マイクロミラーアレイ及びマイクロミラーアレイの製造方法

【課題】所望する光反射面を有するマイクロミラーアレイを製造すること。
【解決手段】基板３に支持部４を介して傾動可能に支持される可動板５の上面側に、光反射面２が設けられる金属柱２０を形成する際、可動板５の上面側を露出させる開口４０ａを有する保護膜４０を形成し、その開口４０ａ内に銀メッキを施して銀製の金属柱２０を形成した後、その金属柱２０の上端面２０ａに鏡面加工を施して光反射面２を形成することとした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロミラーアレイ及びマイクロミラーアレイの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光通信や光情報処理の分野で使用されるマイクロミラーに関する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２４２３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）に属するマイクロミラーの場合、その製造プロセスの制約上、ミラーの反射面の材料や形状の選択性が乏しいため、マイクロミラーの用途に応じた反射面を形成することは困難であった。
【０００５】
本発明の課題は、所望する光反射面を有するマイクロミラーアレイを製造することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するため、本発明の一の態様は、マイクロミラーアレイの製造方法であって、
基板に傾動可能に支持された複数の可動板の上面側を露出させる開口が設けられた金属柱形成用保護膜を形成する金属柱形成用保護膜形成工程と、
前記開口内に金属柱を形成する金属柱形成工程と、
前記金属柱形成用保護膜とともに前記金属柱を研削して、その金属柱の上端面を研磨する研磨工程と、
前記金属柱形成用保護膜を除去する金属柱形成用保護膜除去工程と、を備えることを特徴とする。
好ましくは、前記基板上に複数の可動板を固定する固定用保護膜を形成する工程をさらに備える。
また、好ましくは、前記固定用保護膜を除去する工程をさらに備える。
また、好ましくは、前記研磨工程において、前記金属柱の上端面を研磨することで、前記金属柱の上端面に鏡面加工を施し、その上端面を光反射面に形成する。
また、好ましくは、前記金属柱の上端面に金属部材を設け、その金属部材の表面を研磨して光反射面に形成する工程を備える。
また、好ましくは、前記固定用保護膜と前記金属柱形成用保護膜との間に電解めっき用シード層を形成するシード層形成工程をさらに備え、前記金属柱形成工程は、前記電解めっき用シード層を陰極とする電解めっきによって、前記金属柱形成用保護膜の開口内に金属柱を形成する。
【０００７】
また、本発明の他の態様は、マイクロミラーアレイであって、
上記記載のマイクロミラーアレイの製造方法によって製造されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、所望する光反射面を有するマイクロミラーアレイを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態１に係るマイクロミラーアレイを示す平面図である。
【図２】図１のII−II矢視断面図である。
【図３】実施形態１に係るマイクロミラーアレイを示す断面図である。
【図４】実施形態１に係るマイクロミラーアレイの製造方法の説明図である。
【図５】実施形態１に係るマイクロミラーアレイの製造方法の説明図である。
【図６】実施形態１に係るマイクロミラーアレイの製造方法の説明図である。
【図７】実施形態１に係るマイクロミラーアレイの製造方法の説明図である。
【図８】実施形態１に係るマイクロミラーアレイの製造方法の説明図である。
【図９】実施形態１に係るマイクロミラーアレイの製造方法の説明図である。
【図１０】実施形態１に係るマイクロミラーアレイの製造方法の説明図である。
【図１１】実施形態１に係るマイクロミラーアレイの製造方法の説明図である。
