JP4144457B2

JP4144457B2 - デバイスの検査方法及びデバイスの製造方法

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Publication number: JP4144457B2
Application number: JP2003201261A
Authority: JP
Inventors: 徹石津谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-07-24
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2023-07-24
Also published as: JP2005043514A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＭＥＭＳデバイスなどの、基体と、薄膜で構成されるとともに少なくとも一部が前記基体から空間を隔てるように前記基体により支持された構造体とを備えた、デバイスに関するものである。また、本発明は、このようなデバイスを用いた光学システム、並びに、このようなデバイスの測定方法及び検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
前述したようなデバイスとして、例えば、下記の特許文献１に開示された光スイッチを構成するアクチュエータ基板や、特許文献２に開示された可変光減衰器を構成するＭＥＭＳデバイスを、挙げることができる。
【０００３】
特許文献１に開示された光スイッチについて説明する。この光スイッチは、マトリクス状に光導波路が形成されるとともにその交差点にミラーが進出し得る溝が形成された光導波路基板と、薄膜構造体をなすマイクロアクチュエータ及びミラーが形成されたアクチュエータ基板と、を備えている。ミラーがマイクロアクチュエータにより駆動され、ミラーが光導波路基板の前記溝内に進出した時に光がそのミラーで反射される一方、ミラーが前記溝から退出した時に光が直進することにより、光路が切り替えられる。
【０００４】
そして、特許文献１に開示された光スイッチで採用されているマイクロアクチュエータでは、薄膜で一様に構成された板ばね部のみで構成されている。この薄膜構造体としての板ばね部は、基端が基板に固定されて片持ち梁をなす。この板ばね部の先端側にミラーが固定されている。この板ばね部は、駆動力が与えられていない場合には、基板と反対側に反って湾曲し、基板から空間を隔てており、駆動力が与えられると、板ばね部の基板側の面全体が基板上の面に当接する。駆動力が与えられなくなると、板ばね部のバネ力（内部応力）によって基板と反対側に反って湾曲した状態に戻る。
【０００５】
特許文献２に開示された可変光減衰器では、マイクロアクチュエータとして、基板上に薄膜で形成されたてこ構造を用いた構造体が採用され、このマイクロアクチュエータによって、互いに対向配置された一対の光ファイバの端部間のギャップ内にシャッタを制御された量だけ挿入することで、減衰量を変えることができるように構成されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１４２００８号公報（図８）
【特許文献２】
米国特許第６１７３１０５号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような、基体と、薄膜で構成されるとともに少なくとも一部が前記基体から空間を隔てるように前記基体により支持された構造体とを備えた、デバイスでは、成膜条件のばらつきによって、構造体を構成する膜の成膜時の生ずる当該膜の内部応力にばらつきが生ずる場合がある。この場合、前記内部応力のばらつきによって前記構造体が所望の形状から変形してしまい、これにより当該デバイスの所期の性能が得られなくなってしまう。例えば、前記特許文献１に開示されたデバイスでは、駆動力が与えられていない状態で板ばね部（薄膜構造体）が所期の形状から変形してしまうと、板ばね部に搭載したミラーの位置が変位してしまうため、溝内に完全に進出し得なくなって光路を適切に切り換えることができないなどの不都合が生ずる。また、前記特許文献２に開示されたデバイスでは、てこ構造をなす薄膜構造体が変形してしまうと、この薄膜構造体に搭載したシャッタの位置が変位してしまうため、所望の減衰量を得ることができなくなってしまうなどの不都合が生ずる。
【０００８】
そこで、従来は、前述したようなデバイスについて次のような検査を行っていた。すなわち、製造されたデバイスの前記構造体の形状をそのまま肉眼又は顕微鏡等で観察し、観察者が見た目で構造体の形状が所期の形状を有するか否かを判定することによって当該デバイスの良否を判定することで、前述したようなデバイスの検査を行っていた。
【０００９】
しかしながら、この従来の検査方法では、観察者が構造体の形状を単に観察してそのまま見た目で所期の形状と比較しているだけであるので、デバイスの良否の判定に熟練を要するとともに、デバイスの良否を精度良く判定することができなかった。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、前述したようなデバイスの良否を熟練を要することなく精度良く判定することができるデバイス検査方法、このデバイス検査方法等に用いるのに好適なデバイス測定方法、このデバイス測定方法に特に適した構造を有するデバイス、並びに、このデバイスや前記デバイス検査方法により検査されたデバイスを用いた光学システムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様によるデバイスは、基体と、薄膜で構成されるとともに少なくとも一部が前記基体から空間を隔てるように前記基体により支持された構造体とを備え、前記構造体の１つ以上の箇所の前記基体に対する相対的な位置を測定するための１つ以上のマークが、前記基体及び前記構造体のいずれか一方又は両方に形成されたものである。
【００１２】
本発明の第２の態様によるデバイスは、前記第１の態様において、前記１つ以上のマークのうちの少なくとも１つのマークは、実質的に、前記相対的な位置の測定以外の用途に用いられないものである。
【００１３】
本発明の第３の態様によるデバイスは、前記第１又は第２の態様において、前記１つ以上のマークのうちの少なくとも１つのマークは、実質的に、前記相対的な位置の測定以外の用途にも用いられるものである。
【００１４】
本発明の第４の態様によるデバイスは、前記第１乃至第３の態様のいずれかの態様において、前記１つ以上のマークは、前記基体及び前記構造体を前記構造体の側から観察するとき、前記構造体の前記１つ以上の箇所の各々について、当該箇所から１５０μｍ以下の範囲内に、前記１つ以上のマークのうちの少なくとも１つが存在するように、前記基体に形成されたものである。前記範囲は、１２０μｍ以下の範囲であることが好ましく、１００μｍ以下であることがより好ましい。
【００１５】
本発明の第５の態様によるデバイスは、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、前記１つ以上のマークのうちの少なくとも１つのマークは、その中心点に関して実質的に点対称の形状を有するものである。
【００１６】
本発明の第６の態様によるデバイスは、前記第１乃至第５のいずれかの態様において、前記構造体の少なくとも一部の、前記基体に対する相対的な位置は、当該部分を構成する膜の、成膜時における前記基体に対する相対的な位置と異なるものである。
【００１７】
本発明の第７の態様によるデバイスは、前記第１乃至第６のいずれかの態様において、前記構造体は、前記基体に対して固定端が固定された片持ち梁構造体を含むものである。
【００１８】
本発明の第８の態様によるデバイスは、前記第７の態様において、前記片持ち梁構造体がマイクロアクチュエータを構成するものである。
【００１９】
本発明の第９の態様によるデバイスは、前記第８の態様において、（ａ）前記片持ち梁構造体は、固定端と自由端との間に直列に接続された複数の梁構成部を有し、（ｂ）前記片持ち梁構造体が力を受けない状態で、前記複数の梁構成部のうちの１つの梁構成部と他の少なくとも１つの梁構成部とは、前記基体側及びその反対側に対する異なる湾曲・非湾曲状態を持つものである。
【００２０】
本発明の第１０の態様によるデバイスは、前記第９の態様において、（ａ）前記複数の梁構成部のうちの最も固定端側の梁構成部は、板ばね部であり、（ｂ）前記複数の梁構成部のうちの、前記最も固定端側の梁構成部以外の少なくとも１つの梁構成部は、少なくとも前記固定部側及びその反対側に対する撓みに対して実質的に剛性を有する剛性部であるものである。
【００２１】
本発明の第１１の態様によるデバイスは、前記第１乃至第１０のいずれかの態様において、前記構造体は光学素子部を含むか、あるいは、前記構造体に光学素子部が搭載されたものである。
【００２２】
本発明の第１２の態様によるデバイスは、前記第１１の態様において、前記光学素子部が光スイッチ用ミラーであるものである。
【００２３】
本発明の第１３の態様によるデバイスは、前記第１１の態様において、前記光学素子部が可変光減衰器用シャッタであるものである。
【００２４】
