JPWO2007080789A1 - ミラー素子およびミラー素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

ミラー（２３０）の最大回動時における、ミラー（２３０）の回動中心から電極基板（３００）に水平な方向に沿ったミラー（２３０）の先端までの距離は、水平方向に対して垂直かつ回動中心を通る垂線から水平方向に沿った電極（３４０ａ〜３４０ｄ）の先端までの距離よりも大きい。これにより、ミラー（２３０）は、回動して電極基板（３００）と接触しても、この接触する位置に電極（３４０ａ〜３４０ｄ）が存在しないので、ミラー（２３０）と電極（３４０ａ〜３４０ｄ）の電着を防止することができる。

Description

本発明は、通信用の光スイッチング素子、計測機器、ディスプレイ、スキャナ、波長選択スイッチ等に適用可能なミラー素子およびその製造方法に関する。

インターネット通信網などにおける基盤となる光ネットワークの分野では、多チャンネル化、波長分割多重（ＷＤＭ）化および低コスト化を実現する技術として、光ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術が脚光を浴びており、この技術を用いて光スイッチが開発されている（例えば、特開２００３−５７５７５号公報参照）。このＭＥＭＳ型の光スイッチの構成部品として最も特徴的なものがミラーアレイである。光スイッチは、光を電気信号に変換することなく、また多重化された光を波長毎に分波することなく経路切り替えを可能にする。このような光スイッチは、使用している経路に障害が発生した際に別の経路に信号を振り分け、通信できる状態を維持する際に使用される。

ミラーアレイは、複数のミラー素子を２次元的にマトリクス状に配設したものである。このミラーアレイは、ミラー基板と、これに対向配置された電極基板とから構成されている。ミラー基板は、ミラーとして作用する複数の可動構造体と、この可動構造体をトーションバネなどのバネ部材によって回動可能に支持する支持部材とを有する。また、電極基板は、ミラーとして作用する可動構造体に対応した複数の電極部が、土台となる基板の上に形成されたものである。

従来のミラー素子の１例を図２８、図２９に示す。ミラー素子７００は、ミラーが形成されたミラー基板８００と、電極が形成された電極基板９００とが平行に配設された構造を有する。

ミラー基板８００は、平面視略円形の開口を有する板状の枠部８１０と、平面視略円形の開口を有し、一対の可動枠連結部８１１ａ，８１１ｂにより枠部８１０の開口内に配設された可動枠８２０と、一対のミラー連結部８２１ａ，８２１ｂにより可動枠８２０の開口内に配設された平面視略円形のミラー８３０とを有する。枠部８１０、可動枠連結部８１１ａ，８１１ｂ、可動枠８２０、ミラー連結部８２１ａ，８２１ｂおよびミラー８３０は、例えば単結晶シリコンで一体形成されている。また、枠部８１０の上面には、可動枠８２０およびミラー８３０を取り囲むような枠状部材８４０が形成されている。この枠状部材８４０は、絶縁層８５０を介して枠部８１０に固定されている。

一対の可動枠連結部８１１ａ，８１１ｂは、それぞれトーションバネから構成され、枠部８１０の切り欠き内に設けられており、枠部８１０と可動枠８２０とを連結している。可動枠８２０は、一対の可動枠連結部８１１ａ，８１１ｂを通る図２８の可動枠回動軸ｘを軸として回動することができる。
同様に、一対のミラー連結部８２１ａ，８２１ｂは、可動枠８２０の切り欠き内に設けられており、それぞれトーションバネから構成され、可動枠８２０とミラー８３０とを連結している。ミラー８３０は、一対のミラー連結部８２１ａ，８２１ｂを通る図２８のミラー回動軸ｙを軸として回動することができる。可動枠回動軸ｘとミラー回動軸ｙとは、互いに直交している。結果として、ミラー８３０は、直交する２軸で回動する。

電極基板９００は、板状の基部９１０と、基部９１０の表面（上面）から突出し、対向するミラー基板８００のミラー８３０と対向する位置に形成された段丘状の突出部９２０を有する。基部９１０と突出部９２０は例えば単結晶シリコンからなる。突出部９２０は、基部９１０の上面に形成された角錐台の形状を有する第２テラス９２２と、この第２テラス９２２の上面に形成された角錐台の形状を有する第１テラス９２１と、この第１テラス９２１の上面に形成された柱状の形状を有するピボット９３０とから構成される。このピボット９３０は、第１テラス９２１のほぼ中央に位置するように形成される。これにより、ピボット９３０は、ミラー８３０の中心に対向する位置に配設される。

突出部９２０の四隅とこの四隅に続く基部９１０の上面には、対向するミラー基板８００のミラー８３０と同心の円内に４つの電極９４０ａ〜９４０ｄが形成されている。また、基部９１０の上面には、突出部９２０を挟むように並設された一対の凸部９６０ａ，９６０ｂが形成されている。さらに、基部９１０の上面の突出部９２０と凸部９６０ａおよび凸部９６０ｂとの間の箇所には、それぞれ配線９７０が形成されており、この配線９７０には、引き出し線９４１ａ〜９４１ｄを介して電極９４０ａ〜９４０ｄが接続されている。

以上のようなミラー基板８００と電極基板９００とは、ミラー８３０とこのミラー８３０に対応する電極９４０ａ〜９４０ｄとが対向配置されるように、枠部８１０の下面と凸部９６０ａ，９６０ｂの上面とを接合することにより、図２９に示すようなミラー素子７００が形成される。
このようなミラー素子７００においては、ミラー８３０を接地し、電極９４０ａ〜９４０ｄに正の電圧を与えて、しかも電極９４０ａ〜９４０ｄ間に非対称な電位差を生じさせることにより、ミラー８３０を静電引力で吸引し、ミラー８３０を任意の方向へ回動させることができる。

このようなミラー素子７００では、電極９４０ａ〜９４０ｄに駆動電圧を印加した際にミラー８３０全体が電極９４０ａ〜９４０ｄと略平行に引き寄せられて電極９４０ａ〜９４０ｄに衝突することを防止するために、ピボット９３０が形成されている。このピボット９３０は、この位置を支点としてミラー８３０が回動する役割も果たす。

ミラー８３０は、４つの電極９４０ａ〜９４０ｄ間に印加される電位差によって発生する静電引力と、この静電引力に抗してミラー８３０の位置を電位差０の場合の相対位置に戻そうとするトーションバネの復元力とが釣り合った場合に、ある角度を維持して停止する。ミラー８３０と電極９４０ａ〜９４０ｄとの電位差を大きくして、ミラー８３０の傾斜角度を大きくすると、ミラー８３０と電極９４０ａ〜９４０ｄ間の距離が小さくなる。ミラー８３０と電極９４０ａ〜９４０ｄとの間に発生する静電引力は、ミラー８３０と電極９４０ａ〜９４０ｄ間の距離の２乗に反比例する。よって、ミラー８３０と電極９４０ａ〜９４０ｄ間の距離が小さくなると、静電引力は大きくなる。静電引力に抗するトーションバネの復元力は、ミラー８３０の傾斜角度に比例して大きくなる。そこで、ミラー８３０の傾斜角度が大きくなると、静電引力とトーションバネの復元力とが釣り合わなくなり、ミラー８３０の回動が停止せずに、ミラー８３０が電極基板９００に衝突するまで回動するプルインと呼ばれる現象が発生する。

ミラー８３０と電極９４０ａ〜９４０ｄとが衝突したときに、ミラー８３０と電極９４０ａ〜９４０ｄ間に電位差があると、電位差を発生させている電源の容量で制限された量の電流が短時間に流れ、ミラー８３０と電極９４０ａ〜９４０ｄとは固着される。一旦、この固着現象が発生すると、その後に電位差を０にしても、電位差０の場合の角度位置にミラー８３０が戻らず、ミラー８３０が動作しない状態、すなわち不良になるという問題点があった。また、ミラー８３０が動作不良になった後には、反対側にミラー８３０が回動するように別の電極９４０ａ〜９４０ｄに電圧を印加しても、ミラー８３０は電極基板９００に固着したままで動作しない。よって、固着現象発生後にはミラー８３０が動作しなくなるという問題が生じる。

本発明は、上述したような課題を解決するためになされたものであり、ミラーと電極の固着を防止することができるミラー素子を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明に係るミラー素子は、上部基板に回動可能に支持されるミラーと、上部基板と所定間隔離間して対向する下部基板の上に形成された、ミラーの傾斜角を制御する第１の電極と、ミラーに設けられ、ミラーの回動時にミラーと第１の電極との衝突を防ぐ衝突防止構造とを備えることを特徴とする。

