(57)【要約】【課題】アパーチャとして機能させるための金属層やドーピング層を用いなくても、アパーチャの光遮断能力を高めることができるファブリペロー干渉計を提供する。【解決手段】半導体基板１１の他方の面１１ｂのうち透過領域４０に対応する領域に、半導体基板１１を通過する光をこの光の進行方向と同じ方向に射出する射出面１１ｃを設けると共に、半導体基板１１の他方の面１１ｂのうちアパーチャ部４１に対応する領域に、当該領域から射出される光を透過領域４０から遠ざける方向に屈折させる傾斜面１１ｅを設ける。これにより、透過領域４０の周囲の光を傾斜面１１ｅによって透過領域４０からアパーチャ部４１に遠ざけることが可能となり、アパーチャのための金属層やドーピング層を設けることなく傾斜面１１ｅを実質的にアパーチャとして機能させることができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１１）と、前記基板（１１）の一方の面（１１ａ）に設けられ、光を特定の波長に分光する一対の反射ミラー（１３、１５）とを備え、前記一対の反射ミラー（１３、１５）で分光された光が前記一方の面（１１ａ）から前記基板（１１）内に入射すると共に、前記基板（１１）を通過して前記基板（１１）の他方の面（１１ｂ）から射出するようになっており、前記他方の面（１１ｂ）から射出した光を前記他方の面（１１ｂ）に対向する位置に配置された受光部（２０）に入射にするようにしたファブリペロー干渉計において、
前記受光部（２０）のうち前記光を受光する領域を透過領域（４０）とし、前記透過領域（４０）を囲んだ領域をアパーチャ部（４１）としたとき、
前記基板（１１）の他方の面（１１ｂ）のうち前記透過領域（４０）に対応する領域には、前記基板（１１）内を通過する光をこの光の進行方向と同じ方向に射出する射出面（１１ｃ）が設けられており、
前記基板（１１）の他方の面（１１ｂ）のうち前記アパーチャ部（４１）に対応する領域には、当該領域から射出される光を前記透過領域（４０）から離れる方向に屈折させる傾斜面（１１ｅ）が設けられていることを特徴とするファブリペロー干渉計。
【請求項２】
前記一対の反射ミラー（１３、１５）のうち前記基板（１１）の一方の面（１１ａ）とは反対側に位置する反射ミラー（１５）の上には、前記透過領域（４０）および前記アパーチャ部（４１）に対応する領域が開口すると共に赤外線を吸収する金属膜（１９）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のファブリペロー干渉計。
【請求項３】
前記傾斜面（１１ｅ）は、複数の斜面で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のファブリペロー干渉計。
【請求項４】
前記基板（１１）は、（１００）面で構成されており、前記傾斜面（１１ｅ）は（１１１）面で構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のファブリペロー干渉計。
【請求項５】
前記基板（１１）として、シリコンもしくはゲルマニウムによって形成されたものが用いられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のファブリペロー干渉計。
【請求項６】
前記射出面（１１ｃ）には、この射出面（１１ｃ）の全域に複数の凹凸（１１ｄ）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のファブリペロー干渉計。
【請求項７】
前記複数の凹凸（１１ｄ）はそれぞれ四角錐であり、前記四角錐の底面が前記他方の面（１１ｂ）に配置されており、
前記四角錐の底面の対角線の長さが前記光の波長よりも短くなっていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のファブリペロー干渉計。
【請求項８】
基板（１１）と、前記基板（１１）の一方の面（１１ａ）に設けられ、光を特定の波長に分光する一対の反射ミラー（１３、１５）とを備え、前記一対の反射ミラー（１３、１５）で分光された光が前記一方の面（１１ａ）から前記基板（１１）内に入射すると共に、前記基板（１１）を通過して前記基板（１１）の他方の面（１１ｂ）から射出するようになっており、前記他方の面（１１ｂ）から射出した光を前記他方の面（１１ｂ）に対向する位置に配置された受光部（２０）に入射にするようになっており、
