(57)【要約】【課題】  ケースの内壁を鏡面処理せずとも赤外線センサの受光効率を向上できる赤外線光源、及び、赤外線検知式ガスセンサを提供すること。【解決手段】  基板１０と、基板１０に設けられた薄肉部としてのメンブレン２０と、メンブレン２０に設けられた抵抗体１５とを備え、通電することにより抵抗体１５を発熱させ、赤外線センサ２００に対して赤外線を放射する赤外線光源１００において、基板１０上に、放射された赤外線を赤外線センサ２００に集光させるための集光レンズ３０を設けた。従って、赤外線光源１００から放射される赤外線エネルギーが等しい場合、赤外線センサ２００に到達する赤外線エネルギーが大きくなるので、円筒状容器３２０の内壁を鏡面処理せずとも赤外線センサ２００の受光効率を向上できる。【選択図】        図１
2005207891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に設けられた薄肉部としてのメンブレンと、
前記メンブレンに設けられた抵抗体とを備え、
通電することにより前記抵抗体を発熱させ、赤外線を検出する赤外線センサに対して赤外線を放射する赤外線光源において、
前記基板上に、放射された赤外線を前記赤外線センサに集光させるための集光部材を設けたことを特徴とする赤外線光源。
【請求項２】
前記集光部材は、前記抵抗体の形成領域を覆うように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線光源。
【請求項３】
前記集光部材は、片面が凹状に加工された集光レンズであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の赤外線光源。
【請求項４】
前記集光部材は、前記基板表面に設けられた薄膜を加工してなることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の赤外線光源。
【請求項５】
前記基板はシリコン基板であり、前記薄膜は酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項４に記載の赤外線光源。
【請求項６】
前記集光部材は、その端部が前記メンブレンの形成領域端との間に所定の間隙を有するように、前記メンブレンの形成領域上に設けられていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の赤外線光源。
【請求項７】
前記集光部材は予め加工され、その後、前記基板上に固定されている請求項１〜３いずれか１項に記載の赤外線光源。
【請求項８】
前記集光部材は、対向する前記基板表面との間に空隙を有していることを特徴とする請求項７に記載の赤外線光源。
【請求項９】
前記基板は、前記メンブレンの下部に、前記抵抗体形成面の裏面側に開口する空洞部を有することを特徴とする請求項１〜８いずれか１項に記載の赤外線光源。
【請求項１０】
前記基板は、前記メンブレンの下部に、前記抵抗体形成面の裏面側に閉じた空洞部を有することを特徴とする請求項１〜８いずれか１項に記載の赤外線光源。
【請求項１１】
前記集光部材は、前記空洞部と接する前記メンブレン表面の裏面側に設けられていることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の赤外線光源。
【請求項１２】
前記赤外線光源は、特定波長の赤外線吸収量により被測定ガスの種類および濃度を測定する、赤外線検知式ガスセンサの光源として用いられることを特徴とする請求項１〜１１いずれか１項に記載の赤外線光源。
【請求項１３】
通電により発熱する抵抗体を有する赤外線光源と、
前記赤外線光源から放射された赤外線を検出する赤外線センサとを備え、
前記赤外線センサにおける特定波長の赤外線吸収量に基づいて、被測定ガスの種類および濃度を測定する赤外線検知式ガスセンサにおいて、
前記赤外線光源と前記赤外線センサとの間の赤外線の光路上に、前記赤外線光源から放射された赤外線を前記赤外線センサに集光させる集光部材を備えることを特徴とする赤外線検知式ガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に薄肉部としてのメンブレンを備え、当該メンブレンに形成された抵抗体を通電して発熱させることにより、赤外線を放射する赤外線光源、及び、赤外線光源と赤外線を検出する赤外線センサとにより構成される赤外線検知式ガスセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、赤外線光源と、当該赤外線光源より発せられた赤外線を検出する赤外線センサとにより構成され、特定波長の赤外線吸収量により被測定ガスの種類と濃度を測定するガスセンサが知られている。
