波長可變濾光器及其製造方法
2023-06-05 11:55:31 4
專利名稱：波長可變濾光器及其製造方法
技術領域：
本發明涉及在波長分割多重化(WDMWavelength DivisionMultiplexing)的光通信網等中，為了從在光纖中傳送的具有不同波長的多個光中取出具有所需的波長的光而使光選擇波長地透過的波長可變濾光器及其製造方法。
背景技術：
以往的波長可變濾光器是利用了法布裡-珀羅幹涉儀的原理的儀器，具有形成於基板上的固定鏡、在與固定鏡之間形成了靜電間隙的狀態下被與固定鏡對置配置的可動鏡，通過在設於可動鏡上的可動電極和設於固定鏡上的固定電極之間加上驅動電壓而使可動鏡相對於固定鏡發生位移，從而使靜電間隙的長度可變。該靜電間隙如下形成，即，使用微細加工技術在固定鏡和可動鏡之間預先設置了規定的形狀及大小的犧牲層之後，通過利用蝕刻將該犧牲層全部或部分除去而形成(例如參照專利文獻1。)。以下將該技術稱為第1以往例。
另外，在以往的波長可變濾光器中，還有將SOI(Silicon on Insulator)晶片的二氧化矽(SiO2)層作為犧牲層使用，形成所述靜電間隙的技術(例如參照專利文獻2。)。以下將該技術稱為第2以往例。
專利文獻1日本特開2002-174721號公報([權利要求9]， ， ， ， ～ 、圖6)專利文獻2美國專利6341039號說明書(第6欄～第7欄、圖4A～圖4I)波長可變濾光器中，通過在形成於設於可動鏡上的可動電極和設於固定鏡上的固定電極之間的平行板電容器上加上驅動電壓，使可動鏡和固定鏡之間產生靜電力，從而使可動鏡相對於固定鏡發生位移。這裡，當在將面積S、間隔d的兩片極板相隔介電常數ε的電介質相面對而構成的平行板電容器上加上驅動電壓V時，眾所周知，在2片極板上發生的靜電引力F以式(1)表示。
F＝(1/2)·ε·(V/d)2·S ...(1)在所述的第1以往例中，雖然相當於所述間隔d的所述靜電間隙的長度僅由犧牲層的膜厚來決定，但是，即使嚴密地設定製造時的制膜條件，也有可能在犧牲層的膜厚中產生偏差。在產生了該偏差的情況下，由於在可動電極和驅動電極之間，即使加上某驅動電壓V，也無法產生設計時相對於該驅動電壓V所預想的靜電引力F，因此就無法像設計的那樣使可動鏡位移。其結果是，由於需要對每個波長可變濾光器，對用於取出具有各波長的光的驅動電壓進行調整而設定，因此會有操作不方便的問題。另外，在所述犧牲層的膜厚的偏差較大的情況下，就有可能製造出無法將在光纖中傳送的具有不同波長的多個光當中的短波長頻帶的光或長波長頻帶的光取出的波長可變濾光器。
另一方面，在所述的第2以往例中，由於可動鏡和驅動電極之間未被絕緣，因此在因為某些原因而在可動電極和驅動電極之間加上較大的驅動電壓的情況下，就會因所述靜電引力而發生可動鏡粘附在驅動電極上的被稱為粘附(sticking)的現象，即使將所述驅動電壓去掉，也會有可動鏡無法從驅動電極上分離的情況。
該情況下，該波長可變濾光器在此後就無法再使用。
另外，在所述的第1及第2以往例的任意的情況下，被暫時形成的犧牲層最終會被去除。為了完全地去除該犧牲層，通常會在形成於犧牲層的上表面的可動鏡或可動電極等上，形成被稱為釋放孔(release hole)的用於將對犧牲層進行溼式蝕刻的蝕刻液向犧牲層的形成區域整體上轉移的孔。所以，由於形成該釋放孔而減少了可動電極的面積，因此從所述的式(1)可以看到，為了產生規定的靜電引力F，需要升高驅動電壓V，由此消耗電能增大。另外，對於所述的第1及第2以往例的任意的情況，在使靜電間隙的長度較短的情況下，在去除所述犧牲層時，就會產生由水的表面張力引起的粘附。產生了該粘附的波長可變濾光器就會成為次品。
發明內容
為了解決所述問題，本發明的目的在於，獲得一種能夠以高精度形成靜電間隙、能夠以低驅動電壓進行驅動、而且可以防止製造時及使用時的粘附的波長可變濾光器及其製造方法。
本發明的波長可變濾光器中，將在一方的面上形成有可動鏡並支撐自由地上下移動的可動體的可動部、形成了與所述可動體間隔規定的靜電間隙而相面對的驅動電極的驅動電極部、和形成了與所述可動鏡間隔規定的光學間隙而相面對的固定鏡的光學間隙部相互接合。
根據本發明，由於以高精度形成靜電間隙，同時在可動體上未形成釋放孔，因此能夠以低驅動電壓進行驅動。
