JP4337511B2 - 静電アクチュエータおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
図37において、薄膜シリコン層122の厚さをTs、シリコン酸化膜123の厚さをTo、金属膜124の厚さをTmとすると、電極高度差は、
{(Ts+Tw)/2}+To
となる。
詳しくは以下の通りである。可動側櫛歯電極を薄膜シリコン層122とするとともに、固定側櫛歯電極を薄膜シリコン層122の上に酸化膜123を介して形成した金属膜124とした場合、その高度差は両電極の中心点の高度差となる。そして、例えば、薄膜シリコン層(ミラー)122の厚さTsは10μm、シリコン酸化膜123と金属膜124の厚さTo,Tmをそれぞれ1μmとしても、電極高度差は6.5μmとなる。ミラー部(薄膜シリコン層)の縦横サイズを1000μmとした場合、最大変位はtan-1(6.5/500)=0.74°となり、スキャン角度としてはその2倍の1.5°が限界である。
(i)積層基板の薄膜シリコン層にて可動側櫛歯電極を構成するとともに積層基板の薄膜シリコン層の上に固定側櫛歯電極を形成する場合と、
(ii)積層基板の薄膜シリコン層にて可動側櫛歯電極を構成するとともに、積層基板を貫通する貫通孔の内部に固定側櫛歯電極を形成する場合と、
を比較する。
また、同請求項1に記載の発明のように、可動側櫛歯電極を、可動構造体の捩じり梁に設けるようにすると、振れ角に対する櫛歯電極の変位量を小さくして振れ角を大きくすることが可能となる。
請求項2に記載のように、可動側櫛歯電極において並設した歯と、可動構造体の捩じり梁とを同一方向に延設し、かつ、可動側櫛歯電極において並設した歯の長さを捩じり梁の長さの半分以上にすると、可動側櫛歯電極と固定側櫛歯電極との間の電位差による静電気力を大きくすることができる。
請求項3に記載のように、前記貫通孔の内部に形成した固定側櫛歯電極において並設した歯は、上下方向における中心位置が異なっていると、可動側櫛歯電極が揺動した際(振れた際)の可動側櫛歯電極と固定側櫛歯電極との間の電位差による静電気力を強くすることができる。
請求項5に記載のように、一対の可動側および固定側櫛歯電極を3つ以上設けると、可動側櫛歯電極と固定側櫛歯電極との間の電位差による静電気力を大きくすることができる。
また、同請求項9に記載の発明によれば、保護膜をエッチングストッパとして用いることにより、エッチングから固定側櫛歯電極となる導電性材料が保護される。
図1には、本実施形態における静電アクチュエータとしての光スキャナの平面図を示す。図1のA−A線での縦断面を図2に、図1のB−B線での縦断面を図3に、図1のC−C線での縦断面を図4に、図1のD−D線での縦断面を図5に、それぞれ示す。
{(10+0.5+30)/2}−(10/2)=15.25μm
となる。
次に、図8(a),(b),(c)に示すように、薄膜シリコン層13の上にシリコン酸化膜35を形成する。この酸化膜35は薄膜シリコン層13、埋込み酸化膜12、シリコン基板11を貫通する貫通孔(トレンチ)を形成する際のマスク材となるため、十分な厚さが必要である。例えば、埋込み酸化膜12が熱酸化膜であり、厚さ0.5μm、単結晶シリコンと熱酸化膜のエッチング選択比が「50」、薄膜シリコン層13の厚さが10μm、シリコン基板11の厚さが30μmである場合にトレンチを形成する際には、ここで形成する酸化膜35は、(10+30)/50+0.5=1.3μm以上を必要とする。この酸化膜35の形成は、CVD、熱酸化膜上へのCVD、いずれの方法であってもよい。
さらに、図10(a),(b),(c)に示すように、例えば1000℃、ウエット酸化1時間で0.1μm程度の熱酸化を行う。これにより、熱酸化によるシリコン酸化膜23がトレンチ側壁に形成され、後のシリコン基板11のエッチングの際のストッパとなる。熱酸化によるシリコン酸化膜23の形成において、図22(a)に示すように、貫通孔(トレンチ)22a,22b内における埋込み酸化膜12の側壁にはシリコン酸化膜(熱酸化膜)23は形成されない。そのため、貫通孔(トレンチ)22a,22b内において埋込み酸化膜12の側面での穴幅がシリコン酸化膜(熱酸化膜)23が形成された部位での穴幅よりも大きくなる(広くなる)。
そして、図15(a),(b),(c)に示すように、金属膜(アルミ膜)をデポまたはスパッタし、さらに、パターニング(エッチング)して反射膜20とパッド37a,37b,34、およびパッド38a,38b(図1参照)を形成する。この際、反射膜20の形成部分には開口部(透孔21)を多数形成する。この開口部(透孔21)は縦横寸法が3μm程度の四角形をなし、その間隔(ピッチ)が180μmである。金属膜は、アルミの他にも、AlSiCu、金などを用いてもよい。
