TW569354B - Thin film structure member, manufacturing method thereof, and switching element using the thin film structure member - Google Patents

Description

569354 五、發明說明（1) 發明所屬之技術領域： 本發明係有關於可以抑制彎曲發生之薄膜構造元件與 其製造方法、以及使用該元件之開關元件，開關元件可以 將來自直流電之千兆赫以上之寬頻周波數之信號進行開關 切換，且特別有關於可以波長變換之半導體雷射、光學渡 波器、以及光開關等之微機電系統（MEMS )。 先前技術： 微細化技術中有利用薄膜製造步驟所製造之― (Micro Electro Mechanical System)開關。此MEMS 開 關’例如’係由固定構造體與可動構造體所構成，而可動 構造體具有支持元件與可動元件，可動元件則藉由彈性元 件與支持元件相連。 如此所構成之MEMS開關，藉由固定構造體與可動元件 間之吸引力或排斥力而使得可動元件產生動作，已經有提 案將其應用於進行開關動作之開關，以及由固定構造體與 可動構造體所構成而可動元件之表面能夠反射光線之光開 關等。例如，「USP6044 705、USP59 69465、USP596 0 1 32、 USP 6201629、USP6178284」等。並將以其中之 「USP6 20 1 62 9」為例說明習知技術。 第1 0a圖係顯示「USP62 0 1 62 9」所公告之MEMS開關之 平面圖，而第10b圖係為剖面圖。於第i〇a與1〇b圖中，於 基體1 0 1上設置有支柱1 〇 2。然後，透過樞軸彈簧丨〇 3將反 射鏡104設置於支柱1〇2之上。由於樞軸彈簧1〇3受外力而

2135-5225-PF(N);Ahddub.ptd 第5頁 569354 五、發明說明（2) 秦曲而使反射鏡傾斜，進而造成開關動作。 _習知之MEMS開關係如上所示而構成，如第12、I3圖所 不’將會於樞軸彈簧103與反射鏡104上發生彎曲之問題。 —旦發生如此之彎曲，樞軸彈簧丨〇 3之扭轉角度之控制將 +分困難’再者，反射鏡1 0 4所反射之光線將散亂而造成 致命的障礙。 上述彎曲發生之原因係使用如第丨3圖所示以〆個平面 所構成之樞軸彈簣丨〇 3，以及如第丨4圖所示以一個爭面所 構成之反射鏡1 〇 4。因為由一個平面所構成，所以容易因 施加外力而發生彎曲。 一 彎曲之發生，第一，發生於使用薄膜製造步驟之MEMS ，件形成之時，起因於薄膜之内部應力。特別是薄膜之内 部應力為壓縮應力之情形，因為形成於犧牲層上之可動 部，在此，為樞軸彈簧103與反射鏡1〇4，於犧牲層除去後 而產生伸展，如第11以及12圖所示容易產生形變: 第二，由於元件之溫度上升而熱膨脹，樞軸 與反射鏡1 04增長而產生彎曲。第三，特別在以電磁、 驅動可動部之情形將發生上述彎曲。由於電磁力較：A 強3位數，而會使得吸引力與排斥力皆增大。在活/雷、 力之強大特點之情形下，不僅樞軸彈簣會扭轉，、 力之吸引亦容易產生彎曲。 、電磁 發明内容： 本發明為解決以上之問題點而楛屮 杈出其目的在於抑制

2135-5225-PF(N);Ahddub.ptd 569354 五、發明說明（3) 樞軸彈簧與反射鏡等之可動部中彎曲之發生，而實現高信 賴性之開關動作。 本發明之一形態中之薄膜構造元件，係由具有一個以 上之平面以及與此平面成既定角度且相連之其他一個以上 之平面之薄膜所構成。 依照此薄膜構造元件，在一個面彎曲之方向上存在有 設定與此面相異角度之面。此外，上述面，可以為平面與 曲面。 上述薄膜構造元件中，例如，既定之角度可為9 0 ° 。 再者，薄膜構造元件具有扭曲彈性之機能。再者，薄膜構 造元件亦具有反射光線之反射面。 再者，於上述薄膜構造元件中，薄膜係由氣相沉積法 或液相沉積法中任一者所形成，再者，氣相沉積法可為濺 鍵法、真空蒸鑛法或化學氣相沉積法中任一項，而液相沉 積法可為電鍍法。 本發明之一形態中之薄膜構造元件之製造方法，包括 以下步驟：形成具有凹部之犧牲層於固定構造體上，且上 述凹部係由相對於主表面成既定角度且相連之其他一個以 上平面所構成；沿著凹部，形成薄膜於犧牲層表面；除去 薄膜下之犧牲層；以及形成由薄膜所構成之薄膜構造元件 於固定構造體上，且薄膜具有一個以上之平面以及與此平 面成既定角度且相連之其他一個以上之平面。 本發明之一形態中之開關元件係為包括固定構造體以 及配置於固定構造體上之可動構造體之開關元件；上述開

2135-5225-PF(N);Ahddub.ptd 第7頁 569354 五、發明說明（4) 關元件包括：支持元件，配置於可動構造體上；可動元 件，藉由彈性元件而連接至支持元件上；及驅動裝置，作 用既定之力於固定構造體上所形成之可動元件上；且彈性 元件，係由薄膜所構成之薄膜構造元件，其中，薄膜係由 一個以上之面以及與此面成既定角度且相連之其他一個以 上之面所構成。 依照此開關元件，支持可動部之彈性部在一個面彎曲 之方向上存在有設定與此面相異角度之面。 於上述開關元件中，既定角度係約為9 0 ° 。再者，驅 動裝置係為對可動部作用磁力之電磁鐵。 本發明之其他實施例中之開關元件係為包括固定構造 體以及配置於固定構造體上之可動構造體之開關元件；上 述開關元件包括：支持元件，配置於可動構造體上；可動 元件，藉由彈性元件而連接至支持元件上；及驅動裝置， 作用既定之力於固定構造體上所形成之可動元件上；且可 動元件係為薄膜構造元件，其中，薄膜構造元件具有反射 光線之平坦反射面以及與此反射面成既定角度且相連之一 個以上之面。 依照此開關元件，可動部在反射面彎曲之方向上存在 有設定與此反射面相異角度之面。 於上述開關元件中，既定角度係約為9 0 ° 。再者，驅 動裝置係為對可動部作用磁力之電磁鐵。 實施方式：

