JP2005025020A - 波長可変干渉フィルタ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】静電駆動方式の波長可変干渉フィルタにおいて、その故障の原因となる可動部と電極間の放電や電気的短絡を確実に防止し、信頼性の向上に寄与する波長可変干渉フィルタおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】可動鏡を有する可動部１３が静電引力の作用により変位可能に構成された波長可変干渉フィルタにおいて、前記可動部１３はシリコンからなり、その表面には、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコンオキシナイトライド等の絶縁膜１４を形成する。
【選択図】 図１
【解決手段】可動鏡を有する可動部１３が静電引力の作用により変位可能に構成された波長可変干渉フィルタにおいて、前記可動部１３はシリコンからなり、その表面には、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコンオキシナイトライド等の絶縁膜１４を形成する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファブリ・ペロー干渉計の原理を利用した、波長可変干渉フィルタ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ファブリ・ペロー干渉計の原理を利用した波長可変干渉フィルタは、２つの高反射膜を所定の平行な間隔（光学的ギャップともいう）を隔てて対向配置したもので、波長の選択性が高いことから、特に波長分割多重伝送（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光通信の技術分野にて注目されているものである。このような波長可変干渉フィルタとしては、ポリシリコンからなり、表面に高反射膜（可動鏡）を形成した静電駆動電極側の可動部下面に円周状に複数の突起を設けたファブリ・ペローフィルタが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、ｎ型シリコンウエハからなり、静電気により変位させる可動鏡を有するファブリ・ペローフィルタも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許第６２７１０５２号明細書（第１−２頁、図１Ｃ、図１Ｄ）
【特許文献２】
米国特許第６２７１０５２号明細書（第３−４頁、図４Ｈ）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１の突起は過剰な駆動電圧が印加された場合、可動鏡を有する可動部と電極が接触、固着することを防止するためのものである。しかしながら、該可動部および突起はポリシリコンで出来ているため、可動部と電極が異常に接近したり、または接触した場合には、放電や電気的短絡が生じる可能性があった。
一方、上記特許文献２では、可動部または駆動用電極には、絶縁膜が設けられていない。可動部下面（駆動用電極側の面）には、シャドウマスクによる反射防止膜が設けられているが、この方法では、静電ギャップ部分に反射防止膜を堆積することは出来ず、該反射防止膜は絶縁膜としては機能しないものである。
【０００５】
したがって、本発明は、静電駆動方式の波長可変干渉フィルタにおいて、その故障の原因となる可動部と電極間の放電や電気的短絡を確実に防止し、信頼性の向上に寄与する波長可変干渉フィルタおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の波長可変干渉フィルタは、可動鏡を有する可動部が静電引力の作用により変位可能に構成された波長可変干渉フィルタにおいて、前記可動部はシリコンからなり、その表面には、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコンオキシナイトライド等の絶縁膜が形成されていることを特徴とする。
可動鏡が形成される可動部の表面には絶縁膜が形成されているので、可動部に過剰の静電引力が働いた場合や、外力により、可動部が通常の可動範囲を超えて、静電駆動電極である支持基板に異常に接近または接触した場合に、放電または電気的短絡が生じないため、波長可変干渉フィルタの信頼性を向上させることができる。
【０００７】
また、本発明において、前記可動部の光学的ギャップ側の前記絶縁膜上には前記可動鏡として高反射膜が形成され、前記可動部の静電ギャップ側の前記絶縁膜上には反射防止膜が形成されているものである。
このように構成することにより、上記の効果に加えて、可動部は、支持基板との間に直流または交流電界を印加することで静電引力により変位するため、干渉条件が変化し、高反射膜からなる可動鏡の位置に応じて特定波長の光を分離することができる。
【０００８】
ここで、前記高反射膜および反射防止膜は誘電体膜の多層膜からなるものであり、具体的には、シリコン酸化（ＳｉＯ２）膜および五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）膜、またはシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜と五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）膜とシリコン窒化（ＳｉＮ）膜を交互に積層した多層膜からなるものである。
このような誘電体膜の多層膜とすることで、非常に高い反射率をもつ高反射膜、および非常に低い反射率をもつ反射防止膜が得られる。
【０００９】
また、本発明において、前記可動部はシリコンからなり、その外周部が複数のヒンジ部を介して同じシリコンからなる基板接合部に連結されているものである。
この構成により、可動部を支持基板上で水平に浮かせた状態で支持することが可能となり、静電引力の作用により水平に平行に変位させることが可能となる。これによって、高反射膜の固定鏡との間に形成される光学的ギャップは平行に変化する。
【００１０】
また、本発明において、前記可動部と所定の静電ギャップを介して対向する基板はシリコンからなり、その基板表面には、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコンオキシナイトライド等の絶縁膜が形成されているものである。
絶縁膜は、支持基板の表面に形成されていても良いものである。すなわち、静電ギャップを形成する可動部および支持基板の対向面の少なくとも一方に絶縁膜が形成されていればよい。
【００１１】
本発明の波長可変干渉フィルタの製造方法は、ＳＯＩ基板を用いて、ドライエッチングにより、前記ＳＯＩ基板の活性層に可動部および該可動部を支持する複数のヒンジ部を形成するとともに、前記ＳＯＩ基板の支持基板に貫通穴を形成する工程と、
ウェットエッチングにより、前記可動部およびヒンジ部の下にある絶縁層を除去する工程と、
前記可動部および支持基板のいずれか一方または両方の表面に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコンオキシナイトライド等の絶縁膜を形成する工程と、
前記可動部の裏面の前記絶縁膜上には、誘電体膜の反射防止膜を形成し、前記可動部の表面の前記絶縁膜上には、誘電体膜の高反射膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明では、ＳＯＩ基板を出発材料として可動基板すなわち静電駆動用基板を形成するものである。可動部およびこれを支持するヒンジ部は、ＳＯＩ基板の活性層の部分に形成され、静電駆動電極となる部分はＳＯＩ基板のシリコン支持基板に形成される。可動部およびヒンジ部を浮かせた状態に形成するために、シリコン支持基板には貫通穴がドライエッチングで形成され、さらに可動部およびヒンジ部の下にある絶縁層がウェットエッチングにより除去される。そして、この可動部およびシリコン支持基板のいずれか一方または両方の面に前記絶縁膜を施すことにより、信頼性の高い波長可変干渉フィルタを製造することができる。
