(57)【要約】【課題】  簡単な構造で光の反射光または透過光の特性を準静的或いは動的に制御することが可能な光学素子を提供すること。【解決手段】  ｎ型シリコン基板１０にｐ型の配線領域１１を形成し、配線領域１１以外の表面に第一の金属層１２を設ける。シリコン基板１０と第一金属層１２の上に層間絶縁膜１３が形成されている。配線領域１１と接続してある取り出し電極（図示せず）とシリコン基板１０の間に電圧を印加すると、両者の間に静電引力が生じて第二金属層１４がシリコン基板１０に近づき、電圧をなくせば元に戻る。印加する電圧の周波数を高くすると、シリコン基板１０に近づく変形が周期的に起きるが、可動部の質量があるために、シリコン基板１０と反対の方向にも変形する。印加する電圧の周波数を第二金属層１４の可動部の機械的共振周波数と等しくすると、低い印加電圧でも振動状態を発生させることができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用する光の波長よりも小さな寸法の構造物を基板上に形成し、前記光を前記構造物に照射するとともに、前記構造物の形状を変形させることにより前記光の前記構造物からの反射光または透過光の特性を制御することを特徴とする光学素子において、
前記構造物の形状の変形は、前記構造物に電圧を印加して生じる静電引力により行われるものであることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
使用する光の波長よりも小さな寸法の構造物を基板上に形成し、前記光を前記構造物に照射するとともに、前記構造物の形状を変形させることにより前記光の前記構造物からの反射光または透過光の特性を制御することを特徴とする光学素子において、
前記構造物の形状の変形は、前記基板平面に平行に生じるものであることを特徴とする光学素子。
【請求項３】
前記構造物の形状は十字型で、かつ、該十字型の中心寄りの部分を固定部分としていることを特徴とする請求項１または２記載の光学素子。
【請求項４】
前記構造物の形状は卍型または逆卍型で、かつ、該卍型または逆卍型の中心寄りの部分を固定部分としていること特徴とする請求項１または２記載の光学素子。
【請求項５】
前記構造物の形状はＬ字型またはＶ字型またはＵ字型で、かつ、これらの変曲点寄りの部分を固定部分としていることを特徴とする請求項１または２記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高密度大容量光記録に好適な光学素子に係り、特に、基板上に設けた微細な構造物により光の反射光または透過光の特性を制御することが可能な光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に金属構造物を設けることにより光学特性を制御するものとして、以下のような文献がある。
【０００３】
（ａ）WO03/05492 A2, “OPTICAL DEVICE”, The University of Southampton（非特許文献１）
上記非特許文献１に開示されたものは、光学素子に関する発明である。図１７は、上記非特許文献１の第一実施例の光学素子の平面図である。
【０００４】
同図に示すように、この光学素子１００では、シリコンウエファ基板１０１上に、一例として非常に平滑な金薄膜１０２により形成されている。
【０００５】
金薄膜１０２は、固定化された形状にパターニングされている。その形は左手系の卍型をしている。この卍型のパターンは７００ｎｍから４μmの大きさであり、規則的に正方格子状に配列されている。
【０００６】
この光学素子に光が照射されると、卍型の金属膜パターンアレイにより反射光や透過光の偏光面が回転する。この回転角は卍形状に依存する。
【０００７】
図１８は、非特許文献１の第三実施例の光学素子を示す図である。これは、完全な平坦ではない多層構造の光学要素２００の例である。ここでは、２０１と２０２の二つの層を持つ。さらに、図１９に示すように、圧電体層２０３が二つの層２０１と２０２の間にある。
【０００８】
この層２０１と２０２により、二層のキラル（カイラルとも言う、日本語では不斉）形状の光学的要素２００を構成する。圧電体層２０３に電圧信号を印加して、その膜厚を変化させることにより、この光学要素２００の特性を変化させることができる。
【０００９】
図２０は、前述の光学要素２００を基板上に多数並べた光学素子３００を示す図である。これはシリコン基板２０４上に光学要素２００を複数並べたもので、光学要素２００における層２０１と２０２は金でできている。
【００１０】
