ＭＥＭＳミラーデバイスおよびその製造方法
【課題】エッチング装置へのダメージを減らしながら、小型なＭＥＭＳミラーデバイスを提供すること。
【解決手段】底部が開放されたミラー用空洞１８およびビーム用空洞１９と、底部が閉塞された電極用空洞２０とが互いに繋がるように形成された半導体基板１２の一部を加工することにより、ミラー用空洞１８の直上にミラー８を下側から支持する揺動部２２を形成し、ビーム用空洞１９の直上に揺動部２２を横側から支持する一対のビーム２３を形成する。また、電極用空洞２０の直上には、互いに間隔を空けて噛み合う固定電極２４および可動電極２５を形成する。
【解決手段】底部が開放されたミラー用空洞１８およびビーム用空洞１９と、底部が閉塞された電極用空洞２０とが互いに繋がるように形成された半導体基板１２の一部を加工することにより、ミラー用空洞１８の直上にミラー８を下側から支持する揺動部２２を形成し、ビーム用空洞１９の直上に揺動部２２を横側から支持する一対のビーム２３を形成する。また、電極用空洞２０の直上には、互いに間隔を空けて噛み合う固定電極２４および可動電極２５を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、櫛歯状に噛み合って対向する固定電極および可動電極と、当該可動電極の変位に伴って揺動するミラーとを備える静電容量型のＭＥＭＳミラーデバイスおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光のスイッチングやスキャニングを実行するデバイスとして、静電駆動型ＭＥＭＳミラーデバイスが知られている。
たとえば、特許文献１は、スキャニングミラーが取り付けられた上層板と、下層板とを積層した構成からなる静電駆動型ＭＥＭＳミラースキャナを開示している。特許文献１のＭＥＭＳミラースキャナにおいて、上層板には、スキャニングミラーを支持するサスペンションビームと、静電容量駆動源として交互に配置された固定側櫛歯および揺動側櫛歯とが形成されている。下層板には、スキャニングミラーおよびサスペンションビームの揺動を可能にするために、これらの輪郭に添った形状の空洞が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３０８８２０号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明のＭＥＭＳミラーデバイスは、底部が開放された第１空洞および底部が閉塞された第２空洞が互いに繋がるように選択的に形成され、当該第１空洞および第２空洞を横側から区画するフレーム部を有する半導体基板と、前記半導体基板上に設けられたミラーとを含み、前記半導体基板は、前記第１空洞の直上において前記フレーム部に対して間隔を空けて形成され、前記ミラーを下側から支持する揺動部と、前記第１空洞の直上において前記フレーム部と前記揺動部との間に架設され、前記揺動部が前記第１空洞に浮くように、前記揺動部を横側から支持する直線状のビームと、前記第２空洞の直上において前記フレーム部に固定された櫛歯状の固定電極と、前記第１空洞および前記第２空洞に跨って形成され、前記第１空洞の直上において前記揺動部に接続され、前記第２空洞の直上において前記固定電極に対して互いに間隔を空けて噛み合う櫛歯状の可動電極とを一体的に含み、前記揺動部は、前記可動電極の駆動に伴って前記ビームを揺動軸として揺動する。
【０００５】
本発明のＭＥＭＳミラーデバイスは、たとえば、本発明のＭＥＭＳミラーデバイスの製造方法により製造することができる。具体的には、半導体基板を裏面から選択的にエッチングすることにより、前記裏面側が開放された第１空洞を選択的に形成し、同時に、当該第１空洞に対して表面側に前記半導体基板の表層部を形成し、当該第１空洞を横側から区画するフレーム部を形成する工程と、前記半導体基板の前記表層部の裏面にストッパ絶縁膜を形成する工程と、前記半導体基板の前記表層部の表面にミラーを形成する工程と、前記半導体基板の前記表層部を、前記表面から前記ストッパ絶縁膜まで選択的にエッチングすることにより、残った前記表層部を利用して、前記ミラーを下側から支持する揺動部を前記フレーム部に対して間隔を空けるように形成する工程と、前記半導体基板の前記表層部を、前記表面から前記ストッパ絶縁膜まで選択的にエッチングすることにより、残った前記表層部を利用して、前記揺動部を横側から支持する直線状のビームを、前記フレーム部と前記揺動部との間に架設するように形成する工程と、前記フレーム部を、前記半導体基板の表面から前記半導体基板の厚さ方向の途中部まで選択的にエッチングすることにより電極用トレンチを形成し、同時に、当該電極用トレンチを隔てて互いに噛み合って対向する櫛歯状の固定電極および可動電極を形成する工程と、前記電極用トレンチにエッチング媒体を供給する等方性エッチングにより、前記固定電極および前記可動電極の下方部を連続させて、前記第１空洞に繋がる第２空洞を、前記固定電極および前記可動電極の直下に形成する工程と、前記第２空洞の形成後、前記揺動部および前記ビームが前記第１空洞の直上において浮いた状態となるように、前記ストッパ絶縁膜における前記揺動部および前記ビームからはみ出す部分を選択的に除去する工程とを含む方法により製造することができる。
【０００６】
この方法によれば、半導体基板を裏面から厚さ方向途中部までエッチングすることにより第１空洞を形成した後、当該第１空洞に対して表面側に形成された半導体基板の表層部を、ストッパ絶縁膜までエッチングすることにより選択的に除去する。こうして残った表層部を利用して、揺動部を形成する。これにより、半導体基板の表層部からなる揺動部を形成し、同時に、当該揺動部（ミラー）の揺動運動を可能にするためのスペースとして、第１空洞を形成する。
【０００７】
ミラーの揺動運動を可能にするために必要な比較的広い面積の第１空洞を、半導体基板の厚さ方向途中部までのエッチングにより画成することができるため、特許文献１のように下層板を厚さ方向に貫通する空洞を形成する場合とは異なり、エッチングの際、半導体基板を支持するエッチング装置の支持台へのエッチングガスなどの衝突量を減らすことができる。
【０００８】
同様に、可動電極の駆動を可能にするための第２空洞も、半導体基板の厚さ方向途中部までのエッチングにより電極用トレンチを画成した後、当該電極用トレンチを隔てて噛み合う固定電極および可動電極の下方部を、等方性エッチングで連続させることにより形成する。したがって、第２空洞（電極用トレンチ）を形成する際にも、エッチング装置の支持台へのエッチングガスなどの衝突量を減らすことができる。
【０００９】
そして、本発明の方法により製造された本発明のＭＥＭＳミラーデバイスは、フレーム部、固定電極および可動電極、ビーム、ならびに揺動部の全てが半導体基板の一部を加工して形成されている。したがって、これらの構成部材を形成するために、特許文献１のように複数の基板を用いる必要がない。そのため、デバイス全体の厚さが半導体基板の厚さ程度で済むので、デバイスの小型化を実現することができる。
【００１０】
すなわち、本発明によれば、エッチング装置へのダメージを減らしながら、小型なＭＥＭＳミラーデバイスを作製することができる。
また、本発明の製造方法において揺動部およびビームを画成する際に、エッチングガスが第１空洞へ流入することを規制するためのストッパ絶縁膜は、ＭＥＭＳミラーデバイスの作製後、完全に除去してもよいし、たとえば、揺動部の裏面および／またはビームの裏面に裏面絶縁膜として残しておいてもよい。
【００１１】
また、本発明の製造方法では、前記揺動部を形成する工程、前記ビームを形成する工程、および前記固定電極および前記可動電極を形成する工程の少なくとも２つの工程を同時に実行することが好ましい。
これにより、工程数を少なくすることができるので、ＭＥＭＳミラーデバイスを効率よく作製することができる。
【００１２】
また、本発明のＭＥＭＳミラーデバイスでは、前記固定電極および／または前記可動電極に埋設され、前記固定電極および／または前記可動電極の一部を前記半導体基板の他の部分から選択的に絶縁する分離絶縁膜をさらに含むことが好ましい。
これにより、固定電極および／または可動電極を、半導体基板の他の部分に対して電気的に独立（絶縁）させることができるので、半導体基板における当該他の部分の表面を、固定電極および可動電極に接続される配線を引き回すためのスペースとして効率的に利用することができる。
【００１３】
このような分離絶縁膜は、前記電極用トレンチの形成に先立って、前記半導体基板を前記表面から選択的にエッチングすることにより、前記半導体基板に分離用トレンチを形成する工程と、前記分離用トレンチに絶縁材料を埋設することにより、前記分離用トレンチ内に分離絶縁膜を形成する工程とを実行することにより形成することができる。そして、前記電極用トレンチを形成する際に、前記固定電極および前記可動電極の一部が、前記分離絶縁膜により前記半導体基板の他の部分から絶縁されるように、前記半導体基板をエッチングすればよい。
【００１４】
また、本発明のＭＥＭＳミラーデバイスでは、前記ミラーと同一層に形成され、前記固定電極および／または前記可動電極に電圧を印加するための配線をさらに含んでいてもよい。
この「同一層」とは、同一の工程により互いに同時進行で作製される層同士の関係を指し、たとえば、固定電極および／または可動電極の配線を形成する工程を、ミラーを形成する工程と同時に実行することにより、配線とミラーとを同一層に形成することができる。
【００１５】
また、本発明のＭＥＭＳミラーデバイスでは、前記可動電極は、互いに隣り合う前記固定電極に対して、前記半導体基板の表面に沿って近づく方向および遠ざかる方向に交互に変位する横型可動電極を含んでいてもよい。
固定電極と横型可動電極との間に、同極性／異極性の駆動電圧が交互に与えられると、横型可動電極が、互いに隣り合う固定電極の間を半導体基板の表面に沿う横方向に振動する。これにより、可動電極に接続された揺動部が、その振動と同じ位相および同じ周期で横方向に振動する。その結果、揺動部で支持されたミラーを横方向に共振させることができ、ビームを揺動軸として揺動させることができる。
【００１６】
また、本発明のＭＥＭＳミラーデバイスでは、前記可動電極は、櫛歯状の前記固定電極の隙間において、前記半導体基板の表面を横切るように前記第２空洞に近づく方向および遠ざかる方向に交互に変位する縦型可動電極を含んでいてもよい。
固定電極と縦型可動電極との間に、同極性／異極性の駆動電圧が交互に与えられると、縦型可動電極が、櫛歯状の固定電極の隙間において半導体基板の表面を横切る縦方向に振動する。これにより、可動電極に接続された揺動部が、その振動と同じ位相および同じ周期で縦方向に振動する。その結果、揺動部で支持されたミラーを、ビームを揺動軸として揺動させることができる。
【００１７】
可動電極の縦方向振動を利用してミラーを直接的に揺動させるので、ミラーの共振を利用してミラーを間接的に揺動させる場合に比べて、縦型可動電極の可動域が小さくても、ミラーを十分に揺動させることができる。その結果、縦型可動電極を駆動させるための電圧を小さくすることができる。
可動電極を縦方向に駆動させる場合、前記縦型可動電極および／または前記固定電極は、他方の電極の表面からはみ出すように前記第２空洞から離れる方向へ反っているか、または、他方の電極の裏面からはみ出すように前記半導体基板の裏面へ向かう方向へ反っていることが好ましい。
【００１８】
これにより、縦型可動電極と固定電極との間に、縦方向に沿って所定の間隔を空けることができるので、縦方向（駆動方向）に０（ゼロ）を超える大きさの成分を持つ静電引力／斥力を発生させることができる。そのため、小さな駆動電圧でも縦型可動電極を簡単に駆動させることができる。
また、本発明のＭＥＭＳミラーデバイスでは、前記半導体基板は、導電性シリコン基板であることが好ましい。
【００１９】
半導体基板が導電性シリコン基板であれば、櫛歯状の固定電極および可動電極に対して導電性を付与するための特別な処理を施さなくても、成形後の構造をそのまま電極として利用することができる。また、電極として利用される部分を除く部分を、配線として利用することができる。
また、本発明のＭＥＭＳミラーデバイスの製造方法では、前記第２空洞を形成する工程は、前記固定電極および前記可動電極の側壁に保護膜を形成する工程と、前記電極用トレンチの底面上から前記保護膜を選択的に除去する工程と、前記保護膜の除去後、異方性エッチングにより前記電極用トレンチを掘り下げた後、等方性エッチングにより前記固定電極および可動電極の下方部を除去して前記第２空洞を形成する工程とを含むことが好ましい。
【００２０】
この方法によれば、固定電極および可動電極の側壁が保護膜で覆われるため、半導体基板の等方性エッチングにより第２空洞を形成する際、エッチング媒体が固定電極および可動電極の側壁へ接触することを防止することができる。そのため、固定電極および可動電極の侵食を低減することができるので、固定電極および可動電極の大きさのばらつきを少なくすることができる。
【００２１】
そして、本発明のＭＥＭＳミラーモジュールは、本発明のＭＥＭＳミラーデバイスを備えているので、小型なＭＥＭＳミラーモジュールを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳミラーモジュールを備えるレーザプロジェクタの概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係るＭＥＭＳミラーデバイスの模式平面図である。
【図３】図３は、図２に示すＭＥＭＳミラーデバイスの要部拡大図（図２の破線で囲まれる部分）である。
【図４】図４は、図２に示すＭＥＭＳミラーデバイスの断面図であって、図２の切断線Ａ−Ａおよび図３の切断線Ｂ−Ｂでの切断面を示す。
【図５Ａ】図５Ａは、図２に示すＭＥＭＳミラーデバイスの製造工程の一部を示す図であって、図４と同じ位置での切断面を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａの次の工程を示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図５Ｂの次の工程を示す図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、図５Ｃの次の工程を示す図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、図５Ｄの次の工程を示す図である。