また、前記絶縁膜は、熱酸化、減圧熱ＣＶＤ、またはプラズマＣＶＤのいずれかの方法により形成する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における波長可変干渉フィルタの断面図、図２は図１の第２の基板を省いて示す第１の基板の上面図である。
この波長可変干渉フィルタ１０は、例えばＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板からなる第１の基板１１と、例えばガラス基板からなる第２の基板１２とから構成されている。第１の基板１１と第２の基板１２とは例えば、陽極接合により接合されている。
【００１４】
第１の基板１１は、特に限定するものではないが、ここではＳＯＩ基板を用いて可動基板または静電駆動用基板を構成することにしている。ＳＯＩ基板は、シリコン支持基板１１１と、絶縁層（例えば、ＳｉＯ２膜）１１２と、Ｓｉの活性層１１３とを順次積層した構造からなっている。ＳＯＩ基板は市販品を用いても良いし、ＳｉＯ２膜が形成されたシリコン基板を貼り合わせることによりＳＯＩ基板を作製しても良い。
このＳＯＩ基板の活性層１１３の部分に後述する方法により可動鏡を有する可動部１３が形成される。可動部１３は、シリコンからなり、その表面には、熱酸化、減圧熱ＣＶＤ、または、プラズマＣＶＤ等の方法により、シリコン酸化（ＳｉＯ２）膜、シリコン窒化（ＳｉＮ）膜、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＨＮ）等の絶縁膜１４が形成されている。
【００１５】
そして、可動鏡を構成する高反射膜１５と、入射光の反射を防止し効率よく透過させるための反射防止膜１６が、それぞれ可動部１３の表裏面の上記絶縁膜１４上に形成されている。
高反射膜１５は、特に限定するものではないが、例えば、屈折率の異なる誘電体膜の、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の薄膜、または、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５とＳｉＮの薄膜を交互に２〜４０層程度積層した多層膜からなっており、例えば、蒸着法により形成される。高反射膜１５の膜厚は、λ／４ｎ（但し、λ：透過させる光の中心波長、ｎ：各々の膜の屈折率）から導いている。また、高反射膜というときは、例えば、反射率９５％以上の反射膜をいう。本実施形態では反射率は９８％以上となっている。
反射防止膜１６は、高反射膜１５と同様な誘電体膜の多層膜の構成となっており、例えば、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の薄膜、または、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５とＳｉＮの薄膜を交互に２〜４０層程度、蒸着法により積層した多層膜である。反射防止膜１６と高反射膜１５は各層の膜厚を変化させることにより目的の膜に形成される。反射防止膜１６の反射率は５％以下が好ましい。
【００１６】
可動部１３は、図２に示すように、複数のヒンジ部１７により外周部を支持され、同じシリコンからなる基板接合部１８にヒンジ部１７を介して連結されている。
ヒンジ部１７は、可動部１３の周囲部分をエッチングで円弧状の開口部１９に除去することにより、さらに可動部１３およびヒンジ部１７下部の絶縁層部分（後記の埋め込みＳｉＯ２膜をいう）をエッチングで除去することにより、可動部１３がシリコン支持基板１１１上に浮いた状態で形成される。このヒンジ部１７は、可動部１３とその周囲の同じ活性層である基板接合部１８とを連結する支持梁、すなわち可動部１３の外周部を支持する梁の形態をなすもので、ばね性を有する。また、ヒンジ部１７は実質的に同一の厚さ・幅・長さで２本以上、可動部１３の中心に対し対称に設けることが好ましい。可動部１３の形状は特に円形に限定されるものではなく、正方形など多角形でもよい。
したがって、可動鏡の高反射膜１５が形成された可動部１３は、複数のばね性を有するヒンジ部１７により、図１において上下方向に変位可能に支持される。
【００１７】
可動部１３の下方部分に対応するシリコン支持基板１１１の部分には、エッチングにより可動部１３の外径より若干小さい内径をもつ貫通穴２０が形成される。光はこの貫通穴２０を通して入射される。シリコン支持基板１１１の上面、すなわち貫通穴２０の周縁部分の基板面は可動部１３の内側に若干入り込んでおり、可動部１３下面との間に間隙すなわち静電ギャップＥＧが設けられる。静電ギャップＥＧの初期値（設定値）は例えば４μｍであり、可動部１３の最大変位量は例えば０．７μｍとしている。
静電ギャップＥＧの一方の面を形成するシリコン支持基板１１１の上面にも例えば、シリコン酸化膜からなる絶縁膜２１が形成されている。
【００１８】
第２の基板１２は、固定基板であり、ここではガラス基板から構成されている。なお、シリコン基板あるいはＳＯＩ基板を用いても良い。第２の基板１２にはガラスの等方性エッチングにより凹部２２が形成される。凹部２２の深さ（エッチング深さ）Ｈは、特に限定されるものではないが、またこの干渉フィルタ１０の分離すべき波長帯域、用途等により異なるが、ここではＨ＝１０〜５０μｍの範囲内で設定される。凹部２２の底面２３（図示の場合、凹部の上面）は平坦かつ平滑な面となっており、また第２の基板１２のエッチング開始面と平行な面を形成する。底面２２の面粗さは数ｎｍ以下であり、うねりも長さ１ｍｍ当たり１００オングストローム（０．０１μｍ）以下となっている。光学的面粗さ精度は一般的に波長の１／１００以下（Ｃバンドの場合、１５ｎｍ以下）とされているので、凹部２２のガラスエッチング底面２３は光学的面粗さ精度の要求を十分に満たすものとなっている。
【００１９】
そして、この凹部２２の底面２３に固定鏡となる高反射膜２４が上記可動部１３の高反射膜１５と所定の平行間隔すなわち光学的ギャップＯＧ（例えば、間隔：３０μｍ）で対向して形成されている。また、第２の基板１２の上面（光出射面）には反射防止膜２５が形成されている。高反射膜２４および反射防止膜２５は、上記第１の基板１１における高反射膜１５および反射防止膜１６と同様の構成からなる誘電体膜の多層膜である。
また、上記のようにエッチングにより形成された凹部２２の周囲部分は支柱部２６となっており、該支柱部２６の高さは凹部２２の深さに等しい。
【００２０】
第２の基板１２は、第１の基板１１と陽極接合を行うために、例えばＮａやＫ等のアルカリ金属を含有したガラスが適している。この種のガラスとしてはホウケイ酸系ガラスが適当である。中でも、ホウケイ酸系ガラスの一種であるコーニング社製のパイレックスガラス（♯７７４０、商品名）が好適である。なお、第２の基板１２のエッチングはウェットエッチングまたはドライエッチングのいずれも適用可能である。
【００２１】
以上のように構成された第１の基板１１は、活性層の基板接合部１８にて前記第２の基板１２の支柱部２６と陽極接合により接合される。これにより、固定鏡の高反射膜２４と可動鏡の高反射膜１５との間の光学的ギャップＯＧが高精度に形成、保持される。光学的ギャップＯＧの距離ｈは、ファブリペロー干渉計の干渉条件である式（１）により設定される。
ｈ＝ｍλ／２ ・・・（１）
