JP3819820B2 - 光スイッチ装置の製造方法 - Google Patents
光スイッチ装置の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3819820B2 JP3819820B2 JP2002272897A JP2002272897A JP3819820B2 JP 3819820 B2 JP3819820 B2 JP 3819820B2 JP 2002272897 A JP2002272897 A JP 2002272897A JP 2002272897 A JP2002272897 A JP 2002272897A JP 3819820 B2 JP3819820 B2 JP 3819820B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mirror
- metal pattern
- pattern
- forming
- region
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Micromachines (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信や光計測、またディスプレイなどに用いられる光スイッチ装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜形成技術やフォトリソグラフィ技術を基本にしてエッチングすることなどで立体的に微細加工を行うマイクロマシン技術を利用して作製された、光スイッチ装置がある。この光スイッチ装置は、例えば、固定構造体と可動する反射構造体とから構成されている。反射構造体は、ミラーが形成された可動部材とこの可動部材を支持する支持部材とを有し、可動部材が、トーションバネなどのバネ部材によって支持部材に接続されている。このように構成された光スイッチは、固定構造体と反射構造体との間に働く引力、あるいは反発力によって反射構造体の可動部がその姿勢を変えることで光路を切り替えるスイッチング動作を行う。
【０００３】
上述したような従来の光スイッチ装置をマイクロマシン技術で作製する場合には、大別して２つのタイプがある。一つは、いわゆる表面マイクロマシンによって作製されるタイプ（例えば、非特許文献１参照）であり、他方はバルクマイクロマシンによって作製されるタイプである（例えば、非特許文献２参照）。まず前者について説明する。表面マイクロマシンタイプは、図９の側面図に示すように、まず、基板８０１に回動可能に支持部８０２が設けられている。また、枠体８０４がヒンジ８０３を介して支持部８０２に支持され、枠体８０４には、図示しないトーションバネを介してミラー８０５が連結支持されている。
【０００４】
ミラー８０５の下部には、ミラー８０５を駆動するための静電力を発生する電極部８０６が、図示しない配線に接続して形成されている。このような構造は、先にも記したように表面マイクロマシン技術によって、例えば、酸化シリコンを形成する工程，電極配線構造を形成する工程，ミラーとなるポリシリコン膜を形成する工程，及び酸化シリコンの所望の部分を犠牲層としてフッ酸等でエッチングしてミラーを基板より分離した状態にする工程を経て作製される。
【０００５】
これらの表面マイクロマシン技術を構成する要素技術は、大規模集積回路のプロセス技術の応用である。このため、薄膜を形成して作製する構造の高さ方向の大きさは、たかだか数μｍに制限される。ミラーの回転を可能とするため、下部の電極部とミラーとの間隔を１０μｍ以上設ける必要がある光スイッチ装置では、酸化シリコンからなる犠牲層の除去とともに、基板８０１上に形成されたポリシリコンからなる支持部材の内部応力によってミラーを電極部から離すように持ち上げることや、支持部を静電力によって回動させてミラーの部分を電極部より離間させる方法がとられている。
【０００６】
一方、バルクマイクロマシンタイプでは、一般的にミラーを構成する基板と電極を構成する基板とを個別に作製し、これらを連結させることによって光スイッチ装置を形成している。ミラーの作製にはＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いることが提案されている。ＳＯＩ基板を用いて作製されたミラーは、単結晶のシリコンからなり、表面マイクロマシンで一般的なポリシリコンではない。このため、多結晶であるために発生する応力起因のミラーの反りが、ＳＯＩ基板を用いたミラーでは比較的小さい等の利点を有する。
【０００７】
以下、ＳＯＩ基板を用いた光スイッチの製造について、図１０の断面図を用いて概略を説明する。まず、図１０（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板９０１の埋め込み酸化膜９０２が形成されている側（主表面）より、公知のフォトリソグラフィ技術とＤＥＥＰ ＲＩＥなどのエッチングによって溝９０１ａを形成することで、埋め込み酸化膜９０２上の単結晶シリコン層９０３にミラー９０４を形成する。
【０００８】
このとき、ミラー９０４の反射率を向上させるために、ミラー９０４表面にＡｕなどの金属膜を形成する場合もある。なお、ＤＥＥＰ ＲＩＥは、例えばシリコンをドライエッチングするときに、ＳＦ6とＣ4Ｆ8のガスを交互に導入し、エッチングと側壁保護膜形成とを繰り返すことにより、アスペクト比が５０にもなる溝または穴を、毎分数μｍのエッチング速度で形成する技術である。
【０００９】
次に、ＳＯＩ基板９０１の裏面にミラー９０４の形成領域が開口したレジストパターンを形成し、水酸化カリウム水溶液などのエッチング液を用いてＳＯＩ基板９０１の裏面より選択的にシリコンをエッチングする。このエッチングでは、埋め込み酸化膜９０２をエッチングストッパ層として用い、図１０（ｂ）に示すように、ミラー９０４の形成領域に対応するＳＯＩ基板９０１の裏面に開口部９０１ｂを形成する。次いで、埋め込み酸化膜９０２の開口部９０１ｂに露出している領域を、フッ酸を用いて選択的に除去することで、図１０（ｃ）に示すように、基板９０１に支持された回動可能なミラー９０４が形成された状態とする。
【００１０】
一方、シリコン基板９１１をシリコン窒化膜あるいはシリコン酸化膜からなる所定のマスクパターンをマスクとし、水酸化カリウム水溶液で選択的にエッチングすることで、図１０（ｄ）に示すように、凹部構造が形成された状態とする。次いで、凹部構造上に蒸着法などにより金属膜を形成し、この金属膜を公知の超深度露光を用いたフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とによりパターニングし、図１０（ｅ）に示すように、電極部９１２を形成する。
【００１１】
最後に、図１０（ｃ）に示すミラー９０４が形成されたＳＯＩ基板９０１と、図１０（ｅ）に示すシリコン基板９１１とを貼り合わせることで、図１０（ｆ）に示すように、電界印加によってミラー９０４が可動する光スイッチ装置が製造できる。
【００１２】
【非特許文献１】
パメラ・Ｒ・パターソン(Pamela.R.Patterson)、他４名，「ＭＯＥＭＳエレクトロスタティックスキャニングマイクロミラーズデザインアンドファブリケーション(MOEMS ELECTROSTATIC SCANNING MICROMIRRORS DESIGN AND FABRICATION)」，エレクトロケミカルソサイエティプロシーディングス(Electrochemical Society Proceedings) ，ボリューム２００２−４(Volume 2002-4) ，ＩＳＢＮ１−５６６７７−３７０−９，ｐ．３６９−３８０
【非特許文献２】
レンシ・サワダ(Renshi Sawada)、他３名，「シングルクリスタラインミラーアクチュエーテッドエレクトロスタティカリーバイテラスドエレクトローデスウイズハイアクペクトレシオトーションスプリング(Single Crystalline Mirror Actuated Electrostatically by Terraced Electrodes With High-Aspect Ratio Torsion Spring)」，インターナショナルカンファレンスオンオプティカルＭＥＭＳ２００１(International Conference on Optical MEMS 2001)，２００１年９月２６日
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述した表面マイクロマシン技術による光スイッチの作製では、ミラーの作製過程で、図９に示す支持部８０２のように、可動構造体として支持構造体を形成するため、支持構造体を形成する工程の歩留りが他の工程の歩留りより低く、光スイッチ装置の製造歩留りを低下させる要因となっている。また、ミラー以外にも可動部分があるという可動部分の多さは、光スイッチの信頼性を低下させる要因となる。
【００１４】
一方、バルクマイクロマシン技術による光スイッチの作製では、前述した表面マイクロマシンによる作製方法に比較して、ミラーの可動空間を稼ぐための犠牲層エッチングなどの工程がないので、歩留りや信頼性の点では有利な方法である。しかしながら、図１０に示したこの製造方法では、ミラーの可動空間は主に、ＫＯＨ溶液等によるＳｉの異方性エッチングによって作製されるため、以下に記す問題がある。まず、ミラー側のＳＯＩ基板においてミラーを回動可能とするためには、ほぼ基板の厚さに相当するＳｉのエッチングが必要となる。このとき、エッチングすべきＳｉの厚さは少なくとも数百μｍに相当する。
【００１５】
ＫＯＨ溶液をエッチャントとし、例えば、市販されている厚さ６２５μｍの、主表面がＳｉ（１００）の６インチＳＯＩ基板９０１を、上述したようにアルカリ水溶液で異方性エッチングすると、約５５度の傾斜角度を持つ（１１１）面を露出するようにエッチングされる。例えば、埋め込み酸化膜９０２上のシリコン層の厚さを１０μｍ、埋め込み酸化膜の厚さを１μｍとすると、図１０（ｂ）に示したＳｉエッチングすべき厚さは６１４（＝６２５−１０−１）μｍになる。
【００１６】
このようなＳｉエッチング後において５００μｍ角のミラーの領域を確保しようとすると、上述の異方性によって、約６００μｍ角の領域をエッチング除去することになる。従って、一つのミラーに対して形成された可動空間に、ミラーの可動には関係しない無駄な領域が多くなる。これでは、チップ化した場合にチップ内におけるミラー形成部の占有する回動可能面積が大きくなり、光スイッチ装置の集積度を向上させる上で不利となる。
【００１７】
さらに、このような加工法は、エッチングのために、基板の表側と裏側両方での位置合わせが必要になり、いわゆる両面アライナー工程など複雑な工程を必要とする点も欠点である、また、電極部を形成する側の基板も、ミラーの可動空間を作るために１０μｍ以上のＫＯＨ溶液によるエッチングが必要となる。このとき、ミラーが形成される基板と同様に異方性エッチングのため、１０μｍ角以上の領域をはじめに占有してパターニングしなければならないので、やはり電極側の集積度も上げられない。
【００１８】
また、ＩＣやＬＳＩと言ったプレーナプロセスで作製される制御回路と、上記光スイッチ装置を一体化しようとしても、上述したような異方性エッチングに始まる電極基板の作り方では、ミラーの制御のために必要なＩＣやＬＳＩをあらかじめ電極基板側に作り込んでおくことが不可能であり、多層配線化も不可能である。このため、上述したような製造方法では、制御のための素子の高集積化やミラー当たり多数の電極配線が必要な複雑な制御系の達成も不可能である。従って、上述した光スイッチの製造方法では、光スイッチ構造自体は小型化が可能であっても、外部に制御回路が必要となるため所望の性能を得るための装置、例えば光スイッチ装置としては大きなものとなってしまうという問題がある。
【００１９】
また、以上の光スイッチでは、ミラーを駆動するための静電力を発生する電極部８０６，９１２があるのみで、ミラーの回動角度を検出する機構が設けられていないため、ミラーを高精度に制御することが難しいという問題点があった。
