(57)【要約】【課題】シリコン基板上に浮いているブリッジ構造体を形成するために、作成が容易で、かつ、製造時に損傷しにくい基板上構造体と、その製造方法とを提供する。【解決手段】基板上構造体の設計時において、幅が連続的に変化する形状とし、その上でエッチング処理を行なう。基板上構造体のシリコン基板からの分離は、幅が狭い個所から順番に発生するので、一気に分離される場合とは異なり、製造時に破損しにくい。【選択図】図２
2009020356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）シリコン基板の上に、幅が連続的に変化する基板上構造体を形成することと、
（ｂ）等方性エッチングによって前記シリコン基板の前記基板上構造体の直下部分を徐々に除去することと
を具備する
シリコン構造体製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のシリコン構造体製造方法において、
前記ステップ（ａ）は、
（ａ−１）前記基板上構造体を、前記シリコン基板平面に平行な平面に属する所定の線に沿って形成されている部分を具備するように設計することと、
（ａ−２）前記基板上構造体を、前記所定の線に沿って連続的に変化する幅を有するように設計することと、
（ａ−３）前記シリコン基板上に、シリコン化合物膜を形成することと、
（ａ−４）前記シリコン化合物膜の一部を、エッチングによって除去して、前記ステップ（ａ−１）で設計された形状に前記基板上構造体を形成し、ただし前記シリコン基板は残すことと
を具備する
シリコン構造体製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のシリコン構造体製造方法において、
前記ステップ（ｂ）は、
（ｂ−１）前記シリコン基板に対する前記等方性エッチング処理を行なって、ただし前記シリコン酸化膜は残すことと、
（ｂ−２）前記シリコン基板の、前記基板上構造体の直下部分のうち、前記基板上構造体の幅がより狭い部分に対応する部分を、前記等方性エッチングによってより早く除去して被除去部とすることと、
（ｂ−３）前記被除去部の、前記基板上構造体の長手方向に沿った長さが、徐々に増えることと、
（ｂ−４）前記等方性エッチングを所定のタイミングで終了することと
を具備する
シリコン構造体製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のシリコン構造体製造方法において、
前記ステップ（ｂ）は、
（ｂ−５）前記シリコン基板の、前記基板上構造体の直下部分のうち、前記基板上構造体の幅がより広い部分に対応する部分が、前記等方性エッチングの終了後にも残って、前記基板上構造体を下から支持する支柱となること
をさらに具備する
シリコン構造体製造方法。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれかに記載のシリコン構造体製造方法において、
前記ステップ（ａ−３）は、
（ａ−３−１）前記シリコン化合物膜として、シリコン酸化膜を用いることと、
（ａ−３−２）前記シリコン基板上に、下層クラッドとして、前記シリコン酸化膜を形成することと、
（ａ−３−３）前記下層クラッド上に、コアとして、前記下層クラッドとは屈折率が異なるシリコン酸化膜を線状に形成することと、
（ａ−３−４）前記下層クラッドと前記コアとの上に、上層クラッドとして、前記下層クラッドと前記上層クラッドとが前記コアを挟み込むように、前記シリコン酸化膜を形成することと、
（ａ−３−５）前記下層クラッドと前記上層クラッドとに挟み込まれた前記コアが、光導波路として動作することと
を具備する
光導波回路製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の光導波回路製造方法において、
前記ステップ（ａ−３）は、
（ａ−３−６）前記上層クラッドの上に、金属製の薄膜ヒータが形成されることと、
（ａ−３−７）前記薄膜ヒータと前記光導波路とが、熱光学位相シフタとして動作することと
をさらに具備する
熱光学移相シフタ製造方法。
【請求項７】
（ｃ）シリコン基板上に形成された犠牲層の上に、幅が連続的に変化する基板上構造体を形成することと、
（ｄ）等方性エッチングによって前記犠牲層を徐々に除去することと
を具備する
シリコン構造体製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載のシリコン構造体製造方法において、
前記ステップ（ｃ）は、
（ｃ−１）前記基板上構造体を、前記シリコン基板平面に平行な平面に属する所定の線に沿って形成されている部分を具備するように設計することと、
（ｃ−２）前記基板上構造体を、前記所定の線に沿って連続的に変化する幅を有するように設計することと、
（ｃ−３）前記シリコン基板上に、シリコン化合物膜を形成することと、
（ｃ−４）前記シリコン化合物膜の一部を、エッチングによって除去して、前記ステップ（ｃ−１）で設計された形状に前記基板上構造体を形成し、ただし前記シリコン基板および犠牲層は残すことと
を具備する
シリコン構造体製造方法。
【請求項９】
請求項７または８に記載のシリコン構造体製造方法において、
前記ステップ（ｄ）は、
（ｄ−１）前記シリコン基板に対する前記等方性エッチング処理を行なって、ただし前記シリコン酸化膜は残すことと、
（ｄ−２）前記犠牲層のうち、前記基板上構造体の幅がより狭い部分に対応する部分を、前記等方性エッチングによってより早く除去して被除去部とすることと、
（ｄ−３）前記被除去部の、前記基板上構造体の長手方向に沿った長さが、徐々に増えることと、
（ｄ−４）前記等方性エッチングを所定のタイミングで終了することと
を具備する
シリコン構造体製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のシリコン構造体製造方法において、
前記ステップ（ｄ）は、
（ｄ−５）前記犠牲層のうち、前記基板上構造体の幅がより広い部分に対応する部分が、前記等方性エッチングの終了後にも残って、前記基板上構造体を下から支持する支柱となること
をさらに具備する
シリコン構造体製造方法。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれかに記載のシリコン構造体製造方法において、
前記ステップ（ｃ）は、
（ｃ−５）前記ステップ（ｃ−３）で前記シリコン化合物膜が形成される前に、前記シリコン基板よりも前記基板上構造体よりも前記等方性エッチングによる被除去速度が速い材質で、前記犠牲層を前記シリコン基板上に形成すること
をさらに具備する
シリコン構造体製造方法。
【請求項１２】
請求項８〜１１のいずれかに記載のシリコン構造体製造方法において、
前記ステップ（ｃ−３）は、
（ｃ−３−１）前記シリコン化合物膜として、シリコン酸化膜を用いることと、
（ｃ−３−２）前記シリコン基板上に、下層クラッドとして、前記シリコン酸化膜を形成することと、
（ｃ−３−３）前記下層クラッド上に、コアとして、前記下層クラッドとは屈折率が異なるシリコン酸化膜を線状に形成することと、
（ｃ−３−４）前記下層クラッドと前記コアとの上に、上層クラッドとして、前記下層クラッドと前記上層クラッドとが前記コアを挟み込むように、前記シリコン酸化膜を形成することと、
（ｃ−３−５）前記下層クラッドと前記上層クラッドとに挟み込まれた前記コアが、光導波路として動作することと
を具備する
光導波回路製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の光導波回路製造方法において、
前記ステップ（ｃ−３）は、
（ｃ−３−６）前記上層クラッドの上に、金属製の薄膜ヒータが形成されることと、
（ｃ−３−７）前記薄膜ヒータと前記光導波路とが、熱光学位相シフタとして動作することと
