JP5013010B2 - 波長可変フィルタ - Google Patents

Description

本発明は、波長可変フィルタに関するものである。

複数の波長を有する光から特定の波長の光のみを分離するものとして、波長可変フィルタ(Optical Tunable Filter)が知られている（例えば、特許文献１参照）。
例えば、特許文献１にかかる波長可変フィルタにあっては、板状をなす可動部がその厚さ方向に変位可能となっているとともに支持基板に略平行に設けられ、可動部の支持基板側の面上と、支持基板の可動部側の面（対向面）上とに、それぞれ反射膜が設けられている。

また、支持基板上には、駆動電極が設けられ、駆動電極と可動部との間に電位差を生じさせることにより、これらの間に静電引力を生じさせ、可動部を変位させる。可動部の変位により２つの反射膜同士の間隙の距離が可変となっている。そして、この間隙に、複数の波長を有する光が入射すると、干渉作用により、間隙の距離に応じた波長の光のみが外部へ射出される。
このような干渉作用を好適に生じさせるためには、可動部と支持基板との間の距離を正確に設定することが必要となる。そこで、支持基板上に検出電極を設け、検出電極と可動電極との間の静電容量に基づいて、可動部と支持基板との間の距離を検出することが必要となる。

しかし、特許文献１の波長可変フィルタにあっては、支持基板の可動部側の面が平面となっているため、検出電極を駆動電極と同一平面上に設けなければならず、駆動電極と検出電極との間の距離が小さいと、これらの間に生じる結合容量が大きくなって、前記検出を正確に行うことが難しい。
また、仮に、駆動電極と検出電極との間に生じる結合容量を小さくするために、駆動電極と検出電極との間の距離を大きくすると、その分、駆動電極の面積を小さくしなければならず、駆動電圧が高くなってしまう。

特開２００２−１７４７２１号公報

本発明の目的は、駆動電圧の増大を招くことなく、優れた光学特性を有する波長可変フィルタを提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の波長可変フィルタは、基板と、
板状をなし、前記基板に対し略平行に間隔を隔てて、その厚さ方向に変位可能に設けられた可動部と、
前記可動部の前記基板側の面上に設けられた可動反射膜と、
前記基板の前記可動部側の面上に設けられた駆動電極と、
前記駆動電極と離間し、前記基板の前記可動部側の面上に設けられた検出電極と、
前記基板の前記可動部側の面上に設けられた固定反射膜とを有し、
前記基板は、その厚さ方向での位置が異なる２つの設置面を前記可動部側に有し、
前記２つの設置面のうち、一方の設置面上に前記駆動電極が設けられ、他方の設置面上に前記検出電極が設けられており、
前記検出電極と前記可動部との間の静電容量に基づいて、前記駆動電極と前記可動部の間に電位差を生じさせることにより、これらの間に静電引力を生じさせて、前記可動部を変位させるとともに、
前記固定反射膜と前記可動反射膜との間で光反射を繰り返し、干渉を生じさせて、前記固定反射膜と前記可動反射膜との間の距離に応じた波長の光を外部に出射し得るよう構成されていることを特徴とする。

これにより、駆動電極と検出電極とが同一平面上に位置しないため、平面視で駆動電極と検出電極とが近接していても、駆動電極と検出電極との間の距離を大きくすることができる。その結果、駆動電極と検出電極との間に生じる結合容量を低減して、可動部と検出電極との間の静電容量を高精度に検出し、その検出結果に基づいて、可動部を所望の位置に正確に変位させることができる。したがって、可動反射膜と固定反射膜との間の距離を高精度に制御して、波長可変フィルタの光学特性を優れたものとすることができる。その際、平面視で駆動電極と検出電極とを近接させることが可能であるため、駆動電極の面積の減少による駆動電圧の増大を防止することができる。

本発明の波長可変フィルタでは、前記基板の前記２つの設置面のうち、前記可動部に近い側の設置面上に前記駆動電極が設けられ、前記可動部に遠い側の設置面上に前記検出電極が設けられていることが好ましい。
これにより、駆動電極と可動部との間に生じる静電気力を大きくすることができる。そのため、駆動電圧を低減することができる。

本発明の波長可変フィルタでは、前記基板には、凹部が形成されており、前記検出電極は、前記凹部の底面上に設けられていることが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で、検出電極と駆動電極とを基板の厚さ方向に離間することができる。
本発明の波長可変フィルタでは、前記凹部は、第１の凹部と、該第１の凹部の底面に形成された第２の凹部とを有し、前記駆動電極は、前記第２の凹部の外側における前記第１の凹部の底面上に設けられ、前記検出電極は、前記第２の凹部の底面上に設けられていることが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で、検出電極と駆動電極とを離間するとともに、駆動電極と可動部との間に静電気力を生じさせるためのギャップを形成することができる。

本発明の波長可変フィルタでは、前記第２の凹部の底面上には、前記検出電極に加えて、前記固定反射膜も設けられていることが好ましい。
これにより、駆動電極と可動部との間の距離に関係なく、第２の凹部の深さに応じた使用可能波長帯域とすることができる。そのため、様々な使用波長帯域の波長可変フィルタを製造しても、駆動電圧を低減することができる。

本発明の波長可変フィルタでは、前記固定反射膜および前記可動反射膜のうちの少なくとも一方は、誘電体多層膜で構成されていることが好ましい。
これにより、可動反射膜と固定反射膜との間での光の干渉時における光の損失を防止して、光学特性を向上させることができる。
本発明の波長可変フィルタでは、前記基板に対し固定的に設けられた支持部と、前記支持部に対し前記可動部をその厚さ方向に変位可能とするようにこれらを連結する連結部とを有し、前記可動部と前記支持部と前記連結部とが一体的に形成されていることが好ましい。
これにより、基板に対する可動部の位置をより安定させることができる。

