(57)【要約】【課題】可動部と、フレームと、これらを連結する連結部とを有するマイクロ可動素子において可動部とフレームを一時的に架橋するサポート構造体を切断や除去するのに適し、且つ、サポート構造体由来の材料片を介した短絡に起因する動作不良を回避するのに適した、マイクロ可動素子製造方法、これによって製造されるマイクロ可動素子、および、そのようなマイクロ可動素子を含む光スイッチング素子を提供する。【解決手段】本発明は、材料基板に可動部１０、フレーム２０、および連結部４０を作り込む成形工程と、成形工程の途中において、材料基板の表面にフィルム材料を貼り合せ、当該フィルム材料をパターニングすることにより、可動部１０およびフレーム２０を架橋するためのサポート構造体７１を形成する工程とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部と、フレームと、当該可動部およびフレームを連結する連結部とを有するマイクロ可動素子を、材料基板に対して加工を施すことによって製造するための方法であって、
前記材料基板に前記可動部、前記フレーム、および前記連結部を作り込む成形工程と、
前記成形工程の途中において、前記材料基板の表面にフィルム材料を貼り合せ、当該フィルム材料をパターニングすることにより、前記可動部および前記フレームを架橋するためのサポート構造体を形成する工程と、を含むマイクロ可動素子製造方法。
【請求項２】
前記サポート構造体の少なくとも一部を除去する除去工程を更に含む、請求項１に記載のマイクロ可動素子製造方法。
【請求項３】
前記除去工程は、サポート構造体付きマイクロ可動素子を基材に組み込むアセンブリ工程の後に行う、請求項２に記載のマイクロ可動素子製造方法。
【請求項４】
前記サポート構造体は絶縁材料よりなる、請求項１から３のいずれか一つに記載のマイクロ可動素子製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載のマイクロ可動素子製造方法によって製造されたマイクロ可動素子。
【請求項６】
マイクロミラー素子、角速度センサ、または加速度センサとして構成されている、請求項５に記載のマイクロ可動素子。
【請求項７】
マイクロミラー素子として構成された請求項５に記載のマイクロ可動素子を備える、光スイッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小な可動部を有する例えばマイクロミラー素子、角速度センサ、加速度センサなどのマイクロ可動素子の製造方法、マイクロ可動素子、および光スイッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な技術分野において、マイクロマシニング技術により形成される微小構造を有する素子の応用化が図られている。そのような素子には、例えば、マイクロミラー素子や、角速度センサ、加速度センサなど、微小な揺動部ないし振動部を有するマイクロ可動素子が含まれる。マイクロミラー素子は、例えば光ディスク技術や光通信技術の分野において、光反射機能を担う素子として利用される。角速度センサおよび加速度センサは、例えば、ビデオカメラやカメラ付き携帯電話の手振れ防止機能、カーナビゲーションシステム、エアバッグ開放タイミングシステム、車やロボット等の姿勢制御システムの用途で、利用される。このようなマイクロ可動素子については、例えば下記の特許文献１〜３に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１９７００号公報
【特許文献２】特開２００４−３４１３６４号公報
【特許文献３】特開２００６−７２２５２号公報
【０００４】
図１８から図２４は、従来のマイクロ可動素子の一例たるマイクロ可動素子Ｙを表す。図１８は、マイクロ可動素子Ｙの平面図であり、図１９は、マイクロ可動素子Ｙの一部省略平面図である。図２０から図２４は、各々、図１８の線XX−XX、線XXI−XXI、線XXII−XXII、線XXIII−XXIII、および線XXIV−XXIVに沿った断面図である。
【０００５】
マイクロ可動素子Ｙは、揺動部９１と、フレーム９２と、一対のトーションバー９３と、櫛歯電極９４，９５，９６，９７と、サポートビーム９８とを備えてマイクロミラー素子として構成されたものであり、ＭＥＭＳ技術などのマイクロマシニング技術によって、いわゆるＳＯＩ（silicon on insulator）基板である材料基板に対して加工を施すことによって製造されたものである。当該材料基板は、第１および第２シリコン層ならびに当該シリコン層間の絶縁層よりなる積層構造を有し、各シリコン層は、不純物のドープにより所定の導電性が付与されている。マイクロ可動素子Ｙにおける上述の各部位は主に第１シリコン層および／または第２シリコン層に由来して形成されるところ、図の明確化の観点より、図１８においては、第１シリコン層に由来して絶縁層より紙面手前方向に突き出る箇所について斜線ハッチングを付して表す。図１９には、第２シリコン層に由来する部位を表す。
【０００６】
揺動部９１は、第１シリコン層に由来する部位であり、その表面には、光反射機能を有するミラー面９１ａが設けられている。
【０００７】
フレーム９２は、図１８に示すように揺動部９１を囲む形状を有し、また、図２０から図２４に示すように、第１層部９２ａと、第２層部９２ｂと、これらの間の絶縁層９２ｃとからなる積層構造を有する。第１層部９２ａは第１シリコン層に由来する部位である。第２層部９２ｂは、第２シリコン層に由来する部位であり、図１９に示すように空隙を介して複数の部分に分離されている。
【０００８】
一対のトーションバー９３の各々は、第１シリコン層に由来する部位であり、図１８および図２０に示すように、揺動部９１とフレーム９２とを連結する。各トーションバー９３は、揺動部９１に接続し且つフレーム９２の第１層部９２ａに接続し、各トーションバー９３により、揺動部９１と第１層部９２ａとは電気的に接続される。このような一対のトーションバー９３は、フレーム９２に対する揺動部９１の回転変移ないし回転動作の軸心Ｂを規定する。
【０００９】
櫛歯電極９４は、第１シリコン層に由来する複数の電極歯９４ａからなり、揺動部９１に固定されている。櫛歯電極９５は、第１シリコン層に由来する複数の電極歯９５ａからなり、櫛歯電極９４とは反対の側において揺動部９１に固定されている。これら櫛歯電極９４，９５は、揺動部９１を介して電気的に接続されている。
【００１０】
櫛歯電極９６は、第２シリコン層に由来する複数の電極歯９６ａからなり、図１９に示すようにフレーム９２の第２層部９２ｂの一部に固定され、図１８および図２１に示すように、櫛歯電極９４に対して近接して配置されている。このような櫛歯電極９６は、櫛歯電極９４と協働して静電引力（駆動力）を発生するための部位であり、一対の櫛歯電極９４，９６は、マイクロ可動素子Ｙの一のアクチュエータを構成する。
【００１１】
櫛歯電極９７は、第２シリコン層に由来する複数の電極歯９７ａからなり、図１９に示すようにフレーム９２の第２層部９２ｂの一部に固定され、図１８および図２２に示すように、櫛歯電極９５に対して近接して配置されている。このような櫛歯電極９７は、櫛歯電極９５と協働して静電引力（駆動力）を発生するための部位であり、一対の櫛歯電極９５，９７は、マイクロ可動素子Ｙの一のアクチュエータを構成する。また、フレーム９２の第２層部９２ｂにおいて櫛歯電極９７が接合する部位と、第２層部９２ｂにおいて櫛歯電極９６が接合する部位とは、電気的に分離されており、従って、これら櫛歯電極９６，９７は電気的に分離されている。
【００１２】
サポートビーム９８は、トーションバー９３の破損を防止すべく揺動部９１をフレーム９２に対して一時的に固定するためのものであり、図１８および図２４に示すように、揺動部９１およびフレーム９２の第１層部９２ａに接続する。このサポートビーム９８は、切断されるまでは、一対のトーションバー９３による揺動部９１とフレーム９２の間の連結を補強する機能を担い、且つ、マイクロ可動素子Ｙの使用前に切断される。
