JP2003241118A

JP2003241118A - 光スイッチの製造方法

Info

Publication number: JP2003241118A
Application number: JP2002042053A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Kanie; 智彦蟹江; Makoto Katayama; 誠片山; Susumu Sugiyama; 進杉山; Satoshi Konishi; 聡小西
Original assignee: Ritsumeikan Trust; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Ritsumeikan Trust; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2002-02-19
Publication date: 2003-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】ミラー及び可動部を精度良く形成する方法を
提供する。【解決手段】先ず、ＳＯＩ基板３０のＳｉ層３０ｃ上
に金属膜３１を形成する。次に、フォトリソグラフィと
エッチングとにより、金属膜３１から所定のパターンを
有する金属パターン３２を形成する。金属パターン３２
が設けられたＳｉ層３０ｃ上にレジスト膜３３を塗布形
成し、開口部３３ａを設ける。続いて、開口部３３ａを
メッキ法によりＮｉで埋めた後、レジスト膜３３を除去
してミラー９を形成する。その後、ミラー９及び金属パ
ターン３２をマスクとして用いてＳｉ層３０ｃとＳｉＯ
₂層３０ｂとをエッチングする。これにより、櫛歯８ａ
と可動部材７とが形成され、ミラーデバイス６ａが得ら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光の光路を変更す
るために用いる光スイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】光スイッチは、光ネットワークの構築に
欠かせない部品である。特に、光ネットワークを通して
伝送される情報量が増加するに従って、光スイッチの性
能向上が求められている。例えば、光スイッチには、損
失が低いこと、スイッチング特性の波長依存性及び偏波
依存性が小さいこと、低電圧動作が可能であること、及
び消費電力が小さいことなどが要求される。このような
要求を満たす光スイッチとして、マイクロマシン技術(M
icro Electro Mechanical System：ＭＥＭＳ)を応用し
た機械式光スイッチが注目を集めつつある。この種の光
スイッチは、例えば、文献「IEEE J. Selected Topic i
n Quantum Electronics. pp.26-31. Vol.5. No.2. JANU
ARY/FEBRUARY 1999」に記載されている。この文献に記
載される光スイッチは、アクチュエータを形成した後
に、このアクチュエータ上に別途作製されたミラーを取
り付けることにより製造される。このようにアクチュエ
ータとミラーとを個別に製造してから組み立てるという
方法では、ミラーの位置精度及び角度精度を十分に高く
するのが難しい。これを解決するため、ミラーを可動部
にモノリシックに形成する方法が特開２００１−４２２
３３号公報に開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、ミラー
を可動部にモノリシックに形成する方法について調査研
究を行なった結果、ミラーと可動部との相対位置の精度
を高くするためには、可動部となるべき部分にミラーを
形成した後、フォトリソグラフィ及びエッチングといっ
た加工方法により可動部を設けると好ましいという結論
に至った。しかし、本発明者らは、このような結論にい
たると同時に、この方法には以下の問題点があることを
見出した。

【０００４】ミラーに照射されるレーザ光等のビーム径
等を考慮すれば、ミラーの光反射面の大きさは、高さ３
０〜５０μｍ程度、幅２０〜４０μｍ程度とする必要が
ある。すると、ミラー形成後には、基板上には上記程度
の大きさの凸部が形成されていることになる。この状況
でフォトリソグラフィとエッチングとにより可動部を形
成しようとすると、レジスト膜が均一に形成されない、
又は、レジスト膜中に気泡が発生するなどの問題が生じ
ることとなる。そのため、可動部を位置及び寸法精度良
く形成するのが困難となる。

【０００５】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたものであり、ミラー及び可動部を精度良く形成
する方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の第一の側面に係
る光スイッチの製造方法は、基板に設けられた可動部
と、この可動部に設けられたミラー部とを有する光スイ
ッチを製造する方法であって、第１の層と第２の層とが
順次形成された基板を用意し、第２の層の上に所定のパ
ターンを有する金属膜を形成し、金属膜上の一部にミラ
ー部を形成し、金属膜及びミラー部をマスクとして第２
の層をエッチングし、このエッチングにより残った第２
の層の一部が可動部となるように第１の層の一部を除去
し、光スイッチを製造することを特徴とする。

【０００７】上記の光スイッチの製造方法によれば、第
２の層の上に所定のパターンを有する金属膜が形成され
る。そして、金属膜上の所定の位置にミラー部が形成さ
れる。ミラー部が形成された後に、金属膜とミラー部と
をマスクとして第２の層がエッチングされる。その後、
エッチング後に残った第２の層から可動部が形成される
ように第１の層が除去される。第２の層のエッチングの
際には、金属膜とミラー部とをマスクとして用いるた
め、レジスト膜を塗布形成する必要がない。ミラー部が
形成された基板上にレジスト膜を塗布形成する場合に
は、レジスト膜が平坦にならない、又は、レジスト膜中
に気泡が発生してしまうといった問題が生じる。このよ
うな問題により、可動部の寸法精度が悪化してしまう。
しかし、上記の方法によればレジスト膜を塗布形成する
必要がないため、このような問題は解消される。したが
って、レジスト膜を用いてエッチングを行なう場合に比
べ、エッチング後に形成される可動部の寸法精度が向上
される。また、ミラー部をマスクとして使用し可動部と
なるべき部分を形成するため、ミラー部と可動部との相
対位置精度が向上される。

