JP4403785B2 - アクチュエータの製造方法およびアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、アクチュエータの製造方法およびアクチュエータに関するものである。

例えば、レーザープリンタ等に用いられるアクチュエータとしてポリゴンミラー（回転多面体）が知られている。
しかし、このようなポリゴンミラーにおいて、より高解像度で品質のよい印字と高速印刷を達成するには、ポリゴンミラーの回転をさらに高速にしなければならない。現在のポリゴンミラーには高速安定回転を維持するためにエアーベアリングが使用されているが、今以上の高速回転を得るのは困難となっている。また、高速にするためには、大型のモーターが必要であり、危機の小型化の面で不利であるという問題がある。このようなポリゴンミラーを用いると、構造が複雑となり、コストが高くなるといった問題も生じる。
また、図１７に示すような、平行平板状に電極を配置した１自由度のねじり振動子は、その構造が簡単なことから、アクチュエータの研究初期から提案されている（例えば、非特許文献１参照）。また、前記ねじり振動子をカンチレバー方式とした１自由度静電駆動型振動子も提案されている（例えば、非特許文献２参照）。

図１７の１自由度静電駆動型ねじり振動子は、ガラス基板１０００上の両端部にスぺーサ２００を介してシリコンの単結晶板からなる可動電極板３００の両端固定部３００ａを固定し、この可動電極板３００の両端固定部３００ａ間に、細巾のトーションバー３００ｂを介して可動電極部３００ｃを支持させ、また、その可動電極部３００ｃに電極間隔を置いて対向させる固定電極４００を、ガラス基板１０００上において前記可動電極部３００ｃに対し平行配置している。可動電極板３００と固定電極４００との間にはスイッチ６００を介して電源５００が接続される。

前記構成を有するねじり振動子は、可動電極部３００ｃと固定電極４００との間に電圧を印加すると、静電引力によりトーションバー３００ｂを軸として可動電極部３００ｃが回転するものである。しかるに、静電引力は電極間隔の二乗に反比例するため、この種の静電アクチュエータにおいては電極間隔を小さくする、もしくは補助電極を設けることが望まれる。

補助電極を設けるアクチュエータとしては、可動電極部の側部に壁状の電極を堆積させて作りこむ構造が提案されている。
しかしながら、側部に電極を作るためには、導電層を数μｍの厚さに堆積させなければならず、現在の半導体プロセスでは、製造し難く、また、時間がかかってしまうという問題があった。

K.E.Petersen:"Silicon Torsional Scanning,Mirror,IBMJ.Res.Develop.,vol.24(1980)、P.631 河村他："Ｓｉを用いたマイクロメカニクスの研究"、昭和６１年度精密工学会秋季大会学術講演会論文集、P.753

本発明の目的は、駆動部の側部に壁状の電極を簡易に製造することが可能なアクチュエータの製造方法および駆動力の大きいアクチュエータを提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のアクチュエータの製造方法は、導電性を備えた第１の基板と、前記第１の基板に対向する第２の基板とを有し、
前記第１の基板は、第２の質量部と、前記第２の質量部を介して対向配置された一対の第１の質量部と、前記第２の質量部および各前記第１の質量部を支持する支持部と、各前記第１の質量部が前記支持部に対して回動可能となるように、各前記第１の質量部と前記支持部とを連結する一対の第１の弾性連結部と、前記第２の質量部が前記第１の質量部に対して回動可能となるように、前記第２の質量部と各前記第１の質量部とを連結する一対の第２の弾性連結部と、４つの基部とを有し、
前記４つの基部のうちの２つの前記基部は、前記一対の第１の質量部の一方の前記第１の質量部を介して対向するように設けられており、残りの２つの前記基部は、他方の前記第１の質量部を介して対向するように設けられ、
各前記基部の前記第１の質量部側には、サイド電極が形成され、
前記第２の基板は、４つの電極を有し、前記４つの電極のうちの２つの前記電極は、前記一方の第１の質量部に対応する位置に、前記第２の質量部の回動中心軸を中心に対称となるように設けられ、残りの２つの前記電極は、前記他方の第１の質量部に対応する位置に、前記回動中心軸を中心に対称となるように設けられており、
所定の前記サイド電極および各前記電極と、前記第１の質量部との間に電圧を印加することにより、各前記第１の質量部を回動させつつ、前記第２の質量部を回動させるよう構成されたアクチュエータの製造方法であって、
各前記基部の前記第１の質量部側と前記第２の基板との間に空隙を形成し、各前記基部と前記第２の基板との間に電圧を印加し、当該電圧印加により発生するクーロン力により、各前記基部の第１の質量部側の部位を前記電極に引き付けて、これらをスティッキングを生じさせることにより接合することにより、前記サイド電極を形成し、
前記第２の質量部を回動させるための前記電圧を印加していない状態において、前記第２の基板と前記第１の質量部との互いに対向する面の間の距離をｈ、前記第１の質量部と前記サイド電極との互いに対向する面の間の距離をｄとしたとき、ｈとｄとが、ｈ＞ｄの関係を満足し、
前記サイド電極の厚み方向の長さをｈ１、前記第１の質量部の厚み方向の長さをｈ２、前記サイド電極の厚み方向の長さの中点と、前記第１の質量部の厚み方向の長さの中点との厚み方向の距離をＬとしたとき、ｈ１とｈ２とＬとが、０≦Ｌ≦（ｈ１＋ｈ２）／２の関係を満足することを特徴とする。
これにより、質量部の側部に壁状の電極を簡易に製造することができる。

本発明のアクチュエータの製造方法では、基材にエッチングを施すことにより前記空隙を形成することが好ましい。
これにより、容易かつ確実に空隙を形成することができる。
本発明のアクチュエータの製造方法では、前記基材は、主としてＳｉで構成された第１の層上に、主としてＳｉＯ_２で構成された第２の層と、主としてＳｉで構成された第３の層とがこの順で積層されてなるＳＯＩ基板であることが好ましい。
これにより、製造工程を簡易なものとすることができる。

