光学部件的制造方法以及光学部件的制作方法

光学部件的制造方法以及光学部件的制作方法
【专利摘要】本发明所涉及的光学部件的制造方法是一种制造光透性光学部件（12）的方法，所包含的工序为：第1蚀刻工序，蚀刻板状构件的硅区域（11）并形成凹部；热氧化工序，使凹部的内侧面热氧化并形成氧化硅膜（14）；氮化膜形成工序，形成覆盖氧化硅膜（14）的氮化硅膜（16）。由此，就能够实现在相对于基板面成大倾斜（或者接近于垂直）的半透过反射面上可以均匀地形成氧化硅膜的光学部件的制作方法、以及由该方法进行制作的光学部件。
【专利说明】光学部件的制造方法以及光学部件
【技术领域】
[0001 ] 本发明是涉及光学部件的制造方法以及光学部件。
【背景技术】
[0002]在专利文献I以及2中公开有运用MEMS技术从而在SOKSilicon On Insulator)基板上构成干涉光学系统的光模块。这些干涉光学系统具备光束分离器(beam splitter)、被安装于静电致动器(electrostatic actuator)的可动镜、固定镜,这些是通过将SOI基板的硅层以及绝缘层蚀刻成任意的形状来形成的。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2008-102132号公报
[0006]专利文献2:日本特开2010-170029号公报

【发明内容】

[0007]发明所要解决的技术问题
[0008]在构成干涉光学系统等的光学部件中，通过对硅基板或硅层实施蚀刻从而形成光透过面或半透过反射面(半反光镜)。然而，例如在波长I μ m附近的硅的折射率因为大约是
3.5，所以由半透过反射面上的菲涅尔反射而产生的反射率成为约30%，远远达不到干涉光学系统中的理想值50%。另外，光透过面的透过率成为大约70%，即使是在光透过面上也会发生光的损失。特别是在干涉光学系统中，因为起因于娃的波长分散并对应于光波长的光程长的补正成为必要，并且设置用于该补正的光学部件，所以在该光学部件的光透过面上的损失变得更加增加。
[0009]为了解决上述技术问题而优选在光透过面上设置反射防止膜，另外，优选在半透过反射面上设置半透过反射膜。反射防止膜例如适宜由氮化硅膜来进行实现，并且能够用其膜厚来将透过率调整到恰当的值。另外，半透过反射膜例如适宜通过层叠氧化硅膜和氮化硅膜来进行实现，并且能够用其膜厚来将反射率调整到恰当的值。然而，在半透过反射面相对于基板面成大倾斜的情况下或在接近垂直的情况下，相对于半透过反射面由CVD等来均匀地形成氧化硅膜是困难的，因而寄希望于有一种能够均匀地将氧化硅膜形成于像这样的半透过反射面的方法。
[0010]本发明就是借鉴了以上述那样的技术问题而悉心研究之结果，其目的在于提供一种能够将氧化硅膜均匀地形成于相对于基板面成大倾斜(或者接近于垂直)的半透过反射面上的光学部件的制造方法以及由该制造方法进行制造的光学部件。
[0011]解决技术问题的手段
[0012]为了解决上述技术问题，本发明所涉及的光学部件的制造方法其特征为包含:第I蚀刻工序，对包含有硅区域的板状构件的硅区域实施蚀刻并形成凹部；热氧化工序，使凹部的内侧面热氧化并形成氧化硅膜；氮化膜形成工序，形成覆盖氧化硅膜的氮化硅膜。[0013]在该制造方法中，在将具有成为半透过反射面的内侧面的凹部形成于硅区域之后，使该内侧面热氧化并形成氧化硅膜。根据像这样的方法，即使是在内侧面(半透过反射面)相对于基板面成大倾斜(或者接近于垂直)的情况下，也与使用CVD的情况不同能够以均匀的厚度将氧化硅膜形成于该内侧面上。然后，通过以覆盖该氧化硅膜的形式形成氮化硅膜，从而就能够完好地将半透过反射膜形成于内侧面上。
[0014]另外，本发明所涉及的光学部件的特征为:具备包含于板状构件、并由蚀刻形成侧面的硅区域、覆盖一个侧面的氧化硅膜、覆盖氧化硅膜的氮化硅膜，氧化硅膜通过热氧化形成于硅区域的凹部的内侧面而形成。根据该光学部件，能够提供一种在相对于板状构件的板面成大倾斜(或者接近于垂直)的作为半透过反射面的一个侧面上均匀地形成有氧化硅膜的光学部件。
[0015]发明效果
[0016]根据本发明所涉及的光学部件的制造方法以及光学部件，能够在相对于基板面成大倾斜(或者接近于垂直)的半透过反射面上均匀地形成氧化硅膜。
【专利附图】

【附图说明】
[0017]图1是表示第I板状构件的外观的立体图。
[0018]图2是表示沿着图1所表示的I1-1I线的截面的示意图。
[0019]图3是表示第2板状构件的外观的立体图。
[0020]图4是表示沿着图3所表示的IV-1V线的截面的示意图。
[0021]图5是表示相互接合第I板状构件和第2板状构件的状态的截面图。
[0022]图6是表示驱动可动反射镜的静电致动器外观的立体图。
[0023]图7是为了说明由光透过性光学部件以及光反射性光学部件构成的迈克尔逊干涉仪的光学系统的平面图。
