JP2002162576A - 光学ｍｅｍｓコンポーネントの製造方法及び光学ｍｅｍｓ構造 - Google Patents
光学ｍｅｍｓコンポーネントの製造方法及び光学ｍｅｍｓ構造Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 応力薄膜を用いて三次元ＭＥＭＳ構造を製造
する方法の提供。 【解決手段】 応力薄膜を有する成形された光学ＭＥＭ
Ｓコンポーネントの製造方法は、面を有する基体を設け
るステップと、前記面上に犠牲層を付着させるステップ
と、前記光学ＭＥＭＳコンポーネントを画定するために
前記犠牲層上にリフトオフマスクを配置するステップ
と、前記犠牲層上に応力勾配層を付着させるステップ
と、前記リフトオフマスク及び該リフトオフマスク上に
存在する前記応力勾配層の一部分を除去するステップ
と、前記犠牲層から前記応力勾配層を解放して前記光学
ＭＥＭＳコンポーネントを作るステップと、を有する。
する方法の提供。 【解決手段】 応力薄膜を有する成形された光学ＭＥＭ
Ｓコンポーネントの製造方法は、面を有する基体を設け
るステップと、前記面上に犠牲層を付着させるステップ
と、前記光学ＭＥＭＳコンポーネントを画定するために
前記犠牲層上にリフトオフマスクを配置するステップ
と、前記犠牲層上に応力勾配層を付着させるステップ
と、前記リフトオフマスク及び該リフトオフマスク上に
存在する前記応力勾配層の一部分を除去するステップ
と、前記犠牲層から前記応力勾配層を解放して前記光学
ＭＥＭＳコンポーネントを作るステップと、を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学ＭＥＭＳコン
ポーネントの製造方法及び光学ＭＥＭＳ構造に関する。
ポーネントの製造方法及び光学ＭＥＭＳ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】受動光学コンポーネントは、ＭＥＭＳ/
ＭＯＥＭＳ（微小電気機械システム/微小光学電気機械
システム：micro-electromechanical systems/micro-op
to-electromechanical systems）の形態における光信号
のリファイン及び最適化において、重要な役割を果たす
ことができる。光信号が変調されるとともに光学モード
の品質がシステムの性能と一体である、プリントやレー
ザスキャン操作、データ通信における光の質的特性を制
御するために、受動光学デバイスが頻繁に用いられる。
故に、光学ＭＥＭＳ/ＭＯＥＭＳシステムに用いる受動
光学デバイスを提供する必要がある。
ＭＯＥＭＳ（微小電気機械システム/微小光学電気機械
システム：micro-electromechanical systems/micro-op
to-electromechanical systems）の形態における光信号
のリファイン及び最適化において、重要な役割を果たす
ことができる。光信号が変調されるとともに光学モード
の品質がシステムの性能と一体である、プリントやレー
ザスキャン操作、データ通信における光の質的特性を制
御するために、受動光学デバイスが頻繁に用いられる。
故に、光学ＭＥＭＳ/ＭＯＥＭＳシステムに用いる受動
光学デバイスを提供する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】応力が制御されていな
いと、ＭＥＭＳコンポーネントに湾曲やバックリングを
生じることがあるので、ＭＥＭＳにおいては、応力の制
御が重要である。しかし、ＭＥＭＳに関しては、応力制
御能力を用いて、望ましい効果を得ることができる。応
力勾配材料を用いて、応力の解放を制御して、三次元構
造を作ることができる。薄膜の応力を制御して、ＭＥＭ
Ｓコンポーネントの光学面を正確に形成することが可能
である。例えば、張力又は応力勾配材料を用いて、ＭＥ
ＭＳ/ＭＯＥＭＳに用いるための、円筒形及び球形のＭ
ＥＭＳミラーや調整可能なＭＥＭＳ回折格子を作ること
ができる。用途としては、光通信、ビーム走査、及び分
光学の領域が含まれる。
いと、ＭＥＭＳコンポーネントに湾曲やバックリングを
生じることがあるので、ＭＥＭＳにおいては、応力の制
御が重要である。しかし、ＭＥＭＳに関しては、応力制
御能力を用いて、望ましい効果を得ることができる。応
力勾配材料を用いて、応力の解放を制御して、三次元構
造を作ることができる。薄膜の応力を制御して、ＭＥＭ
Ｓコンポーネントの光学面を正確に形成することが可能
である。例えば、張力又は応力勾配材料を用いて、ＭＥ
ＭＳ/ＭＯＥＭＳに用いるための、円筒形及び球形のＭ
ＥＭＳミラーや調整可能なＭＥＭＳ回折格子を作ること
ができる。用途としては、光通信、ビーム走査、及び分
光学の領域が含まれる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様は、
応力薄膜を有する成形された光学ＭＥＭＳコンポーネン
トの製造方法であって、面を有する基体を設けるステッ
プと、前記面上に犠牲層を付着させるステップと、前記
光学ＭＥＭＳコンポーネントを画定するために前記犠牲
層上にリフトオフマスクを配置するステップと、前記犠
牲層上に応力勾配層を付着させるステップと、前記リフ
トオフマスク及び該リフトオフマスク上に存在する前記
応力勾配層の一部分を除去するステップと、前記光学Ｍ
ＥＭＳコンポーネントを作るために前記犠牲層から前記
応力勾配層を解放するステップと、を有する光学ＭＥＭ
Ｓコンポーネントの製造方法である。本発明の第２の態
様は、応力薄膜を有する成形された光学ＭＥＭＳコンポ
ーネントの製造方法であって、面及び絶縁体部分を有す
る絶縁体上シリコンウエハを設けるステップと、前記光
学ＭＥＭＳコンポーネントの構造的支持体を作るために
前記面をパターニング及びエッチングするステップと、
前記光学ＭＥＭＳコンポーネントを画定するために前記
面上にマスクを配置するステップと、前記マスクの上か
ら応力勾配層を付着させるステップと、前記面から前記
マスクを該マスク上に存在する前記応力勾配層の部分と
共に除去するステップと、前記応力勾配層を解放して前