本発明の第１４の態様による測定方法は、前記第１乃至第１１のいずれかの態様によるデバイスの、前記構造体の１つ以上の箇所の前記基体に対する相対的な位置を測定する測定方法であって、前記１つ以上のマークを用いるものである。
【００２５】
本発明の第１５の態様による測定方法は、基体と、薄膜で構成されるとともに少なくとも一部が前記基体から空間を隔てるように前記基体により支持された構造体とを備えた、デバイスを測定する方法であって、前記構造体の１つ以上の箇所の前記基体に対する相対的な位置を測定するものである。
【００２６】
本発明の第１６の態様によるデバイス検査方法は、前記第１４又は第１５の態様による測定方法により得られた前記相対的な位置に基づいて、前記デバイスの良否を判定するものである。
【００２７】
本発明の第１７の態様によるデバイスは、前記第１６の態様によるデバイス検査方法により検査されたものである。
【００２８】
本発明の第１８の態様による光学システムは、前記第１１乃至第１３及び第１７のいずれかの態様によるデバイスを備えたものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるデバイス、光学システム、並びに、デバイスの測定方法及び検査方法について、図面を参照して説明する。
【００３０】
［第１の実施の形態］
【００３１】
図１は、本発明の第１の実施の形態によるデバイス（本実施の形態では、光スイッチアレー）１を用いた光学システム（本実施の形態では、光スイッチシステム）の一例を模式的に示す概略構成図である。説明の便宜上、図１に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を定義する（後述する図についても同様である。）。図１において、Ｘ’軸及びＹ’軸は、Ｘ軸及びＹ軸をそれぞれＺ軸回りに４５゜回転した軸を示す。デバイス１の基板１２１の面がＸＹ平面と平行となっている。なお、Ｚ軸方向の＋側を上側、Ｚ軸方向の−側を下側という場合がある。
【００３２】
本実施の形態による光学システムは、図１に示すように、デバイス１と、ｍ本の光入力用光ファイバ２と、ｍ本の光出力用光ファイバ３と、ｎ本の光出力用光ファイバ４と、デバイス１に対して後述するように磁界を発生する磁界発生部としての磁石５と、光路切替状態指令信号に応答して、当該光路切替状態指令信号が示す光路切換状態を実現するための制御信号をデバイス１に供給する制御部としての外部制御回路６と、を備えている。図１に示す例では、ｍ＝３、ｎ＝３となっているが、ｍ及びｎはそれぞれ任意の数でよい。
【００３３】
本実施の形態では、磁石５は、デバイス１の下側に配置された永久磁石であり、デバイス１に対して、Ｘ軸方向に沿ってその＋側へ向かう略均一な磁界を発生している。もっとも、磁界発生部として、磁石５に代えて、例えば、他の形状を有する永久磁石や、電磁石などを用いてもよい。
【００３４】
デバイス１は、図１に示すように、基板１２１と、基板１２１上に配置されたｍ×ｎ個の光学素子部としての光スイッチ用ミラー１２とを備えている。ｍ本の光入力用光ファイバ２は、基板１２１に対するＹ’軸方向の一方の側からＹ’軸方向に入射光を導くように、ＸＹ平面と平行な面内に配置されている。ｍ本の光出力用光ファイバ３は、ｍ本の光入力用光ファイバ２とそれぞれ対向するように基板１２１に対する他方の側に配置され、デバイス１のいずれのミラー１２によっても反射されずにＹ’軸方向に進行する光が入射するように、ＸＹ平面と平行な面内に配置されている。ｎ本の光出力用光ファイバ４は、デバイス１のいずれかのミラー１２により反射されて−Ｘ’軸方向に進行する光が入射するように、ＸＹ平面と平行な面内に配置されている。ｍ×ｎ個のミラー１２は、ｍ本の光入力用光ファイバ２の出射光路と光出力用光ファイバ４の入射光路との交差点に対してそれぞれ、後述するマイクロアクチュエータ２１により進出及び退出可能にＺ軸方向に移動し得るように、２次元マトリクス状に基板１２１上に配置されている。なお、本例では、ミラー１２の向きは、その法線がＸＹ平面と平行な面内においてＹ軸’と４５゜をなすＹ軸と平行となるように設定されている。もっとも、その角度は適宜変更することも可能であり、ミラー１２の角度を変更する場合には、その角度に応じて光出力用光ファイバ４の向きを設定すればよい。また、図１は光ビームを空間で交差させてスイッチを行う装置であり、ファイバー端には光ビームとの結合を改善する為に、レンズを挿入することもある。なお、この光スイッチシステムの光路切替原理自体は、従来の２次元光スイッチの光路切替原理と同様である。
【００３５】
次に、図１中のデバイス１の単位素子としての１つの光スイッチの構造について、図２乃至図９を参照して説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態による光学システムで用いられているデバイス１の単位素子としての１つの光スイッチ（すなわち、１つのマイクロアクチュエータ２１及びこれにより駆動される１つのミラー１２）を模式的に示す概略平面図である。図２では、可動部及び脚部の表面に全体に渡って形成された保護膜としてのＳｉＮ膜１４４は省略して示し、本来実線で書くべき凸条部１４９，１５０のラインを破線で示し、Ａｌ膜１４２，１４３にそれぞれ異なるハッチングを付している。図３は、図２中のＸ１１−Ｘ１２線に沿った概略断面図である。図面には示していないが、図２中のＸ１９−Ｘ２０線に沿った概略断面図は図３と同様となる。図４は、図２中のＸ１３−Ｘ１４線に沿った概略断面図である。図面には示していないが、図２中のＸ１７−Ｘ１８線に沿った概略断面図は図４と同様となる。図５は、図２中のＸ１５−Ｘ１６線に沿った概略断面図である。図６は、図２中のＹ１１−Ｙ１２線に沿った概略断面図である。図７は、図２中のＹ１３−Ｙ１４線に沿った概略断面図である。図８は、図２中のＹ１５−Ｙ１６線に沿った概略断面図である。図９は、図２中のＹ１７−Ｙ１８線に沿った概略断面図である。なお、図３乃至図９では、梁構成部１３２，１３４がＺ軸方向に湾曲していないものとして示しているが、梁構成部１３２，１３４は、実際には、後述する図１０（ａ）に示すように、可動部が力を受けていない状態において、当該梁構成部１３２，１３４を構成する膜の応力によって＋Ｚ方向に湾曲している。
【００３６】
本実施の形態では、マイクロアクチュエータ２１は、薄膜からなる片持ち梁構造体を有している。
【００３７】
本実施の形態で用いられているマイクロアクチュエータ２１は、基体としてのシリコン基板やガラス基板等の基板１２１と、脚部１２２，１２３と、Ｚ軸方向から見た平面視で主としてＸ軸方向に並行して延びた２本の帯板状の梁部１２４，１２５と、梁部１２４，１２５の先端（自由端、＋Ｘ方向の端部）に設けられそれらの間を機械的に接続する平面視で長方形状の接続部１２６と、梁部１２４を構成する梁構成部１３３及び梁部１２５を構成する梁構成部１３５の固定端側同士を補強のために機械的に接続する接続部１２７と、固定電極（第１の電極部）１２８と、を備えている。本実施の形態では、梁部１２４，１２５及び接続部１２６，１２７が、薄膜で構成されるとともに基板１２１から空間を隔てるように脚部１２２，１２３を介して基板１２１により支持された構造体（本実施の形態では、片持ち梁構造体）を構成している。
【００３８】
梁部１２４の固定端（−Ｘ方向の端部）は、基板１２１上のシリコン酸化膜等の絶縁膜１２９上に形成されたＡｌ膜からなる配線パターン１３０，１３１（図２では省略）をそれぞれ介して基板１２１から立ち上がる立ち上がり部を持つ２つの個別脚部１２２ａ，１２２ｂからなる脚部１２２を介して、基板１２１に機械的に接続されている。同様に、梁部１２５の固定端（−Ｘ方向の端部）は、基板１２１上の絶縁膜１２９上に形成されたＡｌ膜からなる２つの配線パターン（図示せず）をそれぞれ介して基板１２１から立ち上がる立ち上がり部を持つ２つの個別脚部１２３ａ，１２３ｂからなる脚部１２３を介して、基板１２１に機械的に接続されている。前述したように、梁部１２４，１２５の自由端間が接続部１２６で機械的に接続され、梁構成部１３３，１３５の固定端側同士が接続部１２７で機械的に接続されている。したがって、本実施の形態では、梁部１２４，１２５及び接続部１２６，１２７が、全体として、可動部としての片持ち梁構造体を構成している。本実施の形態では、基板１２１、固定電極１２８及び絶縁膜１２９が、固定部（基体）を構成している。
【００３９】
梁部１２４は、前記可動部の固定端と自由端との間に機械的にＸ軸方向に直列に接続された２つの梁構成部１３２，１３３を有している。梁構成部１３２は、Ｚ軸方向から見た平面視でＸ軸方向に延びた帯板状に構成されている。梁構成部１３３は、帯板状に構成され、図２に示すように、Ｚ軸方向から見た平面視で、主としてＸ軸方向に延びているものの、−Ｘ側の位置でＹ軸方向に折れ曲がったような形状を有している。固定端側（−Ｘ側）の梁構成部１３２はＺ軸方向に撓み得る板ばね部となっているのに対し、自由端側（＋Ｘ側）の梁構成部１３３はＺ軸方向（基板１２１側及びその反対側）の撓み及びその他の方向の撓みに対して実質的に剛性を有する剛性部となっている。
【００４０】
