(57)【要約】微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置が、干渉計の可動ミラーのミラーの位置決めの自己較正を提供する。ＭＥＭＳ装置内の少なくとも１つのミラーは、非平面表面を有する。可動ミラーは、可変静電容量を有するＭＥＭＳアクチュエータに結合される。ＭＥＭＳ装置は、非平面表面に基づいて干渉計によって生成されたインターフェログラムのセンタバースト及び１つ以上の二次バーストとに対応する可動ミラーの複数の基準位置におけるＭＥＭＳアクチュエータの静電容量を決定する静電容量検知回路を含む。較正モジュールは、基準位置でのアクチュエータの静電容量を使用して、静電容量検知回路内のドリフトを補償する。【選択図】図１７
2019508670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置であって、
ＭＥＭＳ干渉計であって、
光を受けて反射させるように光学的に結合され、そこからインターフェログラムを形成するよう構成された少なくとも１のミラーであって、当該少なくとも１のミラーの第１のミラーが非平面表面を有する少なくとも１のミラーと、
可動ミラーの変位を生じさせるために前記少なくとも１のミラーの可動ミラーに結合された、可変静電容量を有するＭＥＭＳアクチュエータと、
を有するＭＥＭＳ干渉計と、
記憶された前記ＭＥＭＳアクチュエータの静電容量を前記可動ミラーのそれぞれの格納された位置にマッピングするテーブルを維持するメモリと、
前記ＭＥＭＳアクチュエータに結合された静電容量検知回路であって、
前記可動ミラーの移動の結果として形成される前記インターフェログラムの中央バーストに対応する前記可動ミラーの第１の基準位置で前記ＭＥＭＳアクチュエータの第１の測定された静電容量を検知し、
前記可動ミラー及び前記非平面表面の移動の結果として形成される前記インターフェログラムの二次バーストに対応する前記可動ミラーの第２の基準位置で前記ＭＥＭＳアクチュエータの第２の測定された静電容量を検知する、
よう構成された静電容量検知回路と、
前記第１の基準位置での前記第１の測定された静電容量及び前記第２の基準位置での前記第２の測定された静電容量を使用し、前記テーブルに記憶された静電容量に適用すべき補正量を判断するよう構成された較正モジュールと、
を具えることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＭＥＭＳ装置において、
さらに、前記静電容量検知回路が、前記ＭＥＭＳアクチュエータの現在の静電容量を決定するよう構成されており、
前記テーブルにアクセスし、前記ＭＥＭＳアクチュエータの前記現在の静電容量と前記補正量との組み合わせに基づいて、前記可動ミラーの現在位置を決定するよう構成されたディジタル信号プロセッサをさらに具えることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のＭＥＭＳ装置において、
既知の波長を有する入射ビーム生成し、前記干渉計に前記入射ビームを与えるよう構成された光源をさらに具えており、
前記静電容量検知回路が、さらに、前記可動ミラーが、前記入射ビーム及び前記可動ミラーの移動の結果として生成されるさらなるインターフェログラムの少なくとも２つのゼロ交差を通過する際に、静電容量の変化を測定するよう構成されており、
さらに、前記静電容量の変化及び前記さらなるインターフェログラムに基づいて前記テーブルを埋めるよう構成されたディジタル信号プロセッサを具えることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のＭＥＭＳ装置において、
前記テーブルが、初期静電容量検知曲線を表しており、
前記較正モジュールが、さらに、前記ＭＥＭＳアクチュエータの前記第１及び第２の測定された静電容量を、前記第１及び第２の基準位置における前記テーブル内の対応するそれぞれの記憶された静電容量と比較して、前記第１及び第２の測定された静電容量と前記テーブル内の対応する記憶された静電容量との間のそれぞれの誤差を計算するよう構成されており、
前記較正モジュールが、さらに、前記初期静電容量検知曲線及び前記計算された誤差を用いて、補正された静電容量検知曲線を推定するよう構成されており、前記補正量が、前記補正された静電容量検知曲線と前記初期静電容量検知曲線との間の差に対応することを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項５】
請求項１に記載のＭＥＭＳ装置において、
さらに、広帯域光ビームを生成し、前記広帯域光ビームを第１および第２の測定された静電容量の検出中に前記ＭＥＭＳ干渉計に提供するように構成された広帯域光源を具えることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項６】
請求項１に記載のＭＥＭＳ装置において、
さらに、前記広帯域光ビームを受信するように光学的に結合され、既知の波長を有する入力ビームを生成し、前記入力ビームを前記干渉計に供給するよう構成された狭帯域光学フィルタを具えており、
前記静電容量検知回路は、さらに、前記可動ミラーが前記入力ビーム及び前記可動ミラーの動きの結果として生成されるさらなるインターフェログラムの少なくとも２つのゼロ交差を通過する際に、静電容量変化を測定するように構成され、
さらに、前記静電容量変化と前記さらなるインターフェログラムに基づいて前記テーブルを埋めるように構成されたディジタル信号プロセッサを具えることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項７】
請求項１に記載のＭＥＭＳ装置において、
前記静電容量検知回路は、前記可動ミラーおよび前記非平面表面の移動の結果として生成される前記インターフェログラムのそれぞれの少なくとも１つの追加の二次バーストに対応する、前記可動ミラーのそれぞれの少なくとも１つの追加の基準位置で、前記ＭＥＭＳアクチュエータの少なくとも１つの追加の測定静電容量を検知するように構成され、
前記較正モジュールは、さらに、前記第１の基準位置における前記第１の測定静電容量、前記第２の基準位置における前記第２の測定静電容量、および前記それぞれの少なくとも１つの追加の基準位置における前記少なくとも１つの追加の測定静電容量を使用して、前記補正量を決定するよう構成されることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項８】
請求項１に記載のＭＥＭＳ装置において、
前記第１のミラーの非平面表面は、主表面と、前記主表面からオフセットされた少なくとも１つの追加の表面とを含んでおり、
前記主表面は、前記干渉計の光軸において前記第１ミラーの中心に位置し、前記インターフェログラムの中心バーストを生成するように構成されており、  
前記少なくとも１つの追加の表面は、前記第１のミラーの縁部の近くに位置し、前記インターフェログラムの二次バーストを生成するように構成される、
ことを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項９】
請求項８に記載のＭＥＭＳ装置において、
前記少なくとも１つの追加の表面が、
前記第１のミラーの第１端部の前記主表面に隣接し、前記主表面に対して第１のオフセットを有する第１のオフセット面と、
前記第１のミラーの前記第１の端部の前記第１のオフセット面に隣接し、前記主表面に対して第２のオフセットを有する第２のオフセット面と、
前記第１のミラーの前記第１の端部に対向する第２の端部の前記主表面に隣接し、前記主表面に対して第３のオフセットを有する第３のオフセット面と、
前記第１のミラーの前記第２の端部の前記第３のオフセット面に隣接し、前記主表面に対して第４のオフセットを有する第４のオフセット面と、
を有しており、
前記第１のオフセット面、前記第２のオフセット面、前記第３のオフセット面および前記第４のオフセット面のそれぞれは、前記インターフェログラムのそれぞれの二次バーストを生成するように構成される、
ことを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項１０】
請求項１に記載のＭＥＭＳ装置において、
前記第１ミラーの前記非平面表面は、主表面と、前記主表面からオフセット量だけオフセットしたオフセット面とを含んでおり、
前記オフセット面は、前記干渉計の光軸において前記第１のミラーの中心に配置され、前記インターフェログラムの前記二次バーストを生成するように構成され、
前記主表面は、その両側の前記オフセット面に隣接しており、前記インターフェログラムの前記中心バーストを生成するように構成されていることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のＭＥＭＳ装置において、
前記第１のミラーの前記非平面表面は、前記主表面から追加のオフセット量だけオフセットされた追加のオフセット面をさらに含み、前記主表面の両側で前記主表面に隣接する前記追加のオフセット面は、前記インターフェログラムの追加の二次バーストを生成するよう構成されることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項１２】
請求項１に記載のＭＥＭＳ装置において、
前記第１のミラーの前記非平面表面は、主表面と、前記主表面の両側の対応する傾斜表面と、前記主表面の両側の対応する反射表面とを含んでおり、
前記主表面は、前記干渉計の光軸において前記第１ミラーの中心に位置し、前記インターフェログラムの中心バーストを生成するように構成され、
前記傾斜表面は、前記主表面に対してそれぞれの角度でそれぞれ位置決めされ、前記反射表面のそれぞれ１つから光を反射して、前記インターフェログラムの前記二次バーストを生成するように構成されることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項１３】
請求項１に記載のＭＥＭＳ装置において、
前記ＭＥＭＳアクチュエータは２つのプレートを有する静電アクチュエータであり、前記静電容量検知回路は前記２つのプレート間の現在の静電容量を検知するよう構成されていることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載のＭＥＭＳ装置において、
前記ＭＥＭＳアクチュエータは、静電櫛形駆動アクチュエータであることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項１５】
