JP6295257B2 - 光干渉計を製造する方法 - Google Patents

Description

本発明の一側面は、ＭＥＭＳ技術を用いた光干渉計を製造する方法に関する。

特許文献１には、マイクロ機械加工を施した干渉計が記載されている。この干渉計は、ビームスプリッタ、静電アクチュエータ、静電アクチュエータにより移動可能とされた可動ミラー、及び固定ミラーといった光学部品を備えている。また、特許文献１には、このような干渉計の製造方法が記載されている。この製造方法においては、ＳＯＩウェハのシリコン層をエッチングすることにより、絶縁層上に各光学部品となる部分を形成する。また、この製造方法においては、シャドウマスクを用いたスパッタリングによって、可動ミラーや固定ミラーとなる部分に選択的に金属被覆を施している。

特開２００８−１０２１３２号公報

上述したように、シャドウマスクを用いたスパッタリングによって、例えば可動ミラーとなる部分に選択的に金属被覆を施す際には、例えばビームスプリッタとなる部分に対して金属被覆が施されることを防止するために、可動ミラーとなる部分とビームスプリッタとなる部分との距離を大きくとる必要がある。その結果、ビームスプリッタと可動ミラーとの距離が大きくなり、その分だけ干渉計における光路長が拡張される。光路長が拡大すると、干渉計におけるビーム径の拡大が顕著となり、光利用効率が低下する。

そこで、本発明の一側面は、光路長の拡張に起因する光利用効率の低下を抑制可能な光干渉計を製造する方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る光干渉計を製造する方法は、ビームスプリッタのための第１の半導体部と、可動ミラーのための第２の半導体部とを、シリコンからなる支持基板の主面、及び主面上に形成された第１の絶縁層上に形成する第１の工程と、第１の半導体部における第２の半導体部側の第１の側面と、第２の半導体部における第１の半導体部側の第２の側面との間に、主面に沿って延びる第１の壁部を配置する第２の工程と、シャドウマスクを用いて第２の側面に第１の金属膜を成膜することにより、第２の半導体部にミラー面を形成する第３の工程と、第３の工程の後に第１の壁部を除去する第４の工程と、を備え、シャドウマスクは、マスク部とマスク部に設けられた第１の開口部とを有し、第３の工程においては、マスク部と第１の壁部とによって第１の側面をマスクすると共に、第１の開口部から第２の側面を露出させた状態において、第１の金属膜を成膜する。

この方法においては、ビームスプリッタのための第１の半導体部と、可動ミラーのための第２の半導体部との間に第１の壁部を配置する。そして、シャドウマスクを用いて第２の半導体部の第２の側面に金属膜を成膜する。この金属膜の成膜の際には、第２の側面がシャドウマスクの第１の開口部から露出される一方で、第１の側面が第１の壁部を用いてマスクされる。このため、第１の半導体部と第２の半導体部とが近接している場合であっても、第１の側面に金属膜が成膜されることを抑制しつつ、第２の側面に金属膜を成膜してミラー面を形成することが可能となる。したがって、ビームスプリッタと可動ミラーとを近接して形成することができるので、光干渉計における光路長の拡張を抑制できる。よって、光路長の拡張に起因した光利用効率の低下を抑制可能な光干渉計を製造することが可能となる。

本発明の一側面に係る光干渉計を製造する方法においては、第１の工程において、主面及び第１の絶縁層上に形成された半導体層のエッチングにより、第１及び第２の半導体部を形成すると共に、第１の壁部を主面及び第１の絶縁層上に形成して第２の工程を実施してもよい。この場合、第１及び第２の半導体部と第１の壁部とを一括して形成することができる。また、可動ミラー等の中空構造を形成すべく第１の絶縁層をエッチングすれば、第１の壁部の除去をも行うことができる。

本発明の一側面に係る光干渉計を製造する方法においては、第３の工程において、マスク部の裏面を第１の壁部の頂部に接合することにより、マスク部と第１の壁部とによって第１の側面をマスクしてもよい。この場合、第１の側面が確実にマスクされる。

本発明の一側面に係る光干渉計を製造する方法においては、マスク部の裏面には、裏面に沿って延びる第２の壁部が形成されており、第３の工程においては、第２の壁部の底部を第１の壁部の頂部に接合してもよい。この場合、支持基板の主面上に形成された第１の壁部と、シャドウマスクに形成された第２の壁部とを併せて第１の側面のマスクに用いることができる。このため、第１の側面のマスクに用いる壁部の高さを、支持基板の主面及びシャドウマスクのいずれか一方に当該壁部を形成する場合と比較して、抑えることが可能となる。よって、当該壁部の形成が容易となる。

本発明の一側面に係る光干渉計を製造する方法においては、マスク部の裏面には、第２の絶縁層が形成されており、第３の工程においては、第２の絶縁層を介してマスク部の裏面を第１の壁部の頂部に接合してもよい。この場合、第２の絶縁層のエッチングによって、シャドウマスクを容易に除去することが可能となる。特に、第１の絶縁層と第２の絶縁層とが同一のエッチング剤によりエッチング可能な場合には、第１及び第２の絶縁層の一度のエッチングによって、可動ミラー等の中空構造の形成、第１の壁部の除去、及びシャドウマスクの除去を同時に行うことが可能となる。

本発明の一側面に係る光干渉計を製造する方法においては、第１の工程においては、偏向ミラーのための第３の半導体部を主面及び第１の絶縁層上に形成し、第２の工程においては、第３の半導体部における第１の半導体部側の第３の側面と第１の半導体部との間に、主面に沿って延びる第３の壁部を配置し、第３の工程においては、シャドウマスクを用いて第３の側面に第２の金属膜を成膜することにより、第３の半導体部にミラー面を形成し、シャドウマスクは、マスク部に形成された第２の開口部を有し、第３の工程においては、マスク部と第３の壁部とによって第１の半導体部の第３の半導体部側の側面をマスクすると共に、第２の開口部から第３の側面を露出させた状態において、第２の金属膜を成膜してもよい。この場合、上述した理由と同様の理由から、ビームスプリッタと偏向ミラーとを近接して形成することができるので、光路長の拡張をより一層抑制できる。

