JP2017053920A - Electrostatic comb actuator and variable shape mirror - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a structure that can suppress pull-in of an elastic part even when a drive voltage is increased in order to increase a movable amount, in an actuator including a comb electrode or a variable shape mirror using the same.SOLUTION: An electrostatic comb actuator has a support part 105, a plurality of stationary comb electrodes 108 extending from the support part, a movable part 103, an elastic part 104 connecting the support part and the movable part, and a plurality of movable comb electrodes 106 extending from the movable part in substantially parallel to the stationary comb electrodes, and arranged alternately with the stationary comb electrodes. The movable part is driven by an electrostatic force which acts between the stationary comb electrodes and the movable comb electrodes. The same voltage as for the movable comb electrodes is applied to the elastic part when the movable part is driven. Between the elastic part and a portion closest to the elastic part in a direction perpendicular to a direction in which the elastic part extends as viewed from a moving direction of the movable part, out of portions having the same potential as the support part when the movable part is driven, a structure 140 is arranged where the same voltage as for the elastic part is applied.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、静電櫛歯アクチュエータ、該アクチュエータを用いた可変形状ミラー、該ミラーを用いた補償光学システムなどの装置、その製造方法等に関するものである。   The present invention relates to an electrostatic comb actuator, a deformable mirror using the actuator, an apparatus such as an adaptive optics system using the mirror, a manufacturing method thereof, and the like.

静電引力によって変位させるタイプの可動ミラーないし可変形状ミラーは、光を利用した様々な分野への応用が期待されている。例えば、眼底検査装置、天体望遠鏡などの補償光学用波面補正デバイスとして利用することができる。このような静電引力で反射面を変位させる可動ミラーの典型例として、２枚の平行平板電極を使って可動にする手法が挙げられるが、この平行平板型の欠点として可動量が小さいことが挙げられる。   A movable mirror or a deformable mirror of a type that is displaced by electrostatic attraction is expected to be applied to various fields using light. For example, it can be used as a wavefront correction device for adaptive optics such as a fundus inspection apparatus and an astronomical telescope. A typical example of such a movable mirror that displaces the reflecting surface by electrostatic attraction is a method of making it movable using two parallel plate electrodes, but the disadvantage of this parallel plate type is that the movable amount is small. Can be mentioned.

それに対して、より大きな可動量を得ることが出来る櫛歯電極を用いた可変形状ミラーが提案されている。その一例が特許文献１に開示されている。図１０に示すように、この可変形状ミラーでは、可動側の櫛歯電極５２０を支持する支持部５３０と、固定側の櫛歯電極５１０を支持する支持部５７０が、図１０紙面上では垂直方向上下に位置している。可動櫛歯電極と固定櫛歯電極は、互いに対向し、かつ間隔を隔てて交互になるように配置されている。これにより、上記平行平板型よりも大きな電極重なり面積が生じるため、櫛歯電極間で発生する静電引力が大きくなり、可動量を大きくすることが出来る。しかし、この様な櫛歯電極構造のデバイスを駆動する場合には、構造の僅かな偏りで静電気力の不均衡が発生することにより、可動櫛歯電極と固定櫛歯電極または櫛歯電極と支持構造とのプルイン（引き込み）現象が引き起こされ、駆動が阻害されることがある。その対策として、特許文献２に開示の図１１に示す構造のように、可動部６０２に対する複数の弾性部６０５による二次元的な支持構造によって、可動櫛歯電極６０３と固定櫛歯電極６０４による更に大きな可動量が得られる構造が提案されている。   On the other hand, a deformable mirror using a comb electrode that can obtain a larger movable amount has been proposed. An example thereof is disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. 10, in this deformable mirror, the support portion 530 that supports the movable comb electrode 520 and the support portion 570 that supports the fixed comb electrode 510 are perpendicular to each other in FIG. Located up and down. The movable comb electrode and the fixed comb electrode are arranged so as to face each other and be alternately spaced from each other. Thereby, since an electrode overlapping area larger than that of the parallel plate type is generated, the electrostatic attractive force generated between the comb electrodes is increased, and the movable amount can be increased. However, when driving a device with such a comb-tooth electrode structure, an electrostatic force imbalance occurs due to a slight bias in the structure, so that a movable comb electrode and a fixed comb-tooth electrode or a comb-tooth electrode are supported. A pull-in phenomenon may be caused with the structure, and driving may be hindered. As a countermeasure, a movable comb electrode 603 and a fixed comb electrode 604 further provide a two-dimensional support structure with a plurality of elastic portions 605 with respect to the movable portion 602 as in the structure shown in FIG. A structure capable of obtaining a large movable amount has been proposed.

米国特許第６３８４９５２号US Pat. No. 6,384,952 特開２０１４−９５７５８号公報JP 2014-95758 A

特許文献２によるアクチュエータ構造においては、櫛歯電極と他の構造体とのプルインの問題を解決している。しかし、可動部への電圧印加手段を、弾性部を経由する構造として、大きな可動量を得るために駆動電圧を大きくするときに発生し得るプルインの課題についての言及はない。本発明はこのような課題に鑑みてなされたものである。その目的は、櫛歯電極を含むアクチュエータ、それを用いる可変形状ミラーなどにおいて、可動量を大きくするために駆動電圧を大きくするときにも弾性部のプルインの発生を抑えることができる技術を提供することである。   In the actuator structure according to Patent Document 2, the problem of pull-in between the comb electrode and another structure is solved. However, there is no mention of a pull-in problem that may occur when the drive voltage is increased in order to obtain a large movable amount by using a structure for applying a voltage to the movable part via the elastic part. The present invention has been made in view of such problems. The purpose of the present invention is to provide a technology capable of suppressing the occurrence of pull-in of an elastic portion even when the drive voltage is increased in order to increase the amount of movement in an actuator including a comb electrode, a deformable mirror using the same, and the like. That is.

上記課題に鑑み、本発明の静電櫛歯アクチュエータは以下の構成を有する。支持部と、前記支持部に設けられ、前記支持部から延出する複数の固定櫛歯電極と、可動部と、前記支持部と前記可動部とを繋ぐ弾性部と、前記可動部に設けられ、前記可動部から前記固定櫛歯電極と略平行に延出し、かつ前記固定櫛歯電極と間隔を隔てて交互に配置された複数の可動櫛歯電極と、を有する。前記可動部は、前記複数の固定櫛歯電極と前記複数の可動櫛歯電極との間に働く静電気力によって駆動され、前記弾性部は、前記可動部の駆動時において前記複数の可動櫛歯電極と同じ電圧が印加される。そして、前記可動部の駆動時に前記支持部と同電位となる部分のうち、前記可動部の可動方向から見たときに前記弾性部の延びる方向に垂直な方向において前記弾性部と間隔を隔てた最も近い部分と、前記弾性部と、の間に、前記弾性部と同じ電圧が印加される構造部が配置されている。   In view of the above problems, the electrostatic comb actuator of the present invention has the following configuration. A support unit, a plurality of fixed comb electrodes provided on the support unit and extending from the support unit, a movable unit, an elastic unit connecting the support unit and the movable unit, and the movable unit. A plurality of movable comb electrodes extending from the movable portion substantially in parallel with the fixed comb electrodes and arranged alternately with the fixed comb electrodes at an interval. The movable portion is driven by electrostatic force acting between the plurality of fixed comb electrodes and the plurality of movable comb electrodes, and the elastic portion is configured to move the plurality of movable comb electrodes when the movable portion is driven. The same voltage is applied. And among the portions having the same potential as the support portion when the movable portion is driven, the elastic portion is separated from the elastic portion in a direction perpendicular to the extending direction of the elastic portion when viewed from the movable direction of the movable portion. A structural part to which the same voltage as that of the elastic part is applied is arranged between the closest part and the elastic part.

本発明によれば、櫛歯電極構造のアクチュエータ、それを用いる可変形状ミラー等において、高い駆動電圧で駆動したときにおいても、可動部に接続される弾性部のプルインの発生を抑制することができる。   According to the present invention, in an actuator having a comb electrode structure, a deformable mirror using the same, and the like, even when driven by a high drive voltage, it is possible to suppress the occurrence of pull-in of the elastic part connected to the movable part. .

本発明の実施形態１のアクチュエータないし可変形状ミラーを示す下面図。The bottom view which shows the actuator thru | or variable shape mirror of Embodiment 1 of this invention. 実施形態１の可変形状ミラーの作製方法を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the deformable mirror of Embodiment 1. FIG. 実施形態１の可変形状ミラーの作製方法を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the deformable mirror of Embodiment 1. FIG. 比較例の可変形状ミラーを示す下面図。The bottom view which shows the deformable mirror of a comparative example. 比較例の可変形状ミラーの駆動動作の前後を説明する断面図。Sectional drawing explaining before and after the drive operation of the deformable mirror of a comparative example. 本発明の実施形態１の可変形状ミラーの駆動動作の前後を説明する断面図。Sectional drawing explaining before and after the drive operation of the deformable mirror of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態２のアクチュエータないし可変形状ミラーを示す下面図。The bottom view which shows the actuator thru | or the variable shape mirror of Embodiment 2 of this invention. 関係式１の説明のための下面図。4 is a bottom view for explaining the relational expression 1. FIG. 本発明の実施形態３のアクチュエータないし可変形状ミラーを示す図。The figure which shows the actuator thru | or variable shape mirror of Embodiment 3 of this invention. 本発明に係る光学補償システムとそれを用いた眼科装置の一例の概要図。1 is a schematic diagram of an example of an optical compensation system according to the present invention and an ophthalmologic apparatus using the optical compensation system. 一従来例を示す断面図。Sectional drawing which shows one prior art example. 他の従来例を示す斜視図。The perspective view which shows another prior art example.

