KR100710769B1 - 토션 바아를 구비하는 마이크로 가동 소자 - Google Patents

Abstract

마이크로 가동 소자(X1)는 코어 도체층(110b)을 포함하는 복수의 도체층(110a 내지 110c) 및 도체층(110a 내지 110c) 사이에 개재하는 절연층(110d, 110e)으로 이루어지는 적층 구조를 갖는 재료 기판에 있어서 일체적으로 성형되어 있는 가동부(111)와, 프레임(112)과, 이들을 연결하는 연결부(113)를 구비한다. 가동부(111)는 코어 도체층(110b)에 유래하는 제1 구조체를 포함한다. 프레임(112)은 코어 도체층(110b)에 유래하는 제2 도체층을 포함한다. 연결부(113)는 코어 도체층(110b)에 유래하여 제1 구조체 및 제2 구조체에 대해 연속적으로 접속하고, 또한 서로 전기적으로 분리되어 있는 복수의 토션 바아(113a, 113b)를 포함한다.

마이크로 기동 소자, 코어 도체층, 토션 바아, 절연층

Description

토션 바아를 구비하는 마이크로 가동 소자{MICRO MOVING ELEMENT COMPRISING TORSION BAR}

본 발명은 토션 바아를 구비하는 마이크로 가동 소자에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 복수의 광섬유 사이의 광로의 절환을 행하는 광스위칭 장치 및 광디스크로의 데이터의 기록 및 재생 처리를 행하는 광디스크 장치 등에 조립되는 소자이며, 광반사에 의해 빛의 진로 방향을 변경하는 데 이용되는 마이크로 미러 소자에 관한 것이다.

최근, 광통신 기술이 다양한 분야에서 널리 이용되도록 되어 왔다. 광통신에 있어서는 광섬유를 매체로 하여 광신호가 전송되고, 광신호의 전송 경로를 어떤 파이버로부터 다른 파이버로 절환하기 위해서는, 일반적으로, 소위 광스위칭 장치가 사용되고 있다. 양호한 광통신을 달성하는 데 있어서 광스위칭 장치에 요구되는 특성으로서는 절환 동작에 있어서의 대용량성, 고속성, 고신뢰성 등을 들 수 있다. 이들의 관점으로부터 광스위칭 장치로서는 마이크로 머시닝 기술에 의해 제작되는 마이크로 미러 소자를 조립한 것에 대한 기대가 높아지고 있다. 마이크로 미러 소자에 따르면, 광스위칭 장치에 있어서의 입력측의 광전송로와 출력측의 광전송로 사이에서 광신호를 전기 신호로 변환하지 않고 광신호 그대로 스위칭 처리를 행할 수 있고, 상기 게시한 특성을 얻는 데 있어서 적합하기 때문이다.

마이크로 미러 소자는 빛을 반사하기 위한 미러면을 구비하고, 상기 미러면의 요동에 의해 빛의 반사 방향을 변화시킬 수 있다. 미러면을 요동하기 위해 정전력을 이용하는 정전 구동형의 마이크로 미러 소자가 많은 광학 장치에서 채용되고 있다. 정전 구동형 마이크로 미러 소자는, 소위 표면 마이크로 머시닝 기술에 의해 제조되는 마이크로 미러 소자와, 소위 벌크 마이크로 머시닝 기술에 의해 제조되는 마이크로 미러 소자로, 크게 2개로 유별할 수 있다.

표면 마이크로 머시닝 기술에서는 기판 상에 있어서, 각 구성 부위에 대응하는 재료 박막을 원하는 패턴으로 가공하고, 이와 같은 패턴을 차례로 적층함으로써, 지지체, 미러면 및 전극부 등 소자를 구성하는 각 부위나, 후에 제거되는 희생층을 형성한다. 이와 같은 표면 마이크로 머시닝 기술에 의해 제조되는 정전 구동형 마이크로 미러 소자는, 예를 들어 일본 특허 공개 평7-287177호 공보에 개시되어 있다.

한편, 벌크 마이크로 머시닝 기술에서는 재료 기판 자체를 에칭함으로써 지지체나 미러부 등을 원하는 형상으로 성형하고, 필요에 따라서 미러면이나 전극을 박막 형성한다. 이와 같은 벌크 마이크로 머시닝 기술에 의해 제조되는 정전 구동형 마이크로 미러 소자는, 예를 들어 일본 특허 공개 평9-146032호 공보, 일본 특허 공개 평9-146034호 공보, 일본 특허 공개 평10-62709호 공보, 일본 특허 공개 2001-13443호 공보에 개시되어 있다.

마이크로 미러 소자에 요구되는 기술적 사항의 하나로서, 광반사를 담당하는 미러면의 평면도가 높은 것을 들 수 있다. 표면 마이크로 머시닝 기술에 따르면, 최종적으로 형성되는 미러면이 얇기 때문에, 미러면이 만곡되기 쉽고, 고평면도가 보증되는 것은 미러면의 사이즈에 있어서 1변의 길이가 수십 ㎛의 것으로 한정된다.

이에 대해, 벌크 마이크로 머시닝 기술에 따르면, 상대적으로 두꺼운 재료 기판 자체를 에칭 기술에 의해 깎아 넣어 미러부를 구성하고, 이 미러부 상에 미러면을 설치하므로, 보다 넓은 면적의 미러면이라도 그 강성을 확보할 수 있다. 그 결과, 충분히 높은 광학적 평면도를 갖는 미러면을 형성하는 것이 가능해진다. 따라서, 특히 1변의 길이가 100 ㎛ 이상의 미러면이 필요해지는 마이크로 미러 소자의 제조에 있어서는 벌크 마이크로 머시닝 기술이 널리 채용되어 있다.

도18 및 도19는 벌크 마이크로 머시닝 기술에 의해 제작된 종래의 정전 구동형 마이크로 미러 소자(400)를 나타낸다. 도18은 마이크로 미러 소자(400)의 분해 사시도이고, 도19는 조립된 상태의 마이크로 미러 소자(400)에 있어서의 도18의 선 XIX-XIX에 따른 단면도이다. 마이크로 미러 소자(400)는 미러 기판(410)과 베이스 기판(420)이 적층하는 구조를 갖는다. 미러 기판(410)은 미러부(411)와, 프레임(412)과, 이들을 연결하는 한 쌍의 토션 바아(413)로 이루어진다. 도전성을 갖는 실리콘 기판 등의 소정의 재료 기판에 대해 편면측으로부터 에칭을 실시함으로써 미러부(411), 프레임(412) 및 한 쌍의 토션 바아(413)의 외곽 형상을 성형할 수 있다. 미러부(411)의 표면에는 미러면(414)이 설치되어 있다. 미러부(411)의 이면에는 한 쌍의 전극(415a, 415b)이 설치되어 있다. 베이스 기판(420)에는 미러부 (411)의 전극(415a)에 대향하는 전극(421a) 및 전극(415b)에 대향하는 전극(421b)이 설치되어 있다.

마이크로 미러 소자(400)에 있어서는 미러 기판(410)의 프레임(412)에 전위를 부여하면 프레임(412)과 동일한 도체 재료에 의해 일체적으로 성형되어 있는 한 쌍의 토션 바아(413) 및 미러부(411)를 거쳐서 전극(415a) 및 전극(415b)으로 전위가 전달된다. 따라서, 프레임(412)에 소정의 전위를 부여함으로써 전극(415a, 415b)을, 예를 들어 양으로 대전시킬 수 있다. 이 상태에 있어서, 베이스 기판(420)의 전극(421a)을 음으로 대전시키면 전극(415a)과 전극(421a) 사이에는 정전 인력이 발생하고, 미러부(411)는 한 쌍의 토션 바아(413)를 비틀면서 화살표 M1의 방향으로 요동한다. 미러부(411)는 전극 사이의 정전 인력과 각 토션 바아(413)의 비틀림 저항력의 총합이 균형잡히는 각도까지 요동하여 정지한다.

이것 대신에, 미러부(411)의 전극(415a, 415b)을 양으로 대전시킨 상태에서 전극(421b)을 음으로 대전시키면 전극(415b)과 전극(421b) 사이에 정전 인력이 발생하고, 미러부(411)는 화살표 M1과는 반대의 방향으로 요동하여 정지한다. 이와 같은 미러부(411)의 요동 구동에 의해 미러면(414)에 의해 반사되는 빛의 반사 방향이 절환된다.

그러나, 마이크로 미러 소자(400)에 있어서는 미러부(411), 즉 가동부의 구동 시에 상기 가동부에 대해 소정의 하나의 전위밖에 부여할 수 없다. 구체적으로는, 미러 기판(410)의 프레임(412)에 전위를 부여하면 상기 전위는 한 쌍의 토션 바아(413)를 거쳐서 미러부(411)로 전달되고, 미러부(411) 및 이것에 설치되어 있 는 전극(415a, 415b)은 모두 동일 전위가 된다. 마이크로 미러 소자(400)에 있어서는, 예를 들어 가동부를 구동하기 위한 전극(415a, 415b)에 대해 다른 전위를 부여하는 것은 불가능하다. 그로 인해, 마이크로 미러 소자(400)에서는 가동부의 구동 형태에 대한 자유도가 낮다. 가동부의 구동 형태에 대한 자유도가 낮으므로, 마이크로 미러 소자(400)에 있어서는 가동부에 있어서 복잡한 동작을 실현하는 데는 곤란성이 있다. 이와 같은 종래의 마이크로 미러 소자(400)는, 예를 들어 광통신 장치에 조립되는 광스위칭 소자에 요구되는 성능을 충족시킬 수 없는 경우가 있다.

본 발명은 이와 같은 사정을 기초로 생각해 낸 것이며, 가동부에 있어서 복잡한 동작을 실현하는 것이 가능한 마이크로 가동 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 측면에 따르면, 마이크로 가동 소자가 제공된다. 이 마이크로 가동 소자는 코어 도체층을 포함하는 복수의 도체층 및 도체층 사이에 개재하는 절연층으로 이루어지는 적층 구조를 갖는 재료 기판에 있어서 일체적으로 성형되어 있는 가동부와, 프레임과, 이들을 연결하는 연결부를 구비한다. 가동부는 코어 도체층에 유래(由來)하는 제1 구조체를 포함하고 있다. 프레임은 코어 도체층에 유래하는 제2 구조체를 포함하고 있다. 연결부는 코어 도체층에 유래하여 제1 구조체 및 제2 구조체에 대해 연속적으로 접속하고, 또한 서로 전기적으로 분리되어 있는 복수의 토션 바아를 포함하고 있다. 본 발명에서는 가동부 및 프레임 각각에 있어서, 단일의 도체층에 유래하여 성형된 구조 중 적어도 일부는 기계적으로 복수의 구획으로 분리되어 있는 경우라도 단일의 구조체를 구성하는 것으로 한다. 따라서, 가동부에 있어서, 코어 도체층에 유래하여 성형된 제1 구조체는 기계적으로 복수의 구획으로 분리되어 있는 경우라도 단일의 구조체를 구성한다. 마찬가지로, 프레임에 있어서 제2 구조체는 단일의 구조체를 구성한다.

