CN100380166C - 光调制器及光调制器的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种不用对牺牲层进行底部蚀刻而可以简便地精度优良地形成光学间隙的光调制器。光调制器(1)具备：设有底部成为可动部(109)的第一凹部(103)并在可动部(109)上形成有可动反射膜(105)的第一基板(100)、和在与第一凹部(103)相面对的位置上设有直径小于第一凹部(103)的直径的第二凹部(203)并在第二凹部(203)的底部形成有固定反射膜(207)的第二基板(200)，第一凹部(103)的深度决定可动反射膜(105)的可动范围，由可动反射膜(105)和固定反射膜(207)的间隔决定光学间隙(X)，可动反射膜(105)位于可动部(109)的与第二凹部(203)相对的面上。
Description
技术领域
本发明涉及一种对透过的光进行调制的技术，具体来说，涉及利用了干涉性光调制的光调制器及其制造方法。
背景技术
光调制器是使光学系统的光的透过率、折射率、反射率、偏转度、干涉性等光学参数根据调制信号变化而在通过光中产生所需的光强度或颜色等的装置。例如，利用了光的干涉的光调制器中，使用因调制信号而使位置发生微小变化的可动反射膜，将光路径不同的光波重叠，利用两波的干涉而使光的强度或颜色变化。此种干涉型的光调制器中，需要使可动反射膜的位置正确地变化的机构。
例如，特开平2002-174721号公报(专利文献1)中所述的光调制器在基板(固定反射膜)和可动反射膜之间设置了牺牲层后，通过将该牺牲层用底部蚀刻(underetching)除去，形成光学间隙。
另外，美国专利第6341039号说明书(专利文献2)中所述的光调制器使用将硅晶片的一方的面氧化、并在形成了氧化层的面上又贴附了硅晶片的基板，将该氧化层作为牺牲层进行底部蚀刻，形成光学间隙。
专利文献1：特开平2002-174721号公报
专利文献2：美国专利第6341039号说明书
但是，专利文献1中所述的方法中，由于因牺牲层的厚度而确定光学间隙的初期间隔，因此会有因牺牲层的形成条件而在该初期间隔中产生不均的情况。这样，作用于在固定反射膜侧形成的驱动电极(固定电极)和可动反射膜之间的静电力也会产生变动，从而难以实现驱动的稳定化。另外，该方法由于反复进行成膜和牺牲层蚀刻，因此操作工序变得复杂。
另外，专利文献1及2中所述的光调制器两者都是通过将牺牲层利用底部蚀刻除去来形成光学间隙。在对牺牲层进行底部蚀刻，分离出形成可动反射膜的可动部时，就需要在可动部中形成用于将蚀刻液导入牺牲层的释放孔(release hole)。由此，用于驱动可动部的静电力所作用的面积就会减少，驱动电压就会增加。另外，在缩小了光学间隙的情况下，在将可动部分离时就会有在可动反射膜和固定反射膜之间因蚀刻液的表面张力而产生粘结(贴附现象)的情况。
所以，为了解决所述的问题，要求有不需要对牺牲层进行底部蚀刻的构造。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种不用对牺牲层进行底部蚀刻，能够简便地精度良好地形成光学间隙的光调制器。
本发明为了解决所述问题，提供如下的光调制器，即，具备：设有底部成为可动部的第一凹部并在所述可动部上形成了可动反射膜的第一基板、在与所述第一凹部相面对的位置上设有与所述第一凹部的直径相比具有更小的直径的第二凹部并在该第二凹部的底部形成了固定反射膜的第二基板，所述第一凹部的深度决定可动反射膜的可动范围，由所述可动反射膜和所述固定反射膜的间隔决定光学间隙，并且，所述可动反射膜位于所述可动部的与所述第二凹部相对的面上。
本发明的光调制器由于利用具有第一凹部的第一基板和具有第二凹部的第二基板形成决定射出的光的波长的光学间隙，因此就不需要对牺牲层进行底部蚀刻。由此，就不需要用于将蚀刻液导入牺牲层的释放孔，不会减少使驱动可动反射膜的力作用的面积。另外，可以避免由在可动反射膜和固定反射膜之间产生的蚀刻液的表面张力造成的粘结(贴附现象)的问题等。另外，由于可以通过将形成了凹部的基板之间接合而制造，因此就可以简便地制造。另外，虽然在形成牺牲层并在其上形成了可动反射膜后除去牺牲层的以往的方法中，会因牺牲层的成膜条件而产生间隙不均，但是本发明中，由于不借助牺牲层，所形成的凹部的深度直接决定可动反射膜和固定反射膜的初期间隔，因此就可以精度良好地控制可动反射膜和固定反射膜的光学间隙的初期间隔。
例如，可以作为所述第一基板合适地使用硅基板，作为所述第二基板合适地使用玻璃基板。当作为第一基板使用硅基板，作为第二基板使用玻璃基板时，由于可以在第一凹部和第二凹部的形成中利用蚀刻，因此就可以精度良好地形成决定可动反射膜和固定反射膜的初期间隔的凹部。
