JP4019847B2

JP4019847B2 - 機能デバイス

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Publication number: JP4019847B2
Application number: JP2002226416A
Authority: JP
Inventors: 俊之奥村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-08-17
Filing date: 2002-08-02
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2022-08-02
Also published as: JP2003140064A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は入力された信号の変換、経路の変更、波長の選択及び導通／非導通等の加工処理を行う機能素子を備えた機能デバイスに関し、特に、機能素子の動作が微小電気機械により制御される機能デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）方式の光ファイバーシステムのような光波通信ネットワークシステムにおいて、光の経路をスイッチングする技術及び入射した光から任意の波長の光を選択する技術の必要性が高まっている。この光波通信ネットワークシステムにおいて、ネットワーク上の各ノードでは、複数の波長の光から所定の波長の光を選択し分岐した後、この光の経路変更を行う光スイッチが使用される。今後予想される通信情報伝送量の増大に伴い、光スイッチ等の光デバイスの多チャンネル化、大規模化が要求されている。
【０００３】
このうち、光スイッチは、光を光／電気変換すること無しに光のまま経路変換するため、遅延時間を最小化でき、転送速度に依存せず、拡張性を有する等の特長をもつ。従来、光スイッチを実現する方法として、光ファイバーの機械的運動による方法、ファラデー回転に基づいて行う方法、反射ミラーを使用して行う方法等が提案されている。
【０００４】
このうち、反射ミラーを使用し、この反射ミラー及びこの反射ミラーの駆動装置に微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical System）を使用する光スイッチは、半導体集積回路を製造する微細加工技術を利用して製造しているため、機能集積化、アレイ化、可動立体構造の小型化、高精度化が可能であり、コスト低減、大規模化に対して有利であり、今後の多チャンネル化に伴う光スイッチの大規模化の必要性に十分に応えられる光デバイスとして期待されている。
【０００５】
例えば、特開２０００−３１４８４６号公報には、ＭＥＭＳにより形成された反射ミラーが開示されている。即ち、特開２０００−３１４８４６号公報には、支持体にビーム部によって回動可能に連結された反射ミラーを設け、前記支持体に電極を取り付け、この電極に電圧を印加することにより、この電極と前記反射ミラーとの間の静電力によって前記反射ミラーの動作を制御する技術が開示されている。また、特開２００１−１１７０２５号公報にも、ＭＥＭＳにより形成された反射ミラーが開示されている。更に、特開平１１−３３０２５４号公報には、スイッチ手段を備えた半導体装置において、前記スイッチ手段が、基板上に形成された複数のＭＯＳトランジスタと、このＭＯＳトランジスタ上に形成されたＭＥＭＳである複数のスイッチ素子とを備え、このスイッチ素子においては移動可能に設けられた配線をクーロン力により移動させることによりスイッチングを行う技術が開示されている。特開平１１−３３０２５４号公報には、これにより、半導体装置において、前記ＭＯＳトランジスタにより不変的な接続を行い、前記スイッチ素子により可変的な接続を行うことにより、自由度が高い論理可変ＬＳＩを実現できると記載されている。
【０００６】
更にまた、特開平１１−１４４５９６号公報には、半導体モノシリックマイクロ波集積回路基板上にＭＥＭＳにてＲＦスイッチを形成する技術が開示されている。この技術は、基板上にシーソー状に回動可能に支持されたビームを設け、このビームの近傍に配置された電極に電圧を印加することにより、ビームと電極との間に静電気力を発生させ、ビームを回動させる。これにより、基板上に形成された端子とビームの下面に形成された端子とを接触させたり非接触にしたりして、スイッチを開閉するものである。特開平１１−１４４５９６号公報には、これにより、感度が良好なＲＦスイッチをアレイ状に形成できると記載されている。
【０００７】
一方、米国特許第５，９６３，７８８号（Carole C. Barron et. al.）においては、ＭＥＭＳ素子が形成される基板と同一のシリコン基板上に、このＭＥＭＳ素子を駆動する駆動回路を作製する技術が開示されている。
【０００８】
また、特開２００２−３６２００号公報には、ＭＥＭＳデバイスモジュールとＭＥＭＳデバイスアレイを駆動するために必要なＩＣ制御回路モジュールとを共通のシステム相互接続基板上に集積する技術が開示されている。これにより、ＭＥＭＳデバイス及びＩＣモジュールを、交換又は修理のために容易に取り外すことができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の技術には以下に示すような問題点がある。反射ミラー又はＲＦスイッチ等の機能素子の駆動力として、静電気力、磁気力、圧電効果、熱膨張等が利用されるが、このような機能素子を備えた装置には、これらの駆動力を発生させるための駆動回路が必要である。例えば、反射ミラーの駆動力として静電気力を使用する場合には、電圧を発生する印加電圧発生回路の他に、駆動させる微小電気機械を選択し制御するための駆動回路が必要となる。
【００１０】
例えば、前述の特開２００１−１１７０２５号公報の図１に示されているように、従来、このような駆動回路は、反射ミラー等の機能素子及びこの機能素子を駆動する駆動装置（以下、総称してＭＥＭＳ素子という）を形成する基板とは別の基板上に作製され、ワイヤボンディング又はフレキシブル基板等によってＭＥＭＳ素子が形成された基板に接続されている。このため、光デバイスが多チャンネル化により大規模化し、駆動するＭＥＭＳ素子数が増大すると、前記駆動回路を個々のＭＥＭＳ素子に接続する配線の数及び駆動回路の規模が増大し、装置全体が大型化してしまうという問題がある。即ち、ＭＥＭＳ素子を駆動制御するためには電極が必要であるが、多チャンネル化、アレイの大規模化に伴い外部との間で駆動制御信号を入出力するための端子数が増大し、そのための配線の引き回しに必要な領域も大型化する。例えば、一つのＭＥＭＳ素子の駆動に２電極必要とすると、ｎ行ｎ列(ｎは整数)正方マトリックス配置(アレイ化)すると電極数は２ｎ^２個となり、これと同数の端子をデバイスに設ける必要があり、更に、これらの端子に接続する配線の引き回し領域も大型化する。
【００１１】
また、米国特許第５，９６３，７８８号に開示された技術においては、シリコン基板表面にキャビティー部を設け、このキャビティー部にＭＥＭＳ素子を作製した後、前記シリコン基板表面における前記キャビティー部とは異なる領域に駆動回路を形成するため、駆動回路形成時においてＭＥＭＳ素子を保護する工程が必要となり、また、駆動回路形成後に平坦化加工を行う工程が必要となる。このため、工程数が増加するという問題点がある。また、多チャンネル化を実現するために数千個のＭＥＭＳ素子からなる光反射ミラーをアレイ状に配列する場合、シリコン基板表面におけるキャビティー部が占める面積の比率が増大し、装置の作製時においてシリコン基板の機械的強度が弱くなるという問題点がある。
【００１２】
更に、特開２００２−３６２００号公報に開示された技術においては、複数のＭＥＭＳモジュールを交換可能な状態で相互接続基板上に配置するため、モジュール間の位置合せ精度を確保することが必要となる。例えば、ＭＥＭＳモジュールが光通信に使用するミラーを含む場合には、モジュール間の光路を精密に確保する必要がある。このため、組立工程が複雑化するか、又は組立後の装置の信頼性が低くなる。また、各ＭＥＭＳモジュールがそれ自体で密封された構造をとるため、ＭＥＭＳチップよりも体積が大きく、アレイの大規模化においては装置が大型化するといった問題点がある。
【００１３】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、多チャンネル化における配線数の増大による大型化を抑制でき、製造が容易であり、強度が高く、低コスト化及び信頼性の向上を図った機能デバイス及びその製造方法並びにこの機能デバイスに搭載する駆動回路を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る機能デバイスは、入力された信号を加工して出力する複数の機能素子と、基板及びこの基板上に設けられ前記機能素子を駆動する駆動回路を備えた駆動回路基板と、絶縁性材料からなり前記機能素子と前記駆動回路基板とを相互に接合する絶縁層及びこの絶縁層中に設けられ前記機能素子と前記駆動回路とを相互に接続する接続端子を備えた接合層と、を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明においては、機能素子及びこの機能素子を駆動する駆動回路を備えた駆動回路基板を設け、機能素子と駆動回路基板とを接合層により接合することにより、機能素子が多数になり機能デバイスが多チャンネル化した場合においても、駆動回路の面積の増大により機能デバイス全体が大型化することを抑制することができる。また、駆動回路と機能素子との間の距離を小さくできるため、両者間の配線を可及的に短くすることができ、機能デバイスの小型化及び信頼性の向上を図ることができる。更に、駆動回路基板において、基板上に駆動回路を形成し、機能素子は接合層を介してこの駆動回路基板に接合するため、基板上に直接機能素子を形成する場合と比較して、製造が容易であり、基板の強度が低下することがなく、駆動回路基板と機能素子との間に集積度及び物理的な不整合が少なく、機能デバイスの信頼性を向上させると共にコストを減少させることができる。更にまた、機能素子が接合層により駆動回路基板に接合されているため、交換可能なモジュールを使用する場合と比較して、デバイスの信頼性が向上すると共に、小型化を図ることができる。更にまた、機能素子及び駆動回路基板を独立して製造することができるため、夫々独立に良否判断を行うことができ、デバイス全体としての歩留りが向上する。
【００１６】
また、前記駆動回路を外部回路に接続する入出力端子を有し、この入出力端子の数が前記接続端子の数よりも少ないことが好ましい。これにより、駆動回路と外部回路との間の配線数を低減でき、この配線の引き回しに要する領域の面積を低減することができる。
【００１７】
更に、前記機能素子が、前記入力された信号に対して加工処理を施す加工素子と、この加工素子を運動可能に支持する微小電気機械部と、前記駆動回路から電圧が印加され前記加工素子との間に静電気力を発生させることにより前記加工素子を運動させる駆動電極と、を有していてもよい。これにより、簡略な構成により、駆動回路が出力する電気信号を加工素子の機械的動作に変換することができる。
【００１８】
このとき、前記各機能素子が前記駆動電極を３個以上有していてもよい。これにより、前記加工素子を２自由度で動かすことができ、信号処理の自由度が増大する。
【００１９】
