(57)【要約】【課題】電極基板とミラー基板とがより強固に接合できるようにする。【解決手段】  上述したように構成された図１に例示する電極基板３００（ミラー素子）では、上下方向に隣り合う素子領域の間（素子間領域）の電極などが設けられた配線領域以外の一部に、リブ構造体３１０が形成されている。１つの素子領域に着目すると、素子領域の周囲の配線領域以外に、リブ構造体３１０は形成されている。加えて、電極基板３００は、各素子領域の周囲（素子間領域）のリブ構造体３１０が設けられていない領域に、リブ構造体３１０と同じ高さの支持壁１０１が、電極基板３００とは別体に形成（固定）されている。支持壁１０１の上面とリブ構造体３１０の上面とは、同一の平面上に配置されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回動可能に支持されたミラーを有するミラー基板と、このミラー基板と対向配置された電極基板とを有するミラー素子であって、
前記電極基板は、
前記ミラーが配置される素子領域に前記ミラーと対向して配置される電極と、
この電極に電気的に接続されて前記電極基板の配線領域に配置された配線と、
前記素子領域の周囲の前記配線領域以外に配置されて前記電極基板と一体に形成されたリブ構造体と、
前記素子領域の周囲の前記リブ構造体が形成されていない領域の前記電極基板の上に、前記電極基板と別体に形成されて固定された支持壁と
を備え、
前記ミラー基板は、前記リブ構造体及び前記支持壁に接合されている
ことを特徴とするミラー素子。
【請求項２】
請求項１記載のミラー素子において、
前記支持壁は、樹脂から構成されたものである
ことを特徴とするミラー素子。
【請求項３】
請求項１又は２記載のミラー素子において、
前記電極基板は、
前記電極基板から略錐状に形成された突出部と、この突出部に形成された前記電極と
を備えることを特徴とするミラー素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信用の光スイッチング素子などに適用可能なミラー素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネット通信網などにおける基盤となる光ネットワークの分野では、多チャンネル化、波長分割多重（ＷＤＭ）化、及び低コスト化を実現する技術として、光ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術が脚光を浴びており、この技術を用いて光スイッチが開発されている（例えば、特許文献１参照）。ＭＥＭＳ技術による光スイッチの構成部品として最も特徴的なものが、複数のミラー素子が配列されたミラーアレイである。
【０００３】
ミラーアレイは、ミラー基板と、これに対向配置された電極基板とから構成されている。ミラー基板は、ミラーとして作用する複数の可動構造体と、この可動構造体をトーションバネなどのバネ部材によって回動可能に支持する支持部材とを有する。また、電極基板は、ミラーとして作用する可動構造体に対応した複数の電極部が、土台となる基板の上に形成されたものである。
【０００４】
特許文献１に示された従来のミラーアレイについて図４，図５を用いて説明する。図４は、ミラー基板及び電極基板の構成を示す概略斜視図、図５は、ミラー素子の構成を示す平面図である。なお、図４，図５は、主にミラーアレイの１構成単位であるミラー素子を部分的に示している。ミラーアレイは、図４，図５に示すミラー素子が、２次元的に正方配列されたものである。ミラー素子は、ミラーが形成されたミラー基板２００と、電極が形成された電極基板３００とを備え、これらが平行に配設されている。
【０００５】
ミラー基板２００は、板状の基部２１０とリング状の可動枠２２０と円板状のミラー２３０とを備える。基部２１０は、平面視略円形の開口を備える。可動枠２２０は、基部２１０の開口内に配置され、一対の連結部２１１ａ，２１１ｂにより基部２１０に連結している。また、可動枠２２０も、平面視略円形の開口を備えている。ミラー２３０は、可動枠２２０の開口内に配置され、一対のミラー連結部２２１ａ，２２１ｂにより可動枠２２０に連結されている。また、基部２１０の周辺部には、可動枠２２０及びミラー２３０を取り囲むような枠部２４０が形成されている。枠部２４０は、絶縁層２５０を介して基部２１０に固定されている。
【０００６】
連結部２１１ａ，２１１ｂは、可動枠２２０の切り欠き内に設けられており、つづら折りの形状を有するトーションバネから構成され、基部２１０と可動枠２２０とを連結している。このように基部２１０に連結された可動枠２２０は、連結部２１１ａ，２１１ｂを通る回動軸（可動枠回動軸）を中心に、回動可能とされている。また、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂは、可動枠２２０の切り欠き内に設けられており、つづら折りの形状を有するトーションバネから構成され、可動枠２２０とミラー２３０とを連結している。このように可動枠２２０に連結されたミラー２３０は、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂを通る回動軸（ミラー回動軸）を中心に回動可能とされている。なお、可動枠回動軸とミラー回動軸とは、互いに直交している。