本発明の波長可変フィルタでは、前記可動部と前記支持部と前記連結部とは、それぞれ、シリコンを主材料として構成されていることが好ましい。
これにより、光学特性および耐久性をより優れたものとすることができる。
本発明の波長可変フィルタでは、前記基板は、ガラスを主材料として構成されていることが好ましい。
これにより、光を基板側から可動反射膜と固定反射膜との間に入射させることができる。

本発明の波長可変フィルタでは、前記基板は、アルカリ金属イオンを含むガラスを主材料として構成されていることが好ましい。
これにより、支持部がシリコンを主材料として構成されている場合に、支持部と基板とを陽極接合により簡単勝つ強固に接合することができる。
本発明の波長可変フィルタでは、前記可動部と前記支持部と前記連結部とは、ＳＯＩウエハの一方のＳｉ層を加工することにより形成されたものであることが好ましい。
これにより、比較的簡単に、可動部と支持部と連結部とをより高精度なものとすることができる。

本発明の波長可変フィルタでは、前記可動部の前記基板側の面上には、絶縁膜が設けられていることが好ましい。
これにより、可動部と駆動電極との接触による短絡を防止することができる。
本発明の波長可変フィルタでは、前記可動反射膜は、絶縁性を有し、前記絶縁膜を兼ねていることが好ましい。
これにより、より簡単な構成で、可動部と駆動電極との接触による短絡を防止することができる。

本発明の波長可変フィルタでは、前記検出電極は、前記駆動電極よりも前記固定反射膜に近いことが好ましい。
これにより、可動反射膜と固定反射膜との間の距離の変化量に対する可動部と駆動電極との間に生じる静電容量の変化量が比較的大きくなるので、より正確に、可動部の変位を制御することができる。また、比較的簡単に、検出電極の面積よりも駆動電極の面積を大きくして、駆動電圧を低減することができる。
本発明の波長可変フィルタでは、前記基板の厚さ方向における前記検出電極と前記駆動電極との間の距離は、５〜５００μｍであることが好ましい。
これにより、検出電極と駆動電極との間に生じる結合容量をより確実に防止しつつ、比較的簡単に、波長可変フィルタの光学特性を所望のものとすることができる。

本発明の構造体の実施形態である波長可変フィルタを示す分解斜視図である。 図１に示す波長可変フィルタを示す平面図である。 図２中のＡ−Ａ線断面図である。 図１に示す波長可変フィルタの製造方法を説明するための図である。 図１に示す波長可変フィルタの製造方法を説明するための図である。 図１に示す波長可変フィルタの製造方法を説明するための図である。 図１に示す波長可変フィルタの製造方法を説明するための図である。示すグラフである。

以下、本発明の波長可変フィルタを添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の波長可変フィルタの実施形態を示す分解斜視図、図２は、かかる波長可変フィルタの平面図、図３は、図２のＡ−Ａ線での断面図である。また、以下の説明では、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言い、図２中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言い、図３中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左側」と言う。

図１に示すように、波長可変フィルタ１は、例えば、光を受け、干渉作用により、その光の波長のうち特定の波長に対応する光（干渉光）だけを出射させるものである。このような波長可変フィルタ１にあっては、互いに接合された第１の基板２および第２の基板３を有し、これらの間に、光を干渉させるためのギャップを区画形成されている。そして、このギャップに光Ｌが入射すると、干渉作用により、ギャップの大きさに応じた波長の光だけが射出する。以下、波長可変フィルタ１の各構成を順次詳細に説明する。

第１の基板２は、光透過性および導電性を有し、例えばシリコンで構成されている。そして、第１の基板２は、第１の基板２と第２の基板３との間のギャップを可変とするための可動部２１と、支持部２２と、可動部２１を支持部２２に対し上下方向に変位可能とするようにこれらを連結する連結部２３とを有している。これらは、第１の基板２に異形状の開口部２４が形成されることにより、一体的に形成されている。

可動部２１は、板状をなしているとともに、平面視にて、第１の基板２のほぼ中央部に位置し、円形状をなしている。なお、可動部２１の形状、大きさ、配置は、図示の形状に特に限定されないのは言うまでもない。
可動部２１の厚さ（平均）は、構成材料、用途等に応じて適宜選択され、特に限定されないが、１〜５００μｍ程度であるのが好ましく、１０〜１００μｍ程度であるのがより好ましい。

また、可動部２１には、第２の基板３と対向する側の面（すなわち、可動部２１の下面）上に、光を比較的高い反射率で反射させる可動反射膜（ＨＲコート）２５が形成され、第２の基板３と対向する側とは反対側の面（すなわち、可動部２１の上面）上に、光の反射を抑制する可動反射防止膜（ＡＲコート）２６が形成されている。
可動反射膜２５は、図３に示すように波長可変フィルタ１の下方から後述の第２のギャップＧ２に入射した光を、後述する固定反射膜３５との間で複数回にわたって反射させるためのものである。可動反射防止膜２６は、図３に示すように波長可変フィルタ１の下方から第２のギャップＧ２に入射した光が第１の基板２の上面と外気との界面で図中下方に反射されるのを防止するためのものである。

可動反射膜（誘電体多層膜）２５や可動反射防止膜２６は、必要な光学特性を得られるものであれば特に限定されないが、誘電体多層膜で構成されているものが好ましい。すなわち、可動反射膜（誘電体多層膜）２５や可動反射防止膜２６は、それぞれ、高屈折率層と低屈折率層とが交互に複数積層されてなるものであるのが好ましい。これにより、可動反射膜２５と固定反射膜３５との間での光の干渉時における光の損失を防止して、光学特性を向上させることができる。