上記ミラー素子において、ミラーは、ミラーの最大回動時における、ミラーの回動中心から下部基板に水平な方向に沿ったミラーの先端までの距離が、水平方向に対して垂直かつ回動中心を通る垂線から水平方向に沿った第１の電極の先端までの距離よりも大きいようにしてもよい。ここで、上記ミラーの先端までの距離が上記第１の電極の先端までの距離よりも大きいという構造は、衝突防止構造として機能する。

また、上記ミラー素子において、上部基板は、ミラー形成領域を有するシリコンからなる基体部とこの上に形成された埋め込み絶縁層とこの上に形成されたシリコン層とからなるＳＯＩ基板から構成され、ミラー形成領域に形成された基部およびこの基部に一対の連結部を介して回動可能に連結されたミラーと、シリコン層のミラーの上に形成された突起構造体とを備えるようにしてもよい。この突起構造は、衝突防止構造として機能する。

また、本発明に係るミラー素子の製造方法は、上部基板に対して回動可能に支持されるミラーと、上部基板と対向する下部基板の上に形成された、ミラーの傾斜角を制御する第１の電極とを有するミラー素子の製造方法であって、基板部とこの上の埋め込み絶縁層とこの上のシリコン層とから構成されたＳＯＩ基板のシリコン層のミラー形成領域の表面に突起構造体が形成する工程と、シリコン層の表面に可動部形成マスクパターンを形成し、この可動部形成マスクパターンをマスクとしたエッチングによりシリコン層を加工し、基部およびこの基部に一対の連結部を介して連結する板状のミラーが、埋め込み絶縁層の上のミラー形成領域に形成する工程と、基板部の表面にミラー形成領域が開口した枠形成マスクパターンを形成し、この枠形成マスクパターンをマスクとして基板部および埋め込み絶縁層をエッチング除去し、ミラー形成領域におけるシリコン層の基板部側が露出された状態とし、ミラー形成領域の外側に枠部を形成する工程と、突起構造体，ミラー，および枠部が形成された上部基板の突起構造体が形成された面と反対側のミラーの表面に反射膜を形成する工程とを少なくとも備えることを特徴とする。

本発明によれば、衝突防止構造を設けることにより、回動時にミラーと第１の電極との衝突を防ぐことが可能となるので、ミラーと第１の電極の固着を防止することができる。

また、本発明によれば、ミラーの最大回動時における、ミラーの回動中心から下部基板に水平な方向に沿ったミラーの先端までの距離が、水平方向に対して垂直かつ回動中心を通る垂線から水平方向に沿った第１の電極の先端までの距離よりも大きくなるようにすることにより、ミラーと電極の固着を防止することができる。その結果、ミラーを動作させている際に、故意にあるいは不慮にミラーをプルインさせても、ミラーが電極と接したまま固着することがなくなり、動作不良のミラー数の増加を防止することができる。また、外部から振動が伝わってもミラーの破損・動作不良を引き起こすことがなくなるので、使用環境の制限を緩和することができる。

また、本発明によれば、ミラー構造体の枠部が形成される側とは反対側の面に突起構造体が形成されるようにした。したがって、突起構造体が形成された後においては、突起構造体が形成されている面とは反対側（枠部が形成される側）に対する処理工程において、用いられる装置の基板台に、突起構造体の形成面が対向した状態にミラー基板が配置される。この結果、本発明によれば、破損などの損傷が発生しにくい状態で、ミラー基板を含めたミラー素子が製造できるようになるという優れた効果が得られる。

図１は、本発明の第１の実施例に係るミラー素子の構成を示す分解斜視図である。 図２は、図１のミラー素子の断面図である。 図３は、本発明の第１の実施例に係るミラー素子の構成を示す要部断面図である。 図４は、本発明の第２の実施例に係るミラー素子の構成を示す断面図である。 図５は、図４のミラー素子の電極基板の構成を示す平面図である。 図６は、本発明の第３の実施例に係るミラー素子の構成を示す断面図である。 図７は、図６のミラー素子のミラー基板の構成を示す平面図である。 図８は、本発明の第３の実施例の効果を説明する断面図である。 図９は、図６のミラー素子のミラー基板の別の例を示す平面図である。 図１０は、図６のミラー素子のミラー基板の別の例を示す平面図である。 図１１は、図６のミラー素子のミラー基板の別の例を示す平面図である。 図１２は、図６のミラー素子のミラー基板の別の例を示す平面図である。 図１３は、図６のミラー素子のミラー基板の別の例を示す平面図である。 図１４は、本発明の第４の実施例に係るミラー素子の構成を示す断面図である。 図１５は、図１４のミラー素子のミラー基板の構成を示す平面図である。 図１６は、本発明の第４の実施例の効果を説明する断面図である。 図１７は、図１４のミラー素子のミラー基板の別の例を示す平面図である。 図１８は、本発明の第５の実施例に係るミラー素子の構成を示す断面図である。 図１９は、図１８のミラー素子の電極基板の構成を示す平面図である。 図２０は、本発明の第５の実施例の効果を説明する断面図である。 図２１は、本発明の第６の実施例に係るミラー素子のミラー基板の構成を示す平面図である。 図２２は、本発明の第１〜６の実施例のミラー基板の別の例を示す平面図である。 図２３Ａ〜２３Ｆは、本発明の第７の実施例におけるミラー素子の製造方法例を説明するための工程図である。 図２４は、本発明の第７の実施例におけるミラー素子の構成例を模式的に示す断面図である。 図２５は、本発明の第７の実施例におけるミラー素子の構成例を示す斜視図である。 図２６Ａ〜２６Ｇは、本発明の第７の実施例におけるミラー素子の製造方法の他の例を説明するための工程図である。 図２７Ａ〜２７Ｅは、本発明の第７の実施例におけるミラー素子の製造方法において突起構造体に絶縁部を設ける例を説明するための工程図である。 図２８は、従来のミラー素子の構成を示す分解斜視図である。 図２９は、図２８のミラー素子の断面図である。 図３０は、従来のミラー基板の製造方法例を説明するための模式的な断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

［第１の実施例］
本発明の第１の実施例に係るミラー素子について説明する。図１，図２に示すように、本実施例のミラー素子１００は、ミラーが形成されたミラー基板２００と、電極が形成された電極基板３００とが平行に配設された構造を有する。

ミラー基板２００は、平面視略円形の開口を有する板状の枠部２１０と、平面視略円形の開口を有し、一対の可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂにより枠部２１０の開口内に配設された可動枠２２０と、一対のミラー連結部２２１ａ，２２１ｂにより可動枠２２０の開口内に配設された平面視略円形のミラー２３０とを有する。枠部２１０、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ、可動枠２２０、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂおよびミラー２３０は、例えば単結晶シリコンで一体形成されている。また、枠部２１０の上面には、可動枠２２０およびミラー２３０を取り囲むような枠状部材２４０が形成されている。この枠状部材２４０は、絶縁層２５０を介して枠部２１０に固定されている。

一対の可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂは、それぞれトーションバネから構成され、枠部２１０の切り欠き内に設けられており、枠部２１０と可動枠２２０とを連結している。可動枠２２０は、一対の可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂを通る図１の可動枠回動軸ｘを軸として回動することができる。
同様に、一対のミラー連結部２２１ａ，２２１ｂは、それぞれトーションバネから構成され、可動枠２２０の切り欠き内に設けられており、可動枠２２０とミラー２３０とを連結している。ミラー２３０は、一対のミラー連結部２２１ａ，２２１ｂを通る図１のミラー回動軸ｙを軸として回動することができる。可動枠回動軸ｘとミラー回動軸ｙとは、互いに直交している。結果として、ミラー２３０は、直交する２軸で回動する。

電極基板３００は、板状の基部３１０と、基部３１０の表面（上面）から突出し、対向するミラー基板２００のミラー２３０と対向する位置に形成された段丘状の突出部３２０を有する。基部３１０と突出部３２０は例えば単結晶シリコンからなる。突出部３２０は、基部３１０の上面に形成された角錐台の形状を有する第２テラス３２２と、この第２テラス３２２の上面に形成された角錐台の形状を有する第１テラス３２１と、この第１テラス３２１の上面に形成された柱状の形状を有するピボット３３０とから構成される。このピボット３３０は、第１テラス３２１のほぼ中央に位置するように形成される。これにより、ピボット３３０は、ミラー２３０の中心に対向する位置に配設される。

突出部３２０の四隅とこの四隅に続く基部３１０の上面には、対向するミラー基板２００のミラー２３０と同心の円内に４つの電極３４０ａ〜３４０ｄが形成されている。また、基部３１０の上面には、突出部３２０を挟むように並設された一対の凸部３６０ａ，３６０ｂが形成されている。さらに、基部３１０の上面の突出部３２０と凸部３６０ａおよび凸部３６０ｂとの間の箇所には、それぞれ配線３７０が形成されており、この配線３７０には、引き出し線３４１ａ〜３４１ｄを介して電極３４０ａ〜３４０ｄが接続されている。