本発明のアクチュエータの製造方法では、前記第１の層で、第２の基板を形成し、前記第３の層で、前記第１の基板を製造することが好ましい。
これにより、製造工程を簡易なものとすることができる。
本発明のアクチュエータの製造方法では、基材にエッチングを施すことにより凹部を形成し、該凹部を用いて前記空隙を形成することが好ましい。
これにより、容易かつ確実に空隙を形成することができる。

本発明のアクチュエータの製造方法では、前記基材は、主としてガラスで構成されていることが好ましい。
これにより、精度の高い基板を製造することができる。
本発明のアクチュエータの製造方法では、前記ガラスは、アルカリ金属を含有したガラスであることが好ましい。
これにより、製造をさらに容易に行うことができるとともに、第１の基板と第２の基板とを強固に、かつ高い密着性をもって接合することができる。

本発明のアクチュエータの製造方法では、前記基材の前記凹部内に前記電極を設けることにより、前記第２の基板を形成することが好ましい。
これにより、容易に第２の基板を製造することができる。

本発明のアクチュエータの製造方法では、前記第２の基板は、前記質量部に対応する位置に開口部を有することが好ましい。
これにより、質量部が振れる際に、質量部と第２の基板とが接触するのを防止することができ、質量部の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
本発明のアクチュエータの製造方法では、前記電圧を印加する電圧入力用端子が前記第１の基板の前記第２の基板と対向する面の反対側に設けられていることが好ましい。
これにより、極性の異なる電圧入力用端子を容易に同一面側に設けることができる。

本発明のアクチュエータの製造方法では、前記第２の質量部は、光反射部を有することが好ましい。
これにより、例えば、光スキャナとして用いた場合、光の光路を容易に変更することができる。
本発明のアクチュエータの製造方法では、各前記第１の質量部と、前記電極および前記サイド電極との間に生じるクーロン力によって、各前記第１の質量部および前記第２の質量部が駆動するものであることが好ましい。
これにより、質量部の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。

本発明のアクチュエータは、本発明のアクチュエータの製造方法を用いて製造されたことを特徴とする。
これにより、駆動力の高いアクチュエータが得られる。
本発明のアクチュエータは、導電性を備えた第１の基板と、前記第１の基板に対向する第２の基板とを有し、
前記第１の基板は、第２の質量部と、前記第２の質量部を介して対向配置された一対の第１の質量部と、前記第２の質量部および各前記第１の質量部を支持する支持部と、各前記第１の質量部が前記支持部に対して回動可能となるように、各前記第１の質量部と前記支持部とを連結する一対の第１の弾性連結部と、前記第２の質量部が前記第１の質量部に対して回動可能となるように、前記第２の質量部と各前記第１の質量部とを連結する一対の第２の弾性連結部と、４つの基部とを有し、
前記４つの基部のうちの２つの前記基部は、前記一対の第１の質量部の一方の前記第１の質量部を介して対向するように設けられており、残りの２つの前記基部は、他方の前記第１の質量部を介して対向するように設けられ、
各前記基部の前記第１の質量部側には、サイド電極が形成され、
前記第２の基板は、４つの電極を有し、前記４つの電極のうちの２つの前記電極は、前記一方の第１の質量部に対応する位置に、前記第２の質量部の回動中心軸を中心に対称となるように設けられ、残りの２つの前記電極は、前記他方の第１の質量部に対応する位置に、前記回動中心軸を中心に対称となるように設けられており、
所定の前記サイド電極および各前記電極と、前記第１の質量部との間に電圧を印加することにより、各前記第１の質量部を回動させつつ、前記第２の質量部を回動させるよう構成されたアクチュエータであって、
各前記基部の前記サイド電極は、各前記基部の前記第１の質量部側と前記第２の基板との間に空隙を形成し、各前記基部と前記第２の基板との間に電圧を印加し、当該電圧印加により発生するクーロン力により、各前記基部の第１の質量部側の部位を前記電極に引き付けて、これらをスティッキングを生じさせることにより接合することにより形成されたものであり、
前記第２の質量部を回動させるための前記電圧を印加していない状態において、前記第２の基板と前記第１の質量部との互いに対向する面の間の距離をｈ、前記第１の質量部と前記サイド電極との互いに対向する面の間の距離をｄとしたとき、ｈとｄとが、ｈ＞ｄの関係を満足し、
前記サイド電極の厚み方向の長さをｈ１、前記第１の質量部の厚み方向の長さをｈ２、前記サイド電極の厚み方向の長さの中点と、前記第１の質量部の厚み方向の長さの中点との厚み方向の距離をＬとしたとき、ｈ１とｈ２とＬとが、０≦Ｌ≦（ｈ１＋ｈ２）／２の関係を満足することを特徴とする。
これにより、駆動力の高いアクチュエータが得られる。

本発明のアクチュエータでは、前記基部と前記第２の基板との間に絶縁層を有することが好ましい。

以下、本発明のアクチュエータの製造方法およびアクチュエータを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明のアクチュエータの第１実施形態を示す平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、図２は、図１（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図、図３は、第１実施形態のベース基板および電極を示す部分平面図である。
なお、以下では、説明の便宜上、図１中の右側を「右」、左側を「左」、上側を「上」、下側を「下」と言う。

図１に示すアクチュエータ１００は、導電性を備えた第１の基板１０と、導電性を備えたベース基板９（第２の基板）とを有している。
第１の基板１０は、１対の第１の質量部（駆動部）１、１１と、第２の質量部（可動部）２と、１対の支持部３、３と、１対の第１の質量部１、１１に対応して設けられた４つの基部７３、７４、７５、７６とを有している。１対の第１の質量部１、１１、第２の質量部２、１対の支持部３、３および４つの基部７３、７４、７５、７６は、それぞれ、例えば、シリコン等で構成されている。

