JP4210245B2 - 波長可変フィルタ及び検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、光の波長分離が可能な波長可変フィルタ及びその製造方法、並びに検出装置に関する。

２つの鏡（反射膜）を所定の長さのギャップを隔てて向かい合わせ、この間で光を多重反射させると、ギャップの長さに応じて特定の波長域の光のみが透過（波長分離）する。波長可変フィルタは、このギャップの長さを可変とすることで、透過させる光の波長域を選択可能としたものであり、２つの鏡の間に電圧を印加することによって発生する静電気力（クーロン力）を利用してギャップの長さを可変とする構造を、マイクロマシニングによって実現したフィルタが各種提案されている（例えば、特許文献１、２）。

特開２００２−１７４７２１号公報 米国特許第６３４１０３９号明細書

特許文献１に示したフィルタは、表面マイクロマシニング技術によって形成されたフィルタであって、基板上に形成した固定鏡及び固定電極上に犠牲層を形成し、犠牲層を被覆するように可動鏡及び可動電極を形成した後、犠牲層をエッチングによって除去してギャップを形成している。このため、ギャップの長さは、犠牲層の膜厚によって決定されることになり、犠牲層の形成条件によってギャップの長さがばらつきやすいという問題を有している。ギャップの長さがばらつくと、所定の電圧を印加した際に生じるクーロン力がばらつくことになり、ギャップの長さを所望の値に設定することが困難になる。

一方、特許文献２に示したフィルタは、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板の埋め込み酸化膜である二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）層を犠牲層としてギャップを形成しているため、ギャップを精度よく形成することが可能になっている。しかしながら、可動鏡と、固定鏡に備えられた駆動電極との間が絶縁されていないため、大きな駆動電圧が印加された場合に、クーロン力によって可動鏡が駆動電極に貼り付くスティッキングと呼ばれる現象が発生してしまう場合がある。

さらに、特許文献１及び２のいずれの場合も、犠牲層の上面に形成された可動鏡等に、エッチング液を導入して犠牲層を除去するための孔（リリースホール）を形成している。したがって、このリリースホールの分だけ可動鏡側の電極の面積が減少するため、所定のクーロン力を発生させるためには、駆動電圧を高くする必要があり、消費電力が増大する。また、必要となるギャップの長さが短い場合において、犠牲層を除去した後の洗浄の際に、水の表面張力に起因するスティッキングが発生する恐れがある。このため、犠牲層を除去することなく形成可能な構造を有する波長可変フィルタが望まれている。

さらに、上記特許文献１及び２に示されたフィルタは、光の透過経路にシリコンが備えられているため、分離可能な光が赤外光に限られてしまうという問題を有している。

本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、犠牲層を除去することなく形成可能で、赤外光よりも短波長の光を分離可能な波長可変フィルタ及びその製造方法、並びに検出装置を提供することにある。

本発明の波長可変フィルタは、固定反射膜を備え、赤外光より短波長の光を透過可能な固定基板と、可動反射膜を備えた可動部を有し、前記可動反射膜と前記固定反射膜とが所定の長さのギャップを隔てて対向するように前記固定基板に配置された可動基板と、前記可動部を、前記固定基板に対して変位させることによって、前記ギャップの長さを可変とする駆動部とを備え、外部から前記ギャップ内に入射した光を、前記可動反射膜及び前記固定反射膜で反射を繰り返し、前記ギャップの長さに応じた波長の光を外部に出射可能な波長可変フィルタであって、前記可動部は、前記可動反射膜が備えられた部位に、赤外光より短波長の光を透過可能で、外部と光の入出射を行うための光透過部を有することを特徴とする。

これによれば、可視光等、赤外光より短波長の光を透過可能な光透過部を有しているため、赤外光より短波長の光の波長分離が可能となる。

本発明の波長可変フィルタは、第１の凹部と第２の凹部とが１つの面に形成され、赤外光より短波長の光を透過可能な固定基板と、可動部を備え、前記可動部が前記第１及び第２の凹部の底面と対向するように前記固定基板に配置された導電性を有する可動基板と、前記可動部の前記第１及び第２の凹部の底面と対向する面に備えられた可動反射膜と、前記第１の凹部の底面に、前記可動反射膜と第１のギャップを隔てて備えられた固定反射膜と、前記第２の凹部の底面に、前記可動部と第２のギャップを隔てて備えられるとともに、前記可動部との電位差により生じるクーロン力によって、前記可動部を前記固定基板に対して変位させ、前記第１のギャップの長さを可変とする駆動電極とを有し、外部から前記第１のギャップ内に入射した光を、前記可動反射膜及び前記固定反射膜で反射を繰り返し、前記第１のギャップの長さに応じた波長の光を外部に出射可能な波長可変フィルタであって、前記可動部は、前記可動反射膜が備えられた部位に、赤外光より短波長の光を透過可能で、外部と光の入出射を行うための光透過部を有することを特徴とする。

これによれば、可視光等、赤外光より短波長の光を透過可能な光透過部を有しているため、赤外光より短波長の光の波長分離が可能となる。

この波長可変フィルタにおいて、前記可動部の前記駆動電極に対向する部位、及び前記駆動電極の前記可動部に対向する部位の少なくとも一方に、絶縁膜が形成されていることが望ましい。

これによれば、前記可動部の前記駆動電極に対向する部位、及び前記駆動電極の前記可動部に対向する部位の少なくとも一方に、絶縁膜が形成されているため、可動部と駆動電極間に過大なクーロン力が作用した場合にも、可動部と駆動電極とが貼り付きを起こすことを抑制することが可能となる。