本発明は、櫛歯電極を含むアクチュエータやそれを用いる可変形状ミラーなどにおいて、可動量を大きくするために駆動電圧を大きくするときにも弾性部のプルインが抑制できる構造を提供する。その為に、可動部の駆動時に支持部と同電位となる部分のうち、可動部の可動方向から見たときに弾性部の延びる方向に垂直な方向において弾性部と間隔を隔てた最も近い部分と、弾性部と、の間に、弾性部と同じ電圧が印加される構造部を配置する。本明細書では、このような最も近い部分を支持部側壁、固定櫛歯電極側壁などとも称する。また、その支持部側壁もしくは固定櫛歯電極側壁と弾性部との間に形成され、弾性部と同じ電圧が印加される構造部ないし部材を弾性部保護構造部とも称する。本発明は、例えば、静電櫛歯アクチュエータを用いた可変形状ミラーの大変位化と高解像度化を意図しており、次の観点から構造を構築している。すなわち、駆動電圧の高電圧化、構造の密集化（アクチュエータ素子の高密度化）と支持部の強度の保持、等を意図した構造としている。出来れば、弾性部保護構造部からの駆動力の確保を意図した構造としてもよい（後述の図８の例を参照）。これら駆動力確保と構造強度の保持を両立させ、さらに、要求に応じた可変形状ミラーの残収差低減のために必要な構造であれば、どの様な手段でも採用することができる。   The present invention provides a structure that can suppress pull-in of an elastic portion even when a drive voltage is increased in order to increase a movable amount in an actuator including a comb electrode or a deformable mirror using the same. Therefore, of the portions that have the same potential as the support portion when the movable portion is driven, the closest portion that is spaced apart from the elastic portion in the direction perpendicular to the extending direction of the elastic portion when viewed from the movable direction of the movable portion And a structure part to which the same voltage as the elastic part is applied is disposed between the elastic part and the elastic part. In the present specification, such a closest portion is also referred to as a support side wall, a fixed comb electrode side wall, or the like. In addition, a structural part or member that is formed between the supporting part side wall or the fixed comb electrode side wall and the elastic part and to which the same voltage as the elastic part is applied is also referred to as an elastic part protection structural part. The present invention is intended to increase the displacement and resolution of a deformable mirror using an electrostatic comb actuator, for example, and has a structure constructed from the following viewpoints. In other words, the structure is intended to increase the drive voltage, to close the structure (to increase the density of the actuator elements) and to maintain the strength of the support portion. If possible, it may be a structure intended to ensure the driving force from the elastic part protection structure (see the example of FIG. 8 described later). Any means can be adopted as long as the structure is necessary for ensuring the driving force and maintaining the structural strength and further reducing the residual aberration of the deformable mirror according to the requirements.

一方、静電櫛歯アクチュエータの変位量を、より大きくするための以下のようなデバイス構造においては、特に上記課題が生じる。このデバイス構造は、ハンドル層とボックス層と活性層とを含むＳＯＩ基板を用いて作製され得る。こうした構造は、アクチュエータ基板において、大きな変位量を得るために大きな力がかかる脆弱箇所であるハンドル層に形成した電極分離溝を、活性層に形成する構造である。これにより、活性層を配線として利用して可動櫛歯電極に個別電圧を印加する構造となり、駆動電圧は弾性部を経由して可動部及び可動櫛歯電極へ印加される。また、可動部への電圧印加による駆動の際には、弾性部がアクチュエータ基板のハンドル層に囲まれた領域、言い換えると支持部側壁などに囲まれた空間領域内において移動する構造となる。こうした点に鑑みて、弾性部付近の電位差の勾配を緩やかにして弾性部に対して働く静電引力を充分に減らす。このために、アクチュエータの可動部の可動方向から見て、弾性部と支持部側壁などとの間の弾性部から離間した直近に、弾性部と同電位の弾性部保護構造部を設置する。ここにおいて、弾性部の縁及び直近部分である支持部側壁などの縁は、典型的には略平行であるが、必ずしも平行である必要はなく非平行であってもよい。この弾性部保護構造部にも支持部側壁などから静電気力が働き、プルインされる可能性があるが、以下の形成条件を満たす形状の構造部とすることで防ぐことができる。この構造部の形成条件は、構造部の厚さｔ、長さ：ｌ、ヤング率：Ｅ、ギャップの誘電率：ε、ギャップ間隔：ｇ、駆動電圧：Ｖ、とするとき、次の関係式（１）を満たす。これの詳細については後述する。
Ｖ^２≦（１６Ｅｇ^３ｔ^３）／（８１εｌ^４） （関係式１） On the other hand, in the following device structure for further increasing the displacement amount of the electrostatic comb actuator, the above-described problem occurs. The device structure can be fabricated using an SOI substrate that includes a handle layer, a box layer, and an active layer. Such a structure is a structure in which an electrode separation groove formed in the handle layer, which is a fragile portion where a large force is applied to obtain a large amount of displacement, is formed in the active layer in the actuator substrate. Thereby, it becomes a structure which applies an individual voltage to a movable comb-tooth electrode using an active layer as wiring, and a drive voltage is applied to a movable part and a movable comb-tooth electrode via an elastic part. Further, when driving by applying a voltage to the movable portion, the elastic portion moves in a region surrounded by the handle layer of the actuator substrate, in other words, in a space region surrounded by the support portion side wall and the like. In view of these points, the gradient of the potential difference in the vicinity of the elastic portion is moderated to sufficiently reduce the electrostatic attractive force acting on the elastic portion. For this purpose, the elastic portion protection structure portion having the same potential as that of the elastic portion is installed in the immediate vicinity of the elastic portion between the elastic portion and the support portion side wall as viewed from the moving direction of the movable portion of the actuator. Here, the edge of the elastic part and the edge such as the support part side wall which is the nearest part are typically substantially parallel, but they are not necessarily parallel and may be non-parallel. There is a possibility that an electrostatic force acts on the elastic portion protection structure portion from the side wall of the support portion and the like, and there is a possibility that the elastic portion protection structure portion will be pulled in. The formation conditions of this structure part are as follows, where the thickness t of the structure part, length: l, Young's modulus: E, gap dielectric constant: ε, gap interval: g, drive voltage: V Satisfy (1). Details of this will be described later.
V ² ≦ (16Eg ³ t ³ ) / (81εl ⁴ ) (Relational expression 1)

以下、実施形態ないし実施例で、より具体的な構造を説明する。勿論、本発明はこれらに限られるものではない。発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々に変形や変更が施されても良い。   Hereinafter, a more specific structure will be described with reference to embodiments or examples. Of course, the present invention is not limited to these. Various modifications and changes may be made without departing from the scope of the invention.

（実施形態１）
図１、図２−１、図２−２により、本発明に係る実施形態１の可変形状ミラー１００について説明する。図１は本実施形態の可変形状ミラー１００の下面図であり、図２−１と図２−２は本実施形態の可変形状ミラーの作製方法を説明するための図１におけるＡ−Ａ’断面図である。アクチュエータ１０１は第一の基板１０２を加工して形成される。可動部１０３は２本以上の弾性部１０４により支持部１０５に可動に支持される。弾性部１０４は、可動部１０３と、固定櫛歯電極１０８に電気的に繋がる支持部１０５の部分から電極分離溝１２７により絶縁された支持部１０５の部分１２４と、の間で伸長している。ここでは、弾性部１０４は、可動部１０３を挟んで互いに略平行に伸長した一対の２つの部分の組で構成されているが、一対の１以上の部分の組で構成することができる。可動櫛歯電極１０６は、それぞれ、可動部１０３から第一の基板１０２面に水平な方向に延出する。支持部１０５に固定された固定櫛歯電極１０８は、支持部１０５の上面に平行な方向に延出する。可動櫛歯電極１０６と固定櫛歯電極１０８は互いに向き合うように配置され、且つそれぞれの櫛歯が等間隔１２３で交互に並ぶように配置されて、アクチュエータの櫛歯電極対を構成している。可動部１０３は、可動櫛歯電極１０６と固定櫛歯電極１０８が交互に配置された方向に対して略垂直な方向に動く。この可動部１０３が動く方向を可動方向という。 (Embodiment 1)
The deformable mirror 100 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2-1, and 2-2. FIG. 1 is a bottom view of a deformable mirror 100 according to the present embodiment, and FIGS. 2-1 and 2-2 are cross-sectional views taken along line AA ′ in FIG. 1 for explaining a method for manufacturing the deformable mirror according to the present embodiment. FIG. The actuator 101 is formed by processing the first substrate 102. The movable part 103 is movably supported by the support part 105 by two or more elastic parts 104. The elastic portion 104 extends between the movable portion 103 and a portion 124 of the support portion 105 insulated from the portion of the support portion 105 that is electrically connected to the fixed comb electrode 108 by the electrode separation groove 127. Here, the elastic portion 104 is composed of a pair of two portions extending substantially parallel to each other with the movable portion 103 interposed therebetween, but can be composed of a pair of one or more portions. Each of the movable comb electrodes 106 extends in a horizontal direction from the movable portion 103 to the surface of the first substrate 102. The fixed comb electrode 108 fixed to the support portion 105 extends in a direction parallel to the upper surface of the support portion 105. The movable comb electrode 106 and the fixed comb electrode 108 are arranged so as to face each other, and the comb teeth are alternately arranged at equal intervals 123 to constitute a comb electrode pair of the actuator. The movable part 103 moves in a direction substantially perpendicular to the direction in which the movable comb electrodes 106 and the fixed comb electrodes 108 are alternately arranged. The direction in which the movable portion 103 moves is referred to as a movable direction.

