(57)【要約】【課題】面内プルインの発生をより確実に抑制できるＭＥＭＳ素子、ならびにこれを用いた可動式ミラーおよび光スイッチ装置を提供すること。【解決手段】所定の間隔を有して配置された固定櫛歯電極と可動櫛歯電極とを備え、前記可動櫛歯電極が可動基準面に対して角度をなす方向に移動するＭＥＭＳ素子であって、前記固定櫛歯電極および前記可動櫛歯電極の静電引力作用面が、前記可動基準面内において円弧形状を有している。好ましくは、前記静電力作用面の円弧形状の中心が、前記可動基準面内において前記可動櫛歯電極が回転する際の回転軸と一致する。【選択図】図１
2011180534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔を有して配置された固定櫛歯電極と可動櫛歯電極とを備え、前記可動櫛歯電極が可動基準面に対して角度をなす方向に移動するＭＥＭＳ素子であって、
前記固定櫛歯電極および前記可動櫛歯電極の静電引力作用面が、前記可動基準面内において円弧形状を有していることを特徴とするＭＥＭＳ素子。
【請求項２】
前記静電力作用面の円弧形状の中心が、前記可動基準面内において前記可動櫛歯電極が回転する際の回転軸と一致することを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項３】
複数の組の前記固定櫛歯電極と前記可動櫛歯電極とを備え、複数の前記静電力作用面の円弧形状の中心が全て同一であることを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項４】
前記固定櫛歯電極と前記可動櫛歯電極とが、前記可動基準面に垂直な方向においてギャップを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項５】
前記固定櫛歯電極に対して固定され前記可動櫛歯電極の移動の軸となる軸体と、前記軸体に支持され、前記可動櫛歯電極が設けられた可動アームとを備え、前記静電力作用面の円弧形状の中心は、前記軸体と前記可動アームとの交点と一致することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項６】
前記固定櫛歯電極と前記可動櫛歯電極との間隔が、前記軸体からの離隔距離に応じて大きくなっていることを特徴とする請求項５に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一つに記載のＭＥＭＳ素子と、
前記ＭＥＭＳ素子の前記可動櫛歯電極に対して固定されたミラーと、
を備えることを特徴とする可動式ミラー。
【請求項８】
請求項７に記載の可動式ミラーを備えることを特徴とする光スイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定櫛歯電極と可動櫛歯電極とを有するＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems、微小電気機械システム）素子、ならびにこれを用いた可動式ミラーおよび光スイッチ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光伝送システムにおいて、波長分割多重（Wavelength  Division  Multiplexing:ＷＤＭ）光信号の経路を切り替えるために、光スイッチ装置が使用されている（たとえば特許文献１参照）。このような光スイッチ装置には、光信号の経路を切り替えるために、光の反射方向を変えることができる可動式ミラーが用いられる。そして、このような可動式ミラーでは、静電アクチュエータとしてのＭＥＭＳ素子を用いてミラーを可動している。
【０００３】
静電アクチュエータとしてのＭＥＭＳ素子には、平行電極構造のもの（たとえば特許文献２参照）や、垂直櫛歯電極構造のもの（たとえば非特許文献１参照）などがある。垂直櫛歯電極構造とは、櫛歯電極の延伸方向および配列方向とは垂直の方向に厚さを有している固定櫛歯電極と可動櫛歯電極とが、所定の間隔を隔てて噛み合うように配置された噛み合わせ構造を有し、電極間に作用する静電引力による可動の方向と、固定櫛歯電極の配列方向とが、角度をなしているものである。垂直櫛歯電極構造のＭＥＭＳ素子は、電極間に作用する静電引力が強く、また面外プルインが起こりにくいとされている。なお、面外プルインとは、固定櫛歯電極の延伸方向と配列方向とがなす面を可動基準面として、この可動基準面に対して角度をなす方向（すなわち、面外方向）において、ＭＥＭＳ素子を作用させるための復元力を超えて静電引力が作用し、可動櫛歯電極が固定櫛歯電極に吸着してしまう現象のことである。
