JP2005043514A - Device, optical system, and method for measuring and inspecting device - Google Patents

Device, optical system, and method for measuring and inspecting device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To judge the quality of a device constructed with a thin film and provided with a structural body which is supported by a substrate so as to make at least a part of which separated from the substrate via space, without requiring expertness and with high precision. <P>SOLUTION: The device has a micro actuator 21 which is constructed with the thin film and is a cantilever structural body supported by the substrate so as to be separated from the substrate via the space. Marks 161a-161f, 161a'-161f' for measuring positions of measurement places P1-P3 of the micro actuator 21 relative to the substrate are formed on the substrate. The relative positions of the measurement places P1-P3 are measured by using the marks 161a-161f, 161a'-161f', and based on the result of the measurement, the quality of the device is judged. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＭＥＭＳデバイスなどの、基体と、薄膜で構成されるとともに少なくとも一部が前記基体から空間を隔てるように前記基体により支持された構造体とを備えた、デバイスに関するものである。また、本発明は、このようなデバイスを用いた光学システム、並びに、このようなデバイスの測定方法及び検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
前述したようなデバイスとして、例えば、下記の特許文献１に開示された光スイッチを構成するアクチュエータ基板や、特許文献２に開示された可変光減衰器を構成するＭＥＭＳデバイスを、挙げることができる。
【０００３】
特許文献１に開示された光スイッチについて説明する。この光スイッチは、マトリクス状に光導波路が形成されるとともにその交差点にミラーが進出し得る溝が形成された光導波路基板と、薄膜構造体をなすマイクロアクチュエータ及びミラーが形成されたアクチュエータ基板と、を備えている。ミラーがマイクロアクチュエータにより駆動され、ミラーが光導波路基板の前記溝内に進出した時に光がそのミラーで反射される一方、ミラーが前記溝から退出した時に光が直進することにより、光路が切り替えられる。
【０００４】
そして、特許文献１に開示された光スイッチで採用されているマイクロアクチュエータでは、薄膜で一様に構成された板ばね部のみで構成されている。この薄膜構造体としての板ばね部は、基端が基板に固定されて片持ち梁をなす。この板ばね部の先端側にミラーが固定されている。この板ばね部は、駆動力が与えられていない場合には、基板と反対側に反って湾曲し、基板から空間を隔てており、駆動力が与えられると、板ばね部の基板側の面全体が基板上の面に当接する。駆動力が与えられなくなると、板ばね部のバネ力（内部応力）によって基板と反対側に反って湾曲した状態に戻る。
【０００５】
特許文献２に開示された可変光減衰器では、マイクロアクチュエータとして、基板上に薄膜で形成されたてこ構造を用いた構造体が採用され、このマイクロアクチュエータによって、互いに対向配置された一対の光ファイバの端部間のギャップ内にシャッタを制御された量だけ挿入することで、減衰量を変えることができるように構成されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１４２００８号公報（図８）
【特許文献２】
米国特許第６１７３１０５号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような、基体と、薄膜で構成されるとともに少なくとも一部が前記基体から空間を隔てるように前記基体により支持された構造体とを備えた、デバイスでは、成膜条件のばらつきによって、構造体を構成する膜の成膜時の生ずる当該膜の内部応力にばらつきが生ずる場合がある。この場合、前記内部応力のばらつきによって前記構造体が所望の形状から変形してしまい、これにより当該デバイスの所期の性能が得られなくなってしまう。例えば、前記特許文献１に開示されたデバイスでは、駆動力が与えられていない状態で板ばね部（薄膜構造体）が所期の形状から変形してしまうと、板ばね部に搭載したミラーの位置が変位してしまうため、溝内に完全に進出し得なくなって光路を適切に切り換えることができないなどの不都合が生ずる。また、前記特許文献２に開示されたデバイスでは、てこ構造をなす薄膜構造体が変形してしまうと、この薄膜構造体に搭載したシャッタの位置が変位してしまうため、所望の減衰量を得ることができなくなってしまうなどの不都合が生ずる。
【０００８】
そこで、従来は、前述したようなデバイスについて次のような検査を行っていた。すなわち、製造されたデバイスの前記構造体の形状をそのまま肉眼又は顕微鏡等で観察し、観察者が見た目で構造体の形状が所期の形状を有するか否かを判定することによって当該デバイスの良否を判定することで、前述したようなデバイスの検査を行っていた。
【０００９】
しかしながら、この従来の検査方法では、観察者が構造体の形状を単に観察してそのまま見た目で所期の形状と比較しているだけであるので、デバイスの良否の判定に熟練を要するとともに、デバイスの良否を精度良く判定することができなかった。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、前述したようなデバイスの良否を熟練を要することなく精度良く判定することができるデバイス検査方法、このデバイス検査方法等に用いるのに好適なデバイス測定方法、このデバイス測定方法に特に適した構造を有するデバイス、並びに、このデバイスや前記デバイス検査方法により検査されたデバイスを用いた光学システムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様によるデバイスは、基体と、薄膜で構成されるとともに少なくとも一部が前記基体から空間を隔てるように前記基体により支持された構造体とを備え、前記構造体の１つ以上の箇所の前記基体に対する相対的な位置を測定するための１つ以上のマークが、前記基体及び前記構造体のいずれか一方又は両方に形成されたものである。
【００１２】
本発明の第２の態様によるデバイスは、前記第１の態様において、前記１つ以上のマークのうちの少なくとも１つのマークは、実質的に、前記相対的な位置の測定以外の用途に用いられないものである。
【００１３】
本発明の第３の態様によるデバイスは、前記第１又は第２の態様において、前記１つ以上のマークのうちの少なくとも１つのマークは、実質的に、前記相対的な位置の測定以外の用途にも用いられるものである。
【００１４】
本発明の第４の態様によるデバイスは、前記第１乃至第３の態様のいずれかの態様において、前記１つ以上のマークは、前記基体及び前記構造体を前記構造体の側から観察するとき、前記構造体の前記１つ以上の箇所の各々について、当該箇所から１５０μｍ以下の範囲内に、前記１つ以上のマークのうちの少なくとも１つが存在するように、前記基体に形成されたものである。前記範囲は、１２０μｍ以下の範囲であることが好ましく、１００μｍ以下であることがより好ましい。
【００１５】
本発明の第５の態様によるデバイスは、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、前記１つ以上のマークのうちの少なくとも１つのマークは、その中心点に関して実質的に点対称の形状を有するものである。
【００１６】
本発明の第６の態様によるデバイスは、前記第１乃至第５のいずれかの態様において、前記構造体の少なくとも一部の、前記基体に対する相対的な位置は、当該部分を構成する膜の、成膜時における前記基体に対する相対的な位置と異なるものである。
【００１７】
本発明の第７の態様によるデバイスは、前記第１乃至第６のいずれかの態様において、前記構造体は、前記基体に対して固定端が固定された片持ち梁構造体を含むものである。
【００１８】
本発明の第８の態様によるデバイスは、前記第７の態様において、前記片持ち梁構造体がマイクロアクチュエータを構成するものである。
【００１９】
本発明の第９の態様によるデバイスは、前記第８の態様において、（ａ）前記片持ち梁構造体は、固定端と自由端との間に直列に接続された複数の梁構成部を有し、（ｂ）前記片持ち梁構造体が力を受けない状態で、前記複数の梁構成部のうちの１つの梁構成部と他の少なくとも１つの梁構成部とは、前記基体側及びその反対側に対する異なる湾曲・非湾曲状態を持つものである。
【００２０】
本発明の第１０の態様によるデバイスは、前記第９の態様において、（ａ）前記複数の梁構成部のうちの最も固定端側の梁構成部は、板ばね部であり、（ｂ）前記複数の梁構成部のうちの、前記最も固定端側の梁構成部以外の少なくとも１つの梁構成部は、少なくとも前記固定部側及びその反対側に対する撓みに対して実質的に剛性を有する剛性部であるものである。
【００２１】
本発明の第１１の態様によるデバイスは、前記第１乃至第１０のいずれかの態様において、前記構造体は光学素子部を含むか、あるいは、前記構造体に光学素子部が搭載されたものである。
【００２２】
本発明の第１２の態様によるデバイスは、前記第１１の態様において、前記光学素子部が光スイッチ用ミラーであるものである。
【００２３】
本発明の第１３の態様によるデバイスは、前記第１１の態様において、前記光学素子部が可変光減衰器用シャッタであるものである。
【００２４】
本発明の第１４の態様による測定方法は、前記第１乃至第１１のいずれかの態様によるデバイスの、前記構造体の１つ以上の箇所の前記基体に対する相対的な位置を測定する測定方法であって、前記１つ以上のマークを用いるものである。
【００２５】
本発明の第１５の態様による測定方法は、基体と、薄膜で構成されるとともに少なくとも一部が前記基体から空間を隔てるように前記基体により支持された構造体とを備えた、デバイスを測定する方法であって、前記構造体の１つ以上の箇所の前記基体に対する相対的な位置を測定するものである。
【００２６】
本発明の第１６の態様によるデバイス検査方法は、前記第１４又は第１５の態様による測定方法により得られた前記相対的な位置に基づいて、前記デバイスの良否を判定するものである。
【００２７】
本発明の第１７の態様によるデバイスは、前記第１６の態様によるデバイス検査方法により検査されたものである。
【００２８】
本発明の第１８の態様による光学システムは、前記第１１乃至第１３及び第１７のいずれかの態様によるデバイスを備えたものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるデバイス、光学システム、並びに、デバイスの測定方法及び検査方法について、図面を参照して説明する。
【００３０】
［第１の実施の形態］
【００３１】
図１は、本発明の第１の実施の形態によるデバイス（本実施の形態では、光スイッチアレー）１を用いた光学システム（本実施の形態では、光スイッチシステム）の一例を模式的に示す概略構成図である。説明の便宜上、図１に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を定義する（後述する図についても同様である。）。図１において、Ｘ’軸及びＹ’軸は、Ｘ軸及びＹ軸をそれぞれＺ軸回りに４５゜回転した軸を示す。デバイス１の基板１２１の面がＸＹ平面と平行となっている。なお、Ｚ軸方向の＋側を上側、Ｚ軸方向の−側を下側という場合がある。
【００３２】
本実施の形態による光学システムは、図１に示すように、デバイス１と、ｍ本の光入力用光ファイバ２と、ｍ本の光出力用光ファイバ３と、ｎ本の光出力用光ファイバ４と、デバイス１に対して後述するように磁界を発生する磁界発生部としての磁石５と、光路切替状態指令信号に応答して、当該光路切替状態指令信号が示す光路切換状態を実現するための制御信号をデバイス１に供給する制御部としての外部制御回路６と、を備えている。図１に示す例では、ｍ＝３、ｎ＝３となっているが、ｍ及びｎはそれぞれ任意の数でよい。
【００３３】
本実施の形態では、磁石５は、デバイス１の下側に配置された永久磁石であり、デバイス１に対して、Ｘ軸方向に沿ってその＋側へ向かう略均一な磁界を発生している。もっとも、磁界発生部として、磁石５に代えて、例えば、他の形状を有する永久磁石や、電磁石などを用いてもよい。
【００３４】
デバイス１は、図１に示すように、基板１２１と、基板１２１上に配置されたｍ×ｎ個の光学素子部としての光スイッチ用ミラー１２とを備えている。ｍ本の光入力用光ファイバ２は、基板１２１に対するＹ’軸方向の一方の側からＹ’軸方向に入射光を導くように、ＸＹ平面と平行な面内に配置されている。ｍ本の光出力用光ファイバ３は、ｍ本の光入力用光ファイバ２とそれぞれ対向するように基板１２１に対する他方の側に配置され、デバイス１のいずれのミラー１２によっても反射されずにＹ’軸方向に進行する光が入射するように、ＸＹ平面と平行な面内に配置されている。ｎ本の光出力用光ファイバ４は、デバイス１のいずれかのミラー１２により反射されて−Ｘ’軸方向に進行する光が入射するように、ＸＹ平面と平行な面内に配置されている。ｍ×ｎ個のミラー１２は、ｍ本の光入力用光ファイバ２の出射光路と光出力用光ファイバ４の入射光路との交差点に対してそれぞれ、後述するマイクロアクチュエータ２１により進出及び退出可能にＺ軸方向に移動し得るように、２次元マトリクス状に基板１２１上に配置されている。なお、本例では、ミラー１２の向きは、その法線がＸＹ平面と平行な面内においてＹ軸’と４５゜をなすＹ軸と平行となるように設定されている。もっとも、その角度は適宜変更することも可能であり、ミラー１２の角度を変更する場合には、その角度に応じて光出力用光ファイバ４の向きを設定すればよい。また、図１は光ビームを空間で交差させてスイッチを行う装置であり、ファイバー端には光ビームとの結合を改善する為に、レンズを挿入することもある。なお、この光スイッチシステムの光路切替原理自体は、従来の２次元光スイッチの光路切替原理と同様である。
【００３５】
次に、図１中のデバイス１の単位素子としての１つの光スイッチの構造について、図２乃至図９を参照して説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態による光学システムで用いられているデバイス１の単位素子としての１つの光スイッチ（すなわち、１つのマイクロアクチュエータ２１及びこれにより駆動される１つのミラー１２）を模式的に示す概略平面図である。図２では、可動部及び脚部の表面に全体に渡って形成された保護膜としてのＳｉＮ膜１４４は省略して示し、本来実線で書くべき凸条部１４９，１５０のラインを破線で示し、Ａｌ膜１４２，１４３にそれぞれ異なるハッチングを付している。図３は、図２中のＸ１１−Ｘ１２線に沿った概略断面図である。図面には示していないが、図２中のＸ１９−Ｘ２０線に沿った概略断面図は図３と同様となる。図４は、図２中のＸ１３−Ｘ１４線に沿った概略断面図である。図面には示していないが、図２中のＸ１７−Ｘ１８線に沿った概略断面図は図４と同様となる。図５は、図２中のＸ１５−Ｘ１６線に沿った概略断面図である。図６は、図２中のＹ１１−Ｙ１２線に沿った概略断面図である。図７は、図２中のＹ１３−Ｙ１４線に沿った概略断面図である。図８は、図２中のＹ１５−Ｙ１６線に沿った概略断面図である。図９は、図２中のＹ１７−Ｙ１８線に沿った概略断面図である。なお、図３乃至図９では、梁構成部１３２，１３４がＺ軸方向に湾曲していないものとして示しているが、梁構成部１３２，１３４は、実際には、後述する図１０（ａ）に示すように、可動部が力を受けていない状態において、当該梁構成部１３２，１３４を構成する膜の応力によって＋Ｚ方向に湾曲している。
【００３６】
本実施の形態では、マイクロアクチュエータ２１は、薄膜からなる片持ち梁構造体を有している。
【００３７】
本実施の形態で用いられているマイクロアクチュエータ２１は、基体としてのシリコン基板やガラス基板等の基板１２１と、脚部１２２，１２３と、Ｚ軸方向から見た平面視で主としてＸ軸方向に並行して延びた２本の帯板状の梁部１２４，１２５と、梁部１２４，１２５の先端（自由端、＋Ｘ方向の端部）に設けられそれらの間を機械的に接続する平面視で長方形状の接続部１２６と、梁部１２４を構成する梁構成部１３３及び梁部１２５を構成する梁構成部１３５の固定端側同士を補強のために機械的に接続する接続部１２７と、固定電極（第１の電極部）１２８と、を備えている。本実施の形態では、梁部１２４，１２５及び接続部１２６，１２７が、薄膜で構成されるとともに基板１２１から空間を隔てるように脚部１２２，１２３を介して基板１２１により支持された構造体（本実施の形態では、片持ち梁構造体）を構成している。
【００３８】
