JP2005305614A - 微小構造体の製造方法、微小構造体、波長可変光フィルタ及びマイクロミラー - Google Patents

Abstract

【課題】 製造過程で破損することなく微小構造体を製造することが可能な微小構造体の製造方法、微小構造体、波長可変光フィルタ及びマイクロミラーを提供する。
【解決手段】 ガラス基板１１に接合された可動部基板２１に圧力開放用開口部２５を形成して可動部基板２１のガラス基板１１側とその反対側との圧力差を解消した後に、可動部基板２１にドライエッチングで所定の開口パターン２４を形成して可動体２１ａを形成する。これにより、前記圧力差に起因した製造過程における微小構造体の破損を防止できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、微小構造体を製造する際に好適な技術に関する。

従来、マイクロマシン技術を用いて微小構造体を形成する際には、エッチングガスを用いてプラズマ中で材料をエッチングする異方性ドライエッチングが一般的に広く用いられている。ここでいう微小構造体とは、基板から所定の開口パターンを除去することにより、支持部に梁部を介して変位可能に支持された構成の可動体が形成されたもので、この可動体が形成された基板とガラス基板とが接合された構成を成すものである。この種の微小構造体として、従来より例えば波長可変光フィルタがある（特許文献１参照）。

米国特許６３４１０３９号明細書（第６欄〜第７欄、図４Ａ〜図４Ｉ）

この種の微小構造体の製造過程において、基板から所定の開口パターンを除去する際に、異方性ドライエッチングが用いられている。しかしながら、ドライエッチングを用いた場合、エッチングが進行して基板の所定の開口パターン部分が薄肉となると、その薄肉部分に近い部分が構造的に脆弱な場合、その脆弱部分が基板のガラス基板側とその反対側との圧力差に耐えきれず破損してしまうという問題があった。この脆弱部分は、微小構造体においては梁部に相当し、この梁部の破損が問題となっていた。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、製造過程で破損することなく微小構造体を製造することが可能な微小構造体の製造方法、微小構造体、波長可変光フィルタ及びマイクロミラーを提供することを目的とする。

本発明に係る微小構造体の製造方法は、第１の基板と、第１の基板に接合され、支持部に梁部を介して変位可能に支持された可動体を有する第２の基板とを備えた微小構造体の製造方法であって、第１の基板に第１の凹部と第１の凹部に連通する第２の凹部とを形成する工程と、第１の基板の第１の凹部及び第２の凹部の開口側に、可動体形成用の第２の基板を接合する工程と、第２の基板の第１の凹部に対向する部分に、ドライエッチングで所定の開口パターンを形成して可動体を形成する工程と、第２の基板に可動体を形成する前に、第２の基板において第２の凹部に対向する領域に、第２の基板の第１の基板側とその反対側との圧力差を解消するための圧力開放用開口部を形成する工程と、を備えたものである。
このように、第２の基板に圧力開放用開口部を形成して第２の基板において第１の基板側とその反対側との圧力差を解消した後、第２の基板に可動体を形成するようにしたので、製造時において、圧力差による可動体の破損を確実に防止することが可能となる。

また、本発明に係る微小構造体の製造方法は、所定の開口パターンと圧力開放用開口部とを、マイクロローディング効果によるエッチング速度の相対的な差を利用して同一のドライエッチング工程で形成するものである。
このように、所定の開口パターンと圧力開放用開口部とを同一のドライエッチング工程で形成することにより、製造工程数を増やすことなく可動体の破損を防止することが可能となる。

また、本発明に係る微小構造体の製造方法は、圧力開放用開口部が、所定の開口パターンを構成する複数の開口領域の各開口領域と最小寸法部分同士を比較した場合にその最小寸法部分が大きく構成され、開口領域に比べてドライエッチング時のエッチング速度が速いものである。
このようにして圧力開放用開口部を構成することにより、開口領域に比べて圧力開放用開口部のエッチング速度を速めることが可能となる。

また、本発明に係る微小構造体の製造方法は、圧力開放用開口部を、所定の開口パターンと離間して構成するものである。
また、本発明に係る微小構造体の製造方法は、圧力開放用開口部を、所定の開口パターンと連結して構成するものである。
このように、圧力開放用開口部は、所定の開口パターンと離間して構成してもよいし、連結して構成してもよい。