【０００４】
また、垂直櫛歯電極構造のＭＥＭＳ素子では、面内プルインが問題となる場合がある。面内プルインとは、上述した可動基準面内の方向において可動櫛歯電極が固定櫛歯電極に吸着してしまう現象のことである。このような面内プルインは、可動櫛歯電極および固定櫛歯電極が、ＭＥＭＳ素子の回転軸の軸方向に配列されている場合に問題となりやすい。その理由は、以下の通りである。すなわち、光スイッチ装置において、ＷＤＭ光信号を構成する各光信号の空間的分離量が数百μｍ程度であるため、各光信号を反射させるための可動式ミラーの幅も数百μｍとされる。そのため、可動式ミラーにおける可動櫛歯電極および固定櫛歯電極が、ＭＥＭＳ素子の回転軸の軸方向に配列されている場合は、この数百μｍの幅の中に多数の可動櫛歯電極および固定櫛歯電極を配列するためには、両者の間の間隔を狭くしなければならないためである。
【０００５】
これに対して、面内プルインが発生しにくい垂直櫛歯電極構造のＭＥＭＳ素子が開示されている（たとえば、特許文献３、非特許文献２参照）。特許文献３、非特許文献２に開示される垂直櫛歯電極構造は、Ｆｉｓｈｂｏｎｅ型の垂直櫛歯電極構造と称される。このＦｉｓｈｂｏｎｅ型のＭＥＭＳ素子では、可動櫛歯および固定櫛歯が、ＭＥＭＳ素子の回転軸と垂直方向に配列しているために、面内プルインの発生を抑制することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２７６４８７号公報
【特許文献２】米国特許第７３０２１３１号明細書
【特許文献３】特開２００６−１６２６６３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Jin-Ho  Lee  ,et  al.,  ”Bonding  of  silicon  scanning  mirror  having  vertical  comb  fingers”  J.  Micromech.  Microeng.  Vol.12(2002)pp.644-649
【非特許文献２】Norinao  Kouma  ,et  al.,  ”Fishbone-shaped  vertical  comb  actuator  for  dual-axis  1-D  analog  micromirror  array”  The  13th  International  Conference  on  Solid-State  Sensors,  Actuators  and  Microsystems,  2005,  2E4.132
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のＦｉｓｈｂｏｎｅ型のＭＥＭＳ素子においても、可動櫛歯電極を含む可動部が面内で意図せぬ回転をした場合に、可動櫛歯電極と固定櫛歯電極との距離に非対称性が発生してしまい、面内プルインが発生する場合があるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、面内プルインの発生をより確実に抑制できるＭＥＭＳ素子、ならびにこれを用いた可動式ミラーおよび光スイッチ装置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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るＭＥＭＳ素子は、所定の間隔を有して配置された固定櫛歯電極と可動櫛歯電極とを備え、前記可動櫛歯電極が可動基準面に対して角度をなす方向に移動するＭＥＭＳ素子であって、前記固定櫛歯電極および前記可動櫛歯電極の静電引力作用面が、前記可動基準面内において円弧形状を有していることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るＭＥＭＳ素子は、上記の発明において、前記静電力作用面の円弧形状の中心が、前記可動基準面内において前記可動櫛歯電極が回転する際の回転軸と一致することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るＭＥＭＳ素子は、上記の発明において、複数の組の前記固定櫛歯電極と前記可動櫛歯電極とを備え、複数の前記静電力作用面の円弧形状の中心が全て同一であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るＭＥＭＳ素子は、上記の発明において、前記固定櫛歯電極と前記可動櫛歯電極とが、前記可動基準面に垂直な方向においてギャップを有