(57)【要約】【課題】反射率を向上するミラーデバイスの製造方法。【解決手段】基板に形成され、基板表面と略垂直な反射面を有する複数のミラーと、ミラー表面に形成された薄膜とからなり、少なくとも一枚以上のミラーが移動可能な可動ミラーであるミラーデバイスの製造方法であって、可動ミラーを移動、保持するミラー保持工程と、ミラー保持工程後に、薄膜を前記反射面に堆積させる薄膜形成工程と、薄膜形成工程後に、可動ミラーを定常状態に戻す復元工程からなることを特徴とするミラーデバイスの製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成され、前記基板表面と略垂直な反射面を有する複数のミラーと、前記反射面に形成された薄膜とからなり、少なくとも一つ以上の前記ミラーが移動可能な可動ミラーであるミラーデバイスの製造方法であって、前記可動ミラーを移動、保持するミラー保持工程と、前記ミラー保持工程後に前記薄膜を前記反射面に堆積させる薄膜形成工程と、前記薄膜形成工程後に前記可動ミラーを定常状態に戻す復元工程からなることを特徴とするミラーデバイスの製造方法。
【請求項２】
前記可動ミラーの移動方向が、前記基板表面に対して略垂直方向であることを特徴とする請求項１に記載のミラーデバイスの製造方法。
【請求項３】
前記可動ミラーの移動方向が、前記基板表面に対して略水平方向であることを特徴とする請求項１に記載のミラーデバイスの製造方法。
【請求項４】
治具を前記可動ミラーと物理的に接触させて移動させることによって、前記可動ミラーを移動させることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のミラーデバイスの製造方法。
【請求項５】
前記可動ミラーを磁力によって移動させることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のミラーデバイスの製造方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載の方法を用いて作製したミラーを有することを特徴とするミラーデバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、微小ミラーを含むデバイスを作製する方法とその方法を用いて作製したミラーデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロマシン技術（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）は半導体微細加工技術の応用により、最近急速な発展を遂げている。特に光技術へのＭＥＭＳ技術の応用は近年著しい進展が見られる。このような技術は、スキャナー、マイクロミラーアレイディスプレイなどの画像装置、超小型な高密度光メモリ用読み出し書き込み装置などの情報通信分野に活かされている。このようなデバイスの１つとして微小ミラーを有するものがあり、微小ミラーを駆動することによって光の走査や光路切換を行っている。従って、微小ミラーは、そのデバイスの特性を左右するキーパーツである。効率よく光を伝送するために、微小ミラーには高い反射率が求められる。微小ミラーをシリコンで作製した場合、反射率は低い。そこで、シリコンで作製した反射面が高い反射率を得るためには、照射する光の波長に対して高い反射率が得られる金属膜を微小ミラーの反射面に被膜することが望ましい。例えば光通信用デバイスにおいては、反射面に照射する光が赤外光の場合、金が反射面に蒸着される。その被膜方法として、蒸着法が一般的に用いられており、その中でも複数の微小ミラーに蒸着するためは、微小ミラーを蒸着源に対して傾けて真空蒸着を行う斜方蒸着という手段がとられている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
