(57)【要約】【課題】  より低電圧で駆動を行える波長可変光フィルタ及びその製造方法を得る。【解決手段】  可動反射面を有し、可動反射面と垂直な方向に変位することで、所定の波長の光を透過させ、所定の波長の光以外の波長の光を反射させる可動体２１ａ、可動体２１ａを変位可能にした上で支持する連結部２１ｂ及び支持部２１ｃ並びに可動体２１ａを変位させる静電力を発生させ、可動体２１ａと共に変位する可動櫛歯電極２１ｄが一体形成された可動部２と、可動櫛歯電極２１ｄと第１のギャップを有して設けられ、可動櫛歯電極２１ｄとの間で静電力を発生させる固定櫛歯電極１２が形成された固定電極部１と、可動反射面と光学ギャップＯＧを有して対向して設けられ、可動反射面により反射された光をさらに反射する固定反射面を有する固定櫛歯側基板部３とを備えている。【選択図】        図１
2005309099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動反射面を有し、該可動反射面と垂直な方向に変位することで、所定の波長の光を透過させ、該所定の波長の光以外の波長の光を反射させる可動体、該可動体を変位可能にした上で支持する支持体及び前記可動体を変位させる静電力を発生させ、前記可動体と共に変位する可動櫛歯電極が一体形成された可動部と、
前記可動櫛歯電極と第１のギャップを有して設けられ、前記可動櫛歯電極との間で前記静電力を発生させる固定櫛歯電極が形成された固定電極部と、
前記可動反射面と第２のギャップを有して対向して設けられ、前記可動反射面により反射された光をさらに反射する固定反射面を有する固定反射部と
を備えたことを特徴とする波長可変フィルタ。
【請求項２】
前記可動部は、活性層、絶縁層及びベース層が順次積層されたＳＯＩ基板の前記活性層を加工して形成され、前記固定電極部は前記ＳＯＩ基板の前記ベース層を加工して形成されていることを特徴とする請求項１記載の波長可変フィルタ。
【請求項３】
前記固定反射部を構成する基板が、前記固定電極部と接合していることを特徴とする請求項１又は２記載の波長可変フィルタ。
【請求項４】
前記固定反射部を構成する基板は、内壁底面部分を前記固定反射面とする凹部を有し、前記可動部と接合していることを特徴とする請求項１又は２記載の波長可変フィルタ。
【請求項５】
前記固定反射部を構成する基板は、前記固定電極部又は前記可動部と陽極接合可能なガラス基板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の波長可変フィルタ。
【請求項６】
前記固定反射部を構成する基板は、前記固定電極部又は前記可動部と表面活性化接合可能な基板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の波長可変フィルタ。
【請求項７】
応力に基づいて抵抗率が変化するピエゾ抵抗素子が、前記支持体の前記可動体との連結部に設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の波長可変フィルタ。
【請求項８】
前記可動櫛歯電極又は前記固定櫛歯電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われていることを特徴とする請求項１〜７記載の波長可変フィルタ。
【請求項９】
静電力により、固定反射面に対して可動体を垂直方向に変位させ、前記固定反射面と前記可動体に設けられた可動反射面との間で反射する光から、前記固定反射面と前記可動反射面との間隔に基づいた所定波長の光を透過させる波長可変フィルタの製造方法であって、
活性層、絶縁層及びベース層が順次積層された積層基板のベース層に、少なくとも固定櫛歯電極を形成する第１の工程と、
前記活性層をエッチングして可動体、該可動体を変位させる静電力を発生させ、前記可動体と共に変位する可動櫛歯電極及び前記可動体を支持する支持体を形成し、前記絶縁層の所定の部分を除去する第２の工程と、
前記固定反射面を有する基板と前記積層基板とを接合する第３の工程と
を有することを特徴とする波長可変フィルタの製造方法。
【請求項１０】
前記第１の工程の前に、前記基板を必要な厚さにエッチング又は研磨しておくことを特徴とする請求項９記載の波長可変フィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長分割多重化（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）光通信網等において、光ファイバ中を伝送する、異なる波長を有する複数の光（ここでいう光は可視光だけに限らない。以下同じ）の中から所望の波長を有する光を取り出すために、光を選択的に透過させる波長可変フィルタ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の波長可変フィルタは、ファブリ・ペロー干渉計の原理を利用したものである。基板上の固定反射面と所定の間隔で平行に可動体の可動反射面を対向配置する（以下、固定反射面と可動反射面との間隔を光学ギャップという）。可動体は弾性（可撓性）を有する部材で吊されている。可動反射面に設けられた可動電極と固定反射面に設けられた固定電極（以下、固定電極と可動電極との間隔を静電ギャップという）との間に電圧を印加することで、可動体が変位（駆動）し、可動反射面が固定反射面に対して相対的に変位する。この静電ギャップは、マイクロマシーニング技術を用いて、固定反射面と可動反射面との間に予め所定の形状及び大きさの犠牲層を設けた後、エッチングにより、犠牲層のすべて、あるいは一部を除去することによって形成している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来の波長可変フィルタには、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板（ウェハ）の二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）層を犠牲層として用いて、上記静電ギャップを形成しているものもある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−１７４７２１公報（［請求項９］，［０００５］，［００１８］，［００３７］，［００４９］〜［００５６］、図６）
