微致动器和使用该微致动器的光学开关的制作方法

专利名称：微致动器和使用该微致动器的光学开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种致动器和利用该致动器的光学开关。
背景技术：
随着微加工技术的发展，微致动器在各个领域变得日益重要。例如，用于光通信中切换光路的光学开关等可以引证为使用微致动器的领域的一个实例。日本专利申请JP2001-142008中公开的光学开关可以作为这种光学开关的一个实例。
微致动器包括固定部分和可相对于固定部分移动的活动部分；还有一种微致动器，其中的活动部分有一个悬臂结构。例如，在日本专利申请JP2001-142008的图8中公开了一种活动部分具有悬臂结构的实例。
下面描述日本专利申请JP2001-142008的图8中公开的光学开关。该光学开关包括以矩阵形式在其上形成光波导的光波导衬底，并且在衬底上的矩阵交叉点处形成反射镜可以进入的凹槽，还包括一个其上形成微致动器和反射镜的致动器衬底。反射镜被微致动器驱动，当反射镜前进到光波导衬底的凹槽中时，光被反射镜反射，而当反射镜从凹槽中退出时，光直接向前方行进，由此切换光路。
另外，在用于日本专利申请JP2001-142008的图8中公开的光学开关的致动器中，活动部分仅由均匀构成的板簧部分形成。反射镜紧固到此板簧部分的尖端。在不施加驱动力的情况下，此板簧部分弯向与衬底相反一侧，并当施加驱动力时，衬底该面上的板簧部分的整个表面与该衬底的表面接触。当停止施加驱动力时，作为板簧部分弹力(内应力)的结果，板簧部分返回到弯向与衬底相反一侧的状态。
从本发明人进行的研究结果断定，如果活动部分仅由均匀构成的板簧部分构成，并在活动部分具有悬臂结构的情况下，在未受力的状态(如上述常规微致动器中)下弯向与衬底相反一侧，则因为该活动部分的结构而很难以很小的驱动力操纵微致动器。
作为实例，下面描述活动电极设置在板簧部分尖端、固定电极设置在具有活动部分结构如上述常规微致动器的致动器中衬底上、由施加在两电极中的电压而在两电极之间产生的静电力用作驱动力的情形。在此情况下，要减小操作需要的驱动力，可以缩短在两电极之间不施加电压的状态中两电极之间的距离，并且可以延长板簧部分的长度，使得板簧部分的固定端和活动电极之间的距离增大。但是，因为活动部分仅由均匀构成的板簧部分构成并在未受力的状态下弯向与衬底相反一侧，所以不能同时实现这两种设计元件。具体地说，必须不可避免地使板簧部分的长度缩短，以便缩短两电极之间在未被施加电压的状态下的距离。另外，在此情况下，不能充分地确保反射镜的运动行程。另一方面，如果板簧部分的长度增加，则因为在两电极间未施加电压的状态下板簧部分弯向与衬底相反一侧，两电极部分之间的距离不可避免地增长。因此，在具有活动部分结构、如上述常规微致动器的微致动器中，很难以较小的驱动力操纵微致动器。
发明概述本发明的设计是为了解决上述问题；本发明的目的在于提供一种可以通过较小的驱动力操纵的微致动器，以及利用该微致动器的光学开关。
用于实现上述目的的第一发明是一种微致动器，包括固定部分和具有悬臂结构的活动部分，其中悬臂结构的固定端紧固到固定部分，其中(a)活动部分在其固定端和自由端之间有一个桥接部分，(b)此桥接部分有多个在固定端和自由端之间串联连接的桥接构件，和(c)在活动部分未受力的状态下，多个桥接构件中的一个桥接构件和至少另一个桥接构件相对于固定部分的一侧以及与该固定部分相反的一侧有不同的弯曲或未弯曲状态。
此处，“桥接构件相对于固定部分的一侧以及与该固定部分相反的一侧弯曲或未弯曲状态”集中指桥接构件向固定部分的一侧或向与该固定部分相反的一侧弯曲的存在或不存在，以及在桥接构件弯曲的情形中，所有涉及桥接构件向固定部分的一侧或向与该固定部分相反的一侧弯曲的状态和对于向两侧中任一侧的所有弯曲程度(曲率值)。因此，既不弯向固定部分的一侧也不弯向与该固定部分相反的一侧的桥接构件和弯向固定部分的一侧或与该固定部分相反一侧的桥接构件相对于固定部分的一侧和与该固定部分相反的一侧有不同的弯曲或非弯曲状态。另外，如果弯曲度不同，则即使两个桥接构件弯向同一侧，这两个桥接构件相对于固定部分的一侧和与该固定部分相反的一侧表现出不同的弯曲或非弯曲状态。而且如果两个桥接构件弯向不同侧(固定部分的一侧和与该固定部分相反的一侧)，则这两个桥接构件相对于固定部分的一侧和与该固定部分相反的一侧有不同的弯曲或非弯曲状态。
用于实现上述目的的第二发明是基于第一发明，其特征在于(a)多个桥接构件的每一个由一层或多层组成的薄膜构成，(b)多个桥接构件中至少一个桥接构件的层数少于其它桥接构件中的层数，和(c)形成上述所有一个或多个桥接构件的一层或多层与形成部分剩余桥接构件的一层或多层之间的层数、各个层的材料以及各个层的厚度相同。
用于实现上述目的的第三发明是基于第一或第二发明，其特征在于(a)多个桥接构件中位置最远离地朝向固定端一侧的桥接构件是板簧部分，和(b)(多个桥接构件中)除位置最远离地朝向固定端一侧的桥接构件以外的至少一个桥接构件是一种基本上至少对于朝向固定部分一侧的挠曲以及朝向与该固定部分相反一侧的挠曲拥有刚性的刚性部分。
用于实现上述目的的第四发明是基于第三发明，其特征在于(a)在活动部分未受力的状态下位置最远离地朝向固定端一侧的桥接构件弯向与该固定部分相反的一侧，和(b)刚性部分基本上不弯向固定部分的一侧或与该固定部分相反的一侧。
用于实现上述目的的第五发明是基于第一或第二发明，其特征在于(a)(多个桥接构件中)位置最远离地朝向固定端的桥接构件是板簧部分，和(b)(多个桥接构件中)除位置最接近固定端一侧的桥接构件以外的至少一个桥接构件是板簧部分。
用于实现上述目的的第六发明是基于第五发明，其特征在于(a)在活动部分不受力的状态下，位置最远离地朝向固定端的桥接构件弯向与该固定部分相反的一侧，和(b)在活动部分不受力的状态下，除位置最远离地朝向固定端的桥接构件以外的一个或多个桥接构件弯向该固定部分一侧。
用于实现上述目的的第七发明是基于第五或第六发明，其特征在于多个桥接构件中(除位置最远离地朝向固定端的桥接构件以外)的至少一个其它桥接构件是一种刚性部分，基本上拥有对于至少朝向固定部分一侧的挠曲以及朝向与此固定部分相反的一侧的挠曲的刚性。
用于实现上述目的的第八发明是基于第七发明，其特征在于刚性部分基本上不弯向该固定部分一侧或与该固定部分相反的一侧。
用于实现上述目的的第九发明是基于第三、第四、第七和第八发明，其特征还在于刚性部分有一个平面部分和一个提升或降低此平面部分的增强部分。
用于实现上述目的的第十发明是一种微致动器，包括固定部分和具有悬臂结构的活动部分，其中悬臂结构的固定端紧固到固定部分，其特征在于(a)活动部分在固定端和活动部分的自由端之间有一个桥接部分，(b)此桥接部分有多个在固定端和自由端之间串联连接的桥接构件，(c)在活动部分未受力的状态下，多个桥接构件中的一个桥接构件和至少另一个桥接构件相对于固定部分的一侧以及与该固定部分相反的一侧有不同的弯曲或未弯曲状态；(d)多个桥接构件中位置最远离地朝向固定端的桥接构件是一个板簧部分，(e)多个桥接构件中除板簧部分以外的至少一个桥接构件是一个刚性部分，基本上拥有对于至少朝向固定部分一侧的挠曲以及朝向与此固定部分相反的一侧的挠曲的刚性，和(f)刚性部分有一个平面部分和一个提升或降低此平面部分的增强部分。
用于实现上述目的的第十一发明是基于第一至第十发明中的任何一个，其特征在于活动部分的固定端通过一个具有从固定部分升高的提升部分的腿部紧固到固定部分。
用于实现上述目的的第十二发明是基于第一至第十一发明中的任何一个，其特征在于活动部分由薄膜构成。
用于实现上述目的的第十三发明是基于第一至第十二发明中的任何一个，其特征在于固定部分具有第一电极部分，活动部分具有第二电极部分，作为在第一电极部分和第二电极部分之间施加电压的结果，第二电极部分可以在其与第一电极部分之间产生静电力。