2135-5225-PF(N);Ahddub.ptd 第8頁 569354 五、發明說明（5) 以下，本發明之實施例將參照圖式進行説明。 <第一實施例> 第1 a圖係顯示本發明之第一實施例中開關元件之構成 範例之平面圖，第1 b圖係為剖面圖。此開關元件，於基板 la上，具下部磁性軛鐵（y〇ke ) h、2a，，薄膜線圈2C、 2c以及上部磁性軛鐵2b、2b，。如第la圖所示，上部磁性 軛鐵2b、2b，貫穿薄膜線圈2c、2c，之線圈中心。再者，上 部磁性輛鐵2b、2b，與下部磁性軛鐵以、2a，係磁性相連。 、由於薄膜線圈2c、2 c，中有電流流通，而將磁性軛鐵 磁化’例如，於上部磁性軛鐵2b、2b，之上部形成磁極N (S ) 、S (N )。由此等下部磁性軛鐵2a、2a，、薄膜線 ί Z2c，以及上部磁性軛鐵2b、2b，所構成之薄膜電磁鐵， 上’藉由保護㈣將其平坦化，而成為磁载 ，則露出於保護層lb之平坦面上，由此 4以及配置有電性接點R ,, 部3a，而可動部仏係透過彈性部3c、 ”^、5之可動 扑，，上，藉此構成可動構造體。在此口=支持部 不，彈性部3C、3c’係為由一個以上之 第2a圖所 :約成90°且相連之其他—個以上之’以及與此平 造元件。此外，連續相連之兩個平面斤，成之薄膜構 。。 畀度並不限於9 〇 由於使用如此構造之彈性部3c、3c’，如第u 圖所

2135-5225-PF(N);Ahddub.ptd 第9頁 五、發明說明（6) :如口生部之f曲。彈性部3C、3C’之構造非 亦可。 不構造，如第2b、2c、2d與2e圖所示構造 由支::3口Γ、：，〜Λ中央部之兩側，藉由彈性部3c、3c， 作為支點，朝支點兩1撐，而以彈性部3C、3C，之接點位置 性接ΐ5、5 伸。於可動部33之端部配 5' > ^ W μ * Β,;基體1上，相對可動部之電性接點5、 4二t而有電性接點4、4,。電性接點4、4,係透過 ' a 6而配置，然而絕緣層6、6,可依需要而設置。 古策ί於以可動部“為磁性體，可動部3a之端部以及，且 =膜電磁鐵之磁極之上部磁性耗鐵2b、2b，間有電磁力' 。可以使用軟磁性體作為可動部3&之磁性體。 r〇 、_C〇'Nl _Fe合金、Fe_Ta-N等之Fe系微結晶合金、 a-Zr等之C。系非晶質合金與軟鐵#皆為丨當之軟磁性 部薄膜電磁鐵之線圈2c、2c，上電流交互流通，上 ^磁性輥鐵2b、2b’交替產生磁力，而使得可動部 ^ 產生磁力之上部磁性軛鐵2b、2b，之一側。因此，=近 點4、4’與電性接點5、5，相接觸而進行開關動作。性接 可以使用容易形成殘留磁化之磁性體作 磁性體。C〇-Cr-Pt系合金、c〇 — Cr_Ta系合金、& = 之 金、Nd-Fe-B系合金、Fe_u_Ni —c〇系合金、Fe_Cr糸^合 金、Co-Fe-V系合金#Cu_Ni _Fe系合金皆為適當之L糸合 殘留磁化之磁性體。 勿^成 569354 五、發明說明（7) 藉由容易形成殘留磁化之# ^ 形，可動部3a於第la、lb圖之尤體而構成可動部3a之情 為N極，右側為8極。此時，壤=右方向磁化，例如，左側 部磁性軛鐵2b、2b，之表面同日電磁鐵之動作，左右之上 如，為N極之情形，如第1 a與丨=r N極^極。因此，例 鐵與可動部3 a之右側間有吸引"所不之右側之薄膜電磁 可動部3a之左側間有排斥力，σ ，而左側之薄膜電磁鐵與 右側之電性接點為通路，左側可動部3a倒向右側，而使得 在此狀態下，即使切斷對=^性接點為斷路。 動部3a之殘留磁化，因為右側j j膜線圈之電流，由於可 磁性軛鐵2b，之上部）與可動部3a4膜電磁鐵之磁極（上部 部3a仍會倒向右伯卜而使右側 相二二 態。 电庄接點保持在通路之狀 此目|\若士使左右之上部磁性輪鐵2b、2b’之表面同時 右側之薄膜電，與可動部&之右側間 2斥=而左側之薄膜電磁鐵與可動部3a之左 Γ力：ΓΓ:倒向左側’而使得左側之電性接點為通 路，左側之電性接點斷路。此外， ^ 於可動部3a。 上述磁性體亦部分適用 ’說明如圖所示之開關元件之 ί構：ί二第3a圖所示’準備由主成分為紹之陶竞材料 所構成之基板la。基板la亦可以為 ：枓 等之晶體所構成。 11 j无材枓或矽 接著’如第3b圖所示，形成下部磁性輛鐵2a、2a，於

