(57)【要約】【課題】  複雑な構造体、可動ミラーを備えたものを短時間で作製可能とする構成。【解決手段】  二酸化シリコンの中間層４１を挟むシリコン基板４２及び単結晶シリコンのデバイス層４３からなる基板３１にマスク材層４４を形成し（図１０Ａ）、これをパターニングし、目的とする光デバイスの平面形状と同一パターンのマスク４５を形成する。その際ミラー面となるべき面がシリコン結晶の（１００）面になるようにする。マスク４５をマスクとしてデバイス層４３を、反応性イオンのドライエッチングにより、中間層４１が露出するまで垂直にエッチングする（図１０Ｃ）。その後、ＫＯＨ溶液により結晶方位に対し異方性のウエットエッチングを１０分程度行って、ミラー４の側壁面を平滑な結晶面（１００）とする。次に、中間層４１を選択的にウエットエッチングして、光デバイスの可動部の下の中間層４１のみを除去する（図１０Ｄ）。【選択図】  図１０
2005107180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコン基板上に形成され、ミラーと、ミラー以外の構造物とを備える微小光デバイスであって、
上記ミラーのミラー面はシリコン単結晶の基板板面に垂直な（１００）面または（１１１）面のいずれかであり、そのミラー面を含む上記ミラーとミラー以外の構造物との面はすべて基板板面に垂直な側壁面または基板板面に平行な面で構成されることを特徴とする微小光デバイス。
【請求項２】
単結晶シリコン基板上に、ミラーと、ミラー以外の構造物とを備える微小光デバイスを作製する方法であって、
上方部と下方部の２枚のシリコン単結晶層とこれにより挟まれた絶縁中間層とでなるＳＯＩ基板の上記上方部上面にマスク層を形成し、
上記上方部の単結晶の基板板面に垂直な（１００）面または（１１１）面のいずれかに一致するミラー面と、それ以外の基板板面に垂直な側壁面とを規定するパターンを、フォトリソグラフィによりマスク層にパターニングしてマスクを形成し、
上記マスクによりマスクされていない上記上方部を上記絶縁中間層が露出するまでガス反応性のドライエッチングによって除去し、
上方部の上記ドライエッチングによって露出された側壁の表面のうちの（１００）面または（１１１）面に一致する面を、シリコンに対する異方性ウェットエッチング溶液によって平滑化し、
上記平滑化された（１００）面または（１１１）面に一致する面のうちのミラー面とする面に高反射率を有する金属を被覆することを特徴とする微小光デバイス作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は例えばミラーを利用して光路の切り換えや光量調節を行うことができる微小光デバイス、のようにミラーおよび複雑な構造物を有し、深彫りドライエッチングにより作製されたミラーを備える微小光デバイスおよびその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体異方性ドライエッチング等の方法により、基板上にミラー、ヒンジ、アクチュエータ、光導波部の各要素を形成し、光導波部にミラーを挿抜することによって光路の切換えを行なう機能を有する光スイッチが提案されている。
【０００３】
その具体例として、特許文献１に開示されているＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems：微小電気機械システム）光スイッチの構造を図１２に示す。板状基体１００（図１２では１００ａと１００ｂに分割分離して示しているが一体のものである）上に４本のファイバ溝１Ａ〜１Ｄが十字状に形成され、その互いに直角なファイバ溝１Ａと１Ｂ間の基体１００を駆動体形成部１０１とし、駆動体形成部１０１にファイバ溝１Ａと１Ｂに対しそれぞれ４５度をなすスロット１０３が形成され、スロット１０３に可動ロッド１１６が配され、可動ロッド１１６の両側に支持枠１３４Ａ，１３４Ｂの一端が固定され、支持枠１３４Ａ，１３４Ｂの他端が板ばねヒンジ１２８Ａ，１２８Ｂにより固定支持部１３０Ａ，１３０Ｂに固定され、可動ロッド１１６はその延長方向に移動自在に保持されている。４本の光ファイバ１０６Ａ〜１０６Ｄがファイバ溝１Ａ〜１Ｄ内に配置され、光ファイバ１０６Ａ〜１０６Ｄの放射状配置の中心部１ｃにミラー１０２が位置して可動ロッド１１６の一端に支持され、可動ロッド１１６の他端に櫛歯型静電アクチュエータ１２２が連結される。