用于实现上述目的的第十四发明是基于第一至第十三发明中的任何一个，其特征在于活动部分中有一条电流路径，作为置于磁场中并通以电流的结果，产生罗伦兹力。
用于实现上述目的的第十五发明是一种光学开关，包括第一至第十四发明中任何一项的微致动器以及设置在活动部分上的反射镜。
附图简述

图1是以模型的形式表示构成本发明第一工作配置的微致动器和由该微致动器驱动的反射镜的平面图；图2是沿图1中X1-X2线的截面图；图3是沿图1中Y1-Y2线的截面图；图4是分别以模型的形式表示用于制造图1～3中所示微致动器的方法各步骤的截面图；图5是分别以模型的形式表示用于制造图1～3中所示微致动器的方法其余各步骤的截面图；图6是以模型的形式表示构成本发明第二工作配置的微致动器和由该微致动器驱动的反射镜的平面图；图7是沿图6中X3-X4线的截面图；图8是沿图6中Y3-Y4线的截面图；图9是分别以模型的形式表示用于制造图6～8中所示微致动器的方法各步骤的截面图；图10是以模型的形式表示构成本发明第三工作配置的微致动器和由该微致动器驱动的反射镜的平面图；图11是沿图10中X7-X8线的截面图；图12是沿图10中Y5-Y6线的截面图；图13是沿图10中Y7-Y8线的截面图；图14是沿图10中Y9-Y10线的截面图；图15是以模型的形式表示构成本发明第四工作配置的微致动器和由该微致动器驱动的反射镜的平面图；图16是沿图15中X11-X12线的截面图；图17是沿图15中X13-X14线的截面图；图18是沿图15中X15-X16线的截面图；
图19是沿图15中Y11-Y12线的截面图；图20是沿图15中Y13-Y14线的截面图；图21是沿图15中Y15-Y16线的截面图；图22是沿图15中Y17-Y18线的截面图；图23是以模型的形式表示多个微致动器设置的实例平面图；图24是以模型的形式表示构成本发明第五工作配置的微致动器和由该微致动器驱动的反射镜的平面图；图25是沿图24中X31-X32线的截面图；图26是沿图24中X33-X34线的截面图；图27是沿图24中X35-X36线的截面图；图28是沿图24中Y31-Y32线的截面图；图29是沿图24中Y33-Y34线的截面图；图30是沿图24中Y35-Y36线的截面图；图31是沿图24中Y37-Y38线的截面图；图32是以模型的形式表示构成本发明第六工作配置的微致动器和由该微致动器驱动的反射镜的平面图；图33是以模型的形式表示在不对光学开关提供驱动信号的状态下构成本发明第七工作配置的光学开关的截面图；图34是以模型的形式表示在对光学开关提供驱动信号的状态下构成本发明第七工作配置的光学开关的截面图；图35是以模型的形式表示图33和34中光波导衬底的透视图。
执行本发明的最佳模式下面将参考附图描述构成本发明工作配置的微致动器以及采用这些微致动器的光学开关。
(第一工作配置)图1是以模型的形式表示构成本发明第一工作配置的微致动器1和由该微致动器驱动的反射镜2的平面图。在图1中，形成在衬底11上的固定电极16由假想线(点划线)表示。图2是沿图1中X1-X2线的截面图。图3是沿图1中Y1-Y2线的截面图。为了方便描述，相互垂直的X、Y和Z轴如图1～3定义。另外，在X轴内，箭头表示的方向称作+X方向，反方向称作-X方向。对于Y和Z轴的方向也是这样。XY平面平行于衬底11的平面。这几点在后叙的各个图中都一样。另外，图2和3表示不提供驱动信号的状态(即，活动部分不受力的状态)。
本工作配置的微致动器1包括衬底11如硅衬底和玻璃衬底、腿部12、从Z轴方向看的平面内在X轴方向延伸的单个带状桥接部分13和固定电极16。
桥接部分13的固定端(X方向上的端部)经腿部12机械连接到衬底11，腿部12有一个经布线图案18(图1中省去)从衬底11升高的提升部分，布线图案由形成在绝缘膜17上部的Al膜组成，例如绝缘膜17是衬底11表面上的氧化硅膜。因此，在本工作配置中，桥接部分13是一个悬臂，此桥接部分13构成一个具有悬臂结构的活动部分。另外，在本工作配置中，衬底11、绝缘膜17和固定电极16构成固定部分(如上所述)。
在本工作配置中，由Au、Ni或其它金属组成的反射镜2安装在自由端一侧的桥接部分13的上部(即如后述桥接构件15的上部)作为驱动体。
桥接部分13有两个桥接构件14和15，它们在固定端和自由端之间在X轴方向机械串联。桥接构件14和15以带状板形状构成，在从Z轴方向看去的平面内在X轴方向延伸。固定端一侧(-X一侧)上的桥接构件14构成一个可以在Z轴方向上挠曲的板簧部分，而自由端(+X一侧)一侧上的桥接构件15构成一个拥有在Z轴方向(朝向衬底11及其相反一侧)抗挠曲、在其它方向挠曲的大致刚性的刚体部分。
桥接构件14由两层薄膜构成，其中下方的SiN膜21和上方的Al膜22叠置，作为板簧部分。桥接构件15由两层薄膜构成，其中下方的SiN膜21和上方的Al膜22叠置，“这样”延伸作为桥接构件14的延续。但是，与桥接构件14不同，除了在Z轴方向看平面形状为矩形的平面部分15a以外，桥接构件15还有一个形成为正方形(从Z轴方向看去的平面上)的凸带部分15b，在平面部分15a的外围附近包围平面部分15a，并且在+Z方向从平面部分15a凸出。凸带部分15b具有从平面部分15a升高的提升部分；此提升部分构成增强平面部分15a的增强部分，并且赋予桥接构件15以上述刚性。
例如，也可以通过去除凸带部分15b内周一侧上的提升部分而获得类似的增强效果，并且只留下凸带部分15b外周一侧上的提升部分，使得在本工作配置中平面部分15a的高度制作成与凸带部分15b上表面的相同。但与这种情况相比，本工作配置在桥接部分13不受力的状态下表现出固定电极16和桥接构件15的Al膜22(也用作活动电极)之间较短的距离，使得静电力的驱动电压可以减小。因此，本工作配置更理想。在本工作配置中，如上所述，凸带部分15b形成为正方形形状。不过，还可以只形成(例如)从+Y和-Y侧看的平面上在X轴方向延伸的部分。没有必要形成+X和-X侧上在Y轴方向延伸的部分。即使凸带部分15b以这种方式形成，也可以对桥接构件15赋予抗Z轴方向挠曲的刚性。
另外，桥接构件14和15的材料和层数不限于上述实例；例如，可以用其它一些绝缘膜代替SiN膜21，并且可以用其它导电膜代替Al膜22。
另外，如图2所示，在不提供驱动信号的状态下，桥接构件14通过膜21和22的应力向上(在+Z方向上从衬底11向相反一侧)弯曲。另一方面，无论驱动信号存在与否，桥接构件15表现出在Z轴方向基本上无弯曲；作为具有上述刚性的结果，此桥接构件15恒定地维持平板形状态，不受膜21或22的应力而弯曲。因而在桥接部分13不受力的状态下，桥接构件14和桥接构件15具有不同的弯曲或非弯曲状态。
在本工作配置中，通过连续延伸构成“这样的”桥接构件14的SiN膜21和Al膜22构成腿部12。Al膜22经形成在腿部12中SiN膜21内的开口部分电连接到布线图案18。另外，为了增强腿部12的强度，在腿部12的上部形成正方形(从Z方向看去的平面中)的凸带部分19。
在本工作配置中，构造微致动器，使得静电力用作驱动力。更具体地说，在本工作配置中，桥接构件15中的Al膜22还用作活动电极，由Al膜组成的固定电极16形成在衬底11上的绝缘膜17上的面对桥接构件15的区域中。桥接构件15中的SiN膜21还起着用于防止Al膜22和固定电极16之间电接触的绝缘层的作用。另外，虽然图中未示出，但构成固定电极16的Al膜还延伸作为布线图案，并与布线图案18一起使用，以至于可以在固定电极16和也用作活动电极的桥接构件15中的Al膜22之间施加电压作为驱动信号。