固定側櫛歯電極25a,25bの高さはトレンチエッチングの深さによって決まり、例えばアスペクト比が「60」のエッチング条件を用いた場合には、櫛歯電極の各歯の幅を3μmとしたとき、トレンチの深さは180μmとなる。従って、可動部17(ミラー面)における薄膜シリコン層13の厚さを10μmとした場合、可動側櫛歯電極と固定側櫛歯電極の高度差は、(180/2)−(10/2)=85μmとなる。故に、背景技術の説明における計算と同様な計算からスキャン角度は19.3°(=2・{tan-1(85/500)})と、背景技術の1.5°に比べ12倍のスキャン角度を得ることができる。
(イ)第1工程として、図7に示すように、支持基板1の上に積層基板10を配置する。第2工程として、図9,11に示すように、積層基板10における固定側櫛歯電極の形成領域に当該積層基板10を貫通する貫通孔22a,22bを形成するとともに、この貫通孔22a,22bに、固定側櫛歯電極となる導電性材料としてのポリシリコン膜24を充填する。第3工程として、図18に示すように、積層基板10における可動構造体の形成領域の周囲の薄膜シリコン層13および埋込み酸化膜12をトレンチエッチングにて除去する。第4工程として、図20に示すように、可動構造体の形成領域におけるシリコン基板11をエッチング除去する。
(ロ)第1工程として、図7に示すように、支持基板1の上に積層基板10を配置する。第2工程として、図9,10,11に示すように、積層基板10における固定側櫛歯電極の形成領域に当該積層基板10を貫通する貫通孔22a,22bを形成するとともに、この貫通孔22a,22bの側壁に保護膜としてのシリコン酸化膜(熱酸化膜)23を形成し、さらに、その内方に、固定側櫛歯電極となる導電性材料としてのポリシリコン膜24を充填する。第3工程として、図18に示すように、積層基板10における可動構造体の形成領域の周囲の薄膜シリコン層13および埋込み酸化膜12をトレンチエッチングにて除去する。第4工程として、図20に示すように、可動構造体の形成領域におけるシリコン基板11を、保護膜としてのシリコン酸化膜23をエッチングストッパとして用いたエッチングにて除去する。よって、保護膜としてのシリコン酸化膜23をエッチングストッパとして用いることにより、エッチングから固定側櫛歯電極となる導電性材料が保護される。
図1において、固定側櫛歯電極25a,25bはポリシリコンよりなるものを用いたが、金属を用いてもよい。金属として、具体的には銅、チタンを挙げることができる。
さらに、図1の固定側櫛歯電極25a,25bとパッド37a,37bとをポリシリコン膜36a,36bにて電気的に接続したが、金属膜を用いて固定側櫛歯電極25a,25bとパッド37a,37bとを電気的に接続してもよい。
障害物検出装置は、走行中において自動車の前方の自動車までの距離を測定し、車間距離を測定する。このとき、レーザビームを図1の可動構造体Emに照射し可動構造体Emの揺動に伴ないレーザビームの反射光を所定角度範囲で走査する。詳しくは、搭乗している車から前方の車に対しレーザビームを例えば0.5秒間隔で照射し、前方の車からの反射光を受光するまでの時間から車間距離を測定する。例えば、0.5秒あたり1°の速度でミラー面を回動させることで5秒間において10°の視野角内に存在する前方の他車までの距離を測定する。
Claims (9)
- シリコン基板(11)の上に埋込み絶縁膜(12)を介して薄膜シリコン層(13)を形成した積層基板(10)を用い、前記薄膜シリコン層(13)により捩じり梁構造の可動構造体(Em)が構成され、この可動構造体(Em)における可動側櫛歯電極(50)と、当該可動側櫛歯電極(50)に対向するように配置した固定側櫛歯電極(51)との間に電位差を生じさせて前記可動構造体(Em)を揺動させるようにした静電アクチュエータであって、
前記積層基板(10)を貫通する貫通孔(15)の内部に前記固定側櫛歯電極(51)を形成するとともに、前記可動側櫛歯電極(50)を前記可動構造体(Em)の捩じり梁(16a,16b)に設けたことを特徴とする静電アクチュエータ。 - シリコン基板(11)の上に埋込み絶縁膜(12)を介して薄膜シリコン層(13)を形成した積層基板(10)を用い、前記薄膜シリコン層(13)により捩じり梁構造の可動構造体(Em)が構成され、この可動構造体(Em)における可動側櫛歯電極と、当該可動側櫛歯電極に対向するように配置した固定側櫛歯電極との間に電位差を生じさせて前記可動構造体(Em)を揺動させるようにした静電アクチュエータであって、
