JP2011203561A - Mems element and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent an electric field-shielding base board from colliding with a leaf spring to improve the yields of elements.SOLUTION: An MEMS element includes: a mirror base board 100; an electrode base board 200 which is arranged facing the mirror base board 100; an electric field-shielding base board 300a which is joined to the mirror base board 100; a leaf spring 105a which is a movable electrode formed with its displacement possible to the mirror base board 100; a leaf spring-driving electrode 201a which is a fixed electrode formed on the electrode base board 200; and a shielding electrode 302 which is formed on the surface of the electric field-shielding base board 300a on the opposite side to the mirror base board 100, and is inserted and fitted in the aperture part 101 of the mirror base board 100. A size in the horizontal direction of the electric field-shielding base board 300a is larger than the size in the horizontal direction of the aperture part 101, and the thickness of the shielding electrode 302 is equal to the depth of the aperture part 101 or smaller than the depth of the aperture part 101.

Description

本発明は、光通信用の波長選択スイッチ等に使用される静電駆動型のMEMS素子とその製造方法に関するものである。   The present invention relates to an electrostatically driven MEMS element used for a wavelength selective switch for optical communication and the like, and a method for manufacturing the same.

大容量の情報(データ)を伝送するために光通信が利用されるようになった。光ネットワークの中では、赤外線の生成、伝送、切り替え、受光をする素子を使用している。これらの素子を電子制御することによって、情報を伝達している。光の切り替えのために使用される素子は、光スイッチ素子と呼ばれ、波長多重されている光を分波して波長ごとに光路を切り替える波長選択スイッチ(Wavelength Selective Switch;WSS)、波長多重されている光を分波しないでその光路を切り替える光クロスコネクトスイッチ(Optical Cross Connect Switch;OXC)などのスイッチがある。これらの光スイッチは、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)あるいは液晶、PLC(Planar Waveguide Circuits)などを使用して構成されている。   Optical communication has come to be used to transmit large amounts of information (data). In an optical network, elements that generate, transmit, switch and receive infrared rays are used. Information is transmitted by electronically controlling these elements. An element used for switching light is called an optical switch element, which is a wavelength selective switch (WSS) that demultiplexes wavelength-multiplexed light and switches an optical path for each wavelength. There is a switch such as an optical cross connect switch (OXC) that switches the optical path without demultiplexing the transmitted light. These optical switches are configured using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), liquid crystal, PLC (Planar Waveguide Circuits), or the like.

PLCを使用する場合、光導波路で構成された干渉装置と局所加熱構造を利用して、温度によって干渉状態を変えて光路を切り替えるTOスイッチで光スイッチを実現している。この場合、1×2のスイッチが実現できるので、1×Nのスイッチを構成するには1×2のスイッチを多段に接続する。そして、この光スイッチと、波長多重されている光を波長ごとに分波する素子と、光路を切り替えた後に合波する素子とを組み合わせてWSSを構成する。PLCの場合には、分波と合波をAWG(Arrayed Waveguide Grating)で実現しているので、信号光を光導波路から外部に取り出すことなくスイッチングを実現することができる。   When using a PLC, an optical switch is realized by a TO switch that changes an interference state according to temperature and switches an optical path by using an interference device constituted by an optical waveguide and a local heating structure. In this case, since a 1 × 2 switch can be realized, a 1 × 2 switch is connected in multiple stages to form a 1 × N switch. A WSS is configured by combining this optical switch, an element that demultiplexes the wavelength-multiplexed light for each wavelength, and an element that is multiplexed after switching the optical path. In the case of PLC, demultiplexing and multiplexing are realized by AWG (Arrayed Waveguide Grating), so that switching can be realized without taking out signal light from the optical waveguide to the outside.

これに対して、MEMSと液晶を利用したWSSは、ファイバで伝送されてきた信号光をいったんファイバの外の空間に取り出し、グレーティングなどの波長分散素子を使用して、波長多重された光を波長ごとに異なる位置に導く。MEMSを使用したWSSの場合には、光の波長ごとに異なる位置にMEMSミラーを配置している。n波の光を取り扱うスイッチの場合には、n個のMEMSミラーを配置する。MEMSミラーに照射される光とMEMSミラーとの相対角度を変化させることによって、反射光の伝播する方向の制御、すなわちスイッチングを実現している。   On the other hand, WSS using MEMS and liquid crystal takes out the signal light transmitted through the fiber once into the space outside the fiber, and uses wavelength dispersion elements such as gratings to wavelength-multiplex the light. Each one leads to a different position. In the case of WSS using MEMS, MEMS mirrors are arranged at different positions for each wavelength of light. In the case of a switch that handles n-wave light, n MEMS mirrors are arranged. By changing the relative angle between the light applied to the MEMS mirror and the MEMS mirror, control of the direction in which the reflected light propagates, that is, switching, is realized.

光の分波にグレーティングなどの波長分散素子を使用した場合には、異なる波長の光を分離できるが、虹に見られるように連続した波長の光は連続した空間に分波される。すなわち、波長差の小さい2つの光は、近接した空間に分波される。通信用の光も、ITU(International Telecommunication Union)が規定したグリッドと呼ばれる周波数に中心波長がある光を利用する。そのため、WSSでは、取り扱える波長数に応じた数のMEMSミラーを、波長に応じた(正確には波長と光学系に応じた)間隔で近接してアレイ状に配置することが必須となる。現状のMEMSミラーでは、ミラーの間隔が、100μm程度の間隔となる。
このMEMSミラーアレイでは、電磁力を利用するミラー構造や、静電気力を利用するミラー構造が利用されている。いずれの力を利用するミラー構造でも、可動構造と固定構造との間、すなわち離れた構造体の間に力が作用するように設計されている。
When a wavelength dispersion element such as a grating is used for demultiplexing light, light of different wavelengths can be separated, but light of continuous wavelengths is demultiplexed into a continuous space as seen in a rainbow. That is, two lights having a small wavelength difference are demultiplexed into adjacent spaces. As light for communication, light having a center wavelength at a frequency called a grid defined by ITU (International Telecommunication Union) is used. Therefore, in WSS, it is essential to arrange the number of MEMS mirrors corresponding to the number of wavelengths that can be handled in an array in close proximity at intervals according to the wavelength (exactly according to the wavelength and the optical system). In the current MEMS mirror, the distance between the mirrors is about 100 μm.
In the MEMS mirror array, a mirror structure using electromagnetic force or a mirror structure using electrostatic force is used. The mirror structure using any force is designed so that the force acts between the movable structure and the fixed structure, that is, between the separated structures.

WSSに用いるMEMSミラーでは、原理的にミラーを近接配置しなければならないことと、離れた構造体の間に作用する力を使用していることから、作用力が隣接するミラーにも作用してしまう、いわゆる干渉が発生してしまうという問題がある。静電引力を利用する場合には電気干渉となり、電磁力を使用する場合には磁気干渉となる。
いずれにしても干渉を抑止するためには、電場シールドあるいは磁気シールドなどの遮蔽技術を利用しなければならないが、100μm程度と近接したMEMSミラーの間に効果的な遮蔽構造を配置することは非常に困難である。
In MEMS mirrors used for WSS, in principle, the mirrors must be placed close to each other and the force acting between the distant structures is used. There is a problem that so-called interference occurs. When electrostatic attraction is used, electrical interference occurs. When electromagnetic force is used, magnetic interference occurs.
In any case, in order to suppress interference, it is necessary to use a shielding technique such as an electric field shield or a magnetic shield. However, it is very difficult to place an effective shielding structure between MEMS mirrors close to about 100 μm. It is difficult to.

ミラー間の干渉を防止する方法としては、特許文献1で示されているように、隣接するミラー構造間に壁状の構造を配置する方法や、特許文献2で示されているように、隣接するミラーあるいは配線までの距離を大きくする方法や、電位がかかる配線などの構造を平面GND電極の下層に配置する多層構造を利用する方法などがある。しかし、WSSに用いられるMEMSミラーアレイは、光学設計で決定される厳密な位置にミラー構造を配置することが求められ、ミラー構造間距離を大きくすることも、配線とミラー構造間の距離を自由に大きくすることもできず、電気干渉が大きくなってしまうという問題が発生しやすい。   As a method of preventing interference between mirrors, as shown in Patent Document 1, a wall-like structure is arranged between adjacent mirror structures, or as shown in Patent Document 2, There are a method of increasing the distance to the mirror or the wiring to be used, a method of using a multilayer structure in which a structure such as a wiring to which a potential is applied is arranged below the planar GND electrode, and the like. However, the MEMS mirror array used in WSS is required to place the mirror structure at the exact position determined by optical design, and the distance between the mirror structure and the distance between the wiring and the mirror structure can be freely increased. However, it is difficult to increase the electrical interference, and there is a problem that electrical interference increases.

また、隣接ミラー構造間に壁などの構造体を配置することは非常に有効であるが、スイッチの特性を考慮すると、隣接するミラー間の距離は際限なく小さいほうが良く、電気シールドのための構造を配置することによって、スイッチの特性を下げて妥協しなければならないという問題がある。ミラーチップと電極チップを接合するバルクマイクロマシーニング技術によってミラーを形成する場合には、電極チップ側に電気シールドのための構造を形成するのが一般的である。   In addition, it is very effective to place a structure such as a wall between adjacent mirror structures, but considering the characteristics of the switch, the distance between adjacent mirrors should be as small as possible. There is a problem that a compromise must be made by lowering the characteristics of the switch. When a mirror is formed by a bulk micromachining technique for joining a mirror chip and an electrode chip, a structure for electric shielding is generally formed on the electrode chip side.

例えば、駆動電極構造を立体的に形成して、その電極構造内に可動電極が入り込むような構造を採用している素子の場合には、可動電極の上部から回り込む電界が隣の素子の可動電極に影響を与える可能性がある。
このような電界をシールドするために、例えば図8、図9、図10に示すようにミラー基板側にも電界シールド構造を形成した例が非特許文献1に開示されている。図8は非特許文献1に開示されたWSSチップの斜視図、図9は図8のWSSチップのA−A’線断面図、図10は図8のWSSチップのC−C’線断面図である。
For example, in the case of an element adopting a structure in which the drive electrode structure is formed in three dimensions and the movable electrode enters into the electrode structure, the electric field that wraps around from the upper part of the movable electrode is the movable electrode of the adjacent element May be affected.
In order to shield such an electric field, Non-Patent Document 1 discloses an example in which an electric field shield structure is also formed on the mirror substrate side as shown in FIGS. 8, 9, and 10, for example. 8 is a perspective view of the WSS chip disclosed in Non-Patent Document 1, FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of the WSS chip of FIG. 8, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line CC ′ of the WSS chip of FIG. It is.

WSSチップは、ミラー基板100と電極基板200とを接合し、ミラー基板100に形成された平面視矩形の開口部101に電界シールド基板300が嵌挿された構造を有している。図9、図10に示すように、ミラー基板100は、シリコンからなる支持層102と、シリコン酸化膜からなる埋め込み酸化膜(Buried Oxide;BOX)層103と、SOI(Silicon on Insulator)層104とからなる。支持層102とBOX層103には、SOI層104が露出する開口部101が形成されている。開口部101のSOI層104には、板ばね105a,105bと、ミラー106と、連結部107a,107bとが形成されている。ミラー106は、一対の連結部107a,107bを通る、y軸と平行な第1の回動軸廻りに回動することができ、またミラー106の長さ方向と直交するx軸と平行な第2の回動軸廻りに回動することができる。板ばね105a、連結部107a、ミラー106、連結部107bおよび板ばね105bの整列が1つのMEMSミラー素子のミラー基板側の構造を形成しており、このような構造が整列方向と垂直なx軸方向に沿って複数配置されて、MEMSミラーアレイのミラー基板側の構造を形成している。   The WSS chip has a structure in which the mirror substrate 100 and the electrode substrate 200 are bonded to each other, and the electric field shield substrate 300 is fitted into the opening 101 having a rectangular shape in plan view formed in the mirror substrate 100. As shown in FIGS. 9 and 10, the mirror substrate 100 includes a support layer 102 made of silicon, a buried oxide (BOX) layer 103 made of a silicon oxide film, an SOI (Silicon on Insulator) layer 104, and the like. Consists of. An opening 101 through which the SOI layer 104 is exposed is formed in the support layer 102 and the BOX layer 103. Leaf springs 105a and 105b, a mirror 106, and connecting portions 107a and 107b are formed on the SOI layer 104 of the opening 101. The mirror 106 can rotate around a first rotation axis that passes through the pair of connecting portions 107 a and 107 b and is parallel to the y axis, and is parallel to the x axis that is orthogonal to the length direction of the mirror 106. It is possible to rotate around 2 rotation axes. The alignment of the leaf spring 105a, the connecting portion 107a, the mirror 106, the connecting portion 107b, and the leaf spring 105b forms a structure on the mirror substrate side of one MEMS mirror element, and such a structure is an x axis perpendicular to the alignment direction. A plurality of elements are arranged along the direction to form a structure on the mirror substrate side of the MEMS mirror array.