【０００８】また、第２の層をシリコンとし、シリコン
からなる第２の層の一部のエッチングを反応性イオンエ
ッチング法により行なうと好適である。これにより、金
属膜及びミラー部をマスクとしたエッチングを精度良く
且つ容易に実施できる。

【０００９】また、本発明の第二の側面に係る光スイッ
チの製造方法は、基板に設けられた可動部と、この可動
部に設けられたミラー部とを有する光スイッチを製造す
る方法であって、基板上に第１の金属膜を形成し、第１
の金属膜上に所定のパターンを有する第３の層を形成
し、第３の層が有する所定のパターンの開口部を埋める
ように第２の金属膜を形成し、第２の金属膜上の一部に
ミラー部を形成し、第３の層を除去し、第２の金属膜の
一部が可動部となるよう第１の金属膜の一部を除去し、
光スイッチを製造することを特徴とする。

【００１０】上記の製造方法においても、第２の金属膜
とミラー部とをマスクとして第１の金属膜をエッチング
することにより可動部が形成されるため、レジスト膜を
利用する必要はない。したがって、ミラー部形成後にレ
ジスト膜を用いてエッチングを行なう場合の問題点が解
消され、可動部を精度良く形成できる。また、この方法
によれば、第２の金属膜は第３の層が有する所定のパタ
ーンの開口部を埋めるように形成される。したがって、
第２の金属膜上の一部にミラー部を形成する際に、レジ
スト膜を使用したとしても、このレジスト膜をほぼ平坦
な面の上に形成できる。したがって、レジスト膜自体も
平坦となるため、ミラー部形成のためのパターンが精度
良く形成される。

【００１１】また、ミラー部をメッキ法により形成する
と好ましい。ミラー部を形成すべき部分に開口部を有す
るマスクを金属膜上に設け、開口部の底部に金属膜が露
出するようにすれば、露出した金属膜の上にだけミラー
部を構成する金属を堆積し得る。すなわち、メッキ法は
開口部への埋め込み性に優れるため、メッキ法によれ
ば、ミラー部の寸法精度を向上できる。さらに、上記の
ミラー部をレジストで形成し、レジストで形成されたミ
ラー部に金属膜を設けると有用である。このようにミラ
ー部又はミラーを設けるようにしても、可動部の寸法精
度、及びミラー部と可動部との相対位置精度を向上でき
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る光スイッチの
製造方法の実施形態について図面を参照しながら説明す
る。なお、図面の説明においては、同一の要素には同一
の符号を付し、重複する説明は省略する。始めに、本発
明に係る光スイッチの製造方法により製造され得る光ス
イッチの一例を説明する。図１(ａ)は、光スイッチの構
成を示す概略図である。図１(ｂ)は、図１(ａ)のI−I線
に沿う断面図である。これらの図において、光スイッチ
１は、ベース部材３と、ベース部材３上に設けられたミ
ラーデバイス６とを有する。ベース部材３には、その上
面の中央部において光スイッチ１の幅方向に延びる溝部
４が設けられている。溝部４の幅は例えば５０μｍ程度
とすることができる。

【００１３】また、ベース部材３には平面導波路２ａ〜
２ｄが形成されている。平面導波路２ａ〜２ｄの一端
は、光スイッチ１の溝部４と平行な端面に現れており、
他端は溝部４の側面４ａ，４ｂに現れている。光スイッ
チ１の端面に現れた平面導波路２ａ〜２ｄが光の入射部
及び出射部として用いられる。平面導波路２ａ，２ｃは
溝部４において互いに光学的に結合されており、平面導
波路２ｂ，２ｄは溝部４において互いに光学的に結合さ
れている。平面導波路２ａ，２ｂの光スイッチ１の端面
での間隔は例えば２５０μｍとなっている。また、ベー
ス部材３上にはスペーサ層５が設けられている。スペー
サ層５は、後述する可動部材７がベース部材３と接触す
るのを防ぐために設けられている。

【００１４】ベース部材３の上には、ミラーデバイス６
がスペーサ層５に保持されるよう固定されている。ミラ
ーデバイス６は、基材１３と、保持層１２と、保持層１
２に一方の端部(以下、固定端部７ａ)が固定された片持
ち梁状の可動部材７とを有する。可動部材７は、固定端
部７ａから溝部４と直交する方向に延びており、他方の
端部(以下、自在端部７ｂ)は溝部４まで達している。可
動部材７は、例えばシリコン(Ｓｉ)で形成され、例えば
高さ５０μｍ、幅１０μｍ、及び長さ２ｍｍ程度を有す
る。また、可動部材７は導電性を有している。可動部材
７がＳｉで構成される場合、そのＳｉは砒素等のドナー
不純物が添加された低抵抗ｎ型であると好ましい。可動
部材７は、その自在端部７ｂの近傍に複数本の櫛歯８ａ
からなる櫛歯部８を有する。さらに、可動部材７は、自
在端部７ｂにミラー９を有する。このミラー９は、ミラ
ーデバイス６がベース部材３上に固定された際に溝部４
に入り込むように設けられている。ミラー９は、例え
ば、厚さ３０μｍ程度、高さ５０μｍ程度、幅５０μｍ
程度といった寸法を有している。