このアクチュエータ１００は、第２の質量部２が中心に位置し、第２の質量部２を介し、第１の質量部１が一端側（右側）に設けられ、第１の質量部１１が他端側（左側）に設けられている。また、第１の質量部１の図１（ａ）中右側に一方の支持部３が配置され、第１の質量部１１の図１（ａ）中左側に他方の支持部３が配置されている。また、各支持部３の、後述する絶縁部８が設けられている面と反対の面側には、電圧入力端子７２２が設けられている。

また、基部７３、７４は、第１の質量部１を介して互いに対向する位置に設けられている。すなわち、基部７３は、第１の質量部１の図１（ａ）中上側に設けられ、基部７４は、第１の質量部１の図１（ａ）中下側に設けられている。同様に、基部７５、７６は、第１の質量部１１を介して互いに対向する位置に設けられている。すなわち、基部７５は、第１の質量部１１の図１（ａ）中上側に設けられ、基部７６は、第１の質量部１１の図１（ａ）中下側に設けられている。
また、本実施形態では、第１の質量部１および１１は、略同一形状かつ略同一寸法で、第２の質量部２を介して、略対称に設けられている。

本実施形態の第２の質量部２の表面（ベース基板９が設けられている側とは反対の面側）には、平面視で略円形状の光反射部２１が設けられている。
また、図１（ａ）に示すように、第１の質量部１、１１が対応する支持部３、３に対して回動可能となるように、第１の質量部１、１１と支持部３、３とを連結する１対の第１の弾性連結部４、４を有している。また、第２の質量部２が、第１の質量部１、１１に対して回動可能となるように、第１の質量部１、１１と、第２の質量部２とを連結する１対の第２の弾性連結部５、５を有している。すなわち、第２の質量部２は第２の弾性連結部５、５を介して、第１の質量部１、１１にそれぞれ接続され、第１の質量部１、１１は、第１の弾性連結部４、４を介して支持部３、３にそれぞれ接続されている。また、第１の弾性連結部４と、第２の弾性連結部５とは同軸的に設けられており、これらが回動中心軸（回転軸）４１となる。

支持部３は、図２に示すように、絶縁部８を介して、ベース基板９と接合している。絶縁部８は、例えば、シリコンの酸化物や窒化物等で構成され、ベース基板９は、例えば、シリコン等で構成されている。
また、図２および図３に示すように、ベース基板９上の第１の質量部１に対応する部位が、１対の第２の電極７を、回動中心軸４１を中心に略対称となるように構成し、また、第１の質量部１１に対応する部位が、１対の第２の電極７を、回動中心軸４１を中心に略対称となるように構成している。すなわち合計で２対の電極７を構成している。

ベース基板９は、図２、図３に示すように、第１の質量部１、１１に対応する位置に開口部２２、２２を有し、第２の質量部２に対応する位置に開口部６１を有している。
また、図１（ｂ）に示すように、基部７３には、サイド電極（電極壁）７１と、電圧入力用端子７２１とが設けられている。すなわち、基部７３の図１（ｂ）中左側にサイド電極７１が形成され、基部７３の上側に電圧入力用端子７２１が形成されている。また、サイド電極７１は、第１の質量部１の側方に位置している。
このサイド電極７１は、第２の電極７と、互いに導通している。これにより、電圧入力端子７２１からサイド電極７１および第２の電極７へ、電圧が印加される。
残りの各基部７４、７５、７６についても同様である。

各第２の電極７と、各サイド電極７１と、第１の質量部１、１１とで、駆動手段の主要部が構成される。
各第２の電極７と、各サイド電極７１とは、各電圧入力端子７２１を介して図示しない電源に接続され、第１の質量部１および１１とは、各電圧入力端子７２２を介して図示しない電源に接続されており、第１の質量部１および１１と、各第２の電極７および各サイド電極７１との間に交流電圧（駆動電圧）を印加できるよう構成されている。なお、第１の質量部１および１１の各第２の電極７と対向する面の表面には、絶縁膜（図示せず）が設けられている。これにより、短絡を防止することができる。

ところで、各電圧入力用端子７２１および７２２は、同一面上に設けるのが好ましい。
本実施形態では、各第２の電極７と、サイド電極７１とが後述するスティッキング（貼り付き）により接合されているため、電圧入力用端子７２１と７２２とを同一面上に容易に設けることができる。これにより、電圧入力用端子７２１および７２２の実装面積を大きくすることができ、製造コストを低くすることができる。

ところで、アクチュエータ１００では、これらのサイド電極７１および第１の質量部１、１１の厚さや、サイド電極７１と第１の質量部１、１１との間隔等を調整することにより、クーロン力を大きくする等、特性を所望のものに設定することができる。
具体的には、図４に示すように、ベース基板９と、第１の質量部１および１１との互いに対向する面の間の距離をｈ、第１の質量部１および１１と、サイド電極７１との互いに対向する面の間の距離をｄとしたとき、ｈとｄとが、ｈ＞ｄの関係を満足することが好ましい。これにより、第１の質量部１および１１を、より大きな力で駆動することができる。

また、図５に示すように、サイド電極７１の厚み方向の長さ、すなわち、図５中上下方向の長さをｈ１、第１の質量部１および１１の厚み方向の長さ、すなわち、上下方向の長さをｈ２、サイド電極７１の厚み方向の長さの中点と、第１の質量部１および１１の厚み方向の長さの中点との厚み方向の距離をＬ１としたとき、ｈ１と、ｈ２と、Ｌとが、０≦Ｌ≦（ｈ１＋ｈ２）／２の関係を満足することが好ましい。これにより、第１の質量部１および１１を、より大きな力で駆動することができる。
なお、ｈ１とｈ２の長さは等しくてもよいし、異なっていてもよい。
前述したような構成の２自由度振動型アクチュエータにおいては、第１の質量部１と第１の弾性連結部４とからなる第１の振動系と、第２の質量部２と第２の弾性連結部５とからなる第２の振動系とを構成する。

