JP3990594B2 - 光部品の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信等に用いられる光部品の製造方法に関し、特にＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を用いてアクチュエータを集積化することの可能な光部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＥＭＳを利用した光部品の一例として、例えば、日本航空電子技報ＯＦＣ２００１の記事「１１ ＭＥＭＳ光スイッチの開発」に記載される光スイッチが知られている。この光スイッチは、シリコン基板上に形成された片持ち梁構造の可動電極、および可動電極上に形成されたミラーを備えている。シリコン基板は、固定電極として作用する。このため、シリコン基板と可動電極は、ミラーを移動させるための静電アクチュエータを構成する。
【０００３】
この光スイッチは、ガラス基板の表面に設置される。ガラス基板には、光ファイバやマイクロレンズも取り付けられる。マイクロレンズは、光ファイバと光スイッチとの結合用である。ガラス基板上に設けられた二つの外部電極には、それぞれシリコン基板（固定電極）および可動電極がワイヤボンディングされる。これらの外部電極には、静電アクチュエータの駆動電圧源が接続される。
【０００４】
二つの外部電極間に電圧を印加すると、その電圧はシリコン基板および可動電極間に供給される。シリコン基板および可動電極間の印加電圧を制御すれば、ミラーを上下に移動させることができる。これによりミラーを光路から抜き差しすれば、スイッチングを行える。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の光部品は、小型化が困難である。これは、静電アクチュエータの電極および外部電極間の配線の占有面積が大きいからである。
【０００６】
そこで、本発明は、小型化の可能な光部品の製造を課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明により製造される光部品は、シリコンからなる支持基板と、支持基板の表面側に設けられたアクチュエータと、アクチュエータに電気接続され、支持基板の裏面から表面まで貫通する貫通電極とを備えている。本発明の製造方法は、（ａ）光励起電解研磨法を用いて、支持基板の裏面から表面まで貫通する貫通孔を形成する工程と、（ｂ）光励起電解研磨法を用いて、貫通孔の底面に電気絶縁層を形成することなく、貫通孔の側面に電気絶縁層を形成する工程と、（ｃ）貫通孔に貫通電極を形成する工程とを備えている。また、本発明の製造方法において、貫通孔の側面に電気絶縁層を形成する工程は、アクチュエータに電圧を印加することなく、支持基板に電圧を印加して、光励起電解研磨法を行う。
【０００８】
貫通電極を利用すれば、アクチュエータ用の配線を３次元的に行い、基板の裏面側からアクチュエータに駆動電圧を印加できる。これにより、基板表面の配線が不要となるので、配線の専有面積を少なくできる。このため、光部品のサイズを小さくできる。また、複数のアクチュエータを高密度に集積化できる。
【０００９】
光励起電解研磨法を用いると、支持基板の裏面での開口面積が小さい貫通孔を形成できる。このため、支持基板の裏面における貫通電極の露出面積も小さくできる。したがって、貫通電極、ひいてはアクチュエータやアクチュエータ用の配線の更なる高集積化を図ることができる。これは、光部品の小型化に役立つ。
【００１１】
また、貫通孔の側面に電気絶縁層を形成することで、貫通電極と支持基板とが電気絶縁される。貫通孔の底面に電気絶縁層を形成しないことで、貫通電極とアクチュエータとの導通が可能になる。貫通孔の壁面のうち側面にのみ形成された電気絶縁層を一つの工程で形成するので、製造効率が高まる。
【００１２】
貫通電極を形成する工程は、溶融金属吸引法を用いて貫通孔に電極材料を充填してもよい。溶融金属吸引法を用いることにより、開口の狭い貫通孔にも効率良く貫通電極を形成できる。
【００１３】
溶融金属吸引法で用いる溶融金属として、４００℃以下の融点を有する低融点金属を用いることが好ましい。低融点の金属を使用すれば、支持基板に設けられたアクチュエータの損傷を防ぐことができる。低融点金属の一例は、Ｉｎである。
【００１４】
アクチュエータは、ＳＯＩ基板のＳＯＩ層に形成してもよい。この場合、アクチュエータと支持基板とは、電気絶縁層によって隔てられる。アクチュエータは、ＳＯＩ層および電気絶縁層のパターニングを用いて形成できる。ＳＯＩ基板を使用しない場合は、電気メッキ法（電気鋳造法）を用いてアクチュエータを形成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を説明する前に本発明の概要を説明する。
【００１６】
ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems、「マイクロマシン技術」とも呼ばれる）を利用して製造されるＭＥＭＳ光部品のなかには、微小なアクチュエータ（マイクロアクチュエータ）を備えるものがある。従来技術として挙げた、日本航空電子技報に記載の光スイッチも、静電マイクロアクチュエータを備えている。この光スイッチでは、アクチュエータの電極と外部電極とが２次元的に配置されている。また、外部電極に接続されるアクチュエータ制御回路も２次元的に配置される。このため、電極や制御回路の占有面積が大きく、小型化が難しい。
【００１７】
そこで、本発明者らは、小型化・集積化の容易な光部品を考案した。それが、本発明の方法により製造される光部品である。この光部品では、基板を貫通する貫通電極がアクチュエータに接続されている。このため、基板の表面側のアクチュエータに貫通電極を介して基板の裏面側から駆動電圧を印加できる。アクチュエータとアクチュエータ制御回路を３次元的に配置できるので、配線やアクチュエータ制御回路の専有面積を低減できる。したがって、光部品の小型化が可能である。
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図示の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。
（実施形態１）
以下では、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００１９】
まず、本実施形態の光部品製造方法を説明する前に、この方法によって製造される光部品について説明する。図１は、この光部品を示す概略平面図である。図２は、図１の光部品１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。光部品１は、マイクロアクチュエータ１５を備える機械式光スイッチである。光スイッチ１は２×２スイッチ素子である。なお、図１では、後述する絶縁層１２ａ、１２ｂ、およびシリコン基板１３の図示が省略されている。
【００２０】
図２に示されるように、光スイッチ１は、平面光導波路２とミラーデバイス６から構成されている。以下では、図１および図２を参照しながら、平面光導波路２とミラーデバイス６の構造を詳細に説明する。
【００２１】
まず、平面光導波路２について説明する。平面光導波路２は、光路Ａ〜Ｄが形成されたベース基板３を有している。このベース基板３の上面の中央部には、光スイッチ１の幅方向に延びる溝部４が設けられている。この溝部４において光路Ａ〜Ｄが交差している。ベース基板３の上面の一部には、絶縁性のスペーサ層５ａ、５ｂが設けられている。スペーサ層５ａ、５ｂは、平面光導波路２とミラーデバイス６との間に空間を形成する。
【００２２】
次に、ミラーデバイス６について説明する。ミラーデバイス６は、平面光導波路２の上面にスペーサ層５ａ、５ｂを介在させて取り付けられている。ミラーデバイス６は、平面光導波路２の光路Ａ〜Ｄにミラー９を抜き差しすることができる。これにより、スイッチ動作が実現される。ミラー９を移動させるのは、静電アクチュエータ１５である。静電アクチュエータ１５は、可動部材７および固定電極１０から構成されている。
【００２３】
可動部材７は、光スイッチ１の幅方向と直交する方向に沿ってスペーサ層５ａから溝部４まで延びている。可動部材７は、シリコンから構成されている。このシリコンには、硼素等の不純物をドーピングすることで、導電性を持たせている。したがって、可動部材７は、静電アクチュエータ１５の可動電極として機能できる。
【００２４】