【００１５】ミラーデバイス６のスペーサ層５上には、
また、可動部材７と対向するとともに溝部４まで延びる
電極１０が設けられている。電極１０も可動部材７と同
様に導電性を有する。また、電極１０には、可動部材７
に設けられる櫛歯部８と対向するように複数本の櫛歯１
１ａからなる櫛歯部１１が形成されている。ここで、櫛
歯１１ａの間隔は櫛歯８ａの間隔とほぼ等しく、各櫛歯
１１ａは各櫛歯８ａの間に入り込むよう構成されてい
る。また、電極１０及び可動部材７はスイッチ１４ａを
介して電源１４ｂに接続されている。

【００１６】次に、上記の構成を有する光スイッチ１の
動作について図２(ａ)，(ｂ)を参照しながら説明する。
図２(ａ)は、ＯＦＦ状態の光スイッチ１の状態を示す。
電極１０と可動部材７とに電圧が印加されていないとき
は、可動部材７は直線状の形状を保っている。このと
き、ミラー９は、平面導波路２ａ，２ｃ間の光学的結
合、及び平面導波路２ｂ，２ｄ間の光学的結合を妨げて
いる。よって、例えば図２(ａ)中に矢印Ａ₁〜Ａ₄で示す
ように、平面導波路２ａを伝搬する光は、溝部４に到達
した後ミラー９により反射され、平面導波路２ｂへと入
射される。すなわち、平面導波路２ａの入射部から入射
された光は、平面導波路２ｂから出射されることにな
る。

【００１７】図２(ｂ)は、ＯＮ状態の光スイッチ１の状
態を示す。電極１０と可動部材７とに所定電圧値を有す
る電圧が印加されると、電極１０及び可動部材７の間、
及び櫛歯１１ａ及び櫛歯８ａの間に静電力が誘起され
る。この静電力により、図２(ｂ)に示す通り、可動部材
７は固定端部７ａを支点として撓み、自在端部７ｂが電
極１０に引き寄せられるよう移動する。これに伴って、
ミラー９もまた図２(ｂ)中に示す位置へ移動する。その
ため、平面導波路２ａ，２ｃの間の光学的結合、及び平
面導波路２ｂ，２ｄの間の光学的結合が実現される。よ
って、例えば図２(ｂ)中に矢印Ｂ₁〜Ｂ₄で示すように、
平面導波路２ａを伝搬して溝部４に到達した光は、平面
導波路２ｃへ入射され、平面導波路２ｃを伝搬して光ス
イッチ１より出射される。以上のように電圧印加の有無
により光路が切り替えられる。すなわち、光スイッチ１
はこのように機能する。なお、ミラー９の移動距離は例
えば５０μｍ程度であってよく、また、この移動距離
は、可動部材７の長さや幅、可動部材７と電極１０との
間隔、櫛歯８ａ，１１ａの長さ、及び印加する電圧の電
圧値などにより適宜調整可能である。

【００１８】（第１の実施形態）以下に、第１の実施形
態による光スイッチの製造方法について説明する。な
お、以下の説明では、上述した光スイッチ１の要部であ
るミラーデバイス６とほぼ同一の構成を有するミラーデ
バイスを製造する場合について説明する。図３(ａ)〜
(ｇ)は、第１の実施形態による光スイッチの製造方法を
説明する図である。図３(ａ)〜(ｇ)においては、各工程
終了時における光スイッチ１の図１(ａ)のII−II線に沿
った断面が図示されている。なお、以下では、図示の便
宜上、櫛歯部８に設けられる櫛歯８ａを２つとして説明
する。

【００１９】先ず、２つの層が形成された基板が用意さ
れる。このような基板としては、例えば、ＳＯＩ(Silic
on On Insulator)基板が好適に使用される。以下では、
ＳＯＩ基板を用いる場合について説明する。図３(ａ)に
示す通り、ＳＯＩ基板３０は、シリコン(Ｓｉ)板３０
ａ、酸化シリコン(ＳｉＯ₂)層３０ｂ、及びＳｉ層３０
ｃを有する。それぞれの層の膜厚については、ＳｉＯ₂
層３０ｂが２μｍ程度であり、Ｓｉ層３０ｃが５０μｍ
程度である。また、Ｓｉ層３０ｃには砒素といったドナ
ー不純物が添加されていると好ましい。なお、後述する
製造方法から明らかに理解されるように、Ｓｉ板３０ａ
が上述の基材１３となり、ＳｉＯ₂層３０ｂから保持層
１２が形成され、Ｓｉ層３０ｃから櫛歯８ａ及び可動部
材７が形成される。

【００２０】Ｓｉ層３０ｃ上に金属膜３１が形成される
(図３(ｂ))。金属膜３１の膜厚は、例えば、０．１〜
１．０μｍ程度であると好ましい。この金属膜３１は、
後述するように、メッキ法によりミラーを形成する際の
種層としての役割と、Ｓｉ層３０ｃをエッチングする際
のマスクとしての役割とを有する。したがって、金属膜
３１の膜厚が０．１μｍより薄い場合には、種層として
の機能及びマスクとしての機能を十分に果たせなくなっ
てしまう。また、その膜厚が１μｍより厚い場合には、
後述するように、金属膜３１がエッチングされた後に再
度塗布形成されるレジスト膜の表面の平坦性が悪化して
しまう。金属膜３１としては、メッキ時の種層として好
適な金属又は合金を用いることができる。具体的には、
金属膜３１はニッケル(Ｎｉ)とクロム(Ｃｒ)とを含む合
金であると好適である。また、金属膜３１はＣｒ層上に
Ｎｉ層を堆積した二層構造の膜であると更に好適であ
る。なお、金属膜３１は、例えば、スパッタ法といった
薄膜堆積法により形成することができる。

