JP5076844B2 - Optical device, tunable filter module, and optical spectrum analyzer - Google Patents
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Description
本発明は、光学デバイス、波長可変フィルタモジュール、および光スペクトラムアナライザに関するものである。 The present invention relates to an optical device, a wavelength tunable filter module, and an optical spectrum analyzer.
複数の波長を有する光から特定の波長の光のみを分離する光学デバイスの１種として、波長可変フィルタ(Optical Tunable Filter)が知られている（例えば、特許文献１参照）。
例えば、特許文献１にかかる波長可変フィルタは、板状の可動板（可動板）がその厚さ方向に変位可能に設けられた可動基板と、可動板の変位を許容しつつ可動基板に対向する固定基板とが互いに接合されている。そして、可動板の固定基板側の面上と、固定基板の可動板に対向する面上とには、それぞれ反射膜が形成されている。この１対の反射膜間に形成された光学ギャップに光が入射されると、干渉作用により、光学ギャップの長さに応じた波長の光のみが射出（波長分離）される。
A wavelength tunable filter (Optical Tunable Filter) is known as one type of optical device that separates only light of a specific wavelength from light having a plurality of wavelengths (see, for example, Patent Document 1).
For example, a wavelength tunable filter according to
ここで、かかる波長可変フィルタでは、固定基板にエッチングにより凹部を形成することで、光学ギャップを形成している。
しかしながら、かかる波長可変フィルタにあっては、光学ギャップのための凹部の形成にエッチングを用いているため、当該凹部を所望の深さや平滑性に高精度に形成することが難しい。そのため、波長可変フィルタの波長分離範囲のバラツキや、波長可変フィルタの高コスト化を招いていた。
Here, in such a tunable filter, an optical gap is formed by forming a recess in the fixed substrate by etching.
However, in such a wavelength tunable filter, since etching is used to form a recess for the optical gap, it is difficult to form the recess with a desired depth and smoothness with high accuracy. For this reason, the wavelength separation range of the wavelength tunable filter varies, and the cost of the wavelength tunable filter increases.
本発明の目的は、低コスト化を図りつつ、寸法精度を優れたものとし、長期にわたり高精度に波長分離を行うことができる光学デバイス、波長可変フィルタモジュール、および光スペクトラムアナライザを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an optical device, a wavelength tunable filter module, and an optical spectrum analyzer that are capable of performing wavelength separation with high accuracy over a long period of time while reducing costs and achieving excellent dimensional accuracy. is there.
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の光学デバイスは、第１の光反射部を備える可動板が前記可動板の厚さ方向に変位可能に設けられた第１の基体と、
凹部を有し、前記凹部の底面に、前記第１の光反射部に光学ギャップを隔てて対向する第２の光反射部が設けられた第２の基体と、
前記可動板を前記可動板の厚さ方向に変位させる駆動手段とを有し、
前記第２の基体は、前記凹部の底壁を構成する第１の層と、中央部に空洞を有し前記凹部の側壁を構成する第２の層と、前記第１の層と前記第２の層とを接合する接合膜とを有しており、
前記接合膜は、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ）結合を含む原子構造を有するＳｉ骨格と、前記Ｓｉ骨格に結合する脱離基とを含むことを特徴とする。
これにより、低コスト化を図りつつ、寸法精度を優れたものとし、長期にわたり高精度に波長分離を行うことができる。
本発明の光学デバイスでは、前記接合膜は、その少なくとも一部の領域にエネルギーを付与したことにより、前記接合膜の表面付近に存在する前記脱離基が前記Ｓｉ骨格から脱離し、前記接合膜の表面の前記領域に発現した接着性によって、前記第１の層と前記第２の層とを接合しているのが好ましい。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The optical device of the present invention includes a first base body provided with a movable plate having a first light reflecting portion displaceable in a thickness direction of the movable plate ,
Has a recess, the bottom surface of the recess, and the first second substrate second light reflecting portion to face each other with the optical gap in the light reflecting portion is provided,
Drive means for displacing the movable plate in the thickness direction of the movable plate ;
Before Stories second substrate, the first layer constituting the bottom wall of the recess, and the second layer constituting the side wall of the recess has a cavity in the central portion, the first layer and the second And a bonding film for bonding the two layers ,
The bonding film is characterized an Si skeleton having a siloxane (Si-O) bond of including atomic structure, the including that the leaving group bonded to the Si skeleton.
As a result, the cost can be reduced, the dimensional accuracy can be improved, and wavelength separation can be performed with high accuracy over a long period of time.
In the optical device of the present invention, since the bonding film imparts energy to at least a part of the region, the leaving group present near the surface of the bonding film is released from the Si skeleton, and the bonding film It is preferable that the first layer and the second layer are bonded to each other by the adhesiveness developed in the region of the surface.
本発明の光学デバイスでは、前記Ｓｉ骨格の結晶化度は、４５％以下であることが好ましい。
これにより、Ｓｉ骨格は十分にランダムな原子構造を含むものとなる。このため、Ｓｉ骨格の特性が顕在化し、接合膜の寸法精度および接着性がより優れたものとなる。
In the optical device of the present invention, the crystallinity of the Si skeleton is preferably 45% or less.
As a result, the Si skeleton includes a sufficiently random atomic structure. For this reason, the characteristics of the Si skeleton become obvious, and the dimensional accuracy and adhesiveness of the bonding film become more excellent.
本発明の光学デバイスでは、前記脱離基は、Ｈ原子、Ｂ原子、Ｃ原子、Ｎ原子、Ｏ原子、Ｐ原子、Ｓ原子およびハロゲン系原子、またはこれらの各原子が前記Ｓｉ骨格に結合するよう配置された原子団からなる群から選択される少なくとも１種で構成されたものであることが好ましい。
これらの脱離基は、エネルギーの付与による結合／脱離の選択性に比較的優れている。このため、このような脱離基は、接合膜の接着性をより高度なものとすることができる。
In the optical device of the present invention, the leaving group includes an H atom, a B atom, a C atom, an N atom, an O atom, a P atom, an S atom, and a halogen atom, or each of these atoms bonded to the Si skeleton. It is preferably composed of at least one selected from the group consisting of atomic groups arranged in such a manner.
These leaving groups are relatively excellent in binding / leaving selectivity by applying energy. For this reason, such a leaving group can make the adhesiveness of the bonding film higher.
本発明の光学デバイスでは、前記脱離基は、アルキル基であることが好ましい。
アルキル基は化学的な安定性が高いため、脱離基としてアルキル基を含む接合膜は、耐候性および耐薬品性に優れたものとなる。
本発明の光学デバイスでは、前記接合膜は、プラズマ重合により形成されたものであることが好ましい。
これにより、接合膜は緻密で均質なものとなる。そして、第１の層と第２の層とを特に強固に接合し得るものとなる。さらに、プラズマ重合法で作製された接合膜は、エネルギーが付与されて活性化された状態が比較的長時間にわたって維持される。このため、光学デバイスの製造過程の簡素化、効率化を図ることができる。
In the optical device of the present invention, the leaving group is preferably an alkyl group.
Since the alkyl group has high chemical stability, the bonding film containing the alkyl group as a leaving group is excellent in weather resistance and chemical resistance.
In the optical device of the present invention, the bonding film is preferably one that is more formed in the plasma Polymerization.
Thereby, the bonding film becomes dense and homogeneous. In addition, the first layer and the second layer can be bonded particularly firmly. Furthermore, the bonding film manufactured by the plasma polymerization method is maintained in an activated state by applying energy for a relatively long time. For this reason, the manufacturing process of the optical device can be simplified and improved in efficiency.
本発明の光学デバイスでは、前記接合膜は、ポリオルガノシロキサンを主材料として構成されていることが好ましい。
これにより、接合膜自体が優れた機械的特性を有するものとなる。また、多くの材料に対して特に優れた接着性を示す接合膜が得られる。したがって、この接合膜により、第１の層と第２の層とをより強固に接合することができる。また、非接着性と接着性との制御を容易かつ確実に行える接合膜となる。さらに、接合膜が優れた撥液性を示す。
In the optical device of the present invention, the bonding film is preferably composed of polyorganosiloxane as a main material.
As a result, the bonding film itself has excellent mechanical properties. In addition, a bonding film exhibiting particularly excellent adhesion to many materials can be obtained. Therefore, the first layer and the second layer can be more strongly bonded by this bonding film. Further, the bonding film can easily and reliably control the non-adhesiveness and the adhesiveness. Furthermore, the bonding film exhibits excellent liquid repellency.
本発明の光学デバイスでは、前記ポリオルガノシロキサンは、オクタメチルトリシロキサンの重合物であることが好ましい。
これにより、接着性に特に優れる接合膜が得られる。
In the optical device of the present invention, the polyorganosiloxane is preferably a polymer of octamethyltrisiloxane.
Thereby, a bonding film having particularly excellent adhesiveness can be obtained .
本発明の光学デバイスでは、前記第１の層の構成材料は、シリコンまたはガラスであることが好ましい。
これらの材料は、加工性に優れるため、寸法精度の高い第１の層が得られる。また、第１の層の構成材料としてガラスを用いた場合、可視光域での波長分離を行うことができる。一方、第１の層の構成材料としてシリコンを用いた場合、赤外域での波長分離を行うことができる。
In the optical device of the present invention, the material of the first layer is preferably a silicon or glass.
Since these materials are excellent in workability, a first layer with high dimensional accuracy can be obtained. Moreover, when glass is used as the constituent material of the first layer, wavelength separation in the visible light region can be performed. On the other hand, when silicon is used as the constituent material of the first layer, wavelength separation in the infrared region can be performed.
本発明の光学デバイスでは、前記第２の層の構成材料は、シリコンまたはガラスであることが好ましい。
これらの材料は、加工性に優れるため、寸法精度の高い第２の基体が得られる。
In the optical device of the present invention, the material of the second layer is preferably a silicon or glass.
Since these materials are excellent in workability, a second substrate with high dimensional accuracy can be obtained .
本発明の光学デバイスでは、前記エネルギーの付与は、前記接合膜にエネルギー線を照射する方法、前記接合膜を加熱する方法、および、前記接合膜に圧縮力を付与する方法のうちの少なくとも１つの方法により行われることが好ましい。
これにより、接合膜に対して比較的簡単に効率よくエネルギーを付与することができる。
In the optical device according to the aspect of the invention, the energy may be applied by at least one of a method of irradiating the bonding film with energy rays, a method of heating the bonding film, and a method of applying a compressive force to the bonding film. It is preferable to be carried out by a method.
Thereby, energy can be imparted to the bonding film relatively easily and efficiently.
本発明の光学デバイスでは、前記第１の光反射部と前記第２の光反射部との間で光反射を繰り返し干渉を生じさせて、前記光学ギャップに応じた波長の光を外部へ出射し得るように構成されているのが好ましい。 In the optical device according to the aspect of the invention, light interference is repeatedly generated between the first light reflection unit and the second light reflection unit, and light having a wavelength corresponding to the optical gap is emitted to the outside. It is preferable to be configured to obtain.
本発明の波長可変フィルタモジュールは、本発明の光学デバイスを備えることを特徴とする。
これにより、低コストで、長期にわたり高精度に波長分離を行うことができる波長可変フィルタモジュールを提供することが可能となる。
本発明の光スペクトラムアナライザは、本発明の光学デバイスを備えることを特徴とする。
これにより、長期にわたり高精度に波長分析を行うことができる光スペクトラムアナライザを提供することが可能となる。
The wavelength tunable filter module of the present invention includes the optical device of the present invention.
This makes it possible to provide a wavelength tunable filter module that can perform wavelength separation with high accuracy over a long period of time at low cost.
The optical spectrum analyzer of the present invention includes the optical device of the present invention.
This makes it possible to provide an optical spectrum analyzer that can perform wavelength analysis with high accuracy over a long period of time.
以下、本発明の光学デバイス、波長可変フィルタモジュール、および光スペクトラムアナライザを添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態を説明する。
（光学デバイス（波長可変フィルタ））
図１は、本発明の光学デバイス（波長可変フィルタ）の実施形態を示す平面図、図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図、図３は、図１に示す光学デバイスに備えられた第２の基体を説明するための図、図４は、図１に示す光学デバイスに備えられた接合膜のエネルギー付与前の状態を示す部分拡大図、図５は、図１に示す光学デバイスに備えられた接合膜のエネルギー付与後の状態を示す部分拡大図である。なお、以下の説明では、図１中および図３中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言い、図２中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
Hereinafter, an optical device, a wavelength tunable filter module, and an optical spectrum analyzer of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
<First Embodiment>
First, a first embodiment of the present invention will be described.
(Optical device (wavelength tunable filter))
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of an optical device (tunable wavelength filter) of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is provided in the optical device shown in FIG. 4 is a diagram for explaining the second substrate, FIG. 4 is a partially enlarged view showing a state before the application of energy to the bonding film provided in the optical device shown in FIG. 1, and FIG. 5 is a diagram showing the optical device shown in FIG. It is the elements on larger scale which show the state after energy provision of the provided bonding film. In the following description, the front side of the page in FIG. 1 and FIG. 3 is referred to as “up”, the back side of the page is referred to as “down”, the right side is referred to as “right”, and the left side is referred to as “left”. Is called "upper", the lower side is called "lower", the right side is called "right", and the left side is called "left".
図１ないし図３に示すように、光学デバイス１は、例えば、光を受け、干渉作用により、その光の波長のうち特定の波長に対応する光（干渉光）だけを出射させる波長可変フィルタである。なお、この光学デバイス１は、波長可変フィルタに限らず、光スイッチ、光アッテネータなどの各種光学デバイスに用いることもできる。
このような光学デバイス１は、互いに接合された第１の基体（第１の構造体）２および第２の基体（第２の構造体）３を有し、これらの間に、光を干渉させるためのギャップ、すなわち光学ギャップＧ１が形成されている。そして、この光学ギャップＧ１に光Ｌが入射すると、干渉作用により、光学ギャップＧ１の大きさに応じた波長の光だけが射出する。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
Such an
以下、光学デバイス１を構成する各部を順次詳細に説明する。
第１の基体２は、光透過性を有している。そして、第１の基体２は、光学ギャップＧ１を可変とするための可動板（板状の可動部）２１と、支持部２２と、可動板２１を支持部２２に対し上下方向（すなわち可動板２１の厚さ方向）に変位可能とするようにこれらを連結する複数の連結部２３とを有している。これらは、第１の基体２に異形状の開口部２４が形成されることにより、一体的に形成されている。可動板２１と支持部２２と連結部２３とが一体的に形成されていると、第２の基体３に対する可動板２１の位置をより安定させることができる。
Hereinafter, each part which comprises the
The
このような第１の基体２の構成材料としては、用いる光の波長に関し光透過性を有していれば、特に限定されないが、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンのようなシリコン材料、石英ガラス、ケイ酸ガラス（石英ガラス）、ケイ酸アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、カリ石灰ガラス、鉛（アルカリ）ガラス、バリウムガラス、ホウケイ酸ガラスのようなガラス材料等が好適に用いられる。
The constituent material of the
また、上記のような材料に、酸化処理（酸化膜形成）、めっき処理、不働態化処理、窒化処理等の各処理を施した材料でもよい。
また、第１の基体２の構成材料としてシリコン材料またはガラスを用いる場合、これらの材料は、加工性に優れるため、寸法精度の高い第１の基体２が得られる。また、第１の基体２の構成材料としてガラスを用いた場合、可視光域での波長分離を行うことができる。一方、第１の基体２の構成材料としてシリコンを用いた場合、赤外域での波長分離を行うことができる。また、特にシリコンは機械的特性に優れ弾性変形を繰り返しても疲労が生じないため、第１の基体２の構成材料としてシリコンを用いた場合、長期にわたり、可動板２１を安定して変位させ、より高精度な波長分離を行うことができる。
Moreover, the material which gave each process, such as an oxidation process (oxide film formation), a plating process, a passivation process, a nitriding process, to the above materials may be used.
