WO2012157357A1 - 光モジュール及びその製造方法 - Google Patents

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plate
optical component
optical
component
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藁科　禎久
智史 鈴木
浩平 笠森
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浜松ホトニクス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an optical module and a method for manufacturing the same.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose an optical module in which an interference optical system is configured on an SOI (Silicon On Insulator) substrate using MEMS technology. These interference optical systems include a beam splitter, a movable mirror attached to an electrostatic actuator, and a fixed mirror, which are formed by etching the silicon layer and insulating layer of the SOI substrate into an arbitrary shape. Has been.
  • An optical system produced by etching a substrate is constituted by various optical components such as an electrostatic actuator, a mirror surface, or a beam splitter, as in the interference optical system described in Patent Document 1 and Patent Document 2, for example. .
  • a light reflective optical component such as a mirror surface among these optical components
  • a metal film for light reflection may be deposited on a surface formed by etching a substrate through a shadow mask.
  • a light transmissive optical component such as a beam splitter, it is preferable to form a transflective film or an antireflection film on the surface formed by etching the substrate.
  • the metal tends to spread and adhere around the light-reflective optical component.
  • the metal when depositing a metal film on a surface perpendicular to the plate surface of the substrate, it is necessary to supply metal particles from a direction inclined with respect to the normal direction of the plate surface of the substrate, and this tendency is remarkable. It becomes. Therefore, since the light transmissive optical component is arranged away from the region where the metal does not adhere, the optical path between the light reflective optical component and the light transmissive optical component becomes long, and the beam diameter is excessively widened. Some of them are detached from these optical components, which may reduce the light utilization efficiency.
  • a conductive component such as an electrostatic actuator
  • a substrate containing a dopant at a predetermined concentration in order to obtain the conductivity of the component.
  • a light transmissive optical component such as a beam splitter
  • the amount of impurities contained in the substrate is smaller in order to suppress light absorption.
  • the present invention has been made in view of such a problem, and a light-reflecting optical component such as a mirror surface and a light-transmitting optical component such as a beam splitter can be disposed close to each other, and the characteristics of the substrate can be provided. It is an object of the present invention to provide an optical module and a method of manufacturing the same that can satisfy these requirements even when the requirements regarding the optical components conflict.
  • an optical module includes a first plate-like member having a light-transmitting optical component formed by etching a silicon region, and light transmitted through the light-transmitting optical component.
  • a second plate-like member having a light-reflective optical component on the main surface for reflecting light, a component-forming surface on which the light-transmissive optical component of the first plate-like member is formed, and a second plate-like member
  • the first and second plate-like members are joined to each other so that the main surface of the plate-like member faces, and the optical path of light passing through the light-transmitting optical component is the component of the first plate-like member It is characterized by being along the forming surface and the main surface of the second plate-like member.
  • the light-transmitting optical component and the light-reflecting optical component are formed on separate plate-like members (first and second plate-like members), respectively. Therefore, when these optical components are formed on the respective plate-like members, the substrate characteristics such as the impurity concentration can be adjusted to the optimum characteristics for each optical component.
  • An appropriate amount of impurities can be added to the shaped member to ensure good conductivity, and it is possible to form a conductive component such as an electrostatic actuator that drives a light reflective optical component.
  • the light-transmitting optical component and the light-reflecting optical component can be individually formed on each plate-like member, the processing for one optical component such as vapor deposition of a metal film does not affect the other optical component. Therefore, the light reflective optical component and the light transmissive optical component can be disposed close to each other, and the light use efficiency can be improved.
  • the peripheral portion of the first plate-like member having the light transmissive optical component formed by etching the silicon region and the light transmissive optical component are transmitted.
  • a plurality of alignment marks for alignment of the first and second plate members are provided on each of the peripheral portions of the second plate member having a light reflecting optical component on the main surface for reflecting light. Forming and using the plurality of alignment marks, the first plate-like member and the main surface of the second plate-like member are opposed to each other so that the component-formed surface on which the light-transmitting optical component of the first plate-like member is formed.
  • the peripheral portions of the second plate-like members are joined to each other.
  • the second optical module manufacturing method includes a peripheral portion of the first wafer including a plurality of regions each having a light-transmitting optical component formed by etching a silicon region, and light transmission.
  • the first and second wafers are aligned with each of the peripheral portions of the second wafer including a plurality of regions having a light-reflecting optical component on the main surface for reflecting the light transmitted through the reflective optical component.
  • a plurality of alignment marks are formed, and the component formation surface on which the light transmissive optical component of the first wafer is formed and the main surface of the second wafer are opposed to each other using the alignment marks.
  • the first and second wafers are bonded to each other.
  • a plurality of alignment marks are formed on the periphery of the plate-like member or wafer, and the first and second wafers are bonded to each other using these alignment marks. Since it joins, the shift
  • a plurality of alignment marks are formed on the peripheral edge of a wafer including a plurality of regions corresponding to the optical module, so that the distance between the alignment marks can be extremely increased. The relative angle shift can be remarkably reduced.
  • the light-reflecting optical component such as a mirror surface and the light-transmitting optical component such as a beam splitter can be arranged close to each other, and the requirements regarding the characteristics of the substrate are optical components. You can meet those demands even if they conflict.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of the first plate-like member.
  • FIG. 2 is a view showing a cross section taken along the line II-II shown in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the appearance of the second plate member.
  • FIG. 4 is a view showing a cross section taken along line IV-IV shown in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which the first plate-like member and the second plate-like member are joined to each other.
  • FIG. 6 is a perspective view showing an external appearance of an electrostatic actuator that drives the movable reflecting mirror.
  • FIG. 7 is a plan view for explaining a Michelson interference optical system composed of a light transmissive optical component and a light reflective optical component.
  • FIG. 8 is a diagram showing a mask formation step in the first plate-shaped member manufacturing method.
  • FIG. 9 is a diagram showing a mask forming step in the first plate-shaped member manufacturing method.
  • FIG. 10 is a diagram showing a first etching step in the method for manufacturing the first plate-like member.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a thermal oxidation step in the first plate-shaped member manufacturing method.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating the removal of the nitride film during the thermal oxidation step in the first plate-shaped member manufacturing method.
  • FIG. 13 is a diagram showing a second etching step in the method for manufacturing the first plate-like member.
  • FIG. 14 is a diagram showing a third etching step in the first plate-shaped member manufacturing method.
  • FIG. 15 is a diagram showing a nitride film forming step in the first plate-shaped member manufacturing method.
  • FIG. 16 is a perspective view schematically showing a state in which the first plate-like member and the second plate-like member are bonded to each other.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a state in which the first and second plate-like members are aligned so that the alignment marks match.
  • FIG. 18 is a plan view schematically showing a beam splitter used in an interference optical system or the like as an example of a light transmissive optical component.
  • FIG. 19 is a plan view showing a configuration example of an interference optical system having an optical member for compensating for chromatic dispersion.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view showing how a metal film is formed using a shadow mask in a certain interference optical system.
  • FIG. 21 is a diagram for explaining a problem caused by a positional deviation between the first plate-like member and the second plate-like member.
  • FIG. 22 is a diagram for explaining the first modification.
  • FIG. 23 is a diagram for describing the second modification.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view showing the positional relationship between the protrusion and the recess viewed from the thickness direction of the plate-like member in a state where the protrusion is inserted into the recess.
  • FIG. 25 is a plan view showing the configuration of the second plate-shaped member according to the third modification.
  • the optical module according to the present embodiment is configured by bonding two plate-like members (first and second plate-like members) to each other, and has a built-in Michelson interference optical system.
  • 1 and 2 are views showing the first plate-like member 10.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an external appearance of the first plate member 10
  • FIG. 2 is a view showing a cross section taken along the line II-II shown in FIG.
  • the 1st plate-shaped member 10 is a member produced by etching a silicon substrate, and mainly consists of silicon.
  • the first plate-shaped member 10 has a component forming surface 10a and a back surface 10b opposite to the component forming surface 10a.
  • a light transmissive optical component 12 is formed on the component forming surface 10 a side of the first plate-like member 10.
  • the light transmissive optical component 12 is an optical component formed by etching the silicon region 11 constituting the silicon substrate, and transmits light having a predetermined wavelength.
  • the light transmissive optical component 12 of the present embodiment has a planar shape such as a substantially V shape, and has four side surfaces 12a to 12d that function optically.
  • the side surface 12a is a transflective surface (half mirror), and has a reflectivity of, for example, 30% to 50% with respect to light in the used wavelength range. This transflective surface functions as a beam splitter in the Michelson interference optical system.
  • the side surfaces 12b to 12d are light transmission surfaces, and have a transmittance of, for example, 90% to 99% with respect to light in the used wavelength range.
  • the side surface 12 a of the light transmissive optical component 12 includes a silicon oxide film 14 formed on the side surface of the silicon region 11, and a silicon nitride film 16 formed on the silicon oxide film 14. It is covered with a transflective film 13 made of The wavelength-reflection characteristics on the side surface 12a vary depending on the thicknesses of the silicon oxide film 14 and the silicon nitride film 16, respectively. Further, the side surfaces 12 b to 12 d of the light transmissive optical component 12 are covered with an antireflection film (AR film) made of the silicon nitride film 16 formed on the side surface of the silicon region 11.
  • AR film antireflection film
  • the wavelength-reflection characteristics at the side surfaces 12b to 12d change according to the thickness of the silicon nitride film 16.
  • the silicon oxide film 14 is formed from the side surface 12a of the light transmissive optical component 12 to the silicon region 11 around the light transmissive optical component 12, and as will be described later, the silicon region 11 is thermally oxidized. It is formed.
  • the silicon nitride film 16 is formed over the entire surface of the silicon region 11 including the silicon oxide film 14 and the side surfaces 12b to 12d of the light transmissive optical component 12.
  • a silicon oxide film 18 is interposed between the upper surface of the light transmissive optical component 12 and the silicon nitride film 16.
  • the silicon oxide film 18 is an etching mask used when the light-transmitting optical component 12 is formed by etching the silicon region 11.
  • the peripheral edge portion 10c of the first plate-like member 10 slightly protrudes in the thickness direction with respect to the component forming surface 10a and surrounds the light transmissive optical component 12.
  • a plurality (two in this embodiment) of alignment marks 17 are formed on the peripheral edge portion 10c for alignment with a second plate-like member described later.
  • one alignment mark 17 is formed on the peripheral edge portion 10c on one side of the first plate-like member 10, and the other one side of the first plate-like member 10 (preferably facing the one side).
  • the other alignment mark 17 is formed on the peripheral edge portion 10c at the edge.
  • These alignment marks 17 have an arbitrary planar shape such as a cross shape, and are constituted by grooves formed in the peripheral edge portion 10c in the present embodiment.
  • FIG. 3 and 4 are views showing the second plate-like member 20.
  • FIG. 3 is a perspective view showing an appearance of the second plate-like member 20, and
  • FIG. 4 is a view showing a cross section taken along the line IV-IV shown in FIG.
  • the position and range of the light-transmitting optical component 12 in a state where the first plate-like member 10 and the second plate-like member 20 are joined are indicated by a one-dot chain line.
  • the second plate-like member 20 is a member produced by etching a silicon layer 25 of a so-called silicon-on-insulator (SOI) substrate in which an insulating layer 29 and a silicon layer 25 are laminated on a support substrate 28. is there.
  • the second plate-like member 20 has a main surface 20a where the support substrate 28 is exposed, and a back surface 20b opposite to the main surface 20a.
  • an incident mirror 21, a fixed reflecting mirror 22, a movable reflecting mirror 23, and an exit mirror 24 are formed on the main surface 20 a side of the second plate-like member 20.
  • These mirrors 21 to 24 are light reflecting optical components in the present embodiment.
  • These mirrors 21 to 24 are optical components in which a metal film 26 is formed on the surface formed by etching the silicon layer 25 of the SOI substrate, and totally reflects light that has reached these.
  • the metal film 26 is also formed on the main surface 20a for convenience when the metal film 26 is deposited.
  • the mirror surfaces of the entrance mirror 21 and the exit mirror 24 are inclined at an angle of, for example, 45 ° with respect to the normal direction of the main surface 20a.
  • each mirror surface of the fixed reflecting mirror 22 and the movable reflecting mirror 23 is along the normal direction of the main surface 20a, and is formed substantially perpendicular to the main surface 20a.
  • the incident mirror 21 reflects the light incident through the first plate member 10 from the normal direction of the main surface 20 a toward the side surface 12 a that is a semi-transmissive reflection surface of the light transmissive optical component 12.
  • the fixed reflecting mirror 22 reflects the light emitted from the side surface 12c, which is the light transmitting surface of the light transmissive optical component 12, toward the side surface 12c.
  • the movable reflecting mirror 23 reflects the light emitted from the side surface 12d, which is the light transmission surface of the light transmissive optical component 12, toward the side surface 12d.
  • the movable reflecting mirror 23 can be translated in a direction along the optical axis of incident light by an electrostatic actuator described later.
  • the exit mirror 24 reflects light (interference light) emitted from the side surface 12d, which is a light transmission surface of the light transmissive optical component 12, in the normal direction of the main surface 20a.
  • the interference light passes through the first plate member 10 and is emitted to the outside of the optical module.
  • the peripheral edge portion 20c of the second plate-like member 20 protrudes in the thickness direction with respect to the main surface 20a, and surrounds the mirrors 21 to 24 that are light-reflective optical components.
  • a plurality of (two in the present embodiment) alignment marks 27 for alignment with the first plate-like member 10 described above correspond to the alignment marks 17 of the first plate-like member 10 on the peripheral edge portion 20c. Formed in position.
  • one alignment mark 27 is formed on the peripheral edge 20c on one side of the second plate-like member 20, and the other side of the second plate-like member 20 (preferably, facing the one side).
  • the other alignment mark 27 is formed on the peripheral edge portion 20c at the edge.
  • These alignment marks 27 have the same planar shape as the alignment mark 17 of the first plate-like member 10, and are constituted by, for example, grooves formed in the peripheral edge portion 20c.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which the first plate member 10 and the second plate member 20 are joined to each other.
  • these plate-like members 10 and 20 include a component-forming surface 10 a on which the light-transmitting optical component 12 of the first plate-like member 10 is formed, and the second plate-like member 20.
  • the main surfaces 20a are joined to each other so as to face each other.
  • the light transmissive optical component 12 is disposed between the fixed reflecting mirror 22 and the emitting mirror 24 and is disposed between the incident mirror 21 and the movable reflecting mirror 23 shown in FIG.
  • it is present.
  • FIG. 6 is a perspective view showing the external appearance of the electrostatic actuator 30 that drives the movable reflecting mirror 23.
  • the electrostatic actuator 30 includes a first electrode 31 fixed to the main surface 20 a of the second plate-like member 20 and a second electrode 32 fixed to the movable reflecting mirror 23. .
  • the electrostatic actuator 30 is configured to displace the second electrode 32 relative to the first electrode 31 by generating an electrostatic force between the first electrode 31 and the second electrode 32.
  • the first electrode 31 includes a fixing portion 31a fixed to the support substrate 28 via an insulating layer 29 (see FIG. 4), and a comb tooth portion 31b formed on the side surface of the fixing portion 31a facing the second electrode 32. And have.