但し、λ：分離する光の波長
ｍ：整数
【００２２】
また、この波長可変干渉フィルタ１０のフリースペクトル間隔ＦＳＲ（Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ）Δλは式（２）であらわされる。
ｈ＝λｍ ２／２ｎΔλから、
Δλ＝λｍ＋１−λｍ＝λｍ ２／２ｎｈ＝Δｈ・λｍ／ｈ ・・・（２）
ここに、λｍ ：干渉により選択されるｍ次の光の波長
Δλ：隣接する透過光波長の差
ｎ ：２つの高反射膜間の媒質（ここでは空気）の屈折率
ｈ ：２つの高反射膜間の間隔（光学的ギャップ量ＯＧ）
Δｈ：可動部の変位量
【００２３】
次に、この波長可変干渉フィルタ１０の動作について、図１を参照しながら説明する。
ＳＯＩ基板からなる第１の基板１１の活性層１１３とシリコン支持基板１１１に例えば、可変直流電源３０を図示のように接続し、活性層１１３とシリコン支持基板１１１との間に駆動電圧を印加する。これにより、活性層１１３と同電位の可動部１３はプラスに帯電し、シリコン支持基板１１１はマイナスに帯電するため、両者間には静電引力が発生してこの静電引力の作用により、可動部１３はシリコン支持基板１１１側に引き寄せられ、ばね性を有するヒンジ部１７がたわみ、可動部１３は水平状態を保持したまま平行に変位する。この可動部１３の位置は駆動電圧を変化させることにより任意の位置に設定することができる。また、直流電圧に代えて、例えば６０Ｈｚの交流正弦波電圧やパルス状の電圧を印加した場合でも可動部１３は同様の動作を行う。
【００２４】
例えば、赤外領域の波長を含む光を第１の基板１１に設けられた貫通穴２０を通して可動部１３に垂直に入射すると、入射された光は可動部１３下面の反射防止膜１６によりほとんど反射されることなく可動部１３を透過し、上下平行に設けられた２つの高反射膜１５と２４間の空間で反射を繰り返し、上記式（１）の干渉条件を満たさない波長の光は急激に減衰して、最終的にこの干渉条件を満たす波長の光だけが第２の基板１２を透過し、基板上面から出射する。このとき、基板１２の上面には反射防止膜２５が設けられているので、両者の接合界面で反射されることなく目的の波長の光を効率良く取り出す（分離する）ことができる。なお、光は、図示とは逆に図１の上から下へ入射させても同様の作用効果が得られる。
【００２５】
可動部１３は前述のように任意の位置に変位させることができるため、光の波長を式（２）であらわされるＦＳＲ（Δλ）で選択的に分離して取り出すことができる。例えば、光通信におけるＣバンド領域である１５５０ｎｍ帯を対象とする場合において、光学的ギャップ量ｈ＝３０μｍ、可動部１３の変位量Δｈ＝０．７μｍのとき、ＦＳＲは約４０ｎｍのバンド幅に対して各波長を分離することができる。
【００２６】
この実施形態によれば、静電ギャップＥＧを形成する可動部１３の下面およびシリコン支持基板１１１の上面には、絶縁膜１４、２１が形成されているので、たとえ、可動部１３に過剰の静電引力が作用した場合や、何らかの外力により、可動部１３が通常の可動範囲を超えて、シリコン支持基板１１に異常に接近したり、あるいは接触したりするようなことがあっても、放電や電気的短絡は発生しない。したがって、この波長可変干渉フィルタ１０の信頼性は格段に向上する。なお、当該絶縁膜は、可動部１３、または電極を構成するシリコン支持基板１１１のいずれか一方に形成されていればよい。
また、本実施形態の波長可変干渉フィルタ１０では、凹部底面２３が高精度に形成されているため、光学的ギャップＯＧもｎｍオーダーで高精度に形成することができる。そのため、選択的に分離すべき光の波長分離特性が著しく向上することになる。
【００２７】
実施の形態２．
ここでは、前述の波長可変干渉フィルタ１０の製造方法の一例を図３〜図５に従って説明する。
Ａ．第１の基板の製造方法（図３、図４参照）
（ａ）ＳＯＩ基板の準備
基板材料として、厚さ１００〜８００μｍのシリコン層のシリコン支持基板１１１、厚さ２〜１０μｍのＳｉＯ２膜の絶縁層１１２、および厚さ１０〜２００μｍのシリコンの活性層１１３からなるＳＯＩ基板１１０を用いる。本実施形態では、厚さは、シリコン支持基板５００μｍ、絶縁層（ＳｉＯ２）４μｍ、活性層１０μｍとした。
【００２８】
（ｂ）エッチングマスクの形成
上記ＳＯＩ基板１１０に対してその両面に下記の方法によりエッチングマスク１１４を形成する。これには２通りの方法があり、いずれを用いてもよい。
１）レジストの場合
東京応化製ＯＦＰＲ８００シリーズ（商品名）の３０ｃＰをレジストコータにて、３０００ｒｐｍの回転数でスピンコートし、所定のプリベークを施し、１．５μｍ厚さのレジスト膜をＳＯＩ基板１１０の両面に形成する。
２）ＳｉＯ２膜の場合
ＳＯＩ基板１１０を熱酸化炉にて、９５℃の純水中を通過させたＯ２ガス雰囲気中で、１１００℃、２００分の処理を行い、ＳＯＩ基板１１０の両面に１．２μｍのＳｉＯ２膜を形成する。
【００２９】
（ｃ）パターニング
１）エッチングマスクがレジストの場合
ＳＯＩ基板１１０の裏面に貫通穴のパターンを有するフォトマスクにて、レジストにエッチングパターン１１５を形成する。
２）エッチングマスクがＳｉＯ２膜の場合
ＳｉＯ２膜上にレジスト膜を形成し、前述の方法によりパターンを形成した後、レジストパターンをマスクに、下地のＳｉＯ２膜をフッ酸系エッチング液にて処理し、ＳｉＯ２膜に貫通穴のエッチングパターン１１５を形成し、その後レジスト膜を除去する。
【００３０】
（ｄ）裏面の異方性ドライエッチング
いわゆる「Ｂｏｓｃｈ」プロセスにより、プラズマエッチング装置にて、エッチングガスとしてＳＦ６等、穴側壁保護膜形成用ガスとして、Ｃ４Ｆ８等を交互に供給し、高周波電力を印加して、シリコン支持基板１１１が貫通するまで異方性ドライエッチングを行い、貫通穴１１６を形成する。
【００３１】
（ｅ）表面の異方性ドライエッチング
可動部やヒンジ部を形成するためのパターンを表面に形成したエッチングマスク（レジストまたはＳｉＯ２膜）に形成し、上記のＢｏｓｃｈプロセスにより、ＳｉをＳｉＯ２の絶縁層１１２が現れるまで異方性ドライエッチングを行う。これにより、可動部１１７の周囲部分に円弧状の開口部１１８が形成される。
【００３２】
（ｆ）エッチングマスクの除去
１）レジストの場合
９５℃に加熱した硫酸−過酸化水素水（硫酸２０％）にてエッチングマスクのレジストを剥離する。
２）ＳｉＯ２膜の場合
フッ酸系エッチング液に浸漬し、エッチングマスクのＳｉＯ２膜を剥離する。
【００３３】
（ｇ）埋め込みＳｉＯ２膜の除去
フッ酸系エッチング液にて、可動部およびヒンジ部下部の埋め込みＳｉＯ２膜をエッチング除去する。これにより、可動部およびヒンジ部下部に膜除去部１１９を形成することで、可動部１１７の下面とシリコン支持基板１１１の上面との間に前記静電ギャップ部ＥＧが形成される。
【００３４】
（ｈ）絶縁膜の形成
可動部１１７の放電や電気的短絡を防止するための絶縁膜１２０を次のように形成する。この方法には次の２通りがあり、いずれを用いてもよい。
１）熱酸化の場合
上記のように各部が形成されたＳＯＩ基板１１０を熱酸化炉にて、Ｏ２ガス雰囲気中で、１０００℃、１００分の処理を行い、ＳＯＩ基板１１０のＳｉ露出部分に０．１μｍ厚さのＳｉＯ２膜を形成する。
２）ＣＶＤの場合
モノシラン（ＳｉＨ４）ガスとＯ２ガスの混合雰囲気中で、４００℃、１０分の処理を行い、ＳＯＩ基板１１０の全面に１μｍ厚さのＳｉＯ２膜を形成する。
なお、絶縁膜１２０は、上記ＳｉＯ２膜のほか、窒化シリコン（ＳｉＮ）あるいはシリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）でもよい。上記の熱酸化や、減圧熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ等により形成する。
