JP3815363B2 - 光デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システム等に使用される光デバイスの製造方法に関し、特に、光スイッチ等に使用されミラーを使用して空間的に光信号を反射する光デバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通信トラヒックの増大に伴い、光ファイバを伝送路とする光通信システムの普及がますます加速してきている。これに伴い、基幹系のＯＸＣ（オプティカル・クロス・コネクト）及びメッシュ型ネットワークにおけるＯＡＤＭ（オプティカル・アド・ドロップ・モジュール）等、ノードシステムの付加価値が高まり、これらのシステムの中心をなす光デバイスへの期待も大きくなってきている。
【０００３】
とりわけ、光スイッチは、光信号を電気信号に変換することなく、そのままの形で高速にスイッチングすることができるため、システムコストを大幅に低減することができるというメリットを持ち、ノード技術の核となるデバイスとして位置づけられている。
【０００４】
このような光デバイスとして、従来、US.Patent 6,300,619に開示されたものがある。図１７はこの従来の光デバイスを示す。円板状のミラー１７と、その周囲のフレーム９１と、ミラー固定部２０とは、ポリシリコンを堆積することにより形成されており、これらのミラー１７、フレーム９１及びミラー固定部２０は、夫々バネ３０、３２を介して連結されている。ミラー固定部２０は、梁１９、２６を介してベースとなるシリコン基板1３に連結されている。
【０００５】
これにより、梁１９、２６を熱変形で反らせることにより、ミラー１７、フレーム９１、バネ３０、３２、及びミラー固定部２０からなるミラー構造体を、シリコン基板１３上から、Ｚ軸方向（紙面に垂直の方向）に浮かび上がらせることができる。
【０００６】
このミラー１７の下方におけるシリコン基板１３上に、電極パッド（図示せず）を形成しておき、ミラー１７と電極パッドとの間に電圧を印加し、生じる静電力により、このミラー１７を回転駆動させる。ミラー１７はバネ３０、３２の２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）を中心に駆動し、ミラー１７に照射された光信号を任意の方向に反射させることで、空間的に光路スイッチングを行う。
【０００７】
このように構成された光スイッチでは、ミラー１７をポリシリコンの堆積により形成するため、ミラー面の平滑度（ラフネス）を向上させることが困難である。また、ポリシリコン自体が内部応力を持つため、ミラー１７に反りを生じやすく、平坦度（フラットネス）を確保することが難しい。このため、反射した光信号が散乱し、いわいる光スイッチにおける挿入光信号の強度損失（以降、挿入損失と記述する）が発生してしまう。
【０００８】
また、このような反りを低減するため、ミラーの大口径化は難しい。ミラー面積が小さくなると、挿入した光信号がミラー面に入りきらず、いわゆる”けられ”を生じ、これも挿入損失を大きくする原因になる。
【０００９】
光通信では、光信号の強度が劣化すると、増幅させるための設備を追加する必要がある。このため、光スイッチ及びその他のデバイスを通過する際の挿入損失が大きいと、それだけ、システムコストが増大する。つまり、光通信用のデバイスでは、挿入損失の低減が、極めて重要な性能指標となる。
【００１０】
よって、図１７に示す従来の光スイッチは、挿入損失の低減という観点から致命的な問題を含んでいると考えられる。
【００１１】
このような、ポリシリコンの堆積によるミラー形成方法に対して、その問題点を克服した従来技術として、International Conferrence of Optical MEMS 2001において発表された「Single Crystalline Mirror Actuated Electrostatically by Terraced Electrodes With High-Aspect Ratio Torsion Spring」 by Renshi Sawada @NTT Telecommunications Energy Laboratoriesがあげられる。
【００１２】