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るＭＥＭＳ素子は、上記の発明において、前記固定櫛歯電極に対して固定され前記可動櫛歯電極の移動の軸となる軸体と、前記軸体に支持され、前記可動櫛歯電極が設けられた可動アームとを備え、前記静電力作用面の円弧形状の中心は、前記軸体と前記可動アームとの交点と一致することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係るＭＥＭＳ素子は、上記の発明において、前記固定櫛歯電極と前記可動櫛歯電極との間隔が、前記軸体からの離隔距離に応じて大きくなっていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る可動式ミラーは、上記の発明のいずれか一つに記載のＭＥＭＳ素子と、前記ＭＥＭＳ素子の前記可動櫛歯電極に対して固定されたミラーと、を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る光スイッチ装置は、上記の発明に記載の可動式ミラーを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、固定櫛歯電極および可動櫛歯電極の静電力作用面が、可動基準面内において円弧形状を有しているので、面内プルインの発生をより確実に抑制できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、実施の形態１に係るＭＥＭＳ素子を備えた可動式ミラーの模式図である。
【図２】図２は、図１に示す可動式ミラーの模式的な平面図である。
【図３】図３は、図２に示す可動式ミラーのＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図４は、図１に示す可動式ミラーの動作を説明する説明図である。
【図５】図５は、図１に示す可動式ミラーの各櫛歯電極の形状を説明する説明図である。
【図６】図６は、比較例として従来の可動式ミラーにおいて面内回転が発生した場合について説明する説明図である。
【図７】図７は、図１に示す可動式ミラーにおいて面内回転が発生した場合について説明する説明図である。
【図８】図８は、図１に示す可動式ミラーの製造方法を説明する説明図である。
【図９】図９は、図１に示す可動式ミラーの製造方法を説明する説明図である。
【図１０】図１０は、図１に示す可動式ミラーの製造方法を説明する説明図である。
【図１１】図１１は、図１に示す可動式ミラーの製造方法を説明する説明図である。
【図１２】図１２は、実施の形態２に係る可動式ミラーの構成および動作を説明する説明図である。
【図１３】図１３は、実施の形態３に係る可動式ミラーの構成および動作を説明する説明図である。
【図１４】図１４は、実施の形態４に係る光スイッチ装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】図１５は、図１４に示す光スイッチ装置の動作を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、図面を参照して本発明に係るＭＥＭＳ素子、可動式ミラー、および光スイッチ装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各層の厚みと幅との関係、各層の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る、静電アクチュエータとしてのＭＥＭＳ素子を備えた可動式ミラー１００の模式図である。また、図２は、図１に示す可動式ミラー１００の模式的な平面図である。また、図３は、図２に示す可動式ミラー１００のＡ−Ａ線断面図である。
【００２２】
図１〜図３を用いて可動式ミラー１００の構成について説明する。まず、図１に示すように、この可動式ミラー１００は、ＳＯＩ（Silicon  On  Insulator）基板を材料にして形成された３層からなる基板を利用して形成されている。その３層基板は、Ｓｉからなる裏面導電層としての支持層Ｌ１、ＳｉＯ２からなる絶縁層としてのＢｏｘ（Ｂuried  oxide）層Ｌ２、Ｓｉからなる表面導電層としての活性層Ｌ３で構成される。なお、各層の厚さについては、支持層Ｌ１が１４０μｍ、Ｂｏｘ層Ｌ２が１μｍ、活性層Ｌ３が６０μｍであるが、特に限定はされない。
【００２３】
そして、可動式ミラー１００は、固定基部１０と、可動部２０とを備えている。固定基部１０は、支持層Ｌ１、Ｂｏｘ層Ｌ２、および活性層Ｌ３の積層構造からなる。一方、可動部２０は活性層Ｌ３のみからなる。
【００２４】
