基板の第２フレーム領域に固定するのに使用され
る。固定用構造体１３４は第１組のアクチュエータから
のアームを基板の第２フレーム領域に固定するのに使用
され、固定用構造体１３６は第２組のアクチュエータか
らのアームを基板のプレート領域に固定するのに使用さ
れる。
３６はまたこのパターン化されたポリシリコーン層で形
成される。固定用構造体１３０は第１組のアクチュエー
タの電極を基板の第１フレーム領域に固定するのに使用
され、固定用構造体１３２は第２組のアクチュエータの
電極を基板の第２フレーム領域に固定するのに使用され
る。固定用構造体１３４は第１組のアクチュエータから
のアームを基板の第２フレーム領域に固定するのに使用
され、固定用構造体１３６は第２組のアクチュエータか
らのアームを基板のプレート領域に固定するのに使用さ
れる。
【００５７】上述したように、比較的大きいＬ形固定用
構造体１３０，１３２は比較的堅いアクチュエータをも
たらすように使用される。変形例として、それぞの回転
軸線に垂直な固定用構造体１３０，１３２の直線部分だ
けをより可撓性のアクチュエータをもたらすように使用
してもよい。再び、図３Ａの点線は犠牲層１１２によっ
て被覆された、基板の定められた部分を指示する。
構造体１３０，１３２は比較的堅いアクチュエータをも
たらすように使用される。変形例として、それぞの回転
軸線に垂直な固定用構造体１３０，１３２の直線部分だ
けをより可撓性のアクチュエータをもたらすように使用
してもよい。再び、図３Ａの点線は犠牲層１１２によっ
て被覆された、基板の定められた部分を指示する。
【００５８】次いで、第２犠牲層１４０が図３Ａ−Ｃの
構造体の上に形成され且つパターン化され、パターン化
された第２ポリシリコーン層が図４Ａ乃至図４Ｃに示す
ように第２犠牲層の上に形成される。第２犠牲層１４０
は図３Ａ乃至図３Ｃに示す固定用構造体を露出させるよ
うにパターン化される。ポリシリコーンビーム５６，５
８が第２ポリシリコーン層１４０で被覆されるから、こ
れらのビームは図４Ａに点線で描かれる。前のように基
板の定められた領域も点線で描かれている。
構造体の上に形成され且つパターン化され、パターン化
された第２ポリシリコーン層が図４Ａ乃至図４Ｃに示す
ように第２犠牲層の上に形成される。第２犠牲層１４０
は図３Ａ乃至図３Ｃに示す固定用構造体を露出させるよ
うにパターン化される。ポリシリコーンビーム５６，５
８が第２ポリシリコーン層１４０で被覆されるから、こ
れらのビームは図４Ａに点線で描かれる。前のように基
板の定められた領域も点線で描かれている。
【００５９】パターン化された第２ポリシリコーン層
は、電極７０及びアーム７２を含むアクチュエータ６０
及び電極６６及びアーム６８を含むアクチュエータ６２
を形成する。アクチュエータの電極部分が導電性になる
ように、パターン化された第２ポリシリコーン層を多量
にドープするのがよい。
は、電極７０及びアーム７２を含むアクチュエータ６０
及び電極６６及びアーム６８を含むアクチュエータ６２
を形成する。アクチュエータの電極部分が導電性になる
ように、パターン化された第２ポリシリコーン層を多量
にドープするのがよい。
【００６０】図４Ｂ及び図４Ｃに示すように、アクチュ
エータ６０，６２は第２犠牲層によって露出された夫々
の固定用構造体１３０，１３４，１３２，１３６の上に
形成される。ビーム５６，５８を第１ポリシリコーン層
で形成することによって、又アクチュエータ６０，６２
を第２ポリシリコーン層で形成することによって、ビー
ムはアクチュエータの厚さと異なる厚さとすることがで
きる。好ましくは、第１ポリシリコーン層は比較的厚い
のでビーム５６，５８は堅く、第２ポリシリコーン層は
比較的薄いのでアクチュエータの電極は比較的可撓性で
ある。
エータ６０，６２は第２犠牲層によって露出された夫々
の固定用構造体１３０，１３４，１３２，１３６の上に
形成される。ビーム５６，５８を第１ポリシリコーン層
で形成することによって、又アクチュエータ６０，６２
を第２ポリシリコーン層で形成することによって、ビー
ムはアクチュエータの厚さと異なる厚さとすることがで
きる。好ましくは、第１ポリシリコーン層は比較的厚い
のでビーム５６，５８は堅く、第２ポリシリコーン層は
比較的薄いのでアクチュエータの電極は比較的可撓性で
ある。
【００６１】例えば、ビームは厚さ数ミクロン程度のポ
リシリコーン層で形成され、電極は厚さ１ミクロンより
小さい程度のポリシリコーン層で形成されるのがよい。
変形例として、ビーム及び電極は同じポリシリコーン層
で形成され、かくして、第２犠牲層及び第２ポリシリコ
ーン層を形成し且つパターン化する必要性を除去するこ
とができる。アクチュエータ電極と基板との間の間隔は
犠牲層の厚さの合計によって決定される。従って、好ま
しくは間隔を正確に調整することができ、そして大変小
さい間隔を設けることができる。
リシリコーン層で形成され、電極は厚さ１ミクロンより
小さい程度のポリシリコーン層で形成されるのがよい。
変形例として、ビーム及び電極は同じポリシリコーン層
で形成され、かくして、第２犠牲層及び第２ポリシリコ
ーン層を形成し且つパターン化する必要性を除去するこ
とができる。アクチュエータ電極と基板との間の間隔は
犠牲層の厚さの合計によって決定される。従って、好ま