  • the comb tooth portion 31b is in a state of floating with respect to the support substrate 28 by removing the insulating layer 29 between the portion and the support substrate 28.
  • the second electrode 32 is disposed between the movable reflecting mirror 23 and the first electrode 31.
  • the second electrode 32 extends in a direction perpendicular to the mirror surface of the movable reflecting mirror 23, and has a column 32a that supports the movable reflecting mirror 23 at one end thereof, a comb tooth portion 32b that supports the other end of the column 32a, a plate It has the structure which connected the spring, and has the support part 32c which elastically supports the both ends of the comb-tooth part 32b.
  • the support pillars 32 a, the comb-tooth portions 32 b, and the support portions 32 c are in a state of floating with respect to the support substrate 28 by removing the insulating layer 29 between the support substrate 28.
  • One end of the support portion 32c supports the end portion of the comb tooth portion 32b, and the other end of the support portion 32c is fixed to the peripheral edge portion 20c of the second plate-like member 20 (see FIG. 3).
  • the support column 32 a and the comb tooth portion 32 b can be displaced in a direction perpendicular to the mirror surface of the movable reflecting mirror 23.
  • the comb tooth portion 32b faces the comb tooth portion 31b of the first electrode 31, and the comb teeth of the comb tooth portion 32b are disposed between the comb teeth of the comb tooth portion 31b.
  • FIG. 7 illustrates a Michelson interference optical system including the above-described light-transmitting optical component 12 and the light-reflecting optical component (the incident mirror 21, the fixed reflecting mirror 22, the movable reflecting mirror 23, and the emitting mirror 24). It is a top view for doing.
  • the incident mirror 21 reflects the light to be measured L 1 in a direction along the component forming surface 10a and the main surface 20a Let A part L 2 of the light to be measured L 1 is reflected on the side surface 12 a (semi-transmissive reflection surface) of the light transmissive optical component 12 and is incident on the side surface 12 b which is a light transmission surface.
  • the light L 2 to be measured passes through the inside of the light transmissive optical component 12, exits from the side surface 12 c that is a light transmitting surface, and reaches the fixed reflecting mirror 22. Then, the light to be measured L 2, after totally reflected at the fixed reflecting mirror 22 and returns to the side surface 12a through the same optical path as described above.
  • the remaining light to be measured L 3 except for the light to be measured L 2 of a part reflected at the side surface 12a of the light transmissive optical component 12 is incident on the side surface 12a.
  • the light L 3 to be measured passes through the inside of the light transmissive optical component 12, exits from the side surface 12 d that is a light transmitting surface, and reaches the movable reflecting mirror 23. Then, the light to be measured L 3, after totally reflected at the movable reflecting mirror 23 and returns to the side surface 12a through the same optical path as described above.
  • the measured light L 2 returning from the fixed reflecting mirror 22 to the side surface 12 a and the measured light L 3 returning from the movable reflecting mirror 23 to the side surface 12 a are combined with each other on the side surface 12 a to form an interference light image L 4. .
  • the interference light image L 4 passes through the inside of the light transmissive optical component 12, exits from the side surface 12 d, and reaches the exit mirror 24.
  • Interference optical image L 4 are reflected in the exit mirror 24, passes through the first plate-like member 10 is emitted to the outside of the optical module.
  • FIG. 8 to 15 are views showing each step in the manufacturing method of the first plate-like member 10, wherein (a) is a plan view of a region corresponding to the light transmissive optical component 12, and (b).
  • FIG. 4 is a view showing a cross section taken along line BB shown in FIG.
  • a plate-like member including the silicon region 11 is prepared.
  • a silicon substrate, an SOI substrate in which an insulating layer and a silicon layer are stacked on a supporting substrate, and the like are suitable.
  • a silicon oxide film 18 is formed on the silicon region 11.
  • the silicon oxide film 18 is a first mask in the present embodiment, and has a pattern corresponding to the planar shape of the light transmissive optical component 12 having the side surfaces 12a to 12d.
  • the silicon oxide film 18 is exposed to a high temperature in a thermal oxidation process to be described later, for example, after forming a silicon oxide film on the entire surface of the silicon region 11 by thermal oxidation or thermal CVD, a normal photo process is performed. It is suitably formed using a lithography technique.
  • a silicon nitride film 41 (second mask) is formed so as to cover the entire surface of the silicon region 11.
  • a silicon nitride film 41 (second mask) is formed so as to cover the entire surface of the silicon region 11.
  • LP-CVD low pressure chemical vapor deposition method
  • the silicon oxide film 18 is also covered with the silicon nitride film 41.
  • a resist mask 42 (third mask) having an opening 42 a is formed on the silicon nitride film 41.
  • the opening 42 a has a shape corresponding to the planar shape of the concave portion of the silicon region 11 formed in a later step, and is oxidized so as not to overlap the silicon oxide film 18 when viewed from the thickness direction of the silicon region 11. It is formed adjacent to the silicon film 18.
  • the planar shape of the opening 42a is, for example, a quadrangular shape, and one side thereof overlaps with one side (side corresponding to the side surface 12a of the light transmissive optical component 12) 18a. Then, an opening is formed in the silicon nitride film 41 by etching the silicon nitride film 41 using the resist mask 42 as an etching mask.
  • the recessed part 11a is formed in the silicon
  • the side surface 12a of the light transmissive optical component 12 is simultaneously formed as a side surface of the recessed part 11a.
  • the insulating layer functions as an etching stop layer, so that the etching depth can be controlled with higher accuracy.
  • a dry etching method for example, a deep RIE (reactive ion etching) method using a Bosch process may be used.
  • the resist mask 42 is removed.
  • the concave portion along the thickness direction of the silicon region 11 is obtained by a method such as matching the side surface of the concave portion 11a formed by etching with the crystal plane of the silicon region 11.
  • the side surface of 11a can be formed suitably.
  • a crystal plane for example, the (100) plane or the (111) plane is preferable.
  • the silicon oxide film 14 is formed by thermally oxidizing the inner surface (side surface and bottom surface) of the recess 11a.
  • the thickness of the silicon oxide film 14 formed by thermal oxidation is preferably about twice (for example, 0.48 ⁇ m) the thickness of the silicon oxide film 14 in the completed optical module.
  • the silicon nitride film 41 is removed using, for example, a hot phosphoric acid solution heated to 150 ° C. to 170 ° C. (FIG. 12). By using the hot phosphoric acid solution, only the silicon nitride film 41 can be suitably removed while leaving the silicon oxide films 14 and 18 left.
  • the etching method in this step may be either dry etching or alkaline wet etching.
  • the unnecessary portion 14a (see FIG. 13) of the silicon oxide film 14 for example, etching using dilute hydrofluoric acid is performed.
  • the portion 14a of the silicon oxide film 14 that does not extend along the silicon region 11 is etched from both the inner and outer surfaces by dilute hydrofluoric acid, so that it is approximately twice that of the other portions along the silicon region 11. Etched at a speed of Therefore, at the timing when the portion 14a is completely removed, the other portions (particularly on the side surface 12a) are etched only about half of the film thickness.
  • the unnecessary portion 14a of the silicon oxide film 14 is removed, and the other portion of the silicon oxide film 14 remains.
  • the thickness of the silicon oxide film 14 immediately after being formed by thermal oxidation is 0.48 ⁇ m
  • the thickness of the silicon oxide film 14 after this step is 0.24 ⁇ m. Since the reflectance of the transflective film 13 varies depending on the thickness, it is desirable to perform the above-described thermal oxidation process in consideration of the reduced thickness of the silicon oxide film 14 in this process.
  • the unnecessary portion 14a of the silicon oxide film 14 is removed by etching.
  • the portion 14a may be removed by folding the portion 14a with water pressure during wet processing. .
  • a silicon nitride film 16 is formed on the entire surface of the silicon region 11.
  • the silicon nitride film 16 is formed so as to cover at least the silicon oxide film 14 on the side surface 12a and the other side surfaces 12b to 12d.
  • the silicon nitride film 16 as an antireflection film is formed on the side surfaces 12b to 12d, and at the same time, the silicon nitride film 16 constituting a part of the transflective film 13 is formed on the silicon oxide film.
  • the silicon nitride film 16 is formed by using a high-temperature low pressure chemical vapor deposition method (LP-CVD). 16 is preferably formed.
  • LP-CVD high-temperature low pressure chemical vapor deposition method
  • the first plate-like member 10 is suitably produced by the method described above.
  • a portion other than the electrostatic actuator 30 in the second plate-like member 20 is produced as follows, for example. First, an SOI substrate is prepared. A silicon oxide film is formed on the surface of the silicon layer of the SOI substrate. Next, by etching the silicon oxide film, an opening corresponding to the inclined mirror surface of the incident mirror 21 and an opening corresponding to the inclined mirror surface of the emission mirror 24 are formed. Then, a silicon nitride film is formed over the entire area on the silicon layer of the SOI substrate. By etching the silicon nitride film, openings corresponding to the incident mirror 21, the fixed reflecting mirror 22, the movable reflecting mirror 23, and the exit mirror 24 are formed.
  • the silicon layer is etched until the insulating layer of the SOI substrate is exposed. Thereby, the incident mirror 21, the fixed reflecting mirror 22, the movable reflecting mirror 23, and the emitting mirror 24 are formed in the silicon layer.
  • the silicon nitride film is removed. At this time, the silicon nitride film is selectively etched using hot phosphoric acid or the like while leaving the silicon oxide film. Thereby, the opening of the silicon oxide film corresponding to the inclined mirror surfaces of the entrance mirror 21 and the exit mirror 24 appears again, and the silicon layer in the portion is exposed.
  • the exposed silicon layer is anisotropically etched by, for example, alkali etching. Thereby, the inclined mirror surfaces of the entrance mirror 21 and the exit mirror 24 are formed in the silicon layer.
  • a metal film 26 is formed on each mirror surface of the incident mirror 21, the fixed reflecting mirror 22, the movable reflecting mirror 23, and the exit mirror 24.
  • a shadow mask is disposed so as to cover the component formation surface of the SOI substrate.
  • one large opening is formed so as to include all the mirror surfaces of the incident mirror 21, the fixed reflecting mirror 22, the movable reflecting mirror 23, and the exit mirror 24.
  • a metal film 26 is formed on each mirror surface by physical vapor deposition of a metal material through the shadow mask.
  • resistance vapor deposition or EB vapor deposition is preferable in addition to a high energy sputtering method. In this way, the 2nd plate-shaped member 20 is produced suitably.
  • FIG. 16 is a perspective view schematically showing a state in which the first plate-like member 10 and the second plate-like member 20 are bonded to each other.
  • the light transmitting optical component 12 of the first plate member 10 and the incident mirror 21 of the second plate member 20 are fixed so that the component forming surface 10a and the main surface 20a face each other.
  • the first and second plate-like members 10 and 20 are bonded together so that the reflecting mirror 22, the movable reflecting mirror 23, and the exit mirror 24 are in the positional relationship shown in FIG.
  • alignment marks 17 and 27 are formed on the peripheral edge portion 10c of the first plate-like member 10 and the peripheral edge portion 20c of the second plate-like member 20, respectively. As shown in FIG.
  • the peripheral portions 10c and 20c may be joined to each other.
  • the method of joining directly the method of joining via solder, the method of joining via resin, etc. are suitable.
  • MEMS technology fine and high-precision processing using a semiconductor photolithography technology is possible, and an optical module having an optical interferometer or a diffraction grating that processes light as a wave can be suitably manufactured.
  • MEMS technology includes acceleration sensors, pressure sensors, projector pixel mirrors (digital mirror devices, etc.), FTIR (Fourier Transform Infrared) Used to manufacture optical interferometers for spectrometers.
  • optical interferometers can be used in a wide range of applications. Not only FTIR but also OCT (Optical Coherent Tomography), film thickness measurement, surface roughness measurement, and the like, and these measuring instruments can be made compact.
  • FIG. 18 is a plan view schematically showing a beam splitter 100 used in an interference optical system or the like as an example of a light transmissive optical component.
  • the beam splitter 100 includes a transflective surface 101, a light reflecting surface 103, and a light transmitting surface 104.
  • the refractive index of silicon in the wavelength band of 1 ⁇ m is about 3.5, so the reflectance of Fresnel reflection on the silicon surface is about 30%. That is, 30% of the light La 1 that has reached the transflective surface 101 is reflected by the transflective surface 101.
  • the reflected light La 2 is reflected by a movable reflecting mirror (not shown) and returns to the semi-transmissive reflective surface 101, and 70% of the reflected light passes through the semi-transmissive reflective surface 101 and reaches the light transmissive surface 104. Further, the remaining 70% (La 3 ) of the light La 1 enters the beam splitter 100 from the semi-transmissive reflective surface 101, is reflected by the light reflective surface 103, and then returns to the semi-transmissive reflective surface 101. 30% of the light La 3 returning to the transflective surface 101 is reflected again by the transflective surface 101 and reaches the light transmissive surface 104. Then, 70% of each of the light La 2 and La 3 reaching the light transmission surface 104 is emitted from the light transmission surface 104 to the outside of the beam splitter 100.
  • the reflectance (30%) at the transflective surface 101 of the beam splitter 100 shown in FIG. 18 is not an ideal value for an optical interferometer.
  • the amplitude A of the interference light finally extracted is expressed by the following formula (1), where r is the reflectance at the transflective surface 101.
  • Equation (1) when r is 0.5 (that is, the reflectance is 50%), the amplitude A becomes the maximum value (0.5).
  • r when r is 0.3 (that is, the reflectance is 30%), A is 0.41, and the light use efficiency is reduced by about 20%.
  • the reflectance at the light reflecting surface 103 is set to 100%. However, when a metal film cannot be formed on the light reflecting surface 103, the light utilization efficiency is further reduced.
  • the optical path length of the light transmitted through the inside of the light transmissive optical component made of silicon varies depending on the wavelength of the light. For example, when the wavelength of light transmitted through the light-transmitting optical component is in the range of 1 ⁇ m to 1.7 ⁇ m, the refractive index of the light-transmitting optical component made of silicon is in the range of about 3.5 ⁇ 0.04. Varies depending on the wavelength.
  • the beam splitter 100 shown in FIG. 18 will be described as an example.
  • the beam widths of the light La 1 to La 3 are 150 ⁇ m
  • the semi-transmission reflection surface 101 and the light The length of the optical path to the reflecting surface 103 is required to be at least about 360 ⁇ m.
  • the light La 2 reciprocates the optical path, between the light propagation distance La 2 is about 720 .mu.m.
  • FIG. 19 is a plan view showing a configuration example of an interference optical system having an optical member for compensating for chromatic dispersion.
  • the interference optical system 120 includes a beam splitter 121, a fixed reflecting mirror 122, a chromatic dispersion compensating member 123 made of silicon provided in front of the fixed reflecting mirror 122, and a movable reflecting mirror 124. And.
  • One side surface 121a of the beam splitter 121 is used as a light branch surface, and the other side surface 121b is used as a light transmission surface.
  • Lb 2 which is a part (30%) of the light Lb 1
  • Lb 3 which is another part (70%) of the light Lb 1
  • Lb 3 passes through the side surface 121 a and exits from the side surface 121 b to reach the movable reflecting mirror 124.
