(57)【要約】【課題】微細構造体の側面の表面粗さを小さくすることができる微細構造体の形成方法、微細構造体及び光スイッチを提供する。【解決手段】まず、Ｓｉ基板８の表面に形成された導電層９及び片持ち梁１０の上にレジスト層１６を形成する。続いて、Ｘ線リソグラフィによってレジスト層１６をパターンニングし、基板８上に、上面に開口する凹部１７を形成する。続いて、蒸着等により凹部１７を形成するレジスト層１６の内壁面１７ａにＡｕの金属膜１１ｂを形成する。そして、めっき等により、凹部１７内にミラーベース部１１ａを形成し、その後、レジスト層１６を除去する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造体ベース部の側面に金属膜を有する微細構造体を基板の上部に形成する微細構造体の形成方法において、
前記基板の上部に、上面に開口する凹部を有するようにレジスト層を形成する工程と、
前記凹部を形成する前記レジスト層の内壁面に前記金属膜を形成する工程と、
前記レジスト層の内壁面に前記金属膜を形成した後、前記凹部内に前記構造体ベース部を形成する工程と、
前記レジスト層を除去する工程とを含むことを特徴とする微細構造体の形成方法。
【請求項２】
前記基板の上部に前記レジスト層を形成した後、Ｘ線リソグラフィにより前記レジスト層をパターンニングして前記凹部を形成することを特徴とする請求項１記載の微細構造体の形成方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の微細構造体の形成方法によって形成されたことを特徴とする微細構造体。
【請求項４】
基板と、前記基板に設けられた可動部材と、前記可動部材に固定され、光路上を通る光を反射させるミラーとを備えた光スイッチにおいて、
前記ミラーは、前記基板の上部に前記可動部材を形成した後で、請求項１または２記載の微細構造体の形成方法によって形成されたものであることを特徴とする光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光スイッチに使用されるミラー等のような微細構造体を形成する微細構造体の形成方法、微細構造体及び光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光スイッチとしては、例えば、特許文献１に記載されているものがある。この文献に記載の光スイッチは、基板と、この基板上に形成され、基板表面に対して垂直方向に移動可能なミラーと、基板に形成されたファイバー配置溝とを有している。ミラーを形成する場合は、基板に形成された溝にシリコン等を埋め込んでミラーベースを形成し、このミラーベースの表面にＡｕ等の金属を蒸着して反射膜を形成する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１１９１２９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような光スイッチにおいて、ミラーの光反射率を高くするためには、ミラーの反射面の表面粗さを小さくする必要がある。しかしながら、特許文献１に記載のミラーは、ミラーベースの側面に反射膜（金属膜）を成膜したものであるため、ミラーベースの側面の表面粗さに反射膜の表面粗さが加わる。このため、ミラーの反射面の表面粗さを小さくすることは困難であった。
【０００５】
本発明の目的は、微細構造体の側面の表面粗さを小さくすることができる微細構造体の形成方法、微細構造体及び光スイッチを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、構造体ベース部の側面に金属膜を有する微細構造体を基板の上部に形成する微細構造体の形成方法において、基板の上部に、上面に開口する凹部を有するようにレジスト層を形成する工程と、凹部を形成するレジスト層の内壁面に金属膜を形成する工程と、レジスト層の内壁面に金属膜を形成した後、凹部内に構造体ベース部を形成する工程と、レジスト層を除去する工程とを含むことを特徴とするものである。
【０００７】
