DE102005001266B4

DE102005001266B4 - Fabri-Perot-Filter

Info

Publication number: DE102005001266B4
Application number: DE102005001266.3A
Authority: DE
Inventors: Hisanori Yokura; Takahiko Yoshida
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2005-01-11
Publication date: 2019-12-24
Anticipated expiration: 2025-01-12
Also published as: JP2005215323A; JP4166712B2; US20050167597A1; DE102005001266A1; US7154094B2

Abstract

Ein Fabri-Perot Filter, der Folgendes aufweist:ein Substrat (10);einen ersten Spiegel (13), der auf dem Substrat (10) angeordnet ist; undeine bewegliche Spiegeleinheit (30), welche dem ersten Spiegel (13) mit einem Abstand (H) dazwischen gegenüberliegt, wobei die bewegliche Spiegeleinheit (30) in einem Fall, in welchem eine vorab bestimmte Spannung zwischen dem ersten Spiegel (13) und der beweglichen Spiegeleinheit (30) anliegt, in Richtung des ersten Spiegels (13) beweglich ist, so dass der Abstand (H) veränderbar ist,wobei der Filter dazu fähig ist, ein infrarotes Licht durchzulassen, das eine vorab bestimmte Wellenlänge aufweist, welche dem Abstand (H) entspricht, undwobei die bewegliche Spiegeleinheit (30) einen mittleren Abschnitt und einen äußeren Abschnitt, der leichter zu verformen ist als der mittlere Abschnitt, aufweist,wobei der äußere Abschnitt eine Dicke aufweist, die dünner als die des mittleren Abschnitts ist,dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Abschnitt der beweglichen Spiegeleinheit (30) einen zweiten Spiegel (15) und einen Verstärkungsfilm (19) aufweist, der aus einem Material hergestellt wird, das sich von dem des zweiten Spiegels (15) unterscheidet,wobei sich der zweiten Spiegel (15) auch auf den äußeren Abschnitt der beweglichen Spiegeleinheit (30) erstreckt, undwobei der Verstärkungsfilm (19) härter als der zweite Spiegel (15) ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Fabri-Perot Filter, um ein Infrarotlicht durchzulassen, das eine vorab bestimmte Wellenlänge aufweist.
Ein Infrarotlichtfilter, um nur ein Infrarotlicht mit einer vorab bestimmten Wellenlänge durchzulassen, ist beispielsweise ein Fabri-Perot Filter. Das Fabri-Perot-Filter wird beispielsweise in der US 6 590 710 B2 offenbart.
Das Fabri-Perot-Filter weist den ersten Spiegel als einen festen Spiegel und den zweiten Spiegel als einen beweglichen Spiegel auf. Der zweite Spiegel ist durch einen Siliziumoxidfilm in solch einer Weise auf dem ersten Spiegel angebracht, dass die ersten und zweiten Spiegel einander gegenüberliegen, und ein Hohlraum bzw. Spalt mit einem vorab bestimmten Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Spiegel durch den ersten und zweiten Spiegel gebildet wird.
Wenn eine Spannung, d.h., die elektrische Potentialdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Spiegel wirkt, wird der zweite Spiegel durch eine elektrostatische Anziehungskraft verlagert oder verformt. Daher wird der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Spiegel so verändert, dass nur das Infrarotlicht, das eine vorab bestimmte Wellenlänge aufweist, welche dem Abstand entspricht, durch das Filter gehen kann.
Der zweite Spiegel wird jedoch in eine Ballonform verformt, wenn der zweite Spiegel in Richtung des ersten Spiegels verlagert wird. Daher wird der Spalt zwischen dem ersten und dem zweiten Spiegel inhomogen. In Übereinstimmung damit wird der Wellenlängenbereich des infraroten Lichts, welches der Filter durchlässt, breiter. Wenn das infrarote Licht durch einen Detektor erfasst wird, weist der Detektor daher ein starkes Rauschen und eine niedrige Genauigkeit der Erfassung des infraroten Lichts auf, das eine vorab bestimmte Wellenlänge aufweist.
Die DE 102 26 305 C1 offenbart ein Fabri-Perot-Filter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aufgrund des vorstehend beschriebenen Problems ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fabri-Perot-Filter zu schaffen, das einen engen Bereich von durch das Filter durchgelassenen Wellenlängen aufweist.
Ein erfindungsgemäßes Fabri-Perot-Filter weist die in Anspruch 1 genannten Merkmale auf.
Selbst wenn die zweite Spiegeleinheit in dem vorstehend erwähnten Filter durch das Anlegen einer Spannung verschoben wird, wird der mittlere Abschnitt nicht relativ verformt. Daher weist der mittlere Abschnitt eine vergleichsweise plane Oberfläche auf, so dass die bewegliche Spiegeleinheit ähnlich einem Boden einer Schmorpfanne bzw. pfannenförmig verformt wird. Daher wird der Abstand zwischen dem ersten Spiegel und der zweiten Spiegeleinheit homogen, so dass der Bereich der Wellenlänge des infraroten Lichts, der durch das Filter hindurchgeht, verkleinert werden kann.
