JP2011174977A - マイクロミラーアレイ - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロミラーに対するミラー基板の歪みの影響を防ぐことができるマイクロミラーアレイを提供する。
【解決手段】ミラー基板１３には、応力緩和部１６が設けられている。これにより、マイクロミラー１５ａ〜１５ｎに対するミラー基板１３の歪みの影響が緩和される。結果として、マイクロミラー１５ａ〜１５ｎに対するミラー基板１３の歪みの影響を防ぐことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数のマイクロミラーを備えたマイクロミラーアレイに関するものである。

波長分割多重通信において、フレキシブルに再構成可能なネットワークを実現するためには、任意の波長の光信号を任意の方路へ挿入または分岐させることのできる波長選択スイッチが必要不可欠である。この波長選択スイッチにおいては、光信号を偏向させる手段として、低損失かつ広帯域という特長を有する、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により作成されたマイクロミラーがよく用いられている。このマイクロミラーは、通常、複数のマイクロミラーが所定の方向に配列されたマイクロミラーアレイとして波長選択スイッチで用いられている。このマイクロミラーアレイの一例を図６に示す（例えば、特許文献１参照。）。

図６に示すマイクロミラーアレイ５００は、平面視略矩形の板の形状を有し、一方の面（以下、上面という）の中央部に複数の電極（図示せず）が配設された電極基板１００と、平面視略矩形の板の形状を有し、中央部に形成された平面視略矩形の開口部２１０に光学系の分波方向に配列された複数のマイクロミラー２２０ａ〜２２０ｎを備え、電極基板１００の上面に配設されたミラー基板２００とを備えている。ここで、電極基板１００とミラー基板２００とは、複数のバンプ３００により、対向配置された電極とマイクロミラー２２０ａ〜２２０ｎとが所定の間隔を保持するように接合されている。

特開２００８−０３９８６７号公報 ＷＯ２００７／０７４８２１号公報

しかしながら、図６に示すマイクロミラーアレイ５００では、以下に示すような問題がある。

電極基板１００とミラー基板２００とはバンプ３００により接合されるが、この接合は２５０℃程度の高温下で行われ、接合後にはマイクロミラーアレイ５００は使用温度である常温域に戻される。このとき、電極基板１００とミラー基板２００とは、接合時に高温環境下にあって膨張していたので、常温域まで冷却されると収縮することとなる。上述したように、ミラー基板２００にはマイクロミラー２２０ａ〜２２０ｎを形成するための開口部２１０が設けられているが、電極基板１００にはそのような開口部が設けられていない。このため、電極基板１００とミラー基板２００とでは収縮量が異なり、電極基板１００の方が収縮量が大きいので、ミラー基板１００に歪みが生じてしまう。この結果、マイクロミラー２２０ａ〜２２０ｎに反りが生じて光学特性が劣化したり、マイクロミラー２２０ａ〜２２０ｎ毎に電極との間隔が異なって波長選択スイッチの制御性が低下したりすることがあった。

そこで、本発明は、マイクロミラーに対するミラー基板の歪みの影響を防ぐことができるマイクロミラーアレイを提供することを目的とする。

上述したような課題を解決するために、本発明に係るマイクロミラーアレイは、複数の電極が形成された電極基板と、開口部およびこの開口部に形成され対応する前記電極と対向配置される複数のマイクロミラーを有し、前記電極基板に接合されるミラー基板と、前記ミラー基板に形成され、電極基板から係る応力を緩和する応力緩和部とを備えたことを特徴とするものである。

上記マイクロミラーアレイにおいて、応力緩和部は、凹部からなるようにしてもよい。この凹部は、電極基板と対向する面と反対側の面に形成されるようにしてもよい。逆に、上記凹部は、電極基板と対向する面に形成されるようにしてもよい。

また、上記マイクロミラーアレイにおいて、応力緩和部は、貫通孔から構成されるようにしてもよい。

また、上記マイクロミラーアレイにおいて、応力緩和部は、ミラーの配列方向に直交する方向の延長線上に形成されるようにしてもよい。ここで、応力緩和部は、前記マイクロミラーの配列方向に平行に形成されるようにしてもよい。また、マイクロミラーは、１の方向に沿って配列され、上記辺は、１の方向と平行であるようにしてもよい。

