JP2005062380A - 波長可変光フィルタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 エアダンピング対策を施した構成の波長可変フィルタ及びその製造方法を得る。
【解決手段】 ある波長の光を反射する高反射膜２３が一方の面に形成され、一方の面と垂直方向に駆動可能な可動体２１ａを有する可動部２と、所定の静電ギャップＥＧを隔てて可動体２１ａと対向する駆動電極１２を有する駆動電極部１と、高反射膜２３と所定の光学ギャップＯＧを隔てて対向した高反射膜３２を有する光学ギャップ部３とが互いに接合された波長可変光フィルタであって、静電ギャップＥＧ及び光学ギャップＯＧにより形成される空間と外部とを通じてエアダンピングを防止するためのダンピング防止穴１８が開口されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、波長分割多重化（ＷＤＭ：Wavelegth Division Multiplexing ）光通信網等において、光ファイバ中を伝送する異なる波長を有する複数の光の中から所望の波長を有する光を取り出すために光を波長選択的に透過させる波長可変光フィルタ及びその製造方法に関するものである。

従来の波長可変光フィルタは、ファブリ・ペロー干渉計の原理を利用したものである。基板上に固定鏡を形成し、その固定鏡と所定の間隔（以下、静電ギャップという）で平行に可動鏡を対向配置する。可動鏡に設けられた可動電極と固定鏡に設けられた固定電極との間に駆動電圧を印加することで、可動鏡が固定鏡に対して静電ギャップの範囲内で相対的に変化する。この静電ギャップは、マイクロマシーニング技術を用いて、固定鏡と可動鏡との間に予め所定の形状及び大きさの犠牲層を設けた後、この犠牲層をエッチングによりすべて、あるいは一部を除去することによって形成する（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の波長可変光フィルタには、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウェハの二酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）層を犠牲層として用いて、上記静電ギャップを形成しているものもある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−１７４７２１公報（［請求項９］，［０００５］，［００１８］，［００３７］，［００４９］〜［００５６］、図６） 米国特許６３４１０３９号明細書（第６欄〜第７欄、図４Ａ〜図４Ｉ）

このように、波長可変光フィルタでは可動鏡に設けられた可動電極と固定鏡に設けられた固定電極とにより形成される平行板コンデンサに駆動電圧を印加することにより可動鏡と固定鏡との間に静電引力を発生させ、可動鏡を固定鏡に対して変化させている。

ここで、上記のような波長可変光フィルタにおいては、可動電極となり、可動鏡を変化させる可動体の厚さはマイクロメートルのオーダであり、その可動体の変化（振動）もマイクロメートルのオーダで行われる。このオーダのデバイスが振動すると、慣性力よりも粘性力が支配的となる。可動体を保護する等の目的で可動体をパッケージ（封止）してしまう場合もあるが、その際、何の対策も行わず、可動体と共に空気を閉じ込めてしまうと、可動体の駆動時（変化時）に、空気の粘性によりエアダンピングが発生し、振動が減衰してしまう。エアダンピングが発生すると、可動体の変化量も少なくなり、また、駆動周波数も低下する。にもかかわらず、エアダンピング対策に言及した文献は存在せず、対策がなされていないのが現状である。

本発明は、上記のような課題を解決するためにエアダンピング対策を施した構成の波長可変フィルタ及びその製造方法を得ることを目的とする。

本発明に係る波長可変光フィルタは、所定の光を反射する可動鏡が一方の面に形成され、その一方の面と垂直方向に駆動可能な可動体と、所定の静電ギャップを隔てて可動体と対向する駆動電極と、可動鏡と所定の光学ギャップを隔てて対向した固定鏡を有する波長可変光フィルタであって、静電ギャップ及び光学ギャップにより形成される空間と外部とを通じてエアダンピングを防止するための穴が開口されている。
本発明によれば、各部を高精度（特に厚さ方向において）に作製することができ、その各部を接合することにより、設計通りの精度の高い波長可変光フィルタを得ることができる。そして、その構造上生じ得るエアダンピングの問題を、穴を開口することによって、静電ギャップ及び光学ギャップにより形成される空間を密封しないようにしたので、調整を行わなくても所定の電圧印加で設計通りの動作を行う品質のよい波長可変光フィルタを得ることができる。

また、本発明に係る波長可変光フィルタは、エアダンピングを防止するための穴は、駆動電極を有する基板に設けられている。
本発明によれば、構造上、開口しやすいので、形成を簡単に行うことができる。また、外部からの光が入射する側に位置するので、駆動電極を有する基板の一部を開口することにより、入射する光から可動体までの間には障害物がなくなる。

また、本発明に係る波長可変光フィルタは、エアダンピングを防止するための穴は、外部から可動体に入射する光の方向に沿って開口している。
本発明によれば、入射する光から可動体までの間には障害物となる駆動電極を有する基板の一部がないので、入射する光を減衰させてしまうことはない。また、駆動電極を有する基板の一部があった場合には設けなくてはならない反射防止膜を成膜する必要がなく、プロセスの簡素化を図ることができる。

また、本発明に係る波長可変光フィルタは、所定の光を反射する可動鏡が一方の面に形成され、その一方の面と垂直方向に駆動可能な可動体と、所定の静電ギャップを隔てて可動体と対向する駆動電極と、可動鏡と所定の光学ギャップを隔てて対向した固定鏡を有する波長可変光フィルタであって、静電ギャップ及び光学ギャップにより形成される空間が真空状態である。
本発明によれば、各部を高精度（特に厚さ方向において）に作製することができ、その各部を接合することにより、設計通りの精度の高い波長可変光フィルタを得ることができる。そして、静電ギャップ及び光学ギャップにより形成される空間を真空状態にすることによって、空気（気体）の粘性力を無くしたので、調整を行わなくても所定の電圧印加で設計通りの動作を行う品質のよい波長可変光フィルタを得ることができる。また、密封状態を保っているので、空間内にパーティクルや水分が侵入せず、品質劣化を少なくすることができる。

