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JP2003270559A - Microdevice and method for manufacturing the same - Google Patents

Microdevice and method for manufacturing the same

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Publication number
JP2003270559A
JP2003270559A JP2002075206A JP2002075206A JP2003270559A JP 2003270559 A JP2003270559 A JP 2003270559A JP 2002075206 A JP2002075206 A JP 2002075206A JP 2002075206 A JP2002075206 A JP 2002075206A JP 2003270559 A JP2003270559 A JP 2003270559A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
bulk
microdevice
mirror
displacement
manufacturing
Prior art date
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Granted
Application number
JP2002075206A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3871118B2 (en
Inventor
Toru Hirata
徹 平田
Koichiro Tsukane
浩一郎 塚根
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority to JP2002075206A priority Critical patent/JP3871118B2/en
Publication of JP2003270559A publication Critical patent/JP2003270559A/en
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Publication of JP3871118B2 publication Critical patent/JP3871118B2/en
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  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize high reliability and driving characteristics as to a device which is suitably used for an optical switch and its manufacturing method. <P>SOLUTION: The microdevice has a displacement part 11 which is provided with a mirror 21 as a function element and moves the mirror 21 by a driving electrode 20 disposed at a base part 12 and a support frame 14 which supports the displacement part 11; and the displacement part 11 is formed by using an SOI substrate 30 constituted by joining 1st and 2nd bulk layers 31 and 32 as bulks of single-crystal silicon together across an intermediate layer 33 and processing the SOI substrate 30 by reactive ion etching as a bulk micromachining technique. At this time, the intermediate layer 33 is used as an etching stop material for the reactive ion etching. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a micro device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a micro device suitable for use in an optical switch and a manufacturing method thereof.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art Microdevices formed by integrating fine-structured parts are applicable in various fields such as optical switches, lab-on-chips, microchromatography devices, micropumps, power MEMS parts, etc. Is expected. Among these micro devices, for example, an optical switch is a device related to optical communication, or Dense Wavelength Division Multiplexing.
g: DWDM) Demand for related equipment is increasing.

【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。
The structure of the optical switch can be roughly classified into two types, mechanical type and non-movable type. A non-movable optical switch generally uses a waveguide, which brings the characteristics of a coupler in which adjacent fibers are brought close to each other up to the transmission wavelength, and electromagnetic energy is transferred from one fiber to the other due to the leakage of light between them. We are using. The non-movable optical switch as described above can suppress the switch loss and the like to a low level. However, there is a problem that crosstalk between adjacent fibers becomes large.
The need for an n-blocking configuration necessitates the arranging of a large number of switch elements, which inevitably increases the size.

【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。
On the other hand, the mechanical type optical switch is more advantageous than the above-mentioned non-movable type optical switch from the viewpoints of crosstalk reduction, large scale, and the like. As the mechanical optical switch, there is a movable mirror switching type optical switch that switches the optical path by fixing the position of the optical fiber and moving the mirror with respect to the optical path.

【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。
Since the movable mirror switching type optical switch has a structure in which the optical path is switched by moving the mirror in and out as described above, it is necessary to move the mirror with respect to the optical path. For this reason, the optical switch is provided with a drive mechanism for moving the mirror. This drive mechanism has a movable arm to which the mirror is attached, and a drive means for moving and urging the movable arm.

【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)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。
In order to realize a highly reliable optical switch, the movable arm for driving the mirror is configured to move flexibly in the moving direction of the mirror and not move in a direction other than the moving direction of the mirror. Is important. The movable arm has been formed from a laminated substrate in which a polysilicon (polycrystalline silicon) film and a silicon dioxide (SiO 2 ) film are laminated.

【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)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。
Specifically, a substrate in which a polysilicon film and a silicon dioxide film are laminated is prepared, and a silicon dioxide (SiO 2 ) film on this substrate is etched and removed in a predetermined pattern to form a movable arm. . Therefore, in the conventional optical switch, the movable arm is formed of polylithicon. The technique for finely processing a plurality of laminated films in this way is called "surface micromachining".

【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。
An optical switch realized by using this surface micromachining technique is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-258702. The optical switch disclosed in this publication has a structure in which a support (movable arm) for driving a mirror for switching an optical path is formed of polysilicon.

【0009】[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。
As disclosed in the above publication, the conventional optical switch has a structure in which the movable arm (support) for driving the mirror is made of polysilicon. This polysilicon film is a deposited film usually formed by the CVD (vapor phase growth) method.