梁部１２４の固定端（−Ｘ方向の端部）は、基板１２１上のシリコン酸化膜等の絶縁膜１２９上に形成されたＡｌ膜からなる配線パターン１３０，１３１（図２では省略）をそれぞれ介して基板１２１から立ち上がる立ち上がり部を持つ２つの個別脚部１２２ａ，１２２ｂからなる脚部１２２を介して、基板１２１に機械的に接続されている。同様に、梁部１２５の固定端（−Ｘ方向の端部）は、基板１２１上の絶縁膜１２９上に形成されたＡｌ膜からなる２つの配線パターン（図示せず）をそれぞれ介して基板１２１から立ち上がる立ち上がり部を持つ２つの個別脚部１２３ａ，１２３ｂからなる脚部１２３を介して、基板１２１に機械的に接続されている。前述したように、梁部１２４，１２５の自由端間が接続部１２６で機械的に接続され、梁構成部１３３，１３５の固定端側同士が接続部１２７で機械的に接続されている。したがって、本実施の形態では、梁部１２４，１２５及び接続部１２６，１２７が、全体として、可動部としての片持ち梁構造体を構成している。本実施の形態では、基板１２１、固定電極１２８及び絶縁膜１２９が、固定部（基体）を構成している。
【００３９】
梁部１２４は、前記可動部の固定端と自由端との間に機械的にＸ軸方向に直列に接続された２つの梁構成部１３２，１３３を有している。梁構成部１３２は、Ｚ軸方向から見た平面視でＸ軸方向に延びた帯板状に構成されている。梁構成部１３３は、帯板状に構成され、図２に示すように、Ｚ軸方向から見た平面視で、主としてＸ軸方向に延びているものの、−Ｘ側の位置でＹ軸方向に折れ曲がったような形状を有している。固定端側（−Ｘ側）の梁構成部１３２はＺ軸方向に撓み得る板ばね部となっているのに対し、自由端側（＋Ｘ側）の梁構成部１３３はＺ軸方向（基板１２１側及びその反対側）の撓み及びその他の方向の撓みに対して実質的に剛性を有する剛性部となっている。
【００４０】
梁構成部１３２は、下側のＳｉＮ膜１４１と中間のＡｌ膜１４２，１４３と上側の保護膜としてのＳｉＮ膜１４４とが積層された３層（ただし、Ａｌ膜１４２，１４３間の隙間では２層）の薄膜で、板ばねとして作用するように構成されている。Ａｌ膜１４２とＡｌ膜１４３とは、同一階層に形成されているが、図２に示すように、若干Ｙ軸方向に隙間をあけて形成され、互いに電気的に分離されている。これは、Ａｌ膜１４２を静電力用の可動電極への配線として用い、Ａｌ膜１４３をローレンツ力用の電流経路を形成するための配線として用いるためである。静電力用の配線ではほとんど電流を流さない一方、ローレンツ力用の配線では比較的大きい電流を流すため、ローレンツ力用の配線の電気抵抗を低減するべく、Ａｌ膜１４２は幅が狭く形成され、Ａｌ膜１４３は幅が広く形成されている。
【００４１】
梁構成部１３３は、梁構成部１３２からそのまま連続して延びた下側のＳｉＮ膜１４１と中間のＡｌ膜１４２，１４３と上側の保護膜としてのＳｉＮ膜１４４とが積層された３層（ただし、Ａｌ膜１４２，１４３間の隙間では２層）の薄膜で、構成されている。しかし、後述する凸条部１４９，１５０を形成することによって、梁構成部１３３に前述した剛性を持たせている。
【００４２】
図３では、梁構成部１３２がＺ軸方向に湾曲していないものとして示しているが、梁構成部１３２は、実際には、駆動信号が供給されていない状態において、膜１４１〜１４４の応力によって、上方（基板１２１と反対側、＋Ｚ方向）に湾曲している。このような湾曲状態は、膜１４１，１４２，１４４の成膜条件を適宜設定することにより、実現することができる。一方、梁構成部１３３は、駆動信号の供給の有無に拘わらずＺ軸方向に実質的に湾曲しておらず、前述した剛性を持つことにより、膜１４１〜１４４の応力により湾曲することがなく常に平板状の状態を維持する。このように、梁構成部１３２と梁構成部１３３とは、梁部１２４が力を受けない状態で、異なる湾曲・非湾曲状態を持っている。
【００４３】
本実施の形態では、脚部１２２は、梁構成部１３２を構成するＳｉＮ膜１４１，１４４及びＡｌ膜１４２，１４３がそのまま連続して延びることによって構成され、２つの個別脚部１２２ａ，１２２ｂを有している。脚部１２２が２つの個別脚部１２２ａ，１２２ｂを有しているのは、静電力用の配線とローレンツ力用の配線とを分離して、Ａｌ膜１４２とＡｌ膜１４３とを基板１２１上の別々の配線パターン１３０，１３１にそれぞれ電気的に接続させるためである。Ａｌ膜１４２は、個別脚部１２２ａにおいてＳｉＮ膜１４１に形成された開口を介して配線パターン１３０に電気的に接続されている。Ａｌ膜１４３は、個別脚部１２２ｂにおいてＳｉＮ膜１４１に形成された開口を介して配線パターン１３１に電気的に接続されている。なお、脚部１２２の上部には、脚部１２２の強度を補強するために、凸条部１５１がＺ方向から見た平面視で個別脚部１２２ａ，１２２ｂを一括して囲むように口の字状に形成されている。
【００４４】
梁部１２５及び脚部１２３は、前述した梁部１２４及び脚部１２２とそれぞれ全く同一の構造を有している。梁部１２５を構成する梁構成部１３４，１３５は、梁部１２４を構成する梁構成部１３２，１３３に相当している。脚部１２３を構成する個別脚部１２３ａ，１２３ｂは、脚部１２２を構成する個別脚部１２２ａ，１２２ｂにそれぞれ相当している。また、脚部１２３の上部には、前述した凸条部１５１に相当する凸条部１５２が形成されている。
【００４５】
接続部１２７は、梁構成部１３３，１３５からそのまま連続して延びたＳｉＮ膜１４１，１４４の２層膜で構成されている。接続部１２７には、梁構成部１３３，１３５からのＡｌ膜１４２は延びておらず、接続部１２７においては、何ら電気的な接続は行われていない。
【００４６】
本実施の形態では、梁構成部１３３，１３５及び接続部１２６，１２７に一括して剛性を付与するべく、図２中の破線で示すように、平面視でこれらの一括した領域の外周側において周回するように凸条部１４９が形成され、前記一括した領域の内周側に周回するように凸条部１５０が形成されている。この凸条部１４９，１５０によって、梁構成部１３３，１３５が補強されて剛性を有している。梁構成部１３３，１３５は、駆動信号の供給の有無に拘わらずＺ軸方向に実質的に湾曲しておらず、前述した剛性を持つことにより、膜１４１〜１４４の応力により湾曲することがなく常に平板状の状態を維持する。
【００４７】
接続部１２６は、梁構成部１３３，１３５を構成するＳｉＮ膜１４１，１４４及びＡｌ膜１４２，１４３がそのまま連続して延びることによって構成されている。接続部１２６には、被駆動体としてのＡｕ、Ｎｉ又はその他の金属からなるミラー１２が設けられている。
【００４８】
接続部１２６におけるＡｌ膜１４２の部分が、静電力用の可動電極（第２の電極部）として兼用されている。この可動電極に対向する基板１２１上の領域には、Ａｌ膜からなる静電力用の固定電極１２８が形成されている。図面には示していないが、固定電極１２８を構成するＡｌ膜は配線パターンとしても延びており、前記配線パターン１３０と共に利用することによって、固定電極１２８と可動電極として兼用された接続部１２６におけるＡｌ膜１４２との間に電圧（静電力用電圧）を、印加できるようになっている。
【００４９】
一方、前述した説明からわかるように、Ａｌ膜１４３によって、脚部１２２の個別脚部１２２ｂ下の配線パターン１３１から、梁構成部１３２→梁構成部１３３→接続部１２６→梁構成部１３５→梁構成部１３４を経て、脚部１２３の個別脚部１２３ｂ下の配線パターン（図示せず）へ至る、電流経路が構成されている。この電流経路のうち、接続部１２６におけるＹ軸方向に沿った電流経路が、Ｘ軸方向の磁界内に置かれたときに、Ｚ軸方向へ向かうローレンツ力を発生させる部分となっている。したがって、前述した図１中の永久磁石５を用いてＸ軸方向の磁界内に置き、前記電流経路へ電流（ローレンツ力用電流）を流すと、接続部１２６におけるＡｌ膜１４３にローレンツ力（駆動力）がＺ方向へ作用する。なお、このローレンツ力の向きが＋Ｚ方向であるか−Ｚ方向であるかは、ローレンツ力用電流の向きによって定まる。
【００５０】
以上の説明からわかるように、本実施の形態では、梁部１２４，１２５及び接続部１２６，１２７が構成する構造体が、基板１２１、固定電極１２８及び絶縁膜１２９からなる固定部に対して、上下に（Ｚ軸方向に）移動し得るようになっている。すなわち、本実施の形態では、前記可動部は、板ばねを構成する梁構成部１３２，１３４のバネ力により復帰しようとする上側位置と、接続部１２６が固定電極１２８に当接する下側位置との間を、移動し得るようになっている。前記上側位置では、可動部の可動電極（接続部１２６におけるＡｌ膜１４２）と固定部の固定電極１２８との間隔が広がって、両者の間に生じ得る静電力は低下又は消失する。前記下側位置では、可動部の可動電極（接続部１２６におけるＡｌ膜１４２）と固定部の固定電極１２８との間隔が狭まって、両者の間に生じ得る静電力は増大する。
【００５１】
本実施の形態では、前記静電力用電圧及びローレンツ力用電流を制御することで、ミラー１２が上側位置（基板１２１と反対側）に保持された状態及びミラー１２が下側（基板１２１側）に保持された状態にすることができる。本実施の形態では、外部制御回路６によってこのような制御が行われるようになっている。
【００５２】
図１０は、マイクロアクチュエータ２１に設けられたミラー１２による光の切り替え状態を模式的に示す概略側面図である。図１０（ａ）はミラー１２が上側に保持されて光路に進出した状態、図１０（ｂ）はミラー１２が下側に保持されて光路から退出した状態を示している。なお、図１０において、各部の構造は大幅に簡略化して示している。図１０において、Ｋは、ミラー１２の進出位置に対する光路の断面を示している。
【００５３】
図１０（ａ）に示すように、前記静電力及び前記ローレンツ力が印加されていない状態では、梁構成部１３２，１３４がそれらを構成する膜の応力によって＋Ｚ方向に湾曲した状態に復帰し、ミラー１２が上側に保持される。これにより、ミラー１２が光路Ｋに進出して、当該光路に入射した光を反射させる。この状態から、光路に入射した光をミラー１２で反射させずにそのまま通過させる状態に切り替える場合には、例えば、まず、前記ローレンツ力を印加して板ばね部（梁構成部１３２，１３４）のバネ力に抗してミラー１２を下方へ移動させ、ミラー１２が基板１２１に保持された後、前記静電力を印加してその保持を維持し、前記ローレンツ力の印加を停止させればよい。
【００５４】
本実施の形態では、図面には示していないが、デバイス１において、ミラー１２及びこれを駆動するマイクロアクチュエータ２１で構成された光スイッチが複数基板１２１上に２次元マトリクスに配置され、これらが光スイッチアレーを構成している。もっとも、本発明では、デバイス１に単一の光スイッチのみを搭載してもよい。
【００５５】
なお、本実施の形態では、可動部及び脚部の表面に全体に渡って、保護膜としてのＳｉＮ膜１４４が形成されているが、このＳｉＮ膜１４４は形成しなくてもよい。
【００５６】
そして、本実施の形態では、図２及び図１０に示すように、デバイス１において、前記固定部（基体）に、具体的には基板１２１上の絶縁膜１２９上に、前記可動部（薄膜構造体）の１つ以上の箇所Ｐ１〜Ｐ３の前記固定部に対する相対的な位置を測定するためのマーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’が形成されている。箇所Ｐ１，Ｐ２はそれぞれ、接続部１２６の先端側（＋Ｘ側）の−Ｙ側と＋Ｙ側のコーナーである。箇所Ｐ３は、梁構成部１３５の−Ｘ側の−Ｙ側のコーナーである。本実施の形態では、マーク１６１ａ〜１６１ｆは、梁構成部１３５の−Ｙ側付近においてＸ軸方向に一列に所定ピッチで配列されている。マーク１６１ａ’〜１６１ｆ’は、梁構成部１３３の＋Ｙ側付近においてＸ軸方向に一列に所定ピッチで配列されている。また、本実施の形態では、各マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’の形状は、正方形とされ、その中心点に関して点対称の形状とされている。もっとも、本発明では、マークの数、配置、形状等は前述した例に限定されるものではない。さらに、本実施の形態では、各マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’は、配線パターン等を兼ねるものではなく、前記相対的な位置の測定以外の用途には用いられない。また、本実施の形態では、各マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’は、Ａｌ膜をパターニングすることで形成されているが、例えば、他の金属膜や絶縁膜などをフォトリソエッチング法等によってパターニングすることで形成してもよい。
【００５７】
なお、マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’は、デバイス１において、全てのマイクロアクチュエータ２１について形成しておくことが好ましいが、一部のマイクロアクチュエータ２１についてのみ形成しておいてもよい。
【００５８】
本実施の形態によるデバイス１は、例えば、膜の形成及びパターニング、エッチング、犠牲層の形成・除去などの半導体製造技術を利用して、製造することができる。
【００５９】
その一例について、簡単に説明すると、まず、シリコン基板１２１の上面に熱酸化によってシリコン酸化膜１２９を成膜し、その上にＡｌ膜を蒸着又はスパッタ法等によりデポした後に、フォトリソエッチング法により、そのＡｌ膜を固定電極１２８、配線パターン１３０，１３１、マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’及びその他の配線パターンの形状にパターニングする。次いで、この状態の基板上に、犠牲層となる第１のレジストを塗布し、この第１のレジストに、脚部１２２ａ，１２２ｂ，１２３ａ，１２３ｂのコンタクト部に応じた開口をフォトリソエッチング法により形成する。次に、この状態の基板の全面に犠牲層となる第２のレジストを塗布し、フォトリソエッチング法により、第２のレジストにおける凸条部１４９〜１５２に対応した部分のみを島状に残して他の部分を除去する。その後、脚部１２２ａ，１２２ｂ，１２３ａ，１２３ｂ並びに梁部１２４，１２５及び接続部１２６，１２７となるべきＳｉＮ膜１４１をプラズマＣＶＤ法等により形成した後、フォトリソエッチング法によりパターニングし、それらの形状とする。このとき、脚部１２２ａ，１２２ｂ，１２３ａ，１２３ｂにおけるコンタクト部には開口を形成しておく。次いで、脚部１２２ａ，１２２ｂ，１２３ａ，１２３ｂ並びに梁部１２４，１２５及び接続部１２６，１２７となるべきＡｌ膜１４２，１４３を蒸着又はスパッタ法等によりデポした後に、フォトリソエッチング法によりパターニングし、それらの形状にする。次に、この状態の基板の全面に犠牲層となる第３のレジストを厚塗りし、第３のレジストを露光、現像してミラー１２が成長される領域を第３のレジストに形成した後、電解メッキによりミラー１２となるべきＡｕ、Ｎｉ又はその他の金属を成長させる。最後に、第１乃至第３のレジストをプラズマアッシング法等により除去する。これにより、本実施の形態によるデバイス１が完成する。
【００６０】
なお、前述したように膜１４１〜１４４の成膜は、前記第１乃至第３のレジストを除去した際に、梁構成部（板ばね部）１３２，１３４が成膜時のストレスによって上方に湾曲するような条件で、行う。
【００６１】
前記デバイス１では、図１及び図１０を参照して説明した光路切り替え動作を適切に行うためには、前記構造体（梁部１２４，１２５及び接続部１２６，１２７）が駆動力を受けてない状態で図１０（ａ）に示すように所期の形状を有していること（すなわち、本実施の形態では、梁構成部１３２，１３４の＋Ｚ方向への湾曲の程度が適切であること、ねじれ等が十分に少ないこと（つまり点Ｐ１，Ｐ２のＺ軸方向の高さの差が少ないこと）など）が重要である。例えば、駆動力を受けていない状態で、梁構成部１３２，１３４の＋Ｚ方向への湾曲の程度が、図１０（ａ）に示す状態より許容範囲を越えて少なければ、ミラー１２が入射光束の一部を反射するが残りをそのまま通過させてしまう。また、前記ねじれが大きければ、ミラー１２の角度がずれてしまい、駆動力を受けていない状態でミラー１２は入射光を対応する光出力用光ファイバ３へ適切に導く方向に反射させることができなくなってしまう。
【００６２】
ところが、デバイス１では、製造プロセスを十分に管理したとしても、成膜条件のばらつきによって、構造体を構成する膜の成膜時の生ずる当該膜の内部応力にばらつきが生ずる場合がある。この場合、前記内部応力のばらつきによって前記構造体が所期の形状から変形してしまう。
【００６３】
そこで、製造されたデバイス１について、前記構造体の形状に関し、良否を判定するために検査を行う必要がある。
【００６４】
前述した従来技術に従えば、製造されたデバイス１の前記構造体の形状をそのまま肉眼又は顕微鏡等で観察し、観察者が見た目で構造体の形状が所期の形状を有するか否かを判定することによって当該デバイス１の良否を判定することになる。この場合には、観察者が構造体の形状を単に観察してそのまま見た目で所期の形状と比較するだけであるので、デバイス１の良否の判定に熟練を要するとともに、デバイス１の良否を精度良く判定することができない。
【００６５】
これに対して、本発明の一実施の形態によるデバイス検査方法としての第１のデバイス検査方法では、マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’を用いることなく、デバイス１の前記構造体の箇所Ｐ１〜Ｐ３（図２参照）の前記基体に対する相対的な位置を測定し、この測定により得られた前記相対的な位置に基づいて、デバイス１の良否を判定する。具体的には、例えば、試料台としての可動ステージ（例えば、ＸＹステージ）と顕微鏡とＺ方向からの顕微鏡像を撮像するＣＣＤカメラとを組み合わせて画像処理にて位置座標を測定することができる座標測定器を用いて、例えば個別脚部１２３ｂのパターンの位置を前記基体側の基準位置として、箇所Ｐ１〜Ｐ３のＸＹ座標を測定する。前記座標測定器としては、例えば、株式会社ニコン製のＣＮＣ画像測定システム「ＮＥＸＩＶ ＶＭＲ−３０２０」を用いることができる。
【００６６】