また、本発明に係る波長可変光フィルタは、所定の光を反射する可動鏡が一方の面に形成され、その一方の面と垂直方向に駆動可能な可動体と、所定の静電ギャップを隔てて可動体と対向する駆動電極と、可動鏡と所定の光学ギャップを隔てて対向した固定鏡を有する波長可変光フィルタであって、静電ギャップ及び光学ギャップにより形成される空間の圧力が大気圧より低い状態である。
本発明によれば、各部を高精度（特に厚さ方向において）に作製することができ、その各部を接合することにより、設計通りの精度の高い波長可変光フィルタを得ることができる。そして、静電ギャップ及び光学ギャップにより形成される空間を大気圧より低い状態にすることによって、空気（気体）の粘性力を少なくしたので、調整を行わなくても所定の電圧印加で設計通りの動作を行う品質のよい波長可変光フィルタを得ることができる。また、密封状態であるため、空間内にパーティクルや水分が侵入せず、品質劣化を少なくすることができる。

また、本発明に係る波長可変光フィルタは、少なくとも駆動電極を有する基板をガラス基板で構成する。
本発明によれば、少なくとも駆動電極部にガラス基板を用いることにより、穴を開口する加工方法の選択幅を広げることができる。

また、本発明に係る波長可変光フィルタの製造方法は、固定鏡が形成された面に対し、静電力により可動体を移動させ、固定鏡と可動鏡との間で反射する光から所定波長の光を透過させる波長可変光フィルタの製造方法であって、第１の基板に第１の凹部を形成し、その凹部の底面に駆動電極を形成する第１の工程と、第２の基板に第２の凹部を形成し、その凹部の底面に固定鏡を形成する第２の工程と、第３の基板と第１の基板を接合し、可動体、支持体及び可動体と厚さが異なる吊り手段を第３の基板に一体形成し、可動体上に可動鏡を形成し、さらに第１の凹部と連通するエアダンピング防止用の穴を開口する第３の工程と、可動鏡と固定鏡とを対向させて第３の基板を接合する第４の工程とを少なくとも有するものである。この第１の工程と第２の工程との手順の順序は任意でよい。
本発明によれば、各部を高精度（特に厚さ方向において）に作製した後、接合して波長可変光フィルタを製造するようにし、そして、その製造工程において、駆動電極を有する第１の基板に第１の凹部と連通するエアダンピング防止用の穴を開口する工程を有することにより、第１の凹部及び第２の凹部によって形成される空間（可動体が駆動する空間）を密封しないようにしたので、調整を行わなくても所定の電圧印加で設計通りの動作を行う品質のよい波長可変光フィルタを得ることができる。

また、本発明に係る波長可変光フィルタの製造方法は、固定鏡が形成された面に対し、静電力により可動体を垂直方向に移動させ、固定鏡と可動鏡との間で反射する光から所定波長の光を透過させる波長可変光フィルタの製造方法であって、第１の基板に第１の凹部を形成し、その凹部に駆動電極を形成し、さらに第１の凹部と連通するエアダンピング防止用の穴を開口する第１の工程と、第２の基板に第２の凹部を形成し、その凹部に固定鏡を形成する第２の工程と、可動鏡が形成された第３の基板と固定鏡とを対向させて接合し、可動体、支持体及び可動体と厚さが異なる吊り手段を第３の基板に形成する第３の工程と、第３の工程で製造された構造体と駆動電極とを対向させて接合する第４の工程とを少なくとも有するものである。この第１の工程と第２の工程との手順の順序は任意でよい。
本発明によれば、各部を高精度（特に厚さ方向において）に作製した後、接合して波長可変光フィルタを製造するようにし、そして、その製造工程において、駆動電極部に第１の凹部と連通するエアダンピング防止用の穴を開口する工程を有することにより、第１の凹部及び第２の凹部によって形成される空間（可動体が駆動する空間）を密封しないようにしたので、調整を行わなくても所定の電圧印加で設計通りの動作を行う品質のよい波長可変光フィルタを得ることができる。しかも、その手順において、あらかじめ駆動電極部に第１の凹部と連通するエアダンピング防止用の穴を開口しておいて他の部材と接合することができるので、穴の開口時に他の部材を損傷させる危険がなく、歩留まりを高くすることができる。

また、本発明に係る波長可変光フィルタの製造方法は、レーザ光による加工又は機械を用いた加工によりエアダンピング防止用の穴を開口する。
本発明によれば、レーザ光による加工又は機械を用いた加工により、簡単に穴をあけることができる。また、駆動電極部の材料、厚さ等に応じた選択幅を広く採ることができる。

また、本発明に係る波長可変光フィルタの製造方法は、固定鏡が形成された面に対し、静電力により可動体を垂直方向に移動させ、固定鏡と可動鏡との間で所定波長の光を透過させる波長可変光フィルタの製造方法であって、第１の基板に第１の凹部を形成し、その凹部の底面に駆動電極を形成して駆動電極部とする第１の工程と、第２の基板に第２の凹部を形成し、その凹部の底面に固定鏡を形成する第２の工程と、第３の基板と駆動電極部とを接合し、可動体、支持体及び可動体と厚さが異なる吊り手段を第３の基板に一体形成し、可動体上に可動鏡を形成する第３の工程と、第３の工程で製造された接合体と固定鏡とを対向させ、真空又は大気圧より低い圧力の雰囲気内で接合する第４の工程とを少なくとも有するものである。
また、上記の工程において、第３の工程において可動体等が形成される第３の基板と光学ギャップ部とを接合した後に、第４の工程において、第３の工程で製造された接合体と駆動電極部とを接合する方法もある。この第１の工程と第２の工程との手順の順序は任意でよい。
本発明によれば、各部を高精度（特に厚さ方向において）に作製した後、接合して波長可変光フィルタを製造するようにし、そして、第４の工程において、真空又は大気圧より低い圧力の雰囲気内で接合するようにしたので、第１の凹部及び第２の凹部によって形成される空間（可動体が駆動する空間）を真空状態又は大気圧より低い圧力の状態にすることにより、空気の粘性力により生じるエアダンピングを防止できる。そのため、密封しないようにしたので、調整を行わなくても所定の電圧印加で設計通りの動作を行う品質のよい波長可変光フィルタを得ることができる。また、密封状態にすることができるため、空間内にパーティクルや水分が侵入せず、品質劣化を少なくすることができる。

