CN102193187A - 光滤波器及其分析设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光滤波器及分析设备，该光滤波器的特征在于，具有：下部基板；下部反射镜，其被设置于所述下部基板；下部电极，其被设置于所述下部基板；上部基板，其与所述下部电极对置设置；上部反射镜，其被设置于所述上部基板，且与所述下部反射镜对置；以及上部电极，其被设置于所述上部基板，且与所述下部电极对置，所述上部基板在俯视图中，具有包围所述上部反射镜的槽，所述槽在剖视图中，具有第1侧面部、第2侧面部、底面部、位于所述第1侧面部与所述底面部之间的第1端部以及位于所述第2侧面部与所述底面部之间的第2端部，所述第1端部以及所述第2端部具有曲面。
Description
技术领域
本发明涉及光滤波器及分析设备等。
背景技术
以往，作为从入射光中选择目标波长的光并使之射出的光滤波器，已知一种气隙型并且是静电驱动型的光滤波器，其通过将一对基板对置配置，并分别在这些基板的对置面设置反射镜，分别在这些反射镜的周围设置电极，并且在一侧的反射镜的周围设置隔膜部，通过利用这些电极间的静电使隔膜部发生位移而使这些反射镜间的间隙(气隙)变化，来提取出想要的波长的光。(例如，专利文献1)。
在这样的光滤波器中，在制造时需要将一对反射镜间的间隙控制在从亚微米到数微米这样非常小的范围内，而且重要之处在于高精度地维持这些反射镜间的间隙且控制成想要的间隙量。
专利文献1：日本特开2003-57438号公报。
发明内容
然而，在气隙型且静电驱动型的光滤波器中，利用静电引力来使隔膜发生移动从而使反射镜间的间隙发生变化。因此，根据隔膜部的厚度，来使用于产生间隙的位移所需要的静电引力的施加电压发生变化。因此，为了将施加电压抑制得较低，希望隔膜部尽可能地薄。但是，使隔膜部变薄这关系到其强度降低，在反复进行间隙位移的光滤波器中，由于每次进行位移时都对隔膜部施加应力，因而存在强度降低即导致隔膜部被破坏的问题。
本发明是为了解决上述课题的至少一部分而提出的，其目的之一在于提供一种即使在为了将施加电压抑制得较低而使隔膜部变薄的情况下，也能够抑制隔膜部的强度降低，其结果能够使最大施加电压低且使隔膜部的强度提高、间隙位移稳定、并且能够良好地进行驱动的光滤波器以及具有该光滤波器的光模块。
本发明的光滤波器的特征在于，具有：下部基板；下部反射镜，其被设置于所述下部基板；下部电极，其被设置于所述下部基板；上部基板，其与所述下部电极对置设置；上部反射镜，其被设置于所述上部基板，且与所述下部反射镜对置；以及上部电极，其被设置于所述上部基板，且与所述下部电极对置，所述上部基板在俯视图中，具有包围所述上部反射镜的槽，所述槽在剖视图中，具有第1侧面部、第2侧面部、底面部、位于所述第1侧面部与所述底面部之间的第1端部以及位于所述第2侧面部与所述底面部之间的第2端部，所述第1端部以及所述第2端部具有曲面。
在本发明的光滤波器中，槽的端部呈曲面。由此，缓和了在间隙位移时所产生的向槽的端部的应力集中，提高了隔膜部的强度。其结果，能够使间隙位移稳定，从而能够良好地进行间隙驱动。
所述的光滤波器的特征在于，所述底面部是平坦的，在俯视图中，所述上部电极被设置于所述底面部的下方的区域内的所述第2基板。
由此，能够防止伴随着槽的变形而产生上部电极裂缝等。
所述的光滤波器的特征在于，所述第1端部位于所述上部反射镜侧，所述第1端部在俯视图中，不与所述上部反射镜重叠。
由此，能够抑制向上部反射镜入射的光的行进被隔膜部的侧面部分遮挡，从而进行良好的检测。
