(57)【要約】【課題】光学ＭＥＭＳ素子を動作させたときに、傾斜したビームを安定して得られるようにする。【解決手段】基板側電極２３と、この基板側電極２３との間に働く静電力により駆動する駆動側電極２８を有してなるビーム２９とを備え、ビーム２９の一方の側が第１の支柱２５に支持され、ビーム２９の他方の側に対向して第１の支柱２５より低い第２の支柱２６が設けられ、ビーム２９の他方の側が第２の支柱２６に当接して、ビーム２９が傾斜されるように構成される。【選択図】        図３
2004245973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板側電極と、該基板側電極との間に働く静電力により駆動する駆動側電極を有してなるビームとを備え、
前記ビームの一方の側が第１の支柱に支持され、前記ビームの他方の側に対向して前記第１の支柱より低い第２の支柱が設けられ、
前記ビームの他方の側が前記第２の支柱に当接して、前記ビームが傾斜される
ことを特徴とする光学ＭＥＭＳ素子。
【請求項２】
基板側電極と、該基板側電極との間に働く静電力により駆動する駆動側電極を有して支柱に支持されてなるビームを備え、
前記ビームは、絶縁膜と該絶縁膜上の駆動側電極との積層膜で形成され、
前記駆動側電極が中央の幅広部と両端に延長する幅狭部とを有し、
前記ビームが傾斜されて成る
ことを特徴とする光学ＭＥＭＳ素子。
【請求項３】
前記ビームの中央の幅広部が、駆動側電極の幅狭部と分離して反射膜として形成されて成る
ことを特徴とする請求項２記載の光学ＭＥＭＳ素子。
【請求項４】
共通の基板側電極と、
前記共通の基板側電極に対向して相互に独立に並列配置され、該基板側電極との間に働くで静電力により駆動する複数のビームとを備え、
前記各ビームの一方の側が第１の支柱に支持され、前記各ビームの他方の側に対向して前記第１の支柱より低い第２の支柱が設けられ、
前記ビームの他方の側が前記第２の支柱に当接して、前記ビームが傾斜される
ことを特徴とする回折型光学ＭＥＭＳ素子。
【請求項５】
オン状態時に、前記１つ置きの駆動側のビームのみが前記第２の支柱に当接して傾斜されて成る
ことを特徴とする請求項４記載の回折型光学ＭＥＭＳ素子。
【請求項６】
共通の基板側電極と、
相互に独立に並列配置され、該基板側電極との間に働く静電力により駆動する駆動側電極を有して支柱に支持されてなる複数のビームを備え、
前記各ビームは、絶縁膜と該絶縁膜上の駆動側電極との積層膜で形成され、
前記駆動側電極が中央の幅広部と両端に延長する幅狭部とを有し、
前記ビームが傾斜されて成る
ことを特徴とする回折型光学ＭＥＭＳ素子。
【請求項７】
前記駆動側電極の形状が異なる２つのビームを交互に配列されて成る
ことを特徴とする請求項６記載の回折型光学ＭＥＭＳ素子。
【請求項８】
前記複数のビームのうち、１つ置きのビームの前記中央の幅広部が駆動側電極の幅狭部と分離して反射膜として形成されて成る
ことを特徴とする請求項６記載の回折型光学ＭＥＭＳ素子。
【請求項９】
基板側電極が形成された基板上に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層に第１及び第２の支柱を形成すべき位置に前記基板に達する第１及び第２の開孔を形成し、前記第１の開孔内に第１の支柱を形成し、第２の開孔内の第１の支柱より低い第２の支柱を形成する工程と、
前記第２の支柱が形成されない前記第２の開孔内の上部を犠牲層で埋める工程と、
前記第１の支柱の上面及び犠牲層上面に、絶縁膜及び該絶縁膜上の駆動側電極を有するビームを形成する工程と、
前記犠牲層を除去する工程を有する
ことを特徴とする光学ＭＥＭＳ素子の製造方法。
【請求項１０】
基板側電極が形成された基板上に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層に支柱を形成すべき位置に前記基板に達する開孔を形成し、前記開孔内に支柱を形成する工程と、
前記支柱の上面及び犠牲層上面に、絶縁膜及び該絶縁膜上の駆動側電極を有し、前記駆動側電極を中央の幅広部と両端に延長する幅狭部を有する形状にしたビームを形成する工程と、
前記犠牲層を除去する工程を有する
ことを特徴とする光学ＭＥＭＳ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学ＭＥＭＳ素子とその製造方法、回折型光学ＭＥＭＳ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細技術の進展に伴い、いわゆるマイクロマシン（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ、超小型電気的・機械的複合体）素子、及びＭＥＭＳ素子を組み込んだ小型機器が、注目されている。
ＭＥＭＳ素子は、シリコン基板、ガラス基板等の基板上に微細構造体として形成され、機械的駆動力を出力する駆動体と、駆動体を制御する半導体集積回路等とを電気的に、更に機械的に結合させた素子である。ＭＥＭＳ素子の基本的な特徴は、機械的構造として構成されている駆動体が素子の一部に組み込まれていることであって、駆動体の駆動は、電極間の静電力、即ちクーロン引力等を応用して電気的に行われる。