本発明の一側面によれば、光路長の拡張に起因する光利用効率の低下を抑制可能な光干渉計を製造する方法を提供することができる。

本実施形態に係る方法により製造される光干渉計の模式的な平面図である。 図１のII−II線に沿った模式的な端面図である。 本実施形態に係る光干渉計を製造する方法の主要な工程を示す模式的な端面図である。 本実施形態に係る光干渉計を製造する方法の主要な工程を示す模式的な端面図である。 本実施形態に係る光干渉計を製造する方法の主要な工程を示す模式的な端面図である。 ＭＥＭＳ技術を用いた光干渉計の製造の際に生じる課題を説明するための図である。 ＭＥＭＳ技術を用いた光干渉計の製造の際に生じる課題を説明するための図である。 ＭＥＭＳ技術を用いた光干渉計の製造の際に生じる課題を説明するための図である。 図３に示されたシャドウマスクの変形例を示す模式的な端面図である。 図３に示されたシャドウマスクの変形例を示す模式的な端面図である。

以下、光干渉計を製造する方法の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一の要素同士、或いは相当する要素同士には、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る方法により製造される光干渉計の模式的な平面図である。図２は、図１のII−II線に沿った模式的な端面図である。図１，２に示される光干渉計１は、ＭＥＭＳ技術を用いた光干渉計であって、例えばマイケルソン干渉計として構成される。光干渉計１は、支持基板１０と、ビームスプリッタ１２と、アクチュエータ１３と、可動ミラー１４と、固定ミラー１５と、偏向ミラー１６，１７と、を備えている。

支持基板１０は、主面１０ｓを有している。支持基板１０は、例えば、シリコンからなる。支持基板１０は、例えばＳＯＩ基板におけるシリコン基板である。主面１０ｓの一部の領域には、絶縁層（第１の絶縁層）２１が形成されている。絶縁層２１は、例えば、ＳＯＩ基板の絶縁層（犠牲層）をエッチングすることにより形成される。絶縁層２１は、例えば、酸化シリコン（例えばＳｉＯ_２）又は窒化シリコン（例えばＳｉＮ）からなる。

ビームスプリッタ１２、アクチュエータ１３、可動ミラー１４、固定ミラー１５、及び、偏向ミラー１６，１７は、例えばＳＯＩ基板のシリコン層のエッチング等によって、支持基板１０の主面１０ｓ上に形成されている。また、例えば、ビームスプリッタ１２、固定ミラー１５、及び、偏向ミラー１６，１７は、主面１０ｓ及び絶縁層２１上に形成されている（すなわち、主面１０ｓとの間に絶縁層２１が介在されている）。一方、アクチュエータ１３の一部、及び可動ミラー１４は、主面１０ｓから浮いた状態とされており（すなわち、主面１０ｓとの間に絶縁層２１が介在されておらず）、中空構造となっている。

ビームスプリッタ１２は、所定の波長の光を透過する光透過性部品である。ビームスプリッタ１２は、側面１２ａと、側面１２ａに対向する側面（第１の側面）１２ｂとを有している。側面１２ａ，１２ｂは、主面１０ｓに沿った方向、及び、主面１０ｓに直交する方向に沿って延びている。側面１２ａは、偏向ミラー１６（特に後述する側面１６ａ）側の面であり、側面１２ｂは、可動ミラー１４（特に後述する側面１４ａ）側の面である。

側面１２ａは、到達した光の一部を反射すると共に残部を透過するハーフミラー面（半透過反射面）である。側面１２ａには、例えば酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜等を形成することができる。側面１２ｂは、光透過面である。側面１２ｂには、例えば窒化シリコン膜からなる反射防止膜（ＡＲ膜）を形成することができる。

アクチュエータ１３は、櫛歯状に形成された櫛歯部と、櫛歯部を主面１０ｓ上に支持する支持部と、櫛歯部の櫛歯間に配置されるように櫛歯状に形成された別の櫛歯部とを有している（各部については図示を省略する）。櫛歯部は、主面１０ｓとの間に絶縁層が介在されておらず、主面１０ｓから浮いた状態において支持部により支持されている。アクチュエータ１３は、櫛歯部と別の櫛歯部との間に静電気力を生じさせることにより、主面１０ｓに沿った方向における櫛歯間の間隔を変更（制御）可能に構成されている。このため、アクチュエータ１３には、電圧を印可するための電極（不図示）が形成されている。

可動ミラー１４は、側面（第２の側面）１４ａを有している。側面１４ａは、ビームスプリッタ１２の側面１２ｂ側の面である。側面１４ａは、主面１０ｓに沿った方向、及び、主面１０ｓに直交する方向に沿って延びている。側面１４ａには、金属膜（第１の金属膜）３１が形成されている。これにより、側面１４ａは、到達した光を全反射するミラー面（反射面）として構成されている。

可動ミラー１４は、アクチュエータ１３の一端部に連結されている。また、可動ミラー１４は、主面１０ｓとの間に絶縁層２１が介在されておらず、主面１０ｓから浮いた状態となっている。したがって、可動ミラー１４は、アクチュエータ１３によって、主面１０ｓに沿った方向に可動とされている。

固定ミラー１５は、互いに対向する一対の側面１５ａ，１５ｂを有している。側面１５ａ，１５ｂは、主面１０ｓに沿った方向、及び、主面１０ｓに略直交する方向に沿って延びている。側面１５ａは、ビームスプリッタ１２の側面１２ａ側の面であり、側面１５ｂは、側面１５ａの反対側の面である。側面１５ｂには、金属膜３２が形成されている。これにより、側面１５ｂは、到達した光を全反射するミラー面として構成されている。