【０００３】
このようなガスセンサにおいては、赤外線光源から放射される赤外線エネルギーが大きいほど、赤外線センサの出力変化が大きくなり、ガスセンサのセンサ感度が向上する。そこで、良好なセンサ感度を確保するために必要な、所定の赤外線エネルギーを放射する赤外線光源が、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
この赤外線光源は、基板にマイクロブリッジ状に形成されたフィラメント（抵抗体）を有しており、当該抵抗体の表面に、発光される赤外線波長帯域によらず赤外線放射率を安定化させる放射率安定化部材（例えばシリコニット）を有している。
【０００５】
従って、通電して抵抗体を発熱させることにより赤外線を放射する際に、放射率安定化部材を介することで、波長依存性が低く、安定した強度の赤外線を放射することができる。
【特許文献１】特開２００１−２２１６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、抵抗体を通電して発熱させることにより放射される赤外線は、指向性を持たず等方的に放射される。従って、特許文献１に示す赤外線光源を備えるガスセンサの場合、赤外線光源から放射された赤外線は、赤外線センサに到達するまでに、一部が赤外線光源及び赤外線センサが配置されるケースの壁面等に吸収され、減衰してしまう。すなわち、赤外線センサに到達する赤外線エネルギーが小さくなる（赤外線センサの受光効率が低い）。
【０００７】
このため、赤外線光源から放射される赤外線エネルギーが等しい場合、ガスセンサのセンサ感度を向上させるためには、例えばケースの内壁の広い範囲を鏡面処理し、赤外線センサの受光効率を向上させる必要があった。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑み、ケースの内壁を鏡面処理せずとも赤外線センサの受光効率を向上できる赤外線光源、及び、赤外線検知式ガスセンサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する為に請求項１に記載の赤外線光源は、基板と、基板に設けられた薄肉部としてのメンブレンと、メンブレンに設けられた抵抗体とを備え、通電することにより抵抗体を発熱させ、赤外線を検出する赤外線センサに対して赤外線を放射するものである。そして、基板上に、放射された赤外線を赤外線センサに集光させるための集光部材を設けたことを特徴とする。
【００１０】
このように、本発明の赤外線光源によると、抵抗体を発熱させることにより等方的に放射される赤外線は、基板上に設けられた集光部材により集光されて、赤外線センサに照射される。従って、赤外線光源から放射される赤外線エネルギーが等しい場合、赤外線センサに到達する赤外線エネルギーが大きくなるので、ケースの内壁を鏡面処理せずとも赤外線センサの受光効率を向上できる。また、鏡面処理しない場合には、製造コストを低減できる。
【００１１】
尚、集光部材は、取り込んだ赤外線の少なくとも一部を赤外線センサにむけて集光することにより、集光部材を配置しない場合よりも、赤外線センサの受光効率を向上できるものであれば良い。また、抵抗体は薄肉部としてのメンブレンに設けられており、基板に対して熱分離されている。従って、基板へ逃げる熱量が減少されるので、赤外線光源は効率よく赤外線を放射することができる。
【００１２】
ここで、集光部材は、等方的に放射される赤外線をできるだけ多く取り込み、赤外線センサに対して集光できることが好ましいので、請求項２に記載のように、抵抗体の形成領域を覆うように設けられていることが好ましい。尚、集光部材としては、赤外線光源から放射された赤外線を赤外線センサに集光させるものであれば特に限定されるものではないが、例えば請求項３に記載のように、片面が凹状に加工された集光レンズを適用することができる。
【００１３】
また、集光部材は、請求項４に記載のように、基板表面に設けられた薄膜を加工してなるものであっても良く、例えば請求項５に記載のように、シリコン基板上に設けた酸化シリコン膜を加工して形成することができる。
【００１４】
この場合、基板上に集光部材を直接設けるので、抵抗体に対する集光部材の位置精度が向上される。すなわち、光学的な調整が容易となる。また、集光部材が基板表面に直接設けられており、抵抗体と集光部材との距離が短いので、集光部材の赤外線の集光効率が向上される。特に、従来の半導体プロセスを活用できる構成であると、抵抗体に対する集光部材の位置精度が向上されるとともに、赤外線光源と集光部材を同一の製造工程内で設けることができるので、製造工程が簡素化される。