電極基板200の上には、1つのMEMSミラー素子毎に、板ばね駆動電極201a,201b,ミラー駆動電極202が設けられている。板ばね駆動電極201a,201bは、y軸と平行な方向、すなわち板ばね105a,105bの整列方向と平行な方向に沿って溝が形成された、断面がU字型の形状となっている。このような板ばね駆動電極201a,201bおよびミラー駆動電極202が1つのMEMSミラー素子の電極基板側の構造を形成しており、このような構造がx軸方向に沿って複数配置されて、MEMSミラーアレイの電極基板側の構造を形成している。
電界シールド基板300は、ミラー基板100の開口部101の深さ(支持層102とBOX層103とを足した厚さ)よりも薄いチップとして形成されるため、支持層102の表面の高さよりもやや低めに電界シールド基板300の表面が位置する。
On the electrode substrate 200, leaf spring drive electrodes 201a and 201b and a mirror drive electrode 202 are provided for each MEMS mirror element. The leaf spring drive electrodes 201a and 201b have a U-shaped cross section in which grooves are formed along a direction parallel to the y-axis, that is, a direction parallel to the alignment direction of the leaf springs 105a and 105b. Such leaf spring drive electrodes 201a and 201b and mirror drive electrode 202 form a structure on the electrode substrate side of one MEMS mirror element, and a plurality of such structures are arranged along the x-axis direction, and MEMS is provided. A structure on the electrode substrate side of the mirror array is formed.
Since the electric field shield substrate 300 is formed as a chip thinner than the depth of the opening 101 of the mirror substrate 100 (the thickness obtained by adding the support layer 102 and the BOX layer 103), the electric field shield substrate 300 is higher than the height of the surface of the support layer 102. The surface of the electric field shield substrate 300 is positioned slightly lower.

特開2007−248809号公報JP 2007-248809 A 国際公開WO06/073111International Publication WO06 / 073111

M.Usui,S.Uchiyama,E.Hashimoto,K.Hadama,Y.Ishii,N. Matsuura,T.Sakata,N.Shimoyama,Y.Sato,H.Ishii,T.Matsuura,F.Shimokawa,and Y.Uenishi,“Electrically Separated Two-axis MEMS Mirror Array Module for Wavelength Selective Switches”,Proc.of Optical MEMS'2009,Clearwater Beach,Florida,USA,Aug.17-20,2009,pp.158-159M.Usui, S.Uchiyama, E.Hashimoto, K.Hadama, Y.Ishii, N. Matsuura, T.Sakata, N.Shimoyama, Y.Sato, H.Ishii, T.Matsuura, F.Shimokawa, and Y Uenishi, “Electrically Separated Two-axis MEMS Mirror Array Module for Wavelength Selective Switches”, Proc. Of Optical MEMS '2009, Clearwater Beach, Florida, USA, Aug. 17-20, 2009, pp.158-159

図9、図10に図示するように電界シールド基板300はミラー基板100のSOI層104に接するように配置されるが、板ばね105a,105bには接触しないように配することが構造的に望まれる。しかしながら、実際には、電界シールド基板300をミラー基板100の開口部101に嵌挿する際に、電界シールド基板300が板ばね105a,105bと接触してしまう可能性があり、電界シールド基板300が板ばね105a,105bと接触してしまうと、板ばね105a,105bなどのミラーの構造体が破損する可能性が大きくなり、素子の歩留りが低下してしまうという問題点があった。   As shown in FIGS. 9 and 10, the electric field shield substrate 300 is disposed so as to be in contact with the SOI layer 104 of the mirror substrate 100, but it is structurally desired to be disposed so as not to contact the leaf springs 105 a and 105 b. It is. However, actually, when the electric field shield substrate 300 is inserted into the opening 101 of the mirror substrate 100, the electric field shield substrate 300 may come into contact with the leaf springs 105a and 105b. If they come into contact with the leaf springs 105a and 105b, there is a greater possibility that the mirror structure such as the leaf springs 105a and 105b will be damaged, and the yield of the elements will be reduced.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、電界シールド基板と板ばね等の可動電極との衝突を防止することができ、素子の歩留りを向上させることができるMEMS素子とその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and can prevent collision between an electric field shield substrate and a movable electrode such as a leaf spring, and can improve the yield of the device and its manufacture. It aims to provide a method.

本発明のMEMS素子は、第1の基板と、この第1の基板と対向して配置された第2の基板と、前記第1の基板の前記第2の基板と対向しない側の面上に接合された第3の基板と、前記第1の基板に変位可能に形成された可動電極と、前記第1の基板の前記第2の基板と対向しない側の面から前記可動電極まで至る開口部と、前記第2の基板の前記第1の基板と対向する側の面上に、前記可動電極との間に空隙を設けた状態で対向して配置された、前記可動電極を駆動する固定電極と、前記第3の基板の前記第1の基板と対向する側の面上に形成され、前記第1の基板の開口部に嵌挿されるシールド電極とを備え、前記第3の基板の水平方向の大きさは、前記第1の基板の開口部の水平方向の大きさよりも大きく、前記シールド電極の厚さは、前記第1の基板の開口部の深さと同じかあるいは前記第1の基板の開口部の深さよりも薄いことを特徴とするものである。
また、本発明のMEMS素子の1構成例において、前記シールド電極は、前記可動電極と対向する位置に形成された凹部を有することを特徴とするものである。
The MEMS element of the present invention includes a first substrate, a second substrate disposed to face the first substrate, and a surface of the first substrate that does not face the second substrate. A bonded third substrate, a movable electrode formed to be displaceable on the first substrate, and an opening from the surface of the first substrate not facing the second substrate to the movable electrode And a fixed electrode for driving the movable electrode, disposed on the surface of the second substrate facing the first substrate in a state where a gap is provided between the movable substrate and the movable electrode. And a shield electrode formed on a surface of the third substrate facing the first substrate and inserted into an opening of the first substrate, and the horizontal direction of the third substrate Is larger than the horizontal size of the opening of the first substrate, and the thickness of the shield electrode is It is characterized in thinner than the depth of the opening of the first of the same or the the depth of the opening of the substrate and the first substrate.
Moreover, in one structural example of the MEMS element of the present invention, the shield electrode has a recess formed at a position facing the movable electrode.

また、本発明のMEMS素子の製造方法は、第1のSOI基板のSOI層に可動電極を形成する可動電極形成工程と、前記第1のSOI基板のシリコン支持層と埋め込み酸化膜層の一部であって、前記可動電極が形成された領域に存在する前記シリコン支持層と埋め込み酸化膜層とを、前記可動電極が露出するまでエッチング除去して前記第1のSOI基板に開口部を形成する開口部形成工程と、前記第1のSOI基板を所定の大きさに加工する第1のダイシング工程と、電極基板上に固定電極を形成する電極基板形成工程と、前記第1のSOI基板と前記電極基板とを、前記可動電極と前記固定電極とが離間して対向するように配置して接合する第1の基板接合工程と、前記第1のSOI基板とシリコン支持層の厚さが同じ第2のSOI基板のシリコン支持層を、前記第1のSOI基板の開口部の水平方向の大きさよりも小さいシールド電極の領域が残るようにエッチング除去するシールド電極形成工程と、前記第2のSOI基板を所定の大きさに加工する第2のダイシング工程と、前記第2のSOI基板のシールド電極を前記第1のSOI基板の開口部に嵌挿して、前記第1のSOI基板と前記第2のSOI基板とを接合する第2の基板接合工程とを備え、前記第2のSOI基板の加工後の水平方向の大きさは、前記第1のSOI基板の開口部の水平方向の大きさよりも大きいことを特徴とするものである。
また、本発明のMEMS素子の製造方法の1構成例は、さらに、前記第2のダイシング工程の前に、前記第2のSOI基板のシールド電極の周囲の埋め込み酸化膜層をエッチング除去する埋め込み酸化膜層除去工程を備えることを特徴とするものである。
The method for manufacturing a MEMS device according to the present invention includes a movable electrode forming step of forming a movable electrode on an SOI layer of a first SOI substrate, a silicon support layer of the first SOI substrate, and a part of a buried oxide film layer. Then, the silicon support layer and the buried oxide film layer existing in the region where the movable electrode is formed are removed by etching until the movable electrode is exposed to form an opening in the first SOI substrate. An opening forming step, a first dicing step of processing the first SOI substrate into a predetermined size, an electrode substrate forming step of forming a fixed electrode on the electrode substrate, the first SOI substrate, and the A first substrate bonding step in which an electrode substrate is disposed and bonded so that the movable electrode and the fixed electrode are spaced apart from each other; and a thickness of the first SOI substrate and the silicon support layer is the same. 2 SOI groups A shield electrode forming step of etching and removing the silicon support layer so that a shield electrode region smaller than the horizontal size of the opening of the first SOI substrate remains, and the second SOI substrate having a predetermined size. A second dicing step to be processed, and a shield electrode of the second SOI substrate is inserted into an opening of the first SOI substrate, so that the first SOI substrate and the second SOI substrate are A second substrate bonding step of bonding, wherein a horizontal size of the second SOI substrate after processing is larger than a horizontal size of the opening of the first SOI substrate. To do.
Further, according to one configuration example of the method for manufacturing a MEMS element of the present invention, a buried oxide film is formed by etching away a buried oxide film layer around a shield electrode of the second SOI substrate before the second dicing step. A film layer removing step is provided.

また、本発明のMEMS素子の製造方法は、SOI基板のSOI層に可動電極を形成する可動電極形成工程と、前記SOI基板のシリコン支持層と埋め込み酸化膜層の一部であって、前記可動電極が形成された領域に存在する前記シリコン支持層と埋め込み酸化膜層とを、前記可動電極が露出するまでエッチング除去して前記SOI基板に開口部を形成する開口部形成工程と、前記SOI基板を所定の大きさに加工する第1のダイシング工程と、電極基板上に固定電極を形成する電極基板形成工程と、前記SOI基板と前記電極基板とを、前記可動電極と前記固定電極とが離間して対向するように配置して接合する第1の基板接合工程と、電界シールド基板に、前記SOI基板の開口部の水平方向の大きさよりも小さい導電材料からなるシールド電極を接合するシールド電極接合工程と、前記電界シールド基板を所定の大きさに加工する第2のダイシング工程と、前記シールド電極を前記SOI基板の開口部に嵌挿して、前記SOI基板と前記電界シールド基板とを接合する第2の基板接合工程とを備え、前記電界シールド基板の加工後の水平方向の大きさは、前記SOI基板の開口部の水平方向の大きさよりも大きく、前記シールド電極の厚さは、前記SOI基板の開口部の深さと同じかあるいは前記SOI基板の開口部の深さよりも薄いことを特徴とするものである。
また、本発明のMEMS素子の製造方法の1構成例は、さらに、前記第2のダイシング工程の前に、前記シールド電極の前記可動電極と対向する位置に凹部を形成する凹部形成工程を備えることを特徴とするものである。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a MEMS device, comprising: a movable electrode forming step of forming a movable electrode on an SOI layer of an SOI substrate; An opening forming step of forming an opening in the SOI substrate by etching and removing the silicon support layer and the buried oxide film layer existing in the region where the electrode is formed until the movable electrode is exposed; and the SOI substrate A first dicing step of processing the substrate into a predetermined size, an electrode substrate forming step of forming a fixed electrode on the electrode substrate, the SOI substrate and the electrode substrate, the movable electrode and the fixed electrode being separated from each other And a first substrate bonding step for arranging and bonding so as to oppose each other, and an electric field shield substrate with a sheet made of a conductive material smaller than the horizontal size of the opening of the SOI substrate. A shield electrode joining step for joining a shield electrode, a second dicing step for processing the electric field shield substrate into a predetermined size, and inserting the shield electrode into an opening of the SOI substrate, A second substrate bonding step for bonding to the electric field shield substrate, wherein the horizontal size of the electric field shield substrate after processing is larger than the horizontal size of the opening of the SOI substrate, and the shield electrode The thickness of is the same as the depth of the opening of the SOI substrate or is thinner than the depth of the opening of the SOI substrate.
Moreover, one structural example of the manufacturing method of the MEMS element of this invention is further equipped with the recessed part formation process which forms a recessed part in the position facing the said movable electrode of the said shield electrode before the said 2nd dicing process. It is characterized by.

