(57)【要約】【課題】設計自由度及び形状精度が高く、作製が容易な光スイッチ及びその製造方法を提供する。【解決手段】電極基板２の上面にスペーサ７を接触させて、スペーサ７の側面の一部に接着剤８を滴下する。このとき、接着剤８はくぼみ６に逃げ、電極基板２とスペーサ７との界面には浸入しない。これにより、電極基板２とスペーサ７との間に接着剤層を形成することなく、スペーサ７を電極基板２に接着する。同様に、スペーサ７の上面にミラー基板１０を接触させて、ミラー基板１０の側面の一部に接着剤１１を滴下する。このとき、接着剤１１はくぼみ９に逃げ、スペーサ７とミラー基板１０との界面には侵入しない。これにより、スペーサ７とミラー基板１０との間に接着剤層を形成することなく、ミラー基板１０をスペーサ７に接着する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に第１の電源に接続される電極パッドが形成された電極基板と、固定部及びこの固定部により前記電極パッド上に回動可能に支持され第２の電源に接続され入射された光を任意の方向に反射するミラーを備えたミラー基板と、前記電極基板における前記電極パッドが形成されていない領域と前記固定部との間に設けられ前記電極パッドと前記ミラーとの間の距離を規定するスペーサと、前記スペーサの側面における一部の領域及び前記電極基板の上面における前記一部の領域に接する領域の一部に被着することにより前記スペーサの下面を前記電極基板の上面に接触させつつ前記スペーサを前記電極基板に接着する第１の接着剤と、前記ミラー基板の側面における一部の領域及び前記スペーサの上面における前記一部の領域に接する領域の一部に被着することにより前記ミラー基板の下面を前記スペーサの上面に接触させつつ前記ミラー基板を前記スペーサに接着する第２の接着剤と、を有することを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
前記電極基板の上面における前記第１の接着剤が被着している領域の少なくとも一部に第１のくぼみが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項３】
前記ミラー基板の側面におけるこのミラー基板の下面に接する領域であって前記第２の接着剤が被着している領域の少なくとも一部に第２のくぼみが形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光スイッチ。
【請求項４】
前記スペーサが絶縁材料により形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【請求項５】
前記スペーサが金属又は合金により形成されており、このスペーサが、前記電極基板の上面における前記電極パッドを前記第１の電源に接続する配線が形成されている配線領域以外の領域の少なくとも一部の領域上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【請求項６】
前記ミラー基板における前記ミラーが形成されていない領域の一部に端子が形成されており、前記ミラーはこの端子を介して前記第２の電源に接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【請求項７】
前記端子は前記ミラー基板における前記スペーサの直上域の一部に形成された穴の底部に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の光スイッチ。
【請求項８】
前記第１及び第２の接着剤のうち少なくとも一方が、常温硬化型の接着剤であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【請求項９】
前記常温硬化型の接着剤が、ＵＶ硬化型接着剤、２液混合型接着剤及び嫌気性接着剤からなる群から選択された１種又は２種の接着剤であることを特徴とする請求項８に記載の光スイッチ。
【請求項１０】
上面に第１の電源に接続される電極パッドが形成されると共にこの電極パッドが形成されていない領域の一部に上方に突出した張出部が形成された電極基板と、固定部及びこの固定部により前記電極パッド上に回動可能に支持され第２の電源に接続され入射された光を任意の方向に反射するミラーを備えたミラー基板と、前記ミラー基板の側面における一部の領域及び前記張出部の上面における前記一部の領域に接する領域の一部に被着することにより前記ミラー基板の下面を前記張出部の上面に接触させつつ前記ミラー基板を前記張出部に接着する接着剤と、を有することを特徴とする光スイッチ。
【請求項１１】
前記張出部の上面における前記接着剤が被着している領域の少なくとも一部にくぼみが形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の光スイッチ。
【請求項１２】
上面に第１の電源に接続される電極パッドが形成された電極基板と、固定部、この固定部により前記電極パッド上に回動可能に支持され第２の電源に接続され入射された光を任意の方向に反射するミラー及び前記固定部の少なくとも一部に形成され下方に突出した張出部を備えたミラー基板と、前記張出部の側面における一部の領域及び前記電極基板の上面における前記一部の領域に接する領域の一部に被着することにより前記張出部の下面を前記電極基板の上面に接触させつつ前記ミラー基板を前記電極基板に接着する接着剤と、を有することを特徴とする光スイッチ。
【請求項１３】
前記ミラー基板の側面におけるこのミラー基板の下面に接する領域であって前記接着剤が被着している領域の少なくとも一部にくぼみが形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の光スイッチ。
【請求項１４】
前記接着剤が、常温硬化型の接着剤であることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【請求項１５】
前記常温硬化型の接着剤が、ＵＶ硬化型接着剤、２液混合型接着剤及び嫌気性接着剤からなる群から選択された１種の接着剤であることを特徴とする請求項１４に記載の光スイッチ。
【請求項１６】
前記固定部の厚さが２００μｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【請求項１７】
前記ミラーは前記ミラー基板に形成された穴の底部に形成されていることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【請求項１８】
前記穴が前記ミラー基板にマトリクス状に形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の光スイッチ。
【請求項１９】
前記ミラー基板が、裏打層、インシュレータ層及びデバイス層がこの順に積層されてなるＳＯＩ基板が加工されて形成されたものであり、前記固定部は、前記裏打層、前記インシュレータ層及び前記デバイス層がこの順に積層されて形成されたものであり、前記穴は、前記裏打層及び前記インシュレータ層が除去されて形成されたものであり、前記ミラーは、前記デバイス層が加工されて形成されたものであることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の光スイッチ。
【請求項２０】
前記デバイス層の抵抗率が１Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１９に記載の光スイッチ。
【請求項２１】
前記第２の電源の電位が接地電位であることを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【請求項２２】
第１の基板の上面に第１の電源に接続される電源パッドを形成して電極基板を作製する工程と、第２の基板に第２の電源に接続され入射された光を任意の方向に反射するミラーを形成すると共にこのミラーの周囲をこのミラーを回動可能に支持する固定部としてミラー基板を作製する工程と、前記電極基板の上面の一部にスペーサを接触させてこのスペーサの側面の一部に第１の接着剤を滴下することにより、この第１の接着剤を前記スペーサの側面の一部及び前記電極基板の上面における前記スペーサに接触していない領域の一部に被着させて、前記電極基板と前記スペーサとの界面に前記第１の接着剤を浸入させずに前記スペーサを前記電極基板に接着する工程と、前記スペーサの上面の一部に前記ミラー基板を接触させて前記ミラー基板の側面の一部に第２の接着剤を滴下することにより、この第２の接着剤を前記ミラー基板の側面の一部及び前記スペーサの上面における前記ミラー基板に接触していない領域の一部に被着させて、前記スペーサと前記ミラー基板との界面に前記第２の接着剤を侵入させずに前記ミラー基板を前記スペーサに接着する工程と、を有することを特徴とする光スイッチの製造方法。
