(57)【要約】【課題】  製造時間を短縮し、コストの低減を図ったマイクロマシニングによる立体構造物の製造方法を提供する。【解決手段】  複数の溝６４が形成された基板６５上に平坦な膜２３を貼り合わせ、その膜２３上に配線３６等を形成するに際して、ダミー基板２１に膜２３を貼り付け、複数の溝６４が形成された基板６５上に膜２３をダミー基板２１ごと貼り合わせた後、膜２３からダミー基板２１を除去する方法である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の溝が形成された基板上に平坦な膜を貼り合わせ、その膜上に配線等を形成するに際して、ダミー基板に上記膜を貼り付け、上記複数の溝が形成された基板上に上記膜を上記ダミー基板ごと貼り合わせた後、上記膜から上記ダミー基板を除去することを特徴とするマイクロマシニングによる立体構造物の製造方法。
【請求項２】
上記複数の溝が形成された基板上に上記膜を上記ダミー基板ごとホットプレスして貼り合わせ、かつ上記ダミー基板はホットプレスに耐え得る厚さに形成される請求項１記載のマイクロマシニングによる立体構造物の製造方法。
【請求項３】
上記ダミー基板に上記膜を剥離容易な接着用材料で接着して貼り付ける請求項１または２記載のマイクロマシニングによる立体構造物の製造方法。
【請求項４】
上記膜は感光性ポリイミドで形成され、光を透過するパイレックスガラス（パイレックスは登録商標）などの材料で形成された上記ダミー基板に、上記膜を特定の波長の光により分解する接着用材料で接着し、上記複数の溝が形成された基板上に上記膜を上記ダミー基板ごと貼り合わせた後、上記ダミー基板を通して上記特定の波長の光を照射し、上記接着用材料を分解して上記膜から上記ダミー基板を除去する請求項１〜３いずれかに記載のマイクロマシニングによる立体構造物の製造方法。
【請求項５】
上記膜をホットプレスで熱転写する際に上記膜から発生するガスを逃がすべく、上記各溝は上記複数の溝が形成された基板の外部とつながっている請求項２〜４いずれかに記載のマイクロマシニングによる立体構造物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロマシニングによる光スイッチなどの立体構造物の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のインターネットの普及に伴い、光通信網の高速化・大容量化はめざましく進んでいる。光伝送容量を増加させる手段として、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信方式の導入が活発に行われた。それに伴い、波長依存性の少ない光スイッチが要求され、光信号を電気信号に変換することなくそのままスイッチングを行う光アドドロップ（ＯＡＤＭ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）や光クロスコネクト（ＯＸＣ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｒｏｓｓ  Ｃｏｎｎｅｃｔ）の期待が高まった。
【０００３】
それらの基本要素として、集積化した光マトリックススイッチを一括加工できるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いたミラー型の光スイッチが注目されている。ＭＥＭＳ技術を用いると、半導体の集積回路の加工技術をもとにした立体的な微細加工により、小型システムを集積化できる。従来、このミラー型光スイッチの製作にあたり、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハーを用いて可動ミラーを製作している。
【０００４】
図３に示すように、ミラー型の光スイッチ３１は、Ｓｉ製のミラー台座３２と、そのミラー台座３２を囲むＳｉ製の外枠３３とをトーションバー３４で支持して主に構成される。ミラー台座３２上には、５００μｍ角のＡｕ製のミラー３５と、そのミラー３５を囲むＣｕ製のコイル３６とが形成される。ミラー台座３２上、トーションバー３４上、および外枠３３上には、コイル３６に接続されるＣｕ製の配線３７が形成される。ミラー台座３２と、外枠３３と、トーションバー３４とで空間部３８が区画形成される。
【０００５】
光スイッチ３１では、近傍に図示しない永久磁石や電磁石を設けて磁場を形成し、その磁場中でコイル３６に電流を流すことで、ミラー台座３２が回動してミラー３５の光軸に対する角度が変化し、光の経路を切り替える。