【０００７】
一方、電極基板３００は、突出部３２０と、電極基板３００と一体に形成されて突出部３２０の周辺部に配置されたリブ構造体３１０とを備える。突出部３２０は、角錐台の形状を有する第３テラス３２３と、第３テラス３２３の上面に形成された角錐台の形状を有する第２テラス３２２と、第２テラス３２２の上面に形成された角錐台の形状を有する第１テラス３２１とから構成される。
【０００８】
また、突出部３２０の外面を含む電極基板３００の上面には、対向するミラー基板２００のミラー２３０と同心の円内に、扇形の電極３４０ａ，電極３４０ｂ，電極３４０ｃ，電極３４０ｄが形成されている。さらに、電極基板３００の突出部３２０周囲には、配線３７０が形成され、配線３７０には、引き出し線３４１ａ〜３４１ｄを介して電極３４０ａ〜３４０ｄが接続されている。上述した構成とされたミラー基板２００と電極基板３００とは、各々対応するミラー２３０と電極３４０ａ〜３４０ｄとが対向配置され、基部２１０の下面とリブ構造体３１０の上面とが接合され、図５に示すようなミラー素子が形成される。
【０００９】
次に、製造方法について簡単に説明する。まず、ミラー基板２００は、ＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板から形成できる。ＳＯＩ基板は、シリコンからなる厚い基体部の上に埋め込み絶縁層を介して薄いシリコン層（ＳＯＩ層）を備えたものであり、ＳＯＩ層を加工することで、前述した基部２１０，可動枠２２０，ミラー２３０などの板状の構造体が形成できる。また、ＳＯＩ基板の厚い基体部を枠状に残すように除去することで、枠部２４０が形成できる。なお、図４，図５に示す絶縁層２５０が、ＳＯＩ基板の埋め込み絶縁層に対応している。
【００１０】
また、電極基板３００は、主表面の結晶方位が（１００）面の単結晶シリコン基板を、水酸化カリウムなどのアルカリ溶液でエッチング加工することで形成できる。よく知られているように、単結晶シリコンは、（１１１）面が、（１００）面や（１１０）面に比べて著しくアルカリによるエッチング速度が小さい。この現象を利用することで、角錐台の突出部３２０や、リブ構造体３１０が、電極基板３００と一体に形成可能である。このように、突出部３２０及びリブ構造体３１０が形成された後、金属膜の形成、形成した金属膜の加工などにより、電極３４０ａ〜３４０ｄ，引き出し線３４１ａ〜３４１ｄ，及び配線３７０が形成された状態とする。
【００１１】
以上のように、ミラー基板２００及び電極基板３００が形成された後、これらを貼り合わせることで、図５に示すように、電極３４０ａ〜３４０ｄに対する電界印加によってミラー２３０が可動（回動）するミラー素子が形成できる。例えば、リブ構造体３１０の上面にＡｕＳｎ層を形成し、このＡｕＳｎ層とシリコンからなる基部２１０とを接合することで、ミラー基板２００及び電極基板３００とを貼り合わせることができる。
【００１２】
【特許文献１】特許第３５７９０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、電極基板３００においては、電極３４０ａ〜電極３４０ｄから引き出される引き出し線３４１ａ〜３４１ｄが接続される複数の配線３７０を、電極基板３００の上で複雑に配設することになる。このような配線は、前述したように、電極基板３００と一体に形成されるリブ構造体３１０の領域には配置できない。言い換えると、配線３７０が設けられる配線領域には、リブ構造体３１０を形成することができない。また、よく知られているように、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより形成される配線は、露光時の不要な光の照射を避けるために、リブ構造体３１０の近くに配設することが容易ではない。これらのため、図５（ｂ）の平面図にも示すように、リブ構造体３１０は、突出部３２０を中心とした１つの素子領域を囲うように設けることができない。このように、部分的に設けられたリブ構造体３１０により、電極基板３００に対してミラー基板２００が接合されるので、両者の接合強度が十分に得られず、ミラー基板２００が剥離するなどの問題が発生する。
