JP2004133212A - 光スイッチ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】集積度の低下や歩留りの低下を抑制した状態で、駆動制御回路などを含む集積回路が形成された半導体基板の上にミラー素子が一体に形成された光スイッチ装置を、従来より容易により製造できるようにする。
【解決手段】シリコンからなる半導体基板１０１を備え、半導体基板１０１には、複数の素子から構成された集積回路を備え、集積回路の上には、層間絶縁膜１０２を備える。層間絶縁膜１０２上には、更に配線層１０４，層間絶縁膜１０５を備えている。また、半導体基板１０１の上には、絶縁膜１０２，１０５を介して支持部材１２０が固定され、支持部材１２０は、ミラー構造体を支持している。
【選択図】 図１
【解決手段】シリコンからなる半導体基板１０１を備え、半導体基板１０１には、複数の素子から構成された集積回路を備え、集積回路の上には、層間絶縁膜１０２を備える。層間絶縁膜１０２上には、更に配線層１０４，層間絶縁膜１０５を備えている。また、半導体基板１０１の上には、絶縁膜１０２，１０５を介して支持部材１２０が固定され、支持部材１２０は、ミラー構造体を支持している。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号光の経路を変更する光スイッチ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インターネット通信網などにおける基盤となる光ネットワークにおいて必須となる波長分割多重技術（ＷＤＭ）には、光スイッチ装置が必要不可欠な要素部品となる。この種の光スイッチ装置には、光導波路型やＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）型などがあるが、中でも、可動する微細な反射面を有するＭＥＭＳ型の光スイッチ装置が有望視されている。
【０００３】
このＭＥＭＳ型の光スイッチ装置は、例えば、固定構造体と可動ミラーを有する反射構造体とから構成されている。固定構造体は、土台となる基板及びこの上に形成された電極などである。反射構造体は、支持材と可動部材を有し、ミラーとして作用する可動部材が、固定構造体と離間してトーションバネなどのバネ部材によって支持部材に接続されている。このような構造は、例えば、薄膜形成技術やフォトリソグラフィ技術を基本にしてエッチングすることなどで立体的に微細加工を行うマイクロマシン技術を利用して作製することが可能である。このように構成された光スイッチは、固定構造体と可動する反射構造体との間に働く引力、あるいは反発力によって反射構造体が可動することで光路を切り替えるスイッチング動作を行う。
【０００４】
上述したような光スイッチ装置をマイクロマシン技術で作製する場合には、大別して２つのタイプがある。一つは、いわゆる表面マイクロマシンによって作製されるタイプであり、他方はバルクマイクロマシンによって作製されるタイプである。
まず前者の表面マイクロマシンタイプについて説明する。表面マイクロマシンは、例えば、図９の側面図に示すように構成されている。図９において、基板９０１には、回動可能に支持部材９０２が設けられ、また、枠体９０４が、ヒンジ９０３を介して支持部材９０２に支持され、枠体９０４には、図示しないトーションバネを介してミラー９０５が連結支持されている。
【０００５】
ミラー９０５の下部には、ミラー９０５を駆動するための静電力を発生する電極部９０６が、図示しない配線に接続して形成されている。このような構造は、例えば、酸化シリコン膜を基板の表面に形成する工程，電極配線構造を基板上に形成する工程，ミラーとなるポリシリコン膜を酸化シリコン膜上に形成する工程，及び酸化シリコン膜の所望の部分を犠牲層としてフッ酸等でエッチングしてミラーを基板より分離した状態にする工程などによって作製される。
【０００６】
これらの表面マイクロマシン技術を構成する要素技術は、大規模集積回路のプロセス技術の応用である。このため、薄膜を形成して作製する構造の高さ方向の大きさは、たかだか数μｍに制限される。ミラーの回転を可能とするため、下部の電極部９０６とミラー９０５との間隔を１０μｍ以上設ける必要がある光スイッチ装置では、酸化シリコンからなる犠牲層の除去とともに、ポリシリコン膜の内部応力によってミラー９０５を持ち上げることや、支持部材９０２を静電力によって回動させることによりミラー９０５の部分を電極部９０６より離間させる方法がとられている。
【０００７】
一方、バルクマイクロマシンタイプでは、一般的にミラーを構成する基板と電極を構成する基板とを個別に作製し、これらを連結させることによって光スイッチ装置を形成している。ミラーの作製にはＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いることが提案されている。ＳＯＩ基板を用いて作製されたミラーは、単結晶のシリコンからなり、表面マイクロマシンで一般的なポリシリコンではない。ポリシリコンからなる構造体では、多結晶であるために応力起因のミラーの反りが発生するが、ＳＯＩ基板を用いた単結晶シリコンから構成されるミラーでは、反りなどが比較的小さい等の利点を有する。
【０００８】
以下、ＳＯＩ基板を用いた光スイッチの製造について、図１０の断面図を用いて概略を説明する。まず、図１０（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板１００１の埋め込み酸化膜１００２が形成されている側（主表面）より、公知のフォトリソグラフィ技術とＤＥＥＰ ＲＩＥなどのエッチングによって溝１００１ａを形成することで、埋め込み酸化膜１００２上の単結晶シリコン層１００３にミラー１００４を形成する。
【０００９】
このとき、ミラー１００４の反射率を向上させるために、ミラー１００４表面にＡｕなどの金属膜を形成する場合もある。なお、ＤＥＥＰ ＲＩＥは、例えばシリコンをドライエッチングするときに、ＳＦ６とＣ４Ｆ８のガスを交互に導入し、エッチングと側壁保護膜形成とを繰り返すことにより、アスペクト比が５０にもなる溝または穴を、毎分数μｍのエッチング速度で形成する技術である。
【００１０】
つぎに、ＳＯＩ基板１００１の裏面にミラー１００４の形成領域が開口したレジストパターンを形成し、水酸化カリウム水溶液などのエッチング液を用いてＳＯＩ基板１００１の裏面より選択的にシリコンをエッチングする。このエッチングでは、埋め込み酸化膜１００２をエッチングストッパ層として用い、図１０（ｂ）に示すように、ミラー１００４の形成領域に対応するＳＯＩ基板１００１の裏面に開口部１００１ｂを形成する。次いで、埋め込み酸化膜１００２の開口部１００１ｂに露出している領域を、フッ酸を用いて選択的に除去することで、図１０（ｃ）に示すように、ＳＯＩ基板１００１に支持された回動可能なミラー１００４が形成された状態とする。
【００１１】
一方、シリコン基板１０１１をシリコン窒化膜あるいはシリコン酸化膜からなる所定のマスクパターンをマスクとし、水酸化カリウム水溶液で選択的にエッチングすることで、図１０（ｄ）に示すように、凹部構造が形成された状態とする。次いで、凹部構造上に蒸着法などにより金属膜を形成し、この金属膜を公知の超深度露光を用いたフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とによりパターニングし、図１０（ｅ）に示すように、電極部１０１２を形成する。
【００１２】
最後に、図１０（ｃ）に示すミラー１００４が形成されたＳＯＩ基板１００１と、図１０（ｅ）に示すシリコン基板１０１１とを貼り合わせることで、図１０（ｆ）に示すように、電界印加によってミラー１００４が可動する光スイッチ装置が製造できる。
【００１３】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を本件の出願時までに発見するには至らなかった。
【００１４】
【非特許文献１】
Ｐａｍｅｌａ Ｒ．Ｐａｔｔｅｒｓｏｎ，Ｄｏｏｙｏｕｎｇ Ｈａｈ，Ｇｕｏ−Ｄｕｎｇ Ｊ．Ｓｕ，Ｈｉｒｏｓｈｉ Ｔｏｓｈｉｙｏｓｈｉ，ａｎｄ Ｍｉｎｇ Ｃ．Ｗｕ，”ＭＯＥＭＳ ＥＬＥＣＴＯＲＯＳＴＡＴＩＣ ＳＣＡＮＮＩＮＧ ＭＩＣＲＯＭＩＲＲＯＲＳ ＤＥＳＩＧＮ ＡＮＤ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ” Ｅｌｅｃｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ Ｖｏｌ２００２−４ ｐ３６９−３８０，（２００２）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述した表面マイクロマシン技術による光スイッチの作製では、ミラーの作製過程で、図９に示す支持部材９０２のように、可動構造体として支持構造体を形成するため、支持構造体を形成する工程の歩留りが他の工程の歩留りより低く、光スイッチ装置の製造歩留りを低下させる要因となっている。また、ミラー以外にも可動部分があるという可動部分の多さは、光スイッチの信頼性を低下させる要因となる。
【００１６】
一方、バルクマイクロマシン技術による光スイッチの作製では、前述した表面マイクロマシンによる作製方法に比較して、ミラーの可動空間を稼ぐための犠牲層エッチングなどの工程がないので、歩留りや信頼性の点では有利な方法である。しかしながら、図１０に示したこの製造方法では、ミラーの可動空間は主に、ＫＯＨ溶液等によるＳｉの異方性エッチングによって作製されるため、以下に記す問題がある。まず、ミラー側のＳＯＩ基板においてミラーを回動可能とするためには、ほぼ基板の厚さに相当するＳｉのエッチングが必要となる。このとき、エッチングすべきＳｉの厚さは少なくとも数百μｍに相当する。
【００１７】
ＫＯＨ溶液をエッチャントとし、例えば、市販されている厚さ６２５μｍの、表面がＳｉ（１００）の６インチＳＯＩ基板の裏面側を、上述したようにアルカリ水溶液で異方性エッチングすると、約５５度の傾斜角度を持つ（１１１）面を露出するようにエッチングされる。例えば、埋め込み酸化膜上のシリコン層の厚さを１０μｍ、埋め込み酸化膜の厚さを１μｍとすると、図１０（ｂ）に示したＳｉエッチングすべき厚さは６１４（＝６２５−１０−１）μｍになる。
