JP2003149568A - 微小電子機械光学コンポーネントを製造するための方法 - Google Patents

微小電子機械光学コンポーネントを製造するための方法

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JP2003149568A JP2002222091A JP2002222091A JP2003149568A JP 2003149568 A JP2003149568 A JP 2003149568A JP 2002222091 A JP2002222091 A JP 2002222091A JP 2002222091 A JP2002222091 A JP 2002222091A JP 2003149568 A JP2003149568 A JP 2003149568A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 二つの光伝送路と、移動壁部と、静電アクチ
ュエータとを備え、前記アクチュエータは、対向して相
対的に移動可能とされた複数の電極を備え、一方の電極
が移動壁部に機械的に接続され、他方の電極が基板の他
の残りの部分に固定され、かつ、梁部によって形成され
た復帰手段を備えている微小電子機械光学コンポーネン
トを製造するための方法を提供する。 【解決手段】 本発明により、前記基板を形成する単結
晶シリコンの（１１１）面が基板の面２０に平行とさ
れ、第一の一連のディープ反応性イオンエッチング工程
を通して、移動壁部６、電極１１，１２、及び梁部１
５，１６の高さを異なる値にして決定し、第二のウェッ
トエッチング工程を通して、移動壁部６、電極１１，１
２、及び梁部１５，１６を前記基板の他の残りの部分か
ら自由にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロエレクト
ロメカニカルシステムズ（Microelectromechanical Sys
tems）を表すＭＥＭＳとも呼ばれる微小電子機械コンポ
ーネントの分野に属し、より具体的には、光ファイバ通
信装置に用いられるＭＥＭＳコンポーネントに関する。
特に、本発明は、その性能ならびに製造コストを最適に
することができる微小電子機械コンポーネントの製造方
法に関する。本方法は、制御命令の影響下で移動する移
動部材を有するような様々な種類の光学コンポーネント
を製造するのに用いることができる。ここでは、光スイ
ッチ（optical switch）、光遮断器（obturator）、な
いし可変アッテネータ（variable attenuator）といっ
たものを挙げることができる。
【０００２】本明細書において、以下、本発明は、光ス
イッチに関して詳しく述べられるが、光スイッチは、単
純に光遮断機ないしアッテネータに置き換えて構わな
い。
【０００３】
【従来の技術】一般に、光スイッチは、少なくとも一つ
の入力光ファイバと少なくとも二つの出力光ファイバと
が収容されるようになっている。これらの光ファイバ
は、大抵の場合互いに９０°となるように互いに極めて
精度よく方向付けられた光伝送路（本明細書中、伝送路
ないし経路と称する場合もある）内に配置されている。
この光スイッチは、伝送路内を伝わるビーム（光線）を
遮るように動く事のできる反射鏡を備えている。この移
動反射鏡が第一の位置にあるときには、この反射鏡によ
って、光ファイバによって出力された光線を第二のファ
イバに向けて反射することができる。この反射鏡が第二
の位置にあるときには、第一の光ファイバによって出力
された光線の径路は、この反射鏡によっては変更され
ず、従って、径路は、この光ファイバに一列に揃えられ
るように配置された光ファイバに送られる。
【０００４】この反射鏡の動きは、アクチュエータを用
いて生じさせられる。様々な種類のアクチュエータ、特
に静電的なアクチュエータ（静電アクチュエータ）、中
でも米国特許第６２２９６４０号明細書に記載されてい
るようなものがこれまでに提案されてきた。この種の静
電アクチュエータは、互いに噛み合わされた二つの櫛状
部の中に配分された多数の電極を備えている。これらの
二つの噛み合わされた櫛状部は、その互いに向き合う面
によってキャパシタを形成するように部分的に互いに入
り込んでいる。二つの噛み合わされた櫛状部の間に電圧
を印加すると、一方の櫛状部に対する他方の櫛状部の運
動が生じる。
【０００５】反射鏡は、この二つの櫛状部の電極の一方
に固定されているため、この電圧が働いている間移動す
る。電圧がなくなると、通常、移動する電極からなる櫛
状部を基板の残りの部分に接続する一つ以上の梁部から
構成されている復帰手段によって、位置が元に戻る。
【０００６】本発明の目的の一つは、反射鏡に十分な往
復運動をさせながらも、比較的限られた値の電圧で反射
鏡を動かせるようにすることである。とは言え、低い電
圧値を用いれば、二つの櫛状部の電極の互いに向き合っ
ている面積は増える。
【０００７】また、最大限可能な振幅の動きを得るに
は、復帰手段があまり大きな力を及ぼしすぎず、したが
って、その剛性も比較的限られるべきであるといったこ
とが重要である。しかし、この剛性は、なかんずく復帰
手段を構成する梁部の厚さによって決定される。そのた
め、反射鏡の移動を増やすためには、アクチュエータの
復帰手段の梁部の厚さを減らしたいところなのである。
【０００８】すると、一方で電極の面積を増加させるこ
とと、他方で復帰手段の梁部の厚さを減少させることと
いう上述した二つの結果を組み合わせようとする際に問
題が起きてしまう。
【０００９】この種の不都合は、ＳＯＩ（Silicon On I
nsulator; シリコン・オン・インシュレータ）ベースの
基板上に作られたマイクロコンポーネント（microcompo