また、本発明に係る微小構造体の製造方法は、第１の基板の第１の凹部に、可動体を駆動するための駆動電極を形成し、駆動電極を、第１の凹部から第２の凹部を介して圧力開放用開口部から外部に引き出すものである。
これにより、駆動電極を外部に引き出すための貫通孔を別途、第２の基板に形成する場合と比較して製造工程を簡略化することができる。

本発明に係る微小構造体は、上記の何れかに記載の微小構造体の製造方法によって製造されたものである。

また、本発明に係る微小構造体は、静電気力によって可動体を駆動させるものである。

本発明に係る波長可変光フィルタは、上記の微小構造体を備えたものである。

本発明に係るマイクロミラーは、上記の微小構造体を備えたものである。

以下、本実施の形態では、微小構造体として波長可変光フィルタを例にとって説明する。

図１は、本発明の一実施の形態における波長可変光フィルタの分解斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、図１の波長可変光フィルタの平面図である。
この実施の形態の波長可変光フィルタは、駆動電極部１と、可動部２とから構成されており、駆動電極部１と可動部２との間にはその長さが約４μｍの静電ギャップＥＧと、その長さが約３０μｍの光学ギャップＯＧとが形成されている。

駆動電極部１は、第１の基板となるガラス基板１１に形成された第１の凹部１１ａと、第１の凹部１１ａに溝部１５を介して連結された第２の凹部１１ｂと有し、第１の凹部１１ａ上には、略リング状の駆動電極１２及び絶縁膜１３が形成されている。第２の凹部１１ｂ上には、駆動電極１２を外部に引き出すための引き出し電極１４が形成され、溝部１５に形成された配線膜１５ａを介して駆動電極１２に接続されている（特に図１参照）。第１の凹部１１ａの内側には、更に第３の凹部１１ｃが形成されており、第３の凹部１１ｃの底面には後述の高反射膜１６が形成されている。

ガラス基板１１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からなる。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、具体的には、コーニング社製のパイレックス（登録商標）・ガラスがある。ガラス基板１１を構成するガラスは、駆動電極部１と可動部２とを陽極接合（後述）により接合する場合には、ガラス基板１１を加熱するため、可動部２を構成するシリコンと熱膨張係数がほぼ等しいことが要求されることから、上記パイレックス（登録商標）・ガラスのうち、コーニング＃７７４０（商品名）が好ましい。

駆動電極１２は、例えば、金（Ａｕ）やクロム（Ｃｒ）等の金属、あるいは透明導電性材料からなる。透明導電性材料としては、例えば、酸化錫（ＳｎＯ₂）、酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）、あるいは錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）等がある。また、駆動電極１２の膜厚は、例えば、０．１〜０．２μｍである。絶縁膜１３は、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）又は窒化シリコン（ＳｉＮ_x）からなり、駆動電極１２と後述する可動体２１ａとのスティッキングを防止するために形成されている。

また、第３の凹部１１ｃの底面に形成された高反射膜１６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）から構成されている。この高反射膜１６は、場合によっては、窒化シリコン（ＳｉＮ_x ）を用いることもできる。高反射膜１６は、図２において駆動電極部１の略中央下方（図２の矢印参照）から入射され、一旦その上方に透過された光を、可動部２に形成された後述の高反射膜２３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。

ガラス基板１１の底面全体には、図１及び図２において駆動電極部１の略中央下方（図２の矢印参照）から入射された光がガラス基板１１の界面で図中下方に反射されるのを防止するための反射防止膜１７が形成されている。この反射防止膜１７は、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）の薄膜と五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）の薄膜とを交互に積層した多層膜からなる。ここで、高反射膜１６及び反射防止膜１７は、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）の薄膜及び五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）の薄膜の各膜厚を変更することにより形成される。

可動部２は、第２の基板としての可動部基板２１と、反射防止膜２２と、高反射膜２３とから構成されている。可動部基板２１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）からなり、約１０μｍの膜厚を有し、可動体２１ａと、４個の梁部２１ｂと、支持部２１ｃとが一体に形成されて構成されている。可動体２１ａは、可動部基板２１においてガラス基板１１の第１の凹部１１ａに対向する部分から所定の開口パターン２４を除去することにより構成されるもので、可動部基板２１の略中央に形成されている。所定の開口パターン２４は、ここでは円弧状の帯型を成す４つの開口領域２４ａから構成され、この開口領域２４ａを除去することにより形成された可動体２１ａは略円盤状を成している。かかる構成の可動体２１ａは、その周縁部に形成された４個の梁部２１ｂを介して支持部２１ｃに支持され、自在に上下動する。４個の梁部２１ｂは、可動体２１ａの周縁に、隣接するもの同士が約９０度の角度をなして位置している。可動部基板２１には、更に、第２の凹部１１ｂに対向する領域に可動部基板２１のガラス基板側とその反対側との圧力差を解消するための圧力開放用開口部２５が形成されている。この圧力開放用開口部２５については後で詳述する。