【００２１】続いて、金属膜３１上にレジスト膜を塗布
形成する。所定のパターンを有するフォトマスクを用い
てレジスト膜を露光することにより、レジストマスクを
形成する。その後、このレジストマスクを用いてエッチ
ングを行い、所定のパターンを有する金属膜を形成する
(図３(ｃ))。説明の便宜上、この所定のパターンを有す
る金属膜を金属パターン３２と称する。また、所定のパ
ターンとは、作製されるミラーデバイスの構成を画定す
るパターンを意味する。

【００２２】次に、金属パターン３２が設けられたＳｉ
層３０ｃの上にレジスト膜３３を塗布形成する。このレ
ジスト膜３３は、後述の通り、ミラー９の形成に利用さ
れるため、その膜厚はミラー９の高さとほぼ等しい５０
μｍ程度とされる。また、金属パターン３２は、金属膜
３１と同一の膜厚を有しているため、レジスト膜３３が
形成されるＳｉ層３０ｃ上に形成される段差は、１．０
μｍ程度に抑えられている。したがって、レジスト膜３
３の表面はほぼ平坦となる。その後、所定のフォトリソ
グラフィにより、レジスト膜３３のミラー９が形成され
るべき部分に開口部３３ａが設けられる(図３(ｄ))。レ
ジスト膜３３の表面がほぼ平坦であるため、開口部３３
ａの側面は、Ｓｉ層３０ｃに対して垂直に形成される。

【００２３】次に、開口部３３ａの底部に露出する金属
パターン３２の上に、開口部３３ａを埋めるように、メ
ッキ法によりＮｉを堆積させる。Ｎｉの堆積には、メッ
キ法に限らず、例えば蒸着法といった堆積方法を採用し
てもよい。しかし、堆積する厚さ、又は埋め込む厚さが
５０μｍ程度と厚いことを考慮すると、堆積速度が速
く、且つ埋め込み性に優れたメッキ法が好適である。ま
た、開口部３３ａの底部に金属が露出していることもメ
ッキ法に有利である。Ｎｉの堆積が終了した後、レジス
ト膜３３を除去すると、ミラー９が形成される(図３
(ｅ))。開口部３３ａの側面はＳｉ層３０ｃに対して垂
直であったため、このミラー９の側面９ａもまたＳｉ層
３０ｃに対して垂直となる。なお、ＮｉでなくＡｕをメ
ッキ法により堆積させてミラー９を形成してもよい。

【００２４】ミラー９が形成された後、ミラー９及び金
属パターン３２をマスクとして用いてＳｉ層３０ｃの露
出部をエッチングする(図３(ｆ))。このエッチングに
は、例えば、四弗化炭素(ＣＦ₄)ガスをエッチングガス
としたＲＩＥ(Reactive Ion Etching)法を採用できる。
この方法を用いれば、Ｓｉ層３０ｃを高エッチング速度
にてエッチングできる。また、この方法にはエッチング
の異方性がないため、サイドエッチングは生じない。し
たがって、金属パターン３２の下にエッチングされずに
残るＳｉ部の側面は、ＳｉＯ₂層３０ｂと垂直となり、
しかも金属パターン３２の側面と同一面を構成する。さ
らに、ＣＦ₄ガスを用いたＲＩＥ法は、Ｓｉに対するエ
ッチング速度に比べ、ＳｉＯ₂に対するエッチング速度
が極めて遅いといったエッチング選択性を有している。
そのため、Ｓｉ層３０ｃがエッチングされてＳｉＯ₂層
３０ｂが露出した時点でエッチングが実質的に停止され
る。すなわち、このエッチング方法は、Ｓｉ層３０ｃの
露出部のみを除去できるという利点を有している。

【００２５】次に、Ｓｉ層３０ｃがエッチングされた結
果露出したＳｉＯ₂層をエッチングする。この場合に
も、ミラー９及び金属パターン３２をマスクとして利用
できる。このエッチングには、例えば、弗化水素(ＨＦ)
を使用できる。これによれば、ＳｉＯ₂層３０ｂに垂直
方向ばかりでなく、同層に沿う方向にエッチングが進行
する。その結果、櫛歯部８と、その上部にミラー９が形
成された可動部材７とが形成される。その後、ミラー９
の側面９ａがＡｕといった金属によりコーティングさ
れ、光反射面９ｂが形成される。以上により、ミラーデ
バイス６ａが完成する(図３(ｇ))。

【００２６】第１の実施形態による光スイッチの製造方
法においては、ミラー９の形成後に可動部材７及び櫛歯
部８を形成される。このとき、第２金属パターン３２及
びミラー９がマスクとして使用されてＳｉ層３０ｃ及び
ＳｉＯ₂層３０ｂがエッチングされる。そのため、レジ
スト膜を塗布形成して、レジストマスクを形成する必要
がない。