この光学素子３００は、先に述べたように二層の金属キラル層２０１と２０２の間に圧電体層２０３があるので、光学素子３００の特性を電気−光学的に制御することができる。
【００１１】
ｂ）“Optical Manifestations of Planar Chirality”, A. Papakostas, et al, PHYSICAL REVIEW, 14 MARCH 2003（非特許文献２）
非特許文献２に開示されたものは非特許文献１に開示されたものとほぼ同じであるが、圧電体による動的な特性制御に関して記述はない。
【００１２】
ｃ）“Optical activity in subwavelength-period arrays of chiral metallic particles”, APPLIED PHYSICS LETTERS 14 JULY 2003（非特許文献３）
非特許文献３に記載されたものも非特許文献１とほぼ同じであるが、圧電体による動的な特性制御に関して記述はない。
【００１３】
ｄ）“Extraordinary polarization sensitivity of nanoparticle arrays to structural asymmetry”, Brian K. Canfield, et al, IWG6 Proceedings of CLE/IQEC 2004（非特許文献４）
【００１４】
図２１は、非特許文献４に開示された光学素子の平面図である。
同図に示すように、１００ｎｍ四方のＬ字型の金薄膜パターンが格子状にアレイ化されて形成されている。非特許文献１と同様に、本光学素子への入射光に対して透過光の偏光面が回転するものである。しかし、非特許文献４にも、動的な特性制御に関して記述はない。
【００１５】
ｅ）“Effects of polarization and grating period on second-harmonic generation from arrays of anisotropic gold nanoparticles”, Sami Kujala, et al, IFE1 Proceedings of CLE/IQEC 2004（非特許文献５）
【００１６】
非特許文献５に開示されたものは、構造は非特許文献４と同じである。ここでは透過光に入射光の２次高調波が含まれる、つまりＳＨＧ（Second Harmonic Generation；第２高調波発生素子）のような波長変換素子になっている。なお、非特許文献５にも、動的な特性制御に関して記述はない。
【００１７】
ｆ）特開２００４−２８９１０１号公報（特許文献１）
特許文献１には、高速のスイッチングを可能とする面型光スイッチが開示されている。
【００１８】
図２２は、特許文献１に開示されている面型光スイッチであり、半導体基板上にIII-V族混晶半導体からなる活性層と該活性層の上部および下部に設けられた半導体多層膜反射鏡とを有する面発光半導体レーザと、該面発光半導体レーザから出射される光を変調するための電圧を印加する変調電極と該変調電極によって形成された電界によって屈折率変化が生じる電気光学効果をもつ媒体と電気光学効果をもつ媒体の屈折率変化を光強度に変換するための偏光板とを有する面型光変調器とからなる面型光スイッチにおいて、電気光学効果をもつ媒体として有機結晶（DAST）を用いている。
【００１９】
【特許文献１】特開２００４−２８９１０１号公報
【非特許文献１】WO03/05492 A2, “OPTICAL DEVICE”, The University of Southampton
【非特許文献２】“A.Papakostas,et al,Optical Manifestations of Planar Chirality”, PHYSICAL REVIEW, 14 MARCH 2003
【非特許文献３】“Optical activity in subwavelength-period arrays of chiral metallic particles”, APPLIED PHYSICS LETTERS 14 JULY 2003
【非特許文献３】Brian K.Canfield, et al,“Extraordinary polarization sensitivity of nanoparticle arrays to structural asymmetry”,IWG6 Proceedings of CLE/IQEC 2004
【非特許文献４】Sami Kujala,et al,“Effects of polarization and grating period on second-harmonic generation from arrays of anisotropic gold nanoparticles”, IFE1 Proceedings of CLE/IQEC 2004