以上のようなミラー基板２００と電極基板３００とは、ミラー２３０とこのミラー２３０に対応する電極３４０ａ〜３４０ｄとが対向配置されるように、枠部２１０の下面と凸部３６０ａ，３６０ｂの上面とを接合することにより、図２に示すようなミラー素子１００を構成する。
このようなミラー素子１００においては、ミラー２３０を接地し、電極３４０ａ〜３４０ｄに正の電圧を与えて、しかも電極３４０ａ〜３４０ｄ間に非対称な電位差を生じさせることにより、ミラー２３０を静電引力で吸引し、ミラー２３０を任意の方向へ回動させることができる。

上述したようなミラー装置１００において、ミラー２３０と電極３４０ａ〜３４０ｄの固着を防止するためには，ミラー２３０が回動して電極基板３００と接触する位置に電極３４０ａ〜３４０ｄを配置しないようにすることが必須となる。これを実現するためには、ミラー２３０が回動して電極基板３００に接触する位置よりも回動中心に近い位置に電極３４０ａ〜３４０ｄを配置すればよい。そこで、本実施例では、ミラー２３０の最大回動時における、ミラー２３０の回動中心（図１の可動枠回動軸ｘとミラー回動軸ｙの交点）から電極基板３００に水平な方向に沿ったミラー２３０の先端までの距離が、水平方向に対して垂直かつ回動中心を通る垂線から水平方向に沿った電極３４０ａ〜３４０ｄの先端までの距離よりも大きいという接触回避条件を満たすようにしている。

本実施例では、上記接触回避条件を満たすために、図３に示すように、電極３４０ａ〜３４０ｄを小さくしたことが従来と異なる点である。すなわち、ミラー２３０の傾斜角θが０のときにおける、ミラー２３０の回動中心Ｃからミラー２３０の先端までの距離をＲｍ、電極基板３００に対して垂直かつ回動中心Ｃを通る垂線Ｖから電極基板３００の水平方向に沿った電極３４０ａ〜３４０ｄの先端までの距離をＲｅ、ミラー２３０の最大回動時の傾斜角をθｍａｘとすると、次式が成立する。
Ｒｍ×Ｃｏｓ（θｍａｘ）＞Ｒｅ ・・・（１）

図１、図２を参照して説明したとおり、ミラー基板２００の枠部２１０、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂ、可動枠２２０、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂおよびミラー２３０は、単結晶シリコンで一体形成されており、ミラー２３０には、枠部２１０と可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂと可動枠２２０とミラー連結部２２１ａ，２２１ｂとを介して、接地電位が印加される。そして、図示しない電源から電極３４０ａ〜３４０ｄに正又は負の駆動電圧を与えて、かつ電極３４０ａ〜３４０ｄ間に非対称な電位差を生じさせることにより、ミラー２３０を静電引力で吸引し、ミラー２３０を任意の方向へ回動させることができる。

従来のミラー素子では、ミラー２３０の傾斜角度が大きくなると、ミラー２３０と電極３４０ａ〜３４０ｄの固着が生じる恐れがある。これに対して、本実施例では、ミラー２３０の傾斜角度が大きくなったとしても、ミラー２３０と電極３４０ａ〜３４０ｄが接触する前にミラー２３０と電極基板３００の基部３１０が接触して、ミラー２３０の動きが止まるため、ミラー２３０と電極３４０ａ〜３４０ｄが接触することはない。単結晶シリコン等からなる基部３１０の表面には酸化シリコン等からなる絶縁層３１１（絶縁性部材）が形成されており、この絶縁層３１１の上に電極３４０ａ〜３４０ｄ、引き出し線３４１ａ〜３４１ｄ、配線３７０が形成されている。したがって、ミラー２３０と基部３１０が接触しても、固着が生じることはない。

以上のように、本実施例では、電極３４０ａ〜３４０ｄを小さくすることにより、ミラー２３０と電極３４０ａ〜３４０ｄの固着を防止することができる。また、本実施例では、ミラー２３０と電極３４０ａ〜３４０ｄの表面を絶縁体で覆う従来の方法に比べて、ミラー２３０と電極基板３００との間の空間内に存在する絶縁体を減らすことができるので、絶縁体が分極あるいは帯電することによる、ミラー２３０を駆動する力への影響を小さくすることができ、ドリフトの発生を抑制することができる。このように本実施例によれば、ドリフトの発生を抑制しつつ、ミラーと電極の固着を防止するという課題を解決することができる。

なお、ミラー基板２００と電極基板３００の貼り合わせ工程における位置合わせの精度が悪いと、ミラー２３０が電極３４０ａ〜３４０ｄに接触してしまう可能性があるので、位置合わせの精度を考慮して、次式が成立するようにしてもよい。
Ｒｍ×Ｃｏｓ（θｍａｘ）＞（Ｒｅ＋Ｄ） ・・・（２）
式（２）におけるＤは、貼り合わせ時に生じたミラー基板２００と電極基板３００の水平方向のずれ量である。

また、本実施例では、ミラー２３０の大きさを基準として電極３４０ａ〜３４０ｄの大きさを変更したが、式（１）又は式（２）を満たすように、ミラー２３０を元と相似な形のまま大きくしてもよい。

［第２の実施例］
次に、図４，図５を参照して、本発明の第２の実施例について説明する。なお、図４，図５において、図１、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。なお、図４は図１の可動枠回動軸ｘと平行な平面でミラー素子を切断したときの断面図である。また、図５では電極３４０ａ〜３４０ｄとその周辺の部分のみを記載している。

本実施例のミラー素子１００ａでは、回動時にミラー２３０が接触する電極基板３００ａ上の位置（図５の破線で囲まれた領域）よりも、ミラー２３０の回動中心から遠い位置に電極３４２ａ〜３４２ｄを配設している。電極３４２ａ，３４２ｂ，３４２ｃ，３４２ｄは、それぞれ電極３４０ａ，３４０ｂ，３４０ｃ，３４０ｄと同電位になるように接続される。これにより、駆動電圧を高くすることなく、ミラー２３０を駆動する力を高めることができる。なお、図示しない電源から電極３４２ａ，３４２ｂ，３４２ｃ，３４２ｄに印加する駆動電圧を、電極３４０ａ，３４０ｂ，３４０ｃ，３４０ｄに印加する駆動電圧と別にして、それぞれ個別に制御してもよい。

［第３の実施例］
次に、図６〜図８を参照して、本発明の第３の実施例について説明する。なお、図６〜図８において、図１、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。また、図６は図１の可動枠回動軸ｘと平行な平面でミラー素子を切断したときの断面図である。
本実施例のミラー素子１００ｂは、ミラー基板２００ｂと電極基板３００とが平行に配設された構造を有する。電極基板３００の構成は、図１、図２に示した第１の実施例のミラー素子１００と同じである。

本実施例のミラー基板２００ｂのミラー２３０ｂは、端部に半径方向に沿って伸びる突起２３１を有するものである。可動枠２２０ｂには、突起２３１との衝突を避けるための切欠き２２２が設けられている。突起２３１は、上記接触回避条件を満たす。すなわち、ミラー２３０ｂの傾斜角θが０のときにおける、ミラー２３０ｂの回動中心からミラー２３０ｂの突起２３１の先端までの距離をＲｍとすれば、の式（１）又は式（２）が成立する。

本実施例では、図８に示すようにミラー２３０ｂの傾斜角度が大きくなったとしても、ミラー２３０ｂと電極３４０ａ〜３４０ｄが接触する前に突起２３１と電極基板３００の基部３１０が接触して、ミラー２３０ｂの動きが止まるため、ミラー２３０ｂと電極３４０ａ〜３４０ｄが接触することはない。突起２３１はミラー２３０ｂと一体成型されており、ミラー２３０ｂと同電位の接地電位が印加されているが、基部３１０の表面には絶縁層３１１が形成されているので、突起２３１と基部３１０が接触しても、固着が生じることはない。

以上のように、本実施例では、ミラー２３０ｂの端部に突起２３１を設けることにより、ミラー２３０ｂと電極３４０ａ〜３４０ｄの固着を防止することができる。また、本実施例では、ミラー２３０ｂと電極３４０ａ〜３４０ｄの表面を絶縁体で覆う従来の方法に比べて、ミラー２３０ｂと電極基板３００との間の空間内に存在する絶縁体を減らすことができるので、絶縁体が分極あるいは帯電することによる、ミラー２３０ｂを駆動する力への影響を小さくすることができ、ドリフトの発生を抑制することができる。