実施の形態１．
図１は本発明の第１の実施の形態における波長可変光フィルタを示す断面図である。本実施の形態の波長可変光フィルタは、駆動電極部１、可動部２及び光学ギャップ部３で構成されている。非駆動時においては、駆動電極部１の駆動電極１２（電極絶縁膜１３）と可動部２の可動体２１ａとの間ではその間隔が約４μｍの静電ギャップＥＧが、可動部２の可動体２１ａと光学ギャップ部３の高反射膜３２との間ではその間隔が約３０μｍの光学ギャップＯＧがそれぞれ形成されている。なお、図１は、波長可変光フィルタの中央からややずれた位置における断面図である（図２のＡ−Ａ'断面参照）。

駆動電極部１は、断面略コ字状のガラス基板１１の略中央部に形成された凹部１１ａ上に略リング状の駆動電極１２及びその駆動電極上に電極絶縁膜１３が形成され、構成されている。第１の基板となるガラス基板１１は、例えば、ナトリウム（Ｎａ）やカリウム（Ｋ）等のアルカリ金属を含有したガラスを材料とする。この種のガラスとしては、例えば、アルカリ金属を含有したホウケイ酸ガラスがある。ここで、後述するように駆動電極部１と可動部２とを陽極接合により接合する場合には、ガラス基板１１を加熱するため、ガラス基板１１となるガラスは可動部２となるシリコンと熱膨張係数がほぼ等しいことが要求される。この要求に応えるガラスとしては、例えばコーニング社製＃７７４０（商品名）が好ましい。本実施の形態では、ガラス基板１１で構成しているが、例えばシリコン等の他の材料で代用することもできる。

駆動電極１２は、例えば、金（Ａｕ）やクロム（Ｃｒ）等の導電性金属又は透明導電性材料からなる。透明導電性材料としては、例えば、酸化錫（ＳｎＯ₂ ）、酸化インジウム（Ｉｎ₂ Ｏ₃ ）、あるいは錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）等がある。駆動電極１２の厚さは例えば０．１〜０．２μｍとする。なお、駆動電極１２はガラス基板１１の外部に設けられた端子（図示せず）と配線を介して電気的に接続されている。絶縁膜１３は、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）、窒化シリコン（ＳｉＮ_x ）等からなり、駆動電極１２と可動体２１ａとのスティッキング（貼り付き）を防止するために成膜されている。１８はダンピング防止穴である。後述する可動体２１ａを密封させないための空気穴となる。ダンピング防止穴１８の大きさ、形状等は特に定めないが、エアダンピングが生じない大きさにするのはもちろん、外部から入射される光を遮る、反射させる等の影響を与えてはいけないので、それらを考慮した大きさ、形状等にする。なお、通常、外部の端子（図示略）と駆動電極１２とを電気的に接続し、電圧を印加させる必要がある。本実施の形態における波長可変光フィルタは、駆動電極１２として形成した金属膜がガラス基板１１に密着してフィルタ外部に取り出されるので、特に溝や穴を設ける必要がない。したがって、ダンピング防止穴１８を設けなければ、密封状態となる。

図２は波長可変光フィルタを構成する可動部基板２１の上面図である。可動部２は、可動部基板２１、反射防止膜２２及び高反射膜２３とから構成されている。第３の基板となる可動部基板２１は、例えばシリコン（Ｓｉ）からなり、約１０μｍの厚さを有している。図２に示すように、本実施の形態では、可動体２１ａと、吊り手段となる４個のヒンジ２１ｂと、支持部２１ｃとが一体形成されて構成されており、開口部２１ｄとなる空間により仕切られて各部に分かれている。ヒンジ２１ｂ及び支持部２１ｃとで支持体を構成する。可動体２１ａは、略円盤状であり、可動部基板２１の略中央に形成されている。可動体２１ａは、その周縁部に形成された４個のヒンジ２１ｂを介して支持部２１ｃに支持されており、可動部基板２１が成す面と垂直な方向に移動することができる。

４個のヒンジ２１ｂは、可動体２１ａの周縁に、隣接するもの同士が約９０度の角度をなして位置している。ここで、本実施の形態では可動体２１ａを円盤状にしているが、形状は円盤状に限るものではない。例えば、正多角形等、可動体２１ａが高反射膜３２（可動部基板２１面）に対して垂直に移動し、所定の光学ギャップＯＧを保てるような形状であればよい。また、ヒンジ２１ｂの形状やその数については、可動体２１ａの重量を支えられ、所定の駆動電圧で所望する可動体２１ａの変位が行えるのであれば、本実施の形態で示した形状、数に限らず、任意でよい。

反射防止膜２２は、可動体２１ａの下面（駆動電極部１側）のほぼ全域に、可動体２１ａの形状に合わせ、略円盤状に形成される。反射防止膜２２は、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）の薄膜と五酸化タンタル（Ｔａ₂ Ｏ₅ ）の薄膜とを交互に積層した多層膜からなる。また、窒化シリコン（ＳｉＮ_x ）、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）薄膜を積層して反射防止膜２２を形成することもできる。反射防止膜２２は、図１において駆動電極部１の略中央下方（図１の矢印参照）から入射された光が図中下方に反射されるのを防止するとともに、一旦反射防止膜２２の上方に透過された後、高反射膜２３で反射された光が図中上方に再度反射されるのを防止する。可動鏡となる高反射膜２３は、可動体２１ａの上面（光学ギャップ部３側）のほぼ全域に、可動体２１ａの形状に合わせて略円盤状に形成され、反射防止膜２２と同様に二酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）の薄膜と五酸化タンタル（Ｔａ₂ Ｏ₅ ）の薄膜とを交互に積層した多層膜（約２〜４０層）からなる。反射防止膜２２と高反射膜２３とは薄膜の膜厚が異なり、膜厚を調整することにより、所定の波長の光に対して反射膜ともなり得るし、反射防止膜ともなり得る。高反射膜２３は、図１において駆動電極部１の略中央下方（図１の矢印参照）から入射され、一旦その上方に透過された光を、光学ギャップ部３を構成するガラス基板３１の下面（可動部２側）に形成された高反射膜３２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。ここで高反射膜とは、例えば反射率９５％以上の反射膜をいうものとする。本実施の形態の多層膜では反射率は９８％以上である。