【請求項２３】
前記電極基板を作製する工程は、前記第１の基板の上面における前記第１の接着剤が被着する予定の領域の少なくとも一部に第１のくぼみを形成する工程を有することを特徴とする請求項２２に記載の光スイッチの製造方法。
【請求項２４】
前記ミラー基板を作製する工程は、前記第２の基板の側面におけるこの第２の基板の下面に接する領域であって前記第２の接着剤が滴下される予定の領域の少なくとも一部に第２のくぼみを形成する工程を有することを特徴とする請求項２２又は２３に記載の光スイッチの製造方法。
【請求項２５】
前記第１及び第２の接着剤のうち少なくとも一方を、常温硬化型の接着剤とすることを特徴とする請求項２２乃至２４のいずれか１項に記載の光スイッチの製造方法。
【請求項２６】
前記常温硬化型の接着剤を、ＵＶ硬化型接着剤、２液混合型接着剤及び嫌気性接着剤からなる群から選択された１種又は２種の接着剤とすることを特徴とする請求項２５に記載の光スイッチの製造方法。
【請求項２７】
前記固定部の厚さを２００μｍ以上とすることを特徴とする請求項２２乃至２６のいずれか１項に記載の光スイッチの製造方法。
【請求項２８】
前記第２の基板として、裏打層、インシュレータ層及びデバイス層がこの順に積層されてなるＳＯＩ基板を使用し、前記ミラー基板を作製する工程は、前記ＳＯＩ基板の一部の領域において前記裏打層及び前記インシュレータ層を除去すると共に前記デバイス層を加工して前記ミラーを形成する工程を有することを特徴とする請求項２２乃至２７のいずれか１項に記載の光スイッチの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は静電アクチュエータ型ミラーが組み込まれた光スイッチ及びその製造方法に関し、特に、設計自由度及び形状精度が高く作製が容易な光スイッチ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光スイッチは、光通信において、光ファイバーから送られてくる光信号を任意の方向に振り分けることによってスイッチングを行うものであり、マイクロデバイスの１種である。マイクロデバイスとは、一般に、シリコン又はガラス等からなる基板上に立体的な造形物が形成された微小構造物であり、光スイッチの他にＲＦスイッチ及び加速度センサー等がある。このようなマイクロデバイスの作製においては、基板上に立体的にパーツを積み上げていくため、パーツ毎の接合技術又は膜の堆積技術が重要になる。
【０００３】
光スイッチにおいて、現在主流になりつつある方式の一つとして、静電アクチュエータ型ミラーを使用する光スイッチがある。この光スイッチは、表面に電極が形成された電極基板と、複数個のマイクロミラーが回動可能に設けられたミラー基板とを、スペーサを介して積層させた構造になっている。そして、前記電極とミラーとの間に電圧を印加することにより、この電極とマイクロミラーとの間に静電力を発生させ、マイクロミラーの反射面の方向を制御する。これにより、このマイクロミラーに入射した光を任意の方向へ反射させることができる。
【０００４】
この静電アクチュエータ型ミラーを使用する光スイッチは、製造方法の違いにより２種類に大別できる。第１の種類はサーフェス方式と呼ばれる方式により作製された光スイッチであり、シリコン基板上に薄膜を堆積していくことにより、電極、スペーサ及びミラー等を順次形成して作製されるものである（例えば、特許文献１参照。）。第２の種類はバルク方式と呼ばれる方式により作製された光スイッチであり、単結晶シリコンをエッチングしてミラーを形成し、このミラーを、スペーサを介して電極基板に貼り合わせることにより作製された光スイッチである（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
サーフェス方式により作製された従来の光スイッチについて説明する。図１５は、特許文献１に記載されているサーフェス方式により作製された光スイッチを示す平面図である。図１５に示すように、シリコン基板１０１上にポリシリコン層を堆積させ、このポリシリコン層をエッチングにより加工して電極パッド（図示せず）を形成する。次に、犠牲層（図示せず）を形成し、その上にポリシリコン層を形成する。そして、このポリシリコン層をエッチングにより加工してミラー１０２、フレーム１０３、２個のミラー固定部１０４、各２個のバネ１０５及び１０６、梁１０７を形成する。ミラー１０２の形状は円板状であり、フレーム１０３の形状は環状である。ミラー１０２はフレーム１０３の内部に配置されており、ミラー１０２は２個のバネ１０５を介してフレーム１０３に連結されている。また、ミラー固定部１０４の形状は矩形状であり、フレーム１０３を挟むように配置されており、２個のバネ１０６を介してフレーム１０３に連結されている。更に、ミラー固定部１０４の両端には夫々梁１０７の一端部が連結されており、梁１０７の他端部はシリコン基板１０１に連結されている。次に、犠牲層を除去した後、梁１０７を加熱して熱変形させて反りを発生させる。これにより、シリコン基板１０１から、ミラー１０２、フレーム１０３、ミラー固定部１０４、バネ１０５及び１０６からなるミラー構造体を、図示のＺ軸方向、即ち、シリコン基板１０１の表面に垂直な方向に浮かび上がらせる。
【０００６】
この従来の光スイッチにおいては、ミラー１０２と電極パッド（図示せず）との間に電圧を印加し、両者間に生じる静電力によりミラー１０２を回動させる。このとき、フレーム１０３がバネ１０６を軸としてミラー固定部１０４に対して図示のＸ軸回りに回動し、ミラー１０２がバネ１０５を軸としてフレーム１０３に対して図示のＹ軸回りに回動する。この結果、ミラー１０２の反射面は２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）を中心に回動して任意の方向を向くことができ、ミラー１０２に入射された光信号を任意の方向に反射させることができる。これにより、この光スイッチは、空間的に光路のスイッチングを行うことができる。
【０００７】
次に、バルク方式により作製された従来の光スイッチについて説明する。図１６は、特許文献２に記載されているバルク方式により作製された光スイッチを示す断面図である。図１６に示すように、この従来の光スイッチにおいては、基板をエッチングして掘込１１１を形成して支柱１１２を形成し、次に、パターニング及びエッチングによりミラー１１３を形成することにより、ミラー基板１１４を作製する。一方、他の基板上に配線１１５を形成し、この配線１１５を絶縁膜１１６で覆い、この絶縁膜１１６を貫通し配線１１５に接続されると共に絶縁膜１１６の上面に露出する電極パッド１１７を形成する。これにより、電極基板１１８を作製する。このように、電極基板１１８とミラー基板１１４を夫々別々に作り、その後、ＰｂＳｎ半田等からなる接合層１１９を介して、両者を相互に接合している。これにより、光スイッチが作製される。
【０００８】
なお、電極基板とミラー基板を接合する方法には、前述の半田を使用する方法の他に、静電接合がある。静電接合とは、ホウケイ酸ガラス、例えばパイレックス（登録商標）からなるガラス基板にシリコン基板を接触させ、約４００℃程度の高温に加熱しつつ、ガラス基板を陰極、シリコン基板を陽極として数百Ｖの電圧を印加すると、ガラス基板とシリコン基板とが相互に接合されるというものである。その原理は、ガラス基板中のＮａ分子がイオン化して陰極に引き寄せられ、反対にシリコン基板との界面にＮａ分子から分離したマイナスイオンが大量に集まり、化学結合を生じて接合されることによる。
【０００９】
【特許文献１】
米国特許６３００６１９  Ｂ１（ＦＩＧ．７）
【特許文献２】
ＰＣＴ国際公開公報ＷＯ  ０１／５６９１９  Ａ２（ＦＩＧ．８ｆ）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の技術には、以下に示すような問題点がある。先ず、サーフェス方式における課題を説明する。