【０００６】
この光スイッチ３１の一般的な製造方法では、図４に示すように、ミラー台座３２と、外枠３３と、トーションバー３４とで構成される可動ミラー構造体はすべてＳｉで形成される。より詳細には、可動ミラー構造体の主要な部分は、ＳＯＩでの上部Ｓｉ層で一体形成される。
【０００７】
しかし、この製造方法では、トーションバー３４がミラー台座３２と同等の厚さおよび材質になってしまい、トーションバー３４の厚さを任意に変えることができないことから、設計の自由度が低くなる。
【０００８】
そこで、図５に示すように、ミラー台座３２の表面と外枠３３の表面とをポリイミド製のトーションバー５４で連結支持した光スイッチ５１がある。この光スイッチ５１の製造方法を図６（ａ）〜図６（ｈ）で簡単に説明する。図６（ａ）に示すように、使用するＳＯＩウエハーは、厚さ３７４μｍの下部Ｓｉ層６１と、厚さ１μｍのＳｉＯ2 層６２と、厚さ２５μｍの上部Ｓｉ層６３とで構成される。
【０００９】
図６（ａ）：上部Ｓｉ層６３のエッチング（複数の溝６４が形成された基板６５作製）
図６（ｂ）：ＴＥＯＳ−ＣＶＤによる犠牲層（ＳｉＯ2 膜）６６の堆積（溝６４への充填）（膜厚３０μｍ）
図６（ｃ）：研磨による上部Ｓｉ層６３と犠牲層６６の平坦化
図６（ｄ）：Ａｕ製のミラー３５形成
図６（ｅ）：ポリイミド製のトーションバー５４形成（膜厚５μｍ）
図６（ｆ）：Ｃｕ製の配線３７、コイル３６形成（膜厚５μｍ）
図６（ｇ）：下部Ｓｉ層６１のバックサイドエッチング
図６（ｈ）：犠牲層６６のエッチング
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−３１７６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、背景技術で説明した光スイッチ５１の製造方法では、図６（ｂ）の工程で溝６４に充填する（埋め込む）犠牲層６６は３０μｍと厚膜であり、堆積時間が長時間となることで、製造時間がかかるうえに、原材料費も高くつき、ＣＶＤ装置への負担も大きくなり、ＣＶＤ装置のメンテナンス時期が早くなる等の問題がある。
【００１２】
また、図７に示すように、サイズによっては、溝６４中の犠牲層（ＳｉＯ2 膜）６６には“ス”７１（溝６４中央部分がへこんだり、穴があいたりした部分）ができやすく、充填の条件だしも困難である。
【００１３】
さらに、犠牲層６６の溝６４への充填後、図６（ｃ）で説明したように、平坦化のために上部Ｓｉ層６３と犠牲層６６の研磨工程も必要である。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、製造時間を短縮し、コストの低減を図ったマイクロマシニングによる立体構造物の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、複数の溝が形成された基板上に平坦な膜を貼り合わせ、その膜上に配線等を形成するに際して、ダミー基板に上記膜を貼り付け、上記複数の溝が形成された基板上に上記膜を上記ダミー基板ごと貼り合わせた後、上記膜から上記ダミー基板を除去するマイクロマシニングによる立体構造物の製造方法である。
【００１６】
請求項２の発明は、上記複数の溝が形成された基板上に上記膜を上記ダミー基板ごとホットプレスして貼り合わせ、かつ上記ダミー基板はホットプレスに耐え得る厚さに形成される請求項１記載のマイクロマシニングによる立体構造物の製造方法である。
【００１７】
請求項３の発明は、上記ダミー基板に上記膜を剥離容易な接着用材料で接着して貼り付ける請求項１または２記載のマイクロマシニングによる立体構造物の製造方法である。
【００１８】
請求項４の発明は、上記膜は感光性ポリイミドで形成され、光を透過するパイレックスガラスなどの材料で形成された上記ダミー基板に、上記膜を特定の波長の光により分解する接着用材料で接着し、上記複数の溝が形成された基板上に上記膜を上記ダミー基板ごと貼り合わせた後、上記ダミー基板を通して上記特定の波長の光を照射し、上記接着用材料を分解して上記膜から上記ダミー基板を除去する請求項１〜３いずれかに記載のマイクロマシニングによる立体構造物の製造方法である。
【００１９】
請求項５の発明は、上記膜をホットプレスで熱転写する際に上記膜から発生するガスを逃がすべく、上記各溝は上記複数の溝が形成された基板の外部とつながっている請求項２〜４いずれかに記載のマイクロマシニングによる立体構造物の製造方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００２１】