【００１８】
このようなＳｉエッチング後において５００μｍ角のミラーの領域を確保しようとすると、上述の異方性によって、ＳＯＩ基板の裏面においては、約６００μｍ角の領域をエッチング除去することになる。従って、一つのミラーを形成するために、ミラーの可動には関係しない無駄な領域が多くなる。これでは、チップ内におけるミラー形成部の占有する面積が大きくなり、光スイッチ装置の集積度を向上させる上で不利となる。
【００１９】
さらに、このような加工法は、エッチングのために、基板の表側と裏側両方での位置合わせが必要になり、いわゆる両面アライナー工程など複雑な工程を必要とする点も欠点である、また、電極部を形成する側の基板も、ミラーの可動空間を作るために１０μｍ以上のＫＯＨ溶液によるエッチングが必要となる。このとき、ミラーが形成される基板と同様に異方性エッチングのため、ミラーの可動空間となる凹部構造を形成しようとすると、シリコン基板の表面において、１０μｍ角以上の領域をはじめに占有してパターニングしなければならないので、やはり電極側の集積度も上げられない。
【００２０】
また、ＩＣやＬＳＩと言ったプレーナプロセスで作製される制御回路と、上記光スイッチ装置を一体化しようとしても、上述したような異方性エッチングに始まる電極基板の作り方では、ミラーの制御のために必要なＩＣやＬＳＩをあらかじめ電極基板側に作り込んでおくことや、多層配線構造を取ることも非常に困難である。このため、上述したような製造方法では、制御のための素子の高集積化やミラー当たり多数の電極配線が必要な複雑な制御系の達成が、困難なものとなっている。従って、上述した光スイッチの製造方法では、光スイッチ構造自体は小型化が可能であっても、外部に制御回路が必要となるため所望の性能を得るための装置、例えば光スイッチ装置としては大きなものとなってしまうという問題がある。
【００２１】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、集積度の低下や歩留りの低下を抑制した状態で、駆動制御回路などを含む集積回路が形成された半導体基板の上にミラー素子が一体に形成された光スイッチ装置を、従来より容易により製造できるようにすることを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の実施の形態に係る光スイッチ装置は、集積回路が形成された半導体基板上に絶縁膜を介して固定された支持部材、この支持部材の上に固定された枠部及び枠部の内側に支持された板状の可動部を備えたミラー構造体、可動部の少なくとも一部に設けられた光を反射する反射部、半導体基板上に絶縁膜を介して設けられた可動部に対向する固定電極から構成された光スイッチ素子と、可動部及び固定電極に所定の電位を印加して光スイッチ素子を駆動する集積回路に組み込まれた駆動制御回路とを少なくとも備えたものである。
この光スイッチ装置は、集積回路が形成された半導体基板上において、枠部により支持された反射部を備えて可動する可動部が、固定構造体である支持部材によって固定電極の上部に空間を備えて配置されている。
【００２３】
上記光スイッチ装置において、支持部材は、積層された複数の構造体から構成しても良く、例えば、支持部材は、半導体基板上に絶縁膜を介して形成された第１構造体と、この第１構造体の上に積層された第２構造体とから構成され、固定電極は、少なくとも第２構造体の厚さだけ支持部材より低く形成されているようにしてもよい。また、支持部材は、半導体基板上に絶縁膜を介して形成された第１構造体と、この第１構造体の上に積層された第２構造体と、この第２構造体の上に積層された第３構造体とから構成され、固定電極は、半導体基板上に絶縁膜を介して形成された第１構造体と同一の厚さの第４構造体と、この第４構造体の上に積層された第２構造体と同一の厚さの第５構造体とを含み、少なくとも第３構造体の厚さだけ支持部材より低く形成されているようにしてもよい。
【００２４】
また、上記光スイッチ装置において、固定電極は、ミラー構造体に近づくほど可動部の中央部に向かって細くなるように形成されているようにしてもよい。
また、上記光スイッチ装置において、可動部は、可動電極を備えるようにしてもよい。また、可動部に発生している電荷を放電する放電手段を備えるようにしてもよい。また、複数の光スイッチ素子が、半導体基板上にマトリクス状に配列されているようにしてもよい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態における光スイッチ装置の構成例を示す概略的な断面図（ａ），平面図（ｂ），及び斜視図（ｃ）である。図１では、主に光スイッチ装置の１構成単位である一つのミラーを備えたスイッチ素子を部分的に示している。
【００２６】
この光スイッチ装置の構成について説明すると、まず、例えば、シリコンからなる半導体基板１０１を備え、半導体基板１０１には、複数の素子から構成された集積回路（図示せず）が形成されている。集積回路の上には、層間絶縁膜１０２が形成されている。層間絶縁膜１０２上には、更に配線層１０４，層間絶縁膜１０５が形成されている。また、半導体基板１０１の上には、絶縁膜１０２，１０５を介して支持部材１２０が固定され、支持部材１２０は、ミラー構造体を支持している。
【００２７】
本実施の形態において、支持部材１２０は、金などの導電材料から構成され、層間絶縁膜１０５に形成されたスルーホールを通じ、層間絶縁膜１０２上に形成された所定の配線層１０４に電気的に接続されている。また、支持部材１２０は、金属パターン（第１構造体）１２１，金属パターン１２２，金属パターン１２３，金属パターン１２４，金属パターン１２５から構成された積層構造体である。
【００２８】
ミラー構造体は、支持部材１２０に固定された板状の枠部１３０と、枠部１３０の内側に、半導体基板１０１より離間して支持された板状の可動部とから構成されている。本実施の形態においては、図１に示すように、上記可動部を、一対の連結部１６１を介して枠部１３０の内側に支持された可動枠１３２と、１対の連結部１６２を介して可動枠１３２の内側に支持されたミラー部１３１とから構成した。また、ミラー部１３１は、例えば、直径５００μｍ程度の円板であり、図１（ａ）の紙面において上方の面に反射面が形成されている。本実施の形態では、ミラー部１３１の上方の面の全域に反射面が形成されている。なお、反射面は、ミラー部１３１の一部に形成するようにしてもよい。
【００２９】
加えて、枠部１３０，可動枠１３２，及びミラー部１３１からなるミラー構造体は、例えば金などの導電材料から構成されている。従って、本実施の形態では、ミラー部１３１は、支持部材１２０を介して前述した配線層に電気的に接続された可動電極でもある。なお、ミラー構造体を絶縁材料から構成し、この表面に金属膜を形成してミラー部に可動電極を設けるようにしてもよい。
【００３０】
ここで、ミラー構造体についてより詳細に説明する。可動枠１３２は、枠部１３０の開口領域の中心を通る所定の軸を中心に回動可能となるように、上記軸上の２箇所に設けられたトーションバネのように作用する一対の連結部１６１により、枠部１３０に吊設しかつ軸着している。また、ミラー部１３１は、枠部１３０の開口領域の中心を通って上記軸とは直交する直交軸を中心に回動可能となるように、上記直交軸上の２箇所に設けられたトーションバネのように作用する一対の連結部１６２により、可動枠１３２に吊設しかつ軸着している。
【００３１】
従って、ミラー部１３１は、２軸動作が可能な状態となっている。前述したように４つの制御電極部１４０を備え、ミラー部１３１を２軸動作可能な状態とすることで、例えば、図１（ｃ）に示すように、ミラー部１３１を回動させることが可能となる。なお図１（ｃ）は、可動枠１３２を約１０°，ミラー部１３１を約１０°回動させた状態を示している。
【００３２】
一方、ミラー部１３１の下方の半導体基板１０１上には、絶縁膜１０２，１０５を介してミラー部１３１の回動動作を制御するための制御電極部（固定電極）１４０が形成されている。
本実施の形態において、制御電極部１４０は、金などの導電材料から構成され、層間絶縁膜１０５に形成されたスルーホールを通し、層間絶縁膜１０２上に形成された所定の配線層１０４に電気的に接続されている。また、制御電極部１４０も、金属パターン１４１，１４２，１４３，１４４が積層されて構成された積層構造体である。
【００３３】
制御電極部１４０を構成する金属パターン１４１は、支持部材１２０を構成する金属パターン１２１と同じ膜厚に形成され、金属パターン１４２は金属パターン１２２と同じ膜厚に形成され、金属パターン１４３は金属パターン１２３と同じ膜厚に形成され、金属パターン１４４は金属パターン１２４と同じ膜厚に形成されている。従って、制御電極部１４０は支持部材１２０より、電極パターン１２５の膜厚だけ低く形成されている。
【００３４】
なお、支持部材１２０を２つの金属パターンから構成し、この下層の金属パターンと同じ膜厚の金属パターンで制御電極部１４０を構成するなど、支持部材１２０を２層の積層構造体としてもよく、支持部材１２０を３層の積層構造体とし、制御電極部１４０を２層の積層構造体としてもよく、制御電極部１４０が支持部材１２０より少なくとも１層少ない状態となっていればよい。
【００３５】
また、本実施の形態において、制御電極部１４０を構成する各金属パターンは、下層の金属パターンほど面積が大きく形成されている。また、各制御電極部１４０は、上部に行くほど、すなわち、ミラー構造体に近づくほど、可動部であるミラー部１３１の中央部に向かって細くなるように、各金属パターンが積層されている。このように構成することで、制御電極部１４０の上部をミラー部１３１により近づけた状態で、ミラー部１３１の可動範囲をより大きくすることが可能となる。
【００３６】