また、前記信号が光信号であり、前記加工素子がこの光信号の少なくとも一部を反射する光反射ミラーであり、前記微小電気機械部が前記光反射ミラーを回動可能に支持するものであり、前記駆動電極が前記光反射ミラーの角度を制御して前記光反射ミラーが入力された前記光信号を選択的に出力することにより、光のスイッチングを行ってもよい。
【００２０】
このとき、前記駆動電極が透明導電体からなり、前記光反射ミラーが半透過性であり、前記基板が透明絶縁体からなり、前記駆動回路基板が前記機能素子に対向していない側の面に光検出素子を含む光検出基板を有していてもよい。これにより、この光デバイスを使用して光通信を行う際に、常時、光信号をモニターすることが可能となる。この結果、この機能デバイスを通過する光信号の異常及び通信経路の断線等を検出することができる。
【００２３】
更に、前記駆動回路が、アレイ状に配列された複数のトランジスタと、このトランジスタのゲート電極に接続された１又は複数のゲート線と、前記トランジスタのソース電極に接続された複数のドレイン／ソース線と、前記トランジスタのドレイン電極及び前記駆動電極に接続され前記ドレイン電極に印加された電圧を前記駆動電極に印加する端子と、前記ドレイン／ソース線に選択的に信号を入力するドレイン／ソース駆動回路と、を有することが好ましい。また、前記駆動回路が、前記ゲート線に選択的に信号を入力するゲート駆動回路を有していてもよい。これにより、光スイッチが多チャンネル化及び大規模化しても、回路部が大型化することがなく、機能デバイスが大型化することをより一層抑制することができる。
【００２４】
本発明に係る他の機能デバイスは、表面に入力された光の少なくとも一部に対して光加工処理を行い出力する機能素子を備え、前記機能素子を支持すると共に前記機能素子の動作を制御する微小電気機械部を備えた機能素子可動支持構造体と、前記機能素子可動支持構造体から見て前記機能素子が設けられていない側に配置され、絶縁体からなる基板及びこの基板上に形成され前記微小電気機械部の動作を制御する駆動回路を備えた駆動回路基板構造体と、を有することを特徴とする。
【００２５】
本発明においては、機能素子及び微小電気機械部を備えた機能素子可動支持構造体を設け、前記機能素子可動支持構造体から見て前記機能素子が設けられていない側に駆動回路を備える駆動回路基板構造体を配置することにより、機能デバイスが多チャンネル化した場合においても、駆動回路の面積の増大により機能デバイス全体が大型化することを抑制することができる。また、駆動回路基板構造体において絶縁体からなる基板上に駆動回路を形成するため、駆動回路基板構造体と機能素子可動支持構造体との間に集積度及び物理的な不整合が少なく、機能デバイスの信頼性を向上させると共にコストを減少させることができる。更に、駆動回路と微小電気機械部との間の距離を小さくできるため、駆動回路と微小電気機械部との間の配線を可及的に短くすることができ、機能デバイスの小型化及び信頼性の向上を図ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は本実施形態に係る機能デバイスの構成を示す斜視図、図２はミラー素子１１の断面図、図３はミラー素子１１の詳細を示す拡大平面図、図４は光反射ミラー素子の電極配置を示す断面図、図５は１個の光反射ミラー素子を駆動する４個のミラー素子スイッチ部を示す等価回路図、図６はミラー素子スイッチ部及びドライバ回路部の構成を示す等価回路図である。なお、図２は図３に示すＸ−Ｘ軸をとおりミラーフレーム１４の表面に垂直な断面における断面図である。本実施形態の機能デバイスは、機能素子として光反射ミラーを使用し、９個の光反射ミラーをアレイ状に配置し、この光反射ミラーを駆動する駆動力として静電気力を利用した光スイッチである。
【００２９】
図１に示すように、本実施形態に係る機能デバイスである光スイッチには、駆動回路基板２が設けられ、この駆動回路基板２上に積層されるように、ミラー基板１が設けられている。駆動回路基板２とミラー基板１とは、樹脂層３により相互に接合されている。この樹脂層３中には接合部材３２（図２参照）が設けられており、樹脂層３及び接合部材３２により接合層が形成されている。ミラー基板１には、１個以上例えば９個のミラー素子１１が設けられ、（３行×３列）のマトリクス状に配列されている。駆動回路基板２には、光反射ミラー１１を駆動・制御する回路が設けられ、熱硬化性接着剤等の樹脂層３及び接続部材３２（図２参照）を介してミラー基板１に接合されている。
【００３０】
ミラー基板１及び駆動回路基板２はその形状が略直方体であり、積層方向から見てミラー基板１及び駆動回路基板２は１辺の長さが略等しく、他の１辺の長さは駆動回路基板２がミラー基板１よりも若干長くなっている。このため、駆動回路基板２の上面においてミラー基板１に覆われていない領域が存在し、この領域には例えば４個の外部入力ポート４が設けられている。
【００３１】
図２に示すように、ミラー基板１においては、絶縁体又は酸化シリコン等の絶縁体で覆われたシリコンからなるベース基板１６が設けられ、ベース基板１６上にはガラス等の絶縁体からなる支持台１５が所定の間隔で設けられ、支持台１５上にはミラー素子１１が設けられ、ミラー素子１１は支持台１５により所定の間隔で保持されている。ミラー素子１１は後述するように３次元的な運動が可能な構造となっている。このミラー素子１１と、後述する貫通電極が設けられたベース基板１６とが、支持台１５を介した所定の間隔で接合され、ミラー基板１が形成されている。
【００３２】
ベース基板１６にはスルーホール１９ａが形成され、ベース基板１６の表面（ミラー素子１１側）におけるスルーホール１９ａ上には、ミラー素子１１を静電気力により駆動させるための駆動電極１７がミラー素子１個毎に４個設けられている。また、ベース基板１６の裏面におけるスルーホール１９ａの下方には接続電極１８が設けられている。駆動電極１７と接続電極１８はスルーホール１９ａにより相互に接続され、貫通電極を形成する。尚、スルーホール１９ａ内にはハンダ、スズ（Ｓｎ）等からなる導電体１９ｂが埋め込まれていてもよい。更に、接続電極１８の表面には、Ａｕ（金）又は半田からなる接続用突起（バンプ）３１が設けられている。
【００３３】
図３及び図４に示すように、ミラー素子１１は、円板形状のミラー本体１２、このミラー本体１２を軸支するリング形状の支持体１３及びミラーフレーム１４から構成されている。支持体１３は、加工素子としてのミラー本体１２を運動可能に支持する微小機械部である。ミラーフレーム１４には開口部１４ａが設けられている。支持体１３はミラーフレーム１４の開口部１４ａ内に配置され、リング１３ｂ、２個の軸部材１３ｃ及び２個の軸部材１３ｄから構成されている。開口部１４ａの内側にはリング１３ｂが配置され、リング１３ｂの内側にはミラー本体１２が配置されている。
【００３４】
ミラーフレーム１４の開口部１４ａの内壁には、２個の軸部材１３ｃが、その軸方向がＸ方向になるように連結され、この２個の軸部材１３ｃによりリング１３ｂが軸支されている。これにより、リング１３ｂは２個の軸部材１３ｃを介してミラーフレーム１４に対してＸ−Ｘ軸を中心として回動可能に連結されている。また、リング１３ｂのリング内面には２個の軸部材１３ｄが、その軸方向がＹ方向になるように連結され、この２個の軸部材１３ｄによりミラー本体１２が軸支されている。これにより、ミラー本体１２は２個の軸部材１３ｄを介してリング１３ｂに対してＹ−Ｙ軸を中心として回動可能に連結されている。この結果、ミラー本体１２は支持体１３によりミラーフレーム１４の表面に平行な互いに直交する２方向、即ち、夫々Ｘ方向及びＹ方向に延びるＸ−Ｘ軸及びＹ−Ｙ軸を回転軸として、ミラーフレーム１４に対して回動可能に支持されている。これにより、ミラー本体１２は任意の方向に向きを変えることが可能となり、ミラー本体１２は光入力路（図示せず）から入力された光を任意の方向の光出力路（図示せず）に出力することができる。
【００３５】
ミラー本体１２は、入射光の全てを反射する完全反射性のもの、例えば、基板上に厚い金属膜が被覆されているものでもよく、入射光の一部を反射して残部を真直ぐ透過させる半透過性のもの、例えば、透過基板上に薄い金属膜が被覆されているものでもよい。
【００３６】
また、駆動電極１７は、ベース基板１６上におけるミラー本体１２の下方に相当する領域に、１個のミラー本体１２に対して夫々４個設けられている。図３においては、この４個の駆動電極１７に夫々符号１７ａ乃至１７ｄを付与して示す。ミラー駆動電極１７ｂ及び１７ｄは、ミラーフレーム１４に対するリング１３ｂの回転軸の下方に、ミラー本体１２の中心をとおり、ベース基板１６の表面に垂直な線（以下、ミラー本体１２の中心軸という）に関して対称な位置に配置されている。駆動電極１７ａ及び１７ｃは、リング１３ｂに対するミラー本体１２の回転軸の下方に、ミラー本体１２の中心軸に関して対称な位置に配置されている。従って、駆動電極１７ａ乃至１７ｄは、ミラー本体１２の中心軸に対して４回対称な位置に配置されている。ミラー本体１２、支持体１３及び駆動電極１７ａ乃至１７ｄにより、機能素子が形成されている。
【００３７】
更に、図２に示すように、駆動回路基板２においては、ガラス等の絶縁体からなる基板２１が設けられ、この基板２１上に薄膜プロセスにて作製した薄膜半導体等によって構成される素子スイッチ部２２が設けられている。素子スイッチ部２２は駆動電極１７と同数設けられている。また、基板２１上には、素子スイッチ部２２を選択して駆動させるドライバ回路部２３が設けられている。また、基板２１上には素子スイッチ部２２及びドライバ回路部２３を覆う絶縁体層２５が設けられている。絶縁体層２５における素子スイッチ部２２上の部分にはコンタクトホール２５ａが設けられ、コンタクトホール２５ａには導電体２５ｂが埋め込まれ、導電体２５ｂは素子スイッチ部２２の外部電極（図示せず）に接続されている。絶縁体層２５の表面におけるコンタクトホール２５ａ上に相当する領域には表面電極２４が設けられ、表面電極２４はコンタクトホール２５ａ内の導電体２５ｂにより、素子スイッチ部２２の外部電極（図示せず）と接続されている。
【００３８】
更にまた、駆動回路基板２においては、外部の制御回路（図示せず）からドライバ回路部２３に入力され所定の素子スイッチ部２２を選択する信号及びクロック信号等が入力される入力端子、並びにミラー素子１１を駆動するための印加電圧の入力端子等を備える外部入力ポート４（図１参照）が設けられている。
【００３９】
ミラー基板１における駆動回路基板２に対向する面に設けられた接続用突起（バンプ）３１は、駆動回路基板２におけるミラー基板１に対向する面に設けられた表面電極２４に夫々当接しており、接続用突起３１及び表面電極２４を覆うように、半田又は導電性接着剤からなる接続部材３２が設けられている。そして、この接続用突起３１と表面電極２４とが圧着等により相互に接合され、接続部材３２により周囲を覆われて補強されている。更に、ベース基板１６と絶縁体層２５との間における接続電極１８、接続用突起３１、表面電極２４及び接続部材３２の周囲には、熱硬化性接着剤等からなる樹脂層３が充填され封止されている。
【００４０】
このように、ミラー基板１が駆動回路基板２上に接続部材３２及び樹脂層３を介して積層されることにより、ミラー基板１の駆動電極１７は、導電材１９ｂ、接続電極１８、接続用突起３１、接続部材３２、表面電極２４及び導電材２５ｂを介して駆動回路基板２の素子スイッチ部２２に接続される。なお、ミラー駆動電極１７、導電材１９ｂ、接続電極１８、接続用突起３１、表面電極２４、導電材２５ｂ及び素子スイッチ部２２は、ほぼ垂直方向に沿ってこの順に配置されている。
【００４１】
なお、本実施形態においては、接続用突起３１を接続電極１８の表面に設け、接続用突起３１を表面電極２４に当接させる例を示したが、接続用突起３１を表面電極２４上に設け、接続電極１８に当接させてもよい。この場合は、接続部材３２は接続用突起３１及び接続電極１８を覆うように形成する。