しくは間隔を正確に調整することができ、そして大変小
さい間隔を設けることができる。
【００６２】次いで、犠牲層及び基板の犠牲部分を選択
的に除去して、図５Ａ乃至図５Ｃに示す超小型電子機械
的回転ミラーを形成する。後側の窒化物層１１１は、基
板のドープされていない部分及びマスクされていない部
分を除去するＫＯＨのような腐食液を使用して、基板１
００をエッチングするためのマスクをなすようにパター
ン化される。従って、第２フレーム領域１０４は第１フ
レーム領域１０２から分離され、プレート領域１０６は
第２フレーム領域１０４から分離され、かくして、第１
フレーム５０、第２フレーム５２、及びプレート５４を
形成する。
的に除去して、図５Ａ乃至図５Ｃに示す超小型電子機械
的回転ミラーを形成する。後側の窒化物層１１１は、基
板のドープされていない部分及びマスクされていない部
分を除去するＫＯＨのような腐食液を使用して、基板１
００をエッチングするためのマスクをなすようにパター
ン化される。従って、第２フレーム領域１０４は第１フ
レーム領域１０２から分離され、プレート領域１０６は
第２フレーム領域１０４から分離され、かくして、第１
フレーム５０、第２フレーム５２、及びプレート５４を
形成する。
【００６３】次いで、犠牲層１１２，１４０は、ＨＦの
ような腐食液を使用して選択的に除去されて片持ち形ア
クチュエータアーム及び支持ビームを自由にする。図示
したように、第２フレーム５２はアクチュエータ６０に
よって第１フレーム５０に対して懸架される。プレート
５４はアクチュエータ６２によって第２フレーム５２に
対して懸架される。
ような腐食液を使用して選択的に除去されて片持ち形ア
クチュエータアーム及び支持ビームを自由にする。図示
したように、第２フレーム５２はアクチュエータ６０に
よって第１フレーム５０に対して懸架される。プレート
５４はアクチュエータ６２によって第２フレーム５２に
対して懸架される。
【００６４】かくして、ビーム５８は第２フレーム５２
に隣接して円弧状接触面６４を有するから、ビームは第
２フレームと回転接触状態にある。図示したように、ア
クチュエータのどれもが作動されないときには、ビーム
の両方の接触面は第２フレーム５２から僅かに間隔を隔
てられるのがよい。
に隣接して円弧状接触面６４を有するから、ビームは第
２フレームと回転接触状態にある。図示したように、ア
クチュエータのどれもが作動されないときには、ビーム
の両方の接触面は第２フレーム５２から僅かに間隔を隔
てられるのがよい。
【００６５】力がアクチュエータ６２の１つ又はそれ以
上によってプレートに付与されるとき、接触面は第２フ
レームと接触してプレートをビームによって定められた
軸線を中心に回転させる。従って、ビームはフレームに
対して転がり、プレートを回転させるのに要するトルク
を減少させる。かくして、ビームは、プレートに力が付
与されていないとき、たとえ狭い空間がビームの接触面
とフレームとの間に存在するとしても、フレームと回転
接触状態にあると定義される。
上によってプレートに付与されるとき、接触面は第２フ
レームと接触してプレートをビームによって定められた
軸線を中心に回転させる。従って、ビームはフレームに
対して転がり、プレートを回転させるのに要するトルク
を減少させる。かくして、ビームは、プレートに力が付
与されていないとき、たとえ狭い空間がビームの接触面
とフレームとの間に存在するとしても、フレームと回転
接触状態にあると定義される。
【００６６】アクチュエータ６２のアーム６８を、ビー
ム５８によって定められた軸線に比較的近接して固定す
ることによって、アームの比較的小さい運動によりプレ
ートの比較的大きな回転をもたらす。従って、アクチュ
エータの電極を第２フレームから近接させることがで
き、かくして、それによって発生される静電力を増大さ
せるとともに、プレートの著しい回転を依然として行わ
せる。
ム５８によって定められた軸線に比較的近接して固定す
ることによって、アームの比較的小さい運動によりプレ
ートの比較的大きな回転をもたらす。従って、アクチュ
エータの電極を第２フレームから近接させることがで
き、かくして、それによって発生される静電力を増大さ
せるとともに、プレートの著しい回転を依然として行わ
せる。
【００６７】アクチュエータを回転用ビームと一緒に描
いたけれども、変形例として、アクチュエータを回転軸
線を定めるための他の手段と一緒に使用してもよい。例
えばアクチュエータをトーションバー及び又は支持用出
っ張りと一緒に使用してもよい。反対に、回転用ビーム
を静電気アクチュエータと一緒に描いたけれども、回転
用ビームをたのアクチュエータと一緒に使用してもよ
い。例えば、回転用ビームを熱アクチュエータ、磁気ア
クチュエータ、ピエゾ電気アクチュエータ、及びバイメ
タルアクチュエータと一緒に使用してもよい。
いたけれども、変形例として、アクチュエータを回転軸
線を定めるための他の手段と一緒に使用してもよい。例
えばアクチュエータをトーションバー及び又は支持用出
っ張りと一緒に使用してもよい。反対に、回転用ビーム
を静電気アクチュエータと一緒に描いたけれども、回転
用ビームをたのアクチュエータと一緒に使用してもよ
い。例えば、回転用ビームを熱アクチュエータ、磁気ア
クチュエータ、ピエゾ電気アクチュエータ、及びバイメ