反射防止膜２２は、可動体２１ａの上面のほぼ全域に略円盤状に形成され、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）の薄膜と五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）の薄膜とを交互に積層した多層膜からなる。反射防止膜２２は、図１及び図２において駆動電極部１の略中央下方（図２の矢印参照）から入射された光が図中下方に反射されるのを防止する。高反射膜２３は、可動体２１ａの底面のほぼ全域に略円盤状に形成され、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）の薄膜と五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）の薄膜とを交互に積層した多層膜からなる。高反射膜２３は、図１において駆動電極部１の略中央下方（図２の矢印参照）から入射された光を、可動体２１ａの下面に形成された高反射膜１６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。反射防止膜２２及び高反射膜２３は、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）の薄膜及び五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）の薄膜の各膜厚を変更することにより形成される。

このような構成の波長可変光フィルタの動作を図１及び図２を参照して説明する。駆動電極１２と可動体２１ａとの間には駆動電圧を印加する。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り、駆動電極１２には引き出し電極１４及び配線膜１５ａを介して印加する一方、可動体２１ａには支持部２１ｃ及び梁部２１ｂを介して印加する。この駆動電圧による電位差のため、駆動電極１２と可動体２１ａとの間に静電引力が発生し、可動体２１ａが駆動電極１２側に変位する、すなわち、静電ギャップＥＧ及び光学ギャップＯＧが変化する。このとき、梁部２１ｂが弾性を有しているため、可動体２１ａは弾性的に変位する。

この波長可変光フィルタに、複数（例えば、６０〜１００個）の赤外の波長を有する光が図２において駆動電極部１の略中央下方（図２の矢印参照）から入射し、ガラス基板１１を透過する。この光は、反射防止膜１７によりほとんど反射されず、下方に高反射膜１６が、上方に高反射膜２３がそれぞれ形成された空間（反射空間）に進入する。上記反射空間に進入した光は、高反射膜２３と高反射膜１６との間で反射を繰り返し、最終的に反射防止膜２２を通過してこの波長可変光フィルタの上方から出射する。このとき、可動部２の上面に反射防止膜２２が形成されているため、光が可動部２と空気の界面でほとんど反射されずに出射する。

上記の高反射膜２３と高反射膜１６との間で光が反射を繰り返す過程において、高反射膜２３と高反射膜１６との間の距離（光学ギャップＯＧ）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この波長可変光フィルタから出射する。これがファブリ・ペロー干渉計の原理であり、この干渉条件を満たした波長の光が透過することとなるため、駆動電圧を変更することにより、可動体２１ａが変位して光学ギャップＯＧが変更されると、透過する光の波長を選択することが可能となる。

次に、上記構成の波長可変光フィルタの製造方法について、図４〜図７を参照して説明する。図４及び図５は、駆動電極部の作製工程を示す図である。図６は、可動部となるＳＯＩ基板を処理し、可動部となるＳＯＩ基板と駆動電極部との接合構造体の作製工程を示す図である。図７は、接合構造体から可動部を作製する工程を示す図である。なお、図４〜図７に示す各工程図は、図１及び図３のＡ−Ａ断面に相当する部分を示した工程図である。

まず、図４及び図５に基づいて駆動電極部１の作製工程について説明する。
駆動電極部１を製造するために、コーニング＃７７４０のパイレックス（登録商標）・ガラスからなるガラス基板３１（図４（１）参照）の上面に、図４（２）に示すように、化学的蒸着（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）装置や物理的蒸着（ＰＶＤ：Physical Vapor Deposition）装置を使用して、金（Ａｕ）やクロム（Ｃｒ）等の金属膜３２を形成する。ＰＶＤ装置としては、例えば、スパッタリング装置、真空蒸着装置、あるいはイオンプレーティング装置等がある。金属膜３２の膜厚は、例えば、０．１μｍとする。具体的には、クロム（Ｃｒ）膜の場合にはその膜厚を０．１μｍとすれば良いが、金（Ａｕ）膜の場合にはガラス基板３１との密着性が良好でないことから、膜厚が例えば０．０３μｍであるクロム（Ｃｒ）膜を形成した後、膜厚が例えば０．０７μｍである金（Ａｕ）膜を形成する。