記光学ＭＥＭＳコンポーネントを作るために前記絶縁体
部分をエッチングするステップとを有する、光学ＭＥＭ
Ｓコンポーネントの製造方法である。本発明の第３の態
様は、面を有する基体と、前記面上に配置され且つ少な
くとも１点で該面に取り付けられる機械的支持層と、光
学的放射を方向づけるための、前記機械的支持層によっ
て支持される解放された応力勾配層とを有する、光学Ｍ
ＥＭＳ構造である。
応力薄膜を有する成形された光学ＭＥＭＳコンポーネン
トの製造方法であって、面を有する基体を設けるステッ
プと、前記面上に犠牲層を付着させるステップと、前記
光学ＭＥＭＳコンポーネントを画定するために前記犠牲
層上にリフトオフマスクを配置するステップと、前記犠
牲層上に応力勾配層を付着させるステップと、前記リフ
トオフマスク及び該リフトオフマスク上に存在する前記
応力勾配層の一部分を除去するステップと、前記光学Ｍ
ＥＭＳコンポーネントを作るために前記犠牲層から前記
応力勾配層を解放するステップと、を有する光学ＭＥＭ
Ｓコンポーネントの製造方法である。本発明の第２の態
様は、応力薄膜を有する成形された光学ＭＥＭＳコンポ
ーネントの製造方法であって、面及び絶縁体部分を有す
る絶縁体上シリコンウエハを設けるステップと、前記光
学ＭＥＭＳコンポーネントの構造的支持体を作るために
前記面をパターニング及びエッチングするステップと、
前記光学ＭＥＭＳコンポーネントを画定するために前記
面上にマスクを配置するステップと、前記マスクの上か
ら応力勾配層を付着させるステップと、前記面から前記
マスクを該マスク上に存在する前記応力勾配層の部分と
共に除去するステップと、前記応力勾配層を解放して前
記光学ＭＥＭＳコンポーネントを作るために前記絶縁体
部分をエッチングするステップとを有する、光学ＭＥＭ
Ｓコンポーネントの製造方法である。本発明の第３の態
様は、面を有する基体と、前記面上に配置され且つ少な
くとも１点で該面に取り付けられる機械的支持層と、光
学的放射を方向づけるための、前記機械的支持層によっ
て支持される解放された応力勾配層とを有する、光学Ｍ
ＥＭＳ構造である。
【０００５】
【発明の実施の形態】光通信などの用途のために、円筒
形反射ミラーを用いて、拡散光を一本の線に集束させる
ことができる。図１及び図２は、本発明による円筒形反
射ミラー１００用のＭＥＭＳ構造の一実施形態を示して
いる。円筒形反射ミラー１００を作るには、ポリシリコ
ンの付着及びエッチングを含む従来の表面（平面）ＭＥ
ＭＳ設計及び製造法を用いてもよく、又は、ＳＯＩ(sil
icon-on-insulator)ウエハ材料を、パターンを画定する
ための従来のリソグラフィ工程と共に用いてもよい。
形反射ミラーを用いて、拡散光を一本の線に集束させる
ことができる。図１及び図２は、本発明による円筒形反
射ミラー１００用のＭＥＭＳ構造の一実施形態を示して
いる。円筒形反射ミラー１００を作るには、ポリシリコ
ンの付着及びエッチングを含む従来の表面（平面）ＭＥ
ＭＳ設計及び製造法を用いてもよく、又は、ＳＯＩ(sil
icon-on-insulator)ウエハ材料を、パターンを画定する
ための従来のリソグラフィ工程と共に用いてもよい。
【０００６】応力勾配層１１０は、一般的に、約５００
ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さを有し、一般的に、ＭｏＣｒ
を、後で示す表１に記載されているように蒸着して作ら
れる。応力勾配層１１０は、例えばポリシリコン、又は
ＳＯＩウエハ材料を用いる場合には単結晶デバイス層の
いずれかである、構造層５３０の上に蒸着される。応力
勾配層１１０は、厚さ方向に、層１１０の一方の側から
構造層５３０と隣接する他方の側に向かって圧縮力から
張力へと変化する、固有の応力勾配を有する。応力勾配
は、３．０Ｇｐａ以上と大きくすることができる。構造
層５３０が基体５１０から解放されると（図１２参
照）、応力勾配層１１０の応力勾配により、解放された
構造層５３０は湾曲する（図２参照）。
ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さを有し、一般的に、ＭｏＣｒ
を、後で示す表１に記載されているように蒸着して作ら
れる。応力勾配層１１０は、例えばポリシリコン、又は
ＳＯＩウエハ材料を用いる場合には単結晶デバイス層の
いずれかである、構造層５３０の上に蒸着される。応力
勾配層１１０は、厚さ方向に、層１１０の一方の側から
構造層５３０と隣接する他方の側に向かって圧縮力から
張力へと変化する、固有の応力勾配を有する。応力勾配
は、３．０Ｇｐａ以上と大きくすることができる。構造
層５３０が基体５１０から解放されると（図１２参
照）、応力勾配層１１０の応力勾配により、解放された
構造層５３０は湾曲する（図２参照）。
【０００７】構造層５３０の下には、円筒形反射ミラー
１００が共通軸に垂直な方向に湾曲するのを防止するた
めの、共通軸に平行であり且つ約４０μｍ離間された複
数の補強はり（梁）１３０が存在する。補強はり１３０
の一般的な寸法は、幅が約１０μｍであり、高さが約５
μｍ以下である。円筒形反射ミラー１００の一般的な寸
法は、約２００μｍ×２５０μｍである。
１００が共通軸に垂直な方向に湾曲するのを防止するた
めの、共通軸に平行であり且つ約４０μｍ離間された複
数の補強はり（梁）１３０が存在する。補強はり１３０
の一般的な寸法は、幅が約１０μｍであり、高さが約５
μｍ以下である。円筒形反射ミラー１００の一般的な寸
法は、約２００μｍ×２５０μｍである。
【０００８】円筒形反射ミラー１００の光学反射特性を
高めるために、一般的にアルミニウム又は金でできてい
る反射層１４０が、加熱蒸着又はＲＦスパッタリング技
術のいずれかにより、応力勾配層１１０の上に、約２０
０〜５００ｎｍの厚さに蒸着される。円筒形反射ミラー
１００の平面度は、応力勾配層１１０及び反射層１４０
を蒸着する前に構造層５３０を化学的及び機械的に研磨
することで得られる。尚、ＳＯＩウエハを用いる場合に
は研磨の必要はない。円筒形反射ミラー１００の曲率
は、応力勾配層１１０の応力勾配及び構造層５３０の厚
