JP4019847B2 - Functional device - Google Patents

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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は入力された信号の変換、経路の変更、波長の選択及び導通／非導通等の加工処理を行う機能素子を備えた機能デバイスに関し、特に、機能素子の動作が微小電気機械により制御される機能デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）方式の光ファイバーシステムのような光波通信ネットワークシステムにおいて、光の経路をスイッチングする技術及び入射した光から任意の波長の光を選択する技術の必要性が高まっている。この光波通信ネットワークシステムにおいて、ネットワーク上の各ノードでは、複数の波長の光から所定の波長の光を選択し分岐した後、この光の経路変更を行う光スイッチが使用される。今後予想される通信情報伝送量の増大に伴い、光スイッチ等の光デバイスの多チャンネル化、大規模化が要求されている。
【０００３】
このうち、光スイッチは、光を光／電気変換すること無しに光のまま経路変換するため、遅延時間を最小化でき、転送速度に依存せず、拡張性を有する等の特長をもつ。従来、光スイッチを実現する方法として、光ファイバーの機械的運動による方法、ファラデー回転に基づいて行う方法、反射ミラーを使用して行う方法等が提案されている。
【０００４】
このうち、反射ミラーを使用し、この反射ミラー及びこの反射ミラーの駆動装置に微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical System）を使用する光スイッチは、半導体集積回路を製造する微細加工技術を利用して製造しているため、機能集積化、アレイ化、可動立体構造の小型化、高精度化が可能であり、コスト低減、大規模化に対して有利であり、今後の多チャンネル化に伴う光スイッチの大規模化の必要性に十分に応えられる光デバイスとして期待されている。
【０００５】
例えば、特開２０００−３１４８４６号公報には、ＭＥＭＳにより形成された反射ミラーが開示されている。即ち、特開２０００−３１４８４６号公報には、支持体にビーム部によって回動可能に連結された反射ミラーを設け、前記支持体に電極を取り付け、この電極に電圧を印加することにより、この電極と前記反射ミラーとの間の静電力によって前記反射ミラーの動作を制御する技術が開示されている。また、特開２００１−１１７０２５号公報にも、ＭＥＭＳにより形成された反射ミラーが開示されている。更に、特開平１１−３３０２５４号公報には、スイッチ手段を備えた半導体装置において、前記スイッチ手段が、基板上に形成された複数のＭＯＳトランジスタと、このＭＯＳトランジスタ上に形成されたＭＥＭＳである複数のスイッチ素子とを備え、このスイッチ素子においては移動可能に設けられた配線をクーロン力により移動させることによりスイッチングを行う技術が開示されている。特開平１１−３３０２５４号公報には、これにより、半導体装置において、前記ＭＯＳトランジスタにより不変的な接続を行い、前記スイッチ素子により可変的な接続を行うことにより、自由度が高い論理可変ＬＳＩを実現できると記載されている。
【０００６】
更にまた、特開平１１−１４４５９６号公報には、半導体モノシリックマイクロ波集積回路基板上にＭＥＭＳにてＲＦスイッチを形成する技術が開示されている。この技術は、基板上にシーソー状に回動可能に支持されたビームを設け、このビームの近傍に配置された電極に電圧を印加することにより、ビームと電極との間に静電気力を発生させ、ビームを回動させる。これにより、基板上に形成された端子とビームの下面に形成された端子とを接触させたり非接触にしたりして、スイッチを開閉するものである。特開平１１−１４４５９６号公報には、これにより、感度が良好なＲＦスイッチをアレイ状に形成できると記載されている。
【０００７】
一方、米国特許第５，９６３，７８８号（Carole C. Barron et. al.）においては、ＭＥＭＳ素子が形成される基板と同一のシリコン基板上に、このＭＥＭＳ素子を駆動する駆動回路を作製する技術が開示されている。
【０００８】
また、特開２００２−３６２００号公報には、ＭＥＭＳデバイスモジュールとＭＥＭＳデバイスアレイを駆動するために必要なＩＣ制御回路モジュールとを共通のシステム相互接続基板上に集積する技術が開示されている。これにより、ＭＥＭＳデバイス及びＩＣモジュールを、交換又は修理のために容易に取り外すことができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の技術には以下に示すような問題点がある。反射ミラー又はＲＦスイッチ等の機能素子の駆動力として、静電気力、磁気力、圧電効果、熱膨張等が利用されるが、このような機能素子を備えた装置には、これらの駆動力を発生させるための駆動回路が必要である。例えば、反射ミラーの駆動力として静電気力を使用する場合には、電圧を発生する印加電圧発生回路の他に、駆動させる微小電気機械を選択し制御するための駆動回路が必要となる。
【００１０】
例えば、前述の特開２００１−１１７０２５号公報の図１に示されているように、従来、このような駆動回路は、反射ミラー等の機能素子及びこの機能素子を駆動する駆動装置（以下、総称してＭＥＭＳ素子という）を形成する基板とは別の基板上に作製され、ワイヤボンディング又はフレキシブル基板等によってＭＥＭＳ素子が形成された基板に接続されている。このため、光デバイスが多チャンネル化により大規模化し、駆動するＭＥＭＳ素子数が増大すると、前記駆動回路を個々のＭＥＭＳ素子に接続する配線の数及び駆動回路の規模が増大し、装置全体が大型化してしまうという問題がある。即ち、ＭＥＭＳ素子を駆動制御するためには電極が必要であるが、多チャンネル化、アレイの大規模化に伴い外部との間で駆動制御信号を入出力するための端子数が増大し、そのための配線の引き回しに必要な領域も大型化する。例えば、一つのＭＥＭＳ素子の駆動に２電極必要とすると、ｎ行ｎ列(ｎは整数)正方マトリックス配置(アレイ化)すると電極数は２ｎ２個となり、これと同数の端子をデバイスに設ける必要があり、更に、これらの端子に接続する配線の引き回し領域も大型化する。
【００１１】
また、米国特許第５，９６３，７８８号に開示された技術においては、シリコン基板表面にキャビティー部を設け、このキャビティー部にＭＥＭＳ素子を作製した後、前記シリコン基板表面における前記キャビティー部とは異なる領域に駆動回路を形成するため、駆動回路形成時においてＭＥＭＳ素子を保護する工程が必要となり、また、駆動回路形成後に平坦化加工を行う工程が必要となる。このため、工程数が増加するという問題点がある。また、多チャンネル化を実現するために数千個のＭＥＭＳ素子からなる光反射ミラーをアレイ状に配列する場合、シリコン基板表面におけるキャビティー部が占める面積の比率が増大し、装置の作製時においてシリコン基板の機械的強度が弱くなるという問題点がある。
【００１２】
更に、特開２００２−３６２００号公報に開示された技術においては、複数のＭＥＭＳモジュールを交換可能な状態で相互接続基板上に配置するため、モジュール間の位置合せ精度を確保することが必要となる。例えば、ＭＥＭＳモジュールが光通信に使用するミラーを含む場合には、モジュール間の光路を精密に確保する必要がある。このため、組立工程が複雑化するか、又は組立後の装置の信頼性が低くなる。また、各ＭＥＭＳモジュールがそれ自体で密封された構造をとるため、ＭＥＭＳチップよりも体積が大きく、アレイの大規模化においては装置が大型化するといった問題点がある。
【００１３】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、多チャンネル化における配線数の増大による大型化を抑制でき、製造が容易であり、強度が高く、低コスト化及び信頼性の向上を図った機能デバイス及びその製造方法並びにこの機能デバイスに搭載する駆動回路を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る機能デバイスは、入力された信号を加工して出力する複数の機能素子と、基板及びこの基板上に設けられ前記機能素子を駆動する駆動回路を備えた駆動回路基板と、絶縁性材料からなり前記機能素子と前記駆動回路基板とを相互に接合する絶縁層及びこの絶縁層中に設けられ前記機能素子と前記駆動回路とを相互に接続する接続端子を備えた接合層と、を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明においては、機能素子及びこの機能素子を駆動する駆動回路を備えた駆動回路基板を設け、機能素子と駆動回路基板とを接合層により接合することにより、機能素子が多数になり機能デバイスが多チャンネル化した場合においても、駆動回路の面積の増大により機能デバイス全体が大型化することを抑制することができる。また、駆動回路と機能素子との間の距離を小さくできるため、両者間の配線を可及的に短くすることができ、機能デバイスの小型化及び信頼性の向上を図ることができる。更に、駆動回路基板において、基板上に駆動回路を形成し、機能素子は接合層を介してこの駆動回路基板に接合するため、基板上に直接機能素子を形成する場合と比較して、製造が容易であり、基板の強度が低下することがなく、駆動回路基板と機能素子との間に集積度及び物理的な不整合が少なく、機能デバイスの信頼性を向上させると共にコストを減少させることができる。更にまた、機能素子が接合層により駆動回路基板に接合されているため、交換可能なモジュールを使用する場合と比較して、デバイスの信頼性が向上すると共に、小型化を図ることができる。更にまた、機能素子及び駆動回路基板を独立して製造することができるため、夫々独立に良否判断を行うことができ、デバイス全体としての歩留りが向上する。
【００１６】
また、前記駆動回路を外部回路に接続する入出力端子を有し、この入出力端子の数が前記接続端子の数よりも少ないことが好ましい。これにより、駆動回路と外部回路との間の配線数を低減でき、この配線の引き回しに要する領域の面積を低減することができる。
【００１７】
更に、前記機能素子が、前記入力された信号に対して加工処理を施す加工素子と、この加工素子を運動可能に支持する微小電気機械部と、前記駆動回路から電圧が印加され前記加工素子との間に静電気力を発生させることにより前記加工素子を運動させる駆動電極と、を有していてもよい。これにより、簡略な構成により、駆動回路が出力する電気信号を加工素子の機械的動作に変換することができる。
【００１８】
このとき、前記各機能素子が前記駆動電極を３個以上有していてもよい。これにより、前記加工素子を２自由度で動かすことができ、信号処理の自由度が増大する。
【００１９】
また、前記信号が光信号であり、前記加工素子がこの光信号の少なくとも一部を反射する光反射ミラーであり、前記微小電気機械部が前記光反射ミラーを回動可能に支持するものであり、前記駆動電極が前記光反射ミラーの角度を制御して前記光反射ミラーが入力された前記光信号を選択的に出力することにより、光のスイッチングを行ってもよい。
【００２０】
このとき、前記駆動電極が透明導電体からなり、前記光反射ミラーが半透過性であり、前記基板が透明絶縁体からなり、前記駆動回路基板が前記機能素子に対向していない側の面に光検出素子を含む光検出基板を有していてもよい。これにより、この光デバイスを使用して光通信を行う際に、常時、光信号をモニターすることが可能となる。この結果、この機能デバイスを通過する光信号の異常及び通信経路の断線等を検出することができる。
【００２３】
更に、前記駆動回路が、アレイ状に配列された複数のトランジスタと、このトランジスタのゲート電極に接続された１又は複数のゲート線と、前記トランジスタのソース電極に接続された複数のドレイン／ソース線と、前記トランジスタのドレイン電極及び前記駆動電極に接続され前記ドレイン電極に印加された電圧を前記駆動電極に印加する端子と、前記ドレイン／ソース線に選択的に信号を入力するドレイン／ソース駆動回路と、を有することが好ましい。また、前記駆動回路が、前記ゲート線に選択的に信号を入力するゲート駆動回路を有していてもよい。これにより、光スイッチが多チャンネル化及び大規模化しても、回路部が大型化することがなく、機能デバイスが大型化することをより一層抑制することができる。
【００２４】
本発明に係る他の機能デバイスは、表面に入力された光の少なくとも一部に対して光加工処理を行い出力する機能素子を備え、前記機能素子を支持すると共に前記機能素子の動作を制御する微小電気機械部を備えた機能素子可動支持構造体と、前記機能素子可動支持構造体から見て前記機能素子が設けられていない側に配置され、絶縁体からなる基板及びこの基板上に形成され前記微小電気機械部の動作を制御する駆動回路を備えた駆動回路基板構造体と、を有することを特徴とする。
【００２５】
本発明においては、機能素子及び微小電気機械部を備えた機能素子可動支持構造体を設け、前記機能素子可動支持構造体から見て前記機能素子が設けられていない側に駆動回路を備える駆動回路基板構造体を配置することにより、機能デバイスが多チャンネル化した場合においても、駆動回路の面積の増大により機能デバイス全体が大型化することを抑制することができる。また、駆動回路基板構造体において絶縁体からなる基板上に駆動回路を形成するため、駆動回路基板構造体と機能素子可動支持構造体との間に集積度及び物理的な不整合が少なく、機能デバイスの信頼性を向上させると共にコストを減少させることができる。更に、駆動回路と微小電気機械部との間の距離を小さくできるため、駆動回路と微小電気機械部との間の配線を可及的に短くすることができ、機能デバイスの小型化及び信頼性の向上を図ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は本実施形態に係る機能デバイスの構成を示す斜視図、図２はミラー素子１１の断面図、図３はミラー素子１１の詳細を示す拡大平面図、図４は光反射ミラー素子の電極配置を示す断面図、図５は１個の光反射ミラー素子を駆動する４個のミラー素子スイッチ部を示す等価回路図、図６はミラー素子スイッチ部及びドライバ回路部の構成を示す等価回路図である。なお、図２は図３に示すＸ−Ｘ軸をとおりミラーフレーム１４の表面に垂直な断面における断面図である。本実施形態の機能デバイスは、機能素子として光反射ミラーを使用し、９個の光反射ミラーをアレイ状に配置し、この光反射ミラーを駆動する駆動力として静電気力を利用した光スイッチである。
【００２９】
図１に示すように、本実施形態に係る機能デバイスである光スイッチには、駆動回路基板２が設けられ、この駆動回路基板２上に積層されるように、ミラー基板１が設けられている。駆動回路基板２とミラー基板１とは、樹脂層３により相互に接合されている。この樹脂層３中には接合部材３２（図２参照）が設けられており、樹脂層３及び接合部材３２により接合層が形成されている。ミラー基板１には、１個以上例えば９個のミラー素子１１が設けられ、（３行×３列）のマトリクス状に配列されている。駆動回路基板２には、光反射ミラー１１を駆動・制御する回路が設けられ、熱硬化性接着剤等の樹脂層３及び接続部材３２（図２参照）を介してミラー基板１に接合されている。
【００３０】
ミラー基板１及び駆動回路基板２はその形状が略直方体であり、積層方向から見てミラー基板１及び駆動回路基板２は１辺の長さが略等しく、他の１辺の長さは駆動回路基板２がミラー基板１よりも若干長くなっている。このため、駆動回路基板２の上面においてミラー基板１に覆われていない領域が存在し、この領域には例えば４個の外部入力ポート４が設けられている。
【００３１】
図２に示すように、ミラー基板１においては、絶縁体又は酸化シリコン等の絶縁体で覆われたシリコンからなるベース基板１６が設けられ、ベース基板１６上にはガラス等の絶縁体からなる支持台１５が所定の間隔で設けられ、支持台１５上にはミラー素子１１が設けられ、ミラー素子１１は支持台１５により所定の間隔で保持されている。ミラー素子１１は後述するように３次元的な運動が可能な構造となっている。このミラー素子１１と、後述する貫通電極が設けられたベース基板１６とが、支持台１５を介した所定の間隔で接合され、ミラー基板１が形成されている。
【００３２】
ベース基板１６にはスルーホール１９ａが形成され、ベース基板１６の表面（ミラー素子１１側）におけるスルーホール１９ａ上には、ミラー素子１１を静電気力により駆動させるための駆動電極１７がミラー素子１個毎に４個設けられている。また、ベース基板１６の裏面におけるスルーホール１９ａの下方には接続電極１８が設けられている。駆動電極１７と接続電極１８はスルーホール１９ａにより相互に接続され、貫通電極を形成する。尚、スルーホール１９ａ内にはハンダ、スズ（Ｓｎ）等からなる導電体１９ｂが埋め込まれていてもよい。更に、接続電極１８の表面には、Ａｕ（金）又は半田からなる接続用突起（バンプ）３１が設けられている。
【００３３】
図３及び図４に示すように、ミラー素子１１は、円板形状のミラー本体１２、このミラー本体１２を軸支するリング形状の支持体１３及びミラーフレーム１４から構成されている。支持体１３は、加工素子としてのミラー本体１２を運動可能に支持する微小機械部である。ミラーフレーム１４には開口部１４ａが設けられている。支持体１３はミラーフレーム１４の開口部１４ａ内に配置され、リング１３ｂ、２個の軸部材１３ｃ及び２個の軸部材１３ｄから構成されている。開口部１４ａの内側にはリング１３ｂが配置され、リング１３ｂの内側にはミラー本体１２が配置されている。
【００３４】
ミラーフレーム１４の開口部１４ａの内壁には、２個の軸部材１３ｃが、その軸方向がＸ方向になるように連結され、この２個の軸部材１３ｃによりリング１３ｂが軸支されている。これにより、リング１３ｂは２個の軸部材１３ｃを介してミラーフレーム１４に対してＸ−Ｘ軸を中心として回動可能に連結されている。また、リング１３ｂのリング内面には２個の軸部材１３ｄが、その軸方向がＹ方向になるように連結され、この２個の軸部材１３ｄによりミラー本体１２が軸支されている。これにより、ミラー本体１２は２個の軸部材１３ｄを介してリング１３ｂに対してＹ−Ｙ軸を中心として回動可能に連結されている。この結果、ミラー本体１２は支持体１３によりミラーフレーム１４の表面に平行な互いに直交する２方向、即ち、夫々Ｘ方向及びＹ方向に延びるＸ−Ｘ軸及びＹ−Ｙ軸を回転軸として、ミラーフレーム１４に対して回動可能に支持されている。これにより、ミラー本体１２は任意の方向に向きを変えることが可能となり、ミラー本体１２は光入力路（図示せず）から入力された光を任意の方向の光出力路（図示せず）に出力することができる。
【００３５】
ミラー本体１２は、入射光の全てを反射する完全反射性のもの、例えば、基板上に厚い金属膜が被覆されているものでもよく、入射光の一部を反射して残部を真直ぐ透過させる半透過性のもの、例えば、透過基板上に薄い金属膜が被覆されているものでもよい。
【００３６】
また、駆動電極１７は、ベース基板１６上におけるミラー本体１２の下方に相当する領域に、１個のミラー本体１２に対して夫々４個設けられている。図３においては、この４個の駆動電極１７に夫々符号１７ａ乃至１７ｄを付与して示す。ミラー駆動電極１７ｂ及び１７ｄは、ミラーフレーム１４に対するリング１３ｂの回転軸の下方に、ミラー本体１２の中心をとおり、ベース基板１６の表面に垂直な線（以下、ミラー本体１２の中心軸という）に関して対称な位置に配置されている。駆動電極１７ａ及び１７ｃは、リング１３ｂに対するミラー本体１２の回転軸の下方に、ミラー本体１２の中心軸に関して対称な位置に配置されている。従って、駆動電極１７ａ乃至１７ｄは、ミラー本体１２の中心軸に対して４回対称な位置に配置されている。ミラー本体１２、支持体１３及び駆動電極１７ａ乃至１７ｄにより、機能素子が形成されている。
【００３７】
更に、図２に示すように、駆動回路基板２においては、ガラス等の絶縁体からなる基板２１が設けられ、この基板２１上に薄膜プロセスにて作製した薄膜半導体等によって構成される素子スイッチ部２２が設けられている。素子スイッチ部２２は駆動電極１７と同数設けられている。また、基板２１上には、素子スイッチ部２２を選択して駆動させるドライバ回路部２３が設けられている。また、基板２１上には素子スイッチ部２２及びドライバ回路部２３を覆う絶縁体層２５が設けられている。絶縁体層２５における素子スイッチ部２２上の部分にはコンタクトホール２５ａが設けられ、コンタクトホール２５ａには導電体２５ｂが埋め込まれ、導電体２５ｂは素子スイッチ部２２の外部電極（図示せず）に接続されている。絶縁体層２５の表面におけるコンタクトホール２５ａ上に相当する領域には表面電極２４が設けられ、表面電極２４はコンタクトホール２５ａ内の導電体２５ｂにより、素子スイッチ部２２の外部電極（図示せず）と接続されている。
【００３８】
更にまた、駆動回路基板２においては、外部の制御回路（図示せず）からドライバ回路部２３に入力され所定の素子スイッチ部２２を選択する信号及びクロック信号等が入力される入力端子、並びにミラー素子１１を駆動するための印加電圧の入力端子等を備える外部入力ポート４（図１参照）が設けられている。
【００３９】
ミラー基板１における駆動回路基板２に対向する面に設けられた接続用突起（バンプ）３１は、駆動回路基板２におけるミラー基板１に対向する面に設けられた表面電極２４に夫々当接しており、接続用突起３１及び表面電極２４を覆うように、半田又は導電性接着剤からなる接続部材３２が設けられている。そして、この接続用突起３１と表面電極２４とが圧着等により相互に接合され、接続部材３２により周囲を覆われて補強されている。更に、ベース基板１６と絶縁体層２５との間における接続電極１８、接続用突起３１、表面電極２４及び接続部材３２の周囲には、熱硬化性接着剤等からなる樹脂層３が充填され封止されている。
【００４０】
このように、ミラー基板１が駆動回路基板２上に接続部材３２及び樹脂層３を介して積層されることにより、ミラー基板１の駆動電極１７は、導電材１９ｂ、接続電極１８、接続用突起３１、接続部材３２、表面電極２４及び導電材２５ｂを介して駆動回路基板２の素子スイッチ部２２に接続される。なお、ミラー駆動電極１７、導電材１９ｂ、接続電極１８、接続用突起３１、表面電極２４、導電材２５ｂ及び素子スイッチ部２２は、ほぼ垂直方向に沿ってこの順に配置されている。
【００４１】
なお、本実施形態においては、接続用突起３１を接続電極１８の表面に設け、接続用突起３１を表面電極２４に当接させる例を示したが、接続用突起３１を表面電極２４上に設け、接続電極１８に当接させてもよい。この場合は、接続部材３２は接続用突起３１及び接続電極１８を覆うように形成する。