制御電極部（固定電極）１４０は、例えば、図１（ｂ）の平面図に示すように、４つの制御電極１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃ，１４０ｄから構成され、制御電極１４０ａ，１４０ｃと制御電極１４０ｂ，１４０ｄとは、一対の連結部１６１を通る軸に対称に配置し、制御電極１４０ａ，１４０ｂと制御電極１４０ｃ，１４０ｄとは、一対の連結部１６２を通る軸に対象に配置されている。このように、複数の制御電極部を備えることで、ミラー部１３１の姿勢をより細かく制御することが可能となる。
【００３７】
また、本実施の形態の光スイッチ装置では、半導体基板１０１に形成されている図示していない集積回路の一部として、制御回路１５０が構成されている。制御回路１５０は、例えば、固定電極である制御電極部１４０のうちいずれかの制御電極と可動電極であるミラー部１３１との間に所定の電位差を生じさせることにより、選択された制御電極（固定電極）とミラー部（可動電極）１３１とに電荷を誘導し、これらの電荷にクーロン力を作用させることで、ミラー部１３１を可動させる。
【００３８】
ミラー部１３１は、誘導された電荷に働く静電力による回転軸周りのトルクと、可動部が回転することにより連結部１６１，１６２に生じた逆向きのトルクが釣り合う位置で静止する。また、制御回路１５０は、制御電極とミラー部１３１との間の電位差を解消し、ミラー部１３１に発生している電荷を放電させることで、ミラー部１３１の可動状態を解消させる。
【００３９】
なお、本実施の形態では、図１（ｂ）の平面図に示すように、支持部材１２０を、制御電極部１４０が形成されている空間を囲う枠状の構造体としたが、これに限るものではない。支持部材１２０は、ミラー構造体の枠部１３０の所定の箇所を支持する状態となっていればよい。例えば、図１（ｂ）において、上記空間の４隅の枠部１３０下部に分離した状態で支持部材が設けられていてもよい。
【００４０】
上述したように、本実施の形態によれば、駆動制御回路などを含む集積回路が形成された半導体基板の上にミラー素子が一体に形成された光スイッチ装置を、従来より容易により製造できるようになる。図２は、図１に示したスイッチ素子を、例えば半導体基板上の１平面上に、マトリクス状の配置して構成した光スイッチ装置の例である。
【００４１】
以下、本実施の形態における光スイッチ装置の製造方法について説明する。まず、図３（ａ）に示すように、例えばシリコンなどの半導体からなる半導体基板１０１上に、前述した制御回路などを構成する能動回路（図示せず）を形成した後、シリコン酸化物からなる層間絶縁膜１０２を形成する。また、層間絶縁膜１０２に、接続口を形成してから、この接続口を介して下層の配線などに接続電極１０３を介して接続する配線層１０４を形成する。
【００４２】
これらは、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより形成できるものである。例えば、上記能動回路は、ＣＭＯＳＬＳＩプロセスで作製することができる。また、接続電極１０３及び配線層１０４は、Ａｕ／Ｔｉからなる金属膜を形成し、これを加工することで形成できる。上記金属膜は、下層のＴｉは膜厚０．１μｍ程度とし、上層のＡｕは膜厚０．３μｍ程度とすればよい。
【００４３】
この金属膜の形成は次のようにすればよい。シリコン酸化膜の上にスパッタ法や蒸着法などによりＡｕ／Ｔｉを形成する。次いで、フォトリソグラフィ技術により所定のパターンを形成する。このとき、電極配線、後述するミラー基板を貼り合わせるための接続部及びワイヤボンディング用パッドを形成するためのレジストパターンを同時に形成する。このレジストパターンをマスクとし、ウエットエッチング法によりＡｕ／Ｔｉ膜を選択的に除去し、レジストパターンを除去すれば、配線層１０４が形成できる。また、配線層１０４には、電極配線，後述するミラー基板を接続するための接続部，ワイヤボンディング用パッド（図示せず）などが形成されている。
【００４４】
これらを形成した後、配線層１０４を覆う層間絶縁膜１０５を形成する。層間絶縁膜１０５は、例えば、感光性有機樹脂であるポリベンゾオキサゾールを塗布することで膜厚数μｍ程度に形成したポリイミド膜から構成することができる。なお、層間絶縁膜１０５は、他の絶縁材料から形成するようにしてもよい。
【００４５】
つぎに、図３（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１０５に、配線層１０４の所定部分が露出する開口部１０５ａを形成する。上述したように、層間絶縁膜１０５を感光性有機樹脂で形成した場合、開口部１０５ａが形成される領域が開口するように露光現像してパターンを形成し、パターンを形成した後でアニールして膜を硬化させることで、開口部１０５ａを備えた層間絶縁膜１０５を形成することができる。
【００４６】
つぎに、図３（ｃ）に示すように、開口部１０５ａ内を含めて層間絶縁膜１０５上を覆うシード層１０６を形成する。シード層１０６は、例えば、Ｔｉ／Ｃｕ／Ｔｉからなる金属膜であり、膜厚はＴｉ，Ｃｕとも０．１μｍ程度とすればよい。
つぎに、図４（ａ）に示すように、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の犠牲パターン４０１を形成する。犠牲パターン４０１は、例えば、感光性有機樹脂であるポリベンザオキサゾールからなる膜をフォトリソグラフィ技術で加工することで形成できる。
【００４７】
例えば、まず、ポリベンサオキサゾールを塗布することで、ポリイミド膜を形成し、このポリイミド膜の上に、フォトマスクを使用したコンタクトアライナやレチクルを使用したステッパを用いて露光し、所定のパターンの感光部を形成する。この感光部は、ミラー電極パターンやミラー基板を接続するための接続部分及びワイヤボンディング用パッドを形成する部分などを開口させる領域である。次いで、このような感光部が形成されたポリイミド膜を現像し、感光部を現像液に溶解し、所望の開口領域を備えた犠牲パターン４０１を形成する。
【００４８】
つぎに、図４（ｂ）に示すように、犠牲パターン４０１の開口部内に露出したシード層１０６上に、電解メッキ法によりＣｕからなる金属パターン１２１，１４１を犠牲パターン４０１と同じ厚さに形成する。このとき、金属パターン１２１，１４１と犠牲パターン４０１との表面が、ほぼ同一平面を形成するように平坦な状態にする。
【００４９】
つぎに、図４（ｃ）に示すように、前述と同様にして、所望の開口パターンを有し、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の犠牲パターン４０２を形成し、犠牲パターン４０２の開口部内に露出した金属パターン１２１，１４１上に、電解メッキ法によりＣｕからなる金属パターン１２２，１４２を犠牲パターン４０２と同じ厚さに形成する。このとき、金属パターン１２２は、この下の金属パターン１２１と同じ大きさに形成する。また、金属パターン１４２は、この下の金属パターン１４１よりも小さくかつ隣り合う金属パターン１４２同士の間隔を、隣り合う金属パターン１４１同士の間隔となるように形成する。
【００５０】
つぎに、図４（ｄ）に示すように、前述と同様にして、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の犠牲パターン４０３を形成し、犠牲パターン４０３の開口部内に露出した金属パターン１２２，１４２上に、電解メッキ法によりＣｕからなる金属パターン１２３，１４３を犠牲パターン４０３と同じ厚さに形成する。このとき、金属パターン１２３は、この下の金属パターン１２２と同じ大きさに形成する。また、金属パターン１４３は、この下の金属パターン１４２よりも小さくかつ隣り合う金属パターン１４３同士の間隔を、隣り合う金属パターン１４１同士の間隔となるように形成する。
【００５１】
つぎに、図４（ｅ）に示すように、前述と同様にして、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の犠牲パターン４０４を形成し、犠牲パターン４０４の開口部内に露出した金属パターン１２３，１４３上に、電解メッキ法によりＣｕからなる金属パターン１２４，１４４を犠牲パターン４０４と同じ厚さに形成する。このとき、金属パターン１２４は、この下の金属パターン１２３と同じ大きさに形成する。また、金属パターン１４４は、この下の金属パターン１４３よりも小さくかつ隣り合う金属パターン１４４同士の間隔を、隣り合う金属パターン１４１同士の間隔となるように形成する。
【００５２】
つぎに、図５（ａ）に示すように、前述と同様にして、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の犠牲パターン４０５を形成し、犠牲パターン４０５の開口部に露出した金属パターン１２４上に、電解メッキ法によりＣｕからなる金属パターン１２５を犠牲パターン４０５と同じ厚さに形成する。このとき、金属パターン１２５は、この下の金属パターン１２５と同じ大きさに形成する。なお、ここでは、犠牲パターン４０５の金属パターン１４４上部には、開口部を形成せず、犠牲パターン４０５により金属パターン１４４を覆った状態とする。
【００５３】
つぎに、図５（ｂ）に示すように、金属パターン１２５の表面を含む犠牲パターン４０５表面に、Ａｕ／Ｔｉからなる金属膜から構成されたシード層４０６を形成する。シード層４０６は、例えば、膜厚０．１μｍのＴｉ層と、この上に形成された膜厚０．１μｍのＡｕ層とから構成する。シード層４０６を形成したら、金属パターン１２５の上部が部分的に開口したレジストパターン４０７を形成する。
【００５４】
つぎに、図５（ｃ）に示すように、レジストパターン４０７の開口部内に露出したシード層４０６上に、電解メッキ法によりＡｕからなる膜厚１μｍ程度の金属膜４０８を形成する。次いで、図５（ｄ）に示すように、レジストパターン４０７を除去したら、金属膜４０８をマスクとしてウエットエッチング法によりシード層４０６をエッチング除去し、図５（ｅ）に示すように、金属パターン１２６が形成された状態とする。
【００５５】