【特許文献２】米国特許６３４１０３９号明細書（第６欄〜第７欄、図４Ａ〜図４Ｉ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
波長可変フィルタでは可動反射面に設けられた可動電極と固定反射面に設けられた固定電極とにより形成される平行板コンデンサに駆動電圧を印加することにより可動電極と固定電極との間に静電引力を発生させ、可動反射面を固定反射面に対して変化させ、異なる波長の光を異なるタイミングで取り出している（波長可変フィルタに限らず、平行板を利用した方法は一般的に平行平板式と呼ばれる）。
【０００５】
ここで、このような可動電極と固定電極との関係において、可動電極側を元の位置に戻そうとする弾性部材の復元力よりも静電力の方が大きくなると、可動電極が急速に固定電極に引き寄せられるプルイン（pull-in ）という現象が発生する。上述した方法で可動反射面（可動電極）を変位させる場合、非変位時の静電ギャップの距離に対し、その約１／３以上変位する（固定電極と可動電極との間の距離が非変位時の約２／３以下になる）とプルインが発生する。
【０００６】
波長可変フィルタは、ある波長の光を信号（データ）が含まれているタイミングで出力させることが重要なことが多く、そのためには可動反射面（可動電極）変位のタイミングが重要となる。可動反射面の変位を安定させるにはプルインが発生する前の段階で変位を行わせるようにする。ただ、プルインが発生する前の安定した部分で必要な変位を行うには、変位する距離の約３倍の距離を静電ギャップとして必要とする。このような場合、静電力は距離の２乗に反比例するから、電極間の距離（静電ギャップ）が長くなる程、印加電圧を高くしなければならず、電力消費が大きくなる。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するため、より低電圧で駆動を行うことができる波長可変光フィルタ及びその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る波長可変フィルタは、可動反射面を有し、可動反射面と垂直な方向に変位することで、所定の波長の光を透過させ、所定の波長の光以外の波長の光を反射させる可動体、可動体を変位可能にした上で支持する支持体及び可動体を変位させる静電力を発生させ、可動体と共に変位する可動櫛歯電極が一体形成された可動部と、可動櫛歯電極と第１のギャップを有して設けられ、可動櫛歯電極との間で静電力を発生させる固定櫛歯電極が形成された固定電極部と、可動反射面と第２のギャップを有して対向して設けられ、可動反射面により反射された光をさらに反射する固定反射面を有する固定反射部とを備えている。本発明においては、可動部側に可動櫛歯電極、固定電極部側に固定櫛歯電極を設けて櫛歯構造で静電力を発生させるようにしたので、電極間の距離に対して、プルイン発生までの距離の割合を平行平板式の場合よりも大きくすることができる。したがって、平行平板式に比べて電極間の距離を短くすることができるので、同じ静電力を得る場合、平行平板式に比べて駆動電圧を低くすることができ、省電力化を図ることができる波長可変フィルタを得ることができる（電圧を同じにした場合は静電力を大きくすることができる）。
【０００９】
また、本発明に係る波長可変フィルタの可動部は、活性層、絶縁層及びベース層が順次積層されたＳＯＩ基板の活性層を加工して形成され、固定電極部はＳＯＩ基板のベース層を加工して形成されている。したがって、固定電極部と可動部とを一体形成することができる。また、活性層は鏡面性を有しているので、光学特性のよい可動部を形成することができる。
【００１０】
また、本発明に係る波長可変フィルタにおいて、固定反射部を構成する基板が、固定電極部と接合している。したがって、可動反射面と固定反射面とが光を反射するための空間を固定電極部をスペーサとして形成することができ、工程の簡素化、自由度を高めることができる。
【００１１】
また、本発明に係る波長可変フィルタにおいて、固定反射部を構成する基板は、内壁底面部分を固定反射面とする凹部を有し、可動部と接合している。したがって、可動反射面と固定反射面とが光を反射するための空間を凹部の側壁部分により形成することができる。そのため、凹部の側壁部分の高さ（厚さ）を精度よく調整すれば、光学特性のよい光波長フィルタを得ることができる。基板をガラス基板にすれば、加工での条件、工程管理を厳しくできるので、より高精度に凹部を形成することができる。
【００１２】
また、本発明に係る波長可変フィルタにおいて、固定反射部を構成する基板は、固定電極部又は可動部と陽極接合可能なガラス基板である。陽極接合を行うようにすれば、精度がよく、後に分離せず、強固な接合を行うことができる。
【００１３】
また、本発明に係る波長可変フィルタにおいて、固定反射部を構成する基板は、固定電極部又は可動部と表面活性化接合可能な基板である。表面活性化接合を行うようにすれば、精度がよく、後に分離せず、強固な接合を行うことができる。