【００４２】
また、本実施形態においては、接続電極１８をミラー駆動電極１７の真下に設け、その位置で表面電極２４に接続する例を示したが、表面電極２４及び接続電極１８は、駆動電極１７と素子スイッチ部２２との間の電気的接続が確保される範囲において、夫々絶縁体層２５及びベース基板１６の任意の位置に配置することができる。
【００４３】
素子スイッチ部２２は、図５において破線領域内に示すような等価回路により構成されている。図５は１個のミラー素子１１を駆動する回路の等価回路を示す。素子スイッチ部２２においては、薄膜トランジスタ５３が設けられ、この薄膜トランジスタ５３のゲート電極はゲート線５１に接続されている。また、薄膜トランジスタ５３のソース電極にはドレイン／ソース線５２が接続され、薄膜トランジスタ５３のドレイン電極と接地電極との間には保持キャパシタ５５及び端子５６が並列に接続されている。保持キャパシタ５５は、ゲート線がオフとなり薄膜トランジスタが非導通状態になった場合にミラー本体１２の配向を保持するものであり、自然放電による駆動電極１７の電荷の消失を補うものである。この保持キャパシタ５５の容量は、ゲート線走査周波数及びミラー素子１１の数等により決定されるが、次のゲート線走査時まで電荷が保持できるように設定すればよい。また、端子５６は薄膜トランジスタ５３側の端子及び接地電位側の端子からなり、薄膜トランジスタ５３側の端子は素子スイッチ部２２の外部電極であり、導電材２５ｂに接続されている。そして、前述の如く、導電材２５ｂは表面電極２４、接続用突起３１、接続電極１８、導電材１９ｂを介して駆動電極１７に接続されている。また、端子５６の接地電位側の端子は、ミラー本体１２の接地電極（図４参照）に接続されている。
【００４４】
そして、４個の素子スイッチ部２２が１個の群を形成し共通のゲート線５１に接続され、１個のミラー素子１１を駆動する。１個の群における各素子スイッチ部２２の端子５６は、夫々ミラー駆動電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ及び１７ｄに接続される。
【００４５】
また、図６に示すように、本実施形態に係る機能デバイスにおいては、複数の素子スイッチ部２２がアレイ状に配列されている。ミラー素子１１の配列が（ｍ行×ｎ列）である場合には、前述の如く、１つのミラー素子１１の駆動には４個の素子スイッチ部２２が必要であるため、素子スイッチ部２２の配列は（ｍ行×４ｎ列）となる。本実施形態においては、ミラー素子１１の配列は例えば（３行×３列）であるため、素子スイッチ部２２の配列は（３行×１２列）となる。各列を構成する素子スイッチ部２２は共通のドレイン／ソース線５２に接続される。従って、光デバイス全体のドレイン／ソース線５２は４×ｎ本となる。このドレイン／ソース線５２はドレイン／ソース線５２を選択して電圧を印加するドレイン／ソース線駆動回路６１の走査列Ｄ／Ｓ１、Ｄ／Ｓ２、・・・、Ｄ／Ｓ４ｎに接続される。
【００４６】
また、各行を構成する素子スイッチ部２２は共通のゲート線５１に接続される。従って、光デバイス全体のゲート線５１の数はｍ本である。このゲート線５１はゲート線５１を選択して電圧を印加するゲート線駆動回路６２の走査行Ｇ１、Ｇ２、・・・、Ｇｍに接続される。ドレイン／ソース線駆動回路６１及びゲート線駆動回路６２により、素子スイッチ部２２を制御し駆動するドライバ回路部２３が構成されている。更に、ドレイン／ソース線駆動回路６１には少なくとも２チャンネルの印加電圧発生部６３が接続されている。この印加電圧発生部６３はドレイン／ソース線駆動回路６１を介してドレイン／ソース線５２に電圧を印加するものであり、機能デバイスの外部に設けられている。
【００４７】
次に、本実施形態に係る機能デバイスの動作について説明する。図５及び６に示すように、ドライバ回路部２３のゲート線駆動回路６２は、走査行Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、・・・、Ｇｍを走査して順次駆動し、１本のゲート線５１に接続された薄膜トランジスタ５３を一斉に導通（オン）状態とする。
【００４８】
一方、印加電圧発生部６３は、制御部（図示せず）からの命令により、ドレイン／ソース線駆動回路６１に対して、ミラー本体１２を任意の方向に配向させるための２チャンネルの印加電圧を供給する。ドレイン／ソース線駆動回路６１は、４個の駆動電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ（図３参照）に接続される走査列（例えば、Ｄ／Ｓ１乃至Ｄ／Ｓ４）から、ミラー本体１２を所定の方向に配向させるための２つの走査列を選択し、選択された２つの走査列を夫々印加電圧発生部６３に接続する。これにより、印加電圧発生部６３から供給される２チャンネルの電圧が、選択された２つの走査列に夫々印加される。これにより、ゲート線駆動回路６２により電圧が印加されている１本のゲート線５１に接続されている素子スイッチ部２２のうち、ドレイン／ソース線駆動回路６１により選択された２本のドレイン／ソース線５２に接続されている薄膜トランジスタ５３が導通（オン）状態となり、ドレイン／ソース信号線５２に入力された電圧が端子５６に印加される。例えば、ゲート線駆動回路６２が走査行Ｇ１に電圧を印加し、ドレイン／ソース線駆動回路６１が走査列Ｄ／Ｓ１及びＤ／Ｓ３を選択して電圧を印加するとき、走査行Ｇ１と走査列Ｄ／Ｓ１及びＤ／Ｓ３との交点に位置する素子スイッチ部２２が駆動する。
【００４９】
又は、ドレイン／ソース線駆動回路６１は、制御部（図示せず）からのドレイン／ソース線選択信号線（図示せず）を経由した命令により、印加電圧発生部６３に接続する２つの走査列を切り換え、各々の走査列に所定の電圧を印加する。また、ドレイン／ソース線駆動回路６１はロジック回路（図示せず）又はアナログスイッチ（図示せず）等の回路を備え、制御部（図示せず）からのクロック信号に基づいて前記ロジック回路又はアナログスイッチ等により、印加電圧発生部６３に接続するドレイン／ソース線５２を４線おきに順次切り換える。この結果、同じ行における次の４列に配置された素子スイッチ部２２のドレイン／ソース線５２から２線を選択して所定の電圧を印加することができる。
【００５０】
図２に示すように、素子スイッチ部２２の端子５６（図５参照）の薄膜トランジスタ５３側の端子は、導電材２５ｂ、表面電極２４、接続用突起３１、接続電極１８、導電材１９ｂを介して駆動電極１７に接続されている。このため、素子スイッチ部２２の端子５６に印加された電圧は駆動電極１７に印加される。なお、４個の素子スイッチ部２２からなる群に含まれる各端子５６は、１個のミラー素子１１を駆動する４個の駆動電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ及び１７ｄに接続されているため、４個の素子スイッチ部２２からなる群のうち２個の素子スイッチ部２２に電圧を印加すると、１組の駆動電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ及び１７ｄから選択された２個の駆動電極に電圧が印加される。
【００５１】
図４に示すように、ミラー本体１２をグラウンドとし、駆動電極１７ｂ又は１７ｄに所定の電圧が印加されると、ミラー本体１２と駆動電極１７ｂ又は１７ｄとの間に静電気力が発生し、ミラー本体１２は、Ｙ方向に延びる回転軸を中心として回動する。前述のようにミラー本体１２は相互に直交する回転軸を有し、且つ、駆動電極１７が、Ｘ方向及びＹ方向において、ミラー本体１２の中心軸に関して夫々対称の位置に計４個設けられているため、４個の駆動電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄのうち、１個又は２個の駆動電極１７に電圧を印加することにより、ミラー本体１２を任意の方向に傾けることができる。なお、２個の駆動電極１７に同時に電圧を印加する場合は、この２個の駆動電極はミラー本体１２の中心軸から見て互いに直交する方向に配置されている。例えば、図３に示す駆動電極１７ａ及び１７ｂ等である。駆動電極１７ａと１７ｃとに同時に電圧を印加することはない。このようにして、ミラー本体１２を任意の方向に向け、入射された光を任意の方向に反射することが可能となる。
【００５２】
ゲート駆動回路６２は、制御部（図示せず）からのクロック信号に基づいて、１本のゲート線５１に接続された全てのミラー素子１１の駆動が終了するまでこのゲート線５１をオン状態に保ち、このゲート線５１に接続された最終列（４ｎ番目）のミラー素子１１の駆動終了後、次行のゲート線５１をオン状態とし、前述した行における動作を同様に行う。この動作を順次、最終行まで行うことにより、同一ゲート線にゲート電極が接続された複数の薄膜トランジスタ５３において、各々ミラー本体１２を配向させる各駆動電極１７への電圧が印加される。これにより、本実施形態の光スイッチに設けられた全てのミラー素子１１を駆動することができる。
【００５３】
以上説明したように、このような制御部（図示せず）のクロック信号に同期した走査動作をすることにより、（ｍ行×ｎ列）のアレイ状に配置された光反射ミラー素子の配向方向の駆動制御を実現できる。
【００５４】
なお、本実施形態においては、ミラー本体１２の中心軸から見て、駆動電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄが配置されている方向と軸部材１３ｃ及び１３ｄが配置されている方向、即ちミラー本体１２の回転軸が延びる方向とが一致している例を説明したが、これらは一致していなくてもよく、例えば、４５°ずれていてもよい。
【００５５】
また、本実施形態においては、接続電極１８と表面電極２４との接続が、接続用突起（バンプ）３１と接続部材３２とが圧着などによりなされているものとしたが、半田ボールを表面電極２４あるいは接続電極１８に設けて接続するＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）によるものでもよい。
【００５６】
更に、本実施形態においては、印加電圧発生部６３（図６参照）は、最小限のミラー駆動を行うために２チャンネルの電圧を発生するものとしたが、本発明においては、印加電圧発生部は４チャンネル又は接続されるｎ列の光反射ミラー数に相当するチャンネル数（即ち、４ｎチャンネル）の電圧を発生するものであってもよい。４チャンネルの電圧を発生する場合には、ドレイン／ソース駆動回路６１における１個のミラー素子スイッチ部２２に接続された４本のドレイン／ソース線５２から２本を選択して接続する機能、又は４本のドレイン／ソース線を切り換えて接続する機能は不要となり、ドレイン／ソース駆動回路６１はドレイン／ソース線５２を４線おきに順次切り換える機能のみ有していればよい。印加電圧発生部６３がｎ列に相当するチャンネル数の電圧を発生する場合には、制御部からの命令はｎ列に相当するチャンネル数分（４ｎ）となるが、ドレイン／ソース駆動回路６１におけるドレイン／ソース線５２を切り換えて選択する機能が一切不要となる。このため、光デバイスの駆動に際して、ゲート線５１の走査のみを行えばよいため、アレイ状に配列されたミラー素子１１全体の制御の高速化を図ることができる。
【００５７】
更にまた、本実施形態においては、印加電圧発生部６３を駆動回路基板２の外部に設ける例を示したが、印加電圧発生部６３を駆動回路基板２におけるドライバ回路部２３内に設けてもよい。
【００５８】
更にまた、本実施形態においては、支持体１３が２重リング構造を有する例を示したが、支持体１３はミラー本体１２の光反射面を回転させることができる回転支持ばね又ボール及びソケットとしてもよい。
【００５９】
次に、本実施形態に係る機能デバイスの製造方法について説明する。図７は本実施形態に係る機能デバイスの製造方法を示すフローチャート図であり、図８（ａ）乃至（ｇ）及び図９（ａ）乃至（ｃ）は、本実施形態に係る機能デバイスの製造方法をその工程順に示す断面図である。本実施形態に係る機能デバイスの製造方法においては、ミラー基板１と駆動回路基板２とを別々に作製し、これらを樹脂層３を介して接合することにより機能デバイスを作製する。
【００６０】
以下、詳細に説明する。先ず、図７のステップＳ１及び図８（ａ）に示すように、シリコン基板１１ａを準備する。次に、図８（ｂ）に示すように、シリコン基板１１ａをエッチング加工することにより、ミラー素子１１を形成する。なお、シリコン基板上に堆積させたポリシリコン薄膜をシリコン半導体加工技術により加工するウェハープロセスにより、ミラー素子１１を形成してもよい。
【００６１】
次に、図７のステップＳ２及び図８（ｃ）に示すように、基板１６ａに一方の面に駆動電極１７を形成し、他方の面に接続電極１８を形成し、基板１６ａの内部に駆動電極１７と接続電極１８とを相互に接続するスルーホール１９ａを形成する。これにより、ベース基板１６を形成する。なお、ステップＳ２に示すベース基板１６の形成方法の詳細は後述する。
【００６２】
次に、図７のステップＳ３及び図８（ｄ）に示すように、金（Ａｕ）ワイヤー等からなる接続用突起３１を、突起高さを均一になるよう形成し、この接続用突起３１の周囲に導電性接続部材３２を塗布する。
【００６３】
次に、図７のステップＳ４及び図８（ｅ）に示すように、ガラス等の絶縁体からなる板１５ａを用意する。そして、図８（ｆ）に示すように、この板１５ａをレーザー加工等により加工し、所定の寸法の開口部１５ｂを形成する。これにより、支持台１５を作製する。
【００６４】
次に、図７のステップＳ５及び図８（ｇ）に示すように、ステップＳ１に示す工程おいて作製されたミラー素子１１と、ステップＳ２及びＳ３に示す工程において作製された貫通電極を設けたベース基板１６とを、所定の配置となるように、ステップＳ４に示す工程おいて作製された支持台１５を介して接着又は静電接合等により接合し、ミラー基板１を形成する。
【００６５】
一方、図７のステップＳ６及び図９（ａ）に示すように、ステップＳ１乃至Ｓ５に示す工程とは別に、駆動回路基板２を作製する。即ち、ガラス等の絶縁体からなる基板２１上に、従来の薄膜プロセスにより、薄膜半導体等から構成される素子スイッチ部２２及びドライバ回路部２３を形成する。そして、素子スイッチ部２２及びドライバ回路部２３を覆うように絶縁体層２５を形成する。次に、この絶縁体層２５に素子スイッチ部２２に接続されるコンタクトホール２５ａを形成し、コンタクトホール２５ａ内に導電体２５ｂを埋設する。その後、絶縁体層２５の表面に、コンタクトホール２５ａに接続されるように表面電極２４を形成する。これにより、駆動回路基板２を作製する。
【００６６】
次に、図７のステップＳ７及び図９（ｂ）に示すように、ステップＳ６にて作製された駆動回路基板２における表面電極２４が形成されている面に、熱硬化性接着剤等からなる樹脂層３を塗布する。そして、図９（ｃ）に示すように、ステップ５に示す工程にて作製した接続用突起３１及び接続部材３２が設けられたミラー基板１と、ステップＳ６に示す工程にて作製した駆動回路基板２とを、接続用突起３１が表面電極２４に当接するように位置合わせを行って重ね合わせ、ミラー基板１と駆動回路基板２とが相互に近づくような方向に圧力を印加すると共に加熱し、樹脂層３を硬化させて、ミラー基板１と駆動回路基板２とを相互に接合する。これにより、図７のステップＳ８に示すように、機能デバイスを形成する。
【００６７】
なお、本実施形態においては、接続用部材３１を形成する工程（ステップＳ３）を、ベース基板に貫通電極を作製する工程（ステップＳ２）の直後に行なう場合について説明したが、ミラー基板を形成する工程（ステップＳ５）の直後に行なってもよい。また、接続用部材３１を駆動回路基板２の表面電極２４上に形成してもよい。この場合には、駆動回路基板２を作製する工程（ステップＳ６）の直後に行い、樹脂層３はミラー基板１における接続電極１８が形成されている面に塗布する。
【００６８】
次に、図７のステップＳ２に示すベース基板１６を形成する方法について、詳細に説明する。図１０（ａ）乃至（ｄ）、図１１（ａ）乃至（ｄ）、図１２（ａ）乃至（ｃ）、図１３（ａ）乃至（ｄ）及び図１４（ａ）乃至（ｃ）は、ベース基板１６の形成方法をその工程順に示す断面図である。また、図１５（ａ）乃至（ｄ）、図１６（ａ）乃至（ｄ）、図１７（ａ）乃至（ｃ）並びに図１８（ａ）及び（ｂ）は、他のベース基板１６の形成方法をその工程順に示す断面図である。
【００６９】
図１０（ａ）に示すように、例えばシリコンからなるシリコン板１６ａを準備する。そして、図１０（ｂ）に示すように、シリコン板１６ａを熱酸化し、シリコン板１６ａの表面に厚さが例えば１μｍの酸化シリコン層１１２を形成する。次に、図１０（ｃ）に示すように、シリコン板１６ａの表面に、開口部１１３ａを有するフォトレジストマスク１１３を形成する。そして、図１０（ｄ）に示すように、フォトレジスト１１３をマスクとして、ＣＨＦ３及びＣＦ４を使用した反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行い、酸化シリコン層１１２を選択的に除去する。
【００７０】
次に、図１１（ａ）に示すように、フォトレジストマスク１１３を除去する。次に、図１１（ｂ）に示すように、酸化シリコン層１１２をマスクとして、ＳＦ６及びＣＦ４を使用したＲＩＥを行い、シリコン板１６ａをエッチングして選択的に除去し、スルーホール１９ａを形成する。次に、図１１（ｃ）に示すように、ＨＦ（沸酸）により酸化シリコン層１１２を除去する。そして、図１１（ｄ）に示すように、シリコン板１６ａの表面に、窒化シリコンからなる絶縁層１１４をＣＶＤにより形成する。
【００７１】
次に、図１２（ａ）に示すように、絶縁層１１４を覆うように、ＣＶＤによりポリシリコン層１１５を形成する。ポリシリコン層１１５の膜厚は、得られる貫通穴部の抵抗及びプロセスの負担を考慮して決定し、例えば０．５〜１０μｍとし、例えば１〜５μｍとする。次に、図１２（ｂ）に示すように、ポリシリコン層１１５の表層を熱酸化し酸化シリコン層１１６を例えば０．２〜２μｍの厚さに形成する。次に、図１２（ｃ）に示すように、シリコン板１６ａの一方の面にフォトレジストマスク１１７を形成し、他方の面及びスルーホール１９ａの内部にフォトレジストマスク１１８を形成する。フォトレジストマスク１１７にはシートレジストを使用し、フォトレジストマスク１１８にはスピン塗布したフォトレジストを使用する。
【００７２】
次に、図１３（ａ）に示すように、フォトレジストマスク１１７及び１１８をマスクとして、ＣＨＦ３及びＣＦ４を使用したＲＩＥを行い、酸化シリコン層１１６をエッチングして選択的に除去する。次に、図１３（ｂ）に示すように、フォトレジストマスク１１７及び１１８を除去する。次に、図１３（ｃ）に示すように、酸化シリコン層１１６をマスクとして、ＳＦ６を使用したＲＩＥにより、ポリシリコン層１１５をエッチングして選択的に除去する。
【００７３】
次に、図１４（ａ）に示すように、ＨＦ（沸酸）により酸化シリコン層１１６を除去し、例えば０．３〜８μｍ、より適切には１〜４μｍの厚さのポリシリコン層１１５を残す。次に、図１４（ｂ）に示すように、ポリシリコン層１１５にリン（Ｐ）をドープする。これにより、ポリシリコン層１１５はＮ型となり、抵抗値が低下する。このとき、窒化シリコンからなる絶縁層１１４にはリンは拡散しないので、絶縁層１１４は絶縁性が保たれる。次に、図１４（ｃ）に示すように、駆動電極１７及び接続電極１８となる金（Ａｕ）の配線パターン１１１を形成する。このようにスルーホール１９ａの側壁に導電性のポリシリコン層１１５が形成されることにより、駆動電極１７と接続電極１８とが相互に接続される。これにより、ベース基板１６が作製される。
【００７４】
また、駆動電極１７及び接続電極１８からなる貫通電極を備えたベース基板１６は、図１５（ａ）乃至（ｄ）、図１６（ａ）乃至（ｄ）、図１７（ａ）乃至（ｃ）並びに図１８（ａ）及び（ｂ）に示す他の方法によっても作製することができる。先ず、図１５（ａ）に示すように、例えばシリコンからなるシリコン板１６ａを準備する。そして、図１５（ｂ）に示すように、このシリコン板１６ａを熱酸化し、シリコン板１６ａの表面に厚さが例えば約１μｍの酸化シリコン層１２２を形成する。次に、図１５（ｃ）に示すように、シリコン板１６ａの表面に、開口部１２３ａが形成されたフォトレジストマスク１２３を形成する。次に、図１５（ｄ）に示すように、このフォトレジストマスク１２３をマスクとして、ＣＨＦ３及びＣＦ４を使用した反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行い、酸化シリコン層１２２をエッチングして選択的に除去する。
【００７５】
次に、図１６（ａ）に示すように、フォトレジストマスク１２３を除去する。次に、図１６（ｂ）に示すように、酸化シリコン層１２２をマスクとして、ＳＦ６及びＣＦ４を使用したＲＩＥを行い、シリコン板１６をエッチングして選択的に除去し、スルーホール１９ａを形成する。次に、図１６（ｃ）に示すように、ＨＦ（沸酸）により酸化シリコン層１２２を除去する。そして、図１６（ｄ）に示すように、窒化シリコンからなる絶縁層１２４をＣＶＤにより形成する。
【００７６】
次に、図１７（ａ）に示すように、無電解めっき法により、銅（Ｃｕ）層１２５を例えば０．５〜１０μｍの厚さに形成する。次に、図１７（ｂ）に示すように、シリコン板１６ａの表面にフォトレジストマスク１２６を形成し、シリコン板１６ｂの裏面及びスルーホール１９ａの内部にフォトレジストマスク１２７を形成する。フォトレジストマスク１２６にはシートレジストを使用し、フォトレジストマスク１２７にはスピン塗布したフォトレジストを使用する。次に、図１７（ｃ）に示すようにフォトレジストマスク１２６及び１２７をマスクとして、ケミカルエッチングにより、銅層１２５をエッチングして選択的に除去する。
【００７７】
その後、図１８（ａ）に示すように、フォトレジストマスク１２６及び１２７を除去する。そして、図１８（ｂ）に示すように、駆動電極１７及び接続電極１８となる金（Ａｕ）の配線パターン１２８を形成する。このようにスルーホール１９ａの側壁に無電解Ｃｕ層が形成されることにより、駆動電極１７と接続電極１８との間の導通が確保される。これにより、ベース基板１６が作製される。
【００７８】