【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。
As described above, the movable arm (support) formed as a deposited film of polysilicon has (1) a lower Young's modulus and is prone to plastic deformation than the bulk of single crystal silicon. (2) Crystal grains (3) There is a problem that residual stress at the time of CVD has a bad influence on the formation of the movable arm etc.

【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。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a microdevice capable of realizing high reliability and driving characteristics, and a manufacturing method thereof.

【0012】[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。
In order to solve the above problems, the present invention is characterized by taking the following means.

【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。
According to a first aspect of the present invention, a microdevice is provided which is provided with a functional element and which has a displacement portion which is displaced by a driving means to move the functional element, and a support portion which supports the displacement portion. In the above, the displacement portion is formed by using a bulk micromachining technique.

【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。
According to the above invention, since the displacement portion is formed by using the bulk micromachining technique, the strength of the displacement portion is improved as compared with the structure in which the displacement portion is formed by laminating thin films by using the thin film technique. be able to. Therefore,
It is possible to prevent plastic deformation and strain from occurring in the displacement portion due to the displacement operation, and improve the reliability of the microdevice.

【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。
The invention according to claim 2 is the microdevice according to claim 1, characterized in that the displacement portion is a bulk of single crystal silicon.

【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。
According to the above invention, since the displacement portion is made of a bulk of single crystal silicon, the reliability of the microdevice can be improved. That is, the bulk of single crystal silicon has higher mechanical strength than polysilicon in which silicon thin films are stacked by using thin film technology. Therefore, by using a bulk of single-crystal silicon for the displacement portion, it is possible to prevent plastic deformation and strain from occurring due to the displacement operation of the displacement portion, and thus improve the reliability of the microdevice.

【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。
According to a third aspect of the present invention, in the microdevice according to the first or second aspect, the supporting part is formed of a bulk of single crystal silicon, and the displacement part and the supporting part are made of an insulating material. It is characterized by being joined through an intermediate layer having.

【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。
According to the above invention, the insulating intermediate layer is interposed between the displacement portion made of the bulk of single crystal silicon and the support portion also made of the bulk of single crystal silicon. An SOI substrate can be used as a base material for forming the.

【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。
According to a fourth aspect of the present invention, in the microdevice according to any one of the first to third aspects, the functional element is a mirror that switches an optical path of light by the displacement. To do.

【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。
According to the above invention, the microdevice can be used as an optical switch.

【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。
According to a fifth aspect of the present invention, in the microdevice according to the fourth aspect, the mirror is configured to stand upright on the displacement portion.

【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。
According to the above invention, it is possible to make the light switching to the optical switch enter from the direction orthogonal to the displacement direction of the mirror. Therefore, the structure of the microdevice (optical switch) can be simplified as compared with the structure in which the light to be switched to the optical switch is incident in parallel with the displacement direction of the mirror.

【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。
According to a sixth aspect of the present invention, in the microdevice according to any one of the first to fifth aspects, the driving means includes the displacement portion of the base on which the support portion is arranged. It is characterized in that it has electrodes arranged at opposing positions to electrostatically attract the displacement portion by applying a drive voltage.

【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。
According to the above invention, the driving means can be made compact by disposing the electrode for driving the displacement portion on the base on which the supporting portion is disposed, and therefore the microdevice can be made compact. Can be realized.

【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。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a microdevice including a functional element, a displacement section for displacing the functional element and moving the functional element, and a supporting section for supporting the displacement section. In the method, the first displacement part
A bulk layer, a second bulk layer serving as the supporting portion, and an intermediate layer provided between the first bulk layer and the second bulk layer, and And a step of processing the second bulk layer by bulk micromachining using the intermediate layer as an etch stop material.

【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。
According to the above invention, since the second bulk layer is subjected to bulk micromachining using the intermediate layer as an etch stop material, it is possible to prevent the second bulk layer from being processed beyond the intermediate layer. . This makes it possible to accurately form the displacement portion and prevent the bulk micromachining process from reaching the first bulk layer. Therefore, the displacement portion and the support portion can be formed with high accuracy.

【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。
The invention described in claim 8 is characterized in that, in the method for manufacturing a microdevice according to claim 7, reactive ion etching is used as the bulk micromachining.