另外，可以作为所述第一基板合适地使用在多个硅层之间具有绝缘层的叠层基板，作为所述第二基板合适地使用玻璃基板。由于当使用了在多个硅层之间具有绝缘层的叠层基板时，就可以将绝缘层作为蚀刻阻止层(stopper)利用，因此就可以更为容易地控制可动反射膜的可动范围及决定可动反射膜和固定反射膜的初期间隔的第一凹部的深度。
另外，也可以还具有对所述可动部施加向所述凹部的底部的力(biasing)的施力机构。作为此种施力机构，也可以是将可动部作为电极，在凹部的底部设有电极，利用了由两者产生的静电力的机构。另外，也可以是利用了电磁力方式的机构。
另外，最好所述可动部可以利用因向所述可动部和设于所述第二基板上的电极上施加电压而产生的静电力而被驱动。这样，就可以用简易的构造驱动可动部。
另外，设于所述第二基板上的电极最好在所述第二基板的所述第二凹部的周围，按照被包含于所述第一基板的与所述第一凹部对应的范围中的方式形成。这样，由于可以在使可动反射膜和固定反射膜的间隔(间隙)变宽的同时，缩短可动部和设于第二基板上的电极的距离，因此就可以降低用于驱动可动部的驱动电能。即，通过第一基板的第一凹部和第二基板的第二凹部的直径的大小不同，由第一凹部和第二凹部形成阶梯。由于如果利用该阶梯，在第二基板的第二凹部的周围形成产生驱动可动反射膜的力的静电电极等作用部，就可以在能够确保在光的调制中利用的区域较宽的同时，缩短作用部和可动反射膜的距离(例：静电间隙)，因此就可以降低驱动电能。
最好在所述可动部的与所述第二凹部相面对的面整体上形成有所述可动反射膜，该可动反射膜具有电绝缘性。本发明中，由于可以在第一凹部的成为可动部的底部形成了可动反射膜后，通过与第二基板接合而制造，形成间隙，因此就可以在可动部全面上形成可动反射膜。所以，就可以避免因可动部直接与形成于第二基板侧的电极接触而产生的短路、热粘接等问题。
所述第一基板也可以由构成底部的底部基板和与该底部基板接合的框体构成。这样，由于可以用框体的厚度来决定第一凹部的深度，因此就能够精度更高地控制决定可动反射膜的可动范围的第一凹部的深度。
本发明的其他的方式是如下的光调制器的制造方法，即，包括蚀刻第一基板的一方的面而形成决定可动反射膜的可动范围的第一凹部，再在所述第一凹部的底面上形成可动反射膜的第一工序、蚀刻第二基板的一方的面而形成与所述第一凹部的直径相比具有更小的直径的第二凹部，再在所述第二基板的第二凹部的周围，在与所述第一凹部相面对的位置上形成电极，在所述第二凹部的底面上形成固定反射膜的第二工序、按照使所述第一凹部和所述第二凹部相面对的方式将所述第一基板和所述第二基板接合的第三工序、通过将所述第一凹部的底部只残留成为可动部的区域地除去而在该底部上形成可动部的第四工序；另外，还具有在所述第一基板的与所述第一凹部相反一侧的面上、和所述第二基板的与所述第二凹部相反一侧的面上分别形成反射防止膜的工序。
这样，由于分别利用蚀刻在第一基板和第二基板上形成用于将光调制的间隙，因此就可以简便地控制间隙的距离，从而可以容易地制造精度良好的光调制器。另外，通过在第一基板和第二基板上形成不同直径的凹部，就可以容易地形成阶梯部。如果利用该阶梯部，例如在第二基板的第二凹部的周围形成产生驱动可动反射膜的电极等作用部，则可以在确保在光的调制中能够利用的区域较宽的同时，缩短作用部和可动反射膜的距离，因此就可以提供能够降低驱动电能的光调制器。而且，也可以不管第一工序和第二工序的顺序，而同时地进行。
所述第一基板优选硅基板，所述第二基板优选玻璃基板。这样，就可以利用蚀刻精度优良地形成凹部。另外，通过使用硼硅酸玻璃等包含碱金属的玻璃作为玻璃基板，就可以将第一基板和第二基板阳极接合，从而可以简便地接合。
所述第一基板优选在多个硅层之间包括绝缘层的叠层基板，在所述第一工序中，最好通过将所述绝缘层作为蚀刻阻止层利用而形成所述第一凹部。这样，由于可以将绝缘层作为蚀刻阻止层使用，因此就可以更为简易地进行决定可动反射膜的可动范围的第一凹部的深度控制。
所述第一基板最好在多个硅层之间包含至少2层的绝缘层，在所述第一工序中，最好包括如下的工序，即，在所述第一基板的与形成所述第一凹部的面相反一侧的面的与该第一凹部对应的位置上，通过将所述绝缘层作为蚀刻阻止层利用而形成第三凹部。这样，由于第一基板由具有多层构造的叠层基板构成，因此就可以提高第一基板的强度，从而可以使制造时的处理更为容易。
最好至少在所述第三工序中，在所述第一基板上，安装有用于支撑所述第一基板的能够取下的支撑构件。这样，第一基板的处理就会更加容易。
最好在所述第三工序之前，在利用所述第二工序获得的玻璃基板的所述第二凹部的周围，在与所述第一凹部相面对的位置上形成电极。这样，就可以在与可动反射膜靠近的位置上形成用于驱动可动反射膜的电极。
最好在所述第三工序之前，在所述第一凹部的底面上形成成为可动反射膜的反射层。这样，就可以在第一凹部之后遍及成为可动部的区域整体地形成可动反射膜。由此，就可以提供能够避免因驱动时可动部侧的电极与第二基板侧的电极直接接触而造成的电短路的光调制器。