さによって決定される。応力勾配層１１０の応力勾配を
増し、構造層５３０の厚さを減らすと、円筒形反射ミラ
ー１００の曲率が増す。構造層５３０の厚さが約１００
ｎｍ未満の場合に生じる構造層５３０における円筒形反
射ミラー１００への応力の伝達を回避しつつ、必要な機
械的支持を与えるための、構造層５３０の一般的な厚さ
は、約１００ｎｍである。構造層５３０の厚さが約１０
０ｎｍ未満の場合には、円筒形反射ミラー１００に、許
容できないレベルの異方性の応力が存在する。厚さが約
１００ｎｍを越え且つ５００ｎｍ未満の場合には、異方
性応力は大きくなく、このように厚さを増しても、依然
として、円筒形反射ミラー１００を適切に曲げることが
できる。
高めるために、一般的にアルミニウム又は金でできてい
る反射層１４０が、加熱蒸着又はＲＦスパッタリング技
術のいずれかにより、応力勾配層１１０の上に、約２０
０〜５００ｎｍの厚さに蒸着される。円筒形反射ミラー
１００の平面度は、応力勾配層１１０及び反射層１４０
を蒸着する前に構造層５３０を化学的及び機械的に研磨
することで得られる。尚、ＳＯＩウエハを用いる場合に
は研磨の必要はない。円筒形反射ミラー１００の曲率
は、応力勾配層１１０の応力勾配及び構造層５３０の厚
さによって決定される。応力勾配層１１０の応力勾配を
増し、構造層５３０の厚さを減らすと、円筒形反射ミラ
ー１００の曲率が増す。構造層５３０の厚さが約１００
ｎｍ未満の場合に生じる構造層５３０における円筒形反
射ミラー１００への応力の伝達を回避しつつ、必要な機
械的支持を与えるための、構造層５３０の一般的な厚さ
は、約１００ｎｍである。構造層５３０の厚さが約１０
０ｎｍ未満の場合には、円筒形反射ミラー１００に、許
容できないレベルの異方性の応力が存在する。厚さが約
１００ｎｍを越え且つ５００ｎｍ未満の場合には、異方
性応力は大きくなく、このように厚さを増しても、依然
として、円筒形反射ミラー１００を適切に曲げることが
できる。
【０００９】図３には、本発明による円筒形反射ミラー
１００の一実施形態が示されている。円筒形反射ミラー
１００は、トーションバー２２０に支持されている。円
筒形反射ミラー１００の角度位置は、スライド式アクチ
ュエータ２１０を用いて、又は、デインマンら(M. J. D
aneman et al.)の「光学コンポーネントの配置用のリニ
ア微振動モータ(Linear Microvibromotor for Position
ing Optical Components)」（IEEE J. MEMs, vol. 5, n
o. 3, pp. 159-165,1996年9月、）に記載されているよ
うな静電気的に駆動されるコームドライブアクチュエー
タ（図示せず）によって調整できる。
１００の一実施形態が示されている。円筒形反射ミラー
１００は、トーションバー２２０に支持されている。円
筒形反射ミラー１００の角度位置は、スライド式アクチ
ュエータ２１０を用いて、又は、デインマンら(M. J. D
aneman et al.)の「光学コンポーネントの配置用のリニ
ア微振動モータ(Linear Microvibromotor for Position
ing Optical Components)」（IEEE J. MEMs, vol. 5, n
o. 3, pp. 159-165,1996年9月、）に記載されているよ
うな静電気的に駆動されるコームドライブアクチュエー
タ（図示せず）によって調整できる。
【００１０】ＭＥＭＳ球形ミラーは光を二次元に集束さ
せることができ、例えば、最適な結果を得るために光ビ
ームを集束して光の強度を増す、ビーム走査や分光学等
の用途に望ましい。金属薄膜の応力を制御することがで
きれば、半球形の反射面が得られる。犠牲層５２０でコ
ーティングされた基体５１０（図１６参照）の上に、一
般的にＭｏＣｒであり制御された応力勾配を有する応力
勾配層１１０が蒸着される。本発明による一実施形態で
は、図４は、球形ミラー３２０用の金属パターン３１０
及び、一般的に約４００μｍ×４００μｍの寸法を有す
る解放窓３１５を示している。図５は、基体５１０から
解放された、一般的に約１７５μｍの半径を有する球形
ミラー３２０を示している。球形ミラー３２０の表面
は、一般的に、加熱蒸着又はＲＦスパッタリング技術の
いずれかによってアルミニウム又は金の反射層でコーテ
ィングされている。犠牲層５２０は解放窓３１５を介し
てエッチングされ、それによって金属パターン３１０が
解放されて立ち上がり、球形ミラー３２０が形成され
る。単一のカンチレバー３２５が、球形ミラー３２０を
基体５１０に固定している。金属パターン３１０（図４
参照）は、解放されると、二軸性の応力の存在により球
面となる。
せることができ、例えば、最適な結果を得るために光ビ
ームを集束して光の強度を増す、ビーム走査や分光学等
の用途に望ましい。金属薄膜の応力を制御することがで
きれば、半球形の反射面が得られる。犠牲層５２０でコ
ーティングされた基体５１０（図１６参照）の上に、一
般的にＭｏＣｒであり制御された応力勾配を有する応力
勾配層１１０が蒸着される。本発明による一実施形態で
は、図４は、球形ミラー３２０用の金属パターン３１０
及び、一般的に約４００μｍ×４００μｍの寸法を有す
る解放窓３１５を示している。図５は、基体５１０から
解放された、一般的に約１７５μｍの半径を有する球形
ミラー３２０を示している。球形ミラー３２０の表面
は、一般的に、加熱蒸着又はＲＦスパッタリング技術の
いずれかによってアルミニウム又は金の反射層でコーテ
ィングされている。犠牲層５２０は解放窓３１５を介し
てエッチングされ、それによって金属パターン３１０が
解放されて立ち上がり、球形ミラー３２０が形成され
る。単一のカンチレバー３２５が、球形ミラー３２０を
基体５１０に固定している。金属パターン３１０（図４
参照）は、解放されると、二軸性の応力の存在により球
面となる。
【００１１】立ち上がりの量及び、得られる曲率半径
は、米国特許第５，９１４，２１８号に開示されている
ような、従来のマイクロスプリングの設計法を用いて設
計することができる。例えば、パターン３１０に対し
て、厚さ約５００ｎｍ、内部応力勾配約３．０Ｇｐａの
