(57)【要約】本発明は、放射線感応性要素を含み、１組の第１の領域２Ａおよび１組の第２の領域２Ｂからなる懸架部分２を含み、この２組が重ね合わされ、さらに、接触領域がマイクロボロメータの破壊温度Ｔｄより低い温度ＴＣに到達した時に、領域２Ａおよび２Ｂを構成する材料が、懸架部分２が基板１と接触させるように温度の上昇の影響下で変形されるのに十分異なる熱膨張係数を有するマイクロボロメータに関する。本発明は、そのようなマイクロボロメータのアセンブリを含む放射線検出器、および、少なくともそのような放射線検出器を含む様々な装置に適用可能である。
2004530909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線感応性要素を含む懸架部分（２）を備えるマイクロボロメータであって、前記懸架部分（２）が重ね合わせられた１組の第１の領域（２Ａ）と１組の第２の領域（２Ｂ）とによって構成されること、および、接触領域が前記マイクロボロメータの破壊温度Ｔｄより低い温度Ｔｃに到達した時に、前記懸架部分（２）が温度の上昇の影響により基板（１）との接触に至る点にまで変形されるように、前記第１の領域（２Ａ）を構成する材料が、前記第２の領域（２Ｂ）を構成する材料とは十分に異なる熱膨張係数を有することを特徴とするマイクロボロメータ。
【請求項２】
前記第１の領域（２Ａ）が前記第２の領域（２Ｂ）の「下方」に位置することを特徴とする請求項１に記載のマイクロボロメータ。
【請求項３】
前記第１の領域（２Ａ）が前記第２の領域（２Ｂ）の「上方」に位置することを特徴とする請求項１に記載のマイクロボロメータ。
【請求項４】
前記第１の領域（２Ａ）が前記第２の領域（２Ｂ）の熱膨張係数より小さな熱膨張係数を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のマイクロボロメータ。
【請求項５】
前記第１の領域（２Ａ）が前記第２の領域（２Ｂ）の熱膨張係数より大きな熱膨張係数を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のマイクロボロメータ。
【請求項６】
前記懸架部分（２）が前記基板（１）に向かって曲がった突起（４）を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のマイクロボロメータ。
【請求項７】
前記基板（１）が前記懸架部分（２）に向かって曲がった突起（４）を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のマイクロボロメータ。
【請求項８】
前記懸架部分（２）が支柱（３）によって前記基板（１）上に局所的に載る支持アーム（１２）を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のマイクロボロメータ。
【請求項９】
前記接触領域が前記懸架部分（２）の中心にあることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のマイクロボロメータ。
【請求項１０】
前記接触領域が前記懸架部分（２）の中心から離れていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のマイクロボロメータ。
【請求項１１】
基板（１）上に複数のマイクロボロメータを製造するための方法であって、前記方法が各マイクロボロメータについて、
放射線感応性要素を含むマイクロボロメータの懸架部分（２）を構成することを意図された１組の層を含む複数の層を堆積し、エッチングするステップと、
重ね合わされた１組の第１の領域（２Ａ）および１組の第２の領域（２Ｂ）を前記懸架部分（２）に形成するステップを含み、
接触領域がマイクロボロメータの破壊温度Ｔｄより低い温度Ｔｃに到達した時に、前記懸架部分（２）が温度の上昇の影響により基板（１）との接触に至る点にまで変形するように、前記第１の領域（２Ａ）を構成する材料が、前記第２の領域（２Ｂ）を構成する材料とは十分に異なる熱膨張係数を有することを特徴とする製造方法。
【請求項１２】
前記懸架部分（２）から伸びて前記基板（１）に向かって曲がった突起（４）の作製を含むことを特徴とする請求項１１に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記基板（１）から伸びて前記懸架部分（２）に向かって曲がった突起（５）の作製を含むことを特徴とする請求項１１に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記基板（１）上に載る支柱（３）の作製、および前記支柱（３）上に局所的に載る懸架部分（２）のアーム（１２）の作製を含むことを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１５】
請求項１１から１４のいずれか一項に記載の方法によって製造されるマイクロボロメータ。
【請求項１６】