当施加此电压(驱动信号)时，静电力(驱动力)在固定电极16和用作桥接构件15中活动电极的Al膜22之间作用，使得桥接构件15抵抗桥接构件14的弹力(内应力)被拉向衬底11，并且桥接构件14相应地变形。另外，桥接构件15在该部分接触衬底11的位置停止；结果，产生一种反射镜2移到接近衬底11处的位置的状态。另一方面，当不施加此电压时，在固定电极16和用作桥接构件15中活动电极的Al膜22之间没有静电力(驱动力)作用，使得桥接构件14的弹力(内应力)促使桥接构件15返回到图2中所示的状态，并且反射镜2返回到与衬底11分开的原始上方位置。也可以把根据来自外界的控制信号产生此驱动信号的驱动电路安置在衬底11上；这一点对于各个工作配置来说是相同的，后面将进行描述。
因而，在本工作配置中，通过驱动信号产生的静电力实现驱动。当然，在本发明中，系统也可以构造成通过一些其它的驱动力如磁力或罗伦兹力实现驱动，或通过由两种或多种不同类型的驱动力的任意组合组成的驱动力实现驱动。另外，例如也可以采用这样的驱动系统，即该系统利用不同衬底的至少两个具有不同热膨胀系数的相互叠置层的热膨胀产生的变形。在此情况下，例如，用于上述变形的热量可以通过可见光或红外光的吸收或通过对电阻部分施加电流等而被应用，并且辐射光量或施加的电流量可以用作驱动信号。
另外，在本工作配置中，衬底11上的固定电极16只设置在自由端一侧上面对桥接构件15的区域中；但也可以将固定电极16延伸到固定端一侧上面对桥接构件14的位置。在此情况下，不仅桥接构件15中的Al膜22、而且桥接构件14中的Al膜22都用作活动电极。
接下来参考图4和5描述制造本工作配置中微致动器1的方法实例。图4和5是分别以模型的形式表示该制造方法的各个步骤的截面图；这些附图对应于图2。
首先，通过热氧化在硅衬底11的上表面上形成氧化硅膜17，并通过真空沉积或溅射法等在此氧化硅膜17上沉积Al膜。然后，通过光刻蚀刻法将此Al膜图案化成固定电极16、布线图案18和其它布线图案的形状(图4(a))。接下来，在此状态下把构成牺牲层的抗蚀剂30用作衬底表面的涂层，并且通过光刻蚀刻法在此抗蚀剂30中形成对应于腿部12接触部分的开口30a(图4(b))。
接下来，如图4(b)所示状态下，构成牺牲层的抗蚀剂31用作衬底整个表面的涂层，并且通过光刻蚀刻法去除除对应于抗蚀剂31内的凸带部分15b和19之外的部分，使得只有对应于凸带部分15b和19的这些部分可以保留岛状形式(图4(c))。
随后，在通过等离子CVD法等形成将要形成腿部12和桥接部分13(桥接构件14和15)的SiN膜21后，通过光刻蚀刻法进行图案化，使得形成这些部分的形状(图4(d))。在此情况下，在腿部12的接触部分中形成开口。
另外，在图4(d)中，光学蚀刻SiN膜21的一共三个位置，即平面m上的位置a1，平面n上的位置b1和b2。在此情况下，平面m和平面n的高度差等于抗蚀剂30的膜厚度(如大约2μm)；因此，很难在光刻时以良好的精度形成两个抗蚀剂图案。因此，可以采用这样的程序，其中只有平面m上的位置a1首先被光学蚀刻，如图4(c)所示的步骤之后的图4(d’)所示，然后，光学蚀刻平面n上的位置b1和b2，如图4(d”)所示。如果由此以分为单独步骤的程序对同等高度的平面进行光学蚀刻过程，则可以提高图案精度。另外，在此情况下，即使只划分光刻过程并且同时进行蚀刻过程，也可以获得相同的效果。接下来，在通过真空沉积或溅射法等沉积了用于形成腿部12和桥接部分13(桥接构件14和15)的Al膜22之后，此膜22通过光刻法形成图案，使得形成这些部分的形状(图5(a))。
另外，在图5(a)中，总共光学蚀刻Al膜22中的两个位置，即平面p上的c1和c2位置。在此情况下，执行这样一个过程是明智的，即位置c1一侧上的Al膜22的端部达不到位置d1，如图5(a’)所示。在图5(a’)中，位置d1位于平面q上，位置c2位于平面p上。在此情况下，平面p和平面q在高度上的相差量等于抗蚀剂31的膜厚度(如，大约2μm)；因此，很难在光刻时以良好的精度形成两种抗蚀剂图案。因而，如图5(a)所示，希望设计一种光掩膜，使得图案的端部以单次的光刻步骤形成在同样的高度位置处。
接下来，在图5(a)所示的状态下把构成牺牲层的抗蚀剂32厚厚地施加到衬底的整个表面上作为涂层，并且在通过电镀生长将要形成反射镜2的Au、Ni或其它金属之后，曝光和显影抗蚀剂32，使得在抗蚀剂32中形成生成反射镜2的区域(图5(b))。最后，通过等离子灰化法等去除抗蚀剂30～32。结果，完成本工作配置的微致动器1。
另外，如上所述，去除抗蚀剂30～32时，在通过膜形成期间产生的应力而使桥接构件14向上弯曲的条件下，形成膜21和22。
本工作配置与上述现有技术的不同之处在于桥接部分13不是仅由单个均匀的板簧部分构成；而是由构成固定端一侧上的板簧部分的桥接构件14以及构成自由端一侧上总是具有平板形式的刚性部分的桥接构件15构成。因此，可以延长从桥接部分13的固定端到自由端的长度，并且在桥接部分13不受力的状态下(如图2所示)可以缩短桥接部分13的自由端到衬底11的距离。因此，自由端一侧上活动电极的位置(即，本工作配置中桥接构件15上的Al膜)可以设置为远离桥接部分13固定端的位置，该位置在图2所示的不提供驱动信号的状态下较接近固定电极。因此，在本工作配置中，可以以很小的驱动力操纵系统，使得微致动器1可以以较低的功率操纵。
因而，在本工作配置中，因为桥接构件14和桥接构件15在桥接部分13不受力的状态下具有不同的弯曲或非弯曲状态，所以可以把桥接部分13不受力状态下的桥接部分13的自由端部分离衬底11的距离自由设置为理想的距离，并增大桥接部分13的长度。结果，可以以很小的驱动力操纵微致动器1。
(第二工作配置)图6是以模型的形式表示构成本发明第二工作配置的微致动器41和由该微致动器驱动的反射镜2的平面图。在图6中，本身应为虚线(隐藏线)的线也表示为实线。图7是沿图6中X3-X4线的截面图。虽然在该附图中未示出，但图6中沿X5-X6线的截面图与图7相同。图8是沿图6中Y3-Y4线的截面图。另外，图7和8表示不提供驱动信号的状态(即，活动部分不受任何力的状态)。
本工作配置的微致动器41包括衬底51如硅衬底或玻璃衬底、腿部52和53、在平面中从Z轴方向看在X轴方向彼此平行延伸的两个带状桥接部分54和55以及设置在桥接部分54和55尖端(自由端，即+X方向上的端部)上为矩形形状(在平面图中看)的连接部分56，该部分机械连接这些桥接部分54和55。
桥接部分54的固定端(-X方向的端部)经腿部52机械连接到衬底51，该腿部52有一个经布线图案58(图1中省去)从衬底51升高的提升部分，其中布线图案58由形成在绝缘膜57顶部上的Al膜组成，如形成在衬底51上的氧化硅膜。类似地，桥接部分55的固定端(-X方向的端部)经布线图案(图中未示出)机械连接到衬底51，其中布线图案由形成在绝缘膜57顶部的Al膜组成。另外，桥接部分54和55的自由端经上述的连接部分56彼此机械连接。因此，在本工作配置中，桥接部分54和55以及连接部分56整体上形成一个具有悬臂结构的活动部分。在本工作配置中，作为使用两个桥接部分54和55的结果，可以机械稳定地支撑；但是，桥接部分的数量也可以是一个或三个或更多。另外，在本工作配置中，衬底51和绝缘膜57形成一个固定部分。
桥接部分54有两个桥接构件61和62，它们在活动部分的固定端和自由端之间的X轴方向机械串联连接，还有一个夹置在这两个桥接构件之间的连接部分63。两个桥接构件61和62都以带状板形式构成，在从Z轴方向看的平面上的X轴方向延伸。固定端一侧(-X侧)上的桥接构件61和自由端一侧(+X侧)上的桥接构件62构成可以在Z轴方向上弯曲的板簧部分。但是，如图7所示，在没有提供驱动信号的状态下，桥接构件61向上弯曲(即，在+Z方向向衬底51的相反一侧弯曲)，而桥接构件62向下弯曲(即，在-Z方向向衬底51弯曲)，使得这两个桥接构件具有不同的弯曲或非弯曲状态。当然，在本发明中，在不提供驱动信号的状态下，例如也可以通过使两个桥接构件61和62向上弯曲、并将桥接构件62的曲率设置为一个小于桥接构件61的曲率的值而使两个桥接构件61和62都具有不同的弯曲或非弯曲状态。