本发明的其他的方式是如下的光调制器的制造方法，即，包括蚀刻玻璃基板的一方的面而形成凹部的第一工序、在所述玻璃基板的形成了凹部的面上接合第一硅基板的第二工序、在所述第一硅基板的与所述凹部对应的位置上形成比这些凹部更大的孔部的第三工序、在所述第一硅基板的与所述玻璃基板相反一侧的面上接合第二硅基板的第四工序、通过将所述第二硅基板只残留成为可动部的区域地除去而在该第二硅基板上形成可动部的第五工序；在所述第四工序之前，在所述玻璃基板的凹部周围，在与所述孔部相面对的位置上形成电极，在所述凹部的底面上形成固定反射膜，在所述第二硅基板的与所述凹部相面对的面上形成可动反射膜，另外，还具有在所述玻璃基板的与所述凹部相反一侧的面上、和所述第二基板的与所述凹部相反一侧的面上分别形成反射防止膜的工序。
这样，就可以通过在确定了厚度的第一硅基板上形成孔部，精度更为优良地控制可动反射膜的可动范围。
最好至少在所述第四工序中，在所述第二硅基板上，安装有用于支撑该第二硅基板的可以取下的支撑构件。这样，第二硅基板的处理就会更为容易。
本发明的光调制器，优选还具备施加将所述可动部推向所述第一凹部的底部的力的施力机构、将所述可动反射膜和所述固定反射膜保持被预先确定了的间隔的阻止层。
根据本发明的构成，由于形成利用具有凹部的第一基板和具有可动部的第二基板决定射出的光的波长的光学间隙，因此就不需要对牺牲层进行底部蚀刻。由此，就不需要形成用于向牺牲层中导入蚀刻液的释放孔，从而不会减少使驱动可动反射膜的力作用的面积。另外，可以避免由在可动反射膜和固定反射膜之间产生的蚀刻液的表面张力造成的粘结(贴附现象)的问题。另外，由于可以通过将形成了凹部的基板之间接合而制造，因此就可以简便地制造。另外，虽然在以往的形成牺牲层并在其上形成了可动反射膜后除去牺牲层的方法中，会因牺牲层的成膜条件而产生间隙不均，但是本发明中，由于不借助牺牲层，所形成的凹部的深度直接决定可动反射膜和固定反射膜的初期间隔，因此就可以精度良好地控制可动反射膜和固定反射膜的光学间隙的初期间隔。
所述阻止层也可以是由所述第一凹部和所述第二凹部形成的阶梯。此种阶梯例如可以通过分两阶段进行蚀刻处理来形成。具体来说，可以利用第一次的蚀刻处理，形成第一凹部，通过在该第一凹部的底部再进行蚀刻处理，形成与该第一凹部的直径相比更小的凹部来获得。
所述施力机构优选为在所述第二凹部的周围形成的驱动电极。这样，就可以用简易的构造驱动可动部。
附图说明
图1是表示本发明的光调制器的一个例子的图。
图2是用于说明本实施方式的光调制器的形成方法的工序图。
图3是用于说明本实施方式的光调制器的形成方法的工序图。
图4是用于说明实施方式二的光调制器的制造方法的工序图。
图5是用于说明实施方式三的光调制器的制造方法的工序图。
图6是用于说明实施方式四的光调制器的制造方法的工序图。
图7是用于说明实施方式五的光调制器的制造方法的工序图。
图8是用于说明自由光谱区域的图。
图中：1-光调制器，100-第一基板，101-硅基板，103-凹部，105-可动反射膜，107-反射防止膜，109-可动部，111-凹部，200-第二基板，201-基板，203-凹部，205-固定电极，207-固定反射膜，209-反射防止膜，301-硅层，303-SiO2层，305-硅层，307-基板，309-凹部，401-硅层，403-SiO2层，405-硅层，407-SiO2层，409-硅层，411-基板，501-支撑构件，503-粘结剂，601-基板，603-贯穿孔，605-框体，607-底部基板，X-光学间隙，Y-静电间隙。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明进行说明。
<实施方式一>
图1是表示本发明的光调制器的一个例子的图，图1(A)表示剖面图，图1(B)表示俯视图。
如图1(A)所示，光调制器1具备：设有底部为可动部109的凹部103并在该可动部109上形成有可动反射膜105的第一基板100、在与凹部103相面对的位置上设有直径小于凹部103的直径的的凹部203并在凹部203的底部形成有固定反射膜207的第二基板200。
本实施方式的光调制器1如下构成，即，通过从未图示的外部电源向可动部109和设于第二基板200上的固定电极205之间施加交流电压，而可以产生静电力，驱动可动部109。经过合页部113向可动部109提供电压，经过未图示的配线向固定电极205提供电压。
本实施方式的光调制器1中，利用凹部103的深度和凹部203的深度的合计距离，决定光学间隙X的初期间隔h。光学间隙X是用于使从可动部109侧入射的光在可动反射膜105及固定反射膜207之间一次或多次反射的部分。这里，所谓初期间隔h是指未施加电压时的可动反射膜105和固定反射膜207之间的距离。