前記受光部（２０）のうち前記光を受光する領域を透過領域（４０）とし、前記透過領域（４０）を囲んだ領域をアパーチャ部（４１）としたとき、
前記基板（１１）の他方の面（１１ｂ）のうち前記透過領域（４０）に対応する領域には、前記基板（１１）内を通過する光をこの光の進行方向と同じ方向に射出する射出面（１１ｃ）が設けられ、
前記基板（１１）の他方の面（１１ｂ）のうち前記アパーチャ部（４１）に対応する領域には、当該領域から射出される光を前記透過領域（４０）から離れる方向に屈折させる傾斜面（１１ｅ）が設けられ、
前記射出面（１１ｃ）には、この射出面（１１ｃ）の全域に複数の凹凸（１１ｄ）が設けられたファブリペロー干渉計の製造方法であって、
前記基板（１１）として（１００）面のものを用意し、前記（１００）面の基板（１１）をエッチングすることにより前記傾斜面（１１ｅ）と前記複数の凹凸（１１ｄ）とをシリコンの異方性エッチングを用いて同時に形成することを特徴とする製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の反射ミラーで光を特定の波長に分光するファブリペロー干渉計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、赤外光を用いたガス濃度測定の装置として、光学多層膜を用いて高反射ミラーを構成したファブリペロー干渉計を用いたものが特許文献１で提案されている。具体的に、特許文献１では、基板の表面側に金属層が形成され、この金属層の上に下側ミラーと上側ミラーが例えばエアギャップを介して対向配置された構造が形成されたファブリペロー干渉計が提案されている。
【０００３】
金属層には、アパーチャと呼ばれる、光学的活性中央領域の外側での放射線透過（光透過）を阻止する孔が設けられている。アパーチャを実現するものとしては、上記のような金属層やドーピングしたシリコン等がある。金属層を用いる場合、例えばＴｉＷで金属層を形成することとなる。また、金属層では無く、ドーピングしたシリコンでアパーチャを形成する方法は、汎用の半導体プロセスと同じであるため、コスト的に非常に有利である。
【特許文献１】特許第３４５７３７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術では、光学多層膜ミラーはポリシリコンと酸化膜で構成されているが、金属層によってアパーチャを設ける場合、金属層の形成後に下側ミラーおよび上側ミラーを形成している。この際、ポリシリコンなどの成膜やドーピング工程などは、一般的に、成膜では５００℃〜７００℃、ドーピングでは不純物種を活性化させる処理として９００℃〜１１００℃と高温での熱処理が不可欠である。そのため、アパーチャとして用いた金属が、高温処理されることで半導体プロセスラインを汚染し、同じ半導体プロセスラインで製作したトランジスタなどの特性に影響が生じるという問題がある。それ故、汎用の半導体プロセスにおける金属層は、ポリシリコンなどの成膜やドーピングする工程後の５００℃以下の低温処理工程で形成されている。
【０００５】
そのため、上記従来の金属膜をアパーチャとする技術では、同じラインでトランジスタを形成することは困難であり、専用の工程が必要になる。
【０００６】
一方、汚染の無い高濃度にドーピングしたシリコンのアパーチャでは汚染の問題は無いが、金属と比較してその阻止力（光遮断能力）は弱く、光を完全に遮断させるためにドーピング層を厚く形成することが必要となる。図５は、ドーピング層の膜厚と光遮断特性との関係を示したものであり、Ｉ／Ｉ０の値が小さいほど光遮断特性が良いことを示している。
【０００７】
図５に示されるように、ドーピング層として、例えば高濃度（リンドープ；１×１０２０／ｃｍ３）にドープされたシリコンを用いた場合、アパーチャとして光を遮断させる波長がλ＝１０μｍであれば、光を１０％以下に遮断するためのドーピング層は約０．５μｍ厚で済む。しかし、遮断する波長を３μｍと短波長化させると光遮断能力が極端に弱くなり、ドーピング層で光を遮断させるためには６μｍ厚のドーピング層が必要となる。しかし、このような厚いドーピング層を形成することは現実的にはできず、シリコンのドーピング層をアパーチャとして機能させることが困難である。
【０００８】
検知する波長（分光させる波長）を短波長の３μｍから１０μｍ超の範囲までの広帯域にすることができれば、ＣＨ３、ＣＯ２、ＣＯ、ＮＯ、ＳＯ２、ベンゼン、アセトン、アルコール等の多数のガス種を計測することが可能となるが、３μｍ程度の短波長を扱う場合では、シリコンのドーピング層の光遮断能力が低下してしまい、ガス濃度検出が困難である。