【００１１】
サーフェス方式の光スイッチにおける第１の課題は、プロセスが複雑になることである。この理由は、ポリシリコン層の積み上げ、パターニング、及び基板とポリシリコン層又はポリシリコン層同士を分離するための犠牲層のエッチングを繰り返すため、極めて入り組んだプロセスになりやすい。また、犠牲層をエッチングする際にも、基板にこの基板から分離すべきパーツが吸着する等の問題が生じやすく、製造歩留まりの点においても不利な要素をもっている。
【００１２】
第２の課題は、光スイッチの立体化に限界があることである。この理由は、サーフェス方式は薄膜の堆積により構造物を積み上げていくため、立体的な造形物の作製には限界があるためである。即ち、各層の厚さは数μｍ程度以下であるため、数十μｍを超える高さを持つ立体構造物を形成することは極めて困難である。このため、光スイッチの設計自由度が低くなる。
【００１３】
第３の課題は、ミラー面の平滑性及び平坦性が十分に得られないことである。この理由は、本方式においては、ミラーをポリシリコン薄膜の堆積により形成するが、ポリシリコン薄膜はそれ自体が内部応力を持つため、ミラーに反りを生じやすく、平坦度（フラットネス）を確保することが難しいことによる。このため、反射した光信号が散乱し、所謂光スイッチにおける挿入光信号の強度損失（以下、挿入損失と記述する）が発生してしまう。また、マイクロミラーのような複雑な構造物の場合、ミラー形成後に表面を研磨することが難しいため、表面粗さを低減することができない。このため、ミラー面の平滑度（ラフネス）を向上させることが困難である。このように、サーフェス方式においては、光スイッチの形状精度が低くなる。
【００１４】
第４の課題は、ミラー径を大きくできないことである。この理由は、ミラーを大口径化すると、前述のミラーの反りが顕在化してくるためである。また、このような反りを低減するために、ミラーの直径を小さくすると、入射した光信号がミラー面に入りきらず、所謂「けられ」が生じ、これも挿入損失を大きくする原因になる。
【００１５】
光通信においては、光信号の強度が低下すると、光信号を増幅させるための設備を追加する必要がある。そのため、光スイッチ又はその他のデバイスを通過する際の挿入損失が大きいと、それだけ設備コストが増大する。つまり、光通信用のデバイスにおいては、挿入損失の低減が極めて重要な課題となる。従って、図１５に示すような従来のサーフェス方式の光スイッチは、挿入損失という観点から致命的な問題を含んでいる。
【００１６】
次に、バルク方式における課題を説明する。バルク方式の光スイッチにおける第１の課題は、電極基板とミラー基板とを相互に接合する際に、半田等のペースト状の材料を使用した場合、位置決め精度が低くなることである。この理由は、半田硬化時の位置ずれが大きいと共に、半田からなる接合層の厚さのムラ等によりミラー基板の高さにばらつきが発生するためである。特に、光スイッチにおいては、電極基板に形成した電極パッドとミラーとの間に発生する静電力でミラーを駆動するため、電極パッドとミラーとのギャップのばらつき及びミラーの中心位置のずれは大きな問題となる。
【００１７】
第２の課題は、組み立てに静電接合を用いた場合は、製造歩留まりが低くなると共に使用する材料が限定され、また配線設計の自由度が低下し、プロセスが長時間化することである。
【００１８】
静電接合によりミラー基板と電極基板とを接合すれば、接合層は化学結合により生じた酸化シリコン層なので、その厚さはオングストロームオーダーとなり、高さ精度には問題が生じない。また、接合層自体の体積が殆どないので、接合時にミラー基板が電極基板に対して横ずれしていくような現象もなく、位置精度が高い。
【００１９】
しかし、静電接合は、高温雰囲気中で光スイッチに高い電圧を印加するため、放電による配線の破壊が生じたり、熱応力による破壊が生じたりすることがある。また、接合状態が接合表面の清浄度に敏感であり、接合面にわずかな有機物質が存在しても、又は接合面に数十ｎｍ程度の凹凸が存在しても接合不良を起こす危険があり、歩留まりが極めて不安定である。また、接合の原理からもわかるように、電極基板及びミラー基板を形成する材料が限定される。更に、静電接合面には配線が引き回せないので、ミラーを多数配置した光スイッチにおいては、その配線スペースの確保が困難になり、設計自由度が低下する原因となる。更にまた、静電接合が高温プロセスであるため、部材間の温度伸縮の違いにより、接合面に大きな熱応力が発生する。この熱応力を緩和するために、降温時の温度勾配をできるだけ緩やかにする必要があり、製造プロセスが長時間プロセスとなる。
【００２０】
第３の課題は、バルク方式で作製した極薄パーツが破損しやすいことである。この理由は、ミラー基板はシリコン基板から作製されるため、ハンドリング上ある程度の厚さ、即ち、少なくとも２００μｍ以上、好ましくは３００μｍ以上の厚さが必要であるが、ミラーを静電駆動するためにはミラーと電極パッドとの間のギャップを１００μｍ程度以下とする必要があるため、支柱とミラーの厚さを合計しても１００μｍ前後になってしまうためである。従って、このような極薄のミラー基板を作製した後、電極基板に貼り合わせようとすると、そのハンドリングによりミラー基板を破壊してしまう可能性が高く、光スイッチの作製が困難である。なお、ミラー基板を電極基板に貼り合わせてからエッチングして薄くすることも考えられるが、この方法ではエッチング環境に電極基板及び接合部が曝されるため、使用できる材料の組み合わせ及び貼り合わせ方法等のプロセス条件の制約が大きくなる。このように、特許文献２に記載されたバルク方式では、ミラー基板のハンドリングが極めて困難であり、シリコンからなるミラー基板がすぐに破損してしまう。このため、実用上必要とされる歩留りを実現することができない。
【００２１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、設計自由度及び形状精度が高く、作製が容易な光スイッチ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光スイッチは、上面に第１の電源に接続される電極パッドが形成された電極基板と、固定部及びこの固定部により前記電極パッド上に回動可能に支持され第２の電源に接続され入射された光を任意の方向に反射するミラーを備えたミラー基板と、前記電極基板における前記電極パッドが形成されていない領域と前記固定部との間に設けられ前記電極パッドと前記ミラーとの間の距離を規定するスペーサと、前記スペーサの側面における一部の領域及び前記電極基板の上面における前記一部の領域に接する領域の一部に被着することにより前記スペーサの下面を前記電極基板の上面に接触させつつ前記スペーサを前記電極基板に接着する第１の接着剤と、前記ミラー基板の側面における一部の領域及び前記スペーサの上面における前記一部の領域に接する領域の一部に被着することにより前記ミラー基板の下面を前記スペーサの上面に接触させつつ前記ミラー基板を前記スペーサに接着する第２の接着剤と、を有することを特徴とする。
【００２３】
本発明においては、第１の接着剤によりスペーサの下面を電極基板の上面に接触させつつスペーサを電極基板に接着し、第２の接着剤によりミラー基板の下面をスペーサの上面に接触させつつミラー基板をスペーサに接着することにより、電極基板とスペーサとの間に第１の接着剤からなる接着剤層が形成されることがないと共に、スペーサとミラー基板との間に第２の接着剤からなる接着剤層が形成されることがない。これにより、ミラーと電極パッドとの間の距離をスペーサの厚さのみにより規定することができ、この距離を高精度且つ均一に制御することができる。
【００２４】
また、前記電極基板の上面における前記第１の接着剤が被着している領域の少なくとも一部に第１のくぼみが形成されていることが好ましく、前記ミラー基板の側面におけるこのミラー基板の下面に接する領域であって前記第２の接着剤が被着している領域の少なくとも一部に第２のくぼみが形成されていることが好ましい。これにより、第１の接着剤を第１のくぼみに逃がし、電極基板とスペーサとの間に第１の接着剤が浸入することをより確実に防止できると共に、第２の接着剤を第２のくぼみに逃がすことができ、スペーサとミラー基板との間に第２の接着剤が浸入することをより確実に防止できる。
【００２５】