また、可動部１０３の可動方向から見たときに、弾性部１０４と支持部１０５との間の双方から垂直な方向に離間した位置に櫛歯電極に類似した形状の弾性部保護構造部１４０が可動部１０３から延出している。本実施形態では、可動部１０３と支持部１０５とを結ぶ略平行な２本の弾性部１０４の間に、電極分離溝で囲まれて支持部１０５と同電位となる部分から延出する弾性部開口仕切り１４１が形成されている。そして、仕切り１４１の両側に弾性部１０４が形成されていて、仕切り１４１と弾性部１０４との間にも弾性部保護構造部１４０が可動部１０３から延出している。可動部１０３は金バンプ１２６により、反射部１０９と接合されており、可動部が移動したときにミラーが変形する構成である（後述の図２−２を参照）。図１において反射部１０９が不図示となっているが、図１におけるアクチュエータ１０１の裏側に存在しているため、見えない位置にあるので省いている。   In addition, when viewed from the movable direction of the movable portion 103, the elastic portion protection structure portion 140 having a shape similar to a comb-tooth electrode is located at a position separated from both the elastic portion 104 and the support portion 105 in the vertical direction. It extends from the movable part 103. In the present embodiment, an elastic portion that extends from a portion that is surrounded by an electrode separation groove and has the same potential as the support portion 105 between two substantially parallel elastic portions 104 that connect the movable portion 103 and the support portion 105. An opening partition 141 is formed. The elastic part 104 is formed on both sides of the partition 141, and the elastic part protection structure part 140 extends from the movable part 103 between the partition 141 and the elastic part 104. The movable portion 103 is joined to the reflecting portion 109 by a gold bump 126, and the mirror is deformed when the movable portion moves (see FIG. 2-2 described later). Although the reflection part 109 is not shown in FIG. 1, it is omitted because it is invisible because it exists behind the actuator 101 in FIG.

なお、図１には単体のアクチュエータが図示されているが、これは、可変形状ミラー１００が１つのアクチュエータからなるものであることに限定する趣旨ではない。アクチュエータ１０１の構造をより分かり易く説明するためのものである。実際には、複数個からなっていてもかまわない。本実施形態の可変形状ミラー１００は、図１に図示のアクチュエータ１０１を、第一の基板１０２上に、１０ｍｍ直径の円に入るように６１個を六方配列して構成されている。可変形状ミラーは、例えば、一方の面に反射面を有し、該反射面とは反対側の面で静電櫛歯アクチュエータの前記可動部と接続されているメンブレンミラー部と、静電櫛歯アクチュエータの前記支持部と接続されたミラー周辺支持部とから構成される。ミラー周辺支持部は、メンブレンミラー部を周辺で支持する。   Although a single actuator is shown in FIG. 1, this is not intended to limit the deformable mirror 100 to one actuator. This is to explain the structure of the actuator 101 more easily. Actually, it may be composed of a plurality of pieces. The deformable mirror 100 of the present embodiment is configured by arranging 61 actuators 101 illustrated in FIG. 1 in six directions on a first substrate 102 so as to enter a 10 mm diameter circle. For example, the deformable mirror has a reflective surface on one surface, a membrane mirror portion connected to the movable portion of the electrostatic comb actuator on a surface opposite to the reflective surface, and an electrostatic comb tooth It is comprised from the mirror periphery support part connected with the said support part of an actuator. The mirror peripheral support part supports the membrane mirror part in the periphery.

次に可変形状ミラーの作製方法について、説明する。初めに、図２−１（ａ）に示すように、第一の基板１０２を用意する（Ｓ１０１）。第一の基板１０２は、ハンドル層（Ｓｉ）１１０、ボックス層（ＳｉＯ_２）１１１、活性層（Ｓｉ）１１２、ハンドル層側の面上に形成された絶縁層１１３で構成されたＳＯＩ基板である。 Next, a method for manufacturing the deformable mirror will be described. First, as shown in FIG. 2A, the first substrate 102 is prepared (S101). The first substrate 102 is an SOI substrate including a handle layer (Si) 110, a box layer (SiO ₂ ) 111, an active layer (Si) 112, and an insulating layer 113 formed on the surface on the handle layer side. .

次に、図２−１（ｂ）に示すように、第一の基板１０２の裏面に、絶縁層１１３ａの櫛歯電極形成領域、及び配線部、コンタクト用電極穴部のパターンを形成するエッチングを行なう（Ｓ１０２）。熱酸化によって酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を絶縁層１１３ａとして形成し、その後に基板１０２の裏面にレジストパターン（不図示）を形成する。そのレジストパターン（不図示）をマスクにして、絶縁層１１３ａをエッチングする。 Next, as shown in FIG. 2-1 (b), etching is performed on the back surface of the first substrate 102 to form a pattern of the comb-tooth electrode formation region, the wiring portion, and the contact electrode hole portion of the insulating layer 113a. Perform (S102). Silicon oxide (SiO ₂ ) is formed as the insulating layer 113 a by thermal oxidation, and then a resist pattern (not shown) is formed on the back surface of the substrate 102. The insulating layer 113a is etched using the resist pattern (not shown) as a mask.

次に、図２−１（ｃ）に示すように、第一の基板１０２の両面に等方的に窒化シリコン層１３０を形成する。基板１０２の裏面に配線部分離のためのレジストパターン（不図示）を形成し、それをマスクにして、活性層（Ｓｉ）１１２をエッチングして、電極分離溝１２７を形成する。その後に、ＣＶＤにより、等方的に窒化シリコン層１３０を形成する。   Next, as shown in FIG. 2C, silicon nitride layers 130 are isotropically formed on both surfaces of the first substrate 102. A resist pattern (not shown) for wiring part separation is formed on the back surface of the substrate 102, and the active layer (Si) 112 is etched using the resist pattern (not shown) as a mask to form an electrode separation groove 127. Thereafter, an isotropic silicon nitride layer 130 is formed by CVD.

次に、図２−１（ｄ）に示すように、第一の基板１０２の裏面に、窒化シリコン層１３０及びボックス層１１１の可動櫛歯電極保護、及び配線部、コンタクト用電極穴部、弾性部１０４のパターンを形成するエッチングを行なう（Ｓ１０３）。この工程では、第一の基板１０２の裏面にレジストパターン（不図示）を形成する。そのレジストパターン（不図示）をマスクにして、窒化シリコン層１３０をエッチングし、さらにボックス層１１１をエッチングする。   Next, as shown in FIG. 2D, on the back surface of the first substrate 102, the movable comb electrode protection of the silicon nitride layer 130 and the box layer 111, the wiring portion, the contact electrode hole portion, the elasticity Etching for forming the pattern of the portion 104 is performed (S103). In this step, a resist pattern (not shown) is formed on the back surface of the first substrate 102. Using the resist pattern (not shown) as a mask, the silicon nitride layer 130 is etched, and the box layer 111 is further etched.

次に、図２−１（ｅ）に示すように、第一の基板１０２の表面に、窒化シリコン層１３０及び絶縁層１１３ｂの固定櫛歯電極保護のパターンのエッチングを行ない、シリコン深掘りエッチングのためのマスクパターン形成を行なう（Ｓ１０４）。さらに、図２−１（ｆ）に示すように、電極材料となるクロム（Ｃｒ）及び金（Ａｕ）を積層成膜した後、レジストパターン（不図示）を形成する。そのレジストパターン（不図示）をマスクにして、金（Ａｕ）及びクロム（Ｃｒ）をエッチングする。これにより、バンプ接合用のパッド１１５及び電極が形成される（Ｓ１０５）。形成された電極は、それぞれ可動櫛歯電極用のコンタクト用電極１１４ａ、可動部用のコンタクト用電極１１４ｂ、及び支持部共通の電極パッド部１１４ｃとなる。   Next, as shown in FIG. 2-1 (e), the silicon nitride layer 130 and the insulating comb 113b protection pattern of the silicon nitride layer 130 and the insulating layer 113b are etched on the surface of the first substrate 102, and the silicon deep etching etching is performed. For this purpose, a mask pattern is formed (S104). Further, as shown in FIG. 2-1 (f), after chromium (Cr) and gold (Au) as electrode materials are laminated and formed, a resist pattern (not shown) is formed. Gold (Au) and chromium (Cr) are etched using the resist pattern (not shown) as a mask. As a result, a pad 115 and electrodes for bump bonding are formed (S105). The formed electrodes are a contact electrode 114a for a movable comb electrode, a contact electrode 114b for a movable part, and an electrode pad part 114c common to the support part.