前記基体に対する箇所Ｐ１〜Ｐ３の相対的な位置（ＸＹ座標）を得れば、前記構造体（梁部１２４，１２５及び接続部１２６，１２７）の＋Ｚ方向の湾曲の程度やねじれ等を演算により求めることができる。したがって、演算により求めた＋Ｚ方向の湾曲の程度やねじれ等が、予め定めた許容範囲内であるか否かによって、デバイス１の良否を判定することができる。なお、より厳密に構造体の変形等を求める場合には、前記構造体における測定個所を増やせばよい。この場合、増やそうとする測定個所（例えば、梁構成部１３３，１３５や接続部１２６，１２７の上面の適当箇所など）に、必要に応じて、マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’と同様のマークを形成しておけばよい。この点は、後述する第２のデバイス検査方法についても同様である。
【００６７】
このように、前記第１のデバイス検査方法では、箇所Ｐ１〜Ｐ３の基体に対する相対位置を測定し、測定された相対位置に基づいてデバイス１の良否を判定するので、前記構造体の形状に関して、デバイス１の良否を客観的に判定することができる。したがって、前記第１のデバイス検査方法によれば、検査者の熟練が不要となるとともに、従来に比べて精度良くデバイス１の良否を判定することができる。この第１のデバイス検査方法を行う場合には、マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’を形成しておく必要はない。
【００６８】
なお、前記構造体の箇所Ｐ１〜Ｐ３の位置測定については、必ずしもＺ方向から見たＸＹ座標位置の測定に限定されるものではなく、例えば、Ｚ軸に対して傾いた方向から見た座標位置の測定を行ってもよい。この点は、後述する第２のデバイス検査方法についても同様である。
【００６９】
また、本発明の他の実施の形態によるデバイス検査方法としての第２のデバイス検査方法では、マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’を用いて、デバイス１の前記構造体の箇所Ｐ１〜Ｐ３（図２参照）の前記基体に対する相対的な位置を測定し、この測定により得られた前記相対的な位置に基づいて、前記第１のデバイス検査方法と同様にデバイス１の良否を判定する。具体的には、例えば、前記座標測定器を用いて、マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’のいずれかの位置を前記基体側の基準位置として、箇所Ｐ１〜Ｐ３のＸＹ座標を測定する。
【００７０】
このように、第２のデバイス検査方法が前記第１のデバイス検査方法と異なる所は、前記基体に対する前記構造体の測定個所Ｐ１〜Ｐ３の相対位置を、個別脚部１２３ｂのパターンの位置を基準位置として測定するか、それとも、マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’のいずれかの位置を基準位置として測定するかの、点のみである。よって、前記第２のデバイス検査方法によっても、前記第１のデバイス検査方法と同様に、検査者の熟練が不要となるとともに、従来に比べて精度良くデバイス１の良否を判定することができる。
【００７１】
前記第１のデバイス検査方法では、基体側の基準位置として用いる個別脚部１２３ｂのパターンの位置は、測定個所Ｐ１〜Ｐ３から比較的遠い。例えば、Ｚ方向から見たときの測定個所Ｐ１と個別脚部１２３ｂのパターンの位置との間の距離は、５００μｍ程度である。したがって、可動ステージを移動させることなく、測定個所Ｐ１等と基準位置となる個別脚部１２３ｂのパターンとを顕微鏡の同一視野内に入れた状態で、測定個所Ｐ１等の相対位置を測定しようとすると、顕微鏡の倍率を比較的低くせざるを得ない。よって、測定個所Ｐ１等の相対位置の測定精度を高めることは困難である。一方、顕微鏡の倍率を高めると、個別脚部１２３ｂのパターンの位置と測定個所Ｐ１〜Ｐ３とが比較的遠いため、両者を顕微鏡の同一視野内に入れることができなくなる。したがって、顕微鏡の倍率を高めると、測定個所Ｐ１〜Ｐ３の相対位置を測定するためには、可動ステージを移動させなければならない。通常、座標測定器では、この可動ステージの移動量を電気的に測定して記憶することにより、基準位置と測定箇所Ｐ１〜Ｐ３とが同一視野内になくてもその座標位置を測定することはできる。しかし、可動ステージを移動してしまうと、測定精度が落ちてしまう。具体例として、可動ステージを移動しなければ０．１μｍの精度で２点間の距離を測定することができるのに対し、５００μｍ程度可動ステージを移動すると、２点間の距離測定に４．５μｍ程の測定誤差が生じる。したがって、前記第１のデバイス検査方法では、測定精度を上げようとして顕微鏡の倍率を上げても、結局、測定精度を上げることができない。
【００７２】
これに対し、前記第２のデバイス検査方法では、基体側の基準位置としてマーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’が用いられる。マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’のいずれかは測定箇所Ｐ１〜Ｐ３から近いので、顕微鏡の倍率を高めても、可動ステージを移動することなく、測定箇所Ｐ１〜Ｐ３といずれかのマークとを顕微鏡の同一視野内に入れることができる。したがって、前記第２のデバイス検査方法によれば、前記第１のデバイス検査方法に比べて、前記基体に対する前記構造体の測定個所Ｐ１〜Ｐ３の相対位置をより高い精度で測定することができ、ひいては、より高い精度でデバイス１の良否を判定することができる。
【００７３】
以上の説明からわかるように、マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’は、座標測定器の顕微鏡の倍率を上げても、座標測定器の可動ステージを移動することなく、いずれかのマークと測定個所Ｐ１〜Ｐ３とが顕微鏡の同一視野内に入るように配置することが、好ましい。具体的には、マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’は、デバイス１を前記構造体の側から観察するとき、測定個所Ｐ１〜Ｐ３の各々について、当該測定個所から１５０μｍ以下の範囲内に、前記１つ以上のマークのうちの少なくとも１つが存在するように、配置することが好ましい。前記範囲は、１２０μｍ以下の範囲であることがより好ましく、１００μｍ以下であることがより一層好ましい。
【００７４】
また、本実施の形態では、前述したように、各マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’の形状は、正方形とされ、その中心点に関して点対称の形状とされている。したがって、各マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’が示す位置の精度が高まる。これは、パターンエッジ線は、パターン製造時（フォトリソ工程やエッチング工程）の誤差の影響を受けて移動するが、点対称の対称の中心点は、ほとんど移動しないからである。よって、測定個所Ｐ１〜Ｐ３の座標を測定する際は、マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’の中心点を基準とするのが良い。各マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’の形状は、正方形の他にも、円形、正三角形、正多角形、菱形などの、中心点に関して点対称の形状であれば、同様の利点が得られる。このように、各マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’の形状として、中心点に関して点対称の形状を採用することが好ましいが、本発明では他の形状を採用してもよい。これらの点は、後述する他のマークについても同様である。
【００７５】
なお、前記第１及び第２のデバイス検査方法は、例えば、デバイス１における全てのマイクロアクチュエータ２１について測定個所Ｐ１〜Ｐ３の相対位置の測定を行い、全てのマイクロアクチュエータ２１について前記構造体の形状が良好な場合にのみ当該デバイス１が良品であると判定してもよいし、あるいは、代表的に、デバイス１における一部のマイクロアクチュエータ２１についてのみ測定個所Ｐ１〜Ｐ３の相対位置の測定を行い、当該一部のマイクロアクチュエータ２１について前記構造体の形状が良好な場合に当該デバイス１が良品であると判定してもよい。
【００７６】
本実施の形態による光学システムでは、デバイス１として、前記第１又は第２のデバイス検査方法により検査されて良品であると判定されたものが用いられている。したがって、本実施の形態による光学システムは、信頼性が高い。
【００７７】
また、本実施の形態による光学システムでは、マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’が形成されたデバイス１が用いられているので、前記第２のデバイス検査方法が可能となる。このため、前記第２のデバイス検査方法により検査されて良品であると判定されたデバイス１を用いることができ、これにより当該光学システムの信頼性をより高めることができる。
【００７８】
さらに、本実施の形態では、デバイス１に搭載されているマイクロアクチュエータ２１の梁部１２４，１２５が一様な板ばね部のみで構成されるのではなく、梁部１２４，１２５が、力を受けない状態で＋Ｚ方向に湾曲した板ばね部である固定端側の梁構成部１３２，１３４と、自由端側の常に平板状の剛性部である梁構成部１３３，１３５とで構成されている。したがって、可動部の固定端から自由端までの長さを長くし、かつ、可動部が力を受けない状態でローレンツ力及び／又は静電力が作用する接続部１２６と基板１２１側との間の距離を短くすることができる。このため、自由端側の駆動力が作用する接続部１２６の位置を、可動部の固定端から遠く、かつ、駆動信号を供給しない状態において基板１２１側に比較的近い位置に、配置することができる。よって、本実施の形態によれば、小さい駆動力で作動させることができ、当該マイクロアクチュエータ２１を低電力で作動させることができる。
【００７９】
なお、マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’は、本実施の形態では前記相対的な位置の測定以外の用途には用いられないように構成されているが、配線パターンなどの、前記相対的な位置の測定以外の用途にも用いられるように構成してもよい。
【００８０】
［第２の実施の形態］
【００８１】
図１１は、本発明の第２の実施の形態によるデバイス（本実施の形態では、可変光減衰器）２０１を用いた光学システム（本実施の形態では、可変光減衰器システム）の一例を模式的に示す概略構成図である。
【００８２】
本実施の形態による光学システムは、図１１に示すように、デバイス２０１と、１本の光入力用光ファイバ２０２と、１本の光出力用光ファイバ２０３と、デバイス２０１に対して後述するように磁界を発生する磁界発生部としての磁石２０５と、減衰量指令信号に応答して、当該減衰量指令信号が示す減衰状態を実現するための制御信号をデバイス２０１に供給する制御部としての外部制御回路２０６と、を備えている。
【００８３】
本実施の形態では、磁石２０５は、デバイス１の下側に配置された永久磁石であり、デバイス２０１に対して、Ｘ軸方向に沿ってその＋側へ向かう略均一な磁界を発生している。もっとも、磁界発生部として、磁石２０５に代えて、例えば、他の形状を有する永久磁石や、電磁石などを用いてもよい。
【００８４】
デバイス２０１は、図１に示すように、基板１２１と、基板１２１上に配置された１個の光学素子部としての可変光減衰器用シャッタ２１２とを備えている。光入力用光ファイバ２０２は、基板１２１に対するＹ軸方向の一方の側からＹ軸方向に入射光を導くように、ＸＹ平面と平行な面内に配置されている。光出力用光ファイバ２０３は、光入力用光ファイバ２０２と対向するように基板１２１に対する他方の側に配置され、光入力用光ファイバ２０２の出射端から出射してシャッタ２１２により減衰されたＹ軸方向に進行する光が入射するように、ＸＹ平面と平行な面内に配置されている。シャッタ２１２は、光ファイバ２０２，２０３間の光路に対して、後述するマイクロアクチュエータ３１により進出可能にＺ軸方向に移動し得るように、基板１２１上に配置されている。
【００８５】
次に、図１中のデバイス２０１が有する可変光減衰器の構造について、図１２乃至図１９を参照して説明する。図１２は、本発明の第２の実施の形態による光学システムで用いられているデバイス１が有する可変光減衰器（すなわち、１つのマイクロアクチュエータ３１及びこれにより駆動される１つのシャッタ２１２）を模式的に示す概略平面図である。図１２では、可動部及び脚部の表面に全体に渡って形成された保護膜としてのＳｉＮ膜１４４は省略して示し、本来実線で書くべき凸条部１４９，１５０のラインを破線で示し、Ａｌ膜１４３にはハッチングを付している。図１３は、図１２中のＸ２１−Ｘ２２線に沿った概略断面図である。図面には示していないが、図１２中のＸ２９−Ｘ３０線に沿った概略断面図は図１３と同様となる。図１４は、図１２中のＸ２３−Ｘ２４線に沿った概略断面図である。図面には示していないが、図１２中のＸ２７−Ｘ２８線に沿った概略断面図は図１４と同様となる。図１５は、図１２中のＸ２５−Ｘ２６線に沿った概略断面図である。図１６は、図１２中のＹ２１−Ｙ２２線に沿った概略断面図である。図１７は、図１２中のＹ２３−Ｙ２４線に沿った概略断面図である。図１８は、図１２中のＹ２５−Ｙ２６線に沿った概略断面図である。図１９は、図１２中のＹ２７−Ｙ２８線に沿った概略断面図である。なお、図１３乃至図１９では、梁構成部（板ばね部）１３２，１３４がＺ軸方向に湾曲していないものとして示しているが、梁構成部１３２，１３４は、実際には、後述する図２０（ａ）に示すように、可動部が力を受けていない状態において、当該梁構成部１３２，１３４を構成する膜の応力によって＋Ｚ方向に湾曲している。図１２乃至図１９において、図２乃至図９中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００８６】
マイクロアクチュエータ３１がマイクロアクチュエータ２１と異なる所は、以下に説明する点のみである。
【００８７】
マイクロアクチュエータ２１がローレンツ力及び静電力の両方を駆動力とするように構成されていたのに対し、マイクロアクチュエータ３１は、ローレンツ力のみを駆動力とするように構成されている。すなわち、マイクロアクチュエータ３１では、Ａｌ膜１４３は、マイクロアクチュエータ２１においてＡｌ膜１４２が形成されていた領域にも及ぶように、形成されている。また、マイクロアクチュエータ３１では、マイクロアクチュエータ２１において形成されていた一方の個別脚部１２２ｂ，１２３ｂが除去されている。さらに、マイクロアクチュエータ３１に対しては、マイクロアクチュエータ２１に対して基板１２１上に設けられていた固定電極１２８が、設けられていない。
【００８８】
また、マイクロアクチュエータ３１では、接続部１２６には、被駆動体として、光スイッチ用ミラー１２に代えて、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ又はその他の金属あるいは不透明の膜からなる可変光減衰器用シャッタ（遮光部材）２１２が設けられている。シャッタ２１２として、ミラーを用いることができることは、言うまでもない。
【００８９】
図２０は、マイクロアクチュエータ３１に設けられたシャッタ２１２による光の減衰状態を模式的に示す概略側面図である。図２０において、各部の構造は大幅に簡略化して示している。図２０において、Ｋ’はシャッタ２１２の進出位置に対する光路（光ファイバ２０２，２０３間の光路）の断面を示している。
【００９０】
図２０（ａ）は、マイクロアクチュエータ３１に駆動信号（ローレンツ力用電流）が供給されていない状態を示している。この場合、マイクロアクチュエータ３１には前記ローレンツ力が作用せず、梁構成部１３２，１３４がそれらを構成する膜の応力によって＋Ｚ方向に湾曲した状態となっている。図２０（ａ）に示す状態では、シャッタ２１２は光路Ｋ’を全く遮らず、減衰量はほぼ０％となっている。
【００９１】
図２０（ｂ）は、マイクロアクチュエータ３１に中程度のローレンツ力を上向きに発生させる駆動信号（ローレンツ力用電流）が供給されている状態を示している。この場合、中程度の上向きのローレンツ力と梁構成部（板ばね部）１３２，１３４のバネ力とが釣り合った位置で停止し、光路Ｋ’の下半分程度を遮っている。このため、減衰量は５０％程度である。
【００９２】
図２０（ｃ）は、マイクロアクチュエータ３１に大きな上向きのローレンツ力を発生させる駆動信号（ローレンツ力用電流）が供給されている状態を示している。この場合、大きな上向きのローレンツ力と梁構成部（板ばね部）１３２，１３４のバネ力とが釣り合った位置で停止し、光路Ｋ’を完全に遮っている。このため、減衰量は１００％である。
【００９３】
本実施の形態によるデバイス２０１も、前記第１の実施の形態によるデバイス１と同様の製造方法により製造することができる。
【００９４】
本実施の形態によるデバイス２０１も、前記第１の実施の形態に関連して説明した第１又は第２のデバイス検査方法と同様のデバイス検査方法により検査することができる。本実施の形態による光学システムは、このようなデバイス検査方法により検査されたデバイス２０１が用いられている。
【００９５】
本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【００９６】
［第３の実施の形態］
【００９７】
図２１は、本実施の形態の第３の実施の形態による光学システムで用いられているデバイスの単位素子としての１つの光スイッチ（すなわち、１つのマイクロアクチュエータ４１及びこれにより駆動される１つのミラー３１２）を模式的に示す概略平面図であり、図２に対応している。図２１において、図２中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。図２２は、図２１中のミラー３１２を模式的に示す概略断面図である。図２３は、図２２中のＡ矢視図である。図２４は、図２１中のミラー３１２の製造工程のアッシング前の状態を示す上面図である。
【００９８】
本実施の形態による光学システムが前記第１の実施の形態による光学システムと異なる所は、デバイス１における単位素子としての１つの光スイッチを、図２１に示すように、アクチュエータ２１に代わるアクチュエータ４１と、ミラー１２に代わるミラー３１２で構成した点のみである。
【００９９】