【０００９】
本発明は、上記点に鑑み、アパーチャとして機能させるための金属層やシリコンのドーピング層を用いなくても、アパーチャの光遮断能力を高めることができるファブリペロー干渉計を提供することを第１の目的とし、このファブリペロー干渉計を製造する方法を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、基板（１１）と、基板（１１）の一方の面（１１ａ）に設けられ、光を特定の波長に分光する一対の反射ミラー（１３、１５）とを備え、一対の反射ミラー（１３、１５）で分光された光が一方の面（１１ａ）から基板（１１）内に入射すると共に、基板（１１）を通過して基板（１１）の他方の面（１１ｂ）から射出するようになっており、他方の面（１１ｂ）から射出した光を他方の面（１１ｂ）に対向する位置に配置された受光部（２０）に入射にするようにしたファブリペロー干渉計において、受光部（２０）のうち光を受光する領域を透過領域（４０）とし、透過領域（４０）を囲んだ領域をアパーチャ部（４１）としたとき、基板（１１）の他方の面（１１ｂ）のうち透過領域（４０）に対応する領域には、基板（１１）内を通過する光をこの光の進行方向と同じ方向に射出する射出面（１１ｃ）が設けられており、基板（１１）の他方の面（１１ｂ）のうちアパーチャ部（４１）に対応する領域には、当該領域から射出される光を透過領域（４０）から離れる方向に屈折させる傾斜面（１１ｅ）が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
これによると、傾斜面（１１ｅ）が設けられていることにより、スネルの法則に従って、基板（１１）を通過する光を透過領域（４０）から遠ざけるように曲げることができる。これにより、傾斜面（１１ｅ）を実質的にアパーチャとして機能させることができるので、基板（１１）を通過する光のうち不必要な光を後段の受光部（２０）の感度部に入射させないようにすることができる。以上により、金属膜を用いることなく、また、基板（１１）にドーピング層を形成することなく、どの波長に対しても光遮断効果を持つアパーチャ機能を実現することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、一対の反射ミラー（１３、１５）のうち基板（１１）の一方の面（１１ａ）とは反対側に位置する反射ミラー（１５）の上には、透過領域（４０）およびアパーチャ部（４１）に対応する領域が開口すると共に赤外線を吸収する金属膜（１９）が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
これによると、一対の反射ミラー（１３、１５）のうち透過領域（４０）およびアパーチャ部（４１）を除いた領域に入射した赤外線を金属膜（１９）で吸収することができる。これにより、光遮断能力をさらに向上させることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明のように、傾斜面（１１ｅ）を複数の斜面で構成することもできる。このように複数の斜面によって基板（１１）を通過する光を透過領域（４０）から離れる方向に導くことができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、基板（１１）は（１００）面で構成されており、傾斜面（１１ｅ）は（１１１）面で構成されていることを特徴とする。
【００１６】
これにより、結晶の異方性を利用したエッチングによって、基板（１１）の他方の面（１１ｂ）に容易に射出面（１１ｃ）を設けることができる。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明のように、基板（１１）として、シリコンもしくはゲルマニウムによって形成されたものを用いることができる。シリコンやゲルマニウムの基板は不純物を少なく、高抵抗とすることで、基板（１１）を通過する光（特に赤外光）が基板（１１）内の不純物によって吸収されないようにすることができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明では、射出面（１１ｃ）には、この射出面（１１ｃ）の全域に複数の凹凸（１１ｄ）が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