【００１４】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、電極基板とミラー基板とがより強固に接合できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係るミラー素子は、回動可能に支持されたミラーを有するミラー基板と、このミラー基板と対向配置された電極基板とを有するミラー素子であって、電極基板は、ミラーが配置される素子領域にミラーと対向して配置される電極と、この電極に電気的に接続されて電極基板の配線領域に配置された配線と、素子領域の周囲の配線領域以外に配置されて電極基板と一体に形成されたリブ構造体と、素子領域の周囲のリブ構造体が形成されていない領域の電極基板の上に電極基板と別体に形成されて固定された支持壁とを備え、ミラー基板は、リブ構造体及び支持壁に接合されているようにしたものである。従って、ミラー基板は、リブ構造体以外の領域においても、電極基板に支持壁を介して接合された状態となる。
【００１６】
上記ミラー素子において、支持壁は、樹脂から構成することができきる。なお、電極基板は、電極基板から略錐状に形成された突出部と、この突出部に形成された電極とを備えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明では、電極基板と一体に形成されたリブ構造体が形成されていない素子領域の周囲の電極基板の上に電極基板と別体に形成されて固定された支持壁を備え、リブ構造体及び支持壁にミラー基板が接合されているようにしたので、電極基板とミラー基板とがより強固に接合できるようになるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態におけるミラー素子の構成例を示す平面図である。図１では、主に、ミラー素子を構成する電極基板３００の部分を示している。また、図１（ａ）では、主にミラーアレイの１構成単位であるミラー素子を部分的に示し、ミラーアレイは、例えば、図１（ａ）に示すミラー素子が、図１（ｂ）に示すように、２次元的に正方配列されたものである。なお、図１（ａ）において、一点鎖線の四角形で示す領域が、１つの素子領域を示している。また、図１（ａ）には、ミラー基板の一部を点線で示している。
【００１９】
図１に示す電極基板３００は、素子領域の中央部において電極基板３００から略錐状に形成された突出部３２０と、電極基板３００と一体に形成されて素子領域の周辺部に配置されたリブ構造体３１０とを備える。突出部３２０は、角錐台の形状を有する第３テラス３２３と、第３テラス３２３の上面に形成された角錐台の形状を有する第２テラス３２２と、第２テラス３２２の上面に形成された角錐台の形状を有する第１テラス３２１とから構成される。
【００２０】
これらの構造を備えた電極基板３００は、例えば、主表面の結晶方位が（１００）面の単結晶シリコン基板を、水酸化カリウムなどのアルカリ溶液でエッチング加工することで形成できる。よく知られているように、単結晶シリコンは、（１１１）面が、（１００）面や（１１０）面に比べて著しくアルカリによるエッチング速度が小さい。この現象を利用することで、角錐台の突出部３２０や、リブ構造体３１０が、電極基板３００と一体に形成可能である。また、ドライエッチングによりリブ構造体３１０を形成するようにしてもよい。
【００２１】
また、突出部３２０の外面を含む電極基板３００の上面には、対向するミラー基板２００のミラー２３０と同心の円内に、扇形の電極３４０ａ，電極３４０ｂ，電極３４０ｃ，電極３４０ｄが形成されている。また、これら電極が形成された電極基板３００の突出部３２０周囲には、配線３７０が形成され、配線３７０には、引き出し線３４１ａ〜３４１ｄを介して電極３４０ａ〜３４０ｄが接続されている。なお、突出部３２０を設けずに各電極が配設されていてもよい。例えば、前述したように突出部３２０及びリブ構造体３１０が形成された後、金属膜の形成、形成した金属膜の加工などにより、電極３４０ａ〜３４０ｄ，引き出し線３４１ａ〜３４１ｄ，及び配線３７０が形成された状態とする。
【００２２】
上述したように構成された図１に例示する電極基板３００（ミラー素子）では、図１の紙面において、上下方向に隣り合う素子領域の間（素子間領域）の電極などが設けられた配線領域以外の一部に、リブ構造体３１０が形成されている。１つの素子領域に着目すると、素子領域の周囲の配線領域以外に、リブ構造体３１０は形成されている。加えて、電極基板３００は、各素子領域の周囲（素子間領域）のリブ構造体３１０が設けられていない領域に、リブ構造体３１０と同じ高さの支持壁１０１が、電極基板３００とは別体に形成（固定）されている。支持壁１０１の上面とリブ構造体３１０の上面とは、同一の平面上に配置されている。
【００２３】
例えば、支持壁１０１は、ポリイミドなどの樹脂から構成可能である。例えば、感光性を有するポリイミド樹脂を塗布して塗布膜を形成し、この塗布膜を公知のフォトリソグラフィ技術により露光・現像し、得られたパターンを加熱して硬化させることで、支持壁１０１が形成できる。このように形成される支持壁１０１によれば、すでに配線３７０が形成されている領域の上であっても、容易に配置することができる。従って、支持壁１０１は、図１，２に示される領域に限定されることなく、可動枠２２０及びミラー２３０の可動範囲を阻害しない範囲で、より広い領域に形成してもよい。