Bevorzugt geht das infrarote Licht in einer Richtung senkrecht zum Substrat durch die bewegliche Spiegeleinheit, den ersten Spiegel und das Substrat hindurch.
Bevorzugt weist der äußere Abschnitt eine Kerbe auf. Die Kerbe weist zwei Furchen auf, von denen eine an einer Schnittstelle zwischen dem äußeren Abschnitt und dem mittleren Abschnitt angeordnet ist, und von denen die andere an einem Umfang des äußeren Abschnitts angeordnet ist.
Die vorstehende und andere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden genauen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlicher. Die Zeichnungen zeigen Folgendes:

1A ist eine Querschnittsansicht, die ein Fabri-Perot-Filter nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, bevor eine Spannung an das Filter angelegt wird, und 1B ist eine Querschnittsansicht, die einen Filter zeigt, während die Spannung an das Filter angelegt ist;
2 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen einer Wellenlänge und einer Durchlässigkeit für infrarotes Licht nach der ersten Ausführungsform zeigt;
3 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die einen Gassensor zeigt, der nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Filter aufweist;
4 ist eine Querschnittsansicht, die ein Fabri-Perot-Filter nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
5A ist eine Querschnittsansicht, die ein Fabri-Perot-Filter aus dem Stand der Technik als Vergleich zu der erfindungsgemäßen ersten Ausführungsform zeigt, und 5B ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen einer Wellenlänge und einer Durchlässigkeit für infrarotes Licht nach diesem Stand der Technik zeigt.

Die Erfinder haben zunächst ein Fabri-Perot-Filter untersucht. Das Filter 1 wird in den 5A und 5B gezeigt. Wie in 5A gezeigt, weist das Fabri-Perot-Filter 1 den ersten Spiegel 13 als einen festen Spiegel und den zweiten Spiegel 15 als einen beweglichen Spiegel auf. Der erste Spiegel 13 wird auf einem Substrat 10 durch einen Oxidfilm bzw. eine Oxidschicht 12 als einen Isolierfilm gebildet. Der zweite Spiegel 15 ist auf dem ersten Spiegel 13 über einen Siliziumoxidfilm 14 angeordnet. Weiterhin liegen der erste und der zweite Spiegel 13, 15 einander gegenüber, und ein Hohlraum 16, der einen vorab bestimmten Abstand zwischen den ersten und zweiten Spiegeln 13, 15 einnimmt, wird durch den ersten und zweiten Spiegel 13, 15 geschaffen. Jeder Spiegel 13, 15 weist eine (nicht gezeigte) Elektrode auf, um eine elektrische Potentialdifferenz zwischen den ersten und zweiten Spiegeln 13, 15 anzulegen.
Wenn eine Spannung, d.h. die elektrische Potentialdifferenz, zwischen dem ersten und den zweiten Spiegel 13, 15 angelegt wird, wird der zweite Spiegel 15 durch eine elektrostatische Anziehungskraft verlagert oder verformt. Daher wird der Spalt zwischen dem ersten und dem zweiten Spiegel 13, 15 so verändert, dass nur das infrarote Licht, das eine vorab bestimmte Wellenlänge aufweist, welche dem Spalt entspricht, das Filter 1 passieren kann.
Weil der zweite Spiegel 15 aus polykristallinem Silizium hergestellt ist und einen homogene Filmaufbau aufweist, wird im Filter 1 der zweite Spiegel 15 jedoch in eine Ballonform verformt, die in 5A als gestrichelte Linie gezeigt wird, wenn der zweite Spiegel 15 in Richtung des ersten Spiegels 13 verschoben wird. Daher wird der Spalt zwischen den ersten und zweiten Spiegeln 13, 15 inhomogen. In Übereinstimmung damit wird der Bereich der Wellenlängen des infraroten Lichts, welche das Filter 1 durchlässt, breiter, wie in 5B gezeigt.
Im Hinblick auf das vorstehend genannte Problem wird ein Fabri-Perot-Filter 100 nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geschaffen. Das Filter 100 ist in den 1A und 1B gezeigt. Die 1A zeigt das Filter 100, bevor eine Spannung an das Filter 100 angelegt wird, um den zweiten Spiegel 15 als einen beweglichen Spiegel zu verlagern, und 1B zeigt das Filter 100, nachdem die Spannung an das Filter 100 angelegt ist. Insbesondere zeigt 1A das Filter 100, bevor der zweite Spiegel 15 verschoben ist, und 1B zeigt das Filter 100, nachdem der zweite Spiegel 15 verschoben ist.
Das Filter 100 weist das Substrat 10, den ersten Spiegel 13 als den festen Spiegel, der auf dem Substrat 10 angeordnet ist, und den zweiten Spiegel 15 als den beweglichen Spiegel auf, der dem ersten Spiegel 13 gegenüberliegt, um einen Abstand dazwischen zu erzeugen.