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第11頁 、發明說明（8) 上。下部磁性軛鐵23與23，係為膜厚為5WmiNi_Fe 〇金且以電鍍法形成。 下部磁性軛鐵2a、2a，係以飽和磁化大且高透磁率之 微成，亦可使用C〇 一 Nl—Fe合金、FelN等之Fe系 者、了 :曰合金、Co-Ta_Zr等之Co系非晶質合金與軟鐵等。再 核形成之方法除電鐘法外，亦可使㈣錄法、基鑛 佳油。下部磁性軛鐵2a、2a，之膜厚係為〇·卜5〇〇/zm，“較又 佳地，係為卜20 0 /ζιη。 ㈣季又 ，著，如第3c圖所示，於下部磁性軛鐵“ 形成薄膜線圈2c、2c，。以下，將蟀細π日日$时a上各 2C，之采忐音止电出 將砰細况明薄膜線圈2c、 芝形成。首先，為使下部磁性軛 形成:=之^ 以形成絕緣層2e、2e，。 在呂或S工〇2之錢鍍膜亦可 3，形成薄膜線圈2c、2c，於絕緣層2e 士，上。先 地kr 形狀之溝之圖案之微影，再以電鍍法選擇2 i成，於遮罩之溝的部分，而形成既定之線圈ΐΐ擇； 1 :二了將薄膜線圈2c、2c，絕緣並保護之 2『 。例如，以習知之微影技術形 25°，以上之溫度加熱硬化而形成絕緣層2f、2Γ此 外’：…呂或si〇2之濺鍍膜亦可以形成絕緣層2f、2f，。 上邱Ϊί: t〇!3d圖所示’形成上部磁性軛鐵2b、2b’。 上口P磁性幸厄鐵2 b、2 h ’环lv 丄^ ^了 U猎由電鍍法由膜厚為2〇//m之抗

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鍍法、蒸ΐ ί ί薄：ί ^除電鑛法外’亦可以使用濺 °.1，。，，較佳地係 lb，ίί第3如ίΓ:圖所示’藉由濺鍍法將全區覆蓋紹膜 層1b，因而使得成為磁極之上千坦化而成為保護 平坦之表面上。 之上。卩磁性椀鐵2b、2b’露出於 藉由以上之步驟，宕忐 2a，、上部磁性概鐵2b 2b成部磁性概鐵2a、 二個薄膜電磁鐵之基則。由'/膜曰線圈2c、2c’所構成之 軛鐵2b、2b，露出於表 於使彳于成為磁極之上部磁性 基體1成為容易在童棋且將表面平坦化，因而使得 ,.π 構桌構造物之狀態。 上製作任意排列之複鐵；製作’可以於基板la 機械加工所無法製作 =鐵，而且，可以製作習知之 接著，說明於磁鐵。 點與可動構造體之步驟。首圯成之基體1上製作電性接 面絕緣而形成絕緣層6、°fi，於如第k圖所示，為使磁極 膜線圈2c、2c，上。絕笋；上部磁性軛鐵2b、2b，以及薄 刻技術加工由濺鍍法所*曰、6’係以習知之微影技術與蝕 形成之Is膜而形成。例如，可以離

569354 五、發明說明（ίο) 子束（ion beam )#刻作為蝕刻之技術。此外，絕緣層 6、6 ’並非絕對必要，可視需要而製作之。 ㈧4曰 接著，如第3h圖所示，形成電性接點4、4, 性輕鐵2b、2b，以及薄膜線圈2c、2c，上。電性接點4 %, 係加工白金之濺鍍膜使之成為既定之形狀而形成‘，。於此加 ΐ:餘吏用！，之微影技術所製作之光阻遮罩而以離 j外，亦可以使用包含有錄、纪、金與釘中至 形成？:之:::具部之犧牲層ι〇於 支持之形成部，☆此狀態二成 璉擇性地沉積出厚度為50_之乂電鍍法’ 以於0.05〜50 0以爪間調整。 椹从ΐ牲層 厚度可 成。 i此外，犧牲層W亦可以光阻構 接著’如第3 j圖所示，藉 10之開口部上而形成支㈣3b :成長AU膜於犧牲層 由支持部3 b上之一邱彳八泛接者’如第4a圖所示，萨 層…之後，於包;；ΚΙ露之銅之電鑛膜而形成平坦Ϊ 堆積彈性材料而形成；$ 平坦化層"上’藉由濺鍍法 影技術與蝕刻技術加工此】：第所示，以習知之微 先形成光阻遮罩後，一 ^ 、形成彈性部3 c。此外， 以剝落法（lift_Qf =彈性材料之濺鍍薄膜成長，亦τ 而且，上述薄膜i製作彈性部之形狀。 、之形成不限於濺鍍法，亦可以使用真 2135-5225-PF(N);Ahddub.ptd 第14頁 569354 五、發明說明（11) 空蒸鍵法等之氣相沉積法。然而，並非表示亦可以 鍍法等之液相沉積法來形成上述薄膜。 灸 使用CoTaZrCr之非晶質合金作為彈性材料。 以使用主成分為Ta、W等之非晶質金屬、Ni—了丨人= ^己憶金屬作為彈性材料。再者，各種組成之： 鈹 呂合金等亦適用。使用非晶質合金之優點在於沒有晶 二邊界的存在’不會有由於晶粒所產生之金屬 生，而可以實現高信賴性且長壽命之彈性部。 =記屬之優點在於能夠於反覆之形變中保持初：之 。因此，依照本實施例，由於不同之目的可以分別使 用之。 若形成彈性部3c ’如第4c圖所示，於 二之平隹坦化層11上形成電性接點5、5,。預先形成光阻 πί伟鍍薄膜成長’而以剝落法製作電性接點之 形狀。使用白金濺鍍膜作為電性接點5、5，。此 以Ί包含有白金、姥、纪、金與釕中至少一項之金屬。 W 第4d圖所示’形成平坦化層u，，而將彈性 及電性接點5 '5,之段差平坦化。形成光阻遮罩於 HI「及電性接點5、5’上’藉由高指向性之離子束 化丄令^膜後’除去光阻遮罩再以剝落法而形成平坦 化層1 1 。再者，平坦化岸夕甘A〜丄、 佈光阻膜後，除去彈性部;C以：二气方法’亦可以於塗 光阻膜。總之，平… 妾點5、5’之部分之 化層u-同被除去 取終將與犧牲層10以及平坦