【０００４】
櫛歯型静電アクチュエータ１２２は可動ロッド１１６の両側にそれぞれ延長された可動櫛歯電極１１０と固定櫛歯電極１０８が可動ロッド１１６の延長方向に配列され、可動櫛歯電極１１０が可動ロッド１１６に固定され、固定櫛歯電極１０８が、駆動体形成部１０１にそれぞれ固定される。これら櫛歯電極１１０と１０８の間に電圧を印加することにより静電気の吸引力が発生し、可動ロッド１１６が固定櫛歯電極１０８側に移動し、ミラー１０２が中心部１ｃから抜き出た状態に維持させる。この電圧印加を解くと、可動ロッド１１６はヒンジ１２８Ａ，１２８Ｂの復帰力で中心部１ｃに移動しミラー１０２が中心部１ｃに位置し、元の状態に戻る。
【０００５】
ミラー１０２が中心部１ｃに挿入されている状態では光ファイバ１０６Ａから出射した光がミラー１０２で反射されて光ファイバ１０６Ｂに入射し、光ファイバ１０６Ｄから出射した光はミラー１０２で反射されて光ファイバ１０６Ｃに入射する。ミラー１０２を中心部１ｃから抜き出した状態では光ファイバ１０６Ａから出射した光は光ファイバ１０６Ｃに入射し、光ファイバ１０６Ｄから出射した光は受光用光ファイバ１０６Ｂに入射する。
【０００６】
この光スイッチの作製は次のように行われる。図１３Ａに示すようにシリコン基板３０１としてこれを上方部３０４と下方部３０６に分離する酸化シリコン層３０２が形成されたものが用いられる。基板３０１上にマスク層３０３をフォトレジスト材で形成する。このマスク層３０３をフォトリソグラフィ技術によりパターニングして図１２に示した基体の表面の形状パターンにする。つまりファイバ溝１Ａ〜１Ｄ、スロット１０３部分などにはマスク層３０３は除去され、櫛歯電極１０８，１１０、ヒンジ１２８Ａ，１２８Ｂ、可動スロット１１６、支持枠１３４Ａ，１３４Ｂなどの上部にはマスク層３０３が残される（図１３Ｂ）。ミラー１０２が形成される部分上のマスク層３１１の両側にこれと近接平行して犠牲隆起層用マスク層３１３が形成される。基板３０１に対しマスクされていない露出部分を深い反応性イオンエッチング（Deep Reaction Ion Ething：ＤＲＩＥ）により図１３Ｃに示すようにエッチングして酸化シリコン層３０２が露出するようにする。これにより垂直なエッチング側壁をもつファイバ溝１Ａ〜１Ｄ、スロット１０３などが形成される。
【０００７】
次に図１３Ｄに示すようにマスク層３０３を除去した後、酸化シリコン層３０２に選択的なエッチャント３２２内に浸して図１３Ｆに示すように残存マスク層３０３の幅狭部分と対応する酸化シリコン層３０２を除去するが残存マスク層３０３の幅広部分と対する酸化シリコン層３０２は残され、ミラー１０２（３１９）を可動ロッド１１６、可動櫛歯電極１１０、支持枠１３４Ａ，１３４Ｂがヒンジ１２８Ａ，１２８Ｂにより、固定部１３０Ａ，１３０Ｂに対し可動自在に保持する。この酸化シリコン層３０２のエッチングにより、ミラー３１９（１０２）の両側に残った犠牲隆起層３２１も除去され、図１３Ｆに示すようになる。ミラー１０２の両側面に蒸着し、反射性金属を被覆する。
【０００８】
このように、深い反応性イオンエッチング（ドライエッチング）を利用すると、シリコン基板３０１に対し、その結晶方位に左右されることなく、垂直なエッチング側壁を形成することができ、よって図に示した微細なかつ複雑な形状の構造物を作製することができる。なおシリコン基板に対しエッチング液によるウエットエッチングにより深彫りエッチングを行うことができるが、このウエットエッチングはシリコンの結晶面方位に対し異方性を示すため、図１２に示した光スイッチデバイスのような複雑な構造をした微小電気機械システムの光デバイスを作製することはできない。このため、この種の微小光デバイスは反応性イオンによる深彫りドライエッチングにより作製されていた。
【０００９】