【図５Ｆ】図５Ｆは、図５Ｅの次の工程を示す図である。
【図５Ｇ】図５Ｇは、図５Ｆの次の工程を示す図である。
【図５Ｈ】図５Ｈは、図５Ｇの次の工程を示す図である。
【図５Ｉ】図５Ｉは、図５Ｈの次の工程を示す図である。
【図５Ｊ】図５Ｊは、図５Ｉの次の工程を示す図である。
【図５Ｋ】図５Ｋは、図５Ｊの次の工程を示す図である。
【図５Ｌ】図５Ｌは、図５Ｋの次の工程を示す図である。
【図５Ｍ】図５Ｍは、図５Ｌの次の工程を示す図である。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態に係るＭＥＭＳミラーデバイスの模式平面図である。
【図７】図７は、図６に示すＭＥＭＳミラーデバイスの要部拡大図（図６の破線で囲まれる部分）である。
【図８】図８は、図６に示すＭＥＭＳミラーデバイスの断面図であって、図７の切断線Ｃ−Ｃでの切断面を示す。
【図９】図９は、図８に示す固定電極の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
＜ＭＥＭＳミラーモジュールの使用形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳミラーモジュールを備えるレーザプロジェクタの概略構成図である。
図１を参照して、ＭＥＭＳミラーモジュールがレーザプロジェクタに使用される場合の形態について説明する。
【００２４】
レーザプロジェクタ１は、赤色レーザダイオード２、緑色レーザダイオード３および青色レーザダイオード４を含むレーザ光源５と、ＲＧＢコンバイナ６と、ＭＥＭＳミラーモジュール７とを含む。
ＭＥＭＳミラーモジュール７は、レーザ光を反射させるミラー８を有するＭＥＭＳミラーデバイス９と、ＭＥＭＳミラーデバイス９を駆動させるための駆動ドライバの一例としての駆動ＩＣ１０（Integrated Circuit）とを含む。図１ではＭＥＭＳミラーデバイス９を１つのみ示しているが、実用的には、ＭＥＭＳミラーデバイス９は、モジュール内に行列状に配列されたミラーアレイとして設置される。その場合、各ＭＥＭＳミラーデバイス９は、複数の画素が集まってスクリーン１１上に映し出される画像の各画素に１つずつ対応して設けられる。
【００２５】
このレーザプロジェクタ１は、たとえば、レーザ光源５から出射した赤色レーザ（波長が６３５ｎｍ〜６４０ｎｍ）、緑色レーザ（波長が５１０ｎｍ〜５３５ｎｍ）および青色レーザ（波長が４５０ｎｍ〜４６０ｎｍ）の３色のレーザ光をＲＧＢコンバイナ６で混ぜ合わせ、合波後のレーザ光を、駆動ＩＣ１０の制御により電圧が印加されてオンした各ＭＥＭＳミラーデバイス９のミラー８により、スクリーン１１へ向かって反射させる。これにより、各ＭＥＭＳミラーデバイス９からの反射レーザ光がスクリーン１１上に集められ、目的となる画像として映し出される。
＜ＭＥＭＳミラーデバイスの全体構成（横型駆動タイプ）＞
図２は、本発明の第１実施形態に係るＭＥＭＳミラーデバイスの模式平面図である。
【００２６】
次に、図２を参照して、ＭＥＭＳミラーデバイス９の全体構成について説明する。
ＭＥＭＳミラーデバイス９は、平面視長方形状の半導体基板１２を含んでおり、櫛歯状の固定電極２４（後述）に対して噛み合う櫛歯状の可動電極２５（後述）が、半導体基板１２の表面１３に沿う横方向に振動する横型駆動タイプである。
半導体基板１２は、たとえば、３００μｍ〜７２５μｍの厚さＴ１（図４参照）を有する導電性シリコン基板（たとえば、５Ω・ｍ〜５００Ω・ｍの抵抗率を有する低抵抗基板）からなる。
【００２７】
半導体基板１２の一方の長辺に沿う周縁部には、平面視長方形状の電極パッド１４〜１６が当該長辺に沿って配列されている。電極パッド１４〜１６は、半導体基板１２の長手方向中央に対して一方側および他方側に３つずつ設けられている。これらの電極パッド１４〜１６には、駆動ＩＣ１０（図１参照）から電圧を印加するために、ワイヤ（図示せず）などが接続されている。
【００２８】
また、半導体基板１２には、底部が開放された第１空洞１７が形成されている。この第１空洞１７は、半導体基板１２の中心部に形成された平面視円形のミラー用空洞１８と、当該ミラー用空洞１８に対して半導体基板１２の長手方向（長辺に沿う方向）一方側および他方側に１つずつ、当該長手方向に沿って延び、それぞれがミラー用空洞１８の直径Ｄよりも狭い幅Ｗ１（図３参照）を有する直線状のビーム用空洞１９とからなる。ミラー用空洞１８の直径Ｄは、たとえば、５００μｍ〜２０００μｍであり、ビーム用空洞１９の幅Ｗ１は、たとえば、１μｍ〜１０μｍである。
【００２９】
半導体基板１２の中心部を取り囲む周辺部には、底部が閉塞された第２空洞の一例としての電極用空洞２０が複数形成されている。複数の電極用空洞２０は、ミラー用空洞１８に対して半導体基板１２の長手方向一方側および他方側に２つずつ、合計２組形成されている。各組の電極用空洞２０は、ビーム用空洞１９を挟んで電極パッド１４〜１６に近い側および遠い側に１つずつ、互いに平行に形成されている。そして、各電極用空洞２０のミラー用空洞１８に近い側の端部がミラー用空洞１８に連通することにより、電極用空洞２０とミラー用空洞１８とは互いに繋がっている。
【００３０】
上記のようなミラー用空洞１８、ビーム用空洞１９および電極用空洞２０は、半導体基板１２のフレーム部２１によって区画されている。このフレーム部２１は、後述する揺動部２２、ビーム２３、固定電極２４および可動電極２５などを半導体基板１２の加工により形成した後、加工されずに残る半導体基板１２本来の厚さＴ１（たとえば、３００μｍ〜７２５μｍ）を有する部分である。
【００３１】
また、半導体基板１２は、揺動部２２、ビーム２３、固定電極２４および可動電極２５を有しており、これらは半導体基板１２の一部を加工して形成されている。
揺動部２２は、平面視円形に形成されている。円形の揺動部２２は、ミラー用空洞１８の直上において、ミラー用空洞１８を取り囲むフレーム部２１の周縁部全周にわたり、当該周縁部に対して間隔を空けて配置されている。
【００３２】
この揺動部２２の上には、ミラー８が設けられている。ミラー８は、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）からなり、揺動部２２とほぼ同じ形状に形成されている。
ビーム２３は、各ビーム用空洞１９に１つずつ合計２つ（一対）設けられている。一対のビーム２３はそれぞれ、フレーム部２１における各ビーム用空洞１９の半導体基板１２の短辺に近い側の端部を区画する部分からビーム用空洞１９に沿って延びる直線状に形成され、その終端部が揺動部２２に一体的に接続されている。一対のビーム２３により、揺動部２２は、半導体基板１２の表面１３に沿う横方向から浮いた状態で両持ち支持されている。
【００３３】
固定電極２４は、各電極用空洞２０の直上においてフレーム部２１に固定された櫛歯状であり、各開放端が半導体基板１２の幅方向（短辺に沿う方向）内側へ向くように形成されている。また、ビーム用空洞１９を挟んで互いに隣り合う１組の固定電極２４は、それらの歯２６の先端同士が半導体基板１２の幅方向に対向するように、同じピッチＰ１（たとえば、２μｍ〜１０μｍ 図３参照）を有している。つまり、互いに隣り合う固定電極２４の歯２６は、互いに段違いになっているのではなく、半導体基板１２の幅方向に沿う同一直線上に配置されている。また、固定電極２４の歯２６の長さＬ１（フレーム部２１から先端までの距離 図３参照）は、たとえば、１００μｍ〜３００μｍであり、当該長さＬ１に直交する幅Ｗ２は、たとえば、０．５μｍ〜１．５μｍである。
【００３４】
横型可動電極の一例としての可動電極２５は、各電極用空洞２０上において固定電極２４に対して互いに間隔を空けて噛み合う櫛歯状であり、各開放端が半導体基板１２の幅方向外側へ向くように形成されている。このような可動電極２５は、各電極用空洞２０およびミラー用空洞１８に跨り、半導体基板１２の長手方向に沿って直線状に延びるアーム部２７と、各電極用空洞２０の直上においてアーム部２７に一定間隔で配列された複数の歯２８とを有する。アーム部２７における歯２８のピッチＰ２（図３参照）は、たとえば、固定電極２４の歯２６のピッチＰ１と同じ（たとえば、１０μｍ〜３０μｍ）である。また、可動電極２５の歯２８の長さＬ２（アーム部２７から先端までの距離）は、たとえば、１００μｍ〜３００μｍであり、当該長さＬ２に直交する幅Ｗ３は、たとえば、４μｍ〜１０μｍである。
【００３５】
このように、このＭＥＭＳミラーデバイス９では、半導体基板１２の中心部に形成された揺動部２２に対して半導体基板１２の４隅方向のそれぞれに、固定電極２４および可動電極２５が互いに噛み合って構成される駆動部が１つずつ合計４つ設けられている。なお、駆動部の数は、図２のように４つに限られず、たとえば、４隅の方向のそれぞれに駆動部が２つずつ、３つずつというように複数個ずつ設けられていてもよい。
【００３６】
半導体基板１２上には、固定電極２４に電圧を印加するための第１配線２９および第２配線３０が形成されている。固定電極２４の各歯２６には、第１配線２９および第２配線３０が１本ずつ接続されている。これらの配線２９，３０は、半導体基板１２の周縁部において、電極パッド１４，１５として露出している。残りの電極パッド１６は、半導体基板１２のフレーム部２１に接続されており、可動電極２５の電圧を基板電位に固定するためのグランド配線の役割を兼ねている。
＜固定電極および可動電極の要部構成＞
図３は、図２に示すＭＥＭＳミラーデバイス９の要部拡大図（図２の破線で囲まれる部分）である。
【００３７】
次に、図３を参照して、固定電極２４および可動電極２５の具体的な構造を説明する。
固定電極２４の各歯２６は、フレーム部２１に近い側の基端部に第１分離絶縁膜３１（たとえば、酸化シリコン（ＳｉＯ２））が埋め込まれることにより、フレーム部２１から絶縁されている。
絶縁された固定電極２４の各歯２６は、互いに平行に延びる直線状の主フレーム３２と、当該主フレーム３２間に架設された複数の横フレーム３３とを含む平面視梯子状の骨組み構造を有しており、各横フレーム３３に第２分離絶縁膜３４（たとえば、酸化シリコン（ＳｉＯ２））が埋め込まれることにより、横フレーム３３を横切る方向に沿って２分割されている。これにより、固定電極２４の各歯２６において、第２分離絶縁膜３４に対して一方側の主フレーム３２（第１主フレーム３５）および他方側の主フレーム３２（第２主フレーム３６）は互いに絶縁されており、それぞれ独立した電極として機能する。第１主フレーム３５には第２分離絶縁膜３４を横切る第１配線２９が接続され、第２主フレーム３６には第２分離絶縁膜３４を横切る第２配線３０が接続されている。
【００３８】
このように固定電極２４の各歯２６を互いに絶縁された２つの部分に分割する理由は、可動電極２５が動けなくなるのを防止するためである。すなわち、第２分離絶縁膜３４が設けられず、固定電極２４の各歯２６全体が同電位となる状態であると、たとえば、固定電極２４に正電圧を印加したときに、基板電位に固定された可動電極２５には、当該可動電極２５に対してミラー８に近い側の固定電極２４によりミラー８に近づく方向のクーロン引力が加えられると同時に、ミラー８に遠い側の固定電極２４によりミラー８から遠ざかる方向のクーロン引力が加えられる。その結果、駆動方向（半導体基板１２の長手方向）に沿って可動電極２５に加わる合力が０（ゼロ）になり、可動電極２５が動けなくなる。このような現象を防止するためである。
【００３９】
一方、固定電極２４の各歯２６が２分割されていれば、たとえば、ミラー８に近い第１主フレーム３５に正電圧、ミラー８に遠い第２主フレーム３６に負電圧を印加したときに、基板電位に固定された可動電極２５には、ミラー８に近い側の固定電極２４の第２主フレーム３５によりミラー８から遠ざかる方向のクーロン斥力を加えることができると同時に、ミラー８に遠い側の固定電極２４の第１主フレーム３５によりミラー８から遠ざかる方向のクーロン引力を加えることができる。その結果、駆動方向（半導体基板１２の長手方向）に沿って可動電極２５に加わる合力を、クーロン引力＋クーロン斥力とすることができるので、可動電極２５を確実に駆動させることができる。そして、可動電極２５を横方向に振動させるには、第１主フレーム３５および第２主フレーム３６との間に互いに反対極性の電圧を印加する動作を繰り返せばよい。
【００４０】
また、可動電極２５の各歯２８も固定電極２４と同様に、互いに平行に延びる直線状の主フレーム３７と、当該主フレーム３７間に架設された複数の横フレーム３８とを含む平面視梯子状の骨組み構造を有している。
＜ＭＥＭＳミラーデバイス９の断面構成＞
図４は、図２に示すＭＥＭＳミラーデバイスの断面図であって、図２の切断線Ａ−Ａおよび図３の切断線Ｂ−Ｂでの切断面を示す。
【００４１】
次に、図４を参照して、ＭＥＭＳミラーデバイス９の主要な断面構造を説明する。
Ａ−Ａ断面において、揺動部２２の厚さＴ２は、たとえば、５μｍ〜５０μｍであり、フレーム部２１の厚さＴ１は、たとえば、３００μｍ〜７２５μｍである。揺動部２２とフレーム部２１との間には、たとえば、１μｍ〜２０μｍの隙間３９が設けられている。また、ミラー用空洞１８の深さｄ１（半導体基板１２の裏面４２から揺動部２２の裏面４４までの距離）は、たとえば、２９５μｍ〜７２０μｍである。
【００４２】
この揺動部２２を含む半導体基板１２の表面１３には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる層間絶縁膜４０が形成されている。層間絶縁膜４０の厚さは、たとえば、０．２μｍ〜１μｍである。揺動部２２上のミラー８は、この層間絶縁膜４０上に形成されている。ミラー８の厚さＴ３は、たとえば、０．１μｍ〜１μｍである。
層間絶縁膜４０上には、ミラー８の表面を覆うように、窒化シリコン（ＳｉＮ）または酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなるパッシベーション膜４１が形成されている。パッシベーション膜４１の厚さは、たとえば、０．５μｍ〜１．５μｍである。
【００４３】
一方、半導体基板１２の裏面４２には、ミラー用空洞１８を横側から区画するフレーム部２１の側面４３およびミラー用空洞１８を上側から区画する揺動部２２の裏面４４を覆うように、その全域に酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる裏面絶縁膜４５が形成されている。裏面絶縁膜４５の厚さＴ４は、たとえば、０．５μｍ〜１μｍである。