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可動t极如第^圖所示’形成可動部3a。以錢鍍法形成 1广材：之膜後，以習知之微影技術形成圖案而形成可 :1二 預先形成光罩遮罩於平坦化層η，上後， ‘二：動部材料之膜’ #可以剝落法形成可動部之形狀。 1動„ a之厚度係為1 。且可動部3a之厚度可以於 •卜100 /zm内調整。較佳地係為〇· 5〜1() 。 =於可動部仏之材料具有磁性體。用於可動部仏之磁 p體可以/吏用軟磁性體。Ni - Fe合金、C0_Ni—Fe合金、 2 等之“系微結晶合金、C〇 —Ta — Zr等之Co系非晶質 口金與軟鐵等皆為適當之軟磁性體。 、 *夕、，可以使用容易形成殘留磁化之磁性體作為可動 ° a之磁性體。Co-Cr-Pt系合金、Co-Cr-Ta系合金、 /一C〇系合金、Nd — Fe~B系合金、Fe-A卜Ni-Co系合金、 々jr ^系σ金、co 一 Fe-V系合金與Cu-Ni-Fe系合金皆為 =田之易形成殘留磁化之磁性體。由容易形成殘留磁化之 、’生體所構成之可動部3a，使其於第切圖之左右方向磁 匕例如，左側為N極，右側為§極。 最後’除去犧牲層1 〇以及平坦化層丨丨、丨丨，，如第4 f 圖所不，透過彈性部3c可以形成可動部3a於支持部3b上。 犧牲層1 〇以及平坦化層1 1、11，為Cu之情形，可以藉由化 學敍刻將其除去。此外，犧牲層10以及平坦化層11、Π, 為光阻之凊形，可以藉由氧氣灰化法除去。由以上之步 驟，可以形成如第1 a與1 b圖所示之開關元件。 <第二實施例>

569354 五、發明說明（13) 眘/妾ί，：，本發明之其他之實施例。第5a圖係顯示本 剖面圖。此開關元件，首先，於其 圖係為 曰70 於基體11a上，配置下部磁 性軛鐵12a，再配置薄膜線圈12c以及上部磁性軛鐵i2b。 線之線圈中心部，上部崎鐵m與薄膜線 邱 上部磁性輛鐵12b貫穿薄膜線圈12。之線 圈中心部。 上部磁性軛鐵12b與下部磁性軛鐵12a係為磁性相連。 因電流流過薄膜線圈1 2C而將磁性細奶絲彳 r ς x Q ,丄Α 了峨r生槪鐵磁化，形成磁極Ν )、()。由於下部磁性軛鐵i2a於内面可以十分 大’而能夠減低去磁，#使微量之線圈電流亦可 磁性輛鐵磁化。下部磁性輛鐵1 2 a _|L | 工' 干项iza敢大可以擴大？其辦η 之端部。再者’接續部12d係由與桃土 磁性體所形成。 丨王挑鐵IZb相同之 上部磁性軛鐵1 2b係由膜厚i 0〇以m之 成，而可以藉由電鍍法形成。上 e σ金所構 磁化大且高透磁率之材料所係以飽和 金、UN等之Fe系微結/合成金可用C〇-Nl-Fe系合 晶質合金與軟鐵等。此等材料之薄腺〇 = 等之Co系非 外，亦可以使用濺鍍法、蒸鍍法、/成方法除電鍍法 膜厚係為〇.卜2〇〇 ，較佳地，1上部磁性辆鐵12b之 u 係為1〜1 η η " m 下部磁性軛鐵12a係由軟磁性 uu”。 說，以飽和磁化大且高透磁率之H抖所構成。具體來 C〇-Ni-Fe合金、Fe-Ta-N等之Fe备:所構成較佳，可使用 导之“糸微結晶合金、C0_Ta_Zr

2135-5225-PF(N)；Ahddub.ptd 第17頁 569354 五、發明說明（14) 等之Co系非晶質合金愈數猶装 点古土从 4再者’此等材料之薄膜形 成方法除電鍍法外，亦可使用濺鍍法、 ，鐵12a之膜厚係机卜__較佳地錄^卜下^ 由此等下部磁性軛鐵12a、上部磁性軛鐵m、薄膜線 ^ 2c以及接續部1 2d所構成之薄膜電磁鐵係藉由基體1 m層ub將其平坦化，使得成為磁極之上部磁性軛 鐵12b路出於平坦面上。於保護層Ub上’配置有電性 14，此外，與接續部12d相連而形成之支持部i3d上，藉由 透過絕緣膜13b而固定之彈性部13c將可動部Ua固定。3 ί點了動部13&上，相對於電性接點14之位置設置電性 彈性部1 3c，如第2a圖所示，係為由一個以上之 以及與此平面成既定角度且相連之其他—個以上之十面 構成之薄膜構造。此既定之角度係約為9〇。。如此之 :之如構上巧：所：，可以抑制彈性部之^。彈性部 13c之構造，非僅如第2a圖所示之構造，如第2b、2c丨 與2e圖所示構造亦可。但是，可動部13a與基體n之間 可為無接續部丨3d之狀態。接續部丨3d係與上部磁性 12b相同之磁性體所形成。 嘆 由於以可動部丨3a作為磁性體，可動部丨3a之端部盥 :磁性輛鐵12b上面之間有電磁力作用。可以使用軟磁性 體作為可動部13a之磁性體。Ni_Fe合金、c〇_Ni_Fe入々

Fe-Ta-N等之Fe系微結晶合金、c〇_Ta_Zr等之c〇系非°曰曰^、

2135-5225-PF(N)；Ahddub.ptd 第18頁 569354 五、發明說明（15) " ---— 。金與軟鐵等皆為適當之軟磁性體。由於薄膜線圈丨2c上 f電通’上部磁性輛鐵丨2 b上產生磁力，而使得可動 部1 3a靠近上部磁性軛鐵丨2b之側。因此，電性接點丨4與電 性接點1 5相接觸而進行開關動作。 此外 了以使用容易形成殘留磁化之磁性體作為可動 部13a之磁性體。Co —Cr —以系合金、c〇 一以一“系合金、 m-Co系合金、Nd-Fe-Β系合金、Fe-A1 -Ni-Co系合金、 e-Cr-Co系合金、Co〜Fe — v系合金與Cu — Ni_Fe系合金皆 適當之易形成殘留磁化之磁性體。 … 接著顯不藉由容易形成殘留磁化之磁性體而構成之可 ，部13a之動作。可動部13a於第5a圖之左右方向磁化，例 左側為N極’右側為s極。此狀態了，使上部磁性軛鐵 、之表面為N極或S極。因此，例如，為N極之情形，上 軛鐵12b與可動部13a之右端間有吸引力作動，使得可 、部1 3 a之右端倒向上部磁性軛鐵丨2 b之側，而使電性接點 在此狀悲下，即使切斷線圈之電流，由於可動部丨3 a 之殘留磁化，因為上部磁性軛鐵丨2b之磁極與可動部丨3 &間 之吸引力之作動，可動部1 3 a仍會傾倒，而使電性接點 持在通路之狀態。此狀態下，若使上部磁性軛鐵b之表 面為S極，π如今上部磁性軛鐵12b與可動部13a間為排斥力 作動，使得可動部丨3a恢復原狀，而使電性接點為斷路。 此外’上述磁性體亦部分適用於可動部丨3 a。 〈第二實施例>