另外，本發明的波長可變濾光器中，在所述驅動電極的與所述可動體相面對的區域、所述可動體的與所述驅動電極相面對的區域的任意一方或雙方上形成有絕緣膜。
根據本發明，可以防止製造時及使用時的粘附。
另外，本發明的波長可變濾光器中，形成於所述可動體的另一側的面上的防止反射膜兼作所述絕緣膜。
根據本發明，可以用較少的製造工序來廉價地構成波長可變濾光器。
另外，本發明的波長可變濾光器中，所述可動部由矽製成，所述驅動電極部或所述光學間隙部的任意一方或雙方由含有鹼金屬的玻璃製成，所述可動部和所述驅動電極部或所述可動部和所述光學間隙部的任意一方或雙方被利用陽極接合而接合在一起。
根據本發明，能夠以極高的精度來形成靜電間隙。所以，如果在可動體和驅動電極之間加上某個驅動電壓，則可以產生設計時相對於該驅動電壓所預想的靜電引力，從而可以如設計那樣使可動體產生位移。其結果是，由於不需要對每個波長可變濾光器來調整設定用於取出具有各波長的光的驅動電壓，因此操作方便，另外可以取出在光纖中傳送的具有不同波長的全部的光。
另外，本發明的波長可變濾光器的製造方法中，在第1基板上形成了第1凹部後，在所述第1凹部上形成驅動電極而作為驅動電極部。另外，在第2基板上形成了第2凹部後，在所述第2凹部上形成固定鏡而作為光學間隙部。然後，在將依次層疊了具有導電性的活性層、絕緣層及基底層的第3基板和所述驅動電極部通過使所述驅動電極和所述活性層相面對而接合後，將所述基底層及所述絕緣層依次除去，而在所述活性層上形成了可動體後，在所述可動體上形成可動鏡。此後，將所述第3工序中製造的構造體和所述光學間隙部通過使所述可動鏡與所述固定鏡相面對而接合來製造波長可變濾光器。
根據本發明，可以形成驅動電極和可動體的間隙，而不形成犧牲層。所以，不需要在可動體等上形成用於除去該犧牲層的釋放孔，由此獲得具有設計面積的可動體。所以，可以用低驅動電壓來驅動所製造的波長可變濾光器，並由此可以減少電能消耗。
另外，本發明的波長可變濾光器的製造方法中，在第1基板上形成了第1凹部後，在所述第1凹部上形成驅動電極而作為驅動電極部。另外，在第2基板上形成了第2凹部後，在所述第2凹部上形成固定鏡而作為光學間隙部。然後，在通過使所述可動鏡和所述固定鏡相面對，而將依次層疊了具有導電性並且形成有可動鏡的活性層、絕緣層及基底層的第3基板和所述光學間隙部接合後，將所述基底層及所述絕緣層依次除去，而在所述活性層上形成可動體。此後，通過使所述可動體與所述驅動電極相面對而將所述第3工序中製造的構造體和所述驅動電極部接合。
根據本發明，可以形成驅動電極和可動體的間隙，而不形成犧牲層。所以，不需要在可動體等上形成用於除去該犧牲層的釋放孔，由此獲得具有設計面積的可動體。所以，可以用低驅動電壓來驅動所製造的波長可變濾光器，並由此可以減少電能消耗。
另外，本發明的波長可變濾光器的製造方法中，在所述第1工序中，在所述驅動電極的後來與所述可動體相面對的區域上形成絕緣膜。
另外，本發明的波長可變濾光器的製造方法中，在所述第3工序中，在所述活性層的後來與作為所述可動體與所述驅動電極相面對的區域上形成絕緣膜後，使所述驅動電極和所述活性層相面對而接合。
另外，本發明的波長可變濾光器的製造方法中，在所述第3工序中，在形成所述可動體之前，在作為後來成為所述可動體的區域並且與所述驅動電極相面對的區域上形成絕緣膜。
根據本發明，可以防止製造時及使用時的粘附。
另外，本發明的波長可變濾光器的製造方法中，在所述第3工序中，在所述活性層的後來成為所述可動體的區域上形成防止反射膜和所述絕緣膜。
另外，本發明的波長可變濾光器的製造方法中，在形成所述可動體之前，在後來成為所述可動體的區域上形成防止反射膜和所述絕緣膜。
根據本發明，可以防止製造時及使用時的粘附，同時還可以用較少的製造工序廉價地構成波長可變濾光器。
另外，本發明的波長可變濾光器的製造方法中，所述活性層由矽製成，所述第1基板或所述第2基板的任意一方或雙方由含有鹼金屬的玻璃製成，所述第3工序或所述第4工序的任意一方或雙方利用陽極接合來進行所述接合。
根據本發明，能夠以極高的精度來形成靜電間隙。所以，如果在可動體和驅動電極之間加上某個驅動電壓，則可以產生設計時相對於該驅動電壓所預想的靜電引力，從而可以如設計那樣使可動體產生位移。其結果是，由於不需要對每個波長可變濾光器來調整設定用於取出具有各波長的光的驅動電壓，因此操作方便，另外可以取出在光纖中傳送的具有不同波長的全部的光。