光学ギャップ部３は、ガラス基板３１、高反射膜３２及び反射防止膜３３で構成されている。第２の基板となるガラス基板３１は、ガラス基板１１と同一の材質のガラスからなり、その略中央部に凹部３１ａが形成された断面略両持ち梁状である。高反射膜３２は、光学ギャップ部３の凹部３１ａの下面（可動部２側）に、高反射膜２３と同様、例えば略円盤状に形成され、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）の薄膜と五酸化タンタル（Ｔａ₂ Ｏ₅ ）の薄膜とを交互に積層した多層膜からなる。固定鏡となる高反射膜３２は、図１において可動部２の略中央下方から入射され、一旦その上方に透過された光を、可動部２を構成する高反射膜２３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。反射防止膜３３は、光学ギャップ部３の略中央上面に略円盤状に形成され、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）の薄膜と五酸化タンタル（Ｔａ₂ Ｏ₅ ）の薄膜とを交互に積層した多層膜からなる。反射防止膜３３は、図１において光学ギャップ部３を構成するガラス基板３１を透過した光がガラス３１界面で反射されるのを防止する。

図３〜図８は第１の実施の形態に係る波長可変光フィルタの製造工程を表す図である。図３及び図４は第１の工程となる駆動電極部１の作製工程を表す。図５は可動部２となるＳＯＩ基板２４の処理工程を表す。図６及び図７は第３の工程が含まれる、可動部２となるＳＯＩ基板２４と駆動電極部１との接合体の作製工程を表す。図８は第２の工程となる光学ギャップ部３の作製工程を表す。

まず、駆動電極部１の作製工程を図３及び図４に基づいて説明する。駆動電極部１を製造するために、前述したコーニング社製＃７７４０からなるガラス基板１４（図３（１）参照）の一方の面に、図３（２）に示すように、金（Ａｕ）やクロム（Ｃｒ）等の金属膜１５を形成する。金属膜１５の形成には、化学的蒸着（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition ）装置や物理的蒸着（ＰＶＤ：Physical Vapor Deposition ）装置を使用する。ここで、ＰＶＤ装置としては、例えば、スパッタリング装置、真空蒸着装置、イオンプレーティング装置等がある。

次に、金属膜１５上の全面にフォトレジスト（図示略）を塗布する。フォトリソグラフィ（Photolithography）法を用いて、マスクアライナーで金属膜１５上の全面に塗布されたフォトレジストを露光した後、現像液で現像し、ガラス基板１４のうち、後にガラス基板１１の凹部１１ａ（図１参照）となる部分を形成するためのフォトレジストパターン（図示略）を形成する。次に、ウエットエッチング技術を使用して、例えば、塩酸又は硫酸（クロム膜の場合）、あるいは王水又は酸素や水の存在下でシアン化物イオンを含む溶液（金膜の場合）（以下、金属エッチング液と呼ぶ。）により金属膜１５のうち不要な部分を除去した後、前述したフォトレジストパターンを除去して、図３（３）に示すエッチングパターン１６を得る。

次に、ウエットエッチング技術を使用して、例えばフッ化水素酸（ＨＦ）によりガラス基板１４のうち不要な部分を除去して図３（４）に示す凹部１１ａを形成する。その後、ウエットエッチング技術を使用して、上記した金属エッチング液によりエッチングパターン１６を除去して、図３（５）に示すように、約４μｍの深さを有する凹部１１ａが形成されたガラス基板１１を得る。

さらに凹部１１ａが形成された面に、図３（６）に示すように、ＣＶＤ装置やＰＶＤ装置を使用して、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）等の金属膜１７を形成する。金属膜１７の膜厚は、例えば、０．１〜０．２μｍとする。次に、金属膜１７上の全面にフォトレジスト（図示略）を塗布した後、フォトリソグラフィ技術を使用して、金属膜１７のうち、後に駆動電極１２となる部分を残すためのフォトレジストパターン（図示略）を形成する。次に、ウエットエッチング技術を使用して、上記した金属エッチング液により金属膜１７のうち不要な部分を除去した後、前述したフォトレジストパターンを除去して、図４（１）に示すように、駆動電極１２を得る。次に、ＣＶＤ装置を使用して、図４（２）に示すように、駆動電極１２上に二酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）又は窒化シリコン（ＳｉＮ_x ）からなる絶縁膜１３を形成する。

ここで、後述するようにＳＯＩ基板２４をガラス基板１１と接合してから、その活性層２７をエッチング処理等をし、可動部基板２１として形成する。形成を行う際、ウェットエッチングを行うとエッチング液により駆動電極１２等を損傷させるおそれがあるため、ここではダンピング防止穴１８を形成しない。

次に図５に基づいてＳＯＩ基板の処理工程について説明する。本実施の形態では、可動部２を製造するために、図５（１）のようなＳＯＩ基板２４を用いる。ＳＯＩ基板２４は、ベース層２５と、絶縁層２６と、活性層２７とから構成されている。ベース層２５はシリコン（Ｓｉ）からなり、その膜厚は例えば５００μｍである。絶縁層２６は、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）からなり、その膜厚は例えば４μｍである。活性層２７はシリコン（Ｓｉ）からなり、その膜厚は例えば１０μｍである。可動部２の可動部基板２１は他の基板に比べると薄く、そのまま接合するには困難である。そこで、ベース層２５が厚く、安定したＳＯＩ基板２４を用いて他の基板と接合した後に、ベース層２５及び絶縁層２６を除去する。したがって、本実施の形態の波長可変光フィルタでは、活性層２７が最終的に可動部２となる。また、ＳＯＩ基板２４の絶縁層２６がエッチングのストッパの役割を果たすため、厚さ精度の高い可動部基板２１を得られる。