高屈折率層を構成する材料としては、可動反射膜２５や可動反射防止膜２６に必要な光学特性を得ることができるものであれば、特に限定されないが、可視光領域や赤外光領域で用いる場合には、Ｔｉ₂Ｏ、Ｔａ₂Ｏ₅、酸化ニオブなどが挙げられ、また、紫外光領域で用いる場合には、Ａｌ₂Ｏ₃、ＨｆＯ₂、ＺｒＯ₂、ＴｈＯ₂などが挙げられる。本実施形態では、第１の基板２がシリコンで構成されているため、波長可変フィルタ１には赤外光が用いられる。そのため、高屈折率層を構成する材料として、Ｔｉ₂Ｏ、Ｔａ₂Ｏ₅、酸化ニオブなどが好適に用いられる。

低屈折率層を構成する材料としては、可動反射膜２５や可動反射防止膜２６に必要な光学特性を得ることができるものであれば、特に限定されないが、例えば、ＭｇＦ₂、ＳｉＯ₂などが挙げられる。特に、低屈折率層の構成材料としては、ＳｉＯ₂を主材料とするものが好適に用いられる。
可動反射膜２５および可動反射防止膜２６を構成する高屈折率層および低屈折率層の層数、厚さは、必要とする光学特性に応じて設定される。一般に、多層膜により反射膜を構成する場合、その光学特性を得るために必要な層数は１２層以上であり、多層膜により反射防止膜を構成する場合、その光学特性に必要な層数は４層程度である。

可動反射膜２５が絶縁性を有していると、可動部２１と駆動電極３３との接触による短絡を防止することができる。すなわち、可動部２１の第２の基板３側の面上に絶縁膜が設けられていると、可動部２１と駆動電極３３との接触による短絡を防止することができる。
この場合、可動反射膜２５が絶縁膜を兼ねているので、より簡単な構成で、可動部２１と駆動電極３３との接触による短絡を防止することができる。
このような可動部２１を囲むように支持部２２が形成され、可動部２１は、連結部２３を介して支持部２２に支持されている。

連結部２３は、前述した可動部２１の周囲に周方向に等間隔で複数（本実施形態では４つ）設けられている。この連結部２３は、弾性（可撓性）を有しており、これにより、可動部２１は、第２の基板３に対し略平行に間隔を隔てて、その厚さ方向に（上下に）に変位可能となっている。なお、連結部２３の数、位置、形状は、可動部２１を支持部２２に対し変位可能とするものであれば、前述したものに限定されない。

また、第１の基板２には、後述する引出し電極３８に外部からアクセスするための開口部２７が設けられている。この開口部２７は、波長可変フィルタの製造工程において、第１の基板と第２の基板との間の空間に外部との圧力差が生じるのを防止する圧力開放用開口部としても機能する。
このような第１の基板２にあっては、可動部２１と支持部２２と連結部２３とが一体的に形成されているのが好ましい。これにより、第２の基板３に対する可動部２１の位置をより安定させることができる。

その際、可動部２１と支持部２２と連結部２３とは、それぞれ、シリコンを主材料として構成されていると、光学特性および耐久性をより優れたものとすることができる。
このような第１の基板２に対し、支持部２２の下面で、第２の基板３が接合されている。
特に、可動部２１と支持部２２と連結部２３とは、ＳＯＩウエハの一方のＳｉ層を加工することにより形成されたものであると、比較的簡単に、可動部２１と支持部２２と連結部２３とをより高精度なものとすることができる。

第２の基板３は、光透過性を有しており、第２の基板３には、その一方の面側に、第１の基板２と第２の基板３との間に第１のギャップＧ１を形成するための第１の凹部３１と、第１の凹部３１内側で第１の基板２と第２の基板３との間に第２のギャップＧ２を形成するための第２の凹部３２とが形成されている。
このような第２の基板３の構成材料としては、用いる光の波長に関し光透過性を有していれば、特に限定されないが、例えば、ソーダガラス、結晶性ガラス、石英ガラス、鉛ガラス、カリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、ホウケイ酸ナトリウムガラス、無アルカリガラス等の各種ガラスや、シリコン等が挙げられる。
これらの中でも、第２の基板３の構成材料としては、例えばナトリウム（Ｎａ）やカリウム（Ｋ）のようなアルカリ金属（可動イオン）を含有したガラスが好ましい。これにより、第１の基板２を例えばシリコンで構成した場合に、第１の基板２と第２の基板３とを陽極接合により、簡単かつ強固に接合することができる。

特に、陽極接合により第１の基板２と第２の基板３とを接合する場合には、第１の基板２の熱膨張係数と第２の基板３の熱膨張係数との差は、できるだけ小さいほうが好ましく、具体的には、５０×１０^-7℃^-1以下であるのが好ましい。
これにより、陽極接合時に第１の基板２および第２の基板３が高温下にさらされても、第１の基板２と第２の基板３との間に生じる応力を低減して、第１の基板２または第２の基板３の損傷を防止することができる。

したがって、第２の基板３の構成材料としては、ソーダガラス、カリウムガラス、ホウケイ酸ナトリウムガラス等を用いるのが好ましく、例えば、コーニング社製のパイレックス（登録商標）ガラス等が好適に用いられる。
また、第２の基板３の厚さ（平均）は、構成材料、用途等により適宜選択され、特に限定されないが、１０〜２０００μｍ程度であるのが好ましく、１００〜１０００μｍ程度であるのがより好ましい。

第１の凹部３１は、その外形が円形をなしており、前述した可動部２１と連結部２３と開口部２４とに対応する位置に配置されている。また、第１の凹部３１の底面上には、可動部２１の外周部に対応する位置で、円環状の駆動電極３３、絶縁膜３４がこの順で積層されている。すなわち、第２の基板３の可動部２１側の設置面上に、駆動電極３３が設けられている。

