CN111344622A - 光学器件的制造方法 - Google Patents

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CN111344622A CN201880073320.6A CN201880073320A CN111344622A CN 111344622 A CN111344622 A CN 111344622A CN 201880073320 A CN201880073320 A CN 201880073320A CN 111344622 A CN111344622 A CN 111344622A
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Abstract

本发明的目的是提供一种能够高精度地形成梁部的光学器件的制造方法。本发明的光学器件的制造方法包括:第1步骤,准备具有与基底、可动部和弹性支承部对应的部分的半导体基板(100);第2步骤,在第1半导体层(101)的与绝缘层(103)相反侧的表面中与基底对应的区域形成第1抗蚀层(104);第3步骤,通过将第1抗蚀层(104)用作掩模对第1半导体层进行蚀刻直至厚度方向上的中间部,而在第1半导体层形成凹部(105);第4步骤,在凹部(105)的底面(105a)中与梁部对应的区域、凹部的侧面(105b)和第1半导体层的与绝缘层(103)相反侧的表面(101a)形成第2抗蚀层(106);第5步骤,通过将第2抗蚀层(106)用作掩模对第1半导体层(101)进行蚀刻直至绝缘层(103),而形成梁部(224)。

Description

光学器件的制造方法
技术领域
本发明涉及光学器件的制造方法。
背景技术
作为由SOI(Silicon On Insulator(绝缘层上硅))基板构成的MEMS(MicroElectro Mechanical Systems(微机电系统))器件,已知有一种光学器件,其包括基底、可动部、在基底与可动部之间连接的弹性支承部、和配置于可动部上的光学功能部(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:美国专利申请公开2008/0284078号说明书
发明内容
发明所要解决的课题
上述那样的光学器件中,为了抑制可动部或者弹性支承部在移动中的变形,考虑在可动部或者弹性支承部设置梁部。这样的光学器件中,从可动部的控制性的观点等出发,追求高精度地形成梁部。
本发明的一个方面的目的是提供能够高精度地形成梁部的光学器件的制造方法。
解决课题的技术手段
本发明的一方面的光学器件的制造方法,其特征在于,所述光学器件包括基底、可动部、在基底与可动部之间连接的弹性支承部、和配置于可动部上的光学功能部,基底、可动部和弹性支承部由半导体基板构成,该半导体基板具有第1半导体层、第2半导体层和在第1半导体层与第2半导体层之间配置的绝缘层,基底由第1半导体层、第2半导体层和绝缘层构成,可动部和弹性支承部的至少一者具有至少由所述第1半导体层构成且配置于第2半导体层上的梁部,构成梁部的第1半导体层比构成基底的第1半导体层薄,所述光学器件的制造方法包括:第1步骤,准备具有与基底、可动部和弹性支承部对应的部分的半导体基板;第2步骤,在第1步骤之后,在第1半导体层的与绝缘层相反侧的表面中与基底对应的区域形成第1抗蚀层;第3步骤,在第2步骤之后,通过将第1抗蚀层用作掩模对第1半导体层进行蚀刻直至厚度方向上的中间部,而在第1半导体层形成凹部;第4步骤,在第3步骤之后,在凹部的底面中与梁部对应的区域、凹部的侧面、和第1半导体层的与绝缘层相反侧的表面形成第2抗蚀层;和第5步骤,在第4步骤之后,通过将第2抗蚀层用作掩模对第1半导体层进行蚀刻直至到达绝缘层,而形成梁部。
通过该光学器件的制造方法得到的光学器件中,构成梁部的第1半导体层比构成基底的第1半导体层薄。由此,能够利用梁部抑制可动部和/或弹性支承部的变形,并且抑制梁部从基底突出来实现对梁部的保护。另一方面,一般的制造方法中,难以高精度地形成这样的梁部。与此相对,该光学器件的制造方法中,通过将第1抗蚀层和第2抗蚀层用作掩模的2阶段的蚀刻,来形成梁部。因此,能够高精度地形成梁部。
第1步骤中,也可以准备第1半导体层比第2半导体层厚的半导体基板。该情况下,得到的光学器件中能够确保梁部的厚度,并且能够更适当地抑制可动部和/或弹性支承部的变形。
本发明的一方面的光学器件的制造方法也可以还包括在第5步骤之后,在第2半导体层的绝缘层侧的表面上形成光学功能部的第6步骤。该情况下,能够利用基底和梁部保护光学功能部,例如能够抑制搬运时等因直接的接触而光学功能部受损伤。
梁部也可以包括宽度相互不同的多个部分。本发明的光学器件的制造方法中,即使在梁部包括宽度相互不同的多个部分的情况下,也能够高精度地形成梁部。
弹性支承部也可以支承可动部,以使得可动部能够沿着与基底的主面交叉的方向移动。本发明的光学器件的制造方法中,在制造这样的光学器件的情况下,能够高精度地形成梁部。
弹性支承部也可以支承可动部,以使得可动部能够围绕规定的轴线摆动。本发明的光学器件的制造方法中,在制造这样的光学器件的情况下,能够高精度地形成梁部。
上述光学器件也可以还包括:固定梳齿电极,其设置于基底,具有多个固定梳齿;和可动梳齿电极,其设置于可动部和弹性支承部的至少一者,具有与多个固定梳齿交错配置的多个可动梳齿。本发明的光学器件的制造方法中,制造这样的光学器件的情况下,能够高精度地形成梁部。
上述光学器件也可以还包括设置于可动部的线圈或者压电元件。本发明的光学器件的制造方法中,制造这样的光学器件的情况下,能够高精度地形成梁部。
梁部也可以由第1半导体层和绝缘层构成。本发明的光学器件的制造方法中,在制造这样的光学器件的情况下,能够高精度地形成梁部。
发明的效果
根据本发明的一方面,能够提供一种能够高精度地形成梁部的光学器件的制造方法。
附图说明
图1是第1实施方式的光模块的截面图。
图2是图1所示的镜单元的俯视图。
图3是沿着图2所示的III-III线的镜单元的截面图。
图4是沿着图2的IV-IV线的镜单元的截面图。
图5是沿着图2所示的V-V线的镜器件的示意性的截面图。
图6是图2所示的镜器件的局部放大图。
图7是图2所示的光学功能部件的俯视图。
图8是沿着图1所示的VIII-VIII线的光模块的截面图。
图9是沿着图1所示的IX-IX线的光模块的截面图。
图10是图1所示的镜单元和分束器单元的示意性的截面图。
图11是沿着图2所示的XI-XI线的镜器件的示意性的截面图。
图12是第1实施方式的镜器件的示意性的截面图。
图13(a)和图13(b)是用于说明第1实施方式的镜器件的制造方法的图。
图14(a)和图14(b)是用于说明第1实施方式的镜器件的制造方法的图。
图15(a)和图15(b)是用于说明第1实施方式的镜器件的制造方法的图。
图16(a)和图16(b)是用于说明比较例的镜器件的制造方法的图。
图17(a)和图17(b)是用于说明比较例的镜器件的制造方法的图。
图18是用于说明比较例的镜器件的制造方法的图。
图19(a)和图19(b)是用于说明第1实施方式的镜器件的制造方法的作用效果的图。
图20(a)和图20(b)是用于说明第1实施方式的镜器件的制造方法的作用效果的图。
图21(a)和图21(b)是用于说明第1实施方式的镜器件的制造方法的作用效果的图。
图22是第2实施方式的光学器件的俯视图。
图23是图22所示的光学器件的仰视图。
图24是沿着图22所示的XXIV-XXIV线的光学器件的截面图。
图25是沿着图22所示的XXV-XXV线的光学器件的截面图。
图26是第3实施方式的光学器件的俯视图。
图27是图26所示的光学器件的仰视图。
图28是沿着图26所示的XXVIII-XXVIII线的光学器件的截面图。
具体实施方式
以下,针对本发明的实施方式参照附图详细地进行说明。再者,各图中对同一或者相当部分标注同一符号,省略重复的部分。
[第1实施方式]
[光模块的结构]
如图1所示,光模块1包括镜单元2、分束器单元3、光入射部4、第1光检测器6、第2光源7、第2光检测器8、支承体9、第1支承结构11和第2支承结构12。镜单元2配置于Z轴方向(第1方向)上的支承体9的一侧,例如利用粘接剂安装于支承体9。支承体9例如由铜钨形成,例如呈矩形板状。镜单元2包括沿着Z轴方向移动的可动镜22和位置固定的固定镜16(详细内容后述)。另外,Z轴方向例如是铅垂方向,Z轴方向上的一侧例如是上侧。
分束器单元3配置于Z轴方向上的镜单元2的一侧,由第1支承结构11支承。第1支承结构11例如利用粘接剂安装于支承体9。光入射部4配置于X轴方向(与第1方向垂直的第3方向)上的分束器单元3的一侧,由第2支承结构12支承。第1光检测器6、第2光源7和第2光检测器8配置于Z轴方向上的分束器单元3的一侧,由第2支承结构12支承。第2支承结构12例如利用螺栓安装于支承体9。
光模块1中,利用分束器单元3、可动镜22和固定镜16,对于测量光L0和激光L10分别构成干涉光学系统。对于测量光L0和激光L10分别构成的干涉光学系统例如是迈克尔逊干涉光学系统。
对于测量光L0,如下述那样,检测测量光的干涉光L1。即,当从第1光源(图示省略)经由测量对象(省略图示)入射的测量光L0或者从测量对象发出的测量光L0(例如测量对象自身的发光等)从光入射部4入射到分束器单元3时,该测量光L0在分束器单元3中分割为一部份和剩余部分。然后,测量光L0的一部分被沿着Z轴方向往复移动的可动镜22反射而返回分束器单元3。另一方面,测量光L0的剩余部分被固定镜16反射而返回分束器单元3。返回到分束器单元3的测量光L0的一部分和剩余部分作为干涉光L1从分束器单元3射出,该测量光的干涉光L1被第1光检测器6检测。
关于激光L10,如下述那样,检测激光的干涉光L11。即,当从第2光源7射出的激光L10入射到分束器单元3时,该激光L10在分束器单元3中被分割为一部分和剩余部分。然后,激光L10的一部分被沿着Z轴方向往复移动的可动镜22反射而返回分束器单元3。另一方面,激光L10的剩余部分被固定镜16反射而返回分束器单元3。返回到分束器单元3的激光L10的一部分和剩余部分作为干涉光L11从分束器单元3射出,该激光的干涉光L11被第2光检测器8检测。
根据光模块1,基于激光的干涉光L11的检测结果,能够计量Z轴方向上的可动镜22的位置,基于其位置的计量结果和测量光的干涉光L1的检测结果,能够对测量对象进行分光分析。
[镜单元的结构]
如图2、图3和图4所示,镜单元2具有镜器件(光学器件)20、光学功能部件13、固定镜16和应力缓和基板17。镜器件20包括基底21、可动镜22和驱动部23。
基底21具有第1表面21a(Z轴方向上的一侧的表面)和与第1表面21a相反侧的第2表面21b。第1表面21a和第2表面21b分别是基底21的主面。基底21例如呈矩形板状,例如具有10mm×15mm×0.35mm(厚度)左右的尺寸。可动镜22具有镜面(光学功能部)22a和配置有镜面22a的可动部22b。可动镜22(可动部22b)以能够沿着与第1表面21a垂直的Z轴方向(与第1表面垂直的第1方向)移动的方式被支承于基底21。驱动部23沿着Z轴方向使可动镜22移动。
在镜器件20设置有一对光通过开口24,25。一对光通过开口24,25配置于X轴方向上的可动镜22的两侧。光通过开口(第1光通过部)24构成分束器单元3与固定镜16之间的光路的第1部分。另外,本实施方式中,光通过开口25没有作为光通过开口起作用。
此处,参照图2、图5和图6详细说明镜器件20的结构。另外,图5是图3所示的镜器件20的示意性的截面图,图5中例如在Z轴方向上的尺寸比实际扩大了的状态下示意地表示镜器件20。
基底21、可动镜22的可动部22b和驱动部23由SOI(Silicon On Insulator(绝缘层上硅))基板(半导体基板)100构成。即,镜器件20由SOI基板100构成。镜器件20例如形成为矩形板状。SOI基板100具有支承层101、器件层102和中间层103。支承层101是第1硅层(第1半导体层)。器件层102是第2硅层(第2半导体层)。中间层103是配置于支承层101与器件层102之间的绝缘层。SOI基板100从Z轴方向的一侧起依次具有支承层101、中间层103和器件层102。
基底21由支承层101、器件层102和中间层103的一部分构成。基底21的第1表面21a是支承层101的与中间层103相反侧的表面。基底21的第2表面21b是器件层102的与中间层103相反侧的表面。构成基底21的支承层101比构成基底21的器件层102厚。构成基底21的支承层101的厚度例如是构成基底21的器件层102的厚度的4倍左右。镜单元2中,如后述那样,基底21的第2表面21b与光学功能部件13的第3表面13a相互接合(参照图3和图4)。
可动镜22配置成以轴线R1与轴线R2的交点为中心位置(重心位置)。轴线R1是在X轴方向延伸的直线。轴线R2是在Y轴方向(与第1方向和第3方向垂直的第2方向)延伸的直线。在从Z轴方向观察的情况下,镜器件20中与后述的基底21的第6表面21d重叠的部分以外的部分呈关于轴线R1和轴线R2分别线对称的形状。
可动镜22(可动部22b)具有配置部221、框架部222、一对连结部223和梁部224。配置部221、框架部222和一对连结部223由器件层102的一部分构成。配置部221在从Z轴方向观察的情况下呈圆形。配置部221具有中央部221a和外缘部221b。在中央部221a的Z轴方向一侧的表面221as上,例如通过形成金属膜(金属层),而设置有镜面22a。镜面22a与Z轴方向垂直地延伸,呈圆形。中央部221a的表面221as是器件层102的中间层103侧的表面。镜面22a位于比基底21的第1表面21a靠Z轴方向上的另一侧的位置。换言之,第1表面21a位于比镜面22a靠Z轴方向上的一侧的位置。外缘部221b在从Z轴方向观察的情况下包围中央部221a。