応力勾配層１１０をＭｏＣｒで形成するためのスパッタ
リング条件を、下の表１に示す。
は、米国特許第５，９１４，２１８号に開示されている
ような、従来のマイクロスプリングの設計法を用いて設
計することができる。例えば、パターン３１０に対し
て、厚さ約５００ｎｍ、内部応力勾配約３．０Ｇｐａの
応力勾配層１１０をＭｏＣｒで形成するためのスパッタ
リング条件を、下の表１に示す。
【表１】
【００１２】円筒形反射ミラー１００及び調整可能回折
格子薄膜構造４１０用の応力勾配層１１０のスパッタリ
ング条件も、表１の記載の通りである。
格子薄膜構造４１０用の応力勾配層１１０のスパッタリ
ング条件も、表１の記載の通りである。
【００１３】立ち上がりが、単一のカンチレバー３２５
が基体３９０から数十ミクロン上に持ち上げられる程度
である場合は、球形ミラー３２０のカンチレバー３２５
の下の犠牲層５２０（図１７参照）の下に埋め込まれた
金属接点（図示せず）を用いて球形ミラー３２０を静電
気的に動かすことができる。静電気的に動かすことで、
カンチレバーの角度の正確な調整が可能になると共に、
位置が移動する又は調整できる光源からの光が集められ
る用途において、任意に、球形ミラー３２０を光路から
移動させることができる。ＳＯＩデバイス層を用いた場
合、球形ミラー３２０の厚さは、一般的に、２〜３μｍ
又は５〜１０μｍである。
が基体３９０から数十ミクロン上に持ち上げられる程度
である場合は、球形ミラー３２０のカンチレバー３２５
の下の犠牲層５２０（図１７参照）の下に埋め込まれた
金属接点（図示せず）を用いて球形ミラー３２０を静電
気的に動かすことができる。静電気的に動かすことで、
カンチレバーの角度の正確な調整が可能になると共に、
位置が移動する又は調整できる光源からの光が集められ
る用途において、任意に、球形ミラー３２０を光路から
移動させることができる。ＳＯＩデバイス層を用いた場
合、球形ミラー３２０の厚さは、一般的に、２〜３μｍ
又は５〜１０μｍである。
【００１４】球形ミラー３２０の充填比及び反射率を、
本発明による一実施形態の球形ミラー３２０の花弁状部
分３２１の間にウェビング（図示せず）を挿入すること
によって高めてもよい。応力勾配層１１０の蒸着の前
に、固有の応力を有していない誘電層又は金属層を蒸着
し、標準的なリソグラフィ技術を用いてパターニングす
る。次に、この誘電層又は金属層にドライエッチング又
はウェットエッチングを施して、形状を定める。このウ
ェビング層は、応力勾配層１１０の金属パターン３１０
と同時に解放され、金属パターン３１０が解放された際
の応力の緩和によって、球形に変形される。
本発明による一実施形態の球形ミラー３２０の花弁状部
分３２１の間にウェビング（図示せず）を挿入すること
によって高めてもよい。応力勾配層１１０の蒸着の前
に、固有の応力を有していない誘電層又は金属層を蒸着
し、標準的なリソグラフィ技術を用いてパターニングす
る。次に、この誘電層又は金属層にドライエッチング又
はウェットエッチングを施して、形状を定める。このウ
ェビング層は、応力勾配層１１０の金属パターン３１０
と同時に解放され、金属パターン３１０が解放された際
の応力の緩和によって、球形に変形される。
【００１５】ＭＥＭＳ調整可能回折格子は、分光光度計
用の用途を有する。図６は、本発明の一実施形態による
調整可能回折格子薄膜構造４１０を示している。基体５
１０上に付着されたアモルファスシリコン又はポリシリ
コン層９２０の上に、一般的に５００〜１０００ｎｍの
厚さの応力勾配層１１０が蒸着される。パターニングさ
れたアモルファスシリコン又はポリシリコン層９２０を
解放すると、層９２０は、応力勾配層１１０の応力によ
って上向きにカールし、回折格子薄膜構造４１０を形成
する。基体５１０と各回折格子薄膜９４５の間に約１０
０ボルトを越えるバイアス電圧を印加することにより、
回折格子の角度４１５を調整できる。例えば４９％フッ
化水素酸での時間制御によるエッチングにより誘電層５
２０を除去すると、各回折格子薄膜は解放された際に上
向きにカールする。
用の用途を有する。図６は、本発明の一実施形態による
調整可能回折格子薄膜構造４１０を示している。基体５
１０上に付着されたアモルファスシリコン又はポリシリ
コン層９２０の上に、一般的に５００〜１０００ｎｍの
厚さの応力勾配層１１０が蒸着される。パターニングさ
れたアモルファスシリコン又はポリシリコン層９２０を
解放すると、層９２０は、応力勾配層１１０の応力によ
って上向きにカールし、回折格子薄膜構造４１０を形成
する。基体５１０と各回折格子薄膜９４５の間に約１０
０ボルトを越えるバイアス電圧を印加することにより、
回折格子の角度４１５を調整できる。例えば４９％フッ
化水素酸での時間制御によるエッチングにより誘電層５
２０を除去すると、各回折格子薄膜は解放された際に上
向きにカールする。
【００１６】式（１）は回折格子の格子条件式である。 ａ ｓｉｎθｍ＝ｍλ （１） 式中、ａは回折格子のピッチであり、光は回折格子に直
角に入射するものとする。本発明による一実施形態で
は、例えば、ａ＝３μｍ及びλ＝６７０ｎｍとすると、
一次回折角度θ1＝１２．９°及び二次回折角度θ2＝２
６．５°となる。回折格子角度４１５が１３．２５°に
調整されると、回折格子の正反射率は二次回折に一致す
る。回折格子角度４１５を６．４５°に調整すると、正
反射率は一次回折に一致する。
角に入射するものとする。本発明による一実施形態で
は、例えば、ａ＝３μｍ及びλ＝６７０ｎｍとすると、
一次回折角度θ1＝１２．９°及び二次回折角度θ2＝２
６．５°となる。回折格子角度４１５が１３．２５°に
調整されると、回折格子の正反射率は二次回折に一致す
る。回折格子角度４１５を６．４５°に調整すると、正
反射率は一次回折に一致する。
【００１７】図７〜図１２は、本発明の一実施形態によ
る円筒形ミラー１００の製造工程を示している。図７
は、バルクシリコン基体５１０を示す。図８は、シリコ
ン基体５１０上の犠牲層５２０の、一般的にスパッタリ
ング又はプラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）のいずれか