【０００３】
従来、光の反射や回折を利用し、光スイッチ、光変調素子等に適用される光学ＭＥＭＳ素子が開発されている。例えば光変調素子等に適用される光学ＭＥＭＳ素子として、特許文献１で示されるような回折型ＭＥＭＳ素子、いわゆるＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｖａｌｖｅ）素子が提案されている。
【０００４】
図１３は、ＧＬＶ素子の概略構成を示す。このＧＬＶ素子１は、基板２上に共通の基板側電極３を形成し、この基板側電極３と空間４を挟んで対向するように、支柱６を介して絶縁膜７とその表面を被覆する反射膜を兼ねる駆動側電極８からなる複数、本例では６本のリボン上のビーム９〔９１、９２、９３  、９４、９５、９６〕を形成して構成される。このＧＬＶ１は、いわゆる両持ち梁構造である。ＧＬＶ１は、１本置きの３本のビーム９１、９３、９５が基板側電極３に対して静電力で近接・離間する可動ビームであり、その他のビーム９２、９４、９６が固定ビームとなる。図１３は、１本置きのビーム９１、９３、９５が基板側電極３に引き寄せられた状態を示している。このとき、６本のビーム９が１本置きに沈み込んで回折格子を形成する。
【０００５】
ＧＬＶ素子１は、可動ビーム９１、９３、９５の表面で反射する光の位相と、固定ビーム９２、９４、９６の表面で反射する位相との差が０又はλ／４になるようにデジタル的に制御すること、或いは０〜λ／４の間でアナログ的に制御することが可能である。例えば、光がＧＬＶ素子１に対して垂直に入射した場合を考える。６本のビーム９〔９１〜９６〕が同一平面を形成していれば、図１４Ａに示すように、光はそのまま垂直に反射する。このときのビーム９表面における反射光の波面Ｗ０は、破線で示すようになっている。この反射光は０次光である。一方、ビーム９が１本置きにさがっていれば、図１４Ｂに示すように、垂直に反射する０次光の他に、回折により±１次光が発生する。±１次光の波面Ｗ１、Ｗ−１は、実線で示すようになっている。ＧＬＶでは、この±１次光を加算して使用する。光の回折によって駆動側電極８で反射する光の強度（回折強度）を変調する光変調素子は、いわゆる空間変調である。
【０００６】
図１５は１つのビーム９を模式的に示し、図１６Ａ，ＢはＧＬＶ素子１のオン・オフ動作を模式的に示した要部の構成である。動作は６本のビームのうちの隣合う２本のビーム９について示している。オフ時は図１６Ａに示すように、全ビーム９に０Ｖが印加され、全ビーム９は変位されず同一平面にある。オン時は図１６Ｂに示すように、１つ置きの可動ビーム９１に例えば１５Ｖが印加され、その他の固定ビーム９２に０Ｖが印加され、１５Ｖが印加された可動ビーム９１が例えばλ／４だけ基板側電極に引かれて降下し、回折格子が形成される。
【０００７】
また、反射光を利用する場合の光学ＭＥＭＳ素子は、例えば、図１７に示すようにビーム９を片持ち梁構造にして構成され、あるいは図１８に示すようにビーム９を両持ち梁構造に構成される。この光学ＭＥＭＳ素子１１、１２は、ビーム９の動作位置（実線位置、破線位置）に応じて、ビーム９表面に入射された光の反射方向が異なるのを利用し、一方向の反射光を検出してスイッチ機能を持たせた光スイッチとして適用できる。
また、光学ＭＥＭＳ素子１１、１２は、光強度を変調させる光変調素子として適用できる。光の反射を利用するときは、ビーム９を振動させて単位時間当たりの一方向の反射光量で光強度を変調する。この光変調素子は、いわゆる時間変調である。
【０００８】
【特許文献１】
特表２００１ー５１８１９８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ビーム部分での光の反射や回折を用いる光学ＭＥＭＳ素子においては、ビームの形状がその素子の光学特性を決める重要な要素となる。光学ＭＥＭＳ素子においては、ビームを基板側電極を含む下部構造に対し傾斜させて構成することにより、素子の光学特性を向上させることができる場合がある。例えば、回折型光学ＭＥＭＳ素子では、ビームを傾斜させることにより、１次光の回折効率を向上させることができる。
しかしながら、光学ＭＥＭＳ素子は半導体プロセスを用いて作成されるため、下部構造に対して傾斜させたビームを形成することが困難であった。
【００１０】
本発明は、上述の点に鑑み、傾斜させたビームの形成を可能にし、光学特性の優れた光学ＭＥＭＳ素子とその製造方法、回折型光学ＭＥＭＳ素子を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光学ＭＥＭＳ素子は、基板側電極と、この基板側電極との間に働く静電力により駆動する駆動側電極を有してなるビームとを備え、ビームの一方の側が第１の支柱に支持され、ビームの他方の側に対向して第１の支柱より低い第２の支柱が設けられ、動作時に、ビームの他方の側が第２の支柱に当接して、ビームが傾斜される構成とする。