【００１４】
また、本発明に係る波長可変フィルタは、応力に基づいて抵抗率が変化するピエゾ抵抗素子が、支持体の可動体との連結部に設けられている。
したがって、抵抗率を測定することにより、可動反射面と固定反射面とを平行に保ったまま変位させるように可動体の変位をフィードバック制御することができるので、光学特性のよい波長可変フィルタを得ることができる。
【００１５】
また、本発明に係る波長可変フィルタは、可動櫛歯電極又は固定櫛歯電極の少なくとも一方が絶縁膜で覆われている。
したがって、可動櫛歯電極と可動櫛歯電極とが短絡して貼り付くこと（スティッキング）を防止することができ、長寿命化を図ることができる。
【００１６】
また、本発明に係る波長可変フィルタの製造方法は、静電力により、固定反射面に対して可動体を垂直方向に変位させ、固定反射面と可動体に設けられた可動反射面との間で反射する光から、固定反射面と可動反射面との間隔に基づいた所定波長の光を透過させる波長可変フィルタの製造方法であって、活性層、絶縁層及びベース層が順次積層された積層基板のベース層に、少なくとも固定櫛歯電極を形成する第１の工程と、活性層をエッチングして可動体、可動体を変位させる静電力を発生させ、可動体と共に変位する可動櫛歯電極及び可動体を支持する支持体を形成し、絶縁層の所定の部分を除去する第２の工程と、固定反射面を有する基板と積層基板とを接合する第３の工程とを有している。このように固定櫛歯電極と稼動櫛歯電極とを有する波長可変フィルタを製造することができるので、電極間の距離に対して、プルイン発生までの距離の割合を平行平板式の場合よりも大きくすることができる。したがって、平行平板式に比べて電極間の距離を短くすることができるので、同じ静電力を得る場合、平行平板式比べて駆動電圧を低くすることができ、省電力化を図ることができる。
【００１７】
また、本発明に係る波長可変フィルタの製造方法は、第１の工程の前に、基板を必要な厚さにエッチング又は研磨しておく。したがって、工程時間の短縮を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
実施の形態１．
図１は本発明の第１の実施の形態に係る波長可変フィルタを示す断面図である。図１は波長可変フィルタの略中央の位置における断面図である（図２のＡ−Ａ' 断面参照）。本実施の形態の波長可変フィルタは、固定電極部１、可動部２及び固定櫛歯側基板部３で構成されている。ここで、本実施の形態においては、固定電極部１と可動部２とを、例えば後述するＳＯＩ基板１００を加工して一体形成している。なお、本実施の形態では図１における上側を上といい、下側を下ということにする。また、各図においては、各構成部材を見やすくさせるため、各部材の厚さ、他の部材との関係における比率は実際のものとは異なる場合がある。
【００１９】
固定電極部１は、基板部１１、固定櫛歯電極１２、電極引き出し部１３及び絶縁部１４で構成される。基板部１１は、後述するようにＳＯＩ基板１００のベース層１０１を加工して形成される。その基板部１１の開口部１１ａは、例えば光ファイバ（図示せず）からの光が入射し、後述する高反射膜２３及び３２の間で入射された光の反射を繰り返すための空間（空隙）を形成するために設けられている。基板部１１はそのためのスペーサともなる。ここで、高反射膜２３と３２とは光学ギャップＯＧ（例えば約３０μｍ）の間隔を有して設けられている。後述する絶縁膜１４が例えば約４μｍの厚さを有しているため、基板部１１は約２６μｍの厚さとなる。
【００２０】
固定櫛歯電極１２は、可動部２に形成される可動櫛歯電極２１ｄと所定の間隔（第１のギャップ）を有して設けられており、可動櫛歯電極２１ｄと対を成して櫛歯電極構造を採る。電極引き出し部１３、基板部１１を介して供給される電荷により電位差を発生させて可動櫛歯電極２１ｄとの間で静電力（クーロン力、静電引力）を発生させ、連結部２１ｂ等の復元力とともに、可動櫛歯電極２１ｄを垂直（縦、上下）方向に駆動し、その位置を変位させる。ここで、本実施の形態では、固定櫛歯電極１２は基板部１１と同様にＳＯＩ基板１００から一体形成される。電極引き出し部１３は、固定櫛歯電極１２に電荷を供給するため、外部からの電荷供給（交流又はパルス電圧印加）を受けるための端子等からなるインターフェース部分である。また、固定電極部１と可動部２との間を絶縁させるために、例えば約４μｍの絶縁部１４が設けられている。本実施の形態では、後述するＳＯＩ基板１００の絶縁層１０２を加工することにより絶縁部１４を形成する。本実施の形態では、絶縁部１４の厚さが、固定櫛歯電極１２と可動櫛歯電極２１ｄとの上下（縦、垂直）方向の距離とが略等しい。
【００２１】
図２は可動部２を上面から見た図である。可動部２は、可動部基板２１、反射防止膜２２、高反射膜２３及び電極端子部２４で構成されている。本実施の形態では、可動部基板２１は後述するＳＯＩ基板１００の活性層１０３で形成する。
【００２２】
可動部基板２１は、可動体部２１ａ、可動体２１ａを空間に吊して保持するための吊り手段となる４個の連結部２１ｂ、支持部２１ｃ及び各連結部２１ｂに設けられた可動櫛歯電極２１ｄが一体形成されている。ここで、可動体２１ａ、連結部２１ｂ、支持部２１ｃ及び可動櫛歯電極２１ｄ部分の厚さは例えば約１０μｍであり、開口された空間により仕切られて各部に分かれている。可動体２１ａは、可動部基板２１の略中央に略円形（円盤）状をなして形成されている。
【００２３】