請求項１に記載のＭＥＭＳ装置において、
前記静電容量検知回路は、前記現在の静電容量を受け取り、静電容量に比例する出力電圧を生成するよう構成された静電容量−電圧変換器を含むことを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項１６】
請求項１に記載のＭＥＭＳ装置において、前記ＭＥＭＳ干渉計が、さらに、
入射ビームを受け取り、前記入射ビームを第１の干渉ビームおよび第２の干渉ビームに分割するように光学的に結合されたビームスプリッタと、
前記第１の干渉ビームを受け取り、前記第１の干渉ビームを前記ビームスプリッタに向けて反射して、第１の反射干渉ビームを生成するように光学的に結合された固定ミラーと、
前記第２の干渉ビームを受け取るように光学的に結合され、前記第２の干渉ビームを前記ビームスプリッタに向けて反射して、第２の反射干渉ビームを生成する前記可動ミラーと、
前記第１の反射干渉ビームと前記第２の反射干渉ビームとの間の干渉の結果として生成されたインターフェログラムを検出するように光学的に結合された検出器と、
を含んでおり、
前記可動ミラーの変位は、前記変位の２倍に等しい前記第１の干渉ビームと前記第２の干渉ビームとの間の光路長差を生成することを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載のＭＥＭＳ装置において、
前記中心バースト及び前記二次バーストは、前記第１干渉ビームと前記第２干渉ビームとの間のゼロ光路長差にそれぞれ対応することを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項１８】
請求項１に記載のＭＥＭＳ装置において、
前記ＭＥＭＳ干渉計は、フーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）分光計を含むことを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項１９】
請求項１に記載のＭＥＭＳ装置において、
前記第１のミラーが可動ミラーであることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項２０】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）干渉計を較正するための方法であって、
少なくとも１つのミラーを提供するステップであって、前記少なくとも１つのミラーの第１のミラーは、前記ＭＥＭＳ干渉計内に非平面表面を有し、前記少なくとも１つのミラーの可動ミラーがＭＥＭＳアクチュエータに結合されて、前記可動ミラーの変位を引き起こし、前記ＭＥＭＳアクチュエータは可変静電容量を有する、ステップと、
前記ＭＥＭＳアクチュエータの記憶された静電容量を前記可動ミラーのそれぞれの記憶された位置にマッピングするテーブルを維持するステップと、
前記可動ミラーの移動の結果として生成されたインターフェログラムの中心バーストに対応する前記可動ミラーの第１の基準位置における前記ＭＥＭＳアクチュエータの第１の測定された静電容量を検知するステップと、
前記可動ミラーと前記非平面表面との移動の結果として生成されたインターフェログラムの二次バーストに対応する、前記可動ミラーの第２の基準位置における前記ＭＥＭＳアクチュエータの第２の測定された静電容量を検知するステップと、
前記第１の基準位置における前記第１の測定された静電容量および前記第２の基準位置における前記第２の測定された静電容量を用いて、前記テーブル内の前記記憶された静電容量に適用される補正量を決定するステップと、
を具えることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法において、さらに、
前記ＭＥＭＳアクチュエータの現在の静電容量を決定するステップと、
前記ＭＥＭＳアクチュエータの現在の静電容量と前記補正量との組み合わせに基づいて前記可動ミラーの現在位置を決定するステップとを具えることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載の方法において、さらに、
前記ＭＥＭＳ干渉計において既知の波長を有する入力ビームを受け取るステップと、
前記入力ビーム及び前記可動ミラーの移動の結果として生成された追加のインターフェログラムの少なくとも２つのゼロ交点を通過するときの静電容量の変化を測定するステップと、
前記静電容量の変化と前記インターフェログラムに基づいて前記テーブルを埋めるステップと、
を具えることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２０に記載の方法において、
前記テーブルは初期静電容量検知曲線を表しており、さらに、
前記第１および第２の測定された静電容量と前記テーブル内の対応する記憶された静電容量との間のそれぞれの誤差を計算するために、前記ＭＥＭＳアクチュエータの前記第１および第２の測定された静電容量を前記テーブル内の対応する記憶されたそれぞれの静電容量と比較するステップと、  
前記初期静電容量検知曲線及び前記計算された誤差を使用して補正された静電容量検知曲線を外挿するステップと、
前記補正された静電容量検知曲線と前記初期静電容量検知曲線との差として補正量を決定するステップと、
を具えることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２０に記載の方法において、さらに、
前記可動ミラーおよび前記非平面表面の移動の結果として生成されたインターフェログラムのそれぞれの少なくとも１つの追加の二次バーストに対応する、前記可動ミラーのそれぞれの少なくとも１つの追加の基準位置における前記ＭＥＭＳアクチュエータの少なくとも１つの追加の測定された静電容量を検知するステップと、
前記第１の基準位置における前記第１の測定された静電容量、前記第２の基準位置における前記第２の測定された静電容量、および前記それぞれの少なくとも１つの追加の基準位置における前記少なくとも１つの追加の測定された静電容量を使用して、前記テーブル内の記憶された位置に適用されるべきそれぞれの位置補正を決定するステップと、
を具えることを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２０に記載の方法において、
前記中心バーストおよび前記二次バーストはそれぞれ、前記非平面表面の結果としての前記ＭＥＭＳ干渉計内のゼロ光路長差に対応することを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２０に記載の方法において、
前記第１のミラーが可動ミラーであることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連特許の相互参照
本米国特許出願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）に従って、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれ、本米国特許出願の一部をなす以下の米国仮特許出願に基づいて優先権を主張するものである。
１．２０１５年１２月１８日に出願され、係属中の「光学ＭＥＭＳ干渉計におけるミラーの位置決めのための自己較正」と題する米国仮特許出願第６２／２６９，８６６号（代理人整理番号ＳＩＷＡ−１００７ＰＲＯＶ３）。
【０００２】
本米国特許出願は、さらに、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１２０に従って、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれ、本米国特許出願の一部をなす以下の米国仮特許出願に基づいて優先権を主張するものである。
１．２０１４年１月２８日に出願され、係属中の「光ＭＥＭＳ干渉計におけるミラーの位置合わせのための自己較正」と題する米国特許出願第１４／１６５，９９７号（代理人整理番号ＢＡＳＳ０１−０００１７Ｉ１）であって、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれ、本米国特許出願の一部をなす以下の米国仮特許出願に基づいて、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１２０に従って、継続中の一部（ＣＩＰ）として、優先権を主張する出願。
ａ．２０１１年３月９日に出願され米国特許第８，８７３，１２５号として特許された「光学干渉計におけるミラー位置を決定する技術」と題する米国特許出願第１３／０４４，２３８号（代理人整理番号ＢＡＳＳ０１−００００８）であって、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）に従って、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれ、すべての目的のために本米国特許出願の一部を構成する以下の米国仮特許出願に基づいて優先権を主張する出願。
（ｉ）．２０１０年３月９日に提出され現在失効している「ＭＥＭＳベースのシステムのためのエレクトロニクス：設計上の問題およびトレードオフ」と題する米国仮特許出願第６１／３１１，９６６号（代理人整理番号ＢＡＳＳ０１−００００８）。
【０００３】
発明の技術分野
本発明は、一般には、光学的分光法および干渉法に関し、特に、光学干渉計におけるマイクロメカニカル（微小電子機械）システム（Micro Electro-Mechanical System）（ＭＥＭＳ）技術の使用に関する。
【背景技術】
【０００４】
関連技術の説明
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）とは、超微細加工技術による一般のシリコン基板上における機械要素、センサ、アクチュエータおよび電子回路の統合をいう。例えば、マイクロエレクトロニクスは、典型的には、集積回路（ＩＣ）工程を使用して製造されるが、マイクロメカニカル部品は、シリコンウェーハの部分を選択的にエッチングで除去し、または新しい構造層を追加して機械的、エレクトロメカニカル（電子機械的）部品を形成する、適合する微細機械加工工程を使用して製造される。ＭＥＭＳデバイスは、その低コスト、バッチ処理能力、および標準的なマイクロエレクトロニクスとの適合性ゆえに、分光法、プロフィロメトリ、環境センシング、屈折率測定（または材料認識）、ならびに他のいくつかのセンサ用途における使用のための魅力的な候補である。加えて、ＭＥＭＳデバイスが小型であることは、そのようなＭＥＭＳデバイスのモバイル機器およびハンドヘルド機器への組み込みも容易にする。