駆動電極３３は、図示しない通電回路に接続されており、駆動電極３３と可動部２１との間に電位差を生じさせることが可能となっている。この通電回路には、後述する検出回路（図示せず）の検出結果に基づき通電回路の駆動を制御するための制御手段（図示せず）が接続されている。
駆動電極３３の構成材料としては、導電性を有しているものであれば、特に限定されず、例えば、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｔｉなどの金属、カーボンやチタンなどを分散した樹脂、多結晶シリコン（ポリシリコン）、アモルファスシリコン等のシリコン、窒化シリコン、ＩＴＯのような透明導電材料、Ａｕ等が挙げられる。

このような駆動電極３３の厚さ（平均）は、構成材料、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。
絶縁膜３４は、可動部２１と駆動電極３３との接触による短絡を防止する機能を有するものである。
このような第１の凹部３１内の空間内に、可動部２１の駆動のための静電ギャップ（駆動ギャップ）として、第１のギャップＧ１が形成される。すなわち、可動部２１と駆動電極３３との間に、第１のギャップＧ１が形成される。

第１のギャップＧ１の大きさ（すなわち、可動部２１と駆動電極３３との間の距離）は、用途などに応じて適宜選択され、特に限定されないが、０．５〜２０μｍ程度であるのが好ましい。
第２の凹部３２は、その外形が円形をなし、前述した第１の凹部３１とほぼ同心でかつ第１の凹部３１および可動部２１の外径よりも小さい外径を有している。また、第２の凹部３２の底面（第２の基板３の可動部２１側の面）上には、その中央部に、ほぼ円形をなす固定反射膜３５が設けられている。また、この固定反射膜３５を囲むように、第２の凹部３２の底面（設置面）上には、円環状の検出電極４０が設けられている。

固定反射膜３５は、前述したように、図３に示すように波長可変フィルタ１の下方から第２のギャップＧ２に入射した光を、可動反射膜２５との間で複数回にわたって反射させるためのものである。すなわち、この固定反射膜３５は、前述した可動反射膜２５と協働して、第２のギャップＧ２の大きさ（すなわち、固定反射膜３５と可動反射膜２５との間の距離）に対応する波長の光を干渉させることができる。この第２のギャップＧ２の大きさは、前述した第１のギャップＧ１の大きさよりも大きい。

第２のギャップＧ２の大きさは、用途などに応じて適宜選択され、特に限定されないが、１〜１００μｍ程度であるのが好ましい。
検出電極４０は、駆動電極３３と離間し、第２の基板３の可動部２１側の面に設けられている。そして、検出電極４０と可動部２１とには、これらの間の静電容量を検出する検出回路（図示せず）が接続されている。この検出回路の検出信号（検出結果）に基づき、前述した制御手段（図示せず）が通電回路（図示せず）の駆動を制御する。

前述したように、第２の基板３は、その厚さ方向での位置が異なる２つの設置面（第１の凹部３１の底面と第２の凹部３２の底面）を可動部２１側に有している。そして、その２つの設置面のうち、一方の設置面（第１の凹部３１の底面）上に駆動電極３３が設けられ、他方の設置面（第２の凹部３２の底面）上に検出電極４０が設けられている。これにより、駆動電極３３と検出電極４０とを上下にずらして配置されている。

このように駆動電極３３と検出電極４０とが配置されていると、駆動電極３３と検出電極４０とが同一平面上に位置しないため、平面視で駆動電極３３と検出電極４０とが近接していても、駆動電極３３と検出電極４０との間の距離を大きくすることができる。その結果、駆動電極３３と検出電極４０との間に生じる結合容量を低減して、可動部２１と検出電極４０との間の静電容量を高精度に検出しすることができる。また、平面視で駆動電極３３と検出電極４０とを近接させることが可能であるため、駆動電極３３の面積の減少による駆動電圧の増大を防止することができる。

特に、本実施形態では、第２の基板３の前記２つの設置面のうち、可動部２１に近い側の設置面（第１の凹部３１の底面）上に駆動電極３３が設けられ、可動部２１に遠い側の設置面（第２の凹部３２の底面）上に検出電極４０が設けられているので、駆動電極３３と可動部２１との間に生じる静電気力を大きくすることができる。そのため、駆動電圧を低減することができる。

また、第２の基板３に形成された凹部（第１の凹部３１および第２の凹部３２）の底面上に検出電極４０が設けられているので、比較的簡単な構成で、検出電極４０と駆動電極３３とを第２の基板３の厚さ方向に離間することができる。
また、駆動電極３３が、第２の凹部３２の外側における第１の凹部３１の底面上に設けられ、検出電極４０は、第２の凹部３２の底面上に設けられているので、比較的簡単な構成で、検出電極４０と駆動電極３３とを離間するとともに、駆動電極３３と可動部２１との間に静電気力を生じさせるためのギャップを形成することができる。

また、第２の凹部３２の底面上には、検出電極４０に加えて、固定反射膜３５も設けられているので、駆動電極３３と可動部２１との間の距離に関係なく、第２の凹部３２の深さに応じた使用可能波長帯域とすることができる。そのため、様々な使用波長帯域の波長可変フィルタ１を製造しても、駆動電圧を低減することができる。
また、検出電極４０が駆動電極３３よりも固定反射膜３５に近いので、可動反射膜２５と固定反射膜３５との間の距離の変化量に対する可動部２１と検出電極４０との間に生じる静電容量の変化量が比較的大きくなる。その結果、より正確に、可動部２１の変位を制御することができる。また、比較的簡単に、検出電極４０の面積よりも駆動電極３３の面積を大きくして、駆動電圧を低減することができる。

また、第２の基板３の厚さ方向における検出電極４０と駆動電極３３との間の距離Ｄは、１〜１０００μｍであるのが好ましく、５〜５００μｍであるのがより好ましい。これにより、検出電極４０と駆動電極３３との間に生じる結合容量をより確実に低減しつつ、比較的簡単に、波長可変フィルタ１の光学特性を所望のものとすることができる。
これに対し、前記距離が前記下限値未満であると、第２の基板３の構成材料などによっては、検出電極４０と駆動電極３３との間に生じる結合容量の低減を十分に低減することができない場合がある。一方、前記距離が前記上限値を超えると、検出電極４０と可動部２１との間に発生する静電容量が小さくなるために、その検出が難しくなる。