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
上述したように、非特許文献１では圧電体層を用いている。圧電体層を作製する方法としては、PZT粉末などにバインダを添加したものを成型し、焼成する方法がある。
【００２１】
しかし、焼成は１２００℃程度の温度をかける必要があるので、これを、シリコン基板を用いたプロセスに導入することはできない。なぜなら、この温度ではシリコン基板は溶融するし、シリコン基板上の金属配線は数百℃で溶融してしまうからである。
【００２２】
これとは別に、スパッタなどで、シリコン基板上に圧電体薄膜を成膜する方法がある。この方法は高温の焼成は必要ないが、成膜後に１００〜２００℃程度の温度下で圧電体に電圧を印加する、いわゆるポーリングという工程を行わなければいけない。しかし、ウエファ上に複数のデバイスが形成された状態で、これを行うには電極の取り出しなど面倒な工程が必要である。以上のように、圧電体を用いたデバイスの作製は複雑なプロセスが必要となる。
【００２３】
また、光学素子の特性を主に支配しているのは、基板表面に平行な方向に関する形状である。すなわち、平面図で示される形状であるので、光学素子の特性を電気信号などで高い効率で制御するためには、平面形状を変化させる必要がある。
【００２４】
しかし、上述した非特許文献１，３に開示されたものでは、二つの金パターン（層）の間に圧電体があるので、これらの間の距離を膜厚方向にしか変化させることができない。つまり、膜表面方向の形状を変化させることができないので特性を大きく変化させることはできない。
【００２５】
非特許文献４，５に開示されたものでは、外部からの信号により、金属パターンを移動させないので、光学素子の特性を変化させることはできない。
【００２６】
非特許文献１〜５の光学素子の機能・特性は、入力光に対して、出力光の偏光や波長を変化させるところにある。この光学素子の特性は基板上に作製する金属層のパターンにより制御しうる。
【００２７】
金属層のパターンは、これを作製する工程であるフォトリソ・エッチングの際に用いるマスクパターンにより決定される。マスクパターンはCADなどによりほぼ自由に設計・作製できる。
【００２８】
すなわち、非特許文献１〜５の光学素子は、従来の光学結晶を用いた光学素子に比べて、その機能・特性を制御することに大きな自由度を持つこととなる。しかし、非特許文献２〜５に関しては、光学素子特性の動的制御に関して記述がない。この場合の大きな欠点は、従来の電気光学結晶のように準静的或いは動的に特性を変化させることができない点にある。
【００２９】
また、特許文献１では、光のスイッチングをするために、電気光学効果を持つ結晶を用いている。この結晶は4-N,N-dimethylamino-4’-N-methyl-stilbazolium tosylate（DAST）と呼ばれる有機結晶である。一般に電気光学結晶の特性を制御することは、結晶そのものの構造を制御しなければならないので、自在に行うことは非常に難しい。
【００３０】
そこで、本発明の目的は、簡単な構造で光の反射光または透過光の特性を準静的或いは動的に制御することが可能な光学素子を提供することを目的としている。以下、請求項毎の目的を述べる。
【００３１】
ａ）請求項１記載の発明の目的
請求項１記載の発明の目的は、光学特性を電気信号などで準静的或いは動的に制御可能な光学素子をポーリングなどの複雑な工程を経ずに作製可能とすることを目的とする。また、光学素子特性の制御の自由度が高く、かつ準静的或いは動的に特性を変化させることができる光学素子を提供することにある。
【００３２】
ｂ）請求項２記載の発明の目的
請求項２記載の発明の目的は、電気信号などで準静的或いは動的に制御する光学特性の変動幅（ダイナミックレンジ）を従来技術よりも大きくすることを目的とする。また、光学素子特性の制御の自由度が高く、かつ準静的或いは動的に特性を変化させることができる光学素子を提供することにある。
【００３３】
ｃ）請求項３〜５記載の発明の目的
請求項３〜５記載の発明の目的は、請求項２の目的を達成する具体的な光学素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本発明は、上記目的を達成するために、次のような構成を採用した。以下、請求項毎の構成を記す。
【００３５】
