微致動器和使用該微致動器的光學開關的制作方法

專利名稱：微致動器和使用該微致動器的光學開關的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種致動器和利用該致動器的光學開關。
背景技術：
隨著微加工技術的發展，微致動器在各個領域變得日益重要。例如，用于光通信中切換光路的光學開關等可以引證為使用微致動器的領域的一個實例。日本專利申請JP2001-142008中公開的光學開關可以作為這種光學開關的一個實例。
微致動器包括固定部分和可相對于固定部分移動的活動部分；還有一種微致動器，其中的活動部分有一個懸臂結構。例如，在日本專利申請JP2001-142008的圖8中公開了一種活動部分具有懸臂結構的實例。
下面描述日本專利申請JP2001-142008的圖8中公開的光學開關。該光學開關包括以矩陣形式在其上形成光波導的光波導襯底，并且在襯底上的矩陣交叉點處形成反射鏡可以進入的凹槽，還包括一個其上形成微致動器和反射鏡的致動器襯底。反射鏡被微致動器驅動，當反射鏡前進到光波導襯底的凹槽中時，光被反射鏡反射，而當反射鏡從凹槽中退出時，光直接向前方行進，由此切換光路。
另外，在用于日本專利申請JP2001-142008的圖8中公開的光學開關的致動器中，活動部分僅由均勻構成的板簧部分形成。反射鏡緊固到此板簧部分的尖端。在不施加驅動力的情況下，此板簧部分彎向與襯底相反一側，并當施加驅動力時，襯底該面上的板簧部分的整個表面與該襯底的表面接觸。當停止施加驅動力時，作為板簧部分彈力(內應力)的結果，板簧部分返回到彎向與襯底相反一側的狀態。
從本發明人進行的研究結果斷定，如果活動部分僅由均勻構成的板簧部分構成，并在活動部分具有懸臂結構的情況下，在未受力的狀態(如上述常規微致動器中)下彎向與襯底相反一側，則因為該活動部分的結構而很難以很小的驅動力操縱微致動器。
作為實例，下面描述活動電極設置在板簧部分尖端、固定電極設置在具有活動部分結構如上述常規微致動器的致動器中襯底上、由施加在兩電極中的電壓而在兩電極之間產生的靜電力用作驅動力的情形。在此情況下，要減小操作需要的驅動力，可以縮短在兩電極之間不施加電壓的狀態中兩電極之間的距離，并且可以延長板簧部分的長度，使得板簧部分的固定端和活動電極之間的距離增大。但是，因為活動部分僅由均勻構成的板簧部分構成并在未受力的狀態下彎向與襯底相反一側，所以不能同時實現這兩種設計元件。具體地說，必須不可避免地使板簧部分的長度縮短，以便縮短兩電極之間在未被施加電壓的狀態下的距離。另外，在此情況下，不能充分地確保反射鏡的運動行程。另一方面，如果板簧部分的長度增加，則因為在兩電極間未施加電壓的狀態下板簧部分彎向與襯底相反一側，兩電極部分之間的距離不可避免地增長。因此，在具有活動部分結構、如上述常規微致動器的微致動器中，很難以較小的驅動力操縱微致動器。
發明概述本發明的設計是為了解決上述問題；本發明的目的在于提供一種可以通過較小的驅動力操縱的微致動器，以及利用該微致動器的光學開關。
用于實現上述目的的第一發明是一種微致動器，包括固定部分和具有懸臂結構的活動部分，其中懸臂結構的固定端緊固到固定部分，其中(a)活動部分在其固定端和自由端之間有一個橋接部分，(b)此橋接部分有多個在固定端和自由端之間串聯連接的橋接構件，和(c)在活動部分未受力的狀態下，多個橋接構件中的一個橋接構件和至少另一個橋接構件相對于固定部分的一側以及與該固定部分相反的一側有不同的彎曲或未彎曲狀態。
此處，“橋接構件相對于固定部分的一側以及與該固定部分相反的一側彎曲或未彎曲狀態”集中指橋接構件向固定部分的一側或向與該固定部分相反的一側彎曲的存在或不存在，以及在橋接構件彎曲的情形中，所有涉及橋接構件向固定部分的一側或向與該固定部分相反的一側彎曲的狀態和對于向兩側中任一側的所有彎曲程度(曲率值)。因此，既不彎向固定部分的一側也不彎向與該固定部分相反的一側的橋接構件和彎向固定部分的一側或與該固定部分相反一側的橋接構件相對于固定部分的一側和與該固定部分相反的一側有不同的彎曲或非彎曲狀態。另外，如果彎曲度不同，則即使兩個橋接構件彎向同一側，這兩個橋接構件相對于固定部分的一側和與該固定部分相反的一側表現出不同的彎曲或非彎曲狀態。而且如果兩個橋接構件彎向不同側(固定部分的一側和與該固定部分相反的一側)，則這兩個橋接構件相對于固定部分的一側和與該固定部分相反的一側有不同的彎曲或非彎曲狀態。
用于實現上述目的的第二發明是基于第一發明，其特征在于(a)多個橋接構件的每一個由一層或多層組成的薄膜構成，(b)多個橋接構件中至少一個橋接構件的層數少于其它橋接構件中的層數，和(c)形成上述所有一個或多個橋接構件的一層或多層與形成部分剩余橋接構件的一層或多層之間的層數、各個層的材料以及各個層的厚度相同。
用于實現上述目的的第三發明是基于第一或第二發明，其特征在于(a)多個橋接構件中位置最遠離地朝向固定端一側的橋接構件是板簧部分，和(b)(多個橋接構件中)除位置最遠離地朝向固定端一側的橋接構件以外的至少一個橋接構件是一種基本上至少對于朝向固定部分一側的撓曲以及朝向與該固定部分相反一側的撓曲擁有剛性的剛性部分。
用于實現上述目的的第四發明是基于第三發明，其特征在于(a)在活動部分未受力的狀態下位置最遠離地朝向固定端一側的橋接構件彎向與該固定部分相反的一側，和(b)剛性部分基本上不彎向固定部分的一側或與該固定部分相反的一側。
用于實現上述目的的第五發明是基于第一或第二發明，其特征在于(a)(多個橋接構件中)位置最遠離地朝向固定端的橋接構件是板簧部分，和(b)(多個橋接構件中)除位置最接近固定端一側的橋接構件以外的至少一個橋接構件是板簧部分。
用于實現上述目的的第六發明是基于第五發明，其特征在于(a)在活動部分不受力的狀態下，位置最遠離地朝向固定端的橋接構件彎向與該固定部分相反的一側，和(b)在活動部分不受力的狀態下，除位置最遠離地朝向固定端的橋接構件以外的一個或多個橋接構件彎向該固定部分一側。
用于實現上述目的的第七發明是基于第五或第六發明，其特征在于多個橋接構件中(除位置最遠離地朝向固定端的橋接構件以外)的至少一個其它橋接構件是一種剛性部分，基本上擁有對于至少朝向固定部分一側的撓曲以及朝向與此固定部分相反的一側的撓曲的剛性。
用于實現上述目的的第八發明是基于第七發明，其特征在于剛性部分基本上不彎向該固定部分一側或與該固定部分相反的一側。
用于實現上述目的的第九發明是基于第三、第四、第七和第八發明，其特征還在于剛性部分有一個平面部分和一個提升或降低此平面部分的增強部分。
用于實現上述目的的第十發明是一種微致動器，包括固定部分和具有懸臂結構的活動部分，其中懸臂結構的固定端緊固到固定部分，其特征在于(a)活動部分在固定端和活動部分的自由端之間有一個橋接部分，(b)此橋接部分有多個在固定端和自由端之間串聯連接的橋接構件，(c)在活動部分未受力的狀態下，多個橋接構件中的一個橋接構件和至少另一個橋接構件相對于固定部分的一側以及與該固定部分相反的一側有不同的彎曲或未彎曲狀態；(d)多個橋接構件中位置最遠離地朝向固定端的橋接構件是一個板簧部分，(e)多個橋接構件中除板簧部分以外的至少一個橋接構件是一個剛性部分，基本上擁有對于至少朝向固定部分一側的撓曲以及朝向與此固定部分相反的一側的撓曲的剛性，和(f)剛性部分有一個平面部分和一個提升或降低此平面部分的增強部分。
用于實現上述目的的第十一發明是基于第一至第十發明中的任何一個，其特征在于活動部分的固定端通過一個具有從固定部分升高的提升部分的腿部緊固到固定部分。
用于實現上述目的的第十二發明是基于第一至第十一發明中的任何一個，其特征在于活動部分由薄膜構成。
用于實現上述目的的第十三發明是基于第一至第十二發明中的任何一個，其特征在于固定部分具有第一電極部分，活動部分具有第二電極部分，作為在第一電極部分和第二電極部分之間施加電壓的結果，第二電極部分可以在其與第一電極部分之間產生靜電力。