つぎに、図２に示すように、固定基部１０は、２つの固定アーム１１ａを有するコの字型の支持部１１と、支持部１１の２つの固定アーム１１ａの内側に、それぞれ６本ずつ設けられた固定櫛歯電極１２と、２つの固定アーム１１ａの先端部間に架け渡すように設けられた軸体としてのトーションバー１３とを備える。トーションバー１３のサイズは、たとえば長さ約７５μｍ、幅約５μｍ、厚さ約４μｍであるが、特に限定はされない。なお、固定櫛歯電極１２のサイズは、たとえば全体の幅約１０μｍ、長さ約６０μｍであるが、その形状については後述する。
【００２５】
また、可動部２０は、トーションバー１３に支持され、トーションバー１３から２つの固定アーム１１ａに略平行に延伸した可動アーム２１と、可動アーム２１の一端側の両側に６本ずつ設けられた可動櫛歯電極２２と、可動アーム２１の他端側に設けられたミラー部２３とを備える。なお、可動櫛歯電極２２のサイズは、たとえば全体の幅約１０μｍ、長さ約６０μｍであるが、その形状については後述する。
【００２６】
また、図３に示すように、可動櫛歯電極２２は、固定櫛歯電極１２と所定の間隔Ｇ１を有して噛み合うように配置されている。間隔Ｇ１の値はたとえば１０μｍである。ミラー部２３の幅は約１００μｍ、長さは約５００μｍである。また、ミラー部２３の上面２３ａには金ミラーが成膜されている（以下、金ミラー面２３ａと称する）。
【００２７】
すなわち、この可動式ミラー１００は、固定櫛歯電極１２を備える固定基部１０と可動櫛歯電極２２を備える可動部２０とからなるＭＥＭＳ素子に、可動櫛歯電極２２に対して固定された金ミラー面２３ａが形成されることによって、可動式ミラーとして構成されている。
【００２８】
なお、以下では、固定櫛歯電極１２の延伸方向と配列方向がなす面およびこれに平行な面、すなわち、図２における紙面に平行な面を可動基準面とし、図３のように符号Ｓで示すものとする。固定櫛歯電極１２と前記可動櫛歯電極２２とは、可動基準面Ｓに垂直な方向において、Ｂｏｘ層Ｌ２の厚さの分だけギャップを有しており、段差櫛歯構造を形成している。
【００２９】
つぎに、この可動式ミラー１００の動作について説明する。図４は、可動式ミラー１００の動作を説明する説明図である。なお、図４は、可動式ミラー１００を側面側からみたものである。
【００３０】
まず、Ｂｏｘ層Ｌ２により絶縁されている活性層Ｌ３と支持層Ｌ１との間に電圧信号を印加する。すると、活性層Ｌ３からなる可動櫛歯電極２２と、固定櫛歯電極１２との間に静電引力が作用する。なお、この静電引力は、特に、各固定櫛歯電極１２の側面である静電引力作用面１２ａと、これに対向する各可動櫛歯電極２２の側面である静電引力作用面２２ａと間に作用する。これによって、可動櫛歯電極２２は固定櫛歯電極１２に引き寄せられる。
【００３１】
ここで、可動櫛歯電極２２が設けられた可動アーム２１は、固定櫛歯電極１２に対して固定されたトーションバー１３に支持されている。その結果、可動櫛歯電極２２が引き寄せられると、ミラー部２３も含めた可動部２０の全体がトーションバー１３を軸として、矢印Ａｒ１が示す方向に、所定の角度範囲内で回転する。この回転の角度は、活性層Ｌ３と支持層Ｌ１との間に印加する電圧信号の大きさに応じたものとなる。なお、図４中の破線で示した要素は、可動部２０が４度だけ回転するように動作させた状態における、可動櫛歯電極２２およびミラー部２３の位置を示したものである。このように、可動櫛歯電極２２は可動基準面Ｓに対して角度をなす方向に移動する。
【００３２】
また、可動部２０が回転した際には、トーションバー１３はねじれるため、内部応力を蓄える。したがって、電圧信号の印加を止めると、可動部２０は、トーションバー１３の内部応力を復元力として電圧信号印加前の位置へと復元する。このようにして、この可動式ミラー１００は、固定櫛歯電極１２と可動櫛歯電極２２とを備えるＭＥＭＳ素子の静電アクチュエータとしての作用によって、金ミラー面２３ａの角度を所望の角度に可動することができる。
【００３３】
つぎに、固定櫛歯電極１２および可動櫛歯電極２２の形状について説明する。図５は、可動式ミラー１００の各櫛歯電極の形状を説明する説明図である。なお、図５において、可動式ミラー１００は可動基準面Ｓに垂直な方向からみたものである。図５に示すように、各固定櫛歯電極１２と各可動櫛歯電極２２とは、いずれも、可動基準面Ｓ内において、トーションバー１３と可動アーム２１との交点を中心Ｏとした各同心円Ｃに沿って、等幅であり、かつ円弧形状を有するように形成されている。これによって、この可動式ミラー１００は、面内プルインの発生をより確実に抑制できるものとなっている。
【００３４】