所述的光滤波器的特征在于，所述第1基板以及所述第2基板具有透光性。
这样，通过使第1基板以及第2基板具有透光性，提高了基板的光透射率，并且也提高了提取出的光的强度。由此，提高了光的提取效率。
所述的光滤波器的特征在于，所述槽是通过在进行了干蚀刻后，进行湿蚀刻而形成的。
这样，通过在加工中使用湿式蚀刻，能够容易地使端部的形状成为曲面，缓和了向端部的应力集中，并且能够提高隔膜部的强度。另外，通过使干式蚀刻与湿式蚀刻组合，能够缩短槽的加工所用的时间，并且能够形成槽端部具有曲面的构造，从而缓和向端部的应力集中并且提高隔膜部的强度。其结果，能够实现稳定的间隙位移，并且能够进行良好地驱动。
本发明的分析设备的特征在于，使用上述的光滤波器。
附图说明
图1是本实施方式的光滤波器的俯视图。
图2是本实施方式的光滤波器的剖视图。
图3是表示在本实施方式的光滤波器中，未施加电压时波长与透射率的关系的图。
图4是表示在本实施方式的光滤波器中，施加了电压时波长与透射率的关系的图。
图5是用于对本实施方式的光滤波器的制造方法进行说明的图。
图6是用于对本实施方式的光滤波器的制造方法进行说明的图。
图7是用于对本实施方式的光滤波器的制造方法进行说明的图。
图8是用于对本实施方式的光滤波器的制造方法进行说明的图。
图9是用于对本实施方式的光滤波器的制造方法进行说明的图。
附图标记说明：
1...光滤波器，2...上部基板，3...下部基板，4A、4B...反射镜，5...第1凹部，6A、6B...电极，7...第2凹部，8...隔膜部，11A、11B...布线，G1...第1间隙，G2...第2间隙。
具体实施方式
下面，对本发明涉及的实施方式的光滤波器进行说明。这里，作为光滤波器，对气隙型并且是静电驱动型的光滤波器进行说明。
在图1以及图2中，附图标记1为气隙型并且是静电驱动型的光滤波器。该光滤波器1由下述部分构成：上部基板2；下部基板3，其以与上部基板2对置的状态接合(或者粘合)而成；圆形状的反射镜4A(上部反射镜)，其设置在上部基板2的与下部基板3相对一侧的对置面2a的中央部；圆形状的反射镜4B(下部反射镜)，其在形成在下部基板3的与上部基板2相对一侧的面的中央部的第1凹部5的底部中央，与反射镜4A隔着第1间隙G1对置设置；圆环状的电极6A(上部电极)，其设置在上部基板2的反射镜4A的周围；圆环状的电极6B(下部电极)，其在形成在下部基板3的第1凹部5的周围的圆环状的第2凹部7，与电极6A隔着第2间隙G2对置设置；薄壁的圆环状的隔膜部8，其在上部基板2的对置面2a的相反面侧，在与电极6A大致对应的位置通过蚀刻(选择除去)而形成。
隔膜部8由第1侧面部8c、第2侧面部8e、底面部8a、位于第1侧面部8c与底面部8a之间的第1端部8b、以及位于第2侧面部8e与底面部8a之间的第2端部8d构成。另外，隔膜部8的、位于反射镜4A一侧的第1端部8b形成为在俯视图中不与反射镜4A重叠。通过这样的构造，能够抑制向反射镜4A入射的光的进行被隔膜部8的第1侧面部8c遮挡。
并且，由隔着第2间隙G2对置设置的电极6A、6B，和隔膜部8构成静电致动器。
可以使用玻璃作为上部基板2以及下部基板3的材料。具体而言，可以优选使用钠玻璃、结晶玻璃、石英玻璃、铅玻璃、钾玻璃、硼硅酸玻璃、硼硅酸钠玻璃、无碱玻璃等。
通过使上部基板2以及下部基板3共同采用具有透光性的材料，能够将电磁波中想要的波长频带的电磁波或可见光线作为入射光而使用。
另外，若使上部基板2以及下部基板3共同使用半导体材料，例如使用硅来形成，则能够使用近红外线作为入射光。