次に、図２−１（ｇ）に示すように、第一の基板１０２の表面において、絶縁層１１３の固定櫛歯電極、弾性部開口１２２、弾性部保護構造部１４０のレジストパターン１１６の形成と絶縁層１１３のエッチングを行なう。そして、シリコン深掘りエッチングのためのマスクパターン形成を行なう（Ｓ１０６）。   Next, as shown in FIG. 2-1 (g), on the surface of the first substrate 102, the fixed comb electrode of the insulating layer 113, the elastic portion opening 122, and the resist pattern 116 of the elastic portion protection structure portion 140 are formed. Then, the insulating layer 113 is etched. Then, a mask pattern for deep silicon etching is formed (S106).

次に、図２−２（ｈ）に示すように、第一の基板１０２表面から可動櫛歯電極１０６、固定櫛歯電極１０８、弾性部開口１２２、弾性部保護構造部１４０を形成する（Ｓ１０７）。レジストパターン１１６、及び絶縁層１１３ｂをマスクにして、ハンドル層１１０（Ｓｉ）をシリコン深掘りエッチングにより形成する工程である。ハンドル層（Ｓｉ）１１０をエッチングして、所望の櫛歯形状を形成するためには、側壁保護のためのパッシベーション工程と等方的なエッチング工程とを細かく繰り返してシリコンエッチングを行なうボッシュプロセスを用いる。これにより、垂直性及びアスペクト比が高い形状のシリコンエッチング加工が可能である。   Next, as shown in FIG. 2H, the movable comb electrode 106, the fixed comb electrode 108, the elastic portion opening 122, and the elastic portion protection structure portion 140 are formed from the surface of the first substrate 102 (S107). ). In this step, the handle layer 110 (Si) is formed by deep silicon etching using the resist pattern 116 and the insulating layer 113b as a mask. In order to etch the handle layer (Si) 110 to form a desired comb-teeth shape, a Bosch process in which silicon etching is performed by finely repeating a passivation process for protecting the sidewall and an isotropic etching process is used. . Thereby, a silicon etching process having a shape with high verticality and high aspect ratio is possible.

次に、図２−２（ｉ）に示すように、表面側と裏面側から両面からの櫛歯の段差を形成する（Ｓ１０８）。可動櫛歯電極１０６側の段差を形成するために、表面のレジストパターン１１６をアッシングにて除去した後に、表面の絶縁層（ＳｉＯ_２）１１３ｂをマスクに、可動櫛歯電極１０６のシリコン（Ｓｉ）をエッチングする。また、固定櫛歯電極１０８の段差を形成するために、裏面のレジストパターン（不図示）を剥離した後に、Ｓ１０３で形成したボックス層と窒化シリコンのマスクパターンを用いて固定櫛歯電極１０８のシリコン（Ｓｉ）を、エッチングする。 Next, as shown in FIG. 2-2 (i), comb-shaped steps from both sides are formed from the front side and the back side (S108). In order to form a step on the movable comb electrode 106 side, the resist pattern 116 on the surface is removed by ashing, and then silicon (Si) of the movable comb electrode 106 is used with the insulating layer (SiO ₂ ) 113b on the surface as a mask. Etch. Further, in order to form a step of the fixed comb electrode 108, after removing the resist pattern (not shown) on the back surface, the silicon of the fixed comb electrode 108 is formed using the box layer formed in S103 and the silicon nitride mask pattern. (Si) is etched.

次に、図２−２（ｊ）に示すように、ボックス層（ＳｉＯ_２）１１１をエッチングして、弾性部１０４、可動櫛歯電極１０６、固定櫛歯電極１０８をリリースする（Ｓ１０９）。ボックス層（ＳｉＯ_２）１１１のエッチングでは、０．５％フッ化水素酸（ＨＦ）によって、ボックス層（ＳｉＯ_２）１１１を選択的にウェットエッチングされる。ここにおいて、弾性部は、ＳＯＩ基板の活性層のシリコン層からなり、可動部と支持部は、それぞれ、ＳＯＩ基板のハンドル層とボックス層と活性層を含むことになる。後述の図５で示す様に、構造部は、少なくともハンドル層を含む。従って、支持部の剛性を向上させ、弾性部の剛性を低くすることができる。 Next, as shown in FIG. 2-2 (j), the box layer (SiO ₂ ) 111 is etched to release the elastic portion 104, the movable comb electrode 106, and the fixed comb electrode 108 (S109). In the etching of the box layer _(SiO 2) 111, the 0.5% hydrofluoric acid (HF), is selectively wet etching the box layer _(SiO 2) 111. Here, the elastic portion is made of a silicon layer as an active layer of the SOI substrate, and the movable portion and the support portion include a handle layer, a box layer, and an active layer of the SOI substrate, respectively. As shown in FIG. 5 described later, the structure portion includes at least a handle layer. Therefore, the rigidity of the support part can be improved and the rigidity of the elastic part can be lowered.

次に、図２−２（ｋ）に示すように、Ｓ１０９までで形成したアクチュエータ１０１と第二の基板１１７を接合する（Ｓ１１０）。第二の基板１１７は、ハンドル層（Ｓｉ）１１８、ボックス層（ＳｉＯ_２）１１９、活性層（Ｓｉ）１２０で構成されたＳＯＩ基板である。第二の基板１１７のハンドル層１１８表面に、熱酸化による酸化シリコンの絶縁層（不図示）を形成する。 Next, as shown in FIG. 2-2 (k), the actuator 101 and the second substrate 117 formed up to S109 are joined (S110). The second substrate 117 is an SOI substrate including a handle layer (Si) 118, a box layer (SiO ₂ ) 119, and an active layer (Si) 120. A silicon oxide insulating layer (not shown) is formed on the surface of the handle layer 118 of the second substrate 117 by thermal oxidation.

次に、レジストパターン（不図示）を形成し、ウェットエッチングすることにより、ハンドル層（Ｓｉ）１１８の表面に絶縁層のパターニング（不図示）を形成する。また、第二の基板１１７の活性層１２０表面に、金（Ａｕ）バンプを形成するパッド部１２１を形成するために、クロム（Ｃｒ）及び金（Ａｕ）を積層成膜した後、レジストパターン（不図示）を形成する。このレジストパターン（不図示）をマスクにして、金（Ａｕ）及びクロム（Ｃｒ）をエッチングする。さらに、パッド部１２１上に、金（Ａｕ）バンプ１２６を形成する。   Next, a resist pattern (not shown) is formed, and wet etching is performed to form an insulating layer pattern (not shown) on the surface of the handle layer (Si) 118. In addition, in order to form a pad portion 121 for forming a gold (Au) bump on the surface of the active layer 120 of the second substrate 117, a chromium (Cr) and gold (Au) layer is formed and then a resist pattern ( (Not shown). Using this resist pattern (not shown) as a mask, gold (Au) and chromium (Cr) are etched. Further, a gold (Au) bump 126 is formed on the pad portion 121.

次に、第一の基板１０２のパッド部１１５と第二の基板１１７の金（Ａｕ）バンプ１２６の正確な位置合わせを行い、バンプ接合する。また、接合の方法は、シリコン-シリコン（Ｓｉ-Ｓｉ）、酸化シリコン-酸化シリコン（ＳｉＯ_２-ＳｉＯ_２）、及びシリコン-酸化シリコン（Ｓｉ-ＳｉＯ_２）などのフュージョン接合や接着剤などによる接合でも可能である。 Next, accurate alignment of the pad portion 115 of the first substrate 102 and the gold (Au) bump 126 of the second substrate 117 is performed, and bump bonding is performed. As a bonding method, fusion bonding such as silicon-silicon (Si-Si), silicon oxide-silicon oxide (SiO ₂ -SiO ₂ ), and silicon-silicon oxide (Si-SiO ₂ ) or bonding with an adhesive or the like is used. But it is possible.

次に、図２−２（ｌ）に示すように、第二の基板１１７のハンドル層（Ｓｉ）１１８とボックス層（ＳｉＯ_２）１１９を選択的にエッチングする（Ｓ１１１）。ハンドル層（Ｓｉ）１１８を選択的にエッチングするためには、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液（ＴＭＡＨ）や、水酸化カリウム（ＫＯＨ）などの薬液であれば可能である。また、エッチング装置やサンプルに工夫を加えることにより、二フッ化キセノン（ＸｅＦ_２）による選択的エッチングも可能である。露出したボックス層（ＳｉＯ_２）１１９を選択的にウェットエッチングする。この工程により、活性層（Ｓｉ）１２０が露出される。 Next, as shown in FIG. 2-2 (l), the handle layer (Si) 118 and the box layer (SiO ₂ ) 119 of the second substrate 117 are selectively etched (S111). In order to selectively etch the handle layer (Si) 118, a chemical solution such as tetramethylammonium hydroxide aqueous solution (TMAH) or potassium hydroxide (KOH) can be used. In addition, selective etching with xenon difluoride (XeF ₂ ) is possible by modifying the etching apparatus and the sample. The exposed box layer (SiO ₂ ) 119 is selectively wet etched. By this step, the active layer (Si) 120 is exposed.

次に、図２−２（ｍ）に示すように、反射部の反射率を向上するために、活性層１２０表面に、チタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）をスパッタ成膜により積層成膜する。この工程により、活性層（Ｓｉ）１２０表面に形成された金（Ａｕ）／チタン（Ｔｉ）積層膜が反射部１０９となり、可変形状ミラー１００が形成される。なお、上記の方法は一例であり、製造方法を限定することを趣旨としたものではない。所望の形状を形成できる方法であれば、適用することが可能である。   Next, as shown in FIG. 2-2 (m), titanium (Ti) and gold (Au) are stacked on the surface of the active layer 120 by sputtering in order to improve the reflectance of the reflecting portion. . By this step, the gold (Au) / titanium (Ti) laminated film formed on the surface of the active layer (Si) 120 becomes the reflecting portion 109, and the deformable mirror 100 is formed. In addition, said method is an example and does not intend to limit a manufacturing method. Any method that can form a desired shape can be applied.