活性層２７上の略中央部に、ＣＶＤ装置、ＰＶＤ装置等を使用して、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）の薄膜と五酸化タンタル（Ｔａ₂ Ｏ₅ ）の薄膜とを交互に積層する（ここでは例えば１０〜２０層程度とする）ことにより、図５（２）に示す反射防止膜２２を形成する。ここではマスクを用いて所望の個所だけに膜が積層されるようにする。ただ、この膜は絶縁性を有しているため、光を反射させる部分以外にも形成し、絶縁膜としての機能を果たさせることもできる。

次に、駆動電極部１と図５（２）に示す反射防止膜２２が形成されたＳＯＩ基板２４とを、略円盤状の反射防止膜２２が略リング状の駆動電極１２のリング部分に対向するように接合する。接合方法としては、例えば、陽極接合（表面活性化接合）、接着剤による接合を用いることができる。このうち、陽極接合は、以下に示す工程を経て行われる。まず、駆動電極部１の上面（凹部１１ａを有する面）に、反射防止膜２２が形成されたＳＯＩ基板２４を、反射防止膜２２が駆動電極１２のリング部分に対向して載置した状態において、図示せぬ直流電源のマイナス端子をガラス基板１１に接続するとともに、上記直流電源のプラス端子を活性層２７に接続する。次にガラス基板１１を例えば、数百℃程度に加熱しつつ、ガラス基板１１と活性層２７との間に、例えば数百Ｖ程度の直流電圧を印加する。ガラス基板１１を加熱することにより、ガラス基板１１に含まれるアルカリ金属のプラスイオン、例えば、ナトリウムイオン（Ｎａ⁺ ）が移動しやすくなる。このアルカリ金属のプラスイオンがガラス基板１１内を移動することにより、相対的に、ガラス基板１１の活性層２７との接合面がマイナスに帯電する一方、活性層２７のガラス基板１１との接合面がプラスに帯電する。この結果、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）とが電子対を共有する共有結合により、図６のようにガラス基板１１と活性層２７とが接合される。なお、本実施の形態で用いているガラス基板はいわゆる低融点ガラスを材料とはしていないが、ガラス基板にいわゆる低融点ガラスを用いた場合には、ガラス界面を融着させて接合する、低融点ガラス接合を用いることもできる。

次に、図６に示す構造体からベース層２５を除去することにより、図７（１）に示す構造体とする。このベース層２５の除去には、ウエットエッチング若しくはドライエッチング又は研磨を用いる。エッチングによる除去法においては、絶縁層２６が活性層２７に対するエッチングのストッパーの役割を果たすために、駆動電極１２に対向している活性層２７がダメージを受けず、歩留まりの高い波長可変光フィルタを製造することができる。以下、ウエットエッチング除去法及びドライエッチング除去法について説明する。なお、研磨除去法については、半導体製造分野において用いられている周知の研磨除去法を用いることができるのでその説明を省略する。

（１）ウエットエッチング除去法
図６に示す構造体を例えば、１〜４０重量％（好ましくは、１０重量％前後）の濃度の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液に浸漬することにより、ベース層２５を構成するシリコン（Ｓｉ）がエッチングされる。この場合、絶縁層２６が、シリコン（Ｓｉ）からなる活性層２７に対するエッチングのストッパーの役割を果たす。

なお、この場合に用いるエッチング液としては、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ：TetraMethyl Ammonium Hydroxide）水溶液、エチレンジアミン−ピロカテコール−ジアジン（ＥＰＤ：Ethylenediamine Pyrocatechol Diazine）水溶液、ヒドラジン（Hydrazine ）水溶液などもある。ここで、ウェハ単位で複数形成されている場合には、生産条件等をほぼ等しくしつつ、一括した処理（バッチ処理）を行うことができ、生産性を向上させることができる。

（２）ドライエッチング除去法
図６に示す構造体をドライエッチング装置のチャンバー内に載置し、真空状態にした後、チャンバー内に例えば、圧力３９０Ｐａの二フッ化キセノン（ＸｅＦ₂ ）を６０秒間導入することにより、ベース層２５を構成するシリコン（Ｓｉ）がエッチングされる。なお、四フッ化炭素（ＣＦ₄ ）や六フッ化硫黄（ＳＦ₆ ）を用いたプラズマエッチング法を用いることもできる。

次に、図７（１）に示す構造体について、ウエットエッチング技術を使用して、例えば、フッ化水素酸（ＨＦ）により、図７（２）に示すように、絶縁層２６をすべて除去する。

そして、活性層２７全面にフォトレジスト（図示略）を塗布した後、上記したフォトリソグラフィ技術により、可動部基板２１となる部分を残すためのフォトレジストパターン（図示略）を活性層２７上に形成する。

異方性ドライエッチングの方法としては、例えばドライエッチング装置のチャンバー（容器）内に載置した後、例えば、エッチングガスとして六フッ化硫黄（ＳＦ₆ ）を流量１３０ｃｍ³ ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）で６秒間、デポジション（堆積）ガスとして八フッ化シクロブタン（Ｃ₄Ｆ₈）を流量５０ｃｍ³ ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）で７秒間交互にチャンバー内に導入し、不要な部分を除去する。このような異方性ドライエッチングを行うのは以下に示す理由による。まず、ウェットエッチング技術を使用した場合、開口部２１ｄとなる穴からエッチング液が駆動電極部１側に侵入してしまい、駆動電極１２や絶縁膜１３を除去してしまうが、ドライエッチング技術を使用した場合はそのような危険性がない。また、等方性エッチングでは、活性層２７が等方的にエッチングされ、サイドエッチングが発生する。特に、ヒンジ２１ｂにサイドエッチングが発生した場合には、強度が弱くなり、耐久性が劣化してしまう。本実施の形態のように、ヒンジ２１ｂを薄くするための処理を施している場合は、最悪の場合、ヒンジ２１ｂとして残しておくべき部分もエッチングされてしまうおそれがある。これに対し、異方性エッチングを使用した場合には、サイドエッチングが発生せず、エッチング寸法の制御に優れており、ヒンジ２１ｂの側面も略垂直に形成されるため、強度が弱くなることはない。