タルアクチュエータと一緒に使用してもよい。
【００６８】プレート５４はミラーとして役立つことが
できる。基板が研磨仕上げした単結晶半導体材料であれ
ば、窒化物層の一部分を基板から除去することによって
鏡麺仕上げを作ることができる。変形例として、金属の
ような反射材料の層１０７をプレート上に形成してもよ
い。他の変形例によれば、プレートを、ビームを形成す
るのに使用され、且つ研磨仕上げされ、或いは上に反射
層を備えた第１ポリシリコーン層で形成してもよい。か
くして、プレートとビームを一体の構造体として形成す
ることができる。
できる。基板が研磨仕上げした単結晶半導体材料であれ
ば、窒化物層の一部分を基板から除去することによって
鏡麺仕上げを作ることができる。変形例として、金属の
ような反射材料の層１０７をプレート上に形成してもよ
い。他の変形例によれば、プレートを、ビームを形成す
るのに使用され、且つ研磨仕上げされ、或いは上に反射
層を備えた第１ポリシリコーン層で形成してもよい。か
くして、プレートとビームを一体の構造体として形成す
ることができる。
【００６９】第１フレーム、第２フレーム、及びプレー
トの各々の電気接続は導電性の線によって行われるのが
よい。例えば、金属線又はドープポリシリコーン線は相
互接続を行うことができ、これらの線を窒化物層１１０
によってドープシリコーンから絶縁することができる。
第１フレームと第２フレームとの間の電気接続はビーム
５６を横切る電気接続により、アクチュエータアーム７
２を横切る電気接続により、或いは第１フレームと第２
フレームとの間の長い可撓性ブリッジ構造体を横切る電
気接続により、ワイヤー結合によってなされる。
トの各々の電気接続は導電性の線によって行われるのが
よい。例えば、金属線又はドープポリシリコーン線は相
互接続を行うことができ、これらの線を窒化物層１１０
によってドープシリコーンから絶縁することができる。
第１フレームと第２フレームとの間の電気接続はビーム
５６を横切る電気接続により、アクチュエータアーム７
２を横切る電気接続により、或いは第１フレームと第２
フレームとの間の長い可撓性ブリッジ構造体を横切る電
気接続により、ワイヤー結合によってなされる。
【００７０】かくして、図５Ａ乃至図５Ｃの超小型電気
機械的回転ミラーを、ウェーハ又は組み立て可能な別々
の構成部品を結合させる必要なしに単一の基板に形成す
ることができる。従って、このミラーを経済的に且つ信
頼性をもって製造することができる。その上、ミラーは
２軸を中心として独立に回転し、電極はミラーの回転経
路に位置しない。
機械的回転ミラーを、ウェーハ又は組み立て可能な別々
の構成部品を結合させる必要なしに単一の基板に形成す
ることができる。従って、このミラーを経済的に且つ信
頼性をもって製造することができる。その上、ミラーは
２軸を中心として独立に回転し、電極はミラーの回転経
路に位置しない。
【００７１】ドープ技術を使用して基板のフレーム領域
とプレート領域を構成することによって、引き続く加工
を平滑な基板上で行うことができる。引き続く加工を地
形の減少によりより容易に行うことができる。極端な地
形に敏感である殆どの加工後に起こる犠牲層及び基盤領
域を除去する最終的なエッチングを完了した後にのみ目
立った地形が構造体に加えられる。
とプレート領域を構成することによって、引き続く加工
を平滑な基板上で行うことができる。引き続く加工を地
形の減少によりより容易に行うことができる。極端な地
形に敏感である殆どの加工後に起こる犠牲層及び基盤領
域を除去する最終的なエッチングを完了した後にのみ目
立った地形が構造体に加えられる。
【００７２】図面及び明細書には、本発明の代表的な好
ましい実施形態を開示しており、特殊な用語を採用して
いるけれども、それらの用語は一般的且つ説明的な意味
で使用されているに過ぎず、限定の目的で使用されてい
るのではなく、発明の範囲は特許請求の範囲の請求項に
記載される。
ましい実施形態を開示しており、特殊な用語を採用して
いるけれども、それらの用語は一般的且つ説明的な意味
で使用されているに過ぎず、限定の目的で使用されてい
るのではなく、発明の範囲は特許請求の範囲の請求項に
記載される。
【００７３】
【発明の効果】本発明は上記のような構成であるから、
（１）改良超小型電気機械装置及びその製造方法を提供
することができる。（２）改良アクチュエータを含む電
気機械的回転プレートを提供することができる。（３）
回転を行わせるのに必要とされるトルクを減少させるこ
とができる電気機械的回転プレートを提供することがで
きる。（４）２つの異なる軸線を中心に独立に回転させ
ることができる電気機械的回転プレートを提供するがで
きる。といった諸効果がある。
（１）改良超小型電気機械装置及びその製造方法を提供
することができる。（２）改良アクチュエータを含む電
気機械的回転プレートを提供することができる。（３）
回転を行わせるのに必要とされるトルクを減少させるこ
とができる電気機械的回転プレートを提供することがで
きる。（４）２つの異なる軸線を中心に独立に回転させ
ることができる電気機械的回転プレートを提供するがで
きる。といった諸効果がある。
【図１Ａ】本発明による第１及び第２フレームとプレー
ト領域を定めるドープ領域をもった基板の平面図であ
る。
ト領域を定めるドープ領域をもった基板の平面図であ