이와 같은 구성의 마이크로 가동 소자는 가동부에 있어서 복잡한 동작을 실현할 수 있다. 본 발명의 제1 측면에 관한 마이크로 가동 소자는 MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems) 기술 등의 벌크 마이크로 머시닝 기술에 의해 소정의 적층 구조를 갖는 재료 기판에 있어서 성형되는 소자이고, 가동부의 제1 구조체, 프레임의 제2 구조체 및 이들에 연속적으로 접속하고 있는 연결부의 복수의 토션 바아는 재료 기판을 구성하는 단일의 도체층, 즉 코어 도체층에 유래한다. 이와 함께, 단일의 연결부에 포함되는 복수의 토션 바아는 서로 전기적으로 분리되어 있다. 즉, 복수의 토션 바아는 서로 이격되고, 또한 이들이 접속하고 있는 제1 구조체 및 제2 구조체에는 상기 복수의 토션 바아 사이가 단락되지 않은 도전 경로가 형성되어 있다. 따라서, 제1 측면에 관한 마이크로 가동 소자에 있어서는 프레임으로부터 가동부로 단일의 연결부를 거쳐서 복수의 전위 전달이 가능하다.

예를 들어, 복수의 토션 바아로부터 선택된 제1 토션 바아가 가동부에 있어서의 제1 구조체의 제1 부분 및 프레임에 있어서의 제2 구조체의 제1 부분에 접속하고, 또한 복수의 토션 바아로부터 선택된 제2 토션 바아가 가동부에 있어서의 제1 구조체의 제1 부분과는 전기적으로 분리되어 있는 제2 부분 및 프레임에 있어서의 제2 구조체의 제1 부분과는 전기적으로 분리되어 있는 제2 부분에 접속하고 있는 경우에는 프레임으로부터 가동부로 단일의 연결부를 거쳐서 복수의 전위 전달이 가능하다.

구체적으로는 제2 구조체의 제1 부분에 소정의 전위를 부여하면 상기 전위는 제1 토션 바아를 거쳐서 제1 구조체의 제1 부분으로 전달되고, 제2 토션 바아 및 이것이 접속하는 제1 구조체의 제2 부분으로는 전달되지 않는다. 한편, 제2 구조체의 제2 부분에 소정의 전위를 부여하면 상기 전위는 제2 토션 바아를 거쳐서 제1 구조체의 제2 부분으로 전달되고, 제1 토션 바아 및 이것이 접속하는 제1 구조체의 제1 부분으로는 전달되지 않는다.

이와 같이, 본 발명의 제1 측면에 관한 마이크로 가동 소자에 있어서는 복수의 전위를 전달할 수 있고, 가동부의 복수의 부분에 대해 복수의 전위를 부여하는 것이 가능하다. 따라서, 제1 측면에 관한 마이크로 가동 소자는 연결부에 의해 규정되는 축심 주위에 있어서의 가동부의 회전 구동의 형태에 대해 높은 자유도를 갖고, 가동부에 있어서 복잡한 동작도 실현하는 것이 가능한 것이다. 이와 같은 마이크로 가동 소자는 이것이 조립되는 장치의 고성능화에 기여할 수 있다.

바람직한 실시 형태에 있어서, 연결부는 폭 방향으로 이격되는 2개의 토션 바아를 포함하고, 상기 2개의 토션 바아의 간격은 가동부에 가까울수록 크다. 보다 바람직하게는 프레임에 있어서의 간격을 Wf라 하고, 가동부에 있어서의 간격을 Wm이라 하고, 연결부의 배치 부위에 있어서의 가동부 및 프레임의 이격 거리를 L이라 하면, 0 ＜ Wf ＜ L 및 Wf ＜ Wm ＜ Wf ＋ 4L이 만족된다. 이와 같은 구성에 따르면, 연결부에 의해 규정되는 회전 축심에 대해 평행한 가상 평면 내에 있어서의 가동부의 회전 등의 가동부의 부적절한 동작을 적절하게 억제할 수 있다.

마이크로 미러 소자 등의 마이크로 가동 소자에 있어서는 연결부 내지 토션 바아의 비틀림 저항을 가능한 한 낮게 설정할 필요가 있는 경우가 많다. 연결부 내지 토션 바아에 대해 낮은 비틀림 저항을 설정하기 위해서는 종래보다 토션 바아의 폭이나 두께가 작게 되어 있다. 예를 들어, 도18 및 도19에 도시하는 마이크로 미러 소자(400)에서는 토션 바아(413)의 비틀림 저항을 저감시키기 위해서는 토션 바아(413)의 폭(d1)이나 두께(d2)가 작아진다. 그러나, 토션 바아(413)의 폭(d1)이나 두께(d2)를 작게 하는 것만으로는 미러부(411)가 미러면(414)의 법선(N4) 주위로 회전하기 쉬워진다. 그러면, 구동 시의 미러부(411)에 있어서는 한 쌍의 토션 바아(413)에 의해 규정되는 회전 축심(A5) 주위의 적성인 회전과 함께 법선(N4) 주위의 회전이 동시에 발생하는 경향에 있고, 마이크로 미러 소자(400)의 고정밀도인 제어가 저해되는 경우가 있다.

이에 대해, 상술한 본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서는, 연결부를 구성하는 2개의 토션 바아의 간격은 가동부에 가까울수록 크기 때문에, 상기 연결부에 있어서의 비틀림 저항을 저감시키기 위해 각 토션 바아의 두께나 폭을 작게 하는 경우라도 연결부에 의해 규정되는 회전 축심에 대해 평행한 가상 평면 내에 있어서의 가동부의 회전 등의 가동부의 부적절한 동작을 적절하게 억제할 수 있는 것이다.

본 발명의 제1 측면에 있어서, 가동부는 가동 코어부와, 연결부를 거쳐서 프레임에 연결되어 있는 중계 프레임과, 상기 가동 코어부 및 중계 프레임을 연결하는 중계 연결부를 구비해도 좋다. 이 경우, 바람직하게는 가동 코어부는 코어 도체층에 유래하는 제3 구조체를 포함하고, 중계 프레임은 제1 구조체를 포함하고, 중계 연결부는 코어 도체층에 유래하여 제3 구조체 및 제1 구조체에 대해 연속적으로 접속하고, 또한 서로 전기적으로 분리되어 있는 복수의 토션 바아를 포함하고 있다. 또한, 중계 연결부는, 바람직하게는 폭 방향으로 이격되는 2개의 중계 토션 바아를 포함하고, 상기 2개의 중계 토션 바아의 간격은 가동 코어부에 가까울수록 크다. 본 발명의 마이크로 가동 소자는 이와 같은 소위 2축형으로 하여 구성되어도 좋다.

본 발명의 제1 측면에 관한 마이크로 가동 소자의 바람직한 실시 형태에 있어서는, 가동부는 제1 빗살무늬 전극부를 갖고, 프레임은 제1 빗살무늬 전극부와의 사이에 정전력을 생기게 함으로써 가동부를 변위시키기 위한 제2 빗살무늬 전극부를 갖는다. 2축형으로서 구성되는 경우, 가동 코어부는 다른 제1 빗살무늬 전극부를 갖고, 중계 프레임은 상기 제1 빗살무늬 전극부와의 사이에 정전력을 생기게 함으로써 가동 코어부를 변위시키기 위한 다른 제2 빗살무늬 전극부를 갖는다. 빗살무늬 전극에 의한 가동부의 구동은 가동부를 고정밀도로 제어하는 데 적합하다. 다른 바람직한 실시 형태에 있어서는, 마이크로 가동 소자는 가동부에 대면하는 베이스부를 더 구비하고, 상기 베이스부에는 미러부에 대면하는 평판 전극이 설치되어 있다. 이 경우, 가동부에는 베이스부의 평판 전극에 대면하는 평판 전극이 설치되어 있어도 좋다. 다른 바람직한 실시 형태에 있어서는, 마이크로 가동 소자는 가동부에 대면하는 베이스부를 더 구비하고, 가동부에는 제1 전자 코일이 설치되고, 베이스부에는 제1 전자 코일과의 사이에 전자력을 생기게 함으로써 가동부를 변위시키기 위한 제2 전자 코일 또는 자석이 설치되어 있다. 다른 바람직한 실시 형태에 있어서는, 마이크로 가동 소자는 가동부에 대면하는 베이스부를 더 구비하고, 가동부에는 자석이 설치되고, 베이스부에는 자석과의 사이에 전자력을 생기게 함으로써 가동부를 변위시키기 위한 전자 코일이 설치되어 있다.

바람직하게는, 가동부는 재료 기판에 있어서 절연층을 거쳐서 코어 도체층과 접합하는 도체층에 유래하는 제3 구조체를 더 포함하고, 상기 제3 구조체 중 적어도 일부와 제1 구조체의 일부는 이들 사이에 개재하는 절연층을 관통하는 도체 플러그에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 이와 같은 구성은 가동부 내에 적절하게 도전 경로를 형성하는 데 있어서 적합하다.

바람직하게는, 프레임은 재료 기판에 있어서 절연층을 거쳐서 코어 도체층과 접합하는 도체층에 유래하는 제3 구조체를 더 포함하고, 상기 제3 구조체 중 적어도 일부와 제2 구조체의 일부는 이들 사이에 개재하는 절연층을 관통하는 도체 플러그에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 이와 같은 구성은 프레임 내에 적절하게 도전 경로를 형성하는 데 있어서 적합하다.

바람직하게는, 마이크로 가동 소자는, 가동부에는 미러부가 설치되어 마이크로 미러 소자로서 구성되어 있다.

본 발명의 제2 측면에 따르면, 다른 마이크로 가동 소자가 제공된다. 이 마이크로 가동 소자는 제1 도체층, 제2 도체층, 제3 도체층, 제1 도체층 및 제2 도체층 사이의 제1 절연층 및 제2 도체층 및 제3 도체층 사이의 제2 절연층으로 이루어지는 적층 구조를 갖는 재료 기판에 있어서 일체적으로 성형되어 있는 가동부와, 프레임과, 이들을 연결하는 연결부를 구비한다. 가동부는 제2 도체층에 유래하는 제1 구조체를 포함하고 있다. 프레임은 제2 도체층에 유래하는 제2 구조체를 포함하고 있다. 연결부는 제2 도체층에 유래하여 제1 구조체 및 제2 구조체에 대해 연속적으로 접속하고, 또한 서로 전기적으로 분리되어 있는 복수의 토션 바아를 포함하고 있다.