【０００５】
さらに、ＭＥＭＳ技術は、その多数の作動法と共に、光学的同調性や動的検知の用途といった、フォトニックデバイスの新しい機能および機構の実現を可能にする。例えば、（静電気的、磁気的または熱的）ＭＥＭＳ作動を使用してマイケルソン干渉計の可動ミラーを制御することによって、干渉計光路長の小さな変位を導入することができ、その結果、干渉ビーム間の差分位相を得ることができる。結果として得られる差分位相は、（フーリエ変換分光法などを使用して）干渉計ビームの分光感度、（ドップラー効果などを使用して）可動ミラーの速度を測定するために、または単に、光位相遅延要素として使用することができる。
【０００６】
そのような干渉計の精度における重要な構成要素が、可動ミラーの位置を決定することである。従来から、可動ミラー位置の測定にはレーザーおよび補助干渉計が使用されてきた。しかし、かさばるレーザー光源およびさらに別の干渉計を導入すると、干渉計システムのサイズ、コストおよび複雑さが増大する。
【０００７】
したがって、サイズ、コストおよび複雑さを低減して、可動ミラー位置を決定するための機構が必要とされている。
【発明の概要】
【０００８】
本開示の実施形態は、ミラーの位置決めの自己較正を行うための微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置を提供するものである。ＭＥＭＳ装置は、非平面表面を有する少なくとも１つのミラーと、可動ミラーに結合されてその変位を引き起こす可変静電容量を有するＭＥＭＳアクチュエータとを含んでいる。ＭＥＭＳ装置はさらに、ＭＥＭＳアクチュエータの記憶された静電容量を可動ミラーのそれぞれの記憶された位置にマッピングするテーブルを保持するメモリと、ＭＥＭＳアクチュエータに結合された静電容量検知回路とを備え、干渉計によって生成されたインターフェログラムの１つまたは複数の二次バーストとの間の距離を計算することを含んでいる。較正モジュールは、基準位置におけるアクチュエータの静電容量を用いて、記憶された静電容量に適用される補正量を決定する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
以下の詳細な説明を添付の図面と併せて参照すれば、本発明のより完全な理解が得られる。
【図１】図１は、本発明の実施形態による、可動ミラーの位置を決定するための例示的微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態による、可動ミラーの位置を決定するためのＭＥＭＳ干渉計システムの例示的構成部品を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態による、ＭＥＭＳ干渉計システムの別の例示的構成部品を示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態による、ＭＥＭＳ干渉計システム内で使用するための特定用途向け集積回路（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）（ＡＳＩＣ）の例示的構成部品を示すブロック図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態による、図４のＡＳＩＣ内で使用するための例示的静電容量／電圧回路を示す回路図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態による、ＭＥＭＳ装置の例示的アーキテクチャを示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態による、ＭＥＭＳ干渉計システムの例示的アーキテクチャを示す図である。
【図８】図８は、本発明による、例示的ＭＥＭＳダイ（ｄｉｅ：型状）パッケージを示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態による、ＭＥＭＳ装置内の可動ミラーの位置を決定するための例示的方法を示す図である。
【図１０】図１０は、本開示の実施形態による、ミラー位置決めの自己較正を実行するための例示的なＭＥＭＳ干渉計システムを示すブロック図である。
【図１１】図１１Ａおよび図１１Ｂは、本開示の実施形態による静電容量検知曲線を示す図である。
【図１２】図１２Ａおよび図１２Ｂは、本開示の実施形態による静電容量検知曲線のドリフトを示す図である。
【図１３】図１３は、本開示の実施形態による静電容量検知曲線のドリフトの結果としてのミラー位置の誤差を示す図である。
【図１４】図１４は、本開示の実施形態による、ミラー位置を較正するための補正技術を実行するためのＭＥＭＳ干渉計システムの例示的な構成要素を示すブロック図である。
【図１５】図１５は、本開示の実施形態による、白色光源のインターフェログラムを示す図である。
【図１６】図１６は、本開示の実施形態による非平面表面を有する例示的な可動ミラーを示す図である。
【図１７】図１７は、図１６に示す可動ミラーを用いて生成された中心バーストおよび二次バーストを含むインターフェログラムを示す図である。
【図１８】図１８は、本開示の実施形態による非平面表面を有する別の例示的な可動ミラーを示す概略図である。
【図１９Ａ】図１９Ａは、図１８に示す可動ミラーを用いて生成された中心バーストおよび二次バーストを含むインターフェログラムを示す図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、図１９Ａのファブリ・ペロー効果を除去するためのウィンドウを示す図である。
【図２０】図２０は、本開示の実施形態による非平面表面を有する別の例示的な可動ミラーを示す概略図である。
【図２１Ａ】図２１Ａは、図２０に示す可動ミラーを用いて生成された中心バーストおよび二次バーストを含むインターフェログラムを示す図である。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、図２１Ａのファブリ・ペロー効果を除去するためのウィンドウを示す図である。
【図２２】図２２は、本開示の実施形態による、基板上に製造された非平面表面を有する例示的な可動ミラーの上面図を示す。
【図２３】図２３は、本開示の実施形態による、光学ＭＥＭＳ干渉計内のミラー位置決めのための自己較正のための例示的な方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示の実施形態によれば、自己較正技術が、干渉計/分光計用途などの微小電気機械システム（MEMS）用途における可動ミラーの位置を補正するために提供される。この技術は、干渉計/分光計システムを小型チップ上に統合することを可能にし、システムのコストおよび複雑さを低減する。
【００１１】
次に図１を参照すると、本発明の実施形態による例示的ＭＥＭＳ装置１００が示されている。ＭＥＭＳ装置１００は、ＭＥＭＳアクチュエータ１１０と、可動ミラー１２０とを含む。ＭＥＭＳアクチュエータ１１０は、櫛歯状アクチュエータや、平行板アクチュエータや、別の種類の静電アクチュエータといった静電アクチュエータである。可動ミラー１２０は、ＭＥＭＳアクチュエータの動きが可動ミラー１２０の位置の変位を生じさせるように、ＭＥＭＳアクチュエータ１１０に結合されている。
【００１２】
多くのＭＥＭＳ用途では、可動ミラー１２０の位置の知識を有することが必要である。例えば、干渉計用途では、可動ミラー１２０の位置は、干渉計の出力を処理するのに使用される。ＭＥＭＳ干渉計システム１０５の一例が図２に示されている。図２に示すように、ＭＥＭＳアクチュエータ１１０および可動ミラー１２０は、（図７に関連して以下でより詳細に説明する）ビームスプリッタや、固定ミラーや、光検出器といった、干渉計１４０の他の構成部品と合わさってＭＥＭＳ干渉計１５０を形成する。ＭＥＭＳ干渉計１５０は、例えば、フーリエ変換赤外分光（ＦＴＩＲ）分光計、マイケルソン（Michelson）干渉計、マッハツェンダー（Mach Zender）干渉計及び／又はファブリ・ペロー（Fabry Perot）干渉計などとすることができる。
【００１３】
可動ミラー１２０の変位は、光検出器において所望の干渉パターンを達成するために、干渉計１４０の２つのアーム間の光路長差を作り出す。光検出器からの信号出力を効果的に処理するためには、少なくとも１つの平面における可動ミラー１２０の位置が確認されなければならない。
【００１４】
したがって、次に図１および図２を参照すると、可動ミラー位置を測定するために、ＭＥＭＳ装置１００は、ＭＥＭＳアクチュエータ１１０に結合された容量検知回路１３０も含む。ＭＥＭＳアクチュエータ１１０は静電アクチュエータであるため、ＭＥＭＳアクチュエータ１１０は、容量検知回路１３０によって測定され得る可変静電容量を有する。例えば、一実施形態では、容量検知回路１３０をＭＥＭＳアクチュエータ１１０の２枚の板に結合して、板間の静電容量を検出する（すなわち、以下ＭＥＭＳアクチュエータの「現在の静電容量」と称される静電容量の現在値を測定する）ことができる。
【００１５】
測定された現在の静電容量に基づき、可動ミラー１２０の位置を決定することができる。理解されるように、ＭＥＭＳアクチュエータ１１０の２枚の板間の分離間隔（距離）は、ミラー１２０が移動するに従って変動する。ＭＥＭＳアクチュエータ１１０は静電アクチュエータであるため、２枚の板間の静電容量は、２枚の板間の分離間隔に正比例（場合によっては逆比例）する。よって、板間の静電容量は、この分離間隔を決定するのに使用することができ、分離間隔はさらに、ミラー位置を決定するのに使用することができる。
【００１６】
図３は、本発明の実施形態による、ＭＥＭＳ干渉計システム１０５の例示的構成部品を示すブロック図である。図３において、容量検知回路（capacitive sensing circuit）（ＣＳＣ）１３０は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）１６０内で実施されている。ＡＳＩＣ１６０はさらに、ＭＥＭＳ干渉計１５０と、ディジタル信号プロセッサ（digital signal processor）（ＤＳＰ）１７０とに結合されている。一実施形態では、ＤＳＰ１７０は、ＡＳＩＣ１６０上で実施される。ＡＳＩＣ１６０上にＤＳＰ１７０を組み込むことにより、より大きなシステムに容易に組み込むことのできる、魅力的な自己完結型の解決策が与えられる。しかしこれは、ＡＳＩＣ技術選択に制限を課し、ディジタル部分と高感度のアナログ・フロント・エンドとの間に干渉を生じさせる可能性もある。したがって、別の実施形態では、ＤＳＰ１７０を、別のＡＳＩＣ上で、または汎用パーソナルコンピュータ上で実行可能なソフトウェアとして実施することもできる。