本実施形態においては、絶縁性の表面を有する基板上に複数の薄膜トランジスタを形成し、スイッチ回路、駆動回路、ロジック回路等をモノリシックに構成した駆動回路基板２に、ミラー素子１１を有するミラー基板１を両者の電気的な接続を確保して積層した結果、ミラー基板と駆動基板回路とを別々に作製してフレキシブル基板等により配線する場合と比較して、各ミラー素子へ駆動及び制御信号を供給するための配線を極力少なくすることが可能となる。例えば、ｍ行×ｎ列の光スイッチの場合、従来は、グランド配線を含め、外部との接続を行う配線が、最低でも（４×ｍ×ｎ＋１）本必要であった。これに対して、本実施形態によれば、ｎ列に相当するチャンネル数分（４ｎ）の印加電圧発生部を設けた場合においても、配線数は最低で（４×ｎ＋ｍ＋１）本に低減することができる。これにより、配線引き回し面積、規模の低減、機能デバイスの小型化及び信頼性の向上を図ることができる。また、ドライバ回路部をミラー素子の数だけ設けることなく、１個のドライバ回路部により全てのミラー素子を駆動することが可能となる。これにより、光スイッチが多チャンネル化及び大規模化してミラー素子の数が増大しても、回路部が大型化することがなく、光デバイスが大型化することを抑制することができる。
【００７９】
更に、絶縁性の表面を有する基板上に複数の薄膜トランジスタを形成して駆動回路を作製するため、光デバイスを安価に作製することが可能となる。更にまた、ミラー基板と駆動回路基板とを別々の工程で作製し、積層することにより光スイッチを構成するため、各々の作製プロセス及び特性の最適化を図ることができる。なお、本発明の優先権主張の基礎となる出願の出願日より後に公開された特開２００２−１８９１７８号公報には、半導体基板上に、ＭＥＭＳ素子駆動制御回路、絶縁層、ＭＥＭＳ素子をこの順にモノリシックに形成する技術が記載されている。しかしながら、この特開２００２−１８９１７８号公報に記載された技術においては、ＭＥＭＳ素子駆動制御回路及びＭＥＭＳ素子の特性評価を、製造工程の途中で夫々独立して行うことができず、製造工程の最終段階にデバイス全体としての良否判定を行うことしかできない。このため、デバイスの歩留りが低いものになる。これに対して、本実施形態においては、ミラー基板と駆動回路基板とを別々の工程で作製するため、製造工程の途中においてミラー素子と駆動回路とを独立に評価することができ、また、各々の作製プロセス及び特性の最適化を図ることができるため、歩留りの点で有利である。
【００８０】
次に、本実施形態の変形例について説明する。図１９は本変形例におけるミラー素子を示す平面図である。前述の第１の実施形態においては、４個の駆動電極１７ａ乃至１７ｄが、ミラー本体１２の中心軸に対して４回対称な位置に配置された場合について説明した。これに対して、本変形例においては、図１９に示すように、３個の駆動電極１７ｅ、１７ｆ、１７ｇが、ミラー本体１２に対して３回対称の位置に配置されている。また、本変形例の機能デバイスにおいては、駆動電極１７と同数のスイッチ素子部２２が設けられており、駆動電極１７ｅ乃至１７ｇは夫々スイッチ素子部２２に接続され、各駆動電極に所定の電圧が印加されるようになっている。本変形例における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００８１】
本変形例においては、前述の第１の実施形態と同様に、ミラー本体１２が接地されているため、駆動電極１７ｅ乃至１７ｇ印加された電圧に応じて、これらの駆動電極とミラー本体１２との間に静電気力が発生する。駆動電極１７ｅに電圧を印加するか、又は駆動電極１７ｆ及び１７ｇに相互に等しい電圧を印加すると、電圧が印加された駆動電極とミラー本体１２との間に静電気力が発生し、ミラー本体１２は、Ｘ方向に延びる回転軸を中心として回動する。即ち、ミラー本体１２は、軸部材１３ｃを回転軸として、リング１３ｂと一体となって回動する。一方、駆動電極１７ｅ及び１７ｆに電圧を印加するか、又は駆動電極１７ｅ及び１７ｇに電圧を印加すると、ミラー本体１２はＹ方向に延びる回転軸を中心として回動する。即ち、ミラー本体１２は軸部材１３ｄを回転軸として、リング１３ｂに対して回動する。このとき、駆動電極１７ｅに電圧を印加するのは、駆動電極１７ｆ及び１７ｇがＸ軸上からずれているため、静電気力による回転トルクのＸ方向回転軸成分を打ち消すためである。なお、駆動電極１７ｆ及び１７ｇのＸ軸上からのずれ量Ｌは、Ｘ軸とＹ軸の交点から駆動電極の中心までの距離をｒとし、前記交点と前記中心とを結ぶ直線とＸ軸とのなす角度をθ（３回対称の場合にはθ＝３０°）とすると、Ｌ＝r×ｓｉｎθにより与えられる。
【００８２】
このように、本変形例においては、ミラー本体１２は直交する回転軸を有し、且つ、駆動電極１７がミラー本体１２の中心軸に関して３回対称の位置に計３個設けられているため、３個の駆動電極１７ｅ、１７ｆ、１７ｇのうち、１個又は２個の駆動電極１７に電圧を印加することにより、ミラー本体１２を任意の方向に傾けることができる。本変形例においては、前述の第１の実施形態と比較して、駆動電極１７及びスイッチ素子部２２の数を低減することができる。
【００８３】
なお、駆動電極が５個以上の場合でも同様な考え方により、各電極による静電気力を各回転軸方向成分に分解し制御することにより、ミラー本体１２を任意の方向に傾けることができる。このようにして、ミラー本体１２を任意の方向に向け、入射された光を任意の方向に反射することが可能となる。
【００８４】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２０は本実施形態に係る機能デバイスを示す部分断面図であり、ミラー素子１１のＸ−Ｘ軸（図２参照）をとおりミラーフレーム１４の表面に垂直な断面の断面図である。本実施形態の機能デバイスは、前述の第１の実施形態に係る機能デバイスと同様に、光反射ミラーを使用し、この光反射ミラーを駆動する駆動力として静電気力を利用した光スイッチである。但し、本実施形態に係る機能デバイスは、第１の実施形態に係る機能デバイスのように、絶縁性の表面を有する基板２１上に複数の薄膜トランジスタを形成して駆動回路を作製したものではなく、シリコン等からなる半導体基板の表面に駆動回路を作製した回路基板を使用するものである。
【００８５】
図２０に示すように、本実施形態に係る機能デバイスはミラー基板１及び駆動回路基板２ａとからなる。駆動回路基板２ａにおいては、前述の第１の実施形態における駆動回路基板２とは異なり、シリコン等からなる半導体基板２６の表面に薄膜プロセスにて作製したトランジスタによって構成される素子スイッチ部２２ａが設けられている。素子スイッチ部２２ａは駆動電極１７と同数設けられ、基板２６には前述の第１の実施形態と同様に、素子スイッチ部２２ａを選択して駆動させるドライバ回路部２３ａが設けられている。素子スイッチ部２２ａ及びドライバ回路部２３ａ上には、ＳｉＯ２等からなる酸化膜（図示せず）が設けられている。そして、素子スイッチ部２２ａ上には、表面電極２４ａが設けられている。なお、前記酸化膜の一部は除去され、素子スイッチ部２２ａは表面電極２４ａに接続されている。表面電極２４ａは、ミラー基板１の接続電極１８に対向する位置に設けられている。なお、第１の実施形態と同様に、表面電極２４ａ及び接続電極１８は、駆動電極１７と素子スイッチ部２２との間の電気的接続が確保される範囲において、夫々酸化膜（図示せず）及びベース基板１６の任意の位置に配置することができる。
【００８６】
本実施形態におけるミラー基板１の構成は、第１の実施形態におけるミラー基板１（図２参照）の構成と同じである。本実施形態における機能デバイスの上記以外の構成は、前述の第１の実施形態における機能デバイスと同一である。
【００８７】
次に、本実施形態の機能デバイスの動作について説明する。素子スイッチ部２２ａにおいて発生した電圧は、表面電極２４ａに印加される。表面電極２４ａは第１の実施形態と同様に接続電極１８を介して駆動電極１７と接続されているため、駆動電極１７とミラー本体１２との間に静電気力が発生し、ミラー本体１２の方向を制御する。本実施形態の機能デバイスにおける上記以外の動作は、前述の第１の実施形態に係る機能デバイスの動作と同一である。
【００８８】
本実施形態においては、前述の第１の実施形態の効果に加え、シリコン等からなる半導体基板の表面に駆動回路を作製するため、高速且つ高電圧な素子スイッチ部及びドライバ回路部を得ることができる。また、既存の論理回路及び演算回路等を盛り込むことが可能なため、駆動回路の高機能化及び高性能化を実現することができる。
【００８９】
なお、前述の特開２００２−１８９１７８号公報に示されているように、半導体基板上に駆動回路を形成し、この駆動回路上に、ミラー素子等のＭＥＭＳ素子をモノリシックに形成することも考えられるが、この方法では、駆動回路及びＭＥＭＳ素子の特性評価を製造途中で行なうことができず、製造工程の最終段階にならないとデバイスの良否判断ができない。これに対して、本実施形態においては、ミラー基板と駆動回路基板とを別々に作製することができるため、これらを独立して評価することが可能である。このため、機能デバイス全体の歩留りが高い。
【００９０】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図２１は本実施形態に係る機能デバイスを示す部分断面図であり、ミラー素子１１のＸ−Ｘ軸（図２参照）をとおりミラーフレーム１４の表面に垂直な断面の断面図である。本実施形態の機能デバイスは、前述の第１の実施形態に係る機能デバイスと同様に、光反射ミラーを使用し、この光反射ミラーを駆動する駆動力として静電気力を利用した光スイッチである。但し、本実施形態に係る機能デバイスは、第１の実施形態に係る機能デバイスのように、絶縁性の表面を有する基板２１上に複数の薄膜トランジスタを形成して駆動回路を作製したものではなく、絶縁性の基板上に複数の半導体チップ、受動素子等を設け、相互に配線し、モールドして駆動回路を作製した回路基板を使用するものである。
【００９１】
図２１に示すように、本実施形態に係る機能デバイスはミラー基板１及び駆動回路基板２ｂとからなる。駆動回路基板２ｂは、前述の第１の実施形態における駆動回路基板２と比較して、素子スイッチ部及びドライバ回路部の構成が異なっている。本実施形態においては、セラミックス又はエポキシ等からなる絶縁性基板２７上に、１又は複数の半導体集積回路及び受動回路部品等の回路チップ２８が搭載され、素子スイッチ部２２ｂが構成されている。素子スイッチ部２２ｂは駆動電極１７と同数設けられるが、１の絶縁性基板２７上に複数の素子スイッチ部２２ｂが設けられていてもよい。絶縁性基板２７はベース基板２１ｂに保持され、絶縁性樹脂層３ｂによりモールドされている。ベース基板２１ｂには、第１の実施形態と同様な貫通電極が設けられ表面電極２４ｂが形成され、絶縁性基板２７上の素子スイッチ部２２ｂはワイヤボンディング等により表面電極２４ｂに接続されている。
【００９２】
なお、前述の第１の実施形態と同様に、表面電極２４ｂ及び接続電極１８は、駆動電極１７と素子スイッチ部２２ｂとの間の電気的接続が確保される範囲において、夫々ベース基板２１ｂ及びベース基板１６の任意の位置に配置することができる。また基板２１ｂには前述の第１の実施形態と同様に、素子スイッチ部２２ｂを選択して駆動させるドライバ回路部２３ｂが設けられている。
【００９３】
本実施形態におけるミラー基板１の構成は、第１の実施形態におけるミラー基板１（図２参照）の構成と同じである。本実施形態における機能デバイスの上記以外の構成は第一の実施形態における機能デバイスと同一である。
【００９４】
本実施形態の機能デバイスの動作について説明する。素子スイッチ部２２ｂにおいて発生した電圧は、貫通電極を介して表面電極２４ｂに印加される。表面電極２４ｂは第１の実施形態と同様に接続電極１８を介して駆動電極１７と接続されているため、駆動電極１７とミラー本体１２との間に静電気力が発生し、ミラー本体１２の方向を制御する。本実施形態の光デバイスにおける上記以外の動作は、前述の第１の実施形態に係る機能デバイスの動作と同一である。
【００９５】
本実施形態においては、前述の第１の実施形態の効果に加え、複数の回路チップにより駆動回路を作製するため、高電圧な素子スイッチ部及びドライバ回路部を得ることができる。また、駆動回路の作製に複雑な薄膜プロセスを使用することがないため、駆動回路のコストを低減する効果がある。
【００９６】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図２２は本実施形態に係る機能デバイスの構成を示す部分断面図であり、ミラー素子１１のＸ−Ｘ軸（図２参照）をとおりミラーフレーム１４の表面に垂直な断面の断面図である。本実施形態の機能デバイスは、前述の第１の実施形態に係る機能デバイスと同様に、光反射ミラーを使用し、この光反射ミラーを駆動する駆動力として静電気力を利用した光スイッチである。但し、本実施形態に係る機能デバイスは、第１の実施形態に係る機能デバイスのように、ベース基板１６の裏面に形成された接続電極１８と駆動回路基板２の表面電極２４との電気的接続を接続用突起３１及び接着部材３２を介して確保するものではなく、駆動基板回路２の表面電極２４をミラー素子１１の駆動電極とするものである。
【００９７】
図２２に示すように、本実施形態に係る機能デバイスはミラー基板１ａ及び駆動回路基板２とからなる。ミラー基板１ａは前述の第１の実施形態におけるミラー基板１（図２参照）と比較して、駆動電極１７、ベース基板１６、接続電極１８、接続用突起３１が省略されている。また、本実施形態に係る機能デバイスにおいては、第１の実施形態に係る機能デバイスと比較して、樹脂層３及び接続部材３２が省略されている。本実施形態における駆動回路基板２の構成は、第１の実施形態における駆動回路基板２（図２参照）の構成と同じである。なお、本実施形態においては、駆動回路基板２の絶縁体層２５が接合層の役割を果たしている。本実施形態に係る機能デバイスの上記以外の構成は、第１の実施形態に係る機能デバイスの構成と同じである。
【００９８】
本実施形態の機能デバイスの動作について説明する。素子スイッチ部２２において発生した電圧は、コンタクトホール２５ａ内の導電材２５ｂを介して表面電圧２４に印加される。そして、表面電極２４とミラー本体１２との間に静電気力が発生し、ミラー本体１２の方向を制御する。即ち、本実施形態においては、第１の実施形態において駆動電極１７が果たす役割を表面電極２４が果たしている。本実施形態の機能デバイスにおける上記以外の動作は、前述の第１の実施形態に係る機能デバイスの動作と同一である。
【００９９】
本実施形態においては、前述の第１の実施形態の効果に加え、図２に示す駆動電極１７、ベース基板１６、接続電極１８、接続用突起３１、樹脂層３及び接続部材３２を省略することができる。これにより、光デバイスの構成を簡略化し、コストを低減することができる。また、電極間の接続を確保するための接続電極１８上への接続用突起３１の形成及び接続電極１８と表面電極２４との間の位置合せといった工程を省略できるため、更にコストを低減することができる。
【０１００】
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図２３は本実施形態に係る機能デバイスの構成を示す部分断面図であり、ミラー素子１１のＸ−Ｘ軸（図２参照）をとおりミラーフレーム１４の表面に垂直な断面の断面図である。本実施形態の機能デバイスは、前述の第１乃至第４の実施形態に係る機能デバイスと同様に、光反射ミラーを使用し、この光反射ミラーを駆動する駆動力として静電気力を利用した光スイッチである。
【０１０１】
図２３に示すように、本実施形態に係る機能デバイスはミラー基板１ｂ及び駆動回路基板２ｃとからなる。ミラー基板１ｂは、前述の第４の実施形態におけるミラー基板１ａ（図２２参照）と比較して、ミラー本体１２が半透過性のミラー本体８２に置き換えられている点が異なっている。即ち、ミラー本体８２においては、入射光の一部が反射され、残部が真直ぐ通過する。ミラー本体８２には、例えば、透明基板上に薄い皮膜を形成したものを使用する。
【０１０２】
また、駆動回路基板２ｃは、第４の実施形態における駆動回路基板２（図２２参照）と比較して、基板２１の替わりにガラス等の透明絶縁体からなる透明基板２１ｃが設けられている点が異なっている。また、絶縁体層２５の替わりに、透明絶縁体層２５ｃが設けられている。更に、表面電極２４の替わりにＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）等からなる透明導電性表面電極８４が設けられている。更にまた、駆動回路基板２ｃの透明基板２１ｃの裏面（素子スイッチ部２２が配置されていない面）には、ピンフォトダイオード又はアバランシェフォトダイオード等の光検出素子８３を備える光検出基板８１が設けられている。光検出素子８３は、ミラー本体８２の直下の位置に配置され、ミラー本体８２と同程度の面積の受光素子面を持つ。本実施形態に係る光デバイスの上記以外の構成は、前述の第４の実施形態に係る機能デバイス（図２２参照）の構成と同じである。
【０１０３】
本実施形態の機能デバイスの動作について説明する。素子スイッチ部２２において発生した電圧は、コンタクトホール２５ａ内の導電材２５ｂを介して透明導電性表面電極８４に印加される。そして、透明導電性表面電極８４とミラー本体８２との間に静電気力が発生し、ミラー本体８２の方向を制御する。即ち、本実施形態においては、第４の実施形態において駆動電極２４が果たす役割を透明導電性表面電極８４が果たしている。また、ミラー本体８２に入射された光の一部は反射され、残部は透過する。この透過した光は、透明導電性表面電極８４、透明絶縁体層２５ｃ、透明基板２１ｂを透過して光検出素子８３の受光面に達する。本実施形態の機能デバイスにおける上記以外の動作は、第１の実施形態の機能デバイスの動作と同一である。
【０１０４】
本実施形態においては、透明表面電極８４がミラー本体８２に対して静電気力を発生する駆動電極として機能するため、第４の実施形態と同様な動作を確保することができる。また、ミラー本体８２が半透過性であり、駆動電極が透明電極８４であり、ガラス等の透明絶縁体からなる透明基板２１ｂを使用しているため、入射した光の一部は、光検出基板８１に設けられた光検出素子８３に入射する。この結果、ミラー本体８２を駆動させて入射光を所定の方向へ配向しながら、入射光の一部は常に光検出素子８３に入射させることが可能となる。
【０１０５】
この結果、本実施形態においては前述の第４の実施形態における効果に加え、光検出素子８３により通信中に常時、光信号強度をモニターすることが可能となる。このため、光スイッチを通過する光信号の異常及び通信経路の断線等の不具合を検出することができる。これにより、通信の確実な光路確保並びに通信ネットワークの品質向上及び信頼性向上を図ることができる。
【０１０６】
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。図２４は本実施形態に係る機能デバイスの構成を示す斜視図である。また、図２５は図２４に示すＡ−Ａ線による断面図である。本実施形態の機能デバイスは、可変波長フィルターを使用し、この可変波長フィルターを駆動する駆動力として静電気力を利用した機能デバイスである。
【０１０７】
図２４に示すように、本実施形態に係る機能デバイスは、駆動回路基板２上にフィルター基板９１が積層されて形成されている。フィルター基板９１においては、ベース基板９６が設けられ、このベース基板９６上に少なくとも１個、例えば６個の可変波長フィルター素子部９２がアレイ状に配列されている。可変波長フィルター素子部９２は、シリコン基板がエッチングされて作製されているか、又は堆積させたポリシリコン薄膜をシリコン半導体加工技術により３次元的に加工して作製されている。可変波長フィルター素子部９２は、フィルター素子９５、フィルター素子９５を支える運動可能な駆動子９３及び固定子９４から構成され、フィルター素子９５には、連続的な膜厚変化を持った誘電体多層膜を使用するフィルター、又は相互に対向する反射面の間隙を変化させるファブリペロー型フィルター等が使用される。図２４においては、誘電体多層膜を使用するフィルターを設けた場合を示す。
【０１０８】
フィルター素子９５として誘電体多層膜を使用する場合には、駆動子９３の運動方向は入射光が入射する方向に直交する方向であり、例えば図２４において、Ｙ方向に入射光Ｂが入射する場合には駆動子９３の運動方向はＸ方向となる。一方、フィルター素子として相互に対向する反射面の間隙を変化させるファブリペロー型フィルター（図示せず）を使用する場合には、駆動子の運動方向は入射光の入射方向と平行な方向であり、例えば図２４において、Ｙ方向に入射光Ｂが入力される場合には駆動子の運動方向はＹ方向となる。
【０１０９】
駆動子９３及び固定子９４は、夫々櫛歯状の形状の電極を有しており、相互に入れ子状態になるように配置されている。駆動子９３は、フィルター基板９１のベース基板９６に固定された板バネ（図示せず）等により支持され、ベース基板９６から分離されている。なお、駆動子９３及び固定子９４の形状は図２４に示す櫛歯状形状に限定されず、誘電体多層膜フィルターの場合には光の入射方向と垂直方向、ファブリペロー型フィルターの場合には光の入射方向と平行といった所定方向への駆動ができれば、種々の形状をとることが可能である。
【０１１０】
また、図２５に示すように、ベース基板９６の表面（可変波長フィルター素子部９２が配置されている面）には、駆動子９３に接続される駆動電極９７ａ及び固定子９４に接続される駆動電極９７ｂが設けられている。また、ベース基板９６における駆動電極９７ａ及び９７ｂの下方にはスルーホール９６ａが設けられている。尚、スルーホール９６ａ内にはハンダ、スズ（Ｓｎ）等からなる導電材９６ｂが埋め込まれていてもよい。ベース基板９６の裏面（可変波長フィルター素子部９２が配置されていない面）におけるスルーホール９６ａの下方には、駆動子電極９８及び固定子電極９９が設けられている。また、駆動子電極９８及び固定子電極９９の表面には、夫々接続用突起３１が設けられている。駆動子電極９８及び固定子電極９９はスルーホール９６ａに埋め込まれた導電材９６ｂを介して、夫々駆動子９３及び固定子９４に接続されている。駆動子電極９８は板バネ（図示せず）を介して駆動子９３と接続されている。本実施形態における駆動回路基板２の構成は、図２５においては前述の第１の実施形態における駆動回路基板２の構成と同一のもので説明したが、前述の第２の実施形態における駆動回路基板２ａもしくは第３の実施形態における駆動回路基板２ｂと同一のものであってもよい。
【０１１１】
フィルター基板９１は樹脂層３を介して駆動回路基板２上に積層されている。より詳しくは、駆動回路基板２の表面に設けられた素子スイッチ部２２の電極に接続された表面電極２４と、フィルター基板９１の裏面に設けられた駆動子電極９８及び固定子電極９９とが電気的に接続されている。
【０１１２】