この光スイッチでは、前述の光スイッチと同様に、電極とミラーとを所定のクリアランスを設けて配置し、静電力でミラーを回転駆動する。しかし、この光スイッチは、ミラーにポリシリコンを使用せず、単結晶シリコンを使用している。単結晶シリコンは、容易に厚いミラーを形成することができ、かつ、研磨により極めて平滑なミラー面を形成することが可能である。そのため、大口径で、平滑及び平坦なミラーを形成することができ、光信号の低損失化を実現できる。
【００１３】
図１８（ａ）はこの従来の光スイッチの製造途中のデバイス構造を示す断面図、図１８（ｂ）は同じくその平面図、図１９は得られた光スイッチを示す断面図である。この従来技術においては、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板のデバイス層１０１にミラー１０２が形成されている。即ち、デバイス層１０１に、円板状のミラー１０２及びジグザグ状のバネ１０３の形状をパターニングし、裏打ち材１０６をエッチングしてミラー１０２及びバネ１０３に整合する部分を除去することによって、ミラー構造体１０７が形成されている。次いで、このミラー構造体１０７を、電極１０８が形成された電極基板１０４上に、この電極１０８の両側に設けられた支柱１０５を介して接合することにより、光スイッチが完成する。
【００１４】
この場合に、この種の光スイッチにおいては、バネ１０３をいかにやわらかく形成できるかが、大きな課題となる。なぜならば、バネ１０３がやわらかいことによって、ミラー１０２を大きい角度で回転駆動することができ、即ち、反射光の飛ぶ範囲を広げることができる。結果的に、スイッチの大規模化（入力ポート数と出力ポート数の増大）を可能にするからである。
【００１５】
また、その際に静電力に必要な電圧も低く抑えられるため、システムの低電圧化を実現できる。
【００１６】
更に、ある一定の角度にミラー１０２を位置決めし、固定しておくためには、姿勢制御技術が必要になるが、この制御においても、バネがやわらかく、弱い静電力で駆動できることは、精度及び安定性の観点から極めてメリットが大きい。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記発表による光スイッチでは、ミラー１０２とバネ１０３はデバイス層１０１の厚さに依存して共通である。前述のようにミラーは平坦で反りがないことが望ましい。このためには、デバイス層１０１は可及的に厚いほうが有利である。しかし、それに伴い、バネ１０３の厚さも厚くなってしまうため、バネ１０３をやわらかくするという他方の課題に対しては限界があり、不十分な構造となっている。
【００１８】
このように、従来技術においては、ミラーの平坦化には限界があり、このため、ミラーの低挿入損失化が困難である。この理由は、ミラーをポリシリコンの堆積で形成するためであり、ポリシリコンで形成されたミラー面では、平滑度（ラフネス）を向上させることが難しい。また、ポリシリコン自体が内部応力を持つため、ミラーに反りが生じやすく、平坦度（フラットネス）を確保することが難しい。このため、反射した光信号が散乱し、挿入損失を増大させてしまう。
【００１９】
また、このような反りを低減するために、ミラーを大口径化することは困難である。ミラー径が小さくなると、挿入した光信号がミラー面に入りきらず、いわゆる”けられ”が生じ、これも挿入損失を大きくする原因になる。
【００２０】
従来の光デバイスにおける二つ目の課題は、ポート数の大規模化、低電圧駆動、更にはミラー駆動の高精度化が困難なことである。これは、駆動ミラーを支持するバネの剛性を小さくできないためである。従来の光デバイスにおいては、ミラー面での損失を小さくするため、ミラーとして単結晶シリコンを使用した場合でも、ミラーとバネがＳＯＩ基板のデバイス層の厚さにより決まり、従って同一である。前述のように、ミラーは平坦で反りがない方が好ましく、このため、デバイス層は可及的に厚くしたいが、それに伴い、バネが厚くなり、バネをやわらかくすることができない。このため、ミラーを大きい角度で回転駆動することができず、スイッチの大規模化ができない。また、その際に静電力に必要な電圧も大きくする必要があり、システムの低電圧化が困難である。更に、ある一定の角度にミラーを位置決めし、固定しておくためには、姿勢制御技術が必要になるが、この制御においても、バネの剛性が高いため、精度及び安定性の観点から不利となる。