以上のような微細構造体の形成方法では、基板上部の凹部を形成するレジスト層の内壁面に先ず金属膜を形成し、その後で凹部内に構造体ベース部を形成することにより、微細構造体の側面の表面粗さはレジスト層の内壁面の表面粗さのみで決まることになる。このため、構造体ベース部の側面に金属膜を成膜する場合のように構造体ベース部及び金属膜の表面粗さに影響されることは無いので、微細構造体の側面の表面粗さが小さくなる。また、構造体ベース部及び金属膜の表面粗さを抑える必要がなくなるため、微細構造体の製作が容易に行える。更に、先に金属膜を作ってから構造体ベース部を形成するので、構造体ベース部の材料の選択肢が広がる。
【０００８】
この場合、基板の上部にレジスト層を形成した後、Ｘ線リソグラフィによりレジスト層をパターンニングして凹部を形成するのが好ましい。Ｘ線リソグラフィを用いると、凹部（レジスト層の内壁）を数百μｍ程度の高さまで精度良く加工することが可能となる。これにより、レジスト層の内壁面が全体的に十分に滑らかになるため、結果として微細構造体の側面の表面粗さをより小さくすることができる。
【０００９】
また、本発明の微細構造体は、上記の微細構造体の形成方法によって形成されたことを特徴としている。これにより、側面の表面粗さの小さい微細構造体を得ることができる。
【００１０】
更に、本発明は、基板と、基板に設けられた可動部材と、可動部材に固定され、光路上を通る光を反射させるミラーとを備えた光スイッチにおいて、ミラーは、基板の上部に可動部材を形成した後で、上記の微細構造体の形成方法によって形成されたものであることを特徴としている。
【００１１】
上述した微細構造体の形成方法を用いてミラーを形成することにより、ミラーの光反射面（側面）の表面粗さが小さくなるため、ミラーの光反射率を向上させることができる。従って、ミラーでの反射による光損失を低減することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、同一要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。
【００１３】
図１は、本発明に係る微細構造体の形成方法が適用される光スイッチを示す垂直方向断面図である。
【００１４】
光スイッチ１は、プラットホーム２を有し、このプラットホーム２には光導波路等の光路３が設けられている。また、プラットホーム２には、溝部４が光路３を分断するように形成されている。プラットホーム２の上面には、Ｎｉ等からなる電極５が設けられ、この電極５上には、ＳｉＯ２等からなる絶縁層６が設けられている。
【００１５】
プラットホーム２の上部には、マイクロアクチュエータ７が載置・固定されている。マイクロアクチュエータ７はＳｉ基板８を有し、このＳｉ基板８には凹部８ａが形成されている。Ｓｉ基板８には、Ｔｉ等からなる導電層９を介して、Ｎｉ等からなる片持ち梁（可動部材）１０が設けられている。片持ち梁１０は、その基端部が絶縁層６に固着されていると共に、先端部が溝部４の位置まで延びている。
【００１６】
片持ち梁１０の先端部には、光路３を通る光を反射させる直方体状のミラー（微細構造体）１１が固定されている。ミラー１１は、Ｎｉ等で形成されたミラーベース部１１ａを有し、このミラーベース部１１ａの両側面には、Ａｕ等の金属膜（反射膜）１１ｂが設けられている。なお、金属膜１１ｂは、ミラーベース部１１ａと片持ち梁１０との間にも存在することがある。ミラー１１の寸法は、例えば３０μｍ×３００μｍ×２００μｍであり、金属膜１１ｂの膜厚は１μｍ以下である。
【００１７】
片持ち梁１０と電極５とは、電圧源１２を介して電気的に接続されている。そして、この電圧源１２により片持ち梁１０と電極５との間に所定の電圧を印加することで、両者間に静電気力を発生させ、ミラー１１を上下動させる。
【００１８】