Ｂ−Ｂ断面の固定電極２４において、固定電極２４の第１主フレーム３５と第２主フレーム３６との間を絶縁分離する第２分離絶縁膜３４は、固定電極２４の表面（半導体基板１２の表面１３）から裏面に至るまで半導体基板１２に埋め込まれている。この第２分離絶縁膜３４の幅Ｗ４は、たとえば、１μｍ〜２μｍである。また、図示しないが、第１分離絶縁膜３１も同様に、固定電極２４の表面（半導体基板１２の表面１３）から裏面に至るまで半導体基板１２に埋め込まれている。
【００４４】
また、固定電極２４および可動電極２５の厚さＴ５，Ｔ６は、たとえば、１０μｍ〜２０μｍである。また、電極用空洞２０の深さｄ２（固定電極２４および可動電極２５の裏面から電極用空洞２０の底部までの距離）は、たとえば、５μｍ〜２０μｍである。
また、Ａ−Ａ断面で説明した層間絶縁膜４０およびパッシベーション膜４１は、固定電極２４上にも同様に積層されている。固定電極２４に接続される第１配線２９および第２配線３０は、層間絶縁膜４０の表面に敷設され、その表面がパッシベーション膜４１により覆われている。第１配線２９および第２配線３０は、層間絶縁膜４０を貫通して、固定電極２４の第１主フレーム３５および第２主フレーム３６にそれぞれ接続されている。
【００４５】
Ｂ−Ｂ断面のビーム２３において、ビーム２３の厚さＴ７は、揺動部２２の厚さＴ２と同じであり、たとえば、５μｍ〜５０μｍである。そして、Ａ−Ａ断面で説明した層間絶縁膜４０およびパッシベーション膜４１は、ビーム２３上にも同様に積層されている。
一方、ビーム２３の裏面４６には、Ａ−Ａ断面で説明した裏面絶縁膜４５が、その全域を覆うように形成されている。
＜ＭＥＭＳミラーデバイスの動作方法＞
図１〜図４を参照して、このＭＥＭＳミラーデバイス９を動作させるには、駆動ＩＣ１０により、可動電極２５を基板電位に固定した状態で、第１配線２９および第２配線３０により、第１主フレーム３５および第２主フレーム３６との間に互いに反対極性の電圧を印加する動作を繰り返す。たとえば、まず、第１主フレーム３５に正電圧（たとえば、５０Ｖ〜３００Ｖ）を印加すると同時に、第２主フレーム３６に負電圧（たとえば、−５０Ｖ〜−３００Ｖ）を印加し、次に、第１主フレーム３５に負電圧を印加すると同時に、第２主フレーム３６に正電圧を印加する。そして、この動作を繰り返す。これにより、固定電極２４と、当該固定電極２４に対してミラー８に近い側の可動電極２５との間にクーロン斥力／クーロン引力を交互に発生させることができる。その結果、可動電極２５を半導体基板１２の長手方向に沿って振動させることができる（図３の実線矢印参照）。
【００４６】
この振動は、可動電極２５のアーム部２７が接続された揺動部２２に伝わるので、揺動部２２は、可動電極２５の振動と同じ位相および同じ周期で振動することになる。その結果、揺動部２２で支持されたミラー８を半導体基板１２の長手方向に沿って共振させることができ、一対のビーム２３を揺動軸として揺動させることができる（図４の実線矢印参照）。これにより、ＭＥＭＳミラーデバイス９をオン状態にすることができ、ＲＧＢコンバイナ６で合波されたレーザ光を、所定の角度で反射させることができる。
＜ＭＥＭＳミラーデバイス９の製造方法＞
図５Ａ〜図５Ｍは、図２に示すＭＥＭＳミラーデバイスの製造工程の一部を工程順に示す図であって、図４と同じ位置での切断面を示す。
【００４７】
前述のＭＥＭＳミラーデバイス９を製造するには、たとえば、まず図５Ａに示すように、表面１３および裏面４２を有する半導体基板１２を用意する。
次に、図５Ｂに示すように、熱酸化法（たとえば、１０００℃〜１２００℃の熱酸化処理）により、半導体基板１２の表面１３に層間絶縁膜４０を形成し、同時に、半導体基板１２の裏面４２に裏面絶縁膜４５を形成する。次に、公知のパターニング技術により、裏面絶縁膜４５における第１空洞１７（ミラー用空洞１８およびビーム用空洞１９）を形成すべき領域を選択的に除去する。そして、残った裏面絶縁膜４５をハードマスクとして利用するドライエッチングにより、半導体基板１２を裏面からエッチングする。これにより、半導体基板１２の裏面４２側が開放されたミラー用空洞１８およびビーム用空洞１９が形成され、同時に、これらの空洞１８，１９に対して半導体基板１２の表面１３側に半導体基板１２の表層部４７が形成される。また、当該空洞１８，１９を横側から区画するフレーム部２１が形成される。
【００４８】
次に、図５Ｃに示すように、半導体基板１２におけるミラー用空洞１８およびビーム用空洞１９に露出する部分を熱酸化（たとえば、９００℃〜１２００℃の熱酸化処理）することにより、フレーム部２１の側面４３および表層部４７の裏面４４，４６に絶縁膜４８を形成する。当該絶縁膜４８は、裏面絶縁膜４５と一体化する。
次に、図５Ｄに示すように、公知のパターニング技術により、層間絶縁膜４０における第１分離絶縁膜３１および第２分離絶縁膜３４を形成すべき領域を除去する。そして、残った層間絶縁膜４０をハードマスクとする異方性のディープＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）により、具体的にはボッシュプロセスにより、半導体基板１２を表面から掘り下げる。これにより、半導体基板１２に複数の分離用トレンチ４９が形成される。ボッシュプロセスでは、ＳＦ６（六フッ化硫黄）を使用して半導体基板１２をエッチングする工程と、Ｃ４Ｆ８（パーフルオロシクロブタン）を使用してエッチング面に保護膜を形成する工程と交互に繰り返す。これにより、高いアスペクト比で半導体基板１２をエッチングすることができるが、エッチング面（分離用トレンチ４９の内周面）にスキャロップと呼ばれる波状の凹凸が形成される。
【００４９】
次に、図５Ｅに示すように、半導体基板１２に形成された分離用トレンチ４９内部を熱酸化（たとえば、１０００℃〜１２００℃の熱酸化処理）し、その後、酸化膜の表面をエッチバックする。これにより、分離用トレンチ４９を埋め尽くす第１分離絶縁膜３１および第２分離絶縁膜３４が同時に形成される（第２分離絶縁膜３４のみ図示）。
次に、図５Ｆに示すように、層間絶縁膜４０を選択的に除去することにより、層間絶縁膜４０にコンタクトホールを形成する。次に、当該コンタクトホールを埋め尽くすコンタクトプラグを形成した後、スパッタ法により、層間絶縁膜４０上にアルミニウム（Ａｌ）を堆積し、当該アルミニウムの堆積層をパターニングする。これにより、層間絶縁膜４０上に、ミラー８、第１配線２９および第２配線３０が同時に形成される。
【００５０】
次に、図５Ｇに示すように、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法により、ミラー８、第１配線２９および第２配線３０を覆うように、層間絶縁膜４０上にパッシベーション膜４１を形成する。
次に、図５Ｈに示すように、公知のパターニング技術により、パッシベーション膜４１および層間絶縁膜４０を選択的に除去する。次に、パッシベーション膜４１をハードマスクとする異方性のディープＲＩＥにより、具体的にはボッシュプロセスにより、半導体基板１２を表面から掘り下げる。これにより、半導体基板１２が、固定電極２４および可動電極２５の形状に成形されとともに、それらの間に半導体によって区画される電極用トレンチ５０が形成される。同時に、表層部４７が揺動部２２およびビーム２３の形状に成形され、それらを取り囲むように、裏面絶縁膜４５によって下端が閉塞された隙間３９が形成される。
【００５１】
この際、互いに厚さの異なる固定電極２４や揺動部２２を同時に形成するため、相対的に薄い揺動部２２およびビーム２３が形成される領域においては、成形後も、揺動部２２等の成形に寄与しない不要なエッチングが続けられることになる。この実施形態では、揺動部２２およびビーム２３へと加工される半導体基板１２の表層部４７とフレーム部２１との間の隙間３９の下端が裏面絶縁膜４５で閉塞されており、この裏面絶縁膜４５がエッチングに用いられるＳＦ６等のエッチングガスのストッパ膜として機能するので、揺動部２２等の形成後、固定電極２４等を成形するために供給されるエッチングガスが揺動部２２やビーム２３に対して第１空洞１７（ミラー用空洞１８およびビーム用空洞１９）側へ通り抜けることを防止することができる。
【００５２】
次に、図５Ｉに示すように、熱酸化法またはＰＥＣＶＤ法により、電極用トレンチ５０および隙間３９の内面全域を含む半導体基板１２の表面１３に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる保護薄膜５１を形成する。
次に、図５Ｊに示すように、エッチバックにより、保護薄膜５１における電極用トレンチ５０の側面上の部分を残して、他の部分が選択的に除去される。これにより、電極用トレンチ５０の底面が露出した状態となる。
【００５３】
次に、図５Ｋに示すように、パッシベーション膜４１をハードマスクとする異方性のディープＲＩＥにより、電極用トレンチ５０の底面をさらに掘り下げる。これにより、電極用トレンチ５０の底部に、半導体基板１２の結晶面が露出した露出空間５２を形成する。この際にも、隙間３９の下端を閉塞する裏面絶縁膜４５がエッチングに用いられるＳＦ６等のエッチングガスのストッパ膜として機能するので、露出空間５２を形成するために供給されるエッチングガスが揺動部２２やビーム２３に対して第１空洞１７側へ通り抜けることを防止することができる。
【００５４】
次に、図５Ｌに示すように、等方性のＲＩＥにより、電極用トレンチ５０の露出空間５２に反応性イオンおよびエッチングガスを供給する。そして、その反応性イオンなどの作用により、半導体基板１２が、各露出空間５２を起点に半導体基板１２の厚さ方向にエッチングされつつ、半導体基板１２の表面１３に平行な方向にエッチングされる。これにより、互いに隣接する全ての露出空間５２が一体化して、半導体基板１２の内部に電極用空洞２０が形成されるとともに、電極用空洞２０内において、固定電極２４および可動電極２５が浮いた状態となる。
【００５５】
次に、図５Ｍに示すように、パッシベーション膜４１をハードマスクとするドライエッチングにより、保護薄膜５１の残りの部分および裏面絶縁膜４５における隙間３９を閉塞していた部分を選択的に除去する。これにより、ミラー用空洞１８およびビーム用空洞１９それぞれにおいて、揺動部２２およびビーム２３が浮いた状態となる。
以上の工程を経て、図２〜図４に示すＭＥＭＳミラーデバイス９が得られる。
【００５６】
以上のように、本実施形態のＭＥＭＳミラーデバイス９の製造方法によれば、図５Ｂに示すように、半導体基板１２を裏面４２から厚さ方向途中部までエッチングすることにより第１空洞１７（ミラー用空洞１８およびビーム用空洞１９）を形成した後、図５Ｈに示すように、当該第１空洞１７に対して表面１３側に形成された半導体基板１２の表層部４７を、ストッパ絶縁膜までエッチングすることにより選択的に除去する（図５Ｈ参照）。
【００５７】
こうして残った表層部４７を利用して、揺動部２２およびビーム２３を形成する。これにより、半導体基板１２の表層部４７からなる揺動部２２およびビーム２３を形成し、同時に、当該揺動部２２（ミラー８）の揺動運動を可能にするためのスペースとして、ミラー用空洞１８を形成する。
ミラー８の揺動運動を可能にするために必要な比較的広い面積のミラー用空洞１８（たとえば、直径Ｄが５００μｍ〜２０００μｍ）を、半導体基板１２の厚さ方向途中部までのエッチングにより画成することができるため、特許文献１のように下層板を厚さ方向に貫通する空洞を形成する場合とは異なり、エッチングの際、半導体基板１２を裏面４２から支持するエッチング装置の支持台へのエッチングガスなどの衝突量を減らすことができる。
【００５８】
しかも、固定電極２４および可動電極２５を成形して、それらの直下に電極用空洞２０を形成する一連の工程（図５Ｈ〜図５Ｌの工程）において、半導体基板１２の表面１３側からエッチングガスを供給する際には、隙間３９の下端が裏面絶縁膜４５によって閉塞されており、その裏面絶縁膜４５がエッチングガスのストッパ膜として機能するので、エッチングガスが、揺動部２２やビーム２３に対して第１空洞１７側へ通り抜けることを防止することができる。
【００５９】
同様に、可動電極２５の駆動を可能にするための電極用空洞２０も、図５Ｈに示すように、半導体基板１２の厚さ方向途中部までのエッチングにより電極用トレンチ５０を画成した後、図５Ｋに示すように、電極用トレンチ５０の底面をさらに掘り下げ、これにより形成された露出空間５２を、図５Ｌに示すように、等方性エッチングにより全て一体化することにより形成する。したがって、電極用空洞２０を形成する際にも、エッチング装置の支持台へのエッチングガスなどの衝突量を減らすことができる。
【００６０】
そして、図２〜図４に示す本発明のＭＥＭＳミラーデバイス９は、フレーム部２１、固定電極２４および可動電極２５、ビーム２３、ならびに揺動部２２の全てが半導体基板１２の一部を加工して形成されている。したがって、これらの構成部材を形成するために、特許文献１のように複数の基板を用いる必要がない。そのため、デバイス全体の厚さが半導体基板１２の厚さＴ１程度で済むので、デバイスの小型化を実現することができる。
【００６１】
すなわち、この実施形態によれば、エッチング装置へのダメージを減らしながら、小型なＭＥＭＳミラーデバイス９を作製することができる。
また、ＭＥＭＳミラーデバイス９において、第１分離絶縁膜３１により、固定電極２４がフレーム部２１から絶縁されているので、フレーム部２１の表面（半導体基板１２の表面１３）を、第１配線２９および第２配線３０を引き回すためのスペースとして効率的に利用することができる。
【００６２】
また、半導体基板１２が導電性シリコン基板であるので、所定の形状に形成された固定電極２４および可動電極２５に対して導電性を付与するための特別な処理を施さなくても、成形後の構造をそのまま電極として利用することができる。また、フレーム部２１と一体な可動電極２５が、フレーム部２１と電気的に繋がることとなるので、フレーム部２１を、可動電極２５の電圧を基板電位に固定するための配線として利用することができる。
【００６３】
なお、揺動部２２およびビーム２３の裏面４４，４６に残った裏面絶縁膜４５（ストッパ膜）は、ＭＥＭＳミラーデバイス９の作製後、図４に示すように残しておいてもよいし、エッチングにより、一部または完全に除去することもできる。