請求項１５および／または請求項１から１０のいずれか一項に記載のマイクロボロメータのアレーを含む放射線検出器。
【請求項１７】
請求項１６に記載の放射線検出器を少なくとも１つ含むことを特徴とする観測または測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロボロメータの製造およびマイクロボロメータのアレーを含む放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボロメータは、通常は赤外線内にある放射線のエネルギーを熱エネルギーに変換することによって、この装置が受ける放射線の強度を測定するように設計された装置である。その結果として、ボロメータが加熱されると、ボロメータの外部の回路に接続される導体の電気抵抗などの電気的な変数の変化を引き起こす。例えばマイクロボロメータのマトリクスを含む検出器の場合、「読出し」回路と呼ばれるこの電気回路は、各マイクロボロメータに送られた刺激をマトリクスアドレス指定し、読み出す機能を行い、結果として得られた信号を特に画像作成のために使用できるフォーマット（例えば、ビデオ信号のフォーマット）に変換する。最大限可能な性能を得るために、マイクロボロメータは、マイクロボロメータの固有熱伝導率に対してガスによる熱放散を無視できるものにするために、比較的低い気圧下で（または、熱伝導率の低いガスの適度な圧力下で）動作する。
【０００３】
読出し回路は、温度に依存する（ボロメータの感応性要素に付属する）電気的な変数の相対的変化を測定する。（冷却システムが装備された検出器より単純かつ安価である）非冷却検出器の場合、ボロメータの温度変化は、受け取られる放射線のパワーに比例する部分については、（「熱抵抗」と呼ばれ、ここではＲｔｈｂと示す）比例定数が通常５×１０６Ｋ／Ｗと２×１０７Ｋ／Ｗとの間となっている。
【０００４】
図１は、赤外線（より正確には、８μｍと１４μｍとの間の波長範囲内）において０．９に等しい定常透過を提供する分光フィルタを装備した５３°の開口角を有する光学系の焦点に置かれた、４０μｍ×３０μｍの有効表面積を備え、１０７Ｋ／Ｗに等しい熱抵抗Ｒｔｈｂ、および、単位吸収を有する標準的なマイクロボロメータに関する。曲線は、「黒体」と考えられる放射線源の温度に応じて受け取られる放射線のパワーおよびマイクロボロメータの温度上昇を表す。この加熱は、たとえ画像作成システムが動作中でなくても（すなわち、電気的刺激が不在でも）起こる。
【０００５】
「完全な」分光フィルタが設けられた、すなわち、上述の範囲外の全ての波長についてはゼロの透過を有するマイクロボロメータの場合、放射線源の温度に伴うマイクロボロメータの平衡温度の上昇（実線の曲線）は、後者が一旦２，０００Ｋを超えたなら、直線状となる。例えば、太陽（約６，０００Ｋ）などの放射線源の静的観察はマイクロボロメータの温度における１００Ｋ程度の上昇を引き起こす。
【０００６】
実際には、赤外線画像作成システムに取り付けられた分光フィルタは、高品質のものであっても、それらが、フィルタの理論的動作範囲の外の波長の放射線を全く通さないわけでなくわずかながらも透過を許容する点で完全ではない。しかし、非常に熱い放射線源は、赤外よりも可視範囲において大幅に大きなパワーを放射する。したがって、フィルタの赤外の理論的範囲の外で検出器に受け取られた光パワーは、非常に高い放射線源温度および／または普通の品質のフィルタに対して、かなりの大きさになり得、時々、圧倒的なものにさえなり得る。この場合、上記に示した加熱の推定値は、実際の値より大幅に低下され得る。図１における点線の曲線は、マイクロボロメータに上述の赤外の範囲の外で１０−３に等しい透過を有する「不完全な」フィルタが設けられた時のマイクロボロメータの有効温度の変化を示す。当然、より高い熱抵抗がマイクロボロメータの感度を上げるため通常の使用条件下では有利であるそれらの使用は、より大きな加熱さえ意味する。
【０００７】
マイクロボロメータは周囲温度近くで動作するように通常設計され、これがその長所の１つとなっている。しかし、これらのマイクロボロメータは、一時的ではあっても、温度のそのような上昇に対して、電気的な特性（および、同様に、おそらく構造の機械的な変形）における恒久的な、または、少なくとも永続性のある変化を示す（酸化バナジウムまたはアモルファスシリコンなどの）材料によって構成される。非常に高い照度は、マイクロボロメータの物理的な破壊に通じる可能性もある。
【０００８】
さらに、たとえ一時的に過剰に照射されたマイクロボロメータが破壊されないとしても、（ほとんどのマイクロボロメータについて１００Ｋ〜２００Ｋを超える加熱で起こり得る、または、回避できない）たとえ一時的であっても、画像点の電気抵抗値の変化は、マイクロボロメータ上の個々の抵抗の本来の空間的分布に対して較正されている、読出し回路内に通常集積される「オフセット」補償電気デバイスを動作不能にする。
【０００９】