本発明によれば、第3の基板の水平方向の大きさを、第1の基板の開口部の水平方向の大きさよりも大きくすることにより、シールド電極を第1の基板の開口部に嵌挿したときに、第3の基板が第1の基板と接触して、第3の基板の厚さ方向の位置が固定される。このとき、シールド電極の厚さは、第1の基板の開口部の深さと同じかあるいは第1の基板の開口部の深さよりも薄いので、シールド電極と可動電極とが衝突することはない。その結果、本発明では、電気干渉を防止する電界シールド基板としてその効果を実現できる形状・構造の第3の基板を実現することができ、かつ第3の基板を第1の基板に接合する際に、シールド電極と可動電極とが衝突して可動電極が破損することを防止することができ、歩留まりを向上させることができる。   According to the present invention, the shield electrode is inserted into the opening portion of the first substrate by making the horizontal size of the third substrate larger than the horizontal size of the opening portion of the first substrate. The third substrate comes into contact with the first substrate, and the position of the third substrate in the thickness direction is fixed. At this time, since the thickness of the shield electrode is the same as the depth of the opening of the first substrate or thinner than the depth of the opening of the first substrate, the shield electrode and the movable electrode do not collide. As a result, in the present invention, a third substrate having a shape and structure capable of realizing the effect as an electric field shield substrate for preventing electrical interference can be realized, and the third substrate can be bonded to the first substrate. In addition, it is possible to prevent the movable electrode from being damaged by the collision of the shield electrode and the movable electrode, and the yield can be improved.

また、本発明では、シールド電極の可動電極と対向する位置に凹部を形成することにより、シールド電極と可動電極との衝突の可能性を更に低減することができる。   In the present invention, the possibility of collision between the shield electrode and the movable electrode can be further reduced by forming the recess at a position facing the movable electrode of the shield electrode.

また、本発明では、可動電極を形成した第1のSOI基板とシリコン支持層の厚さが同じ第2のSOI基板のシリコン支持層を、第1のSOI基板の開口部の水平方向の大きさよりも小さいシールド電極の領域が残るようにエッチング除去し、第2のSOI基板の加工後の水平方向の大きさが第1のSOI基板の開口部の水平方向の大きさよりも大きくなるように第2のSOI基板を加工し、第2のSOI基板のシールド電極を第1のSOI基板の開口部に嵌挿して、第1のSOI基板と第2のSOI基板とを接合する。これにより、本発明では、シールド電極を第1のSOI基板の開口部に嵌挿したときに、第2のSOI基板が第1のSOI基板と接触して、第2のSOI基板の厚さ方向の位置が固定される。このとき、シールド電極の厚さは、第1のSOI基板の支持層の厚さと同じなので、シールド電極と可動電極とが衝突することはない。その結果、本発明では、電気干渉を防止する電界シールド基板としてその効果を実現できる形状・構造の第2のSOI基板を実現することができ、かつ第2のSOI基板を第1のSOI基板に接合する際に、シールド電極と可動電極とが衝突して可動電極が破損することを防止することができ、歩留まりを向上させることができる。   Further, in the present invention, the silicon support layer of the second SOI substrate having the same thickness as the first SOI substrate on which the movable electrode is formed is made larger than the horizontal size of the opening of the first SOI substrate. And the second SOI substrate is processed so that the horizontal size after processing of the second SOI substrate is larger than the horizontal size of the opening of the first SOI substrate. The SOI substrate is processed, the shield electrode of the second SOI substrate is inserted into the opening of the first SOI substrate, and the first SOI substrate and the second SOI substrate are joined. Accordingly, in the present invention, when the shield electrode is fitted into the opening of the first SOI substrate, the second SOI substrate comes into contact with the first SOI substrate, and the thickness direction of the second SOI substrate The position of is fixed. At this time, since the thickness of the shield electrode is the same as the thickness of the support layer of the first SOI substrate, the shield electrode and the movable electrode do not collide. As a result, in the present invention, a second SOI substrate having a shape and structure capable of realizing the effect as an electric field shield substrate for preventing electrical interference can be realized, and the second SOI substrate can be used as the first SOI substrate. When joining, it can prevent that a shield electrode and a movable electrode collide and a movable electrode is damaged, and a yield can be improved.

また、本発明では、電界シールド基板に、SOI基板の開口部の水平方向の大きさよりも小さく、かつSOI基板の開口部の深さと同じかあるいはSOI基板の開口部の深さよりも薄い導電材料からなるシールド電極を接合し、電界シールド基板の加工後の水平方向の大きさがSOI基板の開口部の水平方向の大きさよりも大きくなるように電界シールド基板を加工し、シールド電極をSOI基板の開口部に嵌挿して、SOI基板と電界シールド基板とを接合する。これにより、本発明では、シールド電極をSOI基板の開口部に嵌挿したときに、電界シールド基板がSOI基板と接触して、電界シールド基板の厚さ方向の位置が固定される。このとき、シールド電極の厚さは、SOI基板の開口部の深さと同じかあるいはSOI基板の開口部の深さよりも薄いので、シールド電極と可動電極とが衝突することはない。その結果、本発明では、電気干渉を防止する基板としてその効果を実現できる形状・構造の電界シールド基板を実現することができ、かつ電界シールド基板をSOI基板に接合する際に、シールド電極と可動電極とが衝突して可動電極が破損することを防止することができ、歩留まりを向上させることができる。   In the present invention, the electric field shield substrate is made of a conductive material that is smaller than the horizontal size of the opening of the SOI substrate and is the same as the depth of the opening of the SOI substrate or thinner than the depth of the opening of the SOI substrate. The shield electrode is joined, the electric field shield substrate is processed so that the horizontal size of the electric field shield substrate after processing is larger than the horizontal size of the opening of the SOI substrate, and the shield electrode is opened in the SOI substrate. The SOI substrate and the electric field shield substrate are bonded to each other by being inserted into the part. Thus, in the present invention, when the shield electrode is inserted into the opening of the SOI substrate, the electric field shield substrate comes into contact with the SOI substrate, and the position of the electric field shield substrate in the thickness direction is fixed. At this time, since the thickness of the shield electrode is the same as the depth of the opening of the SOI substrate or thinner than the depth of the opening of the SOI substrate, the shield electrode and the movable electrode do not collide. As a result, in the present invention, an electric field shield substrate having a shape and structure capable of realizing its effect as a substrate for preventing electrical interference can be realized, and when the electric field shield substrate is bonded to the SOI substrate, the shield electrode and the movable electrode can be moved. It is possible to prevent the movable electrode from being damaged by colliding with the electrode, and the yield can be improved.

本発明の実施の形態に係るWSSチップの斜視図である。It is a perspective view of a WSS chip concerning an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態に係るWSSチップの断面図である。1 is a cross-sectional view of a WSS chip according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態においてミラー基板に電界シールド基板を嵌挿する前のWSSチップの断面図である。It is sectional drawing of the WSS chip | tip before inserting an electric field shield board | substrate in a mirror board | substrate in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るWSSチップの断面図である。1 is a cross-sectional view of a WSS chip according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係るWSSチップのミラーと板ばねと電極の構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the mirror of the WSS chip | tip which concerns on embodiment of this invention, a leaf | plate spring, and an electrode. 本発明の実施の形態において板ばねが下方向に変位したときの様子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a mode when a leaf | plate spring is displaced below in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態において板ばねが変位していないときの様子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a mode when a leaf | plate spring is not displaced in embodiment of this invention. 従来のWSSチップの斜視図である。It is a perspective view of the conventional WSS chip. 従来のWSSチップの断面図である。It is sectional drawing of the conventional WSS chip | tip. 従来のWSSチップの断面図である。It is sectional drawing of the conventional WSS chip | tip.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図1は本発明の実施の形態に係るMEMS素子であるWSSチップの斜視図である。WSSチップは、ミラー基板100と電極基板200とを接合し、ミラー基板100に形成された平面視矩形の開口部101に電界シールド基板300aが嵌挿された構造を有している。電界シールド基板300aは、ミラー基板100の支持層をエッチング除去した開口部101よりも幅広の張出部301を有しているため、電界シールド基板300aがミラー基板100の開口部101に嵌め込まれた際に、この張出部301がミラー基板100の支持層の表面に接するように接合される。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a WSS chip which is a MEMS element according to an embodiment of the present invention. The WSS chip has a structure in which the mirror substrate 100 and the electrode substrate 200 are joined, and the electric field shield substrate 300a is inserted into the opening 101 having a rectangular shape in plan view formed in the mirror substrate 100. Since the electric field shield substrate 300a has a protruding portion 301 wider than the opening 101 obtained by etching away the support layer of the mirror substrate 100, the electric field shield substrate 300a is fitted into the opening 101 of the mirror substrate 100. At this time, the protruding portion 301 is bonded so as to be in contact with the surface of the support layer of the mirror substrate 100.

図2は図1のWSSチップのB−B’線断面図、図3はミラー基板100に電界シールド基板300aを嵌挿する前のWSSチップの断面図、図4は図1のWSSチップのD−D’線断面図、図5は図1のWSSチップのミラーと板ばねと電極の構造を示す斜視図である。なお、図5では、記載を容易にするため、板ばねの上部にある電界シールド基板300aの記載を省略している。   2 is a cross-sectional view taken along line BB ′ of the WSS chip of FIG. 1, FIG. 3 is a cross-sectional view of the WSS chip before the electric field shield substrate 300a is inserted into the mirror substrate 100, and FIG. FIG. 5 is a perspective view showing a structure of a mirror, a leaf spring, and an electrode of the WSS chip of FIG. In FIG. 5, the electric field shield substrate 300a above the leaf spring is not shown for easy description.

図2〜図5に示すように、ミラー基板100は、シリコンからなる支持層102と、シリコン酸化膜からなるBOX層103と、SOI層104とからなる。支持層102とBOX層103には、SOI層104が露出する開口部101が形成されている。開口部101のSOI層104には、可動電極である板ばね105a,105bと、ミラー106と、連結部107a,107bとが形成されている。板ばね105a,105bの一端は、周辺部のSOI層104である枠部(不図示)に固定されている。図2〜図5の例では、y軸方向に平行な線上に、板ばね105aおよび板ばね105bが整列されている。また、板ばね105aおよび板ばね105bは、各々の他端が、ミラー基板の法線方向(z軸方向)に変位可能な片持ち梁構造となっている。   As shown in FIGS. 2 to 5, the mirror substrate 100 includes a support layer 102 made of silicon, a BOX layer 103 made of a silicon oxide film, and an SOI layer 104. An opening 101 through which the SOI layer 104 is exposed is formed in the support layer 102 and the BOX layer 103. In the SOI layer 104 of the opening 101, leaf springs 105a and 105b, which are movable electrodes, a mirror 106, and connecting portions 107a and 107b are formed. One end of each of the leaf springs 105a and 105b is fixed to a frame portion (not shown) which is the peripheral SOI layer 104. 2 to 5, the leaf spring 105a and the leaf spring 105b are aligned on a line parallel to the y-axis direction. The plate spring 105a and the plate spring 105b each have a cantilever structure in which the other end can be displaced in the normal direction (z-axis direction) of the mirror substrate.