이와 같은 마이크로 가동 소자는 본 발명의 제1 측면에 관한 마이크로 가동 소자의 구성을 포함하고 있다. 따라서, 본 발명의 제2 측면에 따르면, 제1 도체층, 제2 도체층, 제3 도체층, 제1 절연층 및 제2 절연층으로 이루어지는 적층 구조를 갖는 재료 기판으로 일체적으로 성형되어 있는 마이크로 가동 소자에 있어서, 제1 측면에 관하여 상술한 바와 같은 효과가 발휘된다.

본 발명의 제2 측면에 있어서, 바람직하게는, 가동부는 제1 도체층에 유래하는 제3 구조체를 더 포함하고, 상기 제3 구조체 중 적어도 일부와 제1 구조체의 일부는 이들 사이에 개재하는 제1 절연층을 관통하는 도체 플러그에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 이와 같은 가동부 내에 적절하게 도전 경로를 형성하는 데 있어서 적합하다.

바람직하게는, 가동부는 가동 코어부와, 연결부를 거쳐서 프레임에 연결되어 있는 중계 프레임과, 상기 가동 코어부 및 중계 프레임을 연결하는 중계 연결부를 구비하고, 가동 코어부는 제1 도체층에 유래하는 제3 구조체 및 제2 도체층에 유래하는 제4 구조체를 포함하고, 제3 구조체 중 적어도 일부와 제4 구조체 중 적어도 일부는 이들 사이에 개재하는 제1 절연층을 관통하는 제1 도체 플러그에 의해 전기적으로 접속되어 있고, 중계 프레임은 제1 도체층에 유래하는 제5 구조체, 제2 도체층에 유래하는 제1 구조체 및 제3 도체층에 유래하는 제6 구조체를 더 포함하고, 제5 구조체 중 적어도 일부와 제1 구조체의 일부는 이들 사이에 개재하는 제1 절연층을 관통하는 제2 도체 플러그에 의해 전기적으로 접속되어 있고, 제1 구조체의 다른 일부와 제6 구조체 중 적어도 일부는 이들 사이에 개재하는 제2 절연층을 관통하는 제3 도체 플러그에 의해 전기적으로 접속되어 있고, 중계 연결부는 제2 도체층에 유래하여 제4 구조체 및 제1 구조체에 대해 연속적으로 접속하고, 또한 서로 전기적으로 분리되어 있는 복수의 토션 바아를 포함하고 있다. 이와 같은 구성은 2축형 마이크로 가동 소자의 가동부에 있어서 적절하게 도전 경로를 형성하는 데 있어서 적합하다.

바람직하게는, 프레임은 제1 도체층에 유래하는 제3 구조체 및 제3 도체층에 유래하는 제4 구조체를 더 포함하고, 제3 구조체 중 적어도 일부와 제2 구조체의 일부는 이들 사이에 개재하는 제1 절연층을 관통하는 제1 도체 플러그에 의해 전기적으로 접속되어 있고, 제2 구조체의 다른 일부와 제4 구조체 중 적어도 일부는 이들 사이에 개재하는 제2 절연층을 관통하는 제2 도체 플러그에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 이와 같은 구성은 프레임 내에 적절하게 도전 경로를 형성하는 데 있어서 적합하다.

본 발명의 제3 측면에 따르면, 다른 마이크로 가동 소자가 제공된다. 이 마이크로 가동 소자는 제1 도체층, 제2 도체층, 제3 도체층, 제1 도체층 및 제2 도체층 사이의 제1 절연층 및 제2 도체층 및 제3 도체층 사이의 제2 절연층으로 이루어지는 적층 구조를 갖는 재료 기판에 있어서 일체적으로 성형되어 있는 가동부와, 프레임과, 이들을 연결하는 연결부를 구비한다. 가동부는 제1 도체층에 유래하는 제1 구조체, 제2 도체층에 유래하는 제2 구조체 및 제3 도체층에 유래하는 제3 구조체를 포함하고 있다. 제1 구조체 중 적어도 일부 및 제2 구조체의 제1의 일부는 이들 사이에 개재하는 제1 절연층을 관통하는 제1 도체 플러그에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 제2 구조체의 제2의 일부 및 제3 구조체 중 적어도 일부는 이들 사이에 개재하는 제2 절연층을 관통하는 제2 도체 플러그에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 프레임은 제1 도체층에 유래하는 제4 구조체, 제2 도체층에 유래하는 제5 구조체 및 제3 도체층에 유래하는 제6 구조체를 포함하고 있다. 제4 구조체 중 적어도 일부 및 제5 구조체의 제1의 일부는 이들 사이에 개재하는 제1 절연층을 관통하는 제3 도체 플러그에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 제5 구조체의 제2의 일부 및 제6 구조체 중 적어도 일부는 이들 사이에 개재하는 제2 절연층을 관통하는 제4 도체 플러그에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 연결부는 제2 도체층에 유래하여 제2 구조체의 제1의 일부 및 제5 구조체의 제1의 일부에 대해 연속적으로 접속하는 제1 토션 바아를 포함하고 있다. 연결부는, 또한 제2 도체층에 유래하여 제2 구조체의 제2의 일부 및 제5 구조체의 제2의 일부에 대해 연속적으로 접속하는 제2 토션 바아를 포함하고 있다.

이와 같은 마이크로 가동 소자는 본 발명의 제1 측면에 관한 마이크로 가동 소자의 구성을 포함하고 있다. 따라서, 본 발명의 제3 측면에 따르면, 제1 측면에 관하여 상술한 바와 같은 효과가 발휘된다.

본 발명의 제3 측면에 따르면, 구체적으로는 프레임에 있어서의 제4 구조체 중 적어도 일부에 소정의 전위를 부여하면 제3 도체 플러그, 제5 구조체의 제1의 일부, 제1 토션 바아, 가동부에 있어서의 제2 구조체의 제1의 일부 및 제1 도체 플러그를 거쳐서 가동부에 있어서의 제1 구조체 중 적어도 일부에 상기 소정의 전위를 부여할 수 있다. 마찬가지로, 프레임에 있어서의 제6 구조체 중 적어도 일부에 소정의 전위를 부여하면 제4 도체 플러그, 제5 구조체의 제2의 일부, 제2 토션 바아, 가동부에 있어서의 제2 구조체의 제2의 일부 및 제2 도체 플러그를 거쳐서 가동부에 있어서의 제3 구조체 중 적어도 일부에 상기 소정의 전위를 부여할 수 있다.

도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 마이크로 미러 소자의 사시도이다.

도2는 도1에 도시하는 마이크로 미러 소자의 분해 사시도이다.

도3은 도2의 선III-III을 따른 단면도이다.

도4는 도2의 선IV-IV을 따른 단면도이다.

도5는 도1에 도시하는 마이크로 미러 소자의 부분 확대 평면도이다.

도6은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 마이크로 미러 소자의 사시도이다.

도7은 도6에 도시하는 마이크로 미러 소자의 분해 사시도이다.

도8은 도7의 선VIII-VIII을 따른 단면도이다.

도9는 도7의 선IX-IX를 따른 단면도이다.

도10은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 마이크로 미러 소자의 사시도이다.

도11은 도10에 도시하는 마이크로 미러 소자의 분해 평면도이다.

도12는 도10에 도시하는 마이크로 미러 소자의 부분 단면도이다.

도13은 도10에 도시하는 마이크로 미러 소자의 다른 부분 단면도이다.

도14는 도10에 도시하는 마이크로 미러 소자의 다른 부분 단면도이다.

도15는 도10에 도시하는 마이크로 미러 소자의 다른 부분 단면도이다.

도16은 도10에 도시하는 마이크로 미러 소자의 다른 부분 단면도이다.

도17a 내지 도17e는 도체 플러그의 바리에이션을 나타내는 도면이다.

도18은 종래의 마이크로 미러 소자의 사시도이다.

도19는 도18의 선XIX-XIX를 따른 단면도이다.

도1 및 도2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 마이크로 미러 소자(X1)를 도시한다. 마이크로 미러 소자(X1)는 미러 기판(110)과 베이스 기판(120)이 적층하는 구조를 갖는다.

미러 기판(110)은, 도1에 잘 나타나 있는 바와 같이 미러부(111)와, 이 미러부(111)를 둘러싸는 프레임(112)과, 상기 프레임(112) 및 미러부(111)를 연결하는 연결부(113)를 갖는다. 미러 기판(110)은 MEMS 기술 등의 벌크 마이크로 머시닝 기술에 의해, 다층 구조를 갖는 재료 기판에 있어서 성형된 것이다. 재료 기판은 P나 As 등의 n형 불순물이나 B 등의 p형 불순물을 도핑함으로써 도전성이 부여된 제1 실리콘층(110a), 제2 실리콘층(110b) 및 제3 실리콘층(110c) 및 실리콘층 사이의 제1 절연층(110d) 및 제2 절연층(110e)으로 이루어지는 적층 구조를 갖는다. 상기 적층 구조는 도3 및 도4에 잘 나타나 있다. 제1 실리콘층(110a) 및 제3 실리콘층(110c)의 두께는, 예를 들어 100 ㎛이고, 제2 실리콘층(110b)의 두께는, 예를 들어 5 ㎛이다. 제1 절연층(110d) 및 제2 절연층(110e)은, 예를 들어 제1 내지 제3 실리콘층(110a 내지 110c) 중 어느 하나의 표면에 있어서, 열산화법에 의해 성장 형성된 산화 실리콘으로 이루어지고, 1 ㎛의 두께를 갖는다. 또한, 재료 기판은 미러 기판(110)의 형성 과정에 있어서 적절하게 다층화되어 간다.

미러 기판(110)의 형성에 있어서는, 구체적으로는 재료 기판에 있어서의 적층 구조의 형태에 따라서 미러부(111)에 대응하는 부위를 덮는 에칭 마스크, 프레임(112)에 대응하는 부위를 덮는 에칭 마스크 및 한 쌍의 연결부(113)에 대응하는 부위를 덮는 에칭 마스크를 적절하게 이용하여 Deep RIE(Deep Reactive Ion Etching)법에 의한 Si 에칭이나, KOH 등의 습윤 Si 에칭 등의 수단에 의해 각 실리콘층이 가공된다. 절연층에 있어서의 불필요한 부위는 적절하게 에칭 제거된다. 그 결과, 미러 기판(110)에 있어서, 미러부(111), 프레임(112) 및 한 쌍의 연결부(113)가 형성되게 된다. 본 실시 형태에서는, 미러부(111)와 프레임(112) 사이의 이격 거리는, 예를 들어 10 내지 200 ㎛이다.

미러부(111)는, 도2에 잘 나타나 있는 바와 같이 상층부(111a) 및 하층부(111b, 111c)를 갖는다. 상층부(111a)는 제1 실리콘층(110a)에 유래하고, 하층부(111b, 111c)는 제2 실리콘층(110b)에 유래한다. 상층부(111a)와 하층부(111b, 111c) 사이에는 제1 절연층(110d)이 개재되어 있다. 도2에 있어서는, 제1 절연층(110d)은 미러 기판(110)에 있어서의 제2 실리콘층(110b)에 유래하는 부위의 위에 크로스 해칭을 붙여 그려져 있다.