以下、具体的に説明する。まず、本実施の形態１に係る可動式ミラー１００のような構造では、活性層Ｌ３と支持層Ｌ１との間に電圧信号を印加したときに、その構造のわずかな非対称性や摂動などによって、可動部２０が可動基準面Ｓ内で回転（面内回転）する場合がある。この場合、回転軸は、たとえばトーションバー１３と可動アーム２１との交点となる。
【００３５】
図６は、比較例として、可動式ミラー１００と略同様の構造であるが、固定櫛歯電極および可動櫛歯電極が直線状であるような従来の可動式ミラーにおいて、面内回転が発生した場合について説明する説明図である。図６に示すように、固定アーム７１に設けられた固定櫛歯電極７２に対して、可動櫛歯電極８２が設けられた可動アーム８１が、破線で示したようにわずかでも面内回転すると、固定櫛歯電極７２の静電引力作用面７２ａと可動櫛歯電極８２の静電引力作用面８２ａとの間隔が近づく。その結果、静電引力はその回転をますます強める方向に働くこととなり、さらに可動櫛歯電極８２と可動アーム８１とを回転させる。すなわち、静電引力によって面内回転に正のフィードバックが働くため、可動櫛歯電極８２は固定櫛歯電極７２にますます近づき、面内プルインが発生しやすくなる。
【００３６】
これに対して、図７は、可動式ミラー１００において面内回転が発生した場合について説明する説明図である。図７に示すように、固定アーム１１ａに設けられた固定櫛歯電極１２の静電引力作用面１２ａと、可動アーム２１に設けられた可動櫛歯電極２２の静電引力作用面２２ａとは、いずれも図５に示す中心Ｏを中心とする同心円に沿った円弧形状を有している。
【００３７】
したがって、固定櫛歯電極１２に対して、可動櫛歯電極２２および可動アーム２１が、破線で示したように面内回転しても、静電引力作用面２２ａは、当該同心円上を移動するだけである。このため、静電引力作用面１２ａと静電引力作用面２２ａとの間隔Ｇ１は殆ど変化しない。その結果、静電引力によって回転に正のフィードバックが働かないため、可動櫛歯電極２２が固定櫛歯電極１２にますます近づくようなことは発生しないので、面内プルインの発生がより確実に抑制されるのである。
【００３８】
なお、この可動式ミラー１００の活性層Ｌ３と支持層Ｌ１との間に２００Ｖの電圧を印加するシミュレーション計算を行なったところ、可動部２０は、トーションバー１３を中心軸として、実用的な回転角度である約６度だけ回転し、可動櫛歯電極２２は最大で４０μｍ程度移動した。これに対して、可動基準面Ｓにおける可動櫛歯電極２２の変位は最大で１μｍ程度であり、面内回転は殆ど起こっていないことが確認された。
【００３９】
以上説明したように、本実施の形態１に係る可動式ミラー１００は、面内プルインの発生をより確実に抑制できるものとなる。
【００４０】
なお、本実施の形態１では、固定櫛歯電極１２および可動櫛歯電極２２を等幅の形状としているので、櫛歯をより多数、高密度で配置することができるため、小型化が可能である。また、櫛歯が先細形状となっている場合と比較して先端部に欠けが発生しにくいため、製造歩留まりがより高いものとなる。
【００４１】
（製造方法）
つぎに、本実施の形態１に係る可動式ミラー１００の製造方法の一例について説明する。ここでは、金ミラー面２３ａの成膜について記載しないが、必要に応じて適宜そのプロセスを行う。以下では、図３に示す可動式ミラー１００のＡ−Ａ線断面の端面に則して説明を行なうものとする。
【００４２】
図８〜図１１は、可動式ミラー１００の製造方法を説明する説明図である。はじめに、図８に示すように、Ｓｉからなる支持層Ｌ１、ＳｉＯ２からなるＢｏｘ層Ｌ２、およびＳｉからなる活性層Ｌ３を備える、たとえば直径４インチ（１０１．６ｍｍ）のＳＯＩ基板Ｓを準備する。つぎに、支持層Ｌ１、活性層Ｌ３の表面に、たとえば厚さ１．５μｍ程度の酸化膜Ｏ１、Ｏ２をそれぞれ形成する。以下、活性層Ｌ３側の表面を上面、支持層Ｌ１側の表面を下面と適宜記載する。
【００４３】
つぎに、上面にポジ型のレジストを塗布し、露光用マスクを用いて露光および現像を行う。そのレジストパターンを利用して、上面の酸化膜Ｏ２のＳｉＯ２エッチングを行う。そして、上面に塗布したレジストを剥離する。図９の上側の図は、上面に塗布したレジストの剥離後のＳＯＩ基板Ｓを示している。このとき、酸化膜Ｏ２をエッチングする領域は、トーションバー１３を形成すべき付近の領域である。
【００４４】
同様に、下面にポジ型のレジストを塗布し、露光用マスクを用いて露光および現像を行う。そのレジストパターンを利用して、下面の酸化膜Ｏ１のＳｉＯ２エッチングを行う。そして、下面に塗布したレジストを剥離する。図９の下側の図は、下面に塗布したレジストの剥離後のＳＯＩ基板Ｓを示している。このとき、酸化膜Ｏ１をエッチングする際は、固定櫛歯電極１２と固定基部１０の領域の酸化膜Ｏ１が残るようにする。