反射镜4A、4B是隔着第1间隙G1相互对置配置而成的，并且由高折射率层与低折射率层交替层叠多层而成的电介质多层膜构成。此外，反射镜4A、4B不限定为电介质多层膜，例如还可以使用以银为主要成分的合金膜或他们的多层膜等。
这些反射镜4A、4B中的一方的反射镜4A由于被设置于可变形的上部基板2，因而也被称作可动反射镜，另一方的反射镜4B由于被设置于不变形的下部基板3，因而也被称作固定反射镜。
在将该光滤波器1使用在可见光线的区域或者红外线的区域时，例如，使用氧化钛(Ti2O)、五氧化二钽(Ta2O5)、五氧化二铌(Nb2O5)等作为形成电介质多层膜中的高折射率层的材料。另外，在将光滤波器1使用在紫外线的区域时，例如使用三氧化二铝(Al2O3)、二氧化铪(HfO2)、二氧化锆(ZrO2)、二氧化钍(ThO2)等作为形成高折射率层的材料。
另一方面，例如使用二氟化镁(MgF2)、二氧化硅(SiO2)等作为形成电介质多层膜中的低折射率层的材料。对于该高折射率层以及低折射率层的层数以及厚度，根据所需的光学特性来适当地设定。一般情况下，在由电介质多层膜形成反射膜(反射镜)的情况下，为了得到其光学特性，需要的层数为12层以上。
电极6A、6B是隔着第2间隙G2对置配置而成的，并且构成静电致动器的一部分，该静电致动器根据输入的驱动电压来使这些电极6A、6B间产生静电，从而使反射镜4A、4B以相互对置的状态相对移动。
由此，电极6A、6B使隔膜部8在图2中上下方向位移来使反射镜4A、4B间的第1间隙G1发生变化，从而射出与该第1间隙G1对应的波长的光。
另外，电极6A如图2所示那样，被设置在成平坦面的底面部8a的下方区域内。假设在使电极6A按照与具有曲面的第1端部8b、第2端部8d重叠的方式形成的情况下，由于隔膜部8的驱动而隔膜部8发生应变，导致在位于第1端部8b、第2端部8d的下方的电极6A产生大的应力。从而，存在电极6A产生裂缝等不良情况的可能性。但是，通过将电极6A形成在成平坦面的底面部8a的下方区域内，能够防止伴随着隔膜部8的变形的电极6A的裂缝等。
此外，在本实施方式中，由于上部基板2的对置面2a与形成在下部基板3的第2凹部7平行，所以电极6A、6B间也平行。
形成这些电极6A、6B的材料是导电性的材料即可，并没有特别限定，例如使用Cr、Al、Al合金、Ni、Zn、Ti、Au等金属，或者分散有碳、钛等的树脂、多晶硅(Polysilicon)、非晶体硅等硅、氮化硅、ITO等透明导电材料等。
这些电极6A、6B如图1所示那样，连接着布线11A、11b，这些电极6A、6B通过这些布线11A、11B与电源(未图示)连接。
另外，这些布线11A、11B形成在布线槽12A或者布线槽12B中，其中，布线槽12A形成在上部基板2中，布线槽12B形成在下部基板3中。因此，不会干扰上部基板2与下部基板3的接合。
电源通过对电极6A、6B施加电压作为驱动信号，来驱动电极6A、6B，从而在电极6A、6B间产生想要的静电。此外，该电源连接着控制装置(未图示)，通过由该控制装置对电源进行控制，能够调整电极6A、6B间的电位差。
隔膜部8与未形成该隔膜部8的上部基板2的部位相比，厚度较薄。这样，与上部基板2中其他部位相比厚度薄的部位具有弹性(挠性)而能够发生变形(可位移)，由此该隔膜部8通过使第1间隙G1变化来使反射镜4A、4B间的间隔变化成与想要的波长的光对应的间隔，因而具有使想要的波长的光射出的波长选择功能。
对于这些隔膜部8的形状和厚度，能够使想要的波长的范围的光射出即可，具体而言，考虑反射镜4A、4B间的间隔的变化量以及变化速度等，根据要求该光滤波器1的出射光的波长范围而设定。