また、本実施形態のＭＥＭＳミラーデバイス９の製造方法では、図５Ｈに示すように、パッシベーション膜４１をハードマスクとして利用するエッチングにより、半導体基板１２を、揺動部２２、ビーム２３、固定電極２４および可動電極２５の形状に同時に加工することができるので、これらを別々に成形する場合に比べて、工程数を少なくすることができる。その結果、ＭＥＭＳミラーデバイス９を効率よく作製することができる。
【００６４】
また、図５Ｋ〜図５Ｌに示すように、電極用空洞２０を形成する際、固定電極２４および可動電極２５の側壁が保護薄膜５１で覆われているため、エッチング媒体が固定電極２４および可動電極２５の側壁へ接触することを防止することができる。そのため、固定電極２４および可動電極２５の侵食を低減することができるので、固定電極２４および可動電極２５の大きさのばらつきを少なくすることができる。
【００６５】
そして、図１のＭＥＭＳミラーモジュール７は、図２〜図４のＭＥＭＳミラーデバイス９を備えているので、小型なＭＥＭＳミラーモジュールを実現することができる。
＜ＭＥＭＳミラーデバイスの他の実施形態（縦型駆動タイプ）＞
図６は、本発明の第２実施形態に係るＭＥＭＳミラーデバイスの模式平面図である。図７は、図６に示すＭＥＭＳミラーデバイスの要部拡大図（図６の破線で囲まれる部分）である。図８は、図６に示すＭＥＭＳミラーデバイスの断面図であって、図７の切断線Ｃ−Ｃでの切断面を示す。図６〜図８において、図２〜図４に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付し、それらの部分については説明を省略する。
【００６６】
前述の実施形態では、横型駆動タイプのＭＥＭＳミラーデバイス９について説明したが、本発明は、櫛歯状の可動電極が、半導体基板１２の表面１３を横切る縦方向に振動する縦型駆動タイプに適用することもできる。
この場合、固定電極の各歯全体が同電位となる状態であっても（２分割されていなくても）、横型駆動タイプとは異なり、駆動方向（半導体基板１２の厚さ方向）に沿って可動電極２５に加わる合力が０（ゼロ）にはならない。
【００６７】
そこで、このＭＥＭＳミラーデバイス６１では、固定電極６２の各歯６３は、図７に示すように、平面視梯子状ではなく、平面視長方形状に形成されている。この平面視長方形状の固定電極６２の各歯６３の基端部には、第１の実施形態と同様に、第１分離絶縁膜３１が埋め込まれている。縦型可動電極の一例としての可動電極６４も同様に、平面視長方形状に形成されている。
【００６８】
固定電極６２に電圧を印加する配線としては、第１配線２９のみが形成されており、電極パッド１４も第１配線２９に対応するものと、グランド配線を兼ねる電極パッド１６が形成されている。
また、固定電極６２は、図８に示すように、可動電極６４の表面（半導体基板１２の表面１３）からはみ出すように半導体基板１２の電極用空洞２０から離れる方向へ断面視円弧状に反っており、半導体基板１２の表面１３から上方に突出した部分６５を有している。固定電極６２を反らすには、たとえば、層間絶縁膜４０における固定電極６２上の部分を、他の部分よりも厚くすればよい。これにより、固定電極６２に対してフレーム部２１へ向かう方向の応力を加えることができ、固定電極６２を反らすことができる。
【００６９】
そして、縦型駆動タイプのＭＥＭＳミラーデバイス６１を動作させるには、駆動ＩＣ１０により、可動電極６４を基板電位に固定した状態で、第１配線２９により、固定電極６２に対して正電圧（たとえば、５０Ｖ〜３００Ｖ）／負電圧（たとえば、−５０Ｖ〜−３００Ｖ）を交互に印加する動作を繰り返す。これにより、固定電極６２と可動電極６４との間には、半導体基板１２の厚さ方向に沿う縦方向にクーロン引力／クーロン斥力を交互に発生させることができる。その結果、櫛歯状の可動電極６４が振り子であるかのように、同じく櫛歯状の固定電極６２を振動の中心として、固定電極６２に対して上下に振動させることができる（図８参照）。
【００７０】
この振動は、可動電極６４のアーム部２７が接続された揺動部２２に伝わるので、揺動部２２は、可動電極６４の振動と同じ位相および同じ周期で振動することになる。その結果、揺動部２２で支持されたミラー８を、一対のビーム２３を揺動軸として揺動させることができる。これにより、図１に示すように、ＭＥＭＳミラーデバイス６１をオン状態にすることができ、ＲＧＢコンバイナ６で合波されたレーザ光を、所定の角度で反射させることができる。
【００７１】
以上のように、この縦型駆動のＭＥＭＳミラーデバイス６１によっても、横型駆動のＭＥＭＳミラーデバイス９と同様の作用効果を発現することができる。
さらに、この縦型駆動のＭＥＭＳミラーデバイス６１では、可動電極６４の縦方向振動を利用してミラー８を直接的に揺動させるので、ミラー８の共振を利用してミラー８を間接的に揺動させる横型駆動のＭＥＭＳミラーデバイス９に比べて、可動電極６４の可動域が小さくても、ミラー８を十分に揺動させることができる。その結果、可動電極６４を駆動させるための電圧を、たとえば、３０Ｖ〜１５０Ｖ程度に小さくすることができる。
【００７２】
また、固定電極６２を上方へ反らせることにより、可動電極６４と固定電極６２との間に、半導体基板１２の厚さ方向に沿って所定の間隔を空けることができるので、縦方向（駆動方向）に０（ゼロ）を超える大きさの成分を持つクーロン引力／クーロン斥力を発生させることができる。そのため、小さな駆動電圧でも可動電極６４を簡単に駆動させることができる。
【００７３】
なお、可動電極６４と固定電極６２との間に半導体基板１２の厚さ方向に沿って所定の間隔を空けるには、固定電極６２を上方へ反らす手法の他、図９に示すように、固定電極６２を、可動電極６４の裏面からはみ出すように半導体基板１２の電極用空洞２０に近づく方向へ反らせてもよい。また、固定電極６２に代えて、図８および図９の固定電極６２の形状に倣って、可動電極６４を上方もしくは下方に反らせてよいし、固定電極６２および可動電極６４の両方を反らせてもよい。
【００７４】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
たとえば、可動電極２５，６４は、その基端部に第１分離絶縁膜３１のような絶縁膜を埋め込むことにより、フレーム部２１から絶縁されていてもよい。その場合、グランド配線の役割を兼ねる電極パッド１６の他に、さらに、可動電極２５に電圧を印加するための電極パッド（配線）を設ければよい。
【００７５】
また、第１分離絶縁膜３１および第２分離絶縁膜３４の材料は、誘電性を有する材料であれば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）でなくてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００７６】
７ ＭＥＭＳミラーモジュール
８ ミラー
９ ＭＥＭＳミラーデバイス
１０ 駆動ＩＣ
１２ 半導体基板
１３ （半導体基板の）表面
１７ 第１空洞
１８ ミラー用空洞
１９ ビーム用空洞
２０ 電極用空洞
２１ フレーム部
２２ 揺動部
２３ ビーム
２４ 固定電極
２５ 可動電極
２９ 第１配線
３０ 第２配線
３１ 第１分離絶縁膜
３４ 第２分離絶縁膜
３９ 隙間
４２ （半導体基板の）裏面
４４ （揺動部の）裏面
４５ 裏面絶縁膜
４６ （ビームの）裏面
４７ （半導体基板の）表層部
４９ 分離用トレンチ
５０ 電極用トレンチ
５１ 保護薄膜
６１ ＭＥＭＳミラーデバイス
６２ 固定電極
６４ 可動電極
６５ （固定電極の）突出部分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、櫛歯状に噛み合って対向する固定電極および可動電極と、当該可動電極の変位に伴って揺動するミラーとを備える静電容量型のＭＥＭＳミラーデバイスおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光のスイッチングやスキャニングを実行するデバイスとして、静電駆動型ＭＥＭＳミラーデバイスが知られている。
たとえば、特許文献１は、スキャニングミラーが取り付けられた上層板と、下層板とを積層した構成からなる静電駆動型ＭＥＭＳミラースキャナを開示している。特許文献１のＭＥＭＳミラースキャナにおいて、上層板には、スキャニングミラーを支持するサスペンションビームと、静電容量駆動源として交互に配置された固定側櫛歯および揺動側櫛歯とが形成されている。下層板には、スキャニングミラーおよびサスペンションビームの揺動を可能にするために、これらの輪郭に添った形状の空洞が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３０８８２０号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明のＭＥＭＳミラーデバイスは、底部が開放された第１空洞および底部が閉塞された第２空洞が互いに繋がるように選択的に形成され、当該第１空洞および第２空洞を横側から区画するフレーム部を有する半導体基板と、前記半導体基板上に設けられたミラーとを含み、前記半導体基板は、前記第１空洞の直上において前記フレーム部に対して間隔を空けて形成され、前記ミラーを下側から支持する揺動部と、前記第１空洞の直上において前記フレーム部と前記揺動部との間に架設され、前記揺動部が前記第１空洞に浮くように、前記揺動部を横側から支持する直線状のビームと、前記第２空洞の直上において前記フレーム部に固定された櫛歯状の固定電極と、前記第１空洞および前記第２空洞に跨って形成され、前記第１空洞の直上において前記揺動部に接続され、前記第２空洞の直上において前記固定電極に対して互いに間隔を空けて噛み合う櫛歯状の可動電極とを一体的に含み、前記揺動部は、前記可動電極の駆動に伴って前記ビームを揺動軸として揺動する。
【０００５】
本発明のＭＥＭＳミラーデバイスは、たとえば、本発明のＭＥＭＳミラーデバイスの製造方法により製造することができる。具体的には、半導体基板を裏面から選択的にエッチングすることにより、前記裏面側が開放された第１空洞を選択的に形成し、同時に、当該第１空洞に対して表面側に前記半導体基板の表層部を形成し、当該第１空洞を横側から区画するフレーム部を形成する工程と、前記半導体基板の前記表層部の裏面にストッパ絶縁膜を形成する工程と、前記半導体基板の前記表層部の表面にミラーを形成する工程と、前記半導体基板の前記表層部を、前記表面から前記ストッパ絶縁膜まで選択的にエッチングすることにより、残った前記表層部を利用して、前記ミラーを下側から支持する揺動部を前記フレーム部に対して間隔を空けるように形成する工程と、前記半導体基板の前記表層部を、前記表面から前記ストッパ絶縁膜まで選択的にエッチングすることにより、残った前記表層部を利用して、前記揺動部を横側から支持する直線状のビームを、前記フレーム部と前記揺動部との間に架設するように形成する工程と、前記フレーム部を、前記半導体基板の表面から前記半導体基板の厚さ方向の途中部まで選択的にエッチングすることにより電極用トレンチを形成し、同時に、当該電極用トレンチを隔てて互いに噛み合って対向する櫛歯状の固定電極および可動電極を形成する工程と、前記電極用トレンチにエッチング媒体を供給する等方性エッチングにより、前記固定電極および前記可動電極の下方部を連続させて、前記第１空洞に繋がる第２空洞を、前記固定電極および前記可動電極の直下に形成する工程と、前記第２空洞の形成後、前記揺動部および前記ビームが前記第１空洞の直上において浮いた状態となるように、前記ストッパ絶縁膜における前記揺動部および前記ビームからはみ出す部分を選択的に除去する工程とを含む方法により製造することができる。
【０００６】
この方法によれば、半導体基板を裏面から厚さ方向途中部までエッチングすることにより第１空洞を形成した後、当該第１空洞に対して表面側に形成された半導体基板の表層部を、ストッパ絶縁膜までエッチングすることにより選択的に除去する。こうして残った表層部を利用して、揺動部を形成する。これにより、半導体基板の表層部からなる揺動部を形成し、同時に、当該揺動部（ミラー）の揺動運動を可能にするためのスペースとして、第１空洞を形成する。
【０００７】
ミラーの揺動運動を可能にするために必要な比較的広い面積の第１空洞を、半導体基板の厚さ方向途中部までのエッチングにより画成することができるため、特許文献１のように下層板を厚さ方向に貫通する空洞を形成する場合とは異なり、エッチングの際、半導体基板を支持するエッチング装置の支持台へのエッチングガスなどの衝突量を減らすことができる。
【０００８】
同様に、可動電極の駆動を可能にするための第２空洞も、半導体基板の厚さ方向途中部までのエッチングにより電極用トレンチを画成した後、当該電極用トレンチを隔てて噛み合う固定電極および可動電極の下方部を、等方性エッチングで連続させることにより形成する。したがって、第２空洞（電極用トレンチ）を形成する際にも、エッチング装置の支持台へのエッチングガスなどの衝突量を減らすことができる。
【０００９】
そして、本発明の方法により製造された本発明のＭＥＭＳミラーデバイスは、フレーム部、固定電極および可動電極、ビーム、ならびに揺動部の全てが半導体基板の一部を加工して形成されている。したがって、これらの構成部材を形成するために、特許文献１のように複数の基板を用いる必要がない。そのため、デバイス全体の厚さが半導体基板の厚さ程度で済むので、デバイスの小型化を実現することができる。
【００１０】
すなわち、本発明によれば、エッチング装置へのダメージを減らしながら、小型なＭＥＭＳミラーデバイスを作製することができる。
また、本発明の製造方法において揺動部およびビームを画成する際に、エッチングガスが第１空洞へ流入することを規制するためのストッパ絶縁膜は、ＭＥＭＳミラーデバイスの作製後、完全に除去してもよいし、たとえば、揺動部の裏面および／またはビームの裏面に裏面絶縁膜として残しておいてもよい。
【００１１】
また、本発明の製造方法では、前記揺動部を形成する工程、前記ビームを形成する工程、および前記固定電極および前記可動電極を形成する工程の少なくとも２つの工程を同時に実行することが好ましい。
これにより、工程数を少なくすることができるので、ＭＥＭＳミラーデバイスを効率よく作製することができる。
【００１２】
また、本発明のＭＥＭＳミラーデバイスでは、前記固定電極および／または前記可動電極に埋設され、前記固定電極および／または前記可動電極の一部を前記半導体基板の他の部分から選択的に絶縁する分離絶縁膜をさらに含むことが好ましい。
