KR100947516B1

KR100947516B1 - 마이크로액츄에이터 및 이것을 이용한 광 스위치

Info

Publication number: KR100947516B1
Application number: KR1020047014667A
Authority: KR
Inventors: 이시쯔야도오루; 스즈키쥰지
Original assignee: 가부시키가이샤 니콘
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2010-03-12
Also published as: EP1489044A4; EP1489044A1; KR20040094818A; TW200401906A; US20050100269A1; AU2003221168A1; WO2003082731A1; JP2004126503A; US7116192B2; CN1642849A; TWI265311B

Abstract

가동부는 고정단이 다리부(12)를 통해 고정된 외팔보 브릿지 구조를 이루는 브릿지부(13)로 구성된다. 브릿지부(13)는 고정단과 자유단 사이에 직렬로 구성된 두 개의 브릿지 구성부(14, 15)를 갖는다. 고정단측의 브릿지 구성부(14)는 판 스프링부이다. 자유단측의 브릿지 구성부(15)는 강성을 갖는 강성부이다. 브릿지 구성부(14)는 브릿지부(13)이 힘을 받지 않는 상태에서 기판(11)과 반대측으로 만곡하고 있다. 미러(2)는 브릿지 구성부(15)의 자유단측에 설치된다. 이것에 의해, 작은 구동력으로 작동시킬 수 있는 마이크로액츄에이터로 할 수 있다.

Description

마이크로액츄에이터 및 이것을 이용한 광 스위치{MICRO ACTUATOR AND OPTICAL SWITCH USING THE ACTUATOR}

본 발명은 액츄에이터 및 이것을 이용한 광 스위치에 관한 것이다.

마이크로머시닝 기술의 진전에 따라, 여러 가지의 분야에서 마이크로액츄에이터의 중요성이 높아지고 있다. 마이크로액츄에이터가 이용되고 있는 분야의 일례로서 예컨대, 광통신 등에 이용되어 광로를 전환하는 광 스위치를 들 수 있다. 이러한 광 스위치의 일례로서, 일본 특허 공개 2001-142008호 공보에 개시된 광 스위치를 들 수 있다.

마이크로액츄에이터는 고정부와 고정부에 대하여 이동 가능하게 된 가동부를 구비하고 있지만, 가동부가 외팔보 브릿지 구조를 갖는 타입의 마이크로액츄에이터도 있다. 예컨대, 일본 특허 공개 2001-142008호 공보의 도 8에는 가동부가 외팔보 브릿지 구조를 갖는 예가 개시되어 있다.

일본 특허 공개 2001-142008호 공보의 도 8에 개시된 광 스위치에 관해서 이하에 설명한다. 이 광 스위치는 매트릭스형으로 광도파로가 형성됨과 동시에 그 교차점에 미러가 진출할 수 있는 홈이 형성된 광도파로 기판과 마이크로액츄에이터 및 미러가 형성된 액츄에이터 기판을 구비하고 있다. 미러가 마이크로액츄에이터에 의해 구동되어 미러가 광도파로 기판의 상기 홈 내로 진출했을 때에 빛이 그 미러에서 반사되는 한편, 미러가 상기 홈으로부터 후퇴했을 때에 빛이 직진함으로써 광로가 전환된다.

그리고, 일본 특허 공개 2001-142008호 공보의 도 8에 개시된 광 스위치로 채용되어 있는 마이크로액츄에이터에서는 가동부는 한 모양으로 구성된 판 스프링부만으로 구성되어 있다. 판 스프링부의 선단측에 미러가 고정되어 있다. 이 판 스프링부는 구동력이 주어지지 않는 경우에는 기판과 반대측으로 휘어 만곡하고 있고, 구동력이 주어지면 판 스프링부 기판 측의 면전체가 기판상의 면에 접촉한다. 구동력이 주어지지 않게 되면 판 스프링부의 스프링력(내부 응력)에 의해서 기판과 반대측으로 휘어 만곡한 상태로 되돌아간다.

본 발명자의 연구 결과, 가동부가 외팔보 브릿지 구조를 갖는 경우에 상기 종래의 마이크로액츄에이터와 같이, 가동부가 한 모양으로 구성된 힘을 받지 않는 상태에서 기판과 반대측에 만곡한 판 스프링부만으로 구성되어 있기 때문에, 이 가동부의 구성에 기인하여, 작은 구동력으로 작동시키는 일이 어렵다는 것이 판명되었다.

일례로서, 상기 종래의 마이크로액츄에이터와 같은 가동부의 구조를 갖는 마이크로액츄에이터로서, 판 스프링부의 선단측에 가동 전극을 설치함과 동시에 기판상에 고정 전극을 설치하고, 양전극 사이에 전압을 인가함으로써 생기는 양전극 사이의 정전력을 구동력으로서 이용하는 경우에 관해서 설명한다. 이 경우, 작동에 필요한 구동력을 작게 하기 위해서는 양전극 사이에 전압을 인가하지 않는 상태에 서 양전극 사이의 거리를 짧게 함과 동시에 판 스프링부의 고정단과 가동 전극 사이의 거리를 크게 하기 위해 판 스프링부의 길이를 길게 하면 좋다. 그러나 가동부가 한 모양으로 구성되어 힘을 받지 않는 상태에서 기판과 반대측에 만곡한 판 스프링부만으로 구성되어 있기 때문에, 이들을 양립하는 것은 불가능했다. 즉, 양전극 사이에 전압을 인가하지 않는 상태에서 양전극 사이의 거리를 짧게 하기 위해서는 판 스프링부의 길이를 짧게 하지 않으면 안 된다. 또, 이 경우에는 미러의 이동 스트로크를 충분히 확보할 수 없는 일도 생긴다. 한편, 판 스프링부의 길이를 길게 하면 양전극 사이에 전압을 인가하지 않는 상태에서는 판 스프링부가 기판과 반대측으로 만곡하고 있기 때문에 양전극 사이의 거리가 길어져버린다. 따라서, 상기 종래의 마이크로액츄에이터와 같은 가동부의 구조를 갖는 마이크로액츄에이터에서는 작은 구동력으로 작동시키는 일이 어려웠다.

발명의 개시

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 작은 구동력으로 동작시킬 수 있는 마이크로액츄에이터 및 이것을 이용한 광 스위치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 해결하기 위한 제1 발명은 고정부와 상기 고정부에 대하여 고정단이 고정된 외팔보 브릿지 구조를 갖는 가동부를 구비하고, (a) 상기 가동부는 상기 가동부의 상기 고정단과 자유단 사이에 브릿지부를 갖고, (b) 상기 브릿지부는 상기 고정단과 상기 자유단 사이에 직렬로 접속된 복수의 브릿지 구성부를 갖고, (c) 상기 가동부가 힘을 받지 않는 상태에서 상기 복수의 브릿지 구성부 중 하나의 브릿지 구성부와 다른 적어도 하나의 브릿지 구성부 상기 고정부측 및 그 반대측에 대한 다른 만곡·비만곡 상태를 갖는 마이크로액츄에이터이다.

여기서, 브릿지 구성부의 고정부측 및 그 반대측에 대한 만곡·비만곡 상태는 해당 브릿지 구성부의 고정부측 또는 그 반대측의 만곡의 유무, 만곡하고 있는 경우는 고정부측 또는 그 반대측 중 어느 측으로 만곡하고 있는지, 및 그 중 어느 한 측의 만곡의 정도(곡률)의 전부에 관한 상태의 전부를 종합한 것을 말한다. 따라서, 고정부측으로든 그의 반대측으로든 만곡하지 않는 브릿지 구성부와 고정부측 또는 그 반대측으로 만곡하고 있는 브릿지 구성부는 고정부측 및 그 반대측에 대한 다른 만곡·비만곡 상태를 갖게 된다. 또한, 2개의 브릿지 구성부가 동일한 측으로 만곡하고 있어도 만곡의 정도가 다르면 해당 2개의 브릿지 구성부는 고정부측 및 그 반대측에 대한 다른 만곡·비만곡 상태를 갖게 된다. 또, 2개의 브릿지 구성부가 다른 측(고정부측과 그 반대측)으로 만곡하고 있으면 해당 2개의 브릿지 구성부는 고정부측 및 그 반대측에 대한 다른 만곡·비만곡 상태를 갖게 된다.

상기 목적을 해결하기 위한 제2 발명은 상기 제1 발명으로서, (a) 상기 복수의 브릿지 구성부 각각은 1층 이상의 박막으로 구성되고, (b) 상기 복수의 브릿지 구성부 중 적어도 하나의 브릿지 구성부의 층수는 다른 브릿지 구성부의 층수보다 적고, (c) 상기 적어도 하나의 브릿지 구성부의 전부를 이루는 하나 이상의 층과 상기 나머지의 브릿지 구성부의 일부를 이루는 하나 이상의 층 사이에 층수, 각 층의 재료 및 각 층의 층 두께가 같은 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 해결하기 위한 제3 발명은 상기 제1 발명 또는 제2 발명으로서, (a) 상기 복수의 브릿지 구성부 중 가장 고정단측의 브릿지 구성부는 판 스프링부이며, (b) 상기 복수의 브릿지 구성부 중 상기 가장 고정단측의 브릿지 구성부 이외 적어도 하나의 브릿지 구성부는 적어도 상기 고정부측 및 그 반대측에 대한 휘어짐에 대하여 실질적으로 강성을 갖는 강성부인 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 해결하기 위한 제4 발명은 상기 제3 발명으로서, (a) 상기 가장 고정 단측의 브릿지 구성부는 상기 가동부가 힘을 받지 않는 상태에서 상기 고정부와는 반대측으로 만곡하고, (b) 상기 강성부는 상기 고정부측으로든 그의 반대측으로든 실질적으로 만곡하지 않는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 해결하기 위한 제5 발명은 상기 제1 발명 또는 제2 발명으로서, (a) 상기 복수의 브릿지 구성부 중 가장 고정단측의 브릿지 구성부는 판 스프링부이며, (b) 상기 복수의 브릿지 구성부 중 상기 가장 고정단측의 브릿지 구성부 이외 적어도 하나의 브릿지 구성부는 판 스프링부인 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 해결하기 위한 제6 발명은 상기 제5 발명으로서, (a) 상기 가장 고정단측의 브릿지 구성부는 상기 가동부가 힘을 받지 않는 상태에서 상기 고정부와는 반대측으로 만곡하고, (b) 상기 가장 고정단측의 브릿지 구성부 이외의 상기 적어도 하나의 브릿지 구성부는 상기 가동부가 힘을 받지 않는 상태에서 상기 고정부측으로 만곡하는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 해결하기 위한 제7 발명은 상기 제5 발명 또는 제6 발명로서, 상기 복수의 브릿지 구성부 중 상기 가장 고정단측의 브릿지 구성부 이외의 더욱 다른 적어도 하나의 브릿지 구성부는 적어도 상기 고정부측 및 그 반대측에 대한 휘어짐에 대하여 실질적으로 강성을 갖는 강성부인 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 해결하기 위한 제8 발명은 상기 제7 발명으로서, 상기 강성부는 상기 고정부측으로든 그의 반대측으로든 실질적으로 만곡하지 않는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 해결하기 위한 제9 발명은 상기 제3, 제4, 제7 및 제8 발명 중 어느 하나의 발명으로서, 상기 강성부는 평면부와 상기 평면부로부터 상승하거나 하강한 보강부를 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 해결하기 위한 제10 발명은 고정부와 상기 고정부에 대한 고정단이 고정된 외팔보 브릿지 구조를 갖는 가동부를 구비하고, (a) 상기 가동부는 상기 가동부의 상기 고정단과 자유단 사이에 브릿지부를 갖고, (b) 상기 브릿지부는 상기 고정단과 상기 자유단 사이에 직렬로 접속된 복수의 브릿지 구성부를 갖고, (c) 상기 가동부가 힘을 받지 않는 상태에서 상기 복수의 브릿지 구성부 중 하나의 브릿지 구성부와 다른 적어도 하나의 브릿지 구성부와는 상기 고정부측 및 그 반대측에 대한 다른 만곡·비만곡 상태를 갖고, (d) 상기 복수의 브릿지 구성부 중 가장 고정단측의 브릿지 구성부는 판 스프링부이며, (e) 상기 복수의 브릿지 구성부 중 상기 판 스프링부 이외의 적어도 하나의 브릿지 구성부는 적어도 상기 고정부측 및 그 반대측에 대한 휘어짐에 대하여 실질적으로 강성을 갖는 강성부이며, (f) 상기 강성부는 평면부와 상기 평면부로부터 상승하거나 하강한 보강부를 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 해결하기 위한 제11 발명은 상기 제1 발명 내지 제10 발명 중 어느 하나의 발명으로서, 상기 가동부의 고정단이 상기 고정부로부터 상승하는 상승부를 갖는 다리부를 통해 상기 고정부에 대하여 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 해결하기 위한 제12 발명은 상기 제1 발명 내지 제11 발명 중 어느 하나의 발명으로서, 상기 가동부가 박막으로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 해결하기 위한 제13 발명은 상기 제1 발명 내지 제12 발명 중 어느 하나의 발명으로서, 상기 고정부는 제1 전극부를 갖고, 상기 가동부는 상기 제1 전극부와의 사이의 전압에 의해 상기 제1 전극부와의 사이에 정전력을 얻는 제2 전극부를 갖는 것이다.