【図１２】本発明の実施形態２に係るマイクロミラーアレイを示す断面図である。
【図１３】実施形態３に係るマイクロミラーアレイの製造方法の説明図である。
【図１４】実施形態３に係るマイクロミラーアレイの製造方法の説明図である。
【図１５】実施形態３に係るマイクロミラーアレイの製造方法の説明図である。
【図１６】実施形態３に係るマイクロミラーアレイの製造方法の説明図である。
【図１７】実施形態３に係るマイクロミラーアレイの製造方法の説明図である。
【図１８】実施形態３に係るマイクロミラーアレイの製造方法の説明図である。
【図１９】本発明の実施形態３に係るマイクロミラーアレイを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００１１】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るマイクロミラーアレイ１Ａを示す平面図であり、図２は図１のII−II矢視断面図である。
【００１２】
マイクロミラーアレイ１Ａは、図１、図２に示すように、基板３に支持部４を介して傾動可能に支持されて、その基板３上に配列された複数（例えば、２５個）の可動板５と、可動板５の上面側に形成されて、光反射面２を有する金属柱２０と、を備えている。
そして、マイクロミラーアレイ１Ａは、図１に示すように、その表面に複数（本実施形態では２５個）の光反射面２が配列された構成を有している。
【００１３】
基板３は、例えば、シリコン基板である。支持部４は、例えば、基板３上に配される可動板５を支持するトーションバネと、可動板５に作用させる静電力を発生させる駆動電極等を備えている。この基板３に支持部４を介して可動板５が配設されて、ミラー基部１０が構成されている。
このミラー基部１０において、駆動電極に印加する電圧値を調整し、その電圧値に応じた静電力によって可動板５を引き付けるなどして、可動板５を任意の角度に傾斜させることが可能になっている。なお、ミラー基部１０の構成は、例えば、ＭＥＭＳに属するＤＭＤ（Digital Micromirror Device）の構成と同様のものであり、ＤＭＤに関する技術は従来公知であるので、ここでは詳述しない。
【００１４】
金属柱２０は、可動板５の上面に電解めっき用シード層６を介して設けられている。
金属柱２０の上端面２０ａは、可動板５の上面とは異なる形状を有しており、特に、可動板５の上面より広く形成されている。具体的に、例えば、可動板５の上面が４０μｍ四方の矩形状を呈する場合に、金属柱２０の上端面２０ａは１００μｍ四方の矩形状を呈するようになっている。
この金属柱２０の上端面２０ａは研磨され、鏡面加工が施されて光反射面２が形成されている。
【００１５】
そして、図３に示すように、ミラー基部１０において支持部４で支持される可動板５が傾動されて金属柱２０が傾斜されることで、金属柱２０の上端面２０ａである光反射面２が任意の方向に向けられる。
このマイクロミラーアレイ１Ａにおける複数の光反射面２は、それぞれ異なる方向に向けることが可能であり、何れかの光反射面２に入射させた光の反射方向を切り替えて、その反射光を目的の方向に誘導することができる。つまり、マイクロミラーアレイ１Ａは、入力側の光ファイバの光信号を出力側の光ファイバにスイッチングする光スイッチとして機能させることが可能である。
【００１６】
次に、マイクロミラーアレイ１Ａの製造方法について図４から図１１を用いて説明する。
【００１７】
まず、図４に示すように、基板３上に支持部４及び可動板５を設けてミラー基部１０を形成する。ミラー基部１０は、従来公知のＤＭＤを形成する手法に基づき製造することができる。なお、ＤＭＤにおける可動ミラーが、本実施形態での可動板５となる。ＤＭＤであれば可動ミラーに反射面を形成するが、本実施形態の可動板５には反射面を形成する必要はない。
【００１８】
次に、図５に示すように、可動板５の上面を基板３に対して平行に配した状態で、第一保護膜（固定用保護膜）３０となるレジスト膜用の樹脂を塗布し、可動板５の上面とほぼ面一となる第一保護膜３０を形成する。