【００４２】
また、本実施形態においては、接続電極１８をミラー駆動電極１７の真下に設け、その位置で表面電極２４に接続する例を示したが、表面電極２４及び接続電極１８は、駆動電極１７と素子スイッチ部２２との間の電気的接続が確保される範囲において、夫々絶縁体層２５及びベース基板１６の任意の位置に配置することができる。
【００４３】
素子スイッチ部２２は、図５において破線領域内に示すような等価回路により構成されている。図５は１個のミラー素子１１を駆動する回路の等価回路を示す。素子スイッチ部２２においては、薄膜トランジスタ５３が設けられ、この薄膜トランジスタ５３のゲート電極はゲート線５１に接続されている。また、薄膜トランジスタ５３のソース電極にはドレイン／ソース線５２が接続され、薄膜トランジスタ５３のドレイン電極と接地電極との間には保持キャパシタ５５及び端子５６が並列に接続されている。保持キャパシタ５５は、ゲート線がオフとなり薄膜トランジスタが非導通状態になった場合にミラー本体１２の配向を保持するものであり、自然放電による駆動電極１７の電荷の消失を補うものである。この保持キャパシタ５５の容量は、ゲート線走査周波数及びミラー素子１１の数等により決定されるが、次のゲート線走査時まで電荷が保持できるように設定すればよい。また、端子５６は薄膜トランジスタ５３側の端子及び接地電位側の端子からなり、薄膜トランジスタ５３側の端子は素子スイッチ部２２の外部電極であり、導電材２５ｂに接続されている。そして、前述の如く、導電材２５ｂは表面電極２４、接続用突起３１、接続電極１８、導電材１９ｂを介して駆動電極１７に接続されている。また、端子５６の接地電位側の端子は、ミラー本体１２の接地電極（図４参照）に接続されている。
【００４４】
そして、４個の素子スイッチ部２２が１個の群を形成し共通のゲート線５１に接続され、１個のミラー素子１１を駆動する。１個の群における各素子スイッチ部２２の端子５６は、夫々ミラー駆動電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ及び１７ｄに接続される。
【００４５】
また、図６に示すように、本実施形態に係る機能デバイスにおいては、複数の素子スイッチ部２２がアレイ状に配列されている。ミラー素子１１の配列が（ｍ行×ｎ列）である場合には、前述の如く、１つのミラー素子１１の駆動には４個の素子スイッチ部２２が必要であるため、素子スイッチ部２２の配列は（ｍ行×４ｎ列）となる。本実施形態においては、ミラー素子１１の配列は例えば（３行×３列）であるため、素子スイッチ部２２の配列は（３行×１２列）となる。各列を構成する素子スイッチ部２２は共通のドレイン／ソース線５２に接続される。従って、光デバイス全体のドレイン／ソース線５２は４×ｎ本となる。このドレイン／ソース線５２はドレイン／ソース線５２を選択して電圧を印加するドレイン／ソース線駆動回路６１の走査列Ｄ／Ｓ１、Ｄ／Ｓ２、・・・、Ｄ／Ｓ４ｎに接続される。
【００４６】
また、各行を構成する素子スイッチ部２２は共通のゲート線５１に接続される。従って、光デバイス全体のゲート線５１の数はｍ本である。このゲート線５１はゲート線５１を選択して電圧を印加するゲート線駆動回路６２の走査行Ｇ１、Ｇ２、・・・、Ｇｍに接続される。ドレイン／ソース線駆動回路６１及びゲート線駆動回路６２により、素子スイッチ部２２を制御し駆動するドライバ回路部２３が構成されている。更に、ドレイン／ソース線駆動回路６１には少なくとも２チャンネルの印加電圧発生部６３が接続されている。この印加電圧発生部６３はドレイン／ソース線駆動回路６１を介してドレイン／ソース線５２に電圧を印加するものであり、機能デバイスの外部に設けられている。
【００４７】
次に、本実施形態に係る機能デバイスの動作について説明する。図５及び６に示すように、ドライバ回路部２３のゲート線駆動回路６２は、走査行Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、・・・、Ｇｍを走査して順次駆動し、１本のゲート線５１に接続された薄膜トランジスタ５３を一斉に導通（オン）状態とする。
【００４８】
一方、印加電圧発生部６３は、制御部（図示せず）からの命令により、ドレイン／ソース線駆動回路６１に対して、ミラー本体１２を任意の方向に配向させるための２チャンネルの印加電圧を供給する。ドレイン／ソース線駆動回路６１は、４個の駆動電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ（図３参照）に接続される走査列（例えば、Ｄ／Ｓ１乃至Ｄ／Ｓ４）から、ミラー本体１２を所定の方向に配向させるための２つの走査列を選択し、選択された２つの走査列を夫々印加電圧発生部６３に接続する。これにより、印加電圧発生部６３から供給される２チャンネルの電圧が、選択された２つの走査列に夫々印加される。これにより、ゲート線駆動回路６２により電圧が印加されている１本のゲート線５１に接続されている素子スイッチ部２２のうち、ドレイン／ソース線駆動回路６１により選択された２本のドレイン／ソース線５２に接続されている薄膜トランジスタ５３が導通（オン）状態となり、ドレイン／ソース信号線５２に入力された電圧が端子５６に印加される。例えば、ゲート線駆動回路６２が走査行Ｇ１に電圧を印加し、ドレイン／ソース線駆動回路６１が走査列Ｄ／Ｓ１及びＤ／Ｓ３を選択して電圧を印加するとき、走査行Ｇ１と走査列Ｄ／Ｓ１及びＤ／Ｓ３との交点に位置する素子スイッチ部２２が駆動する。
【００４９】
又は、ドレイン／ソース線駆動回路６１は、制御部（図示せず）からのドレイン／ソース線選択信号線（図示せず）を経由した命令により、印加電圧発生部６３に接続する２つの走査列を切り換え、各々の走査列に所定の電圧を印加する。また、ドレイン／ソース線駆動回路６１はロジック回路（図示せず）又はアナログスイッチ（図示せず）等の回路を備え、制御部（図示せず）からのクロック信号に基づいて前記ロジック回路又はアナログスイッチ等により、印加電圧発生部６３に接続するドレイン／ソース線５２を４線おきに順次切り換える。この結果、同じ行における次の４列に配置された素子スイッチ部２２のドレイン／ソース線５２から２線を選択して所定の電圧を印加することができる。
【００５０】
図２に示すように、素子スイッチ部２２の端子５６（図５参照）の薄膜トランジスタ５３側の端子は、導電材２５ｂ、表面電極２４、接続用突起３１、接続電極１８、導電材１９ｂを介して駆動電極１７に接続されている。このため、素子スイッチ部２２の端子５６に印加された電圧は駆動電極１７に印加される。なお、４個の素子スイッチ部２２からなる群に含まれる各端子５６は、１個のミラー素子１１を駆動する４個の駆動電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ及び１７ｄに接続されているため、４個の素子スイッチ部２２からなる群のうち２個の素子スイッチ部２２に電圧を印加すると、１組の駆動電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ及び１７ｄから選択された２個の駆動電極に電圧が印加される。
【００５１】
図４に示すように、ミラー本体１２をグラウンドとし、駆動電極１７ｂ又は１７ｄに所定の電圧が印加されると、ミラー本体１２と駆動電極１７ｂ又は１７ｄとの間に静電気力が発生し、ミラー本体１２は、Ｙ方向に延びる回転軸を中心として回動する。前述のようにミラー本体１２は相互に直交する回転軸を有し、且つ、駆動電極１７が、Ｘ方向及びＹ方向において、ミラー本体１２の中心軸に関して夫々対称の位置に計４個設けられているため、４個の駆動電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄのうち、１個又は２個の駆動電極１７に電圧を印加することにより、ミラー本体１２を任意の方向に傾けることができる。なお、２個の駆動電極１７に同時に電圧を印加する場合は、この２個の駆動電極はミラー本体１２の中心軸から見て互いに直交する方向に配置されている。例えば、図３に示す駆動電極１７ａ及び１７ｂ等である。駆動電極１７ａと１７ｃとに同時に電圧を印加することはない。このようにして、ミラー本体１２を任意の方向に向け、入射された光を任意の方向に反射することが可能となる。
【００５２】
ゲート駆動回路６２は、制御部（図示せず）からのクロック信号に基づいて、１本のゲート線５１に接続された全てのミラー素子１１の駆動が終了するまでこのゲート線５１をオン状態に保ち、このゲート線５１に接続された最終列（４ｎ番目）のミラー素子１１の駆動終了後、次行のゲート線５１をオン状態とし、前述した行における動作を同様に行う。この動作を順次、最終行まで行うことにより、同一ゲート線にゲート電極が接続された複数の薄膜トランジスタ５３において、各々ミラー本体１２を配向させる各駆動電極１７への電圧が印加される。これにより、本実施形態の光スイッチに設けられた全てのミラー素子１１を駆動することができる。
【００５３】
以上説明したように、このような制御部（図示せず）のクロック信号に同期した走査動作をすることにより、（ｍ行×ｎ列）のアレイ状に配置された光反射ミラー素子の配向方向の駆動制御を実現できる。
【００５４】
なお、本実施形態においては、ミラー本体１２の中心軸から見て、駆動電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄが配置されている方向と軸部材１３ｃ及び１３ｄが配置されている方向、即ちミラー本体１２の回転軸が延びる方向とが一致している例を説明したが、これらは一致していなくてもよく、例えば、４５°ずれていてもよい。
【００５５】
また、本実施形態においては、接続電極１８と表面電極２４との接続が、接続用突起（バンプ）３１と接続部材３２とが圧着などによりなされているものとしたが、半田ボールを表面電極２４あるいは接続電極１８に設けて接続するＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）によるものでもよい。
【００５６】
更に、本実施形態においては、印加電圧発生部６３（図６参照）は、最小限のミラー駆動を行うために２チャンネルの電圧を発生するものとしたが、本発明においては、印加電圧発生部は４チャンネル又は接続されるｎ列の光反射ミラー数に相当するチャンネル数（即ち、４ｎチャンネル）の電圧を発生するものであってもよい。４チャンネルの電圧を発生する場合には、ドレイン／ソース駆動回路６１における１個のミラー素子スイッチ部２２に接続された４本のドレイン／ソース線５２から２本を選択して接続する機能、又は４本のドレイン／ソース線を切り換えて接続する機能は不要となり、ドレイン／ソース駆動回路６１はドレイン／ソース線５２を４線おきに順次切り換える機能のみ有していればよい。印加電圧発生部６３がｎ列に相当するチャンネル数の電圧を発生する場合には、制御部からの命令はｎ列に相当するチャンネル数分（４ｎ）となるが、ドレイン／ソース駆動回路６１におけるドレイン／ソース線５２を切り換えて選択する機能が一切不要となる。このため、光デバイスの駆動に際して、ゲート線５１の走査のみを行えばよいため、アレイ状に配列されたミラー素子１１全体の制御の高速化を図ることができる。
【００５７】
更にまた、本実施形態においては、印加電圧発生部６３を駆動回路基板２の外部に設ける例を示したが、印加電圧発生部６３を駆動回路基板２におけるドライバ回路部２３内に設けてもよい。
【００５８】