【００１３】
図２５から図２７は、従来のマイクロ可動素子Ｙの製造方法を表す。図２５から図２７においては、図２７（ｃ）に示す揺動部Ｍ、フレームＦ１，Ｆ２，Ｆ３、トーションバーＴ１，Ｔ２、一組の櫛歯電極Ｅ１，Ｅ２、およびサポートビームＳ１，Ｓ２の形成過程を、一の断面の変化として表す。当該一の断面は、加工が施されるウエハにおける単一のマイクロ可動素子形成区画に含まれる複数の所定箇所の断面を、モデル化して連続断面として表したものである。揺動部Ｍは、揺動部９１の一部に相当する。フレームＦ１，Ｆ２，Ｆ３は、各々、フレーム９２に相当し、フレーム９２の所定箇所の横断面を表す。トーションバーＴ１は、トーションバー９３に相当し、トーションバー９３の延び方向の断面を表す。トーションバーＴ２は、トーションバー９３に相当し、トーションバー９３の横断面を表す。櫛歯電極Ｅ１は、櫛歯電極９４，９５に相当し、櫛歯電極９４，９５の部分的な横断面を表す。櫛歯電極Ｅ２は、櫛歯電極９６，９７に相当し、櫛歯電極９６，９７の部分的な横断面を表す。サポートビームＳ１は、サポートビーム９８に相当し、サポートビーム９８の延び方向の断面を表す。サポートビームＳ２は、サポートビーム９８に相当し、サポートビーム９８の横断面を表す。
【００１４】
マイクロ可動素子Ｙの製造においては、まず、図２５（ａ）に示すような材料基板２００を用意する。材料基板２００は、シリコン層２０１，２０２と、当該シリコン層２０１，２０２間の絶縁層２０３とからなる積層構造を有するＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウエハである。シリコン層２０１，２０２は、不純物をドープすることにより導電性を付与されたシリコン材料よりなる。
【００１５】
次に、図２５（ｂ）に示すように、シリコン層２０１上にミラー面９１ａ（所定の金属膜よりなる）を形成した後、図２５（ｃ）に示すように、シリコン層２０１上に酸化膜パターン２１０およびレジストパターン２１１を形成し、また、シリコン層２０２上に酸化膜パターン２１２を形成する。酸化膜パターン２１０は、揺動部Ｍ、フレームＦ１，Ｆ２，Ｆ３、および櫛歯電極Ｅ１に対応するパターン形状を有する。レジストパターン２１１は、トーションバーＴ１，Ｔ２およびサポートビームＳ１，Ｓ２に対応するパターン形状を有する。酸化膜パターン２１２は、フレームＦ１，Ｆ２，Ｆ３および櫛歯電極Ｅ２に対応するパターン形状を有する。
【００１６】
次に、図２５（ｄ）に示すように、酸化膜パターン２１０およびレジストパターン２１１をマスクとして、ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）により、シリコン層２０１に対して所定の深さまで異方性ドライエッチング処理を行う。所定の深さとは、トーションバーＴ１，Ｔ２およびサポートビームＳ１，Ｓ２の厚さに相当し、例えば５μｍである。この後、図２６（ａ）に示すように、剥離液を作用させることにより、レジストパターン２１１を剥離する。
【００１７】
次に、図２６（ｂ）に示すように、酸化膜パターン２１０をマスクとして、ＤＲＩＥにより、薄肉で絶縁層２０３に接するトーションバーＴ１，Ｔ２およびサポートビームＳ１，Ｓ２を残存形成しつつ、シリコン層２０１に対して絶縁層２０３に至るまで異方性エッチング処理を行う。本工程にて、トーションバーＴ１，Ｔ２およびサポートビームＳ１，Ｓ２に加え、揺動部Ｍ、フレームＦ１，Ｆ２，Ｆ３の一部（第１層部９２ａ）、および櫛歯電極Ｅ１が成形される。
【００１８】
次に、図２６（ｃ）および図２７（ａ）に示すように、材料基板２００のシリコン層２０１側に、接合材２１３を介してサブキャリア２１４を接合する。本工程では、加熱および加圧を行いつつ、材料基板２００とサブキャリア２１４を接合する。
【００１９】
次に、図２７（ｂ）に示すように、酸化膜パターン２１２をマスクとして、ＤＲＩＥにより、シリコン層２０２に対して絶縁層２０３に至るまで異方性エッチング処理を行う。本工程にて、フレームＦ１，Ｆ２，Ｆ３の一部（第２層部９２ｂ）および櫛歯電極Ｅ２が成形される。この後、材料基板２００とサブキャリア２１４を分離する。
【００２０】
次に、図２７（ｃ）に示すように、絶縁層２０３において露出している箇所、および酸化膜パターン２１０，２１２を、エッチング除去する。
【００２１】
以上の一連の工程を経ることにより、揺動部Ｍ、フレームＦ１，Ｆ２，Ｆ３、トーションバーＴ１，Ｔ２、一組の櫛歯電極Ｅ１，Ｅ２、およびサポートビームＳ１，Ｓ２を成形して、マイクロ可動素子Ｙを製造することができる。そして、マイクロ可動素子Ｙを使用するよりも前に、図２８に示すように、レーザＬｚの照射によってサポートビーム９８を切断する。
【００２２】
サポートビーム９８が切断されたマイクロ可動素子Ｙにおいては、櫛歯電極９４〜９７の各々に対して必要に応じて所定の電位を付与することにより、揺動部９１を軸心Ｂまわりに回転動作させることができる。櫛歯電極９４，９５に対する電位付与は、フレーム９２の第１層部９２ａ、各トーションバー９３、および揺動部９１を介して、実現することができる。櫛歯電極９４，９５は、例えばグラウンド接続される。一方、櫛歯電極９６に対する電位付与は、フレーム９２の第２層部９２ｂの一部を介して実現することができ、櫛歯電極９７に対する電位付与は、第２層部９２ｂの他の一部を介して実現することができる。櫛歯電極９６，９７は電気的に分離されているため、櫛歯電極９６，９７に対する電位付与は独立して行うことができる。
【００２３】
櫛歯電極９４，９６の各々に所定の電位を付与することにより櫛歯電極９４，９６間に所望の静電引力を発生させると、櫛歯電極９４は櫛歯電極９６に引き込まれる。そのため、揺動部９１は、軸心Ｂまわりに回転動作し、当該静電引力と、捩れ変形した各トーションバー９３の捩り抵抗力の総和とが、釣り合う角度まで回転変位する。櫛歯電極９４，９６間の静電引力を消滅させると、各トーションバー９３は、その捩り応力を解放して自然状態に復帰する。
【００２４】
また、櫛歯電極９５，９７の各々に所定の電位を付与することにより櫛歯電極９５，９７間に所望の静電引力を発生させると、櫛歯電極９５は櫛歯電極９７に引き込まれる。そのため、揺動部９１は、軸心Ｂまわりに、前述の回転動作とは逆方向に回転動作し、当該静電引力と、各トーションバー９３の捩り抵抗力の総和とが、釣り合う角度まで回転変位する。櫛歯電極９５，９７間の静電引力を消滅させると、各トーションバー９３は、その捩り応力を解放して自然状態に復帰する。
【００２５】
マイクロ可動素子Ｙにおいては、以上のような揺動部９１の揺動駆動により、揺動部９１上に設けられたミラー面９１ａにて反射される光の反射方向を適宜切り換えることができる。
【００２６】
しかしながら、図２８を参照して上述した従来のサポートビーム切断工程では、マイクロ可動素子Ｙにおけるサポートビーム９８の近傍の構造に損傷を与える可能性が比較的に高い。従来のマイクロ可動素子Ｙの製造過程において、サポートビーム９８はトーションバー９３が成形されるのと同様に成形されて、材料基板２００ないしマイクロ可動素子Ｙの深部に形成される。そのため、サポートビーム９８を切断するためのレーザＬｚは、サポートビーム９８に至る前に、マイクロ可動素子Ｙにおけるサポートビーム９８近傍の構造に損傷を与えてしまう場合があるのである。サポートビーム９８によるトーションバー９３に対する補強機能を強化するには、サポートビーム９８が横断するギャップを狭くしてサポートビーム９８を短くすることが考えられるのであるが、サポートビーム９８が横断するギャップが狭いほど、サポートビーム９８を切断するためのレーザＬｚの照射位置について高精度が求められ、マイクロ可動素子Ｙにおけるサポートビーム９８近傍の構造に損傷を与えてしまう可能性は高くなる。