상기 목적을 해결하기 위한 제14 발명은 상기 제1 발명 내지 제13 발명 중 어느 하나의 발명으로서, 상기 가동부는 자계내에 배치되고 통전에 의해 로렌츠력을 생성하는 전류 경로를 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 해결하기 위한 제15 발명은 상기 제1 발명 내지 제14 중 어느 하나의 발명인 마이크로액츄에이터와 상기 가동부에 설치된 미러를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예인 마이크로액츄에이터 및 이에 따라 구동되는 미러를 모식적으로 나타내는 개략 평면도.

도 2는 도 1의 X1-X2선에 따른 개략 단면도.

도 3은 도 1의 Y1-Y2선에 따른 개략 단면도.

도 4는 도 1부터 도 3에 나타내는 마이크로액츄에이터의 제조 방법의 각 공정을 각각 모식적으로 나타내는 개략 단면도.

도 5는 도 1부터 도 3에 나타내는 마이크로액츄에이터의 제조 방법의 다른 각 공정을 각각 모식적으로 나타내는 개략 단면도.

도 6은 본 발명 제2 실시예인 마이크로액츄에이터 및 이에 따라 구동되는 미러를 모식적으로 나타내는 개략 평면도.

도 7은 도 6의 X3-X4선에 따른 개략 단면도.

도 8은 도 6의 Y3-Y4선에 따른 개략 단면도.

도 9는 도 6부터 도 8에 나타내는 마이크로액츄에이터의 제조 방법의 각 공정을 각각 모식적으로 나타내는 개략 단면도.

도 10은 본 발명 제3 실시예인 마이크로액츄에이터 및 이에 따라 구동되는 미러를 모식적으로 나타내는 개략 평면도.

도 11은 도 10의 X7-X8선에 따른 개략 단면도.

도 12는 도 10의 Y5-Y6선에 따른 개략 단면도.

도 13은 도 10의 Y7-Y8선에 따른 개략 단면도.

도 14는 도 10의 Y9-Y10선에 따른 개략 단면도.

도 15는 본 발명 제4 실시예인 마이크로액츄에이터 및 이에 따라 구동되는 미러를 모식적으로 나타내는 개략 평면도.

도 16은 도 15의 X11-X12선에 따른 개략 단면도.

도 17은 도 15의 X13-X14선에 따른 개략 단면도.

도 18은 도 15의 X15-X16선에 따른 개략 단면도.

도 19는 도 15의 Y11-Y12선에 따른 개략 단면도.

도 20는 도 15의 Y13-Y14선에 따른 개략 단면도.

도 21은 도 15의 Y15-Y16선에 따른 개략 단면도.

도 22는 도 15의 Y17-Y18선에 따른 개략 단면도.

도 23은 복수의 마이크로액츄에이터의 배치예를 모식적으로 나타내는 개략 평면도.

도 24는 본 발명 제5 실시예인 마이크로액츄에이터 및 이에 따라 구동되는 미러를 모식적으로 나타내는 개략 평면도.

도 25는 도 24의 X31-X32선에 따른 개략 단면도.

도 26은 도 24의 X33-X34선에 따른 개략 단면도.

도 27은 도 24의 X35-X36선에 따른 개략 단면도.

도 28은 도 24의 Y31-Y32선에 따른 개략 단면도.

도 29는 도 24의 Y33-Y34선에 따른 개략 단면도.

도 30은 도 24의 Y35-Y36선에 따른 개략 단면도.

도 31은 도 24의 Y37-Y38선에 따른 개략 단면도.

도 32는 본 발명 제6 실시예인 마이크로액츄에이터 및 이에 따라 구동되는 미러를 모식적으로 나타내는 개략 평면도.

도 33은 본 발명의 제7 실시예인 광 스위치의 구동 신호가 공급되어 있지 않은 상태를 모식적으로 나타내는 개략 단면도.

도 34는 본 발명의 제7 실시예인 광 스위치의 구동 신호가 공급되어 있는 상태를 모식적으로 나타내는 개략 단면도.

도 35는 도 33 및 도 34의 광도파로 기판을 모식적으로 나타내는 개략 사시도.

이하, 본 발명의 실시예의 예인 마이크로액츄에이터 및 이것을 이용한 광 스위치에 관해서 도면을 참조하여 설명한다.

[제1 실시예]

도 1은 본 발명 제1 실시예인 마이크로액츄에이터(1) 및 이에 따라 구동되는 미러(2)를 모식적으로 나타내는 개략 평면도이다. 도 1에서는 기판(11)상에 형성된 고정 전극(16)을 가상선(1점 쇄선)으로 나타내고 있다. 도 2는 도 1의 X1-X2선에 따른 개략 단면도이다. 도 3은 도 1의 Y1-Y2선에 따른 개략 단면도이다. 설명의 편의상 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이 상호 직교하는 X축, Y축 및 Z축을 정의한다. 또한, X축 방향 중 화살표의 방향을 +X 방향 또는 그 반대의 방향을 -X 방향이라고 부르고, Y축 방향 및 Z축 방향에 관해서도 마찬가지로 한다. XY 평면은 기판(11)의 면과 평행으로 되어 있다. 이 점은 뒤에 서술하는 각 도면에 관해서도 마찬가지이다. 또, 도 2 및 도 3은 구동 신호가 공급되고 있지 않은 상태(즉, 가동부가 힘을 받고 있지 않은 상태)를 나타내고 있다.

본 실시예의 마이크로액츄에이터(1)는 실리콘 기판이나 유리기판 등의 기판(11)과, 다리부(12)와, Z축 방향에서 본 평면시각에서 X축 방향으로 연장된 1개의 띠판형의 브릿지부(13)와, 고정 전극(16)을 구비하고 있다.

브릿지부(13)의 고정단(-X 방향의 단부)은 기판(11)상의 실리콘 산화막 등의 절연막(17)상에 형성된 Al막으로 이루어진 배선 패턴(18)(도 1에서는 생략)을 통해 기판(11)으로부터 상승하는 상승부를 갖는 다리부(12)를 통해, 기판(11)에 기계적으로 접속되어 있다. 브릿지부(13)의 +X 방향의 단부는 자유단으로 되어 있다. 따라서, 본 실시예에서는 브릿지부(13)는 외팔보 브릿지로 되어 있고, 브릿지부(13)가 외팔보 브릿지 구조를 갖는 가동부를 구성하고 있다. 또한, 본 실시예에서는 기판(11), 절연막(17) 및 고정 전극(16)이 고정부를 구성하고 있다.

본 실시예에서는 브릿지부(13)의 자유단측의 상부[즉, 뒤에 서술하는 브릿지 구성부(15)의 상부]에는 피구동체로서의 Au, Ni 또는 그 밖의 금속으로 이루어진 미러(2)가 설치되어 있다.

브릿지부(13)는 그 고정단과 자유단 사이에 기계적으로 X축 방향으로 직렬로 접속된 2개의 브릿지 구성부(14, 15)를 갖고 있다. 브릿지 구성부(14, 15)는 어느 것도 Z축 방향에서 본 평면시각에서 X축 방향으로 연장된 띠판형으로 구성되어 있다. 고정단측(-X측)의 브릿지 구성부(14)는 Z축 방향으로 휘어지는 판 스프링부로 되어있는 것에 대하여, 자유단측(+X측)의 브릿지 구성부(15)는 Z축 방향[기판(11)측 및 그의 반대측]의 휘어짐 및 그 외의 방향의 휘어짐에 대하여 실질적으로 강성을 갖는 강성부로 되어 있다.

브릿지 구성부(14)는 하측의 SiN막(21)과 상측의 Al막(22)이 적층된 2층의 박막으로, 판 스프링으로서 작용하도록 구성되어 있다. 브릿지 구성부(15)는 브릿지 구성부(14)로부터 그대로 연속하여 연장된 아래쪽의 SiN막(21)과 상측의 Al막(22)이 적층된 2층의 박막으로 구성되어 있다. 그러나, 브릿지 구성부(15)는 브릿지 구성부(14)와는 달리, Z축 방향에서 본 평면시각에서 단책(短冊)형의 평면부(15a) 외에, 평면부(15a)에 있어서 외주 부근에 해당 평면부(15a)를 주회(周回)하도록 Z축 방향에서 본 평면시각에서 口자형으로 형성되어 평면부(15a)에서 +Z 방향으로 돌출한 돌출부(15b)를 갖고 있다. 돌출부(15b)는 평면부(15a)에서 상승하는 상승부를 갖고, 이 상승부가 평면부(15a)를 보강하는 보강부가 되어 브릿지 구성부(15)에 전술한 강성을 갖게 하고 있다.

예컨대, 돌출부(15b)의 외주측의 상승부만을 남겨, 돌출부(15b)의 내주측의 상승부를 없애 평면부(15a)의 높이를 본 실시예에서 돌출부(15b)의 상면과 동일하게 해도 같은 보강 효과를 얻을 수 있다. 단, 이 경우에 비교해서 본 실시예 쪽이 브릿지부(13)가 힘을 받고 있지 않은 상태에서 가동 전극으로서 겸용되는 브릿지 구성부(15)에 있어서 Al막(22)과 고정 전극(16) 사이의 거리가 짧아지고, 정전력의 구동 전압이 저감될 수 있기 때문에 바람직하다. 돌출부(15b)는 본 실시예로서는 전술한 바와 같이 口자형으로 형성되어 있지만, 예컨대, +Y측 및 -Y측에 있어서 평면시각에서 X축 방향으로 연장되는 부분만을 형성하고 +X측 및 -X측에서 Y축 방향으로 연장되는 부분에 관해서는 형성하지 않아도 좋다. 돌출부(15b)를 이와 같이 형성하여도 Z축 방향의 휘어짐에 대한 강성을 브릿지 구성부(15)에 갖게 할 수 있 다.

또, 브릿지 구성부(14, 15)의 재료나 층수는 전술한 예에 한정되는 것이 아니고 예컨대, SiN막(21) 대신에 다른 절연막을 이용하여도 좋고, Al막(22) 대신에 다른 도전막을 이용하여도 좋다.

또한, 브릿지 구성부(14)는 도 2에 나타낸 바와 같이 구동 신호가 공급되어 있지 않은 상태에 있어서, 막(21, 22)의 응력에 의해서 상측[기판(11)과 반대측, +Z 방향]으로 만곡하고 있다. 한편, 브릿지 구성부(15)는 구동 신호 공급의 유무에 상관없이 Z축 방향으로 실질적으로 만곡하고 있지 않고 전술한 강성을 가짐으로써 막(21, 22)의 응력에 의해 만곡하는 일이 없이 항상 평판형의 상태를 유지한다. 이와 같이 브릿지 구성부(14)와 브릿지 구성부(15)는 브릿지부(13)가 힘을 받지 않는 상태에서 다른 만곡·비만곡 상태를 가지고 있다.

본 실시예에서는 다리부(12)는 브릿지 구성부(14)를 구성하는 SiN막(21) 및 Al막(22)이 그대로 연속하여 연장되는 것에 따라 구성되어 있다. Al막(22)은 다리부(12)에 있어서 SiN막(21)에 형성된 개구를 통해 배선 패턴(18)에 전기적으로 접속되어 있다. 또, 다리부(12)의 상부에는 다리부(12)의 강도를 보강하기 위해서, 돌출부(19)가 Z 방향에서 본 평면시각에서 口자형으로 형성되어 있다.