板ばね105aと板ばね105bの間には、屈曲可能な一対の連結部107a,107bにより連結されてミラー106が配置されている。ミラー106は、板ばね105aおよび板ばね105bと1列に配列されて板ばね105aと板ばね105bの間に回動可能に配置されている。連結部107aは、板ばね105aの他端とミラー106とを連結し、連結部107bは、板ばね105bの他端とミラー106とを連結している。図2〜図5の例では、y軸方向に平行な線上に、板ばね105a、連結部107a、ミラー106、連結部107b、板ばね105bが順に整列している。   A mirror 106 is disposed between the leaf spring 105a and the leaf spring 105b by being coupled by a pair of bendable coupling portions 107a and 107b. The mirror 106 is arranged in a row with the leaf spring 105a and the leaf spring 105b, and is rotatably disposed between the leaf spring 105a and the leaf spring 105b. The connecting portion 107a connects the other end of the leaf spring 105a and the mirror 106, and the connecting portion 107b connects the other end of the leaf spring 105b and the mirror 106. 2 to 5, the leaf spring 105a, the connecting portion 107a, the mirror 106, the connecting portion 107b, and the leaf spring 105b are aligned in order on a line parallel to the y-axis direction.

ミラー106は、一対の連結部107a,107bを通る、y軸と平行な第1の回動軸廻りに回動することができ、またミラー106の長さ方向と直交するx軸と平行な第2の回動軸廻りに回動することができる。ミラー106の表面には、金やアルミニウムなどから構成された反射膜が形成され、例えば赤外領域の光を反射可能としている。以上のような板ばね105a、連結部107a、ミラー106、連結部107bおよび板ばね105bの整列が1つのMEMSミラー素子のミラー基板側の構造を形成しており、このような構造が整列方向と垂直なx軸方向に沿って複数配置されて、MEMSミラーアレイのミラー基板側の構造を形成している。   The mirror 106 can rotate around a first rotation axis that passes through the pair of connecting portions 107 a and 107 b and is parallel to the y axis, and is parallel to the x axis that is orthogonal to the length direction of the mirror 106. It is possible to rotate around 2 rotation axes. A reflective film made of gold or aluminum is formed on the surface of the mirror 106, and can reflect light in the infrared region, for example. The alignment of the leaf spring 105a, the connecting portion 107a, the mirror 106, the connecting portion 107b, and the leaf spring 105b as described above forms a structure on the mirror substrate side of one MEMS mirror element. A plurality of elements are arranged along the vertical x-axis direction to form a structure on the mirror substrate side of the MEMS mirror array.

一方、電極基板200の上には、1つのMEMSミラー素子毎に、板ばね駆動電極201a,201b,ミラー駆動電極202a,202bが設けられている。ミラー基板100と電極基板200とが接合されたとき、板ばね駆動電極201a,201bは、それぞれ板ばね105a,105bと対向するように配置され、ミラー駆動電極202a,202bは、ミラー106と対向するように配置されている。板ばね駆動電極201a,201bは、y軸と平行な方向、すなわち板ばね105a,105bの整列方向と平行な方向に沿って溝が形成された、断面がU字型の形状となっている。この板ばね駆動電極201a,201bの大きさは、図6に示すように、板ばね105a,105bが下方向に変位したときに、対向する板ばね駆動電極201a,201bと触れることなく板ばね駆動電極201a,201bの溝の中に入ることができるように設定されている。   On the other hand, leaf spring drive electrodes 201a and 201b and mirror drive electrodes 202a and 202b are provided on the electrode substrate 200 for each MEMS mirror element. When the mirror substrate 100 and the electrode substrate 200 are joined, the leaf spring drive electrodes 201a and 201b are disposed so as to face the leaf springs 105a and 105b, respectively, and the mirror drive electrodes 202a and 202b face the mirror 106. Are arranged as follows. The leaf spring drive electrodes 201a and 201b have a U-shaped cross section in which grooves are formed along a direction parallel to the y-axis, that is, a direction parallel to the alignment direction of the leaf springs 105a and 105b. As shown in FIG. 6, when the leaf springs 105a and 105b are displaced downward, the leaf spring drive electrodes 201a and 201b are driven without touching the opposing leaf spring drive electrodes 201a and 201b. It is set so that it can enter into the grooves of the electrodes 201a and 201b.

以上のような板ばね駆動電極201a,201bおよびミラー駆動電極202a,202bが1つのMEMSミラー素子の電極基板側の構造を形成しており、このような構造がx軸方向に沿って複数配置されて、MEMSミラーアレイの電極基板側の構造を形成している。すなわち、一対の板ばね105a,105bと、ミラー106と、一対の連結部107a,107bと、一対の板ばね駆動電極201a,201bと、一対のミラー駆動電極202a,202bで1つのMEMSミラー素子が構成されている。   The plate spring drive electrodes 201a and 201b and the mirror drive electrodes 202a and 202b as described above form a structure on the electrode substrate side of one MEMS mirror element, and a plurality of such structures are arranged along the x-axis direction. Thus, the structure on the electrode substrate side of the MEMS mirror array is formed. That is, a pair of leaf springs 105a and 105b, a mirror 106, a pair of connecting portions 107a and 107b, a pair of leaf spring drive electrodes 201a and 201b, and a pair of mirror drive electrodes 202a and 202b constitute one MEMS mirror element. It is configured.

板ばね駆動電極201a,201bには、板ばね105a,105bを駆動するための駆動電圧が、図示しない板ばね駆動電極配線を介して供給される。また、ミラー駆動電極202a,202bには、ミラー106を駆動するための駆動電圧が、図示しないミラー駆動電極配線を介して供給される。なお、板ばね105a,105bとミラー106と連結部107a,107bとは、等電位とされる。ここで、等電位とは、例えば接地電位とすればよい。   A drive voltage for driving the leaf springs 105a and 105b is supplied to the leaf spring drive electrodes 201a and 201b via a leaf spring drive electrode wiring (not shown). Further, a drive voltage for driving the mirror 106 is supplied to the mirror drive electrodes 202a and 202b via a mirror drive electrode wiring (not shown). The leaf springs 105a and 105b, the mirror 106, and the connecting portions 107a and 107b are equipotential. Here, the equipotential may be a ground potential, for example.

次に、MEMSミラー素子の動作について説明する。まず、第2の回動軸廻りの回動について説明する。まず、板ばね駆動電極201bに所定の駆動電圧を印加することで、発生した静電引力により板ばね105bに対して電極基板200の側に引き寄せる力を加えれば、板ばね105bが、枠部に支持されている一端を支点としてたわみ(変形し)、板ばね105bの他端が電極基板200の側に引き寄せられるように変位する。この結果、ミラー106は、連結部107aを支点として連結部107bの側が電極基板200の側に引き寄せられるようにして回動する。これは、MEMSミラー素子の配列方向(x軸方向)に平行な、ミラー106の中央部を通る第2の回動軸廻りにミラー106が回動していることになる。   Next, the operation of the MEMS mirror element will be described. First, the rotation around the second rotation axis will be described. First, when a predetermined driving voltage is applied to the leaf spring drive electrode 201b to apply a force that attracts the leaf spring 105b to the electrode substrate 200 side by the generated electrostatic attractive force, the leaf spring 105b is applied to the frame portion. The supported end is bent (deformed) as a fulcrum, and the other end of the leaf spring 105b is displaced so as to be drawn toward the electrode substrate 200 side. As a result, the mirror 106 rotates with the connecting portion 107a as a fulcrum so that the connecting portion 107b side is pulled toward the electrode substrate 200 side. This means that the mirror 106 is rotated around the second rotation axis that passes through the center portion of the mirror 106 and is parallel to the arrangement direction (x-axis direction) of the MEMS mirror elements.

一方、板ばね駆動電極201aに所定の駆動電圧を印加することで、静電引力により板ばね105aに対して電極基板200の側に引き寄せる力を加えれば、板ばね105aが、枠部に支持されている一端を支点としてたわみ、板ばね105aの他端が電極基板200の側に引き寄せられるように変位する。この結果、ミラー106は、連結部107bを支点として連結部107aの側が電極基板200の側に引き寄せられるようにして回動する。この回動動作は、板ばね駆動電極201bに駆動電圧を印加する場合と反対の方向にミラー106を回動させることになる。   On the other hand, when a predetermined driving voltage is applied to the leaf spring drive electrode 201a to apply a force that attracts the leaf spring 105a toward the electrode substrate 200 by electrostatic attraction, the leaf spring 105a is supported by the frame portion. The other end of the leaf spring 105a is displaced so as to be drawn toward the electrode substrate 200 side. As a result, the mirror 106 rotates with the connecting portion 107b as a fulcrum so that the connecting portion 107a side is pulled toward the electrode substrate 200 side. This rotation operation rotates the mirror 106 in the opposite direction to the case where the drive voltage is applied to the leaf spring drive electrode 201b.

次に、第1の回動軸廻りの回動について説明する。ミラー駆動電極202a,202bに印加する電圧を制御することで、一対の連結部107a,107bを通る第1の回動軸廻りにミラー106を回動させることができる。例えば、ミラー駆動電極202aに対してミラー駆動電極202bよりも高い電圧を印加すれば、ミラー106は、第1の回動軸を中心として、ミラー駆動電極202aの側に傾くように回動する。以上のようにして、ミラー106は、直交する2軸で回動する。   Next, the rotation around the first rotation axis will be described. By controlling the voltage applied to the mirror drive electrodes 202a and 202b, the mirror 106 can be rotated around the first rotation axis passing through the pair of connecting portions 107a and 107b. For example, when a voltage higher than that of the mirror drive electrode 202b is applied to the mirror drive electrode 202a, the mirror 106 rotates around the first rotation axis so as to be inclined toward the mirror drive electrode 202a. As described above, the mirror 106 rotates about two orthogonal axes.

本実施の形態では、板ばね駆動電極201a,201bを、断面がU字型の形状とすることにより、以下に説明するように、隣接配置されているMEMSミラー素子との間のクロストークを抑制することができるようになる。MEMSミラー素子は、隣接するMEMSミラー素子との間隔を狭くして配置されるため、板ばね駆動電極201a,201bを単純な平行平板電極とした場合、静電引力が当該MEMSミラー素子の板ばねに対してだけでなく、隣のMEMSミラー素子の板ばねにも影響を与え、その位置が変位してしまうことがある。この結果、隣り合うミラー106の間で電気干渉(クロストーク)が発生する場合がある。   In the present embodiment, the leaf spring drive electrodes 201a and 201b are U-shaped in cross section, thereby suppressing crosstalk between adjacent MEMS mirror elements as described below. Will be able to. Since the MEMS mirror element is arranged with a small interval between adjacent MEMS mirror elements, when the plate spring drive electrodes 201a and 201b are simple parallel plate electrodes, the electrostatic attraction force is a plate spring of the MEMS mirror element. In addition to the above, the leaf spring of the adjacent MEMS mirror element is also affected, and its position may be displaced. As a result, electrical interference (crosstalk) may occur between adjacent mirrors 106.

これに対して、本実施の形態では、板ばね駆動電極201a,201bを、断面がU字型の形状とすることにより、MEMSミラー素子毎に板ばねを駆動するための電界を分離することができ、クロストークを抑制することができる。ただし、図6に示したように、板ばね105a,105bが板ばね駆動電極201a,201bの溝の中に入る場合には、当該板ばね駆動電極201a,201bの上部から回り込む電界が隣のMEMSミラー素子の板ばね105a,105bに影響を与える可能性がある。そこで、本実施の形態では、このような電界の回り込みを防止するために、ミラー基板100の開口部101に電界シールド基板300aを嵌挿している。   In contrast, in the present embodiment, the leaf spring drive electrodes 201a and 201b are U-shaped in cross section, so that the electric field for driving the leaf springs can be separated for each MEMS mirror element. And crosstalk can be suppressed. However, as shown in FIG. 6, when the leaf springs 105a and 105b enter the grooves of the leaf spring drive electrodes 201a and 201b, the electric field that wraps around from above the leaf spring drive electrodes 201a and 201b is adjacent to the MEMS. There is a possibility of affecting the leaf springs 105a and 105b of the mirror element. Therefore, in the present embodiment, the electric field shield substrate 300a is inserted into the opening 101 of the mirror substrate 100 in order to prevent such a wraparound of the electric field.