また、本実施例では、第１の実施例のように電極３４０ａ〜３４０ｄを小さくする必要がないので、より低電圧でミラー２３０ｂを駆動させることができる。その結果、電極３４０ａ〜３４０ｄに供給する駆動電圧を高くする必要がなくなり、高電圧を発生できる電源が不要となる。また、第１の実施例と比べてミラー２３０ｂの質量を低減することができるので、ミラー２３０ｂの動作速度を向上させることができる。

なお、ミラー２３０ｂはミラー回動軸ｙの周りで回動するため、ミラー２３０ｂが回動する方向はミラー回動軸ｙと交わる方向である。そこで、図６、図７では、ミラー２３０ｂの端部のうちミラー回動軸ｙと垂直な方向（可動枠回動軸ｘの方向）にある２箇所と、ミラー回動軸ｙに対して４５度の方向にある４箇所の計６箇所に突起２３１を設けているが、突起２３１の形状や位置はこれに限るものではない。突起２３１の別の例を図９〜図１３に示す。図９の例は突起２３１の数を増やした例、図１０の例は突起２３１の先端を丸めた例、図１１、図１２の例は突起２３１の先端を尖らせた例、図１３の例はＴ字状の突起２３１を設けた例である。

［第４の実施例］
第１〜第３の実施例では、ミラー２３０，２３０ｂと電極３４０ａ〜３４０ｄの接触のみを考慮しているが、２軸回動形のミラー素子では、可動枠回動軸ｘの周りで可動枠２２０，２２０ｂも回動するため、電極３４０ａ〜３４０ｄの大きさによっては可動枠２２０，２２０ｂが電極３４０ａ〜３４０ｄと接触する可能性もある。可動枠２２０，２２０ｂはミラー２３０，２３０ｂと同電位なので、可動枠２２０，２２０ｂが電極３４０ａ〜３４０ｄと接触してしまうと、ミラー２３０，２３０ｂの場合と同様の固着が生じる。基部３１０の表面には絶縁層３１１が形成されているので、ミラー２３０，２３０ｂと基部３１０が接触しても問題はないが、電極３４０ａ〜３４０ｄの半径がミラー２３０，２３０ｂの半径より大きい場合には、可動枠２２０，２２０ｂと電極３４０ａ〜３４０ｄが接触する可能性が高くなる。

そこで、本実施例では、可動枠に上記接触回避条件を適用する。すなわち、可動枠の傾斜角が０のときにおける、可動枠の回動中心（ミラーの場合と同様に可動枠回動軸ｘとミラー回動軸ｙの交点）から可動枠の先端までの距離をＲｍとしたときに、の式（１）又は式（２）が成立すればよい。このような接触回避条件を成立させる具体的な方法としては、第１の実施例と同様に、可動枠の大きさを基準として電極３４０ａ〜３４０ｄを小さくしてもよいし、電極３４０ａ〜３４０ｄの大きさを基準として可動枠を大きくしてもよい。また、第３の実施例と同様に可動枠に突起を設けてもよい。本実施例では、可動枠に突起を設ける例について図１４〜図１６を参照して説明する。なお、図１４〜図１６において、図１、図２、図６、図７と同一の構成には同一の符号を付してある。また、図１４は図１のミラー回動軸ｙと平行な平面でミラー素子を切断したときの断面図である。

本実施例のミラー素子１００ｃは、ミラー基板２００ｃの可動枠２２０ｃが端部に半径方向に沿って伸びる突起２２３を有するものである。枠部２１０ｃには、突起２２３との衝突を避けるための切欠き２１２が設けられている。突起２２３は、上記接触回避条件を満たす。すなわち、可動枠２２０ｃの傾斜角が０のときにおける、可動枠２２０ｃの回動中心から可動枠２２０ｃの突起２２３の先端までの距離をＲｍとすれば、の式（１）又は式（２）が成立する。

本実施例では、図１６に示すように可動枠２２０ｃの傾斜角度が大きくなったとしても、可動枠２２０ｃと電極３４０ａ〜３４０ｄが接触する前に突起２２３と電極基板３００の基部３１０が接触して、可動枠２２０ｃの動きが止まるため、可動枠２２０ｃと電極３４０ａ〜３４０ｄが接触することはない。突起２２３は可動枠２２０ｃと一体成型されており、可動枠２２０ｃと同電位の接地電位が印加されているが、基部３１０の表面には絶縁層３１１が形成されているので、突起２２３と基部３１０が接触しても、固着が生じることはない。

以上のように、本実施例では、可動枠２２０ｃの端部に突起２２３を設けることにより、可動枠２２０ｃと電極３４０ａ〜３４０ｄの固着を防止することができる。また、本実施例では、可動枠２２０ｃと電極基板３００との間の空間内に絶縁体を配設する必要がないので、絶縁体が分極あるいは帯電することによる、ミラー２３０ｂを駆動する力への影響を小さくすることができ、ドリフトの発生を抑制することができる。

また、可動枠２２０ｃを大きくすると、可動枠２２０ｃの質量が増すことになるので、可動枠２２０ｃの動作速度が遅くなるという問題が生じる。これに対して、本実施例では、突起２２３の大きさや配置、先端形状などを最適化することによって可動枠２２０ｃの質量の増加を必要最小限にとどめることができるので、可動枠２２０ｃの動作速度の低下を抑制することができる。

なお、可動枠２２０ｃは可動枠回動軸ｘの周りで回動するため、可動枠２２０ｃが回動する方向は可動枠回動軸ｘと交わる方向である。そこで、図１４、図１５では、可動枠２２０ｃの端部のうち可動枠回動軸ｘと垂直な方向（ミラー回動軸ｙの方向）にある２箇所と、可動枠回動軸ｘに対して４５度の方向にある４箇所の計６箇所に突起２２３を設けているが、突起２２３の形状や位置はこれに限るものではない。すなわち、図９の場合と同様に突起２２３の数を増やしてもよいし、図１０の場合と同様に突起２２３の先端を丸めてもよいし、図１１、図１２の場合と同様に突起２３１の先端を尖らせてもよいし、図１３の場合と同様にＴ字状の突起２２３を設けてもよい。

また、本実施例において、図１７に示すように、枠部２１０ｃ、可動枠２２０ｃおよびミラー２３０ｂに設けられた突起２２３と切り欠き２１２との間隔および突起２３１と切り欠き２２２との間隔を、大きくするようにしてもよい。これにより、可動部分すなわち可動枠２２０ｃおよびミラー２３０ｂの慣性モーメントが増加するのを防ぐことが可能となり、共振周波数を低下させることができる。このことは、スイッチング速度の低下を防止することを意味している。また、可動枠回動軸ｘとミラー回動軸ｙの回動特性を近づけることが可能となる、すなわち、２つの回動軸回りの共振周波数を近づけることが可能となり、結果として、ミラー２３０ｂの方向依存性を低減することができる。

［第５の実施例］
次に、図１８〜図２０を参照して、本発明の第５の実施例に係るミラー素子について説明する。図１８〜図２０において、図１、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。なお、図１８は図１の可動枠回動軸ｘと平行な平面でミラー素子を切断したときの断面図である。また、図１９では電極３４０ａ〜３４０ｄとその周辺の部分のみを記載している。

本実施例のミラー素子１００ｄは、回動時にミラー２３０が接触する電極基板３００ｄ上の位置に金属等からなる導電性部材３４３ａ，３４３ｂを配設したものである。導電性部材３４３ａ，３４３ｂには、ミラー２３０と同電位（接地電位）が印加される。ミラー２３０と電極３４０ａ〜３４０ｄの関係は、第１の実施例で説明したように、ミラー２３０の大きさを基準として電極３４０ａ〜３４０ｄを小さくしてもよいし、電極３４０ａ〜３４０ｄの大きさを基準としてミラー２３０を大きくしてもよい。

本実施例では、図２０に示すようにミラー２３０の傾斜角度が大きくなったとしても、ミラー２３０と電極３４０ａ〜３４０ｄが接触する前にミラー２３０と導電性部材３４３ａ，３４３ｂが接触して、ミラー２３０の動きが止まるため、ミラー２３０と電極３４０ａ〜３４０ｄが接触することはない。導電性部材３４３ａ，３４３ｂはミラー２３０と同電位なので、ミラー２３０と導電性部材３４３ａ，３４３ｂが接触しても、固着が生じることはない。

以上のように、本実施例では、電極基板３００ｄ上に導電性部材３４３ａ，３４３ｂを配設することにより、ミラー２３０と電極３４０ａ〜３４０ｄの固着を防止することができる。また、本実施例では、基部３１０の表面に形成されている絶縁層３１１を導電性部材３４３ａ，３４３ｂで覆うことになるので、ミラー２３０と電極基板３００ｄとの間の空間内に存在する絶縁体を減らすことができ、第１〜第４の実施例に比べてドリフトの発生をさらに抑制することができる。