可動部材７は、先端部７ａ、中間部７ｂ、および基端部７ｃからなる。先端部７ａは、溝部４の上方に位置する。基端部（アンカー部）７ｃは、スペーサ層５ａ上に位置する。中間部７ｂの下方には、スペーサ層５ａが存在しない。したがって、中間部７ｂと平面光導波路２とは離間している。中間部７ｂのうち先端部７ａに隣接する箇所には、櫛歯部８が設けられている。櫛歯部８には、可動部材７の表面から突出する複数本の櫛歯８ａが設けられている。先端部７ａには、マイクロミラー９が固定されている。ミラー９は、溝部４内に入り込むように、先端部７ａから突出している。ミラー９は、Ｎｉメッキによって形成されている。ミラー９は、光路ＡおよびＤ間、ならびに光路ＢおよびＣ間で光を遮断する。
【００２５】
固定電極１０は、可動部材と対向しながら、可動部材７の長手方向に沿って延在している。固定電極１０は、スペーサ層５ａ上に設けられている。固定電極１０は、可動部材７と同様に、導電性を持ったシリコンから構成されている。固定電極１０において可動部材７の櫛歯部８に対向する部位には、櫛歯部１１が形成されている。櫛歯部１１には、固定電極１０の表面から突出する複数本の櫛歯１１ａが設けられている。これらの櫛歯１１ａは、可動部材の櫛歯８ａ間に入り込むように構成されている。固定電極１０の櫛歯部１１の下方には、スペーサ層５ａが存在しない。したがって、櫛歯部１１は平面光導波路２から離間している。固定電極１０の他の部分は、スペーサ層５ａを介して平面光導波路２に接続されている。
【００２６】
このような可動部材７および固定電極１０上には、電気絶縁層１２ａを部分的に介在させて、シリコン基板１３が設けられている。つまり、可動部材７および固定電極１０はＳＯＩ（Silicon On Insulator）層に形成されている。本実施形態では、絶縁層１２ａは、酸化シリコン（ＳｉＯ2）から構成されている。絶縁層１２ａは、可動部材７の基端部７ｃ上に設けられ、先端部７ａおよび中間部７ｂ上には設けられていない。このため、可動部材７とシリコン基板１３との間に空間が形成される。この結果、可動部材７は、シリコン基板１３上に片持ち支持される。
【００２７】
平面導波路２の上には、静電アクチュエータ１５の他にシリコン層１６も設けられている。平面導波路２とシリコン層１６との間には、電気絶縁性のスペーサ層５ｂが介在している。また、シリコン層１６とシリコン基板１３との間には、電気絶縁層１２ｂが介在している。電気絶縁層１２ｂは、酸化シリコンから構成されている。
【００２８】
シリコン層１６には、必要に応じて追加のアクチュエータを形成してもよい。例えば、ミラー９の位置保持機構として機能するアクチュエータをシリコン層１６に設けてもよい。静電アクチュエータなど、駆動電圧の印加を必要とするアクチュエータをシリコン層１６に設けた場合は、シリコン層１６に電圧源が接続されることになる。本実施形態では、シリコン層１６に接続された電圧源を符号１４ｂで示すことにする。
【００２９】
可動部材７および固定電極１０は、それぞれ貫通電極１８ａを介して電圧源１４ａに接続されている。貫通電極１８ａは、可動部材７または固定電極１０の裏面から絶縁層１２ａおよびシリコン基板１３を貫通してシリコン基板１３の裏面まで延びている。同様に、シリコン層１６に設けられたアクチュエータも、貫通電極１８ｂを介して電圧源１４ｂに接続されている。貫通電極１８ｂは、絶縁層１２ｂおよびシリコン基板１３を貫通してシリコン基板１３の裏面まで延びている。
【００３０】
以下では、光スイッチ１の動作を説明する。電圧源１４ａによって可動部材７と固定電極１０との間に電圧が印可されると、可動部材７と固定電極１０との間（特に、櫛歯部８と櫛歯部１１との間）に静電気力が発生する。この静電気力によって、可動部材７が基端部７ｃを支点としてたわむ。これに伴って、ミラー９が溝部４に沿って移動する。
【００３１】
光スイッチ１の初期状態（ＯＦＦ状態）では、可動部材７はまっすぐ延びている。この状態では、ミラー９が光路ＡとＣの間に位置する。したがって、光路Ａを通る光はミラー９で反射され、光路Ｂに導かれる。一方、電圧源１４ａにより可動部材７と固定電極１０との間に所定の電圧が印可されると、ミラー９は溝部４に沿って固定電極１０側へ移動する。これにより、ミラー９は光路ＡとＣを分断しなくなる。この状態（ＯＮ状態）では、光路Ａを通る光は、溝部４を通過して光路Ｄに導かれる。
【００３２】
電極１０には櫛歯部１１が設けられているので、電極１０全体の表面積が大きくなる。このため、可動部材７と電極１０との間に発生する静電気力が大きくなる。これにより、可動部材７と電極１０との間に印可する電圧値を低くしたり、可動部材７の長さを短くすることができる。
【００３３】
光スイッチ１が備えるアクチュエータ１５、１６には、貫通電極１８ａ、１８ｂを介して駆動電圧が印加される。これにより、シリコン基板１３の表面側の静電アクチュエータへ電圧を印加するための配線をシリコン基板１３の裏面側に配置できる。このような３次元な配線を用いると、シリコン基板の表面側に２次元的に配線する場合に比べて、配線の専有面積を低減できる。
【００３４】
図３は、複数の光スイッチ１を集積化してなる光スイッチアレイ１００の概略平面図である。光スイッチアレイ１００は、平面光導波路２ａとミラーデバイス６ａから構成される。平面光導波路２ａには、光路Ａ〜Ｄが４組設けられている。ミラーデバイス６ａは、シリコン基板１３の表面側に複数のアクチュエータ部１９が設けられた構造を有している。アクチュエータ部１９は、上述のアクチュエータ１５および１６からなる。なお、図示の便宜上、図３では、シリコン基板１３は、その外周のみを図示してある。
【００３５】
本実施形態の光スイッチアレイ１００は、アクチュエータ用の配線を貫通電極１８ａ、１８ｂを用いて３次元的に配置できる。このため、小型化・高集積化が可能である。
【００３６】
以下では、図４〜図７を参照しながら、ミラーデバイス６（図１、２）の製造方法を説明する。
【００３７】
まず、ＳＯＩ基板２０を用意する（図４（ａ））。ＳＯＩ基板２０は、支持基板２１、ＢＯＸ層２２、およびＳＯＩ層２３が順次に積層された構造を有している。支持基板２１は、シリコン（Ｓｉ）製であり、６２５μｍの厚さを有している。支持基板２１は、図１、図２のシリコン基板１３に相当する。ＢＯＸ層２２は、支持基板２１の表面全体に被着されている。ＢＯＸ層２２は、酸化シリコン（ＳｉＯ2）製であり、２μｍの厚さを有している。ＢＯＸ層２２は、図１、図２の絶縁層１２ａ、１２ｂに相当する。ＳＯＩ層２３は、ＢＯＸ層２２の表面全体に被着されている。ＳＯＩ層２３は、シリコン製であり、５０μｍの厚さを有している。
【００３８】
次いで、ＳＯＩ層２３の表面に、アクチュエータ１５、１６を形成するためのレジストパターン２６を形成する（図４（ｂ））。レジストパターン２６は、フォトリソグラフィー工程によって形成される。
【００３９】
この後、レジストパターン２６をマスクとするマスクパターニングにより、アクチュエータ１５、１６をＳＯＩ層２３に形成する（図４（ｃ））。ここでは、反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）によりＳＯＩ層２３をエッチングする。これにより、ＢＯＸ層２２の表面の一部が露出する。この段階では、可動部材７や櫛歯８ａ、１１ａは支持基板２１から離間されていない。
【００４０】
次に、ＢＯＸ層２２およびＳＯＩ層２３の表面に、スパッタ法によって、メッキ電極２７を成膜する。メッキ電極２７は、Ｃｒ／Ｎｉからなる（図５（ｄ））。
【００４１】
メッキ電極２７の表面には、ミラー９を形成するための厚膜レジスト２８を形成する（図５（ｅ））。厚膜レジスト２８は、ミラー９の形状に相当するパターン３０を有している。厚膜レジスト２８は、フォトリソグラフィー工程によって形成される。
【００４２】
この後、光励起電解研磨法を用いて、支持基板２１に貫通孔３２を形成する（図５（ｆ））。貫通孔３２は、支持基板２１の裏面から表面まで支持基板２１を貫通して延びている。貫通孔３２は、ほぼ円筒状であり、その口径は５０μｍである。
【００４３】
以下では、光励起電解研磨法を用いた貫通孔３２の形成について、具体的に説明する。光励起電解研磨法では、支持基板２１の裏面を電解液３３に曝し、対向電極３４と支持基板２１との間に電圧源３５を接続して、両者間に電圧を印加する。電解液３３としては、例えば、２．５ｗｔ％ＨＦ溶液を使用できる。対向電極３４は平板状であり、支持基板２１の裏面と平行に対向させて配置される。本実施形態では、対向電極３４は、Ｐｔ（白金）からなる。支持基板２１が陽極であり、対向電極３４が陰極である。支持基板２１と対向電極３４との間に印加される電圧は、直流で約１．０Ｖである。