次に、本実施形態のアクチュエータ１００の動作を説明する。
所定のサイド電極７１および各第２の電極７と、第１質量部１および１１との間に例えば、正弦波（交流電圧）等を印加する。より詳細には、例えば、第１の質量部１および１１をアースしておき、図１（ａ）中上側の各サイド電極７１および各第２の電極７に図１５（ａ）に示すような波形の電圧を印加し、下側の各サイド電極７１に図１５（ｂ）に示すような波形の電圧を印加すると、第１の質量部１および１１と、サイド電極７１、７１との間にクーロン力が生じる。なお、この際に印加する電圧は１０Ｖ以下が好ましい。前記クーロン力により、第１の質量部１および１１が、サイド電極７１、７１へ引きつけられる力が正弦波の位相により変化し、図６に示すように、回動中心軸４１（第１の弾性連結部４）を軸に、合成されたベクトルの矢印の方向に振動する。この第１の質量部１および１１の振動に伴って、第２の弾性連結部５を介して連結されている第２の質量部２は、回動中心軸４１（第２の弾性連結部５）を軸に振動（回転）する。

ここで、第１の質量部１の回動中心軸４１に対して略垂直な方向（長手方向）の端部１２との間の距離（長さ）をＬ１、第１の質量部１１の回動中心軸４１に対して略垂直な方向（長手方向）の端部１２との間の距離（長さ）をＬ２、第２の質量部の回動中心軸４１に対して略垂直な方向の端部１３との間の距離（長さ）をＬ３としたとき、第１の質量部１および１１が、それぞれ独立して設けられているため、第１の質量部１および１１と、第２の質量部２とが干渉せず、第２の質量部２の大きさにかかわらず、Ｌ１およびＬ２を小さくすることができる。これにより、第１の質量部１および１１の回転角度（ベース基板９の第２の電極７が設けられている面と平行な方向に対する第２の質量部２の振れ角）を大きくすることができ、第２の質量部２の回転角度を大きくすることができる。
この場合、第２の質量部２の最大回転角度が、０．１°以上となるように構成されるのが好ましい。

本実施形態では、ベース基板９の、第１の質量部１、１１および第２の質量部２に対応する位置に開口部６１を設けることができる。これにより、第１の質量部１および１１の回転角度をより大きくすることができる。
これらによって、第１の質量部１および１１の低電圧駆動と、第２の質量部２の大回転角度とを実現することができ、例えば、レーザープリンタ、走査型ディスプレイ、走査型顕微鏡等の装置に用いられる光スキャナ等に適用した場合、より容易に装置を小型化することができる。

なお、前述したように、本実施形態では、Ｌ１とＬ２とは略等しく設定されているが、Ｌ１とＬ２とが異なっていてもよいことは言うまでもない。
なお、本実施形態のアクチュエータ１００は、１対の第１の弾性連結部４および１対の第２の弾性連結部５のうち少なくとも１つが、その内部にピエゾ抵抗素子を備えたものであるのが好ましい。これにより、例えば、回転角度および回転周波数を検出したりすることができ、また、その検出結果を、第２の質量部２の姿勢の制御に利用することができる。

以下、アクチュエータ１００の製造方法の一例について添付図面を参照しつつ説明する。
図７、図８および図９は、アクチュエータの製造方法の一例を示す工程図である。
なお、図７は図１におけるＢ−Ｂ線に対応する断面図、図８、図９は、図１におけるＡ−Ａ線に対応する断面図である。
本実施形態では、一例として、第１の工程と第２の工程とにより、アクチュエータ１００を製造する場合について説明する。

［第１の工程］（ベース基板９を製造する工程）
＜１＞ まず、ウエハー（基材）５０を用意する。このウエハー５０は、表面が鏡面にできる特性を有することが好ましい。
かかる観点から、ウエハー５０としては、例えばＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、ＳＯＳ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｓａｐｐｈｉｒｅ）基板、シリコン基板等を用いることができる。本製造工程においては、ウエハー５０として、ＳＯＩ基板を使用する。

ウエハー５０は、第１のＳｉ層（第３の層）４０、ＳｉＯ_２層（第２の層）４５、第２のＳｉ層（第１の層）４６の３層の積層体で構成されている。
このウエハー５０を構成する各層のうち、第１のＳｉ層４０は、第１の基板１０に、ＳｉＯ２層４５は、絶縁部８に、第２のＳｉ層４６は、ベース基板９に加工される部分である。
このウエハー５０の厚さは、特に限定されないが、特に第２のＳｉ層４６は、１〜１００μｍ程度が好ましい。

＜２＞ 次に、図７（ａ）に示すように、ウエハー５０の下面にマスク層６を形成（マスキング）する。
マスク層６としては、例えば、Ａｕ／Ｃｒ、Ａｕ／Ｔｉ、Ｐｔ／Ｃｒ、Ｐｔ／Ｔｉ、Ａｌ等の金属材料で構成されるマスク（メタルマスク）や、レジスト材料で構成されるマスク（レジストマスク）が挙げられる。

このマスク層６の厚さは、特に限定されないが、０．０１〜１μｍ程度とすることが好ましく、０．０９〜０．１１μｍ程度とすることがより好ましい。マスク層６が薄すぎると、透明基板４７を十分に保護できない場合があり、マスク層６が厚すぎると、マスク層６の内部応力によりマスク層６が剥がれ易くなる場合がある。
マスク層６は、例えば、化学気相成膜法（ＣＶＤ法）、スパッタリング法、蒸着法等の気相成膜法、メッキ法等により形成することができる。