【００２７】
加えて、マイクロ可動素子Ｙにおいては、次の理由により動作不良が生じやすい。図２８を参照して上述したサポートビーム切断工程を経ると、それまでサポートビーム９８を構成していた材料片がサポートビーム９８から飛散して素子表面に付着してしまう場合がある。上記の材料基板２００のシリコン層２０１に由来する当該材料片は導電性を有するため、マイクロ可動素子Ｙにおいて電気的に分離されるべき二箇所を架橋するように当該材料片が素子表面に付着すると、当該二箇所は短絡してしまう。例えば、当該材料片がフレーム９２の第１層部９２ａと第２層部９２ｂとを架橋するように素子表面に付着すると、第１層部９２ａと第２層部９２ｂは当該材料片を介して短絡してしまう。このような短絡の結果、マイクロ可動素子Ｙにおいて動作不良が生じるのである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであり、可動部と、フレームと、これらを連結する連結部とを有するマイクロ可動素子において可動部とフレームを一時的に架橋するサポート構造体を切断や除去するのに適し、且つ、サポート構造体由来の材料片を介した短絡に起因する動作不良を回避するのに適した、マイクロ可動素子製造方法、これによって製造されるマイクロ可動素子、並びに、そのようなマイクロ可動素子を含む光スイッチング素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明の第１の側面によると、可動部と、フレームと、当該可動部およびフレームを連結する連結部とを有するマイクロ可動素子を、材料基板に対して加工を施すことによって製造するための方法が提供される。本方法は、材料基板に可動部、フレーム、および連結部を作り込む成形工程と、当該成形工程の途中において、材料基板の表面にフィルム材料を貼り合せ、当該フィルム材料をパターニングすることにより、可動部およびフレームを架橋するためのサポート構造体を形成する工程とを含む。
【００３０】
本方法では、可動部とフレームを連結する連結部の破損を防止するために可動部とフレームを架橋するサポート構造体は、マイクロ可動素子の各部が作り込まれる材料基板の表面に貼り合わされたフィルム材料において成形される。すなわち、サポート構造体は、マイクロ可動素子の表面において可動部とフレームを架橋するように形成される。このようなサポート構造体については、切断条件や除去条件を最適化しやすく、切断や除去を行いやすい。例えば、レーザの照射によってサポート構造体を切断する場合、マイクロ可動素子の表面に露出するサポート構造体については、その近傍の素子構造に損傷を与えずに切断しやすい。例えば、溶剤等を作用させてサポート構造体を剥離除去する場合、マイクロ可動素子表面にサポート構造体残渣を生じさせずに適切にサポート構造体を除去しやすい。
【００３１】
加えて、本方法では、フィルム材料として、材料基板の構成材料とは異なる材料により構成されるものを採用することが可能である。したがって、材料基板が良導電部位を内部に伴う場合であっても、フィルム材料としては、導電性の低いものを使用することが可能である。本方法において、可動部とフレームを架橋するように形成されるサポート構造体は、このようなフィルム材料において成形される。そのため、本方法によって製造されたマイクロ可動素子が、当該サポート構造体を切断や除去する工程を経て、それまでサポート構造体を構成していた材料片が素子表面に付着してしまったとしても、マイクロ可動素子において電気的に分離されるべき二箇所が当該材料片を介して短絡してしまうのを、回避することが可能である。したがって、本方法は、製造されるマイクロ可動素子において、サポート構造体に由来する材料片を介した短絡に起因する動作不良を回避するのに好適である。
【００３２】
以上のように、本方法は、可動部とフレームを一時的に架橋するサポート構造体を切断や除去するのに適し、且つ、サポート構造体由来の材料片を介した短絡に起因する動作不良を回避するのに適するのである。
【００３３】
本発明の第１の側面に係るマイクロ可動素子製造方法は、好ましくは、サポート構造体の少なくとも一部を除去する除去工程を更に含む。サポート構造体の少なくとも一部を除去することには、サポート構造体を切断することも含まれる。より好ましくは、除去工程は、サポート構造体付きマイクロ可動素子をパッケージング部材等の基材に組み込むアセンブリ工程の後に行う。この構成によると、マイクロ可動素子に対して生じ得る衝撃が比較的に強いアセンブリ工程中に連結部（可動部とフレームを連結する）が破損してしまうことを抑制することが可能である。
【００３４】
好ましくは、サポート構造体は絶縁材料よりなる。この構成は、サポート構造体由来の材料片を介した短絡に起因する動作不良を回避するうえで好適である。
【００３５】
本発明の第２の側面によるとマイクロ可動素子が提供される。このマイクロ可動素子は、本発明の第１の側面に係る方法によって製造されたものである。好ましくは、本マイクロ可動素子は、マイクロミラー素子、角速度センサ、または加速度センサとして構成されている。
【００３６】
本発明の第３の側面によると光スイッチング装置が提供される。本光スイッチング装置は、マイクロミラー素子として構成された第２の側面に係るマイクロ可動素子を備える。本光スイッチング装置は、例えば、空間光結合型の光スイッチング装置や波長選択型の光スイッチング装置である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
図１から図８は、本発明の第１の実施形態に係るマイクロ可動素子Ｘを表す。図１は、マイクロ可動素子Ｘの平面図であり、図２は、マイクロ可動素子Ｘの一部省略平面図である。図３から図８は、各々、図１の線III−III、線IV−IV、線V−V、線VI−VI、線VII−VII、および線VIII−VIIIに沿った断面図である。
【００３８】
マイクロ可動素子Ｘは、揺動部１０と、フレーム２０と、フレーム３０と、一対のトーションバー４０と、一対のトーションバー５０と、櫛歯電極６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７，６８と、サポートビーム７１，７２とを備え、本実施形態では、サポートビーム付きのマイクロミラー素子として構成されている。また、マイクロ可動素子Ｘは、ＭＥＭＳ技術などのバルクマイクロマシニング技術により、いわゆるＳＯＩ（silicon on insulator）ウエハである材料基板に対して加工を施すことによって製造されたものである。当該材料基板は、第１および第２シリコン層ならびに当該シリコン層間の絶縁層よりなる積層構造を有し、各シリコン層は、不純物のドープにより所定の導電性が付与されている。マイクロ可動素子Ｘにおける上述の各部位は主に第１シリコン層および／または第２シリコン層に由来して形成されるところ、図の明確化の観点より、図１においては、第１シリコン層に由来して絶縁層より紙面手前方向に突き出る部位について、斜線ハッチングを付して表す。また、図２に示される構造は、マイクロ可動素子Ｘにおいて第２シリコン層に由来するものである。
【００３９】
揺動部１０は、第１シリコン層に由来する部位であり、その表面には、光反射機能を有するミラー面１１が設けられている。また、揺動部１０について図１に示す長さＷは、例えば２０〜３００μｍである。このような揺動部１０は、フレーム２０に対して本発明における可動部である。
【００４０】