図２１に示すアクチュエータ４１が図２乃至９に示すアクチュエータ２１と異なる所は、アクチュエータ４１では、アクチュエータ２１において梁構成部１３３，１３５及び接続部１２６，１２７により囲まれていた開口の領域に、その周囲から下側のＳｉＮ膜１４１及び上側のＳｉＮ膜１４４を２層膜としてそのまま延在させることで、当該領域が塞がれている点のみである。本実施の形態では、この領域に、ミラー３１２が搭載されるとともに、ミラー３１２の測定個所Ｐ１１，Ｐ１２の前記基体に対する相対的な位置を測定するためのマーク１７１ａ〜１７１ｅが形成されている。
【０１００】
本実施の形態では、マイクロアクチュエータ４１及びミラー３１２の全体が、薄膜で構成されるとともに基体から空間を隔てるように前記基体により支持された構造体となっている。
【０１０１】
本実施の形態では、ミラー３１２は、図２２及び図２３に示すように、２本の支持部１０２と、２本の接続部１０３と、２本の接続部１０４と、反射部支持部１０５と、これらによりアクチュエータ４１の前記領域上に支持された反射部１０１と、を備えている。反射部１０１はＡｌ膜からなる。反射部１０１のＡｌ膜の外縁部は、剛性を出すために段差が形成され、縁１０１ａを形成している。支持部１０２は、窒化シリコン膜１０２ａとＡｌ膜１０２ｂとを積層した膜からなり、アクチュエータ４１側に窒化シリコン膜１０２ａが位置している。支持部１０２の基端は凸型に屈曲されて脚部１０２ｃを構成している。脚部１０２ｃはアクチュエータ４１の前記領域に固定されている。支持部１０２は、窒化シリコン膜１０２ａ及びＡｌ膜１０２ｂの熱膨張係数の差異によって生ずる応力並びに成膜時に生じた応力により、脚部１０２ｃから先端の接続部１０４まで円弧状に湾曲している。
【０１０２】
このミラー３１２では、２本の支持部１０２に、それぞれ接続部１０４を介して更に支持部１０３を接続し、２本の支持部１０３が反射部支持部１０５を支持している。反射部支持部１０５には、反射部１０１が搭載されている。よって、反射部１０１は、反射部支持部１０５により、下側から支えられた構造となる。支持部１０３は、支持部１０２と同様に、Ａｌ膜１０３ａと窒化シリコン膜１０３ｂとを積層した構造であるが、湾曲の向きが支持部１０２の湾曲の方向とは逆に、上向きに凸となるように、Ａｌ膜１０３ａと窒化シリコン膜１０３ｂの積層の順が支持部１０２とは逆になっている。接続部１０４及び反射部支持部１０５の外縁部には、剛性を出すために段差がそれぞれ形成され、それぞれ縁１０４ａ，１０５ａを形成している。
【０１０３】
このミラー３１２では、反射部１０１がアクチュエータ４１の前記領域に対して垂直に起立するように、支持部１０２，１０３の長さや各膜の膜厚が定められている。
【０１０４】
マーク１７１ａ〜１７１ｅは、図２１乃至図２４に示すように、Ｚ方向から見たときの、ミラー３１２の反射部１０１の−Ｙ側付近においてＸ軸方向に一列に所定ピッチで配列されている。マーク１７１ａ〜１７１ｅも、前記マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’と同様に、Ａｌ膜等の正方形状のパターンで形成されている。ミラー３１２の前記基体に対する測定個所Ｐ１１，Ｐ１２は、ミラー３１２の反射部１０１の２つの上部コーナーとされる。
【０１０５】
このミラー３１２の製造方法の一例について、図２４乃至図２６を参照して説明する。図２５（ａ）〜（ｃ）及び図２６（ａ）〜（ｃ）は、各製造工程を示す断面図であり、図２４中のＢ−Ｂ矢視断面に相当している。
【０１０６】
まず、前記第１の実施の形態に関連して説明したアクチュエータ２１の場合と同様の製造工程により、アクチュエータ４１が形成された基板を用意する。ただし、アクチュエータ４１の製造過程で形成された犠牲層としてのレジスト層は、除去しないでおく。
【０１０７】
次に、アクチュエータ４１の上にＡｌ膜を蒸着又はスパッタ法等によりデポした後に、フォトリソエッチング法により、そのＡｌ膜をマーク１７１ａ〜１７１ｅの形状にパターニングする。
【０１０８】
支持部１０２，１０３、接続部１０４、反射部支持部１０５、反射部１０１及びマーク１７１ａ〜１７１ｅは、アクチュエータ４１の上に、図２４に示すような配置及び形状にパターニングされる。なお、支持部１０２の窒化シリコン膜１０２ａと、支持部１０３の窒化シリコン膜１０３ｂと、接続部１０４と、反射部支持部１０５とが、一層の窒化シリコン膜をパターニングすることにより同時に形成される。まず、アクチュエータ４１の上に、レジスト層８１を形成し、支持部１０２の脚部１０２ｃを形成すべき位置に、開口８１ａをフォトリソグラフィーにより形成する（図２５（ａ））。次に、接続部１０４及び反射部支持部１０５を形成すべき位置に、レジストアイランド３０１を形成する（図２５（ｂ））。次いで、支持脚１０３のＡｌ膜１０３ａを成膜し、フォトリソエッチング法により図２４の支持部１０３の形状にパターニングする（図２５（ｃ））。その後、窒化シリコン膜とＡｌ膜１０２ｂを順に成膜する（図２６（ａ））。成膜したＡｌ膜１０２ｂを図１９の支持部１０２の形状にパターニングした後、窒化シリコン膜を、支持部１０２、接続部１０４、支持部１０３及び反射部支持部１０５の形状にパターニングする（図２６（ｂ））。これにより、支持部１０３の窒化シリコン膜１０３ｂと、接続部１０４と、反射部支持部１０５とが一度に形成される。
【０１０９】
続いて、全面にレジスト層３０２を形成し、反射部支持部１０５の接続部１０５ｂとなる位置に開口を形成し、この上に更に、レジスト層８２を形成し、反射部１０１の縁１０１ａの内側形状部分を残して除去し、レジスト層８２をレジストアイランドとする。レジスト層８２の反射部支持部１０５の接続部１０５ｂとなる位置に開口を形成した後、全面にＡｌ膜１０１を成膜して、反射部１０１の形状にパターニングする（図２６（ｃ））。最後に、アッシングにより、犠牲層のレンジスト層８１，８２，３０１，３０２、及び、アクチュエータ４１の製造過程で形成されていた犠牲層のレジストを、除去する。これにより、アクチュエータ４１が上方に湾曲するとともに、支持部１０２，１０３が湾曲して立ち上がり、図２２及び図２３に示すミラー３１２を製造することができる。
【０１１０】
本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同様に、マイクロアクチュエータ４１が駆動力を受けていない状態で図１０（ａ）に示すのと同様の所期の形状を有していることが重要である。この他に、本実施の形態では、ミラー３１２の反射部１０１がマイクロアクチュエータ４１の前記領域に対して垂直に立ち上がっていることが重要である。反射部１０１が垂直でなければ、駆動力を受けていない状態でミラー１２は入射光を対応する光出力用光ファイバ３へ適切に導く方向に反射させることができなくなってしまう（図１参照）。
【０１１１】
そこで、本実施の形態によるデバイスを検査する場合には、前記第１の実施の形態に関連して説明した第１又は第２のデバイス検査方法の場合と同様に、アクチュエータ４１に関する測定個所Ｐ１〜Ｐ３の前記基体（基板１２１等）に対する相対的な位置を測定する。さらに、ミラー３１２に関する測定個所Ｐ１１，Ｐ１２の前記基体に対する相対的な位置を測定する。測定個所Ｐ１１，Ｐ１２の前記基体に対する相対的な位置は、前述した座標測定器を用い、例えば、（ａ）個別脚部１２３ｂのパターンを基準として直接的に測定するか、（ｂ）マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’のいずれかを基準として直接的に測定するか、（ｃ）個別脚部１２３ｂのパターンを基準としてマーク１７１ａ〜１７１ｅのいずれかの基体に対する相対位置を測定するとともに、当該マークを基準とした測定個所Ｐ１１，Ｐ１２の相対位置を測定し、両方の測定結果から演算するか、（ｄ）マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’のいずれかを基準としてマーク１７１ａ〜１７１ｅのいずれかの基体に対する相対位置を測定するとともに、当該マークを基準とした測定個所Ｐ１１，Ｐ１２の相対位置を測定し、両方の測定結果から演算する。
【０１１２】
そして、前記第１の実施の形態に関連して説明した第１又は第２のデバイス検査方法の場合と同様に、測定個所Ｐ１〜Ｐ３の前記基体（基板１２１等）に対する相対的な位置に基づいて、アクチュエータ４１の形状に関する良否の判定を行う。また、測定個所Ｐ１１，Ｐ１２の前記基体に対する相対的な位置に基づいて、ミラー３１２の形状に関する良否の判定を行う。両者の判定が良の場合に、当該デバイスが良品であると判定すればよい。
【０１１３】
したがって、このようなデバイス検査方法によれば、アクチュエータ４１及びミラー３１２からなる構造体の全体の形状に関して、当該デバイスの良否を客観的に判定することができる。したがって、前記第１のデバイス検査方法によれば、検査者の熟練が不要となるとともに、従来に比べて精度良くデバイス１の良否を判定することができる。
【０１１４】
そして、前記（ｂ）又は（ｄ）の手法を採用し、マークを利用して測定個所Ｐ１１，Ｐ１２の相対位置を測定すれば、前記（ａ）又は（ｃ）の手法を採用する場合に比べて、その相対位置の測定精度を高めることができる。これは、各マークの配置によって、マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’のいずれかとマーク１７１ａ〜１７１ｅのいずれかとの間の距離（Ｚ方向から見た距離）、マーク１７１ａ〜１７１ｅのいずれかと測定個所Ｐ１１，Ｐ１２との間の距離（Ｚ方向から見た距離）を短くすることができ、これにより、前記座標測定器の顕微鏡の倍率を上げても、可動ステージを移動することなく、両者を顕微鏡の同一視野内に入れることができるからである。
【０１１５】
本実施の形態による光学システムでは、デバイスとして前述したデバイス検査方法により検査されて良品であると判定されたものが用いられている。したがって、本実施の形態による光学システムは、信頼性が高い。
【０１１６】
本実施の形態によれば、その他にも、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られることは、言うまでもない。
【０１１７】
［第４の実施の形態］
【０１１８】
図２７は、本実施の形態の第４の実施の形態による光学システムで用いられているデバイスの単位素子としての１つの光スイッチを構成するミラー４１２を模式的に示す概略断面図であり、図２２に対応している。図２８は、図２７に示すミラー４１２の製造工程のアッシング前の状態を示す上面図である。図２７及び図２８において、図２２乃至図２４中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【０１１９】
本実施の形態による光学システムが前記第３の実施の形態による光学システムと異なる所は、ミラー３１２を図２７及び図２８に示すミラー４１２で置き換えた点と、これに応じて、マーク１７１ａ〜１７１ｅに代えて、マーク１８１ａ〜１８１ｃ，１８１ａ’〜１８１ｃ’が図２７及び図２８に示すようにマイクロアクチュエータ４１上に形成されている点のみである。
【０１２０】
このミラー４１２は、２枚のミラー１１４，１１５を２枚重ね合わせて立脚させた構成を有する。２枚のミラー１１４，１１５がそれぞれ、反射部１０１を２本の支持部１０２によって支持されている。ただし、図２８に示すように、製造時のパターニングの差異にミラー１１４は、反射部１０１の反射面が凹面となるように縁１０１ａの段差を形成しているのに対し、ミラー１１５は、反射部１０１の反射面が凸面となるように縁１０１ａの段差を形成している。また、ミラー１１４，１１５の支持部１０２はいずれも、反射部１０１を室温で９０度以上の角度に傾斜して支持する状態に湾曲するように、膜厚及び長さが設計されている。したがって、犠牲層のレジスト８１等を除去すると、２枚のミラー１１４，１１５は、支持部１０２の湾曲により、いずれも９０度以上の角度まで傾斜しようとするため、互いに９０度の角度に達した位置でぶつかり、傾斜しようとする力がバランスすることにより、２枚の反射部１０１がマイクロアクチュエータ４１に対して垂直な状態で平衡状態となる。このとき、ミラー１１４，１１５の反射部１０１の凹凸形状が互いに噛み合わさってミラー１１４，１１５が密着した状態ではずれにくくなる。
【０１２１】
ミラー４１２も、ミラー３１２と同様に、膜の形成及びパターニング、エッチング、犠牲層の形成・除去などのによって製造することができる。
【０１２２】
本実施の形態では、例えば、ミラー４１２に関する測定個所Ｐ２１，Ｐ２２は、図２７及び図２８に示すように、ミラー４１２の上部の両側コーナーとされる。
【０１２３】
前記第３の実施の形態で述べたデバイス検査方法において、測定個所Ｐ１１，Ｐ１２を測定個所Ｐ１１，Ｐ１２に置き換えるとともに、マーク１７１ａ〜１７１ｅをマーク１８１ａ〜１８１ｃ，１８１ａ’〜１８１ｃ’で置き換えたデバイス検査方法によって、本実施の形態によるデバイスを検査することができる。本実施の形態による光学システムでは、このような検査方法で検査されたデバイスが用いられている。
【０１２４】
本実施の形態によっても、前記第３の実施の形態と同様の利点が得られる。
【０１２５】
なお、本発明では、前記第１の実施の形態を変形して前記第３及び第４の実施の形態を得たとのそれぞれ同様の変形を、前記第２の実施の形態に適用してもよい。この場合、第３及び第４の実施の形態で用いた光スイッチ用ミラー３１２，４１２は、そのまま可変光減衰器用シャッタとして用いることができる。
【０１２６】
以上、本発明の各実施の形態及び変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１２７】
例えば、前述した実施の形態は光スイッチ及び可変光減衰器に用いられるデバイスの例であったが、本発明によるデバイスの用途等はこれらの例に限定ものではない。
【０１２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、デバイスの良否を熟練を要することなく精度良く判定することができるデバイス検査方法、このデバイス検査方法等に用いるのに好適なデバイス測定方法、このデバイス測定方法に特に適した構造を有するデバイス、並びに、このデバイスや前記デバイス検査方法により検査されたデバイスを用いた光学システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるデバイスを用いた光学システムの一例を模式的に示す概略構成図である。
【図２】図１中のデバイスの単位素子としての１つの光スイッチを模式的に示す概略平面図である。
【図３】図２中のＸ１１−Ｘ１２線に沿った概略断面図である。
【図４】図２中のＸ１３−Ｘ１４線に沿った概略断面図である。
【図５】図２中のＸ１５−Ｘ１６線に沿った概略断面図である。
【図６】図２中のＹ１１−Ｙ１２線に沿った概略断面図である。
【図７】図２中のＹ１３−Ｙ１４線に沿った概略断面図である。
【図８】図２中のＹ１５−Ｙ１６線に沿った概略断面図である。
【図９】図２中のＹ１７−Ｙ１８線に沿った概略断面図である。
【図１０】図２中の光スイッチ用ミラーによる光の切り替え状態を模式的に示す概略側面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態によるデバイスを用いた光学システムの一例を模式的に示す概略構成図である。
【図１２】図１１中のデバイスが有する可変光減衰器を模式的に示す概略平面図である。
【図１３】図１２中のＸ２１−Ｘ２２線に沿った概略断面図である。
【図１４】図１２中のＸ２３−Ｘ２４線に沿った概略断面図である。
【図１５】図１２中のＸ２５−Ｘ２６線に沿った概略断面図である。
【図１６】図１２中のＹ２１−Ｙ２２線に沿った概略断面図である。
【図１７】図１２中のＹ２３−Ｙ２４線に沿った概略断面図である。
【図１８】図１２中のＹ２５−Ｙ２６線に沿った概略断面図である。
【図１９】図１２中のＹ２７−Ｙ２８線に沿った概略断面図である。
【図２０】図１１中の可変光減衰器用シャッタによる減衰状態を模式的に示す概略側面図である。
【図２１】本実施の形態の第３の実施の形態による光学システムで用いられているデバイスの単位素子としての１つの光スイッチを模式的に示す概略平面図である。
【図２２】図２１中のミラーを模式的に示す概略断面図である。
【図２３】図２２中のＡ矢視図である。
【図２４】図２１中のミラーの製造工程のアッシング前の状態を示す上面図である。
【図２５】図２１中のミラーの各製造工程を示す概略断面図である。
【図２６】図２５に引き続く各製造工程を示す概略断面図である。
【図２７】本発明の第４の実施の形態による光学システムで用いられるミラーを模式的に示す概略断面図である。
【図２８】図２７に示すミラーの製造工程のアッシング前の状態を示す上面図である。
【符号の説明】
１，２０１ デバイス
１２，３１２，３１３ 光スイッチ用ミラー
２１，３１，４１ マイクロアクチュエータ（構造体）
１２１ 基板（基体）
１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’ マーク
１７１ａ〜１７１ｅ，１８１ａ〜１８１ｃ，１８１ａ’〜１８１ｃ’ マーク
２１２ 可変光減衰器用シャッタ
Ｐ１〜Ｐ３，Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２ 測定個所[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a device, such as a MEMS device, which includes a substrate and a structure that is formed of a thin film and is supported by the substrate so that at least a part is separated from the substrate. The present invention also relates to an optical system using such a device, and a method for measuring and inspecting such a device.