をさらに具備する
熱光学移相シフタ製造方法。
【請求項１４】
シリコン基板と、
前記シリコン基板上に形成された基板上構造体と
を具備し、
前記基板上構造体は、シリコン化合物膜を含み、
前記シリコン基板のうち、前記基板上構造体の直下部分には、
等方性エッチングを経て除去された被除去部
が含まれ、
前記基板上構造体のうち、前記被除去部の直上部分は、連続的に変化する幅を有する
シリコン構造体。
【請求項１５】
請求項１４に記載のシリコン構造体において、
前記基板上構造体は、
前記シリコン基板平面に平行な平面に属する所定の線に沿って形成されている部分
を具備する
シリコン構造体。
【請求項１６】
請求項１４または１５に記載のシリコン構造体において、
前記基板上構造体を下から支持する支柱
をさらに具備し、
前記支柱は、前記シリコン基板の前記基板上構造体直下部分のうち、直上の前記基板上構造体の幅が他の部分よりも広くて、前記等方性エッチングを経て残された部分である
シリコン構造体。
【請求項１７】
請求項１４〜１６のいずれかに記載のシリコン構造体において、
前記シリコン化合物は、シリコン酸化物を含む
シリコン構造体。
【請求項１８】
請求項１４〜１７のいずれかに記載のシリコン構造体において、
前記シリコン化合物は、シリコン炭化物を含む
シリコン構造体。
【請求項１９】
請求項１４〜１８のいずれかに記載のシリコン構造体において、
前記シリコン化合物は、シリコン窒化物を含む
シリコン構造体。
【請求項２０】
請求項１４〜１９のいずれかに記載のシリコン構造体において、
前記基板上構造体は、
シリコン酸化膜で形成されたクラッドと、
屈折率が前記クラッドとは異なるように所定のドーピングが施されたシリコン酸化膜で形成されたコアと
を具備する
光導波回路。
【請求項２１】
請求項１４〜１９のいずれかに記載のシリコン構造体において、
前記基板上構造体は、
シリコン酸化膜で形成されたクラッドと、
屈折率が前記クラッドとは異なるように所定のドーピングが施されたシリコン酸化膜で形成されたコアと
を具備し、
前記基板上構造体の上に形成された金属製の薄膜ヒータ
をさらに具備する
熱光学移相シフタ。
【請求項２２】
シリコン基板と、
前記シリコン基板上に形成された犠牲層と、
前記犠牲層上に形成された基板上構造体と
を具備し、
前記基板上構造体は、シリコン化合物膜を含み、
前記犠牲層のうち、前記基板上構造体の直下部分には、
等方性エッチングを経て除去された被除去部
が含まれ、
前記基板上構造体のうち、前記被除去部の直上部分は、連続的に変化する幅を有する
シリコン構造体。
【請求項２３】
請求項２２に記載のシリコン構造体において、
前記基板上構造体は、
前記シリコン基板平面に平行な平面に属する所定の線に沿って形成されている部分
を具備する
シリコン構造体。
【請求項２４】
請求項２２または２３に記載のシリコン構造体において、
前記基板上構造体を下から支持する支柱
をさらに具備し、
前記支柱は、前記犠牲層のうち、直上の前記基板上構造体の幅が他の部分よりも広くて、前記等方性エッチングを経て残された部分である
シリコン構造体。
【請求項２５】
請求項２２〜２４のいずれかに記載のシリコン構造体において、
前記シリコン化合物は、シリコン酸化物を含む
シリコン構造体。
【請求項２６】
請求項２２〜２５のいずれかに記載のシリコン構造体において、
前記シリコン化合物は、シリコン炭化物を含む
シリコン構造体。
【請求項２７】
請求項２２〜２６のいずれかに記載のシリコン構造体において、
前記シリコン化合物は、シリコン窒化物を含む
シリコン構造体。
【請求項２８】
請求項２２〜２７のいずれかに記載のシリコン構造体において、
前記犠牲層は、
前記等方性エッチングによる被除去速度が、前記シリコン基板よりも前記基板上構造体よりも速い材質
を具備する
シリコン構造体。
【請求項２９】
請求項２２〜２８のいずれかに記載のシリコン構造体において、
前記基板上構造体は、
シリコン酸化膜で形成されたクラッドと、
屈折率が前記クラッドとは異なるように所定のドーピングが施されたシリコン酸化膜で形成されたコアと
を具備する
光導波回路。
【請求項３０】
請求項２２〜２８のいずれかに記載のシリコン構造体において、
前記基板上構造体は、
シリコン酸化膜で形成されたクラッドと、
屈折率が前記クラッドとは異なるように所定のドーピングが施されたシリコン酸化膜で形成されたコアと
を具備し、
前記基板上構造体の上に形成された金属製の薄膜ヒータ
をさらに具備する
熱光学移相シフタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン構造体に係り、特に、シリコン基板上にシリコン化合物による基板上構造物を具備するシリコン構造体に係る発明である。
【背景技術】
【０００２】
シリコン構造体の応用の一つとして、平面光波回路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎｎｅｒ  Ｌｉｇｈｔ−ｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）がある。光通信を実現する様々な光デバイスの中で、平面光波回路を利用したデバイスは、半導体回路の製造プロセスを利用できることから、デバイスの小型化、高機能化、集積化に優れるという特長を持つ。
【０００３】
通常、ＰＬＣ製造技術で作製される光導波路は、次のようにして実現される。まず、シリコン基板上に下クラッド層を成膜し、続いて光が導波するコア膜を成膜する。ここで様々な機能を実現するために設計されたフォトマスクを用い、フォトリソグラフィおよびドライエッチングによって、所望するレイアウトでコアを形成する。その後、場合によってはコアを埋め込むためのリフロー層成膜を経た後、上クラッド層を成膜する。
【０００４】
このようにして作製された光導波回路は、例えば、複数の波長を合分波するＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ  Ｇｒａｔｉｎｇ）、入射光を所望する量だけ減衰させるＶＯＡ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）や、入射光を所望のポートに出力させる光スイッチなど、コアのレイアウトによって様々な機能を持たせることができる。
【０００５】
光導波路そのものの光学的特徴を表す特性は、挿入損失（あるいは伝播損失）、ＰＤＬ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｌｏｓｓ：偏波依存性ロス）、に代表される。通常、両者は小さければ小さいほど好ましいとされる。
【０００６】
ここでＰＤＬとは、光の偏光状態によって光導波路の挿入損失が異なる現象であり、ＴＥモードにおける挿入損失と、ＴＭモードにおけるそれとの乖離量として表される。このような乖離は光導波路が有する複屈折が大きく寄与する。複屈折とは、光導波路が方向によって異なった屈折率を有することを言う。複屈折が発生する支配的原因は、光導波路が有する内部応力（換言すれば外部から受ける応力と均衡するように働く応力）である。
【０００７】
前述したように光導波路は、基板上にクラッドやコアとなるシリコン酸化膜を積層させていくことで作製される。この時、通常、そのプロセスは１０００℃前後という非常に高い温度での熱処理を必要とする。このため、基板がシリコンなどの場合には、堆積したシリコン酸化膜と基板との熱膨張係数の差によって、ウェハは反り、作製される光導波路はウェハから大きな応力を受けることになる。この応力はＰＤＬを発生させる。そこで、様々な工夫によって、応力を軽減する、あるいは方向性を持たないように均衡させる技術が利用されている。
【０００８】