フレーム２０は、揺動部１０を囲む形状を有する内フレームであり、例えば図４に示すように、第１シリコン層に由来する第１層部２１と、第２シリコン層に由来する第２層部２２と、当該第１および第２層部２１，２２の間の絶縁層２３とからなる積層構造を有する。第２層部２２は、図２および図４に示すように、部分２２ａ，２２ｂからなる。第１層部２１と第２層部２２は、絶縁層２３によって電気的に分離されている。このようなフレーム２０は、揺動部１０（可動部）に対しては本発明におけるフレームであり、且つ、フレーム３０に対しては本発明における可動部である。
【００４１】
フレーム３０は、フレーム２０を囲む形状を有する外フレームであり、例えば図３および図４に示すように、第１シリコン層に由来する第１層部３１と、第２シリコン層に由来する第２層部３２と、当該第１および第２層部３１，３２の間の絶縁層３３とからなる積層構造を有する。第２層部３２は、図２に示すように、空隙を介して離隔する部分３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅからなる。第１層部３１と第２層部３２の部分３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄとは、絶縁層３３によって電気的に分離されている。第１層部３１と第２層部３２の部分３２ｅとは、図７および図８に示すように、絶縁層３３を貫通する導電ビア３４を介して電気的に接続されている。また、図４に示すように、第２層部３２における部分３２ａの表面には電極パッド３５ａが設けられており、部分３２ｂの表面には電極パッド３５ｂが設けられている。図３に示すように、部分３２ｃの表面には電極パッド３５ｃが設けられており、部分３２ｄの表面には電極パッド３５ｄが設けられている。図８に示すように、部分３２ｅの表面には電極パッド３５ｅが設けられている。このようなフレーム３０は、フレーム２０（可動部）に対して本発明におけるフレームである。
【００４２】
一対のトーションバー４０は、各々、第１シリコン層に由来する部位であり、揺動部１０とフレーム２０の第１層部２１とに接続して、揺動部１０およびフレーム２０を連結する。トーションバー４０により、揺動部１０と第１層部２１とは電気的に接続されている。また、トーションバー４０は、図３に示すように、素子厚さ方向Ｈにおいて、揺動部１０よりも薄肉であり、且つ、フレーム２０の第１層部２１よりも薄肉である。このような一対のトーションバー４０は、揺動部１０の揺動動作の軸心Ａ１を規定する。
【００４３】
一対のトーションバー５０は、各々、図４に示すように、第１シリコン層に由来する第１層部５１と、第２シリコン層に由来する第２層部５２と、当該第１および第２層部５１，５２の間の絶縁層５３とからなる積層構造を有し、フレーム２０，３０を連結する。一方のトーションバー５０において、第１層部５１は、フレーム２０の第１層部２１とフレーム３０の第１層部３１とに接続し、この第１層部５１によって当該第１層部２１，３１は電気的に接続されており、第２層部５２は、フレーム２０の第２層部２２の部分２２ａとフレーム３０の第２層部３２の部分３２ａとに接続し、この第２層部５２によって当該部分２２ａ，３２ａは電気的に接続されている。他方のトーションバー５０において、第１層部５１は、フレーム２０の第１層部２１とフレーム３０の第１層部３１とに接続し、この第１層部５１によって当該第１層部２１，３１は電気的に接続されており、第２層部５２は、フレーム２０の第２層部２２の部分２２ｂとフレーム３０の第２層部３２の部分３２ｂとに接続し、この第２層部５２によって当該部分２２ｂ，３２ｂは電気的に接続されている。また、トーションバー５０の第１層部５１は、素子厚さ方向Ｈにおいて、フレーム２０の第１層部２１よりも薄肉であり、且つ、フレーム３０の第１層部３１よりも薄肉である。これとともに、トーションバー５０の第２層部５２は、素子厚さ方向Ｈにおいて、フレーム２０の第２層部２２よりも薄肉であり、且つ、フレーム３０の第２層部３２よりも薄肉である。このような一対のトーションバー５０は、フレーム２０およびこれに伴う揺動部１０の揺動動作の軸心Ａ２を規定する。本実施形態においては、軸心Ａ２は軸心Ａ１と直交している。
【００４４】
櫛歯電極６１は、第１シリコン層に由来する部位であり、図１および図５に示すように、複数の電極歯６１ａからなる。複数の電極歯６１ａは、軸心Ａ１に直交する方向に且つ相互に平行に、揺動部１０から延出する。
【００４５】
櫛歯電極６２は、第１シリコン層に由来する部位であり、図１および図６に示すように、複数の電極歯６２ａからなる。複数の電極歯６２ａは、軸心Ａ１に直交する方向に且つ相互に平行に、電極歯６１ａとは反対の側に揺動部１０から延出する。
【００４６】
櫛歯電極６３は、第２シリコン層に由来する部位であり、図１、図２、および図５に示すように、複数の電極歯６３ａからなる。複数の電極歯６３ａは、軸心Ａ１に直交する方向に且つ相互に平行に、フレーム２０の第２層部２２の部分２２ａから揺動部１０ないし櫛歯電極６１の側へ延出する。このような櫛歯電極６３は、櫛歯電極６１と協働して本素子の一のアクチュエータを構成し得る。
【００４７】
櫛歯電極６４は、第２シリコン層に由来する部位であり、図１、図２、および図６に示すように、複数の電極歯６４ａからなる。複数の電極歯６４ａは、軸心Ａ１に直交する方向に且つ相互に平行に、フレーム２０の第２層部２２の部分２２ｂから揺動部１０ないし櫛歯電極６２の側へ延出する。このような櫛歯電極６４は、上述の櫛歯電極６２と協働して本素子の一のアクチュエータを構成し得る。
【００４８】
櫛歯電極６５は、第１シリコン層に由来する部位であり、図１および図７に示すように、複数の電極歯６５ａからなる。複数の電極歯６５ａは、軸心Ａ２に直交する方向に且つ相互に平行に、フレーム２０の第１層部２１から揺動部１０とは反対の側に延出する。
【００４９】
櫛歯電極６６は、第１シリコン層に由来する部位であり、図１および図８に示すように、複数の電極歯６６ａからなる。複数の電極歯６６ａは、軸心Ａ２に直交する方向に且つ相互に平行に、フレーム２０の第１層部２１から揺動部１０とは反対の側に延出する。
【００５０】
櫛歯電極６７は、第２シリコン層に由来する部位であり、図１、図２、および図７に示すように、複数の電極歯６７ａからなる。複数の電極歯６７ａは、軸心Ａ２に直交する方向に且つ相互に平行に、フレーム３０の第２層部３２の部分３２ｃからフレーム２０ないし櫛歯電極６５の側へ延出する。このような櫛歯電極６７は、上述の櫛歯電極６５と協働して本素子の一のアクチュエータを構成し得る。
【００５１】
櫛歯電極６８は、第２シリコン層に由来する部位であり、図１、図２、および図８に示すように、複数の電極歯６８ａからなる。複数の電極歯６８ａは、軸心Ａ２に直交する方向に且つ相互に平行に、フレーム３０の第２層部３２の部分３２ｄからフレーム２０ないし櫛歯電極６６の側へ延出する。このような櫛歯電極６８は、上述の櫛歯電極６６と協働して本素子の一のアクチュエータを構成し得る。
【００５２】
サポートビーム７１は、トーションバー４０の破損を防止すべく揺動部１０（可動部）をフレーム２０に対して一時的に固定するためのものであり、図１に示すように、第１シリコン層側の表面において、揺動部１０およびフレーム２０を架橋する。このサポートビーム７１は、切断されるまでは、一対のトーションバー４０による揺動部１０とフレーム２０の間の連結を補強する機能を担い、且つ、マイクロ可動素子Ｘを使用するより前に切断または除去される。このようなサポートビーム７１は、好ましくは絶縁材料よりなる。
【００５３】
サポートビーム７２は、トーションバー５０の破損を防止すべくフレーム２０（可動部）をフレーム３０に対して一時的に固定するためのものであり、図１に示すように、第１シリコン層側の表面において、フレーム２０およびフレーム３０を架橋する。このサポートビーム７２は、切断されるまでは、一対のトーションバー５０によるフレーム２０，３０間の連結を補強する機能を担い、且つ、マイクロ可動素子Ｘを使用するより前に切断または除去される。このようなサポートビーム７２は、好ましくは絶縁材料よりなる。