この波長可変フィルタにおいて、前記光透過部の前記可動反射膜が備えられた面の反対面、及び前記固定基板の前記固定反射膜が備えられた面の反対面の少なくとも一方に、反射防止膜が備えられていることが望ましい。

これによれば、光が入射する際の反射を抑制し、外部からの光を効率的に取り込むことが可能となる。

この波長可変フィルタにおいて、前記固定基板は、可動イオンを含むガラスからなることが望ましい。

これによれば、固定基板と可動基板とを、陽極接合によって接合することが可能となる。つまり、接着剤等の他の部材が介在することなく接合可能となるため、第１のギャップの精度が向上し、分離波長の設定を精度よく行うことが可能となる。

この波長可変フィルタにおいて、前記光透過部は、赤外光よりも短波長の光を透過可能なガラスからなることが望ましい。

これによれば、赤外光よりも短波長の光の波長分離が可能となるうえ、スパッタ法によって、容易に光透過部を形成することが可能となる。

この波長可変フィルタにおいて、前記光透過部は、赤外光よりも短波長の光を透過可能なシリコンゴムからなっていてもよい。

これによれば、赤外光よりも短波長の光の波長分離が可能となるうえ、モールディングによって、容易に光透過部を形成することが可能となる。

この波長可変フィルタにおいて、前記可動基板は、シリコンからなることが望ましい。

これによれば、可動基板を、半導体製造プロセスによって容易に製造することが可能となる。

本発明の波長可変フィルタの製造方法は、固定反射膜を備え、赤外光より短波長の光を透過可能な固定基板と、可動反射膜を備えた可動部を有し、前記可動反射膜と前記固定反射膜とが所定の長さのギャップを隔てて対向するように前記固定基板に配置された可動基板と、前記可動部を、前記固定基板に対して変位させることによって、前記ギャップの長さを可変とする駆動部とを備え、外部から前記ギャップ内に入射した光を、前記可動反射膜及び前記固定反射膜で反射を繰り返し、前記ギャップの長さに応じた波長の光を外部に出射可能な波長可変フィルタの製造方法であって、前記固定反射膜を備えた前記固定基板を形成する工程と、前記可動基板を形成するための基材であって、前記可動反射膜を備えた前記基材を、前記可動反射膜と前記固定反射膜とが前記ギャップを隔てて対向するように前記固定基板に接合する工程とを備え、その後に、赤外光より短波長の光を透過可能な光透過部を前記可動部に備えた前記可動基板を、前記固定基板上に形成する工程を有することを特徴とする。

これによれば、可動反射膜を備えた基材を、可動反射膜と固定反射膜とがギャップを隔てて対向するように固定基板に接合しているため、ギャップを形成するために犠牲層を除去する工程を必要としない。さらに、これに伴って、リリースホールを備える必要がなくなるため、クーロン力を有効に利用することが可能となる。

さらに、これによれば、可視光等、赤外光より短波長の光を透過可能な光透過部を有しているため、赤外光より短波長の光の波長分離が可能となる。

本発明の波長可変フィルタの製造方法は、第１の凹部と第２の凹部とが１つの面に形成され、赤外光より短波長の光を透過可能な固定基板と、可動部を備え、前記可動部が前記第１及び第２の凹部の底面と対向するように前記固定基板に配置された導電性を有する可動基板と、前記可動部の前記第１及び第２の凹部の底面と対向する面に備えられた可動反射膜と、前記第１の凹部の底面に、前記可動反射膜と第１のギャップを隔てて備えられた固定反射膜と、前記第２の凹部の底面に、前記可動部と第２のギャップを隔てて備えられるとともに、前記可動部との電位差により生じるクーロン力によって、前記可動部を前記固定基板に対して変位させ、前記第１のギャップの長さを可変とする駆動電極とを有し、外部から前記第１のギャップ内に入射した光を、前記可動反射膜及び前記固定反射膜で反射を繰り返し、前記第１のギャップの長さに応じた波長の光を外部に出射可能な波長可変フィルタの製造方法であって、前記固定基板に、前記第１及び第２の凹部を形成する工程と、前記第２の凹部の底面に、前記駆動電極を形成する工程と、前記第１の凹部の底面に、前記固定反射膜を形成する工程とを備え、その後に、赤外光より短波長の光を透過可能な光透過部を前記可動部に備えた前記可動基板を、前記固定基板上に形成する工程を有することを特徴とする。

これによれば、固定基板に第１及び第２の凹部を形成し、それぞれの底面に固定反射膜及び駆動電極を形成した後に、固定基板上に可動基板を形成している。このため、第１及び第２のギャップを形成するために犠牲層を除去する工程を必要としない。さらに、これに伴って、リリースホールを備える必要がなくなるため、クーロン力を有効に利用することが可能となる。

さらに、これによれば、固定基板と可動基板とを個別に製造することが可能となるため、可動部と駆動電極との間に、両者の貼り付きを防止するための絶縁膜を形成することが容易になる。

さらに、これによれば、可視光等、赤外光より短波長の光を透過可能な光透過部を有しているため、赤外光より短波長の光の波長分離が可能となる。

この波長可変フィルタの製造方法において、前記固定基板は、ガラスからなり、前記第１の凹部は、エッチングによって形成されることが望ましい。

これによれば、第１の凹部が、高精度で形成可能なガラスのエッチングによって形成されているため、第１のギャップを精度よく形成することが可能となる。この結果、分離波長の設定を精度よく行うことが可能となる。