る。
【図１Ｂ】図１ＡのＩーＩ線断面図である。
【図２Ａ】パターン化した犠牲層で被覆された図１Ａの
基板の平面図である。
基板の平面図である。
【図２Ｂ】図２ＡのIIー II 線断面図である。
【図２Ｃ】図２ＡのIII ーIII 線断面図である。
【図３Ａ】支持ビームを形成した図２Ａの基板及び犠牲
層の平面図である。
層の平面図である。
【図３Ｂ】図３ＡのIVー IV 線断面図である。
【図３Ｃ】図３ＡのＶーＶ線断面図である。
【図４Ａ】静電気アクチュエータを形成した図３Ａの基
板の平面図である。
板の平面図である。
【図４Ｂ】図４ＡのVIー VI 線断面図である。
【図４Ｃ】図４ＡのVII ーVII 線断面図である。
【図５Ａ】犠牲層及び基板の犠牲部分を除去した後の図
４Ａの基板の平面図である。
４Ａの基板の平面図である。
【図５Ｂ】図５ＡのVIIIーVIII線断面図である。
【図５Ｃ】図５ＡのIXーIX線断面図である。
【図６】本発明による光学走査器の斜視図である。
５０ 第１フレーム ５２ 第２フレーム ５４ 回転プレート ５６ ビーム ５８ ビーム ６０ アクチュエータ ６２ アクチュエータ ６４ 円弧状接触面 ６６ 電極 ６８ アーム ７０ 電極 ７２ アーム １００ 基板 １０２ 第１フレーム領域 １０４ 第２フレーム領域 １０６ プレート領域 １０８ 基盤犠牲領域 １１０ 保護窒化物層 １１１ 保護窒化物層 １１２ 犠牲層 １２６ 部分穴 １２８ 部分穴 １１２Ａ 第１犠牲副層 １１２Ｂ 第２犠牲副層 １１４ 穴 １１６ 穴 １１８ 穴 １２０ 穴 １２４ 穴 １３０ 固定構造体 １３４ 固定構造体 １３２ 固定構造体 １３６ 固定構造体 １４０ 第２犠牲層 １０７ 反射面 １１０ 絶縁層 ２００ 光学走査器 ２０２ レーザー ２０４ 電磁放射 ２０６ 反射ビーム ２０８ 制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コエスタ ダビッド エー アメリカ合衆国 ノースカロライナ州 27215 バーリントン オークランド ド ライブ 311 (72)発明者 ウオルタース マーク デイ アメリカ合衆国 ノースカロライナ州 27707 ダーラム クリケット グランド (72)発明者 マルカス カレン ダブリュ アメリカ合衆国 ノースカロライナ州 27613 ラレイ オーク オーチャード コート 7909
Claims (72)
- 【請求項１】 第１開口を有する第１フレームと、前記
第１開口内に懸架され第２開口を有する第２フレーム
と、前記第２開口内に懸架されたプレートと、前記第２
フレームが前記第１フレームに対して第１軸線を中心に
回転するように前記第２フレームを前記第１フレームに
対して前記第１軸線に沿って支持する第１対のビーム
と、前記プレートが前記第２フレームに対して第２軸線
を中心に回転するように前記プレートを前記第２フレー
ムに対して前記第２軸線に沿って支持する第２対のビー
ムとを有し、前記第１軸線と前記第２軸線は交差し、更
に前記第２フレームを前記第１フレームに対して前記第
１軸線を中心に回転させるための機械的力をもたらす第
１アクチュエータと、前記プレートを前記第１軸線及び
前記第２軸線に対して独立に回転させることができるよ
うに、前記プレートを前記第２フレームに対して前記第
２軸線を中心に回転させるための機械的な力をもたらす
第２アクチュエータとをそれぞれ備えたことを特徴とす
る電気機械的装置。 - 【請求項２】 第１フレーム及び第２フレームは、それ
ぞれ超小型電気機械的アクチュエータをもたらす超小型
電子基板の第１部分及び第２部分からなることを特徴と
する請求項１記載の電気機械的装置。 - 【請求項３】 プレートは超小型電子基板の第３部分か
らなることを特徴とする請求項２記載の電気機械的装
置。 - 【請求項４】 超小型電子基板はシリコーン基板からな
り、第１対及び第２対のビームは第１及び第２ポリシリ
コーンビームからなることを特徴とする請求項１記載の
電気機械的装置。 - 【請求項５】 第２対のビームの各々はプレートの両側
から第２フレームまで延び、前記第２対のビームの各々
の一端は前記プレート及び前記第２フレームのうちの一
方に固定的に連結され、前記第２対のビームの各々の他
端は、前記プレートが前記第２対の前記ビームによって
定められた軸線を中心に第２フレームに対して回転する
ように、前記プレート及び前記フレームのうちの他方と
回転接触状態にあることを特徴とする請求項１記載の電
気機械的装置。 - 【請求項６】 第２対のビームの各々はプレートに固定
的に連結され、前記第２対の各ビームは、前記第２対の
前記ビームの各々が第２フレーム上で転がるように、前
記第２フレームに隣接して円弧状接触面を有することを
特徴とする請求項１記載の電気機械的装置。 - 【請求項７】 プレート上の反射面と、電磁放射ビーム
を発生させ、該ビームを前記反射面に向かって差し向け
るレーザーとを更に有し、前記プレートを回転させるこ
とによって反射ビームを走査することができる構成とし
たことを特徴とする請求項１記載の電気機械的装置。 - 【請求項８】 機械的な力が第２アクチュエータによっ
て与えられないときプレートと第２フレームが同一平面
をなすように、また機械的な力が前記第２アクチュエー