偏向ミラー１６は、側面１６ａを有している。側面１６ａは、ビームスプリッタ１２の側面１２ａ側の面である。側面１６ａは、主面１０ｓに沿った方向、及び、主面１０ｓに直交する方向に対して４５°傾斜した方向に沿って延びている。側面１６ａには、金属膜（第２の金属膜）３３が形成されている。これにより、側面１６ａは、到達した光を全反射するミラー面として構成されている。偏向ミラー１６は、例えば入射ミラーであり、主面１０ｓに直交する方向から入射した光を主面１０ｓに沿った方向に偏向する９０°偏向ミラーである。ビームスプリッタ１２の側面１２ａは、主面１０ｓに直交する方向からみて、偏向ミラー１６によって偏向された光の光路に対して傾斜している。

偏向ミラー１７は、側面１７ａを有している。側面１７ａは、ビームスプリッタ１２の側面１２ｂ側の面である。側面１７ａは、主面１０ｓに沿った方向、及び、主面１０ｓに直交する方向に対して４５°傾斜した方向に沿って延びている。側面１７ａには、金属膜（第２の金属膜）３４が形成されている。これにより、側面１７ａは、到達した光を全反射するミラー面として構成されている。偏向ミラー１７は、例えば出射ミラーであり、主面１０ｓに沿った方向からの光を主面１０ｓに直交する方向に偏向する９０°偏向ミラーである。

以上のような光干渉計１においては、光干渉計１に入射した光Ｌ１は、偏向ミラー１６の側面１６ａによって９０°偏向されてビームスプリッタ１２の側面１２ａに入射する。側面１２ａに入射した光Ｌ１の一部の光Ｌ２は側面１２ａによって反射されて側面１５ａから固定ミラー１５に入射し、側面１５ｂによって反射される。側面１５ｂによって反射された光Ｌ３は、再びビームスプリッタ１２の側面１２ａに入射する。

一方、側面１２ａに入射した光Ｌ１の残部の光Ｌ４は、側面１２ａを透過して側面１２ｂから出射され、可動ミラー１４の側面１４ａによって反射される。側面１４ａによって反射された光Ｌ５は、再び側面１２ｂに入射して側面１２ａに至る。側面１４ａによって反射されて側面１２ａに至る光Ｌ５は、固定ミラー１５によって反射されて側面１２ａに入射する光Ｌ３と合波され、干渉光Ｌ６として側面１２ｂから出射される。側面１２ｂから出射された干渉光Ｌ６は、偏向ミラー１７の側面１７ａによって主面１０ｓに直交する方向に９０°偏向され、光干渉計１の外部に出力される。

引き続いて、光干渉計１を製造する方法について説明する。図３〜５は、本実施形態に係る光干渉計を製造する方法の主要な工程を示す模式的な端面図である。この方法においては、まず、支持基板１０の主面１０ｓ上に絶縁層（犠牲層：第１の絶縁層）を介して半導体層を積層してなる基板を用意する。この基板は、例えばＳＯＩ基板である。絶縁層は、例えば酸化シリコン（例えばＳｉＯ_２）又は窒化シリコン（例えばＳｉＮ）からなる。半導体層は、例えばシリコンからなる。

続いて、主面１０ｓ及び絶縁層上に形成された半導体層のエッチングにより、図３の（ａ）に示されるように、ビームスプリッタ１２のための半導体部（第１の半導体部）５２、アクチュエータ１３のための半導体部５３、及び、可動ミラー１４のための半導体部（第２の半導体部）５４を形成する（工程Ｓ１０１：第１の工程、第２の工程）。また、絶縁層の一部を除去して絶縁層２１を形成する。これにより、半導体部５２〜５４等を含む半導体層Ｓが主面１０ｓ及び絶縁層２１上に形成される。半導体部５２は側面１２ａ，１２ｂを含み、半導体部５４は側面１４ａを含む。

また、この工程Ｓ１０１においては、絶縁層の一部を除去して絶縁層２１を形成することにより、半導体部５３の櫛歯部を含む可動部のための領域と主面１０ｓとの間の絶縁層を除去し、これらを主面１０ｓから浮いた状態とする（すなわち、中空構造を形成する）。半導体部５２，５４と主面１０ｓとの間には絶縁層（絶縁層２１）が残存する。

さらに、この工程Ｓ１０１においては、上述した半導体層のエッチングによって、半導体部５２〜５４の形成と共に、主面１０ｓ及び絶縁層２１上に壁部（第１の壁部）６１を形成する。壁部６１は、主面１０ｓに沿った方向、及び主面１０ｓに直交する方向に沿って延びるように、半導体部５２の半導体部５４側の側面１２ｂと、半導体部５４の半導体部５２側の側面１４ａとの間に形成される。つまり、この工程Ｓ１０１においては、半導体部５２の側面１２ｂと、半導体部５４の側面１４ａとの間に、主面１０ｓに沿って延びる壁部６１を配置する。

壁部６１は、半導体部５２の側面１２ｂと半導体部５４の側面１４ａとの中心位置よりも、側面１２ｂ側になるように形成される。すなわち、壁部６１は、半導体部５４よりも半導体部５２により近い位置に配置される。また、壁部６１は、半導体層のエッチングにより半導体部５２〜５４と共に形成されるので、壁部６１の主面１０ｓからの高さは、半導体部５２〜５４の主面１０ｓからの高さと略同一となる。

このような壁部６１は、後の金属膜を成膜する工程（メタライズ工程）において、半導体部５４の側面１４ａといった金属膜を成膜する部分（メタライズ部）から、半導体部５２の側面１２ｂといった金属膜を成膜しない部分（非メタライズ部）を隔てて保護するために用いられる（すなわち、非メタライズ部をマスクするために用いられる）。

なお、ここでは、例えば、半導体層のエッチングの際に用いるマスクに対して、半導体部５２〜５４のためのパターンに加えて、壁部６１のためのパターンを形成することにより、半導体部５２〜５４と壁部６１とを一括して形成することができる。半導体層Ｓは、壁部６１を含む。