在从Z轴方向观察的情况下,框架部222以从配置部221隔开规定的间隔来包围配置部221的方式延伸成环状。框架部222例如在从Z轴方向观察的情况下呈圆环状。一对连结部223分别将配置部221与框架部222相互连结。一对连结部223配置于Y轴方向上的配置部221的两侧。
梁部224由配置于器件层102上的支承层101和中间层103构成。梁部224配置于镜面22a的周边。梁部224具有内侧梁部224a、外侧梁部224b和一对连结梁部224c。内侧梁部224a配置于外缘部221b的Z轴方向的一侧的表面上。在从Z轴方向观察的情况下,内侧梁部224a包围镜面22a。例如,在从Z轴方向观察的情况下,内侧梁部224a的外缘从配置部221的外缘隔开规定的间隔而沿着配置部221的外缘延伸。在从Z轴方向观察的情况下,内侧梁部224a的内缘从镜面22a的外缘隔开规定的间隔而沿着镜面22a的外缘延伸。内侧梁部224a的Z轴方向的一侧的端面224as位于比镜面22a靠Z轴方向上的一侧的位置。
外侧梁部224b配置于框架部222的Z轴方向的一侧的表面上。从Z轴方向观察的情况下,外侧梁部224b包围内侧梁部224a,进而包围镜面22a。例如,从Z轴方向观察的情况下,外侧梁部224b的外缘从框架部222的外缘隔开规定的间隔而沿着框架部222的外缘延伸。从Z轴方向观察的情况下,外侧梁部224b的内缘从框架部222的内缘隔开规定的间隔而沿着框架部222的内缘延伸。外侧梁部224b的Z轴方向的一侧的端面224bs位于比镜面22a靠Z轴方向上的一侧的位置。
一对连结梁部224c分别配置于一对连结部223的Z轴方向的一侧的表面上。各连结梁部224c将内侧梁部224a与外侧梁部224b相互连结。连结梁部224c的Z轴方向上的一侧的端面224cs位于比镜面22a靠Z轴方向上的一侧的位置。
Z轴方向上的内侧梁部224a、外侧梁部224b和各连结梁部224c的厚度相互相等。即,构成内侧梁部224a、外侧梁部224b和各连结梁部224c的支承层101的厚度相互相等。内侧梁部224a的端面224as、外侧梁部224b的端面224bs和各连结梁部224c的端面224cs位于与Z轴方向垂直的同一平面上。构成内侧梁部224a、外侧梁部224b和各连结梁部224c的支承层101比构成基底21的支承层101薄。由此,端面224as,224bs,224cs位于比基底21的第1表面21a靠Z轴方向上的另一侧的位置。换言之,第1表面21a位于比端面224as,224bs,224cs靠Z轴方向的一侧的位置。
从Z轴方向观察的情况下,外侧梁部224b的宽度比内侧梁部224a的宽度宽。从Z轴方向观察的情况下的内侧梁部224a的宽度是与内侧梁部224a的延伸方向垂直的方向上的内侧梁部224a的长度,本实施方式中,是内侧梁部224a的半径方向上的内侧梁部224a的长度。这一点,对于从Z轴方向观察的情况下的外侧梁部224b的宽度也同样。各连结梁部224c的宽度比内侧梁部224a和外侧梁部224b各自的宽度大。各连结梁部224c的宽度是沿着内侧梁部224a的延伸方向的各连结梁部224c的长度。
驱动部23具有第1弹性支承部26、第2弹性支承部27和致动器部28。第1弹性支承部26、第2弹性支承部27和致动器部28由器件层102的一部分构成。
第1弹性支承部26和第2弹性支承部27分别连接于基底21与可动镜22之间。第1弹性支承部26和第2弹性支承部27以可动镜22(可动部22b)能够沿着Z轴方向移动的方式支承可动镜22。
第1弹性支承部26具有一对杆261、第1连接部件262、第2连接部件263、一对梁部件264、中间部件265、一对第1扭杆(第1扭转支承部)266、一对第2扭杆(第2扭转支承部)267、一对非线性缓冲弹簧268和多个电极支承部269。
一对杆261配置于Y轴方向上的光通过开口24的两侧,在Y轴方向彼此相对。各杆261呈沿着与Z轴方向垂直的平面延伸的板状。各杆261具有第1部分261a、相对于第1部分261a配置于可动镜22的相反侧的第2部分261b、和与第1部分261a及第2部分261b连接的第3部分261c。第1部分261a和第2部分261b沿着X轴方向延伸。X轴方向上的第1部分261a的长度比X轴方向上的第2部分261b的长度短。一对杆261的第3部分261c以越远离可动镜22越彼此分开的方式倾斜地延伸。
第1连接部件262架设于一对杆261中的与可动镜22相反侧的第1端部261d间。第1连接部件262呈沿着与Z轴方向垂直的平面延伸的板状,并沿着Y轴方向延伸。第2连接部件263架设于一对杆261中的可动镜22侧的第2端部261e间。第2连接部件263呈沿着与Z轴方向垂直的平面延伸的板状,并沿着Y轴方向延伸。X轴方向上的第2连接部件263的宽度比X轴方向上的第1连接部件262的宽度窄。Y轴方向上的第2连接部件263的长度比Y轴方向上的第1连接部件262的长度短。
一对梁部件264分别架设于一对杆261的第2部分261b与第1连接部件262之间。各梁部件264呈沿着与Z轴方向垂直的平面延伸的板状。一对梁部件264以越远离可动镜22越彼此靠近的方式倾斜地延伸。一对杆261、第1连接部件262、第2连接部件263和一对梁部件264划分光通过开口24。光通过开口24在从Z轴方向观察的情况下呈多边形。光通过开口24例如是空洞(孔)。或者,也可以在光通过开口24内配置相对于测量光L0和激光L10具有光透过性的材料。
中间部件265呈沿着与Z轴方向垂直的平面延伸的板状,并沿着Y轴方向延伸。中间部件265配置于可动镜22与第2连接部件263之间(换言之,可动镜22与光通过开口24之间)。中间部件265如后述那样经由非线性缓冲弹簧268与可动镜22连接。
一对第1扭杆266分别架设于一方的杆261的第1端部261d与基底21之间、和另一方的杆261的第1端部261d与基底21之间。即,一对第1扭杆266分别连接于一对杆261与基底21之间。各第1扭杆266沿着Y轴方向延伸。一对第1扭杆266配置于与Y轴方向平行的同一中心线上。本实施方式中,各第1扭杆266的中心线与第1连接部件262的中心线位于同一直线上。在各杆261的第1端部261d设置有向Y轴方向上的外侧突出的突出部261f,各第1扭杆266与突出部261f连接。
一对第2扭杆267分别架设于一方的杆261的第2端部261e与中间部件265的一端之间、及另一方的杆261的第2端部261e与中间部件265的另一端之间。即,一对第2扭杆267分别连接于一对杆261与可动镜22之间。各第2扭杆267沿着Y轴方向延伸。一对第2扭杆267配置于与Y轴方向平行的同一中心线上。
一对非线性缓冲弹簧268连接于可动镜22与中间部件265之间。即,一对非线性缓冲弹簧268连接于可动镜22与第2扭杆267之间。各非线性缓冲弹簧268在从Z轴方向观察的情况下具有蜿蜒延伸的蜿蜒部268a。蜿蜒部268a包括沿着Y轴方向延伸并在X轴方向排列的多个直线状部分268b、和将多个直线状部分268b的两端交替连结的多个折返部分268c。蜿蜒部268a的一端与中间部件265连接,蜿蜒部268a的另一端与框架部222连接。蜿蜒部268a中的框架部222侧的部分呈沿着框架部222的外缘的形状。
非线性缓冲弹簧268构成为,在可动镜22沿Z轴方向移动的状态下,围绕Y轴方向的非线性缓冲弹簧268的变形量比围绕Y轴方向的第1扭杆266及第2扭杆267各自的变形量小,且X轴方向上的非线性缓冲弹簧268的变形量比X轴方向上的第1扭杆266及第2扭杆267各自的变形量大。由此,能够抑制在第1扭杆266和第2扭杆267的扭转变形中产生非线性,并且能够抑制由该非线性引起的可动镜22的控制特性的降低。另外,围绕Y轴方向的第1扭杆266、第2扭杆267和非线性缓冲弹簧268的变形量是指例如扭转量(扭转角度)的绝对值。X轴方向上的第1扭杆266、第2扭杆267和非线性缓冲弹簧268的变形量是指例如挠曲量的绝对值。围绕Y轴方向的某部件的变形量是指以通过该部件的中心且与Y轴平行的轴线为中心的圆的周向上的该部件的变形量。这些点,对于后述的第1扭杆276、第2扭杆277和非线性缓冲弹簧278也同样。
多个电极支承部269包括一对第1电极支承部269a、一对第2电极支承部269b和一对第3电极支承部269c。各电极支承部269a,269b,269c呈沿着与Z轴方向垂直的平面延伸的板状,并沿着Y轴方向延伸。各电极支承部269a,269b,269c从杆261的第2部分261b向光通过开口24的相反侧延伸。一对第1电极支承部269a配置于与Y轴方向平行的同一中心线上。一对第2电极支承部269b配置于与Y轴方向平行的同一中心线上。一对第3电极支承部269c配置于与Y轴方向平行的同一中心线上。在X轴方向上,从可动镜22侧依次排列地配置有第1电极支承部269a、第2电极支承部269b和第3电极支承部269c。
第2弹性支承部27具有一对杆271、第1连接部件272、第2连接部件273、一对梁部件274、中间部件275、一对第1扭杆(第1扭转支承部)276、一对第2扭杆(第2扭转支承部)277、一对非线性缓冲弹簧278、和多个电极支承部279。
一对杆271配置于Y轴方向上的光通过开口25的两侧,在Y轴方向彼此相对。各杆271呈沿着与Z轴方向垂直的平面延伸的板状。各杆271具有第1部分271a、相对于第1部分271a配置于可动镜22的相反侧的第2部分271b、与第1部分271a及第2部分271b连接的第3部分271c。第1部分271a和第2部分271b沿着X轴方向延伸。X轴方向上的第1部分271a的长度比X轴方向上的第2部分271b的长度短。一对杆271的第3部分271c以越远离可动镜22越相互分开的方式倾斜地延伸。
第1连接部件272架设于一对杆271的与可动镜22相反侧的第1端部271d之间。第1连接部件272呈沿着与Z轴方向垂直的平面延伸的板状,并沿着Y轴方向延伸。第2连接部件273架设于一对杆271的可动镜22侧的第2端部271e之间。第2连接部件273呈沿着与Z轴方向垂直的平面延伸的板状,并沿着Y轴方向延伸。X轴方向上的第2连接部件273的宽度比X轴方向上的第1连接部件272的宽度窄。Y轴方向上的第2连接部件273的长度比Y轴方向上的第1连接部件272的长度短。
一对梁部件274分别架设于一对杆271的第2部分271b与第1连接部件272之间。各梁部件274呈沿着与Z轴方向垂直的平面延伸的板状。一对梁部件274以越远离可动镜22越彼此靠近的方式倾斜地延伸。一对杆271、第1连接部件272、第2连接部件273和一对梁部件274划分光通过开口25。光通过开口25在从Z轴方向观察的情况下呈多边形。光通过开口25例如是空洞(孔)。或者,也可以在光通过开口25内配置相对于测量光L0和激光L10具有光透过性的材料。
中间部件275呈沿着与Z轴方向垂直的平面延伸的板状,并沿着Y轴方向延伸。中间部件275配置于可动镜22与第2连接部件273之间(换言之,可动镜22与光通过开口25之间)。中间部件275如后述那样经由非线性缓冲弹簧278与可动镜22连接。
一对第1扭杆276分别架设于一方的杆271的第1端部271d与基底21之间、和另一方的杆271的第1端部271d与基底21之间。即,一对第1扭杆276分别连接于一对杆271与基底21之间。各第1扭杆276沿着Y轴方向延伸。一对第1扭杆276配置于与Y轴方向平行的同一中心线上。本实施方式中,各第1扭杆276的中心线和第1连接部件272的中心线位于同一直线上。在各杆271的第1端部271d设置有向Y轴方向上的外侧突出的突出部271f,各第1扭杆276与突出部271f连接。
一对第2扭杆277分别架设于一方的杆271的第2端部271e与中间部件275的一端之间、和另一方的杆271的第2端部271e与中间部件275的另一端之间。即,一对第2扭杆277分别连接于一对杆271与可动镜22之间。各第2扭杆277沿着Y轴方向延伸。一对第2扭杆277配置于与Y轴方向平行的同一中心线上。
一对非线性缓冲弹簧278连接于可动镜22与中间部件275之间。即,一对非线性缓冲弹簧278连接于可动镜22与第2扭杆277之间。在从Z轴方向观察的情况下各非线性缓冲弹簧278具有蜿蜒延伸的蜿蜒部278a。蜿蜒部278a包括在Y轴方向延伸并在X轴方向排列的多个直线状部分278b、和将多个直线状部分278b的两端交替连结的多个折返部分278c。蜿蜒部278a的一端与中间部件275连接,蜿蜒部278a的另一端与框架部222连接。蜿蜒部278a的框架部222侧的部分呈沿着框架部222的外缘的形状。
非线性缓冲弹簧278构成为,在可动镜22沿Z轴方向移动的状态下,围绕Y轴方向的非线性缓冲弹簧278的变形量比围绕Y轴方向的第1扭杆276和第2扭杆277各自的变形量小,且X轴方向上的非线性缓冲弹簧278的变形量比X轴方向上的第1扭杆276和第2扭杆277各自的变形量大。由此,能够抑制在第1扭杆276和第2扭杆277的扭转变形产生非线性,并且能够抑制由该非线性引起的可动镜22的控制特性的降低。
多个电极支承部279包括一对第1电极支承部279a、一对第2电极支承部279b和一对第3电极支承部279c。各电极支承部279a,279b,279c呈沿着与Z轴方向垂直的平面延伸的板状,并沿着Y轴方向延伸。各电极支承部279a,279b,279c从杆271的第2部分271b向与光通过开口25相反侧延伸。一对第1电极支承部279a配置于与Y轴方向平行的同一中心线上。一对第2电极支承部279b配置于与Y轴方向平行的同一中心线上。一对第3电极支承部279c配置于与Y轴方向平行的同一中心线上。在X轴方向上,从可动镜22侧依次排列配置有第1电极支承部279a、第2电极支承部279b和第3电极支承部279c。