次に、金属膜３２の上面全面にフォトレジスト（図示せず）を塗布し、マスクアライナーで金属膜３２の上面全面に塗布されたフォトレジストを露光した後、現像液で現像するフォトリソグラフィ（photolithography）技術を使用して、ガラス基板３１のうち、後にガラス基板３１の第１の凹部１１ａ（図１参照）、溝部１５及び第２の凹部１１ｂとなる部分を形成するために、フォトレジストパターン（図示せず）を形成する。次に、ウェットエッチング技術を使用して、例えば、塩酸又は硫酸（クロム膜の場合）、あるいは王水又は酸素や水の存在下でシアン化物イオンを含む溶液（金膜の場合）（以下、金属エッチング液と呼ぶ。）により金属膜３２のうち不要な部分を除去した後、図示せぬフォトレジストパターンを除去して、図４（３）に示すエッチングパターン３３を得る。

次に、ウェットエッチング技術を使用して、例えば、フッ化水素酸（ＨＦ）によりガラス基板３１のうち不要な部分を除去して図４（４）に示すように、約４μｍの深さを有する第１の凹部１１ａ、溝部１５及び第２の凹部１１ｂを形成した後、ウェットエッチング技術を使用して、上記した金属エッチング液によりエッチングパターン３３を除去してガラス基板１１を得る。次に、上記と同様にして第３の凹部１１ｃを形成するためのエッチングパターン３３ａを図４（５）に示すように形成する。そして、ウェットエッチング法を用いて、例えばフッ化水素酸（ＨＦ）によりガラス基板１１のうち不要な部分を除去し、第３の凹部１１ｃを形成する（図４（６））。ここで、第３の凹部１１ｃを形成する場合には、その深さ、径の大きさ等が第１の凹部１１ａ、溝部１５及び第２の凹部１１ｂとは異なるため、エッチング時間、温度、エッチング液等、形成条件をこれらの形成時の条件と異ならせることにより形成する。

第３の凹部１１ｃを形成した後、エッチングパターン３３ａを残したまま、第３の凹部１１ｃの底面に、高反射膜１６を形成する（図５（７））。高反射膜１６は、前述したＣＶＤ装置やＰＶＤ装置を使用して、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）の薄膜と五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）の薄膜とを交互に、例えば、１０〜２０層程度積層することにより形成する。その後、ウェットエッチング法又はドライエッチング法を用いてエッチングパターン３３ａを除去する（図５（８））。

次に、第１の凹部１１ａ、溝部１５及び第２の凹部１１ｂの底面部分に、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法を用いて、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）等、金属膜３４を形成する（図５（９））。この金属膜３４は、駆動電極１２、配線膜１５ａ及び引き出し電極１４となるものである。金属膜３４の膜厚は、例えば全体として０．１〜０．２μｍとする。次に、金属膜３４上の全面にフォトレジスト（図示せず）を塗布した後、フォトリソグラフィ法を用いて、金属膜３４のうち、後に駆動電極１２となる部分、配線膜１５ａとなる部分及び引き出し電極１４となる部分を残すためのフォトレジストパターン（図示せず）を形成する。そして、例えばドライエッチング法を用いて金属膜３４のうち不要な部分を除去した上で、フォトレジストパターンを除去し、駆動電極１２、配線膜１５ａ、引き出し電極１４を形成する。次に、ＣＶＤ法等を用いて、駆動電極１２上に二酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）、窒化シリコン（ＳｉＮ_x ）等の絶縁膜１３を形成する（図５（１０））。以上説明した製造工程により、図１及び図２に示す駆動電極部１が製造される。