検出電極４０の構成材料としては、前述した駆動電極３３の構成材料と同様のものを用いることができ、導電性を有しているものであれば、特に限定されず、例えば、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｔｉなどの金属、カーボンやチタンなどを分散した樹脂、多結晶シリコン（ポリシリコン）、アモルファスシリコン等のシリコン、窒化シリコン、ＩＴＯのような透明導電材料、Ａｕ等が挙げられる。

なお、波長可変フィルタの光学特性を損ねない条件であれば、検出電極を第２の凹部３２の底面のほぼ全域に設け、その上に固定反射膜３５を設けることができる。これにより、検出電極の面積を大きくして、可動部２１と検出電極との間の静電容量の検出精度を向上させることができる。また、固定反射膜の構成材料を導電性材料で構成することにより、固定反射膜を第２の凹部３２の底面のほぼ全域に設け、固定反射膜が検出電極を兼ねるようにすることができる。これによっても、検出電極の面積を大きくして、可動部２１と検出電極との間の静電容量の検出精度を向上させることができる。

また、第２の基板３には、前述した駆動電極３３を外部に引き出すために、第３の凹部３７と、第３の凹部３７と第１の凹部３１とを連通させる溝部３６とが形成されている。
溝部３６および第３の凹部３７は、その深さが第１の凹部３１の深さとほぼ同等となっており、これらの底面上には、駆動電極３３に接続される引出し電極３８が設けられている。

引出し電極３８の構成材料としては、前述した駆動電極３３の構成材料と同様のものを用いることができ、導電性を有しているものであれば、特に限定されず、例えば、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｔｉなどの金属、カーボンやチタンなどを分散した樹脂、多結晶シリコン（ポリシリコン）、アモルファスシリコン等のシリコン、窒化シリコン、ＩＴＯのような透明導電材料、Ａｕ等が挙げられる。

また、引出し電極３８の厚さ（平均）は、構成材料、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。そして、引出し電極３８は、前述した駆動電極３３と一体的に形成されているのが好ましい。
また、第２の基板３の他方の面（すなわち、前述した第１の凹部３１等が形成されている面とは反対側の面）上には、固定反射防止膜３９が形成されている。

固定反射防止膜３９は、図３に示すように波長可変フィルタ１の下方から第２のギャップＧ２に向け照射された光が第２の基板３の下面と外気との界面で図中下方に反射されるのを防止するためのものである。なお、可動反射膜２５や可動反射防止膜２６の構成は、前述した固定反射膜３５や固定反射防止膜３９の構成と同様である。
このような構成を有する波長可変フィルタ１の動作（作用）を説明する。

図示しない通電回路により可動部２１と駆動電極３３との間に電圧が印加されると、可動部２１と駆動電極３３とが互いに逆極性に帯電して、両者の間にクーロン力（静電引力）が発生する。このとき、図示しない検出回路が、検出電極４０と可動部２１との間の静電容量を検出し、その検出信号（検出結果）に基づき、図示しない制御手段が通電回路の駆動を制御する。
このクーロン力によって、可動部２１は、駆動電極３３に向け下方向に移動（変位）し、連結部２４の弾性力とクーロン力が釣り合う位置で静止する。これにより、第１のギャップＧ１および第２のギャップＧ２の大きさが変化する。

一方、図３に示すように、波長可変フィルタ１の下方から第２のギャップＧ２に向け光Ｌが照射されると、光Ｌは、固定反射防止膜３９、第２の基板３、固定反射膜３５を透過して、第２のギャップＧ２に入射する。このとき、この光Ｌは、固定反射防止膜３９により、ほとんど損失せずに第２のギャップＧ２に入射する。
入射した光は、可動反射膜２５と固定反射膜３５との間において、反射を繰り返す（干渉する）。この際、可動反射膜２５および固定反射膜３５により、光Ｌの損失を抑えることができる。

前述したように可動反射膜２５と固定反射膜３５との間で光が反射を繰り返す過程において、可動反射膜２５と固定反射膜３５との間の第２のギャップＧ２の大きさに対応する干渉条件を満たさない波長の光は急激に減衰し、この干渉条件を満たした波長の光だけが残って最終的に波長可変フィルタ１から出射する。したがって、可動部２１と駆動電極３３との間に印加される電圧を変更することにより、第２のギャップＧ２を変更（すなわち干渉条件を変更）すれば、可変波長フィルタ１を透過する光の波長を変更することができる。

前記光Ｌの干渉の結果、第２のギャップＧ１の大きさに対応した波長の光（干渉光）は、可動反射膜２５、可動部２１、可動反射防止膜２６を透過し、波長可変フィルタ１の上方へ出射する。このとき、可動部２１の上面に可動反射防止膜２６が形成されているため、ほとんど損失せずに波長可変フィルタ１の外部へ出射する。
なお、本実施形態では、第２のギャップＧ２に入射した光を波長可変フィルタ１の上方へ出射したが、第２のギャップＧ２に入射した光を波長可変フィルタ１の下方へ出射してもよい。

また、本実施形態では、波長可変フィルタ１に対し、その下方から光を入射したが、上方から光を入射してもよい。
以上説明したような波長可変フィルタ１にあっては、第２の基板３がその厚さ方向での位置が異なる２つの設置面を可動部２１側に有し、その２つの設置面のうち、一方の設置面上に駆動電極３３が設けられ、他方の設置面上に検出電極４０が設けられている。すなわち、駆動電極３３と検出電極４０とが上下にずれて配置されている。