【００１７】
ＡＳＩＣ１６０内のＣＳＣ１３０は、ＭＥＭＳ干渉計１５０のＭＥＭＳアクチュエータから容量検知信号１９０を受け取るように結合されている。ＣＳＣ１３０は、容量検知信号１９０を測定してＭＥＭＳアクチュエータの現在の静電容量を決定し、現在の静電容量の値をＤＳＰ１７０へ送る。ＤＳＰ１７０は、現在の静電容量値を処理して、ＭＥＭＳ干渉計１５０内の可動ミラーの位置を決定する。
【００１８】
また、ＡＳＩＣ１６０は、作動信号１８０を生成し、ＭＥＭＳアクチュエータの運動を制御するために作動信号１８０をＭＥＭＳ干渉計１５０のＭＥＭＳアクチュエータへ送るための回路も含む。例えば、一例示的実施形態では、ＡＳＩＣ１６０は、任意の作動プロファイルをサポートするＤ／Ａ変換器（digital-to-analog converter）（ＤＡＣ）を含む。またＤＡＣは、不要な共振モードが励起されないようにするために、作動雑音を低減し、非常に高度にスプリアス(spurious:偽り)フリーの、すなわちスプリアスのないダイナミック・レンジを有するように非常に高い分解能のものとすることもできる。
【００１９】
加えて、ＡＳＩＣ１６０はさらに、ＭＥＭＳ干渉計１５０から出力される光学的干渉パターン１９５を受け取り、光学的干渉パターン１９５を処理のためにＤＳＰ１７０へ提供するようにも結合されている。例えば、一例示的実施形態では、ＭＥＭＳ干渉計システム１０５は、汎用ＭＥＭＳインターフェースＣＭＯＳ  ＡＳＩＣ１６０を使用するＭＥＭＳ  ＦＴＩＲ分光計である。この実施形態では、ＭＥＭＳ干渉計１５０は、光検出器と、固定ミラーと、可動ミラーとを含む。可動ミラーの動きに従って、光検出器は光学的干渉パターン１９５を捕える。ＡＳＩＣ１６０は、信号を増幅し、直流オフセットを除去し、必要なアンチエイリアシング（anti-aliasing:折り返し除去）フィルタリングを提供する低雑音信号調節路を含んでいてもよい。信号調節は、最終出力スペクトルにおけるスプリアストーンを低減するために、高度に線形な手法で行われてもよい。ＤＳＰ１７０においては、可動ミラーの位置の知識を用いた調節されたパターンのスペクトル分析により、光路内の材料の光波長およびスペクトル指紋（spectral print）を識別することができる。
【００２０】
次に図４を参照すると、例示的ＣＲＣ１３０が示されている。ＣＲＣ１３０は、静電容量／電圧変換器（Ｃ／Ｖ）２００と、増幅器２１０と、低域フィルタ２２０とを含む。Ｃ／Ｖ２００は、ＭＥＭＳアクチュエータの現在の静電容量を指示する容量検知信号１９０を受け取るように結合されており、現在の静電容量を電圧に変換するよう動作する。特に、Ｃ／Ｖは、ＭＥＭＳアクチュエータの２端子間の静電容量に比例する電圧出力を作り出す。増幅器２１０は、Ｃ／Ｖ２００からの電圧出力を増幅し、低域フィルタ２２０は、電圧をフィルタリングしてスプリアス信号を除去する。一例示的実施形態では、Ｃ／Ｖ２００は、様々な固定静電容量に重畳される幅広い静電容量範囲をサポートするための広範囲の利得および直流オフセット除去を有する、非常に低雑音のＣ／Ｖである。ＣＲＣ１３０のために低雑音レベルが求められるのは、ミラー位置の不正確が、システムの信号対雑音比（signal-to-noise ratio）（ＳＮＲ）に直接影響を及ぼすからである。また、ＡＳＩＣ１６０も、１８ビットを超える分解能を許容するために、非常に低い電圧および雑音レベルを示し得る。別の実施形態では、ＡＳＩＣ１６０は、Ｃ／Ｖ２００を較正するための静電容量較正回路も含んでいてもよい。
【００２１】
Ｃ／Ｖ２００の一例が図５に示されている。Ｃ／Ｖ２００は、測定される静電容量Ｃを受け取るための入力端子と、基準静電容量Ｃｒｅｆを受け取るための入力端子と、演算増幅器２０２と、フィードバックコンデンサＣｏと、包絡線検波器回路２０４とを含む。例示的動作では、既知の周波数（例えば１０ｋＨｚ）の交流信号が静電容量Ｃの一方の端子に印加され、同じ励起信号の負のバージョンが基準コンデンサＣｒｅｆに印加される。演算増幅器２０２の出力は、その振幅が値（Ｃ−Ｃｒｅｆ）に比例する同じ周波数の交流信号である。
【００２２】
包絡線検波器回路２０４は、演算増幅器２０２の出力の包絡線を検出する。特に、包絡線検波器回路２０４は、演算増幅器２０２からの交流信号出力の振幅（包絡線）に比例する出力電圧を生成するように動作する。図５に示すように、包絡線検波器回路２０４は、演算増幅器２０２から出力される信号Ｖｏ１の包絡線を検出し、測定される静電容量の値に比例する電圧Ｖｏｕｔを作り出す。Ｃ／Ｖ２００のための他の回路設計も可能であり、本発明はどんな特定のＣ／Ｖ回路設計にも限定されるものではないことを理解すべきである。例えば、別の実施形態では、Ｃ／Ｖ２００は、２つのコンデンサにおける差を検知するための複数の端子を有していてもよく、その場合、差分値はミラー位置に比例する。
【００２３】
図６は、本発明の実施形態による、ＭＥＭＳ装置１００の例示的アーキテクチャを示す図である。ＭＥＭＳ装置１００は、ＡＳＩＣ１６０と、ＭＥＭＳ干渉計といったＭＥＭＳデバイス１５５とを含む。ＭＥＭＳデバイス１５５は、静電櫛歯状ＭＥＭＳアクチュエータ１１０と、可動ミラー１２０とを含む。図６に示す静電櫛歯状ＭＥＭＳアクチュエータ１１０は、櫛歯１１５とばね１１８とで形成されており、それぞれ個々の端子１１２、１１４を有する。端子１１２において櫛歯１１５に電圧を印加することにより、アクチュエータ１１０の両端に電位差が生じ、この電位差がアクチュエータ１１０に静電容量を誘導し、駆動力をばね１１８からの復元力と共に発生させ、それによって、所望の位置への可動ミラー１２０の変位が生じる。誘導される静電容量Ｃｖａｒｉａｂｌｅは、端子１１２および１１４をＡＳＩＣ１６０上のポート１６２および１６４に接続することによって、端子１１２と端子１１４の間で測定することができる。
【００２４】
一実施形態では、ＡＳＩＣ１６０からの作動信号は、時分割多重化または周波数分割多重化を使用して、静電容量検知信号と同じポート（ポート１６２）上で送られる。単一のポート上で両方の機能（作動および容量検知）を有することにより、必要最大作動電圧が低減され得ると同時に、検知される静電容量も増大する。しかし、これは、検知回路と作動回路との間の望ましくない相互作用につながり得る。したがって、別の実施形態では、作動信号は、ＡＳＩＣ１６０上の別のポート（不図示）上で送られる。図６に示すＭＥＭＳアクチュエータ１１０のレイアウトおよび特徴は単なる例示にすぎず、本発明は、櫛歯状アクチュエータであれ、平行板アクチュエータであれ、あるいは別の種類の静電ＭＥＭＳアクチュエータであれ、任意の静電ＭＥＭＳアクチュエータ設計を用いて実現され得ることを理解すべきである。
【００２５】
図７は、本発明の実施形態による、ＭＥＭＳ干渉計システム１０５の例示的アーキテクチャを示す図である。ＭＥＭＳ干渉計システム１０５は、ＭＥＭＳ干渉計１５０と、ＡＳＩＣ１６０とを含む。ＭＥＭＳ干渉計１５０は、例えば、ＭＥＭＳ作動式可動ミラーを可能にするためにＳＯＩウェハー上で実現されるフーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）分光計などとすることができる。
【００２６】
ＭＥＭＳ干渉計１５０は、ＭＥＭＳアクチュエータ１１０と、干渉計１４０とを含む。図７に示すように、干渉計１４０は、光源３００と、ビームスプリッタ３１０と、固定ミラー３２０と、光検出器３３０と、可動ミラー１２０とを含む。光源３００は、干渉計１４０を通って半平面ビームスプリッタ３１０に到達するまで進む入射ビームＩを作り出す。一例示的実施形態では、ビームスプリッタ３１０は、第１の媒質（すなわちシリコン（Ｓｉ））と第２の媒質（すなわち空気）との界面において形成される。シリコン／空気界面ビームスプリッタ３１０は、入射ビームＩからある角度（例えば４５度）に位置決めされる。所望の角度は、例えば、シリコン媒質の表面をフォトリソフラフィ的に定義することによって作り出されてもよい。
【００２７】
半平面ビームスプリッタ３１０に当たると、入射ビームＩは、２つの干渉ビームＬ１およびＬ２に分割される。Ｌ１は、シリコン／空気半平面ビームスプリッタ３１０からの入射ビームＩの部分反射から生じ、よって、ビーム入射角と等しい反射角を有する。Ｌ２は、シリコン／空気半平面ビームスプリッタ３１０を通る入射ビームＩの部分透過から生じ、少なくとも一部は、（スネルの法則によって決定される）屈折角でシリコン中を伝搬する。その結果、Ｌ１は可動ミラー１２０に向かって伝搬し、Ｌ２は固定ミラー３２０に向かって伝搬する。
【００２８】
ビームＬ１は、可動ミラー１２０によって反射され、よって、反射ビームＬ３を作り出し、ビームＬ２は、固定ミラー３２０によって反射され、よって、反射ビームＬ４を作り出す。図７に示すように、ビームＬ３もビームＬ４も、それぞれ、ミラー１２０およびミラー３２０からの反射後に、それぞれ、Ｌ１およびＬ２と同じ光路を（逆方向に）取って、半平面ビームスプリッタ３１０に向かって戻る。よって、分光計／干渉計がフーリエ変換（ＦＴ）分光計として使用される実施形態では、ある干渉計アームはビームＬ１／Ｌ３で形成され、ビームスプリッタ３１０と可動ミラー１２０とを含み、別の干渉計アームは、ビームＬ２／Ｌ４で形成され、固定ミラー３２０を含む。
【００２９】
ビームスプリッタ３１０において干渉する反射ビームＬ３およびＬ４から干渉パターンＬ５が作り出される。干渉パターンＬ５は、検出器３３０によって検出される。検出器３３０の出力は、端子１６６を介してＡＳＩＣ１６０に入力される。一実施形態では、検出器３３０は、（例えば、基板の上面をエッチングして、その中に光検出器が配置され得る開口を実現することによって）基板中において微細機械加工によって組み立てられる、または（例えば、Ｐ−Ｉ−Ｎダイオードを実現するための）ドーピングによって、もしくは（例えば、金属−半導体−金属ＭＳＭ光検出器を実現するための）部分メタライゼーションによって、基板内においてモノリシックに実現される光検出器を含む。
【００３０】