【００５４】
図９から図１３は、マイクロ可動素子Ｘの製造方法を表す。この方法は、マイクロマシニング技術によりマイクロ可動素子Ｘを製造するための一手法である。図９から図１３においては、図１３（ｃ）に示す揺動部Ｍ、フレームＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５、トーションバーＴ１，Ｔ２，Ｔ３、一組の櫛歯電極Ｅ１，Ｅ２、およびサポートビームＳ１，Ｓ２の形成過程を、一の断面の変化として表す。当該一の断面は、加工が施されるウエハにおける単一のマイクロ可動素子形成区画に含まれる複数の所定箇所の断面を、モデル化して連続断面として表したものである。揺動部Ｍは、揺動部１０の一部に相当する。フレームＦ１，Ｆ２，Ｆ４は、各々、フレーム２０に相当し、フレーム２０の所定箇所の横断面を表す。フレームＦ３，Ｆ５は、各々、フレーム３０に相当し、フレーム３０の所定箇所の横断面を表す。トーションバーＴ１は、トーションバー４０に相当し、トーションバー４０の延び方向の断面を表す。トーションバーＴ２は、トーションバー４０に相当し、トーションバー４０の横断面を表す。トーションバーＴ３は、トーションバー５０に相当し、トーションバー５０の延び方向の断面を表す。櫛歯電極Ｅ１は、櫛歯電極６１，６２，６５，６６に相当し、櫛歯電極６１，６２，６５，６６の部分的な横断面を表す。櫛歯電極Ｅ２は、櫛歯電極６３，６４，６７，６８に相当し、櫛歯電極６３，６４，６７，６８の部分的な横断面を表す。サポートビームＳ１は、サポートビーム７１に相当し、サポートビーム７１の延び方向の断面を表す。サポートビームＳ２は、サポートビーム７２に相当し、サポートビーム７２の延び方向の断面を表す。
【００５５】
マイクロ可動素子Ｘの製造においては、まず、図９（ａ）に示すような材料基板１００を用意する。材料基板１００は、シリコン層１０１，１０２と、当該シリコン層１０１，１０２間の絶縁層１０３とからなる積層構造を有するＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウエハであり、上述の導電ビア３４を構成することとなる導電ビアが図外における所定の箇所に予め埋め込み形成されたものである。シリコン層１０１，１０２は、不純物をドープすることにより導電性を付与されたシリコン材料よりなる。不純物としては、Ｂなどのｐ型不純物や、ＰおよびＳｂなどのｎ型不純物を採用することができる。絶縁層１０３は例えば酸化シリコンよりなる。シリコン層１０１の厚さは例えば１０〜１００μｍであり、シリコン層１０２の厚さは例えば１００〜５００μｍであり、絶縁層１０３の厚さは例えば０.２〜２μｍである。
【００５６】
次に、図９（ｂ）に示すように、シリコン層１０１上にミラー面１１を形成し、また、シリコン層１０２上に電極パッド３５を形成する（電極パッド３５は、上述の電極パッド３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅに相当する）。ミラー面１１の形成においては、まず、スパッタリング法により、シリコン層１０１に対して例えばＣｒ（５０ｎｍ）およびこれに続いて例えばＡｕ（２００ｎｍ）を成膜する。次に、所定のマスクを介してこれら金属膜に対してエッチング処理を順次行う。このようにして、シリコン層１０１上にミラー面１１をパターン形成することができる。Ａｕに対するエッチング液としては、例えば、ヨウ化カリウム−ヨウ素水溶液を使用することができる。Ｃｒに対するエッチング液としては、例えば硝酸第二セリウムアンモニウム水溶液を使用することができる。また、電極パッド３５は、例えばミラー面１１と同様にして形成することができる。
【００５７】
次に、図９（ｃ）に示すように、シリコン層１０１上に酸化膜パターン１１０およびレジストパターン１１１を形成し、また、シリコン層１０２上に酸化膜パターン１１２およびレジストパターン１１３を形成する。酸化膜パターン１１０は、揺動部Ｍ、フレームＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５および櫛歯電極Ｅ１に対応するパターン形状を有する。レジストパターン１１１は、トーションバーＴ１，Ｔ２，Ｔ３に対応するパターン形状を有する。酸化膜パターン１１２は、フレームＦ１，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５および櫛歯電極Ｅ２に対応するパターン形状を有する。レジストパターン１１３は、トーションバーＴ３に対応するパターン形状を有する。
【００５８】
酸化膜パターン１１０の形成においては、まず、例えばＣＶＤ法により、シリコン層１０１の表面に、厚さが例えば１μｍとなるまで例えば二酸化ケイ素を成膜する。次に、シリコン層１０１上の当該酸化膜について、所定のレジストパターンをマスクとしたエッチングによりパターニングする。酸化膜パターン１１２についても、酸化物材料の成膜、酸化膜上のレジストパターンの形成、およびその後のエッチング処理を経て形成することができる。一方、レジストパターン１１１の形成においては、まず、シリコン層１０１上に液状のフォトレジストをスピンコーティングにより成膜する。次に、露光処理およびその後の現像処理を経て、当該フォトレジスト膜をパターニングする。フォトレジストとしては、例えば、ＡＺＰ４２１０（ＡＺエレクトロニック製）やＡＺ１５００（ＡＺエレクトロニック製）を使用することができる。レジストパターン１１３についても、このようなフォトレジストの成膜ならびにその後の露光処理および現象処理を経て、形成することができる。
【００５９】
マイクロ可動素子Ｘの製造においては、次に、図１０（ａ）に示すように、酸化膜パターン１１０およびレジストパターン１１１をマスクとして、ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）により、シリコン層１０１に対して所定の深さまで異方性ドライエッチング処理を行う。所定の深さとは、トーションバーＴ１，Ｔ２およびトーションバーＴ３の一部（第１層部５１）の厚さに相当し、例えば５μｍである。本工程では、真空チャンバを有する所定のエッチング装置を使用し、所定の真空条件下において当該真空チャンバ内にてＤＲＩＥを実行する。また、ＤＲＩＥでは、エッチングと側壁保護とを交互に行うＢｏｓｃｈプロセスにおいて、良好な異方性エッチング処理を行うことができる。本工程および後出のＤＲＩＥについては、このようなＢｏｓｃｈプロセスを採用することができる。
【００６０】
次に、図１０（ｂ）に示すように、酸化膜パターン１１２およびレジストパターン１１３をマスクとして、ＤＲＩＥにより、シリコン層１０２に対して所定の深さまで異方性ドライエッチング処理を行う。所定の深さとは、トーションバーＴ３の一部（第１層部５２）の厚さに相当し、例えば５μｍである。
【００６１】
次に、図１０（ｃ）に示すように、剥離液を作用させることにより、レジストパターン１１１，１１３を剥離する。剥離液としては、例えばＡＺリムーバ７００（ＡＺエレクトロニック製）を使用することができる。
【００６２】
次に、図１１（ａ）に示すように、酸化膜パターン１１０をマスクとして、ＤＲＩＥにより、薄肉で絶縁層１０３に接するトーションバーＴ１，Ｔ２およびトーションバーＴ３の一部（第１層部５１）を残存形成しつつ、シリコン層１０１に対して絶縁層１０３に至るまで異方性エッチング処理を行う。本工程にて、トーションバーＴ１，Ｔ２に加え、揺動部Ｍ、フレームＦ１，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５の一部、フレームＦ２、トーションバーＴ３の一部、および櫛歯電極Ｅ１が成形される。
【００６３】