2135-5225-PF(N)；Ahddub.ptd 第19頁 569354 五、發明說明（16) 眚广^ Ϊ ^明本發明之其他之實施例。第6a圖係顯示本 貫細*例中之開關元养夕接士、玄々 M S HI。+ Μ 構成例+面圖，而第6b圖係為 二關兀件，首先，於基板1a上，配置下部磁性 Π '，再配置薄膜線圈2c、2c’以及上部磁性軛鐵 外，於薄膜線圈2c、2c，之線圈中心部，上部 磁性耗鐵2b、2b，與薄膜線圈&、2c，交又。中p上p 柯相^部1性輕鐵託、2b，與不部磁性輛鐵2a、仏，係為磁 趨磁彳卜，# Ϊ電流流過薄膜線圈2C、2C，而將此等磁性輛 τ邱& ht /磁極N與5。由此等上部磁性軛鐵2b與21),、 糟由基板1 a上之保4層1 b將其平坦化，使得 成為磁極之上部磁性軛鐵2b、2b，露出於平坦面上。 一再者，第6圖之開關元件，於保護層lb上，具有反射 ^線之反射面，作為反射光線之反射鏡之可動部3a，藉由 彈性部3C三3 c，而固定於支持部3b、3b，上。可動部3a，自 了，側藉由彈性部3 c、3 c ’由支持部3 b、3 b，所支撐，而 ^彈（·生。卩3c、3c之接點位置作為支點，朝支點兩側延 彈性部3C、3c，，如第2a圖所示，係為由一個以上之 ^面以及與此平面成既定角度且相連之其他一個以上之平 此1斤ϊ ί之薄膜構造。此外，此既定角度係約為90。。如 彈性部3e :3如圖’可以抑制彈性部之彎曲。 笛外〇 之構造，非僅限於如第2a圖所示之構造， 第2b、2c、2d與2e圖所示構造亦可。

2135-5225-PF(N);Ahddub.ptd 第20頁 569354 五、發明說明（17) 此外，可動部3a之表面為反射光線覆蓋有適當之材 料。具體來說，玎動部3a之全部表面或至少有光之區域覆 蓋有金或銀之薄膜。金或銀之薄膜係由濺鍍法或蒸鍍法所 覆蓋。在此，可動部3a，如第7a、？b、7c與7d圖所示，係 為由—個以上之平面以及與此平面成既定角度且相連之其 他一個以上之平面所構成之薄膜構造元件。此外，此既定 角度係約為9 〇。。如此之構成’如第1 2圖所示，可以抑制 反射鏡部之彎曲。 、， 此外，可動部3 a，如第7 e所示，亦可為由一個以上之 平面以及與此平面成既定角度且相連之其他一個以上之平 面所構成之薄膜構造元件。如此之構成，如第1 2圖所示， 制反射鏡部之η。在此，彈性部若亦相同為：二 上之平面以及與此平面成既定角度且相連之其他一 之平面所構成之薄膜構造元件，將可以抑制上述彎 卜 第8圖"略Λ第8圖說明可動部3a m造方法。此外， 牲層2!於未‘二之二分。首先’如第8a圖所示，形成犧 具有 犧牲層3:案22，選擇性地敍刻犧牲層21，而形成凹部於 示去遮罩圖案22後，如第8d 形成將成為可動邱+ : 乐α所γ /σ者上述凹部， RI辦- 勒邵之薄膜23於犧牲層21上，之後，如筮s 圖所不，形汰说取 夂如第8 e 、、、圖案24於薄膜23上。接著，使用遮罩圖

569354 五、發明說明（18) ^ ^作，遮罩’選擇性地蝕刻薄膜2 3，如第8 f圖所示，形 如^0動部仏。之後，由於除去遮罩圖案24以及犧牲層21， 第8g圖所示，而得到可動部3a。 之氣m:!膜23之形成可以使用濺鍍法與真空蒸鍍法等 形成上i薄膜：再者’亦可以使用電鑛法等之液相沉積法 體，=於動，3a之動作。由於以可動部3a為磁性 磁極之上部磁性輕鐵213、外，μ具有4膜電磁鐵2、2之 可動部3a可以由軟磁性面之間構成電磁力作動。 合金、Fe_Ta-NΛ Λ： N卜“合金HFe 非晶質合金與軟鐵等皆糸合金、C〇_Ta —ΖΓ等之C〇系 士仏域时仏 為適當之軟磁性體0 鐵2b、2b，’交替產圈生&磁力^’上電流交互流通，上部磁性軛 之上部磁性輕鐵產之生：。力此時而使得可Λ部3a靠近產生磁力 之電流量’而可以控制可 糟由凋即薄膜線圈2c、2。， 第6圖之開關元件可χ _ 。 a之傾斜角度。因此，依照 此外，可動部二V以= 所構成。CO-C卜Pt系il \由奋易形成殘留磁化之磁性體 金、Nd-Fe-B系合金、口F A =Cr-Ta系合金、Sm-Co系合 金、Co-Fe-V系合金系合金、Fe-Cr-C〇系合 殘留磁化之磁性體。 e系合金皆為適當之易形成 藉由容易形成殘Q# 形’可以產生以下所干之磁性體而構成可動部仏之情 所不之動作。首先，於第6圖之左右方