つぎに、図６（ａ）に示すように、例えばオゾンアッシャーを用いて灰化することで、犠牲パターン４０１，４０２，４０３，４０４，４０５を除去し、図６（ａ）に示すように、金属パターン１２１，１２２，１２３，１２４，１２５，及び金属パターン１２６からなる構造体と、金属パターン１４１，１４２，１４３，１４５からなる構造体とが形成され、これらの間に空間を備えた状態とする。
【００５６】
この後、金属パターン１２１，１４１などをマスクとし、ウエットエッチング法によりシード層１０６を選択的にエッチング除去することで、図６（ｂ）に示すように、支持部材１２０と制御電極部１４０とが形成された状態とする。ここで、制御電極部１４０は、隣り合う各金属パターン１４１，１４２，１４３，１４５同士の間隔を同一の状態とし、かつ、上部に行くほど、すなわち以降で形成されるミラー構造体に近づくほど小さくなるように形成した。この結果、制御電極部１４０は、ミラー部１３１の中央部に向かって細くなるように形成された状態となる。
【００５７】
この後、ミラー部１３１が回動可能に連結部（図示せず）を介して設けられた枠部１３０を、支持部材１２０上に接続固定することで、図６（ｃ）に示すように光スイッチ装置が形成される。枠部１３０の支持部材１２０への接続固定は、例えば、ハンダや異方性導電性接着剤により接着固定することで行えばよい。
【００５８】
以上説明した製造方法によれば、最初にミラー駆動及び制御のための能動回路（集積回路）を下層電極基板に形成しておき、この後、上述したように制御電極部や固定された支持部材を形成し、支持部材の上にミラー基板を接続して光スイッチ装置を製造するようにした。また、上述では、制御電極部や支持部材を、金属（導電体）パターンを積層することにより形成した。この結果、本実施の形態によれば、光スイッチ装置の小型化を可能とし、また、高い性能の光スイッチ装置を得ることができる。
【００５９】
つぎに、他の製造方法について説明する。この製造方法では、前述した製造方法において、図３（ａ）〜図５（ａ）を用いて説明した工程までは、同様である。従って、以降では、これらの説明は省略する。本製造方法では、前述した製造方法と同様にし、金属パターン１２５を犠牲パターン４０５と同じ厚さに形成した後、図７（ａ）に示すように、金属パターン１２５の表面を含む犠牲パターン４０５表面に、Ａｕ／Ｔｉからなる金属膜から構成されたシード層４０６を形成する。シード層４０６は、例えば、膜厚０．１μｍのＴｉ層と、この上に形成された膜厚０．１μｍのＡｕ層とから構成する。
【００６０】
シード層４０６を形成したら、レジストパターン７０１を形成する。次いで、図７（ｂ）に示すように、レジストパターン７０１の形成領域以外に露出しているシード層４０６上に、電解メッキ法によりＡｕからなる膜厚１μｍの金属膜７０２を形成する。つぎに、レジストパターン７０１を除去した後、金属膜７０２をマスクとしてシード層４０６を選択的に除去することで、図７（ｃ）に示すように、枠部１３０とミラー部１３１とが形成された状態とする。
【００６１】
なお、ミラー部１３１は、トーションバネのように作用する連結部により枠部１３０に固定されている。連結部は、枠部１３０とミラー部１３１との間のレジストパターン７０１により被覆されていなかった箇所の金属膜７０２とシード層４０６とから形成されたものである。
【００６２】
以上のようにして枠部１３０及びミラー部１３１を形成したら、枠部１３０とミラー部１３１との間の開口部を介し、犠牲パターン４０１，４０２，４０３，４０４，４０５を、例えばオゾンアッシャーを用いて灰化する。この後、金属パターン１２１，１４１をマスクとしてシード層１０６を選択的に除去することで、図７（ｄ）に示すように、枠部１３０及びミラー部１３１の下に、支持部材１２０と制御電極部１４０とが形成された状態とする。ミラー部１３１は、制御電極部１４０上に所定の間隔をあけて配置された状態となる。
【００６３】
以上説明したように、図７を用いて説明した製造方法においても、最初にミラー駆動及び制御のための能動回路を下層電極基板に形成しておき、この後、上述したように制御電極部や支持部材を導電体パターンを積層することにより形成し、支持部材上に枠部及びミラー部を形成して光スイッチ装置を製造するようにした。この結果、本製造方法によれば、光スイッチ装置の小型化を可能とし、また、高い性能の光スイッチ装置を得ることができる。
【００６４】
また、本製造方法では、枠部及びミラー部を一枚の金属膜から形成するようにしたので、貼り合わせる工程が不要となり、この点で製造上の利点がある。なお応力による金属ミラーの反りを防ぐため，異なる応力特性を持つメッキ可能な金属を多層に積層して応力を制御したミラーを作製することが可能なことは，当業者であれば容易に推察できよう。
【００６５】
つぎに、他の製造方法について説明する。この製造方法では、前述した製造方法において、図３（ａ）〜図５（ａ）を用いて説明した工程までは、同様である。従って、以降では、これらの説明は省略する。本製造方法では、前述した製造方法と同様にし、金属パターン１２５を犠牲パターン４０５と同じ厚さに形成した後、図８に示すように、金属パターン１２５の表面を含む犠牲パターン４０５表面に、比較的低温で薄膜堆積可能なＥＣＲＣＶＤ法を用いてポリシリコンからなる薄膜８０１を膜厚１μｍ形成する。
【００６６】
薄膜８０１を形成したら、図８（ｂ）に示すように、レジストパターン８０２を形成する。次いで、レジストパターン８０２の開口部より薄膜８０１を選択的にエッチング除去し、レジストパターン８０２を除去することで、図８（ｃ）に示すように、枠部８３０とミラー部８３１とが形成された状態とする。
【００６７】
以上のようにして枠部８３０及びミラー部８３１を形成したら、枠部８３０とミラー部８３１との間の開口部を介し、犠牲パターン４０１，４０２，４０３，４０４，４０５を、例えばオゾンアッシャーを用いて灰化する。この後、金属パターン１２１，１４１をマスクとしてシード層１０６を選択的に除去することで、図８（ｄ）に示すように、枠部８３０及びミラー基板８３１の下に、支持部材１２０と制御電極部１４０とが形成された状態とする。ミラー部８３１は、制御電極部１４０上に所定の間隔をあけて配置された状態となる。
【００６８】
なお、ミラー部８３１は、トーションバネのように作用する連結部（図示せず）により枠部８３０に固定されている。連結部は、枠部８３０とミラー部８３１との間のレジストパターン８０２の開口部下の箇所の薄膜８０１から形成されたものである。
【００６９】
以上説明したように、図８を用いて説明した製造方法においても、最初にミラー駆動及び制御のための能動回路を下層電極基板に形成しておき、この後、上述したように制御電極部や支持部材を形成し、支持部材上に枠部及びミラー部を形成して光スイッチ装置を製造するようにした。この結果、本製造方法によれば、光スイッチ装置の小型化を可能とし、また、高い性能の光スイッチ装置を得ることができる。また、本製造方法では、貼り合わせることなくミラーを形成するようにしたので、貼り合わせる工程が不要となり、この点で製造上の利点がある。
なお、上述では、支持部材１２０及び制御電極部１４０を銅メッキによって形成する例を示したが、これらは、金メッキなどメッキ可能な金属のメッキにより形成してもよい。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、駆動制御回路などを含む集積回路が形成された半導体基板の上に、駆動制御回路により動作が制御される反射面を有する可動部と、これを支持する固定された支持部材とを備えたミラー素子が形成されているようにした。この結果、本発明によれば、集積度の低下や歩留りの低下を抑制した状態で、従来より容易により微細な光スイッチ装置が製造できるというすぐれた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における光スイッチ装置を構成するスイッチ素子の概略的な構成を示す断面図（ａ），平面図（ｂ），斜視図（ｃ）である。
【図２】本発明の実施の形態における光スイッチ装置の概略的な構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態における光スイッチの製造方法を説明する工程図である。
【図４】図３に続く、光スイッチの製造過程を示す工程図である。
【図５】図４に続く、光スイッチの製造過程を示す工程図である。
【図６】図５に続く、光スイッチの製造過程を示す工程図である。
【図７】光スイッチ装置の他の製造方法を説明する工程図である。
【図８】光スイッチ装置の他の製造方法を説明する工程図である。
【図９】従来の光スイッチ装置の概略的な構成を示す側面図である。
【図１０】従来の光スイッチ装置の製造過程を概略的に示す工程図である。
【符号の説明】
１０１…半導体基板、１０２…層間絶縁膜、１０３…接続電極、１０４…配線層、１０５…層間絶縁膜、１２０…支持部材、１２１…金属パターン（第１構造体）、１２２，１２３，１２４，１２５…金属パターン、１３０…枠部、１３１…ミラー部、１３２…可動枠、１４０…制御電極部、１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃ，１４０ｄ…制御電極、１４１，１４２，１４３，１４４…金属パターン、１５０…制御回路、１６１，１６２…連結部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号光の経路を変更する光スイッチ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インターネット通信網などにおける基盤となる光ネットワークにおいて必須となる波長分割多重技術（ＷＤＭ）には、光スイッチ装置が必要不可欠な要素部品となる。この種の光スイッチ装置には、光導波路型やＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）型などがあるが、中でも、可動する微細な反射面を有するＭＥＭＳ型の光スイッチ装置が有望視されている。
【０００３】