図2〜図4に示すように、電界シールド基板300aは、シリコンからなるシールド電極302と、BOX層303と、SOI層304とからなる。シールド電極302は、板ばね105a,105b、ミラー106および連結部107a,107bと等電位(接地電位)とされる。   As shown in FIGS. 2 to 4, the electric field shield substrate 300 a includes a shield electrode 302 made of silicon, a BOX layer 303, and an SOI layer 304. The shield electrode 302 is equipotential (ground potential) with the leaf springs 105a and 105b, the mirror 106, and the connecting portions 107a and 107b.

電界シールド基板300aをミラー基板100の開口部101に嵌挿したとき、板ばね105a,105bの上部にシールド電極302とBOX層303とSOI層304とが配置され、またミラー106と連結部107a,107bとが露出するように電界シールド基板300aにはシールド電極302とBOX層303とSOI層304とを貫通する開口部305が形成されている。本実施の形態の素子をWSSチップとして使用する場合、図4に示すように、信号光は、開口部305を通ってミラー106に入射して反射され、再び開口部305を通って外部に出射することになる。上記のように、板ばね駆動電極201a,201bおよびミラー駆動電極202a,202bに印加する駆動電圧を制御することで、ミラー106の回動角を制御することができ、入射光を所望の角度に反射できるようになっている。   When the electric field shield substrate 300a is inserted into the opening 101 of the mirror substrate 100, the shield electrode 302, the BOX layer 303, and the SOI layer 304 are disposed above the leaf springs 105a and 105b, and the mirror 106 and the connecting portion 107a, An opening 305 that penetrates the shield electrode 302, the BOX layer 303, and the SOI layer 304 is formed in the electric field shield substrate 300a so that 107b is exposed. When the element of this embodiment is used as a WSS chip, as shown in FIG. 4, the signal light is reflected by being incident on the mirror 106 through the opening 305 and is emitted to the outside again through the opening 305. Will do. As described above, by controlling the drive voltage applied to the leaf spring drive electrodes 201a and 201b and the mirror drive electrodes 202a and 202b, the rotation angle of the mirror 106 can be controlled, and the incident light is set to a desired angle. It can be reflected.

電界シールド基板300aのBOX層303およびSOI層304の水平方向(x軸方向およびy軸方向)の大きさは、ミラー基板100の開口部101の水平方向の大きさよりも大きくなるように設定されている。この開口部101よりも幅広のBOX層303およびSOI層304が張出部301を構成している。電界シールド基板300aをミラー基板100の開口部101に嵌挿するときに電界シールド基板300aを降下させると、図2、図4に示すように、張出部301のBOX層303がミラー基板100の支持層102と接触して、電界シールド基板300aのz軸方向の位置が固定される。電界シールド基板300aのシールド電極302の厚さは、ミラー基板100の支持層102と同じかあるいは支持層102よりも薄くなるように設定されている。したがって、電界シールド基板300aをミラー基板100の開口部101に嵌挿したときに、シールド電極302が板ばね105a,105bなどのミラーの構造体と衝突することはない。ミラー基板100の支持層102とBOX層103とを足した厚みと、シールド電極302の厚みとの差が、シールド電極302と板ばね105a,105bとの間隔になる。   The horizontal size (x-axis direction and y-axis direction) of the BOX layer 303 and the SOI layer 304 of the electric field shield substrate 300a is set to be larger than the horizontal size of the opening 101 of the mirror substrate 100. Yes. A BOX layer 303 and an SOI layer 304 that are wider than the opening 101 constitute an overhang portion 301. When the electric field shield substrate 300a is lowered when the electric field shield substrate 300a is inserted into the opening 101 of the mirror substrate 100, the BOX layer 303 of the overhanging portion 301 is formed on the mirror substrate 100 as shown in FIGS. In contact with the support layer 102, the position of the electric field shield substrate 300a in the z-axis direction is fixed. The thickness of the shield electrode 302 of the electric field shield substrate 300 a is set to be the same as or thinner than the support layer 102 of the mirror substrate 100. Therefore, when the electric field shield substrate 300a is fitted into the opening 101 of the mirror substrate 100, the shield electrode 302 does not collide with a mirror structure such as the leaf springs 105a and 105b. The difference between the thickness obtained by adding the support layer 102 and the BOX layer 103 of the mirror substrate 100 and the thickness of the shield electrode 302 is the distance between the shield electrode 302 and the leaf springs 105a and 105b.

さらに、シールド電極302の板ばね105a,105bと対向する面には、凹部306が形成されている。この凹部306は、電界シールド基板300aがミラー基板100の開口部101に嵌挿されたとき、板ばね105a,105bと対向し、かつy軸と平行な方向、すなわち板ばね105a,105bの整列方向と平行な方向に沿って延びるように形成されている。凹部306の大きさは、図7に示すように、板ばね105a,105bが変位していないときに凹部306の中に入ることができるように設定されている。   Further, a recess 306 is formed on the surface of the shield electrode 302 facing the leaf springs 105a and 105b. When the electric field shield substrate 300a is inserted into the opening 101 of the mirror substrate 100, the recess 306 faces the leaf springs 105a and 105b and is parallel to the y axis, that is, the alignment direction of the leaf springs 105a and 105b. Are formed so as to extend along a direction parallel to the. As shown in FIG. 7, the size of the recess 306 is set so that it can enter the recess 306 when the leaf springs 105 a and 105 b are not displaced.

次に本実施の形態に係るWSSチップの製造方法について説明する。まず、ミラー基板100の製造方法について述べる。ミラー基板100は、SOIの基板を利用して作製する。SOI基板をスターティング基板として、公知のリソグラフィ技術を使用してSOI層104に板ばね105a,105b、ミラー106および連結部107a,107bを形成する。   Next, a method for manufacturing the WSS chip according to the present embodiment will be described. First, a method for manufacturing the mirror substrate 100 will be described. The mirror substrate 100 is manufactured using an SOI substrate. The leaf springs 105a and 105b, the mirror 106, and the connecting portions 107a and 107b are formed on the SOI layer 104 by using a known lithography technique using the SOI substrate as a starting substrate.

最初に、スピンコーティング法を使用してSOI層104の面上に感光性レジストを所望の膜厚で塗布する。パターンに応じた形状の遮光体を有するレチクル(マスク)を、感光性レジストを塗布した基板に位置合わせをして保持する。感光性レジストの感光波長の光をレチクルに照射して、その遮光体の影を、感光性レジストを塗布したウエハ上で結像させる。所望のパターンが所望の寸法で得られるように、光を照射する時間を決定した後に照射する。潜像が焼き付けられた状態のレジストを現像液に浸し、所望のパターンが所望の寸法で形成できるように、現像液にレジスト付きウエハを浸す時間を決定し、その決定した時間の間だけ、ウエハを現像液に浸す。その後ウエハ全体を乾燥させてレジストを硬化させる。ここまでで、SOI基板上にレジストのパターンを形成できた。   First, a photosensitive resist is applied in a desired film thickness on the surface of the SOI layer 104 using a spin coating method. A reticle (mask) having a light-shielding body having a shape corresponding to a pattern is aligned and held on a substrate coated with a photosensitive resist. The reticle is irradiated with light having the photosensitive wavelength of the photosensitive resist, and the shadow of the light shielding body is imaged on the wafer coated with the photosensitive resist. Irradiation is performed after determining the irradiation time so that a desired pattern can be obtained with a desired dimension. The resist with the latent image printed thereon is immersed in a developer, and the time for immersing the resist-coated wafer in the developer is determined so that a desired pattern can be formed with a desired dimension. Is immersed in the developer. Thereafter, the entire wafer is dried to cure the resist. Thus far, a resist pattern can be formed on the SOI substrate.

次に、形成したレジストをマスクにして、シリコンの深堀加工技術であるDRIE(Deep Reactive Ion Etching )エッチング技術を用いてSOI層104に板ばね105a,105b、ミラー106および連結部107a,107bなどを形成する。その際に、エッチング中間膜を利用しても良いし、レジストをエッチングマスクとして直接的にシリコンを加工してもよい。シリコンのエッチング後にマスクに使用した感光性レジストを除去する。除去後は清浄なシリコン面を露出させるために洗浄をする。   Next, using the formed resist as a mask, leaf springs 105a and 105b, a mirror 106, coupling portions 107a and 107b, and the like are applied to the SOI layer 104 using a DRIE (Deep Reactive Ion Etching) etching technique which is a deep silicon processing technique. Form. At that time, an etching intermediate film may be used, or silicon may be directly processed using a resist as an etching mask. The photosensitive resist used for the mask is removed after the silicon etching. After removal, cleaning is performed to expose a clean silicon surface.

その後、ベース基板(支持層102)を加工する。まず、SOI面側に保護用の有機膜を塗布する。感光性レジストを使用しても良いし、ポリイミドなどの加工性が明らかとなっている膜を利用しても良い。この膜は最終的に除去しなければならないので、剥離性、除去性に富んだ膜を利用することが望ましい。ただし、この保護膜がついている状態で裏面の加工にレジストを使用するので、その際に問題を発生させない材料を選択することが必須となる。   Thereafter, the base substrate (support layer 102) is processed. First, a protective organic film is applied to the SOI surface side. A photosensitive resist may be used, or a film with clear workability such as polyimide may be used. Since this film must be finally removed, it is desirable to use a film having excellent releasability and removability. However, since a resist is used for processing the back surface with the protective film attached, it is essential to select a material that does not cause a problem at that time.

SOI層104の表面に保護膜を形成した後に、支持層102に感光性レジスト膜と塗布する。この感光性レジストの塗布の場合には、SOI面側が塗布装置の試料台に接触することになるが、保護膜が堆積されているので、SOI面に形成した構造が破損することはない。   After a protective film is formed on the surface of the SOI layer 104, a photosensitive resist film is applied to the support layer 102. In the case of the application of the photosensitive resist, the SOI surface side comes into contact with the sample table of the coating apparatus, but since the protective film is deposited, the structure formed on the SOI surface is not damaged.

感光性レジストを塗布した後に、所望のパターンに応じた形伏の遮光体を有するレチクル(マスク)を、感光性レジストを塗布した基板に位置合わせ、特にSOI面の構造体との位置合わせをして保持する。感光性レジストの感光波長の光をレチクルに照射して、その遮光体の影を、感光性レジストを塗布したウエハ上で結像させる。そして、所望のパターンが所望の寸法で得られるように、光を照射する時間を決定した後に照射する。潜像が焼き付けられた状態のレジストを現像液に浸し、所望のパターンが所望の寸法で形成できるように、現像液にレジスト付きウエハを浸す時間を決定し、その決定した時間の間だけ、ウエハを現像液に浸す。その後ウエハ全体を乾燥させてレジストを硬化させる。ここまでで、ベース基板上にレジストのパターンを形成できた。   After the photosensitive resist is applied, a reticle (mask) having a light-shielding body corresponding to a desired pattern is aligned with the substrate coated with the photosensitive resist, particularly with the structure on the SOI surface. Hold. The reticle is irradiated with light having the photosensitive wavelength of the photosensitive resist, and the shadow of the light shielding body is imaged on the wafer coated with the photosensitive resist. Then, the irradiation is performed after determining the light irradiation time so that a desired pattern can be obtained with a desired dimension. The resist with the latent image printed thereon is immersed in a developer, and the time for immersing the resist-coated wafer in the developer is determined so that a desired pattern can be formed with a desired dimension. Is immersed in the developer. Thereafter, the entire wafer is dried to cure the resist. Thus far, a resist pattern can be formed on the base substrate.