以上のような本実施形態に係る光スイッチ１において、初期状態では、図１に示すように、片持ち梁１０の先端側が、Ｓｉ基板８の凹部８ａ内に入り込むように上方に反っている。この状態では、光路３を通る光は、溝部４をそのままスルーして、反対側の光路３に導かれる。一方、電圧源１２により片持ち梁１０と電極５との間に所定の電圧を印加すると、両者間に生じる静電気力によって片持ち梁１０の先端側が電極５に引き寄せられ、これに伴ってミラー１１が下降して溝部４内に入り込む（図１中の二点鎖線）。この状態では、光路３を通る光はミラー１１で反射される。
【００１９】
次に、図２を参照して、ミラー１１の形成方法を含むマイクロアクチュエータ７の製作方法の一例について説明する。
【００２０】
図２において、まずＳｉ基板８の表面に、エッチングマスクとなるＳｉＯ２膜１４を形成する（図２（ａ）参照）。そして、Ｓｉ基板８の表面にＴｉをスパッタし、導電層９を形成する（図２（ｂ）参照）。
【００２１】
続いて、フォトリソグラフィとＮｉめっきによって、導電層９上に片持ち梁１０を形成する（図２（ｃ）参照）。次に、片持ち梁１０及び導電層９の上にＸ線リソグラフィ用のレジストを塗布し、レジスト層１６を形成する（図２（ｄ）参照）。
【００２２】
そして、Ｘ線リソグラフィによってレジスト層１６をパターンニングし、片持ち梁１０の先端側の上部に、上面に開口したミラー形成用の凹部１７を形成する（図２（ｅ）参照）。このとき、片持ち梁１０の上面が凹部１７の底面を構成している。なお、凹部１７の深さは約２００μｍ程度であり、凹部１７の幅寸法は約３０μｍ程度である。
【００２３】
レジスト層１６のパターンニングに際し、リソグラフィとして、波長の短いＸ線を照射するＸ線リソグラフィを用いることによって、凹部１７の側面（レジスト層１６の内壁面）１７ａが垂直度良く加工されるようになる。このため、レジスト層１６の内壁面が滑らかになる。
【００２４】
続いて、蒸着やスパッタ、無電解めっき等により、レジスト層１６の内壁面（凹部１７の側面）１７ａにＡｕの金属膜（反射膜）１１ｂをコーティングする（図２（ｆ）参照）。このとき、レジスト層１６の上面及び凹部１７の底面にも金属膜１１ｂが形成される。金属膜１１ｂの膜厚は、例えば１μｍ以下とする。そして、めっき等によって凹部１７内にＮｉ等を埋め込み、ミラーベース部１１ａを形成する（図２（ｇ）参照）。
【００２５】
次いで、ウェットエッチング、ドライエッチング、機械的研磨などによって、レジスト層１６の上面に形成された金属膜１１ｂを除去する（図２（ｈ）参照）。そして、溶剤等を用いてレジスト層１６を剥離する（図２（ｉ）参照）。
【００２６】
その後、フッ素系ガス、例えばＸｅＦ２によってＳｉ基板８を表面側よりドライエッチングを行い、凹部８ａを形成する（図２（ｊ）参照）。これにより、片持ち梁１０の先端側が凹部８ａに入り込んで曲がるようになる。以上により、上述したマイクロアクチュエータ７が得られる。
【００２７】
次に、比較として、図３を参照して、従来におけるミラーの形成方法を含むマイクロアクチュエータの製作方法の一例について説明する。
【００２８】
まず、上述した本実施形態に係るマイクロアクチュエータ７の製作方法における図２（ａ）〜（ｅ）と同様の工程を実施する（図３（ａ）〜（ｅ）参照）。次に、Ｎｉめっき等により、ミラー２０のミラーベース部２０ａを形成する（図３（ｆ）参照）。次に、図２（ｉ）の工程と同様に、溶剤などによってレジスト層１６を除去する（図３（ｇ）参照）。そして、めっきや蒸着等によってミラーベース部２０ａの側面にＡｕの金属膜（反射膜）２０ｂを形成する（図３（ｈ）参照）。その後、図２（ｊ）の工程と同様に、ドライエッチングによってＳｉ基板８に凹部８ａを形成する（図３（ｉ）参照）。
【００２９】
このようなミラー２０の形成方法では、まず、ミラーベース部２０ａを作ってから、そのミラーベース部２０ａの側面に金属膜２０ｂを成膜するため、ミラーベース部２０ａの表面粗さに金属膜２０ｂの表面粗さが加わることになる。このため、最終的に得られるミラー２０の側面（光反射面）の表面粗さが大きくなり、結果的にミラーの光反射率を高めることが困難になる。
【００３０】
また、ミラーベース部２０ａの側面に金属膜２０ｂを形成する際、ミラーベース部２０ａ以外の部分へのＡｕの付着を防ぐためにマスクが必要となり、製作工程がその分増えてしまう。そして、ミラーベース部２０ａ以外の部分へＡｕが付着してしまった場合は、そのＡｕ膜を選択的に除去しなければならないため、更に工程が増えてしまう。