미러부(111)의 상층부(111a)에는 광반사용 미러면(114)이 설치되어 있다. 하층부(111b, 111c)에는 각각 전극(115a, 115b)이 설치되어 있다. 미러면(114) 및 전극(115a, 115b)은 금속막 증착 등으로 형성되어 있다. 단, 불순물의 도핑에 의해 제2 실리콘층의 도전성을 충분히 높게 하는 경우에는, 전극(115a, 115b)은 설치하지 않아도 좋다.

프레임(112)은, 도2에 잘 나타나 있는 바와 같이 상층부(112a), 중간층부(112b, 112c) 및 하층부(112d)를 갖는다. 상층부(112a)는 제1 실리콘층(110a)에 유래하고, 중간층부(112b, 112c)는 제2 실리콘층(110b)에 유래하고, 하층부(112d)는 제3 실리콘층(110c)에 유래한다. 상층부(112a)와 중간층부(112b, 112c) 사이에는, 도2 내지 도4에 잘 나타나 있는 바와 같이 제1 절연층(110d)이 개재되어 있다. 중간층부(112b, 112c)와 하층부(112c) 사이에는 제2 절연층(110e)이 개재되어 있다. 도2에 있어서는, 제2 절연층(110e)은 미러 기판(110)에 있어서의 제3 실리콘층(110c)에 유래하는 부위의 위에 크로스 해칭을 붙여 그려져 있다.

프레임(112)에 있어서, 상층부(112a) 및 중간층부(112b)는, 도3에 도시한 바와 같이 제1 절연층(110d)을 관통하는 2개의 플러그(116)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 각 플러그(116)는, 예를 들어 폴리실리콘으로 이루어져 상층부(112a)와 중간층부(112b) 사이에 매립 형성된다. 또한, 중간층부(112c) 및 하층부(112d) 는, 도4에 도시한 바와 같이 제2 절연층(110e)을 관통하는 2개의 플러그(117)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 각 플러그(117)는, 예를 들어 폴리실리콘으로 이루어져 중간층부(112c)와 하층부(112d) 사이에 매립 형성된다.

각 연결부(113)는 미러부(111) 및 프레임(112)을 연결하고 있다. 마이크로 미러 소자(X1)는 한 쌍의 연결부(113)에 의해 가동부, 즉 미러부(111)의 회전 축심(A1)이 규정된 1축형으로서 구성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 각 연결부(113)는 서로 이격되어 있는 2개의 토션 바아(1113a, 113b)로 이루어진다.

토션 바아(113a)는 제2 실리콘층(110b)에 유래하여 도2에 잘 나타나 있는 바와 같이, 미러부(111)의 하층부(111b) 및 프레임(112)의 중간층부(112b)와 일체이다. 즉, 토션 바아(113a)는 하층부(111b) 및 중간층부(112b)와 연속적으로 접속되어 있다. 또한, 토션 바아(113b)는 제2 실리콘층(110b)에 유래하고, 미러부(111)의 하층부(111c) 및 프레임(112)의 중간층부(112c)와 일체이다. 즉, 토션 바아(113b)는 하층부(111c) 및 중간층부(112c)와 연속적으로 접속되어 있다.

2개의 토션 바아(113a, 113b)에 의해 연결부(113)의 폭(도1에 있어서의 Y방향의 치수)이 규정된다. 2개의 토션 바아(113a, 113b)의 간격은 미러부(111)에 가까울수록 크고, 프레임(112)에 근접할수록 서서히 작아져 있다. 도5에 도시한 바와 같이, 프레임(112)에 있어서의 2개의 토션 바아(113a, 113b)의 간격을 Wf라 하고, 미러부(111)에 있어서의 이들의 간격을 Wm이라 하고, 연결부(113)에 있어서의 미러부(111) 및 프레임(112)의 이격 거리를 L이라 하면, 본 실시예에 있어서는 0 ＜ Wf ＜ L 및 Wf ＜ Wm ＜ Wf ＋ 4L이 성립하도록 토션 바아(113a, 113b)는 설치 되어 있다. 예를 들어, L을 100 ㎛라 하면, Wf는 0 ㎛보다도 크고, 또한 100 ㎛ 미만이고, Wm은 100 ㎛ 이상이며 500 ㎛ 미만이다.

베이스 기판(120)은 도전성을 갖고 있지 않은, 예를 들어 실리콘 기판에 의해 구성되어 있고, 도2에 도시한 바와 같이 미러부(111)의 한 쌍의 전극(115a, 115b)에 대해 적당한 간격을 두고 대향하는 한 쌍의 전극(121a, 121b)을 구비하고 있다. 즉, 본 실시 형태에 관한 마이크로 미러 소자(X1)는, 소위 평판 전극형으로서 구성되어 있다. 전극(121a, 121b)은 베이스 기판(120)에 패턴 형성된 배선(전극 이외는 도시 생략)의 일부이다.

마이크로 미러 소자(X1)는, 조립 상태에 있어서는 미러 기판(110)에 있어서의 프레임(112)의 하층부(112d)와 베이스 기판(120)이 접합된다.

이와 같은 구성의 마이크로 미러 소자(X1)에 있어서, 프레임(112)의 상층부(112a)에 소정의 전위를 부여하면 플러그(116), 중간층부(112b), 토션 바아(113a) 및 미러부(111)의 중간층부(111b)를 거쳐서 전극(115a)으로 상기 전위는 전달된다. 또한, 프레임(112)의 하층부(112d)에 소정의 전위를 부여하면 플러그(117), 중간층부(112c), 토션 바아(113b) 및 미러부(111)의 중간층부(111c)를 거쳐서 전극(115b)으로 상기 전위는 전달된다.

미러부(111)의 전극(115a)에 소정의 전위를 부여한 상태에 있어서, 베이스 기판(120)의 전극(121a)에 소정의 전위를 부여하면 전극(115a) 및 전극(121a) 사이에는 정전 인력 또는 정전 척력(斥力)이 발생한다. 또한, 미러부(111)의 전극(115b)에 소정의 전위를 부여한 상태에 있어서, 베이스 기판(120)의 전극(121b)에 소정의 전위를 부여하면 전극(115b) 및 전극(121b) 사이에는 정전 인력 또는 정전 척력이 발생한다. 이들 정전력의 합력에 의해 미러부(111)는 한 쌍의 연결부(113)를 비틀면서 회전 축심(A1) 주위에 요동한다.

마이크로 미러 소자(X1)에 있어서는 이와 같은 구동 메커니즘에 의해 미러부(111), 즉 가동부를 구동하여 미러면(114)을 원하는 방향으로 향하게 할 수 있다. 따라서, 마이크로 미러 소자(X1)에 따르면, 미러면(114)을 향해 진행하여 상기 미러면(114)에서 반사되는 빛의 반사 방향을 원하는 방향으로 절환하는 것이 가능하다.

마이크로 미러 소자(X1)에 있어서는 단일의 연결부(113)에 포함되는 2개의 토션 바아(113a, 113b)는 서로 전기적으로 분리되어 있다. 즉, 토션 바아(113a, 113b)는 서로 이격되고, 또한 이들이 접속되어 있는 미러부(111) 및 프레임(112)에는 토션 바아(113a, 113b) 사이가 단락되지 않은 도전 경로가 형성되어 있다. 그로 인해, 마이크로 미러 소자(X1)에 있어서는 프레임(112)으로부터 미러부(111)에 대해 복수의 전위 전달이 가능하고, 미러부(111)에 대해 복수의 전위를 동시에 부여할 수 있다. 따라서, 마이크로 미러 소자(X1)는 연결부(113)에 의해 규정되는 회전 축심(A1)주위에 있어서의 미러부(111)의 회전 구동의 형태에 대해 높은 자유도를 갖고, 미러부(111)에 있어서 복잡한 동작도 적절하게 실현하는 것이 가능하다.

또한, 마이크로 미러 소자(X1)에 있어서는 연결부(113)를 충분히 가는 토션 바아(113a, 113b)에 의해 구성함으로써 연결부(113)의 비틀림 저항에 대해 양호하 게 저감시킬 수 있다. 작은 비틀림 저항은 미러부(111)를 고정밀도로 구동하는 데 적합하다. 이와 함께, 연결부(113)의 폭 방향으로 이격되는 토션 바아(113a, 113b)의 간격에 대해서는 프레임(112)에 있어서의 간격(Wf)보다도 미러부(111)에 있어서의 간격(Wm)의 쪽이 크다. 이와 같은 구성의 연결부(113)는 작은 비틀림 저항을 가지면서 미러부(111)가 그 법선(N1) 주위로 회전하는 것을 양호하게 억제할 수 있다.

마이크로 미러 소자(X1)의 미러부(111)를 구동하기 위해서는 평판 전극에 의한 정전력 대신에 전자 코일이나 영구 자석 등에 의한 전자력을 이용할 수도 있다. 구체적으로는 미러부(111)의 전극(115a, 115b)을 전자 코일로 치환하고, 베이스 기판의 전극(121a, 121b)을 전자 코일 또는 영구 자석으로 치환한다. 혹은, 미러부(111)의 전극(115a, 115b)을 영구 자석으로 치환하고, 베이스 기판의 전극(121a, 121b)을 전자 코일로 치환한다. 이들 구성에서는 전자 코일로의 통전 상태를 조절함으로써 미러부(111)를 구동할 수 있다.

도6 및 도7은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 마이크로 미러 소자(X2)를 도시한다. 마이크로 미러 소자(X2)는 미러부(211)와, 이 미러부(211)를 둘러싸는 프레임(212)과, 상기 프레임(212) 및 미러부(211)를 연결하는 한 쌍의 연결부(213)를 갖는다. 마이크로 미러 소자(X2)는 MEMS 기술 등의 벌크 마이크로 머시닝 기술에 의해, 다층 구조를 갖는 재료 기판에 있어서 성형된 것이다. 재료 기판은 P나 As 등의 n형 불순물이나 B 등의 p형 불순물을 도핑함으로써 도전성이 부여된 제1 실리콘층(210a), 제2 실리콘층(210b) 및 제3 실리콘층(210c) 및 실리콘층 사이의 제1 절연층(210d) 및 제2 절연층(210e)으로 이루어지는 적층 구조를 갖는다. 상기 적층 구조는 도8 및 도9에 잘 나타나 있다. 제1 실리콘층(210a)의 두께는, 예를 들어 10 ㎛이고, 제2 실리콘층(210b) 및 제3 실리콘층(210c)의 두께는, 예를 들어 100 ㎛이다. 제1 절연층(210d) 및 제2 절연층(210e)은, 예를 들어 제1 내지 제3 실리콘층(210a 내지 210c) 중 어느 하나의 표면에 있어서, 열산화법에 의해 성장 형성된 산화 실리콘으로 이루어지고, 1 ㎛의 두께를 갖는다. 또한, 재료 기판은 마이크로 미러 소자(X2)의 형성 과정에 있어서 적절하게 다층화되어 간다.