【００２７】ミラー９の高さが５０μｍ程度であるた
め、ミラー９が形成されたＳｉ層３０ｃの上にレジスト
膜を塗布形成しようとすれば、レジスト膜には比較的大
きな起伏が生じる。この場合、露光の際に露光光が屈折
されたりするため、所望のパターンを形成できなくなる
虞がある。また、レジスト塗布面に比較的大きな凹凸が
あると、レジストを塗布する際にレジスト膜中に気泡が
混入してしまう場合がある。気泡が混入してしまうと、
気泡により露光光が屈折されるため、所望のパターンを
形成するのが難しくなる。さらに、レジスト塗布面に比
較的大きな凹凸があると、凹部及び凸部の両方で露光光
の焦点を合せることが困難となる。これらの要因によ
り、所望のパターンを精度良く得ることが難しくなって
しまう。

【００２８】しかしながら、本実施形態の光スイッチの
製造方法においては、Ｓｉ層３０ｃ及びＳｉＯ₂層３０
ｂのエッチングに際して金属パターン３２及びミラー９
がマスクとして使用されるため、レジスト膜を用いる必
要はない。そのため、Ｓｉ層３０ｃ及びＳｉＯ₂層３０
ｂが所望の形状となるようエッチングされる。その結
果、可動部材７及び櫛歯８ａを精度良く形成できる。

【００２９】また、本実施形態の光スイッチの製造方法
においては、ミラー９の形成に用いられるレジスト膜３
３は、金属パターン３２が設けられたＳｉ層３０ｃ上に
塗布形成される。このとき、金属パターン３２の膜厚は
１．０μｍ程度と比較的薄いため、レジスト膜３３はほ
ぼ平坦に形成される。したがって、レジスト膜３３に
は、所望のパターン、具体的には開口部３３ａが精度良
く形成される。さらに、レジスト膜３３の表面がほぼ平
坦であるため、開口部３３ａの側面はＳｉ層３０ｃに垂
直に形成される。その結果、この開口部３３ａを利用し
て形成されるミラー９の光反射面９ｂもまたＳｉ層３０
ｃと垂直になる。これにより、例えば、平面導波路２ａ
を伝搬した光は、光反射面９ｂで反射された後、効率良
く平面導波路２ｂへ入射され得る。以上のように、本実
施形態の光スイッチの製造方法では、レジスト膜を使用
する工程においてもレジスト膜の表面はほぼ平坦に形成
され得る。

【００３０】また、本実施形態の光スイッチの製造方法
は、可動部材７となるべき部分にミラー９を予め形成し
た後に可動部材７を形成するため、可動部材７とミラー
９との相対位置の精度を向上できるという効果を奏す
る。

【００３１】（第２の実施形態）次に、第２の実施形態
による光スイッチの製造方法について説明する。なお、
第２の実施形態においても、上述した光スイッチ１の要
部であるミラーデバイス６とほぼ同一の構成を有するミ
ラーデバイスを製造する場合について説明する。図４
(ａ)〜(ｈ)は、第２の実施形態による光スイッチの製造
方法を説明する図である。図４(ａ)〜(ｈ)においては、
各工程終了時における光スイッチ１の図１(ａ)のII−II
線に沿った断面が図示されている。なお、図４(ａ)〜
(ｈ)においては、櫛歯部８に設けられる櫛歯８ａが２つ
の場合が示されている。

【００３２】第２の実施形態においても、ＳＯＩ基板を
使用する場合について説明する。先ず、ＳＯＩ基板３０
を用意し、そのＳｉ層３０ｃ上に第２のＳｉＯ₂層３０
ｄを形成する(図４(ａ))。第２のＳｉＯ₂層３０ｄは、
ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法により形成され
てよく、また、Ｓｉ層３０ｃの表面を熱酸化することに
より形成されてもよい。次に、第２のＳｉＯ₂層３０ｄ
を所定のフォトリソグラフィ及びエッチングによりパタ
ーン化する(図４(ｂ))。続いて、パターン化された第２
のＳｉＯ₂層３０ｄをマスクとして用いて、Ｓｉ層３０
ｃの露出部をエッチングする。このとき、エッチングの
深さは５μｍ程度とすることができる。その後、Ｓｉ層
３０ｃ上に残存する第２のＳｉＯ₂層３０ｄを除去す
る。これにより島３０ｅが形成される。以上の手順によ
り、シリコン板３０ａ上に、ＳｉＯ₂層３０ｂと、島３
０ｅを有するＳｉ層３０ｃとが形成される(図４(ｃ))。

【００３３】次に、島３０ｅを有するＳｉ層３０ｃ上に
金属膜を形成する。この金属膜は、第１の実施形態にお
ける金属膜３１と同一である。続いて、所定のフォトリ
ソグラフィとエッチングとにより、この金属膜がエッチ
ングされて金属パターン３２が形成される。図４(ｄ)に
示す通り、金属パターン３２は、Ｓｉ層３０ｃ上と、島
３０ｅの上に設けられている。なお、金属膜は、島３０
ｅを有するＳｉ層３０ｃ上に形成されるため、エッチン
グされる前には、金属膜にも島３０ｅの高さ５μｍ程度
の段差が形成されている。しかし、この５μｍ程度の段
差は、例えば、ミラー９の高さ５０μｍと比べてかなり
低いものであり、金属膜上に塗布形成されるレジスト膜
の表面は十分に平坦となる。