この第一保護膜３０は、マイクロミラーアレイ１Ａを製造する過程で、ミラー基部１０の可動板５が傾動してしまわないように、可動板５と支持部４を一時的に固定するための保護膜である。なお、可動板５の上面に第一保護膜３０が成膜されてしまう場合には、可動板５と第一保護膜３０の表面が面一となるように研削するなどして第一保護膜３０を除去し、可動板５の上面を露出させるようにする。
【００１９】
次に、図６に示すように、スパッタ等の気相堆積法によって、可動板５の上面と第一保護膜３０を覆う電解めっき用シード層６を形成する。
【００２０】
次に、図７に示すように、電解めっき用シード層６の上に第二保護膜（金属柱形成用保護膜）４０となる、例えばネガ型のフォトレジスト膜を成膜し、所定のパターニングを施すことで、金属柱２０を形成する位置であって可動板５に対応する位置に開口４０ａを形成する。この開口４０ａから可動板５の上面に相当する電解めっき用シード層６部分が露出するようになっている。
この開口４０ａは、シード層６から離間するほど幅が広く、上方に向かって開口が広がる形状を有している。なお、フォトレジスト膜を露光する際の露光条件を最適化することによって、開口４０ａの断面が所望のテーパ形状となる第二保護膜４０を形成することができる。
【００２１】
次に、図８に示すように、電解めっき用シード層６を陰極とする電解めっきによって、第二保護膜４０の開口４０ａ内に銀メッキを施し、銀製の金属柱２０を形成する。なお、金属柱２０を銀で形成することに限らず、その他の銀色を呈する金属（例えば、ニッケル、クロム、アルミニウム、鉄など）で形成してもよい。
【００２２】
次に、図９に示すように、第二保護膜４０と金属柱２０の表面が略面一となるように研削して、金属柱２０の上端面２０ａを研磨する。
次に、図１０に示すように、第二保護膜４０を除去する。なお、金属柱２０は、第二保護膜４０に形成された開口４０ａの形状に対応し、その上端面２０ａが可動板５の上面側よりも広い形状に形成されている。
【００２３】
次に、図１１に示すように、金属柱２０が形成されていない部分の電解めっき用シード層６を除去する。なお、このとき金属柱２０の一部もエッチングされるが、電解めっき用シード層６と比較して充分に厚いため、金属柱２０の形状変化はほとんどない。但し、金属柱２０の上端面２０ａの平滑性が乱れることがあるので、電解めっき用シード層６を除去した後に金属柱２０の上端面２０ａを研磨し直す。そして、金属柱２０の上端面２０ａを研磨して鏡面加工を施し、その上端面２０ａを光反射面２に形成する。
ここで、金属柱２０の上端面２０ａを研磨する際、ミラー基部１０における可動板５及び支持部４はその周囲が第一保護膜３０で覆われて保護されているため、その研磨時に支持部４にかかる力学的負担が軽減されるので、支持部４が損傷してしまうことはなく、可動板５を傾動させる機能に支障をきたさないようになっている。
【００２４】
その後、第一保護膜３０を除去し、基板３の表面を露出させるように支持部４と可動板５の固定を解除して、金属柱２０が形成された可動板５が傾動可能となるようにして、図２、図３に示すマイクロミラーアレイ１Ａが製造される。
【００２５】
このように、本実施形態によれば、基板３上に配列された複数の可動板５に光反射面２を一括して形成することができるので、より容易にマイクロミラーアレイ１Ａを製造することができる。
特に、可動板５にメッキを施して形成した金属柱２０の上端面２０ａを研磨することで光反射面２を形成することができるので、可動板５にメッキを施す金属材料を変えることで、所望する任意の金属材料からなる光反射面２を形成することができる。
また、第二保護膜４０の開口４０ａの断面形状を所望する形状にパターニングすることによって、所望する任意の形状を呈する光反射面２を形成することができる。
【００２６】
具体的に、光反射面２を有する金属柱２０は、第二保護膜４０の開口４０ａ内にメッキを施すことで形成される部材であるので、メッキを施す金属材料を変えることで金属柱２０の素材を変化させて、光反射面２の光沢を変化させることができる。
また、第二保護膜４０の開口４０ａの形状を変えることで金属柱２０の形状（断面形状）を変化させて、光反射面２の形状を変化させることができる。
【００２７】