【００１２】
本発明の光学ＭＥＭＳ素子においては、ビームを支持した第１の支柱と、第１の支柱より短い第２の支柱を有するので、動作時に、基板側電極と駆動側電極間に所要の電圧差を与えると、静電引力によりビームの他方の側（いわゆる遊端側）が基板側電極側に引かれて第２の支柱に当接し、ビームが傾斜する。さらに電圧差を大きくすると、ビームは第２の支柱に当接した状態、つまり傾斜した状態で中央部がさらに基板側電極側に降下する。ビームは第２の支柱により規制されるので、傾斜量が安定し、所望の角度で安定してビームを傾斜させることができる。
【００１３】
本発明に係る光学ＭＥＭＳ素子は、基板側電極と、この基板側電極との間に働く静電力により駆動する駆動側電極を有して支柱に支持されてなるビームを備え、ビームが、絶縁膜とこの絶縁膜上の駆動側電極との積層膜で形成され、駆動側電極が中央の幅広部と両端に延長する幅狭部とを有し、ビームが傾斜された構成とする。
【００１４】
本発明の光学ＭＥＭＳ素子においては、ビームの駆動側電極が中央の幅広部と両端に延長する幅狭部とにより非対称に形成される。これにより動作時に、基板側電極と駆動側電極間に所要の電圧差を与えると、静電引力により両端にまで延長した幅狭部側が中央の幅広部側よりも静電引力を大きく受け、ビームが傾斜する。幅広部は主として光反射に寄与する。さらに電圧差を大きくすると、ビームは傾斜した状態でさらに基板側電極側に引かれ降下する。幅狭部の幅の制御と、印加電圧の制御で、ビームの傾斜角、降下量が制御される。
【００１５】
本発明に係る回折型光学ＭＥＭＳ素子は、共通の基板側電極と、共通の基板側電極に対向して相互に独立に並列配置され、この基板側電極との間に働くで静電力により駆動する複数のビームとを備え、各ビームの一方の側が第１の支柱に支持され、各ビームの他方の側に対向して第１の支柱より低い第２の支柱が設けられ、動作時に、少なくとも１つ置きのビームの他方の側が第２の支柱に当接して、ビームが傾斜される構成とする。
【００１６】
本発明の回折型光学ＭＥＭＳ素子においては、ビームを支持した第１の支柱と、第１の支柱より短い第２の支柱を有するので、動作時に、基板側電極と駆動側電極間に所要の電圧差を与えると、静電引力によりビームの他方の側（いわゆる遊端側）が基板側電極側に引かれて第２の支柱に当接し、ビームが傾斜する。さらに１本置きの駆動ビームの電圧差を大きくすると、ビームは第２の支柱に当接した状態、つまり傾斜した状態で中央部がさらに基板側電極側に降下する。ビームを傾斜させることにより、１次回折光の回折効率が向上し、且つ１次回折光に含まれるノイズが減少する。ビームは第２の支柱により規制されるので、傾斜量が安定し、所望の角度で安定してビームを傾斜させることができる。
【００１７】
本発明に係る回折型光学ＭＥＭＳ素子は、共通の基板側電極と、相互に独立に並列配置され、この基板側電極との間に働く静電力により駆動する駆動側電極を有して支柱に支持されてなる複数のビームを備え、各ビームが、絶縁膜とこの絶縁膜上の駆動側電極との積層膜で形成され、駆動側電極が中央の幅広部と両端に延長する幅狭部とを有し、ビームが傾斜された構成とする。
【００１８】
本発明に回折型光学ＭＥＭＳ素子においては、ビームの駆動側電極が中央の幅広部と両端に延長する幅狭部とにより非対称に形成される。これにより動作時に、基板側電極と駆動側電極間に所要の電圧差を与えると、静電引力により両端にまで延長した幅狭部側が中央の幅広部側よりも静電引力を大きく受け、ビームが傾斜する。幅広部は主として光反射に寄与する。さらに電圧差を大きくすると、ビームは傾斜した状態でさらに基板側電極側に引かれ降下する。幅狭部の幅の制御と、印加電圧の制御で、ビームの傾斜角、降下量が制御される。ビームを傾斜させることにより、１次回折光の回折効率が向上し、且つ１次回折光に含まれるノイズが減少する。
【００１９】
本発明に係る光学ＭＥＭＳ素子の製造方法は、基板側電極が形成された基板上に犠牲層を形成する工程と、犠牲層に第１及び第２の支柱を形成すべき位置に基板に達する第１及び第２の開孔を形成し、第１の開孔内に第１の支柱を形成し、第２の開孔内の第１の支柱より低い第２の支柱を形成する工程と、第２の支柱が形成されない第２の開孔内の上部を犠牲層で埋める工程と、第１の支柱の上面及び犠牲層上面に駆動側電極を有するビームを形成する工程と、犠牲層を除去する工程を有する。
【００２０】
本発明の光学ＭＥＭＳ素子の製造方法においては、犠牲層に形成した第１の開孔内に第１の支柱を形成し、第２の開孔内に第１の支柱より低くなるように第２の支柱を形成した後、第２の開孔の上部を犠牲層で埋め、ビームを形成した後に犠牲層を除去することにより、ビームの一方の側が第１の支柱に支持され、ビームの他方の側に対向して第１の支柱より低い第２の支柱が設けられ、ビームが傾斜可能とさた光学ＭＥＭＳ素子を製造することができる。
【００２１】