エッチングをした後、図示せぬフォトレジストパターンを、例えば、酸素プラズマを使用して除去して、図７（３）に示すように、可動部基板２１を得る。ここで、酸素プラズマを使用して図示せぬフォトレジストパターンを除去するのは、剥離液や硫酸その他の酸性の溶液を用いた場合には、可動部基板２１に形成された穴から液が侵入し、駆動電極１２や絶縁膜１３を除去してしまうからである。

次に、可動部基板２１の上面（光学ギャップ部３と対向する面）の略中央部に、ＣＶＤ装置やＰＶＤ装置を使用して、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）の薄膜と五酸化タンタル（Ｔａ₂ Ｏ₅ ）の薄膜とを交互に、例えば、１０〜２０層程度積層することにより、図７（４）に示す高反射膜２３を形成する。

そして、図７（５）に示すダンピング防止穴１８を形成する。ダンピング防止穴１８の形成には、例えばレーザ加工、機械加工等を用いる。ここで、レーザの種類としては、ＣＯ₂ レーザ、半導体レーザ、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ等がある。本実施の形態で必要とするレーザは、ガラス基板１１に穴をあけ、可動体２１ａ、反射防止膜２２を損傷しない加工ができるレーザである。したがって、シリコンが透過してガラスが透過しない波長のレーザを出射する又は解析レンズ等を用いてガラス基板１１だけを加工できるようにすることが必要となる。また、機械加工は、ドリル等を用いて穴をあけるものである。以上説明した工程により駆動電極部１と可動部２とを有する構造体が作製される。

次に、光学ギャップ部３を製造するために、例えば、前述したコーニング社製＃７７４０からなるガラス基板３４（図８（１）参照）の一方の面に、図８（２）に示すように、ＣＶＤ装置やＰＶＤ装置を使用して、金（Ａｕ）やクロム（Ｃｒ）等の金属膜３５を形成する。

次に、金属膜３５上の全面にフォトレジスト（図示略）を塗布し、上記したフォトリソグラフィ技術を使用して、ガラス基板３４のうち、後にガラス基板３１の凹部３１ａ（図１参照）となる部分を形成するために、フォトレジストパターン（図示略）を形成する。次に、ウエットエッチング技術を使用して、上記した金属エッチング液により金属膜３５のうち不要な部分を除去した後、図示せぬフォトレジストパターンを除去して、図８（３）に示すエッチングパターン３６を得る。

次に、ウエットエッチング技術を使用して、例えば、フッ化水素酸（ＨＦ）によりガラス基板３４のうち不要な部分を除去して図８（４）に示す凹部３１ａを形成した後、ウエットエッチング技術を使用して、上記した金属エッチング液によりエッチングパターン３６を除去して、図８（５）に示すように、凹部３１ａが形成されたガラス基板３１を得る。

次に、ガラス基板３１の凹部３１ａの上面（外側となる面）及び略下面（可動部２側）中央に、ＣＶＤ装置やＰＶＤ装置を使用して、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）の薄膜と五酸化タンタル（Ｔａ₂ Ｏ₅ ）の薄膜とを交互に、例えば１０〜２０層程度積層することにより、図８（６）に示す高反射膜３２及び反射防止膜３３を形成する。以上説明した製造工程により、図１に示す光学ギャップ部３が作製される。

そして、高反射膜２３と高反射膜３２とが平行して対向するように、図７（４）に示す構造体と、光学ギャップ部３とを接合する。この接合には、例えば、上記した陽極接合、表面活性化接合、接着剤による接合を用いる。

波長可変光フィルタとなる接合体をウェハ単位で複数一体作製している場合には、ダイシングを行って各波長可変光フィルタに切り離す。以上のような工程により、図１に示す波長可変光フィルタが製造される。

次に、上記構成の波長可変光フィルタの動作について、図１を参照して説明する。駆動電極１２と可動体２１ａとの間には駆動電圧を印加する。この駆動電圧は、例えば６０Ｈｚの交流正弦波電圧やパルス状の電圧である。駆動電極１２にはガラス基板１１の外部に設けられた端子、配線（図示略）を介して印加し、一方、可動体２１ａには支持部２１ｃ及びヒンジ２１ｂ（図２参照）を介して駆動電極１２と反対の極性を有する電圧を印加する。駆動電圧による電位差のため、駆動電極１２と可動体２１ａとの間に静電力が発生し、可動体２１ａが駆動電極１２側に変化する、すなわち、静電ギャップＥＧ及び光学ギャップＯＧが変化する。このとき、ヒンジ２１ｂが弾性を有しているため、可動体２１ａは弾性的に変化する。

この波長可変光フィルタに、複数（例えば、６０〜１００）に分かれた赤外の波長帯域を有する光（それぞれの波長帯域には信号が含まれている）が図１において駆動電極部１のダンピング防止穴１８から入射する。この光は、反射防止膜２２によりほとんど反射されずに、かつ、シリコンからなる可動体２１ａを透過して、下方に高反射膜２３が、上方に高反射膜３２がそれぞれ形成された空間（反射空間）に進入する。上記反射空間に進入した光は、高反射膜２３と高反射膜３２との間で反射を繰り返し、最終的に高反射膜３２及びガラス基板３１を透過してこの波長可変光フィルタの上方から出射する。このとき、ガラス基板３１の上面に反射防止膜３３が形成されているため、光がガラス基板３１と空気の界面でほとんど反射されずに出射する。

上記の高反射膜３２（固定鏡）と高反射膜２３（可動鏡）との間で光が反射を繰り返す過程において、高反射膜３２と高反射膜２３との間の距離（光学ギャップＯＧ）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最終的にこの波長可変光フィルタから出射する。これがファブリ・ペロー干渉計の原理であり、この干渉条件を満たした波長の光が透過することとなるため、駆動電圧を変更することにより、可動体２１ａが変化して光学ギャップＯＧが変更されると、透過する光の波長を選択することが可能となる。