また、接続用突起（バンプ）３１は、表面電極２４に夫々当接しており、接続用突起３１及び表面電極２４を覆うように、半田又は導電性接着剤からなる接続部材３２が設けられている。そして、この接続用突起３１と表面電極２４とが圧着等により相互に接合され、接続部材３２により周囲を覆われて補強されている。更に、ベース基板９６と絶縁体層２５との間における駆動子電極９８、固定子電極９９、接続用突起３１、表面電極２４及び接続部材３２の周囲には、熱硬化性接着剤等の樹脂層３が充填され封止されている。
【０１１３】
なお、本実施形態においては、接続用突起３１を駆動子電極９８及び固定子電極９９の表面に設け、接続用突起３１を表面電極２４に当接させる例を示したが、接続用突起３１を表面電極２４上に設け、駆動子電極９８及び固定子電極９９に当接させてもよい。この場合は、接続部材３２は接続用突起３１及び駆動子電極９８及び固定子電極９９を覆うように形成する。
【０１１４】
また、本実施形態においては、駆動子電極９８及び固定子電極９９は、夫々駆動子９３及び固定子９４の真下に配置し、その位置で表面電極２４と接続する例を説明したが、駆動子電極９８及び固定子電極９９並びに表面電極２４は両者の電気的接続が確保される限りにおいて、夫々ベース基板９６の裏面及び絶縁体２５の表面における任意の位置に配置することができる。
【０１１５】
次に、本実施形態に係る機能デバイスの動作について説明する。前述の第１の実施形態と同様な動作により、所定の素子スイッチ部２２が選択され、この素子スイッチ部２２からコンタクトホール２５ａを介して表面電極２４に電圧が印加される。但し、第１の実施形態においては、１個のミラー素子１１（図２参照）を駆動するためには４個の素子スイッチ部２２が必要であったが、本実施形態においては、１個の可変波長フィルター素子部９２を駆動するためには、最低２個の素子スイッチ部２２があればよい。
【０１１６】
第１の実施形態と同様に、所定の可変波長フィルター素子９２の駆動を行うために、この可変波長フィルター素子９２に相当する素子スイッチ部２２のゲートを導通状態（オン）とし、印加電圧発生部６３（図６参照）からの電圧を固定子電極９９及び駆動子電極９８に印加する。駆動子電極９８に印加された電圧は、導電材９６ｂ及び駆動電極９７ａを介して駆動子９３に印加される。また、固定子電極９９に印加された電圧は、導電材９６ｂ及び駆動電極９７ｂを介して固定子９４に印加される。駆動子９３及び固定子９４は、夫々櫛歯状の形状の電極を有しており、相互に入れ子状態になるように配置されているため、駆動子９３と固定子９４との間に静電気力が発生する。これにより、駆動子９３は、固定子電極９９と駆動子電極９８との間に印加した電圧に応じてＸ方向に移動する。
【０１１７】
従って、駆動子９３に連結されたフィルター素子９５も駆動子９３の移動に伴って移動する。この結果、フィルター素子９５が入射光Ｂの経路に介在するようになる。フィルター素子９５は誘電体多層膜からなるため、Ｙ方向に入射する入射光Ｂのうち、フィルター素子９５を透過できる光の波長は特定の波長に限定される。また、フィルター素子９５はＸ方向に膜厚勾配を持つ形状を有するため、フィルター素子９５のＸ方向の移動により、フィルター素子９５を透過できる光の波長が変化する。これにより、入射光Ｂから任意の波長を選択的に透過させるフィルターを得ることができる。また、光デバイスに可変波長フィルター素子９２を複数設けることにより、複数のチャンネルのフィルターを持つ光デバイスを得ることができる。
【０１１８】
また、本実施形態においては、固定子９４及び駆動子９３に各々電圧を印加する場合を示したが、駆動子９３の駆動のためには固定子９４と駆動子９３の両電極間の印加される電位差のみが必要である。従って、固定子９４をグランドに接地し、駆動子９３に所定の電圧を印加しても、両者に夫々電圧を印加する場合と同等の動作が可能である。この場合は、固定子９４に接続するスイッチ部２２を省くことができ、機能デバイスの構成をより簡略化できる。
【０１１９】
本実施形態においては、複数のチャンネルのフィルターを備えた機能デバイスにおいて、可変波長フィルター素子へ駆動及び制御信号を供給するための配線を極力少なくすることが可能となり、これにより、光デバイスの小型化及び高信頼性化を図ることができる。また、ドライバ回路部を可変波長フィルター素子の数だけ設けることなく、１個のドライバ回路部により全ての可変波長フィルター素子を駆動することが可能である。これにより、可変波長フィルター素子が多チャンネル化しても、回路部が大型化することがなく、機能デバイスが大型化することを抑制することができる。更に、基板上に複数のトランジスタを形成して駆動回路を作製するため、機能デバイスを安価に作製することが可能となる。更にまた、フィルター機能素子と駆動回路基板とを別々の工程で作製し、積層することにより機能デバイスを構成するため、各々の作製プロセス及び特性の最適化を図ることができる。
【０１２０】
次に、本発明の第７の実施形態について説明する。図２６は本実施形態に係る機能デバイスの構成を示す斜視図であり、図２７は図２６に示すＡ−Ａ線による断面図である。本実施形態の機能デバイスは、ＲＦ微小電気機械スイッチを使用し、このスイッチを駆動する駆動力として静電気力を利用した機能デバイスである。
【０１２１】
図２６及び図２７に示すように、本実施形態に係る機能デバイスは、駆動回路基板２上にスイッチ基板１６１が積層されて形成されている。スイッチ基板１６１においては、ベース基板１６１６が設けられ、このベース基板１６１６上に少なくとも１個、例えば６個のスイッチ素子部１６１１がアレイ状に配列されている。スイッチ素子部１６１１は、シリコン基板がエッチングされて作製されているか、又は堆積させたポリシリコン薄膜をシリコン半導体加工技術により３次元的に加工して作製されている。
【０１２２】
スイッチ素子部１６１１においては、ベース基板１６１６上に支持台１６１５が設けられており、支持台１６１５上に可撓性の片持ビーム１６１２が設けられている。片持ビーム１６１２の形状は直方体であり、その長手方向はベース基板１６１６の表面に平行な方向に延びている。片持ビーム１６１２の一方の端部１６１２ａは支持台１６１５により支持されており、他方の端部１６１２ｂは支持されていない。そして、この他方の端部１６１２ｂの下面には電気的接点１６２８が設けられており、片持ビーム１６１２が電気的接点１６２８を支えるようになっている。また、ベース基板１６１６上には電気的接点１６２９が設けられている。電気的接点１６２９は、端部１６１２ｂが下方に変位するように片持ビーム１６１２が変形して、電気的接点１６２８の位置が下がったときに、この電気的接点１６２８に接触する位置に配置されている。更に、接点１６２９はＲＦ入力ポートを形成しており、ＲＦ入力信号が入力されるようになっており、一方、接点１６２８はＲＦ出力ポートを形成している。
【０１２３】
また、図２７に示すように、ベース基板１６１６上に駆動電極１６１７ａ及び１６１７ｂが設けられている。片持ビーム１６１２上には駆動電極１６１７ｃが設けられ、ベース基板１６１６上の駆動電極１６１７ｂと接続されている。これにより、駆動電極１６１７ａ及び駆動電極１６１７ｃは、片持ビーム１６１２及び支持台１６１５により所定の間隔で配置される。そして、ベース基板１６１６における駆動電極１６１７ａ及び１６１７ｂの下方にはスルーホール１９ａが設けられ、スルーホール１９ａの下方には接続電極１８が設けられている。駆動電極１６１７ａ及び１６１７ｂと接続電極１８はスルーホール１９ａにより相互に接続されている。なお、スルーホール１９ａ内にはハンダ、スズ（Ｓｎ）等からなる導電体１９ｂが埋め込まれていてもよい。更に、接続電極１８の表面には、Ａｕ（金）又は半田からなる接続用突起（バンプ）３１が設けられている。
【０１２４】
駆動回路基板２及び樹脂層３の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。即ち、スイッチ基板１６１は樹脂層３を介して駆動回路基板２上に積層されている。より詳しくは、駆動回路基板２の表面に設けられた素子スイッチ部２２の電極に接続された表面電極２４と、スイッチ基板１６１の裏面に設けられた接続電極１８とが電気的に接続されている。また、接続用突起（バンプ）３１は、表面電極２４に夫々当接しており、接続用突起３１及び表面電極２４を覆うように、半田又は導電性接着剤からなる接続部材３２が設けられている。そして、この接続用突起３１と表面電極２４とが圧着等により相互に接合され、接続部材３２により周囲を覆われて補強されている。更に、ベース基板１６１６と絶縁体層２５との間における接続電極１８、接続用突起３１、表面電極２４及び接続部材３２の周囲には、熱硬化性接着剤等からなる樹脂層３が充填され封止されている。
【０１２５】
なお、本実施形態においては、接続用突起３１を接続電極１８の表面に設け、接続用突起３１を表面電極２４に当接させる例を示したが、接続用突起３１を表面電極２４上に設け、接続電極１８に当接させてもよい。この場合は、接続部材３２は接続用突起３１及び接続電極１８を覆うように形成する。
【０１２６】
また、本実施形態においては、接続電極１８は、駆動電極１６１７ａ及び１６１７ｂの真下に配置し、その位置で表面電極２４と接続する例を説明したが、接続電極１８並びに表面電極２４は両者の電気的接続が確保される限りにおいて、夫々ベース基板１６１６の裏面及び絶縁体２５の表面における任意の位置に配置することができる。
【０１２７】
本実施形態における駆動回路基板２の構成は、前述の第１の実施形態における駆動回路基板２の構成と同一のものとしたが、前述の第２の実施形態における駆動回路基板２ａ又は第３の実施形態における駆動回路基板２ｂと同一のものであってもよい。
【０１２８】
次に、本実施形態に係る機能デバイスの動作について説明する。前述の第１の実施形態と同様な動作により、所定の素子スイッチ部２２が選択され、この素子スイッチ部２２からコンタクトホール２５ａを介して表面電極２４に電圧が印加される。但し、第１の実施形態においては、１個のミラー素子１１（図２参照）を駆動するためには４個の素子スイッチ部２２が必要であるが、本実施形態においては、１個のスイッチ素子部１６１１を駆動するためには、最低２個の素子スイッチ部２２があればよい。
【０１２９】
そして、素子スイッチ部２２のゲートを導通状態（オン）とし、印加電圧発生部６３（図６参照）からの電圧を接続電極１８ａ及び１８ｂに印加する。接続電極１８ａに印加された電圧は、駆動電極１６１７ａに印加される。接続電極１８ｂに印加された電圧は、駆動電極１６１７ｂを介して駆動電極１６１７ｃに印加される。これにより、駆動電極１６１７ａと駆動電極１６１７ｃとの間に静電気力が発生し、片持ビーム１６１２が変形し、その端部１６１２ｂが下方に変位する。この結果、電気的接点１６２８が電気的接点１６２９に接触し、ＲＦ入力信号がＲＦ出力ポートに出力される。電圧が駆動電極１６１７ａ及び１６１７ｃから除かれると、片持ビーム１６１２は片持ビーム１６１２自身の復元力により、図２７に示す静的位置に戻る。
【０１３０】
なお、ベース基板１６１６上に相互に離間した２つの電気的接点１６２９を設け、夫々ＲＦ入力端子及びＲＦ出力端子とし、この２つの電気的接点が、電気的接点１６２８と接触することにより、ＲＦ入力端子がＲＦ出力端子に接続されるようにしてもよい。
【０１３１】
本実施形態においては、ＲＦ入力信号の出力ポートへの出力及び切断を選択的に行なうＲＦスイッチを実現することができる。また、機能デバイスにスイッチ素子部１６１１を複数設けることにより、複数のチャンネルのスイッチを持つ機能デバイスを得ることができる。
【０１３２】
また、本実施形態においては、駆動電極１６１７ａ及び駆動電極１６１７ｃに各々電圧を印加する場合を示したが、スイッチ素子部１６１１の駆動のためには駆動電極１６１７ａと駆動電極１６１７ｃとの両電極間の印加される電位差のみが必要である。従って、駆動電極１６１７ｃをグランドに接続し、駆動電極１６１７ａに所定の電圧を印加してもよく、又はその逆に、駆動電極１６１７ａにグランド電位を印加し、駆動電極１６１７ｃに所定の電位を印加してもよい。この場合においても、両者に夫々電圧を印加する場合と同等の動作が可能である。この場合は、駆動電極１６１７ｃに接続するスイッチ部２２を省くことができ、機能デバイスの構成をより簡略化できる。
【０１３３】
本実施形態においては、複数のチャンネルのスイッチを備えた機能デバイスにおいて、スイッチ素子部へ駆動及び制御信号を供給するための配線を極力少なくすることが可能となり、これにより、機能デバイスの小型化及び信頼性の向上を図ることができる。また、ドライバ回路部をスイッチ素子部の数だけ設けることなく、１個のドライバ回路部により全てのスイッチ素子部を駆動することが可能である。これにより、スイッチ素子部が多チャンネル化しても、回路部が大型化することがなく、機能デバイスが大型化することを抑制することができる。更に、基板上に複数のトランジスタを形成して駆動回路を作製するため、機能デバイスを安価に作製することが可能となる。更にまた、スイッチ機能素子と駆動回路基板とを別々の工程で作製し、積層することにより機能デバイスを構成するため、各々の作製プロセス及び特性の最適化を図ることができる。
【０１３４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、多チャンネル化しても大型化することを抑制でき、更に、低コスト化及び光通信の信頼性の向上を図った機能デバイスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る機能デバイスの構成を示す斜視図である。
【図２】図３に示すミラー素子１１のＸ−Ｘ軸をとおり、ミラーフレーム１４の表面に垂直な断面の断面図である。
【図３】ミラー素子１１の構成を示す拡大平面図である。
【図４】本実施形態における光反射ミラー素子の電極配置を示す断面図である。
【図５】本実施形態に係る機能デバイスにおける１個の光反射ミラー素子を駆動する４個のミラー素子スイッチ部を示す等価回路図である。
【図６】本実施形態に係る機能デバイスにおけるミラー素子スイッチ部及びドライバ回路部の構成を示す等価回路図である。
【図７】本実施形態に係る機能デバイスの製造方法を示すフローチャート図である。
【図８】（ａ）乃至（ｇ）は、本実施形態に係る機能デバイスの製造方法をその工程順に示す断面図である。
【図９】（ａ）乃至（ｃ）は、本実施形態に係る機能デバイスの製造方法をその工程順に示す断面図であり、図８の後の工程を示す。
【図１０】（ａ）乃至（ｄ）は、本実施形態におけるベース基板１６の形成方法をその工程順に示す断面図である。
【図１１】（ａ）乃至（ｄ）は、本実施形態におけるベース基板１６の形成方法をその工程順に示す断面図であり、図１０の後の工程を示す。
【図１２】（ａ）乃至（ｃ）は、本実施形態におけるベース基板１６の形成方法をその工程順に示す断面図であり、図１１の後の工程を示す。
【図１３】（ａ）乃至（ｄ）は、本実施形態におけるベース基板１６の形成方法をその工程順に示す断面図であり、図１２の後の工程を示す。
【図１４】（ａ）乃至（ｃ）は、本実施形態におけるベース基板１６の形成方法をその工程順に示す断面図であり、図１３の後の工程を示す。
【図１５】（ａ）乃至（ｄ）は、本実施形態における他のベース基板１６の形成方法をその工程順に示す断面図である。
【図１６】（ａ）乃至（ｄ）は、このベース基板１６の形成方法をその工程順に示す断面図であり、図１５の後の工程を示す。
【図１７】（ａ）乃至（ｃ）は、このベース基板１６の形成方法をその工程順に示す断面図であり、図１６の後の工程を示す。
【図１８】（ａ）及び（ｂ）は、このベース基板１６の形成方法をその工程順に示す断面図であり、図１７の後の工程を示す。
【図１９】本実施形態の変形例におけるミラー素子を示す平面図である。
【図２０】本発明の第２の実施形態に係る機能デバイスを示す部分断面図であり、ミラー素子１１のＸ−Ｘ軸（図２参照）をとおりミラーフレーム１４の表面に垂直な断面の断面図である。
【図２１】本発明の第３の実施形態に係る機能デバイスを示す部分断面図であり、ミラー素子１１のＸ−Ｘ軸（図２参照）をとおりミラーフレーム１４の表面に垂直な断面の断面図である。
【図２２】本発明の第４の実施形態に係る機能デバイスの構成を示す部分断面図であり、ミラー素子１１のＸ−Ｘ軸（図２参照）をとおり、ミラーフレーム１４の表面に垂直な断面の断面図である。
【図２３】本発明の第５の実施形態に係る機能デバイスの構成を示す部分断面図であり、ミラー素子１１のＸ−Ｘ軸（図２参照）をとおり、ミラーフレーム１４の表面に垂直な断面の断面図である。
【図２４】本発明の第６の実施形態に係る機能デバイスの構成を示す斜視図である。
【図２５】図２４に示すＡ−Ａ線による断面図である。
【図２６】本発明の第７の実施形態に係る機能デバイスの構成を示す斜視図である。
【図２７】図２６に示すＡ−Ａ線による断面図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ；ミラー基板
２、２ａ、２ｂ、２ｃ；駆動回路基板
３、３ｂ；樹脂層
４；外部入力ポート
１１；ミラー素子
１１ａ；シリコン基板
１２；ミラー本体
１３；支持体
１３ｂ；リング
１３ｃ、１３ｄ；軸部材
１４；ミラーフレーム
１４ａ；開口部
１５；支持台
１６、１６１６；ベース基板
１６ａ；シリコン板
１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｆ、１７ｇ；駆動電極
１８、１８ａ、１８ｂ；接続電極
１９ａ；スルーホール
１９ｂ；導電体
２１；基板
２１ｂ；ベース基板
２１ｃ；透明基板
２２、２２ａ、２２ｂ；素子スイッチ部
２３、２３ａ、２３ｂ；ドライバ回路部
２４、２４ａ、２４ｂ；表面電極
２５；絶縁体層
２５ａ；コンタクトホール
２５ｂ；導電体
２５ｃ；透明絶縁体層
２６；半導体基板
２７；絶縁性基板
３１；接続用突起（バンプ）
３２；接続部材
５１；ゲート線
５２；ドレイン／ソース線
５３；薄膜トランジスタ
５５；保持キャパシタ
５６；端子
６１；ドレイン／ソース線駆動回路
６２；ゲート線駆動回路
６３；印加電圧発生部
８１；光検出基板
８２；ミラー本体
８３；光検出素子
８４；透明導電性表面電極
９１；フィルター基板
９２；可変波長フィルター素子部
９３；駆動子
９４；固定子
９５；フィルター素子
９６；ベース基板
９６ａ；スルーホール
９６ｂ；導電材
９７ａ；駆動電極
９７ｂ；駆動電極
９８；駆動子電極
９９；固定子電極
１１１、１２８；配線パターン
１１２、１２２；酸化シリコン層
１１３、１１７、１１８、１２３、１２６、１２７；フォトレジストマスク
１１３ａ、１２３ａ；開口部
１１４、１２４；絶縁層
１１５；ポリシリコン層
１１６；酸化シリコン層
１２５；銅層
１６１；スイッチ基板
１６１６；ベース基板
１６１１；スイッチ素子部
１６１５；支持台
１６１２；片持ビーム
１６１２ａ、１６１２ｂ；端部
１６２８、１６２９；電気的接点
１６１７ａ、１６１７ｂ；駆動電極
Ｂ；入射光
Ｄ／Ｓ１、Ｄ／Ｓ２、・・・、Ｄ／Ｓ４ｎ；走査列
Ｇ１、Ｇ２、・・・、Ｇｍ；走査行[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a functional device including a functional element that performs processing such as conversion of an input signal, change of a path, selection of a wavelength, and conduction / non-conduction, and in particular, the operation of the functional element is controlled by a micro electric machine. Related to functional devices.
[0002]
[Prior art]
In a lightwave communication network system such as a wavelength division multiplexing (WDM) optical fiber system, there is an increasing need for a technology for switching light paths and a technology for selecting light of an arbitrary wavelength from incident light. Yes. In this lightwave communication network system, each node on the network uses an optical switch that selects and branches light of a predetermined wavelength from light of a plurality of wavelengths and then changes the path of this light. With the increase in the amount of communication information transmission expected in the future, it is required to increase the number of channels and the scale of optical devices such as optical switches.
[0003]
Among these, the optical switch has a feature that it can minimize the delay time, does not depend on the transfer speed, and has extensibility because the path is converted as it is without optical / electrical conversion. Conventionally, as a method for realizing an optical switch, a method using mechanical movement of an optical fiber, a method based on Faraday rotation, a method using a reflection mirror, and the like have been proposed.
