JP2005305614A - Method of manufacturing microstructure, microstructure, wave length variable light filter and micromirror - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microstructure manufacturing method capable of manufacturing a microstructure without damaging in a manufacturing process; the microstructure; a wave length variable light filter; and a micromirror. <P>SOLUTION: A movable body 21a is formed by forming a predetermined opening pattern 24 on a movable part substrate 21 by dry etching, after eliminating a pressure difference between the glass substrate 11 side of the movable part substrate 21 and its opposite side by forming a pressure releasing opening part 25 on the movable part substrate 21 joined to a glass substrate 11, to thereby prevent damage to the microstructure in the manufacturing process caused by the pressure difference. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、微小構造体を製造する際に好適な技術に関する。   The present invention relates to a technique suitable for manufacturing a microstructure.

従来、マイクロマシン技術を用いて微小構造体を形成する際には、エッチングガスを用いてプラズマ中で材料をエッチングする異方性ドライエッチングが一般的に広く用いられている。ここでいう微小構造体とは、基板から所定の開口パターンを除去することにより、支持部に梁部を介して変位可能に支持された構成の可動体が形成されたもので、この可動体が形成された基板とガラス基板とが接合された構成を成すものである。この種の微小構造体として、従来より例えば波長可変光フィルタがある（特許文献１参照）。   Conventionally, when forming a microstructure using a micromachine technique, anisotropic dry etching in which a material is etched in plasma using an etching gas is generally widely used. Here, the microstructure is a structure in which a movable body having a configuration in which a predetermined opening pattern is removed from a substrate and supported by a support portion so as to be displaceable via a beam portion is formed. The formed substrate and the glass substrate are joined. Conventionally, for example, there is a tunable optical filter as this type of microstructure (see Patent Document 1).

米国特許６３４１０３９号明細書（第６欄〜第７欄、図４Ａ〜図４Ｉ）US Pat. No. 6341039 (columns 6-7, FIGS. 4A-4I)

この種の微小構造体の製造過程において、基板から所定の開口パターンを除去する際に、異方性ドライエッチングが用いられている。しかしながら、ドライエッチングを用いた場合、エッチングが進行して基板の所定の開口パターン部分が薄肉となると、その薄肉部分に近い部分が構造的に脆弱な場合、その脆弱部分が基板のガラス基板側とその反対側との圧力差に耐えきれず破損してしまうという問題があった。この脆弱部分は、微小構造体においては梁部に相当し、この梁部の破損が問題となっていた。   In the manufacturing process of this type of microstructure, anisotropic dry etching is used to remove a predetermined opening pattern from the substrate. However, when dry etching is used, when the etching progresses and the predetermined opening pattern portion of the substrate becomes thin, if the portion close to the thin portion is structurally fragile, the fragile portion is in contact with the glass substrate side of the substrate. There was a problem that it could not withstand the pressure difference with the opposite side and was damaged. This fragile portion corresponds to a beam portion in the microstructure, and damage to the beam portion has been a problem.

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、製造過程で破損することなく微小構造体を製造することが可能な微小構造体の製造方法、微小構造体、波長可変光フィルタ及びマイクロミラーを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and includes a manufacturing method of a microstructure, a microstructure, a wavelength tunable optical filter, and a micromirror that can manufacture the microstructure without being damaged in the manufacturing process. The purpose is to provide.

本発明に係る微小構造体の製造方法は、第１の基板と、第１の基板に接合され、支持部に梁部を介して変位可能に支持された可動体を有する第２の基板とを備えた微小構造体の製造方法であって、第１の基板に第１の凹部と第１の凹部に連通する第２の凹部とを形成する工程と、第１の基板の第１の凹部及び第２の凹部の開口側に、可動体形成用の第２の基板を接合する工程と、第２の基板の第１の凹部に対向する部分に、ドライエッチングで所定の開口パターンを形成して可動体を形成する工程と、第２の基板に可動体を形成する前に、第２の基板において第２の凹部に対向する領域に、第２の基板の第１の基板側とその反対側との圧力差を解消するための圧力開放用開口部を形成する工程と、を備えたものである。
このように、第２の基板に圧力開放用開口部を形成して第２の基板において第１の基板側とその反対側との圧力差を解消した後、第２の基板に可動体を形成するようにしたので、製造時において、圧力差による可動体の破損を確実に防止することが可能となる。 A method for manufacturing a microstructure according to the present invention includes: a first substrate; and a second substrate having a movable body bonded to the first substrate and supported by a support portion so as to be displaceable via a beam portion. A method for manufacturing a microstructure having the first substrate, the step of forming a first recess and a second recess in communication with the first recess, a first recess of the first substrate, A step of bonding the second substrate for forming the movable body to the opening side of the second recess, and a predetermined opening pattern is formed by dry etching in a portion facing the first recess of the second substrate. A step of forming the movable body, and before forming the movable body on the second substrate, in the region facing the second recess in the second substrate, the first substrate side of the second substrate and the opposite side thereof And a step of forming a pressure release opening for eliminating the pressure difference.
Thus, after the pressure release opening is formed in the second substrate to eliminate the pressure difference between the first substrate side and the opposite side in the second substrate, the movable body is formed on the second substrate. As a result, it is possible to reliably prevent the movable body from being damaged by the pressure difference during manufacturing.

また、本発明に係る微小構造体の製造方法は、所定の開口パターンと圧力開放用開口部とを、マイクロローディング効果によるエッチング速度の相対的な差を利用して同一のドライエッチング工程で形成するものである。
このように、所定の開口パターンと圧力開放用開口部とを同一のドライエッチング工程で形成することにより、製造工程数を増やすことなく可動体の破損を防止することが可能となる。 In the method for manufacturing a microstructure according to the present invention, the predetermined opening pattern and the opening for pressure release are formed in the same dry etching process using a relative difference in etching rate due to the microloading effect. Is.
As described above, by forming the predetermined opening pattern and the pressure release opening in the same dry etching process, it is possible to prevent the movable body from being damaged without increasing the number of manufacturing processes.

また、本発明に係る微小構造体の製造方法は、圧力開放用開口部が、所定の開口パターンを構成する複数の開口領域の各開口領域と最小寸法部分同士を比較した場合にその最小寸法部分が大きく構成され、開口領域に比べてドライエッチング時のエッチング速度が速いものである。
このようにして圧力開放用開口部を構成することにより、開口領域に比べて圧力開放用開口部のエッチング速度を速めることが可能となる。 Further, in the method for manufacturing a microstructure according to the present invention, when the opening for pressure release compares each opening area of the plurality of opening areas constituting the predetermined opening pattern with the minimum dimension part, the minimum dimension part is obtained. Is larger, and the etching rate during dry etching is higher than that of the opening region.
By configuring the pressure release opening in this manner, it becomes possible to increase the etching rate of the pressure release opening compared to the opening region.

また、本発明に係る微小構造体の製造方法は、圧力開放用開口部を、所定の開口パターンと離間して構成するものである。
また、本発明に係る微小構造体の製造方法は、圧力開放用開口部を、所定の開口パターンと連結して構成するものである。
このように、圧力開放用開口部は、所定の開口パターンと離間して構成してもよいし、連結して構成してもよい。 In the method for manufacturing a microstructure according to the present invention, the pressure release opening is configured to be separated from a predetermined opening pattern.
Moreover, the manufacturing method of the microstructure according to the present invention is configured by connecting the pressure release opening with a predetermined opening pattern.
As described above, the pressure release opening may be configured to be separated from the predetermined opening pattern, or may be configured to be connected.

また、本発明に係る微小構造体の製造方法は、第１の基板の第１の凹部に、可動体を駆動するための駆動電極を形成し、駆動電極を、第１の凹部から第２の凹部を介して圧力開放用開口部から外部に引き出すものである。
これにより、駆動電極を外部に引き出すための貫通孔を別途、第２の基板に形成する場合と比較して製造工程を簡略化することができる。 In the method for manufacturing a microstructure according to the present invention, a drive electrode for driving the movable body is formed in the first recess of the first substrate, and the drive electrode is moved from the first recess to the second recess. It is drawn out from the pressure release opening through the recess.
As a result, the manufacturing process can be simplified as compared with the case where a through hole for pulling out the drive electrode to the outside is separately formed in the second substrate.