Das Substrat 10 ist ein Halbleitersubstrat, das aus Silizium hergestellt ist. Eine Entspiegelungsschicht 11, die aus einem Siliziumoxidfilm besteht, wird auf einem Boden des Substrats 10 abgeschieden. Der Oxidfilm 12 als die Isolierschicht, die aus einem Siliziumoxidfilm hergestellt ist, wird oben auf dem Substrat 10 gebildet. Der Oxidfilm 12 wirkt als Entspiegelungsschicht und isoliert zudem den ersten Spiegel 13 gegenüber dem Substrat 10. Obwohl der Filter 100 sowohl die Entspiegelungsschicht 11 als auch den Siliziumnitridfilm 17 aufweist, kann der Filter 100 auch nur entweder die Entspiegelungsschicht 11 oder den Siliziumnitridfilm 17 aufweisen.
Der erste Spiegel 13 wird durch den Oxidfilm 12 hindurch oben auf dem Substrat 10 angeordnet. Der erste Spiegel 13 wird aus einem polykristallinen Siliziumfilm hergestellt. Der erste Spiegel 13 weist eine (nicht gezeigte) Kontaktelektrode bzw. einen Kontaktfleck auf, in welche eine Verunreinigung in hoher Konzentration eindotiert ist. Die Kontaktelektrode des ersten Spiegels 13 ist an einem Umfang des ersten Spiegels 13 angeordnet. Der zweite Spiegel 15 weist eine andere (nicht gezeigte) Kontaktelektrode auf, in welcher eine Verunreinigung in hoher Konzentration eindotiert ist. Die Kontaktelektrode des zweiten Spiegels 15 ist an einem Umfang des zweiten Spiegels 15 angeordnet.
Der Siliziumoxidfilm 14 wird auf dem festen Spiegel 13 gebildet. Ein Teil des Siliziumoxidfilms 14 wird durch ein Ätzverfahren entfernt. Der zweite Spiegel 15 wird auf dem anderen Teil des Siliziumoxidfilms 14 angeordnet und über dem entfernten Teil des Siliziumoxidfilms 14 angeordnet. Der zweite Spiegel 15 ist aus einem polykristallinem Siliziumfilm hergestellt. Somit liegt der zweite Spiegel 15 über den Hohlraum 16, der dadurch entsteht, dass der Teil des Siliziumoxidfilms 14 entfernt wird, dem ersten Spiegel 13 gegenüber. Wenn die Spannung auf die ersten und zweiten Spiegel 13, 15 wirkt, wird ein Teil des zweiten Spiegels 15, der über dem Hohlraum 16 angeordnet ist, zum ersten Spiegel 13 hin verschoben.
Der Hohlraum 16 ist in solch einer Weise gebildet, dass ein vorab bestimmter Teil des Siliziumoxidfilms 14 durch ein Ätzloch 18 weggeätzt wird, wobei ein Siliziumnitridfilm 17 als eine Maske genutzt wird. Das Ätzloch 18 geht durch den Siliziumnitridfilm 17 und den zweiten Spiegel 15 hindurch. Der Siliziumnitridfilm 17 wirkt als ein Schutzfilm und ist auf dem zweiten Spiegel 15 angeordnet. Das Filter 100 filtert und wählt eine vorab bestimmte Wellenlänge des infraroten Lichts in Übereinstimmung mit einem Abstand H₀ , der einem Spalt im Hohlraum 16 entspricht, zwischen den ersten und zweiten Spiegeln 13, 15 aus. Genauer gesagt überträgt das Filter 100 das infrarote Licht über einen Interferenzeffekt. D.h., das infrarote Licht, das die Wellenlänge λ aufweist, die doppelt so lang wie der Abstand H₀ ist, wird selektiv vom Filter 100 durchgelassen. Wenn der Filter in Übereinstimmung damit das infrarote Licht filtert, das die Wellenlä n-ge λ aufweist, wird der Abstand H₀ in einem Fall, in welchem der zweite Spiegel 15 nicht verschoben wird, auf die Hälfte der Wellenlänge λ festgelegt. Hier ist der ursprüngliche Abstand H₀ gleich einer Dicke des entfernten Siliziumoxidfilms 14.
Wenn zwischen den Elektrodenkontakten der ersten und zweiten Spiegel 13, 15 eine vorab bestimmte Spannung anliegt, wird die elektrostatische Kraft zwischen dem ersten und zweiten Spiegel 13, 15 so erzeugt, dass der zweite Spiegel 15 sich in Richtung des ersten Spiegels 13 bewegt. Daher ändert sich der Abstand H₀ von H₀ auf H. Das infrarote Licht, welches die Wellenlänge λ aufweist, die gleich dem Doppelten des Abstands H ist, geht durch das Filter 100 durch.