梁構成部１３２は、下側のＳｉＮ膜１４１と中間のＡｌ膜１４２，１４３と上側の保護膜としてのＳｉＮ膜１４４とが積層された３層（ただし、Ａｌ膜１４２，１４３間の隙間では２層）の薄膜で、板ばねとして作用するように構成されている。Ａｌ膜１４２とＡｌ膜１４３とは、同一階層に形成されているが、図２に示すように、若干Ｙ軸方向に隙間をあけて形成され、互いに電気的に分離されている。これは、Ａｌ膜１４２を静電力用の可動電極への配線として用い、Ａｌ膜１４３をローレンツ力用の電流経路を形成するための配線として用いるためである。静電力用の配線ではほとんど電流を流さない一方、ローレンツ力用の配線では比較的大きい電流を流すため、ローレンツ力用の配線の電気抵抗を低減するべく、Ａｌ膜１４２は幅が狭く形成され、Ａｌ膜１４３は幅が広く形成されている。
【００４１】
梁構成部１３３は、梁構成部１３２からそのまま連続して延びた下側のＳｉＮ膜１４１と中間のＡｌ膜１４２，１４３と上側の保護膜としてのＳｉＮ膜１４４とが積層された３層（ただし、Ａｌ膜１４２，１４３間の隙間では２層）の薄膜で、構成されている。しかし、後述する凸条部１４９，１５０を形成することによって、梁構成部１３３に前述した剛性を持たせている。
【００４２】
図３では、梁構成部１３２がＺ軸方向に湾曲していないものとして示しているが、梁構成部１３２は、実際には、駆動信号が供給されていない状態において、膜１４１〜１４４の応力によって、上方（基板１２１と反対側、＋Ｚ方向）に湾曲している。このような湾曲状態は、膜１４１，１４２，１４４の成膜条件を適宜設定することにより、実現することができる。一方、梁構成部１３３は、駆動信号の供給の有無に拘わらずＺ軸方向に実質的に湾曲しておらず、前述した剛性を持つことにより、膜１４１〜１４４の応力により湾曲することがなく常に平板状の状態を維持する。このように、梁構成部１３２と梁構成部１３３とは、梁部１２４が力を受けない状態で、異なる湾曲・非湾曲状態を持っている。
【００４３】
本実施の形態では、脚部１２２は、梁構成部１３２を構成するＳｉＮ膜１４１，１４４及びＡｌ膜１４２，１４３がそのまま連続して延びることによって構成され、２つの個別脚部１２２ａ，１２２ｂを有している。脚部１２２が２つの個別脚部１２２ａ，１２２ｂを有しているのは、静電力用の配線とローレンツ力用の配線とを分離して、Ａｌ膜１４２とＡｌ膜１４３とを基板１２１上の別々の配線パターン１３０，１３１にそれぞれ電気的に接続させるためである。Ａｌ膜１４２は、個別脚部１２２ａにおいてＳｉＮ膜１４１に形成された開口を介して配線パターン１３０に電気的に接続されている。Ａｌ膜１４３は、個別脚部１２２ｂにおいてＳｉＮ膜１４１に形成された開口を介して配線パターン１３１に電気的に接続されている。なお、脚部１２２の上部には、脚部１２２の強度を補強するために、凸条部１５１がＺ方向から見た平面視で個別脚部１２２ａ，１２２ｂを一括して囲むように口の字状に形成されている。
【００４４】
梁部１２５及び脚部１２３は、前述した梁部１２４及び脚部１２２とそれぞれ全く同一の構造を有している。梁部１２５を構成する梁構成部１３４，１３５は、梁部１２４を構成する梁構成部１３２，１３３に相当している。脚部１２３を構成する個別脚部１２３ａ，１２３ｂは、脚部１２２を構成する個別脚部１２２ａ，１２２ｂにそれぞれ相当している。また、脚部１２３の上部には、前述した凸条部１５１に相当する凸条部１５２が形成されている。
【００４５】
接続部１２７は、梁構成部１３３，１３５からそのまま連続して延びたＳｉＮ膜１４１，１４４の２層膜で構成されている。接続部１２７には、梁構成部１３３，１３５からのＡｌ膜１４２は延びておらず、接続部１２７においては、何ら電気的な接続は行われていない。
【００４６】
本実施の形態では、梁構成部１３３，１３５及び接続部１２６，１２７に一括して剛性を付与するべく、図２中の破線で示すように、平面視でこれらの一括した領域の外周側において周回するように凸条部１４９が形成され、前記一括した領域の内周側に周回するように凸条部１５０が形成されている。この凸条部１４９，１５０によって、梁構成部１３３，１３５が補強されて剛性を有している。梁構成部１３３，１３５は、駆動信号の供給の有無に拘わらずＺ軸方向に実質的に湾曲しておらず、前述した剛性を持つことにより、膜１４１〜１４４の応力により湾曲することがなく常に平板状の状態を維持する。
【００４７】
接続部１２６は、梁構成部１３３，１３５を構成するＳｉＮ膜１４１，１４４及びＡｌ膜１４２，１４３がそのまま連続して延びることによって構成されている。接続部１２６には、被駆動体としてのＡｕ、Ｎｉ又はその他の金属からなるミラー１２が設けられている。
【００４８】
接続部１２６におけるＡｌ膜１４２の部分が、静電力用の可動電極（第２の電極部）として兼用されている。この可動電極に対向する基板１２１上の領域には、Ａｌ膜からなる静電力用の固定電極１２８が形成されている。図面には示していないが、固定電極１２８を構成するＡｌ膜は配線パターンとしても延びており、前記配線パターン１３０と共に利用することによって、固定電極１２８と可動電極として兼用された接続部１２６におけるＡｌ膜１４２との間に電圧（静電力用電圧）を、印加できるようになっている。
【００４９】
一方、前述した説明からわかるように、Ａｌ膜１４３によって、脚部１２２の個別脚部１２２ｂ下の配線パターン１３１から、梁構成部１３２→梁構成部１３３→接続部１２６→梁構成部１３５→梁構成部１３４を経て、脚部１２３の個別脚部１２３ｂ下の配線パターン（図示せず）へ至る、電流経路が構成されている。この電流経路のうち、接続部１２６におけるＹ軸方向に沿った電流経路が、Ｘ軸方向の磁界内に置かれたときに、Ｚ軸方向へ向かうローレンツ力を発生させる部分となっている。したがって、前述した図１中の永久磁石５を用いてＸ軸方向の磁界内に置き、前記電流経路へ電流（ローレンツ力用電流）を流すと、接続部１２６におけるＡｌ膜１４３にローレンツ力（駆動力）がＺ方向へ作用する。なお、このローレンツ力の向きが＋Ｚ方向であるか−Ｚ方向であるかは、ローレンツ力用電流の向きによって定まる。
【００５０】
以上の説明からわかるように、本実施の形態では、梁部１２４，１２５及び接続部１２６，１２７が構成する構造体が、基板１２１、固定電極１２８及び絶縁膜１２９からなる固定部に対して、上下に（Ｚ軸方向に）移動し得るようになっている。すなわち、本実施の形態では、前記可動部は、板ばねを構成する梁構成部１３２，１３４のバネ力により復帰しようとする上側位置と、接続部１２６が固定電極１２８に当接する下側位置との間を、移動し得るようになっている。前記上側位置では、可動部の可動電極（接続部１２６におけるＡｌ膜１４２）と固定部の固定電極１２８との間隔が広がって、両者の間に生じ得る静電力は低下又は消失する。前記下側位置では、可動部の可動電極（接続部１２６におけるＡｌ膜１４２）と固定部の固定電極１２８との間隔が狭まって、両者の間に生じ得る静電力は増大する。
【００５１】
本実施の形態では、前記静電力用電圧及びローレンツ力用電流を制御することで、ミラー１２が上側位置（基板１２１と反対側）に保持された状態及びミラー１２が下側（基板１２１側）に保持された状態にすることができる。本実施の形態では、外部制御回路６によってこのような制御が行われるようになっている。
【００５２】
図１０は、マイクロアクチュエータ２１に設けられたミラー１２による光の切り替え状態を模式的に示す概略側面図である。図１０（ａ）はミラー１２が上側に保持されて光路に進出した状態、図１０（ｂ）はミラー１２が下側に保持されて光路から退出した状態を示している。なお、図１０において、各部の構造は大幅に簡略化して示している。図１０において、Ｋは、ミラー１２の進出位置に対する光路の断面を示している。
【００５３】
図１０（ａ）に示すように、前記静電力及び前記ローレンツ力が印加されていない状態では、梁構成部１３２，１３４がそれらを構成する膜の応力によって＋Ｚ方向に湾曲した状態に復帰し、ミラー１２が上側に保持される。これにより、ミラー１２が光路Ｋに進出して、当該光路に入射した光を反射させる。この状態から、光路に入射した光をミラー１２で反射させずにそのまま通過させる状態に切り替える場合には、例えば、まず、前記ローレンツ力を印加して板ばね部（梁構成部１３２，１３４）のバネ力に抗してミラー１２を下方へ移動させ、ミラー１２が基板１２１に保持された後、前記静電力を印加してその保持を維持し、前記ローレンツ力の印加を停止させればよい。
【００５４】
本実施の形態では、図面には示していないが、デバイス１において、ミラー１２及びこれを駆動するマイクロアクチュエータ２１で構成された光スイッチが複数基板１２１上に２次元マトリクスに配置され、これらが光スイッチアレーを構成している。もっとも、本発明では、デバイス１に単一の光スイッチのみを搭載してもよい。
【００５５】
なお、本実施の形態では、可動部及び脚部の表面に全体に渡って、保護膜としてのＳｉＮ膜１４４が形成されているが、このＳｉＮ膜１４４は形成しなくてもよい。
【００５６】