In addition, when a silicon material or glass is used as the constituent material of the
可動板２１は、板状をなしているとともに、平面視にて、第１の基体２のほぼ中央部に位置し、円形状をなしている。なお、可動板２１の形状、大きさ、配置は、図示の形状に特に限定されないのは言うまでもない。
可動板２１の厚さ（平均）は、構成材料、用途等に応じて適宜選択され、特に限定されないが、１〜５００μｍ程度であるのが好ましく、１０〜１００μｍ程度であるのがより好ましい。
The
The thickness (average) of the
また、可動板２１には、第２の基体３と対向する側の面（すなわち、可動板２１の下面）上に、光を比較的高い反射率で反射させる第１の光反射部である第１の反射膜（ＨＲコート）２５が形成され、第２の基体３と対向する側とは反対側の面（すなわち、可動板２１の上面）上に、光の反射を抑制する第１の反射防止膜（ＡＲコート）２６が形成されている。
第１の反射膜２５は、図２に示すように光学デバイス１の下方から後述の光学ギャップＧ１に入射した光を、後述する第２の光反射部である第２の反射膜３４との間で複数回にわたって反射させるためのものである。
Further, the
As shown in FIG. 2, the first
第１の反射防止膜２６は、図２に示すように光学デバイス１の下方から光学ギャップＧ１に入射した光が第１の基体２の上面と外気との界面で図中下方に反射されるのを防止するためのものである。
第１の反射膜（誘電体多層膜）２５や第１の反射防止膜２６は、必要な光学特性を得られるものであれば特に限定されないが、誘電体多層膜で構成されているものが好ましい。すなわち、第１の反射膜（誘電体多層膜）２５や第１の反射防止膜２６は、それぞれ、高屈折率層と低屈折率層とが交互に複数積層されてなるものであるのが好ましい。これにより、第１の反射膜２５と第２の反射膜３４との間での光の干渉時における光の損失を防止して、光学特性を向上させることができる。
As shown in FIG. 2, the
The first reflective film (dielectric multilayer film) 25 and the
高屈折率層を構成する材料としては、第１の反射膜２５や第１の反射防止膜２６に必要な光学特性を得ることができるものであれば、特に限定されないが、可視光領域や赤外光領域で用いる場合には、Ｔｉ２Ｏ、Ｔａ２Ｏ５、酸化ニオブなどが挙げられ、また、紫外光領域で用いる場合には、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、ＴｈＯ２などが挙げられる。
The material constituting the high refractive index layer is not particularly limited as long as it can obtain the optical characteristics necessary for the first
低屈折率層を構成する材料としては、第１の反射膜２５や第１の反射防止膜２６に必要な光学特性を得ることができるものであれば、特に限定されないが、例えば、ＭｇＦ２、ＳｉＯ２などが挙げられる。
第１の反射膜２５および第１の反射防止膜２６を構成する高屈折率層および低屈折率層の層数、厚さは、必要とする光学特性に応じて設定される。一般に、多層膜により反射膜を構成する場合、その光学特性を得るために必要な層数は１２層以上であり、多層膜により反射防止膜を構成する場合、その光学特性に必要な層数は４層程度である。
The material constituting the low refractive index layer is not particularly limited as long as it can obtain the optical characteristics necessary for the first
The number and thickness of the high refractive index layer and the low refractive index layer constituting the first
第１の駆動電極２８は、前述した第１の反射膜２５の外周を囲むように円環状をなしている。
なお、第１の駆動電極２８の形状は、前述したものに限定されない。また、第１の駆動電極２８は、周方向にて複数に分割されていてもよい。この場合、分割された複数の電極間で、印加する電圧を異ならせることにより、可動板２１の姿勢（平行度）を変化させることができる。
The
The shape of the
第１の駆動電極２８は、図示しない通電回路に接続されており、後述する第２の駆動電極３３と第１の駆動電極２８との間に電位差を生じさせることが可能となっている。この通電回路には、後述する検出回路（図示せず）の検出結果に基づき通電回路の駆動を制御するための制御手段（図示せず）が接続されている。ここで、第２の駆動電極３３と第１の駆動電極２８と通電回路とが、可動板２１をその厚さ方向に変位させる駆動手段を構成する。
The
第１の駆動電極２８の構成材料としては、導電性を有しているものであれば、特に限定されず、例えば、Ａｕ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｔｉなどの金属等が挙げられる。
このような第１の駆動電極２８の厚さ（平均）は、構成材料、用途等により適宜選択され、特に限定されないが、０．１〜５μｍ程度であるのが好ましい。
The constituent material of the
The thickness (average) of the
このような可動板２１を囲むように支持部２２が形成され、可動板２１は、連結部２３を介して支持部２２に支持されている。
連結部２３は、前述した可動板２１の周囲に周方向に等間隔で複数（本実施形態では４つ）設けられている。この連結部２３は、弾性（可撓性）を有しており、これにより、可動板２１は、第２の基体３に対し略平行に間隔を隔てて、その厚さ方向に（上下に）に変位可能となっている。なお、連結部２３の数、位置、形状は、可動板２１を支持部２２に対し変位可能とするものであれば、前述したものに限定されない。
A
A plurality (four in this embodiment) of the connecting
また、第１の基体２には、後述する引出し電極３３１に外部からアクセスするための開口部２７が設けられている。この開口部２７は、光学デバイス１の製造工程において、第１の基体２と第２の基体３との間の空間に外部との圧力差が生じるのを防止する圧力開放用開口部としても機能する。
また、第１の基体２には、前述した引出し電極２８１に外部からアクセスするための開口部２９が設けられている。
Further, the
The
このような第１の基体２に対し、支持部２２の下面で、第２の基体３が接合されている。
第２の基体３には、その一方の面側に、第１の基体２と第２の基体３との間に静電ギャップＧ２を形成するための第１の凹部３１と、第１の凹部３１内側で第１の基体２と第２の基体３との間に光学ギャップＧ１を形成するための第２の凹部３２とが形成されている。これにより、可動板２１の厚さ方向での変位を許容する空隙を形成しつつ、第２の基体３と第１の基体２とを接合することができる。
The
The
特に、この第２の基体３は、第１の層（下部基板）３ａと、第１の層３ａ上に接合膜４１を介して接合された第２の層（中間基板）３ｂと、第２の層３ｂ上に接合膜４２を介して接合された第３の層（上部基板）３ｃとを有している。言い換えすれば、第２の基体３は、第１の層３ａ上に、接合膜４１、第２の層３ｂ、接合膜４２、第３の層３ｃがこの順で積層されている。
第１の層３ａは、前述した第２の凹部３２の底壁を構成するものであり、光透過性を有している。
In particular, the
The
このような第１の層３ａは、接合膜４１を介して第２の層３ｂに接合されている。なお、この接合膜４１については、後に詳述する。
第２の層３ｂは、平面視にて第２の凹部３２に対応する部分が除去されている。すなわち、第２の層３ｂは、前述した第２の凹部３２の側壁を構成するものである。また、本実施形態では、第２の層３ｂは、前述した第１の凹部３１の底壁を構成するものである。さらに言い換えすれば、第２の層３ｂは、光学ギャップＧ１を形成するように第１の層３ａと第３の層３ｃとを離間させるスペーサとして機能する。
Such a
The
このような第２の層３ｂは、接合膜４１と同様に構成された接合膜４２を介して第３の層３ｃに接合されている。なお、この接合膜４２の構成は、接合膜４１と異なるものであってもよい。
第３の層３ｃは、平面視にて可動板に対応する部分（第１の凹部３１および第２の凹部３２に対応する部分）が除去されている。すなわち、第３の層３ｃは、前述した第１の凹部３１の側壁を構成するものである。さらに言い換えすれば、第３の層３ｃは、静電ギャップＧ２を形成するように第１の基体２と第２の層３ｂとを離間させるスペーサとして機能する。
Such a
In the
このような第３の層３ｃは、接合膜４１と同様に構成された接合膜４３を介して前述した第１の基体２に接合されている。なお、この接合膜４３の構成は、接合膜４１と異なるものであってもよい。また、第３の層３ｃは、第２の層３ｂと一体で形成されていてもよい。
このような第２の基体３（第１の層３ａ、第２の層３ｂ、第３の層３ｃ）の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、前述したようなシリコン材料、金属材料、ガラス材料、セラミックス材料、炭素材料、樹脂材料、またはこれらの各材料の１種または２種以上を組み合わせた複合材料等が挙げられる。ただし、第１の層３ａの構成材料については、用いる光の波長に関し光透過性を有する必要がある。また、第１の層３ａ、第２の層３ｂ、第３の層３ｃの構成材料は、同じであっても異なっていてもよい。
Such a
The constituent material of the second base 3 (the
これらの中でも、第２の基体３（第１の層３ａ、第２の層３ｂ、第３の層３ｃ）の構成材料としては、シリコンまたはガラスを用いるのが好ましい。これらの材料は、加工性に優れるため、寸法精度の高い第２の基体３が得られる。また、第２の基体３（第１の層３ａ）の構成材料としてガラスを用いた場合、可視光域での波長分離を行うことができる。一方、第２の基体３（第１の層３ａ）の構成材料としてシリコンを用いた場合、赤外域での波長分離を行うことができる。
Among these, it is preferable to use silicon or glass as a constituent material of the second substrate 3 (the
特に、第２の基体３（第１の層３ａ、第２の層３ｂ、第３の層３ｃ）がシリコンまたはガラスを主材料として構成されていると、第１の凹部３１や第２の凹部３２の寸法精度や、機械的特性を向上させることができる。第１の凹部３１や第２の凹部３２の寸法精度が優れていると、光学ギャップＧ１や静電ギャップＧ２の寸法精度も優れたものとなる。
特に、第２の基体３中の層間の熱膨張係数差（すなわち、第１の層３ａと第２の層３ｂとの間、および、第２の層３ｂと第３の層３ｃとの間の熱膨張係数との差）は、できるだけ小さいほうが好ましく、具体的には、５０×１０−７℃−１以下であるのが好ましい。
これにより、第２の基体３が高温下または低温下にさらされたときに、第２の基体３の層間に生じる応力を低減して、第２の基体３の損傷を防止することができる。
In particular, when the second substrate 3 (the
In particular, the difference in thermal expansion coefficient between layers in the second substrate 3 (that is, between the
As a result, when the
また、第１の基体２の熱膨張係数と第２の基体３の熱膨張係数との差は、できるだけ小さいほうが好ましく、具体的には、５０×１０−７℃−１以下であるのが好ましい。
これにより、第１の基体２および第２の基体３が高温下または低温下にさらされたときに、第１の基体２と第２の基体３との間に生じる応力を低減して、第１の基体２または第２の基体３の損傷を防止することができる。
また、第２の基体３の厚さ（平均）は、構成材料、用途等により適宜選択され、特に限定されないが、１０〜２０００μｍ程度であるのが好ましく、１００〜１０００μｍ程度であるのがより好ましい。
Further, the difference between the thermal expansion coefficient of the
This reduces the stress generated between the
The thickness (average) of the
第１の凹部３１は、その外形が円形をなしており、前述した可動板２１と連結部２３と開口部２４とに対応する位置に配置されている。また、第１の凹部３１の底面上には、可動板２１の外周部に対応する位置で、円環状の第２の駆動電極３３、図示しない絶縁膜がこの順で積層されている。
なお、第２の駆動電極３３の形状は、前述したものに限定されない。また、第２の駆動電極３３は、周方向にて複数に分割されていてもよい。この場合、分割された複数の電極間で、印加する電圧を異ならせることにより、可動板２１の姿勢（平行度）を変化させることができる。
The
The shape of the
第２の駆動電極３３は、図示しない通電回路に接続されており、第２の駆動電極３３と前述した第１の駆動電極２８との間に電位差を生じさせることが可能となっている。この通電回路には、後述する検出回路（図示せず）の検出結果に基づき通電回路の駆動を制御するための制御手段（図示せず）が接続されている。
第２の駆動電極３３の構成材料としては、前述した第１の駆動電極２８の構成材料と同様に、導電性を有しているものであれば、特に限定されず、例えば、Ａｕ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｔｉなどの金属等が挙げられる。
The
The constituent material of the
このような第２の駆動電極３３の厚さ（平均）は、構成材料、用途等により適宜選択され、特に限定されないが、０．１〜５μｍ程度であるのが好ましい。
このような第１の凹部３１内の空間内に、可動板２１の駆動のための駆動ギャップとして、静電ギャップＧ２が形成される。すなわち、第１の駆動電極２８と第２の駆動電極３３との間に、静電ギャップＧ２が形成される。
The thickness (average) of the
An electrostatic gap G <b> 2 is formed in the space in the
静電ギャップＧ２の大きさ（すなわち、第１の駆動電極２８と第２の駆動電極３３との間の距離）は、用途などに応じて適宜選択され、特に限定されないが、０．５〜２０μｍ程度であるのが好ましい。
第２の凹部３２は、その外形が円形をなし、前述した第１の凹部３１とほぼ同心でかつ第１の凹部３１および可動板２１の外径よりも小さい外径を有している。また、第２の凹部３２の底面（第２の基体３の可動板２１側の面）上には、ほぼ円形をなす第２の反射膜３４が設けられている。
The size of the electrostatic gap G2 (that is, the distance between the
The
第２の反射膜３４は、前述したように、図２に示すように光学デバイス１の下方から光学ギャップＧ１に入射した光を、第１の反射膜２５との間で複数回にわたって反射させるためのものである。すなわち、この第２の反射膜３４は、前述した第１の反射膜２５と協働して、光学ギャップＧ１の大きさ（すなわち、第２の反射膜３４と第１の反射膜２５との間の距離）に対応する波長の光を干渉させることができる。本実施形態では、この光学ギャップＧ１の大きさは、前述した静電ギャップＧ２の大きさよりも大きくなっている。なお、光学ギャップＧ１および静電ギャップＧ２は、使用波長領域や駆動電圧などの設計により決定されるものであり、光学ギャップＧ１と静電ギャップＧ２との関係は、本実施形態のものに限定されず、例えば、使用波長領域が可視光（長波長）である場合などには、光学ギャップＧ１が静電ギャップＧ２よりも小さくなっていてもよい。
As described above, the second
光学ギャップＧ１の大きさは、用途などに応じて適宜選択され、特に限定されないが、０．４〜１００μｍ程度であるのが好ましい。
第２の凹部３２の底面上に第２の反射膜３４が設けられているので、第２の駆動電極３３と第１の駆動電極２８や可動板２１との間の距離に関係なく、第２の凹部３２の深さに応じた使用可能波長帯域とすることができる。そのため、様々な使用波長帯域の光学デバイス１を製造しても、駆動電圧を低減することができる。
The size of the optical gap G1 is appropriately selected depending on the application and is not particularly limited, but is preferably about 0.4 to 100 μm.
Since the second
また、図３に示すように、第２の基体３には、前述した第２の駆動電極３３を外部に引き出すために、第３の凹部３６と、第３の凹部３６と第１の凹部３１とを連通させる溝部３５とが形成されている。
溝部３５および第３の凹部３６は、その深さが第１の凹部３１の深さとほぼ同等となっており、これらの底面上には、第２の駆動電極３３に接続される引出し電極３３１が設けられている。
Further, as shown in FIG. 3, the
The depth of the
引出し電極３３１の構成材料としては、前述した第２の駆動電極３３の構成材料と同様のものを用いることができ、導電性を有しているものであれば、特に限定されず、例えば、Ａｕ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｔｉなどの金属等が挙げられる。
また、引出し電極３３１の厚さ（平均）は、構成材料、用途等により適宜選択され、特に限定されないが、０．１〜５μｍ程度であるのが好ましい。そして、引出し電極３３１は、前述した第２の駆動電極３３と一体的に形成されているのが好ましい。
The constituent material of the
Further, the thickness (average) of the
また、第２の基体３の他方の面（すなわち、前述した第１の凹部３１等が形成されている面とは反対側の面）上には、第２の反射防止膜３７が形成されている（図２参照）。
第２の反射防止膜３７は、図２に示すように光学デバイス１の下方から光学ギャップＧ１に向け照射された光が第２の基体３の下面と外気との界面で図中下方に反射されるのを防止するためのものである。なお、第１の反射膜２５や第１の反射防止膜２６の構成は、前述した第２の反射膜３４や第２の反射防止膜３７の構成と同様である。
A
As shown in FIG. 2, the
（接合膜）
ここで、前述した第２の基体３の接合膜４１を詳細に説明する。
接合膜４１は、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ）結合を含みランダムな原子構造を有するＳｉ骨格と、このＳｉ骨格に結合する脱離基とを含むものである。
そして、接合膜４１は、エネルギーを付与したことにより、脱離基がＳｉ骨格から脱離し、接合膜４１の表面に発現した接着性によって、第１の層３ａと第２の層３ｂとを接合している。
(Bonding film)
Here, the
The
Then, the
より具体的に説明すると、接合膜４１は、エネルギーが付与される前に、図４に示すように、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ）結合３０２を含み、ランダムな原子構造を有するＳｉ骨格３０１と、このＳｉ骨格３０１に結合する脱離基３０３とを含むものである。
そして、この接合膜４１にエネルギーが付与されると、図５に示すように、一部の脱離基３０３がＳｉ骨格３０１から脱離し、活性手３０４が生じる。これにより、接合膜４１の第２の層３ｂ側の面４１ａに接着性が発現する。このようにして接着性が発現した接合膜４１により、第１の層３ａと第２の層３ｂとが接合されている。なお、第２の層３ｂに接合膜４１を形成し、その接合膜４１の第１の層３ａ側の面にエネルギー付与により活性手３０４を生じさせ、第１の層３ａと第２の層３ｂとを接合してもよい。
More specifically, before the energy is applied, the
When energy is applied to the
このような接合膜４１は、シロキサン結合３０２を含みランダムな原子構造を有するＳｉ骨格３０１の影響によって、変形し難い強固な膜となる。このため、第１の層３ａと第２の層３ｂとの間の距離を高い寸法精度で一定に保持することができる。その結果、前述した光学ギャップＧ１や静電ギャップＧ２を高精度に所望のものとすることができる。すなわち、光学デバイス１の寸法精度を向上させ、複数の光学デバイス１を作成する際に、初期状態での光学ギャップＧ１や静電ギャップＧ２の個体差や波長調整範囲のバラツキを防止することができる。
Such a
また、第１の層３ａや第２の層３ｂの形成のための基板の板面の平行性や平滑性を利用して光学デバイス１を製造することができる。そのため、各駆動電極や各反射膜の平滑性や平行性を優れたものとし、その結果、光学デバイス１の特性を優れたものとすることができる。また、第１の凹部３１や第２の凹部の深さを第１の層３ａや第２の層３ｂの形成のための基板の厚さに応じたものとし、光学ギャップＧ１や静電ギャップＧ２を高精度に形成することができる。
Moreover, the
また、前述したような接合膜４１を用いると、直接接合や陽極接合のような固体接合法を用いた場合とは異なり、第１の層３ａおよび第２の層３ｂのそれぞれの材質が限られることがない。例えば、第１の層３ａおよび第２の層３ｂのそれぞれの構成材料を必要な光学特性や機械的特性に応じて最適化することができる。さらに、第１の層３ａと第２の層３ｂとの接触部分のうちの一部の領域のみを部分的に接合することができる。そのため、光学デバイス１の設計自由度を高めることができる。
In addition, when the
また、比較的低温で第１の層３ａと第２の層３ｂとを接合することができるため、光学デバイス１の各部に熱的な悪影響を及ぼすおそれもない。
また、接合プロセスにおける雰囲気が減圧雰囲気に限られないため、光学デバイス１の低コスト化を図ることができる。
また、接合膜４１を用いて第１の第１の層３ａと第２の層３ｂとを接合したことにより、接着剤がはみ出すといった従来のエポキシ系接着剤などの接着剤のような問題が生じることがない。したがって、はみ出した接着剤が光学ギャップＧ１や静電ギャップＧ２に及んでしまうことなく、光学デバイス１の製造において歩留まりを向上させることができる。また、はみ出した接着剤を除去する手間も必要ないため、光学デバイス１の生産効率を向上させることもできる。
In addition, since the
Further, since the atmosphere in the bonding process is not limited to the reduced pressure atmosphere, the cost of the
Further, since the first
さらに、接合膜４１は、化学的に安定なＳｉ骨格３０１の作用により、耐熱性に優れている。このため、光学デバイス１が高温下に曝されたとしても、接合膜４１の変質・劣化を確実に防止することができる。また、接合膜４１は接着剤に比べ放熱性にも優れている。そのため、光学ギャップＧ１に入射した光の一部が熱となっても、速やかに放熱して、熱膨張による特性の変化を防止し、安定した駆動を行うことができる。
Furthermore, the
また、このような接合膜４１は、流動性を有しない固体状のものとなる。このため、従来の流動性を有する液状または粘液状の接着剤に比べて、接着層（接合膜４１）の厚さや形状がほとんど変化しない。このため、接合膜４１を用いて製造された光学デバイス１の寸法精度は、従来に比べて格段に高いものとなる。さらに、接着剤の硬化に要する時間が不要になるため、短時間で強固な接合を可能にする。
Further, such a
このような接合膜４１としては、特に、接合膜４１を構成する全原子からＨ原子を除いた原子のうち、Ｓｉ原子の含有率とＯ原子の含有率の合計が、１０〜９０原子％程度であるのが好ましく、２０〜８０原子％程度であるのがより好ましい。Ｓｉ原子とＯ原子とが、前記範囲の含有率で含まれていれば、接合膜４１は、Ｓｉ原子とＯ原子とが強固なネットワークを形成し、接合膜４１自体がより強固なものとなる。また、かかる接合膜４１は、第１の層３ａおよび第２の層３ｂに対して、特に高い接合強度を示すものとなる。
As such a
また、接合膜４１中のＳｉ原子とＯ原子の存在比は、３：７〜７：３程度であるのが好ましく、４：６〜６：４程度であるのがより好ましい。Ｓｉ原子とＯ原子の存在比を前記範囲内になるよう設定することにより、接合膜４１の安定性が高くなり、第１の層３ａと第２の層３ｂとをより強固に接合することができるようになる。
なお、接合膜４１中のＳｉ骨格３０１の結晶化度は、４５％以下であるのが好ましく、４０％以下であるのがより好ましい。これにより、Ｓｉ骨格３０１は十分にランダムな原子構造を含むものとなる。このため、前述したＳｉ骨格３０１の特性が顕在化し、接合膜４１の寸法精度および接着性がより優れたものとなる。
The abundance ratio of Si atoms to O atoms in the
The crystallinity of the
また、Ｓｉ骨格３０１に結合する脱離基３０３は、前述したように、Ｓｉ骨格３０１から脱離することによって、接合膜４１に活性手３０４を生じさせるよう振る舞うものである。したがって、脱離基３０３は、エネルギーを付与されることによって、比較的簡単に、かつ均一に脱離するものの、エネルギーが付与されないときには、脱離しないようＳｉ骨格３０１に確実に結合している必要がある。
Further, as described above, the leaving
かかる観点から、脱離基３０３には、Ｈ原子、Ｂ原子、Ｃ原子、Ｎ原子、Ｏ原子、Ｐ原子、Ｓ原子およびハロゲン系原子、またはこれらの各原子を含み、これらの各原子がＳｉ骨格３０１に結合するよう配置された原子団からなる群から選択される少なくとも１種で構成されたものが好ましく用いられる。かかる脱離基３０３は、エネルギーの付与による結合／脱離の選択性に比較的優れている。このため、このような脱離基３０３は、上記のような必要性を十分に満足し得るものとなり、接合膜４１の接着性をより高度なものとすることができる。
From this point of view, the leaving
なお、上記のような各原子がＳｉ骨格３０１に結合するよう配置された原子団（基）としては、例えば、メチル基、エチル基のようなアルキル基、ビニル基、アリル基のようなアルケニル基、アルデヒド基、ケトン基、カルボキシル基、アミノ基、アミド基、ニトロ基、ハロゲン化アルキル基、メルカプト基、スルホン酸基、シアノ基、イソシアネート基等が挙げられる。
Examples of the atomic group (group) arranged so that each atom as described above is bonded to the
これらの各基の中でも、脱離基３０３は、特にアルキル基であるのが好ましい。アルキル基は化学的な安定性が高いため、アルキル基を含む接合膜４１は、耐光性、耐オゾン性、耐候性および耐薬品性に優れたものとなる。
このような特徴を有する接合膜４１の構成材料としては、例えば、ポリオルガノシロキサンのようなシロキサン結合を含む重合物等が挙げられる。
Among these groups, the leaving
Examples of the constituent material of the
ポリオルガノシロキサンで構成された接合膜４１は、それ自体が優れた機械的特性を有している。また、多くの材料に対して特に優れた接着性を示すものである。したがって、ポリオルガノシロキサンで構成された接合膜４１は、第１の層３ａと第２の層３ｂとをより強固に接合することができる。
また、ポリオルガノシロキサンは、通常、撥水性（非接着性）を示すが、エネルギーを付与されることにより、容易に有機基を脱離させることができ、親水性に変化し、接着性を発現するが、この非接着性と接着性との制御を容易かつ確実に行えるという利点を有する。
The
Polyorganosiloxane usually exhibits water repellency (non-adhesiveness), but when given energy, it can easily desorb organic groups, changes to hydrophilicity, and exhibits adhesiveness. However, there is an advantage that the non-adhesiveness and the adhesiveness can be controlled easily and reliably.