このように、本実施の形態による波長可変光フィルタは、ガラス基板１１を有する駆動電極部１と、シリコン（Ｓｉ）からなる可動部２と、ガラス基板３１を有する光学ギャップ部３とを高精度（特に厚み方向）に作製し、接合して構成されているので、静電ギャップＥＧ及び光学ギャップＯＧが高精度で形成される。そして、この構成によって空気と共に可動体２１ａが密封されてしまうことにより生じうるエアダンピングを解消するためにダンピング防止穴１８を設けるようにして、密封しないようにしたので、エアダンピングを生じない。したがって、設計通りに可動体２１ａを変位させることができる。また、ダンピング防止穴１８を設けなければ、ガラス基板１１と空間との反射を防ぐために両面２個所の反射防止膜を設ける必要があるが、ダンピング防止穴１８が光の入射口となるため反射防止膜２２まで障害となるものはなく、反射防止膜を設けなくてもよい。そのため、成膜工程分のプロセスの簡素化を図ることができる。また、ダンピング防止穴１８に金属膜を成膜して駆動電極１２とを電気的に接続することで、電極取りだし用の穴としても機能させることもできる。さらに、本実施の形態では、高反射膜２３形成後にダンピング防止穴１８を形成したが、活性層２７を加工して可動部基板２１を形成した後であれば、例えば、光学ギャップ部３との接合工程の後など、いずれの工程で行ってもよいので、プロセスの自由度が高い。

実施の形態２．
上述した第１の実施の形態においては、駆動電極部１とＳＯＩ基板２４とを接合した後に可動部２を形成し、その後、光学ギャップ部３とを接合する例を示したが、本発明はこの手順に限定するものではない。ここでは、まず、光学ギャップ部３と活性層２７に高反射膜２３を形成したＳＯＩ基板２４とを接合した後に可動部２を形成し、その後駆動電極部１と接合する。

本実施の形態では、あらかじめダンピング防止穴１８を形成した駆動電極部１を作製することができるので、第１の実施の形態のようにダンピング防止穴１８を形成する際に、可動体２１ａ又は反射防止膜２２を損傷する可能性がないし、そのため、例えば選択できるレーザの種類が増えるなど、ダンピング防止穴１８の形成方法の自由度が高くなる。

実施の形態３．
上述した実施の形態では、ガラス基板１１について可動体２１ａの直下の位置を開口し、ガラス基板１１にダンピング防止穴１８を形成した。これはダンピング防止穴１８の個所を限定するものではなく、可動体２１ａを空気と共に密封しないという目的であればこの個所でなくてもよい。ただ、前述したように、この個所は光が入射される部分であるため、光の入射に障害物となるガラスをあらかじめ除いておけるし、反射防止膜を設ける必要もない。また、通常、波長可変光フィルタをウェハ単位で複数一体作製するため、ダイシングを行って切り離す前の段階では、ガラス基板１１又はガラス基板３１（可動部基板２１）の面しか露出していない。ガラス基板３１の凹部３１ａ底面に高反射膜３２が設けられる関係から、穴を開けることはできないので、図１のように可動体２１ａの直下の位置を開口してダンピング防止穴１８を形成するのが最も都合がよい。

実施の形態４．
上述の実施の形態では、ダンピング防止穴１８を形成してエアダンピングの防止を図った。本実施の形態では、例えば、図７（５）に示すようなダンピング防止穴１８を形成しない。その代わりに、ガラス基板１１、可動部基板２１及びガラス基板３１を最終的に接合する工程において、真空チャンバーで接合し、静電ギャップＥＧ及び光学ギャップＯＧが真空状態のまま封止されるようにする。または気体の密度が空気圧（大気圧）よりも小さい（減圧状態）チャンバー内で接合し、減圧状態のまま諷刺されるようにする。

このようにすれば、空気（気体）の粘性力がなくなる又は少なくなるため、可動体２１ａが変化する場合のエアダンピングを防止することができる。また、静電ギャップＥＧ及び光学ギャップＯＧを密封してしまっているので、外気と触れることがなく、空気中に存在するパーティクル（塵）等により、駆動電極１２と可動部２とが短絡してしまったり、空気中の水分による波長可変光フィルタの劣化（特に可動体２１ａ、高反射膜２３及び３２）の劣化を防ぐことができる。

実施の形態５．
上述の実施の形態では図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

例えば、上述の実施の形態においては、可動部２を作製するのにＳＯＩ基板２４を用いる例を示したが、これに限定されず、ＳＯＳ（Silicon On Sapphire ：Ａｌ₂ Ｏ₃ ）基板を用いてもよい。また、一方の面に二酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）膜が形成されたシリコン基板と、他のシリコン基板とを上面同士を重ねて張り合わせたものを用いても良い。そして、可動部基板２１の厚さを高精度にできるのであれば、シリコン基板を他の基板と接合した後に研磨したり、エッチングしたりして可動部基板２１（可動部２）を得るようにしてもよい。

また、上述の実施の形態においては、駆動電極部１及び光学ギャップ部３の両方をガラス基板で構成する例を示したが、これに限定されず、駆動電極部１及び光学ギャップ部３は、赤外等の所望の透過波長帯域の光を透過する材料、例えば、シリコン、サファイヤ、ゲルマニウムなどを基板材料としても良い。また、シリコン基板を用いてもよい。また、上述の構造に特に限定されない。

第１の実施の形態を示す波長可変光フィルタの断面図。 波長可変光フィルタを構成する可動部基板２１の上面図。 駆動電極部１の作製工程を表す図。 図３に続く駆動電極部１の作製工程を表す図。 ＳＯＩ基板２４の処理工程を表す。 ＳＯＩ基板２４と駆動電極部１との接合体の作製工程を表す図。 ＳＯＩ基板２４と駆動電極部１との接合体の作製工程を表す図。 光学ギャップ部３の作製工程を表す図。

