JP3871118B2 - マイクロデバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロデバイスの製造方法に係り、特に光スイッチに用いて好適なマイクロデバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細構造のパーツを集積して形成したマイクロデバイスは、例えば光スイッチ、ラブ・オン・チップ、マイクロ・クロマトグラフィ・デバイス、マイクロポンプ、パワーＭＥＭＳパーツ等として、各種分野での応用が期待されている。これらのマイクロデバイスのうち、例えば光スイッチは、光通信関連機器、分けても波長多重通信(Dense Wavelength Division Multiplexing：DWDM)関連機器への需要が高まっている。
【０００３】
ここで、光スイッチの構造は、機械式及び非可動式の２種類に大別できる。非可動式の光スイッチは、一般に導波路を用いており、伝送波長以下まで隣接ファイバーを近づけ、その間における光の浸み出しによって電磁エネルギが一方のファイバーから他方のファイバーへ移る結合器の特性を利用している。上記のような非可動式の光スイッチでは、スイッチ損失等を低く抑えることができるが、隣接ファイバー間のクロストークが大きくなる問題がある他、大規模化を図る場合には、Non-blocking構成を取る必要性から非常に多数のスイッチ・エレメントを並べる必要が生じ、サイズの肥大化を免れない。
【０００４】
一方、機械式の光スイッチは、上記した非可動式の光スイッチに比べてクロストーク低減、大規模化等の観点から有利である。この機械式の光スイッチとしては、光ファイバの位置を固定すると共にミラーが光路に対して移動することにより光路を切り換える可動ミラー切り換え式の光スイッチがある。
【０００５】
この可動ミラー切り換え式の光スイッチは、上記のようにミラーの出し入れにより光路を切り換える構成であるため、光路に対してミラーを移動させる必要がある。このため、光スイッチには、ミラーを移動させるための駆動機構が設けられている。この駆動機構は、ミラーが取り付けられる可動アームと、この可動アームを移動付勢する駆動手段を有している。
【０００６】
信頼性の高い光スイッチを実現するためには、ミラーを駆動する可動アームがミラーの移動方向には柔軟に可動し、ミラーの移動方向以外の方向には可動しないような構成とすることが重要となる。可動アームは、ポリシリコン（多結晶シリコン）膜と二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜とを積層した積層基板から形成することが行なわれていた。
【０００７】
具体的には、ポリシリコン膜と二酸化シリコン膜とが積層された基板を用意し、この基板の二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜を所定のパターンでエッチング除去することにより可動アームを形成する。従って、従来の光スイッチでは、可動アームはポリリシコンにより形成されていた。尚、このように、複数の積層膜を微細加工する技術を“サーフェイスマイクロマシニング”という。
【０００８】
このサーフェイスマイクロマシニング技術を用いて光スイッチを実現したものとして、例えば特開２０００−２５８７０２号公報に開示されたものがある。この公報に開示された光スイッチは、光路切り換え用のミラーを駆動する支持体（可動アーム）をポリシリコンにより形成した構成とされていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に開示されているように、従来の光スイッチではミラーを駆動する可動アーム（支持体）をポリシリコンにより形成した構成とされていた。このポリシリコン膜は通常ＣＶＤ（気相成長）法により成膜される堆積膜である。
【００１０】
このようにポリシリコンの堆積膜として構成される可動アーム（支持体）は、単結晶シリコンのバルクに比し、
(1) ヤング率が低く、塑性変形が起こりやすい
(2) 結晶粒界の影響で応力による割れや歪みが起こりやすい
(3) ＣＶＤ時の残留応力が可動アーム等の形成に悪影響を及ぼす
等の問題点がある。
【００１１】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、高い信頼性及び駆動特性を実現できるマイクロデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００２５】
請求項１記載の発明は、
機能素子が設けられると共に変位して該機能素子を移動させる変位部と、該変位部を支持する支持部とを有してなるマイクロデバイスの製造方法において、
前記変位部となる第１のバルク層と、前記支持部となる第２のバルク層と、該第１のバルク層と第２のバルク層との間に設けられた中間層とを具備する基板を形成する工程と、
前記中間層をエッチストップ材として前記第２のバルク層をバルクマイクロマシニングにより加工する工程と、
前記中間層を加工する工程とを有し、
前記第２のバルク層の加工と前記中間層の加工により前記支持部を形成する際、前記第２のバルク層と前記中間層とからなる前記機能素子を形成することを特徴とするものである。
【００２６】
上記発明によれば、中間層をエッチストップ材として、第２のバルク層をバルクマイクロマシニング加工するため、中間層以上に第２のバルク層が加工されることを防止することができる。これにより、変位部を精度良く形成することができると共に、バルクマイクロマシニング加工が第１のバルク層に及ぶことを防止できる。よって、変位部及び支持部を高精度に形成することが可能となる。
【００２７】
また、請求項２記載の発明は、
請求項１記載のマイクロデバイスの製造方法において、
前記バルクマイクロマシニングとして、反応性イオンエッチングを用いたことを特徴とするものである。
【００２８】
上記発明によれば、バルクマイクロマシニングとして反応性イオンエッチングを用いたことにより、第２のバルク層にその加工表面に対して略垂直な側壁を有する溝加工ができるため、変位部を精度良く形成することができ、よって機能素子を高精度に移動させることが可能となる。
【００２９】
また、請求項３記載の発明は、
請求項１または２記載のマイクロデバイスの製造方法において、
前記第１のバルク層及び前記第２のバルク層を単結晶シリコンとし、前記中間層をシリコン酸化物としたことを特徴とするものである。
【００３０】
また、請求項４記載の発明は、
請求項３記載のマイクロデバイスの製造方法において、
前記基板はＳＯＩ(Silicon OnInsulator)基板であることを特徴とするものである。
【００３１】
上記の請求項３及び４記載の発明によれば、ＳＯＩ技術を利用して基板を形成することが可能となる。
【００３３】
上記発明によれば、支持部の形成と機能素子の形成を同時に行なえるため、加工時間の短縮を図ることができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【００３５】
図１乃至図３は、本発明の一実施例であるマイクロデバイスを示している。本実施例では、マイクロデバイスとして光スイッチ１０を用いた例について説明するが、本発明の適用はこれに限定されものではなく、マイクロポンプ，スキャナー，ディジタルミラーデバイス，圧力センサ，加速度センサ，ジャイロ等の種々のマイクロデバイスに適用できるものである。
