JP3557525B2 - 微小可動デバイス - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、微小可動デバイスに関し、特に、固定電極が形成される固定基板に更に貼着解消電極を付加形成して可動電極板が固定基板に対して貼着することを防止する微小可動デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
微小可動デバイスの従来例を図４を参照して説明する。
この微小可動デバイスは、原材料基板としてシリコン基板１を使用し、これに対して薄膜成膜技術、フォトリソグラフィ技術、エッチング技術を含むマイクロマシニング技術を適用して製造する。シリコン基板１は、最終的に、図示される通りの支持枠１’に加工されると共に、この支持枠１’に一体的にアンカー部１１およびフレクチュア２１、可動電極板２が形成される。そして、可動電極板２の上面にマイクロミラー３を形成する。１２は座ぐり孔である。座ぐり孔１２には、表面に固定電極が成膜される固定電極基板８を別に準備して接合固定する。４および４’は出射側光ファイバ或いは光導波であり、５および５’は入射側光ファイバ或は光導波路である。なお、図４は微小可動デバイスが光スイッチであるものとして例示している。
【０００３】
ここで、光スイッチの動作を図５を参照して説明する。
図５（ａ）および図５（ｂ）を参照するに、出射側光ファイバ４、４’を介して伝送されてきた光がその端面から出射して空間を伝播し、マイクロミラー３において反射し、入射側光ファイバ５、５’に入射する状態を示す。この状態を定常状態とする。
図５（ｃ）および図５（ｄ）を参照するに、固定電極基板８と可動電極板２の間に電圧を印加して両板間に吸引する向きの静電力が発生すると、可動電極板２は下向きに駆動され、フレクチュア２１が変形することにより下方に変位する。可動電極板２が下方に変位することによりこの上面に形成されているマイクロミラー３も可動電極板２と共に下方に変位し、マイクロミラー３は出射側光ファイバ４、４’の端面から出射する光の光路から下方に変位して外れる。ここで、出射側光ファイバ４の端面から出射する光の光路からマイクロミラー３が外れたことにより遮断されていた空間伝播光は、今度は直進して入射側光ファイバ５’に入射する。同様に、出射側光ファイバ４’の端面から出射する空間伝播光は入射側光ファイバ５に入射する。この通りにして、入射側光ファイバ５と入射側光ファイバ５’に対して光路の切り替えを透明合成樹脂その他の固体の光導波路を介することなしに空間的に実施することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上の微小可動デバイスは、一般に、可動電極板２はその板厚が極く薄く、この可動電極板２をアンカー部１１に連結するフレクチュア２１の厚さも極く薄くて弾性復元力が小さい。そして、可動電極板２の下面は平滑であり、これに対向する固定基板１の上面も平滑である上に汚れ、水分も付着しており、表面に分極が生じ、ファン・デル・ワールス力も発生する。これらの条件の元で、可動電極板２の下面が下方に変位して固定基板１の上面に接触すると、両者は相互に貼り付いて瞬時には復元せず動作を円滑に行なわない場合が生ずる。ところで、この種の相互貼り付きは、対向する面の何れか一方或は双方を粗面に形成すること、その他の工夫を施すことによりこれを阻止することができる。しかし、対向する面の何れか一方或は双方に粗面を形成することに付随する幾多の工程を追加する必要が生じ、微小可動デバイス全体の製造工程が複雑化することになる。
【０００５】
この発明は、固定電極８０が形成される固定電極基板８に更に貼着解消電極８４を付加形成することにより比較的容易に可動電極板２が固定電極基板８に対して貼着することを防止することができる上述の問題を解消した微小可動デバイスを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１：マイクロマシニング技術で製造され、固定電極８０が形成される固定電極基板８と、アンカー部１１およびフレクチュア２１を介して固定枠１’に取り付け結合され、固定電極基板８に対して垂直方向に変位する可動電極板２とを有し、固定電極基板８に、固定電極の他に、可動電極板に偏った変位力を与えて可動電極板を変形させることで固定電極の表面に貼り付いた可動電極板は解放される貼着解消電極８４を付加形成した微小可動デバイスにおいて、固定電極基板８に中央隆起部８１および中央隆起部傾斜面８３を形成し、中央隆起部８１に固定電極８０を成膜形成すると共に中央隆起部傾斜面８３に貼着解消電極８４を成膜形成した微小可動デバイスを構成した。