2135-5225-PF(N);Ahddub.ptd 第22頁 569354 五、發明說明（19) 向磁化，例如，左側為!^極，右 右之上部磁性軛鐵2b、2b,之為極。此狀態下，使左 此，例如，為N極之情形，右^同時制極或Μ。因 部3a間為吸引力，而左側1之上部磁性扼鐵2b’與可動 排斥力’使得可動部3a倒向右輛，b與:動部間為 膜線圈2c、2c，之電流量，而 * J1大恶下，藉由調節薄 度。亦即，可以實現類比控制可動部3a之傾斜角 此外，在可動部3a倒向，關。 2b’相接觸之情形下，即使切 於、&。卩與上部磁性輛鐵 流，由於可動部3&之殘留⑹彳f，，之電 鐵2b，之磁極與可動部；^間有吸引力作于B之上a部磁性軛 倒向右側。接著，若& # # t ϋ動邛3 a仍會 力，使得可動部3a倒向左側。 為吸引 * #1 2態下’於第6圖之左右方向磁化，令左側為N極， 右側為S極，使得左右之薄膜電磁鐵交互動作， 體3a間常為排斥力之故，實現了能夠得到安定且扭可動 制。使用磁極間之吸引力之情形下，若磁極間 隔有成分狹小，則兩磁極間之吸引力將急劇辦 控制可動部之角度。對此，若使用磁極 9 一 夠解決此問題。 間之排斥力，便能 下，可動部3a由彈性部3c、3c’所支持著而保持水平了此 例如，在切斷對於薄膜線圈2c、2C，$ Φ a _ ^ <冤流之妝能

569354 五、發明說明（20) ---- 狀態下，為使左側之上部磁性輛鐵2b之上面成為N極，電 流流過薄膜線圈2c。因此，在上部磁性軛鐵2b與可動部仏 之左知產生排斥力，可動部3 a向右側傾斜，直至右端接觸 到右側之上部磁性軛鐵2b’上面。 此時，可動部3a之右端正為S極，若可動部仏右端與 右側之上部磁性軛鐵2b，之上面接近，則兩者之吸引力將 增大。在此’為了消除兩者之吸引力’調整薄膜線圈2c’ 之電流使得右側之上部磁性輛鐵2b，上面無磁極產生。因 此’直至可動部3a之右端接觸到右側之上部磁性軛鐵2b， 上面，可以有類比控制。 反之，為使右側之上部磁性軛鐵2b，之上面成為N極， 電流流過薄膜線圈2 c ’在上部磁性軛鐵2 b，與可動部3 a之 右端產生排斥力’可動部3a向左側傾斜，直至左端接觸到 上部磁性輛鐵2b上面。此時，可動部仏之左端為N極，若 可動部3a左端與上部磁性輛鐵2b之上面接近，則兩者之吸 引力將增大。在此’為了消除兩者之吸引力，調整薄膜線 圈2c之電流使得左側之上部磁性軛鐵2b上面無磁極產生\ 因此’直至可動部3a之左端接觸到上部磁性軛鐵2b上面， 可以有類比控制。 由以上之說明，本實施例中之開關元件實現了能夠得 到安定且大振動角度之類比控制之光開關。此外，上述磁 性體亦適用於可動部3 a之部分。 <第四實施例> 以下，說明本發明之其他之實施例。第9 a圖係顯示本

569354 五、發明說明（21) :丨：:1:: ;1關疋件之構成範例之平面圖，而第9b圖係為 / *，，二關兀件，於基板1 a上，配置下部磁性輊鐵

。於薄膜線圈2c、2c，之線圈中心部，上P部磁J =:線圈2c、2c，交叉。換言之，上部磁： 軛鐵2b 2b貝穿薄膜線圈2c、2c，之線圈中心部。 14 t °卩^性軛鐵孔、2b,與下部磁性軛鐵2a、2a，係為磁 =，开流流過薄膜線圈2C、2C，而將此等磁性輪 rn與s。此外，此等下部磁性輕鐵2a與 2a、上部磁性幸厄雜⑽，以及薄膜線圈&、2c,係藉由 ，la上之保護層lb將其平坦化，使得成為磁極之上部磁 性軛鐵2b、2b’露出於保護層lb表面之平坦面上。 ^卜，第9&與913圖之開關元件，於保護層^上，具有 ，由弹性部3c、3c，而固定於支持部扑、3b，上之可動構造 部3a。可气部3a，於其中央部之兩側，藉由彈性部3c、 二罟/Λ部、，所支擇’而以彈性部3c、3c’之接點 位置作為支點’朝支點兩側延伸。再者，可動部仏，如第 2a圖所示，彈性部3c、3c，係為由一個以上之平面以及盥 既ί角度且相連之其他一個以上之平面所構成之 ，構U兀件。此外，此既定角度係約為9〇。。如此之構 成’如上述第11圖，可以抑制彈性部之彎曲。彈性部3c、 3c之構造，非僅限於如第以圖所示之構造，第2b、2c、 2d與2e圖所示構造亦可。 此外，本實施例之開關元件，於可動部3a上’為反射

569354 五、發明說明（22) "—- 光線配置有鏡面構造體9。鏡面構造體9係以濺鍍法等形成 成為鏡面構造體之金屬膜或絕緣膜於預先形成之犧牲層上 而形成圖案。此外，鏡面構造體9，如第7a、π、7C與I 圖所不，係為由一個以上之平面以及與此平面成既定角声 且相連之其他一個以上之平面所構成之薄膜構造元件。^ 此，此既定角度係約為90。。如此之構成，如第12圖所 示，可以抑制鏡面部之彎曲。 以下，說明可動部3a之動作。由於以可動部仏為磁 體，可以於可動部之端部以及，具有薄膜電磁鐵2、2，之 磁極之上部磁性軛鐵2b、2b，上面之間作動電磁力。此 外，可動部3 a可以由軟磁性體所構成。N丨—Fe合金、 C^_Ni-F^e合金、Fe-Ta — N等之Fe系微結晶合金、 等之Co系非晶質合金與軟鐵等皆為適當之軟磁性體。