본 실시예에서는 정전력을 구동력으로서 작동하도록 구성되어 있다. 구체적으로는 본 실시예에서는 브릿지 구성부(15)로서 Al막(22)이 가동 전극으로서 겸용되어 브릿지 구성부(15)와 대향하는 기판(11)상의 절연막(17)상의 영역에, Al막으로 이루어진 고정 전극(16)이 형성되어 있다. 브릿지 구성부(15)로서의 SiN막(21) 은 Al막(22)과 고정 전극(16)이 전기적으로 접촉하지 않도록 하기 위해 절연층으로서도 기능하고 있다. 또, 도면에는 나타내고 있지 않지만, 고정 전극(16)을 구성하는 Al막은 배선 패턴으로서도 연장되어 있고, 상기 배선 패턴(18)과 같이 이용함으로써, 고정 전극(16)과 가동 전극으로서 겸용된 브릿지 구성부(15)로서의 Al막(22) 사이에 전압을 구동 신호로서 인가할 수 있게 되어 있다.

이 전압(구동 신호)을 인가하면, 고정 전극(16)과 브릿지 구성부(15)로서의 가동 전극으로서 Al막(22) 사이에 정전력(구동력)이 작용하고, 브릿지 구성부(14)의 스프링력(내부 응력)에 대항하여, 브릿지 구성부(15)가 기판(11)측으로 가까이 당겨져, 그것에 따라 브릿지 구성부(14)가 변형한다. 그리고 브릿지 구성부(15)가 기판(11)측에 접촉한 위치에 정지하고, 이것에 따라 미러(2)가 기판(11)에 근접한 위치에 이동한 상태가 된다. 한편, 이 전압을 인가하지 않으면, 고정 전극(16)과 브릿지 구성부(15)로서의 가동 전극으로서의 Al막(22) 사이에 정전력(구동력)이 작용하지 않게 되어 브릿지 구성부(14)의 스프링력(내부 응력)에 의해서 도 2에 나타내는 상태로 되돌아가고 미러(2)는 기판(11)으로부터 떨어진 원래의 상측 위치로 되돌아간다. 기판(11)에는 외부로부터의 제어 신호에 따라서 이 구동 신호를 생성하는 구동 회로를 탑재해 두어도 좋고, 이 점은 뒤에 서술하는 각 실시예에 관해서도 마찬가지이다.

이와 같이, 본 실시예에서는 구동 신호에 의해서 생기는 정전력에 의해서 구동된다. 무엇보다도 본 발명에서는 자기력이나 로렌츠력 등 다른 구동력이나 임의의 두 가지 이상을 복합한 구동력에 의해 구동되도록 구성할 수도 있다. 또한, 예 컨대, 다른 팽창 계수를 갖는 다른 물질인 서로 중복된 적어도 2개의 층의 열팽창에 의한 변형을 이용한 구동 방식을 채용하여도 좋다. 이 경우 예컨대, 빛이나 적외선의 흡수나 전기 저항부에의 통전 등에 의해서 상기 변형을 위한 열을 부여하 수 있어 조사광량이나 통전량을 구동 신호로서 이용할 수 있다.

또, 기판(11)상의 고정 전극(16)은 본 실시예에서는 자유단측의 브릿지 구성부(15)에 대향하는 영역에만 설치되어 있지만, 고정 전극(16)을 고정 단측의 브릿지 구성부(14)에 대향하는 위치까지 연장하여도 좋다. 그 경우는 브릿지 구성부(15)로서의 Al막(22) 뿐만 아니라 브릿지 구성부(14)로서의 Al막(22)도 가동 전극으로서 작용한다.

다음은 본 실시예의 마이크로액츄에이터(1)의 제조 방법의 일례에 관해서 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 도 4 및 도 5는 이 제조 방법의 각 공정을 각각 모식적으로 나타내는 개략 단면도이고, 도 2에 대응하고 있다.

우선, 실리콘 기판(11)의 상면에 열산화에 의해서 실리콘 산화막(17)을 성막하고 그 위에 Al막을 증착 또는 스퍼터법 등으로 저장한 후에 포토리소에칭(사진식각)법으로, 그 Al막을 고정 전극(16), 배선 패턴(18) 및 그 외의 배선 패턴의 형상에 패터닝한다[도 4의 (a)]. 계속해서 이 상태의 기판상에 희생층이 되는 레지스트(30)를 도포하고 이 레지스트(30)에 다리부(12)의 컨택트부에 따른 개구(30a)를 포토리소에칭법으로 형성한다[도 4의 (b)].

다음에, 도 4의 (b)에 나타내는 상태의 기판 전면에 희생층이 되는 레지스트(31)를 도포하고, 포토리소에칭법으로 레지스트(31)로서의 돌출부(15b, 19)에 대응 한 부분만을 섬 형상으로 남기고 다른 부분을 제거한다[도 4의 (c)].

그 후, 다리부(12) 및 브릿지부(13)[브릿지 구성부(14, 15)]로 되어야 하는 SiN막(21)을 플라즈마 CVD법 등으로 형성한 후, 포토리소에칭법으로 패터닝하여 이들의 형상으로 한다[도 4의 (d)]. 이 때, 다리부(12)로서의 컨택트부에는 개구를 형성해 둔다.

또, 도 4의 (d)에 있어서는 SiN막(21)은 평면 m상의 위치(a1)와 평면 n상의 위치(b1, b2)의 합계 3위치가 사진식각되어 있다. 이때, 평면 m과 평면 n과는 레지스트(30)의 막 두께(예컨대, 약 2 ㎛)분만 높이가 다르기 때문에 포토리소시에 양방의 레지스트 패턴을 함께 정밀도 좋게 형성하는 것이 어렵다. 그래서, 도 4의 (c)의 공정 후 우선, 도 4의 (d')에 나타낸 바와 같이 평면 m상의 위치(a1)만을 사진식각하고 계속해서 도 4의 (d")에 나타낸 바와 같이 평면 n상의 위치(b1, b2)를 사진식각하여도 좋다. 이와 같이 사진식각 공정을 높이가 같은 평면마다 나누어 행하면, 패턴 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또, 이때 포토리소 공정만을 나눠 행하고, 에칭 공정은 동시에 행하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

다음에, 다리부(12) 및 브릿지부(13)[브릿지 구성부(14, 15)]로 되어야 하는 Al막(22)을 증착 또는 스퍼터법 등으로 저장한 후에 포토에칭법으로 패터닝하여 이들의 형상으로 한다[도 5의 (a)].

또, 도 5의 (a)에 있어서는 Al막(22)은 평면(p)상의 위치(c1, c2)의, 합계 2위치가 사진식각되어 있다. 이때, Al막(22)의 위치(c1)측의 단부는 도 5의 (a')에 나타낸 바와 같이 위치 (d1)에 오지 않도록 하는 쪽이 좋다. 도 5의 (a')에 있어 서, 위치 (d1)는 평면(q)상에 있고, 위치(c2)는 평면(p)상에 있다. 이때, 평면(p)과 평면(q)은 레지스트(31)의 막 두께(예컨대, 약 2 ㎛)분만 높이가 다르기 때문에 포토리소시에 양쪽의 레지스트패턴을 함께 정밀도 좋게 형성하는 것이 어렵다. 그래서, 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이, 한 번의 포토리소 공정에서는 같은 높이의 장소에 패턴 단부가 형성되도록, 포토 마스크를 설계하는 것이 바람직하다.

다음에, 도 5의 (a)에 나타내는 상태의 기판 전면에 희생층이 되는 레지스트(32)를 두껍게 칠하여 레지스트(32)를 노광 현상하고 미러(2)가 성장되는 영역을 레지스트(32)에 형성한 후, 전해 도금에 의해 미러(2)가 되어야 하는 Au, Ni 또는 그 외의 금속을 성장시킨다[도 5의 (b)]. 마지막으로 레지스트(30∼32)를 플라즈마에칭법 등으로 제거한다. 이에 따라, 본 실시예의 마이크로액츄에이터(1)가 완성된다.

또, 전술한 바와 같이 막(21) 및 막(22)의 성막은 레지스트(30∼32)를 제거했을 때에 상기 브릿지 구성부(14)가 성막시의 스트레스에 의해서 상측으로 만곡하는 조건으로 행한다.

본 실시예에 따르면, 전술한 종래 기술과 달리, 브릿지부(13)가 똑같은 판 스프링부만으로 구성되는 것이 아니고 브릿지부(13)가, 고정 단측의 판 스프링부인 브릿지 구성부(14)와 자유 단측에 항상 평판형의 강성부인 브릿지 구성부(15)로 구성되어 있다. 따라서, 브릿지부(13)의 고정단으로부터 자유단까지의 길이를 길게함과 동시에 브릿지부(13)가 힘을 받지 않는 도 2에 나타내는 상태에서 브릿지부(13)의 자유단측과 기판(11)측과의 사이의 거리를 짧게 할 수 있다. 이 때문에 자유단 측의 가동 전극[본 실시예에서는 브릿지 구성부(15)에 있어서의 Al막]의 위치를 브릿지부(13)의 고정단으로부터 멀리함과 동시에 구동 신호를 공급하지 않는 도 2에 나타내는 상태에 있어 고정 전극에 비교적 가까운 위치에 배치할 수 있다. 따라서 본 실시예에 따르면, 작은 구동력으로 작동시킬 수 있어, 해당 마이크로액츄에이터(1)를 저전력으로 작동시킬 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따르면 브릿지부(13)가 힘을 받지 않는 상태에서 브릿지 구성부(14)와 브릿지 구성부(15)가 다른 만곡·비만곡 상태를 갖기 때문에, 브릿지부(13)의 길이를 길게 하면서 브릿지부(13)가 힘을 받지 않는 상태 있어서의 브릿지부(13)의 자유단측 부분의 기판(11)측으로부터의 거리를 원하는 거리에 가능하게 설정할 수 있어, 이에 따라 작은 구동력으로 해당 마이크로액츄에이터(1)를 작동시킬 수 있다.

[제2 실시예]

도 6는 본 발명 제2 실시예인 마이크로액츄에이터(41) 및 이에 따라 구동되는 미러(2)를 모식적으로 나타내는 개략 평면도이다. 도 6에 있어서는 원래 파선(숨은 선)으로 되어야 하는 선도 실선으로 나타내고 있다. 도 7은 도 6의 X3-X4선에 따른 개략 단면도이다. 도면에는 나타내고 있지 않지만 도 6의 X5-X6선에 따른 개략 단면도는 도 7과 같은 모양으로 된다. 도 8은 도 6의 Y3-Y4선에 따른 개략 단면도이다. 또, 도 7 및 도 8은 구동 신호가 공급되고 있지 않은 상태(즉, 가동부가 힘을 받고 있지 않은 상태)를 나타내고 있다.

본 실시예의 마이크로액츄에이터(41)는 실리콘 기판이나 유리기판 등의 기판 (51)과 다리부(52, 53)와 Z축 방향에서 본 평면시각에서 X축 방향으로 병행되어 연장된 2개의 띠판형의 브릿지부(54, 55)와 브릿지부(54, 55)의 선단(자유단, +X 방향의 단부)에 설치되고 이들 사이를 기계적으로 접속하는 평면시각에서 직사각형의 접속부(56)를 구비하고 있다.

브릿지부(54)의 고정단(-X 방향의 단부)은 기판(51)상의 실리콘 산화막 등의 절연막(57)상에 형성된 Al막으로 이루어지는 배선 패턴(58)(도 1에서는 생략)을 통해 기판(51)으로부터 상승하는 상승부를 갖는 다리부(52)를 통해, 기판(51)에 기계적으로 접속 구성되어 있다. 마찬가지로 브릿지부(55)의 고정단(-X 방향의 단부)은 절연막(57)상에 형성된 Al막으로 이루어지는 배선 패턴(도시하지 않음)을 통해 기판(51)에 기계적으로 접속되어 있다. 또한, 전술한 바와 같이 브릿지부(54, 55)의 자유단 사이가 접속부(56)로 기계적으로 접속 구성되어 있다. 따라서, 본 실시예에서는 브릿지부(54, 55)및 접속부(56)가 전체로 해서 외팔보 브릿지 구조를 갖는 가동부를 구성하고 있다. 본 실시예로서는 2개의 브릿지부(54, 55)를 이용함으로써 기계적으로 안정된 지지가 가능해지고 있지만 브릿지부의 수는 1개이어도 좋고 3개 이상이어도 좋다. 또한, 본 실시예에서는 기판(51) 및 절연막(57)이 고정부를 구성하고 있다.