  • the light Lb 3 is reflected by the movable reflecting mirror 124, passes through the side surface 121b again, and returns to the side surface 121a.
  • Light Lb 2 and Lb 3 returning to the side surface 121a is emitted toward the side face 121b to the outside.
  • the above-described chromatic dispersion can be compensated by making the optical path length of the light Lb 2 equal to the optical path length of the light Lb 3 .
  • the optical member for wavelength dispersion compensation wavelength dispersion compensating member 123
  • the number of light transmitting surfaces through which light passes increases, and a loss occurs each time the light passes through these light transmitting surfaces. Therefore, the light use efficiency is further reduced.
  • an antireflection film AR coating
  • a transflective film on the light branch surface.
  • an antireflection film having a reflectance of 5% is formed on the side surfaces 121b and 123a of the interference optical system 120 shown in FIG. 19, and a transflective film having a reflectance of 50% is formed on the side surface 121a, the light utilization efficiency is increased.
  • Such an antireflection film is suitably manufactured by forming a dielectric film such as a silicon nitride film on the light transmission surface using CVD or the like.
  • the transflective film is produced, for example, by laminating a silicon oxide film and a silicon nitride film on the light branching surface using CVD or the like.
  • an antireflection film or a transflective film is formed on a light transmissive optical component formed by etching a silicon substrate or an SOI substrate.
  • MEMS technology there are various other processes, such as a process for depositing a metal film. Therefore, if an interference optical system is produced from a single substrate as in the prior art, various process restrictions occur and the process is complicated. Become.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view showing how a metal film is formed using a shadow mask in a certain interference optical system.
  • FIG. 20 shows a side surface 140a of the silicon region 140 which is a light reflecting surface to be formed, and a side surface 140b of the silicon region 140 which is a light transmitting surface (or a semi-transmissive reflecting surface) which is not a film forming target. Yes.
  • the shadow mask 144 is disposed on the silicon region 140.
  • An opening 144a is formed in the shadow mask 144, and the metal material emitted from the target 146 scatters on the silicon region 140 in a limited manner through the opening 144a.
  • the film formation target surface and the target are arranged so as to face each other.
  • the distance D1 between the target 146 and the shadow mask 144 is set as shown in FIG. It is necessary to increase the lateral component in the scattering direction of the metal particles by shortening the distance compared to the conventional distance D2. Therefore, it is necessary to increase the distance between the side surface 140a and the side surface 140b in order to avoid the metal from adhering to the side surface 140b that is not the target of film formation and reducing the light transmittance. This means that the optical path length between the light reflection surface and the light transmission surface (or semi-transmission reflection surface) becomes long.
  • the optical path length between optical components is long.
  • the light branched on the transflective surface must reach the photodetector without being lost on the way.
  • it is desirable that the light is close to parallel light while the light propagates through the interference optical system.
  • the size of an incident window with an incident beam diameter is several hundred ⁇ m or more, and a beam that has passed through such a window has spread components of various angles, It is extremely difficult to produce parallel light of a diameter.
  • the beam diameter is expanded m times, and at the same time, the beam diameter spread angle (aperture ratio NA) is converted to 1 / m.
  • Making the beam parallel light is synonymous with reducing the beam divergence angle, and therefore the image magnification m may be increased.
  • the dimensions of the light transmission surface and the semi-transmission light reflection surface formed by the MEMS technology are about 100 ⁇ m to several hundred ⁇ m, such a large beam diameter loses most during propagation through the optical system. From the above, in a small optical system manufactured by the MEMS technology, it is important to shorten the optical path length as much as possible in order to reduce the loss.
  • the electric resistance of silicon constituting the conductive component is smaller. Since the electrostatic actuator operates by an electrostatic force generated by a voltage applied to each electrode, basically no direct current flows. However, since an alternating current flows, when the electric resistance of silicon constituting each electrode is large, power is converted into heat and lost. Moreover, when the electrical resistance value is large, the time constant of the response characteristic of the electrostatic actuator becomes large, and the operation speed becomes slow. For these reasons, the lower the electric resistance of silicon constituting the electrostatic actuator, the better. In other words, the higher the impurity concentration of silicon constituting the electrostatic actuator, the better.
  • a pure silicon single crystal containing no impurities has extremely high transparency at a thickness of at least about 100 ⁇ m in a wavelength region of 1 ⁇ m or more.
  • the impurity concentration is high, absorption and scattering due to the impurities occur, and loss of transmitted light occurs.
  • the substrate characteristics such as the impurity concentration can be adjusted to the optimal characteristics for each optical component.
  • the silicon region 11 of the first plate-like member 10 where the light transmissive optical component 12 is formed suppresses light absorption without adding impurities, and the second reflecting mirror 23 is formed.
  • An appropriate amount of impurities can be added to the silicon layer 25 of the plate-like member 20 to ensure good conductivity, and the electrical characteristics of conductive parts such as the electrostatic actuator 30 that drives the movable reflecting mirror 23 can be improved.
  • the light transmissive optical component 12 and the light reflective optical component are provided. Since it can form in each plate-shaped member 10 and 20 separately, after depositing the metal film 26 in the 2nd plate-shaped member 20, the 1st plate-shaped member 10 and the 2nd plate-shaped member 20 are joined. It is sufficient to prevent the metal particles from adhering to the light-transmitting optical component 12 when the metal film 26 is deposited. Therefore, the mirrors 21 to 24 of the second plate-like member 20 and the light transmissive optical component 12 can be disposed close to each other, and the light utilization efficiency can be improved.
  • the light transmissive optical component 12 and the light reflective optical component can be individually formed on each of the plate-like members 10 and 20. Therefore, for example, in the first plate-like member 10, the transflective film 13 made of the silicon oxide film 14 and the silicon nitride film 16 or the silicon nitride film 16 is formed on the side surfaces 12a to 12d of the light transmissive optical component 12.
  • the second plate member 20 can form a component having a complicated shape such as the electrostatic actuator 30.
  • the light reflecting optical components (the incident mirror 21, the fixed reflecting mirror 22, the movable reflecting mirror 23, and the emitting mirror 24) of the second plate-shaped member 20 are formed by etching the silicon layer 25.
  • silicon can be easily processed by etching, a light-reflective optical component can be easily formed. Note that these optical components are not limited to silicon, and may be formed by etching a layer made of another semiconductor material.
  • the second plate-like member 20 may include an electrostatic actuator 30 that drives the movable reflecting mirror 23.
  • the impurity concentration can be optimized for each of the plate members 10 and 20. Therefore, even when the second plate-like member 20 has the electrostatic actuator 30 as in the present embodiment, while adding a suitable amount of impurities to the second plate-like member 20 to ensure conductivity, Absorption of light by the light transmissive optical component 12 can be suppressed without adding impurities to the first plate member 10.
  • the output mirror 24 reflects the light transmitted through the light transmissive optical component 12 toward the first plate member 10, and the first plate member 10 transmits the light. May be. Thereby, the interference light which permeate
  • the specific resistance of the silicon region 11 of the first plate-like member 10 is preferably larger than the specific resistance of the silicon layer 25 of the second plate-like member 20.
  • the impurity concentration of the silicon region 11 is smaller than the impurity concentration of the silicon layer 25, light absorption in the light transmissive optical component 12 can be effectively suppressed.
  • the transflective film 13 is provided on one side surface 12a among the plurality of side surfaces 12a to 12d formed by etching the silicon region 11.
  • An antireflection film (silicon nitride film 16) is provided on the side surface.
  • a beam splitter can be suitably realized as the light transmissive optical component 12.
  • peripheral part 10c of the 1st plate-shaped member 10 and the peripheral part 20c of the 2nd plate-shaped member 20 of the 1st and 2nd plate-shaped members 10 and 20 are shown. It is preferable to form a plurality of alignment marks 17 and 27 for alignment. Thereby, the shift
  • FIG. 21 is a diagram for explaining a problem caused by the positional deviation between the first plate-like member 10 and the second plate-like member 20, and the light-transmitting optical component of the first plate-like member 10. 12 and a relative positional relationship between the light-reflective optical components (the incident mirror 21, the fixed reflecting mirror 22, the movable reflecting mirror 23, and the emitting mirror 24) of the second plate-like member 20.
  • FIG. 21A shows the original position in a solid line when the light-transmitting optical component 12 is shifted in parallel with respect to the incident mirror 21, the fixed reflecting mirror 22, the movable reflecting mirror 23, and the exit mirror 24 without changing the angle.
  • the position where the positional deviation has occurred is indicated by a one-dot chain line.
  • 21B shows the original position with a solid line in the case where an angle deviation of the light transmitting optical component 12 with respect to the incident mirror 21, the fixed reflecting mirror 22, the movable reflecting mirror 23, and the exit mirror 24 occurs.
  • the position where the positional deviation has occurred is indicated by a one-dot chain line.
  • the bonding accuracy in flip chip bonding is about several ⁇ m to 10 ⁇ m. Accordingly, in the positional deviation shown in FIG. 21A, the optical axis of the light reaching each mirror 21 to 24 is only shifted by several ⁇ m to 10 ⁇ m, and each mirror 21 to 24 is about 100 ⁇ m to 1000 ⁇ m. When it has a width, it does not become a big problem. Note that the positional deviation in the normal direction of the mirror surfaces of the mirrors 21 to 24 can be calibrated if, for example, the operating distance of the movable reflecting mirror 23 is 100 ⁇ m or more.
  • light to be measured L 3 reflected from the movable reflecting mirror 23 also produces an angular displacement when reflected at the semi-transmissive reflecting surface 12a.
  • Positional deviation at the time when the light to be measured L 3 reaching the exit mirror 24 is about 30 [mu] m. In other words, when the positional deviations of the light beams L 2 and L 3 to be measured in the exit mirror 24 are combined, it becomes about 110 ⁇ m, which is a size that cannot be ignored with respect to the lateral width of the exit mirror 24.
  • a plurality of alignment marks 17 and 27 are formed on the peripheral portions 10c and 20c of the plate-like members 10 and 20, and the peripheral portions 10c and 27 are formed using these alignment marks 17 and 27. 20c are joined together.
  • the bonding accuracy for example, flip chip bonding
  • the relative angle deviation between the first plate-like member 10 and the second plate-like member 20 can be reduced. Accordingly, it is possible to reduce the positional shift of the interference light in each of the mirrors 21 to 24 (especially the output mirror 24), and to suppress a decrease in light use efficiency.
  • the interval between alignment marks is 5 mm, for example, if the bonding accuracy in flip chip bonding is 10 ⁇ m, the angle deviation of the semi-transmissive reflective surface 12a, the measured light L 2 and L 3 of the output mirror 24, The positional shift and the combined positional shift of the light beams L 2 and L 3 to be measured are as follows.
  • the peripheral portion 10c of the first plate member 10 slightly protrudes in the thickness direction with respect to the component forming surface 10a, and the peripheral portion 20c of the second plate member 20 is It protrudes in the thickness direction with respect to the main surface 20a.
  • the form of the peripheral parts 10c and 20c is not limited to this.
  • one of the peripheral parts 10c and 20c does not protrude and the other protrudes greatly so that they come into contact with each other. Good.
  • the support substrate 28 is exposed at the peripheral edge portion 20c by etching and removing the insulating layer 29.
  • the exposed support substrate 28 and the peripheral edge portion 10c of the first plate member 10 are preferably joined to each other. Further, in this case, the light transmissive optical component 12 and the second plate are formed by slightly etching the upper surface of the light transmissive optical component 12 of the first plate-like member 10 to be lower than the upper surface of the peripheral edge portion 10c. It is preferable to avoid contact with the shaped member 20.
  • FIG. 22 is a diagram for explaining a first modification of the embodiment.
  • the alignment marks 17 and 27 are formed in the peripheral parts 10c and 20c of the plate-shaped members 10 and 20, as shown to Fig.22 (a), several plate-shaped members 10 and 20 are attached.
  • Alignment marks 57 and 67 may be formed on the peripheral edges of the wafers 50 and 60 used for manufacturing.
  • the wafer 50 shown in FIG. 22A is the first wafer in the present modification, and includes a plurality of regions each having the light-transmitting optical component 12 formed by etching the silicon region. It is out.
  • Wafer 60 is the second wafer in this modification, and has light reflecting optical components (incident mirror 21, fixed reflecting mirror 22, movable reflecting mirror 23, and emitting mirror 24) on the main surface 60a side. A plurality of regions 61 are included.
  • a plurality of alignment marks 57 and 67 for aligning the wafers 50 and 60 are formed on the peripheral portions of the wafers 50 and 60, respectively.
  • 22B the component forming surface 50a on which the light-transmitting optical component 12 of the wafer 50 is formed and the wafer 60 so that the positions of the plurality of alignment marks 57 and 67 coincide with each other. Is opposed to the main surface 60a.
  • the wafers 50 and 60 are bonded to each other (FIG. 22C).
  • the bonded wafer is cut along a predetermined cutting line 81 to cut out regions corresponding to the plate-like members 10 and 20 (FIG. 22D), whereby the optical module 80 is manufactured.
  • the alignment marks 57 and 67 are formed on the peripheral portions of the wafers 50 and 60, so that the distance between the plurality of alignment marks can be made extremely long. Therefore, even when the joining accuracy (for example, about 10 ⁇ m) in flip chip bonding does not change, the shift in the relative angle between the first plate member 10 and the second plate member 20 can be significantly reduced.
  • FIG. 23 is a diagram for explaining a second modification of the embodiment.
  • the first and second plate members 10 and 20 are aligned using the alignment marks 17 and 27.
  • the first and second plate members 10 and 20 are aligned. Is not limited to this.
  • a protrusion 10d is formed on the peripheral edge 10c of the first plate member 10
  • a recess 20d is formed on the peripheral edge 20c of the second plate member 20, and the protrusion 10d is inserted into the recess 20d.
  • the first and second plate-like members 10 and 20 are aligned.
  • the concave portion 20d of the second plate-like member 20 is preferably formed by simultaneously etching the silicon layer 25 at the peripheral edge portion 20c in the etching process for forming the electrostatic actuator 30 and the mirrors 21 to 24.
  • the protrusion 10d of the first plate-like member 10 is preferably formed by simultaneously etching the silicon region 11 of the peripheral portion 10c in the etching process for forming the light transmissive optical component 12.
  • the protrusion 10d and the recess 20d can be formed using a semiconductor process, and can be formed with high accuracy.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view showing a positional relationship between the protrusion 10d and the recess 20d as viewed from the thickness direction of the plate-like members 10 and 20 in a state where the protrusion 10d is inserted into the recess 20d.
  • the planar dimension of the recess 20d is larger than the planar dimension of the protrusion 10d, the protrusion 10d can be easily inserted, and the contact surface between the protrusion 10d and the recess 20d can be formed with high accuracy. It is possible to sufficiently reduce the angular deviation between the plate-like members 10 and 20. In the mode shown in FIG.
  • the interference optical system including the electrostatic actuator 30 is illustrated, but in this modification, an example of an optical module that does not include a conductive member such as the electrostatic actuator 30 will be described.
  • the optical module according to this modification generates interference light of reflected light from the measurement target surface at an unknown distance. This interference light is used to calculate the distance to the measurement target surface.
  • FIG. 25 is a plan view showing the configuration of the second plate-like member 70 according to this modification.