これによると、射出面（１１ｃ）と空気との界面において屈折率をなだらかに連続的に変化させることができる。したがって、広帯域な波長帯域の光であっても、射出面（１１ｃ）と空気との界面で光が反射されないようにすることができ、極めて広帯域な光の波長で反射防止機能を持たせることができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明では、複数の凹凸（１１ｄ）はそれぞれ四角錐であり、四角錐の底面が他方の面（１１ｂ）に配置されており、四角錐の底面の対角線の長さが光の波長よりも短くなっていることを特徴とする。
【００２１】
このように、凹凸（１１ｄ）が四角錐になっていることで、基板（１１）と空気との屈折率をなだらかに変化させることができ、広帯域な光の波長に対して反射防止効果を得ることができる。また、四角錐の底面の対角線の長さを規定することで、凹凸（１１ｄ）によって光が散乱されてしまうことを防止することができる。
【００２２】
請求項８に記載の発明では、基板（１１）と、基板（１１）の一方の面（１１ａ）に設けられ、光を特定の波長に分光する一対の反射ミラー（１３、１５）とを備え、一対の反射ミラー（１３、１５）で分光された光が一方の面（１１ａ）から基板（１１）内に入射すると共に、基板（１１）を通過して基板（１１）の他方の面（１１ｂ）から射出するようになっており、他方の面（１１ｂ）から射出した光を他方の面（１１ｂ）に対向する位置に配置された受光部（２０）に入射にするようになっており、受光部（２０）のうち光を受光する領域を透過領域（４０）とし、透過領域（４０）を囲んだ領域をアパーチャ部（４１）としたとき、基板（１１）の他方の面（１１ｂ）のうち透過領域（４０）に対応する領域には、基板（１１）内を通過する光をこの光の進行方向と同じ方向に射出する射出面（１１ｃ）が設けられ、基板（１１）の他方の面（１１ｂ）のうちアパーチャ部（４１）に対応する領域には、当該領域から射出される光を透過領域（４０）から離れる方向に屈折させる傾斜面（１１ｅ）が設けられ、射出面（１１ｃ）には、この射出面（１１ｃ）の全域に複数の凹凸（１１ｄ）が設けられたファブリペロー干渉計の製造方法であって、基板（１１）として（１００）面のものを用意し、（１００）面の基板（１１）をエッチングすることにより傾斜面（１１ｅ）と複数の凹凸（１１ｄ）とをシリコンの異方性エッチングを用いて同時に形成することを特徴とする。
【００２３】
これにより、結晶面の異方性を利用しているため、傾斜面（１１ｅ）の形成と凹凸（１１ｄ）の形成とを同時に行うことができ、凹凸（１１ｄ）を形成するための工程を追加する必要がない。
【００２４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２６】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態で示されるファブリペロー干渉計は、例えばガス濃度を測定する装置に用いられる。
【００２７】
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るファブリペロー干渉計１０の平面図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図であって、ファブリペロー干渉計１０と受光部２０との断面を示したものである。
【００２８】
図１（ｂ）に示されるように、ファブリペロー干渉計１０は半導体基板１１を備え、この半導体基板１１の一方の面１１ａには光を特定の波長に分光する一対の高反射ミラー１３、１５が設けられている。また、半導体基板１１の他方の面１１ｂにはスペーサ３０を介して受光部２０が一体化されている。
【００２９】
受光部２０は、ファブリペロー干渉計１０で分光された光の温度を測定することで、光の量を検出するものである。この受光部２０は、シリコンチップ２１と、シリコンチップ２１の上に設けられた絶縁膜２２、２３とを有し、シリコンチップ２１のうち絶縁膜２２が形成された側とは反対側がエッチングされてシリコンチップ２１から絶縁膜２２が露出した形態になっている。これにより、絶縁膜２２、２３のうち絶縁膜２２がシリコンチップ２１から露出する部分が薄膜状のメンブレン２４になっている。
【００３０】
また、メンブレン２４のうち絶縁膜２３の上に温度検知膜２５が設けられている。光が当たると薄膜のメンブレン２４の温度が上昇し、温度検知膜２５によって温度上昇した分の出力が発生する。一方、メンブレン２４の領域を除く絶縁膜２３の上に温度検知膜２５に接続されるリード２６が設けられている。そして、絶縁膜２３にスペーサ３０が一体化されている。