In dem in 5A gezeigten Filter 1 wird der zweite Spiegel 15 so verformt, dass er eine in 5A gezeigte Ballonform bildet, wenn der zweite Spiegel 15 zum ersten Spiegel 13 hin verschoben wird. Daher wird der Spalt zwischen dem ersten und dem zweiten Spiegel 13, 15 inhomogen. In Übereinstimmung damit wird der Bereich der Wellenlängen, die der Filter 1 überträgt, breiter. Wenn der Bereich der Wellenlängen des infraroten Lichts, welches der Filter 1 überträgt, breiter wird, weist ein Infrarotlichtsensor zum Erfassen des infraroten Lichts ein starkes Rauschen auf, so dass eine Empfindlichkeit des Sensors verringert wird.
Das Filter 100 weist jedoch einen Verstärkungsfilm 19 auf, der auf dem Siliziumnitridfilm 17 angeordnet ist, der über dem Hohlraum 16 angeordnet ist. Der Verstärkungsfilm 19 wird in einem mittleren Abschnitt des Hohlraums 16 gebildet. Genauer gesagt wird der Verstärkungsfilm 19 auf einem mittleren Teil des zweiten Spiegels 15 über dem Hohlraum 16 durch den Siliziumnitridfilm 17 gebildet. Daher weist eine bewegliche Spiegeleinheit 30 den zweiten Spiegel 15, den Siliziumnitridfilm 17 und den Verstärkungsfilm 19 auf. Weiterhin besteht die bewegliche Spiegeleinheit 30 aus einem äußeren Abschnitt und einem mittleren Abschnitt. Der äußere Abschnitt weist den zweiten Spiegel 15 und den siliziumnitridfilm 17 auf, und der mittlere Abschnitt weist den zweiten Spiegel 15, den Siliziumnitridfilm 17 und den Verstärkungsfilm 19 auf. Hier wird ein Verhältnis des mittleren Abschnitts und des äußeren Abschnitts in Übereinstimmung mit der Verlagerung des zweiten Spiegels 15 bestimmt.
Weil die zweite Spiegeleinheit 30 den Verstärkungsfilm 19 aufweist, der in der Mitte des zweiten Spiegels 15 angeordnet ist, ist daher der mittlere Abschnitt der beweglichen Spiegeleinheit 30 dicker als der äußere Abschnitt der beweglichen Spiegeleinheit 30. Wenn der zweite Spiegel 15 daher durch die Anwendung der Spannung verschoben wird, wird der äußere Abschnitt verformt, und der mittlere Abschnitt wird relativ dazu nicht verformt. Daher weist der mittlere Abschnitt der beweglichen Spiegeleinheit 30 eine vergleichsweise plane Oberfläche auf, nachdem der zweite Spiegel 15 verschoben ist. Insbesondere wird die bewegliche Spiegeleinheit 30 so verformt, dass sie einem Pfannenboden ähnelt, wie in 1B gezeigt. Daher wird der Abstand H zwischen dem ersten Spiegel 13 und dem verschobenen zweiten Spiegel 15 homogen.
In Übereinstimmung damit kann der Bereich der Wellenlängen des infraroten Lichts, welches vom Filter 100 durchgelassen wird, nachdem der zweite Spiegel 15 verschoben wird, wie in 2 gezeigt verkleinert werden. Wenn die Wellenlänge des infraroten Lichts, welches vom Filter 100 durchgelassen wird, enger wird, weist der Infrarotlichtsensor zum Erfassen des infraroten Lichts ein geringes Rauschen auf, so dass eine Empfindlichkeit des Sensors steigt.
Der Abstand H nach der Verlagerung des zweiten Spiegels 15 kann durch den Abstand H₀ vor der Verlagerung, den Aufbau des zweiten Spiegels 15 und die zwischen den ersten und zweiten Spiegeln 13, 15 wirkende Spannung gesteuert werden. Hier ist der zweite Spiegel 15 beispielsweise im Hinblick auf seine Verformbarkeit aufgebaut. Der Abstand H wird so angepasst, dass er gleich einer Hälfte der Wellenlänge λ des infraroten Lichts ist, welches der Filter 100 durchlässt.
Der Verstärkungsfilm 19 kann aus beliebigem Material hergestellt werden. Beispielsweise kann der Verstärkungsfilm 19 aus demselben Material wie der zweite Spiegel 15 hergestellt werden, wenn der Filter keinen Siliziumnitridfilm 17 aufweist, so dass der Verstärkungsfilm 19 integriert mit dem zweiten Spiegel 15 gebildet wird. Weiterhin kann der Verstärkungsfilm 19 aus demselben Material wie der Siliziumnitridfilm 17 hergestellt werden, so dass der Verstärkungsfilm 19 integriert mit dem Siliziumnitridfilm 17 gebildet wird. Wenn der Verstärkungsfilm 19 weiterhin aus einem hochelastischen Material mit höherer Elastizität als der zweite Spiegel 15 gebildet wird, kann die Verformung des mittleren Abschnitts der beweglichen Spiegeleinheit 30 aufgrund der Eigenschaften des hochelastischen Materials stark verringert werden. Daher wird die Ebenheit der Oberfläche des zweiten Spiegels 15, welcher dem ersten Spiegel 13 im Hohlraum 16 gegenüberliegt, besser, so dass der Bereich von Wellenlängen des infraroten Lichts, welche der Spiegel 100 durchlässt, viel enger wird. Das hochelastische Material ist beispielsweise eine diamantartige Kohlenstoffschicht (d.h. eine DLC-Schicht), welche eine hohe Härte, eine ausgezeichnete elektrische Isolierung und eine hervorragende Durchlässigkeit für infrarotes Licht aufweist. In diesem Fall kann die Dicke des Verstärkungsfilms 19 verringert werden, so dass ein optischer Verlust durch den Verstärkungsfilm 19 verringert wird.