【００１５】
尚、請求項６に記載のように、集光部材は、その端部がメンブレンの形成領域端との間に所定の間隙を有するように、メンブレンの形成領域上に設けられていることが好ましい。集光部材が、メンブレンの形成領域上においてメンブレンの形成領域端まで設けられた場合、積層方向において、基板と集光部材とが接する位置関係となる。従って、集光部材は、基板側に逃げる熱量を低減するために、その端部がメンブレンの形成領域端に対して所定の間隙（基板に対して熱分離された構造）を有するように設けられることが好ましい。これにより、集光部材の集光効率がさらに向上される。
【００１６】
また、集光部材は、請求項７に記載のように、予め加工され、その後、基板上に固定されたものでも良い。例えば、予め加工された集光レンズを、基板表面に接着剤で固定したものでも良い。
【００１７】
その際、請求項８に記載のように、集光部材は、対向する基板表面との間に空隙を有して固定されていると良い。この場合、集光部材から基板へ逃げる熱量を減少させることができる。従って、集光部材の集光効率が向上される。
【００１８】
また、メンブレンを構成する基板の構造としては、請求項９に記載のように、基板が、メンブレンの下部に抵抗体形成面の裏面側に開口する空洞部を有しても良いし、請求項１０に記載のように、基板がメンブレンの下部に抵抗体形成面の裏面側に閉じた空洞部を有しても良い。
【００１９】
また集光部材は、空洞部と接するメンブレンの表面に設けることも可能であるが、請求項１１に記載のように、空洞部と接するメンブレンの表面の裏面側に設けられていると良い。この構成のほうが、集光部材をメンブレン表面に設けやすい。
【００２０】
尚、請求項１〜１１のいずれかに記載の赤外線光源は、請求項１２に記載のように、特定波長の赤外線吸収量により被測定ガスの種類および濃度を測定する、赤外線検知式ガスセンサの光源として好適である。
【００２１】
次に、請求項１３に記載の赤外線検知式ガスセンサは、通電により発熱する抵抗体を有する赤外線光源と、赤外線光源から放射された赤外線を検出する赤外線センサとを備え、赤外線センサにおける特定波長の赤外線吸収量に基づいて、被測定ガスの種類および濃度を測定するものである。そして、赤外線光源と赤外線センサとの間の赤外線の光路上に、赤外線光源から放射された赤外線を赤外線センサに集光させる集光部材を備えることを特徴とする。
【００２２】
請求項１〜１２に記載の発明においては、赤外線センサの受光効率を向上させるために、赤外線光源を構成する基板上に集光部材を設ける構成であった。しかしながら、集光部材は必ずしも赤外線光源に一体に設けられていなくとも良く、請求項１３に記載のように、赤外線光源と赤外線センサとの間の赤外線の光路上に、設けられた構成であっても良い。例えば、赤外線光源と赤外線センサが配置されたケースの一部に設けられた構成としても良い。しかしながら、赤外線は赤外線光源から等方的に放射されるので、赤外線光源にできるだけ近い位置に配置することが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を、図に基づいて説明する。
【００２４】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における赤外線光源の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面における断面図である。尚、図１（ａ）においては、便宜上、抵抗体、抵抗体と電極とを接続する配線部、及び基板上面における空洞部形成領域を破線にて図示している。
【００２５】
図１（ｂ）に示すように、赤外線光源１００は、基板１０と、当該基板１０に設けられ、抵抗体を含む薄肉部としてのメンブレン２０と、当該メンブレン２０表面に設けられた集光部材としての集光レンズ３０とにより構成される。
【００２６】
基板１０は、シリコンからなる半導体基板であり、メンブレン２０の形成領域に対応した空洞部１１を有している。本実施形態において、空洞部１１は矩形状の領域をもって開口されており、この開口面積が基板１０の上面側へ行くほど縮小され、基板１０の上面では、図１（ａ）に破線にて示されるような矩形状の領域（空洞部上面）１１ａとなっている。従って、抵抗体を含むメンブレン２０は、基板１０に対して空洞部１１上に浮いた状態に形成されており、赤外線光源１００の他の部位と比べて膜厚が薄く形成されている。すなわち、基板１０と熱分離されているので、抵抗体を効率よく発熱させ、赤外線を放射することができる。
【００２７】