【００２０】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、集積度の低下や歩留りの低下を抑制しつつ、従来より微細な光スイッチ装置を容易に製造することができ、かつミラーを高精度に制御できるようにすることを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光スイッチ装置の製造方法は、半導体基板上に、センサ電極部の信号に基づいてミラーの回動角度を検出するセンサ回路、及び前記ミラーの回動角度に基づいて制御電極部に電圧を与えることにより前記ミラーの回動動作を制御する制御回路を形成する工程と、前記半導体基板上に前記制御回路及び前記センサ回路を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜上にシード層を形成する工程と、前記シード層の上に第１領域と複数の第２領域と複数の第３領域とが開口した第１犠牲パターンを形成する工程と、前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域に露出した前記シード層上に、メッキ法により前記第１犠牲パターンと実質的に同じ膜厚の第１金属パターン、この第１金属パターンと同膜厚以下の第２金属パターン及び第３金属パターンを形成する工程と、前記第１金属パターン、前記第２金属パターン及び前記第３金属パターンをそれぞれ所定の膜厚に形成した後、前記第１犠牲パターン、前記第２金属パターン及び前記第３金属パターンの上に、前記第１領域上の第４領域が開口した第２犠牲パターンを形成する工程と、前記第４領域に露出した前記第１金属パターンの表面に、メッキ法により前記第２犠牲パターンと実質的に同じ膜厚の第４金属パターンを形成する工程と、前記第４金属パターンを所定の膜厚に形成した後、前記第１犠牲パターンと前記第２犠牲パターンを除去する工程と、これら犠牲パターンを除去した後、前記第１金属パターン、前記第２金属パターン及び前記第３金属パターンをマスクとして前記シード層を選択的に除去し、前記第１金属パターンと前記第４金属パターンとの積層体からなる支持部材と、複数の前記第２金属パターンからなる各々が前記層間絶縁膜上で分離した複数の前記制御電極部と、複数の前記第３金属パターンからなる各々が前記層間絶縁膜上で分離した複数の前記センサ電極部とを形成する工程と、複数の開口領域内に各々前記ミラーを備えてこのミラーが連結部を介して回動可能に連結された導電性材料からなるミラー基板を用意する工程と、前記支持部材の上に前記ミラー基板を接続固定し、前記ミラー基板の各ミラーを前記制御電極部及び前記センサ電極部の上に離間して配置する工程とを備え、前記制御電極部は、前記制御回路から信号供給が可能なように前記制御回路と電気的に接続された状態に形成され、前記センサ電極部は、前記センサ回路へ信号出力が可能なように前記センサ回路と電気的に接続された状態に形成されるようにしたものである。
この製造方法によれば、半導体基板上に、ミラーと制御電極部とセンサ電極部とからなる複数のミラー素子が、制御回路及びセンサ回路とともにモノリシックに形成される。
【００２６】
また、本発明の他の形態に係る光スイッチ装置の製造方法は、半導体基板上に、センサ電極部の信号に基づいてミラーの回動角度を検出するセンサ回路、及び前記ミラーの回動角度に基づいて制御電極部に電圧を与えることにより前記ミラーの回動動作を制御する制御回路を形成する工程と、前記半導体基板上に前記制御回路及び前記センサ回路を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜上にシード層を形成する工程と、前記シード層の上に第１領域と複数の第２領域と複数の第３領域とが開口した第１犠牲パターンを形成する工程と、前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域に露出した前記シード層上に、メッキ法により前記第１犠牲パターンと実質的に同じ膜厚の第１金属パターン、この第１金属パターンと同膜厚以下の第２金属パターン及び第３金属パターンを形成する工程と、前記第１金属パターン、前記第２金属パターン及び前記第３金属パターンをそれぞれ所定の膜厚に形成した後、前記第１犠牲パターン、前記第２金属パターン及び前記第３金属パターンの上に、前記第１領域上の第４領域が開口した第２犠牲パターンを形成する工程と、前記第４領域に露出した前記第１金属パターンの表面に、メッキ法により前記第２犠牲パターンと実質的に同じ膜厚の第４金属パターンを形成する工程と、前記第４金属パターンを所定の膜厚に形成した後、この第４金属パターンに電気的に接続する導電性材料からなるミラー基板を前記第２犠牲パターン上に形成する工程と、前記ミラー基板に貫通孔を形成し、前記ミラー基板の複数の所定領域内に前記ミラー基板に連結部を介して回動可能に連結された複数の前記ミラーを形成する工程と、前記ミラー基板に形成された前記貫通孔を介して前記第１犠牲パターンと前記第２犠牲パターンを除去する工程と、これら犠牲パターンを除去した後、前記貫通孔を介して前記第１金属パターン、前記第２金属パターン及び前記第３金属パターンをマスクとして前記シード層を選択的に除去し、前記第１金属パターンと前記第４金属パターンとの積層体からなる支持部材と、複数の前記第２金属パターンからなる各々が前記層間絶縁膜上で分離した複数の前記制御電極部と、複数の前記第３金属パターンからなる各々が前記層間絶縁膜上で分離した複数の前記センサ電極部とを形成する工程とを備え、前記ミラー基板に形成された各ミラーは、前記制御電極部及び前記センサ電極部の上に離間して配置され、前記制御電極部は、前記制御回路から信号供給が可能なように前記制御回路と電気的に接続された状態に形成され、前記センサ電極部は、前記センサ回路へ信号出力が可能なように前記センサ回路と電気的に接続された状態に形成されるようにしたものである。
この製造方法によれば、半導体基板上に、ミラーと制御電極部とセンサ電極部とからなる複数のミラー素子が、制御回路及びセンサ回路とともにモノリシックに形成される。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
＜実施の形態１＞
はじめに、本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は本実施の形態における光スイッチ装置の構成例を示す模式的な断面図、図２は図１の光スイッチ装置の概略的な構成を示す斜視図である。図１では、主に光スイッチ装置の１構成単位である一つのミラーからなる部分（ミラー素子）を示している。例えばシリコンからなる半導体基板１０１上には、少なくとも制御回路１５０とセンサ回路１５２が形成されている。また、半導体基板１０１上には層間絶縁膜１０２，１０５および配線層１０４が形成されている。
【００２８】
支柱１２０は、層間絶縁膜１０５を介して半導体基板１０１上に選択的に形成されている。この支柱１２０は、導電性を有し、層間絶縁膜１０５に形成されたスルーホールを通じて配線層１０４と電気的に接続され、さらに層間絶縁膜１０２に形成された接続電極１０３を介して所定の電位（例えば接地電位）が印加される。
【００２９】
ミラー基板１３０は、支柱１２０によって半導体基板１０１と離間して支持されている。また、ミラー基板１３０は、導電性を有し、支柱１２０と電気的に接続され、ミラー１３１が設けられる開口領域を備えている。図２の斜視図に示すように、ミラー基板１３０の複数の開口領域の各々にミラー１３１が設けられ、一つのミラー１３１の部分で一つのミラー素子が形成されている。各ミラー素子は、図１に示すように、ミラー１３１と制御電極部１４０とセンサ電極部１５１とを備えている。
【００３０】
図３はミラー基板１３０の平面図である。図３では、１つのミラー１３１を中心とする領域について示している。ミラー基板１３０の開口領域内に設けられたミラー１３１は、連結部によってミラー基板１３０と連結され、連結部によって回動可能に支持されている。連結部は、トーションバネ１３２，１３４と、ミラー枠体１３３とから構成される。トーションバネ１３２，１３４は、ミラー１３１の中心を挟んでその両側にそれぞれ１対設けられる。
【００３１】
ミラー枠体１３３は、トーションバネ１３２によってミラー基板１３０と連結され、トーションバネ１３２によって回動可能に支持される。これにより、ミラー枠体１３３は、一対のトーションバネ１３２を通る、ミラー基板１３０と平行な軸（図３の上下方向）を回動軸として回動することが可能である。一方、ミラー１３１は、トーションバネ１３４によってミラー枠体１３３と連結され、トーションバネ１３４によって回動可能に支持される。これにより、ミラー１３１は、一対のトーションバネ１３４を通る、ミラー枠体１３３と平行な軸（図３の左右方向）を回動軸として回動することが可能である。結果として、ミラー１３１は、一対のトーションバネ１３２を通る軸と一対のトーションバネ１３４を通る軸の２軸を回動軸として回動することができる。
【００３２】
ミラー１３１は、導電性を有し、導電性を有する連結部（トーションバネ１３２，１３４およびミラー枠体１３３）を介してミラー基板１３０と電気的に接続されている。ミラー１３１には、配線層１０４、支柱１２０、ミラー基板１３０および連結部を介して所定の電位（例えば接地電位）が印加される。
【００３３】
光スイッチ装置は、マトリクス状に配置（集積）された複数のミラー素子を備え、各ミラー素子の制御電極部１４０は、制御回路１５０に接続され、センサ電極部１５１は、センサ回路１５２に接続されている。センサ回路１５２は、制御回路１５０に接続され、制御回路１５０は、通常の半導体集積回路と同様に、配線２０２を介してパッド端子２０１に接続される。パッド端子２０１と外部システムを接続することで、光スイッチ装置の機能が達成される。
【００３４】
センサ電極部１５１は、ミラー１３１の下にあって回動するミラー１３１の姿勢を検出するためのものである。センサ電極部１５１は、絶縁膜１０５を介して半導体基板１０１上に選択的に形成され、ミラー１３１の下（ミラーの回動軸の真下を除く）にミラー１３１と所定距離離間して配置されている。センサ電極部１５１は、１つのミラー１３１について１本の回動軸の片側または両側に少なくとも１つずつ配置される。センサ電極部１５１は、層間絶縁膜１０５に形成されたスルーホールおよび層間絶縁膜１０２に形成された接続電極１０３および配線層１０４を介して、半導体基板１０１上に形成されたセンサ回路１５２と接続されている。
【００３５】
センサ回路１５２は、半導体基板１０１上に形成された素子および配線によって構成された集積回路である。センサ回路１５２は、ミラー１３１の回動角に応じて変化するミラー１３１とセンサ電極部１５１との距離に応じた静電容量を検出することにより、ミラー１３１の姿勢、すなわち回動角度を検出する。センサ回路１５２によって検出されたミラー１３１の回動角度を表す信号は、制御回路１５０にフィードバックされる。
【００３６】
制御電極部１４０は、ミラー１３１の下にあってミラー１３１の姿勢を制御するためのものである。制御電極部１４０は、絶縁膜１０５を介して半導体基板１０１上に選択的に形成され、ミラー１３１の下（ミラーの回動軸の真下を除く）にミラー１３１と所定距離離間して配置されている。制御電極部１４０は、１つのミラー１３１について１本の回動軸の片側または両側に少なくとも１つずつ配置される。制御電極部１４０は、層間絶縁膜１０５に形成されたスルーホールおよび層間絶縁膜１０２に形成された接続電極１０３および配線層１０４を介して、半導体基板１０１上に形成された制御回路１５０と接続されている。
【００３７】
制御回路１５０は、半導体基板１０１上に形成された素子および配線によって構成された集積回路である。制御回路１５０は、センサ回路１５２からフィードバックされる信号によりミラー１３１の回動角度を認識して、このセンサ回路１５２で検出されるミラー１３１の回動角度が所望の値（例えば外部システムから設定される値）になるように、ミラー１３１の回動状態（回動量）を制御する電圧を制御電極部１４０に与える。
【００３８】
制御回路１５０から制御電極部１４０に電圧を与えてミラー１３１との間に電位差を生じさせると、電界によってミラー１３１の制御電極部１４０と対向する部分に電荷が誘導される。ミラー１３１は、この電荷に作用する静電力（クーロン力）によって回動し、この静電力による回動軸まわりのトルクと回動によりトーションバネ（連結部）に生じた逆向きのトルクとが釣り合う位置で静止する。
【００３９】
なお、制御回路１５０およびセンサ回路１５２は、一つのミラー素子に各々設けるようにしてもよく、また、一つの制御回路１５０と一つのセンサ回路１５２で、複数のミラー素子の各々所望の制御を、同時に行うことも可能である。