本発明に係る光学ＭＥＭＳ素子の製造方法は、基板側電極が形成された基板上に犠牲層を形成する工程と、犠牲層に支柱を形成すべき位置に基板に達する開孔を形成し、前記開孔内に支柱を形成する工程と、支柱の上面及び犠牲層上面に、絶縁膜及び該絶縁膜上の駆動側電極を有し、駆動側電極を中央の幅広部と両端に延長する幅狭部を有する形状にしたビームを形成する工程と、犠牲層を除去する工程を有する。
【００２２】
本発明の光学ＭＥＭＳ素子の製造方法においては、ビームのパターニングの際に、駆動側電極を中央の幅広部と両端に延長する幅狭部とからなる非対称にパターニングすることにより、ビームが両端側に支柱で支持され、ビームの駆動側電極が非対称に形成され、ビームが傾斜可能とされた光学ＭＥＭＳ素子を製造することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２４】
図１及び図２は、本発明に係る光学ＭＥＭＳ素子を、例えば光変調素子等に用いられる回折型の光学ＭＥＭＳ素子であるＧＬＶ素子に適用した一実施の形態を示す。
本実施の形態に係るＧＬＶ素子２１は、基板２２上に共通の基板側電極２３を形成し、この基板側電極２３と空間２４を挟んで対向するように、後に詳述する第１の支柱である主支柱２５と第２の支柱である補助支柱２６を介して配置された、絶縁膜２７とその表面を被覆する反射膜を兼ねる駆動側電極２８とからなる複数、本例では６本のリボン状のビーム２９〔２９１、２９２、２９３、２９４、２９５、２９６〕を形成して成る。基板側電極２３上には、絶縁膜３１を被着形成することができる。このＧＬＶ素子２１は、前述と同様に１本置きの３本のビーム２９２、２９４  、２９６  が基板側電極２３に対して静電力で近接・離間する可動ビームとなり、その他のビーム２９１  、２９３  、２９５  が固定ビームとなる。
本実施の形態では、特に、図２及び図３に示すように、各ビーム２９〔２９１〜２９６〕をその一方向の両端で且つ一側に偏った位置で、ビーム２９と一体に形成された２つの主支柱２５により実質的に支持され、この２つの主支柱２５に対応して他側に偏った位置に主支柱２５より高さの短い２つの補助支柱２６を形成して構成される。図示の例は、６本のビーム２９の配列方向と直交する方向（ビーム長手方向）の両端位置において、各ビーム２９の配列方向（ビーム幅方向）の両端に主支柱２５と補助支柱２６が形成される。そして、少なくとも１本置きの可動ビーム２９２  、２９４  、２９６  を静電力で基板側電極２３側に降下した（沈み込ませた）時、好ましくは６本の全ビーム２９１〜２９６を静電力で基板側電極２３側に降下した（沈み込ませた）時に、ビーム２９の遊端が補助支柱２６に当接してビーム２９が傾斜するようになす。各ビーム２９は、ＧＬＶ２１を作成した状態では、補助支柱２６から離れて水平に配置される。
【００２５】
次に、本実施の形態のＧＬＶ素子２１の動作例を説明する。
図３は、動作の１例である。オフ時には、基板側電極２３と、６本のビーム２９１〜２９６の各基板側電極２３との間に同じ所要電圧を印加する。例えば基板側電極２３に０Ｖを印加し、駆動側電極２７に＋５Ｖを印加して、各ビーム２９１  〜２９６を補助支柱２６に当接させて同じ状態で傾斜させる（図３Ａ，Ｂ参照）。オン時には、１本置きの可動ビーム２９２、２９４、２９６の駆動側電極２７にオフ時よりも大きな電圧を印加する。例えば基板側電極には０Ｖを印加し、１本置きの可動ビーム２９２、２９４、２９６には＋２０Ｖを印加してビーム２９２、２９４、２９６を傾斜した状態で入射光の波長λの１／４だけ降下させる。他の１本置きの固定ビーム２９１、２９３、２９５強度を有する回折光が生じる。ビーム２９を傾斜させて作られる回折格子は、ブレーズ格子と呼ばれるものである。
オフ時のビーム２９で反射した光は０次光となる。オン時のビーム２９で反射した回折光は、ビーム２９が傾斜した状態であるので図４に示すように、例えば、入射光の強度を１，０としたとき、＋１次回折光の回折強度が略０となり、−１次回折光の回折強度が０．７となり、実質的に−１次回折光のみが得られる。ここでは、光学系が±１次回折光が同じ回折強度で発生するＧＬＶ素子に比べて、光学系が−１次回折光のみの１つで済む。また、コントラストが２倍になる。コントラストは、コントラスト＝回折光／ノイズ光で表され、ノイズ光が１／２（−１次回折光に対するノイズ光のみ）の減少し、コントラストが２倍に向上することになる。
【００２６】
図５は、動作の他の例である。この場合、ビーム２９の傾斜量ｈがλ／４になるように支柱２５，２６の長さの差を設定する必要がある（図５Ｃ参照）。オフ時には、基板側電極２３と、６本のビーム２９１〜２９６の基板側電極２３との間に電圧差を与えない。例えば基板側電極２３及び駆動側電極２７に０Ｖを印加し、各ビーム２９１〜２９６を補助支柱２６に当接させない水平状態にする。（図５Ａ参照）。オン時には、１本置きの可動ビーム２９２、２９４、２９６の駆動側電極２７に所要の電圧を印加する。例えば基板側電極には０Ｖを印加し、１本置きの可動ビーム２９２、２９４、２９６に例えば＋１５Ｖを印加して可動ビーム２９２、２９４、２９６を補助支柱２６に当接し傾斜した状態で入射光の波長λの１／４だけ降下させる。他の１本置きの固定ビーム２９１、２９３、２９５はオフ時と同じ０Ｖが印加される。これにより、最大の回折強度を有する回折光が生じる。この動作は、前述の図３の動作よりも特性は落ちる。