更に、前記第１及び第２の接着剤のうち少なくとも一方が、常温硬化型の接着剤であることが好ましく、ＵＶ硬化型接着剤、２液混合型接着剤及び嫌気性接着剤からなる群から選択された１種又は２種の接着剤であることがより好ましい。これにより、接着作業を常温で行うことができるため作業性が向上すると共に、接着後の温度変化に伴う位置ずれが発生することがない。
【００２６】
本発明に係る他の光スイッチは、上面に第１の電源に接続される電極パッドが形成されると共にこの電極パッドが形成されていない領域の一部に上方に突出した張出部が形成された電極基板と、固定部及びこの固定部により前記電極パッド上に回動可能に支持され第２の電源に接続され入射された光を任意の方向に反射するミラーを備えたミラー基板と、前記ミラー基板の側面における一部の領域及び前記張出部の上面における前記一部の領域に接する領域の一部に被着することにより前記ミラー基板の下面を前記張出部の上面に接触させつつ前記ミラー基板を前記張出部に接着する接着剤と、を有することを特徴とする。
【００２７】
本発明に係る更に他の光スイッチは、上面に第１の電源に接続される電極パッドが形成された電極基板と、固定部、この固定部により前記電極パッド上に回動可能に支持され第２の電源に接続され入射された光を任意の方向に反射するミラー及び前記固定部の少なくとも一部に形成され下方に突出した張出部を備えたミラー基板と、前記張出部の側面における一部の領域及び前記電極基板の上面における前記一部の領域に接する領域の一部に被着することにより前記張出部の下面を前記電極基板の上面に接触させつつ前記ミラー基板を前記電極基板に接着する接着剤と、を有することを特徴とする。
【００２８】
また、前記固定部の厚さが２００μｍ以上であることが好ましい。これにより、ミラー基板の強度が確保され、ミラー基板を単体でハンドリングすることが容易になる。
【００２９】
本発明に係る光スイッチの製造方法は、第１の基板の上面に第１の電源に接続される電源パッドを形成して電極基板を作製する工程と、第２の基板に第２の電源に接続され入射された光を任意の方向に反射するミラーを形成すると共にこのミラーの周囲をこのミラーを回動可能に支持する固定部としてミラー基板を作製する工程と、前記電極基板の上面の一部にスペーサを接触させてこのスペーサの側面の一部に第１の接着剤を滴下することにより、この第１の接着剤を前記スペーサの側面の一部及び前記電極基板の上面における前記スペーサに接触していない領域の一部に被着させて、前記電極基板と前記スペーサとの界面に前記第１の接着剤を浸入させずに前記スペーサを前記電極基板に接着する工程と、前記スペーサの上面の一部に前記ミラー基板を接触させて前記ミラー基板の側面の一部に第２の接着剤を滴下することにより、この第２の接着剤を前記ミラー基板の側面の一部及び前記スペーサの上面における前記ミラー基板に接触していない領域の一部に被着させて、前記スペーサと前記ミラー基板との界面に前記第２の接着剤を侵入させずに前記ミラー基板を前記スペーサに接着する工程と、を有することを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
従来、光スイッチの作製において、電極基板とミラー基板との接合には、シリコンプロセスの延長から、半田接合又は静電接合が用いられてきた。しかしながら、半田接合及び静電接合には、前述の如く多くの問題点がある。そこで、本発明者等は、上述の課題を解決すべく鋭意実験研究を行い、接着剤を使用して電極基板とミラー基板とを高精度に接合する技術を開発した。
【００３１】
一般に、シリコンプロセスにおいては、接合に接着剤を使用することは稀である。その理由は、接着剤が被着したデバイスは、耐熱性が劣ると共に、アウトガスによる装置の汚染を引き起こすため、その後のシリコンプロセスを通せなくなるからである。従って、本発明においても、接着剤により電極基板とミラー基板とを接合する工程は、光スイッチ製造工程の最終工程であることが必要である。即ち、ミラー基板にミラーを形成した後に、電極基板と接合する必要がある。
【００３２】
しかしながら、ミラーの厚さは例えば１０乃至２０μｍ程度であり、この厚さの構造体のハンドリングは極めて困難である。そこで、本発明者等は、接着剤により電極基板とミラー基板とを高精度に接合する技術と併せて、ミラー形成後にミラー基板をハンドリングする技術を開発し、本発明を完成した。
【００３３】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は本実施形態に係る光スイッチを示す平面図であり、図２はこの光スイッチを示す断面図であり、図３はこの光スイッチを示す斜視図であり、図４はこの光スイッチにおけるミラー基板を示す一部拡大平面図であり、図５はこの光スイッチの動作を示す断面図である。なお、図１に示すように、本実施形態に係る光スイッチにおいては、複数個のミラー１７がマトリクス状に配列されているが、図２乃至図５においては、図を簡略化するため、１個のミラーのみを図示している。
【００３４】
図１乃至図３に示すように、本実施形態に係る光スイッチ１においては、ガラスからなる電極基板２が設けられており、電極基板２の表面における電極パッド形成領域（図示せず）には、電極パッド３が設けられている。電極パッド３は、１個のミラー１７の直下域に４つずつ設けられており、電極基板２の表面におけるミラー１７の中心の直下に相当する点を中心として４回対称となる位置に配置されている。電極パッド３はミラー１７との間に電圧が印加されることにより、ミラー１７との間に静電気力を発生させるものである。また、電極基板２の表面には、電極パッド３に接続された配線４が設けられている。この複数の配線４は電極パッド３が形成されている領域から放射状に広がり、電極基板２の端部に形成されたボンディングパッド５に夫々接続されている。ボンディングパッド５は、電極パッド３を外部駆動回路（図示せず）に接続するものである。更に、電極基板２の表面にはくぼみ６が形成されている。そして、電極基板２上の全面には、電極パッド３、配線４及びボンディングパッド５を覆うように、絶縁膜（図示せず）が形成されている。
【００３５】
そして、電極基板２上にはスペーサ７が設けられている。図１に示すように、スペーサ７は、電極パッド３が設けられている領域の周囲に、例えば４枚設けられている。スペーサ７は電極基板２に接触しており、且つ接着剤８を介して電極基板２に接着されている。スペーサ７は例えばステンレスにより形成されており、その厚さは例えば５０μｍである。くぼみ６は、スペーサ７の側面の直下に相当する領域の一部に形成されている。接着剤８は、くぼみ６の内部及び電極基板２の表面におけるくぼみ６の周辺領域のうちスペーサ７により覆われていない領域と、スペーサ７の側面の一部とに被着しており、これにより、電極基板２とスペーサ７とを相互に接着している。接着剤８は例えばＵＶ（紫外線）硬化型の接着剤である。この結果、電極基板２とスペーサ７との間には接着剤層が形成されず、電極基板２とスペーサ７とは相互に接触している。
【００３６】
また、スペーサ７上には電極パット３の形成領域を覆うように、矩形のミラー基板１０が設けられている。ミラー基板１０はスペーサ７の上面の一部に接触している。ミラー基板１０の側面の下部にはくぼみ９が形成されており、スペーサ７とミラー基板１０との接触面において、くぼみ９の分だけ内側に窪んでいる。ミラー基板１０の側面の一部、この部分の下方に相当するくぼみ９の内部及びスペーサ７の表面の一部には接着剤１１が被着している。これにより、ミラー基板１０はスペーサ７に直接接触しつつ、ミラー基板１０はスペーサ７に接着剤１１を介して接着されている。この結果、ミラー基板１０の四隅はスペーサ７により支持されており、ミラー基板１０が電極基板２にスペーサ７を介して対峙した構造になっている。
【００３７】
ミラー基板１０はＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板により形成されている。このＳＯＩ基板は、厚さが例えば５２５μｍの裏打層１２と、インシュレータ層１３と、厚さが例えば２０μｍのデバイス層１４とがこの順に積層されてなる３層構造になっている。デバイス層１４の抵抗率は例えば１Ω・ｃｍ以下である。そして、デバイス層１４は下面側、即ち、電極基板２側に配置され、裏打層１２は上面側に配置されている。
【００３８】