この波長可変フィルタの製造方法において、前記固定基板は、ガラスからなり、前記第２の凹部は、エッチングによって形成されることが望ましい。

これによれば、第２の凹部が、高精度で形成可能なガラスのエッチングによって形成されているため、第２のギャップを精度よく形成することが可能となる。この結果、クーロン力を精度よく制御することが可能となる。

この波長可変フィルタの製造方法において、前記可動部の前記駆動電極に対向する部位、及び前記駆動電極の前記可動部に対向する部位の少なくとも一方に、絶縁膜を形成する工程を有することが望ましい。

これによれば、前記可動部の前記駆動電極に対向する部位、及び前記駆動電極の前記可動部に対向する部位の少なくとも一方に、絶縁膜を形成するため、可動部と駆動電極間に過大なクーロン力が作用した場合にも、可動部と駆動電極とが貼り付きを起こすことを抑制することが可能となる。

この波長可変フィルタの製造方法において、前記固定基板上に前記可動基板を形成する工程は、ベース層と、前記ベース層上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された前記可動基板となる活性層とを有する基材を用い、前記基材を、前記固定基板上に接合する工程と、前記絶縁層をストッパ層として前記ベース層を除去する工程と、前記絶縁層を除去する工程とを有することが望ましい。

これによれば、絶縁層をストッパ層として、ベース層を除去するようにしているため、ベース層を除去する際に活性層がダメージを受けるのを抑制することが可能となる。この結果、可動基板、即ち可動部の厚さの精度が高まるため、可動部を安定して駆動することが可能となり、第１のギャップの可変量を正確に制御することが可能となるうえ、製造歩留りを向上することが可能となる。

この波長可変フィルタの製造方法において、前記光透過部は、前記基材の前記活性層に、前記光透過部を形成するための開口部を形成する工程と、前記開口部に、赤外光よりも短波長の光を透過可能なガラスをスパッタする工程とによって形成されることが望ましい。

これによれば、赤外光よりも短波長の光の波長分離が可能となるうえ、スパッタ法によって、容易に光透過部を形成することが可能となる。

この波長可変フィルタの製造方法において、前記光透過部は、前記基材の前記活性層に、前記光透過部を形成するための開口部を形成する工程と、前記開口部に、赤外光よりも短波長の光を透過可能なシリコンゴムを流し込む工程とによって形成されてもよい。

これによれば、赤外光よりも短波長の光の波長分離が可能となるうえ、モールディングによって、容易に光透過部を形成することが可能となる。

本発明の検出装置は、先に記載の波長可変フィルタを備えたことを特徴とする。

これによれば、波長可変フィルタが赤外光よりも短波長の光を透過可能な光透過部を備えているため、検出装置の検出対象が、赤外光に限定されることがない。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態の波長可変フィルタについて、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の波長可変フィルタを示す平面図であり、図２は、そのＡ−Ａ断面図、図３は、そのＢ−Ｂ断面図である。

図１〜図３に示すように、波長可変フィルタ１は、固定基板２と、シリコンで構成された可動基板３とを備えており、可動基板３は、固定基板２の上面２ａに接合されている。

固定基板２は、少なくとも可視光に対して光透過性を有する材料からなっており、例えば、各種ガラス等で構成されている。本実施形態では、コーニング社製のホウケイ酸ナトリウムガラスであるパイレックス（登録商標）ガラス＃７７４０を用いている。パイレックス（登録商標）ガラスは、可動イオンとしてのナトリウム（Ｎａ）イオンを含有しているため、シリコンからなる可動基板３との陽極接合に好適であり、さらに、＃７７４０は、シリコンと熱膨張係数がほぼ等しいため、陽極接合時の加熱によって過度の応力が加わることがない。

固定基板２の厚さは、構成材料や用途等によって適宜決定され、特に限定されないが、本実施形態では、約５００μｍとしている。

固定基板２の上面（可動基板３と対向する面）２ａには、筒状の２つの凹部２１，２２が形成されている。本実施形態では、２つの凹部２１，２２は一体で形成されており、第１の凹部２１は、第２の凹部２２の底面の略中央に設けられている。第１及び第２の凹部２１，２２の固定基板２の上面２ａからの深さは、用途などにより適宜選択され、特に限定されないが、本実施形態では、第１の凹部２１の深さを約１５μｍ、第２の凹部２２の深さを約４μｍとしている。

第２の凹部２２の底面及び固定基板２の上面２ａには、導電層２３が形成されている。導電層２３は、第２の凹部２２の底面に円環状に形成された駆動電極２３ａと、第２の凹部２２の側面を経由して固定基板２の上面２ａをそれぞれ±Ｘ方向に延出する２本の配線２３ｂと、各配線２３ｂの端部に形成され、外部から電圧を印加するための端子２３ｃとを備えており、これらが一体で形成されている。

導電層２３は、導電性を有しており、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明導電材料や、ＡｕやＣｒ等の金属等で構成されている。導電層２３の厚さは、構成材料や用途等により適宜選択され、特に限定されないが、０．１〜５μｍ程度であるのが好ましい。駆動電極２３ａ及び配線２３ｂの上面には、絶縁膜２４ｂが設けられており、可動基板３との短絡が防止されている。

第１の凹部２１の底面には、絶縁性を有し、光を効率的に反射させる固定反射膜（ＨＲコート）２４ａが備えられ、固定基板２の下面２ｂには、光の反射を抑制する第１の反射防止膜（ＡＲコート）２５が備えられている。本実施形態では、固定反射膜２４ａ及び第１の反射防止膜２５は、ＳｉＯ₂膜やＴａ₂Ｏ₅膜等を積層した多層膜で形成されており、また、駆動電極２３ａ及び配線２３ｂの上面に形成された絶縁膜２４ｂは、固定反射膜２４ａと同一の材料構成を有している。

