JP5520566B2 - プレーナ型アクチュエータおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明はプレーナ型アクチュエータおよびその製造方法に係り、特に、ミラーの設置スペースを大きく確保することができるとともに、可動部の駆動力を確保することを可能としたプレーナ型アクチュエータおよびその製造方法に関する。

従来から、枠状の固定部に平板状の可動部を揺動可能に軸支する構造のアクチュエータとして、例えば半導体製造技術を利用し、シリコン基板を異方性エッチングし、枠状の固定部と平板状の可動部と可動部を軸支するトーションバーとを一体に形成し、可動部に駆動コイルを設けるとともに、可動部の駆動コイルに静磁界を付与する例えば永久磁石のような静磁界発生手段を設け、通電により駆動コイルに発生する磁界と静磁界発生手段による静磁界との相互作用により発生するローレンツ力を利用して可動部を揺動させる電磁駆動タイプのプレーナ型アクチュエータが知られている。
そして、このようなアクチュエータは、例えば、可動部にミラーを設けることで光ビームを偏向走査する光スキャナなどに適用される。

このようなアクチュエータとしては、従来から、可動部の表面および裏面に、可動部の周縁部に沿ってそれぞれ薄膜コイルを敷設し、可動部に発生する応力を可動部の表面と裏面とでバランスさせて、可動部の反りや変形を防止するとともに、駆動力の向上を図るようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）

また、その他のアクチュエータとして、可動部の外周に傾斜面を形成し、この傾斜面に駆動コイルを設けることにより、可動部の剛性を高めるようにした技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−２６４６８４号公報 特開２００７−２７１７８７号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示されたアクチュエータにおいては、可動部にミラーを設置する場合に、駆動コイルが邪魔となり、ミラーの設置スペースを大きく確保することができないという問題を有している。また、前記特許文献２に開示されたアクチュエータにおいては、可動部に傾斜面を形成するようにしているので、可動部が揺動する際に、バランスが悪く、駆動力が低下してしまうという問題を有している。

本発明は前記した点に鑑みてなされたもので、ミラーの設置スペースを大きく確保することができるとともに、可動部の駆動力を確保することのできるプレーナ型アクチュエータおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するため請求項１に記載の発明に係るプレーナ型アクチュエータは、枠状の固定部と、
前記固定部の内側に、トーションバーを介して可動自在に支持される平板状の可動部と、
少なくとも一部が前記可動部の外側面に形成され前記可動部を駆動するための駆動コイルと、を備え、
前記駆動コイルは、パターニングされた導電性材料層と絶縁性材料層とを交互に積層したものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記外側面は、前記可動部の表面又は裏面に対して直交することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２において、前記トーションバーを前記可動部の高さ寸法に対して小さい高さ寸法を有するように形成し、前記可動部の外側に前記トーションバーと同様の高さ寸法を有する段部を形成し、
前記駆動コイルは、前記可動部の外側面と、前記トーションバーのうち前記可動部の表面に平行な上面とに形成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は請求項２において、前記駆動コイルは、前記可動部の外側面と、前記トーションバーのうち前記可動部の外側面に平行な側面と、前記固定部のうち前記可動部の外側面に対向する内側面とに形成されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明に係るプレーナ型アクチュエータの製造方法は、枠状の固定部の内側に、トーションバーを介して回動自在に支持され駆動コイルにより駆動される平板状の可動部からなるアクチュエータを製造するためのプレーナ型アクチュエータの製造方法において、
シリコンからなる第１のウェハの表面側からエッチングして、前記固定部、前記トーションバーおよび前記可動部以外の部位を除去するとともに、前記トーションバーに対応する部位を前記可動部に対してわずかに高さ寸法が小さくなるように除去する工程と、
前記可動部の外側面と、トーションバーのうち前記可動部の表面に平行な上面とに前記駆動コイルを構成するコイル配線を形成する工程と、
を備えていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明に係るプレーナ型アクチュエータの製造方法は、枠状の固定部の内側に、トーションバーを介して回動自在に支持され駆動コイルにより駆動される平板状の可動部からなるアクチュエータを製造するためのプレーナ型アクチュエータの製造方法において、
シリコンからなる第１のウェハの表面側からエッチングして、前記固定部、前記トーションバーおよび前記可動部以外の部位を除去する工程と、
前記可動部の外側面と、前記トーションバーのうち前記可動部の外側面に平行な側面と、前記固定部のうち前記可動部の外側面に対向する内側面とに前記駆動コイルを構成するコイル配線を形成する工程と、
を備えていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、駆動コイルの少なくとも一部を可動部の外側面に形成するようにしているので、可動部の表面および裏面に駆動コイルを形成する必要がなく、その結果、可動部のほぼ全域に亘ってミラーを設置することができ、ミラーを設置するスペースを大きく確保することができる。しかも、可動部の表面および裏面に駆動コイルの形成による膜応力が働かないので、可動部の反りや変形を低減させることができ、さらに、少ない電流で充分な駆動力を確保することができる。