ミラー基板１０の中央部、即ち、電極基板２の電極パッド形成領域（図示せず）の直上域は、ミラー形成領域１５となっており、このミラー形成領域１５には、複数の穴１６がアレー状に形成されている。穴１６の形状は、ミラー基板１０の表面に垂直な方向から見て、例えば八角形となっている。穴１６においては、裏打層１２及びインシュレータ層１３が除去されており、デバイス層１４が穴１６の内部に向かって張り出している。穴１６内の底部には夫々１枚のミラー１７が設けられている。ミラー１７においては、デバイス層１４が加工されてなるミラー本体１７ａの表面に、Ｔａ層とＡｕ層とがこの順に積層された２層膜（以下、（Ａｕ／Ｔａ）２層膜ともいう）からなる反射膜１７ｂが形成されている。ミラー１７の形状は円板状であり、直径は例えば７００μｍであり、最大チルド角は例えば±３°である。また、ミラー１７の周囲には、フレーム１８が設けられている。フレーム１８の構成の詳細は後述する。
【００３９】
更に、ミラー基板１０の四隅におけるスペーサ７の直上域には接地端子部２８が設けられており、この接地端子部２８には穴１９が形成されている。穴１９においては、裏打層１２及びインシュレータ層１３が除去され、デバイス層１４上に金属膜２０が形成されている。この穴１９の底部に形成された金属膜２０には、ワイヤー２１の一端部が接続されており、ワイヤー２１の他端部は電極基板２上に形成された接地電極２２に接続されている。なお、ミラー基板１０における穴１６及び穴１９以外の部分、即ち、裏打層１２及びインシュレータ層１３が残留している部分が固定領域２３となる。なお、固定領域２３におけるミラー基板１０の厚さは、２００μｍ以上とすることが好ましい。これは、この厚さが２００μｍ未満であると、ミラー基板１０の強度が不足し、ハンドリングが困難になるからである。より好ましくは、３００μｍ以上である。
【００４０】
図４に示すように、穴１６の内部には、２本のバネ２４が設けられており、このバネ２４で挟むように、フレーム１８を支持している。即ち、バネ２４の一端は固定領域２３に連結され、他端はフレーム１８に連結されている。フレーム１８の形状は、１の円形部１８ａの両側に２の矩形部１８ｂが連結された形状であり、２本のバネ２４は円形部１８ａの両側部に夫々連結されている。また、円形部１８ａ内にはミラー１７が収納されており、矩形部１８ｂには夫々バネ２５が収納されており、ミラー１７は、バネ２５を介してフレーム１８に連結されている。即ち、バネ２５の一端はフレーム１８の矩形部１８ｂに連結され、他端はミラー１７に連結されている。バネ２５の伸縮方向はバネ２４の伸縮方向に直交している。ミラー本体１７ａ、フレーム１８並びにバネ２４及び２５は、ＳＯＩウエハーのデバイス層１４が加工されて形成されたものである。ミラー１７、フレーム１８、バネ２４及び２５により、ミラー部２６が構成されている。
【００４１】
そして、ミラー１７の直下域には、４個の電極パッド３ａ乃至３ｄ（総称して電極パッド３ともいう）が配置されている。電極基板２の表面に垂直な方向から見て、この４個の電極パッド３ａ乃至３ｄは、ミラー１７の中心を中心とする円に沿って、相互に離隔して等間隔に配置されており、バネ２４の直下域の近傍にはミラー３ａ及び３ｃが配置され、バネ２５の直下域の近傍にはミラー３ｂ及び３ｄが配置されている。
【００４２】
なお、スペーサ７はミラー基板１０の四隅の下に、配線４をよけるように配置されている。スペーサ７をステンレス等の金属材料により形成する場合、仮に配線４とスペーサ７とが近接していると、両者の間でショートが発生したり、不要なコンデンサーが形成されたりして、光スイッチ１の動作に悪影響を及ぼすからである。但し、スペーサ７を樹脂又はセラミック等の絶縁物により形成する場合は、このような心配はなく、スペーサ７を配線４上に配置することも可能である。
【００４３】
また、前述の如く、ミラー基板１０の四隅にはＧＮＤ用の穴１９が形成されており、この穴１９の直下にスペーサ７が配置されている。これは、仮に穴１９の直下にスペーサ７を配置しないと、穴１９の底面におけるデバイス層１４の厚さが２０μｍしかないため強度が低く、ワイヤー２１をボンディングすることによってＧＮＤへのつなぎ込みを行う際に、デバイス層１４の破損を招く危険があるからである。そこで、このワイヤーボンディング時の衝撃を緩和する目的で、スペーサ７を穴１９の直下に配置することが好ましい。
【００４４】
次に、本実施形態に係る光スイッチ１の動作について説明する。図５に示すように、先ず、接地電極２２に接地電位を印加し、ワイヤー２１及び金属膜２０を介して、デバイス層１４全体を接地電位とする。これにより、ミラー１７も接地電位となる。この状態で、ボンディングパッド５及び配線４（図１参照）を介して電極パッド３に電圧を印加する。これにより、この電極パッド３と、この電極パッド３の直上に位置するミラー１７との間に静電気力が発生し、ミラー１７に回転トルクが発生する。例えば、電極パッド３ａ及び／又は３ｃ（図４参照）に電圧を印加すると、ミラー１７に回転トルクが発生し、バネ２５がねじれてミラー１７がバネ２４の配列方向に傾斜し、ミラーチルト角が発生する。また、電極パッド３ｂ及び／又は３ｄに電圧を印加すると、バネ２４がねじれてフレーム１８が傾斜し、これに伴いミラー１７がフレーム１８と共にバネ２５の配列方向に傾斜する。このように、電極パッド３ａ乃至３ｄに印加する電圧を調整することで、ミラー１７を任意の向きにチルトさせることができる。図５に示すように、電極パッド３に電圧を印加することでミラー１７を角度θだけチルトさせると、反射光の進行方向を角度２θだけ傾けることができる。
【００４５】
本実施形態においては、電極基板２にスペーサ７を接着する接着剤８は、スペーサ７の側面及び電極基板２におけるスペーサ７により覆われていない領域に塗布されており、且つ、電極基板２に形成されたくぼみ６に接着剤８を積極的に逃がしている。また、ミラー基板１０をスペーサ７に接着する接着剤１１も、ミラー基板１０の側面及びスペーサ７におけるミラー基板１０に覆われていない領域に塗布されており、且つ、ミラー基板１０に形成されたくぼみ９に接着剤１１を積極的に逃がしている。そのため、電極基板２とスペーサ７との接合面、及びスペーサ７とミラー基板１０との接合面には接合層が存在せず、スペーサ７は電極基板２及びミラー基板１０に直接接触している。そのため、ミラー基板１０と電極基板２との隙間は、スペーサ７の厚さによってコントロールすることができ、極めて高い寸法精度を得ることができる。
【００４６】
また、本実施形態においては、ミラー基板１０をＳＯＩ基板を加工して形成し、固定領域２３において裏打層１２を残しているため、ミラー基板１０はそれ自体の剛性が極めて高い。従来の光スイッチでは、ミラー基板は最終的に１０乃至２０μｍ程度の厚さになってしまうため、単体でハンドリングすることができない。また、ミラー基板及びスペーサの合計の厚さもせいぜい１００μｍ程度である。そのため、ミラー基板を形成した場合、ミラー形成領域の内部にも複数の支柱を設けて電極基板と接合し、薄いミラー基板を支える必要が生じる。仮に、このような薄いミラー基板を使用し、本実施形態のようにスペーサをミラー基板の四隅だけに配置すると、ミラー基板の中央部分が変形してしまい、電極基板との隙間を精度よく維持することができないだけでなく、他のミラーが動作したときの振動をひろう現象、所謂クロストークが顕在化し、大きな問題となる。それに対して、本実施形態においては、ミラー基板１０は穴１６及び１９を除く固定領域２３において裏打層１２を残しており、ミラー基板１０はそれ自体で十分な剛性を維持している。そのため、ミラー基板１０の四隅を支持するだけのシンプルな接合方法によっても、ミラー形成領域１５に変形及び振動外乱を生じることがない。
【００４７】
更に、ミラー形成領域１５に支柱を設ける必要がないため、配線の自由度を向上させることができる。従来の技術においては、ミラー基板を支持するために多数の支柱を必要とし、この支柱を電極基板に静電接合又はハンダ接合により接合していたため、配線はこれらの支柱をよけるように配置されていた。そのため配線ルートの幅が狭まり、配線の形成が極めて困難であった。これに対して、本実施形態においては、ミラー形成領域１５に支柱を設ける必要がないため、支柱を避けて配線する必要がなく、幅広の配線を自由に配置することが可能である。
【００４８】
更にまた、本実施形態においては、デバイス層１４の抵抗率を１Ω・ｃｍ以下とし、穴１９の底部におけるデバイス層１４の表面に金属膜２０を形成しているため、ミラー１７の電位を確実に接地電位とすることができる。これにより、ミラー１７を駆動する際に、ミラー駆動の応答速度及び姿勢安定性を向上させることができる。