마이크로 미러 소자(X2)의 형성에 있어서는, 구체적으로는 재료 기판에 있어서의 적층 구조의 형태에 따라서 미러부(211)에 대응하는 부위를 덮는 에칭 마스크, 프레임(212)에 대응하는 부위를 덮는 에칭 마스크 및 한 쌍의 연결부(213)에 대응하는 부위를 덮는 에칭 마스크를 적절하게 이용하고, Deep RIE법에 의한 Si 에칭이나, KOH 등의 습윤 Si 에칭 등의 수단에 의해 각 실리콘층이 가공된다. 절연층에 있어서의 불필요한 부위는 적절하게 에칭 제거된다. 그 결과, 마이크로 미러 소자(X2)에 있어서, 미러부(211), 프레임(212) 및 한 쌍의 연결부(213)가 형성되게 된다. 본 실시 형태에서는, 미러부(211)와 프레임(212) 사이의 이격 거리는, 예를 들어 10 내지 200 ㎛이다.

미러부(211)는, 도7에 잘 나타나 있는 바와 같이 상층부(211a) 및 하층부(211b, 211c)를 갖는다. 상층부(211a)는 제1 실리콘층(210a)에 유래하고, 하층부(211b, 211c)는 제2 실리콘층(210b)에 유래한다. 상층부(211a)와 하층부(211b, 211c) 사이에는 제1 절연층(210d)이 개재되어 있다. 도7에 있어서는, 제1 절연층 (210d)은 마이크로 미러 소자(X2)에 있어서의 제2 실리콘층(210b)에 유래하는 부위의 위에 크로스 해칭을 붙여 그려져 있다.

미러부(211)의 상층부(211a)에는 광반사용 미러면(214)이 설치되어 있다. 미러면(214)은 금속막 증착 등으로 형성되어 있다. 하층부(211b, 211c)는 각각 빗살무늬 전극(215a, 215b)을 갖는다. 빗살무늬 전극(215a, 215b)은 각각 중간층부(211b, 211c)의 일부이고, 제2 실리콘층(210b)에 유래한다.

프레임(212)은, 도7에 잘 나타나 있는 바와 같이 상층부(212a, 212b), 중간층부(212c, 212d) 및 하층부(212e, 212f)를 갖는다. 상층부(212a, 212b)는 제1 실리콘층(210a)에 유래하고, 중간층부(212c, 212d)는 제2 실리콘층(210b)에 유래하고, 하층부(212e, 212f)는 제3 실리콘층(210c)에 유래한다. 상층부(212a, 212b)와 중간층부(212c, 212d) 사이에는, 도7 내지 도9에 잘 나타나 있는 바와 같이 제1 절연층(210d)이 개재되어 있다. 중간층부(212c, 212d)와 하층부(212e, 212f) 사이에는 제2 절연층(210e)이 개재되어 있다. 도7에 있어서는, 제2 절연층(210e)은 마이크로 미러 소자(X2)에 있어서의 제3 실리콘층(210c)에 유래하는 부위의 위에 크로스 해칭을 붙여 그려져 있다.

프레임(212)의 하층부(212e, 212f)는 각각 빗살무늬 전극(216a, 216b)을 갖는다. 빗살무늬 전극(216a, 216b)은 각각 하층부(212e, 212f)의 일부이고, 제3 실리콘층(210c)에 유래한다.

프레임(212)에 있어서, 상층부(212a) 및 중간층부(212c)는, 도8에 도시한 바와 같이 제1 절연층(210d)을 관통하는 2개의 플러그(217)에 의해 전기적으로 접속 되어 있다. 플러그(217)는, 예를 들어 폴리실리콘으로 이루어져 상층부(212a)와 중간층부(212c) 사이에 매립 형성된다. 또한, 상층부(212b) 및 중간층부(212d)는, 도9에 도시한 바와 같이 제1 절연층(210d)을 관통하는 2개의 플러그(218)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 플러그(212h)는, 예를 들어 폴리실리콘으로 이루어져 상층부(212b)와 중간층부(212d) 사이에 매립 형성된다.

각 연결부(213)는 미러부(211) 및 프레임(212)을 연결하고 있다. 마이크로 미러 소자(X2)는 한 쌍의 연결부(213)에 의해 가동부, 즉 미러부(211)의 회전 축심(A2)이 규정된 1축형으로서 구성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 각 연결부(213)는 서로 이격되어 있는 2개의 토션 바아(213a, 213b)로 이루어진다.

토션 바아(213a)는 제2 실리콘층(210b)에 유래하여 제2 실리콘층(210b)보다도 얇게 형성되어 있고, 미러부(211)의 하층부(211b) 및 프레임(212)의 중간층부(212c)와 일체이다. 또한, 토션 바아(213b)는 제2 실리콘층(210b)에 유래하여 제2 실리콘층(210b)보다도 얇게 형성되어 있고, 미러부(211)의 하층부(211c) 및 프레임(212)의 중간층부(212d)와 일체이다.

2개의 토션 바아(213a, 213b)에 의해 연결부(213)의 폭(도6에 있어서의 Y방향의 치수)이 규정되고, 2개의 토션 바아(213a, 213b)의 간격은 미러부(211)에 가까울수록 크고, 프레임(212)에 근접할수록 서서히 작게 되어 있다. 구체적으로는 마이크로 미러 소자(X1)의 토션 바아(113a, 113b)에 관하여 상술한 바와 마찬가지이다.

이와 같은 구성의 마이크로 미러 소자(X2)에 있어서, 프레임(212)의 상층부 (212a)에 소정의 전위를 부여하면 플러그(217), 중간층부(212c), 토션 바아(213a) 및 미러부(211)의 중간층부(211b)를 거쳐서 빗살무늬 전극(215a)으로 상기 전위는 전달된다. 또한, 프레임(212)의 상층부(212b)에 소정의 전위를 부여하면 플러그(218), 중간층부(212d), 토션 바아(213b) 및 미러부(211)의 중간층부(211c)를 거쳐서 빗살무늬 전극(215b)으로 상기 전위는 전달된다.

미러부(211)의 전극(215a)에 소정의 전위를 부여한 상태에 있어서, 프레임(212)의 하층부(212e) 내지 빗살무늬 전극(216a)에 소정의 전위를 부여하면 빗살무늬 전극(215a) 및 빗살무늬 전극(216a) 사이에는 정전 인력 또는 정전 척력이 발생한다. 또한, 미러부(211)의 빗살무늬 전극(215b)에 소정의 전위를 부여한 상태에 있어서, 프레임(212)의 하층부(212f) 내지 빗살무늬 전극(216b)에 소정의 전위를 부여하면 빗살무늬 전극(215b) 및 빗살무늬 전극(216b) 사이에는 정전 인력 또는 정전 척력이 발생한다. 이들 정전력의 합력에 의해 미러부(211)는 한 쌍의 연결부(213)를 비틀면서 회전 축심(A2) 주위에 요동한다.

마이크로 미러 소자(X2)에 있어서는, 이와 같은 구동 메커니즘에 의해, 미러부(211), 즉 가동부를 구동하여 미러면(214)을 원하는 방향으로 향하게 할 수 있다. 따라서, 마이크로 미러 소자(X2)에 따르면, 미러면(214)을 향해 진행하여 상기 미러면(214)에서 반사되는 빛의 반사 방향을 원하는 방향으로 절환하는 것이 가능하다.

마이크로 미러 소자(X2)에 있어서는 단일의 연결부(213)에 포함되는 2개의 토션 바아(213a, 213b)는 서로 전기적으로 분리되어 있다. 즉, 토션 바아(213a, 213b)는 서로 이격되고, 또한 이들이 접속하고 있는 미러부(211) 및 프레임(212)에는 토션 바아(213a, 213b) 사이가 단락되지 않은 도전 경로가 형성되어 있다. 그로 인해, 마이크로 미러 소자(X2)에 있어서는 프레임(212)으로부터 미러부(211)에 대해 복수의 전위 전달이 가능하고, 미러부(211)에 대해 복수의 전위를 동시에 부여할 수 있다. 따라서, 마이크로 미러 소자(X2)는 연결부(213)에 의해 규정되는 회전 축심(A2) 주위에 있어서의 미러부(211)의 회전 구동의 형태에 대해 높은 자유도를 갖고, 미러부(211)에 있어서 복잡한 동작도 적절하게 실현하는 것이 가능하다.

마이크로 미러 소자(X2)의 연결부(213)는 마이크로 미러 소자(X1)의 연결부(113)에 관하여 상술한 것과 마찬가지로, 작은 비틀림 저항을 가지면서 미러부(211)가 그 법선(N2) 주위로 회전하는 것을 양호하게 억제할 수 있다.

또한, 마이크로 미러 소자(X2)는 미러부(211), 즉 가동부를 구동하기 위해 한 쌍의 빗살무늬 전극(215a, 216a) 및 한 쌍의 빗살무늬 전극(215b, 216b)을 구비한다. 빗살무늬 전극 기구에 따르면, 전극 사이에 생기는 정전력의 작용 방향에 대해 미러부(211)의 회전 방향에 대해 대략 직교하도록 설정할 수 있으므로, 미러부(211)의 구동 시에 인입 전압(정전력이 급격히 커지는 임계 전압)이 존재하지 않고, 그 결과, 미러부(211)에 대해 큰 경사 각도를 적절하게 달성하는 것이 가능해진다. 이와 같이, 빗살무늬 전극은 가동부에 대해 고정밀도로 구동하는 데 적합하다.

도10 및 도11은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 마이크로 미러 소자(X3)를 도시한다. 마이크로 미러 소자(X3)는 미러부(310), 이를 둘러싸는 내부 프레임(320), 내부 프레임(320)을 둘러싸는 외부 프레임(330), 미러부(310)와 내부 프레임(320)을 연결하는 한 쌍의 연결부(340), 내부 프레임(320)과 외부 프레임(330)을 연결하는 한 쌍의 연결부(350, 360)를 구비한다. 한 쌍의 연결부(340)는 내부 프레임(320)에 대한 미러부(310)의 회전 동작의 회전 축심(A3)을 규정한다. 연결부(350, 360)는 외부 프레임(330)에 대한 내부 프레임(320) 및 이것에 수반하는 미러부(310)의 회전 동작의 회전 축심(A4)을 규정한다. 본 실시 형태에 있어서는 회전 축심(A3)과 회전 축심(A4)은 직교하고 있다.