ａ）請求項１記載の発明は、使用する光の波長よりも小さな寸法の構造物を基板上に形成し、前記光を前記構造物に照射するとともに、前記構造物の形状を変形させることにより前記光の前記構造物からの反射光または透過光の特性を制御することを特徴とする光学素子において、前記構造物の形状の変形は、前記構造物に電圧を印加して生じる静電引力により行われるものであることを特徴としている。
【００３６】
ｂ）請求項２記載の発明は、使用する光の波長よりも小さな寸法の構造物を基板上に形成し、前記光を前記構造物に照射するとともに、前記構造物の形状を変形させることにより前記光の前記構造物からの反射光または透過光の特性を制御することを特徴とする光学素子において、前記構造物の形状の変形は、前記基板平面に平行に生じるものであることを特徴としている。
【００３７】
ｃ）請求項３記載の発明は、請求項１または２において、前記構造物の形状は十字型で、かつ、該十字型の中心寄りの部分を固定部分としていることを特徴としている。
【００３８】
ｄ）請求項４記載の発明は、請求項１または２において、前記構造物の形状は卍型または逆卍型で、かつ、該卍型または逆卍型の中心寄りの部分を固定部分としていること特徴としている。
【００３９】
ｅ）請求項５記載の発明は、請求項１または２において、前記構造物の形状はＬ字型またはＶ字型またはＵ字型で、かつ、これらの変曲点寄りの部分を固定部分としていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、簡単な構造で光の反射光または透過光の特性を準静的或いは動的に制御することが可能な光学素子を実現できる。以下、請求項毎の効果を述べる。
【００４１】
ａ）請求項１記載の発明の効果
請求項１の光学素子においては、使用する光の波長よりも小さな寸法の構造物を基板上に形成し、前記光を前記構造物に照射するとともに、前記構造物の形状を変形させることにより前記光の前記構造物からの反射光または透過光の特性を制御することを特徴とする光学素子において、前記構造物に電圧を印加して生じる静電引力により、前記構造物の変形を生じさせることを特徴とする光学素子であるので、光学特性を電気信号などで準静的或いは動的に制御可能な光学素子をポーリングなどの複雑な工程を経ずに作製可能とすることができる。
【００４２】
ｂ）請求項２記載の発明の効果
請求項２記載の光学素子においては、使用する光の波長よりも小さな寸法の構造物を基板上に形成し、前記光を前記構造物に照射するとともに、前記構造物の形状を変形させることにより前記光の前記構造物からの反射光または透過光の特性を制御することを特徴とする光学素子において、前記構造物の変形を基板平面に水平方向に生じさせることを特徴とする光学素子であるので、電気信号などで準静的或いは動的に制御する光学特性の変動幅（ダイナミックレンジ）を従来技術よりも大きくすることができる。
【００４３】
ｃ）請求項３記載の発明の効果
請求項３記載の光学素子においては、前記構造物の形状が十字型で、かつ、十字の中心寄りの部分を固定部分としている請求項１または２記載の光学素子であるので、請求項２記載の発明の目的を達成する具体的な光学素子を提供することができる。
【００４４】
ｄ）請求項４記載の発明の効果
請求項４の光学素子においては、前記構造物の形状が卍型で、かつ、卍の中心寄りの部分を固定部分としている請求項１または２記載の光学素子であるので、請求項２記載の発明の目的を達成する具体的な光学素子を提供することができる。
【００４５】
ｅ）請求項５記載の発明の効果
請求項５の光学素子においては、前記構造物の形状がＬ字型、或いは、Ｖ字型、或いは、Ｕ字型で、かつ、これらの変曲点寄りの部分を固定部分としている請求項１または２記載の光学素子であるので、請求項２記載の発明の目的を達成する具体的な光学素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
＜第１の実施例＞（請求項１の実施例）
図１は、本発明の第１の実施例を説明するための図である。ここでは、一例としてｎ型シリコン基板１０にボロンなどの不純物を高濃度に拡散し、拡散部分を低抵抗化してｐ型の配線領域１１を形成する。
【００４７】
シリコン基板１０の前記配線領域１１以外の表面に第一の金属層１２を設ける。これは図１（ａ）に示すように、非特許文献１における光学要素２００の層２０２に相当する。シリコン基板１０の表面および第一金属層１２の上に層間絶縁膜１３が形成されている。
【００４８】
第二金属層１４と配線領域１１とはコンタクトホールを介して両者を電気的に接続する。第二金属層１４とシリコン基板１０の表面の間には隙間を設ける。ここではシリコン基板１０の表面の一部に層間絶縁膜１３を残す構造にしているが、コンタクトホール以外の全面に層間絶縁膜１３を残してもよい。