【００４５】
つぎに、図１０に示すように、上面に再びポジ型のレジストを塗布し、露光用マスクを用いて露光および現像を行い、レジストパターンＲ１を形成する。つぎに、このレジストパターンＲ１を利用して、上面の酸化膜Ｏ２のＳｉＯ２エッチングを行う。このとき、酸化膜Ｏ２をエッチングする際は、支持部１１とトーションバー１３と可動アーム２１と可動櫛歯電極２２とミラー部２３の領域の酸化膜Ｏ２が残るようにする。
【００４６】
つぎに、先ほどのレジストパターンＲ１を利用して、活性層Ｌ３のドライエッチングを行い、レジストパターンＲ１を剥離する。なお、ドライエッチングについては、サイドエッチングを防止するために、反応性ガスとしてＳＦ６ガスやＣＦ系ガスを用いた誘起結合プラズマによる反応性イオンエッチング（Inductively  Coupled  Plasma-Reactive  Ion  Etching、ＩＣＰ−ＲＩＥ）を用いることが好ましい。また、反応性ガスにＯ２ガスを加えるいわゆるＢｏｓｃｈ法を用いれば、サイドエッチングがさらに防止され、パターン孔を高精度で形成できるのでさらに好ましい。
【００４７】
つぎに、図１１に示すように、上面の酸化膜Ｏ２のパターンを用いて、トーションバー１３が所望の厚さになるように活性層Ｌ３のドライエッチングを行う。ここでは、トーションバー１３に該当する領域の活性層Ｌ３がエッチングされる。
【００４８】
つぎに、下面の酸化膜Ｏ１のパターンを用いて、支持層Ｌ１のドライエッチングを行う。そして、上面の酸化膜Ｏ２と、下面の酸化膜Ｏ１と、Ｂｏｘ層Ｌ２の外に露出している領域のＳｉＯ２をエッチングし、余分な酸化膜の除去と可動部分のリリースを行う。以上説明したプロセスによって、本実施の形態１に係る可動式ミラー１００を製造することができる。
【００４９】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２に係る可動式ミラーについて説明する。本実施の形態２に係る可動式ミラーは、実施の形態１に係る可動式ミラー１００と略同様の構成を有するが、固定櫛歯電極と可動櫛歯電極との数が多く、かつ固定櫛歯電極と可動櫛歯電極との間隔が、回転軸となるトーションバーからの離隔距離に応じて大きくなっている点が異なるものである。以下では、かかる相違点について説明する。
【００５０】
図１２は、本実施の形態２に係る可動式ミラー２００の構成および動作を説明する説明図である。なお、図１２は、可動式ミラー２００を側面側からみたものである。図１２に示すように、この可動式ミラー２００では、可動部の回転軸となるトーションバー３１に近い固定櫛歯電極３２−１と可動櫛歯電極３３−１との間隔Ｇ２は１０μｍである。そして、固定櫛歯電極３２と可動櫛歯電極３３との間隔はトーションバー３１からの離隔距離に略比例して大きくなっており、トーションバー３１からもっとも遠い固定櫛歯電極３２−１１と可動櫛歯電極３３−１１との間隔Ｇ３は１５μｍとなっている。
【００５１】
この可動式ミラー２００は、可動式ミラー１００と同様に、電圧信号を印加して動作させると、可動部がトーションバー３１を回転軸として回転し、可動櫛歯電極３３が、矢印Ａｒ２が示す方向に、可動基準面Ｓに対して角度をなすように移動する。なお、図１２中の破線で示した要素は、可動部が４度だけ回転するように動作させた状態における、可動櫛歯電極３３の位置を示したものである。
【００５２】
ここで、可動櫛歯電極３３は、トーションバー３１から離隔した位置にあるものほど、より長い弧を描くように移動するため、トーションバー３１側に位置する固定櫛歯電極３２に対してより近づくように移動する。これに対して、この可動式ミラー２００では、固定櫛歯電極３２と可動櫛歯電極３３との間隔がトーションバー３１からの離隔距離に略比例して大きくなっているので、動作時の固定櫛歯電極３２と可動櫛歯電極３３との間隔を、トーションバー３１からの距離によらず同程度とすることができる。その結果、固定櫛歯電極３２と可動櫛歯電極３３との間に、位置によらず均等な静電引力を作用させることができる。
【００５３】
したがって、本実施の形態２に係る可動式ミラー２００は、面内プルインの発生をより確実に抑制できるとともに、面外プルインもより確実に抑制できるものとなる。
【００５４】
（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３に係る可動式ミラーについて説明する。本実施の形態３に係る可動式ミラーは、実施の形態１、２に係る可動式ミラー１００、２００とは異なり、固定櫛歯電極と可動櫛歯電極とが、可動基準面に垂直な方向においてギャップを有さないような段差櫛歯構造を有するＭＥＭＳ素子を備えるものである。