用于實現上述目的的第十四發明是基于第一至第十三發明中的任何一個，其特征在于活動部分中有一條電流路徑，作為置于磁場中并通以電流的結果，產生羅倫茲力。
用于實現上述目的的第十五發明是一種光學開關，包括第一至第十四發明中任何一項的微致動器以及設置在活動部分上的反射鏡。
附圖簡述

圖1是以模型的形式表示構成本發明第一工作配置的微致動器和由該微致動器驅動的反射鏡的平面圖；圖2是沿圖1中X1-X2線的截面圖；圖3是沿圖1中Y1-Y2線的截面圖；圖4是分別以模型的形式表示用于制造圖1～3中所示微致動器的方法各步驟的截面圖；圖5是分別以模型的形式表示用于制造圖1～3中所示微致動器的方法其余各步驟的截面圖；圖6是以模型的形式表示構成本發明第二工作配置的微致動器和由該微致動器驅動的反射鏡的平面圖；圖7是沿圖6中X3-X4線的截面圖；圖8是沿圖6中Y3-Y4線的截面圖；圖9是分別以模型的形式表示用于制造圖6～8中所示微致動器的方法各步驟的截面圖；圖10是以模型的形式表示構成本發明第三工作配置的微致動器和由該微致動器驅動的反射鏡的平面圖；圖11是沿圖10中X7-X8線的截面圖；圖12是沿圖10中Y5-Y6線的截面圖；圖13是沿圖10中Y7-Y8線的截面圖；圖14是沿圖10中Y9-Y10線的截面圖；圖15是以模型的形式表示構成本發明第四工作配置的微致動器和由該微致動器驅動的反射鏡的平面圖；圖16是沿圖15中X11-X12線的截面圖；圖17是沿圖15中X13-X14線的截面圖；圖18是沿圖15中X15-X16線的截面圖；
圖19是沿圖15中Y11-Y12線的截面圖；圖20是沿圖15中Y13-Y14線的截面圖；圖21是沿圖15中Y15-Y16線的截面圖；圖22是沿圖15中Y17-Y18線的截面圖；圖23是以模型的形式表示多個微致動器設置的實例平面圖；圖24是以模型的形式表示構成本發明第五工作配置的微致動器和由該微致動器驅動的反射鏡的平面圖；圖25是沿圖24中X31-X32線的截面圖；圖26是沿圖24中X33-X34線的截面圖；圖27是沿圖24中X35-X36線的截面圖；圖28是沿圖24中Y31-Y32線的截面圖；圖29是沿圖24中Y33-Y34線的截面圖；圖30是沿圖24中Y35-Y36線的截面圖；圖31是沿圖24中Y37-Y38線的截面圖；圖32是以模型的形式表示構成本發明第六工作配置的微致動器和由該微致動器驅動的反射鏡的平面圖；圖33是以模型的形式表示在不對光學開關提供驅動信號的狀態下構成本發明第七工作配置的光學開關的截面圖；圖34是以模型的形式表示在對光學開關提供驅動信號的狀態下構成本發明第七工作配置的光學開關的截面圖；圖35是以模型的形式表示圖33和34中光波導襯底的透視圖。
執行本發明的最佳模式下面將參考附圖描述構成本發明工作配置的微致動器以及采用這些微致動器的光學開關。
(第一工作配置)圖1是以模型的形式表示構成本發明第一工作配置的微致動器1和由該微致動器驅動的反射鏡2的平面圖。在圖1中，形成在襯底11上的固定電極16由假想線(點劃線)表示。圖2是沿圖1中X1-X2線的截面圖。圖3是沿圖1中Y1-Y2線的截面圖。為了方便描述，相互垂直的X、Y和Z軸如圖1～3定義。另外，在X軸內，箭頭表示的方向稱作+X方向，反方向稱作-X方向。對于Y和Z軸的方向也是這樣。XY平面平行于襯底11的平面。這幾點在后敘的各個圖中都一樣。另外，圖2和3表示不提供驅動信號的狀態(即，活動部分不受力的狀態)。
本工作配置的微致動器1包括襯底11如硅襯底和玻璃襯底、腿部12、從Z軸方向看的平面內在X軸方向延伸的單個帶狀橋接部分13和固定電極16。
橋接部分13的固定端(X方向上的端部)經腿部12機械連接到襯底11，腿部12有一個經布線圖案18(圖1中省去)從襯底11升高的提升部分，布線圖案由形成在絕緣膜17上部的Al膜組成，例如絕緣膜17是襯底11表面上的氧化硅膜。因此，在本工作配置中，橋接部分13是一個懸臂，此橋接部分13構成一個具有懸臂結構的活動部分。另外，在本工作配置中，襯底11、絕緣膜17和固定電極16構成固定部分(如上所述)。
在本工作配置中，由Au、Ni或其它金屬組成的反射鏡2安裝在自由端一側的橋接部分13的上部(即如后述橋接構件15的上部)作為驅動體。
橋接部分13有兩個橋接構件14和15，它們在固定端和自由端之間在X軸方向機械串聯。橋接構件14和15以帶狀板形狀構成，在從Z軸方向看去的平面內在X軸方向延伸。固定端一側(-X一側)上的橋接構件14構成一個可以在Z軸方向上撓曲的板簧部分，而自由端(+X一側)一側上的橋接構件15構成一個擁有在Z軸方向(朝向襯底11及其相反一側)抗撓曲、在其它方向撓曲的大致剛性的剛體部分。
橋接構件14由兩層薄膜構成，其中下方的SiN膜21和上方的Al膜22疊置，作為板簧部分。橋接構件15由兩層薄膜構成，其中下方的SiN膜21和上方的Al膜22疊置，“這樣”延伸作為橋接構件14的延續。但是，與橋接構件14不同，除了在Z軸方向看平面形狀為矩形的平面部分15a以外，橋接構件15還有一個形成為正方形(從Z軸方向看去的平面上)的凸帶部分15b，在平面部分15a的外圍附近包圍平面部分15a，并且在+Z方向從平面部分15a凸出。凸帶部分15b具有從平面部分15a升高的提升部分；此提升部分構成增強平面部分15a的增強部分，并且賦予橋接構件15以上述剛性。
例如，也可以通過去除凸帶部分15b內周一側上的提升部分而獲得類似的增強效果，并且只留下凸帶部分15b外周一側上的提升部分，使得在本工作配置中平面部分15a的高度制作成與凸帶部分15b上表面的相同。但與這種情況相比，本工作配置在橋接部分13不受力的狀態下表現出固定電極16和橋接構件15的Al膜22(也用作活動電極)之間較短的距離，使得靜電力的驅動電壓可以減小。因此，本工作配置更理想。在本工作配置中，如上所述，凸帶部分15b形成為正方形形狀。不過，還可以只形成(例如)從+Y和-Y側看的平面上在X軸方向延伸的部分。沒有必要形成+X和-X側上在Y軸方向延伸的部分。即使凸帶部分15b以這種方式形成，也可以對橋接構件15賦予抗Z軸方向撓曲的剛性。
另外，橋接構件14和15的材料和層數不限于上述實例；例如，可以用其它一些絕緣膜代替SiN膜21，并且可以用其它導電膜代替Al膜22。
另外，如圖2所示，在不提供驅動信號的狀態下，橋接構件14通過膜21和22的應力向上(在+Z方向上從襯底11向相反一側)彎曲。另一方面，無論驅動信號存在與否，橋接構件15表現出在Z軸方向基本上無彎曲；作為具有上述剛性的結果，此橋接構件15恒定地維持平板形狀態，不受膜21或22的應力而彎曲。因而在橋接部分13不受力的狀態下，橋接構件14和橋接構件15具有不同的彎曲或非彎曲狀態。
在本工作配置中，通過連續延伸構成“這樣的”橋接構件14的SiN膜21和Al膜22構成腿部12。Al膜22經形成在腿部12中SiN膜21內的開口部分電連接到布線圖案18。另外，為了增強腿部12的強度，在腿部12的上部形成正方形(從Z方向看去的平面中)的凸帶部分19。
在本工作配置中，構造微致動器，使得靜電力用作驅動力。更具體地說，在本工作配置中，橋接構件15中的Al膜22還用作活動電極，由Al膜組成的固定電極16形成在襯底11上的絕緣膜17上的面對橋接構件15的區域中。橋接構件15中的SiN膜21還起著用于防止Al膜22和固定電極16之間電接觸的絕緣層的作用。另外，雖然圖中未示出，但構成固定電極16的Al膜還延伸作為布線圖案，并與布線圖案18一起使用，以至于可以在固定電極16和也用作活動電極的橋接構件15中的Al膜22之間施加電壓作為驅動信號。
