JP2003270559A - マイクロデバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は光スイッチに用いて好適なマイクロ
デバイス及びその製造方法に関し、高い信頼性及び駆動
特性を実現することを課題とする。 【解決手段】 機能素子となるミラー２１が設けられる
と共に基台部１２に配設された駆動電極２０により変位
してミラー２１を移動させる変位部１１と、この変位部
１１を支持する支持フレーム１４とを有してなるマイク
ロデバイスにおいて、変位部１１を形成する際、単結晶
シリコンのバルクである第１及び第２のバルク層３１，
３２が中間層３３を介して接合されたＳＯＩ基板３０を
用い、このＳＯＩ基板３０にバルクマイクロマシニング
技術である反応性イオンエッチングを実施することによ
り変位部１１を形成する。この際、中間層３３を反応性
イオンエッチングのエッチストップ材として使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマイクロデバイス及
びその製造方法に係り、特に光スイッチに用いて好適な
マイクロデバイス及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】微細構造のパーツを集積して形成したマ
イクロデバイスは、例えば光スイッチ、ラブ・オン・チ
ップ、マイクロ・クロマトグラフィ・デバイス、マイク
ロポンプ、パワーＭＥＭＳパーツ等として、各種分野で
の応用が期待されている。これらのマイクロデバイスの
うち、例えば光スイッチは、光通信関連機器、分けても
波長多重通信(Dense Wavelength Division Multiplexin
g：DWDM)関連機器への需要が高まっている。

【０００３】ここで、光スイッチの構造は、機械式及び
非可動式の２種類に大別できる。非可動式の光スイッチ
は、一般に導波路を用いており、伝送波長以下まで隣接
ファイバーを近づけ、その間における光の浸み出しによ
って電磁エネルギが一方のファイバーから他方のファイ
バーへ移る結合器の特性を利用している。上記のような
非可動式の光スイッチでは、スイッチ損失等を低く抑え
ることができるが、隣接ファイバー間のクロストークが
大きくなる問題がある他、大規模化を図る場合には、No
n-blocking構成を取る必要性から非常に多数のスイッチ
・エレメントを並べる必要が生じ、サイズの肥大化を免
れない。

【０００４】一方、機械式の光スイッチは、上記した非
可動式の光スイッチに比べてクロストーク低減、大規模
化等の観点から有利である。この機械式の光スイッチと
しては、光ファイバの位置を固定すると共にミラーが光
路に対して移動することにより光路を切り換える可動ミ
ラー切り換え式の光スイッチがある。

【０００５】この可動ミラー切り換え式の光スイッチ
は、上記のようにミラーの出し入れにより光路を切り換
える構成であるため、光路に対してミラーを移動させる
必要がある。このため、光スイッチには、ミラーを移動
させるための駆動機構が設けられている。この駆動機構
は、ミラーが取り付けられる可動アームと、この可動ア
ームを移動付勢する駆動手段を有している。

【０００６】信頼性の高い光スイッチを実現するために
は、ミラーを駆動する可動アームがミラーの移動方向に
は柔軟に可動し、ミラーの移動方向以外の方向には可動
しないような構成とすることが重要となる。可動アーム
は、ポリシリコン（多結晶シリコン）膜と二酸化シリコ
ン（ＳｉＯ_２）膜とを積層した積層基板から形成するこ
とが行なわれていた。

【０００７】具体的には、ポリシリコン膜と二酸化シリ
コン膜とが積層された基板を用意し、この基板の二酸化
シリコン（ＳｉＯ_２）膜を所定のパターンでエッチング
除去することにより可動アームを形成する。従って、従
来の光スイッチでは、可動アームはポリリシコンにより
形成されていた。尚、このように、複数の積層膜を微細
加工する技術を“サーフェイスマイクロマシニング”と
いう。

【０００８】このサーフェイスマイクロマシニング技術
を用いて光スイッチを実現したものとして、例えば特開
２０００−２５８７０２号公報に開示されたものがあ
る。この公報に開示された光スイッチは、光路切り換え
用のミラーを駆動する支持体（可動アーム）をポリシリ
コンにより形成した構成とされていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記公報に開示されて
いるように、従来の光スイッチではミラーを駆動する可
動アーム（支持体）をポリシリコンにより形成した構成
とされていた。このポリシリコン膜は通常ＣＶＤ（気相
成長）法により成膜される堆積膜である。

【００１０】このようにポリシリコンの堆積膜として構
成される可動アーム（支持体）は、単結晶シリコンのバ
ルクに比し、 (1) ヤング率が低く、塑性変形が起こりやすい (2) 結晶粒界の影響で応力による割れや歪みが起こり
やすい (3) ＣＶＤ時の残留応力が可動アーム等の形成に悪影
響を及ぼす 等の問題点がある。