続いて、図３の（ｂ）に示されるように、シャドウマスク７０を用意する（工程Ｓ１０２）。シャドウマスク７０としては、例えばシリコンウェハやガラスウェハを用いることができる。シャドウマスク７０は、マスク部７１と、マスク部７１に形成された開口部（第１の開口部）７２と、を有している。マスク部７１は、後の工程においてシャドウマスク７０を主面１０ｓ及び半導体層Ｓ上に配置したときに、主面１０ｓに直交する方向からみて、半導体部５２の側面１２ｂ及び壁部６１を覆う第１の領域７５と、第１の領域７５との間で開口部７２を規定する第２の領域７６と、を含む。

マスク部７１は、表面７１аと、表面７１ａの反対側の裏面７１ｂとを有している。裏面７１ｂは、後の工程においてシャドウマスク７０を主面１０ｓ及び半導体層Ｓ上に配置したときに、表面７１ａよりも主面１０ｓ及び半導体層Ｓ側に位置する面である（すなわち、主面１０ｓに対向する面である）。裏面７１ｂには、裏面７１ｂに沿って延びる壁部（第２の壁部）７８が形成されている。ここでは、第１の領域７５における裏面７１ｂに対して壁部７８が形成されている。

また、マスク部７１の表面７１ａ及び裏面７１ｂを含む外表面には、絶縁層（犠牲層：第２の絶縁層）２２が形成されている（すなわち、壁部７８の外表面にも絶縁層２２が形成されている）。絶縁層２２は、例えば酸化シリコン（例えばＳｉＯ_２）又は窒化シリコン（例えばＳｉＮ）からなる。絶縁層２２が酸化シリコンからなる場合には、絶縁層２２は、例えば熱酸化によって形成される。

続いて、シャドウマスク７０を主面１０ｓ及び半導体層Ｓ上に配置して半導体層Ｓに接合する（工程Ｓ１０３：第３の工程）。このとき、マスク部７１の第１の領域７５と壁部６１とによって半導体部５２の側面１２ｂをマスクするように（ここでは覆うように）、且つ、開口部７２から半導体部５４の側面１４ａを露出するように（すなわち、主面１０ｓに直交する方向からみて、半導体部５４の側面１４ａが開口部７２に含まれるように）、シャドウマスク７０を主面１０ｓ及び半導体層Ｓ上に配置する。

また、この工程Ｓ１０３においては、壁部７８の底部（底面）７８ｓを壁部６１の頂部（上面）６１ｃに接合することによって、シャドウマスク７０を半導体層Ｓに接合する。このように、シャドウマスク７０は、裏面７１ｂから突出する壁部７８において半導体層Ｓに接合されるので、裏面７１ｂの大部分において半導体層Ｓから離間している。

ここで、壁部７８の底部７８ｓが壁部６１の頂部６１ｃに接合されることにより、壁部６１と壁部７８とによって、主面１０ｓからマスク部７１の裏面７１ｂ（より具体的には、裏面７１ｂにおける壁部７８以外の平坦部）まで至るように延びる一続きの壁部６５が構成される。半導体部５２の側面１２ｂは、この壁部６５を用いてマスクされる。つまり、ここでは、支持基板１０の主面１０ｓとシャドウマスク７０との両方に対して、側面１２ｂをマスクするための壁部が設けられる。

さらに、上述したように、マスク部７１の裏面７１ｂには、絶縁層２２が形成されている。したがって、この工程Ｓ１０３においては、絶縁層２２を介して、マスク部７１の裏面７１ｂを壁部６１の頂部６１ｃに接合する。この接合には、例えば表面活性化接合を用いることができる。

続いて、図４の（ａ）に示されるように、メタライズ工程を行う。すなわち、シャドウマスク７０を用いて半導体部５４の側面１４ａに金属膜３１を成膜することにより、半導体部５４にミラー面を形成する（工程Ｓ１０４：第３の工程）。より具体的には、マスク部７１の第１の領域７５と壁部６１（より具体的には壁部６１と壁部７８とによって構成される壁部６５）とによって半導体部５２の側面１２ｂをマスクすると共に、開口部７２から側面１４ａを露出させた状態において、側面１４ａに金属膜３１を成膜する（メタライズを行う）。金属膜３１の成膜には、例えばスパッタリングを用いることができる。その場合、マスク部７１の表面７１ａ上に金属ターゲットを配置し、マスク部７１に向けて金属粒子Ｍを飛散させる。

これにより、開口部７２から金属粒子Ｍが入射し、メタライズ部である側面１４ａに金属材料が堆積して金属膜３１が成膜される。このとき、金属粒子Ｍの入射方向によっては、壁部６１における半導体部５４側の側面にも金属材料が堆積して金属膜３５が形成される。同様に、支持基板１０の主面１０ｓにも部分的に金属材料が堆積し、金属膜３６が成膜される。その一方で、非メタライズ部である半導体部５２の側面１２ｂは、マスク部７１の第１の領域７５と壁部６１（壁部６５）とによってマスクされているので、金属粒子Ｍが到達せず、金属膜が成膜されない。つまり、壁部６１（壁部６５）は、金属ターゲットからの金属粒子Ｍの遮蔽体として機能する。なお、シャドウマスク７０のマスク部７１には、アクチュエータ１３の非可動部上に位置する開口がさらに設けられている。したがって、この工程Ｓ１０３においては、金属膜３１，３６の形成と同時に、アクチュエータ１３の非可動部上にも金属材料が堆積し、金属膜（不図示）が形成される。この金属膜は、上述したように、櫛歯間に静電気力を生じさせるためにアクチュエータ１３に電圧を印可する際の電極として用いられる。