【００４９】
この構成において、配線領域１１と接続してある取り出し電極（図示せず）とシリコン基板１０の間に電圧を印加する。極性は常に両者が同電位か、配線領域１１が負になるようにする。これにより配線領域１１はシリコン基板１０に対して常に逆バイアスになるので、両者間が絶縁され、第一金属層１２と第二金属層１４の間に電圧が印加される。
【００５０】
これにより、両者の間に静電引力が生じ、第二金属層１４がシリコン基板１０に近づく。電圧をなくせば元に戻って、両者は離れる。印加する電圧の繰り返し周波数を高くすると、シリコン基板１０に近づく変形が周期的に起きるが、可動部の質量があるために、シリコン基板１０と反対の方向にも変形するようになる。
【００５１】
特に、印加する電圧の繰り返し周波数を第二金属層１４の可動部（片持ち梁になっている）の機械的共振周波数と等しくすると、これが共振するので、低い印加電圧でも、上記振動状態を発生させることができる。
【００５２】
以上のように、圧電体がなくても第一金属層１２と第二金属層１４の間の距離を変化させられる。なお、シリコン基板１０と配線領域１１の導電型を逆にしてもよく、この場合は配線領域１１側に正の電圧を印加する。このような構造の光学要素をシリコン基板１０上に多数並べることにより本発明の光学素子が形成される。
【００５３】
図２は、本実施例の光学素子の作製プロセスを説明するための図である。以下、図２の手順に沿って説明する。
【００５４】
（１）ｎ型のシリコン基板１０を、酸素中に１０００℃程度で１時間程度おくことで、表面上に酸化シリコン膜（熱酸化膜）が形成される。配線領域１１となるところの酸化シリコン膜をフォトリソ・エッチングで除去し、拡散窓を形成する。
【００５５】
この拡散窓を通して、イオン注入や固相拡散などで、ボロンなどの不純物を拡散し、ｐ型にする。第一金属層１２となる金属膜をスパッタや蒸着で成膜して、さらにフォトリソ・エッチングによりパターニングする。その上にスパッタやCVD法により層間絶縁膜１３を積層し、配線領域１１と第二金属層１４の間の接続を取るために、フォトリソ・エッチングによりコンタクトホールを開ける。
【００５６】
（２）フォトレジストやポリイミドなどの有機膜１６を積層し、前記コンタクトホールの上と第二金属層１４の固定部分（アンカー）上の有機膜１６をフォトリソグラフィーやこれに続くエッチングと併せて除去する。
【００５７】
（３）第二金属層１４をデポジションし、パターニングする。
【００５８】
（４）酸素プラズマなどにより有機膜１６のみを除去する。これにより、第二金属層１４とシリコン基板１０との間に隙間ができ、第二金属層１４が動くことができるようになる。
【００５９】
以上のような方法により、光学特性を電気信号などで準静的或いは動的に制御可能な光学素子をポーリングなどの複雑な工程を経ずに作製することが可能となる。また、圧電体がなくても上記のような制御が可能である。
【００６０】
なお、シリコン基板１０と配線領域１１の導電型を逆にしてもよく、この場合は配線領域１１側に正の電圧を印加する。このような構造の光学要素をシリコン基板１０上に多数並べることにより本発明の光学素子が形成される。
【００６１】
＜第２の実施例＞（請求項１，２，３の実施例）
図３は、本発明の第２の実施例を説明するための図である。ここでは一例としてｎ型シリコン基板１０にボロンなどの不純物を高濃度に拡散し、拡散部分を低抵抗化してｐ型の配線領域１１を形成する。
【００６２】
シリコン基板１０上には酸化シリコン膜などの絶縁膜１７を形成し、十字型の構造物の根元部分のみの絶縁膜をフォトリソ・エッチングにより除去する。
【００６３】
この穴は配線領域１１およびシリコン基板１０への電気的接続を取るコンタクトホールとなる。これは十字の概ね中心位置に設け、中心部分だけを機械的に固定する機能（アンカー）も兼ねる。アンカー以外の部分は、シリコン基板１０表面との間に隙間を設けてある。
【００６４】
ここでは、シリコン基板１０表面の全面に絶縁膜１７を残しているが、コンタクトホール周辺にのみ一部、絶縁膜を残す構造にしてもよい。配線領域１１と接続してある取り出し電極（図示せず）とシリコン基板１０の間に電圧を印加する。極性は常に両者が同電位か、配線領域１１が負になるようにする。
【００６５】
これにより、配線領域１１はシリコン基板１０に対して常に逆バイアスになるので、両者間が絶縁され、隣接する十字型構造体間に電圧が印加される。これにより両者の間に静電引力が生じ、図４（ａ）のように、十字の腕の部分が互いに引き寄せられて、変形する。電圧をなくせば元に戻り、普通の十字型に戻る。
【００６６】