なお、本実施例では、第１の実施例との組み合わせで説明しているが、第２〜第４の実施例との組み合わせでもよいことは言うまでもない。第２の実施例と組み合わせる場合は、図５の破線で囲まれた領域に導電性部材３４３ａ，３４３ｂを配設すればよい。第３の実施例と組み合わせる場合は、回動時にミラー２３０ｂの突起２３１が接触する電極基板３００ｄ上の位置に導電性部材３４３ａ，３４３ｂを配設すればよい。第４の実施例と組み合わせる場合は、回動時に可動枠２２０ｃの突起２２３が接触する電極基板３００ｄ上の位置に導電性部材３４３ａ，３４３ｂを配設すればよい。

［第６の実施例］
第１〜第５の実施例では、一対の可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂが枠部２１０に食い込むように枠部２１０に形成された切り欠き内に配設されているが、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂは、可動枠２２０に食い込むように配設されるようにしてもよい。そこで、本実施例では、可動枠連結部が可動枠に食い込まれるように配設される場合について図２１を参照して説明する。なお、図２１において、図１、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。

本実施例のミラー基板２００ｄの可動枠２２０ｄは、端部から可動枠回動軸ｘに沿って内部に食い込むように形成された一対の切り欠き２１２ａ，２１２ｂを有するものである。枠部２１０ｄには、第１〜第５の実施例のように可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂが食い込むように配設されるための切り欠きが設けられていない。一対の可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂは、一端が枠部２１０ｄに他端が対応する切り欠き２１２ａ，２１２ｂのミラー２３０ｄ側の端部に接続されることにより、可動枠２２０ｄに食い込むように形成された切り欠き２１２ａ，２１２ｂ内に収容される。

本実施例の場合、可動枠２２０ｄに食い込むように可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂが配設されているので、図７，図９，図１０，図１１，図１２，図１３，図１５に示したように、ミラー２３０ｂと電極３４０ａ〜３４０ｄとの距離が最も小さくなる可動枠回転軸ｘ上に突起２３１を設けることができなくなる。例えば、図９の場合、可動枠回転軸ｘ上から０度（第１の突起）、３０度（第２の突起）、６０度（第３の突起）の部分に３０度間隔で突起が配置されている。この図９のように突起を配置しようとすると、本実施例では、可動枠２２０ｄの可動枠回動軸ｘ上に可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂが設けられているため、上記０度の位置に第１の突起を設けることができない。第２の突起と第３の突起のみを設けた場合、隣り合う第２の突起の間隔が広すぎるので、第２の突起の長さによっては、ミラー２３０ｂが電極３４０ａ〜３４０ｄに衝突する可能性がある。このような場合には、突起を長くすることにより衝突を防ぐことができるが、ミラー２３０ｂや可動枠２２０ｄの設計条件により突起の長さが制限されることがある。

そこで、本実施例では、突起を可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂの周囲に配置する。具体的には、図２１に示すように、第２の突起２４１を、図９のように可動枠回動軸ｘからの角度θを従来の３０度ではなく２０度としており、より可動枠回動軸ｘに近い位置に配置している。この場合、隣り合う第２の突起２４１の間隔は４０度となり、図９の場合の６０度よりも小さくなっている。これにより、ミラー２３０ｄの可動枠回動軸ｘ上の点Ａ，Ａ’が電極３４０ａ〜３４０ｄに衝突する前に、第２の突起２４１と電極基板３００の基部３１０が接触して、ミラー２３０ｂの動きが止まるため、ミラー２３０ｂと電極３４０ａ〜３４０ｄが接触するのを防ぐことができる。結果として、ミラー２３０ｂと電極３４０ａ〜３４０ｄが固着するのを防ぐことができる。

ここで、ミラー２３０ｂと電極３４０ａ〜３４０ｄの衝突を防止するには、電極３４０ａ〜３４０ｄの厚さと突起２４１の幅を無視し、幾何構造を第２の突起２４１の中心で考えると、下式（３）を成立させる必要がある。なお、Ｌは第２の突起２４１の長さ、θは上述したように可動枠回動軸ｘに対する第２の突起２４１の配置角度である。
（Ｒｅ＋Ｌ）×Ｃｏｓθ＞Ｒｅ ・・・（３）
この式（３）の条件を満足する第２の突起２４１を設けることによって、ミラー２３０ｂの可動枠回動軸ｘ上のＡ，Ａ’点が電極３４０ａ〜３４０ｄに衝突する前に、２つの第２の突起２４１が電極基板３００の電極３４０ａ〜３４０ｄ以外の部分に接触することとなる。また、ミラー基板２００ｄと電極基板３００の貼り合わせ精度と電極３４０ａ〜３４０ｄが形成された突出部３２０の高さを考慮する場合であっても、第２の突起２４１および第３の突起２４２の位置、長さ、幅を適宜設定することにより、ミラー２３０ｂと電極３４０ａ〜３４０ｄの衝突を防止することができる。

また、本実施例において、第３の突起２４２は、第２の突起２４１からの角度αを従来と同じ３０度にしているため、Ｘ軸となす角度が６０度ではなく５０度となり、電極３４０ａ〜３４０ｄに衝突しやすい位置に配置されている。このように、ミラー２３０ｂ、可動枠２１０ｄ、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂおよびミラー連結部２２１ａ，２２１ｂの形状によって突起の配置が制限されるが、突起の長さ、幅、位置等を適宜選択することによって、ミラー２３０ｂと電極３４０ａ〜３４０ｄの固着を防止することができる。

なお、本実施例を第５の実施例と組み合わせてもよいことは言うまでもない。また、第１〜第６の実施例において、図２２に示すミラー基板２００ｅのように、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂが枠部２１０ｅおよび可動枠２２０ｅに、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂが可動枠２２０ｅおよびミラー２３０ｅに、それぞれ食い込むように設けられるようにしてもよい。このとき、第６の実施例の場合と同様、第２の突起２４１および第３の突起２４２は、可動枠回動軸ｘに近づけて設けたり、第５の実施例の場合と同様、さらに可動枠２３０ｅに突起を設けたりするようにしてもよい。この可動枠２３０ｅに設ける突起は、第６の実施例の場合と同様、ミラー回動軸ｙに近づけて設けるようにしてもよい。

［第７の実施例］
次に、本発明の第７の実施例について説明する。

まず、上述した従来のミラー素子７００の製造方法について簡単に説明する。ミラー基板８００は、ＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板から形成できる。ＳＯＩ基板は、シリコンからなる厚い基体部の上に埋め込み絶縁層を介して薄いシリコン層（ＳＯＩ層）を備えたものであり、ＳＯＩ層を加工することで、前述した枠部８１０，可動枠８２０，ミラー８３０などの板状の構造体が形成できる。また、ＳＯＩ基板の厚い基体部を枠状に残すように除去することで、枠部８４０が形成できる。なお、図２８，図２９に示す絶縁層８５０が、ＳＯＩ基板の埋め込み絶縁層に対応している。

また、電極基板９００は、主表面の結晶方位が（１００）面の単結晶シリコン基板を、水酸化カリウムなどのアルカリ溶液でエッチング加工することで形成できる。よく知られているように、単結晶シリコンは、（１１１）面が、（１００）面や（１１０）面に比べて著しくアルカリによるエッチング速度が小さい。この現象を利用することで、角錐台の突出部９２０や、凸部９６０ａ，９６０ｂが形成可能である。

以上のように、ミラー基板８００および電極基板９００が形成された後、これらを貼り合わせることで、図２９に示すように、電極９４０ａ〜９４０ｄに対する電界印加によってミラー８３０が可動（回動）するミラー素子が形成できる。また、ミラー８３０における光の反射率を向上させるために、ミラー８３０の表面（図２８に示されている面）に金などの金属膜を形成する。

ところで、上述した金属膜は、例えば、真空蒸着法やスパッタ法などにより形成されている。このように金属膜を形成する場合、例えば、図３０の断面図に示すように、金属膜を形成する装置の基板台１０００の上にミラー基板８００を載置し、金属膜形成面に金属膜を形成している。このとき、ミラー基板８００のミラー８３０が形成されている層の表面は、極めて高い平坦性を有しているため、金属膜形成面の反対側の面は、基板台１０００の表面に密着した状態となる。このような状態で、基板台１０００よりミラー基板８００を離間させようとすると、例えば、ミラー８３０が、密着してる基板台１０００より離間せず、連結部で剪断されて破損する場合が発生する。このように、従来では、ミラーなどの微細な可動部が、製造時に破損しやすいという問題があった。

本実施例は、以上のような問題点をも解消するためになされたものであり、破損などの損傷が発生しにくい状態で、ミラー基板を含めたミラー素子が製造できるようにすることを目的とするものである。