nent）で見受けられる。これは、ＳＯＩ基板上では、酸
化膜に達するまで下方にエッチングされることによって
電極およびアクチュエータの復帰手段の形状が決められ
るからである。電極と復帰手段は、酸化膜がエッチング
された後で行なわれる後続のエッチングによって解放さ
れ、自由にされる。したがって、ＳＯＩ基板から作られ
たこの種のコンポーネントにおいては、復帰手段の梁部
および電極は、同じ高さを有している。そういうわけ
で、アクチュエータによって及ぼされる力を増すために
は、電極の数を増やさなければならないが、これは、ア
クチュエータがエネルギーをますます浪費し、基板面積
をますます広く占有するという結果を招く。
【００１０】光スイッチを単結晶シリコン基板から作る
ことも提案されたが、これは「バルク」スイッチとも呼
ばれている。用いられる基板の結晶学的方位に基づいた
様々な方法が開発されてきた。かくして、用いられる基
板がシリコン結晶構造の（１００）面に平行な上面を有
している場合、一回の操作で、反射鏡ならびに伝送路の
エッチングを行なうことが可能となっている。これは、
化学エッチングを停止する面を形成する結晶面の方位の
おかげで、同じ軸に沿って延びる伝送路を完全に一列に
整列させ、かつ、直交する伝送路を完全に垂直にさせる
ことができるためである。しかしながら、この化学エッ
チングによって得られる反射鏡の厚さは、エッチング時
間に依存する。そのため、反射鏡の厚さにおける精度
は、エッチングが行なわれる条件によって変動を受け易
く、従って、僅かな温度のずれも、反射鏡の厚さにかな
りの不正確さをもたらすことになりかねない。
【００１１】上面がシリコンの結晶学的構造の（１１
０）面に平行となる基板を用いて、ウェットエッチング
を施すことも行なわれる。この場合、化学エッチングの
停止面は、反射鏡の垂直な側壁に対応するが、この結
果、反射鏡の厚さに関して非常に優れた精度を得ること
ができる。
【００１２】しかしながら、この状況では、結晶学的な
軸が上記の伝送路に一致しないため、伝送路を第二の段
階で形成する必要がある。それで、反射鏡と伝送路は、
前後した連続した工程で形成されなければならず、この
とき、一般に反応性イオンエッチングすなわちＲＩＥ式
のドライエッチング用いることが必要になる。
【００１３】かくして、本発明の目的の一つは、単結晶
シリコンから最小限の回数の工程で光学コンポーネント
を製造できるようにすることである。
【００１４】米国特許第６１５０２７５明細書には、そ
の結晶学的な（１１１）面が基板の主要な面に対して平
行とされている単結晶シリコンから微小構造を作るため
の方法が記載されている。この文献に記載された方法
は、基板上の微小構造の輪郭を決めるのにドライエッチ
ング工程を合わせるという点に基づいている。この方法
は、化学エッチングが続けて行なわれるもので、この化
学エッチングによって、上記ドライエッチングによって
予め定められた構造を解放することが可能になる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】このように、本発明
は、単結晶シリコンから作られる微小電子機械光学コン
ポーネントを作製するための方法を提供することを目的
とするものである。このような光学コンポーネントは、
一般に、特に光ファイバを受け入れ、収容する目的で設
けられた少なくとも二つの光伝送路と、前記伝送路に対
して移動することができる壁部と、前記移動壁部を前記
基板の他の残りの部分に対して移動させることができる
静電的なアクチュエータとを備え、前記アクチュエータ
は、対向する複数の電極を備えて、これらの電極が互い
に対して移動可能とされているとともに、一方の電極が
前記移動壁部に機械的に接続され、他方の電極が前記基
板の残りの部分に固定され、かつ、前記電極の互いに相
対する移動を対抗するように作用する、前記基板に作ら
れた少なくとも一つの梁部によって形成された復帰手段
ないし回帰手段を備えている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明により、用いられ
る基板は、単結晶シリコンから形成され、その（１１
１）面が前記基板の面に平行となっている。本方法は、
最初に第一の一連のディープ反応性イオンエッチング工
程（deep reactive ion etching step）を有していて、
この工程を通して、前記移動壁部、前記アクチュエータ
の電極、及び前記アクチュエータの前記復帰手段の前記
梁部の高さが異なる値に決められる。本方法では、続け
て第二のウェットエッチング工程が行われ、これによ
り、前記移動壁部、前記電極、及び前記梁部を前記基板
の他の残りの部分から解放して自由にすることが可能に
なる。
【００１７】別の言い方をすれば、電極ならびにアクチ
ュエータの復帰手段の梁部の高さをはるかに上回る高さ
を有する反射鏡を作ることが可能となる。かくして、コ
ンポーネントの部材の様々な高さの比を最適化すること
ができる。電極のエッチング高さは、したがって、復帰
手段の梁部のものを上回るように設定されることにな
る。このようにして、電極の高さ、そして、それにした
がって二組の電極の間に及ぼされる力が、同じ電圧に対
して増加する。同時に、復帰手段の梁部の厚さが減らさ
れることによって、この梁部の剛性が減少し、この結
果、反射鏡の往復移動を増すことができる。これは、そ
れによって電極ないし復帰手段の壁部の輪郭が形成され
る差別化されたディープ反応性イオンエッチングによっ
て可能となる。
【００１８】反射鏡の形状を定めるのに用いられるディ
ープ反応性イオンエッチングの深さは、何通りでも構わ
ない。そのため、この深さは、光ファイバが伝送路内に
完全に入れられることができるようにも選択できて、こ
れにより、後続のカプセル化の段階が容易になる。
【００１９】この第一のエッチングの深さは、光ファイ