本発明によれば、ミラー基板に設けられた応力緩和部により、マイクロミラーに対するミラー基板の歪みの影響が緩和されるので、マイクロミラーに対するミラー基板の歪みの影響を防ぐことができる。

図１は、本発明の実施の形態に係るマイクロミラーアレイの構成を模式的に示す図である。 図２は、応力緩和部の構成を説明するための部分断面図である。 図３は、第３の支持部の構成を説明するための部分拡大図である。 図４は、応力緩和部の変形例を説明するための部分断面図である。 図５は、応力緩和部の変形例を説明するための部分断面図である。 図６は、従来のマイクロミラーアレイの構成を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係るマイクロミラーアレイ１は、平面視略矩形の形状を有する電極基板１１と、この電極基板１１上に複数のバンプ１２より接合されたミラー基板１３とを備えている。便宜上、以下においては、電極基板１１とミラー基板１３の平面に沿った方向を「Ｘ方向」、その平面に沿いかつＸ方向に直交する方向を「Ｙ方向」、Ｘ方向およびＹ方向に直交する方向を「Ｚ方向」という。

電極基板１１は、平面視略矩形の形状を有し、上面の中央部に複数の電極（図示せず）が形成されている。

ミラー基板１３は、平面視略矩形の形状を有し、中央部に各辺がＸ方向またはＹ方向に沿った平面視略矩形の開口部１４が形成されている。この開口部１４内には、Ｘ方向に沿って複数のマイクロミラー１５ａ〜１５ｎが配列されている。また、ミラー基板１３のＸ方向に沿った辺と開口部１４のＸ方向に沿った辺との間には、その開口部１４の近傍に応力緩和部１６が設けられている。

ここで、マイクロミラー１５ａ〜１５ｎは、第１支持部１５ａ−１〜１５ｎ−１と、第２支持部１５ａ−２〜１５ｎ−２と、第３支持部１５ａ−３〜１５ｎ−３と、第４支持部１５ａ−４〜１５ｎ−４と、ミラー部１５ａ−５〜１５ｎ−５とから構成されている。

第１支持部１５ａ−１〜１５ｎ−１は、Ｘ方向およびＹ方向に沿って延在する棒の形状を有し、一端が開口部１４のＸ方向に沿った一方の辺に接続され、他端が対応する第３支持部１５ａ−３〜１５ｎ−３に接続されている。
第２支持部１５ａ−２〜１５ｎ−２は、Ｘ方向およびＹ方向に沿って延在する棒の形状を有し、一端が開口部１４のＸ方向に沿った他方の辺に接続され、他端が対応する第４支持部１５ａ−４〜１５ｎ−４に接続されている。
第３支持部１５ａ−３〜１５ｎ−３は、図３に示すように、平面視略Ｈ字上の形状を有するばね部材から構成され（例えば、特許文献２参照。）、一端が対応する第１支持部１５ａ−１〜１５ｎ−１に、他端が対応するミラー部１５ａ−５，１５ｎ−５に接続されている。
第４支持部１５ａ−４〜１５ｎ−４は、第３支持部１５ａ−３〜１５ｎ−３と同等の平面視略Ｈ字状の形状を有するばね部材から構成され、一端が対応する第２支持部１５ａ−２〜１５ｎ−２に、他端が対応するミラー部１５ａ−５，１５ｎ−５に接続されている。
ミラー部１５ａ−５〜１５ｎ−５は、平面視略矩形の形状を有し、少なくとも上面に反射面が形成されており、対応する第３支持部１５ａ−３〜１５ｎ−３の他端および第４支持部１５ａ−４〜１５ｎ−４の他端によりＹ方向の両端部が接続されることによってＸ軸周りおよびＹ軸周りに回動可能に支持されている。

このようなマイクロミラー１５ａ〜１５ｎは、Ｚ軸方向に所定の厚さを有するように形成され、図２に示すように、ミラー基板１３の下面側、すなわち電極基板１１に対向する面の側に設けられている。