以下、本実施例について図２３Ａ〜図２５を参照して説明する。なお、図２３Ａ〜図２５において、図１、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。

まず、本実施例のミラー素子の製造方法は、図２３Ａに示すように、面方位が（１００）であるシリコン基部２４０ａの上に、例えば膜厚１μｍの酸化シリコンからなる絶縁層２５０と、膜厚２０μｍのシリコン単結晶層（ＳＯＩ層）２０１とが形成されているＳＯＩ基板を用意する。絶縁層２５０は、埋め込み絶縁層である。次に、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とによりＳＯＩ層２０１を加工し、図２３Ｂに示すように、ＳＯＩ層２０１の上に、高さ１０μｍ程度の突起構造体１０１が形成された状態とする。突起構造体１０１は、１つのミラー素子となる領域の中央部に配置されればよい。なお、突起構造体１０１は、例えば高さ１５μｍ程度に形成してもよく、この場合、ＳＯＩ層２０１の膜厚が２５μｍ程度のＳＯＩ基板を用いればよい。

次に、図２３Ｃに示すように、ＳＯＩ層２０１の上にマスクパターン（可動部形成マスクパターン）１０２が形成された状態とする。ついで、マスクパターン１０２をマスクとし、ＳＯＩ層２０１がエッチング加工された状態とする。このエッチングでは、例えばリアクティブイオンエッチングなどの方向性エッチングにより行い、エッチング箇所において絶縁層２５０の表面を露出させる。このエッチングにより、図２３Ｄに示すように、枠部２１０，可動枠２２０，ミラー（ミラー構造体）２３０，および図示していない連結部，ミラー連結部が形成され、ミラー基板の基本的な構成が形成された状態が得られる。また、各ミラー２３０の中央部に突起構造体１０１が形成された状態が得られる。

次に、マスクパターン１０２を除去した後、シリコン基部２４０ａの裏面にマスクパターン（図示せず）が形成された状態とする。マスクパターンは、ミラーアレイを構成する１つのミラー部分に対応するパターン（枠形成マスクパターン）であり、ミラー毎に各々１つの正方形の領域が開口しているパターンである。この後、上記マスクパターンをマスクにし、例えばＣＦ系ガスを用いたドライエッチングにより、シリコン基部２４０ａを絶縁層２５０が露出するまでエッチングされた状態とする。なお、上記エッチングにおいて、ウエットエッチングを用いるようにしてもよい。

この後、上記マスクパターンを除去する。マスクパターンは、灰化処理や適当なエッチング方法により除去すればよい。次に、形成した開口領域の内部に露出している部分の絶縁層２５０が除去された状態とすることで、図２３Ｅに示すように、枠部２４０が形成された状態が得られる。以上のことにより、枠部２４０に絶縁層２５０を介して支持されたＳＯＩ層２０１に、枠部２１０，可動枠２２０，ミラー２３０ｅよりなる複数のミラー素子を備えたミラー基板２００ｅが形成された状態となる。

ここで、上述した枠部２４０の形成において、例えば、ドライエッチング，マスクパターンの除去など各工程において、各処理装置の基板台の上（基板載置面）には、ミラー基板２００ｅの突起構造体１０１の形成面が対向した状態で、ミラー基板２００ｅが載置される。これらのとき、突起構造体１０１が形成されているため、例えば、ミラー２３０ｅは、上記基板台の表面に密着することがない。このため、ミラー２３０ｅなどが形成された後、基板台よりミラー基板２００ｅを離間させる段階で、ミラー２３０ｅを含めた可動部も、容易に基板台より離間する。この結果、突起構造体１０１を設けるようにした本製造方法によれば、上記製造過程において、ミラー２３０ｅなどの微細な可動部の破損が防げるようになる。

次に、図２３Ｆに示すように、各ミラー素子の枠部２４０内に露出している反射面に、例えば金などの金属薄膜からなる反射膜１０３が形成された状態とする。例えば、スパッタ法により金属を堆積して薄膜とすることで、反射膜１０３が形成できる。このとき、スパッタ法による薄膜形成装置の基板台の上（基板載置面）には、ミラー基板２００ｅの突起構造体１０１の形成面が対向した状態で、ミラー基板２００ｅが載置される。この場合においても、突起構造体１０１が形成されているため、例えば、ミラー２３０ｅは、上記基板台の表面に密着することがない。このため、反射膜１０３が形成された後、基板台よりミラー基板２００ｅを離間させる段階で、ミラー２３０ｅを含めた可動部も、容易に基板台より離間する。この結果、突起構造体１０１を設けるようにした本製造方法によれば、上記製造過程において、ミラー２３０ｅなどの微細な可動部の破損が防げるようになる。

以上のようにしてミラー基板２００ｅの反射面に反射膜１０３が形成された後、図２４に示すように、各々対応するミラー２３０ｅと電極３４０ａ〜３４０ｄとが対向配置された状態で、枠部２１０の下面と凸部３６０ａ，３６０ｂの上面とが接合された状態とする。これらのことにより、ミラー基板２００ｅと電極基板３００より構成されたミラー素子が形成された状態が得られる。

次に、上述したミラー素子について図２５を用いてより詳細に説明する。図２５は、主にミラーアレイの１構成単位であるミラー素子を部分的に示している。なお、図２５では、配置の関係上、突起構造体が示されていない。ミラーアレイは、例えば、図２５に示すミラー素子が、２次元的に正方配列されたものである。ミラーアレイは、複数のミラーが形成されたミラー基板２００ｅと、複数の電極部分が形成された電極基板３００とから構成されている。ミラー基板２００ｅと電極基板３００とは、平行に配設されている。

ミラー基板２００ｅは、板状の枠部２１０とリング状の可動枠２２０と円板状のミラー２３０ｅとを備える。枠部２１０は、平面視略円形の開口を備える。可動枠２２０は、枠部２１０の開口内に配置され、一対の連結部２１１ａ，２１１ｂにより枠部２１０に連結している。また、可動枠２２０も、平面視略円形の開口を備えている。ミラー２３０ｅは、可動枠２２０の開口内に配置され、一対のミラー連結部２２１ａ，２２１ｂにより可動枠２２０に連結されている。また、枠部２１０の周辺部には、可動枠２２０およびミラー２３０ｅを取り囲むような枠部２４０が形成されている。枠部２４０は、絶縁層２５０を介して枠部２１０に固定されている。

なお、連結部２１１ａ，２１１ｂは、可動枠２２０の切り欠き内に設けられており、つづら折りの形状を有するトーションバネから構成され、枠部２１０と可動枠２２０とを連結している。このように枠部２１０に連結された可動枠２２０は、連結部２１１ａ，２１１ｂを通る可動枠回動軸を中心に、回動可能とされている。また、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂは、可動枠２２０の切り欠き内に設けられており、つづら折りの形状を有するトーションバネから構成され、可動枠２２０とミラー２３０ｅとを連結している。このように可動枠２２０に連結されたミラー２３０ｅは、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂを通るミラー回動軸を中心に回動可能とされている。なお、可動枠回動軸とミラー回動軸とは、互いに直交している。

一方、電極基板３００は、板状の基部３１０と、この基部３１０上に形成された突出部３２０と、突出部３２０の周辺部に設けられた凸部３６０ａ，３６０ｂとを備える。突出部３２０は、角錐台の形状を有する第３テラス３２３と、第３テラス３２３の上面に形成された角錐台の形状を有する第２テラス３２２と、第２テラス３２２の上面に形成された角錐台の形状を有する第１テラス３２１とから構成される。また、突出部３２０の外面を含む電極基板３００の上面には、対向するミラー基板２００ｅのミラー２３０ｅと同心の円内に、扇形の電極３４０ａ，電極３４０ｂ，電極３４０ｃ，電極３４０ｄが形成されている。

さらに、電極基板３００の突出部３２０周囲には、配線３７０が形成され、配線３７０には、引き出し線３４１ａ〜３４１ｄを介して電極３４０ａ〜３４０ｄが接続されている。なお、突出部３２０を設けずに各電極が配設されていてもよい。また、各配線は、各電極が形成されている電極基板の表面に形成されている必要はなく、貫通配線などにより電極基板の内部に配設されていてもよい。

このように構成されたミラー素子は、配線３７０を介して電極３４０ａ〜３４０ｄに個別の電圧を加えることによって生じる電界でミラー２３０ｅに吸引力を与え、ミラー２３０ｅを数度の角度で傾動させるものである。電極３４０ａ〜３４０ｄに電圧が印加されていない場合、ミラー２３０ｅは、電極基板３００（枠部２１０）に対して略平行な状態（初期位置）となる。この状態で、電極３４０ａ〜３４０ｄに個別の電圧を加えることにより、ミラー２３０ｅの傾動が制御可能である。