なるべく垂直なエッチング側壁が得られるように、深い反応性イオンエッチングを行うと、エッチング側壁面に１００ｎｍオーダ以上の凸凹が生じる。従って、そのような凸凹があるエッチング側壁面を可動ミラー１０２のミラー面とすると良好な反射特性のミラーにはならない。そこで前記特許文献１では深い反応性イオンエッチングを行う際に図１３Ｃに示したように犠牲隆起層３２１をミラー３１９（１０２）の両側にこれと接近平行して形成している。このような手法をとることにより、犠牲隆起層３２１を形成しない場合より、ミラー３１９の両側壁を、凹凸が３０ｎｍオーダ以下の平滑な面としている。
【００１０】
また深い反応性イオンドライエッチングにより形成されたミラーの荒れたシリコン表面を熱酸化し、その酸化膜を除去することにより荒れの少ないミラー表面を得ることが知られている（非特許文献１参照）。なお、深い反応性イオンドライエッチングにより光スイッチを作製する方法は特許文献２にも記載されている。
【特許文献１】特表２００３−５０６７５５号公報
【特許文献２】米国特許第6,315,462号公報
【非特許文献１】W.H.Juan,S.W.Pang著“Controlling sidewall smoothness for micromachined Simirrors and lenses”,J.Vac.Sci.technol.B141(6) Nov/Dec 1996, p.4080-4084。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
深い反応性イオンドライエッチングにより生じる荒れたミラー面を平滑にする特許文献１に示す手法は、深彫りドライエッチングの後、犠牲隆起層を除去することが必要であるが、材質的にはミラーと同一であるため選択的にエッチングすることは困難であり、基本的には基板から剥がして落とす（剥離する）ことになる。この剥離した犠牲隆起層は小さなかけらであり、櫛歯電極の櫛歯の間や、ばねヒンジなど狭い間隔の部分が多数接近して存在しており、この部分に前記かけらが引っかかり、光デバイスに悪影響を及ぼしたり歩留りを低下させるおそれがあった。
【００１２】
非特許文献１に示す手法では熱酸化により酸化膜を形成するための時間が、例えば１０時間程度と長く、光デバイスの作製時間が長くなり、この点で光デバイスの価格が高くなる。光スイッチのみならず、一般にミラーおよびそれ以外の複雑な構造物を備えた微小光デバイスを、ガス反応性のドライエッチングにより、基板面と垂直にエッチングして作製する場合は同様の問題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明の微小光デバイスによれば、ミラーのミラー面はシリコン単結晶の基板板面に垂直な（１００）面または（１１１）面のいずれかであり、そのミラー面を含む上記ミラーとミラー以外の構造物との面はすべて基板板面に垂直な側壁面または基板板面に平行な面で構成される。
【００１４】
この発明の作製方法によれば、上方部と下方部の２枚のシリコン単結晶層により中間絶縁層を挟んだＳＯＩ基板の上方部上面にマスク層を形成し、上方部の単結晶の基板板面に垂直な（１００）面または（１１１）面のいずれかに一致するミラー面と、それ以外の基板板面に垂直な側壁面とを規定するパターンを、フォトリソグラフィによりマスク層にパターニングしてマスクを形成し、
このマスクによりマスクされていない上方部を中間絶縁層が露出するまでガス反応性のドライエッチングによって除去し、
上方部のドライエッチングによって露出された側壁の表面のうちの（１００）面または（１１１）面に一致する面を、シリコンに対する異方性ウェットエッチング溶液によって平滑化し、
平滑化された（１００）面または（１１１）面に一致する面のうちのミラー面とする面に高反射率を有する金属を被覆する。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によればミラー面は（１００）面又は（１１１）面であるが、光デバイス構造の他の垂直側壁面にはその制約を付けず、（１００）面又は（１１１）面になっていない面、つまり他の結晶面あるいは他の結晶面をある角度で切断した面があってもよい。従ってミラー面が（１００）面又は（１１１）面となるように、シリコン単結晶基板に対し、ガス反応性ドライエッチングによる深彫り加工により微細で複雑な形状の構造とすることができ、しかも、その深彫りエッチング加工の後に結晶方位に対して異方性を示す溶液によりエッチングを行うことにより、エッチング速度が速い高次の面が素早くエッチングされて、ミラー面が結晶面（１００）面又は（１１１）面となり、つまり凸凹が１０ｎｍオーダ以下の平滑なミラー面となり、かつこのウエットエッチングの時間は短かいものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