Als Nächstes wird nachstehend beschrieben, wie der Filter 100 hergestellt wird.
Zuerst wird das Substrat 10, das aus Silizium besteht, vorbereitet. Dann werden die Entspiegelungsschicht 11 und der Oxidfilm 12, die aus Siliziumoxid hergestellt werden, auf den beiden Oberflächen des Substrats 10 hergestellt, indem ein thermisches Oxidationsverfahren genutzt wird. Die Entspiegelungsschicht 11 und der Oxidfilm 12 verhindern, dass das infrarote Licht auf der Oberfläche des Substrats 10 reflektiert wird. Der Oxidfilm 12 verbessert die Haftung zwischen dem ersten Spiegel 13 und dem Substrat 10. Der erste Spiegel 13 wird aus polykristallinem Silizium hergestellt und auf dem Oxidfilm 12 angeordnet. Weiterhin wirkt der Oxidfilm 12 als eine Ätzbremse, um das Ätzen in einem Prozess zur Bildung des ersten Spiegels 13 zu stoppen.
Als Nächstes wird ein polykristalliner Siliziumfilm auf dem Oxidfilm 12 durch ein CVD-Verfahren (d.h., chemical vapor deposition-Verfahren bzw. chemisches Dampfabscheidungsverfahren) gebildet. Dann wird eine Verunreinigung wie Phosphor in den polykristallinen Siliziumfilm eindotiert, so dass der dotierte polykristalline Siliziumfilm einen vorab festgelegten Widerstand aufweist. Der dotierte polykristalline Siliziumfilm wird durch ein Photolithographieverfahren so geätzt, dass der erste Spiegel 13, der ein vorab bestimmtes Muster aufweist, gebildet wird. Dann wird die Verunreinigung mit hoher Konzentration in der Umgebung des ersten Spiegels 13 eindotiert, so dass der Elektrodenanschluss gebildet wird. Der erste Spiegel 13 kann aus einem anderen Material hergestellt werden, solange das Material ausgezeichnete Transparenz für infrarotes Licht aufweist, und erzeugt die elektrostatische Kraft zwischen dem ersten und dem zweiten Spiegel 13, 15, wenn die Spannung zwischen ihnen wirkt. Beispielsweise kann der erste Spiegel 13 aus dotiertem Einkristallsilizium hergestellt werden.
Nachdem der erste Spiegel 13 gebildet ist, wird der Siliziumoxidfilm 14 auf der Oberfläche des ersten Spiegels 13 durch das CVD-Verfahren gebildet. Zu dieser Zeit wird die Dicke des Siliziumoxidfilms 14 so gesteuert, dass ein Bereich des Siliziumoxidfilms 14, in welchem ein Hohlraum gebildet werden soll, eine vorab bestimmte Dicke aufweist, welche dem Abstand H₀ entspricht. Hier wird der Bereich des Siliziumoxidfilms 14, in welchem der Hohlraum gebildet werden soll, durch Ätzen entfernt, so dass der Hohlraum 16 gebildet wird.
Nachdem der Siliziumoxidfilm 14 gebildet ist, wird ein polykristalliner Siliziumfilm durch das CVD-Verfahren auf dem Siliziumoxidfilm 14 gebildet. Dann wird die Verunreinigung wie Phosphor in den polykristallinen Siliziumfilm eindotiert, so dass der polykristalline Siliziumfilm einen vorab bestimmten Widerstand aufweist. Dann wird ein vorab bestimmtes Muster durch das Photolithographieverfahren auf dem dotierten polykristallinen Siliziumfilm aufgebracht, so dass der zweite Spiegel 15 gebildet wird. Zu dieser Zeit wird die Verunreinigung hoher Konzentration in der Umgebung des zweiten Spiegels 15 eindotiert, so dass der Elektrodenanschluss gebildet wird. Der zweite Spiegel 15 kann aus einem anderen Material hergestellt werden, so lange das Material eine ausgezeichnete Durchlässigkeit für das infrarote Licht aufweist, und er erzeugt die elektrostatische Kraft zwischen den ersten und zweiten Spiegeln 13, 15, wenn die Spannung auf sie wirkt. Beispielsweise kann der zweite Spiegel 15 aus dotiertem Einkristallsilizium hergestellt werden.