【００３１】
このような受光部２０のうち光を受光する領域、すなわちメンブレン２４の中心付近の領域を透過領域４０とし、透過領域４０を囲んだ領域をアパーチャ部４１とする。
【００３２】
ファブリペロー干渉計１０においては、半導体基板１１として、シリコンもしくはゲルマニウムによって形成されたものが採用される。シリコンやゲルマニウムの基板は、分光したい光領域である近赤外光〜中赤外光域において透過する材料であり、特に高抵抗基板（抵抗率が１０００Ωｃｍ以上）を用いることで、半導体基板１１内の不純物による吸収が殆ど無く、好適である。
【００３３】
そして、半導体基板１の一方の面１１ａ全面に、シリコン酸化膜等で構成された絶縁膜１２が形成されている。この絶縁膜１２を介して、半導体基板１上の全面に多結晶シリコン等で構成された高屈折率の下部ミラー１３が形成されている。
【００３４】
下部ミラー１３の上面には、ミラー部分を避けるように、例えばシリコン酸化膜で構成された絶縁膜１４が形成されている。そして、この絶縁膜１４の表面および下部ミラー１３と対向する位置までほぼ全域に渡って、高屈折率の上部ミラー１５が形成されている。これらのうち、絶縁膜１４の表面ではない領域、すなわち下部ミラー１３と対向する位置が薄膜状のメンブレン１６になっている。また、上部ミラー１５を貫通し、エアギャップＡｇと外部とを連通させる孔１５ａが形成されている。
【００３５】
本実施形態では、下部ミラー１３および上部ミラー１５として、多結晶シリコン／ＳｉＯ２／多結晶シリコンの３層多層膜ミラーがそれぞれ採用される。
【００３６】
さらに、絶縁膜１４および上部ミラー１５のうち、メンブレン１６よりも外周の位置には、下部ミラー１３に達する開口部１７が形成されている。この開口部１７にはＡｕ／Ｃｒ等により構成された下部電極１８が形成されている。同様に、上部ミラー１５の表面のうち、メンブレン１６よりも外周の位置にも、Ａｌ等により構成された上部電極１９が形成されている。
【００３７】
この上部電極１９は、図１（ａ）に示されるように、メンブレン１６に対応する領域が開口した金属膜で構成されている。具体的には、上部電極１９としての金属膜のうち、透過領域４０およびアパーチャ部４１に対応する領域が開口している。すなわち、金属膜は、開口部分では光を通過させ、開口部分を除いた部分では光の通過を妨げるアパーチャとしての役割も果たす。
【００３８】
一方、半導体基板１１の他方の面１１ｂのうち透過領域４０に対応する領域には、半導体基板１１内を通過する光をこの光の進行方向と同じ方向に射出する射出面１１ｃが設けられている。図１（ａ）に示されるように、本実施形態では、射出面１１ｃの平面レイアウトは四角形状になっている。
【００３９】
さらに、射出面１１ｃの全域には複数の凹凸１１ｄが設けられている。また、複数の凹凸１１ｄはそれぞれ四角錐になっており、四角錐の底面が射出面１１ｃに配置されている。このような射出面１１ｃのパターンは、半導体基板１１の結晶面として（１００）面を用い、かつシリコンの異方性エッチングを利用することにより形成される。半導体基板１１の他方の面１１ｂは（１００）面であるので、四角錐の側面は（１１１）面になっている。
【００４０】
この凹凸１１ｄは、半導体基板１１内を通過した光が半導体基板１１と空気との界面での屈折率をなだらかに連続的に変化させる役割を果たすものである。すなわち、これにより、半導体基板１１と空気との界面の屈折率がなだらかに変化することで、半導体基板１１内を通過した光が半導体基板１１の射出面１１ｃと空気との界面で反射されずに、当該射出面１１ｃから空気に効率良く射出されるようになっている。したがって、凹凸１１ｄは、半導体基板１１の射出面１１ｃと空気との界面で光が反射してしまうことを防止するための反射防止膜として機能するものであると言える。さらに、凹凸１１ｄにおいて、四角錐の底面の対角線の長さが光の波長よりも短くなっている。これは、凹凸１１ｄによって光が散乱されてしまうことを防止するためである。
【００４１】
また、半導体基板１１の他方の面１１ｂのうちアパーチャ部４１に対応する領域には、当該領域から射出される光を透過領域４０から離れる方向に屈折させるための傾斜面１１ｅが設けられている。この傾斜面１１ｅは、半導体基板１１の結晶面として（１００）面を用い、かつ他方の面１１ｂから異方性エッチングを利用することで、（１１１）面として容易に形成することができる。
【００４２】