可動基板３は、シリコンからなり、導電性を有している。可動基板３は、略中央に配置された略円柱形上の可動部３１と、可動部３１をＺ方向に変位可能に支持する支持部３２と、可動部３１に通電を行う通電部３３とを有しており、これらの各部３１，３２，３３は、一体的に形成されている。

可動部３１の直径は、第１の凹部２１の直径より大きく、かつ第２の凹部２２の直径より小さくなっており、その厚さは、構成材料や用途等により適宜選択され、特に限定されないが、本実施形態では、約１０μｍとしている。

可動部３１の下面（第１の凹部２１の底面と対向する面）の略全面には、絶縁性を有し、光を効率的に反射させる可動反射膜（ＨＲコート）３４が設けられ、その反対面（可動部３１の上面）の略全面には、光の反射を抑制する第２の反射防止膜（ＡＲコート）３５が設けられている。可動反射膜３４及び第２の反射防止膜３５は、固定反射膜２４ａ及び第１の反射防止膜２５と同様、多層膜で形成されている。

可動部３１と通電部３３との間には、環状の開口部３２ａが形成され、可動部３１は、開口部３２ａを横切る４つの支持部３２によって通電部３３に固定されている。支持部３２は、幅が狭く形成されており、他の部位に比べて可撓性が高くなっている。なお、本実施形態では、支持部３２は、９０°間隔で４つ配置されているが、支持部３２の数は必ずしも４つに限定されず、例えば、２つ、３つ、又は５つ以上でもよい。

また、通電部３３には、固定基板２上の端子２３ｃを露出させるための開口部３３ａが形成されており、上面側から端子２３ｃと導通を取ることが可能になっている。

ここで、可動部３１の略中央で、可動反射膜３４と第２の反射防止膜３５との間には、円柱形状の光透過部３６が形成されている。光透過部３６は、少なくとも可視光に対して光透過性を有する材料からなっており、本実施形態では、固定基板２と同一のパイレックス（登録商標）ガラスを用いている。

上記のように構成された可動基板３は、可動部３１の周縁部が駆動電極２３ａに対向するように固定基板２の上面２ａに接合されている。この状態で、固定反射膜２４ａと可動反射膜３４とは、所定の間隔（第１のギャップ）を隔てて対向し、また、駆動電極２３ａと可動部３１とは、絶縁膜２４ｂ及び絶縁性を有する可動反射膜３４を含む所定の間隔（第２のギャップ）を隔てて対向する。

上記のように構成された波長可変フィルタ１において、固定基板２上の端子２３ｃと、可動基板３の通電部３３との間に電圧を印加すると、駆動電極２３ａと可動部３１との間に電位差が生じて、両者が互いに引き合うクーロン力が発生する。可動部３１は、可撓性が高い支持部３２によって支持されているため、このクーロン力によって−Ｚ方向に変位し、印加電圧に応じた所定の位置で静止する。つまり、印加電圧を変化させることによって、可動部３１を固定基板２に対して±Ｚ方向の所定の位置に移動させることが可能となり、固定反射膜２４ａと可動反射膜３４との間隔（第１のギャップの長さ）ｄを所望の間隔に調節（変更）することができる。ここで、駆動電極２３ａは、可動部３１を固定基板２に対して変位させるための駆動部として機能する。

次に、本発明の波長可変フィルタの作用について図２を用いて説明する。

図２に示すように、例えば、固定基板２の上面側から入射する光Ｌは、第２の反射防止膜３５、光透過部３６および可動反射膜３４を透過し、可動反射膜３４と固定反射膜２４ａとに挟まれた第１のギャップ内に入射する。

第１のギャップ内に入射した光Ｌは、固定反射膜２４ａと可動反射膜３４との間において反射を繰り返すとともに、各反射膜２４ａ，３４の反射率に応じて、反射膜２４ａ，３４を透過する。ここで、第１のギャップ内には、反射回数の異なる多数の光波が含まれており、これらは互いに干渉しあって、ほぼ位相の揃った波長のみが透過することになる。位相が揃う波長は、第１のギャップの長さｄに依存するため、長さｄを調整することによって、透過させる光の波長を選択することが可能となる。固定反射膜２４ａを透過した光は、固定基板２及び第１の反射防止膜２５を透過して外部に出射し、特定の波長を有する光の強度測定等に利用される。

なお、本実施形態では、上面側（第２の反射防止膜３５側）から光を入射しているが、下面側（第１の反射防止膜２５側）から光を入射してもよい。また、光を出射する側は、光を入射する側の反対側に限られず、光が入射する側から出射した光を利用するようにしてもよい。

次に、本実施形態の波長可変フィルタ１の製造方法について、図面を参照して説明する。図４〜図１１は、本実施形態の波長可変フィルタ１の製造方法を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ断面に対応する断面を示している。

この製造方法は、［１］固定基板の加工工程、［２］ＳＯＩ基板の加工工程、［３］固定基板とＳＯＩ基板との接合工程、［４］可動基板の加工工程を有している。以下、各工程について順次説明する。

［１］固定基板の加工工程
図４（ａ）に示すように、固定基板２の上面２ａにマスク層５１を成膜する。マスク層５１を構成する材料としては、例えば、Ｃｒ／Ａｕ等の金属膜等を用いることができる。マスク層５１の厚さは、特に限定されないが、０．０１〜１μｍ程度とすることが好ましく、０．０９〜０．１１μｍ程度とすることがより好ましい。マスク層５１が薄すぎると、固定基板２を十分に保護できない場合があり、マスク層５１が厚すぎると、マスク層５１の内部応力によりマスク層５１が剥がれ易くなる場合がある。本実施形態では、マスク層５１に、Ｃｒ／Ａｕ膜をスパッタ法によって成膜し、Ｃｒ、Ａｕそれぞれの膜厚は０．０３μｍ、０．０７μｍとしている。