  • an emission mirror 71 for projecting light toward the measurement target surface is formed on the second plate member 70.
  • the exit mirror 71 has an inclined surface having an angle of 45 ° with respect to the main surface of the second plate-like member 70, and the metal film 26 is deposited on the inclined surface.
  • the exit mirror 71 reflects the light L 3 arriving from the semi-transmissive reflection surface 12 a in the normal direction of the main surface of the second plate member 70.
  • the light L 3 reflected on the measurement target surface returns to the emission mirror 71 again, is reflected on the semi-transmissive reflection surface 12a, and is extracted from the emission mirror 24 as interference light L 4 .
  • the same effects as those described in the above embodiment can be suitably obtained. That is, the light reflecting optical component (the incident mirror 21, the fixed reflecting mirror 22, the output mirror 71, and the output mirror 24) and the light transmitting optical component 12 can be arranged close to each other, and the characteristics of the substrate are related. Even if the requirements conflict with each other, the requirements can be satisfied.
  • the optical module and the method for manufacturing the same according to the present invention are not limited to the above-described embodiments and modifications, and various other modifications are possible.
  • the Michelson interference optical system is exemplified as the optical module to which the present invention is applied.
  • the present invention is not limited to the interference optical system, and the light transmissive optical component and the light reflectivity are used.
  • the present invention can be applied to various optical systems including optical components.
  • the first plate-like member having the light transmissive optical component formed by etching the silicon region, and the light reflectivity for reflecting the light transmitted through the light transmissive optical component.
  • a second plate member having an optical component on the main surface, a component forming surface on which the light transmissive optical component of the first plate member is formed, and a main surface of the second plate member.
  • the first and second plate-like members are bonded to each other so that they face each other, and the optical path of light that passes through the light-transmitting optical component is the component-forming surface of the first plate-like member and the second plate-like shape.
  • a configuration along the main surface of the member is used.
  • the optical module may be configured such that the light-reflective optical component has a surface formed by etching the semiconductor region and a metal film provided on the surface.
  • the optical module includes such a light-reflective optical component, in the conventional optical module, it is necessary to dispose the light-transmitting optical component to a region where no metal adheres.
  • the first plate member and the second plate member may be joined after the metal film is deposited on the second plate member.
  • the light-reflecting optical component and the light-transmitting optical component can be arranged close to each other without the metal adhering to the transmissive optical component.
  • the optical module may be configured such that the light-reflecting optical component has a surface formed by etching the semiconductor region, and the semiconductor region is made of silicon. Thereby, a light reflective optical component can be formed easily.
  • the light-reflective optical component is separated from the main surface and is movable in the direction along the main surface.
  • the second plate-shaped member is light-reflective optical component by electrostatic force. It is good also as a structure which further has an actuator structure which drives.
  • the impurity concentration can be optimized for each plate-like member. Therefore, even when the second plate-shaped member has an actuator structure, an impurity is added to the first plate-shaped member while ensuring conductivity by adding an appropriate amount of impurities to the second plate-shaped member. Absorption of light in the light-transmitting optical component can be suppressed without addition.
  • the light reflecting optical component may reflect the light transmitted through the light transmitting optical component toward the first plate member, and the first plate member may transmit the light. Good.
  • the light for example, interference light
  • the optical module may be configured such that the specific resistance of the first plate-shaped member is larger than the specific resistance of the second plate-shaped member.
  • the impurity concentration of the first plate-like member is smaller than the impurity concentration of the second plate-like member, it is possible to suitably suppress light absorption in the light transmissive optical component.
  • the peripheral portion of the first plate-like member and the peripheral portion of the second plate-like member are joined to each other, and the peripheral portions of the first and second plate-like members are A plurality of alignment marks for positioning the first and second plate-like members may be formed.
  • the relative angle deviation between the first plate-like member and the second plate-like member is reduced, and the light utilization efficiency is reduced. Can be suppressed.
  • the optical module has a plurality of surfaces formed by etching the silicon region of the light transmissive optical component, and at least one of the plurality of surfaces is provided with an antireflection film, It is good also as a structure by which the transflective film is provided in at least one other surface among surfaces. Thereby, the beam splitter as a light transmissive optical component can be suitably realized.
  • the peripheral portion of the first plate-like member having the light-transmitting optical component formed by etching the silicon region and the light-transmitting optical component are transmitted.
  • a plurality of alignment marks for aligning the first and second plate-like members on each of the peripheral portions of the second plate-like member having a light-reflecting optical component on the main surface for reflecting the reflected light And using the plurality of alignment marks, the first plate-like member on which the light-transmitting optical component is formed and the component-forming surface of the second plate-like member face each other. And the structure which joins the peripheral part of a 2nd plate-shaped member mutually is used.
  • the peripheral portion of the first wafer including a plurality of regions each having a light-transmitting optical component formed by etching a silicon region, and light Alignment of the first and second wafers with each of the peripheral portions of the second wafer including a plurality of regions having light reflecting optical components on the main surface for reflecting light transmitted through the transmissive optical components
  • a plurality of alignment marks are formed, and the component formation surface on which the light-transmissive optical component of the first wafer is formed and the main surface of the second wafer are opposed to each other using the alignment marks.
  • the first and second wafers are bonded to each other.
  • a light-reflecting optical component such as a mirror surface and a light-transmitting optical component such as a beam splitter can be arranged close to each other, and the requirements regarding the characteristics of the substrate conflict with each other depending on the optical components.