そして、本実施の形態では、図２及び図１０に示すように、デバイス１において、前記固定部（基体）に、具体的には基板１２１上の絶縁膜１２９上に、前記可動部（薄膜構造体）の１つ以上の箇所Ｐ１〜Ｐ３の前記固定部に対する相対的な位置を測定するためのマーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’が形成されている。箇所Ｐ１，Ｐ２はそれぞれ、接続部１２６の先端側（＋Ｘ側）の−Ｙ側と＋Ｙ側のコーナーである。箇所Ｐ３は、梁構成部１３５の−Ｘ側の−Ｙ側のコーナーである。本実施の形態では、マーク１６１ａ〜１６１ｆは、梁構成部１３５の−Ｙ側付近においてＸ軸方向に一列に所定ピッチで配列されている。マーク１６１ａ’〜１６１ｆ’は、梁構成部１３３の＋Ｙ側付近においてＸ軸方向に一列に所定ピッチで配列されている。また、本実施の形態では、各マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’の形状は、正方形とされ、その中心点に関して点対称の形状とされている。もっとも、本発明では、マークの数、配置、形状等は前述した例に限定されるものではない。さらに、本実施の形態では、各マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’は、配線パターン等を兼ねるものではなく、前記相対的な位置の測定以外の用途には用いられない。また、本実施の形態では、各マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’は、Ａｌ膜をパターニングすることで形成されているが、例えば、他の金属膜や絶縁膜などをフォトリソエッチング法等によってパターニングすることで形成してもよい。
【００５７】
なお、マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’は、デバイス１において、全てのマイクロアクチュエータ２１について形成しておくことが好ましいが、一部のマイクロアクチュエータ２１についてのみ形成しておいてもよい。
【００５８】
本実施の形態によるデバイス１は、例えば、膜の形成及びパターニング、エッチング、犠牲層の形成・除去などの半導体製造技術を利用して、製造することができる。
【００５９】
その一例について、簡単に説明すると、まず、シリコン基板１２１の上面に熱酸化によってシリコン酸化膜１２９を成膜し、その上にＡｌ膜を蒸着又はスパッタ法等によりデポした後に、フォトリソエッチング法により、そのＡｌ膜を固定電極１２８、配線パターン１３０，１３１、マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’及びその他の配線パターンの形状にパターニングする。次いで、この状態の基板上に、犠牲層となる第１のレジストを塗布し、この第１のレジストに、脚部１２２ａ，１２２ｂ，１２３ａ，１２３ｂのコンタクト部に応じた開口をフォトリソエッチング法により形成する。次に、この状態の基板の全面に犠牲層となる第２のレジストを塗布し、フォトリソエッチング法により、第２のレジストにおける凸条部１４９〜１５２に対応した部分のみを島状に残して他の部分を除去する。その後、脚部１２２ａ，１２２ｂ，１２３ａ，１２３ｂ並びに梁部１２４，１２５及び接続部１２６，１２７となるべきＳｉＮ膜１４１をプラズマＣＶＤ法等により形成した後、フォトリソエッチング法によりパターニングし、それらの形状とする。このとき、脚部１２２ａ，１２２ｂ，１２３ａ，１２３ｂにおけるコンタクト部には開口を形成しておく。次いで、脚部１２２ａ，１２２ｂ，１２３ａ，１２３ｂ並びに梁部１２４，１２５及び接続部１２６，１２７となるべきＡｌ膜１４２，１４３を蒸着又はスパッタ法等によりデポした後に、フォトリソエッチング法によりパターニングし、それらの形状にする。次に、この状態の基板の全面に犠牲層となる第３のレジストを厚塗りし、第３のレジストを露光、現像してミラー１２が成長される領域を第３のレジストに形成した後、電解メッキによりミラー１２となるべきＡｕ、Ｎｉ又はその他の金属を成長させる。最後に、第１乃至第３のレジストをプラズマアッシング法等により除去する。これにより、本実施の形態によるデバイス１が完成する。
【００６０】
なお、前述したように膜１４１〜１４４の成膜は、前記第１乃至第３のレジストを除去した際に、梁構成部（板ばね部）１３２，１３４が成膜時のストレスによって上方に湾曲するような条件で、行う。
【００６１】
前記デバイス１では、図１及び図１０を参照して説明した光路切り替え動作を適切に行うためには、前記構造体（梁部１２４，１２５及び接続部１２６，１２７）が駆動力を受けてない状態で図１０（ａ）に示すように所期の形状を有していること（すなわち、本実施の形態では、梁構成部１３２，１３４の＋Ｚ方向への湾曲の程度が適切であること、ねじれ等が十分に少ないこと（つまり点Ｐ１，Ｐ２のＺ軸方向の高さの差が少ないこと）など）が重要である。例えば、駆動力を受けていない状態で、梁構成部１３２，１３４の＋Ｚ方向への湾曲の程度が、図１０（ａ）に示す状態より許容範囲を越えて少なければ、ミラー１２が入射光束の一部を反射するが残りをそのまま通過させてしまう。また、前記ねじれが大きければ、ミラー１２の角度がずれてしまい、駆動力を受けていない状態でミラー１２は入射光を対応する光出力用光ファイバ３へ適切に導く方向に反射させることができなくなってしまう。
【００６２】
ところが、デバイス１では、製造プロセスを十分に管理したとしても、成膜条件のばらつきによって、構造体を構成する膜の成膜時の生ずる当該膜の内部応力にばらつきが生ずる場合がある。この場合、前記内部応力のばらつきによって前記構造体が所期の形状から変形してしまう。
【００６３】
そこで、製造されたデバイス１について、前記構造体の形状に関し、良否を判定するために検査を行う必要がある。
【００６４】
前述した従来技術に従えば、製造されたデバイス１の前記構造体の形状をそのまま肉眼又は顕微鏡等で観察し、観察者が見た目で構造体の形状が所期の形状を有するか否かを判定することによって当該デバイス１の良否を判定することになる。この場合には、観察者が構造体の形状を単に観察してそのまま見た目で所期の形状と比較するだけであるので、デバイス１の良否の判定に熟練を要するとともに、デバイス１の良否を精度良く判定することができない。
【００６５】
これに対して、本発明の一実施の形態によるデバイス検査方法としての第１のデバイス検査方法では、マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’を用いることなく、デバイス１の前記構造体の箇所Ｐ１〜Ｐ３（図２参照）の前記基体に対する相対的な位置を測定し、この測定により得られた前記相対的な位置に基づいて、デバイス１の良否を判定する。具体的には、例えば、試料台としての可動ステージ（例えば、ＸＹステージ）と顕微鏡とＺ方向からの顕微鏡像を撮像するＣＣＤカメラとを組み合わせて画像処理にて位置座標を測定することができる座標測定器を用いて、例えば個別脚部１２３ｂのパターンの位置を前記基体側の基準位置として、箇所Ｐ１〜Ｐ３のＸＹ座標を測定する。前記座標測定器としては、例えば、株式会社ニコン製のＣＮＣ画像測定システム「ＮＥＸＩＶＶＭＲ−３０２０」を用いることができる。
【００６６】
前記基体に対する箇所Ｐ１〜Ｐ３の相対的な位置（ＸＹ座標）を得れば、前記構造体（梁部１２４，１２５及び接続部１２６，１２７）の＋Ｚ方向の湾曲の程度やねじれ等を演算により求めることができる。したがって、演算により求めた＋Ｚ方向の湾曲の程度やねじれ等が、予め定めた許容範囲内であるか否かによって、デバイス１の良否を判定することができる。なお、より厳密に構造体の変形等を求める場合には、前記構造体における測定個所を増やせばよい。この場合、増やそうとする測定個所（例えば、梁構成部１３３，１３５や接続部１２６，１２７の上面の適当箇所など）に、必要に応じて、マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’と同様のマークを形成しておけばよい。この点は、後述する第２のデバイス検査方法についても同様である。
【００６７】
このように、前記第１のデバイス検査方法では、箇所Ｐ１〜Ｐ３の基体に対する相対位置を測定し、測定された相対位置に基づいてデバイス１の良否を判定するので、前記構造体の形状に関して、デバイス１の良否を客観的に判定することができる。したがって、前記第１のデバイス検査方法によれば、検査者の熟練が不要となるとともに、従来に比べて精度良くデバイス１の良否を判定することができる。この第１のデバイス検査方法を行う場合には、マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’を形成しておく必要はない。
【００６８】
なお、前記構造体の箇所Ｐ１〜Ｐ３の位置測定については、必ずしもＺ方向から見たＸＹ座標位置の測定に限定されるものではなく、例えば、Ｚ軸に対して傾いた方向から見た座標位置の測定を行ってもよい。この点は、後述する第２のデバイス検査方法についても同様である。
【００６９】
また、本発明の他の実施の形態によるデバイス検査方法としての第２のデバイス検査方法では、マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’を用いて、デバイス１の前記構造体の箇所Ｐ１〜Ｐ３（図２参照）の前記基体に対する相対的な位置を測定し、この測定により得られた前記相対的な位置に基づいて、前記第１のデバイス検査方法と同様にデバイス１の良否を判定する。具体的には、例えば、前記座標測定器を用いて、マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’のいずれかの位置を前記基体側の基準位置として、箇所Ｐ１〜Ｐ３のＸＹ座標を測定する。