[0002]
[Prior art]
Examples of the device described above include an actuator substrate constituting an optical switch disclosed in Patent Document 1 below and a MEMS device constituting a variable optical attenuator disclosed in Patent Document 2.
[0003]
The optical switch disclosed in Patent Document 1 will be described. The optical switch includes an optical waveguide substrate in which optical waveguides are formed in a matrix and grooves in which mirrors can advance at intersections thereof, a microactuator that forms a thin film structure, and an actuator substrate on which mirrors are formed, It has. The mirror is driven by a microactuator, and when the mirror advances into the groove of the optical waveguide substrate, the light is reflected by the mirror, while when the mirror leaves the groove, the light travels straight, thereby switching the optical path. .
[0004]
The microactuator employed in the optical switch disclosed in Patent Document 1 is composed only of a leaf spring portion that is uniformly composed of a thin film. The leaf spring portion as the thin film structure has a base end fixed to the substrate to form a cantilever. A mirror is fixed to the tip side of the leaf spring portion. When the driving force is not applied, the leaf spring portion is curved against the opposite side of the substrate and is spaced from the substrate. When the driving force is applied, the leaf spring portion is a surface on the substrate side. The whole contacts the surface on the substrate. When the driving force is no longer applied, the plate spring part returns to the curved state opposite to the substrate due to the spring force (internal stress) of the leaf spring portion.
[0005]
In the variable optical attenuator disclosed in Patent Document 2, a structure using a lever structure formed of a thin film on a substrate is employed as a microactuator, and a pair of optical fibers disposed opposite to each other by the microactuator. The amount of attenuation can be changed by inserting a shutter by a controlled amount into the gap between the end portions.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-142008 (FIG. 8)
[Patent Document 2]
US Pat. No. 6,173,105
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the device includes a substrate and a structure that is formed of a thin film and is supported by the substrate so that at least a part thereof is spaced from the substrate. Variations may occur in the internal stress of the film that is formed when the film constituting the body is formed. In this case, the structure is deformed from a desired shape due to variations in the internal stress, and the desired performance of the device cannot be obtained. For example, in the device disclosed in Patent Document 1, if the leaf spring portion (thin film structure) is deformed from an intended shape in a state where no driving force is applied, the mirror mounted on the leaf spring portion Since the position is displaced, there is a disadvantage that the optical path cannot be switched appropriately because the position cannot be completely advanced into the groove. Further, in the device disclosed in Patent Document 2, when the thin film structure forming the lever structure is deformed, the position of the shutter mounted on the thin film structure is displaced, so that a desired attenuation is obtained. Inconvenience such as being unable to do so occurs.
[0008]
Therefore, conventionally, the following inspection has been performed on the device as described above. That is, the shape of the structure of the manufactured device is observed with the naked eye or a microscope as it is, and the quality of the device is determined by determining whether the shape of the structure has an expected shape by an observer. In this way, the device is inspected as described above.
[0009]
However, in this conventional inspection method, the observer simply observes the shape of the structure and compares it with the expected shape as it is. It was not possible to accurately determine whether the product was good or bad.
[0010]
The present invention has been made in view of such circumstances, and is suitable for use in a device inspection method, a device inspection method, and the like that can accurately determine the quality of a device as described above without requiring skill. Another object of the present invention is to provide a device measuring method, a device having a structure particularly suitable for the device measuring method, and an optical system using the device and a device inspected by the device inspection method.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, a device according to a first aspect of the present invention includes a base and a structure that is formed of a thin film and is supported by the base so that at least a part is separated from the base. One or more marks for measuring the relative position of one or more locations of the structure relative to the base are formed on one or both of the base and the structure.
[0012]
A device according to a second aspect of the present invention is the device according to the first aspect, wherein at least one of the one or more marks is substantially used for an application other than the measurement of the relative position. There is nothing.
[0013]
A device according to a third aspect of the present invention is the device according to the first or second aspect, wherein at least one of the one or more marks is substantially used for purposes other than the measurement of the relative position. It is also used for.
[0014]
A device according to a fourth aspect of the present invention is the device according to any one of the first to third aspects, wherein the one or more marks are when the base and the structure are observed from the structure side. Each of the one or more locations of the structure is formed on the substrate such that at least one of the one or more marks exists within a range of 150 μm or less from the location. is there. The range is preferably a range of 120 μm or less, and more preferably 100 μm or less.
[0015]
The device according to a fifth aspect of the present invention is the device according to any one of the first to fourth aspects, wherein at least one of the one or more marks is substantially point-symmetric with respect to a center point thereof. It is what has.
[0016]
The device according to a sixth aspect of the present invention is the device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the relative position of at least a part of the structural body with respect to the base is the film constituting the part, It is different from the relative position with respect to the substrate at the time of film formation.
[0017]
A device according to a seventh aspect of the present invention is the device according to any one of the first to sixth aspects, wherein the structure includes a cantilever structure having a fixed end fixed to the base.
[0018]
A device according to an eighth aspect of the present invention is the device according to the seventh aspect, wherein the cantilever structure constitutes a microactuator.
[0019]
A device according to a ninth aspect of the present invention is the device according to the eighth aspect, wherein: (a) the cantilever structure has a plurality of beam components connected in series between a fixed end and a free end. And (b) in a state where the cantilever beam structure is not subjected to force, one beam component of the plurality of beam components and at least one other beam component are the base side and its It has different curved and non-curved states on the opposite side.
[0020]
The device according to a tenth aspect of the present invention is the device according to the ninth aspect, wherein (a) a beam constituent part on the most fixed end side among the plurality of beam constituent parts is a leaf spring part; Among the plurality of beam components, at least one beam component other than the beam component on the most fixed end side is substantially rigid with respect to bending at least on the fixed component side and the opposite side. It is what is.
[0021]
A device according to an eleventh aspect of the present invention is the device according to any one of the first to tenth aspects, wherein the structure includes an optical element part, or an optical element part is mounted on the structure. is there.
[0022]
A device according to a twelfth aspect of the present invention is the device according to the eleventh aspect, wherein the optical element portion is an optical switch mirror.
[0023]
A device according to a thirteenth aspect of the present invention is the device according to the eleventh aspect, wherein the optical element portion is a variable optical attenuator shutter.
[0024]
A measurement method according to a fourteenth aspect of the present invention is a measurement method for measuring a relative position of the device according to any one of the first to eleventh aspects with respect to the substrate at one or more locations of the structure. The one or more marks are used.
[0025]
A measurement method according to a fifteenth aspect of the present invention measures a device comprising a substrate and a structure that is formed of a thin film and is supported by the substrate so that at least a part thereof is spaced from the substrate. A method for measuring the relative position of one or more locations of the structure relative to the substrate.
[0026]
A device inspection method according to a sixteenth aspect of the present invention is to judge pass / fail of the device based on the relative position obtained by the measurement method according to the fourteenth or fifteenth aspect.
[0027]
A device according to a seventeenth aspect of the present invention is inspected by the device inspection method according to the sixteenth aspect.
[0028]
An optical system according to an eighteenth aspect of the present invention includes the device according to any one of the eleventh to thirteenth and seventeenth aspects.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a device, an optical system, and a device measuring method and an inspection method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0030]
[First Embodiment]
[0031]
FIG. 1 schematically shows an example of an optical system (in this embodiment, an optical switch system) using a device (in this embodiment, an optical switch array) 1 according to the first embodiment of the present invention. It is a schematic block diagram. For convenience of explanation, as shown in FIG. 1, an X axis, a Y axis, and a Z axis that are orthogonal to each other are defined (the same applies to the drawings described later). In FIG. 1, an X ′ axis and a Y ′ axis indicate axes obtained by rotating the X axis and the Y axis by 45 ° around the Z axis, respectively. The surface of the substrate 121 of the device 1 is parallel to the XY plane. The + side in the Z-axis direction may be referred to as the upper side, and the − side in the Z-axis direction may be referred to as the lower side.
[0032]
As shown in FIG. 1, the optical system according to the present embodiment includes a device 1, m optical input optical fibers 2, m optical output optical fibers 3, and n optical output optical fibers. 4, in order to realize the optical path switching state indicated by the optical path switching state command signal in response to the optical path switching state command signal and the magnet 5 as a magnetic field generating unit that generates a magnetic field as described later with respect to the device 1. And an external control circuit 6 as a control unit that supplies the control signal to the device 1. In the example shown in FIG. 1, m = 3 and n = 3, but m and n may each be an arbitrary number.
[0033]
In the present embodiment, the magnet 5 is a permanent magnet disposed on the lower side of the device 1, and generates a substantially uniform magnetic field toward the + side along the X-axis direction with respect to the device 1. . However, instead of the magnet 5, for example, a permanent magnet having another shape, an electromagnet, or the like may be used as the magnetic field generation unit.
[0034]
As shown in FIG. 1, the device 1 includes a substrate 121 and an optical switch mirror 12 as m × n optical element units arranged on the substrate 121. The m optical fibers 2 for light input are arranged in a plane parallel to the XY plane so as to guide incident light in the Y′-axis direction from one side in the Y′-axis direction with respect to the substrate 121. The m light output optical fibers 3 are arranged on the other side of the substrate 121 so as to face the m light input optical fibers 2, and are not reflected by any mirror 12 of the device 1. 'It is arranged in a plane parallel to the XY plane so that light traveling in the axial direction is incident. The n light output optical fibers 4 are arranged in a plane parallel to the XY plane so that light reflected by any mirror 12 of the device 1 and traveling in the −X′-axis direction is incident. . The m × n mirrors 12 can be advanced and withdrawn by microactuators 21 described later at the intersections of the outgoing optical paths of the m optical input optical fibers 2 and the incident optical paths of the optical output optical fibers 4, respectively. Are arranged on the substrate 121 in a two-dimensional matrix so as to be movable in the Z-axis direction. In this example, the orientation of the mirror 12 is set so that the normal line thereof is parallel to the Y axis that forms 45 ° with the Y axis ′ in a plane parallel to the XY plane. Of course, the angle can be changed as appropriate. When the angle of the mirror 12 is changed, the direction of the optical fiber 4 for light output may be set in accordance with the angle. FIG. 1 shows an apparatus for switching light beams in a space, and a lens may be inserted at the fiber end to improve the coupling with the light beam. The optical path switching principle of this optical switch system is the same as the optical path switching principle of the conventional two-dimensional optical switch.
[0035]
Next, the structure of one optical switch as a unit element of the device 1 in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows one optical switch (ie, one microactuator 21 and one mirror 12 driven thereby) as a unit element of the device 1 used in the optical system according to the first embodiment of the present invention. Is a schematic plan view schematically showing. In FIG. 2, the SiN film 144 as a protective film formed over the entire surface of the movable part and the leg part is omitted, and the lines of the ridges 149 and 150 that should be originally written by solid lines are indicated by broken lines The Al films 142 and 143 are hatched differently. FIG. 3 is a schematic sectional view taken along line X11-X12 in FIG. Although not shown in the drawing, the schematic cross-sectional view along the line X19-X20 in FIG. 2 is the same as FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line X13-X14 in FIG. Although not shown in the drawing, the schematic cross-sectional view along the line X17-X18 in FIG. 2 is the same as FIG. FIG. 5 is a schematic sectional view taken along line X15-X16 in FIG. 6 is a schematic cross-sectional view taken along line Y11-Y12 in FIG. FIG. 7 is a schematic sectional view taken along line Y13-Y14 in FIG. FIG. 8 is a schematic sectional view taken along line Y15-Y16 in FIG. FIG. 9 is a schematic sectional view taken along line Y17-Y18 in FIG. 3 to 9 show that the beam components 132 and 134 are not curved in the Z-axis direction, the beam components 132 and 134 are actually shown in FIG. As shown in FIG. 4, in a state where the movable part is not receiving force, the movable part is curved in the + Z direction by the stress of the film constituting the beam constituent parts 132 and 134.
[0036]
In the present embodiment, the microactuator 21 has a cantilever structure made of a thin film.
[0037]
The microactuator 21 used in the present embodiment includes a substrate 121 such as a silicon substrate or a glass substrate as a base, legs 122 and 123, and is mainly parallel to the X-axis direction in a plan view as viewed from the Z-axis direction. The two strip-like beam portions 124 and 125 extending in this manner, and provided at the distal ends (free ends, end portions in the + X direction) of the beam portions 124 and 125, in a plan view mechanically connecting between them. A rectangular connecting portion 126, a connecting portion 127 that mechanically connects the fixed end sides of the beam constituting portion 133 constituting the beam portion 124 and the beam constituting portion 135 constituting the beam portion 125 for reinforcement, and fixing Electrode (first electrode portion) 128. In the present embodiment, the beam portions 124 and 125 and the connection portions 126 and 127 are formed of a thin film and are supported by the substrate 121 via the leg portions 122 and 123 so as to separate the space from the substrate 121 ( In the present embodiment, a cantilever beam structure) is configured.
[0038]
The fixed ends (ends in the −X direction) of the beam portion 124 are wiring patterns 130 and 131 (not shown in FIG. 2) made of an Al film formed on an insulating film 129 such as a silicon oxide film on the substrate 121, respectively. And mechanically connected to the substrate 121 via a leg portion 122 composed of two individual leg portions 122a and 122b having a rising portion rising from the substrate 121. Similarly, the fixed end (the end portion in the −X direction) of the beam portion 125 is connected to the substrate 121 via two wiring patterns (not shown) made of an Al film formed on the insulating film 129 on the substrate 121. It is mechanically connected to the substrate 121 via a leg portion 123 composed of two individual leg portions 123a and 123b having a rising portion that rises from the bottom. As described above, the free ends of the beam portions 124 and 125 are mechanically connected by the connecting portion 126, and the fixed end sides of the beam constituting portions 133 and 135 are mechanically connected by the connecting portion 127. Therefore, in the present embodiment, the beam portions 124 and 125 and the connection portions 126 and 127 constitute a cantilever structure as a movable portion as a whole. In the present embodiment, the substrate 121, the fixed electrode 128, and the insulating film 129 constitute a fixed portion (base).
[0039]
The beam portion 124 has two beam constituent portions 132 and 133 mechanically connected in series in the X-axis direction between the fixed end and the free end of the movable portion. The beam forming part 132 is configured in a strip shape extending in the X-axis direction in a plan view as viewed from the Z-axis direction. As shown in FIG. 2, the beam forming portion 133 is configured in a band plate shape and extends mainly in the X-axis direction in a plan view as viewed from the Z-axis direction, but in the Y-axis direction at a position on the −X side. It has a bent shape. The beam constituent portion 132 on the fixed end side (−X side) is a leaf spring portion that can bend in the Z-axis direction, whereas the beam constituent portion 133 on the free end side (+ X side) is in the Z-axis direction (substrate 121). Side and the opposite side) and a rigid portion having substantial rigidity against bending in other directions.
[0040]
The beam forming portion 132 has three layers in which the lower SiN film 141, the intermediate Al films 142 and 143, and the SiN film 144 as the upper protective film are stacked (however, the gap between the Al films 142 and 143 is 2). Layer) and is configured to act as a leaf spring. Although the Al film 142 and the Al film 143 are formed in the same layer, as shown in FIG. 2, they are formed with a slight gap in the Y-axis direction and are electrically separated from each other. This is because the Al film 142 is used as a wiring to the movable electrode for electrostatic force, and the Al film 143 is used as a wiring for forming a current path for Lorentz force. Almost no current flows in the wiring for electrostatic force, while a relatively large current flows in the wiring for Lorentz force. Therefore, in order to reduce the electrical resistance of the wiring for Lorentz force, the Al film 142 is formed with a narrow width, The Al film 143 is formed wide.