【非特許文献１】Ｔ．Ｍａｔｓｕｕｒａ：  ＳＩＬＩＣＯＮ  ＭＩＣＲＯ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＳＷＩＴＣＨＩＮＧ  ＤＥＶＩＣＥ  ＷＩＴＨ  ＡＮ  ＥＬＥＣＴＯ  ＭＡＧＮＥＴＩＣＡＬＬＹ  ＯＰＥＲＡＴＥＤ  ＣＡＮＴＩＬＥＶＥＲ，  ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲＳ’９９  ２Ｃ３．５
【０００４】
【発明者が解決しようとする課題】
図４（ａ）は光通信デバイスの一部として固定ミラーと可動ミラーが配置された状態を示す上面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＤ−Ｄ‘における断面図であり、金属膜を斜方蒸着した後の状態である。ここで示す、微小ミラーを含む光デバイスは、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板３００を用いて作製しており、活性層３０１にバネ２０１、２０２、２０３、２０４、支持層３０２に可動ミラー８０２を作製し、支持層３０２の一部を固定ミラー８０１として用いる。ＳＯＩ基板３００には、ミラーに光を照射するため光学窓３０５が形成されている。図中矢印で示すＱは蒸着方向を示している。蒸着方向ＱとＳＯＩ基板３００のなす角度を角度θとする。蒸着方向Ｑから金属膜を斜方蒸着することで、可動ミラー８０２と固定ミラー８０１の反射面には金属膜６０２，６０１が被覆される。真空蒸着は、方向性の強い成膜方法であるため、形状や寸法が同じ微小ミラーが並んで配置されている場合、各ミラーの前に十分なスペースがなければ、後方のミラーには前方のミラーが影となって、十分な範囲の金属膜が被覆されない。例えば、ミラーの前に十分なスペースを有する可動ミラー８０２の反射面には金属膜６０２を一面に被覆することができるが、固定ミラー８０１の反射面には可動ミラー８０２が影となるため金属膜６０１を全面に被覆することができない。可動ミラー８０２と固定ミラー８０１の間隔をｄとすれば、固定ミラー８０１の反射面に被覆される金属膜６０１の高さｈは、
ｈ＝ｄｔａｎθ・・・・（１）
となる。固定ミラー８０１の反射面に蒸着される金属膜６０１の高さｈは、微小ミラーに照射される光のビーム径よりも大きいことが必要である。この式において、角度θが一定の場合、高さｈを大きくするためには、間隔ｄを大きくする必要がある。しかし、間隔ｄを大きくすると可動ミラー８０２と固定ミラー８０１を密に配置することができない。すなわち、可動ミラー８０２と固定ミラー８０１を含むデバイスにおいて、デバイスサイズが大きくなったり、光学的ロスが大きくなるなどの不都合が生じる。また、間隔ｄを一定にして高さｈを高くするためには、角度θを大きくすることが必要である。しかし、一般的に角度θを大きくすると、初めに蒸着された粒子の影になる部分が現れる。影となる部分には、次の粒子が蒸着されないため、微視的に見ると蒸着される部分と蒸着されない部分が存在する。結果として、蒸着することで反射面の表面粗さが大きくなり、反射率が低くなってしまう。そこで反射率が高い反射面を得るためには、通常は角度θは０°から６０°の間が良い。
【０００５】
そこで本発明は上記問題点を解決し、ミラーの反射率を向上させるためになされたもので、固定ミラーの蒸着範囲を広げる方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板に形成され、基板表面と略垂直な反射面を有する複数のミラーと、反射面に形成された薄膜とからなり、少なくとも一つ以上のミラーが移動可能な可動ミラーであるミラーデバイスの製造方法であって、可動ミラーを移動、保持するミラー保持工程と、ミラー保持工程後に薄膜を反射面に堆積させる薄膜形成工程と、薄膜形成工程後に可動ミラーを定常状態に戻す復元工程からなることを特徴とするミラーデバイスの製造方法とした。
【０００７】
可動ミラーの移動方向が、基板表面に対して略垂直方向であることを特徴とするミラーデバイスの製造方法とした。また可動ミラーの移動方向が、基板表面に対して略水平方向であることを特徴とするミラーデバイスの製造方法とした。