【００３６】
光スイッチ１０は可動ミラー切り換え式の光スイッチであり、例えばDWDM関連機器内に配設されて信号光の光路の切り換え処理を行なうものである。この光スイッチ１０は、大略すると変位部１１、基台部１２、及び支持フレーム１４等により構成されている。
【００３７】
変位部１１は単結晶シリコンのバルクよりなり、ステージ１３，アーム部１５，枠部１６，及びミラー２１等により構成されている。この変位部１１を構成するステージ１３，アーム部１５，枠部１６，及びミラー２１は、バルクマイクロマシニング技術を用いて一体的に形成された構成とされている。ここで、バルクマイクロマシニング技術とは、単結晶基板そのものに微細構造体を形成する加工技術をいい、前記したサーフェイスマイクロマシニングと相反する加工技術である（「半導体用語大辞典」：株式会社日刊工業新聞社、1999年3月20日発行、871頁右欄参照）。
【００３８】
ステージ１３は、図３に示すように矩形状の板状部であり、その中央にミラー２１（請求項記載の機能素子に相当する）が立設した構成とされている。ミラー２１は、その表面が鏡面処理されている。また、このミラー２１は、後述する支持フレーム１４に形成されるファイバー装着溝１８Ａ，１８Ｂを結ぶ線に対して４５°傾けられた構成とされている。
【００３９】
尚、上記のように本実施例では、ミラー２１はステージ１３と一体的な構成とされているが、ミラー２１をステージ１３と別個の構成とすることも可能である。この場合、ミラーはステージにも、例えば接着により固定することが考えられる。
【００４０】
アーム部１５は、ステージ１３の外周から４本延出するよう形成されている。このアーム部１５は、そのステージ１３側と反対側の端部が枠部１６に接続されている。従って、ステージ１３はアーム部１５を介して枠部１６に支持された構成とされている。
【００４１】
また、各アーム部１５は板バネ形状を有しているため、図中上下方向（図中矢印Ｚ１，Ｚ２方向）に対しては容易に変形する。しかしながら、アーム部１５は、図３に矢印Ａで示す回転方向（ステージ１３が面方向に回転する方向）、及び図３に矢印Ｂで示す回転方向（各アーム部15を捩じる方向）については強い剛性を示す。従って、アーム部１５に支持されたステージ１３は、図中矢印Ｚ１，Ｚ２で示す上下方向に対しては容易に移動するが、他の方向には容易に移動しない構成となる。
【００４２】
枠部１６は、枠状形状を有している。この枠部１６の平面視した時の形状は、同じく枠形状を有した支持フレーム１４と同一形状となるよう構成されている。即ち、枠部１６と支持フレーム１４は重なり合った構成となっている。また、枠部１６は、後に詳述するように中間層３３（二酸化シリコンよりなる）を介して支持フレーム１４と接合されている。これにより変位部１１は、支持フレーム１４に支持された構成となっている。
【００４３】
支持フレーム１４（請求項に記載の支持部に相当する）は、単結晶シリコンのバルクにより構成されている。この支持フレーム１４は、前記のように変位部１１を支持する機能を奏すると共に、光ファイバー１７Ａ〜１７Ｃを所定位置に固定する機能を奏するものである。このため、支持フレーム１４は、光ファイバー１７Ａ〜１７Ｃを固定するためのファイバー装着溝１８Ａ〜１８Ｃを形成した構成とされている。
【００４４】
ファイバー装着溝１８Ａとファイバー装着溝１８Ｂは、直線状に対向した位置に配設されている。また、ファイバー装着溝１８Ｃは、ファイバー装着溝１８Ａとファイバー装着溝１８Ｂとを結ぶ直線（図中、矢印Ｃで示す一点鎖線）に対して直交し、かつミラー２１の中心点（図中、矢印Ｏで示す）を通る直線（図中、矢印Ｄで示す一点鎖線）に沿うよう形成されている。
【００４５】
次に、基台部１２について説明する。基台部１２は、ガラス基板にキャビティ部１９を形成した構成とされている。このキャビティ部１９は、ガラス基板を弗酸（ＨＦ）と弗化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）とを混合したエッチング液を用いてエッチングすることにより、容易に形成することができる。
【００４６】
また、このキャビティ部１９内において、ステージ１３と対向する位置には駆動電極２０が形成されている。この駆動電極２０と変位部１１との間には、図示しない電圧印加装置が接続されている。そして、この電圧印加装置により駆動電極２０と変位部１１との間に所定の駆動電圧を印加することにより、ステージ１３は駆動電極２０に静電的に吸着される。
【００４７】
これにより、図２に示すようにステージ１３は図中矢印Ｚ１方向に変位し、これに伴いミラー２１も矢印Ｚ１方向に移動する。この際、本実施例では変位部１１を駆動するための駆動電極２０が、基台部１２のステージ１３と対向する位置に設けられているため、駆動電極２０のコンパクト化，小型化を図ることができる。
【００４８】
図１に示す変位部１１が変位していない状態では、ミラー２１は上昇した位置にある。この状態では、光ファイバー１７Ａから発射された光（図１及び図２に矢印Ａで示す）はミラー２１に入射し、このミラー２１で９０°光路を変更されて光ファイバー１７Ｃに入射する。
【００４９】
これに対し、上記のように駆動電圧を印加することにより変位部１１のステージ１３が矢印Ｚ１方向に変位すると、光ファイバー１７Ａから発射された光Ａはミラー２１に入射することなく、光ファイバー１７Ｂに入射する。アーム部１５の変形可能量、キャビティ部１９の深さ、及び駆動電圧の大きさは、ステージ１３が矢印Ｚ１方向に変位した際、ミラー２１が光ファイバー１７Ａから光ファイバー１７Ｂに至る光Ａの光路よりも下部の位置となるよう構成されている。
【００５０】
よって、光スイッチ１０は、駆動電圧をＯＮ／ＯＦＦすることにより、光ファイバー１７Ａから出射される光Ａの光路を、光ファイバー１７Ｂに入射する光路と、光ファイバー１７Ｃに入射する光路とに選択的に切り換えることができる。この際、本実施例ではミラー２１をステージ１３に対して垂立した構成としている。
【００５１】
このように、ミラー２１をステージ１３に対して垂立させることにより、光Ａをミラー２１の変位方向（Ｚ１，Ｚ２方向）と直交する方向（即ち、ステージ１３と平行な方向）から入射することが可能となる。よって、スイッチィングする光Ａをミラーの変位方向と平行な方向（Ｚ１，Ｚ２方向）から入射させる構成に比べ、光スイッチ１０の構成を簡単化することができる。
【００５２】
即ち、スイッチィングする光Ａをミラーの変位方向と平行な方向（Ｚ１，Ｚ２方向）から入射させる構成とは、本実施例におけるステージ１３自体をミラーとするような構成である。この構成では、光ファイバーをステージと対向するよう取り付ける必要があり、取り付け構造が面倒である。また、ミラーの移動のさせ方も、本実施例と比べて困難となる。
【００５３】
上記したように、光Ａの光路を切り換える場合、変位部１１のステージ１３及びアーム部１５が図中矢印Ｚ１，Ｚ２方向に変位を行なう。このステージ１３及びアーム部１５の変位は、光路切り換え処理（スイッチング処理）を頻繁に行なうほど、激しく行なわれることとなる。
【００５４】