【０００７】
そして、請求項２：請求項１に記載される微小可動デバイスにおいて、１枚の貼着解消電極８４を中央隆起部傾斜面８３に成膜形成した微小可動デバイスを構成した。
【０００８】
また、請求項３：請求項１に記載される微小可動デバイスにおいて、貼着解消電極８４はこれを中央隆起部傾斜面８３に対称的に成膜形成した微小可動デバイスを構成した。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明の実施例を図を参照して説明する。
（１） 原材料基板として特にシリコン基板を使用し、これに対して薄膜成膜技術、フォトリソグラフィ技術、エッチング技術を含むマイクロマシニング技術を適用して光スイッチを製造する工程を図１を参照して説明する。
（工程１） 原材料基板であるシリコン基板１を準備する。
（工程２） シリコン基板１の上面全面に数μｍ厚の２酸化シリコン保護膜７を成膜する。
【００１０】
（工程３） ２酸化シリコン保護膜７の上面全面にポリシリコン膜６を成膜する。
（工程４） 工程３において成膜したポリシリコン膜にフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を適用して、図１に示されるアンカー部１１、フレクチュア２１、可動電極板２を形成する。
（工程５） シリコン基板１全体を第２の２酸化シリコン保護膜６’で被覆する。
（工程６） シリコン基板１の下面の第２の２酸化シリコン保護膜６’の内のアンカー部１１と、フレクチュア２１と、可動電極板２が含まれる領域に対応する領域１２’を除去する。
【００１１】
（工程７） 可動電極板２の表面に感光性樹脂を使用してマイクロミラー３の形状に形成し、その表面を金薄膜でコーティングする。
（工程８） 水酸化カリウム水溶液に浸漬し、工程６において２酸化シリコン膜６’を除去されて露出したシリコン基板１の領域をエッチングして可動電極板２が上下移動する座ぐり孔１２を貫通形成する。
（工程９） 残存した２酸化シリコン膜６’を除去する。
（工程１０） 固定電極基板８を別途準備して座ぐり孔１２に接合固定する。
（２） 原材料基板としてシリコン基板を使用して固定電極基板８を製造する工程を図２を参照して説明する。
【００１２】
（工程１） 原材料基板であるシリコン基板８’を準備する。
（工程２） シリコン基板８’の上面全面に数μｍ厚の２酸化シリコン保護膜７を成膜する。
（工程３） ２酸化シリコン保護膜７の内の中央隆起部８１が形成されるべき領域以外の２酸化シリコン保護膜７を除去する。
（工程４） 水酸化カリウム水溶液に浸漬し、工程３において２酸化シリコン膜７を除去されて露出した領域をエッチングして中央隆起部８１を残存形成し、次いで、残存する２酸化シリコン膜７を除去する。
【００１３】
（工程５） 工程４において形成された固定電極基板８の表面に２酸化シリコン膜７’を絶縁膜として成膜する。
（工程６） 固定電極基板８の２酸化シリコン絶縁膜表面に金薄膜を成膜形成し、固定電極８０および貼着解消電極８４をパターニングして形成する。
（３） 固定電極８０および貼着解消電極８４の形成位置は図３の如くにすることができる。
図３（ａ）は可動電極板２を固定電極８０および貼着解消電極８４に吸引解放する励磁駆動回路を示す。励磁駆動回路は、電源８５と、電源８５を可動電極板２と固定電極８０および貼着解消電極８４との間に切り替え接続する切り替えスイッチ８６より成る。
【００１４】
図３（ｂ）は中央隆起部８１の表面に固定電極８０を成膜し、貼着解消電極８４は可動電極板２のアンカー部１１およびフレクチュア２１形成側に対応する中央隆起部傾斜面８３の一方に１枚だけ形成されている。切り替えスイッチ８６の可動接点を固定接点Ｃに切り替えて、固定電極８０と可動電極板２の間に電源８５を接続して電圧を加えることにより静電力を生起すると、可動電極板２は中央隆起部８１の固定電極８０に吸引駆動され、その表面に接近接触する。微小可動デバイスを定常状態に復帰する場合、先ず、切り替えスイッチ８６の可動接点を固定接点Ｃから固定接点Ｂに切り替え、可動電極２と貼着解消電極８４の間に電源８５を接続して電圧を加えることにより静電力を生起すると、可動電極板２は中央隆起部８１の貼着解消電極８４に対向する側のみが偏って変位力を受ける。これにより可動電極板２は全体的に変形せしめられる。貼着解消電極８４が存在すれば、可動電極板２が固定電極８０の表面に貼り付いて瞬時には復元しない状態にあったとしても、可動電極板２はこの変形により貼り付きは開放され、次いで、可動接点を固定接点Ｂから固定接点Ａに切り替えることにより、微小可動デバイスは定常状態に復帰することができる。