そのため、非常に熱い放射線源、例えば、白熱灯のフィラメント（約３，０００Ｋ）または太陽などの（マイクロボロメータの熱時定数、すなわち、通常、数ミリ秒から数１０ミリ秒程度の時間にわたる）観測は、瞬間的でさえあっても、通常、このタイプのデバイスに致命的である。
【００１０】
現在の技術水準によるボロメトリックタイプの検出器に基づく画像作成システムが非常に強度の強い放射線源の、一時的または事故的でさえあっても観測には適合しないため、これらのシステムの使用を、根本的にさほど過酷ではない環境に制限するか、または、これらのシステムの使用中に制限的な予防策を講じることが必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、許容できる放射線強度の範囲の拡大により、標準的なマイクロボロメータに比べ過剰照射に対し損傷を受け難く、適度な放射線強度に対するデバイスの感度を低減することのないマイクロボロメータを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的のために、本発明は、基板上にマイクロボロメータを製造するための方法を提案し、この方法は、各マイクロボロメータについて、特に以下のステップ、
・放射線感応性要素を含むマイクロボロメータの懸架部分を構成することを意図された１組の層を含む数個の層の堆積およびエッチング、および、
・懸架部分に１組の第１の領域および１組の第２の領域を重ね合せるように形成する点で、また、接触領域がマイクロボロメータの破壊温度Ｔｄより下の温度Ｔｃに到達した時に、懸架部分が温度の上昇の影響下で基板と接触に至る点にまで変形されるようにするために、第１の領域を構成する材料が、第２の領域を構成する材料とは十分に異なる熱膨張係数を有する点で注目に値する。
【００１３】
かかる構成により、マイクロボロメータの懸架部分は、使用中に温度ＴＣに到達した瞬間から、基板との接触によって冷却される。その結果、本発明によるマイクロボロメータでは、従来技術によるマイクロボロメータに比べ、対応可能な観測場面温度の範囲を有意に拡大することができる。
【００１４】
本発明によるマイクロボロメータはマイクロエレクトロニクス技術を使用し、かつ、一括して全体が製造できることに留意されたい。
【００１５】
これに相関して、本発明は放射線感応性要素を含む懸架部分を含み、マイクロボロメータは、懸架部分が１組の第１の領域および１組の第２の領域によって構成され、２組が重ね合わされる点で、また、接触領域がマイクロボロメータの破壊温度Ｔｄより下の温度Ｔｃに到達した時に、懸架部分が温度の上昇の影響下で基板と接触に至る点にまで変形されるようにするために、第１の領域を構成する材料が、第２の領域を構成する材料とは十分に異なる熱膨張係数を有する点で注目に値する。
【００１６】
したがって、本発明によるマイクロボロメータは、その構成自体により、高い観察場面温度に対してそれらを保護するための適切な要素を含む。
【００１７】
当業者の特別の必要により、第１の領域は、第２の領域の「下方」または「上方」のいずれかに位置することができる。第１の領域が、第２の領域の熱膨張係数より小さな、または、大きな熱膨張係数を任意に持つことができるとすれば、本発明によるマイクロボロメータの懸架部分は温度の上昇の影響下で凸状または凹状の形状に変形される。
【００１８】
好ましい特徴によれば、本発明によるマイクロボロメータは、懸架部分から現れて基板に向かって曲がる突起、および／または、基板から現れて懸架部分に向かって曲がる突起を有する。
【００１９】
かかる構成によって、本発明によれば、懸架部分が基板との接触に至った時、効果的接触の領域は突起の頂部に限られることになる。これは、懸架部分が基板に強く接着し過ぎるのを防止し、したがって、マイクロボロメータが冷却した時に懸架部分のその通常位置への帰還を容易にする。
【００２０】
他の好ましい特徴によれば、マイクロボロメータの懸架部分は、支柱によって基板上に局所的に載る支持アームを含む。
【００２１】
かかる構成により、懸架部分は、たとえ懸架部分が温度の上昇の影響下で変形された時でも、これらの支持アームによって堅固に保持され、支持アームは、その端部の１つが支柱によって基板の温度に維持されているため、その部分については、比較的わずかしか膨張しない。
【００２２】
最後に、当業者によってなされる材料および構造の選択によっては、温度ＴＣにおいて基板との接触に至ることを意図されるマイクロボロメータの懸架部分の領域は、懸架部分の中心を含むことができるか、または、この中心から離すこともできることに注意されよう。
【００２３】
本発明は、それぞれが上記に簡単に説明したマイクロボロメータのアレーを含む放射線検出器、および、少なくとも１つのそのような放射線検出器を組み込む様々な観測装置または測定装置にも関する。これらの装置は、例えば赤外で動作する画像作成システムとすることができる。
【００２４】
本発明の他の態様および長所は、非限定的な例として与える特定の実施形態の以下に見出される詳細な説明を読むと明らかになる。この説明は添付の図面を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