可動体２１ａの周縁部分に形成された４個の連結部２１ｂ及び支持部２１ｃにより、可動体２１ａを支持する支持体を構成する。各連結部２１ｂは可撓性（弾性）を有し、可動体２１ａの周縁部分において、各々隣接するもの同士が約９０度の角度をなした位置に設けられている。可動体２１ａはこの支持体により支持されており、静電力、連結部２１ｂ等の復元力により、高反射膜２３が形成された面（高反射膜１８が形成された面）と垂直な方向に位置が変位する。固定電極部１の固定櫛歯電極１２との間で上記の静電力を発生させるのが可動櫛歯電極２１ｄである。可動櫛歯電極２１ｄは連結部２１ｂと一体形成される。このときの支持体は、例えば外部電極（図示せず）から固定櫛歯電極１２に供給される電荷とは反対の極性を有する電荷を可動櫛歯電極２１ｄに供給するための導電部分ともなる。
【００２４】
ここで、櫛歯式の場合には、静電ギャップに対する前述したプルインの発生までの安定した距離の割合が、一般的に平行平板式よりも大きい。例えば、非変位時の静電ギャップに対し、その約１／２以上変位しなければ（固定側と可動側との間の距離が非変位時の約１／２以下になる）プルインが発生しない。これは、本実施の形態のように可動櫛歯が固定櫛歯に対して、歯先方向とは垂直な方向（上下方向）に変位する縦（垂直）駆動の櫛歯式の場合も同様である。したがって、電極間の距離を短くすることができ、平行平板式に比べ、静電力を同じにする場合には印加電圧を低くすることができ、省電力化を図ることができる（同じ電圧であれば静電力を大きくすることができる）。
【００２５】
ここで、本実施の形態では可動体２１ａを円形状で形成しているが、形状はこれに限るものではない。例えば、正多角形等の形状のように、高反射膜２３が高反射膜３２に対して平行を保ったまま、垂直に変位できる形状であればよい。また、連結部２１ｂの形状やその数については、可動櫛歯電極２１ｄを設けることができ、可動体２１ａの重量を支えられ、所定の駆動電圧で、所望する可動体２１ａの変位が行えるのであれば、本実施の形態で示している形状、数に限らない。
【００２６】
反射防止膜２２は可動体２１ａを透過した光が反射されてしまわないように可動体２１ａの上面に形成される。反射防止膜２２は、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）の薄膜と五酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）の薄膜とを蒸着法等を用いて交互に積層した多層膜からなる。また、窒化シリコン（ＳｉＮx ）、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）薄膜等を積層して形成することもできる。一方、可動反射面となる高反射膜２３は、可動体２１ａの下面（固定電極部１、固定櫛歯側基板部３側）に形成される。高反射膜２３は二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）の薄膜と五酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）の薄膜とを蒸着法等を用いて交互に積層した多層膜（約２〜４０層）からなる。場合によっては、窒化シリコン（ＳｉＮ）を用いることもできる。高反射膜２３は、下方から入射する光（固定櫛歯側基板部３が有する高反射膜３２が反射した光）をさらに反射することにより、高反射膜３２との間で複数回の反射を繰り返して干渉させ、干渉条件を満たした所定の波長の光だけを透過させる。透過させる光は、可動体２１ａの変位によって変化する光学ギャップＯＧの間隔によって波長が異なる。したがって、複数の波長の異なる光（信号）に所定のタイミングでデータを含めておいて多重化して送信し、波長可変フィルタにおいて、そのタイミングに合わせて光学ギャップＯＧの間隔を変化させることによって、信号を分割して取り出すことができる。ここで、高反射膜２３について可動体２１ａの下全面に形成することで、より機能を発揮させることができる。ここで、反射防止膜２２と高反射膜２３とは、その材料は同じであるが、各層の薄膜の膜厚が異なる。膜厚を調整することにより、所定の波長の光に対して反射膜ともなり得るし、反射防止膜ともなり得る。ここで、本実施の形態では、反射防止膜２２、高反射膜２３は多層膜で構成しているが、機能を果たせるのであれば単層膜でもよい。これは、後述する高反射膜３２及び反射防止膜３３についても同様である。なお、高反射膜とは例えば所望の波長の光における反射率が９５％以上の反射膜をいうものとする。本実施の形態の多層膜では反射率は９８％以上である。
【００２７】
本実施の形態において固定反射部となる固定櫛歯側基板部３は、ガラス基板３１、高反射膜３２及び反射防止膜３３で構成されている。ガラス基板３１は、例えば、ナトリウム（Ｎａ）やカリウム（Ｋ）等のアルカリ金属を含有したガラスを材料とする。これは、後述するように固定電極部１と固定櫛歯側基板部３とを陽極接合により接合する場合に都合がよいからである。この種のガラスとしては、例えば、アルカリ金属を含有したホウケイ酸ガラス、ソーダガラス、カリウムガラス等がある。また、陽極接合により接合する場合には、ガラス基板３１を加熱するため、ガラス基板３１は固定電極部１の構成材料であるシリコンと熱膨張係数がほぼ等しい方がよい。以上の要求に応えるガラスとして例えばコーニング社製＃７７４０（商品名）があり、ガラス基板３１には、このようなガラスを用いることが好ましい。
【００２８】
また、固定反射面を構成する高反射膜３２は、高反射膜２３と同様の膜であり、ガラス基板３１の可動体２１ａに対向する面に設けられている。そして、反射防止膜３３も反射防止膜２２と同様の膜である。ガラス基板３１の高反射膜３２が設けられた面と反対の面に設けられている。