브릿지부(54)는 상기 가동부의 고정단과 자유단 사이에 기계적으로 X축 방향으로 직렬로 접속된 2개의 브릿지 구성부(61, 62)와 이들 사이에 개재한 접속부(63)를 갖고 있다. 브릿지 구성부(61, 62)는 어느 것도 Z축 방향에서 본 평면시각에서 X축 방향으로 연장된 띠판형으로 구성되어 있다. 고정단측(-X측)의 브릿지 구 성부(61)도 자유단측(+X측)의 브릿지 구성부(62)도 Z축 방향으로 휘어지는 판 스프링부로 되어 있다. 그러나 도 7에 나타낸 바와 같이 구동 신호가 공급되어 있지 않은 상태에 있어서 브릿지 구성부(61)는 상측[기판(51)과 반대측, +Z 방향]으로 만곡하고 있는 것에 대하여, 브릿지 구성부(62)는 하측[기판(51)측, -Z 방향]으로 만곡하고 있는 것에 따라, 양쪽은 다른 만곡·비만곡 상태를 가지고 있다. 무엇보다도 본 발명에서는 예컨대, 구동 신호가 공급되고 있지 않은 상태에 있어서 브릿지 구성부(61, 62)의 양쪽 모두 상측으로 만곡시켜, 브릿지 구성부(61)의 곡율보다 브릿지 구성부(62)의 곡율을 작게함으로써 양쪽에 다른 만곡·비만곡 상태를 갖게 하여도 좋다.

본 실시예에서 브릿지 구성부(61)는 하측의 SiN막(71)과 상측의 Al막 (72)이 적층된 2층의 박막으로 판 스프링으로서 작용하도록 구성되어 있다. 브릿지 구성부(62)는 하측의 Al막(73)과 브릿지 구성부(61)에 있어서는 하측의 막이었던 SiN막(71)이 접속부(63)를 지나 그대로 연속하여 연장되고 브릿지 구성부(62)에 있어서는 상측의 막이 된 SiN막(71)이 적층된 2층의 박막으로 구성되어 있다. 본 실시예에서는 이와 같이 브릿지 구성부(61)와 브릿지 구성부(62)의 SiN막 및 Al막의 적층 순서를 반대로 함으로써 구동 신호가 공급되어 있지 않은 상태에 있어서 양쪽의 만곡 방향을 반대로 하고 있다.

브릿지부(54)를 구성하는 접속부(63)는 브릿지 구성부(61, 62)의 단부끼리를 기계적으로 접속하고 있고, 브릿지 구성부(61, 62)로부터 그대로 연속한 SiN막( 71)과 브릿지 구성부(61)로부터 그대로 연속하여 연장된 Al막(72)과 브릿지 구성부 (62)로부터 그대로 연장된 Al막(73)이 아래쪽으로부터 막(73), 막(71) 및 막(72)의 순서로 적층된 3층의 박막으로 구성되어 있다. 단, 접속부(63)에 있어서 SiN막(71)에 개구(63a)가 형성되고 개구(63a)의 위치에서는 Al막(72, 73)의 2층의 박막으로 구성되어 개구(63a)의 위치에서 Al막(72, 73)이 서로 전기적으로 접속되어 있다.

본 실시예에서는 다리부(52)는 브릿지 구성부(61)를 구성하는 SiN막(71) 및 Al막(72)이 그대로 연속하여 연장되는 것에 따라 구성되어 있다. Al막(72)은 다리부(52)에 있어서 SiN막(71)에 형성된 개구를 통해 배선 패턴(58)에 전기적으로 접속되어 있다. 또, 다리부(52)의 상부에는 다리부(52)의 강도를 보강하기 위해서 돌출부(59)가 Z 방향에서 본 평면시각에서 口자형으로 형성되어 있다.

브릿지부(55) 및 다리부(53)는 전술한 브릿지부(54) 및 다리부(52)와 각각 완전 동일한 구조를 갖고 있다. 브릿지부(55)를 구성하는 브릿지 구성부(64, 65) 및 접속부(66)는 브릿지부(54)를 구성하는 브릿지 구성부(61, 62) 및 접속부(63)에 상당하고 있다. 접속부(66)의 개구(66a)는 전술한 접속부(63)의 개구(63a)에 해당하고, 브릿지 구성부(64)를 구성하는 Al막(74)은 전술한 브릿지 구성부(61)을 구성하는 Al막(72)에 해당하고 있다. 또한, 다리부(53)의 상부에는 전술한 돌출부(59)에 해당하는 돌출부(60)가 형성되어 있다.

접속부(56)는 브릿지 구성부(62, 65)를 구성하는 SiN막(71) 및 Al막(73)이 그대로 연속하여 연장함으로써 구성되어 있다. 접속부(56)에는 그 외주 부근을 따라 Z축 방향에서 본 평면시각에서 口자형으로 상승부(56a)가 형성되어 있고, 이것에 의해서 접속부(56)가 보강되어 있음과 동시에 미러(2)를 접속부(56)의 평면부에 설치할 수 있도록 되어 있다. 접속부(56)의 평면부에 피구동체로서 Au, Ni 또는 그 밖의 금속으로 이루어지는 미러(2)가 설치된다.

이상의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이 Al막(72, 73, 74)에 의해서 다리부(52)아래의 배선 패턴(58)으로부터, 브릿지 구성부(61) →접속부(63) →브릿지 구성부(62) →접속부(56) →브릿지 구성부(65) →접속부(66) →브릿지 구성부(64)를 지나 다리부(53)아래의 배선 패턴(도시하지 않음)에 이르는 전류 경로가 구성되어 있다. 이 전류 경로 중 접속부(56)에 있어서의 Y축 방향에 따른 전류 경로(전류의 방향 -Y 방향)가 X축 방향의 자계 내에 놓여졌을 때에 기판(51)측(-Z 방향)으로 향하는 로렌츠력을 발생시키는 부분으로 되어있다. 따라서 영구 자석 등(도시하지 않음)을 이용하여 X축 방향의 자계내에 놓고, 상기 전류 경로로 전류(구동 신호)를 흘리면, 접속부(56)에 있어서의 Al막(71)에 로렌츠력(구동력)이 -Z 방향으로 작용하여 브릿지 구성부(61, 62, 64, 65)의 스프링력(내부 응력)에 대항하여 접속부(56)가 기판(51)측으로 가까이 당겨져 그것에 따른 브릿지 구성부(61, 62, 64, 65)가 변형한다. 그리고 접속부(56)가 기판(51)측에 접촉한 위치로 정지하고 이것에 따라 미러(2)가 기판(51)으로 근접한 위치에 이동한 상태가 된다. 한편, 이 전류를 흘리지 않으면 접속부(56)에 있어서의 Al막(71)에 로렌츠력(구동력)이 작용하지 않게 되고 브릿지 구성부(61, 62, 64, 65)의 스프링력(내부 응력)에 의해서, 도 7에 나타내는 상태로 되돌아가고 미러(2)는 기판(51)으로부터 떨어진 원래의 상측 위치로 되돌아간다.

이와 같이 본 실시예에서는 구동 신호에 의해서 생기는 로렌츠력에 의해서 구동된다. 무엇보다도 상기 제1 실시예와 같이 기판(51)측에 고정 전극을 설치하면, 정전력에 의해서 구동하는 것도 가능하다.

다음에, 본 실시예의 마이크로액츄에이터(41)의 제조 방법의 일례에 관해서 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9는 이 제조 방법의 각 공정을 각각 모식적으로 나타내는 개략 단면도이고 도 7에 대응하고 있다.

우선, 실리콘 기판(51)의 상면에 열산화에 의해서 실리콘 산화막(57)을 성막하고, 그 위에 Al막을 증착 또는 스퍼터법 등으로 저장한 후에 포토리소에칭법으로 그 Al막을 배선 패턴(58)및 그 밖의 배선 패턴 형상에 패터닝한다[도 9의 (a)]. 계속해서 이 상태의 기판상에 희생층이 되는 레지스트(80)를 도포하여, 이 레지스트(80)에 다리부(52, 53)의 컨택트부에 따른 개구(80a)를 포토리소에칭법으로 형성한다[도 9의 (b)].

다음에, 도 9의 (b)에 나타내는 상태의 기판 전면에 희생층으로 되는 레지스트(81)를 도포하고, 포토리소에칭법으로 레지스트(81)에 있어서의 돌출부(59, 60) 및 상승부(56a)에 대응한 부분만을 섬 형상으로 남기고, 다른 부분을 제거한다[도 9의 (c)].

계속해서, 브릿지 구성부(62, 65) 및 접속부(56, 63, 66)를 구성하는 Al막(73)으로 되어야 하는 Al막을 증착 또는 스퍼터법 등으로 형성한 후 포토리소에칭법으로 패터닝하여 Al막(73)의 형상으로 한다[도 9의 (d)].

그 후, 브릿지 구성부(61, 62, 64, 65), 접속부(56, 63, 66) 및 다리부(52, 53)를 구성하는 SiN막(71)이 되어야 되는 SiN막을 플라즈마 CVD법 등으로 형성한 후 포토리소에칭법으로 패터닝하여 SiN막(71)의 형상으로 한다[도 9의 (e)]. 이 때, 다리부(52, 53)에 있어서의 컨택트부에는 개구를 형성해 둠과 동시에 접속부(63, 66)의 개구(63a, 66a)를 형성해 둔다.

다음에, 다리부(52, 53) 및 브릿지 구성부(61, 64)를 구성하는 Al막(72, 74)이 되어야 되는 Al막을 증착 또는 스퍼터법 등으로 저장한 후에 포토리소에칭법으로 패터닝하여 Al막(72, 74)의 형상으로 한다[도 9의 (f)].

그 후, 도 9의 (f)에 나타내는 상태의 기판의 전면에 희생층이 되는 레지스트(82)를 두껍게 칠하고 레지스트(82)를 노광 현상하여 미러(2)가 성장되는 영역을 레지스트(82)에 형성한 후, 전해 도금에 의해 미러(2)로 되어야 되는 Au, Ni 또는그 밖의 금속을 성장시킨다(도 9(g)). 마지막으로 레지스트(80∼82)를 플라즈마에싱법 등으로 제거한다. 이에 따라, 본 실시예의 마이크로액츄에이터(41)가 완성된다.

또, 전술한 바와 같이 막(71) 및 막(72, 74)의 성막은 레지스트(80∼82)를 제거했을 때에 상기 브릿지 구성부(61, 64)가 성막시의 스트레스에 의해서 상측으로 만곡하는 조건으로 행한다. 또한 막(71) 및 막(73)의 성막은 레지스트(80∼82)를 제거했을 때에 상기 브릿지 구성부(62, 65)가 성막시의 스트레스에 의해서 아래쪽으로 만곡하는 조건으로 행한다.

본 실시예에 따르면 전술한 종래 기술과 다르고, 브릿지부(54, 55)가 같은 판 스프링부만으로 구성되는 것은 아니고, 브릿지부(54, 55)가 힘을 받지 않는 상태에서 +Z 방향으로 만곡한 판 스프링부인 고정단측의 브릿지 구성부(61, 64)와 힘 을 받지 않는 상태에서 -Z 방향으로 만곡한 판 스프링부인 자유단측의 브릿지 구성부(62, 65)로 구성되어 있다. 따라서, 가동부의 고정단으로부터 자유단까지의 길이를 길게함과 동시에 가동부가 힘을 받지 않는 도 7에 나타내는 상태에서 로렌츠력이 작용하는 접속부(56)와 기판(51)측 사이의 거리를 짧게 할 수 있다. 이 때문에, 자유단측의 로렌츠력이 작용하는 접속부(56)의 위치를 가동부의 고정단으로부터 멀리함과 동시에 구동 신호를 공급하지 않는 도 7에 나타내는 상태에 있어서 기판(51)측에 비교적 가까운 위치에 배치할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 작은 구동력으로 작동시킬 수 있고 해당 마이크로액츄에이터(41)를 저전력으로 작동시킬 수 있다.