前記積層基板(10)を貫通する貫通孔(15)の内部に前記固定側櫛歯電極を形成するとともに、前記可動側櫛歯電極において並設した歯(60)と前記可動構造体(Em)の捩じり梁(16a,16b)とを同一方向に延設し、かつ、前記可動側櫛歯電極において並設した歯(60)の長さを前記捩じり梁(16a,16b)の長さの半分にしたことを特徴とする静電アクチュエータ。 - シリコン基板(11)の上に埋込み絶縁膜(12)を介して薄膜シリコン層(13)を形成した積層基板(10)を用い、前記薄膜シリコン層(13)により捩じり梁構造の可動構造体(Em)が構成され、この可動構造体(Em)における可動側櫛歯電極(18a,18b)と、当該可動側櫛歯電極(18a,18b)に対向するように配置した固定側櫛歯電極(25a,25b)との間に電位差を生じさせて前記可動構造体(Em)を揺動させるようにした静電アクチュエータであって、
前記積層基板(10)を貫通する貫通孔(15)の内部に前記固定側櫛歯電極(25a,25b)を形成するとともに、該固定側櫛歯電極(25a,25b)において並設した
歯(X1,X2,X3)は、上下方向における中心位置が異なっていることを特徴とする静電アクチュエータ。 - 固定側櫛歯電極は金属またはポリシリコンよりなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の静電アクチュエータ。
- 一対の可動側および固定側櫛歯電極を3つ以上設けたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の静電アクチュエータ。
- 前記可動構造体(Em)に対し間欠的に照射したレーザビームの反射光を、前記可動構造体(Em)の揺動に伴ない所定角度範囲で発射する際に、可動側櫛歯電極と固定側櫛歯電極との間に生じさせる電位差で、前記レーザビームの間欠的な照射の周期に同期して強制的に前記可動構造体(Em)を揺動させるようにしたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の静電アクチュエータ。
- 前記積層基板(10)の下に配置した支持基板(1)上に設けられた容量測定用固定電極(70)と、
前記可動構造体(Em)に設けられ、前記容量測定用固定電極(70)に対向し、かつ前記可動構造体(Em)の揺動に伴ない前記容量測定用固定電極(70)に対し接離する方向に変位する容量測定用可動電極(71)と、
を備え、
前記容量測定用固定電極(70)と容量測定用可動電極(71)との間の容量を測定して可動構造体(Em)の揺動角度を求めつつ、所望の可動構造体(Em)の揺動角度とすべく又は揺動動作を行わせるべく前記可動側櫛歯電極と前記固定側櫛歯電極との間に生じさせる電位差を制御するようにしたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の静電アクチュエータ。 - 前記可動構造体(Em)に照射したレーザビームの反射光を、カメラにより撮像した画像内での特定箇所の距離測定対象(P1)に向かわせるように、前記可動構造体(Em)を揺動させるようにしたことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の静電アクチュエータ。
- シリコン基板(11)の上に埋込み絶縁膜(12)を介して薄膜シリコン層(13)を形成した積層基板(10)を用い、前記薄膜シリコン層(13)により捩じり梁構造の可動構造体(Em)が構成され、この可動構造体(Em)における可動側櫛歯電極と、当該可動側櫛歯電極に対向するように配置した固定側櫛歯電極との間に電位差を生じさせて前記可動構造体(Em)を揺動させるようにした静電アクチュエータの製造方法であって、
支持基板(1)の上に積層基板(10)を配置する工程と、
前記積層基板(10)における固定側櫛歯電極の形成領域に当該積層基板(10)を貫通する貫通孔(22a,22b)を形成するとともに、この貫通孔(22a,22b)の側壁に保護膜(23)を形成して前記貫通孔(22a,22b)の内方に固定側櫛歯電極となる導電性材料(24)を充填する工程と、
前記積層基板(10)における可動構造体(Em)の形成領域の周囲の前記積層基板(10)を構成する薄膜シリコン層(13)および埋込み絶縁膜(12)をトレンチエッチングにて除去する工程と、
前記可動構造体(Em)の形成領域における前記積層基板(10)のシリコン基板(11)を、前記保護膜(23)をエッチングストッパとして用いたエッチングにて除去して、同領域の前記埋込み絶縁膜(12)および前記薄膜シリコン層(13)を前記支持基板(1)から離間させる工程と、
前記エッチングストッパとして用いた保護膜(23)および前記可動構造体(Em)の
形成領域における前記積層基板(10)の埋込み絶縁膜(12)を除去する工程と、
を有することを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
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