印加する電圧の繰り返し周波数を高くすると、腕部分の変形が周期的に起きるが、腕部分の質量があるために、図４（ｂ）に示すように、図４（ａ）とは反対の方向まで曲がるようになる。
【００６７】
特に、印加する電圧の繰り返し周波数を十字構造物の腕の部分（片持ち梁になっている）の機械的共振周波数と等しくすると、これが共振するので、低い印加電圧でも、上記振動状態を発生させることができる。
【００６８】
以上のように、十字構造をシリコン基板１０の平行の方向に、前記電圧により自在に制御して、変形させることができる。
【００６９】
先に述べたように、光学素子の特性を主に支配しているのは、シリコン基板１０表面に平行な方向に関する形状、すなわち、平面図で示される形状である。
【００７０】
先に述べたように本請求項の発明では、この平面形状を電圧により制御して、変化させることが可能なため、従来技術よりも高い効率で光学素子の特性を変化・制御することができる。
【００７１】
また、圧電体がなくても以上のような制御が可能である。なお、シリコン基板０と配線領域１１の導電型を逆にしてもよく、この場合は配線領域１１側に正の電圧を印加する。このような構造の光学要素をシリコン基板１０上に多数並べることにより本発明の光学素子が形成される。
【００７２】
図５は、本実施例の光学素子の作製プロセスを説明するための図である。以下、図５の手順に沿って説明する。
【００７３】
（１）ｎ型のシリコン基板１０を、酸素中、１０００℃程度で１時間程度おくことで、表面上に酸化シリコン膜（熱酸化膜）が形成される。配線領域１１となるところの酸化シリコン膜をフォトリソ・エッチングで除去し、拡散窓を形成する。
【００７４】
この拡散窓を通して、イオン注入や固相拡散などで、ボロンなどの不純物を拡散し、ｐ型にする。一度酸化膜を弗酸などで除今日した後、再度シリコン基板１０を酸化し、表面に酸化シリコン層を形成する。さらに、後に金属層と配線領域１１およびシリコン基板１０との接続点となるコンタクトホールをフォトリソ・エッチングで酸化シリコン膜に形成する。
【００７５】
（２）フォトレジストやポリイミドなどの有機膜１６を積層し、前記コンタクトホールの上の有機膜１６をフォトリソグラフィーやこれに続くエッチングと併せて除去する。ここは後に、十字構造体の固定部分（アンカー）となる。さらに、金属層１８をデポジションする。
【００７６】
（３）金属層１８をフォトリソ・エッチングにより十字型にパターニングする。十字型の中央が前記コンタクトホール上になるようにアライメントしてパターニングする。
【００７７】
（４）酸素プラズマなどにより有機膜１６のみを除去する。これにより、金属層１８でできた十字構造体の腕の部分とシリコン基板１０との間に隙間ができる。
【００７８】
一方、中央部分は配線領域１１およびシリコン基板１０と電気的に接続されるとともに、機械的にも固定されて、アンカーとなる。つまり、十字の腕の部分だけが可動部となる。
【００７９】
以上のような方法により、光学特性を電気信号などで準静的或いは動的に制御可能で、構造体が基板表面に平行な方向に変形可能な光学素子を作製できる。また、圧電体がなくても以上のような制御が可能である。
【００８０】
なお、シリコン基板１０と配線領域１１の導電型を逆にしてもよく、この場合は配線領域側に正の電圧を印加する。このような構造の光学要素をシリコン基板１０上に多数並べることにより本発明の光学素子が形成される。
【００８１】
＜第３の実施例＞（請求項１，２，４の実施例）
図６は、本発明の第３の実施例を説明するための図である。
【００８２】
構成は図３とほぼ同じである。異なる点は光学要素の形状が十字ではなく、卍型になっている点である。図７は固定部分の実施例を示したものである。図７（ａ）は図３と同様に中心をアンカーかつ配線との接続点にしている場合の平面図である。図７（ｂ）はアンカーを十字型にした場合である。この場合の断面図を図８に示す。
【００８３】
図８に示すように、アンカー以外の部分は、シリコン基板１０の表面との間に隙間を設けてある。ここではシリコン基板１０の表面の全面に絶縁膜を残しているが、コンタクトホール周辺にのみ一部だけ絶縁膜１７を残す構造にしてもよい。
【００８４】
図３と同様に、配線領域１１と接続してある取り出し電極（図示せず）とシリコン基板１０の間に電圧を印加する。これにより、先に述べた理由により隣接する卍型構造体間に電圧が印加される。
【００８５】
これにより、両者の間に静電引力が生じ、図９（ａ）のように、卍の腕の部分が互いに引き寄せられて、変形する。電圧をなくせば元に戻り、普通の卍型に戻る。印加する電圧の繰り返し周波数を高くすると、腕部分の変形が周期的に起きるが、腕部分の質量があるために、図９（ｂ）に示すように、図９（ａ）とは反対の方向まで曲がるようになる。