次に、例えばラミネータや接合装置を使用して、図１１（ｂ）に示すように、材料基板１００におけるシリコン層１０１側にフィルム材料１１４を貼り合わせる。フィルム材料１１４としては、例えばＳＵ−８ ３０００Ｆｉｌｍ（化学マイクロケム製）やＴＭＭＲ（Ｆ）Ｓ２０００（東京応化工業製）などの感光性フィルムを採用することができる。
【００６４】
次に、図１１（ｃ）に示すように、フィルム材料１１４をパターニングしてサポートビームＳ１，Ｓ２を形成する。フィルム材料１１４として感光性フィルムを採用する場合には、所定パターンでの露光処理およびその後の現象処理を経て、サポートビームＳ１，Ｓ２をパターン形成することができる。フィルム材料１１４として上述のＳＵ−８ ３０００Ｆｉｌｍを採用する場合には、当該パターニングにおける現像液としてはＳＵ−８ Ｄｅｖｅｌｏｐｅｒ（化学マイクロケム製）を使用するのが好ましい。フィルム材料１１４として上述のＴＭＭＲ（Ｆ）Ｓ２０００を採用する場合には、ＰＭシンナー（東京応化工業製）を使用するのが好ましい。一方、フィルム材料１１４として非感光性の材料を採用する場合には、本工程では、フィルム材料１１４上に所定のレジストパターンを形成した後、当該レジストパターンをマスクとして利用して、ウエットエッチングまたはドライエッチングによってフィルム材料１１４をパターニングする。
【００６５】
次に、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように、材料基板１００のシリコン層１０１側に、接合材１１５を介してサブキャリア１１６を接合する。サブキャリア１１６は、例えば、シリコン基板、石英基板、メタル基板である。接合材１１５は、例えば、レジスト、伝熱グリス、シール材、またはテープであり、より具体的には、例えばＷａｆｅｒＢＯＮＤ(日産化学製)が挙げられる。本工程では、加熱および加圧しつつ、材料基板１００とサブキャリア１１６とを接合する。
【００６６】
このようにサブキャリア１１６を接合する目的は、次の加工工程において材料基板１００やエッチング装置が破損することを防止する点にある。エッチング装置の真空チャンバ内でシリコン層１０２に対してエッチング処理を施す次の加工工程では、既にエッチング加工が施されているシリコン層１０１に加えてシリコン層１０２もエッチング加工を受けることにより材料基板１００の機械的強度は相当程度に低下する。サブキャリア１１６は、このような材料基板１００の補強材として機能し、材料基板１００の破損を防止する。また、仮に真空チャンバ内で材料基板１００が破損すると、破片が生じて当該破片によりエッチング装置自体が破損する場合があるが、材料基板１００の破損を防止するサブキャリア１１６は、装置の破損防止にも資することとなる。
【００６７】
次に、図１３（ａ）に示すように、酸化膜パターン１１２をマスクとして、ＤＲＩＥにより、薄肉で絶縁層１０３に接するトーションバーＴ３の一部（第２層部５２）を残存形成しつつ、シリコン層１０２に対して絶縁層１０３に至るまで異方性エッチング処理を行う。本工程にて、トーションバーＴ３の一部に加え、フレームＦ１，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５の一部および櫛歯電極Ｅ２が成形される。
【００６８】
次に、図１３（ｂ）に示すように、材料基板１００からサブキャリア１１６を取り外す。接合材１１５として上記のＷａｆｅｒＢＯＮＤを用いる場合には、ＷａｆｅｒＢＯＮＤリムーバ（日産化学製）を接合材１１５に作用させることにより、材料基板１００とサブキャリア１１６を分離することができる。
【００６９】
次に、図１３（ｃ）に示すように、酸化膜パターン１１０，１１２において露出している箇所および絶縁層１０３において露出している箇所を、エッチング除去する。エッチング手法としては、ドライエッチングまたはウエットエッチングを採用することができる。ドライエッチングを採用する場合、エッチングガスとしては、例えば、ＣＦ4やＣＨＦ3などを採用することができる。ウエットエッチングを採用する場合、エッチング液としては、例えば、フッ酸とフッ化アンモニウムからなるバッファードフッ酸（ＢＨＦ）を使用することができる。この後、上述の一連の加工を施したウエハを、マイクロ可動素子Ｘごとに個片化するように切断する。
【００７０】
以上の一連の工程を経ることにより、揺動部Ｍ、フレームＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５、トーションバーＴ１，Ｔ２，Ｔ３、一組の櫛歯電極Ｅ１，Ｅ２、およびサポートビームＳ１，Ｓ２を形成して、サポートビーム付きのマイクロ可動素子Ｘを製造することができる。
【００７１】
図１４は、マイクロ可動素子Ｘをパッケージングするためのアセンブリ工程を表す。アセンブリ工程では、まず、図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示すように、配線基板８１に対してマイクロ可動素子Ｘを実装する。配線基板８１上には、マイクロ可動素子Ｘと配線基板８１とを電気的に接続するための複数のバンプ８２が予め形成されており、当該バンプ８２を介してマイクロ可動素子Ｘは配線基板８１に実装される。バンプ８２は例えばＡｕよりなる。本工程では、複数のマイクロ可動素子Ｘをアレイ状に配して配線基板８１に実装してもよい。
【００７２】
次に、図１４（ｃ）に示すように、マイクロ可動素子Ｘを伴う配線基板８１を、例えばＡｇ材料８３を介してセラミックパッケージ８４に実装する。具体的には、セラミックパッケージ８４の所定箇所にＡｇペースト塗布した後、マイクロ可動素子Ｘを伴う配線基板８１を、Ａｇペーストを介してセラミックパッケージ８４に貼り付け、Ａｇペーストに加熱処理を施して配線基板８１をセラミックパッケージ８４に対して固定する。その後、図１４（ｄ）に示すように例えばＡｕワイヤ８５を形成することによって、配線基板８１とセラミックパッケージ８４とを電気的に接続する。
【００７３】
このようにしてマイクロ可動素子Ｘをパッケージングした後、サポートビーム７１，７２を切断または除去する。
【００７４】
図１５は、レーザＬｚの照射によってサポートビーム７１，７２を切断する場合を表す。サポートビーム７１，７２を切断するためのレーザＬｚとしては、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザを採用することができる。サポートビーム７１，７２がレジスト材料よりなる場合には、レーザ照射によって切断するのに代えて、反応性イオンエッチングや酸素プラズマアッシングによってサポートビーム７１，７２を除去することもできる。或は、これらに代えて、サポートビーム７１，７２と素子表面の間に介在する酸化膜１１０ａ（前出の酸化膜パターン１１０の一部）をドライエッチング除去して、サポートビーム７１，７２をリフトオフによって除去することもできる。この手法において、酸化膜１１０ａが二酸化ケイ素よりなる場合、エッチングガスとしては無水フッ酸を用いることができる。
【００７５】
マイクロ可動素子Ｘのアセンブリ工程においてサポートビーム７１，７２が存在しなくともトーションバー４０，５０の破損が生じない場合には、アセンブリ工程よりも前に、以上の手法によってサポートビーム７１，７２を切断または除去してもよい。
【００７６】
サポートビーム７１，７２が切断または除去されたマイクロ可動素子Ｘにおいては、揺動部１０ないしミラー面１１について、いわゆる二軸駆動することが可能である。
【００７７】