【００２４】
以上のように構成された電極基板３００と、ミラー基板２００とを貼り合わせることで、図２の断面図に示すように、電極３４０ａ〜３４０ｄに対する電界印加によってミラー２３０が可動（回動）するミラー素子が形成できる。図２は、図１（ａ）のＡＡ’線の断面を示している。例えば、リブ構造体３１０及び支持壁１０１の上面にＡｕＳｎ層を形成し、このＡｕＳｎ層とシリコンからなる基部２１０とをＡｕＳｎ接合することで、ミラー基板２００及び電極基板３００とを貼り合わせる（接合する）ことができる。
【００２５】
図２に示すように、本ミラー素子によれば、支持壁１０１の上面が、ミラー基板２００の基部２１０の素子周辺部に貼り合わされる。図４及び図５に示した従来のミラー素子によれば、当該領域は空間である。
このように、従来では貼り合わされていない領域が、電極基板３００とは別体に設けた支持壁１０１により貼り合わされるようになるので、図１，図２に示すミラー素子によれば、電極基板３００とミラー基板２００とがより強固に接合できるようになり、ミラー基板２００と電極基板との剥離が抑制できるようになる。
【００２６】
なお、ミラー基板２００について説明すると、図１，図２，及び図３に示すように、ミラー基板２００は、板状の基部２１０とリング状の可動枠２２０と円板状のミラー２３０とを備える。基部２１０は、平面視略円形の開口を備える。可動枠２２０は、基部２１０の開口内に配置され、一対の連結部２１１ａ，２１１ｂにより基部２１０に連結している。なお図２では、連結部が省略され、図３では、連結部２１１ａが省略されている。また、可動枠２２０も、平面視略円形の開口を備えている。ミラー２３０は、可動枠２２０の開口内に配置され、一対のミラー連結部２２１ａ，２２１ｂにより可動枠２２０に連結されている。なお、図２では、ミラー連結部が省略され、図３では、ミラー連結部２２１ａが省略されている。また、基部２１０の周辺部には、可動枠２２０及びミラー２３０を取り囲むような枠部２４０が形成されている。枠部２４０は、絶縁層２５０を介して基部２１０に固定されている。
【００２７】
なお、連結部２１１ａ，２１１ｂは、可動枠２２０の切り欠き内に設けられており、つづら折りの形状を有するトーションバネから構成され、基部２１０と可動枠２２０とを連結している。このように基部２１０に連結された可動枠２２０は、連結部を通る回動軸（可動枠回動軸）を中心に、回動可能とされている。また、ミラー連結部２２１ａ，２２１ｂは、可動枠２２０の切り欠き内に設けられており、つづら折りの形状を有するトーションバネから構成され、可動枠２２０とミラー２３０とを連結している。このように可動枠２２０に連結されたミラー２３０は、ミラー連結部を通る回動軸（ミラー回動軸）を中心に回動可能とされている。なお、可動枠回動軸とミラー回動軸とは、互いに直交している。
【００２８】
このように構成されたミラー素子は、配線３７０を介して電極３４０ａ〜３４０ｄに個別の電圧を加えることによって生じる電界でミラー２３０に吸引力を与え、ミラー２３０を数度の角度で傾動させるものである。電極３４０ａ〜３４０ｄに電圧が印加されていない場合、ミラー２３０は、電極基板３００（基部２１０）に対して略平行な状態（初期位置）となる。この状態で、電極３４０ａ〜３４０ｄに個別の電圧を加えることにより、ミラー２３０の傾動が制御可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態におけるミラー素子の構成例を模式的に示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるミラー素子の構成例を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるミラー素子の構成例を示す斜視図である。の工程図である。
【図４】ミラー素子の構成例を示す斜視図である。
【図５】ミラー素子の構成例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０１…支持壁、２００…ミラー基板、２１０…基部、２１１ａ，２１１ｂ…連結部、２２０…可動枠、２２１ａ，２２１ｂ…ミラー連結部、２３０…ミラー、２４０…枠部、３２０…突出部、３２１…第１テラス、３２２…第２テラス３２２、３２３…第３テラス、３４０ａ，３４０ｂ，３４０ｃ，３４０ｄ…電極、３４１ａ，３４１ｂ，３４１ｃ，３４１ｄ…引き出し線、３７０…配線。
【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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