[0004]
Among these, an optical switch that uses a reflecting mirror and uses a micro electro mechanical system (MEMS) for the reflecting mirror and a driving device of the reflecting mirror uses a microfabrication technology for manufacturing a semiconductor integrated circuit. Therefore, functional integration, arraying, miniaturization of movable three-dimensional structure, and high precision are possible, which is advantageous for cost reduction and scale-up. It is expected as an optical device that can fully meet the need for large-scale optical switches.
[0005]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-314846 discloses a reflection mirror formed by MEMS. That is, in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-314846, a reflection mirror that is rotatably connected to a support by a beam portion is provided, an electrode is attached to the support, and a voltage is applied to the electrode. And a technique for controlling the operation of the reflecting mirror by an electrostatic force between the reflecting mirror and the reflecting mirror. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-1117025 also discloses a reflection mirror formed by MEMS. Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-330254, in a semiconductor device provided with switch means, the switch means is a plurality of MOS transistors formed on a substrate and a plurality of MEMS formed on the MOS transistors. In this switch element, a technique is disclosed in which switching is performed by moving a wiring provided movably by Coulomb force. According to Japanese Patent Laid-Open No. 11-330254, a logic variable LSI having a high degree of freedom is realized in a semiconductor device by performing invariant connection by the MOS transistor and variable connection by the switch element. It is stated that it can be done.
[0006]
Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-144596 discloses a technique for forming an RF switch by MEMS on a semiconductor monolithic microwave integrated circuit substrate. In this technology, a beam supported rotatably in a seesaw shape is provided on a substrate, and an electrostatic force is generated between the beam and the electrode by applying a voltage to an electrode disposed in the vicinity of the beam. Rotate the beam. Thus, the switch is opened and closed by bringing the terminal formed on the substrate into contact with the terminal formed on the lower surface of the beam or making it non-contact. Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-144596 describes that an RF switch with good sensitivity can be formed in an array.
[0007]
On the other hand, in US Pat. No. 5,963,788 (Carole C. Barron et. Al.), A drive circuit for driving the MEMS element is manufactured on the same silicon substrate as the substrate on which the MEMS element is formed. Technology is disclosed.
[0008]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2002-36200 discloses a technique for integrating a MEMS device module and an IC control circuit module necessary for driving a MEMS device array on a common system interconnection substrate. Thereby, the MEMS device and the IC module can be easily removed for replacement or repair.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional techniques described above have the following problems. Electrostatic force, magnetic force, piezoelectric effect, thermal expansion, etc. are used as the driving force for functional elements such as reflection mirrors or RF switches, but these driving forces are generated in devices equipped with such functional elements. A drive circuit is required to make it happen. For example, when an electrostatic force is used as the driving force of the reflecting mirror, a driving circuit for selecting and controlling the micro electric machine to be driven is required in addition to the applied voltage generating circuit for generating the voltage.
[0010]
For example, as shown in FIG. 1 of the aforementioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-117025, such a drive circuit has conventionally been provided with a functional element such as a reflection mirror and a drive device for driving the functional element (hereinafter generically referred to as generic name) Then, the substrate is formed on a substrate different from the substrate on which the MEMS element is formed, and is connected to the substrate on which the MEMS element is formed by wire bonding or a flexible substrate. For this reason, when the number of optical devices is increased due to the increase in the number of channels and the number of MEMS elements to be driven is increased, the number of wirings connecting the drive circuits to the individual MEMS elements and the scale of the drive circuits are increased. There is a problem of becoming. In other words, electrodes are required to drive and control the MEMS element, but the number of terminals for inputting / outputting drive control signals to / from the outside increases as the number of channels increases and the scale of the array increases. The area required for routing the wiring is also increased. For example, if two electrodes are required to drive one MEMS element, n rows and n columns (n is an integer) square matrix arrangement (array) will result in 2n electrodes. 2 It is necessary to provide the same number of terminals in the device, and the wiring area connected to these terminals also increases in size.
[0011]
In the technique disclosed in US Pat. No. 5,963,788, a cavity portion is provided on the surface of the silicon substrate, a MEMS element is formed in the cavity portion, and then the cavity portion on the surface of the silicon substrate is formed. Since the drive circuit is formed in a region different from the above, a step for protecting the MEMS element is required at the time of forming the drive circuit, and a step for performing planarization after the formation of the drive circuit is required. For this reason, there exists a problem that the number of processes increases. In addition, when arraying light reflecting mirrors composed of thousands of MEMS elements in order to realize multi-channel, the ratio of the area occupied by the cavity portion on the surface of the silicon substrate is increased. There is a problem that the mechanical strength of the silicon substrate is weakened.
[0012]
Furthermore, in the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-36200, a plurality of MEMS modules are arranged on the interconnection substrate in a replaceable state, so that it is necessary to ensure alignment accuracy between the modules. . For example, when the MEMS module includes a mirror used for optical communication, it is necessary to ensure a precise optical path between the modules. For this reason, the assembly process is complicated, or the reliability of the assembled apparatus is lowered. In addition, since each MEMS module has a structure sealed by itself, there is a problem that the volume is larger than that of the MEMS chip, and the apparatus becomes larger when the array is enlarged.
[0013]
The present invention has been made in view of such a problem, and can suppress an increase in size due to an increase in the number of wirings in multi-channels, is easy to manufacture, has high strength, reduces cost, and improves reliability. It is an object of the present invention to provide a functional device, a manufacturing method thereof, and a drive circuit mounted on the functional device.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
A functional device according to the present invention includes a plurality of functional elements that process and output an input signal, a drive circuit board that includes a substrate and a drive circuit that is provided on the substrate and drives the functional element, and an insulating property. An insulating layer made of a material for mutually bonding the functional element and the drive circuit board, and a bonding layer provided in the insulating layer and provided with a connection terminal for mutually connecting the functional element and the drive circuit; It is characterized by having.
[0015]
In the present invention, a functional circuit and a drive circuit board including a drive circuit for driving the functional element are provided, and the functional element and the drive circuit board are joined by a bonding layer, so that the number of functional elements increases and the functional device is Even when the number of channels is increased, an increase in the size of the entire functional device due to an increase in the area of the driving circuit can be suppressed. In addition, since the distance between the driving circuit and the functional element can be reduced, the wiring between the two can be shortened as much as possible, and the functional device can be reduced in size and improved in reliability. Further, in the drive circuit board, since the drive circuit is formed on the substrate and the functional element is bonded to the drive circuit board via the bonding layer, the manufacturing is less than the case where the functional element is directly formed on the substrate. It is easy, the strength of the board does not decrease, the degree of integration and physical mismatch between the driving circuit board and the functional element is small, and the reliability of the functional device can be improved and the cost can be reduced. it can. Furthermore, since the functional element is bonded to the drive circuit board by the bonding layer, the reliability of the device is improved and the size can be reduced as compared with the case where a replaceable module is used. Furthermore, since the functional element and the drive circuit board can be manufactured independently, it is possible to make a pass / fail judgment independently, and the yield of the entire device is improved.
[0016]
Preferably, the driving circuit has input / output terminals for connecting to an external circuit, and the number of input / output terminals is smaller than the number of connection terminals. As a result, the number of wirings between the drive circuit and the external circuit can be reduced, and the area of the region required for routing these wirings can be reduced.
[0017]
Further, the functional element is a processing element that performs processing on the input signal, a micro-electromechanical unit that supports the processing element so as to be movable, and a voltage applied from the drive circuit to the processing element. And a drive electrode that moves the processing element by generating an electrostatic force. Thereby, the electrical signal output from the drive circuit can be converted into the mechanical operation of the machining element with a simple configuration.
[0018]
At this time, each of the functional elements may have three or more drive electrodes. Thereby, the processing element can be moved with two degrees of freedom, and the degree of freedom of signal processing is increased.
[0019]
Further, the signal is an optical signal, the processing element is a light reflecting mirror that reflects at least a part of the optical signal, and the micro electromechanical unit rotatably supports the light reflecting mirror. The driving electrode may control the angle of the light reflecting mirror to selectively output the optical signal input to the light reflecting mirror, thereby switching light.
[0020]
At this time, the drive electrode is made of a transparent conductor, the light reflecting mirror is semi-transmissive, the substrate is made of a transparent insulator, and the drive circuit board is not on the side facing the functional element. You may have the photon detection board | substrate containing a photon detection element. This makes it possible to always monitor the optical signal when performing optical communication using this optical device. As a result, it is possible to detect an abnormality of the optical signal passing through the functional device, a disconnection of the communication path, and the like.
[0023]
Further, the drive circuit includes a plurality of transistors arranged in an array, one or more gate lines connected to the gate electrodes of the transistors, and a plurality of drain / source lines connected to the source electrodes of the transistors. A drain / source drive circuit for selectively inputting a signal to the drain / source line, a terminal connected to the drain electrode and the drive electrode of the transistor, and applying a voltage applied to the drain electrode to the drive electrode It is preferable to have. The drive circuit may include a gate drive circuit that selectively inputs a signal to the gate line. As a result, even if the optical switch is multi-channel and large-scale, the circuit unit is not enlarged, and the functional device can be further prevented from being enlarged.
[0024]
Another functional device according to the present invention includes a functional element that performs optical processing on and outputs at least part of light input to the surface, supports the functional element, and controls the operation of the functional element. A functional element movable support structure provided with a micro-electromechanical unit, a substrate made of an insulator, disposed on the side where the functional element is not provided when viewed from the functional element movable support structure, and formed on the substrate And a drive circuit board structure having a drive circuit for controlling the operation of the micro-electromechanical unit.
[0025]
In the present invention, a functional circuit movable support structure provided with a functional element and a micro-electromechanical unit is provided, and a drive circuit including a drive circuit on the side where the functional element is not provided when viewed from the functional element movable support structure By disposing the substrate structure, even when the functional device is multi-channeled, it is possible to suppress an increase in the size of the entire functional device due to an increase in the area of the drive circuit. Further, since the drive circuit is formed on the substrate made of an insulator in the drive circuit board structure, there is little integration and physical mismatch between the drive circuit board structure and the functional element movable support structure, and the function The reliability of the device can be improved and the cost can be reduced. Furthermore, since the distance between the drive circuit and the micro-electromechanical unit can be reduced, the wiring between the drive circuit and the micro-electromechanical unit can be shortened as much as possible, and the functional device can be reduced in size and reliability. Can be improved.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. First, a first embodiment of the present invention will be described. 1 is a perspective view showing a configuration of a functional device according to the present embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view of a mirror element 11, FIG. 3 is an enlarged plan view showing details of the mirror element 11, and FIG. 4 is an electrode of a light reflecting mirror element. FIG. 5 is an equivalent circuit diagram showing four mirror element switch units for driving one light reflecting mirror element, and FIG. 6 is an equivalent circuit diagram showing configurations of the mirror element switch unit and the driver circuit unit. It is. 2 is a cross-sectional view taken along a line XX shown in FIG. 3 and perpendicular to the surface of the mirror frame 14. The functional device of the present embodiment is an optical switch that uses a light reflecting mirror as a functional element, arranges nine light reflecting mirrors in an array, and uses electrostatic force as a driving force for driving the light reflecting mirror. .
[0029]
As shown in FIG. 1, an optical switch that is a functional device according to the present embodiment is provided with a drive circuit board 2, and a mirror substrate 1 is provided so as to be stacked on the drive circuit board 2. . The drive circuit substrate 2 and the mirror substrate 1 are bonded to each other by the resin layer 3. A bonding member 32 (see FIG. 2) is provided in the resin layer 3, and the bonding layer is formed by the resin layer 3 and the bonding member 32. One or more, for example, nine mirror elements 11 are provided on the mirror substrate 1 and are arranged in a matrix of (3 rows × 3 columns). The drive circuit board 2 is provided with a circuit for driving and controlling the light reflecting mirror 11, and is joined to the mirror board 1 via a resin layer 3 such as a thermosetting adhesive and a connection member 32 (see FIG. 2). Yes.
[0030]
The mirror substrate 1 and the drive circuit substrate 2 are substantially rectangular in shape, and the mirror substrate 1 and the drive circuit substrate 2 have substantially the same length when viewed from the stacking direction, and the length of the other side is the drive circuit. The substrate 2 is slightly longer than the mirror substrate 1. For this reason, there is a region on the upper surface of the drive circuit substrate 2 that is not covered by the mirror substrate 1, and, for example, four external input ports 4 are provided in this region.
[0031]
As shown in FIG. 2, the mirror substrate 1 is provided with a base substrate 16 made of silicon covered with an insulator or an insulator such as silicon oxide, and a support made of an insulator such as glass is provided on the base substrate 16. A table 15 is provided at a predetermined interval, and a mirror element 11 is provided on the support table 15, and the mirror element 11 is held by the support table 15 at a predetermined interval. The mirror element 11 has a structure capable of three-dimensional movement as will be described later. The mirror element 11 and a base substrate 16 provided with a through electrode, which will be described later, are joined at a predetermined interval via the support base 15 to form the mirror substrate 1.
[0032]
A through hole 19a is formed in the base substrate 16. On the through hole 19a on the surface of the base substrate 16 (on the mirror element 11 side), one drive element 17 for driving the mirror element 11 by electrostatic force is one mirror element. Four are provided for each. A connection electrode 18 is provided below the through hole 19 a on the back surface of the base substrate 16. The drive electrode 17 and the connection electrode 18 are connected to each other through a through hole 19a to form a through electrode. A conductor 19b made of solder, tin (Sn), or the like may be embedded in the through hole 19a. Further, connection protrusions (bumps) 31 made of Au (gold) or solder are provided on the surface of the connection electrode 18.
[0033]
As shown in FIGS. 3 and 4, the mirror element 11 includes a disk-shaped mirror body 12, a ring-shaped support body 13 that pivotally supports the mirror body 12, and a mirror frame 14. The support 13 is a micromechanical unit that supports the mirror body 12 as a processing element so as to be movable. The mirror frame 14 is provided with an opening 14a. The support 13 is disposed in the opening 14a of the mirror frame 14, and includes a ring 13b, two shaft members 13c, and two shaft members 13d. A ring 13b is disposed inside the opening 14a, and the mirror body 12 is disposed inside the ring 13b.
[0034]
Two shaft members 13c are connected to the inner wall of the opening 14a of the mirror frame 14 so that the axial direction thereof is the X direction, and the ring 13b is pivotally supported by the two shaft members 13c. Thereby, the ring 13b is connected to the mirror frame 14 via the two shaft members 13c so as to be rotatable about the XX axis. Two shaft members 13d are connected to the inner surface of the ring 13b so that the axial direction thereof is the Y direction, and the mirror body 12 is pivotally supported by the two shaft members 13d. Thereby, the mirror main body 12 is connected to the ring 13b via the two shaft members 13d so as to be rotatable about the Y-Y axis. As a result, the mirror body 12 is mirrored by the support 13 with the two axes parallel to the surface of the mirror frame 14, which are orthogonal to each other, that is, the XX and YY axes extending in the X and Y directions, respectively. The frame 14 is rotatably supported. As a result, the mirror body 12 can change its direction in an arbitrary direction, and the mirror body 12 allows the light input from the light input path (not shown) to enter the light output path (not shown) in an arbitrary direction. Can be output.
[0035]
The mirror main body 12 may be a fully reflective material that reflects all of the incident light, for example, a substrate that is coated with a thick metal film, and reflects a part of the incident light and transmits the remainder straight. It may be permeable, for example, a thin metal film coated on a transmissive substrate.
[0036]
Further, four drive electrodes 17 are provided for each mirror body 12 in a region corresponding to the lower side of the mirror body 12 on the base substrate 16. In FIG. 3, the four drive electrodes 17 are indicated by reference numerals 17a to 17d, respectively. The mirror driving electrodes 17b and 17d pass through the center of the mirror body 12 below the rotation axis of the ring 13b with respect to the mirror frame 14 and are perpendicular to the surface of the base substrate 16 (hereinafter referred to as the center axis of the mirror body 12). It is arranged in a symmetrical position. The drive electrodes 17a and 17c are disposed below the rotation axis of the mirror main body 12 with respect to the ring 13b and at positions symmetrical with respect to the central axis of the mirror main body 12. Accordingly, the drive electrodes 17 a to 17 d are arranged at positions that are four times symmetrical with respect to the central axis of the mirror body 12. A functional element is formed by the mirror body 12, the support 13, and the drive electrodes 17a to 17d.
[0037]
Further, as shown in FIG. 2, the drive circuit board 2 is provided with a substrate 21 made of an insulator such as glass, and an element switch unit constituted by a thin film semiconductor or the like produced by a thin film process on the substrate 21. 22 is provided. The same number of element switch portions 22 as drive electrodes 17 are provided. On the substrate 21, a driver circuit unit 23 for selecting and driving the element switch unit 22 is provided. In addition, an insulating layer 25 is provided on the substrate 21 so as to cover the element switch unit 22 and the driver circuit unit 23. A contact hole 25a is provided in a portion of the insulator layer 25 on the element switch portion 22, and a conductor 25b is embedded in the contact hole 25a. The conductor 25b is connected to an external electrode (not shown) of the element switch portion 22. It is connected. A surface electrode 24 is provided in a region corresponding to the contact hole 25a on the surface of the insulating layer 25. The surface electrode 24 is an external electrode (not shown) of the element switch unit 22 by a conductor 25b in the contact hole 25a. Connected with.
[0038]
Furthermore, in the drive circuit board 2, an input terminal for inputting a signal for selecting a predetermined element switch unit 22, a clock signal, and the like input from an external control circuit (not shown) to the driver circuit unit 23, and a mirror An external input port 4 (see FIG. 1) including an input terminal for an applied voltage for driving the element 11 is provided.
[0039]
The connection protrusions (bumps) 31 provided on the surface of the mirror substrate 1 facing the drive circuit substrate 2 are in contact with the surface electrodes 24 provided on the surface of the drive circuit substrate 2 facing the mirror substrate 1, respectively. A connection member 32 made of solder or a conductive adhesive is provided so as to cover the connection protrusion 31 and the surface electrode 24. The connection protrusion 31 and the surface electrode 24 are joined to each other by pressure bonding or the like, and the periphery is covered and reinforced by the connection member 32. Further, the resin layer 3 made of a thermosetting adhesive or the like is filled and sealed around the connection electrode 18, the connection protrusion 31, the surface electrode 24, and the connection member 32 between the base substrate 16 and the insulator layer 25. It has been stopped.
[0040]
As described above, the mirror substrate 1 is laminated on the drive circuit board 2 via the connection member 32 and the resin layer 3, so that the drive electrode 17 of the mirror substrate 1 includes the conductive material 19 b, the connection electrode 18, and the connection protrusion. 31, the connection member 32, the surface electrode 24, and the conductive material 25 b are connected to the element switch unit 22 of the drive circuit board 2. The mirror drive electrode 17, the conductive material 19b, the connection electrode 18, the connection protrusion 31, the surface electrode 24, the conductive material 25b, and the element switch portion 22 are arranged in this order along the substantially vertical direction.
[0041]
In the present embodiment, the connection protrusion 31 is provided on the surface of the connection electrode 18 and the connection protrusion 31 is brought into contact with the surface electrode 24. However, the connection protrusion 31 is provided on the surface electrode 24. The contact electrode 18 may be contacted. In this case, the connection member 32 is formed so as to cover the connection protrusion 31 and the connection electrode 18.
[0042]
In the present embodiment, the connection electrode 18 is provided directly below the mirror drive electrode 17 and connected to the surface electrode 24 at that position. However, the surface electrode 24 and the connection electrode 18 are connected to the drive electrode 17 and the element. As long as the electrical connection with the switch unit 22 is ensured, the insulating layer 25 and the base substrate 16 can be disposed at arbitrary positions, respectively.
[0043]
The element switch unit 22 is configured by an equivalent circuit as shown in a broken line region in FIG. FIG. 5 shows an equivalent circuit of a circuit for driving one mirror element 11. In the element switch unit 22, a thin film transistor 53 is provided, and a gate electrode of the thin film transistor 53 is connected to the gate line 51. A drain / source line 52 is connected to the source electrode of the thin film transistor 53, and a holding capacitor 55 and a terminal 56 are connected in parallel between the drain electrode of the thin film transistor 53 and the ground electrode. The holding capacitor 55 holds the orientation of the mirror body 12 when the gate line is turned off and the thin film transistor is turned off, and compensates for the loss of the electric charge of the drive electrode 17 due to natural discharge. The capacity of the holding capacitor 55 is determined by the gate line scanning frequency, the number of mirror elements 11 and the like, but may be set so that electric charges can be held until the next gate line scanning. The terminal 56 includes a terminal on the thin film transistor 53 side and a terminal on the ground potential side. The terminal on the thin film transistor 53 side is an external electrode of the element switch unit 22 and is connected to the conductive material 25b. As described above, the conductive material 25b is connected to the drive electrode 17 through the surface electrode 24, the connection protrusion 31, the connection electrode 18, and the conductive material 19b. The terminal on the ground potential side of the terminal 56 is connected to the ground electrode (see FIG. 4) of the mirror body 12.
[0044]
The four element switch sections 22 form one group and are connected to the common gate line 51 to drive one mirror element 11. The terminal 56 of each element switch unit 22 in one group is connected to the mirror drive electrodes 17a, 17b, 17c and 17d, respectively.
[0045]
As shown in FIG. 6, in the functional device according to the present embodiment, a plurality of element switch sections 22 are arranged in an array. When the arrangement of the mirror elements 11 is (m rows × n columns), as described above, four element switch portions 22 are necessary for driving one mirror element 11, and therefore, The array is (m rows × 4n columns). In the present embodiment, since the array of the mirror elements 11 is, for example, (3 rows × 3 columns), the array of the element switch units 22 is (3 rows × 12 columns). The element switch sections 22 constituting each column are connected to a common drain / source line 52. Therefore, there are 4 × n drain / source lines 52 in the entire optical device. The drain / source line 52 is connected to the scan columns D / S1, D / S2,..., D / S4n of the drain / source line driving circuit 61 that selects the drain / source line 52 and applies a voltage.