ここで、本実施例における変位部１１の材質に注目する。本実施例では、バルクマイクロマシニング技術を用いて単結晶シリコンのバルクを加工し、これにより変位部１１を形成した構成とされている。即ち、変位部１１は、単結晶シリコンのバルクにより形成されている。
【００５５】
このように、変位部１１を単結晶シリコンのバルクにより構成したことにより、光スイッチ１０の信頼性を向上することができる。即ち、単結晶シリコンのバルクは、サーフェイスマイクロマシニング技術を用いてシリコン薄膜を積層したポリシリコン（従来の構成）に比べて機械的強度が強い。
【００５６】
具体的には、単結晶シリコンのバルクは、ポリシリコンに比べてヤング率が高く塑性変形が生じ難く、また結晶粒界の影響による応力で割れや歪みが生じるようなこともない。更に、ポリシリコンと異なりＣＶＤ等のサーフェイスマイクロマシニング処理（成膜処理等）を行なわないため、残留応力が変位部１１に悪影響を及ぼすようなこともない。
【００５７】
このため、変位部１１を単結晶シリコンのバルクとすることにより、光Ａの切り換え処理により変位部１１（特に、ステージ１３及びアーム部１５）に塑性変形や歪が発生することを防止でき、よって光スイッチ１０の信頼性を向上することができる。
【００５８】
また、バルクマイクロマシニング技術は、一般にサーフェイスマイクロマシニング技術に比べて設備及び加工が簡単で、加工コストも安価である。このため、変位部１１を単結晶シリコンのバルクとし、バルクマイクロマシニング技術で加工することにより、光スイッチ１０を容易かつ安価に製造することが可能となる。
【００５９】
続いて、図４を参照して、上記構成とされた光スイッチ１０の製造方法について説明する。尚、図４において、図１乃至図３に示した構成と対向する構成については同一符号を付してその説明を省略する。
【００６０】
図４（Ａ）は、光スイッチ１０を製造する基材となるＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板３０を示している。このＳＯＩ基板３０は、第１のバルク層３１，中間層３３，第２のバルク層３２が積層された構成とされている。第１のバルク層３１及び第２のバルク層３２は単結晶シリコン（Ｓｉ）のバルクであり、中間層３３は二酸化シリコン（ＳｉＯ２）である。
【００６１】
このＳＯＩ基板３０は、周知のＳＯＩ技術を用いて形成される。具体的には、ＳＯＩ基板３０はＳＩＭＯＸ(Silicon IMplanted OXide)法、或いは貼り合わせ法を用いて形成することができる。ＳＩＭＯＸ法とは、シリコン基板（Ｓｉ）に酸素（Ｏ ２ ）をイオン注入し、その後に熱処理を行なうことによりシリコンと結合させ、基板表面より内部位置にシリコンの酸化膜（ＳｉＯ２）を形成することによりＳＯＩ基板３０を製造する方法である。
また、貼り合わせ法は、表面に酸化膜を形成した第１のシリコン基板と、これとは別個の第２のシリコン基板を高熱・高圧力で接着し、その後に第２のシリコン基板を所定の厚さまで研削することにより、ＳＯＩ基板３０を製造する方法である。尚、ＳＯＩ基板３０の上面（第２のバルク層３２の上面）には、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）よりなる表面保護層３４が形成されている。
【００６２】
上記構成とされたＳＯＩ基板３０には、図４（Ｂ）に示すように、先ず第１のフォトレジスト３５が塗布される。この第１のフォトレジスト３５は、第２のバルク層３２に形成された表面保護層３４上に、例えばスピナーを用いて塗布される。この第１のフォトレジスト３５は、ポジ型，ネガ型のいずれであってもよい。
【００６３】
続いて、この第１のフォトレジスト３５には露光・現像処理が行なわれ、支持フレーム１４及びミラー２１となる部位の上部を残し、他の部分の第１のフォトレジスト３５が除去される。図４（Ｃ）は、第１のフォトレジスト３５の不要部分が除去された状態を示している。同図に示すように、第１のフォトレジスト３５が除去された部分は、第２のバルク層３２が露出した状態となっている。
【００６４】
上記のように第１のフォトレジスト３５のパターニングが終了すると、続いてＳＯＩ基板３０に対してバルクマイクロマシニングが行なわれる。本実施例では、バルクマイクロマシニングとして、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ:Reactive Ion Etching）を用いている。ＳＯＩ基板３０は反応性イオンエッチングを行なうエッチング装置に装着され、第１のフォトレジスト３５をマスクとして第２のバルク層３２に対し反応性イオンエッチングが実施される。
【００６５】
本実施例では、ＳＦ６ガスを用いた反応性イオンエッチングを用いている。この反応性イオンエッチングは、シリコン（Ｓｉ）と二酸化シリコン（ＳｉＯ２）との間に高いエッチレートの選択比を持つことを大きな特徴の一つとしている。
【００６６】
このエッチレートの選択比は、条件によって異なるが、Ｓｉ：ＳｉＯ２=（100〜300）：１である。また、ガス交換を行なう反応性イオンエッチングでは、側壁保護とエッチングのプロセスを交互に繰り返すことで、加工表面に対して略垂直な側壁を持つ穴（本実施例における深堀加工部３７）を深掘り加工することができる。
【００６７】
図４（Ｄ）は、反応性イオンエッチングにより第２のバルク層３２に深堀加工部３７を形成している過程を示している。前記ように反応性イオンエッチングでは、加工表面に対して略垂直な側壁を持つ穴を形成することができるが、ある程度の面積をある程度の深さ以上掘りこむ際、底面の平坦性を数μｍ内に保つことは難しい。このため、図４（Ｄ）に示すように加工途中においては、深堀加工部３７の底面には厚みムラ３６が形成される。
尚、この厚みムラ３６の厚さは、第２のバルク層３２の厚さや深堀加工部３７の大きさ等により異なるが、矩形状とされた深堀加工部３７の一辺長が500μｍ程度である場合、厚みムラ３６の厚さは約20〜30μｍとなる。
【００６８】
いま、仮に中間層３３が存在しない構成（第１のバルク層３１と第２のバルク層３２が一体化した構成）を想定した場合、深堀加工部３７の深さを制御するには時間制御を行なうしかなく、その精度は低下してしまう。また、深堀加工部３７の底部には、上記した厚みムラ３６が発生したままの状態となる。
【００６９】
この深堀加工部３７の深さ制御は、変位部１１の厚さの制御と等価である。よって、中間層３３が存在しない構成では、変位部１１の厚さにバラツキが発生し、変位部１１の動作が不安定となり、ミラー２１を応答性よく移動させることができなくなる。
【００７０】
これに対して本実施例では、反応性イオンエッチングのエッチング速度が、シリコン（Ｓｉ）に対して極めて遅い二酸化シリコン（ＳｉＯ２）よりなる中間層３３を第１のバルク層３１と第２のバルク層３２との間に設けている。このため、第２のバルク層３２に対する反応性イオンエッチングは、この中間層３３が露出するまで行なわれ、また中間層３３が露出した後は第１のバルク層３１までエッチングが及ぶのを防止する。
【００７１】