致动器部28沿着Z轴方向使可动镜22移动。致动器部28具有固定梳齿电极281、可动梳齿电极282、固定梳齿电极283和可动梳齿电极284。固定梳齿电极281,283的位置固定。可动梳齿电极282,284随着可动镜22的移动而移动。
固定梳齿电极281设置于基底21的器件层102的与电极支承部269相对的表面的一部分。固定梳齿电极281具有沿着与Y轴方向垂直的平面延伸的多个固定梳齿281a。这些固定梳齿281a在Y轴方向隔开规定间隔地排列配置。
可动梳齿电极282设置于各第1电极支承部269a的可动镜22侧的表面、各第2电极支承部269b的X轴方向的两侧的表面、和各第3电极支承部269c的可动镜22侧的表面。可动梳齿电极282具有沿着与Y轴方向垂直的平面延伸的多个可动梳齿282a。这些可动梳齿282a在Y轴方向隔开规定间隔地排列配置。
在固定梳齿电极281和可动梳齿电极282中,多个固定梳齿281a和多个可动梳齿282a交替配置。即,固定梳齿电极281的各固定梳齿281a位于可动梳齿电极282的可动梳齿282a之间。相邻的固定梳齿281a和可动梳齿282a在Y轴方向上彼此相对。相邻的固定梳齿281a与可动梳齿282a之间的距离例如是数μm左右。
固定梳齿电极283设置于基底21的器件层102的与电极支承部279相对的表面的一部分。固定梳齿电极283具有沿着与Y轴方向垂直的平面延伸的多个固定梳齿283a。这些固定梳齿283a在Y轴方向隔开规定间隔地排列配置。
可动梳齿电极284设置于各第1电极支承部279a的可动镜22侧的表面、各第2电极支承部279b的X轴方向的两侧的表面、和各第3电极支承部279c的可动镜22侧的表面。可动梳齿电极284具有沿着与Y轴方向垂直的平面延伸的多个可动梳齿284a。这些可动梳齿284a在Y轴方向隔开规定间隔地排列配置。
在固定梳齿电极283和可动梳齿电极284中,多个固定梳齿283a和多个可动梳齿284a交替配置。即,固定梳齿电极283的各固定梳齿283a位于可动梳齿电极284的可动梳齿284a之间。相邻的固定梳齿283a和可动梳齿284a在Y轴方向彼此相对。相邻的固定梳齿283a与可动梳齿284a之间的距离例如是数μm左右。
在基底21设置有多个电极垫211。各电极垫211在以到达器件层102的方式形成于基底21的第1表面21a的开口213内,配置于器件层102的表面上。多个电极垫211中的几个经由器件层102与固定梳齿电极281或者固定梳齿电极283电连接。多个电极垫211中的其他几个经由第1弹性支承部26或者第2弹性支承部27与可动梳齿电极282或者可动梳齿电极284电连接。此外,在基底21设置有用作接地电极的一对电极垫212。一对电极垫212以位于Y轴方向上的可动镜22的两侧的方式配置于第1表面21a上。
一边参照图11一边说明电极垫211周边的结构。以下,参照一个电极垫211进行说明,但其他电极垫211也同样地构成。如图11所示,各电极垫211在以到达器件层102的方式形成于支承层101的Z轴方向的一侧的表面101a的开口213内,配置于器件层102的Z轴方向的一侧的表面102a上。
开口213具有由表面102a构成的底面214和由支承层101及中间层103构成的侧面215。底面214例如呈矩形。侧面215具有与底面214连续而与底面214大致垂直地延伸的第1面215a、与第1面215a连续而与底面214大致平行地延伸的台阶面215b、和与台阶面215b连续而与底面214大致垂直地延伸的第2面215c。在从Z轴方向观察的情况下,台阶面215b沿着开口213的边缘环状地延伸。
电极垫211遍及底面214的整个面而配置。此外,电极垫211遍及底面214和侧面215而延伸。更具体而言,电极垫211形成为到达侧面215的第1面215a,而没有到达台阶面215b。电极垫211例如由金属膜(金属层)构成。该金属膜例如通过使用硬掩模的溅射而形成。构成电极垫211的金属膜比构成镜面22a的金属膜厚。
基底21具有以到达器件层102的方式形成于支承层101的表面101a的槽部216。在从Z轴方向观察的情况下,槽部216以包围开口213的方式环状地延伸。槽部216例如在从Z轴方向观察的情况下呈矩形环状。通过设置槽部216,能够可靠地使电极垫211彼此电绝缘。即,如本实施方式那样,构成电极垫211的金属膜形成为到达侧面215,电极垫211与支承层101接触的情况下,有可能电极垫211彼此经由支承层101电连接。相对于此,镜器件20中,通过设置槽部216,即使在这样的情况下,也能够可靠地使电极垫211彼此电绝缘。
以上那样构成的镜器件20中,经由后述的引导销113和线(图示省略),用于使可动镜22沿着Z轴方向移动的电信号被输入驱动部23。由此,例如在相互相对的固定梳齿电极281与可动梳齿电极282之间、及相互相对固定梳齿电极283与可动梳齿电极284之间产生静电力,以使得在Z轴方向上的一侧可动镜22进行移动。此时,在第1弹性支承部26和第2弹性支承部27中第1扭杆266,276、第2扭杆267,277扭转,在第1弹性支承部26和第2弹性支承部27产生弹性力。镜器件20中,通过对驱动部23提供周期性的电信号,能够使可动镜22沿着Z轴方向以其共振频率水平往复运动。这样,驱动部23作为静电致动器起作用。
[镜单元的其他结构]
如图2、图3、图4和图7所示,光学功能部件13具有与基底21的第2表面21b相对的第3表面13a(Z轴方向上的一侧的表面)、和与第3表面13a相反侧的第4表面13b。光学功能部件13相对于镜器件20配置于Z轴方向上的另一侧。在从Z轴方向观察的情况下,光学功能部件13的外缘13c位于基底21的外缘21c的外侧。即,在从Z轴方向观察的情况下,光学功能部件13的外缘13c包围基底21的外缘21c。光学功能部件13由对测量光L0和激光L10具有透过性的材料一体地形成。光学功能部件13例如由玻璃形成为矩形板状,例如具有15mm×20mm×4mm(厚度)左右的尺寸。另外,光学功能部件13的材料根据光模块1的灵敏度波长来选择,以使得例如在光模块1的灵敏度波长为近红外区域的情况下为玻璃,在光模块1的灵敏度波长为中红外区域的情况下为硅。
在光学功能部件13设置有一对光透过部14,15。光透过部14是光学功能部件13中在Z轴方向与镜器件20的光通过开口24相对的部分。光透过部15是光学功能部件13中在Z轴方向上与镜器件20的光通过开口25相对的部分。光透过部14中的镜器件20侧的表面14a、和光透过部15中的镜器件20侧的表面15a与第3表面13a位于同一平面上。光透过部(第2光通过部)14构成分束器单元3与固定镜16之间的光路的第2部分(一部分)。光透过部14是修正在分束器单元3与可动镜22之间的光路和分束器单元3与固定镜16之间的光路之间产生的光路差的部分。另外,本实施方式中,光透过部15没有作为光透过部起作用。
光学功能部件13具有与镜器件20的可动镜22和驱动部23相对的第5表面13d。第5表面13d位于比第3表面13a靠第4表面13b侧的位置。在从Z轴方向观察的情况下,第5表面13d延伸至光学功能部件13的外缘13c。本实施方式中,第5表面13d包围各光透过部14,15的镜器件20侧的端部并延伸至光学功能部件13的外缘13c中在Y轴方向上延伸的一对对边的各个。
光学功能部件13的第3表面13a通过直接接合(例如等离子活化接合(PlasmaActivation Bonding)、表面活性化接合(SAB:Surface-activated Room-temperatureBonding)、原子扩散接合(ADB:Atomic Diffusion Bonding)、阳极键合(Anodic Bonding)、熔融接合(Fusion Bonding)、亲水接合(Hydrophilic Bonding)等)与基底21的第2表面21b接合。本实施方式中,第3表面13a在Y轴方向上的第5表面13d的两侧以与设置于基底21的多个电极垫211,212相对的方式延伸。此处,因为第5表面13d位于比第3表面13a靠第4表面13b侧的位置,所以第5表面13d在与可动镜22和驱动部23相对的区域远离镜器件20。此外,光透过部14的表面14a和光透过部15的表面15a分别与镜器件20的光通过开口24,25相对。由此,镜单元2中,可动镜22沿着Z轴方向往复移动时,能够防止可动镜22和驱动部23与光学功能部件13接触。
另外,在镜器件20的基底21设置有第6表面21d,该第6表面21d在光学功能部件13的第3表面13a与基底21的第2表面21b相互接合的状态下远离光学功能部件13。在包括从Z轴方向观察的情况下的基底21的外缘的至少一部分的区域,第6表面21d远离光学功能部件13。本实施方式中,沿着基底21的外缘中在Y轴方向延伸的一边,器件层102和中间层103通过蚀刻被除去,由此形成第6表面21d。此外,在光学功能部件13的第3表面13a形成有多个基准孔13e。本实施方式中,多个基准孔13e以与基底21所具有的多个角部分别对应的方式形成于第3表面13a。当光学功能部件13的第3表面13a与基底21的第2表面21b相互接合时,通过握持基底21中与第6表面21d对应的部分来实施镜器件20的处理,以形成于第3表面13a的多个基准孔13e为基准,来调节X轴方向及Y轴方向上的镜器件20的位置、和与Z轴方向垂直的平面内的镜器件20的角度。
如图3和图4所示,固定镜16相对于光学功能部件13配置于Z轴方向上的另一侧(镜器件20的相反侧),镜器件20的相对于基底21的位置固定。固定镜16例如通过蒸镀形成于光学功能部件13的第4表面13b。固定镜16具有与Z轴方向垂直的镜面16a。本实施方式中,可动镜22的镜面22a和固定镜16的镜面16a朝向Z轴方向上的一侧(分束器单元3侧)。另外,固定镜16以使透过光学功能部件13的各光透过部14,15的光反射的方式连续地形成于光学功能部件13的第4表面13b,但也可以分别设置使透过光透过部14的光反射的固定镜、和使透过光透过部15的光反射的固定镜。
应力缓和基板17经由固定镜16安装于光学功能部件13的第4表面13b。应力缓和基板17例如利用粘接剂安装于固定镜16。在从Z轴方向观察的情况下,应力缓和基板17的外缘位于光学功能部件13的外缘13c的外侧。即,在从Z轴方向观察的情况下,应力缓和基板17的外缘包围光学功能部件13的外缘13c。应力缓和基板17的热膨胀系数比光学功能部件13的热膨胀系数更接近镜器件20的基底21的热膨胀系数(更具体而言,支承层101的热膨胀系数)。此外,应力缓和基板17的厚度比光学功能部件13的厚度更接近镜器件20的基底21的厚度。应力缓和基板17例如利用硅形成为矩形板状,具有例如16mm×21mm×0.65mm(厚度)左右的尺寸。
以上那样构成的镜单元2如图1所示,通过应力缓和基板17中的与光学功能部件13相反侧的表面利用例如粘接剂固定于支承体9的表面9a(Z轴方向上的一侧的表面),而安装于支承体9。当镜单元2安装于支承体9时,如图8所示,以形成于支承体9的基准孔9b为基准,来调节X轴方向和Y轴方向上的镜器件20的位置、和与Z轴方向垂直的平面内的镜器件20的角度。另外,图8中,省略第2支承结构12的图示。
[第1支承结构和分束器单元的结构]
如图1和图8所示,第1支承结构11具有框体111、光透过部件112和多个引导销113。框体111形成为在从Z轴方向观察的情况下包围镜单元2,例如利用银焊料等粘接剂安装于支承体9的表面9a。框体111例如由陶瓷形成,例如呈矩形框状。框体111的与支承体9相反侧的端面111a位于比镜器件20的基底21的第1表面21a靠支承体9的相反侧的位置。
光透过部件112形成为堵塞框体111的开口,例如利用粘接剂安装于框体111的端面111a。光透过部件112由对测量光L0和激光L10具有透过性的材料形成,例如呈矩形板状。此处,因为框体111的端面111a位于比镜器件20的基底21的第1表面21a靠支承体9的相反侧的位置,所以光透过部件112远离镜器件20。由此,光模块1中,当可动镜22沿着Z轴方向往复移动时,能够防止可动镜22和驱动部23与光透过部件112接触。另外,光模块1中,利用支承体9、框体111和光透过部件112构成收纳镜单元2的封装体。
各引导销113以一端部113a位于框体111的内侧且另一端部(图示省略)位于框体111的外侧的方式设置于框体111。引导销113的一端部113a利用线(图示省略)与镜器件20中对应于该引导销113的电极垫211,212电连接。光模块1中,用于使可动镜22沿着Z轴方向移动的电信号经由多个引导销113被输入驱动部23。本实施方式中,在Y轴方向上的光学功能部件13的两侧,在框体111形成有在X轴方向延伸的台阶面111b,各引导销113的一端部113a配置于台阶面111b。各引导销113在Y轴方向上的支承体9的两侧在Z轴方向延伸,各引导销113的另一端部位于比支承体9靠Z轴方向上的另一侧的位置。
如图10所示,分束器单元3利用例如兼具折射率匹配剂的光学粘接剂安装于光透过部件112中的与镜器件20相反侧的表面112a。分束器单元3具有第1镜面31、第2镜面32和多个光学面33a,33b,33c,33d。分束器单元3通过接合多个光学块34,35而构成。各光学块34,35由折射率与光学功能部件13相同或者类似的材料形成。另外,图10是图1所示的镜单元2和分束器单元3的示意性的截面图,图10中例如在Z轴方向上的尺寸比实际扩大了的状态下示意地表示镜器件20。