これにより、固定電極および／または可動電極を、半導体基板の他の部分に対して電気的に独立（絶縁）させることができるので、半導体基板における当該他の部分の表面を、固定電極および可動電極に接続される配線を引き回すためのスペースとして効率的に利用することができる。
【００１３】
このような分離絶縁膜は、前記電極用トレンチの形成に先立って、前記半導体基板を前記表面から選択的にエッチングすることにより、前記半導体基板に分離用トレンチを形成する工程と、前記分離用トレンチに絶縁材料を埋設することにより、前記分離用トレンチ内に分離絶縁膜を形成する工程とを実行することにより形成することができる。そして、前記電極用トレンチを形成する際に、前記固定電極および前記可動電極の一部が、前記分離絶縁膜により前記半導体基板の他の部分から絶縁されるように、前記半導体基板をエッチングすればよい。
【００１４】
また、本発明のＭＥＭＳミラーデバイスでは、前記ミラーと同一層に形成され、前記固定電極および／または前記可動電極に電圧を印加するための配線をさらに含んでいてもよい。
この「同一層」とは、同一の工程により互いに同時進行で作製される層同士の関係を指し、たとえば、固定電極および／または可動電極の配線を形成する工程を、ミラーを形成する工程と同時に実行することにより、配線とミラーとを同一層に形成することができる。
【００１５】
また、本発明のＭＥＭＳミラーデバイスでは、前記可動電極は、互いに隣り合う前記固定電極に対して、前記半導体基板の表面に沿って近づく方向および遠ざかる方向に交互に変位する横型可動電極を含んでいてもよい。
固定電極と横型可動電極との間に、同極性／異極性の駆動電圧が交互に与えられると、横型可動電極が、互いに隣り合う固定電極の間を半導体基板の表面に沿う横方向に振動する。これにより、可動電極に接続された揺動部が、その振動と同じ位相および同じ周期で横方向に振動する。その結果、揺動部で支持されたミラーを横方向に共振させることができ、ビームを揺動軸として揺動させることができる。
【００１６】
また、本発明のＭＥＭＳミラーデバイスでは、前記可動電極は、櫛歯状の前記固定電極の隙間において、前記半導体基板の表面を横切るように前記第２空洞に近づく方向および遠ざかる方向に交互に変位する縦型可動電極を含んでいてもよい。
固定電極と縦型可動電極との間に、同極性／異極性の駆動電圧が交互に与えられると、縦型可動電極が、櫛歯状の固定電極の隙間において半導体基板の表面を横切る縦方向に振動する。これにより、可動電極に接続された揺動部が、その振動と同じ位相および同じ周期で縦方向に振動する。その結果、揺動部で支持されたミラーを、ビームを揺動軸として揺動させることができる。
【００１７】
可動電極の縦方向振動を利用してミラーを直接的に揺動させるので、ミラーの共振を利用してミラーを間接的に揺動させる場合に比べて、縦型可動電極の可動域が小さくても、ミラーを十分に揺動させることができる。その結果、縦型可動電極を駆動させるための電圧を小さくすることができる。
可動電極を縦方向に駆動させる場合、前記縦型可動電極および／または前記固定電極は、他方の電極の表面からはみ出すように前記第２空洞から離れる方向へ反っているか、または、他方の電極の裏面からはみ出すように前記半導体基板の裏面へ向かう方向へ反っていることが好ましい。
【００１８】
これにより、縦型可動電極と固定電極との間に、縦方向に沿って所定の間隔を空けることができるので、縦方向（駆動方向）に０（ゼロ）を超える大きさの成分を持つ静電引力／斥力を発生させることができる。そのため、小さな駆動電圧でも縦型可動電極を簡単に駆動させることができる。
また、本発明のＭＥＭＳミラーデバイスでは、前記半導体基板は、導電性シリコン基板であることが好ましい。
【００１９】
半導体基板が導電性シリコン基板であれば、櫛歯状の固定電極および可動電極に対して導電性を付与するための特別な処理を施さなくても、成形後の構造をそのまま電極として利用することができる。また、電極として利用される部分を除く部分を、配線として利用することができる。
また、本発明のＭＥＭＳミラーデバイスの製造方法では、前記第２空洞を形成する工程は、前記固定電極および前記可動電極の側壁に保護膜を形成する工程と、前記電極用トレンチの底面上から前記保護膜を選択的に除去する工程と、前記保護膜の除去後、異方性エッチングにより前記電極用トレンチを掘り下げた後、等方性エッチングにより前記固定電極および可動電極の下方部を除去して前記第２空洞を形成する工程とを含むことが好ましい。
【００２０】
この方法によれば、固定電極および可動電極の側壁が保護膜で覆われるため、半導体基板の等方性エッチングにより第２空洞を形成する際、エッチング媒体が固定電極および可動電極の側壁へ接触することを防止することができる。そのため、固定電極および可動電極の侵食を低減することができるので、固定電極および可動電極の大きさのばらつきを少なくすることができる。
【００２１】
そして、本発明のＭＥＭＳミラーモジュールは、本発明のＭＥＭＳミラーデバイスを備えているので、小型なＭＥＭＳミラーモジュールを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳミラーモジュールを備えるレーザプロジェクタの概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係るＭＥＭＳミラーデバイスの模式平面図である。
【図３】図３は、図２に示すＭＥＭＳミラーデバイスの要部拡大図（図２の破線で囲まれる部分）である。
【図４】図４は、図２に示すＭＥＭＳミラーデバイスの断面図であって、図２の切断線Ａ−Ａおよび図３の切断線Ｂ−Ｂでの切断面を示す。
【図５Ａ】図５Ａは、図２に示すＭＥＭＳミラーデバイスの製造工程の一部を示す図であって、図４と同じ位置での切断面を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａの次の工程を示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図５Ｂの次の工程を示す図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、図５Ｃの次の工程を示す図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、図５Ｄの次の工程を示す図である。
【図５Ｆ】図５Ｆは、図５Ｅの次の工程を示す図である。
【図５Ｇ】図５Ｇは、図５Ｆの次の工程を示す図である。
【図５Ｈ】図５Ｈは、図５Ｇの次の工程を示す図である。
【図５Ｉ】図５Ｉは、図５Ｈの次の工程を示す図である。
【図５Ｊ】図５Ｊは、図５Ｉの次の工程を示す図である。
【図５Ｋ】図５Ｋは、図５Ｊの次の工程を示す図である。
【図５Ｌ】図５Ｌは、図５Ｋの次の工程を示す図である。
【図５Ｍ】図５Ｍは、図５Ｌの次の工程を示す図である。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態に係るＭＥＭＳミラーデバイスの模式平面図である。
【図７】図７は、図６に示すＭＥＭＳミラーデバイスの要部拡大図（図６の破線で囲まれる部分）である。
【図８】図８は、図６に示すＭＥＭＳミラーデバイスの断面図であって、図７の切断線Ｃ−Ｃでの切断面を示す。
【図９】図９は、図８に示す固定電極の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
＜ＭＥＭＳミラーモジュールの使用形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳミラーモジュールを備えるレーザプロジェクタの概略構成図である。
図１を参照して、ＭＥＭＳミラーモジュールがレーザプロジェクタに使用される場合の形態について説明する。
【００２４】
レーザプロジェクタ１は、赤色レーザダイオード２、緑色レーザダイオード３および青色レーザダイオード４を含むレーザ光源５と、ＲＧＢコンバイナ６と、ＭＥＭＳミラーモジュール７とを含む。
ＭＥＭＳミラーモジュール７は、レーザ光を反射させるミラー８を有するＭＥＭＳミラーデバイス９と、ＭＥＭＳミラーデバイス９を駆動させるための駆動ドライバの一例としての駆動ＩＣ１０（Integrated Circuit）とを含む。図１ではＭＥＭＳミラーデバイス９を１つのみ示しているが、実用的には、ＭＥＭＳミラーデバイス９は、モジュール内に行列状に配列されたミラーアレイとして設置される。その場合、各ＭＥＭＳミラーデバイス９は、複数の画素が集まってスクリーン１１上に映し出される画像の各画素に１つずつ対応して設けられる。
【００２５】
このレーザプロジェクタ１は、たとえば、レーザ光源５から出射した赤色レーザ（波長が６３５ｎｍ〜６４０ｎｍ）、緑色レーザ（波長が５１０ｎｍ〜５３５ｎｍ）および青色レーザ（波長が４５０ｎｍ〜４６０ｎｍ）の３色のレーザ光をＲＧＢコンバイナ６で混ぜ合わせ、合波後のレーザ光を、駆動ＩＣ１０の制御により電圧が印加されてオンした各ＭＥＭＳミラーデバイス９のミラー８により、スクリーン１１へ向かって反射させる。これにより、各ＭＥＭＳミラーデバイス９からの反射レーザ光がスクリーン１１上に集められ、目的となる画像として映し出される。
＜ＭＥＭＳミラーデバイスの全体構成（横型駆動タイプ）＞
図２は、本発明の第１実施形態に係るＭＥＭＳミラーデバイスの模式平面図である。
【００２６】
次に、図２を参照して、ＭＥＭＳミラーデバイス９の全体構成について説明する。
ＭＥＭＳミラーデバイス９は、平面視長方形状の半導体基板１２を含んでおり、櫛歯状の固定電極２４（後述）に対して噛み合う櫛歯状の可動電極２５（後述）が、半導体基板１２の表面１３に沿う横方向に振動する横型駆動タイプである。
半導体基板１２は、たとえば、３００μｍ〜７２５μｍの厚さＴ１（図４参照）を有する導電性シリコン基板（たとえば、５Ω・ｍ〜５００Ω・ｍの抵抗率を有する低抵抗基板）からなる。
【００２７】
半導体基板１２の一方の長辺に沿う周縁部には、平面視長方形状の電極パッド１４〜１６が当該長辺に沿って配列されている。電極パッド１４〜１６は、半導体基板１２の長手方向中央に対して一方側および他方側に３つずつ設けられている。これらの電極パッド１４〜１６には、駆動ＩＣ１０（図１参照）から電圧を印加するために、ワイヤ（図示せず）などが接続されている。
【００２８】
また、半導体基板１２には、底部が開放された第１空洞１７が形成されている。この第１空洞１７は、半導体基板１２の中心部に形成された平面視円形のミラー用空洞１８と、当該ミラー用空洞１８に対して半導体基板１２の長手方向（長辺に沿う方向）一方側および他方側に１つずつ、当該長手方向に沿って延び、それぞれがミラー用空洞１８の直径Ｄよりも狭い幅Ｗ１（図３参照）を有する直線状のビーム用空洞１９とからなる。ミラー用空洞１８の直径Ｄは、たとえば、５００μｍ〜２０００μｍであり、ビーム用空洞１９の幅Ｗ１は、たとえば、１μｍ〜１０μｍである。
【００２９】
半導体基板１２の中心部を取り囲む周辺部には、底部が閉塞された第２空洞の一例としての電極用空洞２０が複数形成されている。複数の電極用空洞２０は、ミラー用空洞１８に対して半導体基板１２の長手方向一方側および他方側に２つずつ、合計２組形成されている。各組の電極用空洞２０は、ビーム用空洞１９を挟んで電極パッド１４〜１６に近い側および遠い側に１つずつ、互いに平行に形成されている。そして、各電極用空洞２０のミラー用空洞１８に近い側の端部がミラー用空洞１８に連通することにより、電極用空洞２０とミラー用空洞１８とは互いに繋がっている。
【００３０】
上記のようなミラー用空洞１８、ビーム用空洞１９および電極用空洞２０は、半導体基板１２のフレーム部２１によって区画されている。このフレーム部２１は、後述する揺動部２２、ビーム２３、固定電極２４および可動電極２５などを半導体基板１２の加工により形成した後、加工されずに残る半導体基板１２本来の厚さＴ１（たとえば、３００μｍ〜７２５μｍ）を有する部分である。
【００３１】
また、半導体基板１２は、揺動部２２、ビーム２３、固定電極２４および可動電極２５を有しており、これらは半導体基板１２の一部を加工して形成されている。
揺動部２２は、平面視円形に形成されている。円形の揺動部２２は、ミラー用空洞１８の直上において、ミラー用空洞１８を取り囲むフレーム部２１の周縁部全周にわたり、当該周縁部に対して間隔を空けて配置されている。
【００３２】
この揺動部２２の上には、ミラー８が設けられている。ミラー８は、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）からなり、揺動部２２とほぼ同じ形状に形成されている。
ビーム２３は、各ビーム用空洞１９に１つずつ合計２つ（一対）設けられている。一対のビーム２３はそれぞれ、フレーム部２１における各ビーム用空洞１９の半導体基板１２の短辺に近い側の端部を区画する部分からビーム用空洞１９に沿って延びる直線状に形成され、その終端部が揺動部２２に一体的に接続されている。一対のビーム２３により、揺動部２２は、半導体基板１２の表面１３に沿う横方向から浮いた状態で両持ち支持されている。
【００３３】
固定電極２４は、各電極用空洞２０の直上においてフレーム部２１に固定された櫛歯状であり、各開放端が半導体基板１２の幅方向（短辺に沿う方向）内側へ向くように形成されている。また、ビーム用空洞１９を挟んで互いに隣り合う１組の固定電極２４は、それらの歯２６の先端同士が半導体基板１２の幅方向に対向するように、同じピッチＰ１（たとえば、２μｍ〜１０μｍ 図３参照）を有している。つまり、互いに隣り合う固定電極２４の歯２６は、互いに段違いになっているのではなく、半導体基板１２の幅方向に沿う同一直線上に配置されている。また、固定電極２４の歯２６の長さＬ１（フレーム部２１から先端までの距離 図３参照）は、たとえば、１００μｍ〜３００μｍであり、当該長さＬ１に直交する幅Ｗ２は、たとえば、０．５μｍ〜１．５μｍである。
【００３４】
横型可動電極の一例としての可動電極２５は、各電極用空洞２０上において固定電極２４に対して互いに間隔を空けて噛み合う櫛歯状であり、各開放端が半導体基板１２の幅方向外側へ向くように形成されている。このような可動電極２５は、各電極用空洞２０およびミラー用空洞１８に跨り、半導体基板１２の長手方向に沿って直線状に延びるアーム部２７と、各電極用空洞２０の直上においてアーム部２７に一定間隔で配列された複数の歯２８とを有する。アーム部２７における歯２８のピッチＰ２（図３参照）は、たとえば、固定電極２４の歯２６のピッチＰ１と同じ（たとえば、１０μｍ〜３０μｍ）である。また、可動電極２５の歯２８の長さＬ２（アーム部２７から先端までの距離）は、たとえば、１００μｍ〜３００μｍであり、当該長さＬ２に直交する幅Ｗ３は、たとえば、４μｍ〜１０μｍである。