タによって与えられるとき前記プレートが第２軸線を中
心に回転するように、前記プレートを前記第２フレーム
に対して支持する賦勢支持体を更に有することを特徴と
する請求項１記載の電気機械的装置。 - 【請求項９】 第２アクチュエータは、第２フレームか
ら間隔を隔てた電極と、該電極からプレートの一部分ま
で延びるアームとを含み、前記電極と前記第２フレーム
との間の電位差により静電力が生じ、この静電力は前記
アームを経て前記プレートに伝達され、かくして、前記
プレートを前記第２フレームに対して回転させる構成と
したことを特徴とする請求項１記載の電気機械的装置。 - 【請求項１０】 電極は、プレートから間隔を隔てた部
分に沿って第２フレームに固定的に連結される構成とし
たことを特徴とする請求項９記載の電気機械的装置。 - 【請求項１１】 アームは、電極と第２フレームとの間
に電位差がないときプレートと前記第２フレームが共通
の平面に維持されるように、前記プレートに固定的に連
結される構成としたことを特徴とする請求項１０記載の
電気機械的装置。 - 【請求項１２】 第２フレームと電極との間に、両者間
の電気短絡を防止する絶縁層を更に有することを特徴と
する請求項９記載の電気機械的装置。 - 【請求項１３】 第２アクチュエータは、第２フレーム
から間隔を隔てた第２電極と、前記第２電極から第１ア
ームからの第２軸線と向かい合ったプレートの第２部分
まで延びる第２アームとを有し、前記第２電極と前記第
２フレームとの間の電位差により静電力が生じ、この静
電力は前記第２アームを経て前記プレートに伝達され、
かくして、前記プレートを第１アクチュエータによって
発生された回転と反対の方向に回転させる構成としたこ
とを特徴とする請求項９記載の電気機械的装置。 - 【請求項１４】 アームは、第２軸線から近接したプレ
ートの部分まで延びる構成としたことを特徴とする請求
項９記載の電気機械的装置。 - 【請求項１５】 開口を有するフレームと、前記開口内
に懸架されたプレートと、前記プレートが前記フレーム
に対して回転する前記プレートを通る回転軸線を定める
前記プレートの両側の一対のビームとを有し、前記ビー
ムの各々は前記プレートから前記フレームまで延び、前
記ビームのうちの一方のビームの第１端は前記プレート
及び前記フレームのうちの一方に固定的に連結され、前
記ビームのうちの一方のビームの第２端は、前記プレー
トが前記フレームに対して回転するように、前記プレー
ト及び前記フレームのうちの他方と回転接触状態にある
ことを特徴とする電気機械的装置。 - 【請求項１６】 ビームの各々は、プレートに固定的に
連結される構成としたことを特徴とする請求項１５記載
の電気機械的装置。 - 【請求項１７】 ビームの各々は、前記ビームがフレー
ム上で回転するように、前記フレームに隣接して前記ビ
ームに円弧状接触面を有することを特徴とする請求項１
５記載の電気機械的装置。 - 【請求項１８】 機械的な力が、アクチュエータによっ
て与えられないときプレートとフレームが同一平面をな
すように、また機械的な力が前記アクチュエータによっ
て与えられるとき前記プレートが軸線を中心に回転する
ように、前記プレートを前記フレームに対して支持する
賦勢支持体を更に有することを特徴とする請求項１５記
載の電気機械的装置。 - 【請求項１９】 フレームは超小型電子基板の一部分か
らなることを特徴とする請求項１５記載の電気機械的装
置。 - 【請求項２０】 プレートは、超小型電子基板の第２部
分からなることを特徴とする請求項１９記載の電気機械
的装置。 - 【請求項２１】 超小型電子基板はシリコーン基板から
なり、ビームの各々はポリシリコーンビームからなるこ
とを特徴とする請求項２２記載の電気機械的装置。 - 【請求項２２】 プレートをフレームに対して軸線を中
心に回転させる機械的力をもたらすアクチュエータを更
に有することを特徴とする請求項１５記載の電気機械的
装置。 - 【請求項２３】 アクチュエータは、静電気アクチュエ
ータからなることを特徴とする請求項２２記載の電気機
械的装置。 - 【請求項２４】 アクチュエータは、フレームから間隔
を隔てた電極と、前記電極から軸線を外れたプレートの
部分まで延びるアームとを有し、前記電極と前記フレー
ムとの間の電位差により静電力が生じ、この静電力は前
記アームを経て前記プレートに伝達され、かくして、前
記プレートを前記フレームに対して回転させる構成とし
たことを特徴とする請求項２３記載の電気機械的装置。 - 【請求項２５】 電極はフレームに固定的に連結される
構成としたことを特徴とする請求項２４記載の電気機械
的装置。 - 【請求項２６】 アームは、電極とフレームとの間に電
位差がないときプレートと前記フレームを共通の平面に
維持するように前記プレートに固定的に連結される構成
としたことを特徴とする請求項２５記載の電気機械的装
置。 - 【請求項２７】 フレームと電極との間に、両者間の電
気短絡を防止する絶縁層を更に有することを特徴とする
請求項２３記載の電気機械的装置。 - 【請求項２８】 アームは、軸線から近接したプレート
の部分まで延びる構成としたことを特徴とする請求項２
３記載の電気機械的装置。 - 【請求項２９】 プレート上の反射面と、電磁放射ビー
ムを発生させ、該ビームを前記反射面に向かって差し向