【００４４】
貫通孔３２を形成する場所（例えば、アクチュエータ１５の可動部材７や固定電極１０の下方）には、電圧印加前に、あらかじめ異方性エッチングによりＶ溝を設けておく。このＶ溝は、鋭角な先端を有していることが好ましい。
【００４５】
光励起電解研磨法を行う際は、支持基板２１の裏面に紫外線３６を照射しながら、支持基板２１および対向電極３４間に電圧を印加する。紫外線３６は、図示しない光源から照射される。紫外線３６の照射により、支持基板２１内部の裏面近傍にキャリア（正孔）が発生する。このキャリアは、印加電圧によって支持基板２１内に発生した電界により、支持基板２１の裏面に向かって移動する。この電界は、裏面に設けられたＶ溝の先端に集中するので、キャリア（電荷）はそこに集まる。これにより、ＨＦ溶液をエッチャントとする支持基板２１のエッチングが、Ｖ溝の先端でのみ集中的に行われる。この結果、アスペクト比（孔の長さ／口径）の高い貫通孔３２が形成される。
【００４６】
貫通孔３２の形成が完了したら、貫通孔３２の底面をウェットエッチングし、ＢＯＸ層２２の一部を除去する（図６（ｇ））。エッチャントとしては、例えば、ＨＦ溶液を用いることができる。このウェットエッチングにより、貫通孔３２が延長される。延長された貫通孔３２は、支持基板２１およびＢＯＸ層２２を貫通し、アクチュエータ１５、１６の電極（例えば、可動部材７や固定電極１０）の裏面まで延びる。
【００４７】
この後、光励起電解研磨法を再び使用し、貫通孔３２の側面に電気絶縁層３７を形成する（図６（ｈ））。光励起電解研磨法は、シリコン支持基板２１を陽極として用い、電解液中で反応を生じさせる。このため、適切な電解液を使用すれば、陽極酸化や陽極化成反応を生じさせることも可能である。したがって、光励起電解研磨法を用いれば、貫通孔３２の壁面に低温で膜を形成できる。
【００４８】
この工程では、絶縁層３７を形成するため、高濃度のＨＦ溶液を電解液として使用する。具体的には、ＨＦ溶液の濃度は３０．０ｗｔ％である。濃いＨＦ溶液を用いて光励起電解研磨法を実行すると、貫通孔３２の壁面に多孔質シリコン膜３７が形成される。この多孔質シリコン膜３７は高抵抗率を有するので、絶縁層として機能する。
【００４９】
絶縁層３７を形成するための光励起電解研磨では、支持基板２１にのみ電圧を印加し、アクチュエータ１５、１６には電圧を印加しないようにする。こうすれば、貫通孔３２の底から露出するアクチュエータ１５、１６の裏面部分に絶縁層３７は形成されない。このように、光励起電解研磨法を用いると、貫通孔３２の側面のみへの絶縁層３７の形成を一つの工程で達成できる。
【００５０】
次に、溶融金属吸引法を用いて貫通孔３２に金属を充填し、貫通電極１８ａ、１８ｂを形成する（図６（ｉ））。溶融金属吸引法では、ＳＯＩ基板２０を、溶融金属吸引装置内に配置された溶融金属浴中に浸漬する。このとき、貫通孔３２の内部をあらかじめ真空にしておく。また、溶融金属吸引装置内は、大気圧とする。貫通孔３２の内外の圧力差により、溶融金属が貫通孔３２内に吸引される。吸引された金属が固化すれば、貫通電極１８ａ、１８ｂが得られる。
【００５１】
この方法で貫通孔３２に吸引される金属は、低い融点を有するものが好ましい。より具体的には、４００℃以下の融点を有する金属（例えばＩｎ）が好ましい。これは、支持基板２１に設けられたアクチュエータ１５、１６を損傷させないためである。
【００５２】
次いで、金（Ａｕ）メッキによりミラー９を形成し、その後、厚膜レジスト２８を除去する（図７（ｊ））。Ａｕの厚さは５０μｍである。
【００５３】
次いで、Ｃｒエッチャントを用いたウェットエッチングにより、メッキ電極２７を除去する（図７（ｋ））。これにより、ＳＯＩ層２３に形成されたアクチュエータ１５、１６が露出する。なお、ミラー９の下には、メッキ電極２７が残る。図２では、メッキ電極２７の図示が省略されている。
【００５４】
次に、ダイシングを行ってＳＯＩ基板２０を複数のチップに切り分けた後、ＨＦ溶液をエッチャントとするウェットエッチングにより、ＢＯＸ層（犠牲層）２２を除去する（図７（ｌ））。このとき、ＳＯＩ層２３中の幅の狭いパターンの下では、ＢＯＸ層２２が完全に除去される。これにより、可動部材７の片持ち梁構造が形成される。また、櫛歯８ａ、１１ａが支持基板２１ａから離間される。これをもって、アクチュエータ１５、１６が完成し、ミラーデバイス６も完成する。
【００５５】
本実施形態の方法によれば、以下の効果が得られる。
【００５６】
第１に、支持基板２１に貫通電極１８ａ、１８ｂを形成し、その貫通電極１８ａ、１８ｂを支持基板２１上のアクチュエータ１５、１６に接続できる。これにより、アクチュエータ１５、１６への駆動電圧印加用の配線を、貫通電極１８ａ、１８ｂを介して３次元的に配置できる。これにより配線密度を高められるので、ミラーデバイス６を備える光部品を小型化・高集積化できる。
【００５７】
第２に、支持基板２１の裏面における露出面積の小さな貫通電極１８ａ、１８ｂを形成できる。これは、光励起電解研磨法を用いて、貫通孔３２を支持基板２１に形成するからである。光励起電解研磨法を用いれば、開口面積の小さい貫通孔３２を形成できる。その貫通孔３２に金属を充填すれば、露出面積の小さな貫通電極１８ａ、１８ｂを形成できる。貫通電極１８ａ、１８ｂの露出面積が小さければ、支持基板２１上のアクチュエータ１５、１６の高集積化を促進できる。これにより、光部品をいっそう小型化できる。
【００５８】
第３に、貫通孔３２の底面から露出するアクチュエータ１５、１６の裏面部分に絶縁層３７を形成することなく、貫通孔３２の側面に絶縁層３７を形成し、支持基板２１と貫通電極３２を絶縁できる。これは、アクチュエータ１５、１６に電圧を印加せずに、光励起電解研磨法を実行するからである。アクチュエータ１５、１６の裏面に絶縁層３７が形成されないので、貫通電極１８ａ、１８ｂとアクチュエータ１５、１６とを確実に導通させることができる。
【００５９】
第４に、開口面積の小さな貫通孔３２にも好適に貫通電極１８ａ、１８ｂを形成できる。これは、溶融金属吸引法を用いて、支持基板２１の貫通孔３２に金属を充填するからである。これにより貫通電極１８ａ、１８ｂは支持基板２１を貫通してアクチュエータ１５、１６の電極に適切に接続されるので、アクチュエータ１５、１６に駆動電圧を確実に印加できる。
【００６０】
本実施形態の効果は、異方性エッチングを用いて支持基板に貫通孔を形成する場合と比較すると、より明確になる。以下では、図８〜図１１を参照しながら、異方性エッチングを用いたミラーデバイス６の製造方法を説明する。
【００６１】
この方法では、まず、ＳＯＩ基板２０を用意し（図８（ａ））、ＳＯＩ層２３の表面に、アクチュエータ１５、１６を形成するためのレジストパターン２６を形成する。また、支持基板２１の裏面には、貫通孔を形成するためのマスクパターン３８を形成する（図８（ｂ））。マスクパターン３８は、シリコン酸化膜である。
【００６２】
この後、レジストパターン２６をマスクとして、反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）によりＳＯＩ層２３をエッチングする（図８（ｃ））。これにより、アクチュエータ１５、１６がＳＯＩ層２３に形成される。
【００６３】
次に、ＢＯＸ層２２およびＳＯＩ層２３の表面に、スパッタ法によって、メッキ電極２７を成膜する（図９（ｄ））。メッキ電極２７の表面には、ミラー９を形成するための厚膜レジスト２８を形成する（図９（ｅ））。厚膜レジスト２８は、ミラー９の形状に相当するパターン３０を有している。
【００６４】
この後、マスクパターン３８をマスクとして支持基板２１を異方性ウェットエッチングし、支持基板２１に貫通孔３９を形成する（図９（ｆ））。貫通孔３９は、支持基板２１の裏面から表面まで支持基板２１を貫通して延びている。
【００６５】
続いて、金（Ａｕ）メッキによりミラー９を形成し、その後、厚膜レジスト２８を除去する（図１０（ｇ））。次いで、Ｃｒエッチャントを用いたウェットエッチングにより、メッキ電極２７を除去する（図１０（ｈ））。
【００６６】
次に、ウェットエッチングにより、マスクパターン３８を除去する。このとき、貫通孔３９の底面から露出するＢＯＸ層２２の部分も同時に除去される（図１０（ｉ））。ＢＯＸ層２２も、マスクパターン３８と同じくシリコン酸化物から構成されているからである。これにより、貫通孔３９の底面からアクチュエータ１５、１６の裏面が露出する。