圖1是表示本發明的實施方式的波長可變濾光器的剖面圖。
圖2是構成相同波長可變濾光器的可動部基板的俯視圖。
圖3是表示相同波長可變濾光器的製造工序的圖。
圖4是表示相同波長可變濾光器的製造工序的圖。
圖5是表示相同波長可變濾光器的製造工序的圖。
圖6是表示相同波長可變濾光器的製造工序的圖。
圖7是表示相同波長可變濾光器的製造工序的圖。
圖8是表示相同波長可變濾光器的製造工序的圖。
其中，1-驅動電極部，2-可動部，3-光學間隙部，11、14、31、34-玻璃基板，11a、31a-凹部，12-驅動電極，13-絕緣膜，15、17、35-金屬膜，16、36-蝕刻圖案，21-可動部基板，21a-可動體，21b-合頁，21c-支撐部，22、33-防止反射膜，23、32-高反射膜，24-SOI基板，25-基底層，26-絕緣層，27-活性層，EG-靜電間隙，OG光學間隙。
具體實施例方式
圖1是表示本發明的實施方式的波長可變濾光器的剖面圖。而且，圖1是從波長可變濾光器的中央略微偏離的位置的剖面圖(參照圖2的A-A』)。
本實施方式的波長可變濾光器由驅動電極部1、可動部2、光學間隙部3構成，在驅動電極部1和可動部2之間形成有其長度約為4μm的靜電間隙EG，在可動部2和光學間隙部3之間形成有其長度約為30μm的光學間隙OG。驅動電極部1是在形成於剖面近似コ字形的玻璃基板11的近似中央部的凹部11a上形成近似環狀的驅動電極12及絕緣膜13而構成的。玻璃基板11例如由含有鈉(Na)或鉀(K)等鹼金屬的玻璃製成。作為此種玻璃，例如有含有鹼金屬的硼矽酸玻璃，具體來說，有Corning公司制的Pyrex(註冊商標)玻璃。構成玻璃基板11的玻璃在利用陽極接合(後面敘述)接合驅動電極部1和可動部2的情況下，由於對玻璃基板11進行加熱，因此要求與構成可動部2的矽熱膨脹係數大致相等，所以，優選所述Pyrex(註冊商標)玻璃當中的Corning#7740(商品名)。
驅動電極12例如由金(Au)或鉻(Cr)等金屬或者透明導電性材料製成。作為透明導電性材料，例如由氧化錫(SnO2)、氧化銦(In2O3)或者摻錫氧化銦(ITOIndium Tin Oxide)等。另外，驅動電極12的膜厚例如為0.1～0.2μm。而且，雖然未圖示，但是驅動電極12藉助配線與設於玻璃基板11的外部的端子連接。絕緣膜13例如由二氧化矽(SiO2)或氮化矽(SiNx)製成，是為了防止驅動電極12與後述的可動體21a的粘附而形成的。
可動部2由可動部基板21、防止反射膜22、高反射膜23構成。可動部基板21例如由二氧化矽(SiO2)製成，具有大約4μm的膜厚，如圖2所示，是通過將可動體21a、4個合頁21b、支撐部21c一體化形成而構成的。可動體21a為近似圓盤狀，形成於可動部基板21的大約中央處。可動體21藉助形成於其周緣部上的4個合頁21b被支撐部21c支撐，自由地上下移動。4個合頁21b位於可動體21a的周緣，相鄰的合頁之間形成大約90度的角度。
防止反射膜22以近似圓盤狀形成於可動體21a的下表面的大約全部區域上，由將二氧化矽(SiO2)的薄膜和五氧化鉭(Ta2O5)的薄膜交互層疊的多層膜構成。防止反射膜22防止在圖1中從驅動電極部1的大約中央下方(參照圖1的箭頭)入射的光在圖中下方被反射，同時，可以防止一旦在防止反射膜22的上方透過後被高反射膜23反射的光在圖中上方被再次反射。高反射膜23以近似圓盤狀形成於可動體21a的上表面的大約全部區域上，由將二氧化矽(SiO2)的薄膜和五氧化鉭(Ta2O5)的薄膜交互層疊的多層膜構成。高反射膜23是用於使圖1中從驅動電極部1的大約中央下方(參照圖1的箭頭)入射並且一旦在其上方透過的光在與形成於構成光學間隙部3的玻璃基板31的下表面上的高反射膜32之間多次反射的膜。防止反射膜22及高反射膜23是通過改變二氧化矽(SiO2)的薄膜和五氧化鉭(Ta2O5)的薄膜的各膜厚而形成的。