やはり図７に示すように、可動ミラー１２０は、ＳＯＩ静電ＭＥＭＳアクチュエータ１１０を使用して動かすことができる。図６と同様に、静電ＭＥＭＳアクチュエータ１１０は、櫛歯１１５とばね１１８で形成されたものとして示されている。端子１１４を介して櫛歯１１４に電圧を印加し、それによって、端子１１２と端子１１４との間に静電容量を誘導し、ビームＬ１の反射のための所望の位置までの可動ミラー１２０の変位を生じさせることができる。よって、実質的にミラー変位の２倍に等しいビームＬ３とビームＬ４との光路長差（optical path length difference）（ＯＰＤ）を達成することができる。
【００３１】
加えて、可動ミラー１２０の位置を決定するために、端子１１２と端子１１４との間の静電容量を、ポート１６２およびポート１６４を介して、ＡＳＩＣ１６０によって測定することもできる。決定される可動ミラー位置および検出器３３０の出力に基づき、光路内の任意の材料の光波長およびスペクトルプリントを識別するために、（例えば、図３に示すＤＳＰ１７０などによって）インターフェログラム３４０を作り出すことができる。
【００３２】
２つの光路（Ｌ１／Ｌ３およびＬ２／Ｌ４）間のゼロ光路差に位置する可動ミラー１２０を図７に示す。しかしながら、他の実施形態では、静電容量検知技術の結果として生じる位相雑音および誤差を除去するために、可動ミラー１２０をゼロパス位置の後方の距離δに配置することができ、可動ミラー１２０をゼロ光路差位置を通って移動させることができ、ゼロ光路差位置の正側と負側の両方で測定が行われるようにすることができる。この実施形態では、光源３００は広帯域光源（すなわち、白色光源）であり、負および正の側は等しいかまたは等しくない。ＤＳＰ１７０（図３に示す）では、インターフェログラム３４０の複素フーリエ変換を行って、ミラー位置における任意の位相誤差を補償することができる。別の実施形態では、インターフェログラムの正側と負側の両方を記録する代わりに、負の（左側）側のインターフェログラムの一部分のみを取り、ＤＳＰによって使用して、正しい信号を抽出し、静電容量検知技術によって生成される位相雑音および誤差のいくつかを除去する。別の実施形態では、光源３００は、既知の波長の入力ビームを生成する狭帯域光源（すなわち、レーザ）である。さらに別の実施形態では、光源３００は広帯域光源であり、狭帯域光フィルタ３０２を任意に使用して、既知の中心波長の入力ビームを生成することができる。
【００３３】
一実施形態では、ミラー１２０およびミラー３２０は金属ミラーであり、その場合、選択的メタライゼーション（例えば、メタライゼーション段階においてシャドウマスクを使用するなど）が、ビームスプリッタを保護するために使用される。別の実施形態では、小底面積（small foot print）分光計を得るために非金属垂直ブラッグ(Bragg)ミラーが使用される。ブラッグミラーは、深反応性イオンエッチング（Deep Reactive Ion Etching）（ＤＲＩＥ）を使用して実現することができ、これにより、連続した垂直なシリコン／空気界面が作り出される。加えて、ブラッグミラーは、用途に応じて、単純な反射器として機能するために幅広い分光反射感度を有するように、または波長選択応答を用いて設計することもできる。
【００３４】
本明細書では、ビームスプリッタ３１０についてシリコン／空気界面が言及されているが、本発明を実現するのに半波長平面ビームスプリッタを提供する他の媒質を使用することもできる。例えば、別の例示的実施形態では、動作のより広いスペクトルウィンドウを可能にするために、シリコンの代わりに、微細機械加工され、または組み立てられたガラス半平面またはパイレックス（登録商標）（Pyrex）などの他の材料を使用することもできる。加えて、半平面ビーム分割界面の反射率を変更するある程度の自由を与えるために、空気の代わりに、液体や異なる気体といった他の材料を使用することもできる。
【００３５】
図８は、本発明による、例示的ＭＥＭＳダイパッケージ４００を示す図である。容量検知を使用して可動ミラーの位置を決定することにより、ＭＥＭＳ干渉計１５０を、同じＭＥＭＳダイパッケージ４００上でＡＳＩＣ１６０チップと一緒に集積することができ、それによって、ＭＥＭＳシステムのサイズ、コストおよび複雑さが低減される。
【００３６】
図９に、本発明の実施形態による、ＭＥＭＳ装置内の可動ミラーの位置を決定するための例示的方法５００を示す。この方法は５１０から開始し、そこで、可動ミラーに結合された可変静電容量を有する静電ＭＥＭＳアクチュエータが設けられる。５２０で、可動ミラーを、ＭＥＭＳアクチュエータを使用して変位させる。その後、５３０で、ＭＥＭＳアクチュエータの現在の静電容量が検知され、５４０で、ＭＥＭＳアクチュエータの現在の静電容量に基づいて、可動ミラーの位置が決定される。
【００３７】
ここで図１０を参照すると、いくつかの実施形態では、静電容量検知回路は、応力、温度、湿度、電子部品の正常なドリフト、および他の理由による性能ドリフトに悩まされる可能性がある。静電容量検知回路におけるそのようなドリフトは、分光器／干渉計の動作に直接影響を与える可動ミラーの位置の精度に影響する。このため、図１０に示すように、光路差変調の決定に使用される容量検知回路（ＣＳＣ）１３０を較正するために、較正モジュール６００をＭＥＭＳ干渉計１０５に含めることができる。一実施形態では、較正モジュール６００は、ＤＳＰ１７０によって実行可能なアルゴリズムであり、例えばメモリ６２０に格納されてもよい。別の実施形態では、較正モジュール６００は、ＣＳＣ１３０のＡＳＩＣ内に含まれており、又は、追加的なＡＳＩＣ内に含まれている。
【００３８】
上述のように、可動ミラー１２０は、干渉計１４０の１つの経路に光路差を導入して、出力インターフェログラムに導き、そこから下記の式１および２に示すようにフーリエ変換によってスペクトルを抽出することができる。
2019508670.tif 000003
【００３９】
正確なスペクトルを得るためには、可動ミラー変位による光路差（ＯＰＤ）の正確な決定が必要である。可動ミラー１２０が全移動範囲にわたって動かされるとき、ＭＥＭＳアクチュエータ１５０の動きを静電容量的に検知するために、上述のようにＣＳＣ１３０を使用してＯＰＤの精度が最初に較正される。結果として得られる測定静電容量（静電容量データ６４０）は、対応するＯＰＤ（位置データ６５０）にマッピングされ、メモリ６２０のテーブル６３０内に格納することができる。
【００４０】
例えば、特定の既知の波長λ０の光ビーム１０２をＭＥＭＳ干渉計１０５に投入して、各分光計試料について１回生産ライン上のＣＳＣ１３０を較正することができる。光ビーム１０２は、既知の波長を有する光源（例えば、レーザ）から、または白色光出力が狭帯域光フィルタを通過して既知の波長の光ビーム１０２を生成する広帯域光源から生成することができる。図１１Ａおよび図１１Ｂに見られるように、ＯＰＤと静電容量との関係は、得られたインターフェログラムの２つの連続するピークがλ０のＯＰＤを表し、これを測定された静電容量の変化にマッピングして容量検知曲線７２０を生成するという事実を用いて、以下のように決定される。
2019508670.tif 000004
ここで、２つの連続するゼロ交差７１０間の距離（Δｘ）はλ０／２に等しい。
【００４１】
再び図１０を参照すると、図１１Ｂの容量検知曲線７２０は、Ｃ（容量データ６４０）とｘ（位置データ６５０）との関係のルックアップテーブル６２０を埋めるために使用でき、それはその後、ＭＥＭＳ干渉計１０５の次の動作中に、可動ミラー１２０の位置を決定するために使用され得る。例えば、ＭＥＭＳ干渉計１０５の次の動作中に、ＭＥＭＳアクチュエータ１５０の両端の静電容量をＣＳＣ１３０によって測定することができ、測定された静電容量をＤＳＰ１７０に提供して、メモリ６２０のテーブル６３０にアクセスすることによって可動ミラー１２０の位置を決定することができる。
【００４２】
さらに、図１０に示すように、ＣＳＣ１３０内のドリフトを補償するために、較正モジュール６００は補正量６１０をさらに決定し、この補正量６１０をＤＳＰ１７０に提供することができる。ＤＳＰ１７０は、補正量６１０と、補正された静電容量を決定するためにＣＳＣ１３０によって提供される測定された静電容量とを使用し、その後補正された静電容量を使用して、補正された静電容量のテーブル６３０検索を実行することによって、正しいミラー位置を決定する。正しい可動ミラー位置および干渉計１４０の出力に基づいて、その後ＤＳＰ１７０は、光路内の任意の材料の光波長およびスペクトルプリントを識別するためにインターフェログラムを生成することができる。さらに、ＣＳＣ１３０を含むＤＳＰ１７０および／またはＡＳＩＣは、ＭＥＭＳアクチュエータ１５０の動きを制御して補正量６１０を使用してミラー１２０を所望の位置に移動させるための、作動信号を生成することができる。
【００４３】
例示的な実施形態では、較正モジュール６００は、可動ミラー１２０の２つ以上の既知の位置でのＭＥＭＳアクチュエータ１５０の実際の静電容量を決定することによって、補正量６１０を決定する。例えば、較正モジュール６００は、測定された実際の静電容量とテーブル６３０内の対応する静電容量との間のそれぞれの誤差を計算するために、２つ以上の既知の位置で、テーブル６３０内の対応する静電容量とＭＥＭＳアクチュエータ１５０の実際の測定静電容量とを比較することができる。次に、較正モジュール６００は、初期静電容量検知曲線および計算された誤差を使用して補正静電容量検知曲線を外挿し、補正静電容量検知曲線と初期静電容量検知曲線との間の差に基づいて補正量６１０を決定する。
【００４４】
例えば、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、オフセット誤差（Ｂｄ）および／または利得誤差（Ａｄ）の形で、（図１０のテーブル６３０に格納されている）初期容量値のドリフトが発生する可能性がある。図１２Ａおよび図１２Ｂに見られるように、テーブルに格納された初期値は、ゼロＯＰＤでのＢ０の静電容量値を、Ａ０のゲインで提供する。ＭＥＭＳ干渉計のその後の動作中に、ゼロＯＰＤがＢｄの静電容量値に対応し、利得がこの場合はＡｄとなるように、ＣＳＣのドリフトが発生している。さらに、図１３に示すように、このようなドリフトが存在する場合、静電容量検知をＯＰＤ関係にマッピングする初期値を使用すると、誤ったＯＰＤ値（Ｘａｃｔｕａｌと比較したＸｅｒｒｏｒ）が生じ、波長誤差およびスペクトルシフトを引き起こす可能性がある。したがって、静電容量／ＯＰＤ値を補正するには、初期静電容量値の追加的較正が必要となる。追加的較正は、上述のように、オフセット誤差量および／または利得誤差量を含む補正量を生成する。
【００４５】