本实施方式的光调制器1中，通过在可动反射膜105及固定反射膜207之间反射，所产生的光学路径不同的多条光相互干涉，仅具有所需的波长的光被选择性地作为出射光射出。即，不满足与光学间隙X对应的干涉条件的波长的光急剧地衰减，仅满足了干涉条件的波长的光残留而被射出(法布里·珀罗干涉仪的原理)。所以，通过使驱动电压变化，将可动反射膜105的位置位移，就可以选择与光学间隙X对应地透过的光的波长。
图8是用于说明自由光谱区域的图。本实施方式中，该光学间隙的初期间隔h是基于自由光谱区域(FSR：Free Spectrum Range)而被决定的。FSR是指不同次数的光谱不重叠地、可以没有模糊性地决定的波长范围Δλ，例如指图8所示的区域。
形成于凹部103的底部的可动反射膜105和形成于凹部203的底部的固定反射膜207的距离(初期间隔h)例如由下式决定。
h＝λm2/(2nΔλ)
这里，m为干涉次数，是正的整数，λ表示m次的光的波长，Δλ表示m+1次和m次的波长的差，n表示可动反射膜105和固定反射膜207之间的介质的折射率。
另外，为了选择性地使所需的出射光透过而必需的可动反射膜105的移动距离Δh例如可以由下式求得。
Δλ＝λm+1-λm＝λ2 m/(2nh)＝Δh(λm/h)
基于由上述式子算出的值，决定光学间隙的初期间隔h及移动距离Δh。
另外，成为可动反射膜105的移动距离Δh的最大幅度的可动范围由凹部103的深度决定。另外，凹部103的深度也决定使静电力作用的电极间距离(静电间隙Y)。
下面，对本实施方式的光调制器1的制造方法进行说明。
图2至图3是用于说明本实施方式的光调制器的形成方法的工序图。
(第二基板的准备工序)
如图2(A)所示，在由派克热斯(注册商标)玻璃、石英玻璃等能够透过所需的光的光透光性材料构成的基板201上形成凹部203。
基板201在后面的与第一基板100的接合工序中，当使用阳极接合时，例如最好使用含有钠(Na)等碱金属的玻璃。作为此种玻璃，例如可以使用硼硅酸钠玻璃，更具体来说，可以使用科宁公司(注册商标)制的派克热斯(注册商标)玻璃(商品名)。特别是，由于在阳极接合时加热玻璃基板，因此当考虑与被作为第一基板100使用的硅基板的热膨胀系数最好基本相等这一点时，科宁公司(注册商标)制的科宁#7740(商品名)最佳。
对凹部203的形成进行具体说明。首先，在玻璃制的基板201的一面侧，利用溅射等将例如Cr(铬)/Au(金)的叠层膜(例如膜厚：0.03/0.07μm)成膜，形成未图示的蚀刻保护膜。对该蚀刻保护膜，使用光刻技术进行图案处理，使得形成凹部203的区域开口。然后，利用氢氟酸水溶液等氢氟酸类的蚀刻溶液进行湿式蚀刻，形成凹部203。其后，将蚀刻保护膜除去。
而且，凹部203的深度虽然没有特别限定，但是例如为1～100μm左右，优选1～50μm。
然后，如图2(B)所示，在凹部203的周围形成包括驱动电极(固定电极)205的配线图案。配线图案通过利用溅射将例如Cr/Au等成膜而形成。但是，并不限定于此，例如作为形成配线图案的导电材料，也可以使用其他的金属或ITO等透明导电材料。另外，除了溅射以外，也可以利用蒸镀法、离子电镀法来形成。构成此种配线图案的导电层的厚度虽然没有特别限定，但是例如为0.1～0.2μm。
然后，如图2(C)所示，在凹部203的底面形成固定反射膜207，在第二基板200的与形成了凹部203的相反一侧的面上形成反射防止膜209。不用考虑形成固定反射膜207及反射防止膜209的顺序。具体来说，作为固定反射膜207及反射防止膜209，例如使用将SiO2或Ta2O5等层叠而作为多层膜的膜，通过使各膜的膜厚发生各种变化而形成。此种固定反射膜207及反射防止膜209例如被利用蒸镀法形成。
而且，在所述情况中，虽然在图2(A)所示的工序中，使用湿式蚀刻形成凹部，但是也可以使用干式蚀刻进行。
(第一基板的准备工序)
如图3(A)所示，在硅基板101上形成凹部103。例如，涂布光刻胶材料形成作为蚀刻保护膜的光刻胶膜，使用光刻技术进行图案处理，形成规定的图案。其后，可以通过利用使用了例如KOH、TMAH(四甲基铵羟化物)水溶液、EPD(乙二胺邻苯二酚二嗪)水溶液或肼水溶液等碱水溶液的湿式蚀刻或使用了例如XeF2、CF4或SF6等的干式蚀刻来进行蚀刻处理，形成凹部103。
凹部103的深度虽然没有特别限定，但是例如为0.5～100μm左右，优选1～10μm。凹部103的深度将决定可动部109的可动范围及静电间隙Y。
然后，如图3(B)所示，在凹部103的底部形成可动反射膜105，在基板101的与形成了凹部103的一侧相反一侧的面上形成反射防止膜107。可动反射膜105及反射防止膜107与固定反射膜207及反射防止膜209相同地形成。可动反射膜105及反射防止膜107的形成面积虽然没有特别限定，但是最好包括后面形成的可动部109的该可动部109与固定电极205接触的区域而形成，特别优选被形成于可动部109的与第二基板200相面对的面的整个面上。在可动反射膜105如上所述由SiO2或Ta2O5等绝缘性材料构成的情况下，在可动部109被驱动，被向第二基板200侧拉近时，就可以避免由可动部109与形成于第二基板200上的固定电极205直接接触造成的电短路及熔融的问题。