【００３５】
（ｉ）高反射膜、反射防止膜の形成
最後に、可動部１１７の表面の高反射膜１２１と裏面の反射防止膜１２２を形成するために、２〜４０層程度、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＮなどを蒸着装置にて交互に積層する。なお、高反射膜１２１は可動部１１７の表面のみに形成するため、シャドウマスクを使用する。反射防止膜１２２を形成する際にもシャドウマスクを使用する。
【００３６】
以上により、ＳＯＩ基板１１０から、図１に示す第１の基板１１に相当する静電駆動用基板１３０を高精度に製造することができる。また、ＳＯＩ基板を用いているので、埋め込みＳｉＯ２膜がエッチングストップとして働くため、時間管理によらず、正確なエッチング深さが得られ、可動鏡を構成する可動部およびヒンジ部を高精度に形成することができるという利点がある。
【００３７】
Ｂ．第２の基板の製造方法（図５参照）
（ａ）エッチングマスク（Ｃｒ／Ａｕ）のパターニング
コーニング社製パイレックスガラス（商品名）等からなるガラス基板２００の両面に、エッチングマスクとなるＣｒ／Ａｕを例えば、スパッタ装置にて成膜し（厚さはＣｒの場合０．０３μｍ、Ａｕの場合は０．０７μｍ）、ガラス基板２００下面のＣｒ／Ａｕ膜にレジストを形成後、フォトリソグラフィおよびエッチングを行うことにより、凹部形成用パターン２０１を形成する。
【００３８】
（ｂ）ガラスエッチング
次に、このガラス基板２００に対してエッチングを行う。例えば、東京製品開発研究所製のＭＡＸ−７０１１Ｇ（商品名、液組成：Ｈ２Ｏ２とＮＨ４ＨＦ２の混合液）を使用してウェットエッチングを行い、凹部２０２を形成する。２５℃、３０時間のエッチングで、３０μｍ深さの凹部２０２を形成することができる。
【００３９】
（ｃ）エッチングマスクの除去
Ｃｒ／Ａｕのエッチングマスクをそれぞれのエッチング液に順に浸漬してエッチング除去する。
（ｄ）高反射膜および反射防止膜の形成
そして、上記凹部２０２の底面に高反射膜２０４を、ガラス基板２００の上面に反射防止膜２０３を、例えば、蒸着装置にて成膜する。高反射膜２０４、反射防止膜２０３の膜構成は前述の通り、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＮなどを２〜４０層程度積層した多層膜である。
【００４０】
以上により、図１に示す第２の基板１２に相当するガラス基板（ガラスキャップ）２１０を製造することができる。なお、凹部２０２を形成するためのガラスエッチングは上記の一水素二フッ化アンモニウム系エッチング液（例えば、Ｈ２Ｏ２とＮＨ４ＨＦ２の混合液）が優れているが、その他にフッ酸系エッチング液を使用してもよい。
この製造方法では、エッチング時間をコントロールすることにより、凹部２０２の深さを自由にコントロールでき、かつその凹部底面（上面）を高精度に形成することができる。
【００４１】
Ｃ．第１の基板と第２の基板の接合
前述の方法により製造されたガラスキャップ２１０と静電駆動用基板１３０とを陽極接合により接合する。陽極接合の際にはガラスキャップ２１０の凹部上面に形成された高反射膜２０４と静電駆動用基板１３０の可動部上面に形成された高反射膜１２１とを平行に対向させて接合する。陽極接合は、例えば、次のようにして行う。
まず、ガラスキャップ２１０を直流電源のマイナス端子、ガラスキャップ２１０に接合すべき静電駆動用基板１３０の活性層１１３を直流電源のプラス端子にそれぞれ接続する。そして、両基板をともに加熱しながら電圧を印加する。この加熱により、ガラスキャップ２１０中のナトリウム（Ｎａ＋）イオンが移動しやすくなる。このＮａ＋イオンの移動により、ガラスの接合面はマイナスに帯電し、シリコンの接合面はプラスに帯電する。その結果、ガラスとシリコンとは強固に接合される。なお、陽極接合以外には、ガラスの軟化点程度に加熱して圧力をかけて接合する方法（溶着法）も実施可能である。
【００４２】
また、第１および第２の基板１１、１２が共にシリコン基板である場合には、直接接合または表面活性化接合により接合される。直接接合は、例えば、次のようにして行われる。
まず、シリコンキャップ２１０と静電駆動用基板１３０を共に、硫酸−過酸化水素水混合液（９５℃）に一定時間浸漬し、洗浄する。その後、流水洗浄し、乾燥させた後、接合すべき面同士を位置合わせ後、突き合わせて、圧着し、ある程度の接合強度を得る。ついで基板同士を完全に一体化するため、接合体を１０００℃の炉で熱処理し、シリコン原子同士の共有結合による直接接合に至らしめる。
【００４３】
表面活性化接合は、超高真空（例えば、真空度１０−４Ｐａ程度）下で、アルゴン原子ビームにて、接合面のクリーニングを行い、接合すべき面を原子レベルでの清浄面（自然酸化膜もない状態）とし、超高真空下で、基板同士を位置合わせ、突き合わせて、圧着することで、シリコン同士の共有結合による直接接合に至らしめる。この方法は、室温でも可能なため、熱による反り等の問題も発生せず、望ましい接合方法である。
【００４４】
実施の形態３．
図示は省略するが、第１の基板１１における高反射膜１５と反射防止膜１６を図１とは上下反対に可動部１３の絶縁膜１４上に形成することもできる。この場合、第２の基板１２はＳＯＩ基板のシリコン支持基板１１１の下面に接合され、しかも平坦な基板で構わない。そして、かかる平坦な第２の基板の上面に固定鏡の高反射膜２４を形成し、その裏面に反射防止膜２５を形成すればよい。また、シリコン支持基板１１１に設けられた貫通穴２０を介して前記光学的ギャップが形成されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１を示す波長可変干渉フィルタの断面図。
【図２】図１の第１の基板の上面図。
【図３】本発明の実施の形態２を示す第１の基板の製造工程図。
【図４】図３に続く製造工程図。
【図５】第２の基板の製造工程図。
【符号の説明】
１０ 波長可変干渉フィルタ、１１ 第１の基板、１２ 第２の基板、１３ 可動部、１４ 絶縁膜、１５ 高反射膜、１６ 反射防止膜、１７ ヒンジ部、１８ 基板接合部、１９ 開口部、２０ 貫通穴、２１ 絶縁膜、２２ 凹部、２３ 凹部の底面、２４ 高反射膜、２５ 反射防止膜、２６ 支柱部、３０ 可変直流電源、１１０ ＳＯＩ基板、１１１ シリコン支持基板、１１２ 絶縁層、１１３ 活性層、１１４ エッチングマスク、１１５ エッチングパターン、１１６ 貫通穴、１１７ 可動部、１１８ 開口部、１１９ 膜除去部、１２０ 絶縁膜、１２１ 高反射膜、１２２ 反射防止膜、１３０ 静電駆動用基板、２００ ガラス基板、２０１ 凹部形成用パターン、２０２ 凹部、２０３ 反射防止膜、２０４ 高反射膜、２１０ ガラス基板（ガラスキャップ）、ＯＧ光学的ギャップ、ＥＧ 静電ギャップ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファブリ・ペロー干渉計の原理を利用した、波長可変干渉フィルタ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ファブリ・ペロー干渉計の原理を利用した波長可変干渉フィルタは、２つの高反射膜を所定の平行な間隔（光学的ギャップともいう）を隔てて対向配置したもので、波長の選択性が高いことから、特に波長分割多重伝送（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光通信の技術分野にて注目されているものである。このような波長可変干渉フィルタとしては、ポリシリコンからなり、表面に高反射膜（可動鏡）を形成した静電駆動電極側の可動部下面に円周状に複数の突起を設けたファブリ・ペローフィルタが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、ｎ型シリコンウエハからなり、静電気により変位させる可動鏡を有するファブリ・ペローフィルタも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許第６２７１０５２号明細書（第１−２頁、図１Ｃ、図１Ｄ）