  • the present invention can be used as an optical module that can be filled and a manufacturing method thereof.

Abstract

　光モジュールは、シリコン領域１１をエッチングすることにより形成された光透過性光学部品１２を有する第１の板状部材１０と、光透過性光学部品１２を透過した光を反射する為の光反射性光学部品（鏡２１～２４）を有する第２の板状部材２０とを備える。第１及び第２の板状部材１０，２０は互いに接合されており、光透過性光学部品１２を透過する光の光路が、第１の板状部材１０の部品形成面及び第２の板状部材２０の主面に沿っている。これにより、光反射性光学部品と光透過性光学部品とを近づけて配置することができ、基板の特性に関する要求が光学部品によって相反する場合でもそれらの要求を満たすことが可能な光モジュール及びその製造方法が実現される。

Description

光モジュール及びその製造方法
　本発明は、光モジュール及びその製造方法に関するものである。
　特許文献１及び２には、ＭＥＭＳ技術を用いてＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板上に干渉光学系を構成した光モジュールが開示されている。これらの干渉光学系は、ビームスプリッタと、静電アクチュエータに取り付けられた可動鏡と、固定鏡とを備えており、これらはＳＯＩ基板のシリコン層および絶縁層を任意の形状にエッチングすることにより形成されている。
特開２００８－１０２１３２号公報 特開２０１０－１７００２９号公報
　基板をエッチングすることにより作製される光学系は、例えば特許文献１や特許文献２に記載された干渉光学系のように、静電アクチュエータ、鏡面、或いはビームスプリッタといった種々の光学部品によって構成される。これらの光学部品のうち例えば鏡面といった光反射性光学部品を形成するためには、基板をエッチングして形成した面上に光反射の為の金属膜を、シャドウマスクを介して蒸着するとよい。また、例えばビームスプリッタといった光透過性光学部品を形成する際には、基板をエッチングして形成した面上に半透過反射膜や反射防止膜を形成することが好ましい。
　しかしながら、金属膜を蒸着する際には、光反射性光学部品の周囲に金属が拡がって付着する傾向がある。特に、基板の板面に対して垂直な面に金属膜を蒸着する場合、基板の板面の法線方向に対して傾いた方向から金属粒子を供給する必要があり、このような傾向が顕著となる。したがって、光透過性光学部品を金属が付着しない領域まで離して配置することとなるので、光反射性光学部品と光透過性光学部品との間の光路が長くなり、ビーム径が過度に拡がってその一部がこれらの光学部品から外れてしまい、光利用効率が低下するおそれがある。
　また、例えば静電アクチュエータといった導電性部品を作製する際には、該部品の導電性を得るために、所定濃度のドーパントを含む基板を用いることが好ましい。一方、ビームスプリッタ等の光透過性光学部品では、光の吸収を抑制するために、基板に含まれる不純物は少ないほど好ましい。このように、光学部品の種類によって、基板の特性に関する要求が相反する場合がある。しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載されたように一枚の基板を用いて種々の光学部品を形成すると、このような相反する要求を同時に満たすことが難しくなる。
　本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、鏡面といった光反射性光学部品と、ビームスプリッタといった光透過性光学部品とを近づけて配置することができ、且つ、基板の特性に関する要求が光学部品によって相反する場合でもそれらの要求を満たすことが可能な光モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決するために、本発明による光モジュールは、シリコン領域をエッチングすることにより形成された光透過性光学部品を有する第１の板状部材と、光透過性光学部品を透過した光を反射する為の光反射性光学部品を主面上に有する第２の板状部材とを備え、第１の板状部材の光透過性光学部品が形成された部品形成面と、第２の板状部材の主面とが対向するように、第１及び第２の板状部材が互いに接合されており、光透過性光学部品を透過する光の光路が、第１の板状部材の部品形成面及び第２の板状部材の主面に沿っていることを特徴とする。
　この光モジュールでは、光透過性光学部品と光反射性光学部品とが、それぞれ別の板状部材（第１及び第２の板状部材）に形成されている。したがって、これらの光学部品をそれぞれの板状部材に形成する際、例えば不純物濃度といった基板の特性を、各光学部品に最適な特性に合わせることができる。一つの例としては、光透過性光学部品が形成される第１の板状部材には不純物を添加せずに光の吸収を抑制し、また光反射性光学部品が形成される第２の板状部材には、適量の不純物を添加して良好な導電性を確保し、光反射性光学部品を駆動する静電アクチュエータといった導電性部品の形成を可能にできる。また、光透過性光学部品及び光反射性光学部品を各板状部材において個別に形成することができるので、金属膜の蒸着といった一方の光学部品に対する処理は他方の光学部品には影響しない。したがって、光反射性光学部品と光透過性光学部品とを相互に近づけて配置することができ、光利用効率を向上することができる。
　本発明による第１の光モジュールの製造方法は、シリコン領域をエッチングすることにより形成された光透過性光学部品を有する第１の板状部材の周縁部、及び、光透過性光学部品を透過した光を反射する為の光反射性光学部品を主面上に有する第２の板状部材の周縁部のそれぞれに、第１及び第２の板状部材の位置合わせの為の複数のアライメントマークを形成し、該複数のアライメントマークを用いて、第１の板状部材の光透過性光学部品が形成された部品形成面と第２の板状部材の主面とが対向するように第１及び第２の板状部材の周縁部を互いに接合することを特徴とする。
　また、本発明による第２の光モジュールの製造方法は、シリコン領域をエッチングすることにより形成された光透過性光学部品をそれぞれ有する複数の領域を含む第１のウエハの周縁部、及び、光透過性光学部品を透過した光を反射する為の光反射性光学部品を主面上に有する複数の領域を含む第２のウエハの周縁部のそれぞれに、第１及び第２のウエハの位置合わせの為の複数のアライメントマークを形成し、該複数のアライメントマークを用いて、第１のウエハの光透過性光学部品が形成された部品形成面と第２のウエハの主面とが対向するように第１及び第２のウエハを互いに接合することを特徴とする。
　上述した第１及び第２の光モジュールの製造方法によれば、板状部材やウエハの周縁部に複数のアライメントマークを形成し、これらのアライメントマークを用いて第１及び第２のウエハを互いに接合するので、第１の板状部材と第２の板状部材との相対角度のずれを低減し、光利用効率の低下を抑えることができる。特に、第２の光モジュールの製造方法によれば、光モジュールに相当する領域を複数含むウエハの周縁部に複数のアライメントマークを形成するので、アライメントマーク間の距離を極めて長くすることができ、相対角度のずれを顕著に低減することができる。
　本発明による光モジュール及びその製造方法によれば、鏡面といった光反射性光学部品と、ビームスプリッタといった光透過性光学部品とを近づけて配置することができ、且つ、基板の特性に関する要求が光学部品によって相反する場合でもそれらの要求を満たすことができる。
図１は、第１の板状部材の外観を示す斜視図である。 図２は、図１に示されたII－II線に沿った断面を示す図である。 図３は、第２の板状部材の外観を示す斜視図である。 図４は、図３に示されたIV－IV線に沿った断面を示す図である。 図５は、第１の板状部材と第２の板状部材とを互いに接合した状態を示す断面図である。 図６は、可動反射鏡を駆動する静電アクチュエータの外観を示す斜視図である。 図７は、光透過性光学部品及び光反射性光学部品によって構成されるマイケルソン干渉光学系を説明するための平面図である。 図８は、第１の板状部材の製造方法におけるマスク形成工程を示す図である。 図９は、第１の板状部材の製造方法におけるマスク形成工程を示す図である。 図１０は、第１の板状部材の製造方法における第１のエッチング工程を示す図である。 図１１は、第１の板状部材の製造方法における熱酸化工程を示す図である。 図１２は、第１の板状部材の製造方法における熱酸化工程中の窒化膜除去を示す図である。 図１３は、第１の板状部材の製造方法における第２のエッチング工程を示す図である。 図１４は、第１の板状部材の製造方法における第３のエッチング工程を示す図である。 図１５は、第１の板状部材の製造方法における窒化膜形成工程を示す図である。 図１６は、第１の板状部材と第２の板状部材とを相互に貼り合わせる様子を模式的に示す斜視図である。 図１７は、アライメントマークが一致するように第１及び第２の板状部材を位置合わせする様子を示す図である。 図１８は、光透過性光学部品の一例として、干渉光学系等に用いられるビームスプリッタを模式的に示す平面図である。 図１９は、波長分散を補償するための光学部材を有する干渉光学系の構成例を示す平面図である。 図２０は、或る干渉光学系においてシャドウマスクを用いて金属膜を製膜する様子を示す断面図である。 図２１は、第１の板状部材と第２の板状部材との位置ずれに起因する問題を説明するための図である。 図２２は、第１変形例について説明するための図である。 図２３は、第２変形例について説明するための図である。 図２４は、突起が凹部に挿入された状態において、板状部材の厚さ方向から見た突起及び凹部の位置関係を示す断面図である。 図２５は、第３変形例に係る第２の板状部材の構成を示す平面図である。
　以下、添付図面を参照しながら本発明による光モジュール及びその製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
　本実施形態に係る光モジュールは、２枚の板状部材（第１及び第２の板状部材）が互いに張り合わされて構成されており、マイケルソン干渉光学系を内蔵している。図１及び図２は、第１の板状部材１０を示す図である。図１は、第１の板状部材１０の外観を示す斜視図であり、図２は、図１に示されたII－II線に沿った断面を示す図である。第１の板状部材１０は、シリコン基板をエッチングすることによって作製された部材であり、主としてシリコンから成る。第１の板状部材１０は、部品形成面１０ａと、部品形成面１０ａとは反対側の裏面１０ｂとを有する。
　図１に示されるように、第１の板状部材１０の部品形成面１０ａ側には、光透過性光学部品１２が形成されている。光透過性光学部品１２は、シリコン基板を構成するシリコン領域１１をエッチングすることにより形成された光学部品であって、所定波長の光を透過する。本実施形態の光透過性光学部品１２は、略Ｖ字状といった平面形状を有しており、光学的に機能する４つの側面１２ａ～１２ｄを有する。側面１２ａは半透過反射面（ハーフミラー）であり、使用波長範囲の光に対して例えば３０％～５０％の反射率を有する。この半透過反射面は、マイケルソン干渉光学系においてビームスプリッタとして機能する。側面１２ｂ～１２ｄは光透過面であり、使用波長範囲の光に対して例えば９０％～９９％の透過率を有する。
　図２に示されるように、光透過性光学部品１２の側面１２ａは、シリコン領域１１の側面上に形成された酸化シリコン膜１４と、該酸化シリコン膜１４上に形成された窒化シリコン膜１６とから成る半透過反射膜１３によって覆われている。側面１２ａにおける波長－反射特性は、酸化シリコン膜１４及び窒化シリコン膜１６それぞれの厚さに応じて変化する。また、光透過性光学部品１２の側面１２ｂ～１２ｄは、シリコン領域１１の側面上に形成された窒化シリコン膜１６から成る反射防止膜（ＡＲ膜）によって覆われている。側面１２ｂ～１２ｄにおける波長－反射特性は、窒化シリコン膜１６の厚さに応じて変化する。なお、酸化シリコン膜１４は、光透過性光学部品１２の側面１２ａから光透過性光学部品１２の周辺のシリコン領域１１上にわたって形成されており、後述するように、シリコン領域１１を熱酸化させて形成される。また、窒化シリコン膜１６は、酸化シリコン膜１４上および光透過性光学部品１２の側面１２ｂ～１２ｄ上を含むシリコン領域１１上の全面にわたって形成されている。光透過性光学部品１２の上面と窒化シリコン膜１６との間には、酸化シリコン膜１８が介在している。酸化シリコン膜１８は、シリコン領域１１をエッチングして光透過性光学部品１２を形成する際に使用されたエッチングマスクである。
　第１の板状部材１０の周縁部１０ｃは、部品形成面１０ａに対して厚さ方向にやや突出しており、光透過性光学部品１２を囲んでいる。周縁部１０ｃには、後述する第２の板状部材との位置合わせ為の複数（本実施形態では二つ）のアライメントマーク１７が形成されている。一実施例では、第１の板状部材１０の一辺における周縁部１０ｃに一つのアライメントマーク１７が形成されており、第１の板状部材１０の他の一辺（好適には、前記一辺と対向する辺）における周縁部１０ｃに他の一つのアライメントマーク１７が形成されている。これらのアライメントマーク１７は、例えば十字状といった任意の平面形状を有しており、本実施形態では周縁部１０ｃに形成された溝によって構成されている。
　図３及び図４は、第２の板状部材２０を示す図である。図３は、第２の板状部材２０の外観を示す斜視図であり、図４は、図３に示されたIV－IV線に沿った断面を示す図である。なお、図３には、第１の板状部材１０と第２の板状部材２０とが接合された状態における光透過性光学部品１２の位置及び範囲が、一点鎖線で示されている。
　第２の板状部材２０は、支持基板２８上に絶縁層２９及びシリコン層２５が積層された、いわゆるシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板のシリコン層２５をエッチングすることによって作製された部材である。第２の板状部材２０は、支持基板２８が露出している主面２０ａと、主面２０ａとは反対側の裏面２０ｂとを有する。図３に示されるように、第２の板状部材２０の主面２０ａ側には、入射鏡２１、固定反射鏡２２、可動反射鏡２３、及び出射鏡２４が形成されている。これらの鏡２１～２４は、本実施形態における光反射性光学部品である。これらの鏡２１～２４は、ＳＯＩ基板のシリコン層２５をエッチングすることにより形成された面上に金属膜２６が成膜された光学部品であって、これらに到達した光を全反射する。なお、本実施形態では、金属膜２６を蒸着する際の都合により、主面２０ａ上にも金属膜２６が形成されている。入射鏡２１及び出射鏡２４の各鏡面は、主面２０ａの法線方向に対して例えば４５°といった角度で傾斜している。一方、固定反射鏡２２及び可動反射鏡２３の各鏡面は、主面２０ａの法線方向に沿っており、主面２０ａに対して略垂直に形成されている。入射鏡２１は、主面２０ａの法線方向から第１の板状部材１０を透過して入射した光を、光透過性光学部品１２の半透過反射面である側面１２ａに向けて反射する。固定反射鏡２２は、光透過性光学部品１２の光透過面である側面１２ｃから出射された光を、該側面１２ｃへ向けて反射する。可動反射鏡２３は、光透過性光学部品１２の光透過面である側面１２ｄから出射された光を、該側面１２ｄへ向けて反射する。なお、可動反射鏡２３は、後述する静電アクチュエータによって、入射する光の光軸に沿った方向に平行移動することができる。出射鏡２４は、光透過性光学部品１２の光透過面である側面１２ｄから出射された光（干渉光）を、主面２０ａの法線方向に反射する。この干渉光は、第１の板状部材１０を透過して光モジュールの外部へ出射される。
　第２の板状部材２０の周縁部２０ｃは、主面２０ａに対して厚さ方向に突出しており、光反射性光学部品である鏡２１～２４を囲んでいる。周縁部２０ｃには、前述した第１の板状部材１０との位置合わせ為の複数（本実施形態では二つ）のアライメントマーク２７が、第１の板状部材１０のアライメントマーク１７に対応する位置に形成されている。一実施例では、第２の板状部材２０の一辺における周縁部２０ｃに一つのアライメントマーク２７が形成されており、第２の板状部材２０の他の一辺（好適には、前記一辺と対向する辺）における周縁部２０ｃに他の一つのアライメントマーク２７が形成されている。これらのアライメントマーク２７は、第１の板状部材１０のアライメントマーク１７と同様の平面形状を有しており、例えば周縁部２０ｃに形成された溝によって構成される。
　図５は、第１の板状部材１０と第２の板状部材２０とを互いに接合した状態を示す断面図である。図５に示されるように、これらの板状部材１０，２０は、第１の板状部材１０の光透過性光学部品１２が形成された部品形成面１０ａと、第２の板状部材２０の主面２０ａとが対向するように互いに接合される。このとき、光透過性光学部品１２は、固定反射鏡２２と出射鏡２４との間に配置され、且つ、図３に示された入射鏡２１と可動反射鏡２３との間に配置される。また、このとき、光透過性光学部品１２の上面に形成された窒化シリコン膜１９と、第２の板状部材２０の主面２０ａ上に形成された金属膜２６との間には、隙間が存在することが好ましい。
　ここで、図６は、可動反射鏡２３を駆動する静電アクチュエータ３０の外観を示す斜視図である。図６に示されるように、静電アクチュエータ３０は、第２の板状部材２０の主面２０ａに固定された第１電極３１と、可動反射鏡２３に固定された第２電極３２とを有する。静電アクチュエータ３０は、第１電極３１と第２電極３２との間に静電気力を発生させることにより、第２電極３２を第１電極３１に対して相対的に変位させるものである。