更にまた、本実施形態においては、支持体１３が２重リング構造を有する例を示したが、支持体１３はミラー本体１２の光反射面を回転させることができる回転支持ばね又ボール及びソケットとしてもよい。
【００５９】
次に、本実施形態に係る機能デバイスの製造方法について説明する。図７は本実施形態に係る機能デバイスの製造方法を示すフローチャート図であり、図８（ａ）乃至（ｇ）及び図９（ａ）乃至（ｃ）は、本実施形態に係る機能デバイスの製造方法をその工程順に示す断面図である。本実施形態に係る機能デバイスの製造方法においては、ミラー基板１と駆動回路基板２とを別々に作製し、これらを樹脂層３を介して接合することにより機能デバイスを作製する。
【００６０】
以下、詳細に説明する。先ず、図７のステップＳ１及び図８（ａ）に示すように、シリコン基板１１ａを準備する。次に、図８（ｂ）に示すように、シリコン基板１１ａをエッチング加工することにより、ミラー素子１１を形成する。なお、シリコン基板上に堆積させたポリシリコン薄膜をシリコン半導体加工技術により加工するウェハープロセスにより、ミラー素子１１を形成してもよい。
【００６１】
次に、図７のステップＳ２及び図８（ｃ）に示すように、基板１６ａに一方の面に駆動電極１７を形成し、他方の面に接続電極１８を形成し、基板１６ａの内部に駆動電極１７と接続電極１８とを相互に接続するスルーホール１９ａを形成する。これにより、ベース基板１６を形成する。なお、ステップＳ２に示すベース基板１６の形成方法の詳細は後述する。
【００６２】
次に、図７のステップＳ３及び図８（ｄ）に示すように、金（Ａｕ）ワイヤー等からなる接続用突起３１を、突起高さを均一になるよう形成し、この接続用突起３１の周囲に導電性接続部材３２を塗布する。
【００６３】
次に、図７のステップＳ４及び図８（ｅ）に示すように、ガラス等の絶縁体からなる板１５ａを用意する。そして、図８（ｆ）に示すように、この板１５ａをレーザー加工等により加工し、所定の寸法の開口部１５ｂを形成する。これにより、支持台１５を作製する。
【００６４】
次に、図７のステップＳ５及び図８（ｇ）に示すように、ステップＳ１に示す工程おいて作製されたミラー素子１１と、ステップＳ２及びＳ３に示す工程において作製された貫通電極を設けたベース基板１６とを、所定の配置となるように、ステップＳ４に示す工程おいて作製された支持台１５を介して接着又は静電接合等により接合し、ミラー基板１を形成する。
【００６５】
一方、図７のステップＳ６及び図９（ａ）に示すように、ステップＳ１乃至Ｓ５に示す工程とは別に、駆動回路基板２を作製する。即ち、ガラス等の絶縁体からなる基板２１上に、従来の薄膜プロセスにより、薄膜半導体等から構成される素子スイッチ部２２及びドライバ回路部２３を形成する。そして、素子スイッチ部２２及びドライバ回路部２３を覆うように絶縁体層２５を形成する。次に、この絶縁体層２５に素子スイッチ部２２に接続されるコンタクトホール２５ａを形成し、コンタクトホール２５ａ内に導電体２５ｂを埋設する。その後、絶縁体層２５の表面に、コンタクトホール２５ａに接続されるように表面電極２４を形成する。これにより、駆動回路基板２を作製する。
【００６６】
次に、図７のステップＳ７及び図９（ｂ）に示すように、ステップＳ６にて作製された駆動回路基板２における表面電極２４が形成されている面に、熱硬化性接着剤等からなる樹脂層３を塗布する。そして、図９（ｃ）に示すように、ステップ５に示す工程にて作製した接続用突起３１及び接続部材３２が設けられたミラー基板１と、ステップＳ６に示す工程にて作製した駆動回路基板２とを、接続用突起３１が表面電極２４に当接するように位置合わせを行って重ね合わせ、ミラー基板１と駆動回路基板２とが相互に近づくような方向に圧力を印加すると共に加熱し、樹脂層３を硬化させて、ミラー基板１と駆動回路基板２とを相互に接合する。これにより、図７のステップＳ８に示すように、機能デバイスを形成する。
【００６７】
なお、本実施形態においては、接続用部材３１を形成する工程（ステップＳ３）を、ベース基板に貫通電極を作製する工程（ステップＳ２）の直後に行なう場合について説明したが、ミラー基板を形成する工程（ステップＳ５）の直後に行なってもよい。また、接続用部材３１を駆動回路基板２の表面電極２４上に形成してもよい。この場合には、駆動回路基板２を作製する工程（ステップＳ６）の直後に行い、樹脂層３はミラー基板１における接続電極１８が形成されている面に塗布する。
【００６８】
次に、図７のステップＳ２に示すベース基板１６を形成する方法について、詳細に説明する。図１０（ａ）乃至（ｄ）、図１１（ａ）乃至（ｄ）、図１２（ａ）乃至（ｃ）、図１３（ａ）乃至（ｄ）及び図１４（ａ）乃至（ｃ）は、ベース基板１６の形成方法をその工程順に示す断面図である。また、図１５（ａ）乃至（ｄ）、図１６（ａ）乃至（ｄ）、図１７（ａ）乃至（ｃ）並びに図１８（ａ）及び（ｂ）は、他のベース基板１６の形成方法をその工程順に示す断面図である。
【００６９】
図１０（ａ）に示すように、例えばシリコンからなるシリコン板１６ａを準備する。そして、図１０（ｂ）に示すように、シリコン板１６ａを熱酸化し、シリコン板１６ａの表面に厚さが例えば１μｍの酸化シリコン層１１２を形成する。次に、図１０（ｃ）に示すように、シリコン板１６ａの表面に、開口部１１３ａを有するフォトレジストマスク１１３を形成する。そして、図１０（ｄ）に示すように、フォトレジスト１１３をマスクとして、ＣＨＦ_３及びＣＦ_４を使用した反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行い、酸化シリコン層１１２を選択的に除去する。
【００７０】
次に、図１１（ａ）に示すように、フォトレジストマスク１１３を除去する。次に、図１１（ｂ）に示すように、酸化シリコン層１１２をマスクとして、ＳＦ_６及びＣＦ_４を使用したＲＩＥを行い、シリコン板１６ａをエッチングして選択的に除去し、スルーホール１９ａを形成する。次に、図１１（ｃ）に示すように、ＨＦ（沸酸）により酸化シリコン層１１２を除去する。そして、図１１（ｄ）に示すように、シリコン板１６ａの表面に、窒化シリコンからなる絶縁層１１４をＣＶＤにより形成する。
【００７１】
次に、図１２（ａ）に示すように、絶縁層１１４を覆うように、ＣＶＤによりポリシリコン層１１５を形成する。ポリシリコン層１１５の膜厚は、得られる貫通穴部の抵抗及びプロセスの負担を考慮して決定し、例えば０．５〜１０μｍとし、例えば１〜５μｍとする。次に、図１２（ｂ）に示すように、ポリシリコン層１１５の表層を熱酸化し酸化シリコン層１１６を例えば０．２〜２μｍの厚さに形成する。次に、図１２（ｃ）に示すように、シリコン板１６ａの一方の面にフォトレジストマスク１１７を形成し、他方の面及びスルーホール１９ａの内部にフォトレジストマスク１１８を形成する。フォトレジストマスク１１７にはシートレジストを使用し、フォトレジストマスク１１８にはスピン塗布したフォトレジストを使用する。
【００７２】
次に、図１３（ａ）に示すように、フォトレジストマスク１１７及び１１８をマスクとして、ＣＨＦ_３及びＣＦ_４を使用したＲＩＥを行い、酸化シリコン層１１６をエッチングして選択的に除去する。次に、図１３（ｂ）に示すように、フォトレジストマスク１１７及び１１８を除去する。次に、図１３（ｃ）に示すように、酸化シリコン層１１６をマスクとして、ＳＦ_６を使用したＲＩＥにより、ポリシリコン層１１５をエッチングして選択的に除去する。
【００７３】
次に、図１４（ａ）に示すように、ＨＦ（沸酸）により酸化シリコン層１１６を除去し、例えば０．３〜８μｍ、より適切には１〜４μｍの厚さのポリシリコン層１１５を残す。次に、図１４（ｂ）に示すように、ポリシリコン層１１５にリン（Ｐ）をドープする。これにより、ポリシリコン層１１５はＮ型となり、抵抗値が低下する。このとき、窒化シリコンからなる絶縁層１１４にはリンは拡散しないので、絶縁層１１４は絶縁性が保たれる。次に、図１４（ｃ）に示すように、駆動電極１７及び接続電極１８となる金（Ａｕ）の配線パターン１１１を形成する。このようにスルーホール１９ａの側壁に導電性のポリシリコン層１１５が形成されることにより、駆動電極１７と接続電極１８とが相互に接続される。これにより、ベース基板１６が作製される。
【００７４】
また、駆動電極１７及び接続電極１８からなる貫通電極を備えたベース基板１６は、図１５（ａ）乃至（ｄ）、図１６（ａ）乃至（ｄ）、図１７（ａ）乃至（ｃ）並びに図１８（ａ）及び（ｂ）に示す他の方法によっても作製することができる。先ず、図１５（ａ）に示すように、例えばシリコンからなるシリコン板１６ａを準備する。そして、図１５（ｂ）に示すように、このシリコン板１６ａを熱酸化し、シリコン板１６ａの表面に厚さが例えば約１μｍの酸化シリコン層１２２を形成する。次に、図１５（ｃ）に示すように、シリコン板１６ａの表面に、開口部１２３ａが形成されたフォトレジストマスク１２３を形成する。次に、図１５（ｄ）に示すように、このフォトレジストマスク１２３をマスクとして、ＣＨＦ_３及びＣＦ_４を使用した反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行い、酸化シリコン層１２２をエッチングして選択的に除去する。
【００７５】
次に、図１６（ａ）に示すように、フォトレジストマスク１２３を除去する。次に、図１６（ｂ）に示すように、酸化シリコン層１２２をマスクとして、ＳＦ_６及びＣＦ_４を使用したＲＩＥを行い、シリコン板１６をエッチングして選択的に除去し、スルーホール１９ａを形成する。次に、図１６（ｃ）に示すように、ＨＦ（沸酸）により酸化シリコン層１２２を除去する。そして、図１６（ｄ）に示すように、窒化シリコンからなる絶縁層１２４をＣＶＤにより形成する。
【００７６】
次に、図１７（ａ）に示すように、無電解めっき法により、銅（Ｃｕ）層１２５を例えば０．５〜１０μｍの厚さに形成する。次に、図１７（ｂ）に示すように、シリコン板１６ａの表面にフォトレジストマスク１２６を形成し、シリコン板１６ｂの裏面及びスルーホール１９ａの内部にフォトレジストマスク１２７を形成する。フォトレジストマスク１２６にはシートレジストを使用し、フォトレジストマスク１２７にはスピン塗布したフォトレジストを使用する。次に、図１７（ｃ）に示すようにフォトレジストマスク１２６及び１２７をマスクとして、ケミカルエッチングにより、銅層１２５をエッチングして選択的に除去する。
【００７７】
その後、図１８（ａ）に示すように、フォトレジストマスク１２６及び１２７を除去する。そして、図１８（ｂ）に示すように、駆動電極１７及び接続電極１８となる金（Ａｕ）の配線パターン１２８を形成する。このようにスルーホール１９ａの側壁に無電解Ｃｕ層が形成されることにより、駆動電極１７と接続電極１８との間の導通が確保される。これにより、ベース基板１６が作製される。
【００７８】
本実施形態においては、絶縁性の表面を有する基板上に複数の薄膜トランジスタを形成し、スイッチ回路、駆動回路、ロジック回路等をモノリシックに構成した駆動回路基板２に、ミラー素子１１を有するミラー基板１を両者の電気的な接続を確保して積層した結果、ミラー基板と駆動基板回路とを別々に作製してフレキシブル基板等により配線する場合と比較して、各ミラー素子へ駆動及び制御信号を供給するための配線を極力少なくすることが可能となる。例えば、ｍ行×ｎ列の光スイッチの場合、従来は、グランド配線を含め、外部との接続を行う配線が、最低でも（４×ｍ×ｎ＋１）本必要であった。これに対して、本実施形態によれば、ｎ列に相当するチャンネル数分（４ｎ）の印加電圧発生部を設けた場合においても、配線数は最低で（４×ｎ＋ｍ＋１）本に低減することができる。これにより、配線引き回し面積、規模の低減、機能デバイスの小型化及び信頼性の向上を図ることができる。また、ドライバ回路部をミラー素子の数だけ設けることなく、１個のドライバ回路部により全てのミラー素子を駆動することが可能となる。これにより、光スイッチが多チャンネル化及び大規模化してミラー素子の数が増大しても、回路部が大型化することがなく、光デバイスが大型化することを抑制することができる。