[0024]图8是表示第I板状构件的制造方法中的掩模形成工序的示意图。
[0025]图9是表示第I板状构件的制造方法中的掩模形成工序的示意图。
[0026]图10是表示第I板状构件的制造方法中的第I蚀刻工序的示意图。
[0027]图11是表示第I板状构件的制造方法中的热氧化工序的示意图。
[0028]图12是表示第I板状构件的制造方法中的热氧化工序中的除去氮化膜的示意图。
[0029]图13是表示第I板状构件的制造方法中的第2蚀刻工序的示意图。
[0030]图14是表示第I板状构件的制造方法中的第3蚀刻工序的示意图。
[0031]图15是表示第I板状构件的制造方法中的氮化膜形成工序的示意图。
[0032]图16是示意性地表示相互贴合第I板状构件和第2板状构件的样子的立体图。
[0033]图17是表示以对准标记一致的形式对第I以及第2板状构件实施定位的情况的示意图。
[0034]图18是示意性地表示作为光透过性光学部件的一个例子并且被用于干涉光学系统的光束分离器(beam splitter)的平面图。
[0035]图19是表示具有用于补偿波长分散的光学构件的干涉光学系统的构成例的平面图。
[0036]图20是在被形成于光透过面的氮化硅膜的厚度为0.179 μ m的情况下的表示光透过面的光透过特性的图表。
[0037]图21是在形成于半透过反射面的氧化硅膜的厚度为0.24 μ m并且被形成于其上的氮化硅膜的厚度为0.179 μ m的情况下的表示半透过反射面的光反射特性的图表。
[0038]图22是表示作为一个变形例具备2个光透过性光学部件的干涉光学系统的平面图。
[0039]图23是在氮化硅膜的厚度与实施方式相同的情况下的表示光透过面的光透过特性的图表。
[0040]图24是在氧化硅膜以及氮化硅膜的厚度与实施方式相同的情况下的表示半透过反射面的光反射特性的图表。
[0041]图25是作为第2变形例表示干涉光学系统的构成的平面图。
[0042]图26是表示第3变形例所涉及的光透过性光学部件的构成的示意图。
[0043]图27是表示使氧化硅膜的厚度变化的时候的半透过反射膜的反射率变化的图表。
[0044]图28是表示将第3变形例所涉及的光透过性光学部件应用于距离测量用探头的例子的示意图。
[0045]图29是为了说明有关第4变形例所涉及的制造方法的示意图。
【具体实施方式】
[0046]以下是参照附图并就本发明所涉及光学部件的制造方法以及光学部件的实施方式进行详细的说明。还有，在附图的说明过程中将相同的符号标注于相同的要素并省略重复的说明。
[0047]首先，就具有由本发明的一个实施方式所涉及的制造方法进行制作的光学部件的第I板状构件作如下说明。之后，就与该第I板状构件分开进行制作的第2板状构件作如下说明。还有，第I以及第2板状构件通过彼此粘合在一起从而构成一个内置了迈克尔逊干涉仪的光学系统的光模块。
[0048]图1以及图2是表示第I板状构件10的示意图。图1是表示第I板状构件10外观的立体图，图2是表示沿着图1所表示的I1-1I线的截面的示意图。第I板状构件10是通过蚀刻硅基板来进行制作的构件，主要是由硅构成。第I板状构件10具有部件形成面10a、与部件形成面IOa相反侧的背面10b。
[0049]如图1所示，在第I板状构件10的部件形成面IOa侧形成有光透过性光学部件
12。光透过性光学部件12是一种通过蚀刻构成硅基板的硅区域11来进行形成的光学部件，能够透过规定波长的光。本实施方式的光透过性光学部件12具有所谓大致V字状的平面形状，并且具有起到光学性作用的4个侧面12a?12d。侧面12a为半透过反射面(半反光镜)，相对于使用范围的光例如具有30%?50%的反射率。该半透过反射面在迈克尔逊干涉仪的光学系统中是作为光束分离器(beam splitter)行使其功能的。侧面12a?12d为光透过面，相对于使用波长范围的光例如具有90%?99%的透过率。
[0050]如图2所示，光透过性光学部件12的侧面12a被由在硅区域11的侧面上形成的氧化硅膜14和在该氧化硅膜14上形成的氮化硅膜16构成的半透过反射膜13覆盖。侧面12a上的波长-反射特性对应于氧化硅膜14以及氮化硅膜16各自的厚度而发生变化。另夕卜，光透过性光学部件12的侧面12b?12d被由在硅区域11的侧面上形成的氮化硅膜16构成的反射防止膜(AR膜)覆盖。侧面12b?12d上的波长-反射特性对应于氮化硅膜16的厚度而发生变化。还有，氧化硅膜14从光透过性光学部件12的侧面12a遍布到光透过性光学部件12周边的硅区域11上而形成，并且如后述那样，使硅区域11热氧化来形成。另夕卜，氮化硅膜16是遍布于包括氧化硅膜14上以及光透过性光学部件12侧面12b?12d上的硅区域11上的整个面来进行形成的。在光透过性光学部件12的上表面与氮化硅膜16之间存在有氧化硅膜18。氧化硅膜18是在蚀刻硅区域11并形成光透过性光学部件12的时候被使用的蚀刻掩模。