即ち、第２のバルク層３２に対してエッチング処理を行なう際、中間層３３は第２のバルク層３２に対するエッチング量を規制するエッチストップ材として機能する。よって、中間層３３を設けることにより、図４（Ｅ）に示すように、反応性イオンエッチングにより深堀加工部３７の底部に発生する厚みムラ３６を完全に除去することができる。
【００７２】
また、エッチストップ材として機能する中間層３３以上に反応性イオンエッチングが進まないため、第１のバルク層３１がエッチングされることはない。よって、図４（Ｅ）に示すように、中間層３３をエッチストップ材とした反応性イオンエッチングを実施することにより、支持フレーム１４及びミラー２１を高精度に形成することができる。また、本実施例では、反応性イオンエッチングを用いて支持フレーム１４とミラー２１を同時形成しているため、支持フレーム１４とミラー２１を別個に形成する方法に比べ、加工時間の短縮が図られている。
【００７３】
上記のように支持フレーム１４及びミラー２１が形成されると、中間層３３の除去処理を実施する。これにより、図４（Ｆ）に示すように深堀加工部３７の底部は、第１のバルク層３１が露出した状態となる。また、この中間層３３の除去が終了すると、第１のフォトレジスト３５が除去される。
【００７４】
第１のフォトレジスト３５が除去されると、続いて第１のバルク層３１の支持フレーム１４及びミラー２１の配設側と反対側の面に第２のフォトレジスト３８が塗布される。この第２のフォトレジスト３８は、例えばスピナーを用いて塗布される。図４（Ｇ）は、第２のフォトレジスト３８が塗布された状態を示している。尚、この第２のフォトレジスト３８もポジ型，ネガ型のいずれであってもよい。
【００７５】
続いて、この第２のフォトレジスト３８には露光・現像処理が行なわれ、アーム部１５となる部位及びステージ１３となる部分を残し、他の部分における第２のフォトレジスト３８が除去される。図４（Ｈ）は、第２のフォトレジスト３８の不要部分が除去された状態を示している。同図に示すように、第２のフォトレジスト３８が除去された部分は、第１のバルク層３１が露出した状態となっている。
【００７６】
上記のように第２のフォトレジスト３８のパターニングが終了すると、続いて第１のバルク層３１に対してバルクマイクロマシニングが行なわれる。本実施例では、第１のバルク層３１に対するバルクマイクロマシニングとしても、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いている。これにより、図４（Ｉ）に示すように、ステージ１３及びアーム部１５を除いて第１のバルク層３１はエッチング除去される。
【００７７】
この際、反応性イオンエッチングを用いることにより、前記したと同様の理由により、アーム部１５の側面は略垂直な面となっている。よって、アーム部１５を寸法精度良く形成することができ、ミラー２１を高精度に、また安定して移動させることができる。
【００７８】
続いて、第２のフォトレジスト３８及び表面保護層３４の除去処理が実施され、以上の工程を経ることにより変位部１１が製造される。図４（Ｊ）は、上記製造工程を経ることにより製造された変位部１１を示している。このようにして製造された変位部１１は、予めキャビティ部１９及び駆動電極２０が形成された基台部１２に接合され、これにより図１乃至図３に示す光スイッチ１０が完成する。尚、基台部１２の製造方法は周知であるため、その説明は省略する。
【００７９】
上記したように、本実施例による光スイッチ１０（変位部１１）の製造方法では、変位部１１となる第１のバルク層３１を単結晶シリコンのバルクにより形成し、これにより変位部１１の機械的強度を向上させる構成とした。また、単結晶シリコンのバルクによりなる第２のバルク層３２に対してバルクマイクロマシニング（反応性イオンエッチング）を実施する際、第２のバルク層３２と共に第１のバルク層３１が加工（エッチング）されないよう、エッチストップ材として機能する中間層３３を各バルク層３１，３２の間に介装した構成とした。
【００８０】
しかしながら、第１のバルク層３１と第２のバルク層３２は必ずしも単結晶シリコンのバルクとする必要はない。ミラー２１を駆動するのに足る十分な機械的強度を実現でき、かつ駆動手段（例えば、ステージ１３を静電吸引する電極等）により駆動可能な構成であれば、樹脂、金属、その他の材料を用いることも可能である。
【００８１】
また、第１のバルク層３１と第２のバルク層３２は必ずしも同一材料とする必要はなく、異なる材料とすることも可能である。この場合、第１のバルク層３１の材質を、第２のバルク層３２をエッチングする際にエッチストップ材として機能する材料とすることにより、中間層３３を除去することも可能となる。
【００８２】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、次に述べる種々の効果を実現することができる。
【００８９】
請求項１記載の発明によれば、エッチストップ材として機能する中間層以上に第２のバルク層が加工されることはないため、変位部及び支持部の形成精度を向上させることができる。また、支持部の形成と機能素子の形成を同時に行なえるため、加工時間の短縮を図ることができる。
【００９０】
また、請求項２記載の発明によれば、反応性イオンエッチングを用いて第２のバルク層に略垂直な側壁を有する溝加工ができるため、変位部を精度良く形成することができ、よって機能素子を高精度に移動させることが可能となる。
【００９１】
また、請求項３及び４記載の発明によれば、ＳＯＩ技術を利用して基板を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である光スイッチを示す断面図であり、ミラーが上昇した状態を示す図である。
【図２】本発明の一実施例である光スイッチを示す断面図であり、ミラーが下降した状態を示す図である。
【図３】本発明の一実施例である光スイッチを示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施例である光スイッチの製造方法を製造手順に沿って示す図である。
【符号の説明】
１０ 光スイッチ
１１ 駆動部
１２ 基台部
１３ ステージ
１４ 支持フレーム
１５ アーム部
１６ 枠部
１７ 光ファイバー
１８Ａ〜１８Ｃ ファイバー装着溝
１９ キャビティ部
２０ 駆動電極
２１ ミラー
３０ ＳＯＩ基板
３１ 第１のバルク層
３２ 第２のバルク層
３３ 中間層
３４ 表面保護層
３５ 第１のフォトレジスト
３６ 厚みムラ
３７ 深堀加工部
３８ 第２のフォトレジスト
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロデバイスの製造方法に係り、特に光スイッチに用いて好適なマイクロデバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細構造のパーツを集積して形成したマイクロデバイスは、例えば光スイッチ、ラブ・オン・チップ、マイクロ・クロマトグラフィ・デバイス、マイクロポンプ、パワーＭＥＭＳパーツ等として、各種分野での応用が期待されている。これらのマイクロデバイスのうち、例えば光スイッチは、光通信関連機器、分けても波長多重通信(Dense Wavelength Division Multiplexing：DWDM)関連機器への需要が高まっている。
【０００３】