【００１１】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、高い信頼性及び駆動特性を実現できるマイク
ロデバイス及びその製造方法を提供することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴
とするものである。

【００１３】請求項１記載の発明は、機能素子が設けら
れると共に、駆動手段により変位して前記機能素子を移
動させる変位部と、該変位部を支持する支持部とを有し
てなるマイクロデバイスにおいて、前記変位部を、バル
クマイクロマシニング技術を用いて形成したことを特徴
とするものである。

【００１４】上記発明によれば、バルクマイクロマシニ
ング技術を用いて変位部を形成したことにより、薄膜技
術を用いて薄膜を積層して変位部を形成する構成に比
べ、変位部の強度を向上させることができる。よって、
変位動作に伴い変位部に塑性変形や歪が発生することを
防止でき、マイクロデバイスの信頼性を向上することが
できる。

【００１５】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載のマイクロデバイスにおいて、前記変位部は、単結晶
シリコンのバルクであることを特徴とするものである。

【００１６】上記発明によれば、変位部を単結晶シリコ
ンのバルクとしたことにより、マイクロデバイスの信頼
性を向上することができる。即ち、単結晶シリコンのバ
ルクは、薄膜技術を用いてシリコン薄膜を積層したポリ
シリコンに比べて機械的強度が強い。このため、変位部
を単結晶シリコンのバルクとすることにより、変位部の
変位動作に伴い塑性変形や歪が発生することを防止で
き、よってマイクロデバイスの信頼性を向上することが
できる。

【００１７】また、請求項３記載の発明は、請求項１ま
たは２記載のマイクロデバイスにおいて、前記支持部を
単結晶シリコンのバルクにより形成すると共に、前記変
位部と前記支持部とが、絶縁性を有する中間層を介して
接合されてなることを特徴とするものである。

【００１８】上記発明によれば、単結晶シリコンのバル
クよりなる変位部と、同じく単結晶シリコンのバルクよ
りなる支持部との間に絶縁性を有する中間層が介在する
構成となるため、マイクロデバイスを形成する基材とし
てＳＯＩ基板を用いることが可能となる。

【００１９】また、請求項４記載の発明は、請求項１乃
至３のいずれか１項に記載のマイクロデバイスにおい
て、前記機能素子は、上記変位により光の光路を切り換
えるミラーであることを特徴とするものである。

【００２０】上記発明によれば、マイクロデバイスを光
スイッチとして用いることができる。

【００２１】また、請求項５記載の発明は、請求項４記
載のマイクロデバイスにおいて、前記ミラーは、前記変
位部に垂立した構成であることを特徴とするものであ
る。

【００２２】上記発明によれば、光スイッチに対してス
イッチィングする光をミラーの変位方向と直交する方向
から入射することが可能となる。よって、光スイッチに
対してスイッチィングする光をミラーの変位方向と平行
に入射させる構成に比べ、マイクロデバイス（光スイッ
チ）の構成を簡単化することができる。

【００２３】また、請求項６記載の発明は、請求項１乃
至５のいずれか１項に記載のマイクロデバイスにおい
て、前記駆動手段は、前記支持部が配設される基台の前
記変位部と対向する位置に配設され、駆動電圧が印加さ
れることにより前記変位部を静電吸引する電極を有する
ことを特徴とするものである。

【００２４】上記発明によれば、支持部が配設される基
台に変位部を駆動するための電極を配設したことによ
り、駆動手段のコンパクト化を図ることができ、よって
マイクロデバイスの小型化を図ることができる。

【００２５】また、請求項７記載の発明は、機能素子が
設けられると共に変位して該機能素子を移動させる変位
部と、該変位部を支持する支持部とを有してなるマイク
ロデバイスの製造方法において、前記変位部となる第１
のバルク層と、前記支持部となる第２のバルク層と、該
第１のバルク層と第２のバルク層との間に設けられた中
間層とを具備する基板を形成する工程と、前記中間層を
エッチストップ材として前記第２のバルク層をバルクマ
イクロマシニングにより加工する工程とを有することを
特徴とするものである。

【００２６】上記発明によれば、中間層をエッチストッ
プ材として、第２のバルク層をバルクマイクロマシニン
グ加工するため、中間層以上に第２のバルク層が加工さ
れることを防止することができる。これにより、変位部
を精度良く形成することができると共に、バルクマイク
ロマシニング加工が第１のバルク層に及ぶことを防止で
きる。よって、変位部及び支持部を高精度に形成するこ
とが可能となる。

【００２７】また、請求項８記載の発明は、請求項７記
載のマイクロデバイスの製造方法において、前記バルク
マイクロマシニングとして、反応性イオンエッチングを
用いたことを特徴とするものである。