【００２９】
図３〜図５は第１の実施の形態に係る波長可変フィルタの製造工程を表す図である。図３は第１の工程を含む固定電極部１の作製工程を表す。また、図４は第２の工程を含む可動部２の作製工程を表す。さらに、図５は第３の工程を含む固定櫛歯側基板部３の作製工程と接合による波長可変フィルタを製造するまでの工程を表す。
【００３０】
まず、図３に基づいて固定電極部１の作製工程について説明する。本実施の形態では、固定電極部１の基板部１１（開口部１１ａ）及び固定櫛歯電極１２並びに可動部２の可動部基板２１を作製するためにＳＯＩ基板１００を用いる（図３（１））。ＳＯＩ基板１００は、例えば厚さ約４μｍの絶縁層１０２を挟んで、例えば厚さ約５００μｍのベース層１０１と例えば厚さ約１０μｍの活性層１０３とが、層を成して構成されている。ベース層１０１及び活性層１０３はシリコン（Ｓｉ）、絶縁層１０２は二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）を材料としている。絶縁層１０２がエッチングのストッパとしての役割を果たすため、可動体２１ａ、連結部２１ｂ、支持部２１ｃ及び可動櫛歯電極２１ｄとなる部分について、特に厚さ精度の高い可動部基板２１を得られる。また、活性層１０３が鏡面性を有しているため、可動体２１ａの光学特性を向上させることができる。
【００３１】
ここで、ベース層１０１の厚さは約５００μｍであるが、基板部１１としては厚すぎるため、あらかじめ研磨又はエッチングを行って、所定の厚さにしておいてもよい。特に研磨又はウェットエッチングを行う場合は、例えばウェハに形成される複数分の部材を一括して処理することができ、都合がよい。これにより、後述する開口部１１ａ等の形成の際、ベース層１０１のエッチング時間を短縮することができる。
【００３２】
次にＳＯＩ基板１００にレジスト膜となるシリコン酸化膜１１０を形成する。形成方法としては、化学的気相堆積（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition ）法、加熱による表面の熱酸化等、様々な方法がある。そして、フォトリソグラフィ法を用いて、塗布したフォトレジストからシリコン酸化膜１１０をパターニングするためのフォトレジストパターンを形成する。そして、開口部１１ａとなる部分のシリコン酸化膜１１０を除去し、フォトレジストを除去する。シリコン酸化膜１１０によるエッチングパターンが残される（図３（２））。
【００３３】
そして、エッチングを行って開口部１１ａを形成する（図３（３））。ここで、絶縁層１０２が、活性層１０３部分へのエッチングの進行をストップさせるストッパーの役割を果たすため、活性層１０３がダメージを受けず、歩留まりの高い波長可変フィルタを製造することができる。以下、ウェットエッチング除去法及びドライエッチング除去法について説明する。一括した除去を行えるという点では、ウェットエッチング除去法が適切である。そして、さらにエッチングを行うことにより、固定櫛歯電極１２を形成する（図３（４））。
【００３４】
（１）ウェットエッチング除去法
例えば、１〜４０重量％（好ましくは、１０重量％前後）の濃度の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液に接合構造体を浸漬することにより、ベース層１０１の所定の部分をエッチングする。なお、この場合に用いるエッチング液としては、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ：TetraMethyl Ammonium Hydroxide）水溶液、エチレンジアミン−ピロカテコール−ジアジン（ＥＰＤ：Ethylenediamine Pyrocatechol Diazine）水溶液、ヒドラジン（Hydrazine ）水溶液などもある。ここで、ウェハ単位で複数形成されている場合には、生産条件等をほぼ等しくしつつ、一括した処理（バッチ処理）を行うことができ、生産性を向上させることができる。
【００３５】
（２）ドライエッチング除去法
例えば、ドライエッチング装置のチャンバー内に接合構造体を載置し、真空状態にした後、例えば圧力３９０Ｐａの二フッ化キセノン（ＸｅＦ2 ）を６０秒間チャンバー内に導入することにより、ベース層１０１をエッチングする。なお、四フッ化炭素（ＣＦ4 ）や六フッ化硫黄（ＳＦ6 ）を用いたプラズマエッチング法を用いることもできる。
【００３６】
図４は可動部２の形成工程を表す図である。次に可動部２の形成について説明する。シリコン酸化膜１１０を除去した上で、あらためてフォトリソグラフィ法等を用いてフォトレジストパターン１１１を形成する（図４（１））。基板部１１（開口部１１ａ）及び固定櫛歯電極１２はレジストされている。そして、異方性ドライエッチング法により、可動体２１ａ、連結部２１ｂ及び可動櫛歯電極２１ｄ、電極引き出し部１３となる孔を形成する（図４（２））。異方性ドライエッチングの方法としては、例えばＳＯＩ基板１００をドライエッチング装置のチャンバー（容器）内に載置した後、例えば、エッチングガスとして六フッ化硫黄（ＳＦ6 ）を流量１３０ｃｍ3 ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）で６秒間、デポジション（堆積）ガスとして八フッ化シクロブタン（Ｃ4Ｆ8）を流量５０ｃｍ3 ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）で７秒間交互にチャンバー内に導入することにより行う。異方性ドライエッチングのため、レジストパターンでレジストした部分への回り込み（サイドエッチング）を防ぐことができる。特に連結部２１ｂ、可動櫛歯電極２１ｄの強度を損なわない。異方性ドライエッチング後、例えば酸素プラズマを用いてフォトレジストパターンを除去する（図４（３））。そして、再度レジスト等を行い、金属膜（図示せず）等を蒸着等することで電極端子部２４及び引き出し電極部１３を形成する。以上説明した工程により可動部２が作製される。そして、例えばフッ化水素酸（ＨＦ）を用いたウェットエッチング法により、絶縁層２６の所定の部分を除去し、絶縁部１４を形成する（図４（４））。