當施加此電壓(驅動信號)時，靜電力(驅動力)在固定電極16和用作橋接構件15中活動電極的Al膜22之間作用，使得橋接構件15抵抗橋接構件14的彈力(內應力)被拉向襯底11，并且橋接構件14相應地變形。另外，橋接構件15在該部分接觸襯底11的位置停止；結果，產生一種反射鏡2移到接近襯底11處的位置的狀態。另一方面，當不施加此電壓時，在固定電極16和用作橋接構件15中活動電極的Al膜22之間沒有靜電力(驅動力)作用，使得橋接構件14的彈力(內應力)促使橋接構件15返回到圖2中所示的狀態，并且反射鏡2返回到與襯底11分開的原始上方位置。也可以把根據來自外界的控制信號產生此驅動信號的驅動電路安置在襯底11上；這一點對于各個工作配置來說是相同的，后面將進行描述。
因而，在本工作配置中，通過驅動信號產生的靜電力實現驅動。當然，在本發明中，系統也可以構造成通過一些其它的驅動力如磁力或羅倫茲力實現驅動，或通過由兩種或多種不同類型的驅動力的任意組合組成的驅動力實現驅動。另外，例如也可以采用這樣的驅動系統，即該系統利用不同襯底的至少兩個具有不同熱膨脹系數的相互疊置層的熱膨脹產生的變形。在此情況下，例如，用于上述變形的熱量可以通過可見光或紅外光的吸收或通過對電阻部分施加電流等而被應用，并且輻射光量或施加的電流量可以用作驅動信號。
另外，在本工作配置中，襯底11上的固定電極16只設置在自由端一側上面對橋接構件15的區域中；但也可以將固定電極16延伸到固定端一側上面對橋接構件14的位置。在此情況下，不僅橋接構件15中的Al膜22、而且橋接構件14中的Al膜22都用作活動電極。
接下來參考圖4和5描述制造本工作配置中微致動器1的方法實例。圖4和5是分別以模型的形式表示該制造方法的各個步驟的截面圖；這些附圖對應于圖2。
首先，通過熱氧化在硅襯底11的上表面上形成氧化硅膜17，并通過真空沉積或濺射法等在此氧化硅膜17上沉積Al膜。然后，通過光刻蝕刻法將此Al膜圖案化成固定電極16、布線圖案18和其它布線圖案的形狀(圖4(a))。接下來，在此狀態下把構成犧牲層的抗蝕劑30用作襯底表面的涂層，并且通過光刻蝕刻法在此抗蝕劑30中形成對應于腿部12接觸部分的開口30a(圖4(b))。
接下來，如圖4(b)所示狀態下，構成犧牲層的抗蝕劑31用作襯底整個表面的涂層，并且通過光刻蝕刻法去除除對應于抗蝕劑31內的凸帶部分15b和19之外的部分，使得只有對應于凸帶部分15b和19的這些部分可以保留島狀形式(圖4(c))。
隨后，在通過等離子CVD法等形成將要形成腿部12和橋接部分13(橋接構件14和15)的SiN膜21后，通過光刻蝕刻法進行圖案化，使得形成這些部分的形狀(圖4(d))。在此情況下，在腿部12的接觸部分中形成開口。
另外，在圖4(d)中，光學蝕刻SiN膜21的一共三個位置，即平面m上的位置a1，平面n上的位置b1和b2。在此情況下，平面m和平面n的高度差等于抗蝕劑30的膜厚度(如大約2μm)；因此，很難在光刻時以良好的精度形成兩個抗蝕劑圖案。因此，可以采用這樣的程序，其中只有平面m上的位置a1首先被光學蝕刻，如圖4(c)所示的步驟之后的圖4(d’)所示，然后，光學蝕刻平面n上的位置b1和b2，如圖4(d”)所示。如果由此以分為單獨步驟的程序對同等高度的平面進行光學蝕刻過程，則可以提高圖案精度。另外，在此情況下，即使只劃分光刻過程并且同時進行蝕刻過程，也可以獲得相同的效果。接下來，在通過真空沉積或濺射法等沉積了用于形成腿部12和橋接部分13(橋接構件14和15)的Al膜22之后，此膜22通過光刻法形成圖案，使得形成這些部分的形狀(圖5(a))。
另外，在圖5(a)中，總共光學蝕刻Al膜22中的兩個位置，即平面p上的c1和c2位置。在此情況下，執行這樣一個過程是明智的，即位置c1一側上的Al膜22的端部達不到位置d1，如圖5(a’)所示。在圖5(a’)中，位置d1位于平面q上，位置c2位于平面p上。在此情況下，平面p和平面q在高度上的相差量等于抗蝕劑31的膜厚度(如，大約2μm)；因此，很難在光刻時以良好的精度形成兩種抗蝕劑圖案。因而，如圖5(a)所示，希望設計一種光掩膜，使得圖案的端部以單次的光刻步驟形成在同樣的高度位置處。
接下來，在圖5(a)所示的狀態下把構成犧牲層的抗蝕劑32厚厚地施加到襯底的整個表面上作為涂層，并且在通過電鍍生長將要形成反射鏡2的Au、Ni或其它金屬之后，曝光和顯影抗蝕劑32，使得在抗蝕劑32中形成生成反射鏡2的區域(圖5(b))。最后，通過等離子灰化法等去除抗蝕劑30～32。結果，完成本工作配置的微致動器1。
另外，如上所述，去除抗蝕劑30～32時，在通過膜形成期間產生的應力而使橋接構件14向上彎曲的條件下，形成膜21和22。
本工作配置與上述現有技術的不同之處在于橋接部分13不是僅由單個均勻的板簧部分構成；而是由構成固定端一側上的板簧部分的橋接構件14以及構成自由端一側上總是具有平板形式的剛性部分的橋接構件15構成。因此，可以延長從橋接部分13的固定端到自由端的長度，并且在橋接部分13不受力的狀態下(如圖2所示)可以縮短橋接部分13的自由端到襯底11的距離。因此，自由端一側上活動電極的位置(即，本工作配置中橋接構件15上的Al膜)可以設置為遠離橋接部分13固定端的位置，該位置在圖2所示的不提供驅動信號的狀態下較接近固定電極。因此，在本工作配置中，可以以很小的驅動力操縱系統，使得微致動器1可以以較低的功率操縱。
因而，在本工作配置中，因為橋接構件14和橋接構件15在橋接部分13不受力的狀態下具有不同的彎曲或非彎曲狀態，所以可以把橋接部分13不受力狀態下的橋接部分13的自由端部分離襯底11的距離自由設置為理想的距離，并增大橋接部分13的長度。結果，可以以很小的驅動力操縱微致動器1。
(第二工作配置)圖6是以模型的形式表示構成本發明第二工作配置的微致動器41和由該微致動器驅動的反射鏡2的平面圖。在圖6中，本身應為虛線(隱藏線)的線也表示為實線。圖7是沿圖6中X3-X4線的截面圖。雖然在該附圖中未示出，但圖6中沿X5-X6線的截面圖與圖7相同。圖8是沿圖6中Y3-Y4線的截面圖。另外，圖7和8表示不提供驅動信號的狀態(即，活動部分不受任何力的狀態)。
本工作配置的微致動器41包括襯底51如硅襯底或玻璃襯底、腿部52和53、在平面中從Z軸方向看在X軸方向彼此平行延伸的兩個帶狀橋接部分54和55以及設置在橋接部分54和55尖端(自由端，即+X方向上的端部)上為矩形形狀(在平面圖中看)的連接部分56，該部分機械連接這些橋接部分54和55。
橋接部分54的固定端(-X方向的端部)經腿部52機械連接到襯底51，該腿部52有一個經布線圖案58(圖1中省去)從襯底51升高的提升部分，其中布線圖案58由形成在絕緣膜57頂部上的Al膜組成，如形成在襯底51上的氧化硅膜。類似地，橋接部分55的固定端(-X方向的端部)經布線圖案(圖中未示出)機械連接到襯底51，其中布線圖案由形成在絕緣膜57頂部的Al膜組成。另外，橋接部分54和55的自由端經上述的連接部分56彼此機械連接。因此，在本工作配置中，橋接部分54和55以及連接部分56整體上形成一個具有懸臂結構的活動部分。在本工作配置中，作為使用兩個橋接部分54和55的結果，可以機械穩定地支撐；但是，橋接部分的數量也可以是一個或三個或更多。另外，在本工作配置中，襯底51和絕緣膜57形成一個固定部分。
橋接部分54有兩個橋接構件61和62，它們在活動部分的固定端和自由端之間的X軸方向機械串聯連接，還有一個夾置在這兩個橋接構件之間的連接部分63。兩個橋接構件61和62都以帶狀板形式構成，在從Z軸方向看的平面上的X軸方向延伸。固定端一側(-X側)上的橋接構件61和自由端一側(+X側)上的橋接構件62構成可以在Z軸方向上彎曲的板簧部分。但是，如圖7所示，在沒有提供驅動信號的狀態下，橋接構件61向上彎曲(即，在+Z方向向襯底51的相反一側彎曲)，而橋接構件62向下彎曲(即，在-Z方向向襯底51彎曲)，使得這兩個橋接構件具有不同的彎曲或非彎曲狀態。當然，在本發明中，在不提供驅動信號的狀態下，例如也可以通過使兩個橋接構件61和62向上彎曲、并將橋接構件62的曲率設置為一個小于橋接構件61的曲率的值而使兩個橋接構件61和62都具有不同的彎曲或非彎曲狀態。