【０００８】
治具を可動ミラーと物理的に接触させて移動させることによって、可動ミラーを移動させることを特徴とするミラーデバイスの製造方法とした。また、可動ミラーを磁力によって移動させることを特徴とするミラーデバイスの製造方法とした。
前述のミラーデバイスの製造方法を用いて作製したミラーデバイスとした。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る可動ミラーと、その背後にある固定ミラーの反射面に金属膜を蒸着する方法を説明する図である。図１（ａ）は、蒸着前の可動ミラー８２と固定ミラー８１の位置関係を示す上面図である。図１（ｂ）は、金属膜を蒸着した状態を示す上面図である。図１（ｃ）は、図１（ｂ）に示すＡ−Ａ‘における断面図である。ここで示す微小ミラーを含む光デバイスは、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板３０を用いて作製しており、活性層３１にバネ、支持層３２に固定ミラー８１と可動ミラー８２を形成している。固定ミラー８１は、ＳＯＩ基板３０の支持層３２の一部を利用しており、その反射面はＳＯＩ基板３０の表面に対して略垂直である。ＳＯＩ基板３０の活性層３１に作製されている４本のバネ２１，２２，２３，２４によって可動ミラー８２は支えられており、固定ミラー８１と同様に可動ミラー８２の反射面は、ＳＯＩ基板３０の表面に対して略垂直である。可動ミラー８２、固定ミラー８１の寸法はほぼ同等であり、高さＨは数百μｍ以下、幅Ｗは数ｍｍ以下、厚さＴは数ｍｍ以下である。なお、ＳＯＩ基板３０の代わりにシリコン基板を用いて光デバイスを作製する場合、シリコン基板に堆積可能な二酸化珪素や、窒化シリコン、及びアルミニウムなどの金属を用いてバネを作製してもよい。
【００１１】
図１（ａ）において、可動ミラー８２と固定ミラー８１の間隔Ｌは、数十μｍである。ＳＯＩ基板３０には、可動ミラー８２および固定ミラー８１に光を照射するための光学窓３５が形成されている。
図１（ｂ）、図１（ｃ）において、蒸着する際に支持台１１に接続されている鍵状の冶具１２、１３を可動ミラー８２の裏面９１に掛け、可動ミラー８２を図中矢印Ｘで示す方向に移動させ、可動ミラー８２と固定ミラー８１の間隔をΔＬだけ拡げる。支持台１１、冶具１２，１３の材質はステンレス、真鋳、アルミニウムなどである。このとき、可動ミラー８２とＳＯＩ基板３０の側壁９２との距離Ｌ２が数百μｍ以上であるとともに、ＳＯＩ基板３０には光学窓３５が形成されているため、可動ミラー８２には、十分な高さの金属膜６２を蒸着できる。可動ミラー８２の移動量ΔＬは、数百μｍ以下であり、これは、可動ミラー８２の移動量ΔＬによってバネに生じる応力が、バネの材料の破断応力よりも小さくなるような移動量ΔＬである。また、ＳＯＩ基板３０の側壁９２を度あたりとして用い、可動ミラー８２の移動量ΔＬが数百μｍ以上にならないようにしても良い。
【００１２】
可動ミラー８２と固定ミラー８１に対して、斜めからの蒸着方向を蒸着方向Ｐと定義する。可動ミラー８２と固定ミラー８１の間隔をΔＬだけ拡げた状態で、アルミニウムや金などの金属を蒸着方向Ｐから蒸着する。ＳＯＩ基板３０の表面に対して、角度φの蒸着方向Ｐから蒸着すると、固定ミラー８１の反射面に蒸着される金属膜６１の高さｈは、（１）式からｈ＝（ΔＬ＋Ｌ）ｔａｎφとなる。したがって可動ミラー８２と固定ミラー８１の間隔をΔＬだけ拡げることで固定ミラー８１の反射面に蒸着される金属膜６１高さｈがΔＬｔａｎφ高くなる。蒸着した金属膜６１の表面粗さを低減するため、通常、角度φの値は、０°より大きく６０°より小さい値である。
【００１３】