【００３７】
そして、可動体２１ａの部分以外の部分にレジスト等を施した上で、反射防止膜２２及び高反射膜２３をそれぞれ可動体２１ａの上面、下面に形成する。反射防止膜２２及び高反射膜２３は、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法（Physical Vapor Deposition ：物理的気相堆積法）等を用いて、二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）の薄膜と五酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）の薄膜とを蒸着方等を用いて交互に積層する（ここでは例えば１０〜２０層程度とする）ことで形成する。そして、レジストを除去することにより、固定電極部１及び可動部２を形成する（図４（５））。
【００３８】
図５に基づいて固定櫛歯側基板部３の作製工程及び接合工程について説明する。固定櫛歯側基板部３を作製するために、例えば、コーニング社製＃７７４０（商品名）等のガラス基板３１を用いる（図５（１））。そして、ガラス基板３１の上面（外側となる面）には高反射膜３２を形成する。また、下面（可動部２側）には反射防止膜３３を形成する（図５（２））。高反射膜３２及び反射防止膜３３の形成方法は、前述した高反射膜２３、反射防止膜２２と同様であるので説明を省略する。以上説明した工程により、固定櫛歯側基板部３が作製される。
【００３９】
そして、高反射膜２３と高反射膜３２とが平行状態で対向するように、固定電極部１と固定櫛歯側基板部３とを接合する（図５（３））。この接合には、例えば、陽極接合、表面活性化接合、接着剤による接合又は低融点ガラス接合のうちいずれか１つの接合方法を少なくとも１回用いる。この接合の際、内部が真空になるように真空チャンバー内で接合したり（真空封止）、減圧状態等、最適の圧力中で接合したりしても良い。本実施の形態では、シリコンとガラスとの接合となるが、例えばシリコン同士の接合の場合、表面が鏡面に仕上げられている場合には表面活性化接合を行うことができる。
【００４０】
ここで、例えば、陽極接合は、以下に示す工程を経て行われる。まず、固定電極部１の高反射膜２３が形成された面と固定櫛歯側基板部３の高反射膜３２が形成された面とを対向して載置させる。そして、直流電源のマイナス側とガラス基板３１とを接続するとともに、直流電源のプラス側と基板部１１（ベース層１０１）とを接続する。次にガラス基板３１を例えば、数百℃程度に加熱しつつ、ガラス基板３１と基板部１１との間に例えば数百Ｖ程度の直流電圧を印加する。ガラス基板３１を加熱することにより、ガラス基板３１に含まれるアルカリ金属のプラスイオン、例えば、ナトリウムイオン（Ｎａ+ ）が移動しやすくなる。このアルカリ金属のプラスイオンがガラス基板３１内を移動することにより、相対的にガラス基板３１の基板部１１との接合面がマイナスに帯電する。一方、基板部１１のガラス基板３１との接合面がプラスに帯電する。この結果、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）とが電子対を共有して共有結合することでガラス基板３１と基板部１１とを接合する。また、ガラス基板３１としていわゆる低融点ガラスを用いた場合には、ガラス界面を融着させて接合することにより、低融点ガラス接合を行うことができる。
【００４１】
表面活性化接合（ＳＡＢ：Surface Activated Bonding ）は、通常、物質の表面に存在する、大気中の酸素との反応による酸化物の層、吸着した気体分子の層を、真空中においてアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスのビームにより物質表面をエッチングすることで除去し、表面を活性化させた状態で重ね合わせて結合させるものである。活性化された表面は他の分子と強い結合力を有するため強固な接合ができる。また、表面活性化接合は常温での接合が可能である。そのため、プロセスの簡素化等、自由度を高めることができる。この場合、本実施の形態では、例えば、ガラス基板３１ではなくシリコン基板で構成し、基板部１１となるシリコンとともにそれぞれの表面を鏡面状態にして活性化させておいて接合させることとなる。
【００４２】
ここで、例えば、固定櫛歯電極１２と可動櫛歯電極２１ｄとが接触して短絡してしまい、貼り付き（スティッキング）が発生するのを防止するため、固定櫛歯電極１２、可動櫛歯電極２１ｄの少なくともどちらか一方に絶縁膜（図示せず）を形成するようにしてもよい。絶縁膜は、例えば、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法等により、気相堆積をさせることにより、実現することができる。
【００４３】