[0051]第I板状构件10的周缘部IOc相对于部件形成面IOa稍稍向厚度方向突出，并围绕着光透过性光学部件12。在周缘部IOc上形成有为了与后文所述的第2板状构件相位置匹配的多个(在本实施方式中为2个)对准标记17。在一个实施例中，一个对准标记17被形成于第I板状构件10的一边上的周缘部10c，另一个对准标记17被形成于第I板状构件10的另一边(优选为与所述一边相对的边)上的周缘部10c。这两个对准标记17例如具有十字状等的任意平面形状，在本实施方式中由被形成于周缘部IOc的沟槽构成。
[0052]图3以及图4是表示第2板状构件20的示意图。图3是表示第2板状构件20外观的立体图，图4是表示沿着图3所表示的IV-1V线的截面的示意图。还有,在图3中由点划线来表示在第I板状构件10与第2板状构件20被接合的状态下的光透过性光学部件12的位置以及范围。
[0053]第2板状构件20是通过对在支撑基板28上层叠了绝缘层29以及硅层25的所谓绝缘体上娃薄膜(SOI:silicon on insulator)基板的娃层25实施蚀刻来进行制作的构件。第2板状构件20具有支撑基板28露出的主面20a、与主面20a相反侧的背面20b。如图3所示，在第2板状构件20的主面20a侧形成有入射镜21、固定反射镜22、可动反射镜23以及出射镜24。这些镜子21?24是金属膜26被成膜于通过蚀刻SOI基板的硅层25来形成的面上的光学部件，对到达这些镜面上的光作全反射。还有，在本实施方式中，根据蒸镀金属膜26的时候的情况还在主面20a上形成金属膜26。入射镜21以及出射镜24的各个镜面相对于主面20a的法线方向倾斜例如45°等的角度。另外，固定反射镜22以及可动反射镜23的各个镜面沿着主面20a的法线方向相对于主面20a被大致垂直形成。入射镜21朝着光透过性光学部件12的半透过反射面即侧面12a反射从主面20a的法线方向透过第I板状构件10进行入射的光。固定反射镜22将从光透过性光学部件12的光透过面即侧面12c出射的光向该侧面12c反射。可动反射镜23将从光透过性光学部件12的光透过面即侧面12d出射的光向该侧面12d反射。还有，可动反射镜23能够由后文所述的静电致动器而在沿着入射光的光轴的方向上进行平行移动。出射镜24在主面20a的法线方向上反射从光透过性光学部件12的光透过面即侧面12d出射的光(干涉光)。该干涉光透过第I板状构件10向光模块的外部出射。
[0054]第2板状构件20的周缘部20c相对于主面20a在厚度方向上突出并围绕着光反射性光学部件即镜子21?24。在周缘部20c上，用于与所述第I板状构件10进行定位的多个(在本实施方式中为2个)对准标记27被形成于对应于第I板状构件10的对准标记17的位置。在一个实施例中，在第2板状构件20的一边的周缘部20c上形成有一个对准标记27，在第2板状构件20的另一边(优选为与所述一边相对的边)的周缘部20c上形成有另一个对准标记27。这两个对准标记27具有与第I板状构件10的对准标记17相同的平面形状，例如是由被形成于周缘部20c的沟槽所构成。
[0055]图5是表示相互接合第I板状构件10和第2板状构件20的状态的截面图。如图5所示，这些板状构件10，20是以第I板状构件10的形成有光透过性光学部件12的部件形成面IOa与第2板状构件20的主面20a进行相对的形式被相互接合的。此时，光透过性光学部件12是被配置于固定反射镜22与出射镜24之间，并且是被配置于图3所表示的入射镜21与可动反射镜23之间。另外，此时，在被形成于光透过性光学部件12的上表面的氮化娃膜19与被形成于第2板状构件20的主面20a上的金属膜26之间优选存在有间隙。
[0056]在此，图6是表示驱动可动反射镜23的静电致动器30外观的立体图。如图6所示，静电致动器30具有被固定于第2板状构件20的主面20a的第I电极31、被固定于可动反射镜23的第2电极32。静电致动器30是一种通过使第I电极31与第2电极32之间发生静电力从而相对于第I电极31使第2电极32作相对位移的静电致动器。
[0057]第I电极31具有通过绝缘层29 (参照图4)被固定于支撑基板28的固定部31a、被形成于与第2电极相对的固定部31a侧面的梳齿部31b。还有，梳齿部31b通过除去该部分与支撑基板28之间的绝缘层29，从而相对于支撑基板成为浮起的状态。
[0058]第2电极32是被配置于可动反射镜23与第I电极31之间。第2电极32具备:支柱32a，在垂直于可动反射镜23镜面的方向上进行延伸设置并在其一端支撑可动反射镜23 ;梳齿部32b，支撑支柱32a的另一端；支撑部32c，具有连结板弹簧的构造并弹性地支撑梳齿部32b的两端。支柱32a、梳齿部32b以及支撑部32c通过除去与支撑基板28之间的绝缘层29，从而相对于支撑基板28成为浮起状态。另外，支撑部32c的一端支撑梳齿部32b的端部，支撑部32c的另一端被固定于第2板状构件20的周缘部20c (参照图3)。根据该结构，支柱32a以及梳齿部32b变得能够在垂直于可动反射镜23镜面的方向上进行位移。梳齿部32b与第I电极31的梳齿部31b相对，梳齿部32b的梳齿被配置于梳齿部31b的各个梳齿之间。