なお、この撥水性（非接着性）は、主に、ポリオルガノシロキサン中に含まれたアルキル基による作用である。したがって、ポリオルガノシロキサンで構成された接合膜４１は、エネルギーを付与された領域に接着性が発現するとともに、エネルギーを付与しなかった領域においては、前述したアルキル基による優れた撥液性が得られるという利点も有する。
This water repellency (non-adhesiveness) is mainly due to the action of alkyl groups contained in the polyorganosiloxane. Therefore, the
また、ポリオルガノシロキサンの中でも、特に、オクタメチルトリシロキサンの重合物を主成分とするものが好ましい。オクタメチルトリシロキサンの重合物を主成分とする接合膜４１は、接着性に特に優れることから、本発明の光学デバイス１に対して特に好適である。また、オクタメチルトリシロキサンを主成分とする原料は、常温で液状をなし、適度な粘度を有するため、取り扱いが容易であるという利点もある。
Further, among polyorganosiloxanes, those mainly composed of a polymer of octamethyltrisiloxane are preferred. The
また、接合膜４１の平均厚さは、１〜１０００ｎｍ程度であるのが好ましく、２〜８００ｎｍ程度であるのがより好ましい。接合膜４１の平均厚さを前記範囲内とすることにより、第１の層３ａと第２の層３ｂとの間の寸法精度が著しく低下するのを防止しつつ、これらをより強固に接合することができる。
すなわち、接合膜４１の平均厚さが前記下限値を下回った場合は、十分な接合強度が得られないおそれがある。一方、接合膜４１の平均厚さが前記上限値を上回った場合は、光学デバイス１の寸法精度が著しく低下するおそれがある。
In addition, the average thickness of the
That is, when the average thickness of the
さらに、接合膜４１の平均厚さが前記範囲内であれば、接合膜４１にある程度の形状追従性が確保される。このため、例えば、第１の層３ａの接合面（接合膜４１に隣接する面）に凹凸が存在している場合でも、その凹凸の高さにもよるが、凹凸の形状に追従するように接合膜４１を被着させることができる。その結果、接合膜４１は、凹凸を吸収して、その表面に生じる凹凸の高さを緩和することができる。そして、第１の層３ａ上に形成した接合膜４１を第２の層３ｂに貼り合わせた際に、接合膜４１の第２の層３ｂに対する密着性を高めることができる。
Furthermore, if the average thickness of the
なお、上記のような形状追従性の程度は、接合膜４１の厚さが厚いほど顕著になる。したがって、形状追従性を十分に確保するためには、接合膜４１の厚さをできるだけ厚くすればよい。
このような接合膜４１は、いかなる方法で作製されたものでもよく、プラズマ重合法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法のような各種気相成膜法や、各種液相成膜法等により作製した膜にエネルギーを付与することによって作製することができるが、これらの中でも、エネルギー付与前の膜として、後述するようなプラズマ重合法により作製された膜を用いるのが好ましい。プラズマ重合法によれば、最終的に、緻密で均質な接合膜４１を効率よく作製することができる。これにより、プラズマ重合法で作製された接合膜４１は、第１の層３ａと第２の層３ｂとを特に強固に接合し得るものとなる。さらに、プラズマ重合法で作製され、エネルギーが付与される前の接合膜４１は、エネルギーが付与されて活性化された状態が比較的長時間にわたって維持することができる。このため、光学デバイス１の製造過程の簡素化、効率化を図ることができる。
In addition, the degree of the shape followability as described above becomes more prominent as the thickness of the
Such a
このような構成を有する光学デバイス１の動作（作用）を説明する。
図示しない通電回路により第１の駆動電極２８と第２の駆動電極３３との間に電圧が印加されると、第１の駆動電極２８と第２の駆動電極３３とが互いに逆極性に帯電して、両者の間にクーロン力（静電引力）が発生する。このとき、図示しない検出回路が可動板２１の変位状態を検出し、その検出結果に基づき、図示しない制御手段が通電回路の駆動を制御する。
このクーロン力によって、可動板２１は、第２の駆動電極３３に向け下方向に移動（変位）し、連結部２３の弾性力とクーロン力が釣り合う位置で静止する。これにより、光学ギャップＧ１および静電ギャップＧ２の大きさが変化する。
The operation (action) of the
When a voltage is applied between the
Due to the Coulomb force, the
一方、図２に示すように、光学デバイス１の下方から光学ギャップＧ１に向け光Ｌが照射されると、光Ｌは、第２の反射防止膜３７、第２の基体３、第２の反射膜３４を透過して、光学ギャップＧ１に入射する。このとき、この光Ｌは、第２の反射防止膜３７により、ほとんど損失せずに光学ギャップＧ１に入射する。
入射した光は、第１の反射膜２５と第２の反射膜３４との間において、反射を繰り返す（干渉する）。この際、第１の反射膜２５および第２の反射膜３４により、光Ｌの損失を抑えることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 2, when the light L is irradiated from below the
The incident light is repeatedly reflected (interfered) between the first
前述したように第１の反射膜２５と第２の反射膜３４との間で光が反射を繰り返す過程において、第１の反射膜２５と第２の反射膜３４との間の光学ギャップＧ１の大きさに対応する干渉条件を満たさない波長の光は急激に減衰し、この干渉条件を満たした波長の光だけが残って最終的に光学デバイス１から出射する。したがって、第１の駆動電極２８と第２の駆動電極３３との間に印加される電圧を変更することにより、光学ギャップＧ１を変更（すなわち干渉条件を変更）すれば、光学デバイス１を透過する光の波長を変更することができる。
As described above, in the process where light is repeatedly reflected between the first
前述したような光Ｌの干渉の結果、光学ギャップＧ１の大きさに対応した波長の光（干渉光）は、第１の反射膜２５、可動板２１、第１の反射防止膜２６を透過し、光学デバイス１の上方へ出射する。このとき、可動板２１の上面に第１の反射防止膜２６が形成されているため、ほとんど損失せずに光学デバイス１の外部へ出射する。
なお、本実施形態では、光学ギャップＧ１に入射した光を光学デバイス１の上方へ出射したが、光学ギャップＧ１に入射した光を光学デバイス１の下方へ出射してもよい。
また、本実施形態では、光学デバイス１に対し、その下方から光を入射したが、上方から光を入射してもよい。
As a result of the interference of the light L as described above, light having a wavelength corresponding to the size of the optical gap G1 (interference light) passes through the
In this embodiment, the light incident on the optical gap G1 is emitted upward of the
In the present embodiment, light is incident on the
（光学デバイス（波長可変フィルタ）の製造方法）
次に、光学デバイス１の製造方法の一例を図６ないし図１２に基づいて説明する。
図６〜図１０は、図１および図２に示す光学デバイスの製造工程を説明するための図、図１１は、図８（ｂ）に示す接合膜の作製に用いられるプラズマ重合装置を模式的に示す縦断面図、図１２は、図１および図２に示す光学デバイスの他の構成例を示す断面図である。なお、図６〜図１０は、図１のＡ−Ａ線断面に対応する断面を示している。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図６〜１２中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
(Manufacturing method of optical device (tunable wavelength filter))
Next, an example of a method for manufacturing the
FIGS. 6 to 10 are diagrams for explaining the manufacturing process of the optical device shown in FIGS. 1 and 2, and FIG. 11 is a schematic diagram of a plasma polymerization apparatus used for producing the bonding film shown in FIG. 8B. FIG. 12 is a cross-sectional view showing another configuration example of the optical device shown in FIGS. 1 and 2. 6-10 has shown the cross section corresponding to the AA cross section of FIG. In the following description, for convenience of description, the upper side in FIGS. 6 to 12 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
本実施形態の光学デバイス１の製造方法は、［Ａ］第２の基板を加工して第２の基体３を形成する工程と、［Ｂ］第１の基体２を形成するための第１の基板を接合膜４１を介して第２の基体３に接合する工程と、［Ｃ］第１の基板を加工して第１の基体２を形成する工程とを有する。以下、各工程について順次説明する。
特に、工程［Ａ］は、前述したような接合膜４１を介して第１の層３ａと第２の層３ｂとを接合する工程を含む。
The manufacturing method of the
In particular, the step [A] includes a step of bonding the
［Ａ］ 第２の基体３を形成する工程
−Ａ１−
まず、図６（ａ）に示すように、第１の層３ａ（光透過性を有する第１の基板）を用意する。
第１の層３ａを形成するための基板としては、厚さが均一で、たわみや傷のないものが好適に用いられる。かかる基板の構成材料としては、第１の層３ａの説明で述べたものを用いることができる。
[A] Step of forming second substrate 3 -A1-
First, as shown in FIG. 6A, a
As the substrate for forming the
−Ａ２−
次に、図６（ｂ）に示すように、第１の層３ａの一方の面上に第２の反射膜３４および接合膜４１を形成する。
接合膜４１（エネルギー付与前の接合膜４１）の形成方法としては、例えばプラズマ重合法を用いることができる。プラズマ重合法は、例えば、強電界中に、原料ガスとキャリアガスとの混合ガスを供給することにより、原料ガス中の分子を重合させ、重合物を第１の層３ａ（第１の層３ａの形成のための下部基板）上に堆積させ、膜を得る方法である。
-A2-
Next, as shown in FIG. 6B, a second
As a method for forming the bonding film 41 (the
以下、接合膜４１をプラズマ重合法にて形成する方法について詳述する。
かかるプラズマ重合法には、例えば、図１１に示すようなプラズマ重合装置１００を用いる。
図１１に示すプラズマ重合装置１００は、チャンバー１０１と、第１の層３ａ（下部基板）を支持する第１の電極１３０と、第２の電極１４０と、各電極１３０、１４０間に高周波電圧を印加する電源回路１８０と、チャンバー１０１内にガスを供給するガス供給部１９０と、チャンバー１０１内のガスを排気する排気ポンプ１７０とを備えている。これらの各部のうち、第１の電極１３０および第２の電極１４０がチャンバー１０１内に設けられている。以下、各部について詳細に説明する。
Hereinafter, a method for forming the
For the plasma polymerization method, for example, a
In the
チャンバー１０１は、内部の気密を保持し得る容器であり、内部を減圧（真空）状態にして使用されるため、内部と外部との圧力差に耐え得る耐圧性能を有するものとされる。
図１１に示すチャンバー１０１は、軸線が水平方向に沿って配置されたほぼ円筒形をなすチャンバー本体と、チャンバー本体の左側開口部を封止する円形の側壁と、右側開口部を封止する円形の側壁とで構成されている。
The
A
チャンバー１０１の上方には供給口１０３が、下方には排気口１０４が、それぞれ設けられている。そして、供給口１０３にはガス供給部１９０が接続され、排気口１０４には排気ポンプ１７０が接続されている。
なお、本実施形態では、チャンバー１０１は、導電性の高い金属材料で構成されており、接地線１０２を介して電気的に接地されている。
A
In this embodiment, the
第１の電極１３０は、板状をなしており、第１の層３ａ（下部基板）を支持している。
この第１の電極１３０は、チャンバー１０１の側壁の内壁面に、鉛直方向に沿って設けられており、これにより、第１の電極１３０は、チャンバー１０１を介して電気的に接地されている。なお、第１の電極１３０は、図１１に示すように、チャンバー本体と同心状に設けられている。
The
The
第１の電極１３０の第１の層３ａを支持する面には、静電チャック（吸着機構）１３９が設けられている。
この静電チャック１３９により、図１１に示すように、第１の層３ａを鉛直方向に沿って支持することができる。また、第１の層３ａに多少の反りがあっても、静電チャック１３９に吸着させることにより、その反りを矯正した状態で第１の層３ａをプラズマ処理に供することができる。
An electrostatic chuck (adsorption mechanism) 139 is provided on the surface of the
As shown in FIG. 11, the
第２の電極１４０は、第１の層３ａを介して、第１の電極１３０と対向して設けられている。なお、第２の電極１４０は、チャンバー１０１の側壁の内壁面から離間した（絶縁された）状態で設けられている。
この第２の電極１４０には、配線１８４を介して高周波電源１８２が接続されている。また、配線１８４の途中には、マッチングボックス（整合器）１８３が設けられている。これらの配線１８４、高周波電源１８２およびマッチングボックス１８３により、電源回路１８０が構成されている。
このような電源回路１８０によれば、第１の電極１３０は接地されているので、第１の電極１３０と第２の電極１４０との間に高周波電圧が印加される。これにより、第１の電極１３０と第２の電極１４０との間隙には、高い周波数で向きが反転する電界が誘起される。
The
A high
According to such a
ガス供給部１９０は、チャンバー１０１内に所定のガスを供給するものである。
図１１に示すガス供給部１９０は、液状の膜材料（原料液）を貯留する貯液部１９１と、液状の膜材料を気化してガス状に変化させる気化装置１９２と、キャリアガスを貯留するガスボンベ１９３とを有している。また、これらの各部とチャンバー１０１の供給口１０３とが、それぞれ配管１９４で接続されており、ガス状の膜材料（原料ガス）とキャリアガスとの混合ガスを、供給口１０３からチャンバー１０１内に供給するように構成されている。
The
A
貯液部１９１に貯留される液状の膜材料は、プラズマ重合装置１００により、重合して第１の層３ａの表面に重合膜を形成する原材料となるものである。
このような液状の膜材料は、気化装置１９２により気化され、ガス状の膜材料（原料ガス）となってチャンバー１０１内に供給される。なお、原料ガスについては、後に詳述する。
The liquid film material stored in the
Such a liquid film material is vaporized by the
ガスボンベ１９３に貯留されるキャリアガスは、電界の作用により放電し、およびこの放電を維持するために導入するガスである。このようなキャリアガスとしては、例えば、Ａｒガス、Ｈｅガス等が挙げられる。
また、チャンバー１０１内の供給口１０３の近傍には、拡散板１９５が設けられている。
The carrier gas stored in the
A
拡散板１９５は、チャンバー１０１内に供給される混合ガスの拡散を促進する機能を有する。これにより、混合ガスは、チャンバー１０１内に、ほぼ均一の濃度で分散することができる。
排気ポンプ１７０は、チャンバー１０１内を排気するものであり、例えば、油回転ポンプ、ターボ分子ポンプ等で構成される。このようにチャンバー１０１内を排気して減圧することにより、ガスを容易にプラズマ化することができる。また、大気雰囲気との接触による第１の層３ａの汚染・酸化等を防止するとともに、プラズマ処理による反応生成物をチャンバー１０１内から効果的に除去することができる。
The
The
また、排気口１０４には、チャンバー１０１内の圧力を調整する圧力制御機構１７１が設けられている。これにより、チャンバー１０１内の圧力が、ガス供給部１９０の動作状況に応じて、適宜設定される。
以上説明したように構成されたプラズマ重合装置１００を用いて、第１の層３ａ上に接合膜４１を形成するに際しては、まず、第１の層３ａをプラズマ重合装置１００のチャンバー１０１内に収納して封止状態とした後、排気ポンプ１７０の作動により、チャンバー１０１内を減圧状態とする。
The
When the
次に、ガス供給部１９０を作動させ、チャンバー１０１内に原料ガスとキャリアガスの混合ガスを供給する。供給された混合ガスは、チャンバー１０１内に充填される。
ここで、混合ガス中における原料ガスの占める割合（混合比）は、原料ガスやキャリアガスの種類や目的とする成膜速度等によって若干異なるが、例えば、混合ガス中の原料ガスの割合を２０〜７０％程度に設定するのが好ましく、３０〜６０％程度に設定するのがより好ましい。これにより、重合膜の形成（成膜）の条件の最適化を図ることができる。
Next, the
Here, the ratio (mixing ratio) of the source gas in the mixed gas is slightly different depending on the type of the source gas and the carrier gas, the target film forming speed, and the like. For example, the ratio of the source gas in the mixed gas is 20 It is preferable to set to about -70%, and it is more preferable to set to about 30-60%. As a result, it is possible to optimize the conditions for formation (film formation) of the polymer film.
また、供給するガスの流量は、ガスの種類や目的とする成膜速度、膜厚等によって適宜決定され、特に限定されるものではないが、通常は、原料ガスおよびキャリアガスの流量を、それぞれ、１〜１００ｃｃｍ程度に設定するのが好ましく、１０〜６０ｃｃｍ程度に設定するのがより好ましい。
次いで、電源回路１８０を作動させ、一対の電極１３０、１４０間に高周波電圧を印加する。これにより、一対の電極１３０、１４０間に存在するガスの分子が電離し、プラズマが発生する。このプラズマのエネルギーにより原料ガス中の分子が重合し、重合物が第１の層３ａ上に付着・堆積する。これにより、図６（ｂ）に示すように、第１の層３ａ上にプラズマ重合膜で構成された接合膜４１が形成される。
Further, the flow rate of the gas to be supplied is appropriately determined depending on the type of gas, the target film formation rate, the film thickness, etc., and is not particularly limited, but usually the flow rates of the source gas and the carrier gas are respectively , Preferably about 1 to 100 ccm, more preferably about 10 to 60 ccm.
Next, the
原料ガスとしては、例えば、メチルシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、メチルフェニルシロキサンのようなオルガノシロキサン等が挙げられる。
このような原料ガスを用いて得られるプラズマ重合膜、すなわち接合膜４１は、これらの原料が重合してなるもの（重合物）、すなわちポリオルガノシロキサンで構成されることとなる。
Examples of the source gas include organosiloxanes such as methylsiloxane, octamethyltrisiloxane, decamethyltetrasiloxane, decamethylcyclopentasiloxane, octamethylcyclotetrasiloxane, and methylphenylsiloxane.
The plasma polymerized film obtained by using such a raw material gas, that is, the
プラズマ重合の際、一対の電極１３０、１４０間に印加する高周波の周波数は、特に限定されないが、１ｋＨｚ〜１００ＭＨｚ程度であるのが好ましく、１０〜６０ＭＨｚ程度であるのがより好ましい。
また、高周波の出力密度は、特に限定されないが、０．０１〜１０Ｗ／ｃｍ２程度であるのが好ましく、０．１〜１Ｗ／ｃｍ２程度であるのがより好ましい。
In the plasma polymerization, the frequency of the high frequency applied between the pair of
Further, the power density of the high frequency is not particularly limited, and is preferably about 0.01 to 10 / cm 2, more preferably about 0.1 to 1 W / cm 2.
また、成膜時のチャンバー１０１内の圧力は、１３３．３×１０−５〜１３３３Ｐａ（１×１０−５〜１０Ｔｏｒｒ）程度であるのが好ましく、１３３．３×１０−４〜１３３．３Ｐａ（１×１０−４〜１Ｔｏｒｒ）程度であるのがより好ましい。
原料ガス流量は、０．５〜２００ｓｃｃｍ程度であるのが好ましく、１〜１００ｓｃｃｍ程度であるのがより好ましい。一方、キャリアガス流量は、５〜７５０ｓｃｃｍ程度であるのが好ましく、１０〜５００ｓｃｃｍ程度であるのがより好ましい。
Further, the pressure in the
The raw material gas flow rate is preferably about 0.5 to 200 sccm, and more preferably about 1 to 100 sccm. On the other hand, the carrier gas flow rate is preferably about 5 to 750 sccm, and more preferably about 10 to 500 sccm.