次に、図４（ｂ）に示すように、マスク層５１に、第２の凹部２２を形成するための開口部５１ａを形成する。開口部５１ａは、例えばフォトリソグラフィ法により形成することができる。具体的には、マスク層５１上に、開口部５１ａに対応したパターンを有するレジスト層（図示せず）を形成し、このレジスト層をマスクとして、マスク層５１の一部を除去した後に、レジスト層を除去することで開口部５１ａが形成される。なお、マスク層５１の一部除去は、ウェットエッチング等により行われる。

次に、図４（ｃ）に示すように、ウェットエッチングによって固定基板２を食刻し、第２の凹部２２を形成する。エッチング液としては、例えば、フッ酸水溶液等を用いることができる。なお、第２の凹部２２の形成方法としては、ウェットエッチングに限られず、ドライエッチング等他のエッチング法を用いてもよい。

次に、エッチングによってマスク層５１を除去した後、第２の凹部２２の形成と同じ要領で、第１の凹部２１を形成する。具体的には、固定基板２上にマスク層５２を成膜し、図５（ａ）に示すように、第１の凹部２１を形成するための開口部５２ａを形成する。次いで、図５（ｂ）に示すように、ウェットエッチングによって第２の凹部２２の底面２２ａを食刻して、第１の凹部２１を形成する。その後、図５（ｃ）に示すように、マスク層５２をエッチングによって除去することによって、第１及び第２の凹部を備えた固定基板２が得られる。

次に、図６（ａ）に示すように、駆動電極２３ａ、配線２３ｂ及び端子２３ｃからなる導電層２３を形成する。導電層２３を構成する材料としては、例えばＣｒ、Ａｌ等の金属膜やＩＴＯのような透明導電材料等を用いることができる。導電層２３の厚さは、例えば、０．１〜０．２μｍとするのが好ましい。

この導電層２３を形成するためには、蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法等によって金属膜等を成膜した後、フォトリソグラフィ及びエッチングによってパターニングを行う。

次に、第１の凹部２１の底面と、駆動電極２３ａ及び配線２３ｂの表面とに、それぞれ固定反射膜２４ａと絶縁膜２４ｂとを形成する。本実施形態では、固定反射膜２４ａ及び絶縁膜２４ｂは、同一の材料構成を有しており、これらを同時に形成するようにしている。具体的には、図６（ｂ）に示すように、固定基板２の上面２ａにレジスト５３を成膜し、フォトリソグラフィ法及びエッチング法等によりパターニングをして、固定反射膜２４ａ及び絶縁膜２４ｂを形成する部位のレジスト５３を除去した後、ＳｉＯ₂膜やＴａ₂Ｏ₅膜等を、蒸着法等により交互に成膜して多層膜５４を形成する。

次いで、リフトオフ法によって、レジスト５３とともにレジスト５３上に成膜された多層膜５４を除去すると、図６（ｃ）に示すように、第１の凹部２１の底面と、駆動電極２３ａ及び配線２３ｂの表面とに、それぞれ固定反射膜２４ａと絶縁膜２４ｂとが形成される。その後、固定基板２の下面２ｂに、同様の多層膜からなる第１の反射防止膜２５を成膜する。ここで、固定反射膜２４ａや第１の反射防止膜２５は、各層の厚さ、層数、材質等を調整することによって、反射膜か反射防止膜かの選択、或いは反射率や反射・透過する波長の選択を行うことができる。また、固定反射膜２４ａの厚さは、例えば、０．１〜１２μｍとするのが好ましい。

［２］ＳＯＩ基板の加工工程
本実施形態では、シリコンからなる可動基板３を形成するための基材として、ＳＯＩ基板を用いている。

図７（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板６０は、第１のＳｉ層（ベース層）６１、埋め込み酸化膜であるＳｉＯ₂層（絶縁層）６２、第２のＳｉ層（活性層）６３の３層の積層体で構成されている。ＳＯＩ基板６０の厚さは、特に限定されないが、本実施形態では、第１のＳｉ層６１が約５００μｍ、ＳｉＯ₂層６２が約４μｍ、第２のＳｉ層６３が約１０μｍのＳＩＯ基板６０を用いている。

まず、図７（ｂ）に示すように、第２のＳｉ層６３に、フォトリソグラフィ法及びエッチング法によって、光透過部３６を形成するための開口部３６ａを形成する。

次に、図８（ａ）に示すように、第２のＳｉ層６３上にレジスト７１を形成する。具体的には、第２のＳｉ層６３上、及び開口部３６ａによって露出したＳｉＯ₂層６２上にレジスト７１を成膜した後、フォトリソグラフィ法及びエッチング法等によりパターニングをして、ＳｉＯ₂層６２上のレジストを除去する。次に、図８（ｂ）に示すように、開口部３６ａ内及びレジスト７１上に、パイレックス（登録商標）ガラスからなるガラス層７２をスパッタ法によって成膜する。その後、リフトオフ法によって、レジスト７１とともにレジスト７１上に成膜されたガラス層７２を除去すると、図８（ｃ）に示すように、開口部３６ａ内にパイレックス（登録商標）ガラスからなる光透過部３６が形成される。