上記の傾斜面１１ｅは複数の斜面で構成されている。すなわち、図１（ａ）に示されるように、四角形状の射出面１１ｃの各辺に対応する場所に４つの傾斜面１１ｅが設けられている。この４つの傾斜面１１ｅは、半導体基板１１の他方の面１１ｂの４箇所が角錐状にエッチングされることで形成される。本実施形態では、射出面１１ｃが４つの角錐状の溝に囲まれている。このように４つの角錐状にエッチングを行うのは、隣り合うエッチング形状が重なることを防ぎ、安定に斜面を形成するためである。
【００４３】
半導体基板１１の他方の面１１ｂのうち透過領域４０には四角錐台状の立体が構成されている。この四角錐台の上底は受光部２０側を向いており、下底は高反射ミラー１３、１５側を向いている。以上が、ファブリペロー干渉計１０および受光部２０の構成である。
【００４４】
次に、図１に示されるファブリペロー干渉計の製造方法について、図２および図３に示すファブリペロー干渉計の製造工程図を参照して説明する。
【００４５】
〔図２（ａ）に示す工程〕
まず、シリコン基板などで構成される半導体基板１１を用意する。このとき、（１００）基板を用いると、後の微小な凹凸１１ｄを形成するのに有利である。そして、この半導体基板１１の一方の面１１ａ全面に、例えばシリコン酸化膜からなる絶縁膜１２をウェット酸化によって０．１５μｍの厚さに形成し、下部ミラー１３として多結晶シリコン／ＳｉＯ２／多結晶シリコンの３層多層膜ミラーを形成する。本実施形態では、多結晶シリコン／ＳｉＯ２／多結晶シリコンをそれぞれ０．３２μｍ／０．６μｍ／０．３２μｍとした。
【００４６】
この後、下部電極１８として機能させる部分にイオン注入（Ｂイオン、２×１０２０／ｃｍ３）し、９００℃で熱処理して活性化させる。そして、下部ミラー１３の上に犠牲層５０としてリンドープのＳｉＯ２膜を２．５μｍ厚に形成する。これは、後の犠牲層５０のエッチングでレートが早く好適だからである。犠牲層５０の上に、下部ミラー１３と同じ構成の上部ミラー１５を上記と同様に形成する。
【００４７】
〔図２（ｂ）に示す工程〕
続いて、上部ミラー１５のうち下部電極１８を形成する部分以外に図示しないレジストを塗布し、下部ミラー１３まで、上部ミラー１５と犠牲層５０とをドライエッチングする。その後、金属層としてＡｌを３μｍの厚さで形成すると共にパターニングすることで、上部電極１９および下部電極１８を形成する。このように、汎用の半導体プロセスと同様に、電極として用いる金属層は多結晶シリコン形成後に成膜しており、金属汚染することは無い。
【００４８】
このとき、金属層をパターニングする場合、図１に示されるように、メンブレン１６に対応する領域を開口させている。これは、パターニングされた金属層を上部電極１９として用いると共に、開口した部分以外の領域で赤外線を吸収するアパーチャとして用いるためである。この際、メンブレン１６上にも形成することも考えられるが、メンブレン１６は分光する波長を変化させるために静電気力にて変位させて用いるため、金属層をメンブレン１６上に形成してしまうと、その変位による繰り返し応力により金属層は疲労破壊してしまうことがあるため、好適にはメンブレン１６外に金属層を形成することが望ましい。
【００４９】
〔図２（ｃ）に示す工程〕
次に、半導体基板１１の他方の面１１ｂのうち、透過領域４０に対応する場所に凹凸１１ｄを形成すると共に、アパーチャ部４１に対応する場所に傾斜面１１ｅを形成するため、裏面マスクとして、プラズマＳｉＮ膜５１を１μｍの厚さに形成してパターニングする。
【００５０】
〔図３（ａ）に示す工程〕
続いて、高反射ミラー１３、１５において、光を透過させる部分の犠牲層５０をエッチングするため、図示しないレジストを用いて上部ミラー１５に孔１５ａを形成する。次に、下部電極１８を覆うように保護膜５２を塗布することで下部電極１８を保護する。これは、犠牲層５０のエッチング時に、コンタクト部分においてエッチングさせないためである。また、孔１５ａを通して、ＨＦ（フッ酸水溶液）を用いて、犠牲層５０であるＳｉＯ２膜をエッチングすることで、上部ミラー１５はエアギャップＡｇを介して薄膜で橋架されるようになる。すなわち、上部ミラー１５と下部ミラー１３のポリシリコンにドープした電極に電圧を印加することで、橋架された上部ミラー１５は可動することができるようになる。
【００５１】
〔図３（ｂ）に示す工程〕
保護膜５２をＯ２プラズマ処理により除去する。これにより、メンブレン１６が形成される。次に、治具を用いて半導体基板１１の他方の面１１ｂのみに強アルカリ液（ＫＯＨ、ＴＭＡＨ）などを晒し、シリコンの異方性エッチングすることで、傾斜面１１ｅと複数の凹凸１１ｄとを同時に形成する。