処理時間は、１〜１０分程度であるのが好ましく、４〜７分程度であるのがより好ましい。なお、成膜される接合膜４１の厚さは、主に、この処理時間に比例する。したがって、この処理時間を調整することのみで、接合膜４１の厚さを容易に調整することができる。このため、従来は、接着剤を用いて第１の層３ａと第２の層３ｂとを接着した場合、接着剤の厚さを厳密に制御することができなかったが、接合膜４１を用いた本発明では、接合膜４１の厚さを厳密に制御することができるので、第１の層３ａと第２の層３ｂとの距離を厳密に制御することができる。
また、第１の層３ａの温度は、２５℃以上であるのが好ましく、２５〜１００℃程度であるのがより好ましい。
The treatment time is preferably about 1 to 10 minutes, more preferably about 4 to 7 minutes. Note that the thickness of the
The temperature of the
以上のようにして、接合膜４１を得ることができる。
なお、第１の層３ａの上面のうち、第２の層３ｂを接合する領域のみに部分的に接合膜４１を形成する場合、例えば、この領域に対応する形状の窓部を有するマスクを用い、このマスク上から接合膜４１を成膜するようにすればよい。
また、第２の反射膜３４は、第１の層３ａ（第２の凹部３２の底面に対応する領域）上に、前述したような高屈折率層と低屈折層とを交互に積層することにより形成することができる。
高屈折率層および低屈折率層の形成方法としては、例えば、化学的気相成長法（ＣＶＤ）、物理的化学気相成長法（ＰＶＤ）が好適に用いられる。
The
In the case where the
The second
As a method for forming the high refractive index layer and the low refractive index layer, for example, chemical vapor deposition (CVD) or physical chemical vapor deposition (PVD) is preferably used.
−Ａ３−
次に、図６（ｃ）に示すように、第１の層３ａ上に形成した接合膜４１に対してエネルギーを付与する。
エネルギーが付与されると、接合膜４１では、図５に示すように、脱離基３０３がＳｉ骨格３０１から脱離する。そして、脱離基３０３が脱離した後には、接合膜４１の表面および内部に活性手３０４が生じる。これにより、接合膜４１の表面に、第２の層３ｂとの接着性が発現する。
-A3-
Next, as shown in FIG. 6C, energy is applied to the
When energy is applied, the leaving
ここで、接合膜４１に付与するエネルギーは、いかなる方法で付与されてもよく、例えば、（Ｉ）接合膜４１にエネルギー線を照射する方法、（II）接合膜４１を加熱する方法、（III）接合膜４１に圧縮力を付与する（物理的エネルギーを付与する）方法が代表的に挙げられ、この他、プラズマに曝す（プラズマエネルギーを付与する）方法、オゾンガスに曝す（化学的エネルギーを付与する）方法等が挙げられる。
Here, the energy applied to the
このうち、接合膜４１にエネルギーを付与する方法として、特に、上記（Ｉ）、（II）、（III）の各方法のうち、少なくとも１つの方法を用いるのが好ましい。これらの方法は、接合膜４１に対して比較的簡単に効率よくエネルギーを付与することができるので、エネルギー付与方法として好適である。
Among these, as a method for applying energy to the
以下、上記（Ｉ）、（II）、（III）の各方法について詳述する。
（Ｉ）接合膜４１にエネルギー線を照射する場合、エネルギー線としては、例えば、紫外線、レーザー光のような光、Ｘ線、γ線、電子線、イオンビームのような粒子線等、またはこれらのエネルギー線を組み合わせたものが挙げられる。
Hereinafter, the methods (I), (II), and (III) will be described in detail.
(I) In the case of irradiating the
これらのエネルギー線の中でも、特に、波長１５０〜３００ｎｍ程度の紫外線を用いるのが好ましい（図６（ｃ）参照）。かかる紫外線によれば、付与されるエネルギー量が最適化されるので、接合膜４１中のＳｉ骨格３０１が必要以上に破壊されるのを防止しつつ、Ｓｉ骨格３０１と脱離基３０３との間の結合を選択的に切断することができる。これにより、接合膜４１の特性（機械的特性、化学的特性等）が低下するのを防止しつつ、接合膜４１に接着性を発現させることができる。
Among these energy rays, it is particularly preferable to use ultraviolet rays having a wavelength of about 150 to 300 nm (see FIG. 6C). According to such ultraviolet rays, the amount of energy applied is optimized, so that the
また、紫外線によれば、広い範囲をムラなく短時間に処理することができるので、脱離基３０３の脱離を効率よく行わせることができる。さらに、紫外線には、例えば、ＵＶランプ等の簡単な設備で発生させることができるという利点もある。
なお、紫外線の波長は、より好ましくは、１６０〜２００ｎｍ程度とされる。
また、ＵＶランプを用いる場合、その出力は、接合膜４１の面積に応じて異なるが、１ｍＷ／ｃｍ２〜１Ｗ／ｃｍ２程度であるのが好ましく、５ｍＷ／ｃｍ２〜５０ｍＷ／ｃｍ２程度であるのがより好ましい。なお、この場合、ＵＶランプと接合膜４１との離間距離は、３〜３０００ｍｍ程度とするのが好ましく、１０〜１０００ｍｍ程度とするのがより好ましい。
In addition, since ultraviolet rays can be processed in a short time without unevenness, the leaving
The wavelength of ultraviolet light is more preferably about 160 to 200 nm.
In the case of using the UV lamp, the output may vary depending on the area of the
また、紫外線を照射する時間は、接合膜４１の面４１ａ付近の脱離基３０３を脱離し得る程度の時間、すなわち、接合膜４１の内部の脱離基３０３を多量に脱離させない程度の時間とするのが好ましい。具体的には、紫外線の光量、接合膜４１の構成材料等に応じて若干異なるものの、０．５〜３０分程度であるのが好ましく、１〜１０分程度であるのがより好ましい。
また、紫外線は、時間的に連続して照射されてもよいが、間欠的（パルス状）に照射されてもよい。
Further, the time for irradiating the ultraviolet rays is such a time that the leaving
Moreover, although an ultraviolet-ray may be irradiated continuously in time, you may irradiate intermittently (pulse form).
一方、レーザー光としては、例えば、エキシマレーザー（フェムト秒レーザー）、Ｎｄ−ＹＡＧレーザー、Ａｒレーザー、ＣＯ２レーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザー等が挙げられる。
また、接合膜４１に対するエネルギー線の照射は、いかなる雰囲気中で行うようにしてもよく、具体的には、大気、酸素のような酸化性ガス雰囲気、水素のような還元性ガス雰囲気、窒素、アルゴンのような不活性ガス雰囲気、またはこれらの雰囲気を減圧した減圧（真空）雰囲気等が挙げられるが、特に大気雰囲気中で行うのが好ましい。これにより、雰囲気を制御することに手間やコストをかける必要がなくなり、エネルギー線の照射をより簡単に行うことができる。
On the other hand, examples of the laser light include an excimer laser (femtosecond laser), an Nd-YAG laser, an Ar laser, a CO 2 laser, and a He—Ne laser.
The
このように、エネルギー線を照射する方法によれば、接合膜４１に対して選択的にエネルギーを付与することが容易に行えるため、例えば、エネルギーの付与による第１の層３ａの変質・劣化を防止することができる。
また、エネルギー線を照射する方法によれば、付与するエネルギーの大きさを、精度よく簡単に調整することができる。このため、接合膜４１から脱離する脱離基３０３の脱離量を調整することが可能となる。このように脱離基３０３の脱離量を調整することにより、接合膜４１と第２の層３ｂとの間の接合強度を容易に制御することができる。
As described above, according to the method of irradiating energy rays, it is easy to selectively apply energy to the
Moreover, according to the method of irradiating energy rays, the magnitude of energy to be applied can be easily adjusted with high accuracy. For this reason, it is possible to adjust the desorption amount of the leaving
すなわち、脱離基３０３の脱離量を多くすることにより、接合膜４１の表面および内部に、より多くの活性手が生じるため、接合膜４１に発現する接着性をより高めることができる。一方、脱離基３０３の脱離量を少なくすることにより、接合膜４１の表面および内部に生じる活性手を少なくし、接合膜４１に発現する接着性を抑えることができる。
なお、付与するエネルギーの大きさを調整するためには、例えば、エネルギー線の種類、エネルギー線の出力、エネルギー線の照射時間等の条件を調整すればよい。
さらに、エネルギー線を照射する方法によれば、短時間で大きなエネルギーを付与することができるので、エネルギーの付与をより効率よく行うことができる。
That is, by increasing the amount of elimination of the leaving
In addition, in order to adjust the magnitude | size of the energy to provide, what is necessary is just to adjust conditions, such as the kind of energy beam, the output of an energy beam, the irradiation time of an energy beam.
Furthermore, according to the method of irradiating energy rays, a large amount of energy can be applied in a short time, so that the energy can be applied more efficiently.
（II）接合膜４１を加熱する場合（図示せず）、加熱温度を２５〜１００℃程度に設定するのが好ましく、５０〜１００℃程度に設定するのがより好ましい。かかる範囲の温度で加熱すれば、第１の層３ａ等が熱によって変質・劣化するのを確実に防止しつつ、接合膜４１を確実に活性化させることができる。
また、加熱時間は、接合膜４１の分子結合を切断し得る程度の時間であればよく、具体的には、加熱温度が前記範囲内であれば、１〜３０分程度であるのが好ましい。
(II) When the
The heating time may be a time that can break the molecular bond of the
また、接合膜４１は、いかなる方法で加熱されてもよいが、例えば、ヒータを用いる方法、赤外線を照射する方法、火炎に接触させる方法等の各種加熱方法で加熱することができる。
なお、第１の層３ａと第２の層３ｂとの互いの熱膨張率がほぼ等しい場合には、上記のような条件で接合膜４１を加熱すればよいが、第１の層３ａと第２の層３ｂの熱膨張率が互いに異なっている場合には、後に詳述するが、できるだけ低温下で接合を行うのが好ましい。接合を低温下で行うことにより、接合界面に発生する熱応力のさらなる低減を図ることができる。
The
In the case where the thermal expansion coefficients of the
（III）本実施形態では、第１の層３ａと第２の層３ｂとを貼り合わせる前に、接合膜４１に対してエネルギーを付与する場合について説明しているが、かかるエネルギーの付与は、第１の層３ａと第２の層３ｂとを重ね合わせた後に行われるようにしてもよい。すなわち、第１の層３ａ上に接合膜４１を形成した後、エネルギーを付与する前に、接合膜４１と第２の層３ｂとが密着するように、第１の層３ａと第２の層３ｂとを重ね合わせて、仮接合体とする。そして、この仮接合体中の接合膜４１に対してエネルギーを付与することにより、接合膜４１に接着性が発現し、接合膜４１を介して第１の層３ａと第２の層３ｂとが接合（接着）される。
(III) In the present embodiment, the case where energy is applied to the
この場合、仮接合体中の接合膜４１に対するエネルギーの付与は、前述した（Ｉ）、（II）の方法でもよいが、接合膜４１に圧縮力を付与する方法を用いてもよい。
この場合、第１の層３ａと第２の層３ｂとが互いに近づく方向に、０．２〜１０ＭＰａ程度の圧力で圧縮するのが好ましく、１〜５ＭＰａ程度の圧力で圧縮するのがより好ましい。これにより、単に圧縮するのみで、接合膜４１に対して適度なエネルギーを簡単に付与することができ、接合膜４１に十分な接着性が発現する。なお、この圧力が前記上限値を上回っても構わないが、第１の層３ａと第２の層３ｂの各構成材料によっては、第１の層３ａや第２の層３ｂに損傷等が生じるおそれがある。
In this case, the application of energy to the
In this case, the
また、圧縮力を付与する時間は、特に限定されないが、１０秒〜３０分程度であるのが好ましい。なお、圧縮力を付与する時間は、圧縮力の大きさに応じて適宜変更すればよい。具体的には、圧縮力の大きさが大きいほど、圧縮力を付与する時間を短くすることができる。
なお、仮接合体の状態では、第１の層３ａと第２の層３ｂとの間が接合されていないので、これらの相対的な位置を容易に調整する（ずらす）ことができる。したがって、一旦、仮接合体を得た後、第１の層３ａと第２の層３ｂとの相対位置を微調整することにより、最終的に得られる光学デバイス１の組み立て精度（寸法精度）を確実に高めることができる。
The time for applying the compressive force is not particularly limited, but is preferably about 10 seconds to 30 minutes. In addition, what is necessary is just to change suitably the time which provides compression force according to the magnitude | size of compression force. Specifically, the time for applying the compressive force can be shortened as the compressive force increases.
In the state of the temporary joined body, since the
以上のような（Ｉ）、（II）、（III）の各方法により、接合膜４１にエネルギーを付与することができる。
なお、接合膜４１の全面にエネルギーを付与するようにしてもよいが、一部の領域のみに付与するようにしてもよい。このようにすれば、接合膜４１の接着性が発現する領域を制御することができ、この領域の面積・形状等を適宜調整することによって、接合界面に発生する応力の局所集中を緩和することができる。これにより、例えば、第１の層３ａと第２の層３ｂの熱膨張率差が大きい場合でも、これらを確実に接合することができる。
Energy can be imparted to the
Note that energy may be applied to the entire surface of the
ここで、前述したように、エネルギーが付与される前の状態の接合膜４１は、図４に示すように、Ｓｉ骨格３０１と脱離基３０３とを有している。かかる接合膜４１にエネルギーが付与されると、脱離基３０３（本実施形態では、メチル基）がＳｉ骨格３０１から脱離する。これにより、図５に示すように、接合膜４１の第２の基体３側の面４１ａに活性手３０４が生じ、活性化される。その結果、接合膜４１の表面に接着性が発現する。
Here, as described above, the
ここで、接合膜４１を「活性化させる」とは、接合膜４１の第２の基体３側の面４１ａおよび内部の脱離基３０３が脱離して、Ｓｉ骨格３０１において終端化されていない結合手（以下、「未結合手」または「ダングリングボンド」とも言う。）が生じた状態や、この未結合手が水酸基（ＯＨ基）によって終端化された状態、または、これらの状態が混在した状態のことを言う。
Here, “activating” the
したがって、活性手３０４とは、未結合手（ダングリングボンド）、または未結合手が水酸基によって終端化されたもののことを言う。このような活性手３０４によれば、第２の層３ｂに対して、特に強固な接合が可能となる。
なお、後者の状態（未結合手が水酸基によって終端化された状態）は、例えば、接合膜４１に対して大気雰囲気中でエネルギー線を照射することにより、大気中の水分が未結合手を終端化することによって、容易に生成することができる。
Therefore, the
The latter state (state in which dangling bonds are terminated by a hydroxyl group) is obtained by, for example, irradiating the
−Ａ４−
次に、図７（ａ）に示すように、接着性が発現してなる接合膜４１と第２の層３ｂとが密着するように、第１の層３ａと第２の層３ｂとを貼り合わせる。その結果、第１の層３ａと第２の層３ｂとが、接合膜４１を介して接合（接着）される。また、この接合により、図７（ａ）に示すように、第２の凹部３２が形成される。
-A4-
Next, as shown in FIG. 7A, the
ここで、上記のようにして接合される第１の層３ａと第２の層３ｂの各熱膨張率は、ほぼ等しいのが好ましい。第１の層３ａと第２の層３ｂの熱膨張率がほぼ等しければ、これらを貼り合せた際に、その接合界面に熱膨張に伴う応力が発生し難くなる。その結果、最終的に得られる光学デバイス１において、剥離等の不具合が発生するのを確実に防止することができる。
Here, it is preferable that the thermal expansion coefficients of the
また、第１の層３ａと第２の層３ｂの各熱膨張率が互いに異なる場合でも、第１の層３ａと第２の層３ｂとを貼り合わせる際の条件を以下のように最適化することにより、第１の層３ａと第２の層３ｂとを高い寸法精度で強固に接合することができる。
すなわち、第１の層３ａと第２の層３ｂの熱膨張率が互いに異なっている場合には、できるだけ低温下で接合を行うのが好ましい。接合を低温下で行うことにより、接合界面に発生する熱応力のさらなる低減を図ることができる。
Further, even when the thermal expansion coefficients of the
That is, when the
具体的には、第１の層３ａと第２の層３ｂとの熱膨張率差にもよるが、第１の層３ａと第２の層３ｂの温度が２５〜５０℃程度である状態下で、第１の層３ａと第２の層３ｂとを貼り合わせるのが好ましく、２５〜４０℃程度である状態下で貼り合わせるのがより好ましい。このような温度範囲であれば、第１の層３ａと第２の層３ｂの熱膨張率差がある程度大きくても、接合界面に発生する熱応力を十分に低減することができる。その結果、光学デバイス１における反りや剥離等の発生を確実に防止することができる。
Specifically, depending on the difference in coefficient of thermal expansion between the
また、この場合、第１の層３ａと第２の層３ｂとの間の熱膨張係数の差が、５×１０−５／Ｋ以上あるような場合には、上記のようにして、できるだけ低温下で接合を行うことが特に推奨される。なお、接合膜４１を用いることにより、上述したような低温下でも、第１の層３ａと第２の層３ｂとを強固に接合することができる。
また、第１の層３ａと第２の層３ｂは、互いに剛性が異なっているのが好ましい。これにより、第１の層３ａと第２の層３ｂとをより強固に接合することができる。
In this case, when the difference in thermal expansion coefficient between the
The
なお、第１の層３ａの接合膜４１を成膜する領域には、あらかじめ、接合膜４１との密着性を高める表面処理を施すのが好ましい。これにより、第１の層３ａと接合膜４１との間の接合強度をより高めることができ、最終的に得られる光学デバイス１において、第１の層３ａと第２の層３ｂとの接合強度を高めることができる。
かかる表面処理としては、例えば、スパッタリング処理、ブラスト処理のような物理的表面処理、酸素プラズマ、窒素プラズマ等を用いたプラズマ処理、コロナ放電処理、エッチング処理、電子線照射処理、紫外線照射処理、オゾン暴露処理のような化学的表面処理、または、これらを組み合わせた処理等が挙げられる。このような処理を施すことにより、第１の層３ａのうちの接合膜４１を成膜する領域を清浄化するとともに、当該領域を活性化させることができる。
In addition, it is preferable to perform a surface treatment for improving adhesion to the
Examples of the surface treatment include physical surface treatment such as sputtering treatment and blast treatment, plasma treatment using oxygen plasma, nitrogen plasma, etc., corona discharge treatment, etching treatment, electron beam irradiation treatment, ultraviolet irradiation treatment, ozone Examples include chemical surface treatment such as exposure treatment, or a combination of these. By performing such a process, the region of the
また、これらの各表面処理の中でもプラズマ処理を用いることにより、接合膜４１を形成するために、第１の層３ａの表面を特に最適化することができる。
なお、表面処理を施す第１の層３ａが、樹脂材料（高分子材料）で構成されている場合には、特に、コロナ放電処理、窒素プラズマ処理等が好適に用いられる。
また、第１の層３ａの構成材料によっては、上記のような表面処理を施さなくても、接合膜４１の接合強度が十分に高くなるものがある。このような効果が得られる第１の層３ａの構成材料としては、例えば、前述したような各種金属系材料、各種シリコン系材料、各種ガラス系材料等を主材料とするものが挙げられる。
In addition, by using plasma treatment among these surface treatments, the surface of the
In addition, when the
Further, depending on the constituent material of the
このような材料で構成された第１の層３ａは、その表面が酸化膜で覆われており、この酸化膜の表面には、比較的活性の高い水酸基が結合している。したがって、このような材料で構成された第１の層３ａを用いると、上記のような表面処理を施さなくても、第１の層３ａと接合膜４１とを強固に密着させることができる。
なお、この場合、第１の層３ａの全体が上記のような材料で構成されていなくてもよく、少なくとも接合膜４１を成膜する領域の表面付近が上記のような材料で構成されていればよい。
The surface of the
In this case, the entire
さらに、第１の層３ａのうちの接合膜４１を成膜する領域に、以下の基や物質を有する場合には、上記のような表面処理を施さなくても、第１の層３ａと接合膜４１との接合強度を十分に高くすることができる。
このような基や物質としては、例えば、水酸基、チオール基、カルボキシル基、アミノ基、ニトロ基、イミダゾール基のような官能基、ラジカル、開環分子、２重結合、３重結合のような不飽和結合、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉのようなハロゲン、過酸化物からなる群から選択される少なくとも１つの基または物質が挙げられる。
Further, in the case where the region of the
Examples of such groups and substances include functional groups such as hydroxyl groups, thiol groups, carboxyl groups, amino groups, nitro groups, and imidazole groups, radicals, ring-opened molecules, double bonds, and triple bonds. And at least one group or substance selected from the group consisting of a saturated bond, a halogen such as F, Cl, Br, and I, and a peroxide.