Der Siliziumnitridfilm 17 wird beispielsweise durch das CVD-Verfahren als ein Schutzfilm auf dem zweiten Spiegel 15 gebildet. Das Ätzloch 18 wird dann im Siliziumnitridfilm 17 und dem zweiten Spiegel 15 gebildet. Das Ätzloch 18 wirkt daran mit, den Bereich des Siliziumoxidfilms 14, in welchem der Hohlraum gebildet werden soll, zu entfernen. Der Bereich des Siliziumoxidfilm 14, in dem der Hohlraum gebildet werden soll, wird durch das Ätzloch 18 unter Nutzung des Siliziumnitridfilms 17 und des zweiten Spiegels 15 als eine Maske für das Ätzen entfernt. Dadurch wird der Hohlraum 16 gebildet, welcher den ursprünglichen Abstand H₀ zwischen den ersten und zweiten Spiegeln 13, 15 aufweist. Somit ist der zweite Spiegel 15 beweglich.
Nachdem der Hohlraum 16 gebildet ist, wird der Verstärkungsfilm 19 auf einem Teil des Siliziumnitridfilms 17 gebildet, der über dem Hohlraum 16 angeordnet ist. Der Verstärkungsfilm 19, der aus einem DLC-Film besteht, wird durch ein Plasma-CVD-Verfahren gebildet. Der Verstärkungsfilm 19 wird in dem mittleren Abschnitt der beweglichen Spiegeleinheit 30 gebildet. Der Bereich des Verstärkungsfilms 19 wird in Übereinstimmung mit der Verlagerung des zweiten Spiegels 15 bestimmt, wenn die Spannung wirkt, d.h. in Übereinstimmung mit dem Abstand H in dem Hohlraum 16, nachdem der zweite Spiegel 15 verschoben ist.
Somit ist das Filter 100 vollständig. Das Filter 100 kann durch einen herkömmlichen Halbleiterprozess hergestellt werden. Daher sind die Fertigungskosten für das Filter 100 gering.
Der Verstärkungsfilm 19 kann gebildet werden, bevor der Hohlraum 16 gebildet wird. Wenn ein Film gebildet wird, der wie der Siliziumoxidfilm 14 eine feuchtigkeitsabsorbierende Eigenschaft aufweist, wird der Film ferner geeignet getempert, um zu verhindern, dass eine Spannung in dem Film durch die Feuchtigkeitsaufnahme verändert wird.
Obwohl das Substrat 10 aus Silizium besteht, kann das Substrat 10 aus anderen Materialien wie Glas und Kunststoff hergestellt werden.
Das Fabri-Perot-Filter 100 kann für einen Gassensor 400 vom Typ mit Infrarotlichterfassung verwendet werden, der eine Infrarotlichtquelle 200 und einen Infrarotlichtdetektor 300 aufweist, wie in 3 gezeigt. Die Infrarotlichtquelle 200 sendet das infrarote Licht aus. Der Infrarotlichtdetektor 300 erfasst das infrarote Licht. Im Gassensor 400 ist die Infrarotlichtquelle 200 auf einer oberen Basis bzw. einem oberen Endstück 410a eines zylindrischen Behälters 410 angeordnet. Genauer gesagt ist die Basis 410a an einem Ende des Behälters 410 angeordnet. Der Infrarotlichtdetektor 300 ist an einem unteren Endstück bzw. einer unteren Basis 410b angeordnet, die am anderen Ende des Behälters 410 angeordnet ist. Der Fabri-Perot-Filter 100 ist über ein Halteteil 420 am Infrarotlichtdetektor 300 angeordnet. Der Behälter 410 weist eine Öffnung 430 auf, um Gas als ein Messobjekt einzufüllen und zu entnehmen. Eine Kappe 440 ist im Behälter 410 so angeordnet, dass die Kappe 440 das infrarote Licht begrenzt, welches in den Infrarotlichtdetektor 300 geht. Die Kappe 440 weist ein Fenster 440a auf, um das infrarote Licht durchzulassen.
Die Infrarotlichtquelle 200 sendet das infrarote Licht aus. Dann erreicht das Licht über das Fenster 440a in der Kappe 440 das Filter 100. Das Filter 100 lässt nur ein bestimmtes Infrarotlicht durch, das eine vorab bestimmte Wellenlänge aufweist, welche dem Abstand H in dem Hohlraum 16 entspricht. Dann erreicht das ausgewählte Infrarotlicht den Infrarotlichtdetektor 300.