バから出力されたビームが反射鏡によって遮断されるこ
とが十分保証されるのであれば、もっと少なくてもよ
い。この場合、反射鏡の反射領域は、基板の上側の面の
近くに位置しているので、反射鏡がより優れた平坦性と
垂直性を有し、その結果、さらに優れた反射特性を有す
るようになる。
【００２０】実際には、ディープ反応性イオンエッチン
グ工程の前に、光伝送路、移動壁部、電極、及びアクチ
ュエータの復帰手段のその後の位置を決定するためのマ
スキング工程が行われる。マスキングは、例えば、ＰＥ
ＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapour Depositio
n; プラズマ化学蒸着）法を用いて、ＳｉＯ２層等を被
覆（deposition）することによって行われる。この層
は、後にエッチングが続いて行われるリソグラフィから
なる従来方法によって構築される。
【００２１】実際には、本方法は、二つの連続したディ
ープ反応性イオンエッチング工程、すなわち、第一のデ
ィープ反応性イオンエッチング工程を有して、前記移動
壁部、前記電極、及び前記アクチュエータの前記復帰手
段の高さが決定され、さらに、第二の反応性イオンエッ
チング工程を有して、次のウェットエッチングをそこか
ら開始させることができるような容積が決定される、こ
とが好ましい。
【００２２】実際には、前記二つのディープ反応性イオ
ンエッチング工程の間に、以下のことが行われる。すな
わち、第一のエッチング工程によってエッチングされた
部分に、先ずＳｉＯ２の層をコンフォーマルに被覆形成
（deposition）し、次いで、この最初にエッチングされ
た部分の底部から前記ＳｉＯ２層を取り除く。
【００２３】ここで、「コンフォーマル」な被覆形成と
は、基板の目に見える範囲の表面全体にわたって、一定
の厚さで被覆形成（蒸着）を行うことである。
【００２４】後続の反応性イオンエッチングの工程が起
きるのは、これらの部分の底部においてであり、これに
より、そこから次のウェットエッチングを開始させるこ
とができる容積（volume）を決定することができる。
【００２５】このウェットエッチングの後、移動璧部を
反射させるようにする金属被覆工程（metallization st
ep）が行われる。この工程により、電極も金属被覆され
るようにできて、その結果、制御電圧が印加できるよう
になる。
【００２６】本発明の他の特徴によれば、前記ディープ
反応性イオンエッチング工程を通して、前記アクチュエ
ータの前記復帰手段の一部を形成する前記梁部の両側に
配置されるいくつかの小形の保護用梁部の形状が定めら
れる。これらの小形の保護用梁部は、小さい寸法の結合
部を介して前記復帰手段の前記梁部につなげられてい
る。前記小形の保護用梁部は、次に、前記ウェットエッ
チング工程を通して、前記基板の残りの部分から離され
て自由にされる。これらの小形の保護用梁部は、復帰手
段の梁部の両側に位置して、基板のディープエッチング
の間のローディング効果（loading effect）を増加させ
ることができるようにしている。
【００２７】これは、反射鏡が十分な往復運動をするた
めに、復帰手段が比較的大きく変形する必要があるから
である。復帰手段の梁部の所定部分は、このため、反射
鏡が移動するのと略等しい距離だけ移動する。
【００２８】復帰手段の梁部は、そういうわけで、広く
空いた空間内に位置している。しかしながら、ディープ
反応性イオンエッチングの深さは、エッチングされる構
造の表面積に依存することが知られている。より小さい
表面積の構造は、より大きな表面積の構造に比べると、
あまり深くエッチングされない。「ローディング効果」
の名で知られているこの現象は、復帰手段の梁部の形状
を定める際に、先天的に対立しているように見える二つ
の因子を両立するために用いられる。この二つの因子と
は、一方で、その中に復帰手段の梁部が位置する開口部
分の幅、他方で、これら梁部の寸法、の所望の精度であ
る。
【００２９】これは、復帰手段の梁部の断面積が、これ
ら復帰手段の剛性を決定する支配的なパラメータである
からである。正確な剛性を得るためには、したがって、
復帰手段の梁部の断面積を制御する必要がある。これを
実現するため、極めて狭い幅の構造で、復帰手段の梁部
の正確な輪郭の形状が定められる。この構造の外側に、
復帰手段の梁部を取り囲む比較的空いたスペースの中で
ディープ反応性イオンエッチングにもっと多くさらされ
ることになる小形の保護用梁部が形成される。ディープ
反応性イオンエッチングの間のローディング効果現象
は、こうして、復帰手段の梁部を小形の保護用梁部から
分ける細い構造内に見られる。
【００３０】反応性イオンエッチングの深さは、小形の
保護用梁部の両側で異なることになる。こうして、復帰
手段が動くことになる空いたスペースに面している小形
の保護用梁部の側では、エッチングは、比較的深くな
る。他方、復帰手段の梁部に面している小形の保護用梁
部の側では、このエッチングは、かなり浅くなり、これ
により、厚さの薄い梁部が形成され、この結果、より制
御された、従って、より最適化された剛性を有する梁部
が形成されるようになる。小形の保護用梁部を用いるこ
とによって、こうして、エッチングの更なる深さ位置を
作り出すことができるようになり、復帰手段の梁部の断
面積、ならびに、その結果として、復帰手段の梁部の剛
性を制御することができるようになる。
【００３１】小形の保護用梁部は、非常に小さい寸法の
結合部分によって、復帰手段の梁部に接続されているた
め、復帰手段の梁部の剛性を決めるのに事実上寄与しな
いが、梁部の全長にわたって配分された重りとしての役
割を担っている。
【００３２】本発明に係る方法は、様々な光学コンポー
ネントを得るのに用いることができる。これらの光学コ