ここで、光スイッチの構造は、機械式及び非可動式の２種類に大別できる。非可動式の光スイッチは、一般に導波路を用いており、伝送波長以下まで隣接ファイバーを近づけ、その間における光の浸み出しによって電磁エネルギが一方のファイバーから他方のファイバーへ移る結合器の特性を利用している。上記のような非可動式の光スイッチでは、スイッチ損失等を低く抑えることができるが、隣接ファイバー間のクロストークが大きくなる問題がある他、大規模化を図る場合には、Non-blocking構成を取る必要性から非常に多数のスイッチ・エレメントを並べる必要が生じ、サイズの肥大化を免れない。
【０００４】
一方、機械式の光スイッチは、上記した非可動式の光スイッチに比べてクロストーク低減、大規模化等の観点から有利である。この機械式の光スイッチとしては、光ファイバの位置を固定すると共にミラーが光路に対して移動することにより光路を切り換える可動ミラー切り換え式の光スイッチがある。
【０００５】
この可動ミラー切り換え式の光スイッチは、上記のようにミラーの出し入れにより光路を切り換える構成であるため、光路に対してミラーを移動させる必要がある。このため、光スイッチには、ミラーを移動させるための駆動機構が設けられている。この駆動機構は、ミラーが取り付けられる可動アームと、この可動アームを移動付勢する駆動手段を有している。
【０００６】
信頼性の高い光スイッチを実現するためには、ミラーを駆動する可動アームがミラーの移動方向には柔軟に可動し、ミラーの移動方向以外の方向には可動しないような構成とすることが重要となる。可動アームは、ポリシリコン（多結晶シリコン）膜と二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜とを積層した積層基板から形成することが行なわれていた。
【０００７】
具体的には、ポリシリコン膜と二酸化シリコン膜とが積層された基板を用意し、この基板の二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜を所定のパターンでエッチング除去することにより可動アームを形成する。従って、従来の光スイッチでは、可動アームはポリリシコンにより形成されていた。尚、このように、複数の積層膜を微細加工する技術を“サーフェイスマイクロマシニング”という。
【０００８】
このサーフェイスマイクロマシニング技術を用いて光スイッチを実現したものとして、例えば特開２０００−２５８７０２号公報に開示されたものがある。この公報に開示された光スイッチは、光路切り換え用のミラーを駆動する支持体（可動アーム）をポリシリコンにより形成した構成とされていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に開示されているように、従来の光スイッチではミラーを駆動する可動アーム（支持体）をポリシリコンにより形成した構成とされていた。このポリシリコン膜は通常ＣＶＤ（気相成長）法により成膜される堆積膜である。
【００１０】
このようにポリシリコンの堆積膜として構成される可動アーム（支持体）は、単結晶シリコンのバルクに比し、
(1) ヤング率が低く、塑性変形が起こりやすい
(2) 結晶粒界の影響で応力による割れや歪みが起こりやすい
(3) ＣＶＤ時の残留応力が可動アーム等の形成に悪影響を及ぼす
等の問題点がある。
【００１１】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、高い信頼性及び駆動特性を実現できるマイクロデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００２５】
請求項１記載の発明は、
機能素子が設けられると共に変位して該機能素子を移動させる変位部と、該変位部を支持する支持部とを有してなるマイクロデバイスの製造方法において、
前記変位部となる第１のバルク層と、前記支持部となる第２のバルク層と、該第１のバルク層と第２のバルク層との間に設けられた中間層とを具備する基板を形成する工程と、
前記中間層をエッチストップ材として前記第２のバルク層をバルクマイクロマシニングにより加工する工程と、
前記中間層を加工する工程とを有し、
前記第２のバルク層の加工と前記中間層の加工により前記支持部を形成する際、前記第２のバルク層と前記中間層とからなる前記機能素子を形成することを特徴とするものである。
【００２６】
上記発明によれば、中間層をエッチストップ材として、第２のバルク層をバルクマイクロマシニング加工するため、中間層以上に第２のバルク層が加工されることを防止することができる。これにより、変位部を精度良く形成することができると共に、バルクマイクロマシニング加工が第１のバルク層に及ぶことを防止できる。よって、変位部及び支持部を高精度に形成することが可能となる。
【００２７】
また、請求項２記載の発明は、
請求項１記載のマイクロデバイスの製造方法において、
前記バルクマイクロマシニングとして、反応性イオンエッチングを用いたことを特徴とするものである。
【００２８】
上記発明によれば、バルクマイクロマシニングとして反応性イオンエッチングを用いたことにより、第２のバルク層にその加工表面に対して略垂直な側壁を有する溝加工ができるため、変位部を精度良く形成することができ、よって機能素子を高精度に移動させることが可能となる。
【００２９】
また、請求項３記載の発明は、
請求項１または２記載のマイクロデバイスの製造方法において、
前記第１のバルク層及び前記第２のバルク層を単結晶シリコンとし、前記中間層をシリコン酸化物としたことを特徴とするものである。
【００３０】
また、請求項４記載の発明は、
請求項３記載のマイクロデバイスの製造方法において、
前記基板はＳＯＩ(Silicon OnInsulator)基板であることを特徴とするものである。
【００３１】
上記の請求項３及び４記載の発明によれば、ＳＯＩ技術を利用して基板を形成することが可能となる。
【００３３】
上記発明によれば、支持部の形成と機能素子の形成を同時に行なえるため、加工時間の短縮を図ることができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【００３５】
図１乃至図３は、本発明の一実施例であるマイクロデバイスを示している。本実施例では、マイクロデバイスとして光スイッチ１０を用いた例について説明するが、本発明の適用はこれに限定されものではなく、マイクロポンプ，スキャナー，ディジタルミラーデバイス，圧力センサ，加速度センサ，ジャイロ等の種々のマイクロデバイスに適用できるものである。
【００３６】
光スイッチ１０は可動ミラー切り換え式の光スイッチであり、例えばDWDM関連機器内に配設されて信号光の光路の切り換え処理を行なうものである。この光スイッチ１０は、大略すると変位部１１、基台部１２、及び支持フレーム１４等により構成されている。
【００３７】
変位部１１は単結晶シリコンのバルクよりなり、ステージ１３，アーム部１５，枠部１６，及びミラー２１等により構成されている。この変位部１１を構成するステージ１３，アーム部１５，枠部１６，及びミラー２１は、バルクマイクロマシニング技術を用いて一体的に形成された構成とされている。ここで、バルクマイクロマシニング技術とは、単結晶基板そのものに微細構造体を形成する加工技術をいい、前記したサーフェイスマイクロマシニングと相反する加工技術である（「半導体用語大辞典」：株式会社日刊工業新聞社、1999年3月20日発行、871頁右欄参照）。