In Übereinstimmung damit wird das Infrarotlicht von der Infrarotlichtquelle 200 hin zu dem Infrarotlichtdetektor 300 gesendet. Während das Infrarotlicht durch das Gas in dem Behälter 410 geht, wird ein Teil des infraroten Lichts, das eine spezifische Wellenlänge aufweist, in dem Gas absorbiert. Das Gas ist ein Messobjekt und wird durch die Öffnung 430 in den Behälter 410 eingebracht. Der andere Teil des infraroten Lichts, welches die spezifische Wellenlänge aufweist, erreicht das Filter 100. Das Filter überträgt nur das Infrarotlicht, welches die spezifische Wellenlänge aufweist, von der ein Teil im Gas absorbiert wird. Dann erreicht das selektierte Infrarotlicht den Infrarotlichtdetektor 300. Zu dieser Zeit ändert sich der Bruchteil des absorbierten Teils des infraroten Lichts, welches die spezifische Wellenlänge aufweist, in Übereinstimmung mit der Konzentration des Gases im Behälter 410. Daher ändert sich die Intensität des ausgewählten infraroten Lichts mit der spezifischen Wellenlänge, das den Infrarotlichtdetektor 300 erreicht, in Übereinstimmung mit der Konzentration des Gases in dem Behälter 410 ebenfalls. Daher ändert sich die Ausgabe des Infrarotlichtdetektors 300 in Übereinstimmung mit der Konzentration des Gases, so dass die Konzentration des Gases gemessen wird.
In dem Gassensor 400, welcher das Filter 100 aufweist, weist der Gassensor 400 ein geringes Rauschen und eine hohe Sensorempfindlichkeit auf, weil der Bereich von Wellenlängen des infraroten Lichts, das vom Filter 100 während der Verschiebung des zweiten Spiegels 15 durchgelassen wird, enger ist.
Obwohl die Lichtquelle 200 und der Detektor 300 auf einer geraden Linie so angeordnet sind, dass die Lichtquelle 200 dem Detektor 300 gegenüberliegt, kann die Lichtquelle 200 parallel zum Detektor 300 angeordnet sein, so dass der Gassensor einen Gassensor vom Reflexionstyp darstellt.
Obwohl der Gassensor die Gaskonzentration erfasst, kann ein Infrarotlichtsensor, welcher den Detektor 300 und das Filter 100 aufweist, geschaffen werden. Der Infrarotlichtsensor erfasst lediglich das Infrarotlicht.
Obwohl das Filter 100 über das Halteteil 420 am Detektor 300 angebracht ist, kann der Filter 100 auf der Kappe 440 oder an dem Gefäß 410 angebracht werden.
In dem Filter 100, das in den 1A und 1B gezeigt ist, wird der Verstärkungsfilm 19 am mittleren Abschnitt der beweglichen Spiegeleinheit 30 durch den Siliziumnitridfilm 17 so gebildet, dass der mittlere Abschnitt der beweglichen Spiegeleinheit 30 dicker als der äußere Abschnitt der beweglichen Spiegeleinheit 30 ist. Es kann jedoch ein anderer Aufbau für das Filter 100 genutzt werden, welcher den mittleren Abschnitt aufweist, der dicker als der äußere Abschnitt der beweglichen Spiegeleinheit 30 ist.
Beispielsweise wird ein Fabri-Perot-Filter 500 nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in 4 gezeigt. Im Filter 500 weist der äußere Abschnitt der beweglichen Spiegeleinheit 30 einen Einschnitt 20 auf. Der Einschnitt 20 geht nicht durch den zweiten Spiegel 15 durch. In diesem Fall weist der äußere Abschnitt einen Aufbau mit vergleichsweise geringer Dicke im Vergleich mit dem mittleren Abschnitt auf, so dass die mechanische Stärke des äußeren Abschnitts kleiner als die des mittleren Abschnitts ist. Daher wird nur der äußere Abschnitt deutlich verformt, wenn die Spannung auf das Filter 500 wirkt. Daher wird verhindert, dass der mittlere Abschnitt verformt wird, so dass der mittlere Abschnitt der beweglichen Spiegeleinheit 30, d.h. der Boden des zweiten Spiegels 15, eben bleibt, selbst wenn die Spannung auf das Filter 500 wirkt. Der Abstand H zwischen dem ersten und zweiten Spiegeln 13, 15 wird homogen, so dass die bewegliche Spiegeleinheit 30, wie in 4 gezeigt, so verformt wird, dass sie einem Pfannenboden entspricht. Daher wird der Abstand H zwischen dem ersten Spiegel 13 und dem verschobenen zweiten Spiegel 15 homogen, so dass der Bereich der Wellenlängen des infraroten Lichts, welche der Spiegel 500 durchlässt, kleiner wird.
Der Einschnitt 20 kann durch das Photolithographieverfahren und ähnliche Verfahren gebildet werden. Obwohl der Einschnitt 20 den zweiten Spiegel 15 erreicht, kann der Einschnitt 20 so gebildet werden, dass er den zweiten Spiegel 15 nicht erreicht. In diesem Fall wird der Einschnitt 20 im Siliziumnitridfilm 17 so gebildet, dass der zweite Spiegel 15 nicht nach außen exponiert ist.