在本工作配置中，橋接構件61是一種雙層薄膜，通過層疊下方SiN膜71和上方Al膜72制作，并且構造成此橋接構件充當板簧部分。橋接構件62由一種雙層薄膜形成，雙層薄膜通過層疊下方Al膜73和SiN膜71而產生，SiN膜71通過經連接部分63連續延伸在“這樣的”橋接構件61中構成下方膜的SiN膜71而形成，使得該膜成為橋接構件62中的上方膜。在本工作配置中，在不提供驅動信號的狀態下作為橋接構件61和62的SiN膜和Al膜層疊順序這樣反置的結果，兩個橋接構件的彎曲方向反置。
組成橋接構件54一部分的連接部分63將橋接構件61和62的端部彼此機械連接，并且由三層薄膜構成，其中SiN膜71“這樣”延伸作為橋接構件61和62的延續，Al膜72“這樣”延伸作為橋接構件61的延續，Al膜73從橋接構件62延伸，這三層膜從下方以膜73、膜71和膜72的順序疊置。但是，在連接部分63中，開口63a形成在SiN膜71中，在開口63a的位置形成由兩層Al膜72和73組成的薄膜，并且Al膜72和73在開口位置63a處彼此電連接。
在本工作配置中，腿部52通過連續“這樣”延伸形成橋接構件61的SiN膜71和Al膜72而形成。Al膜72經形成在腿部52中SiN膜71中的開口電連接到布線圖案58。另外，凸帶部分59以正方形形狀形成(在平面圖中從Z方向看)在腿部52的上部，以便增強腿部52的強度。
橋接部分55和腿部53分別具有與上述橋接部分54和腿部52恰好相同的結構。構成橋接部分55的橋接構件64和65以及連接部分66對應于構成橋接部分54的橋接構件61和62以及連接部分63。連接部分66中的開口66a對應于連接部分63中的開口63a，并且形成橋接構件64一部分的Al膜74對應于形成上述橋接構件61一部分的Al膜72。另外，對應于上述凸帶部分59的凸帶部分60形成在腿部53的上部。
連接部分56通過連續延伸構成“這樣的”橋接構件62和65的SiN膜71和Al膜73而構成。提升部分56a以正方形(如從Z軸方向看的平面圖內所示)形成在此連接部分56外圍附近的連接部分56上；結果，連接部分56得到增強，并且反射鏡2可以安裝在連接部分56的平面部分上。由Au、Ni或其他金屬組成的反射鏡2設置為連接部分56平面部分上的受動主體。
從前述說明清晰可見，從腿部52之下的布線圖案58經橋接構件61→連接部分63→橋接構件62→連接部分56→橋接構件65→連接部分66→橋接構件64延伸到布線圖案(圖中未示出)的電流路徑由Al膜72、73和74形成。在此電流路徑之內，在連接部分56中沿Y軸方向(電流方向-Y方向)分布的電流路徑構成這樣一部分，該部分被放置于以X軸方向取向的磁場中時，產生取向朝襯底51(即，-Z方向)的羅侖茲力。因此，當此部分被置于利用永久磁鐵等(圖中未示出)產生的取向于X軸方向的磁場中時，并當使電流(驅動信號)流經上述電流路徑時，羅侖茲力(驅動力)作用在連接部分56中Al膜71上的-Z方向，使得連接部分56抵抗橋接構件61、62、64和65的彈力(內應力)拉向襯底51。橋接構件61、62、64和65由此變形。另外，連接部分56在其接觸到襯底51的位置處停止；結果，產生一種反射鏡2移到接近襯底51的位置的狀態。另一方面，當不使此電流流動時，沒有羅侖茲力(驅動力)作用到連接部分56中的Al膜71上，使得通過橋接構件61、62、64和65的彈力(內應力)使連接部分56返回到圖7所示的狀態，并且反射鏡2返回到與襯底51分開的原始上方位置。
因而，在本工作配置中，通過驅動信號建立的羅侖茲力實現驅動。當然，如果固定電極設置在襯底51一側上，如同上述第一工作配置一樣，則也可以通過靜電力實現驅動。
接下來，參考圖9描述本工作配置的微致動器41的制造方法的一個實例。圖9是分別以模型的形式表示該制造方法各步驟的截面圖；此附圖對應于圖7。
首先，通過熱氧化在硅襯底51的上表面上形成硅氧化膜57。然后，在通過真空沉積或濺射法等于此氧化硅膜頂部沉積Al膜之后，通過光刻蝕刻法將Al膜圖案化成布線圖案58的形狀以及其他布線圖案(圖9(a))。接下來，用組成犧牲層的抗蝕劑80涂覆此狀態下襯底的表面，并且通過光刻蝕刻法在此抗蝕劑80中形成分別對應于腿部52和53接觸部分的開口80a(圖9(b))。
接下來，用組成犧牲層的抗蝕劑81涂覆圖9(b)所示狀態中的襯底的整個表面，并且通過光刻蝕刻法去除抗蝕劑81的除對應于凸帶部分59和60以及提升部分56a的部分以外的部分，使得只有這些對應部分保留島狀形式(圖9(c))。
接下來，在通過真空沉積或濺射法等形成將要形成構成橋接構件62和65以及連接部分56、63和66的Al膜73的Al膜之后，通過光刻蝕刻法進行圖案化，使得形成Al膜73的形狀(圖9(d))。
隨后，在通過等離子CVD法等形成將要形成構成橋接構件61、62、64和65、連接部分56、63和66以及腿部52和53的SiN膜71的SiN膜之后，通過光刻蝕刻法進行圖案化，使得形成SiN膜71的形狀(圖9(e))。在此狀態下，在腿部52和53中的接觸部分中形成開口，并且形成連接部分63和66的開口63a和66a。
接下來，在通過真空沉積或濺射法等沉積將要形成構成腿部52和53以及橋接部分61和64的Al膜72和74的Al膜之后，通過光刻蝕刻法進行圖案化，使得形成Al膜72和74的形狀(圖9(f))。
隨后，用組成犧牲層的抗蝕劑82厚厚地涂覆圖9(f)所示狀態中襯底的整個表面，并且曝光和顯影該抗蝕劑82，使得在抗蝕劑82中形成一個生成反射鏡2的區域。然后，通過電鍍生長構成反射鏡2的Au、Ni或其它金屬(圖9(g))。最后，通過等離子灰化法等去除抗蝕劑80～82。結果，完成本工作配置的微致動器41。
另外，如上所述，去除抗蝕劑80～82時，在橋接構件61和64被膜形成期間產生的應力向上彎曲的狀態下進行膜71和膜72及74的形成。而且，去除抗蝕劑80～82時，在橋接構件62和65被膜形成期間產生的應力向下彎曲的狀態下進行膜71和73的形成。
本工作配置與上述現有技術的不同之處在于橋接部分54和55不是僅由均勻的板簧部分構成；相反，橋接部分54和55由固定端一側上的橋接構件61和64以及在自由端一側上的橋接構件62和65構成，其中橋接構件61和64是在不受力的狀態下在+Z方向彎曲的板簧部分，橋接構件62和65是在受力的狀態下在-Z方向彎曲的板簧部分。因此，可以加長活動部分從固定端到自由端的長度；另外，可以縮短襯底51和連接部分56之間的距離，其中羅侖茲力在圖7中所示的活動部分不受力的狀態下作用到連接部分56上。因此，可以把羅侖茲力作用到其上的自由端上連接部分56的位置設置為遠離活動部分固定端的位置，并且在不提供驅動信號的圖7所示的狀態下較接近襯底51。因此，在本工作配置中，可以利用較小的驅動力完成操作，使得微致動器41可以在較低的功率下工作。
提供補充說明，如果在圖7所示的不提供驅動信號的狀態下連接部分56和襯底51之間的距離長于反射鏡2的理想移動行程量一個大于必須的值，則需要促使電流流動并使連接部分56抵抗橋接部分54和55的彈力移動到該連接部分56與襯底51接觸的狀態的羅侖茲力不可避免地增大。但是，在本工作配置中，可以把連接部分56和襯底51之間的距離近似地設置為圖7所示狀態中的理想移動行程量，同時增大橋接部分54和55的長度；因此，可以減小所需的羅侖茲力。