これにより、駆動電極３３と検出電極４０とが同一平面上に位置しないため、平面視で駆動電極３３と検出電極４０とが近接していても、駆動電極３３と検出電極４０との間の距離を大きくすることができる。その結果、駆動電極３３と検出電極４０との間に生じる結合容量を低減して、可動部２１と検出電極４０との間の静電容量を高精度に検出し、その検出結果に基づいて、可動部２１を所望の位置を正確に変位させることができる。したがって、可動反射膜２５と固定反射膜３５との間の距離を高精度に制御して、波長可変フィルタ１の光学特性を優れたものとすることができる。その際、平面視で駆動電極３３と検出電極４０とを近接させることが可能であるため、駆動電極３３の面積の減少による駆動電圧の増大を防止することができる。

＜波長可変フィルタの製造方法＞
次に、波長可変フィルタ１の製造方法の一例を図４ないし図７に基づいて説明する。
図４〜図７は、波長可変フィルタ１の製造工程を説明するための図である。なお、図４〜図７は、図２のＡ−Ａ線断面に対応する断面を示している。
本実施形態の波長可変フィルタ１の製造方法は、［Ａ］第２の基板３を製造する工程と、［Ｂ］ＳＯＩ基板を第２の基板３に接合する工程と、［Ｃ］ＳＯＩ基板を加工して第１の基板２を製造する工程とを有する。以下、各工程について順次説明する。

［Ａ］第２の基板３の製造
−Ａ１−
まず、第２の基板３を形成するための基板として、図４（ａ）に示すように、光透過性を有する基板４を用意する。
基板４としては、厚さが均一で、たわみや傷のないものが好適に用いられる。基板４の構成材料としては、第２の基板３の説明で述べたものを用いることができる。前述したように、基板４の構成材料としては、例えばナトリウム（Ｎａ）やカリウム（Ｋ）のようなアルカリ金属（可動イオン）を含有したガラスを用いるのが好ましい。したがって、以下の説明では、基板４の構成材料として、アルカリ金属を含有したガラスを用いた場合について説明する。

−Ａ２−
次に、図４（ｂ）に示すように、基板４の一方の面上にマスク層５を形成（マスキング）する。
マスク層５を構成する材料としては、例えば、Ａｕ／Ｃｒ、Ａｕ／Ｔｉ、Ｐｔ／Ｃｒ、Ｐｔ／Ｔｉなどの金属、多結晶シリコン（ポリシリコン）、アモルファスシリコン等のシリコン、窒化シリコン等が挙げられる。マスク層５の構成材料にシリコンを用いると、マスク層５と基板４との密着性が向上する。マスク層５の構成材料に金属を用いると、形成されるマスク層５の視認性が向上する。

マスク層５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５が薄すぎると、基板４を十分に保護できない場合があり、マスク層５が厚すぎると、マスク層５の内部応力によりマスク層５が剥がれ易くなる場合がある。
マスク層５は、例えば、化学気相成膜法（ＣＶＤ法）、スパッタリング法、蒸着法等の気相成膜法、メッキ法等により形成することができる。

−Ａ３−
次に、図４（ｃ）に示すように、マスク層５に、第１の凹部３１と溝部３６と第３の凹部３７との平面視形状に対応した平面視形状をなす開口５１を形成する。
より具体的には、まず、例えばフォトリソグラフィ法を用い、マスク層５上に、フォトレジストを塗布し、露光、現像を行って、開口５１に対応する開口を有するレジストマスクを形成する。次に、このレジストマスク介してマスク層５をエッチングして、マスク層５の一部を除去した後、レジストマスクを除去する。このようにして、マスク層５に開口５１が形成される。このエッチングとしては、例えば、ＣＦガス、塩素系ガス等によるドライエッチング、フッ酸＋硝酸水溶液、アルカリ水溶液等によるウェットエッチングを用いることができる。

−Ａ４−
次に、マスク層５を介して基板４の一方の面をエッチングして、図４（ｄ）に示すように、第１の凹部３１と溝部３６と第３の凹部３７とを形成する。
このエッチングとしては、ドライエッチング法、ウェットエッチング法を用いることができるが、ウェットエッチング法を用いるのが好ましい。これにより、形成される第１の凹部３１をより理想的な円柱状とすることができる。この場合、ウェットエッチングのエッチング液としては、例えばフッ酸系エッチング液などが好適に用いられる。また、エッチング液にグリセリン等のアルコール（特に多価アルコール）を添加すると、形成される第１の凹部３１の底面を極めて滑らかなものとすることができる。

−Ａ５−
次に、マスク層５を除去した後に、前述した工程Ａ２およびＡ３と同様の方法を用いて、図４（ｅ）に示すように、第２の凹部３２の平面視形状に対応した平面視形状の開口を有するマスク層６を形成する。
マスク層５の除去方法としては、特に限定されないが、例えば、アルカリ水溶液（例えばテトラメチル水酸化アンモニウム水溶液等）、塩酸＋硝酸水溶液、フッ酸＋硝酸水溶液等によるウェットエッチング、ＣＦガス、塩素系ガス等によるドライエッチングなどを用いることができる。
特に、マスク層５の除去方法としてウエットエッチングを用いると、簡易な操作で、効率よく、マスク層５を除去することができる。

−Ａ６−
次に、前述した工程Ａ４と同様の方法を用いて、マスク層６を介して基板４をエッチングして、図４（ｆ）に示すように、第２の凹部３２を形成した後、固定反射膜３５の平面視形状に対応した平面視形状の開口を有するマスク層６Ａを形成する。なお、マスク層６Ａの形成は、マスク層６を除去した後に行ってもよいし、マスク層６を除去せずに行ってもよい。

−Ａ７−
次に、図５（ａ）に示すように、マスク層６Ａを用いて、第２の凹部３２の底面上に、固定反射膜３５を形成する。
より具体的には、第２の凹部３２の底面上に、前述したような高屈折率層と低屈折層とを交互に積層することにより、固定反射膜３５を形成する。
高屈折率層および低屈折率層の形成方法としては、例えば、化学的気相成長法（ＣＶＤ）、物理的化学気相成長法（ＰＶＤ）が好適に用いられる。