符号の説明

１ 駆動電極部、２ 可動部、３ 光学ギャップ部、１１，１４，３１，３４ ガラス基板、１１ａ，３１ａ 凹部、１２ 駆動電極、１３ 絶縁膜、１５，１７，３５ 金属膜、１６，３６ エッチングパターン、１８ ダンピング防止穴、２１ 可動部基板、２１ａ 可動体、２１ｂ ヒンジ、２１ｃ 支持部、２１ｄ 開口部、２２，３３ 反射防止膜、２３，３２ 高反射膜、２４ ＳＯＩ基板、２５ ベース層、２６ 絶縁層、２７ 活性層、ＥＧ 静電ギャップ、ＯＧ 光学ギャップ。

Claims (11)

1. 所定の光を反射する可動鏡が一方の面に形成され、該一方の面と垂直方向に駆動可能な可動体と、
   所定の静電ギャップを隔てて前記可動体と対向する駆動電極と、
   前記可動鏡と所定の光学ギャップを隔てて対向した固定鏡を有する波長可変光フィルタであって、
   前記静電ギャップ及び前記光学ギャップにより形成される空間と外部とを通じてエアダンピングを防止するための穴が開口されていることを特徴とする波長可変光フィルタ。
2. 前記エアダンピングを防止するための穴は、前記駆動電極を有する基板に設けられていることを特徴とする請求項１記載の波長可変光フィルタ。
3. 前記エアダンピングを防止するための穴は、外部から前記可動体に入射する光の方向に沿って開口していることを特徴とする請求項１又は２記載の波長可変光フィルタ。
4. 所定の光を反射する可動鏡が一方の面に形成され、該一方の面と垂直方向に駆動可能な可動体と、
   所定の静電ギャップを隔てて前記可動体と対向する駆動電極と、
   前記可動鏡と所定の光学ギャップを隔てて対向した固定鏡を有する波長可変光フィルタであって、
   前記静電ギャップ及び前記光学ギャップにより形成される空間が真空状態であることを特徴とする波長可変光フィルタ。
5. 所定の光を反射する可動鏡が一方の面に形成され、該一方の面と垂直方向に駆動可能な可動体と、
   所定の静電ギャップを隔てて前記可動体と対向する駆動電極と、
   前記可動鏡と所定の光学ギャップを隔てて対向した固定鏡を有する波長可変光フィルタであって、
   前記静電ギャップ及び前記光学ギャップにより形成される空間の圧力が大気圧より低い状態であることを特徴とする波長可変光フィルタ。
6. 少なくとも前記駆動電極を有する基板をガラス基板で構成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の波長可変光フィルタ。
7. 固定鏡が形成された面に対し、静電力により可動体を移動させ、前記固定鏡と可動鏡との間で反射する光から所定波長の光を透過させる波長可変光フィルタの製造方法であって、
   第１の基板に第１の凹部を形成し、該凹部の底面に駆動電極を形成する第１の工程と、
   第２の基板に第２の凹部を形成し、該凹部の底面に前記固定鏡を形成する第２の工程と、
   第３の基板と前記第１の基板を接合し、可動体、支持体及び該可動体と厚さが異なる吊り手段を前記第３の基板に一体形成し、前記可動体上に前記可動鏡を形成し、さらに前記第１の凹部と連通するエアダンピング防止用の穴を開口する第３の工程と、
   前記可動鏡と前記固定鏡とを対向させて前記第３の基板を接合する第４の工程と
   を少なくとも有することを特徴とする波長可変光フィルタの製造方法。
8. 固定鏡が形成された面に対し、静電力により可動体を垂直方向に移動させ、前記固定鏡と可動鏡との間で反射する光から所定波長の光を透過させる波長可変光フィルタの製造方法であって、
   第１の基板に第１の凹部を形成し、該凹部に駆動電極を形成し、さらに前記第１の凹部と連通するエアダンピング防止用の穴を開口する第１の工程と、
   第２の基板に第２の凹部を形成し、該凹部に前記固定鏡を形成する第２の工程と、
   前記可動鏡が形成された第３の基板と前記固定鏡とを対向させて接合し、可動体、支持体及び該可動体と厚さが異なる吊り手段を前記第３の基板に形成する第３の工程と、
   前記第３の工程で製造された構造体と前記駆動電極とを対向させて接合する第４の工程と
   を少なくとも有することを特徴とする波長可変光フィルタの製造方法。
9. レーザ光による加工又は機械を用いた加工により前記エアダンピング防止用の穴を開口することを特徴とする請求項７又は８記載の波長可変光フィルタの製造方法。
10. 固定鏡が形成された面に対し、静電力により可動体を垂直方向に移動させ、前記固定鏡と可動鏡との間で所定波長の光を透過させる波長可変光フィルタの製造方法であって、
    第１の基板に第１の凹部を形成し、該凹部の底面に駆動電極を形成して駆動電極部とする第１の工程と、
    第２の基板に第２の凹部を形成し、該凹部の底面に前記固定鏡を形成する第２の工程と、
    第３の基板と前記駆動電極部とを接合し、可動体、支持体及び該可動体と厚さが異なる吊り手段を前記第３の基板に一体形成し、前記可動体上に前記可動鏡を形成する第３の工程と、
    前記第３の工程で製造された接合体と前記固定鏡とを対向させ、真空又は大気圧より低い圧力の雰囲気内で接合する第４の工程と
    を少なくとも有することを特徴とする波長可変光フィルタの製造方法。
11. 固定鏡が形成された面に対し、静電力により可動体を垂直方向に移動させ、前記固定鏡と可動鏡との間で所定波長の光を透過させる波長可変光フィルタの製造方法であって、
    第１の基板に第１の凹部を形成し、該凹部に駆動電極を形成して駆動電極部とする第１の工程と、
    第２の基板に第２の凹部を形成し、該凹部に前記固定鏡を形成して光学ギャップ部とする第２の工程と、
    導電性を有し前記可動鏡が形成された第３の基板と前記固定鏡とを対向させて接合し、可動体、支持体及び該可動体と厚さが異なる吊り手段を前記第３の基板に形成する第３の工程と、
    前記第３の工程で製造された構造体と前記駆動電極部とを、前記可動体と前記駆動電極とを対向させ、真空又は大気圧より低い圧力の雰囲気内で接合する第４の工程と
    を少なくとも有することを特徴とする波長可変光フィルタの製造方法。
    

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