(光调制器制造工序)
如图3(C)所示，将如上所述准备的第一基板100及第二基板200接合。具体来说，按照使第一凹部103和第二凹部203相面对的方式将第一基板100和第二基板200接合。
第一基板100与第二基板200的接合，在使用硅基板作为第一基板100，使用硼硅酸玻璃等含有碱金属的玻璃作为第二基板200的情况下，例如可以利用阳极接合来接合。如果利用阳极接合，则不需要粘结剂，可以简便地将第一基板100和第二基板200直接接合。另外，也可以采用阳极接合以外的接合方法，例如也可以使用加热加压接合、Au-Au接合、焊锡接合等利用金属化的合金接合、利用粘结剂的接合等。
如图3(D)所示，形成可动部109。例如涂布光刻胶材料而形成作为蚀刻保护膜的光刻胶膜，进行使用了光刻技术的图案处理，形成可动部109及将可动部109与第一基板100连接的合页部113(参照图1(B))的图案。其后，通过使用例如SF6等的蚀刻气体来进行干式蚀刻，获得可动部109。
根据本实施方式的光调制器1，由于通过将设置了第一凹部103的第一基板100和设置了第二凹部203的第二基板200接合来形成用于调制光的间隙(可动反射膜和固定反射膜的初期间隔)，因此就不需要对牺牲层进行底部蚀刻。由此，就不需要用于向牺牲层中导入蚀刻液的释放孔，从而不会减少使用于驱动可动反射膜的静电力作用的面积。另外，可以避免由在可动反射膜和固定反射膜之间产生的蚀刻液的表面张力造成的粘结(贴附现象)的问题等。另外，由于可以通过将形成了凹部的基板之间接合来制造，因此就可以简便地制造。另外，虽然在以往的形成牺牲层并在其上形成了可动反射膜后除去牺牲层的方法中，会因牺牲层的成膜条件而产生间隙不均，但是本发明中，由于不借助牺牲层，所形成的凹部的深度直接决定可动反射膜和固定反射膜的初期间隔，因此就可以精度良好地控制可动反射膜和固定反射膜的初期间隔(间隙)。另外，由于第一基板的第一凹部和第二基板的第二凹部的直径的大小不同，由第一凹部和第二凹部形成阶梯。由于如果利用该阶梯，在例如第二基板的第二凹部的周围形成产生驱动可动反射膜的力的电极等作用部，就可以较宽地确保能够在光的调制中利用的区域，并且缩短作用部和可动反射膜的距离，因此就可以降低驱动电能。
而且，可动部109的形状并没有特别限定，既可以是近似圆形，也可以是涡旋状，也可以具有孔部。另外，连接可动部109和第一基板100的合页部113的形状及数目也没有特别限定。
另外，所述例子中，对为了防止由作为电极的可动部109和固定电极205的接触造成的电短路，在可动部109的全面上形成作为绝缘膜作用的可动反射膜105的例子进行了说明。但是，并不限定于此，也可以另外在可动部109的与固定电极205接触的部位上形成SiO2等绝缘膜。另外，也可以在固定电极205的上面设置绝缘膜。此种绝缘膜例如可以利用硅的热氧化或使用了TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)-CVD装置的SiO2的成膜等来形成。
另外，所述例子中，虽然在图3(B)的工序中，将可动反射膜105和反射防止膜107一起形成，但是对于反射防止膜107，也可以在形成了图3(D)的可动部109后形成。通过在可动部109的形成后形成反射防止膜107，例如就可以防止在第一基板100和第二基板200的接合中使用了加热处理时，热对反射防止膜107的影响，或防止由可动部109形成时的蚀刻处理造成的对反射防止膜107的影响。而且，在以下的实施方式中也相同。
<实施方式二>
实施方式一中，对于作为第一基板使用了硅基板的例子进行了说明。本实施方式中，对作为第一基板，使用了具有在硅层301、305之间夹隔了例如SiO2层等绝缘层303的SOI(Silicon on Insulator)构造的基板307的例子进行说明。
图4是用于说明实施方式二的光调制器的制造方法的工序图。图4中，对于与图2及图3对应的要素，使用相同符号，将说明省略。
如图4(A)所示，作为第一基板，准备由硅层305(也称为基底硅层)、SiO2层303及硅层301(也称为上部硅层、活性层)构成的SOI基板307，形成凹部103。
作为SOI基板，既可以使用利用CVD法在硅基板上形成了绝缘层和硅层的基板，也可以使用贴合基板。另外，也可以使用通过向硅基板中注入氧离子而形成了氧化膜层的基板。而且，后面成为可动部109的硅层301由于作为电极而起作用，因此最好注入例如硼等杂质，使导电性提高。