【００３５】
このように、このＭＥＭＳミラーデバイス９では、半導体基板１２の中心部に形成された揺動部２２に対して半導体基板１２の４隅方向のそれぞれに、固定電極２４および可動電極２５が互いに噛み合って構成される駆動部が１つずつ合計４つ設けられている。なお、駆動部の数は、図２のように４つに限られず、たとえば、４隅の方向のそれぞれに駆動部が２つずつ、３つずつというように複数個ずつ設けられていてもよい。
【００３６】
半導体基板１２上には、固定電極２４に電圧を印加するための第１配線２９および第２配線３０が形成されている。固定電極２４の各歯２６には、第１配線２９および第２配線３０が１本ずつ接続されている。これらの配線２９，３０は、半導体基板１２の周縁部において、電極パッド１４，１５として露出している。残りの電極パッド１６は、半導体基板１２のフレーム部２１に接続されており、可動電極２５の電圧を基板電位に固定するためのグランド配線の役割を兼ねている。
＜固定電極および可動電極の要部構成＞
図３は、図２に示すＭＥＭＳミラーデバイス９の要部拡大図（図２の破線で囲まれる部分）である。
【００３７】
次に、図３を参照して、固定電極２４および可動電極２５の具体的な構造を説明する。
固定電極２４の各歯２６は、フレーム部２１に近い側の基端部に第１分離絶縁膜３１（たとえば、酸化シリコン（ＳｉＯ２））が埋め込まれることにより、フレーム部２１から絶縁されている。
絶縁された固定電極２４の各歯２６は、互いに平行に延びる直線状の主フレーム３２と、当該主フレーム３２間に架設された複数の横フレーム３３とを含む平面視梯子状の骨組み構造を有しており、各横フレーム３３に第２分離絶縁膜３４（たとえば、酸化シリコン（ＳｉＯ２））が埋め込まれることにより、横フレーム３３を横切る方向に沿って２分割されている。これにより、固定電極２４の各歯２６において、第２分離絶縁膜３４に対して一方側の主フレーム３２（第１主フレーム３５）および他方側の主フレーム３２（第２主フレーム３６）は互いに絶縁されており、それぞれ独立した電極として機能する。第１主フレーム３５には第２分離絶縁膜３４を横切る第１配線２９が接続され、第２主フレーム３６には第２分離絶縁膜３４を横切る第２配線３０が接続されている。
【００３８】
このように固定電極２４の各歯２６を互いに絶縁された２つの部分に分割する理由は、可動電極２５が動けなくなるのを防止するためである。すなわち、第２分離絶縁膜３４が設けられず、固定電極２４の各歯２６全体が同電位となる状態であると、たとえば、固定電極２４に正電圧を印加したときに、基板電位に固定された可動電極２５には、当該可動電極２５に対してミラー８に近い側の固定電極２４によりミラー８に近づく方向のクーロン引力が加えられると同時に、ミラー８に遠い側の固定電極２４によりミラー８から遠ざかる方向のクーロン引力が加えられる。その結果、駆動方向（半導体基板１２の長手方向）に沿って可動電極２５に加わる合力が０（ゼロ）になり、可動電極２５が動けなくなる。このような現象を防止するためである。
【００３９】
一方、固定電極２４の各歯２６が２分割されていれば、たとえば、ミラー８に近い第１主フレーム３５に正電圧、ミラー８に遠い第２主フレーム３６に負電圧を印加したときに、基板電位に固定された可動電極２５には、ミラー８に近い側の固定電極２４の第２主フレーム３５によりミラー８から遠ざかる方向のクーロン斥力を加えることができると同時に、ミラー８に遠い側の固定電極２４の第１主フレーム３５によりミラー８から遠ざかる方向のクーロン引力を加えることができる。その結果、駆動方向（半導体基板１２の長手方向）に沿って可動電極２５に加わる合力を、クーロン引力＋クーロン斥力とすることができるので、可動電極２５を確実に駆動させることができる。そして、可動電極２５を横方向に振動させるには、第１主フレーム３５および第２主フレーム３６との間に互いに反対極性の電圧を印加する動作を繰り返せばよい。
【００４０】
また、可動電極２５の各歯２８も固定電極２４と同様に、互いに平行に延びる直線状の主フレーム３７と、当該主フレーム３７間に架設された複数の横フレーム３８とを含む平面視梯子状の骨組み構造を有している。
＜ＭＥＭＳミラーデバイス９の断面構成＞
図４は、図２に示すＭＥＭＳミラーデバイスの断面図であって、図２の切断線Ａ−Ａおよび図３の切断線Ｂ−Ｂでの切断面を示す。
【００４１】
次に、図４を参照して、ＭＥＭＳミラーデバイス９の主要な断面構造を説明する。
Ａ−Ａ断面において、揺動部２２の厚さＴ２は、たとえば、５μｍ〜５０μｍであり、フレーム部２１の厚さＴ１は、たとえば、３００μｍ〜７２５μｍである。揺動部２２とフレーム部２１との間には、たとえば、１μｍ〜２０μｍの隙間３９が設けられている。また、ミラー用空洞１８の深さｄ１（半導体基板１２の裏面４２から揺動部２２の裏面４４までの距離）は、たとえば、２９５μｍ〜７２０μｍである。
【００４２】
この揺動部２２を含む半導体基板１２の表面１３には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる層間絶縁膜４０が形成されている。層間絶縁膜４０の厚さは、たとえば、０．２μｍ〜１μｍである。揺動部２２上のミラー８は、この層間絶縁膜４０上に形成されている。ミラー８の厚さＴ３は、たとえば、０．１μｍ〜１μｍである。
層間絶縁膜４０上には、ミラー８の表面を覆うように、窒化シリコン（ＳｉＮ）または酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなるパッシベーション膜４１が形成されている。パッシベーション膜４１の厚さは、たとえば、０．５μｍ〜１．５μｍである。
【００４３】
一方、半導体基板１２の裏面４２には、ミラー用空洞１８を横側から区画するフレーム部２１の側面４３およびミラー用空洞１８を上側から区画する揺動部２２の裏面４４を覆うように、その全域に酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる裏面絶縁膜４５が形成されている。裏面絶縁膜４５の厚さＴ４は、たとえば、０．５μｍ〜１μｍである。
Ｂ−Ｂ断面の固定電極２４において、固定電極２４の第１主フレーム３５と第２主フレーム３６との間を絶縁分離する第２分離絶縁膜３４は、固定電極２４の表面（半導体基板１２の表面１３）から裏面に至るまで半導体基板１２に埋め込まれている。この第２分離絶縁膜３４の幅Ｗ４は、たとえば、１μｍ〜２μｍである。また、図示しないが、第１分離絶縁膜３１も同様に、固定電極２４の表面（半導体基板１２の表面１３）から裏面に至るまで半導体基板１２に埋め込まれている。
【００４４】
また、固定電極２４および可動電極２５の厚さＴ５，Ｔ６は、たとえば、１０μｍ〜２０μｍである。また、電極用空洞２０の深さｄ２（固定電極２４および可動電極２５の裏面から電極用空洞２０の底部までの距離）は、たとえば、５μｍ〜２０μｍである。
また、Ａ−Ａ断面で説明した層間絶縁膜４０およびパッシベーション膜４１は、固定電極２４上にも同様に積層されている。固定電極２４に接続される第１配線２９および第２配線３０は、層間絶縁膜４０の表面に敷設され、その表面がパッシベーション膜４１により覆われている。第１配線２９および第２配線３０は、層間絶縁膜４０を貫通して、固定電極２４の第１主フレーム３５および第２主フレーム３６にそれぞれ接続されている。
【００４５】
Ｂ−Ｂ断面のビーム２３において、ビーム２３の厚さＴ７は、揺動部２２の厚さＴ２と同じであり、たとえば、５μｍ〜５０μｍである。そして、Ａ−Ａ断面で説明した層間絶縁膜４０およびパッシベーション膜４１は、ビーム２３上にも同様に積層されている。
一方、ビーム２３の裏面４６には、Ａ−Ａ断面で説明した裏面絶縁膜４５が、その全域を覆うように形成されている。
＜ＭＥＭＳミラーデバイスの動作方法＞
図１〜図４を参照して、このＭＥＭＳミラーデバイス９を動作させるには、駆動ＩＣ１０により、可動電極２５を基板電位に固定した状態で、第１配線２９および第２配線３０により、第１主フレーム３５および第２主フレーム３６との間に互いに反対極性の電圧を印加する動作を繰り返す。たとえば、まず、第１主フレーム３５に正電圧（たとえば、５０Ｖ〜３００Ｖ）を印加すると同時に、第２主フレーム３６に負電圧（たとえば、−５０Ｖ〜−３００Ｖ）を印加し、次に、第１主フレーム３５に負電圧を印加すると同時に、第２主フレーム３６に正電圧を印加する。そして、この動作を繰り返す。これにより、固定電極２４と、当該固定電極２４に対してミラー８に近い側の可動電極２５との間にクーロン斥力／クーロン引力を交互に発生させることができる。その結果、可動電極２５を半導体基板１２の長手方向に沿って振動させることができる（図３の実線矢印参照）。
【００４６】
この振動は、可動電極２５のアーム部２７が接続された揺動部２２に伝わるので、揺動部２２は、可動電極２５の振動と同じ位相および同じ周期で振動することになる。その結果、揺動部２２で支持されたミラー８を半導体基板１２の長手方向に沿って共振させることができ、一対のビーム２３を揺動軸として揺動させることができる（図４の実線矢印参照）。これにより、ＭＥＭＳミラーデバイス９をオン状態にすることができ、ＲＧＢコンバイナ６で合波されたレーザ光を、所定の角度で反射させることができる。
＜ＭＥＭＳミラーデバイス９の製造方法＞
図５Ａ〜図５Ｍは、図２に示すＭＥＭＳミラーデバイスの製造工程の一部を工程順に示す図であって、図４と同じ位置での切断面を示す。
【００４７】
前述のＭＥＭＳミラーデバイス９を製造するには、たとえば、まず図５Ａに示すように、表面１３および裏面４２を有する半導体基板１２を用意する。
次に、図５Ｂに示すように、熱酸化法（たとえば、１０００℃〜１２００℃の熱酸化処理）により、半導体基板１２の表面１３に層間絶縁膜４０を形成し、同時に、半導体基板１２の裏面４２に裏面絶縁膜４５を形成する。次に、公知のパターニング技術により、裏面絶縁膜４５における第１空洞１７（ミラー用空洞１８およびビーム用空洞１９）を形成すべき領域を選択的に除去する。そして、残った裏面絶縁膜４５をハードマスクとして利用するドライエッチングにより、半導体基板１２を裏面からエッチングする。これにより、半導体基板１２の裏面４２側が開放されたミラー用空洞１８およびビーム用空洞１９が形成され、同時に、これらの空洞１８，１９に対して半導体基板１２の表面１３側に半導体基板１２の表層部４７が形成される。また、当該空洞１８，１９を横側から区画するフレーム部２１が形成される。
【００４８】
次に、図５Ｃに示すように、半導体基板１２におけるミラー用空洞１８およびビーム用空洞１９に露出する部分を熱酸化（たとえば、９００℃〜１２００℃の熱酸化処理）することにより、フレーム部２１の側面４３および表層部４７の裏面４４，４６に絶縁膜４８を形成する。当該絶縁膜４８は、裏面絶縁膜４５と一体化する。
次に、図５Ｄに示すように、公知のパターニング技術により、層間絶縁膜４０における第１分離絶縁膜３１および第２分離絶縁膜３４を形成すべき領域を除去する。そして、残った層間絶縁膜４０をハードマスクとする異方性のディープＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）により、具体的にはボッシュプロセスにより、半導体基板１２を表面から掘り下げる。これにより、半導体基板１２に複数の分離用トレンチ４９が形成される。ボッシュプロセスでは、ＳＦ６（六フッ化硫黄）を使用して半導体基板１２をエッチングする工程と、Ｃ４Ｆ８（パーフルオロシクロブタン）を使用してエッチング面に保護膜を形成する工程と交互に繰り返す。これにより、高いアスペクト比で半導体基板１２をエッチングすることができるが、エッチング面（分離用トレンチ４９の内周面）にスキャロップと呼ばれる波状の凹凸が形成される。
【００４９】
次に、図５Ｅに示すように、半導体基板１２に形成された分離用トレンチ４９内部を熱酸化（たとえば、１０００℃〜１２００℃の熱酸化処理）し、その後、酸化膜の表面をエッチバックする。これにより、分離用トレンチ４９を埋め尽くす第１分離絶縁膜３１および第２分離絶縁膜３４が同時に形成される（第２分離絶縁膜３４のみ図示）。
次に、図５Ｆに示すように、層間絶縁膜４０を選択的に除去することにより、層間絶縁膜４０にコンタクトホールを形成する。次に、当該コンタクトホールを埋め尽くすコンタクトプラグを形成した後、スパッタ法により、層間絶縁膜４０上にアルミニウム（Ａｌ）を堆積し、当該アルミニウムの堆積層をパターニングする。これにより、層間絶縁膜４０上に、ミラー８、第１配線２９および第２配線３０が同時に形成される。
【００５０】
次に、図５Ｇに示すように、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法により、ミラー８、第１配線２９および第２配線３０を覆うように、層間絶縁膜４０上にパッシベーション膜４１を形成する。
次に、図５Ｈに示すように、公知のパターニング技術により、パッシベーション膜４１および層間絶縁膜４０を選択的に除去する。次に、パッシベーション膜４１をハードマスクとする異方性のディープＲＩＥにより、具体的にはボッシュプロセスにより、半導体基板１２を表面から掘り下げる。これにより、半導体基板１２が、固定電極２４および可動電極２５の形状に成形されとともに、それらの間に半導体によって区画される電極用トレンチ５０が形成される。同時に、表層部４７が揺動部２２およびビーム２３の形状に成形され、それらを取り囲むように、裏面絶縁膜４５によって下端が閉塞された隙間３９が形成される。
【００５１】
この際、互いに厚さの異なる固定電極２４や揺動部２２を同時に形成するため、相対的に薄い揺動部２２およびビーム２３が形成される領域においては、成形後も、揺動部２２等の成形に寄与しない不要なエッチングが続けられることになる。この実施形態では、揺動部２２およびビーム２３へと加工される半導体基板１２の表層部４７とフレーム部２１との間の隙間３９の下端が裏面絶縁膜４５で閉塞されており、この裏面絶縁膜４５がエッチングに用いられるＳＦ６等のエッチングガスのストッパ膜として機能するので、揺動部２２等の形成後、固定電極２４等を成形するために供給されるエッチングガスが揺動部２２やビーム２３に対して第１空洞１７（ミラー用空洞１８およびビーム用空洞１９）側へ通り抜けることを防止することができる。
