KR20030087970A - 광스위치 - Google Patents

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Abstract

전극간 거리를 원하는 거리로 용이하게 설정할 수 있고, 또, 고정전극 형성면에 스티킹 방지용의 돌기나 전극패턴 등의 형성이 용이한 광스위치를 제공한다. 절연체층의 상면에 두꺼운 단결정 실리콘층이, 이 절연체층의 저면에 얇은 단결정 실리콘층이 형성되어 있는 상부기판을 준비하고, 상기 얇은 단결정 실리콘층에 가동전극판, 및 이 가동전극판을 수직방향으로 변위가능하게 지지하는 복수개의 가요성의 빔형상 부재를 형성하고, 상기 두꺼운 단결정 실리콘층의 표면에 에칭에 의해 복수개의 광파이버 고정용 홈을 형성하는 동시에, 상기 가동전극판으로부터 직립하는 복수개의 마이크로 미러를 형성한다. 이 상부기판을, 고정전극기판의 상면에 고정전극을 형성한 하부기판의 상부에 스페이서를 개재하여 부착하고, 상기 고정전극과 상기 얇은 단결정 실리콘층을, 그것들 사이에 소정 간격을 유지하여 대략 평행하게 대향 배치한다.

Description

광스위치{OPTICAL SWITCH}
1.발명의 분야
본 발명은 광신호의 광로를 전환할 때에 사용되는, 마이크로 머시닝 기술을 사용하여 제조되는 광스위치에 관한 것이며, 상세하게 말하면, 가동전극판과 고정전극 사이의 전극간 거리를 원하는 거리로 용이하게 설정할 수 있는 광스위치에 관한 것이다.
2.관련기술의 설명
마이크로 머시닝 기술을 사용하여 제조되는 각종의 광스위치가 종래부터 제안되어 있다. 예를 들면, 2개의 입사측 광파이버와 2개의 출사측 광파이버를 구비하고, 2개의 출사측 광파이버로부터 각각 출사되는 광신호를 동시에 대응하는 2개의 입사측 광파이버로 전환하여 입사할 수 있는 선행기술의 2×2 광스위치의 일예에 대하여 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
도 1은 선행기술의 2×2 광스위치의 1구성을 도시하는 평면도, 도 2는 도 1을 2-2선을 따라서 절단하여, 화살표 방향으로 본 개략의 단면도이다. 예시한 광스위치(SW1)는, 평면 대략 장방형의 가동전극 지지판(14)과, 이 가동전극 지지판(14)의 대략 중앙부에 형성된 대략 정방형의 개구(13)와, 이 개구(13)의 양측에서 가동전극 지지판(14)의 상면에 그 긴 쪽 방향을 따라서 대략 평행하게 형성된 편측 2개씩의 4개의 V홈(25A, 26A 및 25B, 26B)과, 상기 가동전극 지지판(14)과 대략 동일한 형상 및 치수를 가지고, 또한 가동전극 지지판(14)의 하측에 배치되는평면 대략 장방형의 고정전극기판(19)으로서, 그 중앙부에 상기 가동전극 지지판(14)의 개구(13)에 끼워 맞추는 융기부(18)를 구비하고 있는 고정전극기판(19)과, 상기 가동전극 지지판(14)의 개구(13)의 상부에서, 고정전극기판(19)의 융기부(18)의 상면과 소정의 간격을 유지하여 대략 평행하게 배치되는 평면 대략 정방형의 가동전극판(11)과, 이 가동전극판(11)을 고정전극기판(19)의 융기부(18)에 접근하는 방향 및 융기부(18)로부터 이격되는 방향으로 이동가능하게 지지하기 위한 가요성의 4개의 빔(12A1, 12A2, 12B1 및 12B2)과, 가동전극판(11)의 상면으로부터 대략 직립하는 4개의 박판상의 마이크로 미러(17A1, 17A2, 17B1 및 17B2)를 구비하고 있다.
상기 가요성의 4개의 빔(12A1, 12A2, 12B1 및 12B2)은 본 기술분야에서는 플렉처(flexure)라고 불리고 있고, 그 중의 2개의 빔(12A1 및 12A2)의 기부는 평면 대략 장방형의 1쌍의 대향하는 앵커부(15A 및 15B)의 일방(15A)의 긴 쪽 방향의 대응하는 단부에 각각 일체로 결합되어 있고, 나머지 2개의 빔(12B1 및 12B2)의 기부는 평면 대략 장방형의 타방의 앵커부(15B)의 긴 쪽 방향의 대응하는 단부에 각각 일체로 결합되어 있다. 4개의 빔(12A1, 12A2 및 12B1, 12B2)의 각각은 가동전극판(11)의 대응하는 1변을 각각 따르도록, 앵커부(15A 및 15B)의 양단부로부터 각각 연재되어, 그들의 선단부가 가동전극판(11)의 대응하는 각부에 일체로 결합되어 있다. 1쌍의 앵커부(15A 및 15B)는, 가동전극 지지판(14)의 긴 쪽 방향에서의 개구(13)의 양측에서 가동전극 지지판(14)에 각각 고정되어 있다.
상기 4개의 V홈(25A, 26A 및 25B, 26B)은, 1쌍의 앵커부(15A 및 15B)의 각각외측(가동전극 지지판(14)의 긴 쪽 방향의 단부측)의 소정의 위치로부터 가동전극 지지판(14)의 긴 쪽 방향의 대응하는 단부에까지 연재되어 있고, 개구(13)를 사이에 두고 가동전극 지지판(14)의 긴 쪽 방향에 대향하는 2개의 V홈((25A와 26B) 및 (26A와 25B))은 서로 정렬되어 있다.
4개의 박판상의 마이크로 미러(17A1, 17A2, 17B1 및 17B2)는 대략 동일한 형상 및 치수를 가지고 있고, 2개의 마이크로 미러(17A1 및 17B1)는 가동전극판(11)의 대략 중심을 통과하고, 또한 수평방향의 직선과 45°의 각도를 이루는 제 1의 직선상에 배치되고, 나머지 2개의 마이크로 미러(17A2 및 17B2)는 가동전극판(11)의 대략 중심을 통과하고, 또한 제 1의 직선과 직교하는 제 2의 직선상에 배치된다. 이들 마이크로 미러(17A1, 17A2, 17B1 및 17B2)는 제 1 및 제 2의 직선의 교점으로부터 대략 동일한 반경방향의 위치에서, 또한 대응하는 V홈(25A와 26B, 26A와 25B)의 축선이 대략 중심을 통과하는 위치에 배치된다.
마이크로 미러(17A1, 17A2, 17B1 및 17B2)는, 예를 들면 소정 두께의 포토레지스트막을 가동전극판(11)의 상면에 도포하고, 이 포토레지스트막 중의 미러 형성 부분만을 노광하고, 그 후 용제에 의해 노광되지 않은 부분의 포토레지스트막을 제거하여 4개의 미러본체를 형성하고, 이들 미러본체의 미러면에, 금(Au) 등의 금속을 코팅함으로써 제조할 수 있다.
또는, 본 출원인이 2001년 8월 10일에 출원한 특원 2001-243582호(또는 본원을 우선권 주장하여 2002년 8월 9일에 출원된 PCT 출원 PCT/JPO2/08177)에 기재되어 있는 바와 같이, 표면이 (100)결정면인 실리콘기판을 이방성 웨트 에칭함으로써실리콘기판으로부터 직립하는 마이크로 미러를 형성해도 좋다. 이 경우에는, 미러면이 (100)결정면이 되므로 그 수직성 및 평탄성의 정밀도가 상당히 높아져, 광학손실을 최소한으로 할 수 있다. 또한, 상세에 대해서는 상기 특원 2001-243582호(또는 PCT/JPO2/08177), 또는 2000년 1월 23일∼27일에 미야자키현에서 개최된 13회 IEEE 인터내셔널 Micro Electro Mechanical Systems Conference(MEMS-2000)에서 Philippe Helin, et al.이 발표한 논문 "SELF ALIGNED VERTICAL MIRR0RS AND V-GROOVES APPLIED T0 A SELF-LATCHING MATRIX SWITCH F0R 0PTICAL NETWORKS"를 참조하기 바란다.
상기 4개의 V홈(25A, 26A 및 25B, 26B)에는 광파이버가 위치결정되고, 부착된다. 이 예에서는, 도 1에서 좌측의 V홈(25A 및 26A)에 출사측 광파이버(31A) 및 입사측 광파이버(32A)가 각각 위치결정되어 부착되고, 도 1에서 우측의 V홈(25B 및 26B)에는 출사측 광파이버(31B) 및 입사측 광파이버(32B)가 각각 위치결정되어 부착되어 있다. 따라서 V홈(25A)에 부착된 출사측 광파이버(31A)와 V홈(26B)에 부착된 입사측 광파이버(32B)가 대향, 정렬되고(동일한 광학축선상에 배치되고), V홈(26A)에 부착된 입사측 광파이버(32A)와 V홈(25B)에 부착된 출사측 광파이버(31B)가 대향, 정렬되게(동일한 광학축선상에 배치되게) 된다.
상기 가동전극 지지판(14), 4개의 빔(12A1, 12A2, 12B1 및 12B2), 1쌍의 앵커부(15A 및 15B), 및 가동전극판(11)은 일체로 형성할 수 있다. 예를 들면, 가동전극 지지판(14)으로서 소정 두께의 단결정 실리콘기판을 사용하고, 이 단결정 실리콘기판(14)의 상면에 절연층, 예를 들면 이산화 실리콘(SiO2)층(21)을 형성하고, 이 이산화 실리콘층(21)의 상부에, 예를 들면 단결정 실리콘층을 형성하고, 이 단결정 실리콘층에 대해 포토리소그래피 기술을 사용하여 상기 4개의 빔(12A1, 12A2, 12B1 및 12B2), 1쌍의 앵커부(15A 및 15B), 및 가동전극판(11)을 형성한다. 그 후, 단결정 실리콘기판(14)을 그 저면측으로부터 에칭함으로써 대략 정방형의 개구(13)를 형성한다. 이렇게 하여, 4개의 빔(12A1, 12A2, 12B1 및 12B2), 1쌍의 앵커부(15A 및 15B), 및 가동전극판(11)이 일체화하여 형성되고, 또한 1쌍의 앵커부(15A 및 15B)가 가동전극 지지판(14)의 상면에 일체화된다. 또한, 도 2에서, 22는 가동전극 지지판(14)의 저면에 미리 형성된 절연체층(예를 들면 이산화 실리콘층)을 도시한다. 이 절연체층(22)는 가동전극 지지판(14)에 포토리소그래피 기술에 의해 개구(13)를 형성할 때에 마스크로서 사용된다.
일반적으로는, 평면 대략 장방형의 SOI(실리콘　온　인슐레이터; Silicon on Insulator)기판을 사용하고, 포토리소그래피 기술에 의해 가동전극 지지판(14), 4개의 빔(12A1, 12A2, 12B1 및 12B2), 1쌍의 앵커부(15A 및 15B), 및 가동전극판(11)을 일체로 형성하고 있다. 이와 같은 광스위치의 제조방법은 잘 알려 있으므로, 여기에서는 간단하게 설명한다. 또한, 상술한 2×2 광스위치와 동일한 구성의 2×2 광스위치는, 예를 들면 일본 특개 2002-82292호 공보(일본 특원2000-270621호)에 기재되어 있으므로, 제조방법을 포함하는 상세한 것에 대해서는 일본 특개 2002-82292호 공보를 참조하기 바란다.