次に、図９（ａ）に示すように、第２のＳｉ層６３上にレジスト７３を成膜し、フォトリソグラフィ法及びエッチング法等によりパターニングをして、可動反射膜３４を形成するための開口部３４ａを形成する。次いで、図９（ｂ）に示すように、開口部３４ａ内及びレジスト７３上に、固定反射膜２４ａと同様の構成を有する多層膜７４を成膜する。その後、リフトオフ法によって、レジスト７３とともにレジスト７３上に成膜された多層膜７４を除去すると、図９（ｃ）に示すように、可動反射膜３４が形成される。

［３］固定基板とＳＯＩ基板との接合工程
図１０（ａ）に示すように、固定基板２の第１及び第２の凹部２１，２２が形成された面（上面２ａ）と、ＳＯＩ基板６０の第２のＳｉ層６３とを対向させた状態で、固定基板２とＳＯＩ基板６０とを陽極接合等によって接合する。

陽極接合によって接合する場合には、例えば、固定基板２を図示しない直流電源のマイナス端子、第２のＳｉ層６３を図示しない直流電源のプラス端子にそれぞれ接続する。その後、固定基板２を加熱しながら電圧を印加すると、この加熱によって、固定基板２中のＮａイオンが移動しやすくなる。このＮａイオンの移動により、固定基板２の接合面はマイナスに帯電し、第２のＳｉ層６３の接合面はプラスに帯電する。この結果、固定基板２とＳＯＩ基板６０とは強固に接合される。

なお、固定基板２の上面２ａには、配線２３ｂ及び絶縁膜２４ｂが形成されているため、実際に陽極接合される部位では、ＳＯＩ基板６０と固定基板２との間に隙間が生じることになるが、配線２３ｂ及び絶縁膜２４ｂの厚さが薄い場合には、ＳＯＩ基板６０や固定基板２の可撓性によって接合可能となる。一方、配線２３ｂ及び絶縁膜２４ｂの厚さが厚い場合には、固定基板２の上面２ａで配線２３ｂ及び絶縁膜２４ｂを形成する部位に溝を設けて、配線２３ｂ及び絶縁膜２４ｂが固定基板２の上面２ａから突出しないようにしてもよい。

［４］可動基板の加工工程
次に、第１のＳｉ層６１を除去する。除去する方法としては、ウェットエッチング法、ドライエッチング法、研磨等が用いられるが、いずれの場合も、ＳｉＯ₂層６２がストッパ層として機能するため、第２のＳｉ層６３にダメージを与えるのを防ぐことができる。

ウェットエッチングを行う場合には、エッチング液として、例えば、ＫＯＨ水溶液を用いることができる。ＫＯＨ水溶液の濃度は、１〜４０重量％であることが好ましく、５〜２０重量％であることがより好ましい。このエッチングによる反応式は以下のとおりである。

Ｓｉ＋２ＫＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→Ｋ₂ＳｉＯ₃＋２Ｈ₂
ここで、ＫＯＨ水溶液によるＳｉのエッチングレートは、ＳｉＯ₂のエッチングレートよりも相当大きいため、ＳｉＯ₂層６２をストッパ層として機能させることができる。なお、他のエッチング液としては、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）水溶液、ＥＰＤ（エチレンジアミン−ピロカテコール−ジアジン）水溶液、又はヒドラジン水溶液等を用いることが可能である。ウェットエッチングは、バッチ処理が可能であるため、生産性を向上させることが可能となる。

一方、ドライエッチングを行う場合には、エッチングガスとして、例えば、ＸｅＦ₂を用い、３９０ＭＰａの圧力で６０秒間程度導入する。このエッチングによる反応式は以下のとおりである。

２ＸｅＦ₂＋Ｓｉ→２Ｘｅ＋ＳｉＦ₄
ここで、ＸｅＦ₂を用いたドライエッチングの場合にも、Ｓｉのエッチングレートは、ＳｉＯ₂のエッチングレートよりも相当大きいため、ＳｉＯ₂層６２をストッパ層として機能させることができる。なお、このエッチングは、プラズマによるものではないため、他の部位へのダメージを抑制することが可能となる。ＸｅＦ₂の代わりにＣＦ₄やＳＦ₆を用いたプラズマエッチングを用いることも可能である。

続いて、ＳｉＯ₂層６２を、例えば、フッ酸水溶液等によるウェットエッチング等によって除去すると、図１０（ｂ）に示すように、第２のＳｉ層６３に形成された光透過部３６が上面に露出する。

次に、図１１（ａ）に示すように、第２のＳｉ層６３上にレジスト８１を成膜し、フォトリソグラフィ法及びエッチング法等によりパターニングをして、第２の反射防止膜３５を形成するための開口部３５ａを光透過部３６上に形成する。次いで、開口部３５ａ内及びレジスト８１上に、第１の反射防止膜２５と同様の構成を有する多層膜８２を成膜する。その後、リフトオフ法によって、レジスト８１とともにレジスト８１上に成膜された多層膜８２を除去すると、図１１（ｂ）に示すように、第２の反射防止膜３５が形成される。

次に、図１１（ｃ）に示すように、第２のＳｉ層６３上にレジスト８３を成膜し、フォトリソグラフィ法及びエッチング法等により、可動部３１、支持部３２、通電部３３の形状に対応したパターニングを行う。その後、異方性エッチングによって第２のＳｉ層６３を食刻して開口部３２ａ，３３ａを形成し、さらに、酸素プラズマによるアッシング等によってレジスト８３を除去すると、図２に示したように、固定基板２上に可動基板３が形成される。

以上説明したように、本実施形態の波長可変フィルタ１及びその製造方法によれば、以下の効果を得ることができる。

（１）本実施形態の波長可変フィルタ１によれば、波長可変フィルタ１が赤外光より短波長の光を透過可能な光透過部３６を有しているため、赤外光より短波長の光の波長分離が可能となる。