次に、可動部２を製造するために、図６（１）に示すＳＯＩ基板２６を用いる。ＳＯＩ基板２６としては、市販されているＳＯＩ（ＳＯＳ）基板を用いても良いし、ＳｉＯ₂が形成されたＳｉ基板を張り合わせることにより作製してもよい。ＳＯＩ基板２６は、ベース層２７と、絶縁層２８と、活性層２９とから構成されている。ベース層２７は、シリコン（Ｓｉ）からなり、その膜厚は例えば、５００μｍである。絶縁層２８は、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）からなり、その膜厚は例えば、４μｍである。活性層２９はシリコン（Ｓｉ）からなり、その膜厚は例えば、１０μｍである。活性層２９の上面の略中央部に、ＣＶＤ装置やＰＶＤ装置を使用して、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）の薄膜と五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）の薄膜とを交互に、例えば、１０〜２０層程度積層することにより、図６（２）に示す高反射膜２３を形成する。

次に、図５（１０）に示す駆動電極部１と、図６（２）に示す高反射膜２３が形成されたＳＯＩ基板２６とを、略円盤状の高反射膜２３が略リング状の駆動電極１２のリング部分に対向するように接合する（図６（３））。この接合には、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を用いる。このうち、陽極接合は、以下に示す工程を経て行われる。まず、駆動電極部１の上面に、高反射膜２３が形成されたＳＯＩ基板２６を、高反射膜２３が駆動電極１２のリング部分に対向するように載置した状態において、図示せぬ直流電源のマイナス端子をガラス基板１１に接続するとともに、上記直流電源のプラス端子を活性層２９に接続する。次に、ガラス基板１１を例えば、数百℃程度に加熱しつつ、ガラス基板１１と活性層２９との間に直流電圧を例えば、数百Ｖ程度印加する。ガラス基板１１を加熱することにより、ガラス基板１１内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。このアルカリ金属のプラスイオンがガラス基板１１内を移動することにより、相対的に、ガラス基板１１の活性層２９との接合面がマイナスに帯電する一方、活性層２９のガラス基板１１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）とが電子対を共有する共有結合により、図６に示すように、ガラス基板１１と活性層２９とは強固に接合される。

次に、図６（３）に示す構造体からベース層２７を除去することにより、図７（１）に示す構造体とする。このベース層２７の除去には、ウェットエッチング、ドライエッチング、あるいは研磨を用いる。いずれの除去法においても絶縁層２８が活性層２９に対するエッチングのストッパーの役割を果たすために、駆動電極１２に対向している活性層２９がダメージを受けず、歩留まりの高い波長可変光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。なお、研磨除去法については、半導体製造分野において用いられている周知の研磨除去法を用いることができるので、その説明を省略する。

（１）ウェットエッチング除去法
図６（３）に示す構造体を例えば、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）水溶液に浸漬することにより、式（２）に示す反応式に基づいてベース層２７を構成するシリコン（Ｓｉ）がエッチングされる。
Ｓｉ＋２ＫＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→Ｋ₂ＳｉＯ₃＋２Ｈ₂ ・・・（２）
この場合のシリコン（Ｓｉ）のエッチングレートは、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）のエッチングレートよりも非常に大きいので、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）からなる絶縁層２８がシリコン（Ｓｉ）からなる活性層２９に対するエッチングのストッパーの役割を果たす。

なお、この場合に用いるエッチング液としては、上記した水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液の他、半導体表面処理剤やフォトリソグラフィ用のポジレジスト用現像液として広く使用されている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）水溶液又は、ヒドラジン（Hydrazine）水溶液などがある。このウェットエッチング除去法を用いれば、図６（３）に示す構造体の一団を、生産条件等をほぼ等しくして一括して処理するバッチ処理を行うことができるので、生産性を向上させることができる。

（２）ドライエッチング除去法
図６（３）に示す構造体をドライエッチング装置のチャンバー内に載置し、真空状態にした後、チャンバー内に例えば、圧力３９０Ｐａの二フッ化キセノン（ＸｅＦ₂）を６０秒間導入することにより、式（３）に示す反応式に基づいてベース層２７を構成するシリコン（Ｓｉ）がエッチングされる。
２ＸｅＦ₂＋Ｓｉ→２Ｘｅ＋ＳｉＦ₄ ・・・（３）
この場合のシリコン（Ｓｉ）のエッチングレートは、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）のエッチングレートよりも非常に大きいので、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）からなる絶縁層２８がシリコン（Ｓｉ）からなる活性層２９に対するエッチングのストッパーの役割を果たす。また、この場合のドライエッチングは、プラズマエッチングではないので、ガラス基板１１や絶縁層２８がダメージを受けにくい。なお、上記した二フッ化キセノン（ＸｅＦ₂）を用いたドライエッチングの他、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がある。