마이크로 미러 소자(X3)는 MEMS 기술 등의 벌크 마이크로 머시닝 기술에 의해 다층 구조를 갖는 재료 기판에 있어서 성형된 것이다. 재료 기판은 P나 As 등의 n형 불순물이나 B 등의 p형 불순물을 도핑함으로써 도전성이 부여된 제1 실리콘층(301), 제2 실리콘층(302), 제3 실리콘층(303) 및 실리콘층 사이의 제1 절연층(304) 및 제2 절연층(305)으로 이루어지는 적층 구조를 갖는다. 상기 적층 구조는 도12 내지 도16에 잘 나타나 있다. 제1 실리콘층(301) 및 제3 실리콘층(303)의 두께는, 예를 들어 100 ㎛이고, 제2 실리콘층(302)의 두께는, 예를 들어 5 ㎛이다. 제1 절연층(304) 및 제2 절연층(305)은 제1 내지 제3 실리콘층(301 내지 303) 중 어느 하나의 표면에 있어서, 열산화법에 의해 성장 형성된 산화 실리콘으로 이루어지고, 예를 들어 1 ㎛의 두께를 갖는다. 또한, 재료 기판은 마이크로 미러 소자(X3)의 형성 과정에 있어서 적절하게 다층화되어 간다.

마이크로 미러 소자(X3)의 형성에 있어서는, 구체적으로는 재료 기판의 적층 형태에 따라서 미러부(310)에 대응하는 부위를 덮는 에칭 마스크, 내부 프레임(320)에 대응하는 부위를 덮는 에칭 마스크, 외부 프레임(330)에 대응하는 부위를 덮는 에칭 마스크 및 연결부(340, 350, 360)에 대응하는 부위를 덮는 에칭 마스크를 적절하게 이용하여 Deep RIE법에 의한 Si 에칭이나, KOH 등의 습윤 Si 에칭 등의 수단에 의해 각 실리콘층이 가공된다. 제1 절연층(304) 및 제2 절연층(305)에 있어서의 불필요한 부위는 적절하게 에칭 제거된다. 그 결과, 마이크로 미러 소자(X3)에 있어서, 미러부(310), 내부 프레임(320), 외부 프레임(330) 및 연결부(340, 350, 360)가 형성되게 된다. 본 실시 형태에서는 미러부(310)와 내부 프레임(320) 사이의 이격 거리 및 내부 프레임(310)과 외부 프레임(320) 사이의 이격 거리는, 예를 들어 10 내지 200 ㎛이다.

미러부(310)는, 도11에 잘 나타나 있는 바와 같이 상층부(311) 및 4개의 하층부(312)를 갖는다. 도11은 마이크로 미러 소자(X3)의 분해 평면도이다. 도11에 있어서는 도면의 명확화의 관점으로부터 제2 실리콘층(302)에 유래하는 구조는 제1 실리콘층(301)에 유래하는 구조(파선으로 표시되어 있음)와 함께 나타낸다. 상층부(311)는 제1 실리콘층(301)에 유래하고, 하층부(312)는 제2 실리콘층(302)에 유래한다. 상층부(311)와 각 하층부(312) 사이에는, 도11 및 도12에 잘 나타나 있는 바와 같이, 제1 절연층(304)이 개재되어 있다. 도11에 있어서는, 제1 절연층(304)은 마이크로 미러 소자(X3)에 있어서의 제2 실리콘층(302)에 유래하는 부위의 위에 크로스 해칭을 붙여 그려져 있다.

미러부(310)의 상층부(311)에는 광반사용 미러면(313)이 설치되어 있다. 미 러면(313)은 금속막 증착 등으로 형성되어 있다. 상층부(311)는 그 마주보는 단부에 있어서 빗살무늬 전극(311a) 및 빗살무늬 전극(311b)을 갖는다. 빗살무늬 전극(311a, 311b)은 상층부(311)의 일부로, 제1 실리콘층(301)에 유래한다.

미러부(310)에 있어서, 상층부(311) 및 각 하층부(312)는, 도12에 잘 나타나 있는 바와 같이 제1 절연층(304)을 관통하는 플러그(310a)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 플러그(310a)는, 예를 들어 폴리실리콘으로 이루어져 상층부(311)와 하층부(312) 사이에 매립 형성된다.

내부 프레임(320)은, 도11에 잘 나타나 있는 바와 같이 상층부(321), 4개의 중간층부(322), 중간층부(323a, 323b, 324a, 324b) 및 하층부(325, 326)를 갖는다. 상층부(321)는 제1 실리콘층(301)에 유래하고, 중간층부(322, 323a, 323b, 324a, 324b)는 제2 실리콘층(302)에 유래하고, 하층부(325, 326)는 제3 실리콘층(303)에 유래한다. 상층부(321)와 각 중간층부(322, 323a, 323b, 324a, 324b) 사이에는 각각 도11 내지 도16에 잘 나타나 있는 바와 같이, 제1 절연층(304)이 개재되어 있다. 각 중간층부(323a, 323b, 324a, 324b)와 하층부(325, 326) 사이에는 제2 절연층(305)이 개재되어 있다. 도11에 있어서는, 제2 절연층(305)은 마이크로 미러 소자(X3)에 있어서의 제3 실리콘층(303)에 유래하는 부위의 위에 크로스 해칭을 붙여 그려져 있다.

내부 프레임(320)의 상층부(321)는 빗살무늬 전극(321a, 321b)을 갖는다. 빗살무늬 전극(321a, 321b)은 상층부(321)의 일부로, 제1 실리콘층(301)에 유래한다. 또한, 하층부(325, 326)는 각각 빗살무늬 전극(325a, 326a)을 갖는다. 빗살 무늬 전극(325a, 325b)은 각각 하층부(325, 326)의 일부로, 제3 실리콘층(303)에 유래한다. 빗살무늬 전극(325a, 326a)은 각각 미러부(310)의 빗살무늬 전극(311a, 311b)의 하방에 위치하고 있고, 미러부(310)의 회전 동작 시에 있어서, 빗살무늬 전극(311a, 312a)과 접촉하지 않도록 이들 사이에서 이가 위치 어긋나도록 배치되어 있다.

내부 프레임(320)에 있어서, 상층부(321) 및 각 중간층부(322)는, 도12에 잘 나타나 있는 바와 같이 제1 절연층(304)을 관통하여 상층부(321)와 중간층부(322) 사이에 매립 형성된 플러그(320a)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 마찬가지로, 상층부(321) 및 중간층부(323a)는, 도13에 잘 나타나 있는 바와 같이 플러그(320b)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 마찬가지로, 상층부(321) 및 중간층부(324a)는, 도14에 잘 나타나 있는 바와 같이 플러그(320c)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 중간층부(323b) 및 하층부(325)는, 도15에 잘 나타나 있는 바와 같이 제2 절연층(305)을 관통하여 중간층부(323b)와 하층부(325) 사이에 매립 형성된 플러그(320d)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 마찬가지로, 중간층부(324b) 및 하층부(326)는, 도16에 잘 나타나 있는 바와 같이 플러그(320e)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 플러그(320a 내지 320e)는, 예를 들어 폴리실리콘으로 이루어진다. 플러그(320a 내지 320c)에 대해서는 도12 내지 도14에 도시한 바와 같은 형태로 바뀌고, 도17a 및 도17b에 도시하는 어느 하나의 형태로 형성되어 있어도 좋다. 도17a에 있어서는 플러그 재료를 별도로 사용하여 형성된 플러그(흑 베타)가 제1 실리콘층(301)을 관통하고 있다. 도17b에 있어서는 플러그 재료를 별도로 사용하지 않고, 제1 절연층(304)에 마련한 구멍부를 제1 실리콘층(301)의 재료에 의해 전색(塡塞)함으로써 제1 실리콘층(301) 및 제2 실리콘층(302) 사이에 매립 형성된 플러그를 형성하고, 제1 실리콘층(301) 및 제2 실리콘층(302)을 전기적으로 접속하고 있다.

외부 프레임(330)은, 도11에 잘 나타나 있는 바와 같이 상층부(331), 중간층부(332a, 332b, 333a, 333b) 및 하층부(334 내지 338)를 갖는다. 상층부(331)는 제1 실리콘층(301)에 유래하고, 중간층부(332a, 332b, 333a, 333b)는 제2 실리콘층(302)에 유래하고, 하층부(334 내지 338)는 제3 실리콘층(303)에 유래한다. 상층부(331)와 각 중간층부(332a, 332b, 333a, 333b) 사이에는, 도11 내지 도16에 잘 나타나 있는 바와 같이 제1 절연층(304)이 개재되어 있다. 각 중간층부(332a, 332b, 333a, 333b)와 하층부(334 내지 338) 사이에는 제2 절연층(305)이 개재되어 있다.

외부 프레임(330)의 하층부(335, 337)는 각각 빗살무늬 전극(335a, 337a)을 갖는다. 빗살무늬 전극(335a, 337a)은 각각 하층부(335, 337)의 일부로, 제3 실리콘층(303)에 유래한다. 빗살무늬 전극(335a, 337a)은 각각 내부 프레임(320)의 빗살무늬 전극(321a, 321b)의 하방에 위치하고 있고, 내부 프레임(320)의 회전 동작 시에 있어서, 빗살무늬 전극(321a, 321b)과 접촉하지 않도록 이들 사이에서 이가 위치 어긋나도록 배치되어 있다.

외부 프레임(330)에 있어서, 상층부(331) 및 중간층부(332a)는, 도13에 잘 나타나 있는 바와 같이 제1 절연층(304)을 관통하여 상층부(331)와 중간층부(332a) 사이에 매립 형성된 플러그(330a)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 마찬가지로, 상층부(331) 및 중간층부(333a)는, 도14에 잘 나타나 있는 바와 같이 제1 절연층(304)을 관통하는 플러그(330b)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 중간층부(332b) 및 하층부(336)는, 도15에 잘 나타나 있는 바와 같이 제2 절연층(305)을 관통하여 중간층부(332b)와 하층부(336) 사이에 매립 형성된 플러그(330c)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 마찬가지로, 중간층부(333b) 및 하층부(338)는, 도16에 잘 나타나 있는 바와 같이 플러그(330d)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 플러그(330a 내지 330d)는, 예를 들어 폴리실리콘으로 이루어진다. 플러그(320d, 320e)에 대해서는 도12 내지 도14에 도시한 바와 같은 형태로 바꾸고, 도17c 내지 도17e에 도시하는 어느 하나의 형태로 형성되어 있어도 좋다. 도17c에 있어서는 플러그 재료를 별도로 사용하여 형성된 플러그(흑 베타)가 제3 실리콘층(303)을 관통하고 있다. 도17d에 있어서는 플러그 재료를 별도로 사용하지 않고 제2 절연층(305)에 마련한 구멍부를 제2 실리콘층(302)의 재료에 의해 전색함으로써, 제2 실리콘층(302) 및 제3 실리콘층(303) 사이에 매립 형성된 플러그를 형성하고, 제2 실리콘층(302) 및 제2 실리콘층(303)을 전기적으로 접속하고 있다. 또한, 도17e에 있어서는 플러그 재료를 별도로 사용하지 않고 제2 절연층(305)에 절결부를 설치한 후에 제2 절연층(35) 상에 제2 실리콘층(302)을 적층 형성함으로써, 제2 실리콘층(302) 및 제3 실리콘층(303) 사이를 전기적으로 접속하는 플러그가 형성되어 있다.