また、ミラー基板１３のマイクロミラー１５ａ〜１５ｎの配列方向と直交する方向の延長線上、具体的には、ミラー基板１３のＸ方向に沿った辺と開口部１４のＸ方向に沿った辺との間の開口部１４寄りには、応力緩和部１６が設けられている。より具体的には、応力緩和部１６は、ミラー基板１３がバンプ１２と接合した部分のうち、開口部に近いＸ方向に沿った辺と開口部１４のＸ方向に沿った辺との間に設けられる。この応力緩和部１６は、ミラー基板１３の上面からミラー基板１３の下面に向かって彫り込まれ、Ｘ方向に延在する凹部から構成される。このような応力緩和部（凹部）１６は、平面視略矩形の開口を有し、図２に示すように、マイクロミラー１５ａ〜１５ｎと同等の厚さを残すまで、ミラー基板１３に彫り込まれた溝を形成する。

このようなマイクロミラーアレイ１は、電極基板１１の電極に電圧を加えることによって生じる電界で、その電極に対向配置されたマイクロミラー１５ａ〜１５ｎのミラー部１５ａ−５〜１５ｎ−５に吸引力を与え、ミラー部１５ａ−５〜１５ｎ−５を数度の角度で回動させるものである。

＜マイクロミラーアレイの製造方法＞
次に、本実施の形態に係るマイクロミラーアレイ１の製造方法について説明する。

まず、公知のエッチング技術やフォトリソグラフィ技術などにより作成された、上述した構成を有する電極基板１１およびミラー基板１３を用意する。

次に、電極基板１１上面の電極の周囲にＡｕ等からなる複数のバンプ１２を載置する。この複数のバンプ１２は、電極基板１１上にミラー基板１３を載置したときに、開口部１４および応力緩和部１６に当接せず、ミラー基板１１に当接する位置に載置される。

複数のバンプ１２が載置されると、ミラー基板１３のマイクロミラー１５ａ〜１５ｎが電極基板１１の対応する電極と対向配置されるように、電極基板１１上にミラー基板１３を載置する。

電極基板１１上にミラー基板１３が載置されると、これらを２５０℃程度に加熱された炉に入れる。これにより、複数のバンプ１２が形状を保持したまま溶融することとなる。

複数のバンプ１２が溶融すると、電極基板１１およびミラー基板１３を炉から取り出し、常温環境下に所定時間放置する。すると、再凝固した複数のバンプ１２により、電極基板１１とミラー基板１３とが接合されることとなる。

このとき、高温環境下で膨張していた電極基板１１およびミラー基板１３は、常温環境下に置かれることにより冷却されて収縮する。ミラー基板１３には開口部１４が設けられている一方、電極基板１１には開口部１４に相当する構成が設けられていないので、電極基板１１とミラー基板１３とでは収縮量が異なり、体積差により電極基板１１の方がミラー基板１３よりも収縮量が大きくなるので、ミラー基板１３に歪みが生じることとなる。本実施の形態では、マイクロミラー１５ａ〜１５ｎが設けられた開口部１４の近傍に応力緩和部１６を設けているので、マイクロミラー１５ａ〜１５ｎに対するその歪みの影響が応力緩和部１６により吸収される。特に、応力緩和部１６は、マイクロミラー１５ａ〜１５ｎの配列方向に直交する方向の延長線上、本実施の形態では開口部１４のＸ方向に沿った辺に沿って設けられているので、ミラー基板１３の歪みによる影響を低減させることができる。これにより、マイクロミラー１５ａ〜１５ｎの第１支持部１５ａ−１〜１５ｎ−１と第２支持部１５ａ−２〜１５ｎ−２とが互いに近づく方向への応力を受けて、ミラー部１５ａ−５〜１５ｎ−５に反りが生じたり、第１支持部１５ａ−１〜１５ｎ−１と第２支持部１５ａ−２〜１５ｎ−２とが同一直線状に位置せずに互い違いになってミラー部１５ａ−５〜１５ｎ−５と電極との間隔がそれぞれ異なったりするのを防ぐことができる。この結果、波長選択スイッチ１の光学性能や制御性の低下を防ぐことができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ミラー基板１３に応力緩和部１６を設けることにより、マイクロミラー１５ａ〜１５ｎに対するミラー基板１３の歪みの影響が緩和されるので、マイクロミラー１５ａ〜１５ｎに対するミラー基板１３の歪みの影響を防ぐことができる。