【００６７】
この後、貫通孔３９の壁面にＣｒ／Ａｕ電極４０を成膜する（図１１（ｊ））。Ｃｒ／Ａｕ電極４０は、貫通孔３９の底面において、アクチュエータ１５、１６の裏面にも被着される。このＣｒ／Ａｕ電極４０が、図１０の貫通電極１８ａ、１８ｂに相当する。
【００６８】
次に、ダイシングを行ってＳＯＩ基板２０を複数のチップに切り分けた後、ＨＦ溶液をエッチャントとするウェットエッチングにより、ＢＯＸ層（犠牲層）２２の一部を除去する（図１１（ｋ））。これにより、アクチュエータ１５、１６が完成し、ミラーデバイス６も完成する。
【００６９】
図９（ｆ）に示されるように、異方性エッチングではシリコンの結晶面に沿ってエッチングが進むため、支持基板２１の裏面に対して斜めにシリコンが除去される。このため、貫通孔３９は、支持基板２１の裏面から表面に向かって先細りの形状となる。すなわち、貫通孔３９の開口面積は、支持基板２１の裏面において、支持基板２１の表面よりも大きくなる。したがって、支持基板２１の裏面において貫通電極４０が占有する面積も大きい。
【００７０】
支持基板２１の裏面および表面間での電極面積の比率は、シリコンの結晶角に依存する。例えば、シリコンの（１００）面に沿って異方性エッチングを行うと、エッチング角は約５５度となる。６２５μｍ厚の支持基板に貫通電極を形成すると、裏面での貫通電極の口径は約１．５ｍｍと非常に大きい。これは、配線やアクチュエータの集積化を困難にする。
【００７１】
異方性エッチングの代わりに等方性エッチングを用いて貫通孔を形成することも考えられる。しかし、等方性エッチングでは、深さ方向と面内方向のエッチング距離が同じになる。このため、深いエッチングを行うと、エッチング面積が大きくなる。したがって、等方性エッチングを用いて形成された貫通孔も、開口面積が大きくなりやすい。したがって、等方性エッチングを用いても、貫通電極の専有面積は大きくなりやすく、集積化は困難である。
【００７２】
一方、本実施形態の方法は、光励起電解研磨法を使用するので、高アスペクト比の貫通孔を支持基板に形成できる。したがって、支持基板の裏面における貫通電極の面積が小さい。このため、配線やアクチュエータを高密度に集積化し、光部品を小型化できる。
（実施形態２）
以下では、本発明の第２の実施形態について説明する。上記実施形態では、ＳＯＩ層をパターニングすることによりアクチュエータを形成する。したがって、アクチュエータはシリコン製である。しかし、基板上に金属製のアクチュエータを形成することも可能である。以下では、図１２〜図１４を参照しながら、金属製のアクチュエータを備える光部品の製造方法を説明する。
【００７３】
この方法では、まず、シリコン支持基板２１の表面にＮｉ／Ｃｒ層４１が被着された構造のシリコンウェーハ２４を用意する（図１２（ａ））。次に、Ｎｉ／Ｃｒ層４１の表面に、厚膜レジン４２を形成する（図１２（ｂ））。厚膜レジン４２は、アクチュエータ１５、１６に相当するパターンを有している。厚膜レジン４２の形成は、フォトリソグラフィ工程により行われる。
【００７４】
次いで、電気鋳造法を用いて、Ｎｉ／Ｃｒ層４１の表面にアクチュエータ１５、１６を形成する（図１２（ｃ））。アクチュエータ１５、１６は、ニッケル（Ｎｉ）から構成される。
【００７５】
次に、アクチュエータ１５、１６および厚膜レジン４２の表面に、ミラー９を形成するための厚膜レジスト４４を形成する（図１３（ｄ））。厚膜レジスト４４は、ミラー９に相当するパターン４５を有している。続いて、電気鋳造法を用いて、Ｎｉ製のミラー９を厚膜レジスト４４内に形成する（図１３（ｅ））。
【００７６】
この後、上記実施形態と同様の工程により、貫通電極１８ａ、１８ｂを形成する（図１３（ｆ））。具体的には、光励起電解研磨法を用いて貫通孔３２を支持基板２１に形成し、貫通孔３２の底面から露出するＮｉ／Ｃｒ層４１を除去し、再び光励起電解研磨法を用いて貫通孔３２の側面にだけ絶縁層３７を形成し、溶融金属吸引法を用いて貫通孔３２に金属を充填する。
【００７７】
次に、厚膜レジン４２および厚膜レジスト４４を除去する（図１４（ｇ））。続いて、ダイシングを行ってシリコンウェーハ２４を複数のチップに切り分けた後、Ｎｉ／Ｃｒ層（犠牲層）４１の一部をエッチングにより除去する（図１４（ｈ））。これにより、アクチュエータ１５、１６が完成し、ミラーデバイス６も完成する。ミラーデバイス６と平面光導波路２とを位置合わせして接合すれば、光スイッチ１が得られる。
【００７８】
このような方法により、支持基板２１上に金属製のアクチュエータ１５、１６を形成できる。この場合でも、光励起電解研磨法および溶融金属吸引法を用いて、面積の小さい貫通電極を形成できる。したがって、本実施形態の製造方法も、配線やアクチュエータを高集積化し、光部品を小型化することができる。
【００７９】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００８０】
本発明の方法によって製造する光部品は、上記実施形態のミラーデバイス、光スイッチ、光スイッチアレイ、および光スイッチユニットのようにスイッチング動作を行うためのものに限られず、光フィルタなど、他の光部品であってもよい。
【００８１】
上記実施形態では、平面光導波路の上にミラーデバイスを設けているが、このほかに、光ファイバが固定されたベース部材の上にミラーデバイスを設けてもよい。
【００８２】
また、上記実施形態では静電アクチュエータを形成しているが、ミラーを移動させる手段として他のアクチュエータ（例えば、電磁アクチュエータ）を形成してもよい。
【００８３】
さらに、上記実施形態の光スイッチは２×２スイッチであるが、本発明は、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ、１×２スイッチや、ｎ×ｎマトリクススイッチの光スイッチ等にも適用可能である。
【００８４】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、アクチュエータに駆動電圧を印加するための、面積の小さな貫通電極を形成できるので、光部品を高集積化および小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法によって製造される光部品の一例を示す概略平面図である。
【図２】図１の光スイッチのＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図１の光スイッチを応用した光スイッチアレイを示す概略平面図である。
【図４】第１の実施形態の製造方法を示す工程図である。
【図５】第１の実施形態の製造方法を示す工程図である。
【図６】第１の実施形態の製造方法を示す工程図である。
【図７】第１の実施形態の製造方法を示す工程図である。
【図８】比較例の製造方法を示す工程図である。
【図９】比較例の製造方法を示す工程図である。
【図１０】比較例の製造方法を示す工程図である。
【図１１】比較例の製造方法を示す工程図である。
【図１２】第２の実施形態の製造方法を示す工程図である。
【図１３】第２の実施形態の製造方法を示す工程図である。
【図１４】第２の実施形態の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１…光スイッチ、２…平面光導波路、５ａ，５ｂ…スペーサ層、７…可動部材（可動電極）、８…櫛歯部（第１櫛歯部）、８ａ…櫛歯、９…ミラー、１０…固定電極、１１…櫛歯部（第２櫛歯部）、１１ａ…櫛歯、１２…絶縁層、１３…シリコン基板、１４ａ，１４ｂ…電圧源（駆動手段）、１５、１６…アクチュエータ、１８ａ，１８ｂ…貫通電極、１９…アクチュエータ部、２０…ＳＯＩ基板、２１…支持基板、２２…ＢＯＸ層、２３…ＳＯＩ層、３２…貫通孔、３３…電解液、３４…対向電極、３５…電圧源、３６…紫外線、３７…絶縁層。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信等に用いられる光部品の製造方法に関し、特にＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を用いてアクチュエータを集積化することの可能な光部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＥＭＳを利用した光部品の一例として、例えば、日本航空電子技報ＯＦＣ２００１の記事「１１ ＭＥＭＳ光スイッチの開発」に記載される光スイッチが知られている。この光スイッチは、シリコン基板上に形成された片持ち梁構造の可動電極、および可動電極上に形成されたミラーを備えている。シリコン基板は、固定電極として作用する。このため、シリコン基板と可動電極は、ミラーを移動させるための静電アクチュエータを構成する。