【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。
According to the above invention, since the reactive ion etching is used as the bulk micromachining, it is possible to form the groove having the side wall substantially perpendicular to the processed surface of the second bulk layer, and thus the displacement portion is formed. It can be formed with high precision, and thus the functional element can be moved with high precision.

【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。
The invention according to claim 9 is the method for manufacturing a microdevice according to claim 7 or 8, wherein the first bulk layer and the second bulk layer are single crystal silicon, and the intermediate layer is It is characterized by using silicon oxide.

【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。
Further, the invention according to claim 10 is the invention according to claim 9.
In the method for manufacturing a micro device described above, the substrate is an SOI (Silicon On Insulator) substrate.

【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。
According to the invention described in claims 9 and 10, the substrate can be formed by utilizing the SOI technique.

【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。
The invention described in claim 11 is the same as claim 7.
11. The method of manufacturing a microdevice according to any one of items 1 to 10, wherein the functional element is simultaneously formed from the second bulk layer when the second bulk layer is processed to form the support portion. It is characterized by.

【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。
According to the above-mentioned invention, since the formation of the support portion and the formation of the functional element can be performed at the same time, the processing time can be shortened.

【0034】[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。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【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。
1 to 3 show a microdevice which is an embodiment of the present invention. In this embodiment, an example in which the optical switch 10 is used as a micro device will be described, but the application of the present invention is not limited to this, and a micro pump, a scanner, a digital mirror device, a pressure sensor, an acceleration sensor, a gyro, etc. It can be applied to various microdevices.

【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。
The optical switch 10 is a movable mirror switching type optical switch, and is provided in, for example, a DWDM-related device to switch the optical path of signal light. The optical switch 10 is roughly composed of a displacement section 11 and a base section 1.
2, the support frame 14, and the like.

【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)。
The displacement portion 11 is made of a bulk of single crystal silicon and is composed of a stage 13, an arm portion 15, a frame portion 16, a mirror 21 and the like. The stage 13, the arm portion 15, the frame portion 16, and the mirror 21 which constitute the displacement portion 11 are integrally formed by using a bulk micromachining technique. Here, the bulk micromachining technology refers to a processing technology for forming a fine structure on the single crystal substrate itself, which is a processing technology that conflicts with the above-mentioned surface micromachining ("Semiconductor Term Dictionary": Nikkan Kogyo Co., Ltd.). Newspaper, March 1999
Issued on the 20th of the month, see page 871, right column).

【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。
The stage 13 is a rectangular plate-shaped portion as shown in FIG. 3, and has a mirror 21 (corresponding to a functional element described in the claims) standing upright in the center thereof. The surface of the mirror 21 is mirror-finished. In addition, the mirror 21 is arranged with respect to the line connecting the fiber mounting grooves 18A and 18B formed in the support frame 14 described later.
The structure is inclined by 5 °.

【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。
As described above, in this embodiment, the mirror 2
Although 1 is configured integrally with the stage 13, the mirror 21 may be configured separately from the stage 13. In this case, it is conceivable to fix the mirror also to the stage by, for example, bonding.

【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。
The arm portion 15 is formed so as to extend from the outer circumference of the stage 13 by four pieces (one or a plurality of pieces may be provided). The arm portion 15 is connected at its stage 13 side and half body side end portions to the frame portion 16. Therefore, the stage 13 is configured to be supported by the frame portion 16 via the arm portion 15.

【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。
Further, since each arm portion 15 has a leaf spring shape, it is in the vertical direction in the drawing (direction of arrows Z1 and Z2 in the drawing).
Easily deforms. However, the arm part 1
5 has strong rigidity in the rotation direction indicated by arrow A in FIG. 3 (direction in which the stage 13 rotates in the surface direction) and in the rotation direction indicated by arrow B in FIG. 3 (direction in which each arm portion 15 is twisted). Show. Therefore, the stage 13 supported by the arm portion 15
Has a configuration in which it easily moves in the vertical direction indicated by arrows Z1 and Z2 in the figure, but does not easily move in other directions.

【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。
The frame portion 16 has a frame-like shape. The shape of the frame portion 16 in a plan view is configured to be the same as that of the support frame 14 having the same frame shape. That is, the frame portion 16 and the support frame 14 are configured to overlap each other. Further, the frame portion 16 is joined to the support frame 14 via the intermediate layer 33 (made of silicon dioxide) as described later in detail. As a result, the displacement part 1
1 is configured to be supported by the support frame 14.