【特許文献２】
米国特許第６２７１０５２号明細書（第３−４頁、図４Ｈ）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１の突起は過剰な駆動電圧が印加された場合、可動鏡を有する可動部と電極が接触、固着することを防止するためのものである。しかしながら、該可動部および突起はポリシリコンで出来ているため、可動部と電極が異常に接近したり、または接触した場合には、放電や電気的短絡が生じる可能性があった。
一方、上記特許文献２では、可動部または駆動用電極には、絶縁膜が設けられていない。可動部下面（駆動用電極側の面）には、シャドウマスクによる反射防止膜が設けられているが、この方法では、静電ギャップ部分に反射防止膜を堆積することは出来ず、該反射防止膜は絶縁膜としては機能しないものである。
【０００５】
したがって、本発明は、静電駆動方式の波長可変干渉フィルタにおいて、その故障の原因となる可動部と電極間の放電や電気的短絡を確実に防止し、信頼性の向上に寄与する波長可変干渉フィルタおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の波長可変干渉フィルタは、可動鏡を有する可動部が静電引力の作用により変位可能に構成された波長可変干渉フィルタにおいて、前記可動部はシリコンからなり、その表面には、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコンオキシナイトライド等の絶縁膜が形成されていることを特徴とする。
可動鏡が形成される可動部の表面には絶縁膜が形成されているので、可動部に過剰の静電引力が働いた場合や、外力により、可動部が通常の可動範囲を超えて、静電駆動電極である支持基板に異常に接近または接触した場合に、放電または電気的短絡が生じないため、波長可変干渉フィルタの信頼性を向上させることができる。
【０００７】
また、本発明において、前記可動部の光学的ギャップ側の前記絶縁膜上には前記可動鏡として高反射膜が形成され、前記可動部の静電ギャップ側の前記絶縁膜上には反射防止膜が形成されているものである。
このように構成することにより、上記の効果に加えて、可動部は、支持基板との間に直流または交流電界を印加することで静電引力により変位するため、干渉条件が変化し、高反射膜からなる可動鏡の位置に応じて特定波長の光を分離することができる。
【０００８】
ここで、前記高反射膜および反射防止膜は誘電体膜の多層膜からなるものであり、具体的には、シリコン酸化（ＳｉＯ２）膜および五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）膜、またはシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜と五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）膜とシリコン窒化（ＳｉＮ）膜を交互に積層した多層膜からなるものである。
このような誘電体膜の多層膜とすることで、非常に高い反射率をもつ高反射膜、および非常に低い反射率をもつ反射防止膜が得られる。
【０００９】
また、本発明において、前記可動部はシリコンからなり、その外周部が複数のヒンジ部を介して同じシリコンからなる基板接合部に連結されているものである。
この構成により、可動部を支持基板上で水平に浮かせた状態で支持することが可能となり、静電引力の作用により水平に平行に変位させることが可能となる。これによって、高反射膜の固定鏡との間に形成される光学的ギャップは平行に変化する。
【００１０】
また、本発明において、前記可動部と所定の静電ギャップを介して対向する基板はシリコンからなり、その基板表面には、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコンオキシナイトライド等の絶縁膜が形成されているものである。
絶縁膜は、支持基板の表面に形成されていても良いものである。すなわち、静電ギャップを形成する可動部および支持基板の対向面の少なくとも一方に絶縁膜が形成されていればよい。
【００１１】
本発明の波長可変干渉フィルタの製造方法は、ＳＯＩ基板を用いて、ドライエッチングにより、前記ＳＯＩ基板の活性層に可動部および該可動部を支持する複数のヒンジ部を形成するとともに、前記ＳＯＩ基板の支持基板に貫通穴を形成する工程と、
ウェットエッチングにより、前記可動部およびヒンジ部の下にある絶縁層を除去する工程と、
前記可動部および支持基板のいずれか一方または両方の表面に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコンオキシナイトライド等の絶縁膜を形成する工程と、
前記可動部の裏面の前記絶縁膜上には、誘電体膜の反射防止膜を形成し、前記可動部の表面の前記絶縁膜上には、誘電体膜の高反射膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明では、ＳＯＩ基板を出発材料として可動基板すなわち静電駆動用基板を形成するものである。可動部およびこれを支持するヒンジ部は、ＳＯＩ基板の活性層の部分に形成され、静電駆動電極となる部分はＳＯＩ基板のシリコン支持基板に形成される。可動部およびヒンジ部を浮かせた状態に形成するために、シリコン支持基板には貫通穴がドライエッチングで形成され、さらに可動部およびヒンジ部の下にある絶縁層がウェットエッチングにより除去される。そして、この可動部およびシリコン支持基板のいずれか一方または両方の面に前記絶縁膜を施すことにより、信頼性の高い波長可変干渉フィルタを製造することができる。
また、前記絶縁膜は、熱酸化、減圧熱ＣＶＤ、またはプラズマＣＶＤのいずれかの方法により形成する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における波長可変干渉フィルタの断面図、図２は図１の第２の基板を省いて示す第１の基板の上面図である。
この波長可変干渉フィルタ１０は、例えばＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板からなる第１の基板１１と、例えばガラス基板からなる第２の基板１２とから構成されている。第１の基板１１と第２の基板１２とは例えば、陽極接合により接合されている。
【００１４】
第１の基板１１は、特に限定するものではないが、ここではＳＯＩ基板を用いて可動基板または静電駆動用基板を構成することにしている。ＳＯＩ基板は、シリコン支持基板１１１と、絶縁層（例えば、ＳｉＯ２膜）１１２と、Ｓｉの活性層１１３とを順次積層した構造からなっている。ＳＯＩ基板は市販品を用いても良いし、ＳｉＯ２膜が形成されたシリコン基板を貼り合わせることによりＳＯＩ基板を作製しても良い。
このＳＯＩ基板の活性層１１３の部分に後述する方法により可動鏡を有する可動部１３が形成される。可動部１３は、シリコンからなり、その表面には、熱酸化、減圧熱ＣＶＤ、または、プラズマＣＶＤ等の方法により、シリコン酸化（ＳｉＯ２）膜、シリコン窒化（ＳｉＮ）膜、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＨＮ）等の絶縁膜１４が形成されている。
【００１５】