また、本ミラー素子では、図２４に示すように、ミラー２３０ｅに突起構造体１０１が設けられているので、プルインして固着するのを抑制できるようになる。プルインとは、可動枠連結部２１１ａ，２１１ｂやミラー連結部２２１ａ，２２１ｂによる復元力よりも電極３４０ａ〜３４０ｄによる静電引力が勝ってしまい、ミラー２３０の姿勢を制御できなくなる現象のことである。このようなプルインにより、例えばミラー２３０ｅの回動が停止せずにミラー２３０ｅが突出部３２０に衝突すると、場合によっては、ミラー２３０ｅと各電極との短絡が発生し、これらの破損や固着を招いてしまう。しかしながら、本ミラー素子によれば、電極３４０ａ〜３４０ｄに電圧（バイアス電圧）が印加されてミラー２３０ｅが電極基板３００の方向に移動しても、突起構造体１０１が第１テラス３２１の上面に接触するので、プルインが発生してもミラー２３０ｅと突出部３２０とが接触するのを抑制できるようになる。

ところで、上述では、突起構造体１０１が、ミラー２３０ｅのほぼ中央部に配置されているようにしたが、これに限るものではない。例えば、ミラー２３０ｅの中央部よりずれた箇所に配置されていてもよい。このように、突起構造体１０１がミラー２３０ｅの中心からずれるように配置されている場合、上述したバイアス電圧の印加により突起構造体１０１が第１テラス３２１に当接すると、ミラー２３０ｅが枠部２１０の平面に対して所定の角度だけ傾いた状態となる。したがって、このように突起構造体１０１をミラー中央部よりずれた箇所に配置することで、電極３４０ａ〜３４０ｄに均一なバイアス電圧を印加するだけで、ミラー２３０ｅを回動（傾動）させることが可能となる。

また、ミラー基板２００ｅと電極基板３００とを貼り合わせたときに、突出部３２０の頂点（第１テラス３２１）の位置に合わせて突起構造体１０１が配置されているようにしてもよい。例えば、ミラー２３０ｅの中心位置と突出部３２０の中心位置とがずれて配置されている場合、ずれて配置されている突出部３２０の頂点の位置に配置されるように、突起構造体１０１が設けられていればよい。このような構成とすることで、前述同様に、電極３４０ａ〜３４０ｄに均一なバイアス電圧を印加するだけで、ミラー２３０ｅを回動（傾動）させることが可能となる。

次に、本実施例に係る他のミラー素子の製造方法例について説明する。まず、図２６Ａに示すように、面方位が（１００）であるシリコン基部２４０ａの上に、例えば膜厚１μｍの酸化シリコンからなる絶縁層２５０と、膜厚２０μｍのＳＯＩ層２０１とが形成されているＳＯＩ基板を用意する。これらは、図２３に示した方法と同様である。次に、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とによりＳＯＩ層２０１を加工し、図２６Ｂに示すように、ＳＯＩ層２０１の上に高さ１０μｍ程度の複数の突起構造体４０１が形成された状態とする。突起構造体４０１は、１つのミラー素子となる領域のミラーの周辺部に、例えば均等に配置されればよい。

次に、図２６Ｃに示すように、ＳＯＩ層２０１の上にマスクパターン４０２が形成された状態とする。ついで、マスクパターン４０２をマスクとし、ＳＯＩ層２０１がエッチング加工された状態とする。このエッチングでは、例えばリアクティブイオンエッチングなどの方向性エッチングにより行い、エッチング箇所において絶縁層２５０の表面を露出させる。このエッチングにより、図２６Ｄに示すように、枠部２１０，可動枠２２０，ミラー（ミラー構造体）２３０ｆ，および図示していない連結部，ミラー連結部が形成され、ミラー基板の基本的な構成が形成された状態が得られる。また、各ミラー２３０ｆの周辺部に複数の突起構造体４０１が形成された状態が得られる。

次に、マスクパターン４０２を除去した後、シリコン基部２４０ａの裏面にマスクパターン（図示せず）が形成された状態とする。マスクパターンは、ミラーアレイを構成する１つのミラー部分に対応するパターンであり、ミラー毎に各々１つの正方形の領域が開口しているパターンである。この後、上記マスクパターンをマスクにし、ＣＦ系ガスを用いたドライエッチングにより、シリコン基部２４０ａを絶縁層２５０が露出するまでエッチングされた状態とする。なお、上記エッチングにおいて、ウエットエッチングを用いるようにしてもよい。

この後、上記マスクパターンを除去する。マスクパターンは、灰化処理や適当なエッチング方法により除去すればよい。次に、形成した開口領域の内部に露出している部分の絶縁層２５０が除去された状態とすることで、図２６Ｅに示すように、枠部２４０が形成された状態が得られる。これらのことにより、枠部２４０に絶縁層２５０を介して支持されたＳＯＩ層２０１に、枠部２１０，可動枠２２０，ミラー２３０ｆよりなる複数のミラー素子を備えたミラー基板２００ｆが形成された状態となる。

ここで、上述した枠部２４０の形成において、例えば、ドライエッチング，マスクパターンの除去など各工程において、各処理装置の基板台の上（基板載置面）には、ミラー基板２００ｆの突起構造体４０１の形成面が対向した状態で、ミラー基板２００ｆが載置される。これらのとき、突起構造体４０１が形成されているため、例えば、ミラー２３０ｆは、上記基板台の表面に密着することがない。このため、ミラー２３０ｆなどが形成された後、基板台よりミラー基板２００ｆを離間させる段階で、ミラー２３０ｆを含めた可動部も、容易に基板台より離間する。この結果、突起構造体４０１を設けるようにした本製造方法によれば、上記製造過程において、ミラー２３０ｆなどの微細な可動部の破損が防げるようになる。

次に、図２６Ｆに示すように、各ミラー素子の枠部２４０内に露出している反射面に、例えば金などの金属薄膜からなる反射膜４０３が形成された状態とする。例えば、スパッタ法により金属を堆積して薄膜とすることで、反射膜４０３が形成できる。このとき、スパッタ法による薄膜形成装置の基板台の上（基板載置面）には、ミラー基板２００ｆの突起構造体４０１の形成面が対向した状態で、ミラー基板２００ｆが載置される。この場合においても、突起構造体４０１が形成されているため、例えば、ミラー２３０ｆは、上記基板台の表面に密着することがない。このため、反射膜４０３が形成された後、基板台よりミラー基板２００を離間させる段階で、ミラー２３０ｆを含めた可動部も、容易に基板台より離間する。この結果、突起構造体４０１を設けるようにした本製造方法によれば、上記製造過程において、ミラー２３０ｆなどの微細な可動部の破損が防げるようになる。

以上のようにしてミラー基板２００ｆの反射面に反射膜４０３が形成された後、図２６Ｇに示すように、各々対応するミラー２３０ｆと電極３４０ａ〜３４０ｄとが対向配置された状態で、枠部２１０の下面と凸部３６０ａ，３６０ｂの上面とが接合された状態とする。これらのことにより、ミラー基板２００ｆと電極基板３００より構成されたミラー素子が形成された状態が得られる。

また、本ミラー素子では、図２６Ｇに示すように、複数の突起構造体４０１が設けられているので、ミラー２３０ｆの回転動作によるプルインしても固着するのを抑制できるようになる。例えば、電極３４０ａ，電極３４０ｂ，電極３４０ｃ，電極３４０ｄに印加する電圧を制御してミラー２３０ｆを回動（傾動）させたときに、いずれかの突起構造体４０１の先端部が、最初に突起構造体４０１（電極）に接触することになる。この結果、ミラー２３０ｆと電極とが大面積で接触するプルインが、抑制できるようになる。

なお、上述では、ミラーの中央部に突起構造体を設ける場合と、ミラーの周辺部に突起構造体を設ける場合について説明したが、これらに限るものではない。例えば、ミラーの中央部に突起構造体を設けると共に、ミラーの周辺部に複数の突起構造体を設けるようにしてもよく、突起構造体を設ける位置に制限はない。また、上述では、突起構造体が形成された後、ミラーなどのミラー構造体が形成されるようにしたが、これに限るものではない。例えば、枠部が形成される前など、ミラー構造体が可動可能となる前であれば、これらの形状が形成された後に突起構造体が形成されるようにしてもよい。

また、本実施例において、突起構造体１０１，４０１の上に絶縁層を形成するようにしてもよい。これについて、突起構造体１０１上に絶縁部を形成する場合を例に説明する。なお、以下において、図２３Ａ〜図２３Ｆと同等の構成要素には、同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。