請求項３に記載の発明によれば、駆動コイルを可動部の外側面およびトーションバーの上面に形成するようにしているので、可動部の表面および裏面に駆動コイルを形成する必要がなく、ミラーを設置するスペースを大きく確保することができる。しかも、可動部の反りや変形を低減させることができ、さらに、少ない電流で充分な駆動力を確保することができる。

請求項４に記載の発明によれば、駆動コイルを可動部の外側面、トーションバーの側面および固定部の内側面に形成するようにしているので、可動部の表面および裏面に駆動コイルを形成する必要がなく、ミラーを設置するスペースを大きく確保することができる。しかも、可動部の反りや変形を低減させることができ、さらに、少ない電流で充分な駆動力を確保することができる。

請求項５に記載の発明によれば、可動部の外側面およびトーションバーの上面に駆動コイルを構成するコイル配線を形成するようにしているので、ウェハ製造工程により容易に駆動コイルを形成することができ、しかも、可動部の表面および裏面に駆動コイルを形成する必要がなく、ミラーを設置するスペースを大きく確保することができ、しかも、可動部の反りや変形を低減させることができ、さらに、少ない電流で充分な駆動力を確保することができる。

請求項６に記載の発明によれば、可動部の外側面、トーションバーの側面および固定部の内側面に駆動コイルを構成するコイル配線を形成するようにしているので、ウェハ製造工程により容易に駆動コイルを形成することができ、しかも、可動部の表面および裏面に駆動コイルを形成する必要がなく、ミラーを設置するスペースを大きく確保することができ、しかも、可動部の反りや変形を低減させることができ、さらに、少ない電流で充分な駆動力を確保することができる。

本発明に係るプレーナ型アクチュエータの第１実施形態を示す概略平面図である。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの第１実施形態を示す可動部部分の斜視図である。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの製造方法を示す第１のウェハのエッチング工程の説明図である。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの製造方法を示すコイル配線形成工程の説明図である。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの製造方法を示す第１層目コイル配線形成工程の説明図である。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの製造方法を示すスルーホール導電部形成工程の説明図である。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの製造方法を示す第２層目コイル配線形成工程の説明図である。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの製造方法を示すスルーホール導電部形成工程の説明図である。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの製造方法を示す第３層目コイル配線形成工程の説明図である。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの製造方法を示す第２のウェハのエッチング工程の説明図である。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの製造方法を示す酸化膜のエッチング工程の説明図である。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの第２実施形態を示す可動部部分の斜視図である。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの製造方法を示す第１のウェハのエッチング工程の説明図である。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの製造方法を示すコイル配線形成工程の説明図である。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの製造方法を示す第１層目コイル配線形成工程の説明図である。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの製造方法を示すスルーホール導電部形成工程の説明図である。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの製造方法を示す第２層目コイル配線形成工程の説明図である。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの製造方法を示すスルーホール導電部形成工程の説明図である。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの製造方法を示す第３層目コイル配線形成工程の説明図である。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの製造方法を示すスルーホール導電部形成工程の説明図である。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの製造方法を示す端子部形成工程の説明図である。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの製造方法を示す第２のウェハのエッチング工程の説明図である。 本発明に係るプレーナ型アクチュエータの製造方法を示す酸化膜のエッチング工程の説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係るプレーナ型アクチュエータの第１実施形態を示したものである。図１に示すように、本実施形態のプレーナ型アクチュエータ１は、図示しないデバイス基板上に設置された枠状の固定部２を備えている。この固定部２の内側には、トーションバー３を介して可動部４が揺動自在に支持されている。可動部４の下方外周には、段部５が形成されており、この段部５の上面は、トーションバー３の上面と同一の高さとなるように形成されている。なお、これら固定部２、可動部４およびトーションバー３は、一体的に形成されている。

また、本実施形態においては、図２に示すように、可動部４の外側面には、可動部４を駆動するための駆動コイル６が設けられており、この駆動コイル６の端部は、トーションバー３の上面を通って固定部２に引き回されるように構成されている。また、固定部２の周囲には、可動部４を挟んで互いに反対磁極を対向させて配置される二対の静磁界発生部材（図示せず）が配置されている。なお、静磁界発生部材は、永久磁石でも電磁石でもよい。