このＭＥＭＳ型の光スイッチ装置は、例えば、固定構造体と可動ミラーを有する反射構造体とから構成されている。固定構造体は、土台となる基板及びこの上に形成された電極などである。反射構造体は、支持材と可動部材を有し、ミラーとして作用する可動部材が、固定構造体と離間してトーションバネなどのバネ部材によって支持部材に接続されている。このような構造は、例えば、薄膜形成技術やフォトリソグラフィ技術を基本にしてエッチングすることなどで立体的に微細加工を行うマイクロマシン技術を利用して作製することが可能である。このように構成された光スイッチは、固定構造体と可動する反射構造体との間に働く引力、あるいは反発力によって反射構造体が可動することで光路を切り替えるスイッチング動作を行う。
【０００４】
上述したような光スイッチ装置をマイクロマシン技術で作製する場合には、大別して２つのタイプがある。一つは、いわゆる表面マイクロマシンによって作製されるタイプであり、他方はバルクマイクロマシンによって作製されるタイプである。
まず前者の表面マイクロマシンタイプについて説明する。表面マイクロマシンは、例えば、図９の側面図に示すように構成されている。図９において、基板９０１には、回動可能に支持部材９０２が設けられ、また、枠体９０４が、ヒンジ９０３を介して支持部材９０２に支持され、枠体９０４には、図示しないトーションバネを介してミラー９０５が連結支持されている。
【０００５】
ミラー９０５の下部には、ミラー９０５を駆動するための静電力を発生する電極部９０６が、図示しない配線に接続して形成されている。このような構造は、例えば、酸化シリコン膜を基板の表面に形成する工程，電極配線構造を基板上に形成する工程，ミラーとなるポリシリコン膜を酸化シリコン膜上に形成する工程，及び酸化シリコン膜の所望の部分を犠牲層としてフッ酸等でエッチングしてミラーを基板より分離した状態にする工程などによって作製される。
【０００６】
これらの表面マイクロマシン技術を構成する要素技術は、大規模集積回路のプロセス技術の応用である。このため、薄膜を形成して作製する構造の高さ方向の大きさは、たかだか数μｍに制限される。ミラーの回転を可能とするため、下部の電極部９０６とミラー９０５との間隔を１０μｍ以上設ける必要がある光スイッチ装置では、酸化シリコンからなる犠牲層の除去とともに、ポリシリコン膜の内部応力によってミラー９０５を持ち上げることや、支持部材９０２を静電力によって回動させることによりミラー９０５の部分を電極部９０６より離間させる方法がとられている。
【０００７】
一方、バルクマイクロマシンタイプでは、一般的にミラーを構成する基板と電極を構成する基板とを個別に作製し、これらを連結させることによって光スイッチ装置を形成している。ミラーの作製にはＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いることが提案されている。ＳＯＩ基板を用いて作製されたミラーは、単結晶のシリコンからなり、表面マイクロマシンで一般的なポリシリコンではない。ポリシリコンからなる構造体では、多結晶であるために応力起因のミラーの反りが発生するが、ＳＯＩ基板を用いた単結晶シリコンから構成されるミラーでは、反りなどが比較的小さい等の利点を有する。
【０００８】
以下、ＳＯＩ基板を用いた光スイッチの製造について、図１０の断面図を用いて概略を説明する。まず、図１０（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板１００１の埋め込み酸化膜１００２が形成されている側（主表面）より、公知のフォトリソグラフィ技術とＤＥＥＰ ＲＩＥなどのエッチングによって溝１００１ａを形成することで、埋め込み酸化膜１００２上の単結晶シリコン層１００３にミラー１００４を形成する。
【０００９】
このとき、ミラー１００４の反射率を向上させるために、ミラー１００４表面にＡｕなどの金属膜を形成する場合もある。なお、ＤＥＥＰ ＲＩＥは、例えばシリコンをドライエッチングするときに、ＳＦ６とＣ４Ｆ８のガスを交互に導入し、エッチングと側壁保護膜形成とを繰り返すことにより、アスペクト比が５０にもなる溝または穴を、毎分数μｍのエッチング速度で形成する技術である。
【００１０】
つぎに、ＳＯＩ基板１００１の裏面にミラー１００４の形成領域が開口したレジストパターンを形成し、水酸化カリウム水溶液などのエッチング液を用いてＳＯＩ基板１００１の裏面より選択的にシリコンをエッチングする。このエッチングでは、埋め込み酸化膜１００２をエッチングストッパ層として用い、図１０（ｂ）に示すように、ミラー１００４の形成領域に対応するＳＯＩ基板１００１の裏面に開口部１００１ｂを形成する。次いで、埋め込み酸化膜１００２の開口部１００１ｂに露出している領域を、フッ酸を用いて選択的に除去することで、図１０（ｃ）に示すように、ＳＯＩ基板１００１に支持された回動可能なミラー１００４が形成された状態とする。
【００１１】
一方、シリコン基板１０１１をシリコン窒化膜あるいはシリコン酸化膜からなる所定のマスクパターンをマスクとし、水酸化カリウム水溶液で選択的にエッチングすることで、図１０（ｄ）に示すように、凹部構造が形成された状態とする。次いで、凹部構造上に蒸着法などにより金属膜を形成し、この金属膜を公知の超深度露光を用いたフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とによりパターニングし、図１０（ｅ）に示すように、電極部１０１２を形成する。
【００１２】
最後に、図１０（ｃ）に示すミラー１００４が形成されたＳＯＩ基板１００１と、図１０（ｅ）に示すシリコン基板１０１１とを貼り合わせることで、図１０（ｆ）に示すように、電界印加によってミラー１００４が可動する光スイッチ装置が製造できる。
【００１３】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を本件の出願時までに発見するには至らなかった。
【００１４】
【非特許文献１】
Ｐａｍｅｌａ Ｒ．Ｐａｔｔｅｒｓｏｎ，Ｄｏｏｙｏｕｎｇ Ｈａｈ，Ｇｕｏ−Ｄｕｎｇ Ｊ．Ｓｕ，Ｈｉｒｏｓｈｉ Ｔｏｓｈｉｙｏｓｈｉ，ａｎｄ Ｍｉｎｇ Ｃ．Ｗｕ，”ＭＯＥＭＳ ＥＬＥＣＴＯＲＯＳＴＡＴＩＣ ＳＣＡＮＮＩＮＧ ＭＩＣＲＯＭＩＲＲＯＲＳ ＤＥＳＩＧＮ ＡＮＤ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ” Ｅｌｅｃｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ Ｖｏｌ２００２−４ ｐ３６９−３８０，（２００２）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述した表面マイクロマシン技術による光スイッチの作製では、ミラーの作製過程で、図９に示す支持部材９０２のように、可動構造体として支持構造体を形成するため、支持構造体を形成する工程の歩留りが他の工程の歩留りより低く、光スイッチ装置の製造歩留りを低下させる要因となっている。また、ミラー以外にも可動部分があるという可動部分の多さは、光スイッチの信頼性を低下させる要因となる。
【００１６】
一方、バルクマイクロマシン技術による光スイッチの作製では、前述した表面マイクロマシンによる作製方法に比較して、ミラーの可動空間を稼ぐための犠牲層エッチングなどの工程がないので、歩留りや信頼性の点では有利な方法である。しかしながら、図１０に示したこの製造方法では、ミラーの可動空間は主に、ＫＯＨ溶液等によるＳｉの異方性エッチングによって作製されるため、以下に記す問題がある。まず、ミラー側のＳＯＩ基板においてミラーを回動可能とするためには、ほぼ基板の厚さに相当するＳｉのエッチングが必要となる。このとき、エッチングすべきＳｉの厚さは少なくとも数百μｍに相当する。
【００１７】
ＫＯＨ溶液をエッチャントとし、例えば、市販されている厚さ６２５μｍの、表面がＳｉ（１００）の６インチＳＯＩ基板の裏面側を、上述したようにアルカリ水溶液で異方性エッチングすると、約５５度の傾斜角度を持つ（１１１）面を露出するようにエッチングされる。例えば、埋め込み酸化膜上のシリコン層の厚さを１０μｍ、埋め込み酸化膜の厚さを１μｍとすると、図１０（ｂ）に示したＳｉエッチングすべき厚さは６１４（＝６２５−１０−１）μｍになる。
【００１８】
このようなＳｉエッチング後において５００μｍ角のミラーの領域を確保しようとすると、上述の異方性によって、ＳＯＩ基板の裏面においては、約６００μｍ角の領域をエッチング除去することになる。従って、一つのミラーを形成するために、ミラーの可動には関係しない無駄な領域が多くなる。これでは、チップ内におけるミラー形成部の占有する面積が大きくなり、光スイッチ装置の集積度を向上させる上で不利となる。
【００１９】
さらに、このような加工法は、エッチングのために、基板の表側と裏側両方での位置合わせが必要になり、いわゆる両面アライナー工程など複雑な工程を必要とする点も欠点である、また、電極部を形成する側の基板も、ミラーの可動空間を作るために１０μｍ以上のＫＯＨ溶液によるエッチングが必要となる。このとき、ミラーが形成される基板と同様に異方性エッチングのため、ミラーの可動空間となる凹部構造を形成しようとすると、シリコン基板の表面において、１０μｍ角以上の領域をはじめに占有してパターニングしなければならないので、やはり電極側の集積度も上げられない。
【００２０】
また、ＩＣやＬＳＩと言ったプレーナプロセスで作製される制御回路と、上記光スイッチ装置を一体化しようとしても、上述したような異方性エッチングに始まる電極基板の作り方では、ミラーの制御のために必要なＩＣやＬＳＩをあらかじめ電極基板側に作り込んでおくことや、多層配線構造を取ることも非常に困難である。このため、上述したような製造方法では、制御のための素子の高集積化やミラー当たり多数の電極配線が必要な複雑な制御系の達成が、困難なものとなっている。従って、上述した光スイッチの製造方法では、光スイッチ構造自体は小型化が可能であっても、外部に制御回路が必要となるため所望の性能を得るための装置、例えば光スイッチ装置としては大きなものとなってしまうという問題がある。