먼저, 평면 대략 장방형의 SOI기판을 준비한다. 일반적으로는, SOI기판은 단결정 실리콘으로 이루어지는 두꺼운 지지기판, 그 상부의 절연체층, 및 이 절연체층상의 단결정 실리콘의 얇은 층의 3층으로 구성되어 있다. 이 예에서는 SOI기판으로서, 평면 대략 장방형의 단결정 실리콘으로 이루어지는 두꺼운 지지기판(도 1 및 2에는 도시되지 않음)의 표면에 이산화 실리콘으로 이루어지는 절연체층(21)을 형성하고, 이 이산화 실리콘층(21)상에 얇은 단결정 실리콘층(도 1 및 2에는 도시되지 않음)을 접합한 것을 사용하고 있는데, 기지의 다른 방법에 의해 제조된 임의의 SOI기판을 사용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 또한, 이 예에서는, SOI기판의 저면에 절연체층(예를 들면 이산화 실리콘층; 22)이 미리 형성되어 있다.
다음에, 포토리소그래피 기술을 사용하여, SOI기판의 단결정 실리콘의 박층을, 4개의 빔(12A1, 12A2, 12B1, 12B2), 앵커부(15A, 15B), 및 가동전극판(11)에 대응하는 형상으로 패터닝하여, 4개의 빔, 앵커부, 및 가동전극판에 대응하는 부분을 제외한 단결정 실리콘의 박층을 제거하고, 그 후, SOI기판의 저면의 이산화 실리콘층(22)내에, 가동전극 지지판(14)의 개구(13)에 상당하는 부분의 이산화 실리콘층을 제거한다. 이렇게 하여, SOI기판의 이산화 실리콘층(21)상의 얇은 단결정 실리콘층으로부터 4개의 빔(12A1, 12A2, 12B1, 12B2), 앵커부(15A, 15B), 및 가동전극판(11)이 일체로 형성된다.
다음에, SOI기판의 저면측으로부터 KOH용액을 사용하여 단결정 실리콘으로 이루어지는 지지기판을 에칭하여, 개구(13)를 형성한다. 이것에 의해 평면 대략 장방형의 단결정 실리콘으로 이루어지는 지지기판으로부터 평면 대략 장방형의 가동전극 지지판(14)이 형성된다.
또한, 상기 가동전극 지지판(14)에 형성되는 대략 정방형의 개구(13)는 상기 가동전극판(11) 및 4개의 빔(12A1, 12A2, 12B1 및 12B2)을 수용할 수 있는 크기로 형성하는 것은 말할 필요도 없다.
상기 고정전극기판(19)은, 예를 들면 평면 대략 장방형의 단결정 실리콘으로 이루어지는 기판이고, 그 상면 중앙부에는, 가동전극 지지판(14)에 형성된 개구(13)와 대략 동일한 형상(이 예에서는 대략 정방형) 및 치수의 융기부(18)가 형성되어 있다. 이 고정전극기판(19)의 상부에 상기 구성의 가동전극 지지판(14)이 올려 놓이고, 예를 들면 적당한 접착제를 사용하여 접합되고, 일체화된다. 이 때, 고정전극으로서 동작하는 고정전극기판(19)의 융기부(18)가 가동전극 지지판(14)의 개구(13)의 하측에 끼워 맞춰지므로, 고정전극기판(19)의 융기부(18)와 가동전극판(11)은 소정의 간격으로 대향한 상태로 부착된다. 이렇게 하여, 도 1 및 도 2에 도시하는 광스위치(SW1)가 구성된다. 또한, 도 2에서, 28은 고정전극기판(19)에 융기부(18)를 형성할 때에 마스크로서 사용된 절연체층(이산화 실리콘층)을 도시한다. 이 절연체층(28)은 가동전극판(11)이 구동되어 고정전극기판(19)의 융기부(18)의 상면에 접촉했을 때에, 양자가 도통상태로 되는 것을 방지한다.
상기 구성의 광스위치(SW1)에 의하면, 가동전극판(11)은 개구(13)내로 변위할 수 있게 되므로, 고정전극기판(19)과 가동전극판(11) 사이에 소정의 구동전압을 인가하여 이들 전극간에 서로 흡인하는 방향의 정전기력을 발생시키면, 가동전극판(11)은 하방으로 변위하고, 그것에 의해 이 가동전극판(11)상에 형성된직립하는 4개의 마이크로 미러(17A1, 17A2, 17B1 및 17B2)도 하방으로 변위하여, 광신호(빔)의 광로 중에 존재하지 않게 된다.
구체적으로 설명하면, 고정전극기판(19)과 가동전극판(11) 사이에 구동전압이 인가되지 않고, 따라서 가동전극판(11)이 변위하지 않고, 가동전극판(11)상의 마이크로 미러가 출사측 광파이버(31A, 31B)로부터 출사되는 광신호의 광로 중에 존재하는 경우에는, 출사측 광파이버(31A)로부터 출사된 광신호(빔)는 광로 중에 존재하는 마이크로 미러(17A1)에 의해 직각인 방향으로 반사되어 마이크로 미러(17A2)에 입사하고, 이 마이크로 미러(17A2)에 의해 직각인 방향으로 더 반사되어 입사측 광파이버(32A)에 입사한다. 동일하게, 출사측 광파이버(31B)로부터 출사된 광신호(빔)는 광로 중에 존재하는 마이크로 미러(17B1)에 의해 직각인 방향으로 반사되어 마이크로 미러(17B2)에 입사하고, 이 마이크로 미러(17B2)에 의해 직각인 방향으로 더 반사되어 입사측 광파이버(32B)에 입사한다.
이것에 대하여, 고정전극기판(19)과 가동전극판(11) 사이에 소정의 구동전압이 인가되고, 따라서 가동전극판(11)이 고정전극기판(19)측으로 정전 구동되고, 가동전극판(11)상의 마이크로 미러가 하방으로 이동하여 출사측 광파이버(31A, 31B)로부터 출사되는 광신호의 광로 중에 존재하지 않게 된(광로로부터 벗어난) 경우에는, 출사측 광파이버(31A)로부터 출사된 광신호는 마이크로 미러(17A1 및 17B2)에 의해 반사되지 않고 직진하여, 대향하는 입사측 광파이버(32B)에 입사한다. 동일하게, 출사측 광파이버(31B)로부터 출사된 광신호는 마이크로 미러(17B1 및 17A2)에 의해 반사되지 않고 직진하여, 대향하는 입사측 광파이버(32A)에 입사한다. 이렇게 하여, 출사측 광파이버(31A)로부터 출사되는 광신호의 광로를 입사측 광파이버(32A)로부터 입사측 광파이버(32B)로, 동일하게, 출사측 광파이버(31B)로부터 출사되는 광신호의 광로를 입사측 광파이버(32B)로부터 입사측 광파이버(32A)로 각각 전환할 수 있다. 즉, 상기 구성의 광스위치(SW1)는, 광도파로 또는 광전송로를 전파하는 광신호의 광로를, 고체의 광도파로를 개재시키는 일 없이, 공간적으로 전환할 수 있다.
그래서, 이 종류의 광스위치에서는, 일반적으로, 가능한 한 낮은 구동전압으로 가동전극판(11)을 고정전극기판(19)으로 구동할 수 있도록 하는 것이 회로설계상 바람직하다. 바꾸어 말하면, 가동전극판(11)을 고정전극기판(19)쪽으로 구동하기 위한 구동전압의 절대값을 가능한 한 작게 하는 것이 회로설계상 바람직하다. 이 때문에, 상기 구성의 선행기술의 광스위치(SW1)에서는, 가동전극판(11), 4개의 빔(12A1, 12A2, 12B1, 12B2), 및 앵커부(15A, 15B)를 일체로 형성하고, 가동전극판(11) 및 4개의 빔(12A1, 12A2, 12B1, 12B2)의 두께를 얇게 하여 경량화하고, 또한 4개의 빔의 탄성력을 약하게 하고 있다. 그러나, 가동전극판(11)을 고정전극기판(19)에 대해 대략 평행하게 유지하는 탄성력이나, 고정전극기판(19)에 흡착된 가동전극판(11)을 고정전극기판(19)으로부터 원래의 위치로 복귀시키는 탄성력은 4개의 빔이 가지고 있지 않으면 안되므로, 가동전극판(11)을 소정의 거리만큼 고정전극기판(19)쪽으로 구동시키는 데에 필요한 구동전압의 크기를 저하시키는 것에는 한계가 있었다.
또, 상기 구성의 광스위치(SW1)에서 구동전압의 저전압화를 도모하는 다른방법으로서, 가동전극판(11)과 고정전극기판(19)과의 사이의 전극간 거리를 필요 최소한의 길이로 설정하는 것이 종래부터 제안되고 있다. 이 경우, 가동전극 지지판(14)(SOI기판을 사용하는 경우에는 단결정 실리콘으로 이루어지는 지지기판)의 두께는, 제조 프로세스상, 그다지 얇게 할 수는 없고, 따라서, 도 2에 도시한 바와 같이 고정전극기판(19)에 융기부(18)를 설치함으로써, 가동전극판(11)과 고정전극기판(19) 사이의 전극간 거리를 필요 최소한의 길이로 설정한다는 방법이 채용되어 있다.
이와 같이, 전극간 거리를 필요 최소한의 길이로 설정한 경우에는, 가동전극판(11)은, 당연히, 고정전극기판(19)의 융기부(18)의 상면에 접촉할 때까지 정전 구동된다.
가동전극판(11)에 인가하는 구동전압과 가동전극판(11)이 구동되는 거리와의 관계는 선형이 아니다. 가동전극판(11)에 인가하는 구동전압을 서서히 증대시키면, 가동전극판(11)은 고정전극기판(19)을 향해서 하방으로 구동되지만, 가동전극판(11)의 이동거리가 가동전극판(11)의 저면과 고정전극기판(19)의 융기부(18)의 상면 사이의 전극간 거리(X)의 1/3 이상이 되면, 가동전극판(11)은 고정전극기판(19)을 향해서 일거에 구동되어 고정전극기판(19)의 표면(실제로는 융기부(18)의 표면)에 흡착된다는 특징을 갖고 있다. 이 가동전극판(11)이 고정전극기판(19)을 향해서 일거에 구동될 때의 구동전압값을 본 기술분야에서는 풀인전압(PULL-IN 전압)이라고 부르고 있다. 또한, 풀인전압의 상세한 것에 대해서는, 본 출원인이 2002년 3월 19일에 출원한 일본 특원 2002-75443호 및 일본 특원 2002-75817호, 또는, 동경대학 생산기술 연구소의 토시요시 히로시 교수의 홈페이지 http://toshi.fujita3.iis.u-tokyo.ac.jp/onlinelecture/electrostaticl.pdf를 참조하기 바란다.
선행기술에서는 가동전극판(11)을 고정전극기판(19)의 융기부(18)의 상면에 접촉할 때까지(거리; X) 구동하기 때문에, 구동전압은 당연히 이 풀인전압 이상으로 설정되어 있다. 이 때문에, 가동전극판(11)은, 전극간 거리(X)의 1/3의 거리를 넘으면, 고정전극기판(19)을 향해서 일거에 구동되고, 고정전극기판(19)의 융기부(18)의 상면과 접촉한다.