その中の一手段として、光導波路をシリコン基板から分離する構造が提案されている。これは光導波路を部分的にシリコン基板からブリッジ状に浮かせ、基板からの応力を開放することでＰＤＬを軽減する技術である。このような構造をブリッジ構造と呼ぶこととする。
【０００９】
以下、このブリッジ構造を説明するに当たり、この構造によってＰＤＬ低減以外の効果も得ることができる、「熱光学位相シフタ」を例に説明する。
【００１０】
光導波回路においては、ＴＯ（Ｔｈｅｒｍｏ−Ｏｐｔｉｃ：熱光学）効果を利用して機能を付加する手法がよく用いられる。これは、光導波回路を構成するガラス材料が、熱によって屈折率変化する物理現象を積極的に利用した技術である。例えば、光導波回路による方向性結合器で構成されるマッハツェンダ干渉計は、入力した光を二分岐し、互いに同一長伝播した後に再度結合する構造を有する。ここで分岐した一方の導波路上部に金属ヒータを設けておき、ヒータに電力を投入することで発生する熱によって、導波する光の位相を変えることができる。このようにすると、分岐した両導波路が結合する際、両者を導波した光の位相差に応じて干渉状態が変化し、出力される光強度を変化させることができる。例えば、位相差を光の半波長分とすれば、分岐された両導波光は結合時に互いに打ち消しあうため、出力はほぼゼロとなる。また、位相差がゼロ又は波長の整数倍とすれば、入力された光強度をほぼそのまま取り出すことができる。ここで、位相を変化させる部分を熱光学位相シフタと呼ぶ。
【００１１】
これらの現象を利用して、マッハツェンダ干渉計を光スイッチとして機能させることが可能である。また、位相差は任意に与えることができるため、連続的な位相変化を利用して光減衰器として利用することも可能となる。
【００１２】
このようにして実現される光デバイスを動作させるには、ヒータに電力を投入して制御することになるため、動作に必要な消費電力が小さいことが望まれる。通常、光通信で利用される１５５０ｎｍの波長を持つ光を半波長分シフトさせるに必要な電力は、光導波路に何ら工夫のない場合は４００ｍＷ程度となる。しかし、これらが例えば４０ｃｈ分の制御が必要となると、およそ１６Ｗの電力が必要となる。この電力は非常に大きいため、一般的には光導波回路に様々な工夫が施されることで、消費電力が低減されている。
【００１３】
平面光波回路で実現される熱光学位相シフタの一般的な低消費電力化の手段として、次のような構造を有する光導波路が代表的である。位相シフタとして機能する部分の光導波路を挟み込むように溝が形成された構造である。溝は、空気が充填されたり、真空にされたりすることになるが、気体の熱伝導率はクラッドを形成するシリコン酸化膜よりも十分に小さいため、ヒータから発生する熱がクラッドに拡散することを防ぐことができる。このため、消費電力を格段に小さくすることができる。このような構造をリッジ構造と呼ぶことにする。また、溝で挟み込まれて形成される光導波路部を単にリッジと呼ぶこととする。
【００１４】
通常、このようなリッジ構造を備えた熱光学位相シフタは次のような製造方法で実現される。前述した通りに光導波路を形成した後、上クラッド層上にヒータとなる金属膜をスパッタ装置あるいは蒸着装置などで成膜する。次にフォトマスクを用いたフォトリソグラフィとミリング装置などによって、所望するレイアウトでヒータを形成する。次にコアを形成する工程と同様に、ドライエッチ装置によって所望の位置に溝を形成する。このとき、ドライエッチングによってヒータが損傷しないように、ヒータはレジストで十分に保護されている必要がある。
【００１５】
リッジ構造において、より熱効率を上げるためには、次のような方法が一般的である。
（１）光導波路の下クラッド層を可能な限り厚くする。これによってコアとシリコン基板間の熱抵抗が高くなり、シリコン基板への熱の流出が抑制される。
（２）光導波路の上クラッド層を可能な限り薄くする。これによってコアとヒータ間の熱抵抗が低くなり、熱光学効果の効率が上がる。
（３）光導波路の両側面のガラス膜を除去し、リッジ形状にする。またリッジの幅を可能な限り細くする。光導波路の構造がリッジ形状である場合、ヒータからの熱拡散はリッジからシリコン基板へ流出が支配的となる。このため、リッジの幅を狭めるほどリッジとシリコン基板の接合面積は小さくなり、熱拡散が抑制される。
【００１６】
しかしながら、以下の理由により、これらの方法にはそれぞれに限界がある。
（１）下クラッド層を厚くし過ぎると、膜に加わる応力は強くなり、ウェハにクラックが発生し易くなる。また、強い応力によって複屈折が大きくなり光導波路のＰＤＬが大きくなる。さらに、厚くなるほど製造工程時間が長くなる。
（２）上クラッド層を薄くし過ぎると、ヒータを構成する金属に導波光が吸収されてしまい、光導波路としての損失が増加してしまう。
（３）リッジ幅を細くし過ぎると、導波光がリッジ側壁の荒れを感じ、散乱による損失が増加する。
【００１７】
そこで、リッジ構造に加えて、さらに消費電力を低減する方法として提案されている手段が、冒頭で記したブリッジ構造の採用である。前述した通りブリッジ構造は、光導波路をシリコン基板から分離し、ブリッジ状に浮かせる構造である。既にリッジ構造を具備した熱位相シフタの場合、リッジをシリコン基板から分離することで実現する。リッジ構造がクラッドへの熱拡散を抑制するのと同様に、ブリッジ構造はシリコン基板への熱拡散を抑制するため、さらに大幅な消費電力低減の効果が得られる。また、そもそも前述した通り、ブリッジ構造は、光導波路膜と基板との線膨張係数差から発生する基板からの応力が開放されることによる、ＰＤＬの低減という特長を持つ。このため、熱光学位相シフタにおけるブリッジ構造の採用は、低消費電力化、低ＰＤＬ化という二つの大きな効果をもたらす。以下、このような構造を改めてブリッジ構造と呼ぶ。また、ブリッジ状に浮いた導波路部分をブリッジと呼ぶこととする。
【００１８】
ブリッジ構造は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術としてよく知られている犠牲層エッチングという技術によって実現できる。これは、特許文献４（特開２００４−３７５２４号公報）に開示されているように、予め基板上に犠牲層を堆積させておき、最終的にこの層だけ等方的にエッチングする方法である。この方法は、シリコン基板を使用し、ＰＳＧ（ＰｈｏｓｐｈｏＳｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ：リン添加シリカガラス）などを犠牲層とすることで、フッ化水素水によるエッチングで実現される。シリコン酸化膜にリンをドープするとフッ化水素水に対して早いエッチングレートを持つようになるため、ＰＳＧだけを選択的にエッチングすることが可能となるのである。
【００１９】
この方法は特殊な装置を必要としない利点があるが、犠牲層となる種膜を、下クラッド層とシリコン基板の間に成膜することが必須となる。この方法の課題は単に成膜工程が増えてしまうだけではない。犠牲層上に積層するシリコン酸化膜は、犠牲層に対して高いエッチング選択性を保ちつつ、導波路として機能する屈折率や軟化温度を調整しなければならない。これは、製造プロセス全体の設計自由度を大きく奪ってしまうことを意味する。また、フッ化水素は犠牲層膜以外のシリコン酸化膜も多かれ少なかれエッチングしてしまうため、光導波路としてダメージなく作製するための設計と技術が必要となる。
【００２０】