【００２１】
このように、従来の光デバイスでは、低挿入損失と、ポート数の大規模化を両立することができなかった。
【００２２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、ミラーの平坦性及び平滑性を十分確保し、かつ、バネ剛性も小さくすることにより、低挿入損失及びポート数の大規模化、低電圧駆動、更にはミラー駆動の高精度化を実現することができる光デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光デバイスの製造方法は、電極基板上に複数個の電極パッド及びこの電極パッドに接続された電極配線を形成すると共に支柱を設ける工程と、エッチングストッパ層が中間層として形成されたミラー基板の表面にミラーの輪郭となる部位及びアンカーとなる領域にイオン注入して前記エッチングストッパ層まで達する不純物領域を形成する工程と、全面にイオン注入して前記エッチングストッパ層まで到達しない薄い不純物層を形成する工程と、前記不純物層を前記不純物層よりも深くエッチングすることにより前記ミラーに接続された複数個のバネと前記アンカーをパターニングする工程と、前記ミラー基板と前記電極基板とを前記支柱と前記アンカーとを接合することにより張り合わせる工程と、前記ミラー基板を前記エッチングストッパ層、前記不純物層及び前記不純物領域をマスクとして湿式エッチングして前記ミラー基板を選択的に除去した後前記エッチングストッパ層を除去して前記可動ミラーが前記バネにより支持されて空中に浮遊する構造を得る工程と、を有し、前記可動ミラーの厚さをｔｍ、前記バネの厚さをｔｓとしたとき、ｔｍ＞ｔｓであることを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の実施例に係る光スイッチを示す平面図、図２は同じくその断面図である。本発明の光デバイスは、ミラー１と電極パッド２が空間を挟んで対向し、両者間で発生する静電力でミラーを駆動させる構造をとっている。
【００３０】
電極基板３は絶縁膜５により被覆されており、この電極基板３上に、複数個の電極パッド２と、この電極パッド２に接続された複数個の電極配線４とが形成されている。電極配線４は駆動回路（図示せず）に接続されており、この駆動回路により電極配線４を介して電極パッド３に駆動電流が供給される。電極パッド２は、扇形をなし、円周上の４等配の位置に、相互間に適長間隔をおいて配列されている。なお、この電極パッド２は４個に限らない。
【００３１】
そして、電極基板３上に、２個の支柱６が設けられており、この支柱６の上に、夫々アンカー７が積層されている。この２個のアンカー７には、バネ８ａを介してフレーム９が連結されており、従って、フレーム９は、バネ８ａを介してアンカー７により支持されている。また、フレーム９の中央部はくりぬかれた形状を有し、このフレーム９の中央部に、円板状のミラー１が配置されている。このミラー１はフレーム９にバネ８ｂを介して支持されている。
【００３２】
本実施例においては、バネ８ａ及びバネ８ｂの厚さｔｓは、ミラー１の厚さｔｍよりも小さい（ｔｍ＞ｔｓ）。よって、バネ８ａ、８ｂは厚さがｔｍである場合よりも剛性が低く、軟らかいものであり、一方、ミラー１は厚さがｔｓである場合よりも剛性が高く、平坦性が優れているものである。これにより、反りの無い剛性の高いミラー１と、小さな静電力で容易に駆動可能な剛性の低いバネ８ａ、８ｂを両立させている。
【００３３】
次に、図３乃至図１１を参照して、本実施例の光スイッチの製造方法について説明し、その構造を更に詳細に説明する。なお、各図において（ａ）は平面図、図（ｂ）は断面図である。先ず、図３に示すように、シリコン基板からなる電極基板３の表層に絶縁膜５を形成する。絶縁膜５としては、酸化膜及び窒化膜等がある。
【００３４】
次に、図４に示すように、この絶縁膜５の上に所定形状の電極パッド２及びこの電極パッド２に接続された電極配線４を形成する。電極パッド２は、金及びタンタル等の金属層、又はポリシリコン層等をパターニングすることにより形成することができる。但し、電極パッド２の構成材料としては、後工程で、ダメージを受けない材料を選択することが必要である。なお、電極配線４は駆動回路（図示せず）に接続される。