ンポーネントは、一直線上に並んだ二つの光伝送路を有
するような、可変アッテネータや、遮断機の類とされて
いてもよい。
【００３３】また、一直線上に並んだ光伝送路の対を二
つ有し、一方の対が他方の対に対して垂直になっている
ような、スイッチの類のコンポーネントも可能である。
この場合、反射鏡は、平面内において、伝送路に対して
４５°の角度で移動する。
【００３４】復帰手段の剛性と、電極の体積との間を、
最適に取り持つことによって、従来のものと比べるとか
なり小さ目の寸法の静電アクチュエータが得られる。こ
の結果、基本スイッチセルの密度と集積度とを増すこと
によって、マトリックス型の複数の基本セルに基づく多
重スイッチを作るのに十分となるように、光伝送路をさ
らに接近させて一緒にすることが可能となる。
【００３５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら実施形
態を説明するが、これによって、本発明を実施する際の
やり方、ならびにそれによって得られる長所が明らかと
なろう。
【００３６】既に述べたように、本発明は、様々な種類
のものとすることができる光学的マイクロコンポーネン
トを製造する方法に関するものである。それは、例え
ば、本実施形態において述べられるようなスイッチとす
ることもできるが、可変のアッテネータないし遮断器と
することもできる。
【００３７】一般に、光スイッチ１（微小電子機械光学
コンポーネント）は、図１に示されるように、四つの光
伝送路２，３，４，５（伝送路）を備えている。これら
の四つの伝送路２〜５は、一直線上の伝送路の対にグル
ープ分けされている。こうして、二つの伝送路２，４
は、互いに一列に整列されている。他の一対の伝送路
３，５も同様である。これらの二つの伝送路２〜５の対
は、互いに垂直とされている。これらの伝送路２〜５
は、信号を光線で伝送させるようにする光ファイバ（図
１に示さず）を収容するために設けられるものである。
【００３８】これらの伝送路２〜５は、光ファイバによ
る出力ビームを集束させるためのコリメーション（coll
imation）部材を収容することもできる。
【００３９】光スイッチ１は、さらに、入力路４内を進
むビームを出力路５内に反射させるために、その表面７
が反射を行なう反射鏡を形成する移動壁部６を必ず有し
ている。この反射鏡６は、基板２１の主要な平面に対し
て平行、かつ、上記伝送路と４５°の角度をなす方向に
移動可能とされている。この４５°の方向は、それが絶
対必要というわけでもないにもかかわらず、クロストー
ク、反射特性、そしてシリコン表面の使い方の点におい
て、最適な構成となっている。
【００４０】反射鏡６（移動壁部）は、アクチュエータ
１０によって動かされる。このアクチュエータは、歯と
歯の間が交互に噛み合わされた二つの櫛の如く、互いに
組み合わされた複数の電極１１，１２を備えている。こ
うして、幾つかの電極１１は、基板の他の残りの部分に
固定され、基板の主要な平面に対して垂直に方向付けら
れた複数のプレートを形成している。また、アクチュエ
ータは、移動する電極１２を備え、これらの電極１２
は、やはり基板の上記面に垂直な複数のプレートからな
る一つの櫛の形にならべられている。これらの電極１２
は、固定された櫛の上記複数の電極１１の間に挿入され
ている。固定された櫛状部、そして移動する櫛状部とさ
れた上記複数の電極１１，１２の対向する面は、一種の
キャパシタを構成している。電極１１，１２の間に電圧
を印加することによって、固定された櫛状部１３に対し
て、移動する櫛状部１４を相対的に移動させる静電的な
力を発生させることが可能となる。
【００４１】移動する櫛状部１４の櫛状部１３に対する
動きは、移動する櫛状部１４を基板の他の残りの部分に
つなげている二つの梁部１５，１６からなる戻り手段が
設けられていることによって阻まれるようになってい
る。これらの梁部１５，１６（復帰手段）は、上に述べ
た静電気的な力の働きによって変形を被り、この静電気
力が無くなったときには、移動する櫛状部１４をその静
止位置にまで復帰させるように設けられている。図１に
示された梁部１５，１６は、図を分かりやすくするとい
う目的だけのために、実際のものに比べて一部簡略化さ
れている。無論、本発明は、図１に示された梁部によっ
て得られものよりも振幅がはるかに大きくなるような、
復帰手段の多くの異なる実施形態も含むものである。
【００４２】一般的に言って、本発明による方法は、そ
の構成が単なる一例にすぎない図１に示されるようなス
イッチの製造に限定されるものではない。それどころ
か、本発明による方法は、機械的な構造に上述された主
要部材、つまり、反射鏡を形成する移動壁部、そのうち
の幾つかは移動することができ、そして他は固定されて
いる複数の電極、さらに、一つ又は複数の梁部から形成
された復帰手段が用いられているなら、極めて多くの異
なる機械的な構造に応用できるものである。
【００４３】したがって、本発明により、様々な形状や
構成を作ることができる。
【００４４】本発明による方法は、図２ａ〜図２ｈから
明確に理解することができる。先ず、用いられる基板
は、「バルク」シリコンとも称される単結晶シリコンを
基材とする必要がある。単結晶シリコン基板は、その
（１１１）結晶面が基板の主要平面２０に平行となるよ
うに設定されている。基板２１は、第一工程でシリカＳ
ｉＯ２からなる層２２によって被覆される。
【００４５】この層は、何らかの周知の手段、特に、Ｐ
ＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Depositio
n）（プラズマ化学蒸着）として知られる方法によって
蒸着され、被覆形成される。このＳｉＯ２層２２は、本
明細書中、以後「ディープエッチング（deep etchin