【００１５】
図３（ｃ）は中央隆起部８１の表面に固定電極８０を成膜し、貼着解消電極８４は可動電極板２のアンカー部１１およびフレクチュア２１形成側に対応する中央隆起部傾斜面８３の双方に対称的に形成されている。この場合は、切り替えスイッチ８６の可動接点を固定接点Ｃから固定接点Ｂ切り替えると、可動電極板２は図示されるが如くに対称的に貼着解消電極８４に対向する両側のみが偏って変位力を受ける。これに依っても、可動電極板２は変形し貼り付きは開放されるに到る。
微小可動デバイスの具体例を説明するに、可動電極板２を外形寸法：５００μ×５００μｍ、厚さ：５μｍに形成し、固定電極基板８の表面から２００μｍの高さの中央隆起部８１を形成し、貼着解消電極８４を外形寸法：２００μｍ×３００μｍに形成し、定常状態における可動電極板２と固定電極基板８の間の距離を３０μｍに製造する。そして、電源８５の電圧を２４ボルトに設定する。以上の通りにして、良好な動作結果が得られた。動作時の可動電極板２の応答速度は５ｍｓｅｃ程度であるので、切り替えスイッチ８６の固定接点Ｂへの接続時間を１０ｍｓｅｃ程度に設定する。
【００１６】
以上の通りにして構成されたこの発明の微小可動デバイスは、半導体加速度計の如きセンサデバイス、光スイッチの如きアクチュエータデバイスとして使用することができる。光スイッチ以外のアクチュエータデバイスとしては、表面がミラーとされた可動板が基板表面と平行な軸の周りに有限な角度範囲で回動可能であり、ミラーの方位を変化することにより反射光の向きを偏向する光スキャナがある。そして、この光スキャナを素子として多数個マトリクス状に配列して形成したミラーデバイスを構成することができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上の通りであって、この発明によれば、固定電極８０が形成される固定電極基板８に中央隆起部８１および中央隆起部傾斜面８３を形成し、中央隆起部８１に固定電極８０を成膜形成すると共に中央隆起部傾斜面８３に貼着解消電極８４を付加形成し、この貼着解消電極８４と固定電極８０の間に電圧を加えて可動電極板２を変形することにより比較的容易に可動電極板２が固定電極基板８に対して貼着することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例を説明する図。
【図２】図１の続き。
【図３】実施例の動作を説明する図。
【図４】従来例を説明する図。
【図５】従来例の動作を説明する図。
【符号の説明】
１’固定枠 １１ アンカー部
２ 可動電極板 ２１ フレクチュア
８ 固定電極基板 ８０ 固定電極
８４ 貼着解消電極

Claims (3)

1. マイクロマシニング技術で製造され、固定電極が形成される固定電極基板と、アンカー部およびフレクチュアを介して固定枠に取り付け結合され、固定電極基板に対して垂直方向に変位する可動電極板とを有し、固定電極基板に、固定電極の他に、可動電極板に偏った変位力を与えて可動電極板を変形させることで固定電極の表面に貼り付いた可動電極板は解放される貼着解消電極を付加形成した微小可動デバイスにおいて、
   固定電極基板に中央隆起部および中央隆起部傾斜面を形成し、中央隆起部に固定電極を成膜形成すると共に、中央隆起部傾斜面に貼着解消電極を成膜形成したことを特徴とする微小可動デバイス。
2. 請求項１に記載される微小可動デバイスにおいて、
   １枚の貼着解消電極を中央隆起部傾斜面に成膜形成したことを特徴とする微小可動デバイス。
3. 請求項１に記載される微小可動デバイスにおいて、
   貼着解消電極はこれを中央隆起部傾斜面に対称的に成膜形成したことを特徴とする微小可動デバイス。

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