続いて、図４の（ｂ）に示されるように、絶縁層２１，２２のエッチング（犠牲層エッチング）により、支持基板１０から壁部６１を除去すると共に、半導体層Ｓからシャドウマスク７０を除去する（工程Ｓ１０５：第４の工程）。この工程Ｓ１０５においては、例えば絶縁層２１及び絶縁層２２が酸化シリコンからなる場合には、フッ酸を用いたエッチングにより、壁部６１と主面１０ｓとの間の絶縁層２１を除去すると共に、壁部６１と壁部７８との間の絶縁層２２を除去し、壁部６１及びシャドウマスク７０を同時に除去することができる。

さらに、この工程においては、絶縁層２１のエッチングによって、半導体部５４と主面１０ｓとの間の絶縁層２１を除去し、半導体部５４を主面１０ｓから浮いた状態にして可動ミラー１４を形成することができる。つまり、この工程Ｓ１０５においては、光干渉計１における中空構造（可動ミラー１４）の形成と、壁部６１及びシャドウマスク７０の除去とを同時に行うことが可能である。

なお、支持基板１０の主面１０ｓから剥離した壁部６１が光干渉計１内に残存すると、光干渉計１の光学部品や可動部品等の破損の原因となる場合がある。そのため、この工程Ｓ１０５において壁部６１を除去する際には、図５に示されるように、主面１０ｓを鉛直方向における下側に向け、主面１０ｓから剥離した壁部６１（及び半導体層Ｓから剥離したシャドウマスク７０）を所定の受け皿Ａに落下させるようにすることが考えらえる。

ここで、ＭＥＭＳ技術を用いた光干渉計等の課題に関する本発明者の知見について説明する。ＭＥＭＳ技術は、半導体フォトリソグラフィ技術を用いた高精度アライメント技術及び高精度構造形成技術に基づいており、光を波として処理するような光干渉計や回折格子等の製造技術として有用である。特に、シリコン基板を用いたＭＥＭＳ加工は、多くの利点を有している。利点の一例としては、材料自体が低コストであること、弾性に優れた材料であるため機械特性がよく、信頼性の高いセンサやアクチュエータを製造可能であること、材料の結晶異方性を利用した斜め面形成やボッシュプロセスに代用されるような高アスペクト比のトレンチを形成可能な技術が開発されていること等が挙げられる。

このため、ＭＥＭＳ技術は、加速度センサ、圧力センサ、プロジェクタの画素ミラー（ＤＭＤ等）、及び、ＦＴＩＲ（Fourier Transform Infrared Spectrometer）分光器の光干渉計等の製造に利用し得る。特に、ＭＥＭＳ技術の光干渉計への応用は幅広く、ＦＴＩＲだけでなく、ＯＣＴ（Optical Coherent Tomography）や、膜厚測定や、表面粗さ測定等に応用することにより、それらの測定機器の小型化及び低コスト化を実現可能であると考えられる。

しかしながら、ＭＥＭＳ技術を用いた光干渉計の製造の際には、以下のような問題が生じ得る。すなわち、図６及び図７に示されるように、光干渉計１００を製造する際には、ビームスプリッタ１０１や可動ミラー１０２等の光学部品と、光路差を発生させるためのアクチュエータ（駆動部）１０３とを、フォトリソグラフィ及びＳｉエッチングを用いて同一基板上に形成する場合がある。その場合には、光干渉計１００が、ビームスプリッタ１０１等の光を透過する光学部品を有するため、光利用効率向上のための光干渉計へのメタライズはパターニングが必須である。

一方で、例えば、ミラー面を構成するために金属膜の成膜の対象となる（すなわちメタライズ部である）可動ミラー１０２の側面１０２ｓが、Ｓｉエッチングで形成された側面であるため、フォトリソグラフィによるメタルのパターンの形成が困難である。そのため、シャドウマスクと呼ばれるハードマスクを用いたメタライズの手法を用いることが考えられる。しかしながら、シャドウマスクを用いたメタライズの際には、金属膜の成膜の対象でない（すなわち非メタライズ部である）ビームスプリッタ１０１の側面１０１ｓのプロテクトのため、ビームスプリッタ１０１と可動ミラー１０２との距離を大きくすることにより、メタライズ部と非メタライズ部との距離を大きくする必要が生じる。なお、ビームスプリッタ１０１の側面１０１ｓは、図６においてはハーフミラー面であり、図７においては光透過面であり、いずれも非メタライズ部である。

光干渉計１００におけるメタライズ部と非メタライズ部との距離は、光干渉計１００の光路長を決定することになるが、Ｓｉエッチングにより形成した光干渉計は光有効サイズが小さいため、光路長の拡張により光利用効率が低減してしまう。そのため、従来の光干渉計へのメタライズ手法では、光干渉計へのメタライズを行っても光利用効率の向上に繋がりにくいという問題が生じていた。この問題について、さらに詳細に説明する。

図８は、シャドウマスクを用いたメタライズの一例を説明するための図である。図８に示されるシャドウマスク１４４を用いたメタライズにおいては、Ｓｉエッチングにより形成した側面１４０ａに対して均一な金属膜１４２を成膜するために、例えば、シャドウマスク１４４と金属ターゲット１４６との距離をＤ２からＤ１へと短くし、金属ターゲット１４６からの金属粒子Ｍの横方向成分を大きくすることが考えられる。このようなメタライズには、抵抗蒸着やＥＢ蒸着よりも、エネルギーの高いスパッタリングが適している。

このメタライズにおいては、シャドウマスク１４４の開口部１４４ａ付近に位置する側面１４０ａが、例えば可動ミラーのミラー面となるメタライズ部であり、その両側の側面１４０ｂ，１４０ｃが、例えばビームスプリッタのハーフミラー面や光透過面等となる非メタライズ部である。この場合、上述したように、シャドウマスク１４４と金属ターゲット１４６との距離をＤ１のように小さくすると、非メタライズ部である側面１４０ｂの一部分にも金属膜１４２が成膜されてしまう。したがって、側面１４０ｂに金属膜１４２が成膜されないようにするためには、側面１４０ｂを側面１４０ａから遠ざける必要がある。