このように、固定ミラー８１の反射面に被覆される金属膜６１の高さの範囲を広げることで、固定ミラー８１に照射される光より大きなビーム径をもつ光を照射した場合、あるいはミラーに照射される光の位置が高さ方向にずれた場合などにおいて、反射によるロスを小さくすることができる。蒸着後は、可動ミラー８２を固定している冶具１２、１３を取り除くことで、可動ミラー８２は図１（ａ）の状態に戻る。また、可動ミラー８２と固定ミラー８１を含むデバイスが、一枚の基板上に配列された場合においても、冶具１２、１３を可動ミラー８２と同数用意すれば処理することが可能である。また、蒸着で被覆するものは金属膜だけでなく、誘電体多層膜でもよい。誘電体多層膜を所定の膜厚で被覆することにより、微小ミラーをフィルタとして用いることができる。さらに、この手法をリトロリフレクターや、固定ミラー８１及び可動ミラー８２の両面に金属膜や誘電体多層膜を被覆する必要があるデバイスに用いる場合は、基板３０を回転させながら蒸着してもよい。また、固定ミラー８１は別体の可動ミラーでもよい。
【００１４】
以上説明したように、実施の形態１によれば、可動ミラー８２と固定ミラー８１の間隔Ｌを広げて、蒸着方向Ｐから可動ミラー８２及び固定ミラー８１の反射面に蒸着することで、固定ミラー８１における金属膜６１の被覆範囲を広くすることができる。したがって、従来例よりも大きなビーム径を有する入射光を固定ミラー８１に照射できる。あるいは、固定ミラー８１に照射される入射光が高さ方向にずれた場合でも、従来例より小さな反射損失で反射させることができる。
【００１５】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２に係る蒸着方法を説明する図である。実施の形態１と同じ構成には、同一符号を用い説明を省略する。図２（ａ）は、蒸着前の可動ミラー８２と固定ミラー８１の位置関係を示す上面図である。図２（ｂ）は、金属膜を蒸着した状態を示す上面図である。図２（ｃ）は、図２（ｂ）に示すＢ−Ｂ‘における断面図である。なお、ＳＯＩ基板３０の代わりにシリコン基板を用いて光デバイスを作製する場合、シリコン基板に堆積可能な二酸化珪素や、窒化シリコン、及びアルミニウムなどの金属を用いてバネを作製してもよい。
【００１６】
図２（ｂ）、図２（ｃ）において、可動ミラー８２とＳＯＩ基板３０の側壁９５との距離Ｌ３は、数ｍｍ以下であり、実施の形態１で説明したようにＢ−Ｂ  ’軸方向に可動ミラー８２を移動させると可動ミラー８２に所望の高さの金属膜を形成できないような距離である。蒸着する際に支持台１４に接続されている鍵状の冶具１５を可動ミラー８２の側壁９３に掛け、可動ミラー８２を図中矢印Ｙで示す方向に移動させ、固定ミラー８１が可動ミラー８２の影にならないようにする。支持台１４、冶具１５の材質はステンレス、真鋳、アルミニウムなどである。可動ミラー８２の移動量ΔＬ３は、数ｍｍ以下であり、これは、可動ミラー８２の移動量ΔＬ３によってバネに生じる応力が、バネの材料の破断応力よりも小さくなるような移動量ΔＬ３である。また、ＳＯＩ基板３０の側壁９４を度あたりとして用い、可動ミラー８２の移動量ΔＬ３が数百μｍ以上にならないようにしても良い。さらに、Ｌ３に余裕があるならば、可動ミラー８２の移動方向は実施の形態１と実施の形態２を組み合わせてもよい。
【００１７】
可動ミラー８２と固定ミラー８１に対して、斜めからの蒸着方向を蒸着方向Ｐと定義する。固定ミラー８１の反射面の影にならないように可動ミラー８２を図中矢印Ｙで示す方向に移動し、アルミニウムや金などの金属を蒸着方向Ｐから蒸着する。このように蒸着することで、可動ミラー８２の反射面に被覆される金属膜６２と同じ範囲で固定ミラー８１の反射面に金属膜６１を被覆することができる。固定ミラー８１の反射面に被覆される金属膜６１の高さの範囲を広げることで、従来例よりも大きなビーム径を有する入射光を固定ミラー８１に照射できる。あるいは、固定ミラー８１に照射される入射光が高さ方向にずれた場合でも、従来例より小さな反射損失で反射させることができる。蒸着後は、可動ミラー８２を固定している冶具１５を取り除くことで、可動ミラー８２は図２（ａ）の状態に戻る。また、可動ミラー８２と固定ミラー８１を含むデバイスが、一枚の基板上に配列された場合においても、冶具１５を可動ミラー８２と同数用意すれば処理することが可能である。また、蒸着で被覆するものは金属膜だけでなく、誘電体多層膜でもよい。所定の膜厚で誘電体多層膜を被覆することにより、微小ミラーをフィルタとして用いることができる。さらに、この手法をリトロリフレクターや、固定ミラー８１及び可動ミラー８２の両面に金属膜や誘電体多層膜を被覆する必要があるデバイスに用いる場合は、基板３０を回転させながら蒸着してもよい。また、固定ミラー８１は別体の可動ミラーでもよい。