（１）マイクロマシニングによる立体構造物製造の製造時間を短縮できる。
【００２２】
（２）マイクロマシニングにより立体構造物を低コストで製造できる。
【００２３】
（３）ＣＶＤ装置に負担がかからない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２５】
本発明は、複数の溝が形成された基板を用いて、マイクロマシニングにより光スイッチなどの立体構造物を製造する方法であるが、以下の説明では、本発明を図５で説明したミラー型の光スイッチ５１の製造方法に応用した例で説明する。
【００２６】
この光スイッチ５１は、上述したように、ミラー台座３２の表面と外枠３３の表面とをポリイミド製のトーションバー５４で連結支持したものである。光スイッチ５１は、ポリイミド製のトーションバー５４を除き、図３および図４で説明した光スイッチ３１と同様の構成であり、光スイッチ３１と同様に動作する。
【００２７】
図１（ａ）〜図１（ｈ）は、本発明の好適実施の形態である立体構造物の製造方法の一例を示す各工程（プロセス）における断面図である。
【００２８】
図１（ａ）に示すように、使用するＳＯＩウエハーは、厚さ３７４μｍの下部Ｓｉ層６１と、厚さ１μｍのＳｉＯ2 層６２と、厚さ２５μｍの上部Ｓｉ層６３とで構成される。まず、このＳＯＩウエハーの上部Ｓｉ層６３をエッチングすることで、複数の溝６４が形成された基板６５が得られる。
【００２９】
ここで、次工程である図１（ｂ）の工程において、基板６５上に平坦な膜２３を貼り合わせるために、図１（ａ）〜図１（ｈ）とは別工程により、あるいは予め図２（ａ）に示すように、ダミー基板２１上に剥離容易な接着用材料２２を設ける。
【００３０】
ダミー基板２１は、例えば、光（紫外線を含む）を透過し、加工が容易で耐熱性が高い材料で形成される。本実施の形態では、ダミー基板２１としてパイレックスガラスを使用した。また、ダミー基板２１としては、後述する図１（ｂ）の工程において、膜２３、接着用材料２２と共にホットプレス（熱転写）されるので、ホットプレスに耐えうる厚さ（例えば、図１（ａ）の下部Ｓｉ層６１と同程度）に形成されたものを使用する。
【００３１】
剥離容易な接着用材料２２は、例えば、特定の波長の光により分解する材料で形成される。本実施の形態では、接着用材料２２として、ＵＶ（紫外線）照射によって粘着力が著しく低下するＵＶテープを使用した。接着用材料２２としてＵＶテープを使用する場合は、ダミー基板２１上にＵＶテープを平坦に貼り付ける。ゲル状の接着用材料２２を用いてもよく、この場合には、ダミー基板２１上にゲル状の接着用材料２２を平坦に塗布する。
【００３２】
図２（ｂ）に示すように、ダミー基板２１上に接着用材料２２を設けた後、接着用材料２２上に膜材料をスピンコート法により塗布し、フルキュア（３６０℃加熱）を行って膜材料を硬化させ、平坦な膜２３（膜厚５μｍ）を形成する。このとき、ダミー基板２１上に平坦な膜２３が接着用材料２２で接着されて貼り付けられる。フルキュアを行うのは、後述する図１（ｂ）の工程におけるホットプレス時に、キュア温度が低いと膜２３からガスが発生し、基板６５、特に上部Ｓｉ層６３との密着性が低下するためである。
【００３３】
膜２３は、スピンコート法にて形成できる液体状材料で形成される。本実施の形態では、膜２３の材料としてネガ型の感光性ポリイミドを使用した。ネガ型の感光性ポリイミドを使用したのは、半導体プロセスでの実績があることと、機械的かつ薬品耐久性があることとによる。また、スピンコート法により、膜２３の膜厚を所望の厚さに正確かつ均一に制御できるからである。これにより、本発明の目的の一つである図５のトーションバー５４に必要な膜厚を実現できる。
【００３４】
次に、図１（ｂ）に戻り、真空中において、基板６５上に膜２３を接着用材料２２と共にダミー基板２１ごとホットプレス（熱転写）して貼り合わせる。このとき、高温加熱によって膜２３から発生するガスを逃がすために、各溝６４は密封されることなく、基板６５の外部とつながっているようにする。すなわち、各溝６４を膜２３で部分的に覆い、各溝６４の一部を基板６５の外部に開放する。
【００３５】
基板６５上に膜２３をホットプレスして貼り合わせた後、ダミー基板２１を通して接着用材料２２に特定の波長の光としてＵＶを照射し、接着用材料２２を分解して膜２３から接着用材料２２を剥離すると共に、ダミー基板２１を除去する。このとき、図１（ｃ）に示すように、基板６５上に平坦な膜２３が形成される。