【００２８】上記発明によれば、バルクマイクロマシニ
ングとして反応性イオンエッチングを用いたことによ
り、第２のバルク層にその加工表面に対して略垂直な側
壁を有する溝加工ができるため、変位部を精度良く形成
することができ、よって機能素子を高精度に移動させる
ことが可能となる。

【００２９】また、請求項９記載の発明は、請求項７ま
たは８記載のマイクロデバイスの製造方法において、前
記第１のバルク層及び前記第２のバルク層を単結晶シリ
コンとし、前記中間層をシリコン酸化物としたことを特
徴とするものである。

【００３０】また、請求項１０記載の発明は、請求項９
記載のマイクロデバイスの製造方法において、前記基板
はＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板であることを特徴
とするものである。

【００３１】上記の請求項９及び１０記載の発明によれ
ば、ＳＯＩ技術を利用して基板を形成することが可能と
なる。

【００３２】また、請求項１１記載の発明は、請求項７
乃至１０のいずれか１項に記載のマイクロデバイスの製
造方法において、前記第２のバルク層を加工して前記支
持部を形成する際、前記第２のバルク層から前記機能素
子を同時形成することを特徴とするものである。

【００３３】上記発明によれば、支持部の形成と機能素
子の形成を同時に行なえるため、加工時間の短縮を図る
ことができる。

【００３４】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面と共に説明する。

【００３５】図１乃至図３は、本発明の一実施例である
マイクロデバイスを示している。本実施例では、マイク
ロデバイスとして光スイッチ１０を用いた例について説
明するが、本発明の適用はこれに限定されものではな
く、マイクロポンプ，スキャナー，ディジタルミラーデ
バイス，圧力センサ，加速度センサ，ジャイロ等の種々
のマイクロデバイスに適用できるものである。

【００３６】光スイッチ１０は可動ミラー切り換え式の
光スイッチであり、例えばDWDM関連機器内に配設されて
信号光の光路の切り換え処理を行なうものである。この
光スイッチ１０は、大略すると変位部１１、基台部１
２、及び支持フレーム１４等により構成されている。

【００３７】変位部１１は単結晶シリコンのバルクより
なり、ステージ１３，アーム部１５，枠部１６，及びミ
ラー２１等により構成されている。この変位部１１を構
成するステージ１３，アーム部１５，枠部１６，及びミ
ラー２１は、バルクマイクロマシニング技術を用いて一
体的に形成された構成とされている。ここで、バルクマ
イクロマシニング技術とは、単結晶基板そのものに微細
構造体を形成する加工技術をいい、前記したサーフェイ
スマイクロマシニングと相反する加工技術である（「半
導体用語大辞典」：株式会社日刊工業新聞社、1999年3
月20日発行、871頁右欄参照）。

【００３８】ステージ１３は、図３に示すように矩形状
の板状部であり、その中央にミラー２１（請求項記載の
機能素子に相当する）が立設した構成とされている。ミ
ラー２１は、その表面が鏡面処理されている。また、こ
のミラー２１は、後述する支持フレーム１４に形成され
るファイバー装着溝１８Ａ，１８Ｂを結ぶ線に対して４
５°傾けられた構成とされている。

【００３９】尚、上記のように本実施例では、ミラー２
１はステージ１３と一体的な構成とされているが、ミラ
ー２１をステージ１３と別個の構成とすることも可能で
ある。この場合、ミラーはステージにも、例えば接着に
より固定することが考えられる。

【００４０】アーム部１５は、ステージ１３の外周から
４本（１〜複数本でも可）延出するよう形成されてい
る。このアーム部１５は、そのステージ１３側と半体側
の端部が枠部１６に接続されている。従って、ステージ
１３はアーム部１５を介して枠部１６に支持された構成
とされている。

【００４１】また、各アーム部１５は板バネ形状を有し
ているため、図中上下方向（図中矢印Ｚ１，Ｚ２方向）
に対しては容易に変形する。しかしながら、アーム部１
５は、図３に矢印Ａで示す回転方向（ステージ１３が面
方向に回転する方向）、及び図３に矢印Ｂで示す回転方
向（各アーム部15を捩じる方向）については強い剛性を
示す。従って、アーム部１５に支持されたステージ１３
は、図中矢印Ｚ１，Ｚ２で示す上下方向に対しては容易
に移動するが、他の方向には容易に移動しない構成とな
る。

【００４２】枠部１６は、枠状形状を有している。この
枠部１６の平面視した時の形状は、同じく枠形状を有し
た支持フレーム１４と同一形状となるよう構成されてい
る。即ち、枠部１６と支持フレーム１４は重なり合った
構成となっている。また、枠部１６は、後に詳述するよ
うに中間層３３（二酸化シリコンよりなる）を介して支
持フレーム１４と接合されている。これにより変位部１
１は、支持フレーム１４に支持された構成となってい
る。