この発明を光スイッチに適用した実施形態を図面を参照して説明する。図１に平面図、その断面を図１１に示すように、シリコン板状基体３１の上面３１ｕに十字状にファイバ溝１が形成され、十字状ファイバ溝１の中心部１ｃに対し、放射状となっている４本のファイバ溝１Ａ〜１Ｄにそれぞれ、光ファイバ３２Ａ〜３２Ｄが挿入され、図２に示すように光ファイバ３２Ａ〜３２Ｄはそれぞれファイバ溝１の一方の側壁に形成された押圧ばね２により、ファイバ溝１の他方の側壁に押し当てられると共に、中心部１ｃの近くの突き当て突部３に各光ファイバ端面が突き当てられて基体３１に対して光ファイバ３２Ａ〜３２Ｄが位置決めされる。各光ファイバ３２Ａ〜３２Ｄの端面は例えば６°に斜面研磨されたコリメーションファイバが用いられた例である。
【００１７】
図１に示すように基体３１の上面３１ｕ側における十字状ファイバ溝１により４分割された１つの領域が駆動体形成部１０とされ、駆動体形成部１０はこれを２分するように中心部１ｃと連通したロッド溝３３が形成され、ロッド溝３３に可動ロッド７が配され、可動ロッド７の中心部１ｃ側の一端にミラー４が保持され、可動ロッド７の両側の各２個所に連結された板ばねヒンジ６Ａ〜６Ｄにより、可動ロッド７がその延長方向に移動自在に駆動体形成部１０に支持される。ヒンジ６Ａ，６Ｃと６Ｂ，６Ｄとの間において、櫛歯型静電アクチュエータが設けられ、その可動櫛歯電極５が可動ロッド７の両側に固定され、可動櫛歯電極５のヒンジ６Ｃ，６Ｄ側とヒンジ６Ａ，６Ｂ側とに第１、第２固定櫛歯電極８，９が駆動体形成部１０に固定されている。可動櫛歯電極５と第１、第２固定櫛歯電極８，９との櫛歯の関係を図３に拡大して示す。
【００１８】
この実施形態ではミラー４の両側面、つまりミラー面４Ｍは板状基体３１の板面、つまり上面３１ｕと垂直であり、かつ単結晶シリコンの結晶面（１００）とされている。この光デバイス中のミラー面４Ｍと平行または直交して上面３１ｕと垂直な露出面はシリコンの結晶面（１００）であるが、それら以外の垂直な面は（１００）面ではない。板状基体３１の上面３１ｕは（１００）面である。
【００１９】
また板ばねヒンジ６Ａ，６Ｂと６Ｃ，６Ｄは駆動体形成部１０に形成されたヒンジ用凹部１４ａと１４ｂ内に配されている。ミラー４以外の構造物、つまり可動櫛歯電極５、可動ロッド７、ヒンジ６Ａ〜６Ｄ、第１、第２固定櫛歯電極８、９の面はすべて基体板面（上面３１ｕ）と垂直な側壁面または上面３１ｕと平行な面で構成されている。光デバイス作製直後の初期状態で、ヒンジ用凹部１４ａ，１４ｂの各板ばねヒンジ６Ａ〜６Ｄの板面と対向する壁面はそれぞれその対向ヒンジ６Ａ，６Ｂまた６Ｃ，６Ｄと平行であることがよく、これらの第２、第１固定櫛歯電極９，８側とヒンジとの間隔をＤ１，Ｄ２、その反対側とヒンジとの間隔をＤ３，Ｄ４とするとＤ１＝Ｄ２＝Ｄ３＝Ｄ４とすればよい。また板ばねヒンジ６Ａ〜６Ｄの断面形状は、その両側面がわずか、例えばθ１＝０．５°程度傾斜したテーパ面とされ、その表面６ｓ側より内面に近づくに従って、漸次幅が狭くなるようにされていることが好ましい。例えば図４Ａに示すように下の底辺に対し上辺が広い台形状あるいは図４Ｂに示すようにくさび形三角形状とするとよい。
【００２０】
この光デバイスの作製直後の初期形状（第１安定状態）においては、ミラー４は中心部１ｃに挿入されている。この時、光ファイバ３２Ａから出射された光はミラー４によって反射され光ファイバ３２Ｂに入射される。光ファイバ３２Ｄから出射された光は光ファイバ３２Ｃへ反射入射される。可動ロッド７、可動櫛歯電極５と板ばねヒンジ６Ａ〜６Ｄを介して電気的につながれている駆動体形成部１０、第２固定櫛歯電極９をそれぞれアースした状態で第１固定櫛歯電極８に電圧を印加すれば、第１固定櫛歯電極８と可動櫛歯電極５との間に静電吸引力が働き、その力が第１安定状態の保持力よりも大きい場合、板ばねヒンジ６Ａ〜６Ｄは第２安定状態へと反転し、その電圧の印加を絶ってもその状態で自己保持される。