光學間隙部3由玻璃基板31、高反射膜32、防止反射膜33構成。玻璃基板31由與玻璃基板11相同材質的玻璃製成，是在其近似中央部形成了凹部31a的剖面近似雙支撐梁的形狀。高反射膜32以近似圓盤狀形成於光學間隙部3的凹部31a的下表面上，由將二氧化矽(SiO2)的薄膜和五氧化鉭(Ta2O5)的薄膜交互層疊的多層膜構成。高反射膜32是用於使圖1中從可動部2的大約中央下方入射並且一旦在其上方透過的光在與構成可動部2的高反射膜23之間多次反射的膜。防止反射膜33以近似圓盤狀形成於光學間隙部3的大約中央上表面上，由將二氧化矽(SiO2)的薄膜和五氧化鉭(Ta2O5)的薄膜交互層疊的多層膜構成。防止反射膜33防止在圖1中透過構成光學間隙部3的玻璃基板31的光在圖中下方被反射。高反射膜32及防止反射膜33是通過改變二氧化矽(SiO2)的薄膜和五氧化鉭(Ta2O5)的薄膜的各膜厚而形成的。
下面，參照圖3～圖8對所述構成的波長可變濾光器的製造方法進行說明。首先，為了製造驅動電極部1，在由Corning#7740的Pyrex(註冊商標)玻璃製成的玻璃基板14(參照圖3(1))的上表面，如圖3(2)所示，使用化學蒸鍍(CVDChemical Vapor Deposition)裝置或物理蒸鍍(PVDPhysical Vapor Deposition)裝置，形成金(Au)或鉻(Cr)等金屬膜15。作為PVD裝置，例如有濺射裝置、真空蒸鍍裝置或離子電鍍裝置等。金屬膜15的膜厚例如設為0.1μm。具體來說，在鉻(Cr)膜的情況下，雖然將其膜厚設為0.1μm即可，但是，在金(Au)膜的情況下，由於與玻璃基板14的密接性不夠良好，因此在形成了膜厚例如為0.03μm的鉻(Cr)膜後，形成膜厚例如為0.07μm的金(Au)膜。
然後，在金屬膜15的上表面全面塗布光敏抗蝕劑(圖示略)，在用掩模對準器將塗布於金屬膜15的上表面全面的光敏抗蝕劑曝光後，使用以顯影液顯影的光刻(photolithography)技術，為了形成玻璃基板14當中的後來成為玻璃基板11的凹部11a(參照圖1)的部分，形成光敏抗蝕劑圖案(圖示略)。然後，使用溼式蝕刻技術，例如在鹽酸或硫酸(鉻膜的情況)或者王水或氧或水的存在下，在利用含有氰化物離子的溶液(金膜的情況)(以下稱為金屬蝕刻液)，將金屬膜15當中的不需要的部分去除後，去除未圖示的光敏抗蝕劑圖案，得到圖3(3)所示的蝕刻圖案16。
然後，使用溼式蝕刻技術，例如在利用氫氟酸(HF)去除玻璃基板14當中的不需要的部分而形成了圖3(4)所示的凹部11a後，使用溼式蝕刻技術，利用所述的金屬蝕刻液去除蝕刻圖案16，如圖3(5)所示，得到形成了具有大約4μm的深度的凹部11a的玻璃基板11。然後，在玻璃基板11的上表面，如圖3(6)所示，使用CVD裝置或PVD裝置，形成金(Au)膜或鉻(Cr)膜等金屬膜17。金屬膜17的膜厚例如設為0.1～0.2μm。然後，在金屬膜17的上表面全面塗布了光敏抗蝕劑(圖示略)後，使用所述的光刻技術，為了留下金屬膜17當中的後來成為驅動電極12的部分，形成光敏抗蝕劑圖案(圖示略)。然後，使用溼式蝕刻技術，利用所述的金屬蝕刻液去除了金屬膜17中不需要的部分後，將未圖示的光敏抗蝕劑圖案去除，如圖4(1)所示，得到驅動電極12。然後，使用CVD裝置，如圖4(2)所示，在驅動電極12上形成由二氧化矽(SiO2)或氮化矽(SiNx)構成的絕緣膜13。利用以上說明的製造工序，製造出圖1所示的驅動電極部1。
然後，為了製造可動部2，使用圖5(1)所示的SOI基板24。SOI基板24由基底層25、絕緣層26、活性層27構成。基底層25由矽(Si)構成，其膜厚例如為500μm。絕緣層26由二氧化矽(SiO2)構成，其膜厚例如為4μm。活性層27由矽(Si)構成，其膜厚例如為10μm。在活性層27的上表面的大約中央部，使用CVD裝置或PVD裝置，通過交互地例如層疊10～20層左右二氧化矽(SiO2)的薄膜和五氧化鉭(Ta2O5)的薄膜，形成圖5(2)所示的防止反射膜22。
然後，將圖4(2)所示的驅動電極部1、形成了圖5(2)所示的防止反射膜22的SOI基板24按照近似圓盤狀的防止反射膜22與近似環狀的驅動電極12的環狀部分相面對的方式接合。在該接合中，例如使用陽極接合、利用粘接劑的接合、表面活性化接合、使用低熔點玻璃的接合。其中，陽極接合是經過以下所示的工序進行的。首先，在驅動電極部1的上表面，在將形成了防止反射膜22的SOI基板24按照防止反射膜22與驅動電極12的環狀部分相面對的方式放置的狀態下，將未圖示的直流電源的負端子與玻璃基板11連接，同時，將所述直流電源的正端子與活性層27連接。然後，在將玻璃基板11加熱至例如數百℃左右的同時，在玻璃基板11和活性層27之間加上例如數百V左右的直流電壓。通過對玻璃基板11加熱，玻璃基板11內的鹼金屬的陽離子，例如鈉離子(Na+)就很容易移動。通過該鹼金屬的陽離子在玻璃基板11內移動，相對地玻璃基板11的與活性層27的接合面就會帶負電，另一方面，活性層27的與玻璃基板11的接合面就會帶正電。其結果是，利用矽(Si)和氧(O)共同擁有電子對的共價鍵，如圖6所示，玻璃基板11和活性層27被牢固地接合。