【００５５】
図１３は、本実施の形態３に係る可動式ミラー３００の構成および動作を説明する説明図である。なお、図１３は、可動式ミラー３００を側面側からみたものである。図１３の上側の図に示すように、この可動式ミラー３００は、固定櫛歯電極４１と可動櫛歯電極４２とが、可動基準面Ｓに垂直な方向においてギャップを有さないような段差櫛歯構造を有するＭＥＭＳ素子を備えるものである。なお、この可動式ミラー３００は、可動基準面Ｓに垂直な方向から見ると、図２に示す可動式ミラー１００と同様な構造を有している。
【００５６】
つぎに、この可動式ミラー３００の動作について説明する。この可動式ミラー３００は、電圧信号を印加して動作させると、可動櫛歯電極４２が、矢印Ａｒ３が示す方向に、可動基準面Ｓに対して略垂直の角度をなすように平行移動する。すると、可動櫛歯電極４２とを設けられた可動アームは、トーションバーにより支持されているために、固定基部に固定されたトーションバーの部分を支点として回転運動をする。その結果、金ミラー面４３ａを有し可動アームに接続したミラー部４３も矢印Ａｒ４が示す方向に回転し、可動櫛歯電極４２の最大変位時には、図１３の下側の図に示すような状態となる。
【００５７】
したがって、このような段差櫛歯構造を有する可動式ミラー３００も、面内プルインの発生をより確実に抑制できるものとなる。
【００５８】
（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４に係る光スイッチ装置について説明する。本実施の形態４に係る光スイッチ装置は、入力した波長多重光信号から所定の波長の光信号を選択し、その光信号の波長ごとに経路を切り換えて出力する波長選択光スイッチ装置である。
【００５９】
図１４は、本実施の形態４に係る光スイッチ装置の構成を示すブロック図である。図１４に示すように、この光スイッチ装置１０００は、紙面奥行き方向に配列し、各々が異なる経路の光ファイバ伝送路に接続した４本の入出力光ファイバ５１〜５４と、入出力光ファイバ５１〜５４に対して順次配置された、アナモルフィックプリズムペア５５と、回折格子５６と、集光レンズ５７と、λ／４波長板５８と、実施の形態１に係る可動式ミラー１００と同様の構成を有し、アレイ状に配置された３つの可動式ミラー１０２〜１０４とを備えている。さらに、この光スイッチ装置１０００は、３つの可動式ミラー１０２〜１０４を制御するためのモニタ素子５９と制御回路６０とを備えている。なお、実際には回折格子５６において光路は曲げられるので、アナモルフィックプリズムペア５５から可動式ミラー１０２〜１０４までの各素子は回折格子５６の前後で角度を持って配置されるが、図１４においては、簡略化のために直列に配置して示している。
【００６０】
つぎに、光スイッチ装置１０００の動作について説明する。図１５は、図１４に示す光スイッチ装置１０００の動作を説明する説明図である。なお、図１５は、光スイッチ装置１０００を図１４の方向とは垂直の方向から見た図である。はじめに、入出力光ファイバ５１は、或る光ファイバ伝送路を伝送して入力した波長多重光信号ＯＳ１をアナモルフィックプリズムペア５５に出力する。アナモルフィックプリズムペア５５は、波長多重光信号ＯＳ１のビーム径を、回折格子５６の格子の配列方向に広げて、波長多重光信号ＯＳ１が多くの格子に当たるように、波長選択の分解能を高めるようにしている。回折格子５６は、入射した波長多重光信号ＯＳ１に含まれる所定の波長の光信号ＯＳ１ａを所定の角度に出力する。集光レンズ５７は、λ／４波長板５８を通して、光信号ＯＳ１ａを可動式ミラー１０２に集光する。
【００６１】
可動式ミラー１０２はそのミラー面によって、集光した光信号ＯＳ１ａを反射させる。このときの反射光は、反射光信号ＯＳ２として、λ／４波長板５８、集光レンズ５７、回折格子５６、アナモルフィックプリズムペア５５を順次経由して、入出力光ファイバ５２へと入力し、入出力光ファイバ５２に接続した光ファイバ伝送路へと出力する。なお、λ／４波長板５８は、光信号ＯＳ１ａと反射光信号ＯＳ２との光の偏光状態が互いに直交するように、その偏光状態を変化させる。これによって、アナモルフィックプリズムペア５５および回折格子５６の偏波依存性を補償するようにしている。
【００６２】