なお、応力緩和部１６は、上述したような構成に限定されず、電極基板１１、バンプ１２およびミラー基板１３等の材料物性値や寸法、マイクロミラー１５ａ〜１５ｎの第１〜第４支持部１５ａ−１〜１５ｎ−４のバネ剛性等に応じて、平面形状、彫り込み方、形成する場所、数量などを適宜自由に変更することができる。

例えば、図４に示す応力緩和部１６’のように、応力緩和部１６と同等の平面形状を有し、ミラー基板１３を貫通する貫通孔から構成するようにしてもよい。このような構成にすることにより、ミラー基板１３とマイクロミラー１５ａ〜１５ｎとが部分的に分離されることとなるので、ミラー基板１３に生じた歪みがマイクロミラー１５ａ〜１５ｎに影響を及ぼすのを防ぐことができる。したがって、マイクロミラー１５ａ〜１５ｎに反りが生じたり、マイクロミラー１５ａ〜１５ｎと電極との間隔がマイクロミラー１５ａ〜１５ｎ毎に異なってしまうのを防ぐことができ、結果として、波長選択スイッチ１の光学性能や制御性の低下を防ぐことができる。

また、図５に示す応力緩和部１６”のように、応力緩和部１６と同等の平面形状を有し、ミラー基板１３の下面から上面にかけて彫り込まれた凹部から構成されるようにしてもよい。この場合、応力緩和部１６”は、ミラー基板１３の３／４程度の厚さまで彫り込まれている。このような構成とすることにより、応力緩和部１６”がマイクロミラー１５ａ〜１５ｎに加わる応力を開放することになるので、マイクロミラー１５ａ〜１５ｎに反りが生じたり、マイクロミラー１５ａ〜１５ｎと電極との間隔がマイクロミラー１５ａ〜１５ｎ毎に異なってしまうのを防ぐことができ、結果として、波長選択スイッチ１の光学性能や制御性の低下を防ぐことができる。

本発明は、マイクロミラー装置やマイクロミラーアレイなど、２つの基板を高温下で接合することにより製造される各種デバイスに適用することができる。

１…マイクロミラーアレイ、１１…電極基板、１２…バンプ、１３…ミラー基板、１４…開口部、１５ａ〜１５ｎ…マイクロミラー、１５ａ−１〜１５ｎ−１…第１支持部、１５ａ−２〜１５ｎ−２…第２支持部、１５ａ−３〜１５ｎ−３…第３支持部、１５ａ−４〜１５ｎ−４…第４支持部、１５ａ−５〜１５ｎ−５…ミラー部、１６，１６’，１６”…応力緩和部。

Claims (7)

1. 複数の電極が形成された電極基板と、
   開口部、および、この開口部に形成され対応する前記電極と対向配置される複数のマイクロミラーを有し、前記電極基板に接合されるミラー基板と、
   前記ミラー基板に形成され、前記電極基板からかかる応力を緩和する応力緩和部と
   を備えたことを特徴とするマイクロミラーアレイ。
2. 前記応力緩和部は、凹部からなる
   ことを特徴とする請求項１記載のマイクロミラーアレイ。
3. 前記凹部は、前記電極基板と対向する面と反対側の面に形成される
   ことを特徴とする請求項２記載のマイクロミラーアレイ。
4. 前記凹部は、前記電極基板と対向する面に形成される
   ことを特徴とする請求項２記載のマイクロミラーアレイ。
5. 前記応力緩和部は、貫通孔から構成される
   ことを特徴とする請求項１記載のマイクロミラーアレイ。
6. 前記応力緩和部は、前記マイクロミラーの配列方向に直交する方向の延長線上に形成される
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のマイクロミラーアレイ。
7. 前記応力緩和部は、前記マイクロミラーの配列方向に平行に形成される
   ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のマイクロミラーアレイ。

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