本発明に係る微小構造体は、上記の何れかに記載の微小構造体の製造方法によって製造されたものである。   The microstructure according to the present invention is manufactured by the microstructure manufacturing method described above.

また、本発明に係る微小構造体は、静電気力によって可動体を駆動させるものである。   Moreover, the microstructure according to the present invention drives a movable body by electrostatic force.

本発明に係る波長可変光フィルタは、上記の微小構造体を備えたものである。   A wavelength tunable optical filter according to the present invention includes the above-described microstructure.

本発明に係るマイクロミラーは、上記の微小構造体を備えたものである。   A micromirror according to the present invention includes the above-described microstructure.

以下、本実施の形態では、微小構造体として波長可変光フィルタを例にとって説明する。   Hereinafter, in this embodiment, a wavelength tunable optical filter will be described as an example of the microstructure.

図１は、本発明の一実施の形態における波長可変光フィルタの分解斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、図１の波長可変光フィルタの平面図である。
この実施の形態の波長可変光フィルタは、駆動電極部１と、可動部２とから構成されており、駆動電極部１と可動部２との間にはその長さが約４μｍの静電ギャップＥＧと、その長さが約３０μｍの光学ギャップＯＧとが形成されている。 FIG. 1 is an exploded perspective view of a wavelength tunable optical filter according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. FIG. 3 is a plan view of the wavelength tunable optical filter of FIG.
The wavelength tunable optical filter of this embodiment is composed of a drive electrode portion 1 and a movable portion 2, and an electrostatic gap having a length of about 4 μm between the drive electrode portion 1 and the movable portion 2. An EG and an optical gap OG having a length of about 30 μm are formed.

駆動電極部１は、第１の基板となるガラス基板１１に形成された第１の凹部１１ａと、第１の凹部１１ａに溝部１５を介して連結された第２の凹部１１ｂと有し、第１の凹部１１ａ上には、略リング状の駆動電極１２及び絶縁膜１３が形成されている。第２の凹部１１ｂ上には、駆動電極１２を外部に引き出すための引き出し電極１４が形成され、溝部１５に形成された配線膜１５ａを介して駆動電極１２に接続されている（特に図１参照）。第１の凹部１１ａの内側には、更に第３の凹部１１ｃが形成されており、第３の凹部１１ｃの底面には後述の高反射膜１６が形成されている。   The drive electrode unit 1 includes a first recess 11a formed in a glass substrate 11 serving as a first substrate, and a second recess 11b connected to the first recess 11a via a groove 15, A substantially ring-shaped drive electrode 12 and an insulating film 13 are formed on one recess 11a. An extraction electrode 14 for extracting the drive electrode 12 to the outside is formed on the second recess 11b, and is connected to the drive electrode 12 through a wiring film 15a formed in the groove 15 (see particularly FIG. 1). ). A third recess 11c is further formed inside the first recess 11a, and a later-described highly reflective film 16 is formed on the bottom surface of the third recess 11c.

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からなる。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、具体的には、コーニング社製のパイレックス（登録商標）・ガラスがある。ガラス基板１１を構成するガラスは、駆動電極部１と可動部２とを陽極接合（後述）により接合する場合には、ガラス基板１１を加熱するため、可動部２を構成す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とから、上記パイレックス（登録商標）・ガラスのうち、コーニング＃７７４０（商品名）が好ましい。   The glass substrate 11 is made of glass containing an alkali metal such as sodium (Na) or potassium (K), for example. Examples of this type of glass include borosilicate glass containing an alkali metal, specifically, Pyrex (registered trademark) glass manufactured by Corning. The glass constituting the glass substrate 11 is heated when the drive electrode portion 1 and the movable portion 2 are joined by anodic bonding (described later). Of the Pyrex (registered trademark) glass, Corning # 7740 (trade name) is preferable.

駆動電極１２は、例えば、金（Ａｕ）やクロム（Ｃｒ）等の金属、あるい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（Ｉｎ2Ｏ3）、あるいは錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）等がある。また、駆動電極１２の膜厚は、例えば、０．１〜０．２μｍである。絶縁膜１３は、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）又は窒化シリコン（ＳｉＮx）からなり、駆動電極１２と後述する可動体２１ａとのスティッキングを防止するために形成されている。 The drive electrode 12 is made of, for example, a metal such as gold (Au) or chromium (Cr), or a transparent conductive material. Examples of the transparent conductive material include tin oxide (SnO 2 ), indium oxide (In 2 O 3 ), and tin-doped indium oxide (ITO). Moreover, the film thickness of the drive electrode 12 is 0.1-0.2 micrometer, for example. The insulating film 13 is made of, for example, silicon dioxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN x ), and is formed to prevent sticking between the drive electrode 12 and a movable body 21a described later.

また、第３の凹部１１ｃの底面に形成された高反射膜１６は、二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）の薄膜と五酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）の薄膜とを蒸着法等を用いて交互に積層した多層膜（約２〜４０層）から構成されている。この高反射膜１６は、場合によっては、窒化シリコン（ＳｉＮx ）を用いることもできる。高反射膜１６は、図２において駆動電極部１の略中央下方（図２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、可動部２に形成された後述の高反射膜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。 The highly reflective film 16 formed on the bottom surface of the third recess 11c is formed by alternately laminating a thin film of silicon dioxide (SiO 2 ) and a thin film of tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) using a vapor deposition method or the like. The multilayer film (about 2 to 40 layers) is formed. In some cases, silicon nitride (SiN x ) can be used for the highly reflective film 16. The high reflection film 16 is incident on the lower part of the drive electrode 1 in FIG. 2 (see the arrow in FIG. 2) and once transmitted above the high reflection film 16 is formed on the movable part 2 to be described later. This is for reflecting between the projector and the projector 23 a plurality of times.

ガラス基板１１の底面全体には、図１及び図２において駆動電極部１の略中央下方（図２の矢印参照）から入射された光がガラス基板１１の界面で図中下方に反射されるのを防止するための反射防止膜１７が形成されている。この反射防止膜１７は、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）の薄膜と五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）の薄膜とを交互に積層した多層膜からなる。ここで、高反射膜１６及び反射防止膜１７は、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）の薄膜及び五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）の薄膜の各膜厚を変更することにより形成される。 On the entire bottom surface of the glass substrate 11, light incident from substantially below the center of the drive electrode unit 1 (see the arrow in FIG. 2) in FIGS. 1 and 2 is reflected downward in the drawing at the interface of the glass substrate 11. An antireflection film 17 is formed to prevent the above. The antireflection film 17 is composed of a multilayer film in which thin films of silicon dioxide (SiO 2 ) and tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) are alternately stacked. Here, the high reflection film 16 and the antireflection film 17 are formed by changing the film thicknesses of the silicon dioxide (SiO 2 ) thin film and the tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) thin film.

可動部２は、第２の基板としての可動部基板２１と、反射防止膜２２と、高反射膜２３とから構成されている。可動部基板２１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）からなり、約１０μｍの膜厚を有し、可動体２１ａと、４個の梁部２１ｂと、支持部２１ｃとが一体に形成されて構成されている。可動体２１ａは、可動部基板２１においてガラス基板１１の第１の凹部１１ａに対向する部分から所定の開口パターン２４を除去することにより構成されるもので、可動部基板２１の略中央に形成されている。所定の開口パターン２４は、ここでは円弧状の帯型を成す４つの開口領域２４ａから構成され、この開口領域２４ａを除去することにより形成された可動体２１ａは略円盤状を成している。かかる構成の可動体２１ａは、その周縁部に形成された４個の梁部２１ｂを介して支持部２１ｃに支持され、自在に上下動する。４個の梁部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。可動部基板２１には、更に、第２の凹部１１ｂに対向する領域に可動部基板２１のガラス基板側とその反対側との圧力差を解消するための圧力開放用開口部２５が形成されている。この圧力開放用開口部２５については後で詳述する。   The movable part 2 includes a movable part substrate 21 as a second substrate, an antireflection film 22, and a high reflection film 23. The movable part substrate 21 is made of, for example, silicon (Si) and has a film thickness of about 10 μm. The movable part 21a, the four beam parts 21b, and the support part 21c are integrally formed. Yes. The movable body 21 a is configured by removing a predetermined opening pattern 24 from a portion of the movable part substrate 21 that faces the first recess 11 a of the glass substrate 11, and is formed at the approximate center of the movable part substrate 21. ing. The predetermined opening pattern 24 is composed of four opening regions 24a each having an arcuate belt shape, and the movable body 21a formed by removing the opening regions 24a has a substantially disk shape. The movable body 21a having such a configuration is supported by the support portion 21c via the four beam portions 21b formed on the peripheral edge portion thereof, and freely moves up and down. The four beam portions 21b are located adjacent to each other on the periphery of the movable body 21a at an angle of about 90 degrees. The movable part substrate 21 is further provided with a pressure release opening 25 for eliminating a pressure difference between the glass part side of the movable part substrate 21 and the opposite side thereof in a region facing the second recess 11b. Yes. The pressure release opening 25 will be described in detail later.