【００７０】
このように、第２のデバイス検査方法が前記第１のデバイス検査方法と異なる所は、前記基体に対する前記構造体の測定個所Ｐ１〜Ｐ３の相対位置を、個別脚部１２３ｂのパターンの位置を基準位置として測定するか、それとも、マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’のいずれかの位置を基準位置として測定するかの、点のみである。よって、前記第２のデバイス検査方法によっても、前記第１のデバイス検査方法と同様に、検査者の熟練が不要となるとともに、従来に比べて精度良くデバイス１の良否を判定することができる。
【００７１】
前記第１のデバイス検査方法では、基体側の基準位置として用いる個別脚部１２３ｂのパターンの位置は、測定個所Ｐ１〜Ｐ３から比較的遠い。例えば、Ｚ方向から見たときの測定個所Ｐ１と個別脚部１２３ｂのパターンの位置との間の距離は、５００μｍ程度である。したがって、可動ステージを移動させることなく、測定個所Ｐ１等と基準位置となる個別脚部１２３ｂのパターンとを顕微鏡の同一視野内に入れた状態で、測定個所Ｐ１等の相対位置を測定しようとすると、顕微鏡の倍率を比較的低くせざるを得ない。よって、測定個所Ｐ１等の相対位置の測定精度を高めることは困難である。一方、顕微鏡の倍率を高めると、個別脚部１２３ｂのパターンの位置と測定個所Ｐ１〜Ｐ３とが比較的遠いため、両者を顕微鏡の同一視野内に入れることができなくなる。したがって、顕微鏡の倍率を高めると、測定個所Ｐ１〜Ｐ３の相対位置を測定するためには、可動ステージを移動させなければならない。通常、座標測定器では、この可動ステージの移動量を電気的に測定して記憶することにより、基準位置と測定箇所Ｐ１〜Ｐ３とが同一視野内になくてもその座標位置を測定することはできる。しかし、可動ステージを移動してしまうと、測定精度が落ちてしまう。具体例として、可動ステージを移動しなければ０．１μｍの精度で２点間の距離を測定することができるのに対し、５００μｍ程度可動ステージを移動すると、２点間の距離測定に４．５μｍ程の測定誤差が生じる。したがって、前記第１のデバイス検査方法では、測定精度を上げようとして顕微鏡の倍率を上げても、結局、測定精度を上げることができない。
【００７２】
これに対し、前記第２のデバイス検査方法では、基体側の基準位置としてマーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’が用いられる。マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’のいずれかは測定箇所Ｐ１〜Ｐ３から近いので、顕微鏡の倍率を高めても、可動ステージを移動することなく、測定箇所Ｐ１〜Ｐ３といずれかのマークとを顕微鏡の同一視野内に入れることができる。したがって、前記第２のデバイス検査方法によれば、前記第１のデバイス検査方法に比べて、前記基体に対する前記構造体の測定個所Ｐ１〜Ｐ３の相対位置をより高い精度で測定することができ、ひいては、より高い精度でデバイス１の良否を判定することができる。
【００７３】
以上の説明からわかるように、マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’は、座標測定器の顕微鏡の倍率を上げても、座標測定器の可動ステージを移動することなく、いずれかのマークと測定個所Ｐ１〜Ｐ３とが顕微鏡の同一視野内に入るように配置することが、好ましい。具体的には、マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’は、デバイス１を前記構造体の側から観察するとき、測定個所Ｐ１〜Ｐ３の各々について、当該測定個所から１５０μｍ以下の範囲内に、前記１つ以上のマークのうちの少なくとも１つが存在するように、配置することが好ましい。前記範囲は、１２０μｍ以下の範囲であることがより好ましく、１００μｍ以下であることがより一層好ましい。
【００７４】
また、本実施の形態では、前述したように、各マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’の形状は、正方形とされ、その中心点に関して点対称の形状とされている。したがって、各マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’が示す位置の精度が高まる。これは、パターンエッジ線は、パターン製造時（フォトリソ工程やエッチング工程）の誤差の影響を受けて移動するが、点対称の対称の中心点は、ほとんど移動しないからである。よって、測定個所Ｐ１〜Ｐ３の座標を測定する際は、マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’の中心点を基準とするのが良い。各マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’の形状は、正方形の他にも、円形、正三角形、正多角形、菱形などの、中心点に関して点対称の形状であれば、同様の利点が得られる。このように、各マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’の形状として、中心点に関して点対称の形状を採用することが好ましいが、本発明では他の形状を採用してもよい。これらの点は、後述する他のマークについても同様である。
【００７５】
なお、前記第１及び第２のデバイス検査方法は、例えば、デバイス１における全てのマイクロアクチュエータ２１について測定個所Ｐ１〜Ｐ３の相対位置の測定を行い、全てのマイクロアクチュエータ２１について前記構造体の形状が良好な場合にのみ当該デバイス１が良品であると判定してもよいし、あるいは、代表的に、デバイス１における一部のマイクロアクチュエータ２１についてのみ測定個所Ｐ１〜Ｐ３の相対位置の測定を行い、当該一部のマイクロアクチュエータ２１について前記構造体の形状が良好な場合に当該デバイス１が良品であると判定してもよい。
【００７６】
本実施の形態による光学システムでは、デバイス１として、前記第１又は第２のデバイス検査方法により検査されて良品であると判定されたものが用いられている。したがって、本実施の形態による光学システムは、信頼性が高い。
【００７７】
また、本実施の形態による光学システムでは、マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’が形成されたデバイス１が用いられているので、前記第２のデバイス検査方法が可能となる。このため、前記第２のデバイス検査方法により検査されて良品であると判定されたデバイス１を用いることができ、これにより当該光学システムの信頼性をより高めることができる。
【００７８】
さらに、本実施の形態では、デバイス１に搭載されているマイクロアクチュエータ２１の梁部１２４，１２５が一様な板ばね部のみで構成されるのではなく、梁部１２４，１２５が、力を受けない状態で＋Ｚ方向に湾曲した板ばね部である固定端側の梁構成部１３２，１３４と、自由端側の常に平板状の剛性部である梁構成部１３３，１３５とで構成されている。したがって、可動部の固定端から自由端までの長さを長くし、かつ、可動部が力を受けない状態でローレンツ力及び／又は静電力が作用する接続部１２６と基板１２１側との間の距離を短くすることができる。このため、自由端側の駆動力が作用する接続部１２６の位置を、可動部の固定端から遠く、かつ、駆動信号を供給しない状態において基板１２１側に比較的近い位置に、配置することができる。よって、本実施の形態によれば、小さい駆動力で作動させることができ、当該マイクロアクチュエータ２１を低電力で作動させることができる。
【００７９】
なお、マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’は、本実施の形態では前記相対的な位置の測定以外の用途には用いられないように構成されているが、配線パターンなどの、前記相対的な位置の測定以外の用途にも用いられるように構成してもよい。
【００８０】
［第２の実施の形態］
【００８１】
図１１は、本発明の第２の実施の形態によるデバイス（本実施の形態では、可変光減衰器）２０１を用いた光学システム（本実施の形態では、可変光減衰器システム）の一例を模式的に示す概略構成図である。
【００８２】
本実施の形態による光学システムは、図１１に示すように、デバイス２０１と、１本の光入力用光ファイバ２０２と、１本の光出力用光ファイバ２０３と、デバイス２０１に対して後述するように磁界を発生する磁界発生部としての磁石２０５と、減衰量指令信号に応答して、当該減衰量指令信号が示す減衰状態を実現するための制御信号をデバイス２０１に供給する制御部としての外部制御回路２０６と、を備えている。
【００８３】
本実施の形態では、磁石２０５は、デバイス１の下側に配置された永久磁石であり、デバイス２０１に対して、Ｘ軸方向に沿ってその＋側へ向かう略均一な磁界を発生している。もっとも、磁界発生部として、磁石２０５に代えて、例えば、他の形状を有する永久磁石や、電磁石などを用いてもよい。
【００８４】