【００３１】
一方、本実施形態に係るミラー１１の形成方法では、片持ち梁１０の上部に形成された凹部１７の側面（レジスト層１６の内壁面）１７ａに金属膜１１ｂをコーティングし、その後で凹部１７内にミラーベース部１１ａを埋め込み形成するので、ミラー１１の側面（反射面）の表面粗さがレジスト層１６の内壁面１７ａの表面粗さのみで決まることになり、ミラーベース部１１ａ及び金属膜１１ｂの表面粗さに影響されることはない。このとき、凹部１７は、Ｘ線リソグラフィによって形成されているので、上述したようにレジスト層１６の内壁面１７ａの表面粗さは十分に小さくなる。これにより、結果的にミラー１１の側面（光反射面）の表面粗さが小さくなる。
【００３２】
例えば、図３に示すような従来の方法でミラーを形成した場合には、ミラーの光反射面の二乗平均粗さが０．０４μｍ以上であるのに対し、図２に示すような本実施形態の方法でミラーを形成した場合には、ミラーの光反射面の二乗平均粗さは０．０３μｍ以下であった。
【００３３】
このように、本実施形態に係るミラーの形成方法によれば、ミラー１１の光反射面の表面粗さが小さくなるため、ミラー１１の光反射率が高くなる。その結果、ミラー１１での反射による光損失を低減することができる。
【００３４】
また、本実施形態に係るミラー１１の形成方法では、滑らかなレジスト層１６の内壁面１７ａに金属膜１１ｂをコーティングしてからミラーベース部１１ａを形成するので、金属膜１１ｂの表面粗さの増大を抑える必要がない。また、ミラーベース部１１ａの表面粗さを抑える必要もなく、ミラーベース部１１ａの材料の選択肢が広がる。これにより、高反射率な光反射面を有するミラー１１の製作を容易に行うことができる。また、ミラー１１以外の部分にＡｕが付着するのを防ぐためにマスクすることや、ミラー１１以外の部分に付いたＡｕ膜を選択的に取り除くことが不要となるため、製作工程が余計に増えることを回避することもできる。
【００３５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、Ｘ線リソグラフィによってレジスト層１６のパターンニングを行ったが、フォトリソグラフィなどを用いてもよい。
【００３６】
また、上記実施形態では、ミラー１１の金属膜（反射膜）１１ｂの材料をＡｕ等としたが、上記のミラーの形成方法を採用すれば、選択的な膜付けやエッチングが困難な材料を反射膜として使用することが容易になり、反射対象の光の波長に応じて最適な金属材料を選択することができる。
【００３７】
更に、上記実施形態の光デバイスは、光を反射させるミラーを有する光スイッチであるが、本発明は、ハーフミラーや波長選択フィルタ等のような反射以外の光学特性をもった微細構造体にも適用可能である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、基板上の凹部を形成するレジスト層の内壁面に先ず金属膜を形成し、その後で凹部内に構造体ベース部を形成するようにしたので、微細構造体の側面の表面粗さを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る微細構造体の形成方法が適用される光スイッチを示す垂直方向断面図である。
【図２】図１に示すミラーの形成方法を含むマイクロアクチュエータの製作方法の一例を示す図である。
【図３】従来におけるミラーの形成方法を含むマイクロアクチュエータの製作方法の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…光スイッチ、８…Ｓｉ基板、１０…片持ち梁（可動部材）、１１…ミラー（微細構造体）、１１ａ…ミラーベース部（構造体ベース部）、１１ｂ…金属膜、１６…レジスト層、１７…凹部、１７ａ…内壁面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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