また、基板１０の下面には、窒化シリコン膜１２が設けられ、基板１０の上面には、絶縁膜１３（例えば窒化シリコン膜）が設けられている。そして、当該絶縁膜１３上に、酸化シリコン膜１４が設けられている。
【００２８】
酸化シリコン膜１４上のメンブレン２０の形成領域内には、多結晶シリコン膜からなる抵抗体１５が所定形状をもって設けられている。そして、抵抗体１５には、ＢＰＳＧ（Boron−doped  Phospho−Silicate  Glass）からなる層間絶縁膜１６を介して、抵抗体１５と電極とを電気的に繋ぐ配線部１７が接続されている。尚、図１（ａ），（ｂ）において、符号１５ａは抵抗体１５と配線部１７との接続部である。
【００２９】
また、アルミニウムからなる配線部１７は、その端部に電極としてのパッド部１７ａを有しており、当該パッド部１７ａを除いた配線部１７上に保護膜１８（例えば窒化シリコン膜）が設けられている。従って、本実施形態においては、積層方向において、基板１０の空洞部１１上における絶縁膜１３、酸化シリコン膜１４、抵抗体１５、層間絶縁膜１６、配線部１７、及び保護膜１８によりメンブレン２０が構成されている。
【００３０】
そして、メンブレン２０の形成領域内における保護膜１８上に、抵抗体１５を発熱させることにより放射される赤外線を、赤外線センサ（後述する）に対して集光させる集光部材としての集光レンズ３０が設けられている。本実施形態において、集光レンズ３０は、保護膜１８と接する面に対向する面（以下上面と示す）３０ａが、図１（ｂ）に示すような所定のＲをもった凹形状となるように、酸化シリコン膜を加工して形成された凹レンズである。このように、赤外線センサに対して赤外線を放射する上面３０ａが、所定のＲをもった凹形状を有しているので、集光レンズ３０から放射される赤外線が赤外線センサに対して集光される。尚、上面３０ａのＲ形状は、赤外線光源１００と赤外線センサとの位置関係と距離に応じて、赤外線センサの受光効率が向上されるように調整される。
【００３１】
ここで、集光レンズ３０の形成領域は、特に限定されるものではない。しかしながら、赤外線の集光効率（換言すれば赤外線センサの受光効率）を向上させるためには、抵抗体１５の形成領域を覆いつつ、抵抗体１５の形成領域よりも広い領域に設けられることが好ましい。
【００３２】
このように集光レンズ３０が、積層方向における抵抗体１５の直上に設けられると、抵抗体１５と集光レンズ３０との距離が短いので、抵抗体１５が発した熱（赤外線エネルギー）が集光レンズ３０に効率良く伝達される。さらに、集光レンズ３０を、基板１０に対して熱分離された構造を保ちつつ、メンブレン２０の形成領域内においてより広い領域に設けることで、抵抗体１５から等方的に発せられた熱（赤外線エネルギー）をより多く吸収し、より多くの赤外線エネルギーを赤外線として、赤外線センサに向けて（集光させて）放射することができる。
【００３３】
また、メンブレン２０の形成領域端まで集光レンズ３０が設けられた場合、積層方向において、基板１０と集光レンズ３０とが接する位置関係となり、集光レンズ３０から基板１０側に逃げる熱量が増加する。従って、集光レンズ３０は、基板１０側に逃げる熱量を低減するために、メンブレン２０の形成領域端に対して、所定の間隙をもって設けられることが好ましい。
【００３４】
本実施形態において、集光レンズ３０は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、メンブレン２０の形成領域端に対して所定の間隙を有しながらも、抵抗体１５の形成領域を覆いつつできるだけ広い領域に設けられている。また、集光レンズ３０の光軸が抵抗体１５の中心位置と略一致するように設けられている。
【００３５】
このように構成される赤外線光源１００は、例えば図２（ａ），（ｂ）に示すように、赤外線を検出する赤外線センサ２００とともに赤外線検知式ガスセンサ３００（以下ガスセンサ３００と示す）に適用される。尚、図２は、本実施形態の赤外線光源１００をガスセンサ３００に適用した際の概略構成図であり、（ａ）は赤外線光源１００と赤外線センサ２００が対向配置される直線型、（ｂ）は赤外線光源１００と赤外線センサ２００が並んで配置される反射型を示す図である。
【００３６】
図２（ａ）に示すガスセンサ３００は、赤外線光源１００と赤外線センサ２００が、赤外線波長選択フィルタ３１０を介して、円筒状容器３２０の両端に互いに向き合って配置されている。赤外線光源１００によって赤外線センサ２００に向かって照射された赤外線（図中の矢印方向）は、円筒状容器３２０内に満たされた被測定ガス中を通過する間に特定波長の赤外線が吸収され、赤外線センサ２００に到達する。このとき、被測定ガスの濃度に応じて赤外線センサ２００に到達する赤外線の強度が変わるので、それに応じて赤外線センサ２００の出力が変化し、被測定ガスの濃度が測定される。尚、図２（ａ）における符号３３０はガス出入り口である。