また、このようなものを有する表面が得られるように、上述したような各種表面処理を適宜選択して行うのが好ましい。
また、表面処理に代えて、第１の層３ａの少なくとも接合膜４１を成膜する領域には、あらかじめ、中間層を形成しておくのが好ましい。
この中間層は、いかなる機能を有するものであってもよく、例えば、接合膜４１との密着性を高める機能、クッション性（緩衝機能）、応力集中を緩和する機能等を有するものが好ましい。このような中間層を介して第１の層３ａ上に接合膜４１を成膜することにより、第１の層３ａと接合膜４１との接合強度を高め、信頼性の高い接合体、すなわち光学デバイス１を得ることができる。
Further, it is preferable to appropriately select and perform various surface treatments as described above so that a surface having such a material can be obtained.
In place of the surface treatment, it is preferable to form an intermediate layer in advance in at least a region where the
The intermediate layer may have any function, and for example, a layer having a function of improving adhesion to the
かかる中間層の構成材料としては、例えば、アルミニウム、チタンのような金属系材料、金属酸化物、シリコン酸化物のような酸化物系材料、金属窒化物、シリコン窒化物のような窒化物系材料、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボンのような炭素系材料、シランカップリング剤、チオール系化合物、金属アルコキシド、金属−ハロゲン化合物のような自己組織化膜材料等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
また、これらの各材料で構成された中間層の中でも、酸化物系材料で構成された中間層によれば、第１の層３ａと接合膜４１との間の接合強度を特に高めることができる。
Examples of the constituent material of the intermediate layer include metal materials such as aluminum and titanium, metal oxides, oxide materials such as silicon oxide, metal nitrides, and nitride materials such as silicon nitride. , Carbon-based materials such as graphite and diamond-like carbon, silane coupling agents, thiol-based compounds, metal alkoxides, self-assembled film materials such as metal-halogen compounds, etc., one or two of these A combination of more than one species can be used.
Further, among the intermediate layers formed of these materials, the intermediate layer formed of the oxide-based material can particularly increase the bonding strength between the
一方、第２の層３ｂのうちの接合膜４１と接触する領域にも、あらかじめ、接合膜４１との密着性を高める表面処理を施すのが好ましい。これにより、第２の層３ｂと接合膜４１との間の接合強度をより高めることができる。
なお、この表面処理には、第１の層３ａに対して施す前述したような表面処理と同様の処理を適用することができる。
On the other hand, it is preferable that a region of the
For this surface treatment, the same treatment as the above-described surface treatment applied to the
また、表面処理に代えて、第２の層３ｂのうちの接合膜４１と接触する領域に、あらかじめ、接合膜４１との密着性を高める機能を有する中間層を形成しておくのが好ましい。これにより、第２の層３ｂと接合膜４１との間の接合強度をより高めることができる。
かかる中間層の構成材料には、前述の第１の層３ａに形成する中間層の構成材料と同様のものを用いることができる。
Instead of the surface treatment, it is preferable to previously form an intermediate layer having a function of improving the adhesion with the
As the constituent material of the intermediate layer, the same constituent material as that of the intermediate layer formed in the
ここで、本工程において、第１の層３ａ上に設けられた接合膜４１が第２の層３ｂと接合するメカニズムについて説明する。
例えば、第２の層３ｂのうちの第１の層３ａとの接合に供される領域に、水酸基が露出している場合を例に説明すると、本工程において、接合膜４１と第２の層３ｂとが接触するように、第１の層３ａと第２の層３ｂとを貼り合わせたとき、接合膜４１の第２の層３ｂ側の面４１ａに存在する水酸基と、第２の層３ｂの前記領域に存在する水酸基とが、水素結合によって互いに引き合い、水酸基同士の間に引力が発生する。この引力によって、接合膜４１を備える第１の層３ａと第２の層３ｂとが接合されると推察される。
また、この水素結合によって互いに引き合う水酸基同士は、温度条件等によって、脱水縮合を伴って表面から切断される。その結果、接合膜４１と第２の層３ｂとの接触界面では、水酸基が結合していた結合手同士が結合する。これにより、接合膜４１を介して第１の層３ａと第２の層３ｂとがより強固に接合されると推察される。
Here, a mechanism in which the
For example, a case where a hydroxyl group is exposed in a region of the
Further, the hydroxyl groups attracting each other by the hydrogen bond are cleaved from the surface with dehydration condensation depending on the temperature condition or the like. As a result, at the contact interface between the
なお、前述した工程Ａ３（エネルギー付与工程）で活性化された接合膜４１の表面は、その活性状態が経時的に緩和してしまう。このため、工程Ａ３の終了後、できるだけ早く本工程Ａ４（貼り合わせ工程）に移行するのが好ましい。具体的には、工程Ａ３の終了後、６０分以内に本工程Ａ４を行うようにするのが好ましく、５分以内に行うのがより好ましい。かかる時間内であれば、接合膜４１の表面が十分な活性状態を維持しているので、本工程Ａ４で第１の層３ａ（接合膜４１の面４１ａ）と第２の層３ｂとを貼り合わせたとき、これらの間に十分な接合強度を得ることができる。
このようにして接合された第１の層３ａと第２の層３ｂとの間は、その接合強度が５ＭＰａ（５０ｋｇｆ／ｃｍ２）以上であるのが好ましく、１０ＭＰａ（１００ｋｇｆ／ｃｍ２）以上であるのがより好ましい。このような接合強度であれば、接合界面の剥離を十分に防止し得るものとなる。そして、信頼性の高い光学デバイス１が得られる。
Note that the active state of the surface of the
The bonding strength between the
−Ａ５−
次に、図７（ｂ）に示すように、第２の層３ｂ上に、第２の駆動電極３３および接合膜４２を形成する。
接合膜４２は、前述した接合膜４１と同様の方法により形成することができる。すなわち、接合膜４２は、前述した工程Ａ２と同様、プラズマ重合により成膜し、その後、前述した工程Ａ３と同様、エネルギー付与する。
また、第２の駆動電極３３は、例えば、化学気相成膜法（ＣＶＤ法）、スパッタリング法、蒸着法等の気相成膜法、メッキ法等により形成することができる。
-A5-
Next, as shown in FIG. 7B, the
The
The
−Ａ６−
次に、図７（ｃ）に示すように、接着性が発現してなる接合膜４２と第３の層３ｃとが密着するように、第２の層３ｂと第３の層３ｃとを貼り合わせる。その結果、第２の層３ｂと第３の層３ｃとが、接合膜４２を介して接合（接着）される。また、この接合により、図７（ｃ）に示すように、第１の凹部３１が形成される。また、この接合により、溝部３５および第３の凹部３６も形成される。
本工程は、前述した工程Ａ４と同様にして行うことができる。
-A6-
Next, as shown in FIG. 7C, the
This step can be performed in the same manner as step A4 described above.
［Ｂ］ 第１の基板を接合膜４１を介して第２の基体３に接合する工程
−Ｂ１−
一方、図８（ａ）に示すように、第１の基体２を形成するための基板として、光透過性を有する第１の基板９を用意する。
第１の基板９としては、厚さが均一で、たわみや傷のないものが好適に用いられる。第１の基板９の構成材料としては、第１の基体２の説明で述べたものを用いることができる。また、第１の基板９としては、単層で構成されたものを用いてもよいし、ＳＯＩ基板のような複数層で構成された基板を用いてもよい。
[B] Step of bonding the first substrate to the
On the other hand, as shown in FIG. 8A, a light-transmitting
As the
−Ｂ２−
次に、図８（ｂ）に示すように、第１の基板９の一方の面上に、第１の反射膜２５と第１の駆動電極２８と接合膜４３とを形成する。
接合膜４３は、前述した接合膜４１と同様の方法により形成することができる。すなわち、接合膜４３は、前述した工程Ａ２と同様、プラズマ重合により成膜し、その後、前述した工程Ａ３と同様、エネルギー付与する。
-B2-
Next, as shown in FIG. 8B, the first
The
また、第１の反射膜２５の形成方法としては、前述した第２の反射膜３４の形成方法と同様のものを用いることができる。
また、第１の駆動電極２８の形成方法としては、前述した第２の駆動電極３３の形成方法と同様のものを用いることができる。
なお、第１の反射膜２５および第１の駆動電極２８の形成は、それぞれ、接合膜４３の形成に対し前であっても後であってもよい。
In addition, as a method of forming the first
Further, as a method for forming the
The first
−Ｂ３−
次に、図８（ｃ）に示すように、接着性が発現してなる接合膜４３と第２の基体３（第３の層３ｃ）とが密着するように、第１の基板９と第２の基体３とを貼り合わせる。その結果、第１の基板９と第２の基体３とが、接合膜４３を介して接合（接着）される。
本工程は、前述した工程Ａ４と同様にして行うことができる。
-B3-
Next, as shown in FIG. 8C, the
This step can be performed in the same manner as step A4 described above.
［Ｃ］第１の基体２を形成する工程
−Ｃ１−
次に、図９（ａ）に示すように、エッチングや研磨を行って第１の基板９を薄肉化する。
第１の基板９としてＳＯＩ基板を用いた場合、ＳｉＯ２で構成された層をウェットエッチング等によりエッチングすることにより、一方のＳｉ層を薄肉化された層として残存させることができる。
[C] Step of forming first substrate 2 -C1-
Next, as shown in FIG. 9A, the
When an SOI substrate is used as the
−Ｃ２−
次に、図９（ｂ）に示すように、第１の基板９の第２の基体３とは反対側の面上に、マスク層１０を形成する。
マスク層１０を構成する材料としては、例えば、Ａｕ／Ｃｒ、Ａｕ／Ｔｉ、Ｐｔ／Ｃｒ、Ｐｔ／Ｔｉなどの金属、多結晶シリコン（ポリシリコン）、アモルファスシリコン等のシリコン、窒化シリコン等が挙げられる。マスク層１０の構成材料にシリコンを用いると、マスク層１０と第１の基板９との密着性が向上する。マスク層１０の構成材料に金属を用いると、形成されるマスク層１０の視認性が向上する。
-C2-
Next, as shown in FIG. 9B, a
Examples of the material constituting the
マスク層１０の厚さは、特に限定されないが、０．０１〜１μｍ程度とすることが好ましく、０．０９〜０．１１μｍ程度とすることがより好ましい。マスク層１０が薄すぎると、第１の基板９を十分に保護できない場合があり、マスク層１０が厚すぎると、マスク層１０の内部応力によりマスク層１０が剥がれ易くなる場合がある。
マスク層１０は、例えば、化学気相成膜法（ＣＶＤ法）、スパッタリング法、蒸着法等の気相成膜法、メッキ法等により形成することができる。
The thickness of the
The
−Ｃ３−
次に、図９（ｃ）に示すように、マスク層１０に開口部２４および開口部２９に対応する形状の開口を形成する。
より具体的には、まず、例えばフォトリソグラフィ法を用い、マスク層１０上に、フォトレジストを塗布し、露光、現像を行って、開口部２４、２９に対応する開口を有するレジストマスクを形成する。次に、このレジストマスクを介してマスク層１０をエッチングして、マスク層１０の一部を除去した後、レジストマスクを除去する。このようにして、マスク層１０に開口が形成される。このエッチングとしては、例えば、ＣＦガス、塩素系ガス等によるドライエッチング、フッ酸＋硝酸水溶液、アルカリ水溶液等によるウェットエッチングを用いることができる。
-C3-
Next, as shown in FIG. 9C, openings having shapes corresponding to the
More specifically, first, for example, using a photolithography method, a photoresist is applied on the
−Ｃ４−
次に、ドライエッチング法などを用いて、前述したような開口を有するマスク層１０を介して第１の基板９をエッチングし、その後、マスク層１０を除去して、図１０（ａ）に示すように、第１の基体２を形成する。
マスク層１０の除去方法としては、特に限定されないが、例えば、アルカリ水溶液（例えばテトラメチル水酸化アンモニウム水溶液等）、塩酸＋硝酸水溶液、フッ酸＋硝酸水溶液等によるウェットエッチング、ＣＦガス、塩素系ガス等によるドライエッチングなどを用いることができる。
特に、マスク層１０の除去方法としてウェットエッチングを用いると、簡易な操作で、効率よく、マスク層１０を除去することができる。
-C4-
Next, using a dry etching method or the like, the
The method for removing the
In particular, when wet etching is used as a method for removing the
−Ｃ５−
その後、図１０（ｂ）に示すように、第１の基体２の第２の基体３とは反対側の面上に、第１の反射防止膜２６を形成し、また、第２の基体３の第１の基体２とは反対側の面上に、第２の反射防止膜３７と形成する。これにより、光学デバイス１を得る。
第１の反射防止膜２６および第２の反射防止膜３７の形成方法としては、それぞれ、前述した第２の反射膜３４の形成方法と同様のものを用いることができる。
-C5-
Thereafter, as shown in FIG. 10B, the
As a method for forming the
なお、前述した製造方法では、第１の層３ａ上に成膜された接合膜４１と第２の層３ｂとが密着するように、第１の層３ａと第２の層３ｂとを貼り合わせる場合について説明しているが、第２の層３ｂの下面に成膜された接合膜４１と第１の層３ａとが密着するように、第１の層３ａと第２の層３ｂとを貼り合わせるようにしてもよい。
また、前述した製造方法では、既に成形された第２の層３ｂを第１の層３ａに接合膜４１を介して接合したが、第２の層３ｂとなるべき基板（中間基板）を第１の層３ａに接合膜４１を介して接合した後に、当該基板（中間基板）を加工して第２の層３ｂを形成してもよい。
In the above-described manufacturing method, the
In the manufacturing method described above, the already molded
また、接合膜４１は、図１２に示すように、第１の層３ａと第２の層３ｂの双方に成膜されていてもよい。
図１２に示す光学デバイス１では、第１の層３ａの上面に成膜された接合膜４１と、第２の層３ｂの下面に成膜された接合膜４１とが密着するように、第１の層３ａと第２の層３ｂとを貼り合わせることにより、これらが接合（接着）されている。
Further, as shown in FIG. 12, the
In the
このような構成の光学デバイス１によれば、各部の界面をさらに強固に接合することができる。また、このような光学デバイス１では、被着体（具体的には、第１の層３ａ、第２の層３ｂ）の材質が接合強度に影響を及ぼし難いため、被着体の材質によらず、各部が強固に接合された信頼性の高い光学デバイス１が得られる。
なお、この場合、例えば、接合膜４１に対するエネルギーの付与は、第１の層３ａの上面に成膜された接合膜４１と、第２の層３ｂの下面に成膜された接合膜４１のそれぞれに対して行うようにすればよい。
また、前述した工程Ｃ５の後、光学デバイス１に対して、必要に応じ、以下の２つの工程Ｃ６およびＣ７のうちの少なくとも１つの工程（光学デバイス１の接合強度を高める工程）を行うようにしてもよい。これにより、第１の層３ａと第２の層３ｂとの接合強度のさらなる向上を図ることができる。
According to the
In this case, for example, energy is applied to the
Further, after the above-described step C5, the
−Ｃ６−
光学デバイス１をその厚さ方向に圧縮するように、すなわち第１の層３ａと第２の層３ｂとが互いに近づく方向に加圧する。
これにより、第１の層３ａと第２の層３ｂとの接合強度をより高めることができる。
また、光学デバイス１を加圧することにより、光学デバイス１中の接合界面に残存していた隙間を押し潰して、接合面積をさらに広げることができる。これにより、光学デバイス１における接合強度をさらに高めることができる。
このとき、光学デバイス１を加圧する際の圧力は、光学デバイス１が損傷を受けない程度の圧力で、できるだけ高い方が好ましい。これにより、この圧力に比例して光学デバイス１における接合強度を高めることができる。
-C6-
The
Thereby, the joint strength of the
In addition, by pressurizing the
At this time, the pressure when pressurizing the
なお、この圧力は、光学デバイス１の各部の構成材料や形状、接合装置等の条件に応じて、適宜調整すればよい。具体的には、上記条件に応じて若干異なるものの、０．２〜１０ＭＰａ程度であるのが好ましく、１〜５ＭＰａ程度であるのがより好ましい。これにより、光学デバイス１の接合強度を確実に高めることができる。なお、この圧力が前記上限値を上回っても構わないが、光学デバイス１の各部の構成材料によっては、光学デバイス１に損傷等が生じるおそれがある。
また、加圧する時間は、特に限定されないが、１０秒〜３０分程度であるのが好ましい。なお、加圧する時間は、加圧する際の圧力に応じて適宜変更すればよい。具体的には、光学デバイス１を加圧する際の圧力が高いほど、加圧する時間を短くしても、接合強度の向上を図ることができる。
In addition, what is necessary is just to adjust this pressure suitably according to conditions, such as a constituent material and shape of each part of the
The time for pressurization is not particularly limited, but is preferably about 10 seconds to 30 minutes. In addition, what is necessary is just to change suitably the time to pressurize according to the pressure at the time of pressurizing. Specifically, the higher the pressure at which the
−Ｃ７−
得られた光学デバイス１を加熱する。
これにより、光学デバイス１における接合強度をより高めることができる。
このとき、光学デバイス１を加熱する際の温度は、室温より高く、光学デバイス１の耐熱温度未満であれば、特に限定されないが、好ましくは２５〜１００℃程度とされ、より好ましくは５０〜１００℃程度とされる。かかる範囲の温度で加熱すれば、光学デバイス１が熱によって変質・劣化するのを確実に防止しつつ、接合強度を確実に高めることができる。
-C7-
The obtained
Thereby, the joint strength in the
At this time, the temperature at the time of heating the
また、加熱時間は、特に限定されないが、１〜３０分程度であるのが好ましい。
なお、以上説明したような工程Ｃ６、Ｃ７の双方を行う場合、これらを同時に行うのが好ましい。すなわち、光学デバイス１を加圧しつつ、加熱するのが好ましい。これにより、加圧による効果と、加熱による効果とが相乗的に発揮され、光学デバイス１の接合強度を特に高めることができる。
以上のような工程を行うことにより、光学デバイス１における接合強度のさらなる向上を容易に図ることができる。
The heating time is not particularly limited, but is preferably about 1 to 30 minutes.
In addition, when performing both process C6 and C7 which were demonstrated above, it is preferable to perform these simultaneously. That is, it is preferable to heat the
By performing the steps as described above, it is possible to easily further improve the bonding strength in the
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
図１３は、本発明の第２実施形態における接合膜のエネルギー付与前の状態を示す部分拡大図、図１４は、本発明の第２実施形態における接合膜のエネルギー付与後の状態を示す部分拡大図である。なお、以下の説明では、図１３および図１４中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 13 is a partially enlarged view showing a state before energy application of the bonding film in the second embodiment of the present invention, and FIG. 14 is a partially enlarged view showing a state after energy application of the bonding film in the second embodiment of the present invention. FIG. In the following description, the upper side in FIGS. 13 and 14 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
なお、以下の説明では、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態にかかる光学デバイスは、接合膜の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。
すなわち、本実施形態にかかる光学デバイスは、接合膜４１がエネルギー付与前の状態で、金属原子と、この金属原子に結合する酸素原子と、これら金属原子および酸素原子の少なくとも一方に結合する脱離基３０３とを含むものである。換言すれば、エネルギー付与前の接合膜４１は、それぞれ、金属酸化物で構成される金属酸化物膜に脱離基３０３を導入した膜である。
In the following description, differences from the first embodiment described above will be mainly described, and description of similar matters will be omitted.
The optical device according to the present embodiment is the same as the first embodiment described above except that the configuration of the bonding film is different.