[0046]
Further, the element switch units 22 constituting each row are connected to a common gate line 51. Therefore, the number of gate lines 51 in the entire optical device is m. This gate line 51 is connected to the scanning rows G1, G2,..., Gm of the gate line driving circuit 62 that selects the gate line 51 and applies a voltage. The drain / source line drive circuit 61 and the gate line drive circuit 62 constitute a driver circuit unit 23 that controls and drives the element switch unit 22. Further, the drain / source line drive circuit 61 is connected to at least two channels of applied voltage generators 63. The applied voltage generator 63 applies a voltage to the drain / source line 52 via the drain / source line driving circuit 61 and is provided outside the functional device.
[0047]
Next, the operation of the functional device according to the present embodiment will be described. As shown in FIGS. 5 and 6, the gate line driving circuit 62 of the driver circuit unit 23 scans the scanning rows G 1, G 2, G 3,..., Gm and sequentially drives them to connect to one gate line 51. The formed thin film transistors 53 are simultaneously turned on.
[0048]
On the other hand, the applied voltage generator 63 applies a 2-channel applied voltage for orienting the mirror body 12 in an arbitrary direction to the drain / source line drive circuit 61 in accordance with a command from a controller (not shown). Supply. The drain / source line drive circuit 61 moves the mirror main body 12 from a scan row (for example, D / S1 to D / S4) connected to the four drive electrodes 17a, 17b, 17c, and 17d (see FIG. 3). Are selected, and the two selected scan columns are connected to the applied voltage generator 63, respectively. As a result, the two-channel voltages supplied from the applied voltage generator 63 are applied to the two selected scan columns, respectively. Thereby, two drain / sources selected by the drain / source line driving circuit 61 among the element switch units 22 connected to one gate line 51 to which a voltage is applied by the gate line driving circuit 62. The thin film transistor 53 connected to the line 52 becomes conductive (on), and the voltage input to the drain / source signal line 52 is applied to the terminal 56. For example, when the gate line driving circuit 62 applies a voltage to the scanning row G1, and the drain / source line driving circuit 61 selects the scanning columns D / S1 and D / S3 and applies the voltage, the scanning row G1 and the scanning column The element switch unit 22 located at the intersection with D / S1 and D / S3 is driven.
[0049]
Alternatively, the drain / source line driving circuit 61 is connected to the applied voltage generation unit 63 in accordance with an instruction from the control unit (not shown) via the drain / source line selection signal line (not shown). And a predetermined voltage is applied to each scan row. Further, the drain / source line driving circuit 61 includes a circuit such as a logic circuit (not shown) or an analog switch (not shown), and the logic circuit or analog based on a clock signal from a control unit (not shown). The drain / source line 52 connected to the applied voltage generator 63 is sequentially switched every four lines by a switch or the like. As a result, two lines can be selected from the drain / source lines 52 of the element switch unit 22 arranged in the next four columns in the same row and a predetermined voltage can be applied.
[0050]
As shown in FIG. 2, the terminal on the thin film transistor 53 side of the terminal 56 (see FIG. 5) of the element switch section 22 is connected via the conductive material 25b, the surface electrode 24, the connection protrusion 31, the connection electrode 18, and the conductive material 19b. It is connected to the drive electrode 17. For this reason, the voltage applied to the terminal 56 of the element switch unit 22 is applied to the drive electrode 17. Each terminal 56 included in the group of four element switch units 22 is connected to four drive electrodes 17a, 17b, 17c, and 17d that drive one mirror element 11, so that four terminals 56 are provided. When a voltage is applied to two element switch sections 22 in the group consisting of the element switch sections 22, a voltage is applied to two drive electrodes selected from a set of drive electrodes 17a, 17b, 17c and 17d. .
[0051]
As shown in FIG. 4, when the mirror body 12 is grounded and a predetermined voltage is applied to the drive electrode 17b or 17d, an electrostatic force is generated between the mirror body 12 and the drive electrode 17b or 17d, and the mirror body 12 rotates around a rotation axis extending in the Y direction. As described above, the mirror body 12 has rotational axes orthogonal to each other, and a total of four drive electrodes 17 are provided at positions symmetrical with respect to the central axis of the mirror body 12 in the X direction and the Y direction. Therefore, the mirror body 12 can be tilted in an arbitrary direction by applying a voltage to one or two of the four drive electrodes 17a, 17b, 17c, and 17d. In the case where voltages are simultaneously applied to the two drive electrodes 17, the two drive electrodes are arranged in directions orthogonal to each other when viewed from the central axis of the mirror body 12. For example, the drive electrodes 17a and 17b shown in FIG. A voltage is not simultaneously applied to the drive electrodes 17a and 17c. In this manner, the mirror body 12 can be directed in an arbitrary direction, and incident light can be reflected in an arbitrary direction.
[0052]
Based on a clock signal from a control unit (not shown), the gate drive circuit 62 turns on the gate line 51 until all the mirror elements 11 connected to one gate line 51 are driven. Then, after driving of the last column (4nth) mirror element 11 connected to the gate line 51 is finished, the gate line 51 of the next row is turned on, and the operation in the above-described row is similarly performed. By sequentially performing this operation up to the last row, a voltage is applied to each drive electrode 17 that orients the mirror body 12 in each of the plurality of thin film transistors 53 in which the gate electrode is connected to the same gate line. Thereby, all the mirror elements 11 provided in the optical switch of the present embodiment can be driven.
[0053]
As described above, by performing the scanning operation in synchronization with the clock signal of such a control unit (not shown), the orientation direction of the light reflecting mirror elements arranged in an array of (m rows × n columns) Drive control can be realized.
[0054]
In the present embodiment, when viewed from the central axis of the mirror body 12, the direction in which the drive electrodes 17a, 17b, 17c, and 17d are disposed and the direction in which the shaft members 13c and 13d are disposed, that is, the mirror body 12 is provided. Although an example in which the direction in which the rotation axis extends coincides with each other has been described, these do not have to coincide with each other, for example, may deviate by 45 °.
[0055]
Further, in the present embodiment, the connection electrode 18 and the surface electrode 24 are connected by the connection protrusion (bump) 31 and the connection member 32 by pressure bonding or the like. Alternatively, a BGA (Ball Grid Array) connected to the connection electrode 18 may be used.
[0056]
Further, in the present embodiment, the applied voltage generator 63 (see FIG. 6) generates a voltage of two channels in order to perform the minimum mirror drive, but in the present invention, the applied voltage generator May generate four channels or voltages corresponding to the number of light reflecting mirrors of n rows to be connected (that is, 4n channels). A function of selecting and connecting two of the four drain / source lines 52 connected to one mirror element switch unit 22 in the drain / source drive circuit 61 when generating four-channel voltages; or The function of switching and connecting the four drain / source lines becomes unnecessary, and the drain / source drive circuit 61 need only have a function of sequentially switching the drain / source lines 52 every four lines. When the applied voltage generating unit 63 generates voltages of the number of channels corresponding to the n columns, the command from the control unit is the number of channels corresponding to the n columns (4n), but in the drain / source driving circuit 61 A function of switching and selecting the drain / source line 52 becomes unnecessary. For this reason, when the optical device is driven, it is only necessary to scan the gate line 51, so that the control of the entire mirror elements 11 arranged in an array can be speeded up.
[0057]
Furthermore, in the present embodiment, an example in which the applied voltage generation unit 63 is provided outside the drive circuit board 2 has been described, but the application voltage generation unit 63 may be provided in the driver circuit unit 23 in the drive circuit board 2. .
[0058]
Furthermore, in the present embodiment, an example in which the support 13 has a double ring structure is shown. However, the support 13 is a rotary support spring or ball and socket that can rotate the light reflecting surface of the mirror body 12. Also good.
[0059]
Next, a method for manufacturing a functional device according to the present embodiment will be described. FIG. 7 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a functional device according to the present embodiment. FIGS. 8A to 8G and FIGS. 9A to 9C illustrate manufacturing of a functional device according to the present embodiment. It is sectional drawing which shows a method in the order of the process. In the functional device manufacturing method according to the present embodiment, the mirror substrate 1 and the drive circuit substrate 2 are separately manufactured, and the functional devices are manufactured by bonding them through the resin layer 3.
[0060]
Details will be described below. First, as shown in step S1 of FIG. 7 and FIG. 8A, a silicon substrate 11a is prepared. Next, as shown in FIG. 8B, the mirror element 11 is formed by etching the silicon substrate 11a. The mirror element 11 may be formed by a wafer process in which a polysilicon thin film deposited on a silicon substrate is processed by silicon semiconductor processing technology.
[0061]
Next, as shown in step S2 of FIG. 7 and FIG. 8C, the driving electrode 17 is formed on one surface of the substrate 16a, the connection electrode 18 is formed on the other surface, and driving is performed inside the substrate 16a. A through hole 19a for connecting the electrode 17 and the connection electrode 18 to each other is formed. Thereby, the base substrate 16 is formed. Details of the method of forming the base substrate 16 shown in step S2 will be described later.
[0062]
Next, as shown in step S3 of FIG. 7 and FIG. 8D, the connection protrusions 31 made of gold (Au) wire or the like are formed so that the protrusion height is uniform, and the connection protrusions 31 A conductive connecting member 32 is applied around the periphery.
[0063]
Next, as shown in step S4 of FIG. 7 and FIG. 8E, a plate 15a made of an insulator such as glass is prepared. And as shown in FIG.8 (f), this board 15a is processed by laser processing etc., and the opening part 15b of a predetermined dimension is formed. Thereby, the support base 15 is produced.
[0064]
Next, as shown in step S5 of FIG. 7 and FIG. 8G, the mirror element 11 produced in the process shown in step S1 and the through electrode produced in the process shown in steps S2 and S3 were provided. The mirror substrate 1 is formed by bonding the base substrate 16 to the base substrate 16 by bonding or electrostatic bonding through the support base 15 manufactured in the process shown in step S4 so as to have a predetermined arrangement.
[0065]
On the other hand, as shown in step S6 of FIG. 7 and FIG. 9A, the drive circuit board 2 is manufactured separately from the steps shown in steps S1 to S5. That is, the element switch unit 22 and the driver circuit unit 23 made of a thin film semiconductor or the like are formed on a substrate 21 made of an insulator such as glass by a conventional thin film process. Then, an insulator layer 25 is formed so as to cover the element switch unit 22 and the driver circuit unit 23. Next, a contact hole 25a connected to the element switch portion 22 is formed in the insulator layer 25, and a conductor 25b is embedded in the contact hole 25a. Thereafter, the surface electrode 24 is formed on the surface of the insulator layer 25 so as to be connected to the contact hole 25a. Thereby, the drive circuit board 2 is produced.
[0066]
Next, as shown in step S7 of FIG. 7 and FIG. 9B, the surface on which the surface electrode 24 is formed in the drive circuit board 2 manufactured in step S6 is made of a thermosetting adhesive or the like. The resin layer 3 is applied. Then, as shown in FIG. 9C, the mirror substrate 1 provided with the connection protrusion 31 and the connection member 32 manufactured in the step shown in step 5, and the drive circuit substrate manufactured in the step shown in step S6. 2 are aligned so that the connection protrusions 31 are in contact with the surface electrode 24, and the mirror substrate 1 and the drive circuit substrate 2 are heated while applying pressure in a direction approaching each other. The resin layer 3 is cured to bond the mirror substrate 1 and the drive circuit substrate 2 to each other. Thereby, as shown in step S8 of FIG. 7, a functional device is formed.
[0067]
In the present embodiment, the case where the step of forming the connection member 31 (step S3) is performed immediately after the step of forming the through electrode on the base substrate (step S2) has been described, but the mirror substrate is formed. You may perform immediately after a process (step S5). Further, the connecting member 31 may be formed on the surface electrode 24 of the drive circuit board 2. In this case, it is performed immediately after the step of manufacturing the drive circuit board 2 (Step S6), and the resin layer 3 is applied to the surface of the mirror substrate 1 on which the connection electrodes 18 are formed.
[0068]
Next, the method for forming the base substrate 16 shown in step S2 of FIG. 7 will be described in detail. 10 (a) to (d), FIGS. 11 (a) to (d), FIGS. 12 (a) to (c), FIGS. 13 (a) to (d) and FIGS. 14 (a) to (c). FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method of forming the base substrate 16 in the order of the steps. 15A to 15D, FIGS. 16A to 16D, FIGS. 17A to 17C, and FIGS. 18A and 18B show the formation of another base substrate 16. FIG. It is sectional drawing which shows a method in the order of the process.
[0069]
As shown in FIG. 10A, for example, a silicon plate 16a made of silicon is prepared. Then, as shown in FIG. 10B, the silicon plate 16a is thermally oxidized to form a silicon oxide layer 112 having a thickness of, for example, 1 μm on the surface of the silicon plate 16a. Next, as shown in FIG. 10C, a photoresist mask 113 having an opening 113a is formed on the surface of the silicon plate 16a. Then, as shown in FIG. 10D, using the photoresist 113 as a mask, CHF 3 And CF 4 Reactive ion etching (RIE) using is performed to selectively remove the silicon oxide layer 112.
[0070]
Next, as shown in FIG. 11A, the photoresist mask 113 is removed. Next, as shown in FIG. 11B, with the silicon oxide layer 112 as a mask, SF is used. 6 And CF 4 RIE is performed, and the silicon plate 16a is selectively removed by etching to form a through hole 19a. Next, as shown in FIG. 11C, the silicon oxide layer 112 is removed by HF (hydrofluoric acid). Then, as shown in FIG. 11D, an insulating layer 114 made of silicon nitride is formed on the surface of the silicon plate 16a by CVD.
[0071]
Next, as shown in FIG. 12A, a polysilicon layer 115 is formed by CVD so as to cover the insulating layer 114. The film thickness of the polysilicon layer 115 is determined in consideration of the resistance of the obtained through hole and the burden of the process, and is, for example, 0.5 to 10 μm, for example, 1 to 5 μm. Next, as shown in FIG. 12B, the surface layer of the polysilicon layer 115 is thermally oxidized to form a silicon oxide layer 116 having a thickness of 0.2 to 2 μm, for example. Next, as shown in FIG. 12C, a photoresist mask 117 is formed on one surface of the silicon plate 16a, and a photoresist mask 118 is formed on the other surface and inside the through hole 19a. A sheet resist is used for the photoresist mask 117, and a spin-coated photoresist is used for the photoresist mask 118.
[0072]
Next, as shown in FIG. 13A, using the photoresist masks 117 and 118 as masks, CHF 3 And CF 4 The silicon oxide layer 116 is selectively removed by etching using RIE. Next, as shown in FIG. 13B, the photoresist masks 117 and 118 are removed. Next, as shown in FIG. 13C, with the silicon oxide layer 116 as a mask, SF 6 The polysilicon layer 115 is etched and selectively removed by RIE using the above.
[0073]
Next, as shown in FIG. 14A, the silicon oxide layer 116 is removed by HF (hydrofluoric acid) to form a polysilicon layer 115 having a thickness of, for example, 0.3 to 8 μm, more preferably 1 to 4 μm. leave. Next, as shown in FIG. 14B, the polysilicon layer 115 is doped with phosphorus (P). As a result, the polysilicon layer 115 becomes N-type and the resistance value decreases. At this time, since phosphorus does not diffuse into the insulating layer 114 made of silicon nitride, the insulating layer 114 is kept insulative. Next, as shown in FIG. 14C, a gold (Au) wiring pattern 111 to be the drive electrode 17 and the connection electrode 18 is formed. Thus, the conductive polysilicon layer 115 is formed on the side wall of the through hole 19a, whereby the drive electrode 17 and the connection electrode 18 are connected to each other. Thereby, the base substrate 16 is produced.
[0074]
Further, the base substrate 16 provided with the through electrode composed of the drive electrode 17 and the connection electrode 18 is shown in FIGS. 15A to 15D, FIGS. 16A to 16D, and FIGS. 17A to 17C. It can also be produced by other methods shown in FIGS. 18 (a) and 18 (b). First, as shown in FIG. 15A, for example, a silicon plate 16a made of silicon is prepared. Then, as shown in FIG. 15B, the silicon plate 16a is thermally oxidized to form a silicon oxide layer 122 having a thickness of, for example, about 1 μm on the surface of the silicon plate 16a. Next, as shown in FIG. 15C, a photoresist mask 123 having openings 123a is formed on the surface of the silicon plate 16a. Next, as shown in FIG. 15D, using this photoresist mask 123 as a mask, CHF 3 And CF 4 The silicon oxide layer 122 is etched and selectively removed by performing reactive ion etching (RIE) using.
[0075]
Next, as shown in FIG. 16A, the photoresist mask 123 is removed. Next, as shown in FIG. 16B, with the silicon oxide layer 122 as a mask, SF is used. 6 And CF 4 RIE is performed, and the silicon plate 16 is selectively removed by etching to form a through hole 19a. Next, as shown in FIG. 16C, the silicon oxide layer 122 is removed by HF (boiling acid). Then, as shown in FIG. 16D, an insulating layer 124 made of silicon nitride is formed by CVD.
[0076]
Next, as shown in FIG. 17A, a copper (Cu) layer 125 is formed to a thickness of, for example, 0.5 to 10 μm by an electroless plating method. Next, as shown in FIG. 17B, a photoresist mask 126 is formed on the surface of the silicon plate 16a, and a photoresist mask 127 is formed on the back surface of the silicon plate 16b and inside the through hole 19a. A sheet resist is used for the photoresist mask 126, and a spin-coated photoresist is used for the photoresist mask 127. Next, as shown in FIG. 17C, the copper layer 125 is etched and selectively removed by chemical etching using the photoresist masks 126 and 127 as a mask.
[0077]
Thereafter, as shown in FIG. 18A, the photoresist masks 126 and 127 are removed. Then, as shown in FIG. 18B, a gold (Au) wiring pattern 128 to be the drive electrode 17 and the connection electrode 18 is formed. In this way, the electroless Cu layer is formed on the side wall of the through hole 19a, so that conduction between the drive electrode 17 and the connection electrode 18 is ensured. Thereby, the base substrate 16 is produced.
[0078]
In this embodiment, a mirror substrate 1 having a mirror element 11 on a drive circuit substrate 2 in which a plurality of thin film transistors are formed on a substrate having an insulating surface and a switch circuit, a drive circuit, a logic circuit, etc. are monolithically configured. As a result of securing the electrical connection between the two, the mirror substrate and the drive substrate circuit are separately manufactured and the drive and control signals are supplied to each mirror element as compared with the case where wiring is made with a flexible substrate or the like. Therefore, it is possible to reduce the number of wirings for doing so as much as possible. For example, in the case of an optical switch of m rows × n columns, conventionally, at least (4 × m × n + 1) wirings for connection to the outside including ground wirings are required. On the other hand, according to the present embodiment, the number of wirings can be reduced to a minimum of (4 × n + m + 1) even when the applied voltage generators corresponding to the number of channels corresponding to n columns (4n) are provided. Can do. As a result, the wiring routing area and scale can be reduced, the functional device can be downsized and the reliability can be improved. Further, it is possible to drive all the mirror elements by one driver circuit unit without providing as many driver circuit units as the number of mirror elements. As a result, even if the optical switch is multi-channeled and scaled up to increase the number of mirror elements, the circuit portion does not increase in size, and the optical device can be prevented from increasing in size.
[0079]
Furthermore, since a plurality of thin film transistors are formed over a substrate having an insulating surface to manufacture a driver circuit, an optical device can be manufactured at low cost. Furthermore, since the mirror substrate and the drive circuit substrate are manufactured in separate steps and stacked to form an optical switch, each manufacturing process and characteristics can be optimized. Note that Japanese Patent Laid-Open No. 2002-189178 published after the filing date of the application on which the priority claim of the present invention is based describes a MEMS element drive control circuit, an insulating layer, and a MEMS element in this order on a semiconductor substrate. A technique for forming monolithically is described. However, in the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-189178, the characteristics evaluation of the MEMS element drive control circuit and the MEMS element cannot be performed independently during the manufacturing process, and the final manufacturing process is not possible. It is only possible to make a pass / fail judgment for the entire device at a stage. Therefore, the device yield is low. On the other hand, in this embodiment, since the mirror substrate and the drive circuit substrate are manufactured in separate steps, the mirror element and the drive circuit can be independently evaluated in the course of the manufacturing process. Therefore, the manufacturing process and characteristics can be optimized, which is advantageous in terms of yield.
[0080]
Next, a modification of this embodiment will be described. FIG. 19 is a plan view showing a mirror element in this modification. In the first embodiment described above, the case where the four drive electrodes 17a to 17d are arranged at four-fold symmetrical positions with respect to the central axis of the mirror body 12 has been described. On the other hand, in this modification, as shown in FIG. 19, the three drive electrodes 17 e, 17 f, and 17 g are arranged at a three-fold symmetrical position with respect to the mirror body 12. In the functional device of this modification, the same number of switch element portions 22 as the drive electrodes 17 are provided, and the drive electrodes 17e to 17g are connected to the switch element portions 22, respectively, and a predetermined voltage is applied to each drive electrode. It is to be applied. The configuration other than the above in the present modification is the same as that in the first embodiment.
[0081]
In the present modification, since the mirror body 12 is grounded as in the first embodiment, the drive electrodes and the mirror body 12 are connected to each other according to the voltages applied to the drive electrodes 17e to 17g. Electrostatic force is generated between them. When a voltage is applied to the drive electrode 17e, or an equal voltage is applied to the drive electrodes 17f and 17g, an electrostatic force is generated between the drive electrode to which the voltage is applied and the mirror body 12, and the mirror body 12 , And rotates about a rotation axis extending in the X direction. That is, the mirror body 12 rotates integrally with the ring 13b with the shaft member 13c as a rotation axis. On the other hand, when a voltage is applied to the drive electrodes 17e and 17f or a voltage is applied to the drive electrodes 17e and 17g, the mirror body 12 rotates about the rotation axis extending in the Y direction. That is, the mirror body 12 rotates with respect to the ring 13b with the shaft member 13d as a rotation axis. At this time, the reason why the voltage is applied to the drive electrode 17e is that the drive electrodes 17f and 17g are offset from the X axis, so that the X direction rotation axis component of the rotation torque due to electrostatic force is canceled. The amount L of displacement of the drive electrodes 17f and 17g from the X axis is defined as a distance from the intersection of the X axis and the Y axis to the center of the drive electrode, and a straight line connecting the intersection and the center and the X axis. Is given by L = r × sin θ, where θ is θ (θ = 30 ° in the case of three-fold symmetry).