（２）本実施形態の波長可変フィルタ１によれば、可動部３１の駆動電極２３ａに対向する部位、及び駆動電極２３ａの可動部３１に対向する部位に、絶縁膜（それぞれ可動反射膜３４、及び絶縁膜２４ｂ）を形成しているため、可動部３１と駆動電極間２３ｂに過大なクーロン力が作用した場合にも、可動部３１と駆動電極２３ａとが貼り付きを起こすことを抑制することが可能となる。

（３）本実施形態の波長可変フィルタ１によれば、固定基板２の固定反射膜２４ａが備えられた面の反対面、及び光透過部３６の可動反射膜３４が備えられた面の反対面に、それぞれ第１及び第２の反射防止膜２５，３５が備えられているため、光が入射する際の反射を抑制し、外部からの光を効率的に取り込むことが可能となる。

（４）本実施形態の波長可変フィルタ１によれば、固定基板２が可動イオンとしてのＮａイオンを含むガラスからなっているため、固定基板２とＳＯＩ基板６０（可動基板３）とを、陽極接合によって接合することが可能となる。つまり、接着剤等の他の部材が介在することなく接合可能となるため、第１のギャップの精度が向上し、分離波長の設定を精度よく行うことが可能となる。

（５）本実施形態の波長可変フィルタ１によれば、光透過部３６に、赤外光よりも短波長の光を透過可能なガラスを用いているため、スパッタ法によって、容易に光透過部３６を形成することが可能となる。

（６）本実施形態の波長可変フィルタ１によれば、可動基板３がシリコンで構成されているため、可動基板３を、半導体製造プロセスによって容易に製造することが可能となる。

（７）本実施形態の波長可変フィルタ１の製造方法によれば、固定基板２に第１及び第２の凹部２１，２２を形成し、それぞれの底面に固定反射膜２４ａ及び駆動電極２３ａを形成した後に、固定基板２上に可動基板３を形成している。このため、第１及び第２のギャップを形成するために犠牲層を除去する工程を必要としない。さらに、これに伴って、リリースホールを備える必要がなくなるため、クーロン力を有効に利用することが可能となる。

（８）本実施形態の波長可変フィルタ１の製造方法によれば、固定基板２と、可動基板３を形成するためのＳＯＩ基板６０とを個別に加工しているため、可動部３１と駆動電極２３ａとの間に、両者の貼り付きを防止するための絶縁膜２４ｂを形成することが容易になる。

（９）本実施形態の波長可変フィルタ１の製造方法によれば、固定基板２がガラスからなり、第１の凹部２１が、高精度で形成可能なガラスのエッチングによって形成されているため、第１のギャップを精度よく形成することが可能となる。この結果、分離波長の設定を精度よく行うことが可能となる。

（１０）本実施形態の波長可変フィルタ１の製造方法によれば、固定基板２がガラスからなり、第２の凹部２２が、高精度で形成可能なガラスのエッチングによって形成されているため、第２のギャップを精度よく形成することが可能となる。この結果、クーロン力を精度よく制御することが可能となる。

（１１）本実施形態の波長可変フィルタ１の製造方法によれば、第１のＳｉ層６１を除去する際に、ＳｉＯ₂層６２をストッパ層としているため、可動基板３となる第２のＳｉ層６３がダメージを受けるのを抑制することが可能となる。この結果、可動基板３、即ち可動部３１の厚さの精度が高まるため、可動部３１を安定して駆動することが可能となり、第１のギャップの可変量を正確に制御することが可能となるうえ、製造歩留りを向上することが可能となる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を、図面を参照して説明する。図１２は、第１実施形態の波長可変フィルタ１を備えた検出装置の構成図である。

図１２に示すように、検出装置１００は、光入射部１０１と、波長可変フィルタ１と、検出部１０２とを備えている。光入射部１０１から入射した光Ｌは、波長可変フィルタ１によって波長分離され、所定の波長の光のみが検出部１０２に入射するようになっている。

本実施形態の検出装置１００によれば、波長可変フィルタ１が赤外光よりも短波長の光を透過可能な光透過部３６（図２参照）を備えているため、検出装置１００の検出対象が、赤外光に限定されることがない。

（変形例）
なお、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。

・前記実施形態の波長可変フィルタ１において、光透過部３６は、可動基板３と略同一の厚さを有するように形成されている（図２参照）が、光透過部３６の厚さは、これに限られず、可動基板３より厚くても、薄くてもよい。

・前記実施形態の波長可変フィルタ１において、固定反射膜２４ａ、可動反射膜３４、第１及び第２の反射防止膜２５，３５を多層膜で形成しているが、これらを単層膜で形成するようにしてもよい。

・前記実施形態の波長可変フィルタ１において、可動部３１を駆動する駆動部を、クーロン力を利用する構成としているが、電磁力や圧電効果等を利用する構成としてもよい。

・前記実施形態の波長可変フィルタ１の製造方法において、固定反射膜２４ａ、可動反射膜３４、及び第２の反射防止膜３５をリフトオフ法によって形成しているが、ハードマスクを用いたエッチング等によって形成するようにしてもよい。

・前記実施形態の波長可変フィルタ１の製造方法において、駆動電極２３ａ及び配線２３ｂを被覆する絶縁膜２４ｂを、固定反射膜２４ａと同一の材料構成とし、これらを同時に形成しているが、固定反射膜２４ａとは異なる部材を用いて、個別に形成するようにしてもよい。例えば、駆動電極２３ａ及び配線２３ｂ上にＳｉＯ₂層を備えるようにしてもよい。さらに、絶縁膜２４ｂは、可動基板３側に備えるようにしてもよい。例えば、可動基板３の固定基板２に接合される面側に、熱酸化やＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）−ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によってＳｉＯ₂層を形成してもよい。