[0059]如果将规定电压施加于第2电极32，则静电力在梳齿部32b与梳齿部31b之间产生作用。该静电力因为是由被施加于第2电极32的电压值所决定，所以梳齿部32b与梳齿部31b之间的间隔受控于该电压值。即，垂直于由梳齿部32b以及支柱32a进行支撑的可动反射镜23镜面的方向上的位置受控于被施加于第2电极32的电压。
[0060]图7是用于说明由上述光透过性光学部件12以及光反射性光学部件(入射镜21、固定反射镜22、可动反射镜23以及出射镜24)进行构成的迈克尔逊干涉仪的光学系统的平面图。如果从光模块的外部透过第I板状构件10而入射被测定光L1,则入射镜21在沿着部件形成面IOa以及主面20a的方向上反射被测定光U。被测定光L1到达光透过性光学部件12的侧面12a (半透过反射面)。被测定光L1中的一部分的被测定光L2在侧面12a上进行反射并入射到光透过面即侧面12b，然后透过光透过性光学部件12的内部从光透过面即侧面12c出射。从侧面12c出射的被测定光L2在固定反射镜22上进行全反射，之后沿与以上所述相同的光路行进并返回到侧面12a。
[0061]另外，被测定光L1中 除去被测定光1^2的剩余的被测定光L3从侧面12a入射到光透过性光学部件12。该被测定光L3透过光透过性光学部件12的内部从光透过面即侧面12d出射并到达可动反射镜23。于是，该被测定光L3在可动反射镜23上进行全反射，然后沿与以上所述相同的光路行进并返回到侧面12a。
[0062]从固定反射镜22返回到侧面12a的被测定光L2和从可动反射镜23返回到侧面12a的被测定光L3在侧面12a上进行互相合波并成为干涉光图像L4。干涉光图像L4透过光透过性光学部件12的内部从侧面12d出射并到达出射镜24。干涉光图像L4在出射镜24上进行反射并透过第I板状构件10向光模块的外部出射。
[0063]在一个实施例中，相对于侧面12a的被测定光L1的入射角以及相对于侧面12b的被测定光L2的入射角都被设定为45°。另外，光透过性光学部件12的侧面12a和侧面12d被设定为相互平行，并且侧面12b和侧面12c被设定为相互平行。在此情况下，在所有侧面12a~12d上入射角以及出射角都成为45°，反射防止膜如果是相同厚度，则能够获得相同的透过特性。
[0064]还有，通过以被测定光L2以及L3各自的在光透过性光学部件12内的光程成为彼此相等的形式设计光透过性光学部件12的形状，从而就能够有效地消除由于在硅内部的波长分散而产生的影响。另外，为了做到让在干涉光学系统整体中的被测定光L2以及1^各自的光程相等，而优选在侧面12a与侧面12b之间的被测定光L2的光程以及在侧面12c与固定反射镜22之间的被测定光L2的光程之和，与在侧面12d与可动反射镜23之间的被测定光L3的光程相互相等。
[0065]接着，就本实施方式所涉及的光模块的制造方法作如下说明。图8~图15是表示第I板状构件10的制造方法中的各个工序的示意图，(a)是相当于光透过性光学部件12的区域的平面图，(b)是表示沿着(a)所表示B-B线的截面的示意图。
[0066]〈掩模形成工序〉
[0067]首先，如图8所示准备包含硅区域11的板状构件。作为像这样的板状构件优选为硅基板、和绝缘层以及硅层被层叠于支撑基板上的SOI基板等。然后，在硅区域11形成氧化娃膜18。该氧化娃膜18为本实施方式中的第I掩模，具有对应于具有侧面12a~12d的光透过性光学部件12平面形状的图形即沿着侧面12a~12d的图形。像这样的氧化硅膜18考虑到在后文所述的热氧化工序中被暴露于高温环境下，所以例如在由热氧化或热CVD将氧化硅膜形成于硅区域11上的整个面之后优选使用通常的光刻技术来进行形成。
[0068]接着，如图9所示以覆盖硅区域11上的整个面的形式形成氮化硅膜41 (第2掩模)。氮化硅膜41考虑到在后文所述的热氧化工序中被暴露于高温环境下，所以优选例如由高温处理的低压化学气相沉积法(LP-CVD:Low Pressure-Chemical Vapor Deposition)来进行形成。此时，氧化硅膜18也被氮化硅膜41覆盖。然后，如图10所示将具有开口 42a的抗蚀掩膜42 (第3掩模)形成于氮化硅膜41的上面。开口 42a具有与在后面的工序中被形成的硅区域11的凹部的平面形状对应的形状，并且是以从硅区域11的厚度方向来看不与氧化硅膜18相重叠的形式邻接于氧化硅膜18进行形成的。开口 42a的平面形状例如是四边形状，其一边重叠于氧化硅膜18的一边(对应于光透过性光学部件12侧面12a的边)18a。然后，将该抗蚀掩模42作为蚀刻掩模并加以使用，通过进行氮化硅膜41的蚀刻，从而将开口形成于氮化硅膜41。