先ず、本発明の第１の実施形態によるマイクロボロメータを製造するための方法の連続したステップの説明をする。
【００２６】
図２ａおよび２ｂは、この方法の第１のステップの後に得られるアセンブリの上面と局所的断面をそれぞれ示す。
【００２７】
最初に、標準的な方法で、（通常シリコンで数μｍの厚さの）基板１内に、一方でマイクロボロメータのための読出し刺激を、他方で、適切な光学システムを介したこれらのマイクロボロメータの照射の結果得られる信号の処理を提供することができる（図示しない）電気回路が配置される。
【００２８】
マイクロボロメータは、通常、マトリクスまたは細長片を形成するように構成される。基板１に平行な各方向における基本的なマイクロボロメータの通常の寸法は、通常、２０μｍ〜５０μｍ程度である。
【００２９】
このタイプの検出器を製造するための標準的な方法は、「モノリシック」（すなわち、同じ基板上での連続的シーケンスの操作で）、または、（事前に作製された要素の基板への適用を使用する）「ハイブリッド」モードにおける電気回路の表面上で直接行われる初期ステップを含む。これらのステップは、マイクロエレクトロニクス産業の通常の技術、特に、通常、同じ基板（「ウエハレベル」）に配列された数千の検出器を作製し得る量産技術を含む。これらの初期ステップの間、光吸収機能を保証し、温度とともに変化し得る抵抗を有する実際のボロメトリの単位は「犠牲」層の表面上に配置される。「犠牲」とは、（通常、ポリイミド、多結晶シリコン、または、銅やアルミニウムなどの金属で作られた）この層が、基板の上方に懸架されたマイクロボロメータ構造を残すために、（例えばポリイミドの場合、酸素プラズマ内での燃焼によって）処理の最後に排除されることを意味する。
【００３０】
この生産方法によって、隣接する２つのマイクロボロメータ間の空間は、それらの物理的および電気的分離を最大の充填係数で可能にするために、最小に維持することができる。
【００３１】
本説明を簡単にするために、マイクロボロメータは隣接するマイクロボロメータと共通のいかなる部分も持たないと仮定する。他の場合、当業者は、その通常の能力を使用して製造ステップを調整することが可能である。
【００３２】
確立された技術によれば、基板１上には、例えばアルミニウムの金属層６が堆積され、この層６は第１のリソグラフィ用マスクによって、例えば図２ａ（点線）に示す輪郭をその後にエッチングすることによって画定される。この層６は１つまたは複数の部分６’を含み、この部分６’の役割は、マイクロボロメータの吸収収量を改善するため、マイクロボロメータを横断する赤外放射線を反射することであり、いくつかの部分６”は、基板１に収容される読出し回路との電気的接触の点として機能する。
【００３３】
続いて、例えばポリイミドの犠牲層７が堆積され、この層７は、後続の操作に対応できるために十分な温度でアニールされる。好ましくは、赤外領域内に含まれる波長について、（この犠牲層の除去の後の「４分の１波長」空洞の構成によって）ボロメータの光収量を最適化するために、この層７は約２．５μｍの厚さとされる。
【００３４】
本発明の第１の実施形態によれば、続いて、この層７上に、例えば適切な抵抗率を有し、厚さが１００ｎｍのアモルファスシリコンなどの温度変化に感応する材料の層８が堆積され、さらに、例えば５ｎｍから２０ｎｍの厚さの酸化シリコンなどの電気絶縁材料の層９が堆積される。
【００３５】
次いで、この層９は、図２ａの実線によって示す輪郭に沿って、第２のリソグラフィ用マスクを使用して領域６’に対向してエッチングされる。続いて、層１０が堆積され、これは、エッチングされた層９およびエッチングされた層９の部分の層８を同時に覆う。窒化チタンＴｉＮなどの金属材料から作られる層１０は、マイクロボロメータの感応性部分の電極を提供し、赤外線吸収器としても機能する。マイクロボロメータの歩留りを最適化するために、この層は、好ましくは、通常１０ｎｍ未満の厚さに対応する約４００Ωの層抵抗を有する。
【００３６】
図３ａおよび３ｂに示す本実施形態の第２のステップにおいて、層１０、層９、および層８、続いて、層７の一部が第３のリソグラフィ用マスクを使用して適切なドライエッチング処理によりエッチングされる。次に、層１０上かつエッチングされた領域内に、好ましくはアルミニウムからなる５０ｎｍと２００ｎｍの間の厚さの金属層１１が堆積される。
【００３７】
このエッチングは、マイクロボロメータの寸法に比較して比較的小さな寸法からなり、領域６’に対面する少なくとも１つの第１の開口部を画定する。図３ｂでわかるように、層７におけるエッチングの深さは、これらの第１の開口部に連結された層１１からの突起４の高さを規定する。突起４の端部と層６の表面との間に十分な余裕を残すために、この高さは、好ましくは０．５μｍと１．５μｍとの間である。
【００３８】
図４ａおよび４ｂに示すように、第３のステップの間、第４のリソグラフィ用マスクを使用し、第２の開口部が領域６”に対向して位置して画定される。これにより、層１１、層１０、層８、および層７の全体的な厚さにわたって領域６”の表面まで至るように、これらの層を適切なドライエッチング処理を使用してエッチングすることを可能にする。