[0082]
Thus, in this modification, the mirror body 12 has a rotation axis orthogonal to each other, and the drive electrodes 17 are provided in a total of three positions at three-fold symmetry with respect to the central axis of the mirror body 12. By applying a voltage to one or two of the three drive electrodes 17e, 17f, and 17g, the mirror body 12 can be tilted in an arbitrary direction. In the present modification, the number of drive electrodes 17 and switch element units 22 can be reduced compared to the first embodiment described above.
[0083]
Even when there are five or more drive electrodes, the mirror main body 12 can be tilted in an arbitrary direction by disassembling and controlling the electrostatic force generated by each electrode into each rotation axis direction component based on the same concept. In this manner, the mirror body 12 can be directed in an arbitrary direction, and incident light can be reflected in an arbitrary direction.
[0084]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 20 is a partial cross-sectional view showing the functional device according to this embodiment, and is a cross-sectional view of a cross section passing through the XX axis (see FIG. 2) of the mirror element 11 and perpendicular to the surface of the mirror frame 14. Similar to the functional device according to the first embodiment, the functional device of the present embodiment is an optical switch that uses a light reflecting mirror and uses an electrostatic force as a driving force for driving the light reflecting mirror. However, the functional device according to the present embodiment is not a device in which a driving circuit is formed by forming a plurality of thin film transistors on the substrate 21 having an insulating surface, unlike the functional device according to the first embodiment. A circuit board having a drive circuit formed on the surface of a semiconductor substrate made of silicon or the like is used.
[0085]
As shown in FIG. 20, the functional device according to this embodiment includes a mirror substrate 1 and a drive circuit substrate 2a. In the drive circuit board 2a, unlike the drive circuit board 2 in the first embodiment described above, an element switch unit 22a composed of a transistor manufactured by a thin film process is provided on the surface of a semiconductor substrate 26 made of silicon or the like. It has been. The same number of element switch portions 22a as the drive electrodes 17 are provided, and a driver circuit portion 23a for selecting and driving the element switch portions 22a is provided on the substrate 26, as in the first embodiment. On the element switch part 22a and the driver circuit part 23a, SiO 2 An oxide film (not shown) made of or the like is provided. And the surface electrode 24a is provided on the element switch part 22a. Part of the oxide film is removed, and the element switch portion 22a is connected to the surface electrode 24a. The surface electrode 24 a is provided at a position facing the connection electrode 18 of the mirror substrate 1. As in the first embodiment, the surface electrode 24a and the connection electrode 18 are each an oxide film (not shown) within a range in which the electrical connection between the drive electrode 17 and the element switch unit 22 is ensured. In addition, the base substrate 16 can be disposed at an arbitrary position.
[0086]
The configuration of the mirror substrate 1 in the present embodiment is the same as the configuration of the mirror substrate 1 (see FIG. 2) in the first embodiment. The other configuration of the functional device in the present embodiment is the same as that of the functional device in the first embodiment described above.
[0087]
Next, the operation of the functional device of this embodiment will be described. The voltage generated in the element switch unit 22a is applied to the surface electrode 24a. Since the surface electrode 24a is connected to the drive electrode 17 via the connection electrode 18 as in the first embodiment, an electrostatic force is generated between the drive electrode 17 and the mirror body 12, and the direction of the mirror body 12 is To control. Operations other than those described above in the functional device of the present embodiment are the same as those of the functional device according to the first embodiment described above.
[0088]
In the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment described above, since a drive circuit is fabricated on the surface of a semiconductor substrate made of silicon or the like, a high-speed and high-voltage element switch unit and driver circuit unit can be obtained. it can. In addition, since existing logic circuits, arithmetic circuits, and the like can be incorporated, higher functionality and higher performance of the drive circuit can be realized.
[0089]
It is also conceivable that a drive circuit is formed on a semiconductor substrate and a MEMS element such as a mirror element is formed monolithically on the drive circuit as disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-189178. However, according to this method, the characteristics of the drive circuit and the MEMS element cannot be evaluated during the manufacturing process, and the quality of the device cannot be determined unless the final stage of the manufacturing process is reached. On the other hand, in this embodiment, since the mirror substrate and the drive circuit substrate can be manufactured separately, it is possible to evaluate them independently. For this reason, the yield of the whole functional device is high.
[0090]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 21 is a partial cross-sectional view showing the functional device according to the present embodiment, and is a cross-sectional view of a cross section passing through the XX axis (see FIG. 2) of the mirror element 11 and perpendicular to the surface of the mirror frame 14. Similar to the functional device according to the first embodiment, the functional device of the present embodiment is an optical switch that uses a light reflecting mirror and uses an electrostatic force as a driving force for driving the light reflecting mirror. However, the functional device according to the present embodiment is not a device in which a driving circuit is formed by forming a plurality of thin film transistors on the substrate 21 having an insulating surface, unlike the functional device according to the first embodiment. A circuit board is used in which a plurality of semiconductor chips, passive elements, etc. are provided on an insulating substrate, interconnected with each other, and molded to produce a drive circuit.
[0091]
As shown in FIG. 21, the functional device according to this embodiment includes a mirror substrate 1 and a drive circuit substrate 2b. The drive circuit board 2b differs from the drive circuit board 2 in the first embodiment described above in the configuration of the element switch unit and the driver circuit unit. In this embodiment, a circuit chip 28 such as one or a plurality of semiconductor integrated circuits and passive circuit components is mounted on an insulating substrate 27 made of ceramics, epoxy, or the like, and the element switch unit 22b is configured. Although the same number of element switch portions 22 b as the drive electrodes 17 are provided, a plurality of element switch portions 22 b may be provided on one insulating substrate 27. The insulating substrate 27 is held on the base substrate 21b and molded with the insulating resin layer 3b. A through electrode similar to that of the first embodiment is provided on the base substrate 21b to form a surface electrode 24b. The element switch portion 22b on the insulating substrate 27 is connected to the surface electrode 24b by wire bonding or the like.
[0092]
As in the first embodiment described above, the surface electrode 24b and the connection electrode 18 are formed so that the electrical connection between the drive electrode 17 and the element switch portion 22b is ensured, respectively. It can be arranged at any position on the substrate 16. The substrate 21b is provided with a driver circuit portion 23b for selecting and driving the element switch portion 22b, as in the first embodiment.
[0093]
The configuration of the mirror substrate 1 in the present embodiment is the same as the configuration of the mirror substrate 1 (see FIG. 2) in the first embodiment. The other configuration of the functional device in the present embodiment is the same as that of the functional device in the first embodiment.
[0094]
The operation of the functional device of this embodiment will be described. The voltage generated in the element switch part 22b is applied to the surface electrode 24b through the through electrode. Since the surface electrode 24b is connected to the drive electrode 17 via the connection electrode 18 as in the first embodiment, an electrostatic force is generated between the drive electrode 17 and the mirror body 12, and the direction of the mirror body 12 is To control. Operations other than those described above in the optical device of the present embodiment are the same as those of the functional device according to the first embodiment described above.
[0095]
In the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment described above, a drive circuit is manufactured using a plurality of circuit chips, so that a high-voltage element switch unit and driver circuit unit can be obtained. In addition, since a complicated thin film process is not used for manufacturing the drive circuit, there is an effect of reducing the cost of the drive circuit.
[0096]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 22 is a partial cross-sectional view showing the configuration of the functional device according to this embodiment, and is a cross-sectional view of a cross section perpendicular to the surface of the mirror frame 14 along the XX axis (see FIG. 2) of the mirror element 11. Similar to the functional device according to the first embodiment, the functional device of the present embodiment is an optical switch that uses a light reflecting mirror and uses an electrostatic force as a driving force for driving the light reflecting mirror. However, in the functional device according to the present embodiment, the electrical connection between the connection electrode 18 formed on the back surface of the base substrate 16 and the surface electrode 24 of the drive circuit substrate 2 is the same as the functional device according to the first embodiment. Is not secured via the connection protrusion 31 and the adhesive member 32, but the surface electrode 24 of the drive substrate circuit 2 is used as the drive electrode of the mirror element 11.
[0097]
As shown in FIG. 22, the functional device according to the present embodiment includes a mirror substrate 1 a and a drive circuit substrate 2. Compared with the mirror substrate 1 (see FIG. 2) in the first embodiment, the mirror substrate 1a is omitted from the drive electrode 17, the base substrate 16, the connection electrode 18, and the connection protrusion 31. Further, in the functional device according to the present embodiment, the resin layer 3 and the connection member 32 are omitted as compared with the functional device according to the first embodiment. The configuration of the drive circuit board 2 in the present embodiment is the same as the configuration of the drive circuit board 2 (see FIG. 2) in the first embodiment. In the present embodiment, the insulator layer 25 of the drive circuit board 2 serves as a bonding layer. The other configuration of the functional device according to the present embodiment is the same as that of the functional device according to the first embodiment.
[0098]
The operation of the functional device of this embodiment will be described. The voltage generated in the element switch unit 22 is applied to the surface voltage 24 via the conductive material 25b in the contact hole 25a. An electrostatic force is generated between the surface electrode 24 and the mirror body 12 to control the direction of the mirror body 12. That is, in the present embodiment, the surface electrode 24 plays the role played by the drive electrode 17 in the first embodiment. Operations other than those described above in the functional device of the present embodiment are the same as those of the functional device according to the first embodiment described above.
[0099]
In the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment described above, the drive electrode 17, the base substrate 16, the connection electrode 18, the connection protrusion 31, the resin layer 3, and the connection member 32 shown in FIG. 2 are omitted. Can do. Thereby, the structure of an optical device can be simplified and cost can be reduced. Further, since the steps of forming the connection protrusion 31 on the connection electrode 18 for securing the connection between the electrodes and the alignment between the connection electrode 18 and the surface electrode 24 can be omitted, the cost can be further reduced. Can do.
[0100]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 23 is a partial cross-sectional view showing the configuration of the functional device according to the present embodiment, and is a cross-sectional view of a cross section perpendicular to the surface of the mirror frame 14 along the XX axis (see FIG. 2) of the mirror element 11. As in the functional devices according to the first to fourth embodiments, the functional device of the present embodiment uses a light reflecting mirror and uses an electrostatic force as a driving force for driving the light reflecting mirror. It is.
[0101]
As shown in FIG. 23, the functional device according to this embodiment includes a mirror substrate 1b and a drive circuit substrate 2c. The mirror substrate 1b is different from the mirror substrate 1a (see FIG. 22) in the fourth embodiment described above in that the mirror body 12 is replaced with a semi-transmissive mirror body 82. That is, in the mirror body 82, a part of the incident light is reflected and the remaining part passes straight. As the mirror main body 82, for example, a thin film formed on a transparent substrate is used.
[0102]
Further, the drive circuit board 2c is provided with a transparent substrate 21c made of a transparent insulator such as glass instead of the board 21 as compared with the drive circuit board 2 (see FIG. 22) in the fourth embodiment. Is different. Further, instead of the insulator layer 25, a transparent insulator layer 25c is provided. Further, a transparent conductive surface electrode 84 made of ITO (indium tin oxide) or the like is provided instead of the surface electrode 24. Furthermore, a light detection substrate 81 having a light detection element 83 such as a pin photodiode or an avalanche photodiode is provided on the back surface of the transparent substrate 21c of the drive circuit substrate 2c (the surface on which the element switch unit 22 is not disposed). ing. The light detection element 83 is disposed at a position immediately below the mirror main body 82 and has a light receiving element surface having an area similar to that of the mirror main body 82. The other configuration of the optical device according to the present embodiment is the same as that of the functional device (see FIG. 22) according to the fourth embodiment described above.
[0103]
The operation of the functional device of this embodiment will be described. The voltage generated in the element switch unit 22 is applied to the transparent conductive surface electrode 84 via the conductive material 25b in the contact hole 25a. An electrostatic force is generated between the transparent conductive surface electrode 84 and the mirror main body 82 to control the direction of the mirror main body 82. That is, in the present embodiment, the transparent conductive surface electrode 84 plays the role of the drive electrode 24 in the fourth embodiment. Further, a part of the light incident on the mirror main body 82 is reflected and the remaining part is transmitted. The transmitted light passes through the transparent conductive surface electrode 84, the transparent insulator layer 25c, and the transparent substrate 21b, and reaches the light receiving surface of the light detecting element 83. Operations other than those described above in the functional device of the present embodiment are the same as the operations of the functional device of the first embodiment.
[0104]
In the present embodiment, since the transparent surface electrode 84 functions as a drive electrode that generates an electrostatic force with respect to the mirror main body 82, an operation similar to that of the fourth embodiment can be ensured. Further, since the mirror body 82 is semi-transmissive, the drive electrode is the transparent electrode 84, and the transparent substrate 21b made of a transparent insulator such as glass is used, a part of the incident light is a light detection substrate. The light is incident on a light detection element 83 provided at 81. As a result, a part of the incident light can always be incident on the light detection element 83 while driving the mirror body 82 to orient the incident light in a predetermined direction.
[0105]
As a result, in the present embodiment, in addition to the effects in the fourth embodiment described above, the light detection element 83 can always monitor the optical signal intensity during communication. For this reason, it is possible to detect problems such as an abnormality of the optical signal passing through the optical switch and a disconnection of the communication path. As a result, it is possible to secure a reliable optical path for communication and improve the quality and reliability of the communication network.
[0106]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 24 is a perspective view showing the configuration of the functional device according to the present embodiment. FIG. 25 is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. The functional device of the present embodiment is a functional device that uses a variable wavelength filter and uses electrostatic force as a driving force for driving the variable wavelength filter.
[0107]
As shown in FIG. 24, the functional device according to the present embodiment is formed by laminating a filter substrate 91 on the drive circuit substrate 2. In the filter substrate 91, a base substrate 96 is provided, and at least one, for example, six variable wavelength filter element units 92 are arranged in an array on the base substrate 96. The variable wavelength filter element unit 92 is manufactured by etching a silicon substrate, or is manufactured by three-dimensionally processing a deposited polysilicon thin film using a silicon semiconductor processing technique. The variable wavelength filter element unit 92 includes a filter element 95, a movable driver 93 and a stator 94 that support the filter element 95, and the filter element 95 includes a dielectric multilayer film having a continuous film thickness change. Or a Fabry-Perot filter that changes the gap between the reflecting surfaces facing each other. FIG. 24 shows a case where a filter using a dielectric multilayer film is provided.
[0108]
When a dielectric multilayer film is used as the filter element 95, the movement direction of the driver 93 is a direction orthogonal to the direction in which the incident light is incident. For example, in FIG. 24, the incident light B is incident in the Y direction. The movement direction of the driver 93 is the X direction. On the other hand, when using a Fabry-Perot filter (not shown) that changes the gap between the reflecting surfaces facing each other as a filter element, the direction of movement of the driver is parallel to the incident direction of incident light, For example, in FIG. 24, when incident light B is input in the Y direction, the movement direction of the driver is the Y direction.
[0109]
The driver 93 and the stator 94 have comb-shaped electrodes, respectively, and are arranged so as to be nested with each other. The driver 93 is supported by a leaf spring (not shown) fixed to the base substrate 96 of the filter substrate 91 and separated from the base substrate 96. The shape of the driver 93 and the stator 94 is not limited to the comb-like shape shown in FIG. 24. In the case of a dielectric multilayer filter, the direction perpendicular to the incident direction of the light, If it can be driven in a predetermined direction such as parallel to the incident direction of light, it can take various shapes.
[0110]
Further, as shown in FIG. 25, on the surface of the base substrate 96 (the surface on which the variable wavelength filter element unit 92 is disposed), a drive electrode 97a connected to the driver 93 and a drive connected to the stator 94 are provided. An electrode 97b is provided. A through hole 96a is provided below the drive electrodes 97a and 97b in the base substrate 96. A conductive material 96b made of solder, tin (Sn), or the like may be embedded in the through hole 96a. A driver electrode 98 and a stator electrode 99 are provided below the through hole 96a on the back surface of the base substrate 96 (the surface on which the variable wavelength filter element unit 92 is not disposed). Further, connection protrusions 31 are provided on the surfaces of the driver electrode 98 and the stator electrode 99, respectively. The driver electrode 98 and the stator electrode 99 are connected to the driver 93 and the stator 94 through the conductive material 96b embedded in the through hole 96a, respectively. The driver element electrode 98 is connected to the driver element 93 via a leaf spring (not shown). Although the configuration of the drive circuit board 2 in the present embodiment is the same as that of the drive circuit board 2 in the first embodiment described above with reference to FIG. 25, the drive circuit board in the second embodiment described above. It may be the same as 2a or the drive circuit board 2b in the third embodiment.
[0111]
The filter substrate 91 is laminated on the drive circuit substrate 2 via the resin layer 3. More specifically, the surface electrode 24 connected to the electrode of the element switch unit 22 provided on the surface of the drive circuit board 2 and the driver electrode 98 and the stator electrode 99 provided on the back surface of the filter substrate 91 are electrically connected. Connected.
[0112]
Further, the connection protrusions (bumps) 31 are in contact with the surface electrodes 24, respectively, and a connection member 32 made of solder or a conductive adhesive is provided so as to cover the connection protrusions 31 and the surface electrodes 24. . The connection protrusion 31 and the surface electrode 24 are joined to each other by pressure bonding or the like, and the periphery is covered and reinforced by the connection member 32. Furthermore, a resin layer such as a thermosetting adhesive is provided around the driver electrode 98, the stator electrode 99, the connection protrusion 31, the surface electrode 24, and the connection member 32 between the base substrate 96 and the insulator layer 25. 3 is filled and sealed.
[0113]
In the present embodiment, the connection protrusion 31 is provided on the surface of the driver electrode 98 and the stator electrode 99, and the connection protrusion 31 is brought into contact with the surface electrode 24. It may be provided on the surface electrode 24 and may be brought into contact with the driver electrode 98 and the stator electrode 99. In this case, the connection member 32 is formed so as to cover the connection protrusion 31, the driver element 98, and the stator electrode 99.
[0114]
In the present embodiment, the driver electrode 98 and the stator electrode 99 are disposed directly below the driver 93 and the stator 94, respectively, and the driver electrode 98 and the stator electrode 99 are connected to the surface electrode 24 at the positions. The electrode 98, the stator electrode 99, and the surface electrode 24 can be disposed at arbitrary positions on the back surface of the base substrate 96 and the surface of the insulator 25, as long as electrical connection between the electrodes 98 and the stator electrode 99 is ensured.
[0115]
Next, the operation of the functional device according to the present embodiment will be described. A predetermined element switch unit 22 is selected by the same operation as in the first embodiment described above, and a voltage is applied from the element switch unit 22 to the surface electrode 24 through the contact hole 25a. However, in the first embodiment, four element switch units 22 are necessary to drive one mirror element 11 (see FIG. 2). In order to drive the variable wavelength filter element unit 92, at least two element switch units 22 may be provided.
[0116]
Similarly to the first embodiment, in order to drive the predetermined variable wavelength filter element 92, the gate of the element switch unit 22 corresponding to the variable wavelength filter element 92 is turned on, and the applied voltage generation unit A voltage from 63 (see FIG. 6) is applied to the stator electrode 99 and the driver electrode 98. The voltage applied to the driver element 98 is applied to the driver element 93 through the conductive material 96b and the driver electrode 97a. Further, the voltage applied to the stator electrode 99 is applied to the stator 94 via the conductive material 96b and the drive electrode 97b. Since the driver 93 and the stator 94 have comb-shaped electrodes and are arranged so as to be nested with each other, an electrostatic force is generated between the driver 93 and the stator 94. Will occur. As a result, the driver 93 moves in the X direction according to the voltage applied between the stator electrode 99 and the driver electrode 98.
[0117]
Accordingly, the filter element 95 connected to the driver element 93 also moves as the driver element 93 moves. As a result, the filter element 95 is interposed in the path of the incident light B. Since the filter element 95 is made of a dielectric multilayer film, the wavelength of light that can pass through the filter element 95 out of the incident light B incident in the Y direction is limited to a specific wavelength. Further, since the filter element 95 has a shape having a film thickness gradient in the X direction, the wavelength of light that can be transmitted through the filter element 95 changes as the filter element 95 moves in the X direction. Thereby, a filter that selectively transmits an arbitrary wavelength from the incident light B can be obtained. Also, by providing a plurality of variable wavelength filter elements 92 in the optical device, an optical device having a plurality of channels of filters can be obtained.
[0118]
In the present embodiment, the voltage is applied to the stator 94 and the driver element 93. However, for driving the driver element 93, the voltage is applied between both electrodes of the stator 94 and the driver element 93. Only a potential difference is needed. Therefore, even if the stator 94 is grounded and a predetermined voltage is applied to the driver 93, an operation equivalent to the case where a voltage is applied to both is possible. In this case, the switch unit 22 connected to the stator 94 can be omitted, and the configuration of the functional device can be further simplified.
[0119]
In the present embodiment, in a functional device having a plurality of channels of filters, it is possible to reduce wiring for supplying drive and control signals to the variable wavelength filter element as much as possible, thereby reducing the size of the optical device. In addition, high reliability can be achieved. Further, it is possible to drive all the variable wavelength filter elements by one driver circuit section without providing the driver circuit sections as many as the number of variable wavelength filter elements. Thereby, even if the variable wavelength filter element is multi-channeled, the circuit portion is not enlarged, and the functional device can be prevented from being enlarged. Further, since a driver circuit is formed by forming a plurality of transistors over a substrate, a functional device can be manufactured at low cost. Furthermore, since the functional device is configured by manufacturing and laminating the filter functional element and the drive circuit board in separate steps, it is possible to optimize each manufacturing process and characteristics.