一方、図８における位置関係によれば、側面１４０ｃには金属膜が成膜されないとも考えられる。しかしながら、光干渉計内には、メタライズ部が複数存在するので、各部分において均一に金属膜を成膜するために、ウェハ１４０を回転させることにより金属粒子Ｍの向かう方向を一様にすることがある。つまり、図８においては側面１４０ａよりも金属ターゲット１４６側に位置している側面１４０ｃにも、実際には金属膜が成膜されてしまう。したがって、側面１４０ｃに金属膜が成膜されないようにするためには、側面１４０ｃも側面１４０ａから遠ざける必要がある。このように、光干渉計としての光学設計上では、例えばビームスプリッタと可動ミラーとを互いに遠ざける必要がなくても、工程設計上からそれらを遠ざける必要が生じ、光干渉計のトータルの光路長が拡張される。

光干渉計においては、ビームスプリッタで分岐された光が、途中で失われることなく、最終的な検出器に到達しなければならない。そのためには、理想的には、光路長の長さの間、伝播する光が平行光とみなせるような光学設計をする必要がある。一般に、分光器等のコヒーレントでない光を扱う場合、入射ビームのビーム径を数μｍ〜数十μｍまで損失なしに絞り込むことは不可能である。よって、入射窓の大きさを、数百μｍ以上とすることが一般的である。この数百μｍの入射窓に集められた光は、あらゆる角度の広がり成分を持っており、光学設計によって同程度のビーム径の平行光を作り出すことは原理的に不可能である。

例えば、像倍率がｍのレンズ系においては、ビーム径がｍ倍に拡大されるのと同時に、ビームの広がり角（開口数ＮＡ）が１／ｍに変換される。平行光を作るということは、広がり角を小さくすることを意味するため、像倍率ｍを大きくすればよいことがわかるが、逆にいうと、これは、あるビーム径で所定の広がり角を持った光を、それよりも小さなビーム径で平行光とすることができないことを意味する。例えば、コア径が２００μｍであり、ＮＡが０．２である光ファイバからの光を、ＮＡが０．００２程度（１ｍｍで２μｍ程度の広がり）の平行光に変換しようとすると、ビーム径は１００倍の２０ｍｍとなってしまう。

ＭＥＭＳ技術により形成される光学面（例えば上記のハーフミラー面や光透過面等）のサイズが、一例として１００μｍ〜数百μｍ程度であるので、ビーム径が２０ｍｍである平行光では、そのほとんどが損失されてしまう。結果としては、広がり角を小さくすることに制限があるため、損失を少なくして光利用効率の低下を抑制するためには、光干渉計の光路長を可能な限り短くすることが重要となる。

以上のような課題に対し、本実施形態に係る光干渉計１を製造する方法においては、ビームスプリッタ１２のための半導体部５２と、可動ミラー１４のための半導体部５４との間に壁部６１を配置する。そして、シャドウマスク７０を用いて半導体部５４の側面１４ａに金属膜３１を成膜する（メタライズを行う）。このメタライズの際には、メタライズ部である半導体部５４の側面１４ａをシャドウマスク７０の開口部７２から露出させる一方で、非メタライズ部である半導体部５２の側面１２ｂを壁部６１（壁部６５）を用いてマスクする。

このため、半導体部５２と半導体部５４とが近接している場合であっても、非メタライズ部である側面１２ｂに金属膜が成膜されることを抑制しつつ、メタライズ部である側面１４ａに金属膜３１を成膜してミラー面を形成することが可能となる。したがって、ビームスプリッタ１２と可動ミラー１４とを近接して形成することができるので、光干渉計１おける光路長の拡張を抑制できる。よって、光路長の拡張に起因した損失の増大を抑制し、光利用効率の低下を抑制可能な光干渉計１を製造することが可能となる。

また、本実施形態に係る光干渉計１を製造する方法においては、工程Ｓ１０１において、支持基板１０の主面１０ｓ及び絶縁層上に形成された半導体層のエッチングによって、半導体部５２〜５４を形成すると共に、壁部６１を形成する。このため、半導体部５２〜５４と壁部６１とを一括して形成することができる。また、工程Ｓ１０５において可動ミラー１４といった中空構造を形成すべく絶縁層２１をエッチングすれば、壁部６１の除去をも行うことができる。

また、マスク部７１の裏面７１ｂには、裏面７１ｂから突出する壁部７８が形成されており、工程Ｓ１０３においては、壁部７８の底部７８ｓを壁部６１の頂部６１ｃに接合する。このため、壁部６１と壁部７８とから構成される壁部６５によって、半導体部５２の側面１２ｂをマスクすることができる。このようにすれば、側面１２ｂのマスクに用いる壁部の高さを、支持基板１０の主面１０ｓ及びシャドウマスク７０のいずれか一方に当該壁部を形成する場合と比較して抑えることが可能となるので、当該壁部の形成が容易となる。

さらに、マスク部７１の裏面７１ｂには絶縁層２２が形成されており、工程Ｓ１０３においては、その絶縁層２２を介してマスク部７１の裏面７１ｂ（より具体的に壁部７８の底部７８ｓ）を半導体層Ｓに接合する。このため、絶縁層２２のエッチングによって、シャドウマスク７０を容易に除去することが可能となる。特に、絶縁層２１と絶縁層２２とが同一のエッチング剤によりエッチング可能な場合には、絶縁層２１，２２の一度のエッチングによって、可動ミラー１４等の中空構造の形成、壁部６１の除去、及び、シャドウマスク７０の除去を同時に行うことが可能となる。

以上の実施形態は、光干渉計を製造する方法の一実施形態を説明したものである。したがって、本発明の一側面に係る光干渉計を製造する方法は、上述した方法に限定されない。本発明の一側面に係る光干渉計を製造する方法は、各請求項の要旨を変更しない範囲において、上述した方法を任意に変更したものとすることができる。