例えば、第二保護膜４０を厚く形成することで、金属柱２０を高く形成して、基板３や可動板５から離間した位置に光反射面２を形成することができる。また、第二保護膜４０を薄く形成することで、金属柱２０を低く形成して、基板３や可動板５に近接した位置に光反射面２を形成することができる。
【００２８】
また、第二保護膜４０の開口４０ａを広く大きくするほど、広く大きな光反射面２を形成することができ、光反射面２による光の反射効率を向上させることができる。
なお、第二保護膜４０の開口４０ａが、シード層６から離間するほど幅が広く、上方に向かって開口が広がる形状とした場合、開口４０ａ内に形成した金属柱２０を第二保護膜４０とともに研削する程度を調整することによって、金属柱２０の上端面２０ａの大きさを段階的に調節することができる。例えば、金属柱２０及び第二保護膜４０を浅く（薄く）研削するほど金属柱２０の上端面２０ａを大きくすることができ、また、金属柱２０及び第二保護膜４０を深く（厚く）研削するほど金属柱２０の上端面２０ａを小さくすることができる。
【００２９】
つまり、本実施形態のように、光反射面２を形成する金属柱２０を開口４０ａ内にメッキを施して製作する手法によれば、光反射面２の素材、色、光沢等を所望するものに容易に切り替えることができ、また、光反射面２の大きさ、形状等を所望するものに容易に切り替えることができる。
そして、ＤＭＤの可動ミラーに相当する可動板５とは異なる材料、異なる形状の金属柱２０に応じて所望する光反射面２を形成することができる。
以上のように、所望する光反射面２を有するマイクロミラーアレイ１Ａを容易に製造することができる。
【００３０】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係るマイクロミラーアレイについて説明する。なお、実施形態１と同様の構成については、同符号を付して説明を割愛する。
【００３１】
図１２は、実施形態２に係るマイクロミラーアレイ１Ｂを示す断面図である。実施形態２においては、第二保護膜４０の開口４０ａ内に銅メッキを施し、銅製の金属柱２０を形成している。
そして、第二保護膜４０と金属柱２０の表面が略面一となるように研削した後、その銅製の金属柱２０の上端面に無電解めっきによってニッケルメッキを施し、ニッケル製の金属部材２２を形成している。
次いで、第二保護膜４０を除去し、金属柱２０が形成されていない部分の電解めっき用シード層６を除去した後、金属部材２２の表面を研磨して鏡面加工を施し、光反射面２を形成している。なお、金属部材２２をニッケルで形成することに限らず、その他の銀色を呈する金属（例えば、銀、クロム、アルミニウム、鉄など）で形成してもよい。
【００３２】
このように、金属柱２０の上端面に設けた金属部材２２の表面を研磨して光反射面２を形成することによって、容易にマイクロミラーアレイ１Ｂを製造することができる。
特に、銅製の金属柱２０の上端面２０ａを光反射面とするにはその反射率が低いような場合、金属柱２０の上端面２０ａに銀色を呈する金属（例えば、ニッケル）からなる金属部材２２を設け、その金属部材２２の表面に鏡面加工を施して、銀色の光反射面２を形成することで、好適な反射率の光反射面２を備えるマイクロミラーアレイ１Ｂを製造することができる。
【００３３】
なお、金属柱２０の上端面に金属部材２２を形成することに限らず、第二保護膜４０の開口４０ａ内の下層側に銅メッキを施してなる金属柱２０を形成し、さらに第二保護膜４０の開口４０ａ内の上層側であり先に形成された銅製の金属柱２０上にニッケルメッキを施してなる金属部材２２を形成してもよい。この金属部材２２の表面に鏡面加工を施すことでも光反射面２を形成することが可能である。
【００３４】
（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３に係るマイクロミラーアレイについて説明する。なお、実施形態１と同様の構成については、同符号を付して説明を割愛する。
【００３５】