然後，通過從圖6所示的構造體中去除基底層25，即形成圖7(1)所示的構造體。在該基底層25的去除中，使用溼式蝕刻、乾式蝕刻或者研磨。在任意一種的去除方法中，由於絕緣層26起到對於活性層27的蝕刻的阻止作用，因此與驅動電極12相面對的活性層27都不會受到損害，從而可以製造材料利用率高的波長可變濾光器。以下對溼式蝕刻去除法及乾式蝕刻去除法進行說明。而且，在研磨去除法中，由於可以使用在半導體製造領域中所使用的公知的研磨去除法，因此其說明省略。
(1)溼式蝕刻去除法通過將圖6所示的構造體浸漬在例如1～40重量％(優選10重量％前後)的濃度的氫氧化鉀(KOH)水溶液中，根據式(2)所示的反應式來蝕刻構成基底層25的矽(Si)。
...(2)由於此時的矽(Si)的蝕刻速率與二氧化矽(SiO2)的蝕刻速率相比非常大，因此由二氧化矽(SiO2)構成的絕緣層26就起到對由矽(Si)構成的活性層27的蝕刻的阻止作用。
而且，作為此時使用的蝕刻液，除了所述的氫氧化鉀(KOH)水溶液以外，還有作為半導體表面處理劑或光刻用的正抗蝕劑用顯影液而廣泛使用的氫氧化四甲基銨(TMAHTetramethyl ammonium hydroxide)水溶液、乙二胺鄰苯二酚磺胺劑(EPDEthylenediamine Pyrocatechol Diazine)水溶液或肼(Hydrazine)水溶液等。
如果使用該溼式去除法，由於可以進行將圖6所示的構造體的一團通過使生產條件等大致相等而一起處理的批處理，因此可以提高生產效率。
(2)乾式蝕刻去除法將圖6所示的構造體放置在乾式蝕刻裝置的小室內，在形成了真空狀態後，通過向小室內導入例如壓力390Pa的二氟化氙(XeF2)60秒，即根據式(3)所示的反應式對構成基底層25的矽(Si)進行蝕刻。
...(3)由於此時的矽(Si)的蝕刻速率與二氧化矽(SiO2)的蝕刻速率相比非常大，因此由二氧化矽(SiO2)構成的絕緣層26就起到對由矽(Si)構成的活性層27的蝕刻的阻止作用。另外，此時的乾式蝕刻由於不是等離子蝕刻，因此玻璃基板11或絕緣層26不易受到損害。而且，除了使用了所述的二氟化氙(XeF2)的乾式蝕刻以外，還有使用了四氟化碳(CF4)或六氟化硫(SF6)的等離子蝕刻。
然後，對圖7(1)所示的構造體，使用溼式蝕刻技術，例如利用氫氟酸(HF)，如圖7(2)所示，將絕緣層26全部去除。然後，在活性層27的上表面全面上塗布了光敏抗蝕劑(圖示略)後，使用所述的光刻技術，為了留下活性層27中的後來成為可動部基板21的部分，形成光敏抗蝕劑圖案(圖示略)。然後，將在圖7(2)中所示的構造體上形成了未圖示的光敏抗蝕劑圖案後的部分放置在乾式蝕刻裝置的小室內後，例如通過交互地將作為蝕刻氣體的六氟化硫(SF6)以流量130sccm向小室內導入6秒，將作為澱積(堆積)氣體的八氟化環丁烷(C4F8)以流量50sccm向小室內導入7秒，將活性層27中的不需要的部分用各向異性蝕刻去除。這裡，使用乾式蝕刻技術來進行各向異性蝕刻的原因如下。首先，當使用溼式蝕刻技術時，隨著蝕刻的進行，蝕刻液會從形成於可動部基板21上的孔向下方的驅動電極部1側侵入，並將驅動電極12和絕緣膜13去除，但是，使用乾式蝕刻技術時就不會有此種危險性。另外，在使用各向同性蝕刻的情況下，活性層27被各向同性地蝕刻，從而產生側面蝕刻(side etching)。特別是，在合頁21b上產生了側面蝕刻的情況下，強度會變弱，耐久性惡化。與之相對，在使用各向異性蝕刻的情況下，由於不會產生側面蝕刻，在蝕刻尺寸的控制上也很良好，合頁21b的側面也被垂直地形成，因此強度就不會變弱。