次に、本発明のプレーナ型アクチュエータの製造方法について説明する。

まず、図３に示すように、単結晶シリコンからなる第１のウェハ１０の裏面に、酸化膜１１を介して第２のウェハ１２を貼り合わせた状態で、第１のウェハ１０の表面をパターニングして、固定部２、可動部４およびトーションバー３以外の部位を除去するとともに、トーションバー３に対応する部位を可動部４に対してわずかに高さ寸法が小さくなるように除去する。

次に、図４に示すように、可動部４の外周部およびトーションバー３の上面部分に導電材料からなり駆動コイル６を構成するコイル配線１３を形成する。

以下、コイル配線１３の形成方法についてさらに詳細に説明する。

図５に示すように、まず、第１のウェハ１０の表面に導電性材料を被膜し、パターニングした後、エッチングにより余分な部位の導電性材料を除去することにより、可動部４の外側面およびトーションバー３の上面部分に第１層目となるコイル配線１３を形成する。

次に、第１層目のコイル配線１３の表面に絶縁性材料を被膜した後、導電性材料を被膜し、パターニングすることにより、図６に示すように、第１層目のコイル配線１３の端部に対応する部分にスルーホール導電部１４を形成する。続いて、同様に絶縁性材料を被膜した後に導電性材料を被膜してパターニングすることより、図７に示すように、第２層目となるコイル配線１３を形成する。

このように、図８に示すように、スルーホール導電部１４を形成するとともに、図９に示すように、第３層目となるコイル配線１３および端子部１５を形成することにより、３ターン分のコイル配線１３が形成されるものである。なお、コイル配線１３は、前記方法により任意のターン数に形成することができる。

その後、図１０に示すように、第２のウェハ１２の裏面側をパターニングしてエッチングすることにより、固定部２以外の部位を除去する。続いて、図１１に示すように、第１のウェハ１０と第２のウェハ１２の間にある酸化膜１１をエッチングし、固定部２以外の部分を除去することにより、プレーナ型アクチュエータが形成される。

次に、本実施形態の作用について説明する。

このプレーナ型アクチュエータ１の駆動原理は、例えば、特許第２７２２３１４号公報等で詳述されているので、以下、光スキャナの場合を例として簡単に説明する。

可動部４の駆動コイル６に電流を流すと磁界が発生し、この磁界と静磁界発生手段による静磁界との相互作用によりローレンツ力が発生し、トーションバー３の軸方向と平行な可動部４の対辺部分に互いに逆方向の回転力が発生し、この回転力とトーションバー３の復元力とが釣合う位置まで可動部４が回動される。

そして、駆動コイル６に直流電流を流すことにより、駆動電流量に応じた回動位置で可動部４を停止させることで、反射ミラーにより光ビームを所望の方向に偏向することが可能となる。

一方、駆動コイル６に交流電流を流すことにより、可動部４が揺動し、反射ミラーにより光ビームを偏向走査できる。可動部４を回動させるための回転力は、駆動コイル６に流す駆動電流値に比例するので、駆動コイル６に供給する駆動電流値を制御することで、可動部４の振れ角（光ビームの偏向角度）を制御することができる。なお、本実施形態においては、光スキャナの場合を例として作用を説明したが、本発明は光スキャナ以外にも適用できるものである。

以上述べたように、本実施形態においては、可動部４の外側面に駆動コイル６を形成するようにしているので、可動部４の表面および裏面に駆動コイル６を形成する必要がなく、その結果、可動部４のほぼ全域に亘ってミラーを設置することができ、ミラーを設置するスペースを大きく確保することができる。しかも、可動部４の表面および裏面に駆動コイル６の形成による膜応力が働かないので、可動部４の反りや変形を低減させることができ、さらに、少ない電流で充分な駆動力を確保することができる。

次に、本発明に係るプレーナ型アクチュエータの第２実施形態について説明する。本実施形態においては、図１２に示すように、可動部４の外側面、トーションバー３の側面および固定部２の内周面に、可動部４を駆動するための駆動コイル６を設けるようにしたものであり、その他の構成は、前記第１実施形態と同様である。

次に、本発明のプレーナ型アクチュエータの製造方法について説明する。

まず、図１３に示すように、単結晶シリコンからなる第１のウェハ１０の裏面に、酸化膜１１を介して第２のウェハ１２を貼り合わせた状態で、第１のウェハ１０の表面をパターニングして、固定部２、可動部４およびトーションバー３以外の部位を除去する。