가동전극판(11)이 하방으로 변위하고 그 저면이 고정전극기판(19)의 융기부(18)의 상면에 접촉하면, 가동전극판(11)의 저면과 고정전극기판(19)의 융기부(18)의 상면 사이에는 반데르발스력이 작용하여 양자는 서로 흡착하여, 구동전압의 인가를 정지해도 가동전극판(11)이 순식간에는 원래의 위치로 복귀하지 않는다는 현상, 즉, 가동전극판(11)과 고정전극기판(19)의 융기부(18) 사이에 반데르발스력에 의한 일시적인, 또는 항구적인 첩부현상(이 기술분야에서는 스티킹(sticking)이라고 불리고 있음)이 생긴다. 그 결과, 순식간에 광로를 전환할 수 없으므로, 스위칭 동작의 신뢰성을 크게 해친다는 결점이 있었다.
이 때문에, 대향하는 가동전극판(11)의 저면 또는 고정전극기판(19)의 상면의 어느 일방에 미소한 돌기를 형성하여 가동전극판(11)과 고정전극기판(19) 사이의 접촉면적을 절감하고, 또는 고정전극기판(19)상에 스티킹 방지를 목적으로 한 제 2의 고정전극 패턴을 형성하고, 상술한 반데르발스력에 의한 일시적인, 또는 항구적인 첩부현상의 발생을 방지하도록 구성한 광스위치가 제안되어 있고, 예를 들면 일본 특개평 10-256563호 공보, 일본 특개 2001-264650호 공보, 또는 일본 특개 2003-39392호 공보에 개시되어 있다.
고정전극기판(19)의 융기부(18)의 상면에 복수개의 미소한 돌기를 형성하여 가동전극판(11)과 고정전극기판(19)의 융기부(18) 사이의 접촉면적을 절감시킨 선행기술의 광스위치의 일예를 도 3에 도시한다. 도 3은 도 2와 동일한 단면도이고, 도시하는 광스위치(SW2)는, 고정전극기판(19)의 융기부(18)의 상면에 복수개의 미소한 돌기(23)가, 예를 들면 매트릭스상으로 형성되어 있는 점을 제외하면, 도 1 및 도 2를 참조하여 이미 기재한 선행기술의 광스위치(SW1)와 동일한 구성, 구조 및 형상을 갖는 것으로 좋으므로, 도 3에서, 도 1 및 도 2와 대응하는 소자나 부분에는 동일한 부호를 붙여서 표시하고, 필요가 없는 한 그들의 설명을 생략한다.
고정전극기판(19)의 융기부(18)의 상면에 복수개의 미소한 돌기(23)를, 예를 들면 매트릭스상으로 설치하면, 가동전극판(11)이 하방으로 정전 구동되어 고정전극기판(19)의 융기부(18)의 상면과 접촉했을 때에, 가동전극판(11)의 저면이 이들 돌기(23)의 선단과 접촉하고, 가동전극판(11)과 고정전극기판(19)의 융기부(18)와는 면접촉하지 않는다. 따라서, 양자의 접촉면적을 대폭적으로 적게 할 수 있고, 스티킹을 방지할 수 있다.
그렇지만, 이들 돌기(23)는, 가동전극판(11)이 구동되어 고정전극기판(19)의 융기부(18)와 접촉했을 때에 양자가 도통 상태로 되지 않도록, 절연체 재료로 형성하든지, 또는 돌기(23)의 표면을 절연 피복할 필요가 있다. 복수개의 돌기(23)를고정전극기판(19)의 융기부(18)의 상면에 형성하는 경우에는, 일반적으로는, 포토레지스트를 융기부(18) 상부의 산화막(융기부(18)를 형성하는 때 마스크로서 사용된 산화막, 통상은 이산화 실리콘층)의 상면에 도포하고, 이 산화막을 돌기(23)에 대응하는 형상으로 패터닝하고, 이 패터닝한 산화막을 마스크로서 융기부(18)를 에칭하여 융기부(18)의 상면에 복수개의 미소한 돌기(23)를 형성하게 되는데, 예를 들면 그러한 융기부(18)가 형성되어 있는 고정전극기판(19)이 웨이퍼에 배열되어 있는 경우, 각 융기부(18)의 상면에 포토레지스트를 적하하고, 스핀코팅해도, 포토레지스트를 균일한 두께로 양호하게 도포할 수 없다. 따라서, 정확하게 위치결정된, 균일한 높이를 갖는 원하는 돌기(23)를 정밀도 좋게 형성할 수 없다는 난점이 있었다. 바꾸어 말하면, 고정전극기판(19)에 융기부(18)가 형성되어 있는 경우에는, 융기부(18)의 상면에 복수개의 정확하게 위치결정된, 균일한 높이를 갖는 미소한 돌기(23)를 높은 정밀도로 형성하는 것은 극히 곤란했었다. 또한, 도 3에서, 29는 융기부(18)의 상면에 형성된 절연체층(산화막)을 나타낸다. 또한, 복수개의 돌기를 형성하는 제조방법의 상세에 대해서는, 상기의 일본 특개평 10-256563호 공보, 일본 특개 2001-264650호 공보, 또는 일본 특개 2003-39392호 공보를 참조하기 바란다.
본 발명의 하나의 목적은, 가동전극판과 고정전극 사이의 전극간 거리를 원하는 거리로 용이하게 설정할 수 있는 광스위치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 고정전극기판에 스티킹을 방지하기 위한 돌기나 전극 패턴을 용이하게, 또한 정밀도 좋게 형성할 수 있는 광스위치를 제공하는 것이다.
도 1은 선행기술의 광스위치의 일예를 도시하는 평면도,
도 2는 도 1을 2-2선을 따라서 절단하여, 화살표 방향으로 본 단면도,
도 3은 선행기술의 광스위치의 다른 예를 도시하는 도 2와 동일한 단면도,
도 4는 본 발명에 의한 광스위치의 제 1 실시예를 도시하는 평면도,
도 5는 도 4를 5-5선을 따라서 절단하여, 화살표 방향으로 본 단면도,
도 6은 도 4에 도시한 광스위치의 분해사시도,
도 7A 내지 도 7I는 도 4에 도시한 광스위치의 상부기판의 제조방법을 공정순으로 설명하기 위한 각각 단면도,
도 8A 내지 도 8G는 도 4에 도시한 광스위치의 하부기판의 제조방법을 공정 순으로 설명하기 위한 각각 단면도,
도 9A 내지 도 9E는 도 4에 도시한 광스위치의 스페이서의 제조방법을 공정순으로 설명하기 위한 각각 단면도,
도 10은 본 발명에 의한 광스위치의 변형예를 도시하는 사시도,
도 11은 본 발명에 의한 광스위치의 제 2 실시예를 도시하는 평면도, 및
도 12는 본 발명에 의한 광스위치의 제 3 실시예를 도시하는 평면도.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일면에서는, 고정전극기판과, 이 고정전극기판의 상면에 형성된 고정전극을 구비하는 제 1 기판과, 두꺼운 단결정 실리콘층과, 얇은 단결정 실리콘층과, 상기 두꺼운 단결정 실리콘층의 저면과 상기 얇은 단결정 실리콘층의 상면 사이에 개재하는 절연체층을 구비하는 제 2 기판과, 상기 제 1 기판의 상기 고정전극 형성면과 상기 제 2 기판의 상기 얇은 단결정 실리콘층 사이에 개재하고, 상기 제 1 기판의 고정전극과 상기 제 2 기판의 얇은 단결정 실리콘층을, 그들 사이에 소정의 간격을 유지하여 대략 평행하게 대향 배치하기 위한 스페이서와, 상기 제 2 기판의 얇은 단결정 실리콘층에 형성된 가동전극판과, 상기 제 2 기판의 얇은 단결정 실리콘층에 상기 가동전극판과 일체로 형성되고, 상기 가동전극판을, 상기 고정전극에 접근하는 방향 및 상기 고정전극으로부터 이격되는 방향으로 이동가능하게 지지하는 복수개의 가요성의 빔부재와, 상기 제 2 기판의 두꺼운 단결정 실리콘층에 에칭에 의해 형성된 복수의 광파이버 고정용 홈과, 상기 제 2 기판의 두꺼운 단결정 실리콘층의 상기 가동전극판의 상부에 위치하는 부분에, 에칭에 의해 형성된, 상기 가동전극판의 상면으로부터 상기 절연체층을 개재하여 직립하고, 또한 상기 광파이버 고정용 홈의 연장선상에 위치하는 복수개의 마이크로 미러와, 상기 스페이서에 형성된, 상기 가동전극판이 상기 고정전극에 접근하는 것을 가능하게 하는 관통구멍을 구비하고, 상기 가동전극판을 상기 고정전극에 접근하는 방향으로 정전구동하여 상기 가동전극판으로부터 직립하는 마이크로 미러를 변위시킴으로써, 입사하는 광빔의 광로를 전환하도록 구성되어 있는 마이크로 머시닝 기술에 의해 제조된 광스위치가 제공된다.
바람직한 제 1 실시예에서는, 상기 복수개의 마이크로 미러는 4개이고, 각 마이크로 미러는 박판상의 형상을 가짐과 동시에, 1개의 미러면을 가지고 있고, 각 마이크로 미러는 그 미러면이 대응하는 광파이버 고정용 홈과 45°의 각도를 이루도록, 또한 2개의 인접하는 미러면이 직각을 이루도록, 상기 두꺼운 단결정 실리콘층을 이방성 웨트 에칭함으로써 상기 가동전극판의 상면에 상기 절연체층을 개재하여 형성되고, 상기 복수의 광파이버 고정용 홈은 4개이고, 상기 두꺼운 단결정 실리콘층을 이방성 웨트 에칭함으로써, 상기 마이크로 미러를 사이에 두고 상기 두꺼운 단결정 실리콘층의 긴 쪽 방향의 양측에 2개씩 대략 평행하게, 또한 정렬된 상태로 형성되고, 각 광파이버 고정용 홈은 그 홈면이 대략 V자 형상이다.
상기 4개의 마이크로 미러 및 4개의 광파이버 고정용 홈은 각각, 상기 두꺼운 단결정 실리콘층을 드라이 에칭함으로써 형성해도 좋고, 이 경우에는 각 광파이버 고정용 홈은 그 홈면이 대략 각형 형상으로 된다.
또는, 상기 4개의 마이크로 미러는 상기 두꺼운 단결정 실리콘층을 드라이 에칭함으로써 형성하고, 상기 4개의 광파이버 고정용 홈은 상기 두꺼운 단결정 실리콘층을 이방성 웨트 에칭함으로써 형성해도 좋다.
각 마이크로 미러가 직각을 이루는 2개의 벽면을 구비하고, 또한 이 직각을 이루는 2개의 벽면을 각각 미러면으로서 사용하는 2개의 마이크로 미러를, 각 마이크로 미러의 2개의 미러면이 대응하는 광파이버 고정용 홈과 45°의 각도를 이루도록, 또한 2개의 마이크로 미러의 서로 마주 보는 미러면이 직각을 이루도록, 상기 두꺼운 단결정 실리콘층을 드라이 에칭함으로써 상기 가동전극판의 상면에 상기 절연체층을 개재하여 대향한 상태로 형성해도 좋다. 이 경우, 4개의 광파이버 고정용 홈은 상기 두꺼운 단결정 실리콘층을 드라이 에칭함으로써 형성해도, 이방성 웨트 에칭함으로써 형성해도 좋다.