そして、可動鏡を構成する高反射膜１５と、入射光の反射を防止し効率よく透過させるための反射防止膜１６が、それぞれ可動部１３の表裏面の上記絶縁膜１４上に形成されている。
高反射膜１５は、特に限定するものではないが、例えば、屈折率の異なる誘電体膜の、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の薄膜、または、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５とＳｉＮの薄膜を交互に２〜４０層程度積層した多層膜からなっており、例えば、蒸着法により形成される。高反射膜１５の膜厚は、λ／４ｎ（但し、λ：透過させる光の中心波長、ｎ：各々の膜の屈折率）から導いている。また、高反射膜というときは、例えば、反射率９５％以上の反射膜をいう。本実施形態では反射率は９８％以上となっている。
反射防止膜１６は、高反射膜１５と同様な誘電体膜の多層膜の構成となっており、例えば、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の薄膜、または、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５とＳｉＮの薄膜を交互に２〜４０層程度、蒸着法により積層した多層膜である。反射防止膜１６と高反射膜１５は各層の膜厚を変化させることにより目的の膜に形成される。反射防止膜１６の反射率は５％以下が好ましい。
【００１６】
可動部１３は、図２に示すように、複数のヒンジ部１７により外周部を支持され、同じシリコンからなる基板接合部１８にヒンジ部１７を介して連結されている。
ヒンジ部１７は、可動部１３の周囲部分をエッチングで円弧状の開口部１９に除去することにより、さらに可動部１３およびヒンジ部１７下部の絶縁層部分（後記の埋め込みＳｉＯ２膜をいう）をエッチングで除去することにより、可動部１３がシリコン支持基板１１１上に浮いた状態で形成される。このヒンジ部１７は、可動部１３とその周囲の同じ活性層である基板接合部１８とを連結する支持梁、すなわち可動部１３の外周部を支持する梁の形態をなすもので、ばね性を有する。また、ヒンジ部１７は実質的に同一の厚さ・幅・長さで２本以上、可動部１３の中心に対し対称に設けることが好ましい。可動部１３の形状は特に円形に限定されるものではなく、正方形など多角形でもよい。
したがって、可動鏡の高反射膜１５が形成された可動部１３は、複数のばね性を有するヒンジ部１７により、図１において上下方向に変位可能に支持される。
【００１７】
可動部１３の下方部分に対応するシリコン支持基板１１１の部分には、エッチングにより可動部１３の外径より若干小さい内径をもつ貫通穴２０が形成される。光はこの貫通穴２０を通して入射される。シリコン支持基板１１１の上面、すなわち貫通穴２０の周縁部分の基板面は可動部１３の内側に若干入り込んでおり、可動部１３下面との間に間隙すなわち静電ギャップＥＧが設けられる。静電ギャップＥＧの初期値（設定値）は例えば４μｍであり、可動部１３の最大変位量は例えば０．７μｍとしている。
静電ギャップＥＧの一方の面を形成するシリコン支持基板１１１の上面にも例えば、シリコン酸化膜からなる絶縁膜２１が形成されている。
【００１８】
第２の基板１２は、固定基板であり、ここではガラス基板から構成されている。なお、シリコン基板あるいはＳＯＩ基板を用いても良い。第２の基板１２にはガラスの等方性エッチングにより凹部２２が形成される。凹部２２の深さ（エッチング深さ）Ｈは、特に限定されるものではないが、またこの干渉フィルタ１０の分離すべき波長帯域、用途等により異なるが、ここではＨ＝１０〜５０μｍの範囲内で設定される。凹部２２の底面２３（図示の場合、凹部の上面）は平坦かつ平滑な面となっており、また第２の基板１２のエッチング開始面と平行な面を形成する。底面２２の面粗さは数ｎｍ以下であり、うねりも長さ１ｍｍ当たり１００オングストローム（０．０１μｍ）以下となっている。光学的面粗さ精度は一般的に波長の１／１００以下（Ｃバンドの場合、１５ｎｍ以下）とされているので、凹部２２のガラスエッチング底面２３は光学的面粗さ精度の要求を十分に満たすものとなっている。
【００１９】
そして、この凹部２２の底面２３に固定鏡となる高反射膜２４が上記可動部１３の高反射膜１５と所定の平行間隔すなわち光学的ギャップＯＧ（例えば、間隔：３０μｍ）で対向して形成されている。また、第２の基板１２の上面（光出射面）には反射防止膜２５が形成されている。高反射膜２４および反射防止膜２５は、上記第１の基板１１における高反射膜１５および反射防止膜１６と同様の構成からなる誘電体膜の多層膜である。
また、上記のようにエッチングにより形成された凹部２２の周囲部分は支柱部２６となっており、該支柱部２６の高さは凹部２２の深さに等しい。
【００２０】
第２の基板１２は、第１の基板１１と陽極接合を行うために、例えばＮａやＫ等のアルカリ金属を含有したガラスが適している。この種のガラスとしてはホウケイ酸系ガラスが適当である。中でも、ホウケイ酸系ガラスの一種であるコーニング社製のパイレックスガラス（♯７７４０、商品名）が好適である。なお、第２の基板１２のエッチングはウェットエッチングまたはドライエッチングのいずれも適用可能である。
【００２１】
以上のように構成された第１の基板１１は、活性層の基板接合部１８にて前記第２の基板１２の支柱部２６と陽極接合により接合される。これにより、固定鏡の高反射膜２４と可動鏡の高反射膜１５との間の光学的ギャップＯＧが高精度に形成、保持される。光学的ギャップＯＧの距離ｈは、ファブリペロー干渉計の干渉条件である式（１）により設定される。
ｈ＝ｍλ／２ ・・・（１）
但し、λ：分離する光の波長
ｍ：整数
【００２２】
また、この波長可変干渉フィルタ１０のフリースペクトル間隔ＦＳＲ（Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ）Δλは式（２）であらわされる。
ｈ＝λｍ ２／２ｎΔλから、
Δλ＝λｍ＋１−λｍ＝λｍ ２／２ｎｈ＝Δｈ・λｍ／ｈ ・・・（２）
ここに、λｍ ：干渉により選択されるｍ次の光の波長
Δλ：隣接する透過光波長の差
ｎ ：２つの高反射膜間の媒質（ここでは空気）の屈折率
ｈ ：２つの高反射膜間の間隔（光学的ギャップ量ＯＧ）
Δｈ：可動部の変位量
【００２３】
次に、この波長可変干渉フィルタ１０の動作について、図１を参照しながら説明する。
ＳＯＩ基板からなる第１の基板１１の活性層１１３とシリコン支持基板１１１に例えば、可変直流電源３０を図示のように接続し、活性層１１３とシリコン支持基板１１１との間に駆動電圧を印加する。これにより、活性層１１３と同電位の可動部１３はプラスに帯電し、シリコン支持基板１１１はマイナスに帯電するため、両者間には静電引力が発生してこの静電引力の作用により、可動部１３はシリコン支持基板１１１側に引き寄せられ、ばね性を有するヒンジ部１７がたわみ、可動部１３は水平状態を保持したまま平行に変位する。この可動部１３の位置は駆動電圧を変化させることにより任意の位置に設定することができる。また、直流電圧に代えて、例えば６０Ｈｚの交流正弦波電圧やパルス状の電圧を印加した場合でも可動部１３は同様の動作を行う。
【００２４】
例えば、赤外領域の波長を含む光を第１の基板１１に設けられた貫通穴２０を通して可動部１３に垂直に入射すると、入射された光は可動部１３下面の反射防止膜１６によりほとんど反射されることなく可動部１３を透過し、上下平行に設けられた２つの高反射膜１５と２４間の空間で反射を繰り返し、上記式（１）の干渉条件を満たさない波長の光は急激に減衰して、最終的にこの干渉条件を満たす波長の光だけが第２の基板１２を透過し、基板上面から出射する。このとき、基板１２の上面には反射防止膜２５が設けられているので、両者の接合界面で反射されることなく目的の波長の光を効率良く取り出す（分離する）ことができる。なお、光は、図示とは逆に図１の上から下へ入射させても同様の作用効果が得られる。