　第１電極３１は、絶縁層２９（図４を参照）を介して支持基板２８に固定された固定部３１ａと、第２電極３２と対向する固定部３１ａの側面に形成された櫛歯部３１ｂとを有する。なお、櫛歯部３１ｂは、該部分と支持基板２８との間の絶縁層２９が除去されたことにより、支持基板２８に対して浮いた状態となっている。
　第２電極３２は、可動反射鏡２３と第１電極３１との間に配置されている。第２電極３２は、可動反射鏡２３の鏡面に垂直な方向に延設されてその一端において可動反射鏡２３を支持する支柱３２ａと、支柱３２ａの他端を支持する櫛歯部３２ｂと、板ばねを連結した構造を有しており櫛歯部３２ｂの両端を弾性的に支持する支持部３２ｃとを有する。支柱３２ａ、櫛歯部３２ｂ、及び支持部３２ｃは、支持基板２８との間の絶縁層２９が除去されたことにより、支持基板２８に対して浮いた状態となっている。また、支持部３２ｃの一端は櫛歯部３２ｂの端部を支持しており、支持部３２ｃの他端は第２の板状部材２０の周縁部２０ｃ（図３を参照）に固定されている。このような構成により、支柱３２ａ及び櫛歯部３２ｂは、可動反射鏡２３の鏡面に垂直な方向に変位可能となっている。櫛歯部３２ｂは第１電極３１の櫛歯部３１ｂと対向しており、櫛歯部３２ｂの櫛歯は、櫛歯部３１ｂの各櫛歯間に配置されている。
　第２電極３２に所定の電圧が印加されると、櫛歯部３２ｂと櫛歯部３１ｂとの間に静電気力が働く。この静電気力は第２電極３２に印加される電圧値によって定まるので、櫛歯部３２ｂと櫛歯部３１ｂとの間隔は、該電圧値によって制御される。すなわち、櫛歯部３２ｂ及び支柱３２ａによって支持された可動反射鏡２３の鏡面に垂直な方向における位置は、第２電極３２に印加される電圧によって制御される。
　図７は、上述した光透過性光学部品１２、並びに光反射性光学部品（入射鏡２１、固定反射鏡２２、可動反射鏡２３、及び出射鏡２４）によって構成されるマイケルソン干渉光学系を説明するための平面図である。光モジュールの外部から第１の板状部材１０を透過して被測定光Ｌ１が入射すると、入射鏡２１は、部品形成面１０ａ及び主面２０ａに沿った方向に被測定光Ｌ１を反射させる。この被測定光Ｌ１の一部Ｌ２は、光透過性光学部品１２の側面１２ａ（半透過反射面）において反射し、光透過面である側面１２ｂに入射する。この被測定光Ｌ２は、光透過性光学部品１２の内部を透過して光透過面である側面１２ｃから出射し、固定反射鏡２２に到達する。そして、この被測定光Ｌ２は、固定反射鏡２２において全反射したのち、上記と同じ光路を辿って側面１２ａに戻る。
　一方、光透過性光学部品１２の側面１２ａにおいて反射した一部の被測定光Ｌ２を除く残りの被測定光Ｌ３は、側面１２ａに入射する。この被測定光Ｌ３は、光透過性光学部品１２の内部を透過して光透過面である側面１２ｄから出射し、可動反射鏡２３に到達する。そして、この被測定光Ｌ３は、可動反射鏡２３において全反射したのち、上記と同じ光路を辿って側面１２ａに戻る。
　固定反射鏡２２から側面１２ａに戻った被測定光Ｌ２と、可動反射鏡２３から側面１２ａに戻った被測定光Ｌ３とは、側面１２ａにおいて互いに合波し、干渉光像Ｌ４となる。干渉光像Ｌ４は、光透過性光学部品１２の内部を透過して側面１２ｄから出射し、出射鏡２４に到達する。干渉光像Ｌ４は、出射鏡２４において反射し、第１の板状部材１０を透過して光モジュールの外部へ出射する。
　続いて、本実施形態に係る光モジュールの製造方法について説明する。図８～図１５は、第１の板状部材１０の製造方法における各工程を示す図であって、（ａ）は光透過性光学部品１２に相当する領域の平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示されたＢ－Ｂ線に沿った断面を示す図である。
　＜マスク形成工程＞
　まず、図８に示されるように、シリコン領域１１を含む板状部材を準備する。このような板状部材としては、シリコン基板や、支持基板上に絶縁層およびシリコン層が積層されたＳＯＩ基板等が好適である。そして、シリコン領域１１上に、酸化シリコン膜１８を形成する。この酸化シリコン膜１８は、本実施形態における第１のマスクであって、側面１２ａ～１２ｄを有する光透過性光学部品１２の平面形状に応じたパターンを有する。このような酸化シリコン膜１８は、後述する熱酸化工程において高温に曝されることを考慮し、例えば熱酸化や熱ＣＶＤによってシリコン領域１１上の全面に酸化シリコン膜を形成したのち、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて好適に形成される。
　次に、図９に示されるように、シリコン領域１１上の全面を覆うように窒化シリコン膜４１（第２のマスク）を形成する。窒化シリコン膜４１は、後述する熱酸化工程において高温に曝されることを考慮し、例えば高温処理の減圧化学気相成長法（ＬＰ－ＣＶＤ：Low
Pressure-Chemical Vapor Deposition）によって好適に形成される。このとき、酸化シリコン膜１８も窒化シリコン膜４１によって覆われる。そして、図１０に示されるように、開口４２ａを有するレジストマスク４２（第３のマスク）を窒化シリコン膜４１上に形成する。開口４２ａは、後の工程において形成されるシリコン領域１１の凹部の平面形状に応じた形状を有しており、シリコン領域１１の厚さ方向から見て酸化シリコン膜１８と重ならないように、酸化シリコン膜１８に隣接して形成される。開口４２ａの平面形状は例えば四角形状であり、その一辺は、酸化シリコン膜１８の一辺（光透過性光学部品１２の側面１２ａに対応する辺）１８ａに重なっている。そして、このレジストマスク４２をエッチングマスクとして用い、窒化シリコン膜４１のエッチングを行うことにより、窒化シリコン膜４１に開口を形成する。
　＜第１のエッチング工程＞
　続いて、レジストマスク４２をエッチングマスクとして用い、シリコン領域１１に対してドライエッチングを行う。これにより、シリコン領域１１に凹部１１ａが形成され、同時に、凹部１１ａの側面として光透過性光学部品１２の側面１２ａが形成される。なお、シリコン領域１１を含む板状部材としてＳＯＩ基板を使用した場合には、絶縁層がエッチング停止層として機能するので、エッチング深さをより高精度に制御することができる。また、この工程では、ドライエッチングの方法として、例えばボッシュプロセスを用いた深堀りＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法などを用いるとよい。この工程ののち、レジストマスク４２を除去する。
　この第１のエッチング工程では、シリコン領域１１に対して例えばアルカリ性エッチャントを用いたウェットエッチングを行ってもよい。そのような場合でも、エッチングにより形成される凹部１１ａの側面をシリコン領域１１の結晶面に一致させるなどの方法によって、シリコン領域１１の厚さ方向に沿った（板面に対して垂直な）凹部１１ａの側面を好適に形成することができる。このような結晶面としては、例えば（１００）面や（１１１）面が好適である。なお、このようにウェットエッチングによって凹部１１ａを形成する場合には、エッチング前にレジストマスク４２を除去し、窒化シリコン膜４１をエッチングマスクとして用いても良い。
　＜熱酸化工程＞
　続いて、図１１に示されるように、凹部１１ａの内面（側面および底面）を熱酸化させることにより、酸化シリコン膜１４を形成する。このとき、凹部１１ａの内面を除くシリコン領域１１の表面は窒化シリコン膜４１によって覆われているので、凹部１１ａの内面のみ熱酸化される。また、本工程では、熱酸化により形成される酸化シリコン膜１４の膜厚を、完成後の光モジュールにおける酸化シリコン膜１４の膜厚の２倍程度（例えば０．４８μｍ）にしておくとよい。この工程ののち、例えば１５０℃～１７０℃に加熱した熱リン酸液を用いて窒化シリコン膜４１を除去する（図１２）。熱リン酸液を用いることによって、酸化シリコン膜１４及び１８を残したまま窒化シリコン膜４１のみを好適に除去できる。
　＜第２のエッチング工程＞
　続いて、図１３に示されるように、酸化シリコン膜１８をエッチングマスクとして用い、シリコン領域１１を再びエッチングすることにより、側面１２ａとは別の側面１２ｂ～１２ｄをシリコン領域１１に形成する。これにより、光透過性光学部品１２が形成される。なお、本工程でのエッチング方法としては、ドライエッチングおよびアルカリウェットエッチングの何れでもよい。
　＜第３のエッチング工程＞
　続いて、酸化シリコン膜１４のうち不要な部分１４ａ（図１３を参照）を除去するため、例えば希フッ酸を用いたエッチングを行う。このとき、酸化シリコン膜１４のうちシリコン領域１１に沿っていない部分１４ａは、希フッ酸によって内外面の双方からエッチングされるので、シリコン領域１１に沿った他の部分と比較して約２倍の速さでエッチングされる。したがって、該部分１４ａが完全に除去されたタイミングにおいて、他の部分（特に側面１２ａ上の部分）は膜厚の半分程度しかエッチングされない。このような工程により、図１４に示されるように、酸化シリコン膜１４の不要な部分１４ａが除去され、酸化シリコン膜１４の他の部分は残存することとなる。熱酸化により形成された直後の酸化シリコン膜１４の厚さが０．４８μｍである場合、本工程後における酸化シリコン膜１４の厚さは０．２４μｍである。この厚さによって半透過反射膜１３の反射率が変化するので、本工程における酸化シリコン膜１４の減厚分を考慮して上述した熱酸化工程を行うことが望ましい。
　なお、上述した工程では酸化シリコン膜１４の不要な部分１４ａをエッチングによって除去したが、該部分１４ａの厚さによっては、ウェット処理の際の水圧によって該部分１４ａを折ることにより除去してもよい。
　＜窒化膜形成工程＞
　続いて、図１５に示されるように、シリコン領域１１上の全面に、窒化シリコン膜１６を形成する。この工程では、側面１２ａ上の酸化シリコン膜１４、および他の側面１２ｂ～１２ｄを少なくとも覆うように窒化シリコン膜１６を形成する。これにより、反射防止膜としての窒化シリコン膜１６が側面１２ｂ～１２ｄに形成され、同時に、半透過反射膜１３の一部を構成する窒化シリコン膜１６が酸化シリコン膜１４上に形成される。なお、この工程では、酸化シリコン膜１４上および側面１２ｂ～１２ｄ上に窒化シリコン膜１６を均一に形成する為に、高温処理の減圧化学気相成長法（ＬＰ－ＣＶＤ）を用いて窒化シリコン膜１６を形成することが好ましい。
　以上に説明した方法によって、第１の板状部材１０が好適に作製される。一方、第２の板状部材２０のうち静電アクチュエータ３０以外の部分は、例えば次のようにして作製される。まず、ＳＯＩ基板を準備する。このＳＯＩ基板のシリコン層の表面上に、酸化シリコン膜を形成する。次に、この酸化シリコン膜をエッチングすることにより、入射鏡２１の傾斜した鏡面に対応する開口と、出射鏡２４の傾斜した鏡面に対応する開口とを形成する。そして、ＳＯＩ基板のシリコン層上の全域にわたって、窒化シリコン膜を形成する。この窒化シリコン膜をエッチングすることにより、入射鏡２１、固定反射鏡２２、可動反射鏡２３、及び出射鏡２４にそれぞれ対応する開口を形成する。
　続いて、窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜を介して、シリコン層に対しドライエッチングを施す。このとき、ＳＯＩ基板の絶縁層が露出するまでシリコン層をエッチングする。これにより、シリコン層において、入射鏡２１、固定反射鏡２２、可動反射鏡２３、及び出射鏡２４が形成される。そして、シリコン層の露出した側面を酸化シリコン膜によって保護したのち、窒化シリコン膜を除去する。このとき、例えば熱リン酸等を用いて酸化シリコン膜を残しつつ選択的に窒化シリコン膜をエッチングする。これにより、入射鏡２１及び出射鏡２４の傾斜した鏡面に対応する酸化シリコン膜の開口が再び現れ、当該部分のシリコン層が露出することとなる。その後、露出したシリコン層に対してウェットエッチングを施す。このとき、例えばアルカリエッチングによりシリコン層の露出部分を異方性エッチングする。これにより、入射鏡２１及び出射鏡２４の傾斜した鏡面がシリコン層に形成される。
　続いて、酸化シリコン膜を除去し、入射鏡２１、固定反射鏡２２、可動反射鏡２３、及び出射鏡２４の各鏡面上に金属膜２６を形成する。まず、ＳＯＩ基板の部品形成面を覆うようにシャドウマスクを配置する。このシャドウマスクには、入射鏡２１、固定反射鏡２２、可動反射鏡２３、及び出射鏡２４のそれぞれにおいて鏡面となる部分を全て含むような一つの大きな開口が形成されている。そして、このシャドウマスクを介して金属材料を物理蒸着することにより、上記各鏡面上に金属膜２６を形成する。このとき、金属膜２６の形成方法としては、エネルギーの高いスパッタ方式の他、抵抗蒸着やＥＢ蒸着が好適である。こうして、第２の板状部材２０が好適に作製される。
　図１６は、第１の板状部材１０と第２の板状部材２０とを相互に貼り合わせる様子を模式的に示す斜視図である。この工程では、部品形成面１０ａと主面２０ａとが対向するように、且つ、第１の板状部材１０の光透過性光学部品１２と、第２の板状部材２０の入射鏡２１、固定反射鏡２２、可動反射鏡２３、及び出射鏡２４とが図７に示された位置関係となるように、第１及び第２の板状部材１０，２０を相互に貼り合わせる。このとき、第１の板状部材１０の周縁部１０ｃ、及び、第２の板状部材２０の周縁部２０ｃのそれぞれにアライメントマーク１７，２７を形成し、図１７に示されるように、これらのアライメントマーク１７，２７が一致するように第１及び第２の板状部材１０，２０を位置合わせした後に、周縁部１０ｃ，２０ｃを互いに接合するとよい。また、第１及び第２の板状部材１０，２０の接合方法としては、直接接合させる方法、半田を介して接合させる方法、或いは樹脂を介して接合させる方法などが好適である。
　以上に説明した、本実施形態に係る光モジュール及びその製造方法による効果について、ＭＥＭＳ技術を用いた一般的な光モジュールが抱える課題とともに説明する。
　ＭＥＭＳ技術によれば、半導体フォトリソグラフィ技術を用いた微細且つ高精度な加工が可能であり、光を波として処理するような光干渉計や回折格子を有する光モジュールを好適に作製することができる。特に、シリコン基板やＳＯＩ基板を用いたＭＥＭＳ加工では、シリコンが適度な弾性を有することから、機械的特性が良く信頼性が高いセンサやアクチュエータを作製することができ、また、シリコン結晶の異方性を利用した斜面の形成や、ボッシュプロセスなどを用いた深いトレンチの形成が可能である。このため、ＭＥＭＳ技術は、加速度センサ、圧力センサ、プロジェクタの画素ミラー（デジタルミラーデバイス等）、ＦＴＩＲ（Fourier Transform Infrared
Spectrometer）分光器の為の光干渉計などを製造する為に利用される。特に、光干渉計については幅広い応用が可能であり、ＦＴＩＲだけでなく、ＯＣＴ（Optical Coherent
Tomography）や、膜厚測定、表面粗さ測定などへの応用が可能であり、且つ、これらの計測器を小型に構成することができる。
　しかしながら、シリコン基板等にＭＥＭＳ加工を行って種々の光モジュールを作製する場合、以下に示すような課題が存在する。
（１）ビームスプリッタといった光透過性光学部品における光利用効率が低い。
（２）反射鏡を形成するためにシャドウマスクによる金属膜の形成を行う場合、他の光学部品に金属が付着することを避ける為に他の光学部品を反射鏡から離して配置する必要があるので、これらの距離（すなわち光路長）が長くなってしまう。
（３）ビームスプリッタといった光透過性の光学部品と、静電アクチュエータといった導電性部品とが光モジュール内に混在している場合、導電性部品の電気伝導性を高めるためにシリコンの不純物濃度を大きくすると、光透過性の光学部品の光吸収が大きくなってしまい、光利用効率が低下する。逆に、光透過性の光学部品の光吸収を抑えるためにシリコンの不純物濃度を小さくすると、導電性部品の電気伝導性が小さくなって良好な動作を確保できない。このように、光透過性の光学部品と導電性部品との相反する要求を満足することができない。
以下、これらの課題（１）～（３）について、詳細に説明する。
　（１）光透過性光学部品における光利用効率が低い
　図１８は、光透過性光学部品の一例として、干渉光学系等に用いられるビームスプリッタ１００を模式的に示す平面図である。このビームスプリッタ１００は、半透過反射面１０１、光反射面１０３、及び光透過面１０４を有する。ここで、例えば波長１μｍ帯でのシリコンの屈折率は約３．５なので、シリコン表面におけるフレネル反射の反射率は約３０％となる。すなわち、半透過反射面１０１に到達した光Ｌａ１の３０％は、半透過反射面１０１において反射する。なお、この反射した光Ｌａ２は、図示しない可動反射鏡によって反射されて半透過反射面１０１へ戻り、そのうち７０％が半透過反射面１０１を透過して光透過面１０４に到達する。また、光Ｌａ１のうち残りの７０％（Ｌａ３）は、半透過反射面１０１からビームスプリッタ１００に入射し、光反射面１０３で反射したのち、半透過反射面１０１に戻る。半透過反射面１０１に戻った光Ｌａ３の３０％が半透過反射面１０１において再び反射し、光透過面１０４に到達する。そして、光透過面１０４に到達した光Ｌａ２及びＬａ３の各７０％が、光透過面１０４からビームスプリッタ１００の外部へ出射する。