例えば、工程Ｓ１０１においては、支持基板１０の主面１０ｓ及び絶縁層上に形成された半導体層のエッチングにより、半導体部５２〜５４を形成すると共に、固定ミラー１５のための半導体部（不図示）、及び、偏向ミラー１６，１７のための第３の半導体部（不図示）をさらに主面１０ｓ及び絶縁層２１上に形成することができる。第３の半導体部は、偏向ミラー１６，１７となる部分であるので、主面１０ｓに直交する方向に対して４５°に傾斜した側面１６ａ，１７ａを含む。したがって、この場合には、工程Ｓ１０１における半導体層のエッチングは、複数のエッチングを含み得る。

また、この場合には、工程Ｓ１０１において、支持基板１０の主面１０ｓ及び絶縁層上に形成された半導体層のエッチングにより、第３の壁部（不図示）をさらに形成することができる。第３の壁部は、主面１０ｓに沿った方向、及び主面１０ｓに直交する方向に沿って延びるように、第３の半導体部と半導体部５２との間に配置される。

第３の壁部が、偏向ミラー１６のための第３の半導体部と半導体部５２との間に形成される場合には、第３の壁部は、第３の半導体部における半導体部５２側の側面（第３の側面）１６ａと、半導体部５２における第３の半導体部側の側面１２ａとの間に配置される。この場合には、第３の壁部は、後のメタライズ工程（工程Ｓ１０４）において、メタライズ部である側面１６ａから、非メタライズ部である側面１２ａを隔てて保護するために用いられる。

一方、第３の壁部が、偏向ミラー１７のための第３の半導体部と半導体部５２との間に形成される場合には、第３の壁部は、第３の半導体部における半導体部５２側の側面（第３の側面）１７ａと、半導体部５２における第３の半導体部側の側面１２ｂとの間に配置される。この場合には、第３の壁部は、後のメタライズ工程（工程Ｓ１０４）において、メタライズ部である側面１７ａから、非メタライズ部である側面１２ｂを隔てて保護するために用いられる。

このように、半導体部５２〜５４及び壁部６１と共に、第３の半導体部及び第３の壁部を形成した場合には、メタライズ工程で用いられるシャドウマスク７０は、マスク部７１に形成された第２の開口部（不図示）をさらに有することができる。そして、工程Ｓ１０３においては、マスク部７１と第３の壁部とによって半導体部５２の側面１２ａ，１２ｂをマスクするように、且つ、第２の開口部から第３の半導体部の側面１６ａ，１７ａを露出するように、シャドウマスク７０を主面１０ｓ及び半導体層Ｓ上に配置して半導体層Ｓに接合する。

そして、工程Ｓ１０４においては、シャドウマスク７０を用いて第３の半導体部の側面１６ａ，１７ａに金属膜３３，３４をさらに成膜することにより、第３の半導体部にミラー面を形成する。より具体的には、マスク部７１と第３の壁部とによって半導体部５２の側面１２ａ，１２ｂをマスクすると共に、第２の開口部から側面１６ａ，１７ａを露出させた状態において、側面１６ａ，１７ａに金属膜３３，３４を成膜する（メタライズを行う）。その後、工程Ｓ１０５において、第２の壁部をさらに除去する。なお、金属膜３３，３４の成膜は、金属膜３１の成膜と同時に行うことができる。

このようにすれば、偏向ミラー１６，１７のための第３の半導体部とビームスプリッタ１２のための半導体部５２とが近接している場合であっても、非メタライズ部である側面１２ａ，１２ｂに金属膜が成膜されることを抑制しつつ、メタライズ部である側面１６ａ，１７ａに金属膜３３，３４を成膜してミラー面を形成することが可能となる。したがって、ビームスプリッタ１２と偏向ミラー１６，１７とを近接して形成することができるので、光干渉計における光路長の拡張をさらに抑制できる。

図９は、図３に示されたシャドウマスクの変形例を示す模式的な端面図である。図９の（ａ）に示されるように、シャドウマスク７０のマスク部７１の外表面には、絶縁層が形成されていなくてもよい。その場合には、壁部７８の底部７８ｓを壁部６１の頂部６１ｃに直接（絶縁層を介さずに）接合することにより、シャドウマスク７０を半導体層Ｓに接合することができる。

また、図９の（ｂ）に示されるように、マスク部７１の第１の領域７５における裏面７１ｂには、壁部７８が設けられておらず、突出部７１ｐのみが設けられていてもよい。その場合には、マスク部７１の第１の領域７５における裏面７１ｂと、壁部６１の頂部６１ｃとが離間する。また、半導体部５２の側面１２ｂは、マスク部７１の第１の領域７５と壁部６１とのみによって（すなわち、壁部７８を用いることなく）マスクされる。

図１０は、図３に示されたシャドウマスクの変形例を示す模式的な端面図である。図１０に示されるように、シャドウマスク７０は、壁部７８に代えて、マスク部７１の裏面７１ｂに沿って延びるように裏面７１ｂに形成された壁部（第１の壁部）７９を有していてもよい。壁部７９は、シャドウマスク７０を主面１０ｓ及び半導体層Ｓ上に配置したときに、主面１０ｓに至るように裏面７１ｂから突出している。この場合、工程Ｓ１０３において、壁部７９が半導体部５２と半導体部５４との間に配置されるように、シャドウマスク７０を主面１０ｓ及び半導体層Ｓ上に配置する。

これにより、半導体部５２の側面１２ｂと、半導体部５４の側面１４ａとの間に、主面１０ｓに沿って延びる壁部７９が配置される。半導体部５２の側面１２ｂは、この壁部７９とマスク部７１とによってマスクされる。つまり、この場合には、工程Ｓ１０１において、側面１２ｂをマスクするための壁部６１を形成しない。

このように、半導体部５４の側面１４ａといったメタライズ部から、半導体部５２の側面１２ｂといった非メタライズ部を隔てて保護するための壁部としては、壁部６１のように（絶縁層２１を介して）支持基板１０に形成されたもののみを用いることもできるし、壁部７８のようにシャドウマスク７０に形成されたものと壁部６１とを併せて用いることもできるし、壁部７９のようにシャドウマスク７０に形成されたもののみを用いることもできる。