以上に説明したように、本実施の形態の図１，２に示す光スイッチ装置は、制御回路とともに集積して基板上に形成したので、小型化が可能であり、高い性能を備えている。
【００４０】
以下、本実施の形態における光スイッチ装置の製造について説明する。まず、図４（ａ）に示すように、例えばシリコンなどの半導体からなる半導体基板１０１上に、前述した制御回路１５０およびセンサ回路１５２などを構成する能動回路（図示せず）を形成した後、シリコン酸化物からなる層間絶縁膜１０２を形成する。また、層間絶縁膜１０２に、接続口を形成してから、この接続口を介して下層の配線などに接続電極１０３を介して接続する配線層１０４を形成する。
【００４１】
これらは、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより形成できるものである。例えば、上記能動回路は、ＣＭＯＳＬＳＩプロセスで作製することができる。また、接続電極１０３及び配線層１０４は、Ａｕ／Ｔｉからなる金属膜を形成し、これを加工することで形成できる。上記金属膜は、下層のＴｉは膜厚０．１μｍ程度とし、上層のＡｕは膜厚０．３μｍ程度とすればよい。
【００４２】
この金属膜の形成は次のようにすればよい。シリコン酸化膜の上にスパッタ法や蒸着法などによりＡｕ／Ｔｉを形成する。次いで、フォトリソグラフィ技術により所定のパターンを形成する。このとき、電極配線、後述するミラー基板を貼り合わせるための接続部及びワイヤボンディング用パッドを形成するためのレジストパターンを同時に形成する。このレジストパターンをマスクとし、ウエットエッチング法によりＡｕ／Ｔｉ膜を選択的に除去し、レジストパターンを除去すれば、配線層１０４が形成できる。また、配線層１０４には、電極配線，後述するミラー基板を接続するための接続部，ワイヤボンディング用パッド（図示せず）などが形成されている。
【００４３】
これらを形成した後、配線層１０４を覆う層間絶縁膜１０５を形成する。層間絶縁膜１０５は、例えば、感光性有機樹脂であるポリベンゾオキサゾールを塗布することで膜厚数μｍ程度に形成したポリイミド膜から構成することができる。なお、層間絶縁膜１０５は、他の絶縁材料から形成するようにしてもよい。
【００４４】
次に、図４（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１０５に、配線層１０４の所定部分が露出する開口部１０５ａを形成する。上述したように、層間絶縁膜１０５を感光性有機樹脂で形成した場合、開口部１０５ａ領域が開口するように露光現像してパターンを形成し、パターンを形成した後でアニールして膜を硬化させることで、開口部１０５ａを備えた層間絶縁膜１０５を形成することができる。
【００４５】
次に、図４（ｃ）に示すように、開口部１０５ａ内を含めて層間絶縁膜１０５上を覆うシード層１０６を形成する。シード層１０６は、例えばＴｉ／Ｃｕ／Ｔｉからなる金属膜であり、膜厚はＴｉ，Ｃｕとも０．１μｍ程度とすればよい。次に、図４（ｄ）に示すように、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の第１犠牲パターン３０１を形成する。第１犠牲パターン３０１は、例えば、感光性有機樹脂であるポリベンザオキサゾールからなる膜をフォトリソグラフィ技術で加工することで形成できる。
【００４６】
例えば、ポリベンサオキサゾールを塗布することで形成したポリイミド膜上に、フォトリソグラフィ技術により、ミラー電極パターンやミラー基板を接続するための接続部分及びワイヤボンディング用パッドを形成する部分などが開口するように、フォトマスクを使用したコンタクトアライナやレチクルを使用したステッパを用いて露光及び現像し、感光部を現像液に溶解し、所望の開口領域を備えた第１犠牲パターン３０１を形成できる。
【００４７】
次に、図４（ｅ）に示すように、第１犠牲パターン３０１の第１領域（支柱１２０の形成領域）、第２領域（制御電極部１４０の形成領域）、第３領域（センサ電極部１５１の形成領域）の各開口部に露出したシード層１０６上に、電解メッキ法によりＣｕからなる第１金属パターン１２１、第２金属パターン１４１、第３金属パターン１５１を第１犠牲パターン３０１と同じ厚さに形成する。このとき、金属パターン１２１，１４１，１５１と第１犠牲パターン３０１との表面が、ほぼ同一平面を形成するように平坦な状態にする。
【００４８】
次に、図４（ｆ）に示すように、前述と同様にして、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の第１犠牲パターン３０２を形成し、第１犠牲パターン３０２の開口部に露出した第１金属パターン１２１、第２金属パターン１４１上に、電解メッキ法によりＣｕからなる第１金属パターン１２２、第２金属パターン１４２を第１犠牲パターン３０２と同じ厚さに形成する。なお、ここでは第１犠牲パターン３０２の第３金属パターン１５１上部には開口部を形成せず、第１犠牲パターン３０２により第３金属パターン１５１を覆った状態としているが、これはあくまでも１例であり、第１犠牲パターン３０２に開口部を形成し、さらに金属パターンを形成してもよい。
【００４９】
次に、図５（ａ）に示すように、前述と同様にして、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の第１犠牲パターン４０１を形成し、第１犠牲パターン４０１の開口部に露出した第１金属パターン１２２、第２金属パターン１４２上に、電解メッキ法によりＣｕからなる第１金属パターン１２３、第２金属パターン１４３を第１犠牲パターン４０１と同じ厚さに形成する。
【００５０】
次に、図５（ｂ）に示すように、前述と同様にして、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の第１犠牲パターン４０２を形成し、第１犠牲パターン４０２の開口部に露出した第１金属パターン１２３、第２金属パターン１４３上に、電解メッキ法によりＣｕからなる第１金属パターン１２４、第２金属パターン１４４を第１犠牲パターン４０２と同じ厚さに形成する。
【００５１】
次に、図５（ｃ）に示すように、前述と同様にして、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の第２犠牲パターン４０３を形成し、第２犠牲パターン４０３の第４領域（第１領域上の領域）の開口部に露出した第１金属パターン１２４上に、電解メッキ法によりＣｕからなる第４金属パターン１２５を第２犠牲パターン４０３と同じ厚さに形成する。なお、ここでは、第２犠牲パターン４０３の第２金属パターン１４４上部には、開口部を形成せず、第２犠牲パターン４０３により第２金属パターン１４４を覆った状態とする。
【００５２】
次に、図５（ｄ）に示すように、第４金属パターン１２５の表面を含む第２犠牲パターン４０３表面に、Ａｕ／Ｔｉからなる金属膜から構成されたシード層４０４を形成する。シード層４０４は、例えば、膜厚０．１μｍのＴｉ層と、この上に形成された膜厚０．１μｍのＡｕ層とから構成する。シード層４０４を形成したら、第４金属パターン１２５の上部が部分的に開口したレジストパターン（第２犠牲パターン）４０５を形成する。
【００５３】
次に、図５（ｅ）に示すように、レジストパターン４０５の開口部に露出したシード層４０４上に、電解メッキ法によりＡｕからなる膜厚１μｍ程度の金属膜（第４金属パターン）４０６を形成する。次いで、図６（ａ）に示すように、レジストパターン４０５を除去したら、金属膜４０６をマスクとしてウエットエッチング法によりシード層４０４をエッチング除去し、図６（ｂ）に示すように、金属パターン１２６が形成された状態とする。
【００５４】
次に、図６（ｃ）に示すように、例えばオゾンアッシャーを用いて灰化することで、犠牲パターン３０１，３０２，４０１，４０２，４０３を除去し、図６（ｃ）に示すように、金属パターン１２１，１２２，１２３，１２４，１２５及び金属パターン１２６からなる構造体と、金属パターン１４１，１４２，１４３，１４４からなる構造体と、金属パターン１５１からなる構造体とが形成され、これらの間に空間を備えた状態とする。
【００５５】
この後、金属パターン１２１，１４１，１５１などをマスクとし、ウエットエッチング法によりシード層１０６を選択的にエッチング除去することで、図６（ｄ）に示すように、支柱１２０と制御電極部１４０とセンサ電極部１５１とが形成された状態とする。この後、ミラー１３１が回動可能に連結部（トーションバネ１３２，１３４およびミラー枠体１３３）を介して設けられたミラー基板１３０を、支柱１２０上に接続固定することで、図１に示すように光スイッチ装置が形成される。ミラー基板１３０の支柱１２０への接続固定は、例えば、ハンダや異方性導電性接着剤により接着固定することで行えばよい。
【００５６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、最初にミラー駆動、ミラー回動角度検出及び制御のための能動回路１５０，１５２を下層電極基板１０１に形成しておき、この後、上述したように支柱１２０と制御電極部１４０とセンサ電極部１５１とを形成し、支柱１２０上にミラー基板１３０を接続して光スイッチ装置を製造するようにした。この結果、本実施の形態によれば、光スイッチ装置の小型化を可能とし、高い性能の光スイッチ装置を得ることができる。また、本実施の形態によれば、センサ電極部１５１の信号に基づいてセンサ回路１５２がミラー１３１の回動角度を検出し、この検出された回動角度に基づいて制御回路１５０がミラー１３１の回動動作を制御するようにしたので、ミラー１３１を高精度に制御することができる。
【００５７】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の他の形態について説明する。本実施の形態では、前述した実施の形態において、図４（ａ）〜図５（ｃ）を用いて説明した工程までは、同様である。従って、以降では、これらの説明は省略する。本実施の形態では、前述した実施の形態と同様にし、第２犠牲パターン４０３を形成し、第４金属パターン１２５を第２犠牲パターン４０３と同じ厚さに形成した後、図７（ａ）に示すように、第４金属パターン１２５の表面を含む第２犠牲パターン４０３表面に、Ａｕ／Ｔｉからなる金属膜から構成されたシード層４０４を形成する。シード層４０４は、例えば、膜厚０．１μｍのＴｉ層と、この上に形成された膜厚０．１μｍのＡｕ層とから構成する。
【００５８】
シード層４０４を形成した後、レジストパターン６０１を形成する。次いで、図７（ｂ）に示すように、レジストパターン６０１の形成領域以外に露出しているシード層４０４上に、電解メッキ法によりＡｕからなる膜厚１μｍの金属膜６０２を形成する。次に、レジストパターン６０１を除去した後、金属膜６０２をマスクとしてシード層４０４を選択的に除去し貫通孔を形成することで、図７（ｃ）に示すように、ミラー基板１３０とミラー１３１とが形成された状態とする。
【００５９】
なお、ミラー１３１は、トーションバネのように作用する連結部（トーションバネ１３２，１３４およびミラー枠体１３３）によりミラー基板１３０に固定されている。連結部は、ミラー基板１３０とミラー１３１との間のレジストパターン６０１により被覆されていなかった箇所の金属膜６０２とシード層４０４とから形成されたものである。
【００６０】
以上のようにしてミラー基板１３０及びミラー１３１を形成した後、ミラー基板１３０とミラー１３１との間の開口部（貫通孔）を介し、犠牲パターン３０１，３０２，４０１，４０２，４０３を、例えばオゾンアッシャーを用いて灰化する。この後、金属パターン１２１，１４１，１５１をマスクとしてシード層１０６を選択的に除去することで、図７（ｄ）に示すように、ミラー基板１３０及びミラー基板１３１の下に、支柱１２０と制御電極部１４０とセンサ電極部１５１とが形成された状態とする。ミラー１３１は、制御電極部１４０およびセンサ電極部１５１上に所定の間隔をあけて配置された状態となる。
【００６１】
以上説明したように、本実施の形態においても、最初にミラー駆動、ミラー回動角度検出及び制御のための能動回路１５０，１５２を下層電極基板１０１に形成しておき、この後、上述したように支柱１２０と制御電極部１４０とセンサ電極部１５１とを形成し、支柱１２０上にミラー基板１３０を接続して光スイッチ装置を製造するようにした。この結果、本実施の形態によれば、光スイッチ装置の小型化を可能とし、また、高い性能の光スイッチ装置を得ることができる。また、実施の形態１と同様に、センサ電極部１５１の信号に基づいてセンサ回路１５２がミラー１３１の回動角度を検出し、この検出された回動角度に基づいて制御回路１５０がミラー１３１の回動動作を制御するようにしたので、ミラー１３１を高精度に制御することができる。