　しかしながら、図１８に示されたビームスプリッタ１００の半透過反射面１０１における反射率（３０％）は、光干渉計としては理想的な値ではない。光干渉計において、最終的に取り出される干渉光の振幅Ａは、半透過反射面１０１における反射率をｒとすると、次の数式（１）によって表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 この数式（１）によれば、ｒが０．５（すなわち反射率５０％）であるときに振幅Ａが最大値（０．５）となる。これに対し、ｒが０．３（すなわち反射率３０％）であるときには、Ａは０．４１となり、光利用効率が２０％程度小さくなる。更に、ビームスプリッタ１００から光Ｌａ２及びＬａ３が出射する際にも３０％の損失が生じるので、最終的な光利用効率は、４１％×７０％＝２８．７％にまで小さくなる。なお、この計算では光反射面１０３における反射率を１００％としているが、光反射面１０３に金属膜を製膜できない場合には、光利用効率は更に低くなる。
　このような光利用効率の低さは、シリコンの波長分散に対する補償によって更に顕著となる。シリコンからなる光透過性光学部品の内部を透過する光の光路長は、その光の波長によって異なる。例えば、光透過性光学部品を透過する光の波長が１μｍ～１．７μｍの範囲内である場合、シリコンからなる光透過性光学部品の屈折率は、３．５±０．０４程度の範囲内で波長に応じて変化する。ここで、図１８に示されたビームスプリッタ１００を例にとって説明する。光Ｌａ１～Ｌａ３のビーム幅を１５０μｍと仮定すると、光Ｌａ２及びＬａ３が光反射面１０３に遮られることなく光透過面１０４に向けて進む為には、半透過反射面１０１と光反射面１０３との間の光路の長さが少なくとも３６０μｍ程度必要となる。そして、光Ｌａ２はこの光路を往復するので、その間の光Ｌａ２の伝搬距離は７２０μｍ程度となる。結局、上記波長範囲において、７２０μｍ×±０．０４＝±２９μｍ、すなわち光Ｌａ２の波長毎の等価光路長に最大５８μｍのズレが生じてしまい、干渉光像を劣化させてしまう。なお、複素フーリエ変換を使用すれば、位相のずれ（光路長のずれと等価である）を算出できるが、アポタイジング補正等の必要性が増し、分解能劣化に繋がる為、好ましくない。
　このような理由から、波長分散を補償するための光学部材が設けられる。図１９は、波長分散を補償するための光学部材を有する干渉光学系の構成例を示す平面図である。図１９に示されるように、この干渉光学系１２０は、ビームスプリッタ１２１と、固定反射鏡１２２と、固定反射鏡１２２の前に設けられたシリコン製の波長分散補償部材１２３と、可動反射鏡１２４とを備えている。ビームスプリッタ１２１の一側面１２１ａは光分岐面として利用され、別の側面１２１ｂは光透過面として利用される。このビームスプリッタ１２１の側面１２１ａに光Ｌｂ１が入射すると、この光Ｌｂ１の一部（３０％）であるＬｂ２は側面１２１ａにて反射し、波長分散補償部材１２３の側面１２３ａを通って固定反射鏡１２２に達する。この光Ｌｂ２は、固定反射鏡１２２において反射し、波長分散補償部材１２３の側面１２３ａを再び通って側面１２１ａに戻る。一方、光Ｌｂ１の他の一部（７０％）であるＬｂ３は側面１２１ａを透過し、側面１２１ｂから出射して可動反射鏡１２４に達する。この光Ｌｂ３は、可動反射鏡１２４において反射し、側面１２１ｂを再び通って側面１２１ａに戻る。側面１２１ａに戻った光Ｌｂ２及びＬｂ３は、側面１２１ｂから外部へ向けて出射する。
　図１９に示された干渉光学系１２０によれば、光Ｌｂ２の光路長と、光Ｌｂ３の光路長とを等しくすることによって、上述した波長分散を補償することが可能となる。しかしながら、このように波長分散補償の為の光学部材（波長分散補償部材１２３）を設けると、光が通過する光透過面の数が増し、それらの光透過面を通過する毎に損失が発生するので、光利用効率は更に低下してしまう。例えば、図１９に示された干渉光学系１２０では、光利用効率は
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 となってしまう。
　以上に述べたような課題は、光透過面に反射防止膜（ＡＲコート）を設け、光分岐面に半透過反射膜を設けることによって軽減される。例えば、図１９に示された干渉光学系１２０の側面１２１ｂ及び１２３ａに反射率５％の反射防止膜を形成し、側面１２１ａに反射率５０％の半透過反射膜を形成した場合、光利用効率は次のように大幅に改善される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 このような反射防止膜は、例えば窒化シリコン膜といった誘電体膜を、ＣＶＤ等を用いて光透過面上に製膜することによって好適に作製される。また、半透過反射膜は、例えば酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とを、ＣＶＤ等を用いて光分岐面上に積層することによって作製される。しかしながら、ＭＥＭＳ技術によってこのような干渉光学系を作製する場合、シリコン基板やＳＯＩ基板をエッチングして形成された光透過性光学部品に反射防止膜や半透過反射膜を製膜することとなる。ＭＥＭＳ技術では、他に金属膜を蒸着する工程など種々の工程が混在するので、従来のように一枚の基板から干渉光学系を作製すると、様々な工程上の制約が生じ、また工程が複雑になってしまう。
　（２）シャドウマスクによる金属膜の形成のために、光学部品間の距離が長くなってしまう
　図２０は、或る干渉光学系においてシャドウマスクを用いて金属膜を製膜する様子を示す断面図である。図２０には、製膜対象の光反射面であるシリコン領域１４０の側面１４０ａと、製膜対象ではない光透過面（或いは半透過反射面）であるシリコン領域１４０の側面１４０ｂとが示されている。側面１４０ａに金属膜１４２を製膜する際、シリコン領域１４０上にはシャドウマスク１４４が配置される。このシャドウマスク１４４には開口１４４ａが形成されており、ターゲット１４６から発した金属材料は、この開口１４４ａを介して限定的にシリコン領域１４０上へ飛散する。
　通常、このようなシャドウマスクを用いた金属製膜では、製膜対象面とターゲットとが互いに対向するように配置される。しかし、ＭＥＭＳ技術を用いた干渉光学系では基板面に対して略垂直の光反射面に製膜する必要があるので、図２０に示されるように、ターゲット１４６とシャドウマスク１４４との距離Ｄ１を、従来の距離Ｄ２と比較して短くすることにより、金属粒子の飛散方向の横方向成分を大きくする必要がある。したがって、製膜対象ではない側面１４０ｂに金属が付着して光透過率が低下することを回避するために、側面１４０ａと側面１４０ｂとの距離を長くする必要が生じる。このことは、光反射面と光透過面（或いは半透過反射面）との間の光路長が長くなることを意味する。
　多くの光モジュールにおいて、光学部品間の光路長が長くなることは好ましいことではない。例えば光干渉計では、半透過反射面において分岐された光が、途中で失われることなく光検出器まで到達しなければならない。そのためには、干渉光学系を光が伝搬する間、その光は平行光に近いことが望ましい。通常、分光器などにおいてコヒーレントでない光を用いる場合、入射ビーム径を数μｍ～数十μｍの範囲に損失なく絞り込むことは極めて難しい。一般的に、入射ビーム径の入射窓の大きさは数百μｍ以上であって、このような大きさの窓を通過したビームは様々な角度の広がり成分を有しており、同程度のビーム径の平行光を作り出すことは極めて困難である。
　なお、像倍率がｍであるレンズ系では、ビーム径がｍ倍に拡大されるのと同時に、ビーム径の広がり角（開口率ＮＡ）が１／ｍに変換される。ビームを平行光とすることは、ビームの広がり角を小さくすることと同義であり、したがって像倍率ｍを大きくすれば良い。しかし、このことは、或るビーム径で一定の広がり角を有するビームを、更に小さなビーム径の平行光に変換することは不可能であることを意味する。例えば、コア径が２００μｍでＮＡが０．２である光ファイバから出射されたビームを、ＮＡが０．００２程度（１ｍｍで２μｍ程度の広がり）の平行光に変換しようとすると、ビーム径は１００倍の２０ｍｍとなってしまう。ＭＥＭＳ技術によって形成される光透過面や半透過光反射面の寸法は１００μｍ～数百μｍ程度なので、このように大きなビーム径では、光学系を伝搬中にそのほとんどが損失してしまう。以上のことから、ＭＥＭＳ技術によって作製されるような小さな光学系では、損失を少なくするために光路長を可能な限り短くすることが重要となる。
　（３）光透過性の光学部品と導電性部品との相反する要求を満足することができない
　静電アクチュエータのような導電性部品を効率良く駆動するためには、導電性部品を構成するシリコンの電気抵抗が小さいほど好ましい。静電アクチュエータは、各電極に印加される電圧による静電気力によって動作するので、基本的に直流電流は流れない。しかし、交流電流は流れるので、各電極を構成するシリコンの電気抵抗が大きい場合、電力が熱に変換されて失われる。また、電気抵抗値が大きいと、静電アクチュエータの応答特性の時定数が大きくなり、動作速度が遅くなってしまう。これらのことから、静電アクチュエータを構成するシリコンの電気抵抗は低いほど良い。換言すれば、静電アクチュエータを構成するシリコンの不純物濃度は高いほど良い。
　一方、ビームスプリッタのような光透過性の光学部品では、シリコンの不純物濃度は小さいほど良い。不純物を含まない純粋なシリコン単結晶は、１μｍ以上の波長域では少なくとも１００μｍ程度の厚さまでは極めて高い透明度を有する。しかし、不純物濃度が高いと、不純物による吸収や散乱が生じ、透過光に損失が発生する。
　このように、光透過性の光学部品と導電性部品とには、シリコンの不純物濃度といった点において互いに相反する要求がある。しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載された光モジュールでは、一枚の基板からこれらの部品を作成しているので、これらの要求を同時に満足することは難しい。
　以上に述べた課題（１）～（３）に対し、本実施形態による光モジュール及びその製造方法では、図１～図５に示されたように、光透過性光学部品１２と光反射性光学部品（入射鏡２１、固定反射鏡２２、可動反射鏡２３、及び出射鏡２４）とが、それぞれ別の板状部材１０，２０に形成されている。したがって、これらの光学部品をそれぞれの板状部材１０，２０に形成する際、例えば不純物濃度といった基板の特性を、各光学部品に最適な特性に合わせることができる。例えば、光透過性光学部品１２が形成される第１の板状部材１０のシリコン領域１１には不純物を添加せずに光の吸収を抑制し、また可動反射鏡２３が形成される第２の板状部材２０のシリコン層２５には、適量の不純物を添加して良好な導電性を確保し、可動反射鏡２３を駆動する静電アクチュエータ３０といった導電性部品の電気的特性を良好にできる。
　また、本実施形態による光モジュール及びその製造方法によれば、光透過性光学部品１２と光反射性光学部品（入射鏡２１、固定反射鏡２２、可動反射鏡２３、及び出射鏡２４）とを各板状部材１０，２０に個別に形成することができるので、第２の板状部材２０において金属膜２６を蒸着した後に第１の板状部材１０と第２の板状部材２０とを接合すれば良く、金属膜２６の蒸着の際に光透過性光学部品１２に金属粒子が付着することを確実に防止できる。したがって、第２の板状部材２０の鏡２１～２４と光透過性光学部品１２とを相互に近づけて配置することができ、光利用効率を向上することができる。
　また、本実施形態による光モジュール及びその製造方法によれば、光透過性光学部品１２と光反射性光学部品とを各板状部材１０，２０に個別に形成することができる。したがって、例えば、第１の板状部材１０では、光透過性光学部品１２の各側面１２ａ～１２ｄに対し、酸化シリコン膜１４及び窒化シリコン膜１６からなる半透過反射膜１３や、窒化シリコン膜１６からなる反射防止膜を形成する一方、第２の板状部材２０では、静電アクチュエータ３０といった複雑な形状の部品を形成することができる。このように、ＭＥＭＳ技術によって形成される種々の光学部品の形成工程を完全に分離し並行して行うことができるので、工程上の制約を軽減し、また工程を簡易化することができる。
　なお、本実施形態では、第２の板状部材２０の光反射性光学部品（入射鏡２１、固定反射鏡２２、可動反射鏡２３、及び出射鏡２４）はシリコン層２５をエッチングすることにより形成されている。シリコンはエッチングによる加工が容易なので、これによって光反射性光学部品を容易に形成することができる。なお、これらの光学部品は、シリコンに限らず他の半導体材料からなる層をエッチングすることにより形成されてもよい。
　また、本実施形態のように、第２の板状部材２０は、可動反射鏡２３を駆動する静電アクチュエータ３０を有してもよい。前述したように、本実施形態では不純物濃度を各板状部材１０，２０毎に最適化することができる。したがって、本実施形態のように第２の板状部材２０が静電アクチュエータ３０を有する場合であっても、第２の板状部材２０に適量の不純物を添加して導電性を確保しつつ、第１の板状部材１０には不純物を添加せずに光透過性光学部品１２での光の吸収を抑えることができる。
　また、本実施形態のように、出射鏡２４が、光透過性光学部品１２を透過した光を第１の板状部材１０へ向けて反射し、第１の板状部材１０が該光を透過してもよい。これにより、光透過性光学部品１２を透過した干渉光を光モジュールの外部へ好適に出力することができる。
　また、本実施形態のように、第１の板状部材１０のシリコン領域１１の比抵抗は、第２の板状部材２０のシリコン層２５の比抵抗より大きいことが好ましい。このような場合、シリコン領域１１の不純物濃度がシリコン層２５の不純物濃度より小さくなるので、光透過性光学部品１２における光の吸収を効果的に抑制することができる。
　また、本実施形態では、光透過性光学部品１２において、シリコン領域１１をエッチングすることにより形成された複数の側面１２ａ～１２ｄのうち一つの側面１２ａに半透過反射膜１３が設けられ、他の側面に反射防止膜（窒化シリコン膜１６）が設けられている。これにより、光透過性光学部品１２としてビームスプリッタを好適に実現することができる。
　また、本実施形態のように、第１の板状部材１０の周縁部１０ｃと、第２の板状部材２０の周縁部２０ｃとには、第１及び第２の板状部材１０，２０の位置合わせの為の複数のアライメントマーク１７，２７をそれぞれ形成することが好ましい。これにより、第１の板状部材１０と第２の板状部材２０との相対角度のずれを低減し、光利用効率の低下を抑えることができる。
　図２１は、第１の板状部材１０と第２の板状部材２０との位置ずれに起因する問題を説明するための図であって、第１の板状部材１０の光透過性光学部品１２と、第２の板状部材２０の光反射性光学部品（入射鏡２１、固定反射鏡２２、可動反射鏡２３、及び出射鏡２４）との相対位置関係を示している。図２１（ａ）は、入射鏡２１、固定反射鏡２２、可動反射鏡２３、及び出射鏡２４に対して光透過性光学部品１２が角度変化無く平行にずれた場合について、本来の位置を実線で、位置ずれが生じた位置を一点鎖線で示している。また、図２１（ｂ）は、入射鏡２１、固定反射鏡２２、可動反射鏡２３、及び出射鏡２４に対する光透過性光学部品１２の角度ずれが生じた場合について、本来の位置を実線で、位置ずれが生じた位置を一点鎖線で示している。
　通常、フリップチップボンディングにおける接合精度は、数μｍ～１０μｍ程度である。したがって、図２１（ａ）に示されるような位置ずれでは、各鏡２１～２４に到達する光の光軸が数μｍ～１０μｍ程度ずれるだけであり、各鏡２１～２４が１００μｍ～１０００μｍ程度の横幅を有する場合には、大きな問題にはならない。なお、各鏡２１～２４の鏡面の法線方向への位置ずれについても、例えば可動反射鏡２３の動作距離が１００μｍ以上あれば、校正することが可能である。
　一方、図２１（ｂ）に示されるような角度ずれは大きな問題となる。例えば、干渉光学系全体の大きさ（例えば固定反射鏡２２から出射鏡２４までの距離）を３ｍｍと仮定する。そして、光透過性光学部品１２の両端の距離を１ｍｍとし、フリップチップボンディングにおける接合精度を１０μｍとする。このとき、光透過性光学部品１２の角度ずれは、最大でｔａｎ－１（０．０２／１）＝１．１°となる。固定反射鏡２２へ進む被測定光Ｌ２の光路は、このような半透過反射面１２ａの角度ずれに起因して、次第に本来の光路から離れていく。この被測定光Ｌ２は、固定反射鏡２２において反射し、反対側にある出射鏡２４までの距離を進むので、仮に半透過反射面１２ａが干渉光学系の中央（すなわち固定反射鏡２２及び出射鏡２４から１．５ｍｍの位置）にある場合、被測定光Ｌ２は、半透過反射面１２ａにおいて反射してから４．５ｍｍの距離を伝搬することとなる。したがって、光透過性光学部品１２の角度ずれに起因する出射鏡２４での位置ずれは、４．５ｍｍ×ｔａｎ（１．１°）＝８６μｍとなる。
　更に、可動反射鏡２３から反射した被測定光Ｌ３もまた、半透過反射面１２ａにおいて反射するときに角度ずれを生じる。この被測定光Ｌ３が出射鏡２４に到達したときの位置ずれは、約３０μｍとなる。すなわち、出射鏡２４における被測定光Ｌ２及びＬ３の位置ずれを合わせると１１０μｍ程度となり、出射鏡２４の横幅に対して無視できない大きさとなる。
　このような課題に対し、本実施形態では、板状部材１０，２０の周縁部１０ｃ，２０ｃに複数のアライメントマーク１７，２７を形成し、これらのアライメントマーク１７，２７を用いて周縁部１０ｃ，２０ｃを互いに接合する。この場合、複数のアライメントマーク１７，２７間の距離（例えば３ｍｍ以上）を、光透過性光学部品１２の両端の距離（例えば１ｍｍ）より長くすることができるので、フリップチップボンディングにおける接合精度（例えば１０μｍ程度）が変わらない場合でも、第１の板状部材１０と第２の板状部材２０との相対角度のずれを低減することができる。したがって、各鏡２１～２４（特に出射鏡２４）における干渉光の位置ずれを少なくし、光利用効率の低下を抑えることができる。
　一例を挙げると、アライメントマーク同士の間隔が例えば５ｍｍである場合、フリップチップボンディングにおける接合精度を１０μｍとすると、半透過反射面１２ａの角度ずれ、出射鏡２４における被測定光Ｌ２及びＬ３の位置ずれ、並びに被測定光Ｌ２及びＬ３を合わせた位置ずれは、それぞれ以下のようになる。