然後，對所述各向異性蝕刻後的構造體，使用例如氧等離子去除未圖示的光敏抗蝕劑圖案，如圖7(3)所示，得到可動部基板21。這裡，使用氧等離子去除未圖示的光敏抗蝕劑圖案是由於以下的原因。即，當使用剝離液或硫酸及其他的酸性的溶液去除未圖示的光敏抗蝕劑圖案時，剝離液或酸性的溶液會從形成於可動部基板21上的孔向下方的驅動電極部1側侵入，將驅動電極12或絕緣膜13去除掉，然而當使用氧等離子時就不會有此種危險性。
然後，在可動部基板21的上表面的大約中央部，通過使用CVD裝置或PVD裝置，將二氧化矽(SiO2)的薄膜和五氧化鉭(Ta2O5)的薄膜交互地層疊例如10～20層左右，形成圖7(4)所示的高反射膜23。利用以上說明的製造工序，製造出圖1所示的可動部2。
然後，為了製造光學間隙部3，在由Corning7740的Pyrex(註冊商標)玻璃製成的玻璃基板34(參照圖8(1))的上表面，如圖8(2)所示，使用CVD裝置或PVD裝置，形成金(Au)或鉻(Cr)等金屬膜35。當使用金(Au)作為金屬膜35時，其膜厚設為例如0.07μm，當使用鉻(Cr)作為金屬膜35時，其膜厚設為例如0.03μm。
然後，在金屬膜35的上表面全面上塗布光敏抗蝕劑(圖示略)，使用所述的光刻技術，為了形成玻璃基板34中的後來成為玻璃基板31的凹部31a(參照圖1)的部分，形成光敏抗蝕劑圖案(圖示略)。然後，在使用溼式蝕刻技術，利用所述的金屬蝕刻液去除了金屬膜35中的不需要的部分後，將未圖示的光敏抗蝕劑圖案去除，得到圖8(3)所示的蝕刻圖案36。
然後，使用溼式蝕刻技術，例如利用氫氟酸(HF)將玻璃基板34中的不需要的部分去除而形成了圖8(4)所示的凹部31a後，使用溼式蝕刻技術，利用所述的金屬蝕刻液去除蝕刻圖案36，如圖8(5)所示，得到形成了凹部31a的玻璃基板31。而且，玻璃基板31如圖8(5)所示，截面成為近似雙支撐梁的形狀是因為被氫氟酸(HF)各向同性地蝕刻。然後，通過在玻璃基板31的凹部31a的上面及大約中央下面，使用CVD裝置或PVD裝置，將二氧化矽(SiO2)的薄膜和五氧化鉭(Ta2O5)的薄膜交互地層疊例如10～20層左右，形成圖8(6)所示的高反射膜32及防止反射膜33。利用以上說明的製造工序，製造出圖1所示的光學間隙部3。
然後，將圖7(4)所示的構造體和圖8(6)所示的光學間隙部3按照近似圓盤狀的高反射膜23與近似圓盤狀的高反射膜32相面對的方式接合。在該接合中，例如使用所述的陽極接合、利用粘接劑的接合、表面活性化接合、使用低熔點玻璃的接合。該接合時，也可以使內部為真空(真空密封)或將內部設為最適合壓力(減壓密封)。利用以上說明的製造工序，製造出圖1所示的波長可變濾光器。
下面參照圖1對所述構成的波長可變濾光器的動作進行說明。在驅動電極12和可動體21a之間加上驅動電壓。該驅動電壓例如為60Hz的交流正弦波或脈衝狀的電壓，藉助設於玻璃基板11的外部的端子及配線(圖示均省略)向驅動電極12施加，另一方面，藉助支撐部21c及合頁21b(參照圖2)向可動體21a施加。由於由該驅動電壓產生的電位差，在驅動電極12和可動體21a之間產生靜電引力，可動體21a向驅動電極12側位移，即，靜電間隙EG及光學間隙OG發生變化。此時，由於合頁21b具有彈性，因此可動體21a發生彈性位移。
多個(例如60～100個)具有紅外的波長的光在圖1中從驅動電極部1的大約中央下方(參照圖1箭頭)向該波長可變濾光器入射，透過玻璃基板11。該光基本不會被防止反射膜22反射，並且透過由矽製成的可動體21a，進入在下方形成了高反射膜21在上方形成了高反射膜32的空間(反射空間)。進入所述反射空間的光在高反射膜23和高反射膜32之間反覆反射，最終透過高反射膜32及玻璃基板31，從該波長可變濾光器的上方射出。此時，由於在玻璃基板31的上表面形成有防止反射膜33，因此光基本上不會在玻璃基板31和空氣的界面上被反射地射出。
在光在所述的高反射膜32(固定鏡)和高反射膜23(可動鏡)之間反覆反射的過程中，不滿足與高反射膜32和高反射膜23之間的距離(光學間隙OG)對應的幹涉條件的波長的光就會急劇地衰減，僅剩餘滿足該幹涉條件的波長的光，最終從該波長可變濾光器射出。這就是法布裡-珀羅幹涉儀的原理，由於滿足了該幹涉條件的波長的光就會透過，因此當通過改變驅動電壓，可動體21a位移而改變光學間隙OG時，就可以對透過的光的波長進行選擇。