そこで、代替手段としてシリコン基板をエッチングする方法がある。この場合には、犠牲層は不要であるため、従来の確立された光導波路製造プロセスに何ら影響なくブリッジ構造を実現することができる。このような方法は例えば、非特許文献１（Ｂｒｉｄｇｅ−Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  Ｓｉｌｉｃａ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｔｈｅｒｍｏ−Ｏｐｔｉｃ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔｅｒ  ａｎｄ  Ｉｔｓ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ  Ｔｙｐｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｗｉｔｃｈ，  Ａ．Ｓｕｇｉｔａ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｔｒａｎｓ．  ＩＥＩＣＥ，Ｖｏｌ．Ｅ７３（１９９０）  ｐｐ．１０５−１０９）に開示されている。
【００２１】
非特許文献１にも開示されているが、通常、シリコン基板のエッチングは、リッジ構造を形成した後に、シリコンをエッチングするガス又は溶液に晒すことで実現される。非特許文献１にはドライエッチングによってシリコン基板をエッチングするとだけ記されているが、フッ化キセノンなどのガスを使用することでシリコン基板の等方的なエッチングが実現可能である。
【００２２】
上記に関連して、特許文献１（特表平１０−５０６７５６号公報）には共振微小空洞に係る発明が開示されている。
特許文献１発明の共振微小空洞は、平面周期誘電体導波路と、周期誘電体導波路内の欠陥とを備える。共振微小空洞は、欠陥によって、導波路内に生成される放射の空間閉じ込めが欠陥の周辺において強化されることを特徴とする。
【００２３】
また、特許文献２（特表２００１−５２１１８０号公報）には、光集積回路に係る発明が開示されている。
特許文献２発明の光集積回路は、シリコン層内に形成されて基板の上に支持されている。ここで、シリコン層の一部分が基板の凹部にわたされることによって基板から熱的に実質的に隔離されている。また、シリコン層の一部分またはその上に設けられる素子の温度を制御する温度制御手段が設けられている。
【００２４】
さらに、特許文献３（特開２００４−２９３５９号公報）には、光導波路構造に係る発明が開示されている。
特許文献３発明の光導波路構造は、半導体基板に光導波路が埋め込まれている。また、光導波路の長手方向に沿った周辺部に梁部と溝を備えた溝構造を設けたことを特徴とする。
【００２５】
また、特許文献５（特開２００４−１３３１３０号公報）には、光回路に係る発明が開示されている。
特許文献５発明の光回路は、シリコン基板と、光導波路層と、温度制御手段とを有する。ここで、光導波路層は、シリコン基板上に形成されたコアとクラッドとを有する。温度制御手段は、光導波路層上に形成されてコアの一部の温度を局所的に可変制御する。温度制御手段の形成部位を挟む両側の光導波路層はコアと間隔を介した領域がコアの長手方向に沿って光導波路層表面からシリコン基板表面に至るまで除去されている。光導波路層除去部の下部に対向する全領域を包含するシリコン基板表面部位に断面矩形状の凹部が設けられている。シリコン基板の表面がシリコン｛１００｝結晶面を成している。凹部はコアの長手方向に沿って形成されている側面がシリコン基板表面に対して略垂直なシリコン｛１００｝結晶面を成している。凹部の底面はシリコン基板表面に対して略平行なシリコン｛１００｝結晶面を成している。
【００２６】
【特許文献１】特表平１０−５０６７５６号公報
【特許文献２】特表２００１−５２１１８０号公報
【特許文献３】特開２００４−２９３５９号公報
【特許文献４】特開２００４−３７５２４号公報
【特許文献５】特開２００４−１３３１３０号公報
【非特許文献１】Ｂｒｉｄｇｅ−Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  Ｓｉｌｉｃａ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｔｈｅｒｍｏ−Ｏｐｔｉｃ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔｅｒ  ａｎｄ  Ｉｔｓ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ  Ｔｙｐｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｗｉｔｃｈ，  Ａ．Ｓｕｇｉｔａ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｔｒａｎｓ．  ＩＥＩＣＥ，Ｖｏｌ．Ｅ７３（１９９０）  ｐｐ．１０５−１０９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
しかしながら、上記のようなシリコン基板をエッチングする方法に限らず、犠牲層エッチングにおいても同様に、エッチングによるブリッジ構造作製には大きな課題がある。
【００２８】
例えば、非特許文献１に示される方法において、光導波路直下のシリコン基板は、リッジを挟む両方向から同一の速度で進行する。シリコン基板がエッチングされ続けると、図１０（ａ）のように、光導波路はシリコン基板から分離される結果となるが、光導波路の全長において、同時かつ瞬間的に分離されることに注目されたい。通常、光導波路を構成する膜は８００〜１３００℃程度の高温処理が施されるため、導波路を構成するシリカ膜とシリコン基板の熱膨張係数差に起因する熱応力によってウェハは大きく反る。つまり、シリカ膜はシリコン基板から強い応力を受けており、両者は互いに均衡している。このため、ここで瞬間的にシリコン基板からの応力が開放されてしまうと、ブリッジが破断してしまう場合がある。
【００２９】
なお、当然ながら、これらの課題が解決されるようなブリッジ構造は、光導波回路に限らず、犠牲層エッチングによるブリッジ構造に代わって他の分野にも、例えばＭＥＭＳ分野などにおけるカンチレバーの作製などにも、応用可能である。
【００３０】
本発明の目的は、作成が容易で、かつ、製造時に損傷しにくい、シリコン基板上ブリッジ構造体（または「基板上構造体」）を提供し、また、その製造方法を提供することである。
本発明の他の目的は、作成が容易で、かつ、製造時に損傷しにくい、シリコン基板上ブリッジ構造体（または「基板上構造体」）を用いた光導波回路を提供し、また、その製造方法を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、作成が容易で、かつ、製造時に損傷しにくい、シリコン基板上ブリッジ構造体（または「基板上構造体」）を用いた光導波回路を応用した熱光学移相シフタを提供し、また、その製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
以下に、（発明を実施するための最良の形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための最良の形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００３２】
本発明のシリコン構造体製造方法は、（ａ）シリコン基板（２）の上に、幅が連続的に変化する基板上構造体（３）を形成することと、（ｂ）等方性エッチングによって、シリコン基板（２）の、基板上構造体（３）の直下部分を徐々に除去することとを具備する。
【００３３】
本発明のシリコン構造体製造方法において、ステップ（ａ）は、（ａ−１）基板上構造体（３）を、シリコン基板（２）平面に平行な平面に属する所定の線に沿って形成されている部分を具備するように設計することと、（ａ−２）基板上構造体（３）を、所定の線に沿って連続的に変化する幅を有するように設計することと、（ａ−３）シリコン基板（２）上に、シリコン化合物膜（３）を形成することと、（ａ−４）シリコン化合物膜（３）の一部を、エッチングによって除去して、ステップ（ａ−１）で設計された形状に基板上構造体（３）を形成し、ただしシリコン基板（２）は残すこととを具備する。
【００３４】