【００１８】
以上説明したように、実施の形態２によれば、実施の形態１で述べた効果に加えて、可動ミラー８２と固定ミラー８１の間隔を拡げることができないようなデバイスにおいても、図中矢印Ｙに示す方向に可動ミラー８２を移動させて、蒸着方向Ｐから可動ミラー８２及び固定ミラー８１の反射面に蒸着することで、固定ミラー８１における金属膜の被覆範囲を広くすることができる。
【００１９】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３に係る可動ミラーの背後にある固定ミラーの反射面に金属膜を蒸着する方法を説明する図である。実施の形態１と同じ構成には、同一符号を用い説明を省略する。図３（ａ）は、蒸着前の可動ミラー８２と固定ミラー８１の位置関係を示す上面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すＣ−Ｃ‘における断面図である。図３（ｃ）は、金属膜を蒸着した状態の断面図を示す。なお、ＳＯＩ基板３０の代わりにシリコン基板を用いて光デバイスを作製する場合、シリコン基板に堆積可能な二酸化珪素や、窒化シリコン、及びアルミニウムなどの金属を用いてバネを作製してもよい。
【００２０】
図３（ｂ）において、可動ミラー８２の下に磁性体７１を貼り付ける。また、ＳＯＩ基板３０を固定台３３に載せ、基板５１に固定する。基板５１は、ガラスやシリコンなどの磁性をもたないものがよい。固定台３３と基板５１の固定方法としては、固定台３３及び基板５１を一時的に使用するのであれば、容易に取り外しができる接着剤やテープなどを用いる。固定台３３、基板５１およびＳＯＩ基板３０を一体のデバイスとして使用する場合、容易に取り外しができないように接合や接着などの方法で強固に固定する。ＳＯＩ基板３０を固定台３３に載せることによって、基板５１と磁性体７１の距離が数百μｍ程度になるようにする。固定台３３として用いる材質は、シリコンやガラスなどであり、数百μｍ程度のギャップができるものである。
【００２１】
図３（ｃ）において、蒸着する際に、基板５１の下に磁石７２を貼り付ける。磁石７２は、電磁石や永久磁石など磁力を発生するものであればよい。基板５１にガラス基板を始めとする透明な材料を用いれば、磁性体７１の位置を確認できるため、磁性体７１と磁石７２の位置あわせが容易に行える。磁石７２を用いて磁性体７１を引き付けることで、可動ミラー８２を図中矢印Ｚに示す方向にΔｈ移動させることができる。可動ミラー８２の移動量Δｈは、数百μｍ以下であり、これは可動ミラー８２の移動によってバネに生じる応力が、バネの材料の破断応力よりも小さくなるような移動量Δｈである。また、基板５１を度あたりとし、可動ミラー８２の移動量Δｈが数百μｍ以上にならないようにしてもよい。可動ミラー８２と固定ミラー８１に対して、斜めからの蒸着方向を蒸着方向Ｐと定義する。可動ミラー８２の高さを固定ミラー８１と比べてΔｈ低くして、アルミニウムや金などの金属を蒸着方向Ｐから蒸着する。ＳＯＩ基板３０の表面に対して、角度φの蒸着方向Ｐから蒸着することで、固定ミラー８１の反射面に蒸着される金属膜６１の高さは、可動ミラー８２が移動する前と比較してΔｈ高くなる。このように、固定ミラー８１の反射面に被覆される金属膜６１の高さの範囲を広げることで、従来例よりも大きなビーム径を有する入射光を固定ミラー８１に照射できる。あるいは、固定ミラー８１に照射される入射光が高さ方向にずれた場合でも、従来例より小さな反射損失で反射させることができる。