[0069]〈第I蚀刻工序〉
[0070]接着，将抗蚀掩模42作为蚀刻掩模并加以使用，相对于硅区域11进行干式蚀刻。由此，在硅区域11形成凹部11a，同时作为凹部Ila的内侧面的一部分而形成光透过性光学部件12的侧面12a。还有，在作为包含硅区域11的板状构件而使用SOI基板的情况下，因为绝缘层是作为蚀刻停止层来行使其功能，所以能够更加高精度地控制蚀刻深度。另外，在该工序中，作为干式蚀刻的方法例如可以使用运用了波希法(Bosch process)的深挖RIE(反应性离子蚀刻)法等。在该工序之后，除去抗蚀掩模42。
[0071]在该第I蚀刻工序中，相对于硅区域11例如可以进行使用了碱性蚀刻剂的湿式蚀亥|J。即使是在像这样的情况下，根据使由蚀刻形成的凹部Ila的侧面与硅区域11的结晶面相一致等方法，也能够适宜形成沿着硅区域11的厚度方向的(相对于板面垂直的)凹部Ila的侧面。作为像这样的结晶面优选例如(100)面或(111)面。还有，就这样可以在由湿式蚀刻形成凹部Ila的情况下，在蚀刻之前除去抗蚀掩膜42，将氮化硅膜41作为蚀刻掩膜来加以使用。
[0072]〈热氧化工序〉
[0073]接着，如图11所示通过使凹部Ila的内面(内侧面以及底面)热氧化从而形成氧化硅膜14。此时，除了凹部Ila的内面之外的硅区域11的表面因为被氮化硅膜41覆盖，所以只有凹部Ila的内面被热氧化。另外，在本工序中，可以将由热氧化形成的氧化硅膜14的膜厚控制在完成后的光模块中的氧化硅膜14的膜厚的2倍左右(例如0.48 μ m)。在该工序之后，例如使用被加热到150°C?170°C的热磷酸液来除去氮化硅膜41 (参照图12)。通过使用热磷酸液从而能够让氧化硅膜14以及18留下而只适宜除去氮化硅膜41。
[0074]〈第2蚀刻工序〉
[0075]接着，如图13所示将氧化硅膜18作为蚀刻掩模来进行使用，通过对硅区域11实施再蚀刻从而将与侧面12a不同的侧面12b?12d形成于硅区域11。由此，形成了光透过性光学部件12。还有,作为在本工序中的蚀刻方法,干式蚀刻以及碱性湿式蚀刻的任一个都可以。
[0076]〈不要部分除去工序〉
[0077]接着，为了除去氧化硅膜14中的不要的部分14a (参照图13)而进行例如使用了稀氟酸的蚀刻。此时，氧化硅膜14当中不沿着硅区域11的部分14a因为从内外面双方被稀氟酸蚀刻，所以以与沿着硅区域11的其它部分相比较大约2倍的速度被蚀刻。因此，在该部分14a被完全除去的时刻，其它部分(特别是侧面12a上的部分)只有膜厚的一半程度被蚀亥IJ。由像这样的工序如图14所示氧化硅膜14的不要部分14a被除去，因而变成了氧化硅膜14的其它部分被留了下来。在刚刚由热氧化形成之后的氧化硅膜14的厚度为0.48μπι的情况下，本工序后的氧化硅膜14的厚度为0.24 μ m。因为半透过反射膜13的反射率根据该厚度而发生变化，所以最好是考虑了本工序中的氧化硅膜14的减厚部分的前提下实施上述热氧化工序。
[0078]还有，在以上所述工序中由蚀刻除去氧化硅膜14的不要部分14a，但是也可以根据该部分14a厚度通过由湿式处理的时候的液压折断该部分14a来进行除去。
[0079]〈氮化膜形成工序〉
[0080]接着，如图15所示将氮化硅膜16形成于硅区域11上的整个面。在该工序中是以至少覆盖侧面12a上的氧化硅膜14以及其它侧面12b?12d的形式形成氮化硅膜16。由此，作为反射防止膜的氮化硅膜16被形成于侧面12b?12d，同时构成半透过反射膜13的一部分的氮化硅膜16被形成于氧化硅膜14上。还有，在该工序中为了均匀地将氮化硅膜16形成于氧化硅膜14上以及侧面12b?12d上而优选使用高温处理的低压化学气相沉积法(LP-CVD)来形成氮化硅膜16。
[0081]根据以上所说明的方法能够很好地制作出第I板状构件10。另外，第2板状构件20中除了静电致动器30之外的部分例如是以以下所述的形式进行制作的。首先，准备SOI基板。在该SOI基板的硅层表面上形成氧化硅膜。接着，通过蚀刻该氧化硅膜从而形成对应于入射镜21的倾斜的镜面的开口、及对应于出射镜24的倾斜的镜面的开口。然后，遍布SOI基板的硅层上的整个区域形成氮化硅膜。通过蚀刻该氮化硅膜从而形成分别对应于入射镜21、固定反射镜22、可动反射镜23以及出射镜24的开口。
[0082]接着，经由氮化硅膜以及氧化硅膜相对于硅层实施干式蚀刻。此时，直至SOI基板的绝缘层露出为止蚀刻硅层。由此，在硅层上形成入射镜21、固定反射镜22、可动反射镜23以及出射镜24。于是，在由氧化硅膜保护了硅层的露出的侧面之后除去氮化硅膜。此时，例如使用热磷酸等一边使氧化硅膜留下一边选择性地蚀刻氮化硅膜。由此，对应于入射镜21以及出射镜24的倾斜的镜面的氧化硅膜的开口被再一次显现，并成为该部分的硅层露出的状态。之后，相对于露出的硅层实施湿式蚀刻。此时，例如由碱性蚀刻来对硅层的露出部分实施各向异性蚀刻。由此，入射镜21以及出射镜24的倾斜的镜面被形成于硅层。