【００３９】
層１１についてアルミニウムを選択することにより、材料の連続体のエッチングに対する無機質カウンタマスクとしてアルミニウムを使用することが可能になる。
【００４０】
続いて、第２の開口部に連結された部分３を作製するために少なくとも１つの本質的に金属の層が堆積される。これらの部分３は、図４ａに示す第５のリソグラフィ用マスクを使用するエッチングにより表面に設定される。機械的な構造を支持する支柱、ならびに、読出し回路とマイクロボロメータの後に形成される電極との間の電気的接続が形成される（図５ａおよび５ｂを参照）。
【００４１】
本実施形態において、４つの支柱３を備えた設計が選択されているが、以下に説明する比較的堅固な構造を作製する必要性を念頭に置けば、他の選択肢も可能である。
【００４２】
第４のステップの間、図５ａおよび５ｂに示すように、化学的エッチングによって層１１におけるパターンを画定するために、第６のリソグラフィ用マスクが使用される。これらのパターンは、設計においては基本的に偏長な少なくとも１つの表面２Ｂを含み、その方向は図中のＹ軸によって示され、その端部は突起４に位置し、したがって、この化学的エッチングの間、突起４、および、必要であれば領域３も保護されていなければならない。
【００４３】
層８、層９、および層１０の組（本実施形態においては基本的に層８）が部分２Ａを規定し、部分２Ａは、本発明によれば、部分２Ｂの熱膨張係数とは相当に異なる熱膨張係数を有し、部分２Ａおよび２Ｂは重ね合わされて、ともにマイクロボロメータの懸架部分２を形成する。もし、例えばアルミニウムが部分２Ｂのために使用されれば、部分２Ｂは２５ｐｐｍ／Ｋに等しい熱膨張係数を持つのに対して、層８を作るシリコンは５ｐｐｍ／Ｋに等しい熱膨張係数を持つ。選択できる改変は、窒化シリコン、窒化チタン、タングステンもしくは珪化タングステン、などの同じ特性を有する他の材料で部分２Ｂを作ることであり、そうすることによって、図７ａおよび７ｂを参照して以下に説明するように、加熱の影響下で全体的構造の変形を促進するために、部分２Ａを構成する材料と比較して高い弾性率を有する材料が優先されることになる。
【００４４】
続いて、第７のリソグラフィ用マスクを使用して、図５ａおよび５ｂに示すように、特に領域３に位置する電極１０Ａを形成する部分、および、赤外線吸収器１０Ｂを形成する部分に分離するために、金属層１０が局所的にエッチングされる。この実施形態において、部分２Ｂは一方で部分１０Ｂとその表面全体にわたって、また他方で突起４によって検出器の感応性要素８と電気的に接触していることに留意されたい。これが、この実施形態において、この感応性要素（電気抵抗）８が短絡するのを回避するために、導体１０Ｂが、それぞれが単一の部分２Ｂを含む電気的に分離された領域に分離されなければならない理由である。図５ａは部分１０Ａと１０Ｂとの間の、ならびに、部分１０Ｂ自体の間の分離の領域を（実線で）示し、これらの分離の領域の全ては、ここではＹ軸に平行に配向されている。
【００４５】
他の輪郭は、第７のマスクによって画定される様々な多角形、ならびに、（１０Ａなどの）読出し回路に接続される多角形のために使用することができ、（１０Ｂなどの）浮動電位を持つ多角形は、条件によって、当然、領域２Ｂによって短絡される点が等電位である。逆の場合、当業者は、例えば正しい場所に誘電体絶縁層を挿入することによって、または、部分２Ｂのために絶縁材料を使用することによってさえ、組立て中に必要な予防策を講じることができる。
【００４６】
最後に、第５のステップ中に、図６ａおよび６ｂに示すように、層１０Ａおよび８（ならびに、部分的に層７）のドライエッチングによってマイクロボロメータの最終的な輪郭を規定するために、第８番目であって最後のリソグラフィ用マスクが使用される。この輪郭はマイクロボロメータの中央の光学的に能動な部分１０Ｂを保持し、（この実施形態では４つある）熱絶縁アーム１２を規定し、このアーム１２は、マイクロボロメータ「自体の」熱抵抗Ｒｔｈｂによって得られる値に、すなわち、その懸架部分の熱抵抗に対する有意な影響を有する。この第１の実施形態において、これらのアーム１２は、懸架部分２の中央部分の左右いずれの側においてもＹ軸に平行に延在する。
【００４７】
この一連の製造ステップは、よく知られている技術を使用してドライ酸化による犠牲層７の除去で終了する。
【００４８】
したがって、本発明によるこの方法を使用して、放射線感応性要素を含む懸架部分２を含み、１組の第１の領域２Ａおよび１組の第２の領域２Ｂによって構成されるマイクロボロメータが得られ、この２組は重ね合わされ、第１の領域２Ａを構成する材料は相当に異なる熱膨張係数を有する。
【００４９】
本発明のこの第１の実施形態によるマイクロボロメータの動作を図７および７ｂに示す。
【００５０】