【００６２】
さらに、本実施の形態では、貼り合わせることなくミラー基板１３０を形成するようにしたので、貼り合わせる工程が不要となり、この点で製造上の利点がある。なお応力による金属ミラーの反りを防ぐため，異なる応力特性を持つメッキ可能な金属を多層に積層して応力を制御したミラー１３１を作製することが可能なことは、当業者であれば容易に推察できよう。
【００６３】
＜実施の形態３＞
次に、本発明の他の形態について説明する。本実施の形態では、前述した実施の形態において、図４（ａ）〜図５（ｃ）を用いて説明した工程までは、同様である。従って、以降では、これらの説明は省略する。本実施の形態では、前述した実施の形態と同様にし、第２犠牲パターン４０３を形成し、第４金属パターン１２５を第２犠牲パターン４０３と同じ厚さに形成した後、図８（ａ）に示すように、第４金属パターン１２５の表面を含む第２犠牲パターン４０３表面に、比較的低温で薄膜堆積可能なＥＣＲＣＶＤ法を用いてポリシリコンからなる薄膜７０１を膜厚１μｍ形成する。
【００６４】
薄膜７０１を形成したら、図８（ｂ）に示すように、レジストパターン７０２を形成する。次いで、レジストパターン７０２の開口部より薄膜７０１を選択的にエッチング除去して貫通孔を形成し、レジストパターン７０２を除去することで、図８（ｃ）に示すように、ミラー基板７３０とミラー７３１とが形成された状態とする。
【００６５】
以上のようにしてミラー基板７３０及びミラー７３１を形成した後、ミラー基板７３０とミラー７３１との間の開口部（貫通孔）を介し、犠牲パターン３０１，３０２，４０１，４０２，４０３を、例えばオゾンアッシャーを用いて灰化する。この後、金属パターン１２１，１４１，１５１をマスクとしてシード層１０６を選択的に除去することで、図８（ｄ）に示すように、ミラー基板７３０及びミラー７３１の下に、支柱１２０と制御電極部１４０とセンサ電極部１５１とが形成された状態とする。ミラー７３１は、制御電極部１４０およびセンサ電極部１５１上に所定の間隔をあけて配置された状態となる。
【００６６】
なお、ミラー７３１は、トーションバネのように作用する連結部（トーションバネ１３２，１３４およびミラー枠体１３３）によりミラー基板７３０に固定されている。連結部は、ミラー基板７３０とミラー７３１との間のレジストパターン７０２の開口部下の箇所の薄膜７０１から形成されたものである。
【００６７】
以上説明したように、本実施の形態においても、最初にミラー駆動、ミラー回動角度検出及び制御のための能動回路１５０，１５２を下層電極基板１０１に形成しておき、この後、上述したように支柱１２０と制御電極部１４０とセンサ電極部１５１とを形成し、支柱１２０上にミラー基板７３０を接続して光スイッチ装置を製造するようにした。この結果、本実施の形態によれば、光スイッチ装置の小型化を可能とし、高い性能の光スイッチ装置を得ることができる。また、実施の形態１と同様に、センサ電極部１５１の信号に基づいてセンサ回路１５２がミラー７３１の回動角度を検出し、この検出された回動角度に基づいて制御回路１５０がミラー７３１の回動動作を制御するようにしたので、ミラー７３１を高精度に制御することができる。さらに、本実施の形態では、貼り合わせることなくミラー基板７３０を形成するようにしたので、貼り合わせる工程が不要となり、この点で製造上の利点がある。
【００６８】
なお、実施の形態１〜実施の形態３では、支柱１２０と制御電極部１４０とセンサ電極部１５１を銅メッキによって形成する例を示したが、これらは、金メッキなどメッキ可能な金属のメッキにより形成してもよい。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、半導体基板上に制御回路を形成し、この上に制御回路により動作が制御されるミラーからなるミラー素子を形成するようにした。この結果、本発明によれば、集積度の低下や歩留りの低下を抑制した状態で、従来より容易により微細な光スイッチ装置が製造できるというすぐれた効果が得られる。また、本発明によれば、ミラーの下部にセンサ電極部を形成して半導体基板上にセンサ回路を形成し、センサ電極部の信号に基づいてセンサ回路がミラーの回動角度を検出し、この検出された回動角度に基づいて制御回路がミラーの回動動作を制御するようにしたので、ミラーを高精度に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態における光スイッチ装置の概略的な構成を示す断面図である。
【図２】 本発明の第１の実施の形態における光スイッチ装置の概略的な構成を示す斜視図である。
【図３】 本発明の第１の実施の形態におけるミラー基板の平面図である。
【図４】 本発明の第１の実施の形態における光スイッチ装置の製造過程を示す工程図である。
【図５】 図４に続く、光スイッチ装置の製造過程を示す工程図である。
【図６】 図４に続く、光スイッチ装置の製造過程を示す工程図である。
【図７】 本発明の第２の実施の形態における光スイッチ装置の製造過程を部分的に示す工程図である。
【図８】 本発明の第３の実施の形態における光スイッチ装置の製造過程を部分的に示す工程図である。
【図９】 従来の光スイッチ装置の概略的な構成を示す側面図である。
【図１０】 従来の光スイッチ装置の製造過程を概略的に示す工程図である。
【符号の説明】
１０１…半導体基板、１２０…支柱、１３０…ミラー基板、１３１…ミラー、１３２、１３４…トーションバネ、１３３…ミラー枠体、１４０…制御電極部、１５０…制御回路、１５１…センサ電極部、１５２…センサ回路。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信や光計測、またディスプレイなどに用いられる光スイッチ装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜形成技術やフォトリソグラフィ技術を基本にしてエッチングすることなどで立体的に微細加工を行うマイクロマシン技術を利用して作製された、光スイッチ装置がある。この光スイッチ装置は、例えば、固定構造体と可動する反射構造体とから構成されている。反射構造体は、ミラーが形成された可動部材とこの可動部材を支持する支持部材とを有し、可動部材が、トーションバネなどのバネ部材によって支持部材に接続されている。このように構成された光スイッチは、固定構造体と反射構造体との間に働く引力、あるいは反発力によって反射構造体の可動部がその姿勢を変えることで光路を切り替えるスイッチング動作を行う。
【０００３】
上述したような従来の光スイッチ装置をマイクロマシン技術で作製する場合には、大別して２つのタイプがある。一つは、いわゆる表面マイクロマシンによって作製されるタイプ（例えば、非特許文献１参照）であり、他方はバルクマイクロマシンによって作製されるタイプである（例えば、非特許文献２参照）。まず前者について説明する。表面マイクロマシンタイプは、図９の側面図に示すように、まず、基板８０１に回動可能に支持部８０２が設けられている。また、枠体８０４がヒンジ８０３を介して支持部８０２に支持され、枠体８０４には、図示しないトーションバネを介してミラー８０５が連結支持されている。
【０００４】
ミラー８０５の下部には、ミラー８０５を駆動するための静電力を発生する電極部８０６が、図示しない配線に接続して形成されている。このような構造は、先にも記したように表面マイクロマシン技術によって、例えば、酸化シリコンを形成する工程，電極配線構造を形成する工程，ミラーとなるポリシリコン膜を形成する工程，及び酸化シリコンの所望の部分を犠牲層としてフッ酸等でエッチングしてミラーを基板より分離した状態にする工程を経て作製される。
【０００５】
これらの表面マイクロマシン技術を構成する要素技術は、大規模集積回路のプロセス技術の応用である。このため、薄膜を形成して作製する構造の高さ方向の大きさは、たかだか数μｍに制限される。ミラーの回転を可能とするため、下部の電極部とミラーとの間隔を１０μｍ以上設ける必要がある光スイッチ装置では、酸化シリコンからなる犠牲層の除去とともに、基板８０１上に形成されたポリシリコンからなる支持部材の内部応力によってミラーを電極部から離すように持ち上げることや、支持部を静電力によって回動させてミラーの部分を電極部より離間させる方法がとられている。
【０００６】
一方、バルクマイクロマシンタイプでは、一般的にミラーを構成する基板と電極を構成する基板とを個別に作製し、これらを連結させることによって光スイッチ装置を形成している。ミラーの作製にはＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いることが提案されている。ＳＯＩ基板を用いて作製されたミラーは、単結晶のシリコンからなり、表面マイクロマシンで一般的なポリシリコンではない。このため、多結晶であるために発生する応力起因のミラーの反りが、ＳＯＩ基板を用いたミラーでは比較的小さい等の利点を有する。
【０００７】
以下、ＳＯＩ基板を用いた光スイッチの製造について、図１０の断面図を用いて概略を説明する。まず、図１０（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板９０１の埋め込み酸化膜９０２が形成されている側（主表面）より、公知のフォトリソグラフィ技術とＤＥＥＰ ＲＩＥなどのエッチングによって溝９０１ａを形成することで、埋め込み酸化膜９０２上の単結晶シリコン層９０３にミラー９０４を形成する。
【０００８】
このとき、ミラー９０４の反射率を向上させるために、ミラー９０４表面にＡｕなどの金属膜を形成する場合もある。なお、ＤＥＥＰ ＲＩＥは、例えばシリコンをドライエッチングするときに、ＳＦ6とＣ4Ｆ8のガスを交互に導入し、エッチングと側壁保護膜形成とを繰り返すことにより、アスペクト比が５０にもなる溝または穴を、毎分数μｍのエッチング速度で形成する技術である。
【０００９】
次に、ＳＯＩ基板９０１の裏面にミラー９０４の形成領域が開口したレジストパターンを形成し、水酸化カリウム水溶液などのエッチング液を用いてＳＯＩ基板９０１の裏面より選択的にシリコンをエッチングする。このエッチングでは、埋め込み酸化膜９０２をエッチングストッパ層として用い、図１０（ｂ）に示すように、ミラー９０４の形成領域に対応するＳＯＩ基板９０１の裏面に開口部９０１ｂを形成する。次いで、埋め込み酸化膜９０２の開口部９０１ｂに露出している領域を、フッ酸を用いて選択的に除去することで、図１０（ｃ）に示すように、基板９０１に支持された回動可能なミラー９０４が形成された状態とする。
【００１０】
一方、シリコン基板９１１をシリコン窒化膜あるいはシリコン酸化膜からなる所定のマスクパターンをマスクとし、水酸化カリウム水溶液で選択的にエッチングすることで、図１０（ｄ）に示すように、凹部構造が形成された状態とする。次いで、凹部構造上に蒸着法などにより金属膜を形成し、この金属膜を公知の超深度露光を用いたフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とによりパターニングし、図１０（ｅ）に示すように、電極部９１２を形成する。
【００１１】
最後に、図１０（ｃ）に示すミラー９０４が形成されたＳＯＩ基板９０１と、図１０（ｅ）に示すシリコン基板９１１とを貼り合わせることで、図１０（ｆ）に示すように、電界印加によってミラー９０４が可動する光スイッチ装置が製造できる。
【００１２】
【非特許文献１】
パメラ・Ｒ・パターソン(Pamela.R.Patterson)、他４名，「ＭＯＥＭＳエレクトロスタティックスキャニングマイクロミラーズデザインアンドファブリケーション(MOEMS ELECTROSTATIC SCANNING MICROMIRRORS DESIGN AND FABRICATION)」，エレクトロケミカルソサイエティプロシーディングス(Electrochemical Society Proceedings) ，ボリューム２００２−４(Volume 2002-4) ，ＩＳＢＮ１−５６６７７−３７０−９，ｐ．３６９−３８０
【非特許文献２】