因而，在本工作配置中，因為橋接構件61和64與橋接構件62和65在活動部分不受力的狀態下有不同的彎曲或非彎曲狀態，所以在活動部分不受力的狀態下活動部分自由端到襯底51的距離可以自由地設置為一個理想的距離，同時增大從活動部分固定端到自由端的長度。結果，此微致動器41可以以較小的驅動力操作。特別是在本工作配置的情況下，因為用自由端一側上的在不受力狀態下于-Z方向彎曲的橋接構件62和65代替第一工作配置中構成平板形式的剛性部分的(自由端一側上的)橋接構件15，所以可以將在活動部分不受力狀態下活動部分自由端部分與襯底51之間的距離自由地設置為理想距離，同時增大活動部分固定端到自由端的長度，甚至大于在第一工作配置中的情形。結果，可以以甚至更小的驅動力操縱微致動器41。
(第三工作配置)圖10是以模型的形式表示構成本發明第三工作配置的微致動器91和由該微致動器驅動的反射鏡2的平面圖。在圖10中，本身應該是虛線(隱藏線)的線條也表示成實線。圖11是沿圖10中X7-X8線的截面圖。雖然圖中未示出，沿圖10中X9-X10線的截面圖與圖11相同。圖12是沿圖10中Y5-Y6線的截面圖。圖13是沿圖10中Y7-Y8線的截面圖。圖14是沿圖10中Y9-Y10線的截面圖。另外，圖11～14表示不提供驅動信號的狀態(即，活動部分不受力的狀態)。
在圖10～14中，與圖6～8中相同的元件或對應于圖6～8中元件的元件用相同的標號標注并省去多余的描述。此工作配置與第二工作配置的不同之處僅在于下面幾點。
在本工作配置中，在X軸方向延伸的帶板狀橋接構件101加入在橋接構件62的自由端一側上的端部和連接部分56之間的橋接部分54中。類似地，在橋接部分55中，在X軸方向延伸的帶板狀橋接構件102加入在橋接構件65的自由端一側上的端部和連接部分56之間。橋接構件101和102構成基本上擁有抵抗在Z軸方向(朝向襯底51的方向以及朝向與襯底相反一側的方向)上以及在其它方向上撓曲的剛性。
橋接構件101由一種雙層薄膜形成，其中，從橋接構件62和連接部分56連續延伸的上方SiN膜71和下方Al膜73疊置。橋接構件102由一種雙層薄膜形成，其中，從橋接構件65和連接部分56連續“這樣”延伸的上方SiN膜71和下方Al膜73疊置。
為了提高機械強度，橋接構件101和102的固定端通過在Y軸方向延伸的帶板狀連接部分103彼此機械連接。連接部分103由SiN膜71形成，其從橋接構件101和102連續“這樣”延伸。橋接構件101和102的Al膜73不延伸到連接部分103；在該連接部分103中不形成電連接。
在本工作配置中，從腿部52下方的布線圖案58經橋接構件61→連接部分63→橋接構件62→橋接構件101→連接部分56→橋接構件102→橋接構件65→連接部分66→橋接構件64延伸到腿部53下方的布線圖案(圖中未示出)的電流路徑由Al膜72、73和74形成。在此電流路徑之內，和在第二工作配置中一樣，在連接部分56中沿Y軸方向(電流方向-Y方向)分布的電流路徑構成這樣一部分，該部分被放置于以X軸方向取向的磁場中時，產生取向朝襯底51(即，-Z方向)的羅侖茲力。
在本工作配置中，取代圖6中的提升部分56a，為了以綜合的方式賦予橋接構件101和102以及連接部分56和103以剛性，在這些匯集區的外圍一側上形成提升部分104a(從平面圖中看)，從而包圍外部的這些區域，并且在這些匯集區的內周一側上形成提升部分104b，從而形成內部電路，如圖10所示。橋接構件101和102由這些提升部分104a和104b增強，使得這些橋接構件101和102擁有剛性。橋接構件101和102在Z軸方向基本上不表現出彎曲，無論驅動信號存在與否，并且擁有如上所述的剛性；因此，這些橋接構件101和102不被膜71和73中的應力所彎曲，并且總是維持平板形式的狀態。
另外，本工作配置的微致動器91也可以通過類似于用于制造第二工作配置的微致動器41的方法制造。
利用本工作配置獲得類似于第二工作配置的優點。另外，在本工作配置中，由于加入了構成平板形式剛性部分的橋接構件101和102，橋接部分54和55可以做得更長，從而可以用更小的驅動力操作該裝置。而且，在本工作配置中，如圖11所示，可以在不提供驅動信號的狀態下將反射鏡2放置成垂直豎立的姿態。
另外，在本工作配置中，橋接構件61(即，不受力狀態下在+Z方向彎曲的板簧部分)、橋接構件62(即，不受力狀態下在-Z方向彎曲的板簧部分)以及橋接構件101(即，平板形式的剛性部分)以從橋接部分54的固定端一側到自由端一側的順序設置，并且這些橋接構件也以類似的順序在橋接部分55中設置；但是，例如也可以改變橋接構件62和橋接構件101的順序，并改變橋接構件65和橋接構件102的順序。在此情況下也可以獲得類似于本工作配置的優點。
(第四工作配置)圖15是以模型的形式表示構成本發明第四工作配置的微致動器111和由該微致動器驅動的反射鏡2的平面圖。在圖15中，省去了用作形成在活動部分及腿部整個表面上的保護膜的SiN膜144，并且原先應該用實線畫出的凸帶部分149和150的線條表示成虛線；另外，對Al膜142和143施加不同的陰影線。圖16是沿圖15中X11-X12線的截面圖。雖然在此圖中未示出，但圖15中沿X19-X20線的截面圖與圖16相同。圖17是沿圖15中X13-X14線的截面圖。雖然在此圖中未示出，但圖15中沿X17-X18線的截面圖與圖17相同。圖18是沿圖15中X15-X16線的截面圖。圖19是沿圖15中Y11-Y12線的截面圖。圖20是沿圖15中Y13-Y14線的截面圖。圖21是沿圖15中Y15-Y16線的截面圖。圖22是沿圖15中Y17-Y18線的截面圖。另外，在圖16～22中，橋接構件132和134表示成在Z軸方向不彎曲。但實際上，與圖1中的橋接構件14一樣，橋接構件132和134在活動部分不受力的狀態下在+Z方向彎曲。
第一工作配置的微致動器1構造成只有靜電力作為驅動力，第二和第三工作配置的微致動器41和91構造成只有羅倫茲力作為驅動力。另一方面，本工作配置的微致動器111構造成由靜電力和羅倫茲力共同作為驅動力。
本工作配置的微致動器111包括襯底121如硅襯底或玻璃襯底；腿部122和123；(在從Z軸方向看平面中)主要在X軸方向彼此平行延伸的兩個帶板狀橋接部分124和125；設置在橋接部分124和125尖端(自由端，即+X方向上的端部)上為矩形形狀(在平面圖中看)的連接部分126，該部分使這些橋接部分彼此機械連接；使構成橋接部分124的橋接構件133和構成橋接部分125的橋接構件135在這些部分的固定端一側上彼此機械連接以增強這些部件的連接部分127；以及固定電極128。
橋接部分124的固定端(-X方向的端部)經腿部122機械連接到襯底121，該腿部122由兩個分開的腿部122a和122b組成，這兩個分開的腿部具有經布線圖案130和131(圖15中省去)分別從襯底121升高的提升部分，其中布線圖案130和131由形成在襯底121上的絕緣膜129如氧化硅膜的頂部上的Al膜組成。類似地，橋接部分125的固定端(-X方向的端部)經由兩個分開的腿部123a和123b組成的腿部123機械連接到襯底121，兩個分開的腿部123a和123b具有分別從襯底121經兩個布線圖案(圖中未示出)升高的提升部分，其中布線圖案由形成在襯底121上的絕緣膜129頂部的A1膜組成。如上所述，橋接部分124和125的自由端通過連接部分126彼此機械連接，橋接構件132和134的固定端通過連接部分127彼此機械連接。因此，在本工作配置中，橋接部分124和125以及連接部分126和127總的構成具有懸臂結構的活動部分。在本工作配置中，襯底121、固定電極128、絕緣膜129構成固定部分。
橋接部分124有兩個橋接構件132和133，它們在活動部分的固定端和自由端之間的X軸方向機械串聯連接。橋接構件132以帶狀板形式構成，(從Z軸方向看)在平面上的X軸方向延伸。橋接構件133以帶狀板形式構成，并且如圖15所示，該部分具有主要在X軸方向(從Z軸方向看平面圖內)延伸的形狀，但在-X側上的位置處在Y軸方向彎曲。固定端一側(-X側)上的橋接構件132形成為可以在Z軸方向撓曲的板簧部分；另一方面，自由端一側(+X側)上的橋接構件133形成為這樣一種剛性部分，具有抗Z軸方向(朝向襯底121和朝向與該襯底相反一側)撓曲以及其它方向撓曲的剛性。