本実施形態の効果を説明する。本実施形態の可変形状ミラー１００及び比較例の可変形状ミラー２００における駆動前後の２つの異なる状態を用いて説明する。図３は弾性部保護構造部が無い比較例の可変形状ミラー２００の下面図である。図４は比較例の可変形状ミラー２００の図３のＣ−Ｃ’断面を表す図である。また、図５は本実施形態の可変形状ミラー１００の図１のＢ−Ｂ’断面を表す図である。   The effect of this embodiment will be described. Description will be made using two different states before and after driving in the deformable mirror 100 of the present embodiment and the deformable mirror 200 of the comparative example. FIG. 3 is a bottom view of a deformable mirror 200 of a comparative example having no elastic part protection structure. FIG. 4 is a view showing a C-C ′ cross section of FIG. 3 of the deformable mirror 200 of the comparative example. FIG. 5 is a view showing a B-B ′ section of FIG. 1 of the deformable mirror 100 of the present embodiment.

図４に示すように、比較例の可変形状ミラー２００においては高い駆動電圧をかけることにより、支持部側壁への弾性部１０４のプルインが引き起こされていた。他方、本実施形態の可変形状ミラー１００の、６１個配列した中心付近の１つのアクチュエータ１０１の可動部１０３に１５０Ｖまで電圧を印加して駆動させたところ、可動部１０３が反射部１０９を押し上げる方向に８μｍ以上移動した。なお、弾性部１０４はシリコンから成り、支持部１０５と可動部１０３を結ぶ方向の長さが５００μｍ、幅が１８μｍ、厚さが１．５μｍで形成した。また、絶対値の最大電圧で１５０Ｖ以上の電圧で駆動することもできる。弾性部１０４の支持部側壁へのプルインは見られず、可変形状ミラーとして安定した駆動動作を実現することができた。   As shown in FIG. 4, in the deformable mirror 200 of the comparative example, pulling-in of the elastic part 104 to the support part side wall was caused by applying a high driving voltage. On the other hand, when the movable portion 103 of one actuator 101 near the center of the 61 deformable mirrors 100 of the present embodiment is driven by applying a voltage up to 150 V, the movable portion 103 pushes up the reflecting portion 109. Moved 8 μm or more. The elastic portion 104 is made of silicon, and has a length in the direction connecting the support portion 105 and the movable portion 103 of 500 μm, a width of 18 μm, and a thickness of 1.5 μm. It is also possible to drive with a voltage of 150 V or more as the maximum absolute voltage. Pull-in to the side wall of the support portion of the elastic portion 104 was not observed, and a stable driving operation as a deformable mirror could be realized.

プロセス負担軽減と支持部剛性を向上するという観点から、ハンドル層側の電極分離溝を無くして可動部への電圧印加を弾性部を経由して行い、加えて、さらなる大きな可動量を得るために駆動電圧を大きくすると共に弾性部の剛性を低くする構造を考える。こうした場合、それに伴って、駆動時に弾性部１０４が支持部へプルインする現象が発生し、デバイス駆動が阻害される恐れが生じる。しかし、本実施形態によれば、櫛歯電極構造の静電アクチュエータ、それを用いる可変形状ミラー等において、製造が比較的容易な構造であり、高い駆動電圧で駆動したときにも、図５に示す様に、弾性部のプルインの発生を抑制する技術を提供できる。また、大きな変位量を得られる櫛歯静電アクチュエータ及び可変形状ミラーを提供できる。   In order to reduce the process burden and improve the rigidity of the support part, to eliminate the electrode separation groove on the handle layer side, apply voltage to the movable part via the elastic part, and in addition to obtain a further large movable amount Consider a structure in which the drive voltage is increased and the rigidity of the elastic portion is decreased. In such a case, a phenomenon in which the elastic portion 104 is pulled into the support portion during driving occurs, and device driving may be hindered. However, according to the present embodiment, the electrostatic actuator having a comb electrode structure, the deformable mirror using the electrostatic actuator, and the like have a structure that is relatively easy to manufacture, and even when driven at a high driving voltage, FIG. As shown, a technique for suppressing the occurrence of pull-in of the elastic portion can be provided. Further, it is possible to provide a comb-shaped electrostatic actuator and a deformable mirror that can obtain a large amount of displacement.

（実施形態２）
実施形態２では、実施形態１と同様の製造方法にて、以下で導く関係式（１）を満たす形状の弾性部保護構造部１４０を有する図６の構造の可変形状ミラー３００を形成した。図６は可変形状ミラー３００の下面図である。図６においても、図１と同様の理由で反射部１０９を省いている。 (Embodiment 2)
In the second embodiment, the deformable mirror 300 having the structure of FIG. 6 having the elastic part protection structure 140 having a shape satisfying the relational expression (1) derived below is formed by the same manufacturing method as that of the first embodiment. FIG. 6 is a bottom view of the deformable mirror 300. Also in FIG. 6, the reflection part 109 is omitted for the same reason as in FIG.

なお、本実施形態では、弾性部開口及び櫛歯構造の形成時のエッチング工程におけるローディング効果の影響を小さくする為に、可動部１０３と支持部１０５を結ぶ２本の弾性部１０４の間に、可動部１０３から延出する弾性部開口仕切り１４１を形成している。ローディング効果は、ドライエッチングにおいて開口が大きい部分でのエッチングレートが速くなる効果を言い、これにより、加工条件によってはパターン開口が大きい部分と小さい部分の境界付近でパターン異常が発生し易くなる。それに対して、仕切り１４１を形成して開口の大きさを整えることでエッチングレートの勾配を小さくし、パターン異常を抑制できる。実施形態１では、仕切り１４１が、電極分離溝で囲まれて支持部１０５と同電位となる部分から延出していたが、ここでは、仕切り１４１を可動部１０３から延出させたので、仕切り１４１と弾性部１０４との間に弾性部保護構造部１４０を設ける必要はない。   In this embodiment, in order to reduce the influence of the loading effect in the etching process at the time of forming the elastic part opening and the comb-tooth structure, between the two elastic parts 104 connecting the movable part 103 and the support part 105, An elastic part opening partition 141 extending from the movable part 103 is formed. The loading effect means an effect of increasing the etching rate in a portion where the opening is large in dry etching, and accordingly, depending on processing conditions, pattern abnormality is likely to occur near the boundary between the portion where the pattern opening is large and the portion where the pattern opening is small. On the other hand, by forming the partition 141 and adjusting the size of the opening, the gradient of the etching rate can be reduced and the pattern abnormality can be suppressed. In the first embodiment, the partition 141 is surrounded by the electrode separation groove and extends from the portion having the same potential as that of the support portion 105. However, since the partition 141 is extended from the movable portion 103, the partition 141 is here. There is no need to provide the elastic part protection structure 140 between the elastic part 104 and the elastic part 104.

弾性部保護構造部１４０は支持部側壁側から偏った静電気力Ｆを受けるため、その形状によってはプルインを引き起こす。図７は、弾性部保護構造部１４０が支持部側壁にプルインしないための形状条件を表す関係式（１）を導く際の形状を説明する概略図である。一般的に片持ちバネのバネ定数ｋは、関係式（２）で示される。Ｅは弾性部保護構造部１４０のヤング率、ｗは弾性部保護構造部１４０の可動部可動方向の幅、ｔは弾性部保護構造部１４０の厚さ、ｌは弾性部保護構造部１４０の可動部からの延出方向の長さを示している。
ｋ＝２／３・Ｅｗ（ｔ／ｌ）^３ （関係式２） Since the elastic part protection structure part 140 receives the electrostatic force F biased from the side wall side of the support part, pull-in is caused depending on its shape. FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the shape when the relational expression (1) representing the shape condition for preventing the elastic portion protection structure portion 140 from being pulled into the support portion side wall is derived. Generally, the spring constant k of the cantilever spring is represented by the relational expression (2). E is the Young's modulus of the elastic part protection structure part 140, w is the width of the elastic part protection structure part 140 in the movable part moving direction, t is the thickness of the elastic part protection structure part 140, and l is the movable part of the elastic part protection structure part 140. The length in the extending direction from the part is shown.
k = 2/3 · Ew (t / l) ³ (Relational expression 2)

弾性部保護構造部１４０と支持部側壁とのギャップ間に働く静電気力Ｆは関係式（３）で示される。なお、ｇはギャップ距離、εはギャップ間の誘電率、Ｓはギャップに面した弾性部保護構造部の面積、Ｖはギャップ間電位差、ｘは支持部側壁に対する弾性部保護構造部１４０の移動量を表している。
Ｆ＝１／２・ε［Ｓ／（ｇ−ｘ）^２］Ｖ^２ （関係式３） The electrostatic force F acting between the gap between the elastic part protection structure part 140 and the support part side wall is represented by the relational expression (3). Here, g is the gap distance, ε is the dielectric constant between the gaps, S is the area of the elastic part protection structure part facing the gap, V is the potential difference between the gaps, and x is the amount of movement of the elastic part protection structure part 140 with respect to the side wall of the support part. Represents.
F = 1/2 · ε [S / (g−x) ² ] V ² (Relational Expression 3)

プルインが発生しないためには、復元力であるｋｘと弾性部保護構造部１４０に加わる静電気力Ｆとの関係式（４）と、関係式（５）を満たす必要がある。
ｋｘ≧Ｆ （関係式４） ｘ_{ｐｕｌｉｎ}≦１／３・ｇ （関係式５）
ここで、関係式（５）の右辺で１／３とする根拠は、これ以上、変位量ｘが大きくなるとプルインすることが一般的に認められていることに依る。 In order for pull-in not to occur, it is necessary to satisfy the relational expression (4) between the restoring force kx and the electrostatic force F applied to the elastic part protective structure 140 and the relational expression (5).
kx ≧ F (Relational expression 4) x _pullin ≦ 1/3 · g (Relational expression 5)
Here, the reason why the right side of the relational expression (5) is 1/3 is that it is generally accepted that pull-in occurs when the displacement amount x increases.