次に、図７（１）に示す構造体について、ウェットエッチング技術を使用して、例えば、フッ化水素酸（ＨＦ）により、図７（２）に示すように、絶縁層２８をすべて除去する。次に、可動部基板２１の上面の略中央部に、ＣＶＤ装置やＰＶＤ装置を使用して、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）の薄膜と五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）の薄膜とを交互に、例えば、１０〜２０層程度積層することにより、図７（３）に示す反射防止膜２２を形成する。

次に、活性層２９の上面全面にフォトレジスト（図示せず）を塗布した後、上記したフォトリソグラフィ技術を使用して、活性層２９のうち、後に可動部基板２１となる部分を残すために、フォトレジストパターン４１を形成する（図７（４））。このフォトレジストパターン４１は、活性層２９において第１の凹部１１ａに対向する部分に所定の開口パターン２４（図１参照）及び圧力開放用開口部２５（図１参照）を形成するためのマスクパターンである。このフォトレジストパターン４１が形成された状態の構造体を、ドライエッチング装置のチャンバー内に載置した後、例えば、エッチングガスとして六フッ化硫黄（ＳＦ₆）を流量１３０ｓｃｃｍ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５０ｓｃｃｍで７秒間交互にチャンバー内に導入することにより、活性層２９のうち開口パターン２４及び圧力開放用開口部２５となる部分を異方性エッチングで除去する。

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。まず、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可動部基板２１に形成された孔から下方の駆動電極部１側に侵入し、駆動電極１２や絶縁膜１３を除去してしまうが、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２９が等方的にエッチングされ、サイドエッチングが発生する。特に、梁部２１ｂにサイドエッチングが発生した場合には、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発生せず、エッチング寸法の制御に優れており、梁部２１ｂの側面も垂直に形成されるため、強度が弱くなることはない。

しかしながら実際には、異方性エッチングを用いても、上記従来技術で説明したように、可動部基板２１のガラス基板１１側とその反対側との圧力差によって、構造的に脆弱な部分（本例の波長可変光フィルタでは梁部２１ｂ）が破損するといった問題が残されている。本発明ではこの問題を解消すべく、可動部基板２１に可動体２１ａを形成する前（すなわち開口パターン２４を形成する前）に、可動部基板２１に圧力開放用開口部２５を形成して、前記圧力差を解消しておく。この圧力開放用開口部２５は、可動部基板２１において第１の凹部１１ａに溝部１５を介して連通した第２の凹部１１ｂに対向する領域に形成されるものであるので、圧力開放用開口部２５を形成することにより、図７（１）に示す構造体において活性層２９（後に可動部基板２１となる）とガラス基板１１との間の封止空間が外部開放され、圧力差を解消することができるのである。

この圧力開放用開口部２５は、その役割上、可動体２１ａを形成する前に可動部基板２１に形成しておけば良いが、開口パターン２４を形成して可動体２１ａを得るためのドライエッチング工程の前に、別途、ドライエッチング工程を設けて圧力開放用開口部２５を形成するとした場合、工程数が増えるため、本例ではマイクロローディング効果によるエッチング速度の相対的な差を利用して、圧力開放用開口部２５と開口パターン２４とを同一のドライエッチング工程で形成する。ここで、マイクロローディング効果とは、パターン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り、よって、圧力開放用開口部２５として、開口パターン２４を構成する各開口領域２４ａ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。本例においては、図１に示したように、開口領域２４ａ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、この形状は一例であって、開口領域２４ａよりもエッチング速度が速くなる寸法及び形状であれば、任意の構成を採用できる。以下、圧力開放用開口部２５と開口パターン２４とを形成するドライエッチング工程について図７に戻って説明する。

図７（４）に示したフォトレジストパターン４１を形成した後、フォトレジストパターン４１をマスクとしてドライエッチングを行う。このとき、上述したマイクロローディング効果によって圧力開放用開口部２５に比べて各開口領域２４ａはエッチング速度が遅いので、図７（５）に示すように、開口領域２４ａ（開口パターン２４）より先に圧力開放用開口部２５の形成が完了する。これにより、可動部基板２１とガラス基板１１との間の封止空間が外部開放され、可動体２１ａの形成前に、可動部基板２１のガラス基板１１側とその反対側との圧力差が解消される。