次に、マスク層６に、開口６１１を形成する。開口６１１は、例えば、開口部６１に対応する位置に設ける。また、開口６１１の形状（平面形状）は、形成する開口部６１（平面形状）に対応させる。
この開口６１１は、例えばフォトリソグラフィー法により形成することができる。具体的には、まず、マスク層６上に、開口６１１に対応したパターンを有するレジスト層（図示せず）を形成する。次に、かかるレジスト層をマスクとして、マスク層６の一部を除去する。次に、前記レジスト層を除去する。これにより、開口６１１が形成される。なお、マスク層６の一部除去は、例えば、ＣＦガス、塩素系ガス等によるドライエッチングや、フッ酸＋硝酸水溶液、ＫＯＨ、リン酸溶液等のアルカリ水溶液の剥離液への浸漬（ウェットエッチング）などにより行うことができる。

＜３＞ 次に、図７（ｂ）に示すように、凹部２１１を形成する。凹部２１１の形成方法としては、例えば、ウェットエッチング、ドライエッチングが用いられるが、ドライエッチングを用いるのが好ましい。例えば、ドライエッチングを行うことにより、ウエハー５０は、開口６１１より食刻され、円柱状を有する凹部２１１が形成される。
次に、マスク層６を除去する。このマスク層６の除去方法としては、前述した方法により行うことができる。
以上により、第２のＳｉ層４６に凹部２１１や、図８（ｃ）に示すように、凹部２１２等の所定のパターンが、所定の位置に形成されたベース基板９が得られる。

[第２の工程]（第１の基板１０を製造する工程）
＜４＞ 次に、図８（ｃ）に示すように、ウエハー５０の上面にマスク層６０を形成し、マスク層６０に開口６１２を形成する。開口６１２は、例えば、第１の質量部１および１１、第２の質量部２、各支持部３、基部７３、７４、７５、７６に対応する位置を除く部分に形成する。
これらマスク層６０、開口６１２は、例えば、工程＜２＞と同様にして形成することができる。

＜５＞ 次に、図８（ｄ）に示すように、エッチングを行って第１のＳｉ層４０の一部を除去する。エッチング方法としては、例えば、ウェットエッチング、ドライエッチングが用いられるが、ドライエッチングを用いるのが好ましい。いずれの場合も、第１のＳｉ層４０の除去のとき、ＳｉＯ_２層４５がストッパーとなるが、ドライエッチングは、エッチング液を用いないので、第２のＳｉ層４６の損傷を好適に防ぐことができる。これにより、歩留まりの高いアクチュエータ１００を製造できる。

＜６＞ 次に、図８（ｅ）に示すように、エッチングを行ってＳｉＯ_２層４５を除去して空隙６３を形成する。この際に使用するエッチング液としては、フッ酸系のエッチング液を用いるのが好ましい。これにより、ＳｉＯ_２層４５を好適に除去することができ、空隙６３を好適に形成することができる。
なお、この際リリースホールを設けてエッチングを行ってもよい。これにより、ＳｉＯ_２層をより短時間で除去することができる。

＜７＞ 次に、図９（ｆ）に示すようにマスク層６０を除去する。これにより、第１の質量部１、１１、第２の質量部２、第１の弾性連結部４、４、支持部３、３、第２の弾性連結部５、５および基部７３、７４、７５および７６が形成される。

＜８＞ 次に、図９（ｇ）に示すように、各基部７３、７４、７５および７６に、それぞれ、各電圧入力用端子７２１を形成する。また、支持部３、３に、それぞれ、各電圧入力用端子７２２（図示せず）を形成する。
これらの各電圧入力用端子７２１、７２２は、例えば、蒸着、スパッタリング等の気相成膜法などにより設けることができる。

＜９＞ 次に、図９（ｈ）に示すように、各サイド電極７１を形成する。これは、各基部とベース基板９との間に所定の大きさの電圧（比較的高い電圧）を印加し、クーロン力により各基部とベース基板９とを引き付けて、ショートさせる（スティッキングを生じさせる）ことによって各基部とベース基板９とを接合することにより行う。これにより、各サイド電極７１と、ベース基板９とが同電位となる。この際、印加する電圧としては１Ｖ〜１０００Ｖ程度が好ましく、５０Ｖ〜１００Ｖ程度がより好ましい。

また、用いるウエハー５０のＳｉＯ_２層４５の厚さ（厚み方向）により、前述した距離ｈおよび長さＬが異なる。本実施形態では、前記距離ｄ、距離ｈおよび長さＬの関係を満たすために、各基部のサイド電極７１に対応する部位に対して予めエッチングを行うことや、予め導電層の堆積を行うことにより、距離ｈおよび長さＬを所望の値とすることができる。

以上により、アクチュエータ１００が製造される。
本製造方法においては、サイド電極７１を第２のＳｉ層４６により製造することで、堆積させて作りこむ方法等と比較して、製造コストを安くすることができ、製造工程を簡易なものとすることができる。
また、クーロン力により各基部とベース基板９とを引き付けて、ショートさせることによって、各基部とベース基板９とを接合するため、各電圧入力用端子７２１を各電圧入力用端子７２２と同一面上に容易に形成することができる。
なお、第２の工程は、第１の工程と同時に行ってもよいし、第１の工程よりも先に行ってもよい。

次に、本発明のアクチュエータの第２実施形態について説明する。
図１０は、本発明のアクチュエータの第２実施形態を示す平面図、図１６は、第２実施形態の第１の質量部の振動（動作）を説明するための図（側面図）である。以下、図１０、図１６に示すアクチュエータ１００について、前記第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

本実施形態のアクチュエータ１００の第１の質量部１には、サイド電極７１に対向する可動電極５１が設けられている（固定されている）。すなわち、第１の質量部１の図１０中上側に可動電極５１が形成され、基部７３の図１０中下側にサイド電極７１が形成されている。残りの各基部７４、７５、７６についても同様である。
サイド電極７１と、可動電極５１とで、駆動手段の主要部が構成される。