【００４９】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図６は本実施形態に係る光スイッチを示す断面図である。なお、図６においては、簡略化のためミラーは１個しか図示していないが、実際には図１に示すように、複数のミラーがマトリクス状に配列されている。前述の第１の実施形態においては、電極基板とミラー基板との間の隙間を形成するために、電極基板とミラー基板との間にスペーサを設けている。これに対して、本実施形態においては、図６に示すように、スペーサを設ける替わりに、電極基板４１に高さがスペーサの厚さに相当する張出部４２が一体的に形成されている。そして、接着剤１１がミラー基板１０の側面及び張出部４２の上面におけるミラー基板１０により覆われていない領域の一部に塗布されており、これにより、ミラー基板１０は電極基板４１の張出部４２に接合されている。なお、このとき、接着剤１１はミラー基板１０のくぼみ９内に逃がされ、ミラー基板１０と張出部４２との界面に侵入することが防止されている。この結果、ミラー基板１０は張出部４２に直接接触している。本実施形態における上記以外の構成及び動作は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００５０】
本実施形態においては、スペーサに相当する張出部４２を電極基板４１と一体的に形成しているため、電極基板とスペーサとの接着工程が不要となり、光スイッチの製造工程が簡略化される。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００５１】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図７は本実施形態に係る光スイッチを示す断面図である。なお、図７においても、簡略化のためミラーは１個しか図示していないが、実際には複数のミラーがマトリクス状に配列されている。図７に示すように、本実施形態においては、スペーサを設ける替わりに、ミラー基板５１に高さがスペーサの厚さに相当する張出部５２が一体的に形成されている。そして、接着剤８がミラー基板５１の張出部５２の側面及び電極基板２の上面における張出部５２により覆われていない領域の一部に塗布されており、これにより、ミラー基板５１の張出部５２は電極基板２に接合されている。なお、このとき、接着剤８は電極基板２のくぼみ６内に逃がされ、電極基板２と張出部５２との界面に侵入することが防止されている。この結果、ミラー基板５１の張出部５２は電極基板２に直接接触している。本実施形態における上記以外の構成及び動作は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００５２】
本実施形態においては、スペーサに相当する張出部５２をミラー基板５１と一体的に形成しているため、ミラー基板とスペーサとの接着工程が不要となり、光スイッチの製造工程が簡略化される。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００５３】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図８は本実施形態に係る光スイッチを示す部分断面図である。前述の第１の実施形態においては、図２に示すように、ミラー基板１０のデバイス層１４に接地電位を印加するために、裏打層１２に穴１９を形成し、穴１９の底面に露出したデバイス層１４上に金属膜２０を形成し、この金属膜にワイヤーボンディングを行っている。これに対して、本実施形態においては、図８に示すように、ミラー基板６１において、金属膜６２が穴１９の底面のみでなく、穴１９の内面及び外部にも形成されている。そして、穴１９の外部における裏打層１２の表面において、ワイヤー２１が金属膜６２にボンディングされている。これにより、金属膜６２が成膜されている領域のうち、裏打層１２の上面から、ワイヤーボンディングにてワイヤー２１を引き出し、接地電極に接続することができる。本実施形態における上記以外の構成及び動作は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００５４】
本実施形態においては、ワイヤー２１をミラー基板１０の上面に接合することができるため、ワイヤー２１の接合作業が容易になる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００５５】
次に、本発明の第１の実施形態に係る光スイッチの製造方法を説明する。図９（ａ）乃至（ｅ）は、本実施形態におけるミラー基板の製造方法を工程順に示す断面図であり、図１０（ａ）乃至（ｃ）は、本実施形態における電極基板の製造方法を工程順に示す断面図であり、図１１（ａ）乃至（ｃ）は本実施形態における光スイッチの組立方法を工程順に示す断面図である。
【００５６】
先ず、ミラー基板の製造方法について説明する。図９（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板２９を準備する。ＳＯＩ基板２９は、裏打層１２、インシュレータ層１３及びデバイス層１４がこの順に積層された３層構造になっている。裏打層１２はミラー基板のハンドリングに必要な層で、強度を持たせるために、厚さが３００乃至５００μｍ程度であることが望ましい。本実施形態においては、裏打層１２の厚さが例えば５２５μｍのＳＯＩ基板を使用する。また、デバイス層１４は、ミラーを支持するバネの剛性及びミラーの平滑性を最適化する必要があるため、厚さが１０乃至２０μｍ程度であることが望ましい。本実施形態においては、デバイス層１４の厚さを例えば２０μｍとする。
【００５７】
図９（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板２９における裏打層１２側に穴１６及び１９を、インシュレータ層１３に到達するように形成する。この穴１６は後に示す工程でミラー部２６（図２参照）を形成するためのものであり、穴１９は後に示す工程で接地電位に接続するための接地電極部２８（図２参照）を形成するためのものである。従って、穴１６はＳＯＩ基板２９の中央付近に、後の工程において形成するミラーの個数と同じ数だけ、マトリクス状に形成する。また、穴１９はＳＯＩ基板２９の端部に数箇所、例えば４箇所形成する。
【００５８】
次に、図９（ｃ）に示すように、デバイス層１４を選択的に除去し、デバイス層１４にミラー部２６（図２参照）を形成するためのミラーパターン２７及び接着剤だまりとするためのくぼみ９を形成する。ミラーパターン２７及びくぼみ９も、インシュレータ層１３に到達するように、デバイス層１４を貫通させる。
【００５９】
続いて、図９（ｄ）に示すように、穴１６及び１９の底部を構成するインシュレータ層１３を除去し、デバイス層１４を露出させる。これにより、穴１６の底部に、ミラー本体１７ａ、フレーム１８並びにバネ２４及び２５（図４参照）が形成される。次に、このデバイス層１４の露出部分に金属層を成膜し、穴１６の底部におけるミラー本体１７ａ上に反射膜１７ｂを形成すると共に、穴１９の底部に金属膜２０を形成する。金属層としては、先ず、デバイス層１４上にＴａ層を形成し、このＴａ層上にＡｕ層を形成する。Ｔａ層はシリコンからなるデバイス層１４とＡｕ層との間の密着力を向上させるものである。また、Ａｕ層はミラーとして高い反射率が得られ、ＧＮＤ部としてワイヤーボンディングとの親和性が優れるものである。これにより、ミラー部２６及び接地端子部２８が作製される。なお、Ｔａ層の替わりに、Ｔｉ層等を密着層として形成してもよい。
【００６０】
次に、図９（ｅ）に示すように、ＳＯＩ基板２９を所定の大きさにダイシングする。これにより、ミラー基板１０が製造される。
【００６１】
なお、図９（ｂ）乃至（ｅ）に示す工程の順番は、エッチング装置及び成膜装置の制約等により、製造条件の出しやすさで決まるものであるため、前述の順番に限定されるものではない。例えば、図９（ｂ）に示すように裏打層１２側に穴１６及び１９を形成する前に、図９（ｃ）に示すようにデバイス層１４側のパターンを形成しておくことも考えられる。また、ミラー部２６及び接地端子部２８を形成する前に、図９（ｅ）に示すダイシングを先に済ませておくことも、ダイシング時の衝撃によってミラーが破壊される心配がないため、有効な手段である。