【００７９】
更に、絶縁性の表面を有する基板上に複数の薄膜トランジスタを形成して駆動回路を作製するため、光デバイスを安価に作製することが可能となる。更にまた、ミラー基板と駆動回路基板とを別々の工程で作製し、積層することにより光スイッチを構成するため、各々の作製プロセス及び特性の最適化を図ることができる。なお、本発明の優先権主張の基礎となる出願の出願日より後に公開された特開２００２−１８９１７８号公報には、半導体基板上に、ＭＥＭＳ素子駆動制御回路、絶縁層、ＭＥＭＳ素子をこの順にモノリシックに形成する技術が記載されている。しかしながら、この特開２００２−１８９１７８号公報に記載された技術においては、ＭＥＭＳ素子駆動制御回路及びＭＥＭＳ素子の特性評価を、製造工程の途中で夫々独立して行うことができず、製造工程の最終段階にデバイス全体としての良否判定を行うことしかできない。このため、デバイスの歩留りが低いものになる。これに対して、本実施形態においては、ミラー基板と駆動回路基板とを別々の工程で作製するため、製造工程の途中においてミラー素子と駆動回路とを独立に評価することができ、また、各々の作製プロセス及び特性の最適化を図ることができるため、歩留りの点で有利である。
【００８０】
次に、本実施形態の変形例について説明する。図１９は本変形例におけるミラー素子を示す平面図である。前述の第１の実施形態においては、４個の駆動電極１７ａ乃至１７ｄが、ミラー本体１２の中心軸に対して４回対称な位置に配置された場合について説明した。これに対して、本変形例においては、図１９に示すように、３個の駆動電極１７ｅ、１７ｆ、１７ｇが、ミラー本体１２に対して３回対称の位置に配置されている。また、本変形例の機能デバイスにおいては、駆動電極１７と同数のスイッチ素子部２２が設けられており、駆動電極１７ｅ乃至１７ｇは夫々スイッチ素子部２２に接続され、各駆動電極に所定の電圧が印加されるようになっている。本変形例における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００８１】
本変形例においては、前述の第１の実施形態と同様に、ミラー本体１２が接地されているため、駆動電極１７ｅ乃至１７ｇ印加された電圧に応じて、これらの駆動電極とミラー本体１２との間に静電気力が発生する。駆動電極１７ｅに電圧を印加するか、又は駆動電極１７ｆ及び１７ｇに相互に等しい電圧を印加すると、電圧が印加された駆動電極とミラー本体１２との間に静電気力が発生し、ミラー本体１２は、Ｘ方向に延びる回転軸を中心として回動する。即ち、ミラー本体１２は、軸部材１３ｃを回転軸として、リング１３ｂと一体となって回動する。一方、駆動電極１７ｅ及び１７ｆに電圧を印加するか、又は駆動電極１７ｅ及び１７ｇに電圧を印加すると、ミラー本体１２はＹ方向に延びる回転軸を中心として回動する。即ち、ミラー本体１２は軸部材１３ｄを回転軸として、リング１３ｂに対して回動する。このとき、駆動電極１７ｅに電圧を印加するのは、駆動電極１７ｆ及び１７ｇがＸ軸上からずれているため、静電気力による回転トルクのＸ方向回転軸成分を打ち消すためである。なお、駆動電極１７ｆ及び１７ｇのＸ軸上からのずれ量Ｌは、Ｘ軸とＹ軸の交点から駆動電極の中心までの距離をｒとし、前記交点と前記中心とを結ぶ直線とＸ軸とのなす角度をθ（３回対称の場合にはθ＝３０°）とすると、Ｌ＝r×ｓｉｎθにより与えられる。
【００８２】
このように、本変形例においては、ミラー本体１２は直交する回転軸を有し、且つ、駆動電極１７がミラー本体１２の中心軸に関して３回対称の位置に計３個設けられているため、３個の駆動電極１７ｅ、１７ｆ、１７ｇのうち、１個又は２個の駆動電極１７に電圧を印加することにより、ミラー本体１２を任意の方向に傾けることができる。本変形例においては、前述の第１の実施形態と比較して、駆動電極１７及びスイッチ素子部２２の数を低減することができる。
【００８３】
なお、駆動電極が５個以上の場合でも同様な考え方により、各電極による静電気力を各回転軸方向成分に分解し制御することにより、ミラー本体１２を任意の方向に傾けることができる。このようにして、ミラー本体１２を任意の方向に向け、入射された光を任意の方向に反射することが可能となる。
【００８４】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２０は本実施形態に係る機能デバイスを示す部分断面図であり、ミラー素子１１のＸ−Ｘ軸（図２参照）をとおりミラーフレーム１４の表面に垂直な断面の断面図である。本実施形態の機能デバイスは、前述の第１の実施形態に係る機能デバイスと同様に、光反射ミラーを使用し、この光反射ミラーを駆動する駆動力として静電気力を利用した光スイッチである。但し、本実施形態に係る機能デバイスは、第１の実施形態に係る機能デバイスのように、絶縁性の表面を有する基板２１上に複数の薄膜トランジスタを形成して駆動回路を作製したものではなく、シリコン等からなる半導体基板の表面に駆動回路を作製した回路基板を使用するものである。
【００８５】
図２０に示すように、本実施形態に係る機能デバイスはミラー基板１及び駆動回路基板２ａとからなる。駆動回路基板２ａにおいては、前述の第１の実施形態における駆動回路基板２とは異なり、シリコン等からなる半導体基板２６の表面に薄膜プロセスにて作製したトランジスタによって構成される素子スイッチ部２２ａが設けられている。素子スイッチ部２２ａは駆動電極１７と同数設けられ、基板２６には前述の第１の実施形態と同様に、素子スイッチ部２２ａを選択して駆動させるドライバ回路部２３ａが設けられている。素子スイッチ部２２ａ及びドライバ回路部２３ａ上には、ＳｉＯ_２等からなる酸化膜（図示せず）が設けられている。そして、素子スイッチ部２２ａ上には、表面電極２４ａが設けられている。なお、前記酸化膜の一部は除去され、素子スイッチ部２２ａは表面電極２４ａに接続されている。表面電極２４ａは、ミラー基板１の接続電極１８に対向する位置に設けられている。なお、第１の実施形態と同様に、表面電極２４ａ及び接続電極１８は、駆動電極１７と素子スイッチ部２２との間の電気的接続が確保される範囲において、夫々酸化膜（図示せず）及びベース基板１６の任意の位置に配置することができる。
【００８６】
本実施形態におけるミラー基板１の構成は、第１の実施形態におけるミラー基板１（図２参照）の構成と同じである。本実施形態における機能デバイスの上記以外の構成は、前述の第１の実施形態における機能デバイスと同一である。
【００８７】
次に、本実施形態の機能デバイスの動作について説明する。素子スイッチ部２２ａにおいて発生した電圧は、表面電極２４ａに印加される。表面電極２４ａは第１の実施形態と同様に接続電極１８を介して駆動電極１７と接続されているため、駆動電極１７とミラー本体１２との間に静電気力が発生し、ミラー本体１２の方向を制御する。本実施形態の機能デバイスにおける上記以外の動作は、前述の第１の実施形態に係る機能デバイスの動作と同一である。
【００８８】
本実施形態においては、前述の第１の実施形態の効果に加え、シリコン等からなる半導体基板の表面に駆動回路を作製するため、高速且つ高電圧な素子スイッチ部及びドライバ回路部を得ることができる。また、既存の論理回路及び演算回路等を盛り込むことが可能なため、駆動回路の高機能化及び高性能化を実現することができる。
【００８９】
なお、前述の特開２００２−１８９１７８号公報に示されているように、半導体基板上に駆動回路を形成し、この駆動回路上に、ミラー素子等のＭＥＭＳ素子をモノリシックに形成することも考えられるが、この方法では、駆動回路及びＭＥＭＳ素子の特性評価を製造途中で行なうことができず、製造工程の最終段階にならないとデバイスの良否判断ができない。これに対して、本実施形態においては、ミラー基板と駆動回路基板とを別々に作製することができるため、これらを独立して評価することが可能である。このため、機能デバイス全体の歩留りが高い。
【００９０】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図２１は本実施形態に係る機能デバイスを示す部分断面図であり、ミラー素子１１のＸ−Ｘ軸（図２参照）をとおりミラーフレーム１４の表面に垂直な断面の断面図である。本実施形態の機能デバイスは、前述の第１の実施形態に係る機能デバイスと同様に、光反射ミラーを使用し、この光反射ミラーを駆動する駆動力として静電気力を利用した光スイッチである。但し、本実施形態に係る機能デバイスは、第１の実施形態に係る機能デバイスのように、絶縁性の表面を有する基板２１上に複数の薄膜トランジスタを形成して駆動回路を作製したものではなく、絶縁性の基板上に複数の半導体チップ、受動素子等を設け、相互に配線し、モールドして駆動回路を作製した回路基板を使用するものである。
【００９１】
図２１に示すように、本実施形態に係る機能デバイスはミラー基板１及び駆動回路基板２ｂとからなる。駆動回路基板２ｂは、前述の第１の実施形態における駆動回路基板２と比較して、素子スイッチ部及びドライバ回路部の構成が異なっている。本実施形態においては、セラミックス又はエポキシ等からなる絶縁性基板２７上に、１又は複数の半導体集積回路及び受動回路部品等の回路チップ２８が搭載され、素子スイッチ部２２ｂが構成されている。素子スイッチ部２２ｂは駆動電極１７と同数設けられるが、１の絶縁性基板２７上に複数の素子スイッチ部２２ｂが設けられていてもよい。絶縁性基板２７はベース基板２１ｂに保持され、絶縁性樹脂層３ｂによりモールドされている。ベース基板２１ｂには、第１の実施形態と同様な貫通電極が設けられ表面電極２４ｂが形成され、絶縁性基板２７上の素子スイッチ部２２ｂはワイヤボンディング等により表面電極２４ｂに接続されている。
【００９２】
なお、前述の第１の実施形態と同様に、表面電極２４ｂ及び接続電極１８は、駆動電極１７と素子スイッチ部２２ｂとの間の電気的接続が確保される範囲において、夫々ベース基板２１ｂ及びベース基板１６の任意の位置に配置することができる。また基板２１ｂには前述の第１の実施形態と同様に、素子スイッチ部２２ｂを選択して駆動させるドライバ回路部２３ｂが設けられている。
【００９３】
本実施形態におけるミラー基板１の構成は、第１の実施形態におけるミラー基板１（図２参照）の構成と同じである。本実施形態における機能デバイスの上記以外の構成は第一の実施形態における機能デバイスと同一である。
【００９４】
本実施形態の機能デバイスの動作について説明する。素子スイッチ部２２ｂにおいて発生した電圧は、貫通電極を介して表面電極２４ｂに印加される。表面電極２４ｂは第１の実施形態と同様に接続電極１８を介して駆動電極１７と接続されているため、駆動電極１７とミラー本体１２との間に静電気力が発生し、ミラー本体１２の方向を制御する。本実施形態の光デバイスにおける上記以外の動作は、前述の第１の実施形態に係る機能デバイスの動作と同一である。
【００９５】
本実施形態においては、前述の第１の実施形態の効果に加え、複数の回路チップにより駆動回路を作製するため、高電圧な素子スイッチ部及びドライバ回路部を得ることができる。また、駆動回路の作製に複雑な薄膜プロセスを使用することがないため、駆動回路のコストを低減する効果がある。