【０００３】
この光スイッチは、ガラス基板の表面に設置される。ガラス基板には、光ファイバやマイクロレンズも取り付けられる。マイクロレンズは、光ファイバと光スイッチとの結合用である。ガラス基板上に設けられた二つの外部電極には、それぞれシリコン基板（固定電極）および可動電極がワイヤボンディングされる。これらの外部電極には、静電アクチュエータの駆動電圧源が接続される。
【０００４】
二つの外部電極間に電圧を印加すると、その電圧はシリコン基板および可動電極間に供給される。シリコン基板および可動電極間の印加電圧を制御すれば、ミラーを上下に移動させることができる。これによりミラーを光路から抜き差しすれば、スイッチングを行える。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の光部品は、小型化が困難である。これは、静電アクチュエータの電極および外部電極間の配線の占有面積が大きいからである。
【０００６】
そこで、本発明は、小型化の可能な光部品の製造を課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明により製造される光部品は、シリコンからなる支持基板と、支持基板の表面側に設けられたアクチュエータと、アクチュエータに電気接続され、支持基板の裏面から表面まで貫通する貫通電極とを備えている。本発明の製造方法は、（ａ）光励起電解研磨法を用いて、支持基板の裏面から表面まで貫通する貫通孔を形成する工程と、（ｂ）光励起電解研磨法を用いて、貫通孔の底面に電気絶縁層を形成することなく、貫通孔の側面に電気絶縁層を形成する工程と、（ｃ）貫通孔に貫通電極を形成する工程とを備えている。また、本発明の製造方法において、貫通孔の側面に電気絶縁層を形成する工程は、アクチュエータに電圧を印加することなく、支持基板に電圧を印加して、光励起電解研磨法を行う。
【０００８】
貫通電極を利用すれば、アクチュエータ用の配線を３次元的に行い、基板の裏面側からアクチュエータに駆動電圧を印加できる。これにより、基板表面の配線が不要となるので、配線の専有面積を少なくできる。このため、光部品のサイズを小さくできる。また、複数のアクチュエータを高密度に集積化できる。
【０００９】
光励起電解研磨法を用いると、支持基板の裏面での開口面積が小さい貫通孔を形成できる。このため、支持基板の裏面における貫通電極の露出面積も小さくできる。したがって、貫通電極、ひいてはアクチュエータやアクチュエータ用の配線の更なる高集積化を図ることができる。これは、光部品の小型化に役立つ。
【００１１】
また、貫通孔の側面に電気絶縁層を形成することで、貫通電極と支持基板とが電気絶縁される。貫通孔の底面に電気絶縁層を形成しないことで、貫通電極とアクチュエータとの導通が可能になる。貫通孔の壁面のうち側面にのみ形成された電気絶縁層を一つの工程で形成するので、製造効率が高まる。
【００１２】
貫通電極を形成する工程は、溶融金属吸引法を用いて貫通孔に電極材料を充填してもよい。溶融金属吸引法を用いることにより、開口の狭い貫通孔にも効率良く貫通電極を形成できる。
【００１３】
溶融金属吸引法で用いる溶融金属として、４００℃以下の融点を有する低融点金属を用いることが好ましい。低融点の金属を使用すれば、支持基板に設けられたアクチュエータの損傷を防ぐことができる。低融点金属の一例は、Ｉｎである。
【００１４】
アクチュエータは、ＳＯＩ基板のＳＯＩ層に形成してもよい。この場合、アクチュエータと支持基板とは、電気絶縁層によって隔てられる。アクチュエータは、ＳＯＩ層および電気絶縁層のパターニングを用いて形成できる。ＳＯＩ基板を使用しない場合は、電気メッキ法（電気鋳造法）を用いてアクチュエータを形成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を説明する前に本発明の概要を説明する。
【００１６】
ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems、「マイクロマシン技術」とも呼ばれる）を利用して製造されるＭＥＭＳ光部品のなかには、微小なアクチュエータ（マイクロアクチュエータ）を備えるものがある。従来技術として挙げた、日本航空電子技報に記載の光スイッチも、静電マイクロアクチュエータを備えている。この光スイッチでは、アクチュエータの電極と外部電極とが２次元的に配置されている。また、外部電極に接続されるアクチュエータ制御回路も２次元的に配置される。このため、電極や制御回路の占有面積が大きく、小型化が難しい。
【００１７】
そこで、本発明者らは、小型化・集積化の容易な光部品を考案した。それが、本発明の方法により製造される光部品である。この光部品では、基板を貫通する貫通電極がアクチュエータに接続されている。このため、基板の表面側のアクチュエータに貫通電極を介して基板の裏面側から駆動電圧を印加できる。アクチュエータとアクチュエータ制御回路を３次元的に配置できるので、配線やアクチュエータ制御回路の専有面積を低減できる。したがって、光部品の小型化が可能である。
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図示の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。
（実施形態１）
以下では、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００１９】
まず、本実施形態の光部品製造方法を説明する前に、この方法によって製造される光部品について説明する。図１は、この光部品を示す概略平面図である。図２は、図１の光部品１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。光部品１は、マイクロアクチュエータ１５を備える機械式光スイッチである。光スイッチ１は２×２スイッチ素子である。なお、図１では、後述する絶縁層１２ａ、１２ｂ、およびシリコン基板１３の図示が省略されている。
【００２０】
図２に示されるように、光スイッチ１は、平面光導波路２とミラーデバイス６から構成されている。以下では、図１および図２を参照しながら、平面光導波路２とミラーデバイス６の構造を詳細に説明する。
【００２１】
まず、平面光導波路２について説明する。平面光導波路２は、光路Ａ〜Ｄが形成されたベース基板３を有している。このベース基板３の上面の中央部には、光スイッチ１の幅方向に延びる溝部４が設けられている。この溝部４において光路Ａ〜Ｄが交差している。ベース基板３の上面の一部には、絶縁性のスペーサ層５ａ、５ｂが設けられている。スペーサ層５ａ、５ｂは、平面光導波路２とミラーデバイス６との間に空間を形成する。
【００２２】
次に、ミラーデバイス６について説明する。ミラーデバイス６は、平面光導波路２の上面にスペーサ層５ａ、５ｂを介在させて取り付けられている。ミラーデバイス６は、平面光導波路２の光路Ａ〜Ｄにミラー９を抜き差しすることができる。これにより、スイッチ動作が実現される。ミラー９を移動させるのは、静電アクチュエータ１５である。静電アクチュエータ１５は、可動部材７および固定電極１０から構成されている。
【００２３】
可動部材７は、光スイッチ１の幅方向と直交する方向に沿ってスペーサ層５ａから溝部４まで延びている。可動部材７は、シリコンから構成されている。このシリコンには、硼素等の不純物をドーピングすることで、導電性を持たせている。したがって、可動部材７は、静電アクチュエータ１５の可動電極として機能できる。
【００２４】
可動部材７は、先端部７ａ、中間部７ｂ、および基端部７ｃからなる。先端部７ａは、溝部４の上方に位置する。基端部（アンカー部）７ｃは、スペーサ層５ａ上に位置する。中間部７ｂの下方には、スペーサ層５ａが存在しない。したがって、中間部７ｂと平面光導波路２とは離間している。中間部７ｂのうち先端部７ａに隣接する箇所には、櫛歯部８が設けられている。櫛歯部８には、可動部材７の表面から突出する複数本の櫛歯８ａが設けられている。先端部７ａには、マイクロミラー９が固定されている。ミラー９は、溝部４内に入り込むように、先端部７ａから突出している。ミラー９は、Ｎｉメッキによって形成されている。ミラー９は、光路ＡおよびＤ間、ならびに光路ＢおよびＣ間で光を遮断する。