図１４は、ミラー位置を較正するための補正技術を実行するためのＭＥＭＳ干渉計システムの例示的な構成要素を示す。図１４に示すように、広帯域光源８００は、ＭＥＭＳ干渉計の較正中にＭＥＭＳ干渉計を自己較正するために使用される。広帯域光源８００は、干渉計１４０に投入されるスペクトルＳ（ｖ）を有する。得られた白色光インターフェログラムは、図１５に示すように、波数範囲がｖ１からｖ２の範囲で動作するＭＥＭＳ干渉計では、以下のように表すことができる。
2019508670.tif 000005
ここで
2019508670.tif 000006
である。
【００４６】
図１５に示すように、白色光インターフェログラムの中央バースト８３０におけるミラー位置は、ソースのスペクトル形状に関係なく、ソースの変動およびドリフトに対してより耐性がある位置に依存するようになる。このため、図１４に示すように、ＣＳＣ１３０は、白色光インターフェログラムが得られている間、ＭＥＭＳアクチュエータ１５０の静電容量を連続的に測定し、測定された静電容量値を較正モジュール６００に提供することができる。干渉計１４０によって得られた結果として得られるインターフェログラムから、較正モジュール６００は、中心部バースト８３０に対応するバースト位置８２０に移動ミラー１２０があったときに、測定された静電容量を決定し、そのバースト位置８２０を自己較正のための第１の基準位置であるとみなすことができるゼロＯＰＤにマッピングできる。
【００４７】
さらに、可動ミラー１２０といったミラーのうちの１つの表面１２５を、図１４、１５、１８及び２０に示すように、非平面とすることにより、図１７、図１９Ａ及び図２１Ａに示すように、複数のゼロＯＰＤ基準点で二次バーストを生成することができる。例えば、図１４に示すように、ミラー１２０の表面１２５は、主表面と、主表面からオフセットされた少なくとも１つの追加の表面とを含むことができ、主表面は、干渉計の光軸においてミラー上の中心にあり、インターフェログラムの中心バーストを生成するように構成され、付加的な表面は、可動ミラーの縁部の近くに配置され、インターフェログラムの二次バーストを生成するように構成される。
【００４８】
以下の説明では、可動ミラー１２０が非平面表面１２５を有すると仮定する。しかしながら、他の実施形態では、図１に示す固定ミラーのような干渉計の光路内の別のミラーが、図７に示すように、可動ミラー１２０に加えて、または可動ミラー１２０の代わりに非平面表面を有してもよい。
【００４９】
較正モジュール６００は、可動ミラーが二次バーストの１つに対応する二次バースト位置８２５にあったときの測定された静電容量を決定し、二次バースト位置８２５をオフセット面のゼロＯＰＤにマッッピングし、別の基準位置としてこの二次バースト位置を使用できる。例えば、中心バースト８３０を生成する主表面と二次バーストを生成するオフセット面との間の既知のオフセットでは、可動ミラーのオフセット面のゼロＯＰＤ位置は、可動ミラーの主表面のゼロＯＰＤ位置と既知のオフセットとの和に等しい。別の例として、主表面を介して取られた光路とオフセット面を介して取られた光路との間に既知のＯＰＤがある場合、可動ミラーのオフセット面（または可動ミラーによって生成された二次バースト）に対応するゼロＯＰＤ位置は、可動ミラーの主表面のゼロＯＰＤ位置と既知のＯＰＤとの和に等しい。
【００５０】
複数のバーストを有する結果として生じる白色光インターフェログラムは、ＭＥＭＳ干渉計について以下のように表すことができる。
2019508670.tif 000007
ここで、Ａ１、Ａ２、Ａ３．．．は、メインバーストに対する二次バーストの相対強度であり、ＯＰＤ１、ＯＰＤ２、ＯＰＤ３、．．．は、二次バーストとメイン（中央）バーストとの間の光路差である。
【００５１】
較正モジュール６００は、その後のＭＥＭＳ干渉計の動作中に、テーブル６３０に記憶された基準位置および初期容量および位置値のそれぞれにおいて測定された静電容量を使用して、静電容量検知曲線（テーブル６３０に記憶された値）にＤＳＰ１７０によって適用される補正量６１０を決定することができる。したがって、後続のインターフェログラムにおける容量性検知ドリフトは、補正量６１０を使用して補償することができる。
【００５２】
静電容量測定値と位置との誤差が線形である実施形態では、既知のミラー位置における２つの静電容量測定値のみが、Ｃ対ｘ関係におけるドリフト誤差を補正するために必要とされる。この実施形態では、修正された静電容量検知曲線を生成するために、インターフェログラムにおいて２つのバースト（すなわち、中央バーストおよび１つの二次バースト）のみが必要とされる。
【００５３】
非線形ドリフト誤差（三次以上）は、また、インターフェログラム内の３つ以上のバースト（すなわち、中心バーストおよび２つ以上の二次バースト）を生成するように、可動ミラー１２０の非平面表面１２５を構成することによって、修正され得る。例えば、図１６に示すように、可動ミラー１２０の表面１２５は、図１７に示すように、複数のバーストを有するインターフェログラムを生成するために、複数のオフセットステップを有することができる。例えば、表面１２５は、干渉計の光軸に中心が位置し、主表面１６０２からオフセットされたオフセット面１６０４，１６０６，１６０８および１６１０と共に、インターフェログラムの主／中心バースト１７０２を生成するよう構成され、それぞれの二次バースト１７０４，１７０６，１７０８、および１７１０を生成するように構成される、主表面１６０２を含む。
【００５４】
特に、図１６に示す例では、オフセット面は、可動ミラー１２０の第１の端部の主表面１６０２に隣接する第１のオフセット面１６０４を含み、第１のオフセット面１６０４は、主表面１６０２に対して第１のオフセットを有する。オフセット面は、さらに、可動ミラーの第１の端部上の第１のオフセット面１６０４に隣接する第２のオフセット面１６０６を含み、第２のオフセット面は主表面１６０２に対する第２のオフセットを有する。図１６に示すように、第２のオフセットは、第２のオフセット面１６０６における可動ミラー１２０の厚さが第１のオフセット面１６０４における可動ミラー１２０の厚さよりも小さくなるように、第１方向における第１のオフセットよりも大きく、第１のオフセット面１６０４における可動ミラー１２０の厚さは、主表面１６０２における可動ミラー１２０の厚さよりも小さい。
【００５５】
オフセット面は、第１の端部とは反対側の可動ミラー１２０の第２の端部上の主表面１６０２に隣接する第３のオフセット面１６０８をさらに含み、第３のオフセット面１６０８は、主表面１６０２に対してそれぞれ第３のオフセットを有する。さらに、オフセット面はまた、可動ミラーの第２の端部上の第３のオフセット面１６０８に隣接する第４のオフセット面１６１０を含み、第４のオフセット面１６１０は、主面１６０２に対してそれぞれ第４のオフセットを有する。図１６では、第４のオフセットは、第４のオフセット面１６１０における可動ミラー１２０の厚さが第３のオフセット面１６０８における可動ミラー１２０の厚さよりも大きくなるように、第２方向における第３のオフセットよりも大きく、第３のオフセット面１６０８における可動ミラー１２０の厚さは、主表面１６０２における可動ミラー１２０の厚さよりも大きい。図１６に示す非平面表面の構成では、第１のオフセット面１６０４は、二次バースト１７０４を生成するように構成され、第２のオフセット面１６０６は、二次バースト１７０６を生成するように構成され、第３のオフセット面１６０８は、二次バースト１７０８を生成するように構成され、第４のオフセット面１６１０は、図１７に示されるインターフェログラムにおいて、二次バースト１７１０を生成するように構成される。
【００５６】
図１８は、図１９Ａに示すように、複数のバーストを有するインターフェログラムを生成するための複数のオフセットステップを含む非平面表面１２５を有する別の例示的な可動ミラー１２０を示す概略図である。例えば、表面１２５は、主表面１８０４からオフセットされてそれぞれの二次バースト１９０２，１９０６及び１９０８を生成するように構成されたオフセット面１８０２，１８０６及び１８０８と共に、インターフェログラムの主／中央バースト１９０４を生成するように構成された主表面１８０４を含むことができる。
【００５７】
特に、図１８に示す例では、第１のオフセット面１８０２は、干渉計の光軸において可動ミラー１２０の中心に配置され、インターフェログラムの二次バースト１９０２を生成するように構成される。主表面１８０４は、その両側で第１のオフセット面１８０２に隣接し、インターフェログラムの主／中心バースト１９０４を生成するように構成される。第１のオフセット面１８０２は、主表面１８０４における可動ミラー１２０の厚さが第１のオフセット面１８０２における可動ミラー１２０の厚さよりも小さくなるように、第１の方向における第１のオフセット量だけ主表面１８０４からオフセットされる。
【００５８】
第２及び第３のオフセット面１８０６及び１８０８は、主面１８０４の両側で主面１８０４に隣接し、第２の方向に第２のオフセット量だけ主面１８０４からオフセットされており、主表面１８０４における可動ミラー１２０の厚さは、第２／第３のオフセット面１８０６／１８０８における可動ミラー１２０の厚さよりも大きい。第２のオフセット面１８０６は、インターフェログラムの二次バースト１９０６を生成するように構成される一方で、第３のオフセット面１８０８は、インターフェログラムの二次バースト１９０８を生成するように構成される。スペクトラム上に複数のバーストがあることから生じる可能性のあるファブリ・ペロー様の効果は、図１９Ｂに示すように、所望の解像度に応じて、インターフェログラムにウィンドウ１９５０を適用することによって除去することができる。
【００５９】
図２０は、図２１Ａに示すように、複数のバーストを有するインターフェログラムを生成するための非平面表面１２５を有する別の例示的な可動ミラー１２０を示す概略図である。例えば、表面１２５は、二次バースト２１０４を生成するよう構成された追加の表面２００４，２００６，２００８及び２０１０と共に、インターフェログラムの主／中心バースト２１０２を生成するよう構成された主表面２００２を含む。
【００６０】
特に、図２０に示す例では、付加的な表面は、主表面２００２の各側の対応する傾斜表面２００４および２００８と、主表面２００２の各側の対応する反射表面２００６および２０１０とを含む。主表面２００２は、干渉計の光軸において可動ミラー１２０の中心に配置され、インターフェログラムの中心バースト２１０２を生成するように構成される。傾斜面２００４および２００８は、それぞれ、主面２００２に対してそれぞれの角度で配置され、反射面２００６および２０１０のそれぞれの光を反射して、インターフェログラムの二次バースト２１０４を生成するように構成される。スペクトル上に複数のバーストを有することから生じ得るファブリ・ペロー様の効果は、図２１Ｂに示すように、所望の解像度に応じて、インターフェログラムにウィンドウ２１５０を適用することによって除去することができる。