【００３５】
次に、図５に示すように、電極基板３上の電極パッド２を挟む位置に、１対の支柱６を形成する。支柱６の形成方法としては、例えば、図１１（ａ）乃至（ｃ）に示すものがある。先ず、図１１（ａ）に示すように、電極基板３に、数μｍ程度の高さの台座３０１を設け、図１１（ｂ）に示すように、この台座３０１上に、ガラス基板６０１を貼り合わせ、図１１（ｃ）に示すように、ガラス基板６０１のみを台座３０１の境界で、ダイシングにより切断し、台座３０１に接合されていない部分のガラス基板６０１を除去する。これにより、支柱６を設けることができる。
【００３６】
支柱６としては、このガラス基板以外に、例えば、ポリイミド等の樹脂等を使用することもできる。また、電極基板３を直接深く支柱の高さ分だけエッチングすることにより、支柱６を形成し、電極基板３と支柱６を同一のシリコン基板から形成することも可能である。以上の工程で、電極基板３側の層構成が完成する。
【００３７】
一方、ミラー基板側は、中間にエッチングストッパ層を有する多層基板を使用して形成することができる。本実施例では、図６に示すように、シリコン層からなる裏打ち層１３上に、酸化シリコン膜からなるインシュレータ層１２が形成され、このインシュレータ層１２上にシリコン層からなるデバイス層１０が形成されたＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）基板を使用する。このＳＯＩ基板の仕様は、例えば、シリコンデバイス層１０の厚さが２０μｍ、酸化シリコン膜からなるインシュレータ層１２の厚さが０．５μｍ、シリコン裏打ち層１３の厚さが５２５μｍである。
【００３８】
なお、ＳＯＩ基板以外には、シリコン層とシリコン層との積層体、又はシリコン層／ガラス基板／シリコン層を静電接合によって多層化したもの等、後述するエッチング工程でエッチングストッパ層となり得る中間層を有する多層基板であれば、これを使用することができる。
【００３９】
次に、ミラー基板の作成方法について説明する。先ず、図６に示すように、ＳＯＩ基板のデバイス層１０に、ボロンを所定のパターンで注入し、拡散させて、ボロン層１１ａ及びボロン層１１ｂを形成する。ボロン層１１ａはミラー１を形成する領域を縁取るようにリング状に配置される。また、ボロン層１１ｂは、アンカー７を形成する矩形の領域に配置される。
【００４０】
この場合に、図６（ａ）に示すように、ボロン層１１ａ、１１ｂは、いずれも、デバイス層１０の全厚にわたって、デバイス層１０を貫通するように注入される。即ち、打ち込まれるボロンは、デバイス層１０の表面から入り、ＳＯＩ基板の中間層であるインシュレータ層１２まで到達するようにする。こうすることにより、後工程の犠牲層エッチング工程にて、ミラー１の厚さｔｍを、デバイス層１０の厚さと同じにすることができる。つまり、デバイス層１０の厚さが十分厚い種類のＳＯＩ基板を使用することによって、ミラー１の厚さも厚くすることができ、結果として、反りが無く、剛性が高いミラー１を得ることができる。本実施例では、上述したように、デバイス層１０の厚さを２０μｍとしたので、ミラー層１の厚さｔｍも２０μｍとなっている。
【００４１】
次に、図７に示すように、新たに、全面にボロン層１１ｃを形成する。このボロン層１１ｃは、後に、バネ８ａ、８ｂ及びフレーム９を形成するための層となる。ボロン層１１ｃの厚さは、バネの厚さｔｓにも相当するため、デバイス層１０の厚さに対して十分薄いものとする。前述したように、バネ８ａ、８ｂの剛性を低く抑える必要があるため、ボロン層１１ｃを薄くすることにより、バネ厚を薄くし、剛性を低く抑えることができる。このボロン層１１ｃの厚さは、例えば、２μｍである。
【００４２】
なお、本発明における効果を得るために、望ましいｔｍとｔｓの関係は、ｔｍが８μｍ以上、ｔｓが５μｍ以下である。この関係においては、ミラー１の平坦性を確保することができると共に、バネ８ａ、８ｂの低剛性化を両立させることができる。
【００４３】
また、ボロン層１１ｃは、ミラー１の領域にも打ち込む。この目的は、ミラー１の表面に打ち込まれたボロン層１１ｃを、後工程の犠牲層エッチングにより、ミラー１を浮かび上がらせるときのエッチストッパ面とするためである。