次に、形成したレジストをマスクにして、シリコンの深堀加工技術であるDRIEエッチング技術を用いてSOI層104にミラー106および連結部107a,107bを形成した部分の不要な支持層102のシリコンをエッチング除去する。その際に、シリコン酸化膜などのエッチング中間膜を利用しても良いし、レジストをエッチングマスクとして直接的にシリコンを加工してもよい。シリコンのエッチング後にマスクに使用した感光性レジストを除去する。除去後は清浄なシリコン面を露出させるために洗浄をする。   Next, using the formed resist as a mask, the silicon of the unnecessary support layer 102 in the portion where the mirror 106 and the coupling portions 107a and 107b are formed on the SOI layer 104 is etched using the DRIE etching technique which is a deep silicon processing technique. Remove. At that time, an etching intermediate film such as a silicon oxide film may be used, or silicon may be directly processed using a resist as an etching mask. The photosensitive resist used for the mask is removed after the silicon etching. After removal, cleaning is performed to expose a clean silicon surface.

次に、BOX層103をエッチング除去する。BOX層103は、シリコン酸化膜で形成されているので、希フッ酸などのフッ酸系の溶液でウェットエッチングすることができる。フッ酸系の溶液を使用したシリコン酸化膜のウェットエッチングでは等方的なエッチングとなるので、支持層102の下部にあるシリコン酸化膜も一部エッチングされることになる。設計上あるいは特性上の問題が顕在化する場合には、ウェットエッチングではなく、ドライエッチングを使用する。いずれにしても、シリコン酸化膜のエッチングは公知のエッチング技術を使用しても問題にならない。こうして、支持層102とBOX層103とをエッチング除去することで、平面視矩形の開口部101をミラー基板100に形成できた。   Next, the BOX layer 103 is removed by etching. Since the BOX layer 103 is formed of a silicon oxide film, wet etching can be performed with a hydrofluoric acid-based solution such as dilute hydrofluoric acid. Since wet etching of a silicon oxide film using a hydrofluoric acid-based solution is isotropic etching, the silicon oxide film below the support layer 102 is also partially etched. When design or characteristic problems become obvious, dry etching is used instead of wet etching. In any case, the etching of the silicon oxide film does not cause a problem even if a known etching technique is used. Thus, by removing the support layer 102 and the BOX layer 103 by etching, an opening 101 having a rectangular shape in plan view could be formed in the mirror substrate 100.

その後、SOI層104のミラー構造などのパターンを保護している有機膜をエッチング除去して、可動可能な構造体を形成する。ウエハ上に複数のチップが形成されている場合には、ダイシングと呼ばれる、ウエハを切断してチップごとに切り離す工程を経た後に、SOI層104の保護膜をエッチング除去する。   Thereafter, the organic film protecting the pattern such as the mirror structure of the SOI layer 104 is removed by etching to form a movable structure. In the case where a plurality of chips are formed on the wafer, the protective film of the SOI layer 104 is removed by etching after a process called dicing, which is a process of cutting the wafer and cutting it into chips.

最後に、ミラー106の表裏面に通信波長の光を反射するために金属膜を堆積する。ここでは、例えば使用する赤外線の反射率を大きくするために金あるいはアルミニウムなどの金属を堆積する。構造体の表面がシリコンの場合には、堆積する金やアルミニウムのシリコンヘの密着性を向上させるために、チタンあるいはクロムなどの密着性向上層を利用する。ミラー106の平坦度を良好にすることができる場合には、ミラー106の裏面(図4の下面)に金属を堆積する必要はない。部分的に金属膜を堆積するためには、ステンシルマスクなどを使用して金属を蒸着法あるいはスパッタ法などを利用して堆積する。以上の方法により、回動可能なミラー106を備えるミラー基板100が形成される。   Finally, a metal film is deposited on the front and back surfaces of the mirror 106 in order to reflect light having a communication wavelength. Here, for example, a metal such as gold or aluminum is deposited in order to increase the reflectance of infrared rays to be used. When the surface of the structure is silicon, an adhesion improving layer such as titanium or chromium is used in order to improve adhesion of deposited gold or aluminum to silicon. When the flatness of the mirror 106 can be improved, it is not necessary to deposit metal on the back surface of the mirror 106 (the lower surface in FIG. 4). In order to partially deposit the metal film, the metal is deposited using a stencil mask or the like using an evaporation method or a sputtering method. With the above method, the mirror substrate 100 including the rotatable mirror 106 is formed.

次に、電極基板200の製造方法について述べる。まず、ベースとなる基板の表面に熱酸化膜を形成する。この熱酸化膜の表面に金属スパッタ膜を堆積して後続のメッキプロセスの第1シード層として利用する。その後レジストを塗布して、公知のリソグラフィ技術を使用して板ばね駆動電極配線およびミラー駆動電極配線を形成するために必要なレジストパターンを形成する。そして、このレジストパターンをマスクに金属、例えば金をメッキ成長させる。   Next, a method for manufacturing the electrode substrate 200 will be described. First, a thermal oxide film is formed on the surface of the base substrate. A metal sputtered film is deposited on the surface of the thermal oxide film and used as the first seed layer in the subsequent plating process. Thereafter, a resist is applied, and a resist pattern necessary for forming the leaf spring driving electrode wiring and the mirror driving electrode wiring is formed using a known lithography technique. Then, using this resist pattern as a mask, a metal such as gold is grown by plating.

板ばね駆動電極配線およびミラー駆動電極配線の形成後、マスクとしたレジストを剥離して、洗浄後、不用な第1シード層部分はエッチング除去する。板ばね駆動電極配線およびミラー駆動電極配線を形成したベース基板の上に、CVD(Chemical Vapor Deposition )法などにより絶縁膜、例えばシリコン酸化膜を堆積する。シリコン酸化膜の表面の平坦性が悪い場合には絶縁膜を堆積した後に平坦化工程を実施する。この絶縁膜上にレジストをスピンコーティング法によって塗布し、続いて公知のリソグラフィ技術でビアホール形成用のレジストパターンを形成する。このレジストをマスクにして、公知のエッチング技術を使用して絶縁膜をエッチングし、ビアホールを形成する。ビアホール形成後に表面を覆っているレジストを剥離し、表面が清浄になるように洗浄をする。   After forming the leaf spring drive electrode wiring and the mirror drive electrode wiring, the resist used as a mask is peeled off, and after cleaning, unnecessary first seed layer portions are removed by etching. An insulating film such as a silicon oxide film is deposited on the base substrate on which the leaf spring driving electrode wiring and the mirror driving electrode wiring are formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like. When the flatness of the surface of the silicon oxide film is poor, a flattening step is performed after depositing an insulating film. A resist is applied onto the insulating film by a spin coating method, and then a resist pattern for forming a via hole is formed by a known lithography technique. Using this resist as a mask, the insulating film is etched using a known etching technique to form a via hole. After forming the via hole, the resist covering the surface is peeled off, and cleaning is performed so that the surface becomes clean.

次に、絶縁膜の表面に金属スパッタ膜を堆積して後続のメッキプロセスの第2シード層として利用する。レジストを塗布して、公知のリソグラフィ技術を使用して板ばね駆動電極201a,201bおよびミラー駆動電極202a,202bを形成するためのレジストパターンを形成する。そして、そのレジストパターンをマスクにしてメッキ法で板ばね駆動電極201a,201bおよびミラー駆動電極202a,202bを形成する。そして、レジストを剥離した後に、不要な第2シード層をエッチング除去し、再度洗浄して表面を清浄な状態にする。板ばね駆動電極201a,201bとその下部の板ばね駆動電極配線とは、絶縁膜に形成されたビアホールを介して接続される。同様に、ミラー駆動電極202a,202bとその下部のミラー駆動電極配線とは、ビアホールを介して接続される。   Next, a metal sputtered film is deposited on the surface of the insulating film and used as a second seed layer in the subsequent plating process. A resist is applied, and a resist pattern for forming the leaf spring drive electrodes 201a and 201b and the mirror drive electrodes 202a and 202b is formed using a known lithography technique. Then, the plate spring drive electrodes 201a and 201b and the mirror drive electrodes 202a and 202b are formed by plating using the resist pattern as a mask. Then, after removing the resist, the unnecessary second seed layer is removed by etching, and the surface is cleaned again by cleaning. The leaf spring drive electrodes 201a, 201b and the lower leaf spring drive electrode wiring are connected via via holes formed in the insulating film. Similarly, the mirror drive electrodes 202a and 202b and the mirror drive electrode wiring below the mirror drive electrodes 202a and 202b are connected via via holes.

続いて、絶縁膜上の板ばね駆動電極201a,201bおよびミラー駆動電極202a,202bの外側に、板ばね105a,105bと板ばね駆動電極201a,201b間のギャップおよびミラー106とミラー駆動電極202a,202b間のギャップを形成するための台座を形成する。この台座の高さは、板ばね駆動電極201a,201bよりも高くなるように設定されることは言うまでもない。このような台座を形成するために、絶縁膜上に厚いレジストをスピンコーティング法によって塗布し、続いて公知のリソグラフィ技術でレジストパターンを形成する。このレジストをマスクにして、絶縁膜上に台座をメッキ法で形成し、その後に表面を覆っているレジストを剥離し、表面が清浄になるように洗浄をする。   Subsequently, on the outside of the leaf spring drive electrodes 201a and 201b and the mirror drive electrodes 202a and 202b on the insulating film, the gap between the leaf springs 105a and 105b and the leaf spring drive electrodes 201a and 201b, and the mirror 106 and the mirror drive electrodes 202a and 202b, A pedestal for forming a gap between 202b is formed. It goes without saying that the height of the pedestal is set to be higher than the leaf spring drive electrodes 201a and 201b. In order to form such a pedestal, a thick resist is applied on the insulating film by a spin coating method, and then a resist pattern is formed by a known lithography technique. Using this resist as a mask, a pedestal is formed on the insulating film by plating, and then the resist covering the surface is peeled off and washed so that the surface becomes clean.

以上の方法により、電極基板200が形成される。上述した電極基板200の形成方法では、板ばね駆動電極201a,201b、ミラー駆動電極202a,202b、板ばね駆動電極配線、ミラー駆動電極配線および台座の材料に金(Au)を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。これらの電極、配線および台座の材料としては、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、銅(Cu)、スズ(Sn)、銀(Ag)などが使用できるし、またこれらの材料の化合物を使用しても良い。また、シリコンなどの半導体材料を用いても良い。   The electrode substrate 200 is formed by the above method. In the method of forming the electrode substrate 200 described above, the leaf spring driving electrodes 201a and 201b, the mirror driving electrodes 202a and 202b, the leaf spring driving electrode wiring, the mirror driving electrode wiring, and the pedestal are made of gold (Au). The invention is not limited to this. As materials for these electrodes, wirings and pedestals, aluminum (Al), tungsten (W), tantalum (Ta), titanium (Ti), copper (Cu), tin (Sn), silver (Ag), and the like can be used. In addition, compounds of these materials may be used. Further, a semiconductor material such as silicon may be used.

また、本実施の形態では、メッキ法を利用して各構造を形成しているが、導電膜を所望の厚さで堆積できるのであれば、スパッタ法、CVD法、蒸着法などの公知の膜堆積技術を使用しても問題ない。
ウエハ上に複数のチップが形成されている場合には、ダイシングと呼ばれる、ウエハを切断してチップごとに切り離す工程を経た後に電極基板200は完成する。
In this embodiment, each structure is formed by using a plating method. However, as long as the conductive film can be deposited with a desired thickness, a known film such as a sputtering method, a CVD method, or an evaporation method can be used. There is no problem using the deposition technique.
When a plurality of chips are formed on the wafer, the electrode substrate 200 is completed after a process called dicing, which is performed by cutting the wafer and cutting the wafer into chips.

ミラー基板100と電極基板200を別々に形成した後に、ミラー基板100と電極基板200との位置合わせを行い、電極基板200の接合部の台座の上面にAgペーストを塗布し、ミラー基板100のSOI層104と電極基板200の台座とを接触させた状態で、加圧・加熱することによってAgペーストを固化させて、電極基板200にミラー基板100を接合する。こうして、ミラー基板100と電極基板200とは互いに平行に配置され、電極基板200の上に所定距離離間してミラー基板100が固定される。   After the mirror substrate 100 and the electrode substrate 200 are separately formed, the mirror substrate 100 and the electrode substrate 200 are aligned, an Ag paste is applied to the upper surface of the pedestal of the joint portion of the electrode substrate 200, and the SOI of the mirror substrate 100 is obtained. In a state where the layer 104 and the pedestal of the electrode substrate 200 are in contact with each other, the Ag paste is solidified by pressing and heating, and the mirror substrate 100 is bonded to the electrode substrate 200. Thus, the mirror substrate 100 and the electrode substrate 200 are arranged in parallel to each other, and the mirror substrate 100 is fixed on the electrode substrate 200 at a predetermined distance.