【００２５】
固定電極１０は、可動部材と対向しながら、可動部材７の長手方向に沿って延在している。固定電極１０は、スペーサ層５ａ上に設けられている。固定電極１０は、可動部材７と同様に、導電性を持ったシリコンから構成されている。固定電極１０において可動部材７の櫛歯部８に対向する部位には、櫛歯部１１が形成されている。櫛歯部１１には、固定電極１０の表面から突出する複数本の櫛歯１１ａが設けられている。これらの櫛歯１１ａは、可動部材の櫛歯８ａ間に入り込むように構成されている。固定電極１０の櫛歯部１１の下方には、スペーサ層５ａが存在しない。したがって、櫛歯部１１は平面光導波路２から離間している。固定電極１０の他の部分は、スペーサ層５ａを介して平面光導波路２に接続されている。
【００２６】
このような可動部材７および固定電極１０上には、電気絶縁層１２ａを部分的に介在させて、シリコン基板１３が設けられている。つまり、可動部材７および固定電極１０はＳＯＩ（Silicon On Insulator）層に形成されている。本実施形態では、絶縁層１２ａは、酸化シリコン（ＳｉＯ2）から構成されている。絶縁層１２ａは、可動部材７の基端部７ｃ上に設けられ、先端部７ａおよび中間部７ｂ上には設けられていない。このため、可動部材７とシリコン基板１３との間に空間が形成される。この結果、可動部材７は、シリコン基板１３上に片持ち支持される。
【００２７】
平面導波路２の上には、静電アクチュエータ１５の他にシリコン層１６も設けられている。平面導波路２とシリコン層１６との間には、電気絶縁性のスペーサ層５ｂが介在している。また、シリコン層１６とシリコン基板１３との間には、電気絶縁層１２ｂが介在している。電気絶縁層１２ｂは、酸化シリコンから構成されている。
【００２８】
シリコン層１６には、必要に応じて追加のアクチュエータを形成してもよい。例えば、ミラー９の位置保持機構として機能するアクチュエータをシリコン層１６に設けてもよい。静電アクチュエータなど、駆動電圧の印加を必要とするアクチュエータをシリコン層１６に設けた場合は、シリコン層１６に電圧源が接続されることになる。本実施形態では、シリコン層１６に接続された電圧源を符号１４ｂで示すことにする。
【００２９】
可動部材７および固定電極１０は、それぞれ貫通電極１８ａを介して電圧源１４ａに接続されている。貫通電極１８ａは、可動部材７または固定電極１０の裏面から絶縁層１２ａおよびシリコン基板１３を貫通してシリコン基板１３の裏面まで延びている。同様に、シリコン層１６に設けられたアクチュエータも、貫通電極１８ｂを介して電圧源１４ｂに接続されている。貫通電極１８ｂは、絶縁層１２ｂおよびシリコン基板１３を貫通してシリコン基板１３の裏面まで延びている。
【００３０】
以下では、光スイッチ１の動作を説明する。電圧源１４ａによって可動部材７と固定電極１０との間に電圧が印可されると、可動部材７と固定電極１０との間（特に、櫛歯部８と櫛歯部１１との間）に静電気力が発生する。この静電気力によって、可動部材７が基端部７ｃを支点としてたわむ。これに伴って、ミラー９が溝部４に沿って移動する。
【００３１】
光スイッチ１の初期状態（ＯＦＦ状態）では、可動部材７はまっすぐ延びている。この状態では、ミラー９が光路ＡとＣの間に位置する。したがって、光路Ａを通る光はミラー９で反射され、光路Ｂに導かれる。一方、電圧源１４ａにより可動部材７と固定電極１０との間に所定の電圧が印可されると、ミラー９は溝部４に沿って固定電極１０側へ移動する。これにより、ミラー９は光路ＡとＣを分断しなくなる。この状態（ＯＮ状態）では、光路Ａを通る光は、溝部４を通過して光路Ｄに導かれる。
【００３２】
電極１０には櫛歯部１１が設けられているので、電極１０全体の表面積が大きくなる。このため、可動部材７と電極１０との間に発生する静電気力が大きくなる。これにより、可動部材７と電極１０との間に印可する電圧値を低くしたり、可動部材７の長さを短くすることができる。
【００３３】
光スイッチ１が備えるアクチュエータ１５、１６には、貫通電極１８ａ、１８ｂを介して駆動電圧が印加される。これにより、シリコン基板１３の表面側の静電アクチュエータへ電圧を印加するための配線をシリコン基板１３の裏面側に配置できる。このような３次元な配線を用いると、シリコン基板の表面側に２次元的に配線する場合に比べて、配線の専有面積を低減できる。
【００３４】
図３は、複数の光スイッチ１を集積化してなる光スイッチアレイ１００の概略平面図である。光スイッチアレイ１００は、平面光導波路２ａとミラーデバイス６ａから構成される。平面光導波路２ａには、光路Ａ〜Ｄが４組設けられている。ミラーデバイス６ａは、シリコン基板１３の表面側に複数のアクチュエータ部１９が設けられた構造を有している。アクチュエータ部１９は、上述のアクチュエータ１５および１６からなる。なお、図示の便宜上、図３では、シリコン基板１３は、その外周のみを図示してある。
【００３５】
本実施形態の光スイッチアレイ１００は、アクチュエータ用の配線を貫通電極１８ａ、１８ｂを用いて３次元的に配置できる。このため、小型化・高集積化が可能である。
【００３６】
以下では、図４〜図７を参照しながら、ミラーデバイス６（図１、２）の製造方法を説明する。
【００３７】
まず、ＳＯＩ基板２０を用意する（図４（ａ））。ＳＯＩ基板２０は、支持基板２１、ＢＯＸ層２２、およびＳＯＩ層２３が順次に積層された構造を有している。支持基板２１は、シリコン（Ｓｉ）製であり、６２５μｍの厚さを有している。支持基板２１は、図１、図２のシリコン基板１３に相当する。ＢＯＸ層２２は、支持基板２１の表面全体に被着されている。ＢＯＸ層２２は、酸化シリコン（ＳｉＯ2）製であり、２μｍの厚さを有している。ＢＯＸ層２２は、図１、図２の絶縁層１２ａ、１２ｂに相当する。ＳＯＩ層２３は、ＢＯＸ層２２の表面全体に被着されている。ＳＯＩ層２３は、シリコン製であり、５０μｍの厚さを有している。
【００３８】
次いで、ＳＯＩ層２３の表面に、アクチュエータ１５、１６を形成するためのレジストパターン２６を形成する（図４（ｂ））。レジストパターン２６は、フォトリソグラフィー工程によって形成される。
【００３９】
この後、レジストパターン２６をマスクとするマスクパターニングにより、アクチュエータ１５、１６をＳＯＩ層２３に形成する（図４（ｃ））。ここでは、反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）によりＳＯＩ層２３をエッチングする。これにより、ＢＯＸ層２２の表面の一部が露出する。この段階では、可動部材７や櫛歯８ａ、１１ａは支持基板２１から離間されていない。
【００４０】
次に、ＢＯＸ層２２およびＳＯＩ層２３の表面に、スパッタ法によって、メッキ電極２７を成膜する。メッキ電極２７は、Ｃｒ／Ｎｉからなる（図５（ｄ））。
【００４１】
メッキ電極２７の表面には、ミラー９を形成するための厚膜レジスト２８を形成する（図５（ｅ））。厚膜レジスト２８は、ミラー９の形状に相当するパターン３０を有している。厚膜レジスト２８は、フォトリソグラフィー工程によって形成される。
【００４２】
この後、光励起電解研磨法を用いて、支持基板２１に貫通孔３２を形成する（図５（ｆ））。貫通孔３２は、支持基板２１の裏面から表面まで支持基板２１を貫通して延びている。貫通孔３２は、ほぼ円筒状であり、その口径は５０μｍである。
【００４３】
以下では、光励起電解研磨法を用いた貫通孔３２の形成について、具体的に説明する。光励起電解研磨法では、支持基板２１の裏面を電解液３３に曝し、対向電極３４と支持基板２１との間に電圧源３５を接続して、両者間に電圧を印加する。電解液３３としては、例えば、２．５ｗｔ％ＨＦ溶液を使用できる。対向電極３４は平板状であり、支持基板２１の裏面と平行に対向させて配置される。本実施形態では、対向電極３４は、Ｐｔ（白金）からなる。支持基板２１が陽極であり、対向電極３４が陰極である。支持基板２１と対向電極３４との間に印加される電圧は、直流で約１．０Ｖである。
【００４４】
貫通孔３２を形成する場所（例えば、アクチュエータ１５の可動部材７や固定電極１０の下方）には、電圧印加前に、あらかじめ異方性エッチングによりＶ溝を設けておく。このＶ溝は、鋭角な先端を有していることが好ましい。
【００４５】
