(57)【要約】【課題】ファブリーペロ素子の平行部材を精密に位置決めするMEMSファブリーペロ素子の製造方法を提供する。【解決手段】薄膜堆積プロセスを利用して間隔保持部材を製造し、さらに、膜厚モニタによって間隔保持部材の厚さを制御することにより、光出力波形に影響を及ぼす各重要なプロセス変数を精確に制御でき、且つ、平行部材の表面の平面精度を確保でき、この方法によって製造されたMEMSファブリーペロ素子では所望の波形に符合するスぺクトラムを精確に濾過することができる。【選択図】        図５
2004191912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの基板を提供するステップと、
前記二つの基板の表面の所定領域に堆積物を形成するステップと、
一膜厚モニタによって前記堆積物の厚さを制御するステップと、
前記二つの基板を、前記堆積物を隔てて結合させるステップと、
を含むMEMSファブリーペロ素子の製造方法であって、
前記堆積物の厚さが所望のキャビティ長さと同じであることを特徴とするMEMSファブリーペロ素子の製造方法。
【請求項２】
前記所定領域は、マスク又はレジストによって規定されることを特徴とする、請求項１に記載のMEMSファブリーペロ素子の製造方法。
【請求項３】
前記基板は、反射膜がメッキされたシリコン又はガラス基板であることを特徴とする、請求項１に記載のMEMSファブリーペロ素子の製造方法。
【請求項４】
前記堆積物は、物理蒸着（PVD：Physical Vapor Deposition）、又は、化学蒸着（CVD：Chemical Vapor Deposition）を包含する薄膜堆積プロセスによって、誘電材料、或いは、金属材料を前記所定領域に堆積させることにより形成されるを特徴とする、請求項１に記載のMEMSファブリーペロ素子の製造方法。
【請求項５】
第一基板を提供するステップと、
前記第一基板の複数の所定領域に複数の堆積物を形成するステップと、
膜厚モニタによって前記複数の堆積物の厚さを、所望のキャビティ長さと同じにするように制御するステップと、
前記堆積物を隔てて前記第一基板と結合させる第二基板を提供するステップと、
を含むことを特徴とするMEMSファブリーペロ素子の製造方法。
【請求項６】
第一基板の所定領域に第一堆積物を形成するステップと、
第二基板の前記第一堆積物と対応する領域に第二堆積物を形成するステップと、
膜厚モニタによって前記第一堆積物と前記第二堆積の厚さを制御するステップと、
前記第一堆積物と前記第二堆積物を結合することにより、前記第一基板と前記第二基板を接合するステップと、
を含むMEMSファブリーペロ素子の製造方法であって、
前記第一堆積物と前記第二堆積物の厚さの合計が所望のキャビティ長さと同じであることを特徴とするMEMSファブリーペロ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロエレクトロメカニカルシステム（MEMS：micro electro mechanical system）ファブリーペロ素子の製造方法に関し、特にファブリーペロ素子の平行部材の位置を精密に決めるMEMSファブリーペロ素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ファブリーペロ素子は、複数の特定の周波数を濾過することができるため、チューナブル・フィルタ、波長固定装置、チューナブル・レーザ等の光学素子に応用されている。図１に示すように、ファブリーペロ素子１００は、二つの平行部材１０２、１０４と、これらの両平行部材間にある厚さがｄの間隔保持部材１０６とによって構成されている。部材１０２と１０４の表面には反射膜がメッキされ、これにより、向かい合わせた平行鏡面１０２Ａと１０４Ａが形成される。入射光は角度αで素子１００に入射した際に、平行鏡面１０２Ａと１０４Ａが構成する空洞内で共振し、図２に示すような周期性スペクトルを出力する。
【０００３】