【００２１】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、集積度の低下や歩留りの低下を抑制した状態で、駆動制御回路などを含む集積回路が形成された半導体基板の上にミラー素子が一体に形成された光スイッチ装置を、従来より容易により製造できるようにすることを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の実施の形態に係る光スイッチ装置は、集積回路が形成された半導体基板上に絶縁膜を介して固定された支持部材、この支持部材の上に固定された枠部及び枠部の内側に支持された板状の可動部を備えたミラー構造体、可動部の少なくとも一部に設けられた光を反射する反射部、半導体基板上に絶縁膜を介して設けられた可動部に対向する固定電極から構成された光スイッチ素子と、可動部及び固定電極に所定の電位を印加して光スイッチ素子を駆動する集積回路に組み込まれた駆動制御回路とを少なくとも備えたものである。
この光スイッチ装置は、集積回路が形成された半導体基板上において、枠部により支持された反射部を備えて可動する可動部が、固定構造体である支持部材によって固定電極の上部に空間を備えて配置されている。
【００２３】
上記光スイッチ装置において、支持部材は、積層された複数の構造体から構成しても良く、例えば、支持部材は、半導体基板上に絶縁膜を介して形成された第１構造体と、この第１構造体の上に積層された第２構造体とから構成され、固定電極は、少なくとも第２構造体の厚さだけ支持部材より低く形成されているようにしてもよい。また、支持部材は、半導体基板上に絶縁膜を介して形成された第１構造体と、この第１構造体の上に積層された第２構造体と、この第２構造体の上に積層された第３構造体とから構成され、固定電極は、半導体基板上に絶縁膜を介して形成された第１構造体と同一の厚さの第４構造体と、この第４構造体の上に積層された第２構造体と同一の厚さの第５構造体とを含み、少なくとも第３構造体の厚さだけ支持部材より低く形成されているようにしてもよい。
【００２４】
また、上記光スイッチ装置において、固定電極は、ミラー構造体に近づくほど可動部の中央部に向かって細くなるように形成されているようにしてもよい。
また、上記光スイッチ装置において、可動部は、可動電極を備えるようにしてもよい。また、可動部に発生している電荷を放電する放電手段を備えるようにしてもよい。また、複数の光スイッチ素子が、半導体基板上にマトリクス状に配列されているようにしてもよい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態における光スイッチ装置の構成例を示す概略的な断面図（ａ），平面図（ｂ），及び斜視図（ｃ）である。図１では、主に光スイッチ装置の１構成単位である一つのミラーを備えたスイッチ素子を部分的に示している。
【００２６】
この光スイッチ装置の構成について説明すると、まず、例えば、シリコンからなる半導体基板１０１を備え、半導体基板１０１には、複数の素子から構成された集積回路（図示せず）が形成されている。集積回路の上には、層間絶縁膜１０２が形成されている。層間絶縁膜１０２上には、更に配線層１０４，層間絶縁膜１０５が形成されている。また、半導体基板１０１の上には、絶縁膜１０２，１０５を介して支持部材１２０が固定され、支持部材１２０は、ミラー構造体を支持している。
【００２７】
本実施の形態において、支持部材１２０は、金などの導電材料から構成され、層間絶縁膜１０５に形成されたスルーホールを通じ、層間絶縁膜１０２上に形成された所定の配線層１０４に電気的に接続されている。また、支持部材１２０は、金属パターン（第１構造体）１２１，金属パターン１２２，金属パターン１２３，金属パターン１２４，金属パターン１２５から構成された積層構造体である。
【００２８】
ミラー構造体は、支持部材１２０に固定された板状の枠部１３０と、枠部１３０の内側に、半導体基板１０１より離間して支持された板状の可動部とから構成されている。本実施の形態においては、図１に示すように、上記可動部を、一対の連結部１６１を介して枠部１３０の内側に支持された可動枠１３２と、１対の連結部１６２を介して可動枠１３２の内側に支持されたミラー部１３１とから構成した。また、ミラー部１３１は、例えば、直径５００μｍ程度の円板であり、図１（ａ）の紙面において上方の面に反射面が形成されている。本実施の形態では、ミラー部１３１の上方の面の全域に反射面が形成されている。なお、反射面は、ミラー部１３１の一部に形成するようにしてもよい。
【００２９】
加えて、枠部１３０，可動枠１３２，及びミラー部１３１からなるミラー構造体は、例えば金などの導電材料から構成されている。従って、本実施の形態では、ミラー部１３１は、支持部材１２０を介して前述した配線層に電気的に接続された可動電極でもある。なお、ミラー構造体を絶縁材料から構成し、この表面に金属膜を形成してミラー部に可動電極を設けるようにしてもよい。
【００３０】
ここで、ミラー構造体についてより詳細に説明する。可動枠１３２は、枠部１３０の開口領域の中心を通る所定の軸を中心に回動可能となるように、上記軸上の２箇所に設けられたトーションバネのように作用する一対の連結部１６１により、枠部１３０に吊設しかつ軸着している。また、ミラー部１３１は、枠部１３０の開口領域の中心を通って上記軸とは直交する直交軸を中心に回動可能となるように、上記直交軸上の２箇所に設けられたトーションバネのように作用する一対の連結部１６２により、可動枠１３２に吊設しかつ軸着している。
【００３１】
従って、ミラー部１３１は、２軸動作が可能な状態となっている。前述したように４つの制御電極部１４０を備え、ミラー部１３１を２軸動作可能な状態とすることで、例えば、図１（ｃ）に示すように、ミラー部１３１を回動させることが可能となる。なお図１（ｃ）は、可動枠１３２を約１０°，ミラー部１３１を約１０°回動させた状態を示している。
【００３２】
一方、ミラー部１３１の下方の半導体基板１０１上には、絶縁膜１０２，１０５を介してミラー部１３１の回動動作を制御するための制御電極部（固定電極）１４０が形成されている。
本実施の形態において、制御電極部１４０は、金などの導電材料から構成され、層間絶縁膜１０５に形成されたスルーホールを通し、層間絶縁膜１０２上に形成された所定の配線層１０４に電気的に接続されている。また、制御電極部１４０も、金属パターン１４１，１４２，１４３，１４４が積層されて構成された積層構造体である。
【００３３】
制御電極部１４０を構成する金属パターン１４１は、支持部材１２０を構成する金属パターン１２１と同じ膜厚に形成され、金属パターン１４２は金属パターン１２２と同じ膜厚に形成され、金属パターン１４３は金属パターン１２３と同じ膜厚に形成され、金属パターン１４４は金属パターン１２４と同じ膜厚に形成されている。従って、制御電極部１４０は支持部材１２０より、電極パターン１２５の膜厚だけ低く形成されている。
【００３４】
なお、支持部材１２０を２つの金属パターンから構成し、この下層の金属パターンと同じ膜厚の金属パターンで制御電極部１４０を構成するなど、支持部材１２０を２層の積層構造体としてもよく、支持部材１２０を３層の積層構造体とし、制御電極部１４０を２層の積層構造体としてもよく、制御電極部１４０が支持部材１２０より少なくとも１層少ない状態となっていればよい。
【００３５】
また、本実施の形態において、制御電極部１４０を構成する各金属パターンは、下層の金属パターンほど面積が大きく形成されている。また、各制御電極部１４０は、上部に行くほど、すなわち、ミラー構造体に近づくほど、可動部であるミラー部１３１の中央部に向かって細くなるように、各金属パターンが積層されている。このように構成することで、制御電極部１４０の上部をミラー部１３１により近づけた状態で、ミラー部１３１の可動範囲をより大きくすることが可能となる。
【００３６】
制御電極部（固定電極）１４０は、例えば、図１（ｂ）の平面図に示すように、４つの制御電極１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃ，１４０ｄから構成され、制御電極１４０ａ，１４０ｃと制御電極１４０ｂ，１４０ｄとは、一対の連結部１６１を通る軸に対称に配置し、制御電極１４０ａ，１４０ｂと制御電極１４０ｃ，１４０ｄとは、一対の連結部１６２を通る軸に対象に配置されている。このように、複数の制御電極部を備えることで、ミラー部１３１の姿勢をより細かく制御することが可能となる。
【００３７】
また、本実施の形態の光スイッチ装置では、半導体基板１０１に形成されている図示していない集積回路の一部として、制御回路１５０が構成されている。制御回路１５０は、例えば、固定電極である制御電極部１４０のうちいずれかの制御電極と可動電極であるミラー部１３１との間に所定の電位差を生じさせることにより、選択された制御電極（固定電極）とミラー部（可動電極）１３１とに電荷を誘導し、これらの電荷にクーロン力を作用させることで、ミラー部１３１を可動させる。
【００３８】
ミラー部１３１は、誘導された電荷に働く静電力による回転軸周りのトルクと、可動部が回転することにより連結部１６１，１６２に生じた逆向きのトルクが釣り合う位置で静止する。また、制御回路１５０は、制御電極とミラー部１３１との間の電位差を解消し、ミラー部１３１に発生している電荷を放電させることで、ミラー部１３１の可動状態を解消させる。
【００３９】
なお、本実施の形態では、図１（ｂ）の平面図に示すように、支持部材１２０を、制御電極部１４０が形成されている空間を囲う枠状の構造体としたが、これに限るものではない。支持部材１２０は、ミラー構造体の枠部１３０の所定の箇所を支持する状態となっていればよい。例えば、図１（ｂ）において、上記空間の４隅の枠部１３０下部に分離した状態で支持部材が設けられていてもよい。
【００４０】
上述したように、本実施の形態によれば、駆動制御回路などを含む集積回路が形成された半導体基板の上にミラー素子が一体に形成された光スイッチ装置を、従来より容易により製造できるようになる。図２は、図１に示したスイッチ素子を、例えば半導体基板上の１平面上に、マトリクス状の配置して構成した光スイッチ装置の例である。