まず、図２７Ａに示すように、図２３Ａで示したＳＯＩ基板のＳＯＩ層２０１の上に、酸化シリコンからなる絶縁層５００を形成された状態とする。

次に、図２７Ｂに示すように、絶縁層５００の上にマスクパターン（絶縁層形成マスクパターン）５０１が形成された状態とする。次いで、マスクパターン５０１をマスクとし、公知のエッチング技術により絶縁層５００を加工し、図２７Ｃに示すように、絶縁部５０２が形成された状態とする。

次に、灰化処理や適当なエッチング方法により、マスクパターン５０１を除去する。これにより、図２７Ｄに示すように、絶縁部５０２が露出した状態が得られる。

次に、絶縁部５０２をマスクとし、公知のエッチング技術により、ＳＯＩ層２０１をエッチングし、図２７Ｅに示すように、ＳＯＩ層２０１の上に、高さ１０μｍ程度の突起構造体１０１が形成され、かつ、突起構造体１０１の上に絶縁部５０２が形成された状態とする。この後は、図２３Ａ〜図２３Ｆを参照して説明したのと同等の方法により、突起構造体１０１の上に絶縁部５０２が形成されたミラー素子を形成することができる。

上述したように突起構造体１０１の上に絶縁部５０２を設けることにより、突起構造体１０１と電極３４０ａ〜３４０ｄとが接触しても、絶縁部５０２によりミラーと電極３４０ａ〜３４０ｄとが固着するのを防ぐことができる。

なお、上記では、絶縁部５０２として酸化シリコンを用いた例について説明したが、酸化シリコンの代わりに窒化膜を用いるようにしてもよい。上述した絶縁部５０２に酸化シリコンを用いた場合には、酸化シリコンからなる絶縁層２５０を除去する際に、突起構造体１０１上に形成された酸化シリコンからなる絶縁部５０２もエッチング除去されてしまうので、絶縁部５０２を保護するためにエッチング保護膜を形成する必要がある。これに対して、絶縁部５０２にシリコン窒化膜を使用する場合には、酸化シリコンからなる絶縁層２５０をエッチングする際に、絶縁部５０２がエッチング除去されないので、酸化シリコンを用いた場合のようにエッチング保護膜を形成する必要がない。したがって、製造工程を簡略化することができる。

また、上記では、絶縁層５００とＳＯＩ層２０１とを順次エッチングするようにしたが、マスクパターン５０１をマスクとして絶縁層５００およびＳＯＩ層２０１を一度にエッチングし、絶縁部５０１および突起構造体１０１を形成するようにしてもよい。

また、上述した図２７Ａ〜図２７Ｅに示したのと同等の方法により、図２６Ａ〜図２６Ｇに示したミラー素子の突起構造体４０１上に絶縁部を設けられることは言うまでもない。この場合、突起構造体１０１の場合よりも電極３４０ａ〜３４０ｄと接触する可能性が高いので、より効果的にミラーと電極３４０ａ〜３４０ｄとが固着するのを防ぐことができる。

Claims (20)

1. 上部基板に回動可能に支持されるミラーと、
   前記上部基板と所定間隔離間して対向する下部基板の上に形成された、前記ミラーの傾斜角を制御する第１の電極と、
   前記ミラーに設けられ、前記ミラーの回動時に前記ミラーと前記第１の電極との衝突を防ぐ衝突防止構造と
   を備えることを特徴とするミラー素子。
2. 請求項１記載のミラー素子において、
   前記ミラーは、前記ミラーの最大回動時における、前記ミラーの回動中心から前記下部基板に水平な方向に沿った前記ミラーの先端までの距離が、前記水平方向に対して垂直かつ前記回動中心を通る垂線から前記水平方向に沿った前記第１の電極の先端までの距離よりも大きい
   ことを特徴とするミラー素子。
3. 請求項２記載のミラー素子において、
   前記第１の電極は、回動時に前記ミラーが接触する前記下部基板上の位置よりも前記ミラーの回動中心に近い位置に配設されていることを特徴とするミラー素子。
4. 請求項２記載のミラー素子において、
   回動時に前記ミラーが接触する前記下部基板上の位置よりも前記ミラーの回動中心から遠い位置に配設され、前記第１の電極と共に前記ミラーの傾斜角を制御する第２の電極をさらに有する
   ことを特徴とするミラー素子。
5. 請求項２記載のミラー素子において、
   前記ミラーは、その先端に前記ミラーの半径方向に沿って伸びる第１の突起を有する
   ことを特徴とするミラー素子。
6. 請求項５記載のミラー素子において、
   前記第１の突起は、前記ミラーと同電位を有することを特徴とするミラー素子。
7. 請求項２記載のミラー素子において、
   前記上部基板に対して回動可能に支持され、かつ内側の開口部に配置された前記ミラーを回動可能に支持する、前記ミラーと同電位の可動枠をさらに有し、
   前記可動枠の最大回動時における、前記可動枠の回動中心から前記下部基板に水平な方向に沿った前記可動枠の先端までの距離が、前記水平方向に対して垂直かつ前記回動中心を通る垂線から前記水平方向に沿った前記第１の電極の先端までの距離よりも大きい
   ことを特徴とするミラー素子。
8. 請求項７記載のミラー素子において、
   前記第１の電極は、回動時に前記可動枠が接触する前記下部基板上の位置よりも前記可動枠の回動中心に近い位置に配設される
   ことを特徴とするミラー素子。
9. 請求項８記載のミラー素子において、
   前記可動枠は、その先端に前記可動枠の半径方向に沿って伸びる第２の突起を有する
   ことを特徴とするミラー素子。
10. 請求項９記載のミラー素子において、
    前記第２の突起は、前記ミラー及び前記可動枠と同電位を有する
    ことを特徴とするミラー素子。
11. 請求項２記載のミラー素子において、
    回動時に前記ミラー又は前記可動枠が接触する前記下部基板上の位置に配設された絶縁性部材をさらに有する
    ことを特徴とするミラー素子。
12. 請求項２記載のミラー素子において、
    回動時に前記ミラー又は前記可動枠が接触する前記下部基板上の位置に配設された、前記ミラー及び前記可動枠と同電位の導電性部材をさらに有する
    ことを特徴とするミラー素子。
13. 請求項１記載のミラー素子において、
    前記上部基板は、
    ミラー形成領域を有するシリコンからなる基体部とこの上に形成された埋め込み絶縁層とこの上に形成されたシリコン層とからなるＳＯＩ基板から構成され、
    前記ミラー形成領域に形成された基部及びこの基部に一対の連結部を介して回動可能に連結されたミラーと、
    前記シリコン層の前記ミラーの上に形成された突起構造体と
    を備えることを特徴とするミラー素子。
14. 請求項１３記載のミラー素子において、
    前記突起構造体は、前記ミラーの中央部に配置されていることを特徴とするミラー素子。
15. 請求項１３記載のミラー素子において、
    前記突起構造体は、前記ミラーの周辺部に配置されていることを特徴とするミラー素子。
16. 請求項１５記載のミラー素子において、
    複数の前記突起構造体が、前記ミラーの周辺部に配置されていることを特徴とするミラー素子。
17. 請求項１３記載のミラー素子において、
    前記突起構造体の上に形成された絶縁部をさらに有することを特徴とするミラー素子。
18. 上部基板に対して回動可能に支持されるミラーと、前記上部基板と対向する下部基板の上に形成された、前記ミラーの傾斜角を制御する第１の電極とを有するミラー素子の製造方法であって、
    基板部とこの上の埋め込み絶縁層とこの上のシリコン層とから構成されたＳＯＩ基板の前記シリコン層のミラー形成領域の表面に突起構造体が形成する工程と、
    前記シリコン層の表面に可動部形成マスクパターンを形成し、この可動部形成マスクパターンをマスクとしたエッチングにより前記シリコン層を加工し、基部及びこの基部に一対の連結部を介して連結する板状のミラーが、前記埋め込み絶縁層の上の前記ミラー形成領域に形成する工程と、
    前記基板部の表面にミラー形成領域が開口した枠形成マスクパターンを形成し、この枠形成マスクパターンをマスクとして前記基板部及び前記埋め込み絶縁層をエッチング除去し、前記ミラー形成領域における前記シリコン層の前記基板部側が露出された状態とし、前記ミラー形成領域の外側に枠部を形成する工程と、
    前記突起構造体，前記ミラー，及び前記枠部が形成された前記上部基板の前記突起構造体が形成された面と反対側の前記ミラーの表面に反射膜を形成する工程と
    を少なくとも備えることを特徴とするミラー素子の製造方法。
19. 請求項１８記載のミラー素子の製造方法において、
    前記突起構造体は、前記ミラーの中央部に配置される
    ことを特徴とするミラー素子の製造方法。
20. 請求項１８記載のミラー素子の製造方法において、
    前記突起構造体は、前記ミラー構造体の周辺部に配置される
    ことを特徴とするミラー素子の製造方法。

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