次に、上記構成の波長可変フィルタの動作について、図１等に基づいて説明する。固定櫛歯電極１２と可動櫛歯電極２１ｄ（可動体２１ａ）とに電圧（以下、駆動電圧という）を印加する。この駆動電圧は、例えば６０Ｈｚの交流正弦波電圧やパルス状の電圧である。固定櫛歯電極１２には、外部から引き出し電極１３を介して印加し、一方、可動櫛歯電極２１ｄには電極端子部２４、支持部２１ｃ及び連結部２１ｂを介して印加することにより、固定櫛歯電極１２との間に電位差を与える。駆動電圧による電位差のため、固定櫛歯電極１２と可動櫛歯電極２１ｄとの間に静電力が発生し、可動櫛歯電極２１ｄが固定櫛歯電極１２側に変位する（引き寄せられる）。これにより、可動体２１ａが固定櫛歯電極１２側に変位する、すなわち、光学ギャップＯＧが変化する。このとき、連結部２１ｂが弾性を有しているため、可動体２１ａは弾性的に変化する。
【００４４】
複数（例えば、６０〜１００）の波長帯域を有する光（例えば赤外線領域の光。それぞれの波長帯域には例えばデータ信号が含まれている）が固定電極部１の下方（図１の矢印参照）から波長可変フィルタに入射し、ガラス基板３１、高反射膜３２を透過する。そして、上方に高反射膜２３、下方に高反射膜３２が設けられ、開口部１１ａ等で形成された空間（反射空間）に進入する。
【００４５】
進入した光は、高反射膜２３と高反射膜３２との間で反射を繰り返すが、この過程において、光学ギャップＯＧに対応した干渉条件を満たした波長の光だけが高反射膜２３、可動体２１ａ、反射防止膜２２を透過して、波長可変フィルタの上方から出射する。一方、干渉条件を満たさない波長の光は急激に減衰する。そのため、可動体２１ａ（可動反射面となる高反射膜２３）を変位させて、光学ギャップＯＧを変化させることにより、透過する光の波長を選択することが可能となる。
【００４６】
以上のように第１の実施の形態によれば、固定電極部１に形成した固定櫛歯電極１２と可動部２に形成した可動櫛歯電極２１ｄとにより、櫛歯式の電極（コンデンサ）を構成するようにしたので、電極間の距離に対して、プルインが発生するまでの安定した変位を行うことができる距離の割合を平行平板式の場合よりも大きくすることができる。したがって、平行平板式に比べて電極間の距離を短くすることができるので、同じ静電力を得る場合、平行平板式の波長可変フィルタに比べて駆動電圧を低くすることができ、省電力化を図ることができる（駆動電圧を同じにした場合は静電力が大きくなる）。
【００４７】
また、波長可変フィルタの固定電極部１及び可動部２を、１つの基板であるＳＯＩ基板１００を用いて加工し、作製することができる。特にＳＯＩ基板１００の場合、活性層１０３が鏡面性を有しているので、活性層１０３から形成された可動体２１ａにより、高い光学特性を得ることができる。また、ＳＯＩ基板１００のベース層１０１には固定櫛歯電極１２を形成するが、スペーサとしても流用することができるので、あらためてスペーサを形成する必要がなく、パッケージ化を行う際の工程の簡素化、時間短縮を図ることができる。また、少なくともベース層１０１と固定櫛歯側基板部３とを接合する前にベース層１０１を所定の厚さ（光学ギャップＯＧを設けるために必要な厚さ）まで研磨又はエッチングしておくことにより、開口部１１ａ形成、固定櫛歯電極１２の形成の時間短縮を図ることができる。特に研磨をすることによって、所望の厚さを高精度で形成することができ、所望の光学ギャップＯＧを得ることができるので、光学特性を向上させることができる。
【００４８】
また、固定電極部の基板部１１とガラス基板３１とを陽極接合をはじめとする接合を行うようにしたので、後に分離してしまうことなく、強固に接合することができる。また、固定櫛歯側基板部３の基板をシリコン基板で構成する場合でも、表面活性化接合を行って接合することができるので、陽極接合と同様に強固に接合することができる。
【００４９】
実施の形態２．
図６は本発明の第２の実施の形態に係る波長可変フィルタを示す断面図である。図６において、図１と同じ符号を付しているものは、第１の実施の形態で説明したものと同様の機能を果たすため、説明を省略する。図６において、可動部２Ａにおいては、高反射膜２３が可動体２１ａの上面側に設けられている。一方、反射防止膜２２が可動体２１ａの下面側に設けられているという点で可動部２とは異なる。また、固定櫛歯側基板部３Ａは、高反射膜３２の代わりに反射防止膜３４を有している点で固定櫛歯側基板部３とは異なる。また、本実施の形態においては、固定櫛歯側基板部３Ａには高反射膜を設けておらず、固定櫛歯側基板部３のように固定反射部ではない。
【００５０】
本実施の形態において、固定反射部となる可動部側基板部４は、凹部４１ａを有するガラス基板４１、高反射膜４２及び反射防止膜４３で構成されている。高反射膜４２は、固定反射面となる、凹部４１ａの底面（可動部２Ａと対向する面）に設けられている。そして、その反対の面（外側の面）には反射防止膜４３が設けられている。
【００５１】
ガラス基板４１のエッチング等による凹部４１ａの形成は、シリコンのウェットエッチング等による形成に比べて、厳しく条件管理（工程管理）をすることができる。したがって、可動体２１ａ上の高反射膜２３と高反射膜４２との間隔（光学ギャップＯＧ）も、高精度に形成でき、より設計通りの光学特性を得ることができる。
【００５２】
本実施の形態では、第１の実施の形態の工程に加え、さらに可動部側基板部４と可動部２とを接合する工程も含まれるが、可動部側基板部４と可動部２との接合については、第１の実施の形態で説明した陽極接合、低融点ガラス結合、接着剤による接合等を用いることができるので説明を省略する。
【００５３】