본 발명의 다른 면에서는, 고정전극기판과, 이 고정전극기판의 상면에 형성된 고정전극을 구비하는 제 1의 기판과, 두꺼운 단결정 실리콘층과, 얇은 단결정 실리콘층과, 상기 두꺼운 단결정 실리콘층의 저면과 상기 얇은 단결정 실리콘층의 상면과의 사이에 개재하는 절연체층을 구비하는 제 2 기판과, 상기 제 1 기판의 상기 고정전극 형성면과 상기 제 2 기판의 상기 얇은 단결정 실리콘층 사이에 개재하고, 상기 제 1 기판의 고정전극과 상기 제 2 기판의 얇은 단결정 실리콘층을, 그것들 사이에 소정의 간격을 유지하여 대략 평행하게 대향 배치하기 위한 스페이서와, 상기 제 2 기판의 얇은 단결정 실리콘층에 형성된 가동전극판과, 상기 제 2 기판의 얇은 단결정 실리콘층에 상기 가동전극판과 일체로 형성되고, 상기 가동전극판을, 상기 고정전극에 접근하는 방향 및 상기 고정전극으로부터 이격되는 방향으로 이동가능하게 지지하는 복수개의 가요성의 빔형상 부재와, 상기 제 2 기판의 두꺼운 단결정 실리콘층에 에칭에 의해 형성된 복수의 광파이버 고정용 홈과, 상기 제 2 기판의 두꺼운 단결정 실리콘층의 상기 가동전극판의 상부에 위치하는 부분에, 에칭에 의해 형성된, 상기 가동전극판의 상면으로부터 상기 절연체층을 개재하고 직립하는 복수의 미러면을 구비한 1개의 마이크로 미러로서, 각 미러면이 상기 광파이버 고정용 홈의 연장선상에 위치하는 1개의 마이크로 미러와, 상기 스페이서에 형성된, 상기 가동전극판이 상기 고정전극에 접근할 수 있게 하는 관통구멍을 구비하고, 상기 가동전극판을 상기 고정전극에 접근하는 방향으로 정전구동하여 상기 가동전극판으로부터 직립하는 마이크로 미러를 변위시킴으로써, 입사하는 광빔의 광로를 전환하도록 구성되어 있는 마이크로 머시닝 기술에 의해 제조된 광스위치가 제공된다.
바람직한 제 2 실시예에서는, 상기 마이크로 미러는 평면 대략 ＋자 형상을 가지고, 이 대략 ＋자 형상의 마이크로 미러의 1쌍의 직각을 이루는 벽면과, 이것과 대향하는 1쌍의 직각을 이루는 벽면이 4개의 미러면으로서 사용되고, 각 미러면이 대응하는 광파이버 고정용 홈과 45°의 각도를 이루도록, 상기 두꺼운 단결정 실리콘층을 드라이 에칭함으로써 상기 가동전극판의 상면에 상기 절연체층을 개재하여 형성되고, 상기 복수의 광파이버 고정용 홈은 4개이고, 상기 두꺼운 단결정 실리콘층을 드라이 에칭함으로써, 상기 마이크로 미러를 사이에 두고 상기 두꺼운 단결정 실리콘층의 긴 쪽 방향의 양측에 2개씩 대략 평행하게, 또한 정렬된 상태로 형성되고, 각 광파이버 고정용 홈은 그 홈면이 대략 각형 형상이다.
또, 상기 평면 대략 ＋자 형상의 마이크로 미러는 그 교차부를 포함하는 중심부분이 단면적이 큰 주상체로 형성되어 있다.
바람직한 제 3 실시예에서는, 상기 마이크로 미러는 평면 대략 ＋자 형상을 가지고, 이 대략 ＋자 형상의 마이크로 미러의 1쌍의 직각을 이루는 벽면과, 이것과 대향하는 1쌍의 직각을 이루는 벽면이 4개의 미러면으로서 사용되고, 각 미러면이 대응하는 광파이버 고정용 홈과 45°의 각도를 이루도록, 상기 두꺼운 단결정 실리콘층을 드라이 에칭함으로써 상기 가동전극판의 상면에 상기 절연체층을 개재하여 형성되고, 상기 복수의 광파이버 고정용 홈은 4개이고, 상기 두꺼운 단결정 실리콘층을 이방성 웨트 에칭함으로써, 상기 마이크로 미러를 사이에 두고 상기 두꺼운 단결정 실리콘층의 긴 쪽 방향의 양측에 2개씩 대략 평행하게, 또한 정렬된 상태로 형성되고, 각 광파이버 고정용 홈은 그 홈면이 대략 V자 형상이다.
상기 각 실시예에서, 상기 고정전극의 상면으로부터 돌출하는 복수개의 미소한 돌기가, 스티킹을 방지하기 위해, 상기 고정전극기판의 상면에 형성되어 있어도 좋다.
또, 상기 제 2 기판으로서, 두꺼운 단결정 실리콘층과 이 단결정 실리콘층의 저면에 형성된 이산화 실리콘층과 이 이산화 실리콘층의 저면에 접합된 얇은 단결정 실리콘층으로 이루어지는 3층 구조의 S0I기판을 사용할 수 있다.
상기 구성에 의하면, 제조가 용이한 스페이서의 두께를 선정함으로써, 가동전극판과 고정전극 사이의 전극간 거리를 원하는 거리로 용이하게 설정할 수 있으므로, 전극간 거리를 필요 최소한의 거리로 설정하는 것이 용이하게 된다. 또, 선행기술의 광스위치와 같이 고정전극기판에 융기부를 형성할 필요가 없으므로, 고정전극기판의 고정전극 형성면은 평탄면으로 되어 있다. 이 때문에, 예를 들면 돌기나 첩부방지용의 전극패턴 등을 고정전극기판의 표면에 용이하게, 또한 정밀도 좋게 형성할 수 있다.
(바람직한 실시예의 상세한 설명)
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도 4∼도 12를 참조하여 상세히 설명한다. 그렇지만, 본 발명은 많은 다른 형태로 실시가능하므로, 이하에 기술하는 실시예로 본 발명이 한정된다고 해석되어서는 안된다. 후술의 실시예는, 이하의 개시가 충분하고, 완전한 것이며, 본 발명의 범위를 이 분야의 기술자에게 충분히 알리기 위해 제공되는 것이다.
먼저, 도 4 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 의한 광스위치의 제 1 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 이 제 1 실시예는 상기한 일본 특원 2001-243582호(또는 PCT/JP02/08177)에 기재되어 있는 바와 같은 이방성 웨트 에칭에 의한 미러 및 V홈 형성기술을 사용하는 것이다. 이 일본 특원 2001-243582호에 기재되어 있는 바와 같은 이방성 웨트 에칭에 의한 미러 및 V홈 형성기술을 사용하면, 에칭시간을 고정밀도로 제어하지 않아도, 가동전극판의 상면으로부터 실질적으로 90°의 각도로 직립하는 2개 또는 4개의 마이크로 미러를 가동전극판과 일체로 높은 정밀도로 형성할 수 있고, 동시에, 각각의 미러면에 대해 정확하게 45°의 각도를 이루는 위치에 대응하는 V홈을 높은 정밀도로 형성할 수 있다. 게다가, 형성된 이들 마이크로 미러가 마주 본 2개의 미러면은 정확하게 직각을 이룬다. 따라서, 각 마이크로 미러와 이것에 대응하는 V홈을 정확하게 높은 정밀도로 정렬시킬 수 있고, 출사측 광파이버로부터 입사하는 광신호를, 항상, 마주 본 2개의 미러면으로 거의 광손실 없이 높은 정밀도로 2회 반사하여 입사측 광파이버로 입사할 수 있다.
도 4는 본 발명에 의한 광스위치의 제 1 실시예를 광파이버와 함께 도시하는평면도이고, 도 5는 도 4를 5-5선을 따라서 절단하여, 화살표 방향으로 본 개략의 단면도이고, 도 6은 도 4에 도시한 제 1 실시예의 광스위치를 분해하여 도시하는 사시도이다. 이 제 1 실시예의 광스위치(SW3)는, 도 1∼도 3을 참조하여 이미 설명한 선행기술의 광스위치(SW1 및 SW2)와 동일한 구성 및 구조를 갖는 2×2 광스위치이고, 평면 대략 장방형의 두꺼운 단결정 실리콘층(44)과 이 단결정 실리콘층(44)의 상면에 형성된 절연체층(예를 들면 이산화 실리콘(SiO2)층; 43)과 이 절연체층(43)의 상면 대략 중앙부에 형성된 평면 대략 정방형상의 고정전극(41)으로 이루어지는 평면 대략 장방형의 제 1 기판(이하, 하부기판이라고 칭함; 40)과, 평면 대략 장방형의 두꺼운 단결정 실리콘층(61)과 이 단결정 실리콘층(61)의 저면에 형성된 절연체층(예를 들면 이산화 실리콘층; 62)과 이 절연체층(62)의 저면에 형성된 얇은 단결정 실리콘층(63)으로 이루어지는 평면 대략 장방형의 제 2 기판(이하, 상부기판이라고 칭함; 60)과, 하부기판(40)과 상부기판(60)을 그것들 사이에 소정의 간격을 유지하여 서로 평행하게 배치하기 위한 스페이서(50)를 구비하고 있다.
이 실시예에서는, 평면 대략 장방형의 두꺼운 단결정 실리콘층(61)의 표면에 절연체층(62)으로서 이산화 실리콘층을 형성하고, 이 이산화 실리콘층(62)상에 얇은 단결정 실리콘층(63)을 접합한 3층 구조의 S0I(Silicon 0n Insu1ator)기판을 준비하고, 이 SOI기판을, 도 5로부터 용이하게 이해할 수 있도록, 그 상하를 역으로 하여 상부기판(60)으로서 사용한다. 후술하는 바와 같이, 이 상부기판(60)이 두꺼운 단결정 실리콘층(61)으로부터 이방성 웨트 에칭에 의해 4개의 박판상의 마이크로 미러(65A1, 65A2, 65B1, 65B2)와 광파이버(31A, 32A, 31B, 32B)를 설치하기 위한 4개의 V홈(64A1, 64A2, 64B1, 64B2)이 각각 형성된다. 4개의 박판상의 마이크로 미러(65A1, 65A2, 65B1, 65B2)를 형성할 때에, 이들 마이크로 미러의 바깥둘레의 두꺼운 단결정 실리콘층(61)이 평면 대략 정방형으로 에칭 제거되고, 두꺼운 단결정 실리콘층(61)에 평면 대략 정방형의 개구(66)가 동시에 형성된다. 4개의 마이크로 미러(65A1, 65A2, 65B1, 65B2)는 두꺼운 단결정 실리콘층(61)의 대략 중앙부에 형성되므로 개구(66)도 두꺼운 단결정 실리콘층(61)의 대략 중앙부에 형성되고, 4개의 V홈(64A1, 64A2, 64B1, 64B2)은 두꺼운 단결정 실리콘층(61)의 상면에, 긴 쪽 방향을 따라서 개구(66)의 양측에 2개씩 평행하게 형성된다. 또한, 이 실시예에서는 이방성 웨트 에칭을 행하는 SOI기판의 두꺼운 단결정 실리콘층(61)은, 그 표면이 (100)결정면을 이루는 것을 사용한다.
한편, 상부기판(60)의 얇은 단결정 실리콘층(63)으로부터 포토리소그래피 기술에 의해 평면 대략 정방형의 가동전극판(67)과, 이 가동전극판(67)을 하부기판(40)에 접근하는 방향 및 하부기판(40)으로부터 이격되는 방향으로 이동가능하게 지지하기 위한 가요성의 4개의 빔(플렉처라고 불리고 있음; 68A1, 68A2, 68B1, 68B2)이 각각 일체로 형성된다. 가동전극판(67)은 두꺼운 단결정 실리콘층(61)의 개구(66)의 하측에 위치하도록 형성되고, 4개의 박판상의 마이크로 미러(65A1, 65A2, 65B1, 65B2)는 이 가동전극판(67)의 상면으로부터 직립하고 있다. 따라서 이들 4개의 마이크로 미러는, 가동전극판(67)이 구동되지 않은 때에는, 개구(66)의 내부에 위치한다. 또한, 상기 두꺼운 단결정 실리콘층(61)에 형성된 대략 정방형의 개구(66)는 상기 가동전극판(67) 및 4개의 빔(68A1, 68A2, 68B1, 68B2)을 수용할 수 있는 크기로 형성하는 것은 말할 필요도 없다.