【００８６】
特に、印加する電圧の繰り返し周波数を卍の腕の部分（片持ち梁になっている）の機械的共振周波数と等しくすると、これが共振するので、低い印加電圧でも、上記振動状態を発生させることができる。
【００８７】
以上のように、卍構造を基板の平行の方向に、前記電圧により自在に制御して、変形させることができる。先に述べたように、光学素子の特性を主に支配しているのは、基板表面に平行な方向に関する形状、すなわち、平面図で示される形状であるので、従来技術よりも高い効率で光学素子の特性を変化・制御することができる。
【００８８】
また、圧電体がなくても以上のような制御が可能である。なお、シリコン基板１０と配線領域１１の導電型を逆にしてもよく、この場合は配線領域１１側に正の電圧を印加する。このような構造の光学要素をシリコン基板１０上に多数並べることにより本発明の光学素子が形成される。
【００８９】
本実施例の光学素子は、図５に示す作製プロセスにより、作製可能である。
また、卍型の形状としては、図１６のように、直角以外の角度で曲がったものでもよい。作製方法、動作などは、すでに記述した実施例と同じなので省略する。
【００９０】
以上のような方法により、光学特性を電気信号などで準静的或いは動的に制御可能で、構造体が基板表面に平行な方向に変形可能な光学素子を作製できる。また、圧電体がなくても以上のような制御が可能である。
【００９１】
なお、シリコン基板１０と配線領域１１の導電型を逆にしてもよく、この場合は配線領域１１側に正の電圧を印加する。このような構造の光学要素をシリコン基板上に多数並べることにより本発明の光学素子が形成される。
【００９２】
＜第４の実施例＞（請求項１，２，５の実施例）
図１０は、本発明の第４の実施例を説明するための図である。構成は図３とほぼ同じである。異なる点は光学要素の形状が十字ではなく、Ｌ型になっている点である。また、固定電極１８３がＬ字の間にある。図１１は、固定部分の実施例を示したものである。この場合の断面図を図１２に示す。
【００９３】
これらの図に基づいて本実施例を説明する。Ｌ字型の構造物については、アンカー以外の部分は、シリコン基板１０の表面との間に隙間を設けてある。ここでは、シリコン基板１０の表面の全面に絶縁膜１７を残しているが、コンタクトホール周辺にのみ一部、絶縁膜を残す構造にしてもよい。また、固定電極１８２は絶縁膜１７に設けてあるコンタクトホールを介してシリコン基板１０に電気的接続され、かつ、シリコン基板１０に固定されている。
【００９４】
図３と同様に、配線領域１１と接続してある取り出し電極（図示せず）とシリコン基板１０の間に電圧を印加する。これにより、先に述べた理由により固定電極１８２とＬ字構造物１８１の可動部分１８１１である腕の部分との間に電圧が印加される。
【００９５】
これにより両者の間に静電引力が生じ、図１３（ａ）のように、Ｌ字構造物の腕の部分が互いに引き寄せられて、変形する。電圧をなくせば元に戻り、普通のＬ字型に戻る。印加する電圧の繰り返し周波数を高くすると、腕部分の変形が周期的に起きるが、腕部分の質量があるために、図１３（ｂ）に示すように、図１３（ａ）とは反対の方向まで曲がるようになる。
【００９６】
特に、印加する電圧の繰り返し周波数をＬ字型構造物の腕の部分（片持ち梁になっている）の機械的共振周波数と等しくすると、これが共振するので、低い印加電圧でも、上記振動状態を発生させることができる。
【００９７】
印加する電圧の繰り返し周波数をＬ字構造物１８１の腕の部分（片持ち梁になっている）の機械的共振周波数と等しくすると、Ｌ字構造物１８１の腕（可動部分１８１１）は共振するので、図１３（ｂ）に示すように、図１３（ａ）とは反対の方向まで曲がるようになる。また、印加する電圧を低くすることもできる。
【００９８】
以上のように、卍構造をシリコン基板１０の平行の方向に、前記電圧により自在に制御して、変形させることができる。
【００９９】
先に述べたように、光学素子の特性を主に支配しているのは、シリコン基板１０の表面に平行な方向に関する形状、すなわち、平面図で示される形状であるので、従来技術よりも高い効率で光学素子の特性を変化・制御することができる。
【０１００】
また、圧電体がなくても以上のような制御が可能である。なお、シリコン基板１０と配線領域１１の導電型を逆にしてもよく、この場合は配線領域１１側に正の電圧を印加する。このような構造の光学要素をシリコン基板上に多数並べることにより本発明の光学素子が形成される。
【０１０１】
本実施例の光学素子は、図５に示す作製プロセスにより、作製可能である。
【０１０２】