【００９６】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図２２は本実施形態に係る機能デバイスの構成を示す部分断面図であり、ミラー素子１１のＸ−Ｘ軸（図２参照）をとおりミラーフレーム１４の表面に垂直な断面の断面図である。本実施形態の機能デバイスは、前述の第１の実施形態に係る機能デバイスと同様に、光反射ミラーを使用し、この光反射ミラーを駆動する駆動力として静電気力を利用した光スイッチである。但し、本実施形態に係る機能デバイスは、第１の実施形態に係る機能デバイスのように、ベース基板１６の裏面に形成された接続電極１８と駆動回路基板２の表面電極２４との電気的接続を接続用突起３１及び接着部材３２を介して確保するものではなく、駆動基板回路２の表面電極２４をミラー素子１１の駆動電極とするものである。
【００９７】
図２２に示すように、本実施形態に係る機能デバイスはミラー基板１ａ及び駆動回路基板２とからなる。ミラー基板１ａは前述の第１の実施形態におけるミラー基板１（図２参照）と比較して、駆動電極１７、ベース基板１６、接続電極１８、接続用突起３１が省略されている。また、本実施形態に係る機能デバイスにおいては、第１の実施形態に係る機能デバイスと比較して、樹脂層３及び接続部材３２が省略されている。本実施形態における駆動回路基板２の構成は、第１の実施形態における駆動回路基板２（図２参照）の構成と同じである。なお、本実施形態においては、駆動回路基板２の絶縁体層２５が接合層の役割を果たしている。本実施形態に係る機能デバイスの上記以外の構成は、第１の実施形態に係る機能デバイスの構成と同じである。
【００９８】
本実施形態の機能デバイスの動作について説明する。素子スイッチ部２２において発生した電圧は、コンタクトホール２５ａ内の導電材２５ｂを介して表面電圧２４に印加される。そして、表面電極２４とミラー本体１２との間に静電気力が発生し、ミラー本体１２の方向を制御する。即ち、本実施形態においては、第１の実施形態において駆動電極１７が果たす役割を表面電極２４が果たしている。本実施形態の機能デバイスにおける上記以外の動作は、前述の第１の実施形態に係る機能デバイスの動作と同一である。
【００９９】
本実施形態においては、前述の第１の実施形態の効果に加え、図２に示す駆動電極１７、ベース基板１６、接続電極１８、接続用突起３１、樹脂層３及び接続部材３２を省略することができる。これにより、光デバイスの構成を簡略化し、コストを低減することができる。また、電極間の接続を確保するための接続電極１８上への接続用突起３１の形成及び接続電極１８と表面電極２４との間の位置合せといった工程を省略できるため、更にコストを低減することができる。
【０１００】
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図２３は本実施形態に係る機能デバイスの構成を示す部分断面図であり、ミラー素子１１のＸ−Ｘ軸（図２参照）をとおりミラーフレーム１４の表面に垂直な断面の断面図である。本実施形態の機能デバイスは、前述の第１乃至第４の実施形態に係る機能デバイスと同様に、光反射ミラーを使用し、この光反射ミラーを駆動する駆動力として静電気力を利用した光スイッチである。
【０１０１】
図２３に示すように、本実施形態に係る機能デバイスはミラー基板１ｂ及び駆動回路基板２ｃとからなる。ミラー基板１ｂは、前述の第４の実施形態におけるミラー基板１ａ（図２２参照）と比較して、ミラー本体１２が半透過性のミラー本体８２に置き換えられている点が異なっている。即ち、ミラー本体８２においては、入射光の一部が反射され、残部が真直ぐ通過する。ミラー本体８２には、例えば、透明基板上に薄い皮膜を形成したものを使用する。
【０１０２】
また、駆動回路基板２ｃは、第４の実施形態における駆動回路基板２（図２２参照）と比較して、基板２１の替わりにガラス等の透明絶縁体からなる透明基板２１ｃが設けられている点が異なっている。また、絶縁体層２５の替わりに、透明絶縁体層２５ｃが設けられている。更に、表面電極２４の替わりにＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）等からなる透明導電性表面電極８４が設けられている。更にまた、駆動回路基板２ｃの透明基板２１ｃの裏面（素子スイッチ部２２が配置されていない面）には、ピンフォトダイオード又はアバランシェフォトダイオード等の光検出素子８３を備える光検出基板８１が設けられている。光検出素子８３は、ミラー本体８２の直下の位置に配置され、ミラー本体８２と同程度の面積の受光素子面を持つ。本実施形態に係る光デバイスの上記以外の構成は、前述の第４の実施形態に係る機能デバイス（図２２参照）の構成と同じである。
【０１０３】
本実施形態の機能デバイスの動作について説明する。素子スイッチ部２２において発生した電圧は、コンタクトホール２５ａ内の導電材２５ｂを介して透明導電性表面電極８４に印加される。そして、透明導電性表面電極８４とミラー本体８２との間に静電気力が発生し、ミラー本体８２の方向を制御する。即ち、本実施形態においては、第４の実施形態において駆動電極２４が果たす役割を透明導電性表面電極８４が果たしている。また、ミラー本体８２に入射された光の一部は反射され、残部は透過する。この透過した光は、透明導電性表面電極８４、透明絶縁体層２５ｃ、透明基板２１ｂを透過して光検出素子８３の受光面に達する。本実施形態の機能デバイスにおける上記以外の動作は、第１の実施形態の機能デバイスの動作と同一である。
【０１０４】
本実施形態においては、透明表面電極８４がミラー本体８２に対して静電気力を発生する駆動電極として機能するため、第４の実施形態と同様な動作を確保することができる。また、ミラー本体８２が半透過性であり、駆動電極が透明電極８４であり、ガラス等の透明絶縁体からなる透明基板２１ｂを使用しているため、入射した光の一部は、光検出基板８１に設けられた光検出素子８３に入射する。この結果、ミラー本体８２を駆動させて入射光を所定の方向へ配向しながら、入射光の一部は常に光検出素子８３に入射させることが可能となる。
【０１０５】
この結果、本実施形態においては前述の第４の実施形態における効果に加え、光検出素子８３により通信中に常時、光信号強度をモニターすることが可能となる。このため、光スイッチを通過する光信号の異常及び通信経路の断線等の不具合を検出することができる。これにより、通信の確実な光路確保並びに通信ネットワークの品質向上及び信頼性向上を図ることができる。
【０１０６】
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。図２４は本実施形態に係る機能デバイスの構成を示す斜視図である。また、図２５は図２４に示すＡ−Ａ線による断面図である。本実施形態の機能デバイスは、可変波長フィルターを使用し、この可変波長フィルターを駆動する駆動力として静電気力を利用した機能デバイスである。
【０１０７】
図２４に示すように、本実施形態に係る機能デバイスは、駆動回路基板２上にフィルター基板９１が積層されて形成されている。フィルター基板９１においては、ベース基板９６が設けられ、このベース基板９６上に少なくとも１個、例えば６個の可変波長フィルター素子部９２がアレイ状に配列されている。可変波長フィルター素子部９２は、シリコン基板がエッチングされて作製されているか、又は堆積させたポリシリコン薄膜をシリコン半導体加工技術により３次元的に加工して作製されている。可変波長フィルター素子部９２は、フィルター素子９５、フィルター素子９５を支える運動可能な駆動子９３及び固定子９４から構成され、フィルター素子９５には、連続的な膜厚変化を持った誘電体多層膜を使用するフィルター、又は相互に対向する反射面の間隙を変化させるファブリペロー型フィルター等が使用される。図２４においては、誘電体多層膜を使用するフィルターを設けた場合を示す。
【０１０８】
フィルター素子９５として誘電体多層膜を使用する場合には、駆動子９３の運動方向は入射光が入射する方向に直交する方向であり、例えば図２４において、Ｙ方向に入射光Ｂが入射する場合には駆動子９３の運動方向はＸ方向となる。一方、フィルター素子として相互に対向する反射面の間隙を変化させるファブリペロー型フィルター（図示せず）を使用する場合には、駆動子の運動方向は入射光の入射方向と平行な方向であり、例えば図２４において、Ｙ方向に入射光Ｂが入力される場合には駆動子の運動方向はＹ方向となる。
【０１０９】
駆動子９３及び固定子９４は、夫々櫛歯状の形状の電極を有しており、相互に入れ子状態になるように配置されている。駆動子９３は、フィルター基板９１のベース基板９６に固定された板バネ（図示せず）等により支持され、ベース基板９６から分離されている。なお、駆動子９３及び固定子９４の形状は図２４に示す櫛歯状形状に限定されず、誘電体多層膜フィルターの場合には光の入射方向と垂直方向、ファブリペロー型フィルターの場合には光の入射方向と平行といった所定方向への駆動ができれば、種々の形状をとることが可能である。
【０１１０】
また、図２５に示すように、ベース基板９６の表面（可変波長フィルター素子部９２が配置されている面）には、駆動子９３に接続される駆動電極９７ａ及び固定子９４に接続される駆動電極９７ｂが設けられている。また、ベース基板９６における駆動電極９７ａ及び９７ｂの下方にはスルーホール９６ａが設けられている。尚、スルーホール９６ａ内にはハンダ、スズ（Ｓｎ）等からなる導電材９６ｂが埋め込まれていてもよい。ベース基板９６の裏面（可変波長フィルター素子部９２が配置されていない面）におけるスルーホール９６ａの下方には、駆動子電極９８及び固定子電極９９が設けられている。また、駆動子電極９８及び固定子電極９９の表面には、夫々接続用突起３１が設けられている。駆動子電極９８及び固定子電極９９はスルーホール９６ａに埋め込まれた導電材９６ｂを介して、夫々駆動子９３及び固定子９４に接続されている。駆動子電極９８は板バネ（図示せず）を介して駆動子９３と接続されている。本実施形態における駆動回路基板２の構成は、図２５においては前述の第１の実施形態における駆動回路基板２の構成と同一のもので説明したが、前述の第２の実施形態における駆動回路基板２ａもしくは第３の実施形態における駆動回路基板２ｂと同一のものであってもよい。
【０１１１】
フィルター基板９１は樹脂層３を介して駆動回路基板２上に積層されている。より詳しくは、駆動回路基板２の表面に設けられた素子スイッチ部２２の電極に接続された表面電極２４と、フィルター基板９１の裏面に設けられた駆動子電極９８及び固定子電極９９とが電気的に接続されている。
【０１１２】
また、接続用突起（バンプ）３１は、表面電極２４に夫々当接しており、接続用突起３１及び表面電極２４を覆うように、半田又は導電性接着剤からなる接続部材３２が設けられている。そして、この接続用突起３１と表面電極２４とが圧着等により相互に接合され、接続部材３２により周囲を覆われて補強されている。更に、ベース基板９６と絶縁体層２５との間における駆動子電極９８、固定子電極９９、接続用突起３１、表面電極２４及び接続部材３２の周囲には、熱硬化性接着剤等の樹脂層３が充填され封止されている。
【０１１３】
なお、本実施形態においては、接続用突起３１を駆動子電極９８及び固定子電極９９の表面に設け、接続用突起３１を表面電極２４に当接させる例を示したが、接続用突起３１を表面電極２４上に設け、駆動子電極９８及び固定子電極９９に当接させてもよい。この場合は、接続部材３２は接続用突起３１及び駆動子電極９８及び固定子電極９９を覆うように形成する。
【０１１４】
また、本実施形態においては、駆動子電極９８及び固定子電極９９は、夫々駆動子９３及び固定子９４の真下に配置し、その位置で表面電極２４と接続する例を説明したが、駆動子電極９８及び固定子電極９９並びに表面電極２４は両者の電気的接続が確保される限りにおいて、夫々ベース基板９６の裏面及び絶縁体２５の表面における任意の位置に配置することができる。