橋接構件132為一種三層薄膜(兩層薄膜在Al膜142和143之間的間隙中)，其中下方SiN膜141、中間Al膜142和143以及用作上方保護膜的SiN膜144疊置，并且構造成使該部分按板簧工作。Al膜142和Al膜143形成為同一水平的膜；但是，如圖15所示，這些膜形成有在Y軸方向敞開的輕微間隙，以致于這些膜彼此電分離。其原因在于Al膜142用作對用于靜電力的活動電極的布線，而Al膜143用作形成用于羅倫茲力的電流路徑的布線。幾乎沒有電流流經用于靜電力的布線，而使較大的電流流經用于羅倫茲力的布線。因此，為了減小用于羅倫茲力的布線的電阻，Al膜142形成的寬度較窄，而Al膜143形成的寬度較寬。
橋接構件133構造成由三層(兩層薄膜在Al膜142和143之間的間隙中)組成的薄膜，其中下方SiN膜141、中間Al膜142和143以及用作上方保護膜的SiN膜144疊置，這些膜從橋接構件132“這樣”連續延伸。但是，橋接構件133通過形成凸帶部分149和150(后敘)而擁有上述的剛性。
在圖16中，橋接構件132表示成在Z軸方向不彎曲。但實際上橋接構件132，象圖1中所示的橋接構件14一樣，在不提供驅動信號的狀態下由膜141～144的應力而向上彎曲(向與襯底121相反一側，即在+Z方向)。這種彎曲狀態可以通過適當設置膜141、142和144的形成條件而實現。另一方面，橋接構件133基本上在Z軸方向不彎曲，無論驅動信號存在與否；結果是擁有上述的剛性，橋接構件133總是保持平板形式的狀態，不因膜141～144的應力而彎曲。因而在橋接部分124不受力的狀態下，橋接構件132和橋接構件133具有不同的彎曲或非彎曲狀態。
在本工作配置中，腿部122通過連續延伸SiN膜141和144以及Al膜142和143(組成橋接構件132)“這樣”而構成；該腿部122有兩個分開的腿部122a和122b。腿部122有兩個分開的腿部122a和122b的原因在于分開了用于靜電力的布線和用于羅倫茲力的布線，并且將Al膜142和Al膜143分別電連接到襯底121上的各個布線圖案130和131。Al膜142經形成在分開的腿部122a中的SiN膜141中的開口電連接到布線圖案130。Al膜143經形成在分開的腿部122b中的SiN膜141中的開口電連接到布線圖案131。另外，在腿部122的上部，以正方形形狀形成凸帶部分151，從而以綜合的方式包圍分開的腿部122a和122b(在從Z方向看的平面圖中)，從而增強腿部122的強度。
橋接部分125和腿部123分別具有與上述橋接部分124和腿部122完全一樣的結構。構成橋接部分125的橋接構件134和135對應于構成橋接部分124的橋接構件132和133。構成腿部123的分開的腿部123a和123b分別對應于構成腿部122的分開的腿部122a和122b。另外，對應于上述凸帶部分151的凸帶部分152形成在腿部123的上部。
連接部分127由兩層膜形成，兩層膜由從橋接構件133和135連續“這樣”延伸的SiN膜141和144組成。起自橋接構件133和135的Al膜142和143不延伸到連接部分127，使得在連接部分127中不形成電連接。
在本工作配置中，為了在單個操作中賦予橋接構件133和135以及連接部分126和127以剛性，形成凸帶部分149以包圍該整個區域的外圍(從平面圖中看)，并且形成凸帶部分150，使得該部分在該整個區域的內周分布，如圖15中的虛線所示。橋接構件133和135通過這些凸帶部分149和150增強，并且因而擁有剛性。橋接構件133和135在Z軸方向基本上不彎曲，無論是否存在驅動信號。因為這些部分擁有上述剛性，所以該部分總是維持平板形式的狀態，不受膜141～144的應力而彎曲。
連接部分126通過連續延伸SiN膜141和144以及Al膜142和143而構成，其中SiN膜141和144以及Al膜142和143組成“這樣的”橋接構件133和135。由Au、Ni或一些其它金屬組成的反射鏡2設置成連接部分126上的受動體。
在連接部分126中，Al膜142和Al膜143如圖15所示地分開；連接部分126中的部分Al膜142也用作用于靜電力的活動電極。用于靜電力的固定電極(由Al膜組成)128形成在襯底121面對此活動電極的區域中。雖然圖中未示出，但構成固定電極128的Al膜還延伸為布線圖案，與布線圖案130一起使用，使得電壓可以施加到固定電極128和連接部分126中也用作活動電極的Al膜142之間作為靜電力驅動信號。
同時，從上述說明看出，從腿部122的分開腿部122b之下的布線圖案131經橋接構件132→橋接構件133→連接部分126→橋接構件135→橋接構件134延伸到腿部123的分開腿部123b之下的布線圖案(圖中未示出)的電流路徑由Al膜143形成。在此電流路徑之內，在連接部分126中沿Y軸方向(電流方向-Y方向)分布的電流路徑構成這樣一部分，該部分被放置于以X軸方向取向的磁場中時，產生取向朝襯底121(在-Z方向)的羅侖茲力。因此，當此部分被置于利用永久磁鐵等(圖中未示出)產生的取向于X軸方向的磁場中時，并當使電流(羅侖茲力驅動信號)流經上述電流路徑時，羅侖茲力(驅動力)作用在連接部分126中Al膜143上的-Z方向。
在本工作配置中，如圖15所示，橋接構件133和135具有在-X一側上的位置中Y軸方向彎曲的形狀(從Z軸方向看的平面中)；結果，因為此形狀是橋接部分124和125的中間部分在Y軸方向上彎曲，所以在襯底121上二維分布多個微致動器111的情形中可以增大設置密度，如圖23所示。當然，在本發明中，安置在襯底121上的微致動器111的數量可以是1或更大的任意數。對于上述第一至第三工作配置也是這樣。圖23是以模型形式表示多個微致動器111設置實例的平面圖。
另外，在本工作配置中，SiN膜144形成在活動部分及腿部的整個表面之上作為保護膜；但此SiN膜144也可以省去。但在此情況下，SiN膜144留在反射鏡2的下部以確保Al膜142和143的電絕緣。另外，也可以在上述第一至第三工作配置中形成對應于SiN膜144的保護膜。
本工作配置的微致動器111也可以通過用于制作第一至第三工作配置中的微致動器1、41和91的方法制作。
在本工作配置中，羅侖茲力和靜電力可以用作驅動力。例如，一旦連接部分126單獨被羅侖茲力或同時被羅侖茲力和靜電力向下推向襯底121、使得連接部分126接觸襯底121或到達恰好未到達襯底121的設定位置，可以截止羅侖茲力，并且可以單獨通過靜電力將連接部分126保持在與襯底121接觸的狀態。
在本工作配置中，與上述現有技術不同，橋接部分124和125不是只由單個均勻的板簧部分構成；相反，橋接部分124和125由固定端一側上的橋接構件132和134以及橋接構件133和135構成，橋接構件132和134是在不受力狀態在+Z方向彎曲的板簧部分，橋接構件133和135是在自由端一側上的剛性部分，它們總是保持平板形式的形狀。因此，從活動部分固定端到自由端的長度可以增大，襯底121和連接部分126之間的距離可以縮短，其中在活動部分不受力的狀態下羅侖茲力和/或靜電力作用到連接部分126上。因此，連接部分126上被作用了自由端一側上的驅動力的位置可以設置為遠離活動部分的固定端，并且在不提供驅動信號的狀態下較接近襯底121。因此，在本工作配置中，可以以較小的驅動力操縱微致動器，使得微致動器111可以以較低的功率操縱。