−Ａ８−
次に、前述した工程−Ａ５−と同様の方法を用いて、図５（ｂ）に示すように、マスク層６Ａを除去する。
−Ａ９−
次に、図５（ｃ）に示すように、基板４の第１の凹部３１等が形成された側の面上に一様に、駆動電極３３および引出し電極３８を形成するための導電層７を形成する。
導電層７の形成方法としては、例えば、化学的気相成長法（ＣＶＤ）、物理的化学気相成長法（ＰＶＤ）が好適に用いられる。
また、導電層７の構成材料は、前述した駆動電極３３の構成材料を用いることができる。

−Ａ１０−
次に、図５（ｄ）に示すように、導電層７の不要部分を除去して、駆動電極３３および検出電極４０を形成するとともに、駆動電極３３上に絶縁膜３４を形成する。さらに、基板４の第１の凹部３１等が形成された側と反対側の面上に、固定反射防止膜３９を形成する。

導電層７の不要部分を除去する方法としては、前述した工程Ａ３と同様の方法を用いることができる。
また、駆動電極３３の形成方法としては、前述したマスク層５の形成方法と同様のものを用いることができる。
固定反射防止膜３９の形成方法としては、前述した固定反射膜３５の形成方法と同様のものを用いることができる。
以上のようにして、第２の基板３を製造することができる。

［Ｂ］ＳＯＩ基板と第２の基板３との接合
−Ｂ１−
まず、図６（ａ）に示すように、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板８を用意する。
このＳＯＩ基板８は、Ｓｉで構成されたベース層８１、ＳｉＯ₂で構成された絶縁層８２、Ｓｉで構成された活性層８３の順でこれら３層が積層されてなるものである。なお、ＳＯＩ基板８に代えて、ＳＯＳ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｓａｐｐｈｉｒｅ）基板、シリコン基板等を用いることもできる。
ＳＯＩ基板８の厚さは、特に限定されないが、特に活性層８３の厚さが１０〜１００μｍ程度であるのが好ましい。

−Ｂ２−
次に、ＳＯＩ基板８と第２の基板３との接合に先立ち、図６（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板８の活性層８３側の面上に、可動反射膜２５を形成する。
可動反射膜２５の形成方法としては、前述した固定反射膜３５の形成方法と同様のものを用いることができる。

−Ｂ３−
次に、図６（ｃ）に示すように、ＳＯＩ基板８と第２の基板３とを接合する。
ＳＯＩ基板８と第２の基板３との接合方法としては、例えば、陽極接合、接着剤による接合、表面活性化接合、低融点ガラスを用いた接合等を用いることができるが、陽極接合を用いるのが好ましい。

ＳＯＩ基板８と第２の基板３との接合方法として陽極接合を用いる場合には、例えば、まず、図示しない直流電源のマイナス端子を第２の基板３に、プラス端子をＳＯＩ基板８の活性層８３に接続する。そして、第２の基板３を加熱しながら、第２の基板３とＳＯＩ基板８の活性層８３との間に電圧を印加する。この加熱により、第２の基板３の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。これにより、第２の基板３と活性層８３との接合面のうち、第２の基板３側の接合面がマイナス、活性層８３側の接合面がプラスに相対的に帯電する。その結果、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）とが電子対を共有する共有結合により、第２の基板３と活性層８３とは強固に接合される。

［Ｃ］第１の基板２の製造
−Ｃ１−
次に、図７（ａ）に示すように、エッチングや研磨を行ってベース層８１を除去する。
このエッチング方法としては、例えば、ウェットエッチング、ドライエッチングを用いることができるが、ドライエッチングを用いるのが好ましい。いずれの場合も、ベース層８１の除去のとき、絶縁層８２がストッパーとなるが、ドライエッチングは、エッチング液を用いないので、駆動電極３３に対向している活性層８３の損傷を好適に防ぐことができる。これにより、波長可変フィルタ１の製造時における歩留まりの向上を図ることができる。

−Ｃ２−
次に、図７（ｂ）に示すように、エッチングを行って絶縁層８２を除去する。
このエッチング方法としては、例えば、ウェットエッチング、ドライエッチングを用いることができるが、フッ酸を含むエッチング液によるウェットエッチングを用いるのが好ましい。これにより、絶縁層８２を簡単に除去することができるとともに、絶縁層８２の除去により露出する活性層８３の面を極めて平滑にすることができる。
なお、前述した工程Ｂ１にて、ＳＯＩ基板８に代えて、以降の工程を行うのに最適な厚さをすでに有しているシリコン基板を用いた場合には、工程Ｃ１、Ｃ１は行わなくてもよい。これにより、波長可変フィルタ１の製造工程を簡略化することができる。

−Ｃ３−
次に、図７（ｃ）に示すように、活性層８３の上面に、可動反射防止膜２６を形成する。
可動反射防止膜２６の形成方法としては、前述した固定反射膜３５の形成方法と同様のものを用いることができる。

−Ｃ４−
次に、図７（ｄ）に示すように、開口部２４および開口部２７に対応する開口を有するレジスト層９を形成する。
レジスト層９の形成方法としては、前述した工程Ａ２、Ａ３と同様の方法を用いることができる。

−Ｃ５−
次に、レジスト層９を介して、ドライエッチング法、特にＩＣＰエッチングにより、活性層８３をエッチングして、図７（ｅ）に示すように、開口部２７を形成した後に、図７（ｆ）に示すように、開口部２４を形成する。これにより、可動部２１と支持部２２と連結部２３とが形成される。

より具体的には、レジスト層９を介して活性層８３をドライエッチングすると、マイクロローディング効果によって開口部２７でのエッチング速度に比べて開口部２４の各開口領域でのエッチング速度が遅くなるので、図７（ｅ）に示すように、開口部２４の形成よりも先に開口部２７の形成が完了する。このとき、溝部３６を介して第１の凹部３１に連通する第３の凹部３７の上方に開口部２７が形成されるので、活性層８３と第２の基板３との間の空間が外部に開放され、当該空間と外部との圧力差が解消される。