【００４１】
以下、本実施の形態における光スイッチ装置の製造方法について説明する。まず、図３（ａ）に示すように、例えばシリコンなどの半導体からなる半導体基板１０１上に、前述した制御回路などを構成する能動回路（図示せず）を形成した後、シリコン酸化物からなる層間絶縁膜１０２を形成する。また、層間絶縁膜１０２に、接続口を形成してから、この接続口を介して下層の配線などに接続電極１０３を介して接続する配線層１０４を形成する。
【００４２】
これらは、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより形成できるものである。例えば、上記能動回路は、ＣＭＯＳＬＳＩプロセスで作製することができる。また、接続電極１０３及び配線層１０４は、Ａｕ／Ｔｉからなる金属膜を形成し、これを加工することで形成できる。上記金属膜は、下層のＴｉは膜厚０．１μｍ程度とし、上層のＡｕは膜厚０．３μｍ程度とすればよい。
【００４３】
この金属膜の形成は次のようにすればよい。シリコン酸化膜の上にスパッタ法や蒸着法などによりＡｕ／Ｔｉを形成する。次いで、フォトリソグラフィ技術により所定のパターンを形成する。このとき、電極配線、後述するミラー基板を貼り合わせるための接続部及びワイヤボンディング用パッドを形成するためのレジストパターンを同時に形成する。このレジストパターンをマスクとし、ウエットエッチング法によりＡｕ／Ｔｉ膜を選択的に除去し、レジストパターンを除去すれば、配線層１０４が形成できる。また、配線層１０４には、電極配線，後述するミラー基板を接続するための接続部，ワイヤボンディング用パッド（図示せず）などが形成されている。
【００４４】
これらを形成した後、配線層１０４を覆う層間絶縁膜１０５を形成する。層間絶縁膜１０５は、例えば、感光性有機樹脂であるポリベンゾオキサゾールを塗布することで膜厚数μｍ程度に形成したポリイミド膜から構成することができる。なお、層間絶縁膜１０５は、他の絶縁材料から形成するようにしてもよい。
【００４５】
つぎに、図３（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１０５に、配線層１０４の所定部分が露出する開口部１０５ａを形成する。上述したように、層間絶縁膜１０５を感光性有機樹脂で形成した場合、開口部１０５ａが形成される領域が開口するように露光現像してパターンを形成し、パターンを形成した後でアニールして膜を硬化させることで、開口部１０５ａを備えた層間絶縁膜１０５を形成することができる。
【００４６】
つぎに、図３（ｃ）に示すように、開口部１０５ａ内を含めて層間絶縁膜１０５上を覆うシード層１０６を形成する。シード層１０６は、例えば、Ｔｉ／Ｃｕ／Ｔｉからなる金属膜であり、膜厚はＴｉ，Ｃｕとも０．１μｍ程度とすればよい。
つぎに、図４（ａ）に示すように、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の犠牲パターン４０１を形成する。犠牲パターン４０１は、例えば、感光性有機樹脂であるポリベンザオキサゾールからなる膜をフォトリソグラフィ技術で加工することで形成できる。
【００４７】
例えば、まず、ポリベンサオキサゾールを塗布することで、ポリイミド膜を形成し、このポリイミド膜の上に、フォトマスクを使用したコンタクトアライナやレチクルを使用したステッパを用いて露光し、所定のパターンの感光部を形成する。この感光部は、ミラー電極パターンやミラー基板を接続するための接続部分及びワイヤボンディング用パッドを形成する部分などを開口させる領域である。次いで、このような感光部が形成されたポリイミド膜を現像し、感光部を現像液に溶解し、所望の開口領域を備えた犠牲パターン４０１を形成する。
【００４８】
つぎに、図４（ｂ）に示すように、犠牲パターン４０１の開口部内に露出したシード層１０６上に、電解メッキ法によりＣｕからなる金属パターン１２１，１４１を犠牲パターン４０１と同じ厚さに形成する。このとき、金属パターン１２１，１４１と犠牲パターン４０１との表面が、ほぼ同一平面を形成するように平坦な状態にする。
【００４９】
つぎに、図４（ｃ）に示すように、前述と同様にして、所望の開口パターンを有し、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の犠牲パターン４０２を形成し、犠牲パターン４０２の開口部内に露出した金属パターン１２１，１４１上に、電解メッキ法によりＣｕからなる金属パターン１２２，１４２を犠牲パターン４０２と同じ厚さに形成する。このとき、金属パターン１２２は、この下の金属パターン１２１と同じ大きさに形成する。また、金属パターン１４２は、この下の金属パターン１４１よりも小さくかつ隣り合う金属パターン１４２同士の間隔を、隣り合う金属パターン１４１同士の間隔となるように形成する。
【００５０】
つぎに、図４（ｄ）に示すように、前述と同様にして、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の犠牲パターン４０３を形成し、犠牲パターン４０３の開口部内に露出した金属パターン１２２，１４２上に、電解メッキ法によりＣｕからなる金属パターン１２３，１４３を犠牲パターン４０３と同じ厚さに形成する。このとき、金属パターン１２３は、この下の金属パターン１２２と同じ大きさに形成する。また、金属パターン１４３は、この下の金属パターン１４２よりも小さくかつ隣り合う金属パターン１４３同士の間隔を、隣り合う金属パターン１４１同士の間隔となるように形成する。
【００５１】
つぎに、図４（ｅ）に示すように、前述と同様にして、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の犠牲パターン４０４を形成し、犠牲パターン４０４の開口部内に露出した金属パターン１２３，１４３上に、電解メッキ法によりＣｕからなる金属パターン１２４，１４４を犠牲パターン４０４と同じ厚さに形成する。このとき、金属パターン１２４は、この下の金属パターン１２３と同じ大きさに形成する。また、金属パターン１４４は、この下の金属パターン１４３よりも小さくかつ隣り合う金属パターン１４４同士の間隔を、隣り合う金属パターン１４１同士の間隔となるように形成する。
【００５２】
つぎに、図５（ａ）に示すように、前述と同様にして、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の犠牲パターン４０５を形成し、犠牲パターン４０５の開口部に露出した金属パターン１２４上に、電解メッキ法によりＣｕからなる金属パターン１２５を犠牲パターン４０５と同じ厚さに形成する。このとき、金属パターン１２５は、この下の金属パターン１２５と同じ大きさに形成する。なお、ここでは、犠牲パターン４０５の金属パターン１４４上部には、開口部を形成せず、犠牲パターン４０５により金属パターン１４４を覆った状態とする。
【００５３】
つぎに、図５（ｂ）に示すように、金属パターン１２５の表面を含む犠牲パターン４０５表面に、Ａｕ／Ｔｉからなる金属膜から構成されたシード層４０６を形成する。シード層４０６は、例えば、膜厚０．１μｍのＴｉ層と、この上に形成された膜厚０．１μｍのＡｕ層とから構成する。シード層４０６を形成したら、金属パターン１２５の上部が部分的に開口したレジストパターン４０７を形成する。
【００５４】
つぎに、図５（ｃ）に示すように、レジストパターン４０７の開口部内に露出したシード層４０６上に、電解メッキ法によりＡｕからなる膜厚１μｍ程度の金属膜４０８を形成する。次いで、図５（ｄ）に示すように、レジストパターン４０７を除去したら、金属膜４０８をマスクとしてウエットエッチング法によりシード層４０６をエッチング除去し、図５（ｅ）に示すように、金属パターン１２６が形成された状態とする。
【００５５】
つぎに、図６（ａ）に示すように、例えばオゾンアッシャーを用いて灰化することで、犠牲パターン４０１，４０２，４０３，４０４，４０５を除去し、図６（ａ）に示すように、金属パターン１２１，１２２，１２３，１２４，１２５，及び金属パターン１２６からなる構造体と、金属パターン１４１，１４２，１４３，１４５からなる構造体とが形成され、これらの間に空間を備えた状態とする。
【００５６】
この後、金属パターン１２１，１４１などをマスクとし、ウエットエッチング法によりシード層１０６を選択的にエッチング除去することで、図６（ｂ）に示すように、支持部材１２０と制御電極部１４０とが形成された状態とする。ここで、制御電極部１４０は、隣り合う各金属パターン１４１，１４２，１４３，１４５同士の間隔を同一の状態とし、かつ、上部に行くほど、すなわち以降で形成されるミラー構造体に近づくほど小さくなるように形成した。この結果、制御電極部１４０は、ミラー部１３１の中央部に向かって細くなるように形成された状態となる。
【００５７】
この後、ミラー部１３１が回動可能に連結部（図示せず）を介して設けられた枠部１３０を、支持部材１２０上に接続固定することで、図６（ｃ）に示すように光スイッチ装置が形成される。枠部１３０の支持部材１２０への接続固定は、例えば、ハンダや異方性導電性接着剤により接着固定することで行えばよい。
【００５８】
以上説明した製造方法によれば、最初にミラー駆動及び制御のための能動回路（集積回路）を下層電極基板に形成しておき、この後、上述したように制御電極部や固定された支持部材を形成し、支持部材の上にミラー基板を接続して光スイッチ装置を製造するようにした。また、上述では、制御電極部や支持部材を、金属（導電体）パターンを積層することにより形成した。この結果、本実施の形態によれば、光スイッチ装置の小型化を可能とし、また、高い性能の光スイッチ装置を得ることができる。
【００５９】
つぎに、他の製造方法について説明する。この製造方法では、前述した製造方法において、図３（ａ）〜図５（ａ）を用いて説明した工程までは、同様である。従って、以降では、これらの説明は省略する。本製造方法では、前述した製造方法と同様にし、金属パターン１２５を犠牲パターン４０５と同じ厚さに形成した後、図７（ａ）に示すように、金属パターン１２５の表面を含む犠牲パターン４０５表面に、Ａｕ／Ｔｉからなる金属膜から構成されたシード層４０６を形成する。シード層４０６は、例えば、膜厚０．１μｍのＴｉ層と、この上に形成された膜厚０．１μｍのＡｕ層とから構成する。