【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。
The support frame 14 (corresponding to the support portion described in the claims) is made of a bulk of single crystal silicon. The support frame 14 has a function of supporting the displacement portion 11 as described above, and at the same time, the optical fiber 1
It has a function of fixing 7A to 17C at predetermined positions. For this reason, the support frame 14 has the optical fiber 1
Fiber mounting groove 18A for fixing 7A to 17C
18C are formed.

【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。
The fiber mounting groove 18A and the fiber mounting groove 18B are arranged at positions facing each other linearly.
The fiber mounting groove 18C is the fiber mounting groove 1
8A and the fiber mounting groove 18B are orthogonal to a straight line (indicated by an alternate long and short dash line indicated by arrow C in the figure) connecting the mirror 21
Is formed along a straight line (dotted line indicated by arrow D in the figure) passing through the center point of the arrow (indicated by arrow O in the figure).

【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(NHF)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。
Next, the base 12 will be described. The base portion 12 has a structure in which a cavity portion 19 is formed on a glass substrate. The cavity portion 19 can be easily formed by etching the glass substrate with an etching solution in which hydrofluoric acid (HF) and ammonium fluoride (NH 4 F) are mixed.

【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。
In the cavity portion 19,
A drive electrode 20 is formed at a position facing the stage 13. Between the drive electrode 20 and the displacement portion 11,
A voltage applying device (not shown) is connected. Then, by applying a predetermined drive voltage between the drive electrode 20 and the displacement portion 11 by this voltage applying device, the stage 13
Are electrostatically attracted to the drive electrode 20.

【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。
As a result, as shown in FIG.
3 is displaced in the direction of the arrow Z1 in the figure, and accordingly the mirror 21
Also moves in the direction of arrow Z1. At this time, in this embodiment, since the drive electrode 20 for driving the displacement portion 11 is provided at a position facing the stage 13 of the base portion 12, the drive electrode 20 can be made compact and compact. You can

【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。
In the state where the displacement portion 11 shown in FIG. 1 is not displaced, the mirror 21 is in the raised position. In this state, the light emitted from the optical fiber 17A (indicated by the arrow A in FIGS. 1 and 2) is incident on the mirror 21, whose optical path is changed by 90 ° and is incident on the optical fiber 17C.

【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。
On the other hand, when the stage 13 of the displacement portion 11 is displaced in the direction of the arrow Z1 by applying the drive voltage as described above, the light A emitted from the optical fiber 17A does not enter the mirror 21, and the optical fiber 17
It is incident on B. The deformable amount of the arm portion 15, the depth of the cavity portion 19, and the magnitude of the driving voltage are determined by the stage 13
Is displaced in the direction of the arrow Z1 so that the mirror 21 is located below the optical path of the light A from the optical fiber 17A to the optical fiber 17B.

【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。
Therefore, the optical switch 10 sets the drive voltage to O
By turning N / OFF, the optical path of the light A emitted from the optical fiber 17A can be selectively switched between the optical path entering the optical fiber 17B and the optical path entering the optical fiber 17C. At this time, in this embodiment, the mirror 21 is set upright with respect to the stage 13.

【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。
As described above, by vertically raising the mirror 21 with respect to the stage 13, the light A is moved from the direction orthogonal to the displacement direction of the mirror 21 (Z1 and Z2 directions) (ie, the direction parallel to the stage 13). It becomes possible to enter.
Therefore, the structure of the optical switch 10 can be simplified as compared with the structure in which the light A to be switched is incident from the direction parallel to the displacement direction of the mirror (Z1 and Z2 directions).

【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。
That is, the configuration in which the switching light A is incident from the direction parallel to the displacement direction of the mirror (Z1 and Z2 directions) is a configuration in which the stage 13 itself in this embodiment is a mirror. In this configuration, it is necessary to mount the optical fiber so as to face the stage, and the mounting structure is troublesome. Further, it is difficult to move the mirror as compared with the present embodiment.

【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。
As described above, when the optical path of the light A is switched, the stage 13 and the arm portion 15 of the displacement portion 11 are displaced in the directions of arrows Z1 and Z2 in the figure. This stage 1
The more frequently the optical path switching process (switching process) is performed, the more the displacement of 3 and the arm portion 15 is performed.