That is, in the optical device according to the present embodiment, the
このような接合膜４１は、エネルギーが付与されると、脱離基３０３が金属原子および酸素原子の少なくとも一方から脱離し、接合膜４１の少なくとも表面付近に、活性手３０４が生じるものである。そして、これにより、接合膜４１の表面に、前述した第１実施形態と同様の接着性が発現する。
第２実施形態において、接合膜４１は、金属原子と、この金属原子と結合する酸素原子とで構成されるもの、すなわち金属酸化物に脱離基３０３が結合したものであることから、変形し難い強固な膜となる。このため、接合膜４１自体が寸法精度の高いものとなり、最終的に得られる光学デバイス１においても、寸法精度が高いものが得られる。
In such a
In the second embodiment, the
さらに、接合膜４１は、流動性を有さない固体状をなすものである。このため、従来から用いられている、流動性を有する液状または粘液状（半固形状）の接着剤に比べて、接着層（接合膜４１）の厚さや形状がほとんど変化しない。したがって、接合膜４１を用いて得られた光学デバイス１の寸法精度は、従来に比べて格段に高いものとなる。さらに、接着剤の硬化に要する時間が不要になるため、短時間で強固な接合が可能となる。
Furthermore, the
また、接合膜４２は、接合膜４１と同様に構成されているが、導電性を有するものであるのが好ましい。これにより、光学デバイス１において、接合膜４２と第１の駆動電極２８とを同一材料にて同時に（一括して）形成することができる。すなわち、第１の駆動電極２８と接合膜４２とを同一工程にて形成することができる。その結果、光学デバイス１の製造工程の簡略化、ひいては光学デバイス１の低コスト化を図ることができる。
The
また、接合膜４２が導電性を有する場合、接合膜４２の抵抗率は、接合膜４２の構成材料の組成に応じて若干異なるものの、１×１０−３Ω・ｃｍ以下であるのが好ましく、１×１０−４Ω・ｃｍ以下であるのがより好ましい。
なお、脱離基３０３は、少なくとも接合膜４１の第２の基体３側の面４１ａ付近に存在していればよく、接合膜４１のほぼ全体に存在していてもよいし、接合膜４１の第２の層３ｂ側の面４１ａ付近に偏在していてもよい。なお、脱離基３０３が第２の層３ｂ側の面４１ａ付近に偏在する構成とすることにより、接合膜４１に金属酸化物膜としての機能を好適に発揮させることができる。すなわち、接合膜４１に、接合を担う機能の他に、導電性や透光性等の特性に優れた金属酸化物膜としての機能を好適に付与することができるという利点も得られる。換言すれば、脱離基３０３が、接合膜４１の導電性や透光性等の特性を阻害してしまうのを確実に防止することができる。
Further, when the
The leaving
以上のような接合膜４１としての機能が好適に発揮されるように、金属原子が選択される。
具体的には、金属原子としては、特に限定されないが、例えば、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、ＴｉおよびＰｂ等が挙げられる。中でも、Ｉｎ（インジウム）、Ｓｎ（スズ）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｔｉ（チタン）およびＳｂ（アンチモン）のうちの１種または２種以上を組み合わせて用いるのが好ましい。接合膜４１を、これらの金属原子を含むもの、すなわちこれらの金属原子を含む金属酸化物に脱離基３０３を導入したものとすることにより、接合膜４１は、優れた導電性と透明性とを発揮するものとなる。
The metal atoms are selected so that the function as the
Specifically, the metal atom is not particularly limited. For example, Li, Be, B, Na, Mg, Al, K, Ca, Sc, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn Ga, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Cd, In, Sn, Sb, Cs, Ba, La, Hf, Ta, W, Ti, Pb, and the like. Among these, it is preferable to use one or more of In (indium), Sn (tin), Zn (zinc), Ti (titanium), and Sb (antimony) in combination. By using the
より具体的には、金属酸化物としては、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アンチモン錫酸化物（ＡＴＯ）、フッ素含有インジウム錫酸化物（ＦＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）および二酸化チタン（ＴｉＯ２）等が挙げられる。
なお、金属酸化物としてインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を用いる場合には、インジウムとスズとの原子比（インジウム／スズ比）は、９９／１〜８０／２０であるのが好ましく、９７／３〜８５／１５であるのがより好ましい。これにより、前述したような効果をより顕著に発揮させることができる。
More specifically, examples of the metal oxide include indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), antimony tin oxide (ATO), fluorine-containing indium tin oxide (FTO), and zinc oxide. (ZnO) and titanium dioxide (TiO 2), and the like.
When indium tin oxide (ITO) is used as the metal oxide, the atomic ratio of indium to tin (indium / tin ratio) is preferably 99/1 to 80/20, and 97/3 More preferably, it is -85/15. Thereby, the effects as described above can be more remarkably exhibited.
また、接合膜４１中の金属原子と酸素原子の存在比は、３：７〜７：３程度であるのが好ましく、４：６〜６：４程度であるのがより好ましい。金属原子と酸素原子の存在比を前記範囲内になるよう設定することにより、接合膜４１の安定性が高くなり、第１の層３ａと第２の層３ｂとをより強固に接合することができるようになる。
また、脱離基３０３は、前述したように、金属原子および酸素原子の少なくとも一方から脱離することにより、接合膜４１に活性手を生じさせるよう振る舞うものである。したがって、脱離基３０３には、エネルギーを付与されることによって、比較的簡単に、かつ均一に脱離するものの、エネルギーが付与されないときには、脱離しないよう接合膜４１に確実に結合しているものが好適に選択される。
The abundance ratio of metal atoms and oxygen atoms in the
Further, as described above, the leaving
かかる観点から、脱離基３０３には、水素原子、炭素原子、窒素原子、リン原子、硫黄原子およびハロゲン原子、またはこれらの各原子で構成される原子団のうちの少なくとも１種が好適に用いられる。かかる脱離基３０３は、エネルギーの付与による結合／脱離の選択性に比較的優れている。このため、このような脱離基３０３は、上記のような必要性を十分に満足し得るものとなり、第１の層３ａと第２の層３ｂとの接着性をより高度なものとすることができる。
From this viewpoint, the leaving
なお、上記の各原子で構成される原子団（基）としては、例えば、メチル基、エチル基のようなアルキル基、メトキシ基、エトキシ基のようなアルコキシ基、カルボキシル基、アミノ基およびスルホン酸基等が挙げられる。
以上のような各原子および原子団の中でも、脱離基３０３は、特に、水素原子であるのが好ましい。水素原子で構成される脱離基３０３は、化学的な安定性が高いため、脱離基３０３として水素原子を備える接合膜４１は、耐候性および耐薬品性に優れたものとなる。
Examples of the atomic group (group) composed of the above atoms include, for example, an alkyl group such as a methyl group and an ethyl group, an alkoxy group such as a methoxy group and an ethoxy group, a carboxyl group, an amino group, and a sulfonic acid. Groups and the like.
Among the atoms and atomic groups as described above, the leaving
以上のことを考慮すると、接合膜４１としては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アンチモン錫酸化物（ＡＴＯ）、フッ素含有インジウム錫酸化物（ＦＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）または二酸化チタン（ＴｉＯ２）の金属酸化物に、脱離基３０３として水素原子が導入されたものが好適に選択される。
かかる構成の接合膜４１は、それ自体が優れた機械的特性を有している。また、多くの材料に対して特に優れた接着性を示すものである。したがって、このような接合膜４１は、第１の層３ａに対して特に強固に接着するとともに、第２の層３ｂに対しても特に強い被着力を示し、その結果として、第１の層３ａと第２の層３ｂとを強固に接合することができる。
Considering the above, as the
The
また、接合膜４１の平均厚さは、１〜１０００ｎｍ程度であるのが好ましく、２〜８００ｎｍ程度であるのがより好ましい。接合膜４１の平均厚さを前記範囲内とすることにより、光学デバイス１の寸法精度が著しく低下するのを防止しつつ、第１の層３ａと第２の層３ｂとをより強固に接合することができる。
すなわち、接合膜４１の平均厚さが前記下限値を下回った場合は、十分な接合強度が得られないおそれがある。一方、接合膜４１の平均厚さが前記上限値を上回った場合は、光学デバイス１の寸法精度が著しく低下するおそれがある。
In addition, the average thickness of the
That is, when the average thickness of the
さらに、接合膜４１の平均厚さが前記範囲内であれば、接合膜４１にある程度の形状追従性が確保される。このため、例えば、第１の層３ａの接合面（接合膜４１を成膜する側の面）に凹凸が存在している場合でも、その凹凸の高さにもよるが、凹凸の形状に追従するように接合膜４１を被着させることができる。その結果、接合膜４１は、凹凸を吸収して、その表面に生じる凹凸の高さを緩和することができる。そして、第１の層３ａと第２の層３ｂとを貼り合わせた際に、第２の層３ｂに対する接合膜４１の密着性を高めることができる。
なお、上記のような形状追従性の程度は、接合膜４１の厚さが厚いほど顕著になる。したがって、形状追従性を十分に確保するためには、接合膜４１の厚さをできるだけ厚くすればよい。
Furthermore, if the average thickness of the
In addition, the degree of the shape followability as described above becomes more prominent as the thickness of the
以上説明したような第２実施形態にかかる接合膜４１は、接合膜４１のほぼ全体に脱離基３０３を存在させる場合には、例えば、Ａ：脱離基３０３を構成する原子成分を含む雰囲気下で、物理的気相成膜法により、金属原子と酸素原子とを含む金属酸化物材料を成膜することにより形成することができる。また、脱離基３０３を接合膜４１の第２の層３ｂ側の面４１ａ付近に偏在させる場合には、例えば、Ｂ：金属原子と前記酸素原子とを含む金属酸化物膜を成膜した後、この金属酸化物膜の表面付近に含まれる金属原子および酸素原子の少なくとも一方に脱離基３０３を導入することにより形成することができる。
In the
以下、ＡおよびＢの方法を用いて、第１の層３ａ上に接合膜４１を成膜する場合について、詳述する。
＜Ａ＞ Ａの方法では、接合膜４１は、上記のように、脱離基３０３を構成する原子成分を含む雰囲気下で、物理的気相成膜法（ＰＶＤ法）により、金属原子と酸素原子とを含む金属酸化物材料を成膜することにより形成される。このようにＰＶＤ法を用いると、金属酸化物材料を第１の層３ａに向かって飛来させる際に、比較的容易に金属原子および酸素原子の少なくとも一方に脱離基３０３を導入することができる。このため、接合膜４１のほぼ全体にわたって脱離基３０３を導入することができる。
Hereinafter, the case where the
<A> In the method A, as described above, the
また、ＰＶＤ法と用いると、緻密で均質な接合膜４１を効率よく成膜することができる。これにより、ＰＶＤ法で成膜された接合膜４１は、第２の層３ａに対して特に強固に接合し得るものとなる。さらに、ＰＶＤ法で成膜された接合膜４１は、エネルギーが付与されて活性化された状態が比較的長時間にわたって維持される。このため、光学デバイス１の製造過程の簡素化、効率化を図ることができる。
In addition, when the PVD method is used, a dense and
また、ＰＶＤ法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法等が挙げられるが、中でも、スパッタリング法を用いるのが好ましい。スパッタリング法によれば、金属原子と酸素原子との結合が切断することなく、脱離基３０３を構成する原子成分を含む雰囲気中に、金属酸化物の粒子を叩き出すことができる。そして、金属酸化物の粒子が叩き出された状態で、脱離基３０３を構成する原子成分を含むガスと接触させることができるため、金属酸化物（金属原子または酸素原子）への脱離基３０３の導入をより円滑に行うことができる。
Further, examples of the PVD method include a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a laser ablation method, and the like. Among these, the sputtering method is preferably used. According to the sputtering method, metal oxide particles can be knocked out into an atmosphere containing an atomic component constituting the leaving
以下、ＰＶＤ法により接合膜４１を成膜する方法として、スパッタリング法（イオンビームスパッタリング法）により、接合膜４１を成膜する場合を代表に説明する。
まず、接合膜４１の成膜方法を説明するのに先立って、第１の層３ａ上にイオンビームスパッタリング法により接合膜４１を成膜する際に用いられる成膜装置２００について説明する。
Hereinafter, as a method for forming the
First, prior to describing the method of forming the
図１５は、本実施形態にかかる接合膜の作製に用いられる成膜装置を模式的に示す縦断面図、図１６は、図１５に示す成膜装置が備えるイオン源の構成を示す模式図である。なお、以下の説明では、図１５中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
図１５に示す成膜装置２００は、イオンビームスパッタリング法による接合膜４１の形成がチャンバー（装置）内で行えるように構成されている。
FIG. 15 is a longitudinal sectional view schematically showing a film forming apparatus used for manufacturing a bonding film according to this embodiment, and FIG. 16 is a schematic view showing a configuration of an ion source included in the film forming apparatus shown in FIG. is there. In the following description, the upper side in FIG. 15 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
The
具体的には、成膜装置２００は、チャンバー（真空チャンバー）２１１と、このチャンバー２１１内に設置され、第１の層３ａ（成膜対象物）を保持する基板ホルダー（成膜対象物保持部）２１２と、チャンバー２１１内に設置され、チャンバー２１１内に向かってイオンビームＢを照射するイオン源（イオン供給部）２１５と、イオンビームＢの照射により、金属原子と酸素原子とを含む金属酸化物（例えば、ＩＴＯ）を発生させるターゲット（金属酸化物材料）２１６を保持するターゲットホルダー（ターゲット保持部）２１７とを有している。
Specifically, the
また、チャンバー２１１には、チャンバー２１１内に、脱離基３０３を構成する原子成分を含むガス（例えば、水素ガス）を供給するガス供給手段２６０と、チャンバー２１１内の排気をして圧力を制御する排気手段２３０とを有している。
なお、本実施形態では、基板ホルダー２１２は、チャンバー２１１の天井部に取り付けられている。この基板ホルダー２１２は、回動可能となっている。これにより、第１の層３ａ上に接合膜４１を均質かつ均一な厚さで成膜することができる。
The
In the present embodiment, the
イオン源（イオン銃）２１５は、図１６に示すように、開口（照射口）２５０が形成されたイオン発生室２５６と、イオン発生室２５６内に設けられたフィラメント２５７と、グリッド２５３、２５４と、イオン発生室２５６の外側に設置された磁石２５５とを有している。
また、イオン発生室２５６には、図１５に示すように、その内部にガス（スパッタリング用ガス）を供給するガス供給源２１９が接続されている。
As shown in FIG. 16, the ion source (ion gun) 215 includes an
Further, as shown in FIG. 15, a
このイオン源２１５では、イオン発生室２５６内に、ガス供給源２１９からガスを供給した状態で、フィラメント２５７を通電加熱すると、フィラメント２５７から電子が放出され、放出された電子が磁石２５５の磁場によって運動し、イオン発生室２５６内に供給されたガス分子と衝突する。これにより、ガス分子がイオン化する。このガスのイオンＩ＋は、グリッド２５３とグリッド２５４との間の電圧勾配により、イオン発生室２５６内から引き出されるとともに加速され、開口２５０を介してイオンビームＢとしてイオン源２１５から放出（照射）される。
In the
イオン源２１５から照射されたイオンビームＢは、ターゲット２１６の表面に衝突し、ターゲット２１６からは粒子（スパッタ粒子）が叩き出される。このターゲット２１６は、前述したような金属酸化物材料で構成されている。
この成膜装置２００では、イオン源２１５は、その開口２５０がチャンバー２１１内に位置するように、チャンバー２１１の側壁に固定（設置）されている。なお、イオン源２１５は、チャンバー２１１から離間した位置に配置し、接続部を介してチャンバー２１１に接続した構成とすることもできるが、本実施形態のような構成とすることにより、成膜装置２００の小型化を図ることができる。
The ion beam B irradiated from the
In the
また、イオン源２１５は、その開口２５０が、基板ホルダー２１２と異なる方向、本実施形態では、チャンバー２１１の底部側を向くように設置されている。
なお、イオン源２１５の設置個数は、１つに限定されるものではなく、複数とすることもできる。イオン源２１５を複数設置することにより、接合膜４１の成膜速度をより速くすることができる。
The
The number of
また、ターゲットホルダー２１７および基板ホルダー２１２の近傍には、それぞれ、これらを覆うことができる第１のシャッター２２０および第２のシャッター２２１が配設されている。
これらシャッター２２０、２２１は、それぞれ、ターゲット２１６、第１の層３ａおよび接合膜４１が、不要な雰囲気等に曝されるのを防ぐためのものである。
In addition, a
The
また、排気手段２３０は、ポンプ２３２と、ポンプ２３２とチャンバー２１１とを連通する排気ライン２３１と、排気ライン２３１の途中に設けられたバルブ２３３とで構成されており、チャンバー２１１内を所望の圧力に減圧し得るようになっている。
さらに、ガス供給手段２６０は、脱離基３０３を構成する原子成分を含むガス（例えば、水素ガス）を貯留するガスボンベ２６４と、ガスボンベ２６４からこのガスをチャンバー２１１に導くガス供給ライン２６１と、ガス供給ライン２６１の途中に設けられたポンプ２６２およびバルブ２６３とで構成されており、脱離基３０３を構成する原子成分を含むガスをチャンバー２１１内に供給し得るようになっている。
The exhaust means 230 includes a
Further, the gas supply means 260 includes a
以上のような構成の成膜装置２００を用いて、以下のようにして接合膜４１が形成される。
ここでは、第１の層３ａ上に接合膜４１を成膜する方法について説明する。
まず、第１の層３ａ（第１の層３ａを形成するための下部基板）を用意し、この第１の層３ａを成膜装置２００のチャンバー２１１内に搬入し、基板ホルダー２１２に装着（セット）する。
Using the
Here, a method for forming the
First, a
次に、排気手段２３０を動作させ、すなわちポンプ２３２を作動させた状態でバルブ２３３を開くことにより、チャンバー２１１内を減圧状態にする。この減圧の程度（真空度）は、特に限定されないが、１×１０−７〜１×１０−４Ｔｏｒｒ程度であるのが好ましく、１×１０−６〜１×１０−５Ｔｏｒｒ程度であるのがより好ましい。
さらに、ガス供給手段２６０を動作させ、すなわちポンプ２６２を作動させた状態でバルブ２６３を開くことにより、チャンバー２１１内に脱離基３０３を構成する原子成分を含むガスを供給する。これにより、チャンバー内をかかるガスを含む雰囲気下（水素ガス雰囲気下）とすることができる。
Next, the exhaust means 230 is operated, that is, the
Further, the gas supply means 260 is operated, that is, the
脱離基３０３を構成する原子成分を含むガスの流量は、１〜１００ｃｃｍ程度であるのが好ましく、１０〜６０ｃｃｍ程度であるのがより好ましい。これにより、金属原子および酸素原子の少なくとも一方に確実に脱離基３０３を導入することができる。
また、チャンバー２１１内の温度は、２５℃以上であればよいが、２５〜１００℃程度であるのが好ましい。かかる範囲内に設定することにより、金属原子または酸素原子と、前記原子成分を含むガスとの反応が効率良く行われ、金属原子および酸素原子に確実に、前記原子成分を含むガスを導入することができる。
The flow rate of the gas containing the atomic component constituting the leaving
Further, the temperature in the
次に、第２のシャッター２２１を開き、さらに第１のシャッター２２０を開いた状態にする。
この状態で、イオン源２１５のイオン発生室２５６内にガスを導入するとともに、フィラメント２５７に通電して加熱する。これにより、フィラメント２５７から電子が放出され、この放出された電子とガス分子が衝突することにより、ガス分子がイオン化する。
Next, the
In this state, a gas is introduced into the
このガスのイオンＩ＋は、グリッド２５３とグリッド２５４とにより加速されて、イオン源２１５から放出され、陰極材料で構成されるターゲット２１６に衝突する。これにより、ターゲット２１６から金属酸化物（例えば、ＩＴＯ）の粒子が叩き出される。このとき、チャンバー２１１内が脱離基３０３を構成する原子成分を含むガスを含む雰囲気下（例えば、水素ガス雰囲気下）であることから、チャンバー２１１内に叩き出された粒子に含まれる金属原子および酸素原子に脱離基３０３が導入される。そして、この脱離基３０３が導入された金属酸化物が第１の層３ａ上に堆積することにより、接合膜４１が形成される。
なお、本実施形態で説明したイオンビームスパッタリング法では、イオン源２１５のイオン発生室２５６内で、放電が行われ、電子ｅ−が発生するが、この電子ｅ−は、グリッド２５３により遮蔽され、チャンバー２１１内への放出が防止される。
The ions I + of the gas are accelerated by the
In the ion beam sputtering method described in this embodiment, in the
さらに、イオンビームＢの照射方向（イオン源２１５の開口２５０）がターゲット２１６（チャンバー２１１の底部側と異なる方向）に向いているので、イオン発生室２５６内で発生した紫外線が、成膜された接合膜４１に照射されるのがより確実に防止されて、接合膜４１の成膜中に導入された脱離基３０３が脱離するのを確実に防止することができる。
以上のようにして、ほぼ全体にわたって脱離基３０３が存在する接合膜４１を成膜することができる。
Further, since the irradiation direction of the ion beam B (the
As described above, the
＜Ｂ＞ 一方、Ｂの方法では、接合膜４１は、上記のように、金属原子と酸素原子とを含む金属酸化物膜を成膜した後、この金属酸化物膜の表面付近に含まれる金属原子および酸素原子の少なくとも一方に脱離基３０３を導入することにより形成される。かかる方法を用いることにより、比較的簡単な工程で、金属酸化物膜の表面付近に脱離基３０３を偏在させた状態で導入することができ、接合膜および金属酸化物膜としての双方の特性に優れた接合膜４１を形成することができる。
<B> On the other hand, in the method B, the
ここで、金属酸化物膜は、いかなる方法で成膜されたものでもよく、例えば、ＰＶＤ法（物理的気相成膜法）、ＣＶＤ法（化学的気相成膜法）、プラズマ重合法のような各種気相成膜法や、各種液相成膜法等により成膜することができるが、中でも、特に、ＰＶＤ法により成膜するのが好ましい。ＰＶＤ法によれば、緻密で均質な金属酸化物膜を効率よく成膜することができる。 Here, the metal oxide film may be formed by any method, for example, PVD method (physical vapor deposition method), CVD method (chemical vapor deposition method), plasma polymerization method, etc. The film can be formed by various vapor phase film forming methods, various liquid phase film forming methods, and the like, and it is particularly preferable to form the film by the PVD method. According to the PVD method, a dense and homogeneous metal oxide film can be efficiently formed.