けるレーザーとを更に有し、前記プレートを回転させる
ことによって反射ビームを走査することができる構成と
したことを特徴とする請求項１５記載の電気機械的装
置。 - 【請求項３０】 開口を有するフレームと、前記開口内
に懸架されたプレートと、前記プレートが前記フレーム
に対して軸線を中心に回転するように、前記プレートを
前記フレームに対して前記軸線に沿って支持する構造体
と、前記フレームから間隔を隔てた電極と、該電極から
前記軸線を外れた前記プレートの一部分まで延びるアー
ムとを含む静電気アクチュエータとを有し、前記電極と
前記フレームとの間の電位差により静電力が生じ、この
静電力は前記アームを経て前記プレートに伝達され、か
くして、前記プレートを前記フレームに対して回転させ
る構成としたことを特徴とする電気機械的装置。 - 【請求項３１】 電極は、プレートから間隔を隔てたそ
の一部分に沿ってフレームに固定的に連結される構成と
したことを特徴とする請求項３０記載の電気機械的装
置。 - 【請求項３２】 アームは、電極とフレームとの間に電
位差がないときプレートと前記フレームを共通の平面に
維持するように前記プレートに固定的に連結される構成
としたことを特徴とする請求項３０記載の電気機械的装
置。 - 【請求項３３】 フレームと電極との間に、両者間の電
気短絡を防止する絶縁層を更に有することを特徴とする
請求項３０記載の電気機械的装置。 - 【請求項３４】 第２アクチュエータは、フレームから
間隔を隔てた第２電極と、前記第２電極から第１アーム
からの第２軸線と向かい合ったプレートの第２部分まで
延びる第２アームとを有し、前記第２電極と前記フレー
ムとの間の電位差により静電力が生じ、この静電力は前
記第２アームを経て前記プレートに伝達され、かくし
て、前記プレートを前記第１アクチュエータによって発
生された回転と反対の方向に回転させる構成としたこと
を特徴とする請求項３０記載の電気機械的装置。 - 【請求項３５】 アームは、軸線から近接したプレート
の部分まで延びる構成としたことを特徴とする請求項３
０記載の電気機械的装置。 - 【請求項３６】 フレームは、超小型電気機械的アクチ
ュエータをもたらす超小型電子基板の一部分からなる構
成としたことを特徴とする請求項３０記載の電気機械的
装置。 - 【請求項３７】 プレートは、超小型電子基板の第２部
分からなる構成としたことを特徴とする請求項３６記載
の電気機械的装置。 - 【請求項３８】 超小型電子基板はシリコーン基板から
なり、電極はポリシリコーン層からなる構成としたこと
を特徴とする請求項３６記載の電気機械的装置。 - 【請求項３９】 構造体はプレートの両側から軸線に沿
ってフレームまで延びる一対のビームからなり、前記ビ
ームの各々の第１端は前記プレート及び前記フレームの
うちの一方に固定的に連結され、前記ビームの各々の第
２端は前記プレートが前記フレームに対して前記ビーム
によって定められた軸線を中心に回転するように、前記
プレート及び前記フレームのうちの他方と回転接触状態
にある構成としたことを特徴とする請求項３０記載の電
気機械的装置。 - 【請求項４０】 ビームの各々はプレートに固定的に連
結され、前記ビームの各々は、前記ビームがフレーム上
で転がるように前記フレームに隣接して円弧状接触面を
有する構成としたことを特徴とする請求項３９記載の電
気機械的装置。 - 【請求項４１】 プレート上の反射面と、光ビームを発
生させ、該光ビームを前記反射面に向かって差し向ける
レーザーとを更に有し、前記プレートを回転させること
によって反射光ビームを走査することができる構成とし
たことを特徴とする請求項３０記載の電気機械的装置。 - 【請求項４２】 基板の面上にプレート領域を定める段
階と、前記基板の前記面上にフレーム領域を定める段階
とを含み、前記フレーム領域は前記プレート領域を取り
囲み、前記プレート領域と前記フレーム領域は基板犠牲
領域によって分離され、前記プレート領域を前記フレー
ム領域に対して軸線に沿って支持する構造体を形成する
段階と、前記基板の前記面上に機械的力を前記プレート
領域に与えるアクチュエータを形成する段階と、前記プ
レート領域がアクチュエータによって与えられた機械的
力に応答して前記フレーム領域に対して前記軸線を中心
に回転するように、前記基板犠牲領域を除去する段階と
を有することを特徴とする基板上に電気機械的装置を作
る方法。 - 【請求項４３】 プレート領域を定める段階及びフレー
ム領域を定める段階は各々前記それぞれの領域をドーピ
することを含み、基板犠牲領域を除去する段階は基板の
ドープされてない部分をエッチングすることからなるこ
とを特徴とする請求項４２記載の基板上に電気機械的装
置を作る方法。 - 【請求項４４】 プレート領域を支持する構造体を形成
する段階はプレート領域の両側に前記プレート領域を通
る回転軸線を定める一対のビームを形成する段階を含
み、前記ビームの各々は前記プレート領域からフレーム
領域まで延び、前記ビームの各々は前記プレート領域及
び前記フレーム領域のうちの一方に固定的に連結され、
前記ビームの各々の第２端は、前記プレートが前記フレ
ームに対して回転するように、前記プレート領域及び前
記フレーム領域のうちの他方と回転接触状態にあること
を特徴とする請求項４２記載の基板上に電気機械的装置