反射防止膜２２は、可動体２１ａの上面のほぼ全域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（Ｔａ2Ｏ5）の薄膜とを交互に積層した多層膜からなる。反射防止膜２２は、図１及び図２において駆動電極部１の略中央下方（図２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。高反射膜２３は、可動体２１ａの底面のほぼ全域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（Ｔａ2Ｏ5）の薄膜とを交互に積層した多層膜からなる。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２の矢印参照）から入射された光を、可動体２１ａの下面に形成された高反射膜１６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２２及び高反射膜２３は、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）の薄膜及び五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）の薄膜の各膜厚を変更することにより形成される。 The antireflection film 22 is formed in a substantially disk shape over almost the entire upper surface of the movable body 21a, and is a multilayer film in which thin films of silicon dioxide (SiO 2 ) and tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) are alternately stacked. Consists of. The antireflection film 22 prevents light incident from substantially below the center of the drive electrode portion 1 (see the arrow in FIG. 2) in FIGS. 1 and 2 from being reflected downward in the drawing. The highly reflective film 23 is formed in a substantially disk shape over substantially the entire bottom surface of the movable body 21a, and is a multilayer film in which thin films of silicon dioxide (SiO 2 ) and tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) are alternately stacked. Consists of. The high reflection film 23 causes light incident from substantially below the center of the drive electrode portion 1 in FIG. 1 (see the arrow in FIG. 2) to be transmitted a plurality of times between the high reflection film 16 formed on the lower surface of the movable body 21a. It is for reflecting over. The antireflection film 22 and the high reflection film 23 are formed by changing the film thicknesses of the silicon dioxide (SiO 2 ) thin film and the tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) thin film.

このような構成の波長可変光フィルタの動作を図１及び図２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り、駆動電極１２には引き出し電極１４及び配線膜１５ａを介して印加する一方、可動体２１ａには支持部２１ｃ及び梁部２１ｂを介して印加する。この駆動電圧による電位差のため、駆動電極１２と可動体２１ａとの間に静電引力が発生し、可動体２１ａが駆動電極１２側に変位する、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、梁部２１ｂが弾性を有しているため、可動体２１ａは弾性的に変位する。   The operation of the wavelength tunable optical filter having such a configuration will be described with reference to FIGS. A drive voltage is applied between the drive electrode 12 and the movable body 21a. The drive voltage is, for example, an alternating sine wave voltage of 60 Hz or a pulse voltage, and is applied to the drive electrode 12 via the extraction electrode 14 and the wiring film 15a, while the support 21c and the beam are applied to the movable body 21a. Application is performed via the part 21b. Due to the potential difference due to the drive voltage, an electrostatic attractive force is generated between the drive electrode 12 and the movable body 21a, and the movable body 21a is displaced toward the drive electrode 12, that is, the electrostatic gap EG and the optical gap OG are changed. To do. At this time, since the beam portion 21b has elasticity, the movable body 21a is elastically displaced.

この波長可変光フィルタに、複数（例えば、６０〜１００個）の赤外の波長を有する光が図２において駆動電極部１の略中央下方（図２の矢印参照）から入射し、ガラス基板１１を透過する。この光は、反射防止膜１７によりほとんど反射されず、下方に高反射膜１６が、上方に高反射膜２３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１６との間で反射を繰り返し、最終的に反射防止膜２２を通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、可動部２の上面に反射防止膜２２が形成されているため、光が可動部２と空気の界面でほとんど反射されずに出射する。   Light having a plurality of (for example, 60 to 100) infrared wavelengths enters the wavelength tunable optical filter from substantially below the center of the drive electrode unit 1 (see the arrow in FIG. 2) in FIG. Transparent. This light is hardly reflected by the antireflection film 17 and enters a space (reflection space) in which the high reflection film 16 is formed below and the high reflection film 23 is formed above. The light that has entered the reflection space is repeatedly reflected between the high reflection film 23 and the high reflection film 16 and finally passes through the antireflection film 22 and is emitted from above the wavelength tunable optical filter. At this time, since the antireflection film 22 is formed on the upper surface of the movable portion 2, the light is emitted without being substantially reflected at the interface between the movable portion 2 and the air.

上記の高反射膜２３と高反射膜１６との間で光が反射を繰り返す過程において、高反射膜２３と高反射膜１６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残って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が変位して光学ギャップ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。   In the process where light is repeatedly reflected between the high reflection film 23 and the high reflection film 16, the interference condition corresponding to the distance (optical gap OG) between the high reflection film 23 and the high reflection film 16 is not satisfied. The light having the wavelength is rapidly attenuated, and only the light having the wavelength satisfying the interference condition remains and is finally emitted from the wavelength tunable optical filter. This is the principle of the Fabry-Perot interferometer, and light having a wavelength satisfying this interference condition is transmitted. Therefore, by changing the drive voltage, the movable body 21a is displaced and the optical gap OG is changed. Then, it becomes possible to select the wavelength of the transmitted light.

次に、上記構成の波長可変光フィルタの製造方法について、図４〜図７を参照して説明する。図４及び図５は、駆動電極部の作製工程を示す図である。図６は、可動部となるＳＯＩ基板を処理し、可動部となるＳＯＩ基板と駆動電極部との接合構造体の作製工程を示す図である。図７は、接合構造体から可動部を作製する工程を示す図である。なお、図４〜図７に示す各工程図は、図１及び図３のＡ−Ａ断面に相当する部分を示した工程図である。   Next, a manufacturing method of the wavelength tunable optical filter having the above configuration will be described with reference to FIGS. 4 and 5 are diagrams showing a manufacturing process of the drive electrode portion. FIG. 6 is a diagram illustrating a manufacturing process of a bonded structure of an SOI substrate serving as a movable part and a drive electrode unit by processing an SOI substrate serving as a movable part. FIG. 7 is a diagram illustrating a process of manufacturing the movable portion from the bonded structure. Each of the process diagrams shown in FIGS. 4 to 7 is a process diagram showing a part corresponding to the AA cross section of FIGS. 1 and 3.

まず、図４及び図５に基づいて駆動電極部１の作製工程について説明する。
駆動電極部１を製造するために、コーニング＃７７４０のパイレックス（登録商標）・ガラスからなるガラス基板３１（図４（１）参照）の上面に、図４（２）に示すように、化学的蒸着（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）装置や物理的蒸着（ＰＶＤ：Physical Vapor Deposition）装置を使用して、金（Ａｕ）やクロム（Ｃｒ）等の金属膜３２を形成する。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、あるいはイオンプレーティング装置等がある。金属膜３２の膜厚は、例えば、０．１μｍとする。具体的には、クロム（Ｃｒ）膜の場合にはその膜厚を０．１μｍとすれば良いが、金（Ａｕ）膜の場合にはガラス基板３１との密着性が良好でないことから、膜厚が例えば０．０３μｍであるクロム（Ｃｒ）膜を形成した後、膜厚が例えば０．０７μｍである金（Ａｕ）膜を形成する。 First, a manufacturing process of the drive electrode unit 1 will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
In order to manufacture the drive electrode unit 1, as shown in FIG. 4 (2), a chemical is applied on the upper surface of a glass substrate 31 (see FIG. 4 (1)) made of Corning # 7740 Pyrex (registered trademark) glass. A metal film 32 such as gold (Au) or chromium (Cr) is formed using a vapor deposition (CVD: Chemical Vapor Deposition) apparatus or a physical vapor deposition (PVD: Physical Vapor Deposition) apparatus. Examples of the PVD apparatus include a sputtering apparatus, a vacuum evaporation apparatus, and an ion plating apparatus. The film thickness of the metal film 32 is, for example, 0.1 μm. Specifically, in the case of a chromium (Cr) film, the film thickness may be 0.1 μm, but in the case of a gold (Au) film, the adhesion to the glass substrate 31 is not good, After forming a chromium (Cr) film having a thickness of, for example, 0.03 μm, a gold (Au) film having a thickness of, for example, 0.07 μm is formed.