実施形態１において、第二保護膜４０の開口４０ａを電解めっき用シード層６から離間するほど幅が広く、上方に向かって開口が広がるテーパ形状に形成することで、金属柱２０の上端面２０ａをより広くするようにしたが、第二保護膜の開口をテーパ形状にしなくても、金属柱の上端面を広く形成することは可能である。
図１３から図１９を用いて、実施形態３のマイクロミラーアレイ１Ｃの製造方法について説明する。
【００３６】
まず、ＤＭＤを形成する手法に基づいて、基板３上に支持部４及び可動板５を設けてミラー基部１０を形成する（図４参照）。次いで、可動板５の上面を基板３に対して平行に配した状態で、第一保護膜３０となるレジスト膜用の樹脂を塗布し、可動板５の上面とほぼ面一となる第一保護膜３０を形成する。その際、可動板５の上面に第一保護膜３０が成膜されてしまう場合にはその第一保護膜３０を除去し、可動板５の上面を露出させるようにする（図５参照）。次いで、スパッタ等の気相堆積法によって、可動板５の上面と第一保護膜３０を覆う電解めっき用シード層６を形成する（図６参照）。
【００３７】
次に、図１３に示すように、電解めっき用シード層６の上に第二保護膜の一部を成す下層保護膜４１となるフォトレジスト膜を成膜し、所定のパターニングを施すことで、金属柱２０を形成する位置であって可動板５に対応する位置に小開口４１ａを形成する。この小開口４１ａは可動板５の上面形状に対応しており、平面視した場合、例えば２０〜４０μｍ四方の矩形状を呈している。
【００３８】
次に、図１４に示すように、下層保護膜４１上に第二保護膜の一部を成す上層保護膜４２となるフォトレジスト膜を成膜し、所定のパターニングを施すことで、可動板５に対応する位置であって小開口４１ａと重なり、その小開口４１ａを露出させる部分に大開口４２ａを形成する。この大開口４２ａは光反射面の形状に対応しており、平面視した場合、例えば８０〜１００μｍ四方の矩形状を呈している。
そして、下層保護膜４１と上層保護膜４２が積層されてなる第二保護膜には、小開口４１ａと大開口４２ａとが重なって連なった断面視略Ｔ字形状を呈する開口が形成されており、上層保護膜４２の大開口４２ａ内に下層保護膜４１の小開口４１ａが収まり、その小開口４１ａの底部から可動板５の上面に相当するシード層６部分が露出している。
【００３９】
次に、図１５に示すように、電解めっき用シード層６を陰極とする電解めっきによって、小開口４１ａと大開口４２ａとが連なった開口内に銀メッキを施し、銀製の金属柱２１を形成する。なお、金属柱２１を銀で形成することに限らず、その他の銀色を呈する金属（例えば、ニッケル、クロム、アルミニウム、鉄など）で形成してもよい。
【００４０】
次に、図１６に示すように、上層保護膜４２と金属柱２１の表面が略面一となるように研削して、金属柱２１の上端面２１ａを研磨する。
次に、図１７に示すように、第二保護膜である上層保護膜４２と下層保護膜４１を除去する。なお、金属柱２１は、小開口４１ａと大開口４２ａとが連なった開口の形状に対応して側面視略Ｔ字形状を呈し、その上端面２１ａが可動板５の上面側よりも広い形状に形成されている。
【００４１】
次に、図１８に示すように、金属柱２１が形成されていない部分の電解めっき用シード層６を除去する。なお、このとき金属柱２１の一部もエッチングされるが、電解めっき用シード層６と比較して充分に厚いため、金属柱２１の形状変化はほとんどない。但し、金属柱２１の上端面２１ａの平滑性が乱れることがあるので、電解めっき用シード層６を除去した後に金属柱２１の上端面２１ａを研磨し直す。そして、金属柱２１の上端面２１ａを研磨して鏡面加工を施し、その上端面２１ａを光反射面２に形成する。
ここで、金属柱２１の上端面２１ａを研磨する際、ミラー基部１０における可動板５及び支持部４はその周囲が第一保護膜３０で覆われて保護されているため、その研磨時に支持部４にかかる力学的負担が軽減されるので、支持部４が損傷してしまうことはなく、可動板５を傾動させる機能に支障をきたさないようになっている。
【００４２】
次に、図１９に示すように、第一保護膜３０を除去し、基板３の表面を露出させるように支持部４と可動板５の固定を解除して、金属柱２１が形成された可動板５が傾動可能となるようにして、マイクロミラーアレイ１Ｃが製造される。