各可動電極５１および各サイド電極７１は、それぞれ、櫛歯状電極である。すなわち各可動電極５１は、それぞれ、複数の電極指５１１が併設された櫛歯形状をなしており、各サイド電極７１は、それぞれ、複数の電極指７１１が併設された櫛歯形状をなしている。
サイド電極７１と可動電極５１とは、電圧印加時に電極指７１１と電極指５１１とが交互に位置するように、すなわち、互いに噛み合うようにして配置されている。
本実施形態のアクチュエータ１００では、これらの電極指５１１および７１１の幅、間隔、厚さ等を調整することにより、特性を所望のものに設定することができる。
このような構成とすることにより、第１の質量部１および１１の駆動力をより大きくすることができる。

次に、本発明のアクチュエータの第３実施形態について説明する。
図１１は、本発明のアクチュエータの第３実施形態を示す縦断面図である。
以下、第３実施形態のアクチュエータ１００について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第３実施形態のアクチュエータ１００は、ガラス基板等の絶縁性を有する基板（基材）上に電極７０（第２の電極）を設けてベース基板９０（第２の基板）を構成する。また、ベース基板９０の一部が第１実施形態の絶縁層を構成している。

また、ベース基板９０上には、第１の質量部１およびサイド電極７１に対応する位置に、１対の第２の電極７０が、回動中心軸４１を中心に略対称となるように設けられ、また、第１の質量部１１およびサイド電極７１に対応する位置に、１対の第２の電極７０が、回動中心軸４１を中心に略対称となるように設けられている。すなわち合計で２対の第２の電極７０が設けられている。

図１２、図１３および図１４は、アクチュエータの製造方法の一例を示す工程図である。
本実施形態では、一例として、第１の工程と第２の工程とにより、アクチュエータ１００を製造する場合について説明する。
以下、製造方法について説明するが、前述した第１実施形態の製造方法との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。以下製造方法を示す。

［第１の工程］（ベース基板９０を製造する工程）
＜１＞ まず、透明基板（光透過性を有する基板）４７を用意する。透明基板４７には、厚さが均一で、たわみや傷のないものが好適に用いられる。透明基板４７の材料としては、例えば、ソーダガラス、結晶性ガラス、石英ガラス、鉛ガラス、カリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、ホウケイ酸ナトリウムガラス、無アルカリガラス等の各種ガラス等が挙げられるが、例えば、ナトリウム（Ｎａ）のようなアルカリ金属を含有したガラスが好ましい。

特に、陽極接合時に透明基板４７を加熱するため、後述する第１のＳｉ層４０と熱膨張係数がほぼ等しいものが好ましい。
このような観点からは、ソーダガラス、カリウムガラス、ホウケイ酸ナトリウムガラス等を用いることができ、例えば、コーニング社製のパイレックスガラス（登録商標）等が好適に用いられる。
このような透明基板４７の厚さ（平均）は、それぞれ、構成材料、用途等により適宜選択され、特に限定されないが、１０〜１０００μｍ程度が好ましい。

次に、透明基板４７上面にマスク層６４を形成する。マスク層６４を構成する材料としては、例えば、Ａｕ／Ｃｒ、Ａｕ／Ｔｉ、Ｐｔ／Ｃｒ、Ｐｔ／Ｔｉなどの金属、多結晶シリコン（ポリシリコン）、アモルファスシリコン等のシリコン、窒化シリコン等が挙げられる。マスク層６４にシリコンを用いると、マスク層６４と透明基板４７との密着性が向上する。マスク層６４に金属を用いると、形成されるマスク層６４の視認性が向上する。

＜３＞ 次に、図１２（ａ）に示すように、マスク層６４に、開口６１３を形成する。
開口６１３は、例えば、第１の凹部２１３を形成する位置に設ける。また、開口６１３の形状（平面形状）は、形成する第１の凹部２１３の形状（平面形状）に対応させる。
＜４＞ 次に、図１２（ｂ）に示すように、透明基板４７上に第１の凹部２１３を形成する。特に、ウェットエッチング法によると、より理想的な円柱状に近い第１の凹部２１３を形成することができる。なお、ウェットエッチングを行う際のエッチング液としては、例えばフッ酸系エッチング液などが好適に用いられる。このとき、エッチング液にグリセリン等のアルコール（特に多価アルコール）を添加すると、第１の凹部２１３の表面が極めて滑らかなものとなる。
次に、同様の方法を用いて開口部２２等を形成する。

＜５＞ 次に、図１２（ｃ）に示すように、マスク層６４を除去する。
特に、透明基板４７を除去液に浸漬することによりマスク層６４を除去すると、簡易な操作で、効率よく、マスク層６４を除去できる。
＜６＞ 次に、図１２（ｄ）に示すように、電極（第２の電極）７０を形成する。
以上により、透明基板４７に開口部２２、６１等の所定のパターンが、所定の位置に形成されたベース基板９０が得られる。

［第２の工程］（第１の基板１０を製造する工程）
＜７＞ 次に、図１３（ｅ）に示すように、ウエハー５０を用意し、ウエハー５０の第１のＳｉ層（活性層）４０と、ベース基板９０の凹部２１３が形成された面とが対向するように接合する。
この接合は、例えば陽極接合により行うことができる。

陽極接合は、例えば、次のようにして行う。まず、ベース基板９０を図示しない直流電源のマイナス端子、第１のＳｉ層４０を図示しない直流電源のプラス端子にそれぞれ接続する。そして、ベース基板９０を加熱しながら電圧を印加する。この加熱により、ベース基板９０中のＮａ＋が移動しやすくなる。このＮａ＋の移動により、ベース基板９０の接合面はマイナスに帯電し、第１のＳｉ層４０の接合面はプラスに帯電する。この結果、ベース基板９０とウエハー５０とは強固に接合される。
本製造工程では、接合の方法として陽極接合を用いたが、これに限らず、例えば、加熱加圧接続、接着剤、低融点ガラスにより、接合しても良い。