光励起電解研磨法を行う際は、支持基板２１の裏面に紫外線３６を照射しながら、支持基板２１および対向電極３４間に電圧を印加する。紫外線３６は、図示しない光源から照射される。紫外線３６の照射により、支持基板２１内部の裏面近傍にキャリア（正孔）が発生する。このキャリアは、印加電圧によって支持基板２１内に発生した電界により、支持基板２１の裏面に向かって移動する。この電界は、裏面に設けられたＶ溝の先端に集中するので、キャリア（電荷）はそこに集まる。これにより、ＨＦ溶液をエッチャントとする支持基板２１のエッチングが、Ｖ溝の先端でのみ集中的に行われる。この結果、アスペクト比（孔の長さ／口径）の高い貫通孔３２が形成される。
【００４６】
貫通孔３２の形成が完了したら、貫通孔３２の底面をウェットエッチングし、ＢＯＸ層２２の一部を除去する（図６（ｇ））。エッチャントとしては、例えば、ＨＦ溶液を用いることができる。このウェットエッチングにより、貫通孔３２が延長される。延長された貫通孔３２は、支持基板２１およびＢＯＸ層２２を貫通し、アクチュエータ１５、１６の電極（例えば、可動部材７や固定電極１０）の裏面まで延びる。
【００４７】
この後、光励起電解研磨法を再び使用し、貫通孔３２の側面に電気絶縁層３７を形成する（図６（ｈ））。光励起電解研磨法は、シリコン支持基板２１を陽極として用い、電解液中で反応を生じさせる。このため、適切な電解液を使用すれば、陽極酸化や陽極化成反応を生じさせることも可能である。したがって、光励起電解研磨法を用いれば、貫通孔３２の壁面に低温で膜を形成できる。
【００４８】
この工程では、絶縁層３７を形成するため、高濃度のＨＦ溶液を電解液として使用する。具体的には、ＨＦ溶液の濃度は３０．０ｗｔ％である。濃いＨＦ溶液を用いて光励起電解研磨法を実行すると、貫通孔３２の壁面に多孔質シリコン膜３７が形成される。この多孔質シリコン膜３７は高抵抗率を有するので、絶縁層として機能する。
【００４９】
絶縁層３７を形成するための光励起電解研磨では、支持基板２１にのみ電圧を印加し、アクチュエータ１５、１６には電圧を印加しないようにする。こうすれば、貫通孔３２の底から露出するアクチュエータ１５、１６の裏面部分に絶縁層３７は形成されない。このように、光励起電解研磨法を用いると、貫通孔３２の側面のみへの絶縁層３７の形成を一つの工程で達成できる。
【００５０】
次に、溶融金属吸引法を用いて貫通孔３２に金属を充填し、貫通電極１８ａ、１８ｂを形成する（図６（ｉ））。溶融金属吸引法では、ＳＯＩ基板２０を、溶融金属吸引装置内に配置された溶融金属浴中に浸漬する。このとき、貫通孔３２の内部をあらかじめ真空にしておく。また、溶融金属吸引装置内は、大気圧とする。貫通孔３２の内外の圧力差により、溶融金属が貫通孔３２内に吸引される。吸引された金属が固化すれば、貫通電極１８ａ、１８ｂが得られる。
【００５１】
この方法で貫通孔３２に吸引される金属は、低い融点を有するものが好ましい。より具体的には、４００℃以下の融点を有する金属（例えばＩｎ）が好ましい。これは、支持基板２１に設けられたアクチュエータ１５、１６を損傷させないためである。
【００５２】
次いで、金（Ａｕ）メッキによりミラー９を形成し、その後、厚膜レジスト２８を除去する（図７（ｊ））。Ａｕの厚さは５０μｍである。
【００５３】
次いで、Ｃｒエッチャントを用いたウェットエッチングにより、メッキ電極２７を除去する（図７（ｋ））。これにより、ＳＯＩ層２３に形成されたアクチュエータ１５、１６が露出する。なお、ミラー９の下には、メッキ電極２７が残る。図２では、メッキ電極２７の図示が省略されている。
【００５４】
次に、ダイシングを行ってＳＯＩ基板２０を複数のチップに切り分けた後、ＨＦ溶液をエッチャントとするウェットエッチングにより、ＢＯＸ層（犠牲層）２２を除去する（図７（ｌ））。このとき、ＳＯＩ層２３中の幅の狭いパターンの下では、ＢＯＸ層２２が完全に除去される。これにより、可動部材７の片持ち梁構造が形成される。また、櫛歯８ａ、１１ａが支持基板２１ａから離間される。これをもって、アクチュエータ１５、１６が完成し、ミラーデバイス６も完成する。
【００５５】
本実施形態の方法によれば、以下の効果が得られる。
【００５６】
第１に、支持基板２１に貫通電極１８ａ、１８ｂを形成し、その貫通電極１８ａ、１８ｂを支持基板２１上のアクチュエータ１５、１６に接続できる。これにより、アクチュエータ１５、１６への駆動電圧印加用の配線を、貫通電極１８ａ、１８ｂを介して３次元的に配置できる。これにより配線密度を高められるので、ミラーデバイス６を備える光部品を小型化・高集積化できる。
【００５７】
第２に、支持基板２１の裏面における露出面積の小さな貫通電極１８ａ、１８ｂを形成できる。これは、光励起電解研磨法を用いて、貫通孔３２を支持基板２１に形成するからである。光励起電解研磨法を用いれば、開口面積の小さい貫通孔３２を形成できる。その貫通孔３２に金属を充填すれば、露出面積の小さな貫通電極１８ａ、１８ｂを形成できる。貫通電極１８ａ、１８ｂの露出面積が小さければ、支持基板２１上のアクチュエータ１５、１６の高集積化を促進できる。これにより、光部品をいっそう小型化できる。
【００５８】
第３に、貫通孔３２の底面から露出するアクチュエータ１５、１６の裏面部分に絶縁層３７を形成することなく、貫通孔３２の側面に絶縁層３７を形成し、支持基板２１と貫通電極３２を絶縁できる。これは、アクチュエータ１５、１６に電圧を印加せずに、光励起電解研磨法を実行するからである。アクチュエータ１５、１６の裏面に絶縁層３７が形成されないので、貫通電極１８ａ、１８ｂとアクチュエータ１５、１６とを確実に導通させることができる。
【００５９】
第４に、開口面積の小さな貫通孔３２にも好適に貫通電極１８ａ、１８ｂを形成できる。これは、溶融金属吸引法を用いて、支持基板２１の貫通孔３２に金属を充填するからである。これにより貫通電極１８ａ、１８ｂは支持基板２１を貫通してアクチュエータ１５、１６の電極に適切に接続されるので、アクチュエータ１５、１６に駆動電圧を確実に印加できる。
【００６０】
本実施形態の効果は、異方性エッチングを用いて支持基板に貫通孔を形成する場合と比較すると、より明確になる。以下では、図８〜図１１を参照しながら、異方性エッチングを用いたミラーデバイス６の製造方法を説明する。
【００６１】
この方法では、まず、ＳＯＩ基板２０を用意し（図８（ａ））、ＳＯＩ層２３の表面に、アクチュエータ１５、１６を形成するためのレジストパターン２６を形成する。また、支持基板２１の裏面には、貫通孔を形成するためのマスクパターン３８を形成する（図８（ｂ））。マスクパターン３８は、シリコン酸化膜である。
【００６２】
この後、レジストパターン２６をマスクとして、反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）によりＳＯＩ層２３をエッチングする（図８（ｃ））。これにより、アクチュエータ１５、１６がＳＯＩ層２３に形成される。
【００６３】
次に、ＢＯＸ層２２およびＳＯＩ層２３の表面に、スパッタ法によって、メッキ電極２７を成膜する（図９（ｄ））。メッキ電極２７の表面には、ミラー９を形成するための厚膜レジスト２８を形成する（図９（ｅ））。厚膜レジスト２８は、ミラー９の形状に相当するパターン３０を有している。
【００６４】
この後、マスクパターン３８をマスクとして支持基板２１を異方性ウェットエッチングし、支持基板２１に貫通孔３９を形成する（図９（ｆ））。貫通孔３９は、支持基板２１の裏面から表面まで支持基板２１を貫通して延びている。
【００６５】
続いて、金（Ａｕ）メッキによりミラー９を形成し、その後、厚膜レジスト２８を除去する（図１０（ｇ））。次いで、Ｃｒエッチャントを用いたウェットエッチングにより、メッキ電極２７を除去する（図１０（ｈ））。
【００６６】
次に、ウェットエッチングにより、マスクパターン３８を除去する。このとき、貫通孔３９の底面から露出するＢＯＸ層２２の部分も同時に除去される（図１０（ｉ））。ＢＯＸ層２２も、マスクパターン３８と同じくシリコン酸化物から構成されているからである。これにより、貫通孔３９の底面からアクチュエータ１５、１６の裏面が露出する。
【００６７】
この後、貫通孔３９の壁面にＣｒ／Ａｕ電極４０を成膜する（図１１（ｊ））。Ｃｒ／Ａｕ電極４０は、貫通孔３９の底面において、アクチュエータ１５、１６の裏面にも被着される。このＣｒ／Ａｕ電極４０が、図１０の貫通電極１８ａ、１８ｂに相当する。
【００６８】
次に、ダイシングを行ってＳＯＩ基板２０を複数のチップに切り分けた後、ＨＦ溶液をエッチャントとするウェットエッチングにより、ＢＯＸ層（犠牲層）２２の一部を除去する（図１１（ｋ））。これにより、アクチュエータ１５、１６が完成し、ミラーデバイス６も完成する。