を作る方法。 - 【請求項４５】 一対のビームを形成する段階は、基板
に犠牲層を形成する段階と、前記犠牲層に第１穴及び第
２穴を形成して軸線に沿うプレート領域の部分を露出さ
せる段階と、前記犠牲層に第１及び第２ビームを形成す
る段階とを有し、前記ビームの各々は前記犠牲層の前記
穴のそれぞれを介して前記プレート領域に固定的に連結
され、前記犠牲層を除去する段階を有することを特徴と
する請求項４４記載の基板上に電気機械的装置を作る方
法。 - 【請求項４６】 第１及び第２ビームを形成する段階に
先立って、フレーム領域を露出させることなく、フレー
ム領域と向かい合って犠牲層に第１および第２部分穴を
形成する段階があり、前記部分穴は軸線に沿って形成さ
れ、前記第１及び第２ビームの各々はプレート領域のそ
れぞれの露出部分から前記フレーム領域向かい合ったそ
れぞれの部分穴まで延びることを特徴とする請求項４４
記載の基板上に電気機械的装置を作る方法。 - 【請求項４７】 部分穴を形成する段階は、犠牲層を等
方的にエッチングすることからなることを特徴とする請
求項４６記載の基板上に電気機械的装置を作る方法。 - 【請求項４８】 部分穴の各々は、前記部分穴へ延びる
ビームの各々が円弧状接触面を形成することを特徴とす
る請求項４６記載の基板上に電気機械的装置を作る方
法。 - 【請求項４９】 犠牲層を形成する段階は、第１エッチ
ング速度を有する第１犠牲副層を基板上に形成する段階
及び前記第１エッチング速度に対して高い第２エッチン
グ速度を有する第２犠牲副層を前記基板と反対側の前記
第１犠牲副層上に形成する段階とを有し、部分穴を形成
する段階は前記第２犠牲副層をエッチングすることから
なることを特徴とする請求項４６記載の基板上に電気機
械的装置を作る方法。 - 【請求項５０】 機械的な力がアクチュエータによって
与えられないときプレート領域とフレーム領域が同一平
面をなすように、また機械的な力が前記アクチュエータ
によって与えられるとき前記プレート領域が軸線を中心
に回転するように、前記プレート領域を前記フレーム領
域に対して支持する賦勢支持体を形成する段階を更に有
することを特徴とする請求項４２記載の基板上に電気機
械的装置を作る方法。 - 【請求項５１】 アクチュエータを形成する段階は、フ
レーム領域から間隔を隔てた電極及び前記電極から軸線
を外れたプレート領域の部分まで延びるアームを形成す
ることからなり、前記電極と前記フレーム領域との間の
電位差により静電力が生じ、この静電力は前記アームを
経て前記プレート領域に伝達され、かくして、前記プレ
ート領域を前記フレーム領域に対して回転させることを
特徴とする請求項４２記載の基板上に電気機械的装置を
作る方法。 - 【請求項５２】 開口を有するフレームを形成する段階
と、前記開口内に懸架されたプレートを形成する段階
と、前記プレートの両側に前記プレートが前記フレーム
に対して回転するプレートを通る回転軸を定める一対の
ビームを形成する段階とを有し、前記ビームの各々は前
記プレートから前記フレームまで延び、前記ビームの各
々の第１端は前記プレート及び前記フレームのうちの一
方に固定的に連結され、前記ビームの各々の第２端は前
記プレートが前記フレームに対して回転するように前記
プレート及び前記フレームのうちの他方と回転接触状態
にあり、前記プレートを前記フレームに対して前記軸線
を中心に回転させるための機械的力をもたらすアクチュ
エータを形成する段階を有することを特徴とする電気機
械的装置の製作方法。 - 【請求項５３】 機械的な力がアクチュエータによって
与えられないときプレートとフレームが同一平面をなす
ように、また機械的な力が前記アクチュエータによって
与えられるとき前記プレートが軸線を中心に回転するよ
うに、前記プレートを前記フレームに対して支持する賦
勢支持体を形成する段階を更に有することを特徴とする
請求項５２記載の電気機械的装置の製作方法。 - 【請求項５４】 フレームを形成する段階は、超小型電
子基板から前記フレームを形成して超小型電気機械的ア
クチュエータをもたらすことからなることを特徴とする
請求項５２記載の電気機械的装置の製作方法。 - 【請求項５５】 プレートは、前記超小型電子基板で形
成されることを特徴とする請求項５４記載の電気機械的
装置の製作方法。 - 【請求項５６】 超小型電子基板はシリコーン基板から
なり、ビームの各々はポリシリコーンビームからなるこ
とを特徴とする請求項５４記載の電気機械的装置の製作
方法。 - 【請求項５７】 アクチュエータを形成する段階は、フ
レームから間隔を隔てた電極及び該電極から軸線を外れ
たプレートの一部分まで延びるアームを形成することか
らなり、前記電極とフレームとの間の電位差により静電
力が生じ、この静電力は前記アームを経て前記プレート
に伝達され、かくして、前記プレートを前記フレームに
対して回転させることを特徴とする請求項５４記載の電
気機械的装置の製作方法。 - 【請求項５８】 フレームと電極との間に、両者間の電
気短絡を防止する絶縁層を形成する段階を更に有するこ
とを特徴とする請求項５７記載の電気機械的装置の製作
方法。 - 【請求項５９】 開口を有するフレームを形成する段階
と、前記開口内に懸架されたプレートを形成する段階
と、前記プレートが前記フレームに対して前記軸線を中