【００２５】
可動部１３は前述のように任意の位置に変位させることができるため、光の波長を式（２）であらわされるＦＳＲ（Δλ）で選択的に分離して取り出すことができる。例えば、光通信におけるＣバンド領域である１５５０ｎｍ帯を対象とする場合において、光学的ギャップ量ｈ＝３０μｍ、可動部１３の変位量Δｈ＝０．７μｍのとき、ＦＳＲは約４０ｎｍのバンド幅に対して各波長を分離することができる。
【００２６】
この実施形態によれば、静電ギャップＥＧを形成する可動部１３の下面およびシリコン支持基板１１１の上面には、絶縁膜１４、２１が形成されているので、たとえ、可動部１３に過剰の静電引力が作用した場合や、何らかの外力により、可動部１３が通常の可動範囲を超えて、シリコン支持基板１１に異常に接近したり、あるいは接触したりするようなことがあっても、放電や電気的短絡は発生しない。したがって、この波長可変干渉フィルタ１０の信頼性は格段に向上する。なお、当該絶縁膜は、可動部１３、または電極を構成するシリコン支持基板１１１のいずれか一方に形成されていればよい。
また、本実施形態の波長可変干渉フィルタ１０では、凹部底面２３が高精度に形成されているため、光学的ギャップＯＧもｎｍオーダーで高精度に形成することができる。そのため、選択的に分離すべき光の波長分離特性が著しく向上することになる。
【００２７】
実施の形態２．
ここでは、前述の波長可変干渉フィルタ１０の製造方法の一例を図３〜図５に従って説明する。
Ａ．第１の基板の製造方法（図３、図４参照）
（ａ）ＳＯＩ基板の準備
基板材料として、厚さ１００〜８００μｍのシリコン層のシリコン支持基板１１１、厚さ２〜１０μｍのＳｉＯ２膜の絶縁層１１２、および厚さ１０〜２００μｍのシリコンの活性層１１３からなるＳＯＩ基板１１０を用いる。本実施形態では、厚さは、シリコン支持基板５００μｍ、絶縁層（ＳｉＯ２）４μｍ、活性層１０μｍとした。
【００２８】
（ｂ）エッチングマスクの形成
上記ＳＯＩ基板１１０に対してその両面に下記の方法によりエッチングマスク１１４を形成する。これには２通りの方法があり、いずれを用いてもよい。
１）レジストの場合
東京応化製ＯＦＰＲ８００シリーズ（商品名）の３０ｃＰをレジストコータにて、３０００ｒｐｍの回転数でスピンコートし、所定のプリベークを施し、１．５μｍ厚さのレジスト膜をＳＯＩ基板１１０の両面に形成する。
２）ＳｉＯ２膜の場合
ＳＯＩ基板１１０を熱酸化炉にて、９５℃の純水中を通過させたＯ２ガス雰囲気中で、１１００℃、２００分の処理を行い、ＳＯＩ基板１１０の両面に１．２μｍのＳｉＯ２膜を形成する。
【００２９】
（ｃ）パターニング
１）エッチングマスクがレジストの場合
ＳＯＩ基板１１０の裏面に貫通穴のパターンを有するフォトマスクにて、レジストにエッチングパターン１１５を形成する。
２）エッチングマスクがＳｉＯ２膜の場合
ＳｉＯ２膜上にレジスト膜を形成し、前述の方法によりパターンを形成した後、レジストパターンをマスクに、下地のＳｉＯ２膜をフッ酸系エッチング液にて処理し、ＳｉＯ２膜に貫通穴のエッチングパターン１１５を形成し、その後レジスト膜を除去する。
【００３０】
（ｄ）裏面の異方性ドライエッチング
いわゆる「Ｂｏｓｃｈ」プロセスにより、プラズマエッチング装置にて、エッチングガスとしてＳＦ６等、穴側壁保護膜形成用ガスとして、Ｃ４Ｆ８等を交互に供給し、高周波電力を印加して、シリコン支持基板１１１が貫通するまで異方性ドライエッチングを行い、貫通穴１１６を形成する。
【００３１】
（ｅ）表面の異方性ドライエッチング
可動部やヒンジ部を形成するためのパターンを表面に形成したエッチングマスク（レジストまたはＳｉＯ２膜）に形成し、上記のＢｏｓｃｈプロセスにより、ＳｉをＳｉＯ２の絶縁層１１２が現れるまで異方性ドライエッチングを行う。これにより、可動部１１７の周囲部分に円弧状の開口部１１８が形成される。
【００３２】
（ｆ）エッチングマスクの除去
１）レジストの場合
９５℃に加熱した硫酸−過酸化水素水（硫酸２０％）にてエッチングマスクのレジストを剥離する。
２）ＳｉＯ２膜の場合
フッ酸系エッチング液に浸漬し、エッチングマスクのＳｉＯ２膜を剥離する。
【００３３】
（ｇ）埋め込みＳｉＯ２膜の除去
フッ酸系エッチング液にて、可動部およびヒンジ部下部の埋め込みＳｉＯ２膜をエッチング除去する。これにより、可動部およびヒンジ部下部に膜除去部１１９を形成することで、可動部１１７の下面とシリコン支持基板１１１の上面との間に前記静電ギャップ部ＥＧが形成される。
【００３４】
（ｈ）絶縁膜の形成
可動部１１７の放電や電気的短絡を防止するための絶縁膜１２０を次のように形成する。この方法には次の２通りがあり、いずれを用いてもよい。
１）熱酸化の場合
上記のように各部が形成されたＳＯＩ基板１１０を熱酸化炉にて、Ｏ２ガス雰囲気中で、１０００℃、１００分の処理を行い、ＳＯＩ基板１１０のＳｉ露出部分に０．１μｍ厚さのＳｉＯ２膜を形成する。
２）ＣＶＤの場合
モノシラン（ＳｉＨ４）ガスとＯ２ガスの混合雰囲気中で、４００℃、１０分の処理を行い、ＳＯＩ基板１１０の全面に１μｍ厚さのＳｉＯ２膜を形成する。
なお、絶縁膜１２０は、上記ＳｉＯ２膜のほか、窒化シリコン（ＳｉＮ）あるいはシリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）でもよい。上記の熱酸化や、減圧熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ等により形成する。
【００３５】
（ｉ）高反射膜、反射防止膜の形成
最後に、可動部１１７の表面の高反射膜１２１と裏面の反射防止膜１２２を形成するために、２〜４０層程度、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＮなどを蒸着装置にて交互に積層する。なお、高反射膜１２１は可動部１１７の表面のみに形成するため、シャドウマスクを使用する。反射防止膜１２２を形成する際にもシャドウマスクを使用する。
【００３６】
以上により、ＳＯＩ基板１１０から、図１に示す第１の基板１１に相当する静電駆動用基板１３０を高精度に製造することができる。また、ＳＯＩ基板を用いているので、埋め込みＳｉＯ２膜がエッチングストップとして働くため、時間管理によらず、正確なエッチング深さが得られ、可動鏡を構成する可動部およびヒンジ部を高精度に形成することができるという利点がある。
【００３７】
Ｂ．第２の基板の製造方法（図５参照）
（ａ）エッチングマスク（Ｃｒ／Ａｕ）のパターニング
コーニング社製パイレックスガラス（商品名）等からなるガラス基板２００の両面に、エッチングマスクとなるＣｒ／Ａｕを例えば、スパッタ装置にて成膜し（厚さはＣｒの場合０．０３μｍ、Ａｕの場合は０．０７μｍ）、ガラス基板２００下面のＣｒ／Ａｕ膜にレジストを形成後、フォトリソグラフィおよびエッチングを行うことにより、凹部形成用パターン２０１を形成する。
【００３８】
（ｂ）ガラスエッチング
次に、このガラス基板２００に対してエッチングを行う。例えば、東京製品開発研究所製のＭＡＸ−７０１１Ｇ（商品名、液組成：Ｈ２Ｏ２とＮＨ４ＨＦ２の混合液）を使用してウェットエッチングを行い、凹部２０２を形成する。２５℃、３０時間のエッチングで、３０μｍ深さの凹部２０２を形成することができる。
【００３９】
（ｃ）エッチングマスクの除去
Ｃｒ／Ａｕのエッチングマスクをそれぞれのエッチング液に順に浸漬してエッチング除去する。
（ｄ）高反射膜および反射防止膜の形成