による蒸着及びパターニングを示す。犠牲層５２０の一
般的な組成はＳｉＯ2であるが、バルクシリコン基体５
１０にＳＯＩを用いない場合は、Ｓｉ3Ｎ4等の他の材料
を用いても良い。補強ビーム１３０を作るために、犠牲
層５２０上にマスク６１０が配置される。図９は、４５
％ＫＯＨ（水酸化カリウム）溶液でエッチングした後の
シリコン基体５１０を示す。図１０は、犠牲層５２５及
びポリシリコン層５３０の蒸着を示す。ポリシリコン層
５３０上に、図１４に示されているリフトオフマスク６
２０が配置される。リフトオフマスク６２０の開口した
中央部は、リフトオフマスク６２０が除去された際に、
例えばＭｏＣｒ層である応力勾配層１１０がシリコン基
体５１０上に残る場所を示す。図１１は、上記の表１に
記載されているＭｏＣｒ層１１０の蒸着を示す。最後
に、図１２は、ＳｉＯ2犠牲層５２０及び５２５を除去
するために４９％ＨＦ（フッ化水素酸）ウェットエッチ
ングを用いた、層５３０の解放を示す。層５３０を解放
すると、円筒形ミラー１００が解放される。
る円筒形ミラー１００の製造工程を示している。図７
は、バルクシリコン基体５１０を示す。図８は、シリコ
ン基体５１０上の犠牲層５２０の、一般的にスパッタリ
ング又はプラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）のいずれか
による蒸着及びパターニングを示す。犠牲層５２０の一
般的な組成はＳｉＯ2であるが、バルクシリコン基体５
１０にＳＯＩを用いない場合は、Ｓｉ3Ｎ4等の他の材料
を用いても良い。補強ビーム１３０を作るために、犠牲
層５２０上にマスク６１０が配置される。図９は、４５
％ＫＯＨ（水酸化カリウム）溶液でエッチングした後の
シリコン基体５１０を示す。図１０は、犠牲層５２５及
びポリシリコン層５３０の蒸着を示す。ポリシリコン層
５３０上に、図１４に示されているリフトオフマスク６
２０が配置される。リフトオフマスク６２０の開口した
中央部は、リフトオフマスク６２０が除去された際に、
例えばＭｏＣｒ層である応力勾配層１１０がシリコン基
体５１０上に残る場所を示す。図１１は、上記の表１に
記載されているＭｏＣｒ層１１０の蒸着を示す。最後
に、図１２は、ＳｉＯ2犠牲層５２０及び５２５を除去
するために４９％ＨＦ（フッ化水素酸）ウェットエッチ
ングを用いた、層５３０の解放を示す。層５３０を解放
すると、円筒形ミラー１００が解放される。
【００１８】図１５〜図１９は、本発明の一実施形態に
よる球形ミラー３２０の製造工程を示している。図１５
は、バルクシリコン基体５１０を示す。図１６に示され
るように、シリコン基体５１０上に、一般的にＳｉＯ2
である犠牲層５２０が蒸着される。図２０には、フォト
レジストリフトオフマスク７１０の平面図が示されてい
る。図１７に示されるように、フォトレジストリフトオ
フマスク７１０を用いてシリコン基体５１０がパターニ
ングされると、次に、一般的にＭｏＣｒである応力勾配
層１１０が表１に記載されているように蒸着される。続
いて、アセトン浸漬リフトオフ処理で、リフトオフマス
ク７１０が、応力勾配層１１０の余分なＭｏＣｒと共に
除去される。最後に、スピン−オン技術を用いて、図２
１に平面図で示されているフォトレジストマスク７２０
が、応力勾配層１１０の解放されない部分を覆うように
応力勾配層１１０上に付着される。応力勾配層１１０の
露出された領域は、４９％ＨＦ（フッ化水素酸）ウェッ
トエッチングを用いて犠牲層５２０を除去することで、
解放される。球形ミラー３２０を解放するためのＨＦエ
ッチングの持続時間は、一般的に約１５分間である。フ
ォトレジストマスク７２０により、球形ミラー３２０の
花弁状部分３２１をアンダーエッチングしつつ、球形ミ
ラー３２０の残りの部分をエッチングから保護すること
ができる。上述したように、花弁状部分３２１の間にウ
ェビング材料を導入することにより、球形ミラー３２０
の効率を高めてもよい。
よる球形ミラー３２０の製造工程を示している。図１５
は、バルクシリコン基体５１０を示す。図１６に示され
るように、シリコン基体５１０上に、一般的にＳｉＯ2
である犠牲層５２０が蒸着される。図２０には、フォト
レジストリフトオフマスク７１０の平面図が示されてい
る。図１７に示されるように、フォトレジストリフトオ
フマスク７１０を用いてシリコン基体５１０がパターニ
ングされると、次に、一般的にＭｏＣｒである応力勾配
層１１０が表１に記載されているように蒸着される。続
いて、アセトン浸漬リフトオフ処理で、リフトオフマス
ク７１０が、応力勾配層１１０の余分なＭｏＣｒと共に
除去される。最後に、スピン−オン技術を用いて、図２
１に平面図で示されているフォトレジストマスク７２０
が、応力勾配層１１０の解放されない部分を覆うように
応力勾配層１１０上に付着される。応力勾配層１１０の
露出された領域は、４９％ＨＦ（フッ化水素酸）ウェッ
トエッチングを用いて犠牲層５２０を除去することで、
解放される。球形ミラー３２０を解放するためのＨＦエ
ッチングの持続時間は、一般的に約１５分間である。フ
ォトレジストマスク７２０により、球形ミラー３２０の
花弁状部分３２１をアンダーエッチングしつつ、球形ミ
ラー３２０の残りの部分をエッチングから保護すること
ができる。上述したように、花弁状部分３２１の間にウ
ェビング材料を導入することにより、球形ミラー３２０
の効率を高めてもよい。
【００１９】図２１〜図２７は、本発明の一実施形態に
よる調整可能回折格子薄膜構造４１０の製造工程を示し
ている。図２１に示されるように、ガラス又はバルクシ
リコン基体５１０上に、犠牲層５２０が約５μｍの厚さ
に蒸着される。犠牲層５２０は一般的にＳｉＯ2である
が、例えば窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）又は酸化窒化シリ
コン（ＳｉＯＮX）であってもよい。図２３に示される
ように、犠牲層５２０は、マスク９９９（図２８参照）
を用いた標準的なリソグラフィを用いて、個々の回折格
子９８８の固定位置９５０を露出するためにパターニン