また、ＰＶＤ法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法およびレーザーアブレーション法等が挙げられるが、中でも、スパッタリング法を用いるのが好ましい。スパッタリング法によれば、金属原子と酸素原子との結合が切断することなく、雰囲気中に金属酸化物の粒子を叩き出して、第１の層３ａ上に供給することができるため、特性に優れた金属酸化物膜を成膜することができる。
Moreover, examples of the PVD method include a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a laser ablation method, and the like. Among these, it is preferable to use a sputtering method. According to the sputtering method, the metal oxide particles can be struck out into the atmosphere and supplied onto the
さらに、金属酸化物膜の表面付近に脱離基３０３を導入する方法としては、各種方法が用いられ、例えば、Ｂ１：脱離基３０３を構成する原子成分を含む雰囲気下で金属酸化物膜を熱処理（アニーリング）する方法、Ｂ２：イオン・インプランテーション等が挙げられるが、中でも、特に、Ｂ１の方法を用いるのが好ましい。Ｂ１の方法を用いることにより、比較的容易に、脱離基３０３を金属酸化物膜の表面付近に選択的に導入することができる。また、熱処理を施す際の、雰囲気温度や処理時間等の処理条件を適宜設定することにより、導入する脱離基３０３の量、さらには脱離基３０３が導入される金属酸化物膜の厚さの制御を的確に行うことができる。
Furthermore, as a method for introducing the leaving
以下、金属酸化物膜をスパッタリング法（イオンビームスパッタリング法）により成膜し、次に、得られた金属酸化物膜を、脱離基３０３を構成する原子成分を含む雰囲気下で熱処理（アニーリング）することにより、接合膜４１を得る場合を代表に説明する。
なお、Ｂの方法を用いて接合膜４１の成膜する場合も、Ａの方法を用いて接合膜４１を成膜する際に用いられる成膜装置２００と同様の成膜装置が用いられるため、成膜装置に関する説明は省略する。
Hereinafter, a metal oxide film is formed by a sputtering method (ion beam sputtering method), and then the obtained metal oxide film is subjected to heat treatment (annealing) in an atmosphere containing an atomic component constituting the leaving
Even when the
［ｉ］ まず、第１の層３ａを用意する。そして、この第１の層３ａを成膜装置２００のチャンバー２１１内に搬入し、基板ホルダー２１２に装着（セット）する。
［ii］ 次に、排気手段２３０を動作させ、すなわちポンプ２３２を作動させた状態でバルブ２３３を開くことにより、チャンバー２１１内を減圧状態にする。この減圧の程度（真空度）は、特に限定されないが、１×１０−７〜１×１０−４Ｔｏｒｒ程度であるのが好ましく、１×１０−６〜１×１０−５Ｔｏｒｒ程度であるのがより好ましい。
また、このとき、加熱手段を動作させ、チャンバー２１１内を加熱する。チャンバー２１１内の温度は、２５℃以上であればよいが、２５〜１００℃程度であるのが好ましい。かかる範囲内に設定することにより、膜密度の高い金属酸化物膜を成膜することができる。
[I] First, the
[Ii] Next, the exhaust means 230 is operated, that is, the
At this time, the heating means is operated to heat the
［iii］ 次に、第２のシャッター２２１を開き、さらに第１のシャッター２２０を開いた状態にする。
この状態で、イオン源２１５のイオン発生室２５６内にガスを導入するとともに、フィラメント２５７に通電して加熱する。これにより、フィラメント２５７から電子が放出され、この放出された電子とガス分子が衝突することにより、ガス分子がイオン化する。
[Iii] Next, the
In this state, a gas is introduced into the
このガスのイオンＩ＋は、グリッド２５３とグリッド２５４とにより加速されて、イオン源２１５から放出され、陰極材料で構成されるターゲット２１６に衝突する。これにより、ターゲット２１６から金属酸化物（例えば、ＩＴＯ）の粒子が叩き出され、第１の層３ａ上に堆積して、金属原子と、この金属原子に結合する酸素原子とを含む金属酸化物膜が形成される。
The ions I + of the gas are accelerated by the
なお、本実施形態で説明したイオンビームスパッタリング法では、イオン源２１５のイオン発生室２５６内で、放電が行われ、電子ｅ−が発生するが、この電子ｅ−は、グリッド２５３により遮蔽され、チャンバー２１１内への放出が防止される。
さらに、イオンビームＢの照射方向（イオン源２１５の開口２５０）がターゲット２１６（チャンバー２１１の底部側と異なる方向）に向いているので、イオン発生室２５６内で発生した紫外線が、成膜された接合膜４１に照射されるのがより確実に防止されて、接合膜４１の成膜中に導入された脱離基３０３が脱離するのを確実に防止することができる。
In the ion beam sputtering method described in this embodiment, in the
Further, since the irradiation direction of the ion beam B (the
［iv］ 次に、第２のシャッター２２１を開いた状態で、第１のシャッター２２０を閉じる。
この状態で、加熱手段を動作させ、チャンバー２１１内をさらに加熱する。チャンバー２１１内の温度は、金属酸化物膜の表面に効率良く脱離基３０３が導入される温度に設定され、１００〜６００℃程度であるのが好ましく、１５０〜３００℃程度であるのがより好ましい。かかる範囲内に設定することにより、次工程［v］において、第１の層３ａおよび金属酸化物膜を変質・劣化させることなく、金属酸化物膜の表面に効率良く脱離基３０３を導入することができる。
[Iv] Next, with the
In this state, the heating means is operated to further heat the
［v］ 次に、ガス供給手段２６０を動作させ、すなわちポンプ２６２を作動させた状態でバルブ２６３を開くことにより、チャンバー２１１内に脱離基３０３を構成する原子成分を含むガスを供給する。これにより、チャンバー２１１内をかかるガスを含む雰囲気下（水素ガス雰囲気下）とすることができる。
このように、前記工程［iv］でチャンバー２１１内が加熱された状態で、チャンバー２１１内を、脱離基３０３を構成する原子成分を含むガスを含む雰囲気下（例えば、水素ガス雰囲気下）とすると、金属酸化物膜の表面付近に存在する金属原子および酸素原子の少なくとも一方に脱離基３０３が導入されて、接合膜４１が形成される。
脱離基３０３を構成する原子成分を含むガスの流量は、１〜１００ｃｃｍ程度であるのが好ましく、１０〜６０ｃｃｍ程度であるのがより好ましい。これにより、金属原子および酸素原子の少なくとも一方に確実に脱離基３０３を導入することができる。
[V] Next, the gas supply means 260 is operated, that is, the
As described above, in the state where the inside of the
The flow rate of the gas containing the atomic component constituting the leaving
なお、チャンバー２１１内は、前記工程［ii］において、排気手段２３０を動作させることにより調整された減圧状態を維持しているのが好ましい。これにより、金属酸化物膜の表面付近に対する脱離基３０３の導入をより円滑に行うことができる。また、前記工程［ii］の減圧状態を維持したまま、本工程においてチャンバー２１１内を減圧する構成とすることにより、再度減圧する手間が省けることから、成膜時間および成膜コスト等の削減を図ることができるという利点も得られる。
この減圧の程度（真空度）は、特に限定されないが、１×１０−７〜１×１０−４Ｔｏｒｒ程度であるのが好ましく、１×１０−６〜１×１０−５Ｔｏｒｒ程度であるのがより好ましい。
Note that, in the
The degree of vacuum (degree of vacuum) is not particularly limited, but is preferably about 1 × 10 −7 to 1 × 10 −4 Torr, preferably about 1 × 10 −6 to 1 × 10 −5 Torr. Is more preferable.
また、熱処理を施す時間は、１５〜１２０分程度であるのが好ましく、３０〜６０分程度であるのがより好ましい。
導入する脱離基３０３の種類等によっても異なるが、熱処理を施す際の条件（チャンバー２１１内の温度、真空度、ガス流量、処理時間）を上記範囲内に設定することにより、金属酸化物膜の表面付近に脱離基３０３を選択的に導入することができる。
以上のようにして、第２の層３ｂ側の面４１ａ付近に脱離基３０３が偏在する接合膜４１を成膜することができる。
以上のような第２実施形態にかかる光学デバイス１においても、前述した第１実施形態と同様の作用・効果が得られる。
Moreover, it is preferable that the time which heat-processes is about 15 to 120 minutes, and it is more preferable that it is about 30 to 60 minutes.
Although depending on the type of leaving
As described above, the
In the
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
なお、以下の説明では、前述した第１実施形態および第２実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態にかかる光学デバイスは、接合膜の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
In the following description, differences from the first embodiment and the second embodiment described above will be mainly described, and description of similar matters will be omitted.
The optical device according to the present embodiment is the same as the first embodiment described above except that the configuration of the bonding film is different.
すなわち、本実施形態にかかる光学デバイスは、接合膜４１がエネルギー付与前の状態で、金属原子と、有機成分で構成される脱離基３０３を含むものである。
このような接合膜４１は、エネルギーが付与されると、脱離基３０３が接合膜４１から脱離し、接合膜４１の少なくとも表面付近に、活性手３０４が生じるものである。そして、これにより、接合膜４１の表面に、前述した第２実施形態と同様の接着性が発現する。
That is, the optical device according to the present embodiment includes a leaving
In such a
接合膜４１は、第１の層３ａ上に設けられ、金属原子と、有機成分で構成される脱離基３０３を含むものである。
このような接合膜４１は、エネルギーが付与されると、脱離基３０３の結合手が切れて接合膜４１の少なくとも第２の層３ｂ側の面４１ａ付近から脱離し、図１４に示すように、接合膜４１の少なくとも第２の層３ｂ側の面４１ａ付近に、活性手３０４が生じるものである。これにより、接合膜４１の第２の層３ｂ側の面４１ａに接着性が発現する。かかる接着性が発現すると、接合膜４１が設けられた第１の層３ａは、第２の層３ｂに対して、高い寸法精度で強固に効率よく接合可能なものとなる。
The
When energy is applied to such a
また、接合膜４１は、金属原子と、有機成分で構成される脱離基３０３とを含むもの、すなわち有機金属膜であることから、変形し難い強固な膜となる。このため、接合膜４１自体が寸法精度の高いものとなり、最終的に得られる光学デバイス１においても、寸法精度が高いものが得られる。
このような接合膜４１は、流動性を有さない固体状をなすものである。このため、従来から用いられている、流動性を有する液状または粘液状（半固形状）の接着剤に比べて、接着層（接合膜４１）の厚さや形状がほとんど変化しない。したがって、このような接合膜４１を用いて得られた光学デバイス１の寸法精度は、従来に比べて格段に高いものとなる。さらに、接着剤の硬化に要する時間が不要になるため、短時間で強固な接合が可能となる。
Further, since the
Such a
また、接合膜４２は、接合膜４１と同様に構成されているが、導電性を有するものであるのが好ましい。これにより、光学デバイス１の製造において、接合膜４２と第１の駆動電極２８とを同一材料にて同時に（一括して）形成することができる。すなわち、第１の駆動電極２８と接合膜４２とを同一工程にて形成することができる。その結果、光学デバイス１の製造工程の簡略化、ひいては光学デバイス１の低コスト化を図ることができる。
The
以上のような接合膜４１としての機能が好適に発揮されるように、金属原子および脱離基３０３が選択される。
具体的には、金属原子としては、例えば、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、各種ランタノイド元素、各種アクチノイド元素のような遷移金属元素、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｔｌ、Ｐｄ、Ｂｉ、Ｐｏのような典型金属元素等が挙げられる。
The metal atom and the leaving
Specifically, examples of the metal atom include Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Transition metal elements such as Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, various lanthanoid elements, various actinoid elements, Li, Be, Na, Mg, Al, K, Ca, Zn, Ga, Rb, Sr, Typical metal elements such as Cd, In, Sn, Sb, Cs, Ba, Tl, Pd, Bi, and Po are listed.
ここで、遷移金属元素は、各遷移金属元素間で、最外殻電子の数が異なることのみの差異であるため、物性が類似している。そして、遷移金属は、一般に、硬度や融点が高く、電気伝導性および熱伝導性が高い。このため、金属原子として遷移金属元素を用いた場合、接合膜４１に発現する接着性をより高めることができる。また、それとともに、接合膜４１の導電性をより高めることができる。
Here, since the transition metal element is the only difference in the number of outermost electrons between the transition metal elements, the physical properties are similar. Transition metals generally have high hardness and melting point, and high electrical conductivity and thermal conductivity. For this reason, when a transition metal element is used as a metal atom, the adhesiveness expressed in the
また、金属原子として、Ｃｕ、Ａｌ、ＺｎおよびＦｅのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いた場合、接合膜４１は、優れた導電性を発揮するものとなる。また、接合膜４１を後述する有機金属化学気相成長法を用いて成膜する場合には、これらの金属を含む金属錯体等を原材料として用いて、比較的容易かつ均一な膜厚の接合膜４１を成膜することができる。
Further, when one or more of Cu, Al, Zn, and Fe are used as metal atoms in combination, the
また、脱離基３０３は、前述したように、接合膜４１から脱離することにより、接合膜４１に活性手を生じさせるよう振る舞うものである。したがって、脱離基３０３には、エネルギーを付与されることによって、比較的簡単に、かつ均一に脱離するものの、エネルギーが付与されないときには、脱離しないよう接合膜４１に確実に結合しているものが好適に選択される。
Further, as described above, the leaving
具体的には、脱離基３０３としては、炭素原子を必須成分とし、水素原子、窒素原子、リン原子、硫黄原子およびハロゲン原子のうちの少なくとも１種を含む原子団が好適に選択される。かかる脱離基３０３は、エネルギーの付与による結合／脱離の選択性に比較的優れている。このため、このような脱離基３０３は、上記のような必要性を十分に満足し得るものとなり、接合膜４１の接着性をより高度なものとすることができる。
Specifically, as the leaving
より具体的には、原子団（基）としては、例えば、メチル基、エチル基のようなアルキル基、メトキシ基、エトキシ基のようなアルコキシ基、カルボキシル基の他、前記アルキル基の末端がイソシアネート基、アミノ基およびスルホン酸基等で終端しているもの等が挙げられる。
以上のような原子団の中でも、脱離基３０３は、特に、アルキル基であるのが好ましい。アルキル基で構成される脱離基３０３は、化学的な安定性が高いため、脱離基３０３としてアルキル基を備える接合膜４１は、耐候性および耐薬品性に優れたものとなる。
More specifically, examples of the atomic group (group) include an alkyl group such as a methyl group and an ethyl group, an alkoxy group such as a methoxy group and an ethoxy group, and a carboxyl group, and the end of the alkyl group is an isocyanate group. And those terminated with a group, an amino group, a sulfonic acid group, and the like.
Among the atomic groups as described above, the leaving
また、かかる構成の接合膜４１において、金属原子と酸素原子の存在比は、３：７〜７：３程度であるのが好ましく、４：６〜６：４程度であるのがより好ましい。金属原子と炭素原子の存在比を前記範囲内になるよう設定することにより、接合膜４１の安定性が高くなり、第１の層３ａと第２の層３ｂとをより強固に接合することができるようになる。また、接合膜４１を優れた導電性を発揮するものとすることができる。
In the
また、接合膜４１の平均厚さは、１〜１０００ｎｍ程度であるのが好ましく、５０〜８００ｎｍ程度であるのがより好ましい。接合膜４１の平均厚さを前記範囲内とすることにより、光学デバイス１の寸法精度が著しく低下するのを防止しつつ、第１の層３ａと第２の層３ｂとをより強固に接合することができる。
すなわち、接合膜４１の平均厚さが前記下限値を下回った場合は、十分な接合強度が得られないおそれがある。一方、接合膜４１の平均厚さが前記上限値を上回った場合は、光学デバイス１の寸法精度が著しく低下するおそれがある。
In addition, the average thickness of the
That is, when the average thickness of the
さらに、接合膜４１の平均厚さが前記範囲内であれば、接合膜４１にある程度の形状追従性が確保される。このため、例えば、第１の層３ａの接合面（接合膜４１を成膜する面）に凹凸が存在している場合でも、その凹凸の高さにもよるが、凹凸の形状に追従するように接合膜４１を被着させることができる。その結果、接合膜４１は、凹凸を吸収して、その表面に生じる凹凸の高さを緩和することができる。そして、第１の層３ａと第２の層３ｂとを貼り合わせた際に、第２の層３ｂに対する接合膜４１の密着性を高めることができる。
Furthermore, if the average thickness of the
なお、上記のような形状追従性の程度は、接合膜４１の厚さが厚いほど顕著になる。したがって、形状追従性を十分に確保するためには、接合膜４１の厚さをできるだけ厚くすればよい。
以上説明したような接合膜４１は、いかなる方法で成膜してもよいが、例えば、IIａ：金属原子で構成される金属膜に、脱離基（有機成分）３０３を含む有機物を、金属膜のほぼ全体または表面付近に選択的に付与（化学修飾）して接合膜４１を形成する方法、IIｂ：金属原子と、脱離基（有機成分）３０３を含む有機物とを有する有機金属材料を原材料として有機金属化学気相成長法を用いて接合膜４１を形成する方法（積層させる方法あるいは、単原子層からなる接合層を形成）、IIｃ：金属原子と脱離基３０３を含む有機物とを有する有機金属材料を原材料として適切な溶媒に溶解させスピンコート法などを用いて接合膜を形成する方法等が挙げられる。これらの中でも、IIｂの方法により接合膜４１を成膜するのが好ましい。かかる方法を用いることにより、比較的簡単な工程で、かつ、均一な膜厚の接合膜４１を形成することができる。
In addition, the degree of the shape followability as described above becomes more prominent as the thickness of the
The
以下、IIｂの方法、すなわち金属原子と、脱離基（有機成分）３０３を含む有機物とを有する有機金属材料を原材料として有機金属化学気相成長法を用いて接合膜４１を形成する方法により、接合膜４１を得る場合を代表に説明する。
まず、接合膜４１の成膜方法を説明するのに先立って、接合膜４１を成膜する際に用いられる成膜装置４００について説明する。
Hereinafter, by the method of IIb, that is, the method of forming the
First, before describing the method for forming the
図１７は、本発明の第３実施形態にかかる接合膜の作製に用いられる成膜装置を模式的に示す縦断面図である。なお、以下の説明では、図１７中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
図１７に示す成膜装置４００は、有機金属化学気相成長法（以下、「ＭＯＣＶＤ法」と省略することもある。）による接合膜４１の形成をチャンバー４１１内で行えるように構成されている。
FIG. 17 is a longitudinal sectional view schematically showing a film forming apparatus used for manufacturing a bonding film according to the third embodiment of the present invention. In the following description, the upper side in FIG. 17 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
A
具体的には、成膜装置４００は、チャンバー（真空チャンバー）４１１と、このチャンバー４１１内に設置され、第１の層３ａ（成膜対象物）を保持する基板ホルダー（成膜対象物保持部）４１２と、チャンバー４１１内に、気化または霧化した有機金属材料を供給する有機金属材料供給手段４６０と、チャンバー４１１内を低還元性雰囲気下とするためのガスを供給するガス供給手段４７０と、チャンバー４１１内の排気をして圧力を制御する排気手段４３０と、基板ホルダー４１２を加熱する加熱手段（図示せず）とを有している。
Specifically, the
基板ホルダー４１２は、本実施形態では、チャンバー４１１の底部に取り付けられている。この基板ホルダー４１２は、モータの作動により回動可能となっている。これにより、第１の層３ａ上に接合膜４１を均質かつ均一な厚さで成膜することができる。
また、基板ホルダー４１２の近傍には、それぞれ、これらを覆うことができるシャッター４２１が配設されている。このシャッター４２１は、第１の層３ａおよび接合膜４１が不要な雰囲気等に曝されるのを防ぐためのものである。
The
Further, in the vicinity of the
有機金属材料供給手段４６０は、チャンバー４１１に接続されている。この有機金属材料供給手段４６０は、固形状の有機金属材料を貯留する貯留槽４６２と、気化または霧化した有機金属材料をチャンバー４１１内に送気するキャリアガスを貯留するガスボンベ４６５と、キャリアガスと気化または霧化した有機金属材料をチャンバー４１１内に導くガス供給ライン４６１と、ガス供給ライン４６１の途中に設けられたポンプ４６４およびバルブ４６３とで構成されている。かかる構成の有機金属材料供給手段４６０では、貯留槽４６２は、加熱手段を有しており、この加熱手段の作動により固形状の有機金属材料を加熱して気化し得るようになっている。そのため、バルブ４６３を開放した状態で、ポンプ４６４を作動させて、キャリアガスをガスボンベ４６５から貯留槽４６２に供給すると、このキャリアガスとともに気化または霧化した有機金属材料が、供給ライン４６１内を通過してチャンバー４１１内に供給されるようになっている。
The organometallic
なお、キャリアガスとしては、特に限定されず、例えば、窒素ガス、アルゴンガスおよびヘリウムガス等が好適に用いられる。
また、本実施形態では、ガス供給手段４７０がチャンバー４１１に接続されている。ガス供給手段４７０は、チャンバー４１１内を低還元性雰囲気下とするためのガスを貯留するガスボンベ４７５と、前記低還元性雰囲気下とするためのガスをチャンバー４１１内に導くガス供給ライン４７１と、ガス供給ライン４７１の途中に設けられたポンプ４７４およびバルブ４７３とで構成されている。かかる構成のガス供給手段４７０では、バルブ４７３を開放した状態で、ポンプ４７４を作動させると、前記低還元性雰囲気下とするためのガスが、ガスボンベ４７５から、供給ライン４７１を介して、チャンバー４１１内に供給されるようになっている。ガス供給手段４７０をかかる構成とすることにより、チャンバー４１１内を有機金属材料に対して確実に低還元な雰囲気とすることができる。その結果、有機金属材料を原材料としてＭＯＣＶＤ法を用いて接合膜４１を成膜する際に、有機金属材料に含まれる有機成分の少なくとも一部を脱離基３０３として残存させた状態で接合膜４１が成膜される。
In addition, it does not specifically limit as carrier gas, For example, nitrogen gas, argon gas, helium gas, etc. are used suitably.