보충하여 설명하면, 구동 신호를 공급하지 않는 도 7에 나타내는 상태에 있어서 접속부(56)와 기판(51)측 사이의 거리가 미러(2)의 원하는 이동 스트로크에 비교해서 필요 이상으로 길어지면, 상기 전류를 흘려 브릿지부(54, 55)의 스프링력에 대항하여 접속부(56)이 기판(51)측과 접촉한 상태까지 이동시키기 위해서는 필요한 로렌츠력이 커져 버린다. 그러나, 본 실시예로서는 브릿지부(54, 55)의 길이를 길게 하면서 도 7에 나타내는 상태에 있어서 접속부(56)와 기판(51)측과의 거리를 원하는 이동 스트로크 정도에 설정하는 것이 가능해지기 때문에 필요한 로렌츠력을 작게 할 수 있는 것이다.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 가동부가 힘을 받지 않는 상태에서 브릿지 구성부(61, 64)와 브릿지 구성부(62, 65)가 다른 만곡·비만곡 상태를 갖기 때문에, 가동부의 고정단으로부터 자유단까지의 길이를 길게 하면서 가동부가 힘을 받 지 않는 상태에 있어서 가동부의 자유단측 부분의 기판(51)측으로부터의 거리를 원하는 거리에 자유롭게 설정할 수 있어, 이에 따라 작은 구동력으로 해당 마이크로액츄에이터(41)를 작동시킬 수 있다. 특히, 본 실시예의 경우, 상기 제1 실시예에서는 평판형의 강성부인 자유단측의 브릿지 구성부(15) 대신에 힘을 받지 않는 상태에서 -Z 방향으로 만곡한 자유단측의 브릿지 구성부(62, 65)가 이용되고 있기 때문에, 제1 실시예의 경우와 비교하여도 가동부의 고정단으로부터 자유단까지의 길이를 보다 길게 하면서, 가동부가 힘을 받지 않는 상태에 있어서 가동부의 자유단측 부분의 기판(51)측으로부터의 거리를 원하는 거리에 자유롭게 설정할 수 있고, 이에 따라 보다 작은 구동력으로 해당 마이크로액츄에이터(41)를 작동시킬 수 있다.

[제3 실시예]

도 10은 본 발명의 제3 실시예인 마이크로액츄에이터(91) 및 이에 따라 구동되는 미러(2)를 모식적으로 나타내는 개략 평면도이다. 도 10에 있어서는 원래 파선(숨은 선)으로 되어야 하는 선도 실선으로 나타내고 있다. 도 11은 도 10의 X7-X8선에 따른 개략 단면도이다. 도면에는 나타내고 있지 않지만, 도 10의 X9-X10선에 따른 개략 단면도는 도 11과 같아진다. 도 12는 도 10의 Y5-Y6선에 따른 개략 단면도이다. 도 13은 도 10의 Y7-Y8선에 따른 개략 단면도이다. 도 14는 도 10의 Y9-Y10선에 따른 개략 단면도이다. 또, 도 11 내지 도 14는 구동 신호가 공급되고 있지 않은 상태(즉, 가동부가 힘을 받고 있지 않은 상태)를 나타내고 있다.

도 10 내지 도 14에 있어서 도 6 내지 도 8의 요소와 동일 또는 대응하는 요 소에는 동일 부호를 붙이고 그 중복하는 설명은 생략한다. 본 실시예가 상기 제2 실시예와 다른 점은 이하에 설명하는 점뿐이다.

본 실시예로서는 브릿지부(54)에 있어서, 브릿지 구성부(62)의 자유단측의 단부와 접속부(56) 사이에 X축 방향으로 연장된 띠판형의 브릿지 구성부(101)이 추가되어 있다. 마찬가지로, 브릿지부(55)에 있어서 브릿지 구성부(65)의 자유단측의 단부와 접속부(56) 사이에 X축 방향으로 연장된 띠판형의 브릿지 구성부(102)가 추가되어 있다. 브릿지 구성부(101, 102)는 Z축 방향[기판(51)측 및 그의 반대측]의 휘어짐 및 그 외의 방향의 휘어짐에 대하여 실질적으로 강성을 갖는 강성부로 되어 있다.

브릿지 구성부(101)는 브릿지 구성부(62) 및 접속부(56)로부터 그대로 연속하여 연장한 상측의 SiN막(71)과 하측의 Al막(73)이 적층된 2층의 박막으로 구성되어 있다. 브릿지 구성부(102)는 브릿지 구성부(65)및 접속부(56)로부터 그대로 연속하여 연장한 상측의 SiN막(71)과 하측의 Al막(73)이 적층된 2층의 박막으로 구성되어 있다.

기계적인 강도를 향상시키기 위해 브릿지 구성부(101, 102)의 고정단측끼리가 Y축 방향으로 연장한 띠판형의 접속부(103)에 기계적으로 접속되어 있다. 접속부(103)는 브릿지 구성부(101, 102)로부터 그대로 연속하여 연장한 SiN막(71)으로 구성되어 있다. 접속부(103)에는 브릿지 구성부(101, 102)로부터의 Al막(73)은 연장되어 있지 않고, 접속부(103)에 있어서는 아무런 전기적인 접속은 행해지고 있지 않다.

본 실시예에서는 Al막(72, 73, 74)에 의해서 다리부(52)아래의 배선 패턴(58)으로부터 브릿지 구성부(61) →접속부(63) →브릿지 구성부(62) →브릿지 구성부(101) →접속부(56) →브릿지 구성부(102) →브릿지 구성부(65) →접속부(66) →브릿지 구성부(64)를 지나서, 다리부(53) 아래의 배선 패턴(도시하지 않음)에 이르는 전류 경로가 구성되어 있다. 이 전류 경로 중 접속부(56)에 있어서의 Y축 방향으로 따른 전류 경로(전류 방향 Y 방향)가 X축 방향의 자계 내에 놓여졌을 때에, 기판(51)측(-Z 방향)으로 향하는 로렌츠력을 발생시키는 부분으로 되어있는 것은 상기 제2 실시예와 마찬가지다.

본 실시예에서는 브릿지 구성부(101, 102) 및 접속부(56, 103)에 일괄해서 강성을 부여하도록 도 6의 상승부(56a) 대신에 도 10에 나타낸 바와 같이 평면시각에서 이들이 일괄한 영역의 외주측에 있어서, 주회하도록 상승부(104a)가 형성되고, 상기 일괄한 영역의 내주측에 주회하도록 상승부(104b)가 형성되어 있다. 이 상승부(104a, 104b)에 의해서 브릿지 구성부(101, 102)가 보강되어 강성을 갖고 있다. 브릿지 구성부(101, 102)는 구동 신호의 공급의 유무에 상관없이 Z축 방향으로 실질적으로 만곡하고 있지 않고, 전술한 강성을 갖는 것에 의해 막(71, 73)의 응력에 의해 만곡하는 것이 없고, 항상 평판형의 상태를 유지한다.

또, 본 실시예의 마이크로액츄에이터(91)도 상기 제2 실시예의 마이크로액츄에이터(41)와 같은 제조 방법으로 제조할 수 있다.

본 실시예에 따르면 상기 제2 실시예와 같은 이점을 얻을 수 있다. 게다가 본 실시예에 따르면 평판형의 강성부인 브릿지 구성부(101, 102)가 추가 구성되어 있기 때문에 보다 브릿지부(54, 55)를 길게 할 수 있어 나아가서는 보다 작은 구동력으로 작동시킬 수 있다. 또한, 본 실시예에 따르면 도 11에 나타낸 바와 같이 구동 신호가 공급되고 있지 않은 상태에서 미러(2)를 수직으로 선 상태로 할 수 있다.

또, 본 실시예에서는 브릿지부(54)에 있어서 고정단측에서부터 자유단측에 걸쳐 브릿지 구성부(61)(힘을 받고 있지 않은 상태에서 +Z 방향으로 만곡한 판 스프링부), 브릿지 구성부(62)(힘을 받고 있지 않은 상태에서 -Z 방향으로 만곡한 판 스프링부) 및 브릿지 구성부(101)(평판형의 강성부)의 순으로 배치되어 브릿지부(55)에 관해서도 같은 순으로 배치되어 있지만, 예컨대, 브릿지 구성부(62)와 브릿지 구성부(101)의 순서를 교체함과 동시에 브릿지 구성부(65)와 브릿지 구성부(102)의 순서를 교체하여도 좋다. 이 경우에도, 본 실시예와 같은 이점을 얻을 수 있다.

[제4 실시예]

도 15는 본 발명의 제4 실시예인 마이크로액츄에이터(111) 및 이에 따라 구동되는 미러(2)를 모식적으로 나타내는 개략 평면도이다. 도 15에서는 가동부 및 다리부의 표면에 전체에 걸쳐 형성된 보호막으로서 SiN막(144)은 생략하여 나내고, 원래 실선으로 그려야 하는 돌출부(149, 150)의 라인을 파선으로 나타내고, Al막(142, 143)에 각각 다른 패치을 더하고 있다. 도 16은 도 15의 X11-X12선에 따른 개략 단면도이다. 도면에는 나타내고 있지 않지만 도 15의 X19-X20선에 따른 개략 단면도는 도 16과 같아진다. 도 17는 도 15의 X13-X14선에 따른 개략 단면도이다. 도면에는 나타내고 있지 않지만 도 15의 X17-X18선에 따른 개략 단면도는 도 17과 같아진다. 도 18은 도 15의 X15-X16선에 따른 개략 단면도이다. 도 19는 도 15의 Y11-Y12선에 따른 개략 단면도이다. 도 20은 도 15의 Y13-Y14선에 따른 개략 단면도이다. 도 21은 도 15의 Y15-Y16선에 따른 개략 단면도이다. 도 22는 도 15의 Y17-Y18선에 따른 개략 단면도이다. 또, 도 16 내지 도 22에서는 브릿지 구성부(132, 134)가 Z축 방향으로 만곡하지 않는 것으로 나타내고 있지만 브릿지 구성부(132, 134)는 실제로는 도 1 중 브릿지 구성부(14)와 같이 가동부가 힘을 받고 있지 않은 상태에 있어서 +Z 방향으로 만곡하고 있다.

상기 제1 실시예의 마이크로액츄에이터(1)가 정전력만을 구동력으로 하도록 구성되어 상기 제2 및 제3 실시예의 마이크로액츄에이터(41, 91)가 로렌츠력만을 구동력으로 하도록 구성되어 있는 것에 대하여 본 실시예의 마이크로액츄에이터(111)는 정전력 및 로렌츠력의 양쪽을 구동력으로 하도록 구성되어 있다.

본 실시예의 마이크로액츄에이터(111)는 실리콘 기판이나 유리기판 등의 기판(121)과 다리부(122, 123)와 Z축 방향에서 본 평면시각에서 주로 X축 방향으로 병행되어 연장된 2개의 띠판형의 브릿지부(124, 125)와 브릿지부(124, 125)의 선단(자유단, +X 방향의 단부)에 설치되고 이들 사이를 기계적으로 접속하는 평면시각에서 직사각형형의 접속부(126)와 브릿지부(124)를 구성하는 브릿지 구성부(133) 및 브릿지부(125)를 구성하는 브릿지 구성부(135)의 고정단측끼리를 보강을 위해 기계적으로 접속하는 접속부(127)와 고정 전극(128)을 구비하고 있다.

브릿지부(124)의 고정단(-X 방향의 단부)은 기판(121)상의 실리콘 산화막 등 의 절연막(129)상에 형성된 Al막으로 이루어지는 배선 패턴(130, 131)(도 15에서는 생략)을 각각 통해 기판(121)으로부터 상승하는 상승부를 갖는 2개의 개별 다리부(122a, 122b)에서 이루어지는 다리부(122)를 통해 기판(121)에 기계적으로 접속되어 있다. 마찬가지로, 브릿지부(125)의 고정단(-X 방향의 단부)은 기판(121)상의 절연막(129)상에 형성된 Al막으로 이루어지는 2개의 배선 패턴(도시하지 않음)을 각각 통해 기판(121)으로부터 상승하는 상승부를 갖는 2개의 개별 다리부(123a, 123b)로 이루어지는 다리부(123)를 통해 기판(121)에 기계적으로 접속되어 있다. 전술한 바와 같이 브릿지부(124, 125)의 자유단 사이가 접속부(126)로 기계적으로 접속되고, 브릿지 구성부(132, 134)의 고정 단측끼리가 접속부(127)로 기계적으로 접속되어 있다. 따라서, 본 실시예에서는 브릿지부(124, 125) 및 접속부(126, 127)가 전체로서 외팔보 브릿지 구조를 갖는 가동부를 구성하고 있다. 본 실시예로서는 기판(121), 고정 전극(128) 및 절연막(129)이 고정부를 구성하고 있다.