由於薄膜線圈2c、2 c，上電流交互流通，上部磁性輛 鐵2b、2b’交替產生磁力，而使得可動部3&靠近產生磁力 之上部磁性輕鐵21)、2b，之側。此時，藉由調節薄膜線圈 2c、2c’之電流量，而可以控制可動部3a之傾斜角度。因 此’實現了類比控制可能之光開關。 X 此外，可動部3a亦可以由容易形成殘留磁化之磁性體 所構成。Co-Cr-Pt系合金、Co-Cr-Ta系合金、Sm-C〇系人 金、Nd - Fe-B系合金、Fe - Al-Ni-C0系合金、Fe — Cr〜c〇系口合 金、Co-Fe-V系合金與^…一以系合金皆為適當之易形成口 殘留磁化之磁性體。說明如此所構成之開關元件之動^ 首先，藉由容易形成殘留磁化之磁性體而構成可動部“，

569354 五、發明說明（23) 於第9a、9b圖之左右方向磁化，例如，左側為n極，右側 為s極。另一面，使左右之上部磁性軛鐵2b、2b，之表面同 時為N極或s極作動。 如上，例如，為N極之情形，右側之上部磁性軛鐵2 b， 與可動部3a間為吸引力，而左側之上部磁性軛鐵2b與可動 4間為排斥力，使得可動部3 a倒向右側。此狀態下，藉由 調郎薄膜線圈2 c、2 c ’之電流量’而可以控制可動部3 a之 傾斜角度。亦即，可以實現類比控制可能之光開關。 此外，在可動部3 a倒向右側而與上部磁性轆鐵2 b，相 接觸之情形下，即使切斷對於薄膜線圈2 c、2 c，之電流， 由於可動部3 a之殘留磁化，而使得右側之上部磁性扼鐵 2b之磁極與可動部3a間有吸引力作動，因而使可動部3& 仍曰倒向右側。之後，若使左右之上部磁性輛鐵2匕、2 b， 之表面同時為S極，現在右側之上部磁性輥鐵2匕，與可動部 3a間為排斥力，而左側之上部磁性軛鐵％與可動部“間為 吸引力’使得可動部3a倒向左側。 由以上之說明，可動部3a於第9a與9b圖之左右方向磁 化，令左側為N極，右側為s極，使得左右之薄膜電磁鐵交 互，作，由於可動體3a間之力常為排斥力之故，實現了能 1知到安定且大振動角度之類比控制。在使用磁極間之吸 引力之情形下，若磁極間隔有幾分狹小，則兩磁極間之吸 引力將急劇增大，而無法控制可動部之角度。對此，若使 用磁極間之排斥力，便能夠解決此問題。 例如，在切斷對於薄膜線圈2c、2c，之電流之狀態

第27頁 569354 五、發明說明（24) 下丄可動部3a由彈性部3c、3c，所支持著而保持水平。此 狀態下，為使左側之上部磁性輛鐵2 b之上面 流流過薄膜線圈2c。因此，在上部磁性概鐵極動部3a 之左，產生排斥力，可動部仏向右側傾斜，直^可動部之 右端接觸到右側之上部磁性軛鐵2b，上面。 邱I=3a之右端正為s極’若可動部3a右端與 右側之上部磁性輛鐵之上面接近，則兩者之吸引力將增· ’為了消除兩者之吸引力’調整薄膜線圈2。，曰之 電&使侍右側之上部磁性軛鐵21)，上面無磁極產生。因 此，直至可動部3a之右端接觸到右側之上部磁性軛鐵2b， 上面，可以有類比控制。 、與以上相反，為使右側之上部磁性軛鐵2b,之上面成 為N極，電流流過薄膜線圈2c，，在上 動部3a之右端產生排斥力，可動㈣向左側傾：，直至叮左 端接觸到上部磁性麵鐵213上面。此狀態下，可動柳之左 端正為N極，#可動部3a左端與左側磁性軛鐵之上面接 f ’則兩者之吸引力將增大。在此，& 了消除兩者之吸引 $也调整薄膜線圈2c之電流使得左側之上部磁性軛鐵2b上 =磁極產生，因此，直至可動部仏之左端接觸到上部磁 性軛鐵2b上面，可以有類比控制。 到安2tί Γ ’本貫施例中之開關元件實現了能夠得 ^ 、角度之類比控制之光開關。此外，上述磁 性體亦適用於可動部3a之部分。 & 由以上之說明，木於明％ & , + +心月抑制了樞軸彈簧與反射鏡等之

569354 五、發明說明（25) 可動部中之彎曲之發生，而得到可以實現高信賴性之開關 動作之優越效果。 以上，本發明係有關於薄膜構造元件與其製造方法、 以及使用該元件之開關元件，可以將來自直流電之千兆赫 以上之寬頻周波數之信號進行開關切換，且特別有關於可 以波長變換之半導體雷射、光學濾波器、以及光開關等之 微機電系統（ME MS )。

2135-5225-PF(N);Ahddub.ptd 第29頁 569354 囷式簡單說明 第1 a圖係顯示本發明之實施例中開關元件之構成範例 之平面圖； 第1b圖係顯示本發明之實施例中開關元件之構成範例 之剖面圖； 第2a〜2e圖係概略顯示彈性部3c、3c’之構成範例之立 體圖； 第3 a〜3 j圖係顯示第1圖中之開關元件之製造過程之步 驟圖； 第4a〜4f圖係接續第3 j圖顯示第1圖中之開關元件之製 造過程之步驟圖； 第5a圖係顯示本發明之其他實施例中之開關元件之構 成範例之平面圖； 第5b圖係顯示本發明之其他實施例中之開關元件之構 成範例之剖面圖； 第6a圖係顯示本發明之其他實施例中之開關元件之構 成範例之平面圖； 第6b圖係顯示本發明之其他實施例中之開關元件之構 成範例之剖面圖； 第7 a 7 e圖係概略顯示可動部3 a之構成範例之立體 圖； # 第8a〜8g圖係顯示可動部“之製造過程之步驟圖； ' 第9a圖係顯示 他實施例中之開賻元件之構 成範例之平面圖； 第9b圖係顯示本發明之其他實施例中之開關元件之構