【００３８】
ステージ１３は、図３に示すように矩形状の板状部であり、その中央にミラー２１（請求項記載の機能素子に相当する）が立設した構成とされている。ミラー２１は、その表面が鏡面処理されている。また、このミラー２１は、後述する支持フレーム１４に形成されるファイバー装着溝１８Ａ，１８Ｂを結ぶ線に対して４５°傾けられた構成とされている。
【００３９】
尚、上記のように本実施例では、ミラー２１はステージ１３と一体的な構成とされているが、ミラー２１をステージ１３と別個の構成とすることも可能である。この場合、ミラーはステージにも、例えば接着により固定することが考えられる。
【００４０】
アーム部１５は、ステージ１３の外周から４本延出するよう形成されている。このアーム部１５は、そのステージ１３側と反対側の端部が枠部１６に接続されている。従って、ステージ１３はアーム部１５を介して枠部１６に支持された構成とされている。
【００４１】
また、各アーム部１５は板バネ形状を有しているため、図中上下方向（図中矢印Ｚ１，Ｚ２方向）に対しては容易に変形する。しかしながら、アーム部１５は、図３に矢印Ａで示す回転方向（ステージ１３が面方向に回転する方向）、及び図３に矢印Ｂで示す回転方向（各アーム部15を捩じる方向）については強い剛性を示す。従って、アーム部１５に支持されたステージ１３は、図中矢印Ｚ１，Ｚ２で示す上下方向に対しては容易に移動するが、他の方向には容易に移動しない構成となる。
【００４２】
枠部１６は、枠状形状を有している。この枠部１６の平面視した時の形状は、同じく枠形状を有した支持フレーム１４と同一形状となるよう構成されている。即ち、枠部１６と支持フレーム１４は重なり合った構成となっている。また、枠部１６は、後に詳述するように中間層３３（二酸化シリコンよりなる）を介して支持フレーム１４と接合されている。これにより変位部１１は、支持フレーム１４に支持された構成となっている。
【００４３】
支持フレーム１４（請求項に記載の支持部に相当する）は、単結晶シリコンのバルクにより構成されている。この支持フレーム１４は、前記のように変位部１１を支持する機能を奏すると共に、光ファイバー１７Ａ〜１７Ｃを所定位置に固定する機能を奏するものである。このため、支持フレーム１４は、光ファイバー１７Ａ〜１７Ｃを固定するためのファイバー装着溝１８Ａ〜１８Ｃを形成した構成とされている。
【００４４】
ファイバー装着溝１８Ａとファイバー装着溝１８Ｂは、直線状に対向した位置に配設されている。また、ファイバー装着溝１８Ｃは、ファイバー装着溝１８Ａとファイバー装着溝１８Ｂとを結ぶ直線（図中、矢印Ｃで示す一点鎖線）に対して直交し、かつミラー２１の中心点（図中、矢印Ｏで示す）を通る直線（図中、矢印Ｄで示す一点鎖線）に沿うよう形成されている。
【００４５】
次に、基台部１２について説明する。基台部１２は、ガラス基板にキャビティ部１９を形成した構成とされている。このキャビティ部１９は、ガラス基板を弗酸（ＨＦ）と弗化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）とを混合したエッチング液を用いてエッチングすることにより、容易に形成することができる。
【００４６】
また、このキャビティ部１９内において、ステージ１３と対向する位置には駆動電極２０が形成されている。この駆動電極２０と変位部１１との間には、図示しない電圧印加装置が接続されている。そして、この電圧印加装置により駆動電極２０と変位部１１との間に所定の駆動電圧を印加することにより、ステージ１３は駆動電極２０に静電的に吸着される。
【００４７】
これにより、図２に示すようにステージ１３は図中矢印Ｚ１方向に変位し、これに伴いミラー２１も矢印Ｚ１方向に移動する。この際、本実施例では変位部１１を駆動するための駆動電極２０が、基台部１２のステージ１３と対向する位置に設けられているため、駆動電極２０のコンパクト化，小型化を図ることができる。
【００４８】
図１に示す変位部１１が変位していない状態では、ミラー２１は上昇した位置にある。この状態では、光ファイバー１７Ａから発射された光（図１及び図２に矢印Ａで示す）はミラー２１に入射し、このミラー２１で９０°光路を変更されて光ファイバー１７Ｃに入射する。
【００４９】
これに対し、上記のように駆動電圧を印加することにより変位部１１のステージ１３が矢印Ｚ１方向に変位すると、光ファイバー１７Ａから発射された光Ａはミラー２１に入射することなく、光ファイバー１７Ｂに入射する。アーム部１５の変形可能量、キャビティ部１９の深さ、及び駆動電圧の大きさは、ステージ１３が矢印Ｚ１方向に変位した際、ミラー２１が光ファイバー１７Ａから光ファイバー１７Ｂに至る光Ａの光路よりも下部の位置となるよう構成されている。
【００５０】
よって、光スイッチ１０は、駆動電圧をＯＮ／ＯＦＦすることにより、光ファイバー１７Ａから出射される光Ａの光路を、光ファイバー１７Ｂに入射する光路と、光ファイバー１７Ｃに入射する光路とに選択的に切り換えることができる。この際、本実施例ではミラー２１をステージ１３に対して垂立した構成としている。
【００５１】
このように、ミラー２１をステージ１３に対して垂立させることにより、光Ａをミラー２１の変位方向（Ｚ１，Ｚ２方向）と直交する方向（即ち、ステージ１３と平行な方向）から入射することが可能となる。よって、スイッチィングする光Ａをミラーの変位方向と平行な方向（Ｚ１，Ｚ２方向）から入射させる構成に比べ、光スイッチ１０の構成を簡単化することができる。
【００５２】
即ち、スイッチィングする光Ａをミラーの変位方向と平行な方向（Ｚ１，Ｚ２方向）から入射させる構成とは、本実施例におけるステージ１３自体をミラーとするような構成である。この構成では、光ファイバーをステージと対向するよう取り付ける必要があり、取り付け構造が面倒である。また、ミラーの移動のさせ方も、本実施例と比べて困難となる。
【００５３】
上記したように、光Ａの光路を切り換える場合、変位部１１のステージ１３及びアーム部１５が図中矢印Ｚ１，Ｚ２方向に変位を行なう。このステージ１３及びアーム部１５の変位は、光路切り換え処理（スイッチング処理）を頻繁に行なうほど、激しく行なわれることとなる。
【００５４】
ここで、本実施例における変位部１１の材質に注目する。本実施例では、バルクマイクロマシニング技術を用いて単結晶シリコンのバルクを加工し、これにより変位部１１を形成した構成とされている。即ち、変位部１１は、単結晶シリコンのバルクにより形成されている。
【００５５】
このように、変位部１１を単結晶シリコンのバルクにより構成したことにより、光スイッチ１０の信頼性を向上することができる。即ち、単結晶シリコンのバルクは、サーフェイスマイクロマシニング技術を用いてシリコン薄膜を積層したポリシリコン（従来の構成）に比べて機械的強度が強い。
【００５６】
具体的には、単結晶シリコンのバルクは、ポリシリコンに比べてヤング率が高く塑性変形が生じ難く、また結晶粒界の影響による応力で割れや歪みが生じるようなこともない。更に、ポリシリコンと異なりＣＶＤ等のサーフェイスマイクロマシニング処理（成膜処理等）を行なわないため、残留応力が変位部１１に悪影響を及ぼすようなこともない。