【００５２】
次に、図５Ｉに示すように、熱酸化法またはＰＥＣＶＤ法により、電極用トレンチ５０および隙間３９の内面全域を含む半導体基板１２の表面１３に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる保護薄膜５１を形成する。
次に、図５Ｊに示すように、エッチバックにより、保護薄膜５１における電極用トレンチ５０の側面上の部分を残して、他の部分が選択的に除去される。これにより、電極用トレンチ５０の底面が露出した状態となる。
【００５３】
次に、図５Ｋに示すように、パッシベーション膜４１をハードマスクとする異方性のディープＲＩＥにより、電極用トレンチ５０の底面をさらに掘り下げる。これにより、電極用トレンチ５０の底部に、半導体基板１２の結晶面が露出した露出空間５２を形成する。この際にも、隙間３９の下端を閉塞する裏面絶縁膜４５がエッチングに用いられるＳＦ６等のエッチングガスのストッパ膜として機能するので、露出空間５２を形成するために供給されるエッチングガスが揺動部２２やビーム２３に対して第１空洞１７側へ通り抜けることを防止することができる。
【００５４】
次に、図５Ｌに示すように、等方性のＲＩＥにより、電極用トレンチ５０の露出空間５２に反応性イオンおよびエッチングガスを供給する。そして、その反応性イオンなどの作用により、半導体基板１２が、各露出空間５２を起点に半導体基板１２の厚さ方向にエッチングされつつ、半導体基板１２の表面１３に平行な方向にエッチングされる。これにより、互いに隣接する全ての露出空間５２が一体化して、半導体基板１２の内部に電極用空洞２０が形成されるとともに、電極用空洞２０内において、固定電極２４および可動電極２５が浮いた状態となる。
【００５５】
次に、図５Ｍに示すように、パッシベーション膜４１をハードマスクとするドライエッチングにより、保護薄膜５１の残りの部分および裏面絶縁膜４５における隙間３９を閉塞していた部分を選択的に除去する。これにより、ミラー用空洞１８およびビーム用空洞１９それぞれにおいて、揺動部２２およびビーム２３が浮いた状態となる。
以上の工程を経て、図２〜図４に示すＭＥＭＳミラーデバイス９が得られる。
【００５６】
以上のように、本実施形態のＭＥＭＳミラーデバイス９の製造方法によれば、図５Ｂに示すように、半導体基板１２を裏面４２から厚さ方向途中部までエッチングすることにより第１空洞１７（ミラー用空洞１８およびビーム用空洞１９）を形成した後、図５Ｈに示すように、当該第１空洞１７に対して表面１３側に形成された半導体基板１２の表層部４７を、ストッパ絶縁膜までエッチングすることにより選択的に除去する（図５Ｈ参照）。
【００５７】
こうして残った表層部４７を利用して、揺動部２２およびビーム２３を形成する。これにより、半導体基板１２の表層部４７からなる揺動部２２およびビーム２３を形成し、同時に、当該揺動部２２（ミラー８）の揺動運動を可能にするためのスペースとして、ミラー用空洞１８を形成する。
ミラー８の揺動運動を可能にするために必要な比較的広い面積のミラー用空洞１８（たとえば、直径Ｄが５００μｍ〜２０００μｍ）を、半導体基板１２の厚さ方向途中部までのエッチングにより画成することができるため、特許文献１のように下層板を厚さ方向に貫通する空洞を形成する場合とは異なり、エッチングの際、半導体基板１２を裏面４２から支持するエッチング装置の支持台へのエッチングガスなどの衝突量を減らすことができる。
【００５８】
しかも、固定電極２４および可動電極２５を成形して、それらの直下に電極用空洞２０を形成する一連の工程（図５Ｈ〜図５Ｌの工程）において、半導体基板１２の表面１３側からエッチングガスを供給する際には、隙間３９の下端が裏面絶縁膜４５によって閉塞されており、その裏面絶縁膜４５がエッチングガスのストッパ膜として機能するので、エッチングガスが、揺動部２２やビーム２３に対して第１空洞１７側へ通り抜けることを防止することができる。
【００５９】
同様に、可動電極２５の駆動を可能にするための電極用空洞２０も、図５Ｈに示すように、半導体基板１２の厚さ方向途中部までのエッチングにより電極用トレンチ５０を画成した後、図５Ｋに示すように、電極用トレンチ５０の底面をさらに掘り下げ、これにより形成された露出空間５２を、図５Ｌに示すように、等方性エッチングにより全て一体化することにより形成する。したがって、電極用空洞２０を形成する際にも、エッチング装置の支持台へのエッチングガスなどの衝突量を減らすことができる。
【００６０】
そして、図２〜図４に示す本発明のＭＥＭＳミラーデバイス９は、フレーム部２１、固定電極２４および可動電極２５、ビーム２３、ならびに揺動部２２の全てが半導体基板１２の一部を加工して形成されている。したがって、これらの構成部材を形成するために、特許文献１のように複数の基板を用いる必要がない。そのため、デバイス全体の厚さが半導体基板１２の厚さＴ１程度で済むので、デバイスの小型化を実現することができる。
【００６１】
すなわち、この実施形態によれば、エッチング装置へのダメージを減らしながら、小型なＭＥＭＳミラーデバイス９を作製することができる。
また、ＭＥＭＳミラーデバイス９において、第１分離絶縁膜３１により、固定電極２４がフレーム部２１から絶縁されているので、フレーム部２１の表面（半導体基板１２の表面１３）を、第１配線２９および第２配線３０を引き回すためのスペースとして効率的に利用することができる。
【００６２】
また、半導体基板１２が導電性シリコン基板であるので、所定の形状に形成された固定電極２４および可動電極２５に対して導電性を付与するための特別な処理を施さなくても、成形後の構造をそのまま電極として利用することができる。また、フレーム部２１と一体な可動電極２５が、フレーム部２１と電気的に繋がることとなるので、フレーム部２１を、可動電極２５の電圧を基板電位に固定するための配線として利用することができる。
【００６３】
なお、揺動部２２およびビーム２３の裏面４４，４６に残った裏面絶縁膜４５（ストッパ膜）は、ＭＥＭＳミラーデバイス９の作製後、図４に示すように残しておいてもよいし、エッチングにより、一部または完全に除去することもできる。
また、本実施形態のＭＥＭＳミラーデバイス９の製造方法では、図５Ｈに示すように、パッシベーション膜４１をハードマスクとして利用するエッチングにより、半導体基板１２を、揺動部２２、ビーム２３、固定電極２４および可動電極２５の形状に同時に加工することができるので、これらを別々に成形する場合に比べて、工程数を少なくすることができる。その結果、ＭＥＭＳミラーデバイス９を効率よく作製することができる。
【００６４】
また、図５Ｋ〜図５Ｌに示すように、電極用空洞２０を形成する際、固定電極２４および可動電極２５の側壁が保護薄膜５１で覆われているため、エッチング媒体が固定電極２４および可動電極２５の側壁へ接触することを防止することができる。そのため、固定電極２４および可動電極２５の侵食を低減することができるので、固定電極２４および可動電極２５の大きさのばらつきを少なくすることができる。
【００６５】
そして、図１のＭＥＭＳミラーモジュール７は、図２〜図４のＭＥＭＳミラーデバイス９を備えているので、小型なＭＥＭＳミラーモジュールを実現することができる。
＜ＭＥＭＳミラーデバイスの他の実施形態（縦型駆動タイプ）＞
図６は、本発明の第２実施形態に係るＭＥＭＳミラーデバイスの模式平面図である。図７は、図６に示すＭＥＭＳミラーデバイスの要部拡大図（図６の破線で囲まれる部分）である。図８は、図６に示すＭＥＭＳミラーデバイスの断面図であって、図７の切断線Ｃ−Ｃでの切断面を示す。図６〜図８において、図２〜図４に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付し、それらの部分については説明を省略する。
【００６６】
前述の実施形態では、横型駆動タイプのＭＥＭＳミラーデバイス９について説明したが、本発明は、櫛歯状の可動電極が、半導体基板１２の表面１３を横切る縦方向に振動する縦型駆動タイプに適用することもできる。
この場合、固定電極の各歯全体が同電位となる状態であっても（２分割されていなくても）、横型駆動タイプとは異なり、駆動方向（半導体基板１２の厚さ方向）に沿って可動電極２５に加わる合力が０（ゼロ）にはならない。
【００６７】
そこで、このＭＥＭＳミラーデバイス６１では、固定電極６２の各歯６３は、図７に示すように、平面視梯子状ではなく、平面視長方形状に形成されている。この平面視長方形状の固定電極６２の各歯６３の基端部には、第１の実施形態と同様に、第１分離絶縁膜３１が埋め込まれている。縦型可動電極の一例としての可動電極６４も同様に、平面視長方形状に形成されている。
【００６８】
固定電極６２に電圧を印加する配線としては、第１配線２９のみが形成されており、電極パッド１４も第１配線２９に対応するものと、グランド配線を兼ねる電極パッド１６が形成されている。
また、固定電極６２は、図８に示すように、可動電極６４の表面（半導体基板１２の表面１３）からはみ出すように半導体基板１２の電極用空洞２０から離れる方向へ断面視円弧状に反っており、半導体基板１２の表面１３から上方に突出した部分６５を有している。固定電極６２を反らすには、たとえば、層間絶縁膜４０における固定電極６２上の部分を、他の部分よりも厚くすればよい。これにより、固定電極６２に対してフレーム部２１へ向かう方向の応力を加えることができ、固定電極６２を反らすことができる。
【００６９】
そして、縦型駆動タイプのＭＥＭＳミラーデバイス６１を動作させるには、駆動ＩＣ１０により、可動電極６４を基板電位に固定した状態で、第１配線２９により、固定電極６２に対して正電圧（たとえば、５０Ｖ〜３００Ｖ）／負電圧（たとえば、−５０Ｖ〜−３００Ｖ）を交互に印加する動作を繰り返す。これにより、固定電極６２と可動電極６４との間には、半導体基板１２の厚さ方向に沿う縦方向にクーロン引力／クーロン斥力を交互に発生させることができる。その結果、櫛歯状の可動電極６４が振り子であるかのように、同じく櫛歯状の固定電極６２を振動の中心として、固定電極６２に対して上下に振動させることができる（図８参照）。
【００７０】
この振動は、可動電極６４のアーム部２７が接続された揺動部２２に伝わるので、揺動部２２は、可動電極６４の振動と同じ位相および同じ周期で振動することになる。その結果、揺動部２２で支持されたミラー８を、一対のビーム２３を揺動軸として揺動させることができる。これにより、図１に示すように、ＭＥＭＳミラーデバイス６１をオン状態にすることができ、ＲＧＢコンバイナ６で合波されたレーザ光を、所定の角度で反射させることができる。
【００７１】
以上のように、この縦型駆動のＭＥＭＳミラーデバイス６１によっても、横型駆動のＭＥＭＳミラーデバイス９と同様の作用効果を発現することができる。
さらに、この縦型駆動のＭＥＭＳミラーデバイス６１では、可動電極６４の縦方向振動を利用してミラー８を直接的に揺動させるので、ミラー８の共振を利用してミラー８を間接的に揺動させる横型駆動のＭＥＭＳミラーデバイス９に比べて、可動電極６４の可動域が小さくても、ミラー８を十分に揺動させることができる。その結果、可動電極６４を駆動させるための電圧を、たとえば、３０Ｖ〜１５０Ｖ程度に小さくすることができる。
【００７２】
また、固定電極６２を上方へ反らせることにより、可動電極６４と固定電極６２との間に、半導体基板１２の厚さ方向に沿って所定の間隔を空けることができるので、縦方向（駆動方向）に０（ゼロ）を超える大きさの成分を持つクーロン引力／クーロン斥力を発生させることができる。そのため、小さな駆動電圧でも可動電極６４を簡単に駆動させることができる。
【００７３】
なお、可動電極６４と固定電極６２との間に半導体基板１２の厚さ方向に沿って所定の間隔を空けるには、固定電極６２を上方へ反らす手法の他、図９に示すように、固定電極６２を、可動電極６４の裏面からはみ出すように半導体基板１２の電極用空洞２０に近づく方向へ反らせてもよい。また、固定電極６２に代えて、図８および図９の固定電極６２の形状に倣って、可動電極６４を上方もしくは下方に反らせてよいし、固定電極６２および可動電極６４の両方を反らせてもよい。
【００７４】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
たとえば、可動電極２５，６４は、その基端部に第１分離絶縁膜３１のような絶縁膜を埋め込むことにより、フレーム部２１から絶縁されていてもよい。その場合、グランド配線の役割を兼ねる電極パッド１６の他に、さらに、可動電極２５に電圧を印加するための電極パッド（配線）を設ければよい。
【００７５】
また、第１分離絶縁膜３１および第２分離絶縁膜３４の材料は、誘電性を有する材料であれば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）でなくてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００７６】
７ ＭＥＭＳミラーモジュール
８ ミラー
９ ＭＥＭＳミラーデバイス
１０ 駆動ＩＣ
１２ 半導体基板
１３ （半導体基板の）表面
１７ 第１空洞
１８ ミラー用空洞
１９ ビーム用空洞
２０ 電極用空洞
２１ フレーム部
２２ 揺動部
２３ ビーム
２４ 固定電極
２５ 可動電極
２９ 第１配線
３０ 第２配線
３１ 第１分離絶縁膜
３４ 第２分離絶縁膜
３９ 隙間
４２ （半導体基板の）裏面
４４ （揺動部の）裏面
４５ 裏面絶縁膜
４６ （ビームの）裏面
４７ （半導体基板の）表層部
４９ 分離用トレンチ
５０ 電極用トレンチ
５１ 保護薄膜
６１ ＭＥＭＳミラーデバイス
６２ 固定電極
６４ 可動電極
６５ （固定電極の）突出部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部が開放された第１空洞および底部が閉塞された第２空洞が互いに繋がるように選択的に形成され、当該第１空洞および第２空洞を横側から区画するフレーム部を有する半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられたミラーとを含み、
前記半導体基板は、
前記第１空洞の直上において前記フレーム部に対して間隔を空けて形成され、前記ミラーを下側から支持する揺動部と、
前記第１空洞の直上において前記フレーム部と前記揺動部との間に架設され、前記揺動部が前記第１空洞に浮くように、前記揺動部を横側から支持する直線状のビームと、