마이크로 미러(65A1, 65A2, 65B1, 65B2)는, 상부기판(60)의 두꺼운 단결정 실리콘층(61)을 이방성 웨트 에칭함으로써 형성된 단결정 실리콘의 박판상의 미러본체의 벽면에, 금(Au) 등의 금속, 또는 금/크롬의 2층막을 코팅함으로써 제조된다.
상기 가요성의 4개의 빔(68A1, 68A2, 68B1, 68B2)의 각각은 가동전극판(67)의 대응하는 1변을 각각 따르도록, 개구(66)를 사이에 두고 대향하는 얇은 단결정 실리콘층(63)의 끝 가장자리로부터 각각 2개씩 연재되어 있고, 그들의 선단부가 가동전극판(67)의 대응하는 각부에 일체로 결합되어 있다. 2개의 빔(68A1, 68A2)의 기부는, 이 실시예에서는 도 4에서 좌측에 위치하는 얇은 단결정 실리콘층(63)의 끝 가장자리와 일체로 결합되어 있고, 나머지 2개의 빔(68B1, 68B2)의 기부는 도 4에서 우측에 위치하는 얇은 단결정 실리콘층(63)의 끝 가장자리와 일체로 결합되어 있다.
상기 4개의 V홈(64A1, 64A2 및 64B1, 64B2)은, 개구(66)의 양측으로부터 두꺼운 단결정 실리콘층(61)의 긴 쪽 방향의 대응하는 단부에까지 연재되어 있고, 개구(66)를 사이에 두고 두꺼운 단결정 실리콘층(61)의 긴 쪽 방향으로 대향하는 2개의 V홈((64A1과 64B2) 및 (64A2와 64B1))은 서로 정렬되어 있다.
4개의 박판상의 마이크로 미러(65A1, 65A2, 65B1, 65B2)는 대략 동일한 형상및 치수를 가지고 있고, 2개의 마이크로 미러(65A1 및 65B1)는 가동전극판(67)의 대략 중심을 통과하고, 또한 수평방향의 직선과 45°의 각도를 이루는 제 1의 직선상에 배치되고, 나머지 2개의 마이크로 미러(65A2 및 65B2)는 가동전극판(67)의 대략 중심을 통과하고, 또한 제 1의 직선과 직교하는 제 2의 직선상에 배치된다. 이들 마이크로 미러(65A1, 65A2, 65B1, 65B2)는 제 1 및 제 2의 직선의 교점으로부터 대략 동일한 반경방향의 위치에서, 또한 대응하는 V홈(64A1과 64B2, 64A2와 64B1)의 축선이 대략 중심을 통과하는 위치에 배치된다.
상기 4개의 V홈(64A1, 64A2 및 64B1, 64B2)에는 광파이버가 위치결정되고, 고정된다. 이 예에서는, 도 4에서 좌측의 V홈(64A1 및 64A2)에 출사측 광파이버(31A) 및 입사측 광파이버(32A)가 각각 위치결정되어 고정되고, 도 4에서 우측의 V홈(64B1 및 64B2)에는 출사측 광파이버(31B) 및 입사측 광파이버(32B)가 각각 위치결정되어 고정되어 있다. 따라서 V홈(64A1)에 고정된 출사측 광파이버(31A)와 V홈(64B2)에 고정된 입사측 광파이버(32B)가 대향, 정렬되고(동일한 광학축선상에 배치되고), V홈(64A2)에 고정된 입사측 광파이버(32A)와 V홈(64B1)에 고정된 출사측 광파이버(31B)가 대향, 정렬되게(동일한 광학축선상에 배치되게) 된다. 또한, 이들 V홈(64A1, 64A2, 64B1, 64B2)의 V자를 이루는 홈면은 (111)결정면이 된다.
평면 대략 장방형의 하부기판(40)은 상부기판(60)과 평면에서의 형상 및 치수가 대략 동일하고, 대략 장방형의 절연체층(이 실시예에서는 이산화 실리콘층; 43)의 상면 대략 중앙부에 형성된 평면 대략 정방형상의 고정전극(41)은 가동전극판(67)과 평면 대략 동일한 치수 및 형상을 가지고, 가동전극판(67)과 소정의 간격으로 대향하고, 서로 평행하게 배치된다. 이 실시예에서는 고정전극(41)의 형성 영역에, 이 고정전극(41)의 상면으로부터 약간 돌출하는 복수개의 미소한 돌기(42)가 두꺼운 단결정 실리콘층(44)의 상면에, 예를 들면 매트릭스상으로 형성되어 있다. 또, 고정전극(41)은 금/크롬의 2층막에 의해 형성되어 있다.
스페이서(50)는 평면 대략 장방형의 소정 두께의 판상부재이고, 그 대략 중앙부에 평면 대략 정방형의 관통구멍(51)이 형성되어 있다. 이 스페이서(50)는 하부기판(40)과 평면에서 대략 동일한 형상 및 치수를 가지고, 예를 들면 단결정 실리콘으로 형성할 수 있다. 스페이서(50)의 관통구멍(51)은 두꺼운 단결정 실리콘층(61)의 개구(66)와 대향하는 위치에 형성되고, 개구(66)와 평면 대략 동일한 형상 및 치수를 가지고 있다.
상기 구성의 스페이서(50)는 상기와 같이 구성된 상부기판(60)과 하부기판(40)과의 사이에 개재하여 하부기판(40)의 고정전극(41)과 상부기판(60)의 가동전극판(67)과의 사이에 소정의 전극간 거리를 부여한다. 스페이서(50)의 상면과 상부기판(60)의 얇은 단결정 실리콘층(63)의 저면이 적당한 접착제에 의해 접합되고, 스페이서(50)의 저면과 하부기판(40)의 이산화 실리콘층(43)의 상면이 동일하게 적당한 접착제에 의해 접합되고 상부기판(60)과 스페이서(50)와 하부기판(40)이 일체화되어, 도 4 및 도 5에 도시하는 광스위치(SW3)가 구성된다. 또한, 접착제 대신에 땜납을 사용하여 접합하는 것도, 또는 정전접합과 같은 직접접합에 의해서도 접합할 수 있다.
이와 같이, 하부기판(40), 스페이서(50) 및 상부기판(60)을 접합하여 일체화함으로써, 가동전극판(67)은 고정전극(41)과 소정의 전극간 거리(간극)를 유지하여 평행하게 대향 배치되고, 4개의 빔(68A1, 68A2, 68B1, 68B2)에 의해 개구(66) 및 관통구멍(51)내에서 고정전극(41)의 전극면에 접근하는 방향 및 전극면으로부터 이격되는 방향으로 변위가능하게 된다.
다음에, 상기 구성의 상부기판(60)의 제조방법에 대하여 도 7A 내지 도 7I를 참조하여 공정순으로 설명한다.
먼저, 도 7A에 도시하는 바와 같이, 평면 대략 장방형의 SOI기판(71)을 그 상하를 역으로 하여 준비한다. 일반적으로는, SOI기판은 두꺼운 단결정 실리콘으로 이루어지는 지지기판, 그 상부의 절연체층, 이 절연체층상의 얇은 단결정 실리콘층의 3층으로 구성되어 있다. 이 예에서는 SOI기판을 그 상하를 역으로 하여 사용하기 때문에, 도 7A에서는 두꺼운 단결정 실리콘층(61)이 최상부에 위치하고, 그 저면에 이산화 실리콘층으로 이루어지는 절연체층(62)이 형성되어 있고, 이 이산화 실리콘층(62)의 저면에 얇은 단결정 실리콘층(63)이 접합되어 있다. 두꺼운 단결정 실리콘층(61)은 그 표면이 (100)결정면을 이루고 있다.
다음에, SOI기판(71)의 전체표면을 산화한다. 그 결과, 도 7B에 도시하는 바와 같이, SOI기판(71)의 최상부의 두꺼운 단결정 실리콘층(61)의 상면에 산화막(이산화 실리콘층; 72)이 형성되고, 동시에 SOI기판(71)의 최하부의 얇은 단결정 실리콘층(63)의 저면에도 산화막(이산화 실리콘층; 73)이 형성된다.
다음에, 포토리소그래피 기술을 사용하여, 얇은 단결정 실리콘층(63)의 저면에 형성된 산화막(73)을, 도 7C에 도시하는 바와 같이, 4개의 빔(68A1, 68A2, 68B1, 68B2) 및 가동전극판(67)에 대응하는 형상으로 패터닝한다.
다음에, 패터닝한 산화막(73)을 마스크로 하여 SOI기판(71)의 최하부의 얇은 단결정 실리콘층(63)을 에칭하여, 도 7D에 도시하는 바와 같이, 가동전극판(67)과 4개의 빔(68A1, 68A2, 68B1, 68B2)을 형성한다.
다음에, 잔존하는 산화막(73)을 제거한 후, 도 7E에 도시하는 바와 같이, SOI기판(71)의 저면에 다시 산화막(74)을 형성한다. 또한, 잔존하는 산화막(73)을 제거하지 않고 SOI기판(71)의 전체표면을 산화해도 좋다.
다음에, 두꺼운 단결정 실리콘층(61)의 상면에 형성된 산화막(72)을, 도 7F에 도시하는 바와 같이, 4개의 마이크로 미러(65A1, 65A2, 65B1, 65B2) 및 4개의 V홈(64A1, 64A2, 64B1, 64B2)에 대응하는 형상으로 패터닝한다.
다음에, 패터닝한 산화막(72)을 마스크로 하여 SOI기판(71)의 최상부의 두꺼운 단결정 실리콘층(61)을 이방성 웨트 에칭하여, 도 7G에 도시하는 바와 같이, 두꺼운 단결정 실리콘층(61)의 표면에 4개의 V홈(64A1, 64A2, 64B1, 64B2)(도 7G에서는 64A2, 64B1은 보이지 않음)을 형성하는 동시에, 가동전극판(67)의 상면으로부터 이산화 실리콘층(62)을 개재하여 직립하는 두꺼운 단결정 실리콘층으로 이루어지는 4개의 마이크로 미러(65A1, 65A2, 65B1, 65B2)(도 7G에서는 65A2, 65B1은 보이지 않음)를 형성한다.
다음에, 도 7H에 도시하는 바와 같이, 마이크로 미러(65A1, 65A2, 65B1, 65B2)의 표면(각 마이크로 미러의 정상부의 산화막(72)을 포함함)에, 금/크롬의 2층막을 코팅하여, 경면을 형성한다.
다음에, 도 7I에 도시하는 바와 같이, SOI기판(71)의 상면 및 저면의 산화막(72, 74)을 제거한다. 이렇게 하여, 상부기판(60)이 완성된다.
다음에, 상기 구성의 하부기판(40)의 제조방법에 대하여 도 8A 내지 도 8G를 참조하여 공정순으로 설명한다.
먼저, 도 8A에 도시하는 바와 같이, 평면 대략 장방형의 소정 두께의 단결정 실리콘기판(44)을 준비한다.