第1镜面31是相对于Z轴方向倾斜的镜面(例如半透半反镜面),形成于光学块34与光学块35之间。本实施方式中,第1镜面31是与Y轴方向平行的面,且是与Z轴方向成45°的角度并且以越接近镜器件20越远离光入射部4的方式倾斜的面。第1镜面31具有使测量光L0的一部分反射且使测量光L0的剩余部分透过的功能、和使激光L10的一部分反射且使激光L10的剩余部分透过的功能。第1镜面31例如由电介质多层膜形成。第1镜面31在从Z轴方向观察的情况下与镜器件20的光通过开口24、光学功能部件13的光透过部14和固定镜16的镜面16a重叠,且在从X轴方向观察的情况下与光入射部4重叠(参照图1)。即,第1镜面31在Z轴方向与固定镜16相对,且在X轴方向与光入射部4相对。
第2镜面32是与第1镜面31平行的镜面(例如全反射镜面),以相对于第1镜面31位于光入射部4的相反侧的方式形成于光学块35。第2镜面32具有反射测量光L0的功能和反射激光L10的功能。第2镜面32例如由金属膜形成。第2镜面32在从Z轴方向观察的情况下与镜器件20的可动镜22的镜面22a重叠,且在从X轴方向观察的情况下与第1镜面31重叠。即,第2镜面32在Z轴方向上与可动镜22相对,且在X轴方向与第1镜面31相对。
光学面33a是与Z轴方向垂直的面,以相对于第1镜面31位于镜器件20的相反侧的方式形成于光学块35。光学面33b是与Z轴方向垂直的面,以相对于第2镜面32位于镜器件20侧的方式形成于光学块35。光学面33c是与Z轴方向垂直的面,以相对于第1镜面31位于镜器件20侧的方式形成于光学块34。光学面33b和光学面33c位于同一平面上。光学面33d是与X轴方向垂直的面,以相对于第1镜面31位于光入射部4侧的方式形成于光学块34。各光学面33a,33b,33c,33d具有使测量光L0透过的功能、和使激光L10透过的功能。
如以上那样构成的分束器单元3通过位于同一平面上的光学面33b和光学面33c利用例如光学粘接剂固定于光透过部件112的表面112a,而安装于光透过部件112。当分束器单元3安装于光透过部件112时,如图9所示,以形成于支承体9的基准孔9b为基准,来调节X轴方向和Y轴方向上的分束器单元3的位置、和与Z轴方向垂直的平面内的分束器单元3的角度。另外,图9中,省略第2支承结构12的图示。
此处,参照图10详细说明镜单元2和分束器单元3的测量光L0的光路和激光L10的光路。
如图10所示,测量光L0经由光学面33d沿着X轴方向射入分束器单元3时,测量光L0的一部分透过第1镜面31且被第2镜面32反射,并经由光学面33b和光透过部件112到达可动镜22的镜面22a。该测量光L0的一部分被可动镜22的镜面22a反射,并在同一光路P1上向反方向行进而被第1镜面31反射。测量光L0的剩余部分被第1镜面31反射,并经由光学面33c、光透过部件112、镜器件20的光通过开口24和光学功能部件13的光透过部14,到达固定镜16的镜面16a。该测量光L0的剩余部分被固定镜16的镜面16a反射,并在同一光路P2上向反方向行进而透过第1镜面31。被第1镜面31反射的测量光L0的一部分和透过了第1镜面31的测量光L0的剩余部分成为干涉光L1,该测量光的干涉光L1经由光学面33a从分束器单元3沿着Z轴方向射出。
另一方面,激光L10经由光学面33a沿着Z轴方向射入分束器单元3时,激光L10的一部分被第1镜面31和第2镜面32反射,并经由光学面33b和光透过部件112到达可动镜22的镜面22a。该激光L10的一部分被可动镜22的镜面22a反射,并在同一光路P3上向反方向行进而被第1镜面31反射。激光L10的剩余部分透过第1镜面31,并经由光学面33c、光透过部件112、镜器件20的光通过开口24和光学功能部件13的光透过部14到达固定镜16的镜面16a。该激光L10的剩余部分被固定镜16的镜面16a反射,并在同一光路P4上向反方向行进而透过第1镜面31。被第1镜面31反射的激光L10的一部分和透过了第1镜面31的激光L10的剩余部分成为干涉光L11,该激光的干涉光L11经由光学面33a从分束器单元3沿着Z轴方向射出。
如以上那样,镜器件20的光通过开口24构成分束器单元3与固定镜16之间的光路中测量光L0的光路P2的第1部分P2a和激光L10的光路P4的第1部分P4a。此外,光学功能部件13的光透过部14构成分束器单元3与固定镜16之间的光路中测量光L0的光路P2的第2部分P2b和激光L10的光路P4的第2部分P4b。
通过测量光L0的光路P2的第2部分P2b由光透过部14构成,来修正两光路P1,P2间的光路差,以使得测量光L0的光路P1的光路长度(考虑了该光路通过的各介质的折射率的光路长度)与测量光L0的光路P2的光路长度之差变小。同样地,通过激光L10的光路P4的第2部分P4b由光透过部14构成,来修正两光路P3,P4间的光路差,以使得激光L10的光路P3的光路长度与激光L10的光路P4的光路长度之差变小。本实施方式中,光透过部14的折射率与构成分束器单元3的各光学块的折射率相等,沿着X轴方向的第1镜面31与第2镜面32的距离与沿着Z轴方向的光透过部14的厚度(即,沿着Z轴方向的光透过部14的表面14a与光学功能部件13的第4表面13b的距离)相等。
[第2支承结构和光入射部等的结构]
如图1所示,第2支承结构12具有连结单元120。连结单元120包括主体部121、框体122、固定板123。主体部121包括一对侧壁部124,125和顶壁部126。一对侧壁部124,125在X轴方向彼此相对。在X轴方向上的一侧的侧壁部124形成有开口124a。顶壁部126在Z轴方向与支承体9相对。在顶壁部126形成有开口126a。主体部121例如由金属一体地形成。在主体部121设置有多个定位销121a。通过在形成于支承体9的基准孔9b和孔9c分别嵌入定位销121a,主体部121相对于支承体9定位,在该状态下,例如利用螺栓安装于支承体9。
框体122配置于侧壁部124的与分束器单元3相反侧的表面。框体122的开口经由侧壁部124的开口124a与分束器单元3相对。在框体122配置有光入射部4。固定板123是用于将配置于框体122的光入射部4固定于主体部121的部件(详细内容后述)。
第2支承结构12还具有保持单元130。保持单元130包括主体部131、框体132和固定板133。主体部131安装于顶壁部126的与支承体9相反侧的表面。主体部131利用多个定位销131a相对于连结单元120的主体部121定位,在该状态下,例如利用螺栓安装于顶壁部126。在主体部131的与支承体9相反侧的表面形成有凹部134。在凹部134的底面形成有第1光通过孔135、第2光通过孔136和第3光通过孔137。第1光通过孔135形成于在Z轴方向与分束器单元3的第1镜面31相对的位置。第2光通过孔136形成于X轴方向上的第1光通过孔135的另一侧(即,与光入射部4相反侧)。第3光通过孔137形成于X轴方向上的第2光通过孔136的另一侧。
框体132配置于凹部134的底面。框体132的开口与第3光通过孔137相对。在框体132配置有第2光源7。第1光检测器6在与第1光通过孔135相对的状态下配置于凹部134的底面。第2光检测器8在与第2光通过孔136相对的状态下配置于凹部134的底面。固定板133是用于将配置于凹部134的底面的第1光检测器6及第2光检测器8、和配置于框体132的第2光源7固定于主体部131的部件(详细内容后述)。
光入射部4具有保持架41和准直透镜42。保持架41保持准直透镜42,构成为能够连接对测量光L0进行导光的光纤(图示省略)。准直透镜42使从光纤射出的测量光L0准直。当光纤与保持架41连接时,光纤的光轴与准直透镜42的光轴一致。
在保持架41设置有凸缘部41a。凸缘部41a配置于框体122与固定板123之间。该状态下,通过固定板123例如利用螺栓安装于侧壁部124,而配置于框体122的光入射部4固定于主体部121。这样,光入射部4配置于X轴方向上的分束器单元3的一侧,由第2支承结构12支承。光入射部4使从第1光源经由测量对象入射的测量光L0或者从测量对象发出的测量光L0(本实施方式中,由光纤导光的测量光L0)射入分束器单元3。
在框体122安装有滤光器54。滤光器54具有截止激光L10的功能。滤光器54在相对于光入射部4的光轴倾斜的状态下配置于侧壁部124的开口124a内。滤光器54在从X轴方向观察的情况下堵塞框体122的开口。这样,滤光器54配置于光入射部4与分束器单元3之间,在相对于光入射部4的光轴倾斜的状态下由第2支承结构12支承。本实施方式中,滤光器54的光学面是与Z轴方向平行的面,且是与Y轴方向成10°~20°的角度的面。另外,光入射部4的光轴与X轴方向平行。
由此,即使测量光L0中包含与激光L10相同波段的光,也能够防止该光射入分束器单元3,因此基于激光的干涉光L11的检测结果能够高精度地取得Z轴方向上的可动镜22的位置。再有,因为滤光器54相对于光入射部4的光轴倾斜,所以使与激光L10相同波段的光向干涉光学系统外反射,能够可靠地防止该光成为杂散光。本实施方式中,与沿着X轴方向从分束器单元3射出的激光L10相同波段的光被滤光器54反射,从第2支承结构12的主体部121中的一对侧壁部124,125之间向干涉光学系统外射出。由此,能够可靠地防止该光成为杂散光。
第1光检测器6具有保持架61、光检测元件62和聚光透镜63。保持架61保持光检测元件62和聚光透镜63。光检测元件62检测测量光的干涉光L1。光检测元件62例如是InG0As光电二极管。聚光透镜63将向光检测元件62入射的测量光的干涉光L1聚光于光检测元件62。保持架61中,光检测元件62的光轴与聚光透镜63的光轴彼此一致。
在保持架61设置有凸缘部61a。凸缘部61a配置于主体部131的凹部134的底面与固定板133之间。该状态下,固定板133例如利用螺栓安装于主体部131,由此配置于凹部134的底面的第1光检测器6固定于主体部131。这样,第1光检测器6配置于Z轴方向上的分束器单元3的一侧,由第2支承结构12支承。第1光检测器6在Z轴方向与分束器单元3的第1镜面31相对。第1光检测器6检测从分束器单元3射出的测量光的干涉光L1。
第2光检测器8具有保持架81、光检测元件82和聚光透镜83。保持架81保持光检测元件82和聚光透镜83。光检测元件82检测激光的干涉光L11。光检测元件82例如是Si光电二极管。聚光透镜83使向光检测元件82入射的激光的干涉光L11聚光于光检测元件82。在保持架81中,光检测元件82的光轴与聚光透镜83的光轴相互一致。
在保持架81设置有凸缘部81a。凸缘部81a配置于主体部131的凹部134的底面与固定板133之间。该状态下,固定板133例如利用螺栓安装于主体部131,由此配置于凹部134的底面的第2光检测器8固定于主体部131。这样,第2光检测器8配置于Z轴方向上的分束器单元3的一侧,由第2支承结构12支承。第2光检测器8检测从分束器单元3射出的激光的干涉光L11。
第2光源7具有保持架71、发光元件72和准直透镜73。保持架71保持发光元件72和准直透镜73。发光元件72射出激光L10。发光元件72例如是VCSEL等半导体激光器。准直透镜73使从发光元件72射出的激光L10准直。在保持架71中,发光元件72的光轴与准直透镜73的光轴相互一致。
在保持架71设置有凸缘部71a。凸缘部71a配置于框体132与固定板133之间。该状态下,固定板133例如利用螺栓安装于主体部131,由此配置于框体132的第2光源7固定于主体部131。这样,第2光源7配置于Z轴方向上的分束器单元3的一侧,由第2支承结构12支承。第2光源7射出向分束器单元3入射的激光L10。
如以上那样,保持单元130保持第1光检测器6、第2光检测器8和第2光源7,以使得第1光检测器(第1光器件)6、第2光检测器(第2光器件)8和第2光源(第3光器件)7朝向同一侧,且以第1光检测器6、第2光检测器8、第2光源7的顺序排列。本实施方式中,保持单元130在Z轴方向上的分束器单元3的一侧保持第1光检测器6、第2光检测器8和第2光源7,以使得第1光检测器6、第2光检测器8和第2光源7朝向Z轴方向上的另一侧(即,分束器单元3侧)。此外,保持单元130以从X轴方向上的一侧(即,光入射部4侧)以第1光检测器6、第2光检测器8、第2光源7的顺序排列的方式保持第1光检测器6、第2光检测器8和第2光源7。
在保持单元130的主体部131安装有第1镜51、第2镜52和第3镜53。第1镜51以相对于第1光通过孔135位于第1光检测器6的相反侧的方式由保持单元130保持。第2镜52以相对于第2光通过孔136位于第2光检测器8的相反侧的方式由保持单元130保持。第3镜53以相对于第3光通过孔137位于第2光源7的相反侧的方式由保持单元130保持。
第1镜51具有使测量光L0透过且反射激光L10的功能,且是相对于第1光检测器6的光轴倾斜的分色镜。第1镜51配置于分束器单元3与第1光检测器6之间。即,第1镜51配置成与分束器单元3及第1光检测器6相对。本实施方式中,第1镜51的光学面是与Y轴方向平行的面,且是与Z轴方向成45°的角度的面。另外,第1光检测器6是光轴与Z轴方向平行。
第2镜52具有反射激光L10的一部分且使激光L10的剩余部分透过的功能,且是与第1镜51平行的镜(例如半透半反镜)。第2镜52配置成在从X轴方向观察的情况下与第1镜51重叠,且从Z轴方向观察的情况下与第2光检测器8重叠。即,第2镜52配置成与第1镜51及第2光检测器8相对。本实施方式中,第2镜52的光学面是与Y轴方向平行的面,且是与Z轴方向成45°的角度的面。