半透過反射面１２ａの角度ずれ：ｔａｎ－１（０．０２／５）＝０．２３°
出射鏡２４における被測定光Ｌ２の位置ずれ：
　　４．５ｍｍ×ｔａｎ（０．２３°）＝１８μｍ
出射鏡２４における被測定光Ｌ３の位置ずれ：
　　１．５ｍｍ×ｔａｎ（０．２３°）＝６μｍ
被測定光Ｌ２及びＬ３を合わせた位置ずれ：２４μｍ
このように位置ずれを小さくすることができるので、出射鏡２４などの横幅を広げること等によって容易に対応可能となる。
　なお、本実施形態では、第１の板状部材１０の周縁部１０ｃが部品形成面１０ａに対して厚さ方向にやや突出しており、また、第２の板状部材２０の周縁部２０ｃが、主面２０ａに対して厚さ方向に突出している。周縁部１０ｃ及び２０ｃの形態はこれに限られるものではなく、例えば、周縁部１０ｃ及び２０ｃのうち一方が突出しておらず、他方が大きく突出することによりこれらが互いに接するような形態であってもよい。特に、本実施形態のように第２の板状部材２０がＳＯＩ基板から作製される場合には、絶縁層２９をエッチングしてこれを除去することにより、周縁部２０ｃにおいて支持基板２８を露出させ、露出した支持基板２８と第１の板状部材１０の周縁部１０ｃとを相互に接合することが好ましい。また、この場合、第１の板状部材１０の光透過性光学部品１２の上面を少しエッチングして周縁部１０ｃの上面より低くしておくことにより、光透過性光学部品１２と第２の板状部材２０との接触を回避することが好ましい。
　（第１の変形例）
　図２２は、上記実施形態の第１変形例について説明するための図である。上記実施形態では、アライメントマーク１７，２７を板状部材１０，２０の周縁部１０ｃ，２０ｃに形成しているが、図２２（ａ）に示されるように、複数の板状部材１０，２０を作製するために使用されるウエハ５０，６０の周縁部のそれぞれに、アライメントマーク５７，６７を形成してもよい。なお、図２２（ａ）に示されるウエハ５０は、本変形例における第１のウエハであって、シリコン領域をエッチングすることにより形成された光透過性光学部品１２をそれぞれ有する複数の領域を含んでいる。また、ウエハ６０は、本変形例における第２のウエハであって、光反射性光学部品（入射鏡２１、固定反射鏡２２、可動反射鏡２３、及び出射鏡２４）を主面６０ａ側に有する複数の領域６１を含んでいる。
　本変形例では、まず、図２２（ａ）に示されるように、ウエハ５０，６０の周縁部のそれぞれに、ウエハ５０，６０の位置合わせの為の複数のアライメントマーク５７，６７を形成する。そして、図２２（ｂ）に示されるように、複数のアライメントマーク５７，６７の位置が互いに一致するように、ウエハ５０の光透過性光学部品１２が形成された部品形成面５０ａと、ウエハ６０の主面６０ａとを対向させる。この状態で、ウエハ５０，６０を互いに接合する（図２２（ｃ））。その後、この接合後のウエハを所定の切断ライン８１に沿って切断し、板状部材１０，２０に対応する領域を切り出すことによって（図２２（ｄ））、光モジュール８０が作製される。
　本変形例では、ウエハ５０，６０の周縁部にアライメントマーク５７，６７を形成するので、複数のアライメントマーク同士の距離を極めて長くすることができる。したがって、フリップチップボンディングにおける接合精度（例えば１０μｍ程度）が変わらない場合でも、第１の板状部材１０と第２の板状部材２０との相対角度のずれを顕著に低減することができる。例えば、アライメントマーク５７，６７をそれぞれ１３０ｍｍ間隔で作成した場合、角度ずれはｔａｎ－１（０．０２／１３０）＝０．００９°となり、殆ど無視できる大きさとなる。
　（第２の変形例）
　図２３は、上記実施形態の第２変形例について説明するための図である。上記実施形態では、アライメントマーク１７，２７を用いて第１及び第２の板状部材１０，２０を位置合わせしているが、第１及び第２の板状部材１０，２０の位置合わせの方法はこれに限られるものではない。例えば、本変形例では、第１の板状部材１０の周縁部１０ｃに突起１０ｄを形成し、第２の板状部材２０の周縁部２０ｃに凹部２０ｄを形成し、突起１０ｄを凹部２０ｄに挿入することによって第１及び第２の板状部材１０，２０の位置合わせを行う。
　第２の板状部材２０の凹部２０ｄは、静電アクチュエータ３０や各鏡２１～２４を形成するためのエッチング工程において、周縁部２０ｃのシリコン層２５を同時にエッチングすることにより好適に形成される。また、第１の板状部材１０の突起１０ｄは、光透過性光学部品１２を形成するためのエッチング工程において、周縁部１０ｃのシリコン領域１１を同時にエッチングすることにより好適に形成される。このように、突起１０ｄ及び凹部２０ｄは半導体プロセスを用いて形成可能であり、精度良く形成されることができる。
　なお、突起１０ｄは、凹部２０ｄに対して隙間無く嵌合しなくても良い。図２４は、突起１０ｄが凹部２０ｄに挿入された状態において、板状部材１０，２０の厚さ方向から見た突起１０ｄ及び凹部２０ｄの位置関係を示す断面図である。図２４に示されるように、凹部２０ｄの平面寸法が突起１０ｄの平面寸法より大きい場合には、突起１０ｄを挿入し易くなり、また、突起１０ｄと凹部２０ｄとの接触面を精度良く形成すれば、板状部材１０，２０相互の角度ずれを十分に小さくすることが可能である。なお、図２４に示された態様では、突起１０ｄと凹部２０ｄとの接触面に沿った方向に位置ずれが生じるおそれがあるが、図２１（ａ）を示して説明したように、このような平行方向のずれは大きな問題とはならない。勿論、突起１０ｄ及び凹部２０ｄの該方向の寸法を合致させることによって位置決めを更に精度良く行っても良い。なお、本変形例では、突起１０ｄを凹部２０ｄに挿入したのち、周縁部１０ｃ及び２０ｃを相互に樹脂止めして固定する。或いは、光モジュールを一回り大きなパッケージに収めて、第１の板状部材１０と第２の板状部材２０とが互いに外れないように固定してもよい。
　（第３の変形例）
　上記実施形態では、静電アクチュエータ３０を備える干渉光学系を例示したが、本変形例では、静電アクチュエータ３０といった導電性部材を備えない光モジュールの例について説明する。本変形例に係る光モジュールは、未知の距離にある測定対象面からの反射光の干渉光を生成する。この干渉光は、測定対象面までの距離を算出する為に利用される。
　図２５は、本変形例に係る第２の板状部材７０の構成を示す平面図である。本変形例では、上記実施形態の可動反射鏡２３に代えて、測定対象面へ向けて光を投射するための出射鏡７１が、第２の板状部材７０に形成されている。出射鏡７１は、第２の板状部材７０の主面に対して４５°といった角度を有する傾斜面を有しており、該傾斜面上には金属膜２６が蒸着されている。この出射鏡７１は、半透過反射面１２ａから到達した光Ｌ３を、第２の板状部材７０の主面の法線方向へ反射する。測定対象面において反射した光Ｌ３は、再び出射鏡７１に戻り、半透過反射面１２ａにおいて反射したのち出射鏡２４から干渉光Ｌ４として取り出される。
　本変形例のように、導電性部材を備えない光モジュールにおいても、上記実施形態において述べた効果と同様の効果を好適に得ることができる。すなわち、光反射性光学部品（入射鏡２１、固定反射鏡２２、出射鏡７１、及び出射鏡２４）と光透過性光学部品１２とを互いに近づけて配置することができ、且つ、基板の特性に関する要求が光学部品によって相反する場合でもそれらの要求を満たすことができる。
　本発明による光モジュール及びその製造方法は、上述した実施形態及び各変形例に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上述した実施形態及び各変形例では、本発明を適用する光モジュールとしてマイケルソン干渉光学系を例示したが、本発明は、干渉光学系に限らず、光透過性光学部品および光反射性光学部品を備える様々な光学系に適用可能である。
　上記実施形態による光モジュールでは、シリコン領域をエッチングすることにより形成された光透過性光学部品を有する第１の板状部材と、光透過性光学部品を透過した光を反射する為の光反射性光学部品を主面上に有する第２の板状部材とを備え、第１の板状部材の光透過性光学部品が形成された部品形成面と、第２の板状部材の主面とが対向するように、第１及び第２の板状部材が互いに接合されており、光透過性光学部品を透過する光の光路が、第１の板状部材の部品形成面及び第２の板状部材の主面に沿っている構成を用いている。
　また、光モジュールは、光反射性光学部品が、半導体領域をエッチングすることにより形成された面と、該面上に設けられた金属膜とを有する構成としてもよい。光モジュールがこのような光反射性光学部品を備える場合、従来の光モジュールでは、光透過性光学部品を金属が付着しない領域まで離して配置する必要があった。これに対し、上記実施形態による光モジュールによれば、第２の板状部材において金属膜を蒸着した後に第１の板状部材と第２の板状部材とを接合すれば良いので、光透過性光学部品に金属が付着することなく光反射性光学部品と光透過性光学部品とを相互に近づけて配置することができる。
　また、光モジュールは、光反射性光学部品が、半導体領域をエッチングすることにより形成された面を有し、該半導体領域がシリコンから成る構成としてもよい。これにより、光反射性光学部品を容易に形成することができる。
　また、光モジュールは、光反射性光学部品が、主面から分離されて該主面に沿った方向に移動可能となっており、第２の板状部材が、静電気力によって光反射性光学部品を駆動するアクチュエータ構造を更に有する構成としてもよい。前述したように、上記実施形態による光モジュールでは不純物濃度を各板状部材毎に最適化することができる。したがって、第２の板状部材がアクチュエータ構造を有する場合であっても、第２の板状部材に適量の不純物を添加して導電性を確保しつつ、第１の板状部材には不純物を添加せずに光透過性光学部品での光の吸収を抑えることができる。
　また、光モジュールは、光反射性光学部品が、光透過性光学部品を透過した光を第１の板状部材へ向けて反射し、第１の板状部材が該光を透過する構成としてもよい。これにより、光透過性光学部品を透過した光（例えば干渉光など）を光モジュールの外部へ好適に出力することができる。
　また、光モジュールは、第１の板状部材の比抵抗が、第２の板状部材の比抵抗より大きい構成としてもよい。このような場合、第１の板状部材の不純物濃度が第２の板状部材の不純物濃度より小さいので、光透過性光学部品における光の吸収を好適に抑制することができる。
　また、光モジュールは、第１の板状部材の周縁部と、第２の板状部材の周縁部とが互いに接合されており、第１及び第２の板状部材の各周縁部には、第１及び第２の板状部材の位置合わせの為の複数のアライメントマークが形成されている構成としてもよい。このように、各板状部材の周縁部に複数のアライメントマークが形成されていることにより、第１の板状部材と第２の板状部材との相対角度のずれを低減し、光利用効率の低下を抑えることができる。
　また、光モジュールは、光透過性光学部品が、シリコン領域をエッチングすることにより形成された複数の面を有し、複数の面のうち少なくとも一つの面には反射防止膜が設けられ、複数の面のうち他の少なくとも一つの面には半透過反射膜が設けられている構成としてもよい。これにより、光透過性光学部品としてのビームスプリッタを好適に実現することができる。
　上記実施形態による第１の光モジュールの製造方法では、シリコン領域をエッチングすることにより形成された光透過性光学部品を有する第１の板状部材の周縁部、及び、光透過性光学部品を透過した光を反射する為の光反射性光学部品を主面上に有する第２の板状部材の周縁部のそれぞれに、第１及び第２の板状部材の位置合わせの為の複数のアライメントマークを形成し、該複数のアライメントマークを用いて、第１の板状部材の光透過性光学部品が形成された部品形成面と第２の板状部材の主面とが対向するように第１及び第２の板状部材の周縁部を互いに接合する構成を用いている。
　また、上記実施形態による第２の光モジュールの製造方法では、シリコン領域をエッチングすることにより形成された光透過性光学部品をそれぞれ有する複数の領域を含む第１のウエハの周縁部、及び、光透過性光学部品を透過した光を反射する為の光反射性光学部品を主面上に有する複数の領域を含む第２のウエハの周縁部のそれぞれに、第１及び第２のウエハの位置合わせの為の複数のアライメントマークを形成し、該複数のアライメントマークを用いて、第１のウエハの光透過性光学部品が形成された部品形成面と第２のウエハの主面とが対向するように第１及び第２のウエハを互いに接合する構成を用いている。
　本発明は、鏡面といった光反射性光学部品と、ビームスプリッタといった光透過性光学部品とを近づけて配置することができ、且つ、基板の特性に関する要求が光学部品によって相反する場合でもそれらの要求を満たすことが可能な光モジュール及びその製造方法として利用可能である。
　１０…第１の板状部材、１０ａ…部品形成面、１０ｃ…周縁部、１１…シリコン領域、１２…光透過性光学部品、１２ａ～１２ｄ…側面、１３…半透過反射膜、１４，１８…酸化シリコン膜、１６…窒化シリコン膜、１７，２７…アライメントマーク、１９…窒化シリコン膜、２０…第２の板状部材、２０ａ…主面、２０ｃ…周縁部、２１…入射鏡、２２…固定反射鏡、２３…可動反射鏡、２４…出射鏡、２５…シリコン層、２６…金属膜、２８…支持基板、２９…絶縁層、３０…静電アクチュエータ、５０，６０…ウエハ、５７，６７…アライメントマーク、Ｌ１～Ｌ３…被測定光、Ｌ４…干渉光像。

Claims (10)

  1. 　シリコン領域をエッチングすることにより形成された光透過性光学部品を有する第１の板状部材と、
    　前記光透過性光学部品を透過した光を反射する為の光反射性光学部品を主面上に有する第２の板状部材と
    を備え、
    　前記第１の板状部材の前記光透過性光学部品が形成された部品形成面と、前記第２の板状部材の前記主面とが対向するように、前記第１及び第２の板状部材が互いに接合されており、
    　前記光透過性光学部品を透過する光の光路が、前記第１の板状部材の前記部品形成面及び前記第２の板状部材の前記主面に沿っている
    ことを特徴とする、光モジュール。
  2. 　前記光反射性光学部品が、半導体領域をエッチングすることにより形成された面と、該面上に設けられた金属膜とを有することを特徴とする、請求項１に記載の光モジュール。
  3. 　前記光反射性光学部品が、半導体領域をエッチングすることにより形成された面を有し、該半導体領域がシリコンから成ることを特徴とする、請求項１に記載の光モジュール。
  4. 　前記光反射性光学部品が、前記主面から分離されて該主面に沿った方向に移動可能となっており、
    　前記第２の板状部材が、静電気力によって前記光反射性光学部品を駆動するアクチュエータ構造を更に有する
    ことを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の光モジュール。
  5. 　前記光反射性光学部品が、前記光透過性光学部品を透過した光を前記第１の板状部材へ向けて反射し、前記第１の板状部材が該光を透過することを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の光モジュール。
  6. 　前記第１の板状部材の比抵抗が、前記第２の板状部材の比抵抗より大きいことを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の光モジュール。
  7. 　前記第１の板状部材の周縁部と、前記第２の板状部材の周縁部とが互いに接合されており、
    　前記第１及び第２の板状部材の各周縁部には、前記第１及び第２の板状部材の位置合わせの為の複数のアライメントマークが形成されている
    ことを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の光モジュール。
  8. 　前記光透過性光学部品が、シリコン領域をエッチングすることにより形成された複数の面を有し、
    　前記複数の面のうち少なくとも一つの面には反射防止膜が設けられ、
    　前記複数の面のうち他の少なくとも一つの面には半透過反射膜が設けられている
    ことを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載の光モジュール。
  9. 　シリコン領域をエッチングすることにより形成された光透過性光学部品を有する第１の板状部材の周縁部、及び、前記光透過性光学部品を透過した光を反射する為の光反射性光学部品を主面上に有する第２の板状部材の周縁部のそれぞれに、前記第１及び第２の板状部材の位置合わせの為の複数のアライメントマークを形成し、該複数のアライメントマークを用いて、前記第１の板状部材の前記光透過性光学部品が形成された部品形成面と前記第２の板状部材の前記主面とが対向するように前記第１及び第２の板状部材の周縁部を互いに接合することを特徴とする、光モジュールの製造方法。
  10. 　シリコン領域をエッチングすることにより形成された光透過性光学部品をそれぞれ有する複数の領域を含む第１のウエハの周縁部、及び、前記光透過性光学部品を透過した光を反射する為の光反射性光学部品を主面上に有する複数の領域を含む第２のウエハの周縁部のそれぞれに、前記第１及び第２のウエハの位置合わせの為の複数のアライメントマークを形成し、該複数のアライメントマークを用いて、前記第１のウエハの前記光透過性光学部品が形成された部品形成面と前記第２のウエハの前記主面とが対向するように前記第１及び第２のウエハを互いに接合することを特徴とする、光モジュールの製造方法。
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