[0083]接着，除去氧化娃I吴并将金属I吴26形成于入射镜21、固定反射镜22、可动反射镜23以及出射镜24的各个镜面上。首先，以覆盖SOI基板的部件形成面的形式配置罩盖掩膜(shadow mask)。在该罩盖掩膜上形成有一个大开口，其包含入射镜21、固定反射镜22、可动反射镜23以及出射镜24的各个中的成为镜面的部分。于是，经由这个罩盖掩膜来物理蒸镀金属材料，从而将金属膜26形成于上述各个镜面上。此时，作为金属膜26的形成方法除了高能量的溅射方式之外优选电阻加热蒸镀或EB蒸镀。就这样第2板状构件很好地被制作出。
[0084]图16是示意性地表示相互贴合第I板状构件10和第2板状构件20的样子的立体图。在该工序中，以部件形成面IOa与主面20a进行相对的形式并且以第I板状构件10的光透过性光学部件12与第2板状构件20的入射镜21、固定反射镜22、可动反射镜23以及出射镜24成为如图7所表示的位置关系的形式相互贴合第I以及第2板状构件10，20。此时，可以分别在第I板状构件10的周缘部IOc以及第2板状构件20的周缘部20c形成对准标记17，27，并在以如图17所示这两对对准标记成吻合一致的形式对第I以及第2板状构件10，20实施定位之后，相互接合周缘部10c，20c。另外，作为第I以及第2板状构件10，20的接合方法优选为直接接合的方法、通过焊锡进行接合的方法或者通过树脂进行接合的方法等。
[0085]关于以上所说明的由本实施方式所涉及的光学部件的制造方法所取得的效果将与使用了 MEMS技术的一般的光学部件所存有的技术问题一起作如下说明。
[0086]根据MEMS技术，能够使用半导体光刻技术的细微而且高精度的加工，并且能够很好地制作出将光作为波那样的构成光干涉仪和衍射光栅等的光学部件。特别是在使用了硅基板或SOI基板的MEMS加工中，因为硅具有适度的弹性，所以能够制作出机械特性好且可靠性高的传感器或致动器(actuator)，另外，利用了硅结晶的各向异性的斜面的形成或使用了波希法(Bosch process)等的深沟(deep trench)的形成是可能的。为此，MEMS技术是为了制造加速度传感器、压力传感器、投影仪的像素镜(数字微镜装置Digital MirrorDevice)、为了 FTIR (Fourier Transform Infrared Spectrometer)分光器的光干涉仪等而被利用的。特别是对于光干涉仪来说能够在广阔领域被应用，不仅仅是FTIR而且能够应用于0CT(0ptical Coherent Tomography)、膜厚测定、表面粗糙度测定等,并且能够小型地构成这些测量仪。然而，在对硅基板等进行MEMS加工来制作各种各样的光学部件的情况下存在着以下所说明的那样的技术问题。
[0087]图18是示意性地表示作为光学部件的一个例子被用于干涉光学系统等的光束分离器(beam splitter) 100的平面图。该光束分离器100具有半透过反射面101、光反射面103以及光透过面104。在此，例如在波长I μ m频带的硅的折射率因为大约为3.5，所以在硅表面上的菲涅尔反射的反射率成为大约30%。即，到达半透过反射面101的光Lal的30%在半透过反射面101上反射。还有，这个反射了的光La2被没有图示的可动反射镜反射并返回到半透过反射面101，在这当中的70%通过半透过反射面101到达光透过面104。另外，光Lal当中留下的70% (La3)从半透过反射面101入射到光束分离器100，在由光反射面103进行反射之后返回到半透过反射面101。返回到半透过反射面101的光La3的30%在半透过反射面101上作再一次反射并到达光透过面104。于是到达光透过面104的光La2以及La3的各70%从光透过面104向光束分离器100的外部出射。
[0088]然而，图18所表示的光束分离器100的半透过反射面101上的反射率(30%)作为光干涉仪不是一个理想的值。关于光干涉仪，最终被取出的干涉光的振幅A如果将半透过反射面101上的反射率设定为r，则由以下所述的数学式(I)进行表示。
[0089][数I]
[0090]A=2r (1-r) (I)
[0091]根据该数学式(I)在r为0.5 (即反射率50%)的时候振幅A成为最大值(0.5)。相对于此，在r为0.3 (即反射率30%)的时候A成为0.41，并且光利用效率减小20%左右。再有，因为在光La2以及La3从光束分离器100出射的时候也会发生30%的损失，所以最终的光利用效率变小到41%X70%=28.7%。还有，在该计算中是将光反射面103上的反射率作为100%，但是在不能够对光反射面103实施金属膜制膜的情况下光利用效率变得更低。