デバイス２０１は、図１に示すように、基板１２１と、基板１２１上に配置された１個の光学素子部としての可変光減衰器用シャッタ２１２とを備えている。光入力用光ファイバ２０２は、基板１２１に対するＹ軸方向の一方の側からＹ軸方向に入射光を導くように、ＸＹ平面と平行な面内に配置されている。光出力用光ファイバ２０３は、光入力用光ファイバ２０２と対向するように基板１２１に対する他方の側に配置され、光入力用光ファイバ２０２の出射端から出射してシャッタ２１２により減衰されたＹ軸方向に進行する光が入射するように、ＸＹ平面と平行な面内に配置されている。シャッタ２１２は、光ファイバ２０２，２０３間の光路に対して、後述するマイクロアクチュエータ３１により進出可能にＺ軸方向に移動し得るように、基板１２１上に配置されている。
【００８５】
次に、図１中のデバイス２０１が有する可変光減衰器の構造について、図１２乃至図１９を参照して説明する。図１２は、本発明の第２の実施の形態による光学システムで用いられているデバイス１が有する可変光減衰器（すなわち、１つのマイクロアクチュエータ３１及びこれにより駆動される１つのシャッタ２１２）を模式的に示す概略平面図である。図１２では、可動部及び脚部の表面に全体に渡って形成された保護膜としてのＳｉＮ膜１４４は省略して示し、本来実線で書くべき凸条部１４９，１５０のラインを破線で示し、Ａｌ膜１４３にはハッチングを付している。図１３は、図１２中のＸ２１−Ｘ２２線に沿った概略断面図である。図面には示していないが、図１２中のＸ２９−Ｘ３０線に沿った概略断面図は図１３と同様となる。図１４は、図１２中のＸ２３−Ｘ２４線に沿った概略断面図である。図面には示していないが、図１２中のＸ２７−Ｘ２８線に沿った概略断面図は図１４と同様となる。図１５は、図１２中のＸ２５−Ｘ２６線に沿った概略断面図である。図１６は、図１２中のＹ２１−Ｙ２２線に沿った概略断面図である。図１７は、図１２中のＹ２３−Ｙ２４線に沿った概略断面図である。図１８は、図１２中のＹ２５−Ｙ２６線に沿った概略断面図である。図１９は、図１２中のＹ２７−Ｙ２８線に沿った概略断面図である。なお、図１３乃至図１９では、梁構成部（板ばね部）１３２，１３４がＺ軸方向に湾曲していないものとして示しているが、梁構成部１３２，１３４は、実際には、後述する図２０（ａ）に示すように、可動部が力を受けていない状態において、当該梁構成部１３２，１３４を構成する膜の応力によって＋Ｚ方向に湾曲している。図１２乃至図１９において、図２乃至図９中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００８６】
マイクロアクチュエータ３１がマイクロアクチュエータ２１と異なる所は、以下に説明する点のみである。
【００８７】
マイクロアクチュエータ２１がローレンツ力及び静電力の両方を駆動力とするように構成されていたのに対し、マイクロアクチュエータ３１は、ローレンツ力のみを駆動力とするように構成されている。すなわち、マイクロアクチュエータ３１では、Ａｌ膜１４３は、マイクロアクチュエータ２１においてＡｌ膜１４２が形成されていた領域にも及ぶように、形成されている。また、マイクロアクチュエータ３１では、マイクロアクチュエータ２１において形成されていた一方の個別脚部１２２ｂ，１２３ｂが除去されている。さらに、マイクロアクチュエータ３１に対しては、マイクロアクチュエータ２１に対して基板１２１上に設けられていた固定電極１２８が、設けられていない。
【００８８】
また、マイクロアクチュエータ３１では、接続部１２６には、被駆動体として、光スイッチ用ミラー１２に代えて、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ又はその他の金属あるいは不透明の膜からなる可変光減衰器用シャッタ（遮光部材）２１２が設けられている。シャッタ２１２として、ミラーを用いることができることは、言うまでもない。
【００８９】
図２０は、マイクロアクチュエータ３１に設けられたシャッタ２１２による光の減衰状態を模式的に示す概略側面図である。図２０において、各部の構造は大幅に簡略化して示している。図２０において、Ｋ’はシャッタ２１２の進出位置に対する光路（光ファイバ２０２，２０３間の光路）の断面を示している。
【００９０】
図２０（ａ）は、マイクロアクチュエータ３１に駆動信号（ローレンツ力用電流）が供給されていない状態を示している。この場合、マイクロアクチュエータ３１には前記ローレンツ力が作用せず、梁構成部１３２，１３４がそれらを構成する膜の応力によって＋Ｚ方向に湾曲した状態となっている。図２０（ａ）に示す状態では、シャッタ２１２は光路Ｋ’を全く遮らず、減衰量はほぼ０％となっている。
【００９１】
図２０（ｂ）は、マイクロアクチュエータ３１に中程度のローレンツ力を上向きに発生させる駆動信号（ローレンツ力用電流）が供給されている状態を示している。この場合、中程度の上向きのローレンツ力と梁構成部（板ばね部）１３２，１３４のバネ力とが釣り合った位置で停止し、光路Ｋ’の下半分程度を遮っている。このため、減衰量は５０％程度である。
【００９２】
図２０（ｃ）は、マイクロアクチュエータ３１に大きな上向きのローレンツ力を発生させる駆動信号（ローレンツ力用電流）が供給されている状態を示している。この場合、大きな上向きのローレンツ力と梁構成部（板ばね部）１３２，１３４のバネ力とが釣り合った位置で停止し、光路Ｋ’を完全に遮っている。このため、減衰量は１００％である。
【００９３】
本実施の形態によるデバイス２０１も、前記第１の実施の形態によるデバイス１と同様の製造方法により製造することができる。
【００９４】
本実施の形態によるデバイス２０１も、前記第１の実施の形態に関連して説明した第１又は第２のデバイス検査方法と同様のデバイス検査方法により検査することができる。本実施の形態による光学システムは、このようなデバイス検査方法により検査されたデバイス２０１が用いられている。
【００９５】
本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【００９６】
［第３の実施の形態］
【００９７】
図２１は、本実施の形態の第３の実施の形態による光学システムで用いられているデバイスの単位素子としての１つの光スイッチ（すなわち、１つのマイクロアクチュエータ４１及びこれにより駆動される１つのミラー３１２）を模式的に示す概略平面図であり、図２に対応している。図２１において、図２中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。図２２は、図２１中のミラー３１２を模式的に示す概略断面図である。図２３は、図２２中のＡ矢視図である。図２４は、図２１中のミラー３１２の製造工程のアッシング前の状態を示す上面図である。
【００９８】
本実施の形態による光学システムが前記第１の実施の形態による光学システムと異なる所は、デバイス１における単位素子としての１つの光スイッチを、図２１に示すように、アクチュエータ２１に代わるアクチュエータ４１と、ミラー１２に代わるミラー３１２で構成した点のみである。
【００９９】
図２１に示すアクチュエータ４１が図２乃至９に示すアクチュエータ２１と異なる所は、アクチュエータ４１では、アクチュエータ２１において梁構成部１３３，１３５及び接続部１２６，１２７により囲まれていた開口の領域に、その周囲から下側のＳｉＮ膜１４１及び上側のＳｉＮ膜１４４を２層膜としてそのまま延在させることで、当該領域が塞がれている点のみである。本実施の形態では、この領域に、ミラー３１２が搭載されるとともに、ミラー３１２の測定個所Ｐ１１，Ｐ１２の前記基体に対する相対的な位置を測定するためのマーク１７１ａ〜１７１ｅが形成されている。
【０１００】
本実施の形態では、マイクロアクチュエータ４１及びミラー３１２の全体が、薄膜で構成されるとともに基体から空間を隔てるように前記基体により支持された構造体となっている。
【０１０１】
本実施の形態では、ミラー３１２は、図２２及び図２３に示すように、２本の支持部１０２と、２本の接続部１０３と、２本の接続部１０４と、反射部支持部１０５と、これらによりアクチュエータ４１の前記領域上に支持された反射部１０１と、を備えている。反射部１０１はＡｌ膜からなる。反射部１０１のＡｌ膜の外縁部は、剛性を出すために段差が形成され、縁１０１ａを形成している。支持部１０２は、窒化シリコン膜１０２ａとＡｌ膜１０２ｂとを積層した膜からなり、アクチュエータ４１側に窒化シリコン膜１０２ａが位置している。支持部１０２の基端は凸型に屈曲されて脚部１０２ｃを構成している。脚部１０２ｃはアクチュエータ４１の前記領域に固定されている。支持部１０２は、窒化シリコン膜１０２ａ及びＡｌ膜１０２ｂの熱膨張係数の差異によって生ずる応力並びに成膜時に生じた応力により、脚部１０２ｃから先端の接続部１０４まで円弧状に湾曲している。
【０１０２】
このミラー３１２では、２本の支持部１０２に、それぞれ接続部１０４を介して更に支持部１０３を接続し、２本の支持部１０３が反射部支持部１０５を支持している。反射部支持部１０５には、反射部１０１が搭載されている。よって、反射部１０１は、反射部支持部１０５により、下側から支えられた構造となる。支持部１０３は、支持部１０２と同様に、Ａｌ膜１０３ａと窒化シリコン膜１０３ｂとを積層した構造であるが、湾曲の向きが支持部１０２の湾曲の方向とは逆に、上向きに凸となるように、Ａｌ膜１０３ａと窒化シリコン膜１０３ｂの積層の順が支持部１０２とは逆になっている。接続部１０４及び反射部支持部１０５の外縁部には、剛性を出すために段差がそれぞれ形成され、それぞれ縁１０４ａ，１０５ａを形成している。