グされる。図２４に示されるように、化学蒸着法を用い
て、犠牲層５２０上にポリシリコン又はアモルファスシ
リコン層９２０が付着される。ポリシリコン又はアモル
ファスシリコン層９２０は、個々の回折格子薄膜９４５
に対する機械的支持層として機能する。層９２０は図２
８に示されたマスク９９９を用いてパターニングされ、
露出部分はドライエッチングを施されて犠牲層５２０が
部分的に露出され、図２５に示されるように、ポリシリ
コン層９２０内の個々の回折格子９４５が画定される。
ＭｏＣｒリフトオフ処理のために、層９２０は標準的な
リソグラフィを用いて再びパターニングされる。図２６
に示されるように、表１に記載されている処理を用いて
ＭｏＣｒ層１１０が蒸着され、リフトオフ処理で過剰な
レジストが除去されると、個々の回折格子９８８上だけ
にＭｏＣｒ層１１０が残る。一般的に４９％フッ化水素
酸であるウェットエッチング液を用いて、犠牲層５２０
が除去される。図２７に示されるように、一般的に１０
０μｍの長さを有する個々の回折格子薄膜９４５が基体
５１０に固定された状態で残り、図４に示されるように
回折格子薄膜９４５が上向きにカールする。
よる調整可能回折格子薄膜構造４１０の製造工程を示し
ている。図２１に示されるように、ガラス又はバルクシ
リコン基体５１０上に、犠牲層５２０が約５μｍの厚さ
に蒸着される。犠牲層５２０は一般的にＳｉＯ2である
が、例えば窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）又は酸化窒化シリ
コン（ＳｉＯＮX）であってもよい。図２３に示される
ように、犠牲層５２０は、マスク９９９（図２８参照）
を用いた標準的なリソグラフィを用いて、個々の回折格
子９８８の固定位置９５０を露出するためにパターニン
グされる。図２４に示されるように、化学蒸着法を用い
て、犠牲層５２０上にポリシリコン又はアモルファスシ
リコン層９２０が付着される。ポリシリコン又はアモル
ファスシリコン層９２０は、個々の回折格子薄膜９４５
に対する機械的支持層として機能する。層９２０は図２
８に示されたマスク９９９を用いてパターニングされ、
露出部分はドライエッチングを施されて犠牲層５２０が
部分的に露出され、図２５に示されるように、ポリシリ
コン層９２０内の個々の回折格子９４５が画定される。
ＭｏＣｒリフトオフ処理のために、層９２０は標準的な
リソグラフィを用いて再びパターニングされる。図２６
に示されるように、表１に記載されている処理を用いて
ＭｏＣｒ層１１０が蒸着され、リフトオフ処理で過剰な
レジストが除去されると、個々の回折格子９８８上だけ
にＭｏＣｒ層１１０が残る。一般的に４９％フッ化水素
酸であるウェットエッチング液を用いて、犠牲層５２０
が除去される。図２７に示されるように、一般的に１０
０μｍの長さを有する個々の回折格子薄膜９４５が基体
５１０に固定された状態で残り、図４に示されるように
回折格子薄膜９４５が上向きにカールする。
【００２０】図２９〜図３３は、本発明の一実施形態に
よる球形ミラー３２０の製造工程を示している。図２９
は、製造の開始点として、単結晶シリコン（ＳＣＳ）層
１１２０を有する、絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）ウエハ
１１００を示す。先に述べたように、ＳＯＩウエハ１１
００を、本発明に従ったシリコン基体５１０の代わりに
用いてもよい。市販のＳＯＩウエハ１１００を用いるこ
とで処理工程の数が減るとともに、ポリシリコン材料よ
りも高い光学的及び機械的品質を備えるＳＣＳ層１１２
０が与えられる。単結晶シリコン（ＳＣＳ）層１１２０
の厚さは一般的に１００ｎｍであり、犠牲層５２０の厚
さは一般的に２μｍである。図３０は、マスク７１０
（図２０参照）の写真ネガ及びエッチング液を用いた、
ＳＣＳ層１１２０のリソグラフィパターニングを示す。
図３１に示されるように、次のＳＣＳ層１１２０のエッ
チングでは、ＳＣＳ層１１２０上にフォトレジストマス
ク７１０（図２０参照）が配置され、応力勾配層１１０
が表１に記載されているように蒸着される。次に、アセ
トン溶媒を用いたリフトオフ処理で、応力勾配層１１０
の不要な部分が除去される。最後に、図３２に示される
ように、スピン−オン技術を用いて、図２１に平面図が
示されているフォトレジストマスクが、応力勾配層１１
０の解放されない部分を覆うように、応力勾配層１１０
上に配置される。図３３に示されるように、応力勾配層
１１０の露出されている領域は、４９％ＨＦ（フッ化水
素酸）ウェットエッチングを用いて犠牲層５２０を除去
することで、解放される。球形ミラー３２０を解放する
ためのＨＦエッチングの持続時間は、一般的に約１５分
間である。フォトレジストマスク７２０により、球形ミ
ラー３２０の花弁状部分３２１（図５参照）をアンダー
エッチングしつつ、球形ミラー３２０の残りの部分をエ
ッチングから保護することができる。ここでも、上述し
たように、花弁状部分３２１の間にウェビング材料を導
入することにより、球形ミラー３２０の効率を高めても
よい。
よる球形ミラー３２０の製造工程を示している。図２９
は、製造の開始点として、単結晶シリコン（ＳＣＳ）層
１１２０を有する、絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）ウエハ
１１００を示す。先に述べたように、ＳＯＩウエハ１１
００を、本発明に従ったシリコン基体５１０の代わりに
用いてもよい。市販のＳＯＩウエハ１１００を用いるこ
とで処理工程の数が減るとともに、ポリシリコン材料よ
りも高い光学的及び機械的品質を備えるＳＣＳ層１１２
０が与えられる。単結晶シリコン（ＳＣＳ）層１１２０
の厚さは一般的に１００ｎｍであり、犠牲層５２０の厚
さは一般的に２μｍである。図３０は、マスク７１０
（図２０参照）の写真ネガ及びエッチング液を用いた、
ＳＣＳ層１１２０のリソグラフィパターニングを示す。
図３１に示されるように、次のＳＣＳ層１１２０のエッ
チングでは、ＳＣＳ層１１２０上にフォトレジストマス
ク７１０（図２０参照）が配置され、応力勾配層１１０
が表１に記載されているように蒸着される。次に、アセ