(第五工作配置)圖24是以模型的形式表示構成本發明第五工作配置的微致動器211和由該微致動器驅動的反射鏡2的平面圖。在圖24中，省去了形成在活動部分和腿部的整個表面之上的SiN膜144，并且原先應由實線畫出的凸帶部分149和150的線條用虛線表示；另外，分別對部分地形成在SiN膜144上的Al膜142和143以及Al膜201和202施以不同的陰影線。圖25是沿圖24中X31-X32線的截面圖。雖然在此附圖中未示出，但沿圖24中X39-X40線的截面圖與圖25相同。圖26是沿圖24中X33-X34線的截面圖。雖然在此附圖中未示出，但沿圖24中X37-X38線的截面圖與圖26相同。圖27是沿圖24中X35-X36線的截面圖。圖28是圖24中沿Y31-Y32線的截面圖。圖29是圖24中沿Y33-Y34線的截面圖。圖30是圖24中沿Y35-Y36線的截面圖。圖31是圖24中沿Y37-Y38線的截面圖。另外，在圖25～31中，橋接構件132和134表示成在Z軸方向不彎曲；但實際上，與圖1中的橋接構件14一樣，橋接構件132和134在活動部分不受力的狀態下在+Z方向彎曲。
圖24～31分別對應于上述表示第四工作配置的圖15～22。在圖24～31中，與圖15～22中的元件相同的元件或對應于圖15～22中元件的元件標以相同的標號，并且省去對這些元件的贅述。
本工作配置的微致動器211與第四工作配置的微致動器111的不同之處僅在于下述方面。
在上述第四工作配置中，在形成于活動部分和腿部整個表面(最上表面)之上的SiN膜144的頂部不形成膜。另一方面，在本工作配置中，如圖24、25和31所示，而且Al膜201和202分別只形成在橋接構件132和134的區域中SiN膜144的頂部。
因此，本工作配置與第四工作配置的不同之處在于橋接構件132為一種四層薄膜(三層在Al膜142和143之間的間隙中)，其中下方SiN膜141、中間Al膜142和143、上方SiN膜144和另一上方Al膜201疊置，構造成作為板簧部分。類似地，橋接構件134是一種四層薄膜(三層在Al膜142和143之間的間隙中)，其中下方SiN膜141、中間Al膜142和143、上方SiN膜144和另一上方Al膜202疊置，并構造成用作板簧部分。
同時，在如同上述第四工作配置的本工作配置中，橋接構件133也由三層組成的薄膜形成(兩層在Al膜142和143之間的間隙中)，其中下方SiN膜141、中間Al膜142和143以及用作上方保護膜的SiN膜144(這些膜從橋接構件132連續“這樣”延伸)疊置。類似地，橋接構件135由三層組成的薄膜形成(兩層在Al膜142和143之間的間隙中)，其中下方SiN膜141、中間Al膜142和143以及作為上方保護膜的SiN膜144(這些膜從橋接構件133連續“這樣”延伸)疊置。
因而，在本工作配置中，SiN膜141、Al膜142和SiN膜144連續“這樣”延伸到橋接構件132和橋接構件133，并且在橋接構件132中的SiN膜144的頂部形成Al膜201。另一方面，在橋接構件133中的SiN膜144的頂部不形成Al膜201。類似地，SiN膜141、Al膜142和SiN膜144連續“這樣”延伸到橋接構件134和橋接構件135，并且Al膜202形成在橋接構件134中SiN膜144的頂部。另一方面，在橋接構件135中的SiN膜144的頂部不形成Al膜202。
因此，在本工作配置中，橋接構件133中的層數小于橋接構件132中的層數，層數、各個層的材料以及各個層的厚度在形成所有橋接構件133的層(即，由膜141～144形成的層)和部分橋接構件132形成的層(即，由膜141～144形成的層)之間相同。在此方面，橋接構件134和135與橋接構件132和133相同。
在上述第四工作配置中，兩個橋接構件132和133都具有恰好相同的層結構；因此，可以通過設置膜厚和膜的形成條件在膜141～144中產生內應力，為在其中活動部分不受力的狀態下使橋接構件132和134在+Z方向彎曲，該內應力是必需的。因此，橋接構件133也不可避免地具有由膜141～144產生的較大內應力；不過，可以通過形成凸帶部分149和150來確保橋接構件133的剛性。在這方面，橋接構件134和135與橋接構件132和133相同。因此，凸帶部分149和150必須抵抗上述較大的內應力。
另一方面，在本工作配置中，設置各個層的膜厚度和膜形成條件，使得膜141～144產生的應力很小。結果，被賦予剛性、從而維持平板形狀的橋接構件133和135的內應力減小。例如，注意膜141～144的三層結構，這三層中的上層和下層(SiN膜141和144)由相同的材料組成。因此，如果SiN膜141和144的膜厚度設置為相同值，則作為這種對稱的結果，膜141～144產生的內應力可以減小。另一方面，將膜201和202的膜厚度和膜形成條件設置成由膜141～144和201整個產生的內應力以及由膜141～144和202整個產生的內應力構成足以在活動部分不受力的狀態下在+Z方向分別彎曲橋接構件132和134的內應力。另外，在此同時通過形成這些膜而可以使膜201和202的膜厚度和膜形成條件相同。
因而，在本工作配置中，在活動部分不受力的狀態下在+Z方向彎曲橋接構件132和134，并且盡管如此，可以減小被賦予了剛性、從而維持平板形式的形狀的橋接構件133和135的內應力。因此，可以大大地減小凸帶部分149和150上的負荷。因此，可以更加穩定地確保橋接構件133和135的剛性，使得可以更穩定地保持橋接構件133和135的平板形式的形狀。
不用說，除了上述優點之外，在本工作配置中還可以獲得類似于第四工作配置的優點。
(第六工作配置)圖32是以模型的形式表示構成本發明第六工作配置的微致動器311和由該微致動器驅動的反射鏡2的平面圖。在圖32中，省去了形成在活動部分及腿部整個表面之上的SiN膜144，并且本身應該用實線畫出的凸帶部分149和150的線條用虛線表示。另外，對部分形成在SiN膜144上的Al膜142和143以及Al膜201和202分別施以不同的陰影線。
圖32對應于上述表示第五工作配置的圖24。在圖32中，與圖24中相同的元件，或是對應于圖24中的元件采用相同的標號，并省去對這些元件的贅述。
本工作配置的微致動器311與第五工作配置的微致動器211的不同之處僅在于在本工作配置中不形成第五工作配置中的凸帶部分149和150。
從上述第五工作配置的描述中看出，在此第五工作配置中的橋接構件132和134在活動部分不受力的狀態下在+Z方向彎曲，并且盡管如此，可以減小橋接構件133和135的內應力。因此，即使不形成凸帶部分149和150(如同在本工作配置中一樣)，橋接構件132和134也可以在+Z方向彎曲，并且在活動部分不受力的狀態下橋接構件133和135可以保持平板形式的形狀。當然，在本工作配置中，因為不形成凸帶部分149和150，所以橋接構件133和135用作板簧部分，并且當活動部分受力時彎曲。但是，在活動部分不受力的狀態下，橋接構件132和134以及橋接構件133和135具有如上所述的不同的彎曲或非彎曲狀態；因此，在本工作配置中還可以獲得與如上所述的第四工作配置基本上相同的優點。
(第七工作配置)圖33和34是以模型的形式分別表示構成本發明第七工作配置的光學開關的截面圖。圖33表示不提供驅動信號的狀態，圖34表示提供驅動信號的狀態。另外，在圖33和34中，以大大簡化的形式表示了微致動器1的結構。圖35是以模型的形式表示圖33和34中光波導襯底190的透視圖。
本工作配置的光學開關包括圖1～3中所示的第一工作配置的微致動器1、安置在該微致動器上的反射鏡2和光波導襯底190。
在本工作配置中，如圖35所示，光波導襯底190有四個傳播被切換的光束的光波導191～194。例如，光波導襯底190有一個在其中心部位寬度為幾十微米的凹槽196，光波導191～194的端面191a、192a、193b和194b暴露在此凹槽196的側表面中。如圖33和34所示，端面191a和端面192a之間的間隙、以及端面193b和端面194b之間的間隙設計為可以被反射鏡2的反射面覆蓋的間隙。