以上のような方法により、光学特性を電気信号などで準静的或いは動的に制御可能で、構造体が基板の表面に平行な方向に変形可能な光学素子を作製できる。また、圧電体がなくても以上のような制御が可能である。
【０１０３】
なお、シリコン基板１０と配線領域１１の導電型を逆にしてもよく、この場合は配線領域１１側に正の電圧を印加する。このような構造の光学要素をシリコン基板１０上に多数並べることにより本発明の光学素子が形成される。
【０１０４】
また、請求項５の第二実施例を、図１４に示す。ここでは構造体の平面的な形がＶ字型になっている。しかし、他の構成に関しては第１の実施例と同じであるので、その詳しい構造・動作に関しては省略する。
【０１０５】
また、請求項５の第三実施例を図１５に示す。ここでは構造体の平面的な形がＵ字型になっている。しかし、これに関しても、他の構成に関しては第１の実施例と同じであるので、その詳しい構造・動作に関しては省略する。
【０１０６】
なお、静電引力だけでなく、構造体を圧電体や磁性体、バイモルフ構造にしても光学素子の特性を純正的および動的に制御することができる。
【０１０７】
また、上記実施例では基板としてシリコン基板を用いた例を挙げたが、基板としては石英基板やガラス基板でもよい。
【０１０８】
また、配線もシリコン基板に不純物拡散したものを挙げたが、これに限られるものではなく、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ、Indium Tin Oxide）などの透明導電材料や、金属材料でもよい。
【０１０９】
また、上記実施例において、構造物の形状として卍型の代わりに逆卍型を用いてもよいことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の第１の実施例を説明するための図である。
【図２】本発明の光学素子の作製プロセスを説明するための図である。
【図３】本発明の第２の実施例を説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施例における十字の腕の部分（可動部分）の動作（形状の変形）を説明するための図である。
【図５】本発明の第２の実施例の光学素子の作製プロセスを説明するための図である。
【図６】本発明の第３の実施例を説明するための図である。
【図７】本発明の第３の実施例の構造物の固定部分を説明するための図である。
【図８】本発明の第３の実施例の構造物の固定部分の構造例を説明するための断面図である。
【図９】本発明の第３の実施例における卍型の腕の部分（可動部分）の動作（形状の変形）を説明するための図である。
【図１０】本発明の第４の実施例を説明するための図である。
【図１１】本発明の第４の実施例におけるＬ字型構造物の可動部分、固定部分、および固定電極を説明するための図である。
【図１２】本発明の第４の実施例のＬ字型構造物の固定部分の構造例を説明するための断面図である。
【図１３】本発明の第４の実施例におけるＬ型構造物の腕の部分（可動部分）の動作（形状の変形）を説明するための図である。
【図１４】本発明の第４の実施例におけるＶ型構造物を説明するための図である。
【図１５】本発明の第４の実施例におけるＵ型構造物を説明するための図である。
【図１６】卍型構造物の変形例（腕の角度が直角でない卍型の例）を示す図である。
【図１７】従来技術を説明するための図である（非特許文献１；その１）。
【図１８】従来技術を説明するための図である（非特許文献１；その２）。
【図１９】従来技術を説明するための図である（非特許文献１；その２）。
【図２０】従来技術を説明するための図である（非特許文献１；その３）。
【図２１】従来技術を説明するための図である（非特許文献４）。
【図２２】従来技術を説明するための図である（特許文献１）。
【符号の説明】
【０１１１】
１０：シリコン基板
１１：配線領域
１２：第一金属層
１３：層間絶縁膜
１４：第二金属層
１５：静電引力
１６：有機物（フォトレジストなど）
１７：絶縁膜
１８：金属層
１８１：Ｌ字構造物（金属層）
１８１１：可動部分
１８１２：固定部分
１８２：固定電極
２０，２１：コンタクトホール
２２：Ｖ字構造物（金属層）
２３：Ｕ字構造物（金属層）
１００：光学素子
１０１：シリコンウエファ基板
１０２：金薄膜
２００：光学要素
２０１、２０２：金属キラル層（金）
２０３：圧電体層
３００：光学素子
【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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