在本工作配置中，桥接构件61是一种双层薄膜，通过层叠下方SiN膜71和上方Al膜72制作，并且构造成此桥接构件充当板簧部分。桥接构件62由一种双层薄膜形成，双层薄膜通过层叠下方Al膜73和SiN膜71而产生，SiN膜71通过经连接部分63连续延伸在“这样的”桥接构件61中构成下方膜的SiN膜71而形成，使得该膜成为桥接构件62中的上方膜。在本工作配置中，在不提供驱动信号的状态下作为桥接构件61和62的SiN膜和Al膜层叠顺序这样反置的结果，两个桥接构件的弯曲方向反置。
组成桥接构件54一部分的连接部分63将桥接构件61和62的端部彼此机械连接，并且由三层薄膜构成，其中SiN膜71“这样”延伸作为桥接构件61和62的延续，Al膜72“这样”延伸作为桥接构件61的延续，Al膜73从桥接构件62延伸，这三层膜从下方以膜73、膜71和膜72的顺序叠置。但是，在连接部分63中，开口63a形成在SiN膜71中，在开口63a的位置形成由两层Al膜72和73组成的薄膜，并且Al膜72和73在开口位置63a处彼此电连接。
在本工作配置中，腿部52通过连续“这样”延伸形成桥接构件61的SiN膜71和Al膜72而形成。Al膜72经形成在腿部52中SiN膜71中的开口电连接到布线图案58。另外，凸带部分59以正方形形状形成(在平面图中从Z方向看)在腿部52的上部，以便增强腿部52的强度。
桥接部分55和腿部53分别具有与上述桥接部分54和腿部52恰好相同的结构。构成桥接部分55的桥接构件64和65以及连接部分66对应于构成桥接部分54的桥接构件61和62以及连接部分63。连接部分66中的开口66a对应于连接部分63中的开口63a，并且形成桥接构件64一部分的Al膜74对应于形成上述桥接构件61一部分的Al膜72。另外，对应于上述凸带部分59的凸带部分60形成在腿部53的上部。
连接部分56通过连续延伸构成“这样的”桥接构件62和65的SiN膜71和Al膜73而构成。提升部分56a以正方形(如从Z轴方向看的平面图内所示)形成在此连接部分56外围附近的连接部分56上；结果，连接部分56得到增强，并且反射镜2可以安装在连接部分56的平面部分上。由Au、Ni或其他金属组成的反射镜2设置为连接部分56平面部分上的受动主体。
从前述说明清晰可见，从腿部52之下的布线图案58经桥接构件61→连接部分63→桥接构件62→连接部分56→桥接构件65→连接部分66→桥接构件64延伸到布线图案(图中未示出)的电流路径由Al膜72、73和74形成。在此电流路径之内，在连接部分56中沿Y轴方向(电流方向-Y方向)分布的电流路径构成这样一部分，该部分被放置于以X轴方向取向的磁场中时，产生取向朝衬底51(即，-Z方向)的罗仑兹力。因此，当此部分被置于利用永久磁铁等(图中未示出)产生的取向于X轴方向的磁场中时，并当使电流(驱动信号)流经上述电流路径时，罗仑兹力(驱动力)作用在连接部分56中Al膜71上的-Z方向，使得连接部分56抵抗桥接构件61、62、64和65的弹力(内应力)拉向衬底51。桥接构件61、62、64和65由此变形。另外，连接部分56在其接触到衬底51的位置处停止；结果，产生一种反射镜2移到接近衬底51的位置的状态。另一方面，当不使此电流流动时，没有罗仑兹力(驱动力)作用到连接部分56中的Al膜71上，使得通过桥接构件61、62、64和65的弹力(内应力)使连接部分56返回到图7所示的状态，并且反射镜2返回到与衬底51分开的原始上方位置。
因而，在本工作配置中，通过驱动信号建立的罗仑兹力实现驱动。当然，如果固定电极设置在衬底51一侧上，如同上述第一工作配置一样，则也可以通过静电力实现驱动。
接下来，参考图9描述本工作配置的微致动器41的制造方法的一个实例。图9是分别以模型的形式表示该制造方法各步骤的截面图；此附图对应于图7。
首先，通过热氧化在硅衬底51的上表面上形成硅氧化膜57。然后，在通过真空沉积或溅射法等于此氧化硅膜顶部沉积Al膜之后，通过光刻蚀刻法将Al膜图案化成布线图案58的形状以及其他布线图案(图9(a))。接下来，用组成牺牲层的抗蚀剂80涂覆此状态下衬底的表面，并且通过光刻蚀刻法在此抗蚀剂80中形成分别对应于腿部52和53接触部分的开口80a(图9(b))。
接下来，用组成牺牲层的抗蚀剂81涂覆图9(b)所示状态中的衬底的整个表面，并且通过光刻蚀刻法去除抗蚀剂81的除对应于凸带部分59和60以及提升部分56a的部分以外的部分，使得只有这些对应部分保留岛状形式(图9(c))。
接下来，在通过真空沉积或溅射法等形成将要形成构成桥接构件62和65以及连接部分56、63和66的Al膜73的Al膜之后，通过光刻蚀刻法进行图案化，使得形成Al膜73的形状(图9(d))。
随后，在通过等离子CVD法等形成将要形成构成桥接构件61、62、64和65、连接部分56、63和66以及腿部52和53的SiN膜71的SiN膜之后，通过光刻蚀刻法进行图案化，使得形成SiN膜71的形状(图9(e))。在此状态下，在腿部52和53中的接触部分中形成开口，并且形成连接部分63和66的开口63a和66a。
接下来，在通过真空沉积或溅射法等沉积将要形成构成腿部52和53以及桥接部分61和64的Al膜72和74的Al膜之后，通过光刻蚀刻法进行图案化，使得形成Al膜72和74的形状(图9(f))。
随后，用组成牺牲层的抗蚀剂82厚厚地涂覆图9(f)所示状态中衬底的整个表面，并且曝光和显影该抗蚀剂82，使得在抗蚀剂82中形成一个生成反射镜2的区域。然后，通过电镀生长构成反射镜2的Au、Ni或其它金属(图9(g))。最后，通过等离子灰化法等去除抗蚀剂80～82。结果，完成本工作配置的微致动器41。
另外，如上所述，去除抗蚀剂80～82时，在桥接构件61和64被膜形成期间产生的应力向上弯曲的状态下进行膜71和膜72及74的形成。而且，去除抗蚀剂80～82时，在桥接构件62和65被膜形成期间产生的应力向下弯曲的状态下进行膜71和73的形成。
本工作配置与上述现有技术的不同之处在于桥接部分54和55不是仅由均匀的板簧部分构成；相反，桥接部分54和55由固定端一侧上的桥接构件61和64以及在自由端一侧上的桥接构件62和65构成，其中桥接构件61和64是在不受力的状态下在+Z方向弯曲的板簧部分，桥接构件62和65是在受力的状态下在-Z方向弯曲的板簧部分。因此，可以加长活动部分从固定端到自由端的长度；另外，可以缩短衬底51和连接部分56之间的距离，其中罗仑兹力在图7中所示的活动部分不受力的状态下作用到连接部分56上。因此，可以把罗仑兹力作用到其上的自由端上连接部分56的位置设置为远离活动部分固定端的位置，并且在不提供驱动信号的图7所示的状态下较接近衬底51。因此，在本工作配置中，可以利用较小的驱动力完成操作，使得微致动器41可以在较低的功率下工作。
提供补充说明，如果在图7所示的不提供驱动信号的状态下连接部分56和衬底51之间的距离长于反射镜2的理想移动行程量一个大于必须的值，则需要促使电流流动并使连接部分56抵抗桥接部分54和55的弹力移动到该连接部分56与衬底51接触的状态的罗仑兹力不可避免地增大。但是，在本工作配置中，可以把连接部分56和衬底51之间的距离近似地设置为图7所示状态中的理想移动行程量，同时增大桥接部分54和55的长度；因此，可以减小所需的罗仑兹力。