【００３７】
また、図２（ｂ）に示すガスセンサ３００では、赤外線光源１００と赤外線センサ２００が、円筒状容器３２０の一方の端部に並べて配置されている。そして、円筒状容器３２０のもう一方の端部は凹面鏡３４０となっており、赤外線光源１００から照射された赤外線は、凹面鏡３４０で反射されて赤外線センサ２００に到達する構成となっている。従って、図２（ｂ）に示すガスセンサ３００では、赤外線が被測定ガス中を往復し、その間に特定波長の赤外線が吸収され、上記と同じ原理で被測定ガスの濃度が測定される。
【００３８】
上述のガスセンサ３００においては、赤外線光源１００から放射される赤外線のエネルギーが大きいほど、赤外線センサ２００の出力変化が大きくなり、ガスセンサ３００のセンサ感度が向上する。
【００３９】
ここで、集光部材としての集光レンズ３０の効果について、図３（ａ），（ｂ）を用いて説明する。尚、図３は、集光部材としての集光レンズ３０の効果を説明するための図であり、（ａ）は赤外線光源１００が集光レンズ３０を有さない場合（従来の構造）、（ｂ）は赤外線光源１００が集光レンズ３０を有する場合（本実施形態の構造）を示している。尚、図３（ａ），（ｂ）においては、赤外線センサ２００が赤外線光源１００に対向配置された例を用いて説明する。
【００４０】
図３（ａ）に示すように、集光レンズ３０を有さない従来構造の赤外線光源１００の場合、抵抗体１５を発熱させた際に赤外線（図３（ａ）中において、実線で示した矢印）が等方的に放射されるので、赤外線センサ２００に到達するまでに、円筒状容器３２０の壁面等に吸収され、減衰してしまう。従って、赤外線センサ２００に到達する赤外線エネルギーが小さくなる。すなわち、赤外線センサ２００の受光効率が低い。尚、図３（ａ）において、白抜き矢印は赤外線センサ２００に到達した赤外線エネルギーを示している。
【００４１】
それに対し、図３（ｂ）に示すように、集光レンズ３０を有する赤外線光源１００は、集光レンズ３０が抵抗体１５の発した熱（赤外線エネルギー）を効率良く吸収し、赤外線を放射する際に、赤外線センサ２００に向けて赤外線を集光する。
【００４２】
より具体的には、通電された抵抗体１５は発熱し、保護膜１８等を介して集光レンズ３０に熱が伝達される。そして、集光レンズ３０に伝達された熱は、集光レンズ３０の上面３０ａから等方的に放射されるが、集光レンズ３０の上面３０ａは、所定のＲをもった凹形状を有しており、光軸を中心として対称に傾斜している。また、赤外線センサ２００の受光面の略中心位置が集光レンズ３０の光軸上となるように配置されている。従って、集光レンズ３０の上面から放射される赤外線は、集光レンズ３０を有さない場合よりも赤外線センサ２００に対して集光される。尚、上面３０ａの傾斜は、赤外線光源１００と赤外線センサ２００の位置関係と距離に応じて、赤外線センサ２００の受光効率が向上されるように調整されている。
【００４３】
従って、図３（ｂ）に示すように、赤外線光源１００の放射する赤外線エネルギーが同一であっても、赤外線センサ２００に到達する赤外線エネルギーが、集光レンズ３０の効果により大きくなる。すなわち、本実施形態に示す赤外線光源１００を適用することで、円筒状容器３２０の内壁を鏡面処理せずとも赤外線センサ２００の受光効率が向上できる。また、鏡面処理しない場合には、製造コストを低減できる。
【００４４】
次に、赤外線光源１００の製造方法の概略を、図１（ｂ）に基づいて説明する。
【００４５】
先ず、シリコンからなる基板１０上に、例えばＣＶＤ法により窒化シリコンからなる絶縁膜１３を全面に形成する。この絶縁膜１３が後述する基板１０のエッチングの際に、エッチングストッパとなる。尚、絶縁膜１３は、メンブレン２０を構成する要素であるため、膜応力を制御して形成することが重要である。このため、必要に応じて例えば窒化シリコン膜と酸化シリコン膜からなる複合膜として形成しても良い。
【００４６】
そして、絶縁膜１３を覆うように酸化シリコン膜１４を、例えばＣＶＤ法により形成する。この酸化シリコン膜１４は、その直上に形成される多結晶シリコン膜からなる抵抗体１５との密着性を高め、所定パターンの抵抗体１５をエッチングにより形成する際のエッチングストッパとなる。
【００４７】