다음에, 단결정 실리콘기판(44)의 전체 표면을 산화하여, 도 8B에 도시하는 바와 같이, 그 상면 및 저면에 산화막(45 및 46)을 형성한다.
다음에, 단결정 실리콘기판(44)의 상면에 형성된 산화막(45)을, 도 8C에 도시하는 바와 같이, 복수개의 돌기(42)에 대응하는 형상으로 패터닝한다.
다음에, 패터닝한 산화막(45)을 마스크로 하여 단결정 실리콘기판(44)을 이방성 에칭하여, 도 8D에 도시하는 바와 같이, 단결정 실리콘기판(44)의 상면 대략 중앙부에 복수개의 미소한 돌기(42)를 형성한다.
다음에, 돌기(42)상에 잔존하는 산화막(45)을 제거한 후, 도 8E에 도시하는 바와 같이, 단결정 실리콘기판(44)의 돌기(42)를 포함하는 상면에 산화막(43)을 다시 형성한다.
다음에, 도 8F에 도시하는 바와 같이, 산화막(43)의 상면에 크롬을 하지로 하여, 금/크롬의 2층막(47)을 형성한다. 이 2층막(47)의 두께는 각 돌기(42)를 덮는 산화막(43)의 높이보다 낮은 값으로 설정되어 있다.
다음에, 금/크롬의 2층막(47)을, 고정전극(41)에 대응하는 부분을 남기고 제거한다. 이 때, 각 돌기(42)를 덮는 2층막(47)도 제거한다.
이렇게 하여, 도 8G에 도시하는 바와 같이, 단결정 실리콘기판(44)의 대략 중앙부에 산화막(43)을 개재하여 대략 정방형의 고정전극(41)이 형성되고, 이 고정전극(41)의 상면으로부터 각 돌기(42)를 덮는 산화막(43)이 돌출하고 있는 하부기판(40)이 완성된다. 또한, 고정전극(41)은 금/크롬의 2층막(47)에 한정되지 않는다.
다음에, 상기 구성의 스페이서(50)의 제조방법에 대하여 도 9A 내지 도 9E를 참조하여 공정순으로 설명한다.
먼저, 도 9A에 도시하는 바와 같이, 평면 대략 장방형의 소정 두께의 단결정 실리콘기판(52)을 준비한다.
다음에, 단결정 실리콘기판(52)의 전체 표면을 산화하여, 도 9B에 도시하는 바와 같이, 그 상면 및 저면에 산화막(53 및 54)을 형성한다.
다음에, 단결정 실리콘기판(52)의 저면에 형성된 산화막(54)을, 도 9C에 도시하는 바와 같이, 관통구멍(51)에 대응하는 형상으로 패터닝한다.
다음에, 패터닝한 산화막(54)을 마스크로서, 예를 들면 KOH용액을 사용하여 단결정 실리콘기판(52)를 에칭하고, 도 9D에 도시하는 바와 같이, 관통구멍(51)을 형성한다.
다음에, 도 9E에 도시하는 바와 같이, 단결정 실리콘기판(52)의 상면 및 저면의 산화막(53 및 54)을 제거한다. 이렇게 하여, 평면 대략 정방형의관통구멍(51)이 대략 중앙부에 형성된 소정 두께의 스페이서(50)가 완성된다.
이와 같이 하여, 도 4 및 도 5에 도시한 것과 동일한 구성, 구조 및 형상을 갖는 상부기판(60), 하부기판(40) 및 스페이서(50)가 각각 제조되고, 이들 상부기판(60) 및 하부기판(40)이 상기한 바와 같이 스페이서(50)를 개재하여 접합, 일체화되어 광스위치(SW3)가 완성된다.
상기 구성의 광스위치(SW3)에서는, 가동전극판(67)이 형성되어 있는 상부기판(60)과, 고정전극(41)이 형성되어 있는 하부기판(40)이 스페이서(50)를 개재하여 접합되므로, 가동전극판(67)과 고정전극(41)의 상면 사이의 전극간 거리(간극)는 스페이서(50)의 두께에 의해 설정되게 되고, 이 스페이서(50)의 두께를 원하는 두께로 선정할 수 있게 되고, 전극간 거리를 원하는 거리로 용이하게 설정할 수 있다. 따라서, 구동전압을 저전압화하기 위해 전극간 거리를 필요 최소한으로 좁히는 것도 용이하게 행할 수 있다.
또, 이와 같이 스페이서(50)에 의해 전극간 거리를 설정하는 구조이기 때문에, 도 1 내지 도 3에 도시한 선행기술의 광스위치(SW1 및 SW2)와 같이, 고정전극기판(하부기판)에 융기부를 설치할 필요가 없으므로, 즉, 하부기판(40)은 그 상면이 평탄면으로 되어 있기 때문에, 하부기판(40)의 상면에 대해 각종의 패터닝이 용이하게, 또한 고정밀도로 행할 수 있다. 따라서, 이 제 1 실시예와 같이 하부기판(40)의 상면에, 스티킹을 방지하기 위한 복수개의 돌기(42)를 매트릭스상으로 형성하는 것이나, 소정 형상의 고정전극(41)을 형성하는 것을 용이하게, 또한 고정밀도로 행할 수 있다.
또한, 이 실시예에서는, 4개의 마이크로 미러(65A1, 65A2, 65B1, 65B2)와 4개의 V홈(64A1, 64A2, 64B1, 64B2)이, 그 표면이 (100)결정면인 동일한 두꺼운 단결정 실리콘층(61)에 대해, 이방성 웨트 에칭을 행함으로써 동시에 형성되고 있다. 이 때문에, 상기한 일본 특원 2001-243582호(또는 PCT/JPO2/08177), 또는 상기한 Philippe Helin, et al.의 논문에 기재되어 있는 바와 같이, 각 마이크로 미러의 직각을 이루는 수직면은 (100)결정면이 되고, 그 수직성 및 평탄성의 정밀도가 상당히 높아지고, 따라서 입사광빔을 거의 광손실 없이 반사할 수 있고, 또한 반사광빔이 수직방향으로 어긋나는 일도 없다.
표면이 (100)결정면인 단결정 실리콘층에 동일한 에천트를 사용하여 이방성 웨트 에칭을 행하고, 미러면이 (100)결정면이고, 또한 마주한 2개의 미러면이 정확하게 직각을 이루는 4개의 마이크로 미러(65A1, 65A2, 65B1, 65B2)와, 이들 마이크로 미러와 정렬되는 광파이버를 위치결정 고정하기 위한 4개의 V홈(64A1, 64A2, 64B1, 64B2)을 동시에 형성하면, 각 마이크로 미러와 이것에 대응하는 V홈이 높은 정밀도로 정렬된다. 또, 이방성 에칭을 행하기 전의 마스크 패터닝을 한번에 행할 수 있다. 또한, 이방성 에칭도 1회 행할 뿐이므로, 1회의 마스크 패터닝과 1회의 이방성 에칭에 의해 마이크로 미러와 V홈을 동시에 형성할 수 있고, 작업성이 현저하게 향상된다.
게다가, 마이크로 미러와 V홈을 이방성 웨트 에칭에 의해 동시에 형성할 때에, 동일한 에천트를 사용하여 한번에 에칭하므로, 각 마이크로 미러가 마주한 미러면의 에칭레이트, 및 서로 이웃한 평행한 V홈((64A1과 64A2) 및 (64B1과 64B2);각 홈면이 (111)결정면임)의 에칭레이트를 대략 동일한 레이트로 제어할 수 있다. 따라서, 에칭레이트, 에칭시간 등의 오차에 기인하는 광로축의 어긋남을 대략 제로로 할 수 있고, V홈(64A1 및 64B1)에 각각 위치결정 고정된 출사측 광파이버(31A 및 31B)로부터 각각 출사되는 광빔을 거의 완전하게 반사하여 V홈(64A2 및 64B2)에 위치결정 고정되는 대응하는 입사측 광파이버(32A 및 32B)에 입사시킬 수 있다. 또한, 상세에 대해서는 상기한 상기 일본 특원2001-243582호(또는 PCT/JPO2/08177)를 참조하기 바란다.
상기 제 1 실시예와 같이, 가동전극판(67)의 양측에 각각 2개의 V홈((64A1과 64A2) 및 (64B1과 64B2))을 평행하게 병설하는 구성을 채용하면, 작은 스페이스로 다채널의 2×2 광스위치를 제조할 수 있다.
도 10은 본 발명에 의한 광스위치의 변형예를 도시하는 사시도이고, 도 4에 도시한 제 1 실시예의 광스위치(SW3)를 4개 평행하게 배열한 4 채널의 2×2 광스위치를 도시한다. 이 변형예의 광스위치도 상기 제 1 실시예의 광스위치와 동일한 제조방법에 의해 제조할 수 있고, 동일한 작용 효과를 얻을 수 있는 것은 명백하므로, 도 10에서 도 4 및 도 5와 대응하는 부분이나 소자에는 동일부호를 붙여서 나타내고, 그들의 설명을 생략한다. 또한, 채널수는 용도에 따라서 변경되는 것이고, 4채널로 한정되는 것이 아니다.
상기 제 1 실시예 및 그 변형예에서는 두꺼운 단결정 실리콘층(61)에 대해 이방성 웨트 에칭을 행함으로써 4개의 마이크로 미러(65A1, 65A2, 65B1, 65B2)와 4개의 V홈(64A1, 64A2, 64B1, 64B2)을 형성했는데, 두꺼운 단결정 실리콘층(61)으로부터 드라이 에칭에 의해 마이크로 미러 및 광파이버 고정용의 홈을 형성해도 좋다.
도 11은 본 발명에 의한 광스위치의 제 2 실시예를 도시하는 평면도이다. 이 제 2 실시예의 광스위치(SW4)는, 마이크로 미러 및 광파이버 고정용 홈을 제외하면, 도 4∼도 6을 참조하여 이미 설명한 제 1 실시예의 광스위치(SW3)와 동일한 구성 및 구조를 갖는 2×2 광스위치이므로, 도 11에서, 도 4∼도 6과 대응하는 부분이나 소자에는 동일부호를 붙여서 나타내고, 필요가 없는 한 그들의 설명을 생략한다.
이 제 2 실시예에서는, 두꺼운 단결정 실리콘층(61)을 드라이 에칭함으로써, 도 11에 도시하는 바와 같이, 예를 들면 중심부가 사각기둥 형상을 이루고, 또한 평면에서 대략 ＋자 형상(2개의 선분이 직교한 형상)을 이루는 1개의 마이크로 미러(81)를, 가동전극판(67)의 상면 대략 중앙부에 절연체층(62; 도 11에서는 보이지 않음)을 개재하여 일체로 형성하고, 이 대략 ＋자 형상을 이루는 마이크로 미러(81)의 1쌍의 직각을 이루는 벽면(82A1, 82A2)과, 이것과 대향하는 1쌍의 직각을 이루는 벽면(82B1, 82B2)에, 예를 들면 금(Au) 또는 금/크롬의 2층막을 코팅하여 경면마무리하고, 4개의 미러면을 마이크로 미러(81)에 형성한다. 그 결과, 제 1의 1쌍의 벽면(82A1, 82A2)은 예를 들면 상기 제 1 실시예의 2개의 마이크로 미러(65A1 및 65A2)의 미러면에 대응하고, 제 2의 1쌍의 벽면(82B1, 82B2)은 상기 제 1 실시예의 2개의 마이크로 미러(65B1 및 65B2)의 미러면에 대응한다. 이렇게 하여, 상기 구성의 마이크로 미러(81)는 4개의 마이크로 미러로서 기능한다.