如圖33和34所示，光波導襯底190設置在微致動器1的襯底11的表面上。并且在光波導襯底190和襯底11之間的空間中以及在與此第一空間相連的凹槽196的空間內部密封折射率調節液202。當然，也不是絕對必須在這些空間中密封折射率調節液202。另外，襯底11和光波導襯底190定位成反射鏡2可以插入凹槽196中。
如圖34所示，在對微致動器1的固定電極16和活動電極(圖33和34中未示出)施加電壓的狀態下，反射鏡2的位置低于光波導193和194的端面193b和194b。因此，例如，在光從光波導193的端面193a入射的情況下，經光波導193傳播的光束從端面193b發出，并且“這樣”入射到面對光波導192的端面192a上；此光束經光波導192傳播，并從端面192b發出。另外，例如，在光從光波導191的端面191b入射的情況下，經光波導191傳播的光束從端面191a發出，并且“這樣”入射到面對光波導194的端面194b上；此光束經光波導194傳播并從端面194a發出。
另一方面，在對微致動器1的固定電極16和活動電極不施加電壓的狀態下，反射鏡2的位置覆蓋光波導193和194的端面193b和194b，如圖33所示。因此，例如在光從光波導193的端面193a入射的情況下，經光波導193傳播的光束從端面193b發出并被反射鏡2反射，使得該光束入射到光波導194的端面194b上。然后該光束經光波導194傳播并從端面194a發出。另外，例如在光從光波導191的端面191b入射的情況下，經光波導191傳播的光從端面191a發出并被反射鏡2反射，使得該光束入射到光波導192的端面192a上。該光束經光波導192傳播并從端面192b發出。
在此工作配置中，因為采用了第一工作配置的微致動器1，所以可以以很低的功率操縱微致動器1。
在此工作配置中，微致動器1也可以由上述第二～第六工作配置中的微致動器41、91、111、211和311中的任何一個代替。另外，例如在采用微致動器41、91、111、211和311的情況下，可以在光波導襯底190上設置用于產生上述磁場的永久磁鐵。
本工作配置表示了在光波導190中存在單個光波導交叉點、因而存在單個反射鏡2和單個微致動器1的情形。但是，例如，也可以采用這樣一種結構，即光波導以二維矩陣的形式形成在光波導襯底190中，使得以二維矩陣形式設置光波導的交叉點，并且因此在襯底11的表面上二維設置多個微致動器，位于光波導各個交叉點處的反射鏡2被各個微致動器驅動。
以上描述了本發明的各種工作配置及其改型。但本發明不限于這些工作配置和改型。例如，本發明的微致動器也可以用在除光學開關以外的其它各種應用中。
工業實用性本發明的微致動器可以用在光學開關等中，并且本發明的光學開關可以用在(例如)光通訊裝置和光學轉換裝置等中。
權利要求
1.一種微致動器，包括固定部分和具有懸臂結構的活動部分，其中懸臂結構的固定端緊固到固定部分，該微致動器的特征在于活動部分在其固定端和自由端之間有一個橋接部分，此橋接部分有多個在固定端和自由端之間串聯連接的橋接構件，和在活動部分未受力的狀態下，多個橋接構件中的一個橋接構件和至少另一個橋接構件相對于固定部分的一側以及與該固定部分相反的一側有不同的彎曲或非彎曲狀態。
2.如權利要求1所述的微致動器，其特征在于多個橋接構件的每一個由一層或多層組成的薄膜構成，多個橋接構件中至少一個橋接構件的層數少于其它橋接構件中的層數，和形成上述所有一個或多個橋接構件的一層或多層與形成部分剩余橋接構件的一層或多層之間的層數、各個層的材料以及各個層的厚度相同。
3.如權利要求1所述的微致動器，其特征在于多個橋接構件中位置最遠離地朝向固定端一側的橋接構件是板簧部分，和多個橋接構件中除位置最遠離地朝向固定端一側的橋接構件以外的至少一個橋接構件是一種基本上至少對于朝向固定部分一側的撓曲以及朝向與該固定部分相反一側的撓曲擁有剛性的剛性部分。
4.如權利要求3所述的微致動器，其特征在于在活動部分未受力的狀態下位置最遠離地朝向固定端一側的橋接構件彎向與該固定部分相反的一側，和剛性部分基本上不彎向固定部分一側或與該固定部分相反的一側。
5.如權利要求1所述的微致動器，其特征在于多個橋接構件中位置最遠離地朝向固定端的橋接構件是板簧部分，和多個橋接構件中除位置最遠離地朝向固定端的橋接構件以外的至少一個橋接構件是板簧部分。
6.如權利要求5所述的微致動器，其特征在于在活動部分不受力的狀態下，位置最遠離地朝向固定端的橋接構件彎向與該固定部分相反的一側，和在活動部分不受力的狀態下，除位置最遠離地朝向固定端的橋接構件以外的一個或多個上述橋接構件彎向該固定部分一側。
7.如權利要求5所述的微致動器，其特征在于多個橋接構件中除位置最遠離地朝向固定端的橋接構件以外的至少一個其它橋接構件是一種剛性部分，基本上擁有對于至少朝向固定部分一側的撓曲以及朝向與此固定部分相反的一側的撓曲的剛性。
8.如權利要求7所述的微致動器，其特征在于剛性部分基本上不彎向該固定部分一側或與該固定部分相反的一側。
9.如權利要求3所述的微致動器，其特征在于剛性部分有一個平面部分和一個從此平面部分升高或降低的增強部分。
10.如權利要求7所述的微致動器，其特征在于剛性部分有一個平面部分和一個從此平面部分升高或降低的增強部分。
11.一種微致動器，包括固定部分和具有懸臂結構的活動部分，其中懸臂結構的固定端緊固到固定部分，該微致動器的特征在于活動部分在其固定端和自由端之間有一個橋接部分，此橋接部分有多個在固定端和自由端之間串聯連接的橋接構件，在活動部分未受力的狀態下，多個橋接構件中的一個橋接構件和至少另一個橋接構件相對于固定部分的一側以及與該固定部分相反的一側有不同的彎曲或非彎曲狀態；多個橋接構件中位置最遠離地朝向固定端的橋接構件是一個板簧部分，多個橋接構件中除板簧部分以外的至少一個橋接構件是一個剛性部分，基本上擁有對于至少朝向固定部分一側的撓曲以及朝向與此固定部分相反的一側的撓曲的剛性，和剛性部分有一個平面部分和一個從此平面部分升高或降低的增強部分。
12.如權利要求1所述的微致動器，其特征在于活動部分的固定端通過一個具有從固定部分升高的提升部分的腿部緊固到固定部分。
13.如權利要求11所述的微致動器，其特征在于活動部分的固定端通過一個具有從固定部分升高的提升部分的腿部緊固到固定部分。
14.如權利要求1所述的微致動器，其特征在于活動部分由薄膜構成。
15.如權利要求11所述的微致動器，其特征在于活動部分由薄膜構成。
16.如權利要求1所述的微致動器，其特征在于固定部分具有第一電極部分，和活動部分具有第二電極部分，作為在第一電極部分和第二電極部分之間施加電壓的結果，第二電極部分可以在其與第一電極部分之間產生靜電力。
17.如權利要求11所述的微致動器，其特征在于固定部分具有第一電極部分，和活動部分具有第二電極部分，作為在第一電極部分和第二電極部分之間施加電壓的結果，第二電極部分可以在其與第一電極部分之間產生靜電力。
18.如權利要求1所述的微致動器，其特征在于活動部分中有一條電流路徑，作為置于磁場中并通以電流的結果，產生羅倫茲力。
19.如權利要求11所述的微致動器，其特征在于活動部分中有一條電流路徑，作為置于磁場中并通以電流的結果，產生羅倫茲力。
20.一種光學開關，包括權利要求1～19中任一項的微致動器以及設置在活動部分上的反射鏡。
全文摘要
活動部分由具有懸臂結構的橋接部分13構成，懸臂結構的固定端經腿部12固定。橋接部分13有兩個串聯連接在固定端和自由端之間的橋接構件14和15。固定端一側上的橋接構件14為板簧部分。自由端一側上的橋接構件15為一種擁有剛性的剛性部分。橋接構件14在橋接部分13不受力的狀態下向與襯底11相反的一側彎曲。反射鏡2設置在橋接構件15的自由端一側上。結果，可以獲得能以較小的驅動力操縱的微致動器。
文檔編號G02B6/35GK1642849SQ0380730
公開日2005年7月20日 申請日期2003年3月26日 優先權日2002年3月28日
發明者石津谷徹, 鈴木純兒 申請人:株式會社尼康