次に、酸化シリコン膜１４上に、例えば多結晶シリコン膜をＣＶＤ法により形成し、リン等の不純物を導入して所定の抵抗値が得られるように調整する。そして、フォトリソグラフィー処理によりパターニングして抵抗体１５を形成する。その際、図示されないが、熱酸化により、抵抗体１５表面に酸化シリコン膜を形成しても良い。尚、抵抗体１５の構成材料は多結晶シリコンに限定されるものではなく、それ以外にも不純物が導入された単結晶シリコンや、金属材料である金、白金等を構成材料として形成することもできる。
【００４８】
抵抗体１５の形成後、抵抗体１５を含む酸化シリコン膜１４上に、ＣＶＤ法により層間絶縁膜１６であるＢＰＳＧ膜を形成し、例えば９００〜１０００℃の温度にて熱処理する。このように、層間絶縁膜１６であるＢＰＳＧ膜を高温で熱処理すると、抵抗体１５端部の段差部分においてなだらかな形状となり、段差形状を緩和することができる。従って、配線部１７のカバレッジ不足の問題を解消することができる。熱処理後、層間絶縁膜１６をフォトリソグラフィー処理し、メンブレン２０の形成領域内において、抵抗体１５と配線部１７とが積層方向において重なる位置に、接続部１５ａ用のコンタクトホールを形成する。尚、層間接続膜１６は、ＢＰＳＧ膜に限定されるものではなく、それ以外にも窒化シリコン膜や酸化シリコン膜であっても良いし、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の複合膜であっても良い。
【００４９】
そして、上記コンタクトホール内及び層間絶縁膜１６上に、低抵抗金属材料であるアルミニウムを成膜し、フォトリソグラフィー処理によりパターニングする。これにより、抵抗体１５と接続部１５ａにて電気的に接続される配線部１７が形成される。尚、配線部１７の形成とともに、配線部１７の端部に電極としてのパッド部１７ａが形成される。また、配線部１７を構成する材料はアルミニウム以外にも、金や銅等の低抵抗金属を用いることができる。
【００５０】
次いで、窒化シリコンからなる保護膜１８を例えばＣＶＤ法により形成し、フォトリソグラフィー処理によりパターニングしてパッド部１７ａ用の開口部を形成する。これにより、配線部１７の端部に設けたパッド部１７ａが保護膜１８から露出される。
【００５１】
保護膜１８の形成後、保護膜１８上のメンブレン２０の形成領域内に、例えばＣＶＤ法により酸化シリコン膜を成膜し、フォトリソグラフィー処理によりパターニングして、上面３０ａに所定のＲをもった凹形状の集光レンズ３０を形成する。その際、集光レンズ３０は、抵抗体１５の形成領域を覆うように、当該抵抗体１５の形成領域よりも広く、且つ、メンブレン２０の形成領域端に対して所定の間隙を有するように設けられる。このように、集光レンズ３０は、一般的な半導体プロセスを用いて形成することができる。従って、抵抗体１５に対する集光レンズ３０の位置精度が向上できる。また、赤外線光源１００と集光レンズ３０が同一工程内で製造できるので、製造工程を簡素化できる。
【００５２】
所定のＲをもった凹形状の集光レンズ３０の形成方法としては、例えば、酸化シリコン膜の集光レンズ３０の形成領域に対応したフォトマスクと、形成領域を徐々に小さくした複数のフォトマスクを用意し、当該フォトマスクを順に用いてレジストを多段階に感光させ、レジストを集光レンズ３０の凹形状に応じた形状とする。そして、当該レジストを用いてエッチングすることにより、レジストの薄い部分から酸化シリコン膜が加工されて、所定のＲをもった凹面状の集光レンズ３０が形成される。その際、インクの色や厚さを変えてフォトマスクマスクを形成することにより、レジストの形状を調整しても良い。
【００５３】
最後に、基板１０の下面全面に、例えばプラズマＣＶＤ法によりエッチングマスク用の窒化シリコン膜１２を形成する。そして、フォトリソグラフィー処理により窒化シリコン膜１２にメンブレン２０を形成する領域に応じた空洞部位を形成し、シリコンからなる基板１０を、例えば水酸化カリウム水溶液を用いて異方性エッチング処理によりエッチングする。このエッチングでは、基板１０の上面に設けられた絶縁膜１３が露出するまで基板１０のエッチングがなされ、基板１０の上面にメンブレン２０の形成領域に対応した空洞部上面１１ａを有する空洞部１１が形成される。
【００５４】
以上の工程を経て、基板１０に対して空洞部１１上に浮いた状態のメンブレン２０を有する赤外線光源１００が形成される。
【００５５】
本実施形態に示した赤外線光源１００は、一般的な半導体プロセスにより形成することができるので、製造コストを低減することができる。
【００５６】
尚、集光レンズ３０の形成は、保護膜１８の形成後ではなく、空洞部１１の形成後に実行されても良い。また、上記製造工程において、酸化シリコン膜１４等、吸湿性を有する膜を形成する際には、吸湿による膜応力の変動を防ぐため、膜形成後に必要に応じて加熱処理しても良い。
