JP4307449B2 - 微小光デバイスの作製方法 - Google Patents
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Description
この例では光スイッチは図4に示したように単結晶シリコン基板11の上にシリコン酸化膜よりなる絶縁層12を介して単結晶シリコン層13が形成されてなるSOI(Silicon on Insulator)基板10を使用して形成されている。
単結晶シリコン基板11上には単結晶シリコン層13及び絶縁層12を除去することによって4本のファイバ溝21が十字状をなすように形成されており、これらファイバ溝21によって単結晶シリコン層13は4分割され、その4分割された領域のうちの一つが駆動体形成部22とされている。なお、図3は各ファイバ溝21に光ファイバ1〜4が挿入され、位置決め配置された状態を示している。
上記のような構成において、可動ロッド25、ミラー26、ヒンジ27a〜27d及び可動櫛歯電極31は可動部をなし、それらの下部に位置する絶縁層12は除去されて単結晶シリコン基板11に対し、浮いた状態となっている。一方、第1、第2固定櫛歯電極32,33及びアンカー部28は固定部であって、絶縁層12を介して単結晶シリコン基板11上に固定されている。
この光スイッチの初期状態(第1安定状態)においてはミラー26は図3に示したように中心部21cに挿入されており、この時、例えば光ファイバ1から出射された光はミラー26によって反射されて光ファイバ3に入射され、同様に光ファイバ2から出射された光はミラー26によって反射されて光ファイバ4に入射される。
図6Aに示したようにSOI基板10の単結晶シリコン層13上にマスク層41を形成する。マスク層41はシリコン酸化膜とされる。
単結晶シリコン層13によって形成する可動部及び固定部の形状を、つまり側壁面を規定するパターンをフォトリソグラフィによりマスク層41にパターニングして図6Bに示すようにマスク42を形成する。この際、ミラー26のミラー面26aが単結晶シリコン層13の(100)面となるようにパターニングする。
このエッチングによって形成された側壁面を含む単結晶シリコン層13の表面を洗浄した後、水酸化カリウム(KOH)溶液に浸し、単結晶シリコンに対する異方性ウェットエッチングにより単結晶シリコン層13の側壁面をわずかにエッチングする。
最後に、ミラー面26aとする面に高反射率を有する金属を例えばスパッタにより被覆形成することにより光スイッチが完成する。
この発明の目的はこの問題に鑑み、高精度の面位置が要求される側壁面の面位置精度を従来に比し、向上させることができる微小光デバイスの作製方法を提供することにある。
図1は光スイッチの構成を示したものであり、この例では図3,4に示した光スイッチと同様の構成を有する光スイッチを作製するものとする。なお、図3と対応する部分には同一符号を付してある。
図2は作製方法を工程順に示したものであり、この図2は各工程における図1のDD断面の中央部分を示している。以下、各工程(1)〜(6)について順に説明する。
(2)単結晶シリコン層13上にシリコン酸化膜よりなるマスク層41を形成する。
(3)単結晶シリコン層13によって形成する可動部(可動ロッド25、ミラー26、ヒンジ27a〜27d、可動櫛歯電極31)及び固定部(第1、第2固定櫛歯電極32,33、アンカー部28、ファイバ溝21を規定する部分)に対応する形状をなし、それら可動部及び固定部の側壁面を規定するパターンをフォトリソグラフィによりマスク層41にパターニングしてマスク42を形成する。この際、ミラー26のミラー面26aが単結晶シリコン層13の(100)面となるようにパターニングする。さらに、この例ではミラー面26aとなるミラー26の両側の側壁面とそれぞれ近接して平行対向する側壁面を有する一対の薄板状の犠牲構造物を単結晶シリコン層13によって形成すべく、それら犠牲構造物に対応する形状をなし、それら犠牲構造物の側壁面を規定するパターンを同時にパターニングしてマスク42′を形成する。なお、図1には一対の犠牲構造物43の形成位置を破線で示している。
(5)単結晶シリコン層13の表面(エッチング側壁面を含む)を洗浄後、水酸化カリウム(KOH)溶液に浸し、単結晶シリコン層13を異方性ウェットエッチングする。このウェットエッチングにより、ドライエッチングによって形成された側壁面のうちのミラー面26a等、(100)面に一致する面を平滑化すると同時に、犠牲構造物43をエッチング除去して消滅させる。