次に、図１４に示すように、可動部４の外周部およびトーションバー３の上面部分に導電材料からなるコイル配線１３を形成する。

以下、コイル配線１３の形成方法についてさらに詳細に説明する。なお、以下の説明おいては、便宜上、固定部２および可動部４の上半分のみを図示して説明する。

図１５に示すように、まず、第１のウェハ１０の表面に導電性材料を被膜し、パターニングした後、エッチングにより余分な部位の導電性材料を除去することにより、可動部４の側面、トーションバー３の側面および固定部２の内側面部分に第１層目となるコイル配線１３を形成する。

次に、第１層目のコイル配線１３の表面に絶縁性材料を被膜した後、導電性材料を被膜し、パターニングすることにより、図１６に示すように、第１層目のコイル配線１３の端部に対応する部分にスルーホール導電部１４を形成する。続いて、同様に絶縁性材料を被膜した後に導電性材料を被膜してパターニングすることより、図１７に示すように、第２層目となるコイル配線１３を形成する。

そして、図１８に示すように、スルーホール導電部１４を形成するとともに、図１９に示すように、第３層目となるコイル配線１３を形成する。さらに、図２０に示すように、スルーホール導電部１４を形成した後、図２１に示すように、固定部２に端子部１５を形成することにより、３ターン分のコイル配線１３が形成されるものである。

その後、図２２に示すように、第２のウェハ１２の裏面側をパターニングしてエッチングすることにより、固定部２以外の部位を除去する。続いて、図２３に示すように、第１のウェハ１０と第２のウェハ１２の間にある酸化膜１１をエッチングし、固定部２以外の部分を除去することにより、プレーナ型アクチュエータが形成される。

以上述べたように、本実施形態においても前記第１実施形態と同様に、可動部４の外側面に駆動コイル６を形成するようにしているので、可動部４のほぼ全域に亘ってミラーを設置することができ、ミラーを設置するスペースを大きく確保することができる。しかも、可動部４の反りや変形を低減させることができ、さらに、少ない電流で充分な駆動力を確保することができる。

なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能である。

１ プレーナ型アクチュエータ
２ 固定部
３ トーションバー
４ 可動部
５ 段部
６ 駆動コイル
１０ 第１のウェハ
１１ 酸化膜
１２ 第２のウェハ
１３ コイル配線
１４ スルーホール導電部
１５ 端子部

Claims (6)

1. 枠状の固定部と、
   前記固定部の内側に、トーションバーを介して可動自在に支持される平板状の可動部と、
   少なくとも一部が前記可動部の外側面に形成され前記可動部を駆動するための駆動コイルと、を備え、
   前記駆動コイルは、パターニングされた導電性材料層と絶縁性材料層とを交互に積層したものである、プレーナ型アクチュエータ。
2. 前記外側面は、前記可動部の表面又は裏面に対して直交することを特徴とする請求項１に記載のプレーナ型アクチュエータ。
3. 前記トーションバーを前記可動部の高さ寸法に対して小さい高さ寸法を有するように形成し、前記可動部の外側に前記トーションバーと同様の高さ寸法を有する段部を形成し、
   前記駆動コイルは、前記可動部の外側面と、前記トーションバーのうち前記可動部の表面に平行な上面とに形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプレーナ型アクチュエータ。
4. 前記駆動コイルは、前記可動部の外側面と、前記トーションバーのうち前記可動部の外側面に平行な側面と、前記固定部のうち前記可動部の外側面に対向する内側面とに形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプレーナ型アクチュエータ。
5. 枠状の固定部の内側に、トーションバーを介して回動自在に支持され駆動コイルにより駆動される平板状の可動部からなるアクチュエータを製造するためのプレーナ型アクチュエータの製造方法において、
   シリコンからなる第１のウェハの表面側からエッチングして、前記固定部、前記トーションバーおよび前記可動部以外の部位を除去するとともに、前記トーションバーに対応する部位を前記可動部に対してわずかに高さ寸法が小さくなるように除去する工程と、
   前記可動部の外側面と、トーションバーの前記可動部の表面に平行な上面とに前記駆動コイルを構成するコイル配線を形成する工程と、
   を備えていることを特徴とするプレーナ型アクチュエータの製造方法。
6. 枠状の固定部の内側に、トーションバーを介して回動自在に支持され駆動コイルにより駆動される平板状の可動部からなるアクチュエータを製造するためのプレーナ型アクチュエータの製造方法において、
   シリコンからなる第１のウェハの表面側からエッチングして、前記固定部、前記トーションバーおよび前記可動部以外の部位を除去する工程と、
   前記可動部の外側面と、前記トーションバーのうち前記可動部の外側面に平行な側面と、前記固定部のうち前記可動部の外側面に対向する内側面とに前記駆動コイルを構成するコイル配線を形成する工程と、
   を備えていることを特徴とするプレーナ型アクチュエータの製造方法。

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