【００４４】
更に、ボロン層１１ｃがデバイス層１０に対して十分薄くしておく理由として、ミラー面の鏡面を確保することも挙げられる。ボロンが打ち込まれた領域の表層は、シリコンに異物が注入されることにより、その鏡面性を失う。このため、ボロンを打ち込んだ領域をミラー面にすることはできない。しかし、ボロン層１１ｃは、後にミラー１の裏面になるため、ミラー１の鏡面性を確保する上で問題にならない。しかし、ボロン層１１ｃを、デバイス層１０の全厚にわたって形成してしまうと、ミラー１の鏡面となる表面にもボロンが到達してしまい、ミラー面の鏡面性を損なうことになってしまう。このため、ボロン層１１ｃは、デバイス層１０の厚さより十分薄くしておく必要がある。また、これが、本発明において、残したいミラー１の形に対し、その縁にだけ、デバイス層１０の全厚にわたってボロン層１１ａ、１１ｂを形成していた理由でもある。
【００４５】
続けて、図８に示すように、バネ８ａ、８ｂとフレーム９の周囲をドライエッチングによりエッチングして除去し、ミラー１，ばね８ａ、８ｂ、フレーム９の形状を確定する。ここで、ドライエッチングの深さはボロン層１１ｃの深さより深くしておくことで、バネ８ａ、８ｂとフレーム９を完全に分離させることができる。このようにして、ミラー基板が完成する。
【００４６】
次に、この電極基板とミラー基板とを、図９に示すように、支柱６とボロン層１１ｃとを接合することにより、張り合わせる。接合方法としては、静電接合、接着剤による接合、及びハンダ接合等、種々の方法を適用することができる。
【００４７】
例えば、静電接合により、電極基板とミラー基板とを張り合わせる場合、支柱６としてガラスを使用したときは、電極基板とミラー基板との間に、８００Ｖ程度の電圧を印加し、全体を４００℃程度の温度に加熱することにより、ガラス支柱６とミラー基板のボロン層１１ｃとの界面に、ＳｉＯ_２（酸化膜）が形成され、接合が完了する。
【００４８】
最後に、図１０に示すように、ＥＰＷ（エチレンジアミン・ピロカテコール・水溶液）により、シリコン裏打ち層１３をウェットエッチングし、続けて、フッ酸により酸化膜であるインシュレータ層１２を除去して、ミラー１、バネ８ａ、８ｂ、フレーム９を空間に浮かび上がらせる。図１０において、符号１００が、光デバイスとして使用するミラー面になる。
【００４９】
ＥＰＷはシリコンをエッチングするが、ボロン拡散した領域はエッチングしないので、この領域は選択的にエッチングされずに残る。また、酸化膜がある領域も、その膜がマスクとなってエッチングされない。このため、ＥＰＷによるエッチングにより、ＳＯＩ基板の裏打ち層１３は、酸化膜であるインシュレータ層１２をエッチングストッパ層としてこのインシュレータ層１２に至るまでのその全ての部分がエッチングされる。デバイス層１０についても、ボロン拡散されていない領域はエッチングされる。但し、ミラー１の内部の領域は、表層に形成されたボロン層１１ｃと、側壁として形成したボロン層１１ａと、インシュレータ層１２とによって、全方位をＥＰＷから隔離されるため、エッチングされずに残る。
【００５０】
ここで、繰り返し説明するが、このようなプロセスを行うことで、ミラー面１００の鏡面性を維持しつつ、厚く剛性が高いミラー、つまり反りがないミラーを形成することができる。また、同時に、バネ８ａ、８ｂの厚さを薄くし、剛性が低いバネを得ることもできる。
【００５１】
それは、ミラー１の形成方法として、ボロン層１１ａのように、ミラー１の輪郭にだけミラー全厚にわたって深くボロンを拡散し、ミラー面１００を粗くすることなく、厚いミラー１を形成しているからである。
【００５２】
また、バネ８ａ、８ｂについても、ミラー１の輪郭を決めるための深いボロン拡散とは別に、ボロン層１１ｃという、別の浅いボロン拡散工程で、その厚さが決定されるため、厚いミラー１と薄いバネ８ａ、８ｂを両立させることができる。
【００５３】
このようにして、図１及び図２に示す本実施例の光デバイスを製造することができる。次に、図１２を参照して、この光デバイスの動作について説明する。複数個の電極パッド２のうち、特定の電極パッド２に選択的に電圧を印加することによって、電極パッド２とミラー１との間に静電気力を発生させる。この静電気力によって、ミラー１における電圧を印加された電極パッド２に近い領域が電極基板３側に引き寄せられ、ミラー１が図１２に示すように傾く。このとき、バネ８ｂには、ねじれが生じている。