【００４３】支持フレーム１４（請求項に記載の支持部
に相当する）は、単結晶シリコンのバルクにより構成さ
れている。この支持フレーム１４は、前記のように変位
部１１を支持する機能を奏すると共に、光ファイバー１
７Ａ〜１７Ｃを所定位置に固定する機能を奏するもので
ある。このため、支持フレーム１４は、光ファイバー１
７Ａ〜１７Ｃを固定するためのファイバー装着溝１８Ａ
〜１８Ｃを形成した構成とされている。

【００４４】ファイバー装着溝１８Ａとファイバー装着
溝１８Ｂは、直線状に対向した位置に配設されている。
また、ファイバー装着溝１８Ｃは、ファイバー装着溝１
８Ａとファイバー装着溝１８Ｂとを結ぶ直線（図中、矢
印Ｃで示す一点鎖線）に対して直交し、かつミラー２１
の中心点（図中、矢印Ｏで示す）を通る直線（図中、矢
印Ｄで示す一点鎖線）に沿うよう形成されている。

【００４５】次に、基台部１２について説明する。基台
部１２は、ガラス基板にキャビティ部１９を形成した構
成とされている。このキャビティ部１９は、ガラス基板
を弗酸（ＨＦ）と弗化アンモニウム（ＮＨ_４Ｆ）とを混
合したエッチング液を用いてエッチングすることによ
り、容易に形成することができる。

【００４６】また、このキャビティ部１９内において、
ステージ１３と対向する位置には駆動電極２０が形成さ
れている。この駆動電極２０と変位部１１との間には、
図示しない電圧印加装置が接続されている。そして、こ
の電圧印加装置により駆動電極２０と変位部１１との間
に所定の駆動電圧を印加することにより、ステージ１３
は駆動電極２０に静電的に吸着される。

【００４７】これにより、図２に示すようにステージ１
３は図中矢印Ｚ１方向に変位し、これに伴いミラー２１
も矢印Ｚ１方向に移動する。この際、本実施例では変位
部１１を駆動するための駆動電極２０が、基台部１２の
ステージ１３と対向する位置に設けられているため、駆
動電極２０のコンパクト化，小型化を図ることができ
る。

【００４８】図１に示す変位部１１が変位していない状
態では、ミラー２１は上昇した位置にある。この状態で
は、光ファイバー１７Ａから発射された光（図１及び図
２に矢印Ａで示す）はミラー２１に入射し、このミラー
２１で９０°光路を変更されて光ファイバー１７Ｃに入
射する。

【００４９】これに対し、上記のように駆動電圧を印加
することにより変位部１１のステージ１３が矢印Ｚ１方
向に変位すると、光ファイバー１７Ａから発射された光
Ａはミラー２１に入射することなく、光ファイバー１７
Ｂに入射する。アーム部１５の変形可能量、キャビティ
部１９の深さ、及び駆動電圧の大きさは、ステージ１３
が矢印Ｚ１方向に変位した際、ミラー２１が光ファイバ
ー１７Ａから光ファイバー１７Ｂに至る光Ａの光路より
も下部の位置となるよう構成されている。

【００５０】よって、光スイッチ１０は、駆動電圧をＯ
Ｎ／ＯＦＦすることにより、光ファイバー１７Ａから出
射される光Ａの光路を、光ファイバー１７Ｂに入射する
光路と、光ファイバー１７Ｃに入射する光路とに選択的
に切り換えることができる。この際、本実施例ではミラ
ー２１をステージ１３に対して垂立した構成としてい
る。

【００５１】このように、ミラー２１をステージ１３に
対して垂立させることにより、光Ａをミラー２１の変位
方向（Ｚ１，Ｚ２方向）と直交する方向（即ち、ステー
ジ１３と平行な方向）から入射することが可能となる。
よって、スイッチィングする光Ａをミラーの変位方向と
平行な方向（Ｚ１，Ｚ２方向）から入射させる構成に比
べ、光スイッチ１０の構成を簡単化することができる。

【００５２】即ち、スイッチィングする光Ａをミラーの
変位方向と平行な方向（Ｚ１，Ｚ２方向）から入射させ
る構成とは、本実施例におけるステージ１３自体をミラ
ーとするような構成である。この構成では、光ファイバ
ーをステージと対向するよう取り付ける必要があり、取
り付け構造が面倒である。また、ミラーの移動のさせ方
も、本実施例と比べて困難となる。