次に、金属膜３２の上面全面にフォトレジスト（図示せず）を塗布し、マスクアライナーで金属膜３２の上面全面に塗布されたフォトレジストを露光した後、現像液で現像するフォトリソグラフィ（photolithography）技術を使用して、ガラス基板３１のうち、後にガラス基板３１の第１の凹部１１ａ（図１参照）、溝部１５及び第２の凹部１１ｂとなる部分を形成するために、フォトレジストパターン（図示せず）を形成する。次に、ウェ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３２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４（３）に示すエッチングパターン３３を得る。   Next, a photoresist (not shown) is applied to the entire upper surface of the metal film 32, the photoresist applied to the entire upper surface of the metal film 32 is exposed with a mask aligner, and then developed with a developer. In order to form portions of the glass substrate 31 that will later become the first concave portion 11a (see FIG. 1), the groove portion 15 and the second concave portion 11b of the glass substrate 31 using a technology, a photoresist pattern ( (Not shown). Next, using wet etching technology, for example, hydrochloric acid or sulfuric acid (in the case of a chromium film), or a solution containing cyanide ions in the presence of aqua regia or oxygen or water (in the case of a gold film) (hereinafter referred to as metal) An unnecessary portion of the metal film 32 is removed by an etching solution), and then a photoresist pattern (not shown) is removed to obtain an etching pattern 33 shown in FIG.

次に、ウェ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３１のうち不要な部分を除去して図４（４）に示すように、約４μｍの深さを有する第１の凹部１１ａ、溝部１５及び第２の凹部１１ｂを形成した後、ウェ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３３を除去してガラス基板１１を得る。次に、上記と同様にして第３の凹部１１ｃを形成するためのエッチングパターン３３ａを図４（５）に示すように形成する。そして、ウェットエッチング法を用いて、例えばフッ化水素酸（ＨＦ）によりガラス基板１１のうち不要な部分を除去し、第３の凹部１１ｃを形成する（図４（６））。ここで、第３の凹部１１ｃを形成する場合には、その深さ、径の大きさ等が第１の凹部１１ａ、溝部１５及び第２の凹部１１ｂとは異なるため、エッチング時間、温度、エッチング液等、形成条件をこれらの形成時の条件と異ならせることにより形成する。   Next, by using a wet etching technique, unnecessary portions of the glass substrate 31 are removed by, for example, hydrofluoric acid (HF) to have a depth of about 4 μm as shown in FIG. After forming the 1st recessed part 11a, the groove part 15, and the 2nd recessed part 11b, the etching pattern 33 is removed with above-described metal etching liquid using the wet etching technique, and the glass substrate 11 is obtained. Next, an etching pattern 33a for forming the third recess 11c is formed as shown in FIG. Then, by using a wet etching method, unnecessary portions of the glass substrate 11 are removed by, for example, hydrofluoric acid (HF) to form a third recess 11c (FIG. 4 (6)). Here, when the third concave portion 11c is formed, the depth, the size of the diameter, and the like are different from those of the first concave portion 11a, the groove portion 15, and the second concave portion 11b. It is formed by making the formation conditions such as a liquid different from the formation conditions.

第３の凹部１１ｃを形成した後、エッチングパターン３３ａを残したまま、第３の凹部１１ｃの底面に、高反射膜１６を形成する（図５（７））。高反射膜１６は、前述した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（Ｔａ2Ｏ5）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形成する。その後、ウェットエッチング法又はドライエッチング法を用いてエッチングパターン３３ａを除去する（図５（８））。 After forming the third recess 11c, the highly reflective film 16 is formed on the bottom surface of the third recess 11c while leaving the etching pattern 33a (FIG. 5 (7)). The high reflection film 16 is formed by alternately forming a thin film of silicon dioxide (SiO 2 ) and a thin film of tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ), for example, about 10 to 20 layers, using the above-described CVD apparatus or PVD apparatus. It is formed by stacking. Thereafter, the etching pattern 33a is removed using a wet etching method or a dry etching method (FIG. 5 (8)).

次に、第１の凹部１１ａ、溝部１５及び第２の凹部１１ｂの底面部分に、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法を用いて、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）等、金属膜３４を形成する（図５（９））。この金属膜３４は、駆動電極１２、配線膜１５ａ及び引き出し電極１４となるものである。金属膜３４の膜厚は、例えば全体として０．１〜０．２μｍとする。次に、金属膜３４上の全面にフォトレジスト（図示せず）を塗布した後、フォトリソグラフィ法を用いて、金属膜３４のうち、後に駆動電極１２となる部分、配線膜１５ａとなる部分及び引き出し電極１４となる部分を残すためのフォトレジストパターン（図示せず）を形成する。そして、例えばドライエッチング法を用いて金属膜３４のうち不要な部分を除去した上で、フォトレジストパターンを除去し、駆動電極１２、配線膜１５ａ、引き出し電極１４を形成する。次に、ＣＶＤ法等を用いて、駆動電極１２上に二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）、窒化シリコン（ＳｉＮx ）等の絶縁膜１３を形成する（図５（１０））。以上説明した製造工程により、図１及び図２に示す駆動電極部１が製造される。 Next, a metal film 34 such as gold (Au) or chromium (Cr) is formed on the bottom surface portions of the first concave portion 11a, the groove portion 15 and the second concave portion 11b by using the CVD method or the PVD method (FIG. 5 (9)). The metal film 34 becomes the drive electrode 12, the wiring film 15 a, and the extraction electrode 14. The film thickness of the metal film 34 is, for example, 0.1 to 0.2 μm as a whole. Next, after applying a photoresist (not shown) on the entire surface of the metal film 34, a portion of the metal film 34 to be the drive electrode 12, a portion to be the wiring film 15a, and A photoresist pattern (not shown) is formed for leaving a portion to become the extraction electrode 14. Then, for example, unnecessary portions of the metal film 34 are removed by using a dry etching method, and then the photoresist pattern is removed to form the drive electrode 12, the wiring film 15a, and the extraction electrode 14. Next, an insulating film 13 such as silicon dioxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN x ) is formed on the drive electrode 12 by using the CVD method or the like (FIG. 5 (10)). The drive electrode unit 1 shown in FIGS. 1 and 2 is manufactured by the manufacturing process described above.

次に、可動部２を製造するために、図６（１）に示すＳＯＩ基板２６を用いる。ＳＯＩ基板２６としては、市販されているＳＯＩ（ＳＯＳ）基板を用いても良いし、ＳｉＯ2が形成されたＳｉ基板を張り合わせることにより作製してもよい。ＳＯＩ基板２６は、ベース層２７と、絶縁層２８と、活性層２９とから構成されている。ベース層２７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２８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２９はシリコン（Ｓｉ）からなり、その膜厚は例えば、１０μｍである。活性層２９の上面の略中央部に、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（Ｔａ2Ｏ5）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６（２）に示す高反射膜２３を形成する。 Next, in order to manufacture the movable part 2, the SOI substrate 26 shown in FIG. As the SOI substrate 26, a commercially available SOI (SOS) substrate may be used, or a SOI substrate on which SiO 2 is formed may be bonded together. The SOI substrate 26 includes a base layer 27, an insulating layer 28, and an active layer 29. The base layer 27 is made of silicon (Si) and has a film thickness of 500 μm, for example. The insulating layer 28 is made of silicon dioxide (SiO 2 ) and has a thickness of 4 μm, for example. The active layer 29 is made of silicon (Si) and has a thickness of 10 μm, for example. In a substantially central portion of the upper surface of the active layer 29, a thin film of silicon dioxide (SiO 2 ) and a thin film of tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) are alternately used, for example, 10 to 10 by using a CVD apparatus or a PVD apparatus. By stacking about 20 layers, the highly reflective film 23 shown in FIG. 6B is formed.