【０１０３】
このミラー３１２では、反射部１０１がアクチュエータ４１の前記領域に対して垂直に起立するように、支持部１０２，１０３の長さや各膜の膜厚が定められている。
【０１０４】
マーク１７１ａ〜１７１ｅは、図２１乃至図２４に示すように、Ｚ方向から見たときの、ミラー３１２の反射部１０１の−Ｙ側付近においてＸ軸方向に一列に所定ピッチで配列されている。マーク１７１ａ〜１７１ｅも、前記マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’と同様に、Ａｌ膜等の正方形状のパターンで形成されている。ミラー３１２の前記基体に対する測定個所Ｐ１１，Ｐ１２は、ミラー３１２の反射部１０１の２つの上部コーナーとされる。
【０１０５】
このミラー３１２の製造方法の一例について、図２４乃至図２６を参照して説明する。図２５（ａ）〜（ｃ）及び図２６（ａ）〜（ｃ）は、各製造工程を示す断面図であり、図２４中のＢ−Ｂ矢視断面に相当している。
【０１０６】
まず、前記第１の実施の形態に関連して説明したアクチュエータ２１の場合と同様の製造工程により、アクチュエータ４１が形成された基板を用意する。ただし、アクチュエータ４１の製造過程で形成された犠牲層としてのレジスト層は、除去しないでおく。
【０１０７】
次に、アクチュエータ４１の上にＡｌ膜を蒸着又はスパッタ法等によりデポした後に、フォトリソエッチング法により、そのＡｌ膜をマーク１７１ａ〜１７１ｅの形状にパターニングする。
【０１０８】
支持部１０２，１０３、接続部１０４、反射部支持部１０５、反射部１０１及びマーク１７１ａ〜１７１ｅは、アクチュエータ４１の上に、図２４に示すような配置及び形状にパターニングされる。なお、支持部１０２の窒化シリコン膜１０２ａと、支持部１０３の窒化シリコン膜１０３ｂと、接続部１０４と、反射部支持部１０５とが、一層の窒化シリコン膜をパターニングすることにより同時に形成される。まず、アクチュエータ４１の上に、レジスト層８１を形成し、支持部１０２の脚部１０２ｃを形成すべき位置に、開口８１ａをフォトリソグラフィーにより形成する（図２５（ａ））。次に、接続部１０４及び反射部支持部１０５を形成すべき位置に、レジストアイランド３０１を形成する（図２５（ｂ））。次いで、支持脚１０３のＡｌ膜１０３ａを成膜し、フォトリソエッチング法により図２４の支持部１０３の形状にパターニングする（図２５（ｃ））。その後、窒化シリコン膜とＡｌ膜１０２ｂを順に成膜する（図２６（ａ））。成膜したＡｌ膜１０２ｂを図１９の支持部１０２の形状にパターニングした後、窒化シリコン膜を、支持部１０２、接続部１０４、支持部１０３及び反射部支持部１０５の形状にパターニングする（図２６（ｂ））。これにより、支持部１０３の窒化シリコン膜１０３ｂと、接続部１０４と、反射部支持部１０５とが一度に形成される。
【０１０９】
続いて、全面にレジスト層３０２を形成し、反射部支持部１０５の接続部１０５ｂとなる位置に開口を形成し、この上に更に、レジスト層８２を形成し、反射部１０１の縁１０１ａの内側形状部分を残して除去し、レジスト層８２をレジストアイランドとする。レジスト層８２の反射部支持部１０５の接続部１０５ｂとなる位置に開口を形成した後、全面にＡｌ膜１０１を成膜して、反射部１０１の形状にパターニングする（図２６（ｃ））。最後に、アッシングにより、犠牲層のレンジスト層８１，８２，３０１，３０２、及び、アクチュエータ４１の製造過程で形成されていた犠牲層のレジストを、除去する。これにより、アクチュエータ４１が上方に湾曲するとともに、支持部１０２，１０３が湾曲して立ち上がり、図２２及び図２３に示すミラー３１２を製造することができる。
【０１１０】
本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同様に、マイクロアクチュエータ４１が駆動力を受けていない状態で図１０（ａ）に示すのと同様の所期の形状を有していることが重要である。この他に、本実施の形態では、ミラー３１２の反射部１０１がマイクロアクチュエータ４１の前記領域に対して垂直に立ち上がっていることが重要である。反射部１０１が垂直でなければ、駆動力を受けていない状態でミラー１２は入射光を対応する光出力用光ファイバ３へ適切に導く方向に反射させることができなくなってしまう（図１参照）。
【０１１１】
そこで、本実施の形態によるデバイスを検査する場合には、前記第１の実施の形態に関連して説明した第１又は第２のデバイス検査方法の場合と同様に、アクチュエータ４１に関する測定個所Ｐ１〜Ｐ３の前記基体（基板１２１等）に対する相対的な位置を測定する。さらに、ミラー３１２に関する測定個所Ｐ１１，Ｐ１２の前記基体に対する相対的な位置を測定する。測定個所Ｐ１１，Ｐ１２の前記基体に対する相対的な位置は、前述した座標測定器を用い、例えば、（ａ）個別脚部１２３ｂのパターンを基準として直接的に測定するか、（ｂ）マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’のいずれかを基準として直接的に測定するか、（ｃ）個別脚部１２３ｂのパターンを基準としてマーク１７１ａ〜１７１ｅのいずれかの基体に対する相対位置を測定するとともに、当該マークを基準とした測定個所Ｐ１１，Ｐ１２の相対位置を測定し、両方の測定結果から演算するか、（ｄ）マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’のいずれかを基準としてマーク１７１ａ〜１７１ｅのいずれかの基体に対する相対位置を測定するとともに、当該マークを基準とした測定個所Ｐ１１，Ｐ１２の相対位置を測定し、両方の測定結果から演算する。
【０１１２】
そして、前記第１の実施の形態に関連して説明した第１又は第２のデバイス検査方法の場合と同様に、測定個所Ｐ１〜Ｐ３の前記基体（基板１２１等）に対する相対的な位置に基づいて、アクチュエータ４１の形状に関する良否の判定を行う。また、測定個所Ｐ１１，Ｐ１２の前記基体に対する相対的な位置に基づいて、ミラー３１２の形状に関する良否の判定を行う。両者の判定が良の場合に、当該デバイスが良品であると判定すればよい。
【０１１３】
したがって、このようなデバイス検査方法によれば、アクチュエータ４１及びミラー３１２からなる構造体の全体の形状に関して、当該デバイスの良否を客観的に判定することができる。したがって、前記第１のデバイス検査方法によれば、検査者の熟練が不要となるとともに、従来に比べて精度良くデバイス１の良否を判定することができる。
【０１１４】
そして、前記（ｂ）又は（ｄ）の手法を採用し、マークを利用して測定個所Ｐ１１，Ｐ１２の相対位置を測定すれば、前記（ａ）又は（ｃ）の手法を採用する場合に比べて、その相対位置の測定精度を高めることができる。これは、各マークの配置によって、マーク１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’のいずれかとマーク１７１ａ〜１７１ｅのいずれかとの間の距離（Ｚ方向から見た距離）、マーク１７１ａ〜１７１ｅのいずれかと測定個所Ｐ１１，Ｐ１２との間の距離（Ｚ方向から見た距離）を短くすることができ、これにより、前記座標測定器の顕微鏡の倍率を上げても、可動ステージを移動することなく、両者を顕微鏡の同一視野内に入れることができるからである。
【０１１５】
本実施の形態による光学システムでは、デバイスとして前述したデバイス検査方法により検査されて良品であると判定されたものが用いられている。したがって、本実施の形態による光学システムは、信頼性が高い。
【０１１６】
本実施の形態によれば、その他にも、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られることは、言うまでもない。
【０１１７】
［第４の実施の形態］
【０１１８】
図２７は、本実施の形態の第４の実施の形態による光学システムで用いられているデバイスの単位素子としての１つの光スイッチを構成するミラー４１２を模式的に示す概略断面図であり、図２２に対応している。図２８は、図２７に示すミラー４１２の製造工程のアッシング前の状態を示す上面図である。図２７及び図２８において、図２２乃至図２４中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【０１１９】
本実施の形態による光学システムが前記第３の実施の形態による光学システムと異なる所は、ミラー３１２を図２７及び図２８に示すミラー４１２で置き換えた点と、これに応じて、マーク１７１ａ〜１７１ｅに代えて、マーク１８１ａ〜１８１ｃ，１８１ａ’〜１８１ｃ’が図２７及び図２８に示すようにマイクロアクチュエータ４１上に形成されている点のみである。
【０１２０】