【００３４】金属パターン３２が設けられたＳｉ層３０
ｃの上にレジスト膜３３を塗布形成する。このレジスト
膜３３の膜厚は、ミラー９の高さとほぼ等しい５０μｍ
程度とされる。また、レジスト膜３３が形成されるＳｉ
層３０ｃ上に形成される段差は、金属パターン３２と島
３０ｅの高さとに相当する５μｍ程度に抑えられてい
る。この程度であれば、レジスト膜３３の表面はほぼ平
坦となり得る。その後、レジスト膜のミラー９が形成さ
れるべき部分に、フォトリソグラフィにより開口部３３
ａが設けられる。レジスト膜３３はほぼ平坦となるた
め、開口部３３ａの側面は、Ｓｉ層３０ｃに対して垂直
に形成される。開口部３３ａ形成後、その底部には金属
パターン３２が露出している(図４(ｅ))。

【００３５】続いて、開口部３３ａの底部に露出する金
属パターン３２の上に、メッキ法によりＮｉを堆積させ
る。これにより、開口部３３ａはＮｉで埋められること
となる。続いて、レジスト膜３３を除去すると、ミラー
９が得られる(図４(ｆ))。

【００３６】ミラー９が形成された後、ミラー９及び金
属パターン３２をマスクとして用いてＳｉ層３０ｃの露
出部をエッチングする(図４(ｇ))。このエッチングに
は、例えば、ＣＦ₄ガスをエッチングガスとしたＲＩＥ
法を採用できる。次に、Ｓｉ層３０ｃがエッチングされ
た結果露出したＳｉＯ₂層をエッチングする。この場合
にも、ミラー９及び金属パターン３２をマスクとして利
用できる。このエッチングには、例えば、ウェットエッ
チングといったエッチング法を採用できる。このエッチ
ング法は異方性を有しているため、ＳｉＯ₂層３０ｂの
垂直方向ばかりでなく、同層に沿う方向にエッチングが
進む。その結果、櫛歯部８と、その上部にミラー９が形
成された可動部材７とが形成される。その後、ミラー９
の側面９ａがＡｕといった金属によりコーティングさ
れ、光反射面９ｂが形成される。以上により、ミラーデ
バイス６ｂが完成する(図４(ｈ))。

【００３７】以上のように、第２の実施形態による光デ
バイスの製造方法は、第１の実施形態と同様に、金属パ
ターン３２及びミラー９をマスクとしてＳｉ層３０ｃ及
びＳｉＯ₂層３０ｂとがエッチングされ、櫛歯８ａ及び
可動部材７が形成される。よって、第２の実施形態によ
る光デバイスの製造方法は、第１の実施形態による光デ
バイスの製造方法とほぼ同一の効果を奏する。

【００３８】また、ミラーデバイス６ｂにおいては、図
４(ｈ)を参照すると分かるように、櫛歯８ａ及び可動部
材７は、これらの両側に設けられる台部１０よりも低く
構成されている。これは、台部１０が島３０ｅを有して
いるためである。このようなミラーデバイス６ｂをベー
ス部材３上に固定する際には、ベース部材３上にスペー
ス層５を設ける必要はない。これは、櫛歯８ａ及び可動
部材７と台部１０と高さの差により、櫛歯８ａ及び可動
部材７がベース部材３に接するのが防止されるからであ
る。第２の実施形態の光スイッチの製造方法は、ミラー
デバイス６ｃと同様な構成を有するミラーデバイスを製
造するのに特に好適である。

【００３９】（第３の実施形態）次に、第３の実施形態
による光スイッチの製造方法について説明する。なお、
第３の実施形態においても、第１及び第２の実施形態と
同様に、光スイッチ１の要部であるミラーデバイス６と
ほぼ同一の構成を有するミラーデバイスを製造する場合
について説明する。図５(ａ)〜(ｈ)は、第３の実施形態
による光スイッチの製造方法を説明する図である。図５
(ａ)〜(ｈ)においては、各工程終了時における光スイッ
チ１の図１(ａ)のII−II線に沿った断面が図示されてい
る。なお、図４(ａ)〜(ｈ)を分かりやすくするため、櫛
歯部８に設けられる櫛歯８ａの数を２個とする。

【００４０】先ず、Ｓｉ基板４０が用意され、その表面
上に金属膜４１が形成される(図５(ａ))。金属膜４１の
膜厚は、例えば、０．１〜１．０μｍ程度であると好ま
しい。この金属膜４１は、後述するように、メッキ法に
よりミラーを形成する際の種層としての役割と、櫛歯８
ａ及び可動部材７を形成する際の犠牲層としての役割と
を有する。なお、金属膜４１としては、メッキ時の種層
として好適な金属又は合金を用いることができる。具体
的には、金属膜４１はニッケル(Ｎｉ)とクロム(Ｃｒ)と
を含む合金であると好適である。また、金属膜４１はＣ
ｒ層上にＮｉ層を堆積した二層構造の膜であると更に好
適である。金属膜４１は、例えば、スパッタ法といった
薄膜堆積法により形成することができる。

【００４１】続いて、金属膜４１上にレジスト膜を塗布
形成する。レジスト膜の厚さは例えば５０μｍ程度とす
ることができる。次に、所定のパターンを有するフォト
マスクを用いてレジスト膜を露光することにより、レジ
ストマスク４２を形成する(図５(ｂ))。レジストマスク
４２の形成の無い部分、つまり開口部には、金属膜４１
が露出している。続いて、この露出した金属膜４１上に
メッキ法によりＮｉ４４ａを堆積する。このとき、Ｎｉ
４４ａは、レジスト膜とほぼ等しい厚さになるよう堆積
される。