本発明のシリコン構造体製造方法において、ステップ（ｂ）は、（ｂ−１）シリコン基板（２）に対する等方性エッチング処理を行なって、ただしシリコン酸化膜（３）は残すことと、（ｂ−２）シリコン基板（２）の、基板上構造体（３）の直下部分のうち、基板上構造体（３）の幅がより狭い部分に対応する部分を、等方性エッチングによってより早く除去して被除去部（６）とすることと、（ｂ−３）被除去部（６）の、基板上構造体（３）の長手方向に沿った長さが、徐々に増えることと、（ｂ−４）等方性エッチングを所定のタイミングで終了することとを具備する。
【００３５】
本発明のシリコン構造体製造方法において、ステップ（ｂ）は、（ｂ−５）シリコン基板（２）の、基板上構造体（３）の直下部分のうち、基板上構造体（３）の幅がより広い部分に対応する部分が、等方性エッチングの終了後にも残って、基板上構造体（３）を下から支持する支柱（５）となることをさらに具備する。
【００３６】
本発明の光導波回路製造方法は、本発明のシリコン構造体製造方法において、ステップ（ａ−３）が、（ａ−３−１）シリコン化合物膜（３）として、シリコン酸化膜を用いることと、（ａ−３−２）シリコン基板（２）上に、下層クラッドとして、シリコン酸化膜（３）を形成することと、（ａ−３−３）下層クラッド上に、コア（１）として、下層クラッドとは屈折率が異なるシリコン酸化膜を線状に形成することと、（ａ−３−４）下層クラッドとコア（１）との上に、上層クラッドとして、下層クラッドと上層クラッドとがコアを挟み込むように、シリコン酸化膜を形成することと、（ａ−３−５）下層クラッドと上層クラッドとに挟み込まれたコア（１）が、光導波路として動作することとを具備するものである。
【００３７】
本発明の熱光学移相シフタ製造方法は、本発明の光導波回路製造方法において、ステップ（ａ−３）が、（ａ−３−６）上層クラッドの上に、金属製の薄膜ヒータ（４）が形成されることと、（ａ−３−７）薄膜ヒータ（４）と光導波路（１、３）とが、熱光学位相シフタとして動作することとをさらに具備する。
【００３８】
本発明のシリコン構造体製造方法は、（ｃ）シリコン基板（２）上に形成された犠牲層（８）の上に、幅が連続的に変化する基板上構造体（３）を形成することと、（ｄ）等方性エッチングによって犠牲層（８）を徐々に除去することとを具備する。
【００３９】
本発明のシリコン構造体製造方法において、ステップ（ｃ）は、（ｃ−１）基板上構造体（３）を、シリコン基板（２）平面に平行な平面に属する所定の線に沿って形成されている部分を具備するように設計することと、（ｃ−２）基板上構造体（３）を、所定の線に沿って連続的に変化する幅を有するように設計することと、（ｃ−３）シリコン基板（２）上に、シリコン化合物膜を形成することと、（ｃ−４）シリコン化合物膜の一部を、エッチングによって除去して、ステップ（ｃ−１）で設計された形状に基板上構造体（３）を形成し、ただしシリコン基板（２）および犠牲層（８）は残すこととを具備する。
【００４０】
本発明のシリコン構造体製造方法において、ステップ（ｄ）は、（ｄ−１）シリコン基板（２）に対する等方性エッチング処理を行なって、ただしシリコン酸化膜は残すことと、（ｄ−２）犠牲層（８）のうち、基板上構造体（３）の幅がより狭い部分に対応する部分を、等方性エッチングによってより早く除去して被除去部（６）とすることと、（ｄ−３）被除去部（６）の、基板上構造体（３）の長手方向に沿った長さが、徐々に増えることと、（ｄ−４）等方性エッチングを所定のタイミングで終了することとを具備する。
【００４１】
本発明のシリコン構造体製造方法において、ステップ（ｄ）は、（ｄ−５）犠牲層（８）のうち、基板上構造体（３）の幅がより広い部分に対応する部分が、等方性エッチングの終了後にも残って、基板上構造体（３）を下から支持する支柱（５）となることをさらに具備する。
【００４２】
本発明のシリコン構造体製造方法において、ステップ（ｃ）は、（ｃ−５）ステップ（ｃ−３）でシリコン化合物膜が形成される前に、シリコン基板（２）よりも基板上構造体（３）よりも等方性エッチングによる被除去速度が速い材質で、犠牲層（８）をシリコン基板（２）上に形成することをさらに具備する。
【００４３】
本発明の光導波回路製造方法は、本発明のシリコン構造体製造方法において、ステップ（ｃ−３）が、（ｃ−３−１）シリコン化合物膜として、シリコン酸化膜を用いることと、（ｃ−３−２）シリコン基板上に、下層クラッドとして、シリコン酸化膜を形成することと、（ｃ−３−３）下層クラッド上に、コア（１）として、下層クラッドとは屈折率が異なるシリコン酸化膜を線状に形成することと、（ｃ−３−４）下層クラッドとコア（１）との上に、上層クラッドとして、下層クラッドと上層クラッドとがコアを挟み込むように、シリコン酸化膜を形成することと、（ｃ−３−５）下層クラッドと上層クラッドとに挟み込まれたコア（１）が、光導波路として動作することとを具備する。
【００４４】
本発明の熱光学移相シフタ製造方法は、本発明の光導波回路製造方法において、ステップ（ｃ−３）が、（ｃ−３−６）上層クラッドの上に、金属製の薄膜ヒータ（４）が形成されることと、（ｃ−３−７）薄膜ヒータ（４）と光導波路（１、３）とが、熱光学位相シフタとして動作することとをさらに具備する。
【００４５】
本発明のシリコン構造体は、シリコン基板（２）と、シリコン基板（２）上に形成された基板上構造体（３）とを具備する。基板上構造体（３）は、シリコン化合物膜を含む。シリコン基板（２）のうち、基板上構造体（３）の直下部分には、等方性エッチングを経て除去された被除去部（６）が含まれている。基板上構造体（３）のうち、被除去部（６）の直上部分は、連続的に変化する幅を有する。
【００４６】
本発明のシリコン構造体において、基板上構造体（３）は、シリコン基板（２）平面に平行な平面に属する所定の線に沿って形成されている部分を具備する。
【００４７】
本発明のシリコン構造体は、基板上構造体（３）を下から支持する支柱（５）をさらに具備する。この支柱（５）は、シリコン基板（２）の基板上構造体（３）直下部分のうち、直上の基板上構造体（３）の幅が他の部分よりも広くて、等方性エッチングを経て残された部分である。
【００４８】
本発明のシリコン構造体において、シリコン化合物は、シリコン酸化物を含む。
【００４９】
本発明のシリコン構造体において、シリコン化合物は、シリコン炭化物を含む。
【００５０】
本発明のシリコン構造体において、シリコン化合物は、シリコン窒化物を含む。
【００５１】
本発明の光導波回路は、本発明のシリコン構造体において、基板上構造体（３）が、クラッドと、コア（１）とを具備するものである。ここで、クラッドは、シリコン酸化膜で形成されている。また、コア（１）は、屈折率がクラッドとは異なるように所定のドーピングが施されたシリコン酸化膜で形成されている。
【００５２】
本発明の熱光学移相シフタは、本発明のシリコン構造体がさらに金属製の薄膜ヒータ（４）を具備し、かつ、基板上構造体（３）が、クラッドと、コア（１）とを具備するものである。ここで、クラッドは、シリコン酸化膜で形成されている。また、コア（１）は、屈折率がクラッドとは異なるように所定のドーピングが施されたシリコン酸化膜で形成されている。さらに、金属製の薄膜ヒータ（４）は、基板上構造体（３）の上に形成されている。
【００５３】
本発明のシリコン構造体は、シリコン基板（２）と、シリコン基板（２）上に形成された犠牲層（８）と、シリコン基板（２）の犠牲層（８）上に形成された基板上構造体（３）とを具備する。基板上構造体（３）は、シリコン化合物膜を含む。シリコン基板（２）の犠牲層のうち、基板上構造体（３）の直下部分には、等方性エッチングを経て除去された被除去部（６）が含まれる。基板上構造体（３）のうち、被除去部（６）の直上部分は、連続的に変化する幅を有する。
【００５４】
本発明のシリコン構造体において、基板上構造体（３）は、シリコン基板（２）平面に平行な平面に属する所定の線に沿って形成されている部分を具備する。