次に、図５（１０）に示す駆動電極部１と、図６（２）に示す高反射膜２３が形成されたＳＯＩ基板２６とを、略円盤状の高反射膜２３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（図６（３））。この接合には、例えば、陽極接合、接着剤による接合、表面活性化接合、低融点ガラスを用いた接合を用いる。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の上面に、高反射膜２３が形成されたＳＯＩ基板２６を、高反射膜２３が駆動電極１２のリング部分に対向するように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２９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２９との間に直流電圧を例えば、数百Ｖ程度印加する。ガラス基板１１を加熱することにより、ガラス基板１１内の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２９との接合面がマイナスに帯電する一方、活性層２９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に示すように、ガラス基板１１と活性層２９とは強固に接合される。 Next, the drive electrode portion 1 shown in FIG. 5 (10) and the SOI substrate 26 on which the high reflection film 23 shown in FIG. 6 (2) is formed, and the substantially disk-like high reflection film 23 has a substantially ring shape. It joins so that it may oppose the ring part of the drive electrode 12 (FIG. 6 (3)). For this bonding, for example, anodic bonding, bonding with an adhesive, surface activation bonding, or bonding using low-melting glass is used. Among these, anodic bonding is performed through the following steps. First, in the state where the SOI substrate 26 on which the high reflection film 23 is formed on the upper surface of the drive electrode portion 1 is placed so that the high reflection film 23 faces the ring portion of the drive electrode 12, a DC power supply (not shown) Are connected to the glass substrate 11 and the positive terminal of the DC power source is connected to the active layer 29. Next, a DC voltage, for example, about several hundred volts is applied between the glass substrate 11 and the active layer 29 while heating the glass substrate 11 to about several hundred degrees Celsius. By heating the glass substrate 11, alkali metal positive ions in the glass substrate 11, for example, sodium ions (Na + ), can easily move. When the alkali metal positive ions move in the glass substrate 11, the bonding surface of the glass substrate 11 with the active layer 29 is relatively negatively charged, while the bonding surface of the active layer 29 with the glass substrate 11 is relatively charged. Is positively charged. As a result, as shown in FIG. 6, the glass substrate 11 and the active layer 29 are firmly bonded by a covalent bond in which silicon (Si) and oxygen (O) share an electron pair.

次に、図６（３）に示す構造体からベース層２７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２７の除去には、ウェットエッチング、ドライエッチング、あるいは研磨を用いる。いずれの除去法においても絶縁層２８が活性層２９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２９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、ウェ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。   Next, the base layer 27 is removed from the structure illustrated in FIG. 6C to obtain the structure illustrated in FIG. The base layer 27 is removed by wet etching, dry etching, or polishing. In any removal method, since the insulating layer 28 serves as an etching stopper for the active layer 29, the active layer 29 facing the drive electrode 12 is not damaged, and a tunable optical filter with a high yield is manufactured. can do. Hereinafter, the wet etching removal method and the dry etching removal method will be described. In addition, about the polishing removal method, since the well-known polishing removal method used in the semiconductor manufacture field | area can be used, the description is abbreviate | omitted.

（１）ウェットエッチング除去法
図６（３）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、式（２）に示す反応式に基づいてベース層２７を構成するシリコン（Ｓｉ）がエッチングされる。
Ｓｉ＋２ＫＯＨ＋Ｈ2Ｏ→Ｋ2ＳｉＯ3＋２Ｈ2 ・・・（２）
この場合のシリコン（Ｓｉ）のエッチングレートは、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）のエッチングレートよりも非常に大きいので、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる絶縁層２８がシリコン（Ｓｉ）からなる活性層２９に対するエッチングのストッパーの役割を果たす。 (1) Wet Etching Removal Method The structure shown in FIG. 6 (3) is immersed in an aqueous potassium hydroxide (KOH) solution having a concentration of 1 to 40% by weight (preferably around 10% by weight), for example. Based on the reaction formula shown in (2), silicon (Si) constituting the base layer 27 is etched.
Si + 2KOH + H 2 O → K 2 SiO 3 + 2H 2 (2)
The etching rate of silicon (Si) in this case is so larger than the etching rate of the silicon dioxide (SiO 2), for the active layer 29 where the insulating layer 28 made of silicon dioxide (SiO 2) is made of silicon (Si) Acts as an etching stopper.

なお、この場合に用いるエッチング液としては、上記した水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液の他、半導体表面処理剤やフォトリソグラフィ用のポジレジスト用現像液として広く使用されている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）水溶液又は、ヒドラジン（Hydrazine）水溶液などがある。このウェットエッチング除去法を用いれば、図６（３）に示す構造体の一団を、生産条件等をほぼ等しくして一括して処理するバッチ処理を行うことができるので、生産性を向上させることができる。   The etching solution used in this case includes tetramethylammonium hydroxide (TMAH) widely used as a semiconductor surface treatment agent and a positive resist developer for photolithography in addition to the above-mentioned potassium hydroxide (KOH) aqueous solution. : Tetramethyl ammonium hydroxide) aqueous solution, ethylenediamine-pyrocatechol-diazine (EPD) aqueous solution, hydrazine (Hydrazine) aqueous solution, or the like. If this wet etching removal method is used, a batch process in which a group of the structure shown in FIG. 6 (3) is collectively processed under substantially the same production conditions and the like can be performed, thereby improving productivity. Can do.

（２）ドライエッチング除去法
図６（３）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、式（３）に示す反応式に基づいてベース層２７を構成するシリコン（Ｓｉ）がエッチングされる。
２ＸｅＦ2＋Ｓｉ→２Ｘｅ＋ＳｉＦ4 ・・・（３）
この場合のシリコン（Ｓｉ）のエッチングレートは、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）のエッチングレートよりも非常に大きいので、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる絶縁層２８がシリコン（Ｓｉ）からなる活性層２９に対するエッチングのストッパーの役割を果たす。また、この場合のドライエッチングは、プラズマエッチングではないので、ガラス基板１１や絶縁層２８がダメージを受けにくい。なお、上記した二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）を用いたドライエッチングの他、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がある。 (2) Dry Etching Removal Method After the structure shown in FIG. 6 (3) is placed in a chamber of a dry etching apparatus and evacuated, for example, xenon difluoride (XeF 2 ) at a pressure of 390 Pa is placed in the chamber. Is introduced for 60 seconds, the silicon (Si) constituting the base layer 27 is etched based on the reaction formula shown in the formula (3).
2XeF 2 + Si → 2Xe + SiF 4 (3)
The etching rate of silicon (Si) in this case is so larger than the etching rate of the silicon dioxide (SiO 2), for the active layer 29 where the insulating layer 28 made of silicon dioxide (SiO 2) is made of silicon (Si) Acts as an etching stopper. Moreover, since the dry etching in this case is not plasma etching, the glass substrate 11 and the insulating layer 28 are not easily damaged. In addition to the dry etching using xenon difluoride (XeF 2 ) described above, there is plasma etching using carbon tetrafluoride (CF 4 ) or sulfur hexafluoride (SF 6 ).

次に、図７（１）に示す構造体について、ウェ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２８をすべて除去する。次に、可動部基板２１の上面の略中央部に、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（Ｔａ2Ｏ5）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（３）に示す反射防止膜２２を形成する。 Next, as shown in FIG. 7B, the insulating layer 28 is completely removed from the structure shown in FIG. 7A by using wet etching technology, for example, with hydrofluoric acid (HF). . Next, a thin film of silicon dioxide (SiO 2 ) and a thin film of tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) are alternately used in a substantially central portion of the upper surface of the movable part substrate 21 using a CVD apparatus or a PVD apparatus. For example, the antireflection film 22 shown in FIG. 7 (3) is formed by laminating about 10 to 20 layers.