この時、図５に示すようにミラー４は中心部１ｃから退避した状態となり、光ファイバ３２Ａ，３２Ｄからの各出射光は光ファイバ３２Ｃ，３２Ｂにそれぞれ入射される。駆動体形成部１０、第１固定櫛歯電極８をアースした状態で第２固定櫛歯電極９に電圧を印加すれば、第２固定櫛歯電極９と可動櫛歯電極５との間に静電吸引力が作用し、その力が第２安定状態よりも大きい場合には再び第１安定状態へと戻る。なお、第１又は第２固定櫛歯電極８又は９と可動電極５との間にそれぞれ電圧を印加するには、例えば第１、第２固定櫛歯電極８、９にそれぞれボンディングワイヤを接続しておき、これらボンディングワイヤと駆動体形成部１０１との間に電圧を印加すればよい。
【００２１】
この光デバイスにおいて、ミラー４以外の可動部はミラー駆動方向と平行な中心線（可動ロッド７の中心線）に関して線対称な構造を有し、尚且つ、４本の板ばねヒンジ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄによる可動ロッド７の支持点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ（すなわち、ヒンジ反力作用点）は可動櫛歯電極５と可動ロッド７との連結部（すなわち、駆動力作用点Ｓ）に関して対象な位置に配置されている。更に、前記駆動力作用点Ｓは可動部の重心にほぼ一致するように設計されている。このような構造をとることにより、例え、アクチュエータの駆動力が前記可動部を駆動すべき所望の方向とは異なるベクトル成分を含有している場合においても、前記駆動力の不要ベクトル成分に対し前記４本の板ばねヒンジ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄから均等に反力が作用するため、前記可動部の所望の駆動方向以外への動きを効果的に抑制することができる。
【００２２】
また、衝撃力等の外乱が作用した場合においても、１）可動部の重心に関し対称な位置に４本の板ばねヒンジ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄが設けられていること、２）重い構造体である可動櫛歯電極５を４本の板ばねヒンジ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄが均等に支持していること、以上２点の構造的特徴により可動部の不必要な動きを効果的に抑制することができる。
【００２３】
また板ばねヒンジ６Ａ〜６Ｄの両側面がわずかに傾斜したテーパ面とされ、幅が内側程、狭くなる形状とされているため、同等なばね定数を得るためのヒンジ６Ａ〜６Ｄの表面側の幅を、断面が長方形とする場合よりも広くすることができ、それだけフォトリソグラフィが容易になり、作製誤差にも強くなる。
【００２４】
つまり板ばねヒンジ６Ａ〜６Ｄの機械的剛性はヒンジ厚さの３乗に比例するため、ヒンジ６Ａ〜６Ｄの厚さは可動部の動特性に大きな影響を及ぼす。よって適切なスイッチング電圧が得られるためには、ヒンジ６Ａ〜６Ｄの厚さは例えば１μｍ程度と非常に薄い形状に加工する必要があり、極めて高い製作精度が要求される。しかしそのような寸法領域で最終仕上り形状精度を十分に達成することは難しい。
【００２５】
ばねヒンジ６の断面形状を図６に示すようにその側面テーパの傾斜θ１を一定値（例えば０．５°）として、表面６ｓ側の幅Ｗ１を各種の値とした台形ないし三角状断面ばねヒンジ６と、その幅及び高さとそれぞれ同一とした場合の長方形断面のばねヒンジについて、ばね定数とヒンジ幅Ｗ１との関係を図７に、ヒンジ幅誤差とばね定数との関係を図８にそれぞれ示す。図７から同一ばね定数の場合、台形、三角形状断面は長方形断面より０．６μｍ以上幅Ｗ１を広くすることができることがわかる。また図８からヒンジ幅Ｗ１の誤差が大きくなるに従って、ばね定数が変化する割合が長方形断面より、台形、三角形断面の方が小さく、それだけ、同一ばね誤差に対し、大きい設計誤差が許されることが理解される。
【００２６】