g）」と称されるＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etchin
g）工程のためのマスクとして用いられる。図２ｂに示
されるように、従来のリソグラフィーならびにエッチン
グ法を用いて、このＳｉＯ２層２２の上に構造の境界が
定められる。
【００４６】次に、シリコン基板２１には、ＳｉＯ２層
上に作られた構造２３の垂直下方に、第一のディープエ
ッチングが施される。この工程は、続く工程で自由に解
放されることになる部分２４の高さｈを決めるのに用い
られる。従って、二つの領域２５，２６は、解放される
べき構成部２４の高さに対応するような深さでエッチン
グされる。その後、図２ｄに示されるように、ＳｉＯ２
からなる層３０が形成される。この層形成は、解放され
る部分２４の垂直な側壁ならびに隣接する部分２７，２
８の垂直な側壁をコンフォーマルに被覆するように行な
われる。この層３０は、その後に続く図２ｅにおける非
等方ドライエッチング工程の間、シリコン基板を保護す
るのに用いられる。ＳｉＯ２コンフォーマル層３０は、
この工程の間、くり貫かれた部分２５，２６の底部３１
の高さまで、下方へとエッチングされる。このエッチン
グ工程によって、エッチングされた部分２５，２６の底
の部分で基板２１が剥き出しにされる。
【００４７】その後、第二のディープドライエッチング
工程が図２ｆに示されるように行なわれる。この第二の
ディープエッチングは、解放される構成部２４と基板２
１の他の残りの部分との間の距離を決めることになる深
さｐに達するまで行なわれる。この深さｐは、実現可能
な構造の種類に合わせて調整することができる。この深
さｐを制御することによって、移動する構成部と残りの
構成部との間がくっ付いてしまう問題を回避することが
可能となる。
【００４８】図２ｇに示すように、ウェット非等方エッ
チング工程が続いて行なわれる。このウェットエッチン
グは、上記の第二のディープエッチング工程によってエ
ッチングされた部分３３から開始される。この非等方エ
ッチングは、水酸化ナトリウム（NaOH）ないし、水酸化
テトラメチルアンモニウム（TMAH）ないし、エチレンジ
アミン・ピロカテコール（EDP）の類のものとすること
ができる。
【００４９】基板の結晶学的な方位の選定は、この工程
においてとりわけ重要である。というのも、上述の非等
方エッチングの場合には、他の（１００）面や（１１
０）面の群（family）に比べて、（１１１）面の群が極
めて高い選択性を示すからである。そのため、この（１
１１）面は、エッチングに対する停止面を構成する。予
めエッチングされていた部分３３の底部３４は、（１１
１）の群の一つの面とされているため、その結果、垂直
方向にオーバーエッチングを受けることがなくなる。こ
のため、水平方向にアンダーエッチングが生じる。アン
ダーエッチングは、（１１１）面の群に属する面３５，
３６で制限される。これらの面は、六角形を形作り、こ
の六角形は、本発明の結晶学的方位においては、水平面
３４とこの六角形の面３５，３６との間の角度が１９．
４°となっている。上記エッチング工程は、解放される
部分２４の下方から基板全体が取れるまで続けられる。
【００５０】このウェット非等方エッチング工程によっ
て、かくして、解放される構成部２４の下方に存在する
空いた部分３７が形成される。この結果、図２ａ〜図２
ｈに示されているように、基板外装には、金属被覆（me
tallization）が施される。こうして、この金属被覆に
よって、基板の上側の面の上だけでなく、解放部分２４
の側壁４１，４２上にも、さらに、隣接する部分４５，
４６の対向する側壁４３，４４にもどちらにも金属層４
０が形成されるようになる。
【００５１】この金属被覆によって、解放構成部２４が
反射鏡として用いられる際に必要な反射能力が付与され
る。この解放構成部２４が静電気的なアクチュエータ内
の電極として用いられる場合には、この金属被覆によっ
て、各櫛状部の等電位性が保証される。
【００５２】本発明による方法によれば、コンポーネン
ト内で移動する構成に関して異なる高さ位置を決めるこ
とができる。こうして、図３に示されるように、ローデ
ィング効果によりエッチング深さが異なるようにしなが
ら第一のディープエッチング工程を行なうことにより、
図２ｈにおいて詳細に述べられた方法を用いることがで
きる。こうして、図３ａに示される如く、第一のディー
プエッチング工程の間に、互いに異なる深さｈ１、
ｈ２、ｈ３を有する部分５１，５２，５３が形成され
る。
【００５３】図示されてはいないが、コンフォーマルな
ＳｉＯ２の形成と部分５１〜５３の底部の非等方エッチ
ングとが終了したら、図３ｂに示されているように、前
もってエッチングされた部分５１〜５３の底部の第二の
ディープエッチングを行なう工程を続ける。この第二の
ディープエッチング工程は、作られる構造の種類に応じ
て異なる深さまで行なうことができる。上述したよう
に、この第二のディープエッチング工程により、解放構
成部５４，５５，５６が、これらを収容する空洞部６
０，６１，６２の底部５７，５８，５９から離される距
離を決めることができる。
【００５４】特に、図４ａ〜図４ｃに示された電極を形
成する場合、第一のエッチング工程は、異なる深さの部
分６５，６６を形成するために行なわれる。外側の部分
６５は、後に電極となる部分６８，６９の外側に、より
厚い構成部６７が形成され得るよう、より深くエッチン
グされる。
【００５５】図４ｂに示された第二のディープエッチン
グ工程の間、部分６５，６６は、図４ｃに示されたウェ
ットエッチング工程を開始することができる部分７０，
７１を形成するようにエッチングされる。このウェット
エッチングの間、それぞれ別々の部分７１は、これらの
部分７１がつながるまで基板の面内で拡大され、これに