次に、活性層２９の上面全面にフォトレジスト（図示せず）を塗布した後、上記したフォトリソグラフィ技術を使用して、活性層２９のうち、後に可動部基板２１となる部分を残すために、フォトレジストパターン４１を形成する（図７（４））。このフォトレジストパターン４１は、活性層２９において第１の凹部１１ａに対向する部分に所定の開口パターン２４（図１参照）及び圧力開放用開口部２５（図１参照）を形成するためのマスクパターンである。このフォトレジストパターン４１が形成された状態の構造体を、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１３０ｓｃｃｍ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５０ｓｃｃｍで７秒間交互にチャンバー内に導入することにより、活性層２９のうち開口パターン２４及び圧力開放用開口部２５となる部分を異方性エッチングで除去する。 Next, after applying a photoresist (not shown) on the entire upper surface of the active layer 29, the above-described photolithography technique is used to leave a portion of the active layer 29 that will later become the movable part substrate 21. Then, a photoresist pattern 41 is formed (FIG. 7 (4)). This photoresist pattern 41 is a mask pattern for forming a predetermined opening pattern 24 (see FIG. 1) and a pressure release opening 25 (see FIG. 1) in a portion of the active layer 29 facing the first recess 11a. It is. After the structure in which the photoresist pattern 41 is formed is placed in a chamber of a dry etching apparatus, for example, sulfur hexafluoride (SF 6 ) as an etching gas is deposited at a flow rate of 130 sccm for 6 seconds ( Deposition) Cyclobutane octafluoride (C 4 F 8 ) as a gas is alternately introduced into the chamber at a flow rate of 50 sccm for 7 seconds, so that portions of the active layer 29 that become the opening pattern 24 and the pressure release opening 25 are made different. Remove by isotropic etching.

ドライエッチング技術を使用して異方性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、エッチングが進むに従ってエッチング液が可動部基板２１に形成された孔から下方の駆動電極部１側に侵入し、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、等方性エッチングを使用した場合には、活性層２９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、梁部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。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、梁部２１ｂの側面も垂直に形成されるため、強度が弱くなることはない。   The reason why anisotropic etching is performed using the dry etching technique is as follows. First, when the wet etching technique is used, as the etching progresses, the etchant enters the lower drive electrode portion 1 side from the hole formed in the movable portion substrate 21 and removes the drive electrode 12 and the insulating film 13. However, there is no such risk when dry etching technology is used. Further, when isotropic etching is used, the active layer 29 is isotropically etched and side etching occurs. In particular, when side etching occurs in the beam portion 21b, the strength is weakened and the durability is deteriorated. On the other hand, when anisotropic etching is used, side etching does not occur, the etching dimension is excellent, and the side surface of the beam portion 21b is also formed vertically, so that the strength is weakened. Absent.

しかしながら実際には、異方性エッチングを用いても、上記従来技術で説明したように、可動部基板２１のガラス基板１１側とその反対側との圧力差によって、構造的に脆弱な部分（本例の波長可変光フィルタでは梁部２１ｂ）が破損するといった問題が残されている。本発明ではこの問題を解消すべく、可動部基板２１に可動体２１ａを形成する前（すなわち開口パターン２４を形成する前）に、可動部基板２１に圧力開放用開口部２５を形成して、前記圧力差を解消しておく。この圧力開放用開口部２５は、可動部基板２１において第１の凹部１１ａに溝部１５を介して連通した第２の凹部１１ｂに対向する領域に形成されるものであるので、圧力開放用開口部２５を形成することにより、図７（１）に示す構造体において活性層２９（後に可動部基板２１となる）とガラス基板１１との間の封止空間が外部開放され、圧力差を解消することができるのである。   In practice, however, even if anisotropic etching is used, as described in the above prior art, a structurally fragile portion (this is the main part of the movable part substrate 21 due to the pressure difference between the glass substrate 11 side and the opposite side thereof). In the wavelength tunable optical filter of the example, there remains a problem that the beam portion 21b) is broken. In the present invention, in order to solve this problem, the pressure release opening 25 is formed in the movable part substrate 21 before the movable body 21a is formed on the movable part substrate 21 (that is, before the opening pattern 24 is formed). The pressure difference is eliminated. Since the pressure release opening 25 is formed in a region facing the second recess 11b communicating with the first recess 11a via the groove 15 in the movable part substrate 21, the pressure release opening By forming 25, the sealing space between the active layer 29 (which will later become the movable part substrate 21) and the glass substrate 11 in the structure shown in FIG. It can be done.

この圧力開放用開口部２５は、その役割上、可動体２１ａを形成する前に可動部基板２１に形成しておけば良いが、開口パターン２４を形成して可動体２１ａを得るためのドライエッチング工程の前に、別途、ドライエッチング工程を設けて圧力開放用開口部２５を形成するとした場合、工程数が増えるため、本例ではマイクロローディング効果によるエッチング速度の相対的な差を利用して、圧力開放用開口部２５と開口パターン２４とを同一のドライエッチング工程で形成する。ここで、マイクロローディング効果とは、パターン開口寸法が小さくなるに従ってエッチング速度が低下する現象であり、よって、圧力開放用開口部２５として、開口パターン２４を構成する各開口領域２４ａよりもエッチング速度が速くなるような寸法のものを採用する。本例においては、図１に示したように、開口領域２４ａの短手方向の開口幅よりも幅広な寸法を一辺の長さとした正方形状としている。なお、この形状は一例であって、開口領域２４ａよりもエッチング速度が速くなる寸法及び形状であれば、任意の構成を採用できる。以下、圧力開放用開口部２５と開口パターン２４とを形成するドライエッチング工程について図７に戻って説明する。   The pressure release opening 25 may be formed in the movable part substrate 21 before forming the movable body 21a because of its role. However, dry etching for obtaining the movable body 21a by forming the opening pattern 24 is preferable. If the pressure release opening 25 is formed by providing a separate dry etching process before the process, the number of processes increases, so in this example, using the relative difference in the etching rate due to the microloading effect, The pressure release opening 25 and the opening pattern 24 are formed by the same dry etching process. Here, the microloading effect is a phenomenon in which the etching rate decreases as the pattern opening size becomes smaller. Therefore, the etching rate is lower than each opening region 24a constituting the opening pattern 24 as the pressure release opening 25. Use dimensions that make it faster. In this example, as shown in FIG. 1, a square shape having a side that is wider than the opening width in the short direction of the opening region 24a is used. Note that this shape is an example, and any configuration can be adopted as long as the size and shape enable the etching rate to be higher than that of the opening region 24a. Hereinafter, the dry etching process for forming the pressure release opening 25 and the opening pattern 24 will be described with reference to FIG.

図７（４）に示したフォトレジストパターン４１を形成した後、フォトレジストパターン４１をマスクとしてドライエッチングを行う。このとき、上述したマイクロローディング効果によって圧力開放用開口部２５に比べて各開口領域２４ａはエッチング速度が遅いので、図７（５）に示すように、開口領域２４ａ（開口パターン２４）より先に圧力開放用開口部２５の形成が完了する。これにより、可動部基板２１とガラス基板１１との間の封止空間が外部開放され、可動体２１ａの形成前に、可動部基板２１のガラス基板１１側とその反対側との圧力差が解消される。   After the photoresist pattern 41 shown in FIG. 7D is formed, dry etching is performed using the photoresist pattern 41 as a mask. At this time, each of the opening regions 24a has a lower etching rate than the opening 25 for pressure release due to the microloading effect described above, and therefore, as shown in FIG. 7 (5), the opening regions 24a (opening pattern 24) are preceded. The formation of the pressure release opening 25 is completed. Thereby, the sealing space between the movable part substrate 21 and the glass substrate 11 is opened to the outside, and the pressure difference between the glass part 11 side of the movable part substrate 21 and the opposite side is eliminated before the movable body 21a is formed. Is done.