そして、上記凹部２０２の底面に高反射膜２０４を、ガラス基板２００の上面に反射防止膜２０３を、例えば、蒸着装置にて成膜する。高反射膜２０４、反射防止膜２０３の膜構成は前述の通り、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＮなどを２〜４０層程度積層した多層膜である。
【００４０】
以上により、図１に示す第２の基板１２に相当するガラス基板（ガラスキャップ）２１０を製造することができる。なお、凹部２０２を形成するためのガラスエッチングは上記の一水素二フッ化アンモニウム系エッチング液（例えば、Ｈ２Ｏ２とＮＨ４ＨＦ２の混合液）が優れているが、その他にフッ酸系エッチング液を使用してもよい。
この製造方法では、エッチング時間をコントロールすることにより、凹部２０２の深さを自由にコントロールでき、かつその凹部底面（上面）を高精度に形成することができる。
【００４１】
Ｃ．第１の基板と第２の基板の接合
前述の方法により製造されたガラスキャップ２１０と静電駆動用基板１３０とを陽極接合により接合する。陽極接合の際にはガラスキャップ２１０の凹部上面に形成された高反射膜２０４と静電駆動用基板１３０の可動部上面に形成された高反射膜１２１とを平行に対向させて接合する。陽極接合は、例えば、次のようにして行う。
まず、ガラスキャップ２１０を直流電源のマイナス端子、ガラスキャップ２１０に接合すべき静電駆動用基板１３０の活性層１１３を直流電源のプラス端子にそれぞれ接続する。そして、両基板をともに加熱しながら電圧を印加する。この加熱により、ガラスキャップ２１０中のナトリウム（Ｎａ＋）イオンが移動しやすくなる。このＮａ＋イオンの移動により、ガラスの接合面はマイナスに帯電し、シリコンの接合面はプラスに帯電する。その結果、ガラスとシリコンとは強固に接合される。なお、陽極接合以外には、ガラスの軟化点程度に加熱して圧力をかけて接合する方法（溶着法）も実施可能である。
【００４２】
また、第１および第２の基板１１、１２が共にシリコン基板である場合には、直接接合または表面活性化接合により接合される。直接接合は、例えば、次のようにして行われる。
まず、シリコンキャップ２１０と静電駆動用基板１３０を共に、硫酸−過酸化水素水混合液（９５℃）に一定時間浸漬し、洗浄する。その後、流水洗浄し、乾燥させた後、接合すべき面同士を位置合わせ後、突き合わせて、圧着し、ある程度の接合強度を得る。ついで基板同士を完全に一体化するため、接合体を１０００℃の炉で熱処理し、シリコン原子同士の共有結合による直接接合に至らしめる。
【００４３】
表面活性化接合は、超高真空（例えば、真空度１０−４Ｐａ程度）下で、アルゴン原子ビームにて、接合面のクリーニングを行い、接合すべき面を原子レベルでの清浄面（自然酸化膜もない状態）とし、超高真空下で、基板同士を位置合わせ、突き合わせて、圧着することで、シリコン同士の共有結合による直接接合に至らしめる。この方法は、室温でも可能なため、熱による反り等の問題も発生せず、望ましい接合方法である。
【００４４】
実施の形態３．
図示は省略するが、第１の基板１１における高反射膜１５と反射防止膜１６を図１とは上下反対に可動部１３の絶縁膜１４上に形成することもできる。この場合、第２の基板１２はＳＯＩ基板のシリコン支持基板１１１の下面に接合され、しかも平坦な基板で構わない。そして、かかる平坦な第２の基板の上面に固定鏡の高反射膜２４を形成し、その裏面に反射防止膜２５を形成すればよい。また、シリコン支持基板１１１に設けられた貫通穴２０を介して前記光学的ギャップが形成されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１を示す波長可変干渉フィルタの断面図。
【図２】図１の第１の基板の上面図。
【図３】本発明の実施の形態２を示す第１の基板の製造工程図。
【図４】図３に続く製造工程図。
【図５】第２の基板の製造工程図。
【符号の説明】
１０ 波長可変干渉フィルタ、１１ 第１の基板、１２ 第２の基板、１３ 可動部、１４ 絶縁膜、１５ 高反射膜、１６ 反射防止膜、１７ ヒンジ部、１８ 基板接合部、１９ 開口部、２０ 貫通穴、２１ 絶縁膜、２２ 凹部、２３ 凹部の底面、２４ 高反射膜、２５ 反射防止膜、２６ 支柱部、３０ 可変直流電源、１１０ ＳＯＩ基板、１１１ シリコン支持基板、１１２ 絶縁層、１１３ 活性層、１１４ エッチングマスク、１１５ エッチングパターン、１１６ 貫通穴、１１７ 可動部、１１８ 開口部、１１９ 膜除去部、１２０ 絶縁膜、１２１ 高反射膜、１２２ 反射防止膜、１３０ 静電駆動用基板、２００ ガラス基板、２０１ 凹部形成用パターン、２０２ 凹部、２０３ 反射防止膜、２０４ 高反射膜、２１０ ガラス基板（ガラスキャップ）、ＯＧ光学的ギャップ、ＥＧ 静電ギャップ
Claims (8)
- 可動鏡を有する可動部が静電引力の作用により変位可能に構成された波長可変干渉フィルタにおいて、前記可動部はシリコンからなり、その表面には、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコンオキシナイトライド等の絶縁膜が形成されていることを特徴とする波長可変干渉フィルタ。
- 前記可動部の光学的ギャップ側の前記絶縁膜上には前記可動鏡として高反射膜が形成され、前記可動部の静電ギャップ側の前記絶縁膜上には反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載の波長可変干渉フィルタ。
- 前記高反射膜および反射防止膜は誘電体膜の多層膜からなることを特徴とする請求項２記載の波長可変干渉フィルタ。
- 前記高反射膜および反射防止膜はＳｉＯ２およびＴａ２Ｏ５、またはＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５とＳｉＮを交互に積層した多層膜からなることを特徴とする請求項２または３記載の波長可変干渉フィルタ。
- 前記可動部はシリコンからなり、その外周部が複数のヒンジ部を介して同じシリコンからなる基板接合部に連結されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の波長可変干渉フィルタ。
- 前記可動部と所定の静電ギャップを介して対向する基板はシリコンからなり、その基板表面には、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコンオキシナイトライド等の絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載の波長可変干渉フィルタ。
- ＳＯＩ基板を用いて、ドライエッチングにより、前記ＳＯＩ基板の活性層に可動部および該可動部を支持する複数のヒンジ部を形成するとともに、前記ＳＯＩ基板の支持基板に貫通穴を形成する工程と、
ウェットエッチングにより、前記可動部およびヒンジ部の下にある絶縁層を除去する工程と、
前記可動部および支持基板のいずれか一方または両方の表面に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコンオキシナイトライド等の絶縁膜を形成する工程と、
前記可動部の裏面の前記絶縁膜上には、誘電体膜の反射防止膜を形成し、前記可動部の表面の前記絶縁膜上には、誘電体膜の高反射膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする波長可変干渉フィルタの製造方法。 - 前記絶縁膜は、熱酸化、減圧熱ＣＶＤ、またはプラズマＣＶＤのいずれかの方法により形成することを特徴とする請求項７記載の波長可変干渉フィルタの製造方法。
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