【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。
Here, attention is paid to the material of the displacement portion 11 in this embodiment. In the present embodiment, the bulk micromachining technique is used to process the bulk of single crystal silicon to form the displacement portion 11. That is,
The displacement portion 11 is formed of a bulk of single crystal silicon.

【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。
As described above, since the displacement portion 11 is formed of the bulk of single crystal silicon, the reliability of the optical switch 10 can be improved. That is, the bulk of single crystal silicon has a higher mechanical strength than polysilicon (conventional structure) in which silicon thin films are stacked by using the surface micromachining technique.

【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。
Specifically, the bulk of single crystal silicon is
Compared with polysilicon, Young's modulus is higher and plastic deformation is less likely to occur, and cracks and strains are not caused by stress due to the influence of crystal grain boundaries. Furthermore, unlike polysilicon, CV
Since surface micromachining processing (such as film forming processing) such as D is not performed, residual stress does not adversely affect the displacement portion 11.

【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。
Therefore, by making the displacement portion 11 a bulk of single crystal silicon, it is possible to prevent the displacement portion 11 (in particular, the stage 13 and the arm portion 15) from being plastically deformed or strained by the switching process of the light A. Therefore, the reliability of the optical switch 10 can be improved.

【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。
Further, the bulk micromachining technology is
Generally, equipment and processing are simpler and processing cost is lower than that of surface micromachining technology. Therefore, the optical switch 10 can be easily and inexpensively manufactured by using the bulk of the single crystal silicon as the displacement portion 11 and processing it by the bulk micromachining technique.

【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。
Next, with reference to FIG. 4, a method of manufacturing the optical switch 10 having the above structure will be described. Note that, in FIG. 4, configurations that face the configurations shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【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)である。
FIG. 4A shows an SOI (Silicon On Insulator) substrate 30 which is a material for manufacturing the optical switch 10. The SOI substrate 30 includes the first bulk layer 3
1, the intermediate layer 33, and the second bulk layer 32 are laminated. The first bulk layer 31 and the second bulk layer 32 are bulk of single crystal silicon (Si), and the intermediate layer 33 is silicon dioxide (SiO 2 ).

【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
)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)よりなる表面保護層34が形成されて
いる。
The SOI substrate 30 is formed by using the well-known SOI technique. Specifically, the SOI substrate 30 is S
It can be formed by using an IMOX (Silicon IMplanted OXide) method or a bonding method. In the SIMOX method, oxygen (O 2) is ion-implanted into a silicon substrate (Si), and then heat treatment is performed to combine with silicon, and a silicon oxide film (Si
This is a method of manufacturing the SOI substrate 30 by forming O 2 ). In the bonding method, a first silicon substrate having an oxide film formed on its surface and a second silicon substrate separate from the first silicon substrate are adhered to each other under high heat and high pressure, and then the second silicon substrate is subjected to a predetermined process. By grinding to the thickness, SO
This is a method of manufacturing the I substrate 30. The SOI substrate 30
A surface protective layer 34 made of silicon dioxide (SiO 2 ) is formed on the upper surface (the upper surface of the second bulk layer 32).

【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。
On the SOI substrate 30 having the above structure, as shown in FIG. 4B, first, the first photoresist 35 is formed.
Is applied. This first photoresist 35 is
Is applied to the surface protection layer 34 formed on the bulk layer 32 of, for example, using a spinner. The first photoresist 35 may be either a positive type or a negative type.

【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。
Then, the first photoresist 35 is exposed and developed to remove the first photoresist 35 in other portions, leaving the upper portions of the portions serving as the support frame 14 and the mirror 21. It FIG. 4C shows a state in which an unnecessary portion of the first photoresist 35 has been removed. As shown in the figure, the first photoresist 35
The second bulk layer 32 is exposed in a portion where the is removed.

【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。
When the patterning of the first photoresist 35 is completed as described above, bulk micromachining is subsequently performed on the SOI substrate 30. In this embodiment, reactive ion etching (RIE) is used as bulk micromachining. The SOI substrate 30 is mounted on an etching device that performs reactive ion etching, and the first photoresist 3
Reactive ion etching is performed on the second bulk layer 32 using 5 as a mask.

【0065】本実施例では、SF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
)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。
In this embodiment, reactive ion etching using SF 6 gas is used. This reactive ion etching is performed with silicon (Si) and silicon dioxide (SiO 2).
One of the major characteristics is that it has a high etch rate selectivity with respect to 2 ).