そして、更にドライエッチングを継続すると、図７（６）に示すように開口パターン２４が貫通形成されて可動体２１ａの形状が完成する。このとき、前記圧力差が解消されているので、開口パターン２４の形成に伴って梁部２１ｂが破損するといった問題が生じない。そして、フォトレジストパターン４１を除去する。以上説明した工程により図１及び図２に示す可動部２が製造され、波長可変光フィルタが完成する。以上のようにして構成された波長可変光フィルタは必要に応じてパッケージ化されるが、そのパッケージ工程については本発明の主旨と関連がないので説明を省略する。   When the dry etching is further continued, the opening pattern 24 is formed to penetrate as shown in FIG. 7 (6), and the shape of the movable body 21a is completed. At this time, since the pressure difference is eliminated, there is no problem that the beam portion 21b is damaged as the opening pattern 24 is formed. Then, the photoresist pattern 41 is removed. The movable part 2 shown in FIGS. 1 and 2 is manufactured by the steps described above, and the wavelength tunable optical filter is completed. The wavelength tunable optical filter configured as described above is packaged as necessary, but the description of the packaging process is omitted because it is not related to the gist of the present invention.

以上説明したように、本実施の形態によれば、可動部基板２１に圧力開放用開口部２５を形成して可動部基板２１のガラス基板側とその反対側との圧力差を解消した後に、可動体２１ａを形成するようにしたので、前記圧力差に起因した梁部２１ｂの破損を確実に防止することができる。   As described above, according to the present embodiment, after the pressure release opening 25 is formed in the movable part substrate 21 and the pressure difference between the glass substrate side of the movable part substrate 21 and the opposite side is eliminated, Since the movable body 21a is formed, it is possible to reliably prevent damage to the beam portion 21b due to the pressure difference.

また、開口パターン２４と圧力開放用開口部２５とを同一のエッチング工程で形成するようにしたので、製造工程数を増やすことなく、可動体２１ａの破損防止が可能となる。   Further, since the opening pattern 24 and the pressure release opening 25 are formed in the same etching process, it is possible to prevent the movable body 21a from being damaged without increasing the number of manufacturing processes.

また、本実施の形態においては、第１の凹部１１ａに形成した駆動電極１２を圧力開放用開口部２５から外部に引き出すようにしたので、外部に引き出すための貫通孔を別途、可動部基板２１に形成する場合と比較して製造工程を簡略化することができる。   In the present embodiment, since the drive electrode 12 formed in the first recess 11a is drawn out from the pressure release opening 25, a through hole for drawing out to the outside is separately provided in the movable part substrate 21. The manufacturing process can be simplified as compared with the case of forming the film.

なお、本例においては、圧力開放用開口部２５として正方形状の場合の例を挙げて説明したが、開口パターン２４を構成する開口領域２４ａと最小寸法部分同士を比較したときに、その最小寸法部分が大きく形成されているなど、要は、開口領域２４ａよりもエッチング速度が速い形状や寸法となっていれば良い。但し、圧力開放用開口部２５の形状や寸法に制限があるのは、圧力開放用開口部２５と開口パターン２４とを同一のエッチング工程で形成する場合であり、圧力開放用開口部２５と開口パターン２４とを別々のエッチング工程で形成する場合には、特に制限はない。   In addition, in this example, although the example in the case of square shape was given and demonstrated as the opening part 25 for pressure release, when the opening area 24a and the minimum dimension part which comprise the opening pattern 24 were compared, the minimum dimension was compared. What is essential is that the portion is formed to have a shape or size that is faster in etching rate than the opening region 24a, such as being formed larger. However, the shape and size of the pressure release opening 25 are limited when the pressure release opening 25 and the opening pattern 24 are formed in the same etching process. When the pattern 24 is formed by separate etching processes, there is no particular limitation.

また、上記には圧力開放用開口部２５を開口パターン２４から離間した位置に設けた例を示したが、必ずしも離間している必要はなく、図８の平面図に示すように、開口パターン２４に連結した構成としてもよい。但し、圧力開放用開口部２５を開口パターン２４に連結した構成とする場合に、その圧力開放用開口部２５を脆弱部分（梁部２１ｂ）の近傍に設けると、上記と同様に脆弱部分の破損問題が発生することから、梁部２１ｂから離れた位置で開口パターン２４と連結させることが好ましい。なお、図８に示した圧力開放用開口部２５ａの例では、２等辺三角形状の頂点付近で開口パターン２４に連結した構成としている。このような外形形状の場合、マイクロローディング効果により、２等辺三角形の底辺側から頂点側に向かう図示矢印の方向にエッチングが進行する。このため、開口パターン２４に近い側からエッチングが進行する場合に比較して脆弱部分（梁部２１ｂ）に与える影響が少ないため、好ましい。なお、図８に示した形状は一例であって、この形状に限られたものではない。   Moreover, although the example which provided the opening part 25 for pressure release in the position spaced apart from the opening pattern 24 was shown above, it does not necessarily need to space apart, and as shown in the top view of FIG. It is good also as a structure connected to. However, when the pressure release opening 25 is connected to the opening pattern 24 and the pressure release opening 25 is provided in the vicinity of the fragile portion (the beam portion 21b), the fragile portion is broken as described above. Since a problem occurs, it is preferable to connect with the opening pattern 24 at a position away from the beam portion 21b. In the example of the pressure release opening 25a shown in FIG. 8, it is configured to be connected to the opening pattern 24 near the apex of the isosceles triangle. In the case of such an external shape, etching proceeds in the direction of the arrow shown in the figure from the base side of the isosceles triangle toward the apex side due to the microloading effect. For this reason, it is preferable because the influence on the fragile portion (beam portion 21b) is small as compared with the case where etching proceeds from the side close to the opening pattern 24. In addition, the shape shown in FIG. 8 is an example, Comprising: It is not restricted to this shape.

また、図９の平面図に示すように、開口パターン２４の各開口領域２４ａの短手方向の開口幅を小さくして、圧力開放用開口部２５とのマイクロローディング効果によるエッチング速度の相対差を更に広げて、より早く圧力開放用開口部２５を開口させる構成としても良い。   Further, as shown in the plan view of FIG. 9, the opening width in the short direction of each opening region 24a of the opening pattern 24 is reduced, and the relative difference in etching rate due to the microloading effect with the pressure release opening 25 is obtained. Furthermore, it is good also as a structure which opens more and opens the opening part 25 for pressure release more quickly.

また、微小構造体として、本例では波長可変光フィルタを例に挙げて説明したが、これに限られたものではなく、要は、第１の基板と、第１の基板に接合され、支持部に梁部を介して変位可能に支持された可動体を有する第２の基板とを備えた構造のものであれば良い。他に具体例を挙げると、例えば図１０に示すようなマイクロミラーが挙げられる。図１０は、マイクロミラーの分解斜視図である。   In this example, the wavelength tunable optical filter has been described as an example of the microstructure. However, the present invention is not limited to this, and in short, the first substrate and the first substrate are bonded and supported. Any structure having a second substrate having a movable body supported so as to be displaceable via a beam portion may be used. Another specific example is a micromirror as shown in FIG. FIG. 10 is an exploded perspective view of the micromirror.

このマイクロミラーも、駆動電極部１００と可動部２００とから構成されている。駆動電極部１００は、ガラス基板１１０に形成された第１の凹部１１０ａと２つの第２の凹部１１０ｂとを有し、第１の凹部１１０ａと第２の凹部１１０ｂのそれぞれとは溝部１５０で連通されている。第１の凹部１１０ａ上には、半円状の２つの駆動電極１２０が形成され、そのそれぞれから溝部１５０上の配線膜１５０ａを介して第２の凹部１１０ｂ上の引き出し電極１４０が接続されている。可動部２００は、可動体２１０ａと、２つの圧力開放用開口部２５０とを有し、ガラス基板１１０に接合される可動部基板２１を備えている。可動体２１０ａは、直線状に配置された２つの梁部２１０ｂによって支持部２１０ｃに支持されている。そして、２つの梁部２１０ｂを支軸として図示左右に回動可能な構成となっている。このように構成されたマイクロミラーは、２つの駆動電極１２０のうちの一方又は他方に駆動電圧を印加することにより、可動体２１０ａが梁部２１０ｂを支軸として回動し、これにより入射光の光路を切り換えるものである。なお、この例では、圧力開放用開口部２５０を２つ形成しているが、これは、圧力開放用としての用途に加え、各駆動電極１２０の引き出し用の開口として形成しているためで、圧力開放用としては１つで充分である。   This micromirror also includes a drive electrode unit 100 and a movable unit 200. The drive electrode unit 100 includes a first recess 110 a and two second recesses 110 b formed in the glass substrate 110, and the first recess 110 a and the second recess 110 b communicate with each other through a groove 150. Has been. Two semicircular drive electrodes 120 are formed on the first recess 110 a, and the lead electrode 140 on the second recess 110 b is connected to each of the drive electrodes 120 via the wiring film 150 a on the groove 150. . The movable part 200 includes a movable body 210 a and two pressure release openings 250, and includes a movable part substrate 21 bonded to the glass substrate 110. The movable body 210a is supported by the support portion 210c by two beam portions 210b arranged in a straight line. And it is the structure which can be rotated right and left in the figure by using the two beam portions 210b as a support shaft. In the micromirror configured as described above, when a driving voltage is applied to one or the other of the two driving electrodes 120, the movable body 210a rotates about the beam portion 210b as a supporting shaft, thereby The optical path is switched. In this example, two pressure release openings 250 are formed, but this is because it is formed as an opening for drawing out each drive electrode 120 in addition to the use for pressure release. One is sufficient for pressure relief.