【００５５】
本発明のシリコン構造体において、基板上構造体（３）を下から支持する支柱（５）をさらに具備する。この支柱（５）は、犠牲層のうち、直上の基板上構造体（３）の幅が他の部分よりも広くて、等方性エッチングを経て残された部分である。
【００５６】
本発明のシリコン構造体において、シリコン化合物は、シリコン酸化物を含む。
【００５７】
本発明のシリコン構造体において、シリコン化合物は、シリコン炭化物を含む。
【００５８】
本発明のシリコン構造体において、シリコン化合物は、シリコン窒化物を含む。
【００５９】
本発明のシリコン構造体において、犠牲層（８）は、等方性エッチングによる被除去速度が、シリコン基板（２）よりも基板上構造体（３）よりも速い材質を具備する。
【００６０】
本発明の光導波回路は、本発明のシリコン構造体において、基板上構造体（３）が、クラッドと、コア（１）とを具備するものである。ここで、クラッドは、シリコン酸化膜で形成されている。また、コア（１）は、屈折率がクラッドとは異なるように所定のドーピングが施されたシリコン酸化膜で形成されている。
【００６１】
本発明の熱光学移相シフタは、本発明のシリコン構造体が金属製の薄膜ヒータ（４）をさらに具備し、かつ、基板上構造体（３）が、クラッドと、コア（１）とを具備するものである。ここで、クラッドは、シリコン酸化膜で形成されている。また、コア（１）は、屈折率がクラッドとは異なるように所定のドーピングが施されたシリコン酸化膜で形成されている。さらに、金属製の薄膜ヒータ（４）は、基板上構造体（３）の上に形成されている。
【発明の効果】
【００６２】
本発明のシリコン基板上ブリッジ構造体（または基板上構造体）とその製造方法によれば、設計時にブリッジ構造体（または基板構造体）の幅を連続的に変化させた上でエッチング処理を施せば良いので、作成が容易になる。また、ブリッジ構造体（または基板構造体）はシリコン基板から徐々に分離されるので、一気に分離される場合とは異なり、製造時に破損しにくい。
また、本発明の光導波回路は、本発明のシリコン基板上ブリッジ構造体（または基板上構造体）の応用として同様に製造される。さらに、本発明の熱光学移相シフタは、本発明の光導波回路の応用として同様に製造される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６３】
添付図面を参照して、本発明によるシリコン構造体を実施するための最良の形態を以下に説明する。
【００６４】
本発明を説明する前に、まずは関連技術によってブリッジ構造を設けられたシリコン構造体について説明する。
図１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、関連技術によってシリコン構造体をブリッジ構造化する方法を説明するための平面図と俯瞰図である。関連技術によるシリコン構造体は２層構造になっており、下の層がシリコン基板２、上の層がシリコン化合物膜を含む基板上構造物３である。ここでは、一例として、基板上構造体３がシリコン酸化膜を含む場合について説明する。なお、基板上構造体の中央には光導波路１が通っており、このシリコン構造体は光導波回路として使用される。
【００６５】
光導波路１は、不純物として燐などの元素が添加された、すなわちドーピングされたシリコン酸化膜、例えば燐ガラス、などで形成されている。光導波路１と基板上構造体３は、屈折率が異なり、それぞれコアとクラッドとして使用される。今後は、基板上構造体３のうちでも、特に光導波路１とその周囲のクラッドの部分に注目して説明する。
【００６６】
基板上構造体３は、その両側から、シリコン基板２が露出している空間によって挟まれている。この、シリコン基板２上にシリコン酸化膜が形成されていない空間のことを、断熱溝７と呼ぶ。これは、上記にて説明した通り、光導波路１の上面にヒータが設けられた際に、断熱効果で熱効率を上げるための空間である。
【００６７】
まずは、シリコン基板１が用意される。次に、シリコン基板１の上に基板上構造体が形成される。この時、基板上構造体３が光導波路１として形成される場合は、次のような３層構造で形成される。
【００６８】
まず、シリコン基板１の上にシリコン酸化膜が形成される。この層は、後に「下層クラッド」、すなわち、クラッドの下層部分として使用される。
【００６９】
次に、下層クラッドの上に、コア１が線状に形成される。コア１の形状こそが光導波路１の形状となる。コア１が描く線は、シリコン基板１の表面に平行な面に属すことになるが、直線であっても曲線であっても構わない。なお、上記にて説明したとおり、コア１は下層クラッドとは屈折率の異なるシリコン酸化膜である。
【００７０】
最後に、下層クラッドとコア１の上に、下層クラッドと同じシリコン酸化膜が形成される。この層は、後に「上層クラッド」、すなわち、クラッドの上層部分として使用される。その結果、コア１は下層クラッドと上層クラッドとに挟み込まれる。
【００７１】
コア１の側面は、その全面が下層クラッドまたは上層クラッドに接触しているので、基板上構造体は光導波路として動作可能である。
【００７２】
ここで、基板上構造体３のうち、光導波路の両側の部分に、断熱溝７を形成する。そのためには、例えば、シリコン酸化膜は除去するがシリコン基板２は可能な限り除去せずに残すような、第１のエッチング処理が用いられる。
【００７３】
この時、断熱溝７がエッチングによって除去された後に残される基板上構造体の形状が、コア１を含んでいることが必要となる。ただし、この基板上構造体３が光導波路として動作する必要が無い場合は、細長い形状であることが望ましい。いずれの場合にも、エッチング後の基板上構造体３は、コア１が描く線、またはシリコン基板２の表面に平行な面に属する所定の線に沿った形状となることが望ましい。
【００７４】
断熱溝７の除去が完了し、基板上構造体３が設計どおりの形状に形成されると、次にシリコン基板２のエッチングを行なう。この第２のエッチングは、第１のエッチングとは反対に、シリコン基板２を除去し、シリコン酸化膜を可能な限り除去しないようなエッチングであることが望ましい。また、シリコン基板のうち、基板上構造体３によって隠された部分も除去するために、第２のエッチングは等方性エッチングであることが望ましい。
【００７５】
図１（ａ）、（ｂ）のシリコン構造体にエッチング処理が施されると、シリコン基板２が徐々に除去される。このとき、シリコン酸化膜で形成された基板上構造体３は、エッチングの影響をほとんど受けない。したがって、エッチング処理が開始した最初の瞬間は、シリコン基板２のうち、断熱溝７に露出している面だけが除去される。次の瞬間には、基板上構造体３の直下部分もその側面から除去され始める。このようにして、断熱溝７の部分は上から下に向ってエッチングが進行し、基板上構造体３の直下部分は、図１（ａ）の矢印の方向に、基板上構造体３の脇から中心軸への方向に向ってエッチングが進行する。
【００７６】
基板上構造体３直下のシリコン基板２が除去されて出来る穴が左右両側から繋がって、その部分においては基板上構造体３がシリコン基板２から離脱することになる。このようにして、基板上構造体３は、シリコン基板２の上に浮くブリッジ構造を獲得する。
【００７７】
このとき、基板上構造体３の直下部分において、左側からのエッチングと右側からのエッチングは、光導波路１に沿った全域で同じ速度で進行する。したがって、基板上構造体３直下の全域において、同じ瞬間に左右両側からの穴が繋がる。すなわち、基板上構造体３全体が瞬間的にシリコン基板２から離脱することになる。この時に基板上構造体３に加わる応力が原因で、基板上構造体３は破損する場合がある。
【００７８】
（第１の実施例）