因而，在本工作配置中，因为桥接构件61和64与桥接构件62和65在活动部分不受力的状态下有不同的弯曲或非弯曲状态，所以在活动部分不受力的状态下活动部分自由端到衬底51的距离可以自由地设置为一个理想的距离，同时增大从活动部分固定端到自由端的长度。结果，此微致动器41可以以较小的驱动力操作。特别是在本工作配置的情况下，因为用自由端一侧上的在不受力状态下于-Z方向弯曲的桥接构件62和65代替第一工作配置中构成平板形式的刚性部分的(自由端一侧上的)桥接构件15，所以可以将在活动部分不受力状态下活动部分自由端部分与衬底51之间的距离自由地设置为理想距离，同时增大活动部分固定端到自由端的长度，甚至大于在第一工作配置中的情形。结果，可以以甚至更小的驱动力操纵微致动器41。
(第三工作配置)图10是以模型的形式表示构成本发明第三工作配置的微致动器91和由该微致动器驱动的反射镜2的平面图。在图10中，本身应该是虚线(隐藏线)的线条也表示成实线。图11是沿图10中X7-X8线的截面图。虽然图中未示出，沿图10中X9-X10线的截面图与图11相同。图12是沿图10中Y5-Y6线的截面图。图13是沿图10中Y7-Y8线的截面图。图14是沿图10中Y9-Y10线的截面图。另外，图11～14表示不提供驱动信号的状态(即，活动部分不受力的状态)。
在图10～14中，与图6～8中相同的元件或对应于图6～8中元件的元件用相同的标号标注并省去多余的描述。此工作配置与第二工作配置的不同之处仅在于下面几点。
在本工作配置中，在X轴方向延伸的带板状桥接构件101加入在桥接构件62的自由端一侧上的端部和连接部分56之间的桥接部分54中。类似地，在桥接部分55中，在X轴方向延伸的带板状桥接构件102加入在桥接构件65的自由端一侧上的端部和连接部分56之间。桥接构件101和102构成基本上拥有抵抗在Z轴方向(朝向衬底51的方向以及朝向与衬底相反一侧的方向)上以及在其它方向上挠曲的刚性。
桥接构件101由一种双层薄膜形成，其中，从桥接构件62和连接部分56连续延伸的上方SiN膜71和下方Al膜73叠置。桥接构件102由一种双层薄膜形成，其中，从桥接构件65和连接部分56连续“这样”延伸的上方SiN膜71和下方Al膜73叠置。
为了提高机械强度，桥接构件101和102的固定端通过在Y轴方向延伸的带板状连接部分103彼此机械连接。连接部分103由SiN膜71形成，其从桥接构件101和102连续“这样”延伸。桥接构件101和102的Al膜73不延伸到连接部分103；在该连接部分103中不形成电连接。
在本工作配置中，从腿部52下方的布线图案58经桥接构件61→连接部分63→桥接构件62→桥接构件101→连接部分56→桥接构件102→桥接构件65→连接部分66→桥接构件64延伸到腿部53下方的布线图案(图中未示出)的电流路径由Al膜72、73和74形成。在此电流路径之内，和在第二工作配置中一样，在连接部分56中沿Y轴方向(电流方向-Y方向)分布的电流路径构成这样一部分，该部分被放置于以X轴方向取向的磁场中时，产生取向朝衬底51(即，-Z方向)的罗仑兹力。
在本工作配置中，取代图6中的提升部分56a，为了以综合的方式赋予桥接构件101和102以及连接部分56和103以刚性，在这些汇集区的外围一侧上形成提升部分104a(从平面图中看)，从而包围外部的这些区域，并且在这些汇集区的内周一侧上形成提升部分104b，从而形成内部电路，如图10所示。桥接构件101和102由这些提升部分104a和104b增强，使得这些桥接构件101和102拥有刚性。桥接构件101和102在Z轴方向基本上不表现出弯曲，无论驱动信号存在与否，并且拥有如上所述的刚性；因此，这些桥接构件101和102不被膜71和73中的应力所弯曲，并且总是维持平板形式的状态。
另外，本工作配置的微致动器91也可以通过类似于用于制造第二工作配置的微致动器41的方法制造。
利用本工作配置获得类似于第二工作配置的优点。另外，在本工作配置中，由于加入了构成平板形式刚性部分的桥接构件101和102，桥接部分54和55可以做得更长，从而可以用更小的驱动力操作该装置。而且，在本工作配置中，如图11所示，可以在不提供驱动信号的状态下将反射镜2放置成垂直竖立的姿态。
另外，在本工作配置中，桥接构件61(即，不受力状态下在+Z方向弯曲的板簧部分)、桥接构件62(即，不受力状态下在-Z方向弯曲的板簧部分)以及桥接构件101(即，平板形式的刚性部分)以从桥接部分54的固定端一侧到自由端一侧的顺序设置，并且这些桥接构件也以类似的顺序在桥接部分55中设置；但是，例如也可以改变桥接构件62和桥接构件101的顺序，并改变桥接构件65和桥接构件102的顺序。在此情况下也可以获得类似于本工作配置的优点。
(第四工作配置)图15是以模型的形式表示构成本发明第四工作配置的微致动器111和由该微致动器驱动的反射镜2的平面图。在图15中，省去了用作形成在活动部分及腿部整个表面上的保护膜的SiN膜144，并且原先应该用实线画出的凸带部分149和150的线条表示成虚线；另外，对Al膜142和143施加不同的阴影线。图16是沿图15中X11-X12线的截面图。虽然在此图中未示出，但图15中沿X19-X20线的截面图与图16相同。图17是沿图15中X13-X14线的截面图。虽然在此图中未示出，但图15中沿X17-X18线的截面图与图17相同。图18是沿图15中X15-X16线的截面图。图19是沿图15中Y11-Y12线的截面图。图20是沿图15中Y13-Y14线的截面图。图21是沿图15中Y15-Y16线的截面图。图22是沿图15中Y17-Y18线的截面图。另外，在图16～22中，桥接构件132和134表示成在Z轴方向不弯曲。但实际上，与图1中的桥接构件14一样，桥接构件132和134在活动部分不受力的状态下在+Z方向弯曲。
第一工作配置的微致动器1构造成只有静电力作为驱动力，第二和第三工作配置的微致动器41和91构造成只有罗伦兹力作为驱动力。另一方面，本工作配置的微致动器111构造成由静电力和罗伦兹力共同作为驱动力。
本工作配置的微致动器111包括衬底121如硅衬底或玻璃衬底；腿部122和123；(在从Z轴方向看平面中)主要在X轴方向彼此平行延伸的两个带板状桥接部分124和125；设置在桥接部分124和125尖端(自由端，即+X方向上的端部)上为矩形形状(在平面图中看)的连接部分126，该部分使这些桥接部分彼此机械连接；使构成桥接部分124的桥接构件133和构成桥接部分125的桥接构件135在这些部分的固定端一侧上彼此机械连接以增强这些部件的连接部分127；以及固定电极128。
桥接部分124的固定端(-X方向的端部)经腿部122机械连接到衬底121，该腿部122由两个分开的腿部122a和122b组成，这两个分开的腿部具有经布线图案130和131(图15中省去)分别从衬底121升高的提升部分，其中布线图案130和131由形成在衬底121上的绝缘膜129如氧化硅膜的顶部上的Al膜组成。类似地，桥接部分125的固定端(-X方向的端部)经由两个分开的腿部123a和123b组成的腿部123机械连接到衬底121，两个分开的腿部123a和123b具有分别从衬底121经两个布线图案(图中未示出)升高的提升部分，其中布线图案由形成在衬底121上的绝缘膜129顶部的A1膜组成。如上所述，桥接部分124和125的自由端通过连接部分126彼此机械连接，桥接构件132和134的固定端通过连接部分127彼此机械连接。因此，在本工作配置中，桥接部分124和125以及连接部分126和127总的构成具有悬臂结构的活动部分。在本工作配置中，衬底121、固定电极128、绝缘膜129构成固定部分。
桥接部分124有两个桥接构件132和133，它们在活动部分的固定端和自由端之间的X轴方向机械串联连接。桥接构件132以带状板形式构成，(从Z轴方向看)在平面上的X轴方向延伸。桥接构件133以带状板形式构成，并且如图15所示，该部分具有主要在X轴方向(从Z轴方向看平面图内)延伸的形状，但在-X侧上的位置处在Y轴方向弯曲。固定端一侧(-X侧)上的桥接构件132形成为可以在Z轴方向挠曲的板簧部分；另一方面，自由端一侧(+X侧)上的桥接构件133形成为这样一种刚性部分，具有抗Z轴方向(朝向衬底121和朝向与该衬底相反一侧)挠曲以及其它方向挠曲的刚性。