[0041]
The beam constituting portion 133 has three layers in which a lower SiN film 141, intermediate Al films 142, 143, and an SiN film 144 serving as an upper protective film, which are continuously extended from the beam constituting portion 132, are stacked (however, In the gap between the Al films 142 and 143, the thin film is composed of two layers. However, the above-described rigidity is given to the beam constituting portion 133 by forming the ridge portions 149 and 150 described later.
[0042]
Although FIG. 3 shows that the beam component 132 is not curved in the Z-axis direction, the beam component 132 is actually stressed in the films 141 to 144 in a state where no drive signal is supplied. Is curved upward (on the opposite side of the substrate 121, in the + Z direction). Such a curved state can be realized by appropriately setting the film formation conditions of the films 141, 142, and 144. On the other hand, the beam constituting portion 133 is not substantially curved in the Z-axis direction regardless of whether or not a drive signal is supplied, and is not bent due to the stress of the films 141 to 144 by having the above-described rigidity. Always maintain a flat state. Thus, the beam component 132 and the beam component 133 have different curved / non-curved states in a state where the beam 124 is not subjected to force.
[0043]
In the present embodiment, the leg portion 122 is configured by continuously extending the SiN films 141 and 144 and the Al films 142 and 143 constituting the beam constituting portion 132, and has two individual leg portions 122a and 122b. is doing. The leg portion 122 has two individual leg portions 122a and 122b because the wiring for electrostatic force and the wiring for Lorentz force are separated, and the Al film 142 and the Al film 143 are formed on the substrate 121. This is because the wiring patterns 130 and 131 are electrically connected to each other. The Al film 142 is electrically connected to the wiring pattern 130 through an opening formed in the SiN film 141 in the individual leg 122a. The Al film 143 is electrically connected to the wiring pattern 131 through an opening formed in the SiN film 141 in the individual leg portion 122b. In addition, in order to reinforce the strength of the leg portion 122, the upper portion of the leg portion 122 has a mouth shape so that the protruding strip portion 151 collectively surrounds the individual leg portions 122 a and 122 b in a plan view as viewed from the Z direction. It is formed in a shape.
[0044]
The beam part 125 and the leg part 123 have the completely same structure as the beam part 124 and the leg part 122, respectively. The beam constituting portions 134 and 135 constituting the beam portion 125 correspond to the beam constituting portions 132 and 133 constituting the beam portion 124. The individual leg portions 123a and 123b constituting the leg portion 123 correspond to the individual leg portions 122a and 122b constituting the leg portion 122, respectively. Further, on the upper portion of the leg portion 123, a ridge portion 152 corresponding to the above-described ridge portion 151 is formed.
[0045]
The connecting portion 127 is composed of a two-layer film of SiN films 141 and 144 that continuously extend from the beam constituting portions 133 and 135 as they are. The Al film 142 from the beam constituent portions 133 and 135 does not extend to the connection portion 127, and no electrical connection is made at the connection portion 127.
[0046]
In the present embodiment, in order to collectively give rigidity to the beam constituting portions 133 and 135 and the connecting portions 126 and 127, as shown by a broken line in FIG. A ridge portion 149 is formed so as to circulate, and a ridge portion 150 is formed so as to circulate toward the inner peripheral side of the collective region. The projecting portions 149 and 150 reinforce the beam constituting portions 133 and 135 and have rigidity. The beam components 133 and 135 are not substantially curved in the Z-axis direction regardless of whether or not a drive signal is supplied, and are not bent by the stress of the films 141 to 144 by having the above-described rigidity. Always maintain a flat state.
[0047]
The connection part 126 is configured by continuously extending the SiN films 141 and 144 and the Al films 142 and 143 constituting the beam constituting parts 133 and 135 as they are. The connecting portion 126 is provided with a mirror 12 made of Au, Ni or other metal as a driven body.
[0048]
The portion of the Al film 142 in the connection portion 126 is also used as an electrostatic force movable electrode (second electrode portion). In a region on the substrate 121 facing the movable electrode, an electrostatic force fixed electrode 128 made of an Al film is formed. Although not shown in the drawing, the Al film constituting the fixed electrode 128 also extends as a wiring pattern. By using the Al film together with the wiring pattern 130, the Al film in the connection portion 126 that serves as both the fixed electrode 128 and the movable electrode is used. A voltage (voltage for electrostatic force) can be applied between the membrane 142.
[0049]
On the other hand, as can be seen from the above description, the Al film 143 causes the beam configuration part 132 → the beam configuration part 133 → the connection part 126 → the beam configuration part 135 → the beam from the wiring pattern 131 below the individual leg part 122b of the leg part 122. A current path is formed through the component 134 to the wiring pattern (not shown) below the individual leg 123b of the leg 123. Of these current paths, the current path along the Y-axis direction at the connecting portion 126 is a portion that generates a Lorentz force in the Z-axis direction when placed in a magnetic field in the X-axis direction. Accordingly, when the permanent magnet 5 shown in FIG. 1 is used and placed in a magnetic field in the X-axis direction and a current (Lorentz force current) is passed through the current path, the Lorentz force (drive) is applied to the Al film 143 in the connection portion 126. Force) acts in the Z direction. Whether the direction of the Lorentz force is the + Z direction or the −Z direction is determined by the direction of the Lorentz force current.
[0050]
As can be seen from the above description, in the present embodiment, the structure formed by the beam portions 124 and 125 and the connection portions 126 and 127 is fixed to the fixed portion including the substrate 121, the fixed electrode 128, and the insulating film 129. It can move up and down (in the Z-axis direction). In other words, in the present embodiment, the movable portion includes an upper position where the movable portion attempts to return by the spring force of the beam constituting portions 132 and 134 constituting the leaf spring, and a lower position where the connecting portion 126 contacts the fixed electrode 128. You can move between. In the upper position, the distance between the movable electrode of the movable part (the Al film 142 in the connection part 126) and the fixed electrode 128 of the fixed part is widened, and the electrostatic force that can be generated between them is reduced or eliminated. At the lower position, the distance between the movable electrode of the movable part (the Al film 142 in the connection part 126) and the fixed electrode 128 of the fixed part is narrowed, and the electrostatic force that can be generated between the two is increased.
[0051]
In the present embodiment, by controlling the electrostatic force voltage and the Lorentz force current, the mirror 12 is held at the upper position (opposite the substrate 121) and the mirror 12 is lower (the substrate 121 side). Can be kept in the state. In the present embodiment, such control is performed by the external control circuit 6.
[0052]
FIG. 10 is a schematic side view schematically showing a light switching state by the mirror 12 provided in the microactuator 21. FIG. 10A shows a state where the mirror 12 is held on the upper side and has advanced into the optical path, and FIG. 10B shows a state where the mirror 12 is held on the lower side and has exited the optical path. In FIG. 10, the structure of each part is greatly simplified. In FIG. 10, K indicates a cross section of the optical path with respect to the advance position of the mirror 12.
[0053]
As shown in FIG. 10A, in a state where the electrostatic force and the Lorentz force are not applied, the beam constituent portions 132 and 134 return to a state curved in the + Z direction due to the stress of the film constituting them, The mirror 12 is held on the upper side. As a result, the mirror 12 advances into the optical path K and reflects the light incident on the optical path. When switching from this state to a state in which the light incident on the optical path is allowed to pass through without being reflected by the mirror 12, for example, first, the Lorentz force is applied to the leaf spring portions (beam constituent portions 132 and 134). After the mirror 12 is moved downward against the spring force and the mirror 12 is held on the substrate 121, the electrostatic force is applied to maintain the holding, and the application of the Lorentz force is stopped.
[0054]
In the present embodiment, although not shown in the drawings, in the device 1, the optical switch composed of the mirror 12 and the microactuator 21 that drives the mirror 12 is arranged on a plurality of substrates 121 in a two-dimensional matrix, and these are optical A switch array is configured. However, in the present invention, only a single optical switch may be mounted on the device 1.
[0055]
In the present embodiment, the SiN film 144 as a protective film is formed over the entire surface of the movable part and the leg part, but the SiN film 144 may not be formed.
[0056]
In this embodiment, as shown in FIGS. 2 and 10, in the device 1, the movable portion (thin film structure) is formed on the fixed portion (base), specifically on the insulating film 129 on the substrate 121. Marks 161a to 161f and 161a ′ to 161f ′ are formed for measuring the relative positions of one or more places P1 to P3 of the body) with respect to the fixed portion. The locations P1 and P2 are the −Y side and + Y side corners on the distal end side (+ X side) of the connection portion 126, respectively. The location P3 is a −Y side corner on the −X side of the beam constituting portion 135. In the present embodiment, the marks 161a to 161f are arranged at a predetermined pitch in a row in the X-axis direction in the vicinity of the −Y side of the beam forming portion 135. The marks 161a ′ to 161f ′ are arranged at a predetermined pitch in a line in the X-axis direction in the vicinity of the + Y side of the beam forming portion 133. In the present embodiment, each of the marks 161a to 161f and 161a ′ to 161f ′ has a square shape and a point-symmetric shape with respect to the center point. However, in the present invention, the number, arrangement, shape, and the like of the marks are not limited to the above-described example. Furthermore, in the present embodiment, each of the marks 161a to 161f and 161a ′ to 161f ′ does not serve as a wiring pattern or the like, and is not used for applications other than the relative position measurement. In the present embodiment, each of the marks 161a to 161f and 161a ′ to 161f ′ is formed by patterning an Al film. For example, another metal film or an insulating film is formed by a photolithography etching method or the like. It may be formed by patterning.
[0057]
The marks 161a to 161f and 161a ′ to 161f ′ are preferably formed for all the microactuators 21 in the device 1, but may be formed only for some of the microactuators 21.
[0058]
The device 1 according to the present embodiment can be manufactured by using a semiconductor manufacturing technique such as film formation and patterning, etching, and sacrificial layer formation / removal.
[0059]
An example of this will be briefly described. First, a silicon oxide film 129 is formed on the upper surface of the silicon substrate 121 by thermal oxidation, and an Al film is deposited thereon by vapor deposition or sputtering, and then by photolithography etching method. The Al film is patterned into the shape of the fixed electrode 128, the wiring patterns 130 and 131, the marks 161a to 161f, 161a ′ to 161f ′, and other wiring patterns. Next, a first resist serving as a sacrificial layer is applied on the substrate in this state, and openings corresponding to the contact portions of the legs 122a, 122b, 123a, 123b are formed in the first resist by a photolithography etching method. To do. Next, a second resist serving as a sacrificial layer is applied to the entire surface of the substrate in this state, and only the portions corresponding to the protrusions 149 to 152 in the second resist are left in an island shape by photolithography. The part of is removed. After that, the leg portions 122a, 122b, 123a, 123b, the beam portions 124, 125, and the SiN film 141 to be the connection portions 126, 127 are formed by a plasma CVD method or the like, and then patterned by a photolithography etching method, To do. At this time, openings are formed in the contact portions of the leg portions 122a, 122b, 123a, and 123b. Next, the leg portions 122a, 122b, 123a, 123b, the beam portions 124, 125 and the Al films 142, 143 to be the connection portions 126, 127 are deposited by vapor deposition or sputtering, and then patterned by photolithography etching. To the shape of Next, a third resist serving as a sacrificial layer is thickly applied to the entire surface of the substrate in this state, and the third resist is exposed and developed to form a region in which the mirror 12 is grown on the third resist. Au, Ni or other metal to be the mirror 12 is grown by electrolytic plating. Finally, the first to third resists are removed by a plasma ashing method or the like. Thereby, the device 1 according to the present embodiment is completed.
[0060]
As described above, when the films 141 to 144 are formed, when the first to third resists are removed, the beam constituent parts (leaf spring parts) 132 and 134 are bent upward due to stress during film formation. Perform under conditions that
[0061]
In the device 1, in order to appropriately perform the optical path switching operation described with reference to FIGS. 1 and 10, the structure (the beam portions 124 and 125 and the connection portions 126 and 127) does not receive a driving force. 10 (a) in the state in the state (that is, in this embodiment, the degree of bending in the + Z direction of the beam constituent portions 132, 134 is appropriate, It is important that the twist or the like is sufficiently small (that is, the height difference between the points P1 and P2 in the Z-axis direction is small). For example, if the degree of curvature in the + Z direction of the beam components 132 and 134 is less than the allowable range in the state shown in FIG. A part of it is reflected, but the rest is passed as it is. Further, if the twist is large, the angle of the mirror 12 is shifted, and the mirror 12 can reflect the incident light in a direction to appropriately guide the incident light to the corresponding optical fiber 3 for light output without receiving the driving force. It will disappear.
[0062]
However, in the device 1, even if the manufacturing process is sufficiently controlled, the internal stress of the film generated when the film constituting the structure is formed may vary due to the variation in the film forming conditions. In this case, the structure is deformed from an intended shape due to variations in the internal stress.
[0063]
Therefore, it is necessary to inspect the manufactured device 1 in order to determine the quality of the structure.
[0064]
According to the above-described prior art, the shape of the structure of the manufactured device 1 is observed with the naked eye or a microscope as it is, and it is determined whether or not the shape of the structure has an expected shape by an observer. By doing so, the quality of the device 1 is determined. In this case, since the observer simply observes the shape of the structure and compares it with the desired shape as it is, skill is required to determine the quality of the device 1, and the quality of the device 1 is accurately determined. Cannot judge well.
[0065]
On the other hand, in the first device inspection method as the device inspection method according to the embodiment of the present invention, the location P1 of the structure of the device 1 without using the marks 161a to 161f and 161a ′ to 161f ′. The relative position of P3 (see FIG. 2) with respect to the substrate is measured, and the quality of the device 1 is determined based on the relative position obtained by the measurement. Specifically, for example, coordinates that can measure position coordinates by image processing by combining a movable stage (for example, an XY stage) as a sample stage, a microscope, and a CCD camera that captures a microscope image from the Z direction. Using the measuring device, for example, the XY coordinates of the points P1 to P3 are measured using the position of the pattern of the individual leg 123b as the reference position on the base side. As the coordinate measuring device, for example, a CNC image measurement system “NEXIV VMR-3020” manufactured by Nikon Corporation can be used.
[0066]
If the relative positions (XY coordinates) of the locations P1 to P3 with respect to the base are obtained, the degree of bending in the + Z direction and the twist of the structure (the beam portions 124 and 125 and the connection portions 126 and 127) are calculated. Can be sought. Therefore, whether the device 1 is good or bad can be determined based on whether or not the degree of bending in the + Z direction and the twist obtained by the calculation are within a predetermined allowable range. In addition, when the deformation | transformation of a structure, etc. are calculated | required more strictly, what is necessary is just to increase the measurement location in the said structure. In this case, it is the same as the marks 161a to 161f and 161a ′ to 161f ′ at the measurement points to be increased (for example, appropriate portions on the upper surfaces of the beam constituting portions 133 and 135 and the connection portions 126 and 127) as necessary. A mark may be formed. This also applies to the second device inspection method described later.
[0067]
Thus, in the first device inspection method, the relative position of the locations P1 to P3 with respect to the base is measured, and the quality of the device 1 is determined based on the measured relative position. The quality of the device 1 can be determined objectively. Therefore, according to the first device inspection method, the skill of the inspector becomes unnecessary, and the quality of the device 1 can be determined with higher accuracy than in the past. When this first device inspection method is performed, it is not necessary to form the marks 161a to 161f and 161a ′ to 161f ′.
[0068]
In addition, about the position measurement of the location P1-P3 of the said structure, it is not necessarily limited to the measurement of the XY coordinate position seen from the Z direction, For example, the coordinate position seen from the direction inclined with respect to the Z-axis May be measured. This also applies to the second device inspection method described later.
[0069]
Further, in the second device inspection method as the device inspection method according to another embodiment of the present invention, the positions P1 to P3 of the structure body of the device 1 using the marks 161a to 161f and 161a ′ to 161f ′ ( The relative position of the device 1 (see FIG. 2) is measured, and the quality of the device 1 is determined in the same manner as in the first device inspection method based on the relative position obtained by this measurement. Specifically, for example, the coordinate measuring device is used to measure the XY coordinates of the points P1 to P3 using any one of the marks 161a to 161f and 161a ′ to 161f ′ as a reference position on the substrate side.
[0070]
As described above, the second device inspection method is different from the first device inspection method in that the relative positions of the measurement points P1 to P3 of the structure with respect to the base are based on the pattern positions of the individual legs 123b. It is only a point which is measured as a position or whether any one of the marks 161a to 161f and 161a ′ to 161f ′ is measured as a reference position. Therefore, as with the first device inspection method, the second device inspection method also eliminates the skill of the inspector and can determine the quality of the device 1 with higher accuracy than in the past.