【００５７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図４に基づいて説明する。図４は、本実施形態におけるガスセンサ３００の概略構成を示す図である。
【００５８】
第２の実施の形態におけるガスセンサ３００は、第１の実施形態に示した赤外線光源１００を備えるガスセンサ３００と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
【００５９】
第２の実施の形態において、第１の実施の形態と異なる点は、赤外線光源１００と赤外線センサ２００との間の赤外線の光路上に、集光部材としての集光レンズ３０を設けた点である。
【００６０】
本実施形態における集光レンズは、赤外線光源１００に一体に設けられておらず、図４に示すように、赤外線光源１００と赤外線センサ２００との間の赤外線の光路上に設けられている。尚、図４において、集光レンズ３０は、円筒状容器３２０内において、赤外線波長選択フィルタ３１０が固定されたキャップ３６０の支持部に、赤外線波長選択フィルタ３１０とは離間して固定されている。
【００６１】
この場合も、赤外線光源１００から等方的に放射される赤外線を集光レンズ３０により集光し、赤外線センサ２００に向けて放射することができる。従って、赤外線光源１００から放射される赤外線エネルギーが等しい場合、集光レンズ３０を有さない場合よりも、赤外線センサ２００に到達する赤外線エネルギーが大きくなるので、円筒状容器３２０の内壁を鏡面処理せずとも赤外線センサ２００の受光効率を向上できる。
【００６２】
また、このような構成とすると、集光レンズ３０から基板１０へ熱が逃げることにより集光レンズ３０の集光効率が低下することはないので、赤外線光源１００の基板平面の大きさに関係なく集光レンズ３０を大きく設けることも可能である。
【００６３】
しかしながら、赤外線は赤外線光源１００から等方的に放射されるので、赤外線光源１００（抵抗体１５）との距離が長いと、集光レンズ３０に到達する赤外線エネルギーが減少する。従って、本実施形態においても、赤外線光源１００に対して集光レンズ３０をできるだけ近くに配置することが好ましい。
【００６４】
尚、図４において、赤外線光源１００と赤外線センサ２００が対向配置された直線型のガスセンサ３００の構成を示したが、赤外線光源１００と赤外線センサ２００が並んで配置される反射型のガスセンサ３００においても適用することができる。
【００６５】
以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態のみに限定されず、種々変更して実施する事ができる。
【００６６】
本実施形態において、集光部材としての集光レンズ３０が酸化シリコンからなる例を示した。しかしながら、集光レンズ３０を構成する材料は、酸化シリコンに限定されるものではない。それ以外にも、例えば、例えばフッ化カルシウムやガラス等の無機材料や、樹脂等の赤外線透過率が高い材料を用いることができる。また、集光部材は集光レンズ３０に限定されるものではない。それ以外にも、赤外線光源１００から等方的に放射される赤外線を集光し、赤外線センサ２００に到達する赤外線エネルギーを大きくできるものであれば適用が可能である。
【００６７】
本実施形態において、集光レンズ３０の上面３０ａが、所定のＲをもった凹形状に加工されている例を示した。しかしながら、集光レンズ３０の形状は凹形状に限定されるものではない。赤外線センサ２００に到達する赤外線エネルギーが、集光レンズ３０がない場合よりも大きくなる（受光効率が向上される）ような形状であれば良い。しかしながら、上面３０ａに所定のＲをもった凹形状の集光レンズ３０であれば、一般的な半導体プロセスを用いて、基板１０上に形成することができる。
【００６８】
本実施形態において、赤外線光源１００は、基板１０に設けられたメンブレン２０の下部に、基板１０の下面に開口するする空洞部１１を有する例を示した。しかしながら、赤外線光源１００は、図５に示すように、基板１０のメンブレン２０下部に、基板１０の下面に閉じた空洞部１１を有する構造であっても良い。この場合、先ずフォトリソグラフィー処理により、絶縁膜１３、酸化シリコン膜１４、層間絶縁膜１６、及び保護膜１８に、エッチング用のエッチングホール４０を形成する。そして、保護膜１８をエッチングマスクとして、エッチングホール４０よりメンブレン２０下部に位置する基板１０を選択エッチングすることにより、メンブレン２０下部に基板１０の下面に閉じた空洞部１１を形成することができる。しかしながら、この場合、メンブレン２０の形成領域内にエッチング用のエッチングホール４０を形成するため、基板１０の下面から選択エッチングして空洞部１１を形成する場合よりも、集光レンズ３０の形状及び面積（平面方向）に制約が生じる。