マイクロ可動素子Ｘの駆動時には、櫛歯電極６１，６２，６５，６６に対して所定の基準電位が付与される。櫛歯電極６１，６２に対する基準電位の付与は、フレーム３０における電極パッド３５ｅ、第２層部３２の部分３２ｅ、導電ビア３４、第１層部３１、トーションバー５０の第１層部５１、フレーム２０の第１層部２１、トーションバー４０、および揺動部１０を介して、実現することができる。櫛歯電極６５，６６に対する基準電位の付与は、フレーム３０における電極パッド３５ｅ、第２層部３２の部分３２ｅ、導電ビア３４、フレーム３０の第１層部３１、トーションバー５０の第１層部５１、およびフレーム２０の第１層部２１を介して、実現することができる。基準電位は、例えばグラウンド電位であり、好ましくは一定に維持される。
【００７８】
そして、櫛歯電極６３に対して所望の駆動電位を付与して櫛歯電極６１，６３間に静電力を発生させて櫛歯電極６１を櫛歯電極６３に引き込むことにより、或は、櫛歯電極６４に対して所望の駆動電位を付与して櫛歯電極６２，６４間に静電力を発生させて櫛歯電極６２を櫛歯電極６４に引き込むことにより、揺動部１０を軸心Ａ１まわりに回転変位させることができる。櫛歯電極６３に対する駆動電位の付与は、フレーム３０における電極パッド３５ａ、第２層部３２の部分３２ａ、一方のトーションバー５０の第２層部５２、およびフレーム２０の第２層部２２の部分２２ａを介して、実現することができる。櫛歯電極６４に対する駆動電位の付与は、フレーム３０における電極パッド３５ｂ、第２層部３２の部分３２ｂ、他方のトーションバー５０の第２層部５２、およびフレーム２０の第２層部２２の部分２２ｂを介して、実現することができる。軸心Ａ１まわりの回転変位量は、櫛歯電極６３または櫛歯電極６４に対して付与する駆動電位を調整することにより、調節することができる。
【００７９】
また、マイクロ可動素子Ｘにおいては、櫛歯電極６７に対して所望の駆動電位を付与して櫛歯電極６５，６７間に静電力を発生させて櫛歯電極６５を櫛歯電極６７に引き込むことにより、或は、櫛歯電極６８に対して所望の駆動電位を付与して櫛歯電極６６，６８間に静電力を発生させて櫛歯電極６６を櫛歯電極６８に引き込むことにより、フレーム２０およびこれに伴う揺動部１０を軸心Ａ２まわりに回転変位させることができる。櫛歯電極６７に対する駆動電位の付与は、フレーム３０における電極パッド３５ｃおよび第２層部３２の部分３２ｃを介して、実現することができる。櫛歯電極６８に対する駆動電位の付与は、フレーム３０における電極パッド３５ｄおよび第２層部３２の部分３２ｄを介して、実現することができる。軸心Ａ２まわりの回転変位量は、櫛歯電極６７または櫛歯電極６８に対して付与する駆動電位を調整することにより、調節することができる。
【００８０】
以上のような揺動部１０の二軸駆動により、揺動部１０上に設けられたミラー面１１にて反射される光の反射方向を適宜切り換えることができる。
【００８１】
図９から図１３を参照して上述した方法では、揺動部１０とフレーム２０を連結するトーションバー４０の破損を防止するために揺動部１０とフレーム２０を架橋するサポート構造体たるサポートビーム７１、および、フレーム２０，３０を連結するトーションバー５０の破損を防止するためにフレーム２０，３０を架橋するサポート構造体たるサポートビーム７２は、マイクロ可動素子Ｘの各部が作り込まれる材料基板１００の表面に貼り合わされたフィルム材料１１４において成形される。すなわち、サポートビーム７１，７２は、マイクロ可動素子Ｘの表面において形成される。このようなサポートビーム７１，７２については、切断条件や除去条件を最適化しやすく、切断や除去を行いやすい。例えば、図１５を参照して上述したようにレーザＬｚの照射によってサポートビーム７１，７２を切断する場合、マイクロ可動素子Ｘの表面に露出するサポートビーム７１，７２については、その近傍の素子構造に損傷を与えずに切断しやすい。例えば、上述の反応性イオンエッチングや、酸素プラズマアッシング、ドライエッチングの手法によってサポートビーム７１，７２を除去する場合、マイクロ可動素子Ｘの表面にサポートビーム７１，７２の残渣を生じさせずに適切にサポートビーム７１，７２を除去しやすい。
【００８２】
図９から図１３を参照して上述した方法では、フィルム材料１１４として、材料基板１００の構成材料とは異なる材料により構成されるものを採用することが可能である。したがって、材料基板１００は内部に良導電部位（シリコン層１０１，１０２）を伴うが、フィルム材料１１４としては、導電性の低いものを使用することが可能である。本方法において、サポートビーム７１，７２は、このようなフィルム材料１１４において成形される。そのため、本方法によって製造されたマイクロ可動素子Ｘが、サポートビーム７１，７２を切断や除去する工程を経て、それまでサポートビーム７１，７２を構成していた材料片が素子表面に付着してしまったとしても、マイクロ可動素子Ｘにおいて電気的に分離されるべき二箇所が当該材料片を介して短絡してしまうのを、回避することが可能である。したがって、本方法は、製造されるマイクロ可動素子Ｘにおいて、サポートビーム７１，７２に由来する材料片を介した短絡に起因する動作不良を回避するのに好適である。
【００８３】
また、サポートビーム７１，７２は上述のように好ましくは絶縁材料よりなるところ、このような構成は、サポートビーム７１，７２に由来する材料片を介した短絡に起因する動作不良を回避するうえで好適である。
【００８４】
マイクロ可動素子Ｘは、角速度センサや加速度センサなどのセンシングデバイスとしても構成することができる。センシングデバイスとしてのマイクロ可動素子Ｘにおいては、揺動部１０上のミラー面１１は必ずしも設ける必要はない。
【００８５】
角速度センサとして構成されたマイクロ可動素子Ｘの駆動時には、例えば、可動部（揺動部１０、フレーム２０、トーションバー４０，櫛歯電極６１〜６６）は、所定の振動数ないし周期で軸心Ａ２まわりに揺動動作される。この揺動動作は、櫛歯電極６５，６７間および櫛歯電極６６，６８間に対して所定の周期で交互に電圧印加を行うことによって実現される。例えばこのようにして可動部を揺動動作ないし振動させている状態において、揺動部１０に対してその法線（図１の平面図において紙面に垂直な方向に延びる）まわりの角速度が作用すると、角速度に比例した振幅で揺動部１０が軸心Ａ１まわりに揺動動作し、櫛歯電極６１，６３の相対的配置が周期的に変化して当該櫛歯電極６１，６３間の静電容量が周期的に変化するとともに、櫛歯電極６２，６４の相対的配置が周期的に変化して当該櫛歯電極６２，６４間の静電容量が周期的に変化する。これら静電容量変化に基づいて、揺動部１０の振動変位量を検出することができる。その検出結果に基づき、マイクロ可動素子Ｘないし揺動部１０に作用する角速度を導出することが可能である。
【００８６】
加速度センサとして構成されたマイクロ可動素子Ｘの駆動時には、フレーム３０に対してフレーム２０および揺動部１０を静止状態にさせる。この状態にて、図１の平面図において紙面に平行であって図中横方向の加速度が揺動部１０に作用すると、加速度と平行なベクトル成分の慣性力が働くことにより、揺動部１０に対して、一対のトーションバー４０によって規定される軸心Ａ１まわりに回転トルクが作用し、加速度に比例した回転変位（軸心Ａ１まわりの回転変位）が揺動部１０に生じる（この慣性力は、図１の平面図において紙面に垂直な方向にて揺動部１０の重心位置が軸心Ａ１と重ならないように設計しておくことで発生させることができる）。回転変位量は，櫛歯電極６１，６３間や櫛歯電極６２，６４間の静電容量の変化として電気的に検出することができる。その検出結果に基づき、マイクロ可動素子Ｘないし揺動部１０に作用する前記の加速度を導出することが可能である。また、図１の平面図において紙面に垂直な方向にてフレーム２０および揺動部１０の重心位置が軸心Ａ２と重ならないように設計しておくことで、図１の平面図において紙面に平行であって図中縦方向の加速度を、櫛歯電極６５，６７間や櫛歯電極６６，６８間の静電容量の変化として電気的に検出し、導出することもできる。
【００８７】
サポートビーム７１，７２が切断または除去されたマイクロ可動素子Ｘは、光スイッチング装置を構成するためのマイクロミラー素子として採用することができる。