【００６２】
次に、電極基板の製造方法を説明する。電極基板は、絶縁性が優れるガラス基板３０を加工して製造する。先ず、図１０（ａ）に示すように、ガラス基板３０の表面に、接着剤だまりとして、くぼみ６を形成する。このくぼみ６に大きさ及び深さについては、接着剤の塗布量との関係で最適化される。一例として、本実施形態においては、直径を５ｍｍ、深さを２０μｍとする。
【００６３】
次に、図１０（ｂ）に示すように、ガラス基板３０の表面に（Ａｕ／Ｔａ）２層膜を形成し、この２層膜をパターニングすることにより、電極パッド３、配線４（図１参照）及びボンディングパッド５（図１参照）を形成する。
【００６４】
次に、図１０（ｃ）に示すように、ガラス基板３０上の全面に、電極パッド３等を覆うように、絶縁膜３１を成膜する。この絶縁膜３１は、ミラー動作時等に放電破壊が発生することを防ぐ役割を果たす。なお、絶縁膜３１と同じ材質及び膜厚の膜をガラス基板３０の裏面にも形成し、絶縁膜３１の膜応力によるガラス基板３０の変形を抑制しておくことが望ましい。なお、本実施形態においては、絶縁膜３１として、窒化シリコン膜を成膜する。これにより、電極基板２が製造される。なお、前述の図１乃至７においては、絶縁膜３１は図示を省略されている。
【００６５】
次に、本実施形態における光スイッチの組立方法について説明する。図１１（ａ）に示すように、図１０（ａ）乃至（ｃ）に示す工程で製造された電極基板２に、スペーサ７を接着剤８により貼り合わせる。接着剤８には、例えば作業性が優れるＵＶ接着剤を使用する。このとき、接着剤８をスペーサ７の側面におけるくぼみ６の上方に相当する位置に滴下する。これにより、スペーサ７の側面及び電極基板２の表面におけるスペーサ７に覆われていない領域のみに接着剤８が塗布されると共に、くぼみ６を接着剤８の逃げ場とすることにより、電極基板２とスペーサ７との間に接着剤８が浸入しなくなる。これにより、スペーサ７を電極基板２に直接接触させることができる。
【００６６】
スペーサ７には、厚さ精度が優れるステンレスのシムを使用する。これにより、厚さ精度は１％程度に抑えられる。また、スペーサ７の厚さの絶対値は、ミラー１７の直径及び必要とされる最大チルト角等によって決まるが、本実施形態においては、例えば、ミラー１７の直径を７００μｍ、チルト角を±３°とするため、スペーサ７の厚さは例えば５０μｍとする。
【００６７】
次に、図１１（ｂ）に示すように、前述の図９（ａ）乃至（ｅ）に示す工程で製造したミラー基板１０を、接着剤１１によりスペーサ７に貼り合わせる。接着剤１１は例えばＵＶ硬化型の接着剤である。このとき、接着剤１１をミラー基板１０の側面におけるくぼみ９の上方に滴下する。これにより、くぼみ９が接着剤１１の逃げ場となり、ミラー基板１０の側面及びスペーサ７の表面におけるミラー基板１０に覆われていない領域のみに接着剤１１が塗布され、スペーサ７とミラー基板１０との間には接着剤１１が浸入しなくなる。これにより、ミラー基板１０をスペーサ７に直接接触させることができる。
【００６８】
また、この接着工程においては、ミラー基板１０と電極基板２との位置合わせが重要であり、例えば、±３μｍ以下程度の精度が必要となる。更に、繰り返し説明してきたように、静電駆動型の光スイッチ１においては、ミラー１７と電極パッド３との隙間を高精度に制御することが要求される。そこで、この組立工程においては、ミラーと電極パッドの間に接着剤層を作らないことが大切であり、接着剤の塗布量及び粘度等の最適化が重要である。接着剤層を作らないことにより、ミラー１７と電極パッド３との間の垂直方向の距離は、正確にスペーサ７の厚さと同一となり、この距離を高精度に制御することができる。
【００６９】
次に、図１１（ｃ）に示すように、穴１９内の金属膜２０にワイヤー２１の一端を接続し、このワイヤー２１の他端を接地電極２２（図１参照）に接続して、ミラー１７を接地する。そして、電極基板２のボンディングパッド５（図１参照）を駆動回路（図示せず）に接続することにより、光スイッチ１をモジュールとして完成させる。
【００７０】
本実施形態に係る光スイッチの製造方法においては、ミラー基板１０をＳＯＩ基板２９を加工して形成することにより、固定領域２３に厚さが５２５μｍの裏打層１２を設けている。これにより、ミラー基板１０の強度が確保され、ミラー基板１０を単体でハンドリングできる。
【００７１】
この結果、本実施形態においては、電極基板２及びミラー基板１０を夫々独立に製造した後、両者を相互に接合して光スイッチ１を組み立てることができる。即ち、電極基板２とミラー基板１０との接合を、光スイッチ１の製造工程の最終工程に実施することができる。これにより、この接合を接着剤により行うことができる。この理由は、接着剤を使用する接合を最終工程にて行えば、以後の工程においてシリコンプロセスを通すことがなく、装置の汚染及び熱による接着剤の劣化が起こらないからである。
【００７２】
そして、本実施形態においては、電極基板２の表面にくぼみ６を形成し、ミラー基板１０の側面にくぼみ９を形成することにより、これらのくぼみを接着剤の逃げ場として積極的に利用することができ、電極基板２とスペーサ７との接触界面及びスペーサ７とミラー基板１０との接触界面に接着剤がしみ込むことを防止できる。このため、これらの接触界面に接着剤層が形成されることがなく、電極基板２とミラー基板１０との間の距離をスペーサ７の厚さによってのみ決定することができる。これにより、ミラー１７と電極パッド３との間の距離を高精度且つ均一に制御することができ、ミラー１７の駆動の安定性を向上させることができる。
【００７３】
また、本実施形態においては、電極基板２とスペーサ７との接合及びスペーサ７とミラー基板１０との接合を半田接合及び静電接合により行わないため、前述の半田接合及び静電接合に伴う種々の問題点を回避することができる。即ち、半田接合において、半田硬化時の位置ずれ及び半田層の厚さのばらつきに起因して、位置決め精度が低くなる問題、並びに、静電接合において、製造歩留まりが低いという問題、使用する材料が限定されてしまうという問題、配線設計の自由度が低いという問題、及び、高温プロセスであるためプロセスが長時間化するという問題が回避できる。本実施形態においては、高温プロセスを必要としないため、昇温及び降温のための時間を要することがなく、また、温度変化に起因する形状精度の低下も発生しない。更に、半田接合及び静電接合において必要とされる大掛かりな装置も不要である。
【００７４】
更に、本実施形態においては、バルク方式により光スイッチ１を作製するため、サーフェス方式における問題点、即ち、プロセスが複雑になる問題、製造歩留まりが低くなる問題、数十μｍ以上の高さを持つ構造物の製造が困難である問題、ミラー面の平滑性及び平坦性が十分に得られない問題、及びミラー径を大きくできない問題を回避できる。本実施形態においては、単純な工程により光スイッチを製造することができる。また、スペーサの厚さを選択することにより、光スイッチの高さを任意に選択することができる。
【００７５】
更にまた、本実施形態においては、接着剤８及び１１としてＵＶ硬化型の接着剤を使用しているため、電極基板２とスペーサ７との位置合わせ中、及びスペーサ７とミラー基板１０との位置合わせ中においては、接着剤を粘度が低い液体として扱うことができ、位置合わせ後に紫外線を照射することにより、接着剤を直ちに硬化させることができるため、作業性が高い。また、位置合わせを室温において行えるため、位置合わせ後の温度変化により位置合わせ精度が低下することがない。なお、接着剤８及び１１はＵＶ硬化型接着剤に限定されず、位置決めの方法及び要求精度によっては、２液混合タイプ等の常温硬化タイプ及び熱硬化型タイプの接着剤も適用可能である。
【００７６】
このように、本実施形態によれば、設計自由度及び形状精度が高い光スイッチを、容易に製造することができる。
【００７７】
次に、本発明の第１の参考例について説明する。前述の第１乃至第４の実施形態においては、光スイッチについて説明したが、本発明は光スイッチ以外のマイクロデバイスに適用することも可能である。図１２は本参考例に係るマイクロスイッチを模式的に示す断面図である。
【００７８】