【００５２】
この場合、強アルカリ液に晒さている全ての面が（１１１）面で止まるようにパターニングされており、安定に構造を形成できる。すなわち、複数の凹凸１１ｄは、四角錐に形成される。また、傾斜面１１ｅは、図１（ａ）に示されるように、４つの角錐の斜面のうち射出面１１ｃ側の斜面によって構成される。このように、結晶面の異方性エッチングを利用しているので、傾斜面１１ｅの形成と凹凸１１ｄの形成とを同時に行うことができ、傾斜面１１ｅを形成するための工程や凹凸１１ｄを形成するための工程をそれぞれ設ける必要がない。
【００５３】
〔図３（ｃ）に示す工程〕
この後、同様に、治具を用いて、半導体基板１１の他方の面１１ｂのみにリン酸を晒すことで、マスクとして用いたプラズマＳｉＮ膜５１を除去する。
【００５４】
このような製造方法により、図１に示した本実施形態のファブリペロー干渉計が完成する。
【００５５】
上記のようにして製造されたファブリペロー干渉計を用いたガス濃度検出は、以下のように行われる。まず、光源、ガス導入セル、バンドパスフィルタ、ファブリペロー干渉計、そして受光部２０という順で各々が一直線状に配置される。ファブリペロー干渉計においては、高反射ミラー１３、１５側がバンドパスフィルタ側に向けられ、射出面１１ｃ側が図１（ｂ）に示されるように受光部２０側に向けられる。ファブリペロー干渉計の高反射ミラー１３、１５には光が垂直に入射するように配置される。
【００５６】
そして、ガス導入セルにガスが充満し、光源から光が発せられると、光はガス、バンドパスフィルタを通過してファブリペロー干渉計の高反射ミラー１３、１５に入射する。高反射ミラー１３、１５に入射した光は、上部ミラー１５と下部ミラー１３との間を多重反射して半導体基板１１の一方の面１１ａから半導体基板１１に進入し、半導体基板１１を通過して他方の面１１ｂから射出され、受光部２０にて受光される。
【００５７】
図４は、ファブリペロー干渉計１０を通過する光の経路を示したものである。この図に示されるように、ファブリペロー干渉計１０に入射される光のうち、上部電極１９が設けられた領域では、上部電極１９がアパーチャとして機能する。したがって、上部電極１９に照射された光は、上部電極１９に吸収される。そして、上部電極１９が開口した領域、すなわち上部電極１９から高反射ミラー１３、１５のメンブレン１６が露出する領域に光が照射されると、上述のように、光は高反射ミラー１３、１５を通過し、半導体基板１１に進入する。
【００５８】
半導体基板１１を通過した光は、半導体基板１１の他方の面１１ｂのうちの射出面１１ｃから光の進行方向と同じ方向に射出され、受光部２０の透過領域４０を通過して受光部２０のうちメンブレン２４上に設けられた温度検知膜２５に照射されて温度変化が測定される。一方、半導体基板１１を通過した光が、半導体基板１１の他方の面１１ｂのうちの傾斜面１１ｅ射出されると、図４に示されるように、スネルの法則によって傾斜面１１ｅと空気との界面で透過領域４０から離れる方向に光の進路が曲げられる。図１（ａ）に示されるように、本実施形態では、四角形状の射出面１１ｃの各辺に対応するように４つの傾斜面１１ｅが設けられているので、傾斜面１１ｅから射出された光は透過領域４０から四方向に遠ざけられ、受光部２０内のメンブレン２４の外側に照射されるため、温度検知膜２５には作用せず、アパーチャとして機能することとなる。
【００５９】
このように、半導体基板１１を通過する光のうち、射出面１１ｃから射出された光のみが受光部２０にて受光され、傾斜面１１ｅから射出された光が受光部２０にて受光されないように光の経路が制御されている。つまり、射出面１１ｃおよび傾斜面１１ｅがアパーチャとして機能し、不必要な光が受光部２０のメンブレン２４に照射されないようになっている。この場合、スネルの法則を利用して光の屈折によって光の経路を制御しているだけなので、光の波長に依存することなくどの波長に対しても光遮断効果を持つアパーチャ機能を実現することができる。
【００６０】