【００６０】
シード層４０６を形成したら、レジストパターン７０１を形成する。次いで、図７（ｂ）に示すように、レジストパターン７０１の形成領域以外に露出しているシード層４０６上に、電解メッキ法によりＡｕからなる膜厚１μｍの金属膜７０２を形成する。つぎに、レジストパターン７０１を除去した後、金属膜７０２をマスクとしてシード層４０６を選択的に除去することで、図７（ｃ）に示すように、枠部１３０とミラー部１３１とが形成された状態とする。
【００６１】
なお、ミラー部１３１は、トーションバネのように作用する連結部により枠部１３０に固定されている。連結部は、枠部１３０とミラー部１３１との間のレジストパターン７０１により被覆されていなかった箇所の金属膜７０２とシード層４０６とから形成されたものである。
【００６２】
以上のようにして枠部１３０及びミラー部１３１を形成したら、枠部１３０とミラー部１３１との間の開口部を介し、犠牲パターン４０１，４０２，４０３，４０４，４０５を、例えばオゾンアッシャーを用いて灰化する。この後、金属パターン１２１，１４１をマスクとしてシード層１０６を選択的に除去することで、図７（ｄ）に示すように、枠部１３０及びミラー部１３１の下に、支持部材１２０と制御電極部１４０とが形成された状態とする。ミラー部１３１は、制御電極部１４０上に所定の間隔をあけて配置された状態となる。
【００６３】
以上説明したように、図７を用いて説明した製造方法においても、最初にミラー駆動及び制御のための能動回路を下層電極基板に形成しておき、この後、上述したように制御電極部や支持部材を導電体パターンを積層することにより形成し、支持部材上に枠部及びミラー部を形成して光スイッチ装置を製造するようにした。この結果、本製造方法によれば、光スイッチ装置の小型化を可能とし、また、高い性能の光スイッチ装置を得ることができる。
【００６４】
また、本製造方法では、枠部及びミラー部を一枚の金属膜から形成するようにしたので、貼り合わせる工程が不要となり、この点で製造上の利点がある。なお応力による金属ミラーの反りを防ぐため，異なる応力特性を持つメッキ可能な金属を多層に積層して応力を制御したミラーを作製することが可能なことは，当業者であれば容易に推察できよう。
【００６５】
つぎに、他の製造方法について説明する。この製造方法では、前述した製造方法において、図３（ａ）〜図５（ａ）を用いて説明した工程までは、同様である。従って、以降では、これらの説明は省略する。本製造方法では、前述した製造方法と同様にし、金属パターン１２５を犠牲パターン４０５と同じ厚さに形成した後、図８に示すように、金属パターン１２５の表面を含む犠牲パターン４０５表面に、比較的低温で薄膜堆積可能なＥＣＲＣＶＤ法を用いてポリシリコンからなる薄膜８０１を膜厚１μｍ形成する。
【００６６】
薄膜８０１を形成したら、図８（ｂ）に示すように、レジストパターン８０２を形成する。次いで、レジストパターン８０２の開口部より薄膜８０１を選択的にエッチング除去し、レジストパターン８０２を除去することで、図８（ｃ）に示すように、枠部８３０とミラー部８３１とが形成された状態とする。
【００６７】
以上のようにして枠部８３０及びミラー部８３１を形成したら、枠部８３０とミラー部８３１との間の開口部を介し、犠牲パターン４０１，４０２，４０３，４０４，４０５を、例えばオゾンアッシャーを用いて灰化する。この後、金属パターン１２１，１４１をマスクとしてシード層１０６を選択的に除去することで、図８（ｄ）に示すように、枠部８３０及びミラー基板８３１の下に、支持部材１２０と制御電極部１４０とが形成された状態とする。ミラー部８３１は、制御電極部１４０上に所定の間隔をあけて配置された状態となる。
【００６８】
なお、ミラー部８３１は、トーションバネのように作用する連結部（図示せず）により枠部８３０に固定されている。連結部は、枠部８３０とミラー部８３１との間のレジストパターン８０２の開口部下の箇所の薄膜８０１から形成されたものである。
【００６９】
以上説明したように、図８を用いて説明した製造方法においても、最初にミラー駆動及び制御のための能動回路を下層電極基板に形成しておき、この後、上述したように制御電極部や支持部材を形成し、支持部材上に枠部及びミラー部を形成して光スイッチ装置を製造するようにした。この結果、本製造方法によれば、光スイッチ装置の小型化を可能とし、また、高い性能の光スイッチ装置を得ることができる。また、本製造方法では、貼り合わせることなくミラーを形成するようにしたので、貼り合わせる工程が不要となり、この点で製造上の利点がある。
なお、上述では、支持部材１２０及び制御電極部１４０を銅メッキによって形成する例を示したが、これらは、金メッキなどメッキ可能な金属のメッキにより形成してもよい。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、駆動制御回路などを含む集積回路が形成された半導体基板の上に、駆動制御回路により動作が制御される反射面を有する可動部と、これを支持する固定された支持部材とを備えたミラー素子が形成されているようにした。この結果、本発明によれば、集積度の低下や歩留りの低下を抑制した状態で、従来より容易により微細な光スイッチ装置が製造できるというすぐれた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における光スイッチ装置を構成するスイッチ素子の概略的な構成を示す断面図（ａ），平面図（ｂ），斜視図（ｃ）である。
【図２】本発明の実施の形態における光スイッチ装置の概略的な構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態における光スイッチの製造方法を説明する工程図である。
【図４】図３に続く、光スイッチの製造過程を示す工程図である。
【図５】図４に続く、光スイッチの製造過程を示す工程図である。
【図６】図５に続く、光スイッチの製造過程を示す工程図である。
【図７】光スイッチ装置の他の製造方法を説明する工程図である。
【図８】光スイッチ装置の他の製造方法を説明する工程図である。
【図９】従来の光スイッチ装置の概略的な構成を示す側面図である。
【図１０】従来の光スイッチ装置の製造過程を概略的に示す工程図である。
【符号の説明】
１０１…半導体基板、１０２…層間絶縁膜、１０３…接続電極、１０４…配線層、１０５…層間絶縁膜、１２０…支持部材、１２１…金属パターン（第１構造体）、１２２，１２３，１２４，１２５…金属パターン、１３０…枠部、１３１…ミラー部、１３２…可動枠、１４０…制御電極部、１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃ，１４０ｄ…制御電極、１４１，１４２，１４３，１４４…金属パターン、１５０…制御回路、１６１，１６２…連結部。
Claims (8)
- 集積回路が形成された半導体基板上に絶縁膜を介して固定された支持部材、
この支持部材の上に固定された枠部及び前記枠部の内側に支持された板状の可動部を備えたミラー構造体、
前記可動部の少なくとも一部に設けられた光を反射する反射部、
前記半導体基板上に絶縁膜を介して設けられた前記可動部に対向する固定電極
から構成された光スイッチ素子と、
前記可動部及び前記固定電極に所定の電位を印加して前記光スイッチ素子を駆動する前記集積回路に組み込まれた駆動制御回路と
を少なくとも備えたことを特徴とする光スイッチ装置。 - 請求項１記載の光スイッチ装置において、
前記支持部材は、積層された複数の構造体から構成されたことを特徴とする光スイッチ装置。 - 請求項２記載の光スイッチ装置において、
前記支持部材は、前記半導体基板上に絶縁膜を介して形成された第１構造体と、この第１構造体の上に積層された第２構造体とから構成され、
前記固定電極は、少なくとも前記第２構造体の厚さだけ前記支持部材より低く形成され
たことを特徴とする光スイッチ装置。 - 請求項２記載の光スイッチ装置において、
前記支持部材は、前記半導体基板上に絶縁膜を介して形成された第１構造体と、この第１構造体の上に積層された第２構造体と、この第２構造体の上に積層された第３構造体とから構成され、
前記固定電極は、前記半導体基板上に絶縁膜を介して形成された前記第１構造体と同一の厚さの第４構造体と、この第４構造体の上に積層された前記第２構造体と同一の厚さの第５構造体とを含み、少なくとも前記第３構造体の厚さだけ前記支持部材より低く形成され
たことを特徴とする光スイッチ装置。 - 請求項４記載の光スイッチ装置において、
前記固定電極は、前記ミラー構造体に近づくほど前記可動部の中央部に向かって細くなるように形成されている
ことを特徴とする光スイッチ装置。 - 請求項１〜５のいずれか１項に記載の光スイッチ装置において、
前記可動部は、可動電極を備えることを特徴とする光スイッチ装置。 - 請求項１〜６のいずれか１項に記載の光スイッチ装置において、
前記可動部に発生している電荷を放電する放電手段を備えることを特徴とする光スイッチ装置。 - 請求項１〜７のいずれか１項に記載の光スイッチ装置において、
複数の前記光スイッチ素子が、前記半導体基板上にマトリクス状に配列されている
ことを特徴とする光スイッチ装置。
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| WO2011080883A1 (ja) * | 2009-12-28 | 2011-07-07 | 株式会社ニコン | 電気機械変換器、空間光変調器、露光装置およびそれらの製造方法 |
| JP2011138888A (ja) * | 2009-12-28 | 2011-07-14 | Nikon Corp | 電気機械変換器、空間光変調器、露光装置およびそれらの製造方法 |
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