関係式（３）と関係式（４）から、次の式が導ける。
ｋｘ≧１／２・ε［Ｓ／（ｇ−ｘ）^２］Ｖ^２ From the relational expression (3) and the relational expression (4), the following expression can be derived.
kx ≧ 1/2 · ε [S / (g−x) ² ] V ²

関係式（５）により、次の式が導かれる。
ｋｇ／３≧１／２・ε［Ｓ／ｇ^２（１−１／３）^２］Ｖ^２＝［（９εＳ）／（８ｇ^２）］Ｖ^２
Ｖ^２≦（８ｋｇ^３）／（２７εＳ） From the relational expression (5), the following expression is derived.
kg / 3 ≧ 1/2 · ε [S / g ² (1-1 / 3) ² ] V ² = [(9εS) / (8 g ² )] V ²
V ² ≦ (8 kg ³ ) / (27εS)

Ｓ＝ｗｌを代入すると、次の式が導かれる。
Ｖ^２≦（８ｋｇ^３）／（２７εｗｌ） 関係式（６） Substituting S = wl leads to the following equation:
V ² ≦ (8 kg ³ ) / (27εwl) Relational expression (6)

関係式（２）から、次の式が導かれる。
Ｖ^２≦（８ｇ^３）／（２７εｗｌ）×２／３・Ｅｗ（ｔ／ｌ）^３
≦（１６Ｅｇ^３ｔ^３）／（８１εｌ^４） From the relational expression (2), the following expression is derived.
V ² ≦ (8 g ³ ) / (27εwl) × 2/3 · Ew (t / l) ³
≦ (16Eg ³ t ³ ) / (81εl ⁴ )

よって、上述した下記の関係式（１）が導き出される。
Ｖ^２≦（１６Ｅｇ^３ｔ^３）／（８１εｌ^４） （関係式１） Therefore, the following relational expression (1) described above is derived.
V ² ≦ (16Eg ³ t ³ ) / (81εl ⁴ ) (Relational expression 1)

なお、弾性部保護構造部は上記の関係式（１）を満たす構造であることが好ましいが、この関係式（１）を満たす構造に限定する趣旨のものではない。本例においては、弾性部保護構造部１４０がシリコンから成り、弾性部保護構造部１４０と支持部側壁のギャップ距離（ｇ）が１０μｍ、弾性部保護構造部１４０の厚さ（ｔ）が１０μｍ、弾性部保護構造部１４０の長さ（ｌ）が４００μｍの形状とした。よって、Ｅ＝１３０ＧＰａであるとすると、関係式（１）の右項は、約１１３，２８０であり、Ｖ≦３３６であれば関係式（１）を満たす。   In addition, although it is preferable that an elastic part protection structure part is a structure which satisfy | fills said relational expression (1), it is not a thing of the meaning limited to the structure which satisfy | fills this relational expression (1). In this example, the elastic part protection structure part 140 is made of silicon, the gap distance (g) between the elastic part protection structure part 140 and the support part side wall is 10 μm, the thickness (t) of the elastic part protection structure part 140 is 10 μm, The length (l) of the elastic part protection structure part 140 was 400 μm. Therefore, if E = 130 GPa, the right term of the relational expression (1) is about 113,280, and if V ≦ 336, the relational expression (1) is satisfied.

この可変形状ミラー３００は、第一の基板１０２上に７３個のアクチュエータ１０１を１０ｍｍ直径の円に入るように等ピッチで六方配列した構成である。その配列の中心付近の１つの可動部に１５０Ｖまで電圧を印加して駆動させたところ、可動部１０３が反射部１０９を押し上げる方向に、８μｍ強程度、移動した。なお、弾性部１０４はシリコンから成り、支持部１０５と可動部１０３を結ぶ方向の長さが４８０μｍ、幅が２０μｍ、厚さが１．３μｍで形成した。弾性部１０４の支持部側壁へのプルインは見られず、可変形状ミラーとして安定した駆動動作を実現することができた。   The deformable mirror 300 has a configuration in which 73 actuators 101 are arranged on a first substrate 102 in a hexagonal manner at an equal pitch so as to enter a 10 mm diameter circle. When a voltage up to 150 V was applied to one movable part near the center of the array and driven, the movable part 103 moved about 8 μm in the direction of pushing up the reflection part 109. The elastic portion 104 is made of silicon, and has a length in the direction connecting the support portion 105 and the movable portion 103 of 480 μm, a width of 20 μm, and a thickness of 1.3 μm. Pull-in to the side wall of the support portion of the elastic portion 104 was not observed, and a stable driving operation as a deformable mirror could be realized.

（実施形態３）
実施形態１と同様の製造方法にて、弾性部保護構造部１４０から可動櫛歯電極が延出した構造である図８の構造の可変形状ミラー４００を形成した。図８（ａ）は本実施形態の可変形状ミラー４００の下面図である。ここで、図８（ａ）においても、図１と同様の理由で反射部１０９を省いている。弾性部保護構造部１４０ａからは可動櫛歯電極１０６が、固定櫛歯電極１０８と平行に離間し、噛み合うように延出している。また、図８（ｂ）は図８（ａ）におけるＤ−Ｄ’の断面を表す図である。弾性部保護構造部１４０ｂは他の可動櫛歯電極１０６と同様に固定櫛歯電極１０８に対して同等の段差を有する構造を有している。これにより、電圧印加時（駆動時）の弾性部保護構造部１４０ｂには、図８のＺ軸方向（紙面奥方向）への力成分が働くことになる。 (Embodiment 3)
The deformable mirror 400 having the structure of FIG. 8, which is a structure in which the movable comb electrode extends from the elastic portion protection structure portion 140, was formed by the same manufacturing method as in the first embodiment. FIG. 8A is a bottom view of the deformable mirror 400 of the present embodiment. Here, also in FIG. 8A, the reflection portion 109 is omitted for the same reason as in FIG. The movable comb electrode 106 extends from the elastic portion protection structure 140a so as to be separated from and parallel to the fixed comb electrode 108. FIG. 8B is a diagram illustrating a cross section taken along line DD ′ in FIG. The elastic part protection structure part 140 b has a structure having an equivalent step with respect to the fixed comb electrode 108 like the other movable comb electrodes 106. As a result, a force component in the Z-axis direction (backward direction in FIG. 8) of FIG. 8 acts on the elastic portion protection structure 140b when voltage is applied (during driving).

この可変形状ミラー４００は、第一の基板１０２上に６０個のアクチュエータ１０１を１０ｍｍ直径の円に入るように等ピッチで正方格子配列した構成である。その配列の中心付近の１つの可動部に２００Ｖまで電圧を印加して駆動させたところ、可動部１０３が反射部１０９を押し上げる方向に１０μｍ程度移動した。なお、なお、弾性部１０４はシリコンから成り、支持部１０５と可動部１０３を結ぶ方向の長さが５００μｍ、幅が１５μｍ、厚さが１．２μｍで形成した。弾性部１０４の支持部側壁及び固定櫛歯電極側壁へのプルインは見られず、可変形状ミラーとして安定した駆動動作を実現することができた。本実施形態では、可動部１０３の可動方向から見て、弾性部１０４が、可動部１０３の周りに９０度の角度間隔で十字状に配された４つの部分を有するので、より安定的に可動部１０３が変位できる。つまり、Ｘ方向またはＹ方向に対する捻れなどに強く、それら不要方向に働く力に対して強い構造となる。   The deformable mirror 400 has a configuration in which 60 actuators 101 are arranged on a first substrate 102 in a square lattice at an equal pitch so as to enter a 10 mm diameter circle. When one movable part near the center of the array was driven by applying a voltage up to 200 V, the movable part 103 moved about 10 μm in the direction in which the reflecting part 109 was pushed up. Note that the elastic portion 104 is made of silicon, and has a length in the direction connecting the support portion 105 and the movable portion 103 of 500 μm, a width of 15 μm, and a thickness of 1.2 μm. The pull-in to the support part side wall and fixed comb electrode side wall of the elastic part 104 was not seen, and the stable drive operation | movement was realizable as a deformable mirror. In the present embodiment, the elastic portion 104 has four portions arranged in a cross shape at an angular interval of 90 degrees around the movable portion 103 when viewed from the movable direction of the movable portion 103, so that the movable portion 103 can move more stably. The part 103 can be displaced. That is, the structure is strong against twisting in the X direction or Y direction and strong against forces acting in these unnecessary directions.