桥接构件132为一种三层薄膜(两层薄膜在Al膜142和143之间的间隙中)，其中下方SiN膜141、中间Al膜142和143以及用作上方保护膜的SiN膜144叠置，并且构造成使该部分按板簧工作。Al膜142和Al膜143形成为同一水平的膜；但是，如图15所示，这些膜形成有在Y轴方向敞开的轻微间隙，以致于这些膜彼此电分离。其原因在于Al膜142用作对用于静电力的活动电极的布线，而Al膜143用作形成用于罗伦兹力的电流路径的布线。几乎没有电流流经用于静电力的布线，而使较大的电流流经用于罗伦兹力的布线。因此，为了减小用于罗伦兹力的布线的电阻，Al膜142形成的宽度较窄，而Al膜143形成的宽度较宽。
桥接构件133构造成由三层(两层薄膜在Al膜142和143之间的间隙中)组成的薄膜，其中下方SiN膜141、中间Al膜142和143以及用作上方保护膜的SiN膜144叠置，这些膜从桥接构件132“这样”连续延伸。但是，桥接构件133通过形成凸带部分149和150(后叙)而拥有上述的刚性。
在图16中，桥接构件132表示成在Z轴方向不弯曲。但实际上桥接构件132，象图1中所示的桥接构件14一样，在不提供驱动信号的状态下由膜141～144的应力而向上弯曲(向与衬底121相反一侧，即在+Z方向)。这种弯曲状态可以通过适当设置膜141、142和144的形成条件而实现。另一方面，桥接构件133基本上在Z轴方向不弯曲，无论驱动信号存在与否；结果是拥有上述的刚性，桥接构件133总是保持平板形式的状态，不因膜141～144的应力而弯曲。因而在桥接部分124不受力的状态下，桥接构件132和桥接构件133具有不同的弯曲或非弯曲状态。
在本工作配置中，腿部122通过连续延伸SiN膜141和144以及Al膜142和143(组成桥接构件132)“这样”而构成；该腿部122有两个分开的腿部122a和122b。腿部122有两个分开的腿部122a和122b的原因在于分开了用于静电力的布线和用于罗伦兹力的布线，并且将Al膜142和Al膜143分别电连接到衬底121上的各个布线图案130和131。Al膜142经形成在分开的腿部122a中的SiN膜141中的开口电连接到布线图案130。Al膜143经形成在分开的腿部122b中的SiN膜141中的开口电连接到布线图案131。另外，在腿部122的上部，以正方形形状形成凸带部分151，从而以综合的方式包围分开的腿部122a和122b(在从Z方向看的平面图中)，从而增强腿部122的强度。
桥接部分125和腿部123分别具有与上述桥接部分124和腿部122完全一样的结构。构成桥接部分125的桥接构件134和135对应于构成桥接部分124的桥接构件132和133。构成腿部123的分开的腿部123a和123b分别对应于构成腿部122的分开的腿部122a和122b。另外，对应于上述凸带部分151的凸带部分152形成在腿部123的上部。
连接部分127由两层膜形成，两层膜由从桥接构件133和135连续“这样”延伸的SiN膜141和144组成。起自桥接构件133和135的Al膜142和143不延伸到连接部分127，使得在连接部分127中不形成电连接。
在本工作配置中，为了在单个操作中赋予桥接构件133和135以及连接部分126和127以刚性，形成凸带部分149以包围该整个区域的外围(从平面图中看)，并且形成凸带部分150，使得该部分在该整个区域的内周分布，如图15中的虚线所示。桥接构件133和135通过这些凸带部分149和150增强，并且因而拥有刚性。桥接构件133和135在Z轴方向基本上不弯曲，无论是否存在驱动信号。因为这些部分拥有上述刚性，所以该部分总是维持平板形式的状态，不受膜141～144的应力而弯曲。
连接部分126通过连续延伸SiN膜141和144以及Al膜142和143而构成，其中SiN膜141和144以及Al膜142和143组成“这样的”桥接构件133和135。由Au、Ni或一些其它金属组成的反射镜2设置成连接部分126上的受动体。
在连接部分126中，Al膜142和Al膜143如图15所示地分开；连接部分126中的部分Al膜142也用作用于静电力的活动电极。用于静电力的固定电极(由Al膜组成)128形成在衬底121面对此活动电极的区域中。虽然图中未示出，但构成固定电极128的Al膜还延伸为布线图案，与布线图案130一起使用，使得电压可以施加到固定电极128和连接部分126中也用作活动电极的Al膜142之间作为静电力驱动信号。
同时，从上述说明看出，从腿部122的分开腿部122b之下的布线图案131经桥接构件132→桥接构件133→连接部分126→桥接构件135→桥接构件134延伸到腿部123的分开腿部123b之下的布线图案(图中未示出)的电流路径由Al膜143形成。在此电流路径之内，在连接部分126中沿Y轴方向(电流方向-Y方向)分布的电流路径构成这样一部分，该部分被放置于以X轴方向取向的磁场中时，产生取向朝衬底121(在-Z方向)的罗仑兹力。因此，当此部分被置于利用永久磁铁等(图中未示出)产生的取向于X轴方向的磁场中时，并当使电流(罗仑兹力驱动信号)流经上述电流路径时，罗仑兹力(驱动力)作用在连接部分126中Al膜143上的-Z方向。
在本工作配置中，如图15所示，桥接构件133和135具有在-X一侧上的位置中Y轴方向弯曲的形状(从Z轴方向看的平面中)；结果，因为此形状是桥接部分124和125的中间部分在Y轴方向上弯曲，所以在衬底121上二维分布多个微致动器111的情形中可以增大设置密度，如图23所示。当然，在本发明中，安置在衬底121上的微致动器111的数量可以是1或更大的任意数。对于上述第一至第三工作配置也是这样。图23是以模型形式表示多个微致动器111设置实例的平面图。
另外，在本工作配置中，SiN膜144形成在活动部分及腿部的整个表面之上作为保护膜；但此SiN膜144也可以省去。但在此情况下，SiN膜144留在反射镜2的下部以确保Al膜142和143的电绝缘。另外，也可以在上述第一至第三工作配置中形成对应于SiN膜144的保护膜。
本工作配置的微致动器111也可以通过用于制作第一至第三工作配置中的微致动器1、41和91的方法制作。
在本工作配置中，罗仑兹力和静电力可以用作驱动力。例如，一旦连接部分126单独被罗仑兹力或同时被罗仑兹力和静电力向下推向衬底121、使得连接部分126接触衬底121或到达恰好未到达衬底121的设定位置，可以截止罗仑兹力，并且可以单独通过静电力将连接部分126保持在与衬底121接触的状态。
在本工作配置中，与上述现有技术不同，桥接部分124和125不是只由单个均匀的板簧部分构成；相反，桥接部分124和125由固定端一侧上的桥接构件132和134以及桥接构件133和135构成，桥接构件132和134是在不受力状态在+Z方向弯曲的板簧部分，桥接构件133和135是在自由端一侧上的刚性部分，它们总是保持平板形式的形状。因此，从活动部分固定端到自由端的长度可以增大，衬底121和连接部分126之间的距离可以缩短，其中在活动部分不受力的状态下罗仑兹力和/或静电力作用到连接部分126上。因此，连接部分126上被作用了自由端一侧上的驱动力的位置可以设置为远离活动部分的固定端，并且在不提供驱动信号的状态下较接近衬底121。因此，在本工作配置中，可以以较小的驱动力操纵微致动器，使得微致动器111可以以较低的功率操纵。