トン溶媒を用いたリフトオフ処理で、応力勾配層１１０
の不要な部分が除去される。最後に、図３２に示される
ように、スピン−オン技術を用いて、図２１に平面図が
示されているフォトレジストマスクが、応力勾配層１１
０の解放されない部分を覆うように、応力勾配層１１０
上に配置される。図３３に示されるように、応力勾配層
１１０の露出されている領域は、４９％ＨＦ（フッ化水
素酸）ウェットエッチングを用いて犠牲層５２０を除去
することで、解放される。球形ミラー３２０を解放する
ためのＨＦエッチングの持続時間は、一般的に約１５分
間である。フォトレジストマスク７２０により、球形ミ
ラー３２０の花弁状部分３２１（図５参照）をアンダー
エッチングしつつ、球形ミラー３２０の残りの部分をエ
ッチングから保護することができる。ここでも、上述し
たように、花弁状部分３２１の間にウェビング材料を導
入することにより、球形ミラー３２０の効率を高めても
よい。
【図１】本発明による円筒形ＭＥＭＳミラーの一実施形
態を示す図である。
態を示す図である。
【図２】本発明による円筒形ＭＥＭＳミラーの一実施形
態を示す図である。
態を示す図である。
【図３】本発明による円筒形ＭＥＭＳミラーの一実施形
態を示す図である。
態を示す図である。
【図４】本発明による一実施形態における球形ＭＥＭＳ
ミラーの金属パターンを示す図である。
ミラーの金属パターンを示す図である。
【図５】本発明による球形ＭＥＭＳミラーの一実施形態
を示す図である。
を示す図である。
【図６】本発明によるＭＥＭＳ回折格子の一実施形態を
示す図である。
示す図である。
【図７】本発明による円筒形ＭＥＭＳミラーの一実施形
態の製造工程の一部を示す図である。
態の製造工程の一部を示す図である。
【図８】本発明による円筒形ＭＥＭＳミラーの一実施形
態の製造工程の一部を示す図である。
態の製造工程の一部を示す図である。
【図９】本発明による円筒形ＭＥＭＳミラーの一実施形
態の製造工程の一部を示す図である。
態の製造工程の一部を示す図である。
【図１０】本発明による円筒形ＭＥＭＳミラーの一実施
形態の製造工程の一部を示す図である。
形態の製造工程の一部を示す図である。
【図１１】本発明による円筒形ＭＥＭＳミラーの一実施
形態の製造工程の一部を示す図である。
形態の製造工程の一部を示す図である。
【図１２】本発明による円筒形ＭＥＭＳミラーの一実施
形態の製造工程の一部を示す図である。
形態の製造工程の一部を示す図である。
【図１３】図８に示される工程で用いられるマスクを示
す図である。
す図である。
【図１４】図１０に示される工程で配置されるリフトオ
フマスクを示す図である。
フマスクを示す図である。
【図１５】本発明による球形ＭＥＭＳミラーの一実施形
態の製造工程の一部を示す図である。
態の製造工程の一部を示す図である。
【図１６】本発明による球形ＭＥＭＳミラーの一実施形
態の製造工程の一部を示す図である。
態の製造工程の一部を示す図である。
【図１７】本発明による球形ＭＥＭＳミラーの一実施形
態の製造工程の一部を示す図である。
態の製造工程の一部を示す図である。
【図１８】本発明による球形ＭＥＭＳミラーの一実施形
態の製造工程の一部を示す図である。
態の製造工程の一部を示す図である。
【図１９】本発明による球形ＭＥＭＳミラーの一実施形
態の製造工程の一部を示す図である。
態の製造工程の一部を示す図である。
【図２０】図１６に示される工程で配置されるリフトオ
フマスクを示す図である。
フマスクを示す図である。
【図２１】図１８に示される工程で配置されるリフトオ
フマスクを示す図である。
フマスクを示す図である。
【図２２】本発明によるＭＥＭＳ回折格子の一実施形態
の製造工程の一部を示す図である。
の製造工程の一部を示す図である。
【図２３】本発明によるＭＥＭＳ回折格子の一実施形態
の製造工程の一部を示す図である。
の製造工程の一部を示す図である。
【図２４】本発明によるＭＥＭＳ回折格子の一実施形態
の製造工程の一部を示す図である。
の製造工程の一部を示す図である。
【図２５】本発明によるＭＥＭＳ回折格子の一実施形態
の製造工程の一部を示す図である。
の製造工程の一部を示す図である。
【図２６】本発明によるＭＥＭＳ回折格子の一実施形態
の製造工程の一部を示す図である。
の製造工程の一部を示す図である。
【図２７】本発明によるＭＥＭＳ回折格子の一実施形態
の製造工程の一部を示す図である。
の製造工程の一部を示す図である。
【図２８】図２５に示される工程で配置されるリフトオ
フマスクを示す図である。
フマスクを示す図である。
【図２９】本発明の一実施形態による球形ミラーの製造
工程の一部を示す図である。
工程の一部を示す図である。
【図３０】本発明の一実施形態による球形ミラーの製造
工程の一部を示す図である。
工程の一部を示す図である。
【図３１】本発明の一実施形態による球形ミラーの製造
工程の一部を示す図である。
工程の一部を示す図である。
【図３２】本発明の一実施形態による球形ミラーの製造
工程の一部を示す図である。
工程の一部を示す図である。
【図３３】本発明の一実施形態による球形ミラーの製造
工程の一部を示す図である。
工程の一部を示す図である。
１００ 円筒形反射ミラー １１０ 応力勾配層 ３２０ 球形ミラー ４１０ 回折格子薄膜構造 ５１０ 基体 ５２０ 犠牲層
フロントページの続き (72)発明者 ミシェル エー． ローザ アメリカ合衆国 95134 カリフォルニア 州 サンノゼ エラン ビレッジ レーン 350 アパートメント ナンバー 209 (72)発明者 エリック ピーターズ アメリカ合衆国 94555 カリフォルニア 州 フレモント ミモザ テラス 34287 (72)発明者 フランチェスコ レンミ イタリア国 00199 ローマ 39−ディー ビア バル ディ ノン (72)発明者 パトリック ワイ． マエダ アメリカ合衆国 94040 カリフォルニア 州 マウンテン ビュー デール アベニ ュー 1200 ナンバー 95 (72)発明者 クリストファー エル． チュア アメリカ合衆国 95123 カリフォルニア 州 サンノゼ キュリー ドライブ 636 Ｆターム(参考） 2H041 AA16 AB14 AB38 AC01 AC06 AZ01 AZ08