這樣，由於本實施方式的波長可變濾光器將具有玻璃基板11的驅動電極部1、由矽(Si)構成的可動部2、具有玻璃基板31的光學間隙部3接合而構成，因此就以高精度形成靜電間隙EG。特別是，在使用了陽極接合的情況下，就能夠以極高的精度形成靜電間隙EG。所以，如果在可動體21a和驅動電極12之間加上某個驅動電壓，則可以產生設計時相對於該驅動電壓所預想的靜電引力，從而可以如設計那樣使可動體21a產生位移。其結果是，由於不需要對每個波長可變濾光器來調整設定用於取出具有各波長的光的驅動電壓，因此操作方便，另外可以取出在光纖中傳送的具有不同波長的全部的光。
另外，本實施方式的波長可變濾光器中，可以不形成犧牲層地形成靜電間隙EG，同時，在驅動電極12上形成有絕緣膜13。所以，例如即使縮短靜電間隙EG，也與所述的第1及第2以往例不同，在製造時及使用時的任意情況下，都可以防止粘附。其結果是，可以提高材料利用率及耐久性。另外，本實施方式的波長可變濾光器中，由於在製造過程中不形成犧牲層，因此就不需要在可動部基板21等上形成用於去除該犧牲層的釋放孔，由此可以獲得具有設計面積的可動體21a。所以，與所述的第1及第2以往例相比，可以用低驅動電壓驅動，並由此可以減少電能消耗。
另外，本實施方式的波長可變濾光器中，由於通過在玻璃基板34上實施高精度的玻璃蝕刻而形成凹部31a，同時，將光學間隙部3和可動部2接合，特別是陽極接合，因此也可以高精度地形成光學間隙OG。所以，可以穩定地驅動波長可變濾光器。另外，在本實施方式的波長可變濾光器中，由於透明的玻璃基板31兼作密封帽，因此可以監測波長可變濾光器的動作。
另外，本實施方式的波長可變濾光器中，由於從SOI基板24形成可動部2，因此可以形成具有高精度的膜厚的可動體21a。另外，在使用一般市售的材料作為SOI基板24的情況下，由於活性層27的表面已經由該製造商加工成鏡面，因此可以利用其形成高精度的防止反射膜22及高反射膜23。
以上雖然參照附圖對本實施方式進行了詳細描述，但是具體的構成並不限定於本實施方式，不脫離本發明的主旨的範圍的設計的變更都包含於本發明中。
例如，在所述的實施方式中，雖然表示了在製造可動部2中使用了SOI基板24的例子，但是並不限定於此，可以使用SOS(Silicon on Sapphire)基板，另外也可以使用將在其上表面形成了二氧化矽(SiO2)膜的矽基板和其他的矽基板通過將上表面重疊而粘貼的材料。
另外，在所述的實施方式中，雖然表示了用玻璃基板構成驅動電極部1及光學間隙部3雙方的例子，但是並不限定於此，驅動電極部1及光學間隙部3也可以是透過紅外等所需的透過波長頻帶的光的材料，例如矽、藍寶石、鍺等。
另外，在所述的實施方式中，雖然表示了合頁21b為4個的例子，但是並不限定於此，合頁的數目也可以是3個、5個、6個以上。此時，相鄰的合頁形成於可動體21a的周邊部的等距離的位置上。另外，在所述的實施方式中，雖然表示了將驅動電極部1和圖5(2)所示的構造體接合後形成可動部2，其後將圖7(4)所示的構造體和光學間隙部3接合的例子，但是並不限定於此。例如，也可以首先在將光學間隙部3和在活性層27上形成有高反射膜23的SOI基板24接合後形成可動部2，其後將它們與驅動電極部1接合。這樣，利用本實施方式的波長可變濾光器在製造工序上就具有自由度。
另外，在所述的實施方式中，雖然表示了在驅動電極12上形成絕緣膜13的例子，但是並不限定於此，也可以在可動體21a的下表面至少與驅動電極12相面對的區域上形成絕緣膜。作為該絕緣膜的形成方法，例如使用在氧化性氣氛中加熱矽的熱氧化或TEOS(Tetra Ethyl OrthoSilicate)-CVD裝置，分別形成二氧化矽(SiO2)膜。另外，構成形成於可動體21a的大約中央下表面的防止反射膜22的二氧化矽(SiO2)膜和五氧化鉭(Ta2O5)膜也都是絕緣膜。所以，也可以在可動體21a的下面全面上形成防止反射膜22而兼作所述的絕緣膜使用。此時，對於可動體21a的下表面的周邊部，不需要形成作為防止反射膜22發揮作用的層數，形成僅作為絕緣膜發揮作用的層數即可。另外，也可以同時形成所述絕緣膜13和在可動體21a的下表面上形成的絕緣膜。如果像這樣將防止反射膜22兼作絕緣膜使用，則可以用較少的製造工序獲得與所述的實施方式相同的效果，從而可以廉價地構成波長可變濾光器。另外，在所述的實施方式中，雖然表示了在光學間隙部3的下表面全面上形成高反射膜32的例子，但是並不限定於此，高反射膜32也可以僅在光學間隙部3的下表面中的與高反射膜23相面對的區域上形成。