【００５４】
本発明の実施例では、一例として、バネ８ａ、８ｂの厚さが２μｍ、ミラー１と電極パッド２とのクリアランス（支柱６の高さ）が１００μｍである。また、一例として、ミラーの直径が６００μｍである。このとき、ミラー１と１個の電極パッド２との間に１００Ｖの電圧を印加すると、θ＝約１０°の傾きを得ることができる。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の右側の電極パッド２に電圧を印加した場合のものである。
【００５５】
同様に、図１２（ａ）の下側の電極パッド２に電圧を印加すると、図１２（ｂ）に示したミラー１の傾きとは直交する方向にミラー１を傾かせることができる。また、隣接する１対の電極パッド２に同時に電圧を印加することにより、ミラー１を２軸駆動させ、その電極パッド２に印加する電圧の値を個別に設定することにより、ミラー１を任意の方向に傾斜させることができる。
【００５６】
このようにして、電極パッド２に対する電圧を制御することにより、ミラー１への入射光Ｌを、任意の方向に反射させることができる。
【００５７】
図１３は、このように、可動ミラー１を有する光デバイスを、光スイッチとして使用した場合のモジュール全体の構成を示す。光ファイバの束であるファイバーアレー２１の出射端から光信号が出射される。この光信号は、ファイバーアレー２１に対向して配置されたミラーアレー２２に照射される。このミラーアレー２２は、上述の図１及び図２に示す可動ミラー１が、アレー状に多数配置されて構成されている。そして、ミラーアレー２２に入射した光は、所定の方向に反射し、次段のミラーアレー２３に入射し、更にこのミラーアレー２３にて所定の方向に反射してファイバーアレー２４に集められる。ミラーアレー２２，２３に配設された複数個の可動ミラーは、前述のようにして、個別に反射方向を制御することができ、従って、ファイバーアレー２１から出射された光をファイバーアレー２４の任意の光ファイバに入射させることができる。これにより、ファイバーアレー２１に入ってきた信号光を、目的のファイバーアレー２４に送りだし、スイッチングを完了する。
【００５８】
次に、本発明の他の実施例について、図１４を参照して説明する。前述の第１実施例では、ＳＯＩ基板として、デバイス層の厚さが２０μｍのものを採用し、ミラーの厚さを２０μｍとした。しかし、ミラーの平坦度を更に一層高めるためには、更にミラーを厚くしたいという要求も生じる。そこで、デバイス層が２０μｍ以上のＳＯＩ基板を使用することも考えられる。しかし、そのためには、その厚さ分だけミラーの輪郭となる部位にボロンを打ち込まなければならない。しかし、ボロンが拡散する深さは、一般的にボロン拡散時間の平方根に比例する。このため、デバイス層が厚くなればなるほど、即ちボロンを打ち込まなければならない領域が深くなればなるほど、拡散時間が長くなってしまう。また、現実的に、２０μｍ以上の深さにボロンを拡散させることは、工程の安定性等も考慮すると現実的ではない。
【００５９】
そこで、本発明の第２実施例においては、図１４（ａ）に示すように、先ず、ミラー１ａの輪郭となる部位に溝１５（リング状に延びる溝）を形成する。例えば、デバイス層１０ａの厚さが３０μｍであれば、２０μｍ程度の深さの溝１５を形成する。次いで、図１４（ｂ）に示すように、この溝１５の部分にボロンを打ち込み、ボロン層１１ｄを形成する。この場合に、溝１５の深さが２０μｍであるから、溝１５の底と、インシュレータ層１２ａとの間の距離は、１０μｍとなり、ミラー１ａの輪郭に打ち込むべきボロン層１１ｄの深さはこの１０μｍですむことになる。
【００６０】
この溝１５を形成することにより、ミラー１ａの厚さをより一層厚肉化することができ、ミラー１の平坦度を更に一層向上させることができる。
【００６１】
また、図１及び図２に示す実施例では、ミラー１の厚さ方向の中心に対して、バネ８ａ、８ｂの取り付け位置がミラー１の裏面側にずれ、ミラー１に対してばね８ａ、８ｂがミラー１の厚さ方向に所謂オフセットしている。即ち、図１及び図２に示す実施例においては、バネ８ａ、８ｂの裏面（電極側）がミラー１の裏面（電極側）に一致している。