・前記実施形態の波長可変フィルタ１の製造方法において、可動基板３を形成するための基材として、ＳＯＩ基板６０を用いているが、例えば、シリコン基板単体やＳＯＳ（Silicon On Sapphire）基板、或いは表面にＳｉＯ₂層が形成された２枚のシリコン基板を、ＳｉＯ₂層同士を向い合わせて貼り合せたもの等を用いることができる。

・前記実施形態の波長可変フィルタ１の製造方法において、ＳＯＩ基板６０と固定基板２との接合方法として陽極接合を用いているが、接合方法はこれに限られず、例えば、接着剤や低融点ガラスにより接合してもよい。

・前記実施形態の波長可変フィルタ１において、光透過部３６は、パイレックス（登録商標）ガラスによって構成されているが、光透過部３６の構成はこれに限られず、例えば、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）等、赤外光よりも短波長の光を透過可能なシリコンゴム等を用いてもよい。

これによれば、例えば、シリコンゴムを開口部３６ａ（図７（ｂ）参照）に流し込んだ後、加熱して硬化させることによって光透過部３６を形成することが可能であり、光透過部３６を、容易に形成することが可能となる。

・前記実施形態の波長可変フィルタ１の用途は、特に限定されず、例えば、ＵＶ吸収スペクトルや画像描画デバイスの検査等に用いることができる。その際に、波長可変フィルタ１の上面側又は下面側に、非測定物（流体）が流れる流路（溝）を設けることによって、装置を小型化することが可能となる。

また、波長可変フィルタ１に、波長可変フィルタ１からの出射光を受光する受光素子や、出射光を分析するためのマイクロコンピュータ等を付加することも可能である。さらに、第１のギャップや第２のギャップの長さを検出する検出手段を設ければ、その検出結果を前記マイクロコンピュータにフィードバックすることによって、分離波長の設定やクーロン力による駆動を精度よく行うことが可能となる。

第１実施形態の波長可変フィルタを示す平面図。 図１のＡ−Ａ断面図。 図１のＢ−Ｂ断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、波長可変フィルタの製造方法を示す断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、波長可変フィルタの製造方法を示す断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、波長可変フィルタの製造方法を示す断面図。 （ａ）〜（ｂ）は、波長可変フィルタの製造方法を示す断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、波長可変フィルタの製造方法を示す断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、波長可変フィルタの製造方法を示す断面図。 （ａ）〜（ｂ）は、波長可変フィルタの製造方法を示す断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、波長可変フィルタの製造方法を示す断面図。 第２実施形態の検出装置を示す構成図。

符号の説明

１…波長可変フィルタ、２…固定基板、３…可動基板、２１…第１の凹部、２２…第２の凹部、２３…導電層、２３ａ…駆動電極、２４ａ…固定反射膜、２４ｂ…絶縁膜、２５…第１の反射防止膜、３１…可動部、３２…支持部、３３…通電部、３４…可動反射膜、３５…第２の反射防止膜、３６…光透過部、３６ａ…開口部、６０…基材としてのＳＯＩ基板、６１…ベース層としての第１のＳｉ層、６２…絶縁層としてのＳｉＯ₂層、６３…活性層としての第２のＳｉ層、１００…検出装置。

Claims (5)

1. 絶縁性があり、可視光に対して光透過性を有する単一部材の１つの面に、第１の凹部と第２の凹部とが形成されている固定基板と、
   可動部を備え、前記可動部が前記第１及び第２の凹部の底面と対向するように前記固定基板に接合された導電性を有する可動基板と、
   前記可動部の前記第１及び第２の凹部の底面と対向する面に備えられた可動反射膜と、
   前記第１の凹部の底面に、前記可動反射膜と第１のギャップを隔てて備えられた固定反射膜と、
   前記固定基板に、前記可動部との電位差により生じるクーロン力によって、前記可動部を前記固定基板に対して変位させ、前記第１のギャップの長さを可変とする駆動電極と、
   を有し、外部から前記第１のギャップ内に入射した光を、前記可動反射膜及び前記固定反射膜で反射を繰り返し、前記第１のギャップの長さに応じた波長の光を外部に出射可能な波長可変フィルタであって、
   前記可動部は、前記可動反射膜が備えられた部位に、可視光を透過可能で、外部と光の入出射を行うための光透過部を有し、
   前記駆動電極は、前記第２の凹部の底面に前記可動部と第２のギャップを隔てて配置され、前記第１の凹部の底面には配置されていないことを特徴とする波長可変フィルタ。
2. 請求項１に記載の波長可変フィルタにおいて、前記可動部の前記駆動電極に対向する部位、及び前記駆動電極の前記可動部に対向する部位の少なくとも一方に、絶縁膜が形成されていることを特徴とする波長可変フィルタ。
3. 請求項１または２のいずれか１項に記載の波長可変フィルタにおいて、前記光透過部の前記可動反射膜が備えられた面の反対面、及び前記固定基板の前記固定反射膜が備えられた面の反対面の少なくとも一方に、反射防止膜が備えられていることを特徴とする波長可変フィルタ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の波長可変フィルタにおいて、前記固定基板は、可動イオンを含むガラスからなり、前記可動基板は、シリコンからなり、前記固定基板と前記可動基板は陽極接合されていることを特徴とする波長可変フィルタ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の波長可変フィルタを備えたことを特徴とする検出装置。

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