前記第２空洞の直上において前記フレーム部に固定された櫛歯状の固定電極と、
前記第１空洞および前記第２空洞に跨って形成され、前記第１空洞の直上において前記揺動部に接続され、前記第２空洞の直上において前記固定電極に対して互いに間隔を空けて噛み合う櫛歯状の可動電極とを一体的に含み、
前記揺動部は、前記可動電極の駆動に伴って前記ビームを揺動軸として揺動する、ＭＥＭＳミラーデバイス。
【請求項２】
前記揺動部の裏面に形成された裏面絶縁膜をさらに含む、請求項１に記載のＭＥＭＳミラーデバイス。
【請求項３】
前記固定電極および／または前記可動電極に埋設され、前記固定電極および／または前記可動電極の一部を前記半導体基板の他の部分から選択的に絶縁する分離絶縁膜をさらに含む、請求項１または２に記載のＭＥＭＳミラーデバイス。
【請求項４】
前記ミラーと同一層に形成され、前記固定電極および／または前記可動電極に電圧を印加するための配線をさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳミラーデバイス。
【請求項５】
前記可動電極は、互いに隣り合う前記固定電極に対して、前記半導体基板の表面に沿って近づく方向および遠ざかる方向に交互に変位する横型可動電極を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳミラーデバイス。
【請求項６】
前記可動電極は、櫛歯状の前記固定電極の隙間において、前記半導体基板の表面を横切るように前記第２空洞に近づく方向および遠ざかる方向に交互に変位する縦型可動電極を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のＭＥＭＳミラーデバイス。
【請求項７】
前記縦型可動電極は、前記固定電極の表面からはみ出すように前記第２空洞から離れる方向へ反っているか、または、前記固定電極の裏面からはみ出すように前記半導体基板の裏面へ向かう方向へ反っている、請求項６に記載のＭＥＭＳミラーデバイス。
【請求項８】
前記固定電極は、前記縦型可動電極の表面からはみ出すように前記第２空洞から離れる方向へ反っているか、または、前記縦型可動電極の裏面からはみ出すように前記半導体基板の裏面へ向かう方向へ反っている、請求項６または７に記載のＭＥＭＳミラーデバイス。
【請求項９】
前記半導体基板は、導電性シリコン基板である、請求項１〜８のいずれか一項に記載のＭＥＭＳミラーデバイス。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のＭＥＭＳミラーデバイスと、
前記ＭＥＭＳミラーデバイスを駆動させるための駆動用ドライバとを含む、ＭＥＭＳミラーモジュール。
【請求項１１】
半導体基板を裏面から選択的にエッチングすることにより、前記裏面側が開放された第１空洞を選択的に形成し、同時に、当該第１空洞に対して表面側に前記半導体基板の表層部を形成し、当該第１空洞を横側から区画するフレーム部を形成する工程と、
前記半導体基板の前記表層部の裏面にストッパ絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体基板の前記表層部の表面にミラーを形成する工程と、
前記半導体基板の前記表層部を、前記表面から前記ストッパ絶縁膜まで選択的にエッチングすることにより、残った前記表層部を利用して、前記ミラーを下側から支持する揺動部を前記フレーム部に対して間隔を空けるように形成する工程と、
前記半導体基板の前記表層部を、前記表面から前記ストッパ絶縁膜まで選択的にエッチングすることにより、残った前記表層部を利用して、前記揺動部を横側から支持する直線状のビームを、前記フレーム部と前記揺動部との間に架設するように形成する工程と、
前記フレーム部を、前記半導体基板の表面から前記半導体基板の厚さ方向の途中部まで選択的にエッチングすることにより電極用トレンチを形成し、同時に、当該電極用トレンチを隔てて互いに噛み合って対向する櫛歯状の固定電極および可動電極を形成する工程と、
前記電極用トレンチにエッチング媒体を供給する等方性エッチングにより、前記固定電極および前記可動電極の下方部を連続させて、前記第１空洞に繋がる第２空洞を、前記固定電極および前記可動電極の直下に形成する工程と、
前記第２空洞の形成後、前記揺動部および前記ビームが前記第１空洞の直上において浮いた状態となるように、前記ストッパ絶縁膜における前記揺動部および前記ビームからはみ出す部分を選択的に除去する工程とを含む、ＭＥＭＳミラーデバイスの製造方法。
【請求項１２】
前記揺動部を形成する工程、前記ビームを形成する工程、および前記固定電極および前記可動電極を形成する工程の少なくとも２つの工程を同時に実行する、請求項１１に記載のＭＥＭＳミラーデバイスの製造方法。
【請求項１３】
前記電極用トレンチの形成に先立って、前記半導体基板を前記表面から選択的にエッチングすることにより、前記半導体基板に分離用トレンチを形成する工程と、
前記分離用トレンチに絶縁材料を埋設することにより、前記分離用トレンチ内に分離絶縁膜を形成する工程とをさらに含み、
前記電極用トレンチを形成する工程は、前記固定電極および前記可動電極の一部が、前記分離絶縁膜により前記半導体基板の部分から選択的に絶縁されるように、前記半導体基板をエッチングする工程を含む、請求項１１または１２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記ミラーを形成する工程と同時に実行され、前記固定電極および／または前記可動電極に電圧を印加するための配線を形成する工程をさらに含む、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳミラーデバイスの製造方法。
【請求項１５】
前記第２空洞を形成する工程は、
前記固定電極および前記可動電極の側壁に保護膜を形成する工程と、
前記電極用トレンチの底面上から前記保護膜を選択的に除去する工程と、
前記保護膜の除去後、異方性エッチングにより前記電極用トレンチを掘り下げた後、等方性エッチングにより前記固定電極および可動電極の下方部を除去して前記第２空洞を形成する工程とを含む、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳミラーデバイスの製造方法。
【請求項１】
底部が開放された第１空洞および底部が閉塞された第２空洞が互いに繋がるように選択的に形成され、当該第１空洞および第２空洞を横側から区画するフレーム部を有する半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられたミラーとを含み、
前記半導体基板は、
前記第１空洞の直上において前記フレーム部に対して間隔を空けて形成され、前記ミラーを下側から支持する揺動部と、
前記第１空洞の直上において前記フレーム部と前記揺動部との間に架設され、前記揺動部が前記第１空洞に浮くように、前記揺動部を横側から支持する直線状のビームと、
前記第２空洞の直上において前記フレーム部に固定された櫛歯状の固定電極と、
前記第１空洞および前記第２空洞に跨って形成され、前記第１空洞の直上において前記揺動部に接続され、前記第２空洞の直上において前記固定電極に対して互いに間隔を空けて噛み合う櫛歯状の可動電極とを一体的に含み、
前記揺動部は、前記可動電極の駆動に伴って前記ビームを揺動軸として揺動する、ＭＥＭＳミラーデバイス。
【請求項２】
前記揺動部の裏面に形成された裏面絶縁膜をさらに含む、請求項１に記載のＭＥＭＳミラーデバイス。
【請求項３】
前記固定電極および／または前記可動電極に埋設され、前記固定電極および／または前記可動電極の一部を前記半導体基板の他の部分から選択的に絶縁する分離絶縁膜をさらに含む、請求項１または２に記載のＭＥＭＳミラーデバイス。
【請求項４】
前記ミラーと同一層に形成され、前記固定電極および／または前記可動電極に電圧を印加するための配線をさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳミラーデバイス。
【請求項５】
前記可動電極は、互いに隣り合う前記固定電極に対して、前記半導体基板の表面に沿って近づく方向および遠ざかる方向に交互に変位する横型可動電極を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳミラーデバイス。
【請求項６】
前記可動電極は、櫛歯状の前記固定電極の隙間において、前記半導体基板の表面を横切るように前記第２空洞に近づく方向および遠ざかる方向に交互に変位する縦型可動電極を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のＭＥＭＳミラーデバイス。
【請求項７】
前記縦型可動電極は、前記固定電極の表面からはみ出すように前記第２空洞から離れる方向へ反っているか、または、前記固定電極の裏面からはみ出すように前記半導体基板の裏面へ向かう方向へ反っている、請求項６に記載のＭＥＭＳミラーデバイス。
【請求項８】
前記固定電極は、前記縦型可動電極の表面からはみ出すように前記第２空洞から離れる方向へ反っているか、または、前記縦型可動電極の裏面からはみ出すように前記半導体基板の裏面へ向かう方向へ反っている、請求項６または７に記載のＭＥＭＳミラーデバイス。
【請求項９】
前記半導体基板は、導電性シリコン基板である、請求項１〜８のいずれか一項に記載のＭＥＭＳミラーデバイス。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のＭＥＭＳミラーデバイスと、
前記ＭＥＭＳミラーデバイスを駆動させるための駆動用ドライバとを含む、ＭＥＭＳミラーモジュール。
【請求項１１】
半導体基板を裏面から選択的にエッチングすることにより、前記裏面側が開放された第１空洞を選択的に形成し、同時に、当該第１空洞に対して表面側に前記半導体基板の表層部を形成し、当該第１空洞を横側から区画するフレーム部を形成する工程と、
前記半導体基板の前記表層部の裏面にストッパ絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体基板の前記表層部の表面にミラーを形成する工程と、
前記半導体基板の前記表層部を、前記表面から前記ストッパ絶縁膜まで選択的にエッチングすることにより、残った前記表層部を利用して、前記ミラーを下側から支持する揺動部を前記フレーム部に対して間隔を空けるように形成する工程と、
前記半導体基板の前記表層部を、前記表面から前記ストッパ絶縁膜まで選択的にエッチングすることにより、残った前記表層部を利用して、前記揺動部を横側から支持する直線状のビームを、前記フレーム部と前記揺動部との間に架設するように形成する工程と、
前記フレーム部を、前記半導体基板の表面から前記半導体基板の厚さ方向の途中部まで選択的にエッチングすることにより電極用トレンチを形成し、同時に、当該電極用トレンチを隔てて互いに噛み合って対向する櫛歯状の固定電極および可動電極を形成する工程と、
前記電極用トレンチにエッチング媒体を供給する等方性エッチングにより、前記固定電極および前記可動電極の下方部を連続させて、前記第１空洞に繋がる第２空洞を、前記固定電極および前記可動電極の直下に形成する工程と、
前記第２空洞の形成後、前記揺動部および前記ビームが前記第１空洞の直上において浮いた状態となるように、前記ストッパ絶縁膜における前記揺動部および前記ビームからはみ出す部分を選択的に除去する工程とを含む、ＭＥＭＳミラーデバイスの製造方法。
【請求項１２】
前記揺動部を形成する工程、前記ビームを形成する工程、および前記固定電極および前記可動電極を形成する工程の少なくとも２つの工程を同時に実行する、請求項１１に記載のＭＥＭＳミラーデバイスの製造方法。
【請求項１３】
前記電極用トレンチの形成に先立って、前記半導体基板を前記表面から選択的にエッチングすることにより、前記半導体基板に分離用トレンチを形成する工程と、
前記分離用トレンチに絶縁材料を埋設することにより、前記分離用トレンチ内に分離絶縁膜を形成する工程とをさらに含み、
前記電極用トレンチを形成する工程は、前記固定電極および前記可動電極の一部が、前記分離絶縁膜により前記半導体基板の部分から選択的に絶縁されるように、前記半導体基板をエッチングする工程を含む、請求項１１または１２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記ミラーを形成する工程と同時に実行され、前記固定電極および／または前記可動電極に電圧を印加するための配線を形成する工程をさらに含む、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳミラーデバイスの製造方法。
【請求項１５】
前記第２空洞を形成する工程は、
前記固定電極および前記可動電極の側壁に保護膜を形成する工程と、
前記電極用トレンチの底面上から前記保護膜を選択的に除去する工程と、
前記保護膜の除去後、異方性エッチングにより前記電極用トレンチを掘り下げた後、等方性エッチングにより前記固定電極および可動電極の下方部を除去して前記第２空洞を形成する工程とを含む、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳミラーデバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図５Ｆ】
【図５Ｇ】
【図５Ｈ】
【図５Ｉ】
【図５Ｊ】
【図５Ｋ】
【図５Ｌ】
【図５Ｍ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図５Ｆ】
【図５Ｇ】
【図５Ｈ】
【図５Ｉ】
【図５Ｊ】
【図５Ｋ】
【図５Ｌ】
【図５Ｍ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２２０５３１（Ｐ２０１２−２２０５３１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８２８３６（Ｐ２０１１−８２８３６）
【出願日】平成２３年４月４日（２０１１．４．４）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月４日（２０１１．４．４）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
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