より、それぞれ別々の電極６８，６９が自由になり、こ
れらの電極６８，６９をその上方に位置させることにな
るランド７２が形成されるようになっている。このラン
ド７２は、電極６８，６９に対して横に位置している部
分７０のウェットエッチングによって作られる凹部７４
の底部７３よりも高い位置に存在している。
【００５６】このようにして、図５に示されたように、
二つの交互に噛み合う櫛状部が作られ、この櫛状部の電
極６８，６９が互いの間に挿入された状態となる。通
常、これらの櫛状部の高さは、約１０〜１００ミクロン
とされている。かなり簡単にするために、図４および図
５に示される電極の数は、５個に限られているが、その
数は、アクチュエータの構造に応じて適宜決めることが
できる。
【００５７】本発明の他の特徴に係る方法によれば、復
帰手段の梁部を極めて精巧に形成することができる。こ
うして、図６ａに示されるように、第一のディープエッ
チング工程が行なわれ、復帰手段の梁部８０、および前
記梁部８０の各側方に位置する小形の側面保護用の梁部
８１が形成される。図７に示されるように、小形の保護
用の梁部８１は、極小寸法の結合部８２を介して梁部８
０につなげられている。梁部８０と小形の保護用梁部８
１との間のエッチングされた部分も小さい寸法であり、
普通約３〜１０ミクロンとされている。
【００５８】続く工程を通じて後で梁部および小形の保
護用梁部になる部分８０，８１は、比較的幅広とされた
部分８５によって横方向の境界が定められている。これ
は、これらの部分８５の側壁８６，８７の間の距離が、
復帰手段が動かされようとしているスペースに対応する
ためである。従って、この距離は、反射鏡の移動する距
離と同じ程度のものとされている。梁部８０と小形の保
護用梁部８１との間の部分８３幅が比較的小さいことに
よって、こうして、ローディング効果現象（load effec
t phenomena）が引き起こされる。
【００５９】図６に示された実施形態において、部分８
５と部分８３との相対的な大きさは、単に本発明に係る
方法の所定の特徴をより容易に理解できるようにする目
的のために、かなり実物とは異なったものになってい
る。実際には、スペース８５は、示されたものよりもか
なり広いものになっている。
【００６０】側壁９０によって、主に梁部８０の断面が
決定され、それに伴い、復帰手段の剛性特性が決定され
る。この剛性の精度の高さが、同じ方法を用いて作られ
る個々のコンポーネントの性能の優れた均一性を保証す
る。
【００６１】こうして、第一のディープエッチング工程
の後、第二のディープエッチング工程が行なわれ、図６
ｂに示されるように、ウェットエッチングが始められる
ことになる部分９２，９３を形成することができる。こ
のウェットエッチングは、梁部８０および小形の保護用
梁部８１の下方で進行して、これら梁部８０および小形
の保護用梁部８１が上方に位置させられる部分９４を形
成するようになっている。
【００６２】側方の部分９２から開始されるウェットエ
ッチングによって、復帰手段の周りの空いた空間の底部
９５が形成される。小形の保護用梁部８１をランド９６
につないでいるＳｉＯ２層を取り除くために、ＳｉＯ２
層全体を除去し、それから基板を酸化することもでき
る。
【００６３】小形の保護用梁部８１を復帰手段の梁部８
０につないでいる部分８２の大きさが小さいということ
は、組み立てられた部分の全体の剛性が専ら梁部８０の
剛性によって決定されるということを意味している。小
形の保護用梁部８１は、重りとしての働きはするもの
の、梁部８０の剛性特性を決めるような影響を及ぼすこ
とはほとんどない。
【００６４】伝送路に関しては、幾つかの状況を想定す
ることができよう。例えば、図９に示されるように、第
一のドライエッチング工程によって、約１０〜１００ミ
クロンの比較的限られた高さＨ１を形成することができ
る。この高さＨ１によって、反射鏡６の高さが決まるこ
とになる。第二のウェットエッチング工程により、基板
２０の上面に対する伝送路４の深さが決定される。
【００６５】これらの高さＨ１およびＨ２の両方とも、
光ファイバ１００によるビーム出力の中心１０１が反射
鏡の中心の高さに存在し、その位置が伝送路４の側壁１
０２に大体一致するように設定される。この場合、反射
鏡の上側の部分で反射が起こるため、反射特性ならびに
平坦性は、完全に制御されて、最適の光学的動作が得ら
れる。
【００６６】図１０に示されている他の場合には、第一
のドライエッチング工程の高さＨ３は、図９に示された
値Ｈ１よりも大きく、典型的には、約６０〜１００ミク
ロンとされている。この場合、ファイバ１００によって
出力されるビームの中心１０１は、伝送路４の側壁１０
３に対応する反射鏡のもっと低い高さ位置のところで反
射される。従って、反射特性は、図９に示された実施形
態のものに比べて若干劣っている。その一方で、深さが
Ｈ４に達するまで行なわれる第二のディープエッチング
工程によって、伝送部４の底部１０５は、基板の上面の
平面２０から、光ファイバ１００の直径に等しいか又は
それよりも大きい距離だけ離れて存在している。この場
合、ファイバ１００は、基板の上側平面２０から突出せ
ず、そのため、内部に封じこめてカプセル化する作業が
簡単になる。
【００６７】もちろん、光学スイッチの構成に関してこ
れまで述べられてきた個々の説明は、可変アッテネータ
（attenuator）や遮断器（obturator）の製造に置き換
えることができる。この場合、反射鏡を支持する壁部
の、伝送路に対する方向は、異なるものにすることがで
きる。これらの基本セル（elementary cell）は、複数
のスイッチ、遮断器、ないしアッテネータからなる複数
のマトリックスを形成するように配列することもでき
る。
【００６８】以上により、本発明の方法により製造され
た光学的コンポーネントは、とりわけ以下の点に見られ