光デバイスの作製時におけるウエットエッチング後の乾燥工程で、液体の表面張力により可動部分が固定部に従い寄せられ、乾燥後においてもそのまま固着したままとなる不具合が生じ易い。これを防止するため、減圧下で昇華する液体で置換した後、低温にし固定させ、減圧下で昇華させる方法や、二酸化炭素（ＣＯ2 ）で置換し、液相から気相への状態変化を伴わない高温高圧下で行う超臨界乾燥法あるいは単純に表面張力の小さい液体で置換した後、乾燥するといった方法などがある。これらのなかで、表面張力の小さい液体から乾燥する方法が簡便であるが、確実性に欠ける難点がある。
【００２７】
またこのような問題が生じないように、吸着し難い程度に機械的剛性を大きくすることが考えられる。しかし、板ばねヒンジ６Ａ〜６Ｂは駆動電圧との関係から剛性を増すことができず、吸着が起こり易い。これは以下の理由に基づくものと分かった。可動部の位置が、第１安定状態と、第２安定状態とをとることができるように、板ばねヒンジ６Ａ〜６Ｄとして屈曲されたものが用いられている。従って図９Ａに示すようにヒンジ用凹部１４を長方形にすると板ばねヒンジ６の板面と、これと対向するヒンジ用凹部１４の壁面との間隔が大きい部分や小さい部分が生じ、乾燥工程で液体の蒸発のタイミングにずれが生じ、狭部分の液体１５の蒸発が遅れ、その残った液体１５によりヒンジ６が凹部１４の壁面に引き寄せられる。
【００２８】
しかし図１に示した例のようにヒンジ６Ａ〜６Ｄの周りの空間形状、つまりヒンジ板面と凹部壁面との間隔を均一とすることにより、図９Ｂに示すように蒸発遅れした液体１５がヒンジの両側で同一量となり、ヒンジが吸着されたままになるおそれがない。簡便な液体からの直接乾燥を確実に行うことができる。
【００２９】
次に図１〜３に示した光デバイスを作製する方法の例を図１０を参照して説明する。図１０は各工程における図１中１１Ａ−１１Ａ線断面を示す。
【００３０】
図１０Ａに示すように中間絶縁層４１を介して２枚のシリコン単結晶層４２，４３が接合された板状基体、いわゆるＳＯＩ基板３１を用意する。例えばシリコン単結晶層４２として厚さ３５０μｍの単結晶シリコン基板を用い、そのシリコン基板４２上に厚さ３μｍのシリコン酸化膜４１が中間絶縁層として形成され、更にその上にシリコン単結晶層４３として単結晶のシリコンデバイス層４３が形成されて基体３１とされる。
【００３１】
その基体３１上、つまりシリコンデバイス層４３上にマスク材層４４を形成する。マスク材層４４としては例えばシリコン酸化膜が用いられる。
【００３２】
ミラー４、ヒンジ６Ａ〜６Ｂ、可動ロッド７、可動櫛歯電極５、第１、第２固定櫛歯電極８，９上と、ファイバ溝１、ロッド溝３３及び板ばねヒンジ６Ａ〜６Ｂの屈曲動作に影響を与えない空間部分（ヒンジ用凹部１４）を除く基体３１上、つまりミラー面と、ミラー面以外の基板板面に垂直な側壁面とを規定するパターン、この実施例では図１に示す形状パターンに、例えばフォトリソグラフィ技術を用いてマスク材層４４をパターニングして図１０Ｂに示すようにマスク４５を作成する。この場合ミラー４のミラー面と、その他の基板板面に垂直な側壁面がシリコン単結晶の（１００）面となるようにパターニングする。従ってシリコンデバイス層４３の上面がシリコン単結晶の（１００）面であるＳＯＩ基板３１を用いる。
【００３３】
次に例えばＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）によるドライエッチングにより、マスク４５をマスクとしてシリコンデバイス層４３を、図１０Ｃに示すように中間絶縁層４１が露出するまで、板状基板３１の板面に対し、ほぼ垂直にエッチングする。これによりファイバ溝１、ロッド溝３３、ヒンジ用凹部１４、各櫛歯電極の櫛歯などが形成される。
【００３４】
このエッチングにより形成された側壁を含むシリコンデバイス層４３の表面を洗浄した後、シリコン結晶方位に対してエッチングレートが異方性を示すエッチングレートが常温で小さい、例えば０．０３μｍ／ｍｉｎ溶液、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）の８ｍｏｌ／リットル（８規定）の溶液に、常温で１０分程度浸してシリコンデバイス層４３のエッチングにより形成された側壁をわずかウエットエッチングする。このエッチング液としてはエチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ）水溶液、４メチル水酸化アンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液などでもよく、いずれもエッチングレートが常温で０．０１μｍ／ｍｉｎのオーダのものを用いるのが好適である。