[0071]
In the first device inspection method, the pattern position of the individual leg 123b used as the reference position on the substrate side is relatively far from the measurement points P1 to P3. For example, the distance between the measurement point P1 and the position of the pattern of the individual leg 123b when viewed from the Z direction is about 500 μm. Therefore, when the measurement position P1 and the like and the pattern of the individual leg 123b serving as the reference position are placed in the same field of view of the microscope without moving the movable stage, an attempt is made to measure the relative position of the measurement position P1 and the like. The magnification of the microscope must be relatively low. Therefore, it is difficult to increase the measurement accuracy of the relative position of the measurement location P1 or the like. On the other hand, when the magnification of the microscope is increased, the position of the pattern of the individual leg 123b and the measurement points P1 to P3 are relatively far from each other, so that both cannot be put in the same field of view of the microscope. Therefore, when the magnification of the microscope is increased, the movable stage must be moved in order to measure the relative positions of the measurement points P1 to P3. Normally, in a coordinate measuring instrument, the amount of movement of the movable stage is electrically measured and stored, so that the coordinate position can be measured even if the reference position and the measurement points P1 to P3 are not in the same field of view. it can. However, if the movable stage is moved, the measurement accuracy is lowered. As a specific example, if the movable stage is not moved, the distance between two points can be measured with an accuracy of 0.1 μm, whereas if the movable stage is moved by about 500 μm, the distance between the two points is measured by 4.5 μm. About a measurement error occurs. Therefore, in the first device inspection method, even if the magnification of the microscope is increased in order to increase the measurement accuracy, the measurement accuracy cannot be increased after all.
[0072]
On the other hand, in the second device inspection method, the marks 161a to 161f and 161a ′ to 161f ′ are used as the reference positions on the substrate side. Since any of the marks 161a to 161f and 161a 'to 161f' is close to the measurement points P1 to P3, even if the magnification of the microscope is increased, the measurement points P1 to P3 and any of the marks are not moved without moving the movable stage. Can be placed in the same field of view of the microscope. Therefore, according to the second device inspection method, the relative position of the measurement points P1 to P3 of the structure relative to the base body can be measured with higher accuracy than the first device inspection method. As a result, the quality of the device 1 can be determined with higher accuracy.
[0073]
As can be seen from the above description, the marks 161a to 161f and 161a 'to 161f' can be measured with any of the marks without moving the movable stage of the coordinate measuring device even when the magnification of the microscope of the coordinate measuring device is increased. It is preferable to arrange the portions P1 to P3 so as to fall within the same field of view of the microscope. Specifically, the marks 161a to 161f and 161a ′ to 161f ′ are within the range of 150 μm or less from the measurement location for each of the measurement locations P1 to P3 when the device 1 is observed from the structure side. It is preferable to arrange so that at least one of the one or more marks is present. The range is more preferably 120 μm or less, and even more preferably 100 μm or less.
[0074]
In the present embodiment, as described above, each of the marks 161a to 161f and 161a ′ to 161f ′ has a square shape and is point-symmetric with respect to the center point. Therefore, the accuracy of the position indicated by each of the marks 161a to 161f and 161a ′ to 161f ′ is increased. This is because the pattern edge line moves under the influence of an error during pattern manufacturing (a photolithographic process or an etching process), but the symmetrical center point of point symmetry hardly moves. Therefore, when measuring the coordinates of the measurement points P1 to P3, the center points of the marks 161a to 161f and 161a ′ to 161f ′ are preferably used as a reference. If the shape of each of the marks 161a to 161f and 161a ′ to 161f ′ is a point-symmetric shape with respect to the center point such as a circle, a regular triangle, a regular polygon, and a rhombus in addition to a square, the same advantage can be obtained. It is done. As described above, it is preferable to adopt a point-symmetric shape with respect to the center point as the shape of each of the marks 161a to 161f and 161a ′ to 161f ′, but other shapes may be adopted in the present invention. These points are the same for other marks described later.
[0075]
In the first and second device inspection methods, for example, the relative positions of the measurement points P1 to P3 are measured for all the microactuators 21 in the device 1, and the shape of the structure is measured for all the microactuators 21. The device 1 may be determined to be a non-defective product only when it is good, or, typically, the relative positions of the measurement points P1 to P3 are measured only for some of the microactuators 21 in the device 1, When the structure of the partial microactuator 21 is good, the device 1 may be determined to be good.
[0076]
In the optical system according to the present embodiment, a device 1 that has been inspected by the first or second device inspection method and determined to be a non-defective product is used. Therefore, the optical system according to the present embodiment has high reliability.
[0077]
In the optical system according to the present embodiment, since the device 1 in which the marks 161a to 161f and 161a ′ to 161f ′ are formed is used, the second device inspection method is possible. For this reason, it is possible to use the device 1 that has been inspected by the second device inspection method and determined to be a non-defective product, whereby the reliability of the optical system can be further improved.
[0078]
Furthermore, in the present embodiment, the beam portions 124 and 125 of the microactuator 21 mounted on the device 1 are not composed of only a uniform leaf spring portion, but the beam portions 124 and 125 receive force. In this state, it is composed of beam constituent portions 132 and 134 on the fixed end side that are leaf spring portions curved in the + Z direction and beam constituent portions 133 and 135 that are always flat plate-like rigid portions on the free end side. Therefore, the length from the fixed end to the free end of the movable portion is increased, and the Lorentz force and / or electrostatic force acts between the connection portion 126 and the substrate 121 side in a state where the movable portion is not subjected to force. The distance can be shortened. For this reason, the position of the connecting portion 126 on which the driving force on the free end side acts can be arranged at a position far from the fixed end of the movable portion and relatively close to the substrate 121 side in a state where no driving signal is supplied. it can. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to operate with a small driving force, and it is possible to operate the microactuator 21 with low power.
[0079]
The marks 161a to 161f and 161a ′ to 161f ′ are configured so as not to be used for purposes other than the measurement of the relative position in the present embodiment. You may comprise so that it may be used also for uses other than the measurement of an arbitrary position.
[0080]
[Second Embodiment]
[0081]
FIG. 11 schematically shows an example of an optical system (variable optical attenuator system in the present embodiment) using a device (variable optical attenuator in the present embodiment) 201 according to the second embodiment of the present invention. FIG.
[0082]
As shown in FIG. 11, the optical system according to the present embodiment will be described later with respect to the device 201, one optical input optical fiber 202, one optical output optical fiber 203, and the device 201. And a magnet 205 as a magnetic field generating unit that generates a magnetic field at the outside, and an external control unit that supplies a control signal for realizing the attenuation state indicated by the attenuation command signal to the device 201 in response to the attenuation command signal And a control circuit 206.
[0083]
In the present embodiment, the magnet 205 is a permanent magnet disposed on the lower side of the device 1, and generates a substantially uniform magnetic field toward the + side along the X-axis direction with respect to the device 201. . However, instead of the magnet 205, for example, a permanent magnet having another shape, an electromagnet, or the like may be used as the magnetic field generation unit.
[0084]
As shown in FIG. 1, the device 201 includes a substrate 121 and a variable optical attenuator shutter 212 as one optical element unit disposed on the substrate 121. The optical fiber for light input 202 is arranged in a plane parallel to the XY plane so as to guide incident light in the Y-axis direction from one side of the substrate 121 in the Y-axis direction. The optical fiber for optical output 203 is disposed on the other side of the substrate 121 so as to face the optical fiber for optical input 202, and is output from the output end of the optical fiber for optical input 202 and attenuated by the shutter 212. It arrange | positions in the surface parallel to XY plane so that the light which advances to a direction may inject. The shutter 212 is arranged on the substrate 121 so that it can move in the Z-axis direction so as to be advanced by a microactuator 31 described later with respect to the optical path between the optical fibers 202 and 203.
[0085]
Next, the structure of the variable optical attenuator included in the device 201 in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 12 schematically shows a variable optical attenuator (that is, one microactuator 31 and one shutter 212 driven by the device 1) included in the device 1 used in the optical system according to the second embodiment of the present invention. FIG. In FIG. 12, the SiN film 144 as a protective film formed over the entire surface of the movable part and the leg part is omitted, and the lines of the ridges 149 and 150 to be originally written by solid lines are indicated by broken lines, The Al film 143 is hatched. FIG. 13 is a schematic sectional view taken along line X21-X22 in FIG. Although not shown in the drawing, the schematic cross-sectional view along the line X29-X30 in FIG. 12 is the same as FIG. FIG. 14 is a schematic sectional view taken along line X23-X24 in FIG. Although not shown in the drawing, the schematic cross-sectional view along the line X27-X28 in FIG. 12 is the same as FIG. FIG. 15 is a schematic sectional view taken along line X25-X26 in FIG. FIG. 16 is a schematic cross-sectional view along the line Y21-Y22 in FIG. FIG. 17 is a schematic cross-sectional view taken along line Y23-Y24 in FIG. 18 is a schematic cross-sectional view taken along the line Y25-Y26 in FIG. FIG. 19 is a schematic cross-sectional view along the line Y27-Y28 in FIG. 13 to 19 show that the beam components (leaf spring portions) 132 and 134 are not curved in the Z-axis direction, the beam components 132 and 134 are actually described later. As shown in FIG. 20 (a), in a state where the movable part is not receiving force, it is bent in the + Z direction by the stress of the film constituting the beam constituting parts 132 and 134. 12 to 19, elements that are the same as or correspond to those in FIGS. 2 to 9 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.
[0086]
The micro actuator 31 is different from the micro actuator 21 only in the points described below.
[0087]
The microactuator 21 is configured to use both Lorentz force and electrostatic force as driving force, whereas the microactuator 31 is configured to use only Lorentz force as driving force. That is, in the microactuator 31, the Al film 143 is formed so as to extend to the region where the Al film 142 was formed in the microactuator 21. Moreover, in the microactuator 31, one individual leg part 122b, 123b formed in the microactuator 21 is removed. Further, the fixed electrode 128 provided on the substrate 121 with respect to the microactuator 21 is not provided for the microactuator 31.
[0088]
Further, in the microactuator 31, the connecting portion 126 has a variable optical attenuator shutter (light shielding member) made of Al, Au, Ni, other metal, or an opaque film instead of the optical switch mirror 12 as a driven body. ) 212 is provided. Needless to say, a mirror can be used as the shutter 212.
[0089]
FIG. 20 is a schematic side view schematically showing the light attenuation state by the shutter 212 provided in the microactuator 31. FIG. In FIG. 20, the structure of each part is shown greatly simplified. In FIG. 20, K ′ indicates a cross section of the optical path (the optical path between the optical fibers 202 and 203) with respect to the advanced position of the shutter 212.
[0090]
FIG. 20A shows a state in which a drive signal (Lorentz force current) is not supplied to the microactuator 31. In this case, the Lorentz force does not act on the microactuator 31, and the beam components 132 and 134 are curved in the + Z direction due to the stress of the film constituting them. In the state shown in FIG. 20A, the shutter 212 does not block the optical path K ′ at all, and the attenuation is almost 0%.
[0091]
FIG. 20B shows a state in which a drive signal (current for Lorentz force) that generates a moderate Lorentz force upward is supplied to the microactuator 31. In this case, it stops at a position where the moderate upward Lorentz force and the spring force of the beam constituent portions (leaf spring portions) 132 and 134 are balanced, and blocks the lower half of the optical path K ′. For this reason, the amount of attenuation is about 50%.
[0092]
FIG. 20C shows a state in which a driving signal (a Lorentz force current) for generating a large upward Lorentz force is supplied to the microactuator 31. In this case, it stops at a position where the large upward Lorentz force and the spring force of the beam constituent portions (leaf spring portions) 132 and 134 are balanced, thereby completely blocking the optical path K ′. For this reason, the amount of attenuation is 100%.
[0093]
The device 201 according to the present embodiment can also be manufactured by the same manufacturing method as the device 1 according to the first embodiment.
[0094]
The device 201 according to the present embodiment can also be inspected by a device inspection method similar to the first or second device inspection method described in relation to the first embodiment. The optical system according to the present embodiment uses the device 201 inspected by such a device inspection method.
[0095]
Also in this embodiment, the same advantages as those in the first embodiment can be obtained.
[0096]
[Third Embodiment]
[0097]
FIG. 21 shows one optical switch (that is, one microactuator 41 and one mirror driven thereby) as a unit element of a device used in the optical system according to the third embodiment of the present embodiment. 312) schematically shows a plan view corresponding to FIG. In FIG. 21, elements that are the same as or correspond to those in FIG. 2 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted. FIG. 22 is a schematic cross-sectional view schematically showing the mirror 312 in FIG. FIG. 23 is a view on arrow A in FIG. 24 is a top view showing a state before ashing in the manufacturing process of the mirror 312 in FIG.
[0098]
The optical system according to the present embodiment is different from the optical system according to the first embodiment in that one optical switch as a unit element in the device 1 is replaced with an actuator 41 in place of the actuator 21 as shown in FIG. The only difference is that the mirror 312 replaces the mirror 12.
[0099]
The actuator 41 shown in FIG. 21 is different from the actuator 21 shown in FIGS. 2 to 9 in the actuator 41 in the area of the opening surrounded by the beam constituent parts 133 and 135 and the connection parts 126 and 127 in the actuator 21. By extending the lower SiN film 141 and the upper SiN film 144 from the surroundings as a two-layer film as it is, the region is only blocked. In this embodiment, the mirror 312 is mounted in this region, and marks 171a to 171e for measuring the relative positions of the measurement points P11 and P12 of the mirror 312 with respect to the base are formed.
[0100]
In the present embodiment, the entire microactuator 41 and the mirror 312 are formed of a thin film and are a structure that is supported by the base so as to be spaced from the base.
[0101]
In this embodiment, as shown in FIGS. 22 and 23, the mirror 312 includes two support portions 102, two connection portions 103, two connection portions 104, and a reflection portion support portion 105. The reflecting portion 101 is supported on the region of the actuator 41 by these. The reflecting portion 101 is made of an Al film. The outer edge portion of the Al film of the reflective portion 101 is formed with a step to provide rigidity, thereby forming an edge 101a. The support portion 102 is made of a film in which a silicon nitride film 102a and an Al film 102b are stacked, and the silicon nitride film 102a is located on the actuator 41 side. The base end of the support portion 102 is bent into a convex shape to constitute a leg portion 102c. The leg portion 102 c is fixed to the area of the actuator 41. The support portion 102 is curved in a circular arc shape from the leg portion 102c to the tip connection portion 104 due to the stress generated by the difference in thermal expansion coefficient between the silicon nitride film 102a and the Al film 102b and the stress generated at the time of film formation.
[0102]
In this mirror 312, the support portion 103 is further connected to the two support portions 102 via the connection portions 104, respectively, and the two support portions 103 support the reflection portion support portion 105. The reflection unit 101 is mounted on the reflection unit support unit 105. Therefore, the reflection part 101 becomes a structure supported from the lower side by the reflection part support part 105. The support portion 103 has a structure in which an Al film 103a and a silicon nitride film 103b are laminated, like the support portion 102, but the direction of the curve is convex upward, contrary to the direction of the support portion 102. As described above, the stacking order of the Al film 103a and the silicon nitride film 103b is opposite to that of the support portion 102. Steps are formed on the outer edge portions of the connection portion 104 and the reflection portion support portion 105 to increase rigidity, and edges 104a and 105a are formed respectively.
[0103]
In this mirror 312, the lengths of the support portions 102 and 103 and the film thickness of each film are determined so that the reflection portion 101 stands vertically with respect to the region of the actuator 41.
[0104]
As shown in FIGS. 21 to 24, the marks 171a to 171e are arranged at a predetermined pitch in a line in the X-axis direction in the vicinity of the −Y side of the reflecting portion 101 of the mirror 312 when viewed from the Z direction. Similarly to the marks 161a to 161f and 161a ′ to 161f ′, the marks 171a to 171e are also formed with a square pattern such as an Al film. The measurement points P11 and P12 of the mirror 312 with respect to the base are the two upper corners of the reflection part 101 of the mirror 312.
[0105]
An example of a manufacturing method of this mirror 312 will be described with reference to FIGS. 25 (a) to 25 (c) and 26 (a) to 26 (c) are cross-sectional views showing the respective manufacturing steps, and correspond to the cross section taken along the line BB in FIG.
[0106]
First, a substrate on which the actuator 41 is formed is prepared by the same manufacturing process as that of the actuator 21 described in relation to the first embodiment. However, the resist layer as a sacrificial layer formed in the manufacturing process of the actuator 41 is not removed.
[0107]
Next, after depositing an Al film on the actuator 41 by vapor deposition or sputtering, the Al film is patterned into the shapes of the marks 171a to 171e by photolithography.