このミラー４１２は、２枚のミラー１１４，１１５を２枚重ね合わせて立脚させた構成を有する。２枚のミラー１１４，１１５がそれぞれ、反射部１０１を２本の支持部１０２によって支持されている。ただし、図２８に示すように、製造時のパターニングの差異にミラー１１４は、反射部１０１の反射面が凹面となるように縁１０１ａの段差を形成しているのに対し、ミラー１１５は、反射部１０１の反射面が凸面となるように縁１０１ａの段差を形成している。また、ミラー１１４，１１５の支持部１０２はいずれも、反射部１０１を室温で９０度以上の角度に傾斜して支持する状態に湾曲するように、膜厚及び長さが設計されている。したがって、犠牲層のレジスト８１等を除去すると、２枚のミラー１１４，１１５は、支持部１０２の湾曲により、いずれも９０度以上の角度まで傾斜しようとするため、互いに９０度の角度に達した位置でぶつかり、傾斜しようとする力がバランスすることにより、２枚の反射部１０１がマイクロアクチュエータ４１に対して垂直な状態で平衡状態となる。このとき、ミラー１１４，１１５の反射部１０１の凹凸形状が互いに噛み合わさってミラー１１４，１１５が密着した状態ではずれにくくなる。
【０１２１】
ミラー４１２も、ミラー３１２と同様に、膜の形成及びパターニング、エッチング、犠牲層の形成・除去などのによって製造することができる。
【０１２２】
本実施の形態では、例えば、ミラー４１２に関する測定個所Ｐ２１，Ｐ２２は、図２７及び図２８に示すように、ミラー４１２の上部の両側コーナーとされる。
【０１２３】
前記第３の実施の形態で述べたデバイス検査方法において、測定個所Ｐ１１，Ｐ１２を測定個所Ｐ１１，Ｐ１２に置き換えるとともに、マーク１７１ａ〜１７１ｅをマーク１８１ａ〜１８１ｃ，１８１ａ’〜１８１ｃ’で置き換えたデバイス検査方法によって、本実施の形態によるデバイスを検査することができる。本実施の形態による光学システムでは、このような検査方法で検査されたデバイスが用いられている。
【０１２４】
本実施の形態によっても、前記第３の実施の形態と同様の利点が得られる。
【０１２５】
なお、本発明では、前記第１の実施の形態を変形して前記第３及び第４の実施の形態を得たとのそれぞれ同様の変形を、前記第２の実施の形態に適用してもよい。この場合、第３及び第４の実施の形態で用いた光スイッチ用ミラー３１２，４１２は、そのまま可変光減衰器用シャッタとして用いることができる。
【０１２６】
以上、本発明の各実施の形態及び変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１２７】
例えば、前述した実施の形態は光スイッチ及び可変光減衰器に用いられるデバイスの例であったが、本発明によるデバイスの用途等はこれらの例に限定ものではない。
【０１２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、デバイスの良否を熟練を要することなく精度良く判定することができるデバイス検査方法、このデバイス検査方法等に用いるのに好適なデバイス測定方法、このデバイス測定方法に特に適した構造を有するデバイス、並びに、このデバイスや前記デバイス検査方法により検査されたデバイスを用いた光学システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるデバイスを用いた光学システムの一例を模式的に示す概略構成図である。
【図２】図１中のデバイスの単位素子としての１つの光スイッチを模式的に示す概略平面図である。
【図３】図２中のＸ１１−Ｘ１２線に沿った概略断面図である。
【図４】図２中のＸ１３−Ｘ１４線に沿った概略断面図である。
【図５】図２中のＸ１５−Ｘ１６線に沿った概略断面図である。
【図６】図２中のＹ１１−Ｙ１２線に沿った概略断面図である。
【図７】図２中のＹ１３−Ｙ１４線に沿った概略断面図である。
【図８】図２中のＹ１５−Ｙ１６線に沿った概略断面図である。
【図９】図２中のＹ１７−Ｙ１８線に沿った概略断面図である。
【図１０】図２中の光スイッチ用ミラーによる光の切り替え状態を模式的に示す概略側面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態によるデバイスを用いた光学システムの一例を模式的に示す概略構成図である。
【図１２】図１１中のデバイスが有する可変光減衰器を模式的に示す概略平面図である。
【図１３】図１２中のＸ２１−Ｘ２２線に沿った概略断面図である。
【図１４】図１２中のＸ２３−Ｘ２４線に沿った概略断面図である。
【図１５】図１２中のＸ２５−Ｘ２６線に沿った概略断面図である。
【図１６】図１２中のＹ２１−Ｙ２２線に沿った概略断面図である。
【図１７】図１２中のＹ２３−Ｙ２４線に沿った概略断面図である。
【図１８】図１２中のＹ２５−Ｙ２６線に沿った概略断面図である。
【図１９】図１２中のＹ２７−Ｙ２８線に沿った概略断面図である。
【図２０】図１１中の可変光減衰器用シャッタによる減衰状態を模式的に示す概略側面図である。
【図２１】本実施の形態の第３の実施の形態による光学システムで用いられているデバイスの単位素子としての１つの光スイッチを模式的に示す概略平面図である。
【図２２】図２１中のミラーを模式的に示す概略断面図である。
【図２３】図２２中のＡ矢視図である。
【図２４】図２１中のミラーの製造工程のアッシング前の状態を示す上面図である。
【図２５】図２１中のミラーの各製造工程を示す概略断面図である。
【図２６】図２５に引き続く各製造工程を示す概略断面図である。
【図２７】本発明の第４の実施の形態による光学システムで用いられるミラーを模式的に示す概略断面図である。
【図２８】図２７に示すミラーの製造工程のアッシング前の状態を示す上面図である。
【符号の説明】
１，２０１デバイス
１２，３１２，３１３光スイッチ用ミラー
２１，３１，４１マイクロアクチュエータ（構造体）
１２１基板（基体）
１６１ａ〜１６１ｆ，１６１ａ’〜１６１ｆ’ マーク
１７１ａ〜１７１ｅ，１８１ａ〜１８１ｃ，１８１ａ’〜１８１ｃ’ マーク
２１２可変光減衰器用シャッタ
Ｐ１〜Ｐ３，Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２測定個所

Claims

基体と、薄膜で構成されるとともに少なくとも一部が前記基体から空間を隔てるように前記基体により支持された構造体とを備えるデバイスの検査方法であって、
前記基体上に設定された基準位置に対する、前記構造体上に設定された所定箇所の相対位置を測定する工程と、
前記相対位置から求められる前記構造体の形状が予め定めた許容範囲内であるか否かに基づいて、前記デバイスの良否を判定する工程と、
を有することを特徴とするデバイスの検査方法。
前記基体上に設定された基準位置が、金属膜または絶縁膜をパターニングして前記基体上に形成されたマークの位置であることを特徴とする請求項１に記載のデバイスの検査方法。
前記構造体上に設定された所定箇所が、金属膜または絶縁膜をパターニングして前記構造体上に形成されたマークの位置であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のデバイスの検査方法。
前記マークがその中心点に関して実質的に点対称の形状を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のデバイスの検査方法。
前記基体上に設定された基準位置と前記構造体上に設定された所定箇所とを、顕微鏡の同一視野内で観察することにより前記相対位置を測定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のデバイスの検査方法。
前記同一視野内で観察される前記基準位置と前記所定箇所との距離が１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載のデバイスの検査方法。
基体と、薄膜で構成されるとともに少なくとも一部が前記基体から空間を隔てるように前記基体により支持された構造体とを備えるデバイスの製造方法であって、
前記基体上に前記構造体を形成する工程と、
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の検査方法により前記デバイスの良否を判定する工程と、
を有することを特徴とするデバイスの製造方法。
前記構造体は、前記基体に対して固定端が固定された片持ち梁構造体を含むことを特徴とする請求項７に記載のデバイスの製造方法。
前記片持ち梁構造体がマイクロアクチュエータを構成することを特徴とする請求項８に記載のデバイスの製造方法。
前記片持ち梁構造体は、固定端と自由端との間に直列に接続された複数の梁構成部を有し、前記片持ち梁構造体が力を受けない状態で、前記複数の梁構成部のうちの一つの梁構成部と他の少なくとも一つの梁構成部とは、前記基体側及びその反対側に対する異なる湾曲・非湾曲状態を持つことを特徴とする請求項９に記載のデバイスの製造方法。
前記複数の梁構成部のうちの最も固定端側の梁構成部は、板ばね部であり、前記複数の梁構成部のうちの、前記最も固定端側の梁構成部以外の少なくとも一つの梁構成部は、少なくとも前記固定部側及びその反対側に対する撓みに対して実質的に剛性を有する剛性部であることを特徴とする請求項１０に記載のデバイスの製造方法。
前記構造体は光学素子部を含むか、あるいは、前記構造体に光学素子部が搭載されたことを特徴とする請求項７乃至請求項１１のいずれか一項に記載のデバイスの製造方法。
前記光学素子部が光スイッチ用ミラーであることを特徴とする請求項１２に記載のデバイスの製造方法。
前記光学素子部が可変光減衰器用シャッタであることを特徴とする請求項１２記載のデバイスの製造方法。