近年、ファブリーペロ素子を小型化するために、これらの素子の製造にMEMSプロセスを応用する傾向が見られるが、このために、部材の製造と組立てが難度を増す。これは、より効果的なファブリーペロ共振空洞の効果を得るために、鏡面１０２Ａと１０４Ａは非常に高い平行度を保たねばならず（角度の誤差許容値１０−５度未満）、且つ、キャビティ長さｄも非常に高い精度（許容値０．５nm未満）を必要とするからである。さらに、通常キャビティ長さｄは１から数１０μmのような微細な寸法であるため、同じ厚さの間隔保持部材を製造するのが困難な上に、鏡面１０２Ａと１０４Ａも又、λ/５０Ｐ-Ｖ値の光学鏡面の平面精度に符合しなければならないからである。
【０００４】
図３の（Ａ）〜（Ｄ）は従来のMEMSファブリーペロ素子製造プロセスを示す断面図である。
【０００５】
図３の（Ａ）に示すように、従来の方法では、まずレジスト２０４をシリコン、又はガラス基板等の基板２０２上にコーテイングし、さらにマスク２０６を被せた後、適切な光源で露光させる。次に、現像液で露光されたレジストを取り除き、図３の（Ｂ）のような構成を形成する。さらに、エッチング液で基板２０２をエッチングして、図３の（Ｃ）に示している所望の厚さｄを生じた後、残りのレジスト２０４を取り除く。最後に、もう一つのシリコン、又はガラス基板等の基板２０８を基板２０２上に置き、高温高圧、又は、アノード結合法で二つの基板を結合させ、図３の（Ｄ）に示すような、キャビティ長さｄを有するMEMSファブリーペロ素子２００を形成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、基板２０２をエッチングしてファブリーペロ素子にキャビティ長さｄを生じさせる上記方法では、エッチング深さを０．５nmの精度要求内に制御するのが難しいだけでなく、エッチング時に基板２０２の表面を傷つけ易く、表面の平たさが光学鏡面の平面精度であるλ/５０Ｐ-Ｖ値を満足できない。
【０００７】
図４の（Ａ）〜（Ｅ）は、従来のMEMSファブリーペロ素子のもう一つの製造方法の製造プロセスを示す断面図である。図４の（Ａ）に示すように、この製造方法では、レジスト３０４をコーテイングする前に、先に基板３０２上に熱硬化性樹脂接着剤などの厚さｄの接着剤層３１０を塗り、上記方法と同じように露光、現像を行った後、図４の（Ｂ）と図４の（Ｃ）に示すように、接着剤層３１０をエッチングする。そして、レジスト３０４を取り除き、図４の（Ｄ）に示すような、残りの接着剤層３１０によって構成された厚さｄの間隔保持部材３１０を得る。さらに、もう一つの基板３０８と結合した後、高温で間隔保持部材３１０を固まらせ、図４の（Ｅ）とに示すようなキャビティ長さｄを有するMEMSファブリーペロ素子３００を形成する。
【０００８】
しかし、このような方法では、エッチング液は接着剤層３１０のみを迅速にエッチングし、基板３０２の表面を比較的に傷つけにくいが、厚さｄの接着剤層３１０を塗る際に、その厚さを０．５nmの精度要求内に制御しにくく、且つ、基板３０８と基板３０２が結合する際にも、接着剤層３１０の材質がシリコンやガラス基板と比べて硬さの点で劣るため、接着剤層の厚さが変化しやすく、ファブリーペロ素子３００のキャビティ長さｄを変えやすい。
【０００９】
上述したように、MEMSプロセスを用いた従来のファブリーペロ素子の製造方法は、プロセスの変数への精度要求を満足しにくく、精密に所望の出力波形に符合するMEMSファブリーペロ素子の製造が困難である。
【００１０】
従って、本発明の目的は、製造プロセス上の各種精密度の要求を満足し、且つ、平行部材の表面の平面精度を確保し、製造されたMEMSファブリーペロ素子が精確に所望の波形に符合したスぺクトラムを濾過できるよう、ファブリーペロ素子の平行部材を精密に位置決めすることが可能なMEMSファブリーペロ素子の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の実施の形態１によれば、薄膜堆積プロセスによって誘電材料を基板表面に堆積させることによって、マスク、又はレジストによって規定された各鍍膜領域に複数の間隔保持部材を堆積させ、さらに、接着剤によってもう一つの基板と結合する。前記基板は、反射膜がメッキされたシリコン、又は、ガラス基板である。基板表面で堆積を行う際に、膜厚モニタで鍍膜の厚さを監視し、薄膜の厚さを0.1nm、もしくは0.1nmよりも精密なレベルに制御でき、間隔保持部材の堆積厚さを所望のファブリーペロ素子のキャビティ長さｄに精確に制御できる。