（実施形態４：眼科装置）
以上説明した可変形状ミラーを、光学収差を補償する波面補正デバイスとして用いた補償光学システムについて、走査型レーザ検眼鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｏｐｈｔｈａｌｍｏｓｃｏｐｅ：以下ＳＬＯ装置と記述する）を例にとって説明する。ＳＬＯ装置とは、光を眼底に照射し、視細胞・網膜神経線維束・血球動態等の観察を可能にする眼科装置である。 (Embodiment 4: Ophthalmic apparatus)
An adaptive optical system using the above-described deformable mirror as a wavefront correction device that compensates for optical aberration will be described with reference to a scanning laser opthalmoscope (hereinafter referred to as an SLO apparatus) as an example. The SLO device is an ophthalmic device that irradiates the fundus with light and enables observation of photoreceptor cells, retinal nerve fiber bundles, blood cell dynamics, and the like.

本実施形態にかかるＳＬＯ装置の概略構成を図７に示す。光源７０１から出射した光は、単一モード光ファイバー７０２を伝播し、コリメータ７０３を通過して平行光線となる。平行光線は、測定光７０５として光分割手段であるビームスプリッタ７０４を透過し、補償光学システム７２０に導光される。例えばレーザ光を出射する光源７０１の波長は特に制限されるものではないが、特に眼底撮像用としては被験者の眩しさの軽減と分解能維持のために、８００〜１５００ｎｍ程度（例えば、８５０ｎｍ帯以下）が好適に用いられる。補償光学システム７２０は、光分割手段であるビームスプリッタ７０６、波面センサ（収差測定ユニット）７１５、反射型光変調素子をなす可変形状ミラー（波面補正デバイス）７０８、および、それらに導光するための反射ミラー７０７−１〜４を含む。各反射ミラー７０７は、少なくとも被検眼の瞳と波面センサ７１５、可変形状ミラー７０８とが光学的に共役関係になるように設置されている。   FIG. 7 shows a schematic configuration of the SLO device according to the present embodiment. The light emitted from the light source 701 propagates through the single mode optical fiber 702, passes through the collimator 703, and becomes a parallel light beam. The parallel light beam passes through the beam splitter 704 as the light splitting means as the measurement light 705 and is guided to the adaptive optics system 720. For example, the wavelength of the light source 701 that emits laser light is not particularly limited, but is particularly about 800 to 1500 nm (for example, 850 nm band or less) in order to reduce the glare of the subject and maintain the resolution, particularly for fundus imaging. Are preferably used. The adaptive optics system 720 includes a beam splitter 706 that is a light splitting unit, a wavefront sensor (aberration measurement unit) 715, a deformable mirror (wavefront correction device) 708 that forms a reflective light modulation element, and a light guide to them. Reflecting mirrors 707-1 to 707-4 are included. Each reflection mirror 707 is installed so that at least the pupil of the eye to be examined, the wavefront sensor 715, and the deformable mirror 708 are optically conjugate.

補償光学システム７２０を通過した光は、光走査部７０９によって、一次元もしくは二次元に走査される。光走査システム７０９で走査された測定光は、接眼レンズ７１０−１、７１０−２を通して被検眼７１１に照射される。接眼レンズ７１０−１、７１０−２の位置を調整することによって、被検眼７１１の視度に合わせて最適な照射を行うことが可能となる。ここでは接眼部にレンズを用いているが、球面ミラー等で構成しても良い。   The light that has passed through the adaptive optics system 720 is scanned one-dimensionally or two-dimensionally by the optical scanning unit 709. The measurement light scanned by the optical scanning system 709 is irradiated to the eye 711 through the eyepieces 710-1 and 710-2. By adjusting the positions of the eyepieces 710-1 and 710-2, optimal irradiation can be performed in accordance with the diopter of the eye 711 to be examined. Here, a lens is used for the eyepiece, but it may be constituted by a spherical mirror or the like.

被検眼７１１に照射された測定光は眼底（網膜）で反射もしくは散乱される。被検眼７１１の眼底で反射散乱された光は、入射したときと同様の経路を逆向きに進行し、ビームスプリッタ７０６によって一部が反射されて波面センサ７１５に入射し、光線の波面測定に用いられる。波面センサ７１５には、公知のシャックハルトマンセンサなどを用いることができる。ビームスプリッタ７０６を透過した反射散乱光は、ビームスプリッタ７０４によって一部が反射され、コリメータ７１２、光ファイバー７１３を通して光強度センサ７１４に導光される。光強度センサ７１４に入射した光は電気信号に変換され、画像処理手段７２５にて眼底画像へと加工される。   The measurement light applied to the eye 711 is reflected or scattered by the fundus (retina). The light reflected and scattered by the fundus of the subject's eye 711 travels in the same direction as the incident light in the reverse direction, is partially reflected by the beam splitter 706 and enters the wavefront sensor 715, and is used for wavefront measurement of light rays. It is done. As the wavefront sensor 715, a known Shack-Hartmann sensor or the like can be used. A part of the reflected scattered light that has passed through the beam splitter 706 is reflected by the beam splitter 704 and guided to the light intensity sensor 714 through the collimator 712 and the optical fiber 713. The light incident on the light intensity sensor 714 is converted into an electrical signal, and is processed into a fundus image by the image processing means 725.

波面センサ７１５は、制御ユニットである補償光学制御機７１６に接続されており、受光した光線の波面を補償光学制御機７１６に伝える。補償光学制御機７１６は可変形状ミラー７０８に接続されており、ミラー７０８を補償光学制御機７１６から指示された形状に変形する。補償光学制御機７１６は、波面センサ７１５から取得した波面の測定結果を基に、収差のない波面へと補正するようなミラー形状を計算する。そして、可変形状ミラー７０８がその形状を再現するために必要な各櫛歯電極の印加電圧差を算出して、可変形状ミラー７０８へと送る。可変形状ミラー７０８は、補償光学制御機７１６から送られる電位差を可動櫛歯電極と固定櫛歯電極との間に印加し、所定の形状になるようにミラー面を変形させる。   The wavefront sensor 715 is connected to the adaptive optics controller 716 that is a control unit, and transmits the wavefront of the received light beam to the adaptive optics controller 716. The adaptive optics controller 716 is connected to the deformable mirror 708 and deforms the mirror 708 into a shape designated by the adaptive optics controller 716. The adaptive optics controller 716 calculates a mirror shape that corrects the wavefront without aberration based on the measurement result of the wavefront acquired from the wavefront sensor 715. Then, the deformable mirror 708 calculates the applied voltage difference between the comb electrodes necessary to reproduce the shape, and sends it to the deformable mirror 708. The deformable mirror 708 applies the potential difference sent from the adaptive optics controller 716 between the movable comb electrode and the fixed comb electrode, and deforms the mirror surface so as to have a predetermined shape.

このような波面センサ７１５による波面の測定と、その波面の補償光学制御機７１６への伝達と、補償光学制御機７１６による収差の補正の可変形状ミラーへの指示は、繰り返し処理されて常に最適な波面となるようにフィードバック制御が行われる。なお、反射型光変調素子をなす可変形状ミラーは、測定光および戻り光の少なくとも一方の波面収差を補正するように設けられればよい。   The measurement of the wavefront by the wavefront sensor 715, the transmission of the wavefront to the compensating optical controller 716, and the instruction to the deformable mirror for correcting the aberration by the compensating optical controller 716 are repeatedly processed and are always optimal. Feedback control is performed so as to obtain a wavefront. Note that the deformable mirror constituting the reflective light modulation element may be provided so as to correct the wavefront aberration of at least one of the measurement light and the return light.

本実施形態にかかる補償光学システムは、静電櫛歯型アクチュエータがミラー面の垂直な方向においてプラス・マイナス２方向に変位可能であるため、従来と比較して略半分の可変形状ミラーの駆動量で補償光学処理を行うことが可能である。   In the adaptive optics system according to the present embodiment, since the electrostatic comb-type actuator can be displaced in two directions plus and minus in the direction perpendicular to the mirror surface, the driving amount of the deformable mirror is approximately half that of the conventional art. It is possible to perform adaptive optics processing.