【００６１】
図２２は、本開示の実施形態による、基板２２００上に作製された非平面表面１２５を有する例示的な可動ミラー１２０の平面図を示す。表面１２５は、図２０に示すものと同様である。一実施例では、可動ミラー１２０（およびＭＥＭＳ干渉計システムの他の構成要素）は、例えば、深反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）のような、任意のタイプの等方性および／または異方性エッチング技術を使用して、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウェハ（基板２２００）を選択的にエッチングすることによって製造することができる。
【００６２】
図２３は、本開示の実施形態による、光学ＭＥＭＳ干渉計内のミラー位置決めのための自己較正のための例示的な方法２３００を示す。この方法はステップ２３１０で始まり、ここでは非平面表面を有するミラーが干渉計に設けられる。一例では、非平面表面を有するミラーは可動ミラーである。別の例では、非平面表面を有するミラーは、固定ミラー、または固定ミラーと可動ミラーとの組み合わせ（すなわち、固定ミラーと可動ミラーの双方がそれぞれ非平面表面を有する）である。
【００６３】
ステップ２３２０において、ＭＥＭＳアクチュエータの蓄積された静電容量を可動ミラーのそれぞれの記憶された位置にマッピングするテーブルが維持される。記憶された静電容量およびそれぞれの記憶された位置は、ＭＥＭＳ干渉計の初期較正中に取得されてもよい。ステップ２３３０において、ＭＥＭＳアクチュエータの第１の測定された静電容量が、可動ミラーの移動の結果生成されたインターフェログラムの中心バーストに対応する可動ミラーの第１の基準位置で検知される。ステップ２３４０において、ＭＥＭＳアクチュエータの第２の測定された静電容量が、可動ミラー並びに可動ミラーおよび／または固定ミラーの非平面表面の移動の結果生成されるインターフェログラムの二次バーストに対応する可動ミラーの第２の基準位置で検知される。ステップ２３５０において、第１の基準位置における第１の測定された静電容量と第２の基準位置における第２の測定された静電容量を使用して、テーブル内に記憶された静電容量に適用される補正量が決定される。
【００６４】
当業者には理解されるように、本出願において説明した革新的概念は、広範囲の用途にわたって改変し、変更することができる。したがって、特許発明の範囲は、前述の具体的例示的示唆のいずれにも限定すべきではなく、代わりに、添付の特許請求の範囲によって定義されるものである。
【図１】
2019508670.tif 000008
【図２】
2019508670.tif 000009
【図３】
2019508670.tif 000010
【図４】
2019508670.tif 000011
【図５】
2019508670.tif 000012
【図６】
2019508670.tif 000013
【図７】
2019508670.tif 000014
【図８】
2019508670.tif 000015
【図９】
2019508670.tif 000016
【図１０】
2019508670.tif 000017
【図１１】
2019508670.tif 000018
【図１２】
2019508670.tif 000019
【図１３】
2019508670.tif 000020
【図１４】
2019508670.tif 000021
【図１５】
2019508670.tif 000022
【図１６】
2019508670.tif 000023
【図１７】
2019508670.tif 000024
【図１８】
2019508670.tif 000025
【図１９Ａ】
2019508670.tif 000026
【図１９Ｂ】
2019508670.tif 000027
【図２０】
2019508670.tif 000028
【図２１Ａ】
2019508670.tif 000029
【図２１Ｂ】
2019508670.tif 000030
【図２２】
2019508670.tif 000031
【図２３】
2019508670.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月12日(2017.7.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置であって、
インターフェログラムを生成するよう構成されたＭＥＭＳ干渉計であって、前記ＭＥＭＳ干渉計が、
光を受けて反射させるように光学的に結合された少なくとも１のミラーであって、当該少なくとも１のミラーの第１のミラーが非平面表面を有し、前記非平面表面が、主表面と前記主表面からオフセットした少なくとも１つの追加の表面とを具える少なくとも１のミラーと、
可動ミラーの変位を生じさせるために前記少なくとも１のミラーの可動ミラーに結合された、可変静電容量を有するＭＥＭＳアクチュエータと、
を有するＭＥＭＳ干渉計と、
記憶された前記ＭＥＭＳアクチュエータの静電容量を前記可動ミラーのそれぞれの格納された位置にマッピングするテーブルを維持するメモリと、
前記ＭＥＭＳアクチュエータに結合された静電容量検知回路であって、
前記インターフェログラムの中央バーストに対応する前記可動ミラーの第１の基準位置で前記ＭＥＭＳアクチュエータの第１の測定された静電容量を検知し、
前記非平面表面の移動の結果として形成される前記インターフェログラムの二次バーストに対応する前記可動ミラーの第２の基準位置で前記ＭＥＭＳアクチュエータの第２の測定された静電容量を検知する、
よう構成された静電容量検知回路と、
前記第１の基準位置での前記第１の測定された静電容量及び前記第２の基準位置での前記第２の測定された静電容量を使用し、前記テーブルに記憶された静電容量に適用すべき補正量を判断するよう構成された較正モジュールと、
を有することを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＭＥＭＳ装置において、
さらに、前記静電容量検知回路が、前記ＭＥＭＳアクチュエータの現在の静電容量を決定するよう構成されており、
前記テーブルにアクセスし、前記ＭＥＭＳアクチュエータの前記現在の静電容量と前記補正量との組み合わせに基づいて、前記可動ミラーの現在位置を決定するよう構成されたディジタル信号プロセッサをさらに具えることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のＭＥＭＳ装置において、
既知の波長を有する入射ビーム生成し、前記干渉計に前記入射ビームを与えるよう構成された光源をさらに備えており、
前記静電容量検知回路が、さらに、前記可動ミラーが、前記ＭＥＭＳ干渉計によって生成されるさらなるインターフェログラムの少なくとも２つのゼロ交差を通過する際に、静電容量の変化を測定するよう構成されており、
さらに、前記静電容量の変化及び前記さらなるインターフェログラムに基づいて前記テーブルを埋めるよう構成されたディジタル信号プロセッサを具えることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のＭＥＭＳ装置において、
前記テーブルが、初期静電容量検知曲線を表しており、
前記較正モジュールが、さらに、前記ＭＥＭＳアクチュエータの前記第１及び第２の測定された静電容量を、前記第１及び第２の基準位置における前記テーブル内の対応するそれぞれの記憶された静電容量と比較して、前記第１及び第２の測定された静電容量と前記テーブル内の対応する記憶された静電容量との間のそれぞれの誤差を計算するよう構成されており、
前記較正モジュールが、さらに、前記初期静電容量検知曲線及び前記計算された誤差を用いて、補正された静電容量検知曲線を推定するよう構成されており、前記補正量が、前記補正された静電容量検知曲線と前記初期静電容量検知曲線との間の差に対応することを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項５】
請求項１に記載のＭＥＭＳ装置において、
さらに、広帯域光ビームを生成し、前記広帯域光ビームを第１および第２の測定された静電容量の検出中に前記ＭＥＭＳ干渉計に提供するように構成された広帯域光源を具えることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項６】
請求項５に記載のＭＥＭＳ装置において、
さらに、前記広帯域光ビームを受信するように光学的に結合され、既知の波長を有する入力ビームを生成し、前記入力ビームを前記干渉計に供給するよう構成された狭帯域光学フィルタを具えており、
前記静電容量検知回路は、さらに、前記可動ミラーが前記ＭＥＭＳ干渉計によって生成されるさらなるインターフェログラムの少なくとも２つのゼロ交差を通過する際に、静電容量変化を測定するように構成され、
さらに、前記静電容量変化と前記さらなるインターフェログラムに基づいて前記テーブルを埋めるように構成されたディジタル信号プロセッサを具えることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項７】
請求項１に記載のＭＥＭＳ装置において、
前記静電容量検知回路は、前記可動ミラーおよび前記非平面表面の移動の結果として生成される前記インターフェログラムのそれぞれの少なくとも１つの追加の二次バーストに対応する、前記可動ミラーのそれぞれの少なくとも１つの追加の基準位置で、前記ＭＥＭＳアクチュエータの少なくとも１つの追加の測定静電容量を検知するように構成され、
前記較正モジュールは、さらに、前記第１の基準位置における前記第１の測定静電容量、前記第２の基準位置における前記第２の測定静電容量、および前記それぞれの少なくとも１つの追加の基準位置における前記少なくとも１つの追加の測定静電容量を使用して、前記補正量を決定するよう構成されることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項８】
請求項１に記載のＭＥＭＳ装置において、
前記主表面は、前記干渉計の光軸において前記第１ミラーの中心に位置し、前記インターフェログラムの中心バーストを生成するように構成されており、  