第3镜53具有反射激光L10的功能,且是与第2镜52平行的镜(例如全反射镜)。第3镜53配置成在从X轴方向观察的情况下与第2镜52重叠,且从Z轴方向观察的情况下与第2光源7重叠。即,第3镜53配置成与第2镜52及第2光源7相对。本实施方式中,第3镜53的光学面是与Y轴方向平行的面,且是与Z轴方向成45°的角度的面。
在保持单元130的主体部131安装有光圈55。光圈55以位于第1镜51与第1光检测器6之间的方式由保持单元130保持。光圈55是在从Z轴方向构成的情况下形成有呈圆形的开口的部件,配置于第1光通过孔135内。
从分束器单元3沿着Z轴方向射出的测量光的干涉光L1透过第1镜51,并经由光圈55向第1光检测器6入射,由第1光检测器6检测。另一方面,从第2光源7射出的激光L10被第3镜53反射而透过第2镜52,并由第1镜51反射而沿着Z轴方向向分束器单元3入射。从分束器单元3沿着Z轴方向射出的激光的干涉光L11被第1镜51和第2镜52反射而向第2光检测器8入射,并由第2光检测器8检测。
[镜器件的制造方法]
参照图12~图17(b),说明第1实施方式的镜器件20的制造方法。图12~图17(b)中,示意地表示镜器件20的各结构。图12所示的镜器件20中,梁部224具有设置于可动部22b的第1梁部224d和设置于第1弹性支承部26及第2弹性支承部27的第2梁部224e。第1梁部224d和第2梁部224e例如具有与上述的内侧梁部224a、外侧梁部224b和连结梁部224c同样的结构。第2梁部224e例如也可以配置于图6所示的各杆261,271上,代替其或除此之外,也可以配置于图6所示的各电极支承部269,279上。梁部224也可以仅具有第1梁部224d和第2梁部224e的一者。图12中省略设置于第2弹性支承部27的第2梁部224e的图示。
第1实施方式的制造方法中,首先准备具有与基底21、可动部22b和驱动部23对应的部分的SOI基板100(第1步骤)。第1步骤中,准备支承层101比器件层102厚的SOI基板100。另外,“与基底21、可动部22b和驱动部23对应的部分”,例如是指加工后成为基底21、可动部22b和驱动部23的部分。
接着,在支承层101的与中间层103相反侧的表面101a中与基底21对应的区域,形成第1抗蚀层104(第2步骤,图13(a))。第1抗蚀层104没有形成于表面101a中与各电极垫211的形成预定区域对应的区域。另外,“某些表面中与某些要素对应的区域”例如是指该表面中从Z轴方向观察的情况下与该要素重叠的区域。例如,表面101a中与基底21对应的区域,是指表面101a中从Z轴方向观察的情况下与基底21重叠的区域。
接着,通过将第1抗蚀层104用作掩模来对支承层101进行蚀刻直至厚度方向(Z轴方向)上的中间部,而在支承层101形成凹部105(第3步骤)。接着,剥离第1抗蚀层104(图13(b))。第3步骤中,换言之,以没有到达中间层103的方式蚀刻支承层101。凹部105的深度根据梁部224的厚度来决定。在形成镜器件20的情况下,第3步骤中,形成多个凹部105。一个凹部105形成于与可动部22b和驱动部23对应的位置。另一个凹部105形成于与各电极垫211的形成预定位置对应的位置。
接着,在各凹部105的底面105a中与梁部224对应的区域、各凹部105的侧面105b、和支承层101的表面101a形成第2抗蚀层106(第4步骤,图14(a))。第2抗蚀层106形成于侧面105b的整个面和表面101a的整个面。如图14(a)所示,第2抗蚀层106也形成于底面105a中沿着与侧面105b的边界的区域。这是因为当第2抗蚀层106的图案化时,沿着底面105a的与侧面105b的边界剩余第2抗蚀层106的一部分。第2抗蚀层106例如通过喷涂法形成,但也可以通过浸涂法形成。
接着,通过将第2抗蚀层106用作掩模来对支承层101蚀刻直至到达中间层103,而形成梁部224(第5步骤)。接着,在剥离第2抗蚀层106后,剥离露出的中间层103(图14(b))。因为第2抗蚀层106以从凹部105的侧面105b到达底面105a的方式形成,所以第5步骤中,在基底21形成台阶面107。在从Z轴方向观察的情况下,台阶面107沿着各凹部105的边缘延伸。图5和图6表示有台阶面107。此外,从第2步骤到第5步骤中,与形成梁部224并行地,形成上述的开口213和槽部216(图11)。台阶面107相当于上述的台阶面215b。
接着,在器件层102的与中间层103相反侧的表面102b中与基底21、可动部22b和驱动部23对应的区域,形成第3抗蚀层108(图15(a))。接着,将第3抗蚀层108用作掩模来对器件层102进行贯通蚀刻。由此,基底21、可动部22b和驱动部23相互分离。接着,剥离第3抗蚀层108(图15(b))。
接着,在器件层102的中间层103侧的表面102a上形成镜面22a(第6步骤)。镜面22a例如通过使用硬掩模的溅射而成膜。接着,在器件层102的表面102a上形成电极垫211,并且在支承层101的表面101a上形成电极垫212(图12)。电极垫211,212例如通过使用硬掩模的溅射而成膜。通过以上的工序,得到图12所示的镜器件20。
再者,工序的顺序不限定于上述的例子。例如,第3抗蚀层108的形成和器件层102的蚀刻也可以在第2步骤之前或者第4步骤之前实施。电极垫211和电极垫212的形成也可以在镜面22a的形成前实施。电极垫211,212的形成可以在第5步骤与第6步骤之间实施。上述的说明中,着眼于1个镜器件20进行了说明,但针对包括多个与上述的SOI基板100对应的部分的晶片(半导体基板)同时进行各加工步骤,加工结束后的镜器件20在设定于与SOI基板100对应的部分彼此的边界的切割线被切割,由此可以共同形成多个镜器件20。该情况下,例如将支承层101的表面101a贴附在切割带而将晶片固定的状态下,切断晶片。
[第1实施方式的作用和效果]
参照图16(a)~图18,说明比较例的镜器件的制造方法。通过比较例的制造方法制造的镜器件具有与第1实施方式的镜器件20相同的结构。即,比较例的镜器件具有基底21A、可动部22bA和驱动部23A(图18)。可动部22bA具有梁部224A。比较例的制造方法中,首先,准备具有支承层101A、器件层102A和中间层103A的SOI基板100A。SOI基板100A具有与基底21A、可动部22bA和驱动部23A对应的部分。接着,在支承层101A的与中间层103A相反侧的表面101aA形成氧化膜109a,并且在器件层102A的与中间层103A相反侧的表面102bA形成氧化膜109b。
接着,在氧化膜109a的表面中与基底21A和梁部224A对应的区域形成抗蚀层110a(图16(a))。接着,将抗蚀层110a用作掩模蚀刻氧化膜109a后,剥离抗蚀层110a(图16(b))。接着,在氧化膜109a的表面中与基底21对应的区域形成抗蚀层110b(图17(a))。接着,通过将抗蚀层110b用作掩模对支承层101A进行蚀刻直至中间层103A,而形成梁部224A(图17(b))。这是因为,在该蚀刻时,由于露出的氧化膜109a也同时被蚀刻,所以在形成有氧化膜109a的区域,与没有形成氧化膜109a的区域相比,蚀刻速度变慢。接着,在抗蚀层110b、氧化膜109a和氧化膜109b剥离后,露出的中间层103A被除去(图18)。
通过比较例的制造方法也能够获得具有梁部224A的镜器件,但是,比较例的制造方法中,难以高精度形成梁部224A。关于该理由,参照图19(a)~图21(b)进行说明。图19(a)、图20(a)和图21(a)中,示意性地表示用于形成梁部224A的蚀刻中途的状态,图19(b)、图20(b)和图21(b)中,示意性地表示该蚀刻后的状态。
如图19(a)和图19(b)所示,比较例的制造方法(深硅蚀刻、玻什法)中,梁部224A容易形成为前端部的宽度比基端部的宽度宽的倒锥形状。因此,难以将梁部224A的宽度控制为所期望的宽度。根据适用的蚀刻工艺的种类(例如使用非玻什法工艺的情况下),有时梁部224A也容易形成为前端部的宽度比基端部的宽度窄的正锥形,但无论如何都难以控制梁部224A的宽度。
此外,如图20(a)和图20(b)所示,比较例的制造方法中,梁部224A包括宽度相互不同的部分224Aa,224Ab的情况下,在部分224Aa,224Ab之间蚀刻速度产生差异,有可能部分224Aa的高度与部分224Ab的高度不同。符号DP表示蚀刻时形成于梁部224A的侧面的沉积层。部分224Aa,224Ab的蚀刻速度产生差异是因为包围梁部224A的槽部的长宽比(图案尺寸与深度的比)越大蚀刻速度越降低的微负载效应。如果梁部224A的高度相同,则槽部的宽度窄时,长宽比变高,蚀刻变慢。
此外,如图21(a)和图21(b)所示,比较例的制造方法中,在用于形成梁部224A的蚀刻的中途氧化膜109a完全被除去,但是在继续蚀刻的情况下,容易在梁部224A的缘部产生残渣RD。这是考虑以下原因。包围梁部224A的槽部的长宽比高时,蚀刻速度变慢,并且梁部224A容易形成为正锥形。正锥形的情况下特别是随着蚀刻的进行,梁部224A的顶面上的沉积层DP难以除去,容易在顶面的周缘附近残留沉积层DP。由于残存于周缘附近的沉积层DP成为掩模,支承层101A没有被蚀刻,其结果,产生残渣RD。
这样,比较例的制造方法中,难以高精度地形成梁部224A。与此相对,第1实施方式的镜器件20的制造方法中,如上述那样,通过将第1抗蚀层104和第2抗蚀层106用作掩模的2阶段的蚀刻,形成梁部224。因此,能够高精度地形成梁部224。即,第1实施方式的制造方法中,与比较例的制造方法相比,容易控制梁部224的宽度。此外,在梁部224包括宽度相互不同的部分的情况下,容易使这些部分形成为相互相等的高度。再有,能够抑制在梁部224的缘部产生残留误差。
此外,镜器件20中,构成梁部224的支承层101比构成基底21的支承层101薄。由此,能够抑制梁部224从基底21突出来实现对梁部224的保护。更具体而言,至少在可动部22b的停止中,梁部224没有从基底21突出,由此能够实现可动部22b停止中对梁部224的保护。再有,在可动部22b的移动中,梁部224没有从基底21突出,由此也能够实现可动部22b的移动中对梁部224的保护。此外,通过抑制梁部224从基底21突出,而能够使Z轴方向上的可动部22b的移动量增加。此外,假设构成梁部224的支承层101的厚度与构成基底21的支承层101的厚度相同的情况下,当切割SOI基板100时梁部224贴附在切割带,进行剥离时梁部224有可能破损,但是镜器件20中,能够避免这样的情况。
第1实施方式的制造方法的第1步骤中,准备支承层101比器件层102厚的SOI基板100。由此,能够确保所获得的镜器件20中梁部224的厚度,能够更适当地抑制可动部22b的变形。
第1实施方式的制造方法的第6步骤中,在器件层102的中间层103侧的表面102a上形成镜面22a。由此,能够利用基底21和梁部224保护镜面22a,例如能够抑制因搬运时等的直接接触而镜面22a受损。
镜器件20中,梁部224包括宽度相互不同的多个部分(内侧梁部224a、外侧梁部224b、连结梁部224c、或者第1梁部224d和第2梁部224e)。第1实施方式的制造方法中,即使在梁部224包括宽度相互不同的多个部分的情况下,也能够高精度地形成梁部224。
镜器件20中,第1弹性支承部26和第2弹性支承部27支承可动部22b,以使得可动部22b能够沿着Z轴方向移动。第1实施方式的制造方法中,在制造这样的镜器件20的情况下,能够高精度地形成梁部224。
镜器件20包括固定梳齿电极281,283和可动梳齿电极282,284。第1实施方式的制造方法中,在制造这样的镜器件20的情况下,能够高精度地形成梁部224。
[第1实施方式的变形例]
上述第1实施方式中,各结构的材料和形状不限定于上述的材料和形状,能够采用各种材料和形状。例如,在从Z轴方向观察的情况下,配置部221和镜面22a分别也可以呈矩形、八边形等任意的形状。在从Z轴方向观察的情况下,框架部222也可以呈矩形环状、八边形环状等任意的环形。在从Z轴方向观察的情况下,光通过开口24和光通过开口25分别可以具有圆形、八角形状等任意的形状。代替光通过开口24或者光通过开口25,镜器件20也可以具有形成于基底21的孔或者缺口来作为第1光通过部。构成镜器件20的半导体基板不一定必须是SOI基板,只要是具有第1半导体层、第2半导体层、和配置于第1半导体层与第2半导体层之间的绝缘层的基板即可。
内侧梁部224a、外侧梁部224b和连结梁部224c各自也可以形成为任意的形状。例如,梁部相对于X轴方向或者Y轴方向倾斜地延伸,或者之子状地延伸。各梁部的配置、数量、长度、宽度和厚度可以任意设定。例如,内侧梁部224a、外侧梁部224b和连结梁部224c的厚度也可以相互不同。也可以省略这些梁部的至少1个。在从Z轴方向观察的情况下,梁部224也可以没有包围镜面22a。第1扭杆266,276和第2扭杆267,277的形状没有限定,可以是棒状等任意的形状。镜面22a也可以配置于构成可动部22b的器件层102的与中间层103相反侧的表面上。该情况下,例如,构成基底21的支承层101的与中间层103相反侧的表面与光学功能部件13的第3表面13a接合。基底21的第2表面21b与光学功能部件13的第3表面13a也可以利用直接接合以外的手段(例如,UV固化树脂等粘接剂等)相互接合。固定镜16只要相对于光学功能部件13配置于与镜器件20相反侧,也可以远离光学功能部件13的第4表面13b。