權利要求
1.一種波長可變濾光器，其特徵是，將在一方的面上形成有可動鏡並支撐自由地上下移動的可動體的可動部、形成有與所述可動體間隔規定的靜電間隙而相面對的驅動電極的驅動電極部、形成有與所述可動鏡間隔規定的光學間隙而相面對的固定鏡的光學間隙部相互接合。
2.根據權利要求1所述的波長可變濾光器，其特徵是，在所述驅動電極的與所述可動體相面對的區域、所述可動體的與所述驅動電極相面對的區域的任意一方或雙方上形成有絕緣膜。
3.根據權利要求2所述的波長可變濾光器，其特徵是，形成於所述可動體的另一側的面上的防止反射膜兼作所述絕緣膜。
4.根據權利要求1至3中任意一項所述的波長可變濾光器，其特徵是，所述可動部由矽製成，所述驅動電極部或所述光學間隙部的任意一方或雙方由含有鹼金屬的玻璃製成，所述可動部和所述驅動電極部、或所述可動部和所述光學間隙部的任意一方或雙方利用陽極接合而接合在一起。
5.一種波長可變濾光器的製造方法，其特徵是，具有第1工序，即，在第1基板上形成了第1凹部後，在所述第1凹部上形成驅動電極而作為驅動電極部；第2工序，即，在第2基板上形成了第2凹部後，在所述第2凹部上形成固定鏡而作為光學間隙部；第3工序，即，在將依次層疊有具有導電性的活性層、絕緣層及基底層的第3基板和所述驅動電極部通過使所述驅動電極和所述活性層相面對而接合後，將所述基底層及所述絕緣層依次除去，而在所述活性層上形成了可動體後，在所述可動體上形成可動鏡；第4工序，即，將所述第3工序中製造的構造體和所述光學間隙部通過使所述可動鏡與所述固定鏡相面對而接合。
6.一種波長可變濾光器的製造方法，其特徵是，具有第1工序，即，在第1基板上形成了第1凹部後，在所述第1凹部上形成驅動電極而作為驅動電極部；第2工序，即，在第2基板上形成了第2凹部後，在所述第2凹部上形成固定鏡而作為光學間隙部；第3工序，即，在將依次層疊有具有導電性並且形成了可動鏡的活性層、絕緣層及基底層的第3基板和所述光學間隙部通過使所述可動鏡和所述固定鏡相面對而接合後，將所述基底層及所述絕緣層依次除去，而在所述活性層上形成可動體；第4工序，即，將所述第3工序中製造的構造體和所述驅動電極部通過使所述可動體與所述驅動電極相面對而接合。
7.根據權利要求5或6所述的波長可變濾光器的製造方法，其特徵是，所述第1工序中，在所述驅動電極的後來與所述可動體相面對的區域上形成絕緣膜。
8.根據權利要求5或7所述的波長可變濾光器的製造方法，其特徵是，所述第3工序中，在所述活性層的後來作為所述可動體與所述驅動電極相面對的區域上形成絕緣膜後，使所述驅動電極和所述活性層相面對而接合。
9.根據權利要求8所述的波長可變濾光器的製造方法，其特徵是，所述第3工序中，在所述活性層的後來成為所述可動體的區域上形成防止反射膜和所述絕緣膜。
10.根據權利要求6或7所述的波長可變濾光器的製造方法，其特徵是，所述第3工序中，在形成所述可動體之前，在後面成為所述可動體、並且與所述驅動電極相面對的區域上形成絕緣膜。
11.根據權利要求10所述的波長可變濾光器的製造方法，其特徵是，所述第3工序中，在形成所述可動體之前，在後面成為所述可動體的區域上形成防止反射膜和所述絕緣膜。
12.根據權利要求5至11中任意一項所述的波長可變濾光器的製造方法，其特徵是，所述活性層由矽製成，所述第1基板或所述第2基板的任意一方或雙方由含有鹼金屬的玻璃製成，所述第3工序或所述第4工序的任意一方或雙方利用陽極接合來進行所述接合。
全文摘要
本發明提供一種波長可變濾光器及其製造方法，本發明的波長可變濾光器是將在上表面形成有高反射膜(23)並支撐自由地上下移動的可動體(21a)的可動部(2)、形成有與可動體(21a)間隔靜電間隙(EG)而相面對的驅動電極(12)的驅動電極部(1)、形成有與高反射膜(23)間隔光學間隙(OG)而相面對的高反射膜(32)的光學間隙部(3)相互接合而構成的。由此，能夠以高精度形成靜電間隙，以低驅動電壓驅動，並防止製造時及使用時的粘附。
文檔編號G02B5/28GK1580837SQ20041005634
公開日2005年2月16日 申請日期2004年8月6日 優先權日2003年8月11日
發明者中村亮介, 紙透真一, 村田昭浩, 與田光宏 申請人:精工愛普生株式會社