作为SOI基板，具体来说，也可以使用在形成了SiO2等绝缘膜(绝缘层)的Si基板上贴合了其他的Si基板的贴合基板。另外，也可以使用通过向Si基板中注入高浓度的氧离子，其后在例如1300℃以上的高温下进行热处理而形成了嵌入氧化膜(BOX：Buried Oxide)层的基板。
构成SOI基板的各层的厚度虽然没有特别限定，但是例如可以使用硅层305(也称为基底硅层)约为500μm、SiO2层303约为4μm、硅层301(也称为上部硅层、活性层)约为10μm的基板。
硅层305通过利用例如研磨等进行研削，而形成所需的厚度，例如0.5～100μm左右，优选1～10μm。
然后，例如在SOI基板307的硅层305上涂布光刻胶材料而形成作为蚀刻保护膜的光刻胶膜，进行使用了光刻技术的图案处理，形成规定的图案。其后，通过利用使用了例如KOH等碱水溶液的湿式蚀刻或使用了例如XeF2等的干式蚀刻进行蚀刻处理，就可以形成凹部103。另外，也可以取代蚀刻处理，而使用研磨。
这里，由于SiO2层303作为蚀刻阻止层作用，因此即使不严密地进行蚀刻时间的控制，也可以精度优良地控制凹部103的深度。
下面，将对蚀刻条件进行更详细的说明。首先，对进行湿式蚀刻处理的情况进行说明。
如上所述形成蚀刻保护膜，将进行了图案处理的SOI基板307放入例如1～40重量％、优选10重量％左右的浓度的KOH水溶液中。此时，在SOI基板307上进行下述的反应。
Si+2KOH+H2O→K2SiO3+2H2
利用KOH水溶液进行的Si的蚀刻速率由于与SiO2层的蚀刻速率相比相当大，因此SiO2作为蚀刻阻止层发挥作用。这样，就会以良好的深度精度形成凹部103。
而且，作为湿式蚀刻中所使用的蚀刻液，除了KOH水溶液以外，可以举出TMAH水溶液、EPD水溶液或肼水溶液等。如果利用湿式蚀刻，由于可以实现批处理，因此就可以使生产性进一步提高。
下面，对进行干式蚀刻处理的情况进行说明。
在小室内如上所述地形成蚀刻保护膜，装入进行了图案处理的SOI基板307，导入60秒例如压力390Pa的XeF2。此时，在SOI基板307上进行下述的反应。
2XeF2+Si→2Xe+SiF4
如果利用使用了XeF2的干式蚀刻，由于与SiO2层的蚀刻速率相比相当大，因此SiO2层作为蚀刻阻止层发挥作用。这样，就会以优良的深度精度形成凹部309。如果利用使用了XeF2的干式蚀刻，由于不使用等离子体，因此由于存在SOI基板307的要形成凹部103的区域以外的区域，故难以产生损伤等影响。而且，不会妨碍使用采用了CF4或SF6的等离子体蚀刻。
然后，如图4(B)所示，将凹部103内的SiO2层303除去。具体来说，SiO2层的除去是利用使用了氢氟酸水溶液等的HF类水溶液的湿式蚀刻处理来进行的。
其后的工序与实施方式一的图3(B)～图3(D)相同地进行(图4(C)～图4(E))，就可以形成光调制器1。而且，第二基板200可以使用与实施方式一相同的基板。
根据本实施方式，由于使用SOI基板307，因此在形成凹部103时，就可以将作为绝缘层的SiO2层303作为蚀刻阻止层利用。所以，即使不严密地调整蚀刻处理时间，也可以形成深度精度良好的凹部103。这样，就可以更为简便地制造精度更高的光调制器。
<实施方式三>
实施方式二中，对将由硅层301、SiO2层303及硅层305构成的SOI基板307作为第一基板使用的情况进行了说明。本实施方式中，对作为第一基板，使用了具有硅层401、SiO2层403、硅层405、SiO2层407及硅层409这5层构成的SOI基板411的情况进行说明。
图5是用于说明实施方式三的光调制器的制造方法的工序图。图5中，对于与图2及图3对应的要素，使用相同的符号，将说明省略。
如图5(A)及图5(B)所示，准备具有硅层401、SiO2层403、硅层405、SiO2层407及硅层409这5层构成的SOI基板411，在SOI基板411的硅层401及硅层409上分别形成凹部111及凹部103。凹部111及凹部103的形成用与实施方式二的图4(A)的工序相同的方法进行。
然后，如图5(C)所示，在凹部103的底部形成可动反射膜105，在凹部111的底部形成反射防止膜107。可动反射膜105及反射防止膜107的形成用与实施方式一的图3(B)的工序相同的方法进行。
然后，用与实施方式一的图3(C)及图3(D)的工序相同的方法，制造光调制器1(参照图5(D)及图5(E))。
根据本实施方式，通过使用具有5层构造的SOI基板411作为第一基板100，在SOI基板411的两面形成凹部111及凹部103，形成可动部109。所以，在凹部111及凹部103的形成后，由于第一基板100的形成了凹部111及凹部103的区域以外的区域的厚度较厚地残留，因此凹部形成后的第一基板100的强度提高，处理更为容易。另外，可以避免第一基板100的作业时的破损等，材料利用率提高。
<实施方式四>