【００３５】
その後中間絶縁層４１に対して選択的なエッチング液、例えば弗素酸（ＨＦ）の５０％溶液（又は弗化水素酸と弗化アンモニウムの混合液）に浸して中間絶縁層４１に対しエッチングを行う。このエッチング時間は、ミラー４、可動櫛歯電極５、ヒンジ６Ａ〜６Ｄ、可動ロッド７などの可動部と対応する部分の中間絶縁層４１は完全に除去されるが、第１、第２固定櫛歯電極８，９の櫛歯以外の部分などの基体３１に固定されているべき部分の中間絶縁層４１は周縁のわずかな部分が除去されるのみとする。このエッチング処理により、前記可動部は板ばねヒンジ６Ａ〜６Ｄにより、移動自在に基体３１に支持される。またこの例では中間絶縁層４１とマスク材層４４は同一材とし、マスク４５も同時に除去している。
【００３６】
このエッチング処理後の、図１中の１１Ａ−１１Ａ線断面、１１Ｂ−１１Ｂ線断面、１１Ｃ−１１Ｃ線断面をそれぞれ図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃに図１、図１０と対応する部分に同一参照番号を付けて示す。
【００３７】
前述したシリコンデバイス層４３のエッチング側壁に対するわずかな時間の異方性ウエットエッチングは、中間絶縁層４１に対するエッチング、つまり可動部を可動状態にするためのエッチングの後に行ってもよい。
【００３８】
これら両エッチングはいずれもウエットエッチングであり、この両エッチング処理の間に、乾燥工程を介在させることなくエッチング液の置換によって連続して行うことができる。
【００３９】
前記シリコンデバイス層４３に対する深彫りドライエッチングを行った状態ではそのエッチング側壁面は、シリコン結晶方位によらない無秩序な方向（高次の面方位）を向いた凸部の集合とみなせる荒れた面になっている。しかし水酸化カリウムのようなシリコンの結晶方位に対しエッチングレートが異方性を示すエッチング液によるエッチングにより、エッチングレートの速い高次の面が素早くエッチングされる。ミラー４の両側面はシリコン結晶の（１００）面とされているため、結晶方位による異方性エッチングによりミラー面はシリコン結晶の（１００）方向の凹凸が１０ｎｍオーダ以下の平滑な面となる。このミラー４の平滑とした両側面に高反射率の金属、例えばＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ多層膜をスパッタによりコーティングして、ミラー本体を形成する。
【００４０】
単結晶シリコンに対する異方性ウエットエッチング加工では通常は、ＫＯＨの溶液を７０℃程度で使用するが、この場合はエッチングレートが前述した小さいエッチングレートより２桁近く大きい１μｍ／ｍｉｎ程度のオーダとなっており、厚さが２μｍの可動ミラー４を加工するとエッチング時間が極く短時間になり、この時間を極めて精度よく制御しないとミラー部分が溶解してしまう、よって実質的には加工制御が困難であるが、この発明では小さいエッチングレートで行うため比較的容易に行うことができる。このエッチングレートは常温で０．０１μｍ／ｍｉｎのオーダが好ましい値であるが、必ずしもこの値に限るものでない。先に述べたようにエッチングレートが１．０μｍ／ｍｉｎオーダではエッチング制御が現実的に困難になるためであるから、エッチング制御を比較的容易に行うことができるエッチングレート、例えば常温で０．０５μｍ／ｍｉｎ程度、場合によっては０．１〜０．２μｍ／ｍｉｎ程度のエッチングレートでもよく、あまり遅いとこのウェットエッチング時間が長くなり過ぎるて、工業的でないから、生産性をそれ程害しない程度、例えば常温で０．００１〜０．００５μｍ／ｍｉｎ程度のエッチングレートでもよい。
【００４１】