そして、マイクロミラーアレイ１Ｃは、ミラー基部１０の可動板５に設けられた金属柱２１の上端面２１ａに形成された光反射面２が複数配列されてなる構成を有している。
【００４３】
このように、本実施形態によれば、第二保護膜の開口をテーパ形状にしなくても、開口の大きさの異なる２層の保護膜（下層保護膜４１、上層保護膜４２）を形成することで、側面視略Ｔ字形状を呈し、その上端面２１ａが可動板５の上面側よりも広い形状の金属柱２１を形成することができ、可動板５の上面より広いサイズの光反射面２を有するマイクロミラーアレイ１Ｃを製造することができる。
そして、光反射面２を形成する金属柱２１を開口（小開口４１ａ、大開口４２ａ）内にメッキを施して製作する手法によれば、光反射面２の素材、色、光沢等を所望するものに容易に変更することができ、また、光反射面２の大きさ、形状等を所望するものに容易に変更することができる。
そして、所望する光反射面２を有するマイクロミラーアレイ１Ｃを容易に製造することが可能になる。
【００４４】
なお、金属柱２１を銀のみで形成することに限らず、第二保護膜の開口内の下層側に銅メッキを施し、さらに第二保護膜の開口内の上層側であって、先に形成された銅メッキ上にニッケルメッキを施すことで、２種類の金属材料からなる２層の金属柱を形成してもよい。この金属柱の上層の表面に鏡面加工を施すことでも光反射面２を形成することが可能である。
【００４５】
なお、本発明の適用は上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃマイクロミラーアレイ
２光反射面
３基板
４支持部
５可動板
６電解めっき用シード層
１０ミラー基部
２０、２１金属柱
２０ａ、２１ａ上端面
２２金属部材
３０第一保護膜（固定用保護膜）
４０第二保護膜（金属柱形成用保護膜）
４０ａ開口
４１下層保護膜（第二保護膜）
４１ａ小開口
４２上層保護膜（第二保護膜）
４２ａ大開口

【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に傾動可能に支持された複数の可動板の上面側を露出させる開口が設けられた金属柱形成用保護膜を形成する金属柱形成用保護膜形成工程と、
前記開口内に金属柱を形成する金属柱形成工程と、
前記金属柱形成用保護膜とともに前記金属柱を研削して、その金属柱の上端面を研磨する研磨工程と、
前記金属柱形成用保護膜を除去する金属柱形成用保護膜除去工程と、
を備えることを特徴とするマイクロミラーアレイの製造方法。
【請求項２】
前記基板上に複数の可動板を固定する固定用保護膜を形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のマイクロミラーアレイの製造方法。
【請求項３】
前記固定用保護膜を除去する工程をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のマイクロミラーアレイの製造方法。
【請求項４】
前記研磨工程において、前記金属柱の上端面を研磨することで、前記金属柱の上端面に鏡面加工を施し、その上端面を光反射面に形成することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のマイクロミラーアレイの製造方法。
【請求項５】
前記金属柱の上端面に金属部材を設け、その金属部材の表面を研磨して光反射面に形成する工程を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のマイクロミラーアレイの製造方法。
【請求項６】
前記固定用保護膜と前記金属柱形成用保護膜との間に電解めっき用シード層を形成するシード層形成工程をさらに備え、
前記金属柱形成工程は、前記電解めっき用シード層を陰極とする電解めっきによって、前記金属柱形成用保護膜の開口内に金属柱を形成することを特徴とする請求項２〜５の何れか一項に記載のマイクロミラーアレイの製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載のマイクロミラーアレイの製造方法によって製造されることを特徴とするマイクロミラーアレイ。

【図１】