[0092]像这样的光利用效率的降低，由于相对于硅的波长分散的补偿而变得更加显著。透过由硅构成的光透过性光学部件内部的光的光程，根据其光的波长而有所不同。例如，在透过光透过性光学部件的光的波长为Ιμπι~1.7μπι范围内的情况下，由硅构成的光透过性光学部件的折射率在3.5±0.04左右的范围内对应于波长发生变化。在此，以图18所表示的光束分离器100为例子来进行说明。如果假定光Lal~La3的波束宽为150μπι，则为了光La2以及La3不被光反射面103遮挡并且向光透过面104行进，而成为有必要半透过反射面101与光反射面103之间的光程至少为360 μ m左右。于是,光La2因为往复于该光路,所以其间的光La2的传播距离成为720 μ m左右。最后，在上述波长范围720μπιΧ ±0.04=±29μπι即对于光La2的每个波长的等效光程产生最大58 μ m的偏差，因而会使干涉光图像劣化。还有，如果使用复数傅立叶变换(complex Fourier transform),则能够计算出相位的偏差(与光程的偏差相等价)，但是因为切趾校正(Apodizing correction)等的必要性增加并且关系到分辨率劣化，所以不被优选。
[0093]根据这样的理由设置为了补偿波长分散的光学构件。图19是表示具有为了补偿波长分散的光学构件的干涉光学系统的构成例的平面图。如图19所示，该干涉光学系统120、光束分离器(beam splitter) 121、固定反射镜122、被设置于固定反射镜122之前的硅制的波长分散补偿构件123、可动反射镜124。光束分离器121的一个侧面121a是作为光分支面被利用，其他的侧面121b是作为光透过面被利用。如果光Lb1入射到该光束分离器121的侧面121a，则该光Lb1的一部分(30%)即Lb2在侧面121a上反射，并通过波长分散补偿构件123的侧面123a到达固定反射镜122。该光Lb2在固定反射镜122上反射并且再一次通过波长分散补偿构件123的侧面123a返回到侧面121a。另外，光Lb1的另一部分(70%)即Lb3透过侧面121a并从侧面121b出射从而到达可动反射镜124。该光Lb3在可动反射镜124上反射并再一次通过侧面121b返回到侧面121a。返回到侧面121a的光Lb2以及Lb3从侧面121b向外部出射。
[0094]根据图19所示的干涉光学系统120，则通过使光Lb2的光程与光Lb3的光程相等从而能够补偿上述波长分散。然而，如果就这样设置为了波长分散补偿的光学构件(波长分散补偿构件123)，则因为光所通过的光透过面的数量将有所增加，并且每次通过各个光透过面将发生损失，所以光利用效率会更低。例如，在图19所表示的干涉光学系统120中光利用效率成为以下所述数学式(2 )。[0095][数2]
[0096]
2 XV30% X 70% X 70% χ 70% χ 70% x ^70% χ 70% χ 70% χ 30% χ 70% = 14.4%.? ,⑵
[0097]以上所述那样的技术问题可以通过将反射防止膜(AR coat)设置于光透过面并且将半透过反射膜设置于光分支面来得到减轻。例如，在将反射率为5%的反射防止膜形成于图19所表示的干涉光学系统120的侧面121b以及123a并且将反射率为50%的半透过反射膜形成于侧面121a的情况下，光利用效率就如以下所述数学式(3)所表示的那样被大幅度改善。
[0098][数3]
[0099]
2χλ/95%χ50%X95%X95%X50%X95%χλ/95%χ50%x95%χ95%x50%x95% = 41%.? (3)
[0100]反射防止膜例如是通过使用CVD等将氮化硅膜形成于光透过面来进行制作。另外，半透过反射膜例如是通过使用CVD等将氧化硅膜和氮化硅膜层叠于光分支面上来进行制作。然而，在由MEMS技术来制作像这样的干涉光学系统的情况下，成为将反射防止膜或半透过反射膜形成于蚀刻硅基板或SOI基板形成的侧面上的情况。在侧面相对于基板面成大倾斜的情况下或在接近于垂直的情况下，相对于该侧面由CVD等均匀地形成氧化硅膜是困难的。