次に、電界シールド基板300aの製造方法について述べる。ミラー基板100の製造に用いるSOI基板と支持層の厚さが同じSOI基板を使用して、シールド電極302となる支持層の表面に凹部306を形成する。凹部306は、図2、図3、図6、図7に示すように側面が傾斜していても良いし、側面が垂直であっても良い。   Next, a method for manufacturing the electric field shield substrate 300a will be described. A recess 306 is formed on the surface of the support layer to be the shield electrode 302 by using an SOI substrate having the same thickness as that of the SOI substrate used for manufacturing the mirror substrate 100. As shown in FIGS. 2, 3, 6, and 7, the recess 306 may be inclined at the side surface or may be vertical at the side surface.

凹部306を形成するには、まずSOI基板の支持層の表面にレジストを塗布し、所望のパターンを有したマスクを使用して、公知のリソグラフィ技術を使用してレジストパターンを形成する。次に、レジストをエッチングマスクとして、支持層をエッチングする。側面が傾斜した凹部306を形成するには、TMAHまたはKOHの水溶液を用いてシリコンからなる支持層をウェットエッチングする。また、側面が垂直な凹部306を形成するには、DRIEによるドライエッチングを用いて支持層をエッチングする。いずれにしても公知のエッチング技術を用いて凹部306を形成することができる。シリコンのエッチング後には、レジストを剥離して洗浄する。   In order to form the recess 306, first, a resist is applied to the surface of the support layer of the SOI substrate, and a resist pattern is formed using a known lithography technique using a mask having a desired pattern. Next, the support layer is etched using the resist as an etching mask. In order to form the concave portion 306 whose side surface is inclined, the support layer made of silicon is wet-etched using an aqueous solution of TMAH or KOH. Further, in order to form the concave portion 306 having a vertical side surface, the support layer is etched by dry etching by DRIE. In any case, the recess 306 can be formed using a known etching technique. After the silicon etching, the resist is removed and washed.

次に、ミラー基板100の開口部101のx軸方向およびy軸方向の大きさと電界シールド基板300aのシールド電極302のx軸方向およびy軸方向の大きさとが略同一になるように、シールド電極302となる支持層を残して、この支持層の周囲に張出部301を形成するための溝を形成する。この溝を形成するためには、支持層の表面に再度レジストを塗布して、形成したい口の字形状のパターンが配置されたマスクを使用してレジストパターンを形成する。こうして、溝を形成する支持層の表面のみレジストが塗布されていないレジストパターンが形成できた。形成したレジストパターンをエッチングマスクとし、DRIEによるドライエッチングを用いて支持層をエッチングする。ここでは、BOX層303が露出するまでエッチングする。BOX層303はエッチングストッパの役割も果たす。このエッチングにより、平面視矩形のシールド電極302と、そのシールド電極302の外側に広がるBOX層303およびSOI層304からなる張出部301とを形成できた。なお、シールド電極302をミラー基板100の開口部101に嵌挿することから明らかなように、実際には、シールド電極302の水平方向の大きさは、開口部101の水平方向の大きさよりも小さいことが好ましい。   Next, the shield electrode is set so that the sizes of the opening 101 of the mirror substrate 100 in the x-axis direction and the y-axis direction are substantially the same as the sizes of the shield electrode 302 of the electric field shield substrate 300a. A groove for forming the overhanging portion 301 is formed around the support layer while leaving the support layer 302. In order to form this groove, a resist is applied again on the surface of the support layer, and a resist pattern is formed using a mask in which a mouth-shaped pattern to be formed is arranged. Thus, a resist pattern in which a resist was not applied only on the surface of the support layer forming the groove could be formed. Using the formed resist pattern as an etching mask, the support layer is etched using dry etching by DRIE. Here, etching is performed until the BOX layer 303 is exposed. The BOX layer 303 also serves as an etching stopper. By this etching, a shield electrode 302 having a rectangular shape in a plan view and an overhang portion 301 including a BOX layer 303 and an SOI layer 304 extending outside the shield electrode 302 could be formed. Note that, as is apparent from inserting the shield electrode 302 into the opening 101 of the mirror substrate 100, the horizontal size of the shield electrode 302 is actually smaller than the horizontal size of the opening 101. It is preferable.

次に、エッチング完了後の状態で、使用する電界シールド基板300aの大きさにダイシングする。SOI層304の厚みが強度的に十分である場合には、なんら問題なくダイシングできる。SOI層304の厚みが薄い場合には、ダイシング時に用いる水流でSOI層304部分が破損する恐れがある。その場合には、別途剛性を強化するためのチップを貼り付けるか、あるいはダイシングにステルスダイシングのような水流を利用しないダイシング法を用いる。以上の方法により、電界シールド基板300aが形成される。   Next, in a state after the etching is completed, dicing is performed to the size of the electric field shield substrate 300a to be used. If the thickness of the SOI layer 304 is sufficient in strength, dicing can be performed without any problem. When the thickness of the SOI layer 304 is thin, there is a possibility that the SOI layer 304 portion is damaged by a water flow used during dicing. In that case, a chip for reinforcing rigidity is affixed separately, or a dicing method that does not use a water flow such as stealth dicing is used for dicing. The electric field shield substrate 300a is formed by the above method.

次に、上記のようにミラー基板100と電極基板200とを接合した後に、電界シールド基板300aをミラー基板100の開口部101に嵌挿する。ミラー基板100の支持層102の厚みと電界シールド基板300aのシールド電極302を形成した支持層の厚みは、はじめに同じ厚みにしているので、電界シールド基板300aをミラー基板100の開口部101に嵌挿しても、シールド電極302が板ばね105a,105bなどのミラーの構造体と衝突することはない。   Next, after joining the mirror substrate 100 and the electrode substrate 200 as described above, the electric field shield substrate 300 a is inserted into the opening 101 of the mirror substrate 100. Since the thickness of the support layer 102 of the mirror substrate 100 and the thickness of the support layer on which the shield electrode 302 of the electric field shield substrate 300a is formed are initially set to the same thickness, the electric field shield substrate 300a is inserted into the opening 101 of the mirror substrate 100. However, the shield electrode 302 does not collide with a mirror structure such as the leaf springs 105a and 105b.

電界シールド基板300aとミラー基板100とを接合するには、電界シールド基板300aの張出部301のBOX層303の表面に堆積した半田とミラー基板100の支持層102の表面に堆積した半田とを利用して接合しても良いし、BOX層303の表面に堆積した金と支持層102の表面に堆積した金とを合わせてAu−Auの直接接合をしても良い。また、Agペーストを使用して接合しても良い。いずれにしても公知の接合技術を利用することができる。電界シールド基板300aを接合したミラー基板100を、パッケージにダイボンディングすればWSSチップが完成する。必要であれば、リッドがパッケージに接合されて気密封止されていても良い。   In order to join the electric field shield substrate 300a and the mirror substrate 100, solder deposited on the surface of the BOX layer 303 of the protruding portion 301 of the electric field shield substrate 300a and solder deposited on the surface of the support layer 102 of the mirror substrate 100 are used. Bonding may be performed by using, or gold deposited on the surface of the BOX layer 303 and gold deposited on the surface of the support layer 102 may be combined to directly bond Au—Au. Moreover, you may join using Ag paste. In any case, a known joining technique can be used. If the mirror substrate 100 to which the electric field shield substrate 300a is bonded is die-bonded to a package, a WSS chip is completed. If necessary, the lid may be bonded to the package and hermetically sealed.

以上のように、本実施の形態では、電界シールド基板300aの水平方向の大きさを、ミラー基板100の開口部101の水平方向の大きさよりも大きくすることにより、シールド電極302をミラー基板100の開口部101に嵌挿したときに、電界シールド基板300aのBOX層303がミラー基板100の支持層102と接触して、電界シールド基板300aの厚さ方向の位置が固定される。このとき、シールド電極302の厚さは、ミラー基板100の支持層102の厚さと同じなので、シールド電極302と板ばね105a,105bとが接触することはない。その結果、本実施の形態では、電気干渉を防止する基板としてその効果を実現できる形状・構造の電界シールド基板300aを実現することができ、かつ電界シールド基板300aをミラー基板100に接合する際に、シールド電極302と板ばね105a,105bとが衝突して板ばね105a,105bが破損することを防止することができ、歩留まりを向上させることができる。   As described above, in the present embodiment, the shield electrode 302 is formed on the mirror substrate 100 by making the horizontal size of the electric field shield substrate 300 a larger than the horizontal size of the opening 101 of the mirror substrate 100. When inserted into the opening 101, the BOX layer 303 of the electric field shield substrate 300a comes into contact with the support layer 102 of the mirror substrate 100, and the position of the electric field shield substrate 300a in the thickness direction is fixed. At this time, since the thickness of the shield electrode 302 is the same as the thickness of the support layer 102 of the mirror substrate 100, the shield electrode 302 and the leaf springs 105a and 105b do not contact each other. As a result, in this embodiment, the electric field shield substrate 300a having a shape and structure capable of realizing the effect as a substrate for preventing electrical interference can be realized, and the electric field shield substrate 300a can be bonded to the mirror substrate 100. The shield electrode 302 and the leaf springs 105a and 105b can be prevented from colliding with each other and the leaf springs 105a and 105b can be prevented from being damaged, and the yield can be improved.

なお、本実施の形態では、ミラー基板100と電界シールド基板300aは別々の基板を使用しているが、同一の基板でミラー基板100と電界シールド基板300aを形成して、同時に切り出しても良い。この場合には、支持層102とシールド電極302の厚みは良い一致を示していることはいうまでもない。   In this embodiment, separate substrates are used for the mirror substrate 100 and the electric field shield substrate 300a. However, the mirror substrate 100 and the electric field shield substrate 300a may be formed on the same substrate and cut out simultaneously. In this case, it goes without saying that the thicknesses of the support layer 102 and the shield electrode 302 are in good agreement.

また、本実施の形態では、電界シールド基板300aのシールド電極302の周囲のBOX層303を残しているが、電界シールド基板300aの電位をミラー基板100の電位と同一にするために、シールド電極302の周囲の露出しているBOX層303をエッチング除去しても良い。上記のようにBOX層303をエッチング除去しない場合には、電界シールド基板300aとミラー基板100とが同一の電位(例えば接地電位)になるように実装後に結線しておくことが重要である。   Further, in this embodiment, the BOX layer 303 around the shield electrode 302 of the electric field shield substrate 300a is left, but the shield electrode 302 is made in order to make the electric potential of the electric field shield substrate 300a the same as the electric potential of the mirror substrate 100. The exposed BOX layer 303 around the substrate may be removed by etching. When the BOX layer 303 is not removed by etching as described above, it is important to connect the electric field shield substrate 300a and the mirror substrate 100 after mounting so that they have the same potential (for example, ground potential).

電界シールド基板300aのBOX層303をエッチング除去するプロセスとエッチング除去しないプロセスのいずれかを選択する際に、シールド電極302と板ばね105a,105bとが接触しないように、ミラー基板100と電界シールド基板300aのそれぞれのBOX層103,303の厚みを設定することが重要である。また、BOX層の厚みから、シールド電極302と板ばね105a,105bとが接触しないように、プロセスを選択することも可能である。   The mirror substrate 100 and the electric field shield substrate are arranged so that the shield electrode 302 and the leaf springs 105a and 105b do not come into contact with each other when selecting either the process of removing the BOX layer 303 of the electric field shield substrate 300a by etching or the process of not removing the BOX layer 303. It is important to set the thickness of each BOX layer 103, 303 of 300a. In addition, the process can be selected so that the shield electrode 302 and the leaf springs 105a and 105b do not come into contact with each other based on the thickness of the BOX layer.