レンシ・サワダ(Renshi Sawada)、他３名，「シングルクリスタラインミラーアクチュエーテッドエレクトロスタティカリーバイテラスドエレクトローデスウイズハイアクペクトレシオトーションスプリング(Single Crystalline Mirror Actuated Electrostatically by Terraced Electrodes With High-Aspect Ratio Torsion Spring)」，インターナショナルカンファレンスオンオプティカルＭＥＭＳ２００１(International Conference on Optical MEMS 2001)，２００１年９月２６日
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述した表面マイクロマシン技術による光スイッチの作製では、ミラーの作製過程で、図９に示す支持部８０２のように、可動構造体として支持構造体を形成するため、支持構造体を形成する工程の歩留りが他の工程の歩留りより低く、光スイッチ装置の製造歩留りを低下させる要因となっている。また、ミラー以外にも可動部分があるという可動部分の多さは、光スイッチの信頼性を低下させる要因となる。
【００１４】
一方、バルクマイクロマシン技術による光スイッチの作製では、前述した表面マイクロマシンによる作製方法に比較して、ミラーの可動空間を稼ぐための犠牲層エッチングなどの工程がないので、歩留りや信頼性の点では有利な方法である。しかしながら、図１０に示したこの製造方法では、ミラーの可動空間は主に、ＫＯＨ溶液等によるＳｉの異方性エッチングによって作製されるため、以下に記す問題がある。まず、ミラー側のＳＯＩ基板においてミラーを回動可能とするためには、ほぼ基板の厚さに相当するＳｉのエッチングが必要となる。このとき、エッチングすべきＳｉの厚さは少なくとも数百μｍに相当する。
【００１５】
ＫＯＨ溶液をエッチャントとし、例えば、市販されている厚さ６２５μｍの、主表面がＳｉ（１００）の６インチＳＯＩ基板９０１を、上述したようにアルカリ水溶液で異方性エッチングすると、約５５度の傾斜角度を持つ（１１１）面を露出するようにエッチングされる。例えば、埋め込み酸化膜９０２上のシリコン層の厚さを１０μｍ、埋め込み酸化膜の厚さを１μｍとすると、図１０（ｂ）に示したＳｉエッチングすべき厚さは６１４（＝６２５−１０−１）μｍになる。
【００１６】
このようなＳｉエッチング後において５００μｍ角のミラーの領域を確保しようとすると、上述の異方性によって、約６００μｍ角の領域をエッチング除去することになる。従って、一つのミラーに対して形成された可動空間に、ミラーの可動には関係しない無駄な領域が多くなる。これでは、チップ化した場合にチップ内におけるミラー形成部の占有する回動可能面積が大きくなり、光スイッチ装置の集積度を向上させる上で不利となる。
【００１７】
さらに、このような加工法は、エッチングのために、基板の表側と裏側両方での位置合わせが必要になり、いわゆる両面アライナー工程など複雑な工程を必要とする点も欠点である、また、電極部を形成する側の基板も、ミラーの可動空間を作るために１０μｍ以上のＫＯＨ溶液によるエッチングが必要となる。このとき、ミラーが形成される基板と同様に異方性エッチングのため、１０μｍ角以上の領域をはじめに占有してパターニングしなければならないので、やはり電極側の集積度も上げられない。
【００１８】
また、ＩＣやＬＳＩと言ったプレーナプロセスで作製される制御回路と、上記光スイッチ装置を一体化しようとしても、上述したような異方性エッチングに始まる電極基板の作り方では、ミラーの制御のために必要なＩＣやＬＳＩをあらかじめ電極基板側に作り込んでおくことが不可能であり、多層配線化も不可能である。このため、上述したような製造方法では、制御のための素子の高集積化やミラー当たり多数の電極配線が必要な複雑な制御系の達成も不可能である。従って、上述した光スイッチの製造方法では、光スイッチ構造自体は小型化が可能であっても、外部に制御回路が必要となるため所望の性能を得るための装置、例えば光スイッチ装置としては大きなものとなってしまうという問題がある。
【００１９】
また、以上の光スイッチでは、ミラーを駆動するための静電力を発生する電極部８０６，９１２があるのみで、ミラーの回動角度を検出する機構が設けられていないため、ミラーを高精度に制御することが難しいという問題点があった。
【００２０】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、集積度の低下や歩留りの低下を抑制しつつ、従来より微細な光スイッチ装置を容易に製造することができ、かつミラーを高精度に制御できるようにすることを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光スイッチ装置の製造方法は、半導体基板上に、センサ電極部の信号に基づいてミラーの回動角度を検出するセンサ回路、及び前記ミラーの回動角度に基づいて制御電極部に電圧を与えることにより前記ミラーの回動動作を制御する制御回路を形成する工程と、前記半導体基板上に前記制御回路及び前記センサ回路を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜上にシード層を形成する工程と、前記シード層の上に第１領域と複数の第２領域と複数の第３領域とが開口した第１犠牲パターンを形成する工程と、前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域に露出した前記シード層上に、メッキ法により前記第１犠牲パターンと実質的に同じ膜厚の第１金属パターン、この第１金属パターンと同膜厚以下の第２金属パターン及び第３金属パターンを形成する工程と、前記第１金属パターン、前記第２金属パターン及び前記第３金属パターンをそれぞれ所定の膜厚に形成した後、前記第１犠牲パターン、前記第２金属パターン及び前記第３金属パターンの上に、前記第１領域上の第４領域が開口した第２犠牲パターンを形成する工程と、前記第４領域に露出した前記第１金属パターンの表面に、メッキ法により前記第２犠牲パターンと実質的に同じ膜厚の第４金属パターンを形成する工程と、前記第４金属パターンを所定の膜厚に形成した後、前記第１犠牲パターンと前記第２犠牲パターンを除去する工程と、これら犠牲パターンを除去した後、前記第１金属パターン、前記第２金属パターン及び前記第３金属パターンをマスクとして前記シード層を選択的に除去し、前記第１金属パターンと前記第４金属パターンとの積層体からなる支持部材と、複数の前記第２金属パターンからなる各々が前記層間絶縁膜上で分離した複数の前記制御電極部と、複数の前記第３金属パターンからなる各々が前記層間絶縁膜上で分離した複数の前記センサ電極部とを形成する工程と、複数の開口領域内に各々前記ミラーを備えてこのミラーが連結部を介して回動可能に連結された導電性材料からなるミラー基板を用意する工程と、前記支持部材の上に前記ミラー基板を接続固定し、前記ミラー基板の各ミラーを前記制御電極部及び前記センサ電極部の上に離間して配置する工程とを備え、前記制御電極部は、前記制御回路から信号供給が可能なように前記制御回路と電気的に接続された状態に形成され、前記センサ電極部は、前記センサ回路へ信号出力が可能なように前記センサ回路と電気的に接続された状態に形成されるようにしたものである。
この製造方法によれば、半導体基板上に、ミラーと制御電極部とセンサ電極部とからなる複数のミラー素子が、制御回路及びセンサ回路とともにモノリシックに形成される。
【００２６】
また、本発明の他の形態に係る光スイッチ装置の製造方法は、半導体基板上に、センサ電極部の信号に基づいてミラーの回動角度を検出するセンサ回路、及び前記ミラーの回動角度に基づいて制御電極部に電圧を与えることにより前記ミラーの回動動作を制御する制御回路を形成する工程と、前記半導体基板上に前記制御回路及び前記センサ回路を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜上にシード層を形成する工程と、前記シード層の上に第１領域と複数の第２領域と複数の第３領域とが開口した第１犠牲パターンを形成する工程と、前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域に露出した前記シード層上に、メッキ法により前記第１犠牲パターンと実質的に同じ膜厚の第１金属パターン、この第１金属パターンと同膜厚以下の第２金属パターン及び第３金属パターンを形成する工程と、前記第１金属パターン、前記第２金属パターン及び前記第３金属パターンをそれぞれ所定の膜厚に形成した後、前記第１犠牲パターン、前記第２金属パターン及び前記第３金属パターンの上に、前記第１領域上の第４領域が開口した第２犠牲パターンを形成する工程と、前記第４領域に露出した前記第１金属パターンの表面に、メッキ法により前記第２犠牲パターンと実質的に同じ膜厚の第４金属パターンを形成する工程と、前記第４金属パターンを所定の膜厚に形成した後、この第４金属パターンに電気的に接続する導電性材料からなるミラー基板を前記第２犠牲パターン上に形成する工程と、前記ミラー基板に貫通孔を形成し、前記ミラー基板の複数の所定領域内に前記ミラー基板に連結部を介して回動可能に連結された複数の前記ミラーを形成する工程と、前記ミラー基板に形成された前記貫通孔を介して前記第１犠牲パターンと前記第２犠牲パターンを除去する工程と、これら犠牲パターンを除去した後、前記貫通孔を介して前記第１金属パターン、前記第２金属パターン及び前記第３金属パターンをマスクとして前記シード層を選択的に除去し、前記第１金属パターンと前記第４金属パターンとの積層体からなる支持部材と、複数の前記第２金属パターンからなる各々が前記層間絶縁膜上で分離した複数の前記制御電極部と、複数の前記第３金属パターンからなる各々が前記層間絶縁膜上で分離した複数の前記センサ電極部とを形成する工程とを備え、前記ミラー基板に形成された各ミラーは、前記制御電極部及び前記センサ電極部の上に離間して配置され、前記制御電極部は、前記制御回路から信号供給が可能なように前記制御回路と電気的に接続された状態に形成され、前記センサ電極部は、前記センサ回路へ信号出力が可能なように前記センサ回路と電気的に接続された状態に形成されるようにしたものである。
この製造方法によれば、半導体基板上に、ミラーと制御電極部とセンサ電極部とからなる複数のミラー素子が、制御回路及びセンサ回路とともにモノリシックに形成される。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
＜実施の形態１＞
はじめに、本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は本実施の形態における光スイッチ装置の構成例を示す模式的な断面図、図２は図１の光スイッチ装置の概略的な構成を示す斜視図である。図１では、主に光スイッチ装置の１構成単位である一つのミラーからなる部分（ミラー素子）を示している。例えばシリコンからなる半導体基板１０１上には、少なくとも制御回路１５０とセンサ回路１５２が形成されている。また、半導体基板１０１上には層間絶縁膜１０２，１０５および配線層１０４が形成されている。
【００２８】
支柱１２０は、層間絶縁膜１０５を介して半導体基板１０１上に選択的に形成されている。この支柱１２０は、導電性を有し、層間絶縁膜１０５に形成されたスルーホールを通じて配線層１０４と電気的に接続され、さらに層間絶縁膜１０２に形成された接続電極１０３を介して所定の電位（例えば接地電位）が印加される。
【００２９】
ミラー基板１３０は、支柱１２０によって半導体基板１０１と離間して支持されている。また、ミラー基板１３０は、導電性を有し、支柱１２０と電気的に接続され、ミラー１３１が設けられる開口領域を備えている。図２の斜視図に示すように、ミラー基板１３０の複数の開口領域の各々にミラー１３１が設けられ、一つのミラー１３１の部分で一つのミラー素子が形成されている。各ミラー素子は、図１に示すように、ミラー１３１と制御電極部１４０とセンサ電極部１５１とを備えている。
【００３０】
図３はミラー基板１３０の平面図である。図３では、１つのミラー１３１を中心とする領域について示している。ミラー基板１３０の開口領域内に設けられたミラー１３１は、連結部によってミラー基板１３０と連結され、連結部によって回動可能に支持されている。連結部は、トーションバネ１３２，１３４と、ミラー枠体１３３とから構成される。トーションバネ１３２，１３４は、ミラー１３１の中心を挟んでその両側にそれぞれ１対設けられる。