図２（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明の第１の実施例によるシリコン構造体をブリッジ構造化する方法を説明するための平面図と俯瞰図である。図１の関連技術による例との差異は、主に、基板上構造体３の形状にある。具体的には、基板上構造体３の幅が連続的に変化するように形成されている。基板上構造体３の形状に係る条件は、シリコン構造体全体の設計の時点で決定されていることが望ましい。
【００７９】
本実施例のシリコン構造体がエッチング処理を受けると、基板上構造体３直下のシリコン基板２では、図２（ａ）の矢印の方向にエッチングが進行することになる。
【００８０】
図２（ａ）の場合、基板上構造体３のうち、幅が最も狭い部分であるＡ部が最初にブリッジ化される。すなわち、シリコン基板２の基板上構造体３直下部分が除去されて最初に被除去部６が現われるのはＡ部である。その後、光導波路１の両方の方向に向って被除去部６は成長する。
【００８１】
図３は、本実施例によってシリコン構造体をブリッジ構造化する方法を説明するための断面図である。右の列、中央の列、左の列はそれぞれ、図２（ａ）の線Ａ−Ａ’、線Ｂ−Ｂ’、線Ｃ−Ｃ’で切られたシリコン構造体の断面図である。また、それぞれの断面位置について、エッチング処理の時間経過を、上から下に向って順に示す。
【００８２】
エッチング処理が進行するにつれて、シリコン基板２が、エッチング剤との接触面において、徐々に、少しずつ、除去される。この時、基板上構造体３の存在する部分にいてシリコン基板２とエッチング剤との接触が遮られるので、基板上構造体３直下部分におけるシリコン基板２の除去は遅れる。それでも、最終的には基板上構造体３直下部分のシリコン基板２が除去されて、基板上構造体３とシリコン基板２との間に空間６が生まれる。これを被除去部６と呼ぶ。被除去部６直上の基板上構造体３は、シリコン基板２から分離されてブリッジ構造体となる。
【００８３】
特に、線Ｃ−Ｃ’における断面図のように、基板上構造体３の幅が広ければ広いほど、その直下部分のシリコン基板２の除去が遅れる。反対に、線Ａ−Ａ’の断面図のように、基板上構造体３の幅が狭ければ狭いほど、その直下部分のシリコン基板２は早く除去される。
【００８４】
なお、エッチングを所定のタイミングで終了するなどして、エッチング処理の時間を調節することで、エッチング後の被除去部６の大きさを調節可能である。
【００８５】
図４と図５は、本実施例における基板上構造体３の、幅が連続的に変化する形状の他の例を示す平面図である。図２（ａ）のような曲線以外にも、折れ線的な形状であっても構わない。
【００８６】
（第２の実施例）
図６は、本発明の第２の実施例における基板上構造体３の形状を示す平面図である。基板上構造体３の幅は、第１の実施例と同様に連続的に変化している。さらに、途中に幅の広い部分が設けられている。
【００８７】
エッチング処理を所定のタイミングで終了することによって、図３の線Ｃ−Ｃ’における断面図のように、エッチング終了後に基板上構造体３直下部分のシリコン基板２を残すことも可能である。
【００８８】
これを応用することで、基板上構造体３がシリコン基板２から分離した後も、一部の場所に支柱５を設けることが可能となる。特に、ブリッジ構造体となった基板上構造体３が比較的細長い場合に、支柱５によって下から支持されることで、基板上構造体３の強度が補強される効果が得られる。
【００８９】
（第３の実施例）
図７は、本発明の第３の実施例における熱光学移相シフタの構造を説明するための平面図である。本実施例の熱光学移相シフタは、第１の実施例の図２（ａ）、（ｂ）における光導波回路を２つと、光導波路の上に形成されたヒータ４を２つ具備している。
【００９０】
ヒータ４が光導波路１を熱することによって、光導波路１の屈折率が熱光学効果によって変化する。この現象を用いることによって、２つの光導波路１を通過する光に位相差を発生させることが出来る。このようにして、図７の熱光学位相シフタは例えばマッハツェンダ干渉計として使用可能である。
【００９１】
（第４の実施例）
図１０（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明の第４の実施例によるシリコン構造体をブリッジ構造化する方法を説明するための平面図と俯瞰図である。第１の実施例の図２（ａ）、（ｂ）との差異は、唯一、シリコン基板２上に形成された犠牲層８の存在である。すなわち、第１の実施例ではブリッジ化用等方性エッチングによってシリコン基板２の一部が除去されるが、本実施例ではその代わりに、犠牲層８の一部が等方性エッチングによって除去される。
【００９２】
ここで、ブリッジ化用等方性エッチングは、犠牲層８だけを除去し、シリコン基板２や基板上構造体３を可能な限り除去しないことが望ましい。そのために、一例として、シリコン基板２上にＰＳＧ（リン添加シリカガラス）で犠牲層８を形成し、その上にＢＰＳＧ（ボロン・リン添加シリカガラス）で基板上構造体３を形成する。さらにブリッジ化用等方性エッチングとしてＢＨＦ（Ｂｕｆｆｅｒｅｄ  ＨＦ：緩衝フッ酸）溶液によるウェットエッチングを用いれば、基板上構造体３を劣化させることなく犠牲層８を除去出来る。
【００９３】
図１１は、本実施例によってシリコン構造体をブリッジ構造化する方法を説明するための断面図である。第１の実施例における図３と同様に、右の列、中央の列、左の列はそれぞれ、図１０（ａ）の線Ａ−Ａ’、線Ｂ−Ｂ’、線Ｃ−Ｃ’におけるシリコン構造体の断面図である。また、それぞれの断面位置について、エッチング処理の時間経過を、上から下に向って順に示す。
【００９４】
なお、本実施例では、断熱溝７を第１のエッチングによって除去して基板上構造体３の形状を形成する際に、犠牲層８も同じにエッチングされている。ただし、後述するように、基板上構造体３と犠牲層８のそれぞれの材質と、第１のエッチングに用いられるエッチング剤との組み合わせよっては、基板上構造体３だけをエッチングすることも可能である。
【００９５】
本実施例における図１１と、第１の実施例における図３との唯一の差異は、犠牲層８の存在である。すなわち、第１の実施例における図３では、シリコン基板２の一部がブリッジ化用等方性エッチングによって除去されていた。しかし本実施例における図１１では、シリコン基板２と基板上構造体３との間に形成された犠牲層８がブリッジ化用等方性エッチングによって除去される。この時、前述したように、犠牲層８だけが選択的にエッチングされて、シリコン基板２や基板上構造体３は可能な限り除去されないことが重要である。
【００９６】
また、犠牲層８は、断熱溝７に面するエッチング剤に接触した個所から除去が始まる。その結果、両幅方向から犠牲層８のエッチングが進行する。両幅方向からエッチングが進行して、基板上構造体３とシリコン基板２との間から犠牲層８が無くなった部分を、被除去部６と呼ぶ。犠牲層８の初期の幅の広さに応じて、被除去部６が生まれるタイミングが異なる。例えば、図１１の一番下の段において、Ａ−Ａ’切断面に対応する列では犠牲層８が完全に除去されているのに対して、Ｃ−Ｃ’切断面に対応する列では犠牲層８がまだ残っている。このタイミングでブリッジ化用エッチングを終了させたなら、残された犠牲層８は基板上構造体３を下から支持する支柱５と呼ばれる。
【００９７】
さらに、基板上構造体３の幅が連続的に変化するように設計されていれば、基板上構造体３がそれぞれの場所においてシリコン基板２から分離されるタイミングも連続的に変化する。その結果、基板上構造体３のシリコン基板２からの分離は少しずつ進行することになる。
【００９８】
このことは、基板上構造体３がブリッジ構造体となる際に受ける応力が長時間かけて分散されて伝わることを意味する。したがって基板上構造体３における破損の発生率が大幅に減少するという効果が得られる。
【００９９】
本実施例を第２の実施例に応用することで、犠牲層エッチングを用いる方法で光導波回路を製作可能である。
【０１００】