각 연결부(340)는 미러부(310) 및 내부 프레임(320)을 연결하고 있다. 본 실시 형태에서는, 각 연결부(340)는 서로 이격되어 있는 2개의 토션 바아(341)로 이루어진다.

토션 바아(341)는 제2 실리콘층(302)에 유래하고, 도11 및 도12에 도시한 바와 같이 미러부(310)의 하층부(312) 및 내부 프레임(320)의 중간층부(322)와 일체이다. 2개의 토션 바아(341)에 의해 연결부(340)의 폭이 규정되고, 2개의 토션 바아(341)의 간격은 미러부(310)에 가까울수록 크고, 프레임(320)에 근접할수록 서서히 작게 되어 있다. 구체적으로는, 마이크로 미러 소자(X1)의 토션 바아(113a, 113b)에 관하여 상술한 바와 마찬가지이다.

각 연결부(350)는 내부 프레임(320) 및 외부 프레임(330)을 연결하고 있다. 본 실시 형태에서는, 각 연결부(350)는 서로 이격되어 있는 2개의 토션 바아(351, 352)로 이루어진다. 토션 바아(351)는 제2 실리콘층(302)에 유래하고, 도11 및 도13에 도시한 바와 같이 내부 프레임(320)의 중간층부(323a) 및 외부 프레임(330)의 중간층부(332a)와 일체이다. 또한, 토션 바아(352)는 제2 실리콘층(302)에 유래하고, 도11 및 도15에 도시한 바와 같이 내부 프레임(320)의 중간층부(323b) 및 외부 프레임(330)의 중간층부(332b)와 일체이다.

2개의 토션 바아(351, 352)에 의해 연결부(350)의 폭이 규정되고, 2개의 토션 바아(351, 352)의 간격은 내부 프레임(320)에 가까울수록 크고, 외부 프레임(330)에 근접할수록 서서히 작게 되어 있다. 구체적으로는, 마이크로 미러 소자(X1)의 토션 바아(113a, 113b)에 관하여 상술한 바와 마찬가지이다.

각 연결부(360)는 내부 프레임(320) 및 외부 프레임(330)을 연결하고 있다. 본 실시 형태에서는, 각 연결부(360)는 서로 이격되어 있는 2개의 토션 바아(361, 362)로 이루어진다. 토션 바아(361)는 제2 실리콘층(302)에 유래하고, 도11 및 도14에 도시한 바와 같이 내부 프레임(320)의 중간층부(324a) 및 외부 프레임(330)의 중간층부(333a)와 일체이다. 또한, 토션 바아(362)는 제2 실리콘층(302)에 유래하고, 도11 및 도16에 도시한 바와 같이 내부 프레임(320)의 중간층부(324b) 및 외부 프레임(330)의 중간층부(333b)와 일체이다.

2개의 토션 바아(361, 362)에 의해 연결부(360)의 폭이 규정되고, 2개의 토션 바아(361, 362)의 간격은 내부 프레임(320)에 가까울수록 크고, 외부 프레임(330)에 근접할수록 서서히 작게 되어 있다. 구체적으로는, 마이크로 미러 소자(X1)의 토션 바아(113a, 113b)에 관하여 상술한 바와 마찬가지이다.

이와 같은 구성의 마이크로 미러 소자(X3)에 있어서, 외부 프레임(330)의 상층부(331)에 소정의 전위를 부여하면 도13에 도시하는 플러그(330a), 외부 프레임(330)의 중간층부(332a), 토션 바아(351), 내부 프레임(320)의 중간층부(323a) 및 플러그(320b)를 거쳐서 및 도14에 도시하는 플러그(330b), 외부 프레임(330)의 중간층부(333a), 토션 바아(361), 내부 프레임(320)의 중간층부(324a) 및 플러그(320c)를 거쳐서 내부 프레임(320)의 상층부(321) 내지 빗살무늬 전극(321a, 321b)으로 상기 전위는 전달된다. 또한, 이 전위는, 도12에 도시한 바와 같이 상층부(321)와 접속하는 각 플러그(320a), 이에 접속하는 토션 바아(341), 미러부(310)의 하층부(312) 및 플러그(310a)를 거쳐서 미러부(310)의 상층부(311) 내지 빗살무늬 전극(311a, 311b)으로 전달된다. 따라서, 외부 프레임(330)의 상층부(331)에 소정의 전위를 부여하면 상기 전위는 빗살무늬 전극(311a, 311b) 및 빗살무늬 전극 (311a, 311b)까지 전달된다.

외부 프레임(330)의 하층부(336)에 소정의 전위를 부여하면 도15에 도시하는 플러그(330c), 외부 프레임(330)의 중간층부(332b), 토션 바아(352), 내부 프레임(320)의 중간층부(323b) 및 플러그(320d)를 거쳐서 내부 프레임(320)의 하층부(325) 내지 빗살무늬 전극(325a)으로 상기 전위는 전달된다. 마찬가지로, 외부 프레임(330)의 하층부(338)에 소정의 전위를 부여하면 도16에 도시하는 플러그(330d), 외부 프레임(330)의 중간층부(333b), 토션 바아(362), 내부 프레임(320)의 중간층부(324b) 및 플러그(320e)를 거쳐서 내부 프레임(320)의 하층부(326) 내지 빗살무늬 전극(326a)으로 상기 전위는 전달된다.

미러부(310)에 있어서의 빗살무늬 전극(311a)에 소정의 전위를 부여한 상태에 있어서, 내부 프레임(320)에 있어서의 빗살무늬 전극(325a)에 소정의 전위를 부여하면 빗살무늬 전극(311a) 및 빗살무늬 전극(325a) 사이에는 정전 인력 또는 정전 척력이 발생한다. 또한, 미러부(310)에 있어서의 빗살무늬 전극(311b)에 소정의 전위를 부여한 상태에 있어서, 내부 프레임(320)에 있어서의 빗살무늬 전극(326a)에 소정의 전위를 부여하면 빗살무늬 전극(311b) 및 빗살무늬 전극(326a) 사이에는 정전 인력 또는 정전 척력이 발생한다. 이들 정전력 또는 이들 정전력의 합력에 의해 미러부(310)는 한 쌍의 연결부(340)를 비틀면서 회전 축심(A3) 주위에 요동한다.

한편, 내부 프레임(320)에 있어서의 빗살무늬 전극(321a)에 소정의 전위를 부여한 상태에 있어서, 외부 프레임(330)에 있어서의 하층부(335) 내지 빗살무늬 전극(335a)에 소정의 전위를 부여하면 빗살무늬 전극(321a) 및 빗살무늬 전극(335a) 사이에는 정전 인력 또는 정전 척력이 발생한다. 또한, 내부 프레임(320)에 있어서의 빗살무늬 전극(321b)에 소정의 전위를 부여한 상태에 있어서, 외부 프레임(330)에 있어서의 하층부(337) 내지 빗살무늬 전극(337a)에 소정의 전위를 부여하면 빗살무늬 전극(321b) 및 빗살무늬 전극(337a) 사이에는 정전 인력 또는 정전 척력이 발생한다. 이들 정전력 또는 이들 정전력의 합력에 의해 내부 프레임(320)은 미러부(310)를 따르면서 한 쌍의 연결부(350, 360)를 비틀면서 회전 축심(A4) 주위에 요동한다.

마이크로 미러 소자(X3)에 있어서는, 이와 같은 구동 메커니즘에 의해 미러부(310) 및 내부 프레임(320)을 포함하는 가동부를 구동하여 미러부(310)의 미러면(313)을 원하는 방향으로 향하게 할 수 있다. 따라서, 마이크로 미러 소자(X3)에 따르면, 미러면(313)을 향해 진행하여 상기 미러면(313)에서 반사되는 빛의 반사 방향을 원하는 방향으로 절환하는 것이 가능하다.

마이크로 미러 소자(X3)에 있어서는 연결부(350)에 포함되는 2개의 토션 바아(351, 352)는 서로 전기적으로 분리되어 있다. 즉, 토션 바아(351, 352)는 서로 이격되고, 또한 이들이 접속하고 있는 내부 프레임(320) 및 외부 프레임(330)에는 토션 바아(351, 352) 사이가 단락되지 않은 도전 경로가 형성되어 있다. 이와 함께, 연결부(360)에 포함되는 2개의 토션 바아(361, 362)는 서로 전기적으로 분리되어 있다. 즉, 토션 바아(351, 352)는 서로 이격되고, 또한 이들이 접속되어 있는 내부 프레임(320) 및 외부 프레임(330)에는 토션 바아(361, 362) 사이가 단락되지 않은 도전 경로가 형성되어 있다. 그로 인해, 마이크로 미러 소자(X3)에 있어서는 외부 프레임(320)으로부터 가동부에 대해 복수의 전위 전달이 가능하고, 가동부에 대해 복수의 전위를 동시에 부여할 수 있다. 따라서, 마이크로 미러 소자(X3)는 미러부(310) 및 내부 프레임(320)을 포함하는 가동부의 구동의 형태에 대해 높은 자유도를 갖고, 가동부에 있어서 복잡한 동작도 적절하게 실현하는 것이 가능하다. 그 결과, 마이크로 미러 소자(X3)는 2축형 마이크로 미러 소자로서 적절하게 기능할 수 있다.

마이크로 미러 소자(X3)의 연결부(340)는 마이크로 미러 소자(X1)의 연결부(113)에 관하여 상술한 것과 마찬가지로, 작은 비틀림 저항을 가지면서 미러부(310)가 그 법선(N3) 주위로 회전하는 것을 양호하게 억제할 수 있다. 마찬가지로, 연결부(350, 360)는 작은 비틀림 저항을 가지면서 내부 프레임(320), 나아가서는 미러부(310)가 그 법선(N3) 주위로 회전하는 것을 양호하게 억제할 수 있다.

또한, 마이크로 미러 소자(X3)는 미러부(310)를 구동하기 위해 한 쌍의 빗살무늬 전극(311a, 325a) 및 한 쌍의 빗살무늬 전극(311b, 326a)을 구비한다. 이와 함께, 마이크로 미러 소자(X3)는 내부 프레임(320)을 구동하기 위해 한 쌍의 빗살무늬 전극(321a, 335a) 및 한 쌍의 빗살무늬 전극(321b, 336a)을 구비한다. 빗살무늬 전극 기구는 마이크로 미러 소자(X2)에 관하여 상술한 것과 마찬가지로 가동부에 대해 고정밀도로 구동하는 데 적합하다.