上述第1实施方式中,梁部224由支承层101和中间层103构成,但梁部224至少由支承层101构成即可,例如也可以仅由支承层101构成。例如,也可以遍及构成可动部22b和驱动部23的器件层102上而配置中间层103。该情况下,镜面22a设置于中间层103上。当制造这样的镜器件20时,在第5步骤形成梁部224后,没有除去中间层103。通过这样的镜器件20的制造方法,与上述第1实施方式同样,能够高精度地形成梁部224。此处,因为中间层103作为蚀刻阻挡层起作用,所以中间层103的厚度容易产生偏差。上述第1实施方式中,因为露出的中间层103被除去,所以能够抑制那样的厚度偏差。
本发明的光学器件不限定于镜器件,也可以是镜面22a以外的其他光学功能部配置于可动部22b上的光学器件。作为其他光学功能部,例如能够举出透镜等。镜器件20的驱动部23也可以具有弹性地支承可动镜22的3个以上的弹性支承部。镜器件20中,可动部22b的移动方向是与基底21的第1表面21a垂直的方向,但可动部22b的移动方向只要是与第1表面21a交叉的方向即可。致动器部28不限定于静电致动器,例如也可以是压电致动器、电磁式致动器等。镜器件20不限定于构成FTIR的器件,也可以是构成其他光学系统的器件。
[第2实施方式]
参照图22~图25说明第2实施方式的光学器件301。光学器件301包括基底305、可动部307、第1扭杆(弹性支承部)311和第2扭杆(弹性支承部)312。第1和第2扭杆311,312以可动部307能够围绕后述的轴线L301摆动的方式支承可动部307。光学器件301利用SOI(Silicon On Insulator(绝缘层上硅))基板(半导体基板)309而构成为MEMS器件。光学器件301例如呈矩形板状。光学器件301例如具有9mm×7mm×0.4mm(厚度)左右的尺寸。
基底305由构成SOI基板309的处理层(第1半导体层)391、器件层(第2半导体层)392和中间层393的一部分形成。处理层391是第1硅层。器件层392是第2硅层。中间层393是配置于处理层391与器件层392之间的绝缘层。
可动部307以轴线L301与轴线L302的交点为中心位置(重心位置)来配置。轴线L301是在X轴方向(与X轴平行的方向、第1方向)延伸的直线。轴线L302是在Y轴方向(与Y轴平行的方向、与第1方向垂直的第2方向)延伸的直线。在从Z轴方向(与Z轴平行的方向、与第1方向和第2方向垂直的第3方向)观察的情况下,可动部307呈关于轴线L301线对称且关于轴线L302线对称的形状。
可动部307具有光学功能部371、第5主体部372、框架373、多个第5连接部374、主体梁部375、框架梁部376和多个连接梁部377。光学功能部371设置于第5主体部372。光学功能部371是在构成第5主体部372的器件层392中的与处理层391相反侧的表面392a形成的镜。这样的镜例如通过在构成第5主体部372的器件层392的表面392a由蒸镀形成金属膜而得到。
第5主体部372由器件层392的一部分形成。第5主体部372例如在从Z轴方向观察的情况下呈圆形。框架373在从Z轴方向观察的情况下包围第5主体部372。框架373由器件层392的一部分形成。框架373例如在从Z轴方向观察的情况下呈八边形环形。多个第5连接部374分别配置于轴线L301上的第5主体部372的两侧、和轴线L2上的第5主体部372的两侧。具体而言,多个第5连接部374分别配置于与第1端部307a对应的位置(第1端部307a与可动部307的中心位置之间的位置)、与第2端部307b对应的位置(第2端部307b与可动部307的中心位置之间的位置)、第1扭杆311的延长线上的位置、和第2扭杆312的延长线上的位置。各第5连接部374与第5主体部372和框架373连接。各第5连接部374架设于第5主体部372与框架373之间。各第5连接部374由器件层392的一部分形成。
主体梁部375沿着第5主体部372的外缘延伸。主体梁部375由处理层391和中间层393的一部分形成。主体梁部375形成于构成第5主体部372的器件层392中的处理层391侧的表面392b。主体梁部375例如在从Z轴方向观察的情况下呈圆环形。框架梁部376沿着框架373延伸。框架梁部376由处理层391和中间层393的一部分形成。框架梁部376形成于构成框架373的器件层392的表面392b。框架梁部376例如在从Z轴方向观察的情况下呈八边形环形。多个连接梁部377分别配置于多个第5连接部374。各连接梁部377与主体梁部375和框架梁部376连接。各连接梁部377架设于主体梁部375与框架梁部376之间。各连接梁部377由处理层391和中间层393的一部分形成。各连接梁部377形成于构成各第5连接部374的器件层392的表面392b。构成主体梁部375、框架梁部376和各连接梁部377的处理层391比构成基底305的处理层391薄。
第1扭杆311在X轴方向配置于可动部307的一侧。第1扭杆311在轴线L301上沿着X轴方向延伸。第1扭杆311由器件层392的一部分形成。第1扭杆311与基底305和可动部307连接。第1扭杆311架设于基底305与可动部307(光学器件301中为框架373)之间。以在从Z轴方向观察的情况下第1扭杆311的外缘与可动部307的外缘(光学器件301中为框架373的外缘)的曲率连续的方式,第1扭杆311与可动部307连接。具体而言,第1扭杆311中与可动部307连接的部分呈以下形状:该部分的两侧面弯曲成凹状,以使得Y轴方向上的该部分的宽度越靠近可动部307越大。第1扭杆311中与基底305连接的部分也同样呈以下形状:该部分的两侧面弯曲成凹状,以使得Y轴方向上的该部分的宽度越靠近基底305越大。
第2扭杆312配置于X轴方向上可动部307的另一侧。第2扭杆312在轴线L301上沿着X轴方向延伸。第2扭杆312由器件层392的一部分形成。第2扭杆312与基底305和可动部307连接。第2扭杆312架设于基底305与可动部307(光学器件301中为框架373)之间。以在从Z轴方向观察的情况下第2扭杆312的外缘及可动部307的外缘(光学器件301中为框架373的外缘)的曲率连续的方式,第2扭杆312与可动部307连接。具体而言,第2扭杆312中与可动部307连接的部分呈以下形状:该部分的两侧面弯曲成凹状,以使得Y轴方向上的该部分的宽度越靠近可动部307越大。第2扭杆312中与基底305连接的部分也同样呈以下形状:该部分的两侧面弯曲成凹状,以使得Y轴方向上的该部分的宽度越靠近基底305越大。
光学器件301还包括第1支承部321、第2支承部322、第3支承部323和第4支承部324。第1支承部321在Y轴方向上配置于第1扭杆311的一侧,并与可动部307连接。第2支承部322在Y轴方向上配置于第1扭杆311的另一侧,并与可动部307连接。第3支承部323在Y轴方向上配置于第2扭杆312的一侧,并与可动部307连接。第4支承部324在Y轴方向上配置于第2扭杆312的另一侧,第4支承部324与可动部307连接。
第1支承部321具有第1主体部321a、第1连接部321b和第1梁部321c。在第1主体部321a与第1扭杆311之间形成有间隙的状态下,第1主体部321a沿着X轴方向延伸。第1主体部321a由器件层392的一部分形成。第1连接部321b与第1主体部321a和可动部307连接。第1连接部321b架设于第1主体部321a与可动部307(光学器件301中为框架373)之间。第1连接部321b由器件层392的一部分形成。第1连接部321b呈以远离第1扭杆311中与可动部307连接的部分的方式弯曲的形状。第1梁部321c以Z轴方向上的第1支承部321的厚度比Z轴方向上的第1扭杆311的厚度大的方式,形成于第1主体部321a和第1连接部321b。第1梁部321c跨越第1主体部321a和第1连接部321b地延伸,并与框架梁部376连接。第1梁部321c由处理层391和中间层393的一部分形成。Y轴方向上的第1梁部321c的宽度比Y轴方向上的第1主体部321a的宽度小。第1梁部321c形成于构成第1主体部321a和第1连接部321b的器件层392的表面392b。光学器件301中,第1梁部321c是在Z轴方向上从构成第1和第2扭杆311,312的器件层392的表面392b突出的部分。构成第1梁部321c的处理层391比构成基底305的处理层391薄。
第2支承部322具有第2主体部322a、第2连接部322b和第2梁部322c。在第2主体部322a与第1扭杆311之间形成有间隙的状态下,第2主体部322a沿着X轴方向延伸。第2主体部322a由器件层392的一部分形成。第2连接部322b与第2主体部322a和可动部307连接。第2连接部322b架设于第2主体部322a与可动部307(光学器件301中为框架373)之间。第2连接部322b由器件层392的一部分形成。第2连接部322b呈以远离第1扭杆311中与可动部307连接的部分的方式弯曲的形状。第2梁部322c以Z轴方向上的第2支承部322的厚度比Z轴方向上的第1扭杆311的厚度大的方式,形成于第2主体部322a和第2连接部322b。第2梁部322c跨越第2主体部322a和第2连接部322b地延伸,并与框架梁部376连接。第2梁部322c由处理层391和中间层393的一部分形成。Y轴方向上的第2梁部322c的宽度比Y轴方向上的第2主体部322a的宽度小。第2梁部322c形成于构成第2主体部322a和第2连接部322b的器件层392的表面392b。光学器件301中,第2梁部322c是在Z轴方向从构成第1和第2扭杆311,312的器件层392的表面392b突出的部分。构成第2梁部322c的处理层391比构成基底305的处理层391薄。
第3支承部323具有第3主体部323a、第3连接部323b和第3梁部323c。在第3主体部323a与第2扭杆312之间形成有间隙的状态下,第3主体部323a沿着X轴方向延伸。第3主体部323a由器件层392的一部分形成。第3连接部323b与第3主体部323a和可动部307连接。第3连接部323b架设于第3主体部323a与可动部307(光学器件301中为框架373)之间。第3连接部323b由器件层392的一部分形成。第3连接部323b呈以远离第2扭杆312中与可动部307连接的部分的方式弯曲的形状。第3梁部323c以Z轴方向上的第3支承部323的厚度比Z轴方向上的第2扭杆312的厚度大的方式,形成于第3主体部323a和第3连接部323b。第3梁部323c跨越第3主体部323a和第3连接部323b地延伸,并与框架梁部376连接。第3梁部323c由处理层391和中间层393的一部分形成。Y轴方向上的第3梁部323c的宽度比Y轴方向上的第3主体部323a的宽度小。第3梁部323c形成于构成第3主体部323a和第3连接部323b的器件层392的表面392b。光学器件301中,第3梁部323c是在Z轴方向上从构成第1和第2扭杆311,312的器件层392的表面392b突出的部分。构成第3梁部323c的处理层391比构成基底305的处理层391薄。
第4支承部324具有第4主体部324a、第4连接部324b和第4梁部324c。在第4主体部324a与第2扭杆312之间形成有间隙的状态下,第4主体部324a沿着X轴方向延伸。第4主体部324a由器件层392的一部分形成。第4连接部324b与第4主体部324a和可动部307连接。第4连接部324b架设于第4主体部324a与可动部307(光学器件301中为框架373)之间。第4连接部324b由器件层392的一部分形成。第4连接部324b呈以远离第2扭杆312中与可动部307连接的部分的方式弯曲的形状。第4梁部324c以Z轴方向上的第4支承部324的厚度比Z轴方向上的第2扭杆312的厚度大的方式,形成于第4主体部324a和第4连接部324b。第4梁部324c跨越第4主体部324a和第4连接部324b地延伸,并与框架梁部376连接。第4梁部324c由处理层391和中间层393的一部分形成。Y轴方向上的第4梁部324c的宽度比Y轴方向上的第4主体部324a的宽度小。第4梁部324c形成于构成第4主体部324a和第4连接部324b的器件层392的表面392b。光学器件301中,第4梁部324c是在Z轴方向上从构成第1和第2扭杆311,312的器件层392的表面392b突出的部分。构成第4梁部324c的处理层391比构成基底305的处理层391薄。
光学器件301还包括第1可动梳齿电极331、第2可动梳齿电极332、第3可动梳齿电极333、第4可动梳齿电极334、第5可动梳齿电极335和第6可动梳齿电极336。第1可动梳齿电极331设置于第1支承部321的第1主体部321a。第2可动梳齿电极332设置于第2支承部322的第2主体部322a。第3可动梳齿电极333设置于第3支承部323的第3主体部323a。第4可动梳齿电极334设置于第4支承部324的第4主体部324a。第5可动梳齿电极335设置于可动部307中包括第1端部307a的部分。第1端部307a是Y轴方向上的可动部307一侧的端部。光学器件301中,在框架373中第1支承部321的第1连接部321b与第3支承部323的第3连接部323b之间的部分、即包括第1端部307a的部分,设置有第5可动梳齿电极335。第6可动梳齿电极336设置于可动部307中包括第2端部307b的部分。第2端部307b是Y轴方向上的可动部307另一侧的端部。光学器件301中,在框架373中第2支承部322的第2连接部322b与第4支承部324的第4连接部324b之间的部分、即包括第2端部307b的部分设置有第6可动梳齿电极336。