【００５３】上記したように、光Ａの光路を切り換える
場合、変位部１１のステージ１３及びアーム部１５が図
中矢印Ｚ１，Ｚ２方向に変位を行なう。このステージ１
３及びアーム部１５の変位は、光路切り換え処理（スイ
ッチング処理）を頻繁に行なうほど、激しく行なわれる
こととなる。

【００５４】ここで、本実施例における変位部１１の材
質に注目する。本実施例では、バルクマイクロマシニン
グ技術を用いて単結晶シリコンのバルクを加工し、これ
により変位部１１を形成した構成とされている。即ち、
変位部１１は、単結晶シリコンのバルクにより形成され
ている。

【００５５】このように、変位部１１を単結晶シリコン
のバルクにより構成したことにより、光スイッチ１０の
信頼性を向上することができる。即ち、単結晶シリコン
のバルクは、サーフェイスマイクロマシニング技術を用
いてシリコン薄膜を積層したポリシリコン（従来の構
成）に比べて機械的強度が強い。

【００５６】具体的には、単結晶シリコンのバルクは、
ポリシリコンに比べてヤング率が高く塑性変形が生じ難
く、また結晶粒界の影響による応力で割れや歪みが生じ
るようなこともない。更に、ポリシリコンと異なりＣＶ
Ｄ等のサーフェイスマイクロマシニング処理（成膜処理
等）を行なわないため、残留応力が変位部１１に悪影響
を及ぼすようなこともない。

【００５７】このため、変位部１１を単結晶シリコンの
バルクとすることにより、光Ａの切り換え処理により変
位部１１（特に、ステージ１３及びアーム部１５）に塑
性変形や歪が発生することを防止でき、よって光スイッ
チ１０の信頼性を向上することができる。

【００５８】また、バルクマイクロマシニング技術は、
一般にサーフェイスマイクロマシニング技術に比べて設
備及び加工が簡単で、加工コストも安価である。このた
め、変位部１１を単結晶シリコンのバルクとし、バルク
マイクロマシニング技術で加工することにより、光スイ
ッチ１０を容易かつ安価に製造することが可能となる。

【００５９】続いて、図４を参照して、上記構成とされ
た光スイッチ１０の製造方法について説明する。尚、図
４において、図１乃至図３に示した構成と対向する構成
については同一符号を付してその説明を省略する。

【００６０】図４（Ａ）は、光スイッチ１０を製造する
機材となるＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板３０を示
している。このＳＯＩ基板３０は、第１のバルク層３
１，中間層３３，第２のバルク層３２が積層された構成
とされている。第１のバルク層３１及び第２のバルク層
３２は単結晶シリコン（Ｓｉ）のバルクであり、中間層
３３は二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）である。

【００６１】このＳＯＩ基板３０は、周知のＳＯＩ技術
を用いて形成される。具体的には、ＳＯＩ基板３０はＳ
ＩＭＯＸ(Silicon IMplanted OXide)法、或いは貼り合
わせ法を用いて形成することができる。ＳＩＭＯＸ法と
は、シリコン基板（Ｓｉ）に酸素（Ｏ２）をイオン注入
し、その後に熱処理を行なうことによりシリコンと結合
させ、基板表面より内部位置にシリコンの酸化膜（Ｓｉ
Ｏ_２）を形成することによりＳＯＩ基板３０を製造する
方法である。また、貼り合わせ法は、表面に酸化膜を形
成した第１のシリコン基板と、これとは別個の第２のシ
リコン基板を高熱・高圧力で接着し、その後に第２のシ
リコン基板を所定の厚さまで研削することにより、ＳＯ
Ｉ基板３０を製造する方法である。尚、ＳＯＩ基板３０
の上面（第２のバルク層３２の上面）には、二酸化シリ
コン（ＳｉＯ_２）よりなる表面保護層３４が形成されて
いる。

【００６２】上記構成とされたＳＯＩ基板３０には、図
４（Ｂ）に示すように、先ず第１のフォトレジスト３５
が塗布される。この第１のフォトレジスト３５は、第２
のバルク層３２に形成された表面保護層３４上に、例え
ばスピナーを用いて塗布される。この第１のフォトレジ
スト３５は、ポジ型，ネガ型のいずれであってもよい。

【００６３】続いて、この第１のフォトレジスト３５に
は露光・現像処理が行なわれ、支持フレーム１４及びミ
ラー２１となる部位の上部を残し、他の部分の第１のフ
ォトレジスト３５が除去される。図４（Ｃ）は、第１の
フォトレジスト３５の不要部分が除去された状態を示し
ている。同図に示すように、第１のフォトレジスト３５
が除去された部分は、第２のバルク層３２が露出した状
態となっている。