Claims (3)
- 【請求項１】 応力薄膜を有する成形された光学ＭＥＭ
Ｓコンポーネントの製造方法であって、 面を有する基体を設けるステップと、 前記面上に犠牲層を付着させるステップと、 前記光学ＭＥＭＳコンポーネントを画定するために前記
犠牲層上にリフトオフマスクを配置するステップと、 前記犠牲層上に応力勾配層を付着させるステップと、 前記リフトオフマスク及び該リフトオフマスク上に存在
する前記応力勾配層の一部分を除去するステップと、 前記光学ＭＥＭＳコンポーネントを作るために前記犠牲
層から前記応力勾配層を解放するステップと、 を有する、光学ＭＥＭＳコンポーネントの製造方法。 - 【請求項２】 応力薄膜を有する成形された光学ＭＥＭ
Ｓコンポーネントの製造方法であって、 面及び絶縁体部分を有する絶縁体上シリコンウエハを設
けるステップと、 前記光学ＭＥＭＳコンポーネントの構造的支持体を作る
ために前記面をパターニング及びエッチングするステッ
プと、 前記光学ＭＥＭＳコンポーネントを画定するために前記
面上にマスクを配置するステップと、 前記マスクの上から応力勾配層を付着させるステップ
と、 前記面から前記マスクを該マスク上に存在する前記応力
勾配層の部分と共に除去するステップと、 前記応力勾配層を解放して前記光学ＭＥＭＳコンポーネ
ントを作るために前記絶縁体部分をエッチングするステ
ップと、 を有する、光学ＭＥＭＳコンポーネントの製造方法。 - 【請求項３】 面を有する基体と、 前記面上に配置され且つ少なくとも１点で該面に取り付
けられる機械的支持層と、 光学的放射を方向づけるための、前記機械的支持層によ
って支持される解放された応力勾配層と、 を有する、光学ＭＥＭＳ構造。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US672386 | 1996-05-30 | ||
| US09/672,386 US6706202B1 (en) | 2000-09-28 | 2000-09-28 | Method for shaped optical MEMS components with stressed thin films |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002162576A true JP2002162576A (ja) | 2002-06-07 |
| JP4794092B2 JP4794092B2 (ja) | 2011-10-12 |
Family
ID=24698329
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001284223A Expired - Fee Related JP4794092B2 (ja) | 2000-09-28 | 2001-09-19 | 光学ｍｅｍｓコンポーネントの製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6706202B1 (ja) |
| JP (1) | JP4794092B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005054117A1 (de) * | 2003-12-01 | 2005-06-16 | Univerität Kassel | Mikromechanisches bauelement und verfahren zu seiner herstellung |
| JP2007264604A (ja) * | 2006-02-28 | 2007-10-11 | Canon Inc | 光学素子及び光学素子の製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2820834B1 (fr) * | 2001-02-15 | 2004-06-25 | Teem Photonics | Procede de fabrication d'un micro-miroir optique et micro-miroir ou matrice de micro-miroirs obtenu par ce procede |
| US20030183916A1 (en) * | 2002-03-27 | 2003-10-02 | John Heck | Packaging microelectromechanical systems |
| US7468826B2 (en) * | 2002-05-03 | 2008-12-23 | Texas Instruments Incorporated | Silicon mirrors having reduced hinge stress from temperature variations |
| GB0213722D0 (en) * | 2002-06-14 | 2002-07-24 | Suisse Electronique Microtech | Micro electrical mechanical systems |
| US20040100638A1 (en) * | 2002-11-27 | 2004-05-27 | The Regents Of The University Of California. | Correcting surface contour of a non-rigid object through control of surface residual stress |
| US6933004B2 (en) * | 2003-05-20 | 2005-08-23 | Lucent Technologies Inc. | Control of stress in metal films by controlling the temperature during film deposition |
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