동일하게, 마이크로 미러(81)의 양측에 있는 두꺼운 단결정 실리콘층(61)을 드라이 에칭함으로써, 각 측의 두꺼운 단결정 실리콘층(61)에 그 긴 쪽 방향에 따라 2개씩 4개의 광파이버 고정용 홈(84A1, 84A2, 84B1, 84B2)을 형성한다. 각 측의 2개의 광파이버 고정용 홈(84A1과 84A2, 84B1과 84B2)은 각각 대략 평행하게 배열되어 있고, 또한 마이크로 미러(81)를 사이에 두고 두꺼운 단결정 실리콘층(61)의 긴 쪽 방향으로 대향하는 2개의 광파이버 고정용 홈((84A1과 84B2) 및 (84A2와 84B1))은 서로 정렬되어 있다.
여기에서, 상기 마이크로 미러(81)는 그 미러면(82A1, 82A2 및 82B1, 82B2)이 대응하는 광파이버 고정용 홈(84A1, 84B2 및 84A2, 84B1)과 각각 45°의 각도를 이루도록 가동전극판(67)의 상면의 대략 중앙부에 형성되는 것은 말할 필요도 없다.
드라이 에칭에 의해 광파이버 고정용 홈(84A1, 84A2 및 84B1, 84B2)을 형성한 경우에는, 일반적으로, 각 홈은 각형의 홈(홈의 저면이 대략 수평면을 이루고, 이 저면으로부터 양측면이 대략 직립하는 형상의 홈) 또는 대략 U자 형상의 홈이 된다. 이 때문에, 도 11에 도시하는 바와 같이, 광파이버 고정용 홈(84A1, 84A2, 84B1, 84B2)의 일방의 측벽에 복수개의 스프링(85)이 일체로 형성되어 있고, 대응하는 광파이버 고정용 홈(84A1, 84A2, 84B1, 84B2)에 각각 수용된 광파이버(31A, 32A, 31B, 32B)는 이들 스프링(85)에 의해 위치결정되고, 소정의 위치에 고정된다. 또한, 드라이 에칭에는 Deep-RIE(Reactive Ion Etching) 기술을 사용할 수 있다.
상기 스프링(85)의 제조방법의 일예를 나타내면, 드라이 에칭에 의해 광파이버 고정용 홈(84A1, 84A2 및 84B1, 84B2)을 형성하는 때에, 각 광파이버 고정용 홈의 두꺼운 단결정 실리콘으로 이루어지는 일방의 측벽과 일체의 스프링 본체를 드라이 에칭에 의해 동시에 형성하고, 또한, 이들 스프링 본체의 기부를 이루는(이들 스프링 본체의 저면과 결합되어 있음) 이산화 실리콘층(62; 도 11에서는 보이지 않음)을 예를 들면 웨트 에칭에 의해 제거한다. 이것에 의해 측벽과 일체의 탄성을 갖는 복수개의 스프링(85)을 형성할 수 있다.
스프링 본체의 기부의 이산화 실리콘층(62)을 에칭 제거할 때에, 마이크로 미러(81)의 기부를 이루는 이산화 실리콘층(62)도 약간 제거된다. 그러므로, 도 11에 도시하는 바와 같이 마이크로 미러(81)의 교차부를 포함하는 중심부를 단면적이 큰 사각기둥 형상으로 형성하고, 이산화 실리콘층(62)이 약간 제거되어도, 마이크로 미러(81)가 가동전극판(67)상에 강고하게 고정된 상태를 유지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 마이크로 미러(81)는 그 교차부를 포함하는 중심부의 단면적이 어느 정도 크면 좋으므로, 마이크로 미러(81)의 중심부는 사각기둥 형상으로 한정하지 않고, 예를 들면 사각기둥 형상 이외의 다각기둥 형상, 원형 형상, 타원 형상 등이라도 좋다. 또는, 마이크로 미러(81)의 중심부의 단면적을 크게 하는 대신에, 마이크로 미러(81)의 미러면을 형성하는 벽의 두께를 약간 두껍게 해 두어도 좋다.
상기 제 2 실시예에서는 중심부가 사각기둥 형상을 이루고, 또한 평면에서 대략 ＋자 형상을 이루는 1개의 마이크로 미러(81)를 가동전극판(67)상에 형성했는데, 두꺼운 단결정 실리콘층(61)에 대해 드라이 에칭을 행함으로써, 상기 제 1 실시예와 같이 4개의 박판상의 마이크로 미러를 가동전극판(67)상에 형성해도 좋다. 이 경우에도 각 마이크로 미러의 벽두께는 약간 두껍게 해 두는 것이 바람직하다.
또는, 직각을 이루는 2개의 벽면을 미러면으로서 사용하는 평면 대략 직각 삼각형상의 마이크로 미러를 2개, 두꺼운 단결정 실리콘층(61)의 드라이 에칭에 의해 상기 가동전극판(67)상에 대향한 상태로 형성해도 좋다. 도 11에 도시하는 제 2 실시예에서 이와 같은 직각 삼각형상의 2개의 마이크로 미러를 형성하는 경우에는, 2개의 직각 삼각형은 도 11에서 상하방향으로 대향한 상태로 형성되고, 일방의 직각 삼각형상의 마이크로 미러의 직각을 이루는 2개의 벽면이 예를 들면 제 2 실시예의 미러면(82A1 및 82B2)에 대응하고, 타방의 직각 삼각형상의 마이크로 미러의 직각을 이루는 2개의 벽면이 제 2 실시예의 미러면(82A2 및 82B1)에 대응하게 된다. 이 경우, 각 마이크로 미러는 직각을 이루는 2개의 벽면을 구비하고 있으면 되므로, 그 형상은 직각 삼각형상에 한정되지 않는다.
이와 같이, 드라이 에칭을 사용한 경우에는 여러 형상의 마이크로 미러를 형성할 수 있으므로, 마이크로 미러의 형상은 상기한 형상으로 한정되지 않는다. 또, 각 광파이버 고정용 홈에 수용된 광파이버를 스프링 이외의 적당한 고정수단에 의해 고정해도 좋은 것은 말할 필요도 없다.
도 12는 본 발명에 의한 광스위치의 제 3 실시예를 도시하는 평면도이다. 이 제 3 실시예의 광스위치(SW5)는, 마이크로 미러에 관해서는 상기 제 2 실시예와 동일하게, 두꺼운 단결정 실리콘층(61)의 드라이 에칭에 의해 평면에서 대략 ＋자 형상을 이루는 1개의 미러(81)로서 형성되고, 광파이버 고정용 홈에 관해서는, 상기 제 1 실시예와 동일하게, 두꺼운 단결정 실리콘층(61)의 이방성 웨트 에칭에 의해 단면 대략 V자 형상의 홈(64A1, 64A2, 64B1, 64B2)으로 형성되어 있는 점을 제외하면, 도 4∼도 6을 참조하여 이미 설명한 제 1 실시예의 광스위치(SW3) 및 도 11을 참조하여 상술한 제 2 실시예의 광스위치(SW4)와 동일한 구성 및 구조를 갖는 2×2 광스위치이므로, 도 12에서, 도 4∼도 6 및 도 11과 대응하는 부분이나 소자에는 동일부호를 붙여서 나타내고, 필요가 없는 한 그들의 설명을 생략한다. 이 제 3 실시예에 있어서는, 우선, 두꺼운 단결정 실리콘층(61)의 이방성 웨트 에칭에 의해 단면 대략 V자 형상의 홈(64A1, 64A2, 64B1, 64B2)을 형성하고, 그 후, 두꺼운 단결정 실리콘층(61)의 드라이 에칭에 의해 평면 대략 ＋자 형상을 이루는 1개의 미러(81)를 형성하는 것이 바람직하다.
상기 구성의 제 2 실시예 및 제 3 실시예의 광스위치(SW4 및 SW5)의 광스위치도 상기 제 1 실시예의 광스위치와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있는 것은 명백하므로, 그 설명을 생략한다.
이상의 설명으로 명확한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 제조가 용이한 스페이서의 두께를 선정함으로써, 가동전극판과 고정전극 사이의 전극간 거리를 원하는 거리로 용이하게 설정할 수 있으므로, 전극간 거리를 필요 최소한의 거리로 설정하는 것이 용이하게 된다. 또, 선행기술의 광스위치와 같이 고정전극기판에 융기부를 형성할 필요가 없으므로, 고정전극기판의 고정전극 형성면은 평탄면으로 되어 있다. 이 때문에, 예를 들면 돌기나 첩부방지용의 전극 패턴 등을 고정전극기판의 표면에 용이하게, 또한 정밀도 좋게 형성할 수 있다는 이점이 있다.
이상, 본 발명을 도시한 바람직한 실시예에 대하여 기재했는데, 본 발명의 정신 및 범위로부터 일탈하는 일 없이, 상술한 실시예에 관해서 여러 변형, 변경 및 개량을 행할 수 있는 것은 이 분야의 기술자에게는 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 예시한 실시예로 한정되는 것이 아니라, 첨부의 특허청구의 범위에 의해 정해지는 본 발명의 범위내에 들어가는 모든 그러한 변형, 변경 및 개량도 포함한 것이라는 것을 이해해야 한다.
본 발명에 의하면, 제조가 용이한 스페이서의 두께를 선정함으로써, 가동전극판과 고정전극 사이의 전극간 거리를 원하는 거리로 용이하게 설정할 수 있으므로, 전극간 거리를 필요 최소한의 거리로 설정하는 것이 용이하게 된다. 또, 선행기술의 광스위치와 같이 고정전극기판에 융기부를 형성할 필요가 없으므로, 고정전극기판의 고정전극 형성면은 평탄면으로 되어 있다. 이 때문에, 예를 들면 돌기나 첩부방지용의 전극 패턴 등을 고정전극기판의 표면에 용이하게, 또한 정밀도 좋게 형성할 수 있다는 이점이 있다.