【００１２】
本発明の実施の形態２によれば、二つの異なる基板にそれぞれ間隔保持部材を堆積させ、膜厚モニタにより堆積した間隔保持部材の厚さの合計が所望のキャビティ長さｄになるように制御する。このようにして、二つの異なる基板の対応するそれぞれの間隔保持部材を結合させると、キャビティ長さがｄのMEMSファブリーペロ素子を構成できる。
【００１３】
本発明は薄膜堆積プロセスを利用して間隔保持部材を製造し、さらに、膜厚モニタによって間隔保持部材の厚さを制御することにより、光出力波形に影響を及ぼす各重要なプロセス変数を精確に制御でき、且つ、平行部材の表面の平面精度を確保できる。この方法によって製造されたMEMSファブリーペロ素子は所望の波形に符合するスぺクトラムを精確に濾過することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１５】
図５の（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施の形態１のMEMSファブリーペロ素子製造方法の製造プロセスを示した断面図である。
【００１６】
図５の（Ａ）に示すように、まず、反射膜１２Ａがメッキされたシリコン、又はガラス基板から成る基板１２を提供する。次に、後続するプロセスで所望の鍍膜領域を規定するマスク１４を基板１２上に被せる。
【００１７】
次に、図５の（Ｂ）に示すように、物理蒸着（PVD：Physical Vapor Deposition）、又は化学蒸着（CVD：Chemical Vapor Deposition）等の薄膜堆積方法によって、誘電材料、或いは金属材料（例えば、銀、アルミ）などの堆積材料１８を鍍膜材料源１７から、マスク１４によって規定された基板１２の表面上の鍍膜領域に堆積させることにより、各鍍膜領域にそれぞれ複数の間隔保持部材２２を堆積する。誘電材料は、例えば、SiO２、TiO２等PVD又はCVDによって薄膜堆積プロセスを行える任意の材料である。
【００１８】
基板１２表面の堆積を行う際に、膜厚モニタ１６によって鍍膜の厚さを制御している。膜厚モニタ１６は、石英振動膜厚モニタ（QuartzCrystal Oscillator Monitor）、又は、光学膜厚モニタ（Optical Film Thickness Monitor）であり、膜厚を0.1nm、もしくは0.1nmよりも精密なレベルに制御できる。この膜厚モニタ１６を利用することで、精確に間隔保持部材２２の堆積厚さを制御でき、薄膜を所望のファブリーペロ素子のキャビティ長さｄの厚さまでメッキして停止することができる。そして、図５Ｃに示すように、マスク１４を取り除き、さらに、間隔保持部材を介して、基板１２上にもう一つの基板２０を貼り付ける。最後に、例えば接着剤２４で接着するなどの物理性接合方法によって、基板２０と基板１２を接合する。接着剤２４は二つの異なる基板の間、又は、間隔保持部材と基板の間に塗り付ければよい。このようにして、図５の（Ｃ）に示すキャビティ長さｄを有する平行部材を持つMEMSファブリーペロ素子１０が形成される。
【００１９】
本発明の製造方法がもたらす利点を以下に述べる。
【００２０】
図２は光線がファブリーペロ素子を通過して出力される周期性スぺクトラムを示す図である。図２に示したファブリーペロ素子の光出力波形は、主に下記の変数によって定義される：
１．自由分光範囲（FSR；free spectrum range）：
【数１】
2004191912.tif 000003
λは入射光波長、nは屈折率、dはファブリーペロ素子両平行部材間のキャビティ長さ、qは入射光が共振空洞に入射する角度である。
２．フィネス(Ｆ；fines)：