在本实施方式的光滤波器1中，在控制装置以及电源未被驱动由此在电极6A与电极6B间未被施加电压的情况下，反射镜4A与反射镜4B隔着第1间隙G1对置。因此，若对该光滤波器1入射光，则会如图3所示那样，射出与该第1间隙G1对应的波长的光，例如720nm的波长的光。
在此，当通过驱动控制装置以及电源来对电极6A与电极6B间施加电压时，在这些电极6A与电极6B之间，产生与电压(电位差)的大小对应的静电。这样，通过控制装置对电源进行控制，能够对电极6A、6B之间施加想要的电压，使电极6A与电极6B之间产生想要的静电。当如此地在电极6A、6B之间产生想要的静电时，由于该静电力会使电极6A、6B相互吸引，从而上部基板2会向下部基板3侧变形，反射镜4A与反射镜4B的第1间隙G1与未施加电压的情况相比较窄。
该情况下，隔膜部8会因为该静电而产生位移，因此会在第1端部8b、第2端部8d处产生应力，而根据本实施方式，第1端部8b、第2端部8d由于呈圆角半径大的形状，因此应力难以集中，即使反复驱动隔膜部8，也不易产生破坏等，能够反复良好的驱动。
这里，若光向该光滤波器1入射，则会如图4所示那样，射出与位移后的第1间隙G1对应的波长的光例如590nm波长的光，并且透射波长向短波长一侧偏移。
接下来，参照附图对本实施方式的光滤波器1的制造方法进行说明。图5～9是表示本实施方式的光滤波器1的制造方法的剖视图。
该制造方法具有[1]上部基板的加工工序、[2]下部基板的加工工序。下面，对各个工序依次进行说明。
[1]上部基板的加工工序
图5(a)所示那样，在上部基板2的整个面形成掩模层51。作为构成掩模层51的材料，例如可以使用Cr/Au等金属膜等。掩模层51的厚度虽然未特别限定，但优选0.01～1μm左右，更优选0.1～0.3μm左右。若掩模层51过薄，存在不能充分保护上部基板2的情况，若掩模层51过厚，则存在掩模层51由于掩模层51的内部应力而易于剥离的情况。在本实施方式中，掩模层51是通过溅射法形成Cr/Au膜而成的，Cr、Au各自的膜厚为0.01μm和0.3μm。
接下来，如图5(b)所示那样，在掩模层51上形成用于形成隔膜部8的开口部51a。开口部51a例如可以通过光刻法形成。具体而言，在掩模层51上形成具有与开口部51a对应的图案的抗蚀剂层(未图示)，将该抗蚀剂层作为掩模，并在除去掩模层51的一部分后，通过除去抗蚀剂层来形成开口部51a。此外，掩模层51的一部分的除去可以通过湿式蚀刻等来进行。
接下来，如图5(c)所示那样，利用湿式蚀刻对上部基板2进行蚀刻，从而形成隔膜部8。例如，可以使用氢氟酸水溶液或缓冲氢氟酸水溶液(BHF)等作为蚀刻液。另外，除此之外，也可以在进行干式蚀刻后进行湿式蚀刻，来形成隔膜部8。由此，缩短了槽的加工时间，并且槽的第1端部8b、第2端部8d可以成为具有曲面的构造，从而缓和了向端部的应力集中，并且提高了隔膜部8的强度。
接下来，如图6(a)所示，形成电极6A、布线11A。作为构成电极6A、布线11A的材料，例如可以使用Cr、Al等金属膜或ITO那样的透明导电材料等。电极6A、布线11A的厚度例如优选为0.1～0.2μm。
为了形成这些电极6A、布线11A，可以在使用蒸镀法，溅射法，离子镀法等形成金属膜等后，通过光刻法及蚀刻来进行图案形成。
接下来，在对置面2a的被隔膜部8包围的位置2a′，形成反射镜4A。例如，将二氧化钛(Ti2O)作为形成高折射率层的材料，将二氧化硅(SiO2)作为形成低折射率层的材料，并使它们进行层叠，在利用剥离法对其进行图案形成后得到反射镜4A。
[2]下部基板的加工工序
如图7(a)所示那样，在下部基板3的与上部基板2的对置面3a上形成掩模层61。作为构成掩模层61的材料，一般使用抗蚀剂材料。