【００６４】上記のように第１のフォトレジスト３５の
パターニングが終了すると、続いてＳＯＩ基板３０に対
してバルクマイクロマシニングが行なわれる。本実施例
では、バルクマイクロマシニングとして、反応性イオン
エッチング（ＲＩＥ:Reactive Ion Etching）を用いて
いる。ＳＯＩ基板３０は反応性イオンエッチングを行な
うエッチング装置に装着され、第１のフォトレジスト３
５をマスクとして第２のバルク層３２に対し反応性イオ
ンエッチングが実施される。

【００６５】本実施例では、ＳＦ_６ガスを用いた反応性
イオンエッチングを用いている。この反応性イオンエッ
チングは、シリコン（Ｓｉ）と二酸化シリコン（ＳｉＯ
_２）との間に高いエッチレートの選択比を持つことを大
きな特徴の一つとしている。

【００６６】このエッチレートの選択比は、条件によっ
て異なるが、Ｓｉ：ＳｉＯ２=（100〜300）：１であ
る。また、ガス交換を行なう反応性イオンエッチングで
は、側壁保護とエッチングのプロセスを交互に繰り返す
ことで、加工表面に対して略垂直な側壁を持つ穴（本実
施例における深堀加工部３７）を深掘り加工することが
できる。

【００６７】図４（Ｄ）は、反応性イオンエッチングに
より第２のバルク層３２に深堀加工部３７を形成してい
る過程を示している。前記ように反応性イオンエッチン
グでは、加工表面に対して略垂直な側壁を持つ穴を形成
することができるが、ある程度の面積をある程度の深さ
以上掘りこむ際、底面の平坦性を数μｍ内に保つことは
難しい。このため、図４（Ｄ）に示すように加工途中に
おいては、深堀加工部３７の底面には厚みムラ３６が形
成される。尚、この厚みムラ３６の厚さは、第２のバル
ク層３２の厚さや深堀加工部３７の大きさ等により異な
るが、矩形状とされた深堀加工部３７の一辺長が500μ
ｍ程度である場合、厚みムラ３６の厚さは約20〜30μｍ
となる。

【００６８】いま、仮に中間層３３が存在しない構成
（第１のバルク層３１と第２のバルク層３２が一体化し
た構成）を想定した場合、深堀加工部３７の深さを制御
するには時間制御を行なうしかなく、その精度は低下し
てしまう。また、深堀加工部３７の底部には、上記した
厚みムラ３６が発生したままの状態となる。

【００６９】この深堀加工部３７の深さ制御は、変位部
１１の厚さの制御と等価である。よって、中間層３３が
存在しない構成では、変位部１１の厚さにバラツキが発
生し、変位部１１の動作が不安定となり、ミラー２１を
応答性よく移動させることができなくなる。

【００７０】これに対して本実施例では、反応性イオン
エッチングのエッチング速度が、シリコン（Ｓｉ）に対
して極めて遅い二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）よりなる中
間層３３を第１のバルク層３１と第２のバルク層３２と
の間に設けている。このため、第２のバルク層３２に対
する反応性イオンエッチングは、この中間層３３が露出
するまで行なわれ、また中間層３３が露出した後は第１
のバルク層３１までエッチングが及ぶのを防止する。

【００７１】即ち、第２のバルク層３２に対してエッチ
ング処理を行なう際、中間層３３は第２のバルク層３２
に対するエッチング量を規制するエッチストップ材とし
て機能する。よって、中間層３３を設けることにより、
図４（Ｅ）に示すように、反応性イオンエッチングによ
り深堀加工部３７の底部に発生する厚みムラ３６を完全
に除去することができる。

【００７２】また、エッチストップ材として機能する中
間層３３以上に反応性イオンエッチングが進まないた
め、第１のバルク層３１がエッチングされることはな
い。よって、図４（Ｅ）に示すように、中間層３３をエ
ッチストップ材とした反応性イオンエッチングを実施す
ることにより、支持フレーム１４及びミラー２１を高精
度に形成することができる。また、本実施例では、反応
性イオンエッチングを用いて支持フレーム１４とミラー
２１を同時形成しているため、支持フレーム１４とミラ
ー２１を別個に形成する方法に比べ、加工時間の短縮が
図られている。

【００７３】上記のように支持フレーム１４及びミラー
２１が形成されると、中間層３３の除去処理を実施す
る。これにより、図４（Ｆ）に示すように深堀加工部３
７の底部は、第１のバルク層３１が露出した状態とな
る。また、この中間層３３の除去が終了すると、第１の
フォトレジスト３５が除去される。