＜８＞ 次に、図１３（ｆ）に示すように、エッチングを行って第２のＳｉ層４６およびＳｉＯ_２層４５を除去する。
次に、第１のＳｉ層４０上に、マスク層６５を形成した後に、マスク層６５の一部を除去し、開口６１２を設ける。開口６１２は、例えば、第１の質量部１および１１、第２の質量部２、各支持部３、基部７３、７４、７５、７６に対応する位置を除く部分に形成する。

＜９＞ 次に、図１４（ｇ）に示すように、ドライエッチング法にて、第１のＳｉ層４０をエッチングする。これにより、他の部位に影響を与えることなく、第２の質量部２と、第１の質量部１、１１と、支持部３、３と、第１の弾性連結部４、４と、第２の弾性連結部５、５と、基部７３、７４、７５および７６とを精度良く、確実に形成することができる。
なお、本工程において、ドライエッチング法以外の方法を用いてもよい。
＜１０＞ 次に、図１４（ｈ）に示すように、マスク層６５を除去し、各電圧入力用端子７２１および７２２（図示せず）を形成する。
＜１１＞ 次に、図１４（ｉ）に示すように、サイド電極７１を形成する。以上により第１の基板１０が得られる。

以上説明したように、このアクチュエータ１００によれば前述した第１実施形態の光スキャナと同様の効果が得られる。
そして、このアクチュエータ１００では、ガラス基板が絶縁性を有しているので、絶縁層を設ける必要がなく、また、精度の高いベース基板９０を製造することができる。
以上説明したようなアクチュエータは、例えば、レーザープリンタ、バーコードリーダー、走査型顕微鏡等の光スキャナ、イメージング用ディスプレイ等に好適に適用することができる。

以上、本発明の光スキャナを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物や工程が付加されていてもよい。
また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
また、前記実施形態では、２自由度の振動系のアクチュエータについて説明したが、それに限らず、例えば、１自由度の振動系のアクチュエータや、３自由度以上の振動系を有するアクチュエータにも適用することができる。

本発明のアクチュエータの第１実施形態を示す平面図および部分断面図である。 図１（ａ）のＢ−Ｂ線の断面図である。 第１実施形態のベース基板および電極を示す部分平面図である。 距離ｄ及び距離ｈの関係を説明するための図である。 長さｈ１、ｈ２および距離Ｌの関係を説明するための図である。 第１の質量部の振動（動作）を説明するための図である。 第１実施形態のアクチュエータの製造方法を説明するための図である。 第１実施形態のアクチュエータの製造方法を説明するための図である。 第１実施形態のアクチュエータの製造方法を説明するための図である。 本発明のアクチュエータの第２実施形態を示す平面図である。 本発明のアクチュエータの第３実施形態を示す平面図である。 第３実施形態のアクチュエータの製造方法を説明するための図である。 第３実施形態のアクチュエータの製造方法を説明するための図である。 第３実施形態のアクチュエータの製造方法を説明するための図である。 本発明のアクチュエータに印加する交流電圧の一例を示す図である。 本発明のアクチュエータの第２実施形態の振動（動作）を説明するための図１０のＡ−Ａ線での断面図である。 従来のアクチュエータを説明するための図である。

符号の説明

１、１１、１１１……第１の質量部 ２……第２の質量部 ２１……光反射部 ３……支持部 ４、４’……第１の弾性連結部 ５、５’……第２の弾性連結部 ６、６４、６５……マスク層 ７、７０……第２の電極 ２２、６１……開口部 ６１１、６１２、６１３……開口 ８……絶縁部 ９、９０……ベース基板 １０……第１の基板 ４０……第１のＳｉ層 ４５……ＳｉＯ_２層 ４６……第２のＳｉ層 ４７……透明基板 ５０……ウエハー １００……アクチュエータ ２００……スペーサ ２１１……凹部 ２１３……第１の凹部 ３００……可動電極板 ３００ａ……両端固定部 ３００ｂ……トーションバー ３００ｃ……可動電極部 ４００……固定電極 ５００……電源 ６００……スイッチ １０００……ガラス基板 １２、１３……端部、４１……回動中心軸、５１……可動電極 ５１１、７１１……電極指 ６０……マスク層 ６３……空隙 ７１……サイド電極 ７２１、７２２……電圧入力用端子 ７３、７４、７５、７６……基部 空隙部……１１２ Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３……距離 ｄ、ｈ……距離 ｈ１、ｈ２……長さ

Claims (15)