基板の温度Ｔｓｕｂは、（温度Ｔｓｕｂが単に雰囲気温度に等しい非動作中の）読出し回路およびマイクロボロメータの電気的動作点の一時的な安定性の理由のために、（通常、雰囲気温度のわずかに上にある）適度な温度において、一般にモニタされる。マイクロボロメータの温度は、導入部にて述べたように観測する放射線源の温度、ならびに、読出しモード（すなわち、温度読出し刺激が電気回路を介して印加される方法）に依存する。一般に、マイクロボロメータの平均温度Ｔｂｏｌは基板の平均温度より高く、その差は数度から数１０度の範囲である。
【００５１】
例えば瞬間的または持続的な照射による過剰な加熱の場合、アーム１２は、これを作製する材料の選択により、および、同じく、それらの端部の１つが支柱３を介して基板の温度に維持されるため、比較的わずかしか膨張しない。第１近似として、図７ａの支柱３、支持アーム１２、および、マイクロボロメータの中央領域の左右の接続領域を含む１組の構造は、いかなる変形もしないことが考えられる。対称性によって、Ｘ軸に平行な中央線（点線）に沿って位置する領域にも同じことが適用され、全てのこれらの領域は、基板と機械的に接触せずに基板からほぼ同じ距離に留まる。その一方、この点線の両側に位置する領域は、部分２Ａおよび２Ｂが、非常に精密な温度ＴＣで基板１と（ここでは、層６’と）の（ここでは、突起４の頂部を介して）局所的に接触するまで、部分２Ａと２Ｂとの間の差分熱膨張によって下方に曲がる。
【００５２】
図７ｂに示すように、一点鎖線間に、突起４はマイクロボロメータの懸架部分２と基板１との間の接触表面を限定する。この構成は、マイクロボロメータが冷却した時に部分２の通常位置への帰還を促進し、これがないと、表面接着力が部分２を基板に点接触させ続けることがある。
【００５３】
突起４が反射器６との堅固な接触を得るために、高い剛性を持つ構造を選択することが有利である。この剛性は、部分２が局所的に基板１との接触に至った後に、変形された部分の突起４の当初の位置への帰還を保証するために必要でもある。すなわち、熱膨張の間に当該構造に保存される弾性エネルギーが、冷却の間に、接触している表面の「分離」に寄与し得るからである。したがって、十分な数の支持点、および、好ましくは、支持アームの同軸構成が設けられる。
【００５４】
その一方、支持点および支持アームの増加は、原則として、マイクロボロメータ自体の熱抵抗、および、その有効表面の、したがって、その性能値の低減が伴う。
【００５５】
本発明の改変実施形態は、上記に説明したステップに先行するステップの間に、基板１の表面上に導通突起５を作製することを含む。マイクロボロメータの表面に比較して小さな表面を有するこれらの突起５は、適切であれば、マイクロボロメータの懸架部分の下方への妥当な位置決め以外の手順または予防策を含まない読出し回路の自然な表面形状によって得ることができる。もしこの改変が選択されれば、マイクロボロメータ上に突起４を設けることは不要となることがあり、したがって、突起４を作製することを意図されたリソグラフィ用マスクおよび関連する処理を節約すること（すなわち、図３ａおよび３ｂを参照して説明されたステップ中の層７のエッチングを割愛すること）が可能となる。
【００５６】
図８ａおよび図８ｂに示す本発明の第２の実施形態は、部分２Ｂが部分２Ａの「下方」に配列されることを除いて、第１の実施形態と同じ製造ステップを基本的に実施することで構成される。
【００５７】
ここでも、懸架部分上に突起４を、もしくは、基板１上に突起５を、または、同時に双方のタイプを設けることが可能である。図８ａおよび８ｂにおいて、（破線であり、図８ａのＸ軸に平行な）懸架部分２の中央軸に対面して位置する第２のタイプの突起５を示すことが、例として選択されている。図８ｂは、この中央軸に沿って定置される領域が局所的に突起５との接触に至るまでに、どのようにして懸架部分２が加熱の影響下で変形されるかを一点鎖線間に示す。
【００５８】
この第２の実施形態は、第１の実施形態と比較して、マイクロボロメータの中央の近くに接触領域４または５をより容易に配列することを可能にする。事実、この実施形態においては、温度の上昇が凸状表面２をもたらす第１の実施形態とは逆に、熱変形により、温度が上昇した時に基板１に向かって最も深くまで降下するのが中央軸に沿って定置される領域となるように、凹状表面２がもたらされる。
【００５９】
各アーム１２の中央で、懸架部分２の中央の落下の間に、懸架部分２を効果的に保持するために、支持アーム１２は、部分２Ｂが延在する方向Ｙに垂直な方向Ｘに延長することに留意されたい。
【００６０】
当然、もし部分２Ｂが部分２Ａの熱膨張係数より小さな熱膨張係数を持つ材料から作られていれば、これらの変形の性質は逆のものになる。当業者は、本発明の範囲内に留まる一方、彼の現実的な必要性に応じて、彼の材料を規定する自由、および、構成要素の相対的位置を適合する自由を当然有する。
【００６１】
特に、本発明による放射線検出器の製造を簡略化する目的で、低減された信頼性を犠牲として、全ての突起４および５を省略することができる。
【００６２】