【０１１５】
次に、本実施形態に係る機能デバイスの動作について説明する。前述の第１の実施形態と同様な動作により、所定の素子スイッチ部２２が選択され、この素子スイッチ部２２からコンタクトホール２５ａを介して表面電極２４に電圧が印加される。但し、第１の実施形態においては、１個のミラー素子１１（図２参照）を駆動するためには４個の素子スイッチ部２２が必要であったが、本実施形態においては、１個の可変波長フィルター素子部９２を駆動するためには、最低２個の素子スイッチ部２２があればよい。
【０１１６】
第１の実施形態と同様に、所定の可変波長フィルター素子９２の駆動を行うために、この可変波長フィルター素子９２に相当する素子スイッチ部２２のゲートを導通状態（オン）とし、印加電圧発生部６３（図６参照）からの電圧を固定子電極９９及び駆動子電極９８に印加する。駆動子電極９８に印加された電圧は、導電材９６ｂ及び駆動電極９７ａを介して駆動子９３に印加される。また、固定子電極９９に印加された電圧は、導電材９６ｂ及び駆動電極９７ｂを介して固定子９４に印加される。駆動子９３及び固定子９４は、夫々櫛歯状の形状の電極を有しており、相互に入れ子状態になるように配置されているため、駆動子９３と固定子９４との間に静電気力が発生する。これにより、駆動子９３は、固定子電極９９と駆動子電極９８との間に印加した電圧に応じてＸ方向に移動する。
【０１１７】
従って、駆動子９３に連結されたフィルター素子９５も駆動子９３の移動に伴って移動する。この結果、フィルター素子９５が入射光Ｂの経路に介在するようになる。フィルター素子９５は誘電体多層膜からなるため、Ｙ方向に入射する入射光Ｂのうち、フィルター素子９５を透過できる光の波長は特定の波長に限定される。また、フィルター素子９５はＸ方向に膜厚勾配を持つ形状を有するため、フィルター素子９５のＸ方向の移動により、フィルター素子９５を透過できる光の波長が変化する。これにより、入射光Ｂから任意の波長を選択的に透過させるフィルターを得ることができる。また、光デバイスに可変波長フィルター素子９２を複数設けることにより、複数のチャンネルのフィルターを持つ光デバイスを得ることができる。
【０１１８】
また、本実施形態においては、固定子９４及び駆動子９３に各々電圧を印加する場合を示したが、駆動子９３の駆動のためには固定子９４と駆動子９３の両電極間の印加される電位差のみが必要である。従って、固定子９４をグランドに接地し、駆動子９３に所定の電圧を印加しても、両者に夫々電圧を印加する場合と同等の動作が可能である。この場合は、固定子９４に接続するスイッチ部２２を省くことができ、機能デバイスの構成をより簡略化できる。
【０１１９】
本実施形態においては、複数のチャンネルのフィルターを備えた機能デバイスにおいて、可変波長フィルター素子へ駆動及び制御信号を供給するための配線を極力少なくすることが可能となり、これにより、光デバイスの小型化及び高信頼性化を図ることができる。また、ドライバ回路部を可変波長フィルター素子の数だけ設けることなく、１個のドライバ回路部により全ての可変波長フィルター素子を駆動することが可能である。これにより、可変波長フィルター素子が多チャンネル化しても、回路部が大型化することがなく、機能デバイスが大型化することを抑制することができる。更に、基板上に複数のトランジスタを形成して駆動回路を作製するため、機能デバイスを安価に作製することが可能となる。更にまた、フィルター機能素子と駆動回路基板とを別々の工程で作製し、積層することにより機能デバイスを構成するため、各々の作製プロセス及び特性の最適化を図ることができる。
【０１２０】
次に、本発明の第７の実施形態について説明する。図２６は本実施形態に係る機能デバイスの構成を示す斜視図であり、図２７は図２６に示すＡ−Ａ線による断面図である。本実施形態の機能デバイスは、ＲＦ微小電気機械スイッチを使用し、このスイッチを駆動する駆動力として静電気力を利用した機能デバイスである。
【０１２１】
図２６及び図２７に示すように、本実施形態に係る機能デバイスは、駆動回路基板２上にスイッチ基板１６１が積層されて形成されている。スイッチ基板１６１においては、ベース基板１６１６が設けられ、このベース基板１６１６上に少なくとも１個、例えば６個のスイッチ素子部１６１１がアレイ状に配列されている。スイッチ素子部１６１１は、シリコン基板がエッチングされて作製されているか、又は堆積させたポリシリコン薄膜をシリコン半導体加工技術により３次元的に加工して作製されている。
【０１２２】
スイッチ素子部１６１１においては、ベース基板１６１６上に支持台１６１５が設けられており、支持台１６１５上に可撓性の片持ビーム１６１２が設けられている。片持ビーム１６１２の形状は直方体であり、その長手方向はベース基板１６１６の表面に平行な方向に延びている。片持ビーム１６１２の一方の端部１６１２ａは支持台１６１５により支持されており、他方の端部１６１２ｂは支持されていない。そして、この他方の端部１６１２ｂの下面には電気的接点１６２８が設けられており、片持ビーム１６１２が電気的接点１６２８を支えるようになっている。また、ベース基板１６１６上には電気的接点１６２９が設けられている。電気的接点１６２９は、端部１６１２ｂが下方に変位するように片持ビーム１６１２が変形して、電気的接点１６２８の位置が下がったときに、この電気的接点１６２８に接触する位置に配置されている。更に、接点１６２９はＲＦ入力ポートを形成しており、ＲＦ入力信号が入力されるようになっており、一方、接点１６２８はＲＦ出力ポートを形成している。
【０１２３】
また、図２７に示すように、ベース基板１６１６上に駆動電極１６１７ａ及び１６１７ｂが設けられている。片持ビーム１６１２上には駆動電極１６１７ｃが設けられ、ベース基板１６１６上の駆動電極１６１７ｂと接続されている。これにより、駆動電極１６１７ａ及び駆動電極１６１７ｃは、片持ビーム１６１２及び支持台１６１５により所定の間隔で配置される。そして、ベース基板１６１６における駆動電極１６１７ａ及び１６１７ｂの下方にはスルーホール１９ａが設けられ、スルーホール１９ａの下方には接続電極１８が設けられている。駆動電極１６１７ａ及び１６１７ｂと接続電極１８はスルーホール１９ａにより相互に接続されている。なお、スルーホール１９ａ内にはハンダ、スズ（Ｓｎ）等からなる導電体１９ｂが埋め込まれていてもよい。更に、接続電極１８の表面には、Ａｕ（金）又は半田からなる接続用突起（バンプ）３１が設けられている。
【０１２４】
駆動回路基板２及び樹脂層３の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。即ち、スイッチ基板１６１は樹脂層３を介して駆動回路基板２上に積層されている。より詳しくは、駆動回路基板２の表面に設けられた素子スイッチ部２２の電極に接続された表面電極２４と、スイッチ基板１６１の裏面に設けられた接続電極１８とが電気的に接続されている。また、接続用突起（バンプ）３１は、表面電極２４に夫々当接しており、接続用突起３１及び表面電極２４を覆うように、半田又は導電性接着剤からなる接続部材３２が設けられている。そして、この接続用突起３１と表面電極２４とが圧着等により相互に接合され、接続部材３２により周囲を覆われて補強されている。更に、ベース基板１６１６と絶縁体層２５との間における接続電極１８、接続用突起３１、表面電極２４及び接続部材３２の周囲には、熱硬化性接着剤等からなる樹脂層３が充填され封止されている。
【０１２５】
なお、本実施形態においては、接続用突起３１を接続電極１８の表面に設け、接続用突起３１を表面電極２４に当接させる例を示したが、接続用突起３１を表面電極２４上に設け、接続電極１８に当接させてもよい。この場合は、接続部材３２は接続用突起３１及び接続電極１８を覆うように形成する。
【０１２６】
また、本実施形態においては、接続電極１８は、駆動電極１６１７ａ及び１６１７ｂの真下に配置し、その位置で表面電極２４と接続する例を説明したが、接続電極１８並びに表面電極２４は両者の電気的接続が確保される限りにおいて、夫々ベース基板１６１６の裏面及び絶縁体２５の表面における任意の位置に配置することができる。
【０１２７】
本実施形態における駆動回路基板２の構成は、前述の第１の実施形態における駆動回路基板２の構成と同一のものとしたが、前述の第２の実施形態における駆動回路基板２ａ又は第３の実施形態における駆動回路基板２ｂと同一のものであってもよい。
【０１２８】
次に、本実施形態に係る機能デバイスの動作について説明する。前述の第１の実施形態と同様な動作により、所定の素子スイッチ部２２が選択され、この素子スイッチ部２２からコンタクトホール２５ａを介して表面電極２４に電圧が印加される。但し、第１の実施形態においては、１個のミラー素子１１（図２参照）を駆動するためには４個の素子スイッチ部２２が必要であるが、本実施形態においては、１個のスイッチ素子部１６１１を駆動するためには、最低２個の素子スイッチ部２２があればよい。
【０１２９】
そして、素子スイッチ部２２のゲートを導通状態（オン）とし、印加電圧発生部６３（図６参照）からの電圧を接続電極１８ａ及び１８ｂに印加する。接続電極１８ａに印加された電圧は、駆動電極１６１７ａに印加される。接続電極１８ｂに印加された電圧は、駆動電極１６１７ｂを介して駆動電極１６１７ｃに印加される。これにより、駆動電極１６１７ａと駆動電極１６１７ｃとの間に静電気力が発生し、片持ビーム１６１２が変形し、その端部１６１２ｂが下方に変位する。この結果、電気的接点１６２８が電気的接点１６２９に接触し、ＲＦ入力信号がＲＦ出力ポートに出力される。電圧が駆動電極１６１７ａ及び１６１７ｃから除かれると、片持ビーム１６１２は片持ビーム１６１２自身の復元力により、図２７に示す静的位置に戻る。
【０１３０】
なお、ベース基板１６１６上に相互に離間した２つの電気的接点１６２９を設け、夫々ＲＦ入力端子及びＲＦ出力端子とし、この２つの電気的接点が、電気的接点１６２８と接触することにより、ＲＦ入力端子がＲＦ出力端子に接続されるようにしてもよい。
【０１３１】
本実施形態においては、ＲＦ入力信号の出力ポートへの出力及び切断を選択的に行なうＲＦスイッチを実現することができる。また、機能デバイスにスイッチ素子部１６１１を複数設けることにより、複数のチャンネルのスイッチを持つ機能デバイスを得ることができる。
【０１３２】
また、本実施形態においては、駆動電極１６１７ａ及び駆動電極１６１７ｃに各々電圧を印加する場合を示したが、スイッチ素子部１６１１の駆動のためには駆動電極１６１７ａと駆動電極１６１７ｃとの両電極間の印加される電位差のみが必要である。従って、駆動電極１６１７ｃをグランドに接続し、駆動電極１６１７ａに所定の電圧を印加してもよく、又はその逆に、駆動電極１６１７ａにグランド電位を印加し、駆動電極１６１７ｃに所定の電位を印加してもよい。この場合においても、両者に夫々電圧を印加する場合と同等の動作が可能である。この場合は、駆動電極１６１７ｃに接続するスイッチ部２２を省くことができ、機能デバイスの構成をより簡略化できる。
【０１３３】
本実施形態においては、複数のチャンネルのスイッチを備えた機能デバイスにおいて、スイッチ素子部へ駆動及び制御信号を供給するための配線を極力少なくすることが可能となり、これにより、機能デバイスの小型化及び信頼性の向上を図ることができる。また、ドライバ回路部をスイッチ素子部の数だけ設けることなく、１個のドライバ回路部により全てのスイッチ素子部を駆動することが可能である。これにより、スイッチ素子部が多チャンネル化しても、回路部が大型化することがなく、機能デバイスが大型化することを抑制することができる。更に、基板上に複数のトランジスタを形成して駆動回路を作製するため、機能デバイスを安価に作製することが可能となる。更にまた、スイッチ機能素子と駆動回路基板とを別々の工程で作製し、積層することにより機能デバイスを構成するため、各々の作製プロセス及び特性の最適化を図ることができる。