また、回折格子５６は、波長多重光信号ＯＳ１に含まれる他の所定の波長の光信号ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃをそれぞれ他の所定の角度に出力する。各光信号ＯＳ１ｂ、ＯＳ１ｃは、それぞれ可動式ミラー１０３、１０４で反射され、反射光信号ＯＳ３または反射光信号ＯＳ４として、λ／４波長板５８、集光レンズ５７、回折格子５６、アナモルフィックプリズムペア５５を順次経由して、入出力光ファイバ５３または入出力光ファイバ５４へと入力し、入出力光ファイバ５３または入出力光ファイバ５４に接続した光ファイバ伝送路へと出力する。
【００６３】
ここで、可動式ミラー１０２〜１０４は、モニタ素子５９が反射光信号ＯＳ２〜ＯＳ４の一部を分岐した光の波長および強度をモニタし、このモニタの結果をもとに可動式ミラー１０２〜１０４の各ミラー部を独立に可動させることによって、それぞれの反射光信号ＯＳ２〜ＯＳ４の反射角度が最適になるように制御される。反射光信号ＯＳ２〜ＯＳ４の分岐は、たとえば入出力光ファイバ５１〜５４の一部に分岐カプラを設けたり、光スイッチ装置１０００内の適当な位置に分岐用のミラーを設けたりすることによって行うことができる。なお、モニタ素子５９は、たとえばＡＷＧ（Arrayed  Waveguide  Grating）素子と複数のフォトダイオードとから構成される。
【００６４】
この光スイッチ装置１０００は、実施の形態１に係る可動式ミラー１００と同様の構成を有する可動式ミラー１０２〜１０４を備えているので、面内プルインの発生をより確実に抑制できるものとなる。
【００６５】
なお、上記実施の形態では、ＭＥＭＳ素子を形成するための材料として、ＳＯＩ基板を用いているが、絶縁層を介して積層した２つの半導体層を有する他の半導体基板を用いてもよい。また、本発明は、櫛歯電極を噛み合わせた他の構造を形成する場合にも適用することができる。また、基板の材料も他の半導体、金属等の導電性の材質からなるものを用いてもよい。
【００６６】
また、上記実施の形態では、ＭＥＭＳ素子は固定櫛歯電極と可動櫛歯電極を複数備えているが、その数は限定されず、固定櫛歯電極と可動櫛歯電極とを少なくとも１組備えていればよい。
【００６７】
また、上記実施の形態では、可動基準面を、固定櫛歯電極の延伸方向と配列方向がなす面により規定しているが、可動基準面の規定はこれに限定されず、たとえばＭＥＭＳ素子を形成するための材料としての基板の主表面により規定したり、固定櫛歯電極の静電引力作用面に垂直な任意の面により規定したりしてもよい。
【００６８】
また、上記実施の形態では、固定櫛歯電極と可動櫛歯電極とがいずれも等幅に形成されているが、各櫛歯電極は等幅のものに限らず、櫛歯電極間の静電引力作用面が、可動基準面内において円弧形状を有していればよい。また、各櫛歯電極の円弧形状の中心は、ＭＥＭＳ素子の構造に応じて、可動櫛歯電極の面内回転が発生する際の軸となる部分と一致させることが好ましい。
【００６９】
また、上記実施の形態は、可動式ミラーに係るものであるが、本発明に係るＭＥＭＳ素子は可動式ミラーに限定されず、他の用途にも適用できる。
【００７０】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上記各実施形態の各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、実施の形態４に係る光スイッチ装置に、実施の形態２、３に係る可動式ミラーを適用してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１０  固定基部
１１  支持部
１１ａ  固定アーム
１２、３２、４１  固定櫛歯電極
１２ａ、２２ａ  静電引力作用面
１３、３１  トーションバー
２０  可動部
２１  可動アーム
２２、３３、４２  可動櫛歯電極
２３、４３  ミラー部
２３ａ、４３ａ  金ミラー面
５１〜５４  入出力光ファイバ
５５  アナモルフィックプリズムペア
５６  回折格子
５７  集光レンズ
５８  λ／４波長板
５９  モニタ素子
６０  制御回路
１００〜３００、１０２〜１０４  可動式ミラー
１０００  光スイッチ装置
Ａｒ１〜Ａｒ４  矢印
Ｅ１〜Ｅ４  領域
Ｃ  同心円
Ｇ１〜Ｇ３  間隔
Ｈ  貫通パターン孔
Ｌ１  支持層
Ｌ２  ＢＯＸ層
Ｌ３  活性層
Ｍ  アラインメントマーク
Ｏ  中心
Ｏ１、Ｏ２  熱酸化膜
ＯＳ１  波長多重光信号
ＯＳ１ａ〜ＯＳ１ｃ  光信号
ＯＳ２〜ＯＳ４  反射光信号
Ｒ１〜Ｒ７  レジスト
Ｓ  ＳＯＩ基板
【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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