前述した板ばねヒンジ６Ａ〜６Ｄの両側面をテーパ面とすることは、深彫りドライエッチングの際に表面側より、中間絶縁層４１側の方がヒンジの厚さ（断面の幅）が薄くなるように、側壁角度を基体表面に対し垂直からわずかずらして、エッチング条件を調整してエッチングを行えばよい。この場合ミラー４のミラー面、つまり結晶面（１００）も基体表面（基板板面）に対し、厳密な意味では垂直からわずかずれるが、このずれが０．５°程度であれば、光学性能への影響は極めて小さい。この明細書ではこのようなかすかなずれを含めて深い反応性イオンのドライエッチングに形成された側壁面が、基体表面（基板板面）に対して垂直であるという。
【００４２】
深彫りドライエッチングにより形成された側壁面に対する異方性ウエットエッチングは可動部の動特性に大きな影響を与える板ばねヒンジ６Ａ〜６Ｄの厚さの微調整にも利用できる。
【００４３】
上述ではエッチングレートが遅い面として（１００）面を利用し、ミラーのミラー面をシリコン単結晶の（１００）面としたが、シリコンデバイス層４３の上面が（１１０）面のＳＯＩ基板３１を用い、ミラーのミラー面を（１１１）面としても、異方性ウェットエッチングにより平滑なミラー面とすることができる。これらの面のどちらかといえば（１００）面の方が好ましい。
【００４４】
上述ではミラー４以外の複雑な構造物はミラー駆動部の場合にこの発明を適用したが、これに限られるものではなく、深彫りドライエッチングによりミラーおよびミラー以外の構造物を形成する微小光デバイスであって、ミラー面がシリコン単結晶の（１００）面又は（１１１）面であり、かつ基板板面と垂直であり、またそのミラーとミラー以外の構造物のなす面は基板板面に垂直な側壁面又は基板板面に平行な面で構成されている微小光デバイスにも、従ってミラーが固定のもの、構造物に可動部を含まないものにも、この発明を適用することができる。以下にその例を述べる。
・可動デバイスとして、
可変光減衰器（VOA,Variable Optic Attenuator）・・・光スイッチとほぼ同一構成であるが、板ばねヒンジに双安定動作の機能がなく、ミラーを二値的移動制御する替りに、駆動印加電圧に応じてミラーを連続的に変位させる。
【００４５】
共振器型可変光フィルタ・・・２枚のミラーを向かい合わせて共振器を構成し、その少なくとも一方を可変としてミラー相互の間隔を可変とし、共振器の透過波長特性を変更させる。
・静止デバイスとして、
ミラーとともに、光ファイバ、半導体レーザ素子、受光素子、板状の光フィルタ素子を搭載してなる送受信用の光モジュール。これらの各種素子を搭載するための溝や座繰り等の構造を深い反応性イオンによるドライエッチングにより形成する。光ファイバや板状の光フィルタ素子などを位置決めする押圧バネ（例えば図２中の押圧ばね２）による押圧機構を備える微小光学デバイス。  
【００４６】
結晶方位によらない異方性深彫りドライエッチングは、前記ＩＣＰのみならず、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明の実施例を示す平面図。
【図２】図１に示した光デバイスの十字状ファイバ溝の中心部付近の構造を説明するための拡大平面図。
【図３】図１に示した光デバイスの可動櫛歯電極と固定櫛歯電極の構造を説明するための拡大平面図。
【図４】図１に示した光デバイスに用いた板ばねヒンジの拡大断面図。
【図５】図１に示した光デバイスにおいてミラーがファイバ溝中心部１ｃから抜けた状態を示す平面図。
【図６】板ばねヒンジの各種幅の拡大断面図。
【図７】板ばねヒンジのヒンジ幅と、ばね定数の関係を示す特性曲線図。
【図８】板ばねヒンジのヒンジ幅誤差とばね定数の関係を示す特性曲線図。
【図９】ウエットエッチング後の乾燥工程の途中における液体の残存状態を示す図。
【図１０】図１に示した光デバイスのミラーを含む構造体の作製にこの発明方法を適用した場合の説明するための各工程における図１の１１Ａ−１１Ａ線断面図。
【図１１】図１に示した光デバイスの１１Ａ−１１Ａ線断面、１１Ｂ−１１Ｂ線断面、１１Ｃ−１１Ｃ線断面を示す図。
【図１２】従来の光デバイスを示す平面図。
【図１３】従来の光デバイスのミラーを含む構造体部分の作製方法を説明するための各工程の断面図。
【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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