【００６９】
また、本実施形態において、集光レンズ３０が保護膜１８上に設けられた酸化シリコン膜をフォトリソグラフィー処理によりパターニングして形成される例を示した。しかしながら、予め所定形状に加工されている集光レンズ３０を、基板１０上（保護膜１８上）に固定した構成であっても良い。例えば、上述の半導体プロセスにより、集光レンズ３０を除く赤外線光源１００が形成された状態で、図６に示すように、予め加工された集光レンズ３０を、保護膜１８の表面に接着剤５０で接着することにより、集光レンズ３０を備える赤外線光源１００を形成することができる。その際、図６に示すように、集光レンズ３０の下面と、保護膜１８との間に空隙５１を有するように、集光レンズ３０が固定されると良い。この場合、集光レンズ３０から基板１０へ逃げる熱量（赤外線エネルギー）を減少させることができるので、集光レンズ３０の集光効率が向上（すなわち、赤外線センサ２００の受光効率が向上）される。尚、集光レンズ３０の基板１０への固定方法は接着に限定されるものではない。基板１０固定冶具を設け、当該固定冶具により集光レンズ３０を固定する構成であっても良い。
【００７０】
しかしながら、空隙５１が大きいと、抵抗体１５と集光レンズ３０との距離が長くなるので、集光レンズ３０に熱として伝達、或いは、赤外線として入射される赤外線エネルギーが減少する。従って、集光レンズ３０の集光効率が向上するように、空隙５１の大きさを設定する必要がある。
【００７１】
また、本実施形態においては、赤外線光源１００を構成する基板１０として、シリコンからなる半導体基板を用いる例を示した。しかしながら、基板１０は半導体基板に限定されるものではない。それ以外にも、基板１０として例えばガラス基板等を適用することもできる。
【００７２】
また、本実施形態において、集光レンズ３０は、メンブレン２０の空洞部１１と接する面の裏面（保護膜１８上）に設けられる例を示したが、メンブレン２０の空洞部１１と接する面に集光レンズ３０が設けられる構成であっても良い。しかしながら、空洞部１１における処理（特にフォトリソグラフィー処理によりパターニング）が困難であるので、集光レンズ３０は、本実施形態に示したように、メンブレン２０の空洞部１１と接する面の裏面（保護膜１８上）に設けられることが好ましい。
【００７３】
尚、本実施形態において、集光レンズ３０を有する赤外線光源１００を備えたガスセンサ３００、及び、赤外線の光路上に集光レンズ３０を備えたガスセンサ３００は、集光レンズ３０の効果により、円筒状容器３２０の内壁を鏡面処理せずとも赤外線センサ２００の受光効率を向上できるものである。しかしながら、赤外線は赤外線光源１００から等方的に放射されるので、集光レンズ３０によって全ての赤外線を赤外線センサ２００に入射させることは不可能である。従って、集光レンズ３０を適用するとともに、円筒状容器３２０の内壁を鏡面処理し、赤外線センサ２００の受光効率をさらに向上できる構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１の実施形態における赤外線光源の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面における断面図である。
【図２】赤外線光源を赤外線検知式ガスセンサに適用した際の概略構成図であり、（ａ）は赤外線光源と赤外線検出素子が対向配置される直線型、（ｂ）は赤外線光源と赤外線検出素子が並んで配置される反射型を示す図である。
【図３】集光部材としての集光レンズの効果を説明するための図であり、（ａ）は赤外線光源が集光レンズを有さない場合、（ｂ）は赤外線光源が集光レンズを有する場合を示している。
【図４】第２の実施形態におけるガスセンサの概略構成を示す図である。
【図５】変形例を示す断面図である。
【図６】変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０・・・基板
１１・・・空洞部
１１ａ・・・空洞部上面
１５・・・抵抗体
２０・・・メンブレン
３０・・・集光レンズ（集光部材）
１００・・・赤外線光源
２００・・・赤外線センサ
３００・・・赤外線検知式ガスセンサ（ガスセンサ）
【図１】
2005207891.tif 000003
【図２】
2005207891.tif 000004
【図３】
2005207891.tif 000005
【図４】
2005207891.tif 000006
【図５】
2005207891.tif 000007
【図６】
2005207891.tif 000008