本实施方式中，作为第一基板，使用与实施方式二中使用的相同的SOI基板307，即，具有在硅层301、305之间夹隔了SiO2层等绝缘层303而成的SOI构造的SOI基板307。
本实施方式中，对为了使工序中的第一基板的处理容易，并加强其强度，而在第一基板上接合了支撑构件的例子进行说明。
图6是用于说明实施方式四的光调制器的制造方法的工序图。图6中，对于与图2至图4对应的要素，使用相同符号，将说明省略。
如图6(A)所示，准备接合了支撑构件的SOI基板307。作为SOI基板，可以使用与实施方式二中所使用的相同的由硅层305(也称为基底硅层)、SiO2层303及硅层301(也称为上部硅层、活性层)构成的SOI基板307。
另外，作为支撑构件(支撑晶片)501，例如可以使用玻璃基板等。SOI307和支撑构件501例如用其后可以剥离的方法接合。具体来说，例如可以通过使用因温度变化(例如：加热)、光照射等而容易剥离的粘结剂或可以用溶剂溶出的可溶性粘结剂来接合。
SOI基板307的硅层305的厚度也可以在与支撑构件501接合后，通过用机械化学研磨(CMP)等方法进行研削来调整。
然后，如图6(B)所示，通过对硅层305及SiO2层303进行阶段性地蚀刻，形成凹部103。而且，该工序被利用与实施方式二的图5(A)的工序相同的方法进行。
其后，如图6(C)及图6(D)所示，在凹部103的底部形成可动反射膜105，将SOI基板307与和实施方式一相同的第二基板200接合。该工序是用与实施方式一的图3(B)及图3(C)相同的方法进行的。
然后，如图6(E)所示，在将支撑构件501剥离后，形成可动部109。此时，在支撑构件501和SOI基板307的接合中使用了热剥离性的粘结剂503的情况下，利用加热处理进行剥离。另外，在规定的溶剂中使用了可溶性的粘结剂503的情况下，利用规定的溶剂进行剥离。对于可动部109的形成，利用与实施方式一相同的工序进行。
其后，如图6(F)所示，通过在与可动部109的形成了可动反射膜105的面相反一侧的面上形成反射防止膜107，就可以制造光调制器1。
根据本实施方式，由于通过使用支撑构件501，就可以加强第一基板100的强度，因此即使在使第一基板100的厚度较薄的情况下，也可以保持强度，从而使处理更为容易，操作性提高。另外，可以避免第一基板100的操作时的破损等，材料利用率提高。另外，由于可以使可动部109的厚度较薄，因此光调制器的可动性增大。另外，还可以使作为使静电力作用的静电间隙Y的大小的、凹部103的深度变浅，因此可以使静电力更有效地作用。
而且，本例中，虽然使用了SOI基板作为第一基板100，但是通过使用硅基板作为第一基板100，接合支撑构件501，用相同的工序形成光调制器1，也可以获得利用支撑构件501达到的相同的效果。
<实施方式五>
本实施方式中，对第一基板由底部基板和框体构成的例子进行说明。
图7是用于说明实施方式五的光调制器的制造方法的工序图。图7中，对于与图2至图6对应的要素，使用相同的符号，将说明省略。
如图7(A)所示，在利用与实施方式一相同的方法准备的第二基板200上，接合由例如硅等构成的基板601。该基板601被作为隔块使用，该基板601的厚度将在后面决定静电间隙Y及可动部109的可动范围。
基板601和第二基板200的接合在基板601为硅基板，第二基板200为硼硅酸玻璃等含有碱金属的玻璃基板的情况下，可以利用阳极接合来接合。另外，除了阳极接合以外，例如也可以使用加热加压接合、Au-Au接合、焊锡接合等利用金属化进行的合金接合、利用粘结剂的接合等。
如图7(B)所示，在基板601上形成贯穿孔603，从而形成框体605，该框体605将与其后接合的底部基板607形成凹部103。贯穿孔603的形成利用使用了例如XeF2的干式蚀刻来进行。而且，作为蚀刻气体也可以使用其他的气体，另外，也可以利用使用了KOH等碱溶液的湿式蚀刻来进行。
如图7(C)所示，准备由支撑构件501支撑的底部基板607，该底部基板607用于接合在接合有框体605的第二基板200上。
底部基板607与实施方式四相同地被借助例如粘结剂503与支撑构件501接合。作为底部基板607，可以使用硅基板。底部基板607也可以在与支撑构件501接合后，通过利用CMP等方法进行切削来调整厚度。底部基板607的厚度将成为其后形成的可动部109的厚度。
另外，在底部基板607的与接合了支撑构件501的一面相反一侧的面上，形成可动反射膜105。对于可动反射膜105，可以与实施方式一相同地形成。
如图7(D)所示，将框体605和底部基板607接合。框体605和底部基板607的接合在框体605及底部基板607由硅构成的情况下，例如可以利用表面活性化接合来进行。另外，除此以外，也可以使用采用了低熔点玻璃的接合、加热加压接合、Au-Au接合、焊锡接合等利用金属化进行的合金接合、利用粘结剂的接合等。