【００６２】
しかし、ミラーを図１２に示すように駆動し、その姿勢を制御する場合、このオフセットを最適化する必要が生じる。そこで、本第３実施例においては、第１実施例の図７に示すイオン注入工程の前工程として、図１５に示すように、バネを形成する領域７１を深さＯｓだけ掘り込んでおく。このＯｓ量を調整することにより、前記オフセットを任意の量に調節することができる。
【００６３】
これにより、図１６に示すように、厚さがｔｍのミラー１ｃに対し、厚さがｔｓのミラー８ｃ（ｔｍ＞ｔｓ）を、ミラー１ｃの厚さ方向の中間に接続させることができる。つまり、ミラー１ｃを支持するバネ８ｃの位置を、ミラー１ｃの厚さ方向の任意の位置に設定することができる。
【００６４】
なお、図７に示すイオン注入工程において、バネの所望の厚さ以上の深さにイオン注入し、その後に、バネを形成する領域７１を所定の深さで堀り込んで、バネの厚さを薄くして所望の厚さにすると共に、バネの位置を調整するようにすることもできる。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、ミラー面の鏡面性を維持しつつ、厚さが厚く剛性が高いミラー、つまり反りがないミラーを形成することができると共に、このミラーを支持するバネの厚さを剛性が低い薄いものにすることができる。このため、反射した光信号が散乱することなく、挿入損失が極めて低い光デバイスを得ることができる。
【００６６】
また、ミラーの厚さを大きくすることができるため、反りを生じさせずに大口径化することが容易である。このため、挿入した光信号がミラー面に入りきらない、いわゆる”けられ”を生じることがなく、低挿入損失な光デバイスを実現することができる。
【００６７】
また、上述のようなミラーの高剛性化と同時に、バネ厚を薄くし、剛性が低いバネを確保することもできる。このため、ミラーを大きい角度で回転駆動することが可能となり、大規模光デバイスを実現できる。また、その際に静電気力に必要な電圧も小さくすることができ、システムの低電圧化を実現することができる。更に、ある一定の角度にミラーを位置決めし、固定しておくためには、姿勢制御技術が必要になるが、この制御においても、バネの剛性が低いため、精度及び安定性を向上させることができる。
【００６８】
このように、本発明の光デバイスでは、低挿入損失で、かつ大規模であるという相反する要求を満足することができ、本発明の光デバイスでは、ミラーの平坦性・平滑性を十分確保し、かつ、バネ剛性も小さくすることで、低挿入損失、大規模、更には低電圧駆動及び高精度を実現する光デバイスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る光スイッチを示す平面図である。
【図２】同じくその断面図である。
【図３】本発明の第１実施例に係る光スイッチの製造方法を示す図であって、（ａ）、（ｂ）は夫々平面図、断面図である。
【図４】同じく本発明の第１実施例に係る光スイッチの製造方法を示す図（図３の次の工程）であって、（ａ）、（ｂ）は夫々平面図、断面図である。
【図５】同じく本発明の第１実施例に係る光スイッチの製造方法を示す図（図４の次の工程）であって、（ａ）、（ｂ）は夫々平面図、断面図である。
【図６】同じく本発明の第１実施例に係る光スイッチの製造方法を示す図（図５の次の工程）であって、（ａ）、（ｂ）は夫々平面図、断面図である。
【図７】同じく本発明の第１実施例に係る光スイッチの製造方法を示す図（図６の次の工程）であって、（ａ）、（ｂ）は夫々平面図、断面図である。
【図８】同じく本発明の第１実施例に係る光スイッチの製造方法を示す図（図７の次の工程）であって、（ａ）、（ｂ）は夫々平面図、断面図である。
【図９】同じく本発明の第１実施例に係る光スイッチの製造方法を示す図（図８の次の工程）であって、（ａ）、（ｂ）は夫々平面図、断面図である。
【図１０】同じく本発明の第１実施例に係る光スイッチの製造方法を示す図（図９の次の工程）であって、（ａ）、（ｂ）は夫々平面図、断面図である。
【図１１】（ａ）乃至（ｃ）は本実施例の支柱の形成方法を工程順に示す断面図である。
【図１２】（ａ）、（ｂ）は夫々本実施例の動作を示す平面図及び断面図である。