本発明の効果は、受け取られた放射線のパワーＰに応じてマイクロボロメータによって到達される温度のグラフである図９に（任意の縮尺で）示す。
【００６３】
懸架部分２と基板１とのＴ＝ＴＣにおける機械的接触の後には、Ｔｓｕｂ＜ＴＣであるために、熱伝導により部分２の全体の温度の急落が続く。接触熱抵抗をＲｔｈｃと呼ぶ。Ｒｔｈｃは接触の有効面積、接触している材料の性質、幾何学的構成（部分２Ａおよび２Ｂの形状、突起４および５の頂部のいずれの接触領域の数および形状）、ならびに部分２を構成する材料の性質に依存する。
【００６４】
この点では、突起４および５を含む実施形態が選択された場合、この結果得られる接触表面の限定は、基板１と接触している懸架部分２の冷却速度を低減する効果を有することに留意されたい。したがって、当業者は分離の容易さと冷却速度との間の最善の妥協点を求めなければならない。
【００６５】
一旦部分２が基板と接触したなら、Ｒｔｈｇで示す全体的な熱抵抗は２つの並列な抵抗によって構成される。すなわち、
Ｒｔｈｇ＝Ｒｔｈｃ・Ｒｔｈｂ／（Ｒｔｈｃ＋Ｒｔｈｂ）
（Ｒｔｈｂがマイクロボロメータ「自体の」熱抵抗を記述することを想起されたい）。
【００６６】
本発明による様々な要素の材料、設計、および、構造の選択に応じて、当業者は数１０５Ｋ／Ｗから１０６Ｋ／Ｗ程度の接触抵抗Ｒｔｈｃ、すなわち、マイクロボロメータ自体の熱抵抗より１０倍から１００倍容易に小さくなる値を得ることができる。したがって、全体的な熱抵抗Ｒｔｈｇは接触抵抗Ｒｔｈｃ程度のものとなる。
【００６７】
適度な値のＰについては、温度が標準的な形で直線的に上昇する。（ＴＣ−Ｔｓｕｂ）／Ｒｔｈｂ程度の受け取られたパワーについては、基板との接触における冷却の段階、および、接触を失った後の再加熱の段階が交互に起こるために、本発明によるマイクロボロメータは、（機械的に、かつ、温度の点で）発振する。
【００６８】
受け取られたパワーより大きな値については、部分２が、（Ｔｓｕｂ＋Ｐ・Ｒｔｈｇ）に近い平均温度において、基板との接触するよう恒久的に維持される。
【００６９】
Ｒｔｈｇの値が仮定によりＲｔｈｂより明らかに小さいので、過剰照射の場合の偶然の温度の逸脱は、標準的なマイクロボロメータによって到達される（図９における点線の直線によって示す）逸脱と比較して適度である。
【００７０】
Ｔｄを、この温度からマイクロボロメータが劣化する、または、破壊されると考えられるに違いない温度とし、Ｐｄを対応する受け取られたパワーとする。与えられたＴｄの値について、本発明は、従来技術と比較して、マイクロボロメータの設計の詳細によっては１０または１００のオーダの係数である
Ｐｄ２／Ｐｄ１＝Ｒｔｈｂ／Ｒｔｈｇ
に等しい係数によって破壊の前に適用することができるパワーを増大することを可能にする。
【００７１】
上記の説明において、概念を定着させるためにマイクロボロメータが参照されているが、実際には、本発明によって網羅される基本的な検出器は多くの種類のものがあり、マイクロボロメータのみではない。同様に、それらが検出できる波長の範囲は決して赤外に限定されず、これらの検出器の用途は多くの分野（例えば、分光学）を網羅し、画像作成のみではない。本発明は、その様々な態様において、例えばＭＥＭＳ（微小電気機械システム）など使用中に過剰な加熱から被害を受けることがある様々な装置に利益を与えるために使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】放射線源の黒体温度に応じて、標準的なマイクロボロメータによって到達される温度を示す図である。
【図２ａ】本発明の第１の実施形態によるマイクロボロメータの製造の第１のステップの後に得られるアセンブリの上面図である。
【図２ｂ】図２ａに示すアセンブリの線ＡＡに沿った断面図である。
【図３ａ】本発明の第１の実施形態によるマイクロボロメータの製造の第２のステップの後に得られるアセンブリの上面図である。
【図３ｂ】図３ａに示すアセンブリの線ＡＡに沿った断面図である。
【図４ａ】本発明の第１の実施形態によるマイクロボロメータの製造の第３のステップの後に得られるアセンブリの上面図である。
【図４ｂ】図４ａに示すアセンブリの線ＡＡに沿った断面図である。
【図５ａ】本発明の第１の実施形態によるマイクロボロメータの製造の第４のステップの後に得られるアセンブリの上面図である。
【図５ｂ】図５ａに示すアセンブリの線ＡＡに沿った断面図である。
【図６ａ】本発明の第１の実施形態によるマイクロボロメータの製造の第５かつ最後のステップの後に得られるアセンブリの上面図である。
【図６ｂ】図６ａに示すアセンブリの線ＡＡに沿った断面図である。
【図７ａ】本発明の第１の実施形態によって構築されたマイクロボロメータの動作を示す上面図である。
【図７ｂ】本発明の第１の実施形態によって構築されたマイクロボロメータの動作を示す図７ａの線ＡＡに沿った断面図である。
【図８ａ】本発明の第２の実施形態によって構築されたマイクロボロメータの動作を示す上面図である。
【図８ｂ】本発明の第２の実施形態によって構築されたマイクロボロメータの動作を示す図８ａの線ＡＡに沿った断面図である。