【００３１】
ミラー枠体１３３は、トーションバネ１３２によってミラー基板１３０と連結され、トーションバネ１３２によって回動可能に支持される。これにより、ミラー枠体１３３は、一対のトーションバネ１３２を通る、ミラー基板１３０と平行な軸（図３の上下方向）を回動軸として回動することが可能である。一方、ミラー１３１は、トーションバネ１３４によってミラー枠体１３３と連結され、トーションバネ１３４によって回動可能に支持される。これにより、ミラー１３１は、一対のトーションバネ１３４を通る、ミラー枠体１３３と平行な軸（図３の左右方向）を回動軸として回動することが可能である。結果として、ミラー１３１は、一対のトーションバネ１３２を通る軸と一対のトーションバネ１３４を通る軸の２軸を回動軸として回動することができる。
【００３２】
ミラー１３１は、導電性を有し、導電性を有する連結部（トーションバネ１３２，１３４およびミラー枠体１３３）を介してミラー基板１３０と電気的に接続されている。ミラー１３１には、配線層１０４、支柱１２０、ミラー基板１３０および連結部を介して所定の電位（例えば接地電位）が印加される。
【００３３】
光スイッチ装置は、マトリクス状に配置（集積）された複数のミラー素子を備え、各ミラー素子の制御電極部１４０は、制御回路１５０に接続され、センサ電極部１５１は、センサ回路１５２に接続されている。センサ回路１５２は、制御回路１５０に接続され、制御回路１５０は、通常の半導体集積回路と同様に、配線２０２を介してパッド端子２０１に接続される。パッド端子２０１と外部システムを接続することで、光スイッチ装置の機能が達成される。
【００３４】
センサ電極部１５１は、ミラー１３１の下にあって回動するミラー１３１の姿勢を検出するためのものである。センサ電極部１５１は、絶縁膜１０５を介して半導体基板１０１上に選択的に形成され、ミラー１３１の下（ミラーの回動軸の真下を除く）にミラー１３１と所定距離離間して配置されている。センサ電極部１５１は、１つのミラー１３１について１本の回動軸の片側または両側に少なくとも１つずつ配置される。センサ電極部１５１は、層間絶縁膜１０５に形成されたスルーホールおよび層間絶縁膜１０２に形成された接続電極１０３および配線層１０４を介して、半導体基板１０１上に形成されたセンサ回路１５２と接続されている。
【００３５】
センサ回路１５２は、半導体基板１０１上に形成された素子および配線によって構成された集積回路である。センサ回路１５２は、ミラー１３１の回動角に応じて変化するミラー１３１とセンサ電極部１５１との距離に応じた静電容量を検出することにより、ミラー１３１の姿勢、すなわち回動角度を検出する。センサ回路１５２によって検出されたミラー１３１の回動角度を表す信号は、制御回路１５０にフィードバックされる。
【００３６】
制御電極部１４０は、ミラー１３１の下にあってミラー１３１の姿勢を制御するためのものである。制御電極部１４０は、絶縁膜１０５を介して半導体基板１０１上に選択的に形成され、ミラー１３１の下（ミラーの回動軸の真下を除く）にミラー１３１と所定距離離間して配置されている。制御電極部１４０は、１つのミラー１３１について１本の回動軸の片側または両側に少なくとも１つずつ配置される。制御電極部１４０は、層間絶縁膜１０５に形成されたスルーホールおよび層間絶縁膜１０２に形成された接続電極１０３および配線層１０４を介して、半導体基板１０１上に形成された制御回路１５０と接続されている。
【００３７】
制御回路１５０は、半導体基板１０１上に形成された素子および配線によって構成された集積回路である。制御回路１５０は、センサ回路１５２からフィードバックされる信号によりミラー１３１の回動角度を認識して、このセンサ回路１５２で検出されるミラー１３１の回動角度が所望の値（例えば外部システムから設定される値）になるように、ミラー１３１の回動状態（回動量）を制御する電圧を制御電極部１４０に与える。
【００３８】
制御回路１５０から制御電極部１４０に電圧を与えてミラー１３１との間に電位差を生じさせると、電界によってミラー１３１の制御電極部１４０と対向する部分に電荷が誘導される。ミラー１３１は、この電荷に作用する静電力（クーロン力）によって回動し、この静電力による回動軸まわりのトルクと回動によりトーションバネ（連結部）に生じた逆向きのトルクとが釣り合う位置で静止する。
【００３９】
なお、制御回路１５０およびセンサ回路１５２は、一つのミラー素子に各々設けるようにしてもよく、また、一つの制御回路１５０と一つのセンサ回路１５２で、複数のミラー素子の各々所望の制御を、同時に行うことも可能である。
以上に説明したように、本実施の形態の図１，２に示す光スイッチ装置は、制御回路とともに集積して基板上に形成したので、小型化が可能であり、高い性能を備えている。
【００４０】
以下、本実施の形態における光スイッチ装置の製造について説明する。まず、図４（ａ）に示すように、例えばシリコンなどの半導体からなる半導体基板１０１上に、前述した制御回路１５０およびセンサ回路１５２などを構成する能動回路（図示せず）を形成した後、シリコン酸化物からなる層間絶縁膜１０２を形成する。また、層間絶縁膜１０２に、接続口を形成してから、この接続口を介して下層の配線などに接続電極１０３を介して接続する配線層１０４を形成する。
【００４１】
これらは、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより形成できるものである。例えば、上記能動回路は、ＣＭＯＳＬＳＩプロセスで作製することができる。また、接続電極１０３及び配線層１０４は、Ａｕ／Ｔｉからなる金属膜を形成し、これを加工することで形成できる。上記金属膜は、下層のＴｉは膜厚０．１μｍ程度とし、上層のＡｕは膜厚０．３μｍ程度とすればよい。
【００４２】
この金属膜の形成は次のようにすればよい。シリコン酸化膜の上にスパッタ法や蒸着法などによりＡｕ／Ｔｉを形成する。次いで、フォトリソグラフィ技術により所定のパターンを形成する。このとき、電極配線、後述するミラー基板を貼り合わせるための接続部及びワイヤボンディング用パッドを形成するためのレジストパターンを同時に形成する。このレジストパターンをマスクとし、ウエットエッチング法によりＡｕ／Ｔｉ膜を選択的に除去し、レジストパターンを除去すれば、配線層１０４が形成できる。また、配線層１０４には、電極配線，後述するミラー基板を接続するための接続部，ワイヤボンディング用パッド（図示せず）などが形成されている。
【００４３】
これらを形成した後、配線層１０４を覆う層間絶縁膜１０５を形成する。層間絶縁膜１０５は、例えば、感光性有機樹脂であるポリベンゾオキサゾールを塗布することで膜厚数μｍ程度に形成したポリイミド膜から構成することができる。なお、層間絶縁膜１０５は、他の絶縁材料から形成するようにしてもよい。
【００４４】
次に、図４（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１０５に、配線層１０４の所定部分が露出する開口部１０５ａを形成する。上述したように、層間絶縁膜１０５を感光性有機樹脂で形成した場合、開口部１０５ａ領域が開口するように露光現像してパターンを形成し、パターンを形成した後でアニールして膜を硬化させることで、開口部１０５ａを備えた層間絶縁膜１０５を形成することができる。
【００４５】
次に、図４（ｃ）に示すように、開口部１０５ａ内を含めて層間絶縁膜１０５上を覆うシード層１０６を形成する。シード層１０６は、例えばＴｉ／Ｃｕ／Ｔｉからなる金属膜であり、膜厚はＴｉ，Ｃｕとも０．１μｍ程度とすればよい。次に、図４（ｄ）に示すように、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の第１犠牲パターン３０１を形成する。第１犠牲パターン３０１は、例えば、感光性有機樹脂であるポリベンザオキサゾールからなる膜をフォトリソグラフィ技術で加工することで形成できる。
【００４６】
例えば、ポリベンサオキサゾールを塗布することで形成したポリイミド膜上に、フォトリソグラフィ技術により、ミラー電極パターンやミラー基板を接続するための接続部分及びワイヤボンディング用パッドを形成する部分などが開口するように、フォトマスクを使用したコンタクトアライナやレチクルを使用したステッパを用いて露光及び現像し、感光部を現像液に溶解し、所望の開口領域を備えた第１犠牲パターン３０１を形成できる。
【００４７】
次に、図４（ｅ）に示すように、第１犠牲パターン３０１の第１領域（支柱１２０の形成領域）、第２領域（制御電極部１４０の形成領域）、第３領域（センサ電極部１５１の形成領域）の各開口部に露出したシード層１０６上に、電解メッキ法によりＣｕからなる第１金属パターン１２１、第２金属パターン１４１、第３金属パターン１５１を第１犠牲パターン３０１と同じ厚さに形成する。このとき、金属パターン１２１，１４１，１５１と第１犠牲パターン３０１との表面が、ほぼ同一平面を形成するように平坦な状態にする。
【００４８】
次に、図４（ｆ）に示すように、前述と同様にして、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の第１犠牲パターン３０２を形成し、第１犠牲パターン３０２の開口部に露出した第１金属パターン１２１、第２金属パターン１４１上に、電解メッキ法によりＣｕからなる第１金属パターン１２２、第２金属パターン１４２を第１犠牲パターン３０２と同じ厚さに形成する。なお、ここでは第１犠牲パターン３０２の第３金属パターン１５１上部には開口部を形成せず、第１犠牲パターン３０２により第３金属パターン１５１を覆った状態としているが、これはあくまでも１例であり、第１犠牲パターン３０２に開口部を形成し、さらに金属パターンを形成してもよい。
【００４９】
次に、図５（ａ）に示すように、前述と同様にして、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の第１犠牲パターン４０１を形成し、第１犠牲パターン４０１の開口部に露出した第１金属パターン１２２、第２金属パターン１４２上に、電解メッキ法によりＣｕからなる第１金属パターン１２３、第２金属パターン１４３を第１犠牲パターン４０１と同じ厚さに形成する。
【００５０】
次に、図５（ｂ）に示すように、前述と同様にして、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の第１犠牲パターン４０２を形成し、第１犠牲パターン４０２の開口部に露出した第１金属パターン１２３、第２金属パターン１４３上に、電解メッキ法によりＣｕからなる第１金属パターン１２４、第２金属パターン１４４を第１犠牲パターン４０２と同じ厚さに形成する。
【００５１】
次に、図５（ｃ）に示すように、前述と同様にして、平坦部における膜厚が１７μｍ程度の第２犠牲パターン４０３を形成し、第２犠牲パターン４０３の第４領域（第１領域上の領域）の開口部に露出した第１金属パターン１２４上に、電解メッキ法によりＣｕからなる第４金属パターン１２５を第２犠牲パターン４０３と同じ厚さに形成する。なお、ここでは、第２犠牲パターン４０３の第２金属パターン１４４上部には、開口部を形成せず、第２犠牲パターン４０３により第２金属パターン１４４を覆った状態とする。
【００５２】
次に、図５（ｄ）に示すように、第４金属パターン１２５の表面を含む第２犠牲パターン４０３表面に、Ａｕ／Ｔｉからなる金属膜から構成されたシード層４０４を形成する。シード層４０４は、例えば、膜厚０．１μｍのＴｉ層と、この上に形成された膜厚０．１μｍのＡｕ層とから構成する。シード層４０４を形成したら、第４金属パターン１２５の上部が部分的に開口したレジストパターン（第２犠牲パターン）４０５を形成する。
【００５３】
次に、図５（ｅ）に示すように、レジストパターン４０５の開口部に露出したシード層４０４上に、電解メッキ法によりＡｕからなる膜厚１μｍ程度の金属膜（第４金属パターン）４０６を形成する。次いで、図６（ａ）に示すように、レジストパターン４０５を除去したら、金属膜４０６をマスクとしてウエットエッチング法によりシード層４０４をエッチング除去し、図６（ｂ）に示すように、金属パターン１２６が形成された状態とする。
【００５４】