【００８８】
図１６は、本発明の第２の実施形態に係る空間光結合型の光スイッチング装置５００の概略構成を表す。光スイッチング装置５００は、一対のマイクロミラーアレイユニット５０１，５０２と、入力ファイバアレイ５０３と、出力ファイバアレイ５０４と、複数のマイクロレンズ５０５，５０６とを備える。入力ファイバアレイ５０３は所定数の入力ファイバ５０３ａからなり、マイクロミラーアレイユニット５０１には、各入力ファイバ５０３ａに対応するマイクロミラー素子５０１ａが複数配設されている。出力ファイバアレイ５０４は所定数の出力ファイバ５０４ａからなり、マイクロミラーアレイユニット５０２には、各出力ファイバ５０４ａに対応するマイクロミラー素子５０２ａが複数配設されている。マイクロミラー素子５０１ａ，５０２ａは、各々、光を反射するためのミラー面を有して当該ミラー面の向きを制御できるように構成されており、サポートビーム７１，７２が既に切断または除去された上述のマイクロ可動素子Ｘによって構成される。複数のマイクロレンズ５０５は、各々、入力ファイバ５０３ａの端部に対向するように配置されている。また、複数のマイクロレンズ５０６は、各々、出力ファイバ５０４ａの端部に対向するように配置されている。
【００８９】
光スイッチング装置５００において、入力ファイバ５０３ａから出射される光Ｌ１は、対応するマイクロレンズ５０５を通過することによって、相互に平行光とされ、マイクロミラーアレイユニット５０１へ向かう。光Ｌ１は、対応するマイクロミラー素子５０１ａで反射し、マイクロミラーアレイユニット５０２へと偏向される。このとき、マイクロミラー素子５０１ａのミラー面は、光Ｌ１を所望のマイクロミラー素子５０２ａに入射させるように、予め所定の方向を向いている。次に、光Ｌ１は、マイクロミラー素子５０２ａで反射し、出力ファイバアレイ５０４へと偏向される。このとき、マイクロミラー素子５０２ａのミラー面は、マイクロレンズ５０６を介して所望の出力ファイバ５０４ａに光Ｌ１を入射させるように、予め所定の方向を向いている。
【００９０】
このように、光スイッチング装置５００によると、各入力ファイバ５０３ａから出射した光Ｌ１は、マイクロミラーアレイユニット５０１，５０２における偏向によって、所望の出力ファイバ５０４ａに到達する。すなわち、入力ファイバ５０３ａと出力ファイバ５０４ａは一対一で接続される。そして、マイクロミラー素子５０１ａ，５０２ａにおける偏向角度を適宜変更することによって、光Ｌ１が到達する出力ファイバ５０４ａが切換えられる。
【００９１】
光ファイバを媒体として伝送された光信号の伝送経路を或るファイバから他のファイバへと切換えるための光スイッチング装置に求められる特性としては、切換え動作における、大容量性、高速性、高信頼性などが挙げられる。これらの観点より、光スイッチング装置に組み込まれるスイッチング素子としては、マイクロマシニング技術によって作製されるマイクロミラー素子が好ましい。マイクロミラー素子によると、光スイッチング装置における入力側の光伝送路と出力側の光伝送路との間で、光信号を電気信号に変換せずに光信号のままでスイッチング処理を行うことができ、上述の特性を得るうえで好適だからである。
【００９２】
図１７は、本発明の第３の実施形態に係る波長選択型の光スイッチング装置６００の概略構成を表す。光スイッチング装置６００は、マイクロミラーアレイユニット６０１と、一本の入力ファイバ６０２と、三本の出力ファイバ６０３と、複数のマイクロレンズ６０４ａ，６０４ｂと、分光器６０５と、集光レンズ６０６とを備える。マイクロミラーアレイユニット６０１は、複数のマイクロミラー素子６０１ａを有し、当該複数のマイクロミラー素子６０１ａは、マイクロミラーアレイユニット６０１において例えば一列に配設されている。各マイクロミラー素子６０１ａは、光を反射するためのミラー面を有して当該ミラー面の向きを制御できるように構成されており、サポートビーム７１，７２が既に切断または除去された上述のマイクロ可動素子Ｘによって構成される。マイクロレンズ６０４ａは、入力ファイバ６０２の端部に対向するように配置されている。マイクロレンズ６０４ｂは、出力ファイバ６０３の端部に対向するように配置されている。分光器６０５は、波長によって反射光の回折の程度が異なる反射型回折格子である。
【００９３】
光スイッチング装置６００において、入力ファイバ６０２から出射される光Ｌ２（複数の波長が混在している）は、マイクロレンズ６０４ａを通過することによって、平行光とされる。この光Ｌ２は、分光器６０５にて反射する（このとき、波長ごとに異なる角度で反射する）。当該反射光は、集光レンズ６０６を通過する。その際、波長ごとに、マイクロミラーアレイユニット６０１において対応するマイクロミラー素子６０１ａへ集光される。各波長の光は、対応するマイクロミラー素子６０１ａで所定方向に反射される。このとき、マイクロミラー素子６０１ａのミラー面は、対応する波長の光を所望の出力ファイバ６０３に到達させるように、予め所定の方向を向いている。マイクロミラー素子６０１ａにて反射した光は、その後、集光レンズ６０６、分光器６０５、およびマイクロレンズ６０４ｂを経由して、選択された所定の出力ファイバ６０３に入射する。光スイッチング装置６００によると、このようにして、光Ｌ２から所望の波長の光を選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るマイクロ可動素子の平面図である。
【図２】図１に示すマイクロ可動素子の一部省略平面図である。
【図３】図１の線III−IIIに沿った断面図である。
【図４】図１の線IV−IVに沿った断面図である。
【図５】図１の線V−Vに沿った断面図である。
【図６】図１の線VI−VIに沿った断面図である。
【図７】図１の線VII−VIIに沿った断面図である。
【図８】図１の線VIII−VIIIに沿った断面図である。
【図９】図１に示すマイクロ可動素子の製造方法における一部の工程を表す。
【図１０】図９の後に続く工程を表す。
【図１１】図１０の後に続く工程を表す。
【図１２】図１１の後に続く工程を表す。
【図１３】図１２の後に続く工程を表す。
【図１４】アセンブリ工程を表す。
【図１５】サポートビーム切断工程を表す。
【図１６】本発明の第２の実施形態に係る光スイッチング装置の概略構成を表す。
【図１７】本発明の第３の実施形態に係る光スイッチング装置の概略構成を表す。
【図１８】従来のマイクロ可動素子の一例の平面図である。
【図１９】図１８のマイクロ可動素子の一部省略平面図である。
【図２０】図１８の線XX−XXに沿った断面図である。
【図２１】図１８の線XXI−XXIに沿った断面図である。
【図２２】図１８の線XXII−XXIIに沿った断面図である。
【図２３】図１８の線XXIII−XXIIIに沿った断面図である。
【図２４】図１８の線XXIV−XXIVに沿った断面図である。
【図２５】図１８に示す従来のマイクロ可動素子の製造方法における一部の工程を表す。
【図２６】図２５の後に続く工程を表す。
【図２７】図２６の後に続く工程を表す。
【図２８】従来のサポートビーム切断工程を表す。
【符号の説明】
【００９５】
Ｘ，Ｙ      マイクロ可動素子
１０，９１      揺動部
２０，３０，９２      フレーム
２１，３１，５１，９２ａ      第１層部
２２，３２，５２，９２ｂ      第２層部
４０，５０，９３      トーションバー
６１〜６８，９４〜９７      櫛歯電極
７１，７２，９８      サポートビーム
Ａ１，Ａ２，Ｂ  軸心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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