【００２７】
次に、図６を用いて、上述の本実施の形態に係るＧＬＶ素子２１の製造方法を説明する。なお、同図は１本のビームに対応した部分を示す。
先ず、図６Ａに示すように、例えば半導体基板上に絶縁膜を形成した基板、ガラスのような絶縁性基板等の基板、本例ではシリコン基板上に絶縁膜を形成した基板２２上に基板側電極２３を形成し、基板側電極２３を被覆するように絶縁膜３１、例えばＳｉＯ２  膜を形成する。その後、全面上に犠牲層３２、本例では非晶質シリコン膜を堆積する。
【００２８】
次に、図６Ｂに示すように、犠牲層３２上面にレジストマスク（図示せず）を形成し、レジストマスクを介して犠牲層３２の主支柱及び補助支柱を形成すべき位置に対応する部分を選択的にエッチング除去して、基板２２の絶縁膜３１に達するような第１の開孔３３及び第２の開孔３４を形成する。
次に、図６Ｃに示すように、第１及び第２の開孔３３及び３４内及び犠牲層３２上面を含む全面に絶縁膜、本例ではシリコン窒化膜３６を堆積する。後述するように、第１の開孔３３内に埋め込まれたシリコン窒化膜３６は主支柱に対応し、第２の開孔３４内に埋め込まれたシリコン窒化膜３６は補助支柱に対応する
【００２９】
次に、図６Ｄに示すように、例えば化学・機械研磨（ＣＭＰ）法により犠牲層３２上面のシリコン窒化膜３６を研磨して除去する。
次に、図６Ｅに示すように、レジストマスク３５を介して第２の開孔３４内に埋め込まれたシリコン窒化膜３６の表面を所定の深さまで、選択的にエッチング除去し、第１の開孔３３内に形成されたシリコン窒化膜３６による主支柱２５より所望の長さだけ短いシリコン窒化膜３６による補助支柱２６を形成する。
【００３０】
次に、図６Ｆに示すように、再度、第２の開孔３４内のシリコン窒化膜３６が一部除去された上部空間３７（図６Ｅ参照）を埋め込むように上面に、例えば非晶質シリコン膜による犠牲層３２を堆積する。
次に、図６Ｇに示すように、犠牲層３２の上面を主支柱２５の上面が露出するように、例えば化学・機械研磨（ＣＭＰ）法で研磨して除去する。このとき補助支柱２５の上面は犠牲層３２が存在する。
【００３１】
次に、図６Ｈに示すように、主支柱２５の上面に接合するように犠牲層３２の上面全面にビームの一部を構成する絶縁膜、本例ではシリコン窒化膜２７を例えばＣＶＤ（化学気相成長）法で堆積し、さらにその上に反射膜を兼ねる駆動側電極２８となる導電膜、本例ではＡｌ膜３８を蒸着する。次いで、Ａｌ膜３８及びシリコン窒化膜２７を各ビームに対応するパターンになるように選択的にエッチング除去する。これにより、シリコン窒化膜２７とＡｌ膜による駆動側電極２８とから成るビーム２９を形成する。
【００３２】
次に、犠牲層３２のみを選択的に除去して、図６Ｉに示すように、基板側電極２３上の絶縁膜３１と空間２４を挟んで対向し、主支柱２５に支持され且つ補助支柱２６と所定距離だけ離れた６本のビーム２９〔２９１〜２９６〕が形成された目的のＧＬＶ素子２１を得る。
【００３３】
本実施の形態に係るＧＬＶ素子２１によれば、動作時に静電力を用いてビーム２９を傾斜させることにより、１次回折光の回折効率が上昇し、より光学特性の優れた光学ＭＥＭＳ素子を提供することができる。
静電力を用いてビーム２９を傾斜させることにより、１次回折光に含まれるノイズが減少し、より光学特性の優れたＧＬＶ素子を提供することができる。
ビーム２９と一体の主支柱２５と、主支柱２５より短い補助支柱２６とを設け、ビーム２９の他側を補助支柱２６に当接させて傾斜させるので、より安定したビーム２９の傾斜量が得られる。これにより、回折効率やノイズ低減の特性が向上し、より光学特性に優れたＧＬＶ素子を提供することができる。
【００３４】
本実施の形態に係るＧＬＶ素子の製造方法によれば、ビーム２９を支持する主支柱２５及び補助支柱２６を有しビーム２９の傾斜を安定させて、より光学特性の向上を可能にしたＧＬＶ素子２１を容易且つ精度良く製造することができる。
【００３５】
図７は、本発明に係る光学ＭＥＭＳ素子を、回折型の光学ＭＥＭＳ素子であるＧＬＶ素子に適用した他の実施の形態を示す。
本実施の形態に係るＧＬＶ素子４１は、駆動側電極４８の形状を両主支柱４６〔４６Ａ，４６Ｂ〕を結ぶ方向と直交する方向に関して非対称にし、静電力を非対称にしてビーム４９〔４９１〜４９６〕の傾斜を可能にした構成としている。即ち、本実施の形態のＧＬＶ素子４１においては、絶縁膜（例えばシリコン窒化膜）４７とその表面の一部を被覆する反射膜を兼ねる駆動側電極４８とによりビーム４９を形成し、ビーム４９をその長手方向の両端の２か所で支柱４６〔４６Ａ，４６Ｂ〕により支持して構成する。ビーム４９の駆動側電極４８は、中央の幅広部４８ａと、ビーム４９の長手方向に沿う一側に在って幅広部４８ａに連続してビーム４９の両端にまで延長する延長部４８ｂとを有して形成される。中央の幅広部４８ａは入射する光の反射に寄与する。駆動側電極４８の形状、特に延長部４８ｂが主支柱４６にかかるか、かからないは問わない。後述するように、延長部４８ｂの幅Ｗ１は、ビーム４９の傾き角、及びビーム４９の降下変位（沈み込み）量に影響する。
その他の構成は、前述の図１及び図２で説明したと同様であるので、対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００３６】
本実施の形態のＧＬＶ素子４１の製造方法は、前述の図６Ａ〜６Ｉの製造工程を利用できる。即ち、図６Ａの犠牲層３２を形成し、図６Ｂの工程では犠牲層３２２つの支柱４６Ａ，４６Ｂに対応する位置にのみ開孔を形成する。図６Ｃ及び図６Ｄの工程では２つの開孔内にシリコン窒化膜３６による支柱４６〔４６Ａ，４６Ｂ〕を形成する。図６Ｅ〜図６Ｇの工程は省略する。図６Ｈの工程に飛んで絶縁膜２７及びＡｌ膜４８を積層し、Ａｌ膜３８及び絶縁膜２７をパターニングしてビーム４９を形成する。このＡｌ膜３８のパターニングの際に、中央の幅広部４８ａと両端にまで延長する幅狭部４８ｂとが残るように選択的にエッチング除去する。最後に、図６Ｉの工程で犠牲層３２を除去してＧＬＶ素子４１を製造する。これにより、ＧＬＶ素子４１を容易に且つ精度良く製造することができる。
【００３７】
次に、本実施の形態のＧＬＶ素子４１の動作を説明する。
図８は、動作の１例である。図８Ａは動作前のビーム４９の状態を示す。ビーム４９は水平の状態にある。オフ時には、図８Ｂに示すように、基板側電極２３と、６本のビーム４９〔４９１〜４９６〕の各駆動側電極４８との間に所要電圧を印加する。例えば基板側電極２３に０Ｖを印加し、駆動側電極４８に＋１０Ｖを印加する。ビーム４９は、駆動側電極４８の幅広部４８ａを有する側の領域５１より、駆動側電極４８の延長部４８ｂを有する側の領域５２の方が、静電力を強く受けることになり、傾斜する。６本のビーム４９〔４９１〜４９６〕は全てて同じ傾斜角で傾斜する。このとき、ビーム４９の面に入射した入射光は０次光で反射する。
オン時には、図８Ｃに示すように、１本置きの可動ビーム４９〔４９１、４９３、４９５〕の駆動側電極４８にオフ時よりも大きな電圧、例えば＋２０Ｖが印加される。これにより、可動ビーム４９２、４９４、４９６は傾斜した状態で中央が入射光の波長λの１／４だけ降下する。他の１本置きの固定ビーム４９１、４９３、４９５は、オフ時と同じ状態である。これにより、最大の回折強度を有する回折光が生じる。この場合も前述したと同様に、ブレーズ格子が形成されるため、回折光は例えば実質的に−１次回折光のみが得られる。
図９Ａ，Ｂは、ビーム４９が傾斜した状態を示す。
【００３８】
動作の他の例を示す。オフ時には、図８Ａの状態となるように基板側電極２３と、６本のビーム４９〔４９１〜４９６〕の駆動側電極４８との間に電圧差を与えない。例えば基板側電極２３及び駆動側電極２７に０Ｖを印加し、各ビーム４９１〜４９６を水平状態にする。オン時には、１本置きの可動ビーム４９２、４９４、４９６の駆動側電極４８に所要の電圧を印加し、例えば基板側電極には０Ｖを印加し、１本置きのビーム４９２、４９４、４９６に例えば＋１５Ｖを印加して可動ビーム４９２、４９４、４９６を傾斜させ入射光の波長λの１／４だけ降下させる。他の１本置きの固定ビーム４９１、４９３、４９５はオフ時と同じ０Ｖが印加される。これにより、最大の回折強度を有する回折光が生じる。この場合前述の図８Ｂ，Ｃの動作よりも特性は落ちる。
【００３９】
本実施の形態に係るＧＬＶ素子４１によれば、ビーム４９の駆動側電極４８の形状を非対称にすることにより、ビーム４９を２本の支柱４６〔４６Ａ，４６Ｂ〕で支持した構成でも、静電力を用いてビーム４９を傾斜することができる。従って、１次回折光の回折効率が上昇し、１次回折光に含まれるノイズを減少することができ、より光学特性に優れたＧＬＶ素子を提供することができる。
【００４０】
ここで、ビーム４９の駆動側電極４８における延長部４８ｂの幅Ｗ１が小さいときは、ビーム４８の傾斜角が大きくなり、降下（沈み込み）量が小さくなる。逆に、幅Ｗ１が大きいと、ビーム４８の傾斜角が小さくなり、降下（沈み込み）量が大きくなる。
【００４１】
本発明の他の実施の形態としては、図７のビーム構造において、２種類の駆動側電極４８の形状を有するビーム４９を交互に配列してＧＬＶ素子を構成する。即ち、本実施の形態では、例えば１つ置きの可動ビーム４９２、４９４、４９６における駆動側電極４８の幅狭部４８ｂの幅Ｗ１を大きくし、他の１つ置きの固定ビーム４９１、４９３、４９５における幅狭部４８ｂの幅Ｗ１を小さくした構成とする。
図１０は、その動作の一例である。図１０Ａは動作前のビーム４９の状態を示す。ビーム４９は水平の状態にある。オフ時には、図１０Ｂに示すように、基板側電極２３に０Ｖ印加し、固定ビーム４９１、４９３、４９５に可動ビーム４９２、４９４、４９６より小さい電圧を印加して６本のビーム４９〔４９１〜４９６〕を同じ傾斜角で一様に傾斜させる。例えば、固定ビーム４９１、４９３、４９５に＋１０Ｖを、可動ビーム４９２、４９４、４９６に＋１５Ｖを印加する。オン時に、図１０Ｃに示すように、可動ビーム４９２、４９４、４９６に対して傾斜角の変化が最小になるように電圧を印加する。例えば駆動側ビームに＋３５Ｖを印加して、駆動側ビームを駆動する。
【００４２】
本実施の形態に係るＧＬＶ素子によれば、２種類の異なる形状の駆動側電極４８を有するビーム４９を交互に配置し、夫々の印加電圧を制御することにより、各ビーム４９の傾きを同じにしてオン・オフ動作させることができる。そして、本実施の形態においても、前述と同様に１次回折光の回折効率が上昇し且つ１次回折光に含まれるノイズを減少することができ、より光学特性に優れたＧＬＶ素子を提供することができる。
【００４３】
なお、６本のビーム４９〔４９１〜４９６〕の駆動側電極４８の幅狭部４９ｂの幅Ｗ１を同じにした構成の場合は、ビーム４９〔４９１〜４９６〕に同じで電圧を印加したオフ時、各ビーム４９１〜４９６の傾斜角が同じになるが、オン時に可動ビーム４９２、４９４、４９６の印加電圧を上げるとλ／４降下するも可動ビームと固定ビームの傾きが多少異なる。
この実施の形態においても、ビームの傾きが多少異なるも、基本的には上述と同様に、１次回折光の回折効率が上昇し且つ１次回折光に含まれるノイズを減少することができ、より光学特性に優れたＧＬＶ素子を提供することができる。
【００４４】
図１１は本発明の他の実施の形態を示す。本実施の形態では、ビーム４９において、駆動側電極４８の幅広部４８ａを幅狭部４８ｂから電気的に分離し実質的に反射膜のみの機能とし、幅狭部４９ｂを実質的な駆動側電極として機能させるように構成する。その他の構成は図７と同様であるので詳細説明を省略する。
本実施の形態においても、図８の実施の形態と同様の作用を行い、同様の効果を奏する。
【００４５】
本発明のさらに他の実施の形態としては、可動ビーム４９２、４９４、４９６を図７の駆動側電極を有するビームを用い。固定ビーム４９１、４９３、４９５を図１１の広幅部４９ａを実質的な駆動側電極となる幅狭部４８ｂから電気的に分離したビームを用いるように構成する。その他の構成は図７と同様であるので詳細説明を省略する。
本実施の形態においても、図８の実施の形態と同様の作用を行い、同様の効果を奏する。
【００４６】
図１２は、図１におけるＧＬＶ素子２１の主支柱２５と補助支柱２６の配置例を示す。
図１２Ａは、前述したビーム２９の両端を支持した２本の主支柱２５に対して２本の補助支柱２６を配置して構成である。
図１２Ｂは、ビーム２９の両端を支持した２本の主支柱２５に対して、中央端に１本の補助支柱２５を配置した構成である。この構成はビーム２９に対して一定の傾きを安定して与えることができる。
本実施の形態の他の例としては、固定ビームを図１２Ｂの３本の支柱２５，２６配列のビーム２９で構成し、可動ビームを図１２Ａの４本の支柱２５、２６配列のビームで構成することができる。
【００４７】
上述の各実施の形態では、回折光を利用する回折型光学ＭＥＭＳ素子、即ちＧＬＶ素子及びその製造方法に適用した場合であるが、本発明は、その他、反射光を利用する光学ＭＥＭＳ素子及びその製造方向に適用することができる。この場合も静電力によるビームの傾斜角を安定にしすることがき、より光学特性に優れた光変調素子、光スイッチ等を提供することができる。また、このようなＭＥＭＳ素子を容易に且つ精度良く製造することができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明に係る光学ＭＥＭＳ素子によれば、ビームと一体の第１の支柱と、第１の支柱より短い第２の支柱を有し、静電力を用いてビームを傾斜させることにより、反射光を利用する場合には、反射光の角度が安定し光学特性を向上することができる。回折光を利用する場合には、１次回折光の回折効率が向上し、また、１次回折光に含まれるノイズが減少し、より光学特性を向上することができる。第１の支柱と再２の支柱との組み合わせにより、より安定したビームの傾斜量が得られ、より光学特性の優れた光学ＭＥＭＳ素子を提供することができる。
【００４９】
本発明に係る光学ＭＥＭＳ素子によれば、ビームの駆動側電極を中央の幅広部と両端に延長する幅狭部とを有する非対称形状に形成し、静電力を用いてビームを傾斜させることにより、反射光を利用する場合は、反射光の角度が安定し光学特性を向上することができる。回折光を利用する場合は、１次回折光の回折効率が向上し、また、１次回折光に含まれるノイズが減少し、より光学特性を向上することができる。
幅広部を出力として光反射に寄与させ、場は狭部を静電力に寄与させることができる。そして、幅狭部の幅及び印加電圧を制御することにより、ビームの傾斜量及び降下を制御することができ、光学特性に優れた光学ＭＥＭＳ素子を提供することができる。
ビームの中央の幅広部を駆動側電極の幅狭部と分離するときは、幅広部が反射膜のみの機能となり、幅狭部が実質的な駆動側電極として機能する。
【００５０】
本発明に係る回折型光学ＭＥＭＳ素子によれば、ビームと一体の第１の支柱と、第１の支柱より短い第２の支柱を有し、静電力を用いてビームを傾斜させることにより、１次回折光の回折効率が向上し、また、１次回折光に含まれるノイズが減少し、より光学特性を向上することができる。第１の支柱と再２の支柱との組み合わせにより、より安定したビームの傾斜量が得られ、より光学特性の優れた光学ＭＥＭＳ素子を提供することができる。
この回折型光学ＭＥＭＳ素子ではオフ状態及びオン状態のいずれも全ビームを傾斜させた状態で動作させることができる。また、オフ状態では全ビームを傾斜させず、オン状態時に１つ置きの可動ビームを傾斜させて動作させることができる。
【００５１】
本発明に係る回折型光学ＭＥＭＳ素子によれば、ビームの駆動側電極を中央の幅広部と両端に延長する幅狭部とを有する非対称形状に形成し、静電力を用いてビームを傾斜させることにより、１次回折光の回折効率が向上し、また、１次回折光に含まれるノイズが減少し、より光学特性を向上することができる。
幅広部を出力として光反射に寄与させ、場は狭部を静電力に寄与させることができる。そして、幅狭部の幅及び印加電圧を制御することにより、ビームの傾斜量及び降下を制御することができ、光学特性に優れた光学ＭＥＭＳ素子を提供することができる。
駆動側電極の形状が異なる２つのビームを交互に配列させるときは、印加電圧を制御してオン・オフ時に、固定ビーム及び可動ビームの傾きを同じ程度にして動作させることができる。
１つ置きの可動ビームの中央の幅広部を駆動側電極の幅狭部より電気的に分離するときは、幅広部を反射膜のみに機能させることができる。
【００５２】
本発明に係る光学ＭＥＭＳ素子の製造方法によれば、ビームの一方の側が第１の支柱に支持され、ビームの他方の側に対向して第１の支柱より低い第２の支柱が設けられ、ビームが傾斜可能とさた光学ＭＥＭＳ素子を、容易に且つ精度良く製造することができる。
また、本発明に係る光学ＭＥＭＳ素子の製造方法によれば、ビームが両端側に支柱で支持され、ビームの駆動側電極が非対称に形成され、ビームが傾斜可能とされた光学ＭＥＭＳ素子を、容易に且つ精度よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る回折型光学ＭＥＭＳ素子の一実施の形態を示す構成図である。
【図２】Ａ  図１の要部の平面図である。Ｂ  図２のＡーＡ線上の断面図である。
【図３】Ａ〜Ｄ  図１の回折型光学ＭＥＭＳ素子の動作の一例を示す説明図である。
【図４】ブレーズ回折格子による回折強度の説明図である。
【図５】Ａ〜Ｂ  図１の回折型光学ＭＥＭＳ素子の動作の他の例を示す説明図である。Ｃ      ビーム構造の説明図である。
【図６】Ａ〜Ｉ  図１の回折型光学ＭＥＭＳ素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図である。
【図７】Ａ  本発明に係る回折型光学ＭＥＭＳ素子の他の実施の形態を示すビームの構成図である。Ｂ  図７ＡのＥーＥ線上の断面図である。Ｃ  図７ＡのＦーＦ線上の断面図である。
【図８】Ａ〜Ｃ  図７の回折型光学ＭＥＭＳ素子の動作の一例を示す説明図である。
【図９】Ａ  図７の回折型光学ＭＥＭＳ素子のビームが傾斜した状態を示す一方向から見た側面図である。Ｂ  図７の回折型光学ＭＥＭＳ素子のビームが傾斜した状態を示す他方向から見た側面図である。
【図１０】Ａ〜Ｃ  本発明に係る回折型光学ＭＥＭＳ素子の他の実施の形態の動作を示す説明図である。
【図１１】Ａ  本発明に係る回折型光学ＭＥＭＳ素子の他の実施の形態を示すビームの平面図である。Ｂ  図１１ＡのＧーＧ線上の断面図である。
【図１２】Ａ，Ｂ  本発明に係る回折型光学ＭＥＭＳ素子の一実施の形態に支柱の配置例を示す平面図である。
【図１３】Ａ  従来の回折型光学ＭＥＭＳ素子であるＧＬＶ素子の例を示す構成図である。Ｂ  図１３Ａの１つのビームに対応した断面図である。
【図１４】Ａ，Ｂ  ＧＬＶ素子の動作を説明する説明図である。
【図１５】従来の１つのビームを模式的に示した模式図である。
【図１６】Ａ，Ｂ  従来のＧＬＶ素子のオン・オフ動作を模式的に示した説明図である。
【図１７】従来の説明に供する光学ＭＥＭＳ素子の代表的な一例である。
【図１８】従来の説明に供する光学ＭＥＭＳ素子の代表的な他の例である。
【符号の説明】
２１、・・・回折型光学ＭＥＭＳ素子であるＧＬＶ素子、２３・・・基板側電極、２４・・・空間、２５、２６・・・支柱、２７・・・絶縁膜、２８・・・駆動側電極、２９〔２９１〜２９６〕・・・ビーム、３１・・・絶縁膜、３２・・・犠牲層、３６・・・シリコン窒化膜、３８・・・Ａｌ膜、４１・・・回折型光学ＭＥＭＳ素子であるＧＬＶ素子、４６〔４６Ａ，４６Ｂ〕・・・支柱、４７・・・絶縁膜、４８・・・駆動側電極、４８ａ・・・幅広部、４８ｂ・・・幅狭部、４９〔４９１〜４９６〕・・・ビーム
【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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