[0120]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. 26 is a perspective view showing the configuration of the functional device according to the present embodiment, and FIG. 27 is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. The functional device of the present embodiment is a functional device that uses an RF microelectromechanical switch and uses electrostatic force as a driving force for driving the switch.
[0121]
As shown in FIGS. 26 and 27, the functional device according to the present embodiment is formed by stacking a switch substrate 161 on the drive circuit substrate 2. In the switch substrate 161, a base substrate 1616 is provided, and at least one, for example, six switch element portions 1611 are arranged in an array on the base substrate 1616. The switch element portion 1611 is manufactured by etching a silicon substrate, or is manufactured by three-dimensionally processing a deposited polysilicon thin film using a silicon semiconductor processing technique.
[0122]
In the switch element portion 1611, a support base 1615 is provided on the base substrate 1616, and a flexible cantilever beam 1612 is provided on the support base 1615. The shape of the cantilever beam 1612 is a rectangular parallelepiped, and its longitudinal direction extends in a direction parallel to the surface of the base substrate 1616. One end 1612a of the cantilever beam 1612 is supported by a support base 1615, and the other end 1612b is not supported. An electrical contact 1628 is provided on the lower surface of the other end portion 1612 b, and the cantilever beam 1612 supports the electrical contact 1628. In addition, an electrical contact 1629 is provided on the base substrate 1616. The electrical contact 1629 is disposed at a position in contact with the electrical contact 1628 when the cantilever beam 1612 is deformed so that the end portion 1612b is displaced downward and the position of the electrical contact 1628 is lowered. Yes. Further, the contact 1629 forms an RF input port for receiving an RF input signal, while the contact 1628 forms an RF output port.
[0123]
As shown in FIG. 27, drive electrodes 1617 a and 1617 b are provided on the base substrate 1616. A drive electrode 1617 c is provided on the cantilever beam 1612 and is connected to the drive electrode 1617 b on the base substrate 1616. Accordingly, the drive electrode 1617a and the drive electrode 1617c are arranged at a predetermined interval by the cantilever beam 1612 and the support base 1615. In the base substrate 1616, a through hole 19a is provided below the drive electrodes 1617a and 1617b, and a connection electrode 18 is provided below the through hole 19a. The drive electrodes 1617a and 1617b and the connection electrode 18 are connected to each other by a through hole 19a. A conductor 19b made of solder, tin (Sn) or the like may be embedded in the through hole 19a. Further, connection protrusions (bumps) 31 made of Au (gold) or solder are provided on the surface of the connection electrode 18.
[0124]
The configurations of the drive circuit board 2 and the resin layer 3 are the same as those in the first embodiment. That is, the switch board 161 is laminated on the drive circuit board 2 via the resin layer 3. More specifically, the surface electrode 24 connected to the electrode of the element switch unit 22 provided on the surface of the drive circuit board 2 and the connection electrode 18 provided on the back surface of the switch board 161 are electrically connected. . Further, the connection protrusions (bumps) 31 are in contact with the surface electrodes 24, respectively, and a connection member 32 made of solder or a conductive adhesive is provided so as to cover the connection protrusions 31 and the surface electrodes 24. . The connection protrusion 31 and the surface electrode 24 are joined to each other by pressure bonding or the like, and the periphery is covered and reinforced by the connection member 32. Further, the resin layer 3 made of a thermosetting adhesive or the like is filled around the connection electrode 18, the connection protrusion 31, the surface electrode 24, and the connection member 32 between the base substrate 1616 and the insulator layer 25. It has been stopped.
[0125]
In the present embodiment, the connection protrusion 31 is provided on the surface of the connection electrode 18 and the connection protrusion 31 is brought into contact with the surface electrode 24. However, the connection protrusion 31 is provided on the surface electrode 24. The contact electrode 18 may be contacted. In this case, the connection member 32 is formed so as to cover the connection protrusion 31 and the connection electrode 18.
[0126]
In the present embodiment, the connection electrode 18 is disposed directly below the drive electrodes 1617a and 1617b and connected to the surface electrode 24 at that position. However, the connection electrode 18 and the surface electrode 24 are both electrically connected. As long as the general connection is ensured, they can be arranged at arbitrary positions on the back surface of the base substrate 1616 and the surface of the insulator 25, respectively.
[0127]
The configuration of the drive circuit board 2 in the present embodiment is the same as the configuration of the drive circuit board 2 in the first embodiment described above, but the drive circuit board 2a or the third configuration in the second embodiment described above. It may be the same as the drive circuit board 2b in the embodiment.
[0128]
Next, the operation of the functional device according to the present embodiment will be described. A predetermined element switch unit 22 is selected by the same operation as in the first embodiment described above, and a voltage is applied from the element switch unit 22 to the surface electrode 24 through the contact hole 25a. However, in the first embodiment, four element switch units 22 are required to drive one mirror element 11 (see FIG. 2), but in this embodiment, one switch In order to drive the element unit 1611, it is only necessary to have at least two element switch units 22.
[0129]
And the gate of the element switch part 22 is made into a conduction | electrical_connection state (on), and the voltage from the applied voltage generation part 63 (refer FIG. 6) is applied to connection electrode 18a and 18b. The voltage applied to the connection electrode 18a is applied to the drive electrode 1617a. The voltage applied to the connection electrode 18b is applied to the drive electrode 1617c through the drive electrode 1617b. Thereby, electrostatic force is generated between the drive electrode 1617a and the drive electrode 1617c, the cantilever beam 1612 is deformed, and the end portion 1612b is displaced downward. As a result, the electrical contact 1628 contacts the electrical contact 1629, and the RF input signal is output to the RF output port. When the voltage is removed from the drive electrodes 1617a and 1617c, the cantilever beam 1612 returns to the static position shown in FIG. 27 by the restoring force of the cantilever beam 1612 itself.
[0130]
Note that two electrical contacts 1629 that are spaced apart from each other are provided on the base substrate 1616 to serve as an RF input terminal and an RF output terminal, respectively, and these two electrical contacts come into contact with the electrical contact 1628, thereby providing an RF input. The terminal may be connected to the RF output terminal.
[0131]
In the present embodiment, it is possible to realize an RF switch that selectively outputs and disconnects an RF input signal to an output port. Further, by providing a plurality of switch element portions 1611 in the functional device, a functional device having a plurality of channel switches can be obtained.
[0132]
Further, in the present embodiment, the case where voltages are respectively applied to the drive electrode 1617a and the drive electrode 1617c has been shown. However, for driving the switch element portion 1611, between the drive electrode 1617a and the drive electrode 1617c, Only the applied potential difference is required. Accordingly, the drive electrode 1617c may be connected to the ground and a predetermined voltage may be applied to the drive electrode 1617a, or vice versa, a ground potential may be applied to the drive electrode 1617a and a predetermined potential applied to the drive electrode 1617c. May be. Even in this case, an operation equivalent to the case where a voltage is applied to both of them can be performed. In this case, the switch unit 22 connected to the drive electrode 1617c can be omitted, and the configuration of the functional device can be further simplified.
[0133]
In the present embodiment, in a functional device having a plurality of channel switches, it is possible to reduce wiring for supplying drive and control signals to the switch element unit as much as possible. Reliability can be improved. Further, it is possible to drive all the switch element units by one driver circuit unit without providing as many driver circuit units as the number of switch element units. Thereby, even if a switch element part becomes multi-channel, a circuit part does not enlarge, but it can suppress that a functional device enlarges. Further, since a driver circuit is formed by forming a plurality of transistors over a substrate, a functional device can be manufactured at low cost. Furthermore, since the functional device is configured by fabricating and stacking the switch functional element and the drive circuit board in separate steps, it is possible to optimize each fabrication process and characteristics.
[0134]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to suppress an increase in size even if the number of channels is increased, and it is possible to obtain a functional device that is reduced in cost and improved in reliability of optical communication.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a functional device according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a cross section passing through the XX axis of the mirror element 11 shown in FIG. 3 and perpendicular to the surface of the mirror frame 14. FIG.
3 is an enlarged plan view showing the configuration of the mirror element 11. FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an electrode arrangement of a light reflecting mirror element in the present embodiment.
FIG. 5 is an equivalent circuit diagram showing four mirror element switch units for driving one light reflecting mirror element in the functional device according to the embodiment.
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram showing configurations of a mirror element switch unit and a driver circuit unit in the functional device according to the present embodiment.
FIG. 7 is a flowchart showing a method for manufacturing a functional device according to the present embodiment.
FIGS. 8A to 8G are cross-sectional views showing a method of manufacturing a functional device according to the present embodiment in the order of steps. FIGS.
FIGS. 9A to 9C are cross-sectional views showing the functional device manufacturing method according to the present embodiment in the order of the steps, and show the step after FIG. 8;
FIGS. 10A to 10D are cross-sectional views showing a method of forming a base substrate 16 in the present embodiment in the order of steps. FIGS.
FIGS. 11A to 11D are cross-sectional views showing a method of forming the base substrate 16 in the present embodiment in the order of steps, and show a step subsequent to FIG.
FIGS. 12A to 12C are cross-sectional views showing the method of forming the base substrate 16 in the present embodiment in the order of the steps, and show the steps after FIG.
FIGS. 13A to 13D are cross-sectional views showing the method of forming the base substrate 16 in this embodiment in the order of the steps, and show the steps after FIG.
FIGS. 14A to 14C are cross-sectional views showing the method of forming the base substrate 16 in this embodiment in the order of the steps, and show the steps after FIG.
FIGS. 15A to 15D are cross-sectional views showing another method of forming the base substrate 16 in the present embodiment in the order of the steps thereof. FIGS.
16A to 16D are cross-sectional views showing a method of forming the base substrate 16 in the order of the steps, and show a step subsequent to FIG.
FIGS. 17A to 17C are cross-sectional views showing a method of forming the base substrate 16 in the order of the steps, and show a step subsequent to FIG. 16;
18A and 18B are cross-sectional views showing a method of forming the base substrate 16 in the order of the steps, and show a step subsequent to FIG.
FIG. 19 is a plan view showing a mirror element in a modification of the embodiment.
20 is a partial cross-sectional view showing a functional device according to a second embodiment of the present invention, and a cross-section of a cross section perpendicular to the surface of the mirror frame 14 along the XX axis (see FIG. 2) of the mirror element 11; FIG.
FIG. 21 is a partial cross-sectional view showing a functional device according to a third embodiment of the present invention, and a cross-section of a cross section perpendicular to the surface of the mirror frame 14 along the XX axis (see FIG. 2) of the mirror element 11; FIG.
FIG. 22 is a partial cross-sectional view showing the configuration of a functional device according to a fourth embodiment of the present invention, passing through the XX axis (see FIG. 2) of the mirror element 11 and perpendicular to the surface of the mirror frame 14; It is sectional drawing of a cross section.
FIG. 23 is a partial cross-sectional view showing the configuration of a functional device according to a fifth embodiment of the present invention, passing through the XX axis (see FIG. 2) of the mirror element 11 and perpendicular to the surface of the mirror frame 14; It is sectional drawing of a cross section.
FIG. 24 is a perspective view showing a configuration of a functional device according to a sixth embodiment of the present invention.
25 is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. 24. FIG.
FIG. 26 is a perspective view showing a configuration of a functional device according to a seventh embodiment of the present invention.
27 is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. 26. FIG.
[Explanation of symbols]
1, 1a, 1b; mirror substrate
2, 2a, 2b, 2c; drive circuit board
3, 3b; resin layer
4: External input port
11; Mirror element
11a; silicon substrate
12; Mirror body
13; Support
13b; Ring
13c, 13d: shaft member
14; Mirror frame
14a; opening
15; Support stand
16, 1616; base substrate
16a; silicon plate
17, 17a, 17b, 17c, 17d, 17e, 17f, 17g; drive electrode
18, 18a, 18b; connection electrodes
19a; Through hole
19b; conductor
21; substrate
21b; base substrate
21c; transparent substrate
22, 22a, 22b; element switch part
23, 23a, 23b; driver circuit section
24, 24a, 24b; surface electrodes
25; Insulator layer
25a; contact hole
25b; conductor
25c; transparent insulator layer
26; Semiconductor substrate
27; Insulating substrate
31; projection for connection (bump)
32; connecting member
51; gate line
52; drain / source line
53; Thin film transistor
55; Holding capacitor
56; Terminal
61; drain / source line drive circuit
62; gate line driving circuit
63; Applied voltage generator
81; light detection substrate
82; Mirror body
83; light detection element
84; Transparent conductive surface electrode
91; filter substrate
92; Variable wavelength filter element section
93; Driver
94; Stator
95; Filter element
96; base substrate
96a; Through hole
96b; conductive material
97a; drive electrode
97b; drive electrode
98; driver element electrode
99; Stator electrode
111, 128; wiring pattern
112, 122; silicon oxide layer
113, 117, 118, 123, 126, 127; photoresist mask
113a, 123a; opening
114, 124; insulating layer
115; polysilicon layer
116; silicon oxide layer
125; copper layer
161: Switch board
1616; base substrate
1611; Switch element section
1615; Support stand
1612; cantilever beam
1612a, 1612b; end
1628, 1629; electrical contacts
1617a, 1617b; drive electrodes
B: Incident light
D / S1, D / S2,..., D / S4n; scan row
G1, G2,..., Gm: scanning row

Claims (12)

入力された信号を加工して出力する複数の機能素子と、基板及びこの基板上に設けられ前記機能素子を駆動する駆動回路を備えた駆動回路基板と、絶縁性材料からなり前記機能素子と前記駆動回路基板とを相互に接合する絶縁層及びこの絶縁層中に設けられ前記機能素子と前記駆動回路とを相互に接続する接続端子を備えた接合層と、を有し、
前記機能素子が、前記入力された信号に対して加工処理を施す加工素子と、この加工素子を運動可能に支持する微小電気機械部と、前記駆動回路から電圧が印加され前記加工素子との間に静電気力を発生させることにより前記加工素子を運動させる駆動電極と、を有するものであり、
前記信号が光信号であり、前記加工素子がこの光信号の少なくとも一部を反射する光反射ミラーであり、前記微小電気機械部が前記光反射ミラーを回動可能に支持するものであり、前記駆動電極が前記光反射ミラーの角度を制御して前記光反射ミラーが入力された前記光信号を選択的に出力することにより、光のスイッチングを行うとともに、
前記駆動電極が透明導電体からなり、前記光反射ミラーが半透過性であり、前記基板が透明絶縁体からなり、前記駆動回路基板が前記機能素子に対向していない側の面に光検出素子を含む光検出基板を有することを特徴とする機能デバイス。A plurality of functional elements that process and output input signals; a drive circuit board that includes a substrate and a drive circuit that is provided on the substrate and drives the functional elements; and the functional elements formed of an insulating material; a driving circuit board and an insulating layer bonded to each other, and the bonding layer having a connection terminal which this is provided in the insulating layer connects the said functional element and said driving circuit to each other, was closed,
The functional element is between the processing element that performs processing on the input signal, a micro-electromechanical unit that supports the processing element in a movable manner, and a voltage applied from the drive circuit to the processing element. A drive electrode that moves the machining element by generating an electrostatic force on
The signal is an optical signal, the processing element is a light reflecting mirror that reflects at least a part of the optical signal, and the micro-electromechanical unit rotatably supports the light reflecting mirror, The drive electrode controls the angle of the light reflecting mirror and selectively outputs the optical signal input to the light reflecting mirror, thereby switching light,
The drive electrode is made of a transparent conductor, the light reflecting mirror is semi-transparent, the substrate is made of a transparent insulator, and the light detection element is on the surface on the side where the drive circuit board does not face the functional element. A functional device comprising a photodetection substrate comprising: 前記駆動回路を外部回路に接続する入出力端子を有し、この入出力端子の数が前記接続端子の数よりも少ないことを特徴とする請求項１に記載の機能デバイス。  The functional device according to claim 1, further comprising an input / output terminal for connecting the driving circuit to an external circuit, wherein the number of input / output terminals is smaller than the number of the connection terminals. 前記各機能素子が前記駆動電極を３個以上有していることを特徴とする請求項１に記載の機能デバイス。 The functional device according to claim 1 , wherein each functional element has three or more drive electrodes . 前記駆動電極が前記接合層における前記加工素子に対向する面に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の機能デバイス。The functional device according to claim 1, wherein the driving electrode is disposed on a surface of the bonding layer facing the processing element . 前記駆動回路が、アレイ状に配列された複数のトランジスタと、このトランジスタのゲート電極に接続された１又は複数のゲート線と、前記トランジスタのソース電極に接続された複数のドレイン／ソース線と、前記トランジスタのドレイン電極及び前記駆動電極に接続され前記ドレイン電極に印加された電圧を前記駆動電極に印加する端子と、前記ドレイン／ソース線に選択的に信号を入力するドレイン／ソース駆動回路と、を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の機能デバイス。 A plurality of transistors arranged in an array; one or more gate lines connected to a gate electrode of the transistor; a plurality of drain / source lines connected to a source electrode of the transistor; A terminal connected to the drain electrode and the drive electrode of the transistor and applying a voltage applied to the drain electrode to the drive electrode; a drain / source drive circuit for selectively inputting a signal to the drain / source line; 5. The functional device according to claim 1, comprising: 前記駆動回路が、前記ゲート線に選択的に信号を入力するゲート駆動回路を有することを特徴とする請求項５に記載の機能デバイス。 6. The functional device according to claim 5 , wherein the drive circuit includes a gate drive circuit that selectively inputs a signal to the gate line . 前記駆動回路が、前記ドレイン／ソース駆動回路に電圧を供給する印加電圧発生部を有し、前記電圧は前記ドレイン／ソース駆動回路によって選択されたドレイン／ソース線、このドレイン／ソース線に接続された前記トランジスタ及びこのトランジスタに接続された前記端子を介して前記駆動電極に印加され、この駆動電極と前記加工素子との間に静電気力を発生させることを特徴とする請求項５又は６に記載の機能デバイス。 The driving circuit includes an applied voltage generating unit that supplies a voltage to the drain / source driving circuit, and the voltage is connected to the drain / source line selected by the drain / source driving circuit, the drain / source line. The electrostatic force is generated between the drive electrode and the processing element by being applied to the drive electrode through the transistor and the terminal connected to the transistor. Functional devices. 表面に入力された光の少なくとも一部に対して光加工処理を行い出力する機能素子を備え、前記機能素子を支持すると共に前記機能素子の動作を制御する微小電気機械部を備えた機能素子可動支持構造体と、前記機能素子可動支持構造体から見て前記機能素子が設けられていない側に配置され、絶縁体からなる基板及びこの基板上に形成され前記微小電気機械部の動作を制御する駆動回路を備えた駆動回路基板構造体と、を有し、
前記機能素子が入力された光の少なくとも一部を反射して前記入力された光を選択的に出力することにより光のスイッチングを行う光反射ミラーであり、
透明導電体からなり前記駆動回路に接続され前記光反射ミラーとの間に発生する静電気力によって前記機能素子の動作を制御する電極を有し、前記光反射ミラーが半透過性であり、前記基板が透明絶縁体からなり、前記駆動回路基板構造体が前記機能素子可動支持構造体に対向していない側の面に光検出素子を含む光検出基板を有することを特徴とする機能デバイス。 A functional element that includes a functional element that performs optical processing on and outputs at least a portion of light input to the surface, and that includes a micro-electromechanical unit that supports the functional element and controls the operation of the functional element. The support structure and the functional element movable support structure are arranged on the side where the functional element is not provided, and controls the operation of the substrate made of an insulator and the microelectromechanical unit formed on the substrate. A drive circuit board structure including a drive circuit, and
A light reflecting mirror that performs switching of light by selectively outputting the input light by reflecting at least a part of the light input by the functional element;
An electrode that is made of a transparent conductor and is connected to the drive circuit and controls the operation of the functional element by an electrostatic force generated between the light reflection mirror and the light reflection mirror; Is a transparent insulator, and the drive circuit board structure has a photodetection substrate including a photodetection element on a surface not facing the functional element movable support structure . 前記電極が駆動回路基板構造体における前記機能素子可動支持構造体に対向する面に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の機能デバイス。 The functional device according to claim 8 , wherein the electrode is disposed on a surface of the driving circuit board structure that faces the functional element movable support structure . 前記駆動回路が、アレイ状に配列された複数のトランジスタと、このトランジスタのゲート電極に接続された１又は複数のゲート線と、前記トランジスタのソース電極に接続された複数のドレイン／ソース線と、前記トランジスタのドレイン電極及び前記第１の電極に接続され前記ドレイン電極に印加された電圧を前記第１の電極に印加する端子と、前記ドレイン／ソース線に選択的に信号を入力するドレイン／ソース駆動回路と、を有することを特徴とする請求項８又は９に記載の機能デバイス。 A plurality of transistors arranged in an array; one or more gate lines connected to a gate electrode of the transistor; a plurality of drain / source lines connected to a source electrode of the transistor; A drain electrode connected to the drain electrode of the transistor and the first electrode; a terminal for applying a voltage applied to the drain electrode to the first electrode; and a drain / source for selectively inputting a signal to the drain / source line. The functional device according to claim 8, further comprising a drive circuit . 前記駆動回路が、前記ゲート線に選択的に信号を入力するゲート駆動回路を有することを特徴とする請求項１０に記載の機能デバイス。The functional device according to claim 10 , wherein the drive circuit includes a gate drive circuit that selectively inputs a signal to the gate line . 前記駆動回路が、前記ドレイン／ソース駆動回路に電圧を供給する印加電圧発生部を有し、前記電圧は前記ドレイン／ソース駆動回路によって選択されたドレイン／ソース線、このドレイン／ソース線に接続された前記トランジスタ及びこのトランジスタに接続された前記端子を介して前記第１の電極に印加され、この第１の電極と前記機能素子との間に静電気力を発生させることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の機能デバイス。The driving circuit includes an applied voltage generating unit that supplies a voltage to the drain / source driving circuit, and the voltage is connected to the drain / source line selected by the drain / source driving circuit, the drain / source line. The electrostatic force is generated between the first electrode and the functional element by being applied to the first electrode via the transistor and the terminal connected to the transistor. Or the functional device of 11.
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