前記少なくとも１つの追加の表面は、前記第１のミラーの縁部の近くに位置し、前記インターフェログラムの二次バーストを生成するように構成される、
ことを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項９】
請求項８に記載のＭＥＭＳ装置において、
前記少なくとも１つの追加の表面が、
前記第１のミラーの第１端部の前記主表面に隣接し、前記主表面に対して第１のオフセットを有する第１オフセット面と、
前記第１のミラーの前記第１の端部の前記第１のオフセット面に隣接し、前記主表面に対して第２のオフセットを有する第２のオフセット面と、
前記第１のミラーの前記第１の端部に対向する第２の端部の前記主表面に隣接し、前記主表面に対して第３のオフセットを有する第３のオフセット面と、
前記第１のミラーの前記第２の端部の前記第３のオフセット面に隣接し、前記主表面に対して第４のオフセットを有する第４のオフセット面と、
を有しており、
前記第１のオフセット面、前記第２のオフセット面、前記第３のオフセット面および前記第４のオフセット面のそれぞれは、前記インターフェログラムのそれぞれの二次バーストを生成するように構成される、
ことを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項１０】
請求項１に記載のＭＥＭＳ装置において、
前記少なくとも１つの追加の表面は、前記主表面からオフセット量だけオフセットしたオフセット面を含んでおり、
前記オフセット面は、前記干渉計の光軸において前記第１のミラーの中心に配置され、前記インターフェログラムの前記二次バーストを生成するように構成され、
前記主表面は、その両側の前記オフセット面に隣接しており、前記インターフェログラムの前記中心バーストを生成するように構成されていることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のＭＥＭＳ装置において、
前記第１のミラーの前記非平面表面は、前記主表面から追加のオフセット量だけオフセットされた追加のオフセット面をさらに含み、前記主表面の両側で前記主表面に隣接する前記追加のオフセット面は、前記インターフェログラムの追加の二次バーストを生成するよう構成されることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項１２】
請求項１に記載のＭＥＭＳ装置において、
前記少なくとも１つの追加の表面は、主表面と、前記主表面の両側の対応する傾斜表面と、前記主表面の両側の対応する反射表面とを含んでおり、
前記主表面は、前記干渉計の光軸において前記第１ミラーの中心に位置し、前記インターフェログラムの中心バーストを生成するように構成され、
前記傾斜表面は、前記主表面に対してそれぞれの角度でそれぞれ位置決めされ、前記反射表面のそれぞれ１つから光を反射して、前記インターフェログラムの前記二次バーストを生成するように構成されることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項１３】
請求項１に記載のＭＥＭＳ装置において、
前記ＭＥＭＳアクチュエータは２つのプレートを有する静電アクチュエータであり、前記静電容量検知回路は前記２つのプレート間の現在の静電容量を検知するよう構成されていることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載のＭＥＭＳ装置において、
前記ＭＥＭＳアクチュエータは、静電櫛形駆動アクチュエータであることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項１５】
請求項１に記載のＭＥＭＳ装置において、
前記静電容量検知回路は、前記現在の静電容量を受け取り、静電容量に比例する出力電圧を生成するよう構成された静電容量−電圧変換器を有することを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項１６】
請求項１に記載のＭＥＭＳ装置において、前記ＭＥＭＳ干渉計が、さらに、
入射ビームを受け取り、前記入射ビームを第１の干渉ビームおよび第２の干渉ビームに分割するように光学的に結合されたビームスプリッタと、
前記第１の干渉ビームを受け取り、前記第１の干渉ビームを前記ビームスプリッタに向けて反射して、第１の反射干渉ビームを生成するように光学的に結合された固定ミラーと、
前記第２の干渉ビームを受け取るように光学的に結合され、前記第２の干渉ビームを前記ビームスプリッタに向けて反射して、第２の反射干渉ビームを生成する前記可動ミラーと、
前記第１の反射干渉ビームと前記第２の反射干渉ビームとの間の干渉の結果として生成されたインターフェログラムを検出するように光学的に結合された検出器と、
を含んでおり、
前記可動ミラーの変位は、前記変位の２倍に等しい前記第１の干渉ビームと前記第２の干渉ビームとの間の光路長差を生成することを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載のＭＥＭＳ装置において、
前記中心バースト及び前記二次バーストは、前記第１干渉ビームと前記第２干渉ビームとの間のゼロ光路長差にそれぞれ対応することを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項１８】
請求項１に記載のＭＥＭＳ装置において、
前記ＭＥＭＳ干渉計は、フーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）分光計を有することを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項１９】
請求項１に記載のＭＥＭＳ装置において、
前記第１のミラーが可動ミラーであることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項２０】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）干渉計を較正するための方法であって、
前記ＭＥＭＳ干渉計によってインターフェログラムを生成するステップであって、前記前記ＭＥＭＳ干渉計が、少なくとも１つのミラー及びＭＥＭＳアクチュエータを具え、前記少なくとも１つのミラーの第１のミラーは、非平面表面を有し、前記非平面表面が主表面と前記主表面からオフセットした少なくとも１つの追加の表面とを具え、前記少なくとも１つのミラーの可動ミラーがＭＥＭＳアクチュエータに結合され、前記ＭＥＭＳアクチュエータは可変静電容量を有する、ステップと、
前記ＭＥＭＳアクチュエータの記憶された静電容量を前記可動ミラーのそれぞれの記憶された位置にマッピングするテーブルを維持するステップと、
インターフェログラムの中心バーストに対応する前記可動ミラーの第１の基準位置における前記ＭＥＭＳアクチュエータの第１の測定された静電容量を検知するステップと、
前記非平面表面の結果として生成されたインターフェログラムの二次バーストに対応する、前記可動ミラーの第２の基準位置における前記ＭＥＭＳアクチュエータの第２の測定された静電容量を検知するステップと、
前記第１の基準位置における前記第１の測定された静電容量および前記第２の基準位置における前記第２の測定された静電容量を用いて、前記テーブル内の前記記憶された静電容量に適用される補正量を決定するステップと、
を具えることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法において、さらに、
前記ＭＥＭＳアクチュエータの現在の静電容量を決定するステップと、
前記ＭＥＭＳアクチュエータの現在の静電容量と前記補正量との組み合わせに基づいて前記可動ミラーの現在位置を決定するステップとを具えることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載の方法において、さらに、
前記ＭＥＭＳ干渉計において既知の波長を有する入力ビームを受け取るステップと、
前記ＭＥＭＳ干渉計によって、前記可動ミラーが生成された追加のインターフェログラムの少なくとも２つのゼロ交点を通過するときの静電容量の変化を測定するステップと、
前記静電容量の変化と前記インターフェログラムに基づいて前記テーブルを埋めるステップと、
を具えることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２０に記載の方法において、
前記テーブルは初期静電容量検知曲線を表しており、さらに、
前記第１および第２の測定された静電容量と前記テーブル内の対応する記憶された静電容量との間のそれぞれの誤差を計算するために、前記ＭＥＭＳアクチュエータの前記第１および第２の測定された静電容量を前記テーブル内の対応する記憶されたそれぞれの静電容量と比較するステップと、
前記初期静電容量検知曲線及び前記計算された誤差を使用して補正された静電容量検知曲線を外挿するステップと、
前記補正された静電容量検知曲線と前記初期静電容量検知曲線との差として補正量を決定するステップと、
を具えることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２０に記載の方法において、さらに、
前記可動ミラーおよび前記非平面表面の移動の結果として生成されたインターフェログラムのそれぞれの少なくとも１つの追加の二次バーストに対応する、前記可動ミラーのそれぞれの少なくとも１つの追加の基準位置における前記ＭＥＭＳアクチュエータの少なくとも１つの追加の測定された静電容量を検知するステップと、
前記第１の基準位置における前記第１の測定された静電容量、前記第２の基準位置における前記第２の測定された静電容量、および前記それぞれの少なくとも１つの追加の基準位置における前記少なくとも１つの追加の測定された静電容量を使用して、前記テーブル内の記憶された位置に適用されるべきそれぞれの位置補正を決定するステップと、
を具えることを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２０に記載の方法において、
前記中心バーストおよび前記二次バーストはそれぞれ、前記非平面表面の結果としての前記ＭＥＭＳ干渉計内のゼロ光路長差に対応することを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２０に記載の方法において、
前記第１のミラーが可動ミラーであることを特徴とする方法。
【国際調査報告】
2019508670.tif 000033
2019508670.tif 000034