【数２】
2004191912.tif 000004
FPは平行鏡面１０２Ａと１０４Ａの表面フィネス、R１は図１の鏡面１０２Ａの反射率、R2は鏡面１０４Ａの反射率、Ｄはファブリーペロ素子が光を通過させる口径、δは両平行部材の角度である。
３．半値幅（FWHM；full width half maximum）エネルギー：
【数３】
2004191912.tif 000005
【００２１】
（式１）から（式３）で分かるように、両平行部材のキャビティ長さｄと角度δは、共に半値幅エネルギーに影響を与え、ファブリーペロ素子の光出力波形に変化をもたらす重要点である。このため、本発明は、薄膜堆積プロセスによって間隔保持部材２２を製造し、さらに、膜厚モニタ１６によって、精確に間隔保持部材２２の堆積厚さを制御する。この方法は、フィネスの高い膜厚モニタ１６が薄膜をnmレベルのフィネスまで制御できるため、製造されたファブリーペロ素子の両平行部材の距離が、要求されるキャビティ長さｄであることが確保でき、精確な自由分光範囲FSRと半値幅エネルギーFWHMを得ることができる。さらに、膜厚モニタ１６は異なる間隔保持部材２２の厚さを制御できるため、共面の異なる間隔保持部材の厚さをnmレベルのフィネスまで制御することにより、簡単に両部材の平行度を保持することができる（両部材の角度δ=０とすることができる）。
【００２２】
さらに、本発明は薄膜堆積プロセスによって間隔保持部材２２を製造するため、シリコン、又は、ガラス基板をエッチングする必要がなく、光学的表面の高いフィネスを保つことができ、且つ、接着剤層を間隔保持部材とする従来の製造方法のように、接着剤層の硬度が足りないためキャビティ長さｄに変化が生じるようなことが回避できる。
【００２３】
従って、本発明は薄膜堆積プロセスを利用して間隔保持部材２２を製造し、さらに、膜厚モニタ１６によって間隔保持部材２２の厚さを制御することにより、精確に光出力波形に影響を及ぼす各重要なプロセス変数を制御でき、且つ、平行部材の表面の平面精度を確保でき、この方法によって製造されたMEMSファブリーペロ素子では、所望の波形に符合するスぺクトラムを精確に濾過させることが可能である。
【００２４】
図６の（Ａ）は、本発明の実施の形態１におけるMEMSファブリーペロ素子１０の間隔保持部材２２を示す平面図である。図６の（Ａ）に示すように、４つの円形の間隔保持部材２２が基板の四周に分布されている。なお、間隔保持部材２２の形と数は制限されるものではなく、例えば、図６の（Ｂ）に示すような、基板上に三点分布されている三つの長方形の間隔保持部材であってもよい。ただし、間隔保持部材２２の数は三個以上が理想的である。これは、三つ以上の間隔保持部材２２があれば共面関係を形成できるため、ファブリーペロ素子の両部材間の平行度をより確実に保持することができるからである。
【００２５】
さらに、鍍膜領域を規定するマスク１４は、基板１２の表面に所望のキャビティ長さｄより大きい距離の鍍膜空間を提供できればよく、その形は任意に変更できる。例えば、図７に示すように、同じ厚さの支持物３８を利用して板状のマスク１４を底上げして、所望のキャビティ長さｄより大きい鍍膜空間を形成してもよい。
【００２６】
図８は、薄膜堆積を行う際のスぺーサとしてレジスト３４を用いる方法を示した図である。図８に示すように、レジスト３４を基板３２上にコーテイングする領域を、マスク１４が規定する所望の鍍膜領域の代わりとしてもよい。レジスト３４が規定する領域に堆積された誘電材料が、厚さｄの間隔保持部材３６を形成した後、レジスト３４を取り除く。
【００２７】
図９の（Ａ）と図９の（Ｂ）は、本発明の実施の形態２のMEMSファブリーペロ素子の製造プロセスを示した断面図である。図９の（Ａ）に示すように、まず、二つの異なる基板４２と４４に、それぞれ所定の厚さを有する複数の間隔保持部材４６Ａと４６Ｂを堆積させる。間隔保持部材４６Ａと４６Ｂの形成方法は前述の実施の形態１と同じである。本実施の形態２において、膜厚モニタ１６は間隔保持部材４６Ａと４６Ｂの厚さをそれぞれ制御する。例えば、間隔保持部材４６Ａと４６Ｂの厚さをそれぞれ所望のキャビティ長さの半分（ｄ/２）に制御する。次に、図９Ｂに示すように、接着剤４８で基板４２と４４の互いに対応する部材を結合させ、キャビティ長さがｄのMEMSファブリーペロ素子４０を形成する。