【００５７】
このため、変位部１１を単結晶シリコンのバルクとすることにより、光Ａの切り換え処理により変位部１１（特に、ステージ１３及びアーム部１５）に塑性変形や歪が発生することを防止でき、よって光スイッチ１０の信頼性を向上することができる。
【００５８】
また、バルクマイクロマシニング技術は、一般にサーフェイスマイクロマシニング技術に比べて設備及び加工が簡単で、加工コストも安価である。このため、変位部１１を単結晶シリコンのバルクとし、バルクマイクロマシニング技術で加工することにより、光スイッチ１０を容易かつ安価に製造することが可能となる。
【００５９】
続いて、図４を参照して、上記構成とされた光スイッチ１０の製造方法について説明する。尚、図４において、図１乃至図３に示した構成と対向する構成については同一符号を付してその説明を省略する。
【００６０】
図４（Ａ）は、光スイッチ１０を製造する基材となるＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板３０を示している。このＳＯＩ基板３０は、第１のバルク層３１，中間層３３，第２のバルク層３２が積層された構成とされている。第１のバルク層３１及び第２のバルク層３２は単結晶シリコン（Ｓｉ）のバルクであり、中間層３３は二酸化シリコン（ＳｉＯ２）である。
【００６１】
このＳＯＩ基板３０は、周知のＳＯＩ技術を用いて形成される。具体的には、ＳＯＩ基板３０はＳＩＭＯＸ(Silicon IMplanted OXide)法、或いは貼り合わせ法を用いて形成することができる。ＳＩＭＯＸ法とは、シリコン基板（Ｓｉ）に酸素（Ｏ ２ ）をイオン注入し、その後に熱処理を行なうことによりシリコンと結合させ、基板表面より内部位置にシリコンの酸化膜（ＳｉＯ２）を形成することによりＳＯＩ基板３０を製造する方法である。
また、貼り合わせ法は、表面に酸化膜を形成した第１のシリコン基板と、これとは別個の第２のシリコン基板を高熱・高圧力で接着し、その後に第２のシリコン基板を所定の厚さまで研削することにより、ＳＯＩ基板３０を製造する方法である。尚、ＳＯＩ基板３０の上面（第２のバルク層３２の上面）には、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）よりなる表面保護層３４が形成されている。
【００６２】
上記構成とされたＳＯＩ基板３０には、図４（Ｂ）に示すように、先ず第１のフォトレジスト３５が塗布される。この第１のフォトレジスト３５は、第２のバルク層３２に形成された表面保護層３４上に、例えばスピナーを用いて塗布される。この第１のフォトレジスト３５は、ポジ型，ネガ型のいずれであってもよい。
【００６３】
続いて、この第１のフォトレジスト３５には露光・現像処理が行なわれ、支持フレーム１４及びミラー２１となる部位の上部を残し、他の部分の第１のフォトレジスト３５が除去される。図４（Ｃ）は、第１のフォトレジスト３５の不要部分が除去された状態を示している。同図に示すように、第１のフォトレジスト３５が除去された部分は、第２のバルク層３２が露出した状態となっている。
【００６４】
上記のように第１のフォトレジスト３５のパターニングが終了すると、続いてＳＯＩ基板３０に対してバルクマイクロマシニングが行なわれる。本実施例では、バルクマイクロマシニングとして、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ:Reactive Ion Etching）を用いている。ＳＯＩ基板３０は反応性イオンエッチングを行なうエッチング装置に装着され、第１のフォトレジスト３５をマスクとして第２のバルク層３２に対し反応性イオンエッチングが実施される。
【００６５】
本実施例では、ＳＦ６ガスを用いた反応性イオンエッチングを用いている。この反応性イオンエッチングは、シリコン（Ｓｉ）と二酸化シリコン（ＳｉＯ２）との間に高いエッチレートの選択比を持つことを大きな特徴の一つとしている。
【００６６】
このエッチレートの選択比は、条件によって異なるが、Ｓｉ：ＳｉＯ２=（100〜300）：１である。また、ガス交換を行なう反応性イオンエッチングでは、側壁保護とエッチングのプロセスを交互に繰り返すことで、加工表面に対して略垂直な側壁を持つ穴（本実施例における深堀加工部３７）を深掘り加工することができる。
【００６７】
図４（Ｄ）は、反応性イオンエッチングにより第２のバルク層３２に深堀加工部３７を形成している過程を示している。前記ように反応性イオンエッチングでは、加工表面に対して略垂直な側壁を持つ穴を形成することができるが、ある程度の面積をある程度の深さ以上掘りこむ際、底面の平坦性を数μｍ内に保つことは難しい。このため、図４（Ｄ）に示すように加工途中においては、深堀加工部３７の底面には厚みムラ３６が形成される。
尚、この厚みムラ３６の厚さは、第２のバルク層３２の厚さや深堀加工部３７の大きさ等により異なるが、矩形状とされた深堀加工部３７の一辺長が500μｍ程度である場合、厚みムラ３６の厚さは約20〜30μｍとなる。
【００６８】
いま、仮に中間層３３が存在しない構成（第１のバルク層３１と第２のバルク層３２が一体化した構成）を想定した場合、深堀加工部３７の深さを制御するには時間制御を行なうしかなく、その精度は低下してしまう。また、深堀加工部３７の底部には、上記した厚みムラ３６が発生したままの状態となる。
【００６９】
この深堀加工部３７の深さ制御は、変位部１１の厚さの制御と等価である。よって、中間層３３が存在しない構成では、変位部１１の厚さにバラツキが発生し、変位部１１の動作が不安定となり、ミラー２１を応答性よく移動させることができなくなる。
【００７０】
これに対して本実施例では、反応性イオンエッチングのエッチング速度が、シリコン（Ｓｉ）に対して極めて遅い二酸化シリコン（ＳｉＯ２）よりなる中間層３３を第１のバルク層３１と第２のバルク層３２との間に設けている。このため、第２のバルク層３２に対する反応性イオンエッチングは、この中間層３３が露出するまで行なわれ、また中間層３３が露出した後は第１のバルク層３１までエッチングが及ぶのを防止する。
【００７１】
即ち、第２のバルク層３２に対してエッチング処理を行なう際、中間層３３は第２のバルク層３２に対するエッチング量を規制するエッチストップ材として機能する。よって、中間層３３を設けることにより、図４（Ｅ）に示すように、反応性イオンエッチングにより深堀加工部３７の底部に発生する厚みムラ３６を完全に除去することができる。
【００７２】
また、エッチストップ材として機能する中間層３３以上に反応性イオンエッチングが進まないため、第１のバルク層３１がエッチングされることはない。よって、図４（Ｅ）に示すように、中間層３３をエッチストップ材とした反応性イオンエッチングを実施することにより、支持フレーム１４及びミラー２１を高精度に形成することができる。また、本実施例では、反応性イオンエッチングを用いて支持フレーム１４とミラー２１を同時形成しているため、支持フレーム１４とミラー２１を別個に形成する方法に比べ、加工時間の短縮が図られている。
【００７３】