なお、シャドウマスク７０が壁部７９を有する場合においても、図１０の（ａ）に示されるように外表面に絶縁層２２を設けても良いし、図１０の（ｂ）に示されるように絶縁層を設けなくても良い。絶縁層２２を設けた場合には、絶縁層２２を介して壁部７９の底部（底面）７９ｓを支持基板１０の主面１０ｓに接合することにより、シャドウマスク７０を主面１０ｓ上に支持する。この場合には、壁部７９の底部７９ｓと主面１０ｓとの間の絶縁層２２を除去することにより、主面１０ｓから壁部７９（すなわちシャドウマスク７０）を除去することができる。

一方、絶縁層を設けない場合には。壁部７９の底部７９ｓを絶縁層２１に接合することにより、シャドウマスク７０を主面１０ｓ上に支持する。この場合には、壁部７９の底部７９ｓと主面１０ｓとの間の絶縁層２１を除去することにより、主面１０ｓから壁部７９（すなわちシャドウマスク７０）を除去することができる。

以上のように、本実施形態に係る光干渉計を製造する方法は、以下のような態様を含む。すなわち、シャドウマスクは、マスク部の裏面に沿って延びるように裏面に形成された第１の壁部を有し、第２の工程においては、第１の壁部が第１の半導体部と第２の半導体部との間に位置するようにシャドウマスクを主面上に配置することによって、第１の半導体部の第１の側面と第２の半導体部の第２の側面との間に、主面に沿って延びる第１の壁部を配置してもよい。

このとき、マスク部の裏面には、第２の絶縁層が形成されており、第３の工程においては、第２の絶縁層を介して第１の壁部の底部を主面に接合してもよい。また、第３の工程においては、第１の絶縁層を介して第１の壁部の底部を主面に接合してもよい。

本発明の一側面によれば、光路長の拡張に起因する光利用効率の低下を抑制可能な光干渉計を製造する方法を提供することができる。

１…光干渉計、１０…支持基板、１０ｓ…主面、１２…ビームスプリッタ、１４…可動ミラー、１６，１７…偏向ミラー、２１…絶縁層（第１の絶縁層）、２２…絶縁層（第２の絶縁層）、３１…金属膜（第１の金属膜）、３３，３４…金属膜（第２の金属膜）、５２…半導体部（第１の半導体部）、１２ｂ…側面（第１の側面）、５４…半導体部（第２の半導体部）、１４ａ…側面（第２の側面）、６１…壁部（第１の壁部），６１ｃ…頂部、７０…シャドウマスク、７１…マスク部、７１ｂ…裏面、７１ｐ…突出部、７２…開口部（第１の開口部）、７８…壁部（第２の壁部）、７８ｓ…底部、７９…壁部（第１の壁部）。

Claims (6)

1. ビームスプリッタのための第１の半導体部と、可動ミラーのための第２の半導体部とを、シリコンからなる支持基板の主面、及び前記主面上に形成された第１の絶縁層上に形成する第１の工程と、
   前記第１の半導体部における前記第２の半導体部側の第１の側面と、前記第２の半導体部における前記第１の半導体部側の第２の側面との間に、前記主面に沿って延びる第１の壁部を配置する第２の工程と、
   シャドウマスクを用いて前記第２の側面に第１の金属膜を成膜することにより、前記第２の半導体部にミラー面を形成する第３の工程と、
   前記第３の工程の後に前記第１の壁部を除去する第４の工程と、を備え、
   前記シャドウマスクは、マスク部と前記マスク部に設けられた第１の開口部とを有し、
   前記第３の工程においては、前記マスク部と前記第１の壁部とによって前記第１の側面をマスクすると共に、前記第１の開口部から前記第２の側面を露出させた状態において、前記第１の金属膜を成膜する、
   光干渉計を製造する方法。
2. 前記第１の工程においては、前記主面及び前記第１の絶縁層上に形成された半導体層のエッチングにより、前記第１及び第２の半導体部を形成すると共に、前記第１の壁部を前記主面及び前記第１の絶縁層上に形成して前記第２の工程を実施する、
   請求項１に記載の光干渉計を製造する方法。
3. 前記第３の工程においては、前記マスク部の裏面を前記第１の壁部の頂部に接合することにより、前記マスク部と前記第１の壁部とによって前記第１の側面をマスクする、
   請求項２に記載の光干渉計を製造する方法。
4. 前記マスク部の前記裏面には、前記裏面に沿って延びる第２の壁部が形成されており、
   前記第３の工程においては、前記第２の壁部の底部を前記第１の壁部の頂部に接合する、
   請求項３に記載の光干渉計を製造する方法。
5. 前記マスク部の前記裏面には、第２の絶縁層が形成されており、
   前記第３の工程においては、前記第２の絶縁層を介して前記マスク部の前記裏面を前記第１の壁部の前記頂部に接合する、
   請求項３又は４に記載の光干渉計を製造する方法。
6. 前記第１の工程においては、偏向ミラーのための第３の半導体部を前記主面及び前記第１の絶縁層上に形成し、
   前記第２の工程においては、前記第３の半導体部における前記第１の半導体部側の第３の側面と前記第１の半導体部との間に、前記主面に沿って延びる第３の壁部を配置し、
   前記第３の工程においては、前記シャドウマスクを用いて前記第３の側面に第２の金属膜を成膜することにより、前記第３の半導体部にミラー面を形成し、
   前記シャドウマスクは、前記マスク部に形成された第２の開口部を有し、
   前記第３の工程においては、前記マスク部と前記第３の壁部とによって前記第１の半導体部の前記第３の半導体部側の側面をマスクすると共に、前記第２の開口部から前記第３の側面を露出させた状態において、前記第２の金属膜を成膜する、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の光干渉計を製造する方法。

Images