【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。
The selectivity of this etching rate is Si: SiO2 = (100 to 300): 1, although it depends on the conditions. In the reactive ion etching for gas exchange, the sidewall protection and etching processes are alternately repeated to deeply dig a hole having a sidewall substantially perpendicular to the surface to be machined (deeply machined portion 37 in this embodiment). It can be processed.

【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。
FIG. 4D shows a process of forming the deep trench processing portion 37 in the second bulk layer 32 by reactive ion etching. As described above, the reactive ion etching can form a hole having a side wall substantially vertical to the processed surface, but when digging a certain area to a certain depth or more, the flatness of the bottom surface is within several μm. Hard to keep in. For this reason, as shown in FIG. 4D, thickness unevenness 36 is formed on the bottom surface of the deep trench processing portion 37 during processing. The thickness of the thickness unevenness 36 varies depending on the thickness of the second bulk layer 32, the size of the deep trench processing portion 37, and the like, but one side length of the rectangular deep trench processing portion 37 is 500 μm.
If the thickness is about m, the thickness of the thickness unevenness 36 is about 20 to 30 μm.
Becomes

【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。
Now, assuming a structure in which the intermediate layer 33 does not exist (a structure in which the first bulk layer 31 and the second bulk layer 32 are integrated), it is possible to control the depth of the deep working portion 37. There is no choice but to control the time, and the accuracy is reduced. Further, the thickness unevenness 36 described above is still generated at the bottom of the deep-drilling processing portion 37.

【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。
The control of the depth of the deep trench processing portion 37 is equivalent to the control of the thickness of the displacement portion 11. Therefore, in the configuration in which the intermediate layer 33 does not exist, the displacement portion 11 varies in thickness, the operation of the displacement portion 11 becomes unstable, and the mirror 21 cannot be moved with good responsiveness.

【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)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。
On the other hand, in this embodiment, the intermediate layer 33 made of silicon dioxide (SiO 2 ) whose reactive ion etching rate is extremely slower than that of silicon (Si) is used as the first bulk layer 31 and the first bulk layer 31. It is provided between the two bulk layers 32. Therefore, the reactive ion etching on the second bulk layer 32 is performed until the intermediate layer 33 is exposed, and after the intermediate layer 33 is exposed, the first reactive ion etching is performed on the first bulk layer 32.
Of the bulk layer 31 is prevented from being etched.

【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。
That is, when the etching process is performed on the second bulk layer 32, the intermediate layer 33 becomes the second bulk layer 32.
It functions as an etch stop material that regulates the amount of etching. Therefore, by providing the intermediate layer 33,
As shown in FIG. 4 (E), it is possible to completely remove the thickness unevenness 36 generated at the bottom of the deeply processed portion 37 by the reactive ion etching.

【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。
Moreover, since the reactive ion etching does not proceed beyond the intermediate layer 33 functioning as an etch stop material, the first bulk layer 31 is not etched. Therefore, as shown in FIG. 4E, the support frame 14 and the mirror 21 can be formed with high accuracy by performing reactive ion etching using the intermediate layer 33 as an etch stop material. Further, in this embodiment, since the supporting frame 14 and the mirror 21 are simultaneously formed by using reactive ion etching, the processing time can be shortened as compared with the method of separately forming the supporting frame 14 and the mirror 21. ing.

【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。
When the support frame 14 and the mirror 21 are formed as described above, the intermediate layer 33 is removed. As a result, as shown in FIG.
The bottom part of 7 is in a state where the first bulk layer 31 is exposed. When the removal of the intermediate layer 33 is completed, the first photoresist 35 is removed.

【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。
When the first photoresist 35 is removed, a second photoresist 38 is subsequently applied to the surface of the first bulk layer 31 opposite to the side where the support frame 14 and the mirror 21 are provided. . This second photoresist 38
Is applied using, for example, a spinner. Figure 4 (G)
Shows the state in which the second photoresist 38 is applied. The second photoresist 38 is also of positive type,
Any of the negative type may be used.

【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。
Subsequently, the second photoresist 38 is subjected to exposure and development processing, leaving a portion to be the arm portion 15 and a portion to be the stage 13 and removing the second photoresist 38 in other portions. To be done. Figure 4 (H)
Shows a state in which an unnecessary portion of the second photoresist 38 is removed. As shown in the figure, the first bulk layer 31 is exposed in the portion where the second photoresist 38 is removed.