ここで、マイクロローディング効果とは、開口寸法が小さくなるに従ってエッチング速度が低下する現象である。したがって、開口部２７として、開口部２４の各開口領域でのエッチング速度よりもエッチング速度が速くなるような寸法のものを採用する。本実施形態では、開口部２７の形状を、図１に示すように、開口部２４の各開口領域の短手方向の開口幅よりも幅広な寸法を一辺の長さとした正方形状としている。なお、開口部２７の寸法および形状としては、開口部２７でのエッチング速度が開口部２４の各開口領域でのエッチング速度よりも速くなるものであれば、前述したものに限定されず、任意の構成を採用することができる。
このようにマイクロローディング効果を利用すると、開口部２７を形成するためのエッチング工程を別途設けなくても、開口部２４および開口部２７を同一のエッチング工程により形成しつつ、開口部２７、開口部２４の順にこれらを形成することができ、製造工程の簡略化を図ることができる。

開口部２７が形成された後、更にドライエッチングを継続すると、図７（ｆ）に示すように開口部２４が貫通形成されて、可動部２１と支持部２２と連結部２３との形成が完成する。
このとき、前述したように、活性層８３に可動部２１を形成する前（すなわち、開口部２４を形成する前）にあらかじめ、活性層８３と第２の基板３との間の空間と、外部との圧力差が解消されているので、開口部２４の形成に伴って連結部２３が破損するのを防止することができる。

特に、本工程では、ＩＣＰエッチングを行う。すなわち、エッチング用ガスによるエッチングと、デポジッション用ガスによる保護膜の形成とを、交互に繰り返し行って、可動部２１を形成する。
前記エッチング用ガスとしては、例えば、ＳＦ₆等が挙げられ、また、前記デポジッション用ガスとしては、例えば、Ｃ₄Ｆ₈等が挙げられる。

本工程において、ドライエッチング技術を使用して異方性エッチングを行うのは、以下に示す理由による。
ウェットエッチング技術を使用した場合、エッチングが進むに従ってエッチング液が活性層８３に形成された孔から、活性層８３と第２の基板３との間に侵入し、駆動電極３３や絶縁膜３４を除去してしまうおそれがある。これに対し、ドライエッチング技術を使用した場合はそのような危険性がない。

また、等方性エッチングを使用した場合には、活性層８３が等方的にエッチングされ、サイドエッチングが生じる。特に、連結部２３に対しサイドエッチングが生じると、連結部２３の強度が弱くなり、耐久性が劣化してしまう。これに対し、異方性エッチングを使用した場合には、サイドエッチングが生じないので、エッチング寸法の制御に優れており、連結部２３の側面も活性層８３の板面に対し垂直に形成され、連結部２３の強度の向上を図ることができる。
なお、本発明では、本工程において、前記と異なるドライエッチング法を用いて可動部２１と支持部２２と連結部２３とを形成してもよく、また、ドライエッチング法以外の方法を用いて可動部２１と支持部２２と連結部２３とを形成してもよい。

−Ｃ６−
その後、レジスト層９を除去して、図７（ｇ）に示すように、波長可変フィルタ１が得られる。
以上、本発明の波長可変フィルタを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

例えば、前述した実施形態では、駆動電極３３のほうが検出電極４０よりも可動部２１に近くなっていたが、検出電極のほうが駆動電極よりも可動部２１に近くなるように構成されていてもよい。
また、前述した実施形態では、基板（第２の基板３）に形成された凹部の底面を検出電極および駆動電極の設置面としたが、検出電極および／または駆動電極の設置面は、基板の厚さ方向での位置が異なるものであれば、これに限定されず、基板に形成された凸部の上面等であってもよい。
また、前述した実施形態では第１の凹部３１により第１のギャップＧ１を形成したが、第１の凹部３１を形成せずに、第２の基板３と第１の基板２との間にスペーサを設けることにより、第１のギャップＧ１を形成してもよい。

１……波長可変フィルタ ２……第１の基板 ２１……可動部 ２２……支持部 ２３……連結部 ２４……開口部 ２５……可動反射膜 ２６……可動反射防止膜 ２７……開口部 ３……第２の基板 ３１……第１の凹部 ３２……第２の凹部 ３３……駆動電極 ３４……絶縁膜 ３５……固定反射膜 ３６……溝部 ３７……第３の凹部 ３８……引出し電極 ３９……固定反射防止膜 ４０……検出電極 ４……基板（第２の基板） ５、６、６Ａ……マスク層 ５１……開口 ７……導電層 ８……ＳＯＩ基板 ８１……ベース層 ８２……絶縁層 ８３……活性層（第１の基板） ９……レジスト層 Ｇ１……第１のギャップ Ｇ２……第２のギャップ Ｌ……光。

Claims (3)

1. 可動部を有する第１の基板と、
   前記可動部に設けられており、前記可動部の変位に伴って変位する可動反射膜と、
   前記第１の基板に対向して配置された第２の基板と、
   前記第２の基板に設けられており、前記可動部と第１のギャップを隔てて対向し、前記可動部を変位させる駆動電極と、
   前記第２の基板に設けられており、前記可動部と前記第１のギャップよりも小さいギャップである第２のギャップを隔てて対向する固定反射膜と、を含み、
   前記固定反射膜は検出電極の機能を有する
   ことを特徴とする波長可変フィルタ。
2. 前記第１の基板は、少なくとも一部が可撓性を有することを特徴とする請求項１に記載の波長可変フィルタ。
3. 前記駆動電極は、静電引力を生じさせて前記可動部を変位させることを特徴とする請求項１または２に記載の波長可変フィルタ。

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