【図１３】本実施例の光スイッチの適用例を示す図である。
【図１４】（ａ）、（ｂ）は本発明の第２実施例に係る光スイッチの製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１５】（ａ）、（ｂ）は、夫々本発明の第３実施例に係る光スイッチの製造方法を示す平面図及び断面図である。
【図１６】本発明の第３実施例に係る光スイッチを示す断面図である。
【図１７】従来の光スイッチを示す平面図である。
【図１８】（ａ）、（ｂ）は、従来の他の光スイッチを示す断面図、平面図である。
【図１９】同じくその断面図である。
【符号の説明】
１，１ａ、１ｃ：ミラー
２：電極パッド
３：電極基板
４：電極配線
６：支柱
７：アンカー
８ａ、８ｂ、８ｃ：バネ
９：フレーム

Claims (12)

1. 電極基板上に複数個の電極パッド及びこの電極パッドに接続された電極配線を形成すると共に支柱を設ける工程と、エッチングストッパ層が中間層として形成されたミラー基板の表面にミラーの輪郭となる部位及びアンカーとなる領域にイオン注入して前記エッチングストッパ層まで達する不純物領域を形成する工程と、全面にイオン注入して前記エッチングストッパ層まで到達しない薄い不純物層を形成する工程と、前記不純物層を前記不純物層よりも深くエッチングすることにより前記ミラーに接続された複数個のバネと前記アンカーをパターニングする工程と、前記ミラー基板と前記電極基板とを前記支柱と前記アンカーとを接合することにより張り合わせる工程と、前記ミラー基板を前記エッチングストッパ層、前記不純物層及び前記不純物領域をマスクとして湿式エッチングして前記ミラー基板を選択的に除去した後前記エッチングストッパ層を除去して前記可動ミラーが前記バネにより支持されて空中に浮遊する構造を得る工程と、を有し、前記可動ミラーの厚さをｔｍ、前記バネの厚さをｔｓとしたとき、ｔｍ＞ｔｓであることを特徴とする光デバイスの製造方法。
2. 前記不純物領域を形成する工程は、前記ミラーの輪郭となる部位に溝を形成した後、イオン注入することを特徴とする請求項１に記載の光デバイスの製造方法。
3. 前記不純物層を形成する工程は、前記バネを形成すべき領域を堀り込んでこの領域を薄くした後、イオン注入することを特徴とする請求項１に記載の光デバイスの製造方法。
4. 前記電極基板は、シリコン基板の表面に絶縁膜を形成したものであることを特徴とする請求項１に記載の光デバイスの製造方法。
5. 前記ミラー基板は、ＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）基板であり、前記エッチングストッパ層はシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１に記載の光デバイスの製造方法。
6. 前記不純物層及び前記不純物領域は、ボロンをイオン注入した後拡散させることにより形成することを特徴とする請求項５に記載の光デバイスの製造方法。
7. 前記バネと前記アンカーとをパターニングする工程は、前記アンカーと、前記可動ミラーの周辺に配置されたフレームと、前記アンカーと前記フレームとを接続するバネと、前記フレームと前記可動ミラーとを接続するバネとをパターニングすることを特徴とする請求項１に記載の光デバイスの製造方法。
8. 前記電極基板は前記支柱を形成すべき領域に高い段差が形成されており、前記電極基板に支柱形成材料を張り合わせた後、前記段差の輪郭で前記支柱形成材料を切断することにより、前記支柱を設けることを特徴とする請求項１に記載の光デバイスの製造方法。
9. 前記バネの厚さｔｓは、前記不純物層の深さで規定することを特徴とする請求項１に記載の光デバイスの製造方法。
10. 前記可動ミラーの厚さｔｍは、前記不純物領域の深さで規定することを特徴とする請求項１に記載の光デバイスの製造方法。
11. 前記可動ミラーの厚さｔｍは、前記不純物領域の深さと前記溝の深さの和で規定することを特徴とする請求項２に記載の光デバイスの製造方法。
12. 前記不純物層及び前記不純物領域の形成は、ボロンのイオン注入及び拡散によりおこなうことを特徴とする請求項１に記載の光デバイスの製造方法。

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