【００７４】第１のフォトレジスト３５が除去される
と、続いて第１のバルク層３１の支持フレーム１４及び
ミラー２１の配設側と反対側の面に第２のフォトレジス
ト３８が塗布される。この第２のフォトレジスト３８
は、例えばスピナーを用いて塗布される。図４（Ｇ）
は、第２のフォトレジスト３８が塗布された状態を示し
ている。尚、この第２のフォトレジスト３８もポジ型，
ネガ型のいずれであってもよい。

【００７５】続いて、この第２のフォトレジスト３８に
は露光・現像処理が行なわれ、アーム部１５となる部位
及びステージ１３となる部分を残し、他の部分における
第２のフォトレジスト３８が除去される。図４（Ｈ）
は、第２のフォトレジスト３８の不要部分が除去された
状態を示している。同図に示すように、第２のフォトレ
ジスト３８が除去された部分は、第１のバルク層３１が
露出した状態となっている。

【００７６】上記のように第２のフォトレジスト３８の
パターニングが終了すると、続いて第１のバルク層３１
に対してバルクマイクロマシニングが行なわれる。本実
施例では、第１のバルク層３１に対するバルクマイクロ
マシニングとしても、反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）を用いている。これにより、図４（Ｉ）に示すよう
に、ステージ１３及びアーム部１５を除いて第１のバル
ク層３１はエッチング除去される。

【００７７】この際、反応性イオンエッチングを用いる
ことにより、前記したと同様の理由により、アーム部１
５の側面は略垂直な面となっている。よって、アーム部
１５を寸法精度良く形成することができ、ミラー２１を
高精度に、また安定して移動させることができる。

【００７８】続いて、第２のフォトレジスト３８及び表
面保護層３４の除去処理が実施され、以上の工程を経る
ことにより変位部１１が製造される。図４（Ｊ）は、上
記製造工程を経ることにより製造された変位部１１を示
している。このようにして製造された変位部１１は、予
めキャビティ部１９及び駆動電極２０が形成された基台
部１２に接合され、これにより図１乃至図３に示す光ス
イッチ１０が完成する。尚、基台部１２の製造方法は周
知であるため、その説明は省略する。

【００７９】上記したように、本実施例による光スイッ
チ１０（変位部１１）の製造方法では、変位部１１とな
る第１のバルク層３１を単結晶シリコンのバルクにより
形成し、これにより変位部１１の機械的強度を向上させ
る構成とした。また、単結晶シリコンのバルクによりな
る第２のバルク層３２に対してバルクマイクロマシニン
グ（反応性イオンエッチング）を実施する際、第２のバ
ルク層３２と共に第１のバルク層３１が加工（エッチン
グ）されないよう、エッチストップ材として機能する中
間層３３を各バルク層３１，３２の間に介装した構成と
した。

【００８０】しかしながら、第１のバルク層３１と第２
のバルク層３２は必ずしも単結晶シリコンのバルクとす
る必要はない。ミラー２１を駆動するのに足る十分な機
械的強度を実現でき、かつ駆動手段（例えば、ステージ
１３を静電吸引する電極等）により駆動可能な構成であ
れば、樹脂、金属、その他の材料を用いることも可能で
ある。

【００８１】また、第１のバルク層３１と第２のバルク
層３２は必ずしも同一材料とする必要はなく、異なる材
料とすることも可能である。この場合、第１のバルク層
３１の材質を、第２のバルク層３２をエッチングする際
にエッチストップ材として機能する材料とすることによ
り、中間層３３を除去することも可能となる。

【００８２】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、次に述べる
種々の効果を実現することができる。

【００８３】請求項１記載の発明によれば、薄膜技術を
用いて薄膜を積層して変位部を形成する構成に比べて変
位部の強度を向上させることができるため、変位部に塑
性変形や歪が発生することを防止でき、マイクロデバイ
スの信頼性を向上させることができる。

【００８４】また、請求項２記載の発明によれば、薄膜
技術を用いてシリコン薄膜を積層したポリシリコンに比
べて単結晶シリコンのバルクは機械的強度が強いため、
変位部に塑性変形や歪が発生することを防止でき、よっ
てマイクロデバイスの信頼性を向上することができる。
また、半導体製造技術を利用して変位部を形成すること
が可能となるため、変位部を容易かつ安価に形成するこ
とができる。

【００８５】また、請求項３記載の発明によれば、単結
晶シリコンのバルクよりなる変位部と支持部との間に絶
縁性を有する中間層が介在する構成となるため、マイク
ロデバイスを形成する基材としてＳＯＩ基板を用いるこ
とが可能となる。

【００８６】また、請求項４記載の発明によれば、マイ
クロデバイスを光スイッチとして用いることができる。

【００８７】また、請求項５記載の発明によれば、光ス
イッチに対してスイッチィングする光をミラーの変位方
向と平行に入射させる構成に比べ、マイクロデバイス
（光スイッチ）の構成を簡単化することができる。