In 4 besteht der Einschnitt 20 aus zwei Furchen, von denen eine an einem Umfang der beweglichen Spiegeleinheit 30 angeordnet ist, und von denen die andere in der Nähe einer Schnittstelle zwischen dem mittleren Abschnitt und dem äußeren Abschnitt angeordnet ist. Der Einschnitt 20 kann an anderen Positionen angeordnet sein, solange nur der äußere Abschnitt verformt wird und die Verformung des mittleren Abschnitts begrenzt ist, wenn der zweite Spiegel 15 verschoben wird.
Obwohl die Verformung des mittleren Abschnitts durch Ausdünnen des äußeren Abschnitts der beweglichen Spiegeleinheit 30 begrenzt ist, kann die Verformung des mittleren Abschnitts durch andere Aufbauten begrenzt werden. Beispielsweise kann nur der mittlere Abschnitt durch ein Verfahren mit Lichtbestrahlung, ein Abschreckhärteverfahren, ein Verfahren zur chemischen Behandlung oder ähnliche Verfahren gehärtet werden, so dass der äußere Abschnitt im Vergleich zum mittleren Abschnitt stark verformbar ist. Weiterhin kann ein Durchgangsloch im äußeren Abschnitt gebildet werden, so dass die mechanische Festigkeit des äußeren Abschnitts geringer als die des mittleren Abschnitts wird. Dann wird die Verformung des äußeren Abschnitts sehr viel größer als die des mittleren Abschnitts.
Solche Änderungen und Abwandlungen werden als im Bereich der vorliegenden Erfindung liegend angesehen, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

Ein Fabri-Perot Filter, der Folgendes aufweist: ein Substrat (10); einen ersten Spiegel (13), der auf dem Substrat (10) angeordnet ist; und eine bewegliche Spiegeleinheit (30), welche dem ersten Spiegel (13) mit einem Abstand (H) dazwischen gegenüberliegt, wobei die bewegliche Spiegeleinheit (30) in einem Fall, in welchem eine vorab bestimmte Spannung zwischen dem ersten Spiegel (13) und der beweglichen Spiegeleinheit (30) anliegt, in Richtung des ersten Spiegels (13) beweglich ist, so dass der Abstand (H) veränderbar ist, wobei der Filter dazu fähig ist, ein infrarotes Licht durchzulassen, das eine vorab bestimmte Wellenlänge aufweist, welche dem Abstand (H) entspricht, und wobei die bewegliche Spiegeleinheit (30) einen mittleren Abschnitt und einen äußeren Abschnitt, der leichter zu verformen ist als der mittlere Abschnitt, aufweist, wobei der äußere Abschnitt eine Dicke aufweist, die dünner als die des mittleren Abschnitts ist, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Abschnitt der beweglichen Spiegeleinheit (30) einen zweiten Spiegel (15) und einen Verstärkungsfilm (19) aufweist, der aus einem Material hergestellt wird, das sich von dem des zweiten Spiegels (15) unterscheidet, wobei sich der zweiten Spiegel (15) auch auf den äußeren Abschnitt der beweglichen Spiegeleinheit (30) erstreckt, und wobei der Verstärkungsfilm (19) härter als der zweite Spiegel (15) ist.
Der Filter nach Anspruch 1, wobei das infrarote Licht durch die bewegliche Spiegeleinheit (30), den ersten Spiegel (13) und das Substrat (10) in einer Richtung senkrecht zum Substrat (10) hindurchgeht.
Der Filter nach Anspruch 1, wobei das Material des Verstärkungsfilms (19) diamantartiger Kohlenstoff ist.
Der Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der äußere Abschnitt einen Einschnitt (20) aufweist.
Der Filter nach Anspruch 4, wobei der Einschnitt (20) zwei Furchen (20) aufweist, von denen eine an einer Schnittstelle zwischen dem äußeren Abschnitt und dem mittleren Abschnitt angeordnet ist, und wobei die andere an einem Umfang des äußeren Abschnitts angeordnet ist.
Der Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Substrat (10) aus einem Halbleiter hergestellt ist, und wobei der erste Spiegel (13) durch einen isolierenden Film (12) von dem Substrat (10) getrennt angeordnet ist.
Der Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, der weiterhin Folgendes aufweist: eine Infrarotlichtquelle (200), um ein Infrarotlicht auszusenden; und einen Infrarotlichtdetektor (300), um das Infrarotlicht zu erfassen, wobei der Filter das Infrarotlicht durchlässt, welches eine vorab bestimmte Wellenlänge aufweist.
Der Filter nach Anspruch 7, der weiterhin Folgendes aufweist: einen Behälter (410), um ein Gas als ein Messobjekt aufzunehmen, wobei das Gas eine Konzentration in dem Behälter (410) aufweist, und wobei der Infrarotlichtdetektor (300) das Infrarotlicht, welches durch das Gas in dem Behälter (410) geht, so erfasst, dass die Konzentration des Gases gemessen wird.