第1可动梳齿电极331由器件层392的一部分形成。在从X轴方向观察的情况下,第1可动梳齿电极331配置于第1支承部321的第1主体部321a与可动部307的第1端部307a之间。第1可动梳齿电极331具有多个第1可动梳齿331a。各第1可动梳齿331a设置于第1支承部321的第1主体部321a的与第1扭杆311相反侧的侧面。各第1可动梳齿331a沿着与X轴方向垂直的平面延伸。多个第1可动梳齿331a排列成在X轴方向上相互相邻的第1可动梳齿331a间的间隔为一定。
第2可动梳齿电极332由器件层392的一部分形成。在从X轴方向观察的情况下,第2可动梳齿电极332配置于第2支承部322的第2主体部322a与可动部307的第2端部307b之间。第2可动梳齿电极332具有多个第2可动梳齿332a。各第2可动梳齿332a设置于第2支承部322的第2主体部322a的与第1扭杆311相反侧的侧面。各第2可动梳齿332a沿着与X轴方向垂直的平面延伸。多个第2可动梳齿332a排列成在X轴方向上相互相邻的第2可动梳齿332a间的间隔为一定。
第3可动梳齿电极333由器件层392的一部分形成。在从X轴方向观察的情况下,第3可动梳齿电极333配置于第3支承部323的第3主体部323a与可动部307的第1端部307a之间。第3可动梳齿电极333具有多个第3可动梳齿333a。各第3可动梳齿333a设置于第3支承部323的第3主体部323a的与第2扭杆312相反侧的侧面。各第3可动梳齿333a沿着与X轴方向垂直的平面延伸。多个第3可动梳齿333a排列成在X轴方向上相互相邻的第3可动梳齿333a间的间隔为一定。
第4可动梳齿电极334由器件层392的一部分形成。在从X轴方向观察的情况下,第4可动梳齿电极334配置于第4支承部324的第4主体部324a与可动部307的第2端部307b之间。第4可动梳齿电极334具有多个第4可动梳齿334a。各第4可动梳齿334a设置于第4支承部324的第4主体部324a的与第2扭杆312相反侧的侧面。各第4可动梳齿334a沿着与X轴方向垂直的平面延伸。多个第4可动梳齿334a排列成在X轴方向上相互相邻的第4可动梳齿334a间的间隔为一定。
第5可动梳齿电极335由器件层392的一部分形成。第5可动梳齿电极335具有多个第5可动梳齿335a。各第5可动梳齿335a设置于框架373中包括第1端部307a的部分的与第5主体部372相反侧的侧面。各第5可动梳齿335a沿着与X轴方向垂直的平面延伸。多个第5可动梳齿335a排列成在X轴方向上相互相邻的第5可动梳齿335a间的间隔为一定。
第6可动梳齿电极336由器件层392的一部分形成。第6可动梳齿电极336具有多个第6可动梳齿336a。各第6可动梳齿336a设置于框架373中包括第2端部307b的部分的与第5主体部372相反侧的侧面。各第6可动梳齿336a沿着与X轴方向垂直的平面延伸。多个第6可动梳齿336a排列成在X轴方向上相互相邻的第6可动梳齿336a间的间隔为一定。
光学器件301还包括第1固定梳齿电极341、第2固定梳齿电极342、第3固定梳齿电极343、第4固定梳齿电极344、第5固定梳齿电极345和第6固定梳齿电极346。第1固定梳齿电极341、第2固定梳齿电极342、第3固定梳齿电极343、第4固定梳齿电极344、第5固定梳齿电极345和第6固定梳齿电极346设置于基底305。
第1固定梳齿电极341由器件层392的一部分形成。第1固定梳齿电极341具有多个第1固定梳齿341a。各第1固定梳齿341a设置于与设置有多个第1可动梳齿331a的第1主体部321a的侧面相对的基底305的侧面。各第1固定梳齿341a沿着与X轴方向垂直的平面延伸。多个第1固定梳齿341a排列成在X轴方向上相互相邻的第1固定梳齿341a间的间隔为一定,与多个第1可动梳齿331a交错配置。相邻的第1可动梳齿331a与第1固定梳齿341a在X轴方向上彼此相对。相邻的第1可动梳齿331a与第1固定梳齿341a的间隔例如是数μm左右。
第2固定梳齿电极342由器件层392的一部分形成。第2固定梳齿电极342具有多个第2固定梳齿342a。各第2固定梳齿342a设置于与设置有多个第2可动梳齿332a的第2主体部322a的侧面相对的基底305的侧面。各第2固定梳齿342a沿着与X轴方向垂直的平面延伸。多个第2固定梳齿342a排列成在X轴方向上相互相邻的第2固定梳齿342a间的间隔为一定,与多个第2可动梳齿332a交错配置。相邻的第2可动梳齿332a与第2固定梳齿342a在X轴方向上彼此相对。相邻的第2可动梳齿332a与第2固定梳齿342a的间隔例如是数μm左右。
第3固定梳齿电极343由器件层392的一部分形成。第3固定梳齿电极343具有多个第3固定梳齿343a。各第3固定梳齿343a设置于与设置有多个第3可动梳齿333a的第3主体部323a的侧面相对的基底305的侧面。各第3固定梳齿343a沿着与X轴方向垂直的平面延伸。多个第3固定梳齿343a排列成在X轴方向上相互相邻的第3固定梳齿343a间的间隔为一定,并与多个第3可动梳齿333a交错配置。相邻的第3可动梳齿333a与第3固定梳齿343a在X轴方向上彼此相对。相邻的第3可动梳齿333a与第3固定梳齿343a的间隔例如是数μm左右。
第4固定梳齿电极344由器件层392的一部分形成。第4固定梳齿电极344具有多个第4固定梳齿344a。各第4固定梳齿344a设置于与设置有多个第4可动梳齿334a的第4主体部324a的侧面相对的基底305的侧面。各第4固定梳齿344a沿着与X轴方向垂直的平面延伸。多个第4固定梳齿344a排列成在X轴方向上相互相邻的第4固定梳齿344a间的间隔为一定,并与多个第4可动梳齿334a交错配置。相邻的第4可动梳齿334a与第4固定梳齿344a在X轴方向上彼此相对。相邻的第4可动梳齿334a与第4固定梳齿344a的间隔例如是数μm左右。
第5固定梳齿电极345由器件层392的一部分形成。第5固定梳齿电极345具有多个第5固定梳齿345a。各第5固定梳齿345a设置于与设置有多个第5可动梳齿335a的框架373的侧面相对的基底305的侧面。各第5固定梳齿345a沿着与X轴方向垂直的平面延伸。多个第5固定梳齿345a排列成在X轴方向上相互相邻的第5固定梳齿345a间的间隔为一定,并与多个第5可动梳齿335a交错配置。相邻的第5可动梳齿335a与第5固定梳齿345a在X轴方向彼此相对。相邻的第5可动梳齿335a与第5固定梳齿345a的间隔例如是数μm左右。
第6固定梳齿电极346由器件层392的一部分形成。第6固定梳齿电极346具有多个第6固定梳齿346a。各第6固定梳齿346a设置于与设置有多个第6可动梳齿336a的框架373的侧面相对的基底305的侧面。各第6固定梳齿346a沿着与X轴方向垂直的平面延伸。多个第6固定梳齿346a排列成在X轴方向上相互相邻的第6固定梳齿346a间的间隔为一定,并与多个第6可动梳齿336a交错配置。相邻的第6可动梳齿336a与第6固定梳齿346a在X轴方向上彼此相对。相邻的第6可动梳齿336a与第6固定梳齿346a的间隔例如是数μm左右。
在构成基底305的器件层392的表面392a设置有多个电极垫302,303,304。在构成基底305的器件层392,通过其一部分由槽划定,而形成有多个配线部351,352,353。各电极垫302经由各配线部351与第1可动梳齿电极331、第2可动梳齿电极332、第3可动梳齿电极333、第4可动梳齿电极334、第5可动梳齿电极335和第6可动梳齿电极336电连接。位于第5固定梳齿电极345附近的电极垫303经由位于第5固定梳齿电极345附近的配线部352与第5固定梳齿电极345电连接。位于第6固定梳齿电极346附近的电极垫303经由位于第6固定梳齿电极346附近的配线部352与第6固定梳齿电极346电连接。位于第1固定梳齿电极341附近的电极垫304经由位于第1固定梳齿电极341附近的配线部353与第1固定梳齿电极341电连接。位于第2固定梳齿电极342附近的电极垫304经由位于第2固定梳齿电极342附近的配线部353与第2固定梳齿电极342电连接。位于第3固定梳齿电极343附近的电极垫304经由位于第3固定梳齿电极343附近的配线部353与第3固定梳齿电极343电连接。位于第4固定梳齿电极344附近的电极垫304经由位于第4固定梳齿电极344附近的配线部353与第4固定梳齿电极344电连接。另外,图24和图25中省略多个电极垫302,303,304的图示。
第5可动梳齿电极335及第5固定梳齿电极345、和第6可动梳齿电极336及第6固定梳齿电极346用作驱动用的电极。具体而言,经由多个电极垫302,303,在第5可动梳齿电极335与第5固定梳齿电极345之间、和第6可动梳齿电极336与第6固定梳齿电极346之间分别周期性地施加电压。由此,在第5可动梳齿电极335与第5固定梳齿电极345之间、和第6可动梳齿电极336与第6固定梳齿电极346之间分别产生静电力,并在第1扭杆311和第2扭杆312产生弹性力。光学器件301中,通过对多个电极垫302,303周期性地施加电信号,能够以轴线L301为中心线使可动部307以其共振频率水平摆动(即,光学功能部371摆动)。
第1可动梳齿电极331及第1固定梳齿电极341、第2可动梳齿电极332及第2固定梳齿电极342、第3可动梳齿电极333及第3固定梳齿电极343、和第4可动梳齿电极334及第4固定梳齿电极344作为监视器用的电极使用。具体而言,经由多个电极垫302,304,检测第1可动梳齿电极331与第1固定梳齿电极341之间、第2可动梳齿电极332与第2固定梳齿电极342之间、第3可动梳齿电极333与第3固定梳齿电极343之间、和第4可动梳齿电极334与第4固定梳齿电极344之间各自的电容量。该电容量根据可动部307的摆动角度(即,光学功能部371的摆动角度)产生变化。因此,通过根据检测到的电容量调节驱动信号(施加的电压的大小、周期等),而能够对可动部307的摆动角度(即,光学功能部371的摆动角度)进行反馈控制。
光学器件301中,除去光学功能部371和多个电极垫303,304的部分通过MEMS技术(图案化和蚀刻)在SOI基板309一体地形成。光学器件301中,在从Z轴方向观察的情况下,至少在SOI基板309一体地形成的部分呈关于轴线L301线对称且关于轴线L302线对称的形状。
第2实施方式的光学器件301能够通过与上述第1实施方式的镜器件20的制造方法同样的制造方法来制造。即,通过将第1和第2抗蚀层用作掩模的2阶段的蚀刻,能够形成梁部(主体梁部375、框架梁部376、连接梁部377和第1、第2、第3及第4梁部321c,322c,323c,324c)。该情况下,与上述第1实施方式同样,能够高精度地形成梁部。另外,图23~图25表示有与上述台阶面107对应的台阶面3107。
[第3实施方式]
参照图26~图28说明第3实施方式的光学器件401。光学器件401包括支承部(基底)402、第1可动部403、第2可动部404、一对第1扭杆(弹性支承部)405,406、一对第2扭杆(弹性支承部)407,408、和磁场产生部409。
光学器件401中,在相互正交的X轴(第1轴线)和Y轴(与第1轴线垂直的第2轴线)各自的周围,使配置有镜面(光学功能部)410的第1可动部403摆动。光学器件401例如用于光通信用光开关、光扫描器等。
支承部402、第1可动部403、第2可动部404、一对第1扭杆405,406和一对第2扭杆407,408例如由SOI(Silicon on Insulator(绝缘层上硅))基板(半导体基板)460一体地形成。即,光学器件401构成为MEMS器件。SOI基板460具有支承层461、器件层462和中间层463。支承层461是第1硅层(第1半导体层)。器件层462是第2硅层(第2半导体层)。中间层463是配置于支承层461与器件层462之间的绝缘层。
磁场产生部409例如由取得了哈尔巴赫阵列的永磁铁构成。磁场产生部409例如产生在俯视时相对于X轴和Y轴分别倾斜45度的朝向D的磁场,并作用于后述的线圈414。另外,“俯视时”是指“从与镜面410垂直的方向观察的情况”,换言之,是指“从与X轴和Y轴垂直的方向观察的情况”。磁场产生部409所产生的磁场的朝向D也可以在俯视时相对于X轴和Y轴以45度以外的角度倾斜。
支承部402例如俯视时具有四边形的外形,形成为框状。支承部402相对于磁场产生部409配置于与X轴和Y轴垂直的方向上的一侧。支承部402支承第1可动部403和第2可动部404等。支承部402由支承层461、器件层462和中间层463的一部分构成。
第1可动部403在从磁场产生部409分离的状态下配置于支承部402的内侧。第1可动部403俯视时具有分别关于X轴和Y轴对称的形状。第1可动部403具有主体部403a、环状部403b和梁部403c。主体部403a和环状部403b由器件层462的一部分构成。
主体部403a俯视时呈圆形,但也可以形成为楕圆形、四边形、菱形等任意形状。俯视时的主体部403a的中心P与X轴和Y轴的交点一致。在主体部403a的与磁场产生部409相反侧的表面(构成主体部403a的器件层462的与中间层463相反侧的表面),例如利用由铝构成的金属膜设置有圆形的镜面410。镜面410设置于该表面的大致整个面,但也可以设置于该表面的一部分。环状部403b以俯视时包围主体部403a的方式形成为环状。环状部403b俯视时具有八边形的外形,但也可以具有圆形、楕圆形、四边形、菱形等任意的外形。环状部403b在与Y轴平行的Y轴方向的两侧与主体部403a连接。