そして、更にドライエッチングを継続すると、図７（６）に示すように開口パターン２４が貫通形成されて可動体２１ａの形状が完成する。このとき、前記圧力差が解消されているので、開口パターン２４の形成に伴って梁部２１ｂが破損するといった問題が生じない。そして、フォトレジストパターン４１を除去する。以上説明した工程により図１及び図２に示す可動部２が製造され、波長可変光フィルタが完成する。以上のようにして構成された波長可変光フィルタは必要に応じてパッケージ化されるが、そのパッケージ工程については本発明の主旨と関連がないので説明を省略する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、可動部基板２１に圧力開放用開口部２５を形成して可動部基板２１のガラス基板側とその反対側との圧力差を解消した後に、可動体２１ａを形成するようにしたので、前記圧力差に起因した梁部２１ｂの破損を確実に防止することができる。

また、開口パターン２４と圧力開放用開口部２５とを同一のエッチング工程で形成するようにしたので、製造工程数を増やすことなく、可動体２１ａの破損防止が可能となる。

また、本実施の形態においては、第１の凹部１１ａに形成した駆動電極１２を圧力開放用開口部２５から外部に引き出すようにしたので、外部に引き出すための貫通孔を別途、可動部基板２１に形成する場合と比較して製造工程を簡略化することができる。

なお、本例においては、圧力開放用開口部２５として正方形状の場合の例を挙げて説明したが、開口パターン２４を構成する開口領域２４ａと最小寸法部分同士を比較したときに、その最小寸法部分が大きく形成されているなど、要は、開口領域２４ａよりもエッチング速度が速い形状や寸法となっていれば良い。但し、圧力開放用開口部２５の形状や寸法に制限があるのは、圧力開放用開口部２５と開口パターン２４とを同一のエッチング工程で形成する場合であり、圧力開放用開口部２５と開口パターン２４とを別々のエッチング工程で形成する場合には、特に制限はない。

また、上記には圧力開放用開口部２５を開口パターン２４から離間した位置に設けた例を示したが、必ずしも離間している必要はなく、図８の平面図に示すように、開口パターン２４に連結した構成としてもよい。但し、圧力開放用開口部２５を開口パターン２４に連結した構成とする場合に、その圧力開放用開口部２５を脆弱部分（梁部２１ｂ）の近傍に設けると、上記と同様に脆弱部分の破損問題が発生することから、梁部２１ｂから離れた位置で開口パターン２４と連結させることが好ましい。なお、図８に示した圧力開放用開口部２５ａの例では、２等辺三角形状の頂点付近で開口パターン２４に連結した構成としている。このような外形形状の場合、マイクロローディング効果により、２等辺三角形の底辺側から頂点側に向かう図示矢印の方向にエッチングが進行する。このため、開口パターン２４に近い側からエッチングが進行する場合に比較して脆弱部分（梁部２１ｂ）に与える影響が少ないため、好ましい。なお、図８に示した形状は一例であって、この形状に限られたものではない。

また、図９の平面図に示すように、開口パターン２４の各開口領域２４ａの短手方向の開口幅を小さくして、圧力開放用開口部２５とのマイクロローディング効果によるエッチング速度の相対差を更に広げて、より早く圧力開放用開口部２５を開口させる構成としても良い。

また、微小構造体として、本例では波長可変光フィルタを例に挙げて説明したが、これに限られたものではなく、要は、第１の基板と、第１の基板に接合され、支持部に梁部を介して変位可能に支持された可動体を有する第２の基板とを備えた構造のものであれば良い。他に具体例を挙げると、例えば図１０に示すようなマイクロミラーが挙げられる。図１０は、マイクロミラーの分解斜視図である。

このマイクロミラーも、駆動電極部１００と可動部２００とから構成されている。駆動電極部１００は、ガラス基板１１０に形成された第１の凹部１１０ａと２つの第２の凹部１１０ｂとを有し、第１の凹部１１０ａと第２の凹部１１０ｂのそれぞれとは溝部１５０で連通されている。第１の凹部１１０ａ上には、半円状の２つの駆動電極１２０が形成され、そのそれぞれから溝部１５０上の配線膜１５０ａを介して第２の凹部１１０ｂ上の引き出し電極１４０が接続されている。可動部２００は、可動体２１０ａと、２つの圧力開放用開口部２５０とを有し、ガラス基板１１０に接合される可動部基板２１を備えている。可動体２１０ａは、直線状に配置された２つの梁部２１０ｂによって支持部２１０ｃに支持されている。そして、２つの梁部２１０ｂを支軸として図示左右に回動可能な構成となっている。このように構成されたマイクロミラーは、２つの駆動電極１２０のうちの一方又は他方に駆動電圧を印加することにより、可動体２１０ａが梁部２１０ｂを支軸として回動し、これにより入射光の光路を切り換えるものである。なお、この例では、圧力開放用開口部２５０を２つ形成しているが、これは、圧力開放用としての用途に加え、各駆動電極１２０の引き出し用の開口として形成しているためで、圧力開放用としては１つで充分である。