In this embodiment, the
チャンバー４１１内を低還元性雰囲気下とするためのガスとしては、特に限定されないが、例えば、窒素ガスおよびヘリウム、アルゴン、キセノンのような希ガス、一酸化窒素、一酸化二窒素等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
なお、有機金属材料として、後述する２，４−ペンタジオネート−銅（II）や［Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ＶＴＭＳ）］等のように分子構造中に酸素原子を含有するものを用いる場合には、低還元性雰囲気下とするためのガスに、水素ガスを添加するのが好ましい。これにより、酸素原子に対する還元性を向上させることができ、接合膜４１に過度の酸素原子が残存することなく、接合膜４１を成膜することができる。その結果、この接合膜４１は、膜中における金属酸化物の存在率が低いものとなり、優れた導電性を発揮することとなる。
The gas for bringing the inside of the
In the case of using an organic metal material containing an oxygen atom in the molecular structure, such as 2,4-pentadionate-copper (II) or [Cu (hfac) (VTMS)] described later. In addition, it is preferable to add hydrogen gas to the gas for achieving a low reducing atmosphere. Thereby, the reducibility with respect to oxygen atoms can be improved, and the
また、キャリアガスとして前述した窒素ガス、アルゴンガスおよびヘリウムガスのうちの少なくとも１種を用いる場合には、このキャリアガスに低還元性雰囲気下とするためのガスとしての機能をも発揮させることができる。
また、排気手段４３０は、ポンプ４３２と、ポンプ４３２とチャンバー４１１とを連通する排気ライン４３１と、排気ライン４３１の途中に設けられたバルブ４３３とで構成されており、チャンバー４１１内を所望の圧力に減圧し得るようになっている。
以上のような構成の成膜装置４００を用いてＭＯＣＶＤ法により、以下のようにして第１の層３ａ上に接合膜４１が形成される。
In addition, when at least one of the nitrogen gas, argon gas and helium gas described above is used as the carrier gas, the carrier gas can also exhibit a function as a gas for providing a low reducing atmosphere. it can.
The
The
［ｉ］ まず、第１の層３ａ（第１の層３ａを形成するための下部基板）を用意する。そして、この第１の層３ａを成膜装置４００のチャンバー４１１内に搬入し、基板ホルダー４１２に装着（セット）する。
［ii］ 次に、排気手段４３０を動作させ、すなわちポンプ４３２を作動させた状態でバルブ４３３を開くことにより、チャンバー４１１内を減圧状態にする。この減圧の程度（真空度）は、特に限定されないが、１×１０−７〜１×１０−４Ｔｏｒｒ程度であるのが好ましく、１×１０−６〜１×１０−５Ｔｏｒｒ程度であるのがより好ましい。
[I] First, a
[Ii] Next, the
また、ガス供給手段４７０を動作させ、すなわちポンプ４７４を作動させた状態でバルブ４７３を開くことにより、チャンバー４１１内に、低還元性雰囲気下とするためのガスを供給して、チャンバー４１１内を低還元性雰囲気下とする。ガス供給手段４７０による前記ガスの流量は、特に限定されないが、０．１〜１０ｓｃｃｍ程度であるのが好ましく、０．５〜５ｓｃｃｍ程度であるのがより好ましい。
In addition, by operating the gas supply means 470, that is, by opening the
さらに、このとき、加熱手段を動作させ、基板ホルダー４１２を加熱する。基板ホルダー４１２の温度は、形成する接合膜４１の種類、すなわち、接合膜４１を形成する際に用いる原材料の種類によっても若干異なるが、８０〜６００℃程度であるのが好ましく、１００〜４５０℃程度であるのがより好ましく、２００〜３００℃程度であるのがさらに好ましい。かかる範囲内に設定することにより、後述する有機金属材料を用いて、優れた接着性を有する接合膜４１を成膜することができる。
Further, at this time, the heating means is operated to heat the
［iii］ 次に、シャッター４２１を開いた状態にする。
そして、固形状の有機金属材料を貯留された貯留槽４６２が備える加熱手段を動作させることにより、有機金属材料を気化させた状態で、ポンプ４６４を動作させるとともに、バルブ４６３を開くことにより、気化または霧化した有機金属材料をキャリアガスとともにチャンバー内に導入する。
[Iii] Next, the
Then, by operating the heating means provided in the
このように、前述した工程［ii］で基板ホルダー４１２が加熱された状態で、チャンバー４１１内に、気化または霧化した有機金属材料を供給すると、第１の層３ａ上で有機金属材料が加熱されることにより、有機金属材料中に含まれる有機物の一部が残存した状態で、第１の層３ａ上に接合膜４１を形成することができる。
As described above, when the vaporized or atomized organometallic material is supplied into the
すなわち、ＭＯＣＶＤ法によれば、有機金属材料に含まれる有機物の一部が残存するように金属原子を含む膜を形成すれば、この有機物の一部が脱離基３０３としての機能を発揮する接合膜４１を第１の層３ａ上に形成することができる。
このようなＭＯＣＶＤ法に用いられる、有機金属材料としては、特に限定されないが、例えば、２，４−ペンタジオネート−銅（II）、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）、トリス（４−メチル−８キノリノレート）アルミニウム（III）（Ａｌｍｑ３）、（８−ヒドロキシキノリン）亜鉛（Ｚｎｑ２）、銅フタロシアニン、Ｃｕ（ヘキサフルオロアセチルアセトネート）（ビニルトリメチルシラン）［Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ＶＴＭＳ）］、Ｃｕ（ヘキサフルオロアセチルアセトネート）（２−メチル−１−ヘキセン−３−エン）［Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ＭＨＹ）］、Ｃｕ（パーフルオロアセチルアセトネート）（ビニルトリメチルシラン）［Ｃｕ（ｐｆａｃ）（ＶＴＭＳ）］、Ｃｕ（パーフルオロアセチルアセトネート）（２−メチル−１−ヘキセン−３−エン）［Ｃｕ（ｐｆａｃ）（ＭＨＹ）］等、各種遷移金属元素を含んだアミド系、アセチルアセトネート系、アルコキシ系、シリコンを含むシリル系、カルボキシル基をもつカルボニル系のような金属錯体、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、ジエチル亜鉛のようなアルキル金属や、その誘導体等が挙げられる。これらの中でも、有機金属材料としては、金属錯体であるのが好ましい。金属錯体を用いることにより、金属錯体中に含まれる有機物の一部を残存した状態で、接合膜４１を確実に形成することができる。
That is, according to the MOCVD method, if a film containing metal atoms is formed so that a part of the organic substance contained in the organometallic material remains, a part of the organic substance exhibits a function as the leaving
The organometallic material used in such MOCVD method is not particularly limited. For example, 2,4-pentadionate-copper (II), tris (8-quinolinolato) aluminum (Alq 3 ), tris (4 - methyl-8-quinolinolato) aluminum (III) (Almq 3), (8- hydroxyquinoline) zinc (Znq 2), copper phthalocyanine, Cu (hexafluoroacetylacetonate) (vinyltrimethylsilane) [Cu (hfac) (VTMS )], Cu (hexafluoroacetylacetonate) (2-methyl-1-hexen-3-ene) [Cu (hfac) (MHY)], Cu (perfluoroacetylacetonate) (vinyltrimethylsilane) [Cu ( pfac) (VTMS)], Cu (perfluoroacetylacetonate) 2-methyl-1-hexen-3-ene) [Cu (pfac) (MHY)] and other amides, acetylacetonates, alkoxys, silyls containing silicon, carboxyl groups containing various transition metal elements Examples thereof include metal complexes such as carbonyl compounds, alkyl metals such as trimethylgallium, trimethylaluminum, and diethylzinc, and derivatives thereof. Among these, the organometallic material is preferably a metal complex. By using the metal complex, the
また、本実施形態では、ガス供給手段４７０を動作させることにより、チャンバー４１１内を低還元性雰囲気下となっているが、このような雰囲気下とすることにより、第１の層３ａ上に純粋な金属膜が形成されることなく、有機金属材料中に含まれる有機物の一部を残存させた状態で成膜することができる。すなわち、接合膜および金属膜としての双方の特性に優れた接合膜４１を形成することができる。
In the present embodiment, the gas supply means 470 is operated to create a low reducing atmosphere in the
気化または霧化した有機金属材料の流量は、０．１〜１００ｃｃｍ程度であるのが好ましく、０．５〜６０ｃｃｍ程度であるのがより好ましい。これにより、均一な膜厚で、かつ、有機金属材料中に含まれる有機物の一部を残存させた状態で、接合膜４１を成膜することができる。
以上のように、接合膜４１を成膜した際に膜中に残存する残存物を脱離基３０３として用いる構成とすることにより、形成した金属膜等に脱離基を導入する必要がなく、比較的簡単な工程で接合膜４１を成膜することができる。
The flow rate of the vaporized or atomized organometallic material is preferably about 0.1 to 100 ccm, and more preferably about 0.5 to 60 ccm. Accordingly, the
As described above, by using the residue remaining in the film as the leaving
なお、有機金属材料を用いて形成された接合膜４１に残存する前記有機物の一部は、その全てが脱離基３０３として機能するものであってもよいし、その一部が脱離基３０３として機能するものであってもよい。
以上のようにして、接合膜４１を成膜することができる。
以上のような第３実施形態にかかる光学デバイス１においても、前述した第１実施形態および第２実施形態と同様の作用・効果が得られる。
Note that part of the organic substance remaining in the
As described above, the
In the
以上説明したような光学デバイス１（波長可変フィルタ）は、例えば、図１８や図１９に示すような形態で用いられる。
図１８は、本発明の波長可変フィルタモジュールの実施形態を示す図、図１９は、本発明の光スペクトラムアナライザの実施形態を示す図である。
（波長可変フィルタモジュール）
図１８に示す波長可変フィルタモジュール１１００は、例えば波長分割多重（ＷＤＭ）光伝送方式のような光ネットワークの光伝送経路に設置されるものである。このような波長可変フィルタモジュール１１００は、前述した波長可変フィルタである光学デバイス１と、この光学デバイス１に光を導く光ファイバ１１０１およびレンズ１１０２と、光学デバイス１から射出された光を外部へ導くレンズ１１０３および光ファイバ１１０４とを備えている。
The optical device 1 (wavelength variable filter) as described above is used in a form as shown in FIGS. 18 and 19, for example.
FIG. 18 is a diagram showing an embodiment of a wavelength tunable filter module of the present invention, and FIG. 19 is a diagram showing an embodiment of an optical spectrum analyzer of the present invention.
(Tunable filter module)
A wavelength
このような波長可変フィルタモジュール１１００では、複数の波長を有する光を光ファイバ１１０１およびレンズ１１０２介して光学デバイス１に入射させ、所望の波長の光のみをレンズ１１０３および光ファイバ１１０４を介して取り出すことができる。
このような波長可変フィルタモジュール１１００は、低コストで、長期にわたり高精度に波長分離を行うことができる。
In such a
Such a wavelength
（光スペクトラムアナライザ）
また、図１９に示す光スペクトラムアナライザ１２００は、被測定光のスペクトラム特性（波長と強度との関係）を測定する装置である。このような光スペクトラムアナライザ１２００は、被測定光が入射される光入射部１２０１と、前述した光学デバイス１と、光入射部１２０１に入射された被測定光を光学デバイス１へ導く光学系１２０２と、光学デバイス１から出射された光を受光する受光素子１２０３と、光学デバイス１から出射された光を受光素子１２０３へ導く光学系１２０４と、光学デバイス１の駆動を制御するとともに受光素子１２０３の出力に基づきスペクトラム特性を求める制御部１２０５と、制御部１２０５の演算結果を表示する表示部１２０６とを備えている。
(Optical spectrum analyzer)
An
このような光スペクトラムアナライザ１２００では、光入射部１２０１に入射された被測定光が光学系１２０２を介して光学デバイス１に入射される。そして、光学デバイス１から出射された光が光学系１２０４を介して受光素子１２０３で受光され、その光の強度が制御部１２０５で求められる。このとき、制御部１２０５が光学デバイス１の干渉条件を順次変更しながら、受光素子１２０３で受光された光の強度が求められる。そして、制御部１２０５は、各波長における光の強度に関する情報（例えばスペクトラム波形）を表示部１２０６に表示させる。
In such an
このような光スペクトラムアナライザ１２００は、長期にわたり高精度に波長分析を行うことができる。
また、前述した光学デバイス１を用いることで、波長可変光源や波長可変レーザを実現することができる。
以上、本発明の光学デバイス、波長可変フィルタモジュール、および光スペクトラムアナライザを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
Such an
Further, by using the
The optical device, the wavelength tunable filter module, and the optical spectrum analyzer of the present invention have been described based on the illustrated embodiment. However, the present invention is not limited to this, and the configuration of each part has the same function. Can be replaced with any structure having In addition, any other component may be added to the present invention.
１……光学デバイス ２……第１の基体 ２１……可動板 ２２……支持部 ２３……連結部 ２４、２７、２９……開口部 ２５……第１の反射膜 ２６……第１の反射防止膜 ２８……第１の駆動電極 ２８１、３３１……引出し電極 ３……第２の基体 ３ａ……第１の層 ３ｂ……第２の層 ３ｃ……第３の層 ３１……第１の凹部 ３２……第２の凹部 ３３……第２の駆動電極 ３４……第２の反射膜 ３５……溝部 ３６……第３の凹部 ３７……第２の反射防止膜 ３０１……Ｓｉ骨格 ３０２……シロキサン結合 ３０３……脱離基 ３０４……活性手 ４１、４２、４３……接合膜 ４１ａ……面 ９……第１の基板 １０……マスク層 １００……プラズマ重合装置 １０１……チャンバー １０２……接地線 １０３……供給口 １０４……排気口 １３０……第1の電極 １３９……静電チャック １４０……第２の電極 １７０……排気ポンプ １７１……圧力制御機構 １８０……電源回路 １８２……高周波電源 １８３……マッチングボックス １８４……配線 １９０……ガス供給部 １９１……貯液部 １９２……気化装置 １９３……ガスボンベ １９４……配管 １９５……拡散板 ２００……成膜装置 ２１１……チャンバー ２１２……基板ホルダー ２１５……イオン源 ２１６……ターゲット ２１７……ターゲットホルダー ２１９……ガス供給源 ２２０……第１のシャッター ２２１……第２のシャッター ２３０……排気手段 ２３１……排気ライン ２３２、２６２……ポンプ ２３３、２６３……バルブ ２５０……開口 ２５３、２５４……グリッド ２５５……磁石 ２５６……イオン発生室 ２５７……フィラメント ２６０……ガス供給手段 ２６１……ガス供給ライン ２６４……ガスボンベ ４００……成膜装置 ４１１……チャンバー ４１２……基板ホルダー ４２１……シャッター ４３０……排気手段 ４３１……排気ライン ４３２、４６４、４７４……ポンプ ４３３、４６３、４７３……バルブ ４６０……有機金属材料供給手段 ４６１、４７１……ガス供給ライン ４６２……貯留槽 ４６５、４７５……ガスボンベ ４７０……ガス供給手段 １１００……波長可変フィルタモジュール １１０１、１１０４……光ファイバ １１０２、１１０３……レンズ １２００……光スペクトラムアナライザ １２０１……光入射部 １２０２、１２０４……光学系 １２０３……受光素子 １２０５……制御部 １２０６……表示部 Ｇ１……光学ギャップ Ｇ２……静電ギャップ Ｌ……光
DESCRIPTION OF
Claims (14)
凹部を有し、前記凹部の底面に、前記第１の光反射部に光学ギャップを隔てて対向する第２の光反射部が設けられた第２の基体と、
前記可動板を前記可動板の厚さ方向に変位させる駆動手段とを有し、
前記第２の基体は、前記凹部の底壁を構成する第１の層と、中央部に空洞を有し前記凹部の側壁を構成する第２の層と、前記第１の層と前記第２の層とを接合する接合膜とを有しており、
前記接合膜は、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ）結合を含む原子構造を有するＳｉ骨格と、前記Ｓｉ骨格に結合する脱離基とを含むことを特徴とする光学デバイス。 A first base provided with a movable plate having a first light reflecting portion displaceable in a thickness direction of the movable plate;
A second base provided with a second light reflecting portion that has a recess and is opposed to the first light reflecting portion with an optical gap on the bottom surface of the recess;
Drive means for displacing the movable plate in the thickness direction of the movable plate;
The second base includes a first layer constituting a bottom wall of the recess, a second layer having a cavity in the center and constituting a sidewall of the recess, the first layer, and the second layer. And a bonding film for bonding the layers of
The optical device, wherein the bonding film includes an Si skeleton having an atomic structure including a siloxane (Si—O) bond and a leaving group bonded to the Si skeleton.
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