Claims (15)

  1. 고정전극기판과, 이 고정전극기판의 상면에 형성된 고정전극을 구비하는 제 1 기판과,
    두꺼운 단결정 실리콘층과, 얇은 단결정 실리콘층과, 상기 두꺼운 단결정 실리콘층의 저면과 상기 얇은 단결정 실리콘층의 상면 사이에 개재하는 절연체층을 구비하는 제 2 기판과,
    상기 제 1 기판의 상기 고정전극 형성면과 상기 제 2 기판의 상기 얇은 단결정 실리콘층 사이에 개재하고, 상기 제 1 기판의 고정전극과 상기 제 2 기판의 얇은 단결정 실리콘층을, 그것들 사이에 소정의 간격을 유지하여 대략 평행하게 대향 배치하기 위한 스페이서와,
    상기 제 2 기판의 얇은 단결정 실리콘층에 형성된 가동전극판과,
    상기 제 2 기판의 얇은 단결정 실리콘층에 상기 가동전극판과 일체로 형성되고, 상기 가동전극판을, 상기 고정전극에 접근하는 방향 및 상기 고정전극으로부터 이격되는 방향으로 이동가능하게 지지하는 복수개의 가요성의 빔형상 부재와,
    상기 제 2 기판의 두꺼운 단결정 실리콘층에 에칭에 의해 형성된 복수의 광파이버 고정용 홈과,
    상기 제 2 기판의 두꺼운 단결정 실리콘층의 상기 가동전극판의 상부에 위치하는 부분에, 에칭에 의해 형성된, 상기 가동전극판의 상면으로부터 상기 절연체층을 개재하여 직립하고, 또한 상기 광파이버 고정용 홈의 연장선상에 위치하는 복수개의 마이크로 미러와,
    상기 스페이서에 형성된, 상기 가동전극판이 상기 고정전극에 접근할 수 있게 하는 관통구멍을 구비하고,
    상기 가동전극판을 상기 고정전극에 접근하는 방향으로 정전구동하여 상기 가동전극판으로부터 직립하는 마이크로 미러를 변위시킴으로써, 입사하는 광빔의 광로를 전환하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 머시닝 기술에 의해 제조된 광스위치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 고정전극기판의 상면에 형성된 고정전극의 상면으로부터 돌출하는 복수개의 미소한 돌기가 상기 고정전극기판의 상면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광스위치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 기판은, 두꺼운 단결정 실리콘층과 이 단결정 실리콘층의 저면에 형성된 이산화 실리콘층과 이 이산화 실리콘층의 저면에 접합된 얇은 단결정 실리콘층으로 이루어지는 3층구조의 S0I기판인 것을 특징으로 하는 광스위치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 복수개의 마이크로 미러는 4개이고, 각 마이크로 미러는 박판상의 형상을 가지는 동시에, 1개의 미러면을 가지고 있고, 각 마이크로 미러는 그 미러면이 대응하는 광파이버 고정용 홈과 45°의 각도를 이루도록, 또한 2개의 인접하는 미러면이 직각을 이루도록, 상기 두꺼운 단결정 실리콘층을 이방성 웨트 에칭함으로써 상기 가동전극판의 상면에 상기 절연체층을 개재하여 형성되고,
    상기 복수의 광파이버 고정용 홈은 4개이고, 상기 두꺼운 단결정 실리콘층을 이방성 웨트 에칭함으로써, 상기 마이크로 미러를 사이에 두고 상기 두꺼운 단결정 실리콘층의 긴 쪽 방향의 양측에 2개씩 대략 평행하게, 또한 정렬된 상태로 형성되고, 각 광파이버 고정용 홈은 그 홈면이 대략 V자 형상인 것을 특징으로 하는 광스위치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 복수개의 마이크로 미러는 4개이고, 각 마이크로 미러는 박판상의 형상을 가지는 동시에, 1개의 미러면을 가지고 있고, 각 마이크로 미러는 그 미러면이 대응하는 광파이버 고정용 홈과 45°의 각도를 이루도록, 또한 2개의 인접하는 미러면이 직각을 이루도록, 상기 두꺼운 단결정 실리콘층을 드라이 에칭함으로써 상기 가동전극판의 상면에 상기 절연체층을 개재하여 형성되고,
    상기 복수의 광파이버 고정용 홈은 4개이고, 상기 두꺼운 단결정 실리콘층을 드라이 에칭함으로써, 상기 마이크로 미러를 사이에 두고 상기 두꺼운 단결정 실리콘층의 긴 쪽 방향의 양측에 2개씩 대략 평행하게, 또한 정렬된 상태로 형성되고, 각 광파이버 고정용 홈은 그 홈면이 대략 각형 형상인 것을 특징으로 하는 광스위치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 복수개의 마이크로 미러는 4개이고, 각 마이크로 미러는 박판상의 형상을 가지는 동시에, 1개의 미러면을 가지고 있고, 각 마이크로 미러는 그 미러면이 대응하는 광파이버 고정용 홈과 45°의 각도를 이루도록, 또한 2개의 인접하는 미러면이 직각을 이루도록, 상기 두꺼운 단결정 실리콘층을 드라이 에칭함으로써 상기 가동전극판의 상면에 상기 절연체층을 개재하여 형성되고,
    상기 복수의 광파이버 고정용 홈은 4개이고, 상기 두꺼운 단결정 실리콘층을 이방성 웨트 에칭함으로써, 상기 마이크로 미러를 사이에 두고 상기 두꺼운 단결정 실리콘층의 긴 쪽 방향의 양측에 2개씩 대략 평행하게, 또한 정렬된 상태로 형성되고, 각 광파이버 고정용 홈은 그 홈면이 대략 V자 형상인 것을 특징으로 하는 광스위치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 복수개의 마이크로 미러는 2개이고, 각 마이크로 미러는 직각을 이루는 2개의 벽면을 구비하고 있고, 각각의 직각을 이루는 2개의 벽면이 각각 미러면으로서 사용되고, 각 마이크로 미러는 그 2개의 미러면이 대응하는 광파이버 고정용 홈과 45°의 각도를 이루도록, 또한 2개의 마이크로 미러의 서로 마주한 미러면이 직각을 이루도록, 상기 두꺼운 단결정 실리콘층을 드라이 에칭함으로써 상기 가동전극판의 상면에 상기 절연체층을 개재하여 대향한 상태로 형성되고,
    상기 복수의 광파이버 고정용 홈은 4개이고, 상기 두꺼운 단결정 실리콘층을 드라이 에칭함으로써, 상기 마이크로 미러를 사이에 두고 상기 두꺼운 단결정 실리콘층의 긴 쪽 방향의 양측에 2개씩 대략 평행하게, 또한 정렬된 상태로 형성되고, 각 광파이버 고정용 홈은 그 홈면이 대략 각형 형상인 것을 특징으로 하는 광스위치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 복수개의 마이크로 미러는 2개이고, 각 마이크로 미러는 직각을 이루는 2개의 벽면을 구비하고 있고, 또한 이 직각을 이루는 2개의 벽면이 각각 미러면으로서 사용되고, 각 마이크로 미러는 그 2개의 미러면이 대응하는 광파이버 고정용 홈과 45 °의 각도를 이루도록, 또한 2개의 마이크로 미러의 서로 마주한 미러면이 직각을 이루도록, 상기 두꺼운 단결정 실리콘층을 드라이 에칭함으로써 상기 가동전극판의 상면에 상기 절연체층을 개재하여 대향한 상태로 형성되고,
    상기 복수의 광파이버 고정용 홈은 4개이고, 상기 두꺼운 단결정 실리콘층을 이방성 웨트 에칭함으로써, 상기 마이크로 미러를 사이에 두고 상기 두꺼운 단결정 실리콘층의 긴 쪽 방향의 양측에 2개씩 대략 평행하게, 또한 정렬된 상태로 형성되고, 각 광파이버 고정용 홈은 그 홈면이 대략 V자 형상인 것을 특징으로 하는 광스위치.
  9. 고정전극기판과, 이 고정전극기판의 상면에 형성된 고정전극을 구비하는 제1 기판과,
    두꺼운 단결정 실리콘층과, 얇은 단결정 실리콘층과, 상기 두꺼운 단결정 실리콘층의 저면과 상기 얇은 단결정 실리콘층의 상면 사이에 개재하는 절연체층을 구비하는 제 2 기판과,
    상기 제 1 기판의 상기 고정전극 형성면과 상기 제 2 기판의 상기 얇은 단결정 실리콘층 사이에 개재하고, 상기 제 1 기판의 고정전극과 상기 제 2 기판의 얇은 단결정 실리콘층을, 그것들 사이에 소정의 간격을 유지하여 대략 평행하게 대향 배치하기 위한 스페이서와,
    상기 제 2 기판의 얇은 단결정 실리콘층에 형성된 가동전극판과,
    상기 제 2 기판의 얇은 단결정 실리콘층에 상기 가동전극판과 일체로 형성되고, 상기 가동전극판을, 상기 고정전극에 접근하는 방향 및 상기 고정전극으로부터 이격되는 방향으로 이동가능하게 지지하는 복수개의 가요성의 빔형상 부재와,
    상기 제 2 기판의 두꺼운 단결정 실리콘층에 에칭에 의해 형성된 복수의 광파이버 고정용 홈과,
    상기 제 2 기판의 두꺼운 단결정 실리콘층의 상기 가동전극판의 상부에 위치하는 부분에, 에칭에 의해 형성된, 상기 가동전극판의 상면으로부터 상기 절연체층을 개재하여 직립하는 복수의 미러면을 구비한 1개의 마이크로 미러로서, 각 미러면이 상기 광파이버 고정용 홈의 연장선상에 위치하는 1개의 마이크로 미러와,
    상기 스페이서에 형성된, 상기 가동전극판이 상기 고정전극에 접근할 수 있게 하는 관통구멍을 구비하고,
    상기 가동전극판을 상기 고정전극에 접근하는 방향으로 정전구동하여 상기 가동전극판으로부터 직립하는 마이크로 미러를 변위시킴으로써, 입사하는 광빔의 광로를 전환하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 머시닝 기술에 의해 제조된 광스위치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 고정전극기판의 상면에 형성된 고정전극의 상면으로부터 돌출하는 복수개의 미소한 돌기가 상기 고정전극기판의 상면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광스위치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 기판은, 두꺼운 단결정 실리콘층과 이 단결정 실리콘층의 저면에 형성된 이산화 실리콘층과 이 이산화 실리콘층의 저면에 접합된 얇은 단결정 실리콘층으로 이루어지는 3층구조의 SOI기판인 것을 특징으로 하는 광스위치.
  12. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 마이크로 미러는 평면 대략 ＋자 형상을 가지고, 이 대략 ＋자 형상의 마이크로 미러의 1쌍의 직각을 이루는 벽면과, 이것과 대향하는 1쌍의 직각을 이루는 벽면이 4개의 미러면으로서 사용되고, 각 미러면이 대응하는 광파이버 고정용 홈과 45 °의 각도를 이루도록, 상기 두꺼운 단결정 실리콘층을 드라이 에칭함으로써 상기 가동전극판의 상면에 상기 절연체층을 개재하여 형성되고,
    상기 복수의 광파이버 고정용 홈은 4개이고, 상기 두꺼운 단결정 실리콘층을 드라이 에칭함으로써, 상기 마이크로 미러를 사이에 두고 상기 두꺼운 단결정 실리콘층의 긴 쪽 방향의 양측에 2개씩 대략 평행하게, 또한 정렬된 상태로 형성되고, 각 광파이버 고정용 홈은 그 홈면이 대략 각형 형상인 것을 특징으로 하는 광스위치.
  13. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 마이크로 미러는 평면 대략 ＋자 형상을 가지고, 이 대략 ＋자 형상의 마이크로 미러의 1쌍의 직각을 이루는 벽면과, 이것과 대향하는 1쌍의 직각을 이루는 벽면이 4개의 미러면으로서 사용되고, 각 미러면이 대응하는 광파이버 고정용 홈과 45°의 각도를 이루도록, 상기 두꺼운 단결정 실리콘층을 드라이 에칭함으로써 상기 가동전극판의 상면에 상기 절연체층을 개재하여 형성되고,
    상기 복수의 광파이버 고정용 홈은 4개이고, 상기 두꺼운 단결정 실리콘층을 이방성 웨트 에칭함으로써, 상기 마이크로 미러를 사이에 두고 상기 두꺼운 단결정 실리콘층의 긴 쪽 방향의 양측에 2개씩 대략 평행하게, 또한 정렬된 상태로 형성되고, 각 광파이버 고정용 홈은 그 홈면이 대략 V자 형상인 것을 특징으로 하는 광스위치.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 평면 대략 ＋자 형상의 마이크로 미러는 그 교차부를 포함하는 중심부분이 단면적이 큰 기둥형상체로 형성되어 있는 변형 ＋자 형상인 것을 특징으로 하는 광스위치.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 평면 대략 ＋자 형상의 마이크로 미러는 그 교차부를 포함하는 중심부분이 단면적이 큰 기둥형상체로 형성되어 있는 변형 ＋자 형상인 것을 특징으로 하는 광스위치.
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