브릿지부(124)는 상기 가동부의 고정단과 자유단 사이에 기계적으로 X축 방향으로 직렬로 접속된 2개의 브릿지 구성부(132, 133)를 갖고 있다. 브릿지 구성부(132)는 Z축 방향에서 본 평면시각에서 X축 방향으로 연장된 띠판형으로 구성되어 있다. 브릿지 구성부(133)는 띠판형으로 구성되어 도 15에 나타낸 바와 같이 Z축 방향에서 본 평면시각에서 주로 X축 방향으로 연장하고 있지만, -X측의 위치로 Y축 방향으로 꺾여 굽은 것 같은 형상을 갖고 있다. 고정단측(-X측)의 브릿지 구성부(132)는 Z축 방향으로 휘어진 판 스프링부로 되어 있는 것에 대하여 자유단측(+X측)의 브릿지 구성부(133)는 Z축 방향[기판(121)측 및 그의 반대측]의 휘어짐 및 그 밖의 방향의 휘어짐에 대해서 실질적으로 강성을 갖는 강성부로 되어 있다.

브릿지 구성부(132)는 아래쪽의 SiN막(141)과 중간의 Al막(142, 143)과 상측의 보호막으로서 SiN막(144)이 적층된 3층[단, Al막(142, 143)사이의 간극에서는 2층]의 박막으로, 판 스프링으로서 작용하도록 구성되어 있다. Al막(142)와 Al막(143)은 동일 계층으로 구성되어 있지만, 도 15에 나타낸 바와 같이 약간 Y축 방향으로 간극을 열어 구성되어, 서로 전기적으로 분리되어 있다. 이것은 Al막(142)을 정전력용의 가동 전극으로의 배선으로서 이용하고 Al막(143)을 로렌츠력용의 전류경로를 형성하기 위한 배선으로서 이용하기 위해서이다. 정전력용의 배선에는 거의 전류를 흘리지 않는 한편, 로렉츠력용의 배선에서는 비교적 큰 전류를 흘리기 위해 로렌츠력용 배선의 전기 저항을 저감하도록 Al막(142)은 폭이 좁게 구성되고, Al막(143)은 폭이 널리 형성되어 있다.

브릿지 구성부(133)는 브릿지 구성부(132)로부터 그대로 연속하여 연장된 하측의 SiN막(141)과 중간의 Al막(142, 143)과 상측의 보호막으로서의 SiN막(144)이 적층된 3층[단, Al막(142, 143) 사이의 간극에서는 2층]의 박막으로 구성되어 있다. 그러나, 후술하는 돌출부(149, 150)를 형성함으로써 브릿지 구성부(133)에 전술한 강성을 갖게 하고 있다.

도 16에서는 브릿지 구성부(132)가 Z축 방향으로 만곡하지 않는 것으로 나타내고 있지만, 브릿지 구성부(132)는 실제로는 도 1의 브릿지 구성부(14)와 같이 구동 신호가 공급되고 있지 않은 상태에 있어서 막(141∼144)의 응력에 의해서 상측[기판(121)과 반대측, +Z 방향]으로 만곡하고 있다. 이러한 만곡 상태는 막(141, 142, 144)의 성막 조건을 적절하게 설정함으로써 실현할 수 있다. 한편, 브릿지 구성부(133)는 구동 신호의 공급의 유무에 상관없이 Z축 방향으로 실질적으로 만곡하고 있지 않고 전술한 강성을 가짐으로써 막(141∼144)의 응력에 의해 만곡하는 일이 없이 항상 평판형의 상태를 유지한다. 이와 같이 브릿지 구성부(132)와 브릿지 구성부(133)는 브릿지부(124)가 힘을 받지 않는 상태에서 다른 만곡·비만곡 상태를 가지고 있다.

본 실시예에서는 다리부(122)는 브릿지 구성부(132)를 구성하는 SiN막(141, 144) 및 Al막(142, 143)이 그대로 연속하여 연장되는 것으로 구성되어 2개의 개별다리부(122a, 122b)를 갖고 있다. 다리부(122)가 2개의 개별 다리부(122a, 122b)를 갖고 있는 것은 정전력용의 배선과 로렌츠력용의 배선을 분리하고 Al막(142)과 Al막(143)을 기판(121)상의 각각의 배선 패턴(130, 131)에 각각 전기적으로 접속시키기 위해서이다. Al막(142)은 개별 다리부(122a)에서 SiN막(141)에 형성된 개구를 통해 배선 패턴(130)에 전기적으로 접속되어 있다. Al막(143)은 개별 다리부(122b)에서 SiN막(141)에 형성된 개구를 통해 배선 패턴(131)에 전기적으로 접속 구성되어 있다. 또, 다리부(122)의 상부에는 다리부(122)의 강도를 보강하기 위해서, 돌출부(151)가 Z 방향에서 본 평면시각에서 개별 다리부(122a, 122b)를 일괄해서 둘러싸도록 口의 글자형으로 형성되어 있다.

브릿지부(125) 및 다리부(123)는 전술한 브릿지부(124) 및 다리부(122)와 각각 완전 동일한 구조를 갖고 있다. 브릿지부(125)를 구성하는 브릿지 구성부(134, 135)는 브릿지부(124)를 구성하는 브릿지 구성부(132, 133)에 해당하고 있다. 다리 부(123)를 구성하는 개별 다리부(123a, 123b)는 다리부(122)를 구성하는 개별 다리부(122a, 122b)에 각각 해당하고 있다. 또한, 다리부(123)의 상부에는 전술한 돌출부(151)에 해당하는 돌출부(152)가 형성되어 있다.

접속부(127)는 브릿지 구성부(133, 135)로부터 그대로 연속하여 연장된 SiN막(141, 144)의 2층막으로 구성되어 있다. 접속부(127)에는 브릿지 구성부(133, 135)로부터의 Al막(142, 143)은 연장되어 있지 않고 접속부(127)에 있어서는 아무런 전기적인 접속은 행해지고 있지 않다.

본 실시예에서는 브릿지 구성부(133, 135) 및 접속부(126, 127)에 일괄해서 강성을 부여하도록 도 15의 파선으로 나타낸 바와 같이 평면시각에서 이들의 일괄한 영역의 외주측에서 주회하도록 돌출부(149)가 형성되고, 상기 일괄한 영역의 내주측에 주회하도록 돌출부(150)가 형성되어 있다. 이 돌출부(149, 150)에 의해서 브릿지 구성부(133, 135)가 보강되어 강성을 갖고 있다. 브릿지 구성부(133, 135)는 구동 신호 공급의 유무에 상관없이 Z축 방향으로 실질적으로 만곡하고 있지 않고 전술한 강성을 가짐으로써 막(141∼144)의 응력에 의해 만곡하는 일이 없이 항상 평판형의 상태를 유지한다.

접속부(126)는 브릿지 구성부(133, 135)를 구성하는 SiN막(141, 144)및 Al막(142, 143)이 그대로 연속하여 연장되는 것에 따라 구성되어 있다. 접속부(126)에는 피구동체로서의 Au, Ni 또는 그 외의 금속으로 이루어지는 미러(2)가 설치된다.

접속부(126)에 있어서 Al막(142)과 Al막(143)은 도 15에 나타낸 바와 같이 분리되어 있고, 접속부(126)에 있어서의 Al막(142)의 부분이 정전력용의 가동 전극 으로서 겸용되어 있다. 이 가동 전극에 대향하는 기판(121)상의 영역에는 Al막으로 이루어지는 정전력용의 고정 전극(128)이 형성되어 있다. 도면에는 나타내고 있지 않지만, 고정 전극(128)을 구성하는 Al막은 배선 패턴으로서도 연장되어 있고, 상기 배선 패턴(130)와 함께 이용함으로써, 고정 전극(128)과 가동 전극으로서 겸용된 접속부(126)에 있어서의 Al막(142) 사이에 전압을 정전력용 구동 신호로서 인가할 수 있도록 되어 있다.

한편, 전술한 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이 Al막(143)에 의해서, 다리부(122)의 개별 다리부(122b) 아래의 배선 패턴(131)으로부터 브릿지 구성부(132) →브릿지 구성부(133) →접속부(126) →브릿지 구성부(135) →브릿지 구성부(134)를 지나 다리부(123)의 개별다리부(123b) 아래의 배선 패턴(도시하지 않음)에 이르는 전류 경로가 구성되어 있다. 이 전류 경로 중 접속부(126)에 있어서의 Y축 방향으로 따른 전류 경로(전류 방향 -Y 방향)가 X축 방향의 자계 내에 놓여졌을 때에, 기판(121)측(-Z 방향)으로 향하는 로렌츠력을 발생시키는 부분으로 되어 있다. 따라서, 영구 자석 등(도시하지 않음)을 이용하여 X축 방향의 자계내에 두고, 상기 전류 경로에 전류(로렌츠력용 구동 신호)를 흘리면, 접속부(126)에 있어서의 Al막(143)에 로렌츠력(구동력)이 -Z 방향으로 작용한다.

그런데, 본 실시예에서는 브릿지 구성부(133, 135)가 도 15에 나타낸 바와 같이 Z축 방향으로부터 본 평면시각에서 -X측의 위치로 Y축 방향으로 꺾여 굽어진 것 같은 형상을 갖고, 이에 따라 브릿지부(124, 125)의 도중을 Y축 방향으로 꺾여 굽어진 것 같은 형상으로 하고 있기 때문에, 도 23에에 나타내는 바와 같이 복수의 마이크로액츄에이터(111)를 기판(121)상에 2차원형으로 배치할 경우, 그 배치 밀도를 높일 수 있게 되어 있다. 무엇보다도 본 발명에서는 기판(121)상에 탑재하는 마이크로액츄에이터(111)의 수는 하나 이상의 임의의 수이어도 좋다. 이 점은 전술한 제1 내지 제3 실시예에 관해서도 마찬가지이다. 도 23은 복수의 마이크로액츄에이터(111)의 레이아웃을 모식적으로 나타내는 개략 평면도이다.

또, 본 실시예에서는 가동부 및 다리부의 표면에 전체에 걸쳐, 보호막으로서의 SiN막(144)이 형성되어 있지만, 이 SiN막(144)은 형성하지 않아도 좋다. 다만, 이 경우 Al막(142, 143)의 전기적인 절연을 확보하기 위해 미러(2)의 하부에는 SiN막(144)을 남겨 둔다. 또, 전술한 제1 내지 제3 실시예에 있어서도 SiN막(144)에 해당하는 보호막을 형성해 두어도 좋다.

본 실시예의 마이크로액츄에이터(111)도 상기 제1 내지 제3 실시예의 마이크로액츄에이터(1, 41, 91)와 같은 제조 방법으로 제조할 수 있다.

본 실시예에 따르면 로렌츠력과 정전력의 양쪽을 구동력으로서 이용할 수 있다. 예컨대, 로렌츠력만 또는 로렌츠력과 정전력 양쪽에 접속부(126)를 기판(121)측으로 밀어내려, 접속부(126)가 기판(121)에 접촉하거나 혹은 그 수단 앞의 설정 위치까지 도달하면 로렌츠력을 자른 정전력만으로 접속부(126)를 기판(121)에 접촉한 상태로 유지할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 전술한 종래 기술과 달리 브릿지부(124, 125)가 똑같은 판 스프링부만으로 구성되는 것이 아니고 브릿지부(124, 125)가 힘을 받지 않는 상태에서 +Z 방향으로 만곡한 판 스프링부인 고정단측의 브릿지 구성부(132, 134)와 자유단측에 항상 평판형의 강성부인 브릿지 구성부(133, 135)와 구성되어 있다. 따라서, 가동부의 고정단으로부터 자유단까지의 길이를 길게함과 동시에 가동부가 힘을 받지 않는 상태에서 로렌츠력 및/또는 정전력이 작용하는 접속부(126)와 기판(121)측 사이의 거리를 짧게 할 수 있다. 이 때문에, 자유단측의 구동력이 작용하는 접속부(126)의 위치를 가동부의 고정단으로부터 멀리함과 동시에 구동 신호를 공급하지 않는 상태에 있어서 기판(121)측에 비교적 가까운 위치에 배치할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따르면 작은 구동력으로 작동시킬 수 있어, 해당 마이크로액츄에이터(111)를 저전력으로 작동시킬 수 있다.