接下来，图7(b)所示那样，在掩模层61上形成用于形成第2凹部7的开口部61a。开口部61a可以通过光刻法形成。
接下来，如图7(c)所示，利用湿式蚀刻对下部基板3进行蚀刻，来形成第2凹部7。蚀刻液例如可以使用氢氟酸水溶液或缓冲氢氟酸水溶液(BHF)等。此外，第2凹部7的形成方法不限定为湿式蚀刻，还可以使用干式蚀刻等他蚀刻法。
接下来，在通过蚀刻除去掩模层61后，使用与第2凹部7的形成相同的要领，来形成第1凹部5。具体而言，在下部基板3上形成掩模层62，如图8(a)所示那样，形成用于形成第1凹部5的开口部62a。接着，如图8(b)所示那样，通过湿式蚀刻对下部基板3进行蚀刻，来形成第1凹部5。然后，如图8(c)所示那样，通过蚀刻除去掩模层62，从而得到具有第1凹部5以及第2凹部7的下部基板3。
接下来，图9(a)所示那样，形成电极6B、布线11B。作为构成电极6A、布线11A的材料，例如可以使用Cr、Al等金属膜或ITO那样的透明导电材料等。电极6A、布线11A的厚度例如优选0.1～0.2μm。
为了形成这些电极6A、布线11A，在利用蒸镀法，溅射法，离子镀法等形成金属膜等后，利用光刻法以及蚀刻进行图案形成。
接下来，在与上部基板2的反射镜4A对置的位置形成反射镜4B。例如，将二氧化钛(Ti2O)作为形成高折射率层的材料，将二氧化硅(SiO2)作为形成低折射率层的材料，并使它们进行层叠，在利用剥离法进行图案形成后得到反射镜4B。
如上述说明那样，根据本实施方式的光滤波器，在为了选择性地提取波长而使第1间隙G1变动时，使隔膜部8发生位移，从而第1端部8b、第2端部8d产生应力，但根据本实施方式，第1端部8b、第2端部8d由于呈圆角半径大的形状，因而应力集中变难，进行反复进行对隔膜部8的驱动，也难以产生破坏等，能够反复进行良好的驱动。
此外，本发明的光滤波器能够用于对颜色进行测量的测色器或对玻璃进行测量的玻璃检测器等分析设备。
Claims (6)
1.一种光滤波器，其特征在于：
具有：
下部基板；
下部反射镜，其被设置于所述下部基板；
下部电极，其被设置于所述下部基板；
上部基板，其与所述下部电极对置设置；
上部反射镜，其被设置于所述上部基板，且与所述下部反射镜对置；以及
上部电极，其被设置于所述上部基板，且与所述下部电极对置，
所述上部基板在俯视图中，具有包围所述上部反射镜的槽，
所述槽在剖视图中，具有第1侧面部、第2侧面部、底面部、位于所述第1侧面部与所述底面部之间的第1端部以及位于所述第2侧面部与所述底面部之间的第2端部，
所述第1端部以及所述第2端部具有曲面。
2.根据权利要求1所述的光滤波器，其特征在于：
所述底面部是平坦的，
在俯视图中，所述上部电极被设置于所述底面部的下方的区域内的所述第2基板。
3.根据权利要求1或2所述的光滤波器，其特征在于：
所述第1端部位于所述上部反射镜侧，
所述第1端部在俯视图中，不与所述上部反射镜重叠。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的光滤波器，其特征在于：
所述第1基板以及所述第2基板具有光透射性。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的光滤波器，其特征在于：
所述槽是通过在进行了干蚀刻后，进行湿蚀刻而形成的。
6.一种分析设备，其使用权利要求1至5中的任意一项所述的光滤波器。
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