梁部403c由配置于器件层462上的支承层461和中间层463构成。梁部403c具有中央部403ca和多个(该例子中为8个)延伸部403cb。中央部403ca配置于主体部403a的中心P,俯视时呈大致圆形。多个延伸部403cb从中央部403ca放射状地笔直延伸。构成中央部403ca和延伸部403cb的支承层461比构成基底402的支承层461薄。
第2可动部404形成为框状,在从磁场产生部409分离的状态下,以包围第1可动部403的方式配置于支承部402的内侧。第2可动部404具有一对第1连接部441A,441B、一对第2连接部442A,442B、一对第1直线状部443A,443B、一对第2直线状部444A,444B、一对第3直线状部445A,445B、一对第4直线状部446A,446B、和梁部447。连接部441A~442B和直线状部443A~446B由器件层462的一部分构成。第2可动部404具有俯视时分别关于X轴和Y轴对称的形状。以下的说明中,关于X轴或者Y轴对称是指俯视时的对称。
第1连接部441A,441B位于与X轴平行的X轴方向上的第1可动部403的两侧。各第1连接部441A,441B沿着Y轴方向延伸。第2连接部442A,442B位于与Y轴平行的Y轴方向上的第1可动部403的两侧。各第2连接部442A,442B沿着X轴方向延伸。俯视时的各第2连接部442A,442B的内缘具有向Y轴方向凹陷的凹部451,俯视时的各第2连接部442A,442B的外缘具有向Y轴方向突出的凸部452。凹部451和凸部452俯视时位于Y轴上。
第1直线状部443A,443B位于X轴方向上的第2连接部442A的两侧,并与第2连接部442A连接。各第1直线状部443A,443B沿着X轴方向延伸。第1直线状部443A,443B关于Y轴相互对称地配置。第2直线状部444A,444B位于X轴方向上的第2连接部442B的两侧,并与第2连接部442B连接。各第2直线状部444A,444B沿着X轴方向延伸。第2直线状部444A,444B关于Y轴相互对称地配置。
第3直线状部445A,445B相对于各第1直线状部443A,443B位于第2连接部442A的相反侧,并与第1直线状部443A,443B和第1连接部441A,441B连接。第3直线状部445A俯视时沿着相对于X轴和Y轴分别倾斜45度的方向延伸。第3直线状部445B相对于第3直线状部445A关于Y轴对称地延伸。
第4直线状部446A,446B相对于各第2直线状部444A,444B位于第2连接部442B的相反侧,并与第2直线状部444A,444B和第1连接部441A,441B连接。第4直线状部446A相对于第3直线状部445A关于X轴对称地延伸。第4直线状部446B相对于第4直线状部446A关于Y轴对称地延伸,并且相对于第3直线状部445B关于X轴对称地延伸。
梁部447由配置于器件层462上的支承层461和中间层463构成。梁部447配置于连接部441A~442B和直线状部443A~446B上,俯视时以包围第1可动部403的方式环状地延伸。第1连接部441A,441B和直线状部445A~446B中的梁部447的宽度比第2连接部442A,442B和直线状部443A~444B中的梁部447的宽度窄。构成梁部447的支承层461比构成基底402的支承层461薄。
第1扭杆405,406配置于X轴上的第1可动部403的两侧。以第1可动部403能够围绕X轴(以X轴为中心线)摆动的方式,第1扭杆405,406在X轴上将第1可动部403(环状部403b)和第2可动部404相互连结。第1扭杆405,406如后述那样经由第2可动部404和第2扭杆407,408与支承部402连接。即,也能够视为以第1可动部403能够围绕X轴摆动的方式,第1扭杆405,406将第1可动部403和支承部402相互连结。第1扭杆405,406在第1连接部441A,441B与第2可动部404连接。各第1扭杆405,406在第1可动部403围绕X轴摆动时扭转变形。各第1扭杆405,406呈沿着与镜面410平行的平面延伸的板状。各第1扭杆405,406整体位于X轴上。第1扭杆406相对于第1扭杆405关于Y轴对称地配置。第1扭杆405,406由器件层462的一部分构成。
第2扭杆407,408配置于Y轴上的第2可动部404的两侧。以第2可动部404能够围绕Y轴(以Y轴为中心线)摆动的方式,第2扭杆407,408在Y轴上将第2可动部404和支承部402相互连结。第2扭杆407,408在第2连接部442A,442B与第2可动部404连接。各第2扭杆407,408在第2可动部404围绕Y轴摆动时扭转变形。各第2扭杆407,408俯视时蜿蜒地延伸。各第2扭杆407,408具有多个直线状部411和多个折返部412。多个直线状部411分别沿着Y轴方向延伸,并在X轴方向排列配置。多个折返部412交替连结相邻的直线状部411的两端。第2扭杆407,408由器件层462的一部分构成。
光学器件401还包括一对线圈414,415、第1配线421、第2配线422、第3配线423、第4配线424、第1外部端子425、第2外部端子426、第3外部端子427和第4外部端子428。各线圈414,415以包围第1可动部403的方式设置于第2可动部404,俯视时呈螺旋形。各线圈414,415沿着包含X轴和Y轴的平面配置。各线圈414,415在第1可动部403的周围卷绕多圈。一对线圈414,415以俯视时在第2可动部404的宽度方向交错排列的方式配置。图26中,用剖面线表示配置有线圈414,415的配置区域R401。线圈414,415例如是埋入第2可动部404的镶嵌配线。
各外部端子425~428例如是设置于支承部402的电极垫。第1配线421与线圈414的内侧端部和第1外部端子425电连接。第1配线421从线圈414的内侧端部经由第2扭杆407延伸至第1外部端子425。第2配线422与线圈414的外侧端部和第2外部端子426电连接。第2配线422例如在Y轴上与线圈414的外侧端部连接。第2配线422从线圈414的外侧端部经由第2扭杆408延伸至第2外部端子426。
第3配线423与线圈415的内侧端部和第3外部端子427电连接。第3配线423从线圈415的内侧端部经由第2扭杆407延伸至第3外部端子427。第4配线424与线圈415的外侧端部和第4外部端子428电连接。第4配线424例如在Y轴上与线圈415的外侧端部连接。第4配线424从线圈415的外侧端部经由第2扭杆408延伸至第4外部端子428。
以上那样构成的光学器件401中,经由各外部端子425,426和各配线421,422对线圈414输入线性动作用的驱动信号时,利用与磁场产生部409产生的磁场的相互作用对线圈414作用洛伦兹力。通过利用该洛伦兹力与第2扭杆407,408的弹性力的平衡,能够使镜面410(第1可动部403)围绕Y轴与第2可动部404一起线性动作。
另一方面,当经由各外部端子427,428和各配线423,424对线圈415输入共振动作用的驱动信号时,利用与磁场产生部409产生的磁场的相互作用对线圈415作用洛伦兹力。除了该洛伦兹力,通过利用共振频率下的第1可动部403的共振,能够使镜面410(第1可动部403)围绕X轴进行共振动作。具体而言,与围绕X轴的第1可动部403的共振频率相等的频率的驱动信号输入线圈415时,第2可动部404围绕X轴以该频率稍微振动。通过该振动经由第1扭杆405,406传递至第1可动部403,能够使第1可动部403围绕X轴以该频率摆动。
第3实施方式的光学器件401能够通过与上述第1实施方式的镜器件20的制造方法同样的制造方法来制造。即,通过将第1和第2抗蚀层用作掩模的2阶段的蚀刻,能够形成梁部(梁部403c和梁部447)。该情况下,与上述第1实施方式同样能够高精度地形成梁部。另外,图27和28表示有与上述台阶面107对应的台阶面4107。
光学器件401中,第1可动部403的驱动利用电磁力进行,但是,第1可动部403的驱动也可以利用压电元件进行。该情况下,例如在第2可动部404设置用于使第1可动部403围绕X轴摆动的第1压电膜,代替线圈414,415。第1压电膜例如以沿着与Y轴平行的方向延伸的方式配置于第1连接部441A,441B、第3直线状部445A,445B和第4直线状部446A,446B。此外,也可以在第2可动部404的外侧以包围第2可动部404的方式设置第3可动部,在第3可动部设置用于使第2可动部404围绕Y轴摆动的第2压电膜。第2压电膜例如沿着与X轴平行的方向延伸。省略磁场产生部409。以上说明的第1、第2和第3实施方式或者变形例的各结构能够任意适用于其他实施方式或者变形例的各结构。
符号的说明
20…镜器件(光学器件)、21…基底、21a…第1表面(主面)、21b…第2表面(主面)、22a…镜面(光学功能部)、22b…可动部、224…梁部、26…第1弹性支承部、27…第2弹性支承部、100…SOI基板(半导体基板)、101…支承层(第1半导体层)、101a…表面、102…器件层(第2半导体层)、102a…表面、103…中间层(绝缘层)、104…第1抗蚀层、105…凹部、105a…底面、105b…侧面、106…第2抗蚀层、281,283…固定梳齿电极、281a,283a…固定梳齿、282,284…可动梳齿电极、282a,284a…可动梳齿、301…光学器件、305…基底、307…可动部、311…第1扭杆(弹性支承部)、312…第2扭杆(弹性支承部)、309…SOI基板(半导体基板)、375…主体梁部、376…框架梁部、377…连接梁部、321c…第1梁部、322c…第2梁部、323c…第3梁部、324c…第4梁部、331…第1可动梳齿电极、331a…第1可动梳齿、332…第2可动梳齿电极、332a…第2可动梳齿、333…第3可动梳齿电极、333a…第3可动梳齿、334…第4可动梳齿电极、334a…第4可动梳齿、335…第5可动梳齿电极、335a…第5可动梳齿、336…第6可动梳齿电极、336a…第6可动梳齿、341…第1固定梳齿电极、341a…第1固定梳齿、342…第2固定梳齿电极、342a…第2固定梳齿、343…第3固定梳齿电极、343a…第3固定梳齿、344…第4固定梳齿电极、344a…第4固定梳齿、345…第5固定梳齿电极、345a…第5固定梳齿、346…第6固定梳齿电极、346a…第6固定梳齿、371…光学功能部、391…处理层(第1半导体层)、392…器件层(第2半导体层)、393…中间层(绝缘层)、401…光学器件、402…支承部(基底)、403…第1可动部、403c…梁部、404…第2可动部、405,406…第1扭杆(弹性支承部)、407,408…第2扭杆(弹性支承部)、410…镜面(光学功能部)、414,415…线圈、447…梁部、460…SOI基板(半导体基板)、461…支承层(第1半导体层)、462…器件层(第2半导体层)、463…中间层(绝缘层)。

Claims (9)

1.一种光学器件的制造方法,其特征在于,
所述光学器件包括:
基底;
可动部;
在所述基底与所述可动部之间连接的弹性支承部;和
配置于所述可动部上的光学功能部,
所述基底、所述可动部和所述弹性支承部由半导体基板构成,该半导体基板具有第1半导体层、第2半导体层和配置于所述第1半导体层与所述第2半导体层之间的绝缘层,
所述基底由所述第1半导体层、所述第2半导体层和所述绝缘层构成,
所述可动部和所述弹性支承部的至少一者具有至少由所述第1半导体层构成且配置于所述第2半导体层上的梁部,
构成所述梁部的所述第1半导体层比构成所述基底的所述第1半导体层薄,
所述光学器件的制造方法包括:
第1步骤,准备具有与所述基底、所述可动部和所述弹性支承部对应的部分的所述半导体基板;
第2步骤,在所述第1步骤之后,在所述第1半导体层的与所述绝缘层相反侧的表面中与所述基底对应的区域形成第1抗蚀层;
第3步骤,在所述第2步骤之后,通过将所述第1抗蚀层用作掩模对所述第1半导体层进行蚀刻直至厚度方向上的中间部,而在所述第1半导体层形成凹部;
第4步骤,在所述第3步骤之后,在所述凹部的底面中与所述梁部对应的区域、所述凹部的侧面、和所述第1半导体层的与所述绝缘层相反侧的所述表面形成第2抗蚀层;和
第5步骤,在所述第4步骤之后,通过将所述第2抗蚀层用作掩模对所述第1半导体层进行蚀刻直至到达所述绝缘层,而形成所述梁部。
2.如权利要求1所述的光学器件的制造方法,其特征在于,
所述第1步骤中,准备所述第1半导体层比所述第2半导体层厚的所述半导体基板。
3.如权利要求1或者2所述的光学器件的制造方法,其特征在于,
还具有:第6步骤,在所述第5步骤之后,在所述第2半导体层中的所述绝缘层侧的表面上形成所述光学功能部。
4.如权利要求1~3中任一项所述的光学器件的制造方法,其特征在于,
所述梁部包括宽度相互不同的多个部分。
5.如权利要求1~4中任一项所述的光学器件的制造方法,其特征在于,
所述弹性支承部支承所述可动部,以使得所述可动部能够沿着与所述基底的主面交叉的方向移动。
6.如权利要求1~4中任一项所述的光学器件的制造方法,其特征在于,
所述弹性支承部支承所述可动部,以使得所述可动部能够围绕规定的轴线摆动。
7.如权利要求1~6中任一项所述的光学器件的制造方法,其特征在于,
所述光学器件还包括:
固定梳齿电极,其设置于所述基底,具有多个固定梳齿;和
可动梳齿电极,其设置于所述可动部和所述弹性支承部的至少一者,具有与所述多个固定梳齿交错配置的多个可动梳齿。
8.如权利要求1~6中任一项所述的光学器件的制造方法,其特征在于,
所述光学器件还具有设置于所述可动部的线圈或者压电元件。
9.如权利要求1~8中任一项所述的光学器件的制造方法,其特征在于,
所述梁部由所述第1半导体层和所述绝缘层构成。
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