【００８８】また、請求項６記載の発明によれば、駆動
手段のコンパクト化を図ることができ、よってマイクロ
デバイスの小型化を図ることができる。

【００８９】また、請求項７記載の発明によれば、エッ
チストップ材として機能する中間層以上に第２のバルク
層が加工されることはないため、変位部及び支持部の形
成精度を向上させることができる。

【００９０】また、請求項８記載の発明によれば、反応
性イオンエッチングを用いて第２のバルク層に略垂直な
側壁を有する溝加工ができるため、変位部を精度良く形
成することができ、よって機能素子を高精度に移動させ
ることが可能となる。

【００９１】また、請求項９及び１０記載の発明によれ
ば、ＳＯＩ技術を利用して基板を形成することが可能と
なる。

【００９２】また、請求項１１記載の発明によれば、支
持部の形成と機能素子の形成を同時に行なえるため、加
工時間の短縮を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である光スイッチを示す断面
図であり、ミラーが上昇した状態を示す図である。

【図２】本発明の一実施例である光スイッチを示す断面
図であり、ミラーが下降した状態を示す図である。

【図３】本発明の一実施例である光スイッチを示す斜視
図である。

【図４】本発明の一実施例である光スイッチの製造方法
を製造手順に沿って示す図である。

【符号の説明】

１０ 光スイッチ １１ 駆動部 １２ 基台部 １３ ステージ １４ 支持フレーム １５ アーム部 １６ 枠部 １７ 光ファイバー １８Ａ〜１８Ｃ ファイバー装着溝 １９ キャビティ部 ２０ 駆動電極 ２１ ミラー ３０ ＳＯＩ基板 ３１ 第１のバルク層 ３２ 第２のバルク層 ３３ 中間層 ３４ 表面保護層 ３５ 第１のフォトレジスト ３６ 厚みムラ ３７ 深堀加工部 ３８ 第２のフォトレジスト

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機能素子が設けられると共に、駆動手段
   により変位して前記機能素子を移動させる変位部と、 該変位部を支持する支持部とを有してなるマイクロデバ
   イスにおいて、 前記変位部を、バルクマイクロマシニング技術を用いて
   形成したことを特徴とするマイクロデバイス。
2. 【請求項２】 請求項１記載のマイクロデバイスにおい
   て、 前記変位部は、単結晶シリコンのバルクであることを特
   徴とするマイクロデバイス。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のマイクロデバイ
   スにおいて、 前記支持部を単結晶シリコンのバルクにより形成すると
   共に、 前記変位部と前記支持部とが、絶縁性を有する中間層を
   介して接合されてなることを特徴とするマイクロデバイ
   ス。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
   マイクロデバイスにおいて、 前記機能素子は、上記変位により光の光路を切り換える
   ミラーであることを特徴とするマイクロデバイス。
5. 【請求項５】 請求項４記載のマイクロデバイスにおい
   て、 前記ミラーは、前記変位部に垂立した構成であることを
   特徴とするマイクロデバイス。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
   マイクロデバイスにおいて、 前記駆動手段は、 前記支持部が配設される基台の前記変位部と対向する位
   置に配設され、駆動電圧が印加されることにより前記変
   位部を静電吸引する電極を有することを特徴とするマイ
   クロデバイス。
7. 【請求項７】 機能素子が設けられると共に変位して該
   機能素子を移動させる変位部と、該変位部を支持する支
   持部とを有してなるマイクロデバイスの製造方法におい
   て、 前記変位部となる第１のバルク層と、前記支持部となる
   第２のバルク層と、該第１のバルク層と第２のバルク層
   との間に設けられた中間層とを具備する基板を形成する
   工程と、 前記中間層をエッチストップ材として前記第２のバルク
   層をバルクマイクロマシニングにより加工する工程とを
   有することを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
8. 【請求項８】 請求項７記載のマイクロデバイスの製造
   方法において、 前記バルクマイクロマシニングとして、反応性イオンエ
   ッチングを用いたことを特徴とするマイクロデバイスの
   製造方法。
9. 【請求項９】 請求項７または８記載のマイクロデバイ
   スの製造方法において、 前記第１のバルク層及び前記第２のバルク層を単結晶シ
   リコンとし、前記中間層をシリコン酸化物としたことを
   特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項９記載のマイクロデバイスの製
    造方法において、 前記基板はＳＯＩ基板であることを特徴とするマイクロ
    デバイスの製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項７乃至１０のいずれか１項に記
    載のマイクロデバイスの製造方法において、 前記第２のバルク層を加工して前記支持部を形成する
    際、前記第２のバルク層から前記機能素子を同時形成す
    ることを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。