次に、図６（ｃ）に示すように、例えばオゾンアッシャーを用いて灰化することで、犠牲パターン３０１，３０２，４０１，４０２，４０３を除去し、図６（ｃ）に示すように、金属パターン１２１，１２２，１２３，１２４，１２５及び金属パターン１２６からなる構造体と、金属パターン１４１，１４２，１４３，１４４からなる構造体と、金属パターン１５１からなる構造体とが形成され、これらの間に空間を備えた状態とする。
【００５５】
この後、金属パターン１２１，１４１，１５１などをマスクとし、ウエットエッチング法によりシード層１０６を選択的にエッチング除去することで、図６（ｄ）に示すように、支柱１２０と制御電極部１４０とセンサ電極部１５１とが形成された状態とする。この後、ミラー１３１が回動可能に連結部（トーションバネ１３２，１３４およびミラー枠体１３３）を介して設けられたミラー基板１３０を、支柱１２０上に接続固定することで、図１に示すように光スイッチ装置が形成される。ミラー基板１３０の支柱１２０への接続固定は、例えば、ハンダや異方性導電性接着剤により接着固定することで行えばよい。
【００５６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、最初にミラー駆動、ミラー回動角度検出及び制御のための能動回路１５０，１５２を下層電極基板１０１に形成しておき、この後、上述したように支柱１２０と制御電極部１４０とセンサ電極部１５１とを形成し、支柱１２０上にミラー基板１３０を接続して光スイッチ装置を製造するようにした。この結果、本実施の形態によれば、光スイッチ装置の小型化を可能とし、高い性能の光スイッチ装置を得ることができる。また、本実施の形態によれば、センサ電極部１５１の信号に基づいてセンサ回路１５２がミラー１３１の回動角度を検出し、この検出された回動角度に基づいて制御回路１５０がミラー１３１の回動動作を制御するようにしたので、ミラー１３１を高精度に制御することができる。
【００５７】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の他の形態について説明する。本実施の形態では、前述した実施の形態において、図４（ａ）〜図５（ｃ）を用いて説明した工程までは、同様である。従って、以降では、これらの説明は省略する。本実施の形態では、前述した実施の形態と同様にし、第２犠牲パターン４０３を形成し、第４金属パターン１２５を第２犠牲パターン４０３と同じ厚さに形成した後、図７（ａ）に示すように、第４金属パターン１２５の表面を含む第２犠牲パターン４０３表面に、Ａｕ／Ｔｉからなる金属膜から構成されたシード層４０４を形成する。シード層４０４は、例えば、膜厚０．１μｍのＴｉ層と、この上に形成された膜厚０．１μｍのＡｕ層とから構成する。
【００５８】
シード層４０４を形成した後、レジストパターン６０１を形成する。次いで、図７（ｂ）に示すように、レジストパターン６０１の形成領域以外に露出しているシード層４０４上に、電解メッキ法によりＡｕからなる膜厚１μｍの金属膜６０２を形成する。次に、レジストパターン６０１を除去した後、金属膜６０２をマスクとしてシード層４０４を選択的に除去し貫通孔を形成することで、図７（ｃ）に示すように、ミラー基板１３０とミラー１３１とが形成された状態とする。
【００５９】
なお、ミラー１３１は、トーションバネのように作用する連結部（トーションバネ１３２，１３４およびミラー枠体１３３）によりミラー基板１３０に固定されている。連結部は、ミラー基板１３０とミラー１３１との間のレジストパターン６０１により被覆されていなかった箇所の金属膜６０２とシード層４０４とから形成されたものである。
【００６０】
以上のようにしてミラー基板１３０及びミラー１３１を形成した後、ミラー基板１３０とミラー１３１との間の開口部（貫通孔）を介し、犠牲パターン３０１，３０２，４０１，４０２，４０３を、例えばオゾンアッシャーを用いて灰化する。この後、金属パターン１２１，１４１，１５１をマスクとしてシード層１０６を選択的に除去することで、図７（ｄ）に示すように、ミラー基板１３０及びミラー基板１３１の下に、支柱１２０と制御電極部１４０とセンサ電極部１５１とが形成された状態とする。ミラー１３１は、制御電極部１４０およびセンサ電極部１５１上に所定の間隔をあけて配置された状態となる。
【００６１】
以上説明したように、本実施の形態においても、最初にミラー駆動、ミラー回動角度検出及び制御のための能動回路１５０，１５２を下層電極基板１０１に形成しておき、この後、上述したように支柱１２０と制御電極部１４０とセンサ電極部１５１とを形成し、支柱１２０上にミラー基板１３０を接続して光スイッチ装置を製造するようにした。この結果、本実施の形態によれば、光スイッチ装置の小型化を可能とし、また、高い性能の光スイッチ装置を得ることができる。また、実施の形態１と同様に、センサ電極部１５１の信号に基づいてセンサ回路１５２がミラー１３１の回動角度を検出し、この検出された回動角度に基づいて制御回路１５０がミラー１３１の回動動作を制御するようにしたので、ミラー１３１を高精度に制御することができる。
【００６２】
さらに、本実施の形態では、貼り合わせることなくミラー基板１３０を形成するようにしたので、貼り合わせる工程が不要となり、この点で製造上の利点がある。なお応力による金属ミラーの反りを防ぐため，異なる応力特性を持つメッキ可能な金属を多層に積層して応力を制御したミラー１３１を作製することが可能なことは、当業者であれば容易に推察できよう。
【００６３】
＜実施の形態３＞
次に、本発明の他の形態について説明する。本実施の形態では、前述した実施の形態において、図４（ａ）〜図５（ｃ）を用いて説明した工程までは、同様である。従って、以降では、これらの説明は省略する。本実施の形態では、前述した実施の形態と同様にし、第２犠牲パターン４０３を形成し、第４金属パターン１２５を第２犠牲パターン４０３と同じ厚さに形成した後、図８（ａ）に示すように、第４金属パターン１２５の表面を含む第２犠牲パターン４０３表面に、比較的低温で薄膜堆積可能なＥＣＲＣＶＤ法を用いてポリシリコンからなる薄膜７０１を膜厚１μｍ形成する。
【００６４】
薄膜７０１を形成したら、図８（ｂ）に示すように、レジストパターン７０２を形成する。次いで、レジストパターン７０２の開口部より薄膜７０１を選択的にエッチング除去して貫通孔を形成し、レジストパターン７０２を除去することで、図８（ｃ）に示すように、ミラー基板７３０とミラー７３１とが形成された状態とする。
【００６５】
以上のようにしてミラー基板７３０及びミラー７３１を形成した後、ミラー基板７３０とミラー７３１との間の開口部（貫通孔）を介し、犠牲パターン３０１，３０２，４０１，４０２，４０３を、例えばオゾンアッシャーを用いて灰化する。この後、金属パターン１２１，１４１，１５１をマスクとしてシード層１０６を選択的に除去することで、図８（ｄ）に示すように、ミラー基板７３０及びミラー７３１の下に、支柱１２０と制御電極部１４０とセンサ電極部１５１とが形成された状態とする。ミラー７３１は、制御電極部１４０およびセンサ電極部１５１上に所定の間隔をあけて配置された状態となる。
【００６６】
なお、ミラー７３１は、トーションバネのように作用する連結部（トーションバネ１３２，１３４およびミラー枠体１３３）によりミラー基板７３０に固定されている。連結部は、ミラー基板７３０とミラー７３１との間のレジストパターン７０２の開口部下の箇所の薄膜７０１から形成されたものである。
【００６７】
以上説明したように、本実施の形態においても、最初にミラー駆動、ミラー回動角度検出及び制御のための能動回路１５０，１５２を下層電極基板１０１に形成しておき、この後、上述したように支柱１２０と制御電極部１４０とセンサ電極部１５１とを形成し、支柱１２０上にミラー基板７３０を接続して光スイッチ装置を製造するようにした。この結果、本実施の形態によれば、光スイッチ装置の小型化を可能とし、高い性能の光スイッチ装置を得ることができる。また、実施の形態１と同様に、センサ電極部１５１の信号に基づいてセンサ回路１５２がミラー７３１の回動角度を検出し、この検出された回動角度に基づいて制御回路１５０がミラー７３１の回動動作を制御するようにしたので、ミラー７３１を高精度に制御することができる。さらに、本実施の形態では、貼り合わせることなくミラー基板７３０を形成するようにしたので、貼り合わせる工程が不要となり、この点で製造上の利点がある。
【００６８】
なお、実施の形態１〜実施の形態３では、支柱１２０と制御電極部１４０とセンサ電極部１５１を銅メッキによって形成する例を示したが、これらは、金メッキなどメッキ可能な金属のメッキにより形成してもよい。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、半導体基板上に制御回路を形成し、この上に制御回路により動作が制御されるミラーからなるミラー素子を形成するようにした。この結果、本発明によれば、集積度の低下や歩留りの低下を抑制した状態で、従来より容易により微細な光スイッチ装置が製造できるというすぐれた効果が得られる。また、本発明によれば、ミラーの下部にセンサ電極部を形成して半導体基板上にセンサ回路を形成し、センサ電極部の信号に基づいてセンサ回路がミラーの回動角度を検出し、この検出された回動角度に基づいて制御回路がミラーの回動動作を制御するようにしたので、ミラーを高精度に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態における光スイッチ装置の概略的な構成を示す断面図である。
【図２】 本発明の第１の実施の形態における光スイッチ装置の概略的な構成を示す斜視図である。
【図３】 本発明の第１の実施の形態におけるミラー基板の平面図である。
【図４】 本発明の第１の実施の形態における光スイッチ装置の製造過程を示す工程図である。
【図５】 図４に続く、光スイッチ装置の製造過程を示す工程図である。
【図６】 図４に続く、光スイッチ装置の製造過程を示す工程図である。
【図７】 本発明の第２の実施の形態における光スイッチ装置の製造過程を部分的に示す工程図である。
【図８】 本発明の第３の実施の形態における光スイッチ装置の製造過程を部分的に示す工程図である。
【図９】 従来の光スイッチ装置の概略的な構成を示す側面図である。
【図１０】 従来の光スイッチ装置の製造過程を概略的に示す工程図である。
【符号の説明】
１０１…半導体基板、１２０…支柱、１３０…ミラー基板、１３１…ミラー、１３２、１３４…トーションバネ、１３３…ミラー枠体、１４０…制御電極部、１５０…制御回路、１５１…センサ電極部、１５２…センサ回路。
Claims (2)
- 半導体基板上に、センサ電極部の信号に基づいてミラーの回動角度を検出するセンサ回路、及び前記ミラーの回動角度に基づいて制御電極部に電圧を与えることにより前記ミラーの回動動作を制御する制御回路を形成する工程と、
前記半導体基板上に前記制御回路及び前記センサ回路を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上にシード層を形成する工程と、
前記シード層の上に第１領域と複数の第２領域と複数の第３領域とが開口した第１犠牲パターンを形成する工程と、
前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域に露出した前記シード層上に、メッキ法により前記第１犠牲パターンと実質的に同じ膜厚の第１金属パターン、この第１金属パターンと同膜厚以下の第２金属パターン及び第３金属パターンを形成する工程と、
前記第１金属パターン、前記第２金属パターン及び前記第３金属パターンをそれぞれ所定の膜厚に形成した後、前記第１犠牲パターン、前記第２金属パターン及び前記第３金属パターンの上に、前記第１領域上の第４領域が開口した第２犠牲パターンを形成する工程と、
前記第４領域に露出した前記第１金属パターンの表面に、メッキ法により前記第２犠牲パターンと実質的に同じ膜厚の第４金属パターンを形成する工程と、
前記第４金属パターンを所定の膜厚に形成した後、前記第１犠牲パターンと前記第２犠牲パターンを除去する工程と、
これら犠牲パターンを除去した後、前記第１金属パターン、前記第２金属パターン及び前記第３金属パターンをマスクとして前記シード層を選択的に除去し、前記第１金属パターンと前記第４金属パターンとの積層体からなる支持部材と、複数の前記第２金属パターンからなる各々が前記層間絶縁膜上で分離した複数の前記制御電極部と、複数の前記第３金属パターンからなる各々が前記層間絶縁膜上で分離した複数の前記センサ電極部とを形成する工程と、