1. 導電性を備えた第１の基板と、前記第１の基板に対向する第２の基板とを有し、
   前記第１の基板は、第２の質量部と、前記第２の質量部を介して対向配置された一対の第１の質量部と、前記第２の質量部および各前記第１の質量部を支持する支持部と、各前記第１の質量部が前記支持部に対して回動可能となるように、各前記第１の質量部と前記支持部とを連結する一対の第１の弾性連結部と、前記第２の質量部が前記第１の質量部に対して回動可能となるように、前記第２の質量部と各前記第１の質量部とを連結する一対の第２の弾性連結部と、４つの基部とを有し、
   前記４つの基部のうちの２つの前記基部は、前記一対の第１の質量部の一方の前記第１の質量部を介して対向するように設けられており、残りの２つの前記基部は、他方の前記第１の質量部を介して対向するように設けられ、
   各前記基部の前記第１の質量部側には、サイド電極が形成され、
   前記第２の基板は、４つの電極を有し、前記４つの電極のうちの２つの前記電極は、前記一方の第１の質量部に対応する位置に、前記第２の質量部の回動中心軸を中心に対称となるように設けられ、残りの２つの前記電極は、前記他方の第１の質量部に対応する位置に、前記回動中心軸を中心に対称となるように設けられており、
   所定の前記サイド電極および各前記電極と、前記第１の質量部との間に電圧を印加することにより、各前記第１の質量部を回動させつつ、前記第２の質量部を回動させるよう構成されたアクチュエータの製造方法であって、
   各前記基部の前記第１の質量部側と前記第２の基板との間に空隙を形成し、各前記基部と前記第２の基板との間に電圧を印加し、当該電圧印加により発生するクーロン力により、各前記基部の第１の質量部側の部位を前記電極に引き付けて、これらをスティッキングを生じさせることにより接合することにより、前記サイド電極を形成し、
   前記第２の質量部を回動させるための前記電圧を印加していない状態において、前記第２の基板と前記第１の質量部との互いに対向する面の間の距離をｈ、前記第１の質量部と前記サイド電極との互いに対向する面の間の距離をｄとしたとき、ｈとｄとが、ｈ＞ｄの関係を満足し、
   前記サイド電極の厚み方向の長さをｈ１、前記第１の質量部の厚み方向の長さをｈ２、前記サイド電極の厚み方向の長さの中点と、前記第１の質量部の厚み方向の長さの中点との厚み方向の距離をＬとしたとき、ｈ１とｈ２とＬとが、０≦Ｌ≦（ｈ１＋ｈ２）／２の関係を満足することを特徴とするアクチュエータの製造方法。
2. 基材にエッチングを施すことにより前記空隙を形成する請求項１に記載のアクチュエータの製造方法。
3. 前記基材は、主としてＳｉで構成された第１の層上に、主としてＳｉＯ_２で構成された第２の層と、主としてＳｉで構成された第３の層とがこの順で積層されてなるＳＯＩ基板である請求項２に記載のアクチュエータの製造方法。
4. 前記第１の層で、第２の基板を形成し、前記第３の層で、前記第１の基板を製造する請求項３に記載のアクチュエータの製造方法。
5. 基材にエッチングを施すことにより凹部を形成し、該凹部を用いて前記空隙を形成する請求項１に記載のアクチュエータの製造方法。
6. 前記基材は、主としてガラスで構成されている請求項５に記載のアクチュエータの製造方法。
7. 前記ガラスは、アルカリ金属を含有したガラスである請求項６に記載のアクチュエータの製造方法。
8. 前記基材の前記凹部内に前記電極を設けることにより、前記第２の基板を形成する請求項５ないし７のいずれかに記載のアクチュエータの製造方法。
9. 前記第２の基板は、前記質量部に対応する位置に開口部を有する請求項１ないし８のいずれかに記載のアクチュエータの製造方法。
10. 前記電圧を印加する電圧入力用端子が前記第１の基板の前記第２の基板と対向する面の反対側に設けられている請求項１ないし９のいずれかに記載のアクチュエータの製造方法。
11. 前記第２の質量部は、光反射部を有する請求項１ないし１０のいずれかに記載のアクチュエータの製造方法。
12. 各前記第１の質量部と、前記電極および前記サイド電極との間に生じるクーロン力によって、各前記第１の質量部および前記第２の質量部が駆動するものである請求項１ないし１１のいずれかに記載のアクチュエータの製造方法。
13. 請求項１ないし１２のいずれかに記載のアクチュエータの製造方法を用いて製造されたことを特徴とするアクチュエータ。
14. 導電性を備えた第１の基板と、前記第１の基板に対向する第２の基板とを有し、
    前記第１の基板は、第２の質量部と、前記第２の質量部を介して対向配置された一対の第１の質量部と、前記第２の質量部および各前記第１の質量部を支持する支持部と、各前記第１の質量部が前記支持部に対して回動可能となるように、各前記第１の質量部と前記支持部とを連結する一対の第１の弾性連結部と、前記第２の質量部が前記第１の質量部に対して回動可能となるように、前記第２の質量部と各前記第１の質量部とを連結する一対の第２の弾性連結部と、４つの基部とを有し、
    前記４つの基部のうちの２つの前記基部は、前記一対の第１の質量部の一方の前記第１の質量部を介して対向するように設けられており、残りの２つの前記基部は、他方の前記第１の質量部を介して対向するように設けられ、
    各前記基部の前記第１の質量部側には、サイド電極が形成され、
    前記第２の基板は、４つの電極を有し、前記４つの電極のうちの２つの前記電極は、前記一方の第１の質量部に対応する位置に、前記第２の質量部の回動中心軸を中心に対称となるように設けられ、残りの２つの前記電極は、前記他方の第１の質量部に対応する位置に、前記回動中心軸を中心に対称となるように設けられており、
    所定の前記サイド電極および各前記電極と、前記第１の質量部との間に電圧を印加することにより、各前記第１の質量部を回動させつつ、前記第２の質量部を回動させるよう構成されたアクチュエータであって、
    各前記基部の前記サイド電極は、各前記基部の前記第１の質量部側と前記第２の基板との間に空隙を形成し、各前記基部と前記第２の基板との間に電圧を印加し、当該電圧印加により発生するクーロン力により、各前記基部の第１の質量部側の部位を前記電極に引き付けて、これらをスティッキングを生じさせることにより接合することにより形成されたものであり、
    前記第２の質量部を回動させるための前記電圧を印加していない状態において、前記第２の基板と前記第１の質量部との互いに対向する面の間の距離をｈ、前記第１の質量部と前記サイド電極との互いに対向する面の間の距離をｄとしたとき、ｈとｄとが、ｈ＞ｄの関係を満足し、
    前記サイド電極の厚み方向の長さをｈ１、前記第１の質量部の厚み方向の長さをｈ２、前記サイド電極の厚み方向の長さの中点と、前記第１の質量部の厚み方向の長さの中点との厚み方向の距離をＬとしたとき、ｈ１とｈ２とＬとが、０≦Ｌ≦（ｈ１＋ｈ２）／２の関係を満足することを特徴とするアクチュエータ。
15. 前記基部と前記第２の基板との間に絶縁層を有する請求項１４に記載のアクチュエータ。

Images