蒸着後は、基板５１に貼り付けている磁石７２を取り外すまたは、磁石７２が電磁石の場合は、電磁石への通電を止めることで可動ミラー８２は初期状態に戻る。その際に、磁性体７１は取り外しても取り外さなくてもよい。磁性体７１は、貼り付けたままであれば、そのまま電磁アクチュエータを含むデバイスとして使用できる。また、磁性体７１が導電性であり、電極パターンが配線されている場合、電極として用いることができ、対向電極を形成することで可動ミラー８２を静電駆動させることも可能である。また、可動ミラー８２と固定ミラー８１を含むデバイスが、一枚の基板上に配列された場合においても、全ての可動ミラー８２に磁性体７１を貼り付け、基板５１に磁石７２を貼り付けることで一括して処理することが可能である。また、蒸着で被覆するものは金属膜だけでなく、誘電体多層膜でもよい。所定の膜厚の誘電体多層膜を被覆することで、微小ミラーをフィルタとして用いることができる。また、固定ミラー８１は別体の可動ミラーでもよい。
【００２２】
なお、本実施例で述べた磁性体７１と磁石７２を用いる代わりに、本発明の実施の形態１および実施の形態２で述べたような冶具を用いて、可動ミラー８２を図中矢印Ｚで示す方向に移動させてもよい。また実施の形態１および実施の形態２において、可動ミラー８２に磁性体７２を貼り付け、磁石７２を移動させたい方向に配置することで、実施の形態１および実施の形態２と同じ効果を得ることができる。
【００２３】
以上説明したように、実施の形態３によれば、実施の形態１および実施の形態２で述べた効果に加え、蒸着した後に、磁性体をつけたままであれば電磁アクチュエータを含むデバイス、電極パターンが配線されていれば静電アクチュエータを含むデバイスとして用いることができる。
【００２４】
【発明の効果】
実施の形態１によれば、可動ミラーと固定ミラーの間隔を広げて、可動ミラー及び固定ミラーの反射面に金属膜を蒸着することで、固定ミラーにおける金属膜の被覆範囲を広くすることができる。したがって、固定ミラーの反射面に被覆される金属膜の高さの範囲を広げることで、従来例よりも大きなビーム径を有する入射光を固定ミラーに照射できる。あるいは、固定ミラーに照射される入射光が高さ方向にずれた場合でも、従来例より小さな反射損失で反射させることができる。
実施の形態２によれば、可動ミラーと固定ミラーの間隔を拡げることができないようなデバイスにおいても、間隔が変わらない方向に可動ミラーを移動させて、可動ミラー及び固定ミラーの反射面に金属膜蒸着することで、固定ミラーにおける金属膜の被覆範囲を広くすることができる。
【００２５】
実施の形態３によれば、蒸着した後に、電極パターンが配線されていれば静電アクチュエータを含むデバイス、磁性体をつけたままであれば電磁アクチュエータを含むデバイスとして用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る蒸着方法を示した図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係る蒸着方法を示した図である。
【図３】この発明の実施の形態３に係る蒸着方法を示した図である。
【図４】固定ミラーと可動ミラーを含むデバイスにおける従来例を説明する図である。
【符号の説明】
１１、１４    支持台
１２，１３，１５  冶具
２１、２２、２３、２４、２０１、２０２、２０３、２０４  バネ
３０、３１、３２、３４、５１、３００、３０１、３０２  基板
３３  固定台
３５、３０５  光学窓
６１、６２、６０１、６０２  金属膜
７１  磁性体
７２  磁石
８１、８０１  固定ミラー
８２、８０２  可動ミラー
９１、９２、９３、９４、９５  側壁
【図１】
2005040878.tif 000003
【図２】
2005040878.tif 000004
【図３】
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【図４】
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