[제5 실시예]

도 24는 본 발명 제5 실시예인 마이크로액츄에이터(111) 및 이에 따라 구동되는 미러(2)를 모식적으로 나타내는 개략 평면도이다. 도 24에서는 가동부 및 다리부의 전체에 걸쳐 형성된 SiN막(144)은 생략하여 나타내고 원래 실선으로 그려야하는 돌출부(149, 150)의 라인을 파선으로 나타내고, Al막(142, 143) 및 SiN막(144)상에 부분적으로 형성된 Al막(201, 202)에는 각각 다른 패치를 붙이고 있다. 도 25는 도 24의 X31-X32선에 따른 개략 단면도이다. 도면에는 나타내고 있지 않지만, 도 24의 X39-X40선에 따른 개략 단면도는 도 25와 마찬가지이다. 도 26은 도 24의 X33-X34선에 따른 개략 단면도이다. 도면에는 나타내고 있지 않지만, 도 24의 X37-X38선에 따른 개략 단면도는 도 26과 같아진다. 도 27은 도 24의 X35-X36선에 따른 개략 단면도이다. 도 28은 도 24의 Y31-Y32선에 따른 개략 단면도이다. 도 29는 도 24의 Y33-Y34선에 따른 개략 단면도이다. 도 30은 도 24의 Y35-Y36선에 따른 개략 단면도이다. 도 31은 도 24의 Y37-Y38선에 따른 개략 단면도이다. 또 도 25 내지 도 31에서는 브릿지 구성부(132, 134)가 Z축 방향으로 만곡하고 있지 않는 것으로 나타내고 있지만, 브릿지 구성부(132, 134)는 실제로는 도 1의 브릿지 구성부(14)와 같이 가동부가 힘을 받고 있지 않은 상태에 있어 +Z 방향으로 만곡하고 있다.

도 24 내지 도 31은 상기 제4 실시예를 나타낸 도 15 내지 도 22에 각각 대응하고 있다. 도 24 내지 도 31에 있어서 도 15 내지 도 22의 요소와 동일 또는 대응하는 요소에는 동일 부호를 붙여 그 중복하는 설명은 생략한다

본 실시예의 마이크로액츄에이터(211)가 상기 제4 실시예의 마이크로액츄에이터(111)와 다른 곳은 이하에 설명하는 점 뿐이다.

상기 제4 실시예에서는 가동부 및 다리부의 표면(최상면)에 전체에 걸쳐 형성된 SiN막(144)상에는 아무런 막이 형성되고 있지 않는 것에 대하여, 본 실시예에서는 도 24, 도 25 및 도 31에 나타낸 바와 같이 SiN막(144)상에 브릿지 구성부(132, 134)의 영역에만 있어서 거듭 Al막(201, 202)이 각각 형성되어 있다.

따라서, 본 실시예에서는 상기 제4 실시예와 달리, 브릿지 구성부(132)는 아래쪽의 SiN막(141)과 중간의 Al막(142, 143)과 그 위측의 SiN막(144)과 거듭 그 상측의 Al막(201)이 적층된 4층[단, Al막(142, 143) 사이의 간극에서는 3층]의 박막으로 판 스프링으로서 작용하도록 구성되어 있다. 마찬가지로, 브릿지 구성부(134)는 아래쪽의 SiN막(141)과 중간의 Al막(142, 143)과 그 상측의 SiN막(144)과 거듭 그 상측의 Al막(202)가 적층된 4층[단, Al막(142, 143)사이의 간극에서는 3층]의 박막으로 판 스프링으로서 작용하도록 구성되어 있다.

한편, 본 실시예에 있어서도 상기 제4 실시예와 같이 브릿지 구성부(133)는 브릿지 구성부(132)로부터 그대로 연속하여 연장된 아래쪽의 SiN막(141)과 중간의 Al막(142, 143)과 상측의 보호막으로서의 SiN막(144)이 적층된 3층[단, Al막(142, 143)사이의 간극에서는 2층]의 박막으로 구성되어 있다. 마찬가지로, 브릿지 구성부(135)는 브릿지 구성부(133)로부터 그대로 연속하여 연장된 아래쪽의 SiN막(141)과 중간의 Al막(142, 143)과 상측의 보호막으로서의 SiN막(144)이 적층된 3층[단, Al막(142, 143)사이의 간극에서는 2층]의 박막으로 구성되어 있다.

이와 같이, 본 실시예에서는 SiN막(141), Al막(142) 및 SiN막(144)이 브릿지 구성부(132) 및 브릿지 구성부(133)에 그대로 연속하여 연장되고, 브릿지 구성부(132)에는 SiN막(144)상에 Al막(201)이 형성되어 있는 한편, 브릿지 구성부(133)에는 SiN막(144)상에 Al막(201)이 형성되어 있지 않다. 마찬가지로 SiN막(141), Al막(142) 및 SiN막(144)이 브릿지 구성부(134) 및 브릿지 구성부(135)에 그대로 연속하여 연장되고, 브릿지 구성부(134)에는 SiN막(144)상에 Al막(202)이 형성되어 있는 한편, 브릿지 구성부(133)에는 SiN막(144)상에 Al막(202)이 형성되어 있지 않다.

따라서, 본 실시예에서는 브릿지 구성부(133)의 층수는 브릿지 구성부(132)의 층수보다 적고, 브릿지 구성부(133)의 전부를 이루는 층[막(141∼144)에 의한 층]으로 브릿지 구성부(132)의 일부가 이루는 층[막(141∼144)에 의한 층] 사이에서 층수, 각 층의 재료 및 각 층의 층 두께가 동일하게 되어 있다. 이 점은 브릿지 구성부(134, 135)에 관해서도 브릿지 구성부(132, 133)와 마찬가지다.

상기 제4 실시예에서는 브릿지 구성부(132)도 브릿지 구성부(133)도 완전히 동일한 층 구조를 갖고 있기 때문에, 가동부가 힘를 받고 있지 않은 상태에 있어서 브릿지 구성부(132, 134)를 +Z 방향으로 만곡시키기 위해서 필요한 내부 응력을 막 두께나 성막 조건을 설정하는 것으로 막(141∼144)에 생기게 하고 있다. 따라서, 브릿지 구성부(133)도 필연적으로 막(141∼144)이 발생시키는 비교적 큰 내부 응력을 갖지만, 돌출부(149, 150)를 형성하는 것으로 브릿지 구성부(133)의 강성을 확보하고 있었다. 이 점은 브릿지 구성부(134, 135)에 관해서도 브릿지 구성부(132, 133)와 마찬가지다. 따라서, 돌출부(149, 150)는 전술한 비교적 큰 내부 응력에 대항하지 않으면 안 되었다.

이것에 대하여, 본 실시예에서는 막(141∼144)이 발생시키는 응력이 작아지도록 각 층의 막 두께 및 성막 조건이 설정된다. 이에 의해, 강성을 갖게 하여 평판형으로 유지하고자 하는 브릿지 구성부(133, 135)의 내부 응력이 작아진다. 예컨대, 막(141∼144)의 3층 구조에 착안하면, 그 3층 상하의 층[SiN막(141,144)]은 동일 재료로 이루어지기 때문에, SiN막(141, 144)의 막 두께를 동일하게 하면 그 대칭성으로부터 막(141∼144)이 생기는 내부 응력을 작게 할 수 있다. 한편, 막(141∼144, 201)이 전체로서 발생시키는 내부 응력 및 막(141∼144, 202)이 전체로서 발생시키는 내부 응력이, 가동부가 힘을 받고 있지 않은 상태에 있어서, 브릿지 구성부(132, 134)를 각각 +Z 방향으로 만곡시키기 위해서 필요한 응력이 되도록 막(201, 202)의 막 두께 및 성막 조건이 설정된다. 또한, 막(201, 202)을 동시에 성막하는 것으로 이들의 막 두께 및 성막 조건을 동일하게 할 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에서는 가동부가 힘을 받고 있지 않은 상태에 있어서 브릿지 구성부(132, 134)를 +Z 방향으로 만곡시키며, 그럼에도 불구하고 강성을 갖게 하여 평판형으로 유지하고자 하는 브릿지 구성부(133, 135)의 내부 응력을 작게 할 수 있다. 따라서, 돌출부(149, 150)의 부담이 대폭 작아진다. 따라서, 보다 확실히 브릿지 구성부(133, 135)의 강성을 확보하여 브릿지 구성부(133, 135)을 보다 확실히 평판형으로 유지할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 이러한 이점을 얻을 수 있는 것 이외에, 상기 제4 실시예와 같은 이점을 얻을 수 있다는 것은 말할 것도 없다.

[제6 실시예]

도 32는 본 발명 제6 실시예인 마이크로액츄에이터(311) 및 이에 따라 구동되는 미러(2)를 모식적으로 나타내는 개략 평면도이다. 도 32에서는 가동부 및 다리부의 전체에 걸쳐 형성된 SiN막(144)은 생략하여 나타내고, 원래 실선으로 그려야하는 돌출부(149, 150)의 라인을 파선으로 나타내고, Al막(201, 202) 및 SiN막(144)상에 부분적으로 형성된 Al막(201, 202)에는 각각 다른 패치를 붙이고 있다.

도 32는 상기 제5 실시예를 나타낸 도 24에 대응하고 있다. 도 32에 있어서 도 24의 요소와 동일 또는 대응하는 요소에는 동일 부호를 붙여 그 중복하는 설명은 생략한다.

본 실시예의 마이크로액츄에이터(311)가 상기 제5 실시예 마이크로액츄에이터(211)와 다른 점은, 본 실시예에서는 상기 제5 실시예에 있어서 형성되어 있었던 돌출부(149, 150)가 형성되어 있지 않은 점뿐이다.

전술한 제5 실시예의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 가동부가 힘을 받고 있지 않은 상태에 있어서 브릿지 구성부(132, 134)를 +Z 방향으로 만곡시키고, 그것에 관계없이, 브릿지 구성부(133, 135)의 내부 응력을 작게 할 수 있다. 따라서, 본 실시예와 같이 돌출부(149, 150)를 형성하지 않아도 가동부가 힘을 받고 있지 않은 상태에 있어서 브릿지 구성부(132, 134)를 +Z 방향으로 만곡시킴과 동시에 브릿지 구성부(133, 135)를 평판형으로 할 수 있다. 물론, 본 실시예에서는 돌출부(149, 150)가 형성되어 있지 않기 때문에, 브릿지 구성부(133, 135)는 판 스프링으로서 작용하고 가동부가 힘을 받으면 그것에 따라 휘어진다. 그러나 가동부가 힘을 받고 있지 않은 상태에 있어서, 브릿지 구성부(132, 134)와 브릿지 구성부(133, 135)가 전술한 바와 같이 다른 만곡·비만곡 상태를 가지고 있기 때문에, 본 실시예에 의해서도 상기 제4 실시예와 거의 같은 이점을 얻을 수 있다.

[제7 실시예]

도 33 및 도 34는 각각 본 발명의 제7 실시예인 광 스위치를 모식적으로 나타내는 개략 단면도이다. 도 33은 구동 신호가 공급되고 있지 않은 상태, 도 34는 구동 신호가 공급되고 있는 상태를 나타내고 있다. 또, 도 33 및 도 34에 있어서, 마이크로액츄에이터(1)의 구조는 대폭 간략화하여 나타내고 있다. 도 35는 도 33 및 도 34의 광도파로 기판(190)을 모식적으로 나타내는 개략 사시도이다.

본 실시예의 광 스위치는 상기 제1 실시예의 도 1 내지 도 3에 나타내는 마이크로액츄에이터(1) 및 이것에 탑재된 미러(2)와 광도파로 기판(190)을 구비하고 있다.