本発明の一実施の形態の波長可変光フィルタの分解斜視図。 図１のＡ−Ａ断面図。 図１の波長可変光フィルタの平面図。 駆動電極部の作製工程を示す図（その１）。 駆動電極部の作製工程を示す図（その２）。 ＳＯＩ基板と駆動電極部との接合構造体の作製工程を示す図。 接合構造体から可動部を作製する工程を示す図。 波長可変光フィルタの平面図。 波長可変光フィルタの平面図。 マイクロミラーの分解斜視図。

符号の説明

１ 駆動電極部、２ 可動部、１１ ガラス基板、１１ａ 第１の凹部、１１ｂ 第２の凹部、１１ｃ 第３の凹部、１２ 駆動電極、１４ 引き出し電極、１６ 高反射膜、１７ 反射防止膜、２１ 可動部基板、２１ａ 可動体、２１ｂ 梁部、２１ｃ 支持部、２２ 反射防止膜、２３ 高反射膜、２４ 開口パターン、２４ａ 開口領域、２５ 圧力開放用開口部、１００ 駆動電極部、１１０ ガラス基板、１１０ａ 第１の凹部、１１０ｂ 第２の凹部、１２０ 駆動電極、１４０ 引き出し電極、２００ 可動部、２１０ａ 可動体、２１０ｂ 梁部、２１０ｃ 支持部、２５０ 圧力開放用開口部。

Claims (10)

1. 第１の基板と、該第１の基板に接合され、支持部に梁部を介して変位可能に支持された可動体を有する第２の基板とを備えた微小構造体の製造方法であって、
   前記第１の基板に第１の凹部と該第１の凹部に連通する第２の凹部とを形成する工程と、
   前記第１の基板の前記第１の凹部及び前記第２の凹部の開口側に、可動体形成用の第２の基板を接合する工程と、
   前記第２の基板の前記第１の凹部に対向する部分に、ドライエッチングで所定の開口パターンを形成して前記可動体を形成する工程と、
   前記第２の基板に前記可動体を形成する前に、前記第２の基板において前記第２の凹部に対向する領域に、前記第２の基板の前記第１の基板側とその反対側との圧力差を解消するための圧力開放用開口部を形成する工程と、
   を備えたことを特徴とする微小構造体の製造方法。
2. 前記所定の開口パターンと前記圧力開放用開口部とを、マイクロローディング効果によるエッチング速度の相対的な差を利用して同一のドライエッチング工程で形成することを特徴とする請求項１記載の微小構造体の製造方法。
3. 前記圧力開放用開口部は、前記所定の開口パターンを構成する複数の開口領域の各開口領域と最小寸法部分同士を比較した場合にその最小寸法部分が大きく構成され、前記開口領域に比べてドライエッチング時のエッチング速度が速いことを特徴とする請求項２記載の微小構造体の製造方法。
4. 前記圧力開放用開口部を、前記所定の開口パターンと離間して構成することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の微小構造体の製造方法。
5. 前記圧力開放用開口部を、前記所定の開口パターンと連結して構成することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の微小構造体の製造方法。
6. 前記第１の基板の前記第１の凹部に、前記可動体を駆動するための駆動電極を形成し、前記駆動電極を、前記第１の凹部から前記第２の凹部を介して前記圧力開放用開口部から外部に引き出すことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の微小構造体の製造方法。
7. 請求項１乃至請求項６の何れかに記載の微小構造体の製造方法によって製造された微小構造体。
8. 静電気力によって前記可動体を駆動させることを特徴とする請求項７記載の微小構造体。
9. 請求項７又は請求項８記載の微小構造体を備えたことを特徴とする波長可変光フィルタ。
10. 請求項７又は請求項８記載の微小構造体を備えたことを特徴とするマイクロミラー。
    

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