なお、本実施の形態では、BOX層103と303の厚みが同じ状態で、BOX層303をエッチング除去した場合、ミラー基板100の開口部101内に入るシールド電極302とBOX層303とを足した厚さが、開口部101の深さ(ミラー基板100の支持層102とBOX層103とを足した厚さ)と同じになるので、シールド電極302と板ばね105a,105bとが接触する可能性があるが、実際には電界シールド基板300aのSOI層304とミラー基板100の支持層102との間に接合用材料(半田、Au、Agなど)が存在し、この接合用材料の厚みの分だけシールド電極302と板ばね105a,105bとの間に間隙が生じるので、シールド電極302と板ばね105a,105bとが接触することはない。さらに、シールド電極302の板ばね105a,105bと対向する面には、凹部306が形成されているので、シールド電極302と板ばね105a,105bとの接触の可能性を更に低減することができる。   In the present embodiment, when the BOX layer 303 is removed by etching with the BOX layers 103 and 303 having the same thickness, the shield electrode 302 and the BOX layer 303 entering the opening 101 of the mirror substrate 100 are added. Since the thickness is the same as the depth of the opening 101 (the thickness obtained by adding the support layer 102 and the BOX layer 103 of the mirror substrate 100), the shield electrode 302 and the leaf springs 105a and 105b may contact each other. In reality, however, there is a bonding material (solder, Au, Ag, etc.) between the SOI layer 304 of the electric field shield substrate 300a and the support layer 102 of the mirror substrate 100, and the thickness of this bonding material is the same. Since only a gap is generated between the shield electrode 302 and the leaf springs 105a and 105b, the shield electrode 302 and the leaf springs 105a and 105b do not contact each other. Further, since the concave portion 306 is formed on the surface of the shield electrode 302 facing the leaf springs 105a and 105b, the possibility of contact between the shield electrode 302 and the leaf springs 105a and 105b can be further reduced.

また、本実施の形態では、ミラー基板100および電界シールド基板300aの材料として、各層の膜厚精度が良いSOI基板を用いたが、他の材料を用いた多層基板を用いても良い。
また、本実施の形態では、SOI基板のシリコン支持層を利用してシールド電極302を作成しているが、これに限るものではなく、電界シールド基板とは別に導電材料でシールド電極を作製して、シールド電極を電界シールド基板に接合するようにしても良い。この場合も、シールド電極の厚さは、ミラー基板100の開口部101の深さと同じかあるいは開口部101の深さよりも薄くなるように設定すれば良い。
In this embodiment, an SOI substrate having a good film thickness accuracy of each layer is used as a material for the mirror substrate 100 and the electric field shield substrate 300a. However, a multilayer substrate using other materials may be used.
In this embodiment, the shield electrode 302 is formed using the silicon support layer of the SOI substrate. However, the present invention is not limited to this, and the shield electrode is made of a conductive material separately from the electric field shield substrate. The shield electrode may be bonded to the electric field shield substrate. Also in this case, the thickness of the shield electrode may be set so as to be the same as the depth of the opening 101 of the mirror substrate 100 or thinner than the depth of the opening 101.

本発明は、波長選択スイッチ等の静電駆動型のMEMS素子に適用することができる。   The present invention can be applied to electrostatically driven MEMS elements such as wavelength selective switches.

100…ミラー基板、101,305…開口部、102…支持層、103,303…BOX層、104,304…SOI層、105a,105b…板ばね、106…ミラー、107a,107b…連結部、200…電極基板、201a,201b…板ばね駆動電極、202a,202b…ミラー駆動電極、300a…電界シールド基板、301…張出部、302…シールド電極、306…凹部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Mirror board | substrate, 101,305 ... Opening part, 102 ... Support layer, 103, 303 ... BOX layer, 104, 304 ... SOI layer, 105a, 105b ... Leaf spring, 106 ... Mirror, 107a, 107b ... Connection part, 200 ... Electrode substrate, 201a, 201b ... Leaf spring drive electrode, 202a, 202b ... Mirror drive electrode, 300a ... Electric field shield substrate, 301 ... Overhang, 302 ... Shield electrode, 306 ... Recess.

Claims (6)

第1の基板と、
この第1の基板と対向して配置された第2の基板と、
前記第1の基板の前記第2の基板と対向しない側の面上に接合された第3の基板と、
前記第1の基板に変位可能に形成された可動電極と、
前記第1の基板の前記第2の基板と対向しない側の面から前記可動電極まで至る開口部と、
前記第2の基板の前記第1の基板と対向する側の面上に、前記可動電極との間に空隙を設けた状態で対向して配置された、前記可動電極を駆動する固定電極と、
前記第3の基板の前記第1の基板と対向する側の面上に形成され、前記第1の基板の開口部に嵌挿されるシールド電極とを備え、
前記第3の基板の水平方向の大きさは、前記第1の基板の開口部の水平方向の大きさよりも大きく、
前記シールド電極の厚さは、前記第1の基板の開口部の深さと同じかあるいは前記第1の基板の開口部の深さよりも薄いことを特徴とするMEMS素子。
A first substrate;
A second substrate disposed opposite the first substrate;
A third substrate bonded on a surface of the first substrate that does not face the second substrate;
A movable electrode formed to be displaceable on the first substrate;
An opening from the surface of the first substrate not facing the second substrate to the movable electrode;
A fixed electrode for driving the movable electrode, disposed on the surface of the second substrate facing the first substrate, in a state of providing a space between the movable electrode and the movable electrode;
A shield electrode formed on a surface of the third substrate facing the first substrate, and fitted into an opening of the first substrate;
The horizontal size of the third substrate is larger than the horizontal size of the opening of the first substrate,
The MEMS element according to claim 1, wherein a thickness of the shield electrode is the same as a depth of the opening of the first substrate or thinner than a depth of the opening of the first substrate.
請求項1記載のMEMS素子において、
前記シールド電極は、前記可動電極と対向する位置に形成された凹部を有することを特徴とするMEMS素子。
The MEMS device according to claim 1, wherein
The MEMS element according to claim 1, wherein the shield electrode has a concave portion formed at a position facing the movable electrode.
第1のSOI基板のSOI層に可動電極を形成する可動電極形成工程と、
前記第1のSOI基板のシリコン支持層と埋め込み酸化膜層の一部であって、前記可動電極が形成された領域に存在する前記シリコン支持層と埋め込み酸化膜層とを、前記可動電極が露出するまでエッチング除去して前記第1のSOI基板に開口部を形成する開口部形成工程と、
前記第1のSOI基板を所定の大きさに加工する第1のダイシング工程と、
電極基板上に固定電極を形成する電極基板形成工程と、
前記第1のSOI基板と前記電極基板とを、前記可動電極と前記固定電極とが離間して対向するように配置して接合する第1の基板接合工程と、
前記第1のSOI基板とシリコン支持層の厚さが同じ第2のSOI基板のシリコン支持層を、前記第1のSOI基板の開口部の水平方向の大きさよりも小さいシールド電極の領域が残るようにエッチング除去するシールド電極形成工程と、
前記第2のSOI基板を所定の大きさに加工する第2のダイシング工程と、
前記第2のSOI基板のシールド電極を前記第1のSOI基板の開口部に嵌挿して、前記第1のSOI基板と前記第2のSOI基板とを接合する第2の基板接合工程とを備え、
前記第2のSOI基板の加工後の水平方向の大きさは、前記第1のSOI基板の開口部の水平方向の大きさよりも大きいことを特徴とするMEMS素子の製造方法。
A movable electrode forming step of forming a movable electrode on the SOI layer of the first SOI substrate;
A portion of the silicon support layer and the buried oxide film layer of the first SOI substrate, wherein the movable electrode exposes the silicon support layer and the buried oxide film layer existing in the region where the movable electrode is formed. An opening forming step of forming an opening in the first SOI substrate by etching away until
A first dicing step of processing the first SOI substrate into a predetermined size;
An electrode substrate forming step of forming a fixed electrode on the electrode substrate;
A first substrate bonding step of arranging and bonding the first SOI substrate and the electrode substrate so that the movable electrode and the fixed electrode are spaced apart from each other;
The silicon support layer of the second SOI substrate having the same thickness as the first SOI substrate and the silicon support layer has a shield electrode region smaller than the horizontal size of the opening of the first SOI substrate. Forming a shield electrode to be etched away,
A second dicing step of processing the second SOI substrate into a predetermined size;
A second substrate bonding step of bonding the first SOI substrate and the second SOI substrate by inserting the shield electrode of the second SOI substrate into the opening of the first SOI substrate; ,
A method for manufacturing a MEMS element, wherein a size in a horizontal direction after processing of the second SOI substrate is larger than a size in a horizontal direction of an opening of the first SOI substrate.
請求項3記載のMEMS素子の製造方法において、
さらに、前記第2のダイシング工程の前に、前記第2のSOI基板のシールド電極の周囲の埋め込み酸化膜層をエッチング除去する埋め込み酸化膜層除去工程を備えることを特徴とするMEMS素子の製造方法。
In the manufacturing method of the MEMS element of Claim 3,
And a buried oxide film layer removing step of etching and removing a buried oxide film layer around the shield electrode of the second SOI substrate before the second dicing step. .
SOI基板のSOI層に可動電極を形成する可動電極形成工程と、
前記SOI基板のシリコン支持層と埋め込み酸化膜層の一部であって、前記可動電極が形成された領域に存在する前記シリコン支持層と埋め込み酸化膜層とを、前記可動電極が露出するまでエッチング除去して前記SOI基板に開口部を形成する開口部形成工程と、
前記SOI基板を所定の大きさに加工する第1のダイシング工程と、
電極基板上に固定電極を形成する電極基板形成工程と、
前記SOI基板と前記電極基板とを、前記可動電極と前記固定電極とが離間して対向するように配置して接合する第1の基板接合工程と、
電界シールド基板に、前記SOI基板の開口部の水平方向の大きさよりも小さい導電材料からなるシールド電極を接合するシールド電極接合工程と、
前記電界シールド基板を所定の大きさに加工する第2のダイシング工程と、
前記シールド電極を前記SOI基板の開口部に嵌挿して、前記SOI基板と前記電界シールド基板とを接合する第2の基板接合工程とを備え、
前記電界シールド基板の加工後の水平方向の大きさは、前記SOI基板の開口部の水平方向の大きさよりも大きく、
前記シールド電極の厚さは、前記SOI基板の開口部の深さと同じかあるいは前記SOI基板の開口部の深さよりも薄いことを特徴とするMEMS素子の製造方法。
A movable electrode forming step of forming a movable electrode on the SOI layer of the SOI substrate;
Etching the silicon support layer and the buried oxide film layer, which are part of the silicon support layer and the buried oxide film layer of the SOI substrate and exist in the region where the movable electrode is formed, until the movable electrode is exposed. An opening forming step of removing and forming an opening in the SOI substrate;
A first dicing step of processing the SOI substrate into a predetermined size;
An electrode substrate forming step of forming a fixed electrode on the electrode substrate;
A first substrate bonding step in which the SOI substrate and the electrode substrate are arranged and bonded so that the movable electrode and the fixed electrode are spaced apart from each other;
A shield electrode joining step for joining a shield electrode made of a conductive material smaller than the horizontal size of the opening of the SOI substrate to the electric field shield substrate;
A second dicing step of processing the electric field shield substrate into a predetermined size;
A second substrate bonding step of inserting the shield electrode into an opening of the SOI substrate and bonding the SOI substrate and the electric field shield substrate;
The horizontal size of the electric field shield substrate after processing is larger than the horizontal size of the opening of the SOI substrate,
The method of manufacturing a MEMS device, wherein the thickness of the shield electrode is the same as the depth of the opening of the SOI substrate or thinner than the depth of the opening of the SOI substrate.
請求項3乃至5のいずれか1項に記載のMEMS素子の製造方法において、
さらに、前記第2のダイシング工程の前に、前記シールド電極の前記可動電極と対向する位置に凹部を形成する凹部形成工程を備えることを特徴とするMEMS素子の製造方法。
In the manufacturing method of the MEMS element of any one of Claims 3 thru | or 5,
Furthermore, the manufacturing method of the MEMS element characterized by including the recessed part formation process of forming a recessed part in the position facing the said movable electrode of the said shield electrode before the said 2nd dicing process.
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