본 실시예에서 광도파로 기판(190)은 도 35에 나타낸 바와 같이 전환해야 하는 광을 전파하는 4개의 광도파로(191∼194)를 갖고 있다. 광도파로 기판(190)은 중앙부에 예컨대 폭 수십 +㎛ 정도의 홈(196)을 갖고 홈(196)의 측면에 광도파로(191∼194)의 단부면(191a, 192a, 193b, 194b)이 노출되어 있다. 단부면(191a)와 단부면(192a)의 간격 및 단부면(193b)과 단부면(194b)의 간격은 도 33 및 도 34에 나타낸 바와 같이 미러(2)의 반사면에서 덮을 수 있는 간격으로 설계되어 있다.

도 33 및 도 34에 나타낸 바와 같이 광도파로 기판(190)이 마이크로액츄에이터(1)의 기판(11)상에 설치되어 도파로 기판(190)과 기판(11) 사이의 공간 및 이것에 연통하는 홈(196)내의 공간 내에 굴절율 조정액(202)이 봉입되어 있다. 무엇보다도 굴절율 조정액(202)은 반드시 봉입하지 않아도 좋다. 또, 기판(11)과 광도파로 기판(190)은 미러(2)가 홈(196) 내에 삽입할 수 있도록 정렬되어 있다.

마이크로액츄에이터(1)의 고정 전극(16)과 가동 전극(도 33 및 도 34에는 도시하지 않음) 사이에 전압를 인가하고 있는 상태에서는 도 34에 나타낸 바와 같이 미러(2)가 광도파로(193, 194)의 단부면(193b, 194b)보다 아래쪽에 위치한다. 따라서, 예컨대, 광도파로(193)의 단부면(193a)에서 빛을 입사한 경우, 광도파로(193)를 전파한 빛은 단부면(193b)에서 출사되어 그대로 대향하는 광도파로(192)의 단부면(192a)에 입사하여, 광도파로(192)를 전파하여 단부면(192b)에서 출사된다. 또한, 예컨대, 광도파로(191)의 단부면(191b)에서 빛을 입사한 경우 광도파로(191)를 전파한 빛은 단부면(191a)에서 출사되어 그대로 대향하는 광도파로(194)의 단부면(194b)에 입사하고 광도파로(194)를 전파하여 단부면(194a)에서 출사된다.

한편, 마이크로액츄에이터(1)의 고정 전극(16)과 가동 전극 사이에 전압을 인가하지 않는 상태에서는 도 33에 나타낸 바와 같이 미러(2)가 광도파로(193, 194)의 단부면(193b, 194b)을 덮도록 위치한다. 따라서, 예컨대, 광도파로(193)의 단부면(193a)에서 빛을 입사한 경우, 광도파로(193)를 전파한 빛은 단부면(193b)에서 출사되어 미러(2)로 반사되고, 광도파로(194)의 단부면(194b)에 입사하여 광도파로(194)를 전파하고 단부면(194a)에서 출사된다. 또한, 예컨대, 광도파로(191)의 단부면(191b)에서 빛을 입사한 경우, 광도파로(191)를 전파한 빛은 단부면(191a)에서 출사되고 미러(2)로 반사되어, 광도파로(192)의 단부면(192a)에 입사하고 광도파로(192)를 전파하여 단부면(192b)에서 출사된다.

본 실시예에 따르면, 상기 제1 실시예의 마이크로액츄에이터(1)가 이용되고 있기 때문에, 마이크로액츄에이터(1)를 저전력으로 작동시킬 수 있다.

본 실시예에 있어서 마이크로액츄에이터(1)를 상기 제2 내지 제6 실시예의 마이크로엑츄에이트(41, 91, 111, 211, 311) 중 어느 하나의 마이크로액츄에이터로 대체하여도 좋다. 또, 이들 마이크로액츄에이터(41, 91, 111, 211, 311)를 이용하는 경우에는 예컨대, 전술한 자계를 발생시키기 위해 영구 자석을 광도파로 기판(190)상에 설치하면 좋다.

본 실시예는 광도파로 기판(190)에 있어서 광도파로의 교차점이 하나이고, 이것에 따라서 미러(2)가 하나이고, 마이크로액츄에이터가 하나인 경우의 예이었다. 그러나, 예컨대, 광도파로 기판(190)에 있어서 광도파로를 2차원 매트릭스형으로 형성함으로써 광도파로의 교차점을 2차원 매트릭스형으로 배치하고, 이것에 따 라 기판(11)상에 복수 마이크로액츄에이터를 2차원형으로 배치하여, 광도파로의 각 교차점에 위치하는 미러(2)를 각각의 마이크로액츄에이터로 구동하도록 구성해도 좋다.

이상, 본 발명의 각 실시예와 그 변형예에 관해서 설명했지만, 본 발명은 이들의 실시예나 변형예에 한정된 것이 아니다. 예컨대, 본 발명의 마이크로액츄에이터는 광 스위치 이외의 여러 가지 용도에도 이용할 수 있다.

본 발명의 마이크로액츄에이터는 광 스위치 등에 사용할 수 있고, 본 발명의 광 스위치는 예컨대, 광통신 장치나 광 전송 장치 등으로 이용할 수 있다.

Claims

고정부(121)와,

상기 고정부에 고정단이 고정된 외팔보 브릿지 구조를 갖는 가동부

를 포함하는 마이크로액츄에이터(111; 211; 311)로서,

상기 가동부는, 상기 가동부의 상기 고정단과 자유단 사이에 브릿지부(124, 125)를 가지며,

상기 브릿지부는, 상기 고정단과 상기 자유단 사이에 직렬로 접속된 복수의 브릿지 구성부(132, 133, 134, 135)를 갖고,

상기 가동부가 힘을 받지 않는 상태에서, 상기 복수의 브릿지 구성부 중에서, 하나의 브릿지 구성부(132, 134)와 그 이외의 하나 이상의 브릿지 구성부(133, 135)는,

상기 고정부측 또는 그의 반대측으로의 만곡의 유무,

상기 고정부측 또는 그의 반대측 중 어느 측으로 만곡하고 있는지인 만곡의 방향,

상기 고정부측 또는 그의 반대측 중 어느 한 측으로의 만곡의 곡률

중 하나 이상이 서로 다르며,

상기 복수의 브릿지 구성부(132, 133, 134, 135)의 각각은 1층 이상의 박막(141, 142, 143, 144, 201, 202)으로 구성되고,

상기 복수의 브릿지 구성부 중 하나 이상의 브릿지 구성부(133, 135)의 층수는 나머지 브릿지 구성부(132, 134)의 층수보다 적으며,

상기 하나 이상의 브릿지 구성부(133, 135)의 전부를 이루는 하나 이상의 층과, 상기 나머지 브릿지 구성부(132, 134)의 일부를 이루는 하나 이상의 층 사이에서, 층수, 각 층의 재료 및 각 층의 층두께가 같은 것을 특징으로 하는 마이크로액츄에이터.
삭제
제1항에 있어서, 상기 복수의 브릿지 구성부 중 상기 고정단에 접속된 브릿지 구성부는 판 스프링부이고,

상기 복수의 브릿지 구성부 중 상기 고정단에 접속된 브릿지 구성부 이외의 하나 이상의 브릿지 구성부는, 상기 고정부측 및 그의 반대측에 대한 휘어짐에 대하여 강성을 갖는 강성부인 것을 특징으로 하는 마이크로액츄에이터.
제3항에 있어서, 상기 고정단에 접속된 브릿지 구성부는, 상기 가동부가 힘을 받지 않는 상태에서 상기 고정부와는 반대측으로 만곡하고,

상기 강성부는 상기 고정부측으로든 그의 반대측으로든 만곡하지 않는 것을 특징으로 하는 마이크로액츄에이터.
제1항에 있어서, 상기 복수의 브릿지 구성부 중 상기 고정단에 접속된 브릿지 구성부는 판 스프링부이고,

상기 복수의 브릿지 구성부 중 상기 고정단에 접속된 브릿지 구성부 이외의 하나 이상의 브릿지 구성부는, 판 스프링부인 것을 특징으로 하는 마이크로액츄에이터.
제5항에 있어서, 상기 고정단에 접속된 브릿지 구성부는, 상기 가동부가 힘을 받지 않는 상태에서 상기 고정부와는 반대측으로 만곡하고,

상기 고정단에 접속된 브릿지 구성부 이외의 상기 하나 이상의 브릿지 구성부는, 상기 가동부가 힘을 받지 않는 상태에서 상기 고정부측으로 만곡하는 것을 특징으로 하는 마이크로액츄에이터.
제5항에 있어서, 상기 복수의 브릿지 구성부 중, 상기 고정단에 접속된 브릿지 구성부 이외의 하나 이상의 브릿지 구성부는, 상기 고정부측 및 그의 반대측에 대한 휘어짐에 대하여 강성을 갖는 강성부인 것을 특징으로 하는 마이크로액츄에이터.
제7항에 있어서, 상기 강성부는 상기 고정부측으로든 그의 반대측으로든 만곡하지 않는 것을 특징으로 하는 마이크로액츄에이터.
제3항에 있어서, 상기 강성부는 평면부와 상기 평면부로부터 상승하거나 하강한 보강부를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로액츄에이터.
제7항에 있어서, 상기 강성부는 평면부와 상기 평면부로부터 상승하거나 하강한 보강부를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로액츄에이터.
고정부와,

상기 고정부에 고정단이 고정된 외팔보 브릿지 구조를 갖는 가동부

를 포함하고,

상기 가동부는, 상기 가동부의 상기 고정단과 자유단 사이에 브릿지부를 가지며,

상기 브릿지부는, 상기 고정단과 상기 자유단 사이에 직렬로 접속된 복수의 브릿지 구성부를 갖고,

상기 가동부가 힘을 받지 않는 상태에서, 상기 복수의 브릿지 구성부 중에서, 하나의 브릿지 구성부와 그 이외의 하나 이상의 브릿지 구성부는,

상기 고정부측 또는 그의 반대측으로의 만곡의 유무,

상기 고정부측 또는 그의 반대측 중 어느 측으로 만곡하고 있는지인 만곡의 방향,

상기 고정부측 또는 그의 반대측 중 어느 한 측으로의 만곡의 곡률

중 하나 이상이 서로 다르며,

상기 복수의 브릿지 구성부 중 상기 고정단에 접속된 브릿지 구성부는 판 스프링부이고,

상기 복수의 브릿지 구성부 중 상기 판 스프링부 이외의 하나 이상의 브릿지 구성부는 상기 고정부측 및 그의 반대측에 대한 휘어짐에 대하여 강성을 갖는 강성부이며,

상기 강성부는 평면부와 상기 평면부로부터 상승하거나 하강한 보강부를 가지며,

상기 평면부와 상기 보강부가 동일한 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로액츄에이터.
제1항에 있어서, 상기 가동부의 고정단이 상기 고정부로부터 상승하는 상승부를 갖는 다리부를 통해 상기 고정부에 대하여 고정된 것을 특징으로 하는 마이크로액츄에이터.
제11항에 있어서, 상기 가동부의 고정단이 상기 고정부로부터 상승하는 상승부를 갖는 다리부를 통해 상기 고정부에 대하여 고정된 것을 특징으로 하는 마이크로액츄에이터.
제1항에 있어서, 상기 가동부가 박막으로 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로액츄에이터.
제11항에 있어서, 상기 가동부가 박막으로 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로액츄에이터.
제1항에 있어서, 상기 고정부는 제1 전극부를 갖고,

상기 가동부는 상기 제1 전극부와의 사이의 전압에 의해 상기 제1 전극부와의 사이에 정전력을 발생할 수 있는 제2 전극부를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로액츄에이터.
제11항에 있어서, 상기 고정부는 제1 전극부를 갖고,

상기 가동부는 상기 제1 전극부와의 사이의 전압에 의해 상기 제1 전극부와의 사이에 정전력을 발생할 수 있는 제2 전극부를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로액츄에이터.
제1항에 있어서, 상기 가동부는 자계내에 배치되어 통전에 의해 로렌츠력을발생하는 전류 경로를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로액츄에이터.
제11항에 있어서, 상기 가동부는 자계내에 배치되어 통전에 의해 로렌츠력을 발생하는 전류 경로를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로액츄에이터.
청구항 제1항 내지 제19항 중 어느 한 청구항에 기재된 마이크로액츄에이터와 상기 가동부에 설치된 미러를 구비한 것을 특징으로 하는 광 스위치.