【０１３４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、多チャンネル化しても大型化することを抑制でき、更に、低コスト化及び光通信の信頼性の向上を図った機能デバイスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る機能デバイスの構成を示す斜視図である。
【図２】図３に示すミラー素子１１のＸ−Ｘ軸をとおり、ミラーフレーム１４の表面に垂直な断面の断面図である。
【図３】ミラー素子１１の構成を示す拡大平面図である。
【図４】本実施形態における光反射ミラー素子の電極配置を示す断面図である。
【図５】本実施形態に係る機能デバイスにおける１個の光反射ミラー素子を駆動する４個のミラー素子スイッチ部を示す等価回路図である。
【図６】本実施形態に係る機能デバイスにおけるミラー素子スイッチ部及びドライバ回路部の構成を示す等価回路図である。
【図７】本実施形態に係る機能デバイスの製造方法を示すフローチャート図である。
【図８】（ａ）乃至（ｇ）は、本実施形態に係る機能デバイスの製造方法をその工程順に示す断面図である。
【図９】（ａ）乃至（ｃ）は、本実施形態に係る機能デバイスの製造方法をその工程順に示す断面図であり、図８の後の工程を示す。
【図１０】（ａ）乃至（ｄ）は、本実施形態におけるベース基板１６の形成方法をその工程順に示す断面図である。
【図１１】（ａ）乃至（ｄ）は、本実施形態におけるベース基板１６の形成方法をその工程順に示す断面図であり、図１０の後の工程を示す。
【図１２】（ａ）乃至（ｃ）は、本実施形態におけるベース基板１６の形成方法をその工程順に示す断面図であり、図１１の後の工程を示す。
【図１３】（ａ）乃至（ｄ）は、本実施形態におけるベース基板１６の形成方法をその工程順に示す断面図であり、図１２の後の工程を示す。
【図１４】（ａ）乃至（ｃ）は、本実施形態におけるベース基板１６の形成方法をその工程順に示す断面図であり、図１３の後の工程を示す。
【図１５】（ａ）乃至（ｄ）は、本実施形態における他のベース基板１６の形成方法をその工程順に示す断面図である。
【図１６】（ａ）乃至（ｄ）は、このベース基板１６の形成方法をその工程順に示す断面図であり、図１５の後の工程を示す。
【図１７】（ａ）乃至（ｃ）は、このベース基板１６の形成方法をその工程順に示す断面図であり、図１６の後の工程を示す。
【図１８】（ａ）及び（ｂ）は、このベース基板１６の形成方法をその工程順に示す断面図であり、図１７の後の工程を示す。
【図１９】本実施形態の変形例におけるミラー素子を示す平面図である。
【図２０】本発明の第２の実施形態に係る機能デバイスを示す部分断面図であり、ミラー素子１１のＸ−Ｘ軸（図２参照）をとおりミラーフレーム１４の表面に垂直な断面の断面図である。
【図２１】本発明の第３の実施形態に係る機能デバイスを示す部分断面図であり、ミラー素子１１のＸ−Ｘ軸（図２参照）をとおりミラーフレーム１４の表面に垂直な断面の断面図である。
【図２２】本発明の第４の実施形態に係る機能デバイスの構成を示す部分断面図であり、ミラー素子１１のＸ−Ｘ軸（図２参照）をとおり、ミラーフレーム１４の表面に垂直な断面の断面図である。
【図２３】本発明の第５の実施形態に係る機能デバイスの構成を示す部分断面図であり、ミラー素子１１のＸ−Ｘ軸（図２参照）をとおり、ミラーフレーム１４の表面に垂直な断面の断面図である。
【図２４】本発明の第６の実施形態に係る機能デバイスの構成を示す斜視図である。
【図２５】図２４に示すＡ−Ａ線による断面図である。
【図２６】本発明の第７の実施形態に係る機能デバイスの構成を示す斜視図である。
【図２７】図２６に示すＡ−Ａ線による断面図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ；ミラー基板
２、２ａ、２ｂ、２ｃ；駆動回路基板
３、３ｂ；樹脂層
４；外部入力ポート
１１；ミラー素子
１１ａ；シリコン基板
１２；ミラー本体
１３；支持体
１３ｂ；リング
１３ｃ、１３ｄ；軸部材
１４；ミラーフレーム
１４ａ；開口部
１５；支持台
１６、１６１６；ベース基板
１６ａ；シリコン板
１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｆ、１７ｇ；駆動電極
１８、１８ａ、１８ｂ；接続電極
１９ａ；スルーホール
１９ｂ；導電体
２１；基板
２１ｂ；ベース基板
２１ｃ；透明基板
２２、２２ａ、２２ｂ；素子スイッチ部
２３、２３ａ、２３ｂ；ドライバ回路部
２４、２４ａ、２４ｂ；表面電極
２５；絶縁体層
２５ａ；コンタクトホール
２５ｂ；導電体
２５ｃ；透明絶縁体層
２６；半導体基板
２７；絶縁性基板
３１；接続用突起（バンプ）
３２；接続部材
５１；ゲート線
５２；ドレイン／ソース線
５３；薄膜トランジスタ
５５；保持キャパシタ
５６；端子
６１；ドレイン／ソース線駆動回路
６２；ゲート線駆動回路
６３；印加電圧発生部
８１；光検出基板
８２；ミラー本体
８３；光検出素子
８４；透明導電性表面電極
９１；フィルター基板
９２；可変波長フィルター素子部
９３；駆動子
９４；固定子
９５；フィルター素子
９６；ベース基板
９６ａ；スルーホール
９６ｂ；導電材
９７ａ；駆動電極
９７ｂ；駆動電極
９８；駆動子電極
９９；固定子電極
１１１、１２８；配線パターン
１１２、１２２；酸化シリコン層
１１３、１１７、１１８、１２３、１２６、１２７；フォトレジストマスク
１１３ａ、１２３ａ；開口部
１１４、１２４；絶縁層
１１５；ポリシリコン層
１１６；酸化シリコン層
１２５；銅層
１６１；スイッチ基板
１６１６；ベース基板
１６１１；スイッチ素子部
１６１５；支持台
１６１２；片持ビーム
１６１２ａ、１６１２ｂ；端部
１６２８、１６２９；電気的接点
１６１７ａ、１６１７ｂ；駆動電極
Ｂ；入射光
Ｄ／Ｓ１、Ｄ／Ｓ２、・・・、Ｄ／Ｓ４ｎ；走査列
Ｇ１、Ｇ２、・・・、Ｇｍ；走査行

Claims

入力された信号を加工して出力する複数の機能素子と、基板及びこの基板上に設けられ前記機能素子を駆動する駆動回路を備えた駆動回路基板と、絶縁性材料からなり前記機能素子と前記駆動回路基板とを相互に接合する絶縁層及びこの絶縁層中に設けられ前記機能素子と前記駆動回路とを相互に接続する接続端子を備えた接合層と、を有し、
前記機能素子が、前記入力された信号に対して加工処理を施す加工素子と、この加工素子を運動可能に支持する微小電気機械部と、前記駆動回路から電圧が印加され前記加工素子との間に静電気力を発生させることにより前記加工素子を運動させる駆動電極と、を有するものであり、
前記信号が光信号であり、前記加工素子がこの光信号の少なくとも一部を反射する光反射ミラーであり、前記微小電気機械部が前記光反射ミラーを回動可能に支持するものであり、前記駆動電極が前記光反射ミラーの角度を制御して前記光反射ミラーが入力された前記光信号を選択的に出力することにより、光のスイッチングを行うとともに、
前記駆動電極が透明導電体からなり、前記光反射ミラーが半透過性であり、前記基板が透明絶縁体からなり、前記駆動回路基板が前記機能素子に対向していない側の面に光検出素子を含む光検出基板を有することを特徴とする機能デバイス。
前記駆動回路を外部回路に接続する入出力端子を有し、この入出力端子の数が前記接続端子の数よりも少ないことを特徴とする請求項１に記載の機能デバイス。
前記各機能素子が前記駆動電極を３個以上有していることを特徴とする請求項１に記載の機能デバイス。
前記駆動電極が前記接合層における前記加工素子に対向する面に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の機能デバイス。
前記駆動回路が、アレイ状に配列された複数のトランジスタと、このトランジスタのゲート電極に接続された１又は複数のゲート線と、前記トランジスタのソース電極に接続された複数のドレイン／ソース線と、前記トランジスタのドレイン電極及び前記駆動電極に接続され前記ドレイン電極に印加された電圧を前記駆動電極に印加する端子と、前記ドレイン／ソース線に選択的に信号を入力するドレイン／ソース駆動回路と、を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の機能デバイス。
前記駆動回路が、前記ゲート線に選択的に信号を入力するゲート駆動回路を有することを特徴とする請求項５に記載の機能デバイス。
前記駆動回路が、前記ドレイン／ソース駆動回路に電圧を供給する印加電圧発生部を有し、前記電圧は前記ドレイン／ソース駆動回路によって選択されたドレイン／ソース線、このドレイン／ソース線に接続された前記トランジスタ及びこのトランジスタに接続された前記端子を介して前記駆動電極に印加され、この駆動電極と前記加工素子との間に静電気力を発生させることを特徴とする請求項５又は６に記載の機能デバイス。
表面に入力された光の少なくとも一部に対して光加工処理を行い出力する機能素子を備え、前記機能素子を支持すると共に前記機能素子の動作を制御する微小電気機械部を備えた機能素子可動支持構造体と、前記機能素子可動支持構造体から見て前記機能素子が設けられていない側に配置され、絶縁体からなる基板及びこの基板上に形成され前記微小電気機械部の動作を制御する駆動回路を備えた駆動回路基板構造体と、を有し、
前記機能素子が入力された光の少なくとも一部を反射して前記入力された光を選択的に出力することにより光のスイッチングを行う光反射ミラーであり、
透明導電体からなり前記駆動回路に接続され前記光反射ミラーとの間に発生する静電気力によって前記機能素子の動作を制御する電極を有し、前記光反射ミラーが半透過性であり、前記基板が透明絶縁体からなり、前記駆動回路基板構造体が前記機能素子可動支持構造体に対向していない側の面に光検出素子を含む光検出基板を有することを特徴とする機能デバイス。
前記電極が駆動回路基板構造体における前記機能素子可動支持構造体に対向する面に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の機能デバイス。
前記駆動回路が、アレイ状に配列された複数のトランジスタと、このトランジスタのゲート電極に接続された１又は複数のゲート線と、前記トランジスタのソース電極に接続された複数のドレイン／ソース線と、前記トランジスタのドレイン電極及び前記第１の電極に接続され前記ドレイン電極に印加された電圧を前記第１の電極に印加する端子と、前記ドレイン／ソース線に選択的に信号を入力するドレイン／ソース駆動回路と、を有することを特徴とする請求項８又は９に記載の機能デバイス。
前記駆動回路が、前記ゲート線に選択的に信号を入力するゲート駆動回路を有することを特徴とする請求項１０に記載の機能デバイス。
前記駆動回路が、前記ドレイン／ソース駆動回路に電圧を供給する印加電圧発生部を有し、前記電圧は前記ドレイン／ソース駆動回路によって選択されたドレイン／ソース線、このドレイン／ソース線に接続された前記トランジスタ及びこのトランジスタに接続された前記端子を介して前記第１の電極に印加され、この第１の電極と前記機能素子との間に静電気力を発生させることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の機能デバイス。