其后，如图7(E)所示，通过利用与实施方式四的图6(E)及图6(F)相同的工序，将支撑构件501剥离，形成反射防止膜107，就可以获得光调制器1。
根据本实施方式，由于利用框体605和底部基板607形成凹部103，因此就可以利用框体605的厚度决定可动部109的可动范围及静电间隙Y。另外，由于通过调整在框体605中使用的基板601的厚度，决定凹部103的深度，因此就不需要严密地控制蚀刻时间。由此，就可以用简便的方法提供精度提高了的光调制器1。
Claims (16)
1.一种光调制器，其特征是，具备：
设有底部成为可动部的第一凹部、并在所述可动部上形成有可动反射膜的第一基板；和
在与所述第一凹部相面对的位置上设有直径小于所述第一凹部的直径的第二凹部、并在该第二凹部的底部形成有固定反射膜的第二基板，
所述第一凹部的深度决定可动反射膜的可动范围，由所述可动反射膜和所述固定反射膜的间隔决定光学间隙，
并且，所述可动反射膜位于所述可动部的与所述第二凹部相对的面上。
2.根据权利要求1所述的光调制器，其特征是，所述第一基板为硅基板，所述第二基板为玻璃基板。
3.根据权利要求1所述的光调制器，其特征是，所述第一基板为在多个硅层之间具有绝缘层的叠层基板，所述第二基板为玻璃基板。
4.根据权利要求1所述的光调制器，其特征是，所述可动部可以利用通过向所述可动部和设于所述第二基板上的电极上施加电压而产生的静电力而被驱动。
5.根据权利要求4所述的光调制器，其特征是，在所述可动部的与所述第二凹部相面对的面整体上形成有所述可动反射膜，该可动反射膜具有电绝缘性。
6.根据权利要求1所述的光调制器，其特征是，所述第一基板由构成所述底部的底部基板和与该底部基板接合的框体构成。
7.根据权利要求1所述的光调制器，其特征是，还具备
施力机构，其对所述可动部施加向所述第一凹部的底部的力；和
阻止层，其将所述可动反射膜和所述固定反射膜保持为预先确定的间隔。
8.根据权利要求7所述的光调制器，其特征是，所述阻止层是由所述第一凹部和所述第二凹部形成的阶梯。
9.根据权利要求7所述的光调制器，其特征是，所述施力机构为在所述第二凹部的周围形成的驱动电极。
10.一种光调制器的制造方法，其特征是，包括：
蚀刻第一基板的一个面而形成决定可动反射膜的可动范围的第一凹部，再在所述第一凹部的底面上形成可动反射膜的第一工序；
蚀刻第二基板的一个面而形成直径小于所述第一凹部的直径的第二凹部，再在所述第二基板的第二凹部的周围，在与所述第一凹部相面对的位置上形成电极，在所述第二凹部的底面上形成固定反射膜的第二工序；
按照使所述第一凹部和所述第二凹部相面对的方式将所述第一基板和所述第二基板接合的第三工序；
通过将所述第一凹部的底部只残留成为可动部的区域地除去而在该底部上形成可动部的第四工序；
另外，还具有在所述第一基板的与所述第一凹部相反一侧的面上、和所述第二基板的与所述第二凹部相反一侧的面上分别形成反射防止膜的工序。
11.根据权利要求10所述的光调制器的制造方法，其特征是，所述第一基板为硅基板，所述第二基板为玻璃基板。
12.根据权利要求10所述的光调制器的制造方法，其特征是，所述第一基板为在多个硅层之间包括绝缘层的叠层基板，在所述第一工序中，通过将所述绝缘层作为蚀刻阻止层利用而形成所述第一凹部。
13.根据权利要求12所述的光调制器的制造方法，其特征是，所述第一基板在多个硅层之间包含至少2层的绝缘层，在所述第一工序中，包括如下的工序，即，在所述第一基板的与形成所述第一凹部的面相反一侧的面的与该第一凹部对应的位置上，通过将所述绝缘层作为蚀刻阻止层利用而形成第三凹部。
14.根据权利要求10所述的光调制器的制造方法，其特征是，至少在所述第三工序中，在所述第一基板上，安装有用于支撑所述第一基板的能够取下的支撑构件。
15.一种光调制器的制造方法，其特征是，包括：
蚀刻玻璃基板的一个面而形成凹部的第一工序；
在所述玻璃基板的形成有凹部的面上接合第一硅基板的第二工序；
在所述第一硅基板的与所述凹部对应的位置上形成比该凹部更大的孔部的第三工序；
在所述第一硅基板的与所述玻璃基板相反一侧的面上接合第二硅基板的第四工序；
通过将所述第二硅基板只残留成为可动部的区域地除去而在该第二硅基板上形成可动部的第五工序；
在所述第四工序之前，在所述玻璃基板的凹部周围，在与所述孔部相面对的位置上形成电极，在所述凹部的底面上形成固定反射膜，在所述第二硅基板的与所述凹部相面对的面上形成可动反射膜，
另外，还具有在所述玻璃基板的与所述凹部相反一侧的面上、和所述第二基板的与所述凹部相反一侧的面上分别形成反射防止膜的工序。
16.根据权利要求15所述的光调制器的制造方法，其特征是，至少在所述第四工序中，在所述第二硅基板上，安装有用于支撑该第二硅基板的能够取下的支撑构件。
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