2135*5225-PF(N);Ahddub.ptd '— --—---- 第30頁 569354 圖式簡單說明 成範例之剖面圖； 第1 0 a圖係顯示習知之開關元件之構成範例之平面 圖； 第1 Ob圖係顯示習知之開關元件之構成範例之剖面 圖； 第1 1圖係顯示為說明習知之開關元件之問題點之剖面 圖； 第1 2圖係顯示為說明習知之開關元件之問題點之剖面 圖； 第1 3圖係顯示習知之開關元件之樞軸彈簧之構成之立 體圖；以及 第1 4圖係顯示習知之開關元件之反射鏡之構成之立體 圖。 符號說明： 1 a〜基板； 2 a〜下部磁性軛鐵； 2 b〜上部磁性軛鐵； 2 c〜薄膜線圈； 2 f〜絕緣層； 2 e〜絕緣層； 3 a〜可動部； 3b’〜彈性部； 3 c ’〜彈性部； 1〜基體； 1 b〜保護層； 2a’〜下部磁性軛鐵 2b’〜上部磁性軛鐵 2c’〜薄膜線圈； 2 f ’〜絕緣層； 2 e ’〜絕緣層； 3b〜彈性部； 3 c〜彈性部；

2135-5225-PF(N);Ahddub.ptd 第31頁 569354 圖式簡單說明 4〜電性接點； 4 ’〜電性接點； 5〜電性接點； 5 ’〜電性接點； 6〜絕緣層； 6 ’〜絕緣層； 10〜基體； 1 1〜平坦化層； 1 1 ’〜平坦化層； 1 2 a〜下部磁性輛鐵 1 2 b〜上部磁性扼鐵； 1 2 c〜薄膜線圈； 1 2 d〜接續部； 1 3 a〜可動部； 1 3 b〜絕緣膜； 1 3c〜彈性部； 13d〜支持部； 1 4〜電性接點； 1 5〜電性接點； 2 1〜犧牲層； 22〜遮罩圖案； 2 3〜薄膜； 24〜遮罩圖案； 1 01〜基體； 1 0 2〜支柱； 1 0 3〜枢轴彈鲁； 1 0 4〜反射鏡。

2135-5225-PF(N);Ahddub.ptd 第32頁

Claims (1)

1. 569354 六、申請專利範圍 1. 一種薄膜構造元件，其特徵在於：由具有一個以上 之面以及與此面成既定角度且相連之其他一個以上之面之 薄膜所構成。 2. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜構造元件，其 中，上述一個以上之面與上述其他之一個以上之面係由上 述薄膜一體形成。 3. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜構造元件，其 中，上述既定角度大體上為90° 。 4. 如申請專利範圍第2項所述之薄膜構造元件，其 中，上述既定角度大體上為90° 。 5. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜構造元件，其 中，上述薄膜構造元件具有扭曲彈性。 6. 如申請專利範圍第2項所述之薄膜構造元件，其 中，上述薄膜構造元件具有扭曲彈性。 7. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜構造元件，其 中，上述薄膜構造元件具有反射光線之反射面。 8. 如申請專利範圍第2項所述之薄膜構造元件，其 中，上述薄膜構造元件具有反射光線之反射面。 9. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜構造元件，其 中，上述薄膜係由氣相沉積法或液相沉積法中任一者所形 成。 1 0 .如申請專利範圍第2項所述之薄膜構造元件，其 中，上述薄膜係由氣相沉積法或液相沉積法中任一者所形 成0

   2135-5225-PF(N);Ahddub.ptd 第33頁 569354 六、申請專利範圍 1 1 .如申請專利範圍第9項所述之薄膜構造元件，其 中，上述氣相沉積法係為濺鍍法、真空蒸鍍法或化學氣相 沉積法中任一項。 1 2.如申請專利範圍第9項所述之薄膜構造元件，其 中，上述液相沉積法係為電鍍法。 1 3. —種薄膜構造元件之製造方法，包括以下步驟： 形成具有凹部之犧牲層於固定構造體上，且上述凹部 係由相對於主表面成既定角度且相連之其他一個以上之面 所構成； 沿著上述凹部，形成薄膜於上述犧牲層表面；及 除去上述薄膜下之上述犧牲層； 而形成由上述薄膜所構成之薄膜構造元件於上述固定 構造體上，且上述薄膜具有一個以上之面以及與此面成既 定角度且相連之其他一個以上之面。 14. 一種開關元件，包括： 固定構造體；及 可動構造體配置於上述固定構造體上； 其特徵在於包括： 支持元件，配置於上述可動構造體上； 可動元件，藉由彈性元件而連接至上述支持元件上； 及 驅動裝置，作用既定之力於上述固定構造體上所形成 之上述可動元件上； 上述彈性元件係由薄膜所構成之薄膜構造元件，其

   2135-5225-PF(N);Ahddub.ptd 第34頁 569354 六、申請專利範圍 中，上述薄膜係由一個以上之面以及與此面成既定角度且 相連之其他一個以上之面所構成。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項所述之開關元件，其中， 上述既定角度大體上為90° 。 1 6 .如申請專利範圍第1 4項所述之開關元件，其中， 上述驅動裝置係為對上述可動元件作用磁力之電磁鐵。 17. —種開關元件，包括： 固定構造體；及 可動構造體，配置於上述固定構造體上； 其特徵在於包括： 支持元件，配置於上述可動構造體上； 可動元件，藉由彈性元件而連接至上述支持元件上； 及 驅動裝置，作用既定之力於上述固定構造體上所形成 之上述可動元件上； 上述可動元件係為薄膜構造元件，其中，上述薄膜構 造元件具有反射光線之平坦反射面以及與此反射面成既定 角度且相連之一個以上之面。 1 8 .如申請專利範圍第1 7項所述之開關元件，其中， 上述既定角度大體上為90° 。 1 9.如申請專利範圍第1 7項所述之開關元件，其中， 上述驅動裝置係為對上述可動元件作用磁力之電磁鐵。 2 (K如申請專利範圍第1 4項所述之開關元件，其中包 括 ·

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