そして、ファブリペロー干渉計の上部電極１９および下部電極１８に印加する電圧を変化させて上部ミラー１５と下部ミラー１３との間隔を調節することにより、高反射ミラー１３、１５に入射した光を分光することができる。したがって、高反射ミラー１３、１５に入射した光を例えば３〜９μｍに分光して、ガス導入セル内のガスの吸収スペクトルを測定することにより、ガスに含まれる気体の成分を調べることができる。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態では、半導体基板１１の他方の面１１ｂのうち透過領域４０に対応する領域に、半導体基板１１を通過する光をこの光の進行方向と同じ方向に射出する射出面１１ｃを設けると共に、半導体基板１１の他方の面１１ｂのうちアパーチャ部４１に対応する領域に、当該領域から射出される光を透過領域４０から遠ざける方向に屈折させる傾斜面１１ｅを設けたことが特徴となっている。
【００６２】
これにより、透過領域４０の周囲の光を傾斜面１１ｅによって透過領域４０から遠ざけることが可能となる。すなわち、アパーチャのための金属層やドーピング層を設けることなく傾斜面１１ｅを実質的にアパーチャとして機能させることができる。このようにして、半導体基板１１を通過する光のうち不必要な光を受光部２０のメンブレン２４に入射させないようにすることができ、ファブリペロー干渉計１０からノイズ光が除去された精度良い光を取り出すことができる。
【００６３】
また、射出面１１ｃに微小な凹凸１１ｄを設けることで、半導体基板１１と空気との界面に対する光の入射角度を傾斜させることが可能となる。これにより、半導体基板１１の射出面１１ｃと空気との界面において屈折率をなだらかに連続的に変化させることができ、広帯域な波長帯域の光であっても、射出面１１ｃと空気との界面で効率良く光を透過させることができる。
【００６４】
（他の実施形態）
第１実施形態では、射出面１１ｃに複数の凹凸１１ｄが設けられたものについて示されているが、射出面１１ｃに凹凸１１ｄが設けられておらず、射出面１１ｃが平坦面になっていても構わない。この場合、半導体基板１１を通過した光が平坦な射出面１１ｃと空気との界面で反射しないようにするため、平坦な射出面１１ｃに反射防止膜を設けることが好ましい。
【００６５】
第１実施形態では、図１（ａ）に示されるように、射出面１１ｃが四角形状にレイアウトされているため、半導体基板１１の他方の面１１ｂに４つの領域がエッチングされて４つの傾斜面１１ｅが設けられて四角錐台が形成されているが、エッチングする際に補償パターンなどを用いることで、傾斜面１１ｅを設ける領域を４つに分割しなくても安定に形成することはできる。
【００６６】
また一方、半導体基板１１の他方の面１１ｂに射出面１１ｃが円形になるように、レジストを円錐台形状とし、かつそのレジストの厚さなどを調整した上で、レジスト形状が転写されるようなドライエッチング条件で処理することで、他方の面１１ｂに円錐台形状を形成することも可能である。この方法を用いれば、円錐台の斜面を傾斜面１１ｅとして利用することができる。
【００６７】
第１実施形態では、下部ミラー１３を多層膜で形成していたが、さらに屈折率差を高めた方が広帯域化となるため、多結晶シリコン／空気／多結晶シリコン、Ｐｏｌｙ−Ｇｅ／空気／Ｐｏｌｙ−Ｇｅなどの３層多層ミラーが好適である。Ｐｏｌｙ−Ｇｅ／空気／Ｐｏｌｙ−Ｇｅで３〜１０μｍの広帯域化を実現することができる。多結晶シリコン／空気／多結晶シリコンの下部ミラー１３を形成する場合、多結晶シリコン／ＳｉＯ２／多結晶シリコンとして初めに形成しておき、犠牲層エッチングする際に、３層多層膜ミラーの中間のＳｉＯ２膜もエッチングすることで実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態に係るファブリペロー干渉計の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】図１に示すファブリペロー干渉計の製造工程図である。
【図３】図２に続くファブリペロー干渉計の製造工程図である。
【図４】ファブリペロー干渉計を通過する光の経路を示した図である。
【図５】ドーピング層の膜厚と光遮断特性との関係を示した図である。
【符号の説明】
【００６９】
１１    半導体基板
１１ａ  半導体基板の一方の面
１１ｂ  半導体基板の他方の面
１１ｃ  射出面
１１ｄ  凹凸
１１ｅ  傾斜面
１３    下部ミラー
１５    上部ミラー
１９    上部電極
２０    受光部
４０    透過領域
４１    アパーチャ部
【図１】
2009210312.tif 000003
【図２】
2009210312.tif 000004
【図３】
2009210312.tif 000005
【図４】
2009210312.tif 000006
【図５】
2009210312.tif 000007