[0108]
The support portions 102 and 103, the connection portion 104, the reflection portion support portion 105, the reflection portion 101, and the marks 171a to 171e are patterned on the actuator 41 in the arrangement and shape as shown in FIG. Note that the silicon nitride film 102a of the support portion 102, the silicon nitride film 103b of the support portion 103, the connection portion 104, and the reflection portion support portion 105 are simultaneously formed by patterning a single silicon nitride film. First, a resist layer 81 is formed on the actuator 41, and an opening 81a is formed by photolithography at a position where the leg portion 102c of the support portion 102 is to be formed (FIG. 25A). Next, a resist island 301 is formed at a position where the connection portion 104 and the reflection portion support portion 105 are to be formed (FIG. 25B). Next, an Al film 103a is formed on the support leg 103, and is patterned into the shape of the support 103 shown in FIG. 24 by photolithography (FIG. 25C). Thereafter, a silicon nitride film and an Al film 102b are sequentially formed (FIG. 26A). After the formed Al film 102b is patterned into the shape of the support portion 102 in FIG. 19, the silicon nitride film is patterned into the shapes of the support portion 102, the connection portion 104, the support portion 103, and the reflection portion support portion 105 (FIG. 26). (B)). Thereby, the silicon nitride film 103b of the support part 103, the connection part 104, and the reflection part support part 105 are formed at once.
[0109]
Subsequently, a resist layer 302 is formed on the entire surface, an opening is formed at a position to be the connection portion 105b of the reflection portion support portion 105, a resist layer 82 is further formed thereon, and an inner side of the edge 101a of the reflection portion 101 is formed. The resist layer 82 is used as a resist island by removing the shape portion. After an opening is formed at a position of the resist layer 82 where the reflection portion support portion 105 is to be the connection portion 105b, an Al film 101 is formed on the entire surface and patterned into the shape of the reflection portion 101 (FIG. 26C). Finally, the sacrificial range resist layers 81, 82, 301, and 302 and the sacrificial layer resist formed in the manufacturing process of the actuator 41 are removed by ashing. As a result, the actuator 41 is curved upward, and the support portions 102 and 103 are curved and rise, whereby the mirror 312 shown in FIGS. 22 and 23 can be manufactured.
[0110]
In the present embodiment, similar to the first embodiment, the microactuator 41 has an expected shape similar to that shown in FIG. 10A in a state where no driving force is received. is important. In addition, in the present embodiment, it is important that the reflecting portion 101 of the mirror 312 rises perpendicularly to the region of the microactuator 41. If the reflecting portion 101 is not vertical, the mirror 12 cannot reflect the incident light in a direction that appropriately guides the incident light to the corresponding optical fiber 3 for light output without receiving a driving force (see FIG. 1). .
[0111]
Therefore, when the device according to the present embodiment is inspected, the measurement points P1 to P1 related to the actuator 41 are the same as in the case of the first or second device inspection method described in relation to the first embodiment. The relative position of P3 with respect to the substrate (substrate 121 etc.) is measured. Further, the relative positions of the measurement points P11 and P12 with respect to the mirror 312 with respect to the substrate are measured. The relative positions of the measurement points P11 and P12 with respect to the base body are measured using the coordinate measuring instrument described above, for example, (a) directly measured with reference to the pattern of the individual leg 123b, or (b) the marks 161a to 161a. 161f, 161a ′ to 161f ′ are directly measured as a reference, or (c) the relative positions of the marks 171a to 171e with respect to any of the bases are measured using the pattern of the individual leg 123b as a reference, and The relative positions of the measurement points P11 and P12 with respect to the mark are measured and calculated from both measurement results, or (d) the marks 171a to 171e are set based on one of the marks 161a to 161f and 161a 'to 161f'. The relative position with respect to any of the substrates is measured, and the relative positions of the measurement points P11 and P12 with reference to the mark are determined. Measure and calculate from both measurement results.
[0112]
Then, as in the case of the first or second device inspection method described in relation to the first embodiment, the measurement locations P1 to P3 are based on the relative positions with respect to the base (the substrate 121 and the like). The quality of the actuator 41 is determined. Further, the quality of the mirror 312 is determined based on the relative positions of the measurement points P11 and P12 with respect to the base. If both determinations are good, it may be determined that the device is a non-defective product.
[0113]
Therefore, according to such a device inspection method, the quality of the device can be objectively determined with respect to the overall shape of the structure including the actuator 41 and the mirror 312. Therefore, according to the first device inspection method, the skill of the inspector becomes unnecessary, and the quality of the device 1 can be determined with higher accuracy than in the past.
[0114]
Then, if the method (b) or (d) is adopted and the relative positions of the measurement points P11 and P12 are measured using the mark, compared with the case where the method (a) or (c) is adopted. Thus, the measurement accuracy of the relative position can be increased. Depending on the arrangement of each mark, the distance between any of the marks 161a to 161f, 161a ′ to 161f ′ and any of the marks 171a to 171e (distance seen from the Z direction), and any of the marks 171a to 171e are measured. The distance between the points P11 and P12 (distance seen from the Z direction) can be shortened, so that even if the magnification of the microscope of the coordinate measuring instrument is increased, both can be moved without moving the movable stage. This is because they can be placed in the same field of view of the microscope.
[0115]
In the optical system according to the present embodiment, a device that is inspected by the above-described device inspection method and determined to be a non-defective product is used. Therefore, the optical system according to the present embodiment has high reliability.
[0116]
Needless to say, according to the present embodiment, other advantages similar to those of the first embodiment can be obtained.
[0117]
[Fourth Embodiment]
[0118]
FIG. 27 is a schematic cross-sectional view schematically showing a mirror 412 constituting one optical switch as a unit element of a device used in the optical system according to the fourth embodiment of the present embodiment. 22 is supported. FIG. 28 is a top view showing a state before ashing in the manufacturing process of the mirror 412 shown in FIG. 27 and 28, the same or corresponding elements as those in FIGS. 22 to 24 are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof is omitted.
[0119]
The optical system according to the present embodiment is different from the optical system according to the third embodiment in that the mirror 312 is replaced with a mirror 412 shown in FIGS. 27 and 28, and the marks 171a to 171e are correspondingly changed. Instead, the marks 181a to 181c and 181a 'to 181c' are only formed on the microactuator 41 as shown in FIGS.
[0120]
The mirror 412 has a configuration in which two mirrors 114 and 115 are superposed and made to stand. The two mirrors 114 and 115 each support the reflecting portion 101 by the two supporting portions 102. However, as shown in FIG. 28, the mirror 114 is formed with a step of the edge 101a so that the reflecting surface of the reflecting portion 101 becomes a concave surface due to the difference in patterning at the time of manufacture, whereas the mirror 115 reflects The step of the edge 101a is formed so that the reflection surface of the portion 101 becomes a convex surface. Further, the thickness and length of the support part 102 of the mirrors 114 and 115 are designed so that the reflection part 101 is curved so as to be inclined and supported at an angle of 90 degrees or more at room temperature. Therefore, when the resist 81 and the like of the sacrificial layer are removed, the two mirrors 114 and 115 are inclined to an angle of 90 degrees or more due to the curvature of the support portion 102, and thus reach an angle of 90 degrees with each other. The two reflecting parts 101 are in an equilibrium state in a state perpendicular to the microactuator 41 by colliding with the position and balancing the force to incline. At this time, when the concave and convex shapes of the reflecting portions 101 of the mirrors 114 and 115 are engaged with each other and the mirrors 114 and 115 are in close contact with each other, they are not easily displaced.
[0121]
Similarly to the mirror 312, the mirror 412 can be manufactured by film formation and patterning, etching, sacrificial layer formation / removal, and the like.
[0122]
In the present embodiment, for example, the measurement locations P21 and P22 related to the mirror 412 are corners on both sides of the upper portion of the mirror 412 as shown in FIGS.
[0123]
In the device inspection method described in the third embodiment, the measurement points P11 and P12 are replaced with the measurement points P11 and P12, and the marks 171a to 171e are replaced with the marks 181a to 181c and 181a ′ to 181c ′. By the method, the device according to the present embodiment can be inspected. In the optical system according to the present embodiment, a device inspected by such an inspection method is used.
[0124]
This embodiment can provide the same advantages as those of the third embodiment.
[0125]
In the present invention, modifications similar to those obtained by modifying the first embodiment and obtaining the third and fourth embodiments may be applied to the second embodiment. . In this case, the optical switch mirrors 312 and 412 used in the third and fourth embodiments can be used as they are as the shutter for the variable optical attenuator.
[0126]
As mentioned above, although each embodiment and modification of this invention were demonstrated, this invention is not limited to these.
[0127]
For example, the above-described embodiment is an example of a device used for an optical switch and a variable optical attenuator, but the use of the device according to the present invention is not limited to these examples.
[0128]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a device inspection method capable of accurately determining the quality of a device without requiring skill, a device measurement method suitable for use in the device inspection method, etc., and the device measurement It is possible to provide a device having a structure particularly suitable for the method, and an optical system using the device or a device inspected by the device inspection method.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing an example of an optical system using a device according to a first embodiment of the present invention.
2 is a schematic plan view schematically showing one optical switch as a unit element of the device in FIG. 1. FIG.
3 is a schematic cross-sectional view taken along line X11-X12 in FIG.
4 is a schematic sectional view taken along line X13-X14 in FIG.
5 is a schematic cross-sectional view taken along line X15-X16 in FIG.
6 is a schematic sectional view taken along line Y11-Y12 in FIG.
7 is a schematic sectional view taken along line Y13-Y14 in FIG.
8 is a schematic sectional view taken along line Y15-Y16 in FIG.
9 is a schematic cross-sectional view taken along line Y17-Y18 in FIG.
10 is a schematic side view schematically showing a light switching state by the optical switch mirror in FIG. 2. FIG.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram schematically showing an example of an optical system using a device according to a second embodiment of the present invention.
12 is a schematic plan view schematically showing a variable optical attenuator included in the device shown in FIG. 11. FIG.
13 is a schematic sectional view taken along line X21-X22 in FIG.
14 is a schematic sectional view taken along line X23-X24 in FIG.
15 is a schematic sectional view taken along line X25-X26 in FIG.
16 is a schematic sectional view taken along line Y21-Y22 in FIG.
17 is a schematic sectional view taken along line Y23-Y24 in FIG.
18 is a schematic sectional view taken along line Y25-Y26 in FIG.
19 is a schematic cross-sectional view taken along line Y27-Y28 in FIG.
20 is a schematic side view schematically showing an attenuation state by the variable optical attenuator shutter in FIG. 11. FIG.
FIG. 21 is a schematic plan view schematically showing one optical switch as a unit element of a device used in the optical system according to the third embodiment of the present embodiment.
22 is a schematic cross-sectional view schematically showing a mirror in FIG. 21. FIG.
FIG. 23 is a view on arrow A in FIG.
24 is a top view showing a state before ashing in the manufacturing process of the mirror in FIG. 21; FIG.
25 is a schematic cross-sectional view showing each manufacturing step of the mirror in FIG. 21. FIG.
26 is a schematic cross-sectional view showing each manufacturing step following FIG. 25. FIG.
FIG. 27 is a schematic cross-sectional view schematically showing a mirror used in the optical system according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 28 is a top view showing a state before ashing in the manufacturing process of the mirror shown in FIG. 27;
[Explanation of symbols]
1,201 devices
12,312,313 Mirror for optical switch
21, 31, 41 Microactuator (structure)
121 Substrate (base)
161a to 161f, 161a 'to 161f' mark
171a to 171e, 181a to 181c, 181a 'to 181c' mark
212 Shutter for variable optical attenuator
P1 to P3, P11, P12, P21, P22 measurement points

Claims (18)

基体と、薄膜で構成されるとともに少なくとも一部が前記基体から空間を隔てるように前記基体により支持された構造体とを備え、
前記構造体の１つ以上の箇所の前記基体に対する相対的な位置を測定するための１つ以上のマークが、前記基体及び前記構造体のいずれか一方又は両方に形成されたことを特徴とするデバイス。A base body, and a structure that is formed of a thin film and is supported by the base body so that at least a part is separated from the base body,
One or more marks for measuring a relative position of one or more portions of the structure with respect to the base are formed on one or both of the base and the structure. device. 前記１つ以上のマークのうちの少なくとも１つのマークは、実質的に、前記相対的な位置の測定以外の用途に用いられないものであることを特徴とする請求項１記載のデバイス。The device of claim 1, wherein at least one of the one or more marks is substantially unusable for applications other than the relative position measurement. 前記１つ以上のマークのうちの少なくとも１つのマークは、実質的に、前記相対的な位置の測定以外の用途にも用いられるものであることを特徴とする請求項１又は２記載のデバイス。The device according to claim 1, wherein at least one of the one or more marks is substantially used for applications other than the measurement of the relative position. 前記１つ以上のマークは、前記基体及び前記構造体を前記構造体の側から観察するとき、前記構造体の前記１つ以上の箇所の各々について、当該箇所から１５０μｍ以下の範囲内に、前記１つ以上のマークのうちの少なくとも１つが存在するように、前記基体に形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のデバイス。When the one or more marks are observed from the side of the structure when the base body and the structure are observed from the side of the structure, the one or more marks are within a range of 150 μm or less from the position. The device according to claim 1, wherein the device is formed on the base such that at least one of one or more marks is present. 前記１つ以上のマークのうちの少なくとも１つのマークは、その中心点に関して実質的に点対称の形状を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のデバイス。The device according to claim 1, wherein at least one of the one or more marks has a substantially point-symmetric shape with respect to a central point thereof. 前記構造体の少なくとも一部の、前記基体に対する相対的な位置は、当該部分を構成する膜の、成膜時における前記基体に対する相対的な位置と異なることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のデバイス。The relative position of at least a part of the structure with respect to the base is different from the relative position of the film constituting the part with respect to the base at the time of film formation. A device according to any one. 前記構造体は、前記基体に対して固定端が固定された片持ち梁構造体を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のデバイス。The device according to claim 1, wherein the structure includes a cantilever structure having a fixed end fixed to the base. 前記片持ち梁構造体がマイクロアクチュエータを構成することを特徴とする請求項７記載のデバイス。The device according to claim 7, wherein the cantilever structure constitutes a microactuator. 前記片持ち梁構造体は、固定端と自由端との間に直列に接続された複数の梁構成部を有し、
前記片持ち梁構造体が力を受けない状態で、前記複数の梁構成部のうちの１つの梁構成部と他の少なくとも１つの梁構成部とは、前記基体側及びその反対側に対する異なる湾曲・非湾曲状態を持つことを特徴とする請求項８記載のデバイス。The cantilever beam structure has a plurality of beam components connected in series between a fixed end and a free end;
In a state where the cantilever beam structure is not subjected to force, one beam component of the plurality of beam components and at least one other beam component are differently curved with respect to the base and the opposite side. 9. A device according to claim 8, having a non-curved state. 前記複数の梁構成部のうちの最も固定端側の梁構成部は、板ばね部であり、
前記複数の梁構成部のうちの、前記最も固定端側の梁構成部以外の少なくとも１つの梁構成部は、少なくとも前記固定部側及びその反対側に対する撓みに対して実質的に剛性を有する剛性部であることを特徴とする請求項９記載のデバイス。Of the plurality of beam components, the beam component on the most fixed end side is a leaf spring portion,
Among the plurality of beam components, at least one beam component other than the beam component on the most fixed end side is substantially rigid with respect to bending at least on the fixed component side and the opposite side. The device according to claim 9, wherein the device is a part. 前記構造体は光学素子部を含むか、あるいは、前記構造体に光学素子部が搭載されたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のデバイス。The device according to any one of claims 1 to 10, wherein the structure includes an optical element part, or an optical element part is mounted on the structure. 前記光学素子部が光スイッチ用ミラーであることを特徴とする請求項１１記載のデバイス。12. The device according to claim 11, wherein the optical element portion is an optical switch mirror. 前記光学素子部が可変光減衰器用シャッタであることを特徴とする請求項１１記載のデバイス。12. The device according to claim 11, wherein the optical element section is a variable optical attenuator shutter. 請求項１乃至１１のいずれかに記載のデバイスの、前記構造体の１つ以上の箇所の前記基体に対する相対的な位置を測定する測定方法であって、前記１つ以上のマークを用いることを特徴とする測定方法。12. A measurement method for measuring a relative position of one or more portions of the structural body with respect to the substrate of the device according to claim 1, wherein the one or more marks are used. Characteristic measuring method. 基体と、薄膜で構成されるとともに少なくとも一部が前記基体から空間を隔てるように前記基体により支持された構造体とを備えた、デバイスを測定する方法であって、前記構造体の１つ以上の箇所の前記基体に対する相対的な位置を測定することを特徴とするデバイスの測定方法。A method for measuring a device, comprising: a substrate; and a structure that is formed of a thin film and is supported by the substrate so that at least a part thereof is spaced from the substrate, the method comprising one or more of the structures And measuring the relative position of the part with respect to the substrate. 請求項１４又は１５記載の測定方法により得られた前記相対的な位置に基づいて、前記デバイスの良否を判定することを特徴とするデバイス検査方法。16. A device inspection method, comprising: determining whether the device is good or bad based on the relative position obtained by the measurement method according to claim 14 or 15. 請求項１６記載のデバイス検査方法により検査されたことを特徴とするデバイス。A device inspected by the device inspection method according to claim 16. 請求項１１乃至１３及び１７のいずれかに記載のデバイスを備えたことを特徴とする光学システム。An optical system comprising the device according to claim 11.
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