１０１・・アクチュエータ、１０２・・第一の基板、１０３・・可動部、１０４・・弾性部、１０５・・支持部、１０６・・可動櫛歯電極、１０８・・固定櫛歯電極、１０９・・反射部、１４０・・構造部   101 .. Actuator, 102 .. First substrate, 103 .. Movable part, 104 .. Elastic part, 105 .. Support part, 106 .. Movable comb electrode, 108 .. Fixed comb electrode, 109. Reflection part, 140 ・ ・ Structure part

Claims (17)

支持部と、前記支持部に設けられ、前記支持部から延出する複数の固定櫛歯電極と、可動部と、前記支持部と前記可動部とを繋ぐ弾性部と、前記可動部に設けられ、前記可動部から前記固定櫛歯電極と略平行に延出し、かつ前記固定櫛歯電極と間隔を隔てて交互に配置された複数の可動櫛歯電極と、を有する静電櫛歯アクチュエータであって、
前記可動部は、前記複数の固定櫛歯電極と前記複数の可動櫛歯電極の間に働く静電気力によって、前記複数の固定櫛歯電極と前記複数の可動櫛歯電極が交互に配置された方向に対して略垂直に駆動され、
前記弾性部は、前記可動部の駆動時において前記複数の可動櫛歯電極と同じ電圧が印加され、
前記可動部の駆動時に前記支持部と同電位となる部分のうち、前記可動部の可動方向から見たときに前記弾性部の延びる方向に垂直な方向において前記弾性部と間隔を隔てた最も近い部分と、前記弾性部と、の間に、前記弾性部と同じ電圧が印加される構造部が配置されていることを特徴とするアクチュエータ。 A support unit, a plurality of fixed comb electrodes provided on the support unit and extending from the support unit, a movable unit, an elastic unit connecting the support unit and the movable unit, and the movable unit. An electrostatic comb actuator having a plurality of movable comb electrodes extending from the movable portion substantially parallel to the fixed comb electrodes and arranged alternately with the fixed comb electrodes. And
The movable portion has a direction in which the plurality of fixed comb electrodes and the plurality of movable comb electrodes are alternately arranged by an electrostatic force acting between the plurality of fixed comb electrodes and the plurality of movable comb electrodes. Driven substantially perpendicular to
The elastic part is applied with the same voltage as the plurality of movable comb electrodes when the movable part is driven,
Of the portions having the same potential as the support portion when the movable portion is driven, the closest portion spaced apart from the elastic portion in a direction perpendicular to the extending direction of the elastic portion when viewed from the movable direction of the movable portion. An actuator, wherein a structure portion to which the same voltage as that of the elastic portion is applied is disposed between the portion and the elastic portion. 請求項１に記載のアクチュエータにおいて、
前記弾性部と前記構造部は、互いに略平行であり、前記弾性部と間隔を隔てた最も近い部分と略平行であり、
前記弾性部と間隔を隔てた最も近い部分と対向する前記構造部が、厚さ：ｔ、前記弾性部の延びる方向に略平行な方向の前記構造部の長さ：ｌ、前記構造部のヤング率：Ｅ、前記弾性部と間隔を隔てた最も近い部分と前記構造部とのギャップの距離：ｇ、前記ギャップ間の誘電率：ε、前記可動部の駆動電圧：Ｖとすると、次の関係式を満たすことを特徴とするアクチュエータ。
Ｖ^２≦（１６Ｅｇ^３ｔ^３）／（８１εｌ^４） The actuator according to claim 1, wherein
The elastic part and the structure part are substantially parallel to each other, and are substantially parallel to the nearest part spaced apart from the elastic part,
The structural part facing the nearest part spaced apart from the elastic part has a thickness: t, the length of the structural part in a direction substantially parallel to the extending direction of the elastic part: l, the Young of the structural part When the ratio is E, the gap distance between the structural part and the nearest part spaced apart from the elastic part is g, the dielectric constant between the gaps is ε, and the driving voltage of the movable part is V, the following relationship An actuator characterized by satisfying the formula.
V ² ≦ (16Eg ³ t ³ ) / (81εl ⁴ ) 請求項１または２に記載のアクチュエータにおいて、
駆動時に前記可動部の可動方向から見たときに前記弾性部の延びる方向に垂直な方向において、前記弾性部と間隔を隔てた複数の最も近い部分に挟まれた空間領域内に前記弾性部が位置することを特徴とするアクチュエータ。 The actuator according to claim 1 or 2,
When viewed from the movable direction of the movable part during driving, the elastic part is in a space region sandwiched between a plurality of nearest parts spaced apart from the elastic part in a direction perpendicular to the extending direction of the elastic part. An actuator characterized by being positioned. 請求項１から３の何れか１項に記載のアクチュエータにおいて、
前記構造部から延出する可動櫛歯電極を更に有することを特徴とするアクチュエータ。 The actuator according to any one of claims 1 to 3,
The actuator further comprising a movable comb electrode extending from the structure portion. 請求項４に記載のアクチュエータにおいて、
前記可動部の可動方向から見て、前記弾性部は、前記可動部の周りに９０度の角度間隔で十字状に配された４つの部分を有することを特徴とするアクチュエータ。 The actuator according to claim 4, wherein
The actuator, wherein the elastic part has four parts arranged in a cross shape at an angular interval of 90 degrees around the movable part when viewed from the movable direction of the movable part. 請求項１から４の何れか１項に記載のアクチュエータにおいて、
前記弾性部は、前記可動部を挟んで互いに略平行に伸長した一対の１以上の部分の組で構成されていることを特徴とするアクチュエータ。 The actuator according to any one of claims 1 to 4,
The actuator is characterized in that the elastic part is composed of a pair of one or more parts extending substantially parallel to each other with the movable part interposed therebetween. 請求項１から６の何れか１項に記載のアクチュエータにおいて、
前記弾性部は、シリコンからなることを特徴とするアクチュエータ。 The actuator according to any one of claims 1 to 6,
The actuator is characterized in that the elastic portion is made of silicon. 請求項７に記載のアクチュエータにおいて、
前記弾性部は、ハンドル層とボックス層と活性層を含むＳＯＩ基板の前記活性層のシリコン層からなることを特徴とするアクチュエータ。 The actuator according to claim 7, wherein
The actuator is characterized in that the elastic portion is made of a silicon layer of the active layer of an SOI substrate including a handle layer, a box layer, and an active layer. 請求項８に記載のアクチュエータにおいて、
前記可動部と前記支持部は、それぞれ、前記ＳＯＩ基板のハンドル層とボックス層と活性層を含むことを特徴とするアクチュエータ。 The actuator according to claim 8, wherein
The actuator, wherein the movable part and the support part each include a handle layer, a box layer, and an active layer of the SOI substrate. 請求項１から９の何れか１項に記載のアクチュエータにおいて、
前記弾性部は、前記可動部から延出した仕切りの両側に設けられていることを特徴とするアクチュエータ。 The actuator according to any one of claims 1 to 9,
The actuator is characterized in that the elastic part is provided on both sides of a partition extending from the movable part. 請求項１から９の何れか１項に記載のアクチュエータにおいて、
前記弾性部は、前記支持部から延出した仕切りの両側に設けられていることを特徴とするアクチュエータ。 The actuator according to any one of claims 1 to 9,
The actuator is characterized in that the elastic portion is provided on both sides of a partition extending from the support portion. 請求項１１に記載のアクチュエータにおいて、
前記構造部は、前記仕切りと前記弾性部との間にも設けられていることを特徴とするアクチュエータ。 The actuator according to claim 11, wherein
The said structure part is provided also between the said partition and the said elastic part, The actuator characterized by the above-mentioned. 請求項１から１２の何れか１項に記載のアクチュエータにおいて、
絶対値の最大電圧で１５０Ｖ以上の駆動電圧で駆動されることを特徴とするアクチュエータ。 The actuator according to any one of claims 1 to 12,
An actuator that is driven at a driving voltage of 150 V or more with an absolute maximum voltage. 請求項１から１３のいずれか１項に記載のアクチュエータと、
一方の面が反射面であるミラー部と、を有し、
前記アクチュエータの可動部は、前記ミラー部の前記反射面とは反対側の面に接続されていることを特徴とする可変形状ミラー。 The actuator according to any one of claims 1 to 13,
A mirror part whose one surface is a reflective surface,
The movable portion of the actuator is connected to a surface of the mirror portion opposite to the reflecting surface, and is a variable shape mirror. 一方の面に反射面を有し、該反射面とは反対側の面で請求項１から１３のいずれか１項に記載のアクチュエータの前記可動部と接続されているメンブレンミラー部と、
該メンブレンミラー部を周辺で支持し、前記アクチュエータの前記支持部と接続されたミラー周辺支持部と、
を有することを特徴とする可変形状ミラー。 A membrane mirror portion having a reflective surface on one surface and connected to the movable portion of the actuator according to any one of claims 1 to 13 on a surface opposite to the reflective surface;
The membrane mirror part is supported at the periphery, and a mirror peripheral support part connected to the support part of the actuator;
A deformable mirror characterized by comprising: 波面収差を補正する補償光学システムであって、
入射する光の波面収差を補正する反射型光変調素子と、
入射する光の波面収差を測定する収差測定ユニットと、
前記収差測定ユニットの測定結果に基づいて前記反射型光変調素子を制御する制御ユニットと、を有し、
前記反射型光変調素子が請求項１４または１５に記載の可変形状ミラーを有していることを特徴とする補償光学システム。 An adaptive optics system for correcting wavefront aberrations,
A reflective light modulator for correcting wavefront aberration of incident light;
An aberration measuring unit for measuring the wavefront aberration of incident light;
A control unit for controlling the reflective light modulation element based on the measurement result of the aberration measurement unit,
An adaptive optics system, wherein the reflective light modulation element includes the deformable mirror according to claim 14 or 15. 被検眼の画像を取得する眼科装置であって、
測定光及び戻り光の少なくとも一方の波面収差を補正する反射型光変調素子と、
前記被検眼にて発生する収差を測定する収差測定ユニットと、
前記収差測定ユニットの測定結果に基づいて前記反射型光変調素子を制御する制御ユニットと、を有し、
前記反射型光変調素子が請求項１４または１５に記載の可変形状ミラーを有していることを特徴とする眼科装置。 An ophthalmologic apparatus for acquiring an image of an eye to be examined,
A reflective light modulation element that corrects the wavefront aberration of at least one of the measurement light and the return light; and
An aberration measuring unit for measuring aberration generated in the eye to be examined;
A control unit for controlling the reflective light modulation element based on the measurement result of the aberration measurement unit,
An ophthalmologic apparatus, wherein the reflective light modulation element has the deformable mirror according to claim 14 or 15.

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