るような多くの長所を有している。すなわち、 − 反射鏡の動きが最適化される。これは、復帰手段
が、電極の深さとは無関係の深さを有した大きさに形成
され、これにより、一つには、復帰手段の剛性を減らす
ことができるとともに、静電気的な力を増やすことがで
きるためである。 − アクチュエータのエネルギー消費量が最適化され
る。これは、電極の高さが増すためである。 − 斯かるマイクロコンポーネントによるシリコン表面
の占有が低減される。したがって、これにより、複数の
スイッチからなるマトリックスといったような多くのコ
ンポーネントを製造することができる。 − 製造方法が限られた数の工程からなる。 − 伝送路における光ファイバの位置を適切に選択する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明により製造される光スイッチの主要部
分の概略斜視図である。
【図２ａ】 マイクロコンポーネント構造の主要部材が
本発明により作られる領域の断面を、本発明に係る方法
の連続した工程に従って示す断面図である。
【図２ｂ】 マイクロコンポーネント構造の主要部材が
本発明により作られる領域の断面を、本発明に係る方法
の連続した工程に従って示す断面図である。
【図２ｃ】 マイクロコンポーネント構造の主要部材が
本発明により作られる領域の断面を、本発明に係る方法
の連続した工程に従って示す断面図である。
【図２ｄ】 マイクロコンポーネント構造の主要部材が
本発明により作られる領域の断面を、本発明に係る方法
の連続した工程に従って示す断面図である。
【図２ｅ】 マイクロコンポーネント構造の主要部材が
本発明により作られる領域の断面を、本発明に係る方法
の連続した工程に従って示す断面図である。
【図２ｆ】 マイクロコンポーネント構造の主要部材が
本発明により作られる領域の断面を、本発明に係る方法
の連続した工程に従って示す断面図である。
【図２ｇ】 マイクロコンポーネント構造の主要部材が
本発明により作られる領域の断面を、本発明に係る方法
の連続した工程に従って示す断面図である。
【図２ｈ】 マイクロコンポーネント構造の主要部材が
本発明により作られる領域の断面を、本発明に係る方法
の連続した工程に従って示す断面図である。
【図３ａ】 移動壁部、電極、及び復帰手段の梁部等の
ために、エッチングによって三つの深さを作る様子を説
明する図であって、それぞれ製造工程の順に示す断面図
である。
【図３ｂ】 移動壁部、電極、及び復帰手段の梁部等の
ために、エッチングによって三つの深さを作る様子を説
明する図であって、それぞれ製造工程の順に示す断面図
である。
【図３ｃ】 移動壁部、電極、及び復帰手段の梁部等の
ために、エッチングによって三つの深さを作る様子を説
明する図であって、それぞれ製造工程の順に示す断面図
である。
【図４ａ】 電極を製造するための個々の工程を示す断
面図である。
【図４ｂ】 電極を製造するための個々の工程を示す断
面図である。
【図４ｃ】 電極を製造するための個々の工程を示す断
面図である。
【図５】 図４ａ〜図４ｃに示された電極を有する部分
を示す上面図である。
【図６ａ】 復帰手段の梁部の領域を、本発明に係る方
法の工程が行なわれる順に示す断面図である。
【図６ｂ】 復帰手段の梁部の領域を、本発明に係る方
法の工程が行なわれる順に示す断面図である。
【図６ｃ】 復帰手段の梁部の領域を、本発明に係る方
法の工程が行なわれる順に示す断面図である。
【図７】 復帰手段の梁部の領域を部分的に示す上面図
である。
【図８】 図７の領域の概略斜視図である。
【図９】 本発明に係る方法によって製造された伝送路
の一実施形態を示す断面図である。
【図１０】 本発明に係る方法によって製造された伝送
路の一実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・光スイッチ（微小電子機械光学コンポーネン
ト） ２，３，４，５・・・光伝送路 ６・・・移動壁部 １０・・・アクチュエータ １１，１２・・・電極 １３・・・固定された櫛状部 １４・・・移動する櫛状部 １５，１６，８０・・・梁部（復帰手段） ２０・・・基板の主要平面（基板の面） ２１・・・基板 ３０・・・ＳｉＯ２の層 ３１・・・底部 ８１・・・保護用梁部 ８２・・・結合部

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリコン基板から作られ、 光ファイバを特に収容するために設けられた少なくとも
    二つの光伝送路（２〜５）と、 前記伝送路（２〜５）に対して移動することができる壁
    部（６）と、 前記移動壁部（６）を前記基板（２１）の他の残りの部
    分に対して動かすことができる静電的なアクチュエータ
    （１０）とを備え、 前記アクチュエータは、 対向する複数の電極（１１，１２）を備えて、これらの
    電極が互いに相対的に移動可能とされているとともに、
    一方の電極（１２）が前記移動壁部（６）に機械的に接
    続され、他方の電極（１１）が前記基板（２１）の他の
    残りの部分に固定され、 さらに、前記電極（１１，１２）の互いに相対する移動
    を阻むように作用する、前記基板に作られた少なくとも
    一つの梁部（１５，１６）によって形成された復帰手段
    を備えている、 微小電子機械光学コンポーネント（１）を製造するため
    の方法において、 用いられる前記基板は、単結晶シリコンから形成され、
    この単結晶シリコンの（１１１）面が前記基板の面（２
    ０）に平行であるものとし、 前記移動壁部（６）、前記アクチュエータの電極（１
    １，１２）、及び前記アクチュエータの前記復帰手段の
    前記梁部（１５，１６）の高さ（ｈ１，ｈ２，ｈ ３）を