本参考例においては、図１２に示すように、ベース基板７１、トップ基板７２及びサポート基板７３の３つのパーツからなるマイクロデバイスを示している。一般的に、各基板はシリコン、ガラス、金属若しくは合金、又は樹脂等の材質からなり、夫々エッチング等の手段により所定の形状に作製されてマイクロデバイスを形成するものである。具体的には、前述の光スイッチの他に、ＲＦスイッチ及び加速度センサー等種々のアプリケーションが存在し、夫々の機能に適した形に詳細形成されるが、本参考例においては、その詳細形状は省略し、各パーツを単純なブロックで表す。また、本参考例においては、３つのパーツからなる構造を示したが、パーツ数は２つ又は４つ以上であってもよい。
【００７９】
本参考例においては、ベース基板７１にサポート基板７３が接着剤７４ａ及び７４ｂによって接合されている。ベース基板７１には、くぼみ７１ａ及び７１ｂが形成されており、接着剤が溜まるようになっている。
【００８０】
また、サポート基板７３上にはトップ基板７２が接着剤７４ｃによって接合されている。この場合も、トップ基板７２には接着剤溜まりとしてくぼみ７２ａが設けられている。
【００８１】
本参考例の最大の特徴は、マイクロデバイスの各パーツが接着剤層の厚さの影響を受けずに接合されていることである。マイクロデバイスは、静電駆動型アクチュエータ及び光信号導波路等を形成するため、パーツ間の隙間精度には極めて厳しい規格が要求される。そのため、パーツ間に接合層が存在するとそれだけパーツ間距離がばらつき、大きな問題となる。しかしながら、本参考例では、接着剤７４ａ及び７４ｃのように、接着剤をパーツ同士の接合面ではなくパーツの側面に滴下していること、及びくぼみ７１ａ及び７２ａのように、その接着剤に対して接着剤だまりを設け積極的に接着剤の逃げを設けたことにより、パーツ間に接着剤層は形成されず、ベース基板７１とトップ基板７２との隙間はサポート基板７３の厚さのみによって決まる構造になっている。
【００８２】
接着剤としては、ＵＶ硬化型の接着剤がもっとも扱いやすい。一般的に、マイクロデバイスの作製においては、パーツ間の距離の他に、パーツ間の相対的な位置合わせも重要であることが多い。そして、その場合、接着剤としては、位置合わせ中は粘度が低く、位置決め後すぐに硬化するものが望ましい。また、室温で扱えることも作業性及び位置ずれの観点から有利である。その意味で、ＵＶ硬化型接着剤は、滴下時点では液体として扱え、ＵＶ照射によって即硬化させることができるため最適である。
【００８３】
しかし、もちろん接着剤をＵＶ硬化型接着剤に限定する必要はなく、位置決めの方法及び要求精度によっては、２液混合タイプ等の常温硬化タイプ及び熱硬化型タイプの接着剤も適用可能である。
【００８４】
次に、本発明の第２の参考例について説明する。図１３は本参考例に係るマイクロデバイスを模式的に示す断面図である。前述の第１の参考例においては、接着剤を使ったタイプのマイクロデバイスを挙げたが、パーツ間に接合層をもたないという考え方からは、この他にもいくつかの方法が考えられる。図１３に示すように、本参考例においては、クランプ力によってパーツ同士を連結している。マイクロデバイスとしては、前述の第１の参考例と同様に、ベース基板８１、トップ基板８２、サポート基板８３から構成される例を示す。このマイクロデバイスを位置決めした状態でクランプ材８４ａ及び８４ｂにより相互に固定する。この方法でも各パーツ間には接合層が存在しないので、高い隙間精度を得ることができる。
【００８５】
次に、本発明の第３の参考例について説明する。図１４は本参考例に係るマイクロデバイスを模式的に示す断面図である。図１４に示すように、本参考例においては、ネジによりパーツ同士を連結している。図１４に示すように、本参考例に係るマイクロデバイスにおいては、ベース基板９１、トップ基板９２及びサポート基板９３が設けられている。そして、このマイクロデバイスをハウジング９４上で位置決めし、その状態でカバー９５をセットし、ネジ９６によって固定する。この方法でも各パーツ間には接合層が存在しないので、高い隙間精度を得ることができる。
【００８６】
なお、第２及び第３の参考例に示した方式では、マイクロデバイスを組み立てると同時に、クランプ材又はハウジングによって、マイクロデバイスをパッケージングすることができる。また、クランプ方式やネジ固定方式では、着脱が可能なため、位置合わせに失敗したときの再工事及び部品交換が可能である。
【００８７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、光スイッチにおいて、第１の接着剤によりスペーサの下面を電極基板の上面に接触させつつスペーサを電極基板に接着し、第２の接着剤によりミラー基板の下面をスペーサの上面に接触させつつミラー基板をスペーサに接着することにより、電極基板とスペーサとの界面及びスペーサとミラー基板との界面に接着剤層が形成されることがなく、ミラーと電極パッドとの間の距離をスペーサの厚さのみにより規定することができる。また、この光スイッチを、半田接合及び静電接合を使用せずに、バルク方式により作製することができる。これにより、設計自由度及び形状精度が高い光スイッチを、容易に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光スイッチを示す平面図である。
【図２】この光スイッチを示す断面図である。
【図３】この光スイッチを示す斜視図である。
【図４】この光スイッチにおけるミラー基板を示す一部拡大平面図である。
【図５】この光スイッチの動作を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る光スイッチを示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る光スイッチを示す断面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る光スイッチを示す断面図である。
【図９】（ａ）乃至（ｅ）は、本発明の第１の実施形態におけるミラー基板の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１０】（ａ）乃至（ｃ）は、本実施形態における電極基板の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１１】（ａ）乃至（ｃ）は本実施形態における光スイッチの組立方法を工程順に示す断面図である。
【図１２】本発明の第１の参考例に係るマイクロスイッチを模式的に示す断面図である。
【図１３】本発明の第２の参考例に係るマイクロスイッチを模式的に示す断面図である。
【図１４】本発明の第３の参考例に係るマイクロスイッチを模式的に示す断面図である。
【図１５】サーフェス方式により作製された従来の光スイッチを示す平面図である。
【図１６】バルク方式により作製された従来の光スイッチを示す断面図である。
【符号の説明】
１；光スイッチ
２；電極基板
３、３ａ〜３ｄ；電極パッド
４；配線
５；ボンディングパッド
６；くぼみ
７；スペーサ
８；接着剤
９；くぼみ
１０；ミラー基板
１１；接着剤
１２；裏打層
１３；インシュレータ層
１４；デバイス層
１５；ミラー形成領域
１６；穴
１７；ミラー
１７ａ；ミラー本体
１７ｂ；反射膜
１８；フレーム
１８ａ；円形部
１８ｂ；矩形部
１９；穴
２０；金属膜
２１；ワイヤー
２２；接地電極
２３；固定領域
２４、２５；バネ
２６；ミラー部
２７；ミラーパターン
２８；接地端子部
２９；ＳＯＩ基板
３０；ガラス基板
３１；絶縁膜
４１；電極基板
４２；張出部
５１；ミラー基板
５２；張出部
６１；ミラー基板
６２；金属膜
７１；ベース基板
７１ａ、７１ｂ；くぼみ
７２；トップ基板
７２ａ；くぼみ
７３；サポート基板
７４ａ、７４ｂ、７４ｃ；接着剤
８１；ベース基板
８２；トップ基板
８３；サポート基板
８４ａ、８４ｂ；クランプ材
９１；ベース基板
９２；トップ基板
９３；サポート基板
９４；ハウジング
９５；カバー
９６；ネジ
１０１；シリコン基板
１０２；ミラー
１０３；フレーム
１０４；ミラー固定部
１０５、１０６；バネ
１０７；梁
１１１；掘込
１１２；支柱
１１３；ミラー
１１４；ミラー基板
１１５；配線
１１６；絶縁膜
１１７；電極パッド
１１８；電極基板
１１９；接合層
【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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