心に回転するように、前記プレートを前記フレームに対
して軸線に沿って支持する構造体を形成する段階と、前
記フレームから間隔を隔てた電極及び該電極から前記軸
線を外れた前記プレートの一部分まで延びるアームを含
む静電気アクチュエータを形成する段階とを有し、前記
電極と前記フレームとの間の電位差により静電力が生
じ、この静電力は前記アームを経て前記プレートに伝達
され、かくして、前記プレートを前記フレームに対して
回転させることを特徴とする超小型電気機械的装置の製
作方法。 - 【請求項６０】 アームは、電極とフレームとの間に電
位差がないときプレートと前記フレームを共通の平面に
維持するように、前記プレートに固定的に連結されるこ
とを特徴とする請求項５９記載の超小型電気機械的装置
の製作方法。 - 【請求項６１】 フレームと電極との間に、両者間の電
気短絡を防止する絶縁層を更に有することを特徴とする
請求項５９記載の超小型電気機械的装置の製作方法。 - 【請求項６２】 第２アクチュエータは、フレームから
間隔を隔てた第２電極及び前記第２電極から第１アーム
からの軸線と向かい合ったプレートの第２部分まで延び
る第２アームを形成する段階を更に有し、前記第２電極
と前記フレームとの間の電位差により静電力が生じ、こ
の静電力は前記第２アームを経て前記プレートに伝達さ
れ、かくして、前記プレートを前記第１アクチュエータ
によって発生された回転と反対の方向に回転させること
を特徴とする請求項５９記載の超小型電気機械的装置の
製作方法。 - 【請求項６３】 フレームを形成する段階は、前記フレ
ームを超小型電子基板から形成して超小型電気機械的ア
クチュエータをもたらすことからなることを特徴とする
請求項５９記載の超小型電気機械的装置の製作方法。 - 【請求項６４】 プレート及びフレームは超小型電子基
板で形成されることを特徴とする請求項６３記載の超小
型電気機械的装置の製作方法。 - 【請求項６５】 超小型電子基板はシリコーン基板から
なり、電極はポリシリコーン層からなることを特徴とす
る請求項６３記載の超小型電気機械的装置の製作方法。 - 【請求項６６】 構造体を形成する段階は、プレートの
両側から軸線に沿ってフレームまで延びる一対のビーム
を形成することからなり、前記ビームの各々の第１端は
前記プレート及び前記フレームのうちの一方に固定的に
連結され、前記ビームの各々の第２端は前記プレートが
前記ビームによって定められた軸線を中心に前記フレー
ムに対して回転するように、前記プレート及び前記フレ
ームのうちの他方と回転接触していることを特徴とする
請求項５９記載の超小型電気機械的装置の製作方法。 - 【請求項６７】 基板に犠牲層を形成する段階と、前記
犠牲層に部分穴を等方的にエッチングする段階とを有
し、前記部分穴は前記基板を露出させ、前記部分穴にベ
アリング材料を充填する段階と、前記犠牲層を除去する
段階とを有することを特徴とする超小型電気機械的ベア
リングの製作方法。 - 【請求項６８】 犠牲層を形成する段階は、第１犠牲副
層を基板に形成する段階を有し、前記第１犠牲副層は第
１エッチング速度を有し、第２犠牲副層を前記基板と反
対側で前記第１犠牲副層に形成する段階を有し、前記第
２犠牲副層は第１エッチング速度に対して高い第２エッ
チング速度を有し、前記部分穴を等方的にエッチングす
る前記段階は前記第２犠牲副層を等方的にエッチングす
ることを特徴とする請求項６７記載の超小型電気機械的
ベアリングの製作方法。 - 【請求項６９】 犠牲層を等方的にエッチングする段階
は、部分穴の凹面底を形成することを特徴とする請求項
６７記載の超小型電気機械的ベアリングの製作方法。 - 【請求項７０】 部分穴にベアリング材料を充填する段
階は、ベアリング材料の層を犠牲層上に形成することか
らなることを特徴とする請求項６９記載の超小型電気機
械的ベアリングの製作方法。 - 【請求項７１】 充填段階に続いて、ビームが部分穴か
ら延びるようにベアリングの層をパターン化する段階を
有することを特徴とする請求項７０記載の超小型電気機
械的ベアリングの製作方法。 - 【請求項７２】 部分穴に充填する段階に先立って、犠
牲層に完全な穴を形成して基板の一部分を露出させる段
階を有し、ベアリング材料の層を形成する段階は前記完
全な穴に前記ベアリング材料を充填することを含み、ビ
ームは前記部分穴から前記完全な穴まで延び、前記ビー
ムは前記犠牲層を除去した後前記基板に固定的に連結さ
れることを特徴とする請求項７１記載の超小型電気機械
的ベアリングの製作方法。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US08/719,711 US5914801A (en) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | Microelectromechanical devices including rotating plates and related methods |
| US08/719,711 | 1996-09-27 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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