【００４２】次に、Ｎｉ４４ａの表面及びレジストマス
ク４２の表面にレジスト膜４３を塗布形成する。このレ
ジスト膜４３は、ミラー９の形成に利用されるため、そ
の膜厚はミラー９の高さとほぼ等しい５０μｍ程度とさ
れる。ここで、Ｎｉ４４ａ及びレジストマスク４２はほ
ぼ等しい厚さを有しているため、これらの上に形成され
るレジスト膜４３の表面はほぼ平坦となる。その後、所
定のフォトリソグラフィにより、レジスト膜４３のうち
ミラー９が形成されるべき部分に開口部４３ａが設けら
れる(図５(ｄ))。

【００４３】次に、開口部４３ａの底部に露出するＮｉ
４４ａの上に、メッキ法によりＮｉを堆積させて開口部
４３ａをＮｉで埋める(図５(ｅ))。続いて、レジスト膜
４３及びレジストマスク４２を除去すると、Ｎｉからな
るミラー９と島部４４ｂとが形成される(図５(ｆ))。

【００４４】ミラー９が形成された後、ミラー９及び島
部４４ｂをマスクとして金属膜４１の露出部をエッチン
グする。このエッチングには、例えば、ウェットエッチ
ングといったエッチング法を採用できる。このエッチン
グ法により、金属膜４１は、垂直方向ばかりでなく、同
層に沿う方向にもエッチングされる。その結果、櫛歯８
ａと、その上部にミラー９が形成された可動部材７とが
形成される。これまでの説明から分かるように、本実施
形態においては、櫛歯８ａ及び可動部材７はＮｉといっ
た金属により構成される。その後、ミラー９の側面９ａ
がＡｕといった金属によりコーティングされ、光反射面
９ｂが形成される。以上により、ミラーデバイス６ｃが
完成する(図５(ｇ))。

【００４５】以上のように、第３の実施形態による光デ
バイスの製造方法によれば、ミラー９形成用のレジスト
膜４３はレジストマスク４２とレジストマスク４２の開
口部を埋めるＮｉとの上に形成されるため、レジスト膜
４３の表面はほぼ平坦となる。したがって、レジスト膜
４３には、所望のパターン、具体的には開口部４３ａが
精度良く形成される。よって、開口部４３ａを利用して
形成されるミラー９もまた精度良く形成される。また、
レジスト膜４３の表面がほぼ平坦であるため、開口部４
３ａの側面はＳｉ基板４０に垂直に形成される。よっ
て、ミラー９の光反射面９ｂもまたＳｉ基板４０に垂直
に形成される。その結果、光反射面９ｂで反射される光
は効率良く平面導波路へと入射され得る。

【００４６】また、Ｎｉからなる島部４４ｂとミラー９
とをマスクとして金属膜４１をエッチングすることによ
り、櫛歯８ａと可動部材７とを形成するため、レジスト
膜を使用する必要がない。したがって、ミラー９の形成
後にレジスト膜を用いて金属膜４１をエッチングする場
合に比べ、櫛歯８ａと可動部材７とを精度良く形成でき
る。

【００４７】（第４の実施形態）第４の実施形態におい
ては、ミラー９がレジスト膜を含んで構成される場合に
ついて説明する。第４の実施形態においては、先ず、第
１の実施形態において説明した手順とほぼ同一の手順が
実施されて、レジスト膜３３までが形成される(図６
(ａ)〜(ｄ))。この後、所定のフォトリソグラフィによ
りパターニングを行い、ミラー９が形成される部分にの
みレジスト膜３３ｂを残す(図６(ｅ))。次に、金属パタ
ーン３２とレジスト膜３３ｂとをマスクとし、Ｓｉ層３
０ｃの露出部がエッチングされる(図６(ｆ))。さらに、
ＳｉＯ₂層３０ｂをエッチングすることにより、櫛歯８
ａと可動部材７とを形成する。その後、レジスト膜３３
ｂの側面にＡｕといった金属膜９ｃをコートすると、ミ
ラー９が形成される。以上により、ミラーデバイス６ｄ
が完成する(図７(ｇ))。

【００４８】第４の実施形態においても、第１の実施形
態と同様にレジスト膜３３はほぼ平坦に設けられる。よ
って、レジスト膜３３のパターニングは精度良く行われ
る。つまり、レジスト膜３３ｂが寸法精度良く形成さ
れ、その結果、ミラー９もまた寸法精度良く形成され
る。また、Ｓｉ層３０ｃとＳｉＯ₂層３０ｂとをエッチ
ングする際には、これらをエッチングするために用いる
レジスト膜を形成する必要はなく、予め設けられた金属
パターン３２と、ミラー９となるべきレジスト膜３３ｂ
とをマスクとして用いることができる。したがって、比
較的大きな凹凸を有する面の上にレジスト膜を形成する
際の問題点が解消される。

【００４９】以上、幾つかの実施形態を示して本発明に
係る光スイッチの製造方法を説明したが、本発明は、上
記の実施形態に限られることはなく、様々な変形が可能
である。上記第１〜第３の実施形態においては、ミラー
９をＮｉから構成したが、Ｎｉに限らず他の金属、例え
ばＡｕやＡｌから構成してもよい。また、第３の実施形
態で説明したミラーデバイス６ｃが第４の実施形態にお
いて説明したレジスト膜を含んで構成されるミラーを有
するようにしてもよい。