【００３６】
基板６５上に平坦な膜２３を形成した後、膜２３上にＣｕ製の配線３７（膜厚５μｍ）と、Ｃｕ製のコイル３６（膜厚５μｍ）とを形成する（図１（ｄ））。膜２３上に配線３７とコイル３６とを形成した後、膜２３をパターニングし、ポリイミド製のトーションバー５４を形成する（図１（ｅ））。凹凸が生じるのを防ぐために、以後の工程ではトーションバー５４がある面、すなわち上部Ｓｉ層６３の表面ではフォトリソグラフィを行わないようにする。
【００３７】
トーションバー５４を形成した後、上部Ｓｉ層６３の表面に、ステンシルマスクを使用してＡｕ製のミラー３５を形成する（図１（ｆ））。ミラー３５を形成した後、下部Ｓｉ層６１をバックサイドエッチングし、外枠３３以外の下部Ｓｉ層６１を取り除く（図１（ｇ））。この後、ＳｉＯ2 層６２をエッチングし、溝６４の部分およびミラー台座３２の部分のＳｉＯ2 層６２を取り除く（図１（ｈ））。これにより、ミラー台座３２と、外枠３３と、空間部３８とが形成されて図５の光スイッチ５１が得られる。
【００３８】
このように、本実施の形態に係る製造方法によれば、ダミー基板２１上に平坦な膜２３を剥離容易な接着用材料２２で接着して貼り付け、複数の溝６４が形成された基板６５上に膜２３を接着用材料２２と共にダミー基板２１ごとホットプレスで熱転写して貼り合わせ、膜２３からダミー基板２１を除去することで、複数の溝６４が形成された基板６５上に平坦な膜２３を短時間かつ容易に作製できる。
【００３９】
また、特定の波長の光により分解する接着用材料２２（例えば、ＵＶテープ）を用いれば、ホットプレス後にダミー基板２１を通して接着用材料２２に特定波長の光（例えば、ＵＶ）を照射することで、接着用材料２２が分解するため、膜２３から接着用材料２２とダミー基板２１とを容易に除去できる。
【００４０】
つまり、本実施の形態に係る製造方法は、図６の背景技術で説明した製造方法のうち、プロセス時間がかかるＣＶＤ法による犠牲層６６の溝６４への充填、あるいは埋め込み工程（図６（ｂ））や、研磨による上部Ｓｉ層６３と犠牲層６６の平坦化工程（図６（ｃ））を省くことができ、マイクロマシニングによる図５の光スイッチ５１などの立体構造物製造の製造時間を短縮できる。
【００４１】
また、図６（ｂ）および図６（ｃ）の工程が不要なので、これらの工程で生じる費用を削減できるため、マイクロマシニングにより光スイッチ５１などの立体構造物を低コストで製造できる。
【００４２】
さらに、図６（ｂ）の工程が不要なので、ＣＶＤ装置に負担がかからなくなり、ＣＶＤ装置のメンテナンス時期を延ばすこともできる。
【００４３】
上記実施の形態では、図５の光スイッチ５１を製造する例で説明したが、本発明は、複数の溝が形成された基板を用いて、マイクロマシニングで立体構造物を形成したり、フォトリソグラフィを行ったりするものであれば、いかなる立体構造物の製造方法にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１（ａ）〜図１（ｈ）は、本発明の好適実施の形態である立体構造物の製造方法の一例を示す各工程における断面図である。
【図２】図２（ａ）および図２（ｂ）は、平坦な膜を形成する工程を示す断面図である。
【図３】ミラー型の光スイッチの一例を示す平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図の一例である。
【図５】図３のＡ−Ａ線断面図の一例である。
【図６】図６（ａ）〜図６（ｈ）は、背景技術における立体構造物の製造方法の一例を示す各工程における断面図である。
【図７】背景技術における立体構造物の製造方法によって作製した溝を有する基板の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
２１  ダミー基板
２２  接着用材料（ＵＶテープ）
２３  膜（ネガ型の感光性ポリイミド）
３２  ミラー台座
３３  外枠
３６  配線
３７  コイル
３８  空間部
５４  ポリイミド製のトーションバー
６１  下部Ｓｉ層
６２  ＳｉＯ2 層
６３  上部Ｓｉ層
６４  溝
６５  基板
【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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