【００２８】
本発明の実施の形態２から分かるように、本発明の製造方法によれば、二つの異なる基板上にある間隔保持部材４６Ａと４６Ｂの厚さは、所望のキャビティ長さｄと同じであるという条件のみを満たせば、任意にこれらの基板表面上の堆積厚さを変えてもよい。
【００２９】
上記実施の形態による説明は、本発明の内容を簡単に説明するための内容に過ぎず、本発明をそれらの構成に狭義的に制限するものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明のMEMSファブリーペロ素子の製造方法によれば、薄膜堆積プロセスを利用して間隔保持部材を製造し、さらに、膜厚モニタによって間隔保持部材の厚さを制御することにより、精確に光出力波形に影響を及ぼす各重要なプロセス変数を制御でき、且つ、平行部材の表面の平面精度を確保でき、この方法によって製造されたMEMSファブリーペロ素子に精確に所望の波形に符合するスぺクトラムを濾過させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のファブリーペロ素子を示す図である。
【図２】光線がファブリーペロ素子を通過して出力される周期性スぺクトラムを示す図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は、従来のMEMSファブリーペロ素子の製造方法の製造プロセスを示す断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｅ）は、従来のMEMSファブリーペロ素子のもう一つの製造方法の製造プロセスを示す断面図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施の形態１におけるMEMSファブリーペロ素子製造方法の製造プロセスを示した断面図である。
【図６】（Ａ）は、本発明の実施の形態１におけるMEMSファブリーペロ素子の間隔保持部材を示す平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の変化例を示す平面図である。
【図７】支持物とマスクの組合せを示す断面図である。
【図８】レジストを薄膜堆積を行う際のスぺーサとして用いる方法を示した断面図である。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の実施の形態２におけるMEMSファブリーペロ素子の製造プロセスを示す断面図である。
【符号の説明】
１０、４０  MEMSファブリーペロ素子
１２、２０、３２、４２、４４  基板
１２Ａ、２０Ａ  反射膜
１４  マスク
１６  膜厚モニタ
１７  鍍膜材料源
１８  堆積材料
２２、３６、４６Ａ、４６Ｂ、４６  間隔保持部材
２４、４８  接着剤
３４  レジスト
３８  支持物
１００、２００、３００  MEMSファブリーペロ素子
１０２、１０４  平行部材
１０２Ａ、１０４Ａ  反射鏡面
１０６  間隔保持部材
２０２、２０８、３０２、３０８  基板
２０４、３０４  レジスト
２０６、３０６  マスク
３１０  接着剤
【図１】
2004191912.tif 000006
【図２】
2004191912.tif 000007
【図３】
2004191912.tif 000008
【図４】
2004191912.tif 000009
【図５】
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【図６】
2004191912.tif 000011
【図７】
2004191912.tif 000012
【図８】
2004191912.tif 000013
【図９】
2004191912.tif 000014