(第五工作配置)图24是以模型的形式表示构成本发明第五工作配置的微致动器211和由该微致动器驱动的反射镜2的平面图。在图24中，省去了形成在活动部分和腿部的整个表面之上的SiN膜144，并且原先应由实线画出的凸带部分149和150的线条用虚线表示；另外，分别对部分地形成在SiN膜144上的Al膜142和143以及Al膜201和202施以不同的阴影线。图25是沿图24中X31-X32线的截面图。虽然在此附图中未示出，但沿图24中X39-X40线的截面图与图25相同。图26是沿图24中X33-X34线的截面图。虽然在此附图中未示出，但沿图24中X37-X38线的截面图与图26相同。图27是沿图24中X35-X36线的截面图。图28是图24中沿Y31-Y32线的截面图。图29是图24中沿Y33-Y34线的截面图。图30是图24中沿Y35-Y36线的截面图。图31是图24中沿Y37-Y38线的截面图。另外，在图25～31中，桥接构件132和134表示成在Z轴方向不弯曲；但实际上，与图1中的桥接构件14一样，桥接构件132和134在活动部分不受力的状态下在+Z方向弯曲。
图24～31分别对应于上述表示第四工作配置的图15～22。在图24～31中，与图15～22中的元件相同的元件或对应于图15～22中元件的元件标以相同的标号，并且省去对这些元件的赘述。
本工作配置的微致动器211与第四工作配置的微致动器111的不同之处仅在于下述方面。
在上述第四工作配置中，在形成于活动部分和腿部整个表面(最上表面)之上的SiN膜144的顶部不形成膜。另一方面，在本工作配置中，如图24、25和31所示，而且Al膜201和202分别只形成在桥接构件132和134的区域中SiN膜144的顶部。
因此，本工作配置与第四工作配置的不同之处在于桥接构件132为一种四层薄膜(三层在Al膜142和143之间的间隙中)，其中下方SiN膜141、中间Al膜142和143、上方SiN膜144和另一上方Al膜201叠置，构造成作为板簧部分。类似地，桥接构件134是一种四层薄膜(三层在Al膜142和143之间的间隙中)，其中下方SiN膜141、中间Al膜142和143、上方SiN膜144和另一上方Al膜202叠置，并构造成用作板簧部分。
同时，在如同上述第四工作配置的本工作配置中，桥接构件133也由三层组成的薄膜形成(两层在Al膜142和143之间的间隙中)，其中下方SiN膜141、中间Al膜142和143以及用作上方保护膜的SiN膜144(这些膜从桥接构件132连续“这样”延伸)叠置。类似地，桥接构件135由三层组成的薄膜形成(两层在Al膜142和143之间的间隙中)，其中下方SiN膜141、中间Al膜142和143以及作为上方保护膜的SiN膜144(这些膜从桥接构件133连续“这样”延伸)叠置。
因而，在本工作配置中，SiN膜141、Al膜142和SiN膜144连续“这样”延伸到桥接构件132和桥接构件133，并且在桥接构件132中的SiN膜144的顶部形成Al膜201。另一方面，在桥接构件133中的SiN膜144的顶部不形成Al膜201。类似地，SiN膜141、Al膜142和SiN膜144连续“这样”延伸到桥接构件134和桥接构件135，并且Al膜202形成在桥接构件134中SiN膜144的顶部。另一方面，在桥接构件135中的SiN膜144的顶部不形成Al膜202。
因此，在本工作配置中，桥接构件133中的层数小于桥接构件132中的层数，层数、各个层的材料以及各个层的厚度在形成所有桥接构件133的层(即，由膜141～144形成的层)和部分桥接构件132形成的层(即，由膜141～144形成的层)之间相同。在此方面，桥接构件134和135与桥接构件132和133相同。
在上述第四工作配置中，两个桥接构件132和133都具有恰好相同的层结构；因此，可以通过设置膜厚和膜的形成条件在膜141～144中产生内应力，为在其中活动部分不受力的状态下使桥接构件132和134在+Z方向弯曲，该内应力是必需的。因此，桥接构件133也不可避免地具有由膜141～144产生的较大内应力；不过，可以通过形成凸带部分149和150来确保桥接构件133的刚性。在这方面，桥接构件134和135与桥接构件132和133相同。因此，凸带部分149和150必须抵抗上述较大的内应力。
另一方面，在本工作配置中，设置各个层的膜厚度和膜形成条件，使得膜141～144产生的应力很小。结果，被赋予刚性、从而维持平板形状的桥接构件133和135的内应力减小。例如，注意膜141～144的三层结构，这三层中的上层和下层(SiN膜141和144)由相同的材料组成。因此，如果SiN膜141和144的膜厚度设置为相同值，则作为这种对称的结果，膜141～144产生的内应力可以减小。另一方面，将膜201和202的膜厚度和膜形成条件设置成由膜141～144和201整个产生的内应力以及由膜141～144和202整个产生的内应力构成足以在活动部分不受力的状态下在+Z方向分别弯曲桥接构件132和134的内应力。另外，在此同时通过形成这些膜而可以使膜201和202的膜厚度和膜形成条件相同。
因而，在本工作配置中，在活动部分不受力的状态下在+Z方向弯曲桥接构件132和134，并且尽管如此，可以减小被赋予了刚性、从而维持平板形式的形状的桥接构件133和135的内应力。因此，可以大大地减小凸带部分149和150上的负荷。因此，可以更加稳定地确保桥接构件133和135的刚性，使得可以更稳定地保持桥接构件133和135的平板形式的形状。
不用说，除了上述优点之外，在本工作配置中还可以获得类似于第四工作配置的优点。
(第六工作配置)图32是以模型的形式表示构成本发明第六工作配置的微致动器311和由该微致动器驱动的反射镜2的平面图。在图32中，省去了形成在活动部分及腿部整个表面之上的SiN膜144，并且本身应该用实线画出的凸带部分149和150的线条用虚线表示。另外，对部分形成在SiN膜144上的Al膜142和143以及Al膜201和202分别施以不同的阴影线。
图32对应于上述表示第五工作配置的图24。在图32中，与图24中相同的元件，或是对应于图24中的元件采用相同的标号，并省去对这些元件的赘述。
本工作配置的微致动器311与第五工作配置的微致动器211的不同之处仅在于在本工作配置中不形成第五工作配置中的凸带部分149和150。
从上述第五工作配置的描述中看出，在此第五工作配置中的桥接构件132和134在活动部分不受力的状态下在+Z方向弯曲，并且尽管如此，可以减小桥接构件133和135的内应力。因此，即使不形成凸带部分149和150(如同在本工作配置中一样)，桥接构件132和134也可以在+Z方向弯曲，并且在活动部分不受力的状态下桥接构件133和135可以保持平板形式的形状。当然，在本工作配置中，因为不形成凸带部分149和150，所以桥接构件133和135用作板簧部分，并且当活动部分受力时弯曲。但是，在活动部分不受力的状态下，桥接构件132和134以及桥接构件133和135具有如上所述的不同的弯曲或非弯曲状态；因此，在本工作配置中还可以获得与如上所述的第四工作配置基本上相同的优点。
(第七工作配置)图33和34是以模型的形式分别表示构成本发明第七工作配置的光学开关的截面图。图33表示不提供驱动信号的状态，图34表示提供驱动信号的状态。另外，在图33和34中，以大大简化的形式表示了微致动器1的结构。图35是以模型的形式表示图33和34中光波导衬底190的透视图。
本工作配置的光学开关包括图1～3中所示的第一工作配置的微致动器1、安置在该微致动器上的反射镜2和光波导衬底190。
在本工作配置中，如图35所示，光波导衬底190有四个传播被切换的光束的光波导191～194。例如，光波导衬底190有一个在其中心部位宽度为几十微米的凹槽196，光波导191～194的端面191a、192a、193b和194b暴露在此凹槽196的侧表面中。如图33和34所示，端面191a和端面192a之间的间隙、以及端面193b和端面194b之间的间隙设计为可以被反射镜2的反射面覆盖的间隙。