上記のように支持フレーム１４及びミラー２１が形成されると、中間層３３の除去処理を実施する。これにより、図４（Ｆ）に示すように深堀加工部３７の底部は、第１のバルク層３１が露出した状態となる。また、この中間層３３の除去が終了すると、第１のフォトレジスト３５が除去される。
【００７４】
第１のフォトレジスト３５が除去されると、続いて第１のバルク層３１の支持フレーム１４及びミラー２１の配設側と反対側の面に第２のフォトレジスト３８が塗布される。この第２のフォトレジスト３８は、例えばスピナーを用いて塗布される。図４（Ｇ）は、第２のフォトレジスト３８が塗布された状態を示している。尚、この第２のフォトレジスト３８もポジ型，ネガ型のいずれであってもよい。
【００７５】
続いて、この第２のフォトレジスト３８には露光・現像処理が行なわれ、アーム部１５となる部位及びステージ１３となる部分を残し、他の部分における第２のフォトレジスト３８が除去される。図４（Ｈ）は、第２のフォトレジスト３８の不要部分が除去された状態を示している。同図に示すように、第２のフォトレジスト３８が除去された部分は、第１のバルク層３１が露出した状態となっている。
【００７６】
上記のように第２のフォトレジスト３８のパターニングが終了すると、続いて第１のバルク層３１に対してバルクマイクロマシニングが行なわれる。本実施例では、第１のバルク層３１に対するバルクマイクロマシニングとしても、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いている。これにより、図４（Ｉ）に示すように、ステージ１３及びアーム部１５を除いて第１のバルク層３１はエッチング除去される。
【００７７】
この際、反応性イオンエッチングを用いることにより、前記したと同様の理由により、アーム部１５の側面は略垂直な面となっている。よって、アーム部１５を寸法精度良く形成することができ、ミラー２１を高精度に、また安定して移動させることができる。
【００７８】
続いて、第２のフォトレジスト３８及び表面保護層３４の除去処理が実施され、以上の工程を経ることにより変位部１１が製造される。図４（Ｊ）は、上記製造工程を経ることにより製造された変位部１１を示している。このようにして製造された変位部１１は、予めキャビティ部１９及び駆動電極２０が形成された基台部１２に接合され、これにより図１乃至図３に示す光スイッチ１０が完成する。尚、基台部１２の製造方法は周知であるため、その説明は省略する。
【００７９】
上記したように、本実施例による光スイッチ１０（変位部１１）の製造方法では、変位部１１となる第１のバルク層３１を単結晶シリコンのバルクにより形成し、これにより変位部１１の機械的強度を向上させる構成とした。また、単結晶シリコンのバルクによりなる第２のバルク層３２に対してバルクマイクロマシニング（反応性イオンエッチング）を実施する際、第２のバルク層３２と共に第１のバルク層３１が加工（エッチング）されないよう、エッチストップ材として機能する中間層３３を各バルク層３１，３２の間に介装した構成とした。
【００８０】
しかしながら、第１のバルク層３１と第２のバルク層３２は必ずしも単結晶シリコンのバルクとする必要はない。ミラー２１を駆動するのに足る十分な機械的強度を実現でき、かつ駆動手段（例えば、ステージ１３を静電吸引する電極等）により駆動可能な構成であれば、樹脂、金属、その他の材料を用いることも可能である。
【００８１】
また、第１のバルク層３１と第２のバルク層３２は必ずしも同一材料とする必要はなく、異なる材料とすることも可能である。この場合、第１のバルク層３１の材質を、第２のバルク層３２をエッチングする際にエッチストップ材として機能する材料とすることにより、中間層３３を除去することも可能となる。
【００８２】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、次に述べる種々の効果を実現することができる。
【００８９】
請求項１記載の発明によれば、エッチストップ材として機能する中間層以上に第２のバルク層が加工されることはないため、変位部及び支持部の形成精度を向上させることができる。また、支持部の形成と機能素子の形成を同時に行なえるため、加工時間の短縮を図ることができる。
【００９０】
また、請求項２記載の発明によれば、反応性イオンエッチングを用いて第２のバルク層に略垂直な側壁を有する溝加工ができるため、変位部を精度良く形成することができ、よって機能素子を高精度に移動させることが可能となる。
【００９１】
また、請求項３及び４記載の発明によれば、ＳＯＩ技術を利用して基板を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である光スイッチを示す断面図であり、ミラーが上昇した状態を示す図である。
【図２】本発明の一実施例である光スイッチを示す断面図であり、ミラーが下降した状態を示す図である。
【図３】本発明の一実施例である光スイッチを示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施例である光スイッチの製造方法を製造手順に沿って示す図である。
【符号の説明】
１０ 光スイッチ
１１ 駆動部
１２ 基台部
１３ ステージ
１４ 支持フレーム
１５ アーム部
１６ 枠部
１７ 光ファイバー
１８Ａ〜１８Ｃ ファイバー装着溝
１９ キャビティ部
２０ 駆動電極
２１ ミラー
３０ ＳＯＩ基板
３１ 第１のバルク層
３２ 第２のバルク層
３３ 中間層
３４ 表面保護層
３５ 第１のフォトレジスト
３６ 厚みムラ
３７ 深堀加工部
３８ 第２のフォトレジスト
Claims (4)
- 機能素子が設けられると共に変位して該機能素子を移動させる変位部と、該変位部を支持する支持部とを有してなるマイクロデバイスの製造方法において、
前記変位部となる第１のバルク層と、前記支持部となる第２のバルク層と、該第１のバルク層と第２のバルク層との間に設けられた中間層とを具備する基板を形成する工程と、
前記中間層をエッチストップ材として前記第２のバルク層をバルクマイクロマシニングにより加工する工程と、
前記中間層を加工する工程とを有し、
前記第２のバルク層の加工と前記中間層の加工により前記支持部を形成する際、前記第２のバルク層と前記中間層とからなる前記機能素子を形成することを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。 - 請求項１記載のマイクロデバイスの製造方法において、
前記バルクマイクロマシニングとして、反応性イオンエッチングを用いたことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。 - 請求項１または２記載のマイクロデバイスの製造方法において、
前記第１のバルク層及び前記第２のバルク層を単結晶シリコンとし、前記中間層をシリコン酸化物としたことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。 - 請求項３記載のマイクロデバイスの製造方法において、
前記基板はＳＯＩ基板であることを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
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