【００６９】
図９（ｆ）に示されるように、異方性エッチングではシリコンの結晶面に沿ってエッチングが進むため、支持基板２１の裏面に対して斜めにシリコンが除去される。このため、貫通孔３９は、支持基板２１の裏面から表面に向かって先細りの形状となる。すなわち、貫通孔３９の開口面積は、支持基板２１の裏面において、支持基板２１の表面よりも大きくなる。したがって、支持基板２１の裏面において貫通電極４０が占有する面積も大きい。
【００７０】
支持基板２１の裏面および表面間での電極面積の比率は、シリコンの結晶角に依存する。例えば、シリコンの（１００）面に沿って異方性エッチングを行うと、エッチング角は約５５度となる。６２５μｍ厚の支持基板に貫通電極を形成すると、裏面での貫通電極の口径は約１．５ｍｍと非常に大きい。これは、配線やアクチュエータの集積化を困難にする。
【００７１】
異方性エッチングの代わりに等方性エッチングを用いて貫通孔を形成することも考えられる。しかし、等方性エッチングでは、深さ方向と面内方向のエッチング距離が同じになる。このため、深いエッチングを行うと、エッチング面積が大きくなる。したがって、等方性エッチングを用いて形成された貫通孔も、開口面積が大きくなりやすい。したがって、等方性エッチングを用いても、貫通電極の専有面積は大きくなりやすく、集積化は困難である。
【００７２】
一方、本実施形態の方法は、光励起電解研磨法を使用するので、高アスペクト比の貫通孔を支持基板に形成できる。したがって、支持基板の裏面における貫通電極の面積が小さい。このため、配線やアクチュエータを高密度に集積化し、光部品を小型化できる。
（実施形態２）
以下では、本発明の第２の実施形態について説明する。上記実施形態では、ＳＯＩ層をパターニングすることによりアクチュエータを形成する。したがって、アクチュエータはシリコン製である。しかし、基板上に金属製のアクチュエータを形成することも可能である。以下では、図１２〜図１４を参照しながら、金属製のアクチュエータを備える光部品の製造方法を説明する。
【００７３】
この方法では、まず、シリコン支持基板２１の表面にＮｉ／Ｃｒ層４１が被着された構造のシリコンウェーハ２４を用意する（図１２（ａ））。次に、Ｎｉ／Ｃｒ層４１の表面に、厚膜レジン４２を形成する（図１２（ｂ））。厚膜レジン４２は、アクチュエータ１５、１６に相当するパターンを有している。厚膜レジン４２の形成は、フォトリソグラフィ工程により行われる。
【００７４】
次いで、電気鋳造法を用いて、Ｎｉ／Ｃｒ層４１の表面にアクチュエータ１５、１６を形成する（図１２（ｃ））。アクチュエータ１５、１６は、ニッケル（Ｎｉ）から構成される。
【００７５】
次に、アクチュエータ１５、１６および厚膜レジン４２の表面に、ミラー９を形成するための厚膜レジスト４４を形成する（図１３（ｄ））。厚膜レジスト４４は、ミラー９に相当するパターン４５を有している。続いて、電気鋳造法を用いて、Ｎｉ製のミラー９を厚膜レジスト４４内に形成する（図１３（ｅ））。
【００７６】
この後、上記実施形態と同様の工程により、貫通電極１８ａ、１８ｂを形成する（図１３（ｆ））。具体的には、光励起電解研磨法を用いて貫通孔３２を支持基板２１に形成し、貫通孔３２の底面から露出するＮｉ／Ｃｒ層４１を除去し、再び光励起電解研磨法を用いて貫通孔３２の側面にだけ絶縁層３７を形成し、溶融金属吸引法を用いて貫通孔３２に金属を充填する。
【００７７】
次に、厚膜レジン４２および厚膜レジスト４４を除去する（図１４（ｇ））。続いて、ダイシングを行ってシリコンウェーハ２４を複数のチップに切り分けた後、Ｎｉ／Ｃｒ層（犠牲層）４１の一部をエッチングにより除去する（図１４（ｈ））。これにより、アクチュエータ１５、１６が完成し、ミラーデバイス６も完成する。ミラーデバイス６と平面光導波路２とを位置合わせして接合すれば、光スイッチ１が得られる。
【００７８】
このような方法により、支持基板２１上に金属製のアクチュエータ１５、１６を形成できる。この場合でも、光励起電解研磨法および溶融金属吸引法を用いて、面積の小さい貫通電極を形成できる。したがって、本実施形態の製造方法も、配線やアクチュエータを高集積化し、光部品を小型化することができる。
【００７９】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００８０】
本発明の方法によって製造する光部品は、上記実施形態のミラーデバイス、光スイッチ、光スイッチアレイ、および光スイッチユニットのようにスイッチング動作を行うためのものに限られず、光フィルタなど、他の光部品であってもよい。
【００８１】
上記実施形態では、平面光導波路の上にミラーデバイスを設けているが、このほかに、光ファイバが固定されたベース部材の上にミラーデバイスを設けてもよい。
【００８２】
また、上記実施形態では静電アクチュエータを形成しているが、ミラーを移動させる手段として他のアクチュエータ（例えば、電磁アクチュエータ）を形成してもよい。
【００８３】
さらに、上記実施形態の光スイッチは２×２スイッチであるが、本発明は、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ、１×２スイッチや、ｎ×ｎマトリクススイッチの光スイッチ等にも適用可能である。
【００８４】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、アクチュエータに駆動電圧を印加するための、面積の小さな貫通電極を形成できるので、光部品を高集積化および小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法によって製造される光部品の一例を示す概略平面図である。
【図２】図１の光スイッチのＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図１の光スイッチを応用した光スイッチアレイを示す概略平面図である。
【図４】第１の実施形態の製造方法を示す工程図である。
【図５】第１の実施形態の製造方法を示す工程図である。
【図６】第１の実施形態の製造方法を示す工程図である。
【図７】第１の実施形態の製造方法を示す工程図である。
【図８】比較例の製造方法を示す工程図である。
【図９】比較例の製造方法を示す工程図である。
【図１０】比較例の製造方法を示す工程図である。
【図１１】比較例の製造方法を示す工程図である。
【図１２】第２の実施形態の製造方法を示す工程図である。
【図１３】第２の実施形態の製造方法を示す工程図である。
【図１４】第２の実施形態の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１…光スイッチ、２…平面光導波路、５ａ，５ｂ…スペーサ層、７…可動部材（可動電極）、８…櫛歯部（第１櫛歯部）、８ａ…櫛歯、９…ミラー、１０…固定電極、１１…櫛歯部（第２櫛歯部）、１１ａ…櫛歯、１２…絶縁層、１３…シリコン基板、１４ａ，１４ｂ…電圧源（駆動手段）、１５、１６…アクチュエータ、１８ａ，１８ｂ…貫通電極、１９…アクチュエータ部、２０…ＳＯＩ基板、２１…支持基板、２２…ＢＯＸ層、２３…ＳＯＩ層、３２…貫通孔、３３…電解液、３４…対向電極、３５…電圧源、３６…紫外線、３７…絶縁層。
Claims (3)
- シリコンからなる支持基板と、前記支持基板の表面側に設けられたアクチュエータと、前記アクチュエータに電気接続され、前記支持基板の裏面から表面まで貫通する貫通電極と、を備える光部品の製造方法であって、
光励起電解研磨法を用いて、前記支持基板の裏面から表面まで貫通する貫通孔を形成する工程と、
光励起電解研磨法を用いて、前記貫通孔の底面に電気絶縁層を形成することなく、前記貫通孔の側面に電気絶縁層を形成する工程と、
前記貫通孔に前記貫通電極を形成する工程と
を備え、
前記貫通孔の側面に電気絶縁層を形成する工程は、前記アクチュエータに電圧を印加することなく、前記支持基板に電圧を印加して、光励起電解研磨法を行う光部品の製造方法。 - 前記貫通電極を形成する工程は、溶融金属吸引法を用いて前記貫通孔に電極材料を充填する
請求項１記載の光部品の製造方法。 - 前記溶融金属吸引法で用いる溶融金属として、４００℃以下の融点を有する低融点金属を用いる
請求項１又は２記載の光部品の製造方法。
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