如图33和34所示，光波导衬底190设置在微致动器1的衬底11的表面上。并且在光波导衬底190和衬底11之间的空间中以及在与此第一空间相连的凹槽196的空间内部密封折射率调节液202。当然，也不是绝对必须在这些空间中密封折射率调节液202。另外，衬底11和光波导衬底190定位成反射镜2可以插入凹槽196中。
如图34所示，在对微致动器1的固定电极16和活动电极(图33和34中未示出)施加电压的状态下，反射镜2的位置低于光波导193和194的端面193b和194b。因此，例如，在光从光波导193的端面193a入射的情况下，经光波导193传播的光束从端面193b发出，并且“这样”入射到面对光波导192的端面192a上；此光束经光波导192传播，并从端面192b发出。另外，例如，在光从光波导191的端面191b入射的情况下，经光波导191传播的光束从端面191a发出，并且“这样”入射到面对光波导194的端面194b上；此光束经光波导194传播并从端面194a发出。
另一方面，在对微致动器1的固定电极16和活动电极不施加电压的状态下，反射镜2的位置覆盖光波导193和194的端面193b和194b，如图33所示。因此，例如在光从光波导193的端面193a入射的情况下，经光波导193传播的光束从端面193b发出并被反射镜2反射，使得该光束入射到光波导194的端面194b上。然后该光束经光波导194传播并从端面194a发出。另外，例如在光从光波导191的端面191b入射的情况下，经光波导191传播的光从端面191a发出并被反射镜2反射，使得该光束入射到光波导192的端面192a上。该光束经光波导192传播并从端面192b发出。
在此工作配置中，因为采用了第一工作配置的微致动器1，所以可以以很低的功率操纵微致动器1。
在此工作配置中，微致动器1也可以由上述第二～第六工作配置中的微致动器41、91、111、211和311中的任何一个代替。另外，例如在采用微致动器41、91、111、211和311的情况下，可以在光波导衬底190上设置用于产生上述磁场的永久磁铁。
本工作配置表示了在光波导190中存在单个光波导交叉点、因而存在单个反射镜2和单个微致动器1的情形。但是，例如，也可以采用这样一种结构，即光波导以二维矩阵的形式形成在光波导衬底190中，使得以二维矩阵形式设置光波导的交叉点，并且因此在衬底11的表面上二维设置多个微致动器，位于光波导各个交叉点处的反射镜2被各个微致动器驱动。
以上描述了本发明的各种工作配置及其改型。但本发明不限于这些工作配置和改型。例如，本发明的微致动器也可以用在除光学开关以外的其它各种应用中。
工业实用性本发明的微致动器可以用在光学开关等中，并且本发明的光学开关可以用在(例如)光通讯装置和光学转换装置等中。
权利要求
1.一种微致动器，包括固定部分和具有悬臂结构的活动部分，其中悬臂结构的固定端紧固到固定部分，该微致动器的特征在于活动部分在其固定端和自由端之间有一个桥接部分，此桥接部分有多个在固定端和自由端之间串联连接的桥接构件，和在活动部分未受力的状态下，多个桥接构件中的一个桥接构件和至少另一个桥接构件相对于固定部分的一侧以及与该固定部分相反的一侧有不同的弯曲或非弯曲状态。
2.如权利要求1所述的微致动器，其特征在于多个桥接构件的每一个由一层或多层组成的薄膜构成，多个桥接构件中至少一个桥接构件的层数少于其它桥接构件中的层数，和形成上述所有一个或多个桥接构件的一层或多层与形成部分剩余桥接构件的一层或多层之间的层数、各个层的材料以及各个层的厚度相同。
3.如权利要求1所述的微致动器，其特征在于多个桥接构件中位置最远离地朝向固定端一侧的桥接构件是板簧部分，和多个桥接构件中除位置最远离地朝向固定端一侧的桥接构件以外的至少一个桥接构件是一种基本上至少对于朝向固定部分一侧的挠曲以及朝向与该固定部分相反一侧的挠曲拥有刚性的刚性部分。
4.如权利要求3所述的微致动器，其特征在于在活动部分未受力的状态下位置最远离地朝向固定端一侧的桥接构件弯向与该固定部分相反的一侧，和刚性部分基本上不弯向固定部分一侧或与该固定部分相反的一侧。
5.如权利要求1所述的微致动器，其特征在于多个桥接构件中位置最远离地朝向固定端的桥接构件是板簧部分，和多个桥接构件中除位置最远离地朝向固定端的桥接构件以外的至少一个桥接构件是板簧部分。
6.如权利要求5所述的微致动器，其特征在于在活动部分不受力的状态下，位置最远离地朝向固定端的桥接构件弯向与该固定部分相反的一侧，和在活动部分不受力的状态下，除位置最远离地朝向固定端的桥接构件以外的一个或多个上述桥接构件弯向该固定部分一侧。
7.如权利要求5所述的微致动器，其特征在于多个桥接构件中除位置最远离地朝向固定端的桥接构件以外的至少一个其它桥接构件是一种刚性部分，基本上拥有对于至少朝向固定部分一侧的挠曲以及朝向与此固定部分相反的一侧的挠曲的刚性。
8.如权利要求7所述的微致动器，其特征在于刚性部分基本上不弯向该固定部分一侧或与该固定部分相反的一侧。
9.如权利要求3所述的微致动器，其特征在于刚性部分有一个平面部分和一个从此平面部分升高或降低的增强部分。
10.如权利要求7所述的微致动器，其特征在于刚性部分有一个平面部分和一个从此平面部分升高或降低的增强部分。
11.一种微致动器，包括固定部分和具有悬臂结构的活动部分，其中悬臂结构的固定端紧固到固定部分，该微致动器的特征在于活动部分在其固定端和自由端之间有一个桥接部分，此桥接部分有多个在固定端和自由端之间串联连接的桥接构件，在活动部分未受力的状态下，多个桥接构件中的一个桥接构件和至少另一个桥接构件相对于固定部分的一侧以及与该固定部分相反的一侧有不同的弯曲或非弯曲状态；多个桥接构件中位置最远离地朝向固定端的桥接构件是一个板簧部分，多个桥接构件中除板簧部分以外的至少一个桥接构件是一个刚性部分，基本上拥有对于至少朝向固定部分一侧的挠曲以及朝向与此固定部分相反的一侧的挠曲的刚性，和刚性部分有一个平面部分和一个从此平面部分升高或降低的增强部分。
12.如权利要求1所述的微致动器，其特征在于活动部分的固定端通过一个具有从固定部分升高的提升部分的腿部紧固到固定部分。
13.如权利要求11所述的微致动器，其特征在于活动部分的固定端通过一个具有从固定部分升高的提升部分的腿部紧固到固定部分。
14.如权利要求1所述的微致动器，其特征在于活动部分由薄膜构成。
15.如权利要求11所述的微致动器，其特征在于活动部分由薄膜构成。
16.如权利要求1所述的微致动器，其特征在于固定部分具有第一电极部分，和活动部分具有第二电极部分，作为在第一电极部分和第二电极部分之间施加电压的结果，第二电极部分可以在其与第一电极部分之间产生静电力。
17.如权利要求11所述的微致动器，其特征在于固定部分具有第一电极部分，和活动部分具有第二电极部分，作为在第一电极部分和第二电极部分之间施加电压的结果，第二电极部分可以在其与第一电极部分之间产生静电力。
18.如权利要求1所述的微致动器，其特征在于活动部分中有一条电流路径，作为置于磁场中并通以电流的结果，产生罗伦兹力。
19.如权利要求11所述的微致动器，其特征在于活动部分中有一条电流路径，作为置于磁场中并通以电流的结果，产生罗伦兹力。
20.一种光学开关，包括权利要求1～19中任一项的微致动器以及设置在活动部分上的反射镜。
全文摘要
活动部分由具有悬臂结构的桥接部分13构成，悬臂结构的固定端经腿部12固定。桥接部分13有两个串联连接在固定端和自由端之间的桥接构件14和15。固定端一侧上的桥接构件14为板簧部分。自由端一侧上的桥接构件15为一种拥有刚性的刚性部分。桥接构件14在桥接部分13不受力的状态下向与衬底11相反的一侧弯曲。反射镜2设置在桥接构件15的自由端一侧上。结果，可以获得能以较小的驱动力操纵的微致动器。
文档编号G02B6/35GK1642849SQ0380730
公开日2005年7月20日 申请日期2003年3月26日 优先权日2002年3月28日
发明者石津谷徹, 铃木纯儿 申请人:株式会社尼康