【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。
When the patterning of the second photoresist 38 is completed as described above, the first bulk layer 31 is subsequently formed.
Bulk micromachining is performed on. In the present embodiment, reactive ion etching (RI) is also used as bulk micromachining for the first bulk layer 31.
E) is used. Thereby, as shown in FIG. 4I, the first bulk layer 31 is removed by etching except the stage 13 and the arm portion 15.

【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。
At this time, by using reactive ion etching, for the same reason as described above, the arm 1
The side surface of 5 is a substantially vertical surface. Therefore, the arm portion 15 can be formed with high dimensional accuracy, and the mirror 21 can be moved with high accuracy and stability.

【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。
Subsequently, the second photoresist 38 and the surface protection layer 34 are removed, and the displacement portion 11 is manufactured by the above steps. FIG. 4 (J) shows the displacement portion 11 manufactured through the above manufacturing process. The displacement portion 11 manufactured in this manner is bonded to the base portion 12 on which the cavity portion 19 and the drive electrode 20 are formed in advance, whereby the optical switch 10 shown in FIGS. 1 to 3 is completed. Since the manufacturing method of the base portion 12 is well known, its description is omitted.

【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。
As described above, in the method of manufacturing the optical switch 10 (displacement portion 11) according to the present embodiment, the first bulk layer 31 serving as the displacement portion 11 is formed of a bulk of single crystal silicon, and thus the displacement portion is formed. 11 is configured to improve the mechanical strength. When performing bulk micromachining (reactive ion etching) on the second bulk layer 32 made of a bulk of single crystal silicon, the first bulk layer 31 is processed (etched) together with the second bulk layer 32. In order to prevent this, an intermediate layer 33 that functions as an etch stop material is interposed between the bulk layers 31 and 32.

【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。
However, the first bulk layer 31 and the second bulk layer 31
The bulk layer 32 does not necessarily have to be a bulk of single crystal silicon. As long as the mechanical strength sufficient to drive the mirror 21 can be realized and the structure can be driven by a driving unit (for example, an electrode that electrostatically attracts the stage 13), resin, metal, or other material can be used. It is also possible to use.

【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。
The first bulk layer 31 and the second bulk layer 32 are not necessarily made of the same material, but may be made of different materials. In this case, by making the material of the first bulk layer 31 a material that functions as an etch stop material when the second bulk layer 32 is etched, the intermediate layer 33 can be removed.

【0082】[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。
As described above, according to the present invention, various effects described below can be realized.

【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。
According to the invention described in claim 1, since the strength of the displacement portion can be improved as compared with the structure in which the displacement portion is formed by laminating the thin films by using the thin film technique, the displacement portion is not subject to plastic deformation or deformation. Distortion can be prevented and the reliability of the microdevice can be improved.

【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。
According to the second aspect of the invention, the bulk of single crystal silicon has a higher mechanical strength than the polysilicon in which the silicon thin films are laminated by using the thin film technique.
It is possible to prevent plastic deformation and strain from occurring in the displaced portion, and thus improve the reliability of the microdevice.
Further, since the displacement portion can be formed by utilizing the semiconductor manufacturing technology, the displacement portion can be easily and inexpensively formed.

【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。
According to the third aspect of the invention, since the intermediate layer having an insulating property is interposed between the displacement portion made of the bulk of single crystal silicon and the support portion, a microdevice is formed. An SOI substrate can be used as a base material.

【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。
According to the invention described in claim 4, the microdevice can be used as an optical switch.

【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。
According to the fifth aspect of the present invention, the structure of the microdevice (optical switch) is simplified as compared with the structure in which the light switched to the optical switch is incident in parallel with the displacement direction of the mirror. be able to.

【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。
According to the invention described in claim 6, the driving means can be made compact, and hence the microdevice can be made compact.

【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。
Further, according to the invention of claim 7, the second bulk layer is not processed more than the intermediate layer functioning as the etch stop material, so that the accuracy of forming the displacement portion and the support portion is improved. be able to.

【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。
Further, according to the invention described in claim 8, since the groove having the side wall substantially vertical to the second bulk layer can be formed by using the reactive ion etching, the displacement portion can be accurately formed. Therefore, the functional element can be moved with high accuracy.

【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。
According to the ninth and tenth aspects of the invention, the substrate can be formed by utilizing the SOI technique.