本発明の一実施の形態の波長可変光フィルタの分解斜視図。1 is an exploded perspective view of a wavelength tunable optical filter according to an embodiment of the present invention. 図１のＡ−Ａ断面図。AA sectional drawing of FIG. 図１の波長可変光フィルタの平面図。The top view of the wavelength tunable optical filter of FIG. 駆動電極部の作製工程を示す図（その１）。The figure which shows the preparation process of a drive electrode part (the 1). 駆動電極部の作製工程を示す図（その２）。FIG. 6 is a diagram illustrating a manufacturing process of a drive electrode portion (No. 2). ＳＯＩ基板と駆動電極部との接合構造体の作製工程を示す図。4A and 4B illustrate a manufacturing process of a bonded structure between an SOI substrate and a drive electrode portion. 接合構造体から可動部を作製する工程を示す図。The figure which shows the process of producing a movable part from a joining structure. 波長可変光フィルタの平面図。The top view of a wavelength variable optical filter. 波長可変光フィルタの平面図。The top view of a wavelength variable optical filter. マイクロミラーの分解斜視図。The disassembled perspective view of a micromirror.

符号の説明Explanation of symbols

１ 駆動電極部、２ 可動部、１１ ガラス基板、１１ａ 第１の凹部、１１ｂ 第２の凹部、１１ｃ 第３の凹部、１２ 駆動電極、１４ 引き出し電極、１６ 高反射膜、１７ 反射防止膜、２１ 可動部基板、２１ａ 可動体、２１ｂ 梁部、２１ｃ 支持部、２２ 反射防止膜、２３ 高反射膜、２４ 開口パターン、２４ａ 開口領域、２５ 圧力開放用開口部、１００ 駆動電極部、１１０ ガラス基板、１１０ａ 第１の凹部、１１０ｂ 第２の凹部、１２０ 駆動電極、１４０ 引き出し電極、２００ 可動部、２１０ａ 可動体、２１０ｂ 梁部、２１０ｃ 支持部、２５０ 圧力開放用開口部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Drive electrode part, 2 Movable part, 11 Glass substrate, 11a 1st recessed part, 11b 2nd recessed part, 11c 3rd recessed part, 12 Drive electrode, 14 Extraction electrode, 16 High reflection film, 17 Antireflection film, 21 Movable part substrate, 21a Movable body, 21b Beam part, 21c Support part, 22 Antireflection film, 23 High reflection film, 24 Opening pattern, 24a Opening area, 25 Pressure release opening, 100 Drive electrode part, 110 Glass substrate, 110a 1st recessed part, 110b 2nd recessed part, 120 drive electrode, 140 extraction electrode, 200 movable part, 210a movable body, 210b beam part, 210c support part, 250 opening part for pressure release.

Claims (10)

第１の基板と、該第１の基板に接合され、支持部に梁部を介して変位可能に支持された可動体を有する第２の基板とを備えた微小構造体の製造方法であって、
前記第１の基板に第１の凹部と該第１の凹部に連通する第２の凹部とを形成する工程と、
前記第１の基板の前記第１の凹部及び前記第２の凹部の開口側に、可動体形成用の第２の基板を接合する工程と、
前記第２の基板の前記第１の凹部に対向する部分に、ドライエッチングで所定の開口パターンを形成して前記可動体を形成する工程と、
前記第２の基板に前記可動体を形成する前に、前記第２の基板において前記第２の凹部に対向する領域に、前記第２の基板の前記第１の基板側とその反対側との圧力差を解消するための圧力開放用開口部を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする微小構造体の製造方法。 A method of manufacturing a microstructure including a first substrate and a second substrate having a movable body bonded to the first substrate and supported by a support portion via a beam portion so as to be displaceable. ,
Forming a first recess and a second recess communicating with the first recess on the first substrate;
Bonding a second substrate for forming a movable body to the opening side of the first recess and the second recess of the first substrate;
Forming the movable body by forming a predetermined opening pattern by dry etching in a portion of the second substrate facing the first recess;
Before forming the movable body on the second substrate, the first substrate side of the second substrate and the opposite side of the second substrate are arranged in a region facing the second recess in the second substrate. Forming a pressure release opening to eliminate the pressure difference;
A method for manufacturing a microstructure characterized by comprising: 前記所定の開口パターンと前記圧力開放用開口部とを、マイクロローディング効果によるエッチング速度の相対的な差を利用して同一のドライエッチング工程で形成することを特徴とする請求項１記載の微小構造体の製造方法。   2. The microstructure according to claim 1, wherein the predetermined opening pattern and the pressure release opening are formed by the same dry etching process using a relative difference in etching rate due to a microloading effect. Body manufacturing method. 前記圧力開放用開口部は、前記所定の開口パターンを構成する複数の開口領域の各開口領域と最小寸法部分同士を比較した場合にその最小寸法部分が大きく構成され、前記開口領域に比べてドライエッチング時のエッチング速度が速いことを特徴とする請求項２記載の微小構造体の製造方法。   The opening for pressure release is configured such that a minimum dimension portion is larger when each of the plurality of opening areas constituting the predetermined opening pattern is compared with a minimum dimension part, and the opening is smaller than the opening area. 3. The method for manufacturing a microstructure according to claim 2, wherein an etching rate at the time of etching is high. 前記圧力開放用開口部を、前記所定の開口パターンと離間して構成することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の微小構造体の製造方法。   The method for manufacturing a microstructure according to any one of claims 1 to 3, wherein the pressure release opening is configured to be separated from the predetermined opening pattern. 前記圧力開放用開口部を、前記所定の開口パターンと連結して構成することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の微小構造体の製造方法。   The method for manufacturing a microstructure according to any one of claims 1 to 3, wherein the pressure release opening is configured to be connected to the predetermined opening pattern. 前記第１の基板の前記第１の凹部に、前記可動体を駆動するための駆動電極を形成し、前記駆動電極を、前記第１の凹部から前記第２の凹部を介して前記圧力開放用開口部から外部に引き出すことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の微小構造体の製造方法。   A drive electrode for driving the movable body is formed in the first recess of the first substrate, and the drive electrode is used for releasing the pressure from the first recess through the second recess. The method for manufacturing a microstructure according to any one of claims 1 to 5, wherein the microstructure is pulled out from the opening. 請求項１乃至請求項６の何れかに記載の微小構造体の製造方法によって製造された微小構造体。   A microstructure manufactured by the method for manufacturing a microstructure according to any one of claims 1 to 6. 静電気力によって前記可動体を駆動させることを特徴とする請求項７記載の微小構造体。   The microstructure according to claim 7, wherein the movable body is driven by electrostatic force. 請求項７又は請求項８記載の微小構造体を備えたことを特徴とする波長可変光フィルタ。   A wavelength tunable optical filter comprising the microstructure according to claim 7 or 8. 請求項７又は請求項８記載の微小構造体を備えたことを特徴とするマイクロミラー。
A micromirror comprising the microstructure according to claim 7 or 8.
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