また、本実施例を第３の実施例に応用することで、犠牲層エッチングを用いる方法で熱光学位相シフタを製作可能である。ただし、この場合は適当なレジストなどを用いてヒータ４をエッチング剤から保護する必要がある。
【０１０１】
（第５の実施例）
図８（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明の第５の実施例によるシリコン構造体をブリッジ構造化する方法を説明するための平面図と俯瞰図である。第４の実施例と同様に、本実施例の図８（ａ）、（ｂ）と第１の実施例の図２（ａ）、（ｂ）との差異は、唯一、シリコン基板２上に形成された犠牲層８の存在である。すなわち、第１の実施例ではブリッジ化用等方性エッチングによってシリコン基板２の一部が除去されるが、本実施例ではその代わりに、犠牲層８の一部が等方性エッチングによって除去される。
【０１０２】
また、本実施例の図８（ａ）、（ｂ）と第４の実施例の図１０（ａ）、（ｂ）との差異は、唯一、犠牲層８の形状である。すなわち、第４の実施例では犠牲層８に断熱溝７が設けられて基板上構造体３と同じ形状をしているが、本実施例では犠牲層８に断熱溝７は設けられていない。これは、前述したように、第１のエッチングによって断熱溝７を除去して基板上構造体の形状を形成する際に、犠牲層８がエッチングされない場合である。
【０１０３】
図９は、本実施例によってシリコン構造体をブリッジ構造化する方法を説明するための断面図である。第１の実施例における図３と同様に、右の列、中央の列、左の列はそれぞれ、図８（ａ）の線Ａ−Ａ’、線Ｂ−Ｂ’、線Ｃ−Ｃ’におけるシリコン構造体の断面図である。また、それぞれの断面位置について、エッチング処理の時間経過を、上から下に向って順に示す。
【０１０４】
本実施例の図９と、第４の実施例の図１１との差異は、犠牲層８の形状だけである。すなわち、第４の実施例の図１１では、犠牲層８の断面における左右両側からエッチングが進行したが、本実施例の図９では、犠牲層８がエッチング剤と接触する上面からエッチングが始まっている。これは、ちょうど第１の実施例の図３によく似ている。両者の差異は、基板上構造体３直下の層が犠牲層８かシリコン基板２かの違いである。
【０１０５】
本実施例を第２の実施例に応用することで、犠牲層エッチングを用いる方法で光導波回路を製作可能である。
【０１０６】
また、本実施例を第３の実施例に応用することで、犠牲層エッチングを用いる方法で熱光学位相シフタを製作可能である。ただし、この場合は適当なレジストなどを用いてヒータ４をエッチング剤から保護する必要がある。
【０１０７】
以上本発明の全ての実施例に共通な注意点について以下に述べる。
まず、熱効率だけを考えると、基板上構造体の幅を広げることは不利になってしまう。しかし、それ以上に、基板上構造体がブリッジ化される際の破損を押さえることが重要な場合に、本発明は大変有利である。
【０１０８】
次に、ここまで、等方性エッチングとして液体のエッチング剤を用いる等方性ウェットエッチングを前提にして説明をした。しかし、本発明は、ＸｅＦ２（２フッ化キセノン）のような気体のエッチング剤を用いる等方性ガスエッチングにも適用可能である。
【０１０９】
また、基板上構造体がシリコン酸化膜として形成されている場合を説明したが、エッチング処理にほとんど影響を受けなければ他の素材であっても構わない。具体例としては、シリコン酸化物や、シリコン窒化物や、シリコン炭化物を含むシリコン化合物であっても良い。この場合、本発明で用いられる２種類のエッチングの選択に注意が必要である。
【０１１０】
さらに、繰り返しになるが、この実施例は、本発明のシリコン構造体の一つの応用例であり、応用可能な分野は光導波回路または熱光学移相シフタに限られない。特に、ＭＥＭＳの分野への応用が可能である。
【０１１１】
最後にもう一度、本発明によるシリコン構造体の製造方法をまとめると、まず、シリコン基板２の上に、第１〜第３の実施例では直接、第４または第５の実施例では犠牲層８を形成したその上に、シリコン化合物膜を形成する。第１のエッチングによってシリコン化合物膜からその一部を除去して断熱溝７を形成する。この時、第１〜第３または第５の実施例では、シリコン化合物膜だけを除去するが、第４の実施例ではシリコン化合物膜に加えて犠牲層８も一緒に除去する。
【０１１２】
こうして、シリコン化合物膜が基板上構造体３となるのだが、その形状は、幅が連続的に変化することが重要である。この形状は、当然ながら第１のエッチングが始まる前に設計されていなければならない。さらに、第２〜５の実施例では、基板上構造体３は光導波路として動作するので、基板上構造体３は光導波路のコア１が描く線に沿ってこの線を含むように設計される。
【０１１３】
その後、基板上構造体３をブリッジ化するための第２のエッチングを行なう。この時、基板上構造体３の幅の狭い部分に対応する部分が、第１〜第３の実施例ではシリコン基板２が、第４または第５の実施例では犠牲層８が、より早く除去される。第２のエッチングによって基板上構造体３とシリコン基板２との間に空間が生まれれば、それは両者を分離する被除去部６となる。
【０１１４】
ここで、被除去部６に注目すると、第２のエッチングが進行するにつれて、基板上構造体３の幅がより狭い部分からより広い部分へと徐々に成長する。すなわち、被除去部６の、基板上構造体３の長手方向に沿った長さが、徐々に増える。この点こそが本発明の重要な特徴であり、基板上構造体３はシリコン基板２から少しずつ分離してブリッジ構造を獲得するので、ブリッジ構造体はその形成時に損傷しにくい。
【０１１５】
なお、第２のエッチングを終了するタイミングを調節することによって、基板上構造体３の幅の広い部分に第１〜第３の実施例ではシリコン基板２を、第４または第５の実施例では犠牲層８を意図的に残すことが可能となる。残された部分は基板上構造体３を下から支持する支柱５となる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】図１は、関連技術によってシリコン構造体をブリッジ構造化する方法を説明するための平面図（ａ）と、俯瞰図（ｂ）である。
【図２】図２は、第１の実施例によってシリコン構造体をブリッジ構造化する方法を説明するための平面図（ａ）と、俯瞰図（ｂ）である。
【図３】図３は、第１の実施例によってシリコン構造体をブリッジ構造化する方法を説明するための断面図である。
【図４】図４は、第１の実施例によるシリコン構造体における、基板上構造体の形状の別の一例を示す平面図である。
【図５】図５は、第１の実施例によるシリコン構造体における、基板上構造体の形状のさらに別の一例を示す平面図である。
【図６】図６は、第２の実施例によるシリコン構造体において、ブリッジ直下に支柱を設ける場合の平面図である。
【図７】図７は、第３の実施例によるマッハツェンダ干渉計の平面図である。
【図８】図８は、第５の実施例によってシリコン構造体をブリッジ構造化する方法を説明するための平面図（ａ）と、俯瞰図（ｂ）である。
【図９】図９は、第５の実施例によってシリコン構造体をブリッジ構造化する方法を説明するための断面図である。
【図１０】図１０は、第４の実施例によってシリコン構造体をブリッジ構造化する方法を説明するための平面図（ａ）と、俯瞰図（ｂ）である。
【図１１】図１１は、第４の実施例によってシリコン構造体をブリッジ構造化する方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１  光導波路（コア）
２  シリコン基板
３  基板上構造体（シリコン酸化膜）
４  ヒータ
５  支柱
６  被除去部
７  断熱溝（シリコン酸化膜非形成領域）
８  犠牲層
【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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