複数の開口領域内に各々前記ミラーを備えてこのミラーが連結部を介して回動可能に連結された導電性材料からなるミラー基板を用意する工程と、
前記支持部材の上に前記ミラー基板を接続固定し、前記ミラー基板の各ミラーを前記制御電極部及び前記センサ電極部の上に離間して配置する工程とを備え、
前記制御電極部は、前記制御回路から信号供給が可能なように前記制御回路と電気的に接続された状態に形成され、
前記センサ電極部は、前記センサ回路へ信号出力が可能なように前記センサ回路と電気的に接続された状態に形成されることを特徴とする光スイッチ装置の製造方法。 - 半導体基板上に、センサ電極部の信号に基づいてミラーの回動角度を検出するセンサ回路、及び前記ミラーの回動角度に基づいて制御電極部に電圧を与えることにより前記ミラーの回動動作を制御する制御回路を形成する工程と、
前記半導体基板上に前記制御回路及び前記センサ回路を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上にシード層を形成する工程と、
前記シード層の上に第１領域と複数の第２領域と複数の第３領域とが開口した第１犠牲パターンを形成する工程と、
前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域に露出した前記シード層上に、メッキ法により前記第１犠牲パターンと実質的に同じ膜厚の第１金属パターン、この第１金属パターンと同膜厚以下の第２金属パターン及び第３金属パターンを形成する工程と、
前記第１金属パターン、前記第２金属パターン及び前記第３金属パターンをそれぞれ所定の膜厚に形成した後、前記第１犠牲パターン、前記第２金属パターン及び前記第３金属パターンの上に、前記第１領域上の第４領域が開口した第２犠牲パターンを形成する工程と、
前記第４領域に露出した前記第１金属パターンの表面に、メッキ法により前記第２犠牲 パターンと実質的に同じ膜厚の第４金属パターンを形成する工程と、
前記第４金属パターンを所定の膜厚に形成した後、この第４金属パターンに電気的に接続する導電性材料からなるミラー基板を前記第２犠牲パターン上に形成する工程と、
前記ミラー基板に貫通孔を形成し、前記ミラー基板の複数の所定領域内に前記ミラー基板に連結部を介して回動可能に連結された複数の前記ミラーを形成する工程と、
前記ミラー基板に形成された前記貫通孔を介して前記第１犠牲パターンと前記第２犠牲パターンを除去する工程と、
これら犠牲パターンを除去した後、前記貫通孔を介して前記第１金属パターン、前記第２金属パターン及び前記第３金属パターンをマスクとして前記シード層を選択的に除去し、前記第１金属パターンと前記第４金属パターンとの積層体からなる支持部材と、複数の前記第２金属パターンからなる各々が前記層間絶縁膜上で分離した複数の前記制御電極部と、複数の前記第３金属パターンからなる各々が前記層間絶縁膜上で分離した複数の前記センサ電極部とを形成する工程とを備え、
前記ミラー基板に形成された各ミラーは、前記制御電極部及び前記センサ電極部の上に離間して配置され、
前記制御電極部は、前記制御回路から信号供給が可能なように前記制御回路と電気的に接続された状態に形成され、
前記センサ電極部は、前記センサ回路へ信号出力が可能なように前記センサ回路と電気的に接続された状態に形成されることを特徴とする光スイッチ装置の製造方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002272897A JP3819820B2 (ja) | 2002-09-19 | 2002-09-19 | 光スイッチ装置の製造方法 |
| US10/664,258 US7208809B2 (en) | 2002-09-19 | 2003-09-17 | Semiconductor device having MEMS |
| DE60320494T DE60320494T2 (de) | 2002-09-19 | 2003-09-18 | MEMS enthaltende Halbleitereinheit |
| EP03090304A EP1400487B1 (en) | 2002-09-19 | 2003-09-18 | Semiconductor unit having MEMS |
| CNB031586473A CN100356566C (zh) | 2002-09-19 | 2003-09-19 | 具有微机电系统的半导体器件 |
| US11/330,951 US7482196B2 (en) | 2002-09-19 | 2006-01-11 | Method of manufacturing a semiconductor device having MEMS |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002272897A JP3819820B2 (ja) | 2002-09-19 | 2002-09-19 | 光スイッチ装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004109580A JP2004109580A (ja) | 2004-04-08 |
| JP3819820B2 true JP3819820B2 (ja) | 2006-09-13 |
Family
ID=32269800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002272897A Expired - Lifetime JP3819820B2 (ja) | 2002-09-19 | 2002-09-19 | 光スイッチ装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3819820B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006073111A1 (ja) | 2005-01-05 | 2006-07-13 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | ミラー装置、ミラーアレイ、光スイッチ、ミラー装置の製造方法及びミラー基板の製造方法 |
| JP5936941B2 (ja) * | 2012-07-13 | 2016-06-22 | 国立大学法人九州大学 | 回転型アクチュエータ |
| JP7295404B2 (ja) * | 2019-05-24 | 2023-06-21 | ミツミ電機株式会社 | 光走査装置 |
-
2002
- 2002-09-19 JP JP2002272897A patent/JP3819820B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004109580A (ja) | 2004-04-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100558319B1 (ko) | 광 스위치 장치 및 그의 제조방법 | |
| TWI254343B (en) | Electronic component, electronic component module and method of manufacturing the electronic component | |
| US5914801A (en) | Microelectromechanical devices including rotating plates and related methods | |
| EP1484281B1 (en) | MEMS device and method of forming MEMS device | |
| US6872319B2 (en) | Process for high yield fabrication of MEMS devices | |
| US20020071169A1 (en) | Micro-electro-mechanical-system (MEMS) mirror device | |
| US20020167072A1 (en) | Electrostatically actuated micro-electro-mechanical devices and method of manufacture | |
| JP2002334645A (ja) | Ｍｅｍｓリレイ及びその製造方法 | |
| WO2012088814A1 (zh) | 惯性微机电传感器及其制作方法 | |
| CA2752746C (en) | Mems device with integrated via and spacer | |
| US20020126455A1 (en) | Tiled microelectromechanical device modules and fabrication methods | |
| JP3819820B2 (ja) | 光スイッチ装置の製造方法 | |
| JP5139032B2 (ja) | 微細構造体及びその製造方法 | |
| JP3953849B2 (ja) | 光スイッチ装置及び光スイッチ装置の製造方法 | |
| JP3825388B2 (ja) | 光スイッチ装置 | |
| KR20210110173A (ko) | 마이크로 전자 기계 시스템 및 그 제조 방법 | |
| JP3537408B2 (ja) | 光スイッチングのためのマイクロアクチュエータ及びその製造方法 | |
| JP3836809B2 (ja) | マイクロマシンの製造方法 | |
| KR100404195B1 (ko) | 마이크로 미러 및 그 제조방법 | |
| JP3782388B2 (ja) | 光スイッチ装置 | |
| KR100451465B1 (ko) | 반도체 능동 미러와 그 제조방법 및 그를 이용한 조리개겸 셔터 | |
| KR100396664B1 (ko) | 마이크로 미러 및 그 제조방법 | |
| JP2004151627A (ja) | 光スイッチ装置 | |
| JP2024132089A (ja) | Ｍｅｍｓデバイスの製造方法、ｍｅｍｓデバイス、および電子機器 | |
| JP2002264095A (ja) | 絶縁体上シリコン及びポリシリコンウェーハの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040405 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060217 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060307 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060427 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060613 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060615 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 3819820 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090623 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100623 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100623 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110623 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120623 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130623 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140623 Year of fee payment: 8 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |