(57)【要約】      （修正有）【課題】板状構造体の長手方向両端部のサイドエッチングを防止し、集積化を可能とする。【解決手段】半導体基板（シリコン基板）をウエットエッチングし、基板の主表面に対して略垂直な（１１１）面を側面とする板状構造体を形成する。このとき、板状構造体の長手方向両端部に補償部２２が形成されるようにエッチングする。補償部は、板状構造体の両端部を延長する延長部２３と、板状構造体と交わる（１１１）面方向に延在する（１１１）面構造部２４とから構成する。サイドエッチングは、（１１１）面構造部において起こり、板状構造体の長さを設定するに当たり、サイドエッチングを考慮する必要がなくなる。形成された板状構造体は、光スイッチングデバイスにおいて、ミラーとして用いる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板をウエットエッチングし、基板の主表面に対して略垂直な（１１１）面を側面とする板状構造体を形成する半導体構造製造方法において、
前記板状構造体の長手方向両端部に、当該板状構造体の長手方向に延びる第１補償部及び前記板状構造体の長手方向と交わる方向に延びる第２補償部を形成して、ウエットエッチングをすることを特徴とする半導体構造製造方法。
【請求項２】
前記半導体基板がシリコン基板であることを特徴とする請求項１に記載の半導体構造製造方法。
【請求項３】
前記第１補償部は前記板状構造体の両端部を延長する延長部であり、前記第２補償部は前記板状構造体と交わる（１１１）面方向に延在する（１１１）面構造部とから構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体構造製造方法。
【請求項４】
前記第２補償部の（１１１）面構造部の長さを、ウエットエッチングする深さに応じて設定することを特徴とする請求項３に記載の半導体構造製造方法。
【請求項５】
前記第１補償部の延長部の長さを、前記（１１１）面構造部と延長部とが鋭角に交わる交差部分に形成される（１１１）斜面を考慮して設定することを特徴とする請求項３に記載の半導体構造製造方法。
【請求項６】
前記板状構造体をマトリクス状に複数形成することを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載の半導体構造製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載の半導体構造製造方法により製造された板状構造体をミラーとする光スイッチングデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板の主表面に対して高い垂直性を有するＳｉ面方位（１１１）を側面に持つ板状構造体を半導体プロセスにより作製する半導体構造製造方法に関するものであり、さらには、当該半導体構造製造方法により作製された板状構造体をミラーとする光スイッチングデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のインターネットの高速化に伴って、光通信システムの普及が急速に進み、光信号を光のまま処理することができる光スイッチングデバイスに関する研究開発が各方面で行われている。この光スイッチングデバイスとしては、これまでに様々な種類のものが提案されているが、そのうちの一つとして、光ファイバの光路にマイクロマシニング技術によって形成した例えば板状構造のミラーを配し、これを垂直方向に出し入れすることによってオンオフを切り替えを行う方式の光スイッチングデバイスが知られている。
【０００３】
このような光スイッチングデバイスを作成するに際して、ミラーとなる板状構造体を精度良く、しかも簡単に形成することが望まれている。この半導体の加工方法としては、シリコンの面方位によってエッチング速度が大きく変化する現象を利用した異方性エッチングが知られており、その１つとしてウエットエッチングがある。この手法を利用すれば、シリコン（１１０）基板に対して、（１１１）面を側面とする垂直性の高い溝構造を得ることができ、シリコン基板上に微細な板状構造体を容易に形成することができるものと考えられる。
【０００４】
ウエットエッチングによる（１１１）面板状構造体の製造方法について説明すると、（１１１）面板状構造体を形成するには、シリコン基板上にフォトリソグラフィ等によってＳｉＯ２やＳｉＮｘ等をパターニングしてマスクを形成し、ＫＯＨ、ＮａＯＨ等の無機系アルカリ溶液や、エチレンジアミン・ピロカテコール（ＥＤＰ）、ヒドラジン、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）：（ＣＨ３）４ＮＯＨ等の有機系アルカリ溶液等によってウエットエッチングする。
【０００５】
このとき、例えばエッチング面が（１１０）面のシリコン基板を用いれば、（１００）面や（１１０）面の約１／１００以下のエッチングレートの（１１１）面が側面となり、垂直な側壁を有する高アスペクト比な略平行四辺形のウエットエッチング開口部が容易に形成される。
【０００６】
その他、板状構造を有するマイクロミラーを製造する方法としては、例えばシリコン基板に対して異方性ウエットエッチングをすることによりミラー面を形成してマイクロミラーとするステップを備える方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１２１９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ウエットエッチングによる板状構造体の形成においては、板状構造体の長手方向におけるサイドエッチングが問題となる。
【０００８】
例えば、図９に示すような構造体パターン１０１をマスクとしてシリコン基板上に形成した後にウエットエッチングを行う場合を考える。図９に示す構造体パターン１０１では、幅方向における両側のラインが（１１１）面に対応している。この図９に示す構造体パターン１０１を用いてウエットエッチングを行うと、構造体パターン１０１の形状に応じてシリコン基板が残存し、板状構造体が形成されるが、エッチングが進行するに伴い、パターンの鋭角なエッジ部１０１ａからサイドエッチングが生じ、形成される板状構造体の両端部が消失してしまう。
【０００９】
図１０は、図９に示す構造体パターン１０１に基づいて形成される構造体１１０の形状を模式的に示すものであり、前記サイドエッチングの結果、板状構造体１１１の長手方向両端部には、サイドエッチングにより形状が劣化し、板状構造体として利用できない構造体消失部１１２が形成される。したがって、構造体パターン１０１には、所定の板状構造体サイズの板状構造体パターン１０２に加えて、構造体消失部１１２を考慮した構造体消失部上部パターン１０３を設ける必要がある。
【００１０】
前記構造体消失部１１２として必要な部分は、エッチングの深さ、すなわち板状構造体１１１の高さによって異なるが、例えば板状構造体１１１の高さを６００μｍに形成する場合、板状構造体１１１に加えてその両側に長さ２６７０μｍの構造体消失部１１２を形成する必要があり、無視できない大きさとなる。すなわち、図１１に示すように、板状構造体１１１を１枚の基板にマトリックス状に配置する場合、構造体消失部１１２の長手方向における長さが大きいと、板状構造体１１１の形成間隔を広げざるを得ず、集積化が困難になる。
【００１１】
以上のように、ある程度以上の高さを有する板状構造体１１１を形成する場合、構造体パターン１０１は、板状構造体パターン１０２に比べて（１１１）側面と平行な方向に非常に長くなるようなパターン形状が必要となってしまい、板状構造体１１１を集積形成する上で大きな問題である。
【００１２】
そこで本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、板状構造体の両端部のサイドエッチングが発生しても、各板状構造体を必要最小限の間隔で形成することが可能な半導体構造製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、前述の方法により形成される板状構造体を用いた光スイッチングデバイス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】
【００１３】
上述の課題を解決するために、本発明の半導体構造製造方法は、半導体基板をウエットエッチングし、基板の主表面に対して略垂直な（１１１）面を側面とする板状構造体を形成する半導体構造製造方法において、前記板状構造体の長手方向両端部に、当該板状構造体の長手方向に延びる第１補償部及び前記板状構造体の長手方向と交わる方向に延びる第２補償部が形成して、ウエットエッチングをすることを特徴とする。
【００１４】
本発明においては、ウエットエッチングを利用することにより、半導体基板の主面に対して非常に高い垂直性を有する高アスペクトな（１１１）面が板状構造体の側面として形成される。
【００１５】
一方、板状構造体の長手方向両端部に補償部を形成すると、板状構造体の両端部に鋭角なエッジ部が存在しなくなる。したがって、サイドエッチングによる板状構造体の端部の消失が回避され、（１１１）側面と平行な方向に長くなるようなパターン形状が不要となる。
【００１６】
例えば、前記補償部を、板状構造体の両端部を延長する延長部と、板状構造体と交わる（１１１）面方向に延在する（１１１）面構造部とから構成した場合、延長部の存在により板状構造体の鋭角なエッジ部が存在しなくなり、この部分でのサイドエッチングが解消される。一方、板状構造体と交わる（１１１）面方向に延在する（１１１）面構造部には、両端部に鋭角なエッジ部が存在し、この部分でサイドエッチングが起こるが、このサイドエッチングは（１１１）面構造部の長手方向、すなわち板状構造体と交わる（１１１）面方向で進行する。したがって、板状構造体の長手方向の寸法設定には何ら影響を与えず、長さの長い構造体消失部上部パターンは不要である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る半導体構造製造方法によれば、異方性エッチングであるウエットエッチングを利用して非常に高い垂直性を有する（１１１）面板状構造体を容易に形成することができるばかりでなく、板状構造体をウエットエッチングにより形成する際に、補償部を形成するようにしているので、板状構造体の長手方向両端部からのサイドエッチングを防止することができる。このため、板状構造体を必要最小限の間隔で形成することができ、集積化が可能である。
【００１８】
また、本発明に係る光スイッチングデバイスによれば、上述の製造方法により作製される板状構造体をミラーとして用いているので、小型、且つ高性能な光スイッチングデバイスを提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を適用した実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
［第１実施形態］
［第１実施形態に係る半導体構造製造方法］
この第１実施形態に係る半導体構造製造方法では、例えば光スイッチングデバイスにおいて光を反射する側面を有する板状構造体をシリコン基板上に形成する工程に適用される。この板状構造体は、全面がシリコン結晶体における（１１１）面にて構成されるものである。
【００２１】
先ず、半導体基板として主面がシリコン（１１０）面にて構成された基板を用いた場合の板状構造体の製造方法における基本プロセスについて説明する。
【００２２】
シリコン（１１０）基板を用いて板状構造体を作製するには、図１（ａ）に断面図及び（ｂ）に上面図を示すように、シリコン基板１０を用意し、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、このシリコン基板１０のほぼ全面に、ウエットエッチング用マスクとして窒化膜１１を積層形成する。窒化膜１１の膜厚は、長時間のウエットエッチングを考慮すると、少なくとも１０００Å程度とすることが好ましい。
【００２３】
続いて、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、レジスト１２を用いて窒化膜１１をパターニングし、ウエットエッチングのマスクとなる構造体パターン１３を形成する。この構造体パターン１３の形状については、後に詳述する。
【００２４】
次に、レジスト１２を除去した後、窒化膜１１からなる構造体パターン１３をマスクとしてアルカリ水溶液によりシリコン基板１０のウエットエッチングを行う。ここで、基板として主面が（１１０）面のシリコン基板１０を用いているので、（１１０）面や（１００）面に対するエッチングレートよりも（１１１）面に対するエッチングレートが極めて小さくなり、その結果、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、構造体パターン１３に対応して、シリコン基板１０の主表面に垂直な（１１１）面を側面１４として有する板状構造体１５が形成される。
【００２５】
このとき、使用するエッチング液は、例えば濃度４０％の水酸化カリウム水溶液であり、溶液温度は７５℃である。ウエットエッチング溶液としては、他にＮａＯＨ等の無機系アルカリ溶液や、エチレンジアミン・ピロカテコール（ＥＤＰ）、ヒドラジン、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）：（ＣＨ３）４ＮＯＨ等の有機系アルカリ溶液等を用いることができる。
【００２６】
以上の製造プロセスにおいて、本実施形態では、マスクパターン、すなわち構造体パターン１３を、図５の上面図に示すように、所望の板状構造体１５を形成するための板状構造体パターン２１と、板状構造体１５の長手方向端部（エッジ部）から生ずるサイドエッチングを抑制するための補償部パターン２２とから構成する。
【００２７】
各パターンについて説明すると、板状構造体パターン２１は、板状構造体１５の上面形状に対応するものであり、ウエットエッチングの際にその両側縁２１ａに対応して形成される両側面が他面に比べてエッチングスピードが小さい（１１１）面となるように設計されている。また、板状構造体パターン２１の長手方向両端部も、前記両側面と交わる（１１１）面構造となるように設計されている。したがって、板状構造体パターン２１の全体形状は、平行四辺形である。
【００２８】
一方、補償部パターン２２は、前記板状構造体パターン２１の長手方向から延長する形で形成される延長部パターン２３と、当該延長部パターン２３と交差する形で形成される（１１１）面構造部パターン２４とからなる。（１１１）面構造部パターン２４は、前記板状構造体１５の両側面１４と交わる（１１１）面方向に延在されており、したがって、板状構造体パターン２１のみならず、補償部パターン２２、すなわち延長部パターン２３及び（１１１）面構造部パターン２４の全ての周縁に対応して形成される面が（１１１）面になる。
【００２９】
このような構造体パターン１３をマスクとしてウエットエッチングを行うと、図６に示すように、板状構造体１５の長手方向両端部に補償部１６が形成された形でエッチングが進行する。補償部１６は、先の延長部パターン２３及び（１１１）面構造部パターン２４に対応して延長部１７と（１１１）面構造部１８とからなり、前記板状構造体１５、及び補償部１６（延長部１７及び（１１１）面構造部１８）の側面は全て（１１１）面である。
【００３０】
板状構造体１５のみからなるパターンをエッチングすると、鋭角なエッジ部１５ａからサイドエッチングが起こり、その分の長さを考慮して、板状構造体１５の長手方向の長さを非常に長くする必要がある。それに対して、補償部１６を設けると、延長部１７の存在によって板状構造体１５の両端にエッジ部が存在しなくなり、この部分でのサイドエッチングを考慮する必要がなくなる。ここで、（１１１）面構造部１８の両端部には鋭角なエッジ部１８ａが存在し、この部分からサイドエッチングが生ずるが、この部分でのサイドエッチングは板状構造体１５の長さを決める際に何ら考慮する必要はない。
【００３１】
［第１実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、第１実施形態に係る半導体構造製造方法によれば、シリコン基板１０の主面に対して垂直性の良い、高アスペクト比な板状構造体１５を所望の形状に形成することができる。
【００３２】
また、この半導体構造製造方法によれば、板状構造体１５の長手方向両端部に補償部１６を形成し、当該補償部１６を板状構造体１５の長手方向と交わる方向にて延長させる形状としたので、板状構造体１５の長手方向両端部におけるサイドエッチングを考慮する必要がなくなり、この方向での寸法を小さくすることができる。
【００３３】
［第２実施形態］
つぎに、第２実施形態に係る半導体構造製造方法について説明する。本実施形態は、板状構造体１５や補償部１６の具体的設計に関するものである。
【００３４】
シリコン（１１０）基板１０を用いた場合、ウェットエッチングでは（１１１）面が残るようにエッチング現象が進行し、サイドエッチングの対象となる（１１１）面構造部１８のエッジ部１８ａから板状構造体１５までの距離、すなわち図５における（１１１）面構造部パターン長さＬ１をサイドエッチングを考慮して決定することで、サイドエッチングによる板状構造体１５の消失を回避することができる。
【００３５】
また、実際にウエットエッチングが進行するのに伴い、補償部１６に近接する領域、すなわち延長部１７と（１１１）面構造部１８が鋭角に交わる部分に近接する領域（図５に示す構造体パターン１３において延長部パターン２３と（１１１）面構造部パターン２４とが鋭角に交わる部分に近接する領域２５）に異なる（１１１）傾斜構造体が形成される。したがって、この（１１１）傾斜構造体２５の影響が板状構造体１５に及ぶことがないように、この領域を考慮して延長部パターン長さＬ２を設計してやればよい。
【００３６】
例えば（１１１）面構造部１８のエッジ部１８ａからのサイドエッチングにおいては、基板主面を１μｍエッチングする毎に４．４５μｍのサイドエッチングが入ることから、エッチング深さを６００μｍとした場合、（１１１）面構造部パターン長さＬ１は２６７０μｍ必要になる。また、シリコンの結晶方位面により、延長部パターン長さＬ２は、√３×（エッチング深さ）になり、少なくとも１０４０μｍは必要である。
【００３７】
図７に示すように、高さ６００μｍの板状構造体１５をマトリックス状に配置した場合、従来例では板状構造体１５の間隔を最低でも４２００μｍピッチとする必要があるのに対して、本実施形態では、補償部１６を含めても、３０００μｍピッチまで狭めることが可能である。
【００３８】
以上説明したように、ウエットエッチングの深さを考慮することにより、板状構造体１５を形成するために確保すべき領域（寸法）を予測することができ、必要最小限の面積で板状構造体１５を形成することができる。また、補償部１６を形成することによって、所望の板状構造体１５の大きさに加えて補償部１６の大きさを含む領域で形成することができ、板状構造体１５をマトリックス配置する場合、さらなる集積化が可能である。
【００３９】
［光スイッチングデバイスの構成］
本実施形態に係る光スイッチングデバイスは、Ｎ×Ｎ光スイッチングデバイスであり、上述の半導体構造製造方法によって形成される多数の板状構造体１５を、各光スイッチのミラーとして有するものである。
【００４０】
図８に示すように、Ｎ×Ｎ光スイッチングデバイスは、半導体構造製造方法により作製した板状構造体１５をミラーとして備えたミラーユニット３１をマトリックス状に複数有するＮ×Ｎミラーユニット３０と、Ｎ×Ｎミラーユニット３０との光の入出力を行うための複数のファイバコリメータ４０から構成される。
【００４１】
市販のファイバコリメータ４０を使用した場合、ファイバコリメータ４０の最小直径が１ｍｍ程度であり、この程度までのミラーピッチで構成されるＮ×Ｎミラーユニット３０まで小型化することができる。また、Ｎ×Ｎミラーユニット３０の光の入出力を行うには、ファイバ先端をレンズ状に加工したレンズ付きファイバ等もあり、この場合には、ファイバ直径である２５０μｍ程度のピッチにまでミラー間隔を狭くすることができ、さらなる素子の小型化を図ることができる。
【００４２】
なお、入出力数であるＮ×Ｎは、必要に応じてマスクを書き換えるだけで容易に変更することができる上、Ｎ×Ｎミラーユニット３０を一体形成することによって、従来の光スイッチングデバイスで行われている１つ１つのミラーを順次調芯していくことなく、各々のミラーユニットを所望の形に配置することが可能である。
【００４３】
この光スイッチングデバイスは、上述の半導体構造製造方法によって作製した板状構造体１５をミラーユニット３１のミラーとして用いる。これにより、Ｎ×Ｎミラーユニット３０が有する全てのミラーの側面は、結晶方位性を考慮した異方性エッチングにより同一方位面に作製されているので、従来の光スイッチングデバイスのように個々のミラーに対して光ファイバを順次調芯していく工程が不要となり、アラインメントを容易に行うことができる。
【００４４】
また、この光スイッチングデバイスは、板状構造体１５のサイドエッチング量を考慮せずにミラーを形成できるので、ミラーの形成に必要な領域が比較的小さくて済み、その結果、１枚の基板上に多数のミラーを配置することができるので、小型集積化を図ることができる。したがって、大規模な光スイッチングデバイスを実現することができる。
【００４５】
さらに、この光スイッチングデバイスは、上述の半導体構造製造方法によって作製した垂直性の良い高アスペクト比な板状構造体１５をミラーユニット３１のミラーとして用いる。このように、全てのミラーユニット３１のミラーが結晶方位面を利用した異方性エッチングにより一括して形成されているため、ミラーユニット毎に寸法ばらつきがなく、優れた光学特性を実現することができる。
【００４６】
なお、上述の各実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明を適用した半導体構造製造方法における製造プロセスの一例を示すものであり、（ａ）は半導体基板の斜視図、（ｂ）はその断面図である。
【図２】窒化膜形成工程を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図３】窒化膜パターニング工程を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図４】ウエットエッチング工程を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図５】マスクとなる構造体パターンの形状例を示す平面図である。
【図６】板状構造体の両端部に補償部が形成された状態を示す概略斜視図である。
【図７】補償部を有する板状構造体をマトリックス状に配置した状態を示す平面図である。
【図８】本発明を適用した光スイッチングデバイスの一例を示す平面図である。
【図９】従来の構造体パターンの一例を示す平面図である。
【図１０】サイドエッチングの様子を示す側面図である。
【図１１】来例の板状構造体をマトリックス状に配置した状態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  シリコン基板
１１  窒化膜
１２  レジスト
１３  構造体パターン
１４  側面
１５  板状構造体
１６  補償部
１７  延長部
１８  （１１１）面構造部
１８ａ  エッジ部
２１  板状構造体パターン
２２  補償部パターン
２３  延長部パターン
２４  （１１１）面構造部パターン
３０  Ｎ×Ｎミラーユニット
３１  ミラーユニット
４０  ファイバコリメータ
【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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