【図９】受け取られた放射線のパワーに応じて本発明によるマイクロボロメータによって到達される温度を示すグラフである。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年8月29日(2003.8.29)
【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】
放射線感応性要素を含む懸架部分（２）を備えるマイクロボロメータであって、前記懸架部分（２）が重ね合わせられた１組の第１の領域（２Ａ）と１組の第２の領域（２Ｂ）とによって構成されること、および、接触領域が、前記マイクロボロメータの破壊温度Ｔｄより低い温度Ｔｃに到達した時に、前記懸架部分（２）が温度の上昇の影響により基板（１）との接触に至る点にまで変形されるように、前記第１の領域（２Ａ）を構成する材料が、前記第２の領域（２Ｂ）を構成する材料とは十分に異なる熱膨張係数を有することを特徴とするマイクロボロメータ。
【請求項２】
前記第１の領域（２Ａ）が前記第２の領域（２Ｂ）の「下方」に位置することを特徴とする請求項１に記載のマイクロボロメータ。
【請求項３】
前記第１の領域（２Ａ）が前記第２の領域（２Ｂ）の「上方」に位置することを特徴とする請求項１に記載のマイクロボロメータ。
【請求項４】
前記第１の領域（２Ａ）が前記第２の領域（２Ｂ）の熱膨張係数より小さな熱膨張係数を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のマイクロボロメータ。
【請求項５】
前記第１の領域（２Ａ）が前記第２の領域（２Ｂ）の熱膨張係数より大きな熱膨張係数を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のマイクロボロメータ。
【請求項６】
前記懸架部分（２）が前記基板（１）に向かって曲がった突起（４）を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のマイクロボロメータ。
【請求項７】
前記基板（１）が前記懸架部分（２）に向かって曲がった突起（４）を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のマイクロボロメータ。
【請求項８】
前記懸架部分（２）が支柱（３）によって前記基板（１）上に局所的に載る支持アーム（１２）を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のマイクロボロメータ。
【請求項９】
前記接触領域が前記懸架部分（２）の中心にあることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のマイクロボロメータ。
【請求項１０】
前記接触領域が前記懸架部分（２）の中心から離れていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のマイクロボロメータ。
【請求項１１】
基板（１）上にマイクロボロメータを製造するための方法であって、前記方法が各マイクロボロメータについて、
放射線感応応性要素を含むマイクロボロメータの懸架部分（２）を構成することを意図された１組の層を含む数個の層を堆積し、エッチングするステップと、
重ね合わされた１組の第１の領域（２Ａ）および１組の第２の領域（２Ｂ）を前記懸架部分（２）に形成するステップを含み、
接触領域がマイクロボロメータの破壊温度Ｔｄより低い温度Ｔｃに到達した時に、前記懸架部分（２）が温度の上昇の影響により基板（１）との接触に至る点にまで変形するように、前記第１の領域（２Ａ）を構成する材料が、前記第２の領域（２Ｂ）を構成する材料とは十分に異なる熱膨張係数を有することを特徴とする製造方法。
【請求項１２】
前記懸架部分（２）から伸びて前記基板（１）に向かって曲がった突起（４）の作製を含むことを特徴とする請求項１１に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記基板（１）から伸びて前記懸架部分（２）に向かって曲がった突起（５）の作製を含むことを特徴とする請求項１１に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記基板（１）上に載る支柱（３）の作製、および前記支柱（３）上に局所的に載る懸架部分（２）のアーム（１２）の作製を含むことを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１５】
請求項１から１０のいずれか一項に記載のマイクロボロメータのアレーを含む放射線検出器。
【請求項１６】
請求項１６に記載の放射線検出器を少なくとも１つ含むことを特徴とする観測または測定装置。
【国際調査報告】
2004530909.tif 000049
2004530909.tif 000050
2004530909.tif 000051
2004530909.tif 000052