    異なる値にして決定する第一の一連のディープ反応性イ
    オンエッチング工程と、 前記移動壁部（６）、前記電極（１１，１２）、及び前
    記梁部（１５，１６）を前記基板の他の残りの部分から
    自由にすることができる第二のウェットエッチング工程
    とを有している、 ことを特徴とする微小電子機械光学コンポーネントを製
    造するための方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、 前記ディープ反応性イオンエッチング工程の前に、続く
    工程で前記光伝送路（２〜５）、前記移動壁部（６）、
    前記電極（１１，１２）、及び前記アクチュエータの前
    記復帰手段（１５，１６）となる位置を決定するための
    マスキング工程を有していることを特徴とする方法。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の方法において、 二つの連続したディープ反応性イオンエッチング工程、
    すなわち、 前記移動壁部、前記電極、及び前記アクチュエータの前
    記復帰手段の高さを決定する第一のディープ反応性イオ
    ンエッチング工程と、 そこから次のウェットエッチングを開始させることがで
    きる容積を決定する第二の反応性イオンエッチング工程
    と、 を有していることを特徴とする方法。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の方法において、 前記二つのディープ反応性イオンエッチング工程の間
    に、 最初にエッチングされた部分に、先ずＳｉＯ２の層（３
    ０）を被覆形成し、 次いで、この最初にエッチングされた部分の底部（３
    １）に被覆形成された前記ＳｉＯ２層を取り除くことを
    特徴とする方法。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載の方法において、 前記ディープ反応性イオンエッチング工程を通して、前
    記アクチュエータの前記復帰手段の前記梁部（８０）の
    両側に配置されるいくつかの小形の保護用梁部（８１）
    を形成して、前記小形の保護用梁部（８１）が、小寸法
    の結合部（８２）を介して前記復帰手段の前記梁部（８
    ０）につなげられるようにし、 かつ、前記ウェットエッチング工程を通して、前記小形
    の保護用梁部を、前記基板の他の残りの部分から自由に
    することを特徴とする方法。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載の方法において、 前記ウェットエッチング工程の後に金属被覆工程を行な
    うことを特徴とする方法。
  7. 【請求項７】 シリコン基板から作られ、 光ファイバを特に収容するために設けられた少なくとも
    二つの光伝送路（２〜５）と、 前記径路に対して移動することができる壁部（６）と、 前記移動壁部（６）を前記基板（２１）の他の残りの部
    分に対して動かすことができる静電的なアクチュエータ
    （１０）とを備え、 前記アクチュエータは、 対向する複数の電極（１１，１２）を備えて、これらの
    電極が互いに対して相対的に移動可能とされているとと
    もに、一方の電極（１２）が前記移動壁部（６）に機械
    的に接続され、他方の電極（１１）が前記基板の他の残
    りの部分に固定され、 かつ、前記電極（１１，１２）の互いに相対する移動を
    阻むように作用する、前記基板に作られた少なくとも一
    つの梁部（１５，１６）によって形成された復帰手段を
    備えている、 微小電子機械光学コンポーネントにおいて、 用いられる前記基板は、単結晶シリコンから形成される
    とともに、この単結晶シリコンの（１１１）面が前記基
    板の面に平行とされ、 前記移動壁部（６）、前記アクチュエータの前記電極
    （１１，１２）、及び前記アクチュエータの前記復帰手
    段の前記梁部（１５，１６）は、異なる値の高さを有し
    ていることを特徴とする微小電子機械光学コンポーネン
    ト。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載の微小電子機械光学コン
    ポーネントにおいて、 少なくとも前記移動壁部（６）及び前記電極（１１，１
    ２）の上に金属被覆層（４０）を有していることを特徴
    とする微小電子機械光学コンポーネント。
  9. 【請求項９】 請求項７に記載の微小電子機械光学コン
    ポーネントにおいて、 前記アクチュエータの前記復帰手段の前記梁部（８０）
    の両側に配置されるいくつかの小形の保護用梁部（８
    １）をさらに備え、これらの小形の保護用梁部（８１）
    は、小さい寸法の結合部（８２）を介して前記梁部（８
    ０）につなげられていることを特徴とする微小電子機械
    光学コンポーネント。
  10. 【請求項１０】 請求項７に記載の微小電子機械光学コ
    ンポーネントにおいて、 二つの同一直線上にある光伝送路を有していることを特
    徴とする微小電子機械光学コンポーネント。
  11. 【請求項１１】 請求項７に記載の微小電子機械光学コ
    ンポーネントにおいて、 同一直線上にある光伝送路（２〜５）からなる対を二つ
    有し、それぞれの対は、互いに垂直とされていることを
    特徴とする微小電子機械光学コンポーネント。
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Cited By (8)

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