【００５０】第１及び第２の実施形態においては、ＳＯ
Ｉ基板を用いる場合を説明したが、例えば、ＧａＡｓ基
板上にＩｎＧａＰから成る層とＧａＡｓから成る層とを
順次エピタキシャル成長したエピタキシャル層付きウエ
ハを用いても構わない。また、第３の実施形態のＳｉ基
板に替わり、ＧａＡｓ基板を使用してもよい。

【００５１】上記第１〜第３の実施形態においては、ミ
ラーデバイス６ａ〜６ｃを製造する場合を説明したが、
本発明の光スイッチの製造方法は、これに限らず、基板
上に設けられた可動部材と、可動部材に設けられたミラ
ーとを有する光スイッチの製造に好適に適用できる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る光ス
イッチの製造方法によれば、第１及び第２の層が順次形
成された基板が用意され、第２の層の上に所定のパター
ンを有する金属膜が形成される。次に、金属膜上の一部
にミラー部材を形成し、この金属膜とミラー部材とをマ
スクとして第１及び第２の層の一部をエッチングする。
これにより、可動部材が形成される。金属膜とミラーと
がマスクとして用いられるため、ミラーが形成された基
板面にレジスト膜を形成する必要がない。ミラーのよう
な比較的大きな凸部がある面にレジスト膜が形成される
と、レジスト膜が平坦とならない、又は、レジスト膜中
に気泡が混入されるという問題が生じる。そのため、所
望のパターンを有するレジストマスクを精度良く得るの
が困難となってしまう。しかし、本発明の光スイッチの
製造方法によれば、このような問題点が解消される。す
なわち、本発明の光スイッチの製造方法によれば、ミラ
ー及び可動部を精度良く形成する方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１(ａ)は、光スイッチの構成を示す概略図で
ある。図１(ｂ)は、図１(ａ)のI−I線に沿う断面図であ
る。

【図２】図２(ａ)は、ＯＦＦ状態の光スイッチ１の状態
を示す模式図である。図２(ｂ)は、ＯＮ状態の光スイッ
チ１の状態を示す模式図である。

【図３】図３(ａ)〜(ｇ)は、第１の実施形態による光ス
イッチの製造方法を説明する図である。

【図４】図４(ａ)〜(ｈ)は、第２の実施形態による光ス
イッチの製造方法を説明する図である。

【図５】図５(ａ)〜(ｇ)は、第３の実施形態による光ス
イッチの製造方法を説明する図である。

【図６】図６(ａ)〜(ｇ)は、第３の実施形態による光ス
イッチの製造方法を説明する図である。

【符号の説明】

１…光スイッチ、２ａ〜２ｄ…平面導波路、３…ベース
部材、４…溝部、５…スペーサ層、６…ミラーデバイ
ス、６ａ〜６ｃ…ミラーデバイス、７…可動部材、９…
ミラー、９ｂ…光反射面、１０…電極、１２…絶縁層、
１３…基材、８ａ，１１ａ…櫛歯、３０…ＳＯＩ基板、
３０ａ…シリコン板、３０ｂ…ＳｉＯ₂層、３０ｃ…Ｓ
ｉ層、３１…金属膜、３２…金属パターン、３３…レジ
スト膜、４０…基板、４１…金属膜、４２…レジストマ
スク、４３…レジスト膜、４４ｂ…島部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者片山誠神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者杉山進滋賀県草津市野路東１−１−１立命館大学理工学部内 (72)発明者小西聡滋賀県草津市野路東１−１−１立命館大学理工学部内Ｆターム(参考） 2H041 AA15 AB13 AC06 AZ01 AZ08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板に設けられた可動部と、この可動部
に設けられたミラー部とを有する光スイッチを製造する
方法であって、第１の層と第２の層とが順次形成された基板を用意し、前記第２の層の上に所定のパターンを有する金属膜を形
成し、前記金属膜上の一部にミラー部を形成し、前記金属膜及び前記ミラー部をマスクとして前記第２の
層をエッチングし、このエッチングにより残った前記第２の層の一部が前記
可動部となるように前記第１の層の一部を除去し、光ス
イッチを製造することを特徴とする光スイッチの製造方
法。
【請求項２】前記第２の層をシリコンとし、シリコン
からなる前記第２の層の一部のエッチングを反応性イオ
ンエッチング法により行なうことを特徴とする請求項１
記載の光スイッチの製造方法。
【請求項３】基板に設けられた可動部と、この可動部
に設けられたミラー部とを有する光スイッチを製造する
方法であって、基板上に第１の金属膜を形成し、前記第１の金属膜上に所定のパターンを有する第３の層
を形成し、前記第３の層が有する所定のパターンの開口部を埋める
ように第２の金属膜を形成し、前記第２の金属膜上の一部にミラー部を形成し、前記第３の層を除去し、前記第２の金属膜の一部が前記可動部となるよう前記第
１の金属膜の一部を除去し、光スイッチを製造すること
を特徴とする光スイッチの製造方法。
【請求項４】前記ミラー部をメッキ法により形成する
ことを特徴とする請求項１又は３に記載の光スイッチの
製造方法。
【請求項５】前記ミラー部をレジストで形成し、レジ
ストで形成された前記ミラー部に金属膜を設けることを
特徴とする請求項１又は３に記載の光スイッチの製造方
法。