最後に、スパッタ等によりミラー面26aに高反射率を有する金属を被覆形成し、光スイッチが完成する。金属膜は例えばAu/Pt/Ti多層膜とされる。
ICPを用いたガス反応性ドライエッチング等による垂直深掘りに伴うサイドエッチングの進行は、一般にそのエッチング側壁面が面する空間(開放空間)の大きさに依存する。即ち、空間が大きく、対向する他方の側壁面までの間隔が大きいほど、サイドエッチングが進行し、側壁面の後退量が大きくなる。
この場合、犠牲構造物43と特定の側壁面との対向間隔は、例えば側壁面の対向間隔が微小で、特に高い面位置精度を必要とする構造物がある場合には、その対向間隔と一致させるのが好ましい。上述した光スイッチでは単結晶シリコン層13によって形成する可動部と固定部(ミラーとミラー以外の構造物)のうち、静電アクチュエータを構成する可動櫛歯電極31と第2固定櫛歯電極33の噛み合っている櫛歯部分がこのような高い面位置精度を特に必要とする構造物に相当し、よってこの例では犠牲構造物43の側壁面とミラー面26aとの対向間隔を、可動櫛歯電極31と第2固定櫛歯電極33の噛み合っている櫛歯の対向間隔と一致させている。
犠牲構造物43は工程(5)のウェットエッチングでエッチングされて消滅してしまうものであり、このためその幅(上面13aと平行方向の厚さ)は薄く選定される。数値例の一例を示せば、工程(4)のドライエッチング後の犠牲構造物43の幅W1(図2参照)は、
W1=0.5μm
とされる。これに対し、工程(3)における犠牲構造物43用のマスク42′の幅W0は、
W0=1.0μm
とされ、またマスク42′とミラー36用のマスク42との間隔(ギャップ)G0は、
G0=3.0μm
とされる。なお、可動櫛歯電極31と第2固定櫛歯電極33の噛み合っている部分の櫛歯用マスク幅、マスク間間隔(ギャップ)及び櫛歯幅、櫛歯間間隔(ギャップ)は下記値とされる。
・工程(4)ドライエッチング後 …櫛歯幅 4.5μm,櫛歯間間隔 3.5μm
・工程(5)ウェットエッチング後…櫛歯幅 3.5μm,櫛歯間間隔 4.5μm
上記のように、この例では間隔G0は、可動櫛歯電極31と第2固定櫛歯電極33の噛み合っている部分のマスク間間隔と等しくされている。
上述した例ではエッチングレートが遅い面として(100)面を利用し、ミラー26のミラー面26aを単結晶シリコン層13の(100)面としたが、単結晶シリコン層13の上面13aが(110)面のSOI基板10を用い、ミラー面26aを(111)面としても異方性ウェットエッチングにより平滑なミラー面26aとすることができる。なお、(100)面と(111)面とでは(100)面の方がより好ましい。
なお、上述した例ではミラー面に対して犠牲構造物を設けているが、これに限らず、犠牲構造物は面位置精度が要求される構造物の側壁面に平行対向されて設けられる。
Claims (2)
- 単結晶シリコン基板上にミラーとミラー以外の構造物とを備え、それらミラー及び構造物の側壁面はすべて単結晶シリコン基板の板面と垂直とされている微小光デバイスの作製方法であって、
単結晶シリコン基板上に絶縁層を介して単結晶シリコン層が形成されてなるSOI基板の単結晶シリコン層上にマスク層を形成し、
上記ミラーの側壁面のうち、ミラー面をなす面を上記単結晶シリコン層の(100)面もしくは(111)面に一致させて、上記ミラー及び構造物の側壁面及びそれら側壁面のうち、選択された側壁面と平行対向する側壁面を有する犠牲構造物の側壁面を規定するパターンをフォトリソグラフィにより上記マスク層にパターニングしてマスクを形成し、
そのマスクによりマスクされていない上記単結晶シリコン層を上記絶縁層が露出するまでガス反応性のドライエッチングによって除去し、
単結晶シリコンに対する異方性ウェットエッチングにより、上記ドライエッチングによって形成された側壁面のうちの(100)面もしくは(111)面に一致する面を平滑化すると同時に、上記犠牲構造物を消滅させ、
上記ミラー面とする面に高反射率を有する金属を被覆形成することを特徴とする微小光デバイスの作製方法。 - 請求項1記載の微小光デバイスの作製方法において、
上記選択された側壁面と上記犠牲構造物の側壁面との対向間隔を、上記ミラー及び構造物の平行対向する特定の側壁面間の対向間隔と一致させることを特徴とする微小光デバイスの作製方法。
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