[0101]相对于以上所述的技术问题，在本实施方式所涉及的光学部件的制造方法中，在将具有成为半透过反射面12a的内侧面的凹部Ila形成于硅区域11之后，使该内侧面热氧化从而形成氧化硅膜14。根据像这样的方法，即使是内侧面(半透过反射面12a)相对于基板面成大倾斜(或者接近于垂直)的情况下，也与使用CVD的情况不同能够以均匀的厚度将氧化硅膜14形成于该内侧面上。然后，以覆盖该氧化硅膜14的形式形成氮化硅膜16，从而就能够很好地将半透过反射膜13形成于内侧面上。另外，在本实施方式所涉及的光学部件的制造方法中，能够很好地将作为反射防止膜的氮化硅膜16形成于光透过性光学部件12的侧面12b~12d的各个。[0102]在此，就通过设置半透过反射膜13以及反射防止膜(氮化硅膜16)而起到的效果作如下更为详细的说明。图20是在被形成于侧面12b~12d的氮化硅膜16(折射率为1.9)的厚度为0.179 μ m的情况下的表示各个侧面12b~12d的光透过特性的图表。还有，在图20中横轴是表示波长(单位μ m)，纵轴是表示透过率(％)。另外，在图中曲线Gll是表示相对于P偏振光的光透过特性，曲线G12是表不相对于S偏振光的光透过特性，曲线G13是表不相对于均等地包含有P偏振光和S偏振光的光的光透过特性。[0103]另外，图21是在被形成于侧面12a的氧化硅膜14(折射率1.5)的厚度为0.24 μ m并且被形成于其上的氮化硅膜16 (折射率1.9)的厚度为0.179 μ m的情况下的表示侧面12a的光反射特性的图表。还有，在图21中横轴是表示波长(单位ym)，纵轴是表示反射率(%)。另外，在图中曲线G21是表示相对于P偏振光的光反射特性，曲线G22是表示相对于S偏振光的光反射特性，曲线G23是表不相对于均等地包含有P偏振光和S偏振光的光的光反射特性。
[0104]还有，在本实施方式中因为相对于各个侧面12b~12d的入射角为较大的45°，所以如图20以及图21所示光透过面(侧面12b~12d)上的透过率或半透过反射面(侧面12a)上的反射率依存于被测定光的偏振光的朝向。还有，在分光器等上被测定光不相干的情况下，因为考虑到P偏振光和S偏振光混合在一起，所以认为图20的曲线G13所表示的光透过特性以及图21的曲线G23所表示的光反射特性最接近于本来的特性。
[0105]现在为了作比较而考虑在光透过性光学部件12的侧面12a~12d上不形成半透过反射膜13或反射防止膜(氮化硅膜16)的情况。在此情况下，侧面12a的反射率成为30%，侧面12b~12d的透过率成为70%。因此，从光学干涉系统输出的干涉光L4的振幅成为如以下所述数学式(4)，即成为极其低的值。
[0106][数4]
[0107]
【权利要求】
1.一种光学部件的制造方法，其特征在于: 包含: 第1蚀刻工序，对包含硅区域的板状构件的所述硅区域实施蚀刻并形成凹部； 热氧化工序，使所述凹部的内侧面热氧化并形成氧化硅膜； 氮化膜形成工序，形成覆盖所述氧化硅膜的氮化硅膜。
2.如权利要求1所述的光学部件的制造方法，其特征在于: 在所述热氧化工序与所述氮化膜形成工序之间，进一步包含除去所述氧化硅膜的不要部分的不要部分除去工序。
3.如权利要求2所述的光学部件的制造方法，其特征在于: 在所述第1蚀刻工序之前，进一步包含掩膜形成工序，其将具有沿着所述内侧面的一部分的图形的第1掩膜形成于所述硅区域上，并进一步依次将具有对应于所述凹部的平面形状的开口的第2以及第3掩膜形成于所述硅区域上以及所述第I掩膜上， 在所述第I蚀刻工序中，在用所述第3掩膜来相对于所述硅区域进行干式蚀刻之后，除去所述第3掩膜， 在所述热氧化工序中，在用所述第2掩膜来使所述凹部的所述内侧面热氧化之后，除去所述第2掩膜， 在所述热氧化工序之后且在所述不要部分除去工序之前，用所述第1掩膜来蚀刻所述硅区域。
4.如权利要求2所述的光学部件的制造方法，其特征在于: 在所述第I蚀刻工序之前，进一步包含掩膜形成工序，其将具有沿着所述内侧面一部分的图形的第I掩膜形成于所述硅区域上，并进一步依次将具有对应于所述凹部的平面形状的开口的第2掩膜形成于所述硅区域上以及所述第I掩膜上， 在所述第I蚀刻工序中，用所述第2掩膜来相对于所述硅区域进行湿式蚀刻， 在所述热氧化工序中，在用所述第2掩膜来使所述凹部的所述内侧面热氧化之后，除去所述第2掩膜， 在所述热氧化工序之后且在所述不要部分除去工序之前，用所述第I掩膜来蚀刻所述硅区域。
5.如权利要求1~4中任意一项所述的光学部件的制造方法,其特征在于: 在所述氮化膜形成工序中，使用低压化学气相沉积法来形成所述氮化硅膜。
6.如权利要求1~5中任意一项所述的光学部件的制造方法,其特征在于: 在所述第I蚀刻工序中，沿着所述板状构件的厚度方向形成所述凹部的所述内侧面。
7.如权利要求1~5中任意一项所述的光学部件的制造方法,其特征在于: 在所述第I蚀刻工序中，通过相对于所述硅区域进行湿式蚀刻，从而沿着相对于所述板状构件的厚度方向倾斜的方向形成所述凹部的所述内侧面。
8.一种光学部件，其特征在于: 具备: 包含于板状构件、并由蚀刻形成一个侧面的硅区域； 覆盖所述一个侧面的氧化硅膜； 覆盖所述氧化硅膜的氮化硅膜；所述氧化硅膜通 过对形成于所述硅区域的凹部的内侧面热氧化而形成。
【文档编号】G02B26/02GK103582830SQ201280023954
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年4月4日 优先权日:2011年5月16日
【发明者】藁科祯久, 铃木智史, 笠森浩平 申请人:浜松光子学株式会社