Claims (20)

1. 코어 도체층을 포함하는 복수의 도체층 및 도체층 사이에 개재하는 절연층으로 이루어지는 적층 구조를 갖는 재료 기판에 있어서 일체적으로 성형되어 있는, 가동부와, 프레임과, 이들을 연결하는 연결부를 구비하고,

   상기 가동부는 상기 코어 도체층에 유래하는 제1 구조체를 포함하고,

   상기 프레임은 상기 코어 도체층에 유래하는 제2 구조체를 포함하고,

   상기 연결부는 상기 코어 도체층에 유래하여 상기 제1 구조체 및 상기 제2 구조체에 대해 연속적으로 접속하고, 또한 서로 전기적으로 분리되어 있는 복수의 토션 바아를 포함하는 마이크로 가동 소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 연결부는 폭 방향으로 이격되는 2개의 토션 바아를 포함하고, 상기 2개의 토션 바아의 간격은 상기 가동부에 가까울수록 큰 마이크로 가동 소자.
3. 제2항에 있어서, 상기 프레임에 있어서의 상기 간격을 Wf라 하고, 상기 가동부에 있어서의 상기 간격을 Wm이라 하고, 상기 연결부의 배치 부위에 있어서의 상기 가동부 및 상기 프레임의 이격 거리를 L이라 하면, 0 ＜ Wf ＜ L 및 Wf ＜ Wm ＜ Wf ＋ 4L을 만족시키는 마이크로 가동 소자.
4. 제1항에 있어서, 상기 가동부는 가동 코어부와, 상기 연결부를 거쳐서 상기 프레임에 연결되어 있는 중계 프레임과, 상기 가동 코어부 및 중계 프레임을 연결하는 중계 연결부를 구비하는 마이크로 가동 소자.
5. 제4항에 있어서, 상기 가동 코어부는 상기 코어 도체층에 유래하는 제3 구조체를 포함하고,

   상기 중계 프레임은 상기 제1 구조체를 포함하고,

   상기 중계 연결부는 상기 코어 도체층에 유래하여 상기 제3 구조체 및 상기 제1 구조체에 대해 연속적으로 접속하고, 또한 서로 전기적으로 분리되어 있는 복수의 토션 바아를 포함하는 마이크로 가동 소자.
6. 제4항에 있어서, 상기 중계 연결부는 폭 방향으로 이격되는 2개의 중계 토션 바아를 포함하고, 상기 2개의 중계 토션 바아의 간격은 상기 가동 코어부에 가까울수록 큰 마이크로 가동 소자.
7. 제1항에 있어서, 상기 가동부는 제1 빗살무늬 전극부를 갖고, 상기 프레임은 상기 제1 빗살무늬 전극부와의 사이에 정전력을 생기게 함으로써 상기 가동부를 변위시키기 위한 제2 빗살무늬 전극부를 갖는 마이크로 가동 소자.
8. 제4항에 있어서, 상기 가동 코어부는 제1 빗살무늬 전극부를 갖고, 상기 중 계 프레임은 상기 제1 빗살무늬 전극부와의 사이에 정전력을 생기게 함으로써 상기 가동 코어부를 변위시키기 위한 제2 빗살무늬 전극부를 갖는 마이크로 가동 소자.
9. 제1항에 있어서, 상기 가동부에 대면하는 베이스부를 더 구비하고, 상기 베이스부에는 상기 가동부에 대면하는 평판 전극이 설치되어 있는 마이크로 가동 소자.
10. 제9항에 있어서, 상기 가동부에는 상기 베이스부의 상기 평판 전극에 대면하는 평판 전극이 설치되어 있는 마이크로 가동 소자.
11. 제1항에 있어서, 상기 가동부에 대면하는 베이스부를 더 구비하고, 상기 가동부에는 제1 전자 코일이 설치되고, 상기 베이스부에는 상기 제1 전자 코일과의 사이에 전자력을 생기게 함으로써 상기 가동부를 변위시키기 위한 제2 전자 코일 또는 자석이 설치되어 있는 마이크로 가동 소자.
12. 제1항에 있어서, 상기 가동부에 대면하는 베이스부를 더 구비하고, 상기 가동부에는 자석이 설치되고, 상기 베이스부에는 상기 자석과의 사이에 전자력을 생기게 함으로써 상기 가동부를 변위시키기 위한 전자 코일이 설치되어 있는 마이크로 가동 소자.
13. 제1항에 있어서, 상기 가동부는 상기 재료 기판에 있어서 상기 절연층을 거쳐서 상기 코어 도체층과 접합하는 도체층에 유래하는 제3 구조체를 더 포함하고, 상기 제3 구조체 중 적어도 일부와 상기 제1 구조체의 일부는 이들 사이에 개재하는 상기 절연층을 관통하는 도체 플러그에 의해 전기적으로 접속되어 있는 마이크로 가동 소자.
14. 제1항에 있어서, 상기 프레임은 상기 재료 기판에 있어서 상기 절연층을 거쳐서 상기 코어 도체층과 접합하는 도체층에 유래하는 제3 구조체를 더 포함하고, 상기 제3 구조체 중 적어도 일부와 상기 제2 구조체의 일부는 이들 사이에 개재하는 상기 절연층을 관통하는 도체 플러그에 의해 전기적으로 접속되어 있는 마이크로 가동 소자.
15. 제1항에 있어서, 상기 가동부에는 미러부가 설치되어 마이크로 미러 소자로서 구성되어 있는 마이크로 가동 소자.
16. 제1 도체층, 제2 도체층, 제3 도체층, 상기 제1 도체층과 상기 제2 도체층 사이의 제1 절연층 및 상기 제2 도체층과 상기 제3 도체층 사이의 제2 절연층으로 이루어지는 적층 구조를 갖는 재료 기판에 있어서 일체적으로 성형되어 있는, 가동부와, 프레임과, 이들을 연결하는 연결부를 구비하고,

    상기 가동부는 상기 제2 도체층에 유래하는 제1 구조체를 포함하고,

    상기 프레임은 상기 제2 도체층에 유래하는 제2 구조체를 포함하고,

    상기 연결부는 상기 제2 도체층에 유래하여 상기 제1 구조체 및 상기 제2 구조체에 대해 연속적으로 접속하고, 또한 서로 전기적으로 분리되어 있는 복수의 토션 바아를 포함하는 마이크로 가동 소자.
17. 제16항에 있어서, 상기 가동부는 제1 도체층에 유래하는 제3 구조체를 더 포함하고, 상기 제3 구조체 중 적어도 일부와 상기 제1 구조체의 일부는 이들 사이에 개재하는 상기 제1 절연층을 관통하는 도체 플러그에 의해 전기적으로 접속되어 있는 마이크로 가동 소자.
18. 제16항에 있어서, 상기 가동부는 가동 코어부와, 상기 연결부를 거쳐서 상기 프레임에 연결되어 있는 중계 프레임과, 상기 가동 코어부 및 중계 프레임을 연결하는 중계 연결부를 구비하고,

    상기 가동 코어부는 상기 제1 도체층에 유래하는 제3 구조체 및 상기 제2 도체층에 유래하는 제4 구조체를 포함하고, 상기 제3 구조체 중 적어도 일부와 상기 제4 구조체 중 적어도 일부는 이들 사이에 개재하는 상기 제1 절연층을 관통하는 제1 도체 플러그에 의해 전기적으로 접속되어 있고,

    상기 중계 프레임은 상기 제1 도체층에 유래하는 제5 구조체, 상기 제2 도체층에 유래하는 상기 제1 구조체 및 상기 제3 도체층에 유래하는 제6 구조체를 더 포함하고, 상기 제5 구조체 중 적어도 일부와 상기 제1 구조체의 일부는 이들 사이 에 개재하는 상기 제1 절연층을 관통하는 제2 도체 플러그에 의해 전기적으로 접속되어 있고, 상기 제1 구조체의 다른 일부와 상기 제6 구조체 중 적어도 일부는 이들 사이에 개재하는 상기 제2 절연층을 관통하는 제3 도체 플러그에 의해 전기적으로 접속되어 있고,

    상기 중계 연결부는 상기 제2 도체층에 유래하여 상기 제4 구조체 및 상기 제1 구조체에 대해 연속적으로 접속하고, 또한 서로 전기적으로 분리되어 있는 복수의 토션 바아를 포함하는 마이크로 가동 소자.
19. 제16항에 있어서, 상기 프레임은 상기 제1 도체층에 유래하는 제3 구조체 및 상기 제3 도체층에 유래하는 제4 구조체를 더 포함하고, 상기 제3 구조체 중 적어도 일부와 상기 제2 구조체의 일부는 이들 사이에 개재하는 상기 제1 절연층을 관통하는 제1 도체 플러그에 의해 전기적으로 접속되어 있고, 상기 제2 구조체의 다른 일부와 상기 제4 구조체 중 적어도 일부는 이들 사이에 개재하는 상기 제2 절연층을 관통하는 제2 도체 플러그에 의해 전기적으로 접속되어 있는 마이크로 가동 소자.
20. 제1 도체층, 제2 도체층, 제3 도체층, 상기 제1 도체층과 상기 제2 도체층 사이의 제1 절연층 및 상기 제2 도체층과 상기 제3 도체층 사이의 제2 절연층으로 이루어지는 적층 구조를 갖는 재료 기판에 있어서 일체적으로 성형되어 있는, 가동부와, 프레임과, 이들을 연결하는 연결부를 구비하고, 상기 가동부는 상기 제1 도 체층에 유래하는 제1 구조체, 제2 도체층에 유래하는 제2 구조체 및 상기 제3 도체층에 유래하는 제3 구조체를 포함하고, 상기 제1 구조체 중 적어도 일부 및 상기 제2 구조체의 제1의 일부는 이들 사이에 개재하는 상기 제1 절연층을 관통하는 제1 도체 플러그에 의해 전기적으로 접속되어 있고, 상기 제2 구조체의 제2의 일부 및 상기 제3 구조체 중 적어도 일부는 이들 사이에 개재하는 상기 제2 절연층을 관통하는 제2 도체 플러그에 의해 전기적으로 접속되어 있고,

    상기 프레임은 상기 제1 도체층에 유래하는 제4 구조체, 제2 도체층에 유래하는 제5 구조체 및 상기 제3 도체층에 유래하는 제6 구조체를 포함하고, 상기 제4 구조체 중 적어도 일부 및 상기 제5 구조체의 제1의 일부는 이들 사이에 개재하는 상기 제1 절연층을 관통하는 제3 도체 플러그에 의해 전기적으로 접속되어 있고, 상기 제5 구조체의 제2의 일부 및 상기 제6 구조체 중 적어도 일부는 이들 사이에 개재하는 상기 제2 절연층을 관통하는 제4 도체 플러그에 의해 전기적으로 접속되어 있고,

    상기 연결부는 상기 제2 도체층에 유래하여 상기 제2 구조체의 상기 제1의 일부 및 상기 제5 구조체의 상기 제1의 일부에 대해 연속적으로 접속하는 제1 토션 바아와, 상기 제2 도체층에 유래하여 상기 제2 구조체의 상기 제2의 일부 및 상기 제5 구조체의 상기 제2의 일부에 대해 연속적으로 접속하는 제2 토션 바아를 포함하는 마이크로 가동 소자.

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