ここで、本実施の形態では、固定櫛歯電極１２を形成する等の目的から開口部１１ａを形成した上で、固定櫛歯側基板部３でパッケージ化して可動体２１ａ等の保護を図っている。例えば、開口部１１ａを設けなくても固定櫛歯電極１２を形成できる、シリコンを透過する波長領域の光を用いる等、開口部１１ａを設けなくてもよい場合は、シリコン基板でそのままパッケージ化を図ることもできる。
【００５４】
以上のように第２の実施の形態によれば、可動部２Ａが有する高反射膜２３との間で光学ギャップＯＧを設けるため、ガラス基板４１の凹部４１ａ内壁底面を固定反射面として高反射膜４２を形成するようにした。ガラス基板４１の凹部４１ａの形成は、シリコンのエッチングに比べて条件管理（工程管理）を厳しくすることができ、アルコールを添加することにより、エッチングにより形成された表面を滑らかにすることができるので、より高精度の光学ギャップＯＧを得ることができ、光学特性を向上させることができる。また、前述したように陽極接合を行うことにより、強固な接合を行うことができる。また、凹部４１ａを形成することにより、スペーサを形成しなくてもよい。
【００５５】
実施の形態３．
本実施の形態では、少なくとも１の連結部２１ｂにピエゾ抵抗素子を設ける。例えば、上述した実施の形態のように、４つの連結部２１ｂが９０゜毎に設けられている等の場合には、対向する１対の連結部２１ｂにピエゾ抵抗素子を設けることが好ましい。また、可能であれば、すべての連結部２１ｂに設けることがより好ましい。本実施の形態では、ピエゾ抵抗素子を設けることにより、ピエゾ抵抗素子に加わった応力に比例してその抵抗率が変化する、ピエゾ抵抗効果を利用したフィードバック制御を行う。これにより、連結部２１ｂの応力を調整し、可動体２１ａ（高反射膜２３）を固定反射面となる高反射膜３２、４２に対して、平行の状態で垂直（上下）方向に変位させることができ、光学特性を向上させることができる。
【００５６】
実施の形態４．
上述の実施の形態では、固定電極部１と可動部２とを同一のＳＯＩ基板１００から作製するようにしたが、本発明ではこれに限定されるものではない。例えば、固定電極部１と可動部２とをそれぞれ別の基板で作製しておいてから、絶縁部１４を介して接合等をすることができる。また、固定電極部１において、固定櫛歯電極１２を形成した後、絶縁部１４を介して基板を接合してから可動部２等を作製することもできる。このようにそれぞれを別に形成することで、特に固定櫛歯電極１２を高精度に形成することができる。また、固定櫛歯電極を金属膜等で形成することもできる。
【００５７】
実施の形態５．
上述の実施の形態では、入射する光の波長帯域等の関係で、駆動電極部１に高反射膜１８、可動部２に高反射膜２３を設け、固定反射面又は可動反射面を構成させて光を反射、透過させるようにしていた。本発明ではこれに限定されることなく、例えば、可動体２１ａ、駆動電極基板１１の第２の凹部１１ｂの底面が鏡面に仕上げられており、それぞれが反射面としての役割を果たせる（反射面としての機能を有する）のであれば、特に高反射膜１８、２２を設けなくてもよい。これにより、プロセスの簡素化を図ることができる。これは反射防止面としての機能を有する反射防止膜についても同様である。
【００５８】
実施の形態６．
上述の実施の形態では図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
【００５９】
例えば、上述の実施の形態においては、固定櫛歯側基板部３、可動部側基板部４をガラス基板３１、４１で構成する例を示したが、これに限定されず、赤外等の所望の透過波長帯域の光を透過する材料、例えば、シリコン、サファイヤ、ゲルマニウムなどを基板材料としても良い。
【００６０】
また、可動体２１ａに形成される高反射膜２３を構成する二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）膜も五酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）膜も、ともに絶縁体であるため、高反射膜２３を絶縁膜として兼用しても良い。この場合、高反射膜として機能させる部分とそれ以外の部分との層数を同じにする必要はない。このように、高反射膜２３を絶縁膜として兼用すれば、少ない製造工程で上述の実施の形態と同様の効果を得ることができ、安価に波長可変フィルタを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】第１の実施の形態に係る波長可変フィルタの断面図。
【図２】波長可変フィルタを構成する可動部基板２１の上面図。
【図３】固定電極部１の作製工程を表す図。
【図４】可動部２の作製工程を表す図。
【図５】固定櫛歯側基板部３の作製と波長可変フィルタ製造までの工程を表す図。
【図６】第２の実施の形態に係る波長可変フィルタの断面図。
【符号の説明】
【００６２】
１  固定電極部、１１  基板部、１１ａ  開口部、１２  固定櫛歯電極、１３  電極引き出し部、１４  絶縁部、２  可動部、２１  可動部基板、２１ａ  可動体、２１ｂ  連結部、  ２１ｃ  支持部、２１ｄ  可動櫛歯電極、２２，３３，３４，４３  反射防止膜、２３，３２，４２  高反射膜、２４  電極端子部、３  固定櫛歯側基板部、３１  ガラス基板、４  可動部側基板部、４１  ガラス基板、４１ａ  凹部、１００  ＳＯＩ基板、１０１  ベース層、１０２  絶縁層、１０３  活性層、１１０  シリコン酸化膜、１１１  フォトレジストパターン、ＯＧ  光学ギャップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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