【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。
According to the invention described in claim 11, the formation of the support portion and the formation of the functional element can be performed at the same time, so that the processing time can be shortened.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【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。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an optical switch according to an embodiment of the present invention, showing a state in which a mirror is raised.

【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。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an optical switch according to an embodiment of the present invention, showing a state in which a mirror is lowered.

【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。
FIG. 3 is a perspective view showing an optical switch according to an embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 4 is a diagram showing the method of manufacturing the optical switch according to the embodiment of the present invention along the manufacturing procedure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 10 Optical switch 11 Drive 12 base 13 stages 14 Support frame 15 Arm 16 frame 17 optical fiber 18A-18C Fiber mounting groove 19 cavity 20 Drive electrode 21 mirror 30 SOI substrate 31 First bulk layer 32 Second bulk layer 33 Middle class 34 Surface protection layer 35 First Photoresist 36 Thickness unevenness 37 Deep trench processing department 38 Second photoresist

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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。
1. A microdevice provided with a functional element, having a displacement portion that is displaced by a driving means to move the functional element, and a support portion that supports the displacement portion. , A microdevice formed by using a bulk micromachining technique.
【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。
2. The microdevice according to claim 1, wherein the displacement portion is a bulk of single crystal silicon.
【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。
3. The microdevice according to claim 1, wherein the supporting portion is formed of a bulk of single crystal silicon, and the displacement portion and the supporting portion are joined via an intermediate layer having an insulating property. A microdevice characterized by being formed.
【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。
4. The microdevice according to claim 1, wherein the functional element is a mirror that switches an optical path of light by the displacement.
【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。
5. The microdevice according to claim 4, wherein the mirror has a structure in which the mirror is erected on the displacement portion.
【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。
6. The microdevice according to claim 1, wherein the driving unit is arranged at a position facing the displacement section of a base on which the support section is arranged, A microdevice having an electrode that electrostatically attracts the displacement portion when a drive voltage is applied.
【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。
7. A method for manufacturing a microdevice, comprising: a displacement portion provided with a functional element and displaced to move the functional element; and a method of manufacturing a microdevice, comprising: the displacement portion. Forming a substrate comprising a first bulk layer, a second bulk layer serving as the supporting portion, and an intermediate layer provided between the first bulk layer and the second bulk layer; And a step of processing the second bulk layer by bulk micromachining using the intermediate layer as an etch stop material.
【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。
8. The method of manufacturing a microdevice according to claim 7, wherein reactive ion etching is used as the bulk micromachining.
【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。
9. The method for manufacturing a microdevice according to claim 7, wherein the first bulk layer and the second bulk layer are single crystal silicon, and the intermediate layer is silicon oxide. Manufacturing method of micro device.
【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。
10. The method of manufacturing a microdevice according to claim 9, wherein the substrate is an SOI substrate.
【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。
11. The method for manufacturing a microdevice according to claim 7, wherein, when the second bulk layer is processed to form the support portion, the second bulk layer is removed from the second bulk layer. A method of manufacturing a microdevice, which comprises simultaneously forming the functional element.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005047964A1 (en) * 2003-11-17 2005-05-26 Nec Corporation Lightwave control apparatus
JP2007517252A (en) * 2003-12-26 2007-06-28 コミツサリア タ レネルジー アトミーク Optical component and method for manufacturing the same
CN100451705C (en) * 2006-01-26 2009-01-14 中国科学院微电子研究所 Design and manufacturing process of optical switch
CN115933160A (en) * 2022-10-31 2023-04-07 上海集成电路研发中心有限公司 Microelectronic component and its preparation method, electronic equipment

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005047964A1 (en) * 2003-11-17 2005-05-26 Nec Corporation Lightwave control apparatus
JPWO2005047964A1 (en) * 2003-11-17 2007-08-23 日本電気株式会社 Light control device
US7488925B2 (en) 2003-11-17 2009-02-10 Nec Corporation Light control apparatus having a device for controlling the input signal light of an optical transmission path
JP2007517252A (en) * 2003-12-26 2007-06-28 コミツサリア タ レネルジー アトミーク Optical component and method for manufacturing the same
CN100451705C (en) * 2006-01-26 2009-01-14 中国科学院微电子研究所 Design and manufacturing process of optical